JP4699470B2 - 偏心揺動型減速機 - Google Patents

Description

本発明は、複数のクランク軸に動力を伝達するクランク軸間歯車を備えた偏心揺動型減速機に関するものである。

従来の偏心揺動型減速機としては、複数のクランクピンと、複数のクランクピンのうちの１つのクランクピンに入力された動力を残りのクランクピンに伝達する円筒状歯車と、円筒状歯車を支持した一対の転がり軸受とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−５７６７８号公報（第３、４頁、第１、３図）

しかしながら、従来の偏心揺動型減速機においては、部品点数が多いという課題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、部品点数を従来より減少させることができる偏心揺動型減速機を提供することを目的とする。

本発明の偏心揺動型減速機は、内歯を有した第１の部材と、外歯を有した複数のクランク軸と、前記第１の部材の前記内歯に噛合う外歯を有し前記クランク軸によって偏心運動させられる外歯部材と、前記クランク軸を回転可能に支持して前記クランク軸によって前記第１の部材に対して回転運動させられる第２の部材と、前記各クランク軸の全ての前記外歯に噛合うとともに、前記クランク軸に動力を伝達するクランク軸間歯車と、を備え、前記クランク軸間歯車は、前記各クランク軸の全ての前記外歯に噛合って回転可能に支持されることにより、軸受に支持されていない構成を有している。また、前記クランク軸間歯車は、前記複数のクランク軸のうちの１つのクランク軸に入力された動力を残りのクランク軸に伝達する構成を有している。

この構成により、本発明の偏心揺動型減速機は、クランク軸間歯車を支持するための従来のような一対の転がり軸受が無いので、部品点数を従来より減少させることができる。
また、前記クランク軸の両端間の略中間部で前記クランク軸間歯車が前記クランク軸の前記外歯に噛合う構成とすれば、前記クランク軸が撓んでも前記クランク軸の前記外歯や前記クランク軸間歯車が傾き難く、前記クランク軸間歯車と、前記クランク軸の前記外歯とが歯筋方向で略均等に噛合う。したがって、本発明の偏心揺動型減速機は、前記クランク軸の前記外歯や前記クランク軸間歯車に偏磨耗が生じ難く、前記クランク軸の前記外歯や前記クランク軸間歯車の寿命の低減を防止することができる。

また、本発明の偏心揺動型減速機の前記クランク軸間歯車は、前記クランク軸の前記外歯に噛合う外歯を有した構成を有しても良い。

この構成により、本発明の偏心揺動型減速機は、クランク軸の外歯に噛合う内歯をクランク軸間歯車が形成する構成と比較して、クランク軸間歯車が小型であるので、製造コストを低減することができる。

また、本発明の偏心揺動型減速機は、前記クランク軸間歯車は、前記クランク軸の前記外歯に噛合う内歯を有した構成を有しても良い。

また、本発明の偏心揺動型減速機は、前記クランク軸間歯車は、油膜を介して前記外歯部材にすべり摩擦する構成を有しても良い。

この構成により、本発明の偏心揺動型減速機は、クランク軸間歯車を軸方向に規制することができる。

また、本発明の偏心揺動型減速機は、前記第１の部材に対して前記第２の部材を回転可能に支持する軸受をさらに備え、前記クランク軸間歯車は、油膜を介して前記外歯部材及び前記軸受にすべり摩擦する構成を有しても良い。

この構成により、本発明の偏心揺動型減速機は、第１の部材に対して第２の部材を回転可能に支持する高硬度の軸受をクランク軸間歯車の支持にも利用するので、クランク軸間歯車が低硬度の部材によって支持される構成と比較して、部材の磨耗による寿命の低減を防止することができる。また、クランク軸間歯車が外歯部材及び軸受にすべり摩擦することにより、クランク軸間歯車を軸方向に規制することができる。

また、本発明の偏心揺動型減速機は、前記第２の部材の略中央に貫通孔が形成され、前記貫通孔は、前記クランク軸間歯車の内側に配置された構成を有しても良い。

この構成により、本発明の偏心揺動型減速機は、クランク軸間歯車が従来のように転がり軸受によって支持されないので、転がり軸受によって支持される部分をクランク軸間歯車が有していない分、貫通孔の径を従来より大きくすることができる。

また、本発明の偏心揺動型減速機の前記第２の部材は、前記クランク軸間歯車に挿入された歯車挿入部を有した構成を有しても良い。

この構成により、本発明の偏心揺動型減速機は、減速機内部の空間と、貫通孔とを歯車挿入部によって分離するので、減速機内部の空間に潤滑剤が封入されても減速機内部の空間に封入された潤滑剤が貫通孔に漏れ出すことを防止することができる。

