JP2010091041A - Eccentric oscillating gear transmission - Google Patents
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Description
本発明は、内歯歯車と、内歯歯車に噛み合っている外歯歯車のいずれか一方の歯車が他方の歯車に対して偏心回転する偏心揺動型の歯車伝動装置に関する。 The present invention relates to an eccentric oscillating gear transmission in which any one of an internal gear and an external gear meshing with the internal gear rotates eccentrically with respect to the other gear.
内歯歯車と、内歯歯車に噛み合っている外歯歯車のいずれか一方の歯車が他方の歯車に対して偏心回転することによって所定の速比を得る偏心揺動型の歯車伝動装置が知られている。本明細書は、主として外歯歯車が偏心回転するタイプの歯車伝動装置について説明する。以下では、簡単のため、「偏心揺動型の歯車伝動装置」を「偏心揺動型の伝動装置」、さらに簡単に「伝動装置」と称することがある。 There is known an eccentric oscillating gear transmission that obtains a predetermined speed ratio by rotating one of an internal gear and an external gear meshing with the internal gear eccentrically with respect to the other gear. ing. The present specification mainly describes a gear transmission in which an external gear rotates eccentrically. Hereinafter, for the sake of simplicity, the “eccentric oscillating gear transmission” may be referred to as “eccentric oscillating transmission” and more simply “transmission”.
外歯歯車が偏心回転するタイプの伝動装置では、外歯歯車はキャリアに偏心回転可能に支持されている。キャリアは、内歯歯車に同軸に回転可能に支持される。この伝動装置は、内歯歯車を他の装置に固定するとき、キャリアが伝動装置の「出力軸」に相当する。キャリアを他の装置に固定するとき、内歯歯車が「出力軸」に相当する。例えば、伝動装置をロボットの関節に適用する場合、内歯歯車がロボットの基部側アームに固定される場合は、キャリアは出力軸として先端側アームに固定される。或いは、キャリアがロボットの基部側アームに固定される場合、内歯歯車が出力軸として先端側アームに固定される。内歯歯車とキャリアのどちらを他の装置に固定するかは伝動装置の用途に依存する。なお、内歯歯車が偏心回転するタイプの伝動装置では、内歯歯車がキャリアに偏心回転可能に支持され、キャリアは外歯歯車に同軸に回転可能に支持される。内歯歯車が偏心回転するタイプの伝動装置では、キャリアと外歯歯車の一方が他の装置に固定されるとき、他方が「出力軸」に相当する。 In a transmission device in which the external gear rotates eccentrically, the external gear is supported by the carrier so as to be eccentrically rotatable. The carrier is rotatably supported coaxially on the internal gear. In this transmission, when the internal gear is fixed to another device, the carrier corresponds to the “output shaft” of the transmission. When the carrier is fixed to another device, the internal gear corresponds to the “output shaft”. For example, when the transmission device is applied to a robot joint, when the internal gear is fixed to the base arm of the robot, the carrier is fixed to the distal arm as an output shaft. Alternatively, when the carrier is fixed to the base side arm of the robot, the internal gear is fixed to the tip side arm as an output shaft. Whether the internal gear or the carrier is fixed to another device depends on the use of the transmission device. In the transmission device of the type in which the internal gear rotates eccentrically, the internal gear is supported by the carrier so that it can rotate eccentrically, and the carrier is supported by the external gear so that it can rotate coaxially. In a transmission device in which the internal gear rotates eccentrically, when one of the carrier and the external gear is fixed to the other device, the other corresponds to the “output shaft”.
