JP2017044319A - 偏心揺動型の歯車装置および産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】大きな伝達容量を維持しつつ、高いコンパクト性を実現することのできる偏心揺動型の歯車装置を得る。
【解決手段】ケーシング１０と、該ケーシングと相対回転するキャリヤ２０と、揺動歯車３０と、該揺動歯車を揺動回転させるクランク軸４０と、を備えた偏心揺動型の歯車装置Ｇ１において、クランク軸は、中空部４０Ｐ２を有し、キャリヤは、中空部に挿入される軸部材２０Ｓを有し、歯車装置は、さらに、クランク軸の外周と、キャリヤの内周との間に配置された外側軸受７２と、クランク軸の内周と、軸部材の外周との間に配置された内側軸受７４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏心揺動型の歯車装置および該歯車装置が組み込まれた産業用ロボットに関する。

特許文献１に偏心揺動型の歯車装置が開示されている。

この偏心揺動型の歯車装置は、ケーシングと、該ケーシングと相対回転するキャリヤと、揺動歯車と、該揺動歯車を揺動回転させるクランク軸とを備えている。

クランク軸は、中空部を有している。この中空部には、キャリヤと一体化された軸部材が配置されている。クランク軸は、該クランク軸と軸部材との間に配置された一対の軸受によって支持されている。軸受は、円錐ころ軸受で構成されている。

特許第５１２２４５０号公報（図４）

しかしながら、上記特許文献１で開示されているような構造の歯車装置の場合、特にクランク軸の支持に関し、大きな伝達容量を確保するのが難しく、必要な伝達容量を確保するためには、装置全体が大型化してしまうという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、大きな伝達容量を維持しつつ、コンパクト性を実現することのできる偏心揺動型の歯車装置を提供することをその課題としている。

本発明は、ケーシングと、該ケーシングと相対回転するキャリヤと、揺動歯車と、該揺動歯車を揺動回転させるクランク軸と、を備えた偏心揺動型の歯車装置において、前記クランク軸は、中空部を有し、前記ケーシングまたは前記キャリヤは、前記中空部に挿入される軸部材を有し、前記歯車装置は、さらに、前記クランク軸の外周と、前記ケーシングまたは前記キャリヤの内周との間に配置された外側軸受と、前記クランク軸の内周と、前記軸部材の外周との間に配置された内側軸受と、を備える構成とすることにより、上記課題を解決したものである。

本発明では、クランク軸が中空部を有し、ケーシングまたはキャリヤは、該中空部に挿入される軸部材を有している。そして、クランク軸の外周とケーシングまたはキャリヤの内周との間に、外側軸受が配置され、クランク軸の内周と軸部材の外周との間に内側軸受が配置される。

これにより、外側軸受をクランク軸の外周に配置できるため、伝達容量を大きく確保することができる。また、内側軸受をクランク軸の内周に配置できるため、コンパクト性を実現することができる。

本発明によれば、大きな伝達容量を維持しつつ、コンパクト性を実現することのできる偏心揺動型の歯車装置が得られる。

本発明の実施形態の一例に係る偏心揺動型の歯車装置を示す断面図 本発明の他の実施形態に係る偏心揺動型の歯車装置を示す断面図 本発明のさらに他の実施形態に係る偏心揺動型の歯車装置を示す断面図 図３の偏心揺動型の歯車装置が組み込まれた産業用ロボットの例を示す要部断面図 図４の一部を拡大して示す要部拡大断面図

以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例に係る偏心揺動型の歯車装置Ｇ１を示す断面図である。

この偏心揺動型の歯車装置Ｇ１は、ケーシング１０と、該ケーシング１０と相対回転するキャリヤ２０と、軸心が揺動する外歯歯車（揺動歯車）３０と、該外歯歯車３０を揺動回転させるクランク軸４０と、を備える。

歯車装置Ｇ１のクランク軸４０は、筒状に形成され、後述する内歯歯車５０の軸心Ｃ５０に、自身の軸心Ｃ４０を一致させて配置されている。クランク軸４０の軸方向端部４０Ｅにはタップ穴４０Ｔが形成されている。クランク軸４０には、該クランク軸４０に駆動源（例えばモータ）からの動力を入力するための動力入力部材５２（この例では、スパーギヤ）が連結される。動力入力部材５２は、ボルト５３を前記タップ穴４０Ｔにねじ込むことで連結される。すなわち、クランク軸４０は、当該歯車装置Ｇ１の入力軸を構成している。

クランク軸４０は外歯歯車３０を揺動させるための２つの偏心体５４を備えている。偏心体５４の軸心Ｃ５４は、クランク軸４０の軸心Ｃ４０に対して偏心している。２つの偏心体５４は、外歯歯車３０の揺動バランスを取るために、互いに１８０°の位相差で偏心している。クランク軸４０の支持に関する構成については、後に詳述する。

偏心体５４と外歯歯車３０との間には、偏心体軸受５６が配置されている。この歯車装置Ｇ１では、偏心体軸受５６は、内輪および外輪を有さないころ５６Ｃで構成されている。ころ５６Ｃは、リテーナ５６Ｒによって保持されている。外歯歯車３０は、偏心体５４の外周に該ころ５６Ｃを介して組み込まれている。そのため、外歯歯車３０の軸心Ｃ３０は揺動する。

揺動歯車である外歯歯車３０は、非揺動歯車である内歯歯車５０に内接噛合している。
内歯歯車５０の軸心Ｃ５０は、固定されている（揺動しない）。内歯歯車５０は、ケーシング１０（後述する第１ケーシング体１１）と一体化された内歯歯車本体５０Ａと、該内歯歯車本体５０Ａの内周に軸方向に沿って形成されたピン溝５０Ｂと、該ピン溝５０Ｂに回転自在に組み込まれ、当該内歯歯車５０の内歯を構成する円筒状の内歯ピン５０Ｃと、を有している。内歯歯車５０の内歯の数（内歯ピン５０Ｃの本数）は、外歯歯車３０の外歯の数よりも僅かだけ（この例では１だけ）多い。

