JP2013245777A - 偏心揺動型歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油の流通性を向上させる。
【解決手段】偏心揺動型歯車装置は、クランク軸と、揺動歯車と、揺動歯車とクランク軸の偏心部との間の相対回転を許容する偏心部軸受２８とを備える。偏心部軸受２８は、転動体４２と転動体４２を保持する保持器４４と、を有する。保持器４４には、転動体４２の軸方向に間隔をおいて配置される一対の側壁４４ａと、隣り合う転動体４２同士の間に位置して一対の側壁４４ａを連結する複数の連結部４４ｂと、各側壁４４ａにおいて連結部４４ｂが連結された部位において側壁４４ａの外周縁から凹んだ断面形状を有するとともに連結部４４ｂの長手方向に延びるように各側壁４４ａから各連結部４４ｂに亘って形成された切欠き部４４ｃと、が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、偏心揺動型歯車装置に関するものである。

従来、下記特許文献１及び２に開示されているように、一対の相手側部材間で所定の減速比で回転数を減速する揺動型歯車装置が知られている。この揺動型歯車装置は、一方の相手側部材に固定される外筒と、もう一方の相手側部材に固定されるキャリアとを備えており、キャリアは、クランク軸の偏心部に取り付けられた揺動歯車の揺動回転によって外筒に対して相対的に回転する。クランク軸の偏心部には、偏心部軸受が取り付けられていて、揺動歯車には、偏心部に取り付けられた偏心部軸受が挿入される挿入孔が形成されている。偏心部軸受は、円筒状の転動体を保持器によって保持する構成となっている。保持器は、変形や摩耗・破損を防止すべく、断面形状をコ字状やＭ字状に形成したものが多い。このような構成とすることにより保持器の強度を確保できるとともに転動体の移動を規制することができる。なお、下記特許文献３に開示されているように、ワッシャによって円筒状の転動体が軸方向に移動することを規制する構成も知られている。

特開２０１０−２３０１７１号公報 特開２００９−０４７２９４号公報 特開２００８−２０２７６４号公報

前記特許文献１〜３に開示された構成では、転動体の転動面や軸方向端面に蓋をする形になってしまうため、潤滑油の通油性が悪化するという問題がある。

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、偏心部軸受における保持器の構成に工夫を施すことにより潤滑油の流通性を向上させることにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、偏心部を有するクランク軸と、前記クランク軸を回転させる駆動力が入力される入力部と、前記偏心部が挿入される挿入孔が形成され、前記クランク軸の回転によって前記偏心部に連動して揺動する揺動歯車と、前記挿入孔に配置され、前記揺動歯車と前記偏心部との間の相対回転を許容する偏心部軸受と、を備え、前記偏心部軸受は、円柱状の複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、を有し、前記保持器には、前記偏心部を囲む環状に形成されるとともに前記転動体の軸方向に間隔をおいて配置される一対の側壁と、隣り合う転動体同士の間に位置して前記一対の側壁を連結する複数の連結部と、各側壁において前記連結部が連結された部位において前記側壁の外周縁から凹んだ断面形状を有するとともに前記連結部の長手方向に延びるように前記各側壁から各連結部に亘って形成された切欠き部と、が設けられている偏心揺動型歯車装置である。

本発明では、偏心部軸受の転動体を保持する保持器において、側壁の外周縁から凹んだ断面形状を有する切欠き部が形成されており、この切欠き部は連結部の長手方向に延びるように各連結部に形成されている。このため、クランク軸の少なくとも一部が潤滑油に浸されている状態でクランク軸が回転し、揺動歯車が揺動する際に、保持器の切欠き部を通して油が流動する。このため、保持器の外側から保持器内への油の流動及び保持器の内側から保持器外への油の流動が起こりやすくなる。したがって、クランク軸が正逆回転した場合に油を行き渡らせ易くすることができる。しかも、切欠き部が側壁の外周縁から凹んだ断面形状を有するため、揺動歯車に形成された挿入孔と保持器との間の隙間が小さい場合、あるいは側壁に隣接してワッシャが配設されるような場合にも、転動体の転動面及び端面への潤滑油の通油性を確保することができる。

