JP2023004083A - 減速機、及び、回転装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】入力歯車と複数の伝達歯車との噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることにより、低い騒音レベルを達成することができる。【解決手段】外筒11の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部12と、駆動源に設けられる入力軸3と、キャリア部12に回転可能に支持され、入力軸3に接続され、出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸13と、クランク軸13の偏心部とともに揺動回転する揺動歯車14、16と、揺動歯車14、16の揺動回転とともに回転し、複数のクランク軸13のそれぞれと同軸に設けられる複数のスパーギア20と、入力軸3に設けられ、複数のスパーギア20に噛み合い、複数のスパーギア20を同期回転させるインプットギア30と、を備え、インプットギア30とスパーギア20とが噛み合う歯数が6~8歯である減速機を提供する。【選択図】図3

Description

本発明は、減速機、及び、回転装置に関する。
例えば産業用ロボットや工作機械等では、回動可能に連結される一対のアームの連結部分(関節部分)には、アームを駆動させるためのモーターユニットが設けられる。モーターユニットは、モーターと、モーターに連結された減速機と、を備え、モーターの回転により発生するモータートルクが減速機で減速されてアームに出力される。
このような産業用ロボット等では、作業者と協働作業を行えるロボットに使用される減速機の開発が進められている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、複数のスパーギア(伝達歯車)を有し、インプットギア(入力歯車)が複数のスパーギアそれぞれに噛み合い、これらのスパーギアを同期回転させる減速機について記載されている。
特開2019-72842号公報
上記のような産業用ロボットでは、作業者に近い場所に設置されることから、作業者が気にならない程度まで動作音を小さくすることが求められている。一方で、産業用ロボットに使用されるような精密減速機の場合には、インプットギアが他の部位よりも高い速度で回転することにより、インプットギア(入力歯車)と複数のスパーギア(伝達歯車)との噛み合い部分で大きな騒音を生じやすいため、この噛み合い部分の低騒音化が求められていた。
本発明は、入力歯車と複数の伝達歯車との噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることにより、低い騒音レベルを達成することができる減速機、及び、回転装置を提供する。
本発明の一態様に係る減速機は、回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒と、前記外筒の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部と、駆動源に設けられる入力軸と、前記キャリア部に回転可能に支持され、前記入力軸に接続され、前記出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸と、前記クランク軸の前記偏心部とともに揺動回転する揺動歯車と、前記揺動歯車の揺動回転とともに回転し、前記複数のクランク軸のそれぞれと同軸に設けられる複数の伝達歯車と、前記入力軸に設けられ、前記複数の伝達歯車に噛み合い、前記複数の伝達歯車を同期回転させる入力歯車と、を備え、前記入力歯車と前記伝達歯車とが噛み合う歯数が6~8歯である。
このように構成することで、入力歯車と伝達歯車とが噛み合う歯数が6~8歯となることから、入力歯車と複数の伝達歯車との噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることができる。これにより、複数の伝達歯車を設けた高歯を適用することが可能となり、低い騒音レベルを達成した減速機を実現することができる。例えば、産業用ロボット等への精密減速機の適用が有効となる。
本発明の他の態様に係る減速機は、回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒と、前記外筒の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部と、駆動源に設けられる入力軸と、前記キャリア部に回転可能に支持され、前記入力軸に接続され、前記出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸と、前記クランク軸の前記偏心部とともに揺動回転する揺動歯車と、前記揺動歯車の揺動回転とともに回転し、前記複数のクランク軸のそれぞれと同軸に設けられる複数の伝達歯車と、前記入力軸に設けられ、前記複数の伝達歯車に噛み合い、前記複数の伝達歯車を同期回転させる入力歯車と、を備え、前記入力歯車と前記伝達歯車との歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下である。
このように構成することで、入力歯車と伝達歯車との歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下に設定され、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下に設定されることから、入力歯車と複数の伝達歯車との噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることができる。これにより、複数の伝達歯車を設けた高歯を適用することが可能となり、低い騒音レベルを達成した減速機を実現することができる。例えば、産業用ロボット等への精密減速機の適用が有効となる。
前記入力歯車及び前記伝達歯車おける圧力角が14.5°以上20.0°以下、歯厚が3mm以上30mm以下、かつモジュール(ピッチ円直径/歯数)が0.8以上3.0以下であることが望ましい。
