JP2019167966A - 直交軸減速機及び直交軸減速機を用いたロボット - Google Patents

Abstract

【課題】筒状部材の内径を大きくすることができる直交軸減速機及び直交軸減速機を用いたロボットを得る。【解決手段】中空の入力軸１４ａ有する第１減速部１と、入力軸１４ａに固定されるベベルギア４１、及びベベルギア４１と噛み合い入力軸１４ａの軸線Ｏ１と直交する軸線Ｏ３を中心に回転するベベルピニオン４２からなる第２減速部２と、第２減速部２を内蔵する筐体３と、筐体３に固定され、入力軸１４ａ及びベベルギア４１を同軸で貫通する筒状部材４と、を有する直交軸減速機１００において、筒状部材４は、第１減速部１またはベベルギア４１を軸支せず、筐体３に片持ち状態で固定される。【選択図】 図１

Description

本発明は、筒状部材の中空部の内径を大きくすることができる直交軸減速機及び直交軸減速機を用いたロボットに関するものである。

従来、特許文献１には、減速機の中央を貫通して配置される筒状部材により、伝達部材（ベベルギア）を内周側から軸受を介して支持した直交軸型の動力伝達装置が開示されている。この装置によれば、ベベルギアが筒状部材によって内周側から支持されるため、入力軸の軸ぶれを低減させることができる。

特開２０１３−１９９９８１号公報

しかしながら、特許文献１の構成によれば、筒状部材が軸受を介してベベルギアを支持するため、筒状部材には、ある程度の強度が必要であり、筒状部材の肉厚も確保しなければならない。このため、筒状部材の中空部の内径が小さくなってしまうという問題があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、筒状部材の肉厚を薄くすることで中空部の内径を大きくできる直交軸減速機及び直交軸減速機を用いたロボットを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１記載の直交軸減速機は、中空の入力軸を有する第１減速部と、前記入力軸に固定される第１ギア、及び前記第１ギアと噛み合い前記入力軸の軸線と直交する第２ギアからなる第２減速部と、前記第２減速部を内蔵する筐体と、前記筐体に固定され、前記入力軸及び前記第１ギアを同軸で貫通する筒状部材と、を備える直交軸減速機であって、前記筒状部材は、前記第１減速部または前記第１ギアを軸支せず、前記筐体に片持ちで固定されることを特徴とするものである。

また、請求項２記載の直交軸減速機は、請求項１に記載の直交軸減速機であって、更に、前記筒状部材は、前記筐体に固定されるフランジ部及びインロー部からなる固定部を有し、前記入力軸の軸線と直交する方向における前記フランジ部の長さよりも、前記入力軸の軸線と平行な方向における前記インロー部の長さのほうが長いことを特徴とするものである。

また、請求項３記載の直交軸減速機は、請求項２に記載の直交軸減速機であって、更に、前記筒状部材の前記インロー部は、Ｏリングを配置するための溝を備えることを特徴とするものである。

また、請求項４記載の直交軸減速機は、請求項２または３に記載の直交軸減速機であって、更に、前記筒状部材は、前記固定部に向かって外径が拡径することを特徴とするものである。

また、請求項５記載の直交軸減速機は、請求項２から４のいずれか１項に記載の直交軸減速機であって、更に、前記筒状部材は、前記固定部に向かって内径が拡径することを特徴とするものである。

また、請求項６記載の直交軸減速機は、請求項１から５のいずれか１項に記載の直交軸減速機であって、更に、前記筒状部材は、前記入力軸の軸線と直交する方向から見て、前記入力軸と重なる範囲には段差が設けられない円筒状であることを特徴とするものである。

また、請求項７記載のロボットは、間接部を有するロボットにおいて、前記間接部に前記請求項１から６のいずれか１項に記載の直交軸減速機を用いたロボットであることを特徴とするものである。

請求項１記載の直交軸減速機によれば、筒状部材が第１減速部または第１ギアを軸支しないため、筒状部材の肉厚を薄くできる。このため、筒状部材の中空部の内径を大きくすることができる。また、筒状部材と第１減速部または第１ギアとの間に軸受が無いため、直交軸減速機の軸方向の大きさを小さくすることができる。

