(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に内歯を有する円筒体と、円筒体内に収納され、外周に前記内歯に噛み合い歯数が該内歯より若干少ない外歯を有するピニオンと、該ピニオンを軸方向に貫通する柱部を有するキャリアと、周方向に等角度離れて配置されるとともに、両端部がキャリアに回転可能に支持される一方で、中央部がピニオンに挿入され、回転することでピニオンを偏心回転させる複数のクランク軸と、各クランク軸の片端に固定された外歯車と、これら外歯車に囲まれた位置に配置され、駆動回転する駆動歯車と、外歯車と駆動歯車との間にこれら両歯車に噛み合うようにして介装されるとともに、キャリアに回転可能に支持された複数の遊び歯車とを備え、駆動歯車の回転を遊び歯車、外歯車を介してクランク軸に伝達することでピニオンを偏心回転させるとともに、このピニオンの偏心回転を外、内歯で減速して円筒体またはキャリアを低速回転させるようにしたことを特徴とする偏心揺動型減速機。
【請求項２】
前記クランク軸が周方向に等角度離れて３本だけ配置されている状態において、駆動歯車の歯数をＡ、外歯車の歯数をＢとし、正の整数をＭ、Ｑとしたとき、以下の２つの式
２Ａ＋Ｂ＝３Ｍ
Ａ＋２Ｂ＝３Ｑ
を満足している請求項１記載の偏心揺動型減速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ピニオンを偏心回転させて減速を行う偏心揺動型減速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、偏心揺動型減速機は、小型でありながら高比で減速することができるため、種々の用途に用いられており、近年、ロボット用減速機として用いられるようになってきた。
【０００３】
ここで、このようなロボット用減速機として、例えば図３に示すような市販の偏心揺動型減速機11をそのまま用いることも考えられるが、このような減速機11は、クランク軸12と減速機11の中心軸Ｚとの間の半径方向距離Ｌがあまり大きくないため、ロボット用減速機に要求される重要な特性の一つである回転方向の剛性が低いという問題点がある。
【０００４】
このような問題点を解決するため、図４に示すようにクランク軸12に固定されている外歯車14および該外歯車14に噛み合う駆動歯車15の双方に大径の外歯車を用い、これにより、前述の半径方向距離Ｌを大として減速機11の回転方向剛性を向上させることも考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような減速機11は外歯車14、駆動歯車15が大径で慣性モーメントが大であるため、加減速時の振動が大きくなり、これにより、駆動歯車15を駆動するために大型のサーボモータが必要になってしまうという問題点がある。しかも、外歯車14、駆動歯車15が大径であるため、外歯車14の周方向干渉が発生したり、周速が大きくなり、騒音が発生してしまうという問題点もある。
【０００６】
この発明は、振動、騒音が小さく、かつ、小型、安価でありながら周方向剛性を容易に向上させることができるとともに、半径方向距離Ｌを大としながら駆動歯車を減速機の中心軸と同軸に配置することができる偏心揺動型減速機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、内周に内歯を有する円筒体と、円筒体内に収納され、外周に前記内歯に噛み合い歯数が該内歯より若干少ない外歯を有するピニオンと、該ピニオンを軸方向に貫通する柱部を有するキャリアと、周方向に等角度離れて配置されるとともに、両端部がキャリアに回転可能に支持される一方で、中央部がピニオンに挿入され、回転することでピニオンを偏心回転させる複数のクランク軸と、各クランク軸の片端に固定された外歯車と、これら外歯車に囲まれた位置に配置され、駆動回転する駆動歯車と、外歯車と駆動歯車との間にこれら両歯車に噛み合うようにして介装されるとともに、キャリアに回転可能に支持された複数の遊び歯車とを備え、駆動歯車の回転を遊び歯車、外歯車を介してクランク軸に伝達することでピニオンを偏心回転させるとともに、このピニオンの偏心回転を外、内歯で減速して円筒体またはキャリアを低速回転させることにより達成することができる。
【０００８】
クランク軸に固定されている外歯車と駆動歯車との間に、これら両歯車に噛み合う遊び歯車を介装したので、外歯車、駆動歯車を容易に小径とすることができる。この結果、駆動歯車の慣性モーメントが小さくなって加減速時の振動が小さくなり、該駆動歯車を駆動するサーボモータも小型のもので充分となる。しかも、前述のように外歯車、駆動歯車を小径とすることができれば、外歯車、駆動歯車の周速が小さくなって、騒音が小さくなり、作業環境が良好となる。さらに、前述のように遊び歯車を介装したことで、クランク軸と減速機の中心軸との間の半径方向距離を大きくすることができ、これにより、減速機の周方向剛性を容易に向上させることができる。
