JP3893302B2 - 減速機及びギヤドモータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、減速機及びギヤドモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、様々な種類の産業用ロボットが様々な製造現場で使用されている。図4に代表的な産業ロボットの構造を概念的に示す。
【0003】
固定ベース2上には、回転ヘッド4がS軸の回りに回転自在に組み付けられ、第1サーボモータ6及び第1減速機8を介してS軸を中心として回転する。回転ヘッド4の上部には、第1アーム10がL軸の回りに前後揺動自在に組み付けられ、第2サーボモータ12及び第2減速機14を介してL軸を中心として前後に揺動する。第1アーム10の上部には、第2アーム16がU軸の回りに上下揺動自在に組み付けられ、第3サーボモータ18及び第3減速機20を介してU軸を中心として上下に揺動する。以上の構成で、エンドエフェクタEを3次元的に駆動することができる。
【0004】
前記第1〜第3減速機8、14、20は、第1〜第3サーボモータ6、12、18の出力を低速高トルクに変換する機能が要求され、一般に偏心揺動型の内接噛合遊星歯車機構、あるいは撓み噛合い式の遊星歯車機構を利用した減速機が使用される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の産業用ロボットにおいては、例えば、第2アーム16を駆動する第3サーボモータ18に不具合があり、これを修理、あるいは交換しようとした場合に、大掛かりな準備作業をしなければならないという問題があった。
【0006】
即ち、産業用ロボットの停止中には第3サーボモータ18のブレーキ作用により第2アームは固定されている。しかし、(第3減速機20を第2アーム16に取り付けたまま)第3サーボモータ18を何らの準備作業も無しでただ単に取り外すと、第2アーム16の自重によって第3減速機が逆回転し、第2アーム16がU軸回りに下方に落下してしまい、エンドエフェクタEを損傷してしまう恐れがある。そのため、該第2アーム16が下方に落下しないように何らかの方法で支えるという準備作業を行なう必要があったものである。
【0007】
この第2アーム16を支持するという準備作業は、一般に該第2アーム16がかなり高所に存在しており、且つ相当の重量があることから、それなりに大掛かりなものとならざるを得ず、ときに、サーボモータ自体の交換よりもはるかに長い時間と大きな労力を必要とした。そのため、結果として第3サーボモータ18を交換するためには大きなコスト的負担を必要とした。
【0008】
本発明は、このような問題に対処するための1つの回答として、極めて簡単な構成でこうした不具合を解消することを可能とする減速機及びギヤドモータを提供することをその課題としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力軸と、該入力軸の周りで偏心揺動回転する外歯歯車と、ケーシングに固定されると共に前記外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の自転成分のみを出力として取り出す出力軸と、を備えた偏心揺動型の内接噛合遊星歯車構造を有する減速機であって、当該減速機の外部から内部に向けて係止部材を挿入することにより、当該減速機中の回転部材の回転を固定可能としたことにより、上記課題を解決したものである。
【0010】
上述したような問題に対する対策はいくつか考えられるが、産業用ロボットの第2アームを第1アームに対して固定する、あるいは第1アームを回転ヘッドに対して固定するという発想の下でこの種の問題を解決しようとすると、当該産業用ロボット全体に及ぶ構造上の改変が必要となり、抜本的な設計変更が必要となる。
【0011】
本発明に係る減速機は、ケーシングの外部から内部に向けて係止部材を挿入することにより、ケーシング中の回転部材を固定することができる。減速機の回転部材を固定すれば、必然的に該減速機の出力軸を固定することができ、結果としてアーム等の被駆動部材を固定することができる。
