JP4855532B2 - Decelerator - Google Patents
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本発明は、減速機に関し、特にロボット等を駆動するために用いられる減速比の大きい減速機に関する。 The present invention relates to a reduction gear, and more particularly to a reduction gear with a large reduction ratio used for driving a robot or the like.
産業用ロボットにおいては、たとえば片持ちのアームを動作させるため、高トルクの動力源が必要となっている。一方、通常動力源として用いられるモータ等は、高回転低トルクの出力特性を有するため、ロボットを駆動させるには、その回転力をそのまま用いるのは不適切であり、比較的大きな減速比で減速させる必要がある。そこで、モータとロボットの間の動力伝達経路中に、減速機を介在させるようにしている。 In an industrial robot, for example, in order to operate a cantilever arm, a high torque power source is required. On the other hand, motors or the like that are normally used as a power source have output characteristics of high rotation and low torque, so it is inappropriate to use the rotational force as it is to drive the robot. It is necessary to let Therefore, a speed reducer is interposed in the power transmission path between the motor and the robot.
減速機として良く知られているのは、たとえば多段式の歯車減速機であるが、高い減速比を得るためには、何段もの歯車対を組み合わせねばならず、構成全体が大がかりとなりかつ重量も増大するという不具合がある。 For example, a multi-stage gear reducer is well known as a reducer, but in order to obtain a high reduction ratio, it is necessary to combine many stages of gear pairs, which makes the whole structure large and heavy. There is a problem of increasing.
そこで、偏心運動をする歯付き円盤を用いて、大きな減速比で動力を伝達可能な減速機が開発されている。かかる減速機によれば、軽量かつコンパクトでありながら、モータ等からの動力を低回転高トルクの出力に変換可能となっている。 Therefore, a reduction gear that can transmit power with a large reduction ratio using a toothed disk that moves eccentrically has been developed. According to such a reduction gear, it is possible to convert power from a motor or the like into an output of low rotation and high torque while being lightweight and compact.
ところで、ロボット用の減速機においては、偏心円盤を駆動するカム軸を中空として、その内部にロボット制御用等の配線を通すことによって、スペースの有効活用を図ろうとする設計思想がある。 By the way, in a reduction gear for a robot, there is a design philosophy to make effective use of space by hollowing a cam shaft for driving an eccentric disk and passing a wiring for controlling a robot or the like inside the cam shaft.
かかる設計思想に基づけば、中空カム軸の内径は大きければ大きい程良いこととなる。ところが、減速機全体の大きさは制限されていることから、中空カム軸の内径を増大させるためには、減速機内部に設けられた部品の形状や配置を注意深く検討する必要がある。 Based on this design concept, the larger the inner diameter of the hollow cam shaft, the better. However, since the size of the entire speed reducer is limited, in order to increase the inner diameter of the hollow camshaft, it is necessary to carefully consider the shape and arrangement of components provided inside the speed reducer.
上述の目的を達成すべく、本発明の減速機は、ハウジングと、ケーブルを通すために中心部を中空にし、その一端部外周において、歯車に係合するスプライン部を設けた軸と、前記軸の軸線周りに公転運動する歯付き円盤と、前記歯付き円盤に備えられた外歯に噛合する内歯を有する内歯体と、前記ハウジングから延在し、前記歯付き円盤を公転運動可能に支持する複数の出力ピンと、を有し、前記出力ピンに形成した雌ねじに螺合するボルトにより、前記出力ピンの端部に固定されたリング部が、前記ハウジングの一部となっており、前記スプライン部及び前記ボルトは、前記歯付き円盤に対して同一側に配置されており、前記スプライン部は、前記軸の端部から、前記リング部における前記ボルトが設けられた側の端面よりも軸線方向内側に延在しており、前記スプライン部の半径方向外方において、前記ボルトが前記端面から突出していないことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a speed reducer according to the present invention includes a housing, a shaft having a hollow center portion for passing a cable, and a spline portion that engages with a gear at the outer periphery of one end thereof, the shaft A toothed disk that revolves around the axis, an internal tooth body that has internal teeth that mesh with external teeth provided in the toothed disk, and extends from the housing so that the toothed disk can revolve. includes a plurality of output pins that support, and by a bolt screwed into the female screw formed in the output pins, the ring portion which is fixed to an end portion of the output pins, and a part of said housing, said The spline part and the bolt are arranged on the same side with respect to the toothed disk, and the spline part is more axial than the end face of the ring part on the side where the bolt is provided. In direction It extends, in a radially outward of the spline portion, wherein the bolt does not protrude from the end face.
