JP2007298101A

JP2007298101A - 揺動内接噛合型ギアドモータ

Info

Publication number: JP2007298101A
Application number: JP2006126068A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tamaki; 誠環; Takuya Hirose; 拓哉廣瀬
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-11-15

Abstract

【課題】精密制御に対応する性能を維持しつつ、コンパクト且つ安価なギアドモータを提供する。
【解決手段】モータの回転を、内歯歯車１３６と内歯歯車１３６に噛合して揺動回転する複数枚の外歯歯車１３４との相対回転成分として減速して出力する揺動内接噛合型ギアドモータであって、モータがサーボモータＭ１０１であり、外歯歯車１３４を貫通して前記相対回転成分を取り出すことが可能な内ピン１４４と、内ピン１４４を支持するフランジ体１４０と、サーボモータＭ１０１のモータ軸１０２に支持され、外歯歯車１３４を偏心回転させることが可能な偏心体１３０と、を備え、フランジ体１４０に対して偏心体１３０をフロート状態とし、偏心体１３０の偏心方向を、外歯歯車１３４の枚数に応じてバランス配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーボモータの回転を、内歯歯車と該内歯歯車に噛合して揺動回転する複数枚の外歯歯車との相対回転成分として減速して出力する揺動内接噛合型ギアドモータに関する。

従来、図２に示したロボットの関節構造Ｋが知られている（特許文献１参照）。

このロボットの関節構造Ｋは、主にモータＭ１と減速機Ｇ１を備えるギアドモータＧＭ１から構成され、第１部材８０と第２部材８２とを相対的に回転させることでロボットの関節を実現している。

ギアドモータＧＭ１は、モータ軸２の先端部が偏心体３０に挿入され、スプラインを介してが一体的に回転可能に連結されている。この偏心体３０は、偏心体用軸受３２を介して外歯歯車３４と係合しており、さらに当該外歯歯車３４は、減速機ケーシング３８に備わる内歯３６Ａと噛合している。又、外歯歯車３４に形成された内ピン孔３４Ｈには、内ピン４４が貫通しており、該内ピン４４は自身の軸方向両側からフランジ４０（第１フランジ４０Ａ、第２フランジ４０Ｂ）にて支持されている。又、偏心体３０はその軸方向両端付近で、軸受７０、７２によって回転自在に支持されている。軸受７０は、偏心体３０と第１フランジ４０Ａとの間に配置され、軸受７２は偏心体３０と第２フランジ４０Ｂとの間に配置されている。

このように、偏心体３０を軸受７０、７２を介してフランジ４０から支持する構造は、偏心体３０の位置決めを行うと同時に、動力源としてどのようなモータが連結された場合でも、それに対応することができる程度に減速機Ｇ１側の性能を維持しておく必要性があったからである。

特開２００５-２５４４４０号公報

近年、特にロボットの関節駆動装置として機能しうる程度に精密制御可能な性能を有し、コンパクト且つ安価なギアドモータが市場から熱望されている。

しかしながら、現状で提供されているギアドモータは、必ずしもこの要求に応えていないというのが実情である。

本発明は、精密制御に対応する性能を維持しつつ、コンパクト且つ安価なギアドモータを提供するものである。

本発明は、モータの回転を、内歯歯車と該内歯歯車に噛合して揺動回転する複数枚の外歯歯車との相対回転成分として減速して出力する揺動内接噛合型ギアドモータであって、前記モータがサーボモータであり、前記外歯歯車を貫通して前記相対回転成分を取り出すことが可能な内ピンと、該内ピンを支持するフランジ体と、前記サーボモータのモータ軸に支持され、前記外歯歯車を偏心回転させることが可能な偏心体と、を備え、前記フランジ体に対して前記偏心体をフロート状態とし、前記偏心体の偏心方向を、前記外歯歯車の枚数に応じてバランス配置することで、上記課題を解決するものである。

従来のギアドモータの減速機は、様々なモータに対応し得るように、モータ軸に連結される偏心体軸のフランジに対する位置決めが必須であり、そのために必要とされた部品の存在により、ギアドモータ全体としてみた場合、必ずしも大きさやコストの面で十分ではなかったと考えられる。

