JP6025642B2 - 遊星歯車減速装置およびそのシリーズ - Google Patents

Description

本発明は、遊星歯車減速装置およびそのシリーズに関する。

特許文献１に、偏心揺動型の遊星歯車減速装置が開示されている。

この遊星歯車減速装置は、内歯歯車、該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車、および該外歯歯車の軸方向両側部に配置されたキャリヤ部材を有する遊星歯車機構を備えている。この減速装置では、外歯歯車が揺動しながら内歯歯車と噛合し、噛合の際に生じる両歯車の相対回転を、ケーシングとキャリヤ部材との相対回転として取り出している。

ケーシングとキャリヤ部材は、「主軸受」と称される容量の大きな軸受を介して相対回転可能とされている。

特開２０１０−１５６４３０号公報（図１）

減速装置は、種々の産業機械等に組み込まれて使用されるが、当該産業機械等の用途によっては、何らかの原因で該産業機械側から減速装置の主軸受に非常に大きなモーメントが逆入力されてくることがある。

このような大きなモーメントに対しては、主軸受の容量を大きくするという対策で対応することには限界があり、またコストも掛かる。そのため、このようなモーメントを「産業機械側」に設けたより大きな軸受機構で受け持つようにする構成が提案されている。この構成によれば、後に詳述するように、結果として、減速装置側では、主軸受の配置を省略することができる。

しかし、主軸受がない場合であっても、減速装置内には潤滑を必要とする他の軸受や歯車等が存在するため、これらの軸受や歯車等の適正な潤滑は必要である。

しかしながら、主軸受を有しない減速装置の構造に対して、潤滑性を向上させる工夫については、未だ提案されたものがないというのが実情である。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、主軸受を有しない減速装置に関して、合理的に良好な潤滑性を確保することをその課題としている。

本発明は、ケーシングに対して遊星歯車機構のキャリヤ部材が相対回転する遊星歯車減速装置のシリーズであって、前記ケーシングとキャリヤ部材との間に主軸受が配置される第１減速装置と、前記ケーシングとキャリヤ部材との間に主軸受が配置されない第２減速装置と、を有し、前記第１減速装置と第２減速装置は、前記ケーシングおよび前記キャリヤ部材が共用され、かつ、前記第２減速装置においては、前記主軸受の配置空間に開口する給脂口が設けられた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、主軸受を有しない減速装置にあっては、当該主軸受の配置空間（もし主軸受を配置するとするならば、この位置になるとされる空間：換言するならば、第１減速装置において主軸受が配置されている空間）が、比較的余裕を持った空間として存在することに着目し、この配置空間に開口する給脂口を設けるようにしている。

そのため、主軸受を有する減速装置と主軸受を有しない減速装置とで、大きな設計変更を伴うことなく、特に主軸受を有しない減速装置において、潤滑剤の供給をより効率的かつ確実に行うことができる。

本発明によれば、主軸受を有しない減速装置に関して、合理的に良好な潤滑性を確保することができる。

本発明の実施形態の一例に係る遊星歯車減速装置のシリーズの中で、主軸受を有する遊星歯車減速装置の構成例を示す断面図 同じく、主軸受を有しない遊星歯車減速装置の構成例を示す断面図

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遊星歯車減速装置のシリーズの中で、主軸受を有する第１減速装置の構成例を示す断面図、図２は、同じく、主軸受を有しない第２減速装置の構成例を示す断面図である。

この遊星歯車減速装置のシリーズは、ケーシング３０に対して遊星歯車機構２９の第１、第２キャリヤ（キャリヤ部材）３２、３４が相対回転する遊星歯車減速装置の一群の中に、ケーシング３０と第１、第２キャリヤ（キャリヤ部材）３２、３４との間に主軸受３６、３８が配置される（有する）第１減速装置Ｇ１と、ケーシング３０と第１、第２キャリヤ３２、３４との間に主軸受が配置されない（有しない）第２減速装置Ｇ２と、を含んでいる。

