JPH0238821B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は弾性作用によるバツクラツシのない
歯車伝動装置に関する。

（従来の技術） 最近、マシニングセンター、産業ロボツトなど
工場のオートメーシヨン化が進み、これらの機器
の駆動を構成する増減速機および被加工物の搬送
の高速化・高精度化が要求され、その駆動装置の
中心をなす増減速機のバツクラツシの減少が強く
要請されている。

歯車は滑らかなかみ合いのために歯面間にバツ
クラツシが必要である。一方、伝動系にねじり振
動がある場合、バツクラツシはたたかれ摩耗の原
因となる。また、減速比の大きい減速機は累積バ
ツクラツシにより回転位置精度が低く、このよう
な減速機を備えた、たとえば産業ロボツトなどは
高い位置決め精度を得ることはできない。

歯車間においてバツクラツシを除去する機構と
してコイルばねを使用するものが提案されてい
る。一例を挙げると、一つの歯車ａに同軸の二つ
の歯車ｂ，ｃをかみ合わせ、同軸の二つの歯車
ｂ，ｃの一つｃは他方ｂに対し回転自在に軸に取
り付けられている。そして、同軸の二つの歯車
ｂ，ｃの間にコイルばねを介在させ、両歯車ｂ，
ｃが円周方向に反発するようになつている。した
がつて、両歯車ｂ，ｃは互に反対の歯面で歯車ａ
にかみ合うので、歯面間にがたを生じない。（機
械工学便覧改訂第６版７−107ページ参照） （発明が解決しようとする問題点） しかし、上記のような機構のバツクラツシのな
い歯車伝動装置では次のような問題があつた。

すなわち、上記の機構はコイルばねの端面が
１／２以下しか受圧できない。したがつて、大ト
ルクを伝達することはできず、大トルクを伝達し
ようとするとコイルばね、ひいては歯車伝動装置
を大型にしなければならなかつた。さらに、トル
クの伝達が不安定で、高精度の歯車伝動装置とし
て使用することは困難である。

そこで、この発明は小型でありながら大トルク
を安定して伝達することができる、バツクラツシ
がない歯車伝動装置を提供しようとするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） この発明の歯車伝動装置は主として第１伝動
軸、第２伝動軸、ハブ、保持部材、ばね受座、お
よびばねとから構成されている。

第１伝動軸は、軸方向に間隔をおいて同寸法の
第１歯車および第２歯車が設けられている。第２
伝動軸は第１歯車に直接または中間歯車を介して
かみ合う第３歯車を固着しており、第１伝動軸と
平行配置されている。ハブは円周方向に間隔をお
いた複数の長穴を備えたフランジを有し、上記第
２伝動軸に固着されている。保持部材は上記フラ
ンジを収容するようにしてハブに回転自在にはめ
合つている。また、保持部材は軸方向に向い合つ
て対をなす長溝の複数対が円周方向に間隔をおい
て設けられているとともに上記第２歯車に直接ま
たは中間歯車を介してかみ合う第４歯車を備えて
いる。ばね受座は半円筒面を有し、円周方向に向
き合つて対をなしており、ばね受座間にばねが挿
入される。ばねはコイルまたは皿ばねからなつて
いる。ばね受座の半円筒面の中央部は、上記フラ
ンジの長穴の円弧状端面により支持されている。
また、ばね受座の半円筒面の両端部は、上記保持
部材の対をなす長溝の円弧状端面によりそれぞれ
支持されている。そして、上記第３歯車と第４歯
車とが伝達トルクよりも大きなトルクにより回転
方向に互いに反発するように、上記ばねは圧縮さ
れている。

（作用） 第３歯車と第４歯車とが円周方向に互いに変位
するように前記ばねが圧縮されている。したがつ
て、伝達装置が組み立てられた状態では第３歯車
と第４歯車との間に常に反発トルクが生じてい
る。