また、請求項２記載の直交軸減速機によれば、インロー部を長くすることにより筒状部材の固定部の肉厚が厚くなり強度がアップする。また、筒状部材を精度よく筐体に固定することができる。このため、筒状部材における入力軸及び第１ギアを貫通する部分の肉厚を薄くすることができ、筒状部材の中空部の内径を大きくすることができる。

また、請求項３記載の直交軸減速機によれば、Ｏリングをインロー部に配置することにより、フランジ部にはＯリングが不要となるため、フランジ部の大きさを小さくすることができる。このため、直交軸減速機のサイズを小さくすることができる。

また、請求項４記載の直交軸減速機によれば、筒状部材は固定部に向かって外径が拡径するため、筒状部材の固定部の強度がアップする。また、直交軸減速機の内部の余分な空間を狭くすることができるので、内部に封入された潤滑剤が第１ギアの歯面などの噛み合い部に導かれやすくなり、潤滑性能がアップする。

また、請求項５記載の直交軸減速機によれば、筒状部材は固定部に向かって内径が拡径するため、固定部付近の内径が大きくなる。このため、筒状部材の中空部にケーブル等を通す作業が容易になる。

また、請求項６記載の直交軸減速機によれば、筒状部材は、入力軸の軸線と直交する方向から見て入力軸と重なる範囲には段差が設けられない円筒状であるため、筒状部材の肉厚を薄くすることができる。このため、筒状部材の中空部の内径を大きくすることができる。

また、請求項７記載のロボットによれば、間接部に前記直交軸減速機を用いるので前述した何れの効果も有する。

第１実施形態の直交軸減速機の中央縦断面図である。 第２実施形態の直交軸減速機の中央縦断面図である。 直交軸減速機を用いたロボットの斜視図である。 直交軸減速機を用いたロボットの部分断面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の直交軸減速機の第１実施形態である直交軸減速機１００の中央縦断面図である。

直交軸減速機１００は、第１減速部１と、第２減速部２と、筐体３と、筒状部材４とからなる。第１減速部１は筐体３に連結され、第２減速部２は筐体３に内蔵されている。筒状部材４は、一端が筐体３に固定され、他端が第１減速部１の中心を同軸で貫通して配置される。

第１減速部１は、外歯歯車１０が内歯歯車１１と噛み合いながら偏心回転する偏心搖動型の減速部である。第１減速部１は、ケーシング１２とキャリア１３と外歯歯車１０と入力軸１４ａとを備えている。ケーシング１２は、内周面に内歯歯車１１を一体に設けた円筒状の中ケース１５と、中ケース１５における軸方向の一方の端面（出力側、図１の左側）に配置される円筒状の外ケース１６とから成り、中ケース１５と外ケース１６とは、中ケース１５及び外ケース１６に螺合される複数のボルト１７，１７・・により、中ケース１５における軸方向の他方（入力側、図１の右側）から、筐体３と一体に結合されている。外ケース１６はクロスローラベアリング１８の外輪を兼ねている。

キャリア１３は、第１キャリア部材１３ａと第２キャリア部材１３ｂとで構成されている。第１キャリア部材１３ａは、外ケース１６の内側にクロスローラベアリング１８を介して回転可能に軸支されている。第１キャリア部材１３ａはクロスローラベアリング１８の内輪を兼ねている。第１キャリア部材１３ａにおける軸方向の一方の端面には、相手側装置へ動力を伝達する出力部１９が形成されている。出力部１９には図示しない複数のボルト孔が形成され、該ボルト孔を利用して、相手側装置と連結される。また、出力部１９の内側には、相手側装置との軸心合わせに使用するための円形のインロー部２０が形成される。

ケーシング１２の内側には、２個のボールベアリング２１，２１を介して、中空筒状の入力軸１４ａが、内歯歯車４の軸線と同軸で、第１キャリア部材１３ａ及び第２キャリア部材１３ｂに回転可能に軸支されている。入力軸１４ａにおいて、ボールベアリング２１，２１の間には、外径及び偏心量δ１が互いに等しく、偏心方向が互いに１８０度異なる位相となる一対の偏心部２２，２２が隣接して形成されている。各偏心部２２，２２には、全周に亘って配設される横断面円形状の複数のころ２３，２３・・からなるニードルベアリング２４が設けられて、ニードルベアリング２４を介して、外歯歯車１０，１０がそれぞれ回転可能に外装されている。入力軸１４ａにおける軸方向の入力側の端面には、複数のボルト孔が形成されている。入力軸１４ａにおける軸方向の出力側の端面位置は、出力側のボールベアリング２１における出力側の端面位置と、略同一の位置になっている。

