JP6573788B2 - 歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、揺動歯車を有する歯車装置に関する。

産業用ロボットや工作機械といった様々な技術分野において、揺動歯車を有する歯車装置が用いられている（特許文献１を参照）。歯車装置は、揺動歯車に加えて、外筒と、キャリアと、軸受と、を備える。外筒は、キャリアを取り囲む。軸受は、外筒とキャリアとの間に配置され、外筒とキャリアとの間の相対回転を許容する。揺動歯車は、外筒に形成された内歯と噛み合いながら、揺動回転する。揺動歯車の揺動回転は、外筒又はキャリアの回転を生じさせる。

特開２０１５−８３３２９号公報

軸受のレースは、揺動歯車の外周領域に重なり合い、外筒又はキャリアの回転中心軸の延設方向における揺動歯車の変位を規制する。したがって、上述の揺動回転の間、揺動歯車の外形輪郭に沿って形成される揺動歯車の角隅部は、軸受のレースの角隅部に強く衝突することもある。角隅部同士の衝突は、軸受及び揺動歯車の破損を生じさせる原因となり得る。

本発明は、揺動歯車及び／又は軸受の破損を引き起こしにくい構造を有する歯車装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る歯車装置は、複数の内歯を含む内歯環を有する外筒と、前記外筒によって囲まれたキャリアと、前記外筒と前記キャリアとの間の相対回転を許容する軸受と、前記外筒内で揺動回転し、前記相対回転を生じさせる揺動歯車と、を備える。前記揺動歯車は、揺動回転の間、前記内歯環と順次噛み合う複数の外歯と、前記揺動歯車の歯底円と前記揺動歯車の歯先円との間の領域として規定される環状領域と、を含む。前記軸受は、前記環状領域に対向する環状の対向面を有するレースを含む。前記対向面は、前記揺動回転の間、前記環状領域全体に重なる。前記軸受は、環状に配列された複数の転動体を含む。前記レースは、前記複数の転動体によって囲まれるインナーレースである。

上記構成によれば、インナーレースの対向面は、外歯が形成される揺動歯車の環状領域全体に重なるので、インナーレースの角隅部と揺動歯車の角隅部との間の衝突は生じにくくなる。したがって、揺動歯車及び／又は軸受は、破損しにくくなる。

上記構成において、前記軸受は、前記インナーレースと協働して前記複数の転動体を挟むアウターレースを含んでいてもよい。前記アウターレースは、前記対向面に沿って延びる環状の沿縁面を含んでいてもよい。前記対向面は、前記沿縁面よりも幅広であってもよい。

上記構成によれば、外歯が形成される環状領域全体に対向する対向面は、沿縁面よりも厚いので、歯車装置を設計する設計者は、広い領域を用いて、揺動歯車の不必要な変位を規制する構造を構築することができる。したがって、揺動歯車及び／又は軸受は、摩耗しにくくなる。

上記構成において、前記揺動歯車の中心は、前記外筒又は前記キャリアの回転中心軸周りを、円軌跡を描いて周回してもよい。前記対向面の内径は、前記歯底円の直径と前記円軌跡の直径との差以下であってもよい。

上記構成によれば、対向面の内径は、歯底円の直径と円軌跡の直径との差以下であるので、レースの内周縁に沿って形成された角隅部と揺動歯車の角隅部との間の衝突は生じにくくなる。したがって、揺動歯車及び／又は軸受は、破損しにくくなる。

上記構成において、前記対向面の外径は、前記歯先円の直径と前記円軌跡の直径との和以上であってもよい。

上記構成によれば、対向面の外径は、歯先円の直径と円軌跡の直径との和以上であるので、レースの外周縁に沿って形成された角隅部と揺動歯車の角隅部との間の衝突は生じにくくなる。したがって、揺動歯車及び／又は軸受は、破損しにくくなる。

