JP2009085267A - 歯車装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】厳しい運転スペックや環境下でも、歯車装置内で発生した磨耗粉等の異物がシール装置に侵入することを確実に防止し、良好なシール性を備えた歯車装置を提供する。
【解決手段】内歯歯車103と、該内歯歯車に噛み合う外歯歯車107と、該外歯歯車に係合してこれを偏心揺動させるクランク軸109と、該クランク軸を回転自在に支持する支持体111と、内歯歯車の内周面と支持体の外周面との間に設けられ外歯歯車の軸方向両側に配置された一対の軸受113,114と、内歯歯車の内周面と支持体の外周面との間に設けられ一対の軸受のうち少なくとも一方の軸受の軸方向外側に配置されたシール装置116とを備え、内歯歯車及び支持体が相対的に回転する歯車装置において、異物除去リップ130を具備したプレート136を支持体と一方の軸受とで軸方向に挟持するとともに、該異物除去リップをシール装置の側面に当接した歯車装置。
【選択図】図2

Description

本発明は、産業用ロボットの関節部などに用いられる歯車装置に関し、特に歯車装置内に封入される潤滑剤(グリースや潤滑油等)が漏れないようシール性を向上させた歯車装置に関するものである。
産業用ロボットの関節部や工作機械等の駆動部には歯車装置が設けられることがあるが、このような歯車装置として、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。
特開2005−257031号公報
この歯車装置50は、図4及び図5で示すように、複数の内歯ピン1を有する内歯歯車3と、内歯歯車3の内側に配置されて内歯ピン1と噛み合う複数の外歯5を有する二個の外歯歯車7と、外歯歯車7に係合してこれを偏心揺動させる複数のクランク軸9と、クランク軸9を回転自在に支持する支持体11と、内歯歯車3の内周面と支持体11の外周面との間に設けられ外歯歯車7の軸方向両側に配置された一対の軸受13,14と、内歯歯車3の内周面と支持体11の外周面との間に設けられ一対の軸受のうち少なくとも一方の軸受13の軸方向外側に配置されたシール装置15とを備えた遊星歯車装置である。
このシール装置15は、内歯歯車3の内周面と支持体11の外周面との間に形成される環状空間をシールしており、歯車装置内の潤滑剤が歯車装置の一方側から外部へ漏れるのを防止している。シール装置15は、主リップ17及び異物除去リップ19が一体形成された弾性体(ゴム)21と、該弾性体を補強する金属製の補強リング23と、主リップ17を支持体11の外周面に押し付けるバネ25と、ダストリップ27を有している。異物除去リップ19は、支持体11と軸受13とで軸方向に挟持したプレート29の端面に当接させている。
この異物除去リップ19によって、歯車装置の作動時に歯車同士の噛み合いによって発生する磨耗粉等の異物が除去され、異物が主リップ17と支持体11との摺動面に侵入することがなく、主リップ17が異物によって傷付けられてそのシール機能が害されることを防いでいる。なお、異物除去リップは、潤滑剤が微少通過しても磨耗粉等などの異物を通さないような機能を有していればよい。
しかしながら、このような従来の歯車装置におけるシール装置は、補強リングの周囲の弾性体に一体に形成した異物除去リップを、支持体と軸受とで軸方向に挟持したプレートの端面に当接させているため、異物除去リップ自体が非常に長くなってしまう。リップは長くなればなる程たわみ易くて腰が弱くなる。近年産業用ロボットの運転スペック、使用環境は厳しくなっており、歯車装置に急な加減速が作用する場合が多くなってきている。そのため、歯車装置に急な加減速が作用する場合などにおいては、このような長くて腰の弱い異物除去リップではリップの挙動が不安定になって、異物除去リップのシール性が次第に低下してくる。異物除去リップのシール性が低下すると、異物が主リップと支持体との摺動面へ侵入し、主リップのシール性さえも損なわれて潤滑剤がシール装置から外部へ漏れることになる。
また、潤滑剤の温度上昇により歯車装置内の圧力が高くなると、長い異物除去リップがたわみ過ぎてスプリングに接触して主リップのシール圧力を増加させる。そうなると、主リップと支持体との摺動面の抵抗が増加して出力トルクや効率の低下を招き、歯車装置の所定の性能が出ないという問題が発生する。