JP2006200600A

JP2006200600A - 変速装置

Info

Publication number: JP2006200600A
Application number: JP2005011462A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Tamai; 博文玉井
Original assignee: Muscle Corp
Current assignee: Muscle Corp
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】大きな変速比を得ることができるとともに、振動等の発生を抑制することが容易で、かつ自由に変速比を調整できる変速装置を提供する。
【解決手段】第１変速部と第１変速部に駆動される第２変速部とからなる変速装置で、第１変速部の変速比と第２変速部の変速比との比の値が１に近い所定値とされる。第１変速部が第１太陽歯車１１と第１遊星歯車１２と固定された第１内歯車１３と第１キャリア１４とを備えた第１遊星歯車機構１とされ、第２変速部が第２太陽歯車２１と第２遊星歯車２２と第２内歯車２３と第２キャリア２４とを備えた第２遊星歯車機構２とされ、第１太陽歯車１と第２太陽歯車２とが入力軸４に嵌装され、第１キャリア１４と第２キャリア２４とが連結部材３０で連結される。
【選択図】図１

Description

本発明は、変速装置に関する。さらに詳しくは、小型、軽量かつ高精度で大きな減速比を得ることができる変速装置に関する。

近年、ロボットの駆動源は、油圧式に代わりサーボモータが主流となっている。ロボットをサーボモータで駆動する場合、サーボモータはロボットアームの関節に取り付けられる。このため、サーボモータを小型化、軽量化することが求められる。

したがって、減速比の大きな減速機をサーボモータに接続し、トルクの小さな小型のモータであっても十分な力を得るようにされるのが通常である。この場合、減速機自体も小型、軽量であり、かつ大きな減速比を得ることができるように、遊星歯車式減速機が適用されることが多い。

ところが、遊星歯車式減速機は、減速比が１段で１０程度が限度であるために、遊星歯車機構を多段に接続して大きな減速比を得るようにされる。ところが、接続される遊星歯車の段数が多くなると、それに伴って減速機が大型化するために、いわゆる不思議遊星歯車機構（特許文献１、２、３参照）のような大きな減速比を得られる減速機が適用されることも多い。

図６に、不思議遊星歯車機構の一例を半断面図で示す。

不思議遊星歯車機構１００は、図６に示すように、入力軸１０１からの入力を第１遊星歯車機構部１０２および第２遊星歯車機構部１０３により減速して出力軸１０４から出力するようにされてなるものである。図中、符号１０５は太陽歯車を示し、符号１０６は遊星歯車を示し、符号１０７は固定内歯車を示し、符号１０８は被駆動内歯車を示す。

しかしながら、不思議遊星歯車機構は、振動や騒音が発生し易いといった不都合がある上に、その構造上、減速比を自由に調節することが困難である（特に、特許文献３参照）ために、所望の設計をなし得ない場合がある。
特開２００２−３６４７１４号公報特開２００１−３１７５９８号公報特開２０００−２７４４９５号公報

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、大きな変速比を得ることができるとともに、振動等の発生を抑制することが容易で、かつ自由に変速比を調整できる変速装置を提供することを目的としている。

本発明の変速装置は、第１変速部と該第１変速部に駆動される第２変速部とを備えてなる変速装置であって、前記第１変速部の変速比と前記第２変速部の変速比との比の値が１に近い所定値とされてなることを特徴とする。

本発明の変速装置の第１形態は、第１変速部が、第１太陽歯車と第１遊星歯車と固定された第１内歯車と第１キャリアとを備えた第１遊星歯車機構とされ、第２変速部が、第２太陽歯車と第２遊星歯車と第２内歯車と第２キャリアとを備えた第２遊星歯車機構とされ、前記第１太陽歯車と前記第２太陽歯車とが、入力軸に嵌装され、前記第１キャリアと前記第２キャリアとが、連結部材で連結されてなることを特徴とする。

本発明の変速装置の第１形態においては、第１太陽歯車がクラッチを介して入力軸に嵌装され、第２太陽歯車がクラッチを介して入力軸に嵌装されてなるのが好ましい。

本発明の変速装置の第２形態は、第１変速部が第１軸受機構とされ、第２変速部が第２軸受機構とされ、第１軸受機構の軸受と第２軸受機構の軸受とが、入力軸に嵌装され、第１軸受機構の軸受の保持器と第２軸受機構の軸受の保持器とが、連結部材で連結されてなることを特徴とする。

本発明の変速装置によれば、簡易な構成により大きな変速比が得られるという優れた効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

実施形態１
本発明の実施形態１に係る変速装置を図１に半断面図で示す。なお、実施形態１の変速装置Ｋは、遊星歯車機構により構成されている。

変速装置Ｋは、図１に示すように、第１太陽歯車１１（歯数：ＺＡ１）、第１遊星歯車１２（歯数：ＺＢ１）、第１内歯車１３（歯数：ＺＣ１）および第１キャリア１４からなる第１遊星歯車機構（第１変速部）１と、第２太陽歯車２１（歯数：ＺＡ２）、第２遊星歯車２２（歯数：ＺＢ２）、第２内歯車２３（歯数：ＺＣ２）および第２キャリア２４からなる第２遊星歯車機構（第２変速部）２とを同軸に配置し、第１太陽歯車１１および第２太陽歯車２１と入力軸３とを接続するとともに、第２内歯車２３に出力軸４を接続して構成されている。なお、図１は、変速装置Ｋの上半分の断面図である。

