JP3858944B2 - 伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は請求の範囲第１項の前提部分に定義する種類の、コンパクトな伝動装置に関する。コンパクトな伝動装置は、小さいスペース内で入力駆動軸と出力軸との間の大きい変速比を得るために製作される。その利用を必要とするのは産業用ロボットであり、産業用ロボットにおいてはロボット・アームがフレームに関して旋回するが、その旋回運動を達成する駆動モータの回転速度を大型の伝動装置を使用することなく相当に減速しなければならない。
アメリカ特許第１８０２１１２号は、きわめて大きい変速比を達成するディファレンシャル・タイプの減速装置を教示している。この減速装置は比較的多数の歯車を含むが、いずれも円錐形の歯車であり、かつ相互に垂直な入力軸と出力軸とを要する。その減速装置は製造コストが高く、比較的大きなスペースをとり、かつ様々な用途に適応することが困難である。
スウェーデン特許第５００６２６号はこれらの欠点を一部緩和する同様の装置を教示している。しかし、この装置にもある欠点がある。その出力軸は中空であるが、装置に含まれる横軸によって出力軸のボアが一部塞がれるため、中空軸のスペースを利用することが困難である。とくに産業用ロボットの場合は、中空の軸を電線、エアー、水、塗料等の媒体、および他の駆動軸の導管として使用するのが有利なので、これを遮る横軸は短所となる。さらには、入力軸が出力軸の垂直な面に関して一定の小さい角度を画定しなければならないために、一段と精度を要求されかつ組立が一層複雑化する。
本発明の目的は、公知の伝動装置に伴うそれらの欠点が回避される、前述の種類のコンパクトな伝動装置を提供することにある。
この目的は、本発明により、請求の範囲第１項の前提部分に定義しかつ同請求の範囲の特徴部分に定義した特徴を有するコンパクトな伝動装置によって達成される。
入力軸と出力軸が平行であり、これを所定の方法により接続し駆動するため、本発明の伝動装置は組立が簡単であり、そのハウジングは一方の側から加工を要するのみであり、かつ装置の操作の信頼性が高く、しかも設計がきわめてコンパクトである。変速比は比較的簡単な変更により変えることができる。さらに、伝動装置の中空軸のスペースを占めるものがないことは、既に述べたように非常に有益である。
入力軸の駆動歯車によって一方のクラウン歯車を直接駆動し、他方のクラウン歯車を偏心軸を介して駆動することとし、それによってコンパクトで組立の容易な設計を得る可能性を高められる利点がある。
別の好適な実施例では、ギヤ・ハウジングをロボット・アームに、出力軸をフレーム構体に、または互いにその逆に接続し、本発明の長所がきわめて有意義に応用されている。
本発明の以上の長所および他の長所を持つ実施例は従属請求の範囲により明らかになろう。
以下に、本発明の好適な実施例および添付図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
第１図は、本発明のコンパクトな伝動装置の断面図である。
弟２図は、本発明の伝動装置を備えた産業用ロボットの概略を示す側面図である。
第３図は、第２図に示す産業用ロボットの端部の概略図である。
第１図は、軸受３によってギヤ・ハウジング２内に回転可能に支持された出力軸１を示す。中空の同出力軸は円筒状の貫通ボア４を有し、このボアに電線、媒体、もしくは他の軸類を通すことができる。出力軸１には垂直面に半径方向外向きに延び、軸１に一体に形成した複数（図の場合は２個）のピン５ａ、５ｂを含む。軸受７により円錐形の歯車６が各々ピン５ａ、５ｂの周囲に回転可能に支持され、ピン５ａに取り付けかつプレートもしくは座金９により強く保持した軸受座金８により軸受７が支持される。プレート９はラジアルねじ１０によりピンに固定する。ピン５ａ、５ｂに支持される円錐形の歯車６はともに直径が同じでありかつ歯車が同数である。ピン５ａ一つとこれに結合する歯車６だけても足りるが、ピンが２つあれば力の大きなモーメントが予想される運転時の信頼性がより高く、また用途によってはピン３個あるいは４個とそれに結合する歯車を必要とする場合もある。軸受１３および軸受１４により各々クラウン歯車１１および１２を、ピン５ａ、５ｂを配した垂直面の両側で、出力軸１の周囲に回転可能に支持し、前記軸受を各々ロッキング・リング１５および１６により軸方向に強く保持する。２つのクラウン歯車１１、１２は各々円錐形の歯付きリング１７と１８、および円筒形の歯付きリング１９と２０を有する。クラウン歯車１１、１２は相互に同一であり、かつその円錐形の歯付きリング１７および１８が各々２つの円錐形の歯車６に係合する。
中空の偏心軸２１が出力軸１に平行に延び、同偏心軸はギヤ・ハウジング２に固定した軸２４の軸受２２、２３内に回転可能に支持される。偏心軸２１の各端部に円筒形の歯付きリング２５、２６を各々取り付けるが、この歯付きリングは互いに歯数が異なり、図示した実施例の場合は、図の左側に位置する歯付きリング２５が他方の歯付きリング２６より歯数が多い。図の左側の歯付きリング２５は左側のクラウン歯車１１の円筒形の歯付きリング１９に係合し、偏心軸の右側の歯付きリング２６はモータ３０に接続する入力軸２８のピニオン・ホイール２７に係合する。ピニオン・ホイール２７はまた右側のクラウン歯車１２の円筒形の歯付きリング２０にも係合する。
図示した伝動装置は以下のように機能する。ピニオン・ホイールによって右側のクラウン歯車１２がその円筒形の歯付きリング２０との係合によって直接駆動され、偏心軸２１の２つの歯付きリング２６および２７を介して左側のクラウン歯車１１を駆動する。偏心軸の左側の歯付きリング２５は右側の歯付きリング２６より歯数が多いので、左側のクラウン歯車１１は右側のクラウン歯車よりわずかに速く回転する。ピニオン・ホイールの歯数をｚ_１、偏心軸の右側の歯付きリングの歯数をｚ_２、偏心軸の左側の歯付きリングの歯数をｚ_３、クラウン歯車１１、１２の円筒形の歯付きリング１９および２０の歯数をｚ_４とすると、入力軸２８の回転速度をｎ_１とするとき、以下の関係が得られる。
− 右側のクラウン歯車１２の回転速度は、