また、本発明の偏心揺動型減速機は、前記外歯部材を複数有し、前記クランク軸間歯車は、複数の前記外歯部材間に配置された構成を有しても良い。

この構成により、本発明の偏心揺動型減速機は、クランク軸を支持するためにクランク軸の両端に設置された軸受間の略中間部でクランク軸間歯車がクランク軸の外歯に噛合うので、クランク軸が撓んでもクランク軸の外歯やクランク軸間歯車が傾き難くクランク軸間歯車と、クランク軸の外歯とが歯筋方向で略均等に噛合う。したがって、本発明の偏心揺動型減速機は、クランク軸の外歯やクランク軸間歯車に偏磨耗が生じ難く、クランク軸の外歯やクランク軸間歯車の寿命の低減を防止することができる。

本発明は、部品点数を従来より減少させることができる偏心揺動型減速機を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態に係る偏心揺動型減速機の構造について説明する。

図１に示すように、産業用ロボットの関節１０は、アーム２０と、アーム２０に対して旋回するアーム３０と、アーム３０に固定されてアーム２０に対してアーム３０を回転させるための動力を発生させるモータ４０と、アーム２０及びアーム３０に固定されてモータ４０によって発生させられた動力を減速してアーム２０に対するアーム３０の動力とする偏心揺動型減速機１００と、を備えている。

偏心揺動型減速機１００は、内歯１１０ａを有した第１の部材としてのケース１１０と、偏心部１２１ａ、偏心部１２１ｂ及び外歯１２１ｃを有したクランク軸１２１と、クランク軸１２１と同様に図示していない２つの偏心部及び外歯１２２ｃ（図２参照。）を有したクランク軸１２２（図２参照。）と、クランク軸１２１と同様に図示していない２つの偏心部及び外歯１２３ｃ（図２参照。）を有したクランク軸１２３（図２参照。）と、ケース１１０の内歯１１０ａに噛合う外歯１３１ａを有しクランク軸１２１の偏心部１２１ａやクランク軸１２２、１２３の偏心部によって偏心運動させられる外歯部材としての外歯歯車１３１と、ケース１１０の内歯１１０ａに噛合う外歯１３２ａを有しクランク軸１２１の偏心部１２１ｂやクランク軸１２２、１２３の偏心部によって偏心運動させられる外歯部材としての外歯歯車１３２と、クランク軸１２１、１２２、１２３によってケース１１０に対して回転運動させられる第２の部材としてのキャリア１４０と、モータ４０の出力軸４１に取り付けられた入力歯車１５１（図３参照。）と、クランク軸１２１に取り付けられて入力歯車１５１と噛合った外歯車１５２と、ケース１１０に対してキャリア１４０を回転可能に支持する軸受１７１、１７２と、外歯歯車１３１の孔１３１ｂに挿入されてクランク軸１２１の偏心部１２１ａを外歯歯車１３１に対して回転可能に支持する軸受１７３と、外歯歯車１３２の孔１３２ｂに挿入されてクランク軸１２１の偏心部１２１ｂを外歯歯車１３２に対して回転可能に支持する軸受１７４と、外歯歯車１３１の孔１３１ｂと同様な外歯歯車１３１の図示していない孔に挿入されて軸受１７３と同様にクランク軸１２２の偏心部を外歯歯車１３１に対して回転可能に支持する図示していない軸受と、外歯歯車１３２の孔１３２ｂと同様な外歯歯車１３２の図示していない孔に挿入されて軸受１７４と同様にクランク軸１２２の偏心部を外歯歯車１３２に対して回転可能に支持する図示していない軸受と、外歯歯車１３１の孔１３１ｂと同様な外歯歯車１３１の図示していない孔に挿入されて軸受１７３と同様にクランク軸１２３の偏心部を外歯歯車１３１に対して回転可能に支持する図示していない軸受と、外歯歯車１３２の孔１３２ｂと同様な外歯歯車１３２の図示していない孔に挿入されて軸受１７４と同様にクランク軸１２３の偏心部を外歯歯車１３２に対して回転可能に支持する図示していない軸受と、クランク軸１２１をキャリア１４０に回転可能に支持する軸受１７５、１７６と、軸受１７５、１７６と同様にクランク軸１２２をキャリア１４０に回転可能に支持する図示していない２つの軸受と、軸受１７５、１７６と同様にクランク軸１２３をキャリア１４０に回転可能に支持する図示していない２つの軸受と、クランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃに噛合う外歯１８１を有しクランク軸１２１に入力されたモータ４０からの動力をクランク軸１２２、１２３に伝達するクランク軸間歯車としての円筒歯車１８０と、ケース１１０及びキャリア１４０の隙間を封じるオイルシール１９１、１９２と、を備えており、キャリア１４０には略中央に貫通孔１０１が形成されている。

