JP2009293714A - 歯車伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車伝動装置の軸方向の長さを短くしつつ、モータをキャリアに対して固定することと、モータを内歯歯車に対して固定することのいずれにも対応可能な歯車伝動装置を実現する。
【解決手段】歯車伝動装置１００は、内歯歯車８に噛み合いながら偏心回転する外歯歯車２と、外歯歯車２に係合する偏心体２４とモータ１４のトルクが伝達される入力歯車１８が固定されている複数のクランクシャフト５０を有する。歯車伝動装置１００はさらに、内歯と外歯が形成されているリング歯車１６を備えている。リング歯車１６の内歯と外歯のいずれか一方に入力歯車１８が噛み合っており、他方にモータ１４のトルクを伝達するモータ歯車１０が噛み合っている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内歯歯車と、内歯歯車と噛み合いながら内歯歯車に対して相対的に偏心回転する外歯歯車と、内歯歯車と外歯歯車のいずれか一方に係合する偏心体とモータのトルクが伝達される入力歯車とが固定されている複数のクランクシャフトを備える歯車伝動装置に関する。

内歯歯車と、内歯歯車と噛み合いながら偏心回転する外歯歯車と、外歯歯車に係合する偏心体とモータのトルクが伝達される入力歯車が固定されている複数のクランクシャフトを備える歯車伝動装置が特許文献１に開示されている。外歯歯車は、内歯歯車に対して相対的に偏心回転する。複数のクランクシャフトは、キャリア（特許文献１では「保持部材」と称されている）に支持されている。キャリアは、内歯歯車に同軸に配置されており、内歯歯車に対して相対的に回転可能である。複数のクランクシャフトは、キャリアの軸線（内歯歯車の軸線）の周りに略等間隔に配置されている。そのような歯車伝動装置は、キャリアを固定して内歯歯車を出力部材として回転させることがあれば、内歯歯車を固定してキャリアを出力部材として回転させることもある。
特許文献１に開示された歯車伝動装置は、内歯が形成されたリング歯車を介してモータのトルクを複数のクランクシャフトの入力歯車に伝達している。リング歯車は、クランクシャフトに固定された入力歯車に噛み合っているとともに、モータの出力軸に固定されているモータ歯車に噛み合っている。リング歯車は入力歯車やモータ歯車よりも厚みが大きく、厚み方向の一部分で複数の入力歯車に噛み合っているとともに、厚み方向の残りの部分でモータ歯車に噛み合っている。すなわち、入力歯車とモータ歯車は軸線方向で重ならないように配置されている。
この歯車伝動装置は、モータのトルクをリング歯車に伝達し、そのリング歯車から全てのクランクシャフトに伝達する。クランクシャフトが回転すると、偏心体に係合している外歯歯車が内歯歯車の軸線の周りを偏心回転する。外歯歯車の歯数と内歯歯車の歯数が異なるので、外歯歯車が偏心回転すると、外歯歯車と内歯歯車が相対的に回転する。複数のクランクシャフトと外歯歯車はともに、内歯歯車に対して相対的に回転する。前述したように、複数のクランクシャフトは内歯歯車の軸線の周りに配置されているので、複数のクランクシャフトは、回転しながら内歯歯車に対して相対的に移動する。

実開平６−６７８６号公報

特許文献１の歯車伝動装置では、モータはキャリアを固定している部材（特許文献１では「ベース部材」と称されている）に固定されている。他方、複数のクランクシャフトもキャリアに支持されている。従って、モータと複数のクランクシャフトの相対位置は不動である。しかしながら、モータは、キャリアではなく、内歯歯車を固定している部材に固定されることもある。モータと内歯歯車を同一の部材に固定することは、モータと内歯歯車の相対位置が不動となることを意味する。この場合、モータに対して複数のクランクシャフトが相対的に移動することになる。すなわち、モータの回転軸に固定されているモータ歯車に対してクランクシャフトに固定されている入力歯車が相対的に移動する。特許文献１の歯車伝動装置では、モータ歯車と入力歯車は、共にリング歯車の内歯に噛み合っているが、軸線方向に重ならないように配置されているので、相対位置が変化しても干渉しない。特許文献１の歯車伝動装置では、モータと内歯歯車を同一部材に固定した場合にモータ歯車と入力歯車の干渉を避けるために、それらの歯車を軸線方向に重ならないように配置する必要がある。このため、特許文献１の歯車伝動装置は、軸方向の長さを短くすることができない。なお、「歯車伝動装置の軸方向」とは、歯車伝動装置の出力部材（キャリアあるいは内歯歯車）の軸線方向のことをいう。
本明細書は、歯車伝動装置の軸方向の長さを短くしつつ、モータをキャリアに対して不動に配置することと、モータを内歯歯車対して不動に配置することのいずれにも対応可能な歯車伝動装置を開示する。