− 偏心軸の回転速度は、

− 左側のクラウン歯車１２の回転速度は、

２つのクラウン歯車１１、１２間の速度差は、

となり、ここで２つの歯車は互いに逆向きに回転する。
クラウン歯車１１、１２の各々の円錐形の歯付きリング１７、１８は円錐形の歯車６に係合しており、前記の速度差のために、円錐形の歯車６を支えるピン５ａが出力軸１の中心軸を中心として回転する。ピン５ａ（およびピン５ｂ）は出力軸１に固定的に接続しているので、出力軸はピンの回転にともなって回転する。その回転速度はクラウン歯車１１、１２の速度間の速度差の半分となり、出力軸１の速度は次の式によって表される。

したがって、変速比は、次の通りとなる。

歯付きリングの歯数の組合せが適当であれば１００：１から４００：１台の変速比は容易に達成することができよう。たとえば、ｚ_１＝２０、ｚ_２＝３３、ｚ_３＝３６、ｚ_４＝１５０のとき、変速比は次の通りとなる。

第２図および第３図は、本発明のコンパクトな伝動装置の産業用ロボットへの使用状態を示し、図示の場合は、本発明の伝動装置が幾つかの箇所に設けられている。第一のコンパクトな伝動装置はロボットの脚部３４に接続した出力軸１ａに配置され、フレーム構体３２を脚部３４を中心として旋回運動させるためにそのハウジング２ａとともにフレーム構体３２に接続され、モータ３０ａにより駆動する。ロボットの下部アーム３１はモータ３０ｂにより駆動するコンパクトな伝動装置を介してフレーム構体３２に関して同様に旋回運動する。
ロボットの上部アーム３３は、モータ３０ｃにより駆動する第三のコンパクトな伝動装置により旋回運動する。その出力軸１ｃは、下部アーム３１の上端に旋回可能に取り付けたレバー３５により上部アーム３３とそのハウジング２ｃに接続している。レバー３５は、モータ３０ｄにより駆動する第四のコンパクトな伝動装置により操作される平行支柱３６により下部アーム３１の旋回軸を中心として揺動する。
いうまでもなく、本発明はコンパクトな伝動装置の以上の実施例に限定されるものではない。たとえば、歯車６は円錐形に限ることなく、商標Cylkroにより市販されているような円筒形のものであってもよい。また同様に歯付きリング１７および１８も円錐形に限定する必要はない。