ここで、前記切欠き部は、各連結部における対角位置に形成されていてもよい。この態様では、転動体をバランスよく保持することができる。また、潤滑油が転動体の転動面に直接供給されることになるので、潤滑不良による摩耗又は破損を有効に防止することができる。

一方、前記切欠き部は、各連結部の幅方向中央において当該連結部の外周面及び内周面を貫通するように形成されていてもよい。この態様では、連結部の長さ方向の全体が転動体の転動面に接触する構成を維持しつつ、切欠き部によって保持器内への潤滑油の流入を確保することができる。

以上説明したように、本発明によれば、偏心部軸受の保持器における潤滑油の流通性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る偏心揺動型歯車装置の構成を示す断面図である。 前記偏心揺動型歯車装置に設けられる偏心部軸受の斜視図である。 （ａ）前記偏心部軸受を構成する保持器の正面図であり、（ｂ）（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における断面図である。 前記保持器の連結部及び切欠き部を説明するための図である。 本発明のその他の実施形態に係る偏心揺動型歯車装置に設けられた保持器の斜視図である。 本発明のその他の実施形態に係る偏心揺動型歯車装置に設けられた保持器の斜視図である。 本発明のその他の実施形態に係る偏心揺動型歯車装置に設けられた保持器の斜視図である。 本発明のその他の実施形態に係る偏心揺動型歯車装置に設けられた保持器の斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態に係る偏心揺動型歯車装置は、例えばロボットの旋回胴や腕関節等の旋回部または各種工作機械の旋回部に減速機として適用される歯車装置である。以下の本実施形態の説明では、ロボットの旋回胴に偏心揺動型歯車装置（以下、単に歯車装置と称する）を適用した例について説明する。

この歯車装置は、図１に示すようにベース５０（一方の相手部材）と旋回体５２（他方の相手部材）との間で所定の減速比で減速して回転力を伝達するものである。そして、本実施形態の歯車装置は、外筒２と、内歯ピン３と、キャリア４と、主軸受６と、クランク軸歯車１８と、クランク軸２０と、クランク軸受２２と、揺動歯車２４とを備えている。

前記外筒２は、一方の相手側部材に固定可能な第１固定部材であって、歯車装置の外面を構成するケースとして機能する。この外筒２は、略円筒状に形成されており、例えば設置面上に固定された前記ベース５０に締結される。外筒２の内面には、多数の内歯ピン３が周方向に等間隔で配設されている。内歯ピン３は、外歯歯車からなる揺動歯車２４が噛み合う内歯として機能する。揺動歯車２４の歯数は、内歯ピン３の数よりも若干少なくなっている。本実施形態では揺動歯車２４は２個使用されているが、これに限られるものではない。

前記キャリア４は、第１固定部材に対して相対的に回転可能な第２固定部材であって、前記外筒２と同軸上に配置された状態でその外筒２の内側に配設されている。キャリア４は、外筒２に対して同じ軸回りに相対回転する。このキャリア４は、旋回体５２に締結されており、キャリア４が外筒２に対して相対回転すると、旋回体５２は、ベース５０に対して旋回する。

キャリア４は、軸方向に離間して一対に設けられた前記主軸受６により外筒２に対して相対回転可能に支持されている。キャリア４は、それらの間に前記揺動歯車２４を収納するように互いに締結される基部３２と端板部３４とを備えている。

前記基部３２は、外筒２内においてその外筒２の端部近傍に配置される基板部３２ａと、その基板部３２ａから端板部３４に向かって軸方向に延びるシャフト部３２ｂとを有する。シャフト部３２ｂは、頭部５ａと、この頭部５ａの端面に連続する雄ねじ部５ｂとを備えたボルト５によって端板部３４に締結されている。それによって、基部３２と端板部３４とが一体化されている。すなわち、端板部３４には、その厚み方向に貫通するように第１結合孔３４ａが形成されている。第１結合孔３４ａは、段付き孔によって構成されており、ボルト５の頭部５ａは第１結合孔３４ａにおける大径部の中に配設されている。

