(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、該ケーシング内に配された出力部材としての外歯歯車と、該外歯歯車の外周側に配され前記ケーシングに回転自在に支持された複数の偏心体軸と、該偏心体軸に設けられた偏心体と、前記外歯歯車と噛合し前記偏心体が貫通すると共に該偏心体の回転によって揺動回転させられることで前記外歯歯車を回転させる内歯揺動体とを備えた内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置において、
前記内歯揺動体として、前記外歯歯車との噛合位相をずらした複数枚の内歯揺動体を備え、且つ該複数の内歯揺動体の各々の内歯の形成範囲を円周の一部としたことを特徴とする内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置。
【請求項２】
ケーシングと、該ケーシング内に配された出力部材としての外歯歯車と、該外歯歯車の外周側に配され前記ケーシングに回転自在に支持された複数の偏心体軸と、該偏心体軸に設けられた偏心体と、前記外歯歯車と噛合し前記偏心体が貫通すると共に該偏心体の回転によって揺動回転させられることで前記外歯歯車を回転させる内歯揺動体とを備えた内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置において、
前記内歯揺動体として、前記外歯歯車との噛合位相をずらした複数枚の内歯揺動体を備え、且つ該複数の内歯揺動体の各々の内歯を、円周方向に不連続に構成したことを特徴とする内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記偏心体軸を、外歯歯車を中心とする円周方向に不等間隔で配したことを特徴とする内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記偏心体軸のうちの少なくとも１本を、他の偏心体軸と異径にしたことを特徴とする内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記外歯歯車の中心部に貫通孔を形成したことを特徴とする内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外歯歯車を出力部材とし、該外歯歯車と噛合する内歯揺動体を偏心体によって揺動回転させることにより、外歯歯車に減速回転出力を取り出す内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内接噛合遊星歯車装置は、大トルクの伝達が可能であり且つ大減速比が得られるという利点があるので、種々の減速機分野で数多く使用されている。
【０００３】
その中で、外歯歯車を出力部材とし、該外歯歯車と噛合する内歯揺動体を偏心体によって揺動回転させることにより回転出力を取り出す内歯揺動型の内接噛合遊星歯車装置が特許公報第２６０７９３７号にて知られている。
【０００４】
図６、図７を用いて同歯車装置の一例を説明する。
【０００５】
１はケーシングであり、互いにボルトやピン等の締結部材２で結合された第１支持ブロック１Ａと第２支持ブロック１Ｂとからなる。５は入力軸で、入力軸５の端部にはピニオン６が設けられ、ピニオン６は、入力軸５の周りに等角度に配設された複数の伝動歯車７と噛合している。
【０００６】
ケーシング１には、軸方向両端を軸受８、９によって回転自在に支持され且つ軸方向中間部に偏心体１０Ａ、１０Ｂを有する３本の偏心体軸１０が、円周方向に等角度間隔（１２０度間隔）で設けられており、前記伝動歯車７は各偏心体軸１０の端部に結合されている。そして、入力軸５の回転を受けて伝動歯車７が回転することにより、各偏心体軸１０が回転するようになっている。
【０００７】
各偏心体軸１０は、ケーシング１内に収容された２枚の内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂの貫通孔をそれぞれ貫通しており、各偏心体軸１０の軸方向に隣接した２段の偏心体１０Ａ、１０Ｂの外周と、内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂの貫通孔の内周との間にはコロ１４が設けられている。
【０００８】
一方、ケーシング１内の中心部には、出力軸２０の端部に一体化された外歯歯車２１が配されており、外歯歯車２１の外歯２３に、内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂのピンからなる内歯１３が噛合している。内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂは、偏心体１０Ａ、１０Ｂを支持する部分と内歯１３部分を除いて残りの部分を切り欠いて構成されており、これによって第１、第２の支持ブロック１Ａ、１Ｂの特に結合部分の断面積を大きくとれるようになっている。
【０００９】
この装置は次のように動作する。
【００１０】
