JP2011196486A - 減速装置、および該減速装置を備える動力伝達部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】減速装置の出力を減速装置両側のいずれの側から取り出しても外部部材とモータとが干渉するのを防止し、外部部材の可動範囲を大きくとることができるようにする。
【解決手段】両歯リングギヤ１２０と、両歯リングギヤ１２０の内歯１２０Ｂを介して駆動される減速機構１０１と、減速機構１０１の軸方向の両側にそれぞれ配置され、第１、第２キャリヤ１４４、１４６と、を備えた減速装置Ｇ１において、モータ１００と両歯リングギヤ１２０との間に、モータ軸１００Ａの回転を両歯リングギヤ１２０の軸線Ｌ１と平行な軸線Ｌ２回りの回転に変換する直交歯車１１２、１１４を備え、モータ軸１００Ａの軸心Ｌ０を第１、第２キャリヤ１４４、１４６の軸心Ｌ３の放射方向Ｐに合わせて配置可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、減速装置、および該減速装置を備える動力伝達部構造に関する。

図８は、従来の偏心揺動型の減速装置の一例を示す。

偏心揺動型の減速装置１は、内歯２及び外歯３を有し、モータ４からの回転が外歯３に入力される両歯リングギヤ５と、両歯リングギヤ５の内歯２を介して駆動されるクランク軸６と、クランク軸６の軸方向の両側にそれぞれ配置され、該クランク軸６を回転可能に支持すると共に、外部部材（図示略）を取り付け可能とした第１、第２キャリヤ７、８と、を備えている。モータ４は、モータ４の軸心Ｘ０を第１、第２キャリヤ７、８の軸線Ｘ１に対して平行、且つ、半径方向外側にオフセットさせ、第１、第２キャリヤ７、８の軸方向外側の面７Ａ、８Ａを覆わない態様で配置されている。第１、第２キャリヤ７、８の軸方向外側の面７Ａ、８Ａに外部部材を固定し、該外部部材に減速装置１の回転を出力することができる。

ＷＯ２００９／０５７５２６（図１）

しかしながら、従来の減速装置において、モータが配置されている側の第１キャリヤの軸方向外側に、例えば、被駆動部材としてロボットアームを連結する場合、ロボットアームを回転させると、該ロボットアームはモータと干渉してしまう恐れがある。このため、ロボットアームの可動範囲は制限されていた。

本発明は、上記の問題を解決するために、減速装置の出力を減速装置両側のいずれの側から取り出しても外部部材（被駆動部材）とモータとが干渉するのを防止し、外部部材の可動範囲を大きくとることができるようにすることを課題とする。

本発明は、内歯及び外歯を有し、モータからの回転が前記外歯に入力される両歯リングギヤと、該両歯リングギヤの前記内歯を介して駆動される減速機構と、該減速機構の軸方向の両側にそれぞれ配置され、外部部材を連結可能とした第１、第２キャリヤと、を備えた減速装置において、前記モータと両歯リングギヤとの間に、前記モータのモータ軸の回転を前記両歯リングギヤの軸線と平行な軸線回りの回転に変換する直交歯車を備え、前記モータ軸の軸心を前記第１、第２キャリヤの軸心の放射方向に合わせて配置可能とした構成により上記課題を解決した。

モータからの回転が入力される両歯リングギヤと、該両歯リングギヤから入力される回転により駆動される減速機構を備えた減速装置の場合、両歯リングギヤと、第１の外部部材と連結される第１、第２キャリヤと、第２の外部部材と連結されるケーシングとの３者が「同軸」で相対回転する。このため、モータ軸と両歯リングギヤの軸心は、従来、当然のように平行に配置されていた。これは、この配置が、モータ軸の回転を両歯リングギヤの外歯に最も簡易に入力することができるからである。

