JP4702505B2

JP4702505B2 - ギヤ装置

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Publication number: JP4702505B2
Application number: JP2000154931A
Authority: JP
Inventors: 純二萩池
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: EP1158205A2; US20010046919A1; JP2001336586A; EP1158205A3; US6547687B2; EP1158205B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるＳ−Ｐ−Ｃ形遊星歯車機構における動的バランスを改善するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
入力軸と出力軸の軸芯を一致させたギヤ装置として、遊星歯車機構が良く知られている。この遊星歯車機構は、一般的にサンギヤ、プラネタギヤ及びキャリヤの三要素からなり、サンギヤは外歯車と内歯車（リングギヤ）の少なくとも一方を含むものである。そして、上記三要素の組合せによって、種々の形式に分類されている。
【０００３】
図７には、遊星歯車機構の形式の中で、Ｓ−Ｐ−Ｃ形遊星歯車機構と称されるギヤ装置を模式的に示している。ここで、符号Ｓはサンギヤの軸を、符号Ｐはプラネタギヤの軸を、符号Ｃはキャリヤの軸を意味するものであり、これらの各軸を基本構成としている。図７の例では、キャリヤの軸Ｃは入力軸であり、プラネタギヤの軸Ｐは出力軸である。また、プラネタギヤはキャリヤの軸Ｃによって、偏芯支持されかつ回転可能となっている。そして、プラネタギヤは固定されたサンギヤ（リングギヤ）と噛合うことで、自転運動及び公転運動を行なう。なお、プラネタギヤの軸Ｐは、プラネタギヤの自転運動のみ出力として取り出すために、自在継手Ｊ若しくはこれに相当する連結要素を備えている。
【０００４】
このＳ−Ｐ−Ｃ形遊星歯車機構は、入力軸と出力軸の軸芯を一致させた状態で、かつ、二つのギヤ（リングギヤ、プラネタギヤ）のみによって比較的大きな減速比（30：１）を得ることができることから、様々な分野で利用価値の高いものである。なお、いわゆるハーモニックドライブも、当該Ｓ−Ｐ−Ｃ形遊星歯車機構に分類されるギヤ装置である。
【０００５】
このＳ−Ｐ−Ｃ形遊星歯車機構は、プラネタギヤの偏芯運動に伴う振動を抑えることが必要不可欠となる。図８には、かかる振動の発生を抑えることを目的として構成された、従来のＳ−Ｐ−Ｃ形ギヤ装置を示している。
【０００６】
このギヤ装置１は、入力軸２と出力軸３との間に、固定されたリングギヤ４と、自転運動及び公転運動を行なうプラネタギヤ５とを配置して、一段の減速を行なうものである。入力軸２には、偏芯部２ａ,２ａ’を設け、かかる部分によって、プラネタギヤ５,５’を偏芯させた状態で軸支している。また、図８ (ａ)に示すように、入力軸２の軸芯に対し、偏芯部２ａを距離ａだけ偏芯させた場合には、これと対称に、偏芯部２ａ’も距離ａだけ偏芯させている。そして、プラネタギヤ５,５’が、夫々リングギヤ４と噛合い、自転運動及び公転運動を行なう際に発生する振動を、互いに打ち消している。
【０００７】
なお、図７の自在継手Ｊに相当する連結要素として、出力軸３に固定されたフランジ６とプラネタギヤ５との間に、中継プレート７を配置し、中継プレート７の表裏には、互いに直交するようにキー溝７ａを設けている。そして、該表裏のキー溝７ａに対し摺動自在に、フランジ６に設けたキー６ａと、プラネタギヤ５に設けたキー５ａとを係合させて、自在継手を形成している。また、図示は省略するが、同様の機構によって、プラネタギヤ５’の自転運動を出力軸３に伝達する連結要素を設けることも可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
