JPS6334343A

JPS6334343A - 差動遊星歯車装置

Info

Publication number: JPS6334343A
Application number: JP61177008A
Authority: JP
Inventors: Kohei Hori; 堀　光平
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-07-28
Filing date: 1986-07-28
Publication date: 1988-02-15
Also published as: EP0255323A3; DE3769236D1; CA1288259C; EP0255323B1; EP0255323A2; US4864893A

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、たとえはロボットアームの関節駆動機構を構
成する減速機として好適な差動遊星歯車装置に関する。

（従来の技術）たとえば、多関節アーム型のロボットは、通常、各関節
に関節駆動用のアクチュエータを分散配置した構成を採
用している。そして、各アクチュエータは、モータの回
転を減速する減速機をそれぞれ備えている。このような
多関節アーム型のロボットでは、アームの先端側に配置
されたアクチュエータのＩＴ′！計か基端側に配置され
たアクチュエータに負荷として１ノ０わる。このため、
この種のアクチュエータに使用される減速機には大きな
減速比が得られることは勿論のこと、小型かつ軽量なも
のであることが要求され、しかも、剛性の高い伝達性能
も要求される。

このようなことから、上述した減速機としては、通常、
第５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は、入力軸１を回転
させて太陽歯車２を回転させ、この太陽歯車２の回転を
上記太陽歯車２と固定内歯車３の双方に噛合う複数の遊
星歯車４に伝達し、これら遊星歯車４を自転させながら
太陽歯車２の回りを公転させる。そして、各遊星歯車４
を固定内歯車３の他に、上記固定内歯車３の歯数に対し
僅かな歯数差を有する回転内歯車５に噛合させ、この回
転内歯車５で出力軸６を回転させるようにしている。し
たがって、各遊星歯車４がキャリア７．８に支持された
状態で自転しながら太陽歯車２の回りを公転すると、回
転内歯車５が固定内歯車３との歯数差に応じて回転し、
この結果、出力軸６が入力軸１の回転数に対し減速され
た回転数で回転する。

ところで、このような差動遊星歯車装置では、固定内歯
車３の歯数をＺｃ、回転内歯車５の歯数をＺＤとしたと
き、ｚｃ＜ｚＤまたはＺｃ　＞ｚＤに設定され、かつ側
内歯車あるいは片一方の内歯車を転位して側内歯車の歯
先円直径が同一寸法に形成されている。そして、各遊星
歯車４は、第６図（ａ）　、（ｂ）に示すように、固定
内歯車３に噛合う部分Ｃと回転内歯車５に噛合う部分り
とに位相差のない、歯幅の長い１個の歯車に構成され、
側内歯車３．５に同時に噛合うようになっている。

また、動力伝達性とねじり剛性の向上とを図るために各
遊星歯車４を公転軌道上に等分に配置し、これによって
荷重を均一に分担させるようにしている。すなわち、一
般には３個の遊星歯車を等配して荷重分担の均一化を図
るようにしている。

しかしながら、上記のように構成された従来の差動遊星
歯車装置にあっては、次のような問題があった。すなわ
ち、この差動遊星歯車装置の減速Ｉｔ　Ｒは、太陽歯車
２の歯数をｚＡとし、ＺＣ＜ＺＤとした場合、次式で求
められる。

Ｒ＝　［ｌ＋（Ｚ　Ｃ／Ｚ　Ａ）　ｌ　／　ｆｌ−（Ｚ
ｃ／Ｚ　Ｄ）　１この式から判かるように、理論上は大
きな減速比を自由に設定できる。しかし、ｚＡ、Ｚｃ。

ＺＤを選択する場合に、各歯車の噛合い部で歯溝の位相
を一致させると言う組立て条件を満足させる必要かある
。このため、Ｚ　Ａ　、Ｚ　Ｃｓ　Ｚ　ｐを遊星歯車の
等品数Ｎの整数倍に設定しなければならず、この結果、
希望の減速比が得られないことが起こる。そこで、この
ような不具合を解消するために、側内歯車の歯数差Ｍ−
ＩＺＤ−ＺＣＩの値を１または２と小さくしたり、４ま
たは５などと大きくして多様な減速比を選択しようとし
ても次のような支障が生じる。すなわち、歯数差が１ま
たは２の場合には遊星歯車の等品数Ｎが１または２と小
さくなり、この結果、前述した荷重分担が不均一となっ
たり、剛性が低下すると言う問題を生じる。また、歯数
差が４または５などと大きい場合には遊星歯車の等品数
Ｎが４または５などと多くなり、この結果、公転軌道上
に納まらないと言う問題を生じる。このように、各歯車
の歯数を選択しようとしても組立て条件、許容遊星歯車
等配数、荷重分担の均一化などの制約を受け、この結果
、幅の広い多様な減速比を設定できなと言う問題があっ
た。

