JP2007046730A

JP2007046730A - 減速装置

Info

Publication number: JP2007046730A
Application number: JP2005232877A
Authority: JP
Inventors: Koji Nakamura; 江児中村
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: EP1914444A4; KR101066233B1; EP1914444A1; US20090258748A1; EP1914444B1; US7811193B2; WO2007018181A1; CN101243268B; CN101243268A; JP4901156B2; KR20080033976A

Abstract

【課題】構造簡単で小型でありながら、エネルギーロスの少ない低騒音の減速装置を提供する。
【解決手段】支持軸59には２段の歯車、即ち、第３外歯車63の大径歯車65、小径歯車66が支持され、クランク軸40の軸方向一側端には小径歯車66に噛み合う１段の第２外歯車58が取り付けられているだけであるため、減速装置全体の軸方向長が短くなり、小型化が可能となる。また、第１外歯車54からクランク軸40に駆動力が伝達されるまでに、歯車が２箇所で噛み合うだけであるため、騒音が低減され、エネルギーロスも低下させることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、外歯車からなる前段減速機と偏心揺動型減速機とを組み合わせた減速装置に関する。

従来の減速装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されているようなものが知られている。
特開昭６２−４５８６号公報

このものは、軸方向両端部がキャリアに回転可能に支持され、周方向に等距離離れた複数本のクランク軸を有する偏心揺動型減速機と、モータの出力軸に取り付けられ、該モータから駆動力が伝達されて回転する第１外歯車と、全てのクランク軸の軸方向片側端に取り付けられた第２外歯車と、前記モータの出力軸に回転可能に支持され、前記第２外歯車に噛み合うとともに、該第２外歯車より小径である小径歯車、および、大径歯車を有する第３外歯車とを備えるとともに、前記全てのクランク軸の軸方向片側端に、第２外歯車に同軸関係を保持しながら近接配置され、第１外歯車に噛み合うとともに、該第１外歯車より大径である大径歯車、および、前記第３外歯車の大径歯車に噛み合うとともに、該大径歯車より小径である小径歯車を有する第４外歯車を回転可能に支持させたものである。

しかしながら、このような従来の減速装置にあっては、全てのクランク軸の軸方向片側端に３段の外歯車、即ち、第２外歯車、第４外歯車の大径歯車および小径歯車が同軸関係を保持しながら近接配置されているため、減速装置全体の軸方向長が長くなって大型化するとともに、第１外歯車からクランク軸に駆動力が伝達されるまでに、歯車が３箇所、即ち、第１外歯車と第４外歯車の大径歯車、第４外歯車の小径歯車と第３外歯車の大径歯車、第３外歯車の小径歯車と第２外歯車とで噛み合い、この結果、騒音が大きくなり、エネルギーロスも大きくなるという課題があった。さらに、大径歯車、小径歯車を有する歯車（第３、第４外歯車）を２種類使用しているため、構造が複雑となってしまうという課題もあった。

この発明は、構造簡単で小型でありながら、エネルギーロスの少ない低騒音の減速装置を提供することを目的とする。

このような目的は、軸方向両端部がキャリアに回転可能に支持され、周方向に等距離離れた複数本のクランク軸を有する偏心揺動型減速機と、モータから駆動力が伝達されて回転する第１外歯車と、少なくともいずれか１本のクランク軸の軸方向片側端に取り付けられた第２外歯車と、キャリアに支持された支持軸と、前記支持軸に支持され、第１外歯車に噛み合うとともに、該第１外歯車より大径である大径歯車、および、第２外歯車に噛み合うとともに、該第２外歯車より小径である小径歯車を有する回転可能な第３外歯車とを備えた減速装置により、達成することができる。

この発明においては、前述のようにキャリアに支持された支持軸には２段の歯車、即ち、第３外歯車の大径歯車、小径歯車が支持され、一方、クランク軸の軸方向片側端には前記小径歯車に噛み合う１段の第２外歯車が取り付けられているだけであるため、減速装置全体の軸方向長が短くなり、小型化が可能となる。また、第１外歯車からクランク軸に駆動力が伝達されるまでに、歯車が２箇所、即ち、第１外歯車と第３外歯車の大径歯車、第３外歯車の小径歯車と第２外歯車とで噛み合うだけであるため、騒音が低減され、エネルギーロスも低下させることができる。さらに、大径歯車、小径歯車を有するのは第３外歯車の１種類だけであるため、構造を簡単なものとすることもできる。

