JP2009041623A - 揺動内接遊星歯車構造 - Google Patents

Abstract

【課題】センタ歯車の歯先端面処理等を行わなくでも、外歯歯車とセンタ歯車との衝突による不具合が発生しないように工夫した揺動内接遊星歯車構造を得る。
【解決手段】複数の偏心体軸１４４、１４６、１４８にそれぞれ備えられた偏心体１５０Ａ、１５０Ｂ、１５２Ａ、１５２Ｂ、１５４Ａ、１５４Ｂによって揺動回転する外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂと、該外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂが内接噛合する内歯歯車１７０と、を備えた揺動内接遊星歯車構造において、駆動源側からの動力を受けて、前記複数の偏心体軸１４４、１４６、１４８を同時に駆動するセンタ歯車１３２が、外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂと軸方向に隣接し、且つ該外歯歯車と軸方向に隙間δ１、δ２を有した状態で、当該揺動内接遊星歯車構造の半径方向中央部に配置されている
【選択図】図１

Description

本発明は、揺動内接遊星歯車構造に関する。

例えば特許文献１において、ロボットの関節部分を駆動するための揺動内接遊星歯車装置が提案されている。この揺動内接遊星歯車装置１０は、図６に示されるように、ロボット（図示略）の一部を構成する土台１２に固定された状態でロボットの他の一部を構成する可動部材１４を回転可能に支持・駆動するものである。

揺動内接遊星歯車装置１０は、モータ１６と減速機構部１８とから主に構成されている。モータ１６の動力は、モータ軸２０に取り付けられた図示せぬ入力歯車、外歯歯車２２、図示されている１本の偏心体軸２４、この偏心体軸２４に設けられた偏心体軸歯車２５の順に伝達され、センタ歯車２３に至る。

センタ歯車２３は、他の２本の偏心体軸２４（図には示されていない）にそれぞれ設けられた偏心体軸歯車２５（図には示されていない）と噛合しており、これにより、計３本の偏心体軸２４（前記１本のみ図示）が回転するようになっている。

各偏心体軸２４にはそれぞれ偏心体２６Ａ、２６Ｂが一体的に形成されており、該偏心体２６Ａ、２６Ｂの偏心回転により外歯歯車２８Ａ、２８Ｂが内歯歯車３０に内接噛合しながら揺動回転する。そして、この外歯歯車２８Ａ、２８Ｂの揺動回転の自転成分が、第１、第２キャリヤ３２Ａ、３２Ｂから取出され、ボルト３４を介して前記可動部材１４に伝達される。

この揺動内接遊星歯車装置１０では、前記センタ歯車２３は、３個の偏心体軸歯車２５と噛合することによって半径方向に支持されている。また、センタ歯車２３の軸方向の位置は、外歯歯車２８Ａ、２８Ｂとの間に油膜を介して滑り摩擦が生じる状態で挟まれることによって規制されている。なお、図の符号４３、４５はＯリング、４４Ａ、４４Ｂはオイルシールである。

国際公開ＷＯ２００７／０３２４００Ａ１

このような構成の揺動内接遊星歯車装置１０にあっては、センタ歯車２３を外歯歯車２８Ａ、２８Ｂと滑り接触させることによってその軸方向の位置決めを行うようにしていたため、外歯歯車２８Ａ、２８Ｂが偏心揺動を行う際に、センタ歯車２３の歯先端面が該外歯歯車２８Ａ、２８Ｂと衝突してしまうことがある。

衝突が発生した場合に、センタ歯車２３の歯先にわずかでもバリ等が存在していると、該センタ歯車２３の歯面あるいは外歯歯車２８Ａ、２８Ｂが損傷し、摩耗が促進されてしまう。また、損傷によって潤滑油内に浮遊することとなった歯車粉（鉄粉）が他の部位でさまざまな悪影響を及ぼすことも考えられる。