（発明が解決しようとする問題点）このように、従来の差動遊星歯車装置では、各歯車の歯
数の選択に制約があり、幅の広い多様な減速比を得るの
に支障が生じ、また、これを改善しようとすると荷重分
担か不均一になったり、動力伝達性と剛性の低下を招く
と言う問題があった。

そこで本発明は、動力伝達性と剛性の低下を招くことな
く、幅の広い多様な減速比が得られる差動遊星歯車装置
を提供することを目的としている。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明に係る差動遊星歯車装置では、片一方の内歯車を
組立て条件を満足する歯数とし、側内歯車の歯数差を任
意の整数とし、さらに両内歯車に噛合う部分に位相差を
つけた遊星歯車を組込んでいる。

（作用）遊星歯車のそれぞれの内歯車に噛合う部分の歯溝の位相
を相手の内歯車の歯の位相に合わせて移相できるので、
側内歯車の歯数差をより広範囲の整数に選択できる。し
たがって、組立て条件を満たす歯数の一方の内歯車と太
陽歯車および遊星歯車等配数を一定にしながらも、他方
の内歯車の歯数を種々変化させることができるので、幅
の広い多様な減速比を実現できる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る差動遊星歯車装置を示
している。

すなわち、図中２０はケーシングであり、このケーシン
グ２０は入力側ケーシング部２１、中間ケーシング部２
２および出力側ケーシング部２３を軸方向に一体結合し
て構成されている。中間ケーシング部２２の内面の一部
には内側に突出する凸部が周方向に形成されており、こ
の凸部の内面に固定内歯車２４が形成されている。

ケーシング２０の内部には、入力側ケーシング部２１側
から第１軸としての入力軸２５が、また出力側ケーシン
グ部２３側から第２軸としての出力軸２６がそれぞれ挿
入されており、これら両軸２５．２６は互いに同軸的で
、かつ固定内歯車２４と同心的に配置され、しかも互い
の一端側かケーシング２０内において玉軸受２７を介し
て回転自在に連結されている。そして、入力軸２５は入
力端ケーシング部２１に対し図示しない玉軸受を介して
回転自在に支持され、また出力軸２６は出力側ケーシン
グ部２３に設けられた突周壁２８の内周面に玉軸受２９
．３０を介して回転自在に支持されている。

ケーシング２０内に位置する出力軸２６の端部には、円
板状のフランジ部３２が一体に形成されている。このフ
ランジ部３２の外周縁部には、ケーシング２０の内周面
に沿って固定内歯車２４の端面近傍まで延びる筒状体３
３が一体的に結合されており、この筒状体３３の先端部
内周面には回転内歯車３４が形成されている。回転内歯
車３４は、前述した固定内歯車２４と同軸配置されてい
るが、その歯数は固定内歯車２４の歯数とは僅か異なっ
ている。しかし、固定内歯車２４の歯形を転位して加工
しているので、固定内歯車２４と回転内歯車３４との歯
先円直径は同一寸法となっている。

入力軸２５の回転内歯車３４に対向する部分は大径に形
成されており、この大径部に太陽歯車３６が形成されて
いる。この太陽歯車３６の外周には、太陽歯車３６、固
定内歯車２４および回転内歯車３４に歯合する例えば３
つの遊星歯車３７が周方向に等間隔をなすように配置さ
れている。

これら遊星歯車３７は、玉軸受３８を介して支持軸３９
に自転可能に支持されている。３つの支持軸３９は、軸
方向両端に配置された環状のキャリア４１．４２によっ
て互いの位置関係が固定的に定まるように強固に固定さ
れている。この場合、キャリア４１．４２相互の位置関
係も固定的である必要があり、本実施例では両者の間に
図示しない３つのブロックを介挿して強固に一体結合し
ている。キャリア４１には、入力軸２５を覆う突周壁４
３が形成されており、この突周壁４３の外周面に装着さ
れたキャリア軸受４４を介して入力側ケーシング部２１
の内面に回転自在に支持されている。

