特許第6911621号(P6911621)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6911621
(24)【登録日】2021年7月12日
(45)【発行日】2021年7月28日
(54)【発明の名称】減速機及びアクチュエータ
(51)【国際特許分類】
   F16H 1/14 20060101AFI20210715BHJP
   F16H 57/021 20120101ALI20210715BHJP
【FI】
   F16H1/14
   F16H57/021
【請求項の数】9
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2017-153447(P2017-153447)
(22)【出願日】2017年8月8日
(65)【公開番号】特開2019-32033(P2019-32033A)
(43)【公開日】2019年2月28日
【審査請求日】2020年3月13日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006622
【氏名又は名称】株式会社安川電機
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100171099
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】大▲崎▼ 幹生
(72)【発明者】
【氏名】野中 剛
【審査官】 前田 浩
(56)【参考文献】
【文献】 特開2016−200263(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2003/0006084(US,A1)
【文献】 実開昭63−027749(JP,U)
【文献】 特開2017−106533(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16H 1/14
F16H 57/021
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータによる駆動対象に接続される第一ギヤと、
前記モータのシャフトに接続される第二ギヤと、
第一軸線まわりに回転可能となるように前記第一ギヤを保持する第一可動部と、
前記第一軸線に交差する第二軸線まわりに回転可能となるように前記第二ギヤを保持する第二可動部と、を備え、
前記第一ギヤは、前記第一軸線を囲む環状の第一動力伝達部を前記第一軸線に沿う方向の一方側に有し、
前記第二ギヤは、前記第一動力伝達部に面して動力を伝達する第二動力伝達部を外周に有し、
前記第二可動部は、前記第一動力伝達部より内側において前記第二ギヤを保持する第一軸受部と、前記第一動力伝達部より外側において前記第二ギヤを保持する第二軸受部とを有し、
前記第一可動部は、前記第一動力伝達部の内周より外側から前記第一ギヤを囲むように保持する第三軸受部を有する、減速機。
【請求項2】
前記第一ギヤにおいて前記第一動力伝達部より内側の部分には、前記第一軸受部と重なる範囲で前記第一軸受部側に開口した中空部が形成されている、請求項1に記載の減速機。
【請求項3】
前記中空部は、前記第一軸線に沿う方向に前記第一ギヤを貫通している、請求項2に記載の減速機。
【請求項4】
前記第三軸受部は、前記第一ギヤにおける前記第二ギヤとの噛み合いピッチ円より外側に位置している、請求項2又は3に記載の減速機。
【請求項5】
前記第一ギヤ及び前記第二ギヤを収容するケースを更に備え、
前記ケースは、前記第一軸受部を保持する第一保持部と、前記第二軸受部を保持する第二保持部と、前記第三軸受部を保持する第三保持部と、を含む単一部品を有する、請求項に記載の減速機。
【請求項6】
前記ケースは、
前記第二軸線に交差する方向に膨出して、内側に前記第一保持部を構成する膨出部と、
前記第二軸線に沿って前記膨出部から前記第二保持部の逆に延びたリブと、を有する、請求項に記載の減速機。
【請求項7】
モータと、
減速機と、を備え、
前記減速機は、前記モータによる駆動対象に接続される第一ギヤと、前記モータのシャフトに接続された第二ギヤと、第一軸線まわりに回転可能となるように前記第一ギヤを保持する第一可動部と、前記第一軸線に交差する第二軸線まわりに回転可能となるように前記第二ギヤを保持する第二可動部と、を有し、
前記第一ギヤは、前記第一軸線を囲む環状の第一動力伝達部を前記第一軸線に沿う方向の一方側に含み、
前記第二ギヤは、前記第一動力伝達部に面して動力を伝達する第二動力伝達部を外周に含み、
前記第二可動部は、前記第一動力伝達部より内側において前記第二ギヤを保持する第一軸受部と、前記第一動力伝達部より外側において前記第二ギヤを保持する第二軸受とを含み、
