JP2015083329A - 偏心揺動型の減速装置の製造方法 - Google Patents

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哲三 石川
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慎一 西部
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Abstract

【課題】クランク軸の加工精度が高く、伝達ロスや振動を、より小さく抑えることのできる偏心揺動型の減速装置の製造方法を提供する。【解決手段】振り分け歯車30を装着するための歯車装着部と、それぞれが第1、第2外歯歯車(遊星歯車)14,16を揺動させる第1、第2偏心部20,22とを備えたクランク軸18を有する偏心揺動型の減速装置10の製造方法であって、クランク軸18を軸心O3周りに回転可能に支持し、該クランク軸18を軸心O3周りで回転させた状態で、該クランク軸18の歯車装着部と第1、第2偏心部20,22とを、軸心O3周りの支持状態を変えずに加工する。【選択図】図1

Description

本発明は、偏心揺動型の減速装置の製造方法に関する。
特許文献1に、図6〜図8に示されるような偏心揺動型の減速装置が開示されている。
この減速装置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偏心部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偏心部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偏心部920によって第1外歯歯車914が揺動され、第2偏心部922によって第2外歯歯車916がそれぞれ揺動される。
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、スプラインで構成される歯車装着部924(924A〜924C)がそれぞれ形成されている。この歯車装着部924には、継軸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に形成された入力歯車932と同時に噛合している。これにより、継軸926の入力歯車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)
このような偏心揺動型の減速装置910にあっては、クランク軸918を回転駆動する振り分け歯車930が装着される歯車装着部924と第1、第2外歯歯車914、916を回転させるための第1、第2偏心部920、922が、正確な位置関係を維持した状態で加工されていないと、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要因となる。
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、クランク軸の加工精度が高く、伝達ロスや振動を、より小さく抑えることのできる偏心揺動型の減速装置の製造方法を提供することをその課題としている。
本発明は、歯車を装着するための歯車装着部と遊星歯車を揺動させるための偏心部とを備えたクランク軸を有する偏心揺動型の減速装置の製造方法であって、前記クランク軸を軸心周りに回転可能に支持し、該クランク軸を軸心周りで回転させた状態で、該クランク軸の前記歯車装着部と前記偏心部とを、前記軸心周りの支持状態を変えずに加工する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、クランク軸の歯車装着部と偏心部が、該クランク軸の軸心周りの支持状態を変えずに加工される。そのため、歯車装着部と偏心部との位相精度を高く維持した加工を行うことができる。
本発明によれば、クランク軸の加工精度が高く、伝達ロスや振動を、より小さく抑えることのできる偏心揺動型の減速装置の製造方法を得ることができる。
本発明の実施形態の一例が適用される偏心揺動型の減速装置の全体断面図 上記減速装置のクランク軸を取り出して示した(A)正面図および(B)端面図 上記クランク軸を加工するときの概略支持構造図 入力歯車、振り分け歯車、およびクランク軸の関係を示す概略配置図 本発明の他の実施形態の一例が適用される偏心揺動型の減速装置のクランク軸の(A)正面図および(B)端面図 従来の偏心揺動型の減速装置の全体断面図 図6の矢視VII−VII線に沿う断面図 図6の矢視VIII−VIII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が適用される偏心揺動型の減速装置の全体断面図である。先ず、この減速装置の全体構成から説明する。
減速装置10は、いわゆる振り分けタイプと称される偏心揺動型の減速装置である。減速装置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(遊星歯車)14、16と、を備えるとともに、該内歯歯車12の軸心O1からR1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(この例では3本)のクランク軸18(18A〜18C:図1では18Aのみ図示)を備えている。
この実施形態に係る減速装置10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の反モータ側の端部には、入力歯車32が直切り形成されている。
