JP2011002063A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの上昇を極力抑えながら、電源ケーブルや制御用ハーネスの損傷を回避し得る拡開部を効率的に形成する。
【解決手段】ケーシング２０内に装置全体を貫通する中空部Ｈ１を備えた動力伝達装置１０において、該動力伝達装置１０は、その軸方向端部に、自身の内周面４８Ａが前記中空部Ｈ１の端部を構成する中空の第２キャリヤ（フランジ体）４８を備える。第２キャリヤ４８の内周面４８Ａに、開口端に近づくにつれて内径が大きくなる拡開部ＥＰ１が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、装置全体を貫通する中空部を備えた動力伝達装置に関する。

ロボットや工作機械等の産業機械においては、装置全体を貫通する中空部を備えた動力伝達装置がよく利用されている。中空部は、モータの電源ケーブルや制御用のハーネス等を通すために用いられる。

特許文献１においては、このような中空部を備えた動力伝達装置を、内歯歯車の内側で外歯歯車が揺動回転する偏心揺動型の減速機構で構成した例が開示されている。この動力伝達装置では、減速装置全体を貫通する中心孔を有する中心管を、内歯歯車又はキャリヤに固定すると共に、この内歯歯車又はキャリヤに固定された中心管の中心孔の端部に、開口端に向けて径が拡大する拡開部を形成している。

この中心管１０は、図６に示されるような形状をしており、内周側に前記径が拡大する拡開部１０Ａ、外周側に前記内歯歯車又はキャリヤ（図示略）と嵌合するための嵌合面１０Ｂ、及び円筒部１０Ｃを備えている。「拡開部１０Ａを形成するための部材」として、このような「中心管１０」を組み込むことにより、該中心管１０の中を通るケーブルやハーネス（図示略）が、当該中心管１０の端部に擦れて摩耗したり損傷したりするのを緩和している。

特開２００８−８９１５７号公報（図１、図４、段落［０００６］［００２１］）

しかしながら、前記特許文献１に開示されている技術においては、開口端に向けて径が拡大する拡開部１０Ａが形成されている中心管１０を別途用意し、これを内歯歯車又はキャリヤに固定する構成を採用していたため、製造コストが大きく増大するという問題があった。

即ち、再び図６を参照して、この中心管１０は、その機能上、開口端に向けて径が拡大する拡開部１０Ａを有しているため、必然的に、「拡開部１０Ａの付近のみが半径方向に厚い部材」となっている。また、内歯歯車又はキャリヤに嵌合・固定させるために外周にも複雑な形状の嵌合面１０Ｂを形成する必要がある。そのため、これを、例えば切削等によって製造しようとした場合には、（長く且つ薄い）円筒部１０Ｃ部分の削り代が非常に多くなって材料の歩留まりが低くなり、加工時間も膨大となる。鍛造と切削等を組み合わせることにより、ある程度形を整えた素材を切削するようにした場合には、製作工数が増大してしまう。また、鋳物で成形する場合には、別途専用の金型を設計・作製しなければならない。即ち、実際に拡開部１０Ａを有する中心管１０を製造しようとした場合には、結果として、少なくないコスト増を招いてしまうというのが実情であった。

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、コスト増を回避しながら、中空部に通された電源ケーブルやハーネス等を有効に保護することのできる動力伝達装置を提供することをその課題としている。

本発明は、装置全体を軸方向に貫通する中空部を備えた動力伝達装置において、該動力伝達装置は、その軸方向端部に、当該動力伝達装置の固定部材または出力部材のいずれかを構成すると共に自身の内周面が前記中空部の端部を構成する中空のフランジ体を備え、且つ、該フランジ体の内周面に、開口端に近づくにつれて内径が大きくなる拡開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。

本発明では、当該動力伝達装置の「フランジ体」を有効に利用する。本発明において「フランジ体」とは、動力伝達装置の軸方向端部に備えられ、当該動力伝達装置の固定部材または出力部材のいずれかを構成する部材である。例えば、該動力伝達装置のケーシングが固定される場合には出力体となり、ケーシング自体が回転する場合には固定体となる部材（ケーシングの回転に対して反力を与える部材）である。このため、いずれの場合でも、このフランジ体は、動力伝達装置の軸方向端部にあって減速後の大きなトルクを扱う部材ということになる。したがって、該フランジ体は、その機能上、軸方向にある程度の厚さを有しており、且つ半径方向にも十分な厚みのある大物部材である。

