(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
図1は、本発明の実施形態の一例に係る遊星歯車装置の構成を示す断面図、
図2は、上記遊星歯車装置の矢視II方向から見た側面図、
図3は、上記遊星歯車装置の矢視III−III線に沿う断面を模式的に表した断面図である。
【0016】
この遊星歯車装置G1は、偏心揺動噛合型と称される遊星歯車装置であり、産業用ロボットの関節を駆動するために用いられる。
【0017】
遊星歯車装置G1は、入力軸12、該入力軸12と一体的に形成された2個の偏心体14、16、該偏心体14、16の外周にころ軸受18、20を介して組み込まれた2枚の外歯歯車22、24、および該外歯歯車22、24が揺動しながら内接噛合する内歯歯車26を備える。
【0019】
入力軸12は、大径の中空部12Aを有するホローシャフトで構成され、タップ穴12Bを利用して図示せぬ前段の部材(例えば歯車やプーリ)と連結されている。入力軸12の中空部12Aは、図示せぬ配線を通すために使用される(ときには、次段の関節駆動用のロッド等が通されることもある)。このため、この実施形態では、中空部12Aの内径D1が非常に大きく確保されている。
【0020】
偏心体14、16は、それぞれ(入力軸12の軸心O1から偏心量Δe1だけずれた)軸心O2、O3を有し、それぞれの外周が入力軸12の軸心O1に対して該偏心量Δe1分だけ偏心している。この例では、2個の偏心体14、16は、180度の位相差を持って入力軸12と一体的に形成されている。
【0021】
外歯歯車22、24は、ころ軸受18、20を介して偏心体14、16の外周に揺動可能に組み込まれている。外歯歯車22、24は、それぞれ内歯歯車26に内接噛合している。外歯歯車22、24は、その軸心(O2、O3に同じ)からオフセットされた位置に複数の内ピン孔22A、24Aおよびキャリヤピン孔22B、24Bが形成され、それぞれ後述する(ピン状部材である)内ピン28およびキャリヤピン30が貫通している。
【0022】
内歯歯車26は、ケーシング31と一体化された内歯歯車本体26A、および該内歯歯車本体26Aに回転自在に支持されるとともに内歯歯車の「内歯」を構成する円柱状の外ピン26Bとで構成されている。内歯歯車26の内歯の数(外ピン26Bの本数)は、外歯歯車22、24の外歯の数よりも僅かだけ(この例では1だけ)多い。
【0023】
外歯歯車22、24の軸方向両側には、一対の第1、第2フランジ体32、34が配置されている。第1、第2フランジ体32、34は、背面合わせで組み込まれた一対のアンギュラ玉軸受36、38を介してケーシング31に支持されている。アンギュラ玉軸受36、38は、それぞれ転動体36A、38A、および外輪36B、38Bを有しているが、内輪は有していない(第1、第2フランジ体32、34が転動面36C、38Cを有し、内輪として機能している)。符号37はシムであり、第1、第2フランジ体32、34を組み付ける際にその厚さを変更することで、該アンギュラ玉軸受36、38の与圧を調整することができる。
【0024】
第1、第2フランジ体32、34には、台座部32S、34Sが形成されており、該台座部32S、34Sに配置された一対の玉軸受40、42を介して前記入力軸12を回転自在に支持している。
【0025】
第1、第2フランジ体32、34のうちの一方の第1フランジ体32からは、一体的に6本の内ピン(複数のピン状部材の一部)28が、60度の間隔で突出形成されている。内ピン28の外周には、摺動促進体44が配置されている。摺動促進体44の外径d1は、外歯歯車22、24に形成した内ピン孔22A、24Aの内径D1よりも偏心量Δe1の2倍に相当する大きさだけ小さい大きさとされている(d1=D1−2・Δe1)。すなわち、内ピン28は、(摺動促進体44を介して)内ピン孔22A、24Aの一部と常に当接している。これにより、内ピン28は、外歯歯車22、24の自転成分と同期して入力軸12の軸心O1の周りを公転し、第1、第2フランジ体32、34を入力軸12の軸心周りで回転させることができる。すなわち、この実施形態に係る内ピン28は、「第1、第2フランジ体32、34と外歯歯車22、24との間の動力の伝達に寄与するピン状部材」を構成している。なお、内ピン28の外周の摺動促進体44はなくてもよい。この場合は、内ピン自体の外径がd3からd1に変更される。
