JP2024003287A - 内接噛合遊星歯車装置及びロボット用関節装置 - Google Patents

内接噛合遊星歯車装置及びロボット用関節装置 Download PDF

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Abstract

【課題】比較的簡単な構成でありながらも、クランク軸の軸方向の移動を規制可能な内接合遊星歯車装置及びロボット用関節装置を提供する。【解決手段】内接噛合遊星歯車装置1Bは、内歯歯車2と、遊星歯車3と、入力側キャリア18及び出力側キャリア19と、第1規制構造91と、第2規制構造92と、を備える。第1規制構造91は、入力側キャリア18の軸方向における遊星歯車3とは反対側に取り付けられる入力側カバー13を含む。第1規制構造91は、入力側カバー13に対して直接的又は間接的に段差部70を接触させることにより、クランク軸7Aの軸方向の一方への移動を規制する。第2規制構造92は、出力側キャリア19に対して直接的又は間接的に段差部70を接触させることにより、クランク軸7Aの軸方向の他方への移動を規制する。【選択図】図17

Description

本開示は、一般に内接噛合遊星歯車装置及びロボット用関節装置に関し、より詳細には、内歯を有する内歯歯車の内側に外歯を有する遊星歯車が配置される内接噛合遊星歯車装置及びロボット用関節装置に関する。
関連技術として、振り分けタイプと称される偏心揺動型の内接噛合遊星歯車装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。関連技術に係る内接噛合遊星歯車装置では、内歯歯車の軸心からオフセットした位置に配置された複数(例えば3つ)のクランク軸を備え、クランク軸歯車によって各クランク軸を同期して駆動することにより、遊星歯車(外歯歯車)を揺動させながら内歯歯車に内接噛合させている。
遊星歯車は、第1遊星歯車及び第2遊星歯車を含んでいる。第1遊星歯車及び第2遊星歯車の軸方向両側には、一対のキャリアが配置されている。各クランク軸は一対の円錐ころ軸受けを介して一対のキャリアに支持されている。入力歯車が回転すると、当該入力歯車と同時に噛合している3つのクランク軸歯車が同一の方向に同一の回転速度で回転する。各クランク軸歯車にはクランク軸がスプライン連結されているため、3つのクランク軸が入力歯車とクランク軸歯車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。その結果、3つのクランク軸の軸方向同位置に形成された3つの第1偏心部が同期して回転して第1遊星歯車を揺動させると共に、3つのクランク軸の軸方向同位置にそれぞれ形成された3つの第2偏心部が同期して回転して第2遊星歯車を揺動させる。
第1遊星歯車及び第2遊星歯車は、それぞれ内歯歯車に内接噛合している。内歯歯車は、歯車本体と、歯車本体に回転可能に組み込まれ、当該内歯歯車の内歯を構成する外ピン(ピン部材)とを有している。ここで、内歯歯車の歯数(外ピンの本数)は、各遊星歯車の歯数よりも僅かに多い。そのため、各遊星歯車が1回揺動する毎に、第1遊星歯車及び第2遊星歯車は内歯歯車に対して歯数差分円周方向の位相がずれ(自転する)、この自転が、各クランク軸の内歯歯車の軸心(回転軸)の周りの公転として一対のキャリアに伝達される。これにより、回転軸を中心に、歯車本体(と一体化されたケーシング)に対して、一対のキャリアを相対的に回転させることができる。
特開2016-75354号公報
上記関連技術の構成では、各クランク軸は、一対の円錐ころ軸受けを介して一対のキャリアに支持されることで、軸方向への移動が規制されているため、構成が複雑になり、装置全体の小型化を図りにくいという問題がある。
本開示の目的は、比較的簡単な構成でありながらも、クランク軸の軸方向の移動を規制可能な内接合遊星歯車装置及びロボット用関節装置を提供することにある。
本開示の一態様に係る内接噛合遊星歯車装置は、内歯歯車と、遊星歯車と、クランク軸と、入力側キャリア及び出力側キャリアと、を備え、前記遊星歯車を揺動させることにより、前記遊星歯車を前記内歯歯車に対して相対的に回転させる。前記内歯歯車は、環状の歯車本体と、前記歯車本体の内周面に形成された複数の内周溝に自転可能な状態で保持され内歯を構成する複数の外ピンと、を有する。前記遊星歯車は、前記内歯に部分的に噛み合う外歯を有する。前記クランク軸は、軸心に沿った軸方向の少なくとも2箇所に段差部を有し、前記軸心を中心に回転することにより前記遊星歯車を揺動させる。前記入力側キャリア及び前記出力側キャリアは、前記遊星歯車の前記軸方向の両側に配置され、前記クランク軸を回転可能に支持する。前記内接噛合遊星歯車装置は、第1規制構造と、第2規制構造と、を更に備える。前記第1規制構造は、前記入力側キャリアの軸方向における前記遊星歯車とは反対側に取り付けられる入力側カバーを含む。前記第1規制構造は、前記入力側カバーに対して直接的又は間接的に前記段差部を接触させることにより、前記クランク軸の軸方向の一方への移動を規制する。前記第2規制構造は、前記出力側キャリアに対して直接的又は間接的に前記段差部を接触させることにより、前記クランク軸の軸方向の他方への移動を規制する。
本開示の一態様に係るロボット用関節装置は、前記内接噛合遊星歯車装置と、前記歯車本体に固定される第1部材と、前記内歯歯車に対する前記遊星歯車の相対的な回転に伴って、前記第1部材に対して相対的に回転する第2部材と、を備える。
本開示によれば、比較的簡単な構成でありながらも、クランク軸の軸方向の移動を規制可能な内接合遊星歯車装置及びロボット用関節装置を提供することができる。
図1は、基本構成に係る内接噛合遊星歯車装置を含むアクチュエータの概略構成を示す斜視図である。 図2は、同上の内接噛合遊星歯車装置を回転軸の入力側から見た概略の分解斜視図である。 図3は、同上の内接噛合遊星歯車装置を回転軸の出力側から見た概略の分解斜視図である。 図4は、同上の内接噛合遊星歯車装置の概略断面図である。 図5は、同上の内接噛合遊星歯車装置を示す、図4のA1-A1線断面図である。 図6は、同上の内接噛合遊星歯車装置を示す、図4のB1-B1線断面図である。 図7は、参考例1に係る内接噛合遊星歯車装置の概略断面図である。 図8は、同上の内接噛合遊星歯車装置を回転軸の出力側から見た概略図である。 図9は、同上の内接噛合遊星歯車装置のクランク軸周辺の構成を示す概略斜視図である。 図10は、同上の内接噛合遊星歯車装置のクランク軸周辺の構成を示す概略の分解斜視図である。 図11は、同上の内接噛合遊星歯車装置のクランク軸を示す概略斜視図である。 図12は、同上の内接噛合遊星歯車装置の要部を示し、図7の領域Z1の概略拡大図である。 図13は、同上の内接噛合遊星歯車装置の要部を示し、図7の領域Z2の概略拡大図である。 図14は、同上の内接噛合遊星歯車装置の要部を示し、図13の領域Z1の概略拡大図である。 図15は、同上の内接噛合遊星歯車装置を用いたロボット用関節装置を示す概略図である。 図16は、実施形態1に係る内接噛合遊星歯車装置の概略断面図である。 図17は、同上の内接噛合遊星歯車装置の要部を示し、図16の領域Z1の概略拡大図である。
(基本構成)
(1)概要
以下、本基本構成に係る内接噛合遊星歯車装置1の概要について、図1~図4を参照して説明する。本開示で参照する図面は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。例えば、図1~図4における、内歯21及び外歯31の歯形、寸法及び歯数等は、いずれも説明のために模式的に表しているに過ぎず、図示されている形状に限定する趣旨ではない。
本基本構成に係る内接噛合遊星歯車装置1(以下、単に「歯車装置1」ともいう)は、内歯歯車2と、遊星歯車3と、を備える歯車装置である。この歯車装置1では、環状の内歯歯車2の内側に遊星歯車3が配置され、遊星歯車3を揺動させることにより、遊星歯車3を内歯歯車2に対して相対的に回転させる。また、内接噛合遊星歯車装置1は、外輪62及び内輪61を有する軸受け部材6を更に備える。内輪61は、外輪62の内側に配置され、外輪62に対して相対的に回転可能に支持される。特に、本基本構成に係る歯車装置1は、振り分けタイプと称される偏心揺動型の内接噛合遊星歯車装置である。
本基本構成に係る歯車装置1は、図1~図4に示すように、内歯歯車2の軸心(回転軸Ax1)からオフセットした位置に配置された複数(基本構成では3つ)のクランク軸(偏心軸)7A,7B,7Cを備えている。さらに、歯車装置1は、内歯歯車2の軸心(回転軸Ax1)上に配置された、回転軸Ax1を中心とする入力軸500と、入力軸500と一体に形成された入力歯車501と、を備えている。複数のクランク軸7A,7B,7Cには、それぞれクランク軸歯車502A,502B,502Cがスプライン連結されている。これら複数(基本構成では3つ)のクランク軸歯車502A,502B,502Cは、入力歯車501に対して噛み合うように配置されている。そのため、歯車装置1は、入力軸500が駆動されると、入力歯車501によってクランク軸7A,7B,7Cを同期して駆動することにより、遊星歯車3を揺動させる。
内歯歯車2は、内歯21を有し、外輪62に固定される。特に、本基本構成では、内歯歯車2は、環状の歯車本体22と、複数の外ピン23と、を有する。複数の外ピン23は、自転可能な状態で歯車本体22の内周面221に保持され、内歯21を構成する。遊星歯車3は、内歯21に部分的に噛み合う外歯31を有する。つまり、内歯歯車2の内側で遊星歯車3は内歯歯車2に対して内接し、外歯31の一部が内歯21の一部に噛み合った状態となる。この状態で、複数のクランク軸7A,7B,7Cが駆動されると遊星歯車3が揺動して、内歯21と外歯31との噛み合い位置が内歯歯車2の円周方向に移動し、遊星歯車3と内歯歯車2との歯数差に応じた相対回転が両歯車(内歯歯車2及び遊星歯車3)の間に発生する。ここで、内歯歯車2が固定されているとすれば、両歯車の相対回転に伴って、遊星歯車3が回転(自転)することになる。その結果、遊星歯車3からは、両歯車の歯数差に応じて、比較的高い減速比で減速された回転出力が得られる。
この種の歯車装置1は、遊星歯車3の自転成分相当の回転を、軸受け部材6の内輪61と一体化された一対のキャリア18,19の回転として取り出すように使用される。これにより、歯車装置1は、入力軸500を入力側とし、一対のキャリア18,19を出力側として、比較的高い減速比の歯車装置として機能する。そこで、本基本構成に係る歯車装置1では、遊星歯車3の自転成分相当の回転を一対のキャリア18,19に伝達するべく、一対のキャリア18,19にて複数のクランク軸7A,7B,7Cを支持している。一対のキャリア18,19は、遊星歯車3の軸方向(回転軸Ax1に沿った方向)の両側に配置され、各クランク軸7A,7B,7Cを回転可能に支持する。
ここで、複数のクランク軸7A,7B,7Cは、遊星歯車3に形成された複数の開口部33にそれぞれ挿入された状態で、遊星歯車3の回転に伴って内歯歯車2に対して相対的に回転する。また、各クランク軸7A,7B,7Cは、軸心部71と、軸心部71に対して偏心した偏心部72と、を有している。一対のキャリア18,19は、各クランク軸7A,7B,7Cのうちの軸心部71を回転可能に支持し、遊星歯車3の開口部33には、各クランク軸7A,7B,7Cの偏心部72が挿入される。そのため、遊星歯車3の揺動成分、つまり遊星歯車3の公転成分は、軸心部71に対する偏心部72の公転成分によって吸収される。言い換えれば、各クランク軸7A,7B,7Cの軸心部71の偏心部72がそれぞれ軸心部71に対して公転するように回転することで、遊星歯車3の揺動成分が吸収される。したがって、一対のキャリア18,19には、複数のクランク軸7A,7B,7Cにより、遊星歯車3の揺動成分(公転成分)を除いた、遊星歯車3の回転(自転成分)が伝達されることになる。