本明細書に開示する歯車伝動装置は、内歯歯車と、内歯歯車に噛み合いながら内歯歯車に対して相対的に偏心回転する外歯歯車と、内歯歯車と外歯歯車のいずれか一方に係合する偏心体が固定されているとともにモータのトルクが伝達される入力歯車が固定されている複数のクランクシャフトを備えている。クランクシャフトの偏心体が内歯歯車に係合していると、クランクシャフトの回転に伴って内歯歯車が偏心回転する。また、クランクシャフトの偏心体が外歯歯車に係合していると、クランクシャフトの回転に伴って外歯歯車が偏心回転する。いずれの場合も、外歯歯車は、内歯歯車に対して相対的に偏心回転する。本明細書では、複数のクランクシャフトの偏心体が外歯歯車に係合する歯車伝動装置に関して説明する。
外歯歯車と複数のクランクシャフトは、キャリアに支持されている。キャリアは、内歯歯車と同軸に配置されており、内歯歯車に対して相対的に回転することができる。複数のクランクシャフトは、キャリアの軸線（内歯歯車の軸線）に沿って配置されており、キャリアの軸線からオフセットした位置でキャリアに支持されている。外歯歯車には、周方向に複数の貫通孔が形成されている。夫々のクランクシャフトに固定されている偏心体が外歯歯車の貫通孔に嵌合している。そのため、クランクシャフトの回転に伴って、外歯歯車が内歯歯車の軸線の周りを偏心回転する。このタイプの歯車伝動装置は、偏心揺動型の歯車伝動装置と呼ばれる。
本明細書に開示する歯車伝動装置は、内周に内歯が形成されており外周に外歯が形成されているリング歯車を備えていることを特徴としている。そして、リング歯車の内歯と外歯のいずれか一方にクランクシャフトの入力歯車が噛み合っており、他方にモータのトルクを伝達するモータ歯車が噛み合っている。すなわち、リング歯車の外側と内側のいずれか一方にモータ歯車が位置し、他方に入力歯車が位置する。

上記の歯車伝動装置によると、入力歯車とモータ歯車を軸線方向に重なるように配置しても、モータ歯車に干渉することなく入力歯車が相対的に移動することができる。そのため、上記の歯車伝動装置は、歯車伝動装置の軸方向の長さを短くしつつ、モータをキャリアに対して不動に配置することと、モータを内歯歯車に対して不動に配置することのいずれにも対応可能である。なお、上記の歯車伝動装置は、モータのトルクをリング歯車に伝達し、そのリング歯車から全てのクランクシャフトに伝達する。そのため、モータのトルクは、リング歯車から複数のクランクシャフトへ均等に伝達される。

上記したように、入力歯車とモータ歯車を軸線方向に重なるように配置することができれば、歯車伝動装置の軸方向の長さを短くすることができる。入力歯車とリング歯車とモータ歯車は、同一平面で噛み合っていることが好ましい。すなわち、入力歯車とリング歯車とモータ歯車が同一平面に配置されていることが好ましい。歯車伝動装置の軸方向の長さをさらに短くすることができる。

本明細書で開示する技術は、歯車伝動装置の軸方向の長さを短くしつつ、モータをキャリアに対して不動に配置することと、モータを内歯歯車に対して不動に配置することのいずれにも対応可能な歯車伝動装置を実現する。

（第１実施形態）
図面を参照し、歯車伝動装置１００について説明する。図１は、歯車伝動装置１００の断面図を示す。図２は、図１のII−II線に沿った断面図を示す。なお図１は、図２のI−I線に沿った断面に対応している。図３は、図１のIII−III線に沿った断面図を示す。
図１と図２に示すように、歯車伝動装置１００は、内周に複数の内歯ピン６が配置されているケース４と、ケース４の内側に配置されている２個の外歯歯車２を備えている。以下では、説明を簡単にするために、２個の外歯歯車２を一つの外歯歯車２として説明する。
複数の内歯ピン６が、ケース４の内周に一巡して配置されており、ケース４とともに内歯歯車を形成している。以下の説明では、内歯ピン６とケース４を併せて、内歯歯車８と呼ぶ。
図２に示すように、外歯歯車２には、６個の第１貫通孔４４と３個の第２貫通孔５２が形成されている。夫々の第１貫通孔４４は、外歯歯車２の周方向に沿って等間隔に位置している。夫々の第２貫通孔５２も、外歯歯車２の周方向に沿って等間隔に位置している。外歯歯車２の中央部には、中央貫通孔４８が形成されている。