前記第一可動部は、前記第一動力伝達部の内周より外側から前記第一ギヤを囲むように保持する第三軸受部を含む、アクチュエータ。
【請求項8】
前記第一ギヤにおいて前記第一動力伝達部より内側の部分には、前記第一軸受部の少なくとも一部を受け入れる中空部が形成されている、請求項に記載のアクチュエータ。
【請求項9】
前記第一ギヤの回転角に関する情報を検出するセンサを更に備え、
前記センサの少なくとも一部は前記中空部内に配置されている、請求項に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、減速機及びアクチュエータに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、かさ歯車装置が開示されている。このかさ歯車装置は、x方向及びy方向に沿って配置され軸芯がz方向に沿うリングギヤと、軸芯がx方向に沿うピニオンギヤと、リングギヤ及びピニオンギヤを回転可能に組付けた歯車箱とで構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平10−38036号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、剛性の向上に有効な減速機及びアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一側面に係る減速機は、第一ギヤと、第二ギヤと、第一軸線まわりに回転可能となるように第一ギヤを保持する第一可動部と、第一軸線に交差する第二軸線まわりに回転可能となるように第二ギヤを保持する第二可動部と、を備え、第一ギヤは、第一軸線を囲む環状の第一動力伝達部を第一軸線に沿う方向の一方側に有し、第二ギヤは、第一動力伝達部に面して動力を伝達する第二動力伝達部を外周に有し、第二可動部は、第一動力伝達部より内側において第二ギヤを保持する第一軸受部と、第一動力伝達部より外側において第二ギヤを保持する第二軸受部とを有する。
【0006】
本開示の他の側面に係るアクチュエータは、モータと、減速機と、を備え、減速機は、第一ギヤと、モータに接続された第二ギヤと、第一軸線まわりに回転可能となるように第一ギヤを保持する第一可動部と、第一軸線に交差する第二軸線まわりに回転可能となるように第二ギヤを保持する第二可動部と、を有し、第一ギヤは、第一軸線を囲む環状の第一動力伝達部を第一軸線に沿う方向の一方側に含み、第二ギヤは、第一動力伝達部に面して動力を伝達する第二動力伝達部を外周に含み、第二可動部は、第一動力伝達部より内側において第二ギヤを保持する第一軸受部と、第一動力伝達部より外側において第二ギヤを保持する第二軸受とを含む。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、剛性の向上に有効な減速機及びアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1図1は、本実施形態に係るアクチュエータの概略構成を示す模式図である。
図2図2は、図1に示されるギヤとピニオンギヤとの配置関係を示す斜視図である。
図3図3は、図1のIII-III線に沿った断面図である。
図4図4は、図1のIV-IV線に沿った断面図である。
図5図5は、図1のV-V線に沿った断面図である。
図6図6は、アクチュエータの変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図面の説明においては、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【0010】
〔アクチュエータ〕
図1及び図2を参照し、アクチュエータの一例について説明する。本実施形態に係るアクチュエータ1は、例えば、多関節ロボット又は人体補助用途の装着型ロボット等に用いられ、アーム等の駆動対象を駆動する。アクチュエータ1は、例えば、ツインモータ式である。図1及び図2に示されるように、アクチュエータ1は、2つのモータ2と、減速機3と、エンコーダ4(センサ)とを備えている。
【0011】
〔モータ〕
モータ2は、例えば、回転型の電動モータであり、アクチュエータの動力源として機能する。モータ2は、シャフト22(図3参照)と、シャフト22を回転させるステータ及びロータ(不図示)を有している。なお、モータ2は、動力源として機能し得る限りどのようなモータであってもよい。例えば、モータ2は油圧式のモータであってもよい。以下では、2つのモータ2をモータ2A,2Bとして区別する。
【0012】
〔減速機〕
