JP2015021555A - 偏心揺動型歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端板部とシャフト部とを締結するボルトから受ける力による応力集中を緩和しつつ、歯車装置内部の設計の自由度を向上できるようにする。
【解決手段】偏心揺動型歯車装置１は、偏心部１０ａと、外歯１４ａを有し、偏心部１０ａに連動する揺動歯車１４と、揺動歯車１４の外歯１４ａと噛み合う内歯ピン３を有する外筒部２と、揺動歯車１４の揺動回転に連動して外筒部２に対する相対回転を生じるキャリア４と、を備える。キャリア４は、基板部４ａと基板部４ａから延びるシャフト部４ｃとを有する基部５と、シャフト部４ｃにボルト９によって締結される端板部７と、を有している。シャフト部４ｃに形成された締結孔４ｆには、ボルト９の先端部が接触しないように逃げ部３０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏心揺動型歯車装置に関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されているように、二つの相手部材間で所定の減速比で回転数を減速する偏心揺動型歯車装置が知られている。図３に示すように、特許文献１に開示された偏心揺動型歯車装置は、一方の相手部材に固定される外筒部６２と、外筒部６２内に配置されるとともに、もう一方の相手部材に固定されるキャリア６４とを備えている。外筒部６２とキャリア６４との間には、一対の主軸受６６が配置されている。キャリア６４は、基板部６４ａと該基板部６４ａから延出されたシャフト部６４ｃとが一体的に形成された基部と、基部とは別体に形成された端板部６４ｂとを有している。基板部６４ａと端板部６４ｂとの間には、２つの揺動歯車６８が挟み込まれており、これらの揺動歯車６８は、クランク軸７０の偏心部７０ａ，７０ｂに取り付けられている。この状態でシャフト部６４ｃと端板部６４ｂとがボルト７２によって互いに締結されている。

特開２００９−１４０３９号公報

前記特許文献１に開示された偏心揺動型歯車装置では、シャフト部６４ｃと端板部６４ｂとがボルト７２によって互いに締結されている。このため、偏心揺動型歯車装置に外力が作用した場合において、基板部６４ａに対してシャフト部６４ｃが撓んだり、ねじれるように変形しようとすることがある。この場合、締結孔６４ｄはねじ孔となっているため、ボルト７２のねじ山によって締結孔６４ｄが押圧されると、応力集中を招く。したがって、ボルト７２の先端部から受ける力に対して十分な強度を確保するには、シャフト部６４ｃを厚肉にする必要がある。しかしながら、シャフト部６４ｃを厚肉にしてしまうと、歯車装置内部の設計の自由度が小さくなってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、端板部とシャフト部とを締結するボルトから受ける力による応力集中を緩和しつつ、歯車装置内部の設計の自由度を向上できるようにすることにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、偏心部と、歯部を有し前記偏心部に連動する揺動歯車と、前記揺動歯車の前記歯部と噛み合う内歯を有する外筒部と、前記揺動歯車の揺動回転に連動して前記外筒部に対する相対回転を生じる内筒部と、を備え、前記内筒部は、基板部と基板部から延びるシャフト部とを有する基部と、前記シャフト部にボルトによって締結される端板部と、を有しており、前記シャフト部に形成された締結孔には、前記ボルトの先端部が接触しないように逃げ部が設けられている偏心揺動型歯車装置である。

本発明では、シャフト部と端板部とを締結するボルトが螺合される締結孔に、該ボルトの先端部が接触するのを回避するための逃げ部が設けられている。このため、偏心揺動型歯車装置に外力が作用して、基板部に対してシャフト部が撓んだり、ねじれたりするように変形しようとした場合に、ボルトの先端部が締結孔に当接することを回避することができる。このため、締結孔において、ボルトの先端部から受ける力によって生ずる応力が集中することを回避することができる。したがって、強度を高めるべく、シャフト部を肉厚に形成する必要がない。よって、歯車装置内部の設計の自由度を向上することができる。

ここで、前記逃げ部は、前記締結孔の端部に繋がるように形成されており、前記ボルトの先端部が前記逃げ部内に入り込んでいてもよい。この態様では、締結孔に挿入されたボルトの先端部が締結孔を通り越して、逃げ部に入り込んでいる。したがって、ボルトの先端部が締結孔に接触することを確実に防止することができる。

