減速装置
【課題】軸受の負荷容量の最適化を図るとともに、軸受間の与圧荷重をバランスさせ、長期間使用可能な減速装置を提供する。
【解決手段】固定部１５１、１５２と、回転部１２２と、を有する減速機１２１と、回転部１２２に固定された先端側部材１１６と、先端側部材１１６の自重によって回転部１２２を回転させる回転負荷と逆方向の負荷を先端側部材１１６に対して与える負荷補償機構１１８と、を備えた減速装置Ｇ１において、固定部１５１、１５２と回転部１２２との間で且つ、減速機１２１の軸方向において負荷補償機構１１８が接続されている位置に、メイン軸受１５８が配置されており、メイン軸受１５８の負荷容量が、メイン軸受１５８を含めて固定部１５１、１５２と回転部１２２との間に配置された全軸受１６１中で最大とされるとともに、全軸受１６１全体で与圧がバランスされている。
【解決手段】固定部１５１、１５２と、回転部１２２と、を有する減速機１２１と、回転部１２２に固定された先端側部材１１６と、先端側部材１１６の自重によって回転部１２２を回転させる回転負荷と逆方向の負荷を先端側部材１１６に対して与える負荷補償機構１１８と、を備えた減速装置Ｇ１において、固定部１５１、１５２と回転部１２２との間で且つ、減速機１２１の軸方向において負荷補償機構１１８が接続されている位置に、メイン軸受１５８が配置されており、メイン軸受１５８の負荷容量が、メイン軸受１５８を含めて固定部１５１、１５２と回転部１２２との間に配置された全軸受１６１中で最大とされるとともに、全軸受１６１全体で与圧がバランスされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、産業用ロボット２の関節部に組み込まれた減速装置１が開示されている。
【０００３】
図７に産業用ロボット２の関節構造の概略側面図を示し、図８に減速装置１の概略正面図を示す。
【０００４】
減速装置１は、キャリア（固定部）３と、キャリア３の半径方向において嵌合され、キャリア３に対して回転可能なケーシング（回転部）４と、を有する減速機５と、ケーシング４に固定された（産業用ロボット２の）先端側部材６と、先端側部材６の自重によってケーシング４を回転させる回転負荷と逆方向の負荷を先端側部材６に対して与える負荷補償機構７と、を備えている。
【０００５】
減速機５のケーシング４とキャリア３との間には、軸方向において、負荷補償機構７が接続されている位置に軸受８（８Ａ、８Ｂ）が配置されており、負荷補償機構７が接続されていない位置に軸受９が配置されている。軸受８、９には、軸方向の両側から与圧荷重が付与されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４２８４８号公報（請求項１、段落［００２８］、［００２９］、［００３４］、図１、２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
軸受８は、２個の個別軸受８Ａ、８Ｂにより構成されているのに対し、軸受９は、１個の個別軸受９Ａにより構成されている。このため、軸受８、９間では、与圧荷重のバランスが取れておらず、これに伴って、特にスラスト荷重に対する抗力にアンバランスが生じていた。そのため、軸受８、９間の寿命に差異が生じ、軸受９側が軸受８側に比べて早く破損する恐れがあった。
【０００８】
本発明では、上記問題を解決するため、軸受の負荷容量の最適化を図るとともに、軸受の寿命を伸ばすことによって、より長期間使用可能な減速装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、固定部と、該固定部の半径方向において嵌合され、該固定部に対して回転可能な回転部と、を有する減速機と、前記回転部に固定された先端側部材と、前記先端側部材の自重によって回転部を回転させる回転負荷と逆方向の負荷を該先端側部材に対して与える負荷補償機構と、を備えた減速装置において、前記固定部と前記回転部との間で且つ、前記減速機の軸方向において前記負荷補償機構が接続されている位置に、メイン軸受が配置されており、該メイン軸受の負荷容量が、該メイン軸受を含めて前記固定部と前記回転部との間に配置された全軸受中で最大とされるとともに、該全軸受全体で与圧がバランスされている構成とすることにより、上記課題を解決した。
【００１０】
本発明では、メイン軸受の負荷容量が、該メイン軸受を含めて前記固定部と前記回転部との間に配置された全軸受中で最大とされるとともに、該全軸受全体で与圧がバランスされている構成としている。この結果、負荷補償機構が接続されていても十分なラジアル抗力を得ることができると共に、軸受間に付与する与圧をバランスさせることにより、スラスト荷重に対する抗力のアンバランスをなくすことができる。これにより、軸受の破損をより回避することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軸受の負荷容量の最適化を図るとともに、軸受の寿命を伸ばすことによって、より長期間使用可能な減速装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の一例にかかる減速装置の縦断面図
【図２】本発明の他の実施形態の一例にかかる減速装置の縦断面図
【図３】本発明のさらに他の実施形態の一例にかかる減速装置の縦断面図
【図４】本発明の別の実施形態の一例にかかる減速装置の縦断面図
【図５】本発明の更に別の実施形態の一例にかかる減速装置の縦断面図
【図６】本発明の実施形態の一例が適用された産業用ロボットの関節構造の概略側面図
【図７】従来の産業用ロボットの概略正面図
【図８】従来の減速装置の一例を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態にかかる減速装置Ｇ１の縦断面図、図６は、該減速装置Ｇ１が組み込まれている産業用ロボット１１２の関節構造を示している。
【００１５】