そのため、そのような事態に至らないように、センタ歯車の歯先端面は面取り処理等を行なわざるを得ず、その分加工時間と加工コストがかかる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、特にセンタ歯車の歯先端面処理等を行わなくでも、こうした不具合が発生しないように工夫した揺動内接遊星歯車装置を提供することその課題としている。

本発明は、複数の偏心体軸にそれぞれ備えられた偏心体によって揺動回転する外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、を備えた揺動内接遊星歯車構造において、駆動源側からの動力を受けて、前記複数の偏心体軸を同時に駆動するセンタ歯車を備え、且つ、該センタ歯車が、前記外歯歯車と軸方向に隣接し、且つ該外歯歯車と軸方向に隙間を有した状態で、当該揺動内接遊星歯車構造の半径方向中央部に配置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、センタ歯車を外歯歯車と軸方向に隙間を有した状態で組み込みようにしている。この結果、センタ歯車が外歯歯車と衝突すること自体を皆無にすることができるようになり、いわば原因を絶つことで、衝突に起因する不具合の発生が完全に防止される。

本発明によれば、センタ歯車が外歯歯車に隣接して配置されている構成でありながら揺動回転する外歯歯車との干渉を完全に防止することができ、両歯車の摩耗、損傷等を確実に防止できる。

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４は、本発明の実施形態の一例に係る揺動内接遊星歯車構造が適用されたロボットの関節駆動装置の断面図、図１はその要部拡大図である。又、図２、図３は、それぞれ図４の矢示II−II線、III−III線に沿う断面図である。

この関節駆動装置１１０は、ロボット（図示略）の関節部分に組み込まれるもので、該ロボットの一部を構成する土台１１２に固定された状態で、ロボットの他の一部を構成する可動部材１１４を回転可能に支持・駆動するものである。

関節駆動装置１１０は、図４に示されるように、可動部材１１４上に配置されたモータ１１６と、揺動内接噛合遊星歯車構造の減速機構部１１８とから主に構成されている。減速機構部１１８のケーシング１１７は、土台１１２にボルト１１９を介して連結されている。

モータ１１６のモータ軸１２０の先端にはピニオン１２２が形成されており、ギヤ１２４と噛合している。ギヤ１２４は、スプライン１２６を介して伝動軸１２８と一体化されている。伝動軸１２８には伝動ピニオン１３０が形成されている。伝動ピニオン１３０は、センタ歯車１３２と噛合している。センタ歯車１３２付近の具体的構成については、後に詳述する。

図１〜図３を合わせて参照して、このセンタ歯車１３２は、前記伝動ピニオン１３０と噛合すると共に、偏心体軸歯車１３８、１４０、１４２とも同時に噛合している。各偏心体軸歯車１３８、１４０、１４２は、それぞれ偏心体軸１４４、１４６、１４８と一体化されている。

偏心体軸１４４は、偏心体１５０Ａ、１５０Ｂを備え、テーパローラ軸受１４９Ａ、１４９Ｂによって両持ち指示されている。偏心体軸１４６は、偏心体１５２Ａ、１５２Ｂ（偏心体１５２Ｂの方は図示されていない）を備え、図示せぬテーパローラ軸受によって両持ち指示されている。偏心体軸１４８は、偏心体１５４Ａ、１５４Ｂ（偏心体１５４Ｂの方は図示されていない）を備え、図示せぬテーパローラ軸受によって両持ち指示されている。偏心体１５０Ａ、１５２Ａ、１５４Ａには、ころ１５６Ａ、１５８Ａ、１６０Ａを介して外歯歯車１６２Ａが嵌合している。又、図３と同様の態様で偏心体１５０Ｂ、１５２Ｂ、１５４Ｂも、それぞれころ１５６Ｂ、１５８Ｂ、１６０Ｂ（ころ１５８Ｂ、１６０Ｂは図示されていない）を介して外歯歯車１６２Ｂと嵌合している。外歯歯車１６２Ａ、１６０Ｂの偏心位相差は１８０°である。

