JP2012117609A - 歯車伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貫通孔を有しており、その貫通孔内を通るケーブルと貫通孔内面との摩擦を低減する歯車伝動装置を提供する。
【解決手段】歯車伝動装置（100）は、ケース（21, 25）と出力シャフト（16）を備えており、出力シャフトの回転軸線方向の一端はケース（21）から露出しており、他端はケース（25）に覆われている。回転軸線に沿って出力シャフトとケース（25）を貫通している貫通孔（12）が形成されている。この歯車伝動装置は、第１パイプ（14）と第２パイプ（34）が同軸上に貫通孔内に配置されている。第１パイプは出力シャフトに取り付けられ、第２パイプはケースに取り付けられている。第１パイプの一端は貫通孔の一方の開口部に達しており他端は貫通孔内で終端している。第２パイプの一端は貫通孔の他方の開口部に達しており他端は貫通孔内で終端している。
【選択図】図１

Description

本発明は歯車伝動装置に関する。

回転軸線に沿って装置全体を貫通している貫通孔を有する歯車伝動装置が知られている。そのような貫通孔を有する歯車伝動装置の典型例は、内歯歯車と、内歯歯車と噛み合う外歯歯車のギア比が減速比を主に決する偏心回転型の歯車伝動装置である。貫通孔は、主としてパワーケーブルや信号ケーブルを通すために設けられている。歯車伝動装置の出力シャフトの一端は露出しており、他端はケースに覆われている。出力シャフトの一端は、被駆動部材を取り付けるために露出している。貫通孔は、出力シャフトとケースを貫通している。貫通孔の一端は出力シャフトに開口しており、他端は歯車伝動装置のケースに開口している。

出力シャフトが回転すると、貫通孔を通っているケーブルが貫通孔の内面と擦れる虞がある。ひどく擦れるとケーブルがダメージを受ける虞がある。ケーブルと貫通孔内面との摩擦を低減する歯車伝動装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された歯車伝動装置は、自由に回転できる筒を貫通孔内に配置している。なお、特許文献１の歯車伝動装置では、ケースに回転可能に支持されているキャリアが出力シャフトに相当する。

以下では、ケースが固定されていると仮定して説明するが、本明細書が開示する技術は、出力シャフトが他の機械に固定され、ケースが回転する場合にも適用できることに留意されたい。

特開２００９−１１５２７４号公報

貫通孔を通るケーブルは、一方の側はケースに固定され他方の側は被駆動部材に固定されるので、出力シャフトの回転に伴って貫通孔内で捩れることがある。そうすると、自由に回転できる筒が貫通孔内に配置されていても、筒とケーブルが擦れる虞がある。本明細書が開示する技術は、貫通孔内を通るケーブルと貫通孔内面との摩擦を効果的に低減する歯車伝動装置を提供する。

本明細書が開示する歯車伝動装置の一態様は以下の通りである。歯車伝動装置は、ケースに支持された出力シャフトを備える。出力シャフトの回転軸線方向の一端はケースから露出しており、他端はケースに覆われている。そして、回転軸線に沿って出力シャフトとケースを貫通している貫通孔が形成されている。この歯車伝動装置は、さらに、貫通孔内で同軸上に配置されている２本のパイプ（第１パイプと第２パイプ）を備える。第１パイプは出力シャフトに取り付けられており、第２パイプはケースに取り付けられている。第１パイプの一端は貫通孔の一方の開口部に達しており他端は貫通孔内で終端している。第２パイプの一端は貫通孔の他方の開口部に達しており他端は貫通孔内で終端している。なお、貫通孔の一方の開口部は出力シャフト側開口部に相当し、貫通孔の他方の開口部はケース側開口部に相当する。第１パイプと第２パイプの内部にケーブルが通される。