【0012】
減速機は産業用ロボットにおいては独立した部品であり、その改造は低コストで実現でき、且つ産業用ロボットについては特に設計変更を必要としない。この結果、極めて低コストで上述したような問題を解決することができる。
【0013】
なお、本発明に係る減速機は、これ自体その用途が産業用ロボットに限定されるものではなく、例えば、OA機器の駆動系の減速機、あるいはコンベアの設置角度を変更するための駆動系の減速機のように、制動機能、或いはロック機能付きのモータ等が外れることによって被駆動系の保持が不可能となるような用途等に用いられている減速機に同様に適用可能である。
【0014】
本発明においては、係止部材を用いてどのようにして減速機中の回転部材の回転を固定するかについては特に限定されない。
【0015】
例えば、前記係止部材を、当該減速機の出力軸の外周に当接させることにより、該出力軸の回転を固定可能としてもよい。
【0016】
あるいは、前記係止部材を、前記ケーシングの外部から前記内歯歯車を貫通して外歯歯車の外歯と係合又は当接させることにより、該外歯歯車の揺動回転を固定する構成を採用することもできる。
【0017】
この場合、前記内歯歯車の内歯をローラピンによって形成し、且つ該ローラピンの配置を所定の間隔で間引くことによりローラピン間の間隔が大きい部分を確保し、前記係止部材を、このローラピン間の間隔が大きい部分のスペースを利用して内歯歯車を貫通させるようにすると、多少径の太い係止部材であっても、内歯歯車の内歯と干渉することなく、支障なく外歯歯車を固定することができる。
【0018】
なお、本発明の場合、ケーシングを貫通して係止部材を挿入する場合には、係止部材を該ケーシングの内部に挿入するための孔に、当該減速機の給排脂孔の機能を兼用させるようにすると、ケーシングに新たな孔を開けなくても済む。
【0019】
又、本発明は、その機能上、モータと組み合わせて使用されることが多いと考えられるが、係止部材として、該減速機とモータとを連結していた連結ボルトを利用するようにすると、係止部材を別途調達する必要がなく、実用性をより向上させることできる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態の例を図面に基づいて詳細に説明する。
【0021】
図1は、本発明の実施形態に係る減速機を示している。
【0022】
便宜上、この減速機30の概略構成から説明する。この減速機30は、入力軸32と、該入力軸32の周りで偏心揺動回転する外歯歯車34と、ケーシング36に固定されると共に外歯歯車34が内接噛合する内歯歯車38と、外歯歯車34の自転成分のみを出力として取り出す出力フランジ40(出力軸)とを備える。即ち、いわゆる偏心揺動型の内接噛合遊星歯車構造と称される減速機構を有する減速機である。
【0023】
入力軸32は図示せぬモータの出力軸が挿入される中空部42を備え、先端にピニオン44が形成されている。このピニオン44には円周方向において3枚配置された従動歯車46が噛合している。それぞれの従動歯車46の中央部には偏心体軸50がスプライン52を介して係合されている。又、各偏心体軸50には2個の偏心体48が一体的に形成されている。
【0024】
前記2枚の外歯歯車34には貫通孔54が形成されており、この貫通孔54の部分において該外歯歯車34と偏心体軸50の偏心体48が軸受56を介して係合している。なお、各偏心体軸50に設けられている偏心体48は、各外歯歯車34毎にその偏心位相が揃えられている。
【0025】
外歯歯車34の外周にはトロコイド歯形の外歯58が形成されている。この外歯58はケーシング36と一体化された内歯歯車38の外ピン(ローラピン)60と噛合している。外ピン60は、半円状の凹部からなる外ピン穴62に回転自在に組み込まれて「内歯」として機能するもので、この実施形態では細い円柱状に形成されている。図3から明らかなように、この外ピン60は、2個ずつ交互に間引かれている。
【0026】
外歯歯車34の歯数と内歯歯車38の歯数(正確には内歯歯車38の本来の内歯の歯数に相当する外ピン穴62の数)との差は「2」に設定されている。
