JP2006312957A - 産業用ロボットの旋回部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 クランクピン40における亀裂発生を効果的に防止する。
【解決手段】 クランクピン40に支持される第１アイドル歯車49の軸方向一側に中径歯車部51を、軸方向他側に大径歯車部52を設け、出力軸60の先端部に支持される第２アイドル歯車63の軸方向一側に小径歯車部65を、軸方向他側に中径歯車部51に噛み合う中径歯車部66を設けたので、入力歯車48と一側の軸受41との間のクランクピン40に第１アイドル歯車49を配置することができ、これにより、一側の軸受41から突出したクランクピン40の軸方向一端部40ａにおいて組み立ての都合から要求される段差を無くすることができた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造に関する。

従来の産業用ロボットの旋回部構造としては、例えば以下の特許文献１に記載されているようなものが知られている。
特開昭６２−４５８６号公報

このものは、産業用ロボットの第１部材および第２部材と、前記第１部材と第２部材との間に設けられ、駆動モータからの回転を順次減速して第２部材に出力する前段減速機および偏心揺動型減速機を備え、前記偏心揺動型減速機を、内周に多数の内歯を有するケースと、ケース内に収納され、内歯と噛み合う外歯を有するピニオンと、前記ケース内に挿入されるとともに、該ケースに対し相対回転可能なキャリアと、該キャリアに軸方向に離れた一対の軸受を介して回転可能に支持されるとともに、ピニオンに偏心部がそれぞれ挿入された複数のクランクピンとから構成する一方、前記前段減速機を、前記一側の軸受から突出した全てのクランクピンの軸方向一端部にそれぞれスプライン結合された入力歯車と、駆動モータの出力軸に取付けられた出力歯車と、前記入力歯車より軸方向一端側の全てのクランクピンに回転可能に支持され、軸方向一側に前記出力歯車より大径で該出力歯車に噛み合う大径歯車部を、軸方向他側に小径歯車部を有する第１アイドル歯車と、前記駆動モータの出力軸に回転可能に支持され、軸方向一側に第１アイドル歯車の小径歯車部より大径で該小径歯車部に噛み合う大径歯車部を、軸方向他側に前記入力歯車に噛み合う中径歯車部を有する第２アイドル歯車とを備えたものである。

しかしながら、このような従来の産業用ロボットの旋回部構造にあっては、前述のようにクランクピンの軸方向一端部にスプライン結合された入力歯車より軸方向一端側において第１アイドル歯車をクランクピンに回転可能に支持させるようにしているため、これらクランクピン、入力歯車、第１アイドル歯車の組み立ての都合上、前記第１アイドル歯車を支持している部位のクランクピンと、入力歯車がスプライン結合されている部位のクランクピンとの間に外径が急激に変化する段差を設ける必要がある。この結果、駆動モータからクランクピンに回転駆動力を伝達する際、前記段差に曲げに基づく大きな応力集中が発生して該段差に亀裂が発生するおそれがあるという課題があった。

この発明は、クランクピンにおける亀裂発生を効果的に防止することができる産業用ロボットの旋回部構造を提供することを目的とする。

このような目的は、産業用ロボットの第１部材および第２部材と、前記第１部材と第２部材との間に設けられ、駆動モータからの回転を順次減速して第２部材に出力する前段減速機および偏心揺動型減速機を備えた産業用ロボットの旋回部構造において、前記偏心揺動型減速機を、内周に多数の内歯を有するケースと、ケース内に収納され、内歯と噛み合う外歯を有するピニオンと、前記ケース内に挿入されるとともに、該ケースに対し相対回転可能なキャリアと、該キャリアに軸方向に離れた一対の軸受を介して回転可能に支持されるとともに、ピニオンに偏心部がそれぞれ挿入された複数本のクランクピンとから構成する一方、前記前段減速機を、少なくとも１本のクランクピンの軸方向一端部に固定された入力歯車と、前記入力歯車と一側の軸受との間のクランクピンに回転可能に支持され、軸方向一側に中径歯車部を、軸方向他側に大径歯車部を有する第１アイドル歯車と、駆動モータの出力軸の先端側に設けられ、第１アイドル歯車の大径歯車部より小径で該大径歯車部に噛み合う出力歯車と、前記出力軸の先端部に回転可能に支持され、軸方向一側に入力歯車より小径で該入力歯車に噛み合う小径歯車部を、軸方向他側に第１アイドル歯車の中径歯車部と噛み合う中径歯車部を有する第２アイドル歯車とから構成することにより、達成することができる。

