特許 7145492 減速機

(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】

(24)【登録日】2022-09-22

(45)【発行日】2022-10-03

(54)【発明の名称】減速機

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/32 20060101AFI20220926BHJP

【ＦＩ】

F16H1/32 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018171264

(22)【出願日】2018-09-13

(65)【公開番号】P2020041653

(43)【公開日】2020-03-19

【審査請求日】2021-05-07

(73)【特許権者】

【識別番号】391002487

【氏名又は名称】学校法人大同学園

(74)【代理人】

【識別番号】100124419

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 敬也

(74)【代理人】

【識別番号】100162293

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷 久生

(74)【代理人】

【識別番号】100126170

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 義之

(72)【発明者】

【氏名】宮下 慎之介

(72)【発明者】

【氏名】林 秀行

(72)【発明者】

【氏名】小里 泰章

【審査官】鷲巣 直哉

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１３５５５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１８７０５５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

減速機であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に収容され、前記減速機の回転軸を中心に回転する動力が入力される入力歯車、前記ハウジングに対して固定された固定歯車、および、前記入力歯車と前記固定歯車との双方に噛み合う揺駆動歯車を入れ子状態に配置した歯車機構である前段部と、
前記ハウジング内に収容され、前記揺駆動歯車に固定的に取り付けられた従揺動歯車、および、前記従揺動歯車と噛み合って前記回転軸を中心に回転する減速された動力を出力する出力歯車を入れ子状態に配置した歯車機構である後段部と、
を備え、
前記入力歯車には、前記回転軸を軸とする第１の外歯車が形成され、
前記揺駆動歯車には、前記第１の外歯車と噛み合う第１の内歯車と、第２の外歯車とが同軸に形成され、
前記固定歯車には、前記第２の外歯車と噛み合い、前記回転軸を軸とする第２の内歯車が形成され、
前記従揺動歯車には、前記第１の内歯車および前記第２の外歯車と同軸の第３の外歯車が形成され、
前記出力歯車には、前記第３の外歯車と噛み合い、前記回転軸を軸とする第３の内歯車が形成されており、
前記第１ないし第３の外歯車および前記第１ないし第３の内歯車のモジュールは、全て同一に設定されており、互いに噛み合う内歯車と外歯車との歯数差は、全て同一に設定されている、
減速機。

【請求項2】

前記同一に設定された歯数差は、奇数に設定されている、請求項１記載の減速機。

【請求項3】

前記同一に設定された歯数差は、１に設定されている、請求項２記載の減速機。

【請求項4】

前記入力歯車、前記揺駆動歯車、前記固定歯車、前記従揺動歯車および前記出力歯車の歯形は、サイクロイド歯形である、請求項１ないし３のいずれか記載の減速機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、回転動力を減速して伝達する減速機に関し、特に、薄型化が可能な減速機に関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットの関節を駆動する関節駆動装置においては、動力発生装置としてモーターが使用されるが、一般的に、モーターの回転速度は、関節の駆動に適した回転速度に対し、必要以上に速くなっている場合がある。そのため、関節駆動装置等においては、通常、回転動力を減速して伝達する減速機が用いられる。しかしながら、減速機が大型化すると関節駆動装置等も大型化するため、ロボット等に使用される減速機には、薄型化が要求される。このように薄型化が可能な減速機としては、従来、遊星歯車減速機が使用されてきたが、遊星歯車減速機では、減速比を十分に高くすることは困難であった。

【0003】

そこで、薄型化が可能であり、減速比を十分に高くすることが可能な減速機が種々開発されてきた。例えば、特許文献１には、円柱状の外ピンを歯形として用いた内歯車、および、外周がエピトロコイド平行曲線に形成された遊星歯車として機能する曲線板から構成され、曲線板を偏心揺動させて減速を行う内接式遊星歯車機構と、円柱状の内ピンを曲線板に形成された円形の内ピン穴に挿入して、曲線板の減速された自転のみを取り出す等速度内歯車機構との２つの機構を組み合わせた、サイクロイド減速機が記載されている。このようなサイクロイド減速機は、内歯車と遊星歯車の歯数の差を小さくすることが可能となるため、減速比を高くすることが可能となる。

【0004】

しかしながら、サイクロイド減速機では、内接式遊星歯車機構において回転運動を曲線板の偏心揺動に変換するとともに、等速度内歯車機構において曲線板の自転のみを取り出す必要がある。そのため、サイクロイド減速機には、回転運動の中心軸に対して偏心した円柱形状部を有する偏心体や、内ピンを突出させた状態で固定したキャリア等を設けることが必要となる。このように、サイクロイド減速機は、減速機としての動作を実現するための構造が複雑となるので、構造の簡略化を図ることが困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－２０１９９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

このように、薄型化が可能な減速機において、減速比を高くするとともに、減速機自体の構造を簡略化することは困難であった。なお、この問題は、ロボット等に使用される減速機に限らず、種々の分野で使用される減速機一般に共通する。

【0007】

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、薄型化が可能な減速機において、減速比を高くするとともに、減速機自体の構造の簡略化を可能とする技術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】

