(57)【要約】【課題】低振動、低騒音、高伝達容量であって、且つ出力軸の位置決め精度の高い揺動内接遊星歯車装置を得る。【解決手段】ヘリカルピニオン１１６を備えるモータ軸（入力軸）１１４と、該ヘリカルピニオン１１６と同時に噛合する複数のヘリカル伝動歯車１１８と、該ヘリカル伝動歯車１１８によってそれぞれ回転される複数の偏心体軸１２０と、該複数の偏心体軸１２０にそれぞれ同位相で設けられた偏心体１２２と、該偏心体１２２の外周と滑り嵌合することによって揺動回転可能に組み込まれた外歯歯車１２４と、該外歯歯車１２４が内接噛合する内歯歯車１２８と、を備える。【選択図】図１
2007100843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオンを備える入力軸と、
該ピニオンと同時に噛合する複数の伝動歯車と、
該伝動歯車によってそれぞれ回転される複数の偏心体軸と、
該複数の偏心体軸にそれぞれ同位相で設けられた偏心体と、
該偏心体の外周と嵌合することによって揺動回転可能に組み込まれた外歯歯車と、
該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、を備えた揺動内接遊星歯車装置であって、
前記入力軸に形成されたピニオンがヘリカルピニオンであり、
前記伝動歯車がヘリカル伝動歯車であり、且つ、
前記外歯歯車が、滑り嵌合によって前記偏心体の外周と嵌合している
ことを特徴とする揺動内接遊星歯車装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ヘリカルピニオン及びヘリカル伝動歯車が、重なり噛み合い率２以上のヘリカルギヤセットである
ことを特徴とする揺動内接遊星歯車装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記外歯歯車が、ブッシュを介して前記偏心体の外周と嵌合している
ことを特徴とする揺動内接遊星歯車装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記偏心体軸が、それぞれ一対の軸受によって支持されると共に、該一対の軸受の外側にまで延在され、且つ、
前記伝動歯車が、この延在された部分の偏心体軸に組み込まれている
ことを特徴とする揺動内接遊星歯車装置。
【請求項５】
モータと揺動内接遊星歯車装置とが一体化されたギヤドモータであって、
前記モータが、その先端にピニオンを備え、
前記揺動内接遊星歯車装置が、
該ピニオンと同時に噛合する複数の伝動歯車と、
該伝動歯車によってそれぞれ回転される複数の偏心体軸と、
該複数の偏心体軸にそれぞれ同位相で設けられた偏心体と、
該偏心体の外周と嵌合することによって揺動回転可能に組み込まれた外歯歯車と、
該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、を備え、且つ
前記モータ軸に形成されたピニオンがヘリカルピニオンであり、
前記伝動歯車がヘリカル伝動歯車であり、且つ、
前記外歯歯車が、滑り嵌合によって前記偏心体の外周と嵌合している
ことを特徴とするギヤドモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動内接遊星歯車装置及びギヤドモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、本発明者自身の提案に係る、複数の偏心体軸を備えた揺動内接遊星歯車装置が開示されている。
【０００３】
図７、図８に示されるように、この揺動内接遊星歯車装置Ｇ１においては、入力軸１４に太陽ローラ１６が組み付けられている。太陽ローラ１６は、複数（図示の例では３個）の伝動ローラ１８と同時に転接している。初段にローラ減速機構が組み込まれているのは、低騒音化を意図したためである。
【０００４】
各伝動ローラ１８は、複数（図示の例では３本）設けられた偏心体軸２０にそれぞれ組み込まれている。各偏心体軸２０には、偏心体２２が同位相で設けられている。したがって、入力軸１４が回転すると、該複数の偏心体軸２０上の偏心体２２が同一の位相で同一の方向に同一の速度で回転するようになっている。外歯歯車２４は、これらの偏心体２２と嵌合しており、各偏心体２２の動きに応じて偏心回転する。偏心体２２と外歯歯車２４との嵌合は、ボール（またはころ）２６を介在した「転がり嵌合」とされている。
【０００５】
外歯歯車２４は、内歯歯車２８に内接している。外歯歯車２４と内歯歯車２８は、僅少の歯数差（例えば１〜６程度の歯数差）を有している。
【０００６】