前記逃げ部は、前記締結孔に対して拡径されていてもよい。この態様では、逃げ部が締結孔に対して拡径しているため、シャフト部を撓ませるような外力が作用した場合であっても、ボルトの先端部が逃げ部に接触することを防止することができる。

前記逃げ部の周面は、凹凸のない周面によって形成されていてもよい。この態様では、逃げ部の周面が凹凸のない周面によって形成されているので、逃げ部を形成する加工が煩雑になることを防止することができる。しかも、シャフト部が変形する際に、周面の凹凸に起因した応力集中が発生することを防止することができる。

前記逃げ部及び前記締結孔が連続するように形成されるとともに前記基部を貫通していてもよい。この態様では、逃げ部及び締結孔が連続するように形成された上で基部を貫通しているため、逃げ部を形成する加工が煩雑になることを防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、端板部とシャフト部とを締結するボルトから受ける力による応力集中を緩和することができ、しかも歯車装置内部の設計の自由度を向上することができる。

本発明の実施形態に係る偏心揺動型歯車装置の構成を示す図である。 本発明のその他の実施形態に係る偏心揺動型歯車装置の構成を示す図である。 従来の偏心揺動型歯車装置の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態の偏心揺動型歯車装置（以下、歯車装置と称する）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。

本実施形態に係る歯車装置１は、クランク軸１０の偏心部１０ａを回転させることによって揺動歯車１４を揺動回転させ、それによって入力された回転数から減速された回転数の出力を得るように構成されている。これにより、例えばロボットのベース（第１の相手部材）と旋回胴（第２の相手部材）との間で、相対回転を生じさせることができる。

図１に示すように、歯車装置１は、外筒部２と、内筒部としてのキャリア４と、複数（例えば３つ）のクランク軸１０と、揺動歯車１４と、を備えている。

外筒部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。外筒部２の内周面には、多数のピン溝２ｂが形成されている。各ピン溝２ｂは、外筒部２の軸方向に延びるように配置され、軸方向に直交する断面において半円形の断面形状を有している。これらのピン溝２ｂは、外筒部２の内周面に周方向に等間隔で並んでいる。

外筒部２は、多数の内歯ピン３を有している。各内歯ピン３は、ピン溝２ｂにそれぞれ取り付けられている。具体的に、各内歯ピン３は、対応するピン溝２ｂにそれぞれ嵌め込まれており、外筒部２の軸方向に延びる姿勢で配置されている。これにより、多数の内歯ピン３は、外筒部２の周方向に沿って等間隔で並んでいる。これらの内歯ピン３には、揺動歯車１４の外歯（歯部）１４ａが噛み合う。

外筒部２には、フランジ部が設けられており、このフランジ部は、例えばロボットのベースに固定するための締結具（ボルト）を挿通するための挿通孔２ａが形成されている。

キャリア４は、外筒部２と同軸上に配置された状態で外筒部２内に収容されている。キャリア４は、外筒部２に対して同じ軸回りに相対回転する。具体的に、キャリア４は、外筒部２の径方向内側に配置されており、この状態で、軸方向に互いに離間して設けられた一対の主軸受６によって外筒部２に対して相対回転可能に支持されている。なお、外筒部２とキャリア４との間には、環状のシール部材２５が設けられている。

キャリア４は、基板部４ａと複数（例えば３つ）のシャフト部４ｃとを有する基部５と、この基部５とは別体に形成された端板部７と、を備えている。

基板部４ａは、外筒部２内において軸方向の一端部近傍に配置されている。この基板部４ａの径方向中央部には断面円形の貫通孔４ｄが設けられている。貫通孔４ｄの周囲には、複数（例えば３つ）のクランク軸孔４ｅが周方向に等間隔で設けられている。

基板部４ａには、キャリア４を例えばロボットの旋回胴に固定するための図略の締結具（ボルト）を締結するための締結孔４ｇが形成されている。

端板部７は、基板部４ａに対して軸方向に離間して設けられており、外筒部２内において軸方向の他端部近傍に配置されている。端板部７の径方向中央部には断面円形の貫通孔７ａが設けられている。貫通孔７ａの周囲には、複数（例えば３つ）のクランク軸孔７ｂが基板部４ａの複数のクランク軸孔４ｅと対応する位置に設けられている。