本発明では、この大物部材であるフランジ体を積極的に利用し、該フランジ体を中空としてその内周面によって（ケーブル等を通す）中空部の端部を直接構成すると共に、該フランジ体の内周面に、開口端に近付くにつれて内径が大きくなる拡開部を形成する。

フランジ体は、大物部材であるため鋳物で成形されることが多い。そのため、成形の際に「拡開部」を合わせて成形してしまえば、（フランジ体の成形と同時に拡開部を形成でき）わざわざ別途の金型を用意する必要が無い。また、仮に切削等によって拡開部を形成する場合であっても、フランジ体は、その機能上、半径方向にも十分な厚みのある素材であることから、その内周側の一部を半径方向に若干削除すれば足りるため、簡易であり且つ材料や加工時間の無駄も少ない。

本発明によれば、コストの上昇を極力抑えながら、電源ケーブルや制御用ハーネスの損傷を回避し得る拡開部を効率的に形成することができる。

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断面図 図１の矢示II−II線に沿う断面図 本発明の他の実施形態に係るロボットの関節駆動装置の一例を示す要部拡大断面図 本発明の更に他の実施形態に係るロボットの関節駆動装置の一例を示す要部拡大断面図 本発明の更に他の実施形態に係るロボットの関節駆動装置の一例を示す要部拡大断面図 従来の動力伝達装置において、拡開部を形成するために組み込まれている中心管の断面図

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が適用されたロボットの関節駆動装置（動力伝達装置）の断面図である。図２は、図１の矢示II−II線に沿う断面図である。

この関節駆動装置１０は、ロボット（全体は図示略）の一部を構成するベース部材１２に固定された状態で、ロボットの他の一部を構成する回動部材１４を回動可能に支持・駆動するものである。なお、関節駆動装置１０が２段目以降の関節駆動に用いられる場合は、ベース部材１２は前段の可動部材に相当している。したがって、この場合には、ベース部材１２自体も動くことが可能であり、該（動くことが可能な）ベース部材１２に対し、回動部材１４が相対的に回動することになる。更には、ベース部材、あるいは回動部材という用語は、相対的なものであり、どちらか一方を（固定状態の）ベース部材と見るならば、他方は（回動可能な）回動部材と言えるものであり、また、その逆とも言えるものである。なお、この実施形態において、「回動」とは、同一の方向に回り続けのではなく、「定まった範囲内で回転往復動する」という意味で用いられている。

関節駆動装置１０は、ベース部材１２上に固定・配置された電源（図示略）と、回動部材１４上に固定・配置されたモータ１６と、該電源から電力をモータ１６に供給するケーブル１７と、内接噛合遊星歯車構造の減速機構部１８とから主に構成されている。減速機構部１８のケーシング２０は、ベース部材１２にボルト２２を介して連結されている。ベース部材１２と回動部材１４との関係は、上述した通りであるが、この実施形態では、便宜上、ベース部材１２が固定状態にあり、したがって、ベース部材１２に連結されているケーシング２０が固定部材として機能していると見ることにする。

モータ１６のモータ軸２４の先端にはピニオン２６が形成されており、ギヤ２８と噛合している。ギヤ２８は、スプライン３０を介して伝動軸３２と連結されている。伝動軸３２には伝動ピニオン３４が形成されている。伝動ピニオン３４は、伝動内歯車３６と噛合している。