外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂは、内歯歯車１７０に内接噛合している。外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂの歯数は１１８である。内歯歯車１７０は、ケーシング１１７と一体化されている。この実施形態では内歯歯車１７０の内歯はころ状の外ピン１７２によって構成されており、且つ、本来１２０個あるべき内歯（外ピン１７２）のうち、２つずつが交互に間引いた状態で形成（配置）されている。

外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂの軸方向両側には、第１、第２キャリヤ（出力部材）１７６Ａ、１７６Ｂが、軸受１７８Ａ、１７８Ｂを介してケーシング１１７に回転自在に支持されている。第１、第２キャリヤ１７６Ａ、１７６Ｂは、キャリヤピン１８１〜１８６によって連結・一体化されている。前述の可動部材１１４は、第１キャリヤ１７６Ａにボルト１８８を介して連結されている。外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂは、スペーサ１６３を挟んで該軸受１７８Ａの内輪１７８Ａ１と軸受１７８Ｂの内輪１７８Ｂ１とに挟まれることにより、その軸方向の位置が拘束されている。

ここで、センタ歯車１３２付近の構成について詳細に説明する。

センタ歯車１３２の内側にはセンタ軸部材１３６が配置されている。センタ軸部材１３６は、制御ケーブル１３９を通すためのセンタホロー孔１３６Ｂを備え、第１、第２キャリヤ１７６Ａ、１７６Ｂによってその軸方向の移動が規制されている。即ち、第１キャリヤ１７６Ａの内側当接面１７６Ａ１とセンタ軸部材１３６のモータ側当接面１３６Ｃとがそれぞれ当接している。また、第２キャリヤ１７６Ｂの内側当接面１７６Ｂ１とセンタ軸部材１３６の反モータ側当接面１３６Ｄとが当接している。結果として、センタ軸部材１３６は第１、第２キャリヤ１７６Ａ、１７６Ｂに挟まれ、軸方向の動きが規制されている。

一方、センタ軸部材１３６の軸方向第１キャリヤ１７６Ａ寄りの外周には突起部１３６Ｆが形成されている。センタ歯車１３２は、一方側がこの突起部１３６Ｆによって軸方向移動が拘束され、他方側がスペーサ１３９を介してセンタ軸部材１３６に固定された止め輪１３７によって軸方向の動きが拘束されている。符号１３４はセンタ歯車１３２を回転可能に支持するころであり、符号１９５は、このころ１３４を保持するためのリテーナである。この構成により、結局、センタ歯車１３２は、センタ軸部材１３６を介して第１、第２キャリヤ１７６Ａ、１７８Ｂによってその軸方向の動きが拘束されていることになる。ころ１３４は、センタ軸部材１３６を内輪、センタ歯車１３２を外輪とする大きな軸受の転動体として機能する。

上述したように、外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂがスペーサ１６３を挟んだ状態で軸受１７８Ａ、１７８Ｂのそれぞれの内輪１７８Ａ１、１７０Ｂ１に挟まれことによってその軸方向の動きが規制されている。そしてセンタ歯車１３２がセンタ軸部材１３６によってその軸方向の動きが規制されるが、その際に、センタ歯車１３２が外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂに対して所定の隙間δ１、δ２を有して組み込まれているのが、この実施形態の大きな特徴である。

なお、図の符号１４３は、センタ軸部材１３６と第１キャリヤ１７６Ａとの間に設けら得たＯリング、１９２は、土台１１２に一体形成されたリング部１９０のホロー孔１９０Ａとセンタ軸部材１３６の対リング部外周部１３６Ａとの間に配置されたオイルシール、１９４は第１キャリヤ１７６Ａの外周とケーシング１１７の内周との間に配置されたオイルシール、１９６は第１キャリヤ１７６Ａの伝動軸孔１７７と伝動軸１２８との間に配置されたオイルシールである。減速機構部１１８は、これらのＯリング１４３、オイルシール１９２、１９４、１９６とにより、その内外がシールされている。