例えば特許文献1に、外歯歯車が偏心回転するタイプの伝動装置が開示されている。その伝動装置は、以下の構成を有している。キャリアに、キャリアの軸線に平行に延びる複数のクランクシャフトが支持されている。夫々のクランクシャフトには偏心体が固定されている。その偏心体が、外歯歯車に設けられた嵌合孔に嵌合している。クランクシャフトの回転に伴って偏心体に係合している外歯歯車が偏心回転する。キャリアと同軸にセンター歯車が配置されており、夫々のクランクシャフトに固定された入力歯車がセンター歯車に噛み合っている。センター歯車にはまた、モータのトルクをクランクシャフトに伝達するピニオン歯車が噛み合っている。モータのトルクは、センター歯車から複数の入力歯車へ均等に伝達される。 For example, Patent Document 1 discloses a transmission device in which an external gear rotates eccentrically. The transmission device has the following configuration. A plurality of crankshafts extending parallel to the carrier axis are supported by the carrier. An eccentric body is fixed to each crankshaft. The eccentric body is fitted in a fitting hole provided in the external gear. As the crankshaft rotates, the external gear engaged with the eccentric body rotates eccentrically. A center gear is arranged coaxially with the carrier, and an input gear fixed to each crankshaft meshes with the center gear. The center gear is also engaged with a pinion gear that transmits the torque of the motor to the crankshaft. The torque of the motor is evenly transmitted from the center gear to the plurality of input gears.
同じ伝動装置を採用するにしても、その用途に応じて望ましいモータの位置が異なる。従って、伝動装置は、歯車群の少ないレイアウト変更で、モータの位置を変更できることが好ましい。従来の伝動装置は、伝動装置の軸線方向のモータ位置や、伝動装置の軸線の周方向に沿ったモータ位置は容易に変更することができる。しかしながら、伝動装置の軸線の半径方向におけるモータ位置は容易に変更することができない。半径方向におけるモータ位置を変更する場合、新たなアイドル歯車を追加するなど、歯車の追加や、複数の歯車のレイアウト変更が必要となる。本明細書は、歯車群の少ないレイアウト変更で、伝動装置の半径方向におけるモータ位置を変更することができる伝動装置を開示する。 Even if the same transmission device is employed, the desired motor position varies depending on the application. Therefore, it is preferable that the transmission device can change the position of the motor by changing the layout with few gear groups. In the conventional transmission device, the motor position in the axial direction of the transmission device and the motor position along the circumferential direction of the transmission device axis can be easily changed. However, the motor position in the radial direction of the axis of the transmission cannot be easily changed. When changing the motor position in the radial direction, it is necessary to add gears and change the layout of a plurality of gears, such as adding a new idle gear. This specification discloses the transmission which can change the motor position in the radial direction of a transmission with the layout change with few gear groups.
本明細書が開示する伝動装置は、内歯歯車と、内歯歯車に噛み合っている外歯歯車のいずれか一方の歯車が他方の歯車に対して偏心回転する偏心揺動型である。この伝動装置は、キャリアと2本のクランクシャフトとアイドル歯車を有している。キャリアは、内歯歯車と外歯歯車の他方歯車(偏心回転しない歯車)に同軸に回転可能に支持されている。キャリアに回転可能に支持されている2本のクランクシャフトは、キャリアの軸線と平行に延びている。2本のクランクシャフトは、キャリアの軸線から半径方向に等距離の位置に配置されている。2本のクランクシャフトには、モータのトルクが伝達される入力歯車と、内歯歯車と外歯歯車の一方の歯車に係合してその歯車を偏心回転させる偏心体が固定されている。アイドル歯車は、2本のクランクシャフトの入力歯車に噛み合っているとともに、モータのトルクをクランクシャフトへ伝達するピニオン歯車と噛み合っている。アイドル歯車の軸線は、キャリアの軸線から半径方向にオフセットしている。 The transmission device disclosed in this specification is an eccentric oscillating type in which one of an internal gear and an external gear meshing with the internal gear rotates eccentrically with respect to the other gear. This transmission device has a carrier, two crankshafts, and an idle gear. The carrier is rotatably supported coaxially by the other gear (a gear that does not rotate eccentrically) of the internal gear and the external gear. The two crankshafts rotatably supported by the carrier extend parallel to the carrier axis. The two crankshafts are arranged at equidistant positions in the radial direction from the carrier axis. The two crankshafts are fixed with an input gear to which the torque of the motor is transmitted, and an eccentric body that engages with one of the internal gear and the external gear to rotate the gear eccentrically. The idle gear meshes with the input gears of the two crankshafts and meshes with a pinion gear that transmits the torque of the motor to the crankshaft. The idle gear axis is offset radially from the carrier axis.
