JP5941863B2 - 偏心揺動型の減速機構を備えた減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、偏心揺動型の減速機構を備えた減速装置に関する。

特許文献１に、偏心揺動型の減速機構を備えた減速装置が開示されている。この減速装置は、内歯歯車の軸心からオフセットした位置に複数の偏心体軸を備えている。この減速装置では、各偏心体軸が同期して回転することによって、外歯歯車を揺動させながら内歯歯車に噛合させている。

外歯歯車の軸方向側部には、キャリヤフランジが設けられている。キャリヤフランジは、前記偏心体軸を支持する軸受の配置される軸受孔を有しており、軸方向反外歯歯車側に相手機械を連結するためのタップ穴を備えている。また、キャリヤフランジの径方向中央には、該減速機構の内部と連通している中央貫通孔が形成されている。

特開２００８−２６７５７０号公報

しかしながら、このような構造の減速装置にあっては、減速機構が収容された空間内に潤滑剤の封入される空間が少なく、また潤滑剤の循環が上手くなされないことから冷却効率が低く、熱容量的に厳しくなり易い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、より冷却効率を高めた偏心揺動型の減速機構を有する減速装置を提供することをその課題としている。

本発明は、内歯歯車の軸心からオフセットした位置に複数の偏心体軸を備え、各偏心体軸が同期して回転することによって外歯歯車を揺動させながら前記内歯歯車に噛合させる偏心揺動型の減速機構を備えた減速装置において、相手機械を連結するためのタップ穴と、径方向中央にあって前記減速機構の内部と連通する中央貫通孔と、前記偏心体軸を支持する軸受の配置される軸受孔と、を有する第１キャリヤフランジを、前記外歯歯車の軸方向側部に備え、該第１キャリヤフランジの前記タップ穴の径方向内側の領域がえぐられて油溜り凹部が形成され、前記中央貫通孔および前記軸受孔が、前記第１キャリヤフランジを貫通して前記油溜り凹部と連通し、前記第１キャリヤフランジに前記外歯歯車を貫通するキャリヤピンが一体的に形成され、軸方向から見て該キャリヤピンと重なる位置に、前記油溜り凹部から更にえぐられた第２の凹部が形成されてい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。

本発明においては、タップ穴の径方向内側の領域がえぐられて油溜り凹部が形成される。そして、キャリヤフランジの径方向中央に形成された中央貫通孔と、偏心体軸を支持する軸受の配置される軸受孔を、この油溜り凹部に連通させる。

これにより、該油溜り凹部に潤滑剤を封入することができるようになると共に、減速機構の内部、中央貫通孔、油溜り凹部、軸受孔、減速機構の内部という潤滑剤の循環経路を形成することができ、当該油溜り凹部の潤滑剤を含めて多量の潤滑剤を循環させることができるようになるため、減速装置の冷却効率を大きく向上させることができる。

本発明によれば、より冷却効率を高めた偏心揺動型の減速機構を有する減速装置を得ることができる。

本発明の実施形態の一例を示す偏心揺動型の減速機構を有する減速装置の断面図 図１の矢視ＩＩ方向から見た側面図

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を示す偏心揺動型の減速機構を有する減速装置の断面図、図２は、図１の矢視ＩＩ方向から見た側面図である。

この減速装置１０は、いわゆる振り分けタイプと称される偏心揺動型の減速機構８を有し、図示せぬロボットの関節を駆動するために使用される減速装置である。

減速装置１０は、内歯歯車１２と、該内歯歯車１２に内接噛合する第１、第２外歯歯車１４、１６と、を備えるとともに、該内歯歯車１２の軸心Ｏ１からＲ１だけオフセットした位置に、第１、第２外歯歯車１４、１６を揺動させるための複数の偏心体軸１８を備えている。

以下、減速装置１０の全体構成から説明する。

この実施形態に係る減速装置１０では、モータ（図示略）の動力は、継軸（入力軸）２６を介して入力される。継軸２６の反モータ側の端部には、入力ピニオン（入力側の歯車）３２が直切り形成されている。

入力ピニオン３２は、複数の振り分け歯車３０と同時に噛合している。各振り分け歯車３０は、この実施形態では３個（１個のみ図示）設けられ、それぞれ偏心体軸１８に連結されている。