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、厳しい運転スペックや環境下でも、歯車装置内で発生した磨耗粉等の異物がシール装置に侵入することを確実に防止し、良好なシール性を備えた歯車装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1記載の歯車装置は、内歯歯車と、該内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、該外歯歯車に係合してこれを偏心揺動させるクランク軸と、該クランク軸を回転自在に支持する支持体と、前記内歯歯車の内周面と前記支持体の外周面との間に設けられ前記外歯歯車の軸方向両側に配置された一対の軸受と、前記内歯歯車の内周面と前記支持体の外周面との間に設けられ前記一対の軸受のうち少なくとも一方の軸受の軸方向外側に配置されたシール装置とを備え、前記内歯歯車及び前記支持体が相対的に回転する歯車装置において、異物除去リップを具備したプレートを前記支持体と前記一方の軸受とで軸方向に挟持するとともに、該異物除去リップを前記シール装置の側面に当接している。
さらに請求項2記載の歯車装置は、異物除去リップの先端が支持体に対して内歯歯車側に向いている。
また、請求項3記載の歯車装置は、内歯歯車と、該内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、該外歯歯車に係合してこれを偏心揺動させるクランク軸と、該クランク軸を回転自在に支持する支持体と、前記内歯歯車の内周面と前記支持体の外周面との間に設けられ前記外歯歯車の軸方向両側に配置された一対の軸受と、前記内歯歯車の内周面と前記支持体の外周面との間に設けられ前記一対の軸受のうち少なくとも一方の軸受の軸方向外側に配置されたシール装置とを備え、前記内歯歯車及び前記支持体が相対的に回転する歯車装置において、異物除去リップを具備したプレートを前記支持体と前記一方の軸受とで軸方向に挟持するとともに、該異物除去リップを前記内歯歯車の内周に設けた段部の側面に当接している。
さらに、請求項4記載の歯車装置は、異物除去リップの先端が内歯歯車に対して支持体側に向いている。
請求項1記載の発明によれば、異物除去リップをシール装置とは別体のプレートに具備させ、異物除去リップをシール装置自体の側面に当接させているので、異物除去リップの長さが短くなって剛性が高くなり、歯車装置に急な加減速が作用した場合でも確実に異物を除去できる。従って、歯車装置内部の潤滑剤に含まれる異物が主リップの摺動面へ侵入することを確実に防止できるため、主リップのシール性が損なわれず、潤滑剤がシール装置から外部へ漏れることがなくなる。
さらに、請求項2記載の発明によれば、歯車装置内の圧力が高くなって異物除去リップに高圧が作用した場合でも、異物除去リップの先端が支持体に対して内歯歯車側に向いているためシール装置の側面へのリップ接触圧力が増大し、異物除去リップによる異物除去機能が高められる。従って、歯車装置内の圧力が高くなっても主リップの摺動面への異物の侵入を確実に防止できる。
請求項3記載の発明によれば、異物除去リップをシール装置とは別体のプレートに具備させ、異物除去リップを内歯歯車の内周に設けた段部の側面に当接させているので、異物除去リップの長さが短くなって剛性が高くなり、歯車装置に急な加減速が作用した場合でも確実に異物を除去できる。従って、歯車装置内部の潤滑剤に含まれる異物が主リップの摺動面へ侵入することを確実に防止できるため、主リップのシール性が損なわれず、潤滑剤がシール装置から外部へ漏れることがなくなる。また、異物除去リップ部のシール性は内歯歯車との位置関係だけに傾注すればよく、シール装置自体の圧入寸法管理をしなくてよい。
また、請求項4記載の発明によれば、歯車装置内の圧力が高くなって異物除去リップに高圧が作用した場合でも、異物除去リップの先端が内歯歯車に対して支持体側に向いているため内歯歯車の内周に設けた段部の側面へのリップ接触圧力が増大し、異物除去リップによる異物除去機能が高められる。従って、歯車装置内の圧力が高くなっても主リップの摺動面への異物の侵入を確実に防止できる。
以下、本発明の実施例を図1及び図2に基づいて説明する。
図1は本発明の歯車装置を産業用ロボットの関節部に用いた例である。
歯車装置100は、複数の内歯ピン101を有する内歯歯車103と、内歯歯車103の内側に配置されて内歯ピン101と噛み合う複数の外歯105を有する二個の外歯歯車107と、外歯歯車107に係合してこれを偏心揺動させる三個のクランク軸109と、クランク軸109を一対のテーパころ軸受127,129を介して回転自在に支持する支持体111と、内歯歯車103の内周面と支持体111の外周面との間に設けられ外歯歯車107の軸方向両側に配置された一対の軸受113,114と、内歯歯車103の内周面と支持体111の外周面との間に設けられ一対の軸受のうち少なくとも一方の軸受113の軸方向外側に配置された二個のシール装置115,116とを備え、内歯歯車103及び支持体111が相対的に回転する遊星歯車装置である。二個のシール装置115と116は歯車装置内の潤滑剤が歯車装置の内部から外部へ漏れるのを防止している。
