JP2013210052A - 偏心揺動型の減速機 - Google Patents

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Abstract

【課題】入力側からのトルクをより均等に複数のクランク軸に伝達することのできる偏心揺動型の減速機を得る。
【解決手段】内歯歯車12と、該内歯歯車12に内接噛合する第1、第2外歯歯車14、16と、を備えるとともに、内歯歯車12の軸心O3からL1だけオフセットした位置に第1、第2外歯歯車14、16を揺動させるための複数のクランク軸18を備えた偏心揺動型の減速機10において、複数のクランク軸18のそれぞれの端部18Aに、入力側(入力ピニオン32)からの動力を該クランク軸18に伝達する振り分け歯車30を連結するためのスプライン24を備え、かつ該スプライン24の軸方向内側に、該スプライン24の歯底(歯底円径D1)よりも深い(径の小さい)凹部58を形成した。
【選択図】図1

Description

本発明は、偏心揺動型の減速機に関する。
特許文献1に、図4〜図6に示されるような、いわゆる「振り分けタイプ」と称される偏心揺動型の減速機が開示されている。
この減速機910は、ロボットアームの関節の駆動に用いられるもので、内歯歯車912と、該内歯歯車912に内接噛合する第1、第2外歯歯車914、916と、を備えている。
すなわち、この減速機910では、第1、第2外歯歯車914、916が、揺動しながら内歯歯車912に内接噛合している。第1、第2外歯歯車914、916を揺動させるために、内歯歯車912の軸心O1からオフセットした位置に複数(この開示例では3本)のクランク軸918(918A〜918C)が、該第1、第2外歯歯車914、916を貫通した状態で設けられている。
3本のクランク軸918は、それぞれ軸方向同位置において偏心位相の揃えられた第1偏心体920(920A〜920C)を有するとともに、同様に軸方向同位置において偏心位相の揃えられた第2偏心体922(922A〜922C)を有している。全クランク軸918を同期して回転させることにより、第1偏心体920によって第1外歯歯車914が揺動され、第2偏心体922によって第2外歯歯車916がそれぞれ揺動されるように構成されている。
3本のクランク軸918を同期して回転させるために、各クランク軸918の端部には、スプライン924(924A〜924C)がそれぞれ形成されている。このスプライン924には、継軸(入力軸)926側からの動力を各クランク軸918に伝達する振り分け歯車930(930A〜930C)が連結されている。
各振り分け歯車930は、継軸926に形成された入力ピニオン932と同時に噛合している。これにより、継軸926の入力ピニオン932が回転することによって、各クランク軸918が同一の回転速度で同一の方向に同一のトルクで回転するように構成されている。
特開2010−286098号公報(図1〜図3)
このような振り分けタイプの偏心揺動型の減速機910にあっては、複数のクランク軸918が互いに等しいトルクを伝達する必要がある。すなわち、複数の第1偏心体920および第2偏心体922が、それぞれ等しいトルクで第1、第2外歯歯車914、916を揺動させる必要がある。それは、例えば、特定のクランク軸のみに大きなトルクが集中した状態では、該第1、第2外歯歯車914、916の円滑な揺動が阻害され、伝達ロスが増大したり、振動が発生したりするためである。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、入力側からのトルクをより均等に複数のクランク軸に伝達することのできる偏心揺動型の減速機を提供することをその課題としている。
本発明は、内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車と、を備えるとともに、前記内歯歯車の軸心からオフセットした位置に前記外歯歯車を揺動させるための複数のクランク軸を備えた偏心揺動型の減速機において、前記複数のクランク軸のそれぞれの端部に、入力側からの動力を該クランク軸に伝達する歯車を連結するためのスプラインを備え、かつ該スプラインの軸方向内側に、該スプラインの歯底よりも深い凹部を形成した構成とすることにより、上記課題を解決したものである。