シャフト部３２ｂの先端面（端板部３４との当接面）には、第２結合孔３２ｃと位置決め孔３２ｄとが形成されている。第２結合孔３２ｃは、ねじ孔によって構成されており、この第２結合孔３２ｃには、第１結合孔３４ａに挿通されたボルト５の雄ねじ部５ｂが螺合されている。そして、基部３２と端板部３４とがボルト５によって互いに結合されている。一方、位置決め孔３２ｄには、ピン３６が圧入される。端板部３４のピン孔３４ｂに挿入されたピン３６が位置決め孔３２ｄに挿入されることにより、基部３２に対する端板部３４の位置決めがなされる。

前記クランク軸２０は、複数設けられており、各クランク軸２０は周方向に等間隔に配置されている。その各クランク軸２０の端部には、クランク軸歯車１８がそれぞれ取り付けられている。クランク軸歯車１８は、図外の駆動源（モータ）によって駆動される図外の駆動歯車に噛み合う。各クランク軸歯車１８は、駆動歯車の回転をそのクランク軸歯車１８が取り付けられたクランク軸２０に伝達する。すなわち、クランク軸歯車１８は、駆動源からクランク軸２０を回転させる駆動力が入力される入力部として機能する。

各クランク軸２０は、一対の前記クランク軸受２２を介してキャリア４にその軸回りに回転自在に取り付けられている。すなわち、クランク軸２０は、キャリア４に回転自在に支持されている。

クランク軸２０は、軸本体２０ｂと、この軸本体２０ｂに一体的に形成された複数（本実施形態では２つ）の偏心部２０ａと、を有している。この複数の偏心部２０ａは、前記一対のクランク軸受２２の間の位置で軸方向に並ぶように配置されている。偏心部２０ａは、それぞれクランク軸２０の軸本体２０ｂの軸心から所定の偏心量で偏心した円柱状に形成されている。そして、各偏心部２０ａは、互いに所定角度の位相差を有するようにクランク軸２０に形成されている。本実施形態では１８０度の位相差を有している。

クランク軸２０内には、給油孔４０が形成されている。給油孔４０は、クランク軸２０の軸本体２０ｂにおける軸方向に延びる主部４０ａと、この主部４０ａの中間位置から径方向に延び、２つの偏心部２０ａ，２０ａ間に開口する枝部４０ｂと、を有している。主部４０ａの一端は、クランク軸２０の軸本体２０ｂにおける一端部に開口し、主部４０ａの他端は、クランク軸２０の軸本体２０ｂにおける他端部に開口している。

前記揺動歯車２４は、クランク軸２０の偏心部２０ａに偏心部軸受２８を介して取り付けられていて、基板部３２ａと端板部３４との間に挟み込まれるように配設されている。揺動歯車２４は、外筒２の内径よりも少し小さく形成されており、クランク軸２０が回転するときに偏心部２０ａの偏心回転に連動して外筒２内面の内歯ピン３に噛み合いながら揺動回転する。

揺動歯車２４は、複数の偏心部挿入孔２４ｃと、複数のシャフト部挿通孔２４ｄとを有する。なお、図例では、中央に貫通孔２４ｂが形成された揺動歯車２４を示しているが、この中央貫通孔２４ｂを省略することも可能である。

偏心部挿入孔２４ｃは、揺動歯車２４において中央貫通孔２４ｂの周囲に周方向に等間隔で設けられている。各偏心部挿入孔２４ｃには、偏心部軸受２８を介装した状態で各クランク軸２０の偏心部２０ａがそれぞれ挿入されている。

各偏心部２０ａには、それぞれ偏心部軸受２８が嵌められていて、クランク軸２０の軸本体２０ｂには両偏心部軸受２８を挟み込むように一対のワッシャ３０，３０が嵌められている。各ワッシャ３０は、クランク軸受２２と偏心部２０ａとの間に挟み込まれている。両クランク軸受２２，２２は、止め輪３１によって基板部３２ａ及び端板部３４に対して位置ずれしないように固定されている。