図２を合わせて参照して、この伝動内歯車３６は、前記伝動ピニオン３４と噛合すると共に、３個の偏心体軸歯車４２Ａ〜４２Ｃ（４２Ａのみ図示）とも同時に噛合している。各偏心体軸歯車４２Ａ〜４２Ｃは、それぞれ偏心体軸４４Ａ〜４４Ｃと一体化されている。偏心体軸４４Ａ〜４４Ｃは、後述する（フランジ体である）第１、第２キャリヤ４６、４８にテーパードローラ軸受５０Ａ〜５０Ｃ、５２Ａ〜５２Ｃ（５０Ａ、５２Ａのみ図示）を介して回転自在に支持されている。偏心体軸４４Ａは、該偏心体軸４４Ａの軸心から偏心した偏心体６０Ａ、６２Ａを備える。偏心体軸４４Ｂは、偏心体６０Ｂ、６２Ｂ（図２に６０Ｂのみ図示）を備える。偏心体軸４４Ｃは、偏心体６０Ｃ、６２Ｃ（図２に６０Ｃのみ図示）を備える。偏心体６０Ａ〜６０Ｃ、６２Ａ〜６２Ｃには、それぞれ外歯歯車６６、６８が嵌合している。外歯歯車６６、６８の偏心位相差は１８０°である。

外歯歯車６６、６８は、内歯歯車７２に揺動しながら内接噛合している。外歯歯車６６、６８の歯数はこの例では１１８である。内歯歯車７２は、ケーシング２０と一体化されている。この実施形態では内歯歯車７２の内歯はころ状の外ピン７４によって構成されている。内歯歯車７２の内歯（外ピン７４）は、本来１２０個あるべきであるが、このうち、２つずつが交互に間引いた状態で形成（配置）されている。この構成でも、機構学的な内歯の数は、１２０である。

ここで、外歯歯車６６、６８の軸方向両側の端部には、中空の第１、第２キャリヤ（フランジ体）４６、４８が、軸受７８、８０を介してケーシング２０に回転自在に支持されている。ケーシング２０は、ベース部材１２とボルト２２を介して一体化されている。第１、第２キャリヤ４６、４８は、キャリヤピン８２Ａ〜８２Ｆ（図２参照）によって連結・一体化されている。前述の回動部材１４は、第１キャリヤ４６にボルト８４を介して連結されている。第１、第２キャリヤ４６、４８は、外歯歯車６６、６８の自転を偏心体軸４４Ａ〜４４Ｃを介して取り出し可能である。即ち、ケーシング２０を固定部材と見る場合には、フランジ体としての第１、第２キャリヤ４６、４８が、出力部材を構成していることになる。

また、この関節駆動装置１０は半径方向中央に軸方向に貫通する中空部Ｈ１を有している。本実施形態では、中空部Ｈ１は、第２キャリヤ４８、後述する円筒パイプ８５、及び回動部材１４によって構成されている。即ち、第２キャリヤ４８は、その内周面４８Ａが中空部Ｈ１の端部を直接構成している。この中空部Ｈ１を電源（図示略）から電力をモータ１６に供給するためのケーブル１７が貫通している。この関節駆動装置１０では、電源がベース部材１２側に配置されており、モータ１６が回動部材１４側に配置されている。この配置構成では、いかなる構造で中空部Ｈ１を構成したとしても、ケーブル１７は、該中空部Ｈ１を構成する部材のいずれかの部分と必ず相対回転してしまうことになる。

そこで、この実施形態では、中空部Ｈ１の電源が存在する側の第２キャリヤ４８の内周面４８Ａに、開口端に近づくにつれて内径が大きくなる拡開部ＥＰ１を形成している。拡開部ＥＰ１は、その軸方向長Ｌ１より、径方向長Ｒ１の方が長い。これは、ケーブル１７と第２キャリヤ４８の内周面４８Ａとの接触をできるだけ回避するための構成である。この実施形態では、第２キャリヤ４８の内周面４８Ａのほぼ全体が「拡開部ＥＰ１」とされ、該拡開部ＥＰ１を含め鋳物で１回の成形によって製造されている。

第２キャリヤ４８の内周面（拡開部）４８Ａの起端には、中空部Ｈ１を構成する円筒パイプ（中空部材）８５が接続されている。円筒パイプ８５は、回動部材１４及び第２キャリヤ４８に挟持されており、該回動部材１４及び第２キャリヤ４８との間には、それぞれＯリング８２、８４が介在されている。この円筒パイプ８５は、鋼や鋳物によって形成された円筒部材であり、第２キャリヤ４８とも、また、回動部材１４とも別体で、且つ、その内周部８５Ａは、面積が均一な（拡開していない）断面を有している（内周面が軸方向に直線状とされている）。前述したように、本実施形態では、第２キャリヤ４８、円筒パイプ８５、及び回動部材１４によって中空部Ｈ１が構成されている。

