JP4267950B2

JP4267950B2 - 内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置

Info

Publication number: JP4267950B2
Application number: JP2003090065A
Authority: JP
Inventors: 洋鶴身; 卓芳賀
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP2012177481A; US7070533B2; JP2004293743A; DE102004064262B3; JP5758347B2; US20040192486A1; JP2008249149A; DE102004014991A1; JP2011202806A; JP4897747B2; JP5437318B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内接噛合遊星歯車装置は、大トルクの伝達が可能であり且つ大減速比が得られるという利点があるので、種々の減速機分野で数多く使用されている。
【０００３】
その中で、外歯歯車の周りで該外歯歯車と僅少の歯数差を有する内歯揺動体（以下、内歯歯車とも称する）を揺動回転させることにより、入力軸の回転を減速して出力部材から取り出す内歯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）。
【０００４】
図４、図５を用いて同歯車装置の一例を説明する。
【０００５】
図において、１はケーシングであり、互いにボルトやピン等の締結部材（図示略）を締結孔２に挿入することにより結合される第１支持ブロック１Ａと第２支持ブロック１Ｂとを有する。５は入力軸で、入力軸５の端部にはピニオン６が設けられ、ピニオン６は、入力軸５の周りに等角度に配設された複数の偏心体軸歯車（偏心体軸駆動用の歯車）７と噛合している。
【０００６】
ケーシング１には、３本の偏心体軸１０が、円周方向に等角度間隔（１２０度間隔）で設けられている。この偏心体軸１０は、軸方向両端を軸受８、９によって回転自在に支持され且つ軸方向中間部に偏心体１０Ａ、１０Ｂを有する。前記伝動歯車７は各偏心体軸１０の端部に結合されており、入力軸５の回転を受けて該伝動歯車７が回転することにより、各偏心体軸１０が回転するようになっている。
【０００７】
各偏心体軸１０は、ケーシング１内に収容された２枚の内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂの偏心体孔１１Ａ、１１Ｂをそれぞれ貫通しており、各偏心体軸１０の軸方向に隣接した２段の偏心体１０Ａ、１０Ｂの外周と、内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂの貫通孔の内周との間にはころ１４Ａ、１４Ｂが設けられている。
【０００８】
一方、ケーシング１内の中心部には、出力軸２０の端部に一体化された外歯歯車２１が配されており、外歯歯車２１の外歯２３に、内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂのピンからなる内歯１３が噛合している。外歯歯車２１の外歯２３と内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂの内歯１３の歯数差は僅少（例えば１〜４程度）に設定されている。
【０００９】
この歯車装置は次のように動作する。
【００１０】
入力軸５の回転は、ピニオン６を介して偏心体軸歯車７に与えられ、偏心体軸歯車７によって偏心体軸１０が回転させられる。偏心体軸１０の回転により偏心体１０Ａ、１０Ｂが回転すると、該偏心体１０Ａ、１０Ｂの回転によって内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂが揺動回転する。内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂはその自転が拘束されているため、該内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂの１回の揺動回転によって、該内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂと噛合する外歯歯車２１はその歯数差だけ位相がずれ、その位相差に相当する自転成分が外歯歯車２１の（減速）回転となり、出力軸２０から減速出力が取り出される。
【００１１】
ところで、この種の内歯揺動型の内接噛合遊星歯車装置は、内歯揺動体を揺動させるための偏心体軸は必ずしも円周方向において等間隔に配置する必要はなく、また偏心体軸の全てが駆動される必要ななく、一部は従動回転するものであっても良い。例えば、図５に示されるように、非駆動の偏心体軸５０Ａを含むと共に、各偏心体軸５０Ａ〜５０Ｃを円周方向において非等間隔に配置した構造や、図６に示されるように、わずか２本の偏心体軸６０Ａ、６０Ｂのみで内歯揺動体６２を揺動駆動するようにした構造が、例えば特許文献２等において開示されている。
