JP2008019990A - Backlash adjusting structure for gear device, and robot using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歯車装置のバックラッシを除去、調整するための構造に関する。 The present invention relates to a structure for removing and adjusting a backlash of a gear device.
従来、歯車のバックラッシを除去、調整するため、バネを装備した歯車装置がある(例えば、特許文献1)。歯車が高頻度の正転、逆転動作、瞬間的な停止動作を受けると、歯車の歯面磨耗が発生し、これによって発生するバックラッシを除去するための構成が特許文献1である。特許文献1では、互いにかみ合う歯車の形状をテーパ形状にして、どちらかの歯車を、バネによって歯車がかみ合う方向に付勢して、歯車間に生じるバックラッシを除去している。
ところが、バックラッシを除去するために設けた歯車のバネのバネ力が低下すると、再びバックラッシが発生することは言うまでも無い。このバネ力が低下する原因に、バネの軸方向の磨耗があることが判っている。
この磨耗の発生を図6にて説明する。図6は、特許文献1に類似した、従来の歯車の構成を示している。第一の歯車1は、第二の歯車2とテーパ状の歯面で、略直角でかみ合っている。第二の歯車2は、例えばモータの回転軸に接続されて回転し、第一の歯車1を回転させる。第一の歯車1は、インボリュートスプラインまたはキーによって、回転軸3にかみ合っている。よって、第一の歯車1は、回転軸3の軸方向(図6の左右方向)に滑りながら若干量動くことができる。第一の歯車1の端部には、テーパ状歯面とは反対側に、コイルバネ5が設けられる。コイルバネ5と第一の歯車1とは、回転軸の一部6によって、回転軸3と狭持されている。回転軸の一部6は、回転軸3と分離可能で、かつ回転軸3に対してネジなどで固定されている。従って、コイルバネ5のバネ力によって、第一の歯車1は、図6の右方向に付勢されて、第二の歯車2とバックラッシを除去するようにかみ合って、回転軸3とともに回転する。
しかし、このような構成では、第一及び第二の歯車が高頻度で動作すると、インボリュートスプラインまたはキーの歯面や係合部分が磨耗し、第一の歯車1と回転軸3との回転方向のずれが発生するため、コイルバネ5が磨耗していく。
従って、特許文献1に代表される従来のバネを装備した歯車装置では、バックラッシを除去するために設けたバネが、上記のように磨耗してバネ力が低下して、適切にバックラッシを除去できなくなっており、歯車装置の寿命や信頼性を低下させていた。
特に、産業用ロボットでは、限られたスペースしかないアーム内の各部で、モータ回転軸からの回転力を伝達するために歯車伝達構造を多数採用しているが、ロボットは精密な作業を行うため、上記のようにバックラッシを発生する歯車は非常に問題となる。
そこで、本発明は、上記の問題点を解決するために、バックラッシを継続して除去できる信頼性の高い歯車装置を開示するものである。
However, it goes without saying that when the spring force of the gear spring provided for removing the backlash decreases, the backlash occurs again. It has been found that this spring force is reduced due to wear in the axial direction of the spring.
The occurrence of this wear will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a configuration of a conventional gear similar to that of
However, in such a configuration, when the first and second gears operate at a high frequency, the tooth surface and the engaging portion of the involute spline or key are worn, and the rotation direction of the
Therefore, in the gear device equipped with the conventional spring represented by
In particular, industrial robots employ a large number of gear transmission structures to transmit the rotational force from the motor rotation shaft at each part of the arm that has limited space, but the robot performs precise work. As described above, a gear that generates backlash is very problematic.