本発明の他の態様に係る減速機は、回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒と、前記外筒の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部と、駆動源に設けられる入力軸と、前記キャリア部に回転可能に支持され、前記入力軸に接続され、前記出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸と、前記クランク軸の前記偏心部とともに揺動回転する揺動歯車と、前記揺動歯車の揺動回転とともに回転し、前記複数のクランク軸のそれぞれと同軸に設けられる複数の伝達歯車と、前記入力軸に設けられ、前記複数の伝達歯車に噛み合い、前記複数の伝達歯車を同期回転させる入力歯車と、を備え、前記入力歯車と前記伝達歯車とが噛み合う歯数が6~8歯であり、前記入力歯車及び前記伝達歯車おける圧力角が14.5°以上20.0°以下、歯厚が3mm以上30mm以下、かつモジュール(ピッチ円直径/歯数)が0.8以上3.0以下である。
このように構成することで、入力歯車と伝達歯車とが噛み合う歯数が6~8歯となることから、入力歯車と複数の伝達歯車との噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることができる。これにより、複数の伝達歯車を設けた高歯を適用することが可能となり、低い騒音レベルを達成した減速機を実現することができる。例えば、産業用ロボット等への精密減速機の適用が有効となる。
さらに、本発明では、入力歯車及び伝達歯車おける圧力角が14.5°以上20.0°以下に設定され、歯厚が3mm以上30mm以下に設定され、かつモジュール(ピッチ円直径/歯数)が0.8以上3.0以下に設定されるので、入力歯車と複数の伝達歯車との噛み合い部分から発生する騒音をより小さく抑えることができる。
本発明の他の態様に係る減速機は、回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒と、前記外筒の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部と、駆動源に設けられる入力軸と、前記キャリア部に回転可能に支持され、前記入力軸に接続され、前記出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸と、前記クランク軸の前記偏心部とともに揺動回転する揺動歯車と、前記揺動歯車の揺動回転とともに回転し、前記複数のクランク軸のそれぞれと同軸に設けられる複数の伝達歯車と、前記入力軸に設けられ、前記複数の伝達歯車に噛み合い、前記複数の伝達歯車を同期回転させる入力歯車と、を備え、前記入力歯車と前記伝達歯車との歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下であり、前記入力歯車及び前記伝達歯車おける圧力角が14.5°以上20.0°以下、歯厚が3mm以上30mm以下、かつモジュール(ピッチ円直径/歯数)が0.8以上3.0以下である。
このように構成することで、入力歯車と伝達歯車との歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下に設定され、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下に設定されることから、入力歯車と複数の伝達歯車との噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることができる。これにより、複数の伝達歯車を設けた高歯を適用することが可能となり、低い騒音レベルを達成した減速機を実現することができる。産業用ロボット等への精密減速機の適用が有効となる。
さらに、本発明では、入力歯車及び伝達歯車おける圧力角が14.5°以上20.0°以下に設定され、歯厚が3mm以上30mm以下に設定され、かつモジュール(ピッチ円直径/歯数)が0.8以上3.0以下に設定されるので、入力歯車と複数の伝達歯車との噛み合い部分から発生する騒音をより小さく抑えることができる。
本発明の一態様に係る回転装置は、装置本体と、作業ヘッドを備えた回転体と、前記装置本体に設けられ前記回転体を駆動力により回動させるモーターと、前記モーターの回転を減速する減速機と、を備え、前記減速機は、回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒と、前記外筒の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部と、駆動源に設けられる入力軸と、前記キャリア部に回転可能に支持され、前記入力軸に接続され、前記出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸と、前記クランク軸の前記偏心部とともに揺動回転する揺動歯車と、前記揺動歯車の揺動回転とともに回転し、前記複数のクランク軸のそれぞれと同軸に設けられる複数の伝達歯車と、前記入力軸に設けられ、前記複数の伝達歯車に噛み合い、前記複数の伝達歯車を同期回転させる入力歯車と、を備え、前記入力歯車と前記伝達歯車とが噛み合う歯数が6~8歯である。
このように構成することで、入力歯車と伝達歯車とが噛み合う歯数が6~8歯となることから、入力歯車と複数の伝達歯車との噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることができる。そのため、装置本体と、作業ヘッドを備えた回転体と、装置本体に設けられ回転体を駆動力により回動させるモーターと、モーターの回転を減速する減速機と、を備えた産業用ロボット等の回転装置への精密減速機の適用が有効となる。
本発明の他の態様に係る回転装置は、装置本体と、作業ヘッドを備えた回転体と、前記装置本体に設けられ前記回転体を駆動力により回動させるモーターと、前記モーターの回転を減速する減速機と、を備え、前記減速機は、回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒と、前記外筒の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部と、駆動源に設けられる入力軸と、前記キャリア部に回転可能に支持され、前記入力軸に接続され、前記出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸と、前記クランク軸の前記偏心部とともに揺動回転する揺動歯車と、前記揺動歯車の揺動回転とともに回転し、前記複数のクランク軸のそれぞれと同軸に設けられる複数の伝達歯車と、前記入力軸に設けられ、前記複数の伝達歯車に噛み合い、前記複数の伝達歯車を同期回転させる入力歯車と、を備え、前記入力歯車と前記伝達歯車との歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下である。
