JP4947770B2 - 減速機 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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（特許文献１参照）。
特開平１−１６９１５４号公報

ところで、ロボット用の減速機においては、コンパクトで高剛性な構成が望まれている 。ところが、特許文献１の減速機においては、歯付き円盤を公転運動可能に支持する複数 のピン部が片持ち状態であるので、剛性を確保するためにはピン径を増大させなくてはな らず、コンパクト化が図れないという問題がある。又、減速機の動作時における共振を抑 制したいという要請もある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、共振を抑制し、コンパクトで高剛性の減速機を提供することを目的とする。

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軸線方向に離れた２箇所で回転自在に支持されたカム軸と、前記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、前記ハウジングに対して固定され、前記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たロボット用の減速機において、前記ピン部は、その一端側はハウジングと一体化されるとともに、その他端側は前記ハウジングの一部であるリング部に突き当たった状態でボルトにより前記リング部に固定されるようにして、両端を支持されており、前記内歯体は、前記ハウジングに対して、前記ピン部よりも半径方向外側に配置された一対の軸受により支持されており、前記カム軸の端部外周にギヤが取り付けられ、前記ギヤの歯数より少ない歯数の入力歯車を前記ギヤと噛み合わせており、前記ギヤ及び前記ボルトは、前記歯付き円盤に対して軸線方向における同じ側に配置されており、前記カム軸の前記ギヤが設けられた端部側の半径方向外方において、前記ボルトが前記リング部の端面から突出しておらず、前記カム軸は、中心部にロボットの制御用ケーブルを通すための中空空間を有することを特徴とする。

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固定支持されているので、剛体支持構造とでき、従って径を細くしても剛性を維持することができる。更に、 前記ギヤの歯数より少ない歯数の入力歯車を前記ギヤに噛み合わせるようにしているため 、高剛性の効果と相まって共振点を更に上方にシフトさせる効果がある。また、中央に配 置された前記カム軸の外周に前記ギヤを取り付けているため、広範囲の減速比を得ること ができ、例えば共振点を上方にシフトさせるために高い減速比も設定できる。さらにまた 、前記カム軸の前記ギヤと入力歯車との減速比を高く（大きく）採ることにとって、前記 カム軸のギヤ中央に大きな中空径を確保することができるとともに、共振点を大きくシフ トすることができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本実施の形態にかかる減速機の軸線方向断面図である。 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。

符号の説明

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

Claims (1)

1. ハウジングと、
   偏心円筒部を備え、前記ハウジングに対し軸線方向に離れた２箇所で回転自在に支持されたカム軸と、
   前記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、
   前記ハウジングに対して固定され、前記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たロボット用の減速機において、
   前記ピン部は、その一端側はハウジングと一体化されるとともに、その他端側は前記ハウジングの一部であるリング部に突き当たった状態でボルトにより前記リング部に固定されるようにして、両端を支持されており、
   前記内歯体は、前記ハウジングに対して、前記ピン部よりも半径方向外側に配置された一対の軸受により支持されており、
   前記カム軸の端部外周にギヤが取り付けられ、前記ギヤの歯数より少ない歯数の入力歯車を前記ギヤと噛み合わせており、
   前記ギヤ及び前記ボルトは、前記歯付き円盤に対して軸線方向における同じ側に配置されており、
   前記カム軸の前記ギヤが設けられた端部側の半径方向外方において、前記ボルトが前記リング部の端面から突出しておらず、
   前記カム軸は、中心部にロボットの制御用ケーブルを通すための中空空間を有することを特徴とする減速機。

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