【００１２】
【特許文献１】
特許第２６０７９３７号公報
【特許文献１】
特開２０００−６５１５８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された歯車装置では、円周方向に等間隔で配置した３つの偏心体軸歯車７を１つの入力軸５（のピニオン６）で回転させる関係上、入力軸が出力軸と同軸に配置されていることから、歯車装置全体を貫通するホローシャフトを有するように設計するのが困難であるという問題があった。例えば産業用ロボットの関節駆動用の歯車装置や、精密機械の駆動用の歯車装置として用いる場合には、歯車装置を介して相手機械（被駆動機械）側にワイヤハーネスや冷却水用のパイプを通したいというような要求がしばしば生じることがある。このような場合に、入力軸を貫通孔とするには、該入力軸に接続されるモータ等の駆動源をも貫通孔とする必要があることを意味し、事実上大きなホローシャフトを形成するのは不可能に近かった。更に、敢えてホローシャフトにしたとしても、高速で回転する入力軸の内部に空間を形成することになることから、例えばワイヤハーネスや冷却水用のパイプ等を空間内に配置するには、該入力軸の内周との間に別途軸受等で回転しないように保持した防護パイプを配備する必要があり、この面でも大きな空間を確保するのが難しく、またコストも上昇するという問題があった。
【００１４】
この点に関しては、特許文献２に記載したような、偏心体軸を円周方向において非等間隔に配置する構成を採用すると、必ずしも入力軸を出力軸と同軸に配置しなくてもよくなるため、より大きな径のホローシャフトを形成することができるようになる。しかしながら、この偏心体軸を円周方向において非等間隔に配置する構造によって内歯揺動体を駆動した場合、現実問題として、通常の製造工程による製造で作製したものでは内歯揺動体を外歯歯車の周りでバランス良く円滑に揺動させるのが難しいと問題があった。そのため各部材を特別に高い精度で加工し、組立てる必要があった。
【００１５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、使用用途に応じて装置の中心部に配管や配線等の配置スペースを容易に確保することができると共に、動力伝達の更なる円滑化を図ることができる内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外歯歯車と該外歯歯車と僅少の歯数差を有する内歯歯車とを有すると共に、前記内歯歯車を揺動回転させるための偏心体軸を備え、該偏心体軸に配置された偏心体を介して外歯歯車の周りで内歯歯車を揺動回転させる内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置において、前記偏心体軸を、前記外歯歯車の軸心と平行に複数備えると共に、該複数の偏心体軸にそれぞれ組込まれた偏心体軸歯車と、該偏心体軸歯車及び駆動源側のピニオンがそれぞれ同時に噛合する単一の歯車からなる伝動外歯歯車と、を備え、該伝動外歯歯車を介して前記駆動源側のピニオンの回転が前記複数の偏心体軸歯車に同時に伝達されるように構成することにより、上記課題を解決したものである。なお、本発明において「僅少の歯数差」とは１〜６程度の歯数差をいう。
【００１７】
本発明によれば、駆動源側ピニオンの軸心を、伝導外歯歯車の半径方向外側位置にずらすことができることから、結果として入力軸（あるいは駆動源の出力軸）の軸心を出力軸の軸心から外すことができる。そのため、入力軸や駆動源についてはホロー構造とする必要がないため、出力軸に大径のホローシャフトを容易に形成することができる。特に、（高速で回転する）入力軸をホロー構造とする必要がないため、歯車装置の中心部に形成される空間の内壁の回転速度を非常に遅くでき、別途防護パイプ等を敢えて配置する必要もない。そのため、より大きな空間をより低コストで確保することができるようになる。
【００１８】
また、全ての偏心体軸を「等しく駆動する」ことができるようになるため、内歯揺動体をバランスよく且つ円滑に揺動駆動することができる。
【００１９】
なお、より好ましくは、前記伝動外歯歯車がリング状に形成され、且つ、前記外歯歯車または出力軸のいずれかの外周によって回転支持されている構成とするとよい。これにより、大径のホローシャフトを形成する場合でも支障なく且つ容易に伝導外歯歯車を装置内に組み込むことができるようになる。
【００２０】
この場合、前記外歯歯車の外歯を円弧状の溝に回転自在に嵌合された外ピンによって形成し、この外ピンが、前記伝動外歯歯車の軸受のころを兼用する構成とすると、部品点数の削減および半径方向の寸法の短縮が可能となる。
【００２１】
また、前記内歯揺動体が軸方向に２枚以上組み込まれている場合には、このうちの何れか２枚の内歯揺動体の間に前記伝動外歯歯車が配置されるようにすると、該伝動外歯歯車に当該２枚の外歯歯車の軸方向の移動規制を行うための、いわゆる「差し輪」の機能を兼用させることができる。
【００２２】