このように構成することで、入力歯車と伝達歯車との歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下に設定され、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下に設定されることから、入力歯車と複数の伝達歯車との噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることができる。そのため、装置本体と、作業ヘッドを備えた回転体と、装置本体に設けられ回転体を駆動力により回動させるモーターと、モーターの回転を減速する減速機と、を備えた産業用ロボット等の回転装置への精密減速機の適用が有効となる。
上述の減速機、及び、回転装置は、入力歯車と複数の伝達歯車との噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることにより、低い騒音レベルを達成することができる。
実施形態の減速機を備えた産業用ロボットの側面図。 実施形態の減速機の概略的な正面図。 実施形態の減速機の図2に示すI-I線断面図である。 実施形態の減速機におけるインプットギアとスパーギアとの噛み合い部の要部拡大図。 実施例と比較例の音圧測定の結果を示す図。
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下で説明する各実施形態と変形例では、共通部分に同一符号を付し、重複する説明を一部省略するものとする。
図1は、駆動部に減速機付きモーターに設けられる減速機1を採用した産業用ロボット100の側面図である。
本実施形態の産業用ロボット100(回転装置)は、例えば精密機器等の部品を供給、搬出、搬送、及び組立等の作業に用いられる産業用ロボットである。産業用ロボット100は、基台110(装置本体)と、第1アーム120(回転体)と、第2アーム130(回転体)と、作業ヘッド140と、エンドエフェクタ150と、を備えている。
基台110には、軸線O1まわりに回動可能な第1アーム120が連結されている。第1アーム120には、軸線O1に平行な軸線まわりに回動可能な第2アーム130が連結されている。第2アーム130の先端部には、エンドエフェクタ150を連結させた作業ヘッド140が設けられている。基台110の内部には、サーボモーター等のモーター160と、モーター160の回転を減速する減速機1と、が設けられている。第1アーム120は、モーター160の駆動力によって回動される。減速機1の入力軸3(後述する)がモーター160の回転軸に連結され、減速機1の出力軸が第1アーム120に連結されている。モーター160の駆動力が減速機1を介して第1アーム120に伝達されると、第1アーム120が軸線O1まわりに水平面内で回動する。
図1に示すように、減速機1は、上述した産業用ロボット100で回動可能に連結される第1アーム120の連結部分(関節部分)に設けられる。減速機1は、動力源としてのモーター160から入力されるモータートルクを所定の減速比で減速して出力軸側に出力する。すなわち、減速機1は、第1部材である動力源とアーム等の機構部との間で所定の回転数比で回転数を変換して駆動力を伝達する。
ここで、実施形態の説明では、減速機1のモーター160の軸線O1(図1参照)に沿う方向を単に軸方向といい、軸方向から見て軸線O1に交差する方向を径方向といい、軸線O1回りに周回する方向を周方向という。軸方向に関して、対象物の内側に向く側を軸方向内側といい、その逆側を軸方向外側という。また、減速機1に駆動源が接続される側を入力側といい、減速機1の出力を受ける上述したアーム等の機構部が接続される側を出力側という。
図2は、減速機1を軸線O1方向で入力側から見た概略的な正面図である。図2に示すように、減速機1は、伝達歯車に相当する3つのスパーギア20(20A、20B、20C)と、入力歯車に相当するインプットギア30と、を備える。スパーギア20A、20B、20Cは、それぞれインボリュート歯車として形成される。同様に、インプットギア30も、インボリュート歯車として形成される。
図2には、インプットギア30の回転軸である軸線O1と、3つのスパーギア20A、20B、20Cのそれぞれの伝達軸C1、C2、C3と、を示している。伝達軸C1、C2、C3は、軸線O1を中心とする仮想円上に略等間隔に配置される。インプットギア30は、軸線O1周りに回転する。第1スパーギア20Aは、第1伝達軸C1周りに回転する。第2スパーギア20Bは、第2伝達軸C2周りに回転する。第3スパーギア20Cは、第3伝達軸C3周りに回転する。減速機1の入力側には、複数(例えば3つ)のスパーギア20とインプットギア30とが露出している。
インプットギア30は、スパーギア20A、20B、20Cに噛み合って駆動力を伝達する。インプットギア30の先端の外周面には、外歯30aが設けられている。この外歯30aが各スパーギア20A、20B、20Cの外歯20aに噛み合っている。インプットギア30が、軸線O1周りに回転すると、スパーギア20A、20B、20Cは、同期回転する。
図3は、実施形態による減速機1の断面図(図1に示す軸線O1を含む平面に沿って切断した図)であり、図2に示すI-I線における断面図である。
本実施形態による減速機1は、インプットギア30を有する入力軸3を回転させることによってクランク軸13を回転させ、クランク軸13の偏心部13B、13Cに連動して揺動歯車14、16を揺動回転させることにより、入力回転から減速した出力回転を得るように構成されている。3つのクランク軸13の中心軸は、それぞれ伝達軸C1、C2、C3に一致している。つまり、3つのクランク軸13の回転は、外筒11及びキャリア部12によって囲まれた内部空間に配置される第1揺動歯車14及び第2揺動歯車16に伝達される。
図2及び図3に示すように、減速機1は、外筒11と、産業用ロボット100に固定されるキャリア部12と、上記の入力軸3と、キャリア部12に回転可能に支持される複数(例えば3つ)のクランク軸13と、第1揺動歯車14と、第2揺動歯車16と、上述した複数(例えば3つ)のスパーギア20(20A、20B、20C)と、を備えている。3つのスパーギア20A、20B、20Cは、3つのクランク軸13にそれぞれ組み込まれる。第1揺動歯車14及び第2揺動歯車16は、クランク軸13の周囲に配置されている。