図１及び図６を参照して、この減速装置Ｇ１は、減速機１２１と、該減速機１２１のケーシング１２２に固定されたアーム（先端側部材）１１６と、アーム１１６の自重によってケーシング１２２を回転させる回転負荷と逆方向の負荷をアーム１１６に対して与える負荷補償機構１１８と、を備えている。
【００１６】
前記減速機１２１は、第１、第２フランジ体（固定部）１５１、１５２と、第１、第２フランジ体１５１、１５２の半径方向において嵌合され、第１、第２フランジ体１５１、１５２に対して回転可能なケーシング（回転部）１２２と、を有するもので、いわゆる振分タイプの内接噛合遊星歯車式減速機である。
【００１７】
減速機１２１の入力軸１２６は、モータ軸１２４と同軸である。減速装置Ｇ１の入力軸１２６の負荷側の先端にはスパーピニオン１２８が固定されている。このスパーピニオン１２８は、３個（１個のみ図示）のスパーギヤ１３２と噛合している。このスパーピニオン１２８とスパーギヤ１３２の噛合により、３本（１本のみ図示）の偏心体軸１３０が同時に回転可能である。それぞれの偏心体軸１３０には、偏心体１３４、１３６が一体的に形成されている。偏心体１３４、１３６には、ころ１４２、１４４を介して外歯歯車１３８、１４０が嵌入されている。該外歯歯車１３８、１４０は内歯歯車１５０と内接噛合している。内歯歯車１５０の内歯は、ケーシング１２２に取り付けられた円筒状ころ１４８によって構成されている。外歯歯車１３８、１４０の外歯の数は、内歯歯車１５０の内歯の数（円筒状ころ１４８の数）より１だけ多い。前記偏心体軸１３０は、テーパードローラ軸受１４６、１４８を介して第１、第２フランジ体１５１、１５２に回転自在に支持されている。この第１、第２フランジ体１５１、１５２は、ボルト１５４によって連結されている。第１、第２フランジ体１５１、１５２は、後述するメイン軸受１５８及びサブ軸受１６０により、ケーシング１２２に対して回転可能に支持されている。また、第１フランジ体１５１は、後述する旋回台１１４にボルト１５９を介して固定・連結されている。
【００１８】
一方、前記負荷補償機構１１８は、ピストンロッド１６６及びこのピストンロッド１６６を収納するケース１６２から構成されている。
【００１９】
円筒状のケース１６２の基端部は、旋回台１１４に回転可能に連結されている。
【００２０】
ピストンロッド１６６（減速機１２１側）は、一対の軸受１６８、１７０を介して、連結部材１５６と回転自在に連結されており、支持部１６６Ａを中心として回転する。連結部材１５６は、ボルト１６７により、ケーシング１２２に固定されている。
【００２１】
ピストンロッド１６６（減速機１２１と反対側）は、自身の先端にピストン１６４が形成されており、ピストン１６４が軸方向に移動可能な態様でケース１６２に収納されている。ケース１６２の内部で、且つピストン１６４と先端壁１７２との間には、コイルバネ１６９が配置されている。
【００２２】
減速機１２１は、モータ１２０から入力された回転を減速し、ケーシング１２２を通じてアーム１１６に伝達する。ケーシング１２２に取付けられているアーム１１６を水平な軸線Ａ回りに回転させ、搬送物を所定の位置に運ぶことができる。搬送物を運ぶ際、アーム１１６の自重により増加した回転負荷は、負荷補償機構１１８により相殺され、減速機１２１の負荷は基本的に搬送物によって発生するトルクのみとなる。
【００２３】
ここで、メイン軸受１５８（１５８Ａ、１５８Ｂ）と、サブ軸受１６０（１６０Ａ、１６０Ｂ）の構成について説明する。
【００２４】
メイン軸受１５８と、サブ軸受１６０は、外歯歯車１３８、１４０の両側に軸方向に離れた状態で配置されている。メイン軸受１５８は、第１、第２フランジ体１５１、１５２とケーシング１２２との間で且つ、減速機１２１の軸方向において負荷補償機構１１８が接続されている位置に配置されている。サブ軸受１６０は、第２フランジ体１５２とケーシング１２２との間で、軸方向において負荷補償機構１１８が接続されていない位置に配置されている。
【００２５】
より具体的には、メイン軸受１５８は、２個の個別軸受（アンギュラ玉軸受）１５８Ａ、１５８Ｂで構成されている。同様に、サブ軸受１６０も同一の２個の個別軸受１６０Ａ、１６０Ｂで構成されている。
【００２６】
なお、サブ軸受については、メイン軸受との与圧をバランスさせる機能のみを有し、本来の軸受としての機能を有しない部材でもよい。
【００２７】
メイン軸受１５８の負荷容量は、メイン軸受１５８を含めて第１、第２フランジ体１５１、１５２とケーシング１２２との間に配置された全軸受１６１中で最大とされている。本実施形態では、メイン軸受１５８の負荷容量（個別軸受１５８Ａ、１５８Ｂの負荷容量の合計値）とサブ軸受１６０の負荷容量（個別軸受１６０Ａ、１６０Ｂの負荷容量の合計値）は、同一となっている。
【００２８】
メイン軸受１５８の２個の個別軸受１５８Ａ、１５８Ｂは、軸方向に並列に近接した状態で配置されており、これらの個別軸受１５８Ａ、１５８Ｂの接触角は同一方向に傾斜している。また、サブ軸受１６０の個別軸受１６０Ａ、１６０Ｂも近接した状態で配置されており、２つの個別軸受１６０Ａ、１６０Ｂの接触角は同一方向に傾斜しており、且つこの傾斜は軸受１５８とは逆方向である。
【００２９】
メイン軸受１５８の個別軸受１５８Ａ、１５８Ｂ及びサブ軸受１６０の個別軸受１６０Ａ、１６０Ｂには、軸方向の両側から与圧荷重が付与されている。以上の構成により、メイン軸受１５８とサブ軸受１６０の与圧はバランスされている。
【００３０】
次に、減速装置Ｇ１の作用について説明する。
【００３１】
まず、減速機１２１の作用について説明する。
【００３２】
減速機１２１では、３本の偏心体軸１３０に組み込まれた偏心体１３４、１３６が同時に同一の回転速度で回転することによって、外歯歯車１３８、１４０が揺動回転する。この実施形態では内歯歯車１５０がケーシング１２２に固定されているため、減速機１２１の入力軸１２６が１回回転すると、外歯歯車１３８、１４０は１回揺動して内歯歯車１５０の噛合位置が１歯だけ（歯数差分だけ）ずれる。この結果、内歯歯車１５０は、外歯歯車１３８、１４０に対して両者の歯数差に相当する角度だけ相対回転する。外歯歯車１３８、１４０と内歯歯車１５０との相対回転は、３本の偏心体軸１３０の軸心周りの公転が拘束されているため、結果としてケーシング１２２から取り出される。これにより、ケーシング１２２に取り付けられているアーム１１６が軸線Ａ回りに回転し、搬送物を搬送する。
