JP2009115274A - 偏心揺動型歯車装置及びこれを備えた産業用ロボットの関節構造 - Google Patents

Abstract

【課題】内部を通過するケーブル等が傷付かない、円筒体を内蔵した偏心揺動型歯車装置を提供する。
【解決手段】内歯歯車３と、該内歯歯車に噛み合う外歯歯車９と、該外歯歯車を偏心運動させるクランク軸１７と、該クランク軸を回転自在に支持する支持体１９とを備え、内歯歯車と支持体とが相対的に回転する偏心揺動型歯車装置１００において、偏心揺動型歯車装置を軸方向に貫通する円筒体３０が、前記支持体１９に回転自在に支持されている偏心揺動型歯車装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、産業用ロボットの関節部などに用いられる偏心揺動型歯車装置に関する。

従来、以下の特許文献１及び２に記載の産業用ロボット（以下、単にロボットと記載する場合もある）の関節部に使用された偏心揺動型歯車装置が知られている。

特開平９−５７６７８号公報 特開２００１−３２３９７２号公報

特許文献１及び２に記載の偏心揺動型歯車装置は、内歯歯車と、内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、外歯歯車を偏心運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を備え、内歯歯車と支持体とが相対的に回転する偏心揺動型歯車装置であり、その軸方向の軸心周りに中空孔を備え、その中空孔を円筒体が貫通している。この円筒体の中空孔に配線や配管、ケーブル等を通すことで、偏心揺動型歯車装置の内部部品によってケーブル等が傷付いたり、内部の潤滑剤が漏れ出すことを防止している。
図６に、特許文献１記載の産業用ロボットの関節部を示す。図７に、特許文献２記載の産業用ロボットの関節部を示す。なお、同一又は類似する部分については、同一の符号を付して説明する。

特許文献１では、円筒体３３０を偏心揺動型歯車装置３００の一方の端板部３１９ａ側（図の下側）から挿入し、円筒体３３０の一端部に設けられたフランジ部を一方の端板部３１９ａにボルトで固定している。円筒体３３０の他端部は、ロボットの旋回部３６０に挿入され、該旋回部と円筒体の他端部との間にはオイルシール３４１が装着されている。このオイルシールは、偏心揺動型歯車装置内の潤滑剤が円筒体３３０の中空孔３３１に入り込まないためのものである。また、内歯歯車３０３と支持体３１９との間にもオイルシール３４２，３４３を配置し、潤滑剤が外部に漏れるのを防いでいる。

特許文献２では、円筒体３３０をロボットの固定部３５０側（図の下側）から挿入し、円筒体３３０の一端部に設けられたフランジ部を固定部３５０にボルトで固定している。円筒体３３０の他端部は、ロボットの旋回部３６０に挿入され、該旋回部と円筒体の他端部との間にはオイルシール３４１が装着されている。このオイルシールは、偏心揺動型歯車装置内の潤滑剤が円筒体３３０の中空孔３３１に入り込まないためのものである。また、内歯歯車３０３と支持体３１９との間にもオイルシール３４３を配置し、潤滑剤が外部に漏れるのを防いでいる。

特許文献１及び２の偏心揺動型歯車装置３００及び３０１は、その内歯歯車３０３がロボットの固定部３５０に固定され、支持体３１９がロボットの旋回部３６０に固定されている。モータ３７０の出力回転は、偏心揺動型歯車装置により減速され、支持体３１９に減速された回転として出力されるので、ロボットの旋回部３６０は低速で回転する。
特許文献１では、円筒体３３０は一方の端板部３１９ａ、すなわち支持体３１９に固定されているため、円筒体３３０は支持体３１９と共に回転する。円筒体３３０の回転は前記したように比較的低速であるが、ケーブル等３８０は止め具３９０によって固定部３５０に保持されているので、回転する円筒体３３０と擦れることになる。長期間にわたって円筒体３３０とケーブル等３８０が擦れることで、ケーブル等が傷付くという問題があった。
一方、特許文献２では、円筒体３３０はロボットの固定部３５０に固定されているため、円筒体３３０は全く回転しない。円筒体３３０が回転しないため、そこを通過するケーブル等と擦れ合うことはない。しかしながら、このようにロボットの固定部３５０に円筒体３３０を装着するには、ロボットをクレーン等の手段で吊り上げ、下方から円筒体を挿入し、ボルト等で固定させる必要があり、作業性・安全性が悪かった。また、ロボット側に円筒体を装着するため、通常はロボットメーカーが円筒体を準備する必要があり、メーカー側の負担になっていた。

