JP2007303561A - 内接噛合遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外歯歯車を安定した状態で回転させ、騒音、バックラッシを低減し、且つ特別な装置等を要することなく組付け・分解ができるようにする。
【解決手段】内歯歯車１３０と、該内歯歯車１３０に内接噛合する外歯歯車１２６と、該外歯歯車１２６を揺動回転させる偏心体１２０と、を備え、入力軸１１４の回転を減速して出力する減速機Ｇ１或いはギヤドモータＧＭ１において、偏心体１２０自体が、該偏心体１２０を入力軸１１４に対して直接摩擦結合するためのクランプ構造Ｋ１の一部を構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、内接噛合遊星歯車装置に関する。

特許文献１において、図８に記載されているようなギヤドモータが開示されている。

このギヤドモータＧＭ０は、モータＭ０と減速機（遊星歯車装置）Ｇ０とを一体化したものである。モータ軸１２の先端部は減速機Ｇ０の内部に臨んでおり、減速機Ｇ１の入力軸１４とスプライン連結している。入力軸１４は、２つの偏心体２０と所謂「Ｄカット連結」により連結されている。即ち、入力軸１４の一部を軸方向に沿ってカットしてその断面をアルファベットの「Ｄ」の形状とし、一方、この偏心体２０の内周をこの「Ｄ」の形状に対応する形状とすることによって動力伝達を可能としている。

偏心体２０が回転すると、その外周が偏心回転し、偏心体軸受２８を介して外歯歯車２６が揺動する。外歯歯車２６は内歯歯車３０と噛合しており、該外歯歯車２６の揺動により外歯歯車２６と内歯歯車３０との噛合位置が順次ずれる。外歯歯車２６と内歯歯車３０は、例えば１〜６程度の僅少の歯数差を有しており、入力軸１２が１回転する毎に外歯歯車２６は内歯歯車３０に対して、その歯数差分だけ位相がずれる（自転する）。この外歯歯車２６の自転成分を、該内ピン４２を介して出力軸３６側に取り出すことで、モータ軸１２の回転を減速して出力している。なお、外歯歯車２６の揺動成分は、内ピン４２と内ピン孔４３との遊嵌によって吸収される。

特開平６-５０３９５号公報

上述したギヤドモータＧＭ０においては、入力軸１４の回転を「Ｄカット連結」によって偏心体２０に連結していた。しかしながら、このようないわゆる形状的な嵌合によってトルク伝達を行なう連結手法は、入力軸１４と偏心体２０との回転中心の位置決め（心出し）を精度良く行なうのが難しいという問題があった。それは、円と円との嵌合と比較して、円以外の形状の嵌合の場合には、製造時の公差をより大きく設定せざるを得ないためである。

しかしながら、この種の内接噛合型の遊星歯車装置においては、偏心体の外周に装着された外歯歯車が揺動しながら内歯歯車と噛合する構成が採用されているため、当該偏心体自体が入力軸に対してその軸心がずれた状態で装着されていると、騒音の小さな安定した外歯歯車の揺動作用が得られなくなってしまう。又、入力軸と偏心体との間に隙間が存在した場合には、装置全体のバックラッシ拡大の原因となり、又、フレッチング発生の原因ともなる。

このような問題は、Ｄカット連結に限らず、キー連結やスプライン連結等、その他の形状的な嵌合によってトルク伝達を行なうもの全てに多かれ少なかれ共通して存在する問題である。

こうした問題を解決するための１つの手法として、入力軸と偏心体とを圧入によって摩擦連結する手法も考えられるが、圧入による組み付けは、製造に当たってそれなりの組み付け装置を必要とし、又分解が困難になるという別の問題が発生する。特にギヤドモータとしてモータ軸を遊星歯車装置の入力軸として兼用させる場合には、「入力軸と偏心体との分解が困難」というのは、「遊星歯車装置とモータとの分解が困難」、ということにほかならないため、モータの交換が難しくなるという不具合の発生に直結する。

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、外歯歯車を低騒音で且つ安定した状態で回転させることができ、且つ特別な組み付け装置等を要することなく組付け・分解が容易な内接噛合遊星歯車装置、あるいはこれを利用したギヤドモータを提供することをその課題としている。

