JP2009047264A - 偏心揺動型歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒歯車及び入力軸が偏心揺動型歯車装置内のみに組み付けられ完結されていて、安価で軸方向に短い偏心揺動型歯車装置を提供することを目的とする。
【解決手段】内歯歯車と、内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、伝達歯車を有するとともに外歯歯車を偏心運動させる複数のクランク軸と、クランク軸を回転自在に支持する支持体と、内歯歯車の内周面及び前記支持体の外周面間に設けられた一対の主軸受と、支持体に回転自在に支持されるとともに各クランク軸の伝達歯車に噛み合う単一の円筒歯車と、円筒歯車に噛み合う中間歯車、及び軸方向の端部に設けられた入力歯車を有する入力軸とを備え、外歯歯車に軸方向の第三貫通孔を形成し、一対の端板部の少なくとも一方には該第三貫通孔に遊嵌するとともに内周に軸受穴を形成した突出部を設け、一対の軸受の一方を突出部の軸受穴に配設した偏心揺動型歯車装置装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットの関節部などに用いられる偏心揺動型歯車装置に関する。

従来の偏心揺動型歯車装置としては例えば以下の特許文献１に記載されているものが知られている。また、産業用ロボットの関節部の構造としては、特許文献２に記載されているものが知られている。

特開平１１−２１０８４３号公報 特開平７−１２４８８３号公報

特許文献１の偏心揺動型歯車装置は、内歯歯車と、軸方向に複数の第一貫通孔及び複数の第二貫通孔を有するとともに内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、伝達歯車を有するとともに外歯歯車の各第一貫通孔に偏心部が係合して該外歯歯車を偏心運動させる複数のクランク軸と、軸方向に並設した一対の端板部及び該一対の端板部を連結するとともに外歯歯車の各第二貫通孔に遊嵌した複数の柱部を有し、クランク軸を回転自在に支持する支持体と、外歯歯車の軸方向両側に配置されて内歯歯車の内周面及び支持体の外周面間に設けられた一対の主軸受とを備え、内歯歯車及び支持体が相対的に回転するものである。
そして、特許文献１に記載されたような偏心揺動型歯車装置を産業用ロボットの関節に適用した一例が特許文献２であるが、この産業用ロボットの関節構造は、モータの駆動軸に設けた歯車と噛み合う歯車部を有し、産業用ロボットの旋回部に回転自在に支持された入力軸（特許文献２においては中間歯車と称している）と、該入力軸の歯車部と噛み合う歯車部及び各クランク軸の伝達歯車に噛み合う歯車部を有した円筒歯車（特許文献２においては入力軸と称している）とを備え、該円筒歯車はその一端部を偏心揺動型歯車装置から軸方向に突出させて長くし産業用ロボットの旋回部内に収納して、支持体に回転自在に支持されている。

この従来の偏心揺動型歯車装置を用いた産業用ロボットの関節構造は、円筒歯車に二つの外歯車部を備えた歯車列であって構造が複雑で高価なものとなっており、且つ、該円筒歯車及び入力軸は偏心揺動型歯車装置内のみに組み付けられていないので、軸方向に長い構造となっているとともに産業用ロボットの関節構造を構成するように円筒歯車及び入力軸などを組み付けるのに多大な工数且つ煩雑な手間を要していた。

かかる課題に鑑み、本発明は、円筒歯車及び入力軸が偏心揺動型歯車装置内のみに組み付けられ完結されていて、安価で軸方向に短い偏心揺動型歯車装置を提供することを目的とする。

本発明の偏心揺動型歯車装置は、内歯歯車と、軸方向に複数の第一貫通孔及び複数の第二貫通孔を有するとともに内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、伝達歯車を有するとともに外歯歯車の各第一貫通孔に偏心部が係合して該外歯歯車を偏心運動させる複数のクランク軸と、軸方向に並設した一対の端板部及び該一対の端板部を連結するとともに外歯歯車の各第二貫通孔に遊嵌した複数の柱部を有し、クランク軸を回転自在に支持する支持体とを備え、各クランク軸の伝達歯車に噛み合う単一の円筒歯車と、一対の端板部に一対の軸受を介して回転自在に支持されるとともに、該一対の軸受間に配置されて該円筒歯車に噛み合う中間歯車、及び軸方向の端部に設けられた入力歯車を有する入力軸とを備え、外歯歯車に軸方向の第三貫通孔を形成し、一対の端板部の少なくとも一方には該第三貫通孔に遊嵌するとともに内周に軸受穴を形成した突出部を設け、前記一対の軸受の一方を前記突出部の軸受穴に配設している。
また、外歯歯車は複数個あり、各クランク軸の伝達歯車、円筒歯車及び入力軸の中間歯車がいずれかの外歯歯車の間に配置されている。
また、入力軸の回転中心と内歯歯車の中心との距離は、クランク軸の回転中心と内歯歯車の中心との距離より短く設定され、入力軸の中間歯車の歯数がクランク軸の伝達歯車の歯数より少なくしている。

