JP2006077980A - Reduction gear mounted on revolute joint part of industrial robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱発生を低減した産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機に関する。 The present invention relates to a reduction gear attached to a joint portion of an industrial robot with reduced heat generation.
従来、ロボットの関節駆動用減速機として、偏心揺動型減速機の前段部に平歯車を設けた2段式の減速機が知られている。この減速機は、その前段部の減速比をロボット関節駆動系の固有振動数およびモータ回転数との関係で適宜選択することにより、溶接作業等の精密作業領域においてロボットの共振現象を回避できるという効果を有するものである。従って、この減速機の前段部の減速比は、上記固有振動数、モータ回転数、および必要な総減速比との関係から選択されるというものであった(例えば、特許文献1参照。)。一方、従来における上記減速機の出力回転数は、0〜15RPM程度で使用されていた。そのときのモータ回転数が0〜1500RPM程度であったため、上記減速機に実用上問題となるような高熱は生じず、したがって発熱を考慮した観点から前段部平歯車の減速比が選択されてはいなかった。
しかしながら、近年、ロボットの高速運転化等に伴い、上記減速機の出力回転数は0〜40RPM程度に、その使用モータ回転数は0〜6000RPM程度にまで上昇し、ロボットの連続繰返し運転と相俟って、全作業領域において減速機に実用上問題となる高熱を発生するようになり、減速機の寿命が短くなるという問題が生じてきた。本件発明は、かかる問題を解決することを目的とする。
上記減速機における熱発生の主原因は、常識的には、偏心揺動型減速機部の滑り接触を生じる部分、つまり内歯歯車体の内歯と該内歯歯車体に噛み合う外歯歯車体の外歯との噛み合い接触に起因していると考えられており、ころがり接触部分、つまり通常ころがり軸受を介して外歯歯車体に係合するクランク軸の回転条件には起因していないと考えられていた。
しかしながら、発明者は、上記発熱の主原因がクランク軸の回転条件に起因し生じることを突き止めた。例えば、モータ回転数(2段式の減速機への入力回転数)を4000RPM、2段式減速機の最終出力回転数を35RPMとして使用したい場合、総減速比は約1/114であり、前段減速機構機の減速比を1/2.5とすると後段減速機構機の減速比は1/46となり、クランク回転数は1600RPM(=4000/2.5)の高速回転となって高熱が発生するのである。すなわち、クランク軸の高速回転により、グリース(又は潤滑油)が遠心力により飛散し、クランク軸と外歯歯車体との係合部分やころがり軸受部にグリースが十分に行き渡らず潤滑性や除熱が不十分となり、ころがり軸受部といえども滑りが生じて高熱を生じていること、また、前述の係合部分やころがり軸受部に減速機内の鉄分が入り込み発熱を助長していることを解明した。また、上記のような発熱は、潤滑剤の粘性を低下させるため、潤滑性能が低下するだけでなく上記遠心力による潤滑剤飛散を更に助長するという悪循環を招く。
本発明は、かかる知見に基づきなされたものであり、クランク軸の回転数を制限し、前述の係合部分やころがり軸受部からグリースの飛散を最小限に押さえるようにして、前述した従来の問題を解決するものである。
However, in recent years, with the speeding up of the robot and the like, the output speed of the speed reducer has increased to about 0 to 40 RPM, and the motor speed to be used has increased to about 0 to 6000 RPM. Thus, high heat, which is a practical problem, is generated in the reduction gear in the entire work area, and the problem of shortening the life of the reduction gear has arisen. The present invention aims to solve such a problem.
The main cause of heat generation in the speed reducer is, as a matter of common sense, the portion that causes the sliding contact of the eccentric oscillation type speed reducer, that is, the external gear body that meshes with the internal teeth of the internal gear body and the internal gear body. It is thought that this is caused by the meshing contact with the external teeth of the roller, and is not caused by the rolling contact portion, that is, the rotation condition of the crankshaft engaged with the external gear body through the normal rolling bearing. It was done.
However, the inventor has found that the main cause of the heat generation is caused by the rotation condition of the crankshaft. For example, if it is desired to use the motor rotation speed (input rotation speed to the two-stage reduction gear) as 4000 RPM and the final output rotation speed of the two-stage reduction gear as 35 RPM, the total reduction ratio is about 1/114. If the reduction ratio of the reduction mechanism is 1 / 2.5, the reduction ratio of the subsequent reduction mechanism is 1/46, and the crank rotation speed is 1600 RPM (= 4000 / 2.5), resulting in high heat. It is. That is, grease (or lubricating oil) is scattered by centrifugal force due to the high-speed rotation of the crankshaft, and the grease does not sufficiently reach the engagement portion between the crankshaft and the external gear body or the rolling bearing portion. It was clarified that even in the rolling bearing part, slipping occurred and high heat was generated, and iron in the reducer entered the engaging part and rolling bearing part to promote heat generation. . Moreover, since the above heat generation reduces the viscosity of the lubricant, not only the lubrication performance is deteriorated but also a vicious cycle of further promoting the scattering of the lubricant by the centrifugal force is caused.
