小型減速機、およびそれを利用した小径高トルクモータ
【課題】 クラウンギヤ同士のバックラッシを解消し、高精度に回転、制動制御可能であり、構造が簡素で製造し易く、しかも耐久強度に秀れ、小型、軽量化、大減速比、高トルク化を達成可能とする新たな減速機技術を提供する。
【解決手段】 歯数Ｎ枚のクラウンギヤであるロータギヤ２に対し、歯数（Ｎ＋１）枚か、または（Ｎ−１）枚かの何れか一方としたクラウンギヤであるステータギヤ４を有し、該ロータギヤ２の環状背面２０に傾斜回転状押圧機構５を設け、当該ステータギヤ４に対してロータギヤ２が、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯丈係数ｈｒを０．５ないし１．０、望ましくは０．９２に設定し、同クラウンギヤ同士２，４の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせた小型減速機１である。
【解決手段】 歯数Ｎ枚のクラウンギヤであるロータギヤ２に対し、歯数（Ｎ＋１）枚か、または（Ｎ−１）枚かの何れか一方としたクラウンギヤであるステータギヤ４を有し、該ロータギヤ２の環状背面２０に傾斜回転状押圧機構５を設け、当該ステータギヤ４に対してロータギヤ２が、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯丈係数ｈｒを０．５ないし１．０、望ましくは０．９２に設定し、同クラウンギヤ同士２，４の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせた小型減速機１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、減速機に関連するものであり、特にバックラッシの発生を抑制し、高トルクで回転可能な小型減速機、およびそれを利用した小径の高トルクモータを製造、提供する分野は勿論のこと、その輸送、保管、組み立ておよび設置に必要となる設備、器具類を提供、販売する分野から、それら資材や機械装置、部品類に必要となる素材、例えば、木材、石材、各種繊維類、プラスチック、各種金属材料等を提供する分野、それらに組み込まれる電子部品やそれらを集積した制御関連機器の分野、各種計測器の分野、当該設備、器具を動かす動力機械の分野、そのエネルギーとなる電力やエネルギー源である電気、オイルの分野といった一般的に産業機械と総称されている分野、更には、それら設備、器具類を試験、研究したり、それらの展示、販売、輸出入に係わる分野、将又、それらの使用の結果やそれを造るための設備、器具類の運転に伴って発生するゴミ屑の回収、運搬等に係わる分野、それらゴミ屑を効率的に再利用するリサイクル分野などの外、現時点で想定できない新たな分野までと、関連しない技術分野はない程である。
【背景技術】
【０００２】
（着目点）
一般的にロボットハンドの指の関節を構成する上で必要となる性能は、安定した把握をするため高トルクであること、指関節に埋めこむため小型であること、安全性などのため軽量であること、正確な制御を行うためバックラッシが少ないことの４点であると考えられ、エンドエフェクタとしての汎用性を重視して、ロボットハンド内部にアクチュエータを含め、全ての部品を組み込むのが主流となっていて、これらハンドの指関節のアクチュエータには直流モータが使用されており、一方で、軽量で大きなトルクを発する超音波モータもバックラッシか発生しないことから、ロボットハンドの関節に採用されているが、寿命か短いことや、駆動回路が複雑といった問題がある。
【０００３】
よって、指関節のアクチュエータとして、現時点では直流モータなどにバックラッシの少ない減速機構を取り付けることに妥当性があると考えられる上、一般的にロボットハンドに組み込む小径モータの回転数は大きい傾向があり、大きな減速比が必須であって、これら低バックラッシと大減速比とを実現化している減速機構は既に幾つか開発されており、この中、ハーモニックドライプに代表される波動減速機構が多く用いられているが、他の伝動装置と比較して大きな起動トルクがモータに求められる上、これを構成するウェーブジェネレータ、フレクスプライン、サーキュラスプラインを入れ子のように組み合わせているので小径化には適していない。
【０００４】
（従来の技術）
（従来の技術）
こうした状況を反映し、その打開策となるような提案もこれまでに散見されない訳ではない。
例えば、下記の特許文献１（１）および（２）などに提案されているものに代表されるように、クラウンギヤからなるステータギヤに対して、クラウンギヤであるローターギヤを傾斜姿勢で噛合させ、周回りに沿って均衡するよう複数個のシリンダーを配し、周回り方向に順次各シリンダーを突没制御するようにしてローターギヤを回転駆動するようにしたものや、同特許文献１（３）に見られるような、クラウンギヤからなるステータギヤに対して、クラウンギヤであるローターギヤを傾斜姿勢で噛合させ、該ローターギヤの軸周囲に均衡するよう弾性膜部材で形成した流体室を配し、各流体室に周回り方向に順次、流体を供給、排出するようにしてローターギヤを回転駆動するようにしたものなどが散見される。
【０００５】
しかし、前者特許文献１（１）および（２）などに示されているような複数のシリンダーを組み込んでなる圧力モータや、後者特許文献１（３）に代表するように、流体の圧力を利用してローターギヤを回転駆動するようにして細径化したものなどは何れも、歯数差の少ないクラウンギヤ同士を噛合して動作するから、大減速比を確保できるが、ステータギヤとローターギヤとの噛合状態で、バックラッシの発生を抑制することができず、ロボットハンドの指関節などに遊びが生じて、握持動作を円滑化および安定化することができない上、複数のシリンダーを円滑に高速で制御しなければならないから、流体回路およびその自動制御装置などの構造が複雑で高価なものとなってしまい、耐久性の面でも課題が残るという致命的な欠点があった。
【特許文献１】（１）特開２００２−１４７３３１号公報 （２）特開２００２−３１７８５８号公報 （３）特開２００６−１１２６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
（問題意識）
上述したとおり、従前までに提案のあるクラウンギヤを用いた各種減速機や圧力モータなどは、何れもロボットハンドなどに搭載するには、クラウンギヤ同士の噛合範囲におけるバックラッシの発生を抑制できないという欠点が残るものであり、しかも構造が複雑で製造コストが嵩む上、耐久性に難があり、その分野の研究、開発に関わる者の一人としては、特に、減速機やモータの周囲をセンサや柔かい皮膚状皮膜などで覆って人の指の太さと成す義指などを実現化するために、より一層小径化した減速機が必要であることを痛感していた。
【０００７】
（発明の目的）
そこで、この発明は、クラウンギヤ同士のバックラッシを解消し、高精度に回転、制動制御可能であり、構造が簡素で製造し易く、しかも耐久強度に秀れ、小型、軽量化、大減速比、高トルク化を達成可能とする新たな減速機技術の開発はできないものかとの判断から、逸速くその開発、研究に着手し、長期に渡る試行錯誤と幾多の試作、実験とを繰り返してきた結果、今回、遂に新規な構造の小型減速機、およびそれを利用した新規な構造の小径高トルクモータを実現化することに成功したものであり、以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構成を詳述することとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の構成）
図面に示すこの発明を代表する実施例からも明確に理解されるように、この発明の小型減速機は、基本的に次のような構成から成り立っている。
即ち、歯数Ｎ枚のクラウンギヤであるロータギヤに対し、歯数（Ｎ＋１）枚か、または（Ｎ−１）枚かの何れか一方としたクラウンギヤであって減速機ハウジングなどに固定したステータギヤを、互いに噛合する向きに対峙し、該ロータギヤの中心には、軸心の傾動変形を許容可能な可撓スポークを介して出力軸を連結し、同ロータギヤの歯がわとは反対がわの環状背面には、周回りに均衡する少なくとも３点に押圧点を有する傾斜回転状押圧機構を設け、当該ステータギヤに対してロータギヤが、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．５ないし１．０、望ましくは０．９２に設定し、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとした構成を要旨とする小型減速機である。
【０００９】
この基本的な構成からなる小型減速機は、その表現を変えて示すならば、歯数Ｎ枚のクラウンギヤであるロータギヤに対し、歯数（Ｎ−１）枚としたクラウンギヤであって減速機ハウジングなどに固定したステータギヤを、互いに噛合する向きに対峙し、該ロータギヤの中心には、軸心の傾動変形を許容可能な可撓スポークを介して出力軸を連結し、同ロータギヤの歯がわとは反対がわの環状背面には、周回りに均衡する少なくとも３点に押圧点を有する傾斜回転状押圧機構を設け、当該ステータギヤに対してロータギヤが、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．８２ないし０．８４に設定し、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとした構成からなる小型減速機となる。
【００１０】
（関連する発明）
上記した小型減速機に関連し、この発明には、その小型減速機を利用した小径高トルクモータも包含している。
即ち、傾斜回転状押圧機構が、ロータギヤ環状背面の周回りの均衡する少なくとも３点の押圧点を有し、各押圧点に夫々個別の直動アクチュエータを配し、傾斜回転状となる周回り方向の順に、各直動アクチュエータを突没動作するよう制御可能な自動制御装置、および、各直動アクチュエータ用の駆動源を設けてなるものとした、この発明の基本である、上記したとおりの小型減速機を利用した小径高トルクモータである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のとおり、この発明の小型減速機によれば、従前までのものとは違い、上記したとおりの固有の特徴ある構成から、当該ステータギヤおよびロータギヤの夫々の歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．５ないし１．０、望ましくは０．９２に設定したものとしてあり、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとしたから、バックラッシの発生を低減化できると共に、常時、歯間距離が０．０１ｍｍ未満の噛合状態の歯の枚数Ｎｃが最も多くなり、歯１枚毎に加わる応力を分散、軽減すると共に、バックラッシの発生を大幅に抑制し、高出力、高速回転の入力を大幅に低回転化して大トルクの発生を達成可能とする上、格段に円滑な回転と高い耐久性、耐摩耗性能とを実現化することができるという秀れた効果を発揮するものとなる。
【００１２】
また、当該小型減速機は、ステータギヤおよびロータギヤの夫々の各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．８２ないし０．８４に設定したものとすることにより、同ステータギヤに対するロータギヤの傾斜角度ωを最も小さく設定することが可能となり、回転駆動中に発生する振動を大幅に低減化できる上、傾斜回転状押圧機構の作動範囲を小さくして耐久性や耐摩耗性を高めることができ、しかも傾斜回転状押圧機構に直動アクチュエータを用いてモータを形成した場合の、直動アクチュエータの動作ストローク範囲を短くして駆動源からの入力エネルギーを大幅に低減し、作動効率や応答速度を格段に向上できるという秀れた特徴が得られるものである。
【００１３】
ロータギヤおよびステータギヤが、各歯形を同一寸法、形状の二等辺三角形の先端を切除した台形状としてなる小型減速機は、高精度の歯形加工が容易で、各歯同士の噛合状態の解析や摩耗状態の計測などが容易且つ正確に行えるから、生産管理や使用開始後の保守、点検などに要する経費を削減して格段に経済的なものとすることができ、また、各歯形を同一寸法、形状の三角関数歯形としてなる小型減速機は、歯先が滑らかな曲面となっているから、一段と円滑な回転動作を得ることができ、しかも耐摩耗性に秀れており、小径のクラウンギヤでも歯先の摩耗が少なく、小型減速機の一層の小径化に適しているという特長が得られる。
