(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、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、本発明の一実施形態として、内接式遊星歯車機構を搭載した減速機を例に取り説明する。
【0015】
図1は、本発明の一実施形態に係る減速機1の構成を示す図である。
図1は、軸AXを含む平面で減速機1を切断した断面図である。減速機1は、例えば、産業用ロボット、民生用ロボット、工作機、ステージ、ターンテーブル等に組み込まれている。
【0016】
図1に示されるように、減速機1は、略円筒形状を持つ入力軸体10(入力部)を備えている。入力軸体10には、サーボモータが直接又は伝達機構を介して間接的に接続される。一例として、サーボモータの駆動軸が入力軸体10に圧入される。サーボモータが駆動されると、入力軸体10が軸AX周りに回転する。
【0017】
入力軸体10は、偏心軸部10A及び10Bが形成されたクランク軸である。偏心軸部10Aは、減速機1の出力側に形成されており、軸AXに対して偏心した偏心軸AX1周りに回転する。偏心軸部10Bは、減速機1の入力側に形成されており、偏心軸AX1とは別の偏心軸AX2周りに回転する。偏心軸AX1と偏心軸AX2は、例示的には、軸AXを挟んで反対側に位置する。
【0018】
減速機1は、一対の外歯歯車12、14を備えている。外歯歯車12は、軸受22(ローラベアリング等)を介して偏心軸部10Aの外周面に取り付けられている。これにより、外歯歯車12は、偏心軸AX1周りに回転可能となっている。外歯歯車14は、軸受24(ローラベアリング等)を介して偏心軸部10Bの外周面に取り付けられている。これにより、外歯歯車14は、偏心軸AX2周りに回転可能となっている。
【0019】
図2は、
図1のA-A線における断面図である。
図2に示されるように、外歯歯車14の外周には、外歯が形成されている。外歯歯車14には、複数(ここでは8つ)の挿通穴14Aが偏心軸AX2を中心とした周方向に並べて形成されている。
【0020】
外歯歯車12は外歯歯車14と同様の形状を持つ。外歯歯車12には、複数の挿通穴12Aが偏心軸AX1を中心とした周方向に並べて形成されている。
【0021】
なお、外歯歯車の数は最低1枚あればよい。また、外歯歯車を3枚以上備える構成を採用することにより、より高い減速比を達成することが可能となる。
【0022】
減速機1は、フレーム30を備えている。
図2に示されるように、フレーム30の内周には、外歯歯車12、14の各外歯と噛み合う内歯が設けられている。フレーム30に設けられた内歯の歯数は、高減速比を達成するため、各外歯歯車12、14の外歯の歯数よりも僅かに(例えば1つ)多い。外歯及び内歯は、一例として、噛み合いが滑らかなサイクロイド歯車やトロコイド歯車となっている。
【0023】
外歯歯車12、14及び内歯が設けられたフレーム30は、減速機1の減速機構を構成する。
【0024】
減速機1は、出力部40を備えている。出力部40は、第一円板状部材42(基部)、第二円板状部材44及びピン46を備えている。
【0025】
第一円板状部材42は、入力軸体10と同軸に配置された円環状部材である。第一円板状部材42と入力軸体10との間には、軸受52(ボールベアリング等)が設けられている。また、第一円板状部材42とフレーム30との間には、軸受54(ボールベアリング等)が設けられている。これにより、第一円板状部材42は、入力軸体10、フレーム30の夫々に対して回転可能となっている。
【0026】
第一円板状部材42には、複数(ここでは8つ)の貫通穴42Aが周方向に並べて形成されている。貫通穴42Aは、第一円板状部材42を軸線方向に貫通する。
【0027】