さて、図８に示すギヤ装置は、プラネタギヤ５がリングギヤ４と噛合い、自転運動及び公転運動を行なう際に、プラネタギヤ５はプラネタギヤ５’のバランサとして機能し、プラネタギヤ５’はプラネタギヤ５のバランサとして機能することで、互いの振動を打ち消している。
【０００９】
しかし、プラネタギヤ５とプラネタギヤ５’は、軸方向（入出力軸２，３の軸芯方向）に位置をずらして配置されているものである。よって、図８に示すギヤ装置は、各回転要素間の静的なバランスは確保されているが、各回転要素間の動的なバランスは確保されていない。従って、図８に示すギヤ装置は、高速運転する必要がある場合や、精密な作動を要求される使用条件下では、各回転要素間の動的アンバランスに起因する振動が、悪影響を及ぼすこともあった。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、いわゆるＳ−Ｐ−Ｃ形遊星歯車機構における動的バランスを改善し、様々な使用条件下で、振動の発生を抑制することが可能なギヤ装置を提供することにある。また、かかるギヤ装置の構造の複雑化を抑え、精密なギヤ装置を低コストで提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係るギヤ装置では、軸芯を一致させた入力軸と出力軸との間に配置された二つの歯車によって、一段の減速を行なうギヤ装置であって、回転要素として、前記入力軸に対し偏芯する円形の凹部を有し前記入力軸に固定された円板と、前記円形の凹部によって回動自在に支持され前記円板の回転時に前記円形の凹部内で偏芯運動のみ行うよう回転運動を規制されたリングギヤと、前記出力軸に同軸状に固定され前記リングギヤと噛合うプラネタギヤとを含み、前記円板には、前記円形の凹部及び前記リングギヤによって失われる動的バランスを回復させるウエイト部を設けたものとしている。
【００１２】
この構成では、前記円板に、前記円形の凹部及び前記リングギヤを配置することによって失われる前記円板の動的バランスを、前記ウエイト部によって回復させる。また、前記プラネタギヤは、前記出力軸に同軸状に固定しているので、偏芯運動を行うものではなく、その動的バランスは確保されている。
【００１３】
しかも、前記ウエイト部は、前記円板の凹部以外の部分に前記凹部と同一深さの肉抜き部を形成してなるものであり、前記円板自体でウエイト部を形成するので、前記円板の軸方向のバランスを取るための部材を、前記円板に新たに付加する必要はない。また、前記肉抜き部を前記凹部と同一深さとすることにより、前記円板に円形の凹部を配置することによって失われる前記円板の動的バランスを確保している。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係るギヤ装置では、前記肉抜き部は、直径を統一させた複数の円形穴としている。このように、前記肉抜き部を、直径を統一させた複数の円形穴としたことで、当該肉抜きを形成する際の工数を低減する。
【００１５】
また、本発明の請求項３に係るギヤ装置では、前記肉抜き部は、直径を徐々に変化させた複数の円形穴となっている。このように、前記肉抜き部を、直径を変化させた複数の円形穴とすることで、より理想的なバランス取りを行う。
【００１６】
さらに、本発明の請求項４に係るギヤ装置では、軸芯を一致させた入力軸と出力軸との間に配置された二つの歯車によって、一段の減速を行なうギヤ装置であって、回転要素として、入力軸に設けた偏芯部に軸支され固定リングギヤと噛合い自転運動及び公転運動を行なうプラネタギヤを含み、該プラネタギヤに空洞部を設けて、該空洞部内に前記プラネタギヤのバランスを回復させるウエイト部を設けたものとしている。
【００１７】
この構成では、前記プラネタギヤに空洞部を設け、該空洞部内に前記ウエイト部を設けることで、前記入力軸の偏芯部に軸支されて偏芯運動を行うプラネタギヤのバランスを、該プラネタギヤの内部で回復させる。すなわち、プラネタギヤ自体の動的バランスを確保することで、ギヤ装置全体としての動的バランスを確保する。
【００１８】