本発明は、内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車と、該外歯歯車を揺動回転させる偏心体と、を備え、入力軸の回転を減速して出力する内接噛合遊星歯車装置において、前記偏心体自体が、該偏心体を前記入力軸に対して直接摩擦結合するためのクランプ構造の一部を構成している内接噛合遊星歯車装置を提供することにより、上記課題を解決したものである。

本発明においては、偏心体自体が、該偏心体を入力軸に対して直接摩擦結合するためのクランプ構造の一部を構成するように形成されている。この結果、偏心体と入力軸はそれぞれの内周及び外周を基本的に真円で構成することができるようになり、両者の心ずれを最小限に抑えることができるようになる。したがって、外歯歯車を内歯歯車の内側で極めて安定的に揺動させることができ、騒音も低減できる。

又、クランプ構造による摩擦結合であるため、組付けに当たって特別な準備や装置等を必要とせず、又、分解・再組立も容易である。更には、入力軸と偏心体とが完全に一体化されることから、この部分においてバックラッシが発生することが一切なく、又、フレッチングが発生する恐れもない。

本発明によれば、外歯歯車を入力軸の周りで精度良く揺動回転させることができ、騒音やバックラッシを低減することができると共に、入力軸と偏心体との間にフレッチングが発生するのを防止することもできるようになる。又、入力軸と偏心体、ひいては、モータと減速機との分解も容易に行なうことができる。

以下図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１〜図３に本発明の実施形態の一例が適用されたギヤドモータを示す。このギヤドモータＧＭ１は、モータＭ１と減速機（遊星歯車装置）Ｇ１とを同軸に連結したものであり、産業用ロボット（図示略）の関節駆動用として好しく使用される。

図２及び図３に示されるように、モータＭ１のモータ軸１１２は、その先端部がそのまま減速機Ｇ１の入力軸１１４となっている。モータＭ１のフロントカバー１１６には軸受１１８が組み込まれ、モータ軸１１２（入力軸１１４）を回転自在に支持している。

入力軸１１４には３連の偏心体１２０が、くさび体１２２及びボルト（ボルト体）１２４を介して摩擦連結されている。偏心体１２０近傍の構造の詳細については、後に詳述する。

偏心体１２０の外周には、３枚の外歯歯車１２６（１２６Ａ〜１２６Ｃ）がそれぞれ軸受１２８（１２８Ａ〜１２８Ｃ）を介して装着されている。各外歯歯車１２６は、（単一の）内歯歯車１３０とそれぞれ円周方向に１２０度の位相差をもって内接噛合している。内歯歯車１３０は、外歯歯車１２６と（１〜６歯程度の）僅少の歯数差を有し、減速機Ｇ１のケーシング本体１３２と一体化されている。

各外歯歯車１２６の軸方向両サイドには支持ブロック１３４及び出力ブロック１３６が配置されている。支持ブロック１３４及び出力ブロック１３６は、それぞれ軸受１３８、１４０を介してケーシング本体１３２に回転自在に支持されており、出力ブロック１３６から突出形成された内ピン１４２、及びボルト１４４を介して一体的に連結されている。この実施形態では出力ブロック１３６が駆動対象に対する出力軸を構成している。なお符号１３６Ａは出力ブロック１３６に形成された中空部である。

内ピン１４２は、外歯歯車１２６を貫通（遊嵌）し、該遊嵌によって外歯歯車１２６の揺動成分を吸収しながら自転成分のみを支持ブロック１３４および出力ブロック１３６に伝達する構成とされている。

なお、図３において、符号１４６は、出力ブロック１３６と相手機械の被駆動回転体（図示略）とを連結するためのボルト孔、１４８は、分解時に使用する抜き孔、１４９はノック孔である。