なお、伝動軸孔１７７は、伝動軸１２８を通すための孔であるが、同様の孔１１７Ｂが他に２か所開けられている。これは組み付け時の利便性を考慮したためである。即ち、組み付けの際に全ての孔（伝動軸１２８が通る伝動軸孔１７７、キャリヤピン１８１〜１８６が通るキャリヤピン孔１８１Ｈ〜１８６Ｈ、偏心体軸１４４、１４６、１４８が通る偏心体軸孔１４４Ｈ、１４６Ｈ、１４８Ｈ）が塞がってしまうと、外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂを径方向から持って差込まなければならなくなるため、極めて不便である。そこで、（伝動軸１２８の通っていない）余分の孔１７７Ｂを形成して使用することとすれば、そこに指を入れて組み込むことができ、組み付けが非常に容易になる。また、完成後はこの孔１７７Ｂが潤滑剤の通り道になって給排が容易になると共に潤滑性能を向上させることができる。この実施形態では、孔１７７Ｂは伝動軸孔１７７と同一の大きさとしてあるが、この目的から、孔１７７Ｂと伝動軸孔１７７は必ずしも同一の大きさとする必要はない。

次に、この関節駆動装置１１０の作用を説明する。

モータ１１６の動力は、モータ軸１２０に形成されたピニオン１２２、該ピニオン１２２と噛合するギヤ１２４、該ギヤ１２４とスプライン１２６を介して連結されている伝動軸１２８を介して伝動ピニオン１３０に至る。伝動ピニオン１３０が回転すると、これと噛合しているセンタ歯車１３２が回転し、更に、該センタ歯車１３２と噛合している３個の偏心体軸歯車１３８、１４０、１４２が回転し、偏心体軸１４４、１４６、１４８が同一方向に同一の回転速度で回転する。この結果、偏心体軸１４４、１４６、１４８上の偏心体１５０Ａ、１５２Ａ、１５４Ａによって外歯歯車１６２Ａが内歯歯車１７０に内接しながら揺動回転する。又、これと同時に、偏心体軸１４４、１４６、１４８の偏心体１５０Ｂ、１５２Ｂ、１５４Ｂによって外歯歯車１６２Ｂが前記外歯歯車１６２Ａと１８０°の位相差を持って同様に内歯歯車１７０に内接噛合しながら揺動回転する。

内歯歯車１７０と外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂとの歯数差（本来の内歯歯車１７０の歯数１２０と外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂの歯数１１８との差）は、それぞれ２であるため、外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂが１回揺動を行なうと、その歯数差分だけ外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂは自転することになる。この自転成分が偏心体軸１４４、１４６、１４８を介して第１、第２キャリヤ１７６Ａ、１７６Ｂに伝達される。

第１キャリヤ１７６Ａは、ボルト１８８を介して可動部材１１４と一体化されているため、可動部材１１４は該可動部材１１４に配置されているモータ１１６ごと減速された回転速度で回転する。

ここで、外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂは、スペーサ１６３を挟んだ状態で軸受１７８Ａの内輪１７８Ａ１と軸受１７８Ｂの内輪１７８Ｂ１とに挟まれることにより、その軸方向の位置が拘束されている。また、センタ軸部材１３６は第１、第２キャリヤ１７６Ａ、１７６Ｂに挟まれ、軸方向の動きが規制された状態で組み込まれており、且つ、センタ歯車１３２は、センタ軸部材１３６の突起部１３６Ｆ、止め輪１３７によってスペーサ１３９を介して挟まれることによって、その軸方向の動きが拘束されている。更に、この状態で、センタ歯車１３２が外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂに対して所定の隙間δ１、δ２を有して状態で組み込まれているため、センタ歯車１３２は、通常運転中は、外歯歯車１６２Ａ、１６２Ｂと衝突（接触）することがない。そのため衝突に起因した不具合も生じない。但し、万一接触したときのことを考えて、センタ歯車１３２の歯先端面は、これを面取り処理しておくことが好ましい。

