JP5009232B2 - 偏心揺動型歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、偏心揺動型歯車装置に関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されているように、モータによって駆動される駆動軸と、クランク軸を駆動するための入力軸とが傘歯車機構を介して連結された構成の偏心揺動型歯車装置が知られている。具体的に、この文献に開示されている歯車装置は、図３に示すように、モータによって駆動される駆動軸１０１と、偏心揺動型減速機構のクランク軸１０２に伝達歯車１０４を介して駆動力を伝達する入力軸１０３とを備えている。そして、駆動軸１０１の一端部が駆動側の傘歯車１０５として構成され、入力軸１０３の一端部がこの駆動側傘歯車１０５と噛み合う従動側傘歯車１０６として構成されている。傘歯車機構を介装することにより、入力回転の方向に対して直角方向に変換して出力することができる。

クランク軸１０２と入力軸１０３とは、互いに平行に配設されており、これらクランク軸１０２及び入力軸１０３は、その軸方向の２個所においてそれぞれ軸受１１０，１１１を介して基部ケーシングに回転自在に支持されている。基部ケーシングは、偏心揺動型減速機構の外歯歯車１１２を挟み込んだ状態で基部１１３と端板１１４とを締結した構成であり、軸受は基部１１３と端板１１４にそれぞれ配設されている。基部１１３において、クランク軸１０２の軸受１１０と入力軸１０３の軸受１１１とは、互いに径方向に隣接して配置されており、端板１１４においても同様に、クランク軸１０２の軸受１１０と入力軸１０３の軸受１１１とは、互いに径方向に隣接して配置されている。

入力軸１０３は、駆動側傘歯車１０５から駆動力を受けるので、入力軸１０３の軸受１１１にはスラスト荷重がかかる。このため、入力軸１０３の軸受１１１はアンギュラコンタクトラジアル軸受（円錐ころ軸受）となっている。そして、軸方向に間隔をおいて配設される入力軸１０３の２つの軸受１１１は、軸方向のどちら向きの荷重をも受けることができるように、円錐ころの傾斜方向が互いに逆向きとなっている。同様に、クランク軸１０２の２つの軸受１１０もそれぞれアンギュラコンタクトラジアル軸受（円錐ころ軸受）で、円錐ころの傾斜方向も互いに逆向きとなっている。

このような偏心揺動型歯車装置は、駆動軸１０１に対して直交する軸回りに基部１１３を回動することができ、例えばロボット等の関節機構として用いられる。
特開２００３−２０５４８６号公報

前記特許文献１に開示された偏心揺動型歯車装置では、入力軸１０３を支持する軸受１１１とクランク軸１０２を支持する軸受１１０とが径方向に隣接して配置されているため、入力軸１０３を支持する軸受１１１の大きさはクランク軸１０２を支持する軸受１１０による制約を受ける。このため、入力軸１０３の許容応力を大きくすべく軸径の拡大を図る場合には、入力軸１０３を支持する軸受１１１の径方向厚みをより小さくする必要が生ずる。しかしながら、スラスト荷重を受けることを考慮すれば円錐ころ軸受等のアンギュラコンタクトラジアル軸受を用いることが必要であり、軸受の径方向厚みを小さくするには限界がある。

そこで、本発明の目的は、スラスト荷重を受ける入力軸を有する偏心揺動型歯車装置において、入力軸を支持する部材の径方向寸法の拡大を抑制しつつ、入力軸の軸径の拡大を図ることにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、内歯を有する外筒と、基軸部とこの基軸部よりも細径の先軸部とを有する入力軸と、前記入力軸における前記基軸部側の端部に設けられた傘歯車と、偏心部を有し、前記入力軸と平行に配置されるとともに前記入力軸の回転に連動するクランク軸と、前記偏心部に取り付けられ、前記内歯に噛み合いながら回転する外歯歯車と、前記外歯歯車に対して前記傘歯車側に配置される基側部と、前記外歯歯車に対して前記傘歯車とは反対側に配置される先側部とを有し、前記外筒に回転自在に支持され、前記入力軸及び前記クランク軸が貫通するキャリアと、前記クランク軸を前記基側部に対して回転自在に支持する第１クランク軸受と、前記クランク軸を前記先側部に対して回転自在に支持する第２クランク軸受と、ラジアルコンタクト軸受からなり、前記キャリアの前記基側部に対して前記入力軸の前記基軸部を回転自在に支持する第１軸受と、アンギュラコンタクトラジアル軸受からなり、前記キャリアの前記先側部に対して前記入力軸の前記先軸部を回転自在に支持する第２軸受と、荷重を受ける傾斜方向が前記第２軸受とは反対向きのアンギュラコンタクトラジアル軸受からなり、前記第２軸受に対して前記第１軸受とは反対側に配設されて、前記キャリアの前記先側部に対して前記入力軸の前記先軸部を回転自在に支持する第３軸受と、を備えている偏心揺動型歯車装置である。

