JP2827166B2 - 遊星歯車減速機 - Google Patents
遊星歯車減速機Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は遊星歯車減速機に関
する。 【0002】 【従来の技術】従来、内歯歯車が設けられた筒体と、筒
体の内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、内歯歯車の中心部
に位置するとともに、そのクランク部が外歯歯車に嵌合
して外歯歯車を揺動回転させる入力クランク軸と、入力
クランク軸を支持する支持体と を備えた遊星歯車減速機
は、特開昭59−106744号公報に見られるように
公知である。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開昭59−106744号公報に見られる遊星歯車減速
機は、入力クランク軸が支持体に片持ち支持されている
ので、基本的に剛性の低い遊星歯車減速機となってい
る。 また、入力クランク軸に外歯歯車からの全反力を受
けさせるために、入力クランク軸を支持する軸受は、内
歯歯車が設けられた筒体と入力クランク軸との間で径の
大きいものを使用している(支持体と筒体は一体的でな
いので、筒体と入力クランク軸との間の軸受は負荷容量
を増す必要があり、そのため大型となる)。 さらに、入
力クランク軸を剛性ある支持とするためには支持体も剛
性のある支持が必要であるが、そのため支持体を長い軸
端を有する構成とし、その長い軸部と筒体との間に二つ
の主軸受けを配設しているので、全体に軸方向に長いも
のとなっている。 従って、コストが高く且つ大型の遊星
歯車減速機となっていた、という問題があった。 また、
支持体の上記長い軸部の先端を出力軸としているため、
該出力部に大きな取付け面を有する被駆動部や基台など
の部材を、取り付けることができず、利用分野が限られ
ていたという問題があった。 【0004】(発明の目的) 本発明は、コンパクトで低コストにもかかわらず、剛性
が高く高トルク伝達ができる遊星歯車減速機とするとと
もに、大きな取付け面を有する被駆動部や基台などの部
材を、支持体自身に取り付けることができて利用分野が
広げられる遊星歯車減速機を提供することを目的とす
る。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明においては、内歯
歯車が設けられた簡体と、筒体の内歯歯車に噛み合う 外
歯歯車と、前記内歯歯車の中心部に位置するとともに、
そのクランク部が前記外歯歯車に嵌合して前記外歯歯車
を揺動回転させる入力クランク軸と、入力クランク軸を
支持する支持体と、を備えた遊星歯車減速機において、
前記支持体が前記外歯歯車の両側に位置する一対の支持
部、および前記外歯歯車の前記入力クランク軸の軸線方
向に空けた孔に遊嵌された柱部から一体的に構成され、
前記筒体は、前記一対の支持部の両外周と前記筒体の両
端部内周との間に設けられた、ベアリングを介しで、前
記支持体に軸支され、前記入力クランク軸の両端部は、
前記一対の支持部の両内周と前記入力クランク軸の両端
部外周との間に設けられた、ベアリングを介して、前記
一対の支持部に軸支され、前記一対の支持部のうちの一
方の側端部に形成した部材取付け用端面および該部材取
付け用端面に形成した部材締結用穴を備え、前記部材取
付け用端面が、前記筒体の一方側端部より外側に位置し
ていることを特徴とする遊星歯車減速機により、上記の
目的を達成する。 【0006】 【発明の実施の態様】以下、本発明に係る遊星歯車減速
機を、その構成の一部を本発明に係る遊星歯車減速機と
共通にしている図1〜図12(第1形態例〜第5形態
例)に示す遊星歯車減速機について先ず説明し、本発明
に係る遊星歯車減速機の全体としては図13に基づいて
説明する。 【0007】(第1形態例) 図1ないし図3は遊星歯車減速機を含む減速装置の第1
形態例を示す図である。まず、構成について説明する。
図1は遊星歯車減速機を含む減速装置の第1形態例を産
業ロボットの関節装置に用いたロボットの関節部の全体
概略図である。1は電動モータであり、電動モータ1の
フランジ2は減速装置3の筒体4に固定されている。筒
体4は第1部材としての第1アーム5の先端部5aに固
定されている。電動モーターの出力の回転軸7は減速装
置3の入力回転軸8に連結され、減速装置3の出力は軸
10に伝達され、軸10は円筒体11を貫通して第2部
材としての第2アーム12に固定されている。第2アー
ム12の端部の筒状体13と第1アーム5の先端部5a
の下面から下方に突出する円筒型の突出体15との間に
は一対のベアリング16が介装されている。したがっ
て、減速装置3は電動モータ1の回転数を減速してロボ
ットの被駆動部すなわち第2アーム12を回動させる。
また、電動モータ1、減速装置3、第2アーム12およ
び第2アームに接続された負荷は駆動系を構成する。 【0008】減速装置3は図2および図3に示すよう
に、電動モータ1の回転数を減速する前段減速機20
と、前段減速機20に連結され、回転数をさらに減速す
る後段減速機21と、から構成されている。前段減速機
20は平行軸型減速機である。後段減速機21は固定し
ている内歯歯車28と内歯歯車28に噛み合う外歯歯車
29と、外歯歯車29に係合して外歯歯車29を揺動回
転させる偏心入力軸としての入力クランク軸30と、を
有する偏心揺動型の遊星歯車装置によって構成されてい
る。また、内歯歯車28はピン歯31を用いたピン歯車
で構成され、且つ外歯歯車29の歯数より一つだけ多い
歯数を有している。また、前段減速機20は通常の平行
軸型減速機であり平歯歯車により構成されている。 【0009】前段減速機20の減速比i1と後段減速機
21の減速比i2とは電動モータ1の通常制御回転数の
範囲内でロボットすなわち、第1アーム5および第2ア
ーム12と、後段減速機21との共振が起きないように
選択している。すなわち、電動モータ1の実用域では、
前段減速機20の毎秒当たり回転数が電動モータ1、減
速装置3、第2アーム12および第2アーム12に接続
された負荷から構成される駆動系のねじり発振周波数
(固有ねじり振動数f0付近の周波数をいう。以下同
じ)以下になるよう、前段減速機20の減速比i1を選
択する。この形態例においては、電動モータ1の通常制
御回転数が0〜1000rpm、前段減速機20の減速
比i1が1/3および後段減速機21の減速比i2は1
/40であり、減速装置3の全体の減速比iは1/12
0になるよう選択されている。前記駆動系の固有ねじり
振動数f0は、共振ピーク点における電動モータ1の回
転数、前段減速機20の減速比i1および減速装置3に
関して後述するトルク変動特性から逆算でき、この形態
例においては約8.4Hzである。 【0010】前段減速機20の減速比i1が1/5未満
(分母が大きくなることを意味する。以下同じ)または
後段減速機21の減速比i2が1/25を超える(分母
が小さくなることを意味する。以下同じ)と、前段減速
機20に構造の簡単な平行軸減速機を採用して1/12
0の総減速比iを得ることは困難となるので、設計的経
済的に不利となる。また、後段減速機21の減速比i2
が1/60未満または前段減速機20の減速比i1が1
/2を超えて1/120の総減速比iを得る場合は、電
動モータ1の実用域において、前段減速機20の毎秒当
たり回転数が前記駆動系の固有ねじり振動数f0(8.
4Hz)近辺あるいはそれ以上となるので、共振を防ぐ
効果が少ない。 【0011】次に、作用について説明する。電動モータ
1を0〜1000rpmの通常回転数で回転させると、
減速比i1が1/3の前段減速機20の出力回転数は0
〜333rpmとなり、減速比i2が1/40の後段減
速機21の出力回転数は0〜8.3rpmとなり、この
範囲では共振現象が生じない。共振は実用域外、すなわ
ち電動モータ1の出力回転数が1500rpm近辺(こ
のときの前段減速機20の出力回転数は1500rpm
×1/3=500rpm近辺、遊星歯車減速機21の出
力回転数は1500rpm×1/3×1/40=12.