ここで、この実施例における各歯車について説明すると
以下の通りである。

第２図（ａ）は回転内歯車３４と太陽歯車３６とに遊星
歯車３７が噛合っている様子を示している。

この実施例の場合、遊星歯車３７の個数ＮはＮ−３で、
図示のように太陽歯車回りに歯車番号ｉをｉｍｌ、２．
３とすると、これらは順に　θ−０、θ−（２π）／３
、θ−（４π）／３の角度に等分に配置されている。こ
の実施例の場合、遊星歯車３７に噛合う回転内歯車３４
の歯数は１０８であり、また太陽歯車３６の歯数は１２
である。これらの歯数はいずれもＮの整数倍であり、組
立て条件を満たしている。この実施例では固定内歯車２
４の歯数より回転内歯車３４の歯数が多い場合を対象に
している。そして、この実施例では固定内歯車２４と回
転内歯車３４との歯数差をＭ−１とするために固定内歯
車２４の歯数を１０７としている。この場合、遊星歯車
３７は３個とも第２図（ａ）に示す位置にある。この位
置に遊星歯車を配置すると、従来技術ではｉ−１の遊星
歯車が組立て条件を満足するだけで、ｉ−２、ｉ−３の
遊星歯車では歯溝が固定内歯車２４の歯の位相とずれる
ので、組立て条件を満足させることはできない。この実
施例では組立て条件を満足させるために、ｔ”’２．ｔ
−ｓの遊星歯車については固定内歯車２４に噛合わせる
ために歯溝の位相をｌ（ｉ−１）Ｍｌ　／　Ｎ周期移相
させているのである。すなわち、ｌ−１の遊星歯車３７
としては第３図（ａ）　、（ｂ）に示すように固定内歯
車２４に噛合う部分Ｃと回転内歯車３４に噛合う部分り
との歯溝の位相が一致した１個の長い歯幅のものが用い
られ、またｉ−２のｉｌ星歯車３７としては第４図（ａ
）　、（ｂ）に示すように歯先円直径、山数、歯形が等
しいが、回転内歯車３４に噛合う部分りに対して固定内
歯車２４に噛合う部分Ｃの歯ｌかの位相が１（１−１）
Ｍｌ　／Ｎ−１／３周期進んだものが用い、さらに、ｉ
−３の遊星歯車３７としては第４図（Ｃ）に示すように
部分りに対して部分Ｃの歯溝の位相が１１１１−１）　
／Ｎ−２／３周期進んだもの、換言するとｌ／３周期遅
れたものが用いられている。

なお、Ｍ−２，４の場合も、ｉ−２，３の遊星歯車にお
いて歯溝の位相をｔ（１−１）ｌハ周期移相させればよ
い。これらの位相差を纏めると表１に示す通りである。

この表において、零は位相差なしを表わし、正は位相を
進めることを意味し、負は位相を遅らせることを意味し
ている。この表から判かるように１／３と一１／３との
２種類の位相差のものがある。したかって、それぞれの
位置を交換することによって、Ｍ＝１、２、４の場合に
対応できることが判かる。

このように位相差の付けられた遊星歯車３７は、第４図
（ａ）に示すようにねじり剛性を高めるために一体のリ
ムの外側に構成されている。また、太陽歯車３６は、遊
星歯車３７の回転内歯車３４に噛合う部分のみに噛合い
、遊星歯車３７の固定内歯車２４に噛合う部分と干渉し
ないように歯幅が短く形成されている。

以上の構成において、図示しないモータからの回転駆動
動力を入力軸２５に伝えると、入力軸２５とともに太陽
歯車３６が回転駆動される。この太陽歯車３６の回転に
より、各遊星歯車３７は自転しながら太陽山車３６の回
りを公転する。このように遊星歯車３７が運動すると、
固定内歯車２４と回転内歯車３４との歯数の差に応じて
回転内歯車３４が回転する。この回転内歯車３４の回転
力は、筒状体３３およびフランジ部３２を介して出力軸
２６に伝達される。

このように、この装置においては、遊星歯車３７を周方
向の３等分位置に配置しながらも、固定内歯車２４と回
転内歯車３４との歯数差を１でき、従来にない高減速比
を実現することができる。