【0026】
一方、第1、第2フランジ体32、34のうちの他方の第2フランジ体34からは、一体的に6本のキャリヤピン(複数のピン状部材の他の一部)30が、60度の間隔で突出形成されている。キャリヤピン30の外径d2は、これに偏心量Δe1の2倍を加えても、なお外歯歯車22、24に形成されたキャリヤピン孔22B、24Bの内径D2よりも小さい。つまり、(d2+2・Δe1)<D2である。そのため、キャリヤピン30は、外歯歯車22、24が揺動しても、該外歯歯車22、24と接触することはない。すなわち、この実施形態に係るキャリヤピン30は、「第1、第2フランジ体32、34間の連結のみに寄与しているピン状部材」を構成している。
【0027】
図3を合わせて参照して、内ピン28が突出形成された第1フランジ体32と、キャリヤピン30が突出形成された第2フランジ体34は、それぞれの内ピン28とキャリヤピン30の円周方向の位相を30度ずらして(内ピン28とキャリヤピン30とが、ちょうど交互に30度の間隔で配置されるように円周方向の位相をずらして)連結されている。
【0028】
この連結構成をより具体的に説明すると、動力の伝達に寄与する内ピン28は、その先端が第2フランジ体34に形成された凹部34Dに嵌入され、該内ピン28の軸方向端面28Aと第2フランジ体34との間(凹部34Dの底部との間)に軸方向の隙間δ1を有した状態で連結されている。すなわち、内ピン28は、凹部34Dに嵌入されているだけで、ボルト等による固定はなされていない。ただし、この隙間δ1は、なくてもよいし、ボルト等による固定が行われてもよい。また、内ピン28の軸方向端面28Aと凹部34Dの底部との間にスペーサが配置されてもよい。
【0029】
一方、連結のみに寄与するキャリヤピン30は、該キャリヤピン30の軸方向端面30Aと第1フランジ体32とが、軸方向で当接した状態で(またはスペーサが介在された状態で)、キャリヤボルト46を介して連結されている。第1フランジ体32には、キャリヤボルト46を挿通するための貫通孔32Aおよび座繰り部32Bが形成されており、キャリヤピン30の軸方向端面30Aには、キャリヤボルト46をねじ込むためのねじ穴30Dが形成されている。
【0030】
この実施形態では、第1、第2フランジ体32、34の側面32E、34Eには、双方とも、相手機械(例えば次段、あるいは前段アーム)を連結するための複数(この例ではそれぞれ12個)のタップ穴32T、34Tが、全周に亘るリング状の凹部32K、34K内に等間隔に形成されている(
図2参照)。なお、
図1においては、便宜上、内ピン28、キャリヤピン30と重ねてタップ穴32T、34Tの断面をそれぞれ1個のみ示しているが、
図2のタップ穴32Tの形成位置からも明らかなように、当該タップ穴32T、34Tの実際の形成位置は、内ピン28やキャリヤピン30の突出位置とは、重なっていない(円周方向の形成位置がずれている)。
【0031】
なお、第1、第2フランジ体32、34は、後述する同一形状の第1、第2フランジ体母材50、52(
図4)を加工することでそれぞれ形成されている。この点については、後に触れる。符号33、35、39、41は、オイルシールである。
【0032】
次に、この遊星歯車装置G1の作用を説明する。
【0033】
入力軸12が回転すると、該入力軸12と一体化されている偏心体14、16が偏心回転し、該偏心体14、16の外周にころ軸受18、20を介して組み込まれている2枚の外歯歯車22、24が180度の位相差で揺動される。外歯歯車22、24は、内歯歯車26に内接噛合しており、かつ、この実施形態では内歯歯車本体26Aがケーシング31と一体化されている。そのため、外歯歯車22、24は、入力軸12が1回回転する毎に、内歯歯車26(ケーシング31)に対して歯数差分(この例では1歯分)だけ相対回転する(自転する)。
【0034】