支持体111は、一対の支持板117,118と、該一対の支持板117,118を連結するとともに外歯歯車107に遊嵌した三個の柱部119とから構成している。柱部119は一対の支持板の一方117に一体に形成されており、一対の支持板の他方118に複数のボルト121で一体的に結合されている。
平歯車140は各クランク軸109に一体的に回転するように連結している。内歯歯車103の中央に位置する入力歯車150は各々の平歯車140に噛み合っている。各クランク軸109の偏心部108が針状ころ軸受112を介して外歯歯車107に形成した孔に係合している
一対の支持板の一方117は、産業用ロボットの基端側アーム200に複数のボルト201で結合されている。内歯歯車103は、産業用ロボットの先端側アーム300に複数のボルト301で結合されている。モータ400のフランジ部は、先端側アーム300に複数のボルト401で結合されている。モータ400の出力回転軸402は入力歯車150の端部に挿入され、キー手段やスプライン手段で互いに連結されている。
支持体111の一方117の外周周りには、円筒状ゴムなどのシール手段500を介して円筒体600が設けられている。
内歯歯車103の内周面と円筒体600の外周面との間には、二個のシール装置115,116が設けられている。外側のシール装置115は、主リップ125及びダストリップ127が一体形成された弾性体(ゴム)132と、該弾性体132を補強する金属製の補強リング133と、主リップ125を円筒体600に押し付けるバネ138とを有している。内側のシール装置116は、主リップ125が一体形成された弾性体(ゴム)132と、該弾性体132を補強する金属製の補強リングと、主リップ125を円筒体600に押し付けるバネ138とを有している。シール装置116の補強リングは、弾性体132を焼き付けた第一リング134、及び該第一リングの内周に当接する円筒部と当該円筒部から内方に延びた側面部を有する第二リング135とから成っている。
異物除去リップ130はプレート136の先端外周部に焼付けなどで止着されている。一対の軸受113,114は例えばアンギュラ玉軸受であり、軸受には所定の予圧荷重がかけられている。異物除去リップ130を具備したプレート136は、支持体111の段部側面と一方の軸受113の内輪側面とで軸方向に挟持されている。ここで、プレート136を挟持させる際、プレート136の側面と支持体111の側面との当接面に、Oリングなどのシール手段を介在させることが好ましい。
該異物除去リップ130の先端は、支持体111に対して内歯歯車103側に向いて、シール装置116の補強リングの第二リング135の側面に当接している。即ち、該異物除去リップ130は、シール装置116の側面に当接している。
次に、実施例の作用について説明する。
歯車装置100の減速機構自体は公知なので簡潔に述べる。モータ400の出力回転軸402の回転は、入力歯車150及び平歯車140を介して減速されて各クランク軸109に伝達される。クランク軸109の回転は、外歯歯車107の少なくとも一部の外歯が内歯歯車103に噛み合っていることに起因して、内歯歯車103を固定すると支持体111から大きく減速された回転が取り出される。ここで、支持体111と一方の軸受113とで軸方向に挟持したプレート136に具備した異物除去リップ130を、シール装置116の側面に当接しているので、異物除去リップの長さが短くなってリップの剛性が高くなり、歯車装置に急な加減速が作用した場合でも確実に異物を除去できる。従って、歯車装置内部の潤滑剤に含まれる異物が主リップの摺動面へ侵入することを確実に防止できるため、主リップのシール性が損なわれず、潤滑剤がシール装置から外部へ漏れることがなくなる。
また、異物除去リップ130の先端が支持体111に対して内歯歯車103側に向いているので、歯車装置内の圧力が高くなって異物除去リップに高圧が作用した場合でも、シール装置の側面へのリップ接触圧力が増大し、異物除去リップによる異物除去機能が高められる。従って、歯車装置内の圧力が高くなっても主リップの摺動面への異物の侵入を確実に防止できる。
次に、本実施例におけるプレートに具備した異物除去リップの当接箇所の相違に基づく他の形態を図3に基づいて説明する。
外側のシール装置115は前述の実施例と同じ構造である。
内側のシール装置116は、主リップ125が一体形成された弾性体(ゴム)132と、該弾性体132を補強する金属製の補強リング133と、主リップ125を円筒体600に押し付けるバネ138とを有している。
異物除去リップ130はプレート136の先端外周部に焼付けなどで止着されている。異物除去リップ130を具備したプレート136は、支持体111の段部側面と一方の軸受113の内輪側面とで軸方向に挟持されている。該異物除去リップ130の先端は、内歯歯車103に対して支持体111側に向いて、内歯歯車103の内周に設けた段部の側面139に当接している。
