JP2010038220A - 歯車のバックラッシュ調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熟練が不要で、高精度に加工された補助具を用いなくとも、一対の歯車を、所望のバックラッシュを持った状態に組み立てる。
【解決手段】一対の歯車１６，１７のうち、一方の歯車１６の歯面１６ａに潤滑剤を含んだ固体皮膜２０を形成する。一対の歯車１６，１７の組立時に、一方の歯車１６における１枚の歯の両側の歯面１６ａの固体皮膜２０が他方の歯車１７の隣り合う２枚の歯の歯面１７ａに接触する位置に、それら一対の歯車１６，１７の軸間距離を定める。この後、歯車１６，１７を回転させて固体皮膜２０を摩耗或いは剥離させる。これにより、両歯車１６，１７間に所望の大きさのバックラッシュが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに噛み合う２個の歯車のバックラッシュを調整する方法に関する。

例えば、歯車減速装置では、互いに噛み合う関係にある歯車どうしに適度なバックラッシュを与える必要がある。バックラッシュが適度な大きさに定められていないと、振動、騒音、寿命低下などを来たしたりする。
このバックラッシュは作業者の熟練に頼るのが一般的であるが、非熟練者では、バックラッシュの適度な調節が難しく、バックラッシュが大小ばらつく。
特許文献１では、ガイドリングにより、互いに噛み合う２個の歯車が取り付けられる軸の距離を調節し、２個の歯車が適度なバックラッシュを持つことができるようにしている。これによれば、非熟練者でも、容易に適度なバックラッシュに調節できる。
なお、本発明とは直接の関係はないが、特許文献２では、騒音低下を目的に、歯面に固体潤滑皮膜を形成し、動力伝達時に固体潤滑皮膜同士の滑らかな接触面がすべり面となるようにしている。
特開２００３−１７６８５５号公報 特開平１１−８２６８５号公報

特許文献１のガイドリングを用いるものでは、ガイドリングを精度良く製造しなければならないため、製造コストが高くなる。
そこで、本発明は、ガイドリングなどの高精度に加工された補助具を用いなくとも、所望のバックラッシュに調整することができる歯車のバックラッシュ調整方法を提供することを目的とする。

本発明は、互いに噛み合う２個の歯車のうちの少なくとも一方の歯車の歯面に、潤滑剤からなる、または潤滑剤を含む所望の厚さの個体皮膜を形成し、２個の歯車のうちの一の歯車の隣り合う２枚の歯の間に、他の歯車の歯を挿入して当該他の歯車の歯が一の歯車の隣り合う２枚の歯の歯面に接するように２個の歯車の軸間距離を定めて２個の歯車の回転中心位置を固定する組立を行った後、２個の歯車を回転させて個体皮膜を摩耗、或いは剥離させることにより、所望のバックラッシュを形成するようにしたので、熟練が不要で、高精度に加工された補助具を用いなくとも、２個の歯車を、所望のバックラッシュを持った状態に組み立てることができる。

以下、本発明をロボットのアーム駆動装置における歯車減速装置に適用した一実施形態につき、図面を参照しながら説明する。例えば、垂直多関節型ロボットでは、各アームは、互いに回転関節によって回転可能に連結されている。そして、各アームは、アーム駆動装置によって回転駆動される。
図２は、アーム駆動装置１の一例を示すもので、駆動対象アームの前段のアーム（前段アーム）２内に配設されている。このアーム駆動装置１は、モータ３を駆動源とする歯車減速装置４を主体とするもので、中間軸５および出力軸６を備えている。上記モータ３は、前段アーム２に固定されている。具体的には、モータケース７のフランジ部７ａに形成された複数個の通し孔８にボルト９を通し、このボルト９を前段アーム２に螺着することによって固定されている。

前記中間軸５は、前段アーム２に軸受１０を介して回転可能に支持されている。出力軸６は、ブラケット１１に軸受１２を介して回転可能に支持され、そのブラケット１１が前段アーム２に固定されている。このブラケット１１の固定構成は、モータ３の場合と同様のもので、ブラケット１１のフランジ部１１ａに形成された複数の通し孔１３にボルト１４を通し、このボルト１４を前段アーム２に螺着するというものである。