また、本基本構成に係る歯車装置1は、図1に示すように、駆動源101と共に、アクチュエータ100を構成する。言い換えれば、本基本構成に係るアクチュエータ100は、歯車装置1と、駆動源101と、を備えている。駆動源101は、遊星歯車3を揺動させるための駆動力を発生する。具体的には、駆動源101は、回転軸Ax1を中心として入力軸500を回転させることにより、遊星歯車3を揺動させる。
(2)定義
本開示でいう「環状」は、少なくとも平面視において、内側に囲まれた空間(領域)を形成する輪(わ)のような形状を意味し、平面視において真円とある円形状(円環状)に限らず、例えば、楕円形状及び多角形状等であってもよい。さらに、例えば、カップ状のように底部を有する形状であっても、その周壁が環状であれば、「環状」に含まれる。
本開示でいう「公転」は、ある物体が、この物体の中心(重心)を通る中心軸以外の回転軸まわりを周回することを意味し、ある物体が公転すると、この物体の中心は回転軸を中心とする公転軌道に沿って移動することになる。したがって、例えば、ある物体の中心(重心)を通る中心軸と平行な偏心軸を中心に、この物体が回転する場合には、この物体は、偏心軸を回転軸として公転していることになる。一例として、遊星歯車3は、揺動することによって、回転軸Ax1まわりを周回するようにして内歯歯車2内を公転する。
また、本開示では、回転軸Ax1の一方側(図4の左側)を「出力側」といい、回転軸Ax1の他方側(図4の右側)を「入力側」という場合がある。図4の例では、回転軸Ax1の「入力側」から入力軸500に回転が与えられ、回転軸Ax1の「出力側」から一対のキャリア18,19の回転が取り出される。ただし、「入力側」及び「出力側」は、説明のために付しているラベルに過ぎず、歯車装置1から見た、入力及び出力の位置関係を限定する趣旨ではない。
本開示でいう「回転軸」は、回転体の回転運動の中心となる仮想的な軸(直線)を意味する。つまり、回転軸Ax1は、実体を伴わない仮想軸である。入力軸500は、回転軸Ax1を中心として回転運動を行う。
本開示でいう「内歯」及び「外歯」は、それぞれ単体の「歯」ではなく、複数の「歯」の集合(群)を意味する。つまり、内歯歯車2の内歯21は、内歯歯車2(歯車本体22)の内周面221に配置された複数の歯の集合からなる。同様に、遊星歯車3の外歯31は、遊星歯車3の外周面に配置された複数の歯の集合からなる。
(3)構成
以下、本基本構成に係る内接噛合遊星歯車装置1の詳細な構成について、図1~図6を参照して説明する。
図1は、歯車装置1を含むアクチュエータ100の概略構成を示す斜視図である。図1では、駆動源101を模式的に示している。図2は、歯車装置1を回転軸Ax1の入力側から見た概略の分解斜視図である。図3は、歯車装置1を回転軸Ax1の出力側から見た概略の分解斜視図である。図4は、歯車装置1の概略断面図である。図5は図4のA1-A1線断面図である。図6は図4のB1-B1線断面図である。ただし、図5及び図6では、クランク軸7A,7B,7C以外の部品については、断面であってもハッチングを省略している。
(3.1)全体構成
本基本構成に係る歯車装置1は、図1~図4に示すように、内歯歯車2と、遊星歯車3と、軸受け部材6と、複数のクランク軸7A,7B,7Cと、一対のキャリア18,19と、入力軸500と、を備えている。また、本基本構成では、歯車装置1は、入力歯車501と、複数のクランク軸歯車502A,502B,502Cと、一対の転がり軸受け41,42と、偏心体軸受け5と、ケース10と、を更に備えている。本基本構成では、歯車装置1の構成要素である内歯歯車2、遊星歯車3、複数のクランク軸7A,7B,7C及び一対のキャリア18,19等の材質は、ステンレス、鋳鉄、機械構造用炭素鋼、クロムモリブデン鋼、リン青銅若しくはアルミ青銅等の金属、又はアルミニウム若しくはチタン等の軽金属である。ここでいう金属(軽金属を含む)は、窒化処理等の表面処理が施された金属を含む。
また、本基本構成では、歯車装置1の一例として、トロコイド系歯形を用いた内接式遊星歯車装置を例示する。つまり、本基本構成に係る歯車装置1は、トロコイド系曲線歯形を有する内接式の遊星歯車3を備えている。
また、本基本構成では一例として、歯車装置1は、内歯歯車2の歯車本体22が、軸受け部材6の外輪62と共に、ケース10等の固定部材に固定された状態で使用される。これにより、内歯歯車2と遊星歯車3との相対回転に伴って、固定部材(ケース10等)に対して、遊星歯車3が相対的に回転することになる。
さらに、本基本構成では、歯車装置1をアクチュエータ100に用いる場合に、入力軸500に入力としての回転力が加わることで、軸受け部材6の内輪61と一体化された一対のキャリア18,19から出力としての回転力が取り出される。つまり、歯車装置1は、入力軸500の回転を入力回転とし、内輪61と一体化された一対のキャリア18,19の回転を出力回転として動作する。これにより、歯車装置1では、入力回転に対して、比較的高い減速比にて減速された出力回転が得られることになる。
駆動源101は、モータ(電動機)等の動力の発生源である。駆動源101で発生した動力は、歯車装置1における入力軸500に伝達される。具体的には、駆動源101は入力軸500につながっており、駆動源101で発生した動力は入力軸500に伝達される。これにより、駆動源101は、入力軸500を回転させることが可能である。
さらに、本基本構成に係る歯車装置1では、図4に示すように、入力側の回転軸Ax1と、出力側の回転軸Ax1とは、同一直線上にある。言い換えれば、入力側の回転軸Ax1と、出力側の回転軸Ax1とは、同軸である。ここで、入力側の回転軸Ax1は、入力回転が与えられる入力軸500の回転中心であって、出力側の回転軸Ax1は、出力回転を生じる内輪61(及び一対のキャリア18,19)の回転中心である。つまり、歯車装置1では、同軸上において、入力回転に対して、比較的高い減速比にて減速された出力回転が得られることになる。
内歯歯車2は、図5及び図6に示すように、内歯21を有する環状の部品である。本基本構成では、内歯歯車2は、少なくとも内周面が平面視において真円となる、円環状を有している。円環状の内歯歯車2の内周面には、内歯21が、内歯歯車2の円周方向に沿って形成されている。内歯21を構成する複数の歯は、全て同一形状であって、内歯歯車2の内周面における円周方向の全域に、等ピッチで設けられている。つまり、内歯21のピッチ円は、平面視において真円となる。内歯21のピッチ円の中心は、回転軸Ax1上にある。また、内歯歯車2は、回転軸Ax1の方向に所定の厚みを有している。内歯21の歯筋は、いずれも回転軸Ax1と平行である。内歯21の歯筋方向の寸法は、内歯歯車2の厚み方向よりもやや小さい。
ここで、内歯歯車2は、上述したように、環状(円環状)の歯車本体22と、複数の外ピン23と、を有している。複数の外ピン23は、自転可能な状態で歯車本体22の内周面221に保持され、内歯21を構成する。言い換えれば、複数の外ピン23は、それぞれ内歯21を構成する複数の歯として機能する。具体的には、歯車本体22の内周面221には、図2に示すように、円周方向の全域に複数の内周溝223が形成されている。複数の内周溝223は、全て同一形状であって、等ピッチで設けられている。複数の内周溝223は、いずれも回転軸Ax1と平行であって、歯車本体22の厚み方向の全長にわたって形成されている。複数の外ピン23は、複数の内周溝223に嵌るようにして、歯車本体22に組み合わされている。複数の外ピン23の各々は、内周溝223内において自転可能な状態で保持される。また、歯車本体22は、(外輪62と共に)ケース10に固定される。さらに、歯車本体22には、固定用の複数の固定孔222(図5参照)が形成されている。
遊星歯車3は、図5及び図6に示すように、外歯31を有する環状の部品である。本基本構成では、遊星歯車3は、少なくとも外周面が平面視において真円となる、円環状を有している。円環状の遊星歯車3の外周面には、外歯31が、遊星歯車3の円周方向に沿って形成されている。外歯31を構成する複数の歯は、全て同一形状であって、遊星歯車3の外周面における円周方向の全域に、等ピッチで設けられている。つまり、外歯31のピッチ円は、平面視において真円となる。また、遊星歯車3は、回転軸Ax1の方向に所定の厚みを有している。外歯31は、いずれも遊星歯車3の厚み方向の全長にわたって形成されている。外歯31の歯筋は、いずれも回転軸Ax1と平行である。遊星歯車3においては、内歯歯車2とは異なり、外歯31が遊星歯車3の本体と1つの金属部材にて一体に形成されている。
また、本基本構成に係る歯車装置1は、複数の遊星歯車3を備えている。具体的には、歯車装置1は、第1遊星歯車301と第2遊星歯車302との2つの遊星歯車3を備えている。2つの遊星歯車3は、回転軸Ax1に平行な方向において対向するように配置されている。つまり、遊星歯車3は、回転軸Ax1に平行な方向(軸方向)に並ぶ第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302を含む。第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302の形状自体は共通である。
これら2つの遊星歯車3(第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302)は、回転軸Ax1まわりで180度の位相差をもって配置される。図4の例では、第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302のうち、回転軸Ax1の入力側(図4の右側)に位置する第1遊星歯車301の中心(外歯31のピッチ円の中心)C1が、回転軸Ax1に対して図の上方にずれた(偏った)状態にある。一方、回転軸Ax1の出力側(図4の左側)に位置する第2遊星歯車302の中心(外歯31のピッチ円の中心)C2は、回転軸Ax1に対して図の下方にずれた(偏った)状態にある。ここで、回転軸Ax1と中心C1との間の距離ΔL1は、回転軸Ax1に対する第1遊星歯車301の偏心量となり、回転軸Ax1と中心C2との間の距離ΔL2は、回転軸Ax1に対する第2遊星歯車302の偏心量となる。このように、複数の遊星歯車3が、回転軸Ax1を中心とする周方向において均等に配置されることで、複数の遊星歯車3間での重量と荷重とのバランスをとることが可能である。
第1遊星歯車301と第2遊星歯車302とでは、その中心C1,C2が回転軸Ax1に対して180度回転対称に位置する。本基本構成では、偏心量ΔL1と偏心量ΔL2とでは、回転軸Ax1から見た向きが反対であるが、その絶対値は同じである。
より詳細には、各クランク軸7A,7B,7Cは、それぞれ1つの軸心部71に対して、2つの偏心部72を有している。これら2つの偏心部72の中心C0の軸心部71の中心(軸心Ax2)からの偏心量ΔL0(図5及び図6参照)は、それぞれ回転軸Ax1に対する第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302の偏心量ΔL1,ΔL2と同じである。複数のクランク軸7A,7B,7Cの形状自体は共通である。複数のクランク軸歯車502A,502B,502Cについても、その形状自体は共通である。
また、第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302の回転軸Ax1に平行な方向(軸方向)の両側には、一対のキャリア18,19が配置されている。一対のキャリア18,19を互いに区別する場合には、回転軸Ax1の入力側(図4では右側)に位置するキャリア18を「入力側キャリア18」と呼び、回転軸Ax1の出力側(図4では左側)に位置するキャリア19を「出力側キャリア19」と呼ぶ。各クランク軸7A,7B,7Cは、その両端部が転がり軸受け41,42を介して一対のキャリア18,19に保持されている。つまり、各クランク軸7A,7B,7Cは、遊星歯車3に対して回転軸Ax1に平行な方向(軸方向)の両側において、自転可能な状態で入力側キャリア18及び出力側キャリア19に保持されている。