また、請求項２に記載のように構成すれば、第３外歯車の大径歯車の径をさらに大径とすることができ、これにより、減速装置の減速比を容易に大きくすることができる。
さらに、請求項３に記載のように構成すれば、締結部材をキャリアの締結用および第３外歯車の支持用の双方に共用することができ、これにより、構造が簡単となり製作費を安価とすることもできる。

以下、この発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１、２、３において、11は産業用ロボット12の第１部材としての基端側アームであり、この基端側アーム11は基端部を中心に揺動可能である。この基端側アーム11の先端部一側面には偏心揺動型減速機13の固定部、ここではケース14が複数のボルト15によって固定され、また、この偏心揺動型減速機13の回転部、ここではキャリア16の一側端には産業用ロボット12の第２部材としての先端側アーム17の基端部が複数のボルト18によって固定されている。

この結果、前記先端側アーム17は基端部を中心に基端側アーム11に対して回転（揺動）することができる。そして、前述のようにケース14を固定側と、キャリア16を回転側とすると、従来多用されている形式と同一となり、従来と同様の感覚で使用することができる。ここで、前記ケース14は略円筒状を呈するとともに、その軸方向中央部内周には周方向に等距離離れた多数の内歯としてのピン歯21が設けられている。

前記ケース14内には複数（２個）のピニオン22が軸方向に並べられて収納され、これらピニオン22の外周には多数のトロコイド歯形からなる外歯23がそれぞれ形成されている。ここで、前記ピニオン22の外歯23の歯数は前記ピン歯21の歯数より若干、ここでは１個だけ少なく、また、これらピニオン22とケース14とは内接した状態で外歯23とピン歯21とが噛み合っているが、２つのピニオン22の最大噛み合い部（噛み合いの最も深い部位）は 180度だけ位相がずれている。

そして、これらピニオン22の中心軸上には貫通した中心孔24が、また、その内、外周間の中間部には軸方向に貫通した図示していない複数（３個）の貫通孔が周方向に等距離離れて形成されている。また、前記ケース14内には前記キャリア16が挿入されているが、このキャリア16はピニオン22の軸方向両外側に配置された一対の端板部28、29と、一端が端板部28に一体形成され、他端が端板部29に締結された複数（貫通孔と同数）の柱部（図示せず）とから構成され、これら柱部は前記貫通孔内にそれぞれ遊嵌されている。また、前記キャリア16、詳しくは端板部28、29の中心軸上には前記中心孔24とほぼ同径の中心孔32、33がそれぞれ形成されている。

36は前記キャリア16、詳しくは端板部28、29の外周とケース14の軸方向両端部内周との間に介装された一対の軸受であり、これらの軸受36によりキャリア16はケース14に対し相対回転可能に支持される。37は各ピニオン22に成形された軸方向に延びる貫通した複数（３個）のクランク孔であり、これらのクランク孔37は周方向に等距離離れるとともに、前記貫通孔と交互に配置されている。

40は複数本（クランク孔37と同数）のクランク軸であり、これらのクランク軸40は周方向に等距離離れて配置されている。これらクランク軸40とキャリア16、詳しくは端板部28、29との間には軸方向に離れた一対の軸受41がそれぞれ介装され、これにより、前記クランク軸40の軸方向両端部はこれら一対の軸受41を介してキャリア16に回転可能に支持される。

また、前記クランク軸40は軸方向中央部にクランク軸40の中心軸から等距離だけ偏心したピニオン22と同数（２個）の偏心部44を有し、これら偏心部44は軸方向に隣接して配置されるとともに、互いに 180度だけ位相がずれている。そして、前記クランク軸40の偏心部44はピニオン22のクランク孔37内にそれぞれころ軸受45を介して挿入されており、この結果、前記ピニオン22とクランク軸40とは相対回転が許容されている。なお、46は軸方向一側に配置されている軸受36より軸方向一側のケース14内周とキャリア16、詳しくは端板部28の外周との間に介装されたオイルシールである。