外筒11は、減速機1の外面を構成するものであり、円筒形状を有している。外筒11の内周面には、多数のピン溝11bが形成されている。各ピン溝11bは、外筒11の軸方向に延びるように配置され、軸方向に直交する断面で半円形の断面形状を有している。これらのピン溝11bは、外筒11の内周面に周方向に等間隔で並んでいる。外筒11は、キャリア部12と協働して、クランク軸13、第1揺動歯車14及び第2揺動歯車16が収容される円柱状の内部空間を形成する。
外筒11は、多数の内歯ピン4を有している。各内歯ピン4は、軸方向に延びる略円柱状の部材であり、ピン溝11bにそれぞれ取り付けられている。具体的に、各内歯ピン4は、対応するピン溝11bにそれぞれ嵌め込まれており、外筒11の軸方向に延びる姿勢で配置されている。これにより、多数の内歯ピン4は、外筒11の周方向に沿って等間隔で並んでいる。これらの内歯ピン4には、第1揺動歯車14の第1外歯14a及び第2揺動歯車16の第2外歯16aが噛み合う。
キャリア部12は、外筒11と同軸上に配置された状態でその外筒11内に収容されている。キャリア部12は、外筒11に対して同じ軸回りに相対回転する。具体的に、キャリア部12は、外筒11の径方向内側に配置されており、この状態で、軸方向に互いに離間して設けられた一対の主軸受17によって外筒11に対して相対回転可能に支持されている。
キャリア部12は、基板部12Aと複数(例えば3つ)のシャフト部12Cとを有する基部と、端板部12Bと、を備えている。
基板部12Aは、外筒11内で軸方向の一端部近傍に配置されている。この基板部12Aの径方向中央部には円形の貫通孔12aが設けられている。貫通孔12aの周囲には、複数(例えば3つ)のクランク軸取付孔(以下、単に取付孔12bという)が周方向に等間隔で設けられている。3つの取付孔12bは、それぞれの内部にクランク軸13が配置される。取付孔12bの軸方向に延びる孔中心線は、それぞれ伝達軸C1、C2、C3に一致する。
端板部12Bは、基板部12Aに対して軸方向に離間して設けられており、外筒11内で軸方向の他端部近傍に配置されている。端板部12Bの径方向中央部には貫通孔12cが設けられている。貫通孔12cの周囲には、複数(例えば3つ)のクランク軸取付孔(以下、単に取付孔12dという)が基板部12Aの複数の取付孔12bと対応する位置に設けられている。外筒11内には、端板部12B及び基板部12Aの互いに対向する双方の内面と、外筒11の内周面とで囲まれた閉空間が形成されている。
3つのシャフト部12Cは、基板部12Aと一体的に設けられており、基板部12Aの一主面(内側面)から端板部12B側へ直線的に延びている。この3つのシャフト部12Cは、周方向に等間隔で配設されている。各シャフト部12Cは、ボルト12eによって端板部12Bに締結されている。これにより、基板部12A、シャフト部12C及び端板部12Bが一体化されている。
入力軸3は、駆動モーター(図1に示すモーター160)の駆動力が入力される入力部として機能する。入力軸3は、その軸心が外筒11及びキャリア部12の軸心と一致するように配置されており、軸回りに回転する。入力軸3の先端部の外周面にはインプットギア30が設けられている。
3つのクランク軸13は、外筒11内で入力軸3の周囲に等間隔で配置されている。各クランク軸13は、一対のクランク軸受13a,13bによりキャリア部12に対して軸回りに回転可能に支持されている。具体的に、各クランク軸13の軸方向の一端から所定長さだけ軸方向内側の部分に第1クランク軸受13aが取り付けられており、この第1クランク軸受13aは、基板部12Aの取付孔12bに装着されている。一方、各クランク軸13の軸方向の他端部に第2クランク軸受13bが取り付けられており、この第2クランク軸受13bは、端板部12Bの取付孔12dに装着されている。これにより、クランク軸13は、基板部12A及び端板部12Bに回転可能に支持されている。
各クランク軸13は、軸本体13Aと、この軸本体13Aに一体的に形成された偏心部13B、13Cとを有する。第1偏心部13Bと第2偏心部13Cは、両クランク軸受13a、13bによって支持された部分の間に軸方向に並んで配置されている。第1偏心部13Bと第2偏心部13Cは、それぞれ円柱形状を有しており、いずれも軸本体13Aの軸心に対して偏心した状態で軸本体13Aから径方向外側に張り出している。第1偏心部13Bと第2偏心部13Cは、それぞれ軸心から所定の偏心量で偏心しており、互いに所定角度の位相差を有するように配置されている。
クランク軸13の一端部(図3で右側の端部)、すなわち、端板部12Bの取付孔12d内に取り付けられる部分の軸方向外側の部位には、スパーギア20(20A、20B、20C)が取り付けられる被嵌合部13cが設けられている。なお、実施形態の減速機1は、図2の例に限定されず、クランク軸13を軸方向に逆に配置し、被嵌合部13cを、基板部12Aの取付孔12bの軸方向外側に配置する、逆組と称される構成であってよい。
減速機1では、各クランク軸13に伝達されるトルクの差を小さくすることにより、各クランク軸13の耐久性を向上させることができる。また、減速機1では、各クランク軸13に伝わる衝撃を低減することにより、クランク部の表面(すなわち、クランク軸13からスパーギア20にトルクを伝える面)の表面剥離を抑えることができる。
第1揺動歯車14及び第2揺動歯車16は、共通の設計図面に基づいて形成されたトロコイド歯車やサイクロイド歯車であってもよい。第1揺動歯車14は、外筒11内の前記閉空間に配設されているとともに各クランク軸13の第1偏心部13Bに第1ころ軸受18aを介して取り付けられている。第1揺動歯車14は、各クランク軸13が回転して第1偏心部13Bが偏心回転すると、この偏心回転に連動して内歯ピン4に噛み合いながら揺動回転する。
第1揺動歯車14は、外筒11の内径よりも少し小さい大きさを有している。第1揺動歯車14は、第1外歯14aと、中央部貫通孔14bと、複数(例えば3つ)の第1偏心部挿通孔14cと、複数(例えば3つ)のシャフト部挿通孔14dとを有している。第1外歯14aは、第1揺動歯車14の周方向全体に亘って滑らかに連続する波形状を有している。
中央部貫通孔14bは、第1揺動歯車14の径方向中央部に設けられている。3つの第1偏心部挿通孔14cは、第1揺動歯車14で中央部貫通孔14bの周囲に周方向に等間隔で設けられている。各第1偏心部挿通孔14cには、各第1偏心部挿通孔14cの内壁側に第1ころ軸受18aを介して各クランク軸13の第1偏心部13Bがそれぞれ挿通されている。