かかる課題に鑑み、本発明は、偏心揺動型歯車装置が円筒体を回転自在に支持することにより、円筒体の内部を通過するケーブル等への傷付きをなくし、また、円筒体を産業用ロボットに組み込む作業が不要な偏心揺動型歯車装置を提供することを目的とする。

本発明の偏心揺動型歯車装置は、内歯歯車と、該内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、該外歯歯車を偏心運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を備え、前記内歯歯車と前記支持体とが相対的に回転する偏心揺動型歯車装置において、前記偏心揺動型歯車装置を軸方向に貫通する円筒体が、前記支持体に回転自在に支持されている。
また、前記円筒体の少なくとも一方の端部外周部が、シール部材との係合部である。
また、産業用ロボットの固定部に前記内歯歯車を固定し、該固定部に設けた中央孔にシール部材を介して前記円筒体の一方の端部を挿入している。

請求項１の発明によれば、円筒体が支持体に回転自在に支持されているので、ケーブル等が内歯歯車と支持体との相対回転に関係なく回転する場合は、円筒体はケーブル等に追従して回転させることができ、ケーブル等が擦れて傷付くことがない。また、ケーブル等が固定部に固定され動かない場合は、円筒体を固定部に固定すればケーブル等が擦れて傷付くことがない。そして、円筒体を支持体に回転自在に支持することで、偏心揺動型歯車装置としては円筒体を内蔵することになり、ロボットメーカーによる円筒体の準備、装着作業も不要である。
また、請求項２の発明によれば、円筒体の少なくとも一方の端部外周部が、シール部材との係合部であるので、相手部材とシール部材を介して簡易に密封構造を構成することができる。
さらに、請求項３の発明によれば、産業用ロボットの固定部に前記内歯歯車を固定し、該固定部に設けた中央孔にシール部材を介して前記円筒体の一方の端部を挿入しているので、産業用ロボットの関節構造の組み立て作業を簡易にできる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の偏心揺動型歯車装置を産業用ロボットの旋回部に使用した例であり、図２は図１の偏心揺動型歯車装置のＡ−Ａ断面図である。図３は図２のＢ−Ｂ断面図である。
偏心揺動型歯車装置１００は、多数のピンからなる内歯１を有する内歯歯車３と、内歯歯車３に噛み合う二個の外歯歯車９と、外歯歯車９を偏心運動させる三個のクランク軸１７と、一対の端板部１９ａ，１９ｂと該一対の端板部を連結する複数の柱部２１とからなりクランク軸１７を回転自在に支持する支持体１９とを備え、内歯歯車３と支持体１９とが一対の主軸受２７ａ，２７ｂによって相対的に回転する。

各柱部２１は一方の端板部の１９ａから突出して一体的に形成されており、その断面形状は円形である。他方の端板部１９ｂには、柱部２１に対応する数だけ円形穴２６が形成されており、柱部２１の先端が円形穴２６にそれぞれ挿入され、ボルト４０によって締結されている。これにより、一方の端板部１９ａと他方の端板部１９ｂ及び柱部２１とは、一体的に固定され、支持体１９を構成している。

本実施例の偏心揺動型歯車装置１００は、内歯歯車３が、ロボットの固定部１５０にボルト４５によって固定されており、支持体１９が、ロボットの旋回部１６０にボルト４３によって固定されている。旋回部１６０には、モータ１７０が固定されている。
モータ１７０からの回転が出力歯車２に伝達されると、中間軸５０の平歯車５１及び５２を経て円筒歯車２０を回転させる。円筒歯車２０の回転がクランク軸１７の伝達歯車１５に伝達されると、クランク軸１７は外歯歯車９を支持体１９に対して偏心揺動運動させる。外歯歯車９は内歯歯車３に噛み合っており、内歯歯車３が固定されているので、支持体１９が減速回転された出力となり、支持体１９に固定された旋回部１６０が回転する。