第１キャリア部材１３ａにおける軸方向の他方には、形状が同じ２枚の外歯歯車１０，１０が配置され、第１キャリア部材１３ａと第２キャリア部材１３ｂとで２枚の外歯歯車１０，１０を挟むようになっている。外歯歯車１０，１０は、内歯歯車１１の歯数よりも僅かに少ない歯数を有して内歯歯車１１に偏心位置で内接している。外歯歯車１０，１０には、入力軸１４ａの軸線Ｏ１から偏心量δ１だけオフセットした軸線Ｏ２を中心とした同心円上に、複数の円形のピン孔２５が、周方向に等間隔で形成されて、このピン孔２５に、入力軸１４ａの軸線Ｏ１を中心とした同心円上で当該軸線と平行に架設されるピン２６がそれぞれ遊挿されている。このピン２６の両端は、第１キャリア部材１３ａ及び第２キャリア部材１３ｂに設けられた孔に圧入され、ピン２６によって第１キャリア部材１３ａ及び第２キャリア部材１３ｂは一体に回転可能となっている。ピン２６の外周における外歯歯車１０の遊挿部分には、筒状のメタル２７が一体に外装されている。

外ケース１６と第１キャリア部材１３ａとの間でクロスローラベアリング１８の外側には、オイルシール２８が配置されている。また、第１キャリア部材１３ａと筒状部材４との間でボールベアリング２１の外側には、オイルシール２９ａが配置されている。第１キャリア部材１３ａにおけるオイルシール２９ａが配置される部分は、インロー部２０と同径に形成されている。オイルシール２８及びオイルシール２９ａにより、直交軸減速機１００の内部空間が封止されている。

第２減速部２は、直交軸型の減速部であり、第１ギアであるベベルギア４１と、ベベルギア４１に噛み合い入力軸１４ａの軸線Ｏ１と直交する軸線Ｏ３を中心に回転する第２ギアであるベベルピニオン４２とを備え、筐体３に内蔵されている。ベベルギア４１は、第１減速部１の入力軸１４ａの入力側の端部に連結されている。ベベルギア４１は、複数のボルト４３，４３・・によって入力軸１４ａの端部に設けられたボルト孔に固定され、入力軸１４ａの軸線Ｏ１を中心として入力軸１４ａと一体に回転可能となっている。ベベルピニオン４２は、ベベルギア４１と噛み合う歯と反対側には、図示しないモータと連結可能な連結部４４を備え、ボールベアリング４５を介して筐体３の内側に回転自在に軸支されている。

筒状部材４は、例えばアルミ合金などで成型される円筒状の部材であり、筐体３に固定される固定部５１と、第１減速部１及びベベルギア４１を同軸で貫通する本体部５２と、固定部５１と本体部５２との間をつなぐ中間部５３ａとからなる。筒状部材４は、固定部５１側のみが筐体３に固定され、本体部５２側はオイルシール２９ａのリップが当接するのみであり軸支はされていない。つまり、いわゆる片持ち状態で筐体３に固定されている。

筒状部材４の固定部５１は、円形のフランジ部５４とインロー部５５とからなり、インロー部５５が、筐体３に設けられた開口部の内周に嵌合し、フランジ部５４は複数のボルト５６，５６・・によって筐体３に固定されている。なお、筒状部材４の固定部５１において、インロー部５５の軸方向長さＤ５は、フランジ部５４の軸方向に垂直な面の長さＤ６よりも長くなっている。また、インロー部５５には全周に亘って溝５７が設けられ、溝５７にはＯリング５８が配置されている。Ｏリング５８によって、筐体３の開口部と筒状部材４のインロー部５５との間が封止されている。