5rpm近辺)で生じる。このように共振現象が電動モ
ータ1の実用域外で生じる理由は明らかではないが、実
験結果から推定すると上記形態例のように内歯歯車と外
歯歯車の歯数差が1の遊星差動歯車装置は入力軸(クラ
ンク軸30)の1回転当たり1のトルク変動が生じ、し
たがって、これに減速比i1が1/3の前段減速機20
を取り付けると電動モータ1の回転数が実用域外である
1500rpmを中心とした付近で1500×(1/
3)×1=500程度の毎分当たりトルク変動が生じ、
このトルク変動数が駆動系の固有振動数8.4ヘルツ
(500振動/分)にほぼ一致して共振を起こすものと
考えられる。 【0012】これに対し、内歯と外歯の歯数差が2の調
和歯車装置の場合は、実験結果から推定すると、入力軸
(ウェーブジェネレータ)の1回転当たり2のトルク変
動が生じ、したがって、これに減速比1/3の前段減速
機を取り付けると、電動モータの回転数が750rpm
付近で750×1/3×2=500の毎分当たりトルク
変動が生じ、駆動系の固有振動数f0が上記形態例と同
様8.4ヘルツ(500振動/毎分)であるならば電動
モータの回転数が実用域内である750rpm付近で共
振が生じるものと考えられる。この場合、毎分当たり加
振数がおおよそ500の時に共振が生じるのであるか
ら、調和歯車減速機に減速比i=1/6程度の前段減速
機を設けることにより共振時の電動モータの回転数を実
用域外である1500rpmを中心とする付近にまで上
げることも考えられる。しかし、調和歯車減速機の減速
比i2は最小でも1/480となり、1〜1000rp
mを実用域とする電動モータが一般に必要とする減速比
i(1/120程度)を満足できないため、実用できな
いことになる。 【0013】なお、電動モータ1および前段減速機20
の振動は駆動系の発振に影響を及ぼさない。これは、こ
れらの振動は小さいこと、後段部21を介することによ
り吸収されること等によるものと考えられる。 【0014】(実験例) 前述の形態例の減速装置のほかに次表の比較例1〜3に
示す減速装置について実施した振動測定試験について説
明する。前述の形態例および比較例1、2の偏心揺動型
の遊星歯車減速機は、クランク軸および外歯歯車の揺動
によるアンバランスを防いで振動の振幅を小さくするた
め、後述する第2〜第3形態例同様に外歯歯車を2枚と
しこれらを180度の位相差をもって組み付けたもの
で、かつ、内歯歯車が外歯歯車の歯数より1つ多い歯数
を有するものを用いた。それぞれの減速装置の減速段
数、減速比i1、i2、回転ばね定数K1(図9参照)
および慣性モーメントJは次の表1に示してある。 【0015】 【表1】(注1):遊星歯車減速は偏心揺動型の遊星歯車減速機
を、平歯歯車減速は平行軸型の平歯歯車列減速機を示
す。 【0016】実験は図5に示す全体構成図によって実施
した。すなわち、電動サーボモータ51の出力軸51a
に減速装置52を取り付け、減速装置52の出力軸52
aにロボットの被駆動部(第2アーム)の慣性モーメン
トJに相当する慣性負荷としてフライホイール53が取
り付けられた。フライホイール側面53aの半径上の位
置に、円周方向の加速度および振幅を測定できる圧電素
子を利用した加速度ピックアップ54を取り付けた。こ
の加速度ピックアップ54の出力はインジケータ56に
連結されている。モータ51、減速装置52およびフラ
イホイール53から成る駆動系の固有振動数f0 は約
8.4ヘルツになるよう調整してある。電動モータの回
転数を変化させて、その時のフライホイールの加速度の
大きさを測定した。測定結果は図4に示す。横軸は電動
サーボモータ51の回転数であり、縦軸は加速度ピック
アップ54で検出された円周方向の加速度(単位:G)
を示す。 【0017】比較例1、比較例2および比較例3におい
ては、共振のピークはそれぞれ、電動モータ51の回転
数が、略750rpm、略500rpmおよび略250
rpmのときであり、電動モータ51の通常制御回転数
0〜1000rpmの範囲で共振が起こっている。しか
しながら、本減速装置を用いた形態例の場合には、電動
モータの実用域外である1500rpmを中心とする近
傍で共振現象が生じる。比較例2と比較例3の対比か
ら、共振時における電動モータ51の回転数は内歯歯車
と外歯歯車の歯数差が1の遊星歯車減速機が歯数差2の
調和歯車装置の2倍となることが認められる。また、形
態例、比較例1および比較例2の対比から、共振時にお
ける電動モータ51の回転数は前段減速機の減速比iに
比例していることが認められる。 【0018】(第2形態例) 次に遊星歯車減速機を含む減速装置の第2形態例とし
て、前述した第1形態例の減速装置3を改良した場合に
ついて図6、図7に基づいて説明する。なお、第1形態
例と同一構成については、第1形態例と同一の符号を用
いて説明する。図6、図7において、40は図1に示し
た電動モータ1によって駆動される減速装置であり、減
速装置40は電動モータ1の回転軸7に連結された平行
軸型の前段減速機20と、この前段減速機20に連結さ
れた後段の遊星歯車減速機21と、から構成されてい
る。 【0019】電動モータ1の回転軸7の先端部7aはテ
ーパ軸であり、先端にねじ7bを有する。ねじ部7bに
はモータ出力軸の一部を構成する連絡軸7cが螺合され
ている。8は入力回転軸であり、先端部8aに前段減速
機20のピニオン22が設けられると共にモータ回転軸
7を貫通させる孔8bを有し、且つ孔8bは回転軸7の
テーパ部と係合するテーパ孔部を有する。入力回転軸8
は電動モータ1の回転軸7の先端部7aにナット23に
よりねじ止めされている。回転軸7の先端部7aは入力
回転軸8に半月キー24により固定されている。このよ
うな構成により入力回転軸8の先端部8aの軸径はモー
タ回転軸7の軸径より小さくすることができ、したがっ
て、ピニオン22の歯数はモータ回転軸7に歯数を直接
装着させる場合に比べ、少なくすることができ、容量の
割に回転軸径の大きい市販電動モータ1を用いる場合で
あっても、所定の前段減速比を得ることができる。ピニ
オン22に噛み合う3個の平歯車25は、後述する3本
の入力クランク軸30にそれぞれ結合している。 【0020】遊星歯車減速機21は筒体4に固定して設
けられた内歯歯車28と、内歯歯車28に噛み合う一対
の外歯歯車29と、外歯歯車29に嵌合して外歯歯車2
9を揺動回転させる偏心入力軸としての3本の入力クラ
ンク軸30と、から構成されている。また、内歯歯車2
8はピン歯31を用いたピン歯車で構成され、かつ外歯
歯車29の歯数より1つだけ多い歯数を有している。3
3は円板部であり、円板部33は遊星歯車減速機21の
前端部を構成し、かつ、入力クランク軸30を円周上に
等配しベアリング34を介して軸支している。35はブ
ロック体であり、ブロック体35はその中心部に軸方向
の円筒状孔36を有し、入力回転軸8が遊嵌されてい
る。同様に外歯歯車29および円板部33の中心部にも
孔が設けられている。ブロック体35はその後端部35
aに凹みを有し、軸10のフランジ部39に対向してい
る。凹み36とフランジ部39とによって形成された空
洞内には、前段減速機20が収納されている。ブロック
体35には入力クランク軸30を円周上に等配しベアリ
ング41を介して軸支している。入力クランク軸30の
延在部30aは凹み36内に突出し、平歯車25に固定
されている。 【0021】入力クランク軸30は円板部33とブロッ
ク体35の中央部に軸支され、入力クランク軸30の中
央には180度の位相差をもつ一対のクランク部42を
有し、各クランク部42はベアリング43を介して外歯
歯車29を偏心揺動させるようにしている。ここで、前
述した円板部33と、ブロック体35とは支持体44を
構成する。円板部33、ブロック体35およびフランジ
部39は複数のボルト46および固定ナット47により
互いに固定されている。 【0022】電動モータ1の回転は回転軸7および入力
軸8を介して前段減速機20のピニオンに伝達され、前
段減速機20で減速される。前段減速機20の出力は平
歯車25により遊星歯車減速機21のクランク軸30に
入力される。次いで、クランク軸30の回転により偏心
揺動させられる外歯歯車29と、この外歯歯車29と噛
み合い外歯歯車29より1つ多い歯数を有する内歯歯車
28とによりさらに減速され、外歯歯車29のゆっくり
した自転運動はキャリアとして作用する支持体44から
軸10に伝達されアーム12が回動される。 【0023】本形態例においては、電動モータ1の通常
制御回転数は(0〜1000rpm、前段減速機20の
減速比i1は1/3、遊星歯車減速機21の減速比i2
は1/40、減速装置3の総減速比iは1/120、電
動モータ1、減速装置3および第2アーム12を含んで
構成される駆動系の固有ねじり振動数f0は約8.4ヘ
ルツである。したがって、電動モータ1は産業ロボット
の駆動系の固有ねじり振動数に対応する回転数(8.4
ヘルツに相当する500rpm)を通常制御域(0〜1
000rpm)内に有している。また、前段減速機20
は電動モータ1の通常制御域における毎秒最高回転数
(1000rpmに相当する毎秒16.7回転)を、駆
動系の固有ねじり振動数f0以下になるよう(毎秒5.