反発トルクにより第１歯車の一方の歯面に第３
歯車の歯面が、また第２歯車の、上記第１歯車と
は反対側の歯面に第４歯車の歯面が接しており、
反発トルクは第１および第２歯車により受け持た
れる。反発トルクは第１伝動軸の回転を打ち消す
ように作用するので、第１伝動軸は反発トルクに
よつて回転することはない。この結果、伝達トル
クが反発トルクより小さい限り、第１歯車と第３
歯車との間、および第２歯車と第４歯車との間に
おいて、回転方向についての歯面間の遊びはなく
なる。

伝達トルクは第１伝動軸から第２伝動軸に、あ
るいはこの逆方向にこれら歯車を介して伝達され
る。この時、第１および第２歯車は同寸法である
ので、正転・逆転に拘らず同じ大きさのトルクを
伝達することができる。

ばね受座の半円筒面の中央部はフラウンジの長
穴の円弧状端面により、また半円筒面の両端部は
前記保持部材の対をなす長溝の円弧状端面により
それぞれ支持されている。つまり、ばね受座は両
端支持はりの格好となつており、ばねはばね受座
の中央で支持される。したがつて、トルク伝達時
に、ばねは偏ることなく圧縮力を受ける。この結
果、大きなトルクを安定して伝達することができ
る。また、両端で支持されたばね受座は、片持ち
式のばね受座に比べて高い強度を示す。

以上、第１歯車と第３歯車とが、また第２歯車
と第３歯車とが直接かみ合つている場合を説明し
たが、これら歯車が中間歯車を介して間接的にか
み合つている場合も同様に作用する。

（実施例） 第１図および第２図は、この発明の歯車伝動装
置の一実施例を示している。これら図面に示すよ
うに、歯車伝動装置は主としてケーシング１１、
第１伝動軸２１、第２伝動軸２３、ハブ３１、保
持部材４１、ばね受座５５、およびばね６１より
構成されている。

ケーシング１１は箱形の本体１２、上カバー１
４、第１および第２横カバー１６，１７よりなつ
ている。本体１２の頂部には上カバー１４が、両
端にはそれぞれ第１および第２横カバー１６，１
７がそれぞれがボルトにより取り付けられてい
る。

ケーシング１１の本体１２には軸受２５を介し
て第１伝動軸２１が、軸受２５を介して第２伝動
軸２３が互いに平行にそれぞれ回転自在に支持さ
れている。これら伝動軸２１，２３には駆動軸あ
るいは従動軸（いずれも図示しない）が接続され
る。

第１伝動軸２１には、同寸法の第１歯車２７お
よび第２歯車２８が軸方向に間隔をおいて軸に一
体として設けられている。

第２伝動軸２３には中央フランジ３２を備えた
ハブ３１がキー３６により固定されている。フラ
ンジ３２には第３図および第４図に示すように円
周方向に90度ずつの間隔をおいて４個の長穴３３
が設けられている。長穴３３は軸方向に貫通して
おり、両端面３４は弧状になつている。

ハブ３１の前端部には第１歯車２７にかみ合う
第３歯車３７がキー３８を介して固着されてい
る。

保持部材４１は円筒状の本体４２と、これには
め合う環状の保持板４４とからなつており、保持
板４４は本体４２を塞ぐようにしてねじ４５によ
り本体４２に固着されている。本体４２の外周に
は前記第２歯車２８とかみ合う第４歯車５１の歯
５２が切つてある。また、本体４２と保持板４４
にはそれぞれ上記ハブ３１のフランジ３２の長穴
３３に対応するようにして円周方向に間隔をおい
て４個の長溝４７が設けられている。長溝４７は
長穴３３と同様に両端面４８が弧状になつてい
る。このように構成された保持部材４１の本体４
２は上記フランジ３２を収容ようにしてハブ３１
に回転自在にはめ合つている。