【0027】
偏心体軸50は、軸受57を介して減速機30の軸方向両サイドに配置されたキャリヤ体66及び出力フランジ40に支持されている。キャリヤ体66及び出力フランジ40はキャリヤピン68を介して一体化されており、全体が軸受70、72を介してケーシング36に回転自在に支持されている。
【0028】
この減速機30では出力フランジ40に形成したボルト孔76にロボットアーム等の被駆動部材のフランジを貫通させたボルト(共に図示略)をねじ込むことにより、当該減速機30全体が相手機械と連結され、該出力フランジ40を介して被駆動部材に動力が出力されるようになっている。
【0029】
ここで、ボルト100、120がそれぞれケーシング36の外部から内部に向けて挿入される係止部材に相当している。
【0030】
ボルト100は円周方向4カ所から挿入され、外歯歯車34の外歯58と係合又は当接することによって該外歯歯車34の揺動回転を阻止する。具体的には外ピン60を間引くことによって該外ピン60間の間隔の大きい部分を確保し、この外ピン60間の間隔が大きい部分のスペースを利用して内歯歯車38を貫通してボルト100を挿入している。内歯歯車38はケーシング36に固定されているため、間隔が大きい部分は予め知ることができる。
【0031】
ボルト100はその先端100Aが丸く加工され、且つその半径が内歯歯車38の内歯を構成している外ピン60の半径とほぼ同一に設定されている。そのためボルト100は、外歯歯車34の外歯58と外ピン60とが噛合する態様と極めて類似した態様で外歯歯車34の外歯58と係合可能である。なお、この実施形態では歯数の関係から4本のボルト100のうち2本は外歯58の谷と係合し、残りの2本は外歯58の山と当接している。
【0032】
一方、出力フランジ40の外周の回転を阻止するために挿入されるボルト120は、同様に円周方向の4カ所から挿入され、該出力フランジ40の外周に強く当接される。
【0033】
これらのボルト100、120のいずれか一方(又は双方)は、通常使用時においては減速機30と図示せぬモータとを連結するための連結ボルトとして使用されているものである。従って、通常使用時には図示の位置には存在しない。
【0034】
ボルト100、120の挿入口36A、36Bのいずれか一方(又は双方)は、(蓋付の)給排脂孔として利用される。
【0035】
なお、図の符号74は産業用ロボット本体のカバーである。
【0036】
次にこの減速機30の作用を説明する。
【0037】
図示せぬモータの回転によって入力軸32が回転すると、ピニオン44、従動歯車46を介して偏心体軸50が回転する。その結果、該偏心体軸50に一体的に設けられている偏心体48が偏心体軸50の軸心Eoに対して偏心回転する。各外歯歯車34と係合している3個の偏心体48は、各外歯歯車34毎にその偏心位相が揃えられているため、3個の偏心体48と軸受56を介して係合しているそれぞれの外歯歯車34が内歯歯車38の外ピン60と噛合しながら揺動回転する。外歯歯車34の歯数と内歯歯車38の歯数(正確には内歯歯車38の本来の内歯の歯数に相当する外ピン穴62の数)との差は「2」に設定されているため、各偏心体48が1回転すると外歯歯車34と内歯歯車38の位相が相対的に2歯分だけずれる。この結果、3つの偏心体軸50はキャリヤ体66及び出力フランジ40に支持されたまま(このずれに相当する分)ゆっくりと入力軸32の周りを公転し、この公転が出力フランジ40から出力として取り出されることになる。
【0038】
モータを交換する際には、減速機30とモータとを連結していた(連結)ボルト100、120を外す。そのため、この外したボルト100、120のうちの一部を本実施形態に係る係止部材として利用する。
【0039】
即ち、先ず、ケーシング36の外部から内歯歯車38を貫通してボルト100を4本挿入し、外歯歯車34の外歯58と係合又は当接させる。すると、外歯歯車34はその揺動回転ができなくなるため、偏心体軸50が入力軸32の周りを公転することもできなくなり、出力フランジ40の回転が阻止される。
【0040】