各偏心体軸１８は、この実施形態では３本（１本のみ図示）設けられ、内歯歯車１２の軸心Ｏ１からＲ１だけオフセットした位置に、円周方向に１２０度の間隔で配置されている。各偏心体軸１８には、それぞれの軸方向同位置に第１偏心体２０が形成され、該第１偏心体２０と隣接してそれぞれの軸方向同位置に第２偏心体２２が形成されている。各偏心体軸１８の第１偏心体２０同士および第２偏心体２２同士は、偏心位相が揃えられている。第１偏心体２０と第２偏心体２２の偏心位相差は１８０度である（互いに離反する方向に偏心している）。

各偏心体軸１８の第１偏心体２０の外周には、ころで構成された第１偏心体軸受３４を介して第１外歯歯車１４が組み込まれている。各偏心体軸１８の第２偏心体２２の外周には、やはりころで構成された第２偏心体軸受３６を介して第２外歯歯車１６が組み込まれている。これにより、３本の偏心体軸１８上の第１偏心体２０が同期して回転することで第１外歯歯車１４を揺動させ、同様に、３本の偏心体軸１８上の第２偏心体２２が同期して回転することで第２外歯歯車１６を揺動させることができる。第１外歯歯車１４と第２外歯歯車１６の偏心位相差は、（第１偏心体２０と第２偏心体２２の偏心位相差を受けて）１８０度である。

第１、第２外歯歯車１４、１６の軸方向両側には、第１、第２キャリヤ（キャリヤフランジ）３８、４０が配置されており、各偏心体軸１８は、この第１、第２キャリヤ３８、４０に正面合わせの一対の円錐ころ軸受で構成された偏心体軸軸受４４、４６（偏心体軸１８を支持する軸受）を介して支持されている。第１、第２キャリヤ３８、４０は、背面合わせの一対のアンギュラ玉軸受４８、５０を介してケーシング５２に支持されている。なお、第１、第２キャリヤ３８、４０は、第１キャリヤ３８から一体的に突出され、第１、第２外歯歯車１４、１６を貫通するキャリヤピン３８Ｐを介してボルト５３等により連結・一体化されている。

第１、第２外歯歯車１４、１６は、内歯歯車１２に内接噛合している。内歯歯車１２は、この実施形態ではケーシング５２と一体化された内歯歯車本体１２Ａと、該内歯歯車本体１２Ａに回転自在に組み込まれ、該内歯歯車１２の内歯を構成する外ピン１２Ｂとで構成されている。内歯歯車１２の歯数（外ピン１２Ｂの本数）は、第１、第２外歯歯車１４、１６の歯数よりも僅かだけ（この例では１だけ）多い。

本実施形態では、ケーシング５２にはボルト（ボルト孔５２Ａのみ図示）を介してロボットの第１アーム（図示略）が連結され、第１キャリヤ３８には、ボルト（タップ穴３８Ｂのみ図示）を介してロボットの第２アーム（相手機械：図示略）がそれぞれ連結される。

なお、この実施形態では、減速機構８の潤滑は、グリースによって行われている（オイル潤滑であってもよい）。第１キャリヤ３８の軸方向端面３８Ｅとロボットの第２アーム（相手機械）との連結に当たっては、この実施形態では、該第１キャリヤ３８の軸方向端面３８Ｅと第２アームとの間に、液状ガスケットを塗布することによって封止するようにしている。また、ケーシング５２と第１アームとの連結部についても、液状ガスケット等でシールされており、振り分け歯車３０、入力ピニオン３２の配置空間が、減速機構８の内部と連通した状態で封止されている。なお、符号６１は、オイルシールである。

ここで、本実施形態に係る減速装置１０の冷却系の構造について詳細に説明する。

この実施形態に係る第１キャリヤ（キャリヤフランジ）３８は、既に述べたように、第１外歯歯車１４の軸方向側部に配置されている。第１キャリヤ３８は、ロボットの第２アーム（相手機械）を連結するためのタップ穴３８Ｂと、径方向中央にあって減速機構８の内部と連通する中央貫通孔３８Ｃと、偏心体軸１８を支持する偏心体軸軸受４４の配置される軸受孔３８Ｆを有している。第１キャリヤ３８のタップ穴３８Ｂの径方向内側の領域は、反外歯歯車側からえぐられて油溜り凹部６４を構成している。

具体的には、油溜り凹部６４の開口径Ｄ１は、軸受孔３８Ｆの外接円径ｄ１よりも大きい（Ｄ１＞ｄ１）。油溜り凹部６４の深さＨ１は、偏心体軸軸受４４の軸方向端面４４Ｅを規制している止め輪６６には至らない大きさである。すなわち、油溜り凹部６４は、第１キャリヤ３８の軸受孔３８Ｆに組み込まれている偏心体軸軸受４４の止め輪６６より、軸方向反外歯歯車側に形成されている（偏心体軸軸受４４の支持とは干渉していない）。

