(57)【要約】【課題】ヘリカルギヤセットを配置することによる本来の効果を最大限に引き出すことができ、装置全体の一層の低騒音化を図る。【解決手段】内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部Ｇ１の前段に、ヘリカルピニオン３０及びヘリカルギヤ３２を有するヘリカルギヤセットＨ１を備え、且つ、該ヘリカルギヤセットＨ１において発生するスラスト荷重を受け止めるスラスト反力付与部材（第１軸受）５０を、前記内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部Ｇ１の前記偏心揺動する歯車（外歯歯車４６）の軸方向ヘリカルギヤセット側（この実施形態では入力軸４０の突起部４１よりモータ１２側）に配置する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
僅少の歯数差を有する外歯歯車および内歯歯車を備え、該外歯歯車又は内歯歯車のいずれかを偏心揺動させる内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部を有する駆動装置において、
前記揺動減速部の前段にヘリカルギヤを備えると共に、該揺動減速部はこのヘリカルギヤの回転を受ける入力軸を備え、且つ、
該ヘリカルギヤにおいて発生するスラスト荷重を受け止めるスラスト反力付与部材が、前記入力軸における前記揺動減速部の偏心揺動する歯車の軸方向ヘリカルギヤ側のみに配置されている
ことを特徴とする内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部を有する駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記スラスト反力付与部材が、
前記入力軸を回転自在に支持すると共に、該入力軸の移動を軸方向のいずれの方向に対しても拘束する軸受である
ことを特徴とする内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部を有する駆動装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記入力軸を、前記軸受と、前記偏心揺動する歯車の軸方向反ヘリカルギヤ側に配置した軸受とで支持した
ことを特徴とする内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部を有する駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記揺動減速部の軸方向一端側を覆う端部カバーに、該端部カバーの外部からヘリカルピニオンを挿入可能な貫通孔が形成され、
該端部カバー内において前記ヘリカルギヤと外部から挿入したヘリカルピニオンとの噛合が可能とされている
ことを特徴とする内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部を有する駆動装置。
【請求項５】
請求項４において、更に
駆動源としてヘリカルピニオン付のモータを備え、
前記ヘリカルギヤが前記揺動減速部側のケーシングによって支持され、
該揺動減速部側のケーシングと前記モータのケーシングとを、前記端部カバーに形成された取り付け孔を介して連結することより、前記ヘリカルピニオンとヘリカルギヤとが噛合する構成とされた
ことを特徴とする内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部を有する駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部を有する駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業用ロボットの関節駆動装置やコンベアの駆動装置等の分野において、内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部を有する駆動装置が広く利用されている。
【０００３】
内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部は、僅少の歯数差を有する外歯歯車および内歯歯車を備えると共に、外歯歯車又は内歯歯車の一方の歯車の自転を拘束した状態でいずれかの歯車を相手側の歯車に対して偏心揺動させ、この偏心揺動の際に自転の拘束されていない側の歯車に発生する当該自転成分を出力として取り出すもので、１段で大きな減速比が得られる。
【０００４】
この種の内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部Ｇを有する駆動装置ＧＭの一例が、例えば特開平６−２４１２８２号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００５】