【００１４】
さらにまた、ロータギヤおよびステータギヤが、双方の外径を３ｍｍ以上、６ないし１２ｍｍ以下に設定し、各歯形を同一寸法、形状の三角関数歯形とした上、互いの噛合範囲におけるバックラッシを０．２４ないし０．１３ｄｅｇ以下に規制してなる小型減速機は、ロボットハンドなどの手指の関節などに内蔵可能で、しかも把持動作に必要な高トルク性能を達成し、軽量で正確な制御ができるものとなるという秀れた効果を発揮するものとなる。
【００１５】
加えて、傾斜回転状押圧機構が、入力軸の先端に、９０°の姿勢でＴ字形をなす一文字状の傾斜軸を結合し、該傾斜軸に対し、ロータギヤ環状背面の全周に摺動自在に当接可能な押圧傾斜板を該傾斜軸回りに揺動自在に連結してなる小型減速機は、ボールベアリングなどの部品を削減して大幅な軽量・小型化、および、構造の簡素化とを達成し、ロボットハンドなどの手指の関節などに内蔵可能な小型減速機を提供可能とすることができるものとなる。
【００１６】
傾斜回転状押圧機構が、ロータギヤ環状背面の周回りの均衡する少なくとも３点の押圧点を有し、各押圧点に夫々個別の直動アクチュエータを配し、傾斜回転状となる周回り方向の順に、各直動アクチュエータを突没動作するよう制御可能な自動制御装置、および、各直動アクチュエータ用の駆動源を設けてなるものとした、この発明の基本である小型減速機を利用した小径高トルクモータは、回転型モータの傾斜内蔵が困難なロボットハンドなどの手指の関節などに、無理なく内蔵することができる上、各直動アクチュエータからの入力エネルギーを高効率で出力軸に伝達可能なものとすることができるという大きな効果を奏するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
上記したとおりの構成からなるこの発明の実施に際し、その最良もしくは望ましい形態について説明を加えることにする。
ロータギヤは、その歯がわとは反対がわとなる背面がわに、傾斜回転状押圧機構によって伝達される周回りに沿って回転する傾斜状の押圧入力を受け、同傾斜状の押圧入力が１周する毎に、傾斜姿勢で噛合するステータギヤに対して歯数１枚分ずつ回転するよう作動し、出力軸を減速、回転駆動可能とする機能を担うものであり、所定直径φ、所定歯数Ｎ枚のクラウンギヤからなり、その中心には、軸心の傾動変形を許容可能な可撓スポークを介して出力軸を連結したものとしなければならず、歯がわとは反対がわの環状背面に、周回りに均衡する少なくとも３点に押圧点を有する傾斜回転状押圧機構を組み合わせ可能とするよう、同環状背面を平滑面状に形成したものとすべきであり、傾斜回転状押圧機構の摺動部分を案内可能な環状のレールを形成したものとすることが可能であり、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどの各種合成樹脂製、ガラス繊維や炭素繊維の複合素材製、ステンレス鋼、炭素鋼、チタン合金などの各種金属製、または、それらと同程度の強度および耐摩耗性を有する素材製のものとするのが望ましい。
【００１８】
出力軸は、ステータギヤに対して傾斜した姿勢に噛合しているロータギヤの回転力を、該ステータギヤと同心状の中心回りとなる回転出力として取り出し可能とする機能を果たすものであり、ロータギヤの中心に配し、可撓スポークを介して傾斜可能且つ低捩れ角度となるよう連結されたものとすべきであり、その材質は、最大出力に耐えるに充分な強度を有するものとするのが望ましく、可撓スポークは、ロータギヤの回転方向の剛性が高く、軸心の倒れ方向に柔軟な断面形状を有するものとするのが良い。
【００１９】
ステータギヤは、減速機ハウジングなどの小型減速機本体部分がわに向けて傾斜姿勢に押し付けられるロータギヤの歯に噛合し、出力軸の減速回転機能を発揮可能とするか、または高トルク回転機能を発揮可能とするかの少なくとも何れかを実現化する機能を担い、所定直径φ、所定歯数（Ｎ＋１）枚か、または（Ｎ−１）枚かの何れか一方としたクラウンギヤからなり、その材質は、ロータギヤの噛合動作に耐え得るに充分な強度を有するものとしなければならず、ロータギヤと同一または同等の素材製のものとすべきであり、後述する実施例に示すように、当該ステータギヤに対してロータギヤが、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．５ないし１．０望ましくは０．９２に設定し、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとすることができる。
【００２０】
また、後述する実施例に示すように、歯数（Ｎ−１）枚としたクラウンギヤであるステータギヤとし、当該ステータギヤに対してロータギヤが、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．８２ないし０．８４に設定し、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとすることができる。
【００２１】
ロータギヤおよびステータギヤが、各歯形を同一寸法、形状の二等辺三角形の先端を切除した台形状としてなるものとすることができ、また、ロータギヤおよびステータギヤが、各歯形を同一寸法、形状の三角関数歯形としてなるものとすることができる外、ロータギヤおよびステータギヤを、ロボットハンドなどの手指の関節内に内蔵可能とするよう、双方の外径を３ｍｍ以上、６ないし１２ｍｍ以下に設定し、各歯形を同一寸法、形状の三角関数歯形とした上、円滑且つ正確な回転動作が得られるよう、互いの噛合範囲におけるバックラッシを０．２４ないし０．１３ｄｅｇ以下に規制してなるものとすることができる。
【００２２】
傾斜回転状押圧機構は、ロータギヤをステータギヤに対して所定の角度に傾斜させた姿勢に噛合するよう押し付けると共に、その押圧点をロータギヤの周回りに回転状に移動するよう動作可能で、該押圧点が１周する毎に、ステータギヤに対してロータギヤが、歯数１枚分ずつ回転動作可能とする機能を果たすものであり、後述する実施例に示すように、入力軸の先端に、Ｔ字形をなすよう一文字状の押圧杆を結合すると共に、該押圧杆に対して同一平面状で入力軸心回りに９０°の角度をなすよう十文字形とするよう揺れ押圧杆を揺動自在に結合してなる押圧枠を設け、合計４本の棒状体（押圧杆および揺れ押圧杆）の各先にボールベアリングを夫々取り付けてなるものとすることができ、さらに小型化する場合には、入力軸の先端に、９０°の姿勢でＴ字形をなす一文字状の傾斜軸を結合し、該傾斜軸に対し、ロータギヤ環状背面の全周に摺動自在に当接可能な押圧傾斜板を該傾斜軸回りに揺動自在に連結してなるものとすることができる外、当該小型減速機を利用した小径高トルクモータを形成する場合には、ロータギヤ環状背面の周回りの均衡する少なくとも３点の押圧点を有し、各押圧点に夫々個別の直動アクチュエータを配し、傾斜回転状となる周回り方向の順に、各直動アクチュエータを突没動作するよう制御可能な自動制御装置、および、各直動アクチュエータ用の駆動源を設けてなるものとすることができる。
【００２３】
直動アクチュエータは、電磁石、圧電素子、形状記憶合金、超音波振動子などの電流の供給を受けて往復動制御可能なものを利用した電動型のものとするのが望ましいが、エアシリンダや油圧シリンダなど、流体圧力を利用したものとすることが可能である。
以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構造について詳述することとする。
【実施例１】
【００２４】
図１（ａ）の減速機の斜視図、図１（ｂ）の傾斜回転状押圧機構の斜視図、図２の減速機の幾何学的関係図、図３のＮｓ＝Ｎ＋１の場合の噛合状態の模式図、図４のＮｓ＝Ｎ−１の場合の噛合状態の模式図、図５の横軸ω縦軸ｈ／ｈｔｍａｘとした接触非接触分布図、図６の台形歯（ｈｒ＝０．６，０．７，０．８，０．９）を追加したω−ｈの分布図、図７のｈｒ＝０．７，ω＝０で噛み合わない歯の展開正面図、図８のｈｒ＝１．０（図５中のＣ）で噛み合う歯の展開正面図、図９のロータギヤとステータギヤとの相互歯間距離図、図１０のｈｒ＝０．８０の噛み合い歯の展開正面図、図１１のｈｒ＝０．８０の噛み合い歯の噛み合い状態と歯間距離図、図１２のｈｒ＝０．９２の噛み合い歯の展開正面図、図１３のｈｒ＝０．９２の噛み合い歯の噛み合い状態と歯間距離図、図１４の起動トルクとバックラッシとの関係図、図１５の小型減速機の斜視図、図１６のバックラッシと起動トルクとの測定値関係図、図１７の小径高トルクモータの断面図、図１８の自起動周波数とトルクの関係図、図１９のｈｒ＝０．７で噛み合う歯の展開正面図、図２０のｈｒ＝０．７６で噛み合う歯の展開正面図、および、図２１のｈｒ＝０．８０，０．８２，０．８４で噛み合う歯の展開正面図に、この発明の小型減速機における代表的な一実施例を示してある。
【００２５】
ここに示す事例は、歯数Ｎ枚のクラウンギヤであるロータギヤ２に対し、歯数（Ｎ＋１）枚か、または（Ｎ−１）枚かの何れか一方としたクラウンギヤであるステータギヤ４を有し、該ロータギヤ２の環状背面２０に傾斜回転状押圧機構５を設け、当該ステータギヤ４に対してロータギヤ２が、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯丈係数ｈｒを０．５ないし１．０望ましくは０．９２に設定し、同クラウンギヤ同士２，４の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものの代表的な実施例である。
【００２６】
それら各図からも明確に把握できるとおり、この発明の小型減速機１は、直径φ１２ｍｍおよびφ６ｍｍであり、その開発に先立ち、図１（ａ）および（ｂ）に示すような、直径φ１００ｍｍの減速機１０を開発、試作済みであって、それは歯数が１枚異なるクラウンギヤを２つ向かい合わせて噛み合わせたものであり、ロータギヤ２には、Ｎ枚の歯を刻み、弾性変形する可撓スポーク３を介して出力軸３０と同心配置状に結合し、該可撓スポーク３は、出力軸３０のねじり方向の変形が微小であり、かつ同出力軸３０に対して傾く方向の剛性は低く設定してあって、当該ステータギヤ４には、Ｎｓ枚の歯を刻み、減速機ハウジン（図示せず）に固定したものとしてある。
【００２７】
当該歯数Ｎｓ枚とＮ枚との差は１枚であり、傾斜回転状押圧機構５の入力軸５０は図示しないモータのロータ軸と結合し、ロータギヤ２環状背面２１への押しつけ部分の傾斜角度を自動的に調整するため、回転自由な軸が１つあり、これによりステータギヤ４とロータギヤ２とを全体的に馴染むように押し付けるものとしており、図１（ａ）に示すように、ステータギヤ４にロータギヤ２を押し付けると片側に傾いて噛み合い、この噛み合い状態で入力軸５０を回転させると、噛み合う位置が周回りに変化して出力軸３０が回転駆動するものとなる。
【００２８】
このφ１００減速機１０の、ステータギヤ４とロータギヤ２との互いの歯が最も深く沈みこんでいる場所（図１（ａ）中 Ｍｏｓｔ Ｓｕｎｋｅｎ Ｐｏｉｎｔ）では歯は噛み合っておらず、そこから約±９０ｄｅｇ前後離れた２箇所で接触しており、この減速機２０の出力軸３０の回転速度をｎｏｕｔ、入力軸の回転速度をｎｉｎとし、その関係を式（１）に示す。
【数１】
試作した減速機１０の各歯の形状は台形、Ｎ＝４９枚、Ｎｓ＝５０枚で減連比は−４９、また、パックラッシの計測値は約０．００２ｄｅｇである。
【００２９】
図１（ａ），（ｂ）、図２および前記式（１）に示すように、傾斜回転状押圧機構５とロータギヤ２との速度比(減速比)の絶対値は大きいため、これらの間の摩擦を低減する必要があり、入力軸５０の先端に、Ｔ字形をなすよう一文字状の押圧杆５２を結合すると共に、該押圧杆５２に対して同一平面状で入力軸５０心回りに９０°の角度をなすよう十文字形とする如く揺れ押圧杆５３を揺動自在に結合してなる押圧枠５１を設け、当該入力軸５０をステータギヤ４に対して所定傾斜角度ωをなす角度姿勢で、該押圧枠５１の押圧杆５２および揺れ押圧杆５３の各先端がわ合計４つの押圧点５４，５４，……が、ロータギヤ２環状背面２１の周回り９０°毎の４点に当接する如く組み合わせてなるものとし、当該傾斜回転状押圧機構（プレスロータ）５押圧枠５１の合計４本の棒状体（押圧杆５２および揺れ押圧杆５３）の各先にボールベアリング５４，５４，……を合計４個取り付けている。