図１に示すように、一対のアンギュラ玉軸受３４によって、キャリア３２がケース４に支持されている。キャリア３２は、内歯歯車８の軸線ＣＬ１と同軸に配置されており、内歯歯車８に対して相対的に回転することができる。
図２に示すように、キャリア３２には複数の柱状部３６が形成されている（図１も参照）。夫々の柱状部３６が、外歯歯車２の夫々の第１貫通孔４４に遊嵌している。そのため、キャリア３２と外歯歯車２は、一体となって内歯歯車８に対して相対的に回転する。
図１に示すように、キャリア３２の横断面（軸線ＣＬ１に直交する断面）の中央部に、キャリア貫通孔４６が形成されている。外歯歯車２の中央貫通孔４８とキャリア貫通孔４６によって、歯車伝動装置１００を軸線ＣＬ１方向に貫通する中空孔２７が形成される。その中空孔２７内に、筒状部材２８が配置されている。筒状部材２８は、後述するベース部材３０に固定されている。

キャリア３２は、複数のクランクシャフト５０と外歯歯車２を支持している。より正確には、キャリア３２がクランクシャフト５０を支持しており、クランクシャフト５０が外歯歯車２を支持している。図２に示すように、キャリア３２は周方向に等間隔に複数のクランクシャフト５０を支持している。以下では、説明を簡単にするために、一つのクランクシャフト５０について説明する。
クランクシャフト５０は、一対の円錐ころ軸受２２によってキャリア３２に支持されている。クランクシャフト５０は、軸線ＣＬ１に沿って延びており、軸線ＣＬ１の周りに等間隔に配置されている。クランクシャフト５０には、偏心体２４と入力歯車１８が固定されている。
図２に示すように、偏心体２４は、針状ころ軸受２６を介して第２貫通孔５２に嵌合している。クランクシャフト５０が回転すると、偏心体２４がクランクシャフト５０の軸線の周りを偏心回転する。偏心体２４の偏心回転に伴って、外歯歯車２が内歯歯車８の軸線ＣＬ１の周りを偏心回転する。外歯歯車２は、内歯歯車８と噛み合いながら内歯歯車８に対して偏心回転する。外歯歯車２の歯数と内歯歯車８の歯数（内歯ピン６の数）が異なるので、外歯歯車２が偏心回転すると、外歯歯車２が内歯歯車８に対して相対的に回転する。上記したように、キャリア３２と外歯歯車２は一体となって回転するので、キャリア３２が内歯歯車８に対して相対的に回転する。
図１に示すように、モータ１４を固定しているベース部材３０に、ケース４が固定されている。そのため、キャリア３２が、ベース部材３０に対して相対的に回転する。換言すると、キャリア３２が、歯車伝動装置１００の出力部材である。キャリア３２には、被回転部材４０が固定されている。歯車伝動装置１００は、被回転部材４０をベース部材３０に対して回転させる。

モータ１４からクランクシャフト５０へトルクを伝達するための歯車群について説明する。上記したように、クランクシャフト５０には入力歯車１８が固定されている。
図１と図３に示すように、入力歯車１８とモータ歯車１０の間に、リング状のリング歯車１６が配置されている。リング歯車１６の内周面に内歯１６ａが形成されており、外周面に外歯１６ｂが形成されている。リング歯車１６の内歯１６ａと外歯１６ｂの双方は、平歯車である。内歯１６ａに複数の入力歯車１８が噛み合っており、外歯１６ｂにモータ歯車１０が噛み合っている。入力歯車１８とリング歯車１６とモータ歯車１０は、軸線ＣＬ１に直交する同一平面（図３の紙面に相当する平面）上で噛み合っている。
図１に示すように、モータ１４の出力軸１２に、モータ歯車１０が固定されている。モータ１４のトルクは、モータ歯車１０、リング歯車１６及び入力歯車１８を介してクランクシャフト５０に伝達される。リング歯車１６は、深溝玉軸受９によってケース４に支持されている。

