JP5032975B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、揺動内接噛合式の動力伝達装置に関する。
従来、日本特許文献の特開2003−21198号公報に記載される動力伝達装置が既に公知となっている。
ここでは配線等を通すために入力軸を中空とし、該入力軸の肉厚部にタップを設け、ボルトを螺合させて動力源からの動力を入力軸へと伝達する構成とされている。
又、日本特許文献の特開2000−65162号公報に記載されるように、動力伝達装置を貫通する中空な入力軸(中空カム軸)の一端にピニオンを直切り形成し、該ピニオンに対応する内歯を備えたギヤを噛合させることにより、動力源であるモータからの動力を、入力軸へと伝達可能としている動力伝達装置も知られている。
入力軸の中空部分を配線等を通すスペースとして活用する場合には、適切に動力伝達を行なうことができる範囲内で、入力軸の肉厚をできるだけ薄く設計することがある。これは、装置全体を大型化することなく中空部分を大きくしてより多くの配線等を通すことを可能とするためである。
しかし、このように薄く設計をすれば、必然的に当該肉厚部にタップを設け、螺合することのできるボルト径は細いものにならざるを得ない。
一方、入力軸を中空としてそこに配線等を通す場合には、配線スペースを確保する観点から、モータ等の動力源は入力軸の軸心と同一線上に配置されることは少なく、軸心とずれた位置(ラジアル方向)に配置され、プーリやタイミングベルト等で入力軸へと動力を伝達する場合が多い。
特に産業用ロボットの駆動等に用いる場合であって、タイミングベルトによりモータ等の動力を入力軸へ伝達する場合には、少しでもバックラッシの発生を防止する目的で、タイミングベルトの張力が強く設定される。即ち、入力軸に掛かるラジアル荷重が大きくなり易い態様で使用されることが多い。このような場合に前述の如く径の細いボルトによりプーリ等の入力部材を入力軸に固定する場合には、大きなラジアル荷重に対応するべくボルトの本数を多くするなどの対応をしなければならず、コスト高となり、組立工程も煩雑となる。
一方で、入力軸の一端に直接ピニオンを形成し、該ピニオンに噛合する内歯を備えたプーリやギヤ等の入力部材を固定することにより伝達することも考えられるものの、入力軸の製造工程に歯切りの工程が加わることになり、それだけ製造が複雑化し、製造コストが高くなってしまう。
本発明は、これらの不具合を解消すべくなされたものであって、低コストで、動力伝達装置の入力軸にプーリやギヤ等の入力部材を堅牢に固定することをその課題としている。
本発明は、内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車とを有し、且つ入力された動力を相手機械へと伝達する揺動内接噛合式の動力伝達装置において、前記動力伝達装置を貫通する中空の入力軸と、該入力軸を直接支持すると共に、(軸受の外径−軸受の内径)/(軸受の外径)の値の異なる複数の軸受とを備え、該複数の軸受のうち、前記(軸受の外径−軸受の内径)/(軸受の外径)の値が最も小さい軸受、前記入力軸の最も動力入力側に配置され、且つ、該入力軸の動力入力側端部に前記動力を伝達させる入力部材がボルトで取り付けられていることにより、上記課題を解決したものである。
又、本発明は、内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車とを有し、且つ入力された動力を相手機械へと伝達する揺動内接噛合式の動力伝達装置において、前記動力伝達装置を貫通する中空の入力軸と、該入力軸を直接支持する複数の軸受とを備え、相手機械取付側から動力入力側に向かって、前記入力軸の軸受に対応する部分の外径が順次増大するように形成され、且つ、該入力軸の動力入力側端部に前記動力を伝達させる入力部材がボルトで取り付けられていることにより、同じく上記課題を解決したものである。