6回転)に減速する減速比i1(1/3)を有してい
る。減速機40の回転ばね定数K1は約37.5kg・
m/分である。この形態例の場合の作用および振動特性
は、前述の第1形態例と同様になる。 【0024】(第3形態例) 次に遊星歯車減速機を含む減速装置の第3形態例を図面
に基づいて説明する。図8において、60は減速装置で
ある。減速装置60は電動モータ1、前段減速機20お
よび遊星歯車減速機21が軸方向に順次配設され、電動
モータ1の出力軸7には入力回転軸8が取着されてい
る。入力回転軸8のモータ1側端には前段減速機20の
入力歯車22が一体に設けられ、その中間には大歯車6
1aと小歯車61bを有する第1のアイドルギヤ61が
回転自在に支持されている。遊星歯車減速機21のクラ
ンク軸30の一端はモータ1側に突出した延在部30a
を有する。延在部30aのモータ1側端には第2アイド
ルギヤ62が回転自在に支持され、その中間には前段減
速機20の出力歯車25が固着されている。第2のアイ
ドルギヤ62は入力歯車22と噛み合いこれにより歯数
の多い大歯車62aおよび第1アイドルギヤ61の大歯
車61aと噛み合いこれにより歯数の少ない小歯車62
bを有する。出力歯車25は第1アリドルギヤ61の小
歯車61bと噛み合いこれより多い歯数を有する。入力
回転軸8、入力歯車22、出力歯車25、延在部30
a、および第1、第2のアリドルギヤ61、62は前段
減速機20としての平行軸減速機を構成する。アイドル
ギヤ61、62を入れることにより、容量の割に回転軸
径の大きい市販電動モータ1を用いる場合であっても、
所定の前段減速比i1を得ることができる。他の構成お
よび作用は前述した第1形態および第2形態と同じであ
るので、該形態例の説明に用いた符号を図8に付け、そ
の説明を省略する。 【0025】次に、図10に示す産業ロボット65に用
いた本形態の減速装置に係る産業ロボットの関節装置の
形態例を図面を用いて説明する。図10において、産業
ロボット65は第1関節66と、第1関節66に連結す
る第2関節67と、第2関節67に連結する第1アーム
83および第2アーム68とから構成されている。第1
関節66は支柱71の上側の旋回盤73を矢印P方向に
回動し、第2関節67は旋回盤73に固定されたブラケ
ット81の上側の第1アーム83を矢印Q方向に回動
し、第2アーム68の先端部68aの3次元的移動を可
能にする。 【0026】(第4形態例) 図11は遊遊星歯車減速機をを含む減速装置の第4形態
例を示す図であり、前述の第3形態例と同一構成につい
ては、同一符号を用いて説明する。 【0027】図11において、70は減速装置であり、
減速装置70は、図10に示す産業ロボットの第1関節
66において、第1部材としての筒状の支柱71の内側
に内装されている。減速装置70は電動モータ1に連結
された平行軸型の前段減速機20と、この前段減速機2
0に連結された後段の遊星歯車減速機21とから構成さ
れている。電動モータ1のフランジ2は、筒体4を介し
て支柱71にボルト4bを用いて固定されている。電動
モータ1の上側のほぼ垂直な回転軸7は前段減速機20
のピニオン22に固定され、ピニオン22に噛み合う3
個の平歯車25は、後述する3本の入力クランク軸30
の延在部30aにそれぞれ固定されている。遊星歯車減
速機21は前段減速機20の上側に配置され、筒体4に
固定して設けられた内歯歯車28と、内歯歯車28に噛
み合う一対の外歯歯車29a、29b(以下、添字をつ
けない29で代表する)と、外歯歯車29に嵌合して外
歯歯車29を揺動回転させる偏心入力軸としての3本の
入力クランク軸30と、から構成されている。入力クラ
ンク軸30は遊星歯車減速機21の下端部を構成する円
板部33にベアリング34を介して軸支され、遊星歯車
減速機の21の上端部および外歯歯車29の円周上に等
配して設けられた貫通孔内を挿通したブロック体35に
ベアリング41を介して軸支されている。ブロック体3
5と円板部33とは円周上に等配された3つのボルト4
6により一体的となり、支持体(キャリア)44を構成
し、支柱71の上側に設けられた代2部材としての円筒
状体の旋回盤73の底部73aに固定されている。底部
73aと支柱71の上部71aとの間にはベアリング7
4が設けられ、支持体(キャリア)44の自転に伴い、
旋回盤73は回転する。前述以外の構成、作用および振
動特性は第3形態例と同じであり省略する。 【0028】(第5形態例) 図12は遊星歯車減速機を含む減速装置の第5形態例を
示す図であり、前述の第3形態例と同一構成について
は、同一符号を用いて説明する。 【0029】図12において、80は減速装置であり、
減速装置80は図10に示す産業ロボットの第2関節6
7に用いたものである。第1部材としての箱形ブラケッ
ト81は前述の第1関節66の旋回盤73の上側に一体
的に固定されている。減速装置80は電動モータ1に連
結された平行軸型の前段減速機20とこの前段減速機2
0に連結された後段の遊星歯車減速機21とから構成さ
れている。電動モータ1のフランジ2はブラケット81
にボルト4bを用いて固定され、電動モータ1の回転軸
7は前段減速機20のピニオン22に固定され、ピニオ
ン22に噛合う3個の平歯車25は後述する3本の入力
クランク軸30の延在部30aにそれぞれ固定されてい
る。遊星歯車減速機21の入力クランク軸30の前端部
はベアリング41を介してブロック体35に軸支され、
その後端部はベアリング34を介して円板部33に軸支
されている。ブロック体35と円板部33はボルト46
で一体的に固定されて支持体44を構成し、さらにボル
ト82によりブラケット81に固定されている。遊星歯
車減速機21の内歯歯車28は支持体44の外周部にベ
アリング84を介して回動自在に支持されている。内歯
歯車28は、第2部材としての第1アーム83の端部8
3aに一体的に固定されている。 【0030】電動モータ1の回転は回転軸7を介して前
段減速機20のピニオン22に伝達され、前段減速機2
0で減速される。前段減速機20の出力は平歯車25に
より遊星歯車減速機21の入力クランク軸30に入力さ
れる。次いで、入力クランク軸30の回転により偏心揺
動させられる一対の外歯歯車29a、29b(以下、2
9で代表する)と、この外歯歯車29と噛み合い外歯歯
車29より一つ多い歯数を有する内歯歯車28とにより
さらに減速され、内歯歯車28のゆっくりした自転は第
2アーム83を回動させる。前述以外の構成、作用およ
び振動特性は第3形態例と同じであり、同じ符号をつけ
て説明を省略する。 【0031】(第6形態例) 図13は本発明の遊星歯車減速機を用いた第6形態例を
示す図であり、これは、前述の第5形態例の構成の一部
を変更したものであり、第5形態例と同一の構成には同
一の符号をつけて説明する。 【0032】図13において、90は減速装置であり、
減速装置90は、第5形態例と同様に、図10に示す、
産業ロボットの第2関節67に用いたものである。第6
形態例では、減速装置90は電動モータ1に連結された
前段減速機20と前段減速機20に連結された後段の遊
星歯車減速機21とから構成されている。電動モータ1
の出力軸の回転軸7は前段減速機20の太陽歯車91に
連結され、太陽歯車91に噛合い円周上に等配された3
個の遊星歯車92は、ブロック体35の前端部から前方
に連結された円筒部35aの内側に設けられた内歯歯車
93とも噛合い遊星運動する。遊星歯車減速機21の偏
心入力軸としての入力クランク軸30は回転軸7の軸線
と同一軸線上でブロック体35の軸芯上に配置され、入
力クランク軸30の延在部30aはベアリング94を介
してブロック体35に軸支されている。延在部30aの
