JP2009109002A - 歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】厳しい運転スペックや環境下でも、歯車装置内で発生した磨耗粉等の異物がシール装置に侵入することを確実に防止し、良好なシール性を備えた歯車装置を提供する。
【解決手段】内歯歯車と、内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、外歯歯車に係合してこれを偏心揺動させるクランク軸と、クランク軸を回転自在に支持する支持体と、内歯歯車の内周面と支持体の外周面との間に設けられ外歯歯車の軸方向両側に配置された一対の軸受と、内歯歯車の内周面と支持体の外周面との間に設けられ一対の軸受のうち少なくとも一方の軸受の軸方向外側に配置されたシール装置とを備え、内歯歯車及び支持体が相対的に回転する歯車装置において、シール装置１１５の一方の軸受１１３側にプレート１３６が配置され、且つ、シール装置とプレートで構成される空間に、歯車装置を潤滑するための潤滑剤とは異なる性質の高粘度グリース１６０が充填されている歯車装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、産業用ロボットの関節部などに用いられる歯車装置に関し、特に歯車装置内に封入される潤滑剤（グリースや潤滑油等）が漏れないようシール性を向上させた歯車装置に関するものである。

産業用ロボットの関節部や工作機械等の駆動部には歯車装置が設けられることがあるが、このような歯車装置として、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２００５−２５７０３１号公報

この歯車装置５０は、図６及び図７で示すように、複数の内歯ピン１を有する内歯歯車３と、内歯歯車３の内側に配置されて内歯ピン１と噛み合う複数の外歯５を有する二個の外歯歯車７と、外歯歯車７に係合してこれを偏心揺動させる複数のクランク軸９と、クランク軸９を回転自在に支持する支持体１１と、内歯歯車３の内周面と支持体１１の外周面との間に設けられ外歯歯車７の軸方向両側に配置された一対の軸受１３，１４と、内歯歯車３の内周面と支持体１１の外周面との間に設けられ一対の軸受のうち少なくとも一方の軸受１３の軸方向外側に配置されたシール装置１５とを備えた遊星歯車装置である。
このシール装置１５は、内歯歯車３の内周面と支持体１１の外周面との間に形成される環状空間をシールしており、歯車装置内の潤滑剤が歯車装置の一方側から外部へ漏れるのを防止している。シール装置１５は、主リップ１７及び異物除去リップ１９が一体形成された弾性体（ゴム）２１と、該弾性体を補強する金属製の補強リング２３と、主リップ１７を支持体１１の外周面に押し付けるバネ２５と、ダストリップ２７を有している。異物除去リップ１９は、支持体１１と軸受１３とで軸方向に挟持したプレート２９の端面に当接させている。
この異物除去リップ１９によって、歯車装置の作動時に歯車同士の噛み合いによって発生する磨耗粉等の異物が除去され、異物が主リップ１７と支持体１１との摺動面に侵入することがなく、主リップ１７が異物によって傷付けられてそのシール機能が害されることを防いでいる。なお、異物除去リップは、潤滑剤が微少通過しても磨耗粉等などの異物を通さないような機能を有していればよい。

