JPH0754935A - 内接噛合形遊星歯車減速機を使用した制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御装置に適した遊星歯車減速機の構造を提
供すると同時に、必要に応じて該遊星歯車減速機におけ
る角度バックラッシュを除去し、高精度の伝動制御を可
能にすること。 【構成】 入力軸と、ピニオンと、伝動歯車と、偏心体
軸と、外歯歯車と、内歯歯車とからなる内接噛合形遊星
歯車減速機であって、前記入力軸を回転駆動する原動部
がサーボモータであり、前記内歯歯車が該サーボモータ
の出力部であると同時に必要に応じて角度バックラッシ
ュ低減手段を設けること。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、偏心体軸に設けられた
偏心体に保持される円弧歯形あるいはトロコイド形歯形
を有する外歯歯車と、この外歯歯車と内接噛合する外ピ
ン等の円弧歯形からなる内歯を有する内歯歯車とを内接
噛合させることによって外歯歯車と内歯歯車とが相対的
に減速回転を行う内接噛合形遊星歯車減速機に関し、更
に詳しくは該内接噛合形遊星歯車減速機を使用した制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、制御動作を行なうロボットが多数
実用化されており、該ロボットの関節駆動機構として１
次側の回転を減速して２次側へ伝動する機構が設けられ
ている。１次側の回転を減速して２次側へ伝動する理由
は、減速によって２次側の出力やトルクを増大させると
同時に、１次側の制御誤差が減速比分だけ縮小されて２
次側へ現われるために２次側の回転制御あるいは位置制
御が精密に行なわれるからである。

【０００３】通常のロボットの関節伝動機構は、減速機
付きのモータを１次側の関節に設け、該減速機付きモー
タの出力回転を２次側の関節に入力伝動し、モータの出
力回転を制御することにより２次側の関節の回転(ある
いは位置)を制御している。ロボット関節の減速機構に
使用されている減速機は、外歯歯車同士を外接噛合させ
た通常の歯車減速機、太陽歯車と遊星歯車とを外接噛合
させ、遊星歯車を固定内歯歯車に内接噛合させた単純遊
星歯車減速機、ハーモニックドライブ(登録商標)と称さ
れる弾性リング状の内歯歯車と外歯歯車を内接噛合させ
た減速機、等々である。

【０００４】一方、円弧歯形を有する内歯歯車とトロコ
イド系歯形を有する外歯歯車とを内接噛合させてなる内
接噛合形遊星歯車減速機は知られている。以下に、従来
の公知の内接噛合形遊星歯車機構を図３および図４を参
照して説明する。

【０００５】入力軸１の端部にはピニオン２が設けられ
ている。ピニオン２は、入力軸１の回りに等角度に設け
られた３つの伝動歯車３と噛み合っている。伝動歯車３
は、偏心体軸４の端部に設けられている。偏心体軸４
は、軸受け５Ａ、５Ｂにより回転可能に支持されてい
る。偏心体軸４の中間には偏心体６Ａ、６Ｂが設けられ
ている。偏心体軸４に設けられた偏心体６Ａ、６Ｂは、
それぞれ外歯歯車７Ａ、７Ｂを偏心体軸受９Ａ、９Ｂを
介して保持している。外歯歯車７Ａ、７Ｂの歯８Ａ、８
Ｂは、円弧またはトロコイド形などの歯形に形成されて
いる。内歯歯車１０は外ケース１１と兼用になってお
り、その内周面に設けられた外ピン１２からなる内歯を
有している。前記外歯歯車７Ａ、７Ｂには、曲線からな
る内周面１３を有する貫通口が形成されており、この内
周面１３の中に支持ブロック１４の一部が遊嵌されてい
る。支持ブロック１４の端部にはキャリア１５がピン１
６とボルト１７によって固定されている。キャリア１５
と外ケ−ス１１の間に軸受１８Ｂが設けられ、支持ブロ
ック１４と外ケ−ス１１の間に軸受１８Ａが設けられて
いる。そして内歯歯車１０（外ケ−ス１１）の回転は、
回転取り出し部１９から取り出される。外歯歯車７Ａ、
７Ｂの中心ＯＢは、入力軸１の回転中心ＯＡと比べてｅ
だけ偏心している。