外歯歯車22、24の自転成分は、該外歯歯車22、24の内ピン孔22A、24Aを貫通している内ピン28(および摺動促進体44)を介して第1、第2フランジ体32、34に伝達され、該第1、第2フランジ体32、34が外歯歯車22、24の自転成分と同一の速度で回転する。この結果、1/(外歯歯車22、24の歯数)の減速が実現される。第1、第2フランジ体32、34は、キャリヤピン30を介して強固に連結されているため、第1、第2フランジ体32、34は1個の大きな出力回転体として一体的に回転する。
【0035】
この実施形態では、第1、第2フランジ体32、34の双方にタップ穴32T、34Tが形成されているため、いずれの側に相手部材を連結することもできる。ここで、第1フランジ体32の相手部材側(側面32E)は、数の少ない(この例では6本)のキャリヤボルト46が露出しているだけである。このため、第1フランジ体32のタップ穴32Tの形成の自由度を高く維持することができる。また、第2フランジ体34の相手部材側(側面34E)は、タップ穴34Tを形成する際の障害物が一切ないため、完全に自由な位置にタップ穴34Tを形成することができる。このため、第2フランジ体34のタップ穴34Tの形成の自由度は、(第1フランジ体32側より)さらに高い。
【0036】
タップ穴32T、34Tの形成の自由度が高いというのは、相手部材との取り付けの自由度が高いということと同義である。このメリットは、相手部材を第1、第2フランジ体32、34のいずれの側にも取り付けることができるメリットと相まって、「意図した方向に広範囲の旋回ができること」が重要視される産業用のロボットの関節構造に本遊星歯車装置G1を適用する場合に、特に有効に機能する。
【0037】
ここで、この実施形態の作用は、遊星歯車装置G1の製造方法と密接な関係があるため、
図4、
図5を参照して、当該遊星歯車装置G1の製造方法の一部を説明する。
【0038】
この遊星歯車装置G1では、第1、第2フランジ体32、34は、共通の一対の第1、第2フランジ体母材50、52から製造される。便宜上、別々の符号を振っているが、第1フランジ体母材50と第2フランジ体母材52は、同一の形状を有しており、いわゆる「同一の部材」である。
【0039】
第1、第2フランジ体母材50、52は、第1、第2フランジ体32、34となるべき円板状のフランジ部50A、52Aと、内ピン28またはキャリヤピン30となるべき6本のピン状部50B、52Bが一体に形成されたものである。なお、該ピン状部50B、52Bは、キャリヤピン30の外径d2に形成されている。すなわち、第1、第2フランジ体母材50、52の状態では、第1、第2フランジ体32、34の内ピン28とキャリヤピン30の区別は付けられていない。なお、この第1、第2フランジ体母材50、52は、鋳物で形成してもよく、鍛造で形成してもよい。
【0040】
第1フランジ体32は、第1フランジ体母材50のピン状部50Bの端面50B1および側面50B2を加工することにより該ピン状部50Bの長さ(基端はどこに取ってもよい)および外径をそれぞれ所定の寸法L1、d3に加工し、第1フランジ体32の内ピン28として仕上げる。
【0041】
この実施形態では、入力軸12の中空部12Aの内径D1を大きく取っていることから、結果として内ピン28やキャリヤピン30の径をあまり大きくとることができない。そのため、該内ピン28やキャリヤピン30を数多く(計12本)形成することで必要な強度を確保するようにしている。このため、従来ならば特に内ピンの加工(ピン状部の側面の加工)が困難であったが、この実施形態では、第1フランジ体母材50には、ピン状部50Bが6本しか形成されていないため、一本一本のピン状部50Bの間隔が広く、該内ピン28となるべきピン状部50Bの加工を極めて容易に行うことができる。なお、このとき、前記アンギュラ玉軸受36の転動面36Cや、玉軸受40の台座部32S等の各種段部、キャリヤボルト46を挿通するための貫通孔32Aや座繰り部32B、および凹部32K等が、合わせて加工される。
【0042】