この構造を図３に示す。
【０００６】
揺動減速部Ｇの前段にはモータ軸１５３に直切りされたヘリカルピニオン１５４及びヘリカルギヤ１５５を有するヘリカルギヤセットＨが配置されている。前段の変速機構としてヘリカルギヤセットＨが配置されているのは、一層の高減速比を低騒音で得ることを意図したためである。
【０００７】
揺動減速部Ｇを覆っているケーシング１１２は、その端部がそのまま延長され、ヘリカルギヤセットＨを覆うケーシングを兼用すると共に、モータ１６０の端部カバーの機能も兼用している。即ち、モータ１６０は、端部カバーのない専用モータであり、前記ケーシング１１２と円筒状のモータケーシング１６１とを連結することで、モータ１６０と減速機との連結が行なわれる。この例ではケーシング１１２の端部とモータケーシング１６１の端部とをインロー１６３によって嵌め込んだ上で、止めねじ１７０によってこれらを固定するようにしている。
【０００８】
構成の説明と共にこの駆動装置ＧＭの作用を簡単に説明すると、モータ軸１５３の回転はそのままヘリカルピニオン１５４の回転となり、これと噛合しているヘリカルギヤ１５５が回転する。これにより、まず１段目の減速が成される。このヘリカルギヤ１５５の回転は、内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部Ｇの入力軸１５１の回転となり、偏心体１５７ａ、１５７ｂを介して外歯歯車１０５ａ、１０５ｂが該入力軸１５１の回転と共に揺動回転する。この結果、内歯歯車１１０の内歯に相当する外ピン１１１と外歯歯車１０５ａ、１０５ｂとの噛合によって外歯歯車１０５ａ、１０５ｂが揺動しながらゆっくりと自転する。
【０００９】
この外歯歯車１０５ａ、１０５ｂの動きは、内ピン孔１１９ａ、１１９ｂと内ピン１０７との隙間によりその揺動成分が吸収され、自転成分のみが該内ピン１０７を介して出力軸１０２のフランジ部１１４と支持リング１１７とに伝達される。支持リング１１７に伝達された回転力は、キャリヤピン１１６を介して出力軸１０２に伝達される。
【００１０】
ヘリカルギヤセットＨの噛合によって入力軸１５１に発生するスラスト荷重は、偏心体１５７ａ、１５７ｂを挟んで該入力軸１５１を支持している一対の軸受１７２、１７４を介して前記フランジ部１１４及び支持リング１１７によって受け止められている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−２４１２８２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来例に係る駆動装置は、低騒音化を期待して、入力段に（通常の平歯車によるギヤセットではなく）敢えてヘリカルギヤセットを配置しているにも拘わらず、ヘリカルギヤセットを配置したことによって平均的に達成できる程度の低騒音化が実現できないだけでなく、内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部の構造によっては、全体としての騒音がむしろ高くなってしまうこともあるという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような問題に鑑み、数多くの試作・実験の結果得られた知見に基づいてなされたものであって、ヘリカルギヤセットを配置することによる本来の騒音低減効果を最大限に引き出すことができ、装置全体の一層の低騒音化を可能とした駆動装置を提供することをその課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、僅少の歯数差を有する外歯歯車および内歯歯車を備え、該外歯歯車又は内歯歯車のいずれかを偏心揺動させる内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部を有する駆動装置において、前記揺動減速部の前段にヘリカルギヤを備えると共に、該揺動減速部はこのヘリカルギヤの回転を受ける入力軸を備え、且つ、該ヘリカルギヤにおいて発生するスラスト荷重を受け止めるスラスト反力付与部材が、前記入力軸における前記揺動減速部の偏心揺動する歯車の軸方向ヘリカルギヤ側のみに配置されている構成により、上記課題を解決したものである。
【００１５】
なお、ここで「僅少の歯数差」とは１〜６程度の歯数差を意味している。
【００１６】
発明者は、ヘリカルギヤを配置したにも拘らず低騒音化が実現できない従来の構造を入念に吟味した結果、当該ヘリカルギヤにおいて発生したスラスト荷重が掛かった状態のままの入力軸によって内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部の外歯歯車を揺動させていたことに、その原因があるらしいことを突き止めた。
【００１７】