この揺動内接遊星歯車装置のＧ１では、内歯歯車２８を固定した場合には、各偏心体軸２０の入力軸１４周りの公転成分をキャリヤ（出力軸）３０から取り出すことができる。また、キャリヤ３０を固定して各偏心体軸２０の入力軸１４周りの公転を拘束した場合には、内歯歯車２８から出力を取り出すことができる。この場合は、いわゆる枠が回転する減速装置として利用できる。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２９９８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したような揺動内接遊星歯車装置の場合、初段がローラ減速機構とされていることからある程度の低騒音化は実現できたものの、非常に細かな脈動が残存していることが発明者のその後の試験により明らかになった。この脈動は、騒音として顕在化するだけでなく、場合によっては当該揺動内接遊星歯車装置が搭載された機械の精密な制御に影響を与える恐れがある。
【０００９】
本発明は、上述した実情に基づいてなされたものであって、特に複数の偏心体軸を有する揺動内接遊星歯車装置において、低騒音で細かな脈動がない装置を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ピニオンを備える入力軸と、該ピニオンと同時に噛合する複数の伝動歯車と、該伝動歯車によってそれぞれ回転される複数の偏心体軸と、該複数の偏心体軸にそれぞれ同位相で設けられた偏心体と、該偏心体の外周と嵌合することによって揺動回転可能に組み込まれた外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、を備えた揺動内接遊星歯車装置であって、前記入力軸に形成されたピニオンがヘリカルピニオンであり、前記伝動歯車がヘリカル伝動歯車であり、且つ、前記外歯歯車が、滑り嵌合によって前記偏心体の外周と嵌合している構成により、上記課題を解決したものである。
【００１１】
上述した非常に細かな脈動の原因は、当初必ずしも明らかではなかったが、発明者の更なる追試により、偏心体軸が３本（複数）あること、及び偏心体２２と外歯歯車２４との嵌合がボール２６を介在した「転がり嵌合」とされていることにその原因があることが確認できた。
【００１２】
この種の複数の偏心体を備えた揺動内接遊星歯車装置にあっては、従来、偏心体と外歯歯車との嵌合は、ボール（またはころ）を介した「転がり嵌合」により行われていた。しかしながら、ボールを介して行う転がり嵌合は、より詳細に観察した場合には、例えば図９に示されるように、２つの部材（偏心体２２と外歯歯車２４）は、ボール２６の内側の作用点ａ１〜ａ８、及び外側の作用点ｂ１〜ｂ８を頂点とする２つの（仮想の）多角形部材（図では８角形部材）Ａ１、Ｂ１を介して動力が伝達されていることになる。
【００１３】
ここで、外歯歯車２４が偏心体２２に「単純に」回転支持されている場合であったならば、ボール２６の数に相当する「作用点」を介して動力が伝達されていても、これ自体で特に問題が生じることはない。しかしながら、揺動内接遊星歯車装置Ｇ１における偏心体２２と外歯歯車２４との嵌合部にあっては、この１つ１つの作用点ａ１〜ａ８、ｂ１〜ｂ８と、外歯歯車２４と内歯歯車２８の噛合部Ｆとの間で相互に揺動回転の反力を及ぼし合う際に、その一方の側の作用点ａ１〜ａ８、ｂ１〜ｂ８が３本の偏心体２２上でそれぞれ回転しながら移動すると共に、噛合部Ｆ自体も順次回転するという事情がある。噛合部Ｆとの間で反力のやりとりを行う作用点が、多角形部材Ａ１、Ｂ１の頂点に相当する不連続の点であり、しかも該作用点ａ１〜ａ８、ｂ１〜ｂ８及び噛合点Ｆがそれぞれ別々の速度で回転するのであるから、結果としてやりとりされるトルク（出力トルク）の値も、そのときの各頂点位置の位相に応じて微妙に変化する（脈動を起こす）ことになると考えられる。
【００１４】
更に、個々の偏心体において取り出されるトルクに脈動が発生するのみならず、（各偏心体軸２０の偏心体２２は、確かにその偏心位相が一致するようには管理されているものの）個々のボール２６の位置までは管理されていない。また、仮に管理しようとしても、それぞれの偏心体軸２０の偏心体２２における前記多角形部材Ａ１、Ｂ１の各点ａ１〜ａ８、ｂ１〜ｂ８の噛合部Ｆに対する位相は常時変化するため、そもそも管理自体不可能である。そのため、各偏心体２２においてそれぞれに発生する微小な脈動同士が相互に干渉し合う現象も発生する。これがときに各偏心体２２ごとに個々に発生する脈動よりも更に大きな新たな脈動を誘発していたと考えられる。