入力歯車32は、複数(この例では3個)の振り分け歯車30(30A〜30C:図1では30Aのみ図示)と同時に噛合している。各振り分け歯車30は、歯車装着部24を介して、それぞれクランク軸18に連結されている(後述)。
3本のクランク軸18は、内歯歯車12の軸心O1からR1だけオフセットした円周上において、それぞれ円周方向に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偏心部20が形成され、該第1偏心部20と隣接してそれぞれの軸方向同位置に第2偏心部22が形成されている。各クランク軸18の第1偏心部20同士および第2偏心部22同士は、偏心位相が揃えられている。第1偏心部20と第2偏心部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)。
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の第1偏心部20の外周には、ころで構成された第1クランク軸受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偏心部22の外周には、ころで構成された第2クランク軸受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偏心部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偏心部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偏心部20と第2偏心部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、第1、第2軸受配置部19、21において、一対の円錐ころ軸受で構成された第1、第2クランク軸軸受44、46(クランク軸18を支持する軸受)を介して第1、第2キャリヤ38、40に支持されている。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から一体的に突出され、第1、第2外歯歯車14、16を貫通するキャリヤピン38Pを介してボルト53等により連結・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。
本実施形態では、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(タップ穴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。なお、符号61は、オイルシールである。
次に、この偏心揺動型の減速装置10の作用を説明する。
図示せぬモータが回転すると、継軸26の先端に形成された入力歯車32が回転する。入力歯車32は、3個の振り分け歯車30と同時に噛合しているため、該入力歯車32と振り分け歯車30の噛合により、3本のクランク軸18が入力歯車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同期して回転する。
各振り分け歯車30は、それぞれ歯車装着部24を介してクランク軸18と連結されている。そのため、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偏心部20が同期して回転して第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偏心部22が同期して回転して第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O1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は第1キャリヤ38と一体化されたキャリヤピン38Pおよびボルト53等を介して互いに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に対して、第1キャリヤ38に連結された部材(図示略)を相対的に回転させることができる。
ここで、図2を合わせて参照して、クランク軸18(およびその周辺)の構成を、製造方法の説明と共に詳細に説明する。
従来は、図6に示されるように、クランク軸918の振り分け歯車930の装着部(歯車装着部)924は、「スプライン」によって構成されていた。そして、第1、第2偏心部920、922は、該歯車装着部924のスプラインの歯部に基準歯部を設け、クランク軸918の位相を管理した状態で、スプラインの歯部を径方向外側からチャッキングすることで、加工機械に対するクランク軸918の円周方向の位相(位置)を特定し、この状態でクランク軸918を軸心周りで回転させながら、該クランク軸918の2つの第1、第2偏心部920、922を研削するようにしていた。
換言するならば、先ず、歯車装着部924を加工し、次いで、この加工された歯車装着部924のスプラインの歯部を活用してクランク軸918の加工機械に対する円周方向の位相を特定して第1、第2偏心部920、922を加工するという製造方法が採用されていた。すなわち、歯車装着部924を加工するときと、第1、第2偏心部920、922を加工するときとで、クランク軸918の支持の仕方(支持状態)が変わっていた。
本実施形態は、この2段階の製造方法が、歯車装着部と偏心部の位相精度を低下させる大きな要因と捉え、クランク軸の軸心周りの支持状態を変えずに(同一の支持状態のまま)、歯車装着部と偏心部とを加工するようにしている。
以下、より具体的に説明する。