外歯歯車３０の軸方向反動力入力側にはキャリヤ２０が配置されている。キャリヤ２０は、ケーシング１０と相対回転する部材である。ケーシング１０およびキャリヤ２０の構成については後に詳述する。

ケーシング１０とキャリヤ２０との間には、主軸受６０が配置されている。主軸受６０は、ケーシング１０およびキャリヤ２０を相対回転可能に支持する軸受であり、この歯車装置Ｇ１ではクロスローラ軸受で構成されている。主軸受６０は、内輪に相当するキャリヤ２０側の転走面６０Ａ、外輪に相当するケーシング１０側の転走面６０Ｂ、および該転走面６０Ａ、６０Ｂ内で転動するころ６０Ｃとで構成されている。主軸受６０は、クロスローラ軸受で構成されているため、１個のみでキャリヤ２０の軸方向およびラジアル方向の支持が可能である。

一方、外歯歯車３０には、その軸心Ｃ３０からオフセットした位置において、複数の内ピン６２が貫通している。外歯歯車３０には、内ピン６２が貫通する複数の内ピン穴３０Ａが形成されている。内ピン６２は外歯歯車３０を貫通しているため、該外歯歯車３０の自転と同期した動きをする。内ピン６２はキャリヤ２０から片持ち状態で一体的に突出している。

この歯車装置Ｇ１では、内ピン６２には摺動促進部材として内ローラ６４が外嵌されている。内ローラ６４は、その一部が外歯歯車３０の内ピン穴３０Ａと当接している。内ローラ６４の外径は、内ピン穴３０Ａの内径よりも小さく、内ローラ６４と内ピン穴３０Ａとの間には隙間δ３０Ａが確保されている。外歯歯車３０の揺動成分は、当該内ローラ６４と内ピン穴３０Ａとの間に確保された隙間δ３０Ａによって吸収される。

ここで、クランク軸４０の支持に関する構成について説明する。

概略を説明すると、歯車装置Ｇ１のクランク軸４０は、大径中空部４０Ｐ２を有する。ケーシング１０またはキャリヤ２０（この例ではキャリヤ２０）は、該大径中空部４０Ｐ２に挿入される軸部材２０Ｓを一体的に有している。歯車装置Ｇ１は、クランク軸４０の外周４０Ａと、ケーシング１０またはキャリヤ２０（この例ではキャリヤ２０）の内周２０Ｒ２との間に配置された外側軸受７２を備える。さらに歯車装置Ｇ１は、クランク軸４０の内周（大径中空部４０Ｐ２）と、軸部材２０Ｓの外周２０Ｓ１との間に配置された内側軸受７４を備える。

以下、より詳細に説明する。

本歯車装置Ｇ１のクランク軸４０は、既に述べたように、全体が筒状に形成されている。ただし、クランク軸４０の外径および内径は一定ではない。

クランク軸４０は、小さな中空径Ｄ４０Ｐ１を有する小径中空部４０Ｐ１と、該小径中空部４０Ｐ１の中空径Ｄ４０Ｐ１よりも大きな中空径Ｄ４０Ｐ２を有する大径中空部４０Ｐ２とを有している。

小径中空部４０Ｐ１はクランク軸４０の軸方向反動力入力側に形成されている。大径中空部４０Ｐ２はクランク軸４０の軸方向動力入力側に形成されている。小径中空部４０Ｐ１および大径中空部４０Ｐ２は、共にクランク軸４０の軸心Ｃ４０と平行に形成されている。

本歯車装置Ｇ１のケーシング１０は、前記内歯歯車本体５０Ａと一体化されている第１ケーシング体１１、該第１ケーシング体１１の軸方向反動力入力側に配置された第２ケーシング体１２、第１ケーシング体１１の軸方向動力入力側に配置された第３ケーシング体１３で構成されている。

第１ケーシング体１１は、外歯歯車３０の径方向外側に位置し、前述したように、内歯歯車５０の内歯歯車本体５０Ａを兼用している。第２ケーシング体１２は、リング状に形成され、内周に前記主軸受６０の転走面６０Ｂが形成されている。第３ケーシング体１３は、径方向中央に開口部１３Ａを有するほぼ円板状の部材で構成され、歯車装置Ｇ１の軸方向動力入力側を覆っている。

第１ケーシング体１１には、連結用タップ穴１１Ｔが貫通形成されている。第１ケーシング体１１と第２ケーシング体１２は、第２ケーシング体１２側から挿入されたボルト１５が第１ケーシング体１１の連結用タップ穴１１Ｔにねじ込まれることで連結されている。第１ケーシング体１１と第３ケーシング体１３は、第３ケーシング体１３側から挿入されたボルト（図示略）が、第１ケーシング体１１の連結用タップ穴１１Ｔにねじ込まれることで連結されている。第１ケーシング体１１と第２ケーシング体１２との間にはＯリング７０が配置されている。第１ケーシング体１１と第３ケーシング体１３との間にはＯリング７１が配置されている。第２ケーシング体１２とキャリヤ２０との間にはオイルシール１７が配置されている。

ケーシング１０は、このような構成により、クランク軸４０の径方向外側において歯車装置Ｇ１の内部を密封している。歯車装置Ｇ１の内部には、潤滑剤が封入される。

本歯車装置Ｇ１のキャリヤ２０は、円板状のフランジ部２０Ｆと、該フランジ部２０Ｆの外周部において軸方向外歯歯車３０側に一体的に突出形成されたリング部２０Ｒと、フランジ部２０Ｆの軸心Ｃ２０Ｆ（＝リング部２０Ｒの軸心Ｃ２０Ｒ＝クランク軸４０の軸心Ｃ４０＝内歯歯車５０の軸心Ｃ５０）上において軸方向外歯歯車３０側に一体的に突出形成された軸部材２０Ｓと、フランジ部２０Ｆの軸心Ｃ２０Ｆからオフセットされた位置において軸方向外歯歯車３０側に一体的に突出形成された前記複数の内ピン６２と、を有している。

