JP5205633B2 - 歯車装置及び歯車装置を用いた産業用ロボットの旋回部構造 - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボットの旋回部などに用いられる歯車装置に関する。

従来の産業用ロボットの旋回部構造としては、例えば以下の特許文献１に記載されているものが知られている。

特開平９−５７６７８号公報

この産業用ロボットの旋回部構造は、固定部と、回転部と、固定部と回転部との間に配置され、複数のクランク軸を有し、クランク軸に付与された回転駆動力を減速して回転部に伝達し回転部を回転させる偏心差動型減速機と、回転部に取付けられたモータと、モータの出力軸に固定された第１伝達部材と、クランク軸のうち特定のクランク軸に固定され、第１伝達部材から直接回転駆動力を受けて特定のクランク軸を回転させる第２伝達部材と、第２伝達部材からの回転駆動力を受けて回転する円筒状歯車と、特定のクランク軸以外の各クランク軸に固定され、円筒状歯車に噛合うことで各クランク軸を回転させる外歯車と、を備えている。

このような従来の産業用ロボットの旋回部構造においては、特定のクランク軸だけにモータからの駆動力を伝達させるため、その特定のクランク軸だけを回転部側に長くして、そのクランク軸の先端部にモータからの駆動力をギヤあるいはプーリーを介して伝達させていた。そのため、モータの位置が減速機に対して離隔し、モータの回転部への取付け位置が高くなっていた。従って、回転部の重心が高くなり、ロボットの旋回部としては好ましくなかった。
また、特定のクランク軸と残りのクランク軸とで形状が異なるため、クランク軸が２種類必要になり、部品点数が多くコストアップとなっていた。

本発明は、歯車装置をコンパクトにしてロボットの旋回部構造に用いることにより、回転部の重心が低く安定した旋回部構造を提供することを目的とする。

第１の発明の歯車装置は、モータの出力軸に固定され、中心軸から離隔して配置される入力歯車と、内歯歯車と、内歯歯車に噛合いながら内歯歯車の中心軸回りに公転しながら自転する外歯歯車と、内歯歯車の内部に自転可能に支持されており、外歯歯車の自転に伴って内歯歯車の中心軸回りに自転するキャリアと、キャリアに自転可能に支持されており、外歯歯車を内歯歯車の中心軸回りに公転させる複数のクランク軸と、各クランク軸の中央部に設けた伝達歯車と、各クランク軸の伝達歯車に噛合うとともに入力歯車から回転が伝達される円筒歯車と、を備え、円筒歯車は、各クランク軸の自転中心を通る仮想円より放射方向内側に位置し且つキャリアに自転可能に支持され、入力歯車と円筒歯車とが、キャリアの軸方向中央部で噛合っている。
また、第２の発明として、入力歯車及び円筒歯車に噛合うようにキャリアに自転可能に支持されている中間歯車を配置している。
また、第３の発明として、中間歯車が、キャリアに固定された軸とその軸の周囲に回転自在に配設した歯車で構成されている。
また、第４の発明として、入力歯車とキャリアとの間に、オイルシールを設けている。
また、第５の発明として、円筒歯車の内部に、両端がキャリアに固定された保護筒を設けている。
また、第６の発明として、前記外歯歯車の対向面側に凹部が形成され、前記円筒歯車が、該凹部に取り囲まれた空間に収容される。
さらに、第７の発明として、歯車装置を介して相対回転可能に接続された固定部及び回転部と、固定部及び回転部を前記歯車装置を介して相対回転させるモータと、を備えた産業用ロボットの旋回部構造であって、モータが相対回転の回転中心からオフセットした位置で回転部に固定され、歯車装置の内歯歯車が固定部に固定され、歯車装置のキャリアが回転部に固定されている。

第１の発明によれば、モータの出力軸に固定された入力歯車が歯車装置の軸方向中央部まで入り込んだ形態であるので、歯車装置全体をコンパクトにできる。
また、第２の発明によれば、モータの出力軸を更に放射方向の外方にオフセットできるため、中空孔が更に大きくできる歯車装置とすることができる。
また、第３の発明によれば、中間歯車の支持構造を安価にすることができる。
また、第４の発明によれば、歯車装置からモータ側への潤滑剤の侵入を防ぐことができる。
また、第５の発明によれば、歯車装置に設けた中空孔に潤滑剤が侵入することを防ぐことができる。
また、第６の発明によれば、更に、歯車装置全体をコンパクトにできる。
また、第７の発明によれば、回転部がコンパクトで重心が低く、安定した旋回部構造を提供することができる。