また、センタ歯車１３２は、センタ軸部材１３６に、ころ１３４を介していわゆる軸受支持されているため、例えば上記従来例のように、センタ歯車（２３）が３本の偏心体軸に組み込まれた偏心体軸歯車（２５）との噛合によって半径方向に支持される構造と較べて非常に円滑に回転することができ、該センタ歯車２３のふらつきが防止され、低振動性、低騒音性、及び高効率性を実現できる。また、偏心体軸１４４、１４６、１４８とは別の伝動軸１２８から各偏心体軸１４４、１４６、１４８に同時にトルクを振り分けるため、トルクバランスが良い。

次に、図５を用いて本発明の他の実施形態の一例を示す。

先の実施形態では、センタ歯車１３２のセンタ軸部材１３６に対する軸方向の移動規制を、センタ軸部材１３６に形成した突起部１３６Ｆや止め輪１３７を用いて行っていたが、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示した各例では、凹部と該凹部に転接する転動体との組合せを用いた構成を採用している。

図５の（Ａ）では、センタ歯車２３２の内周に球面状の転動面としての第１凹部２３２Ｋが形成されると共に、センタ軸部材２３６の外周にも球面状の転動面としての第２凹部２３６Ｋが形成されている。そして、該第１凹部２３２Ｋ及び第２凹部２３６Ｋにそれぞれ２点で（合計４点で）同時に当接するボール（転動体）２３９を介して、センタ歯車２３２がセンタ軸部材２３６に、その軸方向移動が規制された状態で回転自在に支持されている。符号２９５は、ボール２３４を保持するリテーナである。

図５の（Ｂ）では、センタ歯車３３２及びセンタ軸部材３３６が、それぞれ直角２等辺三角柱の直角を挟んだ２面３３２Ｋ１、３３２Ｋ２、及び、３３６Ｋ１、３３６Ｋ２を転動面として有している。その上で、当該計４つの転動面３３２Ｋ１、３３２Ｋ２、３３６Ｋ１、３３６Ｋ２のうち、平行する一対の転動面３３２Ｋ１、３３６Ｋ１と、３３２Ｋ２、３３６Ｋ２に、転動体としてのころ３３３が交互に９０度向きを変えて線接触している。即ち、この図５（Ｂ）では、センタ軸部材３３６を内輪、センタ歯車３３２を外輪、ころ３３４を転動体とするいわゆるクロスローラが形成されている。この例では、ころ３３４がセンタ軸部材３３６及びセンタ歯車３３２に対してそれぞれ「線接触」しているため、伝達容量を高く確保することができ、耐久性をより向上させることができる。

図５（Ｃ）では、基本的な構成は、ボール３３４、リテーナ４９５、センタ軸部材４３６、及びその第２凹部４３６Ｋについては、図５（Ａ）と同一であるが、センタ歯車４３２が、第１凹部４３２Ｋの頂点を通り軸と直角の平面を含む分割面で分割されることによって２つの部材４３２Ａと４３２Ｂとで形成され、両部材４３２Ａ、４３２Ｂがボルト４３５で連結されている例が示されている。

図５（Ｄ）では、同様の趣旨によりセンタ軸部材５３６が第２凹部５３６Ｋの頂点を通り軸と直角の平面を含む分割面で分割されることによって２つの部材５３６Ａと５３６Ｂとで形成されている例が示されている。両部材５３６Ａ、５３６ＢはＯリング５３５を介して圧入連結されている。ボール５３４、リテーナ５９５、センタ歯車５３２、及びその第１凹部２３２Ｋについては、図５（Ａ）と同一である。

このように、センタ歯車、あるいはセンタ軸部材が、第１凹部又は第２凹部の頂点を通り軸と直角の平面を含むで分割面とされていると、第１、第２凹部の間に転動体を組み込む作業が容易になり、また装置全体をよりコンパクト化できるというメリットが得られる。