キャリヤ２０のリング部２０Ｒは、その外周面２０Ｒ１が、第２ケーシング体１２の内周と径方向に対向している。リング部２０Ｒの外周面２０Ｒ１には前記主軸受６０のキャリヤ２０側の転走面６０Ａが形成されている。

キャリヤ２０の軸部材２０Ｓは、クランク軸４０の大径中空部４０Ｐ２に挿入されている。軸部材２０Ｓの外周２０Ｓ１は、大径中空部４０Ｐ２と対向している。なお、符号２０Ｔは、図示せぬ相手部材（被駆動部材）を連結するためのタップ穴である。

このような構成を有するクランク軸４０、ケーシング１０およびキャリヤ２０を有する歯車装置Ｇ１において、本歯車装置Ｇ１の外側軸受７２は、クランク軸４０の軸方向反動力入力側の端部の外周４０Ａとキャリヤ２０（のリング部２０Ｒ）の内周２０Ｒ２との間に配置される。

外側軸受７２は、内輪７２Ａ、外輪７２Ｂ、および転動体７２Ｃを有する玉軸受で構成されている。外側軸受７２の軸方向反動力入力側の位置決めは、外側軸受７２の外輪７２Ｂとキャリヤ２０のフランジ部２０Ｆ（後述）との当接によって行われている。外側軸受７２の軸方向動力入力側の位置決めは、偏心体軸受５６のリテーナ５６Ｒの押さえ板５７を介して、偏心体５４に隣接して形成された肩部４０Ｗ１によって行われている。

一方、本歯車装置Ｇ１の内側軸受７４は、クランク軸４０の大径中空部４０Ｐ２、つまり、クランク軸４０の軸方向動力入力側の端部の内周と、キャリヤ２０と一体化された軸部材２０Ｓの外周２０Ｓ１との間に配置される。

内側軸受７４は、内輪７４Ａ、外輪７４Ｂおよび２組のころ列７４Ｃを有する自動調心ころ軸受で構成されている。クランク軸４０の小径中空部４０Ｐ１と大径中空部４０Ｐ２との境界には、軸と直角の面で構成された壁面４０Ｗ２がリング状に形成されている。壁面４０Ｗ２は、内側軸受７４の軸方向反動力入力側の位置決め面を構成している。内側軸受７４の軸方向動力入力側の位置決めは、軸部材２０Ｓに嵌め込まれた止め輪７５によってなされている。

なお、本歯車装置Ｇ１では、外歯歯車（揺動歯車）３０とクランク軸４０との間に配置される偏心体軸受５６は、内側軸受７４と径方向から見て重なっていない。内側軸受７４は、偏心体軸受５６よりも軸方向動力入力側（反キャリヤ側）に位置している。

具体的には、本歯車装置Ｇ１では、軸部材２０Ｓは、外歯歯車３０の軸方向一方側（反動力入力側）から他方側（動力入力側）まで延在されている。内側軸受７４は、この軸部材２０Ｓが外歯歯車３０を軸方向に超えて延在された部分に配置されている。

さらに具体的には、軸部材２０Ｓは、歯車装置Ｇ１のケーシング１０の軸方向一方側（反動力入力側）から他方側（動力入力側）まで延在されている。つまり、軸部材２０Ｓは、歯車装置Ｇ１のケーシング１０の軸方向端面１３Ｅを超えて該歯車装置Ｇ１の外部にまで延在されている。内側軸受７４は、この軸部材２０Ｓが歯車装置Ｇ１の外部にまで延在された部分に配置されている。

また、前述したように、本歯車装置Ｇ１では、クランク軸４０の動力入力側の端部４０Ｅには、前記動力入力部材５２（駆動源からの動力が入力される部材）が連結されている。内側軸受７４は、当該動力入力部材５２と径方向から見て重なっている。なお、本実施形態では、内側軸受７４の全体が大径中空部４０Ｐ２の内側に配置されている。しかし、内側軸受７４の一部が動力入力部材５２の内周に配置されていてもよい。つまり、内側軸受７４は、大径中空部４０Ｐ２の内周と動力入力部材５２の内周にまたがって配置されていてもよい。

また、本歯車装置Ｇ１では、ケーシング１０およびキャリヤ２０を相対回転可能に支持する主軸受６０が、該ケーシング１０とキャリヤ２０との間に配置されている。主軸受６０は、外側軸受７２と径方向から見て重なっている。つまり、この歯車装置Ｇ１では、主軸受６０と外側軸受７２が、ほぼ同一の平面Ｐｃ上に位置している。

既に述べたように、本歯車装置Ｇ１では、軸部材２０Ｓは、（ケーシング１０ではなく）キャリヤ２０と一体化されている。さらに、外側軸受７２は、クランク軸４０の外周４０Ａと、（ケーシング１０の内周ではなく）キャリヤ２０の内周２０Ｒ２との間に配置されている。

また、本歯車装置Ｇ１では、外側軸受７２は、内側軸受７４よりも、軸方向反動力入力側に配置されている。

次に、本実施形態に係る偏心揺動型の歯車装置Ｇ１の作用を説明する。

先ず、この偏心揺動型の歯車装置Ｇ１の動力伝達系の作用から説明する。クランク軸４０（入力軸）の軸方向端部４０Ｅには、タップ穴４０Ｔおよびボルト５３を介して動力入力部材５２が連結されている。クランク軸４０は、該動力入力部材５２を介して駆動源側からの動力を受け、回転する。クランク軸４０が回転すると、該クランク軸４０と一体的に形成された偏心体５４が回転する。

偏心体５４が回転すると、該偏心体５４の外周に偏心体軸受５６を介して組み込まれている外歯歯車３０の軸心Ｃ３０が揺動する。外歯歯車３０は内歯歯車５０に内接噛合している。