本発明に係る第一実施例の断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 入力歯車、中間歯車、円筒歯車及びクランク軸の伝達歯車の噛合い関係を示した図である。 本発明に係る歯車装置を産業用ロボットの旋回部構造に適用した図である。 本発明に係る第二実施例の断面図である。

符号の説明

１００，２００・・・歯車装置
１・・・モータ
２，２０２・・・入力歯車
４，２０４・・・内歯歯車
５，２０５・・・外歯歯車
６，２０６・・・キャリア
７，２０７・・・クランク軸
１５，２１５・・・伝達歯車
２０，２２０・・円筒歯車
２３，２２３・・・オイルシール
４０，２４０・・・保護筒
５０，２５０・・・中間歯車

（第一実施例）
以下、本発明の第一実施例を図面に基づいて説明する。
図１乃至図５において、偏心揺動型の歯車装置１００は、モータ１（図５参照）の出力軸に固定され、中心軸から離隔して配置される入力歯車２と、複数のピン３からなる内歯を有する内歯歯車４と、内歯歯車４に噛合いながら内歯歯車４の中心軸回りに公転しながら自転する二個の外歯歯車５と、内歯歯車４の内部に一対のアンギュラ玉軸受１１を介して自転可能に支持されており、外歯歯車５の自転に伴って内歯歯車４の中心軸回りに自転するキャリア６と、キャリア６に一対の円すいころ軸受１２を介して自転可能に支持されており、外歯歯車５に形成された貫通孔にそれぞれ収容される一対のクランク部７aを備えて外歯歯車５を内歯歯車４の中心軸回りに公転させる複数のクランク軸７と、各クランク軸７の一対のクランク部７aの間の中央部（軸方向中央部）に設けた伝達歯車１５と、各クランク軸７の伝達歯車１５に噛合うとともに入力歯車２から回転が伝達される円筒歯車２０とを備えている。

キャリア６は外歯歯車５を挟むように一対の端板部６Ｘ，６Ｙから成っている。一方の端板部６Ｘには複数（六個）の柱部８が一体的に形成され、各柱部８の端部は他方の端板部６Ｙに形成した穴９にそれぞれ挿入され、ボルト１０で固定されて、キャリア６を構成している。
各外歯歯車５の外歯の数は、内歯歯車４の内歯の数より若干（一枚乃至五枚）少ない。本実施例においては、外歯歯車５の歯数は内歯歯車４の歯数よりも１つ少なくなっている。各外歯歯車５は、その軸方向で中心から放射方向に離隔した貫通孔１７及び複数の貫通孔１８が形成されている。貫通孔１７には入力歯車２が遊嵌し、各貫通孔１８には各柱部８が遊嵌している。
クランク軸７は内歯歯車４の中心から放射方向に離隔して三個設けられている。一対の端板部６Ｘ，６Ｙ及び外歯歯車５の各中央部（径方向中央部）には、中空孔２９，３１が形成されている。鋼材からなる保護筒４０は外歯歯車５の中空孔３１に遊嵌するとともに、Ｏリング３２を挟んでキャリア６の中空孔２９に取付けられている。一個の円筒歯車２０は各クランク軸７の自転中心を通る仮想円より放射方向内側に位置しており、その円筒歯車が各クランク軸の伝達歯車１５に噛合い、その内周が保護筒４０に円筒ころ軸受２１を介して回転自在に支持されている。従って、円筒歯車２０は円筒ころ軸受２１及び保護筒４０を介してキャリア６に自転可能に支持されていることになる。なお、外歯歯車５の中空孔３１は大径部３１aと小径部３１ｂとからなる段つき中空孔であり、一対の外歯歯車５の対向面側に大径部３１aより形成される凹部が互いに向かい合うように形成されている。円筒歯車２０は、この凹部に取り囲まれた空間に収容される。本実施形態においては、円筒歯車２０が伝達歯車１５より厚肉に形成されているが、円筒歯車２０を外歯歯車上に形成される２つの凹部に取り囲まれる空間に収容することで、外歯歯車５間の軸方向距離を伝達歯車１５の高さ分のみに抑えることができ、減速機が軸方向に更に短くなることに寄与している。

