JP5032975B2

JP5032975B2 - 動力伝達装置

Info

Publication number: JP5032975B2
Application number: JP2007502614A
Authority: JP
Inventors: 清次峯岸
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2026-02-07
Also published as: JPWO2006085536A1; WO2006085536A1

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。