ばね受座５５は半円筒面５６を有し、半円筒面
５６に続くばね受面５７に円柱状の突起５８が設
けられている。

コイルばね６１はばね受面５７が向き合つて対
をなすばね受座５５の間に挿入される。このと
き、コイルばね６１はずれ落ちないように円柱状
突起５８にはめ合つている。

コイルばね６１を装着したばね受座５５は、ハ
ブ３１およびこれにはめ合わされた保持部材４１
に取り付けられる。すなわち、ばね受座５５は上
記ハブ３１のフランジ３２の長穴３３を貫通し、
半円筒面５６の中央部は長穴３３の円弧状端面３
４により、また半円筒面５６の端部は前記長溝４
７の円弧状端面４８により支持される。半円筒面
５６の曲率半径は前記長穴３３および長溝４７の
端面３４，４８のものよりもやや小さくなつてい
る。このため、トルクを伝達するときにばね受座
５５は長穴３３および長溝４７の端面３４，４８
を自由に転動することができ、コイルばね６１に
横方向に向かう無理な力は加わらない。

歯車伝動装置の組立ては次のようにして行なわ
れる。一対のばね受座５５とこれらの間に支持さ
れたコイルばね６１とからなるユニツトを、ハブ
３１のフランジ３２の長穴３３に挿入する。保持
部材４１をハブ３１にはめ合せ、所要の反発トル
クがハブ３１と保持部材４１との間に生じるよう
にコイルばね６１を圧縮し、両者を円周方向に互
いに変位させる。反発トルクの大きさは、定格伝
達トルク以上、たとえば定格伝達トルクの1.5倍
である。この状態で、テーパーピン６３により保
持部材４１をハブ３１に仮止めする。この仮止め
は、ハブ３１のフランジ３２および保持部材４１
の本体４２にそれぞれあらかじめ設けられた孔に
テーパーピン６３を挿入して行う。所要の反発ト
ルクが得られるまでハブ３１と保持部材４１とを
円周方向に互いに変位させたときに、両者の孔が
一致する位置に孔は設けられている。ついで、第
１歯車２７に第３歯車３７を、第２歯車２８を第
４歯車５１にそれぞれかみ合せ、組み立てたのち
にテーパーピン６３を抜き取る。テーパーピン６
３を抜き取ると、圧縮されたコイルばね６１の反
発力によりハブ３１と保持部材４１とは互いに反
対方向に回転しようとする。第３歯車３７はハブ
３１にキー３８を介して固定されており、第４歯
車５１は保持部材４１と一体となつているので、
第３歯車３７と第４歯車５１とは反対方向に回転
しようとする。この反発トルクにより、第３歯車
３７はこれの歯面が第１歯車２７の一方の歯面に
接触するまで回転する。同様に、第４歯車５１は
これの歯面が、第２歯車２８の第１歯車２７とは
反対側の歯面に接触するまで回転する。この結
果、第１歯車２７および第２歯車２８に対する第
３歯車３７および第４歯車５１のバツクラツシは
なくなる。

以上のように構成された歯車伝動装置におい
て、圧縮されたコイルばね６１の反発力により、
第１伝動軸２１が正転する方向に、第１歯車２７
の歯面が第３歯車３７の歯面に接触している（し
たがつて、第２歯車２８の、第１歯車２７とは反
対側の歯面が第４歯車５１の歯面に接触してい
る）とする。このとき、第１伝動軸２１に反発ト
ルク以下の正方向のトルクが加わると、第１歯車
２７から第３歯車３７へ滑らかにトルクが伝わ
る。逆に、第１伝動軸２１に逆方向のトルクが加
わると、第２歯車２８から第４歯車５１へ滑らか
にトルクが伝わる。そして、これら歯車を介して
第１伝動軸２１から第２伝動軸２３にトルクが滑
らかに伝達される。これらの場合、歯車伝動装置
は減速装置として作用する。

第１伝動軸２１に反発トルク以上の伝達トルク
が加わると、第２歯車２８の、第１歯車２７と同
じ側の歯面が第４歯車５１の歯面に接触し、すべ
ての歯車を介して第１伝動軸２１から第２伝動軸
２３にトルクが伝わる。このとき、コイルばね６
１による緩衝作用により、第２歯車２８の歯面が
第４歯車５１の歯面に緩やかに接触する。このた
め、歯面間の衝撃および騒音の発生が防止され、
歯面の摩耗は少なくなる。