請求項１の発明によれば、各クランク軸の伝達歯車に噛み合う単一の円筒歯車を備え、一対の軸受間に配置されて該円筒歯車に噛み合う中間歯車、及び軸方向の端部に設けられた入力歯車を有する入力軸が一対の端板部に一対の軸受を介して回転自在に支持され、外歯歯車に軸方向の第三貫通孔を形成し、一対の端板部の少なくとも一方には該第三貫通孔に遊嵌するとともに内周に軸受穴を形成した突出部を設け、前記一対の軸受の一方を前記突出部の軸受穴に配設しているので、円筒歯車及び入力軸が偏心揺動型歯車装置内のみに組み付けられ完結されていて、安価で軸方向に短い偏心揺動型歯車装置にでき、且つ入力軸の両端支持点を短くしているのでコンパクトに構成できる。
また、請求項２の発明によれば、各クランク軸の伝達歯車、円筒歯車及び入力軸の中間歯車がいずれかの外歯歯車の間に配置されているので、さらに軸方向に短くコンパクトな偏心揺動型歯車装置にできる。
また、請求項３の発明によれば、入力軸の回転中心と内歯歯車の中心との距離は、クランク軸の回転中心と前記内歯歯車の中心との距離より短く設定され、入力軸の中間歯車の歯数がクランク軸の伝達歯車の歯数より少ないので、入力軸から円筒歯車を介してクランク軸へ減速された回転が伝達され、減速比の大きい偏心揺動型歯車装置にできる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１乃至図６において、偏心揺動型歯車装置１００は、多数のピンからなる内歯１を有する内歯歯車３と、軸方向に複数の第一貫通孔５及び複数の第二貫通孔７を有するとともに内歯歯車３に噛み合う外歯歯車９と、伝達歯車１１を有するとともに外歯歯車９の第一貫通孔５に偏心部１３が針状ころ軸受１５を介して係合して該外歯歯車９を偏心運動させる複数（三個）のクランク軸１７と、軸方向に並設した一対の端板部１９ａ，１９ｂ及び該一対の端板部１９ａ，１９ｂを連結するとともに外歯歯車９の各第二貫通孔７に遊嵌した複数（六個）の柱部２１を有し、クランク軸１７を一対の軸受２３ａ，２３ｂ（円すいころ軸受）を介して回転自在に支持する支持体２５と、外歯歯車９の軸方向両側に配置されて内歯歯車３の内周面及び支持体２５の外周面間に設けられた一対の主軸受２７ａ，２７ｂ（ラジアル玉軸受）とを備え、内歯歯車３及び支持体２５が相対的に回転可能である。各柱部２１は一対の端板部１９ａ，１９ｂの一方１９ｂに突出して形成しており、一対の端板部１９ａ，１９ｂの他方１９ａに形成した六つの各穴２６に挿入されて、ボルト２８で一対の端板部１９ａ，１９ｂの他方１９ａに固定している。

支持体２５に回転自在に支持されるとともに各クランク軸１７の伝達歯車１１に噛み合う単一の円筒歯車２９と、一対の端板部１９ａ，１９ｂに一対の軸受３１ａ，３１ｂ（円すいころ軸受）を介して回転自在に支持されるとともに、該一対の円すいころ軸受３１ａ，３１ｂ間に配置されて該円筒歯車２９に噛み合う中間歯車３３、及び軸方向の端部に設けられた入力歯車３５を有する入力軸３７とを備え、該入力歯車３５と一対の主軸受２７ａ，２７ｂの一方２７ｂとは、放射方向の同一面上に配置され、且つ該一方の軸受２７ｂの転動体（図ではボール）とかかるように重ねて配置されている。