本発明では、複数のクランク軸のそれぞれの端部に形成されているスプラインの軸方向内側に、該スプラインの歯底よりも深い凹部(スプラインの歯底円径よりも、底部の外径の小さな凹部)を形成するようにしている。
これにより、各クランク軸は、全体としてトルク伝達に必要な強度を維持しつつ、端部のみ剛性が若干低い状態となる。その結果、各クランク軸の中で、相対的により大きなトルクが掛かったクランク軸程、その端部が(他のクランク軸と比べて)より大きく変形するようになり、結果として各振り分け歯車の噛合バランスが改善され、全てのクランク軸がより均等なトルクを受け持つことができるようになる。
本発明によれば、入力側からのトルクをより均等に複数のクランク軸に伝達することのできる偏心揺動型の減速機を得ることができる。
本発明の実施形態の一例に係る偏心揺動型の減速機の要部断面図 上記減速機の全体断面図 本発明の他の実施形態の一例に係る偏心揺動型の減速機の要部断面図 従来の偏心揺動型の減速機の全体断面図 図4の矢視V−V線に沿う断面図 図4の矢視VI−VI線に沿う断面図
以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態の一例に係る偏心揺動型の減速機の要部断面図、図2は、その全体断面図である。
この減速機10は、ロボットのアーム(図示略)の関節の駆動に用いられるもので、いわゆる振り分けタイプと称される偏心揺動型の減速機である。
減速機10は、内歯歯車12と、該内歯歯車12に内接噛合する第1、第2外歯歯車14、16と、を備えるとともに、該内歯歯車12の軸心O3からL1だけオフセットした位置に、第1、第2外歯歯車14、16を揺動させるための複数のクランク軸18を備えている。
以下、減速機10の全体構成から説明する。
図2を参照して、この実施形態では、モータ(図示略)の動力は、継軸(入力軸)26を介して入力される。継軸26には、図示せぬモータ軸が挿入される中空部26Aが形成されており、キー溝26Bに嵌め込まれたキー(図示略)を介してモータと連結される。継軸26の反モータ側の端部には、入力ピニオン(入力側の歯車)32が直切り形成されている。
入力ピニオン32は、複数の振り分け歯車30と同時に噛合している。各振り分け歯車30は、この実施形態では3個(1個のみ図示)設けられ、それぞれクランク軸18に連結されている。クランク軸18および振り分け歯車30の近傍の構成については、後に詳述する。
各クランク軸18は、この実施形態では3本(1本のみ図示)設けられ、内歯歯車12の軸心O3からL1だけオフセットした位置に、円周方向に120度の間隔で配置されている。各クランク軸18には、それぞれの軸方向同位置に第1偏心体20が形成され、該第1偏心体20と隣接してそれぞれの軸方向同位置に第2偏心体22が形成されている。各クランク軸18の第1偏心体20同士および第2偏心体22同士は、偏心位相が揃えられている。第1偏心体20と第2偏心体22の偏心位相差は180度である(互いに離反する方向に偏心している)。
各クランク軸18の第1偏心体20の外周には、第1ころ軸受34を介して第1外歯歯車14が組み込まれている。各クランク軸18の第2偏心体22の外周には第2ころ軸受36を介して第2外歯歯車16が組み込まれている。これにより、3本のクランク軸18上の第1偏心体20が同期して回転することで第1外歯歯車14を揺動させ、同様に、3本のクランク軸18上の第2偏心体22が同期して回転することで第2外歯歯車16を揺動させることができる。第1外歯歯車14と第2外歯歯車16の偏心位相差は、(第1偏心体20と第2偏心体22の偏心位相差を受けて)180度である。
第1、第2外歯歯車14、16の軸方向両側には、第1、第2キャリヤ38、40が配置されており、各クランク軸18は、この第1、第2キャリヤ38、40に一対のころ軸受44、46を介して支持されている。第1、第2キャリヤ38、40は、一対のアンギュラ玉軸受48、50を介してケーシング52に支持されている。なお、第1、第2キャリヤ38、40は、第1キャリヤ38から突出されたキャリヤピン38Aを介してボルト53により連結・一体化されている。
