JP2006105220A - モータ付歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 全ての回転位相で歯車装置の出力ロックが可能であり、加工コストが安価であり、ロボットのアーム等の取付け部材への取付け方法の自由度が低下しないモータ付歯車装置を提供する。
【解決手段】 駆動モータ３を具備するとともに、ケース３７および軸受３６ａ、３６ｂを介してケースに相対回転可能に支承されたシャフト１３からなり、シャフトのフランジ部１３ｃ最外径を軸受の外径を越えて大きくし、フランジ部に歯車装置４を取付け部材１に締結するためのタップ１３ａおよび締結部材の外側からフランジ部を貫通するボルト６を軸方向に締結してケースの軸方向端面を押圧して固定するためのケース固定用タップ１３ｂを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は駆動モータを具備するとともに、ケースおよび軸受を介してケースに相対回転可能に支承されたシャフトからなるモータ付歯車装置に関する。

種々の分野において上述のような駆動モータ付の歯車装置が用いられている。特に、産業ロボット分野において、互いに揺動可能に連結された２つのアームの間を連結する関節部にモータ付歯車装置を用いて、このモータによる出力を歯車装置により減速して他方のアームを所定の角度駆動することが行われている。

このような例えば、アームの関節部に設けられたモータ付歯車装置においては、モータとしてサーボモータが用いられ、このサーボモータを大減速比で変換するために所謂偏心揺動型歯車装置が広く用いられている。すなわち、偏心揺動型歯車装置においてはケースの内周に内歯が設けられ、内歯に噛合う外歯を外周に有するとともに内周方向内部に複数個のピン孔が配設されケースに係合して偏心運動可能なピニオン、およびピニオンのピン孔に挿入されピニオンの自転運動を取出すための複数個のピンを有し、シャフトがピンを支承する形状となっている。

このようなモータ付歯車装置において故障が生じた場合に、その取付け場所において、そのまま現場修理をすることができないために、モータとともに減速機を関節部から取外して新しいモータ付歯車装置に取替えることが行われている。

この方法を行うものとして、特許文献１（特開２００３−２７８８４８号公報）には減速機のケーシングの外部から内部に向けて係止部材としてのボルトをケーシングを貫通して挿入し、回転部材である外歯歯車或いは出力フランジの回転を阻止、減速機の出力系を固定するようにして駆動モータとともに減速機を取出すことが開示されている。

特開２００３−２７８８４８号公報

上述した特許文献１の方法においては、産業ロボットのような精密位置決めが必要な用途でサーボモータ交換時に機械的なロック機構で制御原点を固定し交換作業を行う手段が開示されているが、この特許文献１にあっては、ケーシングのタップと円筒部材の貫通穴の回転方向位相を位置させてボルトを半径方向に貫通させる必要があり、このため、この位相が一致しないときは出力軸をロックすることができず、サーボモータの交換が行なえない。

また、半径方向に貫通穴およびタップを加工する必要があるため、加工コストが高価となる。更に、このようなケーシングのタップおよび円筒部材の貫通穴を形成するために、出力軸部およびケーシングの軸方向長さを通常よりも長くする必要があり、このために歯車装置自体が大型化し、ロボットの歯車装置の設計の自由度が低下し、またロボット取付け方法の自由度が低下するという問題点がある。

上述のようなモータ付歯車装置の故障の大概の場合においては、故障はサーボモータに発生しており、歯車装置における故障は殆ど見受けられないことに着目し、歯車装置の位相を固定した状態でサーボモータのみを交換すればよいことに基いて本発明がされたものである。

本発明は、全ての回転位相で歯車装置の出力ロックが可能であり、加工コストが安価であり、ロボットのアーム等の取付け部材への取付け方法の自由度が低下しないモータ付歯車装置を提供することを目的とする。

本発明においては、上記の目的を、駆動モータを具備するとともに、ケースおよび軸受を介して該ケースに相対回転可能に支承されたシャフトからなるモータ付歯車装置において、
前記シャフトのフランジ部最外径を前記軸受の外径を越えて大きくし、該フランジ部に前記歯車装置を取付け部材に締結するためのタップおよび該締結部材の外側から前記フランジ部を貫通するボルトを軸方向に締結して前記ケースの軸方向端面を押圧して固定するためのケース固定用タップを設けたことを特徴とするモータ付歯車装置により達成する。