Therefore, the present invention discloses a highly reliable gear device that can continuously remove backlash in order to solve the above-described problems.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1記載の発明は、テーパ形状の歯車で互いにかみ合う第一および第二の歯車と、前記第一の歯車が周囲に嵌合されるとともに、該第一の歯車を軸方向に摺動可能に支持して、該第一の歯車と一緒に回転する回転軸と、前記第一および第二の歯車のバックラッシを除去するよう前記第一の歯車を前記軸方向に沿って前記第二の歯車の方へ付勢する付勢手段と、を備えた歯車装置において、前記付勢手段がコイルバネであって、該コイルバネに、前記回転軸と前記第一の歯車とに対して、前記回転軸と前記第一の歯車の回転方向に相対的に回転しないようにする拘束部を備えた歯車装置とした。
請求項2記載の発明は、前記拘束部は、前記回転軸と前記コイルバネとの当接面と、前記コイルバネと前記第一の歯車との当接面と、に設けられたピンである請求項1記載の歯車装置とした。
請求項3記載の発明は、前記拘束部は、前記コイルバネのコイルの両端末が、前記回転軸に設けられた凹部と、前記第一の歯車に設けられた凹部とに掛止するように形成されたものである請求項1記載の歯車装置とした。
請求項4記載の発明は、テーパ形状の歯車で互いにかみ合う第一および第二の歯車と、前記第一の歯車が周囲に嵌合されるとともに、該第一の歯車を軸方向に摺動可能に支持して、該第一の歯車と一緒に回転する回転軸と、前記第一および第二の歯車のバックラッシを除去するよう前記第一の歯車を前記軸方向に沿って前記第二の歯車の方へ付勢する付勢手段と、を備えた歯車装置において、前記付勢手段が皿バネであって、該皿バネに、前記回転軸と前記第一の歯車とに対して、前記回転軸と前記第一の歯車の回転方向に相対的に回転しないようにする拘束部を備えた歯車装置とした。
請求項5記載の発明は、前記拘束部は、前記回転軸と前記皿バネとの当接面と、前記皿バネと前記第一の歯車との当接面と、に設けられたピンである請求項4記載の歯車装置とした。
請求項6記載の発明は、前記拘束部は、前記皿バネに設けられた凸部が、前記回転軸に設けられた凹部と、前記第一の歯車に設けられた凹部とに掛止するように形成されたものである請求項4記載の歯車装置とした。
請求項7記載の発明は、請求項1または請求項4記載の歯車装置を内蔵したロボットとした。
請求項8記載の発明は、請求項7記載のロボットと、該ロボットを制御するコントローラとで構成されたロボットシステムとした。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, the first gear and the second gear meshing with each other by the tapered gear, the first gear is fitted to the periphery, and the first gear can be slid in the axial direction. A rotating shaft that rotates together with the first gear, and the second gear along the axial direction so as to remove backlash of the first and second gears. An urging means that urges the rotating shaft toward the direction, wherein the urging means is a coil spring, and the rotating shaft and the first gear are connected to the rotating shaft and the rotating shaft. The gear device includes a restraining portion that prevents relative rotation in the rotation direction of the first gear.
According to a second aspect of the present invention, the restraining portion is a pin provided on a contact surface between the rotating shaft and the coil spring and a contact surface between the coil spring and the first gear. The gear device described in 1 was used.
According to a third aspect of the present invention, the constraining portion is formed such that both ends of the coil of the coil spring are hooked to a recess provided in the rotating shaft and a recess provided in the first gear. A gear device according to
According to a fourth aspect of the present invention, a first gear and a second gear meshing with each other with a tapered gear, the first gear is fitted to the periphery, and the first gear can be slid in the axial direction. A rotating shaft that rotates together with the first gear, and the second gear along the axial direction so as to remove backlash of the first and second gears. An urging means for urging the directional bias toward the direction of the gear device, wherein the urging means is a disc spring, and the disc spring is rotated with respect to the rotating shaft and the first gear. The gear device includes a restraining portion that prevents the shaft and the first gear from rotating relative to each other.
According to a fifth aspect of the present invention, the restraining portion is a pin provided on a contact surface between the rotating shaft and the disc spring and a contact surface between the disc spring and the first gear. A gear device according to
According to a sixth aspect of the present invention, in the restraint portion, the convex portion provided on the disc spring is hooked on the concave portion provided on the rotating shaft and the concave portion provided on the first gear. 5. The gear device according to
The invention described in
The invention described in