前端部にはフランジ部95が設けられ、フランジ部95
の周辺に設けられた孔96に前段減速機20の遊星歯車
92の軸92aが嵌合する。入力クランク軸30の後段
部は、円板部33にベアリング98を介して軸支されて
いる。ブロック体35および円板部33はボルト82に
よりブラケット81に一体的に固定されている。筒体4
には内歯歯車28が設けられ、その内歯歯車28には外
歯歯車29a、29bが噛み合っている。入力クランク
軸30は内歯歯車28の中心部に位置するとともに、そ
の二つのクランク部42が外歯歯車29a、29bに嵌
合して外歯歯車29a、29bを揺動回転させている。
支持体44は筒体4と入力クランク軸30との間に位置
し、入力クランク軸30を支持している。 支持体44は
外歯歯車29a、29bの両側に位置する円板部33お
よびブロック体35からなり、それらはボルト82で一
体的に結合され構成され、そのブロック体35は柱部3
5bを有している。 円板部33およびブロック体35は
一対の支持部100を構成している。 柱部35bは外歯
歯車29a、29bの入力クランク軸30の軸線方向に
空けた孔29cに遊嵌されている。 支持体44は一対の
支持部100および柱部35bから一体的に構成されて
いる。 筒体4は、支持体44の一対の支持部100の両
外周と前記内歯歯車28が設けられた筒体4の両端部内
周との間に設けられた、二個のベアリング84を介し
て、前記支持体44に軸支されている。 入力クランク軸
30の両端部は、支持体44の一対の支持部100の両
内周と前記入力クランク軸30の両端部外周との間に設
けられた、二個のベアリング94、98を介して、支持
体44の一対の支持部100に軸支されている。 一対の
支持部100のうちの一方の側端部には、部材取付け用
端面44aが形成され、部材取付け用端面44aには部
材締結用穴44bが開口して形成されている。 支持対4
4の部材取付け用端面44aは、筒体4の入力クランク
軸30の軸線方向両端部4a、4bのうちの一方側端部
4aより外側に位置している。 【0033】電動モータ1の回転は回転軸7を介して太
陽歯車91に伝達され、太陽歯車91の自動運動に伴
い、遊星歯車92は、太陽歯車91の自転運動に伴い、
遊星歯車92は、太陽歯車91と内歯歯車93との間を
減速されて遊星運動する。遊星歯車92の遊星運動の中
公転運動はフランジ部95を介して入力クランク軸30
に伝達される。入力クランク軸30が回転させられる
と、クランク部42および柱部35bの作用で外歯歯車
29a、29bは偏心揺動し、内歯歯車28を有する筒
体4が回転する。前述以外の構成、作用および振動特性
は第5形態例と同じであり、同じ符号をつけて説明を省
略する。 【0034】なお、本発明の形態においては、部材取付
け用端面44aに、基台に相当するブラケットを取付
け、筒体が回転するようにしているが、被駆動部材とし
ての長いロボットアームなとを取り付け、支持体が回転
するようにしてもよい。また本形態においては、前段減
速機の減速比は電動モータの毎秒当たり最高回転数を、
共振現象の生じ始めるときの振動数相当(前述した「ね
じり発振周波数」付近)、すなわち駆動系の固有振動数
より若干小さな振動数相当、に減速する値であればよ
い。例えば駆動系の固有ねじり振動数f0が5〜9Hz
の場合であって、電動モータの最高回転数が1000r
pm、総減速比iが1/60〜1/320のときは前段
最小減速比i1を約1/1.9〜約1/6、後段の減速
比i2を1/25〜1/60とすることにより共振現象
を実用域から外すことができる。また駆動系の固有ねじ
り振動数f0が5〜9ヘルツの場合であって、電動モー
タの回転数が最高2000rpm、総減速比iが1/1
10〜1/320のときは、前段最小減速比i1を約1
/3.7〜約1/6.7、後段減速比i2を約1/25
〜約1/60とすることにより共振現象の起きないロボ
ットの関節装置を得る。同様(f0=5〜9Hz)の場
合であって電動モータ回転数が最高4000rpm、総
減速比iが1/210〜1/640のときは、前段最小
減速比i1を約1/7.4〜約1/13.3、後段減速
比i2を約1/30〜約1/60とすればよい。また、
駆動系の固有ねじり振動数f0が10〜15Hzの場合
であって、電動モータの最高回転数が1000rpm、
総減速比iが1/80〜1/300のときは前段最小減
速比i1を1/1.5〜1/4、後段の減速比i2を1
/25〜1/60とすることにより共振現象を実用域か
ら外すことができる。同様(f0=10〜15Hz)の
場合であって、電動モータの最高回転数が4000rp
m、総減速比iが1/125〜1/600のときは、前
段減速比i1を約1/4.5〜約1/10、後段の減速
比i2を約1/30〜1/100とすればよい。 【0035】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
支持体が外歯歯車の両側に位置する一対の支持部材、お
よび外歯歯車の入力クランク軸の軸線方向に空けた孔に
遊嵌された柱部から一体的に達成され、且つ、筒体は、
一対の支持部の両外周と筒体の両端部内周との間に設け
られた、ベアリングを介して、支持体に軸支され、入力
クランク軸の両端部は、一対の支持部の両内周と入力ク
ランク軸の両端部外周との間に設けられた、ベアリング
を介して、一対の支持部に軸支されているので、入力ク
ランク軸は外歯歯車からの反力を十分支えられ、コンパ
クトで低コストにもかかわらず、鋼性が高くトルク伝達
ができる遊星歯車減速機にすることができ る。また、支
持体の部材取付け用端面が、筒体の一方側端部より外側
に位置しているので、支持体の部材取付け用端面に部材
締結用穴を利用して、被駆動部材や基台となる部材を取
り付ける場合、部材取付け用端面の大きさより、面積が
大きい部材を容易に取り付けることができ、遊星歯車減
速機の利用分野を広げることができる。例えば、入力ク
ランク軸の軸線方向に対して直角方向に長いロボットア
ームなども容易に取り付けることができる。
する。 【0002】 【従来の技術】従来、内歯歯車が設けられた筒体と、筒
体の内歯歯車に噛み合う外歯歯車と、内歯歯車の中心部
に位置するとともに、そのクランク部が外歯歯車に嵌合
して外歯歯車を揺動回転させる入力クランク軸と、入力
クランク軸を支持する支持体と を備えた遊星歯車減速機
は、特開昭59−106744号公報に見られるように
公知である。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開昭59−106744号公報に見られる遊星歯車減速
機は、入力クランク軸が支持体に片持ち支持されている
ので、基本的に剛性の低い遊星歯車減速機となってい
る。 また、入力クランク軸に外歯歯車からの全反力を受
けさせるために、入力クランク軸を支持する軸受は、内
歯歯車が設けられた筒体と入力クランク軸との間で径の
大きいものを使用している(支持体と筒体は一体的でな
いので、筒体と入力クランク軸との間の軸受は負荷容量
を増す必要があり、そのため大型となる)。 さらに、入
力クランク軸を剛性ある支持とするためには支持体も剛
性のある支持が必要であるが、そのため支持体を長い軸
端を有する構成とし、その長い軸部と筒体との間に二つ
の主軸受けを配設しているので、全体に軸方向に長いも
のとなっている。 従って、コストが高く且つ大型の遊星
歯車減速機となっていた、という問題があった。 また、
支持体の上記長い軸部の先端を出力軸としているため、
該出力部に大きな取付け面を有する被駆動部や基台など
の部材を、取り付けることができず、利用分野が限られ