しかしながら、このような従来の歯車装置におけるシール装置は、補強リングの周囲の弾性体に一体に形成した異物除去リップを、支持体と軸受とで軸方向に挟持したプレートの端面に当接させているため、異物除去リップ自体が非常に長くなってしまう。リップは長くなればなる程たわみ易くて腰が弱くなる。近年産業用ロボットの運転スペック、使用環境は厳しくなっており、歯車装置に急な加減速が作用する場合が多くなってきている。そのため、歯車装置に急な加減速が作用する場合などにおいては、このような長くて腰の弱い異物除去リップではリップの挙動が不安定になって、異物除去リップのシール性が次第に低下してくる。異物除去リップのシール性が低下すると、異物が主リップと支持体との摺動面へ侵入し、主リップのシール性さえも損なわれて潤滑剤がシール装置から外部へ漏れることになる。
また、潤滑剤の温度上昇により歯車装置内の圧力が高くなると、長い異物除去リップがたわみ過ぎてスプリングに接触して主リップのシール圧力を増加させる。そうなると、主リップと支持体との摺動面の抵抗が増加して出力トルクや効率の低下を招き、歯車装置の所定の性能が出ないという問題が発生する。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、厳しい運転スペックや環境下でも、歯車装置内で発生した磨耗粉等の異物がシール装置に侵入することを確実に防止し、良好なシール性を備えた歯車装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の歯車装置は、内歯歯車と、該内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、該外歯歯車に係合してこれを偏心揺動させるクランク軸と、該クランク軸を回転自在に支持する支持体と、前記内歯歯車の内周面と前記支持体の外周面との間に設けられ前記外歯歯車の軸方向両側に配置された一対の軸受と、前記内歯歯車の内周面と前記支持体の外周面との間に設けられ前記一対の軸受のうち少なくとも一方の軸受の軸方向外側に配置されたシール装置とを備え、前記内歯歯車及び前記支持体が相対的に回転する歯車装置において、前記シール装置の前記一方の軸受側にプレートが配置され、且つ該プレートと前記内歯歯車の内周面との間、あるいは該プレートと前記支持体の外周面との間のうち、少なくともどちらか一方の間に微少隙間を形成し、前記シール装置とプレートで構成される空間に、前記歯車装置を潤滑するための潤滑剤とは異なる性質の高粘度グリースが充填されている。

また、請求項２記載の歯車装置は、プレートが前記支持体と前記一方の軸受とで軸方向に挟持されている。
また、請求項３記載の歯車装置は、プレートが前記支持体の外周面に止着されている。
また、請求項４記載の歯車装置は、プレートが前記内歯歯車の内周に設けた段部の側面と前記シール装置とで軸方向に挟持されている。
また、請求項５記載の歯車装置は、プレートが２枚軸方向に離隔して配置され、一方のプレートは前記内歯歯車の内周面との間で前記微少隙間が形成され、他方のプレートは前記支持体の外周面との間で前記微少隙間が形成されている。
さらに、請求項６記載の歯車装置は、シール装置とプレートで構成される空間に充填された高粘度グリースのちょう度番号が２号以上である。

請求項１記載の発明によれば、シール装置の一方の軸受側にプレートが配置され、且つ、シール装置とプレートで構成される空間に、歯車装置を潤滑するための潤滑剤とは異なる性質の高粘度グリースが充填されている。一方、プレートで隔てた軸受側には歯車装置内部を潤滑する潤滑剤が存在している。通常歯車装置内に充填される潤滑剤は、歯車装置の効率が低下しないよう、比較的粘度の低いものが使用される。このように、プレートで隔てて粘度の異なる潤滑剤を配置しており、プレートとプレートに対して相対回転する部材との微少隙間による効果（いわゆるラビリンス効果）と相俟って、粘度の低い潤滑剤が粘度の高いグリース側に侵入することはない。
従って、軸受や歯車装置内で発生した磨耗粉等の異物が、粘度の低い潤滑剤と共に高粘度のグリースで充填された空間を越えてシール装置の主リップと支持体との摺動面へ侵入することを確実に防止できるため、主リップのシール性が損なわれず、潤滑剤がシール装置から外部へ漏れることがなくなる。

また、請求項２記載の発明によれば、プレートが支持体と一方の軸受とで軸方向に挟持される構造であるので、プレートは支持体に固定される。従って、プレートとプレートに対して相対回転する内歯歯車との隙間が、シール装置の主リップから遠くなり、主リップへの異物侵入防止効果が一層良くなる。
また、請求項３記載の発明によれば、プレートが支持体の外周面に止着される構造であるので、プレートは支持体に固定される。従って、プレートとプレートに対して相対回転する内歯歯車との隙間が、シール装置の主リップから遠くなり、主リップへの異物侵入防止効果が一層良くなる。さらに、シール装置を挿入する直前にプレートを圧入するだけでよく、組立作業が容易である。
また、請求項４記載の発明によれば、プレートが内歯歯車の内周に設けた段部の側面とシール装置とで軸方向に挟持される構造であるので、シール装置を挿入する直前にプレートを入れるだけでよく、組立作業が容易である。
また、請求項５記載の発明によれば、プレートが２枚軸方向に離隔して配置され、一方のプレートは前記内歯歯車の内周面との間で前記微少隙間が形成され、他方のプレートは前記支持体の外周面との間で前記微少隙間が形成されているので、二重のラビリンス効果を得ることができ、主リップへの異物侵入防止効果が一段と良くなる。
また、請求項６記載の発明によれば、シール装置とプレートで構成される空間に充填される高粘度グリースのちょう度番号を２号以上としているため、歯車装置内部の潤滑剤と混合され難くなる。