しかし、本発明では、モータと両歯リングギヤとの間に、モータ軸の回転を両歯リングギヤの軸線と平行な軸線周りの回転に変換する直交歯車を、敢えて備えるようにしている。この構成により、モータ軸の軸心を第１、第２キャリヤの軸心の放射方向に合わせて配置することが可能となる。

この結果、第１、第２キャリヤのいずれの側に第１の外部部材を取り付ける場合であっても、更には、後述するように、第１、第２キャリヤの双方に第１の外部部材を取り付ける場合であっても、該第１の外部部材と、第１、第２キャリヤの放射方向に合わせて配置されることになるモータとの干渉を有効に防止することが可能となる。したがって、結局、減速装置を介して連結される第１の外部部材と第２の外部部材の相対回転可能な範囲をより大きく確保することができるようになる。

また、本発明は、前記減速装置と、モータと、を備え、該減速装置により、第１部材と第２部材を相対回転させる動力伝達部構造において、前記第１部材は、前記第１、第２キャリヤの双方に連結されており、前記モータは、該第１、第２キャリヤの両側における該第１部材間の軸方向内側の範囲内に収まるように配置されていることを特徴とする動力伝達部構造と捉えることもできる。

本発明は、減速装置の出力を減速装置両側のいずれの側から取り出しても外部部材とモータとが干渉するのを防止し、外部部材の可動範囲を大きくとることができるようにする。

本発明の実施形態の一例にかかる減速装置が適用された動力伝達部構造の概略斜視図 図１に示す動力伝達部構造に適用された減速装置の正断面図 図２に示す減速装置の矢示III−IIIに沿う横断面図 図１に示す動力伝達部構造を時計回りに回転した場合の斜視図 図１に示す動力伝達部構造を反時計回りに回転した場合の斜視図 本発明の他の実施形態の一例にかかる動力伝達部構造に適用された減速装置の正断面図 図６に示す減速装置の矢示VII−VIIに沿う横断面図 従来の減速装置の横断面図

以下、図面を用いて本発明の実施形態の一例に係る減速装置、及び、該減速装置を備えたロボットアームの関節構造（動力伝達部構造）について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例にかかる減速装置Ｇ１を備えたロボットアームの関節構造Ｋ１の概略斜視図である。

図２は図１に示す減速装置Ｇ１の断面図、図３は図２の矢示III−III線に沿う断面図である。

概略から説明すると、このロボットアームの関節構造（動力伝達部構造）Ｋ１は、偏心揺動型の減速装置Ｇ１とモータ１００とを備え、該減速装置Ｇ１によって、ロボット（全体は図示略）の一部を構成する次段ロボットアーム（第１部材：外部部材）１０２と、前段ロボットアーム（第２部材）１０４とを相対回転させるものである。

前記偏心揺動型の減速装置Ｇ１は、主に、減速機構１０１と、両歯リングギヤ１２０を備えている。減速機構１０１は、クランク軸１２２（１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ）と、第１、第２キャリヤ１４４、１４６と、を備える。前記両歯リングギヤ１２０は、内歯１２０Ｂ及び外歯１２０Ａを有し、モータ１００からの回転が該外歯１２０Ａから入力される。前記クランク軸１２２は、この両歯リングギヤ１２０の内歯１２０Ｂを介して駆動される。前記第１、第２キャリヤ１４４、１４６は、該クランク軸１２２の軸方向の両側にそれぞれ配置され、該クランク軸１２２を回転可能に支持すると共に前記次段ロボットアーム１０２が連結可能とされている。

ここで、この減速装置Ｇ１は、モータ１００と両歯リングギヤ１２０との間に、更に、直交歯車、即ち、ベベルピニオン１１２及びベベルギヤ１１４を備える。ベベルピニオン１１２及びベベルギヤ１１４は、モータ１００のモータ軸１００Ａの回転（軸心Ｌ０回りの回転）を、両歯リングギヤ１２０の軸線Ｌ１と平行な軸線Ｌ２回りの回転に変換する。これにより、モータ軸１００Ａの軸心Ｌ０を前記第１、第２キャリヤ１４４、１４６の軸心Ｌ３（Ｌ１と一致）の放射方向Ｐ（換言すれば、減速装置Ｇ１の径方向）に合わせて配置することを可能としている。