歯車減速装置４は、モータ３の回転軸１５に固着された小歯車１６、中間軸５に固着された大歯車１７、同じく中間軸に固着された小歯車１８、出力軸６に固着された大歯車１９から構成されている。そして、モータ３の回転軸１５の小歯車１６と中間軸５の大歯車１７とが互いに噛合し、中間軸５の小歯車１８と出力軸６の大歯車１９とが互いに噛合している。したがって、モータ３の回転軸１５の回転は、小歯車１６と大歯車１７により減速されて中間軸５へ伝えられ、この中間軸５の回転は、小歯車１８と大歯車１９により更に減速されて出力軸６へと伝えられる。そして、出力軸６の回転によって次段のアーム（図示せず）が回転される。

ところで、互いに噛み合う関係にある回転軸１５の小歯車１６と中間軸５の大歯車１７、中間軸５の小歯車１８と出力軸６の大歯車１９には、適度なバックラッシュを与える必要がある。ここで、バックラッシュは、一対の歯車を噛み合わせたときの歯面間の遊びをいう。
本実施形態では、バックラッシュは、次のようにして与えるようにしている。なお、モータ３の回転軸１５の小歯車１６と中間軸５の大歯車１７とのバックラッシュ、中間軸５の小歯車１８と出力軸６の大歯車１９とのバックラッシュの与え方は同じであるので、ここでは、モータ３の回転軸１５の小歯車１６と中間軸５の大歯車１７とのバックラッシュの付与方法につき説明することとし、中間軸５の小歯車１８と出力軸６の大歯車１９とのバックラッシュの付与については説明を省略する。

まず、歯車減速装置４として組み立てる前の小歯車１６と大歯車１７のうちの少なくとも一方、この実施形態では一方の歯車である小歯車１６について、図１（ａ）に示すように、その歯面１６ａを含む表面全体に潤滑剤を含む低耐摩耗性皮膜としての固体皮膜２０を形成する。この固体皮膜２０は、例えば、アニオン電着タイプの水性エポキシ樹脂に、潤滑剤としての４フッ化エチレン樹脂を配合した皮膜からなり、歯面１６ａへの皮膜形成方法は電着塗装による（例えば、株式会社ダイゾー、潤滑電着コーティング）。この固体皮膜２０の硬度は、鉛筆硬度で表すと３Ｈ程度で、耐久性の乏しいものである。ちなみに、小歯車１６は鋼製で、その硬さはＨｂ６００程度である。

上記の固体皮膜２０の厚さは、得ようとするバックラッシュのほぼ半分の厚さとする。本実施形態では、バックラッシュを５〜１０μｍに定めるので、固体皮膜２０の厚さは、２．５〜５μｍとする。電着塗装は、皮膜厚さの制御を行い易く、この程度の薄い皮膜を高い精度で形成できる。

歯面に固体皮膜２０が形成された小歯車１６は、モータ３を前段アーム２に固定する前に回転軸１５に取着される。そして、大歯車１７および小歯車１８を取着した中間軸５を前段アーム２に取り付けた後、小歯車１６を回転軸１５に取着したモータ３を前段アーム２に固定する。この固定は、前述したようにモータケース７の通し孔８にボルト９を通して前段アーム２に螺着することによって行うが、図３に示すように、ボルト９を完全に締め付けずに、緩めた状態にしておけば、通し孔８の内径の方がボルト９の外径よりも大きいので、両者の寸法差内でモータ３を動かすことができる。

そこで、この状態で、モータ３を中間軸５側に少しずつ動かし、例えば、回転軸１５の小歯車１６の１枚の歯が中間軸５の大歯車１７の隣り合う２枚の歯の間に入り込むようにし、そして、図１（ｂ）に示すように、小歯車１６における１枚の歯の両側の歯面１６ａ（固体皮膜２０）が大歯車１７の隣り合う２枚の歯の歯面１７ａに接するように位置調整する。そして、小歯車１６の１枚の歯の両側の歯面１６ａ（固体皮膜２０）が大歯車１７の隣り合う２枚の歯の歯面１７ａに接したところでボルト９を締め付けてモータ３を固定する。