ここで、図１を参照して、入力軸１１４と偏心体１２０との連結構造（クランプ構造Ｋ１）について詳細に説明する。

入力軸１１４（モータ軸１１２）は、その断面が真円とされており、Ｄカット加工やキー溝加工などの特別な加工は特になされていない。

偏心体１２０は、その外周に本来的な部分、即ち、３つの偏心部１２０Ｅを有する。偏心体１２０の半径方向内側には、入力軸１１４の外周１１４Ａに嵌合する（真円の）貫通孔１２０Ａが形成されている。又、偏心体１２０の軸方向反モータ側（軸方向端部）には延長部１２０Ｂが形成されている。この延長部１２０Ｂの半径方向内側（入力軸１１４の外周と対向する内周面）には、前記貫通孔１２０Ａの内周面と連続して、その内径が軸方向反モータ側に向かって徐々に拡大する第１くさび面１２０Ｃが形成されている。

前記くさび体１２２は、くさび部１２２Ａ及び鍔状のフランジ部１２２Ｂを備え、くさび部１２２Ａの外周に偏心体１２０の第１くさび面１２０Ｃと軸方向Ｘから係合する第２くさび面１２２Ｃを有する。又、フランジ部１２２Ｂには複数のボルト孔１２２Ｄが形成されている。ボルト孔１２２Ｄにはボルト（ボルト体）１２４が軸方向から係入可能とされ、係入されたボルト１２４は、偏心体１２０の延長部１２０Ｂの端面に形成されたボルト孔１２０Ｄに螺入することによってくさび体１２２を偏心体１２０側に（第１、第２くさび面１２０Ｃ、１２２Ｃを摺動させながら）押圧可能である。

次に、このギヤドモータＧＭ１の作用を説明する。

モータ軸１１２は減速機Ｇ１の入力軸１１４を兼ねているため、該モータ軸１１２の回転はそのまま入力軸１１４の回転となる。

偏心体１２０の第１くさび面１２０Ｃに対し、くさび体１２２の第２くさび部１２２Ａが、ボルト１２４の締付力によって軸方向Ｘから割り込むように係入されているため、該ボルト１２４の締め付け力により、第２くさび面１２２Ｃは、その内周側が入力軸１１４の外周１１４Ａを強く押圧し、外周側が偏心体１２０の第１くさび面１２０Ｃを強く押圧する。この結果、それぞれの押圧力によって発生する摩擦により、入力軸１１４と偏心体１２０は、（くさび体１２２を介して）強力に摩擦連結されることになる。そのため、偏心体１２０が入力軸１１４とともに回転を開始し、該偏心体１２０の外周に装着されている外歯歯車１２６が揺動回転する。

外歯歯車１２６と内歯歯車１３０はごくわずかの歯数差を有しているため、外歯歯車１２６が偏心体１２０の回転によって１回揺動すると内歯歯車１３０との噛合位置が一回りし、外歯歯車１２６は固定状態にある内歯歯車１３０に対して該内歯歯車１３０との歯数差分だけずれる（自転する）。この外歯歯車１２６の自転成分は、該外歯歯車１２６を貫通している内ピン１４２を介して支持ブロック１３４及び出力ブロック１３６に伝達される。出力ブロック１３６に伝達された出力トルクは、駆動しようとする相手機械の回転部（図示略）に、ボルト孔１４６を介して伝達される。

ここで、入力軸１１４と偏心体１２０は、クランプ構造Ｋ１によって摩擦連結されている。入力軸１１４と偏心体１２０の心出しは、該入力軸１１４の外周（真円）と偏心体１２０の貫通孔（真円）１２０Ａとの嵌合によって行なわれるため、極めて正確に行なうことができる。そのため、偏心体１２０は安定した状態で入力軸１１４の周りで回転することができる。そのため、騒音、伝達ロスの低減が図れる。又、入力軸１１４と偏心体１２０は、完全に一体化された状態で連結されているため、この部分において発生するバックラッシが無く、又、フレッチングの発生も生じにくい。低騒音で安定回転でき、且つ低バックラッシという作用は、精密で正確な位置決めが要求される産業用のロボットの関節駆動等の用途に最適である。

また、クランプ構造Ｋ１が偏心体１２０の軸方向端部において、偏心部１２０Ｅの軸方向位置と干渉しない位置に延在させた延長部１２０Ｂに形成されているため、外歯歯車１２６の揺動運動への影響が少ない。