減速機3は、モータ2の回転トルク(動力)を、モータ2の回転速度よりも低い回転速度にて上記駆動対象に伝達する。減速機3は、入出力軸が互いに交差(例えば、直交)する位置に配置された歯車対であり、例えば、ダブルピニオン式のハイポイドギヤである。なお、入出力軸が互いに交差するとは、入出力軸が同一平面上で互いに交差する場合に限定されず、入出力軸が異なる平面上で互いに立体交差する場合(すなわち、入出力軸が互いにねじれの位置関係にある場合)も含む。
【0013】
減速機3は、ギヤ31(第一ギヤ)と、ピニオンギヤ32,33(第二ギヤ)と、可動部34,35,36とを備えている。ギヤ31は、駆動対象への接続用の出力軸として機能する。ピニオンギヤ32,33は、モータ2A,2Bのそれぞれに接続され、モータ2A,2Bからギヤ31にそれぞれ回転トルクを伝達する入力軸として機能する。可動部34(第一可動部)は、軸線Ax1(第一軸線)まわりに回転可能となるようにギヤ31を保持する。可動部35(第二可動部)は、軸線Ax1に交差(例えば直交)する軸線Ax2(第二軸線)まわりに回転可能となるようにピニオンギヤ32を保持する。可動部36は、軸線Ax1に交差する軸線Ax3(第二軸線)まわりに回転可能となるようにピニオンギヤ33を保持する。軸線Ax2,Ax3は、互いに平行である。
【0014】
以下、説明の便宜上、Z軸が軸線Ax1に沿い、Y軸が軸線Ax2,Ax3に沿い、X軸が軸線Ax1及び軸線Ax2,Ax3に直行する直交座標系Sを定め、当該直交座標系Sを用いて各要素の配置を説明する。
【0015】
ギヤ31は、軸線Ax1を囲む環状の動力伝達部31a(第一動力伝達部)を軸線Ax1に沿った方向の一方側(Z軸正側)に有している。例えば、ギヤ31は、動力伝達部31aと、本体部31bと、嵌合部31cとを有している。
【0016】
本体部31bは、軸線Ax1を中心とする円形の外周面31dと、軸線Ax1の一方側(Z軸正側)に面する第一面31eと、第一面31eの逆側(Z軸負側)に面する第二面31fとを含む。第一面31eの外周部分は、例えば、傘状に形成されている。具体的には、第一面31eの外周部分は、軸線Ax1から遠ざかるに従って、第二面31f側(Z軸負側)に向かうように傾斜している。動力伝達部31aは、傘状になった第一面31eの外周部分に形成されている。動力伝達部31aは、例えば、軸線Ax1を中心とするハイポイド型の歯状部である。嵌合部31cは、外周面31dの第二面31f側に全周に亘って形成された凹状部分であり、可動部34により保持される。
【0017】
ギヤ31において動力伝達部31aより内側(動力伝達部31aの内周縁に対して軸線Ax1に近い位置)の部分には、例えば、中空部Hが形成されている。中空部Hは、本体部31bのうち動力伝達部31aより内側の部分に形成され、少なくとも第一面31eに開口している。中空部Hは、軸線Ax1に沿ってギヤ31を貫通していてもよい。例えば、中空部Hは、本体部31bを貫通し、第一面31e及び第二面31fの両方に開口している。これにより、ギヤ31は、軸線Ax1を中心とするリング形状を呈している。
【0018】
なお、中空部Hがギヤ31を貫通しているとは、ギヤ31を単独で見た場合に中空部Hがギヤ31を貫通していることを意味しており、ギヤ31以外の部材が中空部Hに配置されていることにより、中空部Hの一部又は全部が塞がれていてもよい(例えば、後述するように、中空部Hはエンコーダ保持部41により覆われている。)。
【0019】
ピニオンギヤ32,33は、それぞれ、動力伝達部31aに面して回転トルクを伝達する動力伝達部32a,33a(第二動力伝達部)を外周に有している。
【0020】
ピニオンギヤ32は、ギヤ本体32bと、動力伝達部32aと、第一シャフト32cと、第二シャフト32dと、を有している。ピニオンギヤ32は、例えば、モータ2Aに接続されている。ギヤ本体32bは、軸線Ax2を囲む外周面32eを含み、外周面32eがギヤ31の動力伝達部31aに対向するように配置されている。ギヤ31の第一面31eの外周部分が傘状であるのに合わせて、ピニオンギヤ32の外周面32eは、動力伝達部31aの内周側に近付くに従って縮径している。
【0021】
動力伝達部32aは、外周面32eに形成されている。動力伝達部32aは、例えば、軸線Ax2を中心とするハイポイド型の歯状部であり、動力伝達部31aと噛み合っている。これにより、軸線Ax2まわりの回転トルクを軸線Ax1まわりの回転トルクに変換しながら、ピニオンギヤ32からギヤ31に回転トルクを伝達することが可能となっている。
【0022】