各クランク軸7A,7B,7Cの偏心部72には、偏心体軸受け5が装着される。第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302の各々には、3つのクランク軸7A,7B,7Cに対応する3つの開口部33が形成されている。そして、各開口部33には偏心体軸受け5が収容される。言い換えれば、第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302には、それぞれ偏心体軸受け5が取り付けられ、偏心体軸受け5に各クランク軸7A,7B,7Cが挿入されることで、偏心体軸受け5及び各クランク軸7A,7B,7Cが遊星歯車3に組み合わされる。遊星歯車3に偏心体軸受け5及びクランク軸7A,7B,7Cが組み合わされた状態で、各クランク軸7A,7B,7Cが回転すると、遊星歯車3は回転軸Ax1まわりで揺動する。
以上説明した構成によれば、入力軸500に入力としての回転力が加えられて、入力軸500が回転軸Ax1を中心に回転することで、この回転力が入力歯車501から複数のクランク軸7A,7B,7Cに振り分けられる。つまり、入力歯車501が回転すると、当該入力歯車501と同時に噛合している3つのクランク軸歯車502A,502B,502Cが同一の方向に同一の回転速度で回転する。各クランク軸歯車502A,502B,502Cにはクランク軸7A,7B,7Cがスプライン連結されているため、3つのクランク軸7A,7B,7Cが入力歯車501とクランク軸歯車502A,502B,502Cとの歯数比にて減速された状態で、同一の方向に同一の回転速度で回転する。その結果、3つのクランク軸7A,7B,7Cにおける回転軸Ax1の入力側の同位置に形成された3つの偏心部72が同期して回転し、第1遊星歯車301を揺動させる。さらに、3つのクランク軸7A,7B,7Cにおける回転軸Ax1の出力側の同位置に形成された3つの偏心部72が同期して回転し、第2遊星歯車302を揺動させる。
図5及び図6に、ある時点における第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302の状態を示す。図5は、図4のA1-A1線断面図であって、第1遊星歯車301を示す。図6は、図4のB1-B1線断面図であって、第2遊星歯車302を示す。図5及び図6に示すように、第1遊星歯車301と第2遊星歯車302とでは、その中心C1,C2が回転軸Ax1に対して略180度回転対称に位置する。本基本構成では、偏心量ΔL1と偏心量ΔL2とでは、回転軸Ax1から見た向きが反対であるが、その絶対値は略同じ(いずれも偏心量ΔL0)である。上述した構成によれば、軸心部71が軸心Ax2を中心に回転(自転)することにより、第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302は、回転軸Ax1まわりで略180度の位相差をもって、回転軸Ax1まわりで回転(偏心運動)する。そして、複数の遊星歯車3が、回転軸Ax1を中心とする周方向において略均等に配置されることで、複数の遊星歯車3間での重量と荷重とのバランスをとることが可能である。
このように構成される遊星歯車3(第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302)は、内歯歯車2の内側に配置される。平面視において、遊星歯車3は内歯歯車2に比べて一回り小さく形成されており、遊星歯車3は、内歯歯車2と組み合わされた状態で、内歯歯車2の内側で揺動可能となる。ここで、遊星歯車3の外周面には外歯31が形成され、内歯歯車2の内周面には内歯21が形成されている。そのため、内歯歯車2の内側に遊星歯車3が配置された状態では、外歯31と内歯21とは、互いに対向することになる。
さらに、外歯31のピッチ円は、内歯21のピッチ円よりも一回り小さい。そして、第1遊星歯車301が内歯歯車2に内接した状態で、第1遊星歯車301における外歯31のピッチ円の中心C1は、内歯21のピッチ円の中心(回転軸Ax1)から距離ΔL1だけずれた位置にある。同様に、第2遊星歯車302が内歯歯車2に内接した状態で、第2遊星歯車302における外歯31のピッチ円の中心C2は、内歯21のピッチ円の中心(回転軸Ax1)から距離ΔL2だけずれた位置にある。
そのため、第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302のいずれにおいても、外歯31と内歯21とは、少なくとも一部が隙間を介して対向することになり、外歯31と内歯21との歯数差が「2」以上であれば円周方向の全体が互いに噛み合うことはない。ただし、遊星歯車3は、内歯歯車2の内側において回転軸Ax1まわりで揺動(公転)するので、外歯31と内歯21とが部分的に噛み合うことになる。つまり、遊星歯車3(第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302)が回転軸Ax1まわりを揺動することで、図5及び図6に示すように、外歯31を構成する複数の歯のうちの一部の歯が、内歯21を構成する複数の歯のうちの一部の歯に噛み合うことになる。結果的に、歯車装置1では、外歯31の一部を内歯21の一部に噛み合わせることが可能となる。
ここで、内歯歯車2における内歯21の歯数は、遊星歯車3の外歯31の歯数よりもN(Nは正の整数)だけ多い。本基本構成では一例として、Nが「2」であって、遊星歯車3の(外歯31の)歯数は、内歯歯車2の(内歯21の)歯数よりも「2」少ない。このような遊星歯車3と内歯歯車2との歯数差は、歯車装置1での入力回転に対する出力回転の減速比を規定する。
また、本基本構成では一例として、第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302を合わせた厚みは、内歯歯車2における歯車本体22の厚みよりも小さい。さらに、第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302を合わせた外歯31の歯筋方向(回転軸Ax1に平行な方向)の寸法は、内歯21の歯筋方向(回転軸Ax1に平行な方向)の寸法よりも小さい。言い換えれば、回転軸Ax1に平行な方向においては、内歯21の歯筋の範囲内に、第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302の外歯31が収まることになる。
ここで、第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302は、それぞれ内歯歯車2に内接噛合している。そのため、第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302が1回揺動する毎に、第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302は、内歯歯車2に対して(内歯21と外歯31との)歯数差分の円周方向の位相ずれが生じ、自転することになる。この自転が、各クランク軸7A,7B,7Cの内歯歯車2の軸心(回転軸Ax1)の周りの公転として、一対のキャリア18,19に伝達される。これにより、回転軸Ax1を中心に、歯車本体(と一体化されたケース10)に対して、一対のキャリア18,19を相対的に回転させることができる。
要するに、本基本構成に係る歯車装置1は、回転軸Ax1からオフセットした位置に配置された複数のクランク軸7A,7B,7Cにて遊星歯車3を揺動させ、遊星歯車3の揺動を利用して回転出力を得る。つまり、歯車装置1では、遊星歯車3が揺動して、内歯21と外歯31との噛み合い位置が内歯歯車2の円周方向に移動すると、遊星歯車3と内歯歯車2との歯数差に応じた相対回転が両歯車(内歯歯車2及び遊星歯車3)の間に発生する。ここで、内歯歯車2が固定されているとすれば、両歯車の相対回転に伴って、遊星歯車3が回転(自転)することになる。その結果、遊星歯車3からは、両歯車の歯数差に応じて、比較的高い減速比で減速された回転出力が得られる。
軸受け部材6は、外輪62及び内輪61を有し、歯車装置1の出力を外輪62に対する内輪61の回転として取り出すための部品である。軸受け部材6は、外輪62及び内輪61に加えて、複数の転動体63(図4参照)と、を有している。外輪62及び内輪61は、いずれも環状の部品である。外輪62及び内輪61は、いずれも平面視で真円となる、円環状を有している。内輪61は、外輪62よりも一回り小さく、外輪62の内側に配置される。ここで、外輪62の内径は内輪61の外径よりも大きいため、外輪62の内周面と内輪61の外周面との間には隙間が生じる。
複数の転動体63は、外輪62と内輪61との間の隙間に配置されている。複数の転動体63は、外輪62の円周方向に並べて配置されている。複数の転動体63は、全て同一形状の金属部品であって、外輪62の円周方向の全域に、等ピッチで設けられている。
より詳細には、本基本構成に係る歯車装置1は、軸受け部材6が第1軸受け部材601及び第2軸受け部材602を含む。第1軸受け部材601及び第2軸受け部材602は、それぞれアンギュラ玉軸受けからなる。具体的には、図4に示すように、遊星歯車3から見て回転軸Ax1の入力側(図4の右側)には第1軸受け部材601が配置され、遊星歯車3から見て回転軸Ax1の出力側(図4の左側)には第2軸受け部材602が配置される。軸受け部材6は、第1軸受け部材601及び第2軸受け部材602にて、ラジアル方向の荷重、スラスト方向(回転軸Ax1に沿う方向)の荷重、及び回転軸Ax1に対する曲げ力(曲げモーメント荷重)のいずれに対しても耐え得るように構成される。
ここで、第1軸受け部材601及び第2軸受け部材602は、遊星歯車3に対して回転軸Ax1に平行な方向(軸方向)の両側に、回転軸Ax1に平行な方向において互いに反対向きで配置される。つまり、軸受け部材6は、複数(ここでは2つ)のアンギュラ玉軸受けを組み合わせた「組合せアンギュラ玉軸受け」である。ここでは一例として、第1軸受け部材601及び第2軸受け部材602は、それぞれの内輪61が互いに近づく向きのスラスト方向(回転軸Ax1に沿う方向)の荷重を受ける「背面組合せタイプ」である。さらに、歯車装置1においては、第1軸受け部材601及び第2軸受け部材602は、それぞれの内輪61を互いに近づける向きに締め付けることにより、内輪61に対して適正な予圧が作用する状態で組み合わされる。
また、本基本構成に係る歯車装置1では、入力側キャリア18及び出力側キャリア19は、遊星歯車3に対して回転軸Ax1に平行な方向の両側に配置され、遊星歯車3のキャリア孔34(図4参照)を通して、互いに結合されている。具体的には、図4に示すように、遊星歯車3から見て回転軸Ax1の入力側(図4の右側)には入力側キャリア18が配置され、遊星歯車3から見て回転軸Ax1の出力側(図4の左側)には出力側キャリア19が配置される。軸受け部材6(第1軸受け部材601及び第2軸受け部材602の各々の)の内輪61は、入力側キャリア18及び出力側キャリア19に対して固定されている。本基本構成では一例として、第1軸受け部材601の内輪は、入力側キャリア18とシームレスに一体化されている。同様に、第2軸受け部材602の内輪は、出力側キャリア19とシームレスに一体化されている。
出力側キャリア19は、出力側キャリア19の一表面から回転軸Ax1の入力側に向けて突出する複数(一例として3つ)のキャリアピン191(図2参照)を有している。これら複数のキャリアピン191は、遊星歯車3に形成されている複数(一例として3つ)のキャリア孔34をそれぞれ貫通し、その先端が入力側キャリア18に対してキャリアボルト192(図7参照)にて固定される。ここで、キャリアピン191とキャリア孔34の内周面との間には隙間が確保され、キャリアピン191は、キャリア孔34内を移動可能、つまりキャリア孔34の中心に対して相対的に移動可能である。これにより、遊星歯車3が揺動する際にキャリアピン191がキャリア孔34の内周面に接触することはない。
