JPH03505903A - 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】 歯車組立体 本発明は、２個のダブル調和歯車（ｄｏｕｂｌｅ　ｈａｒｍｏｎｉｃｇｅａｒ） で成る歯車組立体に関する。このダブル調和歯車は以後、デュアル調和歯車と呼 ぶ。さらに、本発明に従った歯車組立体にモータを後述の方法で接続することが でき、それによってコンパクトな歯車モータを得ることができる。このモータの １つの効果的な用途は、例えば産業ロボットの可動接ぎ手の駆動手段における動 力装置により、高ねじりモーメント、低回転速度、スペースをわずかしか必要と しないこと、軽量、すぐれたパーキング精度を必要とするようなメカニズムに使 用することである。

いくつかのモータの型において、最大動力は負荷を移動させるに必要なものより もっと高速の回転速度で回転するモータから得られる。従って、モータから得ら れる最大動力が低い回転速度で高ねじりモーメントとして利用できるようにモー タと負荷との間に、減速歯車を備える。周知のように、調和歯車は滅連比が高く 、歯車の占めるスペースはわずかで、その性能はすぐれている。

調和歯車の原理は、１９５９年９月２９日付で許されたムッサーの米国特許第２ ９０６１４３号に開示されており、シュアル調和歯車の原理は１９６０年６月５ 日付で許されたムツサーの米国特許第２９４３５１３号に示されている。

特表千３−５０５９０３　（２） 本発明によれば、２個のシュアル調和歯車は並列に接続し、第１モーメントが例 えばその２個の歯車間に位置する外側環状第１軸を介して歯車組立体へ供給され 、それによって歯車組立体の第２軸がスリーブ状を呈するように仕組まれる。環 状に作られるモータの回転子は直接、第１軸として使用される。そのようなモー タには、例えばブラシレス直流モータやステッパーモータのような種々の型の電 気モータ、或いは、例えば空気モータのような他の型のモータが含まれる。この 歯車組立体のモーメント伝達能力は非常に高い。そのスペースの必要性やその伝 達比の範囲（約２５〜１００：１）に関して、それは環状モータの減速歯車とし て使用するのに適し、そのスペースの必要量を著しく増大させることもない。こ の歯車組立体はまた、事実上クリアランスなしで構成することができ、その直径 や、ひいてはモーメント伝達能力は、コンパクトな構造を保持しながら、幅広い 制限の範囲内で変化する。所望であれば、第１モーメントを他の方法ででもまた 歯車組立体へ供給することができる１例えば、別の駆動軸を介して外部リングへ 、又はリムの内部に位置する軸受を介して供給することができる。これらの効果 を得るために、本発明は主に、請求項１に示した内容を特徴とする。

次に、本発明とその好ましい実施例について、添付図面の実施例に関連しながら 詳述する。

第１図は本発明に従った歯車組立体を部分的縦方向横断面図を示し、 第２図は前図の端部の突出を示し、 第３図は歯車組立体の部分縦横断面図であって、その組立体には、ブラシレス直 流モータがモータとして取付もれている。

第４図はＡ−Ａｍの方向へ見た第３図のモータの横断面図であり、 第５図は第３図の歯車組立体においてリムを楕円形にする磁気回路を示す。

第６図は歯車組立体の移動時、端部の突出としての本発明の歯車組立体の操作の 縮小図であり、第７図は歯車組立体に負荷がかかっている時、端部の突出として デュアル調和歯車内の歯車組立体のリムにがかる正接応力の分布を示す。

第１，２図は歯車組立体の全体構造を示す、この歯車組立体は共通の弾性リム２ を有するシュアル調和歯車１ａ。

■ｂで成るように組立られる。リムは、外歯３ａと内歯５ａとその内歯と噛み合 う軸歯６ａとを備えており、前記外歯３ａは歯車１ａに属し、周囲歯４ａと噛み 合う。それに対応して、歯車１ｂはリムの外側に形成された歯３ｂと、その歯と かみ合う周囲歯４ｂと、内歯５ｂと、それとかみ合う軸歯６ｂとで成る。リム２ は歯車１ａと１ｂとの間に配設された第１リング７によって楕円形にされ、その リングから第１モーメントが軸受８を介してリムへ伝達される。このリムは第１ リング７内に配置された軸受８、又は磁石によって楕円形にされる。一方、歯車 １ａ、ｌｂの周囲歯４ａ、４ｂと、他方、軸歯６ａ、６ｂとは両方とも別々に接 続される。これらの対の片方は第２軸として作用し、他方の対は第２モーメント と第１モーメントとの間の差を受入れる。しかしながら、この接続において、内 歯６ａ、６ｂを接続する軸は一貫して“第２軸”と呼ばれる。原則として、歯車 組立体のモーメント伝達能力は、歯が噛み合うことにより２倍となる。

