JPH01176834A - 差動遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ロボットの関節駆動機構を構成する減速機等
として使用する差動遊星歯車装置に関する。

（従来の技術） 一般に、多関節型ロボットは、各関節駆動用のアクチュ
エータを分散配置した構成を採用し、各アクチュエータ
の回転を減速する減速機をそれぞれ備えている。この種
の減速機には、小型かつ軽量で大きな減速比が要求され
、しかも、高トルクでかつ捩り剛性の高い動力伝達性が
要求されている。

このようなことから、上述した減速機としては、従来、
第４図に示すような差動遊星歯車装置が使用されている
。すなわち、この差動遊星歯車装置１００は、入力軸１
０１を回転させて太陽歯車１０３を回転させ、この太陽
歯車１０３の回転をこの太ｗＡ歯車１０３と固定内１ｌ
ｆｌ車１０５の双方にかみあうように等配された３個の
遊星歯車１０７に伝達し、これら遊星歯車１０７を自転
させながら太１１９１車１０３の回りを公転させる。そ
して、各遊星歯車１０７を固定内歯車１０５の他に、こ
の固定内歯車１０５に対し僅かな歯数差を有する回転内
歯車１０９にかみあわせ、この回転内歯車１０９で出力
軸１１１を回転させるようにしている。

したがって、各遊星歯車１０７が自転しながら太陽歯車
１０３の回りを公転すると、回転内歯車１Ｏ９が固定内
歯車１０５との歯数差に応じて回転し、この結果、出力
軸１１１が入力軸１０１の回転数に対して減速されて回
転する。

ところで、このような差動遊星歯車装置１００では、一
般に、第５図に分離して示すように１個の’Ｆｉ星歯車
１０７に歯数の異なる固定内歯車１０５と回転内歯車１
０９とを同心にして精度よくかみあわせるため、歯数の
少ない方の内歯車、たとえば固定内歯車１０５の転位係
数を大きくした設計を行なっている。このため、固定内
歯車１０５の歯先円１０５ａの直径と回転内歯車１０９
の歯先円１０９ａの直径とはほとんど等しい寸法になっ
ている。さらに、双方の内歯車１０５．１０９にかみあ
う遊星歯車１０７は歯車諸元を共通にして一体化してい
るため、双方の内歯車１０５，１０９にかみあう部分の
歯先円１０７ａの直径が互いに等しい寸法になついる。

。 このような差動遊星歯車装置１００では、双方の内歯車
の歯数差に応じた差動によって大きな減速比が得られ、
また、双方の内歯車にかみあう遊星歯車を上述のように
共通・一体化しているため遊星歯車の変形が少なく、か
つ、回転内歯車から４接に出力が得られるるため捩り剛
性が高くなる。

そして、上記共通・一体化遊星歯車により部品数が少な
く小型・軽量が可能になる。

しかしながら、上記のように構成された従来の差動遊星
歯車装置１００にあっては、次のような問題があった。

すなわち、近年における他の機構のロボット用減速橢で
は動力伝達効率が８０％を越えているものがあるのに対
して、この装ｆｆ１００においては双方の内歯車の歯数
差が３の場合の効率が約７０〜７５％と報告されている
。

このため、減速機を小型・軽量にしても効率が低いので
、動力損失を補うために大型のモータが必要になるとい
う問題があった。

ところが、この装置１００の効率の低い原因が良い間開
らかにされていなかった。そこで、発明者が種々実験の
結果、以下のことが原因になっていることを突き止めた
。

この差動遊星歯車装置１００の効率は、この装置ｆｆ１
００の各歯車のかみあい効率から求められるが、特に固
定内歯車１０５と遊星歯車１０７、及び回転内歯車１０
９と遊星歯車１０７とのそれぞれのかみあい効率が大き
な影響を及ぼす。第６図（ａ）にこの装＠１００の固定
内歯車１０５と遊星歯車１０７のインボリュート歯形と
かみあい作用線を示す。上述のように、固定内歯車１０
５の転位係数が遊星歯車１０７の転位係数に比べて非常
に大きいので、かみあいピッチ点ｐｃが遊星歯車１０７
の歯だけの中央から歯先の方へ大きく片寄っている。こ
のため、近寄りかみあい長さｅｌ（直線Ａ−ＰＣ）が短
く、反対に遠退きかみあい長さｅ２（直線Ｐｃ−８＞が
大幅に長くなっていることがわかる。同様に、第６図（
ｂ）に回転内歯車１０９とＭ星歯車１０７とのインボリ
ュート歯形とかみあい作用線をしめす。このかみあいで
は両歯車の転位係数の差によって、かみあいピッチ点Ｐ
ｄが遊星歯車１０７の歯たけの中央から歯元の方へ大き
く片寄っている。このため、近寄りかみあい長さｅｌが
短く、反対に遠退きかみあい長さｅ２が長くなっている
ことがわかる。

