JP2009068573A - 偏心揺動型歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寿命の低下を防止でき、コンパクトな偏心揺動型歯車装置を提供する。
【解決手段】内歯歯車３と、軸方向に複数の第一貫通孔５及び複数の第二貫通孔を有するとともに内歯歯車に噛み合う複数の外歯歯車９と、伝達歯車１１を有するとともに外歯歯車の各第一貫通孔に軸受を介して偏心部が係合して外歯歯車を偏心運動させる複数のクランク軸１７と、軸方向に並設した一対の端板部１９ａ，１９ｂ及び一対の端板部を連結するとともに外歯歯車の各第二貫通孔に遊嵌した複数の柱部を有し、クランク軸を軸受を介して回転自在に支持する支持体２５とを備え、内歯歯車及び支持体が相対的に回転する偏心揺動型歯車装置１００において、複数の外歯歯車のうち隣接する何れか二つの外歯歯車に軸方向で互いに向き合う第一凹部１０を形成し、第一凹部に各クランク軸の伝達歯車を収納した偏心揺動型歯車装置装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットの関節部などに用いられる偏心揺動型歯車装置に関する。

従来の偏心揺動型歯車装置としては、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。また、外歯歯車の間に伝達歯車を配した偏心揺動型歯車装置として、特許文献２に記載されているものが知られている。

特開平１１−２１０８４３号公報 実公昭６２−３５６０号公報

特許文献１の偏心揺動型歯車装置は、内歯歯車と、軸方向に複数の第一貫通孔及び複数の第二貫通孔を有するとともに内歯歯車に噛み合う複数の外歯歯車と、伝達歯車を有するとともに外歯歯車の各第一貫通孔に軸受を介して偏心部が係合して該外歯歯車を偏心運動させる複数のクランク軸と、軸方向に並設した一対の端板部及び該一対の端板部を連結するとともに外歯歯車の各第二貫通孔に遊嵌した複数の柱部を有し、クランク軸を軸受を介して回転自在に支持する支持体とを備え、内歯歯車及び支持体が相対的に回転するものである。
また、特許文献２の偏心揺動型歯車装置は、二つの外歯歯車を有し、その外歯歯車の間に伝達歯車を配して、伝達歯車が中心部に回転可能に設けられた入力歯車と噛み合うものである。

これらの従来の偏心揺動型歯車装置は、精度の高い回転が可能で、産業用ロボットの関節部の駆動歯車装置として用いられる。しかしながら、近年、その産業用ロボットは重いものを運んだり、早く動作をさせたりして高負荷な作業が要求されるため、駆動歯車装置にかかる負荷が増え、寿命が低下する問題があった。これらの偏心揺動型歯車装置は、クランク軸の偏心部に係合して偏心運動する外歯にトロコイド系歯形を有する外歯歯車と、この外歯に噛み合う内歯に円弧状歯形を有する内歯歯車を備えた偏心揺動型減速部と、クランク軸に結合した伝達歯車と、伝達歯車にモータからの回転を伝える入力歯車を備えた平行軸型減速部とを有している。各歯車が噛み合うと、その噛み合い部からは初期摩耗粉が発生する。発生した摩耗粉は歯車装置内に充填された潤滑剤に混じって軸受部または噛み合い部等へ集中してしまうおそれがあり、その結果、加速的に軸受や歯車の歯面に剥離が発生して寿命が低下する問題があった。また、産業用ロボットの関節部に使用される駆動歯車装置はコンパクトであることが要求され、歯車装置の外形が大きくなれば重量が重くなり、産業用ロボットが可搬できる重量が小さくなり作業性が低下する問題があった。