シャフト部挿通孔２４ｄは、揺動歯車２４において中央貫通孔２４ｂの周囲に周方向に等間隔で設けられている。各シャフト部挿通孔２４ｄは、周方向において偏心部挿入孔２４ｃ間の位置にそれぞれ配設されている。各シャフト部挿通孔２４ｄには、キャリア４のシャフト部３２ｂの外周面との間に隙間を残した状態でシャフト部３２ｂが挿通されている。

前記偏心部軸受２８は、図２、図３（ａ）（ｂ）に示すように、複数の転動体４２と、これら転動体４２を保持する保持器４４とを有した、ラジアルころ軸受によって構成されている。なお、このころ軸受は、転動体４２の径が比較的大きな円筒ころ軸受であってもよく、あるいは転動体４２の径が比較的小さな針状ころ軸受であってもよい。

保持器４４には、一対の側壁４４ａ，４４ａと、この一対の側壁４４ａ，４４ａを連結する複数の連結部４４ｂ，４４ｂ，・・と、側壁４４ａ，４４ａから連結部４４ｂ，４４ｂ，・・に亘って形成された切欠き部４４ｃ，４４ｃ，・・と、が設けられている。

各転動体４２は、いずれも円柱状に形成されていて、保持器４４によって周方向に等間隔に保持されている。

一対の側壁４４ａ，４４ａは、転動体４２の軸方向に間隔をおいて配置されており、互いに平行になっている。そして、各側壁４４ａの内面は転動体４２の端面に対向している。また、各側壁４４ａは、円環状の平板状に形成されており、径方向の幅が転動体４２の直径よりも少し小さくなっている。このため、偏心部軸受２８が偏心部２０ａに外嵌されると、転動体４２の外端部は側壁４４ａよりも径方向外側に突出する。したがって、保持器４４の各側壁４４ａと揺動歯車２４における偏心部挿入孔２４ｃの内周面との間には、所定幅の隙間ができることになる。

連結部４４ｂ，４４ｂ，・・は、側壁４４ａの外周部に沿って当該側壁４４ａの周方向に等間隔に配置されており、各連結部４４ｂは、側壁４４ａの主面に直交する方向に延びるように形成されている。各連結部４４ｂは、一端部が一方の側壁４４ａの外周部における内面に接続される一方、他端部が他方の側壁４４ａの外周部における内面に接続されている。すなわち、各側壁４４ａは、連結部４４ｂよりも径方向の内側に張り出している。このため、保持器４４は、断面コ字状となっている。そして、転動体４２は、長手方向が連結部４４ｂの長手方向に平行な方向になるように配設されている。

切欠き部４４ｃは、保持器４４の外側と内側との間での潤滑油の流通性を向上するために設けられるものであり、側壁４４ａにおいて連結部４４ｂが連結された部位において側壁４４ａの外周縁から凹んだ断面形状（略逆三角形状）を有している（図４参照）。そして、切欠き部４４ｃは、連結部４４ｂの長手方向に延びるように側壁４４ａから各連結部４４ｂに亘って形成されている。このため、連結部４４ｂは、長手方向の中央部においては、下辺（内辺）よりも上辺（外辺）の方が幅広の台形状断面を有する一方で、長手方向の両端部においては、幅方向端部（側辺部）の少なくとも一部が傾斜状に切り落とされた断面形状に形成されている。

偏心部２０ａに取り付けられた偏心部軸受２８の側方にはワッシャ３０が配置されているが（図１参照）、保持器４４の側壁４４ａに形成された切欠き部４４ｃは、偏心部２０ａにおいて軸本体２０ｂからの張り出し幅が最も小さいところにおいても、ワッシャ３０によって塞がれない。つまり、切欠き部４４ｃは、常時ワッシャ３０の径方向外側に位置する。このため、保持器４４がワッシャ３０によって軸方向移動しないように保持される構成においても、切欠き部４４ｃ，４４ｃ，・・を通しての通油性が確保されている。