外歯歯車３０の外歯の歯数は内歯歯車５０の内歯の歯数（内歯ピン５０Ｃの本数）よりも１だけ少ない。これにより、外歯歯車３０は、クランク軸４０が１回回転する毎に、軸心Ｃ３０が１回揺動し、噛合している内歯歯車５０に対して歯数差分（１歯分）だけ位相がずれ、自転する。この自転成分が、外歯歯車３０を貫通している内ローラ６４および内ピン６２に伝達され、内ピン６２は、内歯歯車５０の軸心Ｃ５０の周りで公転する。

この内ピン６２の公転により、内ピン６２が一体化されているキャリヤ２０が内歯歯車５０の軸心Ｃ５０の周りで回転（自転）する。キャリヤ２０の回転により、該キャリヤ２０にタップ穴２０Ｔを活用して連結されている相手部材（被駆動部材）が駆動される。

ここで、本実施形態に係る歯車装置Ｇ１においては、クランク軸４０は、中空部（大径中空部４０Ｐ２）を有し、ケーシング１０またはキャリヤ２０（この例ではキャリヤ２０）は、該大径中空部４０Ｐ２に挿入される軸部材２０Ｓを一体的に有している。そして、クランク軸４０の外周４０Ａとキャリヤ２０の内周２０Ｒ２との間に外側軸受７２が配置され、クランク軸４０の内周（大径中空部４０Ｐ２）と軸部材２０Ｓの外周２０Ｓ１との間に内側軸受７４が配置されている。

そのため、外側軸受７２をクランク軸４０の「外周」に配置できるため、外側軸受７２の外径を大きく設定することができる。例えば、本歯車装置Ｇ１では、外側軸受７２の内輪７２Ａの内径Ｄ７２Ａは、内側軸受７４の外輪７４Ｂの外径ｄ７４Ｂよりも大きい。つまり、外側軸受７２は、その全体が内側軸受７４よりも径方向外側に位置するほど、大径である。その結果、伝達容量を大きく確保することができ、クランク軸４０の支持剛性を高く維持することができる。

なお、本実施形態では、このメリットを活用して外側軸受７２を玉軸受で構成している。これにより、（クランク軸４０の軸受として、例えばローラ系の転動体を有する軸受を採用する場合と比較して）より低コストで、かつより動力損失の小さな歯車装置Ｇ１を構成することができる。動力損失は、軸受が大径となるほど大きくなる傾向があるため、クランク軸４０の軸受を玉軸受で構成できるようになるのは、有利である。

ただし、本発明においては、外側軸受７２の外径あるいは内径、内側軸受７４の外径あるいは内径の大小は、特に限定されない（必ずしも外側軸受７２の方が内側軸受７４よりも大径である必要はない）。例えば、クランク軸の内側軸受が配置される中空部（上記例では大径中空部４０Ｐ２）の内径が、外側軸受が配置される側の外周（上記例では反動力入力側の外周４０Ａ）の外径より非常に大きくなるように拡大形成することにより、例えば、外側軸受の外径を、内側軸受の外径よりも小さく設定するようにしてもよい。

ここで、本実施形態の内側軸受７４は、クランク軸４０の「内周」に配置され、クランク軸４０を径方向内側から支持している。このため、クランク軸４０に組み込まれた部材（外歯歯車３０や動力入力部材５２等）の配置位置に依存することなく、設計上、クランク軸４０の任意の軸方向位置で、該クランク軸４０を支持することができる。そのため、コンパクト性（特に軸方向のコンパクト性）を実現でき、また、より柔軟な設計を実現することができる。

具体的には、例えば、この歯車装置Ｇ１では、クランク軸４０の軸方向端部４０Ｅに動力入力部材５２が連結されていることを考慮して、敢えて、軸部材２０Ｓを、外歯歯車３０の軸方向一方側（反動力入力側）から他方側（動力入力側）まで延在し、軸部材２０Ｓが外歯歯車３０を軸方向に超えて延在された部分に内側軸受７４を配置している。その結果、内側軸受７４は、動力入力部材５２と径方向から見て重なっており、その分、装置全体の軸方向のコンパクト性が実現できている。また、動力入力部材５２を安定して支持することができている。

一方で、本歯車装置Ｇ１では、内側軸受７４を、偏心体軸受５６（揺動歯車とクランク軸との間に配置される軸受）とは、径方向から見てあえて重ならないように配置している。これにより、内側軸受７４を大径中空部４０Ｐ２に圧入したときに、圧入によるクランク軸４０の変形が偏心体軸受５６に悪影響を及ぼすことを防止している。

なお、外側軸受７２の方は、もともと軸方向に大きな肉厚を有するキャリヤ２０に配置されるため、クランク軸４０の外側に配置しても、軸方向のコンパクト性が損なわれることはなく、外径の大きな外側軸受７２を配置することで、伝達容量を増大させることができる。

また、本歯車装置Ｇ１では、ケーシング１０およびキャリヤ２０を相対回転可能に支持する主軸受６０が、該ケーシング１０とキャリヤ２０との間に配置され、かつ、主軸受６０と外側軸受７２とが径方向から見て重なっている。つまり、主軸受６０と外側軸受７２が、ほぼ同一の平面Ｐｃ上に位置している。これにより、歯車装置Ｇ１の軸方向のコンパクト化が実現できると共に、平面Ｐｃの周辺の支持剛性を高く維持することができ、各部材の回転安定性を向上させることができる。

また、本歯車装置Ｇ１では、クランク軸４０は、小さな中空径Ｄ４０Ｐ１を有する小径中空部４０Ｐ１と、該小径中空部４０Ｐ１の中空径Ｄ４０Ｐ１よりも大きな中空径Ｄ４０Ｐ２を有する大径中空部４０Ｐ２とを有している。そして、この大径中空部４０Ｐ２に内側軸受７４が配置されている。