前述したケース14、キャリア16、ピニオン22、クランク軸40は全体として、クランク軸40に入力された回転を減速してケース14またはキャリア16、ここではキャリア16に出力する前記偏心揺動型減速機13を構成する。48は前記基端側アーム11の先端部でその他側面に複数のボルト49によって取付けられたモータであり、このモータ48の回転軸50は前記偏心揺動型減速機13の中心軸と同軸である。このようにモータ48と偏心揺動型減速機13とを同軸とすれば、モータが偏心揺動型減速機の中心軸から半径方向に所定距離離れて設置されている場合に比較し、旋回部構造全体を小型化することができる。

この回転軸50には前記偏心揺動型減速機13の中心部に形成された中心孔24、32、33を軸方向に貫通する伝達軸53が固定され、この伝達軸53の先端（一端）には１個の第１外歯車54が設けられている。前述した回転軸50、伝達軸53は全体として、中心孔24、32、33内を軸方向一側に向かって延びるモータ48の出力軸55を構成し、この出力軸55に設けられた第１外歯車54はモータ48からの駆動力が伝達されると、軸線回りに回転する。

58は少なくともいずれか１本、ここでは全てのクランク軸40の軸方向片側端（軸方向一側端）にスプライン結合によりそれぞれ取り付けられた第２外歯車である。59は出力軸55に平行に延びる少なくとも１本、ここでは第２外歯車58と同数である３本の支持軸であり、これらの支持軸59は周方向に等距離離れるとともに、その軸方向他側部がキャリア16、詳しくは端板部28に挿入固定されることで該キャリア16に支持されている。

また、前記支持軸59は、第２外歯車58が取り付けられたクランク軸40、ここでは前述のように全てのクランク軸40から周方向に離れた位置に配置、詳しくは対応するクランク軸40の周方向一側に近接して配置されるとともに、全てのクランク軸40の中心軸を通る仮想円60より半径方向外側に配置されている。63は各支持軸59の軸方向一側部に軸受64を介して回転可能に支持された該支持軸59と同軸の第３外歯車であり、これらの第３外歯車63は軸方向一側に第１外歯車54より大径である大径歯車65を有し、これら全ての大径歯車65は前記１個の第１外歯車54の周囲に配置されるとともに、該１個の第１外歯車54に噛み合っている。

ここで、前記大径歯車65は互いに干渉し合うことのない最大径に形成されており、この結果、第１外歯車54と大径歯車65との噛み合いによって大きな減速比を得ることができる。また、前記第３外歯車63はその軸方向他側に小径歯車66を有し、該小径歯車66は前記大径歯車65に同軸関係を保って近接配置されている。そして、これら小径歯車66は前記第２外歯車58より小径であるとともに、対応する第２外歯車58にそれぞれ噛み合っている。

前述した第１外歯車54、第３外歯車63の大径歯車65は全体として、第１段歯車減速機構67を、第３外歯車63の小径歯車66、第２外歯車58は全体として、第２段歯車減速機構68を構成し、これら第１、第２段歯車減速機構67、68は全体として、偏心揺動型減速機13の前段に配置された前段減速機69を構成する。ここで、前述のように、支持軸59を全てのクランク軸40の中心軸を通る仮想円60より半径方向外側に配置したので、第３外歯車63の大径歯車65の径をさらに大径とすることができ、これにより、減速装置の減速比を容易に大きくすることができる。なお、前述の支持軸59は隣接するクランク軸40の周方向中間位置上、または、その近傍にそれぞれ配置し、これにより、小径歯車66を両隣の第２外歯車58に、または、片側の第２外歯車58に噛み合わせるようにしてもよい。このようにすれば、第２外歯車58がさらに大径となり、第２段歯車減速機構68の減速比をさらに大とすることができる。