この伝動装置は、モータのトルクをクランクシャフトへ均等に伝えるアイドル歯車の軸線がキャリアの軸線(即ち、伝動装置の軸線)からオフセットしている。従って、アイドル歯車の周方向に沿ってピニオン歯車の位置を変更することによって、ピニオン歯車の軸線とキャリア軸線の間の距離を変えることができる。なお、「ピニオン歯車の軸線とキャリア軸線の間の距離」は、「ピニオン歯車の半径方向位置」と別言してよい。最もシンプルには、ピニオン歯車はモータの軸に取り付けられる。その場合、ピニオン歯車の半径方向位置を変えることができるということは、モータ位置を変えることができることを意味する。この伝動装置は、ピニオン歯車のレイアウト(ピニオン歯車の半径方向位置)を変更するだけで、他の歯車のレイアウトを変更することなく、モータの位置を変更することができる。 In this transmission, the axis of the idle gear that uniformly transmits the torque of the motor to the crankshaft is offset from the axis of the carrier (that is, the axis of the transmission). Therefore, the distance between the pinion gear axis and the carrier axis can be changed by changing the position of the pinion gear along the circumferential direction of the idle gear. The “distance between the pinion gear axis and the carrier axis” may be referred to as “the radial position of the pinion gear”. Most simply, the pinion gear is attached to the motor shaft. In that case, being able to change the radial position of the pinion gear means that the motor position can be changed. This transmission device can change the position of the motor only by changing the layout of the pinion gear (the radial position of the pinion gear) without changing the layout of the other gears.
クランクシャフトの数はいくつでもよいが、モータのトルクが伝達される入力歯車を備えているクランクシャフトは2本である。入力歯車を備えたクランクシャフトが3本以上の場合、3個以上の入力歯車に噛み合うアイドル歯車は、キャリアと同軸に配置しなければならないからである。本明細書が開示する伝動装置は、入力歯車を備えたクランクシャフトを2本に限定することによって、キャリア軸線からオフセットした位置へのアイドル歯車の配置を可能にする。 The number of crankshafts may be any number, but the number of crankshafts having two input gears to which the motor torque is transmitted is two. This is because when there are three or more crankshafts equipped with the input gear, the idle gear meshing with the three or more input gears must be arranged coaxially with the carrier. The transmission device disclosed in the present specification allows the idle gear to be arranged at a position offset from the carrier axis by limiting the number of the crankshafts having the input gears to two.
本明細書が開示する伝動装置では、ピニオン歯車の軸線が、キャリアの軸線とアイドル歯車の軸線を通る直線からオフセットしていることが好ましい。ピニオン歯車の位置(即ち、モータの位置)を、伝動装置の軸線へ近づけることができる。 In the transmission device disclosed in the present specification, it is preferable that the axis of the pinion gear is offset from a straight line passing through the axis of the carrier and the axis of the idle gear. The position of the pinion gear (that is, the position of the motor) can be brought close to the axis of the transmission.
本明細書が開示する伝動装置では、2本のクランクシャフトがキャリアの軸線を挟んで配置されているとともに、2本のクランクシャフトの軸線とキャリアの軸線が直線上に並んでいることも好ましい。キャリアの軸線を挟んでその両側に1本ずつクランクシャフトを配置することによって、外歯歯車へのトルク伝達バランスを良くすることができる。 In the transmission device disclosed in the present specification, it is also preferable that the two crankshafts are arranged with the carrier axis interposed therebetween, and the axes of the two crankshafts and the carrier are aligned on a straight line. By arranging one crankshaft on both sides of the carrier axis, the balance of torque transmission to the external gear can be improved.