上述の歯車装置は、揺動歯車及び／又は軸受の破損を生じにくい。

揺動歯車の概略的な正面図である（第１実施形態）。 図１に示される揺動歯車の回転変位を表す概念図である。 第２実施形態の歯車装置の概略的な断面図である。 図３Ａに示されるＡ−Ａ線に沿う歯車装置の概略的な断面図である。 図３Ａに示される歯車装置の概略的な拡大断面図である。 第３実施形態の歯車装置の拡大部分断面図である。

＜第１実施形態＞
揺動歯車を有する歯車装置は、一般的に、外筒と、キャリアと、軸受と、を備える。軸受は、外筒と、外筒によって囲まれたキャリアとの間に配置される。外筒が、固定されるならば、軸受は、キャリアの回転を可能にする。キャリアが固定されるならば、軸受は、外筒の回転を可能にする。外筒内での揺動歯車の揺動回転は、モータや他の駆動源からの駆動力によって引き起こされる。揺動回転の間、揺動歯車は、外筒又はキャリアの回転中心軸に沿う方向に変位することもある。軸受のレースは、軸受内の転動体（ボールやコロ）を保護する役割だけでなく、回転中心軸に沿う方向の揺動歯車の変位を規制する役割をも担う。本発明者等は、揺動歯車とレースとの間の衝突が、歯車装置の信頼性を低下させるという課題を見出した。第１実施形態において、歯車装置の信頼性を高い水準で維持するための技術原理が説明される。第１実施形態において説明される技術原理は、揺動歯車を有する様々な歯車装置に適用可能である。したがって、第１実施形態の技術原理は、歯車装置の特定の構造に限定されない。

図１は、揺動歯車ＯＧＲの概略的な正面図である。図１を参照して、揺動歯車ＯＧＲの揺動回転が説明される。

図１は、揺動歯車ＯＧＲの中心点ＣＰＴと、歯車装置（図示せず）の回転中心軸ＲＣＸと、を示す。揺動歯車ＯＧＲの中心点ＣＰＴは、歯車装置の回転中心軸ＲＣＸから離れている。歯車装置の外筒（図示せず）又はキャリア（図示せず）は、回転中心軸ＲＣＸ周りに回転する。

図１は、回転中心軸ＲＣＸを中心とする円軌跡ＣＴＪを示す。揺動歯車ＯＧＲの揺動回転の間、中心点ＣＰＴは、円軌跡ＣＴＪに沿って移動する。

図１は、揺動歯車ＯＧＲの歯底円ＲＴＣと、揺動歯車ＯＧＲの歯先円ＡＤＣと、を示す。以下の説明において、歯底円ＲＴＣと歯先円ＡＤＣとの間の領域は、「環状領域」と称される。揺動歯車ＯＧＲは、環状領域内で放射状に突出する複数の外歯ＥＸＴを含む。揺動歯車ＯＧＲの間、複数の外歯ＥＸＴは、外筒に形成された内歯（図示せず）に順次噛み合う。

図２は、揺動歯車ＯＧＲの回転変位を表す概念図である。図２を参照して、揺動歯車ＯＧＲの回転変位が説明される。

図２は、第１位置にある揺動歯車ＯＧＲ（実線）と、第２位置にある揺動歯車ＯＧＲ（点線）と、を示す。回転中心軸ＲＣＸ周りの１８０°の回転位置差が、第１位置の揺動歯車ＯＧＲと第２位置の揺動歯車ＯＧＲとの間に存在する。

中心点ＣＰＴが位置的に変化しない通常の回転とは異なり、揺動回転下の揺動歯車ＯＧＲの中心点は、全方位的に変化する。したがって、図２に示される如く、環状領域も位置的に変化する。第２位置にある揺動歯車ＯＧＲの環状領域は、第１位置にある揺動歯車ＯＧＲの環状領域の下方に位置する。

本発明者等は、軸受（図示せず）のレース（図示せず）の内周輪郭及び／又は外周輪郭が、環状領域の変動範囲内で規定されると、レースの角隅部が、揺動歯車ＯＧＲの外形輪郭に沿って規定される角隅部と点接触又は線接触し、レース及び／又は揺動歯車ＯＧＲの破損を生じやすいことを見出した。図２に示される如く、レースの内周輪郭及びレースの外周輪郭が、環状領域の変動範囲の外で規定されるならば、軸受のレースは、揺動歯車ＯＧＲに面接触することができる。この結果、レース及び／又は揺動歯車ＯＧＲの破損は生じにくくなる。