第一シャフト32cは、軸線Ax2に沿って、ギヤ本体32bから一方側(Y軸負側)に突出し、動力伝達部31aの内側に位置している(動力伝達部31aの内周縁より軸線Ax1に近い位置にある)。第二シャフト32dは、軸線Ax2に沿って、ギヤ本体32bから他方側(Y軸正側)に突出し、動力伝達部31aの外側に位置している(動力伝達部31aの外周縁より軸線Ax1から遠い位置にある)。
【0023】
ピニオンギヤ33は、ピニオンギヤ32と同様に、ギヤ本体33bと、動力伝達部33aと、第一シャフト33cと、第二シャフト33dと、を有しており、軸線Ax1を基準としてピニオンギヤ32と点対称となる位置に配置されている。ピニオンギヤ33は、例えば、モータ2Bに接続されている。
【0024】
ギヤ本体33bは、軸線Ax3を囲む外周面33eを含み、外周面33eがギヤ31の動力伝達部31aに対向するように配置されている。ギヤ31の第一面31eの外周部分が傘状であるのに合わせて、ピニオンギヤ33の外周面33eは、動力伝達部31aの内周側に近付くに従って縮径している。
【0025】
動力伝達部33aは、外周面33eに形成されている。動力伝達部33aは、例えば、軸線Ax3を中心とするハイポイド型の歯状部であり、動力伝達部31aと噛み合っている。これにより、軸線Ax3まわりの回転トルクを軸線Ax1まわりの回転トルクに変換しながら、ピニオンギヤ33からギヤ31に回転トルクを伝達することが可能となっている。
【0026】
第一シャフト33cは、軸線Ax3に沿って、ギヤ本体33bから一方側(Y軸正側)に突出している。すなわち第一シャフト33cは、ピニオンギヤ32の第二シャフト32dと同じ方向に突出している。第一シャフト33cは、動力伝達部31aの内側を横切り、動力伝達部31aの外側に突出している。第二シャフト33dは、軸線Ax3に沿って、ギヤ本体33bから他方側(Y軸負側)に突出し、動力伝達部31aの外側に位置している。
【0027】
続けて、図3及び図4を併せて参照し、可動部34、可動部35、及び可動部36について説明する。
【0028】
上述したように、可動部34は、軸線Ax1まわりに回転可能となるようにギヤ31を保持している。可動部34は、例えば、動力伝達部31aの内周より外側(動力伝達部31aの内周縁に対して軸線Ax1から遠い位置)からギヤ31を囲むように保持する軸受部34a(第三軸受部)を有している。軸受部34aは、軸線Ax1に沿った方向からもギヤ31を保持している。軸受部34aは、例えば環状のベアリング(例えば、クロスローラベアリング)である。軸受部34aはすべり軸受けであってもよい。
【0029】
例えば軸受部34aは、軸線Ax1に沿った方向の他方側(Z軸負側)から嵌合部31cに装着されており、動力伝達部31aの逆側の裏面31gに接している。軸受部34aは、ギヤ31とピニオンギヤ32との噛み合いピッチ円Cより外側に位置している(軸線Ax1から遠い位置にある)。具体的には、裏面31gから軸受部34aに作用する力F1(軸受部34aから裏面31gに作用する力)の有効作用点が、動力伝達部31aから動力伝達部32aに作用する力F2(動力伝達部32aから動力伝達部31aに作用する力)の有効作用点よりも外側に位置している。
【0030】
また、軸受部34aは、ギヤ31とピニオンギヤ33との噛み合いピッチ円(ギヤ31とピニオンギヤ32との噛み合いピッチ円Cと同様)より外側に位置している。具体的には、裏面31gから軸受部34aに作用する力F1の有効作用点が、動力伝達部31aから動力伝達部33aに作用する力F3(動力伝達部33aから動力伝達部31aに作用する力)の有効作用点よりも外側に位置している。なお、有効作用点とは、合力が作用する点を意味している。
【0031】
可動部35は、上述したように、軸線Ax2まわりに回転可能となるようにピニオンギヤ32を保持している。可動部35は、動力伝達部31aより内側においてピニオンギヤ32を保持する軸受部35a(第一軸受部)と、動力伝達部31aより外側においてピニオンギヤ32を保持する軸受部35b(第二軸受部)とを有している。軸受部35aは、動力伝達部31aの内側において、第一シャフト32cに嵌合している。軸受部35bは、動力伝達部31aの外側において、第二シャフト32dに嵌合している。軸受部35a,35bは、例えば、環状のベアリング(例えば、ニードルベアリング)である。軸受部35a,35bはすべり軸受けであってもよい。
【0032】
同様に、可動部36は、軸線Ax3まわりに回転可能となるようにピニオンギヤ33を保持している。可動部36は、動力伝達部31aより内側においてピニオンギヤ33を保持する軸受部36a(第一軸受部)と、動力伝達部31aより外側においてピニオンギヤ33を保持する軸受部36b(第二軸受部)とを有している。軸受部36aは、動力伝達部31aの内側において、第一シャフト33cに嵌合している。軸受部36bは、動力伝達部31aの外側において、第二シャフト33dに嵌合している。軸受部36a,36bは、例えば、環状のベアリング(例えば、ニードルベアリング)である。軸受部36a,36bはすべり軸受けであってもよい。
