JPH0510399A - 遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】遊星歯車装置の減速比を小さくすることによ
り、近年の産業用ロボット分野における高速駆動への要
求に応じることができるようにする。 【構成】太陽歯車２，固定内歯車４，回転内歯車５をそ
れぞれ円錐形インボリュート外歯車，内歯車とし、一
方、遊星歯車６を円筒形のインボリュート平歯車とし
た。遊星歯車６の回転軸6aを中心軸Ａに対して傾斜させ
ることにより、内径の異なる双方の内歯車４，５に同時
に噛合させることができる。このような構成を採用する
ことにより、転位係数が大幅に抑えられ、内歯車４，５
の歯数差を容易に大きくすることができるため、従来よ
り小さい減速比の遊星歯車装置が実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの関節駆動部
を構成する減速機などとして利用される遊星歯車装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に多関節ロボットにおいては、関節
駆動用のアクチュエータを各関節に分散配置した構成が
採用されている。また個々のアクチュエータは、モータ
およびモータの回転を減速する減速機を備えている。こ
の種の減速機には小型かつ軽量で大きな減速比が要求さ
れ、高トルクでかつ捩り剛性の高い動力伝達性が要求さ
れている。

【０００３】このようなことから上述した減速機として
は、従来、図３に代表される遊星歯車装置が使用されて
いる。すなわち、この遊星歯車装置100 は入力軸101 を
駆動ことによって太陽歯車103 を回転させ、この太陽歯
車103 の回転をこの太陽歯車103 と固定内歯車105 の双
方に噛み合うように等配置された３個の遊星歯車107に
伝達し、これら遊星歯車107 を自転させながら太陽歯車
103 の周りを公転させる形式のものである。

【０００４】そして各遊星歯車107 を固定内歯車105 の
他に、この固定内歯車105 に対して僅かな歯数差を有す
る回転内歯車109に噛み合わせ、この回転内歯車109 に
接続した出力軸111 を回転させるようにしている。した
がって、各遊星歯車107 が自転しながら太陽歯車103 の
周りを公転すると、回転内歯車109 が固定内歯車105と
の歯数差に応じて回転し、この結果、出力軸111 が入力
軸101 の回転数に対して減速されて回転する。

【０００５】ところで、このような遊星歯車装置100 で
は一般に各歯車に円筒形インボリュート平歯車が使用さ
れている。そして、固定内歯車105と回転内歯車109 は
その回転軸を太陽歯車103 と同軸とし、これらに噛み合
う遊星歯車107 の回転軸は固定内歯車105 ，回転内歯車
109 ，および太陽歯車103 の各回転軸と平行となるよう
に構成されている。また、歯数が異なりかつ同軸配置さ
れた固定内歯車105 ，回転内歯車109 を一の遊星歯車10
7 に対して同時に精度よく噛み合わせる必要があるた
め、歯数の少ない方の内歯車、例えば固定内歯車105 の
転位係数を大きくした設計を行っている。このため、図
４に示すように固定内歯車105 の歯先円105aの直径と回
転内歯車109 の歯先円109aの直径とはほとんど等しい寸
法になっている。さらに双方の内歯車105,109 に噛み合
う３個の遊星歯車107 は歯車諸元を共通にして一体化し
ているため、双方の内歯車105,109 に噛み合う部分の歯
先円107aの直径が互いに等しい寸法になっている。

【０００６】このような構成の遊星歯車装置100 では、
双方の内歯車105,109 の歯数差に応じた差動によって減
速比が得られ、また双方の内歯車105,109 に噛み合う遊
星歯車107 を上述のように一体化しているため遊星歯車
の変形が少なく、かつ回転内歯車109 から直接に出力が
得られるため捩り剛性が高くなる。そして部品点数が少
なく小型・軽量な装置が可能になる。しかしながら、上
記のように構成された従来の遊星歯車装置にあっては、
次のような問題があった。

【０００７】つまり、近年における産業用ロボットにお
いては高速駆動への要求が高まっており、従来とは異な
り、30:1〜80:1のより小さい減速比の減速機が必要とさ
れている。これに対して従来の遊星歯車装置において
は、遊星歯車の個数が３個でかつ回転内歯車と固定内歯
車の歯数差が３の場合に約60:1以上の減速比を得ること
ができるが、逆にこれ以下の小さい減速比を実現するこ
とができなかった。