【００３０】
図２に示すように、ロータギヤ２とステータギヤ４との歯の噛み合いは、歯底の外周を参照円と定義し、同図２中の実線円はロータギヤ２の参照円、破線円がステータギヤ４の参照円として、どちらも半径をＲに設定しており、ステータギヤ４に固定した座標系をΣｓ、同様にロータギヤ２に固定した座標系をΣｒとし、ロータギヤ２はＺｓ軸方向にステータギヤ４に押し付けるよう組み合わせてあり、ハッチング矢印で「Ｐｕｓｈ」と記している場所で最も深く押されており、この場所はＸｓ-Ｚｓ平面とロータギヤ２の参照円が交わるところであって、このとき、ロータギヤ２とステータギヤ４とのなす角度ωで、いずれかの歯が接触していると仮定し、また、ロータギヤ２とステータギヤ４との参照円の中心はＺｓ軸方向にｈ離れているとし、Ｘｒ軸から角度θｒ回転したロータギヤ２上の点をＰとする。
【００３１】
ＰをＸｓ−Ｙｓ平面に垂直に写像した点Ｐｓの角度をθｓとし、この点はステータギヤ４の参照円上からは中心方向にわずかに離れており、Σｓから見た座標Ｐは、下記式（２）に示すとおりである。
【数２】
式（２）のＲｙ（ω）とＲｓ（θｒ）は、Σｒ上の点ＰをΣｓへ写像するための回転行列であり、歯形には様々な形状が考えられるが、台形歯とし、台形歯の接触モデルを図３（Ｎｓ＝Ｎ−１）と図４の（Ｎｓ＝Ｎ＋１）に示す。
【００３２】
図３および図４に示すのは、接触状態を参照円の外側からΣｓの原点方向へ見た図であり、実際には円筒状の曲面であるが、平面に展開しており、角度ωは十分に小さいものとし、Ｚｓ軸とＺｒ軸が一致するものとして描画してあり、角度ωが十分に小さく、Ｎが十分に大きい場合、このモデルは妥当なものであって、歯丈をｈｔ、歯の圧力角をαとし、ロータギヤ２に隙間無く歯を設置すると、この歯のピッチは２πＲ／Ｎとなり、歯丈が取りうる最大値は、式（３）の値となる。
【数３】
台形の歯の形を定めるために係数ｈｒを導入すると歯丈ｈｔは、式（４）とする。
【数４】
ロータギヤ２とステータギヤ４とで同形状の歯を用いる場合には、ｈｒ＜０．５で歯溝の幅より歯先の幅の方が大きくなり、明らかに歯は噛み合わない、また、ｈｔ≦ｈｍａｘであり、よってｈｒの取り得る範囲は、０．５〜１．０となり、ステータギヤ４も同じ形状の歯を用いるものとする。
【００３３】
ステータギヤ４のピッチは２πＲ／（Ｎ＋１）か２πＲ／（Ｎ−１）かの何れかであり、Σｓから見た点Ｐの高さＰｚは式（２）より、
【数５】
式（５）となり、また、Σｓから見た円周方向Ｐｓの位置は、
【数６】
式（６）となり、θｓも式（２）から求めることができ、
【数７】
式（７）となり、同式（７）のａｒｃｔａｎ２は、ｔａｎ−１の定義域を（−π，π）に拡張した関数であり、接触している歯は、図３および図４中のハッチングした歯であって、また、図３のＱとＴはロータギヤ２側歯の歯先を表し、その位置はＰと角度βから求めることができ、ここで角度βは、
【数８】
式（８）より求めることができ、また、ステータギヤ４側歯の歯先および歯元の位置Ａ，Ｂはピッチと歯数から求めることが可能で、Ａ，Ｂ，Ｑ，Ｔより接触状態を判定し、図３に示す、接触状態（Ｎｓ＝Ｎ＋１）では、ロータギヤ２の角がステータギヤ４の斜面に接触している一方、図４に示すように、接触状態（Ｎｓ＝Ｎ−１）はこの関係が逆になり、ステータギヤ４の角がロータギヤ２の斜面に接触するものとなり、図４のステータギヤ４とロータギヤ２との関係を逆にすると、図３に示すのものから１枚歯数を滅らしたものとほぽ同じ噛み合わせとなる。
【００３４】
そこで以下では、説明の重複を避けるため、図３に示したモデルについてのみ示すこととし、ロータギヤ２とステータギヤ４との相対位置を決める変数は、図２に示す、ｈとωであって、これらを変化させて接触状態を探索し、台形歯の形状を決めるパラメータはｈｒであり、様々なｈｒに対する噛み合いの状態を調査することとする。
【００３５】
傾斜回転状押圧機構５をステータギヤ４がわに押し込むことにより、ω、ｈは、一意に決定されることが三角歯（ｈｒ＝１．０）の試作により経験的に判っており、この現象を数値計算結果を用いて示すこととする。
【００３６】
例として、Ｎ＝４９，Ｎｓ＝５０，ｈｒ＝１．０とし、ｈとωを変化させて接触点を探索した場合について述べると、ωを０．０００２ｒａｄ置きに（０．０１，０．１９）の範囲で、ｈを０．００００１ｍｍ置きに（０，２．５ｈｔｍａｘ）の範囲で探索し、横軸をωとし、ｈを定数ｈｔｍａｘで正規化したｈ／ｈｔｍａｘを縦軸とし、接触と非接触の分布をプロットしたものを図５に示す。実線は接触分布を示し、それより上のハッチングの領域は、非接触分布を示し、実線より下は、歯の干渉によって使用できない領域を示しており、図５のａ，ｂ，ｃは実線上の点、すなわちロータギヤ２のある歯とステータギヤ４のある歯とが接触している点であって、仮にロータギヤ２とステータギヤ４とをａ（ｈａ，ωａ）の位置に置いた場合、ここで、ｈ＝ｈａに固定すると、歯と歯の干渉よりω＜ωａは取り得ないが、ωａ＜ω＜ωｂの範囲は許容され、この時、何れの歯も接触せず、バックラッシが生じるものとなり、ωの変化は、傾斜回転状押圧機構５とその入力軸５０との傾きによって生じ、これに対し、実線の極小値となるｃ（ｈｃ，ωｃ）にｈを固定すると、取り得るωが唯一に決定され、歯の遊びによるバックラッシを生じない。
【００３７】
以上より、ｈｒ＝１．０の場合の低バックラッシを実現するための条件の１つは、ωに対するｈが極小値となる位置で接触することであり、台形歯（ｈｒ＝０．６，０．７，０．８，０．９）を追加したω−ｈの分布を、図６に示す。
なお、ｈｒ＝０．５については、歯の噛み合う部分が殆ど無いので除外し、ｈｒが０．６と０．７とでは、ｈが極小となる場合が存在しない。
【００３８】
よって、例えばｈｒ＝０．７でロータギヤ２をステータギヤ４に押し付けると、破線矢印のようにロータギヤ２とステータギヤ４とが平行になるω＝０まで押し込まれることとなり、このときの歯は、図７に示すように、歯先同士が接触している状態であって、歯は噛み合わず、以上をまとめると、低バックラッシを実現するためには、構成する歯形がω−ｈの分布でｈが極小値を持ち、その極小値となるｈとωの位置で接触する必要があり、ｈ＝１．０の極小値（図５のｃ）での歯の噛み合い状態を０＜θｓ＜πの範囲で図示したものを図８に示し、この図８によると、ステータギヤ４の１２枚目の歯で接触しており、図２に示すように、この機構は、Ｘｓ−Ｚｓ平面で対称なので反対側も同じように接触しており、即ち、ロータギヤ２とステータギヤ４とはＸｓ−Ｚｓ平面で対称な２箇所でお互いを挟み込むように接している。
【００３９】
図９に示してあるように、ロータギヤ２とステータギヤ４との歯の距離（以下歯間距離）は、接触している歯の前後の歯間距離が非常に狭く０．０１ｍｍ未満となっており、このような歯が多くあれば、ロータギヤ２およびステータギヤ４の僅かな弾性変形で複数の歯が接触に関与するので、大きなトルクを伝達することができ、また、傾斜回転状押圧機構５が僅かに回転すると、図８の噛み合いではなくなるが、そもそも前後の歯が極めて接触に近い状態なので、滑らかに噛み合い状態が遷移され、このφ１００減速機１０の動作のために可撓スポーク３を傾斜角度ωだけ変形させ続ける必要があり、これは動力伝達とは関係がないので、無駄なエネルギー消費となり、よって、できるだけ（条件１）ωを小さくするのが望ましく、また、滑らかに動作させるために（条件２）歯間距離が０．００１ｍｍ未満の歯の枚数（以下Ｎｃ）を増やすべきであり、そこで、（条件１，２）を評価項目として検討するため、ｈｒを０．８０から１．００まで変化させ、ω，Ｎｃ、そして参考にｈの極小値（以下ｈｍ）を計算し、これを表１に示す。
【表１】
【００４０】
これによると、ｈｒが減少するとωも減少する傾向があり、よって、評価項目（条件１）を優先するなら、極小値をもつｈｒの中で小さい値が適しており、例えば、ｈｒ＝０．８０の噛み合い状態と歯間距離を、図１０および図１１に示すように、三角歯と比較してωが半分以下に減少した。しかし、Ｎｃは少なく、図１０に示すように、噛み合わせは浅く、さらに、図６に示すように、極小値の谷が浅く、ωは不安定である。
【００４１】
一方、評価項目（条件２）を優先するなら、表１に示すように、ｈｒ＝０．９２のときにＮｃが最多となり、これらの噛み合い状態と歯間距離を、図１２および図１３に示すと、ｈｒ＝０．９２では、三角歯と比較してＮｃが２倍以上に増加し、また、図６に示すように、これに近いｈｒ＝０．９０での極小値の谷は深いので、ｈｒ＝０．９２での噛み合わせも安定していると類推でき、以上を考慮すると、ｈｒ＝０．９２が有利であると判断できる。
【００４２】
試作した減速機１０は、歯車の直径をφ１００ｍｍ、歯数は、夫々Ｎ＝４９，Ｎｓ＝５０、形状はｈｒ＝０．９２であり、歯車の材質はポリアセタール、傾斜回転状押圧機構５押圧枠５１の各押圧杆５２、揺れ押圧杆５３の合計４つの先端には、夫々ボールベアリング５４，５４，……を取り付けてロータギヤ２環状背面２１との摩擦を低減させるようにしている。この減速機１０の傾斜回転状押圧機構５押圧枠５１をステータギヤ４がわに押し付けて行く（ｈを減少させる）と、起動トルクとバックラッシが次第に変化し、この関係を図１４に示しており、試作した減速機１０のバックラッシの計測方法は、以下のとおりである。
１）入力軸５０を固定した状態で、機構に内在する摩擦より十分大きいトルクを出力軸３０に加える。
２）トルクを除去した後の出力軸３０の角度ｅ１を計測する。
３）反対方向に同じトルクを加える。
４）トルクを除去した後の出力軸３０の角度e２を計測する。
５）e１とｅ２との差を図１４でのバックラッシと定義している。
なお、角度を計測するために、１回転あたり９６×１０４（９６×１００００）の分解能を持つロータリーエンコーダを用いている。
【００４３】
図１４では、１６ｍＮｍ以上の起動トルクを必要とするほどロータギヤ２を押し付けてもバックラッシは改善されず、よって、この減速機１０の最小バックラッシは０．００２ｄｅｇであり、また、バックラッシを０．０１ｄｅｇ程度許容できる用途なら、起動トルクは約４ｍＮｍで動作可能で、このように、バックラッシと起動トルクにはトレードオフの関係があり、すなわち、減速機１０の組み立ての際に、用途によって起動トルクとバックラッシを図１４を基に選択することが可能である。
【００４４】
以下には、直径φ１２ｍｍまたはφ６ｍｍに設定した小型減速機１について、図１５および図１６を参照して示すこととする。
当該小型減速機１では、前述の台形歯に変えて、歯先が滑らかな曲面となる三角関数歯を用いることにし、Ｎ＝５０、Ｎｓ＝４９、減速比を５０とした三角関数歯の噛み合い状態とし、傾斜角度は１．９５ｄｅｇであって、計算上１３枚目の歯で接触しており、この前後のロータギヤ２とステータギヤ４との歯の距離も極めて近接していて、僅かな弾性変形で接触し、即ち、出力軸３０に負荷があれば、複数の歯で接触しているものと考えられる。
【００４５】
試作したφ１２ｍｍの小型減速機１は、モータを取り付け、高速で回転できることを確認済みであり、φ６ｍｍ小型減速機１は、現在、動作の確認のみで、詳細な計測は未だ行っていない。φ６ｍｍの基本的な構造は、φ１２ｍｍのものと略同じであり、ステータギヤ４、ロータギヤ２および傾斜回転状押圧機構５にはＮＡＫ材（大同特殊鋼株式会社製）を用い、ステータギヤ４およびロータギヤ２には、ハードクロムコーティングを施している。
【００４６】
図１５に示すように、傾斜回転状押圧機構５は、入力軸５０の先端に、９０°の姿勢でＴ字形をなす一文字状の傾斜軸５２を結合し、該傾斜軸５２に対し、ロータギヤ２環状背面２１の全周に摺動自在に当接可能な押圧傾斜板５７を該傾斜軸５２回りに揺動自在に連結し、ボールベアリングを廃止してなるものとしてある。
【００４７】
前述のとおり、クラウン減速機のバックラッシと起動トルクにはトレードオフの関係があることが判っており、この関係を測定したものを図１６に示し、この計測から、最小のパックラッシは０．２４ｄｅｇであり、また、出力軸３０の剛性の逆数（以下、コンプライアンス）を計測すると、約１９ｄｅｇ／Ｎｍとなり、以前作成したφ１００の減速機１０のコンプライアンスは０．７２２ｄｅｇ／Ｎｍである。