特に、本発明は、前記歯車装置が、ケースの内周に内歯が設けられ、該内歯に噛合う外歯を外周に有するとともに内周方向内部に複数個のピン孔が配設され前記ケースに係合して偏心運動可能なピニオン、および該ピニオンのピン孔に挿入され該ピニオンの自転運動を取出すための複数個のピンを有し、前記シャフトが該ピンを支承する偏心揺動型歯車装置であるモータ付歯車装置に最適に適用することができる。

本発明においては、ケーシングにタップを設けたものではなく、シャフトのフランジ部を軸受の外径を越えて大きくし、このフランジ部に軸方向に外側からボルトを締結してケースの軸方向端面を押圧して固定するためのケース固定用タップを設けている。このためタップとケースの位相を合わせることなく、全ての回転位相で歯車装置の出力ロックが可能になる。

また、本発明においては上述のように、フランジ部に固定用のタップを設けるだけでよく、上述した特許文献１のものに比べて出力ロック機構として特別にタップや貫通穴をケーシングや円筒部材に加工する必要がなくなり加工コストが安価となる。

更にまた、本発明においては、歯車装置を従来と同じ軸方向寸法で出力ロック機構が構築することができ、設計自由度が低下せず、ロボットへの取付け方法の自由度が低下しない。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する。図１は本発明に係るモータ付歯車装置（減速機）４を産業ロボットの２つのアーム１、２を枢動可能に枢着する関節部に設けた実施例の一部を断面とした図であり、図３のＩ−Ｉ線に沿って断面としている。

この歯車装置４は偏心揺動型減速機であり、偏心揺動型減速機のシャフト１３を一方のアーム１に締結するとともに、ケース側を他方のアーム２に連結しているものである。この実施例において、駆動モータ３はサーボモータであり、サーボモータ３に連結した減速機４は、第１段が平歯車減速機構で、第２段が偏心揺動型歯車減速機の２段減速機構となっている。

最初に偏心揺動型歯車減速機の構造を述べる。支持ブロック１３本体は本発明のシャフトに該当し、円板状部１７および円板状部１７に突設した柱状部２１からなる。

円板状部１７の表面には隣接柱状部２１間に所定深さの軸受装着孔１７ｂを形成している。更に、柱状部２１の中心部分には入力回転軸１１を嵌挿する中心孔２１ａを穿っている。入力回転軸１１の右端部をサーボモータ３の出力軸にキー結合してサーボモータ３の回転を入力軸１１に伝達するようになっている。

また、図１の右側に示す如く、支持ブロック（シャフト）１３の一部をなす端円板２５を円板状部１７の柱状部２１にピン２６により一体的に結合しており、端円板２５を円板状部１７の柱状部２１にボルト２４によって固定している。螺子孔２１ｅはボルト２４の締結孔であり、柱状部２１に形成されている。

端円板２５には、柱状部２１のピン孔２１ｂに対応してピン孔２５ｄを穿ち、螺子孔２１ｅに対応してボルト貫通孔２５ｃを穿ち、前述の円板状部１７に形成した軸受装着孔１７ｂに対応して軸受装着孔２５ｂを形成している。軸受装着孔１７ｂ、２５ｂにそれぞれコロ軸受２７、２９を装着し、該軸受２７、２９間にピニオン３３の自転運動を取出すピンとしてクランクピン３１を回転可能に両端支持している。クランクピン３１はその回転軸線に対し偏心配置した２つのクランク部３１ａ、３１ｂを有し、ピニオン３３がクランク部３１ａ、３１ｂに嵌合されている。

ピニオン３３は外周面にペリサイクロイド曲線への等距離曲線からなる歯形の外歯を有し、クランクピン３１のクランク部３１ａまたは３１ｂに軸受３５を介して係合するピン孔３３ｂを具備する。