【０００６】上記の内接噛合形遊星歯車減速機の作用を
説明すると、偏心体軸４が１回転するごとに外歯歯車７
Ａ、７Ｂは中心ＯＡの回りを１回だけ公転する。そうす
ると、外歯歯車７Ａの歯８Ａおよび外歯歯車７Ｂの歯８
Ｂと内歯歯車１０の外ピン１２との噛み合いが１歯づつ
ずれるように内歯歯車１０（外ケ−ス１１）が自転す
る。

【０００７】このような内接噛合形遊星歯車装置は、相
対的に小形、軽量であるにも拘わらず大減速比が得られ
ると言う特徴を有する上、大トルクの伝達が可能である
ため、モータの出力回転を減速して大回転トルクを得る
種々の駆動機構の減速機として使用されている。その代
表的な使用例が産業車両のクローラの駆動装置である。

【０００８】又、一般に歯車伝動機構では、噛み合う歯
車の間にガタや遊びが生じることは避けられない。この
ガタや遊びのため、一方の回転方向から他方の回転方向
に変換するときに、駆動側の回転が直ちに被動側の回転
となってあらわれない。このため、例えば内接噛合遊星
歯車機構では、実開昭５８−１０２８５５号公報あるい
は実開昭５９−３０４８号公報、特平昭５６ー３９３４
１号公報等にみられるように、並行に複数個の噛み合い
を行わせ、伝動トルクの増大、強度の維持、バランスの
保持等を行なっているが、このような伝動機構では個々
の噛み合い部分でのガタや遊びは互いに干渉されて小さ
くなるが、本来、噛み合い部分で力の伝達が行われるは
ずのものであるから、このものでも正転から逆転時にガ
タや遊びが生ずる。上記ガタや遊びは、噛み合い部分が
複数個あるときは相対的なものとなる。このような相対
的なガタや遊びによる一方の回転から他方の回転への伝
達の遅れを角度バックラッシュという。

【０００９】このような角度バックラッシュは、前述の
従来公知の内接噛合形遊星歯車減速機においても、その
噛み合い部分の総和として存在する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前出の公知の歯車減速
機を小形の制御装置用として用いた場合、それぞれ下記
のような難点があった。

【００１１】まず、前記通常の歯車減速機を小形の制御
装置の減速機として使用した場合、大減速比を得るため
には大径の歯車を用いなければならず、減速機構が大形
化してしまうという欠点がある。又、通常の歯車減速機
では大トルクの伝動が出来ないので、大トルクの伝動を
可能とするには軸径や歯車を大形化しなければならず、
この点においても減速機構が大形化してしまう。

【００１２】又、単純遊星歯車減速機は、それ自身大減
速比を得られるが、内接噛合形遊星歯車減速機と比べる
と相対的に大形化する上、大トルクの伝動が不可能であ
る。従って、単純遊星歯車減速機によっても減速機構が
大形化してしまう。

【００１３】次に、前述のハーモニックドライブと称さ
れる機構は、本来小トルクの伝動しか行なわないので、
小形であったとしても大トルクの伝動を必要とする制御
機構には不向きである。

【００１４】これに対して、本来前記ロボット関節のよ
うな制御装置用の減速機は、大出力や大伝動トルクが必
要であるから、１台で大減速比の得られる内接噛合形遊
星歯車減速機は該制御装置用の減速機として非常に有利
なものであるはずである。ところが、内接噛合形遊星歯
車減速機は、小形の制御用減速機として使用されること
はなかった。その理由は、主として以下の２点にあっ
た。

【００１５】第１点として、内接噛合形遊星歯車減速機
には、角度バックラッシュという避けられない技術的課
題がある。このため、内接噛合形遊星歯車減速機をその
まま正転、逆転の繰り返しの多い制御装置用減速機とし
て使用するには支障が有った。即ち、角度バックラッシ
ュは噛合部分の製造誤差や取り付け部分の誤差によって
生ずるものであるが、前述の内接噛合形遊星歯車減速機
は偏心体、外歯歯車、内歯歯車、内ピン等の取り付け部
品が多く、どうしても角度バックラッシュが大きくなっ
てしまう。このような角度バックラッシュの大きい減速
機構を制御機構の減速機として使用すると、入力回転が
直ぐに出力回転として現われないので、これを制御装置
に使用すると制御精度の低下を来たしてしまう。特に、
正転から逆転への回転変換が頻繁に行なわれるような制
御装置に使用すると、その都度角度バックラッシュによ
る遅れが生じてしまうので、このような回転変換の頻繁
な制御態様を採る制御方式には一層使用することが困難
である。