【0008】

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態としての減速機は、ハウジングと、前記ハウジング内に収容され、前記減速機の回転軸を中心に回転する動力が入力される入力歯車、前記ハウジングに対して固定された固定歯車、および、前記入力歯車と前記固定歯車との双方に噛み合う揺駆動歯車を入れ子状態に配置した歯車機構である前段部と、前記ハウジング内に収容され、前記揺駆動歯車に固定的に取り付けられた従揺動歯車、および、前記従揺動歯車と噛み合って前記回転軸を中心に回転する減速された動力を出力する出力歯車を入れ子状態に配置した歯車機構である後段部と、を備え、前記入力歯車には、前記回転軸を軸とする第１の外歯車が形成され、前記揺駆動歯車には、前記第１の外歯車と噛み合う第１の内歯車と、第２の外歯車とが同軸に形成され、前記固定歯車には、前記第２の外歯車と噛み合い、前記回転軸を軸とする第２の内歯車が形成され、前記従揺動歯車には、前記第１の内歯車および前記第２の外歯車と同軸の第３の外歯車が形成され、前記出力歯車には、前記第３の外歯車と噛み合い、前記回転軸を軸とする第３の内歯車が形成されており、前記第１ないし第３の外歯車および前記第１ないし第３の内歯車のモジュールは、全て同一に設定されており、互いに噛み合う内歯車と外歯車との歯数差は、全て同一に設定されていることを特徴とする。
この形態によれば、歯車の構成を適宜設定することにより、減速機の減速比を十分に高くすることができる。また、この形態によれば、減速機能を実現する前段部と後段部とを回転軸に沿って配列することができる。そして、前段部が有する入力歯車、揺駆動歯車および固定歯車と、後段部が有する従揺動歯車および出力歯車は、いずれもその厚みを十分に薄くすることができるので、減速機を十分に薄くすることができる。さらに、この適用例によれば、減速機としての動作は、入力歯車、揺駆動歯車、固定歯車、従駆動歯車および出力歯車によって実現される。これらの歯車は、一般的な外歯車や内歯車を有する歯車として構成することができるので、減速機自体の構造を簡略化することが可能となる。
加えて、この形態によれば、外歯車および内歯車の全てについてモジュールが同一に設定されているため、減速機を構成する入力歯車、揺駆動歯車、固定歯車、従揺動歯車および出力歯車をより容易に設計することができる。

【0009】

［適用例１］
減速機であって、ハウジングと、前記ハウジング内に収容され、前記減速機の回転軸を中心に回転する動力が入力される入力歯車、前記ハウジングに対して固定された固定歯車、および、前記入力歯車と前記固定歯車との双方に噛み合う揺駆動歯車を入れ子状態に配置した歯車機構である前段部と、前記ハウジング内に収容され、前記揺駆動歯車に固定的に取り付けられた従揺動歯車、および、前記従揺動歯車と噛み合って前記回転軸を中心に回転する減速された動力を出力する出力歯車を入れ子状態に配置した歯車機構である後段部と、を備え、前記前段部は、動力を入力して前記入力歯車を前記回転軸を中心に回転させた際に、前記揺駆動歯車が、前記揺駆動歯車の軸が前記回転軸を中心とする揺動円を描いて回転揺動するように構成されており、前記後段部は、前記従揺動歯車が、前記揺駆動歯車と同軸の前記従揺動歯車の軸が前記揺動円を描くように回転揺動した際に、前記出力歯車が前記回転軸を中心に回転するように構成されている、減速機。

【0010】

この適用例によれば、歯車の構成を適宜設定することにより、減速機の減速比を十分に高くすることができる。また、この適用例によれば、減速機能を実現する前段部と後段部とを回転軸に沿って配列することができる。そして、前段部が有する入力歯車、揺駆動歯車および固定歯車と、後段部が有する従揺動歯車および出力歯車は、いずれもその厚みを十分に薄くすることができるので、減速機を十分に薄くすることができる。さらに、この適用例によれば、減速機としての動作は、入力歯車、揺駆動歯車、固定歯車、従駆動歯車および出力歯車によって実現される。これらの歯車は、一般的な外歯車や内歯車を有する歯車として構成することができるので、減速機自体の構造を簡略化することが可能となる。

【0011】

［適用例２］
適用例１記載の減速機であって、前記入力歯車には、前記回転軸を軸とする第１の外歯車が形成され、前記揺駆動歯車には、前記第１の外歯車と噛み合う第１の内歯車と、第２の外歯車とが同軸に形成され、前記固定歯車には、前記第２の外歯車と噛み合い、前記回転軸を軸とする第２の内歯車が形成され、前記従揺動歯車には、前記第１の内歯車および前記第２の外歯車と同軸の第３の外歯車が形成され、前記出力歯車には、前記第３の外歯車と噛み合い、前記回転軸を軸とする第３の内歯車が形成されており、前記第１ないし第３の外歯車および前記第１ないし第３の内歯車のモジュールは、全て同一に設定されており、互いに噛み合う内歯車と外歯車との歯数差は、全て同一に設定されている、減速機。