上記とは逆に第２伝動軸２３から第１伝動軸２
１にトルクを伝える場合も同様に作用する。この
場合には、この歯車伝動装置は増速装置として作
用する。

ここで、この発明の歯車伝動装置の諸元の一例
を示すと、歯車はすべて圧力角20度、ねじれ角10
度のはすば歯車である。歯数は、第１および第２
歯車が16枚、第３第および第４歯車が80枚であ
り、減速比は１／５である。入力軸径は28mm、出
力軸径は40mmである。歯車伝動装置には４本のコ
イルばねがセツトされ、コイルばねの外径は27
mm、自由長は40mm、圧縮荷重は137Kgｆである。
また、定格伝達トルクは20Kgｆ−ｍであり、予圧
トルクは30Kgｆ−ｍである。

この発明は上記実施例に限られるものではな
い。たとえば、長穴、長溝の個数を増減してもよ
く、コイルばねに代えて皿ばね用いてもよい。ま
た、第３歯車をハブを介さずに直接第２伝動軸に
固着するようにしてもよい。

（発明の効果） この発明の歯車伝動装置では、ばね受座の半円
筒面の中央部はフランジの長穴の円弧状端面によ
り、また半円筒面の両端部は保持部材の対をなす
長溝の円弧状端面によりそれぞれ支持されてい
る。したがつて、トルク伝達時に、ばね受座に支
持されたばねは偏ることなく圧縮力を受ける。こ
の結果、大きなトルクを安定かつ滑らかに伝達す
ることができる。

また、ばね受座は両端支持であるために高い強
度を示す。したがつて、伝達トルクに対する装置
の寸法比は小さくなり、バツクラツシなしに歯車
伝動装置の小型化を図ることができる。伝達トル
クが同じであるとすると、この発明の歯車伝動装
置では、通常の歯車伝動装置（バツクラツシあ
り）に比べて、寸法および重量が20％増加する程
度である。

さらに、ハブと保持部材との間の円周方向の変
位量を調整することにより、反発トルクあるいは
予圧トルクを自由に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の歯車伝動装置の一実施例を
示す断面平面図、第２図は第１図に示す装置の正
面図、第３図は上記装置の一部の詳細を示す縦断
面図、および第４図は第３の−線に沿う断面
図である。 １１…ケーシング、２１，２３…伝動軸、２
７，２８，３７，５１…歯車、３１…ハブ、３２
…フランジ、３３…長穴、３４…長穴端面、４１
…保持部材、４７…長溝、６８…長溝端面、５５
…ばね受座、５６…ばね受座半円筒面、６１…ば
ね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 軸方向に間隔をおいて同寸法の第１歯車２７
   および第２歯車２８が設けられた第１伝動軸２１
   と、第１歯車２７に直接または中間歯車を介して
   かみ合う第３歯車３７を固着し、第１伝動軸２１
   と平行な第２伝動軸２３と、円周方向に間隔をお
   いた複数の長穴３３を備えたフランジ３２を有
   し、前記第２伝動軸２３に固着されたハブ３１
   と、前記フランジ３２を収容するようにしてハブ
   ３１に回転自在にはめ合い、軸方向に向い合つて
   対をなす長溝４７の複数対が円周方向に間隔をお
   いて設けられているとともに前記第２歯車２８に
   直接または中間歯車を介してかみ合う第４歯車５
   １を備えた保持部材４１と、半円筒面５６を有
   し、円周方向に向き合つて対をなす複数組のばね
   受座５５と、対となつたばね受座５５の間に挿入
   されたコイルまたは皿ばね６１とからなり、ばね
   受座５５の半円筒面５６の中央部は前記フランジ
   ３２の長穴３３の円弧状端面３４により、また半
   円筒面５６の両端部は前記保持部材４１の対をな
   す長溝４７の円弧状端面４８によりそれぞれ支持
   されており、前記第３歯車３７と第４歯車５１と
   が伝達トルクよりも大きなトルクで回転方向に互
   いに反発するように前記ばね６１が圧縮されてい
   ることを特徴とする歯車伝動装置。