特許 7309180 減速装置

(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】2023-07-07

(45)【発行日】2023-07-18

(54)【発明の名称】減速装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 19/02 20060101AFI20230710BHJP

   F16H 37/12 20060101ALI20230710BHJP

【ＦＩ】

F16H19/02 D

F16H37/12 Z

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2019137674

(22)【出願日】2019-07-26

(65)【公開番号】P2021021432

(43)【公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-05-20

(73)【特許権者】

【識別番号】391003819

【氏名又は名称】株式会社ハッピージャパン

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】古瀬 世那

(72)【発明者】

【氏名】大沼 滋夫

【審査官】畔津 圭介

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０６６２２５８０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開昭６１－２６８２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５３－１５２９４１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５４－００７１４４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ １９／０２

Ｆ１６Ｈ ３７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力部からの回転動作を出力部に伝達する減速装置において、
前記入力部を形成する入力側回転軸と、
前記入力側回転軸に設けられ小径部と大径部とを有した入力側巻胴と、
前記入力側回転軸に対して平行に延設され前記出力部を形成する出力側回転軸と、
前記出力側回転軸の各端部に結合され該出力側回転軸に垂直に延びる一対のアームと、
前記一対のアームの間で前記入力側回転および前記出力側回転軸に対して平行に延び、前記一対のアームに結合され、前記出力側回転軸を中心として揺動可能に設けられた揺動軸と、
前記揺動軸に設けられた差動巻胴と、
前記入力側巻胴と前記差動巻胴との間に張り渡されたワイヤとを具備し、
前記ワイヤが、
第１の端部において前記小径部に巻き付けられ、反対側の第２の端部において前記大径部に巻き付けられ、前記第１と第２の端部の間で前記差動巻胴に巻き付けられた第１のワイヤと、
第１の端部において前記小径部に巻き付けられ、反対側の第２の端部において前記差動巻胴に巻き付けられた第２のワイヤと、
第１の端部において前記大径部に巻き付けられ、反対側の第２の端部において前記差動巻胴に巻き付けられた第３のワイヤとを具備する減速装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、入力部からの回転動作を出力部に伝達する減速装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットの関節やアクチュエータの出力軸に外力を加えることで駆動系が動作する現象をバックドライブと称し、バックドライブのしやすさを示す概念をバックドライバビリティと称する。人間協調型ロボットや、ハプティックデバイス等では、高出力、高精度といった性能のみならず、外力に対してバックドライブしやすいことが求められている。

【0003】

バックドライバビリティを左右する重要な要素の１つに、モータのような入力部から出力部へ動力を伝達する動力伝達装置または減速装置がある。従来、減速装置は、平歯車列や、遊星歯車、ウォーム歯車等が用いられている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

こうした従来技術による歯車を用いた減速装置では、噛合う歯車の間にはバックドライブ時にも滑り摩擦を生じ、その抵抗によりバックドライブが妨げられる。
従って、本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、減速比が高く、高効率でありながらバックドライバビリティの高い減速装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上述の目的を達成するために、本発明によれば、入力部からの回転動作を出力部に伝達する減速装置において、前記入力部を形成する入力側回転軸と、前記入力側回転軸に設けられ小径部と大径部とを有した入力側巻胴と、前記入力側回転軸に対して平行に延設され前記出力部を形成する出力側回転軸と、前記入力側回転および前記出力側回転軸に対して平行に延び、前記出力側回転軸を中心として揺動可能に設けられた揺動軸と、前記揺動軸に設けられた差動巻胴と、前記入力側巻胴と前記差動巻胴との間に張り渡されたワイヤとを具備する減速装置が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、減速装置は歯車を用いないので、噛合う歯車の間の滑り摩擦を生じることがなくバックドライブ時の摩擦が小さく、バックラッシュを生じることがなく、更に、潤滑が不要で静音性に優れているとの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の第１の実施形態による減速装置の斜視図である。