第二円板状部材44も、入力軸体10と同軸に配置された円環状部材である。第二円板状部材44と入力軸体10との間には、軸受56(ボールベアリング等)が設けられている。また、第二円板状部材44とフレーム30との間には、軸受58(ボールベアリング等)が設けられている。これにより、第二円板状部材44も、入力軸体10、フレーム30の夫々に対して回転可能となっている。
【0028】
第二円板状部材44には、複数(ここでは8つ)の貫通穴44Aが周方向に並べて形成されている。貫通穴44Aは、第二円板状部材44を軸線方向に貫通する。
【0029】
図3は、ピン46の側面図である。ピン46は、第一円板状部材42と第二円板状部材44とを接続する円柱状部材であり、複数(ここでは8つ)備えられている。ピン46は、第一円板状部材42の出力側端面42Bから貫通穴42Aに挿入される。次いで、ピン46は、外歯歯車12の挿通穴12A及び外歯歯車14の挿通穴14Aにも挿入される。
【0030】
図3に示されるように、ピン46は、第一径部46A及び第二径部46Bを有している。第二径部46Bが第一円板状部材42の貫通穴42Aの径よりも細い外径を持つのに対し、第一径部46Aは、貫通穴42Aの径よりも僅かに太い外径を持つ。そのため、ピン46は、第一径部46Aにおいて貫通穴42Aに圧入される。貫通穴42Aに圧入されたピン46の先端は、第二円板状部材44の貫通穴44Aに挿入されて、ナット60によって第二円板状部材44に固定される。
【0031】
ピン46の基端にはフランジ46Cが形成されている。フランジ46Cは、貫通穴42Aに対して大きい径を持つ。そのため、フランジ46Cは、入力側へのピン46の抜けを防止する役割を果たす。
【0032】
各挿通穴12A、14Aを規定する内周面とピン46の外周面(より詳細には、第二径部46Bの外周面)との間には、所定量のクリアランスがある。各クリアランスには、円環状のブッシュリング70が挿入されている。
【0033】
サーボモータの駆動力が入力軸体10に伝達されて、偏心軸部10A、10Bが偏心回転すると、各外歯歯車12、14が高速で公転(揺動)運動を行う。各外歯歯車12、14が1公転する毎に、各外歯歯車12、14の外歯とフレーム30の内歯との噛み合い位置がずれる。これにより、各外歯歯車12、14は、入力軸体10の回転方向とは逆方向に公転回転数よりも減速された回転数(外歯歯車と内歯歯車との歯数比に応じた回転数であり、以下、便宜上、「減速回転数」と記す。)で自転する。これに伴い、各外歯歯車12、14に形成された挿通穴12A、14Aの位置も減速回転数に応じた速度で変わる。
【0034】
外歯歯車12及び14が減速回転数で自転すると、外歯歯車12及び14の回転動力がブッシュリング70を介して各ピン46に伝達される。これにより、ピン46を含む出力部40全体(すなわち第一円板状部材42、第二円板状部材44及びピン46)が軸AX周りに減速回転数で回転して、減速比に応じた高トルクが得られる。
【0035】
次に、第一円板状部材42とピン46について詳細な説明を加える。
【0036】
ピン46は、第一円板状部材42の貫通穴42Aに圧入されることによって第一円板状部材42に固定される。そのため、第一円板状部材42には、ピン46の締め代に応じた荷重が加わる。これにより、第一円板状部材42は、特に貫通穴42Aの周囲で歪む。貫通穴42Aの周囲における第一円板状部材42の歪みに伴い、第一円板状部材42の軸線(軸AX)に対してピン46が傾斜することが懸念される。
【0037】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、円板状部材にピンが圧入されると、円板状部材の軸線と直交する径方向外方にピンが傾斜するという知見を得た。ピンが円板状部材の径方向外方に傾斜する主な理由として、例えば次に示されるものが推測される。
【0038】