ていたという問題があった。 【0004】(発明の目的) 本発明は、コンパクトで低コストにもかかわらず、剛性
が高く高トルク伝達ができる遊星歯車減速機とするとと
もに、大きな取付け面を有する被駆動部や基台などの部
材を、支持体自身に取り付けることができて利用分野が
広げられる遊星歯車減速機を提供することを目的とす
る。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明においては、内歯
歯車が設けられた簡体と、筒体の内歯歯車に噛み合う 外
歯歯車と、前記内歯歯車の中心部に位置するとともに、
そのクランク部が前記外歯歯車に嵌合して前記外歯歯車
を揺動回転させる入力クランク軸と、入力クランク軸を
支持する支持体と、を備えた遊星歯車減速機において、
前記支持体が前記外歯歯車の両側に位置する一対の支持
部、および前記外歯歯車の前記入力クランク軸の軸線方
向に空けた孔に遊嵌された柱部から一体的に構成され、
前記筒体は、前記一対の支持部の両外周と前記筒体の両
端部内周との間に設けられた、ベアリングを介しで、前
記支持体に軸支され、前記入力クランク軸の両端部は、
前記一対の支持部の両内周と前記入力クランク軸の両端
部外周との間に設けられた、ベアリングを介して、前記
一対の支持部に軸支され、前記一対の支持部のうちの一
方の側端部に形成した部材取付け用端面および該部材取
付け用端面に形成した部材締結用穴を備え、前記部材取
付け用端面が、前記筒体の一方側端部より外側に位置し
ていることを特徴とする遊星歯車減速機により、上記の
目的を達成する。 【0006】 【発明の実施の態様】以下、本発明に係る遊星歯車減速
機を、その構成の一部を本発明に係る遊星歯車減速機と
共通にしている図1〜図12(第1形態例〜第5形態
例)に示す遊星歯車減速機について先ず説明し、本発明
に係る遊星歯車減速機の全体としては図13に基づいて
説明する。 【0007】(第1形態例) 図1ないし図3は遊星歯車減速機を含む減速装置の第1
形態例を示す図である。まず、構成について説明する。
図1は遊星歯車減速機を含む減速装置の第1形態例を産
業ロボットの関節装置に用いたロボットの関節部の全体
概略図である。1は電動モータであり、電動モータ1の
フランジ2は減速装置3の筒体4に固定されている。筒
体4は第1部材としての第1アーム5の先端部5aに固
定されている。電動モーターの出力の回転軸7は減速装
置3の入力回転軸8に連結され、減速装置3の出力は軸
10に伝達され、軸10は円筒体11を貫通して第2部
材としての第2アーム12に固定されている。第2アー
ム12の端部の筒状体13と第1アーム5の先端部5a
の下面から下方に突出する円筒型の突出体15との間に
は一対のベアリング16が介装されている。したがっ
て、減速装置3は電動モータ1の回転数を減速してロボ
ットの被駆動部すなわち第2アーム12を回動させる。
また、電動モータ1、減速装置3、第2アーム12およ
び第2アームに接続された負荷は駆動系を構成する。 【0008】減速装置3は図2および図3に示すよう
に、電動モータ1の回転数を減速する前段減速機20
と、前段減速機20に連結され、回転数をさらに減速す
る後段減速機21と、から構成されている。前段減速機
20は平行軸型減速機である。後段減速機21は固定し
ている内歯歯車28と内歯歯車28に噛み合う外歯歯車
29と、外歯歯車29に係合して外歯歯車29を揺動回
転させる偏心入力軸としての入力クランク軸30と、を
有する偏心揺動型の遊星歯車装置によって構成されてい
る。また、内歯歯車28はピン歯31を用いたピン歯車
で構成され、且つ外歯歯車29の歯数より一つだけ多い
歯数を有している。また、前段減速機20は通常の平行
軸型減速機であり平歯歯車により構成されている。 【0009】前段減速機20の減速比i1と後段減速機
21の減速比i2とは電動モータ1の通常制御回転数の
範囲内でロボットすなわち、第1アーム5および第2ア
ーム12と、後段減速機21との共振が起きないように
選択している。すなわち、電動モータ1の実用域では、
前段減速機20の毎秒当たり回転数が電動モータ1、減
速装置3、第2アーム12および第2アーム12に接続
された負荷から構成される駆動系のねじり発振周波数
(固有ねじり振動数f0付近の周波数をいう。以下同
じ)以下になるよう、前段減速機20の減速比i1を選
択する。この形態例においては、電動モータ1の通常制
御回転数が0〜1000rpm、前段減速機20の減速
比i1が1/3および後段減速機21の減速比i2は1
/40であり、減速装置3の全体の減速比iは1/12
0になるよう選択されている。前記駆動系の固有ねじり
振動数f0は、共振ピーク点における電動モータ1の回
転数、前段減速機20の減速比i1および減速装置3に
関して後述するトルク変動特性から逆算でき、この形態
例においては約8.4Hzである。 【0010】前段減速機20の減速比i1が1/5未満
(分母が大きくなることを意味する。以下同じ)または
後段減速機21の減速比i2が1/25を超える(分母
が小さくなることを意味する。以下同じ)と、前段減速
機20に構造の簡単な平行軸減速機を採用して1/12
0の総減速比iを得ることは困難となるので、設計的経
済的に不利となる。また、後段減速機21の減速比i2
が1/60未満または前段減速機20の減速比i1が1
/2を超えて1/120の総減速比iを得る場合は、電
動モータ1の実用域において、前段減速機20の毎秒当
たり回転数が前記駆動系の固有ねじり振動数f0(8.
4Hz)近辺あるいはそれ以上となるので、共振を防ぐ
効果が少ない。 【0011】次に、作用について説明する。電動モータ
1を0〜1000rpmの通常回転数で回転させると、
減速比i1が1/3の前段減速機20の出力回転数は0
〜333rpmとなり、減速比i2が1/40の後段減
速機21の出力回転数は0〜8.3rpmとなり、この
範囲では共振現象が生じない。共振は実用域外、すなわ
ち電動モータ1の出力回転数が1500rpm近辺(こ
のときの前段減速機20の出力回転数は1500rpm
×1/3=500rpm近辺、遊星歯車減速機21の出
力回転数は1500rpm×1/3×1/40=12.
5rpm近辺)で生じる。このように共振現象が電動モ
ータ1の実用域外で生じる理由は明らかではないが、実
験結果から推定すると上記形態例のように内歯歯車と外
歯歯車の歯数差が1の遊星差動歯車装置は入力軸(クラ
ンク軸30)の1回転当たり1のトルク変動が生じ、し
たがって、これに減速比i1が1/3の前段減速機20
を取り付けると電動モータ1の回転数が実用域外である
1500rpmを中心とした付近で1500×(1/
3)×1=500程度の毎分当たりトルク変動が生じ、
このトルク変動数が駆動系の固有振動数8.4ヘルツ
(500振動/分)にほぼ一致して共振を起こすものと
考えられる。 【0012】これに対し、内歯と外歯の歯数差が2の調
和歯車装置の場合は、実験結果から推定すると、入力軸
(ウェーブジェネレータ)の1回転当たり2のトルク変
動が生じ、したがって、これに減速比1/3の前段減速
機を取り付けると、電動モータの回転数が750rpm
付近で750×1/3×2=500の毎分当たりトルク
変動が生じ、駆動系の固有振動数f0が上記形態例と同
様8.4ヘルツ(500振動/毎分)であるならば電動
モータの回転数が実用域内である750rpm付近で共
振が生じるものと考えられる。この場合、毎分当たり加
振数がおおよそ500の時に共振が生じるのであるか
ら、調和歯車減速機に減速比i=1/6程度の前段減速
機を設けることにより共振時の電動モータの回転数を実
用域外である1500rpmを中心とする付近にまで上
げることも考えられる。しかし、調和歯車減速機の減速