ケース１１０は、内歯１１０ａを形成するピン１１１と、ピン１１１が埋め込まれたピン支持部材１１２とを有している。

クランク軸１２１、１２２、１２３は、ケース１１０の内歯１１０ａの歯車の中心点を中心とした円周上に１２０°ずつ離れて配置されている。

キャリア１４０は、外歯歯車１３１の孔１３１ｃ及び外歯歯車１３２の孔１３２ｃに挿入される柱部１４１ａを有した円板１４１と、円板１４１とともに外歯歯車１３１、１３２を挟む位置に配置された円板１４２と、円板１４１及び円板１４２に両端が固定されて円筒歯車１８０に挿入された歯車挿入部としての中空円筒１４３と、円板１４１及び中空円筒１４３の隙間を封じるＯリング１４４と、円板１４２及び中空円筒１４３の隙間を封じるＯリング１４５と、円板１４１、１４２の位置決めをする位置決めピン１４６と、円板１４１、１４２を締結するボルト１４７とを備えている。柱部１４１ａ、位置決めピン１４６、ボルト１４７は、ケース１１０の内歯１１０ａの歯車の中心点を中心とした円周上にそれぞれ複数配置されている。また、キャリア１４０は、入力歯車１５１及び外歯車１５２が収納される溝１４０ａが形成されている。

円筒歯車１８０は、外歯歯車１３１と、外歯歯車１３２との間に配置されており、クランク軸１２１，１２２，１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃに噛合って回転可能に支持されている。なお、円筒歯車１８０は、外歯歯車１３１、１３２に対する接触部位には油膜を介してすべり摩擦が生じることで回転可能に支持されている。

貫通孔１０１は、円板１４１の孔１４１ｂと、円板１４２の孔１４２ａと、中空円筒１４３の孔１４３ａとから構成されている。

また、関節１０は、アーム２０及びケース１１０を固定するボルト５１と、アーム３０及びモータ４０を固定するボルト５２と、アーム３０及び円板１４１を固定するボルト５３と、アーム３０の孔３０ａ及び偏心揺動型減速機１００の貫通孔１０１を通る配線６０とを備えている。なお、ボルト５１、５３は、偏心揺動型減速機１００の軸線を中心とした円周上にそれぞれ複数配置されている。また、ボルト５２は、モータ４０の出力軸４１の軸線を中心とした円周上に複数配置されている。

また、アーム３０及びモータ４０の係合面、アーム３０及び円板１４１の係合面は、それぞれシール剤等によって封じられている。

次に、関節１０の動作について説明する。

モータ４０が動力を発生すると、モータ４０によって発生させられた動力は、モータ４０の出力軸４１に取り付けられた入力歯車１５１、クランク軸１２１に取付けられた外歯車１５２を介して減速されてクランク軸１２１に伝達され、クランク軸１２１の外歯１２１ｃ、円筒歯車１８０の外歯１８１を介して、円筒歯車１８０に伝達される。ここで、円筒歯車１８０に伝達された動力は、円筒歯車１８０の外歯１８１、クランク軸１２２の外歯１２２ｃを介してクランク軸１２２に伝達されるとともに、円筒歯車１８０の外歯１８１、クランク軸１２３の外歯１２３ｃを介してクランク軸１２３に伝達される。

そして、クランク軸１２１、１２２、１２３に伝達された動力は、クランク軸１２１の偏心部１２１ａ、１２１ｂやクランク軸１２２、１２３の偏心部を介して外歯歯車１３１、１３２に伝達され、外歯歯車１３１、１３２の外歯１３１ａ、１３２ａ、ケース１１０の内歯１１０ａを介して減速されてキャリア１４０に伝達される。

したがって、ケース１１０に対してキャリア１４０が回転し、キャリア１４０に固定されたアーム３０は、ケース１１０が固定されたアーム２０に対して回転する。

以上に説明したように、偏心揺動型減速機１００は、円筒歯車１８０がクランク軸１２１，１２２，１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃに噛合って回転可能に支持されており、円筒歯車１８０を支持するための従来のような一対の転がり軸受が無いので、部品点数を従来より減少させることができる。

また、偏心揺動型減速機１００は、円筒歯車１８０が従来のように転がり軸受によって支持されないので、転がり軸受によって支持される部分を円筒歯車１８０が有していない分、貫通孔１０１の径を従来より大きくすることができる。