【００１６】上記角度バックラッシュを除きかつ縮める
ためには部品の加工精度を上げたり、部品の選択や組み
合わせに時間を浪費したり、部品の取り付けに工夫を凝
らして正転時の伝動機構と逆転時の伝動機構とをそれぞ
れ分担させると良いことが分かっている。しかしなが
ら、このようなことを行うには、製造コストや、組付け
時間、メンテナンス等の面で余りにもマイナスが多すぎ
る。この理由により、公知の実開昭５９ー３０４８号公
報、特開昭５６ー３９３４１号公報の内接噛合形遊星歯
車減速機は角度バックラッシュを余り考慮しなくとも良
いクローラ車両の走行装置用として使われていたのであ
る。

【００１７】第２点として、ロボット関節等の制御装置
用として用いられる減速機は、サーボモータ等の駆動源
をコンパクトに収容できると同時に、結合される相手側
機械との取り付け、取外しが簡単でなければならず、更
には減速機の構造自体が組付け、分解作業に手間取らな
いことが必要である。又、種々の制御装置に使用可能と
するには駆動部分と出力部分がユニットとして完全に一
体的に結合されていると同時に組付け、分解作業を容易
としてメンテナンスに困難のない構造とする必要があ
る。

【００１８】本発明者は内接噛合形遊星歯車減速機を制
御装置に適用することを鋭意研究した結果、小形コンパ
クトであるとともに慣性力の小さい内接噛合形遊星歯車
減速機の構造、及び内接噛合形遊星歯車減速機に効果的
な角度バックラッシュの低減手段を得ることができた。

【００１９】そこで、本発明の目的は、制御装置に適し
た遊星歯車減速機の構造を提供すると同時に、該遊星歯
車減速機における角度バックラッシュを除去し、高精度
の伝動制御を可能にすることにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、支持ブロックと、該支持ブロックから突出して設
けられた入力軸と、該入力軸に設けられたピニオンと、
前記入力軸の軸心を中心として同半径位置に複数個設け
られ、前記ピニオンと外接噛合する伝動歯車と、該伝動
歯車を回転自在に支持するとともに、前記支持ブロック
に軸支された偏心体軸と、該偏心体軸に設けられた偏心
体と、前記入力軸及び偏心体軸が貫通し、前記偏心体に
よって保持されて自転することなく公転のみを行う外歯
歯車と、該外歯歯車の外周に設けられ、前記外歯歯車と
内接噛合して自転のみを行う内歯歯車とからなる内接合
形遊星歯車減速機において、前記入力軸を回転駆動する
原動部がサーボモータであり、前記内歯歯車が該サーボ
モータの出力部であるところにあり、更には、前記内接
噛合形遊星歯車減速機に角度バックラッシュ低減手段を
設けたところにある。

【００２１】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図１および図２に
基づいて説明する。入力軸１は支持ブロック１４から突
出して設けられており、該入力軸１の端部にはピニオン
２が設けられている。ピニオン２は伝動歯車３と外接し
て噛み合っている。伝動歯車３は偏心体軸４の端部に設
けられており、該偏心体軸４は入力軸１の軸心ＯＡを中
心として同半径位置に等角度に３本設けられている。偏
心体軸４は、伝動歯車３を回転自在に支持するととも
に、支持ブロック１４及びキャリア１５との間に設けら
れた軸受５Ａ、５Ｂを介してそれ自体が回転可能に支持
されている。偏心体軸４の中間には偏心体６Ａ、６Ｂが
一体あるいは別体に設けられている。偏心体６Ａ、６Ｂ
の外周には、外歯歯車７Ａ、７Ｂが偏心体軸受け９Ａ、
９Ｂを介して保持されている。外歯歯車７Ａ、７Ｂの歯
８Ａ、８Ｂは、円弧またはトロコイド形などの歯形に形
成されている。内歯歯車１０Ａ、１０Ｂは、外ケース１
１と兼用となっており、その内周面に外ピン１２Ａ、１
２Ｂからなる内歯を有している。前記外歯歯車７Ａ、７
Ｂには、曲線からなる内周面１３を有する貫通口が形成
されており、該内周面１３を貫通して支持ブロック１４
の一部が遊嵌されている。支持ブロック１４の端部には
キャリア１５がピン１６とボルト１７によって固定され
ている。キャリア１５と外ケ−ス１１の間に軸受１３Ｂ
が設けられ、支持ブロック１４と外ケ−ス１１の間に軸
受１３Ａが設けられている。そして内歯歯車１０（外ケ
−ス１１）の回転は、外ケース１１の外周に設けられた
回転取り出し部１９から取り出される。外歯歯車７Ａ、
７Ｂの中心ＯＢは、入力軸１の回転中心ＯＡと比べてｅ
だけ偏心している。