先ず、クランク軸18となる丸棒素材(図示略)を鍛造あるいは粗旋削によって最終形状に近い形状にまで粗加工する。本実施形態では、図2、図3に示されるように、この段階で、クランク軸18の軸方向反歯車装着部側の端部に、回し金60を固定するためのいわゆる捨てボス62を設けておくようにしている。ここで、「捨てボス」とは、研削加工のときに、クランク軸18をチャッキングするために、わざわざ設けた部分を指している。捨てボス62を敢えて設けるのは、従来、第1、第2偏心部を加工する際にクランク軸のチャッキングに使用していた歯車装着部自体が、本実施形態では、該第1、第2偏心部と共に加工する「被加工部位」となるため、該歯車装着部をチャッキングする部位とすることができないためである。
換言するならば、図3に示されるように、捨てボス62の外周を回し金60にて径方向外側から掴むと共に、捨てボス62のない側の端面63の中心63Aを、センタ(円錐状に先の尖った回転軸)66で従動支持する。これにより、捨てボス62側の回し金60を回転板64で回すことにより、クランク軸18を軸心O3周りで回転させることができる。
この研削加工を行う工作機械としては、例えば、カム研削盤(図示略)を用いることができる。カム研削盤は、親カムにならってカムを研削する工作機械で、ワークの回転角と工具のワークに対する進退動を同期させて加工できる。そのため、振り分け歯車30の歯車装着部24と、第1、第2偏心部20、22とをクランク軸18の軸心O3周りの支持状態を変えずに、そのまま連続して加工することができる。更には、クランク軸18の安定した支持を継続できるため、当該カム研削盤により、歯車装着部24、第1、第2偏心部20、22に加え、当該クランク軸18の軸受を配置する第1、第2軸受配置部19、21をも、該クランク軸18の軸心周りの支持状態を変えずに加工することができる。これにより、クランク軸18を加工精度を一層高めることができ、伝達ロスや振動を、より小さく抑えることのできる偏心揺動型の減速装置を得ることができるようになる。なお、符号67は、止め輪69(図1)を嵌め込むための止め輪溝である。止め輪溝67は、同じカム研削盤で加工してもよいし、別途の加工としてもよい。
なお、前記捨てボス62は、減速装置10のクランク軸18本来の機能とは関係のない部分であるため(クランク軸18の軸心周りの支持状態を変えずに加工するという目的のために、設けたものであるため)、クランク軸18を加工した後に切断するようにしてもよい。図1の例では、加工後に捨てボス62を切断してある(もちろん残したままでもよい)。なお、捨てボス62に、歯車装着部24と第1、第2偏心部20、22の位相を管理するためのマークを施すようにすると、精度の良い加工が可能である。これについては後述する。
本実施形態では、このように、歯車装着部24と第1、第2偏心部20、22とを、カム研削盤で研削加工するが、この際に、「同一の工具(砥石)」で加工するようにしている。つまり、本実施形態では、削り代と送り速度とを調整することにより、歯車装着部24と第1、第2偏心部20、22の両方を、粗研削、仕上げ研削とも、同一の工具で、研削するようにしている。より具体的には、この実施形態では、図3の矢印A〜Eの順、すなわち、歯車装着部24、第2軸受配置部21、第2偏心部22、第1偏心部20、第1軸受配置部19の順で、各部位毎に粗研削、仕上げ研削を、工具を変えることなく、行っている。なお、この順序は不同でよい。これにより、工具の取り付けばらつきに起因する加工誤差あるいは偏心位相のずれ等を、極小に抑えることができる。
尤も、本発明では、歯車装着部と偏心部とを、完全に同一の工具のみで加工することは、必ずしも要求していない。例えば、歯車装着部と偏心部とを別の工具で加工してもよい。また、歯車装着部あるいは第1または第2偏心部の粗研削と仕上げ研削とで別の工具を使用するようにしてもよい。さらには、第1、第2偏心部にのみ超仕上げ用の別の工具を使用してもよい。
歯車装着部24の具体的断面形状について、図4を合わせて参照しながら、より詳細に説明する。本実施形態においては、歯車装着部24は、(スプラインではなく)クランク軸18の軸方向に直交する断面の形状が「多角形」となるように加工するようにしている。なお、本実施形態においては、多角形として「正六角形」が採用されている。歯車装着部24(24A〜24C)に装着される振り分け歯車30(30A〜30C)の径方向中央には、当該歯車装着部24の「多角形」に合致する嵌合孔30p(30Ap〜30Cp)が形成される。それは、現状、カム研削盤によって、歯車装着部24をスプライン状に研削加工することは困難であり、また、歯車装着部24は、要は、振り分け歯車30とクランク軸18との間で動力の伝達が行われればよく、必ずしもスプラインである必要はないからである。多角形とすることで、同一のカム研削盤でより簡易に歯車装着部24を研削加工することができる。
なお、歯車装着部24に装着される振り分け歯車30の径方向中央には、当然、当該歯車装着部24の断面形状に合致する多角形の嵌合孔30p(30Ap、30Bp、30Cp)が形成されることになる。
なお、前述したように、本実施形態では、捨てボス62を設けるようにしているため、該捨てボス62に何らかのマーク(例えば後述する図5(B)のような放射状のマーク、あるいは捨てボス62の外周に形成した軸と平行のマーク、さらには、止めねじの嵌まる円錐穴やポンチ穴をマークとしてもよい)を形成するようにしておくと、歯車装着部24および第1、第2偏心部20、22を、この捨てボス62のマークを基準としてクランク軸18の位置(位相)を特定した加工ができる。これにより、簡単で、誤差の生じにくい加工が可能となる。