なお、本発明においては、全ての偏心体軸が等しく駆動されるため、偏心体軸は円周方向に必ずしも等間隔に配置する必要はない。しかしながら、好ましくは前記偏心体軸を円周方向において等間隔に配置するとよい。これにより一層円滑な内歯揺動体の駆動が可能となる。
【００２３】
また、本発明においては、伝導外歯歯車を具体的にどのように駆動するかについては特に限定されない。この点については、例えば、入力軸に組み込まれたピニオンが、前記駆動源側のピニオンとして前記伝動外歯歯車と直接噛合・駆動するような構成としてもよい。
【００２４】
【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説明する。
【００２５】
図１、図２は、本発明の実施形態の例に係る内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置（以下、単に歯車装置と称す。）１００を示した図であり、図１は歯車装置１００の側断面図、図２は図１におけるII−II線に沿う断面図である。
【００２６】
この歯車装置１００は、本体ケーシング１０２、入力軸１０４、平行軸歯車セット１０６、中間軸１０８、伝動外歯歯車１１０、偏心体軸駆動用の歯車（偏心体軸歯車）１１２、該偏心体軸駆動用の歯車１１２によって駆動される三本の偏心体軸１１４（１１４Ａ〜１１４Ｃ）、２つの内歯揺動体（内歯歯車）１１６Ａ、１１６Ｂ、及び出力軸としての機能を兼用する外歯歯車１１８によって主に構成されている。
【００２７】
即ち、この歯車装置１００は、内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂを揺動回転させるための複数の偏心体軸１１４を内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂを貫通して３本備え、入力軸１０４の回転を該複数の偏心体軸１１４Ａ〜１１４Ｃに振り分けて伝達することにより全偏心体軸１１４Ａ〜１１４Ｃを同位相で回転させるものである。
【００２８】
既に説明した従来例と大きく異なるのは入力軸１０４から偏心体軸１１４Ａ〜１１４Ｃまでの動力伝達構造及び歯車装置全体のケーシング構造である。そのため、以下この点について詳細に説明する。
【００２９】
前記本体ケーシング１０２は、図１において左右に配置された、２つの第１、第２ケーシング１０２Ａ、１０２Ｂによって構成されている。この第１、第２ケーシング１０２Ａ、１０２Ｂには、図２に示されるように、これらを貫通するように複数のボルト孔１０２Ａ１がそれぞれ形成されている。該第１、第２ケーシング１０２Ａ、１０２Ｂは、互いにボルト（図示略）によって結合可能な構造となっている。
【００３０】
この本体ケーシング１０２には、前記入力軸１０４が図１において横向き、即ち外歯歯車（出力軸）と平行に配置され、軸受１２０、１２２により回転自在に支持されている。入力軸１０４の一端側（図の左側）には、ピニオン１０４Ａが形成されており、他端にはモータＭ（具体的な図示は省略）の出力軸が挿入される挿入口１０４Ｂが形成されている。
【００３１】
本体ケーシング１０２には、入力軸１０４ほかに、内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂよりも半径方向外側位置に、外歯歯車（出力軸）１１８と平行に前記中間軸１０８が配置され、テーパーローラベアリング１２４、１２４によって回転自在に支持されている。中間軸１０８にはピニオン１０４Ａと噛合して平行軸歯車セット１０６を構成するギヤ１２８が組み込まれており、さらに、中間ピニオン（本実施形態での駆動源側ピニオン）１３０が組み込まれている。
【００３２】
一方、外歯歯車（出力軸）１１８の外周には、軸受１３２を介してリング状の伝動外歯歯車１１０が該外歯歯車１１８と同軸に配置されている。この伝動外歯歯車１１０には、前記中間ピニオン１０８及び、３本の偏心体軸１１４Ａ〜１１４Ｃにそれぞれ組み込まれた偏心体軸駆動用の歯車１１２が同時に噛合している。即ち、伝動外歯歯車１１０は、前記中間ピニオン１３０を介して中間軸１０８と連結されると共に、偏心体軸駆動用の歯車１１２を介して全偏心体軸１１４Ａ〜１１４Ｃのそれぞれとも連結されていることになる。
【００３３】
偏心体軸１１４Ａ〜１１４Ｃは、同一の円周上で等間隔に配置され（図２参照）、それぞれテーパーローラベアリング１３６、１３６によって両持ち支持されている。各偏心体軸１１４Ａ〜１１４Ｃとも内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂの偏心体孔１１６Ａ１、１１６Ｂ１を軸方向に貫通している。各偏心体軸１１４Ａ〜１１４Ｃには偏心体１４０Ａ、１４０Ｂが一体に組み込まれており、３本の偏心体軸１１４が同位相で同時に同方向に回転できように各偏心体軸１１４Ａ〜１１４Ｃの偏心体１４０Ａ、１４０Ｂの位相が揃えられている。又、２枚の内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂはこの偏心体１４０Ａ、１４０Ｂとの摺動により、それぞれ互いに１８０°の位相差を保ちながら揺動回転可能である。なお、図の符号１１９は、当該２枚の内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂの軸方向の移動規制を行うための差し輪である。