支持体111と一方の軸受113とで軸方向に挟持したプレート136に具備した異物除去リップ130を、内歯歯車103の内周に設けた段部の側面139に当接しているので、異物除去リップの長さが短くなってリップの剛性が高くなり、歯車装置に急な加減速が作用した場合でも確実に異物を除去できる。従って、歯車装置内部の潤滑剤に含まれる異物が主リップの摺動面へ侵入することを確実に防止できるため、主リップのシール性が損なわれず、潤滑剤がシール装置から外部へ漏れることがなくなる。さらに、異物除去リップ部のシール性は内歯歯車との位置関係だけに傾注すればよく、シール装置自体の圧入寸法管理をしなくてよい。
また、異物除去リップ130の先端が内歯歯車103に対して支持体111側に向いているので、歯車装置内の圧力が高くなって異物除去リップに高圧が作用した場合でも、内歯歯車の内周に設けた段部の側面へのリップ接触圧力が増大し、異物除去リップによる異物除去機能が高められる。従って、歯車装置内の圧力が高くなっても主リップの摺動面への異物の侵入を確実に防止できる。
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、本実施例では支持体111の一部の周りにシール手段500や円筒部材600を挿入しているが、これらを設けなくてもよい。すなわち、シール装置115,116の主リップ125やダストリップ127は支持体111に直接接触させてもよい。また、本実施例ではシール装置を二個並べて使用しているが、一個でもよいし三個以上でもよい。また、本実施例のようにシール装置を二個並べる代わりに、主リップを二個備えたシール装置一個を使用することもできる。
実施例におけるシール装置の形態は例示であり、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歯車装置に利用できる。特に、産業用ロボットの関節部や工作機械の駆動部に用いられる歯車装置に最適である。
本発明に係る実施例の断面図である。 図1のシール装置部周辺の拡大断面図である。 本発明に係る異物除去リップの他の当接形態を示す断面図である。 従来の歯車装置の断面図である。 図4のシール装置部周辺の拡大断面図である。
符号の説明
100・・歯車装置
103・・内歯歯車
107・・外歯歯車
109・・クランク軸
111・・支持体
113,114・・一対の軸受
116・・シール装置
130・・異物除去リップ
136・・プレート
139・・内歯歯車103の段部側面

Claims (4)

  1. 内歯歯車と、該内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、該外歯歯車に係合してこれを偏心揺動させるクランク軸と、該クランク軸を回転自在に支持する支持体と、前記内歯歯車の内周面と前記支持体の外周面との間に設けられ前記外歯歯車の軸方向両側に配置された一対の軸受と、前記内歯歯車の内周面と前記支持体の外周面との間に設けられ前記一対の軸受のうち少なくとも一方の軸受の軸方向外側に配置されたシール装置とを備え、前記内歯歯車及び前記支持体が相対的に回転する歯車装置において、
    異物除去リップを具備したプレートを前記支持体と前記一方の軸受とで軸方向に挟持するとともに、該異物除去リップを前記シール装置の側面に当接したことを特徴とする歯車装置。
  2. 前記異物除去リップの先端が前記支持体に対して前記内歯歯車側に向いていることを特徴とする請求項1記載の歯車装置。
  3. 内歯歯車と、該内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、該外歯歯車に係合してこれを偏心揺動させるクランク軸と、該クランク軸を回転自在に支持する支持体と、前記内歯歯車の内周面と前記支持体の外周面との間に設けられ前記外歯歯車の軸方向両側に配置された一対の軸受と、前記内歯歯車の内周面と前記支持体の外周面との間に設けられ前記一対の軸受のうち少なくとも一方の軸受の軸方向外側に配置されたシール装置とを備え、前記内歯歯車及び前記支持体が相対的に回転する歯車装置において、
    異物除去リップを具備したプレートを前記支持体と前記一方の軸受とで軸方向に挟持するとともに、該異物除去リップを前記内歯歯車の内周に設けた段部の側面に当接したことを特徴とする歯車装置。
  4. 前記異物除去リップの先端が前記内歯歯車に対して前記支持体側に向いていることを特徴とする請求項3記載の歯車装置。
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