3つのシャフト部挿通孔14dは、第1揺動歯車14で中央部貫通孔14bの周り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14dは、周方向で3つの第1偏心部挿通孔14c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14dには、対応するシャフト部12Cが遊びを持った状態で挿通されている。
第2揺動歯車16は、外筒11内の前記閉空間に配設されているとともに各クランク軸13の第2偏心部13Cに第2ころ軸受18bを介して取り付けられている。第1揺動歯車14と第2揺動歯車16は、第1偏心部13Bと第2偏心部13Cの配置に対応して軸方向に並んで設けられている。第2揺動歯車16は、各クランク軸13が回転して第2偏心部13Cが偏心回転すると、この偏心回転に連動して内歯ピン4に噛み合いながら揺動回転する。
第2揺動歯車16は、外筒11の内径よりも少し小さい大きさを有しており、第1揺動歯車14と同様の構成となっている。すなわち、第2揺動歯車16は、第2外歯16a、中央部貫通孔16b、複数(例えば3つ)の第2偏心部挿通孔16c及び複数(例えば3つ)のシャフト部挿通孔16dを有している。これらは、第1揺動歯車14の第1外歯14a、中央部貫通孔14b、複数の第1偏心部挿通孔14c及び複数のシャフト部挿通孔14dと同様の構造を有している。各第2偏心部挿通孔16cには、各第2偏心部挿通孔16cの内壁側に第2ころ軸受18bを介してクランク軸13の第2偏心部13Cが挿通されている。
スパーギア20A、20B、20Cは、それぞれに対応するクランク軸13にインプットギア30の回転を伝達するものである。各スパーギア20A、20B、20Cは、対応するクランク軸13の軸本体13Aにおける一端部に設けられた被嵌合部13cにそれぞれ嵌め合わされている。各スパーギア20A、20B、20Cは、クランク軸13の回転軸と同じ軸回りにこのクランク軸13と一体的に回転する。各スパーギア20A、20B、20Cは、インプットギア30と噛み合う外歯20aを有している。
外筒11及びキャリア部12のうち一方は、クランク軸13、第1揺動歯車14及び第2揺動歯車16に伝達された駆動力によって、軸線O1周りに回転される。外筒11及びキャリア部12のうち他方は、減速機1が取り付けられる産業用ロボット100の第1アーム120(図1参照)に固定される。
スパーギア20(20A、20B、20C)は、インボリュート歯車であるため、各スパーギア20A、20B、20Cとインプットギア30との噛み合い部分から生ずる騒音が、トロコイド歯車の第1揺動歯車14及び第2揺動歯車16と外筒11との噛み合い部分から生ずる騒音よりも大きくなりやすい。そこで、本実施形態では、スパーギア20の外歯20aと入力軸3のインプットギア30の外歯30aとが噛み合う歯数は、6~8歯に設定されている。この場合、第1揺動歯車14及び第2揺動歯車16と、外筒11との噛み合い部分から生ずる騒音は、非常に低いレベルに抑えられる。
図4は、スパーギア20の外歯20aがインプットギア30の外歯30aの噛み合い部分の拡大図である。次に、本実施形態で採用されるスパーギア20の外歯20a及び入力軸3のインプットギア30の外歯30aについて、図4を用いてさらに具体的に説明する。
ここで、以下の説明では、「歯形方向」との用語は、歯元から歯先へ延びる方向又は歯先から歯元へ延びる方向である。以下、本実施形態における、各スパーギア20A、20B、20Cの外歯20a及びインプットギア30の外歯30aの歯の形状や寸法について、以下説明する。なお、以下の数値は、スパーギア20の外歯20aとインプットギア30の外歯30aとに共通している。
本実施形態では、外歯20a及び外歯30aにおける歯末のたけ係数(h1)が1.2以上1.3以下、かつ歯元のたけ係数(h2)が1.25より大きく1.55以下に設定されている。すなわち、全歯たけh0は、歯末のたけ係数(h1)と歯元のたけ係数(h2)の合計(=h1+h2)であり、2.45より大きく2.75以下となる。歯末のたけ係数(h1)の下限値は、噛み合い率を2以上に大きくするために物理的に1.2以上としている。また、歯元のたけ係数(h2)の下限値は、噛み合い率を大きくして静音効果を高めるために1.25より大きくなるように設定されている。
本実施形態では、外歯20a及び外歯30aにおける圧力角αが14.5°以上20.0°以下、歯厚sが3mm以上30mm以下、かつモジュールm(ピッチ円直径d/歯数Z)が0.8以上3.0以下に設定されている。圧力角αの上限値は、一般的に使用される角度である20.0°に設定している。圧力角αの下限値は、噛み合い率を大きくするために14.5°以上に設定されている。圧力角αが14.5°より小さい場合には、トルクが大きな精密減速機では歯が折れたり破損する。歯厚sの数値範囲(3mm以上30mm以下)は、一般的に使用される精密減速機の範囲である。すなわち、歯厚sが3mm未満の場合には、噛み合い部のエッジロードが大きく発生し、有効なあたり幅を確保することができず、騒音が生じる。歯厚sが30mmより大きくなると、精密減速機の厚さ方向に伸びが生じてしまう。モジュールmの数値範囲(0.8以上3.0以下)は、一般的に使用される精密減速機の範囲である。すなわち、モジュールmが0.8未満の場合には、歯たけを伸ばしたとき、歯のトップランドが小さくなり過ぎて例えば熱処理で割れが発生する等、製造が困難になる。モジュールmが3.0より大きい場合には、歯数が少なくなるため、噛み合い率を2以上にすることができなくなる。
表1及び図5は、上述した数値範囲に設定されたスパーギア20A、20B、20Cの外歯20a及びインプットギア30の外歯30aを備えた実施例による減速機1と、上記数値範囲から外れた条件の比較例による減速機では、入力回転数(rpm)を変えたときの音圧(dBA)を測定した試験結果を示している。
Figure 2023004083000002
実施例におけるスパーギア20の外歯20a及びインプットギア30の外歯30aの設定条件は、モジュールmが1.25、歯厚sが14.5mm、歯末のたけ係数h1が1.3、歯元のたけ係数h2が1.55、圧力角αが20°に設定されたものである。比較例におけるスパーギア20の外歯20a及びインプットギア30の外歯30aの設定条件は、モジュールmが1.25、歯厚sが14.5mm、歯末のたけ係数h1が1、歯元のたけ係数h2が1.25、圧力角αが20°に設定されたものである。
実施例及び比較例で使用した減速機の回転条件としては、総速比が236.36、トルクによる減速機負荷が4900Nm、モーメントによる減速機負荷が11000Nmである。そして、試験では入力回転数を500rpmから3000rpmまで500rpmピッチ毎に変化させたときの音圧(dBA)を測定した。図5の「〇」は実施例、「△」は比較例をそれぞれ示している。