【００３３】
この際、負荷補償機構１１８は、アーム１１６の自重によってケーシング１２２を回転させる回転負荷と逆方向の負荷をアーム１１６に対して与える。
【００３４】
例えば、アーム１１６が直立状態から水平方向に傾斜し、搬送物を運ぶ場合、ピストンロッド１６６がケース１６２から突出し、ピストン１６４が減速機１２１に向かって移動することにより、コイルバネ１６９が圧縮される。これにより、コイルバネ１６９からアーム１１６に付与される（アーム１１６の自重により増加した負荷と反対方向の）負荷も増大する。この結果、アーム１１６が水平に近づいてより自重による負荷が大きくなるにつれて負荷補償機構１１８による逆方向の付加も大きくなるため、相殺後のアーム１１６に付与される自重による負荷は、アーム１１６が傾斜してもあまり変動しない。
【００３５】
ここで、メイン軸受１５８の負荷容量は、全軸受１６１中で最大とされている。本実施形態では、メイン軸受１５８の負荷容量とサブ軸受１６０の負荷容量は、同一となっている。
【００３６】
メイン軸受１５８と、サブ軸受１６０には、軸方向の両側から共通の与圧荷重が付与されている。メイン軸受１５８とサブ軸受１６０の与圧の作用線は、逆方向である。このため、メイン軸受１５８とサブ軸受１６０の与圧はバランスしている。
【００３７】
よって、いずれの方向にスラスト負荷（ケーシング１２２の回転平面をねじる方向にかかる負荷）がかかっても良好にケーシング１２２を支持することができる。メイン軸受１５８には、負荷補償機構１１８により大きなラジアル負荷がかかる可能性があるが、メイン軸受１５８は、全軸受１６１中で最大であるため（本実施形態では、メイン軸受１５８とサブ軸受１６０が同一である）、負荷補償機構１１８の負荷も安定して支持することができる。
【００３８】
さらに、メイン軸受１５８の個別軸受１５８Ａ、１５８Ｂは、負荷補償機構１１８があっても、小さめの各個別軸受１５８Ａ、１５８Ｂにて荷重を分担することができる。なお、本実施形態においては、サブ軸受１６０の負荷容量についても、同様に、各個別軸受１６０Ａ、１６０Ｂが、サブ軸受１６０側の負荷を分担して受け持つことができている。
【００３９】
よって、本実施形態を用いることにより、全軸受１６１の負荷容量の最適化を図るとともに、全軸受１６１の寿命を伸ばすことによって、より長期間使用可能な減速装置Ｇ１を得ることができる。
【００４０】
次に、他の実施形態について説明する。
【００４１】
図２に他の実施形態に係る減速装置Ｇ２を示す。
【００４２】
メイン軸受２５８には、個別軸受２５８Ａ、２５８Ｂ（ころ軸受：２５８Ａ、玉軸受：２５８Ｂ）が配置されている。これに対し、サブ軸受２６０は、個別軸受２６０Ａのみが配置されている。個別軸受２６０Ａは、個別軸受２５８Ｂと与圧荷重及び負荷容量が同一である。
【００４３】
本実施形態では、メイン軸受２５８の２個の個別軸受２５８Ａ、２５８Ｂのうち、１つの個別軸受２５８Ａが与圧を必要としないころ軸受である。メイン軸受２５８の負荷容量は、個別軸受２５８Ａの負荷容量分、サブ軸受２６０より大きくなっている。
【００４４】
即ち、本実施形態においても、該メイン軸受２５８（負荷補償機構２１８が接続されている位置）の負荷容量が、メイン軸受２５８を含めて第１、第２フランジ体２５１、２５２とケーシング２２２との間に配置された全軸受２６１中で最大とされている。
【００４５】
一方、個別軸受２５８Ａの転動体２５８Ｙ１の形状は、ころ（軸方向に若干長い円筒形状）であるため、その作用線は軸と垂直である。このため、個別軸受２５８Ａは与圧を必要としない。個別軸受２５８Ｂ、２６０Ａは、接触角が逆方向（作用線の傾きが逆方向）で、且つ同一の軸受容量で同一の与圧荷重がかかっている。
【００４６】
これにより、上記実施形態と同様に個別軸受２５８Ｂ、２６０Ａ間の与圧のバランスを取ることができ、結果として、全軸受２６１の負荷容量の最適化を図るとともに、全軸受２６１の寿命を伸ばすことによって、より長期間使用可能な減速装置Ｇ２を得ることができる。
【００４７】
なお、本実施形態においても、サブ軸受は、メイン軸受との与圧をバランスさせる機能のみを有し、本来の軸受としての機能を有しない部材でもよい。
【００４８】
他の構造については、上記の実施形態（図１参照）と同様である。
【００４９】
図３に更に他の実施形態に係る減速装置Ｇ３を示す。
【００５０】
本実施形態では、全軸受３６１が、メイン軸受３５８のみで構成されている。
【００５１】
また、メイン軸受３５８の２個の個別軸受３５８Ａ、３５８Ｂは、接触角が逆方向の一対のアンギュラ玉軸受であり、個別軸受３５８Ａ、３５８Ｂ間の与圧のバランスをとることができる。
【００５２】
これにより、該メイン軸受３５８（負荷補償機構３１８が接続されている位置）の負荷容量が、メイン軸受３５８を含めて第１、第２フランジ体３５１、３５２とケーシング３２２との間に配置された全軸受３６１中で最大とされるとともに、全軸受３６１全体で与圧がバランスされている。
【００５３】
また、副次的な効果として、本実施形態では、上記実施形態と異なり、サブ軸受（負荷補償機構３１８が配置されていない側）を有していないため、減速装置Ｇ３全体として軸方向の寸法を短縮することができる。特に、メイン軸受３５８周辺のケーシング３２２や第２フランジ体３５２の軸方向長さをよりコンパクトにすることができる。
【００５４】
図４に別の実施形態に係る減速装置Ｇ４を示す。
【００５５】
本実施形態においても、全軸受４６１が、メイン軸受４５８のみ（負荷補償機構４１８が接続されている位置のみ）で構成されている。
【００５６】
本実施形態においては、メイン軸受４５８が、クロスローラ軸受である。メイン軸受４５８の内輪４５８Ｘが第１、第２フランジ体４５１、４５２と兼用されていると共に、メイン軸受４５８の外輪４５８Ｚがケーシング４２２と兼用されている。