一般的には、ヘリカルギヤセットにおける噛合によって特定の軸にスラスト荷重が発生したとしても当該軸に他のモーメントが加わっていなければ、そのどの位置において反力を与えても、それによって特に異なった作用が生じることはない。しかしながら、内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部は、その構造上、当該軸（入力軸）には円周方向に回転・移動するラジアル方向のモーメントが常時加わっている。ラジアル方向のモーメントが発生している状態の入力軸にスラスト荷重が掛けられると、両モーメントが合成され、本来当該スラスト荷重に対して反力を与えないはずの偏心体が反力の一部を与える部材としての機能を果たすようになる。これは偏心体に周期的に回転する斜め方向の力が加わることを意味する。
【００１８】
特に、モータの起動・停止の繰り返し（特に正転、逆転の繰り返し）、あるいは加速及び減速の繰り返し（特にインバータ駆動等による回転速度の増減の繰り返し）等が行われると、当該斜め方向のモーメントの角度や大きさが変化するため、偏心体に非常に複雑な斜め方向の力が作用することになる。
【００１９】
従来のヘリカルギヤセットを有する駆動装置において、ヘリカルギヤセット本来の静音効果が得られなかったのは、この偏心体に加わる複雑な斜め方向の力により外歯歯車の円滑な揺動回転が阻害されたためと推察される。
【００２０】
そこで、本発明においては、ヘリカルギヤセットの噛合によって発生したスラスト荷重を、当該軸における偏心揺動する歯車の軸方向ヘリカルギヤ側において遮断し、揺動減速部の特に揺動する歯車にこのスラスト荷重の影響が及ばないようにしたものである。
【００２１】
これにより、内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部は、ヘリカルギヤによって発生されるスラスト荷重から完全に解放され、本来の円滑な揺動回転ができるようになり、結果として前段部に配置したヘリカルギヤセットの方も、その本来の静音運転ができるようになった。
【００２２】
なお、本発明においては、前記スラスト反力付与部材の具体的な構造については特に限定されないが、該スラスト反力付与部材として、前記入力軸を回転自在に支持すると共に、該入力軸の移動を軸方向いずれの方向に対しても拘束する軸受を組み込むようにすると、簡単な構成で本発明の効果を享受できる。
【００２３】
また、このような構成の軸受を組み込んだ場合、スラスト荷重の発生する軸が、前記内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部の入力軸となったとしても、特に問題は発生しないため、該入力軸を、前記軸受と、前記偏心揺動する歯車の軸方向反ヘリカルギヤ側に配置した軸受とで支持するというような構成を支障なく採用できる。この結果、部品点数を増大させることなく本発明を実施でき、且つ、入力軸を安定支持できるようになる。
【００２４】
なお、前記揺動減速部の軸方向一端側を覆うケーシングカバーに、該ケーシングカバーの外部から前記ヘリカルピニオンを挿入可能な貫通孔が形成され、該ケーシングカバー内において前記ヘリカルギヤと外部から挿入したヘリカルピニオンとの噛合が可能とされた構成を採用した場合には、モータの連結と同時にヘリカルギヤセットの噛合も完了するため、組みつけが容易である。
【００２５】
この場合に、前記ケーシングカバーに、モータを取り付け可能な取付孔を形成しておくと、市販のヘリカルピニオンの装着されたモータを使用できるようになるため、手軽に低騒音化した駆動装置を構成できるようになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態の例を詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態に係る駆動装置を示す断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【００２８】
この駆動装置１０は、駆動源としてケーシング１２Ａごと独立した（単体として存在する）モータ１２と、内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部Ｇ１を有する減速機１４とが一体化されたものである。
【００２９】
減速機１４のケーシング１６は、本体ケーシング１８、及びその軸方向両サイドに配置された第１、第２端部カバー２０、２２とで構成されており、ボルト２４によって一体化されている。モータ１２側の第１端部カバー２０には前記独立したモータ１２を取り付け可能な取り付け孔２６が形成されており、モータ１２はモータケーシング１２Ａを貫通する取り付けボルト２８によって該第１端部カバー２０に連結可能である。
【００３０】