表1及び図5に示すように、すべての入力回転数で実施例が比較例に比べて3~6dBAの範囲で音圧が小さくなっている。したがって、実施例では、外歯20aの歯面と外歯30aの歯面との摺擦によって生ずる騒音のレベルを小さくできることが確認された。具体的には、歯末のたけ係数を1.3、歯元のたけ係数を1.55に設定することで騒音レベルを比較例に比べて低減できる。
以上のように、本実施形態の減速機1では、回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒11と、外筒11の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部12と、駆動源に設けられる入力軸3と、キャリア部12に回転可能に支持され、入力軸3に接続され、出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸13と、クランク軸13の偏心部とともに揺動回転する揺動歯車14、16と、揺動歯車14、16の揺動回転とともに回転し、複数のクランク軸13のそれぞれと同軸に設けられる複数(3つ)のスパーギア20A、20B、20Cと、入力軸3に設けられ、複数のスパーギア20A、20B、20Cに噛み合い、複数のスパーギア20A、20B、20Cを同期回転させるインプットギア30と、を備え、インプットギア30とスパーギア20A、20B、20Cとが噛み合う歯数が6~8歯である。
このため、インプットギア30とスパーギア20A、20B、20Cとが噛み合う歯数が6~8歯となることから、インプットギア30と複数のスパーギア20A、20B、20Cとの噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることができる。これにより、複数のスパーギア20A、20B、20Cを設けた高歯を適用することが可能となり、低い騒音レベルを達成した減速機1を実現することができる。上述したような産業用ロボット100等への精密減速機の適用が有効となる。
また、本実施形態では、回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒11と、外筒11の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部12と、駆動源に設けられる入力軸3と、キャリア部12に回転可能に支持され、入力軸3に接続され、出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸13と、クランク軸13の偏心部とともに揺動回転する揺動歯車14、16と、揺動歯車14、16の揺動回転とともに回転し、複数のクランク軸13のそれぞれと同軸に設けられる複数のスパーギア20と、入力軸3に設けられ、複数のスパーギア20A、20B、20Cに噛み合い、複数のスパーギア20A、20B、20Cを同期回転させるインプットギア30と、を備え、インプットギア30とスパーギア20A、20B、20Cとの歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下である。
この場合には、インプットギア30とスパーギア20A、20B、20Cとの歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下に設定され、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下に設定されることから、インプットギア30と複数のスパーギア20A、20B、20Cとの噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることができる。これにより、複数のスパーギア20A、20B、20Cを設けた高歯を適用することが可能となり、低い騒音レベルを達成した減速機1を実現することができる。上述したような産業用ロボット100等への精密減速機の適用が有効となる。
なお、本実施形態の減速機1では、インプットギア30及びスパーギア20A、20B、20Cおける圧力角が14.5°以上20.0°以下、歯厚が3mm以上30mm以下、かつモジュール(ピッチ円直径/歯数)が0.8以上3.0以下であることが好ましい。
この場合には、インプットギア30及びスパーギア20A、20B、20Cおける圧力角が14.5°以上20.0°以下に設定され、歯厚が3mm以上30mm以下に設定され、かつモジュール(ピッチ円直径/歯数)が0.8以上3.0以下に設定されるので、インプットギア30と複数のスパーギア20A、20B、20Cとの噛み合い部分から発生する騒音をより小さく抑えることができる。
さらに、本実施形態では、基台110と、作業ヘッド140を備えた第1アーム120、第2アーム130と、基台110に設けられ第1アーム120、第2アーム130を駆動力により回動させるモーター160と、モーター160の回転を減速する減速機1と、を備えている。減速機1は、回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒11と、外筒11の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部12と、駆動源に設けられる入力軸3と、キャリア部12に回転可能に支持され、入力軸3に接続され、出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸13と、クランク軸13の偏心部とともに揺動回転する揺動歯車14、16と、揺動歯車14、16の揺動回転とともに回転し、複数のクランク軸13のそれぞれと同軸に設けられる複数のスパーギア20A、20B、20Cと、入力軸3に設けられ、複数のスパーギア20A、20B、20Cに噛み合い、複数のスパーギア20A、20B、20Cを同期回転させるインプットギア30と、を備えている。インプットギア30とスパーギア20A、20B、20Cとが噛み合う歯数が6~8歯である。
このため、インプットギア30とスパーギア20A、20B、20Cとが噛み合う歯数が6~8歯となることから、インプットギア30と複数のスパーギア20A、20B、20Cとの噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることができる。そのため、基台110と、作業ヘッド140を備えた第1アーム120、第2アーム130と、基台110に設けられ第1アーム120、第2アーム130を駆動力により回動させるモーター160と、モーター160の回転を減速する減速機1と、を備えた産業用ロボット100等の回転装置への精密減速機の適用が有効となる。