上記構成により、歯車装置1は、遊星歯車3の自転成分相当の回転を、軸受け部材6の内輪61と一体化された入力側キャリア18及び出力側キャリア19の回転として取り出すように使用される。すなわち、本基本構成では、遊星歯車3と内歯歯車2との間の相対的な回転は、入力側キャリア18及び出力側キャリア19から取り出される。本基本構成では一例として、歯車装置1は、軸受け部材6の外輪62(図4参照)が固定部材であるケース10に固定された状態で使用される。すなわち、遊星歯車3は複数のクランク軸7A,7B,7Cにて回転部材である入力側キャリア18及び出力側キャリア19と連結され、歯車本体22は固定部材に固定されるため、遊星歯車3と内歯歯車2との間の相対的な回転は、回転部材(入力側キャリア18及び出力側キャリア19)から取り出される。言い換えれば、本基本構成では、歯車本体22に対して遊星歯車3が相対的に回転する際、入力側キャリア18及び出力側キャリア19の回転力を出力として取り出すように構成されている。
さらに、本基本構成では、ケース10が内歯歯車2の歯車本体22とシームレスに一体化されている。つまり、回転軸Ax1に平行な方向において、固定部材である歯車本体22とケース10とはシームレスに連続して設けられる。
より詳細には、ケース10は、円筒状であって、歯車装置1の外郭を構成する。本基本構成では、円筒状のケース10の中心軸は、回転軸Ax1と一致するように構成されている。つまり、ケース10は、少なくとも外周面が、平面視において(軸方向の一方から見て)回転軸Ax1を中心とする真円となる。ケース10は、軸方向の両端面が開口する円筒状に形成されている。ここで、ケース10には、内歯歯車2の歯車本体22がシームレスに一体化されており、ケース10及び歯車本体22は、1部品として扱われる。そのため、ケース10の内周面は、歯車本体22の内周面221を含んでいる。さらに、ケース10には、軸受け部材6の外輪62が固定されている。つまり、ケース10の内周面における歯車本体22から見て回転軸Ax1の入力側(図4の右側)には、第1軸受け部材601の外輪62が嵌め込まれることにより固定される。一方、ケース10の内周面における歯車本体22から見て回転軸Ax1の出力側(図4の左側)には、第2軸受け部材602の外輪62が嵌め込まれることにより固定される。
さらに、ケース10における回転軸Ax1の入力側(図4の右側)の端面は、入力側キャリア18によって閉塞され、ケース10における回転軸Ax1の出力側(図4の左側)の端面は、出力側キャリア19によって閉塞される。そのため、図4に示すように、ケース10、入力側キャリア18及び出力側キャリア19で囲まれた空間内に、遊星歯車3(第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302)、複数の外ピン23、及び偏心体軸受け5等の部品が収容される。
複数(基本構成では3つ)のクランク軸7A,7B,7Cの各々は、軸心部71と、2つの偏心部72と、を有している。軸心部71は、少なくとも外周面が平面視において真円となる、円筒状を有している。軸心部71の中心である軸心Ax2は、回転軸Ax1と平行である。複数のクランク軸7A,7B,7Cの軸心Ax2は、回転軸Ax1を中心とする仮想円上に、円周方向に等間隔で配置されている。各偏心部72は、少なくとも外周面が平面視において真円となる、円盤状を有している。各偏心部72の中心(中心軸)C0は、回転軸Ax1と平行であって、かつ回転軸Ax1から径方向にずれた位置に配置されている。ここで、軸心Ax2と中心C0との間の距離ΔL0(図5及び図6参照)は、軸心部71に対する偏心部72の偏心量となる。偏心部72は、軸心部71の長手方向(軸方向)の中央部において、軸心部71の外周面から全周にわたって突出するフランジ形状をなす。上述した構成によれば、各クランク軸7A,7B,7Cは、軸心Ax2を中心に軸心部71が回転(自転)することで、偏心部72が偏心運動することになる。
本基本構成では、軸心部71及び2つの偏心部72は1つの金属部材にて一体に形成されており、これにより、シームレスなクランク軸7A,7B,7Cが実現される。このような形状のクランク軸7A,7B,7Cは、偏心体軸受け5と共に遊星歯車3に組み合わされる。そのため、遊星歯車3に偏心体軸受け5及びクランク軸7A,7B,7Cが組み合わされた状態でクランク軸7A,7B,7Cが回転すると、遊星歯車3は、回転軸Ax1まわりで揺動する。
偏心体軸受け5は、複数の転動体51(図4参照)を有し、クランク軸7A,7B,7Cの回転のうちの自転成分を吸収し、クランク軸7A,7B,7Cの自転成分を除いたクランク軸7A,7B,7Cの回転、つまりクランク軸7A,7B,7Cの揺動成分(公転成分)のみを遊星歯車3に伝達するための部品である。複数の転動体51は、各クランク軸7A,7B,7Cの偏心部72の外周面と、遊星歯車3の各開口部33の内周面と、の間に配置される。つまり、各クランク軸7A,7B,7Cの偏心部72が偏心体軸受け5の内輪として機能し、遊星歯車3の各開口部33の内周面が偏心体軸受け5の外輪として機能する。
偏心体軸受け5及び複数のクランク軸7A,7B,7Cが遊星歯車3に組み合わされた状態で、各クランク軸7A,7B,7Cが回転すると、偏心体軸受け5は、軸心Ax2まわりで回転(偏心運動)する。このとき、クランク軸7A,7B,7Cの自転成分は偏心体軸受け5で吸収される。したがって、遊星歯車3には、偏心体軸受け5により、クランク軸7A,7B,7Cの自転成分を除いたクランク軸7A,7B,7Cの回転、つまりクランク軸7A,7B,7Cの揺動成分(公転成分)のみが伝達されることになる。よって、遊星歯車3に偏心体軸受け5及びクランク軸7A,7B,7Cが組み合わされた状態でクランク軸7A,7B,7Cが回転すると、遊星歯車3は、回転軸Ax1まわりで揺動する。
上述した構成の歯車装置1では、入力軸500に入力としての回転力が加えられて、入力軸500が回転軸Ax1を中心に回転することで、遊星歯車3は、回転軸Ax1まわりで揺動(公転)する。このとき、遊星歯車3は、内歯歯車2の内側で内歯歯車2に対して内接し、外歯31の一部が内歯21の一部に噛み合った状態で揺動するので、内歯21と外歯31との噛み合い位置が内歯歯車2の円周方向に移動する。これにより、遊星歯車3と内歯歯車2との歯数差に応じた相対回転が両歯車(内歯歯車2及び遊星歯車3)の間に発生する。そして、一対のキャリア18,19には、複数のクランク軸7A,7B,7Cにより、遊星歯車3の揺動成分(公転成分)を除いた、遊星歯車3の回転(自転成分)が伝達される。その結果、一対のキャリア18,19からは、両歯車の歯数差に応じて、比較的高い減速比で減速された回転出力が得られることになる。
ところで、本基本構成に係る歯車装置1においては、上述したように、内歯歯車2と遊星歯車3との歯数差は、歯車装置1での入力回転に対する出力回転の減速比を規定することになる。つまり、内歯歯車2の歯数を「V1」、遊星歯車3の歯数を「V2」とした場合、減速比R1は、下記式1で表される。
R1=V2/(V1-V2) (式1)
要するに、内歯歯車2と遊星歯車3との歯数差(V1-V2)が小さいほど、減速比R1は大きくなる。一例として、内歯歯車2の歯数V1が「72」、遊星歯車3の歯数V2が「70」、その歯数差(V1-V2)が「2」であるので、上記式1より、減速比R1は「35」となる。この場合、回転軸Ax1の入力側から見て、各クランク軸7A,7B,7Cが軸心部71の軸心Ax2(図5及び図6参照)を中心に時計回りに1周(360度)回転すると、一対のキャリア18,19は回転軸Ax1を中心に歯数差「2」の分(つまり約10.3度)だけ反時計回りに回転する。
本基本構成に係る歯車装置1によれば、このように高い減速比R1が、内歯歯車2及び遊星歯車3の組み合わせで実現可能である。さらに、入力歯車501と複数のクランク軸歯車502A,502B,502Cとの間においても、入力歯車501及びクランク軸歯車502A,502B,502Cの歯数に応じて、適宜の減速比を実現可能である。結果的に、歯車装置1全体としては、高い減速比を実現することが可能である。
また、歯車装置1は、少なくとも、内歯歯車2と、遊星歯車3と、クランク軸7A,7B,7Cと、一対のキャリア18,19と、を備えていればよく、例えば、図4に示すように、スペーサ11を更に備えていてもよい。スペーサ11は、回転軸Ax1に平行な方向(軸方向)において一対の遊星歯車3(第1遊星歯車301及び第2遊星歯車302)の間に配置されている。
(参考例1)
本参考例に係る内接噛合遊星歯車装置1A(以下、単に「歯車装置1A」ともいう)は、図7~図14に示すように、主としてクランク軸7A,7B,7C周辺の構成が、基本構成に係る歯車装置1と相違する。以下、基本構成と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。図7は、歯車装置1Aの概略断面図である。図8は、歯車装置1Aを回転軸Ax1の出力側から見た概略図である。図9は、1つのクランク軸7Aの周辺部材の概略斜視図である。図10は、1つのクランク軸7Aの周辺部材の概略の分解斜視図である。図11は、1つのクランク軸7Aの概略斜視図である。図12は、図7の領域Z1の拡大図である。図13は、図7の領域Z2の拡大図である。図14は、図13の領域Z1の拡大図である。
本参考例に係る歯車装置1Aは、図7に示すように、複数のオイルシール121,122等を更に備えている。オイルシール121は、ケース10と出力側キャリア19の外周面との間の隙間を塞いでいる。オイルシール122は、出力側キャリア19の中央部に形成された中央孔193を塞いでいる。これら複数のオイルシール121,122等で密閉された空間は、潤滑剤保持空間17を構成する。潤滑剤保持空間17は、軸受け部材6の内輪61と外輪62との間の空間を含む。さらに、潤滑剤保持空間17内には、複数の外ピン23、遊星歯車3、一対の転がり軸受け41,42及び偏心体軸受け5等が収容される。
そして、潤滑剤保持空間17には、潤滑剤が注入されている。潤滑剤は液体であって、潤滑剤保持空間内17を流動可能である。そのため、歯車装置1の使用時においては、例えば、複数の外ピン23からなる内歯21と遊星歯車3の外歯31との噛み合い部位には、潤滑剤が入り込む。本開示でいう「液体」は、液状又はゲル状の物質を含む。ここでいう「ゲル状」は、液体と固体との中間の性質を有する状態を意味し、液相と固相との2つの相からなるコロイド(colloid)の状態を含む。例えば、分散媒が液相であって、分散質が液相であるエマルション(emulsion)、分散質が固相であるサスペンション(suspension)等の、ゲル(gel)又はゾル(sol)と呼ばれる状態が「ゲル状」に含まれる。また、分散媒が固相であって、分散質が液相である状態も、「ゲル状」に含まれる。本基本構成では一例として、潤滑剤は、液状の潤滑油(オイル)である。
本参考例に係る歯車装置1Aは、一対のキャリア18,19の軸方向の両側に取り付けられる一対のカバー13,14を更に備えている。一対のカバー13,14を互いに区別する場合には、回転軸Ax1の入力側(図7では右側)に位置するカバー13を「入力側カバー13」と呼び、回転軸Ax1の出力側(図7では左側)に位置するカバー14を「出力側カバー14」と呼ぶ。本参考例では、一対のカバー13,14の材質は、ステンレス、鋳鉄、機械構造用炭素鋼若しくはクロムモリブデン鋼等の金属、又はこれに熱処理を施した金属である。
入力側カバー13は、回転軸Ax1を中心とする円盤状に形成されている。ここで、入力側カバー13は、少なくとも外周面が、平面視において(軸方向の一方から見て)回転軸Ax1を中心とする真円となる。入力側カバー13の外径は、入力側キャリア18の外径よりも一回り小さい。入力側カバー13は、入力側キャリア18に対して外側、つまり入力側キャリア18から見て遊星歯車3とは反対側(図7では右側)から取り付けられている。