なお、本実施形態では、電源が固定されたベース部材１２側の第２キャリヤ４８の側にのみ拡開部ＥＰ１を形成し、モータ１６が固定された回動部材１４側には、拡開部は特に形成していない。これは、下記（Ａ）、（Ｂ）の理由に因る。

（Ａ）この実施形態では、第２キャリヤ４８（及び該第２キャリヤ４８と一体に回転する円筒パイプ８５）と相対回転のあるベース部材１２に電源が固定されているため、（電源と繋がれている）ケーブル１７と第２キャリヤ４８（及び円筒パイプ８５）との間に擦れや磨耗・損傷が発生し易い。よって、拡開部ＥＰ１を形成して中空部Ｈ１の角を丸める。

（Ｂ）この実施形態では、回動部材１４にモータ１６が固定されているため、（モータ１６と繋がれている）ケーブル１７と、該回動部材１４（及び該回動部材１４と一体的に回転する円筒パイプ８５）との間には相対回転が無い。よって、ケーブル１７と回動部材１４とが擦れる恐れは殆どなく、よって回動部材１４には拡開部は特に必要ない。

次にこの関節駆動装置１０の作用を説明する。

モータ１６の動力は、モータ軸２４に形成されたピニオン２６、該ピニオン２６と噛合するギヤ２８、該ギヤ２８とスプライン３０によって連結されている伝動軸３２を介して伝動ピニオン３４に至る。伝動ピニオン３４が回転すると、これと噛合している伝動内歯車３６が回転し、更に、該伝動内歯車３６と同時に噛合している３個の偏心体軸歯車４２Ａ〜４２Ｃに回転が振り分けられ、偏心体軸４４Ａ〜４４Ｃ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４４Ａ〜４４Ｃ上の偏心体６０Ａ〜６０Ｃによって外歯歯車６６が内歯歯車７２に内接しながら揺動回転する。又、これと同時に、偏心体軸４４Ａ〜４４Ｃの偏心体６２Ａ〜６２Ｃによって外歯歯車６８が前記外歯歯車６６と１８０°の位相差を持って同様に内歯歯車７２に内接噛合しながら揺動回転する。

内歯歯車７２と外歯歯車６６、６８との歯数差（本来の内歯歯車７２の歯数１２０と外歯歯車６６、６８の歯数１１８との差）は、それぞれ２であるため、外歯歯車６６、６８が１回揺動を行なうと、その歯数差分だけ外歯歯車６６、６８は自転することになる。この自転成分が偏心体軸４４Ａ〜４４Ｃを介して（フランジ体である）第１、第２キャリヤ４６、４８に伝達される。

第１、第２キャリヤ４６、４８及び円筒パイプ８５は、ともに一体的に回転する。第１キャリヤ４６は、ボルト８４を介して回動部材１４と一体化されているため、回動部材１４は該回動部材１４に配置されているモータ１６ごと減速された回転速度で回動する。

ケーブル１７は、モータ１６と連結されているが、ケーブル１７、モータ１６、及び回動部材１４の３者は一体で回動するため、ケーブル１７と回動部材１４との間には相対回転はほとんど生じることはなく、（回動部材１４に拡開部が特に形成されていなくても）基本的にケーブル１７の擦れや損傷は生じにくい。

一方、この実施形態では、電源がベース部材１２側に固定されているため、電源に繋がっているケーブル１７は、特に、第２キャリヤ４８との間で相対回転が生じる。しかしながら、この実施形態では、第２キャリヤ４８の内周面４８Ａの全体に、拡開部ＥＰ１が形成されており、且つ、ケーブル１７には相応の剛性があるため、該内周面４８Ａとケーブル１７とが接触すること自体が効果的に防止される。又、仮に接触したとしても、（内周面４８Ａに拡開部が形成されていない場合と比べて）その接触圧を激減でき、該ケーブル１７の損傷を大きく低減できる。

