JPH01210642A - 減速機 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明はロボットの関節部や工作機械の回転部等の小型
の回転機構に適する高減速比が得られるようにした減速
機に間する。

（従来の技術） 従来から用いられている高減速、高精度の減速機として
は、第８図、第９図に示すハーモニックドライブ（商品
名）と呼ばれるものや、第１０図、第１１図に示すサイ
クロ減速機と呼ばれているものがある。

このうち、ハーモニックドライブは並置された２個の内
歯歯車ａ、ｂに薄肉で弾性変形し。

かつ前記内歯歯車ａ、ｂより歯車をわずかに少なくした
フレクス・スプラインと呼ばれる薄肉外歯歯車Ｃを、こ
れの内側に配置した楕円体ｄの゛長径部２点で噛合せ、
楕円体ｄの回転に従って内歯歯車ａ、ｂの一方に対して
他方が、内歯歯車ａ、ｂと外歯歯車Ｃの少数歯数差を利
用して減速する機構のものである。

これに対してサイクロ減速機はピン歯車ｅとサイクロイ
系の外歯歯車ｆを全周に亘って噛合せ、その歯数差を利
用して減速する機構のものである。

このほか公知の減速機として特開昭６０−４４６３７号
公報に開示されているものは第１２図に示すように、不
思議歯車と呼ばれる１枚の外歯歯車ｇ（及びｇ　−＋　
ｌ　　ｇ　−ｔ　）に２枚の歯数の違う内歯歯車り、ｉ
を同じ中心距離で噛合わせる機構を用いた差動歯車減速
機がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のハーモニックドライブにおいては
、外歯歯車Ｃが薄肉であるため、トルクがかかるとこの
外歯歯車Ｃの歯底部の変形により歯が傾き、ロストモー
ションが生じたり。

歯とびが生じ、減速機としてのばね定数も低かった。

またサイクロ減速機はピン歯車ｅおよびこれに噛合う外
歯歯車ｆの加工が難しく、その上この両歯車ｅ、ｆは全
周で接触するため高精度の加工を必要とする。

さらに外歯歯車ｆの反力を受けるビンｊおよびそのベア
リングｋを必要とするなど部品数も　゛多く、製作が面
倒であった。

そして第１２図に示すものにあってはトルクの伝達が外
歯歯車ｇの噛合いだけで行なわれていて、他の外歯歯車
ｇ−ｒ、ｇ−ｚは入力軸ｌの回転に伴い自転と公転を繰
り返すだけで、それぞれ歯数の異なる内歯歯車り、Ｉと
の噛合いによる力を殆ど生じない。このため外歯歯車が
３枚あっても、入出力軸まわりの重量バランスはとれる
が、入出力軸まわりの力のバランスはとれず、結局入出
力軸が片持支持の状態となって曲げモーメントが大きく
なり、大トルクの伝達は難しく、また振動の発生しやす
い構造となっている。

本発明はこれに鑑み製作容易なインボリュート歯車のみ
を用い１反力を受けるための歯車を備えて部品点数を減
らすことにより製作を容易とし、過負荷による歯とび防
止、バネ常数の向上を図るとともに、力や重量のバラン
スを良好に保ち、大トルクの伝達、低振動を可能とした
減速機を提供して従来技術のもつ欠点の解消を目的とし
てなされたものである。

（課題を解決するための手段及び作用）上記目的を達成
するため本発明は同心状で並列し、その一方を固定側と
し、他方を回転自在として出力軸を設けた歯数の異なる
２つの内歯歯車と、その両内歯歯車と同心で一側に３個
のクランク部が形成され、他側が前記固定側に支承され
た人力軸と、その入力軸のクランク部の中央に前記両内
歯歯車に跨って噛合うように支承した中央の外歯歯車と
、この中央の外歯歯車の両側のクランク部に、一方が前
記固定側の内歯歯車と噛合い、他方が前記出力軸側の内
歯歯車と噛合うようにそれぞれ支承した外歯歯車と。