【０００９】
ここで、前記ピニオンを円滑に回転させるためには、３本のクランク軸の回転位相が完全に一致していなければならないが、請求項２に記載の組立成立条件を満たしていれば、前述の要求を満足させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、２において、21は後述するサーボモータのフランジであり、このフランジ21の一端には図示していないロボットアームに取り付けられた円筒体22が固定されている。23は前記円筒体22の内周にほぼ半分だけ挿入された状態で固定された内歯としての多数の内歯ピンであり、これらの内歯ピン23は軸方向に延びるとともに周方向に等距離離れている。前記円筒体22内にはリング状をした２枚のピニオン24、25が軸方向に離れて収納され、各ピニオン24、25の外周には前記内歯ピン23の数より若干少ない外歯26、27がそれぞれ形成されている。そして、これらピニオン24、25の外歯26、27と円筒体22の内歯ピン23とは互いに噛み合っているが、これらの両ピニオン24、25の最大噛み合い部（噛み合いの最も深い部位）は 180度だけ位相がずれている。
【００１１】
前記ピニオン24、25には複数の貫通した遊嵌孔31および貫通孔32がそれぞれ周方向に交互に形成されている。35は円筒体22内に収納され図示していない固定ロボット部材に取り付けられたキャリアであり、このキャリア35はピニオン24、25の軸方向両外側に配置された一対の円板状をしている端板部36、37と、一端が端板部36に一体的に連結され、他端が複数のボルト38を介して端板部37に着脱可能に連結された柱部39とから構成されている。そして、前記端板部36、37同士を連結する柱部39は軸方向に延びるとともに、ピニオン24、25の遊嵌孔31内に遊嵌されている。40、41は前記端板部36、37の外周と円筒体22の内周との間に介装された軸受であり、これらの軸受40、41により円筒体22はキャリア35に回転可能に支持される。
【００１２】
45は周方向に等角度離れて配置された複数（貫通孔32と同数で３本）のクランク軸であり、これらのクランク軸45の軸方向一端部は端板部36に軸受46を介して、また、その軸方向他端部は端板部37に軸受47を介して回転可能に支持されている。各クランク軸45はその軸方向中央部にクランク軸45の中心軸から等距離だけ偏心した２個の偏心カム48、49を有し、これら偏心カム48、49は互いに 180度だけ位相がずれている。また、前記クランク軸45の中央部、即ち前述の偏心カム48、49はピニオン24、25の貫通孔32内にころ軸受51、52をそれぞれ介装した状態で挿入されている。そして、これらクランク軸45が同一方向に等速度で回転すると、ピニオン24、25は 180度だけ位相がずれた状態で偏心回転（公転）する。
【００１３】
55は端板部37より他側に突出した各クランク軸45の片端、ここでは他端に固定された外歯車であり、これらの外歯車55は同一円上に周方向に等角度離れて配置されている。56は前記フランジ21に軸受57を介して回転可能に支持された駆動軸であり、この駆動軸56は図示していないサーボモータから駆動力を受けて回転する。この駆動軸56の一端部外周には多数の外歯が形成され、これらの外歯は駆動回転する駆動歯車58を構成する。そして、この駆動歯車58は前記外歯車55によって周囲から囲まれるとともに、円筒体22と同軸に配置されている。
【００１４】
60は端板部37に取り付けられた軸方向に延びる複数、即ち外歯車55と同数の支持軸であり、各支持軸60の他端部にはころ軸受61を介して遊び歯車62が回転可能に支持されている。この結果、これら複数（外歯車55と同数）の遊び歯車62は支持軸60を介して前記キャリア35に回転可能に支持されていることになる。そして、これら遊び歯車62は前記外歯車55と駆動歯車58との間に、その回転軸が前記外歯車55、駆動歯車58の回転軸を結ぶ直線上に位置するようにして、介装されるとともに、これら外歯車55、駆動歯車58の双方に噛み合っている。前述した外歯車55、駆動歯車58、遊び歯車62は全体として、前段歯車減速部63を構成し、また、前述した円筒体22、ピニオン24、25、キャリア35、クランク軸45、前段歯車減速部63は全体として偏心揺動型減速機64を構成する。