【０００８】一方、従来の遊星歯車装置で遊星歯車の数
を３個のまま歯数差を６にできれば、その減速比はほぼ
半分に小さくなり、上記要求を満足させることができる
と考えられる。

【０００９】しかしながらこの場合、遊星歯車を双方の
内歯車に精度よく噛合せようとすると歯数の少ない方の
内歯車の転位係数が３以上という過大な値になり、実質
的に遊星歯車装置を構成することができなかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の遊
星歯車装置は小型軽量かつ大きな減速比を実現すること
はできたが、近年の産業用ロボット分野における高速駆
動への要求に十分に応じることのできるような小さい減
速比を実現することができなかった。

【００１１】そこで本発明は、小型・軽量・高剛性とい
うこの装置の長所を損ねることなく、従来よりも小さい
減速比を実現することのできる遊星歯車装置の提供を目
的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明においては、同一の遊星歯車と噛み合いが可
能な互いに歯数が異なる２個の内歯車を具備してなる遊
星歯車装置において、２個の内歯車を互いに内径の異な
る歯車としたことを特徴としている。

【００１３】具体的には２個の内歯車を円錐外歯車、遊
星歯車を円筒平歯車とし、２個の内歯車と遊星歯車とを
同時に噛み合わせる構成を採用している。この場合、遊
星歯車の回転軸を２個の内歯車に対して所定の角度だけ
傾斜させている。

【００１４】

【作用】２個の内歯車の内径を異なるものとすることに
より、内歯車の歯数差を従来よりも大きくすることがで
きる。したがって、これら２個の内歯車に遊星歯車を噛
み合わせれば、小型・軽量・高剛性というこの装置の長
所を損ねることなく、従来より小さい減速比の遊星歯車
装置が実現可能となる。

【００１５】また内歯車を円錐外歯車、遊星歯車を円筒
平歯車とすれば、双方の軸方向位置を調節することによ
ってバックラッシュを容易に調節することができる。し
たがって、各歯車を高精度で製作する必要がなくなり、
装置の製作コストが高くなるのを抑えることが可能にな
る。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１７】図１は、本発明に係る遊星歯車装置の縦断
面図である。本発明の遊星歯車装置１は、中心軸Ａを回
転軸とした太陽歯車２を有し、この太陽歯車２と同軸的
にケーシング３に固定された固定内歯車４と、ケーシン
グ３に対して（固定内歯車４に対して）回転自在なる回
転内歯車５とが設けられている。固定内歯車４は、回転
内歯車５よりも歯数が多くなるように形成されている。

【００１８】固定内歯車４と回転内歯車５の双方には、
３個の遊星歯車６が噛み合っている。また遊星歯車６は
太陽歯車２とも噛合している。３個の遊星歯車６はキャ
リア７に対して軸受8a,8b を介して回転自在に取り付け
られており、太陽歯車２の周囲に等間隔で配置されてい
る。

【００１９】図２は、太陽歯車２，固定内歯車４，回転
内歯車５，および遊星歯車６の互いの位置関係を示した
装置要部の断面図である。なお、同図では説明をわかり
易くするために、各歯車をその径方向に離間して示して
いる。

【００２０】遊星歯車６としては、全歯幅にわたって同
一の歯形を有する円筒形のインボリュート平歯車を使用
している。そしてその回転軸6aは中心軸Ａに対して角度
θだけ傾斜させてある。

【００２１】一方、太陽歯車２，固定内歯車４，および
回転内歯車５には、遊星歯車６に噛み合うようにするた
めに円錐形インボリュート外歯車および内歯車が使用さ
れている。これら円錐歯車（tapered gear,conical gea
r ）は、歯すじに沿って転位係数が次第に変化するよう
に形成されているため、軸中心から径方向に向かうにし
たがって歯形も変化している。また、固定内歯車４と回
転内歯車５のそれぞれの内径は異なっており、ここでは
固定内歯車４の内径の方が大きくなっている。

【００２２】本発明の実施例で使用した各歯車２，４，
５，６の諸元は次のとおりである。すなわち、モジュー
ル1.5 ，圧力角20°の歯切り工具を用いて加工するイン
ボリュート歯形の歯車であり、太陽歯車２，固定内歯車
４，回転内歯車５，および遊星歯車６のそれぞれの歯数
は、順に12，48，42，17である。つまり、２つの内歯車
４，５の歯数差は６となっている。