第１減速装置Ｇ１と第２減速装置Ｇ２は、（給脂口８０、８２の形成前の）ケーシング３０および第１、第２キャリヤ３２、３４が共用されている。より詳細には、第１減速装置Ｇ１と第２減速装置Ｇ２は、主軸受３６、３８の有無および給脂口８０、８２の配置構成が異なるだけで、その他の構成は共通とされている（共用されている）。そのため、ここでは、第１、第２減速装置Ｇ１、Ｇ２に共通する部材には共通の符号を付すこととし、一緒に説明してゆく。

第１、第２減速装置Ｇ１、Ｇ２は、中央クランクタイプと称される偏心揺動型の遊星歯車減速装置で、産業用ロボット（全体は図示略）の関節を駆動するために用いられる。

第１、第２減速装置Ｇ１、Ｇ２の入力軸１２は、大径の中空部１２Ａを有するホローシャフトで構成されている。中空部１２Ａは図示せぬ配線を通すために使用される。入力軸１２の第２キャリヤ３４側の端部には、タップ穴１２Ｂが形成されている。入力軸１２は、このタップ穴１２Ｂを利用して図示せぬ前段の部材（例えば歯車やプーリ）と連結されている。入力軸１２には、偏心体１４、１６が一体に形成されている。すなわち、この実施形態では、入力軸１２が、「偏心体軸」として機能している。

偏心体１４、１６は、それぞれ（入力軸１２の軸心Ｏ１から偏心量Δｅ１だけずれた）軸心Ｏ２、Ｏ３を有し、それぞれの外周が入力軸１２の軸心Ｏ１に対して該偏心量Δｅ１分だけ偏心している。この例では、偏心体１４、１６は、１８０度の位相差を持って入力軸１２と一体的に形成されている。

偏心体１４、１６の外周にはころ軸受１８、２０が配置されている。ころ軸受１８、２０の外周には外歯歯車２２、２４が揺動可能に組み込まれている。外歯歯車２２、２４は、それぞれ内歯歯車２６に内接噛合している。

内歯歯車２６は、この実施形態では、ケーシング３０と一体化された内歯歯車本体２６Ａ、および該内歯歯車２６の「内歯」を構成する円柱状の外ピン２６Ｂとで主に構成されている。外ピン２６Ｂは、内歯歯車本体２６Ａの外ピン溝２６Ｃに回転自在に支持されている。内歯歯車２６の内歯の数（外ピン２６Ｂの本数）は、外歯歯車２２、２４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２２、２４は、その軸心（Ｏ２、Ｏ３に同じ）からオフセットされた位置に複数の貫通孔２２Ａ、２４Ａが形成され、該貫通孔２２Ａ、２４Ａをピン状の連結部材である内ピン２８が貫通している。

内ピン２８は、第１、第２キャリヤ３２、３４の圧入孔３２Ａ、３４Ａに圧入されている。内ピン２８は、外歯歯車２２、２４の貫通孔２２Ａ、２４Ａを貫通して複数設けられている。内ピン２８は、外歯歯車２２、２４の自転成分と同期して入力軸１２の軸心Ｏ１の周りを公転し、第１、第２キャリヤ３２、３４を入力軸１２の軸心Ｏ１周りで回転させる。なお、内ピン２８の外周には、摺動促進体４４が配置されている。内ピン２８は、（摺動促進体４４を介して）貫通孔２２Ａ、２４Ａの一部と常に当接している。一方、内ピン２８と摺動促進体４４と貫通孔２２Ａ、２４Ａが当接していない部分には、偏心体１４、１６の偏心量Δｅ１の２倍に相当する隙間が存在している。尤も、内ピン２８の外周の摺動促進体４４はなくてもよい。

また、外歯歯車２２、２４の軸方向両側には、一対の第１、第２キャリヤ（キャリヤ部材）３２、３４が配置されている。第１、第２キャリヤ３２、３４は、両端にねじ部３５Ａ、３５Ｂを有する複数のキャリヤピン３５およびナット３７を介して連結・一体化されている。また、第１、第２キャリヤ３２、３４は、第１、第２入力軸受４０、４２を介して前記入力軸１２を回転自在に支持している。