上記の歯車伝動装置では、貫通孔の一端は出力シャフトに開口しており、他端はケースに開口している。出力シャフト側の開口には、その開口と一緒に回転する第１パイプが配置されており、ケース側の開口にはケースと一緒に回転する第２パイプが配置されている。他方、ケース側の開口付近ではケーブルはケースに対して動かない。出力シャフト側の開口付近ではケーブルは出力シャフトとともに回転する。いずれの開口付近でも、ケーブルとパイプは一緒に回転するので、ケーブルが開口の縁と摩擦する可能性は低い。

本明細書が開示する歯車伝動装置の他の態様では、第１パイプと第２パイプが貫通孔内で部分的に重なっており、重なりあった部分で第１パイプと第２パイプの間にシール装置が取り付けられている。そのような構造を有する歯車伝送装置では、ケーブルは第１と第２のパイプで完全にカバーされ、保護される。また、シール装置が、歯車伝動装置内の潤滑剤からケーブルを保護する。シール装置には、例えばオイルシールやラビリンスシール等を適用できる。

本明細書が開示する歯車伝動装置の典型例は、内歯歯車がケース内側に形成されており、内歯歯車と噛み合う外歯歯車が偏心回転可能に出力シャフトに支持されている偏心回転型の歯車伝動装置である。そのような歯車伝動装置では、外歯歯車を支持する出力シャフトは、一般にキャリアと呼ばれている。なお、本明細書が開示する技術は、内歯歯車が偏心揺動可能にケースに支持されているとともに、外歯歯車もケースに回転可能に支持されている内歯歯車偏心回転型の歯車伝動装置に適用することも可能であることに留意されたい。

実施例の歯車伝動装置の断面図である。

実施例の歯車伝動装置１００は、内歯歯車がケースの内側に形成されており、外歯歯車が偏心回転するタイプの歯車伝動装置である。以下、簡単のため、歯車伝動装置１００を単に伝動装置１００と称する。伝動装置１００は、例えば、ロボットの関節に用いられる。ケース（第２ケース２５）がロボットのベース２３に固定され、出力シャフトであるキャリア１６にアーム１７（被駆動部材)が固定される。伝動装置１００は、伝動装置１００全体をその回転軸線Ｃ１に沿って貫通している貫通孔１２を有している。貫通孔１２は、主として、ロボットの基部からアームへケーブル３１を通すために設けられている。ケーブル３１は、アーム１７より先端の他のアームの駆動部、或いは、アーム先端のツールに接続され、電力を供給したり、信号を伝達する。

まず、伝動装置１００内部の歯車群の構造を説明し、その後、伝動装置１００の主たる特徴である、貫通孔１２の周辺の構造について説明する。

伝動装置１００のケースは、第１ケース２１と第２ケース２５に分割されている。両者はボルト２４、４５によって締結される。第１ケース２１はキャリア１６を囲っている。キャリア１６については後述する。第１ケース２１の内側には内歯歯車４７が形成されている。なお、内歯歯車４７は、第１ケース２１の円筒内面にその周方向に沿って並べられた多数のピンによって構成される。詳しくは後述するが、第２ケース２５は、モータ（不図示）を支持する役割も担っている。

第１ケース２１は、アンギュラ軸受２２を介してキャリア１６を支持している。キャリア１６は、伝動装置１００の出力シャフトに相当し、その一端が（図１における左端）が露出している。露出している端部にアーム１７（被駆動部材）が取り付けられる。なお、キャリア１６の他端（図１における右端）は第２ケース２５によって覆われている。

キャリア１６は、テーパ軸受５３を介してクランクシャフト５２を支持している。クランクシャフト５２は、回転軸線Ｃ１に平行に延びている。クランクシャフト５２の中央付近には２個の偏心体５１が固定されており、クランクシャフト５２の一端には平歯車４４が固定されている。２個の偏心体５１の夫々は、ローラ軸受５４を介して２個の外歯歯車４６の夫々を支持している。２個の外歯歯車４６は、内歯歯車４７と噛み合っている。クランクシャフト５２とともに偏心体５１が回転すると、外歯歯車４６が内歯歯車４７と噛み合いながら偏心回転する。外歯歯車４６が内歯歯車４７の内周を一周すると、外歯歯車４６は、内歯歯車４７との歯数差に応じて回転する。キャリア１６が外歯歯車４６とともに回転する。伝動装置１００のギア比は、主として内歯歯車４７と外歯歯車４６の歯数差によって定まる。ただし、伝動装置１００全体を通してのギア比は、伝動装置１００が有する他の歯車群のギア比にも依存する。