【００１５】
本発明は、この知見に基づき、従来当然のように転がり接触とされていたこの部分の嵌合を敢えて摺動接触に変更したため、この多角形現象の影響と見られる脈動を完全に消滅させることができ、非常に低騒音で且つ安定した駆動ができる。
【００１６】
また、本発明では、初段をヘリカルピニオン及びヘリカル伝動歯車のヘリカルギヤセットによる歯車伝達としているため、両歯車の噛合い率を大きく確保でき、ピニオン及び伝動歯車の噛合による脈動の発生を回避できる。したがって、この部分の噛合による脈動と、偏心体と外歯歯車との嵌合部での多角形伝達による脈動との干渉の問題が生じることもなく、低騒音、低振動の駆動が実現できる。更に、ヘリカル噛合によって発生するスラスト力により、入力軸及び偏心体軸を常に軸方向一方側に付勢できるので、特にこれらの軸の軸方向のがたつきを防止でき、一層の安定回転を実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
簡単な構造で、低騒音、低振動、高伝達容量、及び高位置決め精度を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施形態の例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る内接噛合遊星歯車装置の一例が適用されたギヤドモータを示している。
【００２０】
このギヤドモータＧＭ１０１は、モータＭ１０１と揺動内接噛合遊星歯車装置Ｇ１０１とをボルト１０２を介して連結したものである。
【００２１】
モータＭ１０１のモータ軸１１４には、その先端にヘリカルピニオン１１６が一体的に形成されている。即ち、モータ軸１１４が、揺動内接遊星歯車装置Ｇ１０１の入力軸を兼ねている。ヘリカルピニオン１１６は、複数（図示の例では３個）のヘリカル伝動歯車１１８と同時に噛合している。このヘリカルピニオン１１６及びヘリカル伝動歯車１１８からなるヘリカルギヤセットＨＧ１０１は、揺動内接遊星歯車装置Ｇ１０１の初段を構成しており、その重なり噛合い率が、２以上に設定されている。
【００２２】
ヘリカル伝動歯車１１８は、スプライン１５０を介してそれぞれ３本の偏心体軸１２０（図１では１本のみ図示）と一体化されている。各偏心体軸１２０には、一対の偏心体１２２がそれぞれ同位相で設けられている。すなわち、モータ軸（入力軸）１１４が回転すると、３本の偏心体軸１２０上のそれぞれの偏心体１２２が同一の位相で同一の方向に同一の速度で回転できるように構成されている。外歯歯車１２４は、偏心体軸孔１２４Ａを備え、該偏心体軸孔１２４Ａを介してこれらの偏心体１２２の外周と摺動嵌合している。
【００２３】
外歯歯車１２４は、内歯歯車１２８に内接している。内歯歯車１２８は、ケーシング１５８と一体化され、固定されている。内歯歯車１２８の内歯は、具体的にはピン１２８Ａで構成され、その数（歯数）は外歯歯車１２４の歯数より２だけ多く設定されている。外歯歯車１２４には、内ピン孔１２４Ｂが形成されており、該内ピン孔１２４Ｂに第１フランジ体１５２から一体的に突出形成された内ピン１５４が遊嵌している。第１フランジ体１５２は、軸受１５６を介してケーシング１５８に支持されている。
【００２４】
一方、外歯歯車１２４の第１フランジ体１５２の反対側には、出力軸１３０と一体化された第２フランジ体１３１が配置されている。第２フランジ体１３１は、前記内ピン１５４内を貫通するボルト１６０を介して第１フランジ体１５２と連結されると共に、自動調心軸受１６２を介してケーシング１５８に支持されている。
【００２５】
各々の偏心体軸１２０は、一対の軸受１６４、１６６を介してこの第１フランジ体１５２及び第２フランジ体１３１に回転自在にそれぞれ支持されている。ヘリカル伝動歯車１１８の側の軸受１６４は、外歯歯車１２４からの距離が長い分、ラジアル荷重が反対側の軸受１６６よりも若干小さくなるため、この軸受１６４を玉軸受とし、その軸方向の動きを拘束してヘリカルギヤセットＨＧ１０１にて発生するスラスト荷重を受けさせるようにしている。一方、より大きなラジアル加重を受け持つことになる軸受１６６の方は、ころ軸受とし、スラスト荷重は受けないように設計されている。これにより、両軸受１６４、１６６ともその耐久性を増大させることができる。
【００２６】
次に、このギヤドモータＧＭ１０１の作用を説明する。
【００２７】