この発明においては、クランクピンの軸方向一端部に支持される第１アイドル歯車の軸方向一側に中径歯車部を、軸方向他側に大径歯車部を設け、出力軸の先端部に支持される第２アイドル歯車の軸方向一側に小径歯車部を、軸方向他側に第１アイドル歯車の中径歯車部に噛み合う中径歯車部を設けたので、第１アイドル歯車より軸方向一側のクランクピンに入力歯車を配置、換言すれば、入力歯車と一側の軸受との間のクランクピンに第１アイドル歯車を配置することができるようになった。

これにより、一側の軸受から突出したクランクピンの軸方向一端部、即ち入力歯車、第１アイドル歯車を支持している部位のクランクピンに組み立ての都合から要求される段差を無くすることができ、この結果、駆動モータからクランクピンに回転駆動力が伝達される際、クランクピンの軸方向一端部には曲げに基づく応力集中が生じることはなく、亀裂の発生が効果的に防止される。

また、請求項２に記載のように構成すれば、第２アイドル歯車の軸方向位置を簡単かつ正確に規制することができる。
さらに、請求項３に記載のように構成すれば、入力歯車および第１アイドル歯車の大径歯車部の歯形を成形するための加工工具を共通化することができ、これにより、製作費を安価とすることができる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１、２、３において、11は産業用ロボット12の第１部材としての基端側アームであり、この基端側アーム11は基端部を中心に揺動可能である。この基端側アーム11の先端部には偏心揺動型減速機13の固定部、ここではケース14が複数のボルト15によって固定され、また、この偏心揺動型減速機13の回転部、ここではキャリア16には産業用ロボット12の第２部材としての先端側アーム17の基端部が複数のボルト18によって固定されている。この結果、前記先端側アーム17は基端部を中心に基端側アーム11に対して回転（揺動）することができる。そして、前述のようにケース14を固定側と、キャリア16を回転側とすると、従来多用されている形式と同一となり、従来と同様の感覚で使用することができる。

ここで、前記ケース14は略円筒状を呈するとともに、その軸方向中央部内周には周方向に等距離離れた多数の内歯としてのピン歯21が設けられている。前記ケース14内には複数（２個）のピニオン22が軸方向に並べられて収納され、これらピニオン22の外周には多数のトロコイド歯形からなる外歯23がそれぞれ形成されている。ここで、前記ピニオン22の外歯23の歯数は前記ピン歯21の歯数より若干、ここでは１個だけ少なく、また、これらピニオン22とケース14とは内接した状態で外歯23とピン歯21とが噛み合っているが、２つのピニオン22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。

そして、これらピニオン22の中心軸上には貫通した中心孔24が、また、内、外周間の中間部には軸方向に貫通した貫通孔25が周方向に等距離離れて複数（３個）だけ形成されている。また、前記ケース14内には前記キャリア16が挿入されているが、このキャリア16はピニオン22の軸方向両外側に配置された一対の端板部28、29と、一端が端板部28に一体形成され、他端に端板部29がボルト30により固定された複数（貫通孔25と同数）の柱部31とから構成され、これら柱部31は前記貫通孔25内にそれぞれ遊嵌されている。また、前記キャリア16、詳しくは端板部28、29の中心軸上には前記中心孔24とほぼ同径の中心孔32、33がそれぞれ形成されている。