円板状部材の内周面は、ピンに向かって凸形状を持つ曲面となっている。そのため、円板状部材の内周面寄りの領域は、いわゆるアーチ効果によりピンからの荷重に対して強度が高い。これに対し、円板状部材の外周面は、ピンに向かって凹形状を持つ曲面となっている。そのため、円板状部材の外周面寄りの領域には、ピンからの荷重に対してアーチ効果が生じない。そのため、貫通穴の周囲の中でも特にピンよりも外周面寄りの領域で歪みが生じる。外周面寄りの領域での歪み量が大きいため、円板状部材の径方向外方にピンが傾斜するものと推測される。
【0039】
本実施形態に係る減速機1では、第一円板状部材42の軸線に対するピン46の傾斜を抑えるため、第一円板状部材42が次に説明される構成を有している。
【0040】
図4(a)は、
図1の断面図の中から第一円板状部材42を抽出して示す図である。
図4(b)は、
図4(a)のB矢示図である。
【0041】
図4に示されるように、第一円板状部材42は、第一内径部42C及び第二内径部42Dを有している。なお、説明の便宜上、第一円板状部材42のうち、貫通穴42Aに対して内周面寄り(第一円板状部材42の中心寄り)の領域部、貫通穴42Aを挟んで内周面寄りの領域部の反対側に位置する外周面寄りの領域部の夫々を、外側領域部R
O、内側領域部R
Iと記す。
【0042】
第二内径部42Dは、第一内径部42Cから入力側端面42Eに向かって徐々に拡径された(すり鉢状の)形状を持つ。このように第二内径部42Dを形成することにより、第一円板状部材42の内側領域部R
Iは、外側領域部R
Oよりも肉薄となる。また、内側領域部R
Iは、軸線方向の寸法が外側領域部R
Oよりも短く(高さが低く)なる。別の観点によれば、内側領域部R
Iは、外側領域部R
Oよりもピン46と接触する面積が小さくなる。なお、本実施形態では、円板状部材の軸線方向と直交する径方向の寸法について「肉厚」や「肉薄」といった表現を用いる。
【0043】
この結果、例えば内側領域部R
Iと外側領域部R
Oの肉厚及び高さ寸法が同じ構成である場合と比べて、ピン46の圧入時における内側領域部R
Iと外側領域部R
Oとの歪み量の差が減少する。例示的には、内側領域部R
Iと外側領域部R
Oの肉厚及び高さ寸法が同じ構成である場合と比べて、内側領域部R
Iの歪み量が大きくなると共に外側領域部R
Oの歪み量が小さくなる。
【0044】
本実施形態では、内側領域部R
Iを薄型化したり、内側領域部R
Iとピン46との接触面積を小さくしたりすることにより、圧入によって変形した内側領域部R
Iからピン46に掛かる荷重と、同じく圧入によって変形した外側領域部R
Oからピン46に掛かる荷重との差が所定値以下となる。これにより、第一円板状部材42の軸線に対するピン46の傾斜角度が所定の許容範囲に収まる。
【0045】
ピン46の傾斜角度が所定の許容範囲に収まることにより、ピン46の第二径部46Bをブッシュリング70を介して外歯歯車12及び14に高精度に組み付けることが可能となる。これにより、減速機1の角度伝達誤差や剛性のバラつきを低減させることが可能となり、製品寿命の向上が達成される。なお、角度伝達誤差とは、例えば入力軸体10(又はサーボモータ)一回転当たりの出力部40(第一円板状部材42、第二円板状部材44及びピン46)の回転角度誤差である。
【0046】
ピン46は、貫通穴42Aに対する締め代を持つ部分が、貫通穴42Aの軸線方向の長さ以下(具体的には第一径部46A)に抑えられている。そのため、貫通穴42Aに対する締め代をピン46が全長に亘って持つ場合と比べて、ピン46を貫通穴42Aに圧入したときにピン46に生じる応力が減少する。
【0047】
内側領域部R
Iからピン46に掛かる荷重と、外側領域部R
Oからピン46に掛かる荷重との差も小さくなるため、第一円板状部材42の軸線に対するピン46の傾斜角度がより一層抑えられる。
【0048】