さらに、大径歯車65を前述のように互いに干渉し合うことのない最大径に形成すると、端板部28の軸方向一側部には、大径歯車65を外側から囲むために、ケース14の中央部外周より半径方向外側に突出した外方フランジ71が形成されるが、このように外方フランジ71が形成されると、前記オイルシール46の開放側、即ち軸方向一側は該外方フランジ71によってほぼ閉止され、偏心揺動型減速機13の内部へのゴミの侵入が効果的に抑制される。また、前述したボルト18は外方フランジ71と先端側アーム17とに共締めされているため、偏心揺動型減速機13の中心軸からボルト18までの半径方向距離が長くなって、偏心揺動型減速機13から先端側アーム17への伝達トルクを大きなものとすることができる。

次に、前記実施例１の作用について説明する。
前述のような産業用ロボット12において先端側アーム17を基端側アーム11に対して回転（揺動）させる場合には、モータ48を作動して出力軸55を回転させる。この出力軸55の回転は、第１外歯車54および第３外歯車63の大径歯車65により、続いて第３外歯車63の小径歯車66および第２外歯車58により、次々に減速されながら全てのクランク軸40に伝達され、これらクランク軸40を自身の中心軸回りに同一方向に同一回転速度で回転させる。

このとき、クランク軸40の偏心部44がピニオン22のクランク孔37内において偏心回転してピニオン22を偏心揺動回転させるが、前記ピニオン22の外歯23の歯数がケース14のピン歯21の数より１個だけ少ないので、キャリア16はピニオン22の偏心揺動回転により大幅に減速されて低速回転し、先端側アーム17を基端部を中心として回転（揺動）させる。

ここで、前述のようにキャリア16に支持された支持軸59には２段の歯車、即ち、第３外歯車63の大径歯車65、小径歯車66が支持され、一方、クランク軸40の軸方向片側端（一側端）には前記小径歯車66に噛み合う１段の第２外歯車58が取り付けられているだけであるため、減速装置全体の軸方向長が短くなり、小型化が可能となる。

また、第１外歯車54からクランク軸40に駆動力が伝達されるまでに、歯車が２箇所、即ち、第１外歯車54と第３外歯車63の大径歯車65、第３外歯車63の小径歯車66と第２外歯車58とで噛み合うだけであるため、騒音が低減され、エネルギーロスも低下させることができる。さらに、大径歯車65、小径歯車66を有するのは第３外歯車63の１種類だけであるため、構造を簡単なものとすることもできる。

以下、この発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図４、５、６はこの発明の実施例２を示す図である。この実施例においては、モータ48がキャリア16の端板部28に複数のボルト49によって取り付けられるとともに、該モータ48から軸方向他側に向かって延びる出力軸55の先端（他端側）には第１外歯車54が設けられ、また、偏心揺動型減速機13のクランク軸40の軸方向片側端（軸方向他側端）には第２外歯車58が取り付けられている。

さらに、この実施例では前記実施例と同様に、キャリア16が、端板部28、29と、端板部28に一体形成されピニオン22に形成された貫通孔72に遊嵌されている柱部73との少なくとも２つ以上、ここでは３つの部材から構成されているが、このうち、柱部73と端板部29とを、軸方向一側に向かってねじ込まれた締結部材としての複数（柱部73と同数）のボルト74により共締めして締結している。なお、前述の柱部73と端板部29とは、通常、前述した締結部材としてのボルト74以外のボルト、ピンによっても締結されている。

そして、これらボルト74は支持軸76を構成するが、これら支持軸76（ボルト74）の外側には、軸方向他側に位置する大径歯車65と軸方向一側に位置する小径歯車66とを有する第３外歯車63が、円筒状をした中間部材75および軸受64を介してそれぞれ回転可能に支持されるとともに、これら大径歯車65は前述と同様に１個の第１外歯車54に、小径歯車66は第２外歯車58にそれぞれ噛み合っている。なお、前述の中間部材75、軸受64は省略することも可能であるが、この場合には、第３外歯車63を支持しているボルト74の外周に軸受メタル等を一体形成することが好ましい。

前述のようにキャリア16が２以上の部材（端板部28、29、柱部73）から構成されているとき、第３外歯車63を回転可能に支持する支持軸76（ボルト74）により前記柱部73と端板部29とを締結するようにすれば、支持軸76をキャリア16の締結用および第３外歯車63の支持用の双方に共用することができ、これにより、構造が簡単となり製作費を安価とすることもできる。なお、他の構成、作用は前記実施例１と同様である。