この両側の外歯歯車を中央の前記外歯歯車に設けた孔を
貫通して一体的に結合する支柱とを備え、前記各歯車を
ハスバ歯車に形成したもので入力軸が回転することによ
り９回転側の内歯歯車が固定側の内歯歯車との歯数差に
応じた減速比で回転される。

インボリュート歯車は外歯歯車と内歯歯車のモジュール
が等しくても１両方または片方の歯車に転位をうまく与
えることにより、歯数差が小さい１例えば歯数差が１さ
らには０であっても内歯と外歯が噛合干渉を起こさずに
噛合うことができる。すなわち第５図は外歯歯車歯数Ｚ
。

−２９，内歯歯車端数Ｚｉ＝３０の１枚歯数差の例であ
り、さらに転位量をふやせば歯数差０枚で噛合う内歯と
外歯の製作も可能となる。第６図は外歯歯車端数Ｚ、＝
３ｔ、内歯歯車歯数ｚｚ＝ａ１のように歯車差０枚とし
た例である。

これらは圧力角を大きく歯を低歯にすればより少ない転
位量でも噛合い干渉なしに噛合うことがわかっている。

まｊ：、転位すると２つの歯車の中心距離は変化し、そ
の変化量は内歯と外歯の転位係数の組合せにより決まる
ため、転位係数をうまく調整すれば、不思議歯車機構と
呼ばれる１つの外歯歯車に２つの歯数の僅かに違う内歯
歯車を同じ中心距離で噛合わせるようにした歯車機構が
実現できるのである。

（実施例） 以下２本発明を第１図乃至第７図に示す実施例を参照し
て説明する。

本発明にかかる減速機は、上記の転位インポリエート歯
車の性質を利用したもので、その基本的実施例を第１図
に基づいて説明する。

図中１はクランク部を有する入力軸、２は出力軸、３は
入力軸のクランク部に支承された外歯歯車、４は機枠側
に固定された固定側の内歯歯車、４−１は出力軸２に固
着された回転側の内歯歯車で、前記外歯歯車３は上記両
内歯歯車４゜４−＋に噛合している。前記各外歯歯車３
の歯数はＺＩ、固定側の内歯歯車４の歯数はＺｔ１回転
側の内歯歯車４−１の歯数はＺ　Ｚ　ｌ　＋　ただし、
　　Ｚｚ≠Ｚ□である。

この構成において、入力軸ｌが回転すると。

歯数Ｚの外歯歯車３は歯数Ｚｔの内歯歯車４゜歯数２２
＋の内歯歯車４−１と同時に噛合いながら公転運動する
。

このとき、Ｚｚ　≠Ｚ！ｌであり、固定側の内歯歯車４
と回転側の内歯歯車４−５の転位係数はそれぞれ同じ中
心距離で前記外歯歯車３に噛合うように調整されている
ので、入力軸１が回転速度Ｎ１で回転すると２回転側の
内歯歯車４−＋は。

で回転する。つまり減速比ｍは 上記実施例は外歯歯車３が１個の場合であるが、これで
は内歯歯車４．ｉ、と１個所で噛合するので入力軸１．
出力軸２に大きな曲げモーメントがかかり、大きなトル
クを伝達できない。

そこで本減速機は第２図に示すような構成を取っている
。

すなわち、入力軸１−Ｉには３個のクランク部を設け、
この入力軸１−＋の各クランク部の中央のクランク部に
両内歯歯車４．ｉ、に噛合する外歯歯車３を支承し９両
側のクランク部に固定側の内歯歯車４と１回転側の内歯
歯車４−１のそれぞれに噛合する外歯歯車３−１，３−
ｔを支承する。この両側の外歯歯車３−＋、３−ｚは中
央の外歯歯車３と同一歯数である。

また入力軸１−＋の両側のクランク部は中央のクランク
部と１８０°位相がずれている。前記両側の外歯歯車３
−＋、３−ｚは中央の外歯歯車３に設けた孔６を貫通す
る支柱５で連結され一体的に回転するようになっている
。