ここで、図１に示されるように、本実施形態におけるシリーズにおいては、「主軸受を有するタイプ」である第１減速装置Ｇ１は、背面合わせで組み込まれた一対のアンギュラ玉軸受で構成される主軸受３６、３８が、ケーシング３０と第１、第２キャリヤ３２、３４との間に配置されている。すなわち、第１、第２キャリヤ３２、３４は、主軸受３６、３８を介してケーシング３０に支持されている。主軸受３６、３８は、それぞれ転動体（ボール）３６Ａ、３８Ａ、外輪３６Ｂ、３８Ｂ、および内輪３６Ｃ、３６Ｃを有している。

尤も、本発明では、主軸受の外輪あるいは内輪の装備は、必ずしも必須ではない。すなわち、本発明に係る主軸受は、例えば、ケーシングの内周が転動面として機能することで、該ケーシングが外輪を兼用する構成であってもよいし、また、キャリヤ部材の外周が転動面として機能することで、該キャリヤ部材が内輪を兼用する構成であってもよい。

また、転動体も、この実施形態では、玉（ボール）であるが、円筒ころ、あるいはテーパころ等で構成される転動体であってもよい。

なお、ケーシング３０には、第２キャリヤ３４側の主軸受３８と径方向から見てほぼ重なる位置に、外部部材取付用のフランジ部３０Ａが径方向に突出して設けられている。

また、第１減速装置Ｇ１においては、図１に示されるように、ケーシング３０を貫通して内歯歯車２６の外ピン溝２６Ｃ（あるいは外ピン２６Ｂ）と外ピン溝２６Ｃとの間に開口する給脂口８０が設けられている。なお、符号７６、７８は、オイルシールである。

一方、図２に示されるように、本実施形態におけるシリーズにおける「主軸受を有しないタイプ」である第２減速装置Ｇ２は、主軸受の機能を、該第２減速装置Ｇ２が組み込まれる親機械であるロボット（全体は図示略）側に持たせている。

具体的には、第２減速装置Ｇ２のケーシング３０のフランジ部３０Ａには、（外部部材である）ロボットの第１アーム５２（および該第１アーム５２と一体的に動くサブ部材５４）がボルト５６を介して連結・固定されている。第１アーム５２には、ボルト５８を介して第１補助部材５９が固定されており、該第１補助部材５９を介してクロスローラ軸受６０の外輪６２が固定されている。

一方、第１キャリヤ３２には、該第１キャリヤ３２に形成されたタップ穴３２Ｔに、ロボットの第２アーム７２がボルト７４を介して連結・固定されている。第２アーム７２には、このボルト７４によって第２補助部材７６が共締めされており、該第２補助部材７６を介して前記クロスローラ軸受６０の内輪６４が固定されている。

この構成により、ロボットの第１アーム５２と第２アーム７２は、クロスローラ軸受６０を介して回転自在に支持されることになる。（クロスローラ軸受６０であるため）第１アーム５２および第２アーム７２のラジアル方向の荷重およびスラスト方向の荷重の双方を受けることができる。また、結果として、該第１アーム５２に固定されているケーシング３０、および第２アーム７２に固定されている第１キャリヤ３２が、クロスローラ軸受６０によって（主軸受を有しなくても）回転自在に支持されることになる。

図２の断面図から明らかなように、主軸受を有しない第２減速装置Ｇ２は、主軸受を有する第１減速装置Ｇ１と比較して、主軸受（３６、３８）の配置空間（該第１減速装置Ｇ１において主軸受３６、３８が配置されていた空間）Ｐｍ１、Ｐｍ２が、そのまま「何も存在しない空間」として残されている。

第２減速装置Ｇ２には、この主軸受の配置空間Ｐｍ１、Ｐｍ２のうち、第２キャリヤ３４側の配置空間Ｐｍ２に開口する潤滑剤（この実施形態ではグリス）の給脂口８２が設けられる。給脂口８２は、ケーシング３０に外部部材取付用として設けられたフランジ部３０Ａを、径方向に貫通して設けられている。