Claims (8)

1. ギヤ・ハウジング（２）と、入力軸（２８）と、前記ギヤ・ハウジング（２）内に支持される出力軸（１）と、前記入力軸（２８）および出力軸（１）を接続し駆動する歯車手段とを含むコンパクトな伝動装置において、
   − 前記出力軸（１）は前記入力軸（２８）と平行であり、
   − 前記出力軸（１）は同出力軸に垂直面に固定した半径方向外向きに突出するピン（５ａ）を少なくとも一つ有し、歯車（６）が前記ピン（５ａ）に各々回転可能に支持され、
   − 第一のクラウン歯車（１１）および第二のクラウン歯車（１２）が前記出力軸（１）に前記ピン（５ａ）の各側部に回転可能に支持され、クラウン歯車は各々第一の歯付きリング（１７，１８）および第二の円筒形の歯付きリング（１９，２０）を含み、かつ前記第一の歯付きリング（１７，１８）は前記歯車（６）に各々係合し、
   − 前記入力軸（２８）に固定的に接続した歯車（２７）を設け、
   − 前記出力軸（１）と平行に延びかつ前記入力軸（２８）により駆動する、出力軸（１）に対して偏芯する偏芯軸（２１）に第一および第二の歯付きリング（２５，２６）を含み、前記第一の歯付きリング（２５）は前記第一のクラウン歯車（１１）の前記円筒形の歯付きリング（１９）と第一の変速比で協働し、かつ前記入力軸（２８）に固定的に接続した前記歯車（２７）は前記第二のクラウン歯車（１２）の前記円筒形の歯付きリング（２０）と第二の変速比で協働し、かつ前記第二の変速比が前記第一の変速比と異なることを特徴とする伝動装置。
2. 前記出力軸（１）が中空であり、かつ連続的ボア（４）を含み、これに電線、媒体を伴う導管、および他の駆動軸を通すことができる、請求の範囲第１項に記載のコンパクトな伝動装置。
3. 前記出力軸（１）に２つの半径方向外向きに突出するピン（５ａ，５ｂ）を含む請求の範囲第１項または第２項に記載のコンパクトな伝動装置。
4. 前記入力軸（２８）が、同入力軸に固定的に接続した歯車（２７）と前記第二の歯付きリング（２６）との係合により偏心軸（２１）に接続してこれを駆動する、請求の範囲第１項または第２項に記載のコンパクトな伝動装置。
5. 前記第一の歯付きリング（２５）および前記第二の歯付きリング（２６）の歯数が互いに異なり、前記第一のクラウン歯車（１１）および前記第二のクラウン歯車（１２）の前記円筒形の歯付きリング（１９，２０）の歯数がそれぞれ互いに同数で、かつ前記第一のクラウン歯車（１１）および前記第二のクラウン歯車（１２）の前記第一の歯付きリング（１７，１８）の歯数がそれぞれ互いに同数である、請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか一項に記載のコンパクトな伝動装置。
6. 前記偏心軸（２１）が中空でありかつキャリア・シャフト（２４）に内部軸受（２２，２３）により回転可能に支持され、前記キャリア・シャフト（２４）が前記ギヤ・ハウジング（２）に固定的に接続された、請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか一項に記載のコンパクトな伝動装置。
7. 出力軸（１ｂ）かギア・ハウジング（２ｂ）かいずれか一方がロボット・フレーム（３２）に接続し、他方がロボット・アーム（３１）に接続する、請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか一項に記載のコンパクトな伝動装置。
8. 出力軸（１ｃ）かギア・ハウジング（２ｃ）かいずれか一方がロボット・アーム（３３）に接続し、他方が第二のロボット・アーム（３１）に回転可能に取り付けかつ操作支柱（３６）を備えたレバー（３５）に接続する、請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか一項に記載のコンパクトな伝動装置。

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