第１キャリヤ３８は、当該減速装置１０のケーシング５２と軸方向に対向する位置まで径方向外側に延在されており、該延在部３８Ｇにタップ穴３８Ｂが形成されている。見方を変えるならば、この延在部３８Ｇが存在するゆえに、結果として偏心体軸軸受４４の軸受孔３８Ｆの外接円径ｄ１を上回るような大きな内径Ｄ１の油溜り凹部６４を、第１キャリヤ３８の径方向内側の領域に形成する（えぐる）ことができている、と捉えることもできる。なお、タップ穴３８Ｂのピッチ円径はｄ３である。

この実施形態では、第１キャリヤ３８の油溜り凹部６４に減速機構８の内部と連通する中央貫通孔３８Ｃが連続して形成されている。また、軸受孔３８Ｆも、該第１キャリヤ３８を貫通しており、当該油溜り凹部６４と連続して形成されている。つまり、中央貫通孔３８Ｃは、油溜り凹部６４および減速機構８の内部と連通しており、軸受孔３８Ｆも油溜り凹部６４および減速機構８の内部と連通している。このため、結局、この油溜り凹部６４が存在することで、減速機構８の内部、中央貫通孔３８Ｃ、油溜り凹部６４、軸受孔３８Ｆ、そして、該軸受孔３８Ｆと連通している減速機構８の内部は、相互に連通しており、潤滑剤が循環し得る循環経路を構成している。

また、この実施形態では、第１キャリヤ３８から第１、第２外歯歯車１４、１６を貫通するキャリヤピン３８Ｐが一体的に形成されているが、軸方向から見て該キャリヤピン３８Ｐと重なる位置に、油溜り凹部６４から更にえぐられた第２の凹部７０が（この例ではキャリヤピン３８Ｐが３本であることから）３個形成されている。この第２の凹部７０は、開口部７０Ａが長円形の有底凹部であって、これ自体は、油溜り凹部６４以外の部分とは特に連通はしていない。

油溜り凹部６４の側壁６４Ｗは、第１キャリヤ３８の軸心（内歯歯車１２の軸心と同じ）Ｏ１と平行ではなく、軸方向外側（第２アーム側、すなわち相手機械側）に向けて拡開するように傾斜している。この傾斜は、周方向に一様な傾斜角とはなっておらず、偏心体軸１８の軸受孔３８Ｆの径方向外側位置の側壁６４Ｗ１の方が、第２の凹部７０の径方向外側位置の側壁６４Ｗ２よりも「急」となるように（すなわち、軸心Ｏ１とより平行に近い角度となるように）形成されている。

次に、この偏心揺動型の減速装置１０の作用を説明する。

図示せぬモータが回転すると、継軸２６の先端に形成された入力ピニオン３２が回転する。入力ピニオン３２は、３個の振り分け歯車３０と同時に噛合しているため、該入力ピニオン３２と振り分け歯車３０の噛合により、３本の偏心体軸１８が入力ピニオン３２と振り分け歯車３０との歯数比に減速された状態で同一の方向に同一の回転速度で同期して回転する。

この結果、各偏心体軸１８の軸方向同位置にそれぞれ形成された３個の第１偏心体２０が同期して回転して第１外歯歯車１４を揺動させると共に、偏心体軸１８の軸方向同位置にそれぞれ形成された３個の第２偏心体２２が同期して回転して第２外歯歯車１６を揺動させる。

第１、第２外歯歯車１４、１６は、それぞれ内歯歯車１２に内接噛合しているため、第１、第２外歯歯車１４、１６が１回揺動する毎に、該第１、第２外歯歯車１４、１６は、内歯歯車１２に対して歯数差分（この実施形態では１歯分）円周方向の位相がずれる（自転する）。この自転成分は、各偏心体軸１８の内歯歯車１２の軸心Ｏ１周りの公転として第１、第２キャリヤ３８、４０に伝達される。第１、第２キャリヤ３８、４０は第１キャリヤ３８と一体化されたキャリヤピン３８Ｐおよびボルト５３等を介して互いに連結されているため、結局、継軸（入力軸）２６の回転によって、ケーシング５２に対して、第１キャリヤ３８に連結された第２アームを相対的に回転させることができる。