以下、本発明の実施例を図１及び図２に基づいて説明する。
図１は本発明の歯車装置を産業用ロボットの関節部に用いた例である。
歯車装置１００は、複数の内歯ピン１０１を有する内歯歯車１０３と、内歯歯車１０３の内側に配置されて内歯ピン１０１と噛み合う複数の外歯１０５を有する二個の外歯歯車１０７と、外歯歯車１０７に係合してこれを偏心揺動させる三個のクランク軸１０９と、クランク軸１０９を一対のテーパころ軸受１２７，１２９を介して回転自在に支持する支持体１１１と、内歯歯車１０３の内周面と支持体１１１の外周面との間に設けられ外歯歯車１０７の軸方向両側に配置された一対の軸受１１３，１１４と、内歯歯車１０３の内周面と支持体１１１の外周面との間に設けられ一対の軸受のうち少なくとも一方の軸受１１３の軸方向外側に配置されたシール装置１１５とを備え、内歯歯車１０３及び支持体１１１が相対的に回転する遊星歯車装置である。シール装置１１５は歯車装置内の潤滑剤が歯車装置の内部から外部へ漏れるのを防止している。

支持体１１１は、一対の支持板１１７，１１８と、該一対の支持板１１７，１１８を連結するとともに外歯歯車１０７に遊嵌した三個の柱部１１９とから構成している。柱部１１９は一対の支持板の一方１１７に一体に形成されており、一対の支持板の他方１１８に複数のボルト１２１で一体的に結合されている。
平歯車１４０は各クランク軸１０９に一体的に回転するように連結している。内歯歯車１０３の中央に位置する入力歯車１５０は各々の平歯車１４０に噛み合っている。各クランク軸１０９の偏心部１０８が針状ころ軸受１１２を介して外歯歯車１０７に形成した孔に係合している。

一対の支持板の一方１１７は、産業用ロボットの基端側アーム２００に複数のボルト２０１で結合されている。内歯歯車１０３は、産業用ロボットの先端側アーム３００に複数のボルト３０１で結合されている。モータ４００のフランジ部は、先端側アーム３００に複数のボルト４０１で結合されている。モータ４００の出力回転軸（図示せず）は入力歯車１５０の端部に挿入され、キー手段やスプライン手段で互いに連結されている。

内歯歯車１０３の内周面と支持体１１１の外周面との間には、シール装置１１５が設けられている。シール装置１１５は、主リップ１２５及びダストリップ１２７が一体形成された弾性体（ゴム）１３２と、該弾性体１３２を補強する金属製の補強リング１３３と、主リップ１２５を支持体１１１に押し付けるバネ１３８とを有している。

プレート１３６は、支持体１１１と一方の軸受１１３とで軸方向に挟持され、支持体１１１に固定される。プレート１３６は中空の円板形状であり、その内径は支持体１１１の段部の外径とほぼ等しく、プレート１３６の外径は、内歯歯車１０３の段部の内径より僅かに小さくされている。すなわち、プレート１３６の外径と内歯歯車１０３の段部の内径との間には、僅かな隙間（クリアランス）１８０が設けられている。
なお、プレート１３６は、支持体１１１と軸受１１３とで軸方向に挟持される構造であるので、軸受１１３の予圧管理調整に影響しないよう、金属製のものが好ましい。