36は前記キャリア16、詳しくは端板部28、29の外周とケース14の軸方向両端部内周との間に介装された一対の軸受であり、これらの軸受36によりキャリア16はケース14に対し相対回転可能に支持される。37は各ピニオン22に成形された軸方向に延びる複数（３個）のクランクピン孔であり、これらのクランクピン孔37は周方向に等距離離れるとともに、前記貫通孔25と交互に配置されている。

40は複数本（クランクピン孔37と同数）のクランクピンであり、これらのクランクピン40は周方向に等角度離れて配置されている。これらクランクピン40とキャリア16、詳しくは端板部28、29との間には軸方向に離れた一対の軸受41がそれぞれ介装され、これにより、前記クランクピン40はこれら一対の軸受41を介してキャリア16に回転可能に支持される。

ここで、前記クランクピン40は一側の軸受41から軸方向一側に向かって突出した軸方向一端部40ａを有するが、これらの軸方向一端部40ａは、少なくとも１本、ここでは全てのクランクピン40で、いずれの軸方向位置においても軸受41に挿入されている部位と同一径の一定径である。このように全てのクランクピン40の軸方向一端部40ａを一定径とすれば、１種類のクランクピン40を製作するだけでよいため、製作コストを低減することができる。

また、前記クランクピン40は軸方向中央部にクランクピン40の中心軸から等距離だけ偏心したピニオン22と同数（２個）の偏心部44を有し、これら偏心部44は軸方向に離れるとともに、互いに 180度だけ位相がずれている。そして、前記クランクピン40の偏心部44はピニオン22のクランクピン孔37内にそれぞれ針状ころ軸受45を介して挿入されており、この結果、前記ピニオン22とクランクピン40とは相対回転が許容されている。

前述したケース14、キャリア16、ピニオン22、クランクピン40は全体として、クランクピン40に入力された回転を減速してケース14またはキャリア16、ここではキャリア16に出力する前記偏心揺動型減速機13を構成する。そして、このような偏心揺動型減速機13において減速比を40以下とすることでクランクピン40の回転速度を低減させるようにすれば、回転中の発熱を容易に抑えることができる。

48は少なくとも１本の、ここでは全てのクランクピン40の軸方向一端部40ａにスプライン結合によりそれぞれ連結された入力歯車であり、これらの入力歯車48は既存品と同一のものを用いており、既存品の流用が可能である。49は前記入力歯車48と一側の軸受41との間に配置された少なくとも１個（入力歯車48と同数）の第１アイドル歯車であり、これらの第１アイドル歯車49と、これら第１アイドル歯車49内に遊嵌されたクランクピン40の軸方向一端部40ａとの間には軸方向に離れた一対の軸受50が介装されている。

この結果、前記第１アイドル歯車49は入力歯車48と一側の軸受41との間のクランクピン40の軸方向一端部40ａに回転可能に支持されることになる。そして、これら第１アイドル歯車49は軸方向一側に中径歯車部51を、軸方向他側に中径歯車部51より大径の大径歯車部52を有する。55は前記基端側アーム11の先端部でその他側面に複数のボルト56によって取付けられた駆動モータであり、この駆動モータ55の回転軸57は前記偏心揺動型減速機13の中心軸と同軸である。このように駆動モータ55と偏心揺動型減速機13とを同軸とすれば、駆動モータが偏心揺動型減速機の中心軸から半径方向に所定距離離れて設置されている場合に比較し、旋回部構造全体を小型化することができる。

この回転軸57には前記偏心揺動型減速機13の中心部に形成された中心孔24、32、33を軸方向に貫通する伝達軸58が固定され、この伝達軸58の先端側（一端側）には前記第１アイドル歯車49の大径歯車部52より小径の出力歯車59が設けられるとともに、この出力歯車59は前記第１アイドル歯車49の大径歯車部52に噛み合っている。前述した回転軸57、伝達軸58は全体として駆動モータ55の出力軸60を構成し、この出力軸60の先端側には、前述のように第１アイドル歯車49の大径歯車部52より小径で該大径歯車部52に噛み合う出力歯車59が設けられる。