図３から明らかなように、モータ歯車１０は、リング歯車１６の外側に位置している。他方、複数の入力歯車１８は、リング歯車１６の内側に位置している。モータ歯車１０が回転すると、リング歯車１６が回転し、３つの入力歯車１８も回転する。すなわち、入力歯車１８を固定しているクランクシャフト５０が回転する。クランクシャフト５０が回転すると、外歯歯車２が偏心回転する。外歯歯車２の歯数と内歯歯車８の歯数の差だけ、外歯歯車２が内歯歯車８に対して相対的に回転する。外歯歯車２とともに、キャリア３２が軸線ＣＬ１の回りを回転する。すなわち、キャリア３２に支持されているクランクシャフト５０の入力歯車１８が、軸線ＣＬ１の周りを移動する。モータ歯車１０はリング歯車１６の外側に位置しているので、入力歯車１８はモータ歯車１０に干渉することなく移動することができる。歯車伝動装置１００は、モータ１４を内歯歯車８に固定するとともに（モータ１４を内歯歯車８に対して不動に配置するとともに）、キャリア３２を内歯歯車８に対して相対回転させることができる。

上記の歯車伝動装置１００では、キャリア３２をベース部材３０に固定することもできる。この場合、ケース４とベース部材３０を固定しない。キャリア３２をベース部材３０に固定すると、モータ１４がキャリア３２に対して不動となる。すなわち、モータ歯車１０と３つの入力歯車１８の相対位置は変化しない。３つの入力歯車１８は、モータ歯車１０との相対位置を維持したまま回転する。キャリア３２をベース部材３０に固定すれば、内歯歯車８を軸線ＣＬ１の周りに回転させることができる。すなわち、内歯歯車８（ケース４）を歯車伝動装置１００の出力部材とすることができる。
上記の特徴を別言すれば、歯車伝動装置１００は、モータ１４をキャリア３２に対して不動に配置することもできるし、モータ１４を内歯歯車８に対して不動に配置することもできる。

上記したように、入力歯車１８とモータ歯車１０は同一平面上で噛み合っている。換言すると、入力歯車１８とモータ歯車１０は、歯車伝動装置１００の軸線方向で重なっている。そのため、歯車伝動装置１００は、入力歯車１８とモータ歯車１０を収納するために必要な軸線ＣＬ１方向の長さを、入力歯車１８の厚みとモータ歯車１０の厚みを加えた長さよりも短くすることができる。
歯車伝動装置１００は、軸線ＣＬ１方向の長さを短くしつつ、モータ１４をキャリア３２に対して不動に配置することと、モータ１４を内歯歯車８（ケース４）に対して不動に配置することのいずれにも対応することができる。

歯車伝動装置１００では、モータ歯車１０の軸線がクランクシャフト５０に平行になるように、モータ歯車１０がリング歯車１６に噛み合っている。そのために、内歯１６ａと外歯１６ｂの双方が平歯車を形成しているリング歯車１６を採用している。内歯が平歯車を形成し、外歯が傘歯車を形成しているリング歯車を採用すれば、モータ歯車の軸線をクランクシャフト５０に交差するように配置できる。歯車伝動装置１００とモータ１４を接続したときに、それら全体の軸線ＣＬ１方向の長さを短くすることができる。

歯車伝動装置１００の他の特徴について説明する。
上記したように、入力歯車１８がリング歯車１６の内歯１６ａに噛み合っており、モータ歯車１０がリング歯車１６の外歯１６ｂに噛み合っている。そのため、モータ１４を、軸線ＣＬ１から大きくオフセットさせることができる。歯車伝動装置１００を軸線ＣＬ１方向に平面視したときに、中空孔２７の外側にモータ１４を配置することができる。モータ１４をそのように配置できるので、中空孔２７のスペースを有効に使うことができる。例えば、中空孔２７に、多くの配線を通すことができる。また、入力歯車１８をリング歯車１６の外歯１６ｂに噛み合わせ、モータ歯車１０をリング歯車１６の内歯１６ａに噛み合わせるよりも、中空孔２７の内径を大きく確保することができる。

上記したように、リング歯車１６は、深溝玉軸受９によってケース４に支持されている。そのため、３つの入力歯車１８とリング歯車１６が噛み合った状態で歯車伝動装置１００を出荷することができる。歯車伝動装置１００にモータ１４取り付けるとき、すなわち、ケース４とベース部材３０を固定するときに、リング歯車１６の外歯１６ｂにモータ歯車１０を噛み合わせるだけでよい。ロボットアームや回転盤の不動部への歯車伝動装置１００の取り付けを容易にすることができる。

筒状部材２８がベース部材３０に固定されている。そのため、歯車伝動装置１００が駆動しても、筒状部材２８はベース部材３０に対して回転しない。筒状部材２８内に配設される配線等が損傷することを防止できる。
ケース４とキャリア３２の間にオイルシール３８が配置されており、キャリア３２と筒状部材２８の間にオイルシール４２が配置されており、ベース部材３０と筒状部材２８の間にＯリング２０が配置されている。オイルシール３８、４２、及びＯリング２０によって、歯車伝動装置１００内のオイル（潤滑剤）が歯車伝動装置１００外に漏れることを防止する。