【００５７】
このクロスローラ軸受４５８の転動体４５８Ｙの自転軸は、交互に９０度だけ傾いているため、転動体４５８Ｙの支持面と内外輪４５８Ｘ、４５８Ｚとの間に隙間を有さず自転軸が安定している。なお、クロスローラ軸受４５８は、与圧を必要としない。
【００５８】
よって、該メイン軸受４５８（負荷補償機構４１８が接続されている位置）の負荷容量が、メイン軸受４５８を含めて第１、第２フランジ体４５１、４５２とケーシング４２２との間に配置された全軸受４６１中で最大とされるとともに、全軸受４６１全体で与圧がバランスされている。
【００５９】
また、メイン軸受（クロスローラ軸受）４５８は、自身のみにより、軸方向及び半径方向からの荷重を受けることができるコンパクトな構造であることに加えて、負荷補償機構４１８が配置されていない側にはサブ軸受４６０が配置されていないため、減速装置Ｇ４の全体（軸方向及び半径方向）として寸法を短縮することができる。
【００６０】
図５に更に別の実施形態に使用されている減速装置Ｇ５について説明する。
【００６１】
本実施形態においては、メイン軸受５５８の内輪５５８Ｘが第１フランジ体５５１と兼用されていると共に、メイン軸受５５８の外輪５５８Ｚがケーシング５２２と兼用されている。本実施形態では、メイン軸受５５８の転動体５５８Ｙが、ころで構成されている。メイン軸受５５８の転動体５５８Ｙが、外歯歯車５３８、５４０と内接噛合する内歯歯車５５０の内歯を構成する円筒状ころ５４８と同径であり、且つ円筒状ころ５４８と同軸に配置されている。
【００６２】
本実施形態においては、メイン軸受５５８の他にサブ軸受５６０を有しており、メイン軸受５５８の負荷容量は、サブ軸受５６０の負荷容量（個別軸受５６０Ａ、５６０Ｂの負荷容量の合計値）よりも大きくなっている。なお、サブ軸受を配置せずに、メイン軸受のみの構成としてもよい。
【００６３】
また、メイン軸受５５８及びサブ軸受５６０の個別軸受５６０Ａ、５６０Ｂは、いずれも与圧を必要としておらず、与圧は全軸受５６１でバランスされている。
【００６４】
即ち、この実施形態においても、該メイン軸受５５８（負荷補償機構５１８が接続されている位置）の負荷容量が、メイン軸受５５８を含めて第１、第２フランジ体５５１、５５２とケーシング５２２との間に配置された全軸受５６１中で最大とされるとともに、全軸受５６１全体で与圧がバランスされている。
【００６５】
副次的な効果として、メイン軸受５５８の転動体５５８Ｙがころであるとともに、メイン軸受５５８の内輪５５８Ｘを、第１フランジ体５５１と兼用させている。これにより、第１フランジ体５５１の外径を最大限大きく確保することができ、結果として、減速装置Ｇ５全体としての剛性を高めることができる。
【００６６】
ころ５５８Ｙは、内歯を構成するころ５４８とは分断されているため、内歯歯車５５０で生じている振動等は、ころ５５８Ｙに伝達されない。
【００６７】
なお、ころとピンは、別々に製造しても、もしくは一体としてもよい。どちらにしても、両者を配置するためのケーシングにおける加工を一体的に行うことができるため、製造コストを低減することができる。また、メイン軸受と内歯歯車のころを一体として加工する場合には、製造コストを更に低減することができる。
【００６８】
また、上記の実施形態では、軸受の配置方式として、正面組合せ方式を用いているが、背面組合せ方式にしてもよい。
【００６９】
なお、実施形態に記載されている構成部品・要素のうち、特に記載されていないものであっても、構成部品の寸法、材質、形状、その他相対配置などは特に特定的な断りがない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００７０】
１１６…アーム（先端側部材）
１１８…負荷補償機構
１２１…減速機
１２２…ケーシング（回転部）
１５１、１５２…第１、第２フランジ体（固定部）
１５８…メイン軸受
１６１…全軸受
Ｇ１…減速装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、産業用ロボット２の関節部に組み込まれた減速装置１が開示されている。
【０００３】
図７に産業用ロボット２の関節構造の概略側面図を示し、図８に減速装置１の概略正面図を示す。
【０００４】
減速装置１は、キャリア（固定部）３と、キャリア３の半径方向において嵌合され、キャリア３に対して回転可能なケーシング（回転部）４と、を有する減速機５と、ケーシング４に固定された（産業用ロボット２の）先端側部材６と、先端側部材６の自重によってケーシング４を回転させる回転負荷と逆方向の負荷を先端側部材６に対して与える負荷補償機構７と、を備えている。
【０００５】
減速機５のケーシング４とキャリア３との間には、軸方向において、負荷補償機構７が接続されている位置に軸受８（８Ａ、８Ｂ）が配置されており、負荷補償機構７が接続されていない位置に軸受９が配置されている。軸受８、９には、軸方向の両側から与圧荷重が付与されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４２８４８号公報（請求項１、段落［００２８］、［００２９］、［００３４］、図１、２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
軸受８は、２個の個別軸受８Ａ、８Ｂにより構成されているのに対し、軸受９は、１個の個別軸受９Ａにより構成されている。このため、軸受８、９間では、与圧荷重のバランスが取れておらず、これに伴って、特にスラスト荷重に対する抗力にアンバランスが生じていた。そのため、軸受８、９間の寿命に差異が生じ、軸受９側が軸受８側に比べて早く破損する恐れがあった。
【０００８】