第1、第2外歯歯車14、16は、内歯歯車12に内接噛合している。内歯歯車12は、この実施形態ではケーシング52と一体化された内歯歯車本体12Aと、該内歯歯車本体12Aに回転自在に組み込まれ、該内歯歯車12の内歯を構成する外ピン12Bとで構成されている。内歯歯車12の歯数(外ピン12Bの本数)は、第1、第2外歯歯車14、16の歯数よりも僅かだけ(この例では1だけ)多い。
ケーシング52にはボルト(ボルト孔52Aのみ図示)を介してロボットの第1アーム(図示略)が連結され、第1キャリヤ38には、ボルト(ボルト穴38Bのみ図示)を介してロボットの第2アーム(図示略)がそれぞれ連結される。
ここで、振り分け歯車30の近傍の構成について詳細に説明する。
図1を合わせて参照して、複数(この実施形態では3本)のクランク軸18のそれぞれの端部18Aには、スプライン24が形成されている。振り分け歯車30は、このスプライン24を介してクランク軸18に片持ち状態で連結される。
より具体的には、クランク軸18は、軸方向端面18Bから僅かな軸方向寸法L3を有する軸端部18Cを備え、該軸端部18Cの軸方向内側位置に第1の止め輪用凹部18Dを備えている。止め輪用凹部18Dには、振り分け歯車30を位置決めするための第1の止め輪54が嵌め込まれる。スプライン24は、クランク軸18の(前記軸端部18Cを含めた)端部18Aの軸端から、この止め輪用凹部18Dの軸方向内側(第2キャリヤ40側)にまで形成されている(止め輪用凹部18Dは、該スプライン24に重畳して形成されている)。スプライン24の歯先円径はd3、歯底円径はD1である。止め輪用凹部18Dの底部円径d5は、スプライン24の歯底円径D1より大きく、歯先円径d3より小さい。
また、クランク軸18のスプライン24の軸方向内側には、該スプライン24の歯底よりも深い凹部(脆弱部)58が形成されている。すなわち、(この実施形態では)凹部58の底部58Aの径はd7であり、スプライン24の歯底円径D1よりも小さい(d7<D1)。凹部58が存在することにより、クランク軸18は、全体としてトルク伝達に必要な強度を維持しつつ、端部18Aのみ剛性が若干低い状態となっている。凹部58の肩部(凹部58の側面のうち、反スプライン側の側面)58Bの径は、(もう一方の肩部である)スプライン24の歯先円径d3と同一である。凹部58の軸方向寸法L5は、スプライン24の係合寸法(止め輪用凹部18Dと凹部58との間の軸方向寸法)L7の約40%に設定されている。なお、この実施形態では、スプライン24は、転造によって形成するようにしている。凹部58は、このスプラインの24の転造時の素材の「逃げの空間」としても機能する。
一方、振り分け歯車30は、入力側からの動力をクランク軸18に伝達するために、外周に入力ピニオン32と噛合する歯部30Aを備えるとともに、内周にクランク軸18のスプライン24と係合する(雌)スプライン30Bを備える。振り分け歯車30のスプライン30Bの軸方向寸法L9は、ほぼスプライン24の係合寸法L7と凹部58の軸方向寸法L5を足した寸法とされている。換言するならば、振り分け歯車30はスプライン30Bの軸方向寸法の約70%程度の部分のみがクランク軸18のスプライン24と係合していることになる。
この実施形態では、振り分け歯車30は、凹部58の軸方向内側の肩部58Bおよび前記第1の止め輪54によって軸方向の位置決めがなされている。また、振り分け歯車30の径方向外側は、軸方向外側に拡大され、大きな歯幅L11が確保されている。
振り分け歯車30は、この実施形態では、スプライン24(および凹部58)にグリースが塗布された状態でスプライン24に組み込まれる。これにより、凹部58には、塗布あるいは振り分け歯車30の組み込み時に寄せ集められたグリースが堆積されることとなり、結果として凹部58は、いわゆる「潤滑剤溜まり」としても機能するようになる。この潤滑剤溜まりの作用および本発明本来のクランク軸18の変形作用を有効に活かすため、当該凹部58自体の空間58Pには、該空間58Pを占領する止め輪等の部材は配置していない。