第３図、４図はモータとしてブラシレス直流モータが取付られている歯車組立体 を示す６軸歯（６ａと６ｂ）はそれによって共通の非強磁性第２軸９と一体的に 形成され、周囲歯４ａ、４ｂは固定端部フランジｌｏａ、１０ｂと一体的に形成 される。前述の基本的部分に加えて、その構造体は、モータの固定子本体１１と 、固定子１２と、固定子巻き１３と、モータの回転子として作用する歯車組立体 の第１リング７とで成る。モータのための永久磁石１４と、リムを楕円形にする 永久磁石１５と、その支持リング１６とは、第１リング内に配置される。非強磁 性軸受８と空隙１７とにより１回転子はリムに対して移動することができる。こ の回転子は軸受１８ａ、ｉｓｂにより端部フランジに装着される。

第５図は第３図の歯車組立体において、リムを楕円形の形にするため回転子７と リム２にある磁気回路を示す６回転子７に固定された永久磁石１５の極方向は、 磁束がリムと、永久磁石と回転子とを介して軸方向と半径方向へ回転するように 選択する。この方法で、軸受の周囲の所望の長さにわたって、軸受８に対して強 力な磁力の引きっけが得られる。支持リング１６により、磁石１５はしっがりと 保持され、磁力の引きつけにも拘らず、空隙１７が確実に保持される。磁束はリ ム内には侵入しないので、回転子とリムとの間で回転運動が生じるにも拘らず、 リムには大きな渦巻流は生じない、磁気回路部分にあるリムを、透過性が高く、 すぐれた飽和値を有し、固有抵抗の高い材料で作ることによって渦巻流を減少さ せることができる。誘導電流をさらに減少させる方法は、半径方向の誘導電流の 通過を防ぐために両バンド表面間に、特に薄い絶縁材料層を備えるような方法で 磁気回路部分にあるリムを薄いバンドで巻くことによりリムを製造することであ る。そうすれば、リムの磁束の移動方向が同じである時、ヒステレシスロスを事 実上、減少させることができる。第５図において、頂部磁束と底部磁束とはそれ によって、回転方向が逆となる。

リムの磁束方向がリムの周囲と平行をなすようにその方向を調整することによっ てもまた楕円形ができる。それによって生しるドローバツクにより、ヒステレシ スロスが増大する。

第６図は歯車組立体の移動時の状態を示す縮小図である。回転子７が角度αだけ 回転する時、リム２は距離Ｓ１＝αＲだけ、半径Ｒを有する外周に沿って回転す る。

それによって、リムは同一距離αＲだけ、曲線部分Ｓを回転する。それによって 、より短い長さＳ２＝αｒだけ、曲線部分Ｓから離反移動する。曲線部分の長さ は同じ状態のままであるので、半径ｒの第２軸もまた、回転子の回転方向とは反 対方向へ、距１ｊＪＳ３＝Ｂｒだけ回転しなければならない。その入射角は次式 で表わされる。即ち、ｓ＋５ｌ−ｓ２−ｓ３＝ｓ 上式を簡単化すれば、次式が成立つ、即ち、Ｓ　−５２−５３＝Ｏ αＲ−αｒ−（−β）ｒ＝０ α（Ｒ−ｒ）＝−βｒ　　（正の時計方向の回転伝達比の公式が府の負号となる ことは、第２軸が第１軸の回転方向とは反対方向へ回転することを示す、実際に 、リムはある厚みを有し、そのリムの内面と外面は歯の数が異なり、歯のサイズ は同じである。伝達比はそれによって、デュアル調和歯車に関する特許に開示さ れた公式によって計算される。