本発明では、入力軸の基軸部側の端部に傘歯車が設けられており、この傘歯車に駆動力が入力される。この駆動力により入力軸が回転するとともにクランク軸が回転する。そして、外歯歯車が外筒の内歯に噛み合いながら回転することにより、キャリアが外筒に対して相対的に回転する。このとき、入力軸に付加される軸方向の荷重は、第２軸受と第３軸受によって負担され、入力軸に付加される径方向の荷重は第１軸受〜第３軸受によって分担される。入力軸にかかる軸方向の荷重を第２及び第３軸受で負担するため、傘歯車側の第１軸受をラジアルコンタクト軸受とすることができ、この第１軸受はアンギュラコンタクトラジアル軸受からなる第２及び第３軸受よりも薄型を容易に選択できる。このため、入力軸の軸径は、第２及び第３軸受よりも傘歯車寄りの第１軸受によって支持される基軸部での軸径を第２及び第３軸受によって支持される先軸部での軸径よりも大きくしたとしても、クランク軸受の制約を受け難くすることができ、キャリアの外径を大きくすることなく第１クランク軸受の配置スペースを確保することができる。したがって、入力軸は傘歯車に近い側で、入力軸を支持する部材の径方向寸法の拡大を抑制しつつ、軸径の拡大を図ることができ、耐荷重を向上することができる。第１軸受は、円筒ころあるいは針状ころを用いたころ軸受を使用することによって、径方向の厚みをより小さくすることができる。

ここで、前記外歯歯車には、前記入力軸を挿通させる貫通孔が形成されており、前記第２軸受は、その少なくとも一部が前記入力軸とともに前記貫通孔内に配置されているのが好ましい。この態様では、第２軸受が外歯歯車に対して軸方向の外側に配設される構成に比べ、入力軸の長さを短くできる。したがって、歯車装置の軸方向の寸法が拡大することを抑制することができる。

また、前記第２軸受と前記第３軸受とは、前記キャリアの前記先側部に接触する各外輪の背面同士が互いに近づくように配置されているのが好ましい。この態様では、第２軸受及び第３軸受を支持するキャリアの先側部において、入力軸の軸方向長さが大きくなることを抑制することができる。このため、歯車装置の軸方向の寸法が拡大することを抑制することができる。

また、前記入力軸における前記先軸部側の端部には、前記第２軸受および第３軸受の予圧調整手段が設けられているのが好ましい。この態様では、入力軸の他端部寄りに配設された第２軸受および第３軸受の予圧を調整することができる。

以上説明したように、本発明によれば、スラスト荷重を受ける入力軸を有する偏心揺動型歯車装置において、入力軸を支持する部材の径方向寸法の拡大を抑制しつつ、入力軸の軸径の拡大を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る偏心揺動型歯車装置１０は、外筒１２と、この外筒１２の内側で当該外筒１２に対して相対的に回転可能なキャリア１４と、このキャリア１４を回転させる駆動力を付与するための入力軸１６と、入力軸１６の回転数に対して所定の比率で減速された回転数でキャリア１４を回転させる減速機構１８とを備えている。