The present invention has been made on the basis of such knowledge, and limits the number of rotations of the crankshaft so as to minimize the scattering of grease from the above-mentioned engaging portion and rolling bearing portion. Is a solution.
請求項1の発明の産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機は、第1段減速機構および第2段減速機構を含む減速機であって、該第1段減速機構がモータからの回転を減速して前記第2段減速機構へ伝達する減速機であり、該第2段減速機構が内歯歯車体、該内歯歯車体に噛み合う外歯歯車体、該外歯歯車体に係合し該外歯歯車体を前記内歯歯車体に対して偏心揺動運動させるクランク軸、及び該クランク軸を支持する支持体を有し前記内歯歯車体または前記支持体から出力が取り出される偏心揺動式減速機であって、前記第1段減速機への入力回転数が2000RPM以上であるとき、該偏心揺動式減速機からの出力を20RPM以上で回転させる産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機において、前記偏心揺動式減速機からの出力を20RPM以上として回転させているときに前記クランク軸が1000RPMを超えないで回転するように、前記第1段減速機構の減速比が選択されている。 The speed reducer attached to the joint portion of the industrial robot according to the first aspect of the invention is a speed reducer including a first speed reduction mechanism and a second speed reduction mechanism, and the first speed reduction mechanism decelerates rotation from the motor. And the second stage reduction mechanism engages with the internal gear body, the external gear body meshing with the internal gear body, and the external gear body. A crankshaft that eccentrically swings the external gear body with respect to the internal gear body, and an eccentric rocker that has a support body that supports the crankshaft and outputs output from the internal gear body or the support body Reduction gear attached to the joint of an industrial robot that rotates the output from the eccentric rocking reduction gear at 20 RPM or higher when the input rotational speed to the first stage reduction gear is 2000 RPM or higher. In the machine, from the eccentric rocking reduction gear As the crankshaft rotates not exceed 1000RPM when rotates the force as above 20 RPM, the reduction ratio of the first stage reduction mechanism is selected.
請求項2の発明の産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機は、第1段減速機構および第2段減速機構を含む減速機であって、該第1段減速機構がモータからの回転を減速して前記第2段減速機構へ伝達する減速機であり、該第2段減速機構が内歯歯車体、該内歯歯車体に噛み合う外歯歯車体、該外歯歯車体に係合し該外歯歯車体を前記内歯歯車体に対して偏心揺動運動させるクランク軸、及び該クランク軸を支持する支持体を有し前記内歯歯車体または前記支持体から出力が取り出される偏心揺動式減速機であって、前記第1段減速機への入力回転数が2000RPM乃至4000RPMであるとき、該偏心揺動式減速機からの出力を20RPM乃至40RPMで回転させる産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機において、前記偏心揺動式減速機からの出力を20RPM乃至40RPMとして回転させているときに前記クランク軸が1000RPMを超えないで回転するように、前記第1段減速機構の減速比が選択されている。
The speed reducer attached to the joint portion of the industrial robot of the invention of
請求項3の発明の産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機は、第1段減速機構および第2段減速機構を含む減速機であって、該第1段減速機構がモータからの回転を減速して前記第2段減速機構へ伝達する減速機であり、該第2段減速機構が内歯歯車体、該内歯歯車体に噛み合う外歯歯車体、該外歯歯車体に係合し該外歯歯車体を前記内歯歯車体に対して偏心揺動運動させるクランク軸、及び該クランク軸を支持する支持体を有し前記内歯歯車体または前記支持体から出力が取り出される偏心揺動式減速機であって、前記第1段減速機への入力回転数が4001乃至6000RPMであるとき、該偏心揺動式減速機からの出力を20RPM乃至40RPMで回転させる産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機において、前記偏心揺動式減速機からの出力を20RPM乃至40RPMとして回転させているときに前記クランク軸が1000RPMを超えないで回転するように、前記第1段減速機構の減速比が選択されている。
The speed reducer attached to the joint portion of the industrial robot of the invention of
請求項4の発明の産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機は、第1段減速機構の減速比が1/3から1/6.5までの間である。 In the reduction gear attached to the joint portion of the industrial robot according to the fourth aspect of the invention, the reduction ratio of the first stage reduction mechanism is between 1/3 and 1 / 6.5.
請求項5の発明の産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機は、第2段減速機構の減速比が1/20から1/60までの間である。 In the reduction gear attached to the joint portion of the industrial robot according to the fifth aspect of the invention, the reduction ratio of the second stage reduction mechanism is between 1/20 and 1/60.
請求項6の発明の産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機は、第1段減速機構の減速比と第2段減速機構の減速比との積である総減速比が1/90から1/300までの間である。 The reduction gear attached to the joint portion of the industrial robot of the invention of claim 6 has a total reduction ratio, which is a product of the reduction ratio of the first stage reduction mechanism and the reduction ratio of the second stage reduction mechanism, from 1/90 to 1 / Up to 300.
請求項7の発明の産業ロボットの関節部に取り付けられる減速は、第1段減速機構の減速比と第2段減速機構の減速比との積である総減速比が1/90から1/200までの間である。 The speed reduction attached to the joint portion of the industrial robot of the invention of claim 7 is a product of the speed reduction ratio of the first speed reduction mechanism and the speed reduction ratio of the second speed reduction mechanism, and the total speed reduction ratio is from 1/90 to 1/200. Until.