【0033】
軸受部35a,36aは、軸線Ax1に沿った方向(Z軸正方向)からみて、中空部Hと重複する位置に配置されている。すなわち、中空部Hは、軸受部35a,36aと重なる範囲で軸受部35a,36a側に開口している。なお、軸受部35a,36aの少なくとも一部が、中空部Hに入り込んでいてもよい。
【0034】
また、減速機3は、例えば、図1に示されるように、ギヤ31、ピニオンギヤ32,33を収容するケース50を備えている。例えば、ケース50は、本体部51と、蓋部52、蓋部53とを有している。
【0035】
本体部51は、単一部品であり、ベース部61と、膨出部62,63と、取付部64,65とを含む。なお、単一部品であるとは、当該単一部品が一体的に成形されている場合に限定されず、複数部品を分離不能に一体化して製造されている場合を含む。分離不能に一体化することの具体例としては、例えば溶接等が挙げられる。
【0036】
ベース部61は、図3図6に示されるように、ギヤ31を収容し、軸受部34aを保持する保持部61a(第三保持部)を内側(内面側)に構成している。ベース部61は、本体部31bの外周面31dを囲む環状の第一壁部61bと、本体部の第一面31e側を覆う第二壁部61cとを有している。第二壁部61cの中央には、軸線Ax1を中心とする円形の開口部61dが形成されている。保持部61aは、第一壁部61bの内周面に全周に亘って形成されている。保持部61aは、第二壁部61cの逆側から軸受部34aを受け入れ、軸受部34aの外周に嵌合している。
【0037】
膨出部62は、軸線Ax2に交差する方向に膨出してピニオンギヤ32を収容し、軸受部35a,35bを保持する保持部62a,62bを内側(内面側)に構成している。例えば膨出部62は、ベース部61の第二壁部61cからギヤ31の逆側に膨出している。
【0038】
膨出部62の内側は、ピニオンギヤ32のギヤ本体32bを収容する収容部62cと、軸受部35aを保持する保持部62a(第一保持部)と、軸受部35bを保持する保持部62b(第二保持部)と、を含む。保持部62aは、収容部62cに対して、軸線Ax2に沿った方向の一方側(Y軸負側)に連なっており、ギヤ31の動力伝達部31aの内側に位置している。保持部62aは、軸受部35aの外周に嵌合している。保持部62bは、収容部62cに対して、軸線Ax2に沿った方向の一方側(Y軸負側)に連なっており、ギヤ31の動力伝達部31aの外側に位置している。保持部62bは、軸受部35bの外周に嵌合している。
【0039】
膨出部62の保持部62b側の端部には、軸線Ax2に沿って外側に開いた開口部62dが形成されている。軸受部35a,35b及びピニオンギヤ32は、それぞれ、開口部62dを通して保持部62a,62b内、及び収容部62c内に配置される。
【0040】
膨出部63は、軸線Ax3に交差する方向に膨出してピニオンギヤ33を収容し、軸受部36a,36bを保持する保持部63a,63bを内側(内面側)に構成している。例えば膨出部63は、膨出部62と同様に、ベース部61の第二壁部61cからギヤ31の逆側に膨出している。
【0041】
膨出部63の内側は、ピニオンギヤ33のギヤ本体33bを収容する収容部63cと、軸受部36aを保持する保持部63a(第一保持部)と、軸受部36bを保持する保持部63b(第二保持部)と、軸受部36aを貫通して延びる第一シャフト33cを収容する収容部63fとを含む。保持部63aは、収容部63cに対して、軸線Ax3に沿った方向の一方側(Y軸正側)に連なり、ギヤ31の動力伝達部31aの内側に位置している。保持部63aは、軸受部36aの外周に嵌合している。保持部63bは、収容部63cに対して、軸線Ax3に沿った方向の他方側(Y軸負側)に連なり、ギヤ31の動力伝達部31aの外側に位置している。保持部63bは、軸受部36bの外周に嵌合している。収容部63fは、保持部63aに対して、軸線Ax3に沿った方向の一方側(Y軸正側)に連なり、軸線Ax3に沿って延びて第一シャフト33cを収容している。
【0042】
膨出部63の保持部63b側の端部には、軸線Ax3に沿って外側に開いた開口部63dが形成されている。軸受部36a,36b及びピニオンギヤ33は、それぞれ、開口部63dを通して保持部63a,63b内、及び収容部63c内に配置される。また、膨出部63の収容部63f側の端部には、軸線Ax3に沿って外側に開いた開口部63eが形成されている。
【0043】