外筒１２は、円筒状に形成されており、その外周部にはフランジ部１２ａが一体的に設けられている。フランジ部１２ａには周方向に等間隔にボルト挿通孔１２ｂが設けられている。ボルト挿通孔１２ｂには、外筒１２とケーシング２０とを締結するボルト２２が挿通される。外筒１２は、その内周面に周方向に等間隔をおいて多数配置されたピン状の内歯２４を有する。

キャリア１４は、軸方向に間隔をおいて配置された一対の主軸受２６によって外筒１２に支持されていて、外筒１２と同軸上に回転可能となっている。主軸受２６は、それぞれアンギュラ玉軸受によって構成されている。

キャリア１４は、基側部である端板３０と、この端板３０に締結される基部３１とを備えている。基部３１は、先側部である円板状の基板部３２と、この基板部３２の一方の面に突設されたシャフト部３３とを備えている。シャフト部３３は、図２に示すように横断面が略台形状であり、本実施形態では３つ設けられていて、これらが周方向に等間隔に配設されている。基部３１と端板３０とは、シャフト部３３の先端面が端板３０に当接された状態でボルト３４によって互いに締結されている。この状態で、基板部３２と端板３０との間には軸方向に所定幅を有する空間Ｓが形成されている。なお、シャフト部３３及び基板部３２に亘ってボルト締結孔３１ａが設けられており、ボルト３４は、この締結孔３１ａに螺合されている。

基板部３２には、カバー部３５が取り付けられている。カバー部３５は、ボルト３６で基板部３２に締結されているので、基板部３２から取り外すことができる。なお、このボルト３６はボルト締結孔３１ａに螺合される。

なお、本実施形態では、基側部が端板３０によって形成され、先側部が基板部３２によって形成される構成としたが、これに代え、基側部が基板部３２によって構成され、先側部が端板３０によって形成される構成としてもよい。この場合には、カバー部３５は端板３０に締結される。

端板３０及び基板部３２には、その中央に軸方向に貫通する中央貫通孔３０ａ，３２ａがそれぞれ形成されている。中央貫通孔３０ａ，３２ａは、入力軸１６を挿通させるための貫通孔である。入力軸１６は、中央貫通孔３０ａ，３２ａに挿通されており、外筒１２と同軸上に配置されている。

入力軸１６は、端板３０及び基板部３２の双方の中央貫通孔３０ａ，３２ａに挿通可能な長さを有しており、中間部に段差部１６ａが形成されている。段差部１６ａは軸方向に垂直な段差面を有する。入力軸１６の一端部１６ｂには傘歯車４０が設けられている。そして、段差部１６ａに対して傘歯車４０の設けられていない他端部１６ｃ側に位置する先軸部１６ｅの軸径が、段差部１６ａに対して一端部１６ｂ側に位置する基軸部１６ｄの軸径よりも小さく形成されている。

入力軸１６において端板３０の外側に突出した部位には、外歯歯車からなる駆動歯車４２が一体的に設けられていて、傘歯車４０は、入力軸１６における駆動歯車４２よりも先の端部１６ｂに固定されている。入力軸１６の傘歯車４０は、駆動軸４４の傘歯車４５と噛み合っている。駆動軸４４は、図外のモータの駆動力を伝達するものであり、入力軸１６はこの駆動軸４４に対して直角方向の軸回りに回転する。キャリア１４の回転軸も同様に駆動軸４４に対して直交している。

入力軸１６の他端部１６ｃは、基板部３２の端面３２ｂよりも軸方向外側へ突出しており、カバー部３５の中央穴３５ａに挿入されている。この入力軸１６の他端部１６ｃはカバー部３５を取り外すことにより露出する。

前記減速機構１８は、伝達歯車４８とクランク軸４９と外歯歯車５０とを備えている。伝達歯車４８は、クランク軸４９の一端部１６ｂに固定されていて、入力軸１６に設けられた駆動歯車４２と噛み合っている。したがって、クランク軸４９には伝達歯車４８を介して駆動力が伝達し、これによりクランク軸４９は入力軸１６の回転に連動する。

クランク軸４９は、入力軸１６と平行に配置されており、偏心部４９ａを２つ有している。２つの偏心部４９ａは、軸方向に隣接して配置されていて、これらは互いに位相角がずれている。端板３０及び基板部３２には貫通孔３０ｂ，３２ｄが形成されていて、クランク軸４９は、この貫通孔３０ｂ，３２ｄを貫通している。なお、本実施形態では、クランク軸４９が３つ周方向に等間隔に配置されている。