【００４８】
ところで、本評価では、エンコーダを出力軸３０に取り付けてバックラッシは正逆に負荷を加えて取り除いてから計測しており、この方法では、負荷を取り除いてからエンコーダの起動トルクだけ出力軸３０の角度が戻らないので、明らかにこの分の誤差が発生する。出力軸３０の剛性がφ１００の減速機１０と比較して小さくなったことにより、この起動トルクが無視できなくなっている。
具体的には、使用したエンコーダの起動トルクがカタログ値で０．００３Ｎｍであるから、この起動トルクによる誤差は片側に１９×０．００３＝０．０５７ｄｅｇ発生する可能性があり、正逆に荷重を加えてバックラッシを計測しているので、この倍、約０．１１４ｄｅｇ発生し、計測値からこの分を引いて、試作したφ６ｍｍ小型減速機１のバックラッシは０．１３ｄｅｇ程度と推測できる。
【００４９】
以下には、前記減速機１（１０）を利用した小径高トルクモータ１１について示すこととする。
小径高トルクモータ１１は、図１７に示すように、前記減速機１（１０）の傾斜回転状押圧機構５であるプレスロータの代わりに、直動アクチュエータ５５，５５，５５で押し付ける場所を円周方向に移動させても出力軸３０を回転させることができ、これをプッシュ型ソレノイド（５５，５５，５５）３個で構成したものであって、ロータギヤ２およびステータギヤ４は、当該減速機１（１０）と同様であるが、鋼球５６に支持された押し付け板５７でロータギヤ２を押しており、この押し付け板５７の位置を適切に調整するようにすると、ソレノイド５５，５５，５５を励磁していない場合でも、ロータギヤ２とステータギヤ４とが噛み合った状態を維持するものとなり、プッシュ型ソレノイド５５，５５，５５を順次励磁すると、押し付け板５７が歳差運動するように傾き、ロータギヤ２とステータギヤ４との噛み合い状態が変化し、その結果、ロータギヤ２に結合された出力軸３０か回転し、ステッピングモータのような動作となる。
【００５０】
当該傾斜回転状押圧機構５の各ソレノイド５５，５５，５５は、タカハ機工株式会社のＣＢ１２５００１９０（抵抗値１９Ω）を用い、これをＤＣ１２Ｖで駆動し、ステッピングモータを１相励磁で駆動するように各ソレノイド５５，５５，５５を励磁した場合の自起動周波数（静止状態から起動できる周波数）とトルクの関係を図１８に示し、また、最大応答周波数（低速動作時から応答できる最大周波数）は２４．４Ｈｚとなり、試作で使用したロータギヤ２とステータギヤ４は、前記減速機１（１０）として作製したものを流用しており、これに基づいて本原理のモータに適した歯形を考察すると、ストロークの短い方が振動の低減、効率、応答速度などの面から有利であると考えられるから、ストロークは、傾斜角度ωと各クラウンギヤの半径Ｒとで決まり、半径Ｒは予め設定されるので、傾斜角ωを小さくする必要があり、歯数が６０枚のニューテーションモータとの比較のため、減連比か６０となる２種類の噛み合わせＮｓ（＝５９．６１）について、ωを小さくするための歯形を検討する。２種類あるのは、前記式（１）に示される減連比が最大となるよう、Ｎｓ＝Ｎ−１かＮｓ＝Ｎ＋１かの何れか一方が選択されることにより、歯モデルは、前記図３と同じとする。
【００５１】
歯の形状を決めるバラメータｈｒに対し、バックラッシか発生しないかみ合わせの状態が１つ求められ、このときのω、接触する歯番号ｃ、歯間距離が０．０１未満の歯数Ｎｃを計算したものを、表２および表３に示す。
【表２】
【表３】
【００５２】
表２でのｈｒ＝０．７未満、また、表３でのｈｒ＝０．８未満では、ｈの極小値がないので、バックラッシが発生しない噛み合わせを構成できない、表２のｈｒ＝０．７の噛み合いを図１９に示す。このときω＝２．４３５ｄｅｇとなり、ニューテーションモータの３ｄｅｇと比較して傾斜角度を０．５ｄｅｇ以上小さくすることができる。また、Ｎｃの数が最大となるｈｒ＝０．７６の噛み合いを図２０に示す。この場合でもω＝２．５１８ｄｅｇとなり、表３のｈｒ＝０．８０〜０．８４は、表２のものよりωが小さく、これらをまとめて図２１に示す。これによると、ｈｒ＝０．８０での噛み合いは浅く、噛み合う歯の弾性変形による歯跳ぴが発生する可能性がある。
【００５３】
（実施例１の作用・効果）
以上のとおりの構成からなるこの発明の、図１（ａ），（ｂ）に示す、φ１００ｍｍ減速機１０で、Ｎ＝４９枚、Ｎｓ＝５０枚、ｈｒ＝０．９２に設定すると、歯間距離が０．０１ｍｍ未満の歯の枚数Ｎｃを大幅に増加させてバックラッシの低減化と高トルク化を達成可能とすることができ、また、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．８２ないし０．８４に設定したものは、所定傾斜角度ωを最小限に留めて回転効率および耐摩耗性を大幅に高めることができ、しかもロータギヤ２およびステータギヤ４をポリアセタール製とすることにより、加工性に秀れると共に、互いの歯同士が接触圧力によって弾性変形し易く、歯間距離０．０１ｍｍ未満の歯（枚数Ｎｃ）が、より確りと噛み合うものとなって伝達トルクを一段と高める効果が得られるものとなり、図１５に示すように、φ６ｍｍ（およびφ１２ｍｍ）小型減速機１の傾斜回転状押圧機構５からボールベアリングを廃止して、押圧傾斜板５７を採用したことにより、その構造を大幅に簡素化して小径化、小型化および軽量化を達成すると共に、小径化によって摩擦による発熱を低減し、耐久性の大幅な向上を図ることができる。
【００５４】
加えて、小径高トルクモータ１１は、傾斜回転状押圧機構５の直動アクチュエータ５５，５５，５５の数を３基に制限し、夫々を電機的に駆動、制御するようにしてあることから、構造が複雑化や大型化を招き易い流体制御回路を必要とせず、部品点数の増大を抑制すると共に、構造の簡素化を図って大幅な小型・軽量化を達成し、メンテナンス性にも秀れ、一段と経済的に製造、利用、維持および管理することができ、耐久寿命を延命化できるものになる。
【００５５】
（結 び）
叙述の如く、この発明の小型減速機、およびそれを利用した小径高トルクモータは、その新規な構成によって所期の目的を遍く達成可能とするものであり、しかも製造も容易で、従前からのクラウンギヤ減速機やそれを利用したモータ技術に比較して大幅に小径化、小型・軽量化すると共に耐久強度を高め、低廉化して遥かに経済的なものとすることができる上、各クラウンギヤの加工および組み立て作業性を大幅に改善し得るものとなることから、従前までは、ロボットハンドの手指などに内蔵可能な程度に充分に小径な減速機やモータが、市場に存在せず、人の手により近いロボットハンドの製造を断念せざるを得なかったロボット研究・開発業界やロボット生産業界においても高く評価され、広範に渡って利用、普及していくものになると予想される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
図面は、この発明の小型減速機、およびそれを利用した小径高トルクモータの技術的思想を具現化した代表的な幾つかの実施例を示すものである。
【図１（ａ）】φ１００ｍｍの減速機を示す斜視図である。
【図１（ｂ）】ベアリングを有する傾斜回転状押圧機構を示す斜視図である。
【図２】減速機の幾何学的関係を示す概念図である。
【図３】Ｎｓ＝Ｎ＋１の場合の噛合状態を示す模式図である。
【図４】Ｎｓ＝Ｎ−１の場合の噛合状態を示す模式図である。
【図５】横軸ω縦軸ｈ／ｈｔｍａｘで示す接触非接触分布図である。
【図６】ｈｒ＝０．６，０．７，０．８，０．９を追加して示す接触非接触分布図である。
【図７】ｈｒ＝０．７，ω＝０で噛み合わない歯を示す展開正面図である。
【図８】ｈｒ＝１．０で噛み合う歯を示す展開正面図である。
【図９】ロータギヤとステータギヤとの歯間距離を示す相互歯間距離図である。
【図１０】ｈｒ＝０．８０の噛み合い歯を示す展開正面図である。
【図１１】ｈｒ＝０．８０の噛み合い状態を示す噛み合い状態と歯間距離図である。
【図１２】ｈｒ＝０．９２の噛み合い歯を示す展開正面図である。
【図１３】ｈｒ＝０．９２の噛み合い状態を示す歯の噛み合い状態と歯間距離図である。
【図１４】起動トルクとバックラッシとを示す関係図である。
【図１５】小型減速機を示す斜視図である。
【図１６】バックラッシと起動トルクとを示す測定値関係図である。
【図１７】小径高トルクモータを示す断面図である。
【図１８】自起動周波数とトルクとを示す関係図である。
【図１９】ｈｒ＝０．７で噛み合う歯を示す展開正面図である。
【図２０】ｈｒ＝０．７６で噛み合う歯を示す展開正面図である。
【図２１】ｈｒ＝０．８０，０．８２，０．８４で噛み合う歯を示す展開正面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 直径φ６（φ１２）ｍｍ小型減速機
１０ 同 直径φ１００ｍｍ減速機
１１ 同 小径高トルクモータ
２ ロータギヤ
２０ 同 歯
２１ 同 環状背面
３ 可撓スポーク
３０ 同 出力軸
４ ステータギヤ
５ 傾斜回転状押圧機構
５０ 同 入力軸
５１ 同 押圧枠
５２ 同 押圧杆（傾斜軸）
５３ 同 揺れ押圧杆
５４ 同 押圧点（ボールベアリング）
５５ 同 直動アクチュエータ
５６ 同 鋼球
５７ 同 押圧傾斜板（押し付け板）
ｈ 中心間距離
ω 傾斜角度
ｈｔ 歯全丈
ｈｍａｘ 最大仮想歯丈
【技術分野】
【０００１】
この発明は、減速機に関連するものであり、特にバックラッシの発生を抑制し、高トルクで回転可能な小型減速機、およびそれを利用した小径の高トルクモータを製造、提供する分野は勿論のこと、その輸送、保管、組み立ておよび設置に必要となる設備、器具類を提供、販売する分野から、それら資材や機械装置、部品類に必要となる素材、例えば、木材、石材、各種繊維類、プラスチック、各種金属材料等を提供する分野、それらに組み込まれる電子部品やそれらを集積した制御関連機器の分野、各種計測器の分野、当該設備、器具を動かす動力機械の分野、そのエネルギーとなる電力やエネルギー源である電気、オイルの分野といった一般的に産業機械と総称されている分野、更には、それら設備、器具類を試験、研究したり、それらの展示、販売、輸出入に係わる分野、将又、それらの使用の結果やそれを造るための設備、器具類の運転に伴って発生するゴミ屑の回収、運搬等に係わる分野、それらゴミ屑を効率的に再利用するリサイクル分野などの外、現時点で想定できない新たな分野までと、関連しない技術分野はない程である。
【背景技術】
【０００２】
（着目点）
一般的にロボットハンドの指の関節を構成する上で必要となる性能は、安定した把握をするため高トルクであること、指関節に埋めこむため小型であること、安全性などのため軽量であること、正確な制御を行うためバックラッシが少ないことの４点であると考えられ、エンドエフェクタとしての汎用性を重視して、ロボットハンド内部にアクチュエータを含め、全ての部品を組み込むのが主流となっていて、これらハンドの指関節のアクチュエータには直流モータが使用されており、一方で、軽量で大きなトルクを発する超音波モータもバックラッシか発生しないことから、ロボットハンドの関節に採用されているが、寿命か短いことや、駆動回路が複雑といった問題がある。
【０００３】
よって、指関節のアクチュエータとして、現時点では直流モータなどにバックラッシの少ない減速機構を取り付けることに妥当性があると考えられる上、一般的にロボットハンドに組み込む小径モータの回転数は大きい傾向があり、大きな減速比が必須であって、これら低バックラッシと大減速比とを実現化している減速機構は既に幾つか開発されており、この中、ハーモニックドライプに代表される波動減速機構が多く用いられているが、他の伝動装置と比較して大きな起動トルクがモータに求められる上、これを構成するウェーブジェネレータ、フレクスプライン、サーキュラスプラインを入れ子のように組み合わせているので小径化には適していない。
【０００４】
（従来の技術）
（従来の技術）
こうした状況を反映し、その打開策となるような提案もこれまでに散見されない訳ではない。