よく知られているように、一般のインボリュート歯形の
歯巾では、かみあいピッチ点でのかみあい時に１００％
転がって高効率であるが、ピッチ点から離れた点でかみ
あう時にピッチ点から離れた距離に比例して滑り速度が
増加し、効率が低下する。一方、上記転位歯車のかみあ
いでは、かみあいピッチ点が歯だけの中央から大きくず
れて片寄っているため、近寄りかみあい長さ又は遠退き
かみあい長さの一方が非常に長くなり、ここで滑り速度
が増加し効率が低下していた。これが原因で従来の差動
遊星歯車装置１００にあっては効率が低くなっていた。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の差動遊星歯車装置では、小型軽量で
あるが動力伝達効率が低いという問題があった。

そこで本発明は、この装置の長所である小型・軽量・高
剛性を損なうことなく、動力伝達効率を向上させた差動
遊星歯車装置の提供を目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、上記課題を解決するために、同一の遊星歯
車とかみあいが可能な互いに歯数が異なる２個の内歯車
を具備してなる差動遊星歯車装置であって、前記青白歯
車の少なくともいずれか一方とｍ星歯車とのかみあい作
用線上の近寄りかみあい長さと遠退きかみあい長さとの
差を小さくするように歯先円を修正する構成にした。

（作用） 近寄りかみあい長さと遠退きかみあい長さとの差が大き
すぎて効率に与える影響が無視出来ない部分では、該当
する歯先円を修正づることにより、両かみあい長さの差
を小さくする。従って、両かみあい長さは転位前のもの
に近ずき、かみあい効率は改善される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら従来と同一
構成要素には同一符号を付して説明する。

第１図、第２図はこの発明の第１実施例に係わる差！ｌ
Ｊ′ｆ１星歯車装置の要部を示している。この発明の実
施例では、各部の構成と配置を従来例（第４図）と同一
にしているが、第１図に示すように固定内歯車５と回転
内歯車９及び遊星歯車７のそれぞれの歯先円直径につい
て改良を加ねえたものである。

この実施例の差動遊星歯車装置１は、第４図と同様にそ
の中心に太陽歯車１０３が設けられており、この太ｌｌ
ｉ歯車１０３と同心状に互いに歯数が異なる２個の内歯
車である固定内歯車５と回転自在なる回転内歯車９が設
けられている。前記固定内歯車５と回転内歯車９の双方
にかみあうように前記太陽歯車１０３の周囲に遊星歯車
７が具備されている。

前記各歯車５，７，９．１０３の諸元は次の通りである
。すなわちモジュール１．２５．圧力角２０′″の並歯
の工具を用いて加工するインボリュート歯形の平歯車で
あり、太陽歯車１０３．固定内歯車５２回転内歯車９及
び遊星歯車７のそれぞれの歯数は、１２，１０５，１０
８及び４７である。従って減速比は３５１となる。さら
に、固定内歯車５１回転内歯車９及び遊星歯車７のそれ
ぞれの転位係数を１．６４．０及び０．３２４とすると
、固定内歯車５と遊星歯車７．及び回転内歯車９と遊星
歯車７のそれぞれの中心距離は同一の３７．７０２ｍｍ
となる。

以上の歯車諸元から算出される、第４図の従来例におけ
る固定内歯車１０５と回転歯車１０９との歯先日直径は
、それぞれ１３２．４２６ｍｇ＋と１３２．４６３ＩＩ
ｎ＋であり、通常の加工精度を考慮すれば等しいと言っ
てよい。しかし、本実施例に於ける固定内歯車５と回転
内歯車９との双方の歯先日直径は、歯数の多い回転内歯
車９の歯先円９ａの直径を上記の１３２．４６３ｍｍの
寸法とし、歯数の少ない固定内歯車５の歯先円５ａの直
径を１３３．６ｍｍとして前者を大きくした。さらに、
遊星歯車７の歯先円直径は、従来例では６１，９１１１
１であったが、固定歯車５にかみあう遊星歯車７の歯先
円７ａの直径を６２．５１１１１１１に大きクシ、回転
内歯車９にかみあう遊星歯車７の歯先円８ａの直径を６
０．５１１１１１として、後者を小さ（した。従って、
この実施例では歯車５の歯先円を大きくし、さらに歯車
７の歯先円の一方を大きくし他の一方を小さくした構成
となっている。