さらに、本実施形態では、基台110と、作業ヘッド140を備えた第1アーム120、第2アーム130と、基台110に設けられ第1アーム120、第2アーム130を駆動力により回動させるモーター160と、モーター160の回転を減速する減速機1と、を備えている。減速機1は、回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒11と、外筒11の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部12と、駆動源に設けられる入力軸3と、キャリア部12に回転可能に支持され、入力軸3に接続され、出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸13と、クランク軸13の偏心部とともに揺動回転する揺動歯車14、16と、揺動歯車14、16の揺動回転とともに回転し、複数のクランク軸13のそれぞれと同軸に設けられる複数のスパーギア20A、20B、20Cと、入力軸3に設けられ、複数のスパーギア20A、20B、20Cに噛み合い、複数のスパーギア20A、20B、20Cを同期回転させるインプットギア30と、を備えている。インプットギア30とスパーギア20A、20B、20Cとの歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下である。
このため、インプットギア30とスパーギア20A、20B、20Cとの歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下に設定され、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下に設定されることから、インプットギア30と複数のスパーギア20A、20B、20Cとの噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることができる。そのため、基台110と、作業ヘッド140を備えた第1アーム120、第2アーム130と、基台110に設けられ第1アーム120、第2アーム130を駆動力により回動させるモーター160と、モーター160の回転を減速する減速機1と、を備えた産業用ロボット100等の回転装置への精密減速機の適用が有効となる。
上述した実施形態の減速機1は、インプットギア30と複数(3つ)のスパーギア20との噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることにより、低い騒音レベルを達成することができる。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
例えば、上記の実施形態では、インプットギア30とスパーギア20とが噛み合う歯数が6~8歯である構成(第1構成)と、インプットギア30とスパーギア20との歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下である構成(第2構成)と、インプットギア30及びスパーギア20おける圧力角が14.5°以上20.0°以下、歯厚が3mm以上30mm以下、かつモジュールが0.8以上3.0以下である構成(第3構成)を備えた構成となっているが、これら第1構成、第2構成、及び第3構成の全てを含む構成の減速機であることに限定されることはない。すなわち、第1構成及び第2構成のうち少なくとも一方の構成を含むことで、上述したような、インプットギア30と複数(3つ)のスパーギア20との噛み合い部分から発生する騒音の低減を図ることができる構成となる。そのため、上記の第3構成は、省略することも可能である。
また、本実施形態では、減速機1で1つのインプットギア30と3つのスパーギア20A、20B、20Cとを設けた構成としているが、スパーギア20は複数であればよく、例えば減速機1で1つのインプットギア30と2つのスパーギア20とを設けた構成であってもよい。
上述の実施形態では、減速機1は、インプットギア30を有する入力軸3を回転させることによって3つのクランク軸13を回転させ、各クランク軸13の偏心部13B、13Cに連動して2つの揺動歯車14、16を揺動回転させることにより、入力回転から減速した出力回転を得るように構成されている場合について説明した。しかしながらこれに限定されず、減速機1は、少なくとも1本のクランク軸13を備えていればよい。減速機1は、クランク軸の回転を減速して出力回転を得られるいわゆる偏心揺動型の減速機1であればよい。
例えば、1本のクランク軸を有する偏心揺動型の減速機についてより具体的に説明する。この場合の減速機は、クランク軸として軸線O1と同軸上のいわゆるセンタークランク軸を有する。このセンタークランク軸の回転に伴って、2つの揺動歯車14、16が揺動回転される。
また、本明細書で開示した実施形態のうち、複数の物体で構成されているものは、当該複数の物体を一体化してもよく、逆に一つの物体で構成されているものを複数の物体に分けることができる。一体化されているか否かにかかわらず、発明の目的を達成できるように構成されていればよい。
また、上述した実施形態では、減速機1の適用対象として産業用ロボット100について説明したが、本発明の減速機は、これに限定されず、例えば、工作機械や自動車等に適用することができる。
1…減速機、3…入力軸、11…外筒、12…キャリア部、13…クランク軸、14…第1揺動歯車、16…第2揺動歯車、20、20A、20B、20C…スパーギア(伝達歯車)、20a…外歯、30…インプットギア(入力歯車)、100…産業用ロボット(回転装置)、110…基台(装置本体)、120…第1アーム120(回転体)、130…第2アーム(回転体)、140…作業ヘッド、O1…軸線

Claims (7)

  1. 回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒と、
    前記外筒の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部と、
    駆動源に設けられる入力軸と、
    前記キャリア部に回転可能に支持され、前記入力軸に接続され、前記出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸と、
    前記クランク軸の前記偏心部とともに揺動回転する揺動歯車と、