本実施例においては、支持ブロック（シャフト）１３の円板状部１７および端円板２５の外周部にボール軸受３６ａ、３６ｂを装着し、本発明のケースに該当するハブ３７を回転可能に支持している。ハブ（ケース）３７はボルト７により他方のアーム２に連結されており、その内周面に、ピニオン３３の外周に形成した外歯の歯数より僅かに多い数の内歯を形成している。クランクピン３１の自転運動によりそのクランク部３１ａ、３１ｂの中心軸線がクランクピン３１の回転軸線に対して公転運動することにより２つのピニオン３３は偏心公転運動され、外歯がハブ（ケース）３７の内歯歯車と係合する。

本実施例においては、入力回転軸１１の左側先端部に第１外歯車４１を後述するように止着し、また前記両端支持されたクランクピン３１の左端部に第１外歯車４１の歯数より大きな歯数を有する第２外歯車４３を止着し、両歯車４１、４３を噛合させる。前述したハブ（ケース）３７を回転可能に支持する軸受３６ａの外側にオイルシール４９を設けて減速機５からの潤滑油洩れを防止する。

サーボモータ３の出力軸、すなわち減速機の入力回転軸１１の回転は入力回転軸１１に止着した第１外歯車４１を通じそれに噛合う第２外歯車４３に両歯車４１、４３の歯数比に応じ減速（第１段の減速）して伝達される。第２外歯車４３の回転により支持ブロック（シャフト）１３に回転可能に両端支持されたクランクピン３１のクランク部３１ａは公転運動を生じ、ピニオン３３は軸受３５を介してピン孔３３ｂがクランク部３１ａに係合しているので、クランク部３１ａの公転運動により偏心公転運動される。このとき、複数個のクランクピン３１は、ピニオン３３の公転運動成分と自転運動成分のうち、自転運動成分のみがハブ（ケース）３７に取り出されるように、機能している。従って、ピニオン３３の偏心公転運動によりピニオンの外周に形成した外歯３３ａがハブ（ケース）３７の内周に形成した内歯歯車に係合しハブ（ケース）３７を減速回転（第２段の減速）させる。

本発明においては、支持ブロック（シャフト）１３のフランジ部１３ｃを図１に示すように軸受３６ａ、３６ｂを越えて軸受３６ａ、３６ｂよりも外側に半径方向に大きくしており、この大きくしたフランジ部１３ｃにアーム固定用タップ１３ａおよびケース固定用タップ１３ｂを設けている。アーム固定用タップ１３ａは、取付け部材である一方のアーム１の外側から軸方向に挿入したボルト５により本発明の歯車装置（偏心揺動型歯車減速機）４をアーム１に締結するためのタップである。

また、取付け部材であるアーム１の外側からボルト６を軸方向にケース固定用タップ１３ｂに挿入して、ボルト６を締結してケース３７の軸方向端面を押圧してこのボルト６を固定することによってハブ（ケース）３７の回転を止めることができる。

図２には、その固定部の拡大図を示している。図３は図１のIII−III線から見た図、すなわち、本発明に係る歯車装置４を取付け部材（アーム）１から取外した状態で歯車装置４の端面を軸方向に見た図であり、図３には、上述した歯車装置４を取付け部材（アーム）１にボルト５により取付けするためのタップ１３ａおよびハブ（ケース）３７をボルト６により固定するためのタップ１３ｂの配置状態を示している。

歯車装置４をアーム１に固定するための固定用タップ１３ａが周方向に等間隔に１２個設けられている。この実施例においては、その隣接するアーム固定用タップ１３ａの間にケース固定用タップ１３ｂが同じく等間隔に１２個設けられている。

このアーム固定用タップ１３ａはアーム１に支持ブロック（シャフト）１３を固定することができればよく、支持ブロック（シャフト）１３に設けられたアーム固定用タップ１３ａのハブ（ケース）３７側の先端は貫通穴としていてもよいし、盲穴でもよい。これに対してケース固定用タップ１３ｂにおいては、このタップ１３ｂを軸方向に貫通したボルト５によってハブ（ケース）３７を固定するため必ず貫通している必要がある。なお、本発明においてはアーム固定用タップ１３ａおよびケース固定用タップ１３ｂを軸受３６ａ、３６ｂの外径を越えて延びる支持ブロック（シャフト）１３のフランジ部１３ｃに設けているので、これらアーム固定用タップ１３ａおよびケース固定用タップ１３ｂの位置はオイルシール４９の位置から外れており、アーム固定用タップ１３ａまたはケース固定用タップ１３ｂを貫通穴としても問題を生じることはない。

