JP2008101726A

JP2008101726A - 減速装置

Info

Publication number: JP2008101726A
Application number: JP2006285742A
Authority: JP
Inventors: Koji Nakamura; 江児中村; Atsushi Hirose; 淳広瀬
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-05-01

Abstract

【課題】キャリアの強度を確保しつつ、キャリアを小さくすることで減速装置を小型化する。
【解決手段】第１キャリア３０ａと連結部３０ｂを貫通するタップ加工された貫通孔３４が形成されている。第２キャリア３０ｃは、ボルト３２を貫通孔３４に螺合させて連結部３０ｂの第１キャリア３０ａと反対側（図中の下側）に固定する。後段アーム１０４は、ボルト１１０を貫通孔３４に螺合させて第１キャリア３０ａの連結部３０ｂと反対側（図中の上側）に固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットや工作機械等で使用される減速装置に関する。特に、減速装置を小型化する技術に関する。

内歯歯車と歯数の異なる外歯歯車を用意し、外歯歯車が内歯歯車に噛み合う位置関係で外歯歯車を内歯歯車の内側に収容し、両者が噛み合った状態を維持しながら外歯歯車を内歯歯車の中心の周りに公転させると、外歯歯車が内歯歯車に対して自転する。この現象を利用する偏心揺動型減速装置が開発されており、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の減速装置は、内歯歯車と外歯歯車とキャリアとクランク軸を有している。
外歯歯車は、内歯歯車と異なる歯数を有している。外歯歯車は、内歯歯車と噛み合っており、内歯歯車の中心の周りに公転しながら自転することが可能な状態で、内歯歯車内に収容されている。外歯歯車には、中心からオフセットされた位置に複数個の貫通孔が形成されている。
キャリアは、内歯歯車の中心の周りに自転可能に支持されている。また、キャリアの一部は、外歯歯車に形成されている一部の貫通孔を通過している。貫通孔とキャリアの間には間隔が確保されている。すなわち、キャリアは、外歯歯車がキャリアの中心の周りに公転することを許容しつつ、外歯歯車の自転に追従して自転する。
クランク軸は、キャリアに対して自転可能な軸部と、軸部に固定されているとともに軸部を自転させる入力歯車部と、軸部に固定されているとともに軸部の中心軸からオフセットされた位置に中心を有する偏心体を有している。クランク軸の偏心体は、外歯歯車の一部の貫通孔（キャリアが挿入されていない貫通孔）に嵌りこんでいる。
クランク軸の入力歯車部が自転すると、クランク軸の偏心体が偏心回転する。クランク軸の偏心体が偏心回転すると、外歯歯車が内歯歯車に対して公転しながら自転する。外歯歯車が自転すると、キャリアが内歯歯車に対して自転する。

偏心揺動型減速装置では、キャリアは、第１キャリアと、第１キャリアと外歯歯車を挟んで対向して配置される第２キャリアを備えている。第１キャリアは、外歯歯車の貫通孔を貫通する連結部を有しており、その連結部が第２キャリアと当接している。第１キャリアと第２キャリアは、連結部で第２キャリア側から第１キャリアのボルト穴に挿入されたボルトにより固定されている。第１キャリアの他方の面（即ち、第２キャリアと反対側の面）には、減速装置を固定するロボットアーム等の他の部材が第１キャリアと当接して配置されている。第１キャリアと他の部材は、他の部材側から第１キャリアのボルト穴に挿入されたボルトにより固定されている。

特開２００１−３２３９７２号公報

ロボットや工作機械等の小型化が進むに伴って、減速装置も小型化が進められている。減速装置を小型化するための１つの方法として、キャリアを小型化することが考えられる。しかしながら、キャリアを小型化すると、第１キャリアの両面に挿入されているボルト、即ち、第２キャリアを第１キャリアに固定するためのボルトと、他の部材を第１キャリアに固定するためのボルトの間隔が狭くなってしまう。ボルト間隔が接近すると、ボルト穴同士の間隔が狭くなってしまう。ボルト穴は、下穴を開け、その下穴にタップ加工して形成されている。下穴は、挿入されるボルトの全長よりも深く開けられている。したがって、ボルト穴にボルトを挿入しても、下穴部分に空洞が形成される。そのため、ボルト穴の間隔が狭くなると、空洞部が接近し、空洞部間の肉厚が薄くなってしまう。これにより、減速装置の駆動によりキャリアに応力がかかると、キャリアの肉厚が薄くなった部分が破損する虞がある。

本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、キャリアの強度を確保しつつ、キャリアを小さくすることで減速装置を小型化する技術を提供することである。