出力側カバー14は、回転軸Ax1を中心とする円盤状に形成されている。ここで、出力側カバー14は、少なくとも外周面が、平面視において(軸方向の一方から見て)回転軸Ax1を中心とする真円となる。出力側カバー14の外径は、出力側キャリア19の外径よりも一回り小さい。出力側カバー14は、出力側キャリア19に対して外側、つまり出力側キャリア19から見て遊星歯車3とは反対側(図7では左側)から取り付けられている。
ここで、一対のカバー13,14は、一対のキャリア18,19に対して取り外し可能に取り付けられている。つまり、入力側カバー13は入力側キャリア18に対して取り外し可能に取り付けられており、出力側カバー14は出力側キャリア19に対して取り外し可能に取り付けられている。本参考例では一例として、各カバー13,14は、複数の固定ボルト142(図8参照)により、各キャリア18,19に対して取り付けられている。そのため、複数の固定ボルト142を外すことにより、各カバー13,14は各キャリア18,19から取り外し可能である。
ここで、一対のカバー13,14のうちの出力側カバー14においては、図8に示すように、出力側キャリア19に設けられる複数の取付穴194(図7参照)に合わせて、複数の透孔141が設けられている。すなわち、出力側キャリア19には、相手部材を固定するための複数の取付穴194(雌ねじ)が設けられている。そのため、出力側キャリア19の外側に取り付けられる出力側カバー14においても、これら複数の取付穴194に対応する位置に複数の透孔141が形成される。特に、出力側キャリア19から相手部材に高トルクを伝達する場合には、取付穴194及び透孔141の個数が多くなる。また、取付穴194及び透孔141の配置及び個数については、相手部材に合わせる必要がある。
一方で、各クランク軸7A,7B,7Cを通す軸孔131(図7参照)は、一対のカバー13,14のうちの入力側カバー13にのみ設けられている。つまり、入力側カバー13には、複数のクランク軸7A,7B,7Cに対応して複数の軸孔131が設けられている。各軸孔131には、各クランク軸7A,7B,7Cの軸心部71が挿入される。ここで、軸心部71が軸孔131の内周面に接触しないよう、各軸孔131の内径は軸心部71の外径よりも一回り大きく設定されている。
ところで、各クランク軸7A,7B,7Cの周辺の構成について、より詳細に説明すると、本参考例に係る歯車装置1Aは、図9~図11に示すような構成を採用している。ここでは、クランク軸7Aを例に説明するが、クランク軸7B,7Cについても同様の構成を採用する。
すなわち、クランク軸7Aは、軸心Ax2に沿った軸方向における2つの偏心部72の間にフランジ部73を有している。フランジ部73は、軸心Ax2を中心とする円盤状であって、少なくとも外周面が平面視において真円となる。フランジ部73の外径は、偏心部72の外径よりも一回り大きく設定されており、フランジ部73は、偏心部72の外周面から全周にわたって突出するフランジ形状をなす。本参考例では一例として、軸心部71、2つの偏心部72及びフランジ部73はシームレスに一体化されている。
ここで、クランク軸7Aは、1つの軸心部71に対して2つの偏心部72を有しているので、軸方向の少なくとも2箇所に段差部70を有することになる。つまり、クランク軸7Aの径はその全長にわたって均一ではなく、少なくとも軸心部71と各偏心部72との間で径が変化するため、この部分で2つの段差部70が生じることになる。言い換えれば、各偏心部72における軸方向の外側(つまりフランジ部73とは反対側)を向いた端面が、それぞれ段差部70となる。
本参考例では、クランク軸7Aの軸心部71は、軸方向の両端部において軸方向の中央部に比べて小径となっている。そのため、軸心部71の径が変化する部位においても、それぞれ段差部70が生じることになる。結果的に、クランク軸7Aは軸方向の4箇所に段差部70を有している。ここで、各段差部70を区別する場合、回転軸Ax1の入力側(図7では右側)から順に、それぞれを第1の段差部701、第2の段差部702、第3の段差部703、第4の段差部704とする。つまり、第1の段差部701及び第2の段差部702は、回転軸Ax1の入力側を向いた端面であって、第3の段差部703及び第4の段差部704は、回転軸Ax1の出力側を向いた端面である。軸心部71における、第1の段差部701よりも更に回転軸Ax1の入力側の端部は、クランク軸歯車502Aを装着するための取付部74を構成する。
このようなクランク軸7Aに対して、一対の転がり軸受け41,42、一対の偏心体軸受け5、ワッシャ81~85及び止め輪86が組み合わされる。すなわち、クランク軸7Aの2つの偏心部72には、それぞれ偏心体軸受け5が装着される。また、クランク軸7Aの軸心部71のうち、軸方向において2つの偏心部72の両側となる位置に一対の転がり軸受け41,42が装着される。さらに、クランク軸7Aの軸心部71における、第4の段差部704よりも更に回転軸Ax1の出力側(図7では左側)の端部には、止め輪86を嵌め込むための溝75が形成されている。そのため、軸心部71における回転軸Ax1の出力側の端部には、止め輪86が取り付けられる。
ここで、フランジ部73から見て回転軸Ax1の入力側(図7では右側)には、ワッシャ81、偏心体軸受け5、ワッシャ82、転がり軸受け41が、フランジ部73側からこの順で並ぶように装着される。一方、フランジ部73から見て回転軸Ax1の出力側(図7では左側)には、ワッシャ83、偏心体軸受け5、ワッシャ84、転がり軸受け42、ワッシャ85、止め輪86が、フランジ部73側からこの順で並ぶように装着される。そのため、フランジ部73から見て回転軸Ax1の入力側においては、フランジ部73と偏心体軸受け5との間にワッシャ81が介在し、偏心体軸受け5と転がり軸受け41との間にワッシャ82が介在する。フランジ部73から見て回転軸Ax1の出力側においては、フランジ部73と偏心体軸受け5との間にワッシャ83が介在し、偏心体軸受け5と転がり軸受け42との間にワッシャ84が介在する。さらに、転がり軸受け42は、ワッシャ85を介して止め輪86に接触することで、回転軸Ax1の出力側への移動が規制される。
より詳細には、ワッシャ81,83には、それぞれ偏心部72が挿入され、ワッシャ82,84には、それぞれ軸心部71が挿入される。ここで、クランク軸7Aの第2の段差部702と転がり軸受け41との間にワッシャ82が介在する。一方、クランク軸7Aの第3の段差部703と転がり軸受け42との間にワッシャ84が介在する。さらに、クランク軸7Aの第4の段差部704と止め輪86との間にワッシャ85が介在する。これらワッシャ81~85は、例えば金属製であって、二部材間の摩擦を低減する軌道輪(軌道盤)として機能する。
ところで、本参考例に係る歯車装置1Aは、図12に示すように、各クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の移動を規制する規制構造9を備えている。つまり、本参考例に係る歯車装置1Aでは、規制構造9が、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の移動を規制する。本開示でいう「軸方向」は、クランク軸7A,7B,7Cの軸心Ax2に沿った方向、特にクランク軸7A,7B,7Cの軸心Ax2に平行な方向(スラスト方向)を意味する。また、本開示でいう「移動を規制」とは、移動について何かしらの制限をかけることを意味し、移動を完全に禁止することだけでなく、移動範囲を制限すること又は移動しにくくすること等を含む。つまり、本参考例では、規制構造9が設けられていることにより、クランク軸7A,7B,7Cの軸心Ax2に沿った軸方向において、クランク軸7A,7B,7Cの移動が制限されることになる。
本参考例では一例として、規制構造9は、軸方向の一方(回転軸Ax1の入力側)及び他方(回転軸Ax1の出力側)の両方について、クランク軸7A,7B,7Cの移動を禁止することとする。すなわち、図8の例において、規制構造9は、一対のキャリア18,19に対して、クランク軸7A,7B,7Cの図中右方への移動及び図中左方への移動のいずれも禁止する。これにより、軸方向におけるクランク軸7A,7B,7Cの位置が(一対のキャリア18,19に対して)定位置に位置決めされる。
具体的には、本参考例では、規制構造9は、一対のキャリア18,19の軸方向の両側に取り付けられる一対のカバー13,14を含む。要するに、歯車装置1Aは、上述した入力側カバー13及び出力側カバー14を用いて、各クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の移動を規制する。特に本参考例に係る歯車装置1Aは、規制構造9として、軸方向の一方(図8では右方)へのクランク軸7A,7B,7Cの移動を規制する第1規制構造91と、軸方向の他方(図8では左方)へのクランク軸7A,7B,7Cの移動を規制する第2規制構造92と、を備えている。
ここで、入力側カバー13は、第1規制構造91に含まれ、クランク軸7A,7B,7Cから軸方向の一方(図8では右方)に向けて作用する力F1を受けることにより、軸方向の一方へのクランク軸7A,7B,7Cの移動を規制する。一方、出力側カバー14は、第2規制構造92に含まれ、クランク軸7A,7B,7Cから軸方向の他方(図8では左方)に向けて作用する力F2を受けることにより、軸方向の他方へのクランク軸7A,7B,7Cの移動を規制する。
より詳細には、第1規制構造91は、入力側カバー13と、クランク軸7A,7B,7Cの第1の段差部701と、を含んでいる。このような第1規制構造91によれば、入力側カバー13の回転軸Ax1の出力側(図8では左側)を向いた面における軸孔131の周囲に、クランク軸7A,7B,7Cの回転軸Ax1の入力側(図8では右側)を向いた第1の段差部701が接触することで、軸方向の一方(図8では右方)へのクランク軸7A,7B,7Cの移動が規制される。つまり、入力側キャリア18に取り付けられた入力側カバー13に、クランク軸7A,7B,7Cの第1の段差部701が接触することで、軸方向の一方へのクランク軸7A,7B,7Cの移動が禁止される。
第2規制構造92は、出力側カバー14と、クランク軸7A,7B,7Cの回転軸Ax1の出力側の端面76と、を含んでいる。このような第2規制構造92によれば、出力側カバー14の回転軸Ax1の入力側(図8では右側)を向いた面に、クランク軸7A,7B,7Cの回転軸Ax1の出力側(図8では左側)を向いた端面76が接触することで、軸方向の他方(図8では左方)へのクランク軸7A,7B,7Cの移動が規制される。つまり、出力側キャリア19に取り付けられた出力側カバー14に、クランク軸7A,7B,7Cの端面76が接触することで、軸方向の他方へのクランク軸7A,7B,7Cの移動が禁止される。
ここで、規制構造9において、一対のカバー13,14に接触するのは、クランク軸7A,7B,7Cのうちの偏心部72の端面(第2の段差部702及び第3の段差部703)以外の部位である。すなわち、規制構造9は、クランク軸7A,7B,7Cのうち、偏心部72の端面からなる段差部702,703よりも軸方向の外側に位置し、軸方向の外側を向いた端面(第1の段差部701又は端面76)に接触することにより、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の移動を規制する。そのため、偏心部72の端面からなる段差部702,703においては、一対のカバー13,14等に接触することで摩擦が生じることがなく、当該段差部702,703の摩耗等を低減できる。
ところで、本参考例に係る歯車装置1Aは、内歯歯車2と、遊星歯車3と、クランク軸7A,7B,7Cと、一対のキャリア18,19と、を備え、遊星歯車3を揺動させることにより、遊星歯車3を内歯歯車2に対して相対的に回転させる。内歯歯車2は、環状の歯車本体22と、歯車本体22の内周面221に形成された複数の内周溝223に自転可能な状態で保持され内歯21を構成する複数の外ピン23と、を有する。遊星歯車3は、内歯21に部分的に噛み合う外歯31を有する。クランク軸7A,7B,7Cは、軸心Ax2に沿った軸方向の少なくとも2箇所に段差部70を有し、軸心Ax2を中心に回転することにより遊星歯車3を揺動させる。一対のキャリア18,19は、遊星歯車3の軸方向の両側に配置され、クランク軸7A,7B,7Cを回転可能に支持する。ここで、図13に示すように、段差部70と一対のキャリア18,19との間には、それぞれ潤滑剤を通す潤滑路S1が形成されている。
