JP5352176B2 - 偏心揺動型歯車伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、内歯歯車と、内歯歯車に噛み合っている外歯歯車のいずれか一方の歯車が他方の歯車に対して偏心回転する偏心揺動型の歯車伝動装置に関する。

内歯歯車と、内歯歯車に噛み合っている外歯歯車のいずれか一方の歯車が他方の歯車に対して偏心回転することによって所定の速比を得る偏心揺動型の歯車伝動装置が知られている。本明細書は、主として外歯歯車が偏心回転するタイプの歯車伝動装置について説明する。以下では、簡単のため、「偏心揺動型の歯車伝動装置」を「偏心揺動型の伝動装置」、さらに簡単に「伝動装置」と称することがある。

外歯歯車が偏心回転するタイプの伝動装置では、外歯歯車はキャリアに偏心回転可能に支持されている。キャリアは、内歯歯車に同軸に回転可能に支持される。この伝動装置は、内歯歯車を他の装置に固定するとき、キャリアが伝動装置の「出力軸」に相当する。キャリアを他の装置に固定するとき、内歯歯車が「出力軸」に相当する。例えば、伝動装置をロボットの関節に適用する場合、内歯歯車がロボットの基部側アームに固定される場合は、キャリアは出力軸として先端側アームに固定される。或いは、キャリアがロボットの基部側アームに固定される場合、内歯歯車が出力軸として先端側アームに固定される。内歯歯車とキャリアのどちらを他の装置に固定するかは伝動装置の用途に依存する。なお、内歯歯車が偏心回転するタイプの伝動装置では、内歯歯車がキャリアに偏心回転可能に支持され、キャリアは外歯歯車に同軸に回転可能に支持される。内歯歯車が偏心回転するタイプの伝動装置では、キャリアと外歯歯車の一方が他の装置に固定されるとき、他方が「出力軸」に相当する。

例えば特許文献１に、外歯歯車が偏心回転するタイプの伝動装置が開示されている。その伝動装置は、以下の構成を有している。キャリアに、キャリアの軸線に平行に延びる複数のクランクシャフトが支持されている。夫々のクランクシャフトには偏心体が固定されている。その偏心体が、外歯歯車に設けられた嵌合孔に嵌合している。クランクシャフトの回転に伴って偏心体に係合している外歯歯車が偏心回転する。キャリアと同軸にセンター歯車が配置されており、夫々のクランクシャフトに固定された入力歯車がセンター歯車に噛み合っている。センター歯車にはまた、モータのトルクをクランクシャフトに伝達するピニオン歯車が噛み合っている。モータのトルクは、センター歯車から複数の入力歯車へ均等に伝達される。

特開２００２−１０６６５０号公報

同じ伝動装置を採用するにしても、その用途に応じて望ましいモータの位置が異なる。従って、伝動装置は、歯車群の少ないレイアウト変更で、モータの位置を変更できることが好ましい。従来の伝動装置は、伝動装置の軸線方向のモータ位置や、伝動装置の軸線の周方向に沿ったモータ位置は容易に変更することができる。しかしながら、伝動装置の軸線の半径方向におけるモータ位置は容易に変更することができない。半径方向におけるモータ位置を変更する場合、新たなアイドル歯車を追加するなど、歯車の追加や、複数の歯車のレイアウト変更が必要となる。本明細書は、歯車群の少ないレイアウト変更で、伝動装置の半径方向におけるモータ位置を変更することができる伝動装置を開示する。

本明細書が開示する伝動装置は、内歯歯車と、内歯歯車に噛み合っている外歯歯車のいずれか一方の歯車が他方の歯車に対して偏心回転する偏心揺動型である。この伝動装置は、キャリアと２本のクランクシャフトとアイドル歯車を有している。キャリアは、内歯歯車と外歯歯車の他方歯車（偏心回転しない歯車）に同軸に回転可能に支持されている。キャリアに回転可能に支持されている２本のクランクシャフトは、キャリアの軸線と平行に延びている。２本のクランクシャフトは、キャリアの軸線から半径方向に等距離の位置に配置されている。２本のクランクシャフトには、モータのトルクが伝達される入力歯車と、内歯歯車と外歯歯車の一方の歯車に係合してその歯車を偏心回転させる偏心体が固定されている。アイドル歯車は、２本のクランクシャフトの入力歯車に噛み合っているとともに、モータのトルクをクランクシャフトへ伝達するピニオン歯車と噛み合っている。アイドル歯車の軸線は、キャリアの軸線から半径方向にオフセットしている。