本発明の減速装置は、内歯歯車と、中心の周りに複数の貫通孔が形成されており、内歯歯車に噛み合った状態を維持して内歯歯車の中心軸回りに公転しながら自転可能に支持されている外歯歯車と、内歯歯車の中心軸回りに自転可能に支持されており、外歯歯車の自転に伴って内歯歯車の中心軸回りに自転するキャリアと、そのキャリアに対して自転可能に支持されており、自転することによって外歯歯車の一部の貫通孔に挿入される偏心体を偏心回転させ、外歯歯車を内歯歯車の中心軸回りに公転させるクランク軸を備えている。前記したキャリアは、外歯歯車の他の一部の貫通孔を貫通する連結部を有する第１キャリアと、第１キャリアに外歯歯車を挟んで対向する第２キャリアを有している。第１キャリアには、第２キャリア側からその反対側まで、連結部を通過して貫通する貫通孔が形成されており、第２キャリアは、第２キャリア側から貫通孔の一方の側へ挿入される固定部材により第１キャリアに固定されている。そして、貫通孔の反対側に、減速装置を他の部材に固定する固定部材が配置されることを特徴とする。
この構成によれば、従来別々に設けられていたボルト穴を、貫通孔にすることで一体にできる。そのため、ボルト穴の空洞部が接近してキャリアの薄肉部分をなくすことができる。したがって、強度を確保しながらキャリアを小型化することができる。また、固定部材を同軸上に配置することができるため、固定部材同士の干渉を心配することなく大きいサイズの固定部材を用いることができる。また、固定部材を貫通孔の一方の側から反対側まで貫通させ、固定部材の一方の端部で第２キャリアを第１キャリアに固定するとともに、固定部材の他方の端部で減速装置を固定する他の部材を第１キャリアに固定することができる。

上述した貫通孔は、孔径が一定であることが好ましい。孔径を一定にすることで、貫通孔の加工を一方向からすることができる。この構成によれば、キャリアの加工工数を削減することができる。また、上述した貫通孔は複数の異なる孔径が連なって形成されていてもよい。この構成によれば、第２キャリアを第１キャリアに固定する固定部材の直径と、第１キャリアを他の部材に固定する固定部材の直径を変えることができる。したがって、使用用途や条件に合わせて、固定部材の直径を別々に選択することができる。

本発明の減速装置によると、キャリアを減速装置の回転軸方向及び回転方向に小さくすることが可能となる。そのため、減速装置本体を小型化することができる。これにより、例えば、産業用ロボットの関節部をコンパクトに構成することが可能となる。

下記の実施例に記載の技術の主要な特徴について列記する。
（形態１）減速装置は、一対の外歯歯車を備えている。一対の外歯歯車は、互いに１８０度の位相差を持って、内歯歯車の中心軸回りに公転しながら自転する。
（形態２）クランク部材には、一対の偏心体が設けられている。一対の偏心体の一方の中心軸と他方の中心軸は、クランク軸の中心軸から互いに反対方向にオフセットしている。一対の偏心体の一方は、一対の外歯歯車の一方に形成されている貫通孔に嵌り込んでいる。一対の偏心体の他方は、一対の外歯歯車の他方に形成されている貫通孔に嵌り込んでいる。それにより、クランク部材の自転に伴って、一対の偏心体は互いに１８０度の位相差を持って偏心回転し、一対の外歯歯車は互いに１８０度の位相差を持って内歯歯車の中心軸回りに公転しながら自転する。

（実施例１）
図１は、本発明を実施した減速装置１０を示している。図１に示すように、減速装置１０は、例えば産業用ロボットの関節部１００に好適に適用することができる。関節部１００は、前段アーム１０２と後段アーム１０４と減速装置１０と図示省略したモータを備えている。後段アーム１０４は、減速装置１０を介して前段アーム１０２に揺動可能に接続されている。
減速装置１０は、主に、内歯歯車２０と、キャリア３０と、入力軸４０と、三つのクランク部材６０と、一対の外歯歯車８０ａ，８０ｂを備えている。内歯歯車２０は、前段アーム１０２に固定されている。キャリア３０は、前段アーム１０２と反対側の面（図１中の上側の面）で、ボルト１１０によって後段アーム１０４に固定されている。入力軸４０は、一対の円すいころ軸受３６ａ，３６ｂを介してキャリア３０に回転自在に支持されている。入力軸４０には、ベベルギア４２が嵌合されている。ベベルギア４２は、モータの出力軸１０６に嵌合されているベベルギア１０８と噛み合っている。減速装置１０では、出力軸１０６がモータによって回転させられると、ベベルギア１０８と噛み合うベベルギア４２を介して入力軸４０が回転する。入力軸４０が回転すると、一対の外歯歯車８０ａ，８０ｂが内歯歯車２０に対して公転しながら自転し、キャリア３０が内歯歯車２０に対して自転する。このとき、モータの回転速度は減速され、即ち、モータの回転トルクは増幅される。それにより、前段アーム１０２に対して後段アーム１０４が低速度かつ高トルクで揺動する。