更に、出力ブロック（出力軸）１３６が中空部１３６Ａを有し、クランプ構造Ｋ１は、該中空部１３６Ａを介してボルト１２４を軸方向から螺入し、くさび体１２２を偏心体１２０に係入させる構造であるため、減速機Ｇ１のケーシング本体１３２に、摩擦締結するためのボルトを係入するために貫通孔を半径方向に形成する必要が無く、そのためのシール構成も必要としない。また、減速機Ｇ１を相手機械に固定した状態でモータＭ１のみを取り外すことも可能である。

又、くさび体１２２は、入力軸１１４の端面１１４Ｓよりも軸方向モータ側で入力軸１１４と偏心体１２０とを連結しているため、当該連結のために装置全体の軸方向長が長くなるのを最小限に抑えることができている。

更に、ボルト１２４を取り外すことによって、入力軸１１４と偏心体１２０とを容易に分解することができるため、モータ軸１１２の加工が一切不要なことと相まって、モータＭ１の交換も容易である。

次に、図４を用いて本発明の他の実施形態の例を説明する。

先の実施形態に係るギヤドモータＧＭ１においては、複数のボルト１２４をくさび体１２２の鍔状のフランジ部１２２Ｂ及び偏心体１２０に係入させるようにしていた。これに対し、本実施形態に係るギヤドモータＧＭ２においては、くさび体２２２に入力軸２１４の端面２１４Ｓを覆う円板部２２２Ｂを設け、この円板部２２２Ｂの半径方向中央を貫通して１個の大きなボルト２２４を入力軸２１４に直接螺入するようにしてクランプ構造Ｋ２を構成している。

このような構成によっても、第１くさび面２２０Ｃ及び第２くさび面２２２Ｃにおいて先の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

この実施形態は、くさび体２２２を組み込むためのボルト２２４が１個で済むため、該くさび体２２２の組み込み、即ち入力軸２１４と偏心体２２０との摩擦締結をそれだけ簡易に行なうことができるようになる。

その他の構成については、モータＭ２、減速機Ｇ２とも、先の実施形態とほぼ同様であるため、図中で同一又は類似する部分に下２桁が同一の符号を付すに止め、重複説明を省略する。

図５及び図６に、更に他の実施形態の例を示す。

先の２つの実施形態では、くさび体１２２、２２２を偏心体１２０、２２０とは別に設け、偏心体１２０、２２０、くさび体１２２、２２２、及びボルト（ボルト体）１２４、２２４とで、クランプ構造Ｋ１、Ｋ２を構成するようにしていた。

これに対し、この実施形態に係るギヤドモータＧＭ３においては、偏心体３２０の軸方向反モータ側の延長部３２０Ｂが第１スリット３２７を介して配置され、この延長部３２０Ｂが直接クランプ構造Ｋ３の中核部を形成している。延長部３２０Ｂは、図６に示されるように、円周方向から軸方向に沿って形成された第２スリット３２９を有し、この第２スリット３２９のスリット幅Ｗが、第１スリット３２７の存在と相俟ってボルト（ボルト体）３２４によって縮小可能とされている。スリット幅Ｗの縮小により、延長部３２０Ｂの内周が強く入力軸３１４の外周３１４Ａに押しつけられ、該入力軸３１４と偏心体３２０とが一体的に摩擦連結される。即ち、先の実施形態と異なり、この実施形態においてはボルト３２４を（軸方向からではなく）半径方向から締め付けることによって摩擦連結を行うことになる。

この実施形態においては、くさび体が存在しないため、部品点数が少ないというメリットが得られる。また、モータ軸３１２の加工が不要であるため、汎用モータをそのまま使用できる。

なお、この図５及び図６に示した実施形態に係るギヤドモータＧＭ３では、クランプ構造Ｋ３を偏心体３２０の反モータ側にのみ形成するようにしていたが、例えば図７に示されるギヤドモータＧＭ４のように、偏心体４２０の軸方向両サイドに同様のクランプ構造Ｋ４Ａ、Ｋ４Ｂを形成するようにすると、連結容量の増大、及び更なる連結部の安定化が図れる。また、この図７の実施形態によっても、別部材としてのくさび体が不要であるため、部品点数の増大が防止できる。