入力軸５の回転は、ピニオン６を介して伝動歯車７に与えられ、伝動歯車７によって偏心体軸１０が回転させられる。偏心体軸１０の回転により偏心体１０が回転させられると、内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂが揺動回転する。このため、内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂと噛合する外歯歯車２１が減速回転されるものとなる。この場合、内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂの１回の揺動回転によって、該内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂと外歯歯車２１はその歯数差だけ位相がずれるので、その位相差に相当する自転成分が外歯歯車２１の（減速）回転となり、出力軸２０から減速出力が取り出される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、この種の歯車装置の内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂは全周連続した内歯１３を有するように設計され、それに伴って内歯揺動体１２Ａ、１２Ｂの形状も円形を基本とした形状になっていた。そのため、寸法縮小や軽量化等を狙って斬新なデザインの歯車装置を作ろうとしても限界があり、特に、産業用のロボットの関節駆動の用途において改善の声が上がっていた。
【００１２】
本発明は、上記事情を考慮し、装置形状の設計自由度を増し、一層の寸法縮小や軽量化を可能にする内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ケーシングと、該ケーシング内に配された出力部材としての外歯歯車と、該外歯歯車の外周側に配され前記ケーシングに回転自在に支持された複数の偏心体軸と、該偏心体軸に設けられた偏心体と、前記外歯歯車と噛合し前記偏心体が貫通すると共に該偏心体の回転によって揺動回転させられることで前記外歯歯車を回転させる内歯揺動体とを備えた内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置において、前記内歯揺動体として、前記外歯歯車との噛合位相をずらした複数枚の内歯揺動体を備え、且つ該複数の内歯揺動体の各々の内歯の形成範囲を円周の一部としたこと（請求項１）、または、該複数の内歯揺動体の各々の内歯を円周方向に不連続に構成したこと（請求項２）により、上記課題を解決したものである。
【００１４】
従来、内歯揺動体は当然のように全周連続した内歯を有するように構成されていた。しかしながら、内歯揺動体の枚数によっては、位相を適当にずらすことにより、全周連続した内歯を利用しないでも、外歯歯車を回転させることが可能である。
【００１５】
例えば、１枚の内歯揺動体では全周連続した内歯が必要であるが、２枚の内歯揺動体では、外歯歯車との噛合位相を１８０度ずらせば、内歯の形成範囲を全周の１／２の１８０度以上にすれば足りる。
【００１６】
同様に、３枚の内歯揺動体では、外歯歯車との噛合位相を１２０度ずらせば、内歯の形成範囲を全周の１／３の１２０度以上にすれば足り、４枚の内歯揺動体では、外歯歯車との噛合位相を９０度ずらせば、内歯の形成範囲を全周の１／４の９０度以上にすれば足りる。
【００１７】
そこで、請求項１の発明では、内歯揺動体の内歯の形成範囲を円周の一部としている。また、請求項２の発明では、内歯揺動体の内歯を、円周方向に不連続に構成している。
【００１８】
このように、内歯揺動体の内歯を円周の一部としたり、円周方向に不連続なものとしたりすることにより、内歯揺動体を円形以外の自由な形状に設計することができるようになる。従って、寸法の縮小や軽量化を図ることが可能となり、歯車装置のコンパクト化が達成でき、例えば産業用のロボットの関節駆動の用途等において有益である。
【００１９】
請求項３の発明は、前記偏心体軸を、外歯歯車を中心とする円周方向に不等間隔で配したことを特徴とする。
【００２０】
内歯揺動体を揺動回転させるには、最低２本の偏心体軸が必要であるが、例えば、その２本の偏心体軸を１８０度より小さい角度間隔（反対側は１８０度より当然大きくなる）で配する。そうすると、この２本の偏心体軸の配置を、内歯揺動体の内歯の形成範囲に応じて決めることにより、一層確実に装置寸法を縮小できることになる。
【００２１】
即ち、従来は、偏心体軸を円周方向に等配する関係上、装置が円形を基本とする形状になりがちであったが、本発明では、偏心体軸を不等間隔で配置することにより偏心体軸の配置の自由度が増すので、それに応じて歯車装置全体の形状の設計自由度が大きくとれるようになり、例えば、全体として細長い形状のコンパクトな歯車装置を作ることが可能になる。
【００２２】
また、内歯の形成範囲が限定されていたり不連続であったり、あるいは、偏心体軸が不等配置されていたりすると、各偏心体軸や偏心体に対する負荷のかかり方が変わって来る可能性がある。そこで、負荷のかかり方に応じて、偏心体軸（偏心体の概念を含む）の径を異ならせてもよい。つまり、偏心体軸のうちの少なくとも１本を、他の偏心体軸と異径にしてもよく（請求項４）、それに応じて偏心体の径や軸受のサイズを変えてもよい。例えば、内歯の形成角度や偏心体軸の配置により守備範囲の広い偏心体軸や偏心体については、他のものより大径とするのがよい。但し、その場合、偏心体の偏心量は他と揃える必要がある。
【００２３】