上述の本実茄例歯先円直径におけるかみあい長さを第２
図（ａ）、　（ｂ）に示す。この第２図（ａ）に示す固
定内歯車５と遊星歯車７のかみあいでは、遊星歯車７の
歯先円７ａを若干大きくする（必要なかみあい率を確保
するため）ことによって、固定内歯車５の歯先円５ａを
従来より一周大きくでき、このため、かみあい終わり点
Ｂ′が従来（点Ｂ）よりピッチ点ｐｃの方へ近接してい
る。すなわち、ピッチ点Ｐｃから離れて滑り速度が増加
していたかみあい区間Ｂ−８’　が本実施例により無く
なり、かみあい効率は向上する。同様に、第２図（ｂ）
に示す回転内歯車９と遊星歯車７のかみあいでは、遊星
歯車７の歯先円８ａを従来より小さくしたため、かみあ
い終わり点Ｂ′が従来（点Ｂ）よりピッチ点Ｐｄの方へ
近接している。すなわち、ピッチ点Ｐｄからより離れて
滑り速度が増加していたかみあい区間Ｂ−８’　が本実
施例により無くなり、このかみあい効率は向上すること
になる。

次に、歯先部の面取りを行って上述と同じ効果を得る実
施例を第２図（Ｃ）　、　（ｄ）に示す。

すなわち、第２図（Ｃ）において、固定内歯車５の歯先
円５ａの直径を従来例と同一寸法とし、歯先部で面取り
１５を設ける。同様に第２図（ｄ）において、回転内歯
車５にかみあう遊星歯車７の歯先円８ａの直径を従来例
と同一の寸法とし、歯先部で面取り１７を設ける。この
ような而取り１５，１７を設けることによって、かみあ
い終わり点Ｂ′が従来（点Ｂ）よりピッチ点Ｐｃ　、Ｐ
ｄの方に近接することになる。すなわら、第２図（ａ）
、（ｂ）と同様に効率は向上することになる。

ここで、これら実施例におけるかみあい率の改善を第３
図のグラフに示す。このグラフはＸ軸をεＩ／ε２また
はε２／ε１とし、ｙ軸を８０としている。

記号を示せば ε０＝ε１２＋ε２２＋１−ε１−ε２εコε１＋ε２ ε：全かみあい率 εＩ　：近寄りかみあい率 ε２　：遠退きかみあい率 である。

各歯車のかみあいについてＰ−ＱとＰ−Ｒであり、 Ｐ：Ｉ星歯車７ Ｑ：固定内歯車５ Ｒ：回転内歯車９ として示した。

実線で示した曲線は図中右に示したεを１．０〜１．８
に変化させたときの各ε０とε１／ε２またはε２／ε
１の関係を示したものである。

周知のごとく効率η１は ７７ｉ　−１−１ｌ・７ｃ　（１／Ｚ２−１／Ｚ＋　）
ε０であるので８０が低くなると動力伝達効率は向上す
る。この実施例ではε＝１．３程度を目標としたため、
ε−１，２とε＝１．４の曲線の範囲内に限定した。

従って、−見してわかるように修正後は格段の差でε０
を低くすることができ、動力伝達効率を向上させること
ができた。

以上の改良により、この装置の動力伝達効率に大きな影
響を及ぼす各部のかみあい効率を改善することによって
、この装置の動力伝達効率は従来より改善された８０〜
８５％に向上させることができる。しかも、この装置の
長所である小型・軽量・高減速化・高剛性を損なうこと
なく高効率化を図ることができる。さらに、噛合時に発
生する噛合音も低下させることができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、双方の内歯車の歯数差を本実施例の数以外
にしてもよく、固定内歯車の歯数を回転内歯車の歯数よ
り多くしてもその効果は変わらない。また、各歯車の諸
元は本実施例の寸法に限定されるものではなく、特に歯
先円直径は、本発明の趣旨である大小関係を維持すれば
、本実施例の寸法に限定されるものではない。そして、
遊星歯車の等記数を変えたり、太陽歯車を為しない他の
差動遊星歯車装置に適用することもできる。

さらに、本実施例では差動遊星歯車装置を減速機　゛に
適用しているが、入出力軸を逆にして増速機に適用する
ことも可能である。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明の構成によれば、各部のかみ
あい効率を改善したことによって小型、軽量、高剛性を
損なうことなく差動遊星歯車装置全体の動力伝達効率を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係わる差動遊星歯車装置
の要部の縦断面図、第２図ａ、ｂは同横断面の拡大図、
第２図ｃ、ｄは本発明第２実施例に係わる差動遊星歯車
装置の要部の縦断面図、第３図はかみあい率の改善案を
示したグラフ、第４図は従来の差動遊星歯車装置の縦断
面図、第５図は同装置の要部のＷ１断面図、第６図ａ、
ｂは同横断面図である。 ５．９・・・固定内歯車１回転内歯車（２個の内歯車）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　同一の遊星歯車とかみあいが可能な互いに歯数が異な
   る２個の内歯車を具備してなる差動遊星歯車装置であつ
   て、前記両内歯車の少なくともいずれか一方と遊星歯車
   とのかみあい作用線上の近寄りかみあい長さと遠退きか
   みあい長さとの差を小さくするように歯先円を修正した
   ことを特徴とする差動遊星歯車装置。