JP2014005900A - 偏心揺動型歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センタークランク式偏心揺動型歯車装置において、入力側の部分が大型化するのを抑制する。
【解決手段】センタークランク式偏心揺動型歯車装置１は、内歯２２が設けられた外筒２と、偏心部３０を有し、外筒２内において軸回りに回転可能に設けられたセンタークランク軸３と、偏心部３０が挿入される貫通孔を有するとともに、外歯４１ａ，４２ａを有し、外歯４１ａ，４２ａが内歯２２に噛み合いながら偏心部３０の偏心回転に連動して揺動回転する揺動歯車４と、揺動歯車４の揺動回転が伝達されることにより外筒２に対して相対回転するキャリア５と、を備える。歯車装置１のセンタークランク軸３は、その軸方向の少なくとも一方の端部側に開口する中空部３３を有する。中空部３３の内周面には、入力歯車７が噛み合うクランク軸内歯３４が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、センタークランク式偏心揺動型歯車装置に関するものである。

従来、偏心体軸（クランク軸）が歯車装置の軸線上に配置される、いわゆるセンタークランク式の偏心揺動型歯車装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

この歯車装置では、内歯を有する外筒（内歯歯車）と外歯を有する揺動歯車（外歯歯車）との歯数差を利用して所定の減速比を得ることができる。そして、より高い減速比が必要な場合には、上記した減速機構に加えさらに前段部にも減速機構を設ける構造を採用することができる。具体的に、前段部における減速機構では、センタークランク軸の端部外周面のスプラインに外歯歯車が設けられ（特許文献１の図５参照）、この外歯歯車にモータの回転を伝達する入力歯車が噛み合わされる。センタークランク軸の外周面に設けられる外歯歯車の歯数は、入力歯車の歯数よりも多くなるように設定される。これにより、前段部においても減速させることができる。

特開２００６−２９２０６５号公報

ところで、上記のようにセンタークランク軸と入力歯車とを噛み合わせる構造の場合、モータからの入力歯車及びモータが歯車装置の軸線から径方向に大きくオフセットした位置（ずれた位置）に配置される。したがって、センタークランク軸と入力歯車とを噛み合わせる構造を有するセンタークランク式偏心揺動型歯車装置では、特に入力側（前段部側）の部分が大型化するという問題があった。

本発明の目的は、センタークランク式偏心揺動型歯車装置において、入力側の部分が大型化するのを抑制することである。

本発明は、センタークランク式偏心揺動型歯車装置に関するものである。前記偏心揺動型歯車装置は、外筒と、センタークランク軸と、揺動歯車と、キャリアとを備える。前記外筒には、内歯が設けられている。前記センタークランク軸は、偏心部を有し、前記外筒内において軸回りに回転可能に設けられている。前記揺動歯車は、前記偏心部が挿入される貫通孔を有するとともに、外歯を有し、前記外歯が前記内歯に噛み合いながら前記偏心部の偏心回転に連動して揺動回転する。前記キャリアは、前記揺動歯車の揺動回転が伝達されることにより前記外筒に対して相対回転する。前記センタークランク軸は、その軸方向の少なくとも一方の端部側に開口する中空部を有する。前記中空部の内周面には、入力歯車が噛み合うクランク軸内歯が設けられている。

この構成では、センタークランク軸と入力歯車とが噛み合わされる構造として、従来のようにセンタークランク軸の外周面に形成された外歯と入力歯車とが噛み合う構造ではなく、センタークランク軸における中空部の内周面に形成されたクランク軸内歯と入力歯車とが噛み合う構造を採用している。したがって、この構成では、入力歯車は、センタークランク軸の外周面よりも径方向内側に配置されるので、この入力歯車及びモータが歯車装置の軸線から径方向にオフセットする寸法を従来に比べて小さくすることができる。これにより、センタークランク式偏心揺動型歯車装置において、入力側の部分が大型化するのを抑制することができる。