この後、モータ３の回転軸１５を正逆方向に回転させる。すると、小歯車１６の歯面１６ａに形成された固体皮膜２０が大歯車１７の歯と擦れ合うことにより摩耗或いは剥離し、ついには図１（ｃ）に示すように、歯面１６ａから固体皮膜２０が除去された状態になる。このようになると、小歯車１６の歯と大歯車１７の歯との間には、固体皮膜２０の厚さのほぼ２倍の所望寸法のバックラッシュが形成されたこととなる。

このように本実施形態によれば、大歯車１７の隣り合う２枚の歯の間に小歯車１６の歯を入れて当該小歯車１６の歯面１６ａの固体皮膜２０が大歯車１７の隣り合う２枚の歯の歯面１７ａに接するようにモータ３の位置を調節するという簡単な作業で所望のバックラッシュを形成することができるので、なんら熟練を必要としないし、補助具を用いなくとも容易に行うことができる。

また、固体皮膜２０は、摩耗し、微細粉となるが、固体皮膜２０は固体潤滑剤を含んでいるので、その摩耗微細粉が固体潤滑剤として機能し、低摩擦を実現する。
ちなみに、前述した特許文献２は、歯車の歯面に固体潤滑皮膜を形成しているが、この皮膜によって長期にわたる歯車間の潤滑を図るものである。このような特許文献２では、固体潤滑皮膜の早期摩耗を期待するのではなく、逆に、長期にわたる使用においても摩耗しないことを期待するものであって本実施形態とは根本的に異なるものである。

なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、次のような拡張或いは変更が可能である。
大歯車１７の１枚の歯が小歯車１６の隣り合う２枚の歯の間に入り込むようにし、大歯車１７の１枚の歯の両側の歯面１７ａが小歯車１６の隣り合う２枚の歯の歯面１６ａの固体皮膜２０に接するようにモータ３の位置を調節するようにしても良い。
固体皮膜２０としては、潤滑剤としての二硫化モリブデンやフッ素系樹脂などの固体潤滑剤を塗料化し、これをスプレー、浸漬などによって歯面に付着させて硬化させたものであっても良い（例えば、株式会社ダイゾー、ＮＩＣＨＩＭＯＬＹ ＤＭコート）。
固体皮膜２０は、一実施形態とは逆に、大歯車１７に形成しても良いし、小歯車１６と大歯車１７の双方に形成しても良い。
本発明は、ロボットのアーム駆動装置の歯車ばかりでなく、バックラッシュを形成する場合一般に広く適用することができる。

本発明の一実施形態におけるバックラッシュ形成過程を順に示す歯車部分の断面図 ロボットのアーム駆動装置の概略構成を示す断面図 モータの固定構造を示す断面図

符号の説明

図面中、１はアーム駆動装置、３はモータ、５は中間軸、６は出力軸、８は通し孔、９はボルト、１１はブラケット、１３は通し孔、１４はボルト、１５は回転軸、１６は小歯車、１７は大歯車、１８は小歯車、１９は大歯車、２０は固体皮膜を示す。

Claims (1)

1. 互いに噛み合う２個の歯車のバックラッシュを調整する方法において、
   前記２個の歯車のうちの少なくとも一方の歯車の歯面に、潤滑剤からなる、または潤滑剤を含む所望の厚さの固体皮膜を形成し、前記２個の歯車のうちの一の歯車の隣り合う２枚の歯の間に、他の歯車の歯を挿入して当該他の歯車の歯が前記一の歯車の隣り合う２枚の歯の歯面に接するように前記２個の歯車の軸間距離を定めて前記２個の歯車の回転中心位置を固定する組立を行った後、前記２個の歯車を回転させて前記固体皮膜を摩耗、或いは剥離させることにより、所望のバックラッシュを形成するようにしたことを特徴とする歯車のバックラッシュ調整方法。

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