本発明では、上記問題を解決するため、軸受の負荷容量の最適化を図るとともに、軸受の寿命を伸ばすことによって、より長期間使用可能な減速装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、固定部と、該固定部の半径方向において嵌合され、該固定部に対して回転可能な回転部と、を有する減速機と、前記回転部に固定された先端側部材と、前記先端側部材の自重によって回転部を回転させる回転負荷と逆方向の負荷を該先端側部材に対して与える負荷補償機構と、を備えた減速装置において、前記固定部と前記回転部との間で且つ、前記減速機の軸方向において前記負荷補償機構が接続されている位置に、メイン軸受が配置されており、該メイン軸受の負荷容量が、該メイン軸受を含めて前記固定部と前記回転部との間に配置された全軸受中で最大とされるとともに、該全軸受全体で与圧がバランスされている構成とすることにより、上記課題を解決した。
【００１０】
本発明では、メイン軸受の負荷容量が、該メイン軸受を含めて前記固定部と前記回転部との間に配置された全軸受中で最大とされるとともに、該全軸受全体で与圧がバランスされている構成としている。この結果、負荷補償機構が接続されていても十分なラジアル抗力を得ることができると共に、軸受間に付与する与圧をバランスさせることにより、スラスト荷重に対する抗力のアンバランスをなくすことができる。これにより、軸受の破損をより回避することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軸受の負荷容量の最適化を図るとともに、軸受の寿命を伸ばすことによって、より長期間使用可能な減速装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の一例にかかる減速装置の縦断面図
【図２】本発明の他の実施形態の一例にかかる減速装置の縦断面図
【図３】本発明のさらに他の実施形態の一例にかかる減速装置の縦断面図
【図４】本発明の別の実施形態の一例にかかる減速装置の縦断面図
【図５】本発明の更に別の実施形態の一例にかかる減速装置の縦断面図
【図６】本発明の実施形態の一例が適用された産業用ロボットの関節構造の概略側面図
【図７】従来の産業用ロボットの概略正面図
【図８】従来の減速装置の一例を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態にかかる減速装置Ｇ１の縦断面図、図６は、該減速装置Ｇ１が組み込まれている産業用ロボット１１２の関節構造を示している。
【００１５】
図１及び図６を参照して、この減速装置Ｇ１は、減速機１２１と、該減速機１２１のケーシング１２２に固定されたアーム（先端側部材）１１６と、アーム１１６の自重によってケーシング１２２を回転させる回転負荷と逆方向の負荷をアーム１１６に対して与える負荷補償機構１１８と、を備えている。
【００１６】
前記減速機１２１は、第１、第２フランジ体（固定部）１５１、１５２と、第１、第２フランジ体１５１、１５２の半径方向において嵌合され、第１、第２フランジ体１５１、１５２に対して回転可能なケーシング（回転部）１２２と、を有するもので、いわゆる振分タイプの内接噛合遊星歯車式減速機である。
【００１７】
減速機１２１の入力軸１２６は、モータ軸１２４と同軸である。減速装置Ｇ１の入力軸１２６の負荷側の先端にはスパーピニオン１２８が固定されている。このスパーピニオン１２８は、３個（１個のみ図示）のスパーギヤ１３２と噛合している。このスパーピニオン１２８とスパーギヤ１３２の噛合により、３本（１本のみ図示）の偏心体軸１３０が同時に回転可能である。それぞれの偏心体軸１３０には、偏心体１３４、１３６が一体的に形成されている。偏心体１３４、１３６には、ころ１４２、１４４を介して外歯歯車１３８、１４０が嵌入されている。該外歯歯車１３８、１４０は内歯歯車１５０と内接噛合している。内歯歯車１５０の内歯は、ケーシング１２２に取り付けられた円筒状ころ１４８によって構成されている。外歯歯車１３８、１４０の外歯の数は、内歯歯車１５０の内歯の数（円筒状ころ１４８の数）より１だけ多い。前記偏心体軸１３０は、テーパードローラ軸受１４６、１４８を介して第１、第２フランジ体１５１、１５２に回転自在に支持されている。この第１、第２フランジ体１５１、１５２は、ボルト１５４によって連結されている。第１、第２フランジ体１５１、１５２は、後述するメイン軸受１５８及びサブ軸受１６０により、ケーシング１２２に対して回転可能に支持されている。また、第１フランジ体１５１は、後述する旋回台１１４にボルト１５９を介して固定・連結されている。
【００１８】
一方、前記負荷補償機構１１８は、ピストンロッド１６６及びこのピストンロッド１６６を収納するケース１６２から構成されている。
【００１９】
円筒状のケース１６２の基端部は、旋回台１１４に回転可能に連結されている。
【００２０】
ピストンロッド１６６（減速機１２１側）は、一対の軸受１６８、１７０を介して、連結部材１５６と回転自在に連結されており、支持部１６６Ａを中心として回転する。連結部材１５６は、ボルト１６７により、ケーシング１２２に固定されている。
【００２１】
ピストンロッド１６６（減速機１２１と反対側）は、自身の先端にピストン１６４が形成されており、ピストン１６４が軸方向に移動可能な態様でケース１６２に収納されている。ケース１６２の内部で、且つピストン１６４と先端壁１７２との間には、コイルバネ１６９が配置されている。
【００２２】
減速機１２１は、モータ１２０から入力された回転を減速し、ケーシング１２２を通じてアーム１１６に伝達する。ケーシング１２２に取付けられているアーム１１６を水平な軸線Ａ回りに回転させ、搬送物を所定の位置に運ぶことができる。搬送物を運ぶ際、アーム１１６の自重により増加した回転負荷は、負荷補償機構１１８により相殺され、減速機１２１の負荷は基本的に搬送物によって発生するトルクのみとなる。
【００２３】
ここで、メイン軸受１５８（１５８Ａ、１５８Ｂ）と、サブ軸受１６０（１６０Ａ、１６０Ｂ）の構成について説明する。
【００２４】