例えば、下記の特許文献１（１）および（２）などに提案されているものに代表されるように、クラウンギヤからなるステータギヤに対して、クラウンギヤであるローターギヤを傾斜姿勢で噛合させ、周回りに沿って均衡するよう複数個のシリンダーを配し、周回り方向に順次各シリンダーを突没制御するようにしてローターギヤを回転駆動するようにしたものや、同特許文献１（３）に見られるような、クラウンギヤからなるステータギヤに対して、クラウンギヤであるローターギヤを傾斜姿勢で噛合させ、該ローターギヤの軸周囲に均衡するよう弾性膜部材で形成した流体室を配し、各流体室に周回り方向に順次、流体を供給、排出するようにしてローターギヤを回転駆動するようにしたものなどが散見される。
【０００５】
しかし、前者特許文献１（１）および（２）などに示されているような複数のシリンダーを組み込んでなる圧力モータや、後者特許文献１（３）に代表するように、流体の圧力を利用してローターギヤを回転駆動するようにして細径化したものなどは何れも、歯数差の少ないクラウンギヤ同士を噛合して動作するから、大減速比を確保できるが、ステータギヤとローターギヤとの噛合状態で、バックラッシの発生を抑制することができず、ロボットハンドの指関節などに遊びが生じて、握持動作を円滑化および安定化することができない上、複数のシリンダーを円滑に高速で制御しなければならないから、流体回路およびその自動制御装置などの構造が複雑で高価なものとなってしまい、耐久性の面でも課題が残るという致命的な欠点があった。
【特許文献１】（１）特開２００２−１４７３３１号公報 （２）特開２００２−３１７８５８号公報 （３）特開２００６−１１２６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
（問題意識）
上述したとおり、従前までに提案のあるクラウンギヤを用いた各種減速機や圧力モータなどは、何れもロボットハンドなどに搭載するには、クラウンギヤ同士の噛合範囲におけるバックラッシの発生を抑制できないという欠点が残るものであり、しかも構造が複雑で製造コストが嵩む上、耐久性に難があり、その分野の研究、開発に関わる者の一人としては、特に、減速機やモータの周囲をセンサや柔かい皮膚状皮膜などで覆って人の指の太さと成す義指などを実現化するために、より一層小径化した減速機が必要であることを痛感していた。
【０００７】
（発明の目的）
そこで、この発明は、クラウンギヤ同士のバックラッシを解消し、高精度に回転、制動制御可能であり、構造が簡素で製造し易く、しかも耐久強度に秀れ、小型、軽量化、大減速比、高トルク化を達成可能とする新たな減速機技術の開発はできないものかとの判断から、逸速くその開発、研究に着手し、長期に渡る試行錯誤と幾多の試作、実験とを繰り返してきた結果、今回、遂に新規な構造の小型減速機、およびそれを利用した新規な構造の小径高トルクモータを実現化することに成功したものであり、以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構成を詳述することとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の構成）
図面に示すこの発明を代表する実施例からも明確に理解されるように、この発明の小型減速機は、基本的に次のような構成から成り立っている。
即ち、歯数Ｎ枚のクラウンギヤであるロータギヤに対し、歯数（Ｎ＋１）枚か、または（Ｎ−１）枚かの何れか一方としたクラウンギヤであって減速機ハウジングなどに固定したステータギヤを、互いに噛合する向きに対峙し、該ロータギヤの中心には、軸心の傾動変形を許容可能な可撓スポークを介して出力軸を連結し、同ロータギヤの歯がわとは反対がわの環状背面には、周回りに均衡する少なくとも３点に押圧点を有する傾斜回転状押圧機構を設け、当該ステータギヤに対してロータギヤが、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．５ないし１．０、望ましくは０．９２に設定し、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとした構成を要旨とする小型減速機である。
【０００９】
この基本的な構成からなる小型減速機は、その表現を変えて示すならば、歯数Ｎ枚のクラウンギヤであるロータギヤに対し、歯数（Ｎ−１）枚としたクラウンギヤであって減速機ハウジングなどに固定したステータギヤを、互いに噛合する向きに対峙し、該ロータギヤの中心には、軸心の傾動変形を許容可能な可撓スポークを介して出力軸を連結し、同ロータギヤの歯がわとは反対がわの環状背面には、周回りに均衡する少なくとも３点に押圧点を有する傾斜回転状押圧機構を設け、当該ステータギヤに対してロータギヤが、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．８２ないし０．８４に設定し、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとした構成からなる小型減速機となる。
【００１０】
（関連する発明）
上記した小型減速機に関連し、この発明には、その小型減速機を利用した小径高トルクモータも包含している。
即ち、傾斜回転状押圧機構が、ロータギヤ環状背面の周回りの均衡する少なくとも３点の押圧点を有し、各押圧点に夫々個別の直動アクチュエータを配し、傾斜回転状となる周回り方向の順に、各直動アクチュエータを突没動作するよう制御可能な自動制御装置、および、各直動アクチュエータ用の駆動源を設けてなるものとした、この発明の基本である、上記したとおりの小型減速機を利用した小径高トルクモータである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のとおり、この発明の小型減速機によれば、従前までのものとは違い、上記したとおりの固有の特徴ある構成から、当該ステータギヤおよびロータギヤの夫々の歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．５ないし１．０、望ましくは０．９２に設定したものとしてあり、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとしたから、バックラッシの発生を低減化できると共に、常時、歯間距離が０．０１ｍｍ未満の噛合状態の歯の枚数Ｎｃが最も多くなり、歯１枚毎に加わる応力を分散、軽減すると共に、バックラッシの発生を大幅に抑制し、高出力、高速回転の入力を大幅に低回転化して大トルクの発生を達成可能とする上、格段に円滑な回転と高い耐久性、耐摩耗性能とを実現化することができるという秀れた効果を発揮するものとなる。
【００１２】
また、当該小型減速機は、ステータギヤおよびロータギヤの夫々の各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．８２ないし０．８４に設定したものとすることにより、同ステータギヤに対するロータギヤの傾斜角度ωを最も小さく設定することが可能となり、回転駆動中に発生する振動を大幅に低減化できる上、傾斜回転状押圧機構の作動範囲を小さくして耐久性や耐摩耗性を高めることができ、しかも傾斜回転状押圧機構に直動アクチュエータを用いてモータを形成した場合の、直動アクチュエータの動作ストローク範囲を短くして駆動源からの入力エネルギーを大幅に低減し、作動効率や応答速度を格段に向上できるという秀れた特徴が得られるものである。
【００１３】
ロータギヤおよびステータギヤが、各歯形を同一寸法、形状の二等辺三角形の先端を切除した台形状としてなる小型減速機は、高精度の歯形加工が容易で、各歯同士の噛合状態の解析や摩耗状態の計測などが容易且つ正確に行えるから、生産管理や使用開始後の保守、点検などに要する経費を削減して格段に経済的なものとすることができ、また、各歯形を同一寸法、形状の三角関数歯形としてなる小型減速機は、歯先が滑らかな曲面となっているから、一段と円滑な回転動作を得ることができ、しかも耐摩耗性に秀れており、小径のクラウンギヤでも歯先の摩耗が少なく、小型減速機の一層の小径化に適しているという特長が得られる。
【００１４】
さらにまた、ロータギヤおよびステータギヤが、双方の外径を３ｍｍ以上、６ないし１２ｍｍ以下に設定し、各歯形を同一寸法、形状の三角関数歯形とした上、互いの噛合範囲におけるバックラッシを０．２４ないし０．１３ｄｅｇ以下に規制してなる小型減速機は、ロボットハンドなどの手指の関節などに内蔵可能で、しかも把持動作に必要な高トルク性能を達成し、軽量で正確な制御ができるものとなるという秀れた効果を発揮するものとなる。
【００１５】
加えて、傾斜回転状押圧機構が、入力軸の先端に、９０°の姿勢でＴ字形をなす一文字状の傾斜軸を結合し、該傾斜軸に対し、ロータギヤ環状背面の全周に摺動自在に当接可能な押圧傾斜板を該傾斜軸回りに揺動自在に連結してなる小型減速機は、ボールベアリングなどの部品を削減して大幅な軽量・小型化、および、構造の簡素化とを達成し、ロボットハンドなどの手指の関節などに内蔵可能な小型減速機を提供可能とすることができるものとなる。
【００１６】
傾斜回転状押圧機構が、ロータギヤ環状背面の周回りの均衡する少なくとも３点の押圧点を有し、各押圧点に夫々個別の直動アクチュエータを配し、傾斜回転状となる周回り方向の順に、各直動アクチュエータを突没動作するよう制御可能な自動制御装置、および、各直動アクチュエータ用の駆動源を設けてなるものとした、この発明の基本である小型減速機を利用した小径高トルクモータは、回転型モータの傾斜内蔵が困難なロボットハンドなどの手指の関節などに、無理なく内蔵することができる上、各直動アクチュエータからの入力エネルギーを高効率で出力軸に伝達可能なものとすることができるという大きな効果を奏するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
上記したとおりの構成からなるこの発明の実施に際し、その最良もしくは望ましい形態について説明を加えることにする。
ロータギヤは、その歯がわとは反対がわとなる背面がわに、傾斜回転状押圧機構によって伝達される周回りに沿って回転する傾斜状の押圧入力を受け、同傾斜状の押圧入力が１周する毎に、傾斜姿勢で噛合するステータギヤに対して歯数１枚分ずつ回転するよう作動し、出力軸を減速、回転駆動可能とする機能を担うものであり、所定直径φ、所定歯数Ｎ枚のクラウンギヤからなり、その中心には、軸心の傾動変形を許容可能な可撓スポークを介して出力軸を連結したものとしなければならず、歯がわとは反対がわの環状背面に、周回りに均衡する少なくとも３点に押圧点を有する傾斜回転状押圧機構を組み合わせ可能とするよう、同環状背面を平滑面状に形成したものとすべきであり、傾斜回転状押圧機構の摺動部分を案内可能な環状のレールを形成したものとすることが可能であり、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどの各種合成樹脂製、ガラス繊維や炭素繊維の複合素材製、ステンレス鋼、炭素鋼、チタン合金などの各種金属製、または、それらと同程度の強度および耐摩耗性を有する素材製のものとするのが望ましい。
【００１８】
出力軸は、ステータギヤに対して傾斜した姿勢に噛合しているロータギヤの回転力を、該ステータギヤと同心状の中心回りとなる回転出力として取り出し可能とする機能を果たすものであり、ロータギヤの中心に配し、可撓スポークを介して傾斜可能且つ低捩れ角度となるよう連結されたものとすべきであり、その材質は、最大出力に耐えるに充分な強度を有するものとするのが望ましく、可撓スポークは、ロータギヤの回転方向の剛性が高く、軸心の倒れ方向に柔軟な断面形状を有するものとするのが良い。
【００１９】
ステータギヤは、減速機ハウジングなどの小型減速機本体部分がわに向けて傾斜姿勢に押し付けられるロータギヤの歯に噛合し、出力軸の減速回転機能を発揮可能とするか、または高トルク回転機能を発揮可能とするかの少なくとも何れかを実現化する機能を担い、所定直径φ、所定歯数（Ｎ＋１）枚か、または（Ｎ−１）枚かの何れか一方としたクラウンギヤからなり、その材質は、ロータギヤの噛合動作に耐え得るに充分な強度を有するものとしなければならず、ロータギヤと同一または同等の素材製のものとすべきであり、後述する実施例に示すように、当該ステータギヤに対してロータギヤが、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．５ないし１．０望ましくは０．９２に設定し、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとすることができる。