本明細書が開示する歯車伝動装置は、歯車群の少ないレイアウト変更で伝動装置の半径方向のモータ位置を変更することができる。 The gear transmission disclosed in this specification can change the motor position in the radial direction of the transmission with a small layout change of the gear group.
実施例の伝動装置100の特徴について概説する。伝動装置100は、内歯歯車6に噛み合っている外歯歯車10が偏心回転する偏心揺動型の歯車伝動装置である。伝動装置100は、キャリア8、2本のクランクシャフト14、及び、アイドル歯車24を有している。キャリア8は、内歯歯車6に同軸に回転可能に支持されている。夫々のクランクシャフト14は、キャリア8に回転可能に支持されている。2本のクランクシャフト14は、伝動装置100の軸線CLを挟んで配置されており、2本のクランクシャフト14と軸線CLが直線上に並んでいる。夫々のクランクシャフト14は、偏心体20と、入力歯車22を固定している。偏心体20が、外歯歯車10に形成された貫通孔に係合しており、外歯歯車10を偏心回転させる。アイドル歯車24は、2個の入力歯車22に噛み合っているとともに、モータ28のトルクをクランクシャフト14へ伝達するピニオン歯車26に噛み合っている。なお、ピニオン歯車26は、モータの回転軸に固定されている。アイドル歯車24の軸線が、キャリア8の軸線CLからその半径方向にオフセットしている。さらに、ピニオン歯車26は、キャリア8の軸線CLとアイドル歯車24の軸線を結ぶ直線からオフセットしている。
The characteristics of the
図面を参照して実施例の伝動装置100(偏心揺動型の歯車伝動装置)を説明する。この伝動装置100は、太陽光発電装置に適用され、太陽電池パネルを支持する水平梁80を鉛直支柱の回りに旋回させる。
A transmission device 100 (eccentric oscillation type gear transmission) according to an embodiment will be described with reference to the drawings. This
図1は、伝動装置100の軸線CLに沿った断面図である。図2は、図1のII−II線に沿ってみたときの伝動装置100の断面図である。図3は、図1のIII−III線に沿って見たときの伝動装置100の断面図である。図4は、図3のIV−IV線に沿って見たときの伝動装置100の断面図である。なお、図1は、図2のI−I線からみた断面図である。また、図4は、断面の一部のみを示している。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the
歯車伝動装置100は、内周に複数の内歯ピン4が配置されているケース2と、キャリア8と、2個の外歯歯車10を備えている。複数の内歯ピン4は、ピンの軸線を伝動装置100の軸線CLと平行にして、ケース2の内周に沿って等間隔に配置されている。ケース2と複数の内歯ピン4が内歯歯車6を構成する。即ち、複数の内歯ピン4は、内歯歯車6の内歯に相当する。2個の外歯歯車10は、後述するクランクシャフト14を介してキャリア8に支持されているとともに、内歯歯車6に噛み合っている。内歯歯車6の歯数(内歯ピン4の個数)と外歯歯車10の歯数はわずかに異なっている。
The
キャリア8は、一対のアンギュラ玉軸受30を介してケース2(即ち内歯歯車6)に回転可能に支持されている。キャリア8は内歯歯車6に同軸に配置されており、その軸線は伝動装置100の軸線CLに一致する。以後の説明において、軸線CLをキャリア8の軸線と呼ぶ場合がある。キャリア8は、2本のクランクシャフト14を回転可能に支持している。夫々のクランクシャフト14は、軸線CLに平行に延びており、一対の円錐ころ軸受16を介してキャリア8に支持されている。図2と図3に示すように、2本のクランクシャフト14は、伝動装置100の軸線CLを挟んで配置されており、2本のクランクシャフト14の軸線と伝動装置100の軸線CLは直線上に並んでいる。キャリア8の中心に、その軸線CLに沿って貫通している中心貫通孔50が設けられている。
The
夫々のクランクシャフト14に、2個の偏心体20と1個の入力歯車22が固定されている。図3に示すように、入力歯車22は、クランクシャフト14にスプライン結合されている。2個の偏心体20の夫々は、2個の外歯歯車10の夫々に設けられた孔に針状ころ軸受18を介して係合している。2個の外歯歯車10は、クランクシャフト14の回転に伴って内歯歯車6に噛み合いながら軸線CLの周りを偏心回転する。
Two
