JPS63180753A - 変速駆動装置 - 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】 く技術分野〉 本発明は、二個の制御モータにより太陽歯車とその外側
の内歯歯車が互いに反対回転され遊星歯車が太陽歯車と
内歯歯車の差動により遊星回転し出力回転ゼロから減速
ゼロまでの間で無段変速できる変速駆動装置に関する。

〈従来技術と問題点〉 従来の歯車減速機または歯車増速機は、速比が一元的に
決まり変更することはできなかった。他方、従来の無段
変速機は、円筒コロが用いられ、歯車は用いられてない
ので、スベリが生ずるために精密な回転伝達を行えない
ので精密位置決めには使用されなかった。

また、従来においてサーボモータやパルスモータやステ
ップモータによる精密位置決めは、ダイレクトドライブ
であって分解能が一回転当り、ｌＯ万個以上のパルスを
出力するロータリーエンコーダを用いて超微細な角度を
移動していたので、位置決め制御が困難を極め、負荷を
大きく取ることはできなかった。このため、重負、荷・
がかかる精雀加工機の分野では軽負荷ですむ精密測定や
半導体製造装置分野に比べ精密位置決めが遅れている。

く本発明の目的〉 本発明は、上述した点に鑑み案出したもので、二個の制
御モータにより太陽歯車とその外側の内歯歯車が互いに
反対回転され両歯車の差動により遊星歯車が公転し出力
回転ゼロから減速ゼロまでの広い回転領域でスベリが生
ずることなく正確な無段変速ができる高減速用遊星歯車
減速機を提供することを目的としている。

く本発明の構成〉 本発明の変速駆動装置は、 入力軸に設けられた太陽歯車と、太陽歯車の外側を反対
方向に回転する内歯歯車と、太陽歯車と内歯歯車に噛合
して回転差動により遊星回転する遊星歯車とが設けられ
、該遊星歯車を軸支する円盤が旋回腕となっており円盤
の外面中央に出力軸が設けられ、該円盤または出力軸が
装置函体に回転自在に支持されており、 内歯歯車を太陽歯車に対して反対方向に回転させる構造
部分が、 入力軸に平行して設けられた第二の入力軸と、第二の入
力軸に設けられた第一歯車と、内歯歯車と一体に設けら
れ入力軸の外側を回転しかつ第一歯車と噛合する第二歯
車とを備え、 上記二つの入力軸にそれぞれ制御モータが接続されてい
ることを特徴とするものである。

従って、太陽歯車と第一の制御モータとは第一の入力軸
を介して直結されていて、太陽歯車が第一の制御モータ
によりダイレクトドライブされる。一方、内歯歯車と第
二の制御モータとは第一歯車と第二歯車の外接噛合回転
を介して連結されていて、内歯歯車が第二の制御モータ
により該第二の制御モータの回転に対して反対方向に回
転されるようになっている。従って、第一、第二の制御
モータを同方向回転させれば、内歯歯車と太陽歯車が互
いに反対方向に回転することになり、遊星歯車の公転は
太陽歯車と内歯歯車の差動により生起するので第一、第
二の制御モータの回転数いかんで太陽歯車と内歯歯車の
差動を大小のいかようにも得られ、結局、出力回転ゼロ
を含む中高減速域での無段減速回転が得られる。さらに
、第一、第二の制御モータの回転数を大きさを逆転する
と太陽歯車と内歯歯車の差動が正転方向から逆転方向に
変化させることができ、しかもこのとき歯車のパックラ
ッシが現れない逆転が行えるので精密位置決め用の駆動
装置としてはかり知れない効果を奏する。そうして、二
つの制御モータをノンストップ運転としたまま、かつモ
ータ回転を逆転させずに、出力回転を逆転に変化させる
ことができることも被移動体の駆動に極めて便利である
。

また、第二の制御モータを停止させ、第一の制御モータ
を回転させれば、内歯歯車が固定されることになるから
、減速比は陽歯車の歯数比に等しくなり、およそ１／２
〜１／６の低減速比が得られる。

さらに、第一、第二の制御モータを互いに反対方向に回
転させれば、内歯歯車と太陽歯車が同方向に回転するこ
とになり、太陽歯車と内歯歯車の回転数が同じであれば
、遊星歯車は、内歯歯車と太陽歯車と噛合ったまま自転
しないまま公転を行うことになる。結局、減速ゼロを含
む低減速域での無段変速回転が得られる。

以下、実施例により図面を参照して説明する。

く第一実施例・・・第１図〉 先ず構成を説明する。

この発明における変速駆動装置は、入力軸１に設けられ
た太陽歯車２と、太陽歯車２の外側を反対方向に回転す
る内歯歯車３と、太陽歯車２と内歯歯車３に噛合して回
転差動により遊星回転する遊星歯車４とが設けられ、該
遊星歯車４を軸支する円盤５が旋回腕となっており円盤
５の外面中央に出力軸６が設けられ、該円盤５または出
力軸６が装置函体７に回転自在に支持されている。