シール装置１１５とプレート１３６とで構成される空間に、歯車装置を潤滑するための潤滑剤とは異なる性質の高粘度グリース１６０が充填されている。高粘度グリース１６０は、増ちょう剤がカルシウム石けん類、基油動粘度（４０℃）が１０００ｍｍ^２／ｓ以上、ちょう度番号が２号のものを使用している（ＪＩＳ Ｋ ２２２０）。また、高粘度グリース１６０は、これに限らず金属の密着性に優れたグリースが好ましい。一方、プレート１３６で隔てた軸受１１３側には歯車装置内部を潤滑させる潤滑剤１７０が存在している。潤滑剤１７０は、増ちょう剤がリチウム石けん類、基油動粘度（４０℃）が１００ｍｍ^２／ｓ程度、ちょう度番号が０号のものを使用している（ＪＩＳ Ｋ ２２２０）。また、潤滑剤１７０は、高粘度グリースと異なる性質のグリースを使用する。

次に、実施例の作用について説明する。
歯車装置１００の減速機構自体は公知なので簡潔に述べる。モータ４００の出力回転軸の回転は、入力歯車１５０及び平歯車１４０を介して減速されて各クランク軸１０９に伝達される。クランク軸１０９の回転は、外歯歯車１０７の少なくとも一部の外歯が内歯歯車１０３に噛み合っていることに起因して、内歯歯車１０３を固定すると支持体１１１から大きく減速された回転が取り出される。
ここで、一方の軸受１１３の軸方向外側に配置されたシール装置１１５と、シール装置の一方の軸受１１３側に配置されたプレート１３６とで構成される空間に、歯車装置を潤滑するための比較的低粘度の潤滑剤１７０とは異なる性質の高粘度グリース１６０が充填されている。さらに、プレート１３６の外径と内歯歯車１０３の段部の内径との間には、微少隙間（クリアランス）１８０が設けられているので、プレートとプレートに対して相対回転する部材との微少隙間によるラビリンス効果と相俟って、粘度の低い潤滑剤１７０が粘度の高いグリース１６０側に侵入することはない。

従って、軸受や歯車装置内で発生した磨耗粉等の異物が、粘度の低い潤滑剤１７０と共に高粘度のグリース１６０で充填された空間を越えてシール装置１１５の主リップと支持体との摺動面へ侵入することを確実に防止できるため、主リップのシール性が損なわれず、潤滑剤がシール装置から外部へ漏れることがなくなる。
また、本実施例では、プレート１３６とプレートに対して相対回転する内歯歯車１０３との隙間１８０、すなわちプレート１３６の外径と内歯歯車１０３の段部の内径との間の微少隙間（クリアランス）１８０が、シール装置１１５の主リップ１２５から遠くなっているので、主リップ１２５への異物侵入防止効果が一層良くなる。

次に、本発明の他の実施例について、図３に基づいて説明する。
シール装置１１５は前述の実施例と同じ構造である。
プレート２３６が支持体１１１の外周面に止着される構造であるので、プレート２３６は支持体１１１に固定される。プレート２３６は中空の円板形状であり、その内径は支持体１１１の外径とほぼ等しいか僅かに小さくされており、プレート２３６は支持体１１１に圧入保持される。また、プレート２３６の外径は、内歯歯車１０３の段部の内径より僅かに小さくされている。すなわち、プレート２３６の外径と内歯歯車１０３の内径との間には、僅かな隙間（クリアランス）１８０が設けられている。
なお、プレート２３６は、支持体１１１に圧入されるので、支持体１１１の外周面（シール装置１１５の主リップ１２５と支持体１１１との摺動面）に傷が付かないよう、合成樹脂製のものが好ましい。

前述の実施例と同じく、シール装置１１５とプレート２３６とで構成される空間に高粘度グリース１６０が充填され、プレート２３６で隔てた軸受１１３側には歯車装置内部を潤滑させる潤滑剤１７０が存在している。
さらに、プレート２３６の外径と内歯歯車１０３の段部の内径との間には、微少隙間（クリアランス）１８０が設けられているので、プレートとプレートに対して相対回転する部材との微少隙間によるラビリンス効果と相俟って、粘度の低い潤滑剤１７０が粘度の高いグリース１６０側に侵入することはない。