複数のシャフト部４ｃは、基板部４ａと一体的に設けられており、基板部４ａの一主面（内側面）から端板部７側へ直線的に延びている。この複数のシャフト部４ｃは、周方向に等間隔で配設されている。

端板部７は、ボルト９によって基部５に締結されている。すなわち、端板部７にはボルト挿通孔７ｃが形成され、シャフト部４ｃ（基部５）には、その先端面から軸方向に延びるように締結孔４ｆが形成されている。そして、端板部７のボルト挿通孔７ｃに、基部５（基板部４ａ）と反対側からボルト９が挿入されている。このボルト９は、シャフト部４ｃの締結孔４ｆに螺合されている。これにより、基板部４ａ、シャフト部４ｃ及び端板部７が一体化されている。つまり、端板部７は、基板部４ａに着脱可能に結合されている。

シャフト部４ｃ（基部５）に形成された締結孔４ｆには、ボルト９の先端部が該締結孔４ｆに接触しないようにするための逃げ部３０が形成されている。逃げ部３０は、締結孔４ｆの奥側の端部に連続し、かつ該端部から締結孔４ｆの軸方向にまっすぐ延びるように形成されている。

逃げ部３０は、締結孔４ｆに対して拡径された有底の穴によって構成されており、軸方向において、逃げ部３０の内径はほぼ一定の寸法となっている。すなわち、逃げ部３０内の空間は、角部が丸められた円柱状の空間となっている。

逃げ部３０は、締結孔４ｆとは反対側の端部がシャフト部４ｃ内に位置する大きさに形成されている。すなわち、逃げ部３０は、基板部４ａ内ではなくシャフト部４ｃ内に位置している。そして、逃げ部３０において、締結孔４ｆとは反対側の端部は、軸方向において、シャフト部４ｃの根元の近傍に位置している。なお、逃げ部３０は、シャフト部４ｃから基板部４ａに渡るように形成されていてもよい。

締結孔４ｆの軸方向長さは、ボルト９の雄ねじ部の長さよりも短くなっている。このため、ボルト９は、締結孔４ｆに螺合した状態では、先端部が逃げ部３０内に入り込んでいる。すなわち、ボルト９の雄ねじ部の先端部は、締結孔４ｆに螺合していない。

上記したように、逃げ部３０が締結孔４ｆに対して拡径されていて、ボルト９の先端部は逃げ部３０内に入り込んでいるため、シャフト部４ｃを撓ませるような外力が作用した場合にも、ボルト９のねじ山によって逃げ部３０の周面３０ａが押圧されることを防止することができる。

さらに、逃げ部３０は、締結孔４ｆとは異なり、ねじ孔のように周面に凹凸のある穴ではなく、周面３０ａに凹凸のない穴によって構成されている。逃げ部３０の周面３０ａに凹凸が形成されていないため、シャフト部４ｃが変形する際に、周面３０ａの凹凸に起因した応力集中が発生することを防止することができる。

基部５及び端板部７には、ピン孔２２が形成されていて、端板部７から基部５に渡って位置決めピン１１がピン孔２２に挿入されている。これにより、基部５に対する端板部７の位置が精度良く決められている。

複数のクランク軸１０は、外筒部２内において中央の貫通孔４ｄ，７ａの周囲に等間隔で配置されている。各クランク軸１０は、一対のクランク軸受１２ａ，１２ｂによりキャリア４に対して軸回りに回転可能に支持されている。

具体的に、各クランク軸１０には、軸方向における基板部４ａ側の部位に第１クランク軸受１２ａが取り付けられており、この第１クランク軸受１２ａは、基板部４ａのクランク軸孔４ｅ内に配置されている。また、各クランク軸１０には、軸方向における端板部７側の部位に第２クランク軸受１２ｂが取り付けられており、この第２クランク軸受１２ｂは、端板部７のクランク軸孔７ｂ内に配置されている。これにより、クランク軸１０は、基板部４ａ及び端板部７に回転可能に支持されている。