請求項8の発明の産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機は、第1段減速機構の減速比と第2段減速機構の減速比との積である総減速比が1/150から1/300までの間である。 In the speed reducer attached to the joint portion of the industrial robot according to the eighth aspect of the invention, the total reduction ratio, which is the product of the reduction ratio of the first stage reduction mechanism and the reduction ratio of the second stage reduction mechanism, is 1/150 to 1 / Up to 300.
請求項9の発明の産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機は、偏心揺動式減速機からの出力が30RPM乃至40RPMである。 The reduction gear attached to the joint portion of the industrial robot according to the ninth aspect of the invention has an output from the eccentric rocking reduction gear of 30 RPM to 40 RPM.
本発明の産業ロボットの関節部に取り付けられる減速機によれば、第1段減速機構の減速比を選定して第2段減速機構である偏心揺動式減速機のクランク軸の回転を制限しているので、産業ロボットの関節部に取り付けられて減速機への入力回転数や出力回転数を高くして用いる場合であっても、発熱が抑制されて寿命の低下が防止される。 According to the speed reducer attached to the joint portion of the industrial robot of the present invention, the reduction ratio of the first stage speed reduction mechanism is selected to limit the rotation of the crankshaft of the eccentric oscillation type speed reducer that is the second speed reduction mechanism. Therefore, even when it is attached to the joint part of an industrial robot and used at a higher input rotation speed or output rotation speed to the speed reducer, heat generation is suppressed and a reduction in life is prevented.
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は産業ロボット50の全体図である。産業ロボット50はJ1軸関節部51、J2軸関節部52、J3軸関節部53、J4軸関節部54、J5軸関節部55及びJ6軸関節部56を備え、それぞれの関節部には減速機が取り付けられている。基端アーム58(旋回ヘッド)はベース59のJ1軸関節部51上で回動可能に取り付けられている。後述する第1アーム200は基端アーム58のJ2軸関節部52上で回動可能に取り付けられている。
図2は本発明の第1の実施の形態に係る産業ロボットのJ3軸関節部53に取り付けられた減速機の断面構造を示す線図であり、図3は図2の理解の補助として、当該線図を具体的構造に表現した図である。図4は図3のIV−IV矢視断面図である。図2、図3及び図4において、減速機100及び電動モータ1は、第1アーム200と第2アーム300が相対的に回動する産業ロボットのJ3軸関節部53に取り付けられている。減速機100は、電動モータ1からの回転数を減速する第1段減速機構(前段側減速機構)10及び第2段減速機構(後段側減速機構)30から構成されている。
第1段減速機構10は第1入力歯車部3、及び該第1入力歯車部3にそれぞれ噛み合い該第1入力歯車部3の周囲に等配された三枚の第2平歯車5を有する平歯車式減速部から構成されている。第2段減速機構30は内歯としての複数のピンからなる内歯7を有する内歯歯車体9、該内歯歯車体9の内歯7に噛み合う外歯11を有する二つの外歯歯車体13、第2平歯車5の各々が設けられると共に外歯歯車体13に係合し該外歯歯車体13を該内歯歯車体9に対して偏心揺動運動させる三個のクランク軸15及び該三個のクランク軸15を支持する支持体17を有する偏心揺動式減速機から構成されている。
第1アーム200には、電動モータ1のケース及び内歯歯車体9がボルト40で取り付けられている。第2アーム300には、支持体17がボルト40で取り付けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall view of the
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of the speed reducer attached to the J3 axis
The first
The case of the
この減速機100は、第1入力歯車部3への入力回転数が2000RPM以上(電動モータ1の出力軸の回転数が2000RPM以上であるときに、偏心揺動式減速機からの出力(本実施の形態においては内歯歯車体9が固定され、支持体17から出力回転が取り出される。)を20RPM以上として回転させる産業ロボットのJ3軸関節部53に取り付けられる。偏心揺動式減速機からの出力を20RPM以上として回転させているときに各々のクランク軸15が1000RPMを超えないで回転するように、第1段減速機構10の減速比(第1入力歯車部3と第2平歯車5との減速比)が1/3から1/6.5の間で選択され、第2段減速機構30の減速比(クランク軸15の回転数と支持体17の出力回転数との比)が1/20から1/60の間で選択され、第1段減速機構10の減速比と第2段減速機構30の減速比との積である総減速比を1/90から1/300までの間としている。
具体的設定として例えば、モータ回転数(第1段減速機構への入力回転数)を3000RPM、第2段減速機の最終出力回転数を30RPMとして使用したい場合、総減速比は約1/100であり、第1段減速構機の減速比を1/3.6とすると第2段減速機構機の減速比は1/28となり、クランク回転数は833RPM(=3000/3.6)の低速回転となって発熱が制限されるのである。
The
As a specific setting, for example, when it is desired to use the motor rotation speed (input rotation speed to the first stage reduction mechanism) as 3000 RPM and the final output rotation speed of the second stage reduction gear as 30 RPM, the total reduction ratio is about 1/100. Yes, if the reduction ratio of the first stage reduction mechanism is 1 / 3.6, the reduction ratio of the second stage reduction mechanism is 1/28, and the crank rotation speed is 833 RPM (= 3000 / 3.6). As a result, heat generation is limited.