【００３４】
内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂには、ホローシャフトタイプの出力軸兼用の外歯歯車１１８が内接している。外歯歯車１１８は配管や配線等を貫通可能な貫通孔１１８Ｄを有する略円筒形状の部材からなり、テーパーローラベアリング１４２、１４２を介してケーシング本体１０２に回転自在に支持されている。
【００３５】
外歯歯車１１８の外歯は外ピン１１８Ｐが溝１１８Ｈに回転自在に組み込まれた構造になっている。外ピン１１８Ｐの数（外歯の歯数）は９０で、内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂの内歯９２の歯数より２だけ小さい（僅少の歯数差）。この外歯歯車１１８は、本体１１８Ａ、端部部材１１８Ｂ、１１８Ｃの３つの部材からなる。これは、端部部材１１８Ｂ、１１８Ｃの段部１１８Ｂ１、１１８Ｃ１によって前記テーパーローラベアリング１４２、１４２の組込み及びその軸方向の位置決めを可能とするためである。
【００３６】
次にこの歯車装置１００の作用を説明する。
【００３７】
モータＭの図示せぬモータ軸の回転によって入力軸１０４が回転すると、この回転は、ピニオン１０４Ａ及びギヤ１２８を介してその初段の減速が行われ、中間軸１０８に伝達される。中間軸１０８が回転すると、該中間軸１０８に組み込まれた中間ピニオン１３０が回転し、更にこれと噛合している伝動外歯歯車１１０が回転する。
【００３８】
伝動外歯歯車１１０には同時に偏心体軸駆動用の歯車１１２が噛合しているため、該伝動外歯歯車１１０の回転によりこれらの歯車１１２が回転する。その結果、３本の偏心体軸１１４Ａ〜１１４Ｃが同位相で回転し、これにより２つの内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂがそれぞれの位相を１８０°に保った状態で外歯歯車１１８の周りを揺動回転する。内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂは、その自転が拘束されているため、該内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂの１回の揺動回転によって、該内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂと噛合する外歯歯車１１８はその歯数差だけ位相がずれ、その位相差に相当する自転成分が外歯歯車１１０の回転となり、出力が外部へ取り出される。偏心体軸１１４が円周方向等間隔に配置されており、しかも全ての偏心体軸１１４が駆動されるため、内歯歯車１１６Ａ、１１６Ｂを極めて円滑に揺動させることができる。
【００３９】
ここで、本発明の実施形態の例に係る歯車装置１００によれば、内歯揺動体１１６Ａ、１１６Ｂよりも半径方向外側位置に、外歯歯車（出力軸）１１８と平行に前記中間軸１０８を配置し、入力軸１０４の回転を、一度中間軸１０８で受けた後に揺動体側に入力するようにしている。そのため、入力軸１０４を、従来のように歯車装置１００の軸心Ｌ１上にではなく、半径方向外側に移動した位置に配置することができるようになる。この結果、装置全体の軸方向長さを短縮できる。
【００４０】
更に、歯車装置１００の軸方向サイドに入力軸も駆動源も存在しないことから、外歯歯車１１８を、歯車装置１００を貫通する大径のホローシャフトとすることができている。外歯歯車１１８は出力軸を兼ねるものであり、その回転は極めて低速であるため、該外歯歯車１１８の内側に別体の防護パイプ等を付設することなく、ワイヤハーネスや冷却水パイプ等をそのまま配置することができる。
【００４１】
なお、上記実施形態においては、入力軸１０４として、モータ軸の挿入口１０４Ｂを有する構造のものが使用されているが、モータのモータ軸の先端に直接ピニオンを形成し、これを入力軸として兼用する構造であってもよい。
【００４２】
また、ピニオン１０４Ａ及びギヤ１２８の平行軸歯車セット１０６を省略し、入力軸１０４のピニオン１０４Ａを直接中間ピニオン１３０と噛合させても良い。更には、中間軸１０８も省略し、入力軸１０４に若干大きめのピニオンを装着し、これを（駆動源側ピニオンとして）伝動外歯歯車１１０と直接噛合させてもよい。
【００４３】
また上記実施形態においては、伝導外歯歯車１１０を専用の軸受１３２を介して外歯歯車１１８によって支持するようにしていたが、このような構造に代え、例えば、図３に示されるように、２枚の内歯揺動体２１６Ａ、２１６Ｂの間に伝動外歯歯車２１０が配置されるようにすると、該伝動外歯歯車２１０に当該２枚の内歯揺動体２１６Ａ、２１６Ｂの軸方向の移動規制を行うための、前記差し輪１１９（図１参照）の機能を兼用させることができる。また、この場合は、外歯歯車２１８の外ピン２１８Ｐを伝導外歯歯車を支持するためのころとして機能させることができるため、該伝導外歯歯車２１０を外歯歯車２１８の外周に支持するための専用の軸受１３０（図１参照）も不要とできる。尤も、この構成を採用しない場合には、例えば、内歯揺動体の内歯を円弧歯形、外歯歯車の外歯をトロコイド歯形としてもよく、又、それぞれをインボリュート歯形等としてもよい。