【0012】

この適用例によれば、外歯車および内歯車の全てについてモジュールが同一に設定されているため、減速機を構成する入力歯車、揺駆動歯車、固定歯車、従揺動歯車および出力歯車をより容易に設計することができる。

【0013】

［適用例３］
前記同一に設定された歯数差は、奇数に設定されている、適用例２記載の減速機。

【0014】

この適用例によれば、入力歯車の回転を開始させた際に、各歯車の回転状態によって出力歯車が逆方向に回転する逆転現象の発生を抑制することができる。

【0015】

［適用例４］
前記同一に設定された歯数差は、１に設定されている、適用例３記載の減速機。

【0016】

この適用例によれば、減速機の減速比をより高くすることができる。

【0017】

［適用例５］
前記入力歯車、前記揺駆動歯車、前記固定歯車、前記従揺動歯車および前記出力歯車の歯形は、サイクロイド歯形である、適用例１ないし４のいずれか記載の減速機。

【0018】

この適用例によれば、減速機のバックラッシュを低減するとともに、歯数差をより少なくして減速比を大きくすることがより容易となる。

【0019】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、減速機、その減速機を用いた駆動機構、その減速機とモーター等の動力発生装置とを組み合わせた駆動装置等の態様で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態としての減速機の構成を示す分解斜視図。

【図2】前段部の動作を示す説明図。

【図3】前段部の動作を示す説明図。

【図4】後段部の動作を示す説明図。

【図5】後段部の動作を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明を実施するための形態を以下の順序で説明する。
Ａ．実施形態：
Ａ１．減速機の構成：
Ａ２．減速機の動作：
Ｂ．変形例：

【0022】

Ａ．実施形態：
Ａ１．減速機の構成：
図１は、本発明の一実施形態としての減速機１００の構成を示す分解斜視図である。この減速機１００は、減速機１００に入力され、減速機１００の中心軸Ｃを中心として回転する動力を減速して、中心軸Ｃを中心として回転する動力（以下、「回転動力」あるいは単に「動力」とも呼ぶ）を出力する。このように、中心軸Ｃは、減速機１００に入力され、また、減速機１００から出力される動力の回転の中心となる。そのため、中心軸Ｃは、「回転軸」とも呼ぶことができる。なお、本実施形態の減速機１００において、回転動力は、中心軸Ｃに沿って、図１の紙面の右側から入力され、左側から出力される。そのため、図１において中心軸Ｃに沿って紙面の右側方向を「入力側」とも呼び、紙面の左側方向を「出力側」とも呼ぶ。

【0023】

図１に示すように、本実施形態の減速機１００は、互いに噛み合う歯車の組合せ（歯車機構）である前段部１０１および後段部１０２と、入力シャフト１０５と、ハウジング１６０とを備えている。前段部１０１は、厚みが略同一の３つの板状の歯車１１０，１２０，１３０を入れ子状態に配置することにより構成され、後段部１０２は、厚みが略同一の２つの板状の歯車１４０，１５０を入れ子状態に配置することにより構成されている。なお、以下では、これらの５つの歯車１１０～１５０を、後述するそれぞれの動作や機能に対応して、入力歯車１１０、揺駆動歯車１２０、固定歯車１３０、従揺動歯車１４０および出力歯車１５０とも呼ぶ。

【0024】

ハウジング１６０は、円筒状の筒状部１６１と、円盤状の板状部１６２と、筒状部１６１の外周に設けられた６つの耳部１６５とを有している。板状部１６２は、筒状部１６１の入力側端の内側に固定的に取り付けられている。この板状部１６２には、入力シャフト１０５を通すためのシャフト穴１６９が設けられている。また、筒状部１６１と耳部１６５との境界部分には、外部に対して減速機１００を固定するための貫通孔１６８が形成されている。

【0025】

外部に対して固定されたハウジング１６０は、減速機１００各部の動作の基準となる。そのため、以下では、特に言及しない限り、回転等の各部の動作は、ハウジング１６０を基準として説明する。また、各部の回転状態については、特に言及しない限り、中心軸Ｃについての回転として説明する。

【0026】

前段部１０１を構成する入力歯車１１０、揺駆動歯車１２０および固定歯車１３０は、板状部１６２の出力側に隣接するように筒状部１６１の内側に収容される。また、後段部１０２を構成する従揺動歯車１４０および出力歯車１５０は、前段部１０１の出力側に隣接するように筒状部１６１の内側に収容される。

【0027】

このように、本実施形態の減速機１００では、その主要な構成要素である前段部１０１と後段部１０２とが隣接した状態で中心軸Ｃに沿って配列される。また、前段部１０１および後段部１０２を構成する５つの歯車１１０～１５０は、いずれもその厚みを十分に薄くすることができる。そのため、本実施形態によれば、減速機１００をより薄型化することが可能となる。