リング歯車１６は、ケース４以外の部材に支持されてもよい。図４、５に、歯車伝動装置１００の変形例を示す。図４、５は、図１の破線Ａで囲った部分に相当する。
図４は、ベース部材３０とキャリア３２の両方がリング歯車１６を支持する例を示している。リング歯車１６は、一対の深溝玉軸受９によってベース部材３０とキャリア３２に支持されている。一方の深溝玉軸受９を介してベース部材３０がリング歯車１６を支持しており、他方の深溝玉軸受９を介してキャリア３２がリング歯車１６を支持している。そのため、リング歯車１６が軸線ＣＬ１方向に移動すること確実に防止することができる。
図５は、ベース部材３０のみがリング歯車１６を支持する例を示している。図５の構成は、ケース４やキャリア３２に深溝玉軸受９を配置するスペースがなくても、リング歯車１６を支持することができる。

以下に、歯車伝動装置１００の特徴を簡潔に表現する。
歯車伝動装置１００は、内歯歯車８に噛み合いながら偏心回転する外歯歯車２と、内歯歯車８に相対的に回転可能であるとともに内歯歯車８と同軸に配置されているキャリア３２を有する。キャリア３２は、キャリア３２の軸線に沿って伸びている複数のクランクシャフト５０を回転可能に支持している。夫々のクランクシャフト５０は、外歯歯車２に係合する偏心体２４を固定しているとともにモータ１４のトルクが伝達される入力歯車１８を固定している。歯車伝動装置１００はさらに、内歯１６ａと外歯１６ｂが形成されているとともに内歯歯車８と同軸に配置されているリング歯車１６を備えている。内歯１６ａと外歯１６ｂのいずれか一方に入力歯車１８が噛み合っており、他方にモータ１４のトルクを伝達するモータ歯車１０が噛み合っている。

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。

上記実施形態では、リング歯車１６の内歯１６ａがクランクシャフト５０に固定されている入力歯車１８に噛み合っており、リング歯車１６の外歯１６ｂがモータ１４の出力軸１２に固定されているモータ歯車１０に噛み合っている。これとは逆に、リング歯車１６の内歯１６ａがモータ歯車１０に噛み合っており、リング歯車１６の外歯１６ｂが入力歯車１８に噛み合っていてもよい。内歯１６ａと外歯１６ｂのいずれか一方に入力歯車１８が噛み合っており、他方にモータ歯車１０が噛み合っていればよい。

また、上記実施形態では、リング歯車１６が、深溝玉軸受９を介してケース４等に支持されている。リング歯車１６がケース４等に軸受を介して支持されていれば、モータ１４のトルクを全ての入力歯車１８に均等に伝達することができる。
他方、深溝玉軸受９を省略することも可能である。すなわち、リング歯車１６は、３つの入力歯車１８とモータ歯車１０によって支持されてもよい。この場合も、軸線ＣＬ１方向の長さを短くしつつ、モータ１４をキャリア３２に対して不動に配置することと、モータ１４を内歯歯車８（ケース４）３２に対して不動に配置することのいずれにも対応することができる。

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の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。

第１実施形態の歯車伝動装置の断面図を示す。 図１のII−II線に沿った断面図を示す。 図１のIII−III線に沿った断面図を示す。 第１実施形態の歯車伝動装置の変形例の部分的断面図を示す。 第１実施形態の歯車伝動装置の他の変形例の部分的断面図を示す。

符号の説明

２：外歯歯車
８：内歯歯車
１０：モータ歯車
１４：モータ
１６：リング歯車
１６ａ：内歯
１６ｂ：外歯
１８：入力歯車
２４：偏心体
５０：クランクシャフト
１００：歯車伝動装置

Claims (2)

1. 内歯歯車と、内歯歯車に噛み合いながら内歯歯車に対して相対的に偏心回転する外歯歯車と、内歯歯車と外歯歯車のいずれか一方に係合する偏心体とモータのトルクが伝達される入力歯車とが固定されている複数のクランクシャフトと、を有する歯車伝動装置であって、
   内歯と外歯が形成されているリング歯車を備えており、
   前記内歯と外歯のいずれか一方に前記入力歯車が噛み合っており、他方にモータのトルクを伝達するモータ歯車が噛み合っていることを特徴とする歯車伝動装置。
2. 前記入力歯車と前記リング歯車と前記モータ歯車が同一平面で噛み合っていることを特徴とする請求項１に記載の歯車伝動装置。

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