【００２３】このような構成の遊星歯車装置１によれ
ば、３個の遊星歯車６は中心軸Ａまわりに自転が可能で
あると同時に、太陽歯車２の周囲で公転が可能となる。
そして、例えば９を入力軸，10を出力軸とした場合、双
方の内歯車４，５の歯数差に応じた差動によって所定の
減速比を得ることができる。以上のような構成の本発明
につき、その作用について説明する。

【００２４】本発明では、両内歯車４，５を内径の異な
る円錐歯車とし、さらに遊星歯車６を円筒平歯車として
回転軸6aを傾斜させることにより、３個の遊星歯車６が
同時に両内歯車４，５と噛み合うように構成し、結果的
に内歯車４，５の歯数差を６としている。この場合、転
位係数は従来に比べて大幅に抑えられる。そして上述し
た諸元のとおり遊星歯車装置１を構成すれば、従来のも
のと比較して減速比はほぼ半分に減少し、減速比35:1を
実現することができる。また、円錐歯車と円筒平歯車と
の組み合わせからなる本実施例によれば、全歯幅にわた
って歯当りが得られ、大きなトルクを伝達することがで
きる。

【００２５】また、円錐歯車を使用しているため、バッ
クラッシュを調整するためには各円錐歯車を軸方向に微
調整すればよい。本実施例では図１に示すように、各所
にスペーサ11a,11b,11c を設けて互いの歯車の位置を調
整している。もちろん、必要に応じてスペーサの数や厚
みを適当に調節することも可能である。

【００２６】つまり本発明によれば、従来装置の減速比
を大きく減少させることのできる遊星歯車装置が得ら
れ、同時にバックラッシュを最小にすることができる。
しかも、この装置の長所である小型・軽量・高剛性を損
ねることなく低減速比化とバックラッシュの最小化を図
ることができる。さらに、噛み合い時に発生する噛み合
い音も低下させることもできる。

【００２７】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、太陽歯車，固定内歯車，回転
内歯車，および遊星歯車として、はすば状歯車を使用す
ることもできる。

【００２８】また、上述した実施例では双方の内歯車に
円錐歯車を、そして遊星歯車に円筒歯車を使用したが、
双方の内歯車に内径の異なる平歯状の外歯車を適用し、
これらに同時に噛合するように２つの歯先円を併せ持っ
た遊星歯車を用いてもよい。

【００２９】また、双方の内歯車の歯数差を本実施例の
数以外にしてもよく、また回転内歯車の内径を固定内歯
車の内径より大きくすることもできる。同様に各歯車の
諸元は本実施例に限定されるものではなく、特に各歯車
の歯数は上述した数値に限定されるものではない。歯数
を変えることによって必要に応じた様々の減速比を実現
することができる。もちろん、遊星歯車の傾斜角度は両
内歯車の内径差などに応じて任意に設定することが可能
である。そして、遊星歯車の個数を変えることも可能で
ある。（例えば、双方の内歯車の歯数差を４とする場合
には、太陽歯車，固定内歯車，回転内歯車，および遊星
歯車のそれぞれの歯数は、順に12,48,44,17 とすればよ
い。また歯数差を５とする場合には、同じく15,50,45,1
7 とすればよい。）

【００３０】さらに本実施例では減速機への適用につい
て説明したが、図１において10を入力軸，９を出力軸と
して入出力を逆にすれば増速機として利用することも可
能である。なお、本発明は太陽歯車を有しない他の歯車
装置に適用することもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、小
型・軽量・高剛性を損なうことなく従来より小さい減速
比の遊星歯車装置が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る遊星歯車装置の縦断面
図。

【図２】本発明の実施例に係る遊星歯車装置の要部断面
図。

【図３】従来の遊星歯車装置の縦断面図。

【図４】従来の遊星歯車装置の要部断面図。

【符号の説明】

１…遊星歯車装置 ２…太陽歯車 ４…固定内歯車 ５…回転内歯車 ６…遊星歯車

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】同一の遊星歯車と噛み合いが可能な互いに
   歯数が異なる２個の内歯車を具備してなる遊星歯車装置
   において、前記２個の内歯車を互いに内径の異なる歯車
   としたことを特徴とする遊星歯車装置。