尤も、本発明では、クランク軸に必ず捨てボスを形成しなければならない訳ではない。例えば、図5(A)に示されるように、捨てボスを形成せず、クランク軸118の端面118Aに、爪等を介して一体的に係合すると共に該クランク軸118の軸心周りに回転する回転支持工具(いわゆる爪付きセンタ、あるいはフェースドライバとも称される支持工具:図示略)を係合させるようにしてもよい。これにより、他端118B側の径方向中央を通常のセンタによる従動支持として、あるいは他端118B側も爪付きの回転支持工具を係合させて、当該回転支持工具によってクランク軸118を軸心周りに回転させることができる。
この場合も、クランク軸118の端面に歯車装着部124と第1、第2偏心部120、122の位相を管理するためのマーク168を施すようにすると、精度よく加工することができる。図5(B)の例では当該マーク168を放射状に形成しているが、マークの形状は、これに限定されるものではなく、例えば十字状のマークでもよい。
また、上記実施形態では、クランク軸を3本有する減速装置が示されていたが、本発明における減速装置のクランク軸の本数は、特に3本に限定されない。すなわち、2本でも4本以上でもよい。
また、歯車装着部の断面形状は、本実施形態のように、正六角形に限定されず、角部の数が6以外の多角形でもよいし、正多角形でなくてもよい。また、角部が円弧形状とされてもよい。さらには、多角形にも限定されず、歯車装着部と偏心部を軸心周りの支持状態を変えずに加工できる形状であればよい。例えば、Dカットやスプラインであってもよい。スプラインのように偏心部と同一の工具で加工するのが困難な場合には、軸心周りの支持状態は変えずに異なる工具で加工すればよい。
さらには、本発明に係る偏心揺動型の減速装置の製造方法は、歯車を装着するための歯車装着部と遊星歯車を揺動させるための偏心部とを備えたクランク軸を内歯歯車の軸心上に1本のみ有し、モータからの動力が、前記歯車装着部に装着された歯車を介して、当該クランク軸に入力されるタイプの偏心揺動型の減速装置(n=1の減速装置)の製造方法としても適用可能である。
10…減速装置
12…内歯歯車
14、16…第1、第2外歯歯車
18…クランク軸
18A…端部
20、22…第1、第2偏心部
24…歯車装着部
26…継軸(入力軸)
30…振り分け歯車

Claims (10)

  1. 歯車を装着するための歯車装着部と遊星歯車を揺動させるための偏心部とを備えたクランク軸を有する偏心揺動型の減速装置の製造方法であって、
    前記クランク軸を軸心周りに回転可能に支持し、該クランク軸を軸心周りで回転させた状態で、
    該クランク軸の前記歯車装着部と前記偏心部とを、前記軸心周りの支持状態を変えずに加工する
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速装置の製造方法。
  2. 請求項1において、
    前記歯車装着部と前記偏心部とを、同一の工具で加工する
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速装置の製造方法。
  3. 請求項1または2において、
    前記歯車装着部は、前記クランク軸の軸方向に直交する断面の形状が多角形に加工される
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速装置の製造方法。
  4. 請求項1〜3のいずれかにおいて、
    前記歯車装着部および前記偏心部に加え、前記クランク軸を支持する軸受を配置する軸受配置部を、前記軸心周りの支持状態を変えずに加工する
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速装置の製造方法。
  5. 請求項1〜4のいずれかにおいて、
    前記クランク軸に、回し金を固定するための捨てボスを設け、該捨てボスに前記回し金を固定して、前記クランク軸を加工する
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速装置の製造方法。
  6. 請求項5において、
    前記捨てボスを、前記歯車装着部、前記偏心部、および前記軸受配置部を加工した後に切断する
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速装置の製造方法。
  7. 請求項5または6において、
    前記捨てボスに、前記歯車装着部と前記偏心部の位相を管理するためのマークが付けられる
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速装置の製造方法。
  8. 請求項1〜7のいずれかにおいて、
    前記歯車装着部と前記偏心部の加工として、研削加工を行う
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速装置の製造方法。
  9. 請求項1〜8のいずれかにおいて、
    前記クランク軸の端面に係合し、該クランク軸の軸心周りに回転する回転支持工具により前記クランク軸を回転させる
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速装置の製造方法。
  10. 請求項9において、
    前記クランク軸の端面に、前記歯車装着部と前記偏心部の位相を管理するためのマークが付けられる
    ことを特徴とする偏心揺動型の減速装置の製造方法。
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