取付部64は、膨出部62の開口部62dに連なっている。取付部64には、モータ2Aが取り付けられている。モータ2Aは、シャフト22が軸線Ax2に沿って膨出部62内に入るように配置され、取付部64に取り付けられている。モータ2Aのシャフト22は、ピニオンギヤ32の第二シャフト32dに接続されている。
【0044】
取付部65は、膨出部63の開口部63eに連なっている。すなわち、取付部65は、軸線Ax2,Ax3に沿った方向において、取付部64と同じ側(Y軸正側)に設けられている。取付部65には、モータ2Bが取り付けられている。モータ2Bは、シャフト22が軸線Ax3に沿って膨出部63内に入るように配置され、取付部65に取り付けられている。モータ2Bのシャフト22は、ピニオンギヤ33の第一シャフト33cに接続されている。
【0045】
また、本体部51は、軸線Ax2に沿って膨出部62から保持部62bの逆に延びたリブ60を更に有していてもよい。リブ60は、膨出部62及びベース部61の第二壁部61cにつながっている。
【0046】
蓋部52は、軸線Ax1に沿った方向の他方側(Z軸負側)から第一壁部61bに取り付けられ、軸受部34aを保持部61a内に保持している。蓋部52は、軸線Ax1を中心とする円環状の板状部材であり、その外周部分がボルト等により第一壁部61bに固定されている。
【0047】
蓋部53は、本体部51におけるベース部61の第一壁部61bの外周側から膨出部63に取り付けられ、軸受部36bを保持部63b内に保持する。蓋部53は、例えば開口部63d内にねじ込み固定されている。
【0048】
〔エンコーダ〕
エンコーダ4は、ギヤ31の回転角に関する情報を検出する。エンコーダ4の少なくとも一部は、中空部Hに配置されている。エンコーダ4は、図1及び図5に示されるように、エンコーダ保持部41と、受光素子部42と、コードホイール部43と、台座部44とを有している。例えば、エンコーダ4の台座部44が中空部Hに配置されている。
【0049】
エンコーダ保持部41は、第二壁部61cの開口部61dに設けられている。エンコーダ保持部41の内面(本体部51内に向かう面)には、受光素子部42が設置されている。また、エンコーダ保持部41には、例えば、コネクタ45が設置されている。
【0050】
台座部44は、中空部Hに配置され、ギヤ31に固定されている。このため、台座部44はギヤ31と共に軸線Ax1まわりに回転する。台座部44の中央部44aは、第二壁部61c側に突出して開口部61d内に入り、エンコーダ保持部41と隙間をもって対向している。中央部44aの外周面と開口部61dの内周面との間は、例えばOリング等のリング状のオイルシール部44bによってシールされている。
【0051】
コードホイール部43は、中央部44aのエンコーダ保持部41側の面に設けられており、ギヤ31と共に軸線Ax1まわりに回転する。この動きを受光素子部42により読み取ることによって、ギヤ31の回転角に関する情報を検出することが可能となっている。
【0052】
〔本実施形態の効果〕
以上、説明したように、本実施形態に係る減速機3は、ギヤ31と、ピニオンギヤ32と、軸線Ax1まわりに回転可能となるようにギヤ31を保持する可動部34と、軸線Ax1に交差する軸線Ax2まわりに回転可能となるようにピニオンギヤ32を保持する可動部35と、を備え、ギヤ31は、軸線Ax1を囲む環状の動力伝達部31aを軸線Ax1に沿う方向の一方側に有し、ピニオンギヤ32は、動力伝達部31aに面して回転トルクを伝達する動力伝達部32aを外周に有し、可動部35は、動力伝達部31aより内側においてピニオンギヤ32を保持する軸受部35aと、動力伝達部31aより外側においてピニオンギヤ32を保持する軸受部35bとを有する。
【0053】
本実施形態に係る減速機3によれば、軸受部35a及び軸受部35bによってピニオンギヤ32が両持ちで保持されることにより、動力伝達部31aへの回転トルクの伝達に伴って生じる反力を軸受部35a及び軸受部35bのそれぞれによって分担できる。従って、反力の集中に起因する変形を抑制し、剛性を向上させることができる。
【0054】
減速機3は、ピニオンギヤ33と、軸線Ax1に交差する軸線Ax3まわりに回転可能となるようにピニオンギヤ33を保持する可動部36と、を更に備えていてもよい。また、ピニオンギヤ33は、動力伝達部31aに面して回転トルクを伝達する動力伝達部33aを外周に有し、可動部36は、動力伝達部31aより内側においてピニオンギヤ33を保持する軸受部36aと、動力伝達部31aより外側においてピニオンギヤ33を保持する軸受部36bとを有していてもよい。この場合、軸受部36a及び軸受部36bによってピニオンギヤ33も両持ちで保持される。このように、ピニオンギヤ32,33の両方で両持ち構造とすることができ、複数のギヤを協調させて高トルク化を図りつつ、剛性の高さ維持することができる。