また、偏心揺動型減速機１００は、クランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃに噛合う外歯１８１を円筒歯車１８０が有しているので、クランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃに噛合う内歯をクランク軸間歯車が有する構成と比較して、円筒歯車１８０が小型である。したがって、偏心揺動型減速機１００は、クランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃに噛合う内歯をクランク軸間歯車が有する構成と比較して、製造コストを低減することができる。

また、偏心揺動型減速機１００は、中空円筒１４３が円筒歯車１８０に挿入されており、減速機内部の空間と、貫通孔１０１とを中空円筒１４３によって分離するので、減速機内部の空間に潤滑剤が封入されても減速機内部の空間に封入された潤滑剤が貫通孔１０１に漏れ出すことを防止することができる。

また、偏心揺動型減速機１００は、円筒歯車１８０が外歯歯車１３１と、外歯歯車１３２との間に配置されており、クランク軸１２１を支持するためにクランク軸１２１の両端に設置された軸受１７５、１７６間の略中間部や、クランク軸１２２、１２３を支持するためにクランク軸１２２、１２３の両端に設置された軸受間の略中間部で円筒歯車１８０がクランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃに噛合うので、クランク軸１２１、１２２、１２３が撓んでもクランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃや円筒歯車１８０が傾き難く、円筒歯車１８０と、クランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃとが歯筋方向で略均等に噛合う。したがって、偏心揺動型減速機１００は、クランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃや円筒歯車１８０に偏磨耗が生じ難く、クランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃや円筒歯車１８０の寿命の低減を防止することができる。

なお、中空円筒１４３が挿入された外歯歯車１３１の孔１３１ｄに円筒歯車１８０の一部が入ってしまうことを防止するためには、外歯歯車１３１の孔１３１ｄを形成する面と、中空円筒１４３の外周面との間の距離１００ａより円筒歯車１８０の外径と、中空円筒１４３の外径との差１００ｂが常に大きい必要がある。即ち、外歯歯車１３１の孔１３１ｄに円筒歯車１８０の一部が入ってしまうことを防止するためには、差１００ｂが距離１００ａの最大値より大きい必要がある。ここで、距離１００ａの最大値は、ケース１１０に対する外歯歯車１３１の偏心運動中に外歯歯車１３１と、中空円筒１４３とが接触することを防止するために、ケース１１０に対する外歯歯車１３１の偏心量の２倍より大きく設定されている。以上においては、外歯歯車１３１と、差１００ｂとの関係について説明したが、外歯歯車１３２と、差１００ｂとの関係についても同様である。

（第２の実施の形態）
まず、第２の実施の形態に係る偏心揺動型減速機の構造について説明する。

なお、本実施の形態に係る偏心揺動型減速機の構成のうち第１の実施の形態に係る偏心揺動型減速機１００（図１参照。）の構成と同様な構成については、偏心揺動型減速機１００の構成と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図４及び図５に示すように、本実施の形態に係る偏心揺動型減速機２００の構成は、クランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃに噛合う内歯２８１を有しクランク軸１２１に入力された動力をクランク軸１２２、１２３に伝達するクランク軸間歯車としての円筒歯車２８０を円筒歯車１８０（図１参照。）に代えて偏心揺動型減速機１００が備えた構成と同様である。

円筒歯車２８０は、外歯歯車１３１と、外歯歯車１３２との間に配置されており、クランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃに噛合って回転可能に支持されている。なお、円筒歯車２８０は、外歯歯車１３１、１３２に対する接触部位には油膜を介してすべり摩擦が生じることにより、回転可能に支持されている。

本実施例においては、偏心揺動型減速機２００は、円筒歯車２８０が外周でケース１１０のピン１１１に接触しているので、外歯歯車１３１、１３２の歯形曲線が位相をずらして重ね合わせたエピトロコイド曲線の最も内側にある曲線部分である場合（特公昭５８−４２３８２号公報参照。）や、外歯歯車１３１、１３２の歯形形状が歯先部で切除した形状である場合（特開平２−２６１９４３号公報参照。）等のように、ケース１１０に対する外歯歯車１３１、１３２の偏心運動中にケース１１０の複数のピン１１１の一部から外歯歯車１３１、１３２の外歯が一時的に離れても、ピン支持部材１１２からピン１１１が脱落することを防止することができる。