なお、図1の符号60は、クランク軸18を第2キャリヤ40に支持しているころ軸受46のリテーナ46Aの端面46A1をクランク軸18の段差部18Eと面一に位置決めするためのプレート、符号62は該プレート60をクランク軸18の段差部18Eに当接させるための第2の止め輪である。第2の止め輪62は、凹部58から寸法L13だけ離れた位置に形成された第2の止め輪用凹部18Fに嵌め込まれている。第2の止め輪用凹部18Fの底部円径は、第1の止め輪54の止め輪用凹部18Dの底部円径d5と同一である。すなわち、スプライン24の歯底円径D1よりも大きい。
次に、この偏心揺動型の減速機10の作用を説明する。
図示せぬモータが回転すると、この回転は、キーを介して継軸26に伝達され、継軸26の先端に形成された入力ピニオン32が回転する。入力ピニオン32は、3個の振り分け歯車30と同時に噛合しているため、該入力ピニオン32と振り分け歯車30の噛合により、3本のクランク軸18が入力ピニオン32と振り分け歯車30との歯数比に減速された状態で同一の方向に同一の回転速度で回転する。
この結果、各クランク軸18の軸方向同位置にそれぞれ形成された3個の第1偏心体20が同期回転して第1外歯歯車14を揺動させると共に、クランク軸18の軸方向同位置にそれぞれ形成された3個の第2偏心体22が同期回転して第2外歯歯車16を揺動させる。
第1、第2外歯歯車14、16は、それぞれ内歯歯車12に内接噛合しているため、第1、第2外歯歯車14、16が1回揺動する毎に、該第1、第2外歯歯車14、16は、内歯歯車12に対して歯数差分(この実施形態では1歯分)円周方向の位相がずれる(自転する)。この自転成分は、各クランク軸18の内歯歯車12の軸心O3周りの公転として第1、第2キャリヤ38、40に伝達される。第1、第2キャリヤ38、40はキャリヤピン38Aおよびボルト53を介して連結されているため、結局、継軸(入力軸)26の回転によって、ケーシング52に連結された第1アームと、第1キャリヤ38に連結された第2アームとを、相対的に回転させることができる。
ここで、このような偏心揺動型の減速機10にあっては、例えば、製造誤差や組み付け誤差により、3本のクランク軸18の(同一軸方向位置にある)3個の第1偏心体20同士、あるいは、3個の第2偏心体22同士の位相が僅かにずれているだけでも、入力ピニオン32に各振り分け歯車30が噛合するときの負荷が異なってくる。また、各クランク軸18には、第1、第2偏心体20、22の軸方向位置が距離L15だけ離れていることに起因して(図2参照)、第1、第2外歯歯車14、16が1回揺動する毎に180度方向が変わるモーメントが掛かる。そのため、クランク軸18は、ころ軸受44、46の間で撓みながら回転することになり、この撓みがころ軸受46を超えてクランク軸18の端部18Aにぶれを発生させる要因となる。したがって、入力ピニオン32に対する3個の振り分け歯車30のピッチ円径あるいはバックラッシは、常に僅かに変動している。
このような事情から、入力ピニオン32から3個の振り分け歯車30(クランク軸18)に伝達されるトルクは均一とはなりにくい構造となっている。しかし、振り分け歯車30(クランク軸18)に対するトルク伝達が均一に行われないと、第1、第2偏心体20、22による第1、第2外歯歯車14、16の揺動も円滑に行われなくなり、伝達ロスの増大や振動の発生等の不具合を誘引する。
本実施形態では、クランク軸18のスプライン24の軸方向内側に凹部(脆弱部)58が形成されている。換言するならば、振り分け歯車30は、この凹部58の軸方向外側において片持ち状態でクランク軸18に組み込まれている。凹部58が存在することにより、クランク軸18は、全体としてはトルク伝達に必要な強度を維持しつつ、端部18Aのみ剛性が若干低い状態となっている。そのため、仮に、3個の振り分け歯車30のどれかに相対的により強いトルクが伝達されてきたとすると、当該振り分け歯車30が組み込まれているクランク軸18の端部18Aは、ラジアル荷重の増大により振り分け歯車30が入力ピニオン32から遠ざかる(逃げる)方向に変形し、その分、受け持つトルクがより軽減される。結果として3個の振り分け歯車30は、より均等なバランスで噛み合うことができ、より均一なトルクでの動力伝達を行うことができるようになる。