各クランク軸１０は、軸本体１０ｃと、この軸本体１０ｃに一体的に形成された偏心部１０ａと、を有する。本実施形態では、２つの偏心部１０ａが、両クランク軸受１２ａ，１２ｂによって支持された部分の間に軸方向に並ぶように配置されている。偏心部１０ａは、円柱形状を有しており、軸本体１０ｃの軸心に対して偏心した状態で軸本体１０ｃから径方向外側に張り出している。２つの偏心部１０ａは、それぞれ軸心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。

軸本体１０ｃは、偏心部１０ａよりも基板部側の第１ジャーナル部１０ｆと、偏心部１０ａよりも端板部側の第２ジャーナル部１０ｇとを有している。第１ジャーナル部１０ｆには、第１クランク軸受１２ａが取り付けられ、第２ジャーナル部１０ｇには、第２クランク軸受１２ｂが取り付けられている。

第２ジャーナル部１０ｇは、軸方向に延出されており、この部位に伝達歯車２０が装着されている。伝達歯車２０は、図外の入力ギアと噛み合い、該入力ギアを通して入力される回転駆動力をクランク軸１０に伝える。

揺動歯車１４は、クランク軸１０の偏心部１０ａにころ軸受１８ａを介して取り付けられている。したがって、本実施形態では、２つの揺動歯車１４が軸方向に並ぶように設けられている。揺動歯車１４は、各クランク軸１０が回転して偏心部１０ａが偏心回転すると、この偏心回転に連動して内歯ピン３に噛み合いながら揺動回転する。

揺動歯車１４は、外筒部２の内径よりも少し小さい大きさを有している。揺動歯車１４は、外歯１４ａと、中央部貫通孔１４ｂと、複数（例えば３つ）の偏心部挿通孔１４ｃと、複数（例えば３つ）のシャフト部挿通孔１４ｄとを有している。外歯１４ａは、揺動歯車１４の周方向全体に亘って滑らかに連続する波形状を有している。中央部貫通孔１４ｂは、揺動歯車１４の径方向中央部に設けられている。

複数の偏心部挿通孔１４ｃは、揺動歯車１４において中央部貫通孔１４ｂの周囲に周方向に等間隔で設けられている。各偏心部挿通孔１４ｃには、ころ軸受１８ａが介装された状態で各クランク軸１０の偏心部１０ａがそれぞれ挿通されている。

複数のシャフト部挿通孔１４ｄは、揺動歯車１４において中央部貫通孔１４ｂの周りに周方向に等間隔で設けられている。各シャフト部挿通孔１４ｄは、周方向において、隣り合う偏心部挿通孔１４ｃ間の位置にそれぞれ配設されている。各シャフト部挿通孔１４ｄには、対応するシャフト部４ｃが遊びを持った状態で挿通されている。

この歯車装置１では、伝達歯車２０が回転することによって各クランク軸１０が回転すると、偏心部１０ａに取り付けられた揺動歯車１４は、偏心部１０ａの回転に伴って内歯ピン３に噛み合いながら揺動する。噛み合い位置が順次変化するのに伴い、キャリア４及び外筒部２が互いに相対的に回転する。これにより、入力された回転数から減速された回転数の出力が得られる。

以上説明したように、本実施形態では、シャフト部４ｃと端板部７とを締結するボルト９が螺合される締結孔４ｆに、該ボルト９の先端部が締結孔４ｆの内周面に接触するのを回避するための逃げ部３０が設けられている。このため、歯車装置１に外力が作用して、基板部４ａに対してシャフト部４ｃが撓んだり、ねじれたりするように変形しようとした場合に、ボルト９の先端部が締結孔４ｆに当接することを回避することができる。このため、締結孔４ｆにおいて、ボルト９の先端部から受ける力によって生ずる応力が集中することを回避することができる。したがって、強度を高めるべく、シャフト部４ｃの根元を肉厚に形成する必要がない。よって、歯車装置１内部の設計の自由度を向上することができる。

しかも本実施形態では、締結孔４ｆに挿入されたボルト９の先端部が締結孔４ｆを通り越して、逃げ部３０に入り込んでいる。したがって、ボルト９の先端部が締結孔４ｆに接触することを確実に防止することができる。