なお、ケーシング５２に対する第１キャリヤ３８の回転は相対的なものである。例えば、本実施形態のように、ケーシング５２にロボットの第１アームが連結され、第１キャリヤ３８に相手機械としてロボットの第２アームが連結される場合などでは、第２アームに対して第１アームが回転すると捉えることもできる。したがって、第１キャリヤ３８は、必ずしも「出力部材」ではなく、あくまでケーシング５２に対して相対回転する部材である。

ここで、本減速装置１０の冷却系の作用について説明する。

従来、振り分けタイプと称されるこの種の偏心揺動型の減速機構８を有する減速装置１０にあっては、潤滑剤の封入空間が小さく、適正な量の潤滑剤を確保しにくい上に、循環も良好に行われないことから、冷却性能が低くなり易いという問題があった。その結果、減速装置１０の温度が上がり易く、特に近年の高速・長時間作動の要求に応えられない、という問題があった。また、潤滑剤は、量が少ない上に、容易に温度が上がってしまうことから、劣化し易く、潤滑剤の寿命（交換の間隔）が短くなるという問題もあった。

本実施形態によれば、第１キャリヤ（キャリヤフランジ）３８のタップ穴３８Ｂの径方向内側の領域がえぐられて油溜り凹部６４が形成され、かつ、この油溜り凹部６４に減速機構８の内部に連通する中央貫通孔３８Ｃが連続して形成されると共に、偏心体軸１８を支持する偏心体軸軸受４４の配置される軸受孔３８Ｆも第１キャリヤ３８を貫通して当該油溜り凹部６４と連続して形成されている。そのため、減速装置１０内に封入可能な潤滑剤の総量をより増大させることができると共に、減速機構８の内部、中央貫通孔３８Ｃ、油溜り凹部６４、軸受孔３８Ｆ、そして減速機構８の内部という潤滑剤の循環経路を形成することができる。

振り分けタイプの偏心揺動型の減速機構８では、複数の偏心体軸１８が同期して自転することによって第１、第２外歯歯車１４、１６が揺動し、かつ、第１、第２外歯歯車１４、１６はゆっくりと回転（自転）する。その際、該複数の偏心体軸１８が同じ方向に公転する。そのため、この封入された潤滑剤を、専用のポンプ等を設けることなく良好に循環させることができ、冷却効率を大きく向上させることができる。

また、多量の潤滑剤が封入されることになる油溜り凹部６４は、第１キャリヤ３８の軸方向反外歯歯車側に位置しており、タップ穴３８Ｂを介して連結された第２アーム（相手機械）側の部材と接することになるため、減速装置１０と比較してより質量（熱容量）の大きな第２アームを介して熱を積極的に伝導させることができる。このため、熱交換によって温度の上昇した潤滑剤をより効率的に冷却することができる。

また、潤滑剤の封入量を確保するために、例えば、単純に第１、第２キャリヤ３８、４０の間隔を大きくしたりする手法と比べて、第１、第２キャリヤ３８、４０間の間隔Ｌ３は、従来と同等の短い長さに維持できるため、高剛性が要求される偏心体軸１８の剛性を高く維持することができる。

さらには、第１キャリヤ３８を、従来型のえぐりのないタイプと、本実施形態のようなえぐりのあるタイプとの２種類を用意することで、軸方向長さのコンパクト性と対熱負荷特性とを比較して、用途に応じて選択できるシリーズを構築することもできる。

そして、本実施形態では、特に、第１キャリヤ３８から第１、第２外歯歯車１４、１６を貫通するキャリヤピン３８Ｐが一体的に形成され、軸方向から見て該キャリヤピン３８Ｐと重なる位置に油溜り凹部６４から更にえぐられた第２の凹部７０が形成されている。そのため、減速装置１０全体の軸方向長さを長くすることなく、油溜り凹部６４の容積をさらに拡大することができ、また、より軽量化を実現することもできる。この第２の凹部７０は、第１キャリヤ３８から一体的に形成されたキャリヤピン３８Ｐと重なる位置に設けられているため、該第２の凹部７０を形成したとしても、第１キャリヤ３８〜キャリヤピン３８Ｐの強度が損なわれることは殆どなく、該第１キャリヤ３８〜キャリヤピン３８Ｐの強度を高く維持することができる。