さらに、前記ウエイト部は、その重心の偏芯運動が前記プラネタギヤの重心の偏芯運動と逆位相をなすように、前記入力軸の偏芯部に設けられていることにより、前記プラネタギヤの重心と前記ウエイト部の重心とは必ず釣り合う位置にあるので、前記ギヤ装置の回転要素であるプラネタギヤの動的バランスを確保することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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。なお、従来技術と同一部分又は相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明は省略する。
【００２０】
図１には、本発明の第１の実施の形態に係るギヤ装置８を示している。なお、図１ (ｂ)は、本実施の形態に係るギヤ装置８の要部断面図であり、図１ (ａ)は、図１ (ｂ)のＢ−Ｂ線における断面図である。
【００２１】
このギヤ装置８は、軸芯を一致させた入力軸９と出力軸10との間に、リングギヤ11と、プラネタギヤ12の二つの歯車を配置し、一段の減速を行なうものである。入力軸９には円板13を固定し、出力軸10にはプラネタギヤ12を固定している。
【００２２】
また、円板13には、入力軸９に対し偏芯するように、円形の凹部13ａを形成している。そして、円形の凹部13ａによって、プラネタギヤ12と噛合うリングギヤ11を回動自在に支持している。
【００２３】
さらに、円板13の円形の凹部13ａ以外の部分には、凹部13ａと同一深さｄの肉抜き部13ｂを形成している。このように、円板13の凹部13ａ以外の部分に凹部13ａと同一深さｄの肉抜き部13ｂを形成することで、円板13に凹部13ａ及びリングギヤ11を配置することによって失われる円板13の動的バランスを回復させる、ウエイト部Ｗを形成している。
【００２４】
なお、肉抜き部13ｂは、図１（ａ）に示すように、直径を統一させた複数の円形穴としているが、例えば、複数の肉抜き部のうち、中央部にあるものから端部に向かうに従い、直径を徐々に小さくさせる場合もある。さらに、円板13の周端部を部分的に切欠くことによって前記複数の穴に代えることもできる。また、円板13は一体構造である必要はなく、例えば図１の深さｄにおいて、軸方向に分割した構造とすることも可能である。
【００２５】
ギヤ装置８の、リングギヤ11と軸方向に隣接する位置には、中心部に出力軸10を挿通する二枚のプレート14,15を備えている。プレート15は、図示しないギヤ装置のケーシングに固定されて回転規制がなされている。そして、プレート15はキー溝15ｂを備え、キー溝15ｂには、プレート14に設けたキー14ａを摺動自在に係合させている。また、プレート14のリングギヤ11との対向面には、キー14ａと直交する方向のキー溝14ｂを設けている。そして、リングギヤ11に設けたキー11ａを、キー溝14ｂに対し摺動可能に係合させている。以上の構成によって、図７の自在継手Ｊに相当する連結要素を構成しているが、係る構成に限定されるものではない。
【００２６】
また、以上の構成によって、リングギヤ11はプレート14,15によってその回転運動が規制される。そして、入力軸９と一体に円板13が回転する際に、リングギヤ11は、円板13の凹部13ａ内で偏芯運動のみ行うこととなる。この偏芯運動のみ行うリングギヤ11は、出力軸10に同軸状に固定されたプラネタギヤ12と噛合っている。そして、リングギヤ11の偏芯運動により生ずるリングギヤ11とプラネタギヤ12の噛合いにより、プラネタギヤ12を回転させ、出力軸10を駆動する。
【００２７】
上記構成をなす本発明の第１の実施の形態に係るギヤ装置８は、以下のような作用効果を奏するものである。ギヤ装置８の円板13には、円形の凹部13ａ及びリングギヤ11を配置することによって失われる円板13の動的バランスを回復させる、ウエイト部Ｗを形成している。また、リングギヤ11と噛合うプラネタギヤ12は、出力軸10に同軸状に固定しているので、偏芯運動を行うものではなく、その動的バランスは確保されている。
【００２８】