【００４４】
なお、この実施形態におけるその他の構成は先の実施形態とほぼ同様なので、図中で同様な部分に下２桁が同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００４５】
なお、上記実施形態の例においては、前記入力軸１０４、２０４を外歯歯車（出力軸）１１８、２１８の軸心Ｌ１に対して平行に配置したが、本発明はこれに限定されず、入力軸を偏心体歯車の軸心に対して直角に配置し、直交軸歯車機構を付設する構成としてもよい。この場合、歯車装置を駆動するモータ等の駆動装置をも歯車装置の径方向に配置することができ、特に軸方向において一層の省スペース化を図ることが可能となる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、使用用途に応じて装置の中心部に配管や配線等の配置スペースを容易に確保することができると共に、動力伝達の更なる円滑化を図ることができる内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の例に係る内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置の側断面
【図２】図１におけるII−II線に沿う断面図
【図３】本発明の他の実施形態の例を示す、図２相当の断面図
【図４】従来の内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置の側断面図
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線に沿う断面図
【図６】従来の他の内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置の側断面図
【図７】従来の更に他の内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置の側断面図
【符号の説明】
１００…内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置
１０２、２０２…本体ケーシング
１０２Ａ、１０２Ｂ、２０２Ａ、２０２Ｂ…第１、第２ケーシング
１０４、２０４…入力軸
１０４Ａ、２０４Ａ…ピニオン
１０６、２０６…平行軸歯車セット
１０８、２０８…中間軸
１１０、２１０…伝動外歯歯車
１１２、２１２…偏心体軸歯車
１１６Ａ、１１６Ｂ…内歯揺動体（内歯歯車）
１１８、２１８…外歯歯車（出力軸）
１１９…差し輪
１２８、２２８…ギヤ
１３０、２３０…中間ピニオン

Claims

外歯歯車と該外歯歯車と僅少の歯数差を有する内歯歯車とを有すると共に、前記内歯歯車を揺動回転させるための偏心体軸を備え、該偏心体軸に配置された偏心体を介して外歯歯車の周りで内歯歯車を揺動回転させる内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置において、
前記偏心体軸を、前記外歯歯車の軸心と平行に複数備えると共に、
該複数の偏心体軸にそれぞれ組込まれた偏心体軸歯車と、
該偏心体軸歯車及び駆動源側のピニオンがそれぞれ同時に噛合する単一の歯車からなる伝動外歯歯車と、を備え、
該伝動外歯歯車を介して前記駆動源側のピニオンの回転が前記複数の偏心体軸歯車に同時に伝達される
ことを特徴とする内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置。
請求項１において、
前記伝動外歯歯車がリング状に形成され、且つ、前記外歯歯車または該外歯歯車と一体化された出力軸のいずれかの外周によって回転支持されている
ことを特徴とする内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置。
請求項２において、
前記外歯歯車の外歯が円弧状の溝に回転自在に嵌合された外ピンによって形成されており、この外ピンが、前記伝動外歯歯車の軸受のころを兼用する構成とされた
ことを特徴とする内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記内歯歯車が軸方向に２枚以上組み込まれており、このうちの何れか２枚の内歯歯車の間に前記伝動外歯歯車が配置されている
ことを特徴とする内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記複数の偏心体軸が、円周方向において等間隔に配置されている
ことを特徴とする内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置。
請求項１〜５のいずれかにおいて、
入力軸に組み込まれたピニオンが、前記駆動源側のピニオンとして前記伝動外歯歯車に直接噛合している
ことを特徴とする内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置。