本発明では、動力源を精密制御に適したサーボモータに限定している。その上で、サーボモータが精密制御を前提として構成されていることを最大限に利用している。即ち、サーボモータでは、精密制御を可能とするために自身のモータ軸を支持する軸受の隙間が小さく設計されており、モータ軸自体の位置決め精度が非常に高い。よって、当該モータ軸の先端に直接偏心体を設けたとしても、当該偏心体を必要なレベルで位置決めすることが十分に可能である。更に、偏心体の偏心方向を外歯歯車の枚数に応じてバランス配置することにより、外歯歯車の慣性モーメントによる振動を抑制できるため、偏心体をフロートさせることが可能となる。換言すると、従来のように偏心体にわざわざ専用の軸受を配置し、フランジから支持させるような構成を採らずとも、（フロート状態としておくだけで）十分に減速機（ギアドモータ）として機能させることができる。

なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「フロート状態」とは、相手方と直接接触しておらず、且つ、相手方との間に専用の軸受によって支持されていないことを意味している。

又、「バランス配置」とは、偏心により偏心体が外歯歯車から受ける反力の総和が「０」になるように位相が調整されていることを言い、例えば、外歯歯車が３枚で構成されている場合には、それぞれ１２０°位相が異なるように偏心方向が定まっている場合である。

本発明を適用することで、精密制御に対応でき、コンパクト且つ安価なギアドモータを提供することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例である揺動内接噛合型ギアドモータＧＭ１０１の側断面図である。

ギアドモータＧＭ１０１は、モータ（サーボモータ）Ｍ１０１と減速機Ｇ１０１とが連結された構成とされている。

<サーボモータ部>
モータＭ１０１は、その中心にモータ軸１０２を備えている。又、当該モータ軸１０２の軸方向中央付近にはロータ１０４が周設されている。又、当該ロータ１０４の外周表面と若干の隙間を有するように、電機子コイル１０８を備えたステータヨーク１０６が対向している。なお、この電機子コイル１０８及びステータヨーク１０６がステータ１１０を構成している。更に、当該ステータ１１０は円筒状のモータケーシング本体１１６の内周面に周設固定されている。

又、モータ軸１０２の後端部（図１における右方向端部）側には、エンドカバー１１４が配置されており、当該エンドカバー１１４に形成されたモータ軸後端貫通孔１１４Ｈ内に備わる軸受１０３を介して、モータ軸１０２が軸心Ｏを中心に回転自在に支持されている。又、当該エンドカバー１１４はモータケーシング本体１１６と連結している。又、モータ軸後端貫通孔１１４Ｈを貫通して配置されるモータ軸１０２の後端部には、レゾルバ部１１２が設けられており、モータ軸１０２の回転を検出可能とされている。このレゾルバ１１２には、モータ軸１０２と一体的に回転する回転部位と、固定部位とが備わっており、固定部位に対する回転部位の角度（位置）に応じたアナログ信号を発生する。このアナログ信号を検知することで、結果的にモータ軸１０２の回転を検出している。

一方、モータ軸１０２の先端方向（図１における左方向）には、フロントカバー１１８が備わっている。又、当該フロントカバー１１８には、モータ軸１０２の先端が貫通可能なモータ軸先端貫通孔１１８Ｈが備わっており、モータ軸１０２が軸受１５０を介して、当該モータ軸先端貫通孔１１８Ｈを貫通する態様で設置されている。又、当該フロントカバー１１８とモータケーシング本体１１６とは連結されている。