モータ１２のモータ軸１３にはヘリカルピニオン３０が直接形成されている。第１端部カバー２０には該ヘリカルピニオン３０が挿入される貫通孔３１が形成されており、第１端部カバー２０とモータ１２のケーシング３０とが前記取り付け孔２６を介して連結された際にヘリカルピニオン３０が第１端部カバー２０内に臨むように構成されている。
【００３１】
減速機１４のケーシング１６内に収容される内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部Ｇ１は、主に、入力軸４０と、該入力軸４０に組み込まれたヘリカルギヤ３２と、同じく入力軸４０に組み込まれ、入力軸４０と一体的に回転する偏心体４２と、該偏心体４２にころ軸受４４を介して装着され、入力軸４０の周りで偏心揺動可能とされた外歯歯車４６と、本体ケーシング１８と一体化され、該外歯歯車４６が内接噛合する内歯歯車４８と、を備える。
【００３２】
前記入力軸４０は一対の第１、第２軸受５０、５５によって第１端部カバー２０及び出力軸５６のフランジ部５８に支持されている。このうち、ヘリカルピニオン３０側（モータ１２側）の第１軸受５０が、本発明におけるスラスト反力付与部材に相当している（後に詳述）。第１軸受５０は、内輪５１及び外輪５２の間にボール５３を備えるいわゆる玉軸受である。
【００３３】
入力軸４０は、この第１軸受５０からモータ１２側に更に片持状態で延在されており、該延在部に前記ヘリカルピニオン３０と噛合してヘリカルギヤセットＨ１を構成するヘリカルギヤ３２が装着されている。
【００３４】
一方、出力軸５６は、該出力軸５６のフランジ部５８の付近に設けられた軸受６０と第２端部カバー２２の先端付近に配置された大型の軸受６２を介して該第２端部カバー２２に支持されている。
【００３５】
図２に示されるように、外歯歯車４６の外周にはトロコイド歯形の外歯が形成されており、内歯歯車４８の内歯は、円弧状の溝に回転自在に組み込まれたピン４９によって構成されている。外歯歯車４６の歯数は内歯歯車４８の歯数よりも（この実施形態では）１だけ少ない（僅少の歯数差）。外歯歯車４６には貫通孔４７が形成されており、摺動促進用の内ローラ７０が被せられた内ピン７２が遊嵌している。内ピン７２は出力軸５６から一体的に拡開された前記フランジ部５８に固定されている。
【００３６】
ここで、前記第１軸受５０は、その外輪５２が、その一端側が第１端部カバー２０の段部２１と当接しており、他端側が同じ第１端部カバー２０に組み込まれた止め輪７８と当接している。そのため、第１軸受５０は、第１端部カバー２０に対しても軸方向の動きが規制されている。又、第１軸受の５０内輪５１は、スペーサ７４及びヘリカルギヤ３２と共に、入力軸４０に形成された突起部４１と止め輪７６とによって挟持されている。従って、第１軸受５０は、自身を介して入力軸４０が第１端部カバー２０に対して軸方向に動くことを規制する態様で組み込まれていることになる。入力軸４０のスラスト荷重は、この第１軸受５０のみによって受け止められる。
【００３７】
次に、この実施形態に係る減速機１４の作用を説明する。
【００３８】
モータ１２のモータ軸１３が回転すると、該モータ軸１３の先端に形成されたヘリカルピニオン３０が回転する。この結果、該ヘリカルピニオン３０と噛合しているヘリカルギヤ３２が回転し、内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部Ｇ１の入力軸４０が回転する。入力軸４０が回転すると、該入力軸４０と一体化された偏心体４２も回転する。偏心体４２の回転により外歯歯車４６が入力軸４０の周りで揺動回転を行おうとするが、本体ケーシング１８と一体化された内歯歯車４８によってその自転が抑制されるため、外歯歯車４６はこの内歯歯車４８に内接しながらほとんど揺動のみを行うことになる。
【００３９】
しかしながら、外歯歯車４６の歯数は内歯歯車４８の歯数より１だけ少ないため、外歯歯車４６は入力軸４０の１回転毎に内歯歯車４８に対してその歯数差「１」だけずれる（自転する）ことになる。これは、入力軸４０の１回転が外歯歯車４６の−１／（外歯歯車４６の歯数）の回転に減速されたことを意味する。なお、マイナスの符号は外歯歯車の回転方向が入力軸の回転方向と逆になることを示している。外歯歯車４６の揺動回転は貫通孔４７と内ローラ７０との隙間によってその揺動成分が吸収され、自転成分のみが内ピン７２を介して出力軸５６へと伝達される。
【００４０】
ここで、ヘリカルピニオン３０とヘリカルギヤ３２とが噛合することによって発生するスラスト荷重について説明する。ヘリカルピニオン３０とヘリカルギヤ３２が噛合すると、該ヘリカルピニオン３０及びヘリカルギヤ３２が装着されているモータ軸１３と入力軸４０に互いに反対方向に向かうスラスト荷重がそれぞれ発生する。
【００４１】