63は前記出力軸60、詳しくは出力歯車59が形成されている伝達軸58の先端部（一端部）に単一の軸受64を介して回転可能に支持された該出力軸60と同軸の第２アイドル歯車であり、この第２アイドル歯車63は軸方向一側に入力歯車48より小径で該入力歯車48に噛み合う小径歯車部65を、軸方向他側に第１アイドル歯車49の中径歯車部51と近似した径、ここでは同一径で、該第１アイドル歯車49の中径歯車部51と噛み合う中径歯車部66を有する。この結果、出力軸60の回転は、出力歯車59と第１アイドル歯車49の大径歯車部52との間で減速された後、第２アイドル歯車63に伝達され、該第２アイドル歯車63の小径歯車部65と入力歯車48との間で再び減速される。なお、前記中径歯車部66は中径歯車部51より大径であってもよい。

ここで、前記入力歯車48の他側端と第１アイドル歯車49の大径歯車部52の一側端との間の距離Ｌを、第２アイドル歯車63の中径歯車部66の幅と実質上同一（やや大きいものを含む）としているため、第２アイドル歯車63は入力歯車48と第１アイドル歯車49の大径歯車部52とにより両側から周方向に離れた３箇所で挟まれて、その軸方向位置が簡単かつ正確に規制される。また、この第２アイドル歯車63は、その小径、中径歯車部65、66がそれぞれ周方向に等距離離れた３個の入力歯車48、第１アイドル歯車49の中径歯車部51に噛み合っているため、これら入力歯車48、中径歯車部51によって自動調心され、所定の姿勢に規制される。この結果、第２アイドル歯車63と出力軸60との間に介装される軸受64は軸方向に離れた一対も必要ではなく、前述のように１個で充分である。

また、この実施例においては、前述のように出力軸60の先端部に第２アイドル歯車63を支持させるようにしたので、部品点数を削減することができるとともに、スペースの有効利用を図ることができる。さらに、前記入力歯車48と第１アイドル歯車49の大径歯車部52と、および、第１アイドル歯車49の中径歯車部51と第２アイドル歯車63の中径歯車部66との歯車諸元、例えば歯形、歯数を同一としたので、入力歯車48、大径歯車部52および中径歯車部51、66を成形するための加工工具を共通化することができ、これにより、製作費を安価とすることができる。

前述した入力歯車48、第１、第２アイドル歯車49、63、出力歯車59は全体として、駆動モータ55の回転を減速して偏心揺動型減速機13のクランクピン40に出力する前段減速機68を構成するが、この前段減速機68を通じて駆動モータ55からの回転が全てのクランクピン40に伝達されると、これらクランクピン40は同期して同一方向に同一回転速度で回転する。このように基端側アーム11と先端側アーム17との間には、駆動モータ55の回転を順次減速して先端側アーム17に出力し該先端側アーム17を回転（揺動）させる前段減速機68および偏心揺動型減速機13が設けられている。

そして、この実施例においては、クランクピン40の軸方向一端部40ａに支持される第１アイドル歯車49の軸方向一側に中径歯車部51を、軸方向他側に大径歯車部52を設け、出力軸60の先端部に支持される第２アイドル歯車63の軸方向一側に小径歯車部65を、軸方向他側に第１アイドル歯車49の中径歯車部51に噛み合う中径歯車部66を設けたので、第１アイドル歯車49より軸方向一側のクランクピン40に入力歯車48を配置、換言すれば、入力歯車48と一側の軸受41との間のクランクピン40に第１アイドル歯車49を配置することができるようになった。

これにより、一側の軸受41から突出したクランクピン40の軸方向一端部40ａ、即ち入力歯車48、第１アイドル歯車49を支持している部位のクランクピン40に組み立ての都合から要求される段差を無くする、ここでは一定径とすることができ、この結果、駆動モータ55からクランクピン40に回転駆動力が伝達される際、クランクピン40の軸方向一端部40ａには曲げに基づく応力集中が生じることはなく、亀裂の発生が効果的に防止される。