【0028】

なお、図１に示すように、板状部１６２に設けられたシャフト穴１６９の内径は、入力シャフト１０５の外径よりも大きく、かつ、入力歯車１１０の歯先円直径よりも小さく設定されている。そのため、前段部１０１の入力歯車１１０および揺駆動歯車１２０は、板状部１６２により入力側方向への移動が規制されている。また、後段部１０２の従揺動歯車１４０および出力歯車１５０は、前段部１０１の揺駆動歯車１２０および固定歯車１３０により入力側方向への移動が規制されている。

【0029】

また、前段部１０１の入力歯車１１０および揺駆動歯車１２０と、後段部１０２の従揺動歯車１４０および出力歯車１５０との出力側方向への移動の規制は、ハウジング１６０の出力側端に当該移動を規制する部材（図示しない）を配置し、あるいは、当該移動を規制するように出力歯車１５０から回転動力を出力する出力手段（図示しない）を適宜構成することにより行うことができる。

【0030】

入力シャフト１０５は、中心軸Ｃを軸とする円柱状の部材であり、板状部１６２のシャフト穴１６９を通して入力側に突出した状態で入力歯車１１０に固定的に取り付けられる。この入力シャフト１０５の入力側に突出した部分から回転動力を入力することにより、入力シャフト１０５および入力歯車１１０は、中心軸Ｃを中心に回転する。

【0031】

入力シャフト１０５の入力歯車１１０への取付は、例えば、入力シャフト１０５の出力側の端面に雌ねじが形成されたねじ孔を設けるとともに、入力歯車１１０にねじ孔と対応する貫通孔を設け、入力歯車１１０の貫通孔を通した雄ねじと、入力シャフト１０５の雌ねじとを締め付けることにより行うことができる。また、入力シャフト１０５と略同径のシャフト嵌入穴を入力歯車１１０に設け、シャフト嵌入穴に入力シャフト１０５を嵌め込むことにより、入力シャフト１０５を入力歯車１１０に取り付けることも可能である。

【0032】

図１に示すように、入力歯車１１０には、中心軸Ｃと同軸で歯数が６の外歯車１１１が形成されている。本実施形態において、この外歯車１１１の歯形は、減速機１００のバックラッシュを低減するとともに、外歯車１１１と噛み合う内歯車１２９との歯数の差（歯数差）をより少なくすることがより容易となるように、サイクロイド歯形としている。同様に、本実施形態においては、後述する他の外歯車１２１，１４１および内歯車１２９，１３９，１５９についても、その歯形としてサイクロイド歯形を採用している。

【0033】

しかしながら、外歯車１１１，１２１，１４１および内歯車１２９，１３９，１５９の歯形（歯車１１０～１５０の歯形）としては、必ずしもサイクロイド歯形を採用する必要はなく、トロコイド歯形やインボリュート歯形とすることも可能である。この場合、互いに噛み合う外歯車と内歯車との歯形が同種の歯形であれば、複数種類の歯形を採用することも可能である。但し、バックラッシュの低減がより容易となる点と、互いに噛み合う外歯車と内歯車との歯数差を少なくすることがより容易となる点とで、外歯車および内歯車の歯形としては、サイクロイド歯形を採用するのが好ましい。

【0034】

また、本実施形態においては、外歯車１１１，１２１，１４１および内歯車１２９，１３９，１５９について、その形状を規定するパラメータの一つであるモジュール（ピッチ円の直径を歯数で除した値）を全て同一に設定している。このように、外歯車１１１，１２１，１４１および内歯車１２９，１３９，１５９のモジュールを同一に設定することにより、外歯車１１１，１２１，１４１および内歯車１２９，１３９，１５９（歯車１１０～１５０）をより容易に設計することができる。

【0035】

固定歯車１３０には、中心軸Ｃと同軸で歯数が１８の内歯車１３９が形成されている。この固定歯車１３０は、筒状部１６１の内側に固定的に取り付けられている。このような固定歯車１３０の筒状部１６１（ハウジング１６０）への取付は、例えば、固定歯車１３０を筒状部１６１内に嵌め込み、あるいは、溶接等により固定歯車１３０をハウジング１６０に固着させることにより行うことができる。

【0036】

なお、本実施形態では、固定歯車１３０とハウジング１６０とを別部材として構成しているが、ハウジングを削り出し等の方法で作成し、ハウジング自体に固定歯車を設けるものとしても良い。また、筒状部および耳部に相当する外縁部と板状部とを有する板状の部材と、外縁部と固定歯車とを有する板状の部材と、外縁部のみからなる板状の部材とを中心軸Ｃ方向に重ね合わせてハウジングを形成することも可能である。このようにすれば、ハウジングおよびハウジングに固定された固定歯車をより容易に製造することができる。

【0037】

図１に示すように、揺駆動歯車１２０には、歯数が７の内歯車１２９と、歯数が１７の外歯車１２１とが同軸に形成されている。上述のように、入力歯車１１０、揺駆動歯車１２０および固定歯車１３０は、入れ子状態に配置されている。そのため、揺駆動歯車１２０は、入力歯車１１０と固定歯車１３０との間に配置される。