以下の不等式によって表される条件が満たされるように、設計者は、レースの内径を決定してもよい。

以下の不等式によって表される条件が満たされるように、設計者は、レースの外径を決定してもよい。

＜第２実施形態＞
第１実施形態に関連して説明された設計原理は、様々な歯車装置に適用可能である。第２実施形態において、例示的な歯車装置が説明される。

図３Ａ及び図３Ｂは、第２実施形態の歯車装置１００を示す。図３Ａは、歯車装置１００の概略的な断面図である。図３Ｂは、図３Ａに示されるＡ−Ａ線に沿う歯車装置１００の概略的な断面図である。図１乃至図３Ｂを参照して、歯車装置１００が説明される。

歯車装置１００は、外筒２００と、キャリア３００（図３Ａを参照）と、歯車部４００（図３Ａを参照）と、３つの駆動機構５００（図３Ａは、３つの駆動機構５００のうち１つを示す）と、２つの主軸受６００（図３Ａを参照）と、を備える。第１実施形態の揺動歯車ＯＧＲの揺動回転に関する説明は、歯車部４００の運動に援用される。

外筒２００は、略円筒状の外殻筒２１０と、複数の内歯ピン２２０と、を含む。外殻筒２１０は、キャリア３００、歯車部４００及び駆動機構５００が収容される円筒状の内部空間を規定する。内歯ピン２２０は、外殻筒２１０の内周面に沿って環状に並べられ、内歯環を形成する。本実施形態において、複数の内歯は、内歯ピン２２０によって例示される。

２つの主軸受６００は、外筒２００と、外筒２００によって取り囲まれたキャリア３００との間に配置される。２つの主軸受６００それぞれは、外筒２００とキャリア３００との間の相対的な回転運動を可能にする。第１実施形態に関連して説明された軸受の設計原理は、２つの主軸受６００それぞれに適用される。

図３Ａ及び図３Ｂそれぞれは、図１を参照して説明された回転中心軸ＲＣＸを示す。内歯ピン２２０それぞれは、回転中心軸ＲＣＸの延出方向に延びる円柱状の部材である。内歯ピン２２０それぞれは、外殻筒２１０の内壁に形成された溝部に嵌入される。したがって、内歯ピン２２０それぞれは、外殻筒２１０によって適切に保持される。

複数の内歯ピン２２０は、回転中心軸ＲＣＸ周りに略一定間隔で配置される。内歯ピン２２０それぞれの半周面は、外殻筒２１０の内壁から回転中心軸ＲＣＸに向けて突出する。したがって、複数の内歯ピン２２０は、歯車部４００と噛み合う内歯として機能する。

キャリア３００は、基部３１０（図３Ａを参照）と、端板部３２０（図３Ａを参照）と、を含む。キャリア３００は、全体的に、円筒状である。上述の如く、キャリア３００は、外筒２００に対して相対的に回転することができる。キャリア３００が、固定されるならば、外筒２００は、回転中心軸ＲＣＸ周りに回転する。外筒２００が固定されるならば、キャリア３００は、回転中心軸ＲＣＸ周りに回転する。

基部３１０は、基板部３１１（図３Ａを参照）と、９つのシャフト部３１２（図３Ｂを参照）と、を含む。９つのシャフト部３１２それぞれは、基板部３１１から端板部３２０に向けて延びる。端板部３２０は、９つのシャフト部３１２それぞれの先端面に接続される。端板部３２０は、リーマボルト、位置決めピンや他の適切な固定技術によって、９つのシャフト部３１２それぞれの先端面に接続されてもよい。本実施形態の原理は、端板部３２０と９つのシャフト部３１２それぞれとの間の特定の接続技術に限定されない。