メイン軸受１５８と、サブ軸受１６０は、外歯歯車１３８、１４０の両側に軸方向に離れた状態で配置されている。メイン軸受１５８は、第１、第２フランジ体１５１、１５２とケーシング１２２との間で且つ、減速機１２１の軸方向において負荷補償機構１１８が接続されている位置に配置されている。サブ軸受１６０は、第２フランジ体１５２とケーシング１２２との間で、軸方向において負荷補償機構１１８が接続されていない位置に配置されている。
【００２５】
より具体的には、メイン軸受１５８は、２個の個別軸受（アンギュラ玉軸受）１５８Ａ、１５８Ｂで構成されている。同様に、サブ軸受１６０も同一の２個の個別軸受１６０Ａ、１６０Ｂで構成されている。
【００２６】
なお、サブ軸受については、メイン軸受との与圧をバランスさせる機能のみを有し、本来の軸受としての機能を有しない部材でもよい。
【００２７】
メイン軸受１５８の負荷容量は、メイン軸受１５８を含めて第１、第２フランジ体１５１、１５２とケーシング１２２との間に配置された全軸受１６１中で最大とされている。本実施形態では、メイン軸受１５８の負荷容量（個別軸受１５８Ａ、１５８Ｂの負荷容量の合計値）とサブ軸受１６０の負荷容量（個別軸受１６０Ａ、１６０Ｂの負荷容量の合計値）は、同一となっている。
【００２８】
メイン軸受１５８の２個の個別軸受１５８Ａ、１５８Ｂは、軸方向に並列に近接した状態で配置されており、これらの個別軸受１５８Ａ、１５８Ｂの接触角は同一方向に傾斜している。また、サブ軸受１６０の個別軸受１６０Ａ、１６０Ｂも近接した状態で配置されており、２つの個別軸受１６０Ａ、１６０Ｂの接触角は同一方向に傾斜しており、且つこの傾斜は軸受１５８とは逆方向である。
【００２９】
メイン軸受１５８の個別軸受１５８Ａ、１５８Ｂ及びサブ軸受１６０の個別軸受１６０Ａ、１６０Ｂには、軸方向の両側から与圧荷重が付与されている。以上の構成により、メイン軸受１５８とサブ軸受１６０の与圧はバランスされている。
【００３０】
次に、減速装置Ｇ１の作用について説明する。
【００３１】
まず、減速機１２１の作用について説明する。
【００３２】
減速機１２１では、３本の偏心体軸１３０に組み込まれた偏心体１３４、１３６が同時に同一の回転速度で回転することによって、外歯歯車１３８、１４０が揺動回転する。この実施形態では内歯歯車１５０がケーシング１２２に固定されているため、減速機１２１の入力軸１２６が１回回転すると、外歯歯車１３８、１４０は１回揺動して内歯歯車１５０の噛合位置が１歯だけ（歯数差分だけ）ずれる。この結果、内歯歯車１５０は、外歯歯車１３８、１４０に対して両者の歯数差に相当する角度だけ相対回転する。外歯歯車１３８、１４０と内歯歯車１５０との相対回転は、３本の偏心体軸１３０の軸心周りの公転が拘束されているため、結果としてケーシング１２２から取り出される。これにより、ケーシング１２２に取り付けられているアーム１１６が軸線Ａ回りに回転し、搬送物を搬送する。
【００３３】
この際、負荷補償機構１１８は、アーム１１６の自重によってケーシング１２２を回転させる回転負荷と逆方向の負荷をアーム１１６に対して与える。
【００３４】
例えば、アーム１１６が直立状態から水平方向に傾斜し、搬送物を運ぶ場合、ピストンロッド１６６がケース１６２から突出し、ピストン１６４が減速機１２１に向かって移動することにより、コイルバネ１６９が圧縮される。これにより、コイルバネ１６９からアーム１１６に付与される（アーム１１６の自重により増加した負荷と反対方向の）負荷も増大する。この結果、アーム１１６が水平に近づいてより自重による負荷が大きくなるにつれて負荷補償機構１１８による逆方向の付加も大きくなるため、相殺後のアーム１１６に付与される自重による負荷は、アーム１１６が傾斜してもあまり変動しない。
【００３５】
ここで、メイン軸受１５８の負荷容量は、全軸受１６１中で最大とされている。本実施形態では、メイン軸受１５８の負荷容量とサブ軸受１６０の負荷容量は、同一となっている。
【００３６】
メイン軸受１５８と、サブ軸受１６０には、軸方向の両側から共通の与圧荷重が付与されている。メイン軸受１５８とサブ軸受１６０の与圧の作用線は、逆方向である。このため、メイン軸受１５８とサブ軸受１６０の与圧はバランスしている。
【００３７】
よって、いずれの方向にスラスト負荷（ケーシング１２２の回転平面をねじる方向にかかる負荷）がかかっても良好にケーシング１２２を支持することができる。メイン軸受１５８には、負荷補償機構１１８により大きなラジアル負荷がかかる可能性があるが、メイン軸受１５８は、全軸受１６１中で最大であるため（本実施形態では、メイン軸受１５８とサブ軸受１６０が同一である）、負荷補償機構１１８の負荷も安定して支持することができる。
【００３８】
さらに、メイン軸受１５８の個別軸受１５８Ａ、１５８Ｂは、負荷補償機構１１８があっても、小さめの各個別軸受１５８Ａ、１５８Ｂにて荷重を分担することができる。なお、本実施形態においては、サブ軸受１６０の負荷容量についても、同様に、各個別軸受１６０Ａ、１６０Ｂが、サブ軸受１６０側の負荷を分担して受け持つことができている。
【００３９】
よって、本実施形態を用いることにより、全軸受１６１の負荷容量の最適化を図るとともに、全軸受１６１の寿命を伸ばすことによって、より長期間使用可能な減速装置Ｇ１を得ることができる。
【００４０】
次に、他の実施形態について説明する。
【００４１】
図２に他の実施形態に係る減速装置Ｇ２を示す。
【００４２】
メイン軸受２５８には、個別軸受２５８Ａ、２５８Ｂ（ころ軸受：２５８Ａ、玉軸受：２５８Ｂ）が配置されている。これに対し、サブ軸受２６０は、個別軸受２６０Ａのみが配置されている。個別軸受２６０Ａは、個別軸受２５８Ｂと与圧荷重及び負荷容量が同一である。
【００４３】
本実施形態では、メイン軸受２５８の２個の個別軸受２５８Ａ、２５８Ｂのうち、１つの個別軸受２５８Ａが与圧を必要としないころ軸受である。メイン軸受２５８の負荷容量は、個別軸受２５８Ａの負荷容量分、サブ軸受２６０より大きくなっている。
【００４４】
即ち、本実施形態においても、該メイン軸受２５８（負荷補償機構２１８が接続されている位置）の負荷容量が、メイン軸受２５８を含めて第１、第２フランジ体２５１、２５２とケーシング２２２との間に配置された全軸受２６１中で最大とされている。