今、入力軸４０に発生するスラスト荷重を考えると、このスラスト荷重は、モータ１２の回転方向に依存して発生する方向が決まるが、いずれの方向に発生した場合であっても、第１軸受５０を介してその全てが受け止められる。即ち、入力軸４０をモータ１２側に付勢するスラスト荷重が発生した場合には、入力軸４０の突起部４１、→第１軸受５０の内輪５１、→第１軸受５０のボール５３、→第１軸受５０の外輪５２、→第１端部カバー２０の段部２１の経路を辿り、最終的に第１端部カバー２０によって受け止められる。また、入力軸４０を反モータ側に付勢するスラスト荷重が発生した場合には、止め輪７６、→ヘリカルギヤ３２、→スペーサ７４、→第１軸受５０の内輪５１、→第１軸受５０のボール５３、→第１軸受５０の外輪５２、→第１端部カバー２０の止め輪７８の経路を辿り、最終的にやはり第１端部カバー２０によって受け止められる。
【００４２】
このことは、ヘリカルギヤセットＨ１の噛合によって入力軸４０の端部において発生したスラスト荷重は、いずれの方向に発生した場合であっても、全て第１軸受５０までの間でその内部応力が相殺されることを意味する。即ち、スラスト荷重が掛かったり解除されたりすることによって圧縮・伸長を繰り返すのは、入力軸４０におけるヘリカルギヤ３２と第１軸受５０の間に挟まれた部分だけであり、突起部４１より反モータ側（図の左側）は、無負荷の状態が維持される。
【００４３】
そのため、外歯歯車４０の偏心揺動によって偏心体４２にラジアル荷重が掛かったとしても、これとヘリカルギヤセットＨ１によって発生されたスラスト荷重とが互いに干渉し合うのが防止され、偏心体４２（の軸心）を傾かせるような斜め方向のモーメントが発生することはない。そのため内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部Ｇ１は本来の円滑性を保ったまま揺動あるいは回転することができ、低騒音を維持することができる。その結果、ヘリカルギヤセットＨ１の部分においてヘリカル本来の低騒音化が実現された分、装置全体の低騒音化がそのまま実現できる。
【００４４】
なお、この実施形態では、第１端部カバー２０に、該第１端部カバー２０の外部（図の右側）からヘリカルピニオン３０を挿入可能な貫通孔３１が形成されると共に、単体として存在する独立したモータ１２を取り付け可能な取り付け孔２６が形成され、該第１端部カバー２０にこの取り付け孔２６を介して（独立した）モータ１２を取り付けることができるようにしたため、上記騒音の低減を、極めて容易に、且つ低コストに行うことができる。
【００４５】
なお、上記実施形態においては、スラスト反力付与部材として、入力軸４０及び第１端部カバー２０の双方に対して軸方向の移動が規制された第１軸受（玉軸受）５０を組み込むようにしていたが、本発明では、要は、内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部において偏心揺動する歯車の軸方向ヘリカルギヤ側において、当該入力軸に発生したスラスト荷重の全てを受け取る構成とされていればよく、必ずしも「玉軸受」である必要はなく、また、場合によっては必ずしも「軸受」である必要もない。
【００４６】
更に、必ずしも１個の部材のみで「両方向」のスラスト荷重を受ける必要はなく、例えば一対のスラスト軸受をペアで組み込み、その一個一個に何れか一方の方向のスラスト荷重をそれぞれ受け持たせるようにしてもよい。ただし、この場合でも、一対のスラスト軸受は、その双方とも偏心揺動する歯車の軸方向ヘリカルギヤセット側に存在する必要がある。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部の前段にヘリカルギヤセットを配置する場合に、該ヘリカルギヤセットがもたらす悪影響を排除して、ヘリカルギヤセットが有する本来の騒音低減効果を確実に引き出すことができるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部を有する駆動装置を示す断面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図
【図３】従来の内接噛合遊星歯車構造の揺動減速部を有する駆動装置の例を示す断面図
【符号の説明】
Ｇ１…揺動減速部
Ｈ１…ヘリカルギヤセット
１０…駆動装置
１２…モータ
１３…モータ軸
１４…減速機
１６…ケーシング
１８…本体ケーシング
２０…第１端部カバー
２１…段部
２２…第２端部カバー
２４…ボルト
２６…取り付け孔
３０…ヘリカルピニオン
３２…ヘリカルギヤ
４０…入力軸
４１…突起部
４２…偏心体
４６…外歯歯車
４８…内歯歯車
５０…第１軸受
５１…第１軸受の内輪
５２…第１軸受の外輪
５３…第１軸受のボール
５５…第２軸受
５６…出力軸
７６、７８…止め輪
【図１】
2004293682.tif 000003
【図２】
2004293682.tif 000004
【図３】
2004293682.tif 000005