これにより、内側軸受７４の外輪７４Ｂの外径ｄ７４Ｂをより大きく取ることができ、内側軸受７４の伝達容量をより大きく確保することができる。また、小径中空部４０Ｐ１と大径中空部４０Ｐ２との境界に形成した壁面４０Ｗ２を、内側軸受７４の反動力入力側の位置決め面として活用することができ、止め輪等の位置決め部材の配置を省略することができる。

なお、本実施形態では、外側軸受７２がクランク軸４０のキャリヤ２０側の端部に配置され、内側軸受７４がクランク軸４０の反キャリヤ２０側の端部に配置されている。しかし、本発明においては、外側軸受７２および内側軸受７４がクランク軸４０の軸方向いずれの位置に配置されるかについては、特に限定されない。例えば、外側軸受７２は、クランク軸４０の反キャリヤ２０側の端部に配置するようにしてもよいし、後述する実施形態のように、クランク軸４０の軸方向中央の近傍に配置するようにしてもよい。内側軸受７４も同様であり、軸方向の配置位置は特に限定されない。外側軸受７２および内側軸受７４の少なくとも一方を、例えば自動調心ころ軸受やクロスローラ軸受のような、１個のみでクランク軸４０のスラスト方向およびラジアル方向の支持ができるような軸受で構成した場合には、外側軸受７２と内側軸受７４とが、径方向から見て重なっているような配置としてもよい。

図２に、本発明の他の実施形態に係る偏心揺動型の歯車装置Ｇ１０１の構成例を示す。

技術的に図１の実施形態と共通する部位、あるいは対応する部位には、下２桁が共通の符号を付し、重複説明は適宜省略する。

この偏心揺動型の歯車装置Ｇ１０１も、クランク軸１４０は、中空部（小径中空部１４０Ｐ１および大径中空部１４０Ｐ２）を有している。ケーシング１１０またはキャリヤ１２０は、大径中空部１４０Ｐ２に挿入される軸部材１１０Ｓを一体的に有している。この例では、先の例と異なり、ケーシング１１０（具体的には後述する第３ケーシング体１１３）が軸部材１１０Ｓを一体的に有している。

なお、この図２の例や、次に説明する図３の例のように、例えば、軸部材が小径中空部を貫通しない構造の場合は、小径中空部の中空径は、０であってもよい。つまり、事実上、小径中空部が存在せず（小径中空部に相当する部分が中実であり）、有底の大径中空部のみが存在する構造であってもよい。

歯車装置Ｇ１０１は、クランク軸１４０の外周１４０Ａと、ケーシング１１０またはキャリヤ１２０（この例ではキャリヤ１２０）の内周１２０Ｒ２との間に配置された外側軸受１７２を備える。また、歯車装置Ｇ１０１は、クランク軸１４０の内周（大径中空部１４０Ｐ２）と、軸部材１１０Ｓの外周１１０Ｓ１との間に配置された内側軸受１７４と、を備える。

この歯車装置Ｇ１０１のクランク軸１４０は、（先の例と反対に）キャリヤ１２０が配置されている側の端部１４０Ｅに動力入力部材（図示略）を連結するためのタップ穴１４０Ｔを有している。つまり、キャリヤ１２０が配置されている側が動力入力側とされている。

換言するならば、この歯車装置Ｇ１０１では、先の歯車装置Ｇ１とは逆に、外側軸受１７２は、内側軸受１７４よりも、軸方向動力入力側に配置されている。

歯車装置Ｇ１０１のケーシング１１０は、内歯歯車本体１５０Ａと一体化されている第１ケーシング体１１１、該第１ケーシング体１１１のキャリヤ１２０側に配置された第２ケーシング体１１２、および第１ケーシング体１１１の反キャリヤ１２０側に配置された第３ケーシング体１１３で構成されている。

第１、第２ケーシング体１１１、１１２の構成は、図１の実施形態と同様である。しかし、第３ケーシング体１１３は、開口部のない円板状の部材で構成されている。そしてこの第３ケーシング体１１３が、径方向中央にクランク軸１４０の大径中空部１４０Ｐ２に挿入される軸部材１１０Ｓを一体的に有している。軸部材１１０Ｓは、ほぼ内側軸受１７４の軸方向幅に相当する軸方向長さだけ、第３ケーシング体１１３から突出している。

このように、軸部材は、先の実施形態のようにキャリヤに一体化されていてもよいし、本実施形態のようにケーシングと一体化されていてもよい。また、上記２つの実施形態のように、始めからケーシングやキャリヤと一体化された構成であってもよいし、単独の軸部材がケーシングやキャリヤとボルトあるいは圧入等により連結された構成であってもよい。

なお、第３ケーシング体１１３の径方向中央部は、反キャリヤ１２０側（反動力入力側）にδ１１３だけシフトしている。この構成により、第３ケーシング体１１３の径方向外側の部分において、該第３ケーシング体１１３が、内歯ピン１５０Ｃや内ローラ１６４の押さえ板として機能している。また、第３ケーシング体１１３の径方向中央部において、クランク軸１４０に突起１４０Ｈを形成するスペースが確保されている。突起１４０Ｈは、偏心体軸受１５６のリテーナ１５６Ｒを位置決めしている。

歯車装置Ｇ１０１のキャリヤ１２０は、第２ケーシング体１１２と対向して配置されたリング部１２０Ｒと、該リング部１２０Ｒの軸心Ｃ１２０Ｒからオフセットされた位置において軸方向外歯歯車１３０側に突出形成された複数の内ピン１６２と、を有した形状とされている。つまり、歯車装置Ｇ１０１のキャリヤ１２０は、軸部材を突出させるための円板状のフランジ部を有する必要がないため、図１の歯車装置Ｇ１には存在していたフランジ部は有していない。その代わりに、キャリヤ１２０のリング部１２０Ｒには、開口１２０Ｒ５が形成され、この開口１２０Ｒ５を利用して駆動源側からの動力が入力できるように構成している。