また、歯数差を２や４にするとともに位相差のある２つ
の遊星歯車の位置を交換することによって、それぞれ異
なった減速比を再ることかできる。しかも、遊１１歯車
３７を３等分位置に配置できるので、荷重分ｔｕの均一
性を良くすることかできる。

また、一体リムの外周に位相差を付けて歯を設けること
ができるので、ねじり剛性も高くできる。

また、歯数の異なった固定内歯車２４を複数用意してお
けば、位）０差のある遊星歯車３７の位置を交換するだ
けで幅の広い多様な減速比が得られる。

しかも、高トルクで動力伝達性や剛性を低下させること
もない。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものてはな
い。たとえば、ｐ　７ｄ歯車の等配置Ｎは３に限らす、
Ｎ−２，４，５，Ｇ、・と任意の整数を選ぶことができ
る。また、固定内歯車と回転内歯車との歯数差Ｍは、Ｍ
＝１、２、４，に限らず、Ｍ−３，５，６，・・・等の
転位して側内歯車の歯先円直径を等しくできる範囲で自
由に選択できる。つまり、ＭｔｈｔＮの場合を除いて任
意のＭとＮとの組み合わせが可能である。また、回転内
歯車の歯数より固定内歯車の歯数が多い場合にも適用で
きる。また、キャリアの形状の違い、各部軸受の形式の
違い、各歯車の形状や構成が異なる場合でも本発明の効
果は何等損われるものではない。さらには、上述した実
施例では差動遊早歯車装置を減速機に適用しているが、
第１軸を出力軸、第２軸を人力軸にすることにより増速
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、本発明によれば、荷重分担の均一性
や剛性に大きな影響を与える遊星歯車の等記数を理想的
な条件に保った状態で、なおかつ多様な減速比の選択を
可能化できる。しかも、一方の内歯車を取替え、位相差
を持った遊星歯車の位置を交換するだけの操作で減速比
の変更を可能化できる。このとき、装置の構成や形状の
変更を伴わないので各種の減速比に対する設計標準化に
も寄与することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る遊星歯車装置の縦断面
図、第２図は同装置の要部を取り出して示す模式図、第
３図および第４図は同装置に組み込まれた遊星歯車の位
相差関係を説明するための図、第５図は従来の遊星歯車
装置の縦断面図、第６図は従来装置に組み込まれた遊星
歯車の構造を説明するための図である。１．２５・・・入力軸、２．３６・・・太陽歯車、３゜
２４・・・固定内歯車、４．３７・・・遊星歯車、５゜
３４・・・回転内歯車、６，２６・・・出力軸、７，８
゜４１．４２・・・キャリア、１３．４０・・・遊星歯
車軸受、３９・・・遊尺歯車軸、９，１０，４４．４６
・・・キャリア軸受、Ｃ・・・固定内歯車に噛合う部分
、Ｄ・・・回転内歯車に噛合う部分。第　１ｒＪ！Ｊ彫　４　図へ１Ｃｖ−１１ａへ■會Ｉ川内

Claims

【特許請求の範囲】

　固定部に対し回転可能に設けられた第１軸と、この第
１軸に装着された太陽歯車と、この太陽歯車の外側に上
記太陽歯車に対して同心的に配置されるとともに前記固
定部に固定された固定内歯車と、この固定内歯車と同軸
的でかつ前記固定部に対し回転可能に配置され前記固定
内歯車の歯数に対し僅かな歯数差Ｍを有した回転内歯車
と、この回転内歯車に同軸的に連結された第２軸と、前
記太陽歯車の周囲に２個以上Ｎ個（ただし、Ｍ≠Ｎ）等
配され前記固定内歯車、回転内歯車および太陽歯車に噛
合う遊星歯車とを具備した差動遊星歯車装置において、
前記各遊星歯車の番号を前記第１軸回りにｉ＝１、２、
・・・Ｎとしたとき、各遊星歯車は歯先の円直径、歯形
、山数が等しく、かつ歯溝の位相が｛（ｉ−１）｝／Ｎ
周期移相した前記固定内歯車に噛合う第１部分と前記回
転内歯車に噛合う第２部分とで構成されており、前記太
陽歯車は上記太陽歯車の歯数と内歯車の歯数とで決まる
組立て条件を満たす方の前記固定内歯車部分または回転
内歯車部分の歯幅に限定されていることを特徴とする差
動遊星歯車装置。