図1に示されているように、入力歯車22は、クランクシャフト14の一端に固定されている。別言すれば、入力歯車22は、キャリア8の一端に位置している。また、図3に示されているように、アイドル歯車24は、2つの入力歯車22に噛み合っている。さらに、図4に示されているように、アイドル歯車24は、キャリア8に圧入されたシャフト23の一端に、深溝玉軸受25を介して支持されている。入力歯車22とアイドル歯車24は外歯車である。図3に示されているように、アイドル歯車24にはまた、ピニオン歯車26が噛み合っている。ピニオン歯車26は、モータ28の出力軸に固定されている。
As shown in FIG. 1, the
なお、アイドル歯車24の径方向の動きが、2つの入力歯車22とピニオン歯車26によって規制される場合、すなわち、ピニオン歯車26の軸線、キャリア8の軸線CL、及び、アイドル歯車24の軸線が一直線上に並ぶようにピニオン歯車26が配置されている場合は、図4に示す構造に代えて図5に示す構造を採用してもよい。図5は、図4に示す構造の代替構造を示す。図5に示す構造において、アイドル歯車224の軸線方向の夫々の側に、スラストプレート225aと225bが配置されている。アイドル歯車224は、これらのスラストプレート225a、225bによって、軸線方向の動きを規制される。スラストプレート225aは、アイドル歯車224の一方の面に対向する位置において、水平梁80に設けられた窪みに嵌め込まれている。スラストプレート225bは、アイドル歯車224の他方の面に対向する位置において、キャリア8に設けられた窪みに嵌め込まれている。
When the radial movement of the
伝動装置100の動作を説明する。モータ28のトルクは、ピニオン歯車26とアイドル歯車24を介して2つの入力歯車22(即ちクランクシャフト14)に伝達される。モータのトルクは、1つのアイドル歯車24から2本のクランクシャフト14へ伝達されるので、モータのトルクは2本のクランクシャフト14へ均等に伝達される。2本のクランクシャフト14が回転すると、偏心体20の偏心回転によって、外歯歯車10が内歯歯車6に噛み合いながら軸線CLの周りを偏心回転する。外歯歯車10の歯数と内歯歯車6の歯数はわずかに異なっており、偏心体20が一回転すると、即ち、外歯歯車10の軸線が軸線CLの周りを一回り移動すると、外歯歯車10と内歯歯車6の歯数差に相当する角度だけキャリア8が回転する。クランクシャフト14の一回転が、外歯歯車10と内歯歯車6の歯数差に相当する角度に減速される。なお、ピニオン歯車26と入力歯車22の間のギアレシオは、アイドル歯車24の歯数や大きさに依存しない。別言すれば、アイドル歯車24は、ピニオン歯車26と入力歯車22の間のギアレシオに影響しない。
The operation of the
ケース2(即ち、内歯歯車6)は、後述する太陽光発電装置90の支柱92に固定されている。キャリア8に、太陽電池パネルを支持する水平梁80が固定されている。伝動装置100とモータ28は、太陽電池パネルを旋回させる。即ち、キャリア8は、伝動装置100の出力軸に相当する。
The case 2 (that is, the internal gear 6) is fixed to a
伝動装置100の利点を説明する。図3に示されているように、ピニオン歯車26と2つの入力歯車22に噛み合っているアイドル歯車24は、キャリア8の軸線CLからその半径方向にオフセットした位置に配置されている。他方、ピニオン歯車26の位置によって、軸線CLとモータ28の間の距離が規定される。それゆえ、ピニオン歯車26の位置をアイドル歯車24の周に沿って変えることによって、モータ28の取付け位置を変更することができる。具体的には、図3の符号Sによって示される範囲内でピニオン歯車26の位置を変更することによって、軸線CLとモータ28の間の距離を変更することができる。この伝動装置100は、アイドル歯車24よりもトルク伝達経路の下流に配置されている歯車群のレイアウトを変更することなく、モータの取り付け位置を変更することができる。ここでいう「トルク伝達経路の下流」は、モータからキャリアへ伝達されるトルクの流れの下流を意味する。この伝動装置100は、ピニオン歯車のレイアウトを変更するだけで、伝動装置100の半径方向に沿ったモータの位置を変更することができる。この伝動装置100は、歯車群のわずかなレイアウト変更で様々な装置へ適用することができる。
The advantages of the
また、この伝動装置100は、図3に示されているように、ピニオン歯車26の軸線が、キャリア8の軸線CLとアイドル歯車24の軸線を結ぶ直線PL1からオフセットしている。この構成によって、モータ28の位置を、伝動装置100の軸線CLから遠くない位置に配置することができる。モータを含む伝動装置100のサイズ(半径方向のサイズ)を小さくすることができる。
Further, as shown in FIG. 3, in the