次に、前記実施例の作用について説明する。
前述のような産業用ロボット12において先端側アーム17を基端側アーム11に対して回転（揺動）させる場合には、駆動モータ55を作動して出力軸60を回転させる。この出力軸60の回転は、出力歯車59、第１、第２アイドル歯車49、63、入力歯車48により減速されながら全てのクランクピン40に伝達され、これらクランクピン40を自身の中心軸回りに同一方向に同一回転速度で回転させる。このとき、クランクピン40の偏心部44がピニオン22のクランクピン孔37内において偏心回転してピニオン22を偏心揺動回転させるが、前記ピニオン22の外歯23の歯数がケース14のピン歯21の数より１個だけ少ないので、キャリア16はピニオン22の偏心揺動回転により大幅に減速されて低速回転し、先端側アーム17を基端部を中心として回転（揺動）させる。

なお、前述の実施例においては、偏心揺動型減速機13のピン歯21の歯数とピニオン22の外歯23との歯数差が１であったが、この発明においては２以上であってもよい。また、前述の実施例においては、産業用ロボット12の第１部材である基端側アーム11に偏心揺動型減速機13のケース14を取付け、産業用ロボット12の第２部材である先端側アーム17にキャリア16を取付けるようにしたが、この発明においては、産業用ロボットの第１部材に偏心揺動型減速機のキャリアを、第２部材にケースを取付けるようにしてもよい。さらに、前述の実施例においては、駆動モータ55を基端側アーム11の先端部に取付けるようにしたが、この発明においては、先端側アーム17の基端部に取付けるようにしてもよい。

この発明は、偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造に適用できる。

この発明の実施例を示す正面断面図である。 図１のＩ−Ｉ矢視図である。 図１のII−II矢視図である。

符号の説明

11…第１部材 12…産業用ロボット
13…偏心揺動型減速機 14…ケース
16…キャリア 17…第２部材
21…内歯 22…ピニオン
23…外歯 40…クランクピン
40ａ…軸方向一端部 41…軸受
44…偏心部 48…入力歯車
49…第１アイドル歯車 51…中径歯車部
52…大径歯車部 55…駆動モータ
60…出力軸 63…第２アイドル歯車
65…小径歯車部 66…中径歯車部
68…前段減速機

Claims (3)

1. 産業用ロボットの第１部材および第２部材と、前記第１部材と第２部材との間に設けられ、駆動モータからの回転を順次減速して第２部材に出力する前段減速機および偏心揺動型減速機を備えた産業用ロボットの旋回部構造において、前記偏心揺動型減速機を、内周に多数の内歯を有するケースと、ケース内に収納され、内歯と噛み合う外歯を有するピニオンと、前記ケース内に挿入されるとともに、該ケースに対し相対回転可能なキャリアと、該キャリアに軸方向に離れた一対の軸受を介して回転可能に支持されるとともに、ピニオンに偏心部がそれぞれ挿入された複数本のクランクピンとから構成する一方、前記前段減速機を、少なくとも１本のクランクピンの軸方向一端部に固定された入力歯車と、前記入力歯車と一側の軸受との間のクランクピンに回転可能に支持され、軸方向一側に中径歯車部を、軸方向他側に大径歯車部を有する第１アイドル歯車と、駆動モータの出力軸の先端側に設けられ、第１アイドル歯車の大径歯車部より小径で該大径歯車部に噛み合う出力歯車と、前記出力軸の先端部に回転可能に支持され、軸方向一側に入力歯車より小径で該入力歯車に噛み合う小径歯車部を、軸方向他側に第１アイドル歯車の中径歯車部と噛み合う中径歯車部を有する第２アイドル歯車とから構成したことを特徴とする産業用ロボットの旋回部構造。
2. 前記入力歯車の他側端と第１アイドル歯車の大径歯車部の一側端との間の距離を、第２アイドル歯車の中径歯車部の幅と実質上同一とした請求項１記載の産業用ロボットの旋回部構造。
3. 前記入力歯車と第１アイドル歯車の大径歯車部との歯車諸元を同一とした請求項１または２記載の産業用ロボットの旋回部構造。

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