また、前記偏心揺動型歯車装置において、前記クランク軸内歯の歯数は、前記入力歯車の歯数よりも多いことが好ましい。

この構成では、センタークランク軸のクランク軸内歯と入力歯車との歯数差を利用してこの前段部においても減速することができるので、歯車装置全体として高い減速比を得ることができる。

また、前記偏心揺動型歯車装置において、前記センタークランク軸の周りに配置され、前記キャリアに対して前記センタークランク軸を相対回転可能に支持する軸受部をさらに備え、前記クランク軸内歯は、前記軸受部に対して径方向内側に対向する位置に設けられているのが好ましい。

この構成では、クランク軸内歯が軸受部に対して径方向内側に対向する位置に設けられている、すなわちクランク軸内歯が軸受部に対して軸方向にずれていないので、入力歯車がクランク軸内歯に噛み合わされた状態では、入力歯車、クランク軸内歯、軸受部及びキャリアがこの順に径方向に並ぶ構造となる。したがって、クランク軸内歯の歯面からの反力によって軸受にかかるモーメント（荷重）が減少し、センタークランク軸を安定して回転させることができる。

ところで、従来のセンタークランク式偏心揺動型歯車装置では、センタークランク軸の外歯と入力歯車とを噛み合わせる構造を採用する場合、入力歯車と歯車装置との干渉を避けるために、入力歯車を歯車装置のキャリアに対して軸方向にオフセットした位置に配置する必要がある。

これに対し、本発明の偏心揺動型歯車装置では、入力歯車がセンタークランク軸の中空部に設けられた内歯と噛み合う構造を採用している。

したがって、前記偏心揺動型歯車装置において、前記センタークランク軸における前記少なくとも一方の端部が、前記軸方向において、前記キャリアから突出していない場合には、入力歯車が軸方向にオフセットする寸法をさらに小さくすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、センタークランク式偏心揺動型歯車装置において、入力側の部分が大型化するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るセンタークランク式偏心揺動型歯車装置を示す断面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、前記実施形態の変形例に係るセンタークランク式偏心揺動型歯車装置におけるセンタークランク軸と入力歯車の部分を拡大した断面図である。 参考例のセンタークランク式偏心揺動型歯車装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るセンタークランク式偏心揺動型歯車装置１について図面を参照して詳細に説明する。歯車装置１は、例えばロボットの旋回胴や腕関節等の旋回部、各種工作機械の旋回部等に減速機として適用されるものである。

図１に示すように、本実施形態に係る歯車装置１は、外筒２と、センタークランク軸３と、揺動歯車４と、キャリア５とを備える。この歯車装置１は、複数の減速機構を有し、入力回転から高い減速比で減速した出力回転を得ることができる。複数の減速機構には、外筒２の内歯２３と揺動歯車４の外歯４１ａ，４２ａとの歯数差を利用して所定の減速比を得る後段減速部と、センタークランク軸３のクランク軸内歯３４と入力歯車７の外歯７０との歯数差を利用して所定の減速比を得る前段減速部とが含まれる。

外筒２は、歯車装置１の外面を構成するものであり、略円筒形状を有している。外筒２は、内歯としての複数の内歯ピン２２が設けられた内周面を有する。具体的に、外筒２の内周面には複数のピン溝２１が形成されており、各ピン溝２１には、内歯ピン２２が配置されている。各ピン溝２１は、外筒２の軸線Ａの方向（軸方向）に直交する断面において半円形の断面形状を有する。複数のピン溝２１は、外筒２の内周面に周方向に等間隔で並んでいる。各内歯ピン２２は、円柱形状を有し、前記軸方向に延びる姿勢でピン溝２１に配置されている。ピン溝２１において、各内歯ピン２２はその軸回りに回転可能である。これらの内歯ピン２２には、後述する揺動歯車４の外歯４１ａ，４２ａが噛み合う。

キャリア５は、外筒２と同軸上で、かつ外筒２よりも径方向内側に配置されている。キャリア５は、外筒２に対して同じ軸線Ａ回りに相対回転する。キャリア５は、主軸受６１，６２によって外筒２に対して相対回転可能に支持されている。本実施形態では、キャリア５は、基板部５１と、端板部５２と、複数のシャフト部５３と、複数のトルク伝達ピン５４とを備えている。