筒状部材４の固定部５１と反対側には本体部５２が形成される。本体部５２の先端部５９は、第１キャリア部材１３ａの内側に達し、先端部５９の外周にはオイルシール２９ａのリップが当接する。筒状部材４の本体部５２には、入力軸１４ａまたはベベルギア４１を軸支するベアリング等が設けられず、入力軸１４ａの内周面から僅かな隙間Ａを隔てて配置されている。筒状部材４の中間部５３ａには、本体部５２の内径Ｄ１よりも大きな内径Ｄ３が形成されている。また、筒状部材４の本体部５２のうち、入力軸１４ａの軸線Ｏ１と直交する方向から見て入力軸１４ａ及びベベルギア４１と重なる範囲Ｂには、内径Ｄ１及び外径Ｄ２に段差や溝等の形状が設けられない円筒状となっている。

筒状部材４の先端部５９は、入力軸１４ａの軸線Ｏ１方向において、第１キャリア部材１３ａの出力部１９の端面よりも突出しない。

以上のように構成された直交軸減速機１００において、図示しないモータによってベベルピニオン４２が回転すると、ベベルピニオン４２に噛み合うベベルギア４１が回転し、ベベルギア４１に連結した入力軸１４ａが回転する。入力軸１４ａが回転することで、偏心部２２，２２がそれぞれ対称的に偏心運動し、各外歯歯車１０，１０を内歯歯車１１に内接した状態で偏心及び自転運動する。このため、各ピン孔２５も偏心及び自転運動するが、各ピン孔２５はメタル２７を含むピン２６よりも大径に形成されているので、各ピン２６はピン孔２５に内接した状態で相対的に偏心運動して偏心成分を吸収し、各ピン２６からは自転成分のみが取り出される。よって、ピン２６を介して第１キャリア部材１３ａ及び第２キャリア部材１３ｂが同期回転し、出力部１９から相手側装置に回転が伝達される。このとき、筐体３内に充填されたグリスは、オイルシール２８及びオイルシール２９ａによって封止される。

このように、上記形態の直交軸減速機１００によれば、筒状部材４が入力軸１４ａまたはベベルギア４１を軸支しないため、筒状部材４には入力軸１４ａまたはベベルギア４１から発生するラジアル荷重がかからない。このため、筒状部材４の本体部５２の肉厚を薄くすることができ、本体部５２の内径Ｄ１を大きくすることができる。また、筒状部材４と、入力軸１４ａまたはベベルギア４１との間にベアリング等が無いため、直交軸減速機１００の軸方向の大きさを小さくすることができる。

ここで、入力軸１４ａを支持するベアリング２１，２１には、第２減速部２のベベルギア４１及びベベルピニオン４２により入力軸の軸線Ｏ１に垂直方向の荷重（ラジアル荷重）が掛かるが、ベアリング２１，２１とベベルギア４１との距離を短くすることで、当該ラジアル荷重を低減させることができる。上記形態では、筒状部材４が入力軸１４ａまたはベベルギア４１を軸支しないため、ベアリング２１，２１とベベルギア４１との距離を短くすることができる。

また、インロー部５５の長さＤ５がフランジ部５４の長さＤ６よりも長くなっているため、筒状部材４の固定部５１の肉厚を厚くすることができる。このため、筒状部材４の本体部５２の肉厚を薄くしても、筒状部材４の強度を保つことができ、筐体３に対して精度よく固定することができる。このため、筒状部材４の本体部５２の内径Ｄ１を大きくすることができる。

また、インロー部５５の長さＤ５が長いため、インロー部５５に溝５７を形成することができる。このため、溝をフランジ部５４に形成した場合と比較して、フランジ部５４の外径を小さくすることができる。このため、フランジ部５４と結合される筐体３の大きさも小さくすることができ、直交軸減速機１００のサイズを小さくすることができる。

また、筒状部材４の本体部５２から固定部５１に向かって内径が拡径することで、中空部の端部を大きくすることができ、例えば中空部にケーブルを通す等の作業が容易となる。なお、本実施形態では固定部５１の内周（内径Ｄ３）は入力軸１４ａの軸線Ｏ１と同軸の筒状の面となっているが、内径は固定部に向けて徐々に傾斜したり、曲線的に大きくなっていてもよい。