又、本発明は、内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車とを有し、且つ入力された動力を相手機械へと伝達する揺動内接噛合式の動力伝達装置において、前記動力伝達装置を貫通する中空の入力軸と、該入力軸を直接支持する複数の軸受とを備え、該複数の軸受のうち、最も相手機械取付側に配置された軸受と接触している部分の前記入力軸の肉厚に対し、最も動力入力側に配置された軸受と接触している部分の前記入力軸の肉厚が1.4〜2.5倍に設定され、且つ、該入力軸の動力入力側端部に前記動力を伝達させる入力部材がボルトで取り付けられていることにより、同じく上記課題を解決したものである。
本発明によれば、中空とした入力軸全体の肉厚の増大を最小限に抑えながら、入力軸の動力入力側(入力部材取付側)の肉厚を厚くすることができる。それに伴い、プーリやギヤ等の入力部材を大径のボルトを用いて入力軸に固定することができ、少ないボルトの本数でも、十分に大きなラジアル荷重に耐えることができる。
本発明により、低コスト且つコンパクトに、ラジアル方向からの動力の入力が可能な動力伝達装置を提供することができる。
本発明の実施形態の一例である動力伝達装置112の断面図 図1における矢示II−II線に沿う断面図 本発明の適用例である動力伝達装置312の断面図 本発明の適用例である動力伝達装置412の断面図 本発明の適用例である動力伝達装置512を備えたギヤドモータGM500の断面図
添付図面を用いて、本発明の実施形態の例を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態の一例である動力伝達装置112の断面図である。図2は、図1における矢示II−II線に沿う断面図である。
当該動力伝達装置112は、入力軸120と、該入力軸120の回転を減速する相対回転取出機構K1と、減速された回転を相手機械190へと伝達する第1支持フランジ148とを備えている。
入力軸120には、偏心体122A、122Bが一体的に形成されており、該偏心体122A、122Bには偏心体用軸受124A、124Bを介して2枚の外歯歯車126A、126Bが回転可能に嵌合している。前記偏心体122A、122Bは、位相が180度ずれて形成されていることから、それに伴い前記2枚の外歯歯車126A、126Bも180度位相が異なる配置となっている。外歯歯車126A、126Bにはトロコイド歯形等の歯が形成されており、内歯歯車130の内歯(ピン)128と噛合している。即ち、入力軸120の回転に伴い外歯歯車126A、126Bが内歯歯車130に噛合しながら揺動回転可能な構成とされている。なお、内歯歯車130は、ケーシング132も兼ねている。
前記外歯歯車126A、126Bには複数の内ピン孔127A、127B及び複数のキャリヤピン孔129A、129Bが設けられており、該内ピン孔127A、127Bに内ピン134及び内ローラ136が遊嵌している。前記内ピン134は、その一端が第1支持フランジ148に嵌入し支持されており、他端が第2支持フランジ149に嵌入し支持されている。一方キャリヤピン孔129A、129Bにはキャリヤピン150が挿嵌しており、該キャリヤピン150によって第1支持フランジ148及び第2支持フランジ149が連結されている。
前記相対回転取出機構K1は、これら偏心体122A、122B、偏心体用軸受124A、124B、外歯歯車126A、126B、内歯歯車130、内ピン孔127A、127B、内ピン134、内ローラ136によって構成されている。
前記第1支持フランジ148は第1軸受140を介して入力軸120を回転可能に支持しており、更に第3軸受144を介してケーシング132に回転可能に支持されている。他方、第2支持フランジ149は、第2軸受142を介して入力軸120を回転可能に支持し、更に第4軸受146を介してケーシング132に回転可能に支持されている。即ち、入力軸120と、連結された第1、第2支持フランジ148、149と、ケーシング132とは、それぞれが独立して軸心O1を中心に回転可能とされており、前記第1軸受140と第2軸受142とが直接入力軸120を支持する構成とされている。
第1支持フランジ148は、相手機械190(一部のみ図示)と図示せぬボルト等により連結されている。
当該動力伝達装置112の半径方向中央を貫通する入力軸120は、その内部に中空部120Hを備えている。該中空部120Hには、配線等が通されて使用される。
前記中空部120Hの直径Dhは入力軸の一端から他端まで一定とされているが、前記入力軸120の厚み(肉厚)は均一ではなく、部位毎に異なった構成とされている。