一対の端板部の一方６Ｙは外歯歯車５の貫通孔１７に遊嵌した突出部１４が形成されている。ここでは、端板部の一方６Ｙ側の外歯歯車５の貫通孔１７は端板部の他方６Ｘの外歯歯車５の貫通孔１７より大きく形成され、その貫通穴１７に端板部の一方６Ｙから突出した突出部１４が遊嵌される。端板部の他方６Ｘには貫通孔１９が形成されている。入力歯車２は外歯車２４を有し、貫通孔１９及び貫通孔１７に挿入され、その先端側端部は突出部１４に形成した穴２２にシェル形針状ころ軸受１６を介して回転自在に支持されている。入力歯車２（すなわち、モータの出力歯車となる）の先端側端部を軸受で支持させたことにより、入力歯車２（モータ出力歯車）が固定されるモータの出力軸とそれに噛合う歯車との軸間距離を決定することができ、別途モータを取付けるための回転位相合せピンを設ける必要がない。
オイルシール２３は入力歯車２の外周とキャリアとの間に設けられている。入力歯車２のオイルシール２３側の入力端部には、モータ１（図５参照）からの回転が伝達される。
中間歯車５０は平歯車本体５１、固定軸５２及び円筒ころ軸受５３を有しており、外歯歯車５にその軸方向で中心から放射方向に離隔して形成された貫通孔４４を通るよう配置されている。固定軸５２の両端は、内歯歯車４の中心から放射方向に離隔した位置でキャリア６に形成した孔５４に固定されている。平歯車本体５１は円筒ころ軸受５３を介して固定軸５２に回転自在に支持されている。従って、中間歯車５０は円筒歯車２０及び入力歯車２と噛合いながら、キャリア６に自転可能に支持されていることになる。一対のオイルシール３０はキャリア６の両端部外周と内歯歯車４の両端部内周との間に設けられている。
図４は、入力歯車２、中間歯車５０、円筒歯車２０及びクランク軸の伝達歯車の噛合い関係を示した図である。

図５において、産業用ロボットの旋回部構造２００は、歯車装置１００を介して相対回転可能に接続された固定部３００及び回転部４００と、固定部３００及び回転部４００を歯車装置１００を介して相対回転させるモータ１とを備えている。モータ１が相対回転の回転中心からオフセットした位置で回転部４００の凹んだ部分に固定され、歯車装置１００の内歯歯車４が固定部３００にボルト３０１で固定され、歯車装置１００のキャリア６が回転部４００にボルト４０１で固定されている。
電線、ケーブル、信号線、配管などの配線類５００は、回転部４００に形成した孔４０２、円筒体４０の中空孔及びキャリア６の中空孔２９の各内部を通過させている。当該内部を通過させる部材が回転しない方が良いならば、キャリア６を固定して内歯歯車４から減速回転を取り出すことが好ましい。

次に第一実施例の作用について説明する。歯車装置１００の減速作用については簡潔に説明する。
キャリア６を固定する場合、モータ１からの回転が入力歯車２に伝達されると、中間歯車５０の平歯車本体５１及び円筒歯車２０を回転させる。円筒歯車２０の回転は各クランク軸７の伝達歯車１５に伝達され、各クランク軸７は外歯歯車５を内歯歯車４に対して偏心揺動運動させる。外歯歯車５が内歯歯車４に噛合っていることに起因して、内歯歯車４が減速回転された出力となる。内歯歯車４を固定する場合は、キャリア６が減速回転された出力となる。
ここで、円筒歯車２０は、各クランク軸７の自転中心を通る仮想円より放射方向内側に位置し且つキャリア６に自転可能に支持されているので、即ち、モータ１の出力軸に固定された出力歯車２が歯車装置１００の軸方向中央部まで入り込んだ形態であるので、歯車装置全体をコンパクトにできる。
また、中間歯車５０が入力歯車２及び円筒歯車２０に噛合うようにキャリア６に自転可能に支持されているので、入力軸を更に放射方向の外方にオフセットできるため、中空孔が更に大きくできる歯車装置とすることができる。

また、中間歯車５０が、キャリア６に固定された固定軸５２とその固定軸５２の周囲に回転自在に配設した歯車本体５１で構成されているので、中間歯車５０の支持構造を安価にすることができる。
また、入力歯車２とキャリア６との間に、オイルシール２３を設けているので、歯車装置１００からモータ１側への潤滑剤の侵入を防ぐことができる。
また、円筒歯車２０の内部に、両端がキャリア６に固定された保護筒４０を設けているので、歯車装置１００に設けた中空孔２９に潤滑剤が侵入することを防ぐことができる。
また、モータ１が相対回転の回転中心からオフセットした位置で回転部４００に固定され、記歯車装置１００の内歯歯車４が固定部３００に固定され、歯車装置１００のキャリア６が回転部４００に固定されているので、回転部４００がコンパクトで重心が低く、安定した旋回部構造にできる