外歯歯車５０は、２つ設けられており、各外歯歯車５０には、入力軸１６が貫通可能な第１貫通孔５０ａと、シャフト部３３が貫通可能な第２貫通孔５０ｂと、クランク軸４９の偏心部４９ａが貫通可能な第３貫通孔５０ｃとが形成されている。各外歯歯車５０は、円筒ころ軸受を介して偏心部４９ａにそれぞれ取り付けられており、軸方向に並んでいる。両外歯歯車５０はキャリア１４の基板部３２と端板３０との間の空間Ｓに配設されている。換言すれば、キャリア１４の端板３０は外歯歯車５０に対して傘歯車４０側に配置され、基板部３２は、外歯歯車５０に対して傘歯車４０とは反対側に配置されている。外歯歯車５０は、クランク軸４９の回転によって偏心部４９ａが揺動するのに伴い、外筒１２の内歯２４に噛み合いながら回転する。

クランク軸４９は、第１クランク軸受５３を介して端板３０に回転自在に支持されるとともに、第２クランク軸受５４を介して基板部３２に回転自在に支持されている。換言すると、第１クランク軸受５３は、端板３０とクランク軸４９との間に配置され、第２クランク軸受５４は、基板部３２とクランク軸４９との間に配置されている。第１クランク軸受５３及び第２クランク軸受５４は何れも円錐ころ軸受によって構成されており、これらは正面合わせの配置となっている。

入力軸１６は、第１軸受５６、第２軸受５７及び第３軸受５８によってキャリア１４に回転自在に支持されている。第１〜第３軸受５６〜５８は、入力軸１６の一端部１６ｂ側からこの順に配置されている。第１軸受５６は、ラジアルコンタクト軸受である円筒ころ軸受によって構成され、端板３０と入力軸１６の基軸部１６ｄとの間に配置されている。第１軸受５６は、駆動歯車４２と外歯歯車５０との間の位置で入力軸１６における基軸部１６ｄを支持する。

第２軸受５７は、アンギュラコンタクトラジアル軸受である円錐ころ軸受によって構成され、基板部３２と入力軸１６の先軸部１６ｅとの間に配置されている。また第３軸受５８も、アンギュラコンタクトラジアル軸受である円錐ころ軸受によって構成され、基板部３２と入力軸１６の先軸部１６ｅとの間に配置されている。第３軸受５８は、第２軸受５７に対して第１軸受５６とは反対側に配設されており、第３軸受５８は、荷重を受ける傾斜方向が第２軸受５７とは反対の向きとなっている。

第２軸受５７及び第３軸受５８は、入力軸１６の先軸部１６ｅを支持する。そして、軸方向に並ぶ第２軸受５７と第３軸受５８とは背面合わせの配置関係となっているため、外輪同士が内輪同士よりも互いに近づくように配置されている。そして、第２軸受５７の外輪は、第３軸受５８側の端面において基板部３２に固定された止め輪６０に当接する一方、基板部３２の端面３２ｃから外歯歯車５０側へ突出している。第２軸受５７の内輪は、第３軸受５８と反対側の端面において入力軸１６の段差部１６ａに当接している。この段差部１６ａは、他端部１６ｃ側の外歯歯車５０の第１貫通孔５０ａ内に位置しているので、第２軸受５７の一部が、他端部１６ｃ側の外歯歯車５０の第１貫通孔５０ａ内に位置している。

第３軸受５８の外輪は、第２軸受５７側の端面において基板部３２に固定された止め輪６１に当接する一方、反対側の端面が基板部３２の端面３２ｂからカバー部３５側へ突出し、外輪の一部はカバー部３５の中央穴３５ａに入り込んでいる。第３軸受５８の内輪は、入力軸１６の他端部１６ｃの端面よりも僅かに突出しており、内輪の一部がカバー部３５の中央穴３５ａ内に入り込んでいる。