そして、内歯歯車３を太陽歯車２に対して反対方向に回
転させる構造部分に顕著な特徴がある。

すなわち、入力軸１に平行して設けられた第二の入力軸
８と、第二の入力軸８に設けられた第一歯車９と、内歯
歯車３と一体に設けられ入力軸１の外側を回転するよう
になっており第一歯車９と噛合する第二歯車１０とを備
えてなる。内歯歯車３と第二歯車ｌＯとは連結固定具１
１により連結されている。

符号１２は軸受兼モータブラケットであり歯車９．１０
及び入力軸ｌ、８を支持するとともにモータ１３．１５
を支持する軸受兼モータブラケットである。第一歯車９
と第二歯車１ｏは、装置函体７に収容され、軸受兼モー
タブラケット１２により密閉されており、第一の入力軸
１は第一の制御モータ１３とカップリング１４で接続さ
れ、第二の入力軸８は第二の制御モータ１５とカップリ
ング１６で接続されている。なお、円盤５は大きく露出
している。符号１７は軸受押えカバーである。

次に、作用を説明する。

この変速駆動装置では、内歯歯車３が太陽歯車２に対し
て反対方向に回転するので、太陽歯車２と内歯歯車３の
歯数比が太陽歯車２と内歯歯車３の回転数比と等しいと
きには、遊星歯車４が公転を生起しない特性を有してい
る。

従って、この遊星歯車減速駆動装置では、太陽歯車２の
歯数をＺ２、内歯歯車３の歯数をＺ３、第一歯車９の歯
数をＺ９．第二歯車１０の歯数をＺｌ（Ｂ：ｌ、ｔ、！
＝き、Ｚ２　／Ｚ３　＝２１０／Ｚ９となるようにそれ
ぞれの歯数を決めれば、第一の制御モータ１３の回転数
と第二の制御モータ１５の回転数を同一となるようにか
つ同一方向回転となるようにコントロールすると、遊星
歯車４が公転せず出力軸６に回転が得られず、よって、
モータ回転数を僅かに相違させれば極めて大きな減速比
が得られることとなる。そして、二つの制御モータ１３
．１５の回転はコントローラ次第でいがようにも制御可
能であるから、太陽歯車２と内歯歯車３の差動を大小の
いかようにも得られ、結局、出力回転ゼロを含む中高減
速域での無段変速回転が得られる。また、二つの制御モ
ータ１３．１５をいずれも回転方向を変えないが、回転
数の大きさを逆転させると太陽歯車と内歯歯車の差動が
正転方向から逆転方向に変化することになるが、このと
き歯車のバックラッシが現れることはないので精密位置
決めに好適な手段となる。

また、四個の歯車の歯数の関係がＺ２　／Ｚ３　＝Ｚ　
１０／　Ｚ　９となる組合わせに対して、いずれかの歯
車、例えば内歯歯車３の歯数を一つ異ならせればモータ
回転数が同一でも極めて大きな減速比が得られる。特に
このことは、上記のようにモータ回転数を僅かに相違さ
せて大きな減速比が得られるようにする場合に比べると
以下のような有利な点がある。

すなわち、上記のようにモータ回転数を僅かに相違させ
て大きな減速比が得られるようにする場合には、制御モ
ータ１３の回転数と第二の制御モータ１５の回転数にど
れだけ微小な相違を生じさせ得るかは、再制御モータの
分解能の相違に依存するところとなる。そのために、例
えば制御モータ１３の分解能を９００パルス／１回転、
制御モータ１５の分解能を８００パルス／１回転とした
場合、内歯歯車３が太陽歯車２に対して１／９の差動遅
れを生起することになる。

これに対し、四個の歯車の歯数の関係がＺ２／Ｚ３＝Ｚ
１０／Ｚ９となる組合わせに対し、いずれかの歯車の歯
数を一つ異ならせかつ制御モータ１３．１５の分解能を
共に９００パルス／１回転とした場合には、両モータを
パルスが完全同期するように回転させると、歯数な一つ
異ならせたことに起因して極めて微小な差動遅れを生起
する。

このように歯数を一つ異ならせることは、制御モータ１
３．１５の分解能を実質的にさらに歯数分の−に再分割
することになり、位置決め技術上、極めて大きな利点を
有する。