図5は、図2及び図3の各V−V矢視断面を概略で示す線図である。図5において、二点鎖線Wで示したように第2平歯車5の歯部ピッチ円寸法は、最大でも、互いのクランク軸15(回転中心を符号15で示す)の回転中心間距離の半分しかとれない。第1入力歯車部3の歯部ピッチ円寸法は制限された三つの第2平歯車5の歯部ピッチ円寸法の中心部に配置されている。従って、第2平歯車5の歯部ピッチ円半径と第1入力歯車部3の歯部ピッチ円半径との比の最大値は、各クランク軸間距離の両端(P1およびP2)と各クランクを結ぶ中心(第1入力歯車部3の回転中心)P3とで特定される三角形(P1−P2−P3)についての三角関数から求めることができ、理論的に6.46倍である。
前述したように本発明の第1の実施形態に係る平歯車式減速部は、第1入力歯車部3、及び該第1入力歯車部3にそれぞれ噛み合い三つのクランク軸の各々に設けられて該第1入力歯車部3の周囲に等配された三枚の第2平歯車5から構成されており、当該平歯車式減速部において第1入力歯車部3及び三枚の第2平歯車5で得られる最大減速比は、歯形修正等を試みても1/6.5が限界である。従って、第1段減速機構10の減速比の上限は1/6.5としている。
各々のクランク軸15が1000RPMを超えないように回転させるためには、第1段減速機構10の減速比が大きいほど良いが、実用上の好ましい下限と制限の有る上限とを考慮して、第1段減速機構10の減速比は1/3から1/6.5の間で選択している。
第1入力歯車部3への入力回転数を2000RPM以上にして偏心揺動式減速部からの出力を20RPM以上として回転させる場合、産業ロボットの関節部における第1段減速機構10の減速比と第2段減速機構30の減速比との積である総減速比は1/90程度から1/300程度までの間で使用されると考えられ、この場合、第2段減速機構30の減速比は1/20から1/60の間で選択されれば、第1段減速機構10の減速比との関係でその総減速比が満足できる。
FIG. 5 is a diagram schematically showing cross sections taken along arrows VV in FIGS. 2 and 3. In FIG. 5, as indicated by a two-dot chain line W, the tooth portion pitch circle size of the
As described above, the spur gear type reduction unit according to the first embodiment of the present invention is provided on each of the three crankshafts that mesh with the first
In order to rotate each
When the input rotation speed to the first
ころがり軸受21は支持体17及び内歯歯車体9間に設けられ、それらが相対的に回転できるようになっている。シール部材23は支持体17及び内歯歯車体9間に設けられ、それら間から減速機内部のグリースや潤滑油が外部へ漏れないようにされている。ころがり軸受25はクランク軸15及び支持体17間に設けられ、それらが相対的に回転できるようになっている。ころがり軸受27はクランク軸15及び外歯歯車体11間に設けられ、それらが相対的に回転できるようになっている。支持体17は一対の板状部28及び該一対の板状部28を結合する柱部29から構成している。一対の板状部28には中空孔16が設けられている。外歯歯車体11には中空孔14が設けられている。
なお、本実施の形態においては内歯歯車体9が固定され、支持体17から出力回転が取り出されているが、支持体17が固定され、内歯歯車体9から出力回転が取り出される形態であっても良い。また、産業ロボットのJ1軸、J2軸、J4軸、J5軸、J6軸の各関節部に取り付けることもできる。
また、図8について後述するように、第1段減速機構10を二段構造とすることも可能である。二段構造とすることによって、第1段減速機構10の減速比を1/6.5より大きな比率1/12まで減速することができ、第1段減速機構10への入力回転数がより高くなっても対応可能になる。
以上のように、第1段減速機構の減速比を選定してクランク軸の回転が1000RPMを超えないように制限しているので、産業ロボットの関節部に取り付けられて減速機への入力回転数や出力回転数を高くして用いる場合であっても、クランク軸部からの発熱が抑制されて寿命の低下が防止できる。
The rolling
In the present embodiment, the
Further, as will be described later with reference to FIG. 8, the first
As described above, since the reduction ratio of the first stage reduction mechanism is selected and the rotation of the crankshaft is limited so as not to exceed 1000 RPM, the rotation speed input to the reduction gear is attached to the joint portion of the industrial robot. Even when the output rotational speed is increased, heat generation from the crankshaft portion is suppressed, and a reduction in life can be prevented.