基板部５１は、外筒２内において軸線Ａの方向（軸方向）の一端側に配置されている。この基板部５１の径方向中央部には円形の貫通孔５１ａが設けられている。

端板部５２は、基板部５１に対して軸方向に離間して設けられており、外筒２内において軸方向の他端側に配置されている。端板部５２の径方向中央部には貫通孔５２ａが設けられている。外筒２内には、基板部５１と端板部５２の互いに対向する双方の内面と、外筒２の内周面とで囲まれた閉空間が形成されている。

複数のシャフト部５３は、周方向に互いに所定の間隔をあけて配設されている。各シャフト部５３は、基板部５１に一体的に設けられており、基板部５１から端板部５２側へ直線的に延びている。各シャフト部５３は、端板部５２にボルト５６によって締結されている。これにより、基板部５１、シャフト部５３及び端板部５２が一体化されている。基板部５１とシャフト部５３とは基部を構成している。

複数のトルク伝達ピン５４には、揺動歯車４からトルクが伝達される。複数のトルク伝達ピン５４は、周方向に互いに所定の間隔をあけて配設されている。各トルク伝達ピン５４は、例えば軸方向に延びる円柱形状を有する。本実施形態では、各トルク伝達ピン５４は、基板部５１に設けられた挿通孔５１ｂ及び端板部５２に設けられた挿通孔５２ｂに挿入されている。各トルク伝達ピン５４は、挿通孔５１ｂ及び挿通孔５２ｂに例えば圧入されることによって基板部５１及び端板部５２に固定される。ただし、固定方法は圧入に限定されない。また、本実施形態では、各トルク伝達ピン５４には、円筒状のローラ５５が外嵌されている。トルク伝達ピン５４及びローラ５５は、後述する第１揺動歯車部材４１の挿通孔及び第２揺動歯車部材４２の挿通孔に挿入されている。

図１〜図３に示すように、センタークランク軸３は、基板部５１の貫通孔５１ａ及び端板部５２の貫通孔５２ａに挿入されている。センタークランク軸３は、軸受部としてのクランク軸受６３，６４によってキャリア５に対して軸回りに相対回転可能に支持されている。すなわち、クランク軸受６３，６４は、センタークランク軸３の周りに配置され、キャリア５に対してセンタークランク軸３を相対回転可能に支持する。

本実施形態では、センタークランク軸３の一端から所定長さだけ軸方向内側の部分は、クランク軸受６３によって基板部５１に支持されており、センタークランク軸３の他端から所定長さだけ軸方向内側の部分は、クランク軸受６４によって端板部５２に支持されている。

センタークランク軸３は、偏心部３０を有する。本実施形態では、偏心部３０は、第１偏心部３１と第２偏心部３２とを含むが、これに限定されない。揺動歯車４が単一の揺動歯車部材（後述する第１揺動歯車部材４１及び第２揺動歯車部材４２のいずれか一方）により構成されている場合には、偏心部３０は、第１偏心部３１と第２偏心部３２のうち、第１揺動歯車部材４１及び第２揺動歯車部材４２のいずれか一方に対応する偏心部のみにより構成される。

第１偏心部３１及び第２偏心部３２は、一対のクランク軸受６３，６４によって支持された部位の間において軸方向に並設されている。第１偏心部３１と第２偏心部３２は、それぞれ円柱形状を有している。第１偏心部３１と第２偏心部３２は、それぞれセンタークランク軸３の軸心（軸線Ａ）から所定の偏心量で偏心しており、互いに所定角度の位相差を有するように配置されている。

センタークランク軸３は、その軸方向の少なくとも一方の端部側に開口する中空部３３を有する。本実施形態では、中空部３３は、センタークランク軸３を軸方向の全域にわたって貫通するように設けられており、軸方向の両方に開口している。