なお、このフロントカバー１１８と、モータケーシング本体１１６と、エンドカバー１１４とで、モータケーシング１２０を構成している。

<減速機部>
続いて減速機Ｇ１０１部分の構成を説明する。

モータ軸１０２の先端は、減速機Ｇ１０１の内部に臨むように配置されている。又、本実施形態においては、モータ軸１０２が直接減速機Ｇ１０１の入力軸として機能する構成とされている。モータ軸１０２の先端には、偏心体１３０が配置・固定されている。モータ軸１０２と偏心体１３０との結合部分の先端側（図１における左側）は、スプライン結合されており、モータ軸１０２が回転することによって、偏心体１３０も回転するような構成とされている。この他にも例えばＤカット、キー等のいわゆる「形状的な嵌合構造」によって連結されていてもよい。更に、ローレット結合を採用することも可能である。又、結合部分の反先端側（図１における右側）においては、中間嵌め乃至締まり嵌めで結合されて精密な芯出しがなされており、モータ軸１０２と偏心体１３０との間にガタの発生する可能性を完全に払拭することが可能となる。又、この偏心体１３０は偏心体用軸受１３２を介して外歯歯車１３４の中心孔１３４Ｃ内に嵌合している。一方、当該偏心体１３０は、偏心体用軸受１３２と接触している点を除いては、減速機Ｇ１０１のその他の構成部品（例えば後述する第１、第２フランジ１４０Ａ、１４０Ｂ）に対してフロート状態となっている。即ち、当該他の構成部品（相手方）と直接接触しておらず、且つ、当該他の構成部品との間に専用の軸受によって支持されていない。又、本実施形態においては、外歯歯車１３４が３枚の構成とされており、これに対応するように、偏心体１３０の偏心方向はそれぞれ１２０°位相が異なるように構成されている。これにより、運転時において偏心体１３０が受ける各外歯歯車１３４からの反力の成分が相殺キャンセルされ、偏心体１３０を支持するモータ軸１０２へのモーメントを低減することが出来る。モータ軸１０２に作用するモーメントを考慮すれば、外歯歯車１３４の枚数が３枚の構成であることが好ましいが、これに限定されるものではなく、外歯歯車１３４が複数枚である限りにおいて２枚の構成であってもよいし、４枚以上の構成であってもよい。当該枚数に応じて偏心体１３０の偏心方向も調整される（例えば２枚の場合には位相を互いに１８０°ずらして構成し、４枚の場合には位相を互いに９０°ずらして構成するとよい）。

又、外歯歯車１３４は、自身の中心孔１３４Ｃ部分に偏心体１３０（偏心体用軸受１３２）を嵌合させると同時に、内歯歯車１３６の内歯１３６Ａと噛合している。なお、図面上には現れていないが、外歯歯車１３４が有する外歯の歯数と、内歯１３６Ａの数とは、僅少の差を有して構成されている。又、本実施形態においては、内歯１３６Ａと内歯歯車本体１３６Ｂとで内歯歯車１３６を構成し、更に、この内歯歯車本体１３６Ｂは、減速機ケーシング本体１３８と一体的に構成されている。

又、外歯歯車１３４には、複数の内ピン孔１３４Ｈが形成されており（図面上は１枚の外歯歯車１３４に対して１つしか現れていない）、当該内ピン孔１３４Ｈを貫通する態様で内ピン１４４及びローラ１４５が配置されている。この内ピン１４４は、フランジ１４０によって軸方向両側から支持されている。このフランジ１４０は、モータＭ１０１側に配置される第１フランジ１４０Ａと、反モータＭ１０１側に配置される第２フランジ１４０Ｂから構成されている。

本実施形態において内ピン１４４は、第２フランジ１４０Ｂと一体的に形成されている。又、内ピン１４４の、第１フランジ１４０Ａ側の端面中央には、タップ１５５が形成されており、当該タップ１５５に螺合可能な連結ボルト１５６によって、内ピン１４４と第１フランジ１４０Ａとが連結されている。

又、第１フランジ１４０Ａと減速機ケーシング本体１３８とは、軸受１４６によって相対的に回転可能に支持されている。一方、第２フランジ１４０Ｂと減速機ケーシング本体１３８とは、軸受１４８によって相対的に回転可能に支持されている。これら第１フランジ１４０Ａと、第２フランジ１４０Ｂと、減速機ケーシング本体１３８とで、減速機ケーシング１４２を構成している。

なお、減速機ケーシング本体１３８はモータＭ１０１のフロントカバー１１８と連結固定されている。

又、符号１５２は、第２フランジ１４０Ｂに備わるカバーであり、符号１５４はオイルシールである。

<ギアドモータＧＭ１０１の作用>
続いて、ギアドモータＧＭ１０１の作用について説明する。モータＭ１０１に通電されると、レゾルバ部１１２からの回転検出情報を基に、図示せぬドライバによって制御され、モータ軸１０２が軸心Ｏを中心に回転を始める。このモータ軸１０２の回転は、モータ軸１０２の先端に設置固定された偏心体１３０を偏心回転させる。当該偏心体１３０の偏心回転は偏心体用軸受１３２を介して外歯歯車１３４へと伝達される。ここで、偏心体１３０の偏心方向はそれぞれ１２０°位相が異なるように構成されているため、偏心体１３０が受ける各外歯歯車１３４からの反力の成分が相殺キャンセルされ、偏心体１３０を支持するモータ軸１０２へのモーメントを低減することが出来る。外歯歯車１３４は、偏心体１３０からの作用によって内歯歯車１３６に対して揺動回転することになる。しかしながら、当該外歯歯車１３４は内歯歯車１３６の内歯１３６Ａとの噛合によって回転を規制され、ほとんど揺動のみを行なうことになる。但し前述の通り、外歯歯車１３４の外歯の数と内歯１３６Ａの数とは僅少の差を有して構成されているため、外歯歯車１３４が１回揺動する毎に当該（歯数）差分だけ外歯歯車１３４が自転（内歯歯車１３６に対する相対回転）する。この相対回転成分はローラ１４５を介して内ピン１４４によって取り出され、各フランジ１４０Ａ、１４０Ｂへと伝達される。このフランジの回転は、第２フランジ１４０Ｂに連結する相手機械（図示していない）に伝達される。