第1入力歯車部3への入力回転数が2000RPM乃至4000RPMであるときには、偏心揺動式減速機からの出力を20RPM乃至40RPMとして回転させる産業ロボットの関節部に取り付けられる。偏心揺動式減速機からの出力を20RPM乃至40RPMとして回転させているときに各々のクランク軸15が1000RPMを超えないで回転するように、第1段減速機構10の減速比(第1入力歯車部3と第2平歯車5との減速比)が1/3から1/6.5の間で選択され、第2段減速機構30の減速比(クランク軸15の回転数と支持体17の出力回転数との比)が1/20から1/60の間で選択され、第1段減速機構10の減速比と第2段減速機構30の減速比との積である総減速比を1/90から1/200までの間としている。
具体的設定として例えば、モータ回転数(第1段減速機構への入力回転数)を4000RPM、第2段減速機の最終出力回転数を35RPMとして使用したい場合、総減速比は約1/114であり、第1段速機構機の減速比を1/4.5とすると第2段減速機構の減速比は1/25となり、クランク回転数は889RPM(=4000/4.5)の低速回転となって発熱が制限されるのである。
第1入力歯車部3への入力回転数が2000RPM乃至4000RPMとして偏心揺動式減速機からの出力を20RPM乃至40RPMで回転させる場合、産業ロボットの関節部における第1段減速機構10の減速比と第2段減速機構30の減速比との積である総減速比は1/90程度から1/200程度までの間で使用されると考えられ、この場合、第2段減速機構30の減速比は1/20から1/60の間で選択されれば、第1段減速機構10の減速比との関係でその総減速比が満足できる。以上のように、第1段減速機構の減速比を選定してクランク軸の回転が1000RPMを超えないように制限しているので、産業ロボットの関節部に取り付けられて減速機への入力回転数や出力回転数を高くして用いる場合であっても、クランク軸部からの発熱が抑制されて寿命の低下が防止できる。
When the input rotational speed to the first
As a specific setting, for example, when it is desired to use the motor rotation speed (input rotation speed to the first stage reduction mechanism) as 4000 RPM and the final output rotation speed of the second stage reduction gear as 35 RPM, the total reduction ratio is about 1/114. Yes, if the reduction ratio of the first-stage speed mechanism is 1 / 4.5, the reduction ratio of the second-stage reduction mechanism is 1/25, and the crank rotation speed is 889 RPM (= 4000 / 4.5). The heat generation is limited.
When the input rotation speed to the first
第1入力歯車部3への入力回転数が4001RPM乃至6000RPMであるときには、偏心揺動式減速機からの出力を20RPM乃至40RPMとして回転させる産業ロボットの関節部に取り付けられる。偏心揺動式減速機からの出力を20RPM乃至40RPMとして回転させているときに各々のクランク軸15が1000RPMを超えないで回転するように、第1段減速機構10の減速比(第1入力歯車部3と第2平歯車5との減速比)が1/3から1/6.5の間で選択され、第2段減速機構30の減速比(クランク軸15の回転数と支持体17の出力回転数との比)が1/20から1/60の間で選択され、第1段減速機構10の減速比と第2段減速機構30の減速比との積である総減速比を1/150から1/300までの間としている。
具体的設定として例えば、モータ回転数(第1段減速機構への入力回転数)を6000RPM、第2段減速機構の最終出力回転数を40RPMとして使用したい場合、総減速比は約1/150であり、第1段減速機構の減速比を1/6.3とすると第2段減速機構の減速比は1/24となり、クランク回転数は952RPM(=6000/6.3)の低速回転となって発熱が制限されるのである。
第1入力歯車部3への入力回転数が4001RPM乃至6000RPMとして偏心揺動式減速部からの出力を20RPM乃至40RPMで回転させる場合、産業ロボットの関節部における第1段減速機構10の減速比と第2段減速機構30の減速比との積である総減速比は1/150程度から1/300程度までの間で使用されると考えられ、この場合、第2段減速機構30の減速比は1/20から1/60の間で選択されれば、第1段減速機構10の減速比との関係でその総減速比が満足できる。
以上のように、第1段減速機の減速比を選定してクランク軸の回転が1000RPMを超えないように制限しているので、産業ロボットの関節部に取り付けられて減速機への入力回転数や出力回転数を高くして用いる場合であっても、クランク軸部からの発熱が抑制されて寿命の低下が防止できる。
When the input rotation speed to the first
As a specific setting, for example, when it is desired to use the motor rotation speed (input rotation speed to the first stage reduction mechanism) as 6000 RPM and the final output rotation speed of the second stage reduction mechanism as 40 RPM, the total reduction ratio is about 1/150. Yes, if the reduction ratio of the first stage reduction mechanism is 1 / 6.3, the reduction ratio of the second stage reduction mechanism is 1/24, and the crank rotation speed is low-speed rotation of 952 RPM (= 6000 / 6.3). Heat generation is limited.
When the input rotation speed to the first
As described above, since the reduction ratio of the first stage reduction gear is selected and the rotation of the crankshaft is limited so as not to exceed 1000 RPM, the rotational speed input to the reduction gear is attached to the joint portion of the industrial robot. Even when the output rotational speed is increased, heat generation from the crankshaft portion is suppressed, and a reduction in life can be prevented.