かかる課題に鑑みて、本発明は、寿命の低下を防止でき、コンパクトな偏心揺動型歯車装置を提供することを目的とする。

本発明の偏心揺動型歯車装置は、内歯歯車と、軸方向に複数の第一貫通孔及び複数の第二貫通孔を有するとともに内歯歯車に噛み合う複数の外歯歯車と、伝達歯車を有するとともに外歯歯車の各第一貫通孔に軸受を介して偏心部が係合して該外歯歯車を偏心運動させる複数のクランク軸と、軸方向に並設した一対の端板部及び該一対の端板部を連結するとともに外歯歯車の各第二貫通孔に遊嵌した複数の柱部を有し、クランク軸を軸受を介して回転自在に支持する支持体とを備え、複数の外歯歯車のうち隣接する何れか二つの外歯歯車に軸方向で互いに向き合う第一凹部を形成し、該第一凹部に各クランク軸の伝達歯車を収納している。
また、中空孔を有するとともに前記各クランク軸の伝達歯車に噛み合う単一の円筒歯車を前記内歯歯車の中心部に設け、二つの外歯歯車に軸方向で互いに向き合う第二凹部を形成し、該第二凹部に円筒歯車を収納している。
また、複数の外歯歯車の軸方向両側に配置されて内歯歯車の内周面及び支持体の外周面間に設けられた一対の主軸受を備え、外歯歯車のうち軸方向最外側の二つの外歯歯車に、軸方向外側及び放射方向外側に向かう第三凹部を形成し、該第三凹部に一対の主軸受の各々の一部を収納している。
また、一対の端板部に一対の軸受を介して回転自在に支持されるとともに、該一対の軸受間に配置されて円筒歯車に噛み合う中間歯車を有する入力軸を備え、入力軸はその軸方向端部に入力歯車を備えている。

請求項１の発明によれば、複数の外歯歯車のうち隣接する何れか二つの外歯歯車に、軸方向で互いに向き合う第一凹部を形成し、該第一凹部に各クランク軸の伝達歯車を収納しているので、偏心揺動型減速部における外歯歯車と内歯歯車との噛み合いの空間と、平行軸型減速部における伝達歯車部分の噛み合いの空間とを離隔でき、摩耗粉を分散できる。従って、寿命の低下を防止できる。また、外歯歯車の歯幅を伝達歯車の外周側まで延ばすことができ、歯面荷重を低減でき、寿命を延ばすことができる。
また、請求項２の発明によれば、中空孔を有するとともに前記各クランク軸の伝達歯車に噛み合う単一の円筒歯車を前記内歯歯車の中心部に設け、二つの外歯歯車に軸方向で互いに向き合う第二凹部を形成し、該第二凹部に該円筒歯車を収納しているので、偏心揺動型減速部における外歯歯車と内歯歯車との噛み合いの空間と、平行軸型減速部における円筒歯車部分の噛み合いの空間とを離隔でき、摩耗粉を分散できる。従って、寿命の低下を低減できる。
また、請求項３の発明によれば、複数の外歯歯車の軸方向両側に配置されて内歯歯車の内周面及び支持体の外周面間に設けられた一対の主軸受を備え、外歯歯車のうち軸方向最外側の二つの外歯歯車に、軸方向外側及び放射方向外側に向かう第三凹部を形成し、該第三凹部に一対の主軸受の各々の一部を収納しているので、偏心揺動型歯車装置の軸方向長さを短くでき、重量を低減することができる。
また、請求項４の発明によれば、一対の端板部に一対の軸受を介して回転自在に支持されるとともに、該一対の軸受間に配置されて円筒歯車に噛み合う中間歯車を有する入力軸を備え、入力軸はその軸方向端部に入力歯車を備えているので、入力軸への回転入力を容易に達成できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１乃至図６において、偏心揺動型歯車装置１００は、多数のピンからなる内歯１を有する内歯歯車３と、軸方向に複数の第一貫通孔５及び複数の第二貫通孔７を有するとともに内歯歯車３に噛み合う複数（二個）の外歯歯車９と、伝達歯車１１を有するとともに外歯歯車９の第一貫通孔５に軸受１５（針状ころ軸受）を介して偏心部１３が係合して該外歯歯車９を偏心運動させる複数（三個）のクランク軸１７と、軸方向に並設した一対の端板部１９ａ，１９ｂ及び該一対の端板部１９ａ，１９ｂを連結するとともに外歯歯車９の各第二貫通孔７に遊嵌した複数（六個）の柱部２１を有し、クランク軸１７を一対の軸受２３ａ，２３ｂ（円すいころ軸受）を介して回転自在に支持する支持体２５と、外歯歯車９の軸方向両側に配置されて内歯歯車３の内周面及び支持体２５の外周面間に設けた一対の主軸受２７ａ，２７ｂ（ラジアル玉軸受）とを備え、内歯歯車３及び支持体２５が相対的に回転可能である。各柱部２１は一対の端板部１９ａ，１９ｂの一方１９ｂに突出して形成しており、一対の端板部１９ａ，１９ｂの他方１９ａに形成した六つの各穴２６に挿入されて、ボルト２８で他方１９ａに固定している。各外歯歯車９は中心に貫通孔１６を形成している。