【図2】図１の減速装置の断面図である。

【図3】図１の状態にある減速装置の第１～第３のワイヤの位置関係を示す斜視図である。

【図4】図１の状態からモータが矢印Ａ1で示す方向に回転したときの状態を示す減速装置の斜視図である。

【図5】図４の状態にある減速装置の第１～第３のワイヤの位置関係を示す斜視図である。

【図6】図１の状態からモータが矢印Ａ2で示す方向に回転したときの状態を示す減速装置の斜視図である。

【図7】図６の状態にある減速装置の第１～第３のワイヤの位置関係を示す斜視図である。

【図8】本発明の第２の実施形態による減速装置の斜視図である。

【図9】本発明の第３の実施形態による減速装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１～３において、第１の実施形態による減速装置１０は、ベース部材１２、該ベース部材１２に取り付けられた入力部としてのモータ１４、入力側巻胴を形成する第１の巻胴１８、差動巻胴を形成する第２の巻胴４６、第１と第２のプーリ３４、３８を介して第１と第２の巻胴１８、４６の間に張り渡された第１～第３のワイヤ５０、５２、５４、および、出力部としての回転軸２６およびアーム３０、３２を主要な構成要素として具備している。ベース部材１２は、フレーム（図示せず）のような静止部や、ロボットアーム（図示せず）のような可動部に固定される平板状の部材であり、入力側回転軸を形成するモータ１４の出力軸１６を通す穴１２ａを有している。

【0009】

出力軸１６には、該出力軸１６と共に回転するように第１の巻胴１８が固定される。第１の巻胴１８は、小径部２０と、小径部２０よりも直径が大きな大径部２２とを備えている。小径部２０と大径部２２は、互いに同心に配置され一体に形成されている。小径部２０と大径部２２は、それぞれの円筒外表面に、第１～第３のワイヤ５０、５２、５４を受け入れる螺旋状の溝が形成されている。

【0010】

ベース部材１２には、固定軸２４が取り付けられている。固定軸２４は、円柱状または円筒状の部材であり、出力軸１６の中心軸線Ｏinに対して概ね平行に延設されている。固定軸２４の円筒外表面には、出力側回転軸を形成する回転軸２６がベアリング２８を介して固定軸２４の中心軸線Ｏout周りに回転可能に支持されている。回転軸２６の円筒外表面には、第１と第２のプーリ３４、３８が、それぞれベアリング３６、４０によって、中心軸線Ｏout周りに回転可能に支持されている。

【0011】

回転軸２６の各端部には、一対のアーム３０、３２が取り付けられている。一対のアーム３０、３２は、固定軸２４の中心軸線Ｏoutに対して垂直な方向に延びている。アーム３０、３２の先端には、揺動軸４２が、アーム３０、３２に対して回転しないように固定されている。本実施形態では揺動軸４２は、出力軸１６の中心軸線Ｏinおよび固定軸２４の中心軸線Ｏoutに対して平行に延びる。揺動軸４２の円筒外表面には、ベアリング４８によって、第２の巻胴４６が固定軸４２の中心軸線Ｏd周りに回転可能に支持されている。

【0012】

第１のワイヤ５０は、第１の端部５０ａが第１の巻胴１８の小径部２０に固定され、小径部２０に巻き付けられている。第１のワイヤ５０は、更に、図１に示すように第１のプーリ３４の上側に配置されるように第２の巻胴４６へ向けて延設され、第２の巻胴４６に巻き付けられる。第１のワイヤ５０は、更に、第２のプーリ３８の下側に配置されるように第１の巻胴１８の大径部２２へ向けて延設され、該大径部２２に巻き付けられ、その先端（第２の端部）５０ｂが大径部２２に固定されている。

【0013】

第２のワイヤ５２は、第１の端部５２ａが第１の巻胴１８の小径部２０に固定され、小径部２０に巻き付けられている。第２のワイヤ５２は、更に、第１のプーリ３４の下側に配置されるように、第２の巻胴４６へ向けて延設された後、第２の巻胴４６に巻き付けられ、その先端（第２の端部）５２ｂが第２の巻胴４６に固定されている。