外歯歯車９は二個あり、各クランク軸１７の伝達歯車１１、円筒歯車２９及び入力軸３７の中間歯車３３が各外歯歯車９間に配置されている。なお、外歯歯車を三枚や四枚とする場合は、各クランク軸１７の伝達歯車１１、円筒歯車２９及び入力軸３７の中間歯車３３をいずれかの外歯歯車９の間に配置すれば良い。また、外歯歯車を四枚とする場合は、各クランク軸１７の伝達歯車１１、円筒歯車２９及び入力軸３７の中間歯車３３を軸方向内側の二枚の外歯歯車９の間に配置するのが好ましい。このように、外歯歯車を二個以上の複数とする場合は、各クランク軸の伝達歯車、円筒歯車及び入力軸の中間歯車をいずれかの外歯歯車の間に配置すれば良い。外歯歯車９は第二貫通孔７間に第三貫通孔８を形成している。
一対の端板部１９ａ，１９ｂの各々には該第三貫通孔８に遊嵌するとともに内周に軸受穴３４ａ，３４ｂを形成した突出部３２ａ，３２ｂを設けている。一対の軸受３１ａ，３１ｂの各々と軸受穴３４ａ，３４ｂとが放射方向の同一面上にくるように、一対の軸受３１ａ，３１ｂは軸受穴３４ａ，３４ｂに配設している。軸受穴３４ａ，３４ｂは貫通させているが貫通させなくても良い、他方の軸受穴３４ｂは後述する第一開口孔３９と接続されている。
当該突出部は一対の端板部１９ａ，１９ｂの少なくとも一方に形成すれば良く、この場合、一対の軸受３１ａ，３１ｂの一方は該突出部の軸受穴に配設し、一対の軸受３１ａ，３１ｂの他方は突出部を形成していない部分に形成した軸受穴に配設すれば良い。
一方の軸受穴３４ａの軸方向外側開口に蓋３６を密閉的に嵌めている。蓋３６は、歯車装置内のグリースなどの潤滑剤が外部へ漏れるのを防止している。
一対の端板部１９ａ，１９ｂの一方１９ａに一対の軸受２３ａ，２３ｂの一方２３ａが嵌る第四貫通孔１６を形成するとともに一対の端板部１９ａ，１９ｂの他方１９ｂに該一対の軸受の他方２３ｂが嵌る第五穴１８を形成し、前記第四貫通孔１６の軸方向開口部に蓋４０を密閉的に嵌めている。蓋４０は、歯車装置内のグリースなどの潤滑剤が外部へ漏れるのを防止している。

クランク軸１７を支持する一対の軸受２３ａ，２３ｂ及び入力軸３７を支持する一対の軸受３１ａ，３１ｂは軸方向のある位置において重ねて配置、即ち放射方向の同一面上に配置されている。一対の端板部１９ａ，１９ｂの一方１９ｂに、軸方向外側へ開口する第一開口孔３９及び該第一開口孔３９と接続されて軸方向に併設し軸方向外側に開口する第二開口孔４１を形成し、入力軸３７の入力歯車３５を第一開口孔３９に配設するとともに第二開口孔４１へ挿入された軸受４２（円筒ころ軸受）を備えている。第二開口孔４１は段差を持って接続する大径孔４３及び小径孔４４を有している。小径孔４４の軸方向内側（外歯歯車９側）に開口する部分の内周には、蓋４８を嵌めている。蓋４８は、歯車装置内のグリースなどの潤滑剤が第二開口孔４１側に漏れるのを防止している。
第二開口孔４１へ挿入された軸受４２と一対の主軸受２７ａ，２７ｂの一方２７ｂとは、軸方向のある位置において重ねて配置、即ち放射方向の同一面上に配置されている。
入力軸３７の回転中心Ｐと内歯歯車３の中心Ｑとの距離Ｌは、クランク軸１７の回転中心Ｒと内歯歯車３の中心Ｑとの距離Ｍより短く設定され、入力軸３７の中間歯車３３の歯数がクランク軸１７の伝達歯車１１の歯数より少ない。また、入力歯車３５は、一対の主軸受２７ａ，２７ｂの一方の内周側で放射方向において主軸受の転動体とかからないように重ねて配置されるとともに、一対の端板部１９ａ，１９ｂの一方１９ｂの中空孔にかからないよう中空孔径より外方に配置されて、入力軸３７は中空孔と主軸受の内径の略中央部に配置している。先端に円筒軸部４５を形成した出力歯車４７と、駆動軸４９の先端に出力歯車４７を有するモータ５０とを備え、円筒軸部４５を第二開口孔４１へ挿入された軸受４２に挿入している。出力歯車４７の軸部がモータ５０の駆動軸４９に挿入されて固定されているが、出力歯車４７をモータ５０の駆動軸４９に直接形成しても良い。