支持体２５に回転自在に支持されるとともに各クランク軸１７の伝達歯車１１に噛み合う単一の円筒歯車２９と、一対の端板部１９ａ，１９ｂに一対の軸受３１ａ，３１ｂ（円すいころ軸受）を介して回転自在に支持されるとともに、該一対の軸受３１ａ，３１ｂ間に配置されて該円筒歯車２９に噛み合う中間歯車３３、及び軸方向の端部に設けられた入力歯車３５を有する入力軸３７とを備え、該入力歯車３５が一対の主軸受２７ａ，２７ｂの一方の内周側で同一平面上で重なるように配置されている。

二つの外歯歯車９には、軸方向で互いに向き合う円形の第一凹部１０及び第二凹部１２を形成している。二つの外歯歯車９同士は互いに摺動できる程度の微小な隙間を有している。
向き合った第一凹部１０に各クランク軸１７の伝達歯車１１を収納するとともに、入力軸３７の中間歯車３３を二つの外歯歯車間に配設している。なお、外歯歯車を三枚や四枚の複数とする場合は、該複数の外歯歯車のうち隣接する何れか二つの外歯歯車に、軸方向で互いに向き合う第一凹部１０を形成し、向き合った第一凹部１０に各クランク軸１７の伝達歯車１１を収納するとともに、入力軸３７の中間歯車３３を当該何れかの二つの外歯歯車間に配設すれば良い。
一方、向き合った第二凹部１２には円筒歯車２９を収納している。第一凹部１０と第二凹部１２とは連通した空間を形成する。
また、二つの外歯歯車９には、軸方向外側及び放射方向外側に向かう第三凹部１４を形成し、該第三凹部１４に一対の主軸受２７ａ，２７ｂの各々の一部を収納している。なお、外歯歯車を三枚や四枚の複数とする場合は、該複数の外歯歯車のうち軸方向最外側の二つの外歯歯車に、軸方向外側に向かう第三凹部１４を形成し、該第三凹部１４に一対の主軸受２７ａ，２７ｂの各々の一部を収納すれば良い。また、第三凹部を形成しない場合には、外歯歯車９の外歯の歯幅を伝達歯車１１の外周側まで延ばすことができ、歯面荷重を低減させることができる。

各クランク軸１７の伝達歯車１１、円筒歯車２９及び入力軸３７の中間歯車３３が各外歯歯車９間に配置されている。伝達歯車１１の歯底は、クランク軸１７の偏心部１３と軸受１５の外径より大きく、歯底が軸受１５の外径にかからないような大きさを有する。伝達歯車１１の端面と外歯歯車９との端面には、伝達歯車１１が拘束なく回転できる微小の隙間を有している。外歯歯車を四枚とする場合は、各クランク軸１７の伝達歯車１１、円筒歯車２９及び入力軸３７の中間歯車３３を軸方向内側の二枚の外歯歯車９の間に配置するのが好ましい。このように、外歯歯車を二個以上の複数とする場合は、各クランク軸１７の伝達歯車１１、円筒歯車２９及び入力軸３７の中間歯車３３はいずれか二つの外歯歯車９の間に配置すれば良い。