中空部３３の内周面には入力歯車７が噛み合うクランク軸内歯３４が形成されている。クランク軸内歯３４の歯数は、入力歯車７の外歯７０の歯数よりも多くなるように設定されている。これにより、前段減速部において入力歯車７の回転がセンタークランク軸３の回転として伝達されると、上記の歯数差に応じて回転が減速される。

また、クランク軸内歯３４は、中空部３３において軸方向の全体にわたって形成されていてもよいが、本実施形態では中空部３３における軸方向の一部の領域に形成されている。具体的に、本実施形態では、クランク軸内歯３４は、中空部３３における軸方向の一方の端部（入力歯車７が挿入される側の端部）にのみ形成されている。なお、クランク軸内歯３４は、例えば中空部３３における軸方向の中間部に形成されていてもよい。

本実施形態では、入力歯車７の軸線Ａ１が歯車装置の軸線Ａ（センタークランク軸３の軸線Ａ）から径方向にオフセットする寸法Ｌは、図５に示す参考例の歯車装置１００におけるオフセット寸法Ｌ０に比べて大幅に小さくなっている。

また、センタークランク軸３における一方の端部（入力歯車７が挿入される側の端部）の先端は、軸方向において、キャリア５の端板部５２の外面と同じ位置又は前記外面よりも内側（基板部５１側）の位置にあるのが好ましい。すなわち、センタークランク軸３における一方の端部は、キャリア５から突出しないことが好ましい。

本実施形態では、センタークランク軸３における一方の端部の先端は、軸方向において、キャリア５の端板部５２の外面と同じ位置にある。すなわち、センタークランク軸３における一方の端部は、キャリア５から突出していない。そして、入力歯車７の先端部は、センタークランク軸３の中空部３３内に挿入されているので、入力歯車７が軸方向にオフセットする寸法も図５に示す参考例に比べて小さくすることができる。なお、本実施形態では、センタークランク軸３における他方の端部も、軸方向において、キャリア５の外面（基板部５１の外面）と同じ位置にある。

また、本実施形態では、センタークランク軸３の中空部３３の内周面にクランク軸内歯３４を設けるので、中空部３３の範囲内であれば、クランク軸内歯３４における軸線Ａ方向の長さを大きくし、かつこれに噛み合う入力歯車７の外歯７０における軸線Ａ方向の長さを大きくしても入力歯車７が軸方向にオフセットする寸法は大きくならない。したがって、本実施形態では、クランク軸内歯３４及び入力歯車７の外歯７０の軸方向の長さを大きくして互いの噛み合い状態をより安定化させつつ、入力歯車７が軸方向にオフセットする寸法の増大を防止できる。

本実施形態では、クランク軸内歯３４は、中空部３３のうち、クランク軸受６４の径方向内側に対向する位置に設けられている。ただし、クランク軸内歯３４の位置はこれに限定されない。クランク軸内歯３４は、クランク軸受６３やクランク軸受け６４に対して軸方向にずれた位置に設けられていてもよい。

揺動歯車４は、外筒２内の前記閉空間に配設されている。揺動歯車４は、１つ又は複数の揺動歯車部材を備える。本実施形態では、揺動歯車４は、第１揺動歯車部材４１と第２揺動歯車部材４２とを備える。第１揺動歯車部材４１と第２揺動歯車部材４２は、第１偏心部３１と第２偏心部３２の配置に対応して軸方向に並設されている。

第１揺動歯車部材４１は、センタークランク軸３の第１偏心部３１に第１ころ軸受６５を介して取り付けられている。第１揺動歯車部材４１は、各センタークランク軸３が回転して第１偏心部３１が偏心回転すると、この偏心回転に連動して内歯ピン２２に噛み合いながら揺動回転する。

第１揺動歯車部材４１は、外筒２の内径よりも少し小さい大きさを有している。第１揺動歯車部材４１は、その外周面に設けられた第１外歯４１ａと、第１偏心部３１が挿通される挿通孔４１ｂと、トルク伝達ピン５４及びローラ５５が挿通される挿通孔４１ｃと、シャフト部５３が挿通される挿通孔４１ｄとを有する。挿通孔４１ｂには、第１ころ軸受６５が介装された状態でセンタークランク軸３の第１偏心部３１が挿通されている。挿通孔４１ｃには、ローラ５５が挿通されている。挿通孔４１ｄには、シャフト部５３が隙間をあけた状態で挿通されている。