第７図は第２軸に作用する負荷モーメントによりリム２に生じる正接に引っばり 応力と圧縮応力を示す。第２軸が第１軸の回転方向とは反対方向へ回転する時、 曲線の長さＰ　とＰ２に圧縮応力が生じ５曲線の長さ■１とｖ２に引っばり応力 が生じる。調和歯車の歯はリムの頂点では接触せず（それらの歯がかみ合ってい るとしても）、正接点をこえたのち、決定点から始まるので、応力がゼロの地点 は、リムと円形周面との間の正接点（頂点）から決定角γ８０．γｅ２の距離を おいて位１づけられる。負荷によりリムに生じる正接の引っばり応力状態及び圧 縮応力状態は、それらがデュアル調和歯車１ａ、ｌｂの部分でリムをより一層楕 円形にし、第１軸（回転子の）ねじりモーメントに対してリムを楕円形に回転さ せるように仕組まれている。

−例のリムの楕円がこの理由で決定角にわたってねじれが生じる場合、これは、 この歯車機構により、この部分の範囲内で外周と内周との間に動きを生じさせる ことになる。外周と内周は歯車組立体の両側で相互に接続されるので、その外周 と内周との間のそれに対応する動きがまた、その歯車の他側に生じる。これはさ らに、歯車組立体のこの側にもまた、それに対応する方法でリムの楕円にねじれ を生じさせる。この歯車機構により、歯車立体のねじれはかくして、歯車組立体 の両側で対称をなす、リムの楕円が第１リング部分の範囲内で楕円の形に対して そのように変形することは、例えばその材料の剪断を必要とし、バックリングが 生じなければ、リムプレートのベンディングだけを必要とするのではない。この ねじれはリムにねじり応力を必要とする。しかしながら、これらは第１モーメン トだけで生じ、第２モーメントによって生じるのではないので、ねじれは小さい ままである。このリムは第１リングの外部楕円形から離れていない、この事は、 リムが永久磁石の引きつけ力によって支持軸受に当接してしっかりと保持される 時、そのリムが圧縮応力部分Ｐ、Ｐ２の範囲内でその形から押圧され得ないので 、リムは引っばり応力部分Ｖ、Ｖ２の範囲内で内方へその形から離れることもで きないという事実による。さらに、このリムは部分ｖ１゜■２の範囲内で作用す る引っばり応力により第２軸に当接するように押圧されるので、そのリムは第２ 軸の歯から外れることはない、上述したことをまとめれば、この歯車組立体は負 荷に対して安定して作動することができ、しかも弾性に対して剛性的に作動する ことができると言える。最適のモーメント伝達能力を得るためにリムの剛性はそ こにかかる全ての応力を考慮に入れて決定すべきある。これはここではこれ以上 詳述することをしない従来の方法によって解決している問題である。

この歯車組立体のリムはまた、外側支持用軸受により楕円形にし、それによって 別の引っばり磁石を必要としないようにすることもできる。この支持用軸受はリ ムを第２軸の歯に対して押圧される時、それは同時に、縦面で外周歯に対しても 押圧される。この種の歯車組立体は、軸受クリアランスを必要とするために、磁 石作用で楕円形を作る場合より一層ねじりクリアランスになり易い、この１つの 効果は、従って、リムに渦巻流が生じることがなく、部品の材料選択的に、強磁 特性を考慮する必要がないということである。

リムは楕円形に作ることができ、それに対応した方法で、リムの中心から内部的 にリムに第１モーメントを供給することもできる。

所望であれば、歯車組立体のねじりクリアランスは、第２軸と外周の歯を縦方向 へ２部分に分けることによって減少させることもできる。リムの各かみ合せの対 応歯部分を互いに対して回転させ、それらの部分を一緒に係止することによって 、それらのかみ合せ間でクリアランスがなくとも接触が生じるようにする。

この歯車組立体は、デュアル調和歯車のリムが２個の突出部により形成された状 態のものについてこれまで説明してきた。歯車組立体はまた、デュアル調和歯車 が一般にそうであるように、突出部の数がたとえ、上述の場合とは異なっていて も作動する。

この歯車組立体は潤滑剤を遮断するために容易にシールを行うことができ、歯の 中へ外来不純物が侵入するのも防止している。この事は図面を明確にするため実 施例の図面には示していない。