また、円板13自体でウエイト部Ｗを形成しているので、円板13の軸方向のバランスを取るための部材を、円板13に新たに付加する必要はない。よって、ギヤ装置の構造の複雑化を招くこともない。また、肉抜き部13ｂの深さを円形の凹部13ａと同一深さｄとすることにより、円板13に円形の凹部13ａを配置することによって失われる円板13の動的バランスを確保している。
【００２９】
さらに、肉抜き部13ｂを、直径を統一させた複数の円形穴とすれば、肉抜き部13ｂを加工する際に、共通の工具若しくは共通の加工プログラムで、全ての肉抜き部13ｂの加工を行うことが可能となり、肉抜き部13ｂを形成する際の工数を低減することができる。また、肉抜き部13ｂを、直径を徐々に変化させた複数の円形穴した場合には、より理想的なバランス取りを行うことが可能となる。
【００３０】
さらに、円板13を軸方向の分割構造とすることで、円板各部の材料選択の自由度を高めることができるので、目的に応じて、軽量化、高剛性化、加工の容易化、低コスト化等々を促進することが可能となる。また、軸方向に一定の厚さに分割した一方の部材に、円形の凹部13ａ及び肉抜き部13ｂの加工を行った後、軸方向に分割した他方の部材と一体化することで、円形の凹部13ａ及び肉抜き部13ｂの深さｄを一致させることも容易となる。
【００３１】
したがって、本発明の第１の実施の形態に係るギヤ装置は、いわゆるＳ−Ｐ−Ｃ形遊星歯車機構における動的バランスを改善し、様々な使用条件下で、振動の発生を抑制することが可能なギヤ装置を提供することが可能となる。また、かかるギヤ装置の構造の複雑化を抑え、精密なギヤ装置を低コストで提供することが可能となる。
【００３２】
図２には、本発明の第２の実施の形態に係るギヤ装置27を示している。なお、図２ (ｂ)は、本実施の形態に係るギヤ装置27の要部断面図であり、図２ (ａ)は、図２ (ｂ)のＣ−Ｃ線における断面図である。ここで、従来技術又は本発明の第１の実施の形態に係るギヤ装置と同一部分又は相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
【００３３】
このギヤ装置27も、図１に示すギヤ装置８と同様に、軸芯を一致させた入力軸２と出力軸３との間に、リングギヤ４と、プラネタギヤ５の二つの歯車を配置し、一段の減速を行なうものである。しかしながら、ギヤ装置27は、従来のギヤ装置１（図８）と同様に、入力軸２には偏芯部２ａを設け、かかる部分によって、プラネタギヤ５を偏芯させた状態で軸支している。
【００３４】
また、プラネタギヤ５に空洞部28を設けて、空洞部28内にプラネタギヤ５のバランスを回復させるウエイト部29を設けている。ウエイト部29は、その重心の偏芯運動がプラネタギヤ５の重心の偏芯運動と逆位相をなすように、入力軸２の偏芯部２ａに固定されている。そして、空洞部28内で、入力軸２と共にウエイト部29を回転させる。なお、ウエイト部29は、プラネタギヤ５の厚さ方向中央部に位置するように、偏芯部２ａに固定されている。また、ウエイト部29の形状は、図示の小判形に限らず、扇形、円形その他、適切なものを選択する。
【００３５】
この構成によると、プラネタギヤ５の重心とウエイト部29の重心とは必ず釣り合う位置にあることとなり、ギヤ装置27の回転要素であるプラネタギヤ５の、動的バランスを確保することができる。すなわち、入力軸２の偏芯部２ａに軸支されて偏芯運動を行うプラネタギヤ５のバランスを、プラネタギヤの内部で回復させることができるので、プラネタギヤ５の動的バランスが確保され、ギヤ装置27全体としての動的バランスを確保することが可能となる。
【００３６】
従って、本発明の第２の実施の形態にかかるギヤ装置によっても、いわゆるＳ−Ｐ−Ｃ形遊星歯車機構における動的バランスを改善し、様々な使用条件下で、振動の発生を抑制することが可能なギヤ装置を提供することが可能となる。
【００３７】
次に、本発明の第1、第２の実施の形態に係るギヤ装置の適用例としての電動アクチュエータを、図３〜図６に基づいて説明する。なお、本発明の第１、第２の実施の形態に係るギヤ装置と同一部分又は相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明は省略する。