【0055】
ギヤ31において動力伝達部31aより内側の部分には、軸受部35a,36aと重なる範囲で軸受部35a側(軸受部36a側)に開口した中空部Hが形成されていてもよい。中空部Hにより、減速機3全体の軽量化を図ることができる。また、軸受部35a,36aと重なる範囲で軸受部35a側に開口した中空部Hが形成されているので、軸受部35a,36aを配置する位置の自由度を高めることができ、減速機3の外形を扁平に形成し得る。従って、コンパクト化を図ることができる。
【0056】
中空部Hは、軸線Ax1に沿う方向にギヤ31を貫通していてもよい。軸線Ax1に沿う方向に貫通するように中空部Hを形成することにより、更に軽量化を図ることができる。また、中空部Hが貫通しているので、中空部Hを配線等にも利用することができ、よりコンパクト化を図ることができる。
【0057】
可動部34は、動力伝達部31aの内周より外側からギヤ31を囲むように保持する軸受部34aを有していてもよい。軸受部34aを外側に配置することにより、内側に中空部Hの配置スペースを確保し易くなる。また、ギヤ31へのあおりの力に対する可動部34の剛性が高くなる。従って、コンパクト化及び剛性向上の両立をより確実に図ることができる。
【0058】
軸受部34aは、ギヤ31におけるピニオンギヤ32との噛み合いピッチ円より外側に位置していてもよい。この場合、剛性をより確実に高めることができる。
【0059】
ギヤ31及びピニオンギヤ32を収容するケース50を更に備え、ケース50は、軸受部34aを保持する保持部61aと、軸受部35a,36aを保持する保持部62a,63aと、軸受部35b,36bを保持する保持部62b,63bと、を含む単一部品を有していてもよい。ギヤ31を保持する軸受部34a、ピニオンギヤ32を保持する軸受部35a,35b、及びピニオンギヤ33を保持する軸受部36a,36bを、単一部品によって保持する構成とすることで、ギヤ31及びピニオンギヤ32,33の相対的な位置精度を向上させることができる。
【0060】
ケース50は、軸線Ax2に交差する方向に膨出して、内側に保持部62aを構成する膨出部62と、軸線Ax2に沿って膨出部62から保持部62bの逆に延びたリブ60と、を有していてもよい。リブ60によって保持部62aが補強され、更に剛性を高めることができる。
【0061】
また、本実施形態に係るアクチュエータ1は、ギヤ31の回転角に関する情報を検出するエンコーダ4を更に備え、エンコーダ4の少なくとも一部は中空部H内に配置されていてもよい。中空部Hにエンコーダ4の少なくとも一部を配置することにより、コンパクト化を図ることができる。
【0062】
以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、アクチュエータは、多関節ロボット又は人体補助用途の装着型ロボットの他、駆動を必要とするあらゆる用途に適用可能である。また、アクチュエータは、ツインモータ式でなくてもよく、1つのモータを備えていてもよく、3つ以上のモータを備えていてもよい。すなわち、減速機はダブルピニオン式でなくてもよく、一つのピニオンからギヤ31に動力を伝達するものであってもよいし、三つ以上のピニオンから、ギヤ31に動力を伝達するものであってもよい。
【0063】
また、上記実施形態においては、ハイポイドギヤである減速機3を例示したが、減速機は、ハイポイドギヤに限定されない。減速機は、例えば、ベベルギヤ又はクラウンギヤ等のかさ歯車であってもよく、入出力軸が互いに交差する位置に配置されていれば、各種の歯車対を組み合わせたものであってもよい。
【0064】
図6は、アクチュエータの変形例を示す模式図である。図6に示されるアクチュエータ101は、2つのモータ102A,102Bと、減速機103と、エンコーダ104とを備える。減速機103は、リング状のベベルギヤであるギヤ131(第一ギヤ)と、これに対応するピニオンギヤ132,133(第二ギヤ)と、ピニオンギヤ132,133のそれぞれを軸線Ax102まわりに回転可能に保持する可動部135,136(第二可動部)とを有している。
【0065】
ギヤ131は、軸線Ax102に交差(例えば、直交)する軸線Ax101(第一軸線)を囲む環状の動力伝達部131a(第一動力伝達部)を軸線Ax101に沿った方向の一方側に有している。ピニオンギヤ132,133は、それぞれ、動力伝達部131aに面して回転トルクを伝達する動力伝達部132a,133a(第二動力伝達部)を外周に有している。可動部135は、動力伝達部131aより内側においてピニオンギヤ132を保持する軸受部135a(第一軸受部)と、動力伝達部131aより外側においてピニオンギヤ132を保持する軸受部135b(第二軸受部)とを有している。可動部136は、動力伝達部131aより内側においてピニオンギヤ133を保持する軸受部136a(第一軸受部)と、動力伝達部131aより外側においてピニオンギヤ133を保持する軸受部136b(第二軸受部)とを有している。