図２は、減速装置１０の構成を示している。図３は、図２の矢印III方向から観察した平面図を示している。なお、図３は、外歯歯車８０ｂ等の構成をよく示すために、キャリア３０の一部や入力軸４０等を取り外した状態を示している。図２、図３を参照しながら、減速装置１０の構成について詳細に説明する。
内歯歯車２０は、円筒形状を有している。内歯歯車２０の内周面には、複数本のピン２２が周方向に等間隔で配置されている。内歯歯車２０は、内歯型のピン歯車である。内歯歯車２０には、固定用のボルト等を通すための孔２４が複数形成されている。
一対の外歯歯車８０ａ，８０ｂは、互いに同一形状を有している。各々の外歯歯車８０ａ，８０ｂは、略円板形状を有している。外歯歯車８０ａ，８０ｂの外周面には、内歯歯車２０の歯車ピン２２と噛み合う歯車部８２ａ，８２ｂが形成されている。外歯歯車８０ａ，８０ｂには、三つのキャリア用貫通孔８４ａ，８４ｂと、三つのクランク用貫通孔８６ａ，８６ｂが設けられている。以下では、図２中の上側に位置する外歯歯車８０ａを第１外歯歯車８０ａと称し、図２中の下側に位置する外歯歯車８０ｂを第２外歯歯車８０ｂと称することがある。

キャリア３０は、第１キャリア３０ａと、第１キャリア３０ａに対向する第２キャリア３０ｃと、第１キャリア３０ａと第２キャリア３０ｃの間に伸びている三つの柱状の連結部３０ｂを備えている。第１キャリア３０ａは、第１外歯歯車８０ａに対して後段アーム１０４側に位置している。第１キャリア３０ａと第２キャリア３０ｃは、一対の外歯歯車８０ａ，８０ｂの軸方向両側に位置している。即ち、一対の外歯歯車８０ａ，８０ｂが、第１キャリア３０ａと第２キャリア３０ｃの間に収容された位置関係となっている。三つの連結部３０ｂは、周方向に等間隔に配置されている。各々の連結部３０ｂは、外歯歯車８０ａ，８０ｂの各々のキャリア用貫通孔８４ａ，８４ｂを通過している。連結部３０ｂとキャリア用貫通孔８４ａ，８４ｂとの間には、外歯歯車８０ａ，８０ｂがキャリア３０に対して偏心回転（公転）することを許容する隙間が設けられている。
キャリア３０は、第１キャリア３０ａと第２キャリア３０ｃが、複数の連結部３０ｂによって連結された構造を有している。なお、第１キャリア３０ａと三つの連結部３０ｂは一体に形成されている。また、第１キャリア３０ａと連結部３０ｂには、タップ加工されている複数の貫通孔３４が形成されている。連結部３０ｂの第１キャリア３０ａと反対側（図２中の下側）には、第２キャリア３０ｃが第２キャリア３０ｃを貫通している複数のボルト３２を貫通孔３４に螺合させることによって連結部３０ｂに取り付けられている。貫通孔３４の第１キャリア３０ａ側（図１中の上側）には、図１に示すように、後段アーム１０４が、ボルト１１０を螺合させることによって第１キャリア３０ａに取り付けられている。つまり、第２キャリア３０ｃを取り付けるためのボルト３２と、後段アーム１０４を取り付けるためのボルト１１０が、共に貫通孔３４に挿入されている。これにより、第１キャリア３０ａと連結部３０ｂに、第２キャリア３０ｃ取付用のボルト穴と後段アーム１０４取付用のボルト穴を別々に形成する必要がない。したがって、キャリア３０を小さくしても、ボルト穴加工用の下穴が接近することによって生じるキャリア３０の薄肉部分がなく、キャリアの強度を確保することができる。
キャリア３０は、一対のアンギュラ玉軸受２８ａ，２８ｂを介して、内歯歯車２０に取付けられている。キャリア３０は、内歯歯車２０に対して自転可能に支持されている。キャリア３０と内歯歯車２０との間には、オイルシール２９が設けられている。
また、キャリア３０は、三つのクランク部材６０を自転可能に支持している。