この伝動装置は、モータのトルクをクランクシャフトへ均等に伝えるアイドル歯車の軸線がキャリアの軸線（即ち、伝動装置の軸線）からオフセットしている。従って、アイドル歯車の周方向に沿ってピニオン歯車の位置を変更することによって、ピニオン歯車の軸線とキャリア軸線の間の距離を変えることができる。なお、「ピニオン歯車の軸線とキャリア軸線の間の距離」は、「ピニオン歯車の半径方向位置」と別言してよい。最もシンプルには、ピニオン歯車はモータの軸に取り付けられる。その場合、ピニオン歯車の半径方向位置を変えることができるということは、モータ位置を変えることができることを意味する。この伝動装置は、ピニオン歯車のレイアウト（ピニオン歯車の半径方向位置）を変更するだけで、他の歯車のレイアウトを変更することなく、モータの位置を変更することができる。

クランクシャフトの数はいくつでもよいが、モータのトルクが伝達される入力歯車を備えているクランクシャフトは２本である。入力歯車を備えたクランクシャフトが３本以上の場合、３個以上の入力歯車に噛み合うアイドル歯車は、キャリアと同軸に配置しなければならないからである。本明細書が開示する伝動装置は、入力歯車を備えたクランクシャフトを２本に限定することによって、キャリア軸線からオフセットした位置へのアイドル歯車の配置を可能にする。

本明細書が開示する伝動装置では、ピニオン歯車の軸線が、キャリアの軸線とアイドル歯車の軸線を通る直線からオフセットしていることが好ましい。ピニオン歯車の位置（即ち、モータの位置）を、伝動装置の軸線へ近づけることができる。

本明細書が開示する伝動装置では、２本のクランクシャフトがキャリアの軸線を挟んで配置されているとともに、２本のクランクシャフトの軸線とキャリアの軸線が直線上に並んでいることも好ましい。キャリアの軸線を挟んでその両側に１本ずつクランクシャフトを配置することによって、外歯歯車へのトルク伝達バランスを良くすることができる。

本明細書が開示する歯車伝動装置は、歯車群の少ないレイアウト変更で伝動装置の半径方向のモータ位置を変更することができる。

実施例の伝動装置１００の特徴について概説する。伝動装置１００は、内歯歯車６に噛み合っている外歯歯車１０が偏心回転する偏心揺動型の歯車伝動装置である。伝動装置１００は、キャリア８、２本のクランクシャフト１４、及び、アイドル歯車２４を有している。キャリア８は、内歯歯車６に同軸に回転可能に支持されている。夫々のクランクシャフト１４は、キャリア８に回転可能に支持されている。２本のクランクシャフト１４は、伝動装置１００の軸線ＣＬを挟んで配置されており、２本のクランクシャフト１４と軸線ＣＬが直線上に並んでいる。夫々のクランクシャフト１４は、偏心体２０と、入力歯車２２を固定している。偏心体２０が、外歯歯車１０に形成された貫通孔に係合しており、外歯歯車１０を偏心回転させる。アイドル歯車２４は、２個の入力歯車２２に噛み合っているとともに、モータ２８のトルクをクランクシャフト１４へ伝達するピニオン歯車２６に噛み合っている。なお、ピニオン歯車２６は、モータの回転軸に固定されている。アイドル歯車２４の軸線が、キャリア８の軸線ＣＬからその半径方向にオフセットしている。さらに、ピニオン歯車２６は、キャリア８の軸線ＣＬとアイドル歯車２４の軸線を結ぶ直線からオフセットしている。

図面を参照して実施例の伝動装置１００（偏心揺動型の歯車伝動装置）を説明する。この伝動装置１００は、太陽光発電装置に適用され、太陽電池パネルを支持する水平梁８０を鉛直支柱の回りに旋回させる。

図１は、伝動装置１００の軸線ＣＬに沿った断面図である。図２は、図１のII−II線に沿ってみたときの伝動装置１００の断面図である。図３は、図１のIII−III線に沿って見たときの伝動装置１００の断面図である。図４は、図３のIV−IV線に沿って見たときの伝動装置１００の断面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線からみた断面図である。また、図４は、断面の一部のみを示している。

歯車伝動装置１００は、内周に複数の内歯ピン４が配置されているケース２と、キャリア８と、２個の外歯歯車１０を備えている。複数の内歯ピン４は、ピンの軸線を伝動装置１００の軸線ＣＬと平行にして、ケース２の内周に沿って等間隔に配置されている。ケース２と複数の内歯ピン４が内歯歯車６を構成する。即ち、複数の内歯ピン４は、内歯歯車６の内歯に相当する。２個の外歯歯車１０は、後述するクランクシャフト１４を介してキャリア８に支持されているとともに、内歯歯車６に噛み合っている。内歯歯車６の歯数（内歯ピン４の個数）と外歯歯車１０の歯数はわずかに異なっている。