【００４５】
一方、個別軸受２５８Ａの転動体２５８Ｙ１の形状は、ころ（軸方向に若干長い円筒形状）であるため、その作用線は軸と垂直である。このため、個別軸受２５８Ａは与圧を必要としない。個別軸受２５８Ｂ、２６０Ａは、接触角が逆方向（作用線の傾きが逆方向）で、且つ同一の軸受容量で同一の与圧荷重がかかっている。
【００４６】
これにより、上記実施形態と同様に個別軸受２５８Ｂ、２６０Ａ間の与圧のバランスを取ることができ、結果として、全軸受２６１の負荷容量の最適化を図るとともに、全軸受２６１の寿命を伸ばすことによって、より長期間使用可能な減速装置Ｇ２を得ることができる。
【００４７】
なお、本実施形態においても、サブ軸受は、メイン軸受との与圧をバランスさせる機能のみを有し、本来の軸受としての機能を有しない部材でもよい。
【００４８】
他の構造については、上記の実施形態（図１参照）と同様である。
【００４９】
図３に更に他の実施形態に係る減速装置Ｇ３を示す。
【００５０】
本実施形態では、全軸受３６１が、メイン軸受３５８のみで構成されている。
【００５１】
また、メイン軸受３５８の２個の個別軸受３５８Ａ、３５８Ｂは、接触角が逆方向の一対のアンギュラ玉軸受であり、個別軸受３５８Ａ、３５８Ｂ間の与圧のバランスをとることができる。
【００５２】
これにより、該メイン軸受３５８（負荷補償機構３１８が接続されている位置）の負荷容量が、メイン軸受３５８を含めて第１、第２フランジ体３５１、３５２とケーシング３２２との間に配置された全軸受３６１中で最大とされるとともに、全軸受３６１全体で与圧がバランスされている。
【００５３】
また、副次的な効果として、本実施形態では、上記実施形態と異なり、サブ軸受（負荷補償機構３１８が配置されていない側）を有していないため、減速装置Ｇ３全体として軸方向の寸法を短縮することができる。特に、メイン軸受３５８周辺のケーシング３２２や第２フランジ体３５２の軸方向長さをよりコンパクトにすることができる。
【００５４】
図４に別の実施形態に係る減速装置Ｇ４を示す。
【００５５】
本実施形態においても、全軸受４６１が、メイン軸受４５８のみ（負荷補償機構４１８が接続されている位置のみ）で構成されている。
【００５６】
本実施形態においては、メイン軸受４５８が、クロスローラ軸受である。メイン軸受４５８の内輪４５８Ｘが第１、第２フランジ体４５１、４５２と兼用されていると共に、メイン軸受４５８の外輪４５８Ｚがケーシング４２２と兼用されている。
【００５７】
このクロスローラ軸受４５８の転動体４５８Ｙの自転軸は、交互に９０度だけ傾いているため、転動体４５８Ｙの支持面と内外輪４５８Ｘ、４５８Ｚとの間に隙間を有さず自転軸が安定している。なお、クロスローラ軸受４５８は、与圧を必要としない。
【００５８】
よって、該メイン軸受４５８（負荷補償機構４１８が接続されている位置）の負荷容量が、メイン軸受４５８を含めて第１、第２フランジ体４５１、４５２とケーシング４２２との間に配置された全軸受４６１中で最大とされるとともに、全軸受４６１全体で与圧がバランスされている。
【００５９】
また、メイン軸受（クロスローラ軸受）４５８は、自身のみにより、軸方向及び半径方向からの荷重を受けることができるコンパクトな構造であることに加えて、負荷補償機構４１８が配置されていない側にはサブ軸受４６０が配置されていないため、減速装置Ｇ４の全体（軸方向及び半径方向）として寸法を短縮することができる。
【００６０】
図５に更に別の実施形態に使用されている減速装置Ｇ５について説明する。
【００６１】
本実施形態においては、メイン軸受５５８の内輪５５８Ｘが第１フランジ体５５１と兼用されていると共に、メイン軸受５５８の外輪５５８Ｚがケーシング５２２と兼用されている。本実施形態では、メイン軸受５５８の転動体５５８Ｙが、ころで構成されている。メイン軸受５５８の転動体５５８Ｙが、外歯歯車５３８、５４０と内接噛合する内歯歯車５５０の内歯を構成する円筒状ころ５４８と同径であり、且つ円筒状ころ５４８と同軸に配置されている。
【００６２】
本実施形態においては、メイン軸受５５８の他にサブ軸受５６０を有しており、メイン軸受５５８の負荷容量は、サブ軸受５６０の負荷容量（個別軸受５６０Ａ、５６０Ｂの負荷容量の合計値）よりも大きくなっている。なお、サブ軸受を配置せずに、メイン軸受のみの構成としてもよい。
【００６３】
また、メイン軸受５５８及びサブ軸受５６０の個別軸受５６０Ａ、５６０Ｂは、いずれも与圧を必要としておらず、与圧は全軸受５６１でバランスされている。
【００６４】
即ち、この実施形態においても、該メイン軸受５５８（負荷補償機構５１８が接続されている位置）の負荷容量が、メイン軸受５５８を含めて第１、第２フランジ体５５１、５５２とケーシング５２２との間に配置された全軸受５６１中で最大とされるとともに、全軸受５６１全体で与圧がバランスされている。
【００６５】
副次的な効果として、メイン軸受５５８の転動体５５８Ｙがころであるとともに、メイン軸受５５８の内輪５５８Ｘを、第１フランジ体５５１と兼用させている。これにより、第１フランジ体５５１の外径を最大限大きく確保することができ、結果として、減速装置Ｇ５全体としての剛性を高めることができる。
【００６６】
ころ５５８Ｙは、内歯を構成するころ５４８とは分断されているため、内歯歯車５５０で生じている振動等は、ころ５５８Ｙに伝達されない。
【００６７】
なお、ころとピンは、別々に製造しても、もしくは一体としてもよい。どちらにしても、両者を配置するためのケーシングにおける加工を一体的に行うことができるため、製造コストを低減することができる。また、メイン軸受と内歯歯車のころを一体として加工する場合には、製造コストを更に低減することができる。
【００６８】
また、上記の実施形態では、軸受の配置方式として、正面組合せ方式を用いているが、背面組合せ方式にしてもよい。
【００６９】