より具体的には、入力軸120の外周長が第1軸受140と接触している部分(位置)から第2軸受142と接触する部分(位置)に向かって、順次増大するように形成されている。即ち、第1軸受対応部から第2軸受対応部に向かって、段階的に入力軸の直径(外径)が拡大している構成とされている。
このような構成の入力軸120の配置を可能とするために、入力軸120を直接支持する複数の軸受のうち、(軸受の外径−軸受の内径)/(軸受の外径)の値が最も小さい軸受を、動力入力側(入力部材取付側:反相手機械側)に配置している。
即ち、この式の意味するところは、入力軸120の肉厚を入力部材取付側により多く(厚く)確保することである。具体的には、相手機械取付側に備わる軸受に比べ、軸受自体の厚み(軸受の外径−軸受の内径)はそのままに外径を大きくするか、外径はそのままに軸受自体の厚み(軸受の外径−軸受の内径)を小さくするか、又は外径を大きくすると同時に軸受自体の厚みを小さくすること等によって入力部材取付側の肉厚を確保する。その結果として動力伝達装置112において第1軸受140と第2軸受142とを比較すると、{(d1−D1)/d1}>{(d2−D2)/d2}という関係が成り立っている。更に、入力軸120の肉厚はT1<T2<T3<T4という関係が成り立っている。
ここで、D1は第1軸受140の内径を、d1は第1軸受140の外径を、D2は第2軸受の内径を、d2は第2軸受の外径をそれぞれ意味している。又、T1乃至T4は入力軸の肉厚を意味し、T1は第1軸受140に対応する部位の肉厚、T2は第1偏心体用軸受124Aに対応する部位の肉厚、T3は第2偏心体用軸受124Bに対応する部位の肉厚、T4は第2偏心体用軸受142に対応する部位の肉厚のことである。
次に当該動力伝達装置112の作用について説明する。
図示せぬモータ等の駆動源から動力が入力軸120へ伝えられ、該入力軸120が回転すると、一体的に形成される偏心体122A、122Bも回転し、これに伴い外歯歯車126A、126Bが揺動回転しようとする。しかし、外歯歯車126A、126Bは噛合する内歯歯車130により、その回転(自転)が拘束され、ほとんど揺動のみを行なうことになる。このとき、外歯歯車126A、126Bの歯の数と、内歯128の数とには僅少の差が存在するため、外歯歯車126A、126Bが1回揺動回転すると、該外歯歯車126A、126Bは、その歯数差分だけ自転(相対回転)する。この自転成分(相対回転成分)を取り出すことによって、(外歯歯車の歯の数−内歯の数)/(外歯歯車の歯の数)の減速比を一段で実現することができる。
内ピン孔127A、127B及び該内ピン孔127A、127Bに遊嵌する内ピン134及び内ローラ136によって、外歯歯車126A、126Bの揺動成分は吸収され、前記自転成分(相対回転成分)のみが内ピン134を介して第1、第2支持フランジ148、149へと出力される。
又、前述したように、入力軸120を直接支持する複数の軸受のうち、(軸受の外径−軸受の内径)/(軸受の外径)の値の最も小さな軸受を、最も動力入力側に配置していることにより、入力軸の動力入力側の肉厚T4を厚く確保することができ、大径のボルト(例えば図3の連結ボルト360参照)を螺合させるためのタップを穿設することが可能となる。
これにより、少ない本数のボルトでプーリやギヤ等の入力部材を入力軸120に固定できることから、低コストを実現できる。又、大径ボルトの使用により、ラジアル荷重にも十分に耐え得る強度での固定が可能となる。
なお、入力軸120の、第1軸受140に対応する部分の肉厚T1を1とした場合には、第2軸受142に対応する部分の肉厚T4は、1.4〜2.5の間に設計するようにする。これは、1.4以下であると、必要なラジアル荷重に耐え得る程度に入力部材を入力軸120へ(少ないボルト本数で)固定できる程のタップを穿設することができない(本発明の意図する効果が十分に得られない)ためである。一方、2.5以上の値となれば、動力伝達装置自体の半径方向の大きさが増大するか、又は、増大させないとすれば必然的に第2支持フランジ149や、該第2支持フランジ149に嵌入している部分の内ピン134等を半径方向にコンパクトに(薄く)設計せざるを得ず、伝達容量を確保する観点からは却って設計上好ましくない。