キャリア８は、一対のアンギュラ玉軸受３０を介してケース２（即ち内歯歯車６）に回転可能に支持されている。キャリア８は内歯歯車６に同軸に配置されており、その軸線は伝動装置１００の軸線ＣＬに一致する。以後の説明において、軸線ＣＬをキャリア８の軸線と呼ぶ場合がある。キャリア８は、２本のクランクシャフト１４を回転可能に支持している。夫々のクランクシャフト１４は、軸線ＣＬに平行に延びており、一対の円錐ころ軸受１６を介してキャリア８に支持されている。図２と図３に示すように、２本のクランクシャフト１４は、伝動装置１００の軸線ＣＬを挟んで配置されており、２本のクランクシャフト１４の軸線と伝動装置１００の軸線ＣＬは直線上に並んでいる。キャリア８の中心に、その軸線ＣＬに沿って貫通している中心貫通孔５０が設けられている。

夫々のクランクシャフト１４に、２個の偏心体２０と１個の入力歯車２２が固定されている。図３に示すように、入力歯車２２は、クランクシャフト１４にスプライン結合されている。２個の偏心体２０の夫々は、２個の外歯歯車１０の夫々に設けられた孔に針状ころ軸受１８を介して係合している。２個の外歯歯車１０は、クランクシャフト１４の回転に伴って内歯歯車６に噛み合いながら軸線ＣＬの周りを偏心回転する。

図１に示されているように、入力歯車２２は、クランクシャフト１４の一端に固定されている。別言すれば、入力歯車２２は、キャリア８の一端に位置している。また、図３に示されているように、アイドル歯車２４は、２つの入力歯車２２に噛み合っている。さらに、図４に示されているように、アイドル歯車２４は、キャリア８に圧入されたシャフト２３の一端に、深溝玉軸受２５を介して支持されている。入力歯車２２とアイドル歯車２４は外歯車である。図３に示されているように、アイドル歯車２４にはまた、ピニオン歯車２６が噛み合っている。ピニオン歯車２６は、モータ２８の出力軸に固定されている。

なお、アイドル歯車２４の径方向の動きが、２つの入力歯車２２とピニオン歯車２６によって規制される場合、すなわち、ピニオン歯車２６の軸線、キャリア８の軸線ＣＬ、及び、アイドル歯車２４の軸線が一直線上に並ぶようにピニオン歯車２６が配置されている場合は、図４に示す構造に代えて図５に示す構造を採用してもよい。図５は、図４に示す構造の代替構造を示す。図５に示す構造において、アイドル歯車２２４の軸線方向の夫々の側に、スラストプレート２２５ａと２２５ｂが配置されている。アイドル歯車２２４は、これらのスラストプレート２２５ａ、２２５ｂによって、軸線方向の動きを規制される。スラストプレート２２５ａは、アイドル歯車２２４の一方の面に対向する位置において、水平梁８０に設けられた窪みに嵌め込まれている。スラストプレート２２５ｂは、アイドル歯車２２４の他方の面に対向する位置において、キャリア８に設けられた窪みに嵌め込まれている。

伝動装置１００の動作を説明する。モータ２８のトルクは、ピニオン歯車２６とアイドル歯車２４を介して２つの入力歯車２２（即ちクランクシャフト１４）に伝達される。モータのトルクは、１つのアイドル歯車２４から２本のクランクシャフト１４へ伝達されるので、モータのトルクは２本のクランクシャフト１４へ均等に伝達される。２本のクランクシャフト１４が回転すると、偏心体２０の偏心回転によって、外歯歯車１０が内歯歯車６に噛み合いながら軸線ＣＬの周りを偏心回転する。外歯歯車１０の歯数と内歯歯車６の歯数はわずかに異なっており、偏心体２０が一回転すると、即ち、外歯歯車１０の軸線が軸線ＣＬの周りを一回り移動すると、外歯歯車１０と内歯歯車６の歯数差に相当する角度だけキャリア８が回転する。クランクシャフト１４の一回転が、外歯歯車１０と内歯歯車６の歯数差に相当する角度に減速される。なお、ピニオン歯車２６と入力歯車２２の間のギアレシオは、アイドル歯車２４の歯数や大きさに依存しない。別言すれば、アイドル歯車２４は、ピニオン歯車２６と入力歯車２２の間のギアレシオに影響しない。

ケース２（即ち、内歯歯車６）は、後述する太陽光発電装置９０の支柱９２に固定されている。キャリア８に、太陽電池パネルを支持する水平梁８０が固定されている。伝動装置１００とモータ２８は、太陽電池パネルを旋回させる。即ち、キャリア８は、伝動装置１００の出力軸に相当する。