しかも、第２キャリヤ４８の拡開部ＥＰ１は、その軸方向長Ｌ１よりも径方向長Ｒ１の方が長く設定されているため、ケーブル１７と内周面４８との接触は非常に生じにくくなっている。

また、この実施形態においては、第２キャリヤ４８は、元々鋳物で形成されているため、最初から金型を当該拡開部ＥＰ１を含めた設計としておくだけで足り、別途の金型の作製は不要である。また、円筒パイプ（中空部材）８５は、均一径の（拡開していない）単なる円筒部材であるため、低コストである。このため、（鋳肌面が荒れた場合に、追加加工をすることはあるものの）製造に当たってコストの増大は、極小である。

なお、上記実施形態においては、第２キャリヤ４８と回動部材１４との間に別途の円筒パイプ（中空部材）８５を介在させるようにしていたが、本発明においては、第２キャリヤと回動部材との間をどのような構成で連結するかについては、特に限定されない。

例えば、図３に示されるように、該パイプ８７の内周部８７Ａの一部を、第２キャリヤ８９の内周面８９Ａによって形成されている拡開部ＥＰ２を延長した拡大拡開部ＥＰ３の形状とすることもできる。この場合は、大きな曲率半径の拡開部ＥＰ２、ＥＰ３を容易に構成できる。なお、その他の構成は先の実施形態と同様であるため、図中で同一又は類似する機能を有する部位に同一符号を付すに止め、重複説明を省略する。他の実施形態でも同一又は類似する機能を有する部位には同一符号を付すものとする。

更に、例えば、図４に示されるように、回動部材９０側から中空部Ｈ３を構成する円筒部９０Ｆを一体的に突出させるようにしてもよい。この例では、回動部材９０は、鋳物で形成されているため、該回動部材９０の金型に対して当該円筒部９０Ｆを含めた部材が形成されるように設計変更することにより、製造コストや製造工数を増大させることなく、該円筒部９０Ｆを含めた回動部材９０を製造することができる。また、円筒部９０Ｆが回動部材９０と一体化されており、且つＯリング８４も１個で済むため、部品点数を削減することもできる。

また、例えば、図５に示されるように、第２キャリヤ９２側から中空部Ｈ４を構成する円筒部９２Ｆを一体的に突出させるようにしてもよい。この場合も、第２キャリヤ９２は、鋳物で形成されているため、該第２キャリヤ９２の金型に対して円筒部９２Ｆを含めた部材が形成されるように設計変更することにより、製造コストや製造工数を増大させることなく、該円筒部９２Ｆを含めた第２キャリヤ９２を製造することができる。また、この例でも、円筒部９２Ｆの内周部９２Ｆ１の一部を、第２キャリヤ９２の内周面９２Ａによって形成されている拡開部ＥＰ４を延長した拡大拡開部ＥＰ５の形状とすることもできる。更に、円筒部９２Ｆは第２キャリヤ９２と一体化されており、且つＯリング８２も１個で済むため、部品点数を削減することもできる。

なお、この図５に示された関節駆動装置９４は、伝動内歯車（３６）を有していない。即ち、モータ１６の動力は、モータ軸２４に形成されたピニオン２６、該ピニオン２６と噛合するギヤ２８に伝達された後、スプライン３０を介して、直接３本ある偏心体軸９４Ａ〜９４Ｃ（９４Ａ、９４Ｂのみ図示）のうちの１本の偏心体軸９４Ａに伝達される。外歯歯車６６、６８は、この１本の偏心体軸９４Ａの偏心体９６Ａ、９８Ａによって揺動される。他の２本の偏心体軸９４Ｂ、９４Ｃは、外歯歯車６６、６８の揺動によって回転され、従動偏心体軸として機能している。即ち、外歯歯車６６、６８は、結果として偏心体軸９４Ａのみから駆動力を得、３本の偏心体軸９４Ａ〜９４Ｃによって支持されながら揺動する。