【００２０】
また、後述する実施例に示すように、歯数（Ｎ−１）枚としたクラウンギヤであるステータギヤとし、当該ステータギヤに対してロータギヤが、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．８２ないし０．８４に設定し、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとすることができる。
【００２１】
ロータギヤおよびステータギヤが、各歯形を同一寸法、形状の二等辺三角形の先端を切除した台形状としてなるものとすることができ、また、ロータギヤおよびステータギヤが、各歯形を同一寸法、形状の三角関数歯形としてなるものとすることができる外、ロータギヤおよびステータギヤを、ロボットハンドなどの手指の関節内に内蔵可能とするよう、双方の外径を３ｍｍ以上、６ないし１２ｍｍ以下に設定し、各歯形を同一寸法、形状の三角関数歯形とした上、円滑且つ正確な回転動作が得られるよう、互いの噛合範囲におけるバックラッシを０．２４ないし０．１３ｄｅｇ以下に規制してなるものとすることができる。
【００２２】
傾斜回転状押圧機構は、ロータギヤをステータギヤに対して所定の角度に傾斜させた姿勢に噛合するよう押し付けると共に、その押圧点をロータギヤの周回りに回転状に移動するよう動作可能で、該押圧点が１周する毎に、ステータギヤに対してロータギヤが、歯数１枚分ずつ回転動作可能とする機能を果たすものであり、後述する実施例に示すように、入力軸の先端に、Ｔ字形をなすよう一文字状の押圧杆を結合すると共に、該押圧杆に対して同一平面状で入力軸心回りに９０°の角度をなすよう十文字形とするよう揺れ押圧杆を揺動自在に結合してなる押圧枠を設け、合計４本の棒状体（押圧杆および揺れ押圧杆）の各先にボールベアリングを夫々取り付けてなるものとすることができ、さらに小型化する場合には、入力軸の先端に、９０°の姿勢でＴ字形をなす一文字状の傾斜軸を結合し、該傾斜軸に対し、ロータギヤ環状背面の全周に摺動自在に当接可能な押圧傾斜板を該傾斜軸回りに揺動自在に連結してなるものとすることができる外、当該小型減速機を利用した小径高トルクモータを形成する場合には、ロータギヤ環状背面の周回りの均衡する少なくとも３点の押圧点を有し、各押圧点に夫々個別の直動アクチュエータを配し、傾斜回転状となる周回り方向の順に、各直動アクチュエータを突没動作するよう制御可能な自動制御装置、および、各直動アクチュエータ用の駆動源を設けてなるものとすることができる。
【００２３】
直動アクチュエータは、電磁石、圧電素子、形状記憶合金、超音波振動子などの電流の供給を受けて往復動制御可能なものを利用した電動型のものとするのが望ましいが、エアシリンダや油圧シリンダなど、流体圧力を利用したものとすることが可能である。
以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構造について詳述することとする。
【実施例１】
【００２４】
図１（ａ）の減速機の斜視図、図１（ｂ）の傾斜回転状押圧機構の斜視図、図２の減速機の幾何学的関係図、図３のＮｓ＝Ｎ＋１の場合の噛合状態の模式図、図４のＮｓ＝Ｎ−１の場合の噛合状態の模式図、図５の横軸ω縦軸ｈ／ｈｔｍａｘとした接触非接触分布図、図６の台形歯（ｈｒ＝０．６，０．７，０．８，０．９）を追加したω−ｈの分布図、図７のｈｒ＝０．７，ω＝０で噛み合わない歯の展開正面図、図８のｈｒ＝１．０（図５中のＣ）で噛み合う歯の展開正面図、図９のロータギヤとステータギヤとの相互歯間距離図、図１０のｈｒ＝０．８０の噛み合い歯の展開正面図、図１１のｈｒ＝０．８０の噛み合い歯の噛み合い状態と歯間距離図、図１２のｈｒ＝０．９２の噛み合い歯の展開正面図、図１３のｈｒ＝０．９２の噛み合い歯の噛み合い状態と歯間距離図、図１４の起動トルクとバックラッシとの関係図、図１５の小型減速機の斜視図、図１６のバックラッシと起動トルクとの測定値関係図、図１７の小径高トルクモータの断面図、図１８の自起動周波数とトルクの関係図、図１９のｈｒ＝０．７で噛み合う歯の展開正面図、図２０のｈｒ＝０．７６で噛み合う歯の展開正面図、および、図２１のｈｒ＝０．８０，０．８２，０．８４で噛み合う歯の展開正面図に、この発明の小型減速機における代表的な一実施例を示してある。
【００２５】
ここに示す事例は、歯数Ｎ枚のクラウンギヤであるロータギヤ２に対し、歯数（Ｎ＋１）枚か、または（Ｎ−１）枚かの何れか一方としたクラウンギヤであるステータギヤ４を有し、該ロータギヤ２の環状背面２０に傾斜回転状押圧機構５を設け、当該ステータギヤ４に対してロータギヤ２が、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯丈係数ｈｒを０．５ないし１．０望ましくは０．９２に設定し、同クラウンギヤ同士２，４の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものの代表的な実施例である。
【００２６】
それら各図からも明確に把握できるとおり、この発明の小型減速機１は、直径φ１２ｍｍおよびφ６ｍｍであり、その開発に先立ち、図１（ａ）および（ｂ）に示すような、直径φ１００ｍｍの減速機１０を開発、試作済みであって、それは歯数が１枚異なるクラウンギヤを２つ向かい合わせて噛み合わせたものであり、ロータギヤ２には、Ｎ枚の歯を刻み、弾性変形する可撓スポーク３を介して出力軸３０と同心配置状に結合し、該可撓スポーク３は、出力軸３０のねじり方向の変形が微小であり、かつ同出力軸３０に対して傾く方向の剛性は低く設定してあって、当該ステータギヤ４には、Ｎｓ枚の歯を刻み、減速機ハウジン（図示せず）に固定したものとしてある。
【００２７】
当該歯数Ｎｓ枚とＮ枚との差は１枚であり、傾斜回転状押圧機構５の入力軸５０は図示しないモータのロータ軸と結合し、ロータギヤ２環状背面２１への押しつけ部分の傾斜角度を自動的に調整するため、回転自由な軸が１つあり、これによりステータギヤ４とロータギヤ２とを全体的に馴染むように押し付けるものとしており、図１（ａ）に示すように、ステータギヤ４にロータギヤ２を押し付けると片側に傾いて噛み合い、この噛み合い状態で入力軸５０を回転させると、噛み合う位置が周回りに変化して出力軸３０が回転駆動するものとなる。
【００２８】
このφ１００減速機１０の、ステータギヤ４とロータギヤ２との互いの歯が最も深く沈みこんでいる場所（図１（ａ）中 Ｍｏｓｔ Ｓｕｎｋｅｎ Ｐｏｉｎｔ）では歯は噛み合っておらず、そこから約±９０ｄｅｇ前後離れた２箇所で接触しており、この減速機２０の出力軸３０の回転速度をｎｏｕｔ、入力軸の回転速度をｎｉｎとし、その関係を式（１）に示す。
【数１】
試作した減速機１０の各歯の形状は台形、Ｎ＝４９枚、Ｎｓ＝５０枚で減連比は−４９、また、パックラッシの計測値は約０．００２ｄｅｇである。
【００２９】
図１（ａ），（ｂ）、図２および前記式（１）に示すように、傾斜回転状押圧機構５とロータギヤ２との速度比(減速比)の絶対値は大きいため、これらの間の摩擦を低減する必要があり、入力軸５０の先端に、Ｔ字形をなすよう一文字状の押圧杆５２を結合すると共に、該押圧杆５２に対して同一平面状で入力軸５０心回りに９０°の角度をなすよう十文字形とする如く揺れ押圧杆５３を揺動自在に結合してなる押圧枠５１を設け、当該入力軸５０をステータギヤ４に対して所定傾斜角度ωをなす角度姿勢で、該押圧枠５１の押圧杆５２および揺れ押圧杆５３の各先端がわ合計４つの押圧点５４，５４，……が、ロータギヤ２環状背面２１の周回り９０°毎の４点に当接する如く組み合わせてなるものとし、当該傾斜回転状押圧機構（プレスロータ）５押圧枠５１の合計４本の棒状体（押圧杆５２および揺れ押圧杆５３）の各先にボールベアリング５４，５４，……を合計４個取り付けている。
【００３０】
図２に示すように、ロータギヤ２とステータギヤ４との歯の噛み合いは、歯底の外周を参照円と定義し、同図２中の実線円はロータギヤ２の参照円、破線円がステータギヤ４の参照円として、どちらも半径をＲに設定しており、ステータギヤ４に固定した座標系をΣｓ、同様にロータギヤ２に固定した座標系をΣｒとし、ロータギヤ２はＺｓ軸方向にステータギヤ４に押し付けるよう組み合わせてあり、ハッチング矢印で「Ｐｕｓｈ」と記している場所で最も深く押されており、この場所はＸｓ-Ｚｓ平面とロータギヤ２の参照円が交わるところであって、このとき、ロータギヤ２とステータギヤ４とのなす角度ωで、いずれかの歯が接触していると仮定し、また、ロータギヤ２とステータギヤ４との参照円の中心はＺｓ軸方向にｈ離れているとし、Ｘｒ軸から角度θｒ回転したロータギヤ２上の点をＰとする。
【００３１】
ＰをＸｓ−Ｙｓ平面に垂直に写像した点Ｐｓの角度をθｓとし、この点はステータギヤ４の参照円上からは中心方向にわずかに離れており、Σｓから見た座標Ｐは、下記式（２）に示すとおりである。
【数２】
式（２）のＲｙ（ω）とＲｓ（θｒ）は、Σｒ上の点ＰをΣｓへ写像するための回転行列であり、歯形には様々な形状が考えられるが、台形歯とし、台形歯の接触モデルを図３（Ｎｓ＝Ｎ−１）と図４の（Ｎｓ＝Ｎ＋１）に示す。
【００３２】
図３および図４に示すのは、接触状態を参照円の外側からΣｓの原点方向へ見た図であり、実際には円筒状の曲面であるが、平面に展開しており、角度ωは十分に小さいものとし、Ｚｓ軸とＺｒ軸が一致するものとして描画してあり、角度ωが十分に小さく、Ｎが十分に大きい場合、このモデルは妥当なものであって、歯丈をｈｔ、歯の圧力角をαとし、ロータギヤ２に隙間無く歯を設置すると、この歯のピッチは２πＲ／Ｎとなり、歯丈が取りうる最大値は、式（３）の値となる。
【数３】
台形の歯の形を定めるために係数ｈｒを導入すると歯丈ｈｔは、式（４）とする。
【数４】
ロータギヤ２とステータギヤ４とで同形状の歯を用いる場合には、ｈｒ＜０．５で歯溝の幅より歯先の幅の方が大きくなり、明らかに歯は噛み合わない、また、ｈｔ≦ｈｍａｘであり、よってｈｒの取り得る範囲は、０．５〜１．０となり、ステータギヤ４も同じ形状の歯を用いるものとする。
【００３３】
ステータギヤ４のピッチは２πＲ／（Ｎ＋１）か２πＲ／（Ｎ−１）かの何れかであり、Σｓから見た点Ｐの高さＰｚは式（２）より、
【数５】
式（５）となり、また、Σｓから見た円周方向Ｐｓの位置は、
【数６】
式（６）となり、θｓも式（２）から求めることができ、
【数７】
式（７）となり、同式（７）のａｒｃｔａｎ２は、ｔａｎ−１の定義域を（−π，π）に拡張した関数であり、接触している歯は、図３および図４中のハッチングした歯であって、また、図３のＱとＴはロータギヤ２側歯の歯先を表し、その位置はＰと角度βから求めることができ、ここで角度βは、
【数８】
式（８）より求めることができ、また、ステータギヤ４側歯の歯先および歯元の位置Ａ，Ｂはピッチと歯数から求めることが可能で、Ａ，Ｂ，Ｑ，Ｔより接触状態を判定し、図３に示す、接触状態（Ｎｓ＝Ｎ＋１）では、ロータギヤ２の角がステータギヤ４の斜面に接触している一方、図４に示すように、接触状態（Ｎｓ＝Ｎ−１）はこの関係が逆になり、ステータギヤ４の角がロータギヤ２の斜面に接触するものとなり、図４のステータギヤ４とロータギヤ２との関係を逆にすると、図３に示すのものから１枚歯数を滅らしたものとほぽ同じ噛み合わせとなる。
【００３４】
そこで以下では、説明の重複を避けるため、図３に示したモデルについてのみ示すこととし、ロータギヤ２とステータギヤ４との相対位置を決める変数は、図２に示す、ｈとωであって、これらを変化させて接触状態を探索し、台形歯の形状を決めるパラメータはｈｒであり、様々なｈｒに対する噛み合いの状態を調査することとする。
【００３５】
傾斜回転状押圧機構５をステータギヤ４がわに押し込むことにより、ω、ｈは、一意に決定されることが三角歯（ｈｒ＝１．０）の試作により経験的に判っており、この現象を数値計算結果を用いて示すこととする。
【００３６】