【００２２】入力軸１を回転駆動する原動部がサーボモ
ータＭとなっており、該サーボモータＭは支持ブロック
１４に収容されている。支持ブロック１４は固定された
ものとなっている。

【００２３】本発明のこの実施例においては、偏心体６
Ａ、６Ｂ、外歯歯車７Ａ、７Ｂおよび内歯歯車１０Ａ、
１０Ｂからなる組み合わせが、軸方向に２組設けられて
いる。外ピンは、１２Ａ、１２Ｂの２つに分割されてお
り、一方の外ピン１２Ａは外ケ−ス１１に保持されて内
歯歯車１０Ａを形成し、他方の外ピン１２Ｂは外ケ−ス
１１に設けられた中間枠２０に保持されて内歯歯車１０
Ｂを形成している。つまり、偏心体６Ａ、外歯歯車７Ａ
および内歯歯車１０Ａにより１組の歯車組が構成され、
更に又、偏心体６Ｂ、外歯歯車７Ｂおよび内歯歯車１０
Ｂにより他の１組の歯車組が構成されている。前記中間
枠２０はノックピン２１により外ケ−ス１１に固定され
る。ピニオン２と噛合う伝動歯車３は３Ａ、３Ｂに歯車
２分割あるいは２個１組の組み合わせ歯車となってお
り、相対的に円周方向に調整可能となっており、かつ止
めボルト２２によって一体的によって固定されている。

【００２４】これらの組み立ては、次のように行われ
る。まず、一方の回転方向に対して１組、すなわち内歯
歯車１０Ａ（外ケ−ス１１に保持された外ピン１２
Ａ）、外歯歯車７Ａおよび偏心体軸受け９Ａのガタや遊
びが詰まった状態、すなわち角度バックラッシュをなく
した状態にして取り付ける。この状態において、他方の
回転方向に対しては他の１組、すなわち内歯歯車１０Ｂ
（中間枠２０に保持された外ピン１２Ｂ）、外歯歯車７
Ｂおよび偏心体軸受け９Ｂのガタや遊びが詰まるまで、
角度θだけ中間枠２０を外ケ−ス１１内で回転させて、
ノックピン２１により外ケ−ス１１に固定する。このよ
うに外ケ−ス１１内を中間枠２０を回転させて固定する
方法は、組み立てを容易なものとする。

【００２５】これによって、一方の回転方向において、
内歯歯車１０Ａの外ピン１２Ａと外歯歯車７Ａの歯８Ａ
のガタや遊びによる角度バックラッシュが除去され、ま
た、他方の回転方向において、内歯歯車１０Ｂの外ピン
１２Ｂと外歯歯車７Ｂのガタや遊びによる角度バックラ
ッシュが除去されるので正、逆いずれの回転においても
角度バックラッシュが除去される。

【００２６】さらに、伝動歯車３とピニオン２との間の
ガタや遊びによる角度バックラッシュをも除去する構造
となっている。すなわち、伝動歯車を３Ａ、３Ｂの２つ
に分割あるいは２個１組とし、互いに角度バックラッシ
ュ分だけ位相をずらして一体に固定してある。この作用
は、上記した内歯歯車１０Ａ、１０Ｂと外歯歯車７Ａ、
７Ｂの場合と同様である。さらに、ピニオンを２分割あ
るいは２個１組とし、これと噛み合う伝動歯車を１個と
してもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上のように構成された本発明の効果を
挙げると以下のとおりである。外歯歯車が公転のみを行
い、該外歯歯車と噛み合う内歯歯車（外ケース）が自転
のみを行うものとなっているので、総合的な慣性力が低
減し、高速、高精度な位置決めが可能となり、制御装置
の伝動機構として効果的なものとなる。全体的に小形、
コンパクトな構造であり、かつ組立て、分解が簡単であ
る。支持ブロックにサーボモータを予め組み込むととも
に、入力軸を回転駆動する原動部と大トルクを伝動する
出力部が完結した伝動機構となっているので、小形コン
パクトである上、相手機械との取り付け、取外しが容易
で、メンテナンス性の良いものとなっている。遊星歯車
機構における角度バックラッシュを除去でき、これによ
り正確な回転制御が可能となり、特に、制御装置の回転
伝達機構としての精度を向上させることができる。すな
わち、動力の伝達が行われる外歯歯車と内歯歯車との
間、及びピニオンと伝動歯車との間のいずれの角度バッ
クラッシュもなくすことができるので、正転、逆転時の
角度バックラッシュを確実に除去でき、制御装置の回転
伝達機構としての精度を一層向上させることができるも
のとなる。角度バックラッシュの低減構造が簡単であ
り、低コストである上、該角度バックラッシュ低減手段
の組付け、調整に手間取ることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例にかかる遊星歯車機
構の断面図である。