クランクシャフト５２は、モータ（不図示）によって回転させられる。モータのトルクは、オフセットシャフト３６、オフセットシャフト歯車４３、二段歯車２８を介して、クランクシャフト５２の平歯車４４に伝達される。次に、オフセットシャフト３６、オフセットシャフト歯車４３、二段歯車２８によって構成されるモータトルク伝達機構を説明する。

二段歯車２８から説明する。二段歯車２８は、大歯車２６と小歯車２７が軸線方向に沿って連結している構造を有している。大歯車２６と小歯車２７は同軸上に相互に固定されている。二段歯車２８は、伝動装置１００の回転軸線Ｃ１と同軸に配置されている。二段歯車２８の一端は、玉軸受３２を介して第２ケース２５に支持されており、他端は、玉軸受３５を介してキャリア１６に支持されている。支持構造だけに着目すると、ケース（第１ケース２１と第２ケース２５）が、アンギュラ軸受２２を介してキャリア１６を支持しており、そのキャリア１６が玉軸受３５を介して二段歯車２８の一端を支持している。二段歯車２８の他端は、玉軸受３２を介してケース（第２ケース２５）に支持されている。

二段歯車２８の小歯車２７はクランクシャフト５２の平歯車４４と噛み合っており、大歯車２６はオフセットシャフト歯車４３と噛み合っている。オフセットシャフト歯車４３は、オフセットシャフト３６の一端に固定されている。オフセットシャフト３６の他端からモータ（不図示）のトルクが入力される。図１には、オフセットシャフト３６の他端にスプライン３７が形成されていることが示されている。スプライン３７は、モータのトルクを伝えるために設けられている。オフセットシャフト３６は、玉軸受４２を介して第２ケース２５に支持されている。オフセットシャフト３６は、伝動装置１００の回転軸線Ｃ１と平行に、しかし距離を隔てて配置されている。第２ケース２５は、オフセットシャフト３６とモータ（不図示）を支持している。この伝動装置１００は、第２ケースを交換することによって、オフセットシャフト３６とモータを交換することができる。即ち、この伝動装置１００は、キャリア１６を分解することなく、モータユニットに相当する第２ケース２５を交換することができる。

モータのトルク（回転）は、オフセットシャフト歯車４３、二段歯車２８（大歯車２６と小歯車２７）、平歯車４４を介してクランクシャフト５２に入力される。即ち、オフセットシャフト歯車４３と大歯車２６のギア比、大歯車２６と小歯車２７のギア比、及び、小歯車２７と平歯車４４のギア比も、それぞれ伝動装置１００全体のギア比に寄与する。ただし、前述したように、伝動装置１００のギア比は、主として内歯歯車４７と外歯歯車４６の歯数差が支配する。

モータのトルクは上記経路を経てクランクシャフト５２に達し、さらに外歯歯車４６と内歯歯車４７の相対回転によりキャリア１６に伝達される。こうして、モータのトルク（回転）が増幅され（回転は減少）、キャリア１６（出力シャフト）から出力される。

符号１８は、第１ケース２１の内周面とキャリア１６の外周面の間に配置されたオイルシールを示しており、符号４１は、第２ケース２５の内周面とオフセットシャフト３６の外周面との間に配置されたオイルシールを示している。これらのオイルシールは、伝動装置１００内の潤滑剤を封止している。

次に、貫通孔１２の内部の構造について説明する。伝動装置１００は、その回転軸線Ｃ１に沿って延びている貫通孔１２を有している。貫通孔１２は、キャリア１６の中心を軸線方向に貫通するキャリア貫通孔と、キャリア貫通孔と隣り合っているケース貫通孔で構成されている。別言すれば、キャリア１６の中心を貫通しているキャリア貫通孔が貫通孔１２の一部を構成しており、ケース貫通孔が貫通孔１２の残りの部分を構成している。