第１遊星歯車１の第１内歯車１３は変速装置ＫのケースＣに固定されており、回転が阻止されている。

第１遊星歯車機構１の第１キャリア１４と、第２遊星歯車機構２の第２キャリア２４とは対向配置され、かつ一体的に回転するよう連結部材３０により連結されている。

ここで、第１太陽歯車１１の径ｒＡ１は第２太陽歯車２１の径ｒＡ２よりも小さく（ｒＡ１＜ｒＡ２）されている。つまり、第１太陽歯車１１の歯数ＺＡ１は第２太陽歯車２１の歯数ＺＡ２よりも少なく（ＺＡ１＜ＺＡ２）される。

第１遊星歯車１２の径ｒＢ１は第２遊星歯車２２の径ｒＢ２よりも大きく（ｒＢ１＞ｒＢ２）されている。つまり、第１遊星歯車１２の歯数ＺＢ１は第２遊星歯車２２の歯数ＺＢ２よりも多く（ＺＢ１＞ＺＢ２）されている。また、第１内歯車１３の径ｒＣ１は第２内歯車２３の径ｒＣ２よりも大きく（ｒＣ１＞ｒＣ２）されている。つまり、第１内歯車１３の歯数ＺＣ１は第２内歯車２３の歯数ＺＣ２よりも大きく（ＺＣ１＞ＺＣ２）されている。

このとき、変速装置Ｋの減速比Ｘ（Ｘ＝出力回転数Ｉ２／入力回転数Ｉ１）は、下記式１で表される。

X=｛1/(1+(ZC1/ZA1)｝×｛1-(ZC1/ZA1)/(ZC2/ZA2)｝（１）
式１から理解されるように、（ＺＣ１/ＺＡ１）（この比を第１変速比ということにする。）と（ＺＣ２/ＺＡ２）（この比を第２変速比ということにする。）との差を小さくすることによって、つまり両者の比を値１に近づけることによって減速比Ｘを大きくすることができる。したがって、第１内歯車１３の歯数ＺＣ１と第１太陽歯車１１の歯数ＺＡ１との比を調節し、または第２内歯車２３の歯数ＺＣ２と第２太陽歯車２１の歯数ＺＡ２との比を調節することによって、減速比Ｘを自由に設定することが可能となる。ここで、各歯数比（ＺＣ１/ＺＡ１）、（ＺＣ２/ＺＡ２）は、それぞれの遊星歯車１２、２２の径を調整することによって互いに独立して調節することができるために設計の自由度は大きい。

この点、いわゆる３Ｋ型不思議遊星歯車減速機では第１内歯車の歯数ＺＣ１と第２遊星歯車の歯数ＺＣ２との関係で減速比が決まり、各歯車の噛み合い中心距離を大きく異ならせることなく歯数差を導入して大きな減速比を得る必要があるために設定の自由度が小さい。

また、本発明の変速装置Ｋにおいては、第１遊星歯車１２の個数と第２遊星歯車２２の個数とを同数に揃える必要はなく、それぞれの遊星歯車機構１、２において遊星歯車１２、１３の個数を最適なものに設定することができる。この点、遊星歯車が一体的に形成される３Ｋ型不思議遊星歯車減速機よりも設計の自由度が大きい。

また、３Ｋ型不思議遊星歯車減速機では、遊星歯車の個数によっても、とり得る歯数に制限が生じるためにさらに設計の自由度が小さい。

その上、本発明の変速装置Ｋは、キャリア１４，２４同士を一体的に回転するよう連結部材３０により連結するといったシンプルな構成であるために、製作も容易であり、構造が複雑な３Ｋ型不思議遊星歯車減速機を使用する場合に発生するような振動や騒音を低減できる。

実施形態２
本発明の実施形態２を図２にスケルトン図で示し、実施形態２の変速装置Ｋ１は実施形態１を改変したものであり、入力軸３と第１太陽歯車１１および第２太陽歯車２１との間にクラッチ５、６を設け、入力軸３と両歯車１１，２１との接続状態をそれぞれ断続可能に構成したものである。実施形態２のその余の構成は実施形態１と同様とされる。

図３に、入力軸３と第１太陽歯車１１との間に設けられた第１クラッチ５を「断」とした場合を示す。この場合、変速装置Ｋ１の減速比Ｘ１(１)は、下記式２で表される。なお、この状態においては、連結部材３０は適宜手段３０ａにより固定される。

Ｘ１(１)=ＺＡ２/ＺＣ２（２）
図４に、入力軸３と第２太陽歯車２１との間に設けられた第２クラッチ６を「断」とした場合を示す。この場合、変速装置Ｋ１の減速比Ｘ１(２)は、下記式２で表される。なお、この状態では、第２太陽歯車２１は適宜手段２１ａにより回転自在に固定される。