ここで、この実施形態では、第１減速装置Ｇ１の主軸受３６、３８は、ケーシング３０内に配置される軸受１８、２０、３６、３８、４０、４２のうち、第１減速装置Ｇ１の軸方向で最も端部側に位置する軸受（この実施形態では入力軸受４０または４２が相当している）と径方向から見て重なる位置に設けられている。これは、見方を変えるならば、この実施形態における第２減速装置Ｇ２の給脂口８２が、「ケーシング３０内に配置される軸受１８、２０、４０、４２のうち、第２減速装置Ｇ２の軸方向で最も端部側に位置する軸受（この実施形態では入力軸受４０または４２が相当している）と径方向から見て重なる位置に設けられている」ということでもある。

次に、この偏心揺動型の第１、第２減速装置Ｇ１、Ｇ２の作用を説明する。

入力軸１２が回転すると、該入力軸１２と一体化されている偏心体１４、１６が偏心揺動回転し、該偏心体１４、１６の外周にころ軸受１８、２０を介して組み込まれている外歯歯車２２、２４が１８０度の位相差で揺動される。外歯歯車２２、２４は、内歯歯車２６に内接噛合しており、かつ、この実施形態では内歯歯車本体２６Ａがケーシング３０と一体化されている。そのため、外歯歯車２２、２４は、入力軸１２が１回回転する毎に、内歯歯車２６（ケーシング３０）に対して歯数差分（この例では１歯分）だけ相対回転する（自転する）。

外歯歯車２２、２４の自転成分は、該外歯歯車２２、２４の貫通孔２２Ａ、２４Ａを貫通している摺動促進体４４および内ピン２８を介して第１、第２キャリヤ３２、３４に伝達され、該第１、第２キャリヤ３２、３４がケーシング３０に対して外歯歯車２２、２４の自転成分と同一の速度で相対的に回転する。

ここで、主軸受を有する第１減速装置Ｇ１では、例えば、ケーシング３０のフランジ部３０Ａに第１外部部材３１を連結し、第１キャリヤ３２のタップ穴３２Ｔに第２外部部材３３を連結することにより、幅広い用途で第１外部部材３１と第２外部部材３３とを相対回転させることができる。

第１減速装置Ｇ１のグリスの注入は、ケーシング３０を貫通して内歯歯車２６の外ピン溝２６Ｃ（あるいは外ピン２６Ｂ）と外ピン溝２６Ｃとの間に開口するように設けられた給脂口８０を介して行われる。これにより、内歯歯車２６や外歯歯車２２、２４の噛合部の潤滑や外歯歯車を支持するころ軸受１８、２０、あるいは入力軸受４０、４２等の潤滑性を確保することができる。

一方、主軸受を有しない第２減速装置Ｇ２は、図２に示されるような第１アーム５２と第２アーム７２との間に配置されたクロスローラ軸受６０の存在により、主軸受がなくても、該第１アーム５２（および第１アーム５２と一体的に動くサブ部材５４）と第２アーム７２とを相対的に回転させることができる。なお、これに伴って、この第１アーム５２と連結されている第２減速装置Ｇ２のケーシング３０、および第２アーム７２と連結されている第１キャリヤ３２（および該第１キャリヤ３２とさらにキャリヤピン３５を介して連結されている第２キャリヤ３４）も、主軸受無しで相対回転する。

主軸受３６、３８を有しない第２減速装置Ｇ２にあっては、親機械のロボット側で、主軸受相当の機能を持たせているため、当該親機械の操業に当たって掛かり得ると想定される曲げモーメント等に十分対応し得る軸受（例えばクロスローラ軸受６０）等を自由に使用することができる。また、第２減速装置Ｇ２自体については、主軸受の分のコストを低減することができるため、全体に無駄のない合理的な設計が実現可能である。

また、主軸受を配置する場合に必要な「配置空間Ｐｍ１、Ｐｍ２」が、そのまま確保されていることを利用して、この配置空間Ｐｍ１またはＰｍ２に開口する給脂口８２を設けるようにしたため、広い配置空間Ｐｍ１またはＰｍ２を介して第２減速装置Ｇ２内に潤滑剤（この例ではグリス）を少ない封入抵抗で供給することができ、該潤滑剤の供給を簡易にかつ確実に行うことができる。