この構造により、入力軸ｌ−１にかかる曲げモーメント
が軽減されると共に、出力側の内歯歯車４−１の噛合点
が２個所になるので、出力軸１−＋の曲げモーメントも
軽減され、また結合噛合数も２倍になり、より大きなト
ルクを伝達することができる。また両側の外歯歯車：ｌ
、、：１．の合計重量と中央の外歯車３の重量を等しく
なるように調整すれば、動的バランスが非常に良くなり
、振動がなくなるという利点がある。

そしてこのタイプの減速機は反力用のピンやベアリング
等が不要で、また加工の難しいピン歯車やサイクロイド
系歯車を用いずインボリュート歯車を使用しているため
減速機の製作が非常に容易になり、しかも剛性の低い部
材を用いていないため歯とびゃ過負荷に弱い等の欠点も
ない。

さらにインボリュート歯車であるため簡単に歯をねじる
ことができ、いわゆるハスバ歯車となり同時に噛合う歯
の同時噛合枚数が増加するため、歯の噛合始め及び噛合
路り時の負荷変動が少ない。

なお歯をハスバにした時の負荷変動の低減効果は、外歯
平歯車同士の場合について研究されており、非常に効果
があることが報告されている。

第３図および第４図に示すものは上記の第２図゛の原理
をロボットの関節などに利用しやすいように具体的な実
施例としたもので、第２図と同一部材は同一符号を付し
て説明する。

減速機の中心には前記入力軸１−４の一側に中央部と両
端部に大きさが等しく、１８０°位相差のあるクランク
部が設けられ各クランク部の外周には軸受７，７−１＋
　　７−ｔがそれぞれ設けられている。これら各軸受７
．’１．．’！、にはモジュール、歯数、転位係数の等
しい各外歯歯車１、．３．３−２が順に回転自在に支承
されている。

そして両側の外歯歯車３−１．３−ｚは、中央の外歯車
３の歯部と軸心を避けて設けられた孔６と接触しないよ
うに貫通する支柱５により一体的に連結され、その連結
は前記支柱５を貫通したボルト８の締付けにより行なわ
れている。

さらに外歯歯車３−＋、３−ｔは支柱５に設けたノック
ビン９．９により回転方向を位置決めされている。

そして外歯歯車３−＋、３−ｚの合計重量は中央の外歯
歯車３の重量と等しくしてあり、これにより回転時の振
動が防止される。

固定側の内歯歯車４は外歯歯車３．１．、３　＋ｇと同
モジュールで歯数が等しいか、あるいは少数歯数差を有
している０回転側の内歯歯車４−１は４とモジュールは
等しいが転位係数と歯数が異なっている。

なお、固定側の内歯歯車４は図示しない枠体側に固着さ
れており、また回転側の内歯歯車４−＋はロボットの関
節等の図示しない回動部材に固着されている。

この具体的な実施例にあっても上記第２図に示す実施例
と同様の作用を行なう。

すなわち、入力軸１−１に実施しないモーフ軸から回転
が入力されると、この回転は軸受７゜７−＋、１−ｔを
介して３個の外歯歯車３．３−、。

３−ｚに伝えられる。このとき、固定側の内歯歯車４が
各外歯歯車３．３−１＋　　３−ｔと同歯数だと外歯歯
車３．３−１＋　　３−ｔは自転せず、歯数差があると
わずかに自転しつつ、それぞれ入力軸１−＋、と同回転
速度で公転を行なう。中央と左側の外歯歯車３．３−ｚ
はさらに回転側の内歯歯車４−８に噛合い動力を伝える
が、この回転側の内歯歯車４−１は固定側の内歯歯車４
とわずかに歯数が違うため自転運動を行ないこれに結合
した回動部材を回動する。

このとき、固定側と回転側の内歯歯車４．４−＋の歯数
をｌ＋Ｚｔ＋とすると、入力軸１−、の回転速度がＮ、
のとき１回転側の内歯歯車４−＋の回転速度Ｎ０は。

Ｎ。＝（１−且）Ｎｔ Ｚ！Ｉ となる。回転側の内歯歯車４−７の外歯歯車３Ｉの噛合
いによる発生力の反力は、支柱５で一体化されている右
側の外歯歯車３−Ｉと固定側の内歯歯車４との噛合いで
、また回転側の内歯歯車４−１と中央の外歯歯車３の噛
合いによる力の反力は外歯歯車３自身と固定側の内歯歯
車４との噛合いでそれぞれ受けられる。