すなわち、この発明ではモータコントロール次第でダブ
ルモータによる差動減速を無段階に変速きせられるとと
もに出力回転を逆転させることもできる。しかも、出力
軸の逆転をバックラッシを発生させることなくしかもノ
ンストップ運転で行えることと合わせて考えることによ
り、減速が介在する超精密位置決めが支障なく実現でき
ることになる。こうして、本発明は超微速精畜送りと高
速送り（主として早戻り）を必要とする精密加工機、半
導体製造装置、精密計測機械、高性能産業用ロボットの
分野において回転軸の高精細な回転駆動を実現できるこ
とになる。

次に、制御モータ１３．１５を回転数の大きさを逆転す
るように運転すると、太陽歯車と内歯歯車の差動が正転
方向から逆転方向に変化することになる。これは、二つ
の制御モータ１３．１５をノンストップ運転とすること
ができるメリットがある。

さらに、第二の制御モータ１５を停止させ、第一の制御
モータ１３を回転させると、減速比は内歯歯車が固定さ
れることになり、例えば、内歯歯車３の歯数を１００、
太陽歯車２の歯数を５０とすると、減速比は１／２どな
る。

続いて、四個の歯車２．３．９．１０の歯数の関係がＺ
２　／Ｚ３　＝　２１０／Ｚ９となるものとして、第一
、第二の制御モータ１３．１５を互いに反対方向に同一
回転数で回転させるときは、内歯歯車３と太陽歯車２は
同方向に同一回転数で回転することになる。このとき、
遊星歯車４は、内歯歯車３と太陽歯車２と噛合ったまま
自転しないまま公転を行うことになって、結局、減速比
ゼロが得られる。要するに、制御モータ１３．１５を互
いに反対回転となるように共に同一の回転数で回転させ
れば、出力軸６の回転もモータ回転数と同一回転数とな
り減速比ゼロが得られる。しかしながら、この出力軸６
の回転は、上記の減速が生起した場合の回転数に比して
はるかに大きいので、モータ回転数を小さくしても減速
回転に対して十分大きなものとして得られ、従って本発
明装置は、高速送りと微速送りを必要とする装置の駆動
手段として好適である。ただし、制御モータ１３．１５
が同一方向回転から反対方向回転に変化するときには、
バックラッシが生じるので位置決めについてオープンル
ーズの外部測定方法を採用するのが良い。そして、制御
モータ１３．１５を互いに反対回転となるようにかつ回
転数が異なるように回転させれば、太陽歯車２と内歯歯
車３は、回転方向が同一であって回転数が異なることに
なり、このため、遊星歯車４は、大きな回転数の公転と
小さな回転数の自転を生起することになり、結局、二つ
のモータの相対回転数をコントロールすることにより、
減速比が１／２よりも小さい低減速域での無段変速回転
が得られる。

く第二実施例・・・第２図〉 この第二実施例の変速駆動装置は、構成・作用が上記第
一実施例のものと本質的に異ならない。

従って、相違点のみ説明すると、第一歯車９と第二歯車
１０が太陽歯車２や内歯歯車３と同じ側から装置函体７
に収容できるようになっている。

この発明装置では、制御モータ１３．１５の容量を小さ
くするために、制御モータ１３．１５を同一回転させた
ときに通常の遊星歯車減速機の減速比と同程度に減速が
行われるようにすることができる。

例えば、第一歯車９と第二歯車１０の歯数が同一で太陽
歯車２の歯数が内歯歯車３の歯数の二倍であるものとす
ると、制御モータ１３．１５を同一回転させるときは、
内歯歯車３の回転数が１／３に減速される。出力軸６は
、内歯歯車３の回転方向に１７４．５の減速回転となる
。

符号１７はカバーであり円盤５を隠蔽して出力軸６を軸
支しているとともに軸受押えを兼ねている。

く本発明の効果〉 以上説明してきたように、本発明の変速駆動装置は、二
つの制御モータの回転を同軸上の回転となるようにして
太陽歯車と内歯歯車を互いに反対方向に及び共に同一方
向に回転駆動できるようにした構成なので、以下のよう
な優れた効果を有する。

（１）　　出力回転ゼロから減速ゼロまでの回転領域で
無段変速ができる。

すなわち、二つの制御モータを互いに反対回転させる場
合には回転数の相対的変化により歯車減速が存在したま
ま無段変速ができ、結局、中・高減速比の領域における
無段変速ができる。一方の制御モータのみを回転すれば
、従来の遊星歯車減速機と同様に所定の低減速比が得ら
れる。また、二つの制御モータを同方向に回転する場合
には出力回転ゼロを含む超低減速比の領域における無段
変速ができる。

従って、本発明は従来の無段変速機の変速域よりもはる
かに広い変速域を有するので、歯車の危険回転数以下の
使用条件では従来の無段変速機よりもはるかに広い用途
がある。