また、筒状部材４の本体部５２の内周（内径Ｄ１）及び外周（外径Ｄ２）は、入力軸１４ａの軸線Ｏ１と直交する方向から見て入力軸１４ａと重なる部分には段差等が設けられない円筒形状であるため、本体部５２の肉厚をより薄くすることができる。このため、筒状部材４の本体部５２の内径Ｄ１を大きくすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図２を参照して説明する。第２実施形態では、筒状部材４の中間部５３ｂの形状が第１実施形態とは異なる。尚、筒状部材４の中間部５３ｂの形状を除く直交軸減速機１００の構成と、動作とについては、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

筒状部材４の中間部５３ｂの内径Ｄ３は、本体部５２の内径Ｄ１よりも大きくなっている。また、筒状部材４は、本体部５２から固定部５１に向けて、外径が大きくなる。中間部５３ｂの外径Ｄ４は、本体部５２の外径Ｄ２よりも大きくなっている。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得る。また、筒状部材４の中間部５３ｂの外径が大きくなっていることで、筒状部材４の中間部５３ｂの強度がより強くなる。また、外径が大きくなることで、筐体３の内部の余分な空間を狭くすることができるこのため、筐体３の内部に封入された潤滑剤がベベルギア４１やベベルピニオン４２の歯面などの噛み合い部に導かれやすくなり、潤滑性能が高くなる。

本発明の直交軸減速機を用いたロボット２００について図３、図４を用いて説明する。

ロボット２００は、固定台２０１、第１アーム２０３、第２アーム２０４、及びハンド部２０５を備えている。第１アーム２０３は固定台２０１の上端に固定された直交軸減速機２０２と接続している。第２アーム２０４は第１アーム２０３の上端に収納した直交軸減速機（図示省略）と接続している。ハンド部２０５はワークを把持する把持部（図示省略）を回転可能に支持し、把持部は第２アーム２０４の下端に収納した直交軸減速機（図示省略）と接続している。

固定台２０１は略四角柱状の鉄等の材料で形成され且つ内部に電源コードＡ、第１アームを回転するモータ２２１等を収納している。固定台２０１の上端は電源コードＡを直交軸減速機２０２側に配線する第１開口２０１ａと、第１開口２０１ａ付近に設け且つモータ２２１の上部を直交軸減速機２０２側に臨ませる第２開口２０１ｂを有する。

直交軸減速機２０２は筐体３Ａ下端を固定台２０１の上端に固定している。筐体３Ａ下端は第１開口２０１ａと連通する第１筐体側開口２０２ａと、第２開口２０１ｂと連通する第２筐体側開口２０２ｂを有する。筐体３Ａ右側部は第１筐体側開口２０２ａから配線される電源コードＡ等を収納する空洞部となっている。空洞部を形成する筐体３Ａ左端部分の上壁と下壁に筒状部材４Ａの端部を固定している。第２筐体側開口２０２ｂにモータ２２１の回転軸を配置し、モータ２２１の回転軸は、直交軸減速機２０２のベベルピニオン４２Ａと接続している。直交軸減速機２０２の出力部１９Ａは第１アーム２０３の右側下端の側壁に接続している。従って、モータ２２１が回転すると、直交軸減速機２０２の出力部１９Ａが回転し、出力部１９Ａの回転に伴って第１アーム２０３が回転する。

第１アーム２０３は略四角柱状の鉄等の材料で形成し、内部に第２アーム２０４を駆動するモータ（図示省略）と直交軸減速機（図示省略）を収納している。第１アーム２０３に収納した直交軸減速機の出力部は第２アーム２０４の上端右壁に接続している。第１アーム２０３が収納したモータが回転すると、第１アーム２０３が収納した直交軸減速機の出力部が回転し、出力部の回転に伴って第２アーム２０４は回転する。

第２アーム２０４は略四角柱状の鉄等の材料で形成し、内部に把持部を駆動するモータ（図示省略）と直交軸減速機（図示省略）を収納している。第２アーム２０４に収納した直交軸減速機の出力部はハンド部２０５の把持部を回転可能に支持する。ハンド部２０５はワークを把持する把持部（図示省略）を開閉可能に支持している。第２アーム２０４が収納したモータが回転すると、第２アーム２０４が収納した直交軸減速機の出力部が回転し、出力部の回転に伴って把持部は回転する。