本実施形態において、切欠き部４４ｃ，４４ｃは、連結部４４ｂにおける対角位置に配置されている。具体的には、連結部４４ｂの外面（径方向外側の面）が矩形状に形成されるとともに、この矩形の四隅のうち対角位置にある隅角部を含む位置に切欠き部４４ｃ，４４ｃが形成されている。したがって、連結部４４ｂの端部のうち一方の側壁４４ａに繋がる端部においては、周方向の一端側に切欠き部４４ｃが形成される一方で周方向の他端側には切欠き部４４ｃが形成されていない。また、連結部４４ｂの端部のうち他方の側壁４４ａに繋がる端部においては、周方向の一端側には切欠き部４４ｃが形成されておらず、周方向の他端側には切欠き部４４ｃが形成されている。

連結部４４ｂの側面のうち切欠き部４４ｃが形成される長さ方向の範囲は、連結部４４ｂの長さの二分の一以下となっている。そして、転動体４２の外周面のうち、軸方向の中央部分（切欠き部４４ｃ，４４ｃが形成されていない部分）では、両側に位置する連結部４４ｂ，４４ｂの側面にそれぞれ接触している。これにより、隣り合う連結部４４ｂ，４４ｂ間に位置する転動体４２を安定して保持することができる。

次に、本実施形態による歯車装置の動作について説明する。

各クランク軸歯車１８が、図外の駆動源からの回転駆動力を受けると、それぞれ軸回りに回転して各クランク軸２０を回転させる。これにより、クランク軸２０の偏心部２０ａ，２０ａが偏心回転するので、揺動歯車２４，２４は、偏心部２０ａ，２０ａの偏心回転に連動して外筒２の内面の内歯ピン３，３，・・に噛み合いながら揺動回転する。揺動歯車２４の揺動回転は、各クランク軸２０を通じてキャリア４に伝達される。それによって、キャリア４と旋回体５２は、入力された回転から減速された回転数で外筒２及びベース５０に対して相対回転する。クランク軸２０は、正逆回転可能であり、クランク軸２０が何れの方向に回転するかに応じてキャリア４の回転方向が決まることになる。基板部３２ａと端板部３４との間の空間には潤滑油が封入されているため、ロボットの旋回胴が姿勢を変えた（歯車装置の向きが変わる）ときや、クランク軸２０が回転したとき等には、保持器４４の内外を行き来するように潤滑油が流れる。このとき潤滑油の一部は、切欠き部４４ｃ，４４ｃ，・・を通して保持器４４内に流入したり、保持器４４から外に流出したりする。また、クランク軸２０内に形成された給油孔４０を通して偏心部２０ａ間にも潤滑油が供給される。

以上説明したように、本実施形態では、偏心部軸受の転動体４２を保持する保持器４４において、側壁４４ａの外周縁から凹んだ断面形状を有する切欠き部４４ｃが形成されており、この切欠き部４４ｃは連結部４４ｂの長手方向に延びるように各連結部４４ｂに形成されている。このため、クランク軸２０の少なくとも一部が潤滑油に浸されている状態でクランク軸２０が回転し、揺動歯車２４が揺動する際に、保持器４４の切欠き部４４ｃ，４４ｃ，・・を通して油が流動する。このため、保持器４４の外側から保持器４４内への油の流動及び保持器４４の内側から保持器４４外への油の流動が起こりやすくなる。したがって、クランク軸２０が正逆回転した場合に油を行き渡らせ易くすることができる。しかも、切欠き部４４ｃが側壁４４ａの外周縁から凹んだ断面形状を有するため、揺動歯車２４に形成された偏心部挿入孔２４ｃと保持器４４との間の隙間が小さい場合、あるいは側壁４４ａに隣接してワッシャ３０が配設されるような場合にも、転動体４２の転動面及び端面への潤滑油の通油性を確保することができる。