外歯歯車９は第三貫通孔８を形成している。一対の端板部１９ａ，１９ｂの各々には該第三貫通孔８に遊嵌するとともに内周に軸受孔３４ａ，３４ｂを形成した突出部３２ａ，３２ｂを設け、一対の軸受３１ａ，３１ｂを軸受孔３４ａ，３４ｂ内に設けている。軸受孔３４ａ，３４ｂは貫通孔とし、他方の軸受孔３４ｂは後述する第一開口孔３９と接続されている。入力軸３７の中間歯車３３は、軸受孔３４ａあるいは３４ｂから挿入可能となっている。軸受孔３４ａ，３４ｂを貫通孔とすることによって、入力軸３７や軸受３１ａ，３１ｂを交換可能な構造としている。
当該突出部は一対の端板部１９ａ，１９ｂの少なくとも一方に形成すれば良く、この場合は、一対の軸受３１ａ，３１ｂの少なくとも一方を一方の突出部と重なるように軸受孔内に設ければ良い。
さらに、一対の端板部１９ａ，１９ｂの一方１９ｂに一対の軸受２３ａ，２３ｂの一方２３ｂが嵌る第四孔１８ａを形成するとともに、一対の端板部１９ａ，１９ｂの他方１９ａに該一対の軸受の他方２３ａが嵌る貫通した第五孔１８ｂを形成している。

一対の端板部１９ａ，１９ｂの一方１９ｂに、軸方向外側へ開口する第一開口孔３９及び該第一開口孔３９と接続されて放射方向に併設し軸方向外側に開口する第二開口孔４１を形成し、入力軸３７の入力歯車３５を第一開口孔３９に配設するとともに第二開口孔４１へ入力軸３７の入力歯車３５と噛み合う図示しないモータからの出力歯車４０を挿入している。
入力軸３７の回転中心Ｐと内歯歯車３の中心Ｑとの距離Ｌは、クランク軸１７の回転中心Ｒと内歯歯車３の中心Ｑとの距離Ｍより短く設定され、入力軸３７の中間歯車３３の歯数がクランク軸１７の伝達歯車１１の歯数より少ない。その結果、減速比を大きく設定できる。

一対の端板部１９ａ，１９ｂには中心部に中空孔１９ｃ，１９ｄが設けられている。円筒体２０は中空孔１９ｃ，１９ｄの内周の各々に、一対のＯリングでシールされて取付けられている。
円筒ころ軸受２４は円筒体２０の外周面及び円筒歯車２９の内周面との間に配設され、円筒歯車２９を回転自在に支持している。従って、円筒歯車２９は支持体２５に回転自在に支持される形態となっている。一対のオイルシール３０は内歯歯車３の両端の内周と一対の端板部１９ａ，１９ｂの両端の外周との間に配設されている。

次に実施例の作用について説明する。
偏心揺動型歯車装置１００の減速作用は公知なので簡潔に説明する。入力軸３７に回転力が伝達されると、入力軸３７の中間歯車３３に噛み合う円筒歯車２９が回転する。円筒歯車２９の回転は各クランク軸１７の伝達歯車１１に伝達され、各クランク軸１７は外歯歯車９を内歯歯車３に対して偏心揺動運動させる。支持体２５を固定した場合、外歯歯車９が内歯歯車３に噛み合っていることに起因して、内歯歯車３が減速回転された出力となる。内歯歯車３を固定した場合は、支持体２５が減速回転された出力となる。
ここで、複数の外歯歯車９のうち隣接する何れか二つの外歯歯車９に、軸方向で互いに向き合う第一凹部１０を形成し、向き合った第一凹部１０に各クランク軸１７の伝達歯車１１を収納しているので、外歯歯車９と内歯歯車３との噛み合いの偏心揺動型部と、伝達歯車部分の噛み合いの平行軸型部とを離隔でき、摩耗粉を分散できる。従って、寿命の低下を防止できる。また、外歯歯車９の歯幅を伝達歯車の外周側まで延ばすことができ、歯面荷重を低減でき、寿命を延ばすことができる。