次に、図1の多関節型産業用ロボットの先端部、つまり第2アーム300前方のJ4〜J6軸関節部54、55及び56の駆動系の構造を、図6に基づいて説明する。
ロボット先端部の三つの動作(後述する捩れ、振れ、回動の動作)は、三つの電動モータ並びにJ4軸関節部54、J5軸関節部55及びJ6軸関節部56に配置されている二段減速型の減速機により駆動される。
回転軸アーム311はJ4軸関節部54によって第2アーム基部309に対して回転可能(捩れ運動)となっている。手首部313は回転軸アーム311の先端に取り付けられており、J5軸関節部55によって回動可能(振れ運動)となっている。
把持部315は、手首部313の先端に取り付けられており、J6軸関節部56によって回転可能(回動運動)となっている。把持部315に設けられた把持装置はワーク(図示なし)を着脱自在に把持する。手首部313の先端において、6個の自由度を持ち、ワークを、自在に搬送して、位置決めすることができる。前記6個の自由度を構成する回転軸部はそれぞれモータと該モータの回転が入力される本発明の実施の形態に係る二段減速型の減速機により、モータの回転数を落として駆動部を精密駆動している。
Next, the structure of the drive system of the tip part of the articulated industrial robot of FIG. 1, that is, the J4 to J6 axis
Three operations (twisting, swinging, and rotating operations to be described later) of the robot tip are two stages arranged in the three electric motors and the J4 axis joint 54, the J5 axis joint 55, and the J6 axis joint 56. It is driven by a speed reducer.
The
The
第2アーム基部309には3つのモータ317a、317b、317cが配設されており、各モータには伝達ギアを介して二段減速型の減速機319a、319b、319cが連結されている。各モータの回転は各々の一対の平歯車321a、321b、321cを介して同心円状に配置されている3本の伝動軸323a、323b、323cに伝達される。このうち最外側の伝動軸323aの回転は、二段減速型の減速機319aを介して回転軸アーム311に伝達されており、J4軸関節部の運動を担っている。中間の伝動軸323bの回転は、伝達傘歯車325を介して二段減速型の減速機319bに伝達されており、手首部313のJ4軸関節部に垂直な回転軸であるJ5軸関節部上での回動運動に変換される。最内側の伝動軸323cの回転は、伝達傘歯車327、一対の伝達平歯車329および伝達傘歯車331を介して手首部313の先端に取り付けられている二段減速型の減速機319cに伝動される。把持部315は二段減速型の減速機319cにより回転数を落とされてJ6軸上で回動運動する。
この場合、各二段減速型の減速機319a、319b及び319cの第1段減速機への入力回転数が4000RPM〜6000RPM、もしくは6001RPM以上で、偏心揺動式減速機からの出力を20RPM〜60RPM、もしくは61RPM以上で回転させるとき、その第1段減速機構の減速比を1/3〜1/6.5に、その第2段減速機構の減速比を1/20〜1/50に、その総減速比を1/90〜1/300に設定して、クランク軸の最高回転数を1000RPM以下に、もしくは900RPM以下にするのが好ましい。
Three
In this case, the input rotation speed of each of the two-
次に、6個の関節部(J1軸、J2軸、J3軸、J4軸、J5軸、J6軸)に取り付ける用途/使用条件に応じた最適な二段減速型の減速機の構成について説明する。 Next, a description will be given of the optimum configuration of the two-stage reduction gear according to the use / use conditions attached to the six joint portions (J1, A2, J3, J4, J5, J6). .
スポット溶接作業、アーク溶接作業、組み立て作業を行なう産業ロボットは、作業間の移動が短くて最高回転数での駆動時間が短いので、作業中において、J1,J2及びJ3軸における第2段減速機構のクランク軸の平均回転数が1000RPM以下に設定できるように前段減速機の減速比を設定すればよい。
しかしながら、塗装作業や搬送作業を行なう産業ロボットは、作業中長時間に亙って電動モータが高回転数で駆動され、且つワーク把持時に高負荷がかかる場合が多い。この場合、J1,J2及びJ3軸における後段部減速機構のクランク軸部に大きな負担がかかり発熱が増加する。よって、該クランク軸の最高回転数を900RPM以下にして該クランク軸部分で発熱を押さえることが好ましい。従ってこの場合、クランク軸の最高回転数を900RPM以下に設定できるように前段減速機の減速比を設定すればよい。
即ち、塗装作業や搬送作業を行なう産業ロボットのJ1,J2及びJ3軸においては、後段部減速機構のクランク軸の最高回転数を900RPM以下にするのが好ましい。
Industrial robots that perform spot welding work, arc welding work, and assembly work have short movements between works and a short drive time at the maximum number of revolutions. Therefore, during the work, the second stage reduction mechanism on the J1, J2, and J3 axes What is necessary is just to set the reduction ratio of a front stage reduction gear so that the average rotation speed of the crankshaft of this can be set to 1000 RPM or less.
However, in industrial robots that perform painting work and transport work, the electric motor is driven at a high rotational speed for a long time during the work, and a high load is often applied when a workpiece is gripped. In this case, a large load is applied to the crankshaft portion of the rear stage reduction mechanism on the J1, J2, and J3 axes, and heat generation increases. Therefore, it is preferable to suppress the heat generation at the crankshaft portion by setting the maximum rotation speed of the crankshaft to 900 RPM or less. Therefore, in this case, the reduction ratio of the front reduction gear may be set so that the maximum rotation speed of the crankshaft can be set to 900 RPM or less.