この実施形態では、モータ１００は、該第１、第２キャリヤ１４４、１４６の両側における次段ロボットアーム１０２の第１、第２基端部１０２Ｂ１、１０２Ｂ２間の軸方向内側の範囲内（符号Ｃの範囲内）に収まるように配置されている。

以下、より具体的な構成について詳述する。

モータ１００は、図示せぬボルトによりケーシング１０６に固定されている。モータ１００のモータ軸１００Ａは、減速装置Ｇ１の入力軸１１０に連結されており、該入力軸１１０の先端には、ベベルピニオン１１２が一体的に形成されている。ベベルピニオン１１２は、中間軸１１６に連結されているベベルギヤ１１４と噛合している。ベベルピニオン１１２及びベベルギヤ１１４は、直交歯車であり、モータ１００のモータ軸１００Ａの回転を両歯リングギヤ１２０の軸線Ｌ１と平行な軸線Ｌ２回りの回転に変換する。中間軸１１６には、スパーギヤ１１８が連結されている。スパーギヤ１１８は、両歯リングギヤ１２０の外歯１２０Ａと噛合している。両歯リングギヤ１２０の内歯１２０Ｂは、３つのクランク軸１２２に固定された３個の第４歯車１２７（１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃ）と噛合している。つまり、両歯リングギヤ１２０は、内歯１２０Ｂ及び外歯１２０Ａを有し、モータ１００からの回転が外歯１２０Ａに入力され、両歯リングギヤ１２０の内歯１２０Ｂを介してクランク軸１２２を駆動している。

クランク軸１２２Ａには、２つの偏心体１２４、１２６が一体的に構成されている。該偏心体１２４、１２６の外周には、ころ１２８、１３０を介して外歯歯車１３２、１３４が組み込まれている。

なお、偏心体１２４、１２６の偏心位相は、１８０度ずれており、外歯歯車１３２、１３４の偏心位相差は、１８０度である。

外歯歯車１３２、１３４は、内歯歯車１３９よりも「１」だけ少ない歯数を有している。この外歯歯車１３２、１３４は、外歯歯車１３２、１３４を貫通するキャリヤピン孔１３６、１３８が形成されており、キャリヤピン１４０（１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ）が該キャリヤピン孔１３６、１３８を遊嵌している。キャリヤピン１４０は、ボルト１４２により第１、第２キャリヤ１４４、１４６を連結・固定している。

内歯歯車１３９は、ケーシング１０６の内周に一体的に形成されている。内歯歯車１３９の内歯は、ころ１４１によって構成されている。

第１、第２キャリヤ１４４、１４６は、クランク軸１２２Ａの軸方向の両側にそれぞれ配置され、該クランク軸１２２Ａを回転可能に支持している。また、第１、第２キャリヤ１４４、１４６には、該第１、第２キャリヤ１４４、１４６の軸方向外側の両側面１４４Ａ、１４６Ａに次段ロボットアーム（第１部材：外部部材）１０２が取り付けられている。なお、第１、第２キャリヤ１４４、１４６の軸心Ｌ３（共に同一）は、両歯リングギヤ１２０の軸線Ｌ１と同一である。

次段ロボットアーム１０２は、中央部１０２Ａと基端部１０２Ｂから主に構成されている。中央部１０２Ａには、例えば、溶接用のガン等が装着される。該中央部１０２Ａは、第１、第２キャリヤ１４４、１４６の軸心Ｌ３の放射方向Ｐに配置されている。また、基端部１０２Ｂは、中央部１０２Ａに連結されているとともに、第１、第２キャリヤ１４４、１４６に連結される側（基端部１０２Ｂ側）は２股に分岐されており、第１、第２基端部１０２Ｂ１、１０２Ｂ２を構成している。第１基端部１０２Ｂ１は、第２キャリヤ１４６の軸方向外側の側面１４６Ａにボルト１４７により連結されており、第２基端部１０２Ｂ２は、第１キャリヤ１４４の軸方向外側の側面１４４Ａにボルト１４５により連結されている。