すなわち、本参考例では、段差部70と一対のキャリア18,19との間に潤滑路S1を確保されている。このような潤滑路S1が確保されることにより、歯車装置1Aでは、潤滑路S1を通して潤滑剤を循環させることができ、一対の転がり軸受け41,42及び一対の偏心体軸受け5等の潤滑状態を改善することができる。図13では、潤滑剤が潤滑路S1を流れる(循環する)様子を破線矢印で概念的に表している。
本参考例では、潤滑路S1は潤滑剤が注入される潤滑剤保持空間17内に形成されている。このような潤滑路S1が形成されることにより、クランク軸7A,7B,7C周辺においては、潤滑剤が不足又は枯渇する「潤滑剤切れ」が生じにくく、常に一定量以上の潤滑剤が供給されることになる。しかも、潤滑剤が定位置に停滞する構成に比べると、潤滑路S1を通して潤滑剤が循環することで、クランク軸7A,7B,7C周辺において、随時、潤滑剤の入れ替えが行われることになり、潤滑剤の劣化を抑えることが可能である。
よって、一対の転がり軸受け41,42及び一対の偏心体軸受け5等の潤滑状態が改善され、潤滑不良が生じにくくなる。そのため、長期的に歯車装置1Aが使用される場合においても、摩擦による損失を低減でき、歯車装置1Aの長寿命化を図りやすくなる。要するに、本参考例に係る歯車装置1Aは、特に長期間の使用に際しても信頼性の低下が生じにくいため、ひいては、歯車装置1Aの伝達効率の改善、長寿命化、及び高性能化にもつながる。
ここで、本参考例では、潤滑路S1は、軸方向に直交する径方向に潤滑剤を通す径方向路S11を含む。すなわち、図13の領域Z1の概略拡大図である図14に示すように、段差部70と一対のキャリア18,19との間に形成される潤滑路S1は、少なくとも径方向(ラジアル方向)に潤滑剤を通す径方向路S11を含んでいる。これにより、クランク軸7A,7B,7Cの回転時に、遠心力によって潤滑剤を径方向に通すことで、潤滑路S1を通して潤滑剤を効率的に循環させることができる。
また、本参考例では、軸方向において、段差部702,703と、一対のキャリア18,19のうちの少なくとも一方のキャリア18,19との間には隙間があり、潤滑路S1は当該隙間を含む。本参考例では、上述したように、少なくとも偏心部72の端面からなる段差部702,703については、規制構造9としては用いないため、当該段差部702,703と一対のキャリア18,19との間には隙間が設けられ、この隙間を潤滑路S1の一部とすることができる。本参考例では一例として、段差部702,703と、一対のキャリア18,19の両方との間にそれぞれ生じる隙間が、潤滑路S1の一部を構成する。
さらに、本参考例では、段差部70と一対のキャリア18,19との間に配置される板状部品(ワッシャ82,84)を更に備える。潤滑路S1は、板状部品(ワッシャ82,84)におけるキャリア18,19との対向面に形成されている溝部80(図10参照)を含む。すなわち、図10に示すように、ワッシャ81~84において、軸方向の外側(キャリア18,19側)を向いた面には、径方向に延びる溝部80が形成されている。ここで、各ワッシャ81~84に対して複数の溝部80が形成されることが好ましく、本参考例では一例として、各ワッシャ81~84に対して4つの溝部80が形成されている。4つの溝部80は、各ワッシャ81~84の周方向に等間隔で配置されている。このような溝部80が設けられることにより、潤滑剤は溝部80内を通して流れることになり、溝部80は潤滑路S1に含まれることになる。その結果、溝部80が無い場合に比べて、潤滑路S1の断面積を広げることができ、潤滑剤がより循環しやすくなる。
また、本参考例のように複数のクランク軸7A,7B,7Cを備える場合には、これら複数のクランク軸7A,7B,7Cの周辺にそれぞれ形成される複数の潤滑路S1を連結する、連結路S2が設けられることが好ましい。これにより、複数のクランク軸7A,7B,7C間において潤滑剤を循環させ、歯車装置1Aの全体に潤滑剤を循環させることができるので、潤滑状態の更なる改善が期待できる。
具体的には、図7に示すように、一対のカバー13,14の各々において、軸方向の内側を向いた面(遊星歯車3側の面)に、溝133,143が形成されている。溝133,143は、平面視において、複数のクランク軸7A,7B,7Cの各々を支持する転がり軸受け41,42を通るように形成された、回転軸Ax1を中心とする円環状の溝である(図8参照)。そのため、複数(ここでは3つ)の転がり軸受け41を含む潤滑路S1は、入力側カバー13の溝133からなる連結路S2にて連結される。同様に、複数(ここでは3つ)の転がり軸受け42を含む潤滑路S1は、出力側カバー14の溝143からなる連結路S2にて連結される。
また、本参考例に係る歯車装置1Aは、回転軸Ax1を中心に回転する入力歯車501と、複数のクランク軸歯車502A,502B,502Cと、を備えている。複数のクランク軸歯車502A,502B,502Cは、入力歯車501と噛み合うように入力歯車501の周囲に配置され、入力歯車501の回転時に、互いに同期して回転する。クランク軸7A,7B,7Cは、複数のクランク軸歯車502A,502B,502Cと一対一に対応するように複数設けられている。複数のクランク軸7A,7B,7Cは、複数のクランク軸歯車502A,502B,502Cと共に回転し、回転軸Ax1を中心に遊星歯車3を揺動させる。
このように、複数のクランク軸7A,7B,7Cを有する振り分けタイプの歯車装置1Aにおいて、複数のクランク軸7A,7B,7Cの軸方向の移動を規制することができる。さらに、複数のクランク軸7A,7B,7Cの周辺で潤滑剤を循環させることで、潤滑状態の向上を図ることができる。
本参考例に係る歯車装置1Aは、図15に示すように、第1部材201及び第2部材202と共に、ロボット用関節装置200を構成する。言い換えれば、本参考例に係るロボット用関節装置200は、歯車装置1Aと、第1部材201と、第2部材202と、を備える。第1部材201は、歯車本体22に固定される。第2部材202は、内歯歯車2に対する遊星歯車3の相対的な回転に伴って、第1部材201に対して相対的に回転する。図15は、ロボット用関節装置200の概略断面図である。また、図15では、第1部材201、第2部材202及び駆動源101を模式的に表している。
このように構成されるロボット用関節装置200は、第1部材201と第2部材202とが、回転軸Ax1を中心に相対的に回転することにより、関節装置として機能する。ここで、歯車装置1Aの入力軸500を、駆動源101にて駆動することによって、第1部材201と第2部材202とは相対的に回転する。このとき、駆動源101で発生する回転(入力回転)が、歯車装置1Aにおいて比較的高い減速比にて減速され、第1部材201又は第2部材202を比較的高トルクで駆動する。つまり、歯車装置1Aにて連結された第1部材201と第2部材202とは、回転軸Ax1を中心に屈伸動作が可能となる。
ロボット用関節装置200は、例えば、水平多関節ロボット(スカラ型ロボット)のようなロボットに用いられる。さらに、ロボット用関節装置200は、水平多関節ロボットに限らず、例えば、水平多関節ロボット以外の産業用ロボット、又は産業用以外のロボット等に用いられてもよい。また、本参考例に係る歯車装置1Aは、ロボット用関節装置200に限らず、例えば、インホイールモータ等の車輪装置として、無人搬送車(AGV:Automated Guided Vehicle)等の車両に用いられてもよい。
<変形例>
参考例1は、本開示の様々な参考例の一つに過ぎない。参考例1は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、本開示で参照する図面は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。以下、参考例1の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
クランク軸7A,7B,7Cの個数は「3」に限らず、2又は4以上であってもよい。さらに、クランク軸が1つのみであれば、振り分けタイプではなく、回転軸Ax1とクランク軸の軸心Ax2とが一致する偏心揺動型の内接噛合遊星歯車装置が実現される。この場合、クランク軸が駆動されることにより遊星歯車3が揺動し、回転軸Ax1を中心に、歯車本体22に対して、一対のキャリア18,19を相対的に回転させることができる。
また、参考例1では、遊星歯車3が2つのタイプの歯車装置1Aを例示したが、歯車装置1Aは、遊星歯車3を3つ以上備えていてもよい。例えば、歯車装置1Aが遊星歯車3を3つ備える場合、これら3つの遊星歯車3は、回転軸Ax1まわりで120度の位相差をもって配置されることが好ましい。また、歯車装置1Aは遊星歯車3を1つのみ備えていてもよい。あるいは、歯車装置1Aが遊星歯車3を3つ備える場合、これら3つの遊星歯車3のうち2つの遊星歯車3が同位相であって、残り1つの遊星歯車3が回転軸Ax1まわりで180度の位相差をもって配置されてもよい。
また、軸受け部材6は、クロスローラベアリングであってもよいし、深溝玉軸受け又は4点接触玉軸受け等であってもよい。
また、参考例1で説明した入力歯車501の歯数、クランク軸歯車502A,502B,502Cの歯数、外ピン23の数(内歯21の歯数)、及び外歯31の歯数等は、一例に過ぎず、適宜変更可能である。
また、偏心体軸受け5は、コロ軸受けに限らず、例えば、深溝玉軸受け、又はアンギュラ玉軸受等であってもよい。
また、歯車装置1Aの各構成要素の材質は、金属に限らず、例えば、エンジニアリングプラスチック等の樹脂であってもよい。
また、歯車装置1Aは、軸受け部材6の内輪61と外輪62との間の相対的な回転を出力として取り出すことができればよく、内輪61(入力側キャリア18及び出力側キャリア19)の回転力が出力として取り出される構成に限らない。例えば、内輪61に対して相対的に回転する外輪62(ケース10)の回転力が出力として取り出されてもよい。
また、参考例1では、クランク軸7A,7B,7Cの回転軸Ax1の出力側の端面76は、出力側カバー14に直接的に接触しているが、この構成に限らず、端面76と出力側カバー14との間に、例えばシム部材等の板状部品が配置されてもよい。この場合、出力側カバー14を取り付ける際に、板状部品の厚み(及び/又は枚数)を調節することによって、軸方向において端面76と出力側カバー14との間の隙間を調節することができ、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向における「遊び」を調節できる。さらに、板状部品が、端面76と出力側カバー14との間の摩擦を低減する軌道輪(軌道盤)として機能する。
また、潤滑剤は、潤滑油(オイル)等の液状の物質に限らず、グリス等のゲル状の物質であってもよい。
(実施形態1)
本実施形態に係る内接噛合遊星歯車装置1B(以下、単に「歯車装置1B」ともいう)は、図16及び図17に示すように、出力側カバー14(図7参照)が省略されている点で、参考例1に係る歯車装置1Aと相違する。以下、参考例1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。図16は、歯車装置1Bの概略断面図である。図17は、図16の領域Z1を拡大した概略図であって、吹き出し内に部分拡大図を示す。
本実施形態に係る歯車装置1Bでは、出力側カバー14に代えて、出力側キャリア19、ワッシャ84及び第3の段差部703にて、各クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の他方への移動を規制する。また、各クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の一方への移動については、参考例1と同様に、入力側カバー13及び段差部(第1の段差部701)にて規制する。