一方、ボルト120の方も円周方向の4カ所から挿入され、出力フランジ40の外周に強く当接することにより、ケーシング36と出力フランジ40とを一体化し、やはり該出力フランジ40の回転を阻止する。そのため、出力フランジ40と連結されている被駆動部材(例えば産業用ロボットのアーム)もその時点での位置を保持するようになり、特に外部からの支持がなくても落下したりすることはなくなる。この結果、従来モータ交換の際に準備作業としてやらざるを得なかった「アームを支持する」という作業を省略できる。
【0041】
なお、この実施形態では、2組のボルト100、120が係止部材として共にケーシング36の内部に挿入されていたが、実際には、必ずしもこのように2組のボルト100、120の双方を同時に挿入する必要はないことが多い。その場合はいずれか一方を省略しても良い。
【0042】
また、上記実施形態では、減速機の構造として、いわゆる振り分けタイプの偏心揺動型の内接噛合遊星歯車構造が採用されていたが、その他にも例えば、入力軸の外周に偏心体を有し、この偏心体に外歯歯車が組み込まれる中央入力タイプの偏心揺動型の内接噛合遊星歯車構造であってもよい。
【0043】
また、係止部材の具体的な形状、あるいは係止部材による回転部材の具体的な係止構造についても特に限定されない。
【0044】
【発明の効果】
本発明によれば、減速機の外部から係止部材を挿入するという極めて簡単な構成で減速機の出力軸を固定することができる。その結果、当該減速機が組み込まれている産業用ロボット等の本来の機器或いは装置の被駆動部分を何ら支持することなく容易に保持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る減速機の図2の矢視I−I線に沿う断面図
【図2】上記減速機を図1の矢視II方向から見たときの半分を示す左側面図
【図3】図1の矢視III-III線に沿う断面図
【図4】産業用ロボットの概略構造示す概念図
【符号の説明】
30…減速機
32…入力軸
34…外歯歯車
36…ケーシング
36A、36B…給排脂孔
38…内歯歯車
40…出力フランジ
46…従動歯車
48…偏心体
50…偏心体軸
58…外歯
60…外ピン(ローラピン:内歯)
62…外ピン穴
100、120…(連結)ボルト(係止部材)
100A、120A…給排脂孔
Claims (6)
- 入力軸と、該入力軸の周りで偏心揺動回転する外歯歯車と、ケーシングに固定されると共に前記外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の自転成分のみを出力として取り出す出力軸と、を備えた偏心揺動型の内接噛合遊星歯車構造を有する減速機であって、
当該減速機の外部から内部に向けて係止部材を挿入することにより、当該減速機中の回転部材の回転を固定可能とした
ことを特徴とする減速機。 - 請求項1において、
前記係止部材を、当該減速機の出力軸の外周に当接させることにより、該出力軸の回転を固定可能とした
ことを特徴とする減速機。 - 請求項1又は2において、
前記係止部材を、前記ケーシングの外部から前記内歯歯車を貫通して前記外歯歯車の外歯と係合又は当接させることにより、該外歯歯車の揺動回転を固定可能とした
ことを特徴とする減速機。 - 請求項3おいて、
前記内歯歯車の内歯をローラピンによって形成し、且つ
該ローラピンの配置を所定の間隔で間引くことによりローラピン間の間隔が大きい部分を確保し、
前記係止部材を、このローラピン間の間隔が大きい部分のスペースを利用して前記内歯歯車を貫通させた
ことを特徴とする減速機。 - 請求項1〜4のいずれかにおいて、
前記係止部材を前記ケーシングの内部に挿入するための孔が、当該減速機の給排脂孔を兼用している
ことを特徴とする減速機。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の減速機とモータとを連結ボルトによって一体化したギヤドモータであって、
前記係止部材として、該減速機とモータと連結していた前記連結ボルトを利用可能とした
ことを特徴とするギヤドモータ。
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