上述の目的を達成すべく、本発明の減速機は、ハウジングと、偏心円筒部を備え、前記ハウジングに対し回転自在に支持された中空カム軸と、前記中空カム軸の回転に応じて偏心円筒部により当接駆動され、前記中空カム軸の軸線周りに公転運動する歯付き円盤と、前記歯付き円盤に備えられた外歯に噛合する内歯を有する内歯体と、前記ハウジングから前記中空カム軸の周囲に延在し、前記歯付き円盤を公転運動可能に支持する複数のピン部とを有しており、前記ピン部は、両端をハウジングにより支持されており、前記歯付き円盤は2つ設けられ、前記中空カム軸と前記歯付き円盤とは、ニードル軸受により互いに回転自在に支持されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a speed reducer according to the present invention includes a housing, an eccentric cylindrical portion, a hollow cam shaft that is rotatably supported by the housing, and an eccentric cylinder according to the rotation of the hollow cam shaft. A toothed disk revolving around the axis of the hollow cam shaft, an internal tooth body having internal teeth meshing with external teeth provided in the toothed disk, and the hollow from the housing A plurality of pin portions extending around a cam shaft and supporting the toothed disk so as to be capable of revolving, the pin portions being supported by housings at both ends, the toothed disk being Two hollow camshafts and the toothed disk are rotatably supported by a needle bearing.
本発明の減速機によれば、前記ピン部は、両端をハウジングにより支持されているので、径を細くしても剛性を維持することができ、それにより中空カム軸の周囲に空きスペースを確保できるため、減速機のサイズを増大させることなく、中空カム軸の径を増大させることが可能となる。更に、前記歯付き円盤は2つ設けられているので、たとえば歯付き円盤を3つ設けた場合に中空カム軸に嵌合させる必要のあるスリーブを排除することができ、それにより減速機のサイズを増大させることなく、中空カム軸の内径を増大させることが可能となる。加えて、前記中空カム軸と前記歯付き円盤とを互いに回転自在に支持するニードル軸受は、たとえば玉軸受に比べて、半径方向の高さが低いため、それにより減速機のサイズを増大させることなく、中空カム軸の内径を増大させることが可能となる。 According to the speed reducer of the present invention, since both ends of the pin portion are supported by the housing, rigidity can be maintained even if the diameter is reduced, thereby ensuring a free space around the hollow camshaft. Therefore, the diameter of the hollow camshaft can be increased without increasing the size of the reduction gear. Furthermore, since two toothed disks are provided, for example, when three toothed disks are provided, a sleeve that needs to be fitted to the hollow camshaft can be eliminated, thereby reducing the size of the speed reducer. It is possible to increase the inner diameter of the hollow cam shaft without increasing. In addition, the needle bearing that rotatably supports the hollow camshaft and the toothed disk is lower in the radial direction than, for example, a ball bearing, thereby increasing the size of the speed reducer. It is possible to increase the inner diameter of the hollow camshaft.