歯車組立体の第２軸はリムを介して半径方向に支持される。第２軸の半径方向及 び軸方向の負荷容量は、外部軸受によりさらに改善される。さらに、このリムは 軸方向に支持することもできる。この事もまた１図面を明瞭にするために図面に は示していない。

歯車組立体はまた、推進歯車としても働き、その場合、第２軸は駆動軸として作 用する。

所望であれば、ポールナツトやボールねじ等、軸方向への可動部材を第２軸に関 連して位置づけることができ、それによって、強力で正確で、コンパクトな軸方 向の動力装置を得ることもできる。

これらの歯車組立体を、例えば受動軸に並列に接続させることもでき、それによ って、軸に対するそれらのモーメン！・伝達能力が個々の歯車のモーメント伝達 能力の合計となるようにする。

これらの歯車組立体は、その前の歯車の第２軸が先の歯車の第１リムに接続する ようにそれらの歯車組立体を連続して互いに接続させることもできる。従って、 その結合体の伝達比は個々の伝達比の積となる。

本発明及びその用途について、添付図面の実施例に関連しながらこれまで説明し てきたけれども、本発明はそれに制限されるものではなく、この技術に熟達した 人は、勿論、自分の知識の範囲にあるものと共に、請求項に開示した発明性のあ るアイデアの範囲内でそれを変形することができる。

Ｆｌｏ、５ ＦＩＧ、　６ 補正音の写（翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成２年１月１２日 特許庁長官　　吉　１）　文　毅　殿 １、国際出願の表示　　　ＰＣＴ／ＦＩ８８１００１１７２、発明の名称　　歯 車組立体 ３、特許出願人 名　　称　　インノケ　オイ 代表者　ポロ　アンツテイ 国　　籍　　フィンランド共和国 ４、代理人　〒１０１ 住　　所　　東京都千代田区神田東松下町３８番地　鳥本鋼業ビル５、補正音の 提出年月日　　１９８９年１月２７日６、添付書類の目録 （１）補正音の写し翻訳文　　　　　　　　　　　　　１通浄書（内容に変更な し） ５、　第２軸（９）が駆動軸として作用し、第１リング（７）が受動軸として作 用するようにその機能を逆転的に作用させることができることを特徴とする請求 の範囲第１、第２または第３項に記載の歯車組立体。

１、事件の表示　　　　ｆＴ／ＦＩ８Ｂ１００１１７２、発明の名称　　　歯車 組立体 ３、補正をする者 鳥本鋼業ビル ６、補正により増加する発明の数　　０７、補正の対象　　　平成２年１月１２ 日付提出の補正音の写しの翻訳文８、補正の内容 別紙のとおり、タイプ印書した補正音の写しの手続補正書（方式）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．２個の並列したデュアル調和歯車で成り、それらの歯車は相互に接続され、 そして共通の弾性リム（２）で成り、その両端にはデュアル調和歯車を備えてお り、前記リムの外面にある歯（３ａ，３ｂ）は周囲歯（４ａ，４ｂ）と噛み合い 結合し、内面にある歯（５ａ，５ｂ）は軸歯（６ａ，６ｂ）と噛み合い結合する 事と、それらの歯間に配設されたリンクは第１リングであり、そこからねじりモ ーメントが軸受（８）を介して弾性リムへ伝達される事と、リムの歯と噛み合い 結合する相互に接続した歯のいずれか片方は、第２軸として作用し、他方は第２ モーメントと第１モーメントとの間の差異を受入れる事とを特徴とする歯車組立 体。
2. ２．リム（２）は第１リング（７）内に位置する磁石によって楕円形にされ、そ の際、磁束はリム（２）と、磁石（１５）と第１リング（７）とを介して軸方向 と半径方向へ、第１リングの所望の長さにわたって回転する事と、第１リング内 に配置された支持軸受（８）は第１リングとリムとの間に空隙を保持し、その空 隙はそれらの両部材間で相対的な動きを可能にすることを特徴とする、請求の範 囲第１項に記載の歯車組立体。
3. ３．前記リム（２）は軸受（８）によって楕円形にされることを特徴とする、請 求の範囲第１項に記載の歯車組立体。
4. ４．第１リング（７）はその歯車組立体に取付られたモータの回転子と一体的に 形成されることを特徴とする、請求の範囲第１、第２または第３項に記載の歯車 組立体。