なお、外歯歯車１３４の揺動成分は、内ピン孔１３４Ｈと、当該内ピン孔１３４Ｈに遊嵌するローラ１４５及び内ピン１４４によってキャンセルされ、相対回転成分のみが出力されることになる。

前述したように、本発明にかかるギアドモータＧＭ１０１においては、偏心体１３０がフロート状態で支持されており、当該偏心体１３０の偏心方向が外歯歯車１３４の枚数に応じてバランスするように配置されているため、専用の軸受を必要としていない。即ち、当該専用の軸受が存在しないことにより、軸受け分のスペース及びコストを「０」としている。特に軸受は、半径方向のスペースを要するため、外径の小さな軸受であってもそれを省略できることによる装置全体の半径方向のコンパクト化には大きく寄与しうる。更に、軸受を組み込む作業工程も省略できるため、かかる観点からもコスト削減が可能となる。

又、モータ軸で外歯歯車の荷重を受ける関係上、モータ軸端部は振動の影響を受けることになる。しかしながらこのような場合であっても、本発明に係る当該ギアドモータＧＭ１０１におけるモータＭ１０１の回転検出には、回転検出装置としてレゾルバ１１２が採用されている。このレゾルバは振動の影響を受ける電子回路をその構成部品として必要としないため、振動に強く、特にロボット間接駆動に用いる揺動内接噛合型ギアドモータへの使用に適している。

特にロボットの関節駆動装置への利用に好適である。

本発明の実施形態の一例である揺動内接噛合型ギアドモータの側断面図特許文献１に記載されるギアドモータを利用したロボットの関節構造

符号の説明

ＧＭ１０１…揺動内接噛合型ギアドモータ
Ｇ１０１…減速機
Ｍ１０１…モータ（サーボモータ）
１０２…モータ軸
１０３、１４６、１４８、１５０…軸受
１０４…ロータ
１０６…ステータヨーク
１０８…電機子コイル
１１０…ステータ
１１２…レゾルバ部
１１４…エンドカバー
１１４Ｈ…モータ軸後端貫通孔
１１６…モータケーシング本体
１１８…フロントカバー
１１８Ｈ…モータ軸先端貫通孔
１２０…モータケーシング
１３０…偏心体
１３２…偏心体用軸受
１３４…外歯歯車
１３６…内歯歯車
１３６Ａ…内歯
１３６Ｂ…内歯歯車本体
１３８…減速機ケーシング本体
１４０Ａ…第１フランジ
１４０Ｂ…第２フランジ
１４２…減速機ケーシング
１４４…内ピン
１４５…ローラ
１５２…カバー
１５４…オイルシール
１５６…連結ボルト

Claims

モータの回転を、内歯歯車と該内歯歯車に噛合して揺動回転する複数枚の外歯歯車との相対回転成分として減速して出力する揺動内接噛合型ギアドモータであって、
前記モータがサーボモータであり、
前記外歯歯車を貫通して前記相対回転成分を取り出すことが可能な内ピンと、
該内ピンを支持するフランジ体と、
前記サーボモータのモータ軸に支持され、前記外歯歯車を偏心回転させることが可能な偏心体と、を備え、
前記フランジ体に対して前記偏心体はフロート状態であり、
前記偏心体の偏心方向が、前記外歯歯車の枚数に応じてバランス配置された
ことを特徴とする揺動内接噛合型ギアドモータ。
請求項１において、
前記フランジ体が、前記偏心体の軸方向両側に配置され、
前記偏心体が、そのいずれのフランジに対してもフロート状態に維持されている
ことを特徴とする揺動内接噛合型ギアドモータ。
請求項１又は２において、
前記サーボモータには、前記モータ軸の回転検出装置としてレゾルバが備わっている
ことを特徴とする揺動内接噛合型ギアドモータ。