また本実施形態では、逃げ部３０が締結孔４ｆに対して拡径された穴によって形成されているため、シャフト部４ｃを撓ませるような外力が作用した場合であっても、ボルト９の先端部が逃げ部３０に接触することを確実に防止することができる。しかも、逃げ部３０の周面３０ａが凹凸のない周面によって形成され、かつ逃げ部３０が締結孔４ｆの軸方向にストレートで延びているので、逃げ部３０を形成する加工が煩雑になることを防止することができる。また、シャフト部４ｃが変形する際に、周面３０ａの凹凸に起因した応力集中が発生することを防止することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、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、図２に示すように、逃げ部３０及び締結孔４ｆが連続するように形成された上で、逃げ部３０が基部５を貫通する構成であってもよい。すなわち、逃げ部３０の一端部は締結孔４ｆに繋がっており、他端部は基板部４ａの外面４ｈに開口している。そして、逃げ部３０は、締結孔４ｆの軸方向にストレートに延びる形状に形成されている。この場合において、逃げ部３０を形成する加工を行うには、基板部４ａの外面４ｈ側から孔を開けるようにすることができる。

この態様では、逃げ部３０及び締結孔４ｆが基部５を貫通しているため、逃げ部３０を形成する加工が煩雑になることを防止することができる。

前記実施形態では、クランク軸１０が端板部７側に突出する部位を有し、端板部７側に伝達歯車２０が配置された構成となっているが、これに限られない。クランク軸１０が基板部４ａ側に突出する部位を有し、伝達歯車２０が基板部４ａ側に配置された構成であってもよい。

前記実施形態では、２つの揺動歯車１４が設けられた構成としたが、これに限られるものではない。例えば、１つの揺動歯車が設けられる構成、又は３つ以上の揺動歯車が設けられる構成であってもよい。

前記実施形態では、複数のクランク軸１０が中央の貫通孔４ｄ，７ａの周囲に配設された構成としたがこれに限られるものではない。例えば、１つのクランク軸１０がキャリア４の中央部に配設されたセンタークランク式であってもよい。

前記実施形態では、キャリア４を旋回胴に締結して旋回するようにし、外筒部２をロボットのベースに固定して不動にしている例が示されているが、その逆の配置でもよい。すなわち、外筒部２が旋回胴に締結され、キャリア４がロボットのベースに締結されていてもよい。この場合には、外筒部２がキャリア４に対して相対回転することにより、ロボットの旋回胴は、ベースに対して旋回することになる。

１ 偏心揺動型歯車装置
２ 外筒部
３ 内歯ピン
４ キャリア
４ａ 基板部
４ｃ シャフト部
４ｆ 締結孔
４ｈ 外面
５ 基部
６ 主軸受
７ 端板部
９ ボルト
１０ クランク軸
１０ａ 偏心部
１０ｃ 軸本体
１４ 揺動歯車
１４ａ 外歯
３０ 逃げ部
３０ａ 周面

Claims (5)

1. 偏心部と、
   歯部を有し前記偏心部に連動する揺動歯車と、
   前記揺動歯車の前記歯部と噛み合う内歯を有する外筒部と、
   前記揺動歯車の揺動回転に連動して前記外筒部に対する相対回転を生じる内筒部と、を備え、
   前記内筒部は、基板部と基板部から延びるシャフト部とを有する基部と、前記シャフト部にボルトによって締結される端板部と、を有しており、
   前記シャフト部に形成された締結孔には、前記ボルトの先端部が接触しないように逃げ部が設けられている偏心揺動型歯車装置。
2. 前記逃げ部は、前記締結孔の端部に繋がるように形成されており、前記ボルトの先端部が前記逃げ部内に入り込んでいる請求項１に記載の偏心揺動型歯車装置。
3. 前記逃げ部は、前記締結孔に対して拡径されている請求項１又は２に記載の偏心揺動型歯車装置。
4. 前記逃げ部の周面は、凹凸のない周面によって形成されている請求項３に記載の偏心揺動型歯車装置。
5. 前記逃げ部及び前記締結孔が連続するように形成されるとともに前記基部を貫通している請求項１から４の何れか１項に記載の偏心揺動型歯車装置。

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