歯車部４００は、基板部３１１と端板部３２０との間に配置される。９つのシャフト部３１２は、歯車部４００を貫通し、端板部３２０に接続される。

歯車部４００は、第１歯車４１０（図３Ａ参照）と、第２歯車４２０（図３Ａ参照）と、を含む。第１歯車４１０は、基板部３１１と第２歯車４２０との間に配置される。第２歯車４２０は、端板部３２０と第１歯車４１０との間に配置される。

第１歯車４１０及び第２歯車４２０は、共通の設計図面に基づいて形成されてもよい。第１歯車４１０及び第２歯車４２０ぞれぞれは、図１を参照して説明された揺動歯車ＯＧＲに対応する。図３Ａに示される第１歯車４１０は、図２を参照して説明された第１位置にある揺動歯車ＯＧＲに対応付けられてもよい。図３Ａに示される第２歯車４２０は、図２を参照して説明された第２位置にある揺動歯車ＯＧＲに対応付けられてもよい。

第１歯車４１０及び第２歯車４２０は、内歯ピン２２０に噛み合いながら、外殻筒２１０内を周回移動する。この間、第１実施形態に関連して説明された如く、第１歯車４１０及び第２歯車４２０の中心は、回転中心軸ＲＣＸ周りを周回することとなる。

３つの駆動機構５００それぞれは、伝達歯車５１０（図３Ａを参照）と、クランク軸５２０と、２つのジャーナル軸受５３０と、２つのクランク軸受５４０と、を含む。伝達歯車５１０は、モータといった適切な駆動源（図示せず）によって生成された駆動力を受け取る。伝達歯車５１０は、駆動源に直接的に接続されてもよい。代替的に、伝達歯車５１０は、駆動力を伝達することができる他の機構を通じて、駆動力を受け取ってもよい（間接的な接続）。本実施形態の原理は、伝達歯車５１０と駆動源との間の特定の接続構造に限定されない。

クランク軸５２０は、第１ジャーナル５２１（図３Ａを参照）と、第２ジャーナル５２２（図３Ａを参照）と、第１偏心部５２３（図３Ａを参照）と、第２偏心部５２４（図３Ａを参照）と、を含む。第１ジャーナル５２１は、キャリア３００の基板部３１１によって取り囲まれる。第２ジャーナル５２２は、キャリア３００の端板部３２０によって取り囲まれる。２つのジャーナル軸受５３０のうち一方は、第１ジャーナル５２１と基板部３１１との間に配置される。２つのジャーナル軸受５３０のうち他方は、第２ジャーナル５２２と端板部３２０との間に配置される。加えて、上述の伝達歯車５１０は、第２ジャーナル５２２に取り付けられる。

第１偏心部５２３は、第１ジャーナル５２１と第２偏心部５２４との間に位置する。第２偏心部５２４は、第２ジャーナル５２２と第１偏心部５２３との間に位置する。２つのクランク軸受５４０のうち一方は、第１偏心部５２３と第１歯車４１０との間に配置される。２つのクランク軸受５４０のうち他方は、第２偏心部５２４と第２歯車４２０との間に配置される。

第１ジャーナル５２１は、第２ジャーナル５２２と同軸であり、共通の回転軸周りで回転する。第１偏心部５２３及び第２偏心部５２４それぞれは、円柱状に形成され、第１ジャーナル５２１及び第２ジャーナル５２２の回転軸から偏心している。第１歯車４１０と第２歯車４２０との間の周回位相差は、第１偏心部５２３及び第２偏心部５２４によって決定される。

伝達歯車５１０が回転すると、クランク軸５２０は、回転する。この結果、第１偏心部５２３及び第２偏心部５２４は、偏心回転する。この間、クランク軸受５４０を介して第１偏心部５２３に接続された第１歯車４１０は、複数の内歯ピン２２０と噛み合いながら、外筒２００内で周回移動することができる。同様に、クランク軸受５４０を介して第２偏心部５２４に接続された第２歯車４２０は、複数の内歯ピン２２０と噛み合いながら、外筒２００内で周回移動することができる。この結果、第１歯車４１０及び第２歯車４２０それぞれは、外筒２００内で、第１実施形態に関連して説明された揺動回転を行うことができる。