【0038】

本実施形態では、入力歯車１１０の外歯車１１１と揺駆動歯車１２０の内歯車１２９との歯数差、および、揺駆動歯車１２０の外歯車１２１と固定歯車１３０の内歯車１３９との歯数差を、いずれも１に設定している。そのため、後述するように、揺駆動歯車１２０は、入力歯車１１０と固定歯車１３０との双方に噛み合った状態となり、入力歯車１１０の回転に伴って回転揺動する。

【0039】

従揺動歯車１４０は、揺駆動歯車１２０と同軸となるように、揺駆動歯車１２０の出力側に固定的に取り付けられている。従揺動歯車１４０の揺駆動歯車１２０への取付は、例えば、揺駆動歯車１２０に雌ねじが形成されたねじ孔を設けるとともに、従揺動歯車１４０にねじ孔と対応する貫通孔を設け、従揺動歯車１４０の貫通孔を通した雄ねじと、揺駆動歯車１２０の雌ねじとを締め付けることにより行うことができる。また、溶接等により、揺駆動歯車１２０と従駆動歯車１４０とを固着させるものとしても良い。このように、従揺動歯車１４０を揺駆動歯車１２０に固定的に取り付けることにより、従揺動歯車１４０は、揺駆動歯車１２０の回転揺動に伴って回転揺動する。

【0040】

図１に示すように、従揺動歯車１４０には、歯数が１６の外歯車１４１と、中心穴１４９とが同軸に形成されている。本実施形態では、このように従揺動歯車１４０に中心穴１４９を設けることにより、従揺動歯車１４０と入力歯車１１０との接触を抑制している。また、従揺動歯車１４０に中心穴１４９を設ければ、上述のように入力シャフト１０５を入力歯車１１０にねじ止めする場合に、ねじ止め用のねじと従揺動歯車１４０との干渉を抑制することができる。

【0041】

なお、従揺動歯車１４０に設けられた中心穴１４９の形成を省略することも可能である。この場合、従揺動歯車により入力歯車の出力側方向への移動が規制されるので、当該移動の規制手段を別途設ける必要がなくなる。そのため、減速機の構成をより簡単にすることができる。

【0042】

出力歯車１５０は、外径が筒状部１６１の内径よりもやや小さく形成されており、ハウジング１６０に対して回転自在となるように、筒状部１６１の内側に収容される。この出力歯車１５０には、中心軸Ｃと同軸で歯数が１７の内歯車１５９が形成されている。

【0043】

このように、後段部１０２では、従揺動歯車１４０の外歯車１４１と出力歯車１５０の内歯車１５９との歯数差が、前段部１０１において互いに噛み合う外歯車と内歯車との歯数差と同一の１に設定されている。そのため、後述するように、従揺動歯車１４０と出力歯車１５０とが互いに噛み合った状態で、従揺動歯車１４０が揺駆動歯車１２０の回転揺動に伴って回転揺動し、その回転揺動により出力歯車１５０が回転する。

【0044】

出力歯車１５０に伝達された回転動力は、種々の方法で出力させることができる。例えば、板状の部材を出力歯車１５０の出力側に固定的に取り付けるとともに、当該部材の出力側に中心軸Ｃを軸とする円柱状の出力シャフトを固定的に取り付け、出力シャフトから回転動力を出力させることができる。また、歯車が形成された環状の部材を出力歯車１５０の出力側に取り付け、当該部材の歯車から回転動力を出力させることも可能である。

【0045】

Ａ２．減速機の動作：
図２および図３は、本実施形態の減速機１００（図１）における前段部１０１の動作を示す説明図である。図２（ａ）、図２（ｂ）、図３（ａ）および図３（ｂ）は、この順に、入力シャフト１０５に回転動力を入力して、入力歯車１１０を回転させた際の時間的な変化を示している。なお、図２および図３では、前段部１０１を構成する入力歯車１１０、揺駆動歯車１２０および固定歯車１３０を出力側から見た様子を示している。

【0046】

図２および図３において、「＋」状のマーカは減速機１００（図１）の中心軸Ｃを表し、「×」状のマーカは揺駆動歯車１２０の軸を表している。二点鎖線は、入力歯車１１０、揺駆動歯車１２０および固定歯車１３０に形成された外歯車１１１，１２１と内歯車１２９，１３９とのそれぞれのピッチ円を表し、破線は、中心軸Ｃを中心とし、外歯車１１１，１２１および内歯車１２９，１３９のモジュールに直径が等しい円を表している。また、入力歯車１１０および揺駆動歯車１２０上に描いた黒点は、それぞれの回転状態を視覚化するために描いたものであり、入力歯車１１０および揺駆動歯車１２０上において固定された位置を示している。

【0047】

図２（ａ）は、入力歯車１１０を回転させていない初期状態を示している。なお、以下の説明において、入力歯車１１０等の回転角は、この初期状態における回転角を±０°とし、出力側から見て右回り（時計回り）、すなわち、出力側を示す記号（丸の中心に点を付した記号）の周囲に描いた矢印の方向を正の値とする。