なお、実施形態に記載されている構成部品・要素のうち、特に記載されていないものであっても、構成部品の寸法、材質、形状、その他相対配置などは特に特定的な断りがない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００７０】
１１６…アーム（先端側部材）
１１８…負荷補償機構
１２１…減速機
１２２…ケーシング（回転部）
１５１、１５２…第１、第２フランジ体（固定部）
１５８…メイン軸受
１６１…全軸受
Ｇ１…減速装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、該固定部の半径方向において嵌合され、該固定部に対して回転可能な回転部と、を有する減速機と、
前記回転部に固定された先端側部材と、
前記先端側部材の自重によって回転部を回転させる回転負荷と逆方向の負荷を該先端側部材に対して与える負荷補償機構と、
を備えた減速装置において、
前記固定部と前記回転部との間で且つ、前記減速機の軸方向において前記負荷補償機構が接続されている位置に、メイン軸受が配置されており、
該メイン軸受の負荷容量が、該メイン軸受を含めて前記固定部と前記回転部との間に配置された全軸受中で最大とされるとともに、該全軸受全体で与圧がバランスされている
ことを特徴とする減速装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記全軸受には、前記メイン軸受の他、軸方向において前記負荷補償機構が接続されていない位置に配置されているサブ軸受が含まれる
ことを特徴とする減速装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記全軸受が、前記メイン軸受のみで構成されている
ことを特徴とする減速装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記メイン軸受が２以上の個別軸受で構成されている
ことを特徴とする減速装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記２以上の個別軸受のうち、少なくとも１つの個別軸受が与圧を必要としないころ軸受である
ことを特徴とする減速装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記メイン軸受が、クロスローラ軸受である
ことを特徴とする減速装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記メイン軸受の内輪が固定部と兼用されていると共に、前記メイン軸受の外輪が
回転部と兼用されている
ことを特徴とする減速装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記減速装置が、該減速機に備えられている外歯歯車と内歯歯車が内接噛合する内接噛合型揺動歯車減速装置であり、
前記メイン軸受の転動体が、前記内接噛合の内歯歯車の内歯を構成する円筒状ころと同径であり、且つ該円筒状ころと同軸に配置されている
ことを特徴とする減速装置。
【請求項１】
固定部と、該固定部の半径方向において嵌合され、該固定部に対して回転可能な回転部と、を有する減速機と、
前記回転部に固定された先端側部材と、
前記先端側部材の自重によって回転部を回転させる回転負荷と逆方向の負荷を該先端側部材に対して与える負荷補償機構と、
を備えた減速装置において、
前記固定部と前記回転部との間で且つ、前記減速機の軸方向において前記負荷補償機構が接続されている位置に、メイン軸受が配置されており、
該メイン軸受の負荷容量が、該メイン軸受を含めて前記固定部と前記回転部との間に配置された全軸受中で最大とされるとともに、該全軸受全体で与圧がバランスされている
ことを特徴とする減速装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記全軸受には、前記メイン軸受の他、軸方向において前記負荷補償機構が接続されていない位置に配置されているサブ軸受が含まれる
ことを特徴とする減速装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記全軸受が、前記メイン軸受のみで構成されている
ことを特徴とする減速装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記メイン軸受が２以上の個別軸受で構成されている
ことを特徴とする減速装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記２以上の個別軸受のうち、少なくとも１つの個別軸受が与圧を必要としないころ軸受である
ことを特徴とする減速装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記メイン軸受が、クロスローラ軸受である
ことを特徴とする減速装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記メイン軸受の内輪が固定部と兼用されていると共に、前記メイン軸受の外輪が
回転部と兼用されている
ことを特徴とする減速装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記減速装置が、該減速機に備えられている外歯歯車と内歯歯車が内接噛合する内接噛合型揺動歯車減速装置であり、
前記メイン軸受の転動体が、前記内接噛合の内歯歯車の内歯を構成する円筒状ころと同径であり、且つ該円筒状ころと同軸に配置されている
ことを特徴とする減速装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−９９５０７（Ｐ２０１１−９９５０７Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５４２１１（Ｐ２００９−２５４２１１）
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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