本実施形態に係る第１、第２減速装置Ｇ１、Ｇ２のシリーズにあっては、主軸受３６、３８の有無、および給脂口８０、８２の配置構成において差別化がなされている以外は、全て共通の部材を使用している。このため、シリーズ全体としてのコストを低減することができ、かつ、ユーザの要求に応じて主軸受３６、３８の有無および給脂口８０、８２の配置構成を自由に選択することができる。

とりわけ、本実施形態においては、ケーシング３０に外部部材である第１アーム取付用のフランジ部３０Ａが設けられ、給脂口８２は、該フランジ部３０Ａを径方向に貫通して設けられている。そのため、この例のように、特にフランジ部３０Ａの軸方向両側に、外部部材である第１アーム５２、および該第１アーム５２と一体的に動くサブ部材５４が連結されるような場合であっても、該第１アーム５２（およびサブ部材５４）と干渉することなく潤滑剤を供給することができる。一般に、主軸受を有しない第２減速装置Ｇ２にあっては、フランジ部３０Ａの軸方向側部には、（比較的大型の）外部部材が連結されることが多いが、フランジ部３０Ａの径方向外側には、外部部材が位置しないことが多い。このため、この第２減速装置Ｇ２においてフランジ部３０Ａを径方向に貫通して給脂口８２を形成するという構成は、現実には、大きなメリットを提供している。

また、第２減速装置Ｇ２の給脂口８２が、ケーシング３０内に配置される軸受のうち、第１減速装置Ｇ１の軸方向で最も端部側に位置する軸受である入力軸受４０、４２のうち、第２キャリヤ３４側の入力軸受４２と径方向から見て「重なる位置」に設けられている。このため、給脂の際に、該入力軸受４２が上側となるように第２減速装置Ｇ２を床等に載置して潤滑剤を供給することにより、該入力軸受４２を含めてこれより下側に位置している全ての軸受や歯車等に対しグリスを満遍なくかつ少ない封入抵抗で容易に供給することができる。

この種の偏心揺動型の減速装置においては、グリスの給入が困難なことが多く、親機械のある現場での給脂が困難なことから、減速装置の製造工場において予め専用の給脂機器を用いて強制的にグリスを封入し、密閉した上で出荷することも多かったが、本実施形態に係るシリーズにおいては、特に、主軸受を有しない第２減速装置Ｇ２にあっては、現場での給脂やグリスの交換が容易に行えるようになった。

なお、この構成について補足するならば、給脂口が、ケーシング内に配置される軸受のうち、減速装置の軸方向で最も端部側に位置する軸受と径方向から見て重なる位置か、または軸方向外側に設けられていれば、グリスの供給の確実性は、担保可能である。

また、上記実施形態においては、第１減速装置と第２減速装置の各部材を基本的に全て共用したシリーズを構築していたため、第２減速装置では、主軸受の配置空間がそのまま確保されていたが、本実施形態に係る第２減速装置を、シリーズを離れて単独に見た場合には、必ずしも主軸受をそのまま配置可能な空間が確保されている必要はない。

この観点で、第２減速装置Ｇ２は、「ケーシング３０に対して遊星歯車機構の第１、第２キャリヤ（キャリヤ部材）３２、３４が相対回転する遊星歯車減速装置Ｇ２であって、ケーシング３０と第１、第２キャリヤ３２、３４との間に主軸受が配置されず、かつ該ケーシング３０と第１、第２キャリヤ３２または３４との間の空間（Ｐｍ１）または（Ｐｍ２）に開口する給脂口８２が設けられたことを特徴とする遊星歯車減速装置」と捉えることもできる。

なお、上記実施形態では、偏心体軸が内歯歯車の径方向中央に１本のみ存在する中央クランクタイプと称される偏心揺動型の減速装置が示されていたが、この種の減速装置の減速機構としては、内歯歯車の軸心からオフセットした位置に、複数の偏心体軸を有し、この複数の偏心体軸に備えられた偏心体を同期して回転させることによって外歯歯車を揺動させる、いわゆる振り分けタイプと称される減速装置も知られている。本発明は、当該振り分けタイプの偏心揺動型の遊星歯車減速装置等にも、全く同様に適用することができる。さらには、単純遊星歯車減速装置においても、適用することが可能である。