モータ軸（入力軸）１１４が回転すると、その先端に形成されたヘリカルピニオン１１６が回転し、該ヘリカルピニオン１１６Ａと円周方向の３カ所で同時に噛合している３個のヘリカル伝動歯車１１８が同時に回転する。この結果、各ヘリカル伝動歯車１１８とそれぞれスプライン１５０を介して連結されている３本の偏心体軸１２０が回転し、各偏心体軸１２０にそれぞれ設けられている偏心体１２２が、同一の位相で、同一の方向に、同一の速度で回転する。
【００２８】
これにより、各偏心体１２２と滑り嵌合している外歯歯車１２４が揺動し、該外歯歯車１２４と（固定状態にある）内歯歯車１２８との噛合部Ｆが移動する。このため、偏心体１２２が１回回転するたびに外歯歯車１２４は内歯歯車１２８との歯数差分（２歯分）だけ自転する。この自転が偏心体軸１２２を介して第１、第２フランジ体１５２、１３１に伝達され、該フランジ体１５２、１３１と一体化されている出力軸１３０が回転する。なお、外歯歯車１２４の揺動成分は内ピン１５４と内ピン孔１２４Ｂとの遊嵌によって吸収される。
【００２９】
ここで、ヘリカルピニオン１１６とヘリカル伝動歯車１１８との動力伝達は、（ローラ同士の転接によるものではなく）歯車の歯と歯の係合によるものであるため、伝達容量が大きく、且つ出力軸１３０の位置決めの精度も高い。また、ヘリカル、特に重なり噛み合い率が２以上のヘリカルギヤセットによる噛合であるため、この噛合部でのトルク伝達における脈動は殆ど生じない。また、偏心体１２２と外歯歯車１２４との間の嵌合も、（転がり嵌合ではなく）滑り嵌合とされているため、前述した多角形の理論に起因する脈動が発生することがなく、当然に各偏心体１２２同士の脈動の干渉の問題が発生することもない。更に、外歯歯車１２４と内歯歯車１２８との噛合は、もともと多数の歯が同時に摺動しながら噛み合うものであるため、脈動は発生しにくい。したがって、いずれの部分においても脈動はほとんど発生せず、個々の脈動が干渉し合うこともない。
【００３０】
また、ヘリカルピニオン１１６がモータ軸１１４に直接形成されており、モータ軸１１４自体が揺動内接遊星歯車装置Ｇ１０１の入力軸の機能を果たしているため、構造が簡単で、ギヤドモータＧＭ１０１全体の組付け剛性が高い。また、部品点数が少なく、振動あるいは騒音を発生する可能性のある要素が最小限に抑えられているため、偏心体軸１２０の偏心体１２２と外歯歯車１２４との間の嵌合が滑り嵌合とされていることと相まって、非常に円滑な回転を実現することができる。
【００３１】
更に、モータ軸１１４の先端に形成されているピニオンがヘリカルピニオン１１６であることから、モータ軸１１４には、その回転に伴って常にスラスト荷重（アキシャル方向の負荷）が掛かることになり、モータ軸１１４の軸方向のガタつきが抑制されている。そのため、モータ軸１１４は常に安定した状態で回転することができ、これがギヤドモータ全体の一層の低振動化、低騒音化に寄与している。
【００３２】
なお、従来のボール或いはころが存在していた部分を、外歯歯車１２４自体の素材とすることができる（外歯歯車１２４の偏心体軸孔１２４Ａをより小さくできる）ので、同じ外径ならばより高伝達容量化、同じ伝達容量ならばより小型化が図れる。
【００３３】
以下、本発明のバリエーションの例をいくつか示す。
【００３４】
上記実施形態例においては、偏心体軸１２０に形成された偏心体１２２と外歯歯車１２４の偏心体軸孔１２４Ｂとを直接嵌合させるようにしていたが、図３及び図４に示す実施形態においては、ここに、滑り軸受としてのブッシュ２７０を介在させるようにしている。この実施形態例においても、前述した多角形の理論に起因する脈動が発生することはなく、且つこのブッシュ２７０の素材を吟味することによってより摩擦係数の小さな嵌合を実現させることができる。
【００３５】
一方、図５に示す実施形態例では、偏心体軸３２０の一方側を一対の軸受３６４、３６６の外側にまで延在させ、この延在された部分にヘリカル伝動歯車３１８を配置するようにしている。この結果、偏心体軸３２０の偏心体３２２を挟むようにテーパードローラ軸受３６４、３６６を配置でき、該２つの軸受３６４、３６６をシンメトリーに配置することができる。この結果、偏心体軸３２０の特に偏心体３２２の部分の支持剛性を高めることができ、偏心体３２２と外歯歯車３２４との摺動を非常に滑らかに行わせることができる。
【００３６】
更に、図６に示す実施形態例においては、図５に示した実施形態でのテーパードローラ軸受３６４、３６６の部分を、摺動による単純な軸受４６４、４６６としている。偏心体軸４２０は、単純な（ラジアル方向に掛かる力が常に均一な）回転運動をしているわけではなく、該偏心体軸４２０に掛かるラジアル方向の負荷の大きさと方向は絶えず変化している。したがって、軸受側がこれを円周方向に間歇的に存在する作用点でのみ支えるというのは、やはり「脈動の発生」の原因となり得る。この実施形態においては、この点に鑑み、偏心体軸４２０の支持についても、これを摺動による嵌合で実現するようにしたため、装置全体から脈動する要因となり得る構成を更に排除できるようになり、非常に円滑な駆動が可能となる。