なお、前段ロボットアーム（第２部材）１０４は、ボルト１４８により前記ケーシング（直交歯車（ベベルピニオン１１２及びベベルギヤ１１４）を支持するケーシング）１０６に固定されている。前段ロボットアーム１０４は、略円筒状の部材であり、中空部１０４Ａを有している。

モータ１００は、モータ軸１００Ａの軸心Ｌ０を第１、第２キャリヤ１４４、１４６の双方の軸心Ｌ３の放射方向Ｐに合わせて配置されている。また、モータ１００は、前段ロボットアーム１０４の中空部１０４Ａ内であって、且つ次段ロボットアーム１０２の第１、第２基端部１０２Ｂ１、１０２Ｂ２間の軸方向内側（軸方向長さＣ）の範囲内に収まるように配置されている。モータ１００の反出力側（モータ軸１００Ａが取り付けられていない側）から取り出されているモータ１００の配線は、前段ロボットアーム１０４の中空部１０４Ａを通して、図示せぬ制御部、電源等に連結されている。

次に、減速装置Ｇ１及び当該減速装置Ｇ１が組み込まれたロボットアームの関節構造Ｋ１の作用について説明する。

モータ１００は、モータ軸１００Ａの軸心Ｌ０を第１、第２キャリヤ１４４、１４６の軸心Ｌ３の放射方向Ｐに合わせて配置され、該モータ軸１００Ａの回転は、ベベルピニオン１１２及びベベルギヤ１１４により、両歯リングギヤ１２０の軸線Ｌ１と平行な軸線Ｌ２回りの回転に変換され、該両歯リングギヤ１２０の外歯１２０Ａに入力されている。

両歯リングギヤ１２０の外歯１２０Ａに入力されたモータ１００からの回転は、内歯１２０Ｂを介して、クランク軸１２２に入力される。この結果、３本のクランク軸１２２に同位相で組み込まれた偏心体１２４、１２６が同時に同一の回転速度で回転し、外歯歯車１３２、１３４が揺動回転する。減速装置Ｇ１の内歯歯車１３９はケーシング１０６を介して前段ロボットアーム１０４に固定されているため、この揺動回転により、外歯歯車１３２、１３４は、内歯歯車１３９に対して歯数差に依存した相対回転を行う。この内歯歯車１３９に対する外歯歯車１３２、１３４の相対回転（自転）が軸心Ｌ３周りのクランク軸１２２の公転を介して第１、第２キャリヤ１４４、１４６から出力される。

次段ロボットアーム１０２は、（次段ロボットアーム１０２の）第１、第２基端部１０２Ｂ１、１０２Ｂ２が第１、第２キャリヤ１４４、１４６の軸方向外側の側面１４４Ａ、１４６Ａに連結されている。このため、次段ロボットアーム１０２は第１、第２キャリヤ１４４、１４６の軸心Ｌ３回りに回転し、結局、次段ロボットアーム１０２と（ケーシング１０６に固定されている）前段ロボットアーム１０４が相対回転する。