各クランク部材６０は、クランク軸６１と、一対の偏心体６２ａ，６２ｂと、従動歯車６８を有している。クランク軸６１は、円すいころ軸受３８ａを介して第１キャリア３０ａに自転可能に支持され、円すいころ軸受３８ｂを介して第２キャリア３０ｃに自転可能に支持されている。各々の偏心体６２ａ，６２ｂは、円板形状を有しているとともに、その中心軸がクランク軸６１の回転軸から径方向にオフセットした状態でクランク軸６１に固定されている。第１偏心体６２ａ（図２中の上側）と、第２偏心体６２ｂ（図２中の下側）は、互いに反対方向にオフセットされており、両者は１８０度の位相差を持って偏心回転するようになっている。
第１偏心体６２ａは、針状ころ軸受６４ａを介して、第１外歯歯車８０ａのクランク用貫通孔８６ａに嵌り込んでいる。第２偏心体６２ｂは、針状ころ軸受６４ｂを介して、第２外歯歯車８０ｂのクランク用貫通孔８６ｂに嵌り込んでいる。それにより、クランク部材６０が自転することによって、第１外歯歯車８０ａと第２外歯歯車８０ｂが１８０度の位相差を持って偏心回転するようになっている。第１外歯歯車８０ａと第２外歯歯車８０ｂは、クランク部材６０によって偏心回転させられることにより、内歯歯車２０と噛み合った状態を維持しながら、内歯歯車２０に対して公転しながら自転することとなる。
従動歯車６８は、クランク軸６１の第２キャリア３０ｃ側（図２中の下側）の端部に取り付けられている。従動歯車６８は、入力軸４０の駆動歯車４４と噛み合っている。

入力軸４０には、ベベルギア４２と、駆動歯車４４が設けられている。入力軸４０は、円すいころ軸受３６ａを介して第１キャリア３０ａに自転可能に支持され、円すいころ軸受３６ｂを介して第２キャリア３０ｃに自転可能に支持されている。円すいころ軸受３６ａ，３６ｂは、上述したクランク軸を支持する円すいころ軸受３８ａ，３８ｂと同じ軸受を使用することができ、部品の共通化が図れる。ベベルギア４２は、入力軸４０の下端に嵌合されている。上述したように、ベベルギア４２がモータの出力軸１０６のベベルギア１０８と噛み合っている。駆動歯車４４は、従動歯車６８と噛み合った状態でベベルギア４２の上方に取り付けられている。これにより、入力軸４０が回転すると、各クランク軸６０が自転するようになっている。

次いで、減速装置１０の動作について説明する。モータによって出力軸１０６が回転されると、ベベルギア１０８に噛み合っているベベルギア４２と共に、入力軸４０が回転する。入力軸４０が回転すると、駆動歯車４４に噛み合っている従動歯車６８と共に、クランク軸６０が自転する。クランク軸６０が自転すると、クランク軸６０の第１偏心体６２ａと第２偏心体６２ｂが１８０度の位相差を持って偏心回転する。第１偏心体６２ａの偏心回転に伴って、第１外歯歯車８０ａは内歯歯車２０に噛み合った状態を維持しながら内歯歯車２０の中心軸回りに公転しながら自転する。また、第２偏心体６２ｂの偏心回転に伴って、第２外歯歯車８０ｂは内歯歯車２０に噛み合った状態を維持しながら内歯歯車２０の中心軸回りに公転する。このとき、第１外歯歯車８０ａと第２外歯歯車８０ｂは、１８０度の位相差を持って公転する。外歯歯車８０ａ，８０ｂは、内歯歯車２０と噛み合った状態で公転することによって、自らも自転する。外歯歯車８０ａ，８０ｂの公転の回転数と、外歯歯車８０ａ，８０ｂの自転の回転数の比は、外歯歯車８０ａ，８０ｂの歯数と内歯歯車２０との歯数との関係によって定まる。例えば、内歯歯車２０の歯数が４０であり、外歯歯車８０ａ，８０ｂの歯数が３９であり、その歯数差が１である場合、外歯歯車８０ａ，８０ｂが４０回公転することによって、外歯歯車８０ａ，８０ｂが１回自転する。従って、外歯歯車８０ａ，８０ｂと内歯歯車２０との間で、回転数が４０分の１に減速される。外歯歯車８０ａ，８０ｂが自転することによって、キャリア３０が内歯歯車２０に対して自転する。図１に示すように、内歯歯車２０を前段アーム１０２側に固定し、キャリア３０を後段アーム１０４側に固定することによって、後段アーム１０４を前段アーム１０２に対して揺動させることができる。