入力軸１６の他端部１６ｃには、第３軸受５８の予圧調整手段６５が設けられている。予圧調整手段６５には、入力軸１６の先軸部１６ｅにおける端面よりも大きな外径を有する平板状の押し板６５ａと、この押し板６５ａを押圧するためのボルト６５ｂとが含まれている。押し板６５ａは、第３軸受５８の内輪を押圧できればいいので、押し板６５ａの外径は内輪の外径よりも小さくなっている。先軸部１６ｅの端面にはボルト孔が設けられていて、押し板６５ａの挿通孔に挿通されたボルト６５ｂをこのボルト孔に螺合していくことによって第３軸受５８への予圧を調整することができる。ボルト６５ｂの頭部はカバー部３５の中央穴３５ａ内に配置されているので、カバー部３５を取り外すことにより、いつでも予圧調整を行うことができる。

ここで、本実施形態に係る偏心揺動型歯車装置の動作について簡単に説明する。この歯車装置には、モータの駆動力が駆動軸４４を介して入力軸１６に伝達され、入力軸１６はこの駆動力を受けて回転する。入力軸１６の回転により伝達歯車４８が回転するので、クランク軸４９も一体的に回転する。クランク軸４９が回転すると、偏心部４９ａの揺動に伴って外歯歯車５０が内歯２４に噛み合いながら回転し、外歯歯車５０の第２貫通孔５０ｂを貫通しているシャフト部３３を有するキャリア１４が一緒に回転する。このキャリア１４の回転数は、入力軸１６へ入力された回転数に対して所定の比率で減速された回転数となっている。

以上説明したように、本実施形態では、入力軸１６の一端部１６ｂに傘歯車４０が設けられており、この傘歯車４０に駆動力が入力されると、この駆動力により入力軸１６が回転するとともにクランク軸４９が回転する。そして、外歯歯車５０が外筒１２の内歯２４に噛み合いながら回転することにより、キャリア１４が回転する。このとき、入力軸１６に付加される軸方向の荷重は、第２軸受５７と第３軸受５８によって負担され、入力軸１６に付加される径方向の荷重は第１軸受５６〜第３軸受５８によって分担される。入力軸１６にかかる軸方向の荷重を第２及び第３軸受５７，５８で負担するため、傘歯車４０側の第１軸受５６を円筒ころ軸受とすることができ、この第１軸受５６は円錐ころ軸受からなる第２及び第３軸受５７，５８よりも薄型となる。このため、入力軸１６の軸径は、第２及び第３軸受５７，５８よりも傘歯車４０寄りの基軸部１６ｄでの軸径を第２及び第３軸受５７，５８によって支持される先軸部１６ｅでの軸径よりも大きくしたとしても、第１クランク軸受５３の制約を受け難くすることができ、キャリア１４の外径を大きくすることなくクランク軸受５３の配置スペースを確保することができる。したがって、入力軸１６は傘歯車４０に近い側で、入力軸１６を支持する部材の径方向寸法の拡大を抑制しつつ、軸径の拡大を図ることができ、耐荷重を向上することができる。

また本実施形態では、第２軸受５７の一部が外歯歯車５０の貫通孔５０ａ内に進入する構成とされているので、第２軸受５７が外歯歯車５０に対して軸方向の外側に配設される構成に比べ、入力軸１６の長さを短くできる。したがって、歯車装置１０の軸方向の寸法が拡大することを抑制することができる。

さらに本実施形態では、第２軸受５７と第３軸受５８とが背面合わせの配置となっているので、第２軸受５７及び第３軸受５８を支持するキャリア１４の基板部３２において、入力軸１６の軸方向厚みが大きくなることを抑制することができる。このため、歯車装置１０の軸方向の寸法が拡大することを抑制することができる。

また本実施形態では、第３軸受５８の予圧調整手段６５が設けられているので、第３軸受５８の予圧を調整することができる。特に本実施形態では、第２軸受５７と第３軸受５８とが背面合わせの配置となり、第３軸受５８では、内輪が外輪よりも軸方向外側に突出しているので、内輪のみを押圧すればよい。このため押し板６５ａの大きさを小さくすることが可能である。