第1フランジ体32に相手機械を連結するためのタップ穴32Tは、この段階で(すなわち第2フランジ体34と連結する前に)形成してもよく、第2フランジ体34と連結した後に形成してもよい。いずれの場合も、第1フランジ体32の側面32Eには、スペース的な余裕があるため、タップ穴32Tの形成の自由度は非常に高い。このため、例えば、種々の相手機械を自由に取り付けられるように、多数のタップ穴(あるいはピッチ円やねじ径の異なる複数種のタップ穴)32Tを、予め開けておくことも可能である。
【0043】
これにより(外歯歯車22、24と動力伝達が可能な)内ピン28の一体化された第1フランジ体32を製造することができる。
【0044】
一方、第2フランジ体母材52は、第2フランジ体母材52のピン状部52Bの端面52B1を加工することにより該ピン状部52Bの長さ(基端はどこに取ってもよい)のみを所定の寸法L2に加工し、キャリヤピン30として仕上げる。すなわち、キャリヤピン30は、外歯歯車22、24のキャリヤピン孔22B、24Bと接触しないため、第2フランジ体母材52のピン状部52Bの側面52B2は、特に加工しない。
【0045】
なお、このとき、前記アンギュラ玉軸受38の転動面38C、玉軸受42の台座部34S等の各種段部、内ピン28の嵌入される凹部34D、あるいはキャリヤボルト46のねじ穴30D、および凹部34K等が、合わせて加工される。
【0046】
第2フランジ体34に相手機械を連結するためのタップ穴34Tは、第1フランジ体32のタップ穴32Tと同様に、この段階で予め形成しておいてもよく、第1フランジ体32と連結した後に形成してもよい。第2フランジ体34の側面34Eには、(タップ穴を形成する際の障害物が一切ないため)タップ穴34Tの形成の自由度は、第1フランジ体32のタップ穴32Tの形成の自由度よりも更に高い。
【0047】
これにより、(第1、第2フランジ体32、34の連結のみに寄与する)キャリヤピン30が一体的に形成された第2フランジ体34を得ることができる。
【0048】
加工された一対の第1、第2フランジ体32、34の組み付けは、以下のようにして行う。
【0049】
図5を参照して、先ず、入力軸12、ころ軸受18、20、玉軸受40、42、および外歯歯車22、24で構成されるアッセンブリを、ケーシング31に組込む。その後、(転動体36A、38A付きの)アンギュラ玉軸受36、38の外輪36B、38Bをケーシング31に圧入する。。これにより、ケーシング31内において、内歯歯車26に外歯歯車22、24が揺動可能に内接噛合されたギヤアッセンブリが組み立てられる。
【0050】
その後、第1フランジ体32および第2フランジ体34を外歯歯車22、24の側方から(
図5の外歯歯車22、24の左右両側から)それぞれ組み付ける。このとき、それぞれの内ピン28またはキャリヤピン30の円周方向の位相(円周方向位置を)をずらして第2フランジ体34の凹部34Dに第1フランジ体32の内ピン28の先端を嵌入させ、キャリヤボルト46(
図5では図示略、
図1参照)をキャリヤピン30のねじ穴30Dにねじ込む。アンギュラ玉軸受36、38の与圧は、シム37の厚さを変更することによって調整する。その後、オイルシール33、35を取り付ける。これにより、内ピン28とキャリヤピン30とが交互に等間隔に並んだ状態で第1、第2フランジ体32、34を連結することができる。
【0051】
このように、本実施形態では、第1、第2フランジ体32、34の双方を共通のフランジ体母材50(=52)をベースとして製造することができるため、該第1、第2フランジ体32、34を別々の母材からそれぞれ別個に製造する方法に対して、より低コストでの製造が可能である。これは、見方を変えるならば、「第1、第2フランジ体32、34の双方からピン状部材が突出されている」という本発明の構成を、製造上のメリットとして活用したものとも言える。
【0052】
なお、上記実施形態では、内ピン28に摺動促進体としての内ローラ44を被せるようにしていたため、内ローラ44の外径d1>キャリヤピン30の外径d2>内ピン28の外径d3となるように設定していた。そのため、フランジ体母材50のピン状部50Bの外径(=キャリヤピン30の外径)d2を削って外径d3の内ピン28に加工し、内ローラ44を被せることで、該内ローラ44の外径d1と内ピン孔22A、24Aの内径D1との間の隙間2・Δe1を確保するようにしていた。しかしながら、本発明は、これに限らず、共通のフランジ体母材のピン状部をそれぞれ加工してキャリヤピン、内ピンの外径を得るようにしてもよい。すなわち、例えば、フランジ体母材のピン状部の径を前記内ローラの外径d1よりも大きく取っておき、双方のフランジ体母材のピン状部側面を削って一方を外径d2のキャリヤピンに、他方を外径d3(内ローラがないならば外径d1)の内ピンにそれぞれ加工するようにしてもよい。