外筒２００が固定されているならば、第１歯車４１０及び第２歯車４２０の揺動回転の間、キャリア３００は、外筒２００内で回転する。キャリア３００が固定されているならば、第１歯車４１０及び第２歯車４２０の揺動回転の間、外筒２００は、キャリア３００の外側で回転する。

図４は、主軸受６００周りの歯車装置１００の概略的な拡大断面図である。図１、図３Ａ乃至図４を参照して、歯車装置１００が更に説明される。

第１歯車４１０は、複数の外歯４１１（図３Ｂを参照）を含む。第１歯車４１０の揺動回転の間、複数の外歯４１１は、内歯環（環状の配列された複数の内歯ピン２２０）に順次噛み合う。同様に、第２歯車４２０は、複数の外歯４２１を含む。第２歯車４２０の揺動回転の間、複数の外歯４２１は、内歯環に順次噛み合う。

複数の外歯４１１が形成された領域は、図１を参照して説明された環状領域に相当する。同様に、複数の外歯４２１が形成された領域も、図１を参照して説明された環状領域に相当する。

図４に示される如く、２つの主軸受６００それぞれは、インナーレース６１０と、アウターレース６２０と、複数のボール６３０（図４は、２つの主軸受け６００それぞれに対して１つのボール６３０を示す）と、を含む。キャリア３００は、インナーレース６１０に嵌入される。アウターレース６２０は、インナーレース６１０を取り巻き、外筒２００を支持する。複数のボール６３０は、インナーレース６１０とアウターレース６２０との間で環状に配列される。第１実施形態に関連して説明されたレースの設計原理は、インナーレース６１０に適用される。本実施形態において、複数の転動体は、複数のボール６３０によって例示される。

図４に示される如く、インナーレース６１０は、環状領域に対向する環状の対向面６１１を含む。歯車装置１００を設計する設計者は、対向面６１１の内径を、第１実施形態に関連して説明された「数１」に示される不等式によって規定される関係が充足されるように設定することができる。同様に、設計者は、対向面６１１の外径を、第１実施形態に関連して説明された「数２」に示される不等式によって規定される関係が充足されるように設定することができる。したがって、対向面６１１は、第１歯車４１０及び第２歯車４２０の揺動回転の間、環状領域全体に重なることとなる。

図４に示される如く、インナーレース６１０と協働して複数のボール６３０を挟むアウターレース６２０は、外筒２００に当接し、且つ、対向面６１１に略面一の当接面６２１を含む。当接面６２１は、対向面６１１に沿って環状に延び、対向面６１１を取り巻く。当接面６２１の内径と外径との間の差は、対向面６１１の内径と外径との間の差よりも小さい値に設定されてもよい。この結果、設計者は、外筒２００の内径に小さな値を与えることができる。本実施形態において、第１レース及び第２レースのうち一方は、インナーレース６１０によって例示される。第１レース及び第２レースのうち他方は、アウターレース６２０によって例示される。

＜第３実施形態＞
第１実施形態に関連して説明された設計原理は、軸受のアウターレースに適用されてもよい。第３実施形態において、厚いアウターレースを有する軸受を備える例示的な歯車装置が説明される。

図５は、第３実施形態の歯車装置１００Ａの拡大部分断面図である。第２実施形態の説明は、第２実施形態と同一の符号が付された要素に対して援用される。図５を参照して、歯車装置１００Ａが説明される。

第２実施形態と同様に、歯車装置１００Ａは、第１歯車４１０と、第２歯車４２０と、を備える。第１歯車４１０及び第２歯車４２０の揺動回転は、第２実施形態と同様の駆動構造によって引き起こされる。第２実施形態の説明は、第１歯車４１０、第２歯車４２０及びこれらを駆動する駆動構造に援用される。