次に、前記実施形態の適用例を説明する。
図3は、入力軸320の動力入力側端面に連結ボルト360が螺合するタップ穴320Aを設け、入力部材であるギヤ362を結合した動力伝達装置312を示している。ここでは、動力伝達装置312自体については入力軸320に若干の加工が施されている他は、前述した動力伝達装置112と同一であるため、同一の部材に同一の符号を付することとし、類似する部材には下2桁が同一の符号を付すことで重複説明は省略する。
ギヤには凹状となるいんろう370Bを設け、一方入力軸320側には対応する凸状のいんろう370Aを設け、ギヤ362と入力軸320とが嵌合できる構成となっている。これにより、該いんろう370A、370Bの部位でもラジアル荷重を受けることができ、連結ボルト360及びタップ320Aへの負荷は減少する。
入力軸320の相手機械側及びギヤ362の反相手機械側にはアール処理部320R及び362Rが形成され、図示せぬ挿入物の保護が図られている。ここでも、本発明を適用した本実施形態においては、中空軸の肉厚が確保できていることから、一般的な角部の丸め処理よりも中空軸の、特にその端部の幅を広くすることが可能となり、挿入物に接触し難いという効果を高めている。
連結ボルト360は、例えば入力軸320の相手機械側には到底ねじ込めないほどの(充分に太い)太さを有しているが、前記アール処理部362Rの存在にも拘らず、本発明の効果により、該軸受142に対応する部分T8において余裕を持って使用することができている。
動力伝達装置312においては入力軸320の各部の肉厚をT5乃至T8とし、T5<T6<T7<T8の順に厚みが増大している。
なお、該いんろう370A、370Bの状形は図示の形状に限られるものではなく、例えば、入力軸320側を凹状とし、ギヤ362側を凸状としてもよい。
図4は、第2軸受としてニードル軸受442を用いた実施形態の一例である動力伝達装置412の断面図である。ここでも動力伝達装置112と同一部材には同一の符号を付し、類似する部材には下2桁が同一の符号を付して重複説明は省略する。
ニードル軸受442は、内輪を有しないものを採用することにより、(軸受の外径d3−軸受の内径D3)/(軸受の外径d3)の値を極めて小さくすることができる。即ち、ニードル軸受442が対応する部分の入力軸420の外径d4を大きくしてこの部分の肉厚T12を厚く確保し、且つ、ニードル軸受442の外径d3を抑えるのに好適である。又、入力軸420へのラジアル荷重に対しても当該ニードル軸受442で良好に受けることができる。
動力伝達装置412においては、入力軸420の各部の肉厚をT9乃至T12とし、T9<T10<T11<T12の順に厚みが増大している。
図5は、本発明を適用した動力伝達装置512を備えるギヤドモータGM500の断面図である。
ここでは、モータ514が連結ボルト517により連結部材515を介して、動力伝達装置512のケーシング132と連結されている。動力伝達装置自体は図3に示したものと基本的に同一であるため、同一の部材に同一の符号を付し、類似する部材には下2桁が同一の符号を付して重複説明を省略する。
モータ514は、入力軸520からラジアル方向にずれて位置するように配置されており、中空とされる入力軸520の中空部520Hに配線等592を容易に挿通することができるように構成されている。そのため、モータ514のモータ軸516には、第1プーリ566が取付けられ、入力軸520に連結ボルト560により取付けられた第2プーリ564と、タイミングベルト568を介して動力を伝達する構成とされている。
特に、このようなギヤドモータGM500が産業用ロボット駆動用に用いられる場合には、モータ514にはサーボモータを使用し、できる限りバックラッシの発生を防止するために、タイミングベルト568の張力を強くする傾向がある。即ち、第2プーリ564に大きなラジアル荷重が掛かることになるが、本発明を適用し、径の大きな連結ボルト560により連結しているため、少ないボルト本数でも確実に入力軸に固定可能となっている。