一個の円筒体３０が、支持体１９及び外歯歯車９を貫通し、支持体１９に回転自在に支持されている。本実施例では、円筒体３０は二個の軸受によって支持体１９に回転自在に支持されている。すなわち、円筒体３０と一方の端板部１９ａとの間に軸受３３ａが、円筒体３０と他方の端板部１９ｂとの間に軸受３３ｂが配置されている。
なお、軸受３３ａ，３３ｂは省略可能である。本実施例では、円筒歯車２０の内周面と円筒体３０の中央部外周面とを軸受転動面とする円筒コロ軸受２３を構成している。円筒歯車２０は支持体１９に回転自在に支持される三個のクランク軸１７の伝達歯車１５と噛み合っている。すなわち、円筒体３０は、円筒歯車２０を介して支持体１９に回転自在に支持されている。

本実施例では、円筒体３０の端部外周部にシール部材との係合部（本例ではＯリング溝３５）を設け、円筒体３０の端部が、固定部１５０の中央部に設けた中央孔にシール部材としてＯリング３７を介して挿入されている。Ｏリング３７は、偏心揺動型歯車装置内部の潤滑剤が円筒体３０と固定部１５０との間から漏れるのを防いでいる。なお、円筒体３０の端部外周部と固定部１５０の中央孔との隙間寸法を小さく設定することによって、インロー結合とすることも可能である。
ここで、支持体１９は固定部１５０に対して回転するが、円筒体３０は支持体１９と回転自在に支持されているため、円筒体３０は回転しない。また、本例ではシール部材としてＯリング（固定シール）を使用しているため、円筒体３０は固定部１５０の中央孔に固定される。
このように、円筒体３０は回転せず、ケーブル等１８０は固定部１５０に止め具１９０で固定されているので、円筒体３０の内部３１を通過するケーブル等１８０が擦れて傷付くことがない。

さらに、円筒体３０の一方の端部に円筒体を固定するための止めネジ用ネジ穴３９を備えている。これにより、必要に応じて円筒体３０をロボットの固定部１５０に確実に固定させることができ、円筒体３０が回転することがないので、ケーブル等との擦れを確実に防止できる。また、前記したＯリングによる潤滑剤の漏れ防止に対しても優位である。なお、止めネジの装着は、円筒体３０の内部に工具を挿入することで容易に行える。

本実施例では、円筒体３０が支持体１９に回転自在に支持される、すなわち円筒体３０が偏心揺動型歯車装置１００に内蔵される。これにより、ロボットに偏心揺動型歯車装置を取り付けた後に円筒体３０を装着するような作業や、ロボットメーカーが円筒体３０を用意することが不要である。

なお、本実施例ではＯリング溝を円筒体に設けたが、当該Ｏリング溝をロボットの固定部側に設けてもよい。この場合は、前記係合部はＯリングとの当接面となる。
また、円筒体３０とロボットの固定部１５０との間のシール部材には、固定シールとしてＯリングを用いたが、他に液体シール剤等の固定シール、オイルシール等の回転シールも使用できる。

図４に、本実施例の円筒体を支持体に回転自在に支持する別の形態を示す。本例では、円筒体２３０を、偏心揺動型歯車装置２００を組み立てた後に挿入して固定させている。予め円筒体２３０に軸受２３３（本例では二個）を止め輪６３で固定させておき、端板部２１９ｂ側（図の上側）から円筒体２３０を挿入し、端板部２１９ｂに止め輪６１で固定する。
円筒体２３０を後から装着するので、偏心揺動型歯車装置２００の組み立て時に円筒体が邪魔をすることがない。
なお、本例では、円筒体２３０の一方の端部外周部と一方の端版部２１９ａとの間にオイルシール２４２を、円筒体２３０の他方の端部外周部と他方の端版部２１９ｂとの間にオイルシール２４１を配置し、内歯歯車２０３の両端部内周部支持体２１９との間にもオイルシール２４７，２４９を配置している。このため、本例の偏心揺動型歯車装置２００は内部に潤滑剤を密封した構造となっている。