したがって、第1、第2外歯歯車14、16は、それぞれ3本のクランク軸18の3個の第1、第2偏心体20、22から均等に揺動トルクを受けることができるようになり、より円滑に揺動することができるようになる。この結果、伝達ロスの増大や振動の発生をより抑制できるようになる。
また、この実施形態では、凹部58やスプライン24にグリースが塗布された状態で振り分け歯車30を組み込んでいるため、該凹部58をいわゆる「潤滑剤溜まり」として機能させることができる。この結果、クランク軸18のスプライン24と振り分け歯車30との間のフレッティングが発生するのを効果的に抑制することができる。この点については、従来は、フレッティングの発生を嫌って隙間のない組み込み、あるいは締まり嵌めによる組み込みを行うことが実際には多かったというのが実情であった。本実施形態では、(フレッティングが効果的に抑制できることから)より組み込みのし易い寸法設定とすることができるようになり、組み付け性をより向上させることができる。尤も、例えば、振り分け歯車30をクランク軸18のスプライン24に締まり嵌めで組み込むときなど、フレッティングの恐れがないときには、必ずしも凹部58を潤滑剤溜まりとして活用しなくてもよい。
この実施形態では、クランク軸18のスプライン24の軸方向内側に凹部58があることを利用して、該スプライン24を転造によって形成するようにしているため、低コストである。また、転造によってスプライン24を形成することにより、例えば、先の図4〜図6の従来例(特許文献1)に見られるように、ホブ切りによってスプライン924を形成する場合には不可避的に存在していた、いわゆる「切り上がり」と称される領域925(図4参照)が不要になる。そのため、該切り上がりの領域925に相当する軸方向寸法L17の確保も不要になる。したがって、(たとえ凹部58を形成したとしても)従来よりも軸方向長さの短いクランク軸18(あるいは該クランク軸18を有する減速機10)を得ることができる。
また、この実施形態では、凹部58の肩部58Bで振り分け歯車30の軸方向の位置決めを行っているため、振り分け歯車30の軸方向内側には止め輪を配置しなくて済むようになり、部品点数を削減できるとともに、組み付け工数を低減できる。なお、この実施形態では、凹部58の肩部58Bの外径は、(もう一方の肩部である)スプライン24の歯先円径d3と同一とされていたが、この位置決めの効果をより確実に得るために、特に凹部58の軸方向内側の肩部58Bの外径は、スプライン24の歯先円径d3よりも大きくなるように形成してもよい。この構成は、振り分け歯車30をより安定して位置決めができるようになる点で有効である。
また、この実施形態では、振り分け歯車30の内周に、凹部(脆弱部)58の軸方向範囲の全てが位置しているため(振り分け歯車30が凹部58に重なるように組み込まれているため)、一層軸方向寸法を短縮することができ、かつ、小さな凹部でもより大きな脆弱作用を得ることができる。なお、この振り分け歯車30と凹部58との重なりは、一部のみであってもよく、また、これから述べる実施形態のように、設計によっては全く重なっていなくてもよい。
図3に、本発明の他の実施形態の一例を示す。
この実施形態においても、先の実施形態と同様に、クランク軸118のスプライン124の軸方向内側にスプライン124の歯底円径(D1)よりも深い底部円径(d7)を有する凹部158が形成されている。
但し、先の実施形態では、凹部58が振り分け歯車30の内周に位置していたが(凹部58と振り分け歯車30の軸方向位置が重なっていたが)、この実施形態では、振り分け歯車130の軸方向位置よりも完全に内側の位置に凹部158を配置するようにしている。この結果、振り分け歯車130のスプライン130Bは、クランク軸118のスプライン124とほぼ同一の軸方向幅L19で係合している。