貫通孔１２内には、第１パイプ１４と第２パイプ３４が配置されている。第１パイプ１４と第２パイプ３４は共に回転軸線Ｃ１に同軸に配置される。第１パイプ１４は、止めネジ１５によってキャリア１６の貫通孔（貫通孔１２の一部）に取り付けられている。第１パイプ１４の一端（図１の左端）は、貫通孔１２の左側開口部に達しており、他端は貫通孔１２の内部で終端している。貫通孔１２の左側開口部は、キャリア１６の開口部に相当する。第２パイプ３４は、止めネジ３３によって第２ケース２５の貫通孔（貫通孔１２の一部）に取り付けられている。第２パイプ３４の一端（図１の右端）は、貫通孔１２の右側開口部に達しており、他端は貫通孔１２の内部で終端している。貫通孔１２の右側開口部は、第２ケース２５の開口部に相当する。

第１パイプ１４と第２パイプ３４は貫通孔内で部分的に重なっている。図１の符号５５が重複部を示している。重複部５５において第１パイプ１４と第２パイプ３４の間にオイルシール１３が配置されている。オイルシール１３は、伝動装置１００の内部の潤滑剤を封止している。

第１パイプ１４はキャリア１６とともに回転し、第２パイプ３４は第２ケース２５に固定されている。即ち、第１パイプ１４と第２パイプ３４は相互に相対的に回転する。

図１には、貫通孔１２を通るケーブル３１が仮想線で示されている。ケーブル３１は、図１の左側ではアーム１７（キャリア１６）とともに回転し、図１の右側ではベース２３に固定される。即ち、ケーブル３１は、貫通孔１２の左側開口部ではキャリア１６に固定された第１パイプ１４と一緒に回転し、貫通孔１２の右側開口部では第２ケース２５に固定された第２パイプ３４とともに動かない。ケーブル３１は、貫通孔の両端の夫々においてパイプ（第１パイプ１４又は第２パイプ３４）と擦れることがなく、ダメージを受け難い。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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、本明細書または図面が開示した技術は、内歯歯車が揺動するタイプの歯車伝動装置に適用することもできる。また、本明細書が開示する歯車伝動装置は、ロボット以外の機械に適用されてもよい。

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合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合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目的を同時に達成し得るものであり、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。

１２：貫通孔
１３、１８、４１：オイルシール
１４：第１パイプ
１５、３３：止めネジ
１６：キャリア（出力シャフト）
２１：第１ケース（ケース）
２２：アンギュラ軸受
２５：第２ケース（ケース）
２８：二段歯車
３２、３５：玉軸受
３４：第２パイプ
３６：オフセットシャフト
３７：スプライン
４２：玉軸受
４３：オフセットシャフト歯車
４４：平歯車
４６：外歯歯車
４７：内歯歯車
５１：偏心体
５２：クランクシャフト
５３：テーパ軸受
５４：ローラ軸受
５５：重複部
１００：歯車伝動装置

Claims (3)

1. ケースと、
   回転軸線方向の一端はケースから露出しており、他端はケースに覆われている出力シャフトと、
   を備えており、
   回転軸線に沿って出力シャフトとケースを貫通している貫通孔が形成されており、
   貫通孔内に配置されており、一端が貫通孔の一方の開口部に達しており他端は貫通孔内で終端している第１パイプが出力シャフトに取り付けられており、
   第１パイプと同軸上に貫通孔内に配置されており、一端が貫通孔の他方の開口部に達しており他端は貫通孔内で終端している第２パイプがケースに取り付けられている、
   ことを特徴とする歯車伝動装置。
2. 第１パイプと第２パイプは貫通孔内で部分的に重なっており、重なりあった部分で第１パイプと第２パイプの間にシール装置が取り付けられ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。
3. 内歯歯車がケース内側に形成されており、内歯歯車と噛み合う外歯歯車が偏心回転可能に出力シャフトに支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車伝動装置。

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