    前記揺動歯車の揺動回転とともに回転し、前記複数のクランク軸のそれぞれと同軸に設けられる複数の伝達歯車と、
    前記入力軸に設けられ、前記複数の伝達歯車に噛み合い、前記複数の伝達歯車を同期回転させる入力歯車と、を備え、
    前記入力歯車と前記伝達歯車とが噛み合う歯数が6~8歯である減速機。
  2. 回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒と、
    前記外筒の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部と、
    駆動源に設けられる入力軸と、
    前記キャリア部に回転可能に支持され、前記入力軸に接続され、前記出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸と、
    前記クランク軸の前記偏心部とともに揺動回転する揺動歯車と、
    前記揺動歯車の揺動回転とともに回転し、前記複数のクランク軸のそれぞれと同軸に設けられる複数の伝達歯車と、
    前記入力軸に設けられ、前記複数の伝達歯車に噛み合い、前記複数の伝達歯車を同期回転させる入力歯車と、を備え、
    前記入力歯車と前記伝達歯車との歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下である減速機。
  3. 前記入力歯車及び前記伝達歯車おける圧力角が14.5°以上20.0°以下、歯厚が3mm以上30mm以下、かつモジュール(ピッチ円直径/歯数)が0.8以上3.0以下である請求項1又は2に記載の減速機。
  4. 回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒と、
    前記外筒の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部と、
    駆動源に設けられる入力軸と、
    前記キャリア部に回転可能に支持され、前記入力軸に接続され、前記出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸と、
    前記クランク軸の前記偏心部とともに揺動回転する揺動歯車と、
    前記揺動歯車の揺動回転とともに回転し、前記複数のクランク軸のそれぞれと同軸に設けられる複数の伝達歯車と、
    前記入力軸に設けられ、前記複数の伝達歯車に噛み合い、前記複数の伝達歯車を同期回転させる入力歯車と、を備え、
    前記入力歯車と前記伝達歯車とが噛み合う歯数が6~8歯であり、
    前記入力歯車及び前記伝達歯車おける圧力角が14.5°以上20.0°以下、歯厚が3mm以上30mm以下、かつモジュール(ピッチ円直径/歯数)が0.8以上3.0以下である減速機。
  5. 回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒と、
    前記外筒の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部と、
    駆動源に設けられる入力軸と、
    前記キャリア部に回転可能に支持され、前記入力軸に接続され、前記出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸と、
    前記クランク軸の前記偏心部とともに揺動回転する揺動歯車と、
    前記揺動歯車の揺動回転とともに回転し、前記複数のクランク軸のそれぞれと同軸に設けられる複数の伝達歯車と、
    前記入力軸に設けられ、前記複数の伝達歯車に噛み合い、前記複数の伝達歯車を同期回転させる入力歯車と、を備え、
    前記入力歯車と前記伝達歯車との歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下であり、
    前記入力歯車及び前記伝達歯車おける圧力角が14.5°以上20.0°以下、歯厚が3mm以上30mm以下、かつモジュール(ピッチ円直径/歯数)が0.8以上3.0以下である減速機。
  6. 装置本体と、
    作業ヘッドを備えた回転体と、
    前記装置本体に設けられ前記回転体を駆動力により回動させるモーターと、
    前記モーターの回転を減速する減速機と、を備え、
    前記減速機は、
    回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒と、
    前記外筒の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部と、
    駆動源に設けられる入力軸と、
    前記キャリア部に回転可能に支持され、前記入力軸に接続され、前記出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸と、
    前記クランク軸の前記偏心部とともに揺動回転する揺動歯車と、
    前記揺動歯車の揺動回転とともに回転し、前記複数のクランク軸のそれぞれと同軸に設けられる複数の伝達歯車と、
    前記入力軸に設けられ、前記複数の伝達歯車に噛み合い、前記複数の伝達歯車を同期回転させる入力歯車と、を備え、
    前記入力歯車と前記伝達歯車とが噛み合う歯数が6~8歯である回転装置。
  7. 装置本体と、
    作業ヘッドを備えた回転体と、
    前記装置本体に設けられ前記回転体を駆動力により回動させるモーターと、
    前記モーターの回転を減速する減速機と、を備え、
    前記減速機は、
    回転軸を取り囲む複数の内歯が形成された外筒と、
    前記外筒の内側で回転可能に設けられ出力軸に固定設置されるキャリア部と、
    駆動源に設けられる入力軸と、
    前記キャリア部に回転可能に支持され、前記入力軸に接続され、前記出力軸の回転軸線に対して偏心する偏心部を有する少なくとも1つのクランク軸と、
    前記クランク軸の前記偏心部とともに揺動回転する揺動歯車と、
    前記揺動歯車の揺動回転とともに回転し、前記複数のクランク軸のそれぞれと同軸に設けられる複数の伝達歯車と、
    前記入力軸に設けられ、前記複数の伝達歯車に噛み合い、前記複数の伝達歯車を同期回転させる入力歯車と、を備え、
    前記入力歯車と前記伝達歯車との歯末のたけ係数が1.2以上1.3以下、かつ歯元のたけ係数が1.25より大きく1.55以下である回転装置。
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