なお、動力伝達装置512においては、入力軸520の各部の肉厚をT13乃至T116とし、T13<T14<T15<T16の順に厚みが増大している。また、図の符号173A〜173Dは、オイルシールであり、動力伝達装置512は完全にシールされている。そのため、油分を嫌う第1、第2プーリ566、564、及びタイミングベルト568と組合せて用いる場合においても、後付けが可能である。
なお、前記説明した実施形態では全て外歯歯車が2枚の構成として説明したが、必ずしもこれに限られず、1枚又は3枚以上の構成であってもよい。
又、1段の相対回転取出機構のみならず、複数段の相対回転取出機構を備える動力伝達装置に適用することも、勿論可能である。
コンパクトで、大径の中空軸を有する動力伝達装置として、産業用ロボットや、コンベア等の用途に広く適用することができる。

Claims (7)

  1. 内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車とを有し、且つ入力された動力を相手機械へと伝達する揺動内接噛合式の動力伝達装置において、
    前記動力伝達装置を貫通する中空の入力軸と、
    該入力軸を直接支持すると共に、(軸受の外径−軸受の内径)/(軸受の外径)の値の異なる複数の軸受とを備え、
    該複数の軸受のうち、前記(軸受の外径−軸受の内径)/(軸受の外径)の値が最も小さい軸受が、前記入力軸の最も動力入力側に配置され、且つ、
    該入力軸の動力入力側端部に前記動力を伝達させる入力部材がボルトで取り付けられている
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  2. 内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車とを有し、且つ入力された動力を相手機械へと伝達する揺動内接噛合式の動力伝達装置において、
    前記動力伝達装置を貫通する中空の入力軸と、
    該入力軸を直接支持する複数の軸受とを備え、
    相手機械取付側から動力入力側に向かって、前記入力軸の軸受に対応する部分の外径が順次増大するように形成され、且つ、
    該入力軸の動力入力側端部に前記動力を伝達させる入力部材がボルトで取り付けられている
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  3. 内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車とを有し、且つ入力された動力を相手機械へと伝達する揺動内接噛合式の動力伝達装置において、
    前記動力伝達装置を貫通する中空の入力軸と、
    該入力軸を直接支持する複数の軸受とを備え、
    該複数の軸受のうち、最も相手機械取付側に配置された軸受と接触している部分の前記入力軸の肉厚に対し、最も動力入力側に配置された軸受と接触している部分の前記入力軸の肉厚が1.4〜2.5倍に設定され、且つ、
    該入力軸の動力入力側端部に前記動力を伝達させる入力部材がボルトで取り付けられている
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
    前記入力軸は、前記外歯歯車を揺動させるための偏心体を、前記複数の軸受の間に一体的に備え、且つ、
    該入力軸における、該偏心体の部位の外径より、前記最も動力入力側に配置されている軸受に対応する部位の外径の方が大きく設定されている
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
    更に、前記入力軸の動力入力側にいんろうを設けた
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれかにおいて、
    前記複数の軸受のうち、最も動力入力側に配置されている軸受はニードル軸受である
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  7. 請求項6において、
    前記ニードル軸受は、内輪を有しないニードル軸受である
    ことを特徴とする動力伝達装置。
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