歯車装置Ｇ１０１は、このような構成のクランク軸１４０、ケーシング１１０、およびキャリヤ１２０を備え、クランク軸１４０の軸方向ほぼ中央の外周１４０Ａとキャリヤ１２０（のリング部１２０Ｒ）の内周との間に外側軸受１７２が配置されている。また、クランク軸１４０の軸方向反動力入力側の端部の内周（大径中空部１４０Ｐ２）と、（ケーシング１１０と一体化された）軸部材１１０Ｓの外周１１０Ｓ１との間に内側軸受１７４が配置されている。

なお、図２の歯車装置Ｇ１０１では、外側軸受１７２の軸方向動力入力側の位置決めは、（キャリヤ１２０がフランジ部を有さないため）外側軸受１７２の外輪をキャリヤ１２０のリング部１２０Ｒに設けた肩部１２０Ｒ３に当接させることによって行っている。

本歯車装置Ｇ１０１のクランク軸１４０の大径中空部１４０Ｐ２は、径方向から見て、偏心体軸受１５６と重なっている。つまり、本歯車装置Ｇ１０１では、偏心体軸受１５６と内側軸受１７４とが径方向から見て重なっている。これにより、偏心体１５４より反キャリヤ１２０側のクランク軸１４０の突出量を抑え、歯車装置Ｇ１０１の軸方向のコンパクト化を図っている。

図３に、本発明のさらに他の実施形態に係る偏心揺動型の歯車装置Ｇ２０１の構成例を示す。

この図３の歯車装置Ｇ２０１は、基本的には前記図２の歯車装置Ｇ１０１と同様の構成を有している。したがって、技術的に図２の実施形態と共通する部位、あるいは対応する部位には、下２桁が共通の符号を付している。

この歯車装置Ｇ２０１の大きな特徴は、ケーシング２１０およびキャリヤ２２０を相対回転可能に支持する主軸受２６０が、該ケーシング２１０とキャリヤ２２０との間に配置されていないことである。すなわち、この歯車装置Ｇ２０１では、当該歯車装置Ｇ２０１が産業用ロボットの関節部に組み込まれることを前提として、主軸受２６０を、歯車装置Ｇ２０１のケーシング２１０とキャリヤ２２０との間に配置せず、産業用ロボットＲ９０１の構成要素である第１関節部材９８１と第２関節部材９８２との間に配置するようにしている。

図４および図５を参照しつつ、この構成をより詳細に説明する。

図４は、図３の歯車装置Ｇ２０１が第５段目の間接部に組み込まれた産業用ロボットＲ９０１の一例を示している。便宜上、図３の歯車装置Ｇ２０１を、以降第５段歯車装置と称する。この産業用ロボットＲ９０１は、６軸の自由度を有するスポットガンと称される溶接用ロボットである。

第５段歯車装置Ｇ２０１の入力軸であるクランク軸２４０の軸方向端部２４０Ｅには、タップ穴２４０Ｔを活用して動力入力部材としてべべルギヤ９５２が連結されている。べべルギヤ９５２には図示せぬモータからの動力がベベルピニオン９５４を介して入力される構成とされている。

第５段歯車装置Ｇ２０１のキャリヤ２２０は、この産業用ロボットＲ９０１の第１関節部材９８１にボルト９８４を介して連結されている。第１関節部材９８１は、この例では、前段（第４段）の関節部に組み込まれた歯車装置（第４段歯車装置）Ｇ４０１の出力部材である。

また、第５段歯車装置Ｇ２０１のケーシング２１０は、産業用ロボットＲ９０１の第２関節部材９８２にボルト９８５を介して連結されている。第２関節部材９８２は、この例では、第５段歯車装置Ｇ２０１のケーシング２１０と後段（第６段）の関節部に組み込まれた歯車装置（第６段歯車装置）Ｇ６０１のケーシング６１０を連結する継ケーシングである。

別言するならば、図３に示された産業用ロボットの第５段歯車装置Ｇ２０１には、キャリヤ２２０に連結される（前段の出力部材である）第１関節部材９８１と、ケーシング２１０に連結される（後段のケーシング２１０である）第２関節部材９８２が、付設されていると捉えることができる。

第５段歯車装置Ｇ２０１は、ケーシング２１０およびキャリヤ２２０を相対回転可能に支持する主軸受２６０が、（ケーシング２１０とキャリヤ２２０との間には配置されず）当該第１関節部材９８１と第２関節部材９８２との間に配置される。主軸受２６０は、この実施形態では、クロスローラ軸受で構成されている。

より具体的には、図４に示されるように、第１関節部材９８１は、その回転中心線（前段の関節部に組み込まれた第４段歯車装置Ｇ４０１の出力部材の回転中心線）Ｃ９８１とほぼ同軸に延在されて、第５段歯車装置Ｇ２０１のクランク軸２４０の近傍まで到達している。

第１関節部材９８１は、該第１関節部材９８１の回転中心線Ｃ９８１を挟んで、回転中心線Ｃ９８１の一方側において、第５段歯車装置Ｇ２０１のキャリヤ２２０にボルト９８４を介して連結されている。第１関節部材９８１は、回転中心線Ｃ９８１の他方側では、第５段歯車装置Ｇ２０１のクランク軸２４０の軸心Ｃ２４０と同軸に、パイプシャフト部９８１Ｓを有している。

一方、第２関節部材９８２は、ほぼ円筒状の部材で構成されている。第２関節部材９８２は、この円筒状の端部９８２Ｅにおいて、前記パイプシャフト部９８１Ｓを外側から囲む外嵌部９８２Ｒを有している。

第５段歯車装置Ｇ２０１の主軸受２６０は、第１関節部材９８１のパイプシャフト部９８１Ｓと、第２関節部材９８２の当該外嵌部９８２Ｒとの間に配置されている。

つまり、第１関節部材９８１の回転中心線Ｃ９８１を挟んで、該回転中心線Ｃ９８１の一方側に第５段歯車装置Ｇ２０１が配置され、他方側に第５段歯車装置Ｇ２０１の主軸受２６０が配置されている。第５段歯車装置Ｇ２０１のキャリヤ２２０とケーシング２１０は、このような構成により、当該主軸受２６０によって相対回転可能に支持され、これにより、特に、特に回転中心線Ｃ９８１の第５段歯車装置Ｇ２０１の歯車機構側（クランク軸２４０や外歯歯車２３０がある側）の軸方向寸法ＬＧ２０１をコンパクト化している。