第２揺動歯車部材４２は、センタークランク軸３の第２偏心部３２に第２ころ軸受６６を介して取り付けられている。第２揺動歯車部材４２は、センタークランク軸３が回転して第２偏心部３２が偏心回転すると、この偏心回転に連動して内歯ピン２２に噛み合いながら揺動回転する。

第２揺動歯車部材４２は、外筒２の内径よりも少し小さい大きさを有している。第２揺動歯車部材４２は、その外周面に設けられた第２外歯４２ａ、第２偏心部３２が挿通される挿通孔４２ｂと、トルク伝達ピン５４及びローラ５５が挿通される挿通孔４２ｃと、シャフト部５３が挿通される挿通孔４２ｄとを有する。挿通孔４２ｂには、第２ころ軸受６６が介装された状態でセンタークランク軸３の第２偏心部３２が挿通されている。挿通孔４２ｄには、シャフト部５３が遊びを持った状態で挿通されている。

第１外歯４１ａは、第１揺動歯車部材４１の外周面に設けられている。第１外歯４１ａの歯面は、軸方向に直交する断面において、周方向全体にわたって滑らかに連続する波形状を有している。第１外歯４１ａの歯数は、内歯ピン２２の数よりも若干少なく設定されている。本実施形態では、第１外歯４１ａの歯数は、内歯ピン２２の数よりも１つ少なく設定されている。第２外歯４２ａは、上述した第１外歯４１ａと同様の構造を有している。第１外歯４１ａ及び第２外歯４２ａは、内歯ピン２２に噛み合う。

次に、歯車装置１の動作について説明する。まず、例えば図略のモータの駆動によって入力歯車７が回転する。この入力歯車７の回転は、センタークランク軸３に伝達される。センタークランク軸３の中空部３３におけるクランク軸内歯３４の歯数は、入力歯車７の外歯７０の歯数よりも多いので、センタークランク軸３は、入力歯車７の回転から減速された回転数で回転する。

そして、センタークランク軸３が回転するのに伴ってセンタークランク軸３の第１偏心部３１及び第２偏心部３２が偏心回転する。これにより、第１偏心部３１の偏心回転に連動して第１揺動歯車部材４１が内歯ピン２２に噛み合いながら揺動回転するとともに、第２偏心部３２の偏心回転に連動して第２揺動歯車部材４２が内歯ピン２２に噛み合いながら揺動回転する。

第１揺動歯車部材４１及び第２揺動歯車部材４２の揺動回転は、トルク伝達ピン５４を通じてキャリア５に伝達される。すなわち、トルク伝達ピン５４は、貫通孔に挿入されているので、センタークランク軸３の回転に伴って各揺動歯車部材が外筒２の内歯ピン２２に噛み合いながら回動すると、トルク伝達ピン５４の位置も外筒２の軸回りに移動する。これにより、キャリア５全体が前記入力回転から減速された回転数で外筒２に対して相対回転する。

以上説明したように、本実施形態では、外筒２の内歯２３と揺動歯車４の外歯４１ａ，４２ａとの歯数差を利用する後段減速部と、センタークランク軸３のクランク軸内歯３４と入力歯車７の外歯７０との歯数差を利用する前段減速部とを含む複数の減速機構を有するので、高い減速比を得ることができる。

しかも、前段減速部では、図５に示す参考例の歯車装置１００のようにセンタークランク軸１０３の外周面に形成された外歯１３４と入力歯車７の外歯７０とが噛み合う構造ではなく、センタークランク軸３における中空部３３の内周面に形成されたクランク軸内歯３４と入力歯車７の外歯７０とが噛み合う構造を備える。したがって、この構成では、入力歯車７は、センタークランク軸３の外周面よりも径方向内側に配置されるので、この入力歯車７及び図略のモータが歯車装置１の軸線Ａから径方向にオフセットする寸法Ｌを参考例のオフセット寸法Ｌ０に比べて小さくすることができる。