（実施例２）
本実施例では、実施例１の減速装置１０において、第１キャリア３０ａと第２キャリア３０ｃと後段アーム１０４の組付構造を変更したものについて説明する。図４には、本実施例を説明するため、減速装置１０から第１キャリア３０ａ、連結部３０ｂ、第２キャリア３０ｃ及び後段アーム１０４の一部を抜粋したものを示す。図４に示すように、第２キャリア３０ｃは、ボルト２００ａをタップ加工された貫通孔３４に螺合させることで第１キャリア３０ａに固定されている。ボルト２００ａは、第１キャリア３０ａを貫通し、一方の端（図４中の上端）が第１キャリア３０ａから突出している。後段アーム１０４は、第１キャリア３０ａから突出しているボルト２００ａに挿入され、ナット２００ｂで固定される。この構成でも、キャリア３０を回転軸方向及び径方向に小型化することができる。また、貫通孔３４に全長にボルト２００ａが挿入されているため、キャリア３０内に中空部がなくなり、キャリアの強度をより高くすることができる。

（実施例３）
本実施例では、実施例１の減速装置１０において、第１キャリア３０ａと連結部３０ｂに形成されている貫通孔３４の形状を変更したものについて説明する。図５には、本実施例を説明するため、減速装置１０から第１キャリア３０ａ、連結部３０ｂ、第２キャリア３０ｃ及び後段アーム１０４の一部を抜粋したものを示す。図５に示すように、第２キャリア３０ｃは、実施例１と同様、ボルト３２で連結部３０ｂに固定されている。後段アーム１０４は、ボルト３２よりも径の大きいボルト３００で第１キャリア３０ａに固定されている。貫通孔３４は、ボルト３００の径に合わせて、貫通孔３４の軸方向の中間部でその孔径が大きくなっている。この構成によれば、用途に応じて、径の異なるボルトを用いることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
上記した実施例では、三つのクランク部材６０を使用しているが、クランク部材６０の数は三つに限定されない。クランク部材６０の数は三つ未満でもよいし、四つ以上でもよい。
上記した実施例では、二つの外歯歯車８０ａ、８０ｂを使用しているが、外歯歯車の数は二つに限定されない。外歯歯車の枚数は一つでもよいし、三つ以上でもよい。外歯歯車の数を少なくすると、減速装置の回転軸方向の長さを短くすることができる。外歯歯車の数を多くすると、減速装置の回転バランスが向上する。目的と用途に応じて選択することができる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

実施例１の減速装置を用いるロボットの関節部を示す図。実施例１の減速装置の断面図。実施例１の減速装置の平面図（図２のIII方向矢視図）。実施例２のキャリア及び後段アームの組付構造を示す図。実施例３のキャリア及び後段アームの組付構造を示す図。

符号の説明

１０：減速装置
２０：内歯歯車
３０：キャリア
３０ａ：第１キャリア
３０ｂ：連結部
３０ｃ：第２キャリア
３４：貫通孔
３８ａ，３８ｂ：円すいころ軸受
４０：入力軸
６０：クランク部材
８０ａ，８０ｂ：外歯歯車

Claims

内歯歯車と、
中心の周りに複数の貫通孔が形成されており、内歯歯車に噛み合った状態を維持して内歯歯車の中心軸回りに公転しながら自転可能に支持されている外歯歯車と、
内歯歯車の中心軸回りに自転可能に支持されており、外歯歯車の自転に伴って内歯歯車の中心軸回りに自転するキャリアと、
そのキャリアに対して自転可能に支持されており、自転することによって外歯歯車の一部の貫通孔に挿入される偏心体を偏心回転させ、外歯歯車を内歯歯車の中心軸回りに公転させるクランク軸を備え、
前記キャリアは、外歯歯車の他の一部の貫通孔を貫通する連結部を有する第１キャリアと、第１キャリアに外歯歯車を挟んで対向する第２キャリアを有しており、
前記第１キャリアの前記第２キャリア側からその反対側まで、前記連結部を通過して貫通する貫通孔が形成されており、
前記第２キャリアは、前記第２キャリア側から前記貫通孔の一方の側へ挿入される固定部材により前記第１キャリアに固定されており、
前記貫通孔の反対側に、減速装置を他の部材に固定する固定部材が配置されることを特徴とする減速装置。
前記貫通孔は孔径が一定であることを特徴とする請求項１に記載の減速装置。
前記貫通孔は複数の異なる孔径が連なって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の減速装置。