【0014】

第３のワイヤ５４は、第１の端部５４ａが第１の巻胴１８の大径部２２に固定され、大径部２２に巻き付けられている。第３のワイヤ５４は、更に、第２のプーリ３８の上側に配置されるように、第２の巻胴４６へ向けて延設された後、第２の巻胴４６に巻き付けられ、その先端（第２の端部）５４ｂが第２の巻胴４６に固定されている。

【0015】

第２と第３のワイヤ５２、５４の第２の端部５２ｂ、５４ｂは、好ましくは、第２の巻胴４６において反対側の端部分に固定される。また、第２と第３のワイヤ５２、５４は、互いに逆方向に、それぞれ小径部２０と大径部２２に巻き付けられている。同様に、第２と第３のワイヤ５２、５４は、互いに逆方向に第２の巻胴４６に巻き付けられている。

【0016】

更に、第１と第２のワイヤ５０、５２の第１の端部５０ａ、５２ａは、小径部２０において反対側の端部分に固定され、第１と第２のワイヤ５０、５２は、互いに逆方向に小径部２０に巻き付けられている。同様に、第１のワイヤ５０の第２の端部５０ｂと、第３のワイヤ５４の第１の端部５４ａは、大径部２２において反対側の端部分に固定され、第１と第３のワイヤ５０、５４は、互いに逆方向に大径部２２に巻き付けられている。

【0017】

以下、図４～図７を参照して、本実施形態の作用を説明する。
モータ１４によって、第１の巻胴１８が出力軸１６と共に矢印Ａ1の方向（時計回りの方向）に回転すると、第１のワイヤ５０は小径部２０によって巻き取られると同時に、大径部２２から送り出される。このとき、第２のワイヤ５２は小径部２０から送り出されると共に、第３のワイヤ５４が大径部２２によって巻き取られる。

【0018】

第１の巻胴１８が回転する間、第１のワイヤ５０が小径部２０に巻き付けられる長さは、大径部２２から送り出される長さよりも短くなる。同様に、大径部２２によって巻き取られる第３のワイヤ５４の単位時間あたりの長さは、小径部２０から送り出される第２のワイヤ５２の長さよりも長くなる。小径部２０に巻き付けられる第１のワイヤ５０の長さと、大径部２２から送り出される第１のワイヤ５０の長さの単位時間あたりの差分と、大径部２２によって巻き取られる第３のワイヤ５４の長さと、小径部２０から送り出される第２のワイヤ５２の長さの単位時間あたりの差分は等しくなるので、アーム３０、３２によって回転軸２６に結合されている揺動軸４２は、図４に示すように、回転軸２６と共に中心軸線Ｏout周りに矢印Ａ1方向に揺動する。

【0019】

第１の巻胴１８が出力軸１６と共に矢印Ａ2の方向（反時計回りの方向）に回転すると、第１のワイヤ５０は小径部２０から送り出されると同時に大径部２２に巻き取られる。このとき、第２のワイヤ５２が小径部２０に巻き取られると共に、第３のワイヤ５４が大径部２２から送り出される。これにより、上述した理由から、揺動軸４２は、図６に示すように、回転軸２６と共に中心軸線Ｏout周りに矢印Ａ2方向に揺動する。

【0020】

入力部であるモータ１４の回転速度に対する出力部である回転軸２６およびアーム３０、３２の回転速度の比率である減速比は、第１の巻胴１８の大径部２２と小径部２０の半径の差の逆数に比例する。従って、本実施形態によれば、実質的に無数に減速比を決定することができる。

【0021】

更に、本実施形態による減速装置１０は歯車を用いないので、噛合う歯車の間の滑り摩擦を生じることがなくバックドライブ時の摩擦が小さく、バックラッシュを生じることがなく、更に、潤滑が不要で静音性に優れている。