【0053】
また、上記実施形態においては、遊星歯車装置として、偏心体を有するクランク軸(この例では入力軸)を内歯歯車の軸心位置に一本のみ有するいわゆるセンタクランクタイプの偏心揺動型の遊星歯車装置が採用されていたが、本発明に係る遊星歯車装置は、この構成の遊星歯車装置に限定されるものではない。
【0054】
例えば、偏心体を有するクランク軸を内歯歯車の軸心位置からオフセットした位置に複数備え、クランク軸自体の内歯歯車の軸心まわりの公転を外歯歯車の軸方向両側に配置した一対のフランジ体から取り出すように構成した、いわゆる振り分けタイプの偏心揺動型の遊星歯車装置に採用することもできる。この場合は、本発明は、前記一対のフランジ体を連結するキャリヤピンに対して、適用することができる。すなわち、例えば、キャリヤピンが6本配置される場合には、一対のフランジ体のそれぞれから3本ずつのキャリヤピンが突出されるような構成とすればよい。
【0055】
さらには、本発明に係る遊星歯車装置は、必ずしも偏心揺動型の遊星歯車装置に限定されるものでもない。例えば、単純遊星機構の遊星歯車装置であっても、遊星歯車の軸方向両側に一対のフランジ体が配置され、該一対のフランジ体間に遊星歯車を回転自在に支持する複数の遊星ピン(ピン状部材)や、一対のフランジ体を連結するキャリヤピン(ピン状部材)が配置されるような構成である場合には、一対のフランジ体の双方から遊星ピンやキャリヤピンを突出形成することで、全く同様に本発明を適用することができる。
【0056】
また、上記実施形態においては、第1フランジ体からピン状部材として内ピンが突出形成されるとともに、第2フランジ体からは、ピン状部材としてキャリヤピンが突出形成された構造が示されていたが、本発明においては、ピン状部材として、例えば、双方のフランジ体から「フランジ体と遊星歯車との間の動力の伝達に寄与するピン状部材(先の実施形態での内ピン)」のみを突出形成させる構成を採用してもよい。全てのピン状部材を動力の伝達に寄与するピン状部材で構成する場合、従来の一方のフランジ体のみからピン状部材が突出している構造では、多数のピン状部材が狭い間隔で配置される上に、全ピン状部材の側面を仕上げる必要があったため、加工が困難であったが、本発明では、各フランジ体のピン状部材の数を半減できるため、容易に加工することができる。なお、全てのピン状部材を動力の伝達に寄与するピン状部材で構成する場合は、第1または第2フランジ体から突出された内ピンを、相手側の第2または第1フランジ体とボルト連結することで両フランジ体を連結する。これにより、ピン状部材を動力伝達と連結の両方の機能を有するピン状部材とすることができ、かつ、第1または第2フランジ体を(遊星歯車装置の軸方向中央を対称面として)軸方向に対称に形成することができる。その結果、母材だけでなく、最終的な第1、第2フランジ体をも「同一形状の部材」とすることができるようになる。
【0057】
また、上記実施形態においては、第1、第2フランジ体を、共通のフランジ体母材から製造するようにしていたが、本発明は、両フランジ体の母材は、必ずしも共通である必要はない。すなわち、当初よりフランジ体母材の形が違っていてもよく、あるいは、素材が違っていてもよい。例えば、第1フランジ体から動力の伝達に寄与する内ピンを突出させるとともに、第2フランジ体から連結のみに寄与するキャリヤピンを突出させるような場合には、第1フランジ体の母材を鍛造で製造し、第2フランジ体の母材を鋳物で製造するようにしてもよい。これにより、設計によっては、所定の品質を維持しながら、より低コスト化が実現できる場合がある。両フランジ体から突出させるピン状部材の数も必ずしも同数である必要はなく、形や大きさが違っていてもよい。形成の位置も必ずしも等間隔である必要はない。