That is, for the J1, J2, and J3 axes of industrial robots that perform painting and transporting operations, it is preferable that the maximum rotational speed of the crankshaft of the rear stage reduction mechanism be 900 RPM or less.
スポット溶接作業、アーク溶接作業、組み立て作業を行なう産業ロボットにおいては、J4,J5及びJ6軸上での低速動作と高速の素早い動作を必要とし、且つ長時間連続で電動モータを高速駆動するので、後段部減速機構のクランク軸部での発熱が顕著となる。よって、該クランク軸の最高回転数を900RPM以下にして該クランク軸部分で発熱を押さえることが好ましい。従ってこの場合、クランク軸の最高回転数を900RPM以下に設定できるように前段減速機の減速比を設定すればよい。
即ち、スポット溶接作業、アーク溶接作業、組み立て作業を行なう産業ロボットのJ4,J5及びJ6軸においては、後段部減速機構のクランク軸の最高回転数を900RPM以下にするのが好ましい。
また、高速回転電動モータを用いることにより電動モータを小型化することができるので、第2アーム部の軽量化ができて、J1,J2およびJ3軸への負担を軽くすることができる。
In industrial robots that perform spot welding work, arc welding work, and assembly work, low speed operation and high speed quick operation on the J4, J5 and J6 axes are required, and the electric motor is driven at high speed continuously for a long time. Heat generation at the crankshaft portion of the rear stage reduction mechanism becomes significant. Therefore, it is preferable to suppress the heat generation at the crankshaft portion by setting the maximum rotation speed of the crankshaft to 900 RPM or less. Therefore, in this case, the reduction ratio of the front reduction gear may be set so that the maximum rotation speed of the crankshaft can be set to 900 RPM or less.
That is, for the J4, J5, and J6 axes of industrial robots that perform spot welding work, arc welding work, and assembly work, it is preferable to set the maximum rotational speed of the crankshaft of the rear stage reduction mechanism to 900 RPM or less.
Further, since the electric motor can be reduced in size by using the high-speed rotating electric motor, the weight of the second arm portion can be reduced and the burden on the J1, J2, and J3 axes can be reduced.
次に、図7を用いて本発明の第2の実施の形態に係る産業ロボットのJ4軸関節部に取り付けられた減速機を説明する。本減速機は、第1の実施に係る減速機の最終出力側に更に平歯車式の減速機構を備えた形態のものである。第1の実施に係る減速機の構造と同じ部分は同じ符号を付しその符号の説明は省略する。
減速機100及び電動モータ1は、第2アーム300と回転軸アーム311が相対的に回動する産業ロボットのJ4軸関節部54に取り付けられている。減速機100及び電動モータ1は、回転軸アーム311の回転軸線上からシフトして第2アーム300に設けられている。回転軸アーム311は第2アーム300に軸受404で回転自在に支持されている。
減速機100は、電動モータ1からの回転数を減速する第1段減速機構10及び第2段減速機構30から基本的に構成されている。第2段減速機構30の支持体17には、平歯車401が固定されている。平歯車402は回転軸アーム311に固定され平歯車401に噛み合っている。平歯車402の歯部のピッチ円直径は平歯車401の歯部のピッチ円直径より大きくなっていて、支持体17の回転が1/1.5乃至1/4に減速されて回転軸アーム311に伝達されている。
この実施例においては、第1段減速機への入力回転数が2000RPM〜6000RPM、もしくは6001RPM以上で、偏心揺動式減速機からの出力を20RPM〜60RPM、もしくは61RPM以上で回転させるとき、その第1段減速機構10の減速比を1/3〜1/6.5に、その第2段減速機構の減速比を1/20〜1/50に、その総減速比を1/90〜1/300に設定して、クランク軸の最高回転数を1000RPM以下に、もしくは900RPM以下にするのが好ましい。
平歯車402、第2アーム300及び回転軸アーム311は、それらの回転中央部が中空403となっていて、該中空403には産業ロボットが必要とする配線、配管等が挿入できるようになっている。
Next, the speed reducer attached to the J4 axis joint part of the industrial robot according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This speed reducer has a configuration in which a spur gear speed reduction mechanism is further provided on the final output side of the speed reducer according to the first embodiment. The same parts as those of the structure of the speed reducer according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
The
The
In this embodiment, when the input rotational speed to the first stage speed reducer is 2000 RPM to 6000 RPM or 6001 RPM or higher and the output from the eccentric rocking type speed reducer is rotated at 20 RPM to 60 RPM or 61 RPM or higher, The reduction ratio of the
The
次に、図8を用いて本発明の第3の実施の形態に係る産業ロボットのJ3軸関節部に取り付けられた減速機を説明する。本減速機は、第1の実施に係る減速機の第1段減速機構に、二段の平歯車式減速機を採用した形態のものである。第1の実施に係る減速機の構造と同じ部分は同じ符号を付しその符号の説明は省略する。