なお、前述の実施例においては、全て（３本）のクランク軸40に第２外歯車58を取り付けるとともに、該クランク軸40と同数（３本）の支持軸59にそれぞれ第３外歯車63を支持させ、１個の第１外歯車54に３個の第３外歯車63の大径歯車65を噛み合わせる一方、３個の第３外歯車63の小径歯車66を対応する第２外歯車58にそれぞれ噛み合わせるようにしたが、この発明においては、いずれか１本のクランク軸のみに第２外歯車を取り付けるとともに、該クランク軸と、該クランク軸に隣接するクランク軸との間に設置された１本の支持軸のみに１個の第３外歯車を支持させ、第１外歯車に第３外歯車の大径歯車を、第２外歯車に第３外歯車の小径歯車を１対１で噛み合わせるようにしてもよい。このとき、モータを偏心揺動型減速機の中心軸から半径方向に所定距離離して配置してもよい。

また、前述の実施例においては、支持軸59の軸方向他側部をキャリア16（端板部28）に固定する一方、該支持軸59の軸方向一側部に軸受64を介して第３外歯車63を回転可能に支持させるようにしたが、この発明においては、支持軸をキャリアに軸受を介して回転可能に支持する一方、該支持軸に第３外歯車を固定するようにしてもよく、いずれの場合も第３外歯車は回転可能となる。さらに、前述の実施例においては、支持軸59をキャリア16（端板部28）に支持させるようにしたが、この発明においては、キャリアに一体的に連結されている産業用ロボットの第２部材（先端側アーム）に支持させるようにしてもよい。また、前述の実施例においては、支持軸59をキャリア16（端板部28または29）に、アーム（先端側アーム17または基端側アーム11）側に突出するよう、支持させたが、この発明においては、支持軸をキャリア（端板部）に、ピニオン側に突出するよう、支持させてもよい。

また、前述の実施例においては、偏心揺動型減速機13のピン歯21の歯数とピニオン22の外歯23との歯数差が１であったが、この発明においては２以上であってもよい。さらに、前述の実施例においては、産業用ロボット12の第１部材である基端側アーム11に偏心揺動型減速機13の固定部であるケース14を取り付け、産業用ロボット12の第２部材である先端側アーム17に回転部であるキャリア16を取り付けるようにしたが、この発明においては、産業用ロボットの第１部材に偏心揺動型減速機の固定部であるキャリアを、第２部材に回転部であるケースを取り付けるようにしてもよい。

この発明は、偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造に適用できる。

この発明の実施例１を示す正面断面図である。図１のＩ−Ｉ矢視図である。駆動力の伝達経路を示す説明図である。この発明の実施例２を示す正面断面図である。図４のII−II矢視図である。駆動力の伝達経路を示す説明図である。

符号の説明

13…偏心揺動型減速機 16…キャリア
40…クランク軸 48…モータ
54…第１外歯車 58…第２外歯車
59…支持軸 63…第３外歯車
65…大径歯車 66…小径歯車
74…締結部材 75…中間部材
76…支持軸

Claims

軸方向両端部がキャリアに回転可能に支持され、周方向に等距離離れた複数本のクランク軸を有する偏心揺動型減速機と、モータから駆動力が伝達されて回転する第１外歯車と、少なくともいずれか１本のクランク軸の軸方向片側端に取り付けられた第２外歯車と、キャリアに支持された支持軸と、前記支持軸に支持され、第１外歯車に噛み合うとともに、該第１外歯車より大径である大径歯車、および、第２外歯車に噛み合うとともに、該第２外歯車より小径である小径歯車を有する回転可能な第３外歯車とを備えたことを特徴とする減速装置。
前記支持軸を、全てのクランク軸の中心軸を通る仮想円より半径方向外側に配置した請求項１記載の減速装置。
前記キャリアが２以上の部材から構成されているとき、前記支持軸を、前記２以上の部材を締結する締結部材から構成した請求項１または２記載の減速装置。