第２アーム２０４を回転するモータの電源コードＡは固定台２０１の第１開口部２０１ａ、第１筐体側開口２０２ａを経由して筒状部材４Ａの中空部を通過しモータに至る。把持部を回転するモータの電源コードＡは固定台２０１から筒状部材４Ａの中空部を通過した後、第１アーム２０３内に収納した直交軸減速機の筒状部材の中空部を通過してモータに至る。

ロボット２００は、直交軸減速機を用いたので、筒状部材４Ａの中空部を従来よりも大きくできるので、多数の電源コードを収納することができる。従って、本発明の直交軸減速機は図３に示した２つのアームだけではなく３つ以上のアームを備える多間接ロボットにも適用できる。

以上のように、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態に加えうる変更の例について説明する。

例えば、本実施形態では、筒状部材４の材料はアルミ合金等としたが、材料は樹脂等であってもよい。筒状部材４は入力軸１４ａまたは第１減速部１を軸支しないため、筒状部材４には原則として荷重がかからない。このため、アルミ合金よりも強度が低い樹脂等の材料であってもよい。

また、例えば、筒状部材４は、本体部５２から固定部５１に向けて、外径と内径とのどちらも拡径していてもよい。また、本体部５２から固定部５１に向けて、肉厚が厚くなるように大きくなっていてもよい。

また、例えば、本発明の第１ギアはハイポイドギアであってもよく、第２ギアはハイポイドピニオンであってもよい。

１００ 直交軸減速機
２００ ロボット
１ 第１減速部
２ 第２減速部
３ 筐体
４ 筒状部材
１０ 外歯歯車
１１ 内歯歯車
１３ キャリア
１４ａ 入力軸
１９ 出力部
２０ インロー部
２８，２９ａ オイルシール
４１ ベベルギア
４２ ベベルピニオン
５１ 固定部
５２ 本体部
５３ａ，５３ｂ 中間部
５４ フランジ部
５５ インロー部
５７ 溝
５９ 先端部
Ｏ１ 入力軸の軸線
Ｏ３ 第２軸線
Ａ 隙間
Ｂ 入力軸と重なる範囲
Ｄ１ 本体部の内径
Ｄ２ 本体部の外径
Ｄ３ 中間部の内径
Ｄ４ 中間部の外径
Ｄ５ インロー部の長さ
Ｄ６ フランジ部の長さ

Claims (7)

1. 中空の入力軸を有する第１減速部と、
   前記入力軸に固定される第１ギア、及び前記第１ギアと噛み合い前記入力軸の軸線と直交する第２ギアからなる第２減速部と、
   前記第２減速部を内蔵する筐体と、
   前記筐体に固定され、前記入力軸及び前記第１ギアを同軸で貫通する筒状部材と、
   を備える直交軸減速機であって、
   前記筒状部材は、前記第１減速部または前記第１ギアを軸支せず、前記筐体に片持ちで固定される
   ことを特徴とする直交軸減速機。
2. 前記筒状部材は、
   前記筐体に固定されるフランジ部及びインロー部からなる固定部を有し、
   前記入力軸の軸線と直交する方向における前記フランジ部の長さよりも、前記入力軸の軸線と平行な方向における前記インロー部の長さのほうが長い
   ことを特徴とする請求項１に記載の直交軸減速機。
3. 前記筒状部材の前記インロー部は、Ｏリングを配置するための溝を備えることを特徴とする請求項２に記載の直交軸減速機。
4. 前記筒状部材は、前記固定部に向かって外径が拡径することを特徴とする請求項２または３に記載の直交軸減速機。
5. 前記筒状部材は、前記固定部に向かって内径が拡径することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の直交軸減速機。
6. 前記筒状部材は、前記入力軸の軸線と直交する方向から見て、前記入力軸と重なる範囲には段差が設けられない円筒状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の直交軸減速機。
7. 間接部を有するロボットにおいて、前記間接部に前記請求項１から６のいずれか１項に記載の直交軸減速機を用いたロボット。