例として、Ｎ＝４９，Ｎｓ＝５０，ｈｒ＝１．０とし、ｈとωを変化させて接触点を探索した場合について述べると、ωを０．０００２ｒａｄ置きに（０．０１，０．１９）の範囲で、ｈを０．００００１ｍｍ置きに（０，２．５ｈｔｍａｘ）の範囲で探索し、横軸をωとし、ｈを定数ｈｔｍａｘで正規化したｈ／ｈｔｍａｘを縦軸とし、接触と非接触の分布をプロットしたものを図５に示す。実線は接触分布を示し、それより上のハッチングの領域は、非接触分布を示し、実線より下は、歯の干渉によって使用できない領域を示しており、図５のａ，ｂ，ｃは実線上の点、すなわちロータギヤ２のある歯とステータギヤ４のある歯とが接触している点であって、仮にロータギヤ２とステータギヤ４とをａ（ｈａ，ωａ）の位置に置いた場合、ここで、ｈ＝ｈａに固定すると、歯と歯の干渉よりω＜ωａは取り得ないが、ωａ＜ω＜ωｂの範囲は許容され、この時、何れの歯も接触せず、バックラッシが生じるものとなり、ωの変化は、傾斜回転状押圧機構５とその入力軸５０との傾きによって生じ、これに対し、実線の極小値となるｃ（ｈｃ，ωｃ）にｈを固定すると、取り得るωが唯一に決定され、歯の遊びによるバックラッシを生じない。
【００３７】
以上より、ｈｒ＝１．０の場合の低バックラッシを実現するための条件の１つは、ωに対するｈが極小値となる位置で接触することであり、台形歯（ｈｒ＝０．６，０．７，０．８，０．９）を追加したω−ｈの分布を、図６に示す。
なお、ｈｒ＝０．５については、歯の噛み合う部分が殆ど無いので除外し、ｈｒが０．６と０．７とでは、ｈが極小となる場合が存在しない。
【００３８】
よって、例えばｈｒ＝０．７でロータギヤ２をステータギヤ４に押し付けると、破線矢印のようにロータギヤ２とステータギヤ４とが平行になるω＝０まで押し込まれることとなり、このときの歯は、図７に示すように、歯先同士が接触している状態であって、歯は噛み合わず、以上をまとめると、低バックラッシを実現するためには、構成する歯形がω−ｈの分布でｈが極小値を持ち、その極小値となるｈとωの位置で接触する必要があり、ｈ＝１．０の極小値（図５のｃ）での歯の噛み合い状態を０＜θｓ＜πの範囲で図示したものを図８に示し、この図８によると、ステータギヤ４の１２枚目の歯で接触しており、図２に示すように、この機構は、Ｘｓ−Ｚｓ平面で対称なので反対側も同じように接触しており、即ち、ロータギヤ２とステータギヤ４とはＸｓ−Ｚｓ平面で対称な２箇所でお互いを挟み込むように接している。
【００３９】
図９に示してあるように、ロータギヤ２とステータギヤ４との歯の距離（以下歯間距離）は、接触している歯の前後の歯間距離が非常に狭く０．０１ｍｍ未満となっており、このような歯が多くあれば、ロータギヤ２およびステータギヤ４の僅かな弾性変形で複数の歯が接触に関与するので、大きなトルクを伝達することができ、また、傾斜回転状押圧機構５が僅かに回転すると、図８の噛み合いではなくなるが、そもそも前後の歯が極めて接触に近い状態なので、滑らかに噛み合い状態が遷移され、このφ１００減速機１０の動作のために可撓スポーク３を傾斜角度ωだけ変形させ続ける必要があり、これは動力伝達とは関係がないので、無駄なエネルギー消費となり、よって、できるだけ（条件１）ωを小さくするのが望ましく、また、滑らかに動作させるために（条件２）歯間距離が０．００１ｍｍ未満の歯の枚数（以下Ｎｃ）を増やすべきであり、そこで、（条件１，２）を評価項目として検討するため、ｈｒを０．８０から１．００まで変化させ、ω，Ｎｃ、そして参考にｈの極小値（以下ｈｍ）を計算し、これを表１に示す。
【表１】
【００４０】
これによると、ｈｒが減少するとωも減少する傾向があり、よって、評価項目（条件１）を優先するなら、極小値をもつｈｒの中で小さい値が適しており、例えば、ｈｒ＝０．８０の噛み合い状態と歯間距離を、図１０および図１１に示すように、三角歯と比較してωが半分以下に減少した。しかし、Ｎｃは少なく、図１０に示すように、噛み合わせは浅く、さらに、図６に示すように、極小値の谷が浅く、ωは不安定である。
【００４１】
一方、評価項目（条件２）を優先するなら、表１に示すように、ｈｒ＝０．９２のときにＮｃが最多となり、これらの噛み合い状態と歯間距離を、図１２および図１３に示すと、ｈｒ＝０．９２では、三角歯と比較してＮｃが２倍以上に増加し、また、図６に示すように、これに近いｈｒ＝０．９０での極小値の谷は深いので、ｈｒ＝０．９２での噛み合わせも安定していると類推でき、以上を考慮すると、ｈｒ＝０．９２が有利であると判断できる。
【００４２】
試作した減速機１０は、歯車の直径をφ１００ｍｍ、歯数は、夫々Ｎ＝４９，Ｎｓ＝５０、形状はｈｒ＝０．９２であり、歯車の材質はポリアセタール、傾斜回転状押圧機構５押圧枠５１の各押圧杆５２、揺れ押圧杆５３の合計４つの先端には、夫々ボールベアリング５４，５４，……を取り付けてロータギヤ２環状背面２１との摩擦を低減させるようにしている。この減速機１０の傾斜回転状押圧機構５押圧枠５１をステータギヤ４がわに押し付けて行く（ｈを減少させる）と、起動トルクとバックラッシが次第に変化し、この関係を図１４に示しており、試作した減速機１０のバックラッシの計測方法は、以下のとおりである。
１）入力軸５０を固定した状態で、機構に内在する摩擦より十分大きいトルクを出力軸３０に加える。
２）トルクを除去した後の出力軸３０の角度ｅ１を計測する。
３）反対方向に同じトルクを加える。
４）トルクを除去した後の出力軸３０の角度e２を計測する。
５）e１とｅ２との差を図１４でのバックラッシと定義している。
なお、角度を計測するために、１回転あたり９６×１０４（９６×１００００）の分解能を持つロータリーエンコーダを用いている。
【００４３】
図１４では、１６ｍＮｍ以上の起動トルクを必要とするほどロータギヤ２を押し付けてもバックラッシは改善されず、よって、この減速機１０の最小バックラッシは０．００２ｄｅｇであり、また、バックラッシを０．０１ｄｅｇ程度許容できる用途なら、起動トルクは約４ｍＮｍで動作可能で、このように、バックラッシと起動トルクにはトレードオフの関係があり、すなわち、減速機１０の組み立ての際に、用途によって起動トルクとバックラッシを図１４を基に選択することが可能である。
【００４４】
以下には、直径φ１２ｍｍまたはφ６ｍｍに設定した小型減速機１について、図１５および図１６を参照して示すこととする。
当該小型減速機１では、前述の台形歯に変えて、歯先が滑らかな曲面となる三角関数歯を用いることにし、Ｎ＝５０、Ｎｓ＝４９、減速比を５０とした三角関数歯の噛み合い状態とし、傾斜角度は１．９５ｄｅｇであって、計算上１３枚目の歯で接触しており、この前後のロータギヤ２とステータギヤ４との歯の距離も極めて近接していて、僅かな弾性変形で接触し、即ち、出力軸３０に負荷があれば、複数の歯で接触しているものと考えられる。
【００４５】
試作したφ１２ｍｍの小型減速機１は、モータを取り付け、高速で回転できることを確認済みであり、φ６ｍｍ小型減速機１は、現在、動作の確認のみで、詳細な計測は未だ行っていない。φ６ｍｍの基本的な構造は、φ１２ｍｍのものと略同じであり、ステータギヤ４、ロータギヤ２および傾斜回転状押圧機構５にはＮＡＫ材（大同特殊鋼株式会社製）を用い、ステータギヤ４およびロータギヤ２には、ハードクロムコーティングを施している。
【００４６】
図１５に示すように、傾斜回転状押圧機構５は、入力軸５０の先端に、９０°の姿勢でＴ字形をなす一文字状の傾斜軸５２を結合し、該傾斜軸５２に対し、ロータギヤ２環状背面２１の全周に摺動自在に当接可能な押圧傾斜板５７を該傾斜軸５２回りに揺動自在に連結し、ボールベアリングを廃止してなるものとしてある。
【００４７】
前述のとおり、クラウン減速機のバックラッシと起動トルクにはトレードオフの関係があることが判っており、この関係を測定したものを図１６に示し、この計測から、最小のパックラッシは０．２４ｄｅｇであり、また、出力軸３０の剛性の逆数（以下、コンプライアンス）を計測すると、約１９ｄｅｇ／Ｎｍとなり、以前作成したφ１００の減速機１０のコンプライアンスは０．７２２ｄｅｇ／Ｎｍである。
【００４８】
ところで、本評価では、エンコーダを出力軸３０に取り付けてバックラッシは正逆に負荷を加えて取り除いてから計測しており、この方法では、負荷を取り除いてからエンコーダの起動トルクだけ出力軸３０の角度が戻らないので、明らかにこの分の誤差が発生する。出力軸３０の剛性がφ１００の減速機１０と比較して小さくなったことにより、この起動トルクが無視できなくなっている。
具体的には、使用したエンコーダの起動トルクがカタログ値で０．００３Ｎｍであるから、この起動トルクによる誤差は片側に１９×０．００３＝０．０５７ｄｅｇ発生する可能性があり、正逆に荷重を加えてバックラッシを計測しているので、この倍、約０．１１４ｄｅｇ発生し、計測値からこの分を引いて、試作したφ６ｍｍ小型減速機１のバックラッシは０．１３ｄｅｇ程度と推測できる。
【００４９】
以下には、前記減速機１（１０）を利用した小径高トルクモータ１１について示すこととする。
小径高トルクモータ１１は、図１７に示すように、前記減速機１（１０）の傾斜回転状押圧機構５であるプレスロータの代わりに、直動アクチュエータ５５，５５，５５で押し付ける場所を円周方向に移動させても出力軸３０を回転させることができ、これをプッシュ型ソレノイド（５５，５５，５５）３個で構成したものであって、ロータギヤ２およびステータギヤ４は、当該減速機１（１０）と同様であるが、鋼球５６に支持された押し付け板５７でロータギヤ２を押しており、この押し付け板５７の位置を適切に調整するようにすると、ソレノイド５５，５５，５５を励磁していない場合でも、ロータギヤ２とステータギヤ４とが噛み合った状態を維持するものとなり、プッシュ型ソレノイド５５，５５，５５を順次励磁すると、押し付け板５７が歳差運動するように傾き、ロータギヤ２とステータギヤ４との噛み合い状態が変化し、その結果、ロータギヤ２に結合された出力軸３０か回転し、ステッピングモータのような動作となる。
【００５０】
当該傾斜回転状押圧機構５の各ソレノイド５５，５５，５５は、タカハ機工株式会社のＣＢ１２５００１９０（抵抗値１９Ω）を用い、これをＤＣ１２Ｖで駆動し、ステッピングモータを１相励磁で駆動するように各ソレノイド５５，５５，５５を励磁した場合の自起動周波数（静止状態から起動できる周波数）とトルクの関係を図１８に示し、また、最大応答周波数（低速動作時から応答できる最大周波数）は２４．４Ｈｚとなり、試作で使用したロータギヤ２とステータギヤ４は、前記減速機１（１０）として作製したものを流用しており、これに基づいて本原理のモータに適した歯形を考察すると、ストロークの短い方が振動の低減、効率、応答速度などの面から有利であると考えられるから、ストロークは、傾斜角度ωと各クラウンギヤの半径Ｒとで決まり、半径Ｒは予め設定されるので、傾斜角ωを小さくする必要があり、歯数が６０枚のニューテーションモータとの比較のため、減連比か６０となる２種類の噛み合わせＮｓ（＝５９．６１）について、ωを小さくするための歯形を検討する。２種類あるのは、前記式（１）に示される減連比が最大となるよう、Ｎｓ＝Ｎ−１かＮｓ＝Ｎ＋１かの何れか一方が選択されることにより、歯モデルは、前記図３と同じとする。
【００５１】
歯の形状を決めるバラメータｈｒに対し、バックラッシか発生しないかみ合わせの状態が１つ求められ、このときのω、接触する歯番号ｃ、歯間距離が０．０１未満の歯数Ｎｃを計算したものを、表２および表３に示す。
【表２】
【表３】
【００５２】
表２でのｈｒ＝０．７未満、また、表３でのｈｒ＝０．８未満では、ｈの極小値がないので、バックラッシが発生しない噛み合わせを構成できない、表２のｈｒ＝０．７の噛み合いを図１９に示す。このときω＝２．４３５ｄｅｇとなり、ニューテーションモータの３ｄｅｇと比較して傾斜角度を０．５ｄｅｇ以上小さくすることができる。また、Ｎｃの数が最大となるｈｒ＝０．７６の噛み合いを図２０に示す。この場合でもω＝２．５１８ｄｅｇとなり、表３のｈｒ＝０．８０〜０．８４は、表２のものよりωが小さく、これらをまとめて図２１に示す。これによると、ｈｒ＝０．８０での噛み合いは浅く、噛み合う歯の弾性変形による歯跳ぴが発生する可能性がある。
【００５３】
（実施例１の作用・効果）