図５は、本発明の偏心揺動型歯車装置を産業用ロボットの手首部等の、他の関節に使用した例である。本図において、図１と同一又は類似する部分については、同一の符号を付して説明する。
本発明の偏心揺動型歯車装置４００は、支持体１９がロボットの基端側アーム４６０に固定されており、内歯歯車３がロボットの先端側アーム４５０に固定されている。基端側アーム４６０には、モータ４７０が固定されている。モータからの回転が出力歯車２に伝達されると、支持体１９に回転支持された中間軸５０の平歯車５１と噛み合い、回転がクランク軸１７に伝達される。
図１で示した実施例と同じく、円筒体４３０は支持体１９に回転自在に支持されている。一方、円筒体４３０の両端部外周部と支持体１９との間には、回転シールであるオイルシール４１，４２が設けられている。このため、円筒体４３０は、内歯歯車３と支持体１９との相対回転とは独立して回転可能である。
また、本例では、支持体１９と内歯歯車３との間にも一対のオイルシール４７，４９が設けられており、前記した一対のオイルシール４１，４２と共に偏心揺動型歯車装置内の潤滑剤を封止している。

本例では、内歯歯車３が回転することによりロボットの先端側アーム４５０が回転する。先端側アームにケーブル等４８０が固定されている場合、ケーブル等４８０もアームと共に回転する。
このように、ケーブル等が回転する場合、円筒体４３０はケーブル等４８０と擦れる可能性があるが、円筒体４３０自体は内歯歯車３と支持体１９との相対回転に関係なく、支持体１９に回転自在に支持されているため、円筒体４３０はケーブル等４８０の回転に追従することになり、ケーブル等４８０自体に傷が付くことはない。

本発明では、円筒体を支持体に回転自在に支持し、円筒体を内蔵した偏心揺動型歯車装置とすることで、本実施例のように、産業用ロボットの旋回部や手首部などの使用形態によって円筒体を回転自在のまま使用したり、円筒体を固定させたりすることができる。

以上のように本発明を実施例により説明をしたが、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、外歯歯車は一枚でも三枚以上でもよいし、クランク軸も三個に限定されなく、二個でも三個以上でも、または、回転中心に一個配置したものでもよい。また、軸方向の軸心周りに中空孔を備えた偏心揺動型歯車装置に適用可能である。

本発明は、あらゆる産業分野に用いられる偏心揺動型歯車装置に利用できる。
特に、産業用ロボットの関節部や回転テーブル装置や工作機械の工具自動交換装置に用いられる偏心揺動型減速装置に最適である。

本発明の偏心揺動型歯車装置を産業用ロボットの旋回部に取り付けた断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の偏心揺動型歯車装置の別の形態の断面図である。 本発明の偏心揺動型歯車装置を産業用ロボットの手首部に取り付けた断面図である。 従来の偏心揺動型歯車装置を使用した産業用ロボットの旋回部の断面図である。 別の従来の偏心揺動型歯車装置を使用した産業用ロボットの旋回部の断面図である。

符号の説明

１００，２００，４００・・・偏心揺動型歯車装置
３・・・・内歯歯車
９・・・・外歯歯車
１７・・・クランク軸
１９，２１９・・・支持体
１９ａ，１９ｂ，２１９ａ，２１９ｂ・・・端板部
２１・・・柱部
３０，２３０，４３０・・・円筒体
３３ａ，３３ｂ，２３３・・・軸受
３５・・・Ｏリング溝
３７・・・Ｏリング
３９・・・止めネジ用ネジ穴
６１，６３・・・止め輪
１５０・・・固定部
１６０・・・回転部
１７０，４７０・・・モータ

Claims (3)

1. 内歯歯車と、該内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、該外歯歯車を偏心運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を備え、前記内歯歯車と前記支持体とが相対的に回転する偏心揺動型歯車装置において、
   前記偏心揺動型歯車装置を軸方向に貫通する円筒体が、前記支持体に回転自在に支持されていることを特徴とする偏心揺動型歯車装置。
2. 前記円筒体の少なくとも一方の端部外周部が、シール部材との係合部である請求項１記載の偏心揺動型歯車装置。
3. 産業用ロボットの固定部に前記内歯歯車を固定し、該固定部に設けた中央孔にシール部材を介して前記円筒体の一方の端部を挿入したことを特徴とする請求項１又は２記載の偏心揺動型歯車装置を備えた産業用ロボットの関節構造。

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