以下、本発明による第1の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、たとえばロボット駆動用の減速機の軸線方向断面図である。図1において、かかる減速機は、中央に中空カム軸1を配置している。中空カム軸1の図中左端外周には、雄スプライン部1aが形成されており、かかる雄スプライン部1aに対向して雌スプライン部2aを形成したギヤ2が、両スプライン部1a、2aを係合させるようにして、中空カム軸1に取り付けられている。尚、ギヤ2を介して中空カム軸1には駆動源からの動力が伝達されるようになっている。
Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view in the axial direction of a speed reducer for driving a robot, for example. In FIG. 1, the reduction gear has a hollow camshaft 1 disposed at the center. A male spline portion 1a is formed on the outer periphery of the left end of the hollow camshaft 1 in the figure, and a gear 2 having a
中空カム軸1の中央外周には、中空カム軸1の軸線に対して偏心した円筒部である2つの偏心部1b、1cが形成されている。尚、偏心部1b、1cの偏心の位相は、互いに180度ずれている。偏心部1b、1cの周囲には、ニードル軸受3,4が配置されている。ニードル軸受3,4は、その半径方向外方に配置された歯付き円盤5,6を、中空カム軸1に対して回転自在に支持している。尚、ニードル軸受とは、転動体として円筒状もしくは円錐状のコロ又はローラを用いた軸受をいうものとする。本実施の形態においては、円筒コロを用いている。
Two
図2は、図1の減速機をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。以下に説明する歯付き円盤5,6は同一形状を有しているため、図2に示された歯付き円盤6のみを詳細に説明する。図2において明らかなように、歯付き円盤6は、中央に大開口6aを有しており、かかる大開口6aは、中空カム軸1の偏心部1cに対して、ニードル軸受4に備えられた多数のコロ4aを介して支持されている。
FIG. 2 is a view of the speed reducer in FIG. 1 taken along line II-II and viewed in the direction of the arrow. Since the
更に、歯付き円盤6は、大開口6aの周囲に、13個の周囲開口6bを等間隔に形成しており、またその外周に、ペリサイクロイド曲線から構成された波状の外歯6cを形成している。一方、歯付き円盤6の半径方向外方には、円管状の出力部7が配置されている。出力部7は、歯付き円盤6の外歯6cに対向して、その内周に、ピン7aを等間隔に埋設配置している。図2から明らかなように、外歯6aの歯数はピン7aの数より1つだけ少なくなっている。尚、歯付き円盤5と出力部7との関係も同様であるが、上述したように歯付き円盤5,6の偏心の位相は180度ずれている。
Further, the
図1の右方において、中空カム軸1の周囲にかつ出力部7の内方に配置されたハウジング8は、テーパコロ軸受10を介して中空カム軸1を回転自在に支持し、一方、テーパコロ軸受11を介して出力部7を回転自在に支持している。
In the right side of FIG. 1, a
ハウジング8には孔8aが13個(図2)形成されており、各孔8aには出力ピン9が嵌合している。出力ピン9の中央部外周には、ローラ12が回転自在に嵌合している。出力ピン9の図1中左端には、雌ねじ9aが形成されている。
The
中空カム軸1の図1中左端近傍の周囲であってかつ出力部7の内方には、リング部14が配置されている。リング部14は、円周方向に等間隔に配置された13個の貫通孔14aを有している。貫通孔14aに挿通したボルト13を、出力ピンの9の雌ねじに螺合させることにより、リング部14は出力ピン9に嵌合的に取り付けられるようになっている。従って、出力ピン9とリング部14は、ハウジング8の一部となって、強固な剛体支持構造を形成することとなる。尚、リング部14は、テーパコロ軸受15を介して中空カム軸1を回転自在に支持し、一方、テーパコロ軸受16を介して出力部7を回転自在に支持している。
A
次に、本実施の形態にかかる減速機の動作につき、図1,2を参照して以下に説明する。まず、不図示の動力源から伝達された回転力は、ギヤ2を介して中空カム軸1に伝達され、所定の回転数で中空カム軸1を回転させる。中空カム軸1が回転すると、偏心部1b、1cが、中間軸8の軸線に対して公転運動する。かかる公転運動により、ニードル軸受3,4を介して2枚の歯付き円盤5、6が押され、それにより歯付き円盤5,6も、中空カム軸1の軸線に対して公転移動することとなる。
Next, the operation of the speed reducer according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. First, the rotational force transmitted from a power source (not shown) is transmitted to the hollow camshaft 1 through the gear 2 and rotates the hollow camshaft 1 at a predetermined rotational speed. When the hollow cam shaft 1 rotates, the