なお、本発明においては、外歯歯車およびセンタ歯車の軸方向移動規制をどのように行うかについては、特に限定されるものではない。例えば、外歯歯車やセンサ歯車は互いに接触しない隙間さえ有していれば軸方向に移動可能であっても良い。要は、両者が軸方向において所定の隙間を有した状態で回転自在に組み込まれていれば本発明の目的を達成することができる。

複数の偏心体軸を装置の半径方向中央に配置されたセンタ歯車によって駆動するタイプの揺動内接噛合遊星歯車装置に適応できる。

本発明の実施形態の一例が適用されたロボットの関節駆動装置の要部拡大縦断面図 図１の矢示II−II線に沿う断面図 図１の矢示III−III線に沿う断面図 前記実施形態に係る装置の全体縦断面図 本発明の他の実施形態の例を示す、センタ歯車付近の部分断面図 従来の揺動内接噛合遊星歯車構造の一例を示す縦断面図

符号の説明

１１２…土台
１１４…可動部材
１１６…モータ
１２８…伝動軸
１３０…伝動ピニオン
１３２…センタ歯車
１３４…ころ（転動体）
１３６…センタ軸部材
１３７…止め輪
１３９…スペーサ
１４４、１４６、１４８…偏心体軸
１５０Ａ、１５０Ｂ、１５２Ａ、１５２Ｂ、１５４Ａ、１５４Ｂ…偏心体
１６２Ａ、１６２Ｂ…外歯歯車
１７０…内歯歯車
１７６Ａ、１７６Ｂ…第１、第２キャリヤ
１７８Ａ、１７８Ｂ…軸受
２３２Ｋ、２３２Ｋ…第１、第２凹部
１８１、１８６…キャリヤピン
１９０…リング部
１９５…リテーナ

Claims (7)

1. 複数の偏心体軸にそれぞれ備えられた偏心体によって揺動回転する外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、を備えた揺動内接遊星歯車構造において、
   駆動源側からの動力を受けて、前記複数の偏心体軸を同時に駆動するセンタ歯車を備え、且つ、
   該センタ歯車が、前記外歯歯車と軸方向に隣接し、且つ該外歯歯車に対して軸方向に隙間を確保した状態で配置されている
   ことを特徴とする揺動内接遊星歯車構造。
2. 請求項１において、
   前記センタ歯車の内側に、その軸方向の動きが規制されたセンタ軸部材を備え、
   前記センタ歯車が、前記センタ軸部材によってその軸方向の動きを拘束された状態で配置されることにより、前記外歯歯車との前記隙間が確保されている
   ことを特徴とする揺動内接遊星歯車構造。
3. 請求項１または２において、
   前記外歯歯車が軸方向に位置決めされた状態で配置されている
   ことを特徴とする揺動内接遊星歯車構造。
4. 請求項２または３において、
   前記センタ歯車の内周に第１凹部が形成されると共に、前記センタ軸部材の外周に第２凹部が形成され、
   該第１凹部及び第２凹部に同時に当接する転動体を介して、前記センタ歯車が前記センタ軸部材に、その軸方向の動きが規制された状態で回転自在に支持されている
   ことを特徴とする揺動内接遊星歯車構造。
5. 請求項４において、
   前記第１、第２凹部が球面状の転動面を有し、前記転動体がボールである
   ことを特徴とする揺動内接遊星歯車構造。
6. 請求項４において、
   前記第１、第２凹部が、それぞれ直角２等辺三角柱の直角を挟んだ２面を含む転動面を有し、前記転動体が、当該計４つの転動面のうちの平行する一対の転動面に交互に９０度向きを変えて線接触するころで構成されている
   ことを特徴とする揺動内接遊星歯車構造。
7. 請求項４〜６のいずれかにおいて、
   前記センタ歯車、センタ軸部材の少なくとも一方が、軸と直角の平面を含む分割面で分割されている
   ことを特徴とする揺動内接遊星歯車構造。

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