その他の構成については、モータＭ３、Ｍ４、減速機Ｇ３、Ｇ４とも、既に説明した実施形態に係るモータＭ１、Ｍ２、減速機Ｇ１、Ｇ２とほぼ同様であるため、図中で同一または類似する部分に下２桁が同一の符号付すにとどめ、重複説明を省略する。

なお、上記実施形態においては、外歯歯車としていずれも３枚の外歯歯車が組み込まれていたため、これに合わせて３連の偏心部を備える偏心体の例が示されていたが、本発明における偏心体は、このような偏心体に限定されず、偏心部は１個又は２個であってもよく、又、４個以上であってもよい。又、クランプ構造の具体的な構成も上記構成に限定されない。

産業用のロボットの関節駆動用のギヤドモータを含む、あらゆる分野のギヤドモータに適用できる。その中でも特に、本発明は、モータ軸が遊星歯車装置の入力軸として機能している内接噛合型のギヤドモータに適用すると好適である。モータ軸が遊星歯車装置の入力軸を兼用している場合、多くは、該モータ軸が片持ち状態で遊星歯車装置内に臨むことになるが、偏心体がモータ軸に対して軸心がずれた状態で、或いは隙間の存在する状態で組み込まれていると、該モータ軸の振れが大きくなり易い。本発明では、偏心体がモータ軸に隙間なく同心を維持して組み付けられるため、安定した運転が可能となる。また、分解が可能となるため、モータ等に不具合があった場合でもその交換が容易である。

本発明の実施形態の一例に係るギヤドモータの要部拡大図 同ギヤドモータの図３の矢視ＩＩ−ＩＩ線に沿う展開断面図 同ギヤドモータの正面図 本発明の他の実施形態の例を示す図２相当の展開断面図 本発明の更に他の実施形態の例を示す図２相当の展開断面図 同ギヤドモータの側面図 本発明の更に他の実施形態の例を示す図２相当の展開断面図 従来の内接噛合型遊星歯車装置を備えたギヤドモータを示す断面図

符号の説明

Ｍ１…モータ
Ｇ１…減速機
ＧＭ１…ギヤドモータ
Ｋ１…クランプ構造
１１２…モータ軸
１１４…入力軸
１２０…偏心体
１２０Ｃ…第１くさび面
１２２…くさび体
１２２Ｃ…第２くさび面
１２４…ボルト
１２６…外歯歯車
１３０…内歯歯車
１３４…支持ブロック
１３６…出力ブロック

Claims (6)

1. 内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車と、該外歯歯車を揺動回転させる偏心体と、を備え、入力軸の回転を減速して出力する内接噛合遊星歯車装置において、
   前記偏心体自体が、該偏心体を前記入力軸に対して直接摩擦結合するためのクランプ構造の一部を構成している
   ことを特徴とする内接噛合遊星歯車装置。
2. 請求項１において、
   前記偏心体の軸方向端部が前記クランプ構造の一部を構成している
   ことを特徴とする内接噛合遊星歯車装置。
3. 請求項１または２において、
   前記クランプ構造が、軸方向からの押圧によって入力軸と偏心体との間に摩擦力を発生する構成とされた
   ことを特徴とする内接噛合遊星歯車装置。
4. 請求項３において、
   前記内接噛合遊星歯車装置の出力軸が中空部を有し、前記軸方向からの押圧を実現する部材が該中空部を介して供給される
   ことを特徴とする内接噛合遊星歯車装置。
5. 請求項３または４において、
   前記クランプ構造が、
   前記入力軸の外周と対向する内周面に形成され、前記クランプ構造の一部を構成する第１くさび面を有する前記偏心体と、
   該第１くさび面と係合する第２くさび面を有するくさび部を備えたくさび体と、
   該くさび体のくさび部を、前記偏心体と入力軸との間に軸方向から係入可能に押圧・固定するボルト体と、を備えている
   ことを特徴とする内接噛合遊星歯車装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記偏心体の偏心部の軸方向位置と干渉しない位置に、前記クランプ構造が形成されている
   ことを特徴とする内接噛合遊星歯車装置。

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