減速機100及び電動モータ1は、第1アーム200と第2アーム300が相対的に回動する産業ロボットのJ3軸関節部53に取り付けられている。減速機100は、電動モータ1からの回転数を減速する第1段減速機構10及び第2段減速機構30から構成されている。第1段減速機構30は、電動モータ1の出力軸に固定的に設けられた平歯車501、クランク軸15に固定的に設けられた平歯車502、平歯車503および平歯車504を有する中間軸505から構成されている。また、第1段減速機構10を二段構造とすることによって、第1段減速機構10の減速比を1/6.5より大きな比率1/12まで減速することができ、第1段減速機構10への入力回転数がより高くなっても対応可能になる。
クランク軸15は支持体17に軸受506で回転自在に支持されている。平歯車503は平歯車501と噛み合い、平歯車504は平歯車502と噛み合っている。
平歯車503の歯部のピッチ円直径は平歯車501の歯部のピッチ円直径より大きくなっており、平歯車502の歯部のピッチ円直径は平歯車504の歯部のピッチ円直径より大きくなっている。電動モータ1の回転は1/2乃至1/5に減速されて中間軸505に伝達され、中間軸505の回転は1/2乃至1/5に減速されてクランク軸15に伝達されている。
この実施例においては、第1段減速機への入力回転数が4000RPM〜6000RPM、もしくは6001RPM以上で、偏心揺動式減速機からの出力を20RPM〜60RPM、もしくは61RPM以上で回転させるとき、その第1段減速機構10の減速比を1/3〜1/12に、その第2段減速機構の減速比を1/20〜1/50に、その総減速比を1/90〜1/500に設定して、クランク軸の最高回転数を1000RPM以下に、もしくは900RPM以下にするのが好ましい。
Next, the speed reducer attached to the J3 axis joint of the industrial robot according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This speed reducer employs a two-stage spur gear type speed reducer as the first speed reduction mechanism of the speed reducer according to the first embodiment. The same parts as those of the structure of the speed reducer according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
The
The
The pitch circle diameter of the tooth portion of the
In this embodiment, when the input rotational speed to the first stage speed reducer is 4000 RPM to 6000 RPM, or 6001 RPM or higher and the output from the eccentric rocking speed reducer is rotated at 20 RPM to 60 RPM, or 61 RPM or higher, The reduction ratio of the
次に、図9を用いて本発明の第4の実施の形態に係る産業ロボットのJ1軸関節部に取り付けられた減速機を説明する。本減速機は、第1の実施に係る減速機の変形形態であり、特定の1本のクランク軸のみに電動モータの回転駆動力を伝達するものである。第1の実施に係る減速機の構造と同じ部分は同じ符号を付しその符号の説明は省略する。
減速機100及び電動モータ1は、基端アーム58(旋回ヘッド)とベース59が相対的に回動する産業ロボットのJ1軸関節部に取り付けられている。減速機100は、電動モータ1からの回転数を減速する第1段減速機構10及び第2段減速機構30から構成されている。第1段減速機構10は、電動モータ1の出力軸に固定的に設けられた平歯車601、特定の1本のクランク軸15のみに固定的に設けられた平歯車602から構成されている。従って、第2段減速機構30の特定の1本のクランク軸15のみにまず電動モータ1の回転駆動力が伝達されている。平歯車602の歯部のピッチ円直径は平歯車601の歯部のピッチ円直径より大きくなっている。電動モータ1の回転は1/2乃至1/5に減速されて1本のクランク軸15に伝達されている。
中空の中間歯車体603は、平歯車602と噛み合うとともに、他の2本のクランク軸(図示なし)に設けた前記平歯車602と異なる平歯車(図示なし)に噛み合っている。従って、中間歯車体603に伝達された回転は、前記他の2本のクランク軸に分配されて伝達されている。中間歯車体603は、基端アーム58に軸受604で回転自在に支持されている。中空円筒状のカバー605は、その一端外周が基端アーム58に設けたオイルシール606に当接しシールされ、その他端がベース59に対して回転する減速機100の支持体17にボルト607で固定されシールされている。カバー605内には、産業ロボットが必要とする配線、配管等608が挿入されている。
この実施例においては、第1段減速機への入力回転数が2000RPM〜4000RPMで、偏心揺動式減速機からの出力を20RPM〜60RPMで回転させるとき、その第1段減速機構10の減速比を1/3〜1/6.5に、その第2段減速機構の減速比を1/20〜1/40に、その総減速比を1/90〜1/200に設定して、クランク軸の最高回転数を1000RPM以下に、もしくは900RPM以下にするのが好ましい。
Next, a reduction gear attached to a J1-axis joint part of an industrial robot according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This speed reducer is a modified form of the speed reducer according to the first embodiment, and transmits the rotational driving force of the electric motor only to one specific crankshaft. The same parts as those of the structure of the speed reducer according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
The
The hollow
In this embodiment, when the input rotational speed to the first stage reduction gear is 2000 RPM to 4000 RPM and the output from the eccentric rocking reduction gear is rotated at 20 RPM to 60 RPM, the reduction ratio of the first
100 ・・・減速機
10 ・・・・第1段減速機構
3 ・・・・・第1入力歯車部
5 ・・・・・第2平歯車
30 ・・・・第2段減速機構
9 ・・・・・内歯歯車体
13 ・・・・外歯歯車体
15 ・・・・クランク軸
17 ・・・・支持体
200 ・・・第1アーム
300 ・・・第2アーム
DESCRIPTION OF
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