なお、この「回転中心線Ｃ９８１の一方側に第５段歯車装置Ｇ２０１が配置され、他方側に第５段歯車装置Ｇ２０１の主軸受２６０が配置されている。」という構成の「回転中心線」は、当該関節部の「後段（第６段）の関節部」に組み込まれた第６段歯車装置Ｇ６０１の出力部材（後述する第２キャリヤ６２２）の回転中心線Ｃ６２２」と捉えることもできる。つまり、この産業用ロボットＲ９０１は、「回転中心線Ｃ６２２の一方側に第５段歯車装置Ｇ２０１が配置され、他方側に第５段歯車装置Ｇ２０１の主軸受２６０が配置されている。」と捉えることもできる。

さらには、この産業用ロボットＲ９０１は、「回転中心線Ｃ９８１と回転中心線Ｃ６２２を含む平面Ｐ９０１を挟んで、該平面Ｐ９０１の一方側に第５段歯車装置Ｇ２０１が配置され、他方側に第５段歯車装置Ｇ２０１の主軸受２６０が配置されている。」と捉えることもできる。

最後に、この産業用ロボットＲ９０１の第５段歯車装置Ｇ２０１よりも後段の構成を簡単に説明しておく。

主に図５を参照して説明すると、第５段歯車装置Ｇ２０１の後段の第６段歯車装置Ｇ６０１は、専用のモータ６０５を有している。モータ６０５のモータ軸６０５Ａは、プーリ６０８、６０９を介してクランク軸６４０と連結されている。クランク軸６４０には、偏心体６５４および偏心体軸受６５６を介して外歯歯車６３０が揺動回転可能に組み込まれている。外歯歯車６３０は、内歯歯車６５０に内接噛合している。内歯歯車６５０の内歯の歯数は、外歯歯車６３０の外歯の歯数よりも僅かだけ（例えば１だけ）多い。外歯歯車６３０の軸方向両側には、第１、第２キャリヤ６２１、６２２が配置されている。第１、第２キャリヤ６２１、６２２は、主軸受６６０Ａ、６６０Ｂを介してケーシング６１０に回転自在に支持されている。

前述したように、この第６段歯車装置Ｇ６０１のケーシング６１０は、第２関節部材９８２を介して第５段歯車装置Ｇ２０１のケーシング２１０と連結されている。外歯歯車６３０は、その軸心からオフセットした位置において、複数の内ピン６６２が貫通している。内ピン６６２は、外歯歯車６３０を貫通しているため、該外歯歯車６３０の自転と同期した動きをする。内ピン６６２は、第１、第２キャリヤ６２１、６２２に支持されている。

なお、内ピン６６２は、第１キャリヤ６２１には隙間嵌めによって嵌入されている。内ピン６６２は、第２キャリヤ６２２には締まり嵌めによって嵌入（圧入）されている。内ピン６６２には、摺動促進部材として内ローラ６６４が外嵌されている。

内ピン６６２と内ローラ６６４との間には２列の第１、第２ニードル軸受６９１、６９２が軸方向に並んで配置されている。第１、第２ニードル軸受６９１、６９２は、それぞれ第１、第２リテーナ６９１Ｒ、６９２Ｒを介して保持されている。第１、第２ニードル軸受６９１、６９２は、第１、第２リテーナ６９１Ｒ、６９２Ｒが軸方向に当接した状態で第１、第２キャリヤ６２１、６２２に挟まれることによって、軸方向に位置決めされている。

内ピン６６２と内ローラ６６４との間に、このように第１、第２ニードル軸受６９１、６９２を配置するように構成すると、内ピン６６２と内ローラ６６４との相対回転を極めて円滑に行うことができ、たとえスポットガン装置９８８の側から不測の荷重が伝達されてきたとしても、その影響を最小限に抑え、結果として外歯歯車６３０を円滑に揺動回転させることができる。

また、２個の第１、第２ニードル軸受６９１、６９２が並列に組み込まれているため、１個の長いニードル軸受が組み込まれている構成と比較して、第１、第２ニードル軸受６９１、６９２は、個々に微妙に異なった態様で回転することができるようになる。これにより、スポットガン装置９８８の側からの荷重をより良好に吸収することができるようになる。

内ピン６６２および内ローラ６６４の公転により、第１、第２キャリヤ６２１、６２２が回転する。第２キャリヤ６２２にはボルト９８６によって連結されたアダプタ９８３を介してスポットガン装置９８８を備えたアタッチメント９８９が連結されている。第６段歯車装置Ｇ６０１では、モータ６０５のモータ軸６０５Ａが回転することにより、第２関節部材９８２と連結されたケーシング６１０に対して第１、第２キャリヤ６２１、６２２が相対的に回転し、第２キャリヤ６２２側に連結されたアタッチメント９８９全体が、当該第６段歯車装置Ｇ６０１の出力部材である第２キャリヤ６２２の回転中心線Ｃ６２２の周りで回転する。

なお、上記実施形態においては、ａ）外側軸受がクランク軸の外周とキャリヤの内周との間に配置され、内側軸受がクランク軸の内周とキャリヤに一体化された軸部材の外周との間に配置された構成（図１の構成）、ｂ）外側軸受がクランク軸の外周とキャリヤの内周との間に配置され、内側軸受がクランク軸の内周とケーシングに一体化された軸部材の外周との間に配置された構成（図２、図３の構成）、が示されていた。