【００３８】
まず、図３に示す電動アクチュエータ16は、モータ17の出力を、図１に示すギヤ装置８を介してねじ軸18（台形ねじ軸）に伝達し、ねじ軸18と噛合うプランジャ19に、軸方向の直線運度を発生させるものである。モータ17は、ギヤ装置８のケーシング８ａに固定されている。また、モータの出力軸にはギヤ20（平歯車）が固定され、ギヤ装置の円板13には、ギヤ20と噛合うギヤ21が固定されている。さらにギヤ装置の出力軸10は、ねじ軸18に固定されている。
【００３９】
ケーシング８ａにはストッパ22を設けている。そして、ストッパ22をプレート15に形成したキー溝15ｃへと係合させることにより、リングギヤ11の回転運動を規制するプレート14,15を、ケーシング８ａに対し位置固定している。また、ピボット22ａを中心にストッパ22を図３の時計回りに回転させ、略Ｌ字状をなすストッパ22の先端部とキー溝15ｃとの係合状態を解除することにより、プレート14,15及びリングギヤ11を、ケーシング８ａに対し自由に回転させることも可能である。なお、符号８ｂ,19ａで示す部分は、ケーシング８ａ、プランジャ19に形成されたピボット穴であり、電動アクチュエータ16の被駆動部材（例えばロボットアーム等）を連結するために用いられる。
【００４０】
この電動アクチュエータ16によれば、モータ17の出力をギヤ装置８で減速（増力）した後、ねじ軸18に伝達することができるので、小さな出力のモータで大きな駆動力を得ることができる。そして、この電動アクチュエータ16は、ギヤ装置８の有利な特徴をそのまま備えることにより、振動の発生を抑制することが可能となる。また、ギヤ装置８は精密かつ低コストであることから、高精度で低コストの電動アクチュエータとなる。
【００４１】
さらに、ケーシング８ａに対するリングギヤ11の回転運動の、規制解除手段として、プレート15に設けたキー溝15ｃとストッパ22を設け、両者の係合及び係合解除を、ケーシング８ａの外部から自由に行うことを可能としたので、必要に応じ、電動アクチュエータ16を迂回した操作を行うことも可能となる。その他、電動アクチュエータ16に用いられるギヤ装置８について、本発明の第１の実施の形態と同様の作用効果については、詳しい説明を省略する。
【００４２】
図４に示す電動アクチュエータ23は、図３に示す電動アクチュエータ16とほぼ同様の構造を有するものであるが、相違点として、出力軸10を中空軸として形成し、該中空軸の内壁に、ねじ軸18と噛合うねじ溝を形成したものである。したがって、ねじ軸18はギヤ装置８を貫通し、軸方向に自由に移動することができる。
【００４３】
この出力軸10を中空軸とする構造は、ギヤ装置８が、プラネタギヤ12自体は偏芯運動を行わない構造を採用し、出力軸10にねじ軸18を貫通し得るだけの充分な直径を与えることが可能となったことで、採用が容易となったものである。その他、図３に示す電動アクチュエータ16と同様の作用効果については,説明を省略する。
【００４４】
図５に示す電動アクチュエータ24は、図３に示す電動アクチュエータ16の別の応用例であり、モータ17の出力軸をギヤ装置８の入力軸９に直接的に連結することによって、ギヤ装置８の入力軸９、出力軸10、モータ17及びねじ軸18を全て同軸上に配置したものである。また、図６に示す電動アクチュエータ25は、図４に示す電動アクチュエータ23の応用例であり、ギヤ装置８のケーシング８ａ内部に中空モータ26を一体に設けることにより、ギヤ装置８の入力軸９、出力軸10、ねじ軸18及び中空モータ26を全て同軸上に配置したものである。なお、中空モータ26のコイルを符号26ａで、入力軸９に固定したマグネットを符号26ｂで示している。
【００４５】