図４はアーム１に取付けた状態の歯車装置の端面を軸方向に見た図であり、すなわち、アーム１の端面の状態を示しており、アーム１の端面には、上述したアーム固定用タップ１３ａおよびケース固定用タップ１３ｂに対応して、それぞれ１２個の穴１ａ、１ｂ（図４では穴１ａにボルト５が挿入されており、その頭が見えている）が等間隔に設けられている。このうちケース固定用タップ１３ｂに対応する穴１ｂにおいては、通常状態においてはこの箇所にボルト６が入っておらず、歯車装置４を固定する場合にのみボルト６を入れるため、この違いを明らかに外観上分かるようにするため、ケース固定用ボルト６の埋め込み場所の周面に座ぐりを設けて、定常状態でこの座ぐり部分にボルト６が入っている場合には取外さねばならないことがすぐ分かるようすることができる。

この上述したような構成として、本発明においては通常の場合にはアーム１の左側から穴１ａを通じてアーム固定用タップ１３ａにボルト５を挿入し、このボルト５により本発明に係る歯車装置（減速機）４をアーム１に固定して用いる。

一方、この駆動モータ付歯車装置４が故障した場合には、アーム１の左側から穴１ｂを通じてケース固定用タップ１３ｂからボルト６を軸方向に挿入し、このボルト６によりハブ（ケース）３７の端面を軸方向に押圧して、歯車装置（偏心揺動型減速機）４の動きを固定する。

この状態でサーボモータ３を入力回転軸１１から取外し、新しいサーボモータ３を装着する。新しいサーボモータ３の装着・取付け後に、サーボモータを駆動制御しているサーボ駆動系からサーボモータの原点をマスタリングする。その後に、ケース固定用のボルト６をケース固定用タップ１３ｂから取り除く。この後、通常の運転を再開する。このようにして本発明によれば交換作業の前後で機械原点の変化なしでサーボモータの交換をすることが可能となり、交換時間は極めて短縮され、交換作業も減速機全体を取外すようなことをすることなく、サーボモータ３のみを交換すればよく非常に効率よく行うことができる。

なお、上述した実施例においてはケース固定用タップ１３ｂを等配配置していたが、必ずしも等配配置する必要はない。

本発明に係る歯車装置の一実施例の断面図であり、図３のＩ−Ｉ線に沿って断面としている。 図１のII部拡大図である。 図１のIII−III線に沿って見た図、すなわち、アーム固定用タップを除去し、本発明に係る歯車装置をアームから除去した状態での端面を示す図である。 本発明に係る歯車装置をアームに取付けた状態でアームの外側から見た図である。

符号の説明

１ アーム
１ａ 穴
１ｂ 穴
２ アーム
３ サーボモータ
４ 歯車装置（偏心揺動型減速機）
５ アーム固定用ボルト
６ ケース固定用ボルト
１３ 支持ブロック（シャフト）
１３ａ アーム固定用タップ
１３ｂ ケース固定用タップ
３７ ハブ（ケース）

Claims (2)

1. 駆動モータを具備するとともに、ケースおよび軸受を介して該ケースに相対回転可能に支承されたシャフトからなるモータ付歯車装置において、
   前記シャフトのフランジ部最外径を前記軸受の外径を越えて大きくし、該フランジ部に前記歯車装置を取付け部材に締結するためのタップおよび該締結部材の外側から前記フランジ部を貫通するボルトを軸方向に締結して前記ケースの軸方向端面を押圧して固定するためのケース固定用タップを設けたことを特徴とするモータ付歯車装置。
2. 前記歯車装置は、ケースの内周に内歯が設けられ、該内歯に噛合う外歯を外周に有するとともに内周方向内部に複数個のピン孔が配設され前記ケースに係合して偏心運動可能なピニオン、および該ピニオンのピン孔に挿入され該ピニオンの自転運動を取出すための複数個のピンを有し、前記シャフトが該ピンを支承する偏心揺動型歯車装置であることを特徴とする請求項１に記載のモータ付歯車装置。

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