【図２】図２は、図３における２組の外ピンと外歯歯車
を示す図である。

【図３】図３は、従来の遊星歯車機構の断面図である。

【図４】図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１：入力軸 ２：ピニオン ３Ａ、３Ｂ：伝動歯車 ４：偏心体軸 ６Ａ、６Ｂ：偏心体 ７Ａ、７Ｂ：外歯歯車 １０Ａ、１０Ｂ：内歯歯車 １１：外ケ−ス １２Ａ、１２Ｂ：外ピン ２０：中間枠 Ｍ：サーボモータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持ブロックと、該支持ブロックから突出
   して設けられた入力軸と、該入力軸に設けられたピニオ
   ンと、前記入力軸の軸心を中心として同半径位置に複数
   個設けられ、前記ピニオンと外接噛合する伝動歯車と、
   該伝動歯車を回転自在に支持するとともに、前記支持ブ
   ロックに軸支された偏心体軸と、該偏心体軸に設けられ
   た偏心体と、前記入力軸及び偏心体軸が貫通し、前記偏
   心体によって保持されて自転することなく公転のみを行
   う外歯歯車と、該外歯歯車の外周に設けられ、前記外歯
   歯車と内接噛合して自転のみを行う内歯歯車とからなる
   内接噛合形遊星歯車減速機であって、 前記入力軸を回転駆動する原動部が支持ブロックに設け
   られたサーボモータであり、前記内歯歯車が該サーボモ
   ータの出力部であることを特徴とする内接噛合形遊星歯
   車減速機を使用した制御装置。
2. 【請求項２】支持ブロックと、該支持ブロックから突出
   して設けられた入力軸と、該入力軸に設けられたピニオ
   ンと、前記入力軸の軸心を中心として同半径位置に複数
   個設けられ、前記ピニオンと外接噛合する伝動歯車と、
   該伝動歯車を回転自在に支持するとともに、前記支持ブ
   ロックに軸支された偏心体軸と、該偏心体軸に設けられ
   た偏心体と、前記入力軸及び偏心体軸が貫通し、前記偏
   心体によって保持されて自転することなく公転のみを行
   う外歯歯車と、該外歯歯車の外周に設けられ、前記外歯
   歯車と内接噛合して自転のみを行う内歯歯車とからなる
   内接噛合形遊星歯車減速機であって、 前記入力軸を回転駆動する原動部が支持ブロックに設け
   られたサーボモータであり、前記内歯歯車が該サーボモ
   ータの出力部であり、前記遊星歯車減速機に角度バック
   ラッシュ低減手段を設けたことを特徴とする内接噛合形
   遊星歯車減速機を使用した制御装置。
3. 【請求項３】角度バックラッシュ低減手段が、偏心体と
   該偏心体に保持される外歯歯車および該外歯歯車と噛み
   合う内歯歯車からなる歯車の組合せが複数組設けられ、
   該複数組の外歯歯車と内歯歯車の組み合わせの内、１つ
   の組み合わせの外歯歯車と内歯歯車との位相を互いに角
   度バックラッシュ分だけずらして取り付けると共に、互
   いに噛み合うピニオンと伝動歯車のいずれか一方を軸方
   向に２個または２分割して互いに角度バックラッシュ分
   だけ位相をずらせて噛み合わせてなることを特徴とする
   請求項２記載の内接噛合形遊星歯車減速機を使用した制
   御装置。 【０００１】