しかも本実施形態では、切欠き部４４ｃ，４４ｃが各連結部４４ｂにおける対角位置に形成されているので、転動体４２をバランスよく保持することができる。また、潤滑油が切欠き部４４ｃ，４４ｃ，・・を通して転動体４２の転動面に直接供給されることになるので、潤滑不良による摩耗又は破損を有効に防止することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、保持器４４の切欠き部４４ｃ，４４ｃが連結部４４ｂにおける対角位置に形成される例として、図２に示される形態について説明したが、この形態に限られるものではない。図５に示すように、連結部４４ｂの四つの隅角部の全てに切欠き部４４ｃ，４４ｃ，・・が形成される態様であってもよい。この場合でも、切欠き部４４ｃ，４４ｃ，・・は、連結部４４ｂにおける対角位置に形成されている。この構成では、図２の構成に比べて切欠き部４４ｃ，４４ｃ，・・の数が増えるため、その分、潤滑油の通油量を増大させることができる。この構成においても、連結部４４ｂの側面のうち切欠き部４４ｃが形成される長さ方向の範囲が連結部４４ｂの長さの二分の一以下となっていれば、隣り合う連結部４４ｂ，４４ｂ間に位置する転動体４２を安定して保持することができる。

切欠き部４４ｃ，４４ｃ，・・は、連結部４４ｂの対角位置に形成される構成に限られるものではない。例えば、図６及び図７に示すように、切欠き部４４ｃ，４４ｃが連結部４４ｂの幅方向の中央部分に形成される構成であってもよい。この構成では、切欠き部４４ｃ，４４ｃは、連結部４４ｂの外周面及び内周面を貫通するように形成されている。そして、図６に示す形態では、連結部４４ｂの長さ方向の中央部分を残してその両側にそれぞれ切欠き部４４ｃ，４４ｃが形成され、図７に示す形態では、連結部４４ｂの長さ方向の全体に亘って切欠き部４４ｃが形成されている。

この形態では、連結部４４ｂの長さ方向の全体が転動体４２の転動面に接触する構成を維持しつつ、切欠き部４４ｃ，４４ｃによって保持器４４内への潤滑油の流入を確保することができる。

前記実施形態では、保持器４４の連結部４４ｂ，４４ｂ，・・が直線状に延びる形状に形成された例について説明したが、これに限られるものではない。図８に示すように、連結部４４ｂ，４４ｂ，・・の中央部分が内側に突出するように折れ曲がった形状であり、保持器４４の断面が略Ｍ字状に形成された構成であってもよい。図８に示す保持器４４は、図２と同様に連結部４４ｂの対角位置に切欠き部４４ｃ，４４ｃが形成された例を示しているが、図５〜図７に準じて切欠き部４４ｃ，４４ｃ，・・が形成された構成としてもよい。

２ 外筒
３ 内歯ピン
４ キャリア
６ 主軸受
１８ クランク軸歯車
２０ クランク軸
２０ａ 偏心部
２０ｂ 軸本体
２２ クランク軸受
２４ 揺動歯車
２４ｃ 偏心部挿入孔
２８ 偏心部軸受
３０ ワッシャ
３１ 止め輪
３２ 基部
３２ａ 基板部
３２ｂ シャフト部
３４ 端板部
４２ 転動体
４４ 保持器
４４ａ 側壁
４４ｂ 連結部
４４ｃ 切欠き部

Claims (3)

1. 偏心部を有するクランク軸と、
   前記クランク軸を回転させる駆動力が入力される入力部と、
   前記偏心部が挿入される挿入孔が形成され、前記クランク軸の回転によって前記偏心部に連動して揺動する揺動歯車と、
   前記挿入孔に配置され、前記揺動歯車と前記偏心部との間の相対回転を許容する偏心部軸受と、を備え、
   前記偏心部軸受は、円柱状の複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、を有し、
   前記保持器には、前記偏心部を囲む環状に形成されるとともに前記転動体の軸方向に間隔をおいて配置される一対の側壁と、隣り合う転動体同士の間に位置して前記一対の側壁を連結する複数の連結部と、各側壁において前記連結部が連結された部位において前記側壁の外周縁から凹んだ断面形状を有するとともに前記連結部の長手方向に延びるように前記各側壁から各連結部に亘って形成された切欠き部と、が設けられている偏心揺動型歯車装置。
2. 前記切欠き部は、各連結部における対角位置に形成されている請求項１に記載の偏心揺動型歯車装置。
3. 前記切欠き部は、各連結部の幅方向中央において当該連結部の外周面及び内周面を貫通するように形成されている請求項１に記載の偏心揺動型歯車装置。

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