振り分け歯車130は、第2の止め輪162と当接したスペーサ172、および第1の止め輪154との間で軸方向に位置決めされている。スペーサ172は、凹部158の外周に配置され、該スペーサ172を介して振り分け歯車130が位置決めされているため、振り分け歯車130のクランク軸118に対する組み付け位置を容易に調整することができる。その結果、例えば図3に想像線で示すように、さまざまな大きさ(外径や軸方向寸法)の振り分け歯車(130)を、第2キャリヤ140の端面140A、あるいは他の外部部材との干渉を避けた上で、より自由に組み込むことができるようになる。
その他の構成は先の実施形態と同様であるため、図3中で図1、図2の実施形態と下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、上記実施形態においては、凹部58、158の底部58A、158Aを軸と平行な直線で構成するようにしていたが、本発明においては、凹部の底部の形状については、特に限定されず、例えば、断面が円弧、U字形、あるいは楕円形の底部としてもよい。凹部の底部をこのような曲線形状とすることにより、凹部の底部の端部周辺での応力集中をより抑制することができる。
また、上記実施形態においては、振り分け歯車に、入力側からの動力が平行軸系の入力ピニオンを介して入力されるように構成していたが、振り分け歯車自体が直交系の歯車(例えばベベルギヤ等)とされ、直交系のピニオンを介して入力側からの動力が振り分け歯車に伝達されるように構成してもよい。
また、上記実施形態では、クランク軸を3本有する減速機が示されていたが、本発明における減速機のクランク軸の本数は、2本以上であれば、特に3本に限定されない。
10…減速機
12…内歯歯車
14、16…第1、第2外歯歯車
18…クランク軸
18A…端部
24…スプライン
26…継軸(入力軸)
30…振り分け歯車
32…入力ピニオン(入力側の歯車)
58…凹部

Claims (6)

  1. 内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車と、を備えるとともに、前記内歯歯車の軸心からオフセットした位置に前記外歯歯車を揺動させるための複数のクランク軸を備えた偏心揺動型の減速機において、
    前記複数のクランク軸のそれぞれの端部に、入力側からの動力を該クランク軸に伝達する歯車を連結するためのスプラインを備え、かつ
    該スプラインの軸方向内側に、該スプラインの歯底よりも深い凹部を形成した
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速機。
  2. 請求項1において、
    前記凹部を潤滑剤溜まりとして機能させた
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速機。
  3. 請求項1または2において、
    前記凹部の肩部で、前記歯車の軸方向の位置決めを行う
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速機。
  4. 請求項1〜3のいずれかにおいて、
    前記スプラインの歯先円径より前記凹部の肩部の外径の方が大きい
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速機。
  5. 請求項1〜4のいずれかにおいて、
    前記凹部の外周に前記歯車の組み付け位置を調整するためのスペーサが配置されている
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速機。
  6. 請求項1〜5のいずれかにおいて、
    前記歯車の内周に、前記凹部の少なくとも一部が位置している
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速機。
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