比i2は最小でも1/480となり、1〜1000rp
mを実用域とする電動モータが一般に必要とする減速比
i(1/120程度)を満足できないため、実用できな
いことになる。 【0013】なお、電動モータ1および前段減速機20
の振動は駆動系の発振に影響を及ぼさない。これは、こ
れらの振動は小さいこと、後段部21を介することによ
り吸収されること等によるものと考えられる。 【0014】(実験例) 前述の形態例の減速装置のほかに次表の比較例1〜3に
示す減速装置について実施した振動測定試験について説
明する。前述の形態例および比較例1、2の偏心揺動型
の遊星歯車減速機は、クランク軸および外歯歯車の揺動
によるアンバランスを防いで振動の振幅を小さくするた
め、後述する第2〜第3形態例同様に外歯歯車を2枚と
しこれらを180度の位相差をもって組み付けたもの
で、かつ、内歯歯車が外歯歯車の歯数より1つ多い歯数
を有するものを用いた。それぞれの減速装置の減速段
数、減速比i1、i2、回転ばね定数K1(図9参照)
および慣性モーメントJは次の表1に示してある。 【0015】 【表1】(注1):遊星歯車減速は偏心揺動型の遊星歯車減速機
を、平歯歯車減速は平行軸型の平歯歯車列減速機を示
す。 【0016】実験は図5に示す全体構成図によって実施
した。すなわち、電動サーボモータ51の出力軸51a
に減速装置52を取り付け、減速装置52の出力軸52
aにロボットの被駆動部(第2アーム)の慣性モーメン
トJに相当する慣性負荷としてフライホイール53が取
り付けられた。フライホイール側面53aの半径上の位
置に、円周方向の加速度および振幅を測定できる圧電素
子を利用した加速度ピックアップ54を取り付けた。こ
の加速度ピックアップ54の出力はインジケータ56に
連結されている。モータ51、減速装置52およびフラ
イホイール53から成る駆動系の固有振動数f0 は約
8.4ヘルツになるよう調整してある。電動モータの回
転数を変化させて、その時のフライホイールの加速度の
大きさを測定した。測定結果は図4に示す。横軸は電動
サーボモータ51の回転数であり、縦軸は加速度ピック
アップ54で検出された円周方向の加速度(単位:G)
を示す。 【0017】比較例1、比較例2および比較例3におい
ては、共振のピークはそれぞれ、電動モータ51の回転
数が、略750rpm、略500rpmおよび略250
rpmのときであり、電動モータ51の通常制御回転数
0〜1000rpmの範囲で共振が起こっている。しか
しながら、本減速装置を用いた形態例の場合には、電動
モータの実用域外である1500rpmを中心とする近
傍で共振現象が生じる。比較例2と比較例3の対比か
ら、共振時における電動モータ51の回転数は内歯歯車
と外歯歯車の歯数差が1の遊星歯車減速機が歯数差2の
調和歯車装置の2倍となることが認められる。また、形
態例、比較例1および比較例2の対比から、共振時にお
ける電動モータ51の回転数は前段減速機の減速比iに
比例していることが認められる。 【0018】(第2形態例) 次に遊星歯車減速機を含む減速装置の第2形態例とし
て、前述した第1形態例の減速装置3を改良した場合に
ついて図6、図7に基づいて説明する。なお、第1形態
例と同一構成については、第1形態例と同一の符号を用
いて説明する。図6、図7において、40は図1に示し
た電動モータ1によって駆動される減速装置であり、減
速装置40は電動モータ1の回転軸7に連結された平行
軸型の前段減速機20と、この前段減速機20に連結さ
れた後段の遊星歯車減速機21と、から構成されてい
る。 【0019】電動モータ1の回転軸7の先端部7aはテ
ーパ軸であり、先端にねじ7bを有する。ねじ部7bに
はモータ出力軸の一部を構成する連絡軸7cが螺合され
ている。8は入力回転軸であり、先端部8aに前段減速
機20のピニオン22が設けられると共にモータ回転軸
7を貫通させる孔8bを有し、且つ孔8bは回転軸7の
テーパ部と係合するテーパ孔部を有する。入力回転軸8
は電動モータ1の回転軸7の先端部7aにナット23に
よりねじ止めされている。回転軸7の先端部7aは入力
回転軸8に半月キー24により固定されている。このよ
うな構成により入力回転軸8の先端部8aの軸径はモー
タ回転軸7の軸径より小さくすることができ、したがっ
て、ピニオン22の歯数はモータ回転軸7に歯数を直接
装着させる場合に比べ、少なくすることができ、容量の
割に回転軸径の大きい市販電動モータ1を用いる場合で
あっても、所定の前段減速比を得ることができる。ピニ
オン22に噛み合う3個の平歯車25は、後述する3本
の入力クランク軸30にそれぞれ結合している。 【0020】遊星歯車減速機21は筒体4に固定して設
けられた内歯歯車28と、内歯歯車28に噛み合う一対
の外歯歯車29と、外歯歯車29に嵌合して外歯歯車2
9を揺動回転させる偏心入力軸としての3本の入力クラ
ンク軸30と、から構成されている。また、内歯歯車2
8はピン歯31を用いたピン歯車で構成され、かつ外歯
歯車29の歯数より1つだけ多い歯数を有している。3
3は円板部であり、円板部33は遊星歯車減速機21の
前端部を構成し、かつ、入力クランク軸30を円周上に
等配しベアリング34を介して軸支している。35はブ
ロック体であり、ブロック体35はその中心部に軸方向
の円筒状孔36を有し、入力回転軸8が遊嵌されてい
る。同様に外歯歯車29および円板部33の中心部にも
孔が設けられている。ブロック体35はその後端部35
aに凹みを有し、軸10のフランジ部39に対向してい
る。凹み36とフランジ部39とによって形成された空
洞内には、前段減速機20が収納されている。ブロック
体35には入力クランク軸30を円周上に等配しベアリ
ング41を介して軸支している。入力クランク軸30の
延在部30aは凹み36内に突出し、平歯車25に固定
されている。 【0021】入力クランク軸30は円板部33とブロッ
ク体35の中央部に軸支され、入力クランク軸30の中
央には180度の位相差をもつ一対のクランク部42を
有し、各クランク部42はベアリング43を介して外歯
歯車29を偏心揺動させるようにしている。ここで、前
述した円板部33と、ブロック体35とは支持体44を
構成する。円板部33、ブロック体35およびフランジ
部39は複数のボルト46および固定ナット47により
互いに固定されている。 【0022】電動モータ1の回転は回転軸7および入力
軸8を介して前段減速機20のピニオンに伝達され、前
段減速機20で減速される。前段減速機20の出力は平
歯車25により遊星歯車減速機21のクランク軸30に
入力される。次いで、クランク軸30の回転により偏心
揺動させられる外歯歯車29と、この外歯歯車29と噛
み合い外歯歯車29より1つ多い歯数を有する内歯歯車
28とによりさらに減速され、外歯歯車29のゆっくり
した自転運動はキャリアとして作用する支持体44から
軸10に伝達されアーム12が回動される。 【0023】本形態例においては、電動モータ1の通常
制御回転数は(0〜1000rpm、前段減速機20の
減速比i1は1/3、遊星歯車減速機21の減速比i2
は1/40、減速装置3の総減速比iは1/120、電
動モータ1、減速装置3および第2アーム12を含んで
構成される駆動系の固有ねじり振動数f0は約8.4ヘ
ルツである。したがって、電動モータ1は産業ロボット
の駆動系の固有ねじり振動数に対応する回転数(8.4
ヘルツに相当する500rpm)を通常制御域(0〜1
000rpm)内に有している。また、前段減速機20
は電動モータ1の通常制御域における毎秒最高回転数
(1000rpmに相当する毎秒16.7回転)を、駆
動系の固有ねじり振動数f0以下になるよう(毎秒5.