【0066】
また、ピニオンギヤ132は、動力伝達部132aが形成されたギヤ本体132bと、軸線Ax102(第二軸線)に沿って、ギヤ本体132bから一方側(Y軸負側)に突出する第一シャフト132cと、軸線Ax102に沿って、ギヤ本体132bから他方側(Y軸正側)に突出する第二シャフト132dとを有している。ピニオンギヤ133は、動力伝達部133aが形成されたギヤ本体133bと、軸線Ax102に沿って、ギヤ本体133bから一方側(Y軸正側)に突出する第一シャフト133cと、軸線Ax102に沿って、ギヤ本体133bから他方側(Y軸正側)に突出する第二シャフト133dとを有している。
【0067】
図6に示されるように、べベルギヤを用いたアクチュエータにおいては、ピニオンギヤ132,133同士が同軸上に並んでいる。このため、減速機3と同様に、ピニオンギヤ132,133をそれぞれモータ102A,102Bと直接接続しようとすると、第二シャフト132dに接続されるモータ102Aと、第一シャフト133cに接続されるモータ102Bとが互いに干渉してしまう。そこで、モータ102A,102Bは、それぞれのシャフト122が軸線Ax102からずれた位置を通るように配置されている。
【0068】
また、モータ102A,102Bとピニオンギヤ132,133とをそれぞれ接続するために、減速機103は、平歯車であるギヤ162,163,172,173と、可動部165,166とを更に有している。ギヤ162,163は、モータ102A,102Bにそれぞれ接続されている。ギヤ172は、ピニオンギヤ132の第二シャフト132dに設けられており、ギヤ162と噛み合っている。これにより、モータ102Aのシャフト122の回転トルクは、ギヤ162,172を介してピニオンギヤ132に伝達される。ギヤ173は、ピニオンギヤ133の第一シャフト133cに設けられており、ギヤ163と噛み合っている。これにより、モータ102Bのシャフト122の回転トルクは、ギヤ163,173を介してピニオンギヤ133に伝達される。
【0069】
このように、モータのシャフトは、必ずしもピニオンギヤに直結されていなくてよく、ギヤ等の伝達機構を介してピニオンに接続されていてもよい。
【0070】
また、上記実施形態及び変形例においては、エンコーダを備えたアクチュエータを例示したが、アクチュエータは、エンコーダに代えて、エンコーダ以外のセンサであって第一ギヤの回転角に関する情報を検出するセンサを備えていてもよい。また、アクチュエータは、センサを備えていなくてもよい。開口部61dにセンサが配置されない場合、開口部61d及び中空部Hの連通路を配線経路として利用することも可能である。
【0071】
また、上記実施形態及び変形例においては、第一ギヤを貫通する中空部を例示したが、中空部は、貫通していなくてもよく、例えば、凹形状であってもよい。中空部は、第一ギヤが第一軸線まわりに回転し、第二ギヤが第二軸線まわりに回転したときに、第一ギヤが少なくとも第一軸受部と干渉しない形状であればよい。また、中空部が形成されていなくてもよく、第一軸線に沿った方向の全ての位置において第一ギヤが中実であってもよい。
【符号の説明】
【0072】
1…アクチュエータ、2,2A,2B…モータ、3…減速機、4…エンコーダ(センサ)、31…ギヤ(第一ギヤ)、31a…動力伝達部(第一動力伝達部)、32,33…ピニオンギヤ(第二ギヤ)、32a,33a…動力伝達部(第二動力伝達部)、34…可動部(第一可動部)、34a…軸受部(第三軸受部)、35,36…可動部(第二可動部)、35a,36a…軸受部(第一軸受部)、35b,36b…軸受部(第二軸受部)、50…ケース、60…リブ、61a…保持部(第三保持部)、62a,63a…保持部(第一保持部)、62b,63b…保持部(第二保持部)、62…膨出部、101…アクチュエータ、102A,102B…モータ、103…減速機、104…エンコーダ(センサ)、131…ギヤ(第一ギヤ)、131a…動力伝達部(第一動力伝達部)、132,133…ピニオンギヤ(第二ギヤ)、135,136…可動部(第二可動部)、135a,136a…軸受部(第一軸受部)、135b,136b…軸受部(第二軸受部)、Ax1,Ax101…軸線(第一軸線)、Ax2,Ax3,Ax102…軸線(第二軸線)、H…中空部。
図1
図2
図3
図4
図5
図6