モータ１００は、モータ軸１００Ａの軸心Ｌ０を、この第１、第２キャリヤ１４４、１４６の軸心Ｌ３の放射方向Ｐに合わせて配置されている。より具体的には、モータ１００は、該第１、第２キャリヤ１４４、１４６の軸方向外側の側面１４４Ａ、１４６Ａに連結される次段ロボットアーム１０２の（第１、第２基端部１０２Ｂ１、１０２Ｂ２の）軸方向内側（軸方向長さＣ）の範囲内に収まるように配置されている。これにより、前段ロボットアーム１０４自体が動いたときのモータ１００と周辺部材（例えば、ロボットにより搬送されるワーク等）との干渉を防止することができる。また、図４、図５に模式的に示されるように、次段ロボットアーム１０２の可動範囲のモータ１００による制限が緩和されるため、次段ロボットアーム１０２とモータ１００の干渉を防止することができる。この結果、次段ロボットアーム１０２の可動範囲は広げられ、ロボットアームの関節構造Ｋ１は、多彩な移動軌跡を実現することができる。また、モータ１００は、前段ロボットアーム１０４側に収められているため、モータ１００から外部に出力される配線等は、前段ロボットアーム１０４内部を通すことができるため、外部に露出することがなく、次段ロボットアーム１０２がモータ１００の配線等を巻き込んだり、外部機器との接触により、切断等することを防止することもできる。

なお、この実施形態では、第１、第２キャリヤ１４４、１４６の双方に、第１部材（次段ロボットアーム１０２）を連結するようにしていたが、いずれか一方のみに第１部材を連結してもよく、その場合でも、モータと第１部材の干渉を防止し、第１部材の可動範囲を広げることができる。

次に、図６、図７を用いて、他の実施形態にかかるロボットアームの関節構造Ｋ２について説明する。

ロボットアームの関節構造Ｋ２の減速装置Ｇ２は、両歯リングギヤ２２０と、該両歯リングギヤ２２０の内歯２２０Ｂを介して駆動される減速機構２０１と、を備えている。

減速装置Ｇ２は、３個の第４歯車２２７（２２７Ａ、２２７Ｂ、２２７Ｃ）と噛合する１個の第５歯車２２５が１本のクランク軸２２２に固定されている。第４歯車２２７は、ころ２３７（２３７Ａ、２３７Ｂ、２３７Ｃ）を介して内ピン２４０（２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃ）に回転自在に支持されている。このため、両歯リングギヤ２２０の内歯２２０Ｂから入力される回転は、第４歯車２２７、第５歯車２２５を介して、クランク軸２２２に入力される。減速機構２０１は、クランク軸２２２と一体的に形成された２個の偏心体２２４、２２６と、該偏心体２２４、２２６の外周にそれぞれ組み込まれた２枚の外歯歯車２３２、２３４と、該外歯歯車２３２、２３４がそれぞれ同時に内接噛合する（１個の）内歯歯車２３９とを備える、偏心揺動型の減速機構である。当該減速機構２０１は、クランク軸２２２が回転し、外歯歯車２３２、２３４が揺動すると、外歯歯車２３２、２３４はケーシング２０６に固定されている内歯歯車２３９に対して相対回転する。当該回転は、内ピン２４０を介して第１、第２キャリヤ２４４、２４６から出力され、該第１、第２キャリヤ２４４、２４６と連結されている次段ロボットアーム（図示略）が回転する。

本実施形態にかかる減速装置Ｇ２においても、直交歯車（ベベルピニオン２１２、ベベルギヤ２１４）を備えている。モータ２００は、該直交歯車（ベベルピニオン２１２、ベベルギヤ２１４）の存在によって、モータ軸２００Ａの軸心Ｌ４を第１、第２キャリヤ２４４、２４６の軸心Ｌ５の放射方向Ｐ２に合わせて配置することができ、前段ロボットアーム２０４の中空部２０４Ａに収められていると共に、次段ロボットアームの軸方向内側（軸方向長さＣ２）の範囲内に収まるように配置されている。これにより、モータ２００が次段ロボットアームよりも軸方向外側へ突出することを防止し、次段ロボットアームとモータ２００の干渉、モータ２００と周辺部材の干渉を防止し、次段ロボットアームの可動範囲を広げるとともに、次段ロボットアームによるモータ２００の配線等の切断も防止している。

なお、本実施形態において、第４歯車は、６本の内ピンの内、３本の内ピン（２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃ）に設けられているが、これに限らず、３本の内ピン（２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃ）以外の一部の内ピンに設けてもよいし、全部の内ピンに設けてもよい。但し、第４歯車は、周方向に等間隔で設置することが好ましい。