加えて、圧入時におけるピン46の変形量が抑えられると共に摩耗痕の発生も抑えられる。ピン46の第二径部46Bは、ブッシュリング70とすべり接触する。第二径部46Bの外周面上に変形や摩耗痕が実質的に生じないため、減速機1の角度伝達誤差や剛性のバラつきをより一層低減させることができ、製品寿命をより一層向上させることが可能となる。
【0049】
なお、ピン46の形状の単純化(コストダウン等)を優先させる場合、ピン46は、フランジ46Cより先が全て同一径(貫通穴42Aに対して締め代を持つ径)に形成されてもよい。
【0050】
以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。
【0051】
上記の実施形態において説明したように、本発明者は、第一円板状部材42の外側領域部R
Oよりも内側領域部R
Iを薄肉化したり、内側領域部R
Iとピン46との接触面積を小さくしたりすることにより、内側領域部R
Iからピン46に掛かる荷重と、外側領域部R
Oからピン46に掛かる荷重との差を所定値以下とすることができ、ピン46の傾斜角度を所定の許容範囲に収めることが可能になるとの知見を得た。
【0052】
第一円板状部材42の外側領域部R
Oよりも内側領域部R
Iを薄肉化するには、種々の設計パターンがある。下記に、内側領域部R
Iを薄肉化するための設計パターンを例示的に挙げる。
【0053】
内側領域部R
Iと外側領域部R
Oの肉厚が同じ構成である場合と比べて、
(A)第一円板状部材42の内径(第一内径部42Cや第二内径部42Dの径)を少なくとも一部(部分的に又は全体的に)大きくする。
(B)貫通穴42Aの軸線方向の一部区間において内側領域部R
Iとピン46の間にクリアランスができるように、貫通穴42Aの一部を第一円板状部材42の径方向内方に拡張する。
【0054】
また、第一円板状部材42の外側領域部R
Oよりも内側領域部R
Iとピン46との接触面積を小さくする場合にも、種々の設計パターンがある。下記に、内側領域部R
Iとピン46との接触面積を小さくするための設計パターンを例示的に挙げる。
【0055】
内側領域部R
I、外側領域部R
Oの各領域部とピン46との接触面積が同じ構成である場合と比べて、
(a)外側領域部R
Oよりも内側領域部R
Iの軸線方向の寸法を短く(高さを低く)する。
(b)貫通穴42Aの軸線方向の一部区間において内側領域部R
Iとピン46の間にクリアランスができるように、貫通穴42Aの一部を第一円板状部材42の径方向内方に拡張する。
(c)内側領域部R
Iに切欠きを形成する。切欠きは、第一円板状部材42の内周面(第一内径部42Cや第二内径部42Dを規定する内周面)と貫通穴42Aを規定する内周面との間の一部を切欠いた非貫通穴であってもよく、また、第一内径部42Cや第二内径部42Dと貫通穴42Aとを連通させる貫通細穴であってもよい。
(d)内側領域部R
Iと面するピン46(第一内径部42C)の外周面の一部に切欠きを形成する。
【0056】
ここで、第一円板状部材42の変形例を3例挙げる。
図5〜
図7の夫々に、変形例1〜3に係る第一円板状部材42の断面図を示す。
【0057】
図5に示されるように、本変形例1に係る第一円板状部材42M1は、第一内径部42Cと第二内径部42Dとの間に第一内径部42Cよりも径の大きい第三内径部42Fを有している。また、
図6、
図7に示されるように、本変形例2、3に係る第一円板状部材42M2、M3は、本変形例1に対して第二内径部42Dの形状が異なっている。
【0058】
本変形例1〜3においても上記の実施形態と同様に、第一円板状部材42の外側領域部R
Oよりも内側領域部R
Iが薄肉化されたり、内側領域部R
Iとピン46との接触面積が小さくされたりしている。そのため、内側領域部R
Iからピン46に掛かる荷重と、外側領域部R
Oからピン46に掛かる荷重との差を所定値以下とすることができ、ピン46の傾斜角度を所定の許容範囲に収めることが可能となる。