また本実施形態では、カバー部３５を基板部３２から取り外すことにより、予圧調整手段６５のボルト６５ｂを露出させることができるので、使用後にも第２軸受５７及び第３軸受５８の予圧調整を行い易くすることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では第２軸受５７と第３軸受５８とを背面合わせの配置としたが、これに代え、第２軸受５７と第３軸受５８を正面合わせの配置としてもよい。

また、前記実施形態では、第２軸受５７の一部が外歯歯車５０の第１貫通孔５０ａ内に進入する構成としたが、これに限られるものではなく、第２軸受５７が外歯歯車５０の第１貫通孔５０ａ内に進入しない構成としてもよい。

また、前記実施形態では、入力軸１６が段差部１６ａを有し、第２軸受５７の内輪がこの段差部１６ａの段差面に当接する構成としたが、これに限られるものではない。例えば、入力軸１６は、基軸部１６ｄと、この基軸部１６ｄよりも細径の先軸部１６ｅとが滑らかにつながり、第２軸受５７は入力軸１６の先軸部１６ｅに固定された止め輪（図示省略）に当接される構成としてもよい。

本発明の実施形態に係る偏心揺動型歯車装置の断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線のところで矢印方向に見たときの図である。 従来の偏心揺動型歯車装置の断面図である。

符号の説明

１２ 外筒
１４ キャリア
１６ 入力軸
１６ｂ 一端部
１６ｃ 他端部
１６ｄ 基軸部
１６ｅ 先軸部
２４ 内歯
３０ 端板
３１ 基部
３２ 基板部
３５ カバー部
４０ 傘歯車
４９ クランク軸
４９ａ 偏心部
５０ 外歯歯車
５０ａ 第１貫通孔
５３ 第１クランク軸受
５４ 第２クランク軸受
５６ 第１軸受
５７ 第２軸受
５８ 第３軸受
６５ 予圧調整手段

Claims (4)

1. 内歯を有する外筒と、
   基軸部とこの基軸部よりも細径の先軸部とを有する入力軸と、
   前記入力軸における前記基軸部側の端部に設けられた傘歯車と、
   偏心部を有し、前記入力軸と平行に配置されるとともに前記入力軸の回転に連動するクランク軸と、
   前記偏心部に取り付けられ、前記内歯に噛み合いながら回転する外歯歯車と、
   前記外歯歯車に対して前記傘歯車側に配置される基側部と、前記外歯歯車に対して前記傘歯車とは反対側に配置される先側部とを有し、前記外筒に回転自在に支持され、前記入力軸及び前記クランク軸が貫通するキャリアと、
   前記クランク軸を前記基側部に対して回転自在に支持する第１クランク軸受と、
   前記クランク軸を前記先側部に対して回転自在に支持する第２クランク軸受と、
   ラジアルコンタクト軸受からなり、前記キャリアの前記基側部に対して前記入力軸の前記基軸部を回転自在に支持する第１軸受と、
   アンギュラコンタクトラジアル軸受からなり、前記キャリアの前記先側部に対して前記入力軸の前記先軸部を回転自在に支持する第２軸受と、
   荷重を受ける傾斜方向が前記第２軸受とは反対向きのアンギュラコンタクトラジアル軸受からなり、前記第２軸受に対して前記第１軸受とは反対側に配設されて、前記キャリアの前記先側部に対して前記入力軸の前記先軸部を回転自在に支持する第３軸受と、を備えている偏心揺動型歯車装置。
2. 前記外歯歯車には、前記入力軸を挿通させる貫通孔が形成されており、
   前記第２軸受は、その少なくとも一部が前記入力軸とともに前記貫通孔内に配置されている請求項１に記載の偏心揺動型歯車装置。
3. 前記第２軸受と前記第３軸受とは、前記キャリアの前記先側部に接触する各外輪の背面同士が互いに近づくように配置されている請求項１又は２に記載の偏心揺動型歯車装置。
4. 前記入力軸における前記先軸部側の端部には、前記第２軸受および前記第３軸受の予圧調整手段が設けられている請求項１から３の何れか１項に記載の偏心揺動型歯車装置。

Images