（２）　　二つの制御モータを共に逆転しなくても回転
数を相対的に逆転させれば出力軸を逆転させることがで
きる。しかもこのとき、太陽歯車と内歯歯車が遊星歯車
に作用する力の方向に変化が生じないからバックラッシ
も生起することがない。一方、歯車伝達を用いており従
来のように円錐コロ同士の直径比の変化を利用するもの
ではないので、モータ始動時や停止時あるいか急激な負
荷変動時に滑りがない。

これらにより、超精密位置決めを必要とする直動テーブ
ルのネジ軸や回転角度割出盤のテーブル回転軸の駆動装
置として採用可能である。

この場合、高減速が介在する位置決め駆動となるので、
サブミクロンの移動を得るためのモータ制御も大きな角
度回転させて行うことができるので、従来のように−パ
ルス送りで０方何秒の極微小な角度を移動するモータ制
御技術に比べて極めて容易なモータ制御が実現できるこ
とになるとともに、１回転当り１ミクロン送りができる
のでさらに踏込んで角度分割することにより１／１００
ミクロンの移動も容易に実現できる可能性がある。

特に、最近は精密加工機、半導体製造装置、精密計測機
械の分野においては超微速精密送りができるだけでなく
、高速送り（主として早戻り）できることが要望されて
いるが、無段変速ができるのであるから超精密位置決め
移動技術として好適であり、精密加工機、半導体製造装
置、精密計測機械、高性能産業用ロボットの分野におい
て測り知れない利用価値を有することになる。

（３）　　歯車伝達を用いており従来のように円錐コロ
同士の直径比の変化を利用するものではないので、滑り
がなく、一方、モータ出力の容量及び歯車強度を大きく
確保できるので、重負荷用無段変速駆動装置として採用
することができる。

（４）　　出力軸の回転を正転から逆転、または逆転か
ら正転に切変えるには、二つの制御モータをいずれも回
転方向を変える必要はない。例えば、回転数の小さいモ
ータは傾斜勾配で加速、回転数の大きいモータは傾斜勾
配で増速となるようにして回転数の大きさを逆転させれ
ば良く、ノンストップ運転で円滑に実現でき、慣性を押
えるどとができる。このため、本発明は、コンベア装置
において搬送パレット上の製品が慣性落下しないように
するための駆動手段として多いに役立つ。

また、マングル歯車に変えて使用できることになる。

（５）　　本発明装置は、自動包装機や複数のコンベア
ラインシステムや抄紙機等における装置間の速度誤差を
修正するために回転数を加減算する手段として採用して
いる従来のデフレンシャルギアに対して交替できる。特
に、従来の横ピロー包装機の駆動系は複雑であり、単一
のモータの動力がセーラ一部と搬送部とシールカット部
とに分岐伝達されるようになっており、搬送部の駆動ラ
インには、チェーン搬送の包装部に対する位相ズレを解
消するために回転数を加減算する手段としてのデファレ
ンシャルギアが備えられているとともに、包装運転届に
絶えず相違が微小に生ずるシールカット部のライン速度
とチェーン搬送部のライン速度を合わせるために無段変
速機を備えているが、本発明装置をチェーン搬送部の駆
動手段としてメインモータと分けて設置し、かつメイン
モータと同期をとるようにすれば、デファレンシャルギ
アと無段変速機が不要となり、この用途のメリットも大
きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の変速駆動装置の第一実施例にかかる縦
断面図であり、第２図は本発明の第二実施例にかかる縦
断面図である。 １・・・入力軸、 ２・拳・太陽歯車、 ３拳・・内歯歯車、 ４・・・遊星歯車、 ５・・・円盤、 ６・・・出力軸、 ７Φ・・装置函体、 ８・・・第二の入力軸、 ９・・・第一歯車、 １０・・・第二歯車、 １３・・・第一の制御モータ、 １５・・・第二の制御モータ、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力軸に設けられた太陽歯車と、太陽歯車の外側を反対
   方向に回転する内歯歯車と、太陽歯車と内歯歯車に噛合
   して回転差動により遊星回転する遊星歯車とが設けられ
   、該遊星歯車を軸支する円盤が旋回腕となっており円盤
   の外面中央に出力軸が設けられ、該円盤または出力軸が
   装置函体に回転自在に支持されており、 内歯歯車を太陽歯車に対して反対方向に回転させる構造
   部分が、 入力軸に平行して設けられた第二の入力軸と、第二の入
   力軸に設けられた第一歯車と、内歯歯車と一体に設けら
   れ入力軸の外側を回転しかつ第一歯車と噛合する第二歯
   車とを備え、 上記二つの入力軸にそれぞれ制御モータが接続されてい
   ることを特徴とする変速駆動装置。