また、上記の発明を適用することにより、歯車装置の中央部に入力用のモータを配置する必要がなくなる場合は、請求項５の発明のように、外歯歯車の中心部に貫通孔を形成し、その貫通孔を、各種の配管や配線等を行うためのスペースとして有効利用できるようにしてもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
〔第１実施形態〕
図１は第１実施形態の内歯揺動型内接噛合遊星歯車装置（以下、単に「歯車装置」という）７００の要部断面図、図２は図１のII−II矢視断面図である。前述したように、偏心体軸の本数は最低２本でも内歯揺動体を安定的に揺動運動させることができる。そこで、この歯車装置７００では、従来３本は必須とされていたうちの１本の偏心体軸を省略して、２本の偏心体軸７１１、７１１のみを配置した構造としている。特に、図１に示すように、２本の偏心体軸７１１、７１１は、１８０度より小さい角度間隔（約７０度程度）で片側に寄せて近接配置している。
【００２６】
また、従来、この種の内接噛合遊星歯車装置では、内歯揺動体は全周連続した内歯を有するのが当然とされてきたが、内歯揺動体の枚数によっては、位相を適当にずらすことにより、全周連続した内歯を利用しないでも、外歯歯車を回転させることが可能である。例えば、３枚の内歯揺動体を使用する場合は、外歯歯車との噛合位相を１２０度ずらせば、内歯の形成範囲を全周の１／３の１２０度以上にすればよくなる。
【００２７】
そこで、この歯車装置７００では、３枚の内歯揺動体７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｃをケーシング７０１内に配設し、各内歯揺動体７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｃの内歯７１３を、それぞれ形成角度α＝１２０度（実際にはこれより若干大きめ）の範囲のみ形成している。そして、ほぼ同じ位置に重なるように配置した３枚の内歯揺動体７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｃに、２本の偏心体軸７１１、７１１を貫通させ、偏心体軸７１１、７１１の回転により、１２０度ずつ位相がずれた揺動運動をさせるようにしている。
【００２８】
その他の構成については、前述した従来例の歯車装置と基本的に同じであるため、同一または類似の部材に下２桁が同一の符号を図中で付すこととし、説明を省略する。
【００２９】
次に作用を説明する。
【００３０】
入力軸７０５が回転すると、歯車（あるいはピニオン）７０６及び伝動歯車７０７により偏心体軸７１１、７１１が回転させられ、偏心体軸７１１、７１１の回転により、３枚の内歯揺動体７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｃが、１２０度位相のずれた揺動回転を行う。そして、３枚の内歯揺動体７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｃの１２０度ずつ位相のずれた揺動運動により、内歯７１３に噛合する外歯歯車７２１が連続した減速回転を行う。
【００３１】
図３はＡ列、Ｂ列、Ｃ列の３枚の内歯揺動体７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｃから１本の外歯歯車７２１が受ける荷重の変化を示す図である。
【００３２】
図において、実線と破線を合わせた３つのカーブは、１本の外歯歯車７２１が内歯７１３が全周連続して存在する場合に内歯揺動体から受ける力を示しており、実線のみのカーブは、Ａ列、Ｂ列、Ｃ列の内歯揺動体７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｃが、１２０度の範囲だけ内歯７１３を有するときに出力軸７２０が受ける力を示している。
【００３３】
この図から明らかなように、１２０度の範囲だけしか内歯７１３がない場合でも、出力軸７２０はＡ列→Ｂ列→Ｃ列と連続的に荷重を受けている。よって、１２０度の範囲の内歯７１３によっても、無理なく出力軸７２０を回転させることができる。
【００３４】
この歯車装置７００では、各内歯揺動体７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｃにおける内歯７１２の形成範囲を１２０度に設定したので、内歯揺動体７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｃの寸法を最小限の大きさにすることができ、軽量化及びコンパクト化を図ることができるようになる。
【００３５】
また、２本の偏心体軸７１１、７１１のみを設けた構成とした上に、それらの偏心体軸７１１、７１１を互いに接近して配置したので、部品点数も減る上、寸法縮小も更にできるようになる。このため、一層コンパクトな構造にすることができる。
【００３６】
なお、内歯が全周存在しなくてもよいことから、図４や図５の実施形態のように構成することもできる。
【００３７】
〔第２実施形態〕
図４は本発明の第２実施形態の歯車装置８００の要部断面図である。
【００３８】
第１実施形態の歯車装置７００においては２本の偏心体軸７１１、７１１（図１参照）を設けていたが、この歯車装置８００では、反対側にも同じように２本の偏心体軸８１１、８１１を追加して設けている。
【００３９】