第２実施形態と同様に、歯車装置１００Ａは、外筒２００を更に備える。第２実施形態の説明は、外筒２００に援用される。

歯車装置１００Ａは、２つの主軸受６００Ａと、キャリア３００Ａと、を更に備える。２つの主軸受６００Ａそれぞれは、アウターレース６２０Ａと、複数のボール６３０Ａ（図４は、２つの主軸受６００Ａそれぞれに対して１つのボール６３０Ａを示す）と、を含む。複数のボール６３０Ａは、キャリア３００Ａの外周面を取り囲むように環状に配列される。第２実施形態とは異なり、複数のボール６３０Ａは、キャリア３００Ａに直接的に接触する。キャリア３００Ａの外周面は、複数のボール６３０Ａの転動を許容するように加工される。第２実施形態の説明は、キャリア３００Ａの他の構造的特徴に援用される。

アウターレース６２０Ａは、環状領域に対向する環状の対向面６２２を含む。歯車装置１００Ａを設計する設計者は、対向面６２２の内径を、第１実施形態に関連して説明された「数１」に示される不等式によって規定される関係が充足されるように設定することができる。同様に、設計者は、対向面６２２の外径を、第１実施形態に関連して説明された「数２」に示される不等式によって規定される関係が充足されるように設定することができる。したがって、対向面６２２は、第１歯車４１０及び第２歯車４２０の揺動回転の間、環状領域全体に重なることとなる。アウターレース６２０Ａは、第１実施形態に関連して説明されたレースに対応する。

上述の様々な実施形態に関連して説明された設計原理は、様々な歯車装置に適用可能である。上述の様々な実施形態のうち１つに関連して説明された様々な特徴のうち一部が、他のもう１つの実施形態に関連して説明された歯車装置に適用されてもよい。

上述の実施形態の原理は、揺動回転する歯車を有する歯車装置に好適に利用される。

１００，１００Ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・歯車装置
２００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・外筒
２２０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・内歯ピン
３００，３００Ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・キャリア
４１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第１歯車
４１１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・外歯
４２０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第２歯車
４２１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・外歯
６００，６００Ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・主軸受
６１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・インナーレース
６１１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・対向面
６２０，６２０Ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・アウターレース
６２２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・対向面
６３０，６３０Ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ボール
ＡＤＣ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・歯先円
ＣＴＪ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・円軌跡
ＥＸＴ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・外歯
ＯＧＲ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・揺動歯車
ＲＣＸ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・回転中心軸
ＲＴＣ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・歯底円

Claims (4)

1. 複数の内歯を含む内歯環を有する外筒と、
   前記外筒によって囲まれたキャリアと、
   前記外筒と前記キャリアとの間の相対回転を許容する軸受と、
   前記外筒内で揺動回転し、前記相対回転を生じさせる揺動歯車と、を備え、
   前記揺動歯車は、揺動回転の間、前記内歯環と順次噛み合う複数の外歯と、前記揺動歯車の歯底円と前記揺動歯車の歯先円との間の領域として規定される環状領域と、を含み、
   前記軸受は、前記環状領域に対向する環状の対向面を有するレースを含み、
   前記対向面は、前記揺動回転の間、前記環状領域全体に重なり、
   前記軸受は、環状に配列された複数の転動体を含み、
   前記レースは、前記複数の転動体によって囲まれるインナーレースである
   歯車装置。
2. 前記軸受は、前記インナーレースと協働して前記複数の転動体を挟むアウターレースを含み、
   前記アウターレースは、前記対向面に沿って延びる環状の沿縁面を含み、
   前記対向面は、前記沿縁面よりも幅広である
   請求項１に記載の歯車装置。
3. 前記揺動歯車の中心は、前記外筒又は前記キャリアの回転中心軸周りを、円軌跡を描いて周回し、
   前記対向面の内径は、前記歯底円の直径と前記円軌跡の直径との差以下である
   請求項１又は２に記載の歯車装置。
4. 前記対向面の外径は、前記歯先円の直径と前記円軌跡の前記直径との和以上である
   請求項３に記載の歯車装置。

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