【００１５】
ここで、前記ピニオン24、25を円滑に回転させるためには、全ての（ここでは等角度離れた３本の）クランク軸45の回転位相が完全に一致していなければならない。このような要求を満足させる前段歯車減速部63の組立成立条件は、駆動歯車58の歯数をＡ、外歯車55の歯数をＢ、遊び歯車62の歯数をＣと仮定したとき、以下の通りである。即ち、前記３つの外歯車55のうちのいずれか２つの外歯車55間において、駆動歯車58が時計回りに回転しているときに、以下の式（１）（２）のうち、いずれか一方の式の値が正の整数であり、しかも、同一の２つの外歯車55間において、駆動歯車58が反時計回りに回転しているときに、以下の２つの式（１）（２）のうち、残り他方の式の値が正の整数であることである。
【００１６】
Ｎ＝（２Ａ＋Ｂ）／３＋Ｃ……（１）
Ｐ＝（Ａ＋２Ｂ）／３＋Ｃ……（２）
ここで、前記式（１）のＮ−Ｃを正の整数Ｍに置き換えて式を整理すると、以下の式（３）となる。
２Ａ＋Ｂ＝３Ｍ……（３）
また、前記式（２）のＰ−Ｃを正の整数Ｑに置き換えて式を整理すると、以下の式（４）となる。
Ａ＋２Ｂ＝３Ｑ……（４）
【００１７】
このように駆動歯車58の回転方向を正逆としたときに、駆動歯車58の歯数および外歯車55の歯数が前記式（３）、（４）の双方を満足しているとき、組立条件が成立し、これにより、３本のクランク軸45の回転位相が完全に一致して、ピニオン24、25は円滑に回転することができるのである。
【００１８】
次に、この発明の一実施形態の作用について説明する。
前述のような偏心揺動型減速機64を用いて減速を行う場合には、図示していないサーボモータを作動して駆動軸56、駆動歯車58を回転させ、この駆動歯車58の回転を遊び歯車62、外歯車55を介してクランク軸45に伝達する。この結果、全クランク軸45は中心軸回りに同一方向に同一速度で回転する。このとき、クランク軸45の偏心カム48、49がピニオン24、25の貫通孔32内において偏心回転し、ピニオン24、25を偏心回転（公転）させるが、前述のように外歯26、27の歯数が内歯ピン23の数より若干少ないので、ピニオン24、25の偏心回転は外歯26、27、内歯ピン23で高比で減速されて円筒体22に伝達され、該円筒体22を低速で回転させる。
【００１９】
ここで、前述のようにクランク軸45に固定されている外歯車55と駆動歯車58との間に、これら両歯車55、58に噛み合う遊び歯車62を介装したので、外歯車55、駆動歯車58を容易に小径とすることができる。この結果、駆動歯車58の慣性モーメントが小さくなって加減速時の振動が小さくなり、該駆動歯車58を駆動するサーボモータも小型のもので充分となる。しかも、前述のように外歯車55、駆動歯車58を小径とすることができれば、外歯車55、駆動歯車58の周速が小さくなって騒音も小さくなり、作業環境が良好となる。さらに、前述のように遊び歯車62を介装したことで、クランク軸45と減速機64の中心軸Ｚとの間の半径方向距離Ｌを大きくすることができ、これにより、減速機64の周方向剛性を容易に向上させることができる。
【００２０】
なお、前述の実施形態においては、円筒体22を回転可能とするとともに、キャリア35を固定し、クランク軸45に入力された回転をピニオン24、25により減速して円筒体22に出力するようにしたが、この発明においては、円筒体を固定するとともにキャリアを回転可能とし、クランク軸に入力された回転をピニオンにより減速してキャリアに出力するようにしてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、振動、騒音が小さく、かつ、小型、安価でありながら周方向剛性を容易に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す正面断面図である。
【図２】前段歯車減速部の側面図である。
【図３】従来の偏心揺動型減速機の一例を示す正面図である。
【図４】従来の偏心揺動型減速機の改良型を示す正面図である。
【符号の説明】
22…円筒体                 23…内歯
24、25…ピニオン           26、27…外歯
35…キャリア               39…柱部
45…クランク軸             55…外歯車
58…駆動歯車               62…遊び歯車
64…偏心揺動型減速機
【図１】
0004020560.tif 000002
【図２】
0004020560.tif 000003
【図３】
0004020560.tif 000004
【図４】
0004020560.tif 000005