このとき、歯付き円盤5,6の外歯6cは、ピン7aに対して乗り越えるような動作を行うが、それにより出力部7は押されて、ピン7aの1ピッチ分だけ回転する。外歯6cが一つのピン7aを乗り越えるのは、偏心部1b、1cが一公転したときであるから、その減速比は、(1/ピン7aの数)となり、本実施の形態においては、1:40という高い減速比が得られることとなる。
At this time, the external teeth 6c of the
ところで、本実施の形態においては、歯付き円盤5,6の公転運動の際に、その周囲開口6bの内周に当接して力を受ける出力ピン9が、その両端(ハウジング8及びリング部14)をテーパコロ軸受10,11,15,16により支持されている。従って、片持ち支持されていた従来技術の出力ピンと比べて、同一の剛性(たわみ量)を確保しても、その外径を小さくすることができる。よって、減速機のサイズを増大させずに、出力ピン9の外径を小さくした分だけ、中空カム軸1の外径及び内径を増大させることが可能となる。中空カム軸1の内径が増大すれば、たとえばロボットの制御用ケーブルを、中空カム軸1の内部を通過させやすくなり、ロボット設計の自由度が向上することとなる。
By the way, in the present embodiment, when the
更に、本実施の形態によれば、歯付き円盤5,6が2つ設けられている。たとえば従来技術による減速機においては、歯付き円盤を3つ設けたものが開発されている(特開平1−169154号参照)。ところが、かかる減速機においては、歯付き円盤は120度ずつ位相をずらす必要があるため、製造の都合上、3枚の歯付き円盤を駆動する偏心部の少なくとも一つを、スリーブ上に形成して、かかるスリーブを中空カム軸の外周に嵌合させなくてはならない。このようにスリーブを、中空カム軸に嵌合させる構成では、中空カム軸の肉厚を大きくせざるを得ず、結果として内径が小さくなってしまう。これに対し、本実施の形態においては、歯付き円盤5,6が2つ設けられているので、従来技術において必要であったスリーブを排除することができ、それにより減速機のサイズを増大させることなく、中空カム軸1の内径を増大させることが可能となる。
Furthermore, according to the present embodiment, two
加えて、歯付き円盤5,6の外径は、減速機のサイズにより制限されるので、出力ピン9の径が決まっていれば、歯付き円盤5,6の大開口6aの内径は定まってしまう。従って、大開口6aの径を増大させることには、大きな制限があると言える。これに対し、本実施の形態によれば、中空カム軸1と歯付き円盤5,6とを互いに回転自在に支持するニードル軸受3,4が、たとえば玉軸受に比べて、半径方向の高さが低くなっているため、歯付き円盤5,6の内径を変えることなく、その高さの差分だけ中空カム軸1の外径及び内径を増大させることが可能となる。中空カム軸1の内径が増大すれば、たとえばロボットの制御用ケーブルを、中空カム軸1の内部を通過させやすくなり、ロボット設計の自由度が向上することとなる。
In addition, since the outer diameter of the
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更/改良が可能であることはもちろんである。たとえば本発明の減速機を、ロボット以外の産業機械(ウインチ等)に用いることも可能である。また、本実施の形態においては、ハウジング8を固定して、出力部7より出力を取り出すようにしているが、出力部7を固定して、ハウジング8から出力を取り出すようにすることも可能である。
The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed / improved. For example, the speed reducer of the present invention can be used for industrial machines other than robots (such as winches). In this embodiment, the
本発明の減速機によれば、ピン部は、両端を軸受により支持されているので、径を細くしても剛性を維持することができ、それにより中空カム軸の周囲に空きスペースを確保できるため、減速機のサイズを増大させることなく、中空カム軸の径を増大させることが可能となる。更に、歯付き円盤は2つ設けられているので、たとえば歯付き円盤を3つ設けた場合に中空カム軸に嵌合させる必要のあるスリーブを排除することができ、それにより減速機のサイズを増大させることなく、中空カム軸の内径を増大させることが可能となる。加えて、中空カム軸と歯付き円盤とを互いに回転自在に支持するニードル軸受は、たとえば玉軸受に比べて、半径方向の高さが低いため、それにより減速機のサイズを増大させることなく、中空カム軸の内径を増大させることが可能となる。更に、ギヤ2の歯数より少ない歯数の入力歯車をモータに取り付けて、ギヤ2と該入力歯車とを噛み合わせるようにすれば、共振点をシフトさせる効果がある。 