（第３の実施の形態）
まず、第３の実施の形態に係る偏心揺動型減速機の構造について説明する。

なお、本実施の形態に係る偏心揺動型減速機の構成のうち第２の実施の形態に係る偏心揺動型減速機２００（図４参照。）の構成と同様な構成については、偏心揺動型減速機２００の構成と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図６に示すように、本実施の形態に係る偏心揺動型減速機３００の構成は、円筒歯車２８０が、外歯歯車１３２と軸受１７２との軸方向の間においてクランク軸の外歯１２１ｃ、１２２２ｃ、１２３ｃと噛み合って回転可能に支持されており、円筒歯車２８０と、外歯歯車１３２及び軸受１７２に対する接触部位には油膜を介してすべり摩擦が生じて回転可能に支持されている点を除いて偏心揺動型減速機２００の構成と同様である。

偏心揺動型減速機３００は、ケース１１０に対してキャリア１４０を回転可能に支持する高硬度の軸受１７２を円筒歯車２８０の支持にも利用するので、円筒歯車２８０が低硬度の部材によって支持される構成と比較して、部材の磨耗による寿命の低減を防止することができる。

なお、偏心揺動型減速機３００は、円筒歯車２８０が軸受１７２の内輪１７２ａとの間のすべり摩擦が生じる構成であるが、円筒歯車２８０が軸受１７２の外輪１７２ｂとの間のすべり摩擦が生じるように構成されていても良い。

また、偏心揺動型減速機３００は、クランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃに噛合って回転可能に支持される内歯２８１を有しクランク軸１２１に入力された動力をクランク軸１２２、１２３に伝達する円筒歯車２８０を備えているが、ケース１１０に対してキャリア１４０を回転可能に支持する軸受に円筒歯車がすべり摩擦によって回転可能に支持されていれば、第１の実施の形態に係る偏心揺動型減速機１００（図１参照。）のようにクランク軸１２１、１２２、１２３の外歯１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃに噛合う外歯を有した円筒歯車を円筒歯車２８０に代えて備えていても良い。

なお、本発明のクランク軸間歯車は、クランク軸に設けられた外歯に噛合って回転可能に支持されているが，中空円筒１４３の外周やピン１１１の内周に油膜を介してすべり摩擦が生じることで、さらに回転可能に支持される状態になっていても良い。

以上のように、本発明に係る偏心揺動型減速機は、部品点数を従来より減少させることができるという効果を有し、産業用ロボット等の産業用機械の関節部分に使用される偏心揺動型減速機等として有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る偏心揺動型減速機を備えた産業用ロボットの関節の側面断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る偏心揺動型減速機の側面断面図である。 図４のＣ−Ｃ矢視断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る偏心揺動型減速機の側面断面図である。

Claims (9)

1. 内歯を有した第１の部材と、外歯を有した複数のクランク軸と、前記第１の部材の前記内歯に噛合う外歯を有し前記クランク軸によって偏心運動させられる外歯部材と、前記クランク軸を回転可能に支持して前記クランク軸によって前記第１の部材に対して回転運動させられる第２の部材と、前記各クランク軸の全ての前記外歯に噛合うとともに、前記クランク軸に動力を伝達するクランク軸間歯車と、を備え、
   前記クランク軸間歯車は、前記各クランク軸の全ての前記外歯に噛合って回転可能に支持されることにより、軸受に支持されていないことを特徴とする偏心揺動型減速機。
2. 前記クランク軸間歯車は、前記クランク軸の前記外歯に噛合う外歯を有したことを特徴とする請求項１に記載の偏心揺動型減速機。
3. 前記クランク軸間歯車は、前記クランク軸の前記外歯に噛合う内歯を有したことを特徴とする請求項１に記載の偏心揺動型減速機。
4. 前記クランク軸間歯車は、油膜を介して前記外歯部材にすべり摩擦することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の偏心揺動型減速機。
5. 前記第１の部材に対して前記第２の部材を回転可能に支持する軸受をさらに備え、前記クランク軸間歯車は、油膜を介して前記外歯部材及び前記軸受にすべり摩擦することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の偏心揺動型減速機。
6. 前記第２の部材の略中央に貫通孔が形成され、
   前記貫通孔は、前記クランク軸間歯車の内側に配置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の偏心揺動型減速機。
7. 前記第２の部材は、前記クランク軸間歯車に挿入された歯車挿入部を有したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の偏心揺動型減速機。
8. 前記外歯部材を複数有し、
   前記クランク軸間歯車は、複数の前記外歯部材間に配置されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の偏心揺動型減速機。
9. 前記クランク軸間歯車は、前記複数のクランク軸のうちの１つのクランク軸に入力された動力を残りのクランク軸に伝達することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の偏心揺動型減速機。

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