従って、軸受や歯車装置内で発生した磨耗粉等の異物が、粘度の低い潤滑剤１７０と共に高粘度のグリース１６０で充填された空間を越えてシール装置１１５の主リップと支持体との摺動面へ侵入することを確実に防止できるため、主リップのシール性が損なわれず、潤滑剤がシール装置から外部へ漏れることがなくなる。
また、本実施例では、プレート２３６とプレートに対して相対回転する内歯歯車１０３との隙間１８０、すなわちプレート２３６の外径と内歯歯車１０３の段部の内径との間の微少隙間（クリアランス）１８０が、シール装置１１５の主リップ１２５から遠くなっているので、主リップ１２５への異物侵入防止効果が一層良くなる。
また、シール装置１１５を挿入する直前にプレート２３６を支持体１１１へ圧入するだけでよく、組立作業が容易である。

続いて、本発明の別の他の実施例について、図４に基づいて説明する。
シール装置１１５は前述の実施例と同じ構造である。
プレート３３６は、内歯歯車１０３の内周に設けた段部の側面１３７とシール装置１１５とで軸方向に挟持されている。プレート３３６は中空の円板形状であり、その外径は内歯歯車１０３の段部の内径とほぼ等しく、プレート３３６の内径は、支持体１１１の外径より僅かに大きくされている。すなわち、プレート３３６の内径と支持体１１１の外径との間には、僅かな隙間（クリアランス）１８０が設けられている。
また、プレート３３６は金属製や合成樹脂製のものが使用できる。

前述の実施例と同じく、シール装置１１５とプレート３３６とで構成される空間に高粘度グリース１６０が充填され、プレート３３６で隔てた軸受１１３側には歯車装置内部を潤滑させる潤滑剤１７０が存在している。
さらに、プレート３３６の内径と支持体１１１の外径との間には、微少隙間（クリアランス）１８０が設けられているので、プレートとプレートに対して相対回転する部材との微少隙間によるラビリンス効果と相俟って、粘度の低い潤滑剤１７０が粘度の高いグリース１６０側に侵入することはない。

従って、軸受や歯車装置内で発生した磨耗粉等の異物が、粘度の低い潤滑剤１７０と共に高粘度のグリース１６０で充填された空間を越えてシール装置１１５の主リップと支持体との摺動面へ侵入することを確実に防止できるため、主リップのシール性が損なわれず、潤滑剤がシール装置から外部へ漏れることがなくなる。
また、プレート３３６が内歯歯車１０３の内周に設けた段部の側面１３７とシール装置１１５とで軸方向に挟持される構造であるので、シール装置１１５を挿入する直前にプレート３３６を入れるだけでよく、組立作業が容易である。プレート３３６の材質は金属製でも合成樹脂製でも使用することができる。

続いて、本発明の別の他の実施例について、図５に基づいて説明する。
シール装置１１５は前述の実施例と同じ構造である。
本実施例は、前述の図２と図４で説明した特長を組み合わせた構成となっている。すなわち、シール装置１１５の軸方向内側に、プレート４３６と１３６が微少な間隔をおいて配置されている。プレート４３６は、内歯歯車１０３の内周に設けた段部の側面４３７とシール装置１１５とで軸方向に挟持されている。一方、プレート１３６は、支持体１１１と一方の軸受１１３とで軸方向に挟持され、支持体１１１に固定される。

前述の実施例と同じく、シール装置１１５とプレート４３６とで構成される空間に高粘度グリース１６０が充填され、プレート４３６で隔てた軸受１１３側には歯車装置内部を潤滑させる潤滑剤１７０が存在している。
さらに、プレート４３６に対して相対回転する支持体１１１との微少隙間１８０によるラビリンス効果と、プレート１３６に対して相対回転する内歯歯車１０３との微少隙間１８０によるラビリンス効果の、二重のラビリンス効果を得ることができ、前記した高粘度グリース１６０と相俟って、粘度の低い潤滑剤１７０が粘度の高いグリース１６０側に侵入することはない。
従って、軸受や歯車装置内で発生した磨耗粉等の異物が、粘度の低い潤滑剤１７０と共に高粘度のグリース１６０で充填された空間を越えてシール装置１１５の主リップと支持体との摺動面へ侵入することを確実に防止できるため、主リップのシール性が損なわれず、潤滑剤がシール装置から外部へ漏れることがなくなる。