しかし、本発明においては、この構成例に限定されず、例えば、ｃ）外側軸受がクランク軸の外周とケーシングの内周との間に配置され、内側軸受がクランク軸の内周とキャリヤに一体化された軸部材の外周との間に配置された構成、あるいは、ｄ）外側軸受がクランク軸の外周とケーシングの内周との間に配置され、内側軸受がクランク軸の内周とケーシングに一体化された軸部材の外周との間に配置された構成、を採用してもよい。

また、この種の偏心揺動型の歯車装置には、従来、種々のケーシング構造やキャリヤ構造を有したものが公知である。すなわち、上記実施形態においては、いずれも、キャリヤが揺動歯車の軸方向片側にのみ配置される構成例が示されていたが、偏心揺動型の歯車装置としては、例えば、前記第６段歯車装置で採用されていたように、キャリヤを揺動歯車の軸方向両側に有する構成も公知である。また、上記実施形態では、クランク軸が非揺動歯車（上記例では内歯歯車）の軸心上に１個のみ設けられた、いわゆるセンタクランク型と称される偏心揺動型の歯車装置が示されていた。しかし、偏心揺動型の歯車装置としては、例えば、揺動歯車を揺動させる偏心体を有するクランク軸が非揺動歯車の軸心からオフセットされた位置に複数設けられた、いわゆる振り分け型と称される偏心揺動型の歯車装置も公知である。さらには、上記実施形態では、揺動歯車が外歯歯車で構成され、非揺動歯車が内歯歯車で構成される構成例が示されていた。しかし、偏心揺動型の歯車装置としては、例えば、この関係が逆になっており、外歯歯車が非揺動歯車とされ、内歯歯車が揺動歯車とされる構成の歯車装置も公知である。本発明は、いずれの構成の偏心揺動型の歯車装置にも適用可能である。

この種の偏心揺動型の歯車装置を、例えば産業用ロボットの関節部に組み込む場合には、上記実施形態でも例示したように、前後の関節部材やモータの配置等の関係で、歯車装置に対して種々の方向から動力を入力したり、出力したりする必要がある。その上で、大きな伝達容量あるいは高い支持剛性を維持しつつ、高いコンパクト性を実現することが要求される。

このため、それらの要請に応じて種々のケーシング構造やキャリヤ構造を有した歯車装置の設計が求められる。一方で、この種の偏心揺動型の歯車装置にあっては、上記実施形態で例示されるように、例えば、クランク軸の軸方向の一方側にのみキャリヤがあったり、一方側にのみ動力入力部材があったりすることが多々あり、クランク軸の軸方向動力入力側と反動力入力側とで径方向の余裕に「差」があることが多い。本発明では、外側軸受がクランク軸の外周に設けられ、内側軸受がクランク軸の内周に設けられるため、この径方向の余裕の「差」に対する柔軟性が極めて高く、さまざまな形態の偏心揺動型の歯車装置を設計することができ、さまざまな産業用ロボットに広く適用可能である。

Ｇ１…歯車装置
１０…ケーシング
２０…キャリヤ
２０Ｓ…軸部材
３０…外歯歯車（揺動歯車）
４０…クランク軸
４０Ｐ２…（大径）中空部
７２…外側軸受
７４…内側軸受

Claims (10)

1. ケーシングと、該ケーシングと相対回転するキャリヤと、揺動歯車と、該揺動歯車を揺動回転させるクランク軸と、を備えた偏心揺動型の歯車装置において、
   前記クランク軸は、中空部を有し、
   前記ケーシングまたは前記キャリヤは、前記中空部に挿入される軸部材を有し、
   前記歯車装置は、さらに、
   前記クランク軸の外周と、前記ケーシングまたは前記キャリヤの内周との間に配置された外側軸受と、
   前記クランク軸の内周と、前記軸部材の外周との間に配置された内側軸受と、を備える
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
2. 請求項１において、
   前記揺動歯車と前記クランク軸との間に配置される偏心体軸受を備え、
   該偏心体軸受と前記内側軸受とが径方向から見て重なる
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
3. 請求項１において、
   前記揺動歯車と前記クランク軸との間に配置される偏心体軸受を備え、
   該偏心体軸受と前記内側軸受とが径方向から見て重ならない
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
4. 請求項３において、
   前記軸部材は、前記揺動歯車の軸方向一方側から他方側まで延在され、
   該軸部材が前記揺動歯車を軸方向に超えて延在された部分に、前記内側軸受が配置される
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
5. 請求項３または４において、
   前記クランク軸の端部に連結され、動力源からの動力が入力される動力入力部材を備え、
   該動力入力部材と前記内側軸受とが径方向から見て重なる
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記ケーシングおよび前記キャリヤを相対回転可能に支持する主軸受が、該ケーシングと前記キャリヤとの間に配置され、
   該主軸受と前記外側軸受とが径方向から見て重なる
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記軸部材は、前記キャリヤと一体化され、
   前記外側軸受は、前記クランク軸の外周と該キャリヤの内周との間に配置される
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
   前記外側軸受は、前記内側軸受よりも、軸方向動力入力側に配置されている
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
9. 請求項１〜８のいずれかにおいて、
   前記クランク軸は、０を含む小さな中空径を有する小径中空部と、該小径中空部の中空径よりも大きな中空径を有する大径中空部と、を有し、
   該大径中空部に前記内側軸受が配置される
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
10. 請求項１〜５、７〜９のいずれかに記載の偏心揺動型の歯車装置が関節部に組み込まれた産業用ロボットであって、
    前記キャリヤに連結される第１関節部材と、
    前記ケーシングに連結される第２関節部材と、を備え、
    前記ケーシングおよび前記キャリヤを相対回転可能に支持する主軸受が、該ケーシングと前記キャリヤとの間には配置されず、前記第１関節部材と前記第２関節部材との間に配置され、かつ
    当該関節部の前段の関節部または後段の関節部に組み込まれた歯車装置の出力部材の回転中心線を挟んで、該回転中心線の一方側に前記歯車装置の減速機構が配置され、他方側に前記主軸受が配置される
    ことを特徴とする産業用ロボット。

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