一対の端板部１９ａ，１９ｂには中心部に中空孔１９ｃ，１９ｄが設けられている。円筒体２０は中空孔１９ｃ，１９ｄの内周の各々に、一対のＯリングでシールされて取付けられている。
円筒ころ軸受２４は円筒体２０の外周面及び円筒歯車２９の内周面間に配設され円筒歯車２９を回転自在に支持している。従って、円筒歯車２９は支持体２５に回転自在に支持される形態となっている。一対のオイルシール３０は内歯歯車３の両端の内周と一対の端板部１９ａ，１９ｂの両端の外周との間に配設している。
産業用ロボットの関節構造２００は基体６０と被回転体７０との間に偏心揺動型歯車装置１００を備えており、偏心揺動型歯車装置１００の内歯歯車３が基体６０に複数のボルト６１で取付けられ、偏心揺動型歯車装置１００の支持体２５が被回転体７０に複数のボルト７１で取付けられ、モータ４９の本体が被回転体７０に取付けられている。被回転体７０の中空孔７２、一対の端板部１９ａ，１９ｂの中空孔１９ｃ，１９ｄ及び円筒体２０の内部には電気配線、配管等を通過させている。

次に実施例の作用について説明する。
偏心揺動型歯車装置１００の減速作用は公知なので簡潔に説明する。支持体２５を固定する場合、入力軸３７の入力歯車３５に回転力が伝達されると、入力軸３７の中間歯車３３に噛み合う円筒歯車２９が回転する。円筒歯車２９の回転は各クランク軸１７の伝達歯車１１に伝達され、各クランク軸１７は外歯歯車９を内歯歯車３に対して偏心揺動運動させる。外歯歯車９が内歯歯車３に噛み合っていることに起因して、内歯歯車３が減速回転された出力となる。内歯歯車３を固定する場合は、支持体２５が減速回転された出力となる。
ここで、各クランク軸１７の伝達歯車１１に噛み合う単一の円筒歯車２９が支持体２５に回転自在に支持され、一対の軸受３１ａ，３１ｂ間に配置されて該円筒歯車２９に噛み合う中間歯車３３、及び軸方向の端部に設けられた入力歯車３５を有する入力軸３７が一対の端板部１９ａ，１９ｂに一対の軸受３１ａ，３１ｂを介して回転自在に支持され、外歯歯車９に軸方向の第三貫通孔８を形成し、一対の端板部１９ａ，１９ｂの少なくとも一方には該第三貫通孔８に遊嵌するとともに内周に軸受穴３４ａ又は３４ｂを形成した突出部３２ａ又は３２ｂを設け、一対の軸受３１ａ，３１ｂの一方３１ａ又は３１ｂを該突出部の軸受穴３４ａ又は３４ｂに配設しているので、円筒歯車２９及び入力軸３７が偏心揺動型歯車装置１００内のみに組み付けられ完結されていて、安価で軸方向に短い偏心揺動型歯車装置にでき、且つ入力軸３７の両端支持点を短くしているのでコンパクトに構成できる。

また、各クランク軸１７の伝達歯車１１、円筒歯車２９及び入力軸３７の中間歯車３３がいずれかの外歯歯車９の間に配置されているので、さらに軸方向に短くコンパクトな偏心揺動型歯車装置にできる。
また、入力軸３７の回転中心と内歯歯車３の中心との距離は、クランク軸１７の回転中心と前記内歯歯車３の中心との距離より短く設定され、入力軸３７の中間歯車３３の歯数がクランク軸１７の伝達歯車１１の歯数より少ないので、入力軸３７から円筒歯車２９を介してクランク軸１７へ減速された回転が伝達され、減速比の大きい偏心揺動型歯車装置にできる。