また、中空孔を有するとともに前記各クランク軸の伝達歯車に噛み合う単一の円筒歯車を前記内歯歯車の中心部に設け、二つの外歯歯車９に軸方向で互いに向き合う第二凹部１２を形成し、向き合った第二凹部１２に円筒歯車２９を収納しているので、偏心揺動型減速部における外歯歯車と内歯歯車との噛み合いの空間と、平行軸型減速部における円筒歯車部分の噛み合いの空間とを離隔でき、摩耗粉を分散できる。従って、寿命の低下を防止できる。
また、複数の外歯歯車９の軸方向両側に配置されて内歯歯車３の内周面及び支持体２５の外周面間に設けた一対の主軸受２７ａ，２７ｂを備え、外歯歯車９のうち軸方向最外側の二つの外歯歯車９に、軸方向外側及び放射方向外側に向かう第三凹部１４を形成し、該第三凹部１４に一対の主軸受２７ａ，２７ｂの各々の一部を収納しているので、偏心揺動型歯車装置の軸方向長さを短くでき、重量を低減することができる。
また、一対の端板部１９ａ，１９ｂに一対の軸受３１ａ，３１ｂを介して回転自在に支持されるとともに、該一対の軸受３１ａ，３１ｂ間に配置されて円筒歯車２９に噛み合う中間歯車３３を有する入力軸を備え、入力軸３７はその軸方向端部に入力歯車３５を備えているので、入力軸３７への回転入力を容易に達成できる。

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、円筒歯車２９に噛み合う中間歯車３３を介して入力するようにしたが、伝達歯車１１に直接的に入力歯車から入力するようにしても良い。また、円筒歯車２９に複数のクランク軸１７の一個から入力するようにしても良い。実施例における軸受の形態は例示であり、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歯車装置に利用できる。
特に、産業用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減速装置に最適である。

本発明に係る実施例の断面図（図２のＢ−Ｂ断面）である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 入力軸の入力歯車及びモータの出力歯車が噛み合う状態を示した側面図の一部分である。 外歯歯車の断面図である。 図５のＤ矢視図である。 図５のＥ矢視図である。

符号の説明

１００・・・偏心揺動型歯車装置
３・・・・内歯歯車
９・・・・外歯歯車
１０・・・第一凹部
１１・・・伝達歯車
１２・・・第二凹部
１３・・・偏心部
１４・・・第三凹部
１７・・・クランク軸
１９ａ，１９ｂ・・・一対の端板部
２１・・・柱部
２５・・・支持体
２７ａ，２７ｂ・・・一対の主軸受
２９・・・円筒歯車
３１ａ，３１ｂ・・・一対の軸受
３３・・・中間歯車
３５・・・入力歯車
３７・・・入力軸

Claims (4)

1. 内歯歯車と、軸方向に複数の第一貫通孔及び複数の第二貫通孔を有するとともに内歯歯車に噛み合う複数の外歯歯車と、伝達歯車を有するとともに前記外歯歯車の前記各第一貫通孔に軸受を介して偏心部が係合して該外歯歯車を偏心運動させる複数のクランク軸と、軸方向に並設した一対の端板部及び該一対の端板部を連結するとともに前記外歯歯車の各第二貫通孔に遊嵌した複数の柱部を有し、前記クランク軸を軸受を介して回転自在に支持する支持体とを備え、前記内歯歯車及び前記支持体が相対的に回転する偏心揺動型歯車装置において、前記複数の外歯歯車のうち隣接する何れか二つの外歯歯車に軸方向で互いに向き合う第一凹部を形成し、該第一凹部に前記各クランク軸の伝達歯車を収納したことを特徴とする偏心揺動型歯車装置。
2. 中空孔を有するとともに前記各クランク軸の伝達歯車に噛み合う単一の円筒歯車を前記内歯歯車の中心部に設け、前記二つの外歯歯車に軸方向で互いに向き合う第二凹部を形成し、該第二凹部に該円筒歯車を収納したことを特徴とする請求項１記載の偏心揺動型歯車装置。
3. 前記複数の外歯歯車の軸方向両側に配置されて前記内歯歯車の内周面及び前記支持体の外周面間に設けられた一対の主軸受を備え、前記外歯歯車のうち軸方向最外側の二つの外歯歯車に軸方向外側及び放射方向外側に向かう第三凹部を形成し、該第三凹部に前記一対の主軸受の各々の一部を収納したことを特徴とする請求項１又は２記載の偏心揺動型歯車装置。
4. 前記一対の端板部に一対の軸受を介して回転自在に支持されるとともに、該一対の軸受間に配置されて前記円筒歯車に噛み合う中間歯車を有する入力軸を備え、前記入力軸はその軸方向端部に入力歯車を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の偏心揺動型歯車装置。

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