図５に示す電動アクチュエータ24及び図６に示す電動アクチュエータ25は、各構成要素を全て同軸上に配置することで電動アクチュエータの小型化を促進したものである。なお、電動アクチュエータ16,23と同様の作用効果については説明を省略する。また、電動アクチュエータ16,24（ねじ軸18がギヤ装置８を貫通しないタイプの電動アクチュエータ）において、本発明の第１の実施の形態に係るギヤ装置８に代えて、本発明の第２の実施の形態に係るギヤ装置27を採用しても、低振動で精密なアクチュエータを提供することが可能となる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、以下のような効果を有する。まず、本発明の請求項１に係るギヤ装置によれば、いわゆるＳ−Ｐ−Ｃ形遊星歯車機構における動的バランスを改善し、様々な使用条件下で、振動の発生を抑制することが可能なギヤ装置を提供することができる。
【００４７】
また、本発明の請求項１に係るギヤ装置によれば、振動を低減したギヤ装置を提供することができる。また、かかるギヤ装置の構造の複雑化を抑え、精密なギヤ装置を低コストで提供することが可能となる。
【００４８】
また、請求項２に係るギヤ装置によれば、当該ギヤ装置を得るための加工工数を低減することができる。さらに本発明の請求項３に係るギヤ装置によれば、より理想的なバランス取りを行い、より振動の少ない精密なギヤ装置を提供することが可能となる。
【００４９】
また、本発明の請求項４に係るギヤ装置によっても、いわゆるＳ−Ｐ−Ｃ形遊星歯車機構における動的バランスを改善し、様々な使用条件下で、振動の発生を抑制することが可能なギヤ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るギヤ装置を示すものであり、 (ｂ)はギヤ装置の要部断面図であり、 (ａ)は (ｂ)のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るギヤ装置を示すものであり、 (ｂ)はギヤ装置の要部断面図であり、 (ａ)は (ｂ)のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図３】本発明の第１、第２の実施の形態に係るギヤ装置の適用例である、電動アクチュエータを示す要部断面図である。
【図４】図３に示す電動アクチュエータの応用例を示す要部断面図である。
【図５】図３に示す電動アクチュエータの別の応用例を示す要部断面図である。
【図６】図３に示す電動アクチュエータの更なる応用例を示す要部断面図である。
【図７】Ｓ−Ｐ−Ｃ形遊星歯車機構を示す模式図である。
【図８】従来のギヤ装置を示すものであり、(ｂ)はギヤ装置の要部断面図であり、 (ａ)は (ｂ)のＡ−Ａ線における断面図である。
【符号の説明】
８ギヤ装置
９入力軸
10 出力軸
11 リングギヤ
12 プラネタギヤ
13 円板
13ａ円形の凹部
13ｂ肉抜き部
14 プレート
15 プレート

Claims

軸芯を一致させた入力軸と出力軸との間に配置された二つの歯車によって、一段の減速を行なうギヤ装置であって、回転要素として、前記入力軸に対し偏芯する円形の凹部を有し前記入力軸に固定された円板と、前記円形の凹部によって回動自在に支持され前記円板の回転時に前記円形の凹部内で偏芯運動のみ行うよう回転運動を規制されたリングギヤと、前記出力軸に同軸状に固定され前記リングギヤと噛合うプラネタギヤとを含み、前記円板には、前記円形の凹部及び前記リングギヤによって失われる動的バランスを回復させるための、前記円板の凹部以外の部分に前記凹部と同一深さの肉抜き部を形成したウエイト部を設けたことを特徴とするギヤ装置。
前記肉抜き部は、直径を統一させた複数の円形穴であることを特徴とする請求項１記載のギヤ装置。
前記肉抜き部は、直径を徐々に変化させた複数の円形穴であることを特徴とする請求項１記載のギヤ装置。
軸芯を一致させた入力軸と出力軸との間に配置された二つの歯車によって、一段の減速を行なうギヤ装置であって、回転要素として、入力軸に設けた偏芯部に軸支され固定リングギヤと噛合い自転運動及び公転運動を行なうプラネタギヤを含み、該プラネタギヤに空洞部を設けて、該空洞部内に前記プラネタギヤのバランスを回復させるウエイト部を、その重心の偏芯運動が前記プラネタギヤの重心の偏芯運動と逆位相をなすようにして、前記入力軸の偏芯部に設けたことを特徴とするギヤ装置。