以上のように本発明を実施例により説明をしたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲で各種の変更が可能である。例えば、伝達歯車１１及び円筒歯車２９０を二枚の外歯歯車の間に挟むように配置したが、これらの歯車を外歯歯車と一対の端板部の一方との間で挟むように配置してもよい。また、外歯歯車を三枚や四枚とする場合は、各クランク軸１７の伝達歯車１１、円筒歯車２９及び入力軸３７の中間歯車３３をいずれかの外歯歯車９の間に配置すれば良い。また、外歯歯車を四枚とする場合は、各クランク軸１７の伝達歯車１１、円筒歯車２９及び入力軸３７の中間歯車３３を軸方向内側の二枚の外歯歯車９の間に配置するのが好ましい。 また、実施例における軸受の形態も例示であり、これに限定されるものではない。

本発明は、あらゆる産業分野に用いられる偏心揺動型歯車装置に利用できる。
特に、産業用ロボットの関節部や回転テーブル装置や工作機械の工具自動交換装置に用いられる偏心揺動型減速装置に最適である。

本発明に係る実施例の断面図（図２のＢ−Ｂ断面）である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 入力軸の入力歯車及びモータの出力歯車が噛み合う状態を示した側面図の一部分である。 モータの出力歯車及び入力軸の入力歯車の噛み合い状態、入力軸の中間歯車及び円筒歯車の噛み合い状態、並びに、円筒歯車及びクランク軸の伝達歯車の噛み合い状態、を示した図である。 実施例の偏心揺動型歯車装置を産業用ロボットの関節部に取付けた図２のＣ−Ｃ断面図である。

符号の説明

１００・・・偏心揺動型歯車装置
３・・・・内歯歯車
５・・・・第一貫通孔
７・・・・第二貫通孔
８・・・・第三貫通孔
９・・・・外歯歯車
１１・・・伝達歯車
１３・・・偏心部
１６・・・第四貫通孔
１７・・・クランク軸
１８・・・第五穴
１９ａ，１９ｂ・・・一対の端板部
２１・・・柱部
２５・・・支持体
２７ａ，２７ｂ・・・一対の主軸受
２９・・・円筒歯車
３１ａ，３１ｂ・・・一対の軸受
３２ａ，３２ｂ・・・突出部
３３・・・中間歯車
３４ａ，３４ｂ・・・軸受穴
３５・・・入力歯車
３７・・・入力軸
Ｌ・・・・入力軸の回転中心と内歯歯車の中心との距離
Ｍ・・・・クランク軸の回転中心と内歯歯車の中心との距離

Claims (3)

1. 内歯歯車と、軸方向に複数の第一貫通孔及び複数の第二貫通孔を有するとともに内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、伝達歯車を有するとともに前記外歯歯車の各第一貫通孔に偏心部が係合して該外歯歯車を偏心運動させる複数のクランク軸と、軸方向に並設した一対の端板部及び該一対の端板部を連結するとともに前記外歯歯車の各第二貫通孔に遊嵌した複数の柱部を有し、前記クランク軸を回転自在に支持する支持体とを備え、前記内歯歯車及び前記支持体が相対的に回転する偏心揺動型歯車装置において、
   前記各クランク軸の伝達歯車に噛み合う単一の円筒歯車と、前記一対の端板部に一対の軸受を介して回転自在に支持されるとともに、該一対の軸受間に配置されて該円筒歯車に噛み合う中間歯車、及び軸方向の端部に設けられた入力歯車を有する入力軸とを備え、前記外歯歯車に軸方向の第三貫通孔を形成し、前記一対の端板部の少なくとも一方には該第三貫通孔に遊嵌するとともに内周に軸受穴を形成した突出部を設け、前記一対の軸受の一方を前記突出部の軸受穴に配設したことを特徴とする偏心揺動型歯車装置。
2. 前記外歯歯車は複数個あり、前記各クランク軸の伝達歯車、前記円筒歯車及び前記入力軸の中間歯車がいずれかの外歯歯車の間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の偏心揺動型歯車装置。
3. 前記入力軸の回転中心と前記内歯歯車の中心との距離は、前記クランク軸の回転中心と前記内歯歯車の中心との距離より短く設定され、前記入力軸の中間歯車の歯数が前記クランク軸の伝達歯車の歯数より少ないことを特徴とする請求項１乃至２の何れか記載の偏心揺動型歯車装置。

Images