その他の構成については、図１に示すロボットアームの関節構造Ｋ１、当該ロボットアームの関節構造Ｋ１に組み込まれている減速装置Ｇ１の構造と基本的に同一であるため、動力伝達部構造、減速装置Ｇ１と対応する部分（機能的に同様の部分）に、下２桁が同一の符号を付すに止め、重複説明を省略する。

なお、減速装置については、上記実施形態にかかる偏心揺動型の減速装置に限らず、他の減速装置を用いてもよい。

前述したように、外部部材は、減速装置の第１、第２キャリヤの両側に連結されているが、第１、第２キャリヤのいずれか一方のみに連結するようにしてもよい。この場合、モータが第１、第２キャリヤの放射方向に連結されているため、第１、第２キャリヤのどちらに連結されたとしても、外部部材がモータと干渉することを防止し、外部部材の可動範囲を広げることができる。

直交歯車は、上記実施形態では、ベベルピニオンとベベルギヤにより構成されていたが、これに限定されない。例えば、ハイポイドピニオンとハイポイドギヤによる構成や、ウォームとウォームギヤによる構成でもよい。

上記実施形態において、減速装置は、ロボットアーム（手首軸）の関節構造に適用されているが、これに限らず、１軸回転の動作をするロボットや、第１、第２キャリヤの両側で別々の部材、例えば、一対の太陽光パネル等を駆動させるために適用してもよい。

１００…モータ
１００Ａ…モータ軸
１０１…減速機構
１０２…次段ロボットアーム（外部部材）
１１２、１１４…直交歯車（ベベルピニオン、ベベルギヤ）
１２０…両歯リングギヤ
１２０Ａ…外歯
１２０Ｂ…内歯
１４４、１４６…第１、第２キャリヤ
Ｌ０…モータ軸の軸心
Ｌ１…両歯リングギヤの軸線
Ｌ２…リングギヤの軸線と平行な軸線
Ｌ３…第１、第２キャリヤの軸心
Ｐ…第１、第２キャリヤの軸心の放射方向
Ｇ１…偏心揺動型の減速装置

Claims (5)

1. 内歯及び外歯を有し、モータからの回転が前記外歯に入力される両歯リングギヤと、
   該両歯リングギヤの前記内歯を介して駆動される減速機構と、
   該減速機構の軸方向の両側にそれぞれ配置され、外部部材を連結可能とした第１、第２キャリヤと、を備えた減速装置において、
   前記モータと両歯リングギヤとの間に、前記モータのモータ軸の回転を前記両歯リングギヤの軸線と平行な軸線回りの回転に変換する直交歯車を備え、
   前記モータ軸の軸心を前記第１、第２キャリヤの軸心の放射方向に合わせて配置可能とした
   ことを特徴とする減速装置。
2. 請求項１において、
   前記減速装置は、前記減速機構に備えられる部材を揺動回転させるためのクランク軸を有する偏心揺動型の減速装置である
   ことを特徴とする減速装置。
3. 請求項１に記載の減速装置と、モータと、を備え、該減速装置により、第１部材と第２部材を相対回転させる動力伝達部構造において、
   前記第１部材は、前記第１、第２キャリヤの双方に連結されており、
   前記モータは、該第１、第２キャリヤの両側における該第１部材間の軸方向内側の範囲内に収まるように配置されている
   ことを特徴とする動力伝達部構造。
4. 請求項３において、
   前記第２部材は、前記直交歯車を支持するケーシングに固定されており、
   前記モータは、該第２部材側に収められている
   ことを特徴とする動力伝達部構造。
5. 請求項３または４において、
   前記第１部材は、該第１部材の前記減速装置に連結可能な基端部側を２股に分岐しており、該基端部は、前記第１、第２キャリヤの双方に連結されている
   ことを特徴とする動力伝達部構造。

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