【0048】

上述のように、本実施形態では、入力歯車１１０の外歯車１１１と揺駆動歯車１２０の内歯車１２９との歯数差、および、揺駆動歯車１２０の外歯車１２１と固定歯車１３０の内歯車１３９との歯数差を、いずれも１に設定している。そのため、図２（ａ）に示す初期状態において、揺駆動歯車１２０は、中心軸Ｃからモジュールの１／２だけ紙面下方（以下、単に「下方」等と呼び、上方、右方、左方についても同様に呼ぶ）に偏心している。そして、入力歯車１１０の外歯車１１１と揺駆動歯車１２０の内歯車１２９とは、偏心方向と反対の方向である上方で噛み合い、揺駆動歯車１２０の外歯車１２１と固定歯車１３０の内歯車１３９とは、偏心方向である下方で噛み合っている。

【0049】

このように、揺駆動歯車１２０が入力歯車１１０と噛み合った状態で入力歯車１１０を回転させると、揺駆動歯車１２０が揺駆動歯車１２０自体の軸を中心に回転（自転）する。このとき、揺駆動歯車１２０に噛み合う固定歯車１３０が回転しないため、揺駆動歯車１２０の自転に伴い、揺駆動歯車１２０の軸が中心軸Ｃの回りを回転（公転）する。

【0050】

図２（ｂ）は、初期状態（図２（ａ））から白抜きの矢印で示すように正方向に入力歯車１１０を回転させ、入力歯車１１０の回転角が＋２０°となった第１の回転状態（回転状態１）を示している。このとき、揺駆動歯車１２０の軸は、中心軸Ｃを中心に－８５°回転している。また、揺駆動歯車１２０は、その軸を中心に＋５°回転している。この揺駆動歯車１２０の回転状態は、揺駆動歯車１２０を－８５°の回転角で公転させるとともに、＋９０°の回転角で自転させた状態に相当する。

【0051】

図３（ａ）は、第１の回転状態（図２（ｂ））からさらに入力歯車１１０を回転させ、入力歯車１１０の回転角が＋４０°となった第２の回転状態（回転状態２）を示している。このとき、揺駆動歯車１２０の軸は、図２（ａ）に示す初期状態から、中心軸Ｃを中心に－１７０°回転し、揺駆動歯車１２０は、その軸を中心に＋１０°回転している。従って、揺駆動歯車１２０は、－１７０°の回転角で公転するとともに、＋１８０°の回転角で自転した状態となっている。

【0052】

図３（ｂ）は、第２の回転状態（図３（ａ））からさらに入力歯車１１０を回転させ、入力歯車１１０の回転角が＋６０°となった第３の回転状態（回転状態３）を示している。このとき、図２（ａ）に示す初期状態から、揺駆動歯車１２０の軸は、中心軸Ｃを中心に－２５５°回転し、揺駆動歯車１２０は、その軸を中心に＋１５°回転している。従って、揺駆動歯車１２０は、－２５５°の回転角で公転するとともに、＋２７０°の回転角で自転した状態となっている。

【0053】

このように、揺駆動歯車１２０は、入力歯車１１０および固定歯車１３０の双方と噛み合った状態で、入力歯車１１０の回転に応じて回転揺動する。そして、上述のように、入力歯車１１０の外歯車１１１と揺駆動歯車１２０の内歯車１２９との歯数差、および、揺駆動歯車１２０の外歯車１２１と固定歯車１３０の内歯車１３９との歯数差が、いずれも１に設定されているため、揺駆動歯車１２０は、図２および図３に示すように、その軸が中心軸Ｃを中心とし直径がモジュールに等しい円（揺動円）を描くように回転揺動する。

【0054】

また、図２および図３に示すように、本実施形態の前段部１０１においては、入力歯車１１０の回転に伴う揺駆動歯車１２０の自転方向と公転方向とが反対方向となっている。このように、揺駆動歯車１２０では自転方向と公転方向とが反対方向となっているため、ハウジング１６０（図１）を基準とする静止系から見ると、揺駆動歯車１２０のその軸を中心とする回転角は、入力歯車１１０の回転角よりも小さくなる。

【0055】

図４および図５は、本実施形態の減速機１００（図１）の後段部１０２の動作を示す説明図である。図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）および図５（ｂ）は、この順に、入力シャフト１０５に回転動力を入力して、入力歯車１１０を回転させた際の時間的な変化を示している。なお、図４および図５では、後段部１０２を構成する従揺動歯車１４０および出力歯車１５０と、入力歯車１１０とを出力側から見た様子を示している。図４および図５において描いた、記号、矢印、マーカ、二点鎖線、破線および黒点は、図２および図３と同様であるので、ここではその説明を省略する。

【0056】

図４（ａ）は、入力歯車１１０の回転角が±０°の初期状態を示している。上述のように、従揺動歯車１４０は、揺駆動歯車１２０と同軸となるように、揺駆動歯車１２０の出力側に固定的に取り付けられている。そのため、従揺動歯車１４０は、初期状態において、揺駆動歯車１２０と同様に、中心軸Ｃからモジュールの１／２だけ下方に偏心している。そして、従揺動歯車１４０の外歯車１４１と、出力歯車１５０の内歯車１５９との歯数差が１に設定されているため、初期状態において、従揺動歯車１４０の外歯車１４１と出力歯車１５０の内歯車１５９とは、偏心方向である下方において噛み合っている。