伝動装置１００の利点を説明する。図３に示されているように、ピニオン歯車２６と２つの入力歯車２２に噛み合っているアイドル歯車２４は、キャリア８の軸線ＣＬからその半径方向にオフセットした位置に配置されている。他方、ピニオン歯車２６の位置によって、軸線ＣＬとモータ２８の間の距離が規定される。それゆえ、ピニオン歯車２６の位置をアイドル歯車２４の周に沿って変えることによって、モータ２８の取付け位置を変更することができる。具体的には、図３の符号Ｓによって示される範囲内でピニオン歯車２６の位置を変更することによって、軸線ＣＬとモータ２８の間の距離を変更することができる。この伝動装置１００は、アイドル歯車２４よりもトルク伝達経路の下流に配置されている歯車群のレイアウトを変更することなく、モータの取り付け位置を変更することができる。ここでいう「トルク伝達経路の下流」は、モータからキャリアへ伝達されるトルクの流れの下流を意味する。この伝動装置１００は、ピニオン歯車のレイアウトを変更するだけで、伝動装置１００の半径方向に沿ったモータの位置を変更することができる。この伝動装置１００は、歯車群のわずかなレイアウト変更で様々な装置へ適用することができる。

また、この伝動装置１００は、図３に示されているように、ピニオン歯車２６の軸線が、キャリア８の軸線ＣＬとアイドル歯車２４の軸線を結ぶ直線ＰＬ１からオフセットしている。この構成によって、モータ２８の位置を、伝動装置１００の軸線ＣＬから遠くない位置に配置することができる。モータを含む伝動装置１００のサイズ（半径方向のサイズ）を小さくすることができる。

図１、図６、及び図７を参照して、伝動装置１００を備える太陽光発電装置９０を説明する。図６は、太陽光発電装置９０の側面図を示しており、図７は、太陽光発電装置９０の背面図を示している。伝動装置１００のケース２が、支柱９２に固定されている。伝動装置１００のキャリア８の軸線ＣＬは、鉛直方向に沿って延びている。伝動装置１００のキャリア８に水平梁８０が固定されている。水平梁８０の両側に太陽電池パネル９４が固定されている。伝動装置１００は、水平梁８０（即ち太陽電池パネル９４）を、鉛直軸の周りに旋回させる。

上述したように、モータ２８は伝動装置１００の軸線ＣＬからオフセットして配置されているため、太陽光発電装置９０は、その水平梁８０を伝動装置１００の軸線ＣＬ上に近づけることができる。これにより、太陽光発電装置９０は、太陽電池パネル９４を含めた水平梁８０の重量に起因して伝動装置１００に作用する荷重モーメントを低減することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、実施例の伝動装置１００は、外歯歯車１０が偏心回転するタイプであるが、本発明は、内歯歯車が偏心揺動するタイプの伝動装置に適用することも可能である。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

伝動装置の断面図を示す。 図１のII−II線に沿った伝動装置の断面図を示す。 図１のIII−III線に沿った伝動装置の断面図を示す。 図３のIV−IV線に沿った伝動装置の断面図を示す。 図３に示す構造の代替構造を示す。 伝動装置を備えた太陽光発電装置の側面図を示す。 伝動装置を備えた太陽光発電装置の背面図を示す。

符号の説明

２：ケース
４：内歯ピン
６：内歯歯車
８：キャリア
１０：外歯歯車
１４：クランクシャフト
２０：偏心体
２２：入力歯車
２４：アイドル歯車
２６：ピニオン歯車
２８：モータ
１００：伝動装置

Claims (3)

1. 内歯歯車と、内歯歯車に噛み合っている外歯歯車のいずれか一方の歯車が他方の歯車に対して偏心回転する偏心揺動型の歯車伝動装置であって、
   内歯歯車と外歯歯車の他方の歯車に同軸に回転可能に支持されているキャリアと、
   内歯歯車と外歯歯車の一方の歯車に係合して偏心回転させる偏心体と入力歯車が固定されており、キャリアに回転可能に支持されている２本のクランクシャフトと、
   ２本のクランクシャフトの入力歯車に噛み合っているとともに、モータのトルクをクランクシャフトへ伝達するピニオン歯車に噛み合っているアイドル歯車と、
   を備えており、アイドル歯車の軸線が、キャリアの軸線からオフセットしていることを特徴とする偏心揺動型の歯車伝動装置。
2. ピニオン歯車の軸線が、キャリアの軸線とアイドル歯車の軸線を通る直線からオフセットしていることを特徴とする請求項１に記載の歯車伝動装置。
3. ２本のクランクシャフトがキャリアの軸線を挟んで配置されているとともに、２本のクランクシャフトの軸線とキャリアの軸線が直線上に並んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車伝動装置。

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