本発明によれば、拘束部により、コイルバネや皿バネが、第一の歯車と回転軸と確実に一体となって回転するため、これらとの摩擦が発生せず、磨耗しないため、バネ力が低下しない。よって、コイルバネや皿バネのバネ力によるバックラッシ調整が持続して、信頼性の高い歯車装置になるという効果がある。また、この歯車装置を利用したロボットであれば、総稼働時間が長くなっても、ロボットの軌跡精度が狂っていくことが少なくなる。 According to the present invention, since the coil spring and the disc spring are reliably rotated integrally with the first gear and the rotating shaft by the restraining portion, the friction with the first gear and the rotating shaft does not occur, and the spring force is not generated. It does not decline. Therefore, there is an effect that the backlash adjustment by the spring force of the coil spring or the disc spring is sustained and the gear device is highly reliable. Further, with a robot using this gear device, the trajectory accuracy of the robot is less likely to be out of order even if the total operating time is increased.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第5図は、本発明の歯車装置を使用する産業用ロボットの側面図を示している。産業用ロボットは、図示しないコントローラによって制御されて動作し、このコントローラとともにロボットシステムとして設置されて所定の作業を行う。図において、51は固定ベース、52は旋回胴、53は第1アームで、旋回胴52に対して回転自由に支持されている。54は第2アームで、端部を第1アーム53に対して回転自由に支持されている。55は第2アームに対して旋回自由な軸である。第2アーム54のもう一方の端部には手首部56が回転自由に支持されており、手首部56の下部には手首部56に旋回自由な軸を有する部位57が備わっている。第5図において、手首部56は本発明の歯車により駆動される軸であり、第1図にその構成を示す。
FIG. 5 shows a side view of an industrial robot using the gear device of the present invention. The industrial robot operates under the control of a controller (not shown), and is installed as a robot system together with this controller to perform a predetermined work. In the figure, 51 is a fixed base, 52 is a revolving barrel, 53 is a first arm, and is supported on the revolving
第1図においては、従来構成を示す第6図と同等箇所には同番号を付す。第1図において、1は歯車の形状をテーパ形状に構成した第一の歯車、2は第一の歯車1とテーパ形状の歯面で互いにかみ合う第二の歯車である。3は第一の歯車1の動力を伝える回転軸、4は回転軸3に設けられたインボリュートスプラインまたはキーを示す。インボリュートスプラインまたはキーによって第一の歯車1は回転軸3の軸方向に若干量移動可能であって、第一の歯車1は回転軸3を回転させる。5は第一の歯車1を軸方向(図の左右方向)に付勢し、第二の歯車2とのバックラッシを除去するためのコイルバネである。6は回転軸3の一部であって、コイルバネ5と第一の歯車1を、回転軸3に保持している。回転軸の一部6は、回転軸3に対してネジ等で固定されている。よって、回転軸の一部6は回転軸3と第一の歯車1と一緒に回転する。そして、本発明においては、コイルバネ5を、回転軸の一部6および第一の歯車1に対して、回転方向に完全に拘束するピン7を設けている。ピン7の1つは、コイルバネ5と回転軸の一部6との当接面9の、コイルバネ5側と回転軸の一部6側のそれぞれに設けたピン穴に挿入されている。また、もう1つのピンは、第一の歯車1とコイルバネ5との当接面9にも同様なピン穴を設けてこれに挿入されており、コイルバネ5の回転方向を拘束している。
In FIG. 1, the same number is attached | subjected to the same location as FIG. 6 which shows a conventional structure. In FIG. 1,
第2図は、第1図におけるピン7の代わりに、コイルバネ5の両方の端末10(バネ線材の端末)を、回転軸の一部6および第一の歯車1に直接掛止が可能な形状としたコイルバネ5を使用した場合の実施例を示している。この場合、コイルバネ5に対して直接、回転軸の一部6および第一の歯車1を組み付けることになるため、実施例1と比較して、組付けの容易さ、装置の簡単化が得られる。
FIG. 2 shows a shape in which both ends 10 (ends of a spring wire) of the
第3図は、第1図におけるコイルバネ5の代わりに、皿バネ8を使用した場合の実施例を示している。そして、皿バネ8と回転軸の一部6との当接面、および皿バネ8と第一の歯車1との当接面に、ピン7を挿入することにより、皿バネ8の回転方向位置ずれを防止するとともに、確実に皿バネ8のバネ力によって第一および第二の歯車のバックラッシ調整が行なえる。
FIG. 3 shows an embodiment in which a
第4図は、第3図におけるピン7の代わりに、皿バネ8に凸部11を設け、回転軸の一部6および第一の歯車1に直接掛止が可能な形状とした実施例を示している。この場合、皿バネ8に対して直接、回転軸の一部6および第一の歯車1を組み付けることになるため、実施例3と比較して、組付けの容易さ、装置の簡単化が得られる。
FIG. 4 shows an embodiment in which a
1 第一の歯車
2 第二の歯車
3 回転軸
4 インボリュートスプラインまたはキー
5 コイルバネ
6 回転軸の一部
7 ピン
8 皿バネ
9 当接面
10 コイルバネの端末
11 凸部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記付勢手段がコイルバネであって、該コイルバネに、前記回転軸と前記第一の歯車とに対して、前記回転軸と前記第一の歯車の回転方向に相対的に回転しないようにする拘束部を備えたことを特徴とする歯車装置。 The first gear and the second gear meshing with each other with a tapered gear, and the first gear are fitted around the first gear, and the first gear is supported so as to be slidable in the axial direction. A rotating shaft that rotates together with the first gear, and a bias that biases the first gear toward the second gear along the axial direction so as to eliminate backlash of the first and second gears. A gear device comprising:
The biasing means is a coil spring, and the coil spring is restrained from rotating relative to the rotation shaft and the first gear in the rotation direction of the rotation shaft and the first gear. A gear device comprising a portion.
前記付勢手段が皿バネであって、該皿バネに、前記回転軸と前記第一の歯車とに対して、前記回転軸と前記第一の歯車の回転方向に相対的に回転しないようにする拘束部を備えたことを特徴とする歯車装置。 The first gear and the second gear meshing with each other with a tapered gear, and the first gear are fitted around the first gear, and the first gear is supported so as to be slidable in the axial direction. A rotating shaft that rotates together with the first gear, and a bias that biases the first gear toward the second gear along the axial direction so as to eliminate backlash of the first and second gears. A gear device comprising:
The biasing means is a disc spring so that the disc spring does not rotate relative to the rotary shaft and the first gear in the rotational direction of the rotary shaft and the first gear. A gear device comprising a restraining portion that performs the above operation.
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