また、油溜り凹部６４は、偏心体軸１８の軸受孔３８Ｆの径方向外側位置の側壁６４Ｗ１の方が、第２の凹部７０の径方向外側位置の側壁６４Ｗ２よりも傾斜が急に形成されている。そのため（側壁６４Ｗが単純な均一傾斜でないため）、第１キャリヤ３８の回転に伴って、油溜り凹部６４の側壁６４Ｗは、該油溜り凹部６４内の潤滑剤に対して進退動するような態様で回転する。その結果、油溜り凹部６４内の潤滑剤は、緩く攪拌・回転されることになり、循環性がより促進される。

また、第１キャリヤ３８を減速装置１０のケーシング５２と軸方向に対向する位置まで径方向外側に延在させ、該延在部３８Ｇに第２アーム（相手機械）を連結するためのタップ穴３８Ｂを形成するようにしている。このため、油溜り凹部６４を形成したにも拘らず軸方向長さの増大を最小限に抑えることができ、かつ、ピッチ円径ｄ３の大きなタップ穴３８Ｂを用いて第２アーム（第２の相手機械）を連結できるため、相手機械側との連結力を高めることもできる。

なお、上記実施形態においては、潤滑剤としてグリースを採用していたが、本発明は潤滑剤としてオイルを使用する場合にも適用でき、同様な作用効果を得ることができる。

また、上記実施形態においては、振り分け歯車３０が第２キャリヤ４０の軸方向外側に位置している構成が採用されていたが、本発明は、振り分け歯車３０の配置位置を含め、偏心揺動型の減速機構８の具体的な構成については、特に、上記構成例に限定されない。例えば、偏心体軸１８を支持している偏心体軸軸受４４として、上記実施形態では正面合わせで組み込んだ円錐ころ軸受が採用されていたが、本発明に係る偏心体軸を支持している軸受は、これに限定されず、例えばアンギュラ玉軸受であってもよいし、ニードル軸受であってもよい。背面合わせで組み込まれた軸受対であってもよい。いずれの場合でも、転動体の隙間を介して油溜り凹部、軸受孔、および減速機構内は連通しており、潤滑剤は油溜り凹部と減速機構の内部との間を行き来することができる。また、キャリヤフランジをケーシングに支持している軸受についても、軸受の種類は、アンギュラ玉軸受に限定されず、また、（背面合わせではなく）正面合わせとされた軸受対であってもよい。

１０…減速装置
１２…内歯歯車
１４…第１外歯歯車
１８…偏心体軸
３０…振り分け歯車
３８…第１キャリヤ（キャリヤフランジ）
３８Ｂ…タップ穴
３８Ｃ…中央貫通孔
３８Ｆ…軸受孔
３８Ｇ…延在部
３８Ｐ…キャリヤピン
４４…偏心体軸軸受
５２…ケーシング
６４…油溜り凹部
７０…第２の凹部

Claims (3)

1. 内歯歯車の軸心からオフセットした位置に複数の偏心体軸を備え、各偏心体軸が同期して回転することによって外歯歯車を揺動させながら前記内歯歯車に噛合させる偏心揺動型の減速機構を備えた減速装置において、
   相手機械を連結するためのタップ穴と、径方向中央にあって前記減速機構の内部と連通する中央貫通孔と、前記偏心体軸を支持する軸受の配置される軸受孔と、を有する第１キャリヤフランジを、前記外歯歯車の軸方向側部に備え、
   該第１キャリヤフランジの前記タップ穴の径方向内側の領域がえぐられて油溜り凹部が形成され、
   前記中央貫通孔および前記軸受孔が、前記第１キャリヤフランジを貫通して前記油溜り凹部と連通し、
   前記第１キャリヤフランジに前記外歯歯車を貫通するキャリヤピンが一体的に形成され、軸方向から見て該キャリヤピンと重なる位置に、前記油溜り凹部から更にえぐられた第２の凹部が形成されていることを特徴とする偏心揺動型の減速機構を備えた減速装置。
2. 請求項１において、
   前記油溜り凹部は、前記偏心体軸を支持する軸受の軸受孔の径方向外側位置の側壁の方が、前記第２の凹部の径方向外側位置の側壁よりも傾斜が急であることを特徴とする偏心揺動型の減速機構を備えた減速装置。
3. 請求項１または２において、
   前記第１キャリヤフランジを当該減速装置のケーシングと軸方向に対向する位置まで径方向外側に延在させ、該延在部に相手機械を連結するための前記タップ穴を形成したことを特徴とする偏心揺動型の減速機構を備えた減速装置。
   

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