【0057】

図４（ｂ）は、初期状態（図４（ａ））から正方向に入力歯車１１０を回転させ、入力歯車１１０の回転角が＋２０°となった第１の回転状態（回転状態１）を示している。このとき、従揺動歯車１４０は、揺駆動歯車１２０と同様に、－８５°の回転角で公転するとともに、９０°の回転角で自転した状態となる。そして、従揺動歯車１４０の外歯車１４１と、出力歯車１５０の内歯車１５９とは、従揺動歯車１４０の偏心方向（すなわち、中心軸Ｃを中心に初期状態から－８５°回転した方向）において、互いに噛み合う。

【0058】

出力歯車１５０は、出力歯車１５０の内歯車１５９と、固定歯車１３０（図２（ｂ））の内歯車１３９との間で歯数差（本実施形態では１）があるため、従揺動歯車１４０の回転揺動に伴って、入力歯車１１０に対して高い減速比（本実施形態では、６８）で減速され、入力歯車１１０とは反対方向に回転する。そのため、図４（ｂ）に示すように、入力歯車１１０の回転角が＋２０°となる回転状態１では、出力歯車１５０の回転角は、約－０．２９°となる。

【0059】

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、さらに、入力歯車１１０を回転させると、従揺動歯車１４０がさらに回転揺動し、それに伴い、出力歯車１５０が回転する。入力歯車１１０の回転角が＋４０°となる回転状態２（図５（ａ））では、従揺動歯車１４０は、－１７０°の回転角で公転するとともに、＋１８０°の回転角で自転した状態となり、出力歯車１５０の回転角は、約－０．５８°となる。また、入力歯車１１０の回転角が＋６０°となる回転状態３（図５（ｂ））では、従揺動歯車１４０は、－２２５°の回転角で公転するとともに、＋２７０°の回転角で自転した状態となり、出力歯車１５０の回転角は、約－０．５８°となる。

【0060】

なお、このような減速機１００による減速比（速度伝達比の絶対値）は、通常、作表法等を用いて算出することができる。具体的には、次の表１に示すように、揺駆動歯車および従揺動歯車（揺動歯車）の公転を停止した状態で、入力歯車を１回転させた場合と、全体を糊付けした状態で、固定歯車の回転を相殺するように入力歯車を回転させた場合とについて入力歯車、揺駆動歯車、固定歯車、従揺動歯車および出力歯車のそれぞれの回転数を算出する。次いで、これらの２条件での各歯車の回転数を加算することにより、減速機における各歯車の回転数を算出する。

【0061】

【表1】

【0062】

なお、表１において、Ｚ_１，Ｚ_２１，Ｚ_２２，Ｚ_３，Ｚ_４，Ｚ_５は、それぞれ、入力歯車の外歯車の歯数、揺駆動歯車の内歯車の歯数、揺駆動歯車の外歯車の歯数、固定歯車の内歯車の歯数、従揺動歯車の外歯車の歯数、および、出力歯車の内歯車の歯数を表している。

【0063】

このようにして各歯車の回転数を算出した後、算出された入力歯車の回転数を出力歯車の回転数で除することにより、減速機全体の速度伝達比ｊが得られる。このようにして得られた速度伝達比ｊは、次の式（１）により表される。

【数1】

【0064】

そして、本実施形態の減速機１００のように、互いに噛み合う内歯車と外歯車の歯数差を１とした場合、すなわち、Ｚ_２１＝Ｚ_１＋１，Ｚ_２２＝Ｚ_３－１，Ｚ_４＝Ｚ_５－１とした場合、速度伝達比ｊは、次の式（２）により表される。

【数2】

【0065】

これらの式（１）および（２）において、本実施形態において使用した外歯車１１１，１２１，１４１および内歯車１２９，１３９，１５９のそれぞれの歯数を代入して速度伝達比ｊを算出すると、上述のように、速度伝達比ｊは－６８となる。このことから、入力された回転動力は、減速比６８で減速されるとともに、回転方向が反転されて出力されることがわかる。

【0066】

なお、上記式（１）および（２）から分かるように、歯数の関係によっては、式（１）あるいは式（２）の分母が零になり、速度伝達比ｊが算出不能となる。この状態は、従揺動歯車が、その軸が揺動円を描くように回転揺動しても出力歯車が中心軸を中心に回転しない状態となる。従って、従揺動歯車が、その軸が揺動円を描くように回転揺動した際に、出力歯車が中心軸を中心に回転する状態は、上記式（１）および（２）の分母が零とならない状態、すなわち、一般的な式（１）についてはＺ_３Ｚ_４－Ｚ_５Ｚ_２２、互いに噛み合う内歯車と外歯車の歯数差を１とした式（２）についてはＺ_５－Ｚ_３が零でないことに相当する。

【0067】

以上で説明した通り、本実施形態の減速機１００によれば、減速機１００をより薄型化しつつ、減速機１００の減速比をより高くすることができる。また、本実施形態の減速機１００では、入力歯車１１０、揺駆動歯車１２０、固定歯車１３０、従揺動歯車１４０および出力歯車１５０の計５つの歯車により減速機能を実現することができるので、薄型で減速比の高い減速機１００の構造を簡略化し、その製造をより容易にすることができる。