（第二実施例）
次に、本発明の第二実施例を図面に基づいて説明する。
図６において、偏心揺動型の歯車装置２００は第一実施例の歯車装置１００の中間歯車５０を省略した形態であって、それ以外の構成は第一実施例の歯車装置１００とほぼ同様である。
すなわち、偏心揺動型の歯車装置２００は、入力歯車（モータ出力歯車）２０２と、複数のピン２０１からなる内歯を有する内歯歯車２０４と、内歯歯車２０４に噛合いながら内歯歯車２０４の中心軸回りに公転しながら自転する二個の外歯歯車２０５と、内歯歯車２０４の内部に一対のアンギュラ玉軸受２１１を介して自転可能に支持されており、外歯歯車２０５の自転に伴って内歯歯車２０４の中心軸回りに自転するキャリア２０６と、キャリア２０６に自転可能に支持されており、外歯歯車２０５を内歯歯車２０４の中心軸回りに公転させる複数のクランク軸と、各クランク軸の中央部に設けた伝達歯車と、各クランク軸の伝達歯車に噛合うとともに入力歯車２０２とも噛合って回転が伝達される円筒歯車２２０とを備えている。
入力歯車２０２は円筒歯車２２０に噛合う外歯２２４を有し、キャリア２０６及び外歯歯車２０５に挿入され、その先端側端部はキャリア２０６Ｙにシェル形針状ころ軸受２１６を介して回転自在に支持され、その入力側端部はキャリア２０６Ｘにラジアル玉軸受２１７を介して回転自在に支持されている。
入力歯車２０２の入力端部にはモータからの回転が伝達されるのであるが、入力歯車２０２はこのように両端が支持されているので、該入力端部にプーリーを固定してモータからの回転をベルトを介して該プーリーへ伝達することが可能である。

次に、第二実施例の作用について説明する。歯車装置２００は、第一実施例の歯車装置１００が備えていた中間歯車５０を省略して円筒歯車２２０を回転させることが可能な形態であり、部品点数の少ない安価な歯車装置にできる。
以上のように本発明を実施例により説明をしたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲で各種の変更が可能である。例えば、伝達歯車１５及び円筒歯車２０を二枚の外歯歯車５の間に挟むように配置したが、これらの歯車を外歯歯車５と一対の端板部６の一方との間で挟むように配置してもよい。また、実施例における軸受の形態も例示であり、これに限定されるものではない。

本発明は、あらゆる産業分野に用いられる偏心揺動型の歯車装置に利用できる。特に、産業ロボットの関節部や回転テーブル装置や工作機械の工具自動交換装置に用いられる偏心揺動型の減速装置に最適である。

Claims (7)

1. モータの出力軸に固定され、中心軸から離隔して配置される入力歯車と、
   内歯歯車と、
   前記内歯歯車に噛合いながら前記内歯歯車の中心軸回りに公転しながら自転する外歯歯車と、
   前記内歯歯車の内部に自転可能に支持されており、前記外歯歯車の自転に伴って前記内歯歯車の中心軸回りに自転するキャリアと、
   前記キャリアに自転可能に支持されており、前記外歯歯車を前記内歯歯車の中心軸回りに公転させる複数のクランク軸と、
   前記各クランク軸の中央部に設けた伝達歯車と、
   前記各クランク軸の前記伝達歯車に噛合うとともに前記入力歯車から回転が伝達される円筒歯車と、を備え、
   前記円筒歯車は、前記各クランク軸の自転中心を通る仮想円より放射方向内側に位置し且つ前記キャリアに自転可能に支持され、
   前記入力歯車と前記円筒歯車とが、前記キャリアの軸方向中央部に配置され、前記入力歯車から前記円筒歯車へ回転が伝達される歯車装置。
2. 前記入力歯車及び前記円筒歯車に噛合うように前記キャリアに自転可能に支持されている中間歯車を配置した請求項１に記載の歯車装置。
3. 前記中間歯車が、前記キャリアに固定された軸とその軸の周囲に回転自在に配設した歯車で構成されている請求項２に記載の歯車装置。
4. 前記入力歯車と前記キャリアとの間に、オイルシールを設けた請求項１から３いずれかに記載の歯車装置。
5. 前記円筒歯車の内部に、両端が前記キャリアに固定された保護筒を設けた請求項１から４いずれかに記載の歯車装置。
6. 前記外歯歯車の対向面側に凹部が形成され、前記円筒歯車が、該凹部に取り囲まれた空間に収容される請求項１から５いずれかに記載の歯車装置。
7. 前記歯車装置を介して相対回転可能に接続された固定部及び回転部と、
   固定部及び回転部を前記歯車装置を介して相対回転させるモータと、を備えた産業用ロボットの旋回部構造であって、
   前記モータが前記相対回転の回転中心からオフセットした位置で前記回転部に固定され、
   前記歯車装置の内歯歯車が前記固定部に固定され、
   前記歯車装置のキャリアが前記回転部に固定されていることを特徴とする請求項１から６いずれかに記載の歯車装置を用いた産業用ロボットの旋回部構造。

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