【0022】

本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、種々の変更と改良が可能であることは当業者には理解されよう。例えば、既述の実施形態では、第１～第３のワイヤ５０、５２、５４は、共通の１本の揺動軸４２に取り付けられた第２の巻胴４６に巻き付けられているが、本発明はこれに限定されず、第１～第３のワイヤ５０、５２、５４を複数の第２の巻胴に巻き付けるようにしてもよい。

【0023】

図８を参照すると、本発明の第２の実施形態による減速装置１００が図示されている。なお、図８において、図１～図３の減速装置１０と共通する或いは対応する構成要素には同じ参照符号が付されており、以下の説明では重複する構成要素の説明を省略する。

【0024】

第２の実施形態では、アーム６０、６２はそれぞれ二股に形成され、先端部に第１と第２の枝部６０ａ、６０ｂ：６２ａ、６２ｂが設けられている。第１と第２の枝部６０ａ、６０ｂ：６２ａ、６２ｂに、それぞれ巻胴を備えた第１と第２の揺動軸６４、６６が取り付けられている。第１の揺動軸６４の巻胴に第１のワイヤ５０が巻き付けられ、第２の揺動軸６６の巻胴に第２と第３のワイヤ５２、５４が巻き付けられている。

【0025】

この第２の実施形態も、第１の実施形態と同様に作用し、実質的に無数に減速比を決定することができ、バックドライブ時の摩擦が小さく、バックラッシュを生じることがなく、更に、潤滑が不要で静音性に優れている等の効果を奏する。

【0026】

更に、既述の実施形態では、固定軸２４の円筒外表面に回転軸２６が設けられていたが、本発明は、これに限定されず、中空の回転軸２６を固定軸２４に回転可能に支持させる構成は必須の構成要素ではない。

【0027】

図９を参照すると、本発明の第３の実施形態による減速装置２００が図示されている。なお、図９において、図１～図３の減速装置１０と共通する或いは対応する構成要素には同じ参照符号が付されており、以下の説明では重複する構成要素の説明を省略する。

【0028】

第３の実施形態では、モータ１４を固定するベース部材は、断面がコの字形を呈するハウジング７０によって形成され、出力部は、ベアリング７２によってハウジング７０に回転可能に支持された回転軸７４と該回転軸７４に結合された一対のアーム７６、７８によって形成されている。本実施形態では、ベース部材としてのハウジング７０に回転軸７４を直接回転可能に支持させ、該回転軸７４に第１と第２のプーリ３４、３８が回転可能に支持されている。

【0029】

この第３の実施形態も、第１の実施形態と同様に作用し、実質的に無数に減速比を決定することができ、バックドライブ時の摩擦が小さく、バックラッシュを生じることがなく、更に、潤滑が不要で静音性に優れている等の効果を奏する。

【符号の説明】

【0030】

１０ 減速装置
１２ ベース部材
１２ａ 穴
１４ モータ
１６ 出力軸
１８ 第１の巻胴
２０ 小径部
２２ 大径部
２４ 固定軸
２６ 回転軸
２８ ベアリング
３０ アーム
３２ アーム
３４ 第１のプーリ
３６ ベアリング
３８ 第２のプーリ
４０ ベアリング
４２ 揺動軸
４６ 第２の巻胴
４８ ベアリング
５０ 第１のワイヤ
５０ａ 第１の端部
５０ｂ 第２の端部
５２ 第２のワイヤ
５２ａ 第１の端部
５２ｂ 第２の端部
５４ 第３のワイヤ
５４ａ 第１の端部
５４ｂ 第２の端部
６０ アーム
６０ａ 第１の枝部
６０ｂ 第２の枝部
６２ アーム
６２ａ 第１の枝部
６２ｂ 第２の枝部
６４ 第１の揺動軸
６６ 第２の揺動軸
７０ ハウジング
７２ ベアリング
７４ 回転軸
７６ アーム
７８ アーム
１００ 減速装置
２００ 減速装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】