図1、図6、及び図7を参照して、伝動装置100を備える太陽光発電装置90を説明する。図6は、太陽光発電装置90の側面図を示しており、図7は、太陽光発電装置90の背面図を示している。伝動装置100のケース2が、支柱92に固定されている。伝動装置100のキャリア8の軸線CLは、鉛直方向に沿って延びている。伝動装置100のキャリア8に水平梁80が固定されている。水平梁80の両側に太陽電池パネル94が固定されている。伝動装置100は、水平梁80(即ち太陽電池パネル94)を、鉛直軸の周りに旋回させる。
With reference to FIG.1, FIG6 and FIG.7, the solar
上述したように、モータ28は伝動装置100の軸線CLからオフセットして配置されているため、太陽光発電装置90は、その水平梁80を伝動装置100の軸線CL上に近づけることができる。これにより、太陽光発電装置90は、太陽電池パネル94を含めた水平梁80の重量に起因して伝動装置100に作用する荷重モーメントを低減することができる。
As described above, since the
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。例えば、実施例の伝動装置100は、外歯歯車10が偏心回転するタイプであるが、本発明は、内歯歯車が偏心揺動するタイプの伝動装置に適用することも可能である。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. For example, the
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。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
2:ケース
4:内歯ピン
6:内歯歯車
8:キャリア
10:外歯歯車
14:クランクシャフト
20:偏心体
22:入力歯車
24:アイドル歯車
26:ピニオン歯車
28:モータ
100:伝動装置
2: Case 4: Internal pin 6: Internal gear 8: Carrier 10: External gear 14: Crankshaft 20: Eccentric body 22: Input gear 24: Idle gear 26: Pinion gear 28: Motor 100: Transmission device
Claims (3)
内歯歯車と外歯歯車の他方の歯車に同軸に回転可能に支持されているキャリアと、
内歯歯車と外歯歯車の一方の歯車に係合して偏心回転させる偏心体と入力歯車が固定されており、キャリアに回転可能に支持されている2本のクランクシャフトと、
2本のクランクシャフトの入力歯車に噛み合っているとともに、モータのトルクをクランクシャフトへ伝達するピニオン歯車に噛み合っているアイドル歯車と、
を備えており、アイドル歯車の軸線が、キャリアの軸線からオフセットしていることを特徴とする偏心揺動型の歯車伝動装置。 An eccentric oscillating gear transmission in which any one of an internal gear and an external gear meshing with the internal gear rotates eccentrically with respect to the other gear,
A carrier rotatably supported coaxially on the other gear of the internal gear and the external gear;
An eccentric body that engages with one of the internal gear and the external gear to rotate eccentrically and the input gear are fixed, and two crankshafts that are rotatably supported by the carrier;
An idle gear that meshes with the input gear of the two crankshafts and meshes with a pinion gear that transmits the torque of the motor to the crankshaft;
An eccentric oscillating gear transmission characterized in that the axis of the idle gear is offset from the axis of the carrier.
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