6回転)に減速する減速比i1(1/3)を有してい
る。減速機40の回転ばね定数K1は約37.5kg・
m/分である。この形態例の場合の作用および振動特性
は、前述の第1形態例と同様になる。 【0024】(第3形態例) 次に遊星歯車減速機を含む減速装置の第3形態例を図面
に基づいて説明する。図8において、60は減速装置で
ある。減速装置60は電動モータ1、前段減速機20お
よび遊星歯車減速機21が軸方向に順次配設され、電動
モータ1の出力軸7には入力回転軸8が取着されてい
る。入力回転軸8のモータ1側端には前段減速機20の
入力歯車22が一体に設けられ、その中間には大歯車6
1aと小歯車61bを有する第1のアイドルギヤ61が
回転自在に支持されている。遊星歯車減速機21のクラ
ンク軸30の一端はモータ1側に突出した延在部30a
を有する。延在部30aのモータ1側端には第2アイド
ルギヤ62が回転自在に支持され、その中間には前段減
速機20の出力歯車25が固着されている。第2のアイ
ドルギヤ62は入力歯車22と噛み合いこれにより歯数
の多い大歯車62aおよび第1アイドルギヤ61の大歯
車61aと噛み合いこれにより歯数の少ない小歯車62
bを有する。出力歯車25は第1アリドルギヤ61の小
歯車61bと噛み合いこれより多い歯数を有する。入力
回転軸8、入力歯車22、出力歯車25、延在部30
a、および第1、第2のアリドルギヤ61、62は前段
減速機20としての平行軸減速機を構成する。アイドル
ギヤ61、62を入れることにより、容量の割に回転軸
径の大きい市販電動モータ1を用いる場合であっても、
所定の前段減速比i1を得ることができる。他の構成お
よび作用は前述した第1形態および第2形態と同じであ
るので、該形態例の説明に用いた符号を図8に付け、そ
の説明を省略する。 【0025】次に、図10に示す産業ロボット65に用
いた本形態の減速装置に係る産業ロボットの関節装置の
形態例を図面を用いて説明する。図10において、産業
ロボット65は第1関節66と、第1関節66に連結す
る第2関節67と、第2関節67に連結する第1アーム
83および第2アーム68とから構成されている。第1
関節66は支柱71の上側の旋回盤73を矢印P方向に
回動し、第2関節67は旋回盤73に固定されたブラケ
ット81の上側の第1アーム83を矢印Q方向に回動
し、第2アーム68の先端部68aの3次元的移動を可
能にする。 【0026】(第4形態例) 図11は遊遊星歯車減速機をを含む減速装置の第4形態
例を示す図であり、前述の第3形態例と同一構成につい
ては、同一符号を用いて説明する。 【0027】図11において、70は減速装置であり、
減速装置70は、図10に示す産業ロボットの第1関節
66において、第1部材としての筒状の支柱71の内側
に内装されている。減速装置70は電動モータ1に連結
された平行軸型の前段減速機20と、この前段減速機2
0に連結された後段の遊星歯車減速機21とから構成さ
れている。電動モータ1のフランジ2は、筒体4を介し
て支柱71にボルト4bを用いて固定されている。電動
モータ1の上側のほぼ垂直な回転軸7は前段減速機20
のピニオン22に固定され、ピニオン22に噛み合う3
個の平歯車25は、後述する3本の入力クランク軸30
の延在部30aにそれぞれ固定されている。遊星歯車減
速機21は前段減速機20の上側に配置され、筒体4に
固定して設けられた内歯歯車28と、内歯歯車28に噛
み合う一対の外歯歯車29a、29b(以下、添字をつ
けない29で代表する)と、外歯歯車29に嵌合して外
歯歯車29を揺動回転させる偏心入力軸としての3本の
入力クランク軸30と、から構成されている。入力クラ
ンク軸30は遊星歯車減速機21の下端部を構成する円
板部33にベアリング34を介して軸支され、遊星歯車
減速機の21の上端部および外歯歯車29の円周上に等
配して設けられた貫通孔内を挿通したブロック体35に
ベアリング41を介して軸支されている。ブロック体3
5と円板部33とは円周上に等配された3つのボルト4
6により一体的となり、支持体(キャリア)44を構成
し、支柱71の上側に設けられた代2部材としての円筒
状体の旋回盤73の底部73aに固定されている。底部
73aと支柱71の上部71aとの間にはベアリング7
4が設けられ、支持体(キャリア)44の自転に伴い、
旋回盤73は回転する。前述以外の構成、作用および振
動特性は第3形態例と同じであり省略する。 【0028】(第5形態例) 図12は遊星歯車減速機を含む減速装置の第5形態例を
示す図であり、前述の第3形態例と同一構成について
は、同一符号を用いて説明する。 【0029】図12において、80は減速装置であり、
減速装置80は図10に示す産業ロボットの第2関節6
7に用いたものである。第1部材としての箱形ブラケッ
ト81は前述の第1関節66の旋回盤73の上側に一体
的に固定されている。減速装置80は電動モータ1に連
結された平行軸型の前段減速機20とこの前段減速機2
0に連結された後段の遊星歯車減速機21とから構成さ
れている。電動モータ1のフランジ2はブラケット81
にボルト4bを用いて固定され、電動モータ1の回転軸
7は前段減速機20のピニオン22に固定され、ピニオ
ン22に噛合う3個の平歯車25は後述する3本の入力
クランク軸30の延在部30aにそれぞれ固定されてい
る。遊星歯車減速機21の入力クランク軸30の前端部
はベアリング41を介してブロック体35に軸支され、
その後端部はベアリング34を介して円板部33に軸支
されている。ブロック体35と円板部33はボルト46
で一体的に固定されて支持体44を構成し、さらにボル
ト82によりブラケット81に固定されている。遊星歯
車減速機21の内歯歯車28は支持体44の外周部にベ
アリング84を介して回動自在に支持されている。内歯
歯車28は、第2部材としての第1アーム83の端部8
3aに一体的に固定されている。 【0030】電動モータ1の回転は回転軸7を介して前
段減速機20のピニオン22に伝達され、前段減速機2
0で減速される。前段減速機20の出力は平歯車25に
より遊星歯車減速機21の入力クランク軸30に入力さ
れる。次いで、入力クランク軸30の回転により偏心揺
動させられる一対の外歯歯車29a、29b(以下、2
9で代表する)と、この外歯歯車29と噛み合い外歯歯
車29より一つ多い歯数を有する内歯歯車28とにより
さらに減速され、内歯歯車28のゆっくりした自転は第
2アーム83を回動させる。前述以外の構成、作用およ
び振動特性は第3形態例と同じであり、同じ符号をつけ
て説明を省略する。 【0031】(第6形態例) 図13は本発明の遊星歯車減速機を用いた第6形態例を
示す図であり、これは、前述の第5形態例の構成の一部
を変更したものであり、第5形態例と同一の構成には同
一の符号をつけて説明する。 【0032】図13において、90は減速装置であり、
減速装置90は、第5形態例と同様に、図10に示す、
産業ロボットの第2関節67に用いたものである。第6
形態例では、減速装置90は電動モータ1に連結された
前段減速機20と前段減速機20に連結された後段の遊
星歯車減速機21とから構成されている。電動モータ1
の出力軸の回転軸7は前段減速機20の太陽歯車91に
連結され、太陽歯車91に噛合い円周上に等配された3
個の遊星歯車92は、ブロック体35の前端部から前方
に連結された円筒部35aの内側に設けられた内歯歯車
93とも噛合い遊星運動する。遊星歯車減速機21の偏
心入力軸としての入力クランク軸30は回転軸7の軸線
と同一軸線上でブロック体35の軸芯上に配置され、入
力クランク軸30の延在部30aはベアリング94を介
してブロック体35に軸支されている。延在部30aの
前端部にはフランジ部95が設けられ、フランジ部95
の周辺に設けられた孔96に前段減速機20の遊星歯車
92の軸92aが嵌合する。入力クランク軸30の後段
部は、円板部33にベアリング98を介して軸支されて
いる。ブロック体35および円板部33はボルト82に
よりブラケット81に一体的に固定されている。筒体4
には内歯歯車28が設けられ、その内歯歯車28には外
歯歯車29a、29bが噛み合っている。入力クランク
軸30は内歯歯車28の中心部に位置するとともに、そ
の二つのクランク部42が外歯歯車29a、29bに嵌
合して外歯歯車29a、29bを揺動回転させている。
支持体44は筒体4と入力クランク軸30との間に位置
し、入力クランク軸30を支持している。 支持体44は
外歯歯車29a、29bの両側に位置する円板部33お
よびブロック体35からなり、それらはボルト82で一
体的に結合され構成され、そのブロック体35は柱部3
5bを有している。 円板部33およびブロック体35は
一対の支持部100を構成している。 柱部35bは外歯
歯車29a、29bの入力クランク軸30の軸線方向に
空けた孔29cに遊嵌されている。 支持体44は一対の
支持部100および柱部35bから一体的に構成されて
いる。 筒体4は、支持体44の一対の支持部100の両
外周と前記内歯歯車28が設けられた筒体4の両端部内
周との間に設けられた、二個のベアリング84を介し
て、前記支持体44に軸支されている。 入力クランク軸
30の両端部は、支持体44の一対の支持部100の両
内周と前記入力クランク軸30の両端部外周との間に設
けられた、二個のベアリング94、98を介して、支持
体44の一対の支持部100に軸支されている。 一対の
支持部100のうちの一方の側端部には、部材取付け用
端面44aが形成され、部材取付け用端面44aには部