Ｘ１(２)=｛１／（１＋（ＺＣ１/ＺＡ１））｝×｛１＋（ＺＡ２／ＺＣ２）｝（３）
このように、実施形態２の変速装置Ｋ１では、入力軸３と第１太陽歯車１１および第２太陽歯車２１との間に、クラッチ５、６を設けたので、変速装置Ｋ１の減速比Ｘ１を切り替えることが可能となる。したがって、ロボットアームを無負荷で所望位置に移動させるような場合には、小さな減速比に切り替えて動作させることができる。

実施形態３
本発明の実施形態３を図５に半断面図で示し、実施形態３の変速装置Ｋ２は実施形態１を改変したものであって、歯車に代えて例えばボールベアリングを備えてなる第１軸受機構（第１変速部）７および第２軸受機構（第２変速部）８を配設し、これにより回転駆動力を伝達するよう構成されてなるものとされる。実施形態３のその余の構成は実施形態１と同様とされる。

すなわち、変速装置Ｋ２は、前記実施形態１，２における第１遊星歯車１２および第２遊星歯車２２と対応する位置に、それぞれ第１軸受機構７および第２軸受機構８が配設されており、それらの軸受の内輪７１、８１が入力軸３の外周に固定され、また外輪７２、８２は第１内歯車１３および第２内歯車２３に相当するリング状部材１５，２５の内周に固定されている。

ここで、第１軸受機構７の軸受の取付位置における入力軸３の径Ｒ１は、第２軸受機構８の軸受の取付位置における入力軸３の径Ｒ２よりも大きくされている。また、第１軸受機構７の軸受の内周面から外周面までの厚さＨ１は、第２軸受機構８の厚さＨ２よりも小さくされている。つまり、第１変速部の変速比と、第２変速部の変速比の比の値が１に近い所定値となるようにされている。

また、第１リング状部材１５はケースＣに固定されて回転が阻止される一方、第２リング状部材２５は出力軸４と接続されかつ第２軸受機構８の軸受により回転自在に支持され、出力軸４と一体的に回転するようにされている。

また、第１軸受機構７の軸受の転動体７３と第２軸受機構８の軸受の転動体８３とは、それらの保持器７４，８４が連結部材３０により互いに連結されることによって、相対位置を保ちながら転動するものとされる。

このように、実施形態３の変速装置Ｋ２は、歯車の代わりに軸受機構７，８を用いるので、変速装置を安価なものにすることができるとともに、騒音の発生も抑えられる。

なお、歯車の代わりに軸受を用いた場合には、いわゆる「すべり」が発生するが、比較的低負荷の作業のみを行うロボット等への適用においては所望の動力伝達特性を発揮することができる。また、出力軸にエンコーダを配設することによって位置制御も正確になし得る。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施形態では、軸受はボールベアリングとされているが、軸受は各種のものとでき例えばローラーベアリングとすることもできる。

本発明は、大きな変速比が必要とされるシステムに適用する場合に、簡易な構成で設計自由度を大きくできる。

本発明の実施形態１に係る変速装置の構成を示す半断面図である。本発明の実施形態２に係る変速装置の構成を示すスケルトン図である。同装置の動作説明図である。同装置の別の動作説明図である。本発明の実施形態３に係る変速装置の構成を示す半断面図である。従来の３Ｋ型遊星歯車式変速装置の構成を示す半断面図である。

符号の説明

Ｋ変速装置
Ｃケース
１第１遊星歯車機構
２第２遊星歯車機構
３入力軸
４出力軸
１１，２１太陽歯車
１２，２２遊星歯車
１３，２３内歯車
１４，２４キャリア
３０連結部材
５，６クラッチ
７第１軸受機構
８第２軸受機構
７１，８１内輪
７２，８２外輪
７３，８３転動体
７４，８４保持器

Claims

第１変速部と該第１変速部に駆動される第２変速部とを備えてなる変速装置であって、
前記第１変速部の変速比と前記第２変速部の変速比との比の値が１に近い所定値とされてなることを特徴とする変速装置。
第１変速部が、第１太陽歯車と第１遊星歯車と固定された第１内歯車と第１キャリアとを備えた第１遊星歯車機構とされ、
第２変速部が、第２太陽歯車と第２遊星歯車と第２内歯車と第２キャリアとを備えた第２遊星歯車機構とされ、
前記第１太陽歯車と前記第２太陽歯車とが、入力軸に嵌装され、
前記第１キャリアと前記第２キャリアとが、連結部材で連結されてなる
ことを特徴とする請求項１記載の変速装置。
第１太陽歯車がクラッチを介して入力軸に嵌装され、第２太陽歯車がクラッチを介して入力軸に嵌装されてなることを特徴とする請求項２記載の変速装置。
第１変速部が第１軸受機構とされ、第２変速部が第２軸受機構とされ、
第１軸受機構の軸受と第２軸受機構の軸受とが、入力軸に嵌装され、
第１軸受機構の軸受の保持器と第２軸受機構の軸受の保持器とが、連結部材で連結されてなる
ことを特徴とする請求項１記載の変速装置。