このような歯車において各歯をハスバとすることにより
第７図に示すように同時噛合枚数が増え、したがってト
ルク変動、振動、騒音が減少する。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように構成したから以下に示すよ
うに種々の効果を奏することができる。

（１）ビン−サイクロイド歯車のように金歯同時に噛合
わないので、ビン−サイクロイド歯車のように高精度な
歯切りを必要としない。

（２）インボリュート歯車を転位したり、低歯にしただ
けであるから全て同じピニオンカッタで加工でき、薄肉
歯車のように特殊な治具を必要とせず、加工が容易であ
る。

（３）出力段の噛合いによる力の反力を歯車の噛合い自
身で受けるため、サイクロ系減速機のように多くの反力
用ビン、ベアリング等を必要とすず部品点数が少なく組
立が容易であると共にコンパクトになる。

（４）薄肉歯車のように剛性の弱い部材を採用していな
いので過負荷による歯とびなどがなく。

ばね定数も高い。

（５）歯数のわずかに違う内歯歯車と外歯歯車の組合せ
なので、それぞれの歯面間距離が非常に近く、負荷トル
クによる歯車のわずかな変形で実質的な噛合率が大きく
、高トルクを伝達することが可能である。

（６）外歯歯車を３個、内歯歯車を２個用いたことによ
り、固定側、出力側への取付けが容易な形状で、かつ外
歯歯車は１８０°の対称位置での噛合いを実現している
ので、振動やトルク変動が少ない。

（７）両端の２つの外歯歯車の歯の位置を互いに回転方
向にわずかにずらすことにより容易にバックラッシュを
除去することができる。

（８）歯をすべてハスバとしたことにより実質的な歯の
噛合い枚数が増大しトルク変動、振動。

騒音が減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図は本発明の減速機を示すもので、第１
図は本発明の基本構成図、第２図は基本的な実施例図、
第３図および第４図は具体的な実施例を示し、第３図は
断面図、第４図は第３図のＡ−Ａ線に沿う断面矢視図、
第５図および第６図は本発明の基本となる内歯、外歯の
噛合い状態を示す実施例の正面図、第７図は本発明にか
かる減速機の同時噛合率を示す説明図。 第８図から第１２図は従来例を示すもので、第８図およ
び第９図はハーモニックドライブを示し、第８図は断面
図、第９図は第８図のＢ−Ｂ線に沿う断面矢視図、第１
０図および第１１図はサイクロ減速機を示し、第１０図
は断面図。 第１１図は第１０図のＣ−Ｃ線に沿う断面矢視回、第１
２図は不思議歯車機構を示す構成説明図である。 １−＋・・・入力軸 ３．３−＋、３−ｔ・・・外歯歯車 ４、ｉ、・・・内歯歯車　　５・・・支柱６・・・孔　
　７．７−、、７−ｚ・・・軸受特許出願人　株式会社
小松製作所 代理人　（弁理士）岡　１）和　喜 第１図 第２図 第３図　　　　　　　　　　　　　第４図第８図 第９図 第１１図 第４２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　同心状で並列し、その一方を固定側とし、他方を回転
   自在として出力軸を設けた歯数の異なる２つの内歯歯車
   と、その両内歯歯車と同心で一側に３個のクランク部が
   形成され、他側が前記固定側に支承された入力軸と、そ
   の入力軸のクランク部の中央に前記両内歯歯車に跨って
   噛合うように支承した中央の外歯歯車と、この中央の外
   歯歯車の両側のクランク部に、一方が前記固定側の内歯
   歯車と噛合い、他方が前記出力軸側の内歯歯車と噛合う
   ようにそれぞれ支承した外歯歯車と、この両側の外歯歯
   車を中央の前記外歯歯車に設けた孔を貫通して一体的に
   結合する支柱とを備え、前記各歯車をハスバ歯車に形成
   したことを特徴とする減速機。