【0068】

さらに、本実施形態の減速機１００では、減速比を高くすることが可能な不思議遊星歯車装置のようにバックラッシュの発生や強度の低下をもたらす虞のある転位歯車を使用する必要がない。そのため、減速比の高い減速機において、バックラッシュを抑制するとともに、強度の低下を抑制することが可能となる。

【0069】

Ｂ．変形例：
本発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0070】

Ｂ１．変形例１：
上記実施形態では、板状部１６２と、前段部１０１と、後段部１０２とを順次隣接した状態で中心軸Ｃに沿って配列しているが、板状部、前段部および後段部は、必ずしも隣接している必要はない。例えば、板状部と前段部との間、および、前段部と後段部との間の少なくとも一方に、スペーサーを挟み込むことも可能である。なお、スペーサーを使用する場合、板状部と前段部との間、および、前段部と後段部との間での摩擦抵抗を低減し、減速機の動力伝達効率をより高くすることができるため、スペーサーとして潤滑性のある樹脂フィルム（例えば、ポリテトラフルオロエチレンやナイロン）で形成されたフィルムを使用するのが好ましい。

【0071】

Ｂ２．変形例２：
上記実施形態では、ハウジング１６０に板状部１６２を設け、前段部１０１の入力歯車１１０および揺駆動歯車１２０の入力側方向への移動が規制しているが、他の方法により、入力歯車および揺駆動歯車の入力側方向への移動を規制することも可能である。例えば、入力歯車に固定的に取り付けられた入力シャフトとハウジングとの間にベアリングを設け、入力歯車の中心軸に沿った（入力側方向への）移動を規制するとともに、開口部が板状部１６２よりも大きい板状の部材で揺駆動歯車の入力側方向への移動を規制することも可能である。また、入力歯車の入力側方向への移動を規制するとともに、入力歯車と揺駆動歯車との少なくとも一方にフランジを設けることにより、揺駆動歯車の入力側方向への移動を規制することもできる。

【0072】

一般的には、入力歯車、揺駆動歯車および固定歯車を有する前段部と、従揺動歯車および出力歯車を有する後段部とが、ハウジング内に収容されていれば良く、上述のように、前段部および後段部がハウジング内に収容された状態が維持されるように、前段部および後段部の中心軸に沿った移動の規制は、種々の手段により行うことができる。

【0073】

Ｂ３．変形例３：
上記実施形態では、外歯車１１１，１２１，１４１および内歯車１２９，１３９，１５９について、モジュールを全て同一に設定するとともに、互いに噛み合う外歯車と内歯車との歯数差を全て１に設定している。しかしながら、互いに噛み合う外歯車と内歯車とのモジュールが同一であれば、互いに噛み合う外歯車と内歯車との組ごとにモジュールを変更することも可能である。この場合、互いに噛み合う外歯車と内歯車とのモジュールと、当該外歯車と内歯車との歯数差との積は、全て同一に設定される。

【0074】

このように、モジュールと歯数差との積を全て同一に設定することにより、揺駆動歯車を入力歯車および固定歯車の双方に噛み合わせるとともに、従揺動歯車を出力歯車に噛み合わせることができる。従って、揺駆動歯車が入力歯車および固定歯車の双方に噛み合い、かつ、従揺動歯車と出力歯車とが噛み合う状態は、モジュールと歯数差との積を全て同一に設定した状態に相当する。

【0075】

また、以上の説明から分かるように、モジュールを全て同一に設定した場合、互いに噛み合う内歯車と外歯車の歯数差は、同一に設定されていれば、任意に変更することが可能である。この場合、歯数差は、奇数に設定するのが好ましく、１にするのがより好ましい。歯数差を奇数に設定すれば、入力歯車の回転を開始させた際に、各歯車の回転状態によって出力歯車が逆方向に回転する逆転現象の発生を抑制することができる。また、歯数差を１に設定すれば、減速比をより高くすることができる。

【0076】

Ｂ４．変形例４：
上記実施形態では、入力シャフト１０５に回転動力を入力し、出力歯車１５０から減速された回転動力を出力しているが、入力シャフト１０５を省略することもできる。入力シャフト１０５を省略する場合には、例えば、入力歯車をモーターの回転子として機能させ、入力歯車を直接電磁的に動かすことにより、入力歯車に動力を入力するものとしても良い。

【符号の説明】

【0077】

１００…減速機
１０１…前段部
１０２…後段部
１０５…入力シャフト
１１０…入力歯車
１１１…外歯車
１２０…揺駆動歯車
１２１…外歯車
１２９…内歯車
１３０…固定歯車
１３９…内歯車
１４０…従揺動歯車
１４１…外歯車
１４９…中心穴
１５０…出力歯車
１５９…内歯車
１６０…ハウジング
１６１…筒状部
１６２…板状部
１６５…耳部
１６８…貫通孔
１６９…シャフト穴
Ｃ…中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】