すなわち、歯車装置1Bは、内歯歯車2と、遊星歯車3と、クランク軸7A,7B,7Cと、入力側キャリア18及び出力側キャリア19と、を備え、遊星歯車3を揺動させることにより、遊星歯車3を内歯歯車2に対して相対的に回転させる。内歯歯車2は、環状の歯車本体22と、歯車本体22の内周面221に形成された複数の内周溝223に自転可能な状態で保持され内歯21を構成する複数の外ピン23と、を有する。遊星歯車3は、内歯21に部分的に噛み合う外歯31を有する。クランク軸7A,7B,7Cは、軸心Ax2に沿った軸方向の少なくとも2箇所に段差部70を有し、軸心Ax2を中心に回転することにより遊星歯車3を揺動させる。入力側キャリア18及び出力側キャリア19は、遊星歯車3の軸方向の両側に配置され、クランク軸7A,7B,7Cを回転可能に支持する。ここで、歯車装置1Bは、図17に示すように、第1規制構造91と、第2規制構造92と、を更に備える。第1規制構造91は、入力側キャリア18の軸方向における遊星歯車3とは反対側に取り付けられる入力側カバー13を含み、入力側カバー13に対して直接的又は間接的に段差部70(第1の段差部701)を接触させることにより、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の一方(図17では右方)への移動を規制する。第2規制構造92は、出力側キャリア19に対して直接的又は間接的に段差部70(第3の段差部703)を接触させることにより、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の他方(図17では左方)への移動を規制する。
このように、本実施形態では、クランク軸7A,7B,7Cが段差部70を有し、第1規制構造91は、入力側カバー13を含み、入力側カバー13に対して直接的又は間接的に段差部70を接触させることにより、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の一方への移動を規制する。そして、第2規制構造92は、出力側キャリア19に対して直接的又は間接的に段差部70を接触させることにより、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の他方への移動を規制する。つまり、歯車装置1Bでは、出力側カバー14に代えて、出力側キャリア19を利用して、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の(他方への)移動を規制することができる。結果的に、歯車装置1Bでは、円錐ころ軸受け、又は出力側キャリア19に取り付けられる出力カバー14を用いることなく、比較的簡単な構成でありながらも、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の移動を規制可能である。したがって、本実施形態の構成によれば、クランク軸7A,7B,7Cが軸方向に移動することによるガタつき及び伝達損失等を低減できる。
また、本実施形態に係る歯車装置1Bは、参考例1に係る歯車装置1Aに比較して、次のような利点がある。すなわち、出力側カバー14の厚み分だけ、出力側キャリア19に設けられる複数の取付穴194の深さを深く確保でき、出力側キャリア19に対する相手部材の取付強度の向上を図りやすい。さらに、複数の取付穴194に対応する複数の透孔141を設けた出力側カバー14が省略されるので、相手部材に合わせて透孔141の配置及び個数を調節する必要がない。また、出力側カバー14を出力側キャリア19に取り付けるための固定ボルト142(図8参照)は不要であるので、固定ボルト142と干渉することなく取付穴194を設けることが可能である。
具体的に、本実施形態では、各クランク軸7A,7B,7Cのうちの偏心部72の端面からなる第3の段差部703が、ワッシャ84を介して、間接的に出力側キャリア19に接触する。言い換えれば、出力側キャリア19における回転軸Ax1の入力側(図17では右側)の面と偏心部72の端面(第3の段差部703)との間には、ワッシャ84が挟まれることになる。
図17は、図16の領域Z1を拡大した概略図である。図17に示すように、第1規制構造91は、参考例1と同様に、入力側カバー13と、クランク軸7A,7B,7Cの第1の段差部701と、を含んでいる。このような第1規制構造91によれば、入力側カバー13の回転軸Ax1の出力側を向いた面における軸孔131の周囲に、クランク軸7A,7B,7Cの回転軸Ax1の入力側を向いた第1の段差部701が接触することで、軸方向の一方へのクランク軸7A,7B,7Cの移動が規制される。つまり、入力側キャリア18に取り付けられた入力側カバー13に、クランク軸7A,7B,7Cの第1の段差部701が接触することで、軸方向の一方へのクランク軸7A,7B,7Cの移動が禁止される。言い換えれば、入力側キャリア18に取り付けられた入力側カバー13は、クランク軸7A,7B,7Cから軸方向の一方(図17では右方)に向けて作用する力F1を受けることにより、軸方向の一方へのクランク軸7A,7B,7Cの移動を禁止する。
要するに、第1規制構造91において、入力側カバー13に接触するのは、クランク軸7A,7B,7Cのうちの偏心部72の端面(第2の段差部702)以外の部位である。すなわち、第1規制構造91は、クランク軸7A,7B,7Cのうち、偏心部72の端面(第2の段差部702)よりも軸方向の外側(図17では右側)に位置し、軸方向の外側を向いた段差部(第1の段差部701)を入力側カバー13に対して直接的又は間接的に接触させることにより、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の一方への移動を規制する。そのため、偏心部72の端面からなる第2の段差部702においては、入力側カバー13に接触することで摩擦が生じることがなく、当該段差部702の摩耗等を低減できる。本実施形態では、第1の段差部701を入力側カバー13に対して直接的に接触させているが、この構成に限らず、第1の段差部701がワッシャ等を介して入力側カバー13に対して間接的に接触してもよい。
第2規制構造92は、出力側キャリア19と、ワッシャ84と、第3の段差部703と、を含んでいる。このような第2規制構造92によれば、出力側キャリア19の回転軸Ax1の入力側(図17では右側)を向いた面に、クランク軸7A,7B,7Cの回転軸Ax1の出力側を向いた第3の段差部703が(ワッシャ84を介して間接的に)接触することで、軸方向の他方(図17では左方)へのクランク軸7A,7B,7Cの移動が規制される。つまり、出力側キャリア19は、ワッシャ84を介して、第3の段差部703から軸方向の他方(図17では左方)に向けて作用する力F2を受けることにより、軸方向の他方へのクランク軸7A,7B,7Cの移動を禁止する。
すなわち、本実施形態では、第2規制構造92は、出力側キャリア19に対して板状部品(ワッシャ84)を介して間接的に段差部70(第3の段差部703)を接触させることにより、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の他方への移動を規制する。そのため、板状部品(ワッシャ84)が、出力側キャリア19と段差部70との間の摩擦を低減する軌道輪(軌道盤)として機能する。
また、本実施形態では、第1規制構造91における入力側カバー13は、入力側キャリア18に対して取り外し可能に取り付けられている。すなわち、入力側カバー13は、入力側キャリア18とは別部材であって、歯車装置1Bの組立時に入力側キャリア18に対して取り付けられる。そのため、歯車装置1Bの組立時に、クランク軸7A,7B,7Cを入力側キャリア18側より挿入した後、入力側キャリア18に対して入力側カバー13を取り付けることによって初めて、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の一方への移動を規制することができる。よって、入力側キャリア18に対する入力側カバー13の取り付け位置を調節することで、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の「遊び」を調節できる。
ここで、図17の吹き出し内に示すように、入力側キャリア18と入力側カバー13との間には、シム部材132が介装されていることが好ましい。シム部材132は、例えば金属製の薄板部材である。すなわち、軸方向において、入力側カバー13は、シム部材132を介して入力側キャリア18に接触する。これにより、入力側カバー13を取り付ける際に、シム部材132の厚み(及び/又は枚数)を調節することによって、軸方向において第1の段差部701と入力側カバー13との間の隙間を調節することができ、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向における「遊び」を調節できる。
さらに、本実施形態では、第1規制構造91において、クランク軸7A,7B,7Cの段差部70(第1の段差部701)が、入力側キャリア18に取り付けられている入力側カバー13に対して、直接的又は間接的に接触することにより、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の一方への移動が規制されている。すなわち、クランク軸7A,7B,7Cは、入力側キャリア18ではなく、入力側カバー13により軸方向への移動が規制される。入力側カバー13は、入力側キャリア18に取外し可能に取り付けられるので、入力側キャリア18とは別体である。そのため、クランク軸7A,7B,7Cの軸方向の一方への移動を規制しつつ、第2の段差部702と入力側キャリア18との間には、潤滑剤を通す潤滑路S1の一部となる隙間を確保することが可能である。
よって、本実施形態では、参考例1と同様に、段差部70(第2の段差部702)と入力側キャリア18との間には、潤滑剤を通す潤滑路S1が形成されている。したがって、一対の転がり軸受け41及び一対の偏心体軸受け5等の潤滑状態が改善され、潤滑不良が生じにくくなる。そのため、長期的に歯車装置1Bが使用される場合においても、摩擦による損失を低減でき、歯車装置1Bの長寿命化を図りやすくなる。要するに、本実施形態に係る歯車装置1Bは、特に長期間の使用に際しても信頼性の低下が生じにくいため、ひいては、歯車装置1Bの伝達効率の改善、長寿命化、及び高性能化にもつながる。一方、本実施形態では、第2規制構造92を構成する出力側キャリア19と第3の段差部703との間には隙間が生じておらず、一般的なワッシャ84を用いた場合、出力側キャリア19と第3の段差部703との間に潤滑路は生じない。ただし、溝部80を設けたワッシャ84が用いられる場合、潤滑剤は溝部80内を通して流れることが可能であり、第2規制構造92を構成する出力側キャリア19と第3の段差部703との間にも潤滑路を形成可能である。
また、本実施形態に係る歯車装置1Bは、参考例1と同様に、回転軸Ax1を中心に回転する入力歯車501と、複数のクランク軸歯車502A,502B,502Cと、を備えている。複数のクランク軸歯車502A,502B,502Cは、入力歯車501と噛み合うように入力歯車501の周囲に配置され、入力歯車501の回転時に、互いに同期して回転する。クランク軸7A,7B,7Cは、複数のクランク軸歯車502A,502B,502Cと一対一に対応するように複数設けられている。複数のクランク軸7A,7B,7Cは、複数のクランク軸歯車502A,502B,502Cと共に回転し、回転軸Ax1を中心に遊星歯車3を揺動させる。
このように、複数のクランク軸7A,7B,7Cを有する振り分けタイプの歯車装置1Bにおいて、複数のクランク軸7A,7B,7Cの軸方向の移動を規制することができる。さらに、複数のクランク軸7A,7B,7Cの周辺で潤滑剤を循環させることで、潤滑状態の向上を図ることができる。