According to the speed reducer of the present invention, since both ends of the pin portion are supported by the bearings, the rigidity can be maintained even if the diameter is reduced, so that an empty space can be secured around the hollow camshaft. Therefore, it is possible to increase the diameter of the hollow cam shaft without increasing the size of the reduction gear. Further, since two toothed disks are provided, for example, when three toothed disks are provided, a sleeve that needs to be fitted to the hollow camshaft can be eliminated, thereby reducing the size of the reduction gear. It is possible to increase the inner diameter of the hollow cam shaft without increasing it. In addition, the needle bearing that rotatably supports the hollow camshaft and the toothed disk is lower in radial direction than, for example, a ball bearing, so that without increasing the size of the speed reducer, It becomes possible to increase the inner diameter of the hollow camshaft. Further, if an input gear having a smaller number of teeth than that of the gear 2 is attached to the motor and the gear 2 and the input gear are engaged with each other, there is an effect of shifting the resonance point.
1 中空カム軸
2 ギヤ
3、4 ニードル軸受
5、6 歯付き円盤
6a 大開口
6b 小開口
6c 外歯
7 出力部
7a ピン
8 ハウジング
9 出力ピン
10、11,15,16 テーパコロ軸受
13 ボルト
14 リング部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hollow cam shaft 2
Claims (1)
ケーブルを通すために中心部を中空にし、その一端部外周において、歯車に係合するスプライン部を設けた軸と、
前記軸の軸線周りに公転運動する歯付き円盤と、
前記歯付き円盤に備えられた外歯に噛合する内歯を有する内歯体と、
前記ハウジングから延在し、前記歯付き円盤を公転運動可能に支持する複数の出力ピンと、を有し、
前記出力ピンに形成した雌ねじに螺合するボルトにより、前記出力ピンの端部に固定されたリング部が、前記ハウジングの一部となっており、
前記スプライン部及び前記ボルトは、前記歯付き円盤に対して同一側に配置されており、
前記スプライン部は、前記軸の端部から、前記リング部における前記ボルトが設けられた側の端面よりも軸線方向内側に延在しており、
前記スプライン部の半径方向外方において、前記ボルトが前記端面から突出していないことを特徴とする減速機。 A housing;
A shaft provided with a spline part that engages with a gear at the outer periphery of one end part of the center part in order to pass the cable,
A toothed disc to revolve around the axis of said shaft,
An internal tooth body having internal teeth that mesh with external teeth provided in the toothed disk;
A plurality of output pins extending from the housing and supporting the toothed disk so as to be capable of revolving, and
A ring portion fixed to an end portion of the output pin by a bolt screwed into a female screw formed on the output pin is a part of the housing.
The spline part and the bolt are arranged on the same side with respect to the toothed disk,
The spline portion extends from the end of the shaft to the inner side in the axial direction from the end surface of the ring portion on the side where the bolt is provided ,
The speed reducer according to claim 1 , wherein the bolt does not protrude from the end face on the outer side in the radial direction of the spline portion .
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