以上のとおりの構成からなるこの発明の、図１（ａ），（ｂ）に示す、φ１００ｍｍ減速機１０で、Ｎ＝４９枚、Ｎｓ＝５０枚、ｈｒ＝０．９２に設定すると、歯間距離が０．０１ｍｍ未満の歯の枚数Ｎｃを大幅に増加させてバックラッシの低減化と高トルク化を達成可能とすることができ、また、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．８２ないし０．８４に設定したものは、所定傾斜角度ωを最小限に留めて回転効率および耐摩耗性を大幅に高めることができ、しかもロータギヤ２およびステータギヤ４をポリアセタール製とすることにより、加工性に秀れると共に、互いの歯同士が接触圧力によって弾性変形し易く、歯間距離０．０１ｍｍ未満の歯（枚数Ｎｃ）が、より確りと噛み合うものとなって伝達トルクを一段と高める効果が得られるものとなり、図１５に示すように、φ６ｍｍ（およびφ１２ｍｍ）小型減速機１の傾斜回転状押圧機構５からボールベアリングを廃止して、押圧傾斜板５７を採用したことにより、その構造を大幅に簡素化して小径化、小型化および軽量化を達成すると共に、小径化によって摩擦による発熱を低減し、耐久性の大幅な向上を図ることができる。
【００５４】
加えて、小径高トルクモータ１１は、傾斜回転状押圧機構５の直動アクチュエータ５５，５５，５５の数を３基に制限し、夫々を電機的に駆動、制御するようにしてあることから、構造が複雑化や大型化を招き易い流体制御回路を必要とせず、部品点数の増大を抑制すると共に、構造の簡素化を図って大幅な小型・軽量化を達成し、メンテナンス性にも秀れ、一段と経済的に製造、利用、維持および管理することができ、耐久寿命を延命化できるものになる。
【００５５】
（結 び）
叙述の如く、この発明の小型減速機、およびそれを利用した小径高トルクモータは、その新規な構成によって所期の目的を遍く達成可能とするものであり、しかも製造も容易で、従前からのクラウンギヤ減速機やそれを利用したモータ技術に比較して大幅に小径化、小型・軽量化すると共に耐久強度を高め、低廉化して遥かに経済的なものとすることができる上、各クラウンギヤの加工および組み立て作業性を大幅に改善し得るものとなることから、従前までは、ロボットハンドの手指などに内蔵可能な程度に充分に小径な減速機やモータが、市場に存在せず、人の手により近いロボットハンドの製造を断念せざるを得なかったロボット研究・開発業界やロボット生産業界においても高く評価され、広範に渡って利用、普及していくものになると予想される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
図面は、この発明の小型減速機、およびそれを利用した小径高トルクモータの技術的思想を具現化した代表的な幾つかの実施例を示すものである。
【図１（ａ）】φ１００ｍｍの減速機を示す斜視図である。
【図１（ｂ）】ベアリングを有する傾斜回転状押圧機構を示す斜視図である。
【図２】減速機の幾何学的関係を示す概念図である。
【図３】Ｎｓ＝Ｎ＋１の場合の噛合状態を示す模式図である。
【図４】Ｎｓ＝Ｎ−１の場合の噛合状態を示す模式図である。
【図５】横軸ω縦軸ｈ／ｈｔｍａｘで示す接触非接触分布図である。
【図６】ｈｒ＝０．６，０．７，０．８，０．９を追加して示す接触非接触分布図である。
【図７】ｈｒ＝０．７，ω＝０で噛み合わない歯を示す展開正面図である。
【図８】ｈｒ＝１．０で噛み合う歯を示す展開正面図である。
【図９】ロータギヤとステータギヤとの歯間距離を示す相互歯間距離図である。
【図１０】ｈｒ＝０．８０の噛み合い歯を示す展開正面図である。
【図１１】ｈｒ＝０．８０の噛み合い状態を示す噛み合い状態と歯間距離図である。
【図１２】ｈｒ＝０．９２の噛み合い歯を示す展開正面図である。
【図１３】ｈｒ＝０．９２の噛み合い状態を示す歯の噛み合い状態と歯間距離図である。
【図１４】起動トルクとバックラッシとを示す関係図である。
【図１５】小型減速機を示す斜視図である。
【図１６】バックラッシと起動トルクとを示す測定値関係図である。
【図１７】小径高トルクモータを示す断面図である。
【図１８】自起動周波数とトルクとを示す関係図である。
【図１９】ｈｒ＝０．７で噛み合う歯を示す展開正面図である。
【図２０】ｈｒ＝０．７６で噛み合う歯を示す展開正面図である。
【図２１】ｈｒ＝０．８０，０．８２，０．８４で噛み合う歯を示す展開正面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 直径φ６（φ１２）ｍｍ小型減速機
１０ 同 直径φ１００ｍｍ減速機
１１ 同 小径高トルクモータ
２ ロータギヤ
２０ 同 歯
２１ 同 環状背面
３ 可撓スポーク
３０ 同 出力軸
４ ステータギヤ
５ 傾斜回転状押圧機構
５０ 同 入力軸
５１ 同 押圧枠
５２ 同 押圧杆（傾斜軸）
５３ 同 揺れ押圧杆
５４ 同 押圧点（ボールベアリング）
５５ 同 直動アクチュエータ
５６ 同 鋼球
５７ 同 押圧傾斜板（押し付け板）
ｈ 中心間距離
ω 傾斜角度
ｈｔ 歯全丈
ｈｍａｘ 最大仮想歯丈
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯数Ｎ枚のクラウンギヤであるロータギヤに対し、歯数（Ｎ＋１）枚か、または（Ｎ−１）枚かの何れか一方としたクラウンギヤであって減速機ハウジングなどに固定したステータギヤを、互いに噛合する向きに対峙し、該ロータギヤの中心には、軸心の傾動変形を許容可能な可撓スポークを介して出力軸を連結し、同ロータギヤの歯がわとは反対がわの環状背面には、周回りに均衡する少なくとも３点に押圧点を有する傾斜回転状押圧機構を設け、当該ステータギヤに対してロータギヤが、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．５ないし１．０、望ましくは０．９２に設定し、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとしたことを特長とする小型減速機。
【請求項２】
歯数Ｎ枚のクラウンギヤであるロータギヤに対し、歯数（Ｎ−１）枚としたクラウンギヤであって減速機ハウジングなどに固定したステータギヤを、互いに噛合する向きに対峙し、該ロータギヤの中心には、軸心の傾動変形を許容可能な可撓スポークを介して出力軸を連結し、同ロータギヤの歯がわとは反対がわの環状背面には、周回りに均衡する少なくとも３点に押圧点を有する傾斜回転状押圧機構を設け、当該ステータギヤに対してロータギヤが、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．８２ないし０．８４に設定し、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとしたことを特長とする小型減速機。
【請求項３】
ロータギヤおよびステータギヤが、各歯形を同一寸法、形状の二等辺三角形の先端を切除した台形状としてなるものとした、請求項１または２何れか一記載の小型減速機。
【請求項４】
ロータギヤおよびステータギヤが、各歯形を同一寸法、形状の三角関数歯形としてなるものとした、請求項１または２何れか一記載の小型減速機。
【請求項５】
ロータギヤおよびステータギヤが、双方の外径を３ｍｍ以上、６ないし１２ｍｍ以下に設定し、各歯形を同一寸法、形状の三角関数歯形とした上、互いの噛合範囲におけるバックラッシを０．２４ないし０．１３ｄｅｇ以下に規制してなるものとした、請求項１または２何れか一記載の小型減速機。
【請求項６】
傾斜回転状押圧機構が、入力軸の先端に、９０°の姿勢でＴ字形をなす一文字状の傾斜軸を結合し、該傾斜軸に対し、ロータギヤ環状背面の全周に摺動自在に当接可能な押圧傾斜板を該傾斜軸回りに揺動自在に連結してなるものとした、請求項１ないし５何れか一記載の小型減速機。
【請求項７】
傾斜回転状押圧機構が、ロータギヤ環状背面の周回りの均衡する少なくとも３点の押圧点を有し、各押圧点に夫々個別の直動アクチュエータを配し、傾斜回転状となる周回り方向の順に、各直動アクチュエータを突没動作するよう制御可能な自動制御装置、および、各直動アクチュエータ用の駆動源を設けてなるものとした、請求項１ないし６何れか一記載の小型減速機を利用した小径高トルクモータ。
【請求項１】
歯数Ｎ枚のクラウンギヤであるロータギヤに対し、歯数（Ｎ＋１）枚か、または（Ｎ−１）枚かの何れか一方としたクラウンギヤであって減速機ハウジングなどに固定したステータギヤを、互いに噛合する向きに対峙し、該ロータギヤの中心には、軸心の傾動変形を許容可能な可撓スポークを介して出力軸を連結し、同ロータギヤの歯がわとは反対がわの環状背面には、周回りに均衡する少なくとも３点に押圧点を有する傾斜回転状押圧機構を設け、当該ステータギヤに対してロータギヤが、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．５ないし１．０、望ましくは０．９２に設定し、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとしたことを特長とする小型減速機。
【請求項２】
歯数Ｎ枚のクラウンギヤであるロータギヤに対し、歯数（Ｎ−１）枚としたクラウンギヤであって減速機ハウジングなどに固定したステータギヤを、互いに噛合する向きに対峙し、該ロータギヤの中心には、軸心の傾動変形を許容可能な可撓スポークを介して出力軸を連結し、同ロータギヤの歯がわとは反対がわの環状背面には、周回りに均衡する少なくとも３点に押圧点を有する傾斜回転状押圧機構を設け、当該ステータギヤに対してロータギヤが、互いに所定中心間距離ｈ、所定傾斜角度ωをなし、各ギヤの歯全丈ｈｔ／最大仮想歯丈ｈｍａｘ＝歯丈係数ｈｒを０．８２ないし０．８４に設定し、同クラウンギヤ同士の最深噛合位置を挟む、周回り双方向に１枚目または複数枚目となる両がわの少なくとも２枚の歯が夫々常時噛合するよう組み合わせてなるものとしたことを特長とする小型減速機。
【請求項３】
ロータギヤおよびステータギヤが、各歯形を同一寸法、形状の二等辺三角形の先端を切除した台形状としてなるものとした、請求項１または２何れか一記載の小型減速機。
【請求項４】
ロータギヤおよびステータギヤが、各歯形を同一寸法、形状の三角関数歯形としてなるものとした、請求項１または２何れか一記載の小型減速機。
【請求項５】
ロータギヤおよびステータギヤが、双方の外径を３ｍｍ以上、６ないし１２ｍｍ以下に設定し、各歯形を同一寸法、形状の三角関数歯形とした上、互いの噛合範囲におけるバックラッシを０．２４ないし０．１３ｄｅｇ以下に規制してなるものとした、請求項１または２何れか一記載の小型減速機。
【請求項６】
傾斜回転状押圧機構が、入力軸の先端に、９０°の姿勢でＴ字形をなす一文字状の傾斜軸を結合し、該傾斜軸に対し、ロータギヤ環状背面の全周に摺動自在に当接可能な押圧傾斜板を該傾斜軸回りに揺動自在に連結してなるものとした、請求項１ないし５何れか一記載の小型減速機。
【請求項７】
傾斜回転状押圧機構が、ロータギヤ環状背面の周回りの均衡する少なくとも３点の押圧点を有し、各押圧点に夫々個別の直動アクチュエータを配し、傾斜回転状となる周回り方向の順に、各直動アクチュエータを突没動作するよう制御可能な自動制御装置、および、各直動アクチュエータ用の駆動源を設けてなるものとした、請求項１ないし６何れか一記載の小型減速機を利用した小径高トルクモータ。
【図１（ａ）】
【図１（ｂ）】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図１（ｂ）】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１２−２２３７（Ｐ２０１２−２２３７Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３４６１１（Ｐ２０１０−１３４６１１）
【出願日】平成２２年６月１３日（２０１０．６．１３）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【出願人】（５０５０８９６１４）国立大学法人福島大学 (34)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１３日（２０１０．６．１３）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【出願人】（５０５０８９６１４）国立大学法人福島大学 (34)
【Ｆターム（参考）】
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