材締結用穴44bが開口して形成されている。 支持対4
4の部材取付け用端面44aは、筒体4の入力クランク
軸30の軸線方向両端部4a、4bのうちの一方側端部
4aより外側に位置している。 【0033】電動モータ1の回転は回転軸7を介して太
陽歯車91に伝達され、太陽歯車91の自動運動に伴
い、遊星歯車92は、太陽歯車91の自転運動に伴い、
遊星歯車92は、太陽歯車91と内歯歯車93との間を
減速されて遊星運動する。遊星歯車92の遊星運動の中
公転運動はフランジ部95を介して入力クランク軸30
に伝達される。入力クランク軸30が回転させられる
と、クランク部42および柱部35bの作用で外歯歯車
29a、29bは偏心揺動し、内歯歯車28を有する筒
体4が回転する。前述以外の構成、作用および振動特性
は第5形態例と同じであり、同じ符号をつけて説明を省
略する。 【0034】なお、本発明の形態においては、部材取付
け用端面44aに、基台に相当するブラケットを取付
け、筒体が回転するようにしているが、被駆動部材とし
ての長いロボットアームなとを取り付け、支持体が回転
するようにしてもよい。また本形態においては、前段減
速機の減速比は電動モータの毎秒当たり最高回転数を、
共振現象の生じ始めるときの振動数相当(前述した「ね
じり発振周波数」付近)、すなわち駆動系の固有振動数
より若干小さな振動数相当、に減速する値であればよ
い。例えば駆動系の固有ねじり振動数f0が5〜9Hz
の場合であって、電動モータの最高回転数が1000r
pm、総減速比iが1/60〜1/320のときは前段
最小減速比i1を約1/1.9〜約1/6、後段の減速
比i2を1/25〜1/60とすることにより共振現象
を実用域から外すことができる。また駆動系の固有ねじ
り振動数f0が5〜9ヘルツの場合であって、電動モー
タの回転数が最高2000rpm、総減速比iが1/1
10〜1/320のときは、前段最小減速比i1を約1
/3.7〜約1/6.7、後段減速比i2を約1/25
〜約1/60とすることにより共振現象の起きないロボ
ットの関節装置を得る。同様(f0=5〜9Hz)の場
合であって電動モータ回転数が最高4000rpm、総
減速比iが1/210〜1/640のときは、前段最小
減速比i1を約1/7.4〜約1/13.3、後段減速
比i2を約1/30〜約1/60とすればよい。また、
駆動系の固有ねじり振動数f0が10〜15Hzの場合
であって、電動モータの最高回転数が1000rpm、
総減速比iが1/80〜1/300のときは前段最小減
速比i1を1/1.5〜1/4、後段の減速比i2を1
/25〜1/60とすることにより共振現象を実用域か
ら外すことができる。同様(f0=10〜15Hz)の
場合であって、電動モータの最高回転数が4000rp
m、総減速比iが1/125〜1/600のときは、前
段減速比i1を約1/4.5〜約1/10、後段の減速
比i2を約1/30〜1/100とすればよい。 【0035】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
支持体が外歯歯車の両側に位置する一対の支持部材、お
よび外歯歯車の入力クランク軸の軸線方向に空けた孔に
遊嵌された柱部から一体的に達成され、且つ、筒体は、
一対の支持部の両外周と筒体の両端部内周との間に設け
られた、ベアリングを介して、支持体に軸支され、入力
クランク軸の両端部は、一対の支持部の両内周と入力ク
ランク軸の両端部外周との間に設けられた、ベアリング
を介して、一対の支持部に軸支されているので、入力ク
ランク軸は外歯歯車からの反力を十分支えられ、コンパ
クトで低コストにもかかわらず、鋼性が高くトルク伝達
ができる遊星歯車減速機にすることができ る。また、支
持体の部材取付け用端面が、筒体の一方側端部より外側
に位置しているので、支持体の部材取付け用端面に部材
締結用穴を利用して、被駆動部材や基台となる部材を取
り付ける場合、部材取付け用端面の大きさより、面積が
大きい部材を容易に取り付けることができ、遊星歯車減
速機の利用分野を広げることができる。例えば、入力ク
ランク軸の軸線方向に対して直角方向に長いロボットア
ームなども容易に取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】遊星歯車減速機を含む減速装置の第1形態例を
産業ロボットの関節装置に用いたロボットの関節部の全
体概略図である。 【図2】第1形態例の減速装置の一部断面図である。 【図3】図2のA−A矢視断面図である。 【図4】第1形態例および比較例の性能を説明する図で
ある。 【図5】図4に係る実験例の全体構成図である。 【図6】遊星歯車減速機を含む減速装置の第2形態例の
要部断面図である。 【図7】図6のB−B矢視断面図である。 【図8】遊星歯車減速機を含む減速装置の第3形態例の
要部断面図である。 【図9】減速装置一般の回転ばね定数の特性図である。 【図10】本形態の減速装置に係わるロボットの関節装
置を用いた産業ロボットの全体概念図である。 【図11】図10の第1関節に用いた第4形態例の要部
断面図である。 【図12】図10の第2関節に用いた第5形態例の要部
断面図である。 【図13】図10の第2関節に本発明の遊星歯車減速機
を用いた形態例の要部断面図である。 【符号の説明】 1 電動モータ 3、40、60、70、80、90 減速装置4 筒体 4a 筒体の一方側端部 5、71、81 第1部材 12、73、83 第2部材 20 前段減速機 21 後段減速機(遊星歯車減速機) 28 内歯歯車 29 外歯歯車29c 孔 30 入力クランク軸33 円板部 35 ブロック体 35b 柱部 44 支持体 44a 部材取付け用端面 44b 部材締結用穴 84 ベアリング 94 98 ベアリング 100 一対の支持部
産業ロボットの関節装置に用いたロボットの関節部の全
体概略図である。 【図2】第1形態例の減速装置の一部断面図である。 【図3】図2のA−A矢視断面図である。 【図4】第1形態例および比較例の性能を説明する図で
ある。 【図5】図4に係る実験例の全体構成図である。 【図6】遊星歯車減速機を含む減速装置の第2形態例の
要部断面図である。 【図7】図6のB−B矢視断面図である。 【図8】遊星歯車減速機を含む減速装置の第3形態例の
要部断面図である。 【図9】減速装置一般の回転ばね定数の特性図である。 【図10】本形態の減速装置に係わるロボットの関節装
置を用いた産業ロボットの全体概念図である。 【図11】図10の第1関節に用いた第4形態例の要部
断面図である。 【図12】図10の第2関節に用いた第5形態例の要部
断面図である。 【図13】図10の第2関節に本発明の遊星歯車減速機
を用いた形態例の要部断面図である。 【符号の説明】 1 電動モータ 3、40、60、70、80、90 減速装置4 筒体 4a 筒体の一方側端部 5、71、81 第1部材 12、73、83 第2部材 20 前段減速機 21 後段減速機(遊星歯車減速機) 28 内歯歯車 29 外歯歯車29c 孔 30 入力クランク軸33 円板部 35 ブロック体 35b 柱部 44 支持体 44a 部材取付け用端面 44b 部材締結用穴 84 ベアリング 94 98 ベアリング 100 一対の支持部
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.内歯歯車が設けられた筒体と、筒体の内歯歯車に噛
み合う外歯歯車と、前記内歯歯車の中心部に位置すると
ともに、そのクランク部が前記外歯歯車に嵌合して前記
外歯歯車を揺動回転させる入力クランク軸と、入力クラ
ンク軸を支持する支持体と、を備えた遊星歯車減速機に
おいて、 前記支持体が前記外歯歯車の両側に位置する一対の支持
部、および前記外歯歯車の前記入力クランク軸の軸線方
向に空けた孔に遊嵌された柱部から一体的に構成され、 前記筒体は、前記一対の支持部の両外周と前記筒体の両
端部内周との間に設けられた、ベアリングを介して、前
記支持体に軸支され、 前記入力クランク軸の両端部は、前記一対の支持部の両
内周と前記入力クランク軸の両端部外周との間に設けら
れた、ベアリングを介して、前記一対の支持部に軸支さ
れ、 前記一対の支持部のうちの一方の側端部に形成した部材
取付け用端面、および該部材取付け用端面に形成した部
材締結用穴を備え、 前記部材取付け用端面が、前記筒体の一方側端部より外
側に位置していることを特徴とする遊星歯車減速機。
Priority Applications (1)
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JP8058898A JP2827166B2 (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 遊星歯車減速機 |
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JP2003336697A (ja) * | 2002-05-20 | 2003-11-28 | Toyota Motor Corp | 動力出力装置およびこれを備える自動車 |
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1998
- 1998-03-13 JP JP8058898A patent/JP2827166B2/ja not_active Expired - Lifetime
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