【００３７】
なお、各バリーションとも、その他の構成及び作用は、最初に説明した図１及び図２の実施形態と同様であるため、それぞれ先の実施形態と同一または類似する部分に下２桁が同一の符号付すにとどめ、重複説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
低振動、低騒音、高伝達容量であって、且つ出力軸の位置決め精度の高い揺動内接遊星歯車装置を得ることができるため、精密な制御が要求されるロボット装置や搬送装置など、あらゆる用途において、その利用可能性を更に広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の一例が適用されたギヤドモータの縦断面図
【図２】図１の矢視ＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図
【図３】本発明の他の実施形態の一例が適用されたギヤドモータの図１相当の縦断面図
【図４】図３の矢視ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図
【図５】本発明の更に他の実施形態の一例が適用されたギヤドモータの図１相当の縦断面図
【図６】図５に示した例の変形例を示す縦断面図
【図７】従来の複数の偏心体軸を備えた揺動内接遊星歯車装置の例を示す図１相当の縦断面図
【図８】図８の矢視ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図
【図９】ボールを介した嵌合における脈動発生の原理を説明するための模式図
【符号の説明】
【００４０】
ＧＭ１０１…ギヤドモータ
Ｍ１０１…モータ
Ｇ１０１…揺動内接遊星歯車装置
１１４…モータ軸（入力軸）
１１６…ヘリカルピニオン
１１８…ヘリカル伝動歯車
ＨＧ１０１…ヘリカルギヤセット
１２０…偏心体軸
１２２…偏心体
１２４…外歯歯車
１２４Ａ…偏心体軸孔
１２４Ｂ…内ピン孔
１２８…内歯歯車
１３０…出力軸
１３０Ａ…第２フランジ体
１５２…第１フランジ体
１６４、１６６…軸受
【図１】
2007100843.tif 000003
【図２】
2007100843.tif 000004
【図３】
2007100843.tif 000005
【図４】
2007100843.tif 000006
【図５】
2007100843.tif 000007
【図６】
2007100843.tif 000008
【図７】
2007100843.tif 000009
【図８】
2007100843.tif 000010
【図９】
2007100843.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月27日(2005.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の一例が適用されたギヤドモータの縦断面図
【図２】図１の矢視ＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図
【図３】本発明の他の実施形態の一例が適用されたギヤドモータの図１相当の縦断面図
【図４】図３の矢視ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図
【図５】本発明の更に他の実施形態の一例が適用されたギヤドモータの図１相当の縦断面図
【図６】図５に示した例の変形例を示す縦断面図
【図７】従来の複数の偏心体軸を備えた揺動内接遊星歯車装置の例を示す図１相当の縦断面図
【図８】図７の矢視ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図
【図９】ボールを介した嵌合における脈動発生の原理を説明するための模式図
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007100843.tif 000012
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2007100843.tif 000013
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2007100843.tif 000014