また、本実施形態では、センタークランク軸３の周りに配置され、センタークランク軸３に対してキャリア５を相対回転可能に支持する軸受部としてのクランク軸受６３，６４をさらに備え、クランク軸内歯３４は、クランク軸受６４の径方向内側に対向する位置に設けられている。したがって、入力歯車７の外歯７０がクランク軸内歯３４に噛み合わされた状態では、入力歯車７、クランク軸内歯３４、クランク軸受６４及びキャリア５がこの順に径方向に並ぶ構造となる。したがって、センタークランク軸３が軸線Ａに対してぶれるのが抑制されるので、センタークランク軸３を安定して回転させることができる。

また、本実施形態では、センタークランク軸３における一方の端部が、軸方向において、キャリア５から突出していないので、入力歯車７が軸方向にオフセットする寸法をさらに小さくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。

例えば、前記実施形態では、センタークランク軸３がその軸方向の一方の端部だけでなく他方の端部にも開口する中空部３３を有する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、図４（Ａ），（Ｂ）に示す変形例のように、センタークランク軸３は、その軸方向の一方の端部にのみ開口する中空部３３を有していてもよい。

また、前記実施形態においては、キャリア５が固定されて外筒２がキャリア５に対して相対的に回転するような構成であってもよく、外筒２を固定してキャリア５が外筒２に対して相対的に回転するような構成であってもよい。

また、前記実施形態では、センタークランク軸３における一方の端部がキャリア５から突出しない場合を例示したが、これに限定されない。例えば、センタークランク軸３における一方の端部はキャリア５から突出していてもよい。この場合、入力歯車７の先端部は、キャリア５の範囲内に進入していなくてもよい。

また、前記実施形態では、クランク軸内歯３４の歯数が入力歯車７の外歯７０の歯数よりも多い場合を例示したが、これに限定されない。クランク軸内歯３４の歯数は、例えば入力歯車７の外歯７０の歯数と同じであってもよく、また、入力歯車７の外歯７０の歯数よりも若干少なくてもよい。

１ センタークランク式偏心揺動型歯車装置
２ 外筒
２１ ピン溝
２２ 内歯ピン（内歯）
３ センタークランク軸
３０ 偏心部
３１ 第１偏心部
３２ 第２偏心部
３３ 中空部
３４ クランク軸内歯
４ 揺動歯車
４１ 第１揺動歯車部材
４１ａ 第１外歯
４２ 第２揺動歯車部材
４２ａ 第２外歯
５ キャリア
７ 入力歯車
７０ 入力歯車の外歯

Claims (4)

1. 内歯が設けられた外筒と、
   偏心部を有し、前記外筒内において軸回りに回転可能に設けられたセンタークランク軸と、
   前記偏心部が挿入される貫通孔を有するとともに、外歯を有し、前記外歯が前記内歯に噛み合いながら前記偏心部の偏心回転に連動して揺動回転する揺動歯車と、
   前記揺動歯車の揺動回転が伝達されることにより前記外筒に対して相対回転するキャリアと、を備え、
   前記センタークランク軸は、その軸方向の少なくとも一方の端部に開口する中空部を有し、
   前記中空部の内周面には、入力歯車が噛み合うクランク軸内歯が設けられている、センタークランク式偏心揺動型歯車装置。
2. 前記クランク軸内歯の歯数は、前記入力歯車の歯数よりも多い、請求項１に記載のセンタークランク式偏心揺動型歯車装置。
3. 前記センタークランク軸の周りに配置され、前記キャリアに対して前記センタークランク軸を相対回転可能に支持する軸受部をさらに備え、
   前記クランク軸内歯は、前記軸受部に対して径方向内側に対向する位置に設けられている、請求項１又は２に記載のセンタークランク式偏心揺動型歯車装置。
4. 前記センタークランク軸における前記少なくとも一方の端部は、前記軸方向において、前記キャリアから突出していない、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンタークランク式偏心揺動型歯車装置。

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