また、上記実施形態の第１減速装置Ｇｌにおいては、ケーシング３０の外ピン溝２６Ｃと外ピン溝２６Ｃの間に給脂口８０が設けられていたが、給脂口８０の位置はこれに限定されない。例えば、第１キャリヤ３２あるいは第２キャリヤ３４を軸方向に貫通して給脂口（８０）を設けてもよい。第２減速装置Ｇ２の給脂口８２についても、上記実施形態のようにフランジ部３０Ａに設ける場合に限定されず、主軸受の配置空間Ｐｍ１またはＰｍ２に開口していれば、その形成態様は限定されない。

さらに、上記実施形態においては、第１減速装置Ｇ１および第２減速装置Ｇ２のケーシング３０においては、ケーシング３０のベースとなる部材は共用しつつ、給脂口８０と給脂口８２の形成位置が異なっていた。また、上記実施形態においては、第１、第２キャリヤ３２、３４は完全に共用されていたが、第１減速装置Ｇ１において第１、第２キャリヤ３２、３４のいずれかに給脂口（８０）が設けられる場合もある。また、第１減速装置Ｇ１と第２減速装置Ｇ２とで、第１キャリヤ３２に形成されるタップ穴の位置や数が異なる場合もある。このような場合にも、第１、第２キャリヤ３２、３４のベースとなる部材については共用されている。このように、本発明において、「ケーシングおよびキャリヤ部材を共用する」とは、最終的に減速装置として完成した状態で、全く同じ形状・構造とされている場合だけでなく、最終的に減速装置として完成した状態では、給脂口やタップ穴の形成態様等一部が異なっていたとしても、そのベースとなる部材が共用されている場合も含む概念である。

Ｇ１、Ｇ２…第１、第２減速装置
１２…入力軸
１４、１６…偏心体
２２、２４…外歯歯車
２６…内歯歯車
３０…ケーシング
３２、３４…第１、第２キャリヤ（キャリヤ部材）
３６、３８…主軸受
５２…第１アーム
７２…第２アーム
８０、８２…給脂口

Claims (5)

1. ケーシングに対して遊星歯車機構のキャリヤ部材が相対回転する遊星歯車減速装置のシリーズであって、
   前記ケーシングとキャリヤ部材との間に主軸受が配置される第１減速装置と、前記ケーシングとキャリヤ部材との間に主軸受が配置されない第２減速装置と、を有し、
   前記第１減速装置と第２減速装置は、前記ケーシングおよび前記キャリヤ部材が共用され、かつ、
   前記第２減速装置においては、前記主軸受の配置空間に開口する給脂口が設けられた
   ことを特徴とする遊星歯車減速装置のシリーズ。
2. 請求項１において、
   前記ケーシングに外部部材取付用のフランジ部が設けられ、
   前記給脂口は、該フランジ部を径方向に貫通して設けられる
   ことを特徴とする遊星歯車減速装置のシリーズ。
3. 請求項２において、
   前記フランジ部の軸方向両側に外部部材が配置される
   ことを特徴とする遊星歯車減速装置のシリーズ。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記給脂口は、前記ケーシング内に配置される軸受のうち、減速装置の軸方向で最も端部側に位置する軸受と径方向から見て重なる位置か、または軸方向外側に設けられる
   ことを特徴とする遊星歯車減速装置のシリーズ。
5. ケーシングに対して遊星歯車機構のキャリヤ部材が相対回転する遊星歯車減速装置であって、
   前記キャリヤ部材として、前記遊星歯車機構の軸方向一側に配置される第１キャリヤ部材と、前記遊星歯車機構の軸方向他側に配置される第２キャリヤ部材と、を有し、
   前記ケーシングと前記第１キャリヤ部材との間、および前記ケーシングと前記第２キャリヤ部材との間のいずれにも主軸受が配置されず、かつ
   該ケーシングと前記第２キャリヤ部材との間の空間に開口する給脂口が設けられた
   ことを特徴とする遊星歯車減速装置。

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