実施形態1の構成は、参考例1で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。
(まとめ)
以上説明したように、第1の態様に係る内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)は、内歯歯車(2)と、遊星歯車(3)と、クランク軸(7A,7B,7C)と、入力側キャリア(18)及び出力側キャリア(19)と、を備え、遊星歯車(3)を揺動させることにより、遊星歯車(3)を内歯歯車(2)に対して相対的に回転させる。内歯歯車(2)は、環状の歯車本体(22)と、歯車本体(22)の内周面(221)に形成された複数の内周溝(223)に自転可能な状態で保持され内歯(21)を構成する複数の外ピン(23)と、を有する。遊星歯車(3)は、内歯(21)に部分的に噛み合う外歯(31)を有する。クランク軸(7A,7B,7C)は、軸心(Ax2)に沿った軸方向の少なくとも2箇所に段差部(70)を有し、軸心(Ax2)を中心に回転することにより遊星歯車(3)を揺動させる。入力側キャリア(18)及び出力側キャリア(19)は、遊星歯車(3)の軸方向の両側に配置され、クランク軸(7A,7B,7C)を回転可能に支持する。内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)は、第1規制構造(91)と、第2規制構造(92)と、を更に備える。第1規制構造(91)は、入力側キャリア(18)の軸方向における遊星歯車(3)とは反対側に取り付けられる入力側カバー(13)を含む。第1規制構造(91)は、入力側カバー(13)に対して直接的又は間接的に段差部(70)を接触させることにより、クランク軸(7A,7B,7C)の軸方向の一方への移動を規制する。第2規制構造(92)は、出力側キャリア(19)に対して直接的又は間接的に段差部(70)を接触させることにより、クランク軸(7A,7B,7C)の軸方向の他方への移動を規制する。
この態様によれば、クランク軸(7A,7B,7C)の軸方向の一方への移動については、入力側キャリア(18)に取り付けられる入力側カバー(13)に対して直接的又は間接的に段差部(70)を接触させることにより規制する。一方で、クランク軸(7A,7B,7C)の軸方向の他方への移動については、出力側キャリア(19)に対して直接的又は間接的に段差部(70)を接触させることにより規制する。結果的に、内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)では、円錐ころ軸受け等を用いることなく、比較的簡単な構成でありながらも、クランク軸(7A,7B,7C)の軸方向の移動を規制可能である。したがって、クランク軸(7A,7B,7C)が軸方向に移動することによるガタつき及び伝達損失等を低減できる。
第2の態様に係る内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)では、第1の態様において、段差部(70)と入力側キャリア(18)との間には、潤滑剤を通す潤滑路(S1)が形成されている。
この態様によれば、軸方向における、段差部(70)と入力側キャリア(18)との間の隙間を利用して、潤滑剤を循環させることができる。
第3の態様に係る内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)では、第1又は2の態様において、第2規制構造(92)は、出力側キャリア(19)に対して板状部品(ワッシャ84)を介して間接的に段差部を接触させることにより、クランク軸の軸方向の他方への移動を規制する、入力側カバー(13)は、入力側キャリア(18)に対して取り外し可能に取り付けられている。
この態様によれば、板状部品(ワッシャ84)が、出力側キャリア(19)と段差部(70)との間の摩擦を低減する軌道輪(軌道盤)として機能する。
第4の態様に係る内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)では、第1~3のいずれかの態様において、入力側キャリア(18)と入力側カバー(13)との間には、シム部材(132)が介装されている。
この態様によれば、シム部材(132)の厚み(及び/又は枚数)を調節することによって、軸方向において段差部(70)と入力側カバー(13)との間の隙間を調節することができ、クランク軸(7A,7B,7C)の軸方向における「遊び」を調節できる。
第5の態様に係る内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)では、第1~4のいずれかの態様において、入力側カバー(13)は、入力側キャリア(18)に対して取り外し可能に取り付けられている。
この態様によれば、内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)の組立時等に、クランク軸(7A,7B,7C)を入力側キャリア(18)側より挿入した後、入力側キャリア(18)に対して入力側カバー(13)を取り付けることによって初めて、クランク軸(7A,7B,7C)の軸方向の移動を規制することができる。
第6の態様に係る内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)では、第1~5のいずれかの態様において、クランク軸(7A,7B,7C)は、軸心(Ax2)に対して偏心する偏心部(72)を有する。第1規制構造(91)は、クランク軸(7A,7B,7C)のうち、偏心部(72)の端面(段差部702,703)よりも軸方向の外側に位置し、軸方向の外側を向いた段差部(701)を入力側カバー(13)に対して直接的又は間接的に接触させることにより、クランク軸(7A,7B,7C)の軸方向の一方への移動を規制する。
この態様によれば、クランク軸(7A,7B,7C)のうち、偏心部(72)の端面(段差部702,703)ではない段差部(701)にて、クランク軸(7A,7B,7C)の軸方向の移動が規制されるので、偏心部(72)の摩耗を低減できる。
第7の態様に係る内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)は、第1~6のいずれかの態様において、回転軸(Ax1)を中心に回転する入力歯車(501)と、入力歯車(501)と噛み合うように入力歯車(501)の周囲に配置され、入力歯車(501)の回転時に、互いに同期して回転する複数のクランク軸歯車(502A,502B,502C)と、を更に備える。クランク軸(7A,7B,7C)は、複数のクランク軸歯車(502A,502B,502C)と一対一に対応するように複数設けられている。複数のクランク軸(7A,7B,7C)は、複数のクランク軸歯車(502A,502B,502C)と共に回転し、回転軸(Ax1)を中心に遊星歯車(3)を揺動させる。
この態様によれば、振り分けタイプの内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)において、比較的簡単な構成でありながらも、クランク軸(7A,7B,7C)の軸方向の移動を規制可能である。
第8の態様に係るロボット用関節装置(200)は、第1~7のいずれかの態様に係る内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)と、歯車本体(22)に固定される第1部材(201)と、内歯歯車(2)に対する遊星歯車(3)の相対的な回転に伴って、第1部材(201)に対して相対的に回転する第2部材(202)と、を備える。
この態様によれば、比較的簡単な構成でありながらも、クランク軸(7A,7B,7C)の軸方向の移動を規制可能である。
第2~7の態様に係る構成については、内接噛合遊星歯車装置(1,1A,1B)に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
1,1A,1B 内接噛合遊星歯車装置
2 内歯歯車
3 遊星歯車
7A,7B,7C クランク軸
13 入力側カバー
18 入力側キャリア
19 出力側キャリア
21 内歯
22 歯車本体
23 外ピン
31 外歯
70,701,702,703,704 段差部
84 ワッシャ(板状部品)
91 第1規制構造
92 第2規制構造
132 シム部材
200 ロボット用関節装置
201 第1部材
202 第2部材
221 (歯車本体の)内周面
223 内周溝
501 入力歯車
502A,502B,502C クランク軸歯車
Ax1 回転軸
Ax2 軸心
S1 潤滑路

Claims (8)

  1. 環状の歯車本体と、前記歯車本体の内周面に形成された複数の内周溝に自転可能な状態で保持され内歯を構成する複数の外ピンと、を有する内歯歯車と、
    前記内歯に部分的に噛み合う外歯を有する遊星歯車と、
    軸心に沿った軸方向の少なくとも2箇所に段差部を有し、前記軸心を中心に回転することにより前記遊星歯車を揺動させるクランク軸と、
    前記遊星歯車の前記軸方向の両側に配置され、前記クランク軸を回転可能に支持する入力側キャリア及び出力側キャリアと、を備え、
    前記遊星歯車を揺動させることにより、前記遊星歯車を前記内歯歯車に対して相対的に回転させ、
    前記入力側キャリアの前記軸方向における前記遊星歯車とは反対側に取り付けられる入力側カバーを含み、前記入力側カバーに対して直接的又は間接的に前記段差部を接触させることにより、前記クランク軸の前記軸方向の一方への移動を規制する第1規制構造と、
    前記出力側キャリアに対して直接的又は間接的に前記段差部を接触させることにより、前記クランク軸の前記軸方向の他方への移動を規制する第2規制構造と、を更に備える、
    内接噛合遊星歯車装置。
  2. 前記段差部と前記入力側キャリアとの間には、潤滑剤を通す潤滑路が形成されている、
    請求項1に記載の内接噛合遊星歯車装置。
  3. 前記第2規制構造は、前記出力側キャリアに対して板状部品を介して間接的に前記段差部を接触させることにより、前記クランク軸の前記軸方向の前記他方への移動を規制する、
    請求項1又は2に記載の内接噛合遊星歯車装置。
  4. 前記入力側キャリアと前記入力側カバーとの間には、シム部材が介装されている、
    請求項1又は2に記載の内接噛合遊星歯車装置。
  5. 前記入力側カバーは、前記入力側キャリアに対して取り外し可能に取り付けられている、
    請求項1又は2に記載の内接噛合遊星歯車装置。
  6. 前記クランク軸は、前記軸心に対して偏心する偏心部を有し、
    前記第1規制構造は、前記クランク軸のうち、前記偏心部の端面よりも前記軸方向の外側に位置し、前記軸方向の外側を向いた前記段差部を前記入力側カバーに対して直接的又は間接的に接触させることにより、前記クランク軸の前記軸方向の前記一方への移動を規制する、
    請求項1又は2に記載の内接噛合遊星歯車装置。
  7. 回転軸を中心に回転する入力歯車と、
    前記入力歯車と噛み合うように前記入力歯車の周囲に配置され、前記入力歯車の回転時に、互いに同期して回転する複数のクランク軸歯車と、を更に備え、
    前記クランク軸は、前記複数のクランク軸歯車と一対一に対応するように複数設けられており、
    前記複数のクランク軸は、前記複数のクランク軸歯車と共に回転し、前記回転軸を中心に前記遊星歯車を揺動させる、
    請求項1又は2に記載の内接噛合遊星歯車装置。
  8. 請求項1又は2に記載の内接噛合遊星歯車装置と、
    前記歯車本体に固定される第1部材と、
    前記内歯歯車に対する前記遊星歯車の相対的な回転に伴って、前記第1部材に対して相対的に回転する第2部材と、を備える、
    ロボット用関節装置。
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