以上のように本発明を実施例により説明をしたが、さらに、シール装置１１５とプレート（１３６；２３６；３３６；４３６）とで構成される空間に充填される高粘度グリース１６０のちょう度番号を２号以上（２号，３号，４号，…）とすると、歯車装置内部のちょう度番号を１号以下（１号，０号，００号，…）とする潤滑剤１７０といっそう混合され難くなる。

なお、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、本実施例ではシール装置を一個使用しているが、二個以上軸方向に並べて使用したり、主リップを二個備えたシール装置使用すると、一層シール性が向上する。また、高粘度グリースには、金属の密着性に優れた特殊ポリマーを含有するものを使用することが好ましい。
また、プレートを３枚以上並べて、その分のラビリンス効果を期待することもできる。
実施例におけるシール装置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歯車装置に利用できる。特に、産業用ロボットの関節部や工作機械の駆動部に用いられる歯車装置に最適である。

本発明に係る実施例の断面図である。 図１のシール装置部周辺の拡大断面図である。 本発明に係る他の実施例のシール装置部周辺の断面図である。 本発明に係る別の他の実施例のシール装置部周辺の断面図である。 本発明に係る別の他の実施例のシール装置部周辺の断面図である。 従来の歯車装置の断面図である。 図６のシール装置部周辺の拡大断面図である。

符号の説明

１００・・・歯車装置
１０３・・・内歯歯車
１０７・・・外歯歯車
１０９・・・クランク軸
１１１・・・支持体
１１３，１１４・・・一対の軸受
１１５・・・シール装置
１３６，２３６，３３６，４３６・・・プレート
１６０・・・高粘度グリース
１７０・・・歯車装置内部を潤滑させる潤滑剤１７０
１８０・・・微少隙間（クリアランス）

Claims (6)

1. 内歯歯車と、該内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、該外歯歯車に係合してこれを偏心揺動させるクランク軸と、該クランク軸を回転自在に支持する支持体と、前記内歯歯車の内周面と前記支持体の外周面との間に設けられ前記外歯歯車の軸方向両側に配置された一対の軸受と、前記内歯歯車の内周面と前記支持体の外周面との間に設けられ前記一対の軸受のうち少なくとも一方の軸受の軸方向外側に配置されたシール装置とを備え、前記内歯歯車及び前記支持体が相対的に回転する歯車装置において、
   前記シール装置の前記一方の軸受側にプレートが配置され、且つ該プレートと前記内歯歯車の内周面との間、あるいは該プレートと前記支持体の外周面との間のうち、少なくともどちらか一方の間に微少隙間を形成し、
   前記シール装置とプレートで構成される空間に、前記歯車装置を潤滑するための潤滑剤とは異なる性質の高粘度グリースが充填されていることを特徴とする歯車装置。
2. 前記プレートが前記支持体と前記一方の軸受とで軸方向に挟持されていることを特徴とする請求項１記載の歯車装置。
3. 前記プレートが前記支持体の外周面に止着されていることを特徴とする請求項１記載の歯車装置。
4. 前記プレートが前記内歯歯車の内周に設けた段部の側面と前記シール装置とで軸方向に挟持されていることを特徴とする請求項１記載の歯車装置。
5. 前記プレートが２枚軸方向に離隔して配置され、一方のプレートは前記内歯歯車の内周面との間で前記微少隙間が形成され、他方のプレートは前記支持体の外周面との間で前記微少隙間が形成されていることを特徴とする請求項１から４いずれかの歯車装置。
6. 前記グリースのちょう度番号が２号以上であることを特徴とする請求項１から５いずれかの歯車装置。

Images