外歯歯車６６、６８の揺動によって内歯歯車７２との間で発生する相対回転により、外歯歯車６６、６８が自転し、この自転成分を、偏心体軸９４Ａ〜９４Ｃを介して第１、第２キャリヤ（フランジ体）４６、９２から取り出す減速原理は先の実施形態と同様である。

本発明は、このように、減速機構そのものの構成は、特に限定されない。この図５の例のように、第２キャリヤと中空部材とを一体化する構成を図１〜図４までの伝動内歯車を有する構成の減速機構に適用することも可能である。また、掲げられた構成以外の減速機構の動力伝達装置であっても、ケーシング内に装置全体を軸方向に貫通する中空部を備えており、且つ、その軸方向端部に、自身の内周面が前記中空部の端部を構成する中空のフランジ体を備えているような構成の動力伝達装置であれば本発明を適用可能であり、相応の効果が得られる。

また、本発明では、前述した実施形態のように、例えばフランジ体が動力伝達装置の軸方向両側にあったとしても、必ずしも両方のフランジ体に拡開部を設ける必要はなく、状況に応じ、片側のフランジ体のみに拡開部を設けるだけにしてもよい。フランジ体自体が片側にしか存在しないときは、当然、当該片側のフランジ体にのみ設けられることになる。

更に、ケーシングとフランジ体は、いずれが固定でいずれが可動とされていてもよいことは、既に述べたが、実際、フランジ体側が固定で、ケーシング側が回転するいわゆる枠回転タイプの動力伝達装置にも本発明は適用できる。この場合でも、駆動源であるモータは、必ずいずれかの側に配置されることになるため、その電源ケーブルが中空部を通っていると、（たとえ中空部を構成しているフランジ体は不動でも、モータ自体がケーシングと共に回動する際に捩れたケーブルが該中空部の内周面と擦れるという現象が生じる。したがって、このような枠回転構造の動力伝達装置においても、本発明を適用することによって相応の効果を得ることができる。

また、本発明の適用対象も上記例に限定されるものではなく、モータ以外、あるいは電源のケーブル以外の対象物、例えばエアシリンダ用のエアのホースや各種機械のセンサの配線等を通す中空部を有する動力伝達装置にも本発明を適用することができる。

例えば、ロボットや工作機械等の産業機械の動力伝達装置として適用可能である。

１２…ベース部材
１４…回動部材
１６…モータ
１７…ケーブル
２８…ギヤ
３０…スプライン
３２…伝動軸
３４…伝動ピニオン
３６…伝動内歯車
３６Ａ…軸部
４４Ａ〜４４Ｃ…偏心体軸
４６、４８…第１、第２キャリヤ（フランジ体）
４８Ａ…内周面
ＥＰ１…拡開部
６０Ａ〜６０Ｃ、６２Ａ〜６２Ｃ…偏心体
８５…円筒パイプ（中空部材）
Ｈ１…中空部

Claims (6)

1. 装置全体を軸方向に貫通する中空部を備えた動力伝達装置において、
   該動力伝達装置は、その軸方向端部に、当該動力伝達装置の固定部材または出力部材のいずれかを構成すると共に自身の内周面が前記中空部の端部を構成する中空のフランジ体を備え、且つ
   該フランジ体の内周面に、開口端に近づくにつれて内径が大きくなる拡開部が形成されている
   ことを特徴とする動力伝達装置。
2. 請求項１において、
   前記拡開部の軸方向長より、径方向長の方が長い
   ことを特徴とする動力伝達装置。
3. 請求項１または２において、
   前記中空部の一部を構成する中空部材が、前記フランジ体の前記拡開部の起端に接続されている
   ことを特徴とする動力伝達装置。
4. 請求項３において、
   該中空部材の内周が、拡開していない
   ことを特徴とする動力伝達装置。
5. 請求項１または２において、前記中空部の一部を構成する中空部材が、前記フランジ体と一体に延在され、且つ該中空部材の内周の一部が前記拡開部を延長した形状とされている
   ことを特徴とする動力伝達装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記フランジ体が鋳物で形成されている
   ことを特徴とする動力伝達装置。

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