つまり、全部で４本の偏心体軸８１１を不等間隔で、２本ずつを接近させて、１８０度対向する関係で配置している。４本の偏心体軸８１１は連動回転するようになっており、２つに分割された内歯揺動体８１２Ａ−１、８１２Ａ−２を、それぞれ２本の偏心体軸８１１、８１１の偏心体８１１Ａ、８１１Ａによって揺動回転させるようになっている。
【００４０】
分割された内歯揺動体８１２Ａ−１、８１２Ａ−２は、前記第１実施形態のように３列の内歯揺動体の配列を持つものの場合、両方合わせて１２０度の範囲の内歯８１３を備えていればよく、それぞれに約６０度の範囲をカバーできればよい。もちろん、１列の内歯揺動体（この場合、分割された２枚の内歯揺動体８１２Ａ−１、８１２Ａ−２）の内歯８１３のカバーする範囲によっては、列数を増減することができる。
【００４１】
また、１８０度対向する内歯揺動体８１２Ａ−１、８１２Ａ−２の位相をずらせば、同じ位置で多列に配置していた内歯揺動体を同一平面内に配置することも可能になるので、軸方向寸法の短縮も図れる。
【００４２】
更に、このような構成を採用することにより外歯歯車８２１（出力軸８２０）の中心部に何も存在しないようにできるため、該外歯歯車８２１（出力軸８２０）の中心部に貫通孔８２１Ｐを形成し、この貫通孔８２１Ｐを配線や配管等のスペースとして利用したり相手部材との連結に利用したりできるようにしている（いわゆる出力軸ホローシャフトタイプ）。
【００４３】
その他の構成については、前述した第１実施形態と基本的に同じであるため、同一または類似の部材に下２桁が同一の符号を図中で付すこととし、説明を省略する。
【００４４】
このように、内歯揺動体８１２Ａ−１、８１２Ａ−２の内歯８１３を円周方向に不連続なものとする（分割した形にする）ことにより、内歯揺動体８１２Ａ−１、８１２Ａ−２を自由な形状に設計することができるようになり、歯車装置８００の一層のコンパクト化が図れる。
【００４５】
〔第３実施形態〕
図５は本発明の第３実施形態の歯車装置９００の要部断面図である。
【００４６】
この歯車装置９００では、第３実施形態における１８０度対向する片側の内歯揺動体８１２Ａ−２（図４参照）を更に２つに分割し、同一面内の内歯揺動体を全部で３つの内歯揺動体９１２Ａ−１、９１２Ａ−２、９１２Ａ−３に分割している。そして、各内歯揺動体９１２Ａ−１、９１２Ａ−２、９１２Ａ−３に対してそれぞれ２本ずつの偏心体軸９１１、９１１を貫通させている。従って、ここでは全部で６本の偏心体軸９１１を使用している。
【００４７】
その他の構成については、前述した第２実施形態と基本的に同じであるため、同一または類似の部材に下２桁が同一の符号を図中で付すこととし、説明を省略する。
【００４８】
このように、内歯揺動体を３つ以上に分割することにより、構造は複雑になるものの、歯車装置の形状設計の自由度を大幅に高めることができる。
【００４９】
なお、偏心体軸９１１の不等配置により負担の軽くなった偏心体軸９１１（図５の上側の４つ）については、反対側の偏心体軸９１１（図５の下側の２つ）よりも径を小さくすることができる。
【００５０】
また、この実施形態でも内歯揺動体の内歯の形成角度や偏心体軸の不等間隔配置等により、歯車装置９００の中心部に入力軸（図示省略）を配設しないですむため、外歯歯車９２１（出力軸９２０）の中心部に貫通孔９２１Ｐを形成して、その貫通孔９２１Ｐを配線や配管等のスペースとして有効利用できるようにしている。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、内歯揺動体の枚数、偏心体軸の本数、歯形等については、安定した動作を実現できる範囲であれば、任意に変更可能である。また、外歯歯車は同位相の外歯にすれば一体成形が可能であるが、別位相にして別製作したものを組み合わせてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内歯揺動体を円形以外の自由な形状に設計することができるようになるので、寸法の縮小や軽量化を図ることが可能となって、歯車装置のコンパクト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の歯車装置７００の構成を示す要部断面図
【図２】図１のII−II矢視断面図
【図３】第１実施形態の歯車装置７００の特性図
【図４】本発明の第２実施形態の歯車装置８００の構成を示す要部断面図
【図５】本発明の第３実施形態の歯車装置９００の構成を示す要部断面図
【図６】従来の歯車装置の構成を示す側断面図
【図７】図６のVII −VII 矢視断面図
【符号の説明】
Ｏ…歯車装置の中心
７００…歯車装置
７０１…ケーシング
７１１…偏心体軸
７１１Ａ、７１１Ｂ、７１１Ｃ…偏心体
７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｃ…内歯揺動体
７２１…外歯歯車
８００…歯車装置
８０１…ケーシング
８１１…偏心体軸
８１１Ａ…偏心体
８１２Ａ−１、８１２Ａ−２…内歯揺動体
８２１…外歯歯車
９００…歯車装置
９０１…ケーシング
９１１…偏心体軸
９１１Ａ…偏心体
９１２Ａ−１、９１２Ａ−２、９１２Ａ−３…内歯揺動体
９２１…外歯歯車
【図１】
0003963586.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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