JPH04131542A

JPH04131542A - 差動遊星歯車装置

Info

Publication number: JPH04131542A
Application number: JP24995290A
Authority: JP
Inventors: Kohei Hori; 堀　光平; Akihiko Sato; 明彦佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-21
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1992-05-06

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、動力伝達機構を構成する減速機の一種である
差動遊星歯車装置に関する。

（従来の技術）一般にロボットなどの関節駆動には、駆動源であるモー
タと、このモータの回転を大きなトルクに変換するため
の減速機が使用されている。モータの回転を大きなトル
クに変換する減速機には種々の形式があるが、比較的大
きな負荷にも耐えうるちのとして差動遊星歯車装置が知
られている。

第４図は、こういった従来の差動遊星歯車装置を示す側
断面図である。二〇差動遊星歯車装置１００は、入力軸
１０１を回転させて太陽歯車１０３を回転させ、この太
陽歯車１０３０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例えば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の回りを公転させる形式の
ものである。

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で出
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の回り
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、回転内歯車１０９
と一体になった出力軸１１１が入力軸１０１の回転数に
対して減速されて回転する。

ところで、このような差動遊星歯車装置１００では、一
般に、第５図に分離して示すように１個の遊星歯車１０
７に対して歯数の異なる固定内歯車１０５と回転内歯車
１０９とを同心にして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１０
５の転位係数を大きくした設計を行っている。そして、
固定内歯車１０９の歯先円１０５ａの直径および回転内
歯車１０９の歯先円１０９ａの直径（共にＤｋｄ）は、
それぞれ次式から求められている。

Ｄ、ｄ＝　（Ｚｄ−２＋２　（Ｘｂ＋ｙ））ｍただし、
Ｚｂ・・・内歯車の歯数Ｘ、・・・遊星歯車の転位係数ｙ・・・中心距離増加係数ｍ・・・内歯車のモジュールその結果、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、等しい
寸法に設計されている。

さらに、双方の内歯車１０５，１０９に噛み合う複数の
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の直径が全て等しい寸法になっている。

このような差動遊星歯車装置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大きな減
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を上述のように共通・一体化して
いるため遊星歯車１０７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、ねじり剛性
が高くなっている。そして、上記共通・一体化した遊星
歯車１０７や回転内歯車１０９からの直接出力などによ
り、差動遊星歯車装置は部品数が少なく、小型・軽量の
減速機という特徴を持っている。

しかし近年、ロボットの小形化・高速駆動化の要求が高
まってきており、上記のように構成された従来の差動遊
星歯車装置にあっても、これに応じるような数々の検討
が必要になると予想されている。これに対して、従来技
術においては次のような問題があった。

つまり、一般にロボッＩ・を高速駆動するためには、従
来からロボットの関節にダイレクト・ドライブ式モータ
（以下、ＤＤモータと呼ぶ。）を取り付けることが行わ
れていた。しかし、ＤＤモータを使用する場合、ロボッ
トの関節に作用する慣性モーメントがＤＤモータの体積
や重量の増加に大きく影響してしまい、逆にロボットの
小形化に支障が生じるという欠点があった。

一方、通常のモータと差動遊星歯車装置とを組み合わせ
てロボットの関節を構成とすると、慣性モーメントの影
響があっても全体的にそれほど大形化しない。したがっ
て、ロボットの小形化という要求には、−構成要素とし
ての差動遊星歯車装置が必要である。

ここで問題となるのは、本来、差動遊星歯車装置は大き
な減速比を発生させるためのものであったのが、ロボッ
トの小形化という観点に立つと、従来とは逆に減速比の
小さな差動遊星歯車装置が必要となってくる。

これに対して従来から利用されている差動遊星歯車装置
では、得られる減速比がおよそ６０：１〜１０口０・１
となるように設計されている。（仙波正荘氏等の文献に
よる。）つまり、従来は減速比が６０：１以上となる差
動遊星歯車装置についてはその設計手法が確立されてい
たが、減速比が６０＝１以下の差動遊星歯車装置につい
てはそういった手法が全くなかった。これは従来、減速
比が６０：１以下の差動遊星歯車装置の必要性が無かっ
たことにも起因していると考えられる。

（発明が解決しようとする課題）以上のように、将来のロボットの小型化・高速駆動化を
考えた場合、どうしても減速比が６０：１以下の差動遊
星歯車装置が必要となってくる。しかし、従来は減速比
が６０：１以下の差動遊星歯車装置の必要性が無かった
ため、設計手法が全く確立されていなかった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
であり、ロボットの小形化・高速駆動化のために減速比
が６０．１以下の差動遊星歯車装置の提供を目的とした
ものである。

［発明の構成］（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差動遊星歯車装置において、（１）■前記遊星歯車の歯数Ｚｂと前記内歯車の歯数Ｚ
ｂとを、Ｚ　　／Ｚ　　＜１−１ａｎα、ｄ／ｌａｎαｂ。

ｄただし、α５．・・・回転内歯車の歯先円における圧力
角 α５．・・・回転内歯車と遊星歯車との噛み合い圧力角とし、 ■かつ前記歯数の多い方の内歯車の歯先円の直径Ｄｋｄ
を、Ｄ　　＞（Ｚ　　−２＋２（Ｘｂ＋７））ｍｋｄ　　　
　　　　ｄただし、Ｘｂ・・・遊星歯車の転位係数ｙ・・・中心距
離増加係数ｍ・・・内歯車のモジュールとしてなる差動遊星歯車装置とした。

（２）また、特に、前記歯数の多い方の内歯車の歯先円
の直径Ｄｋ１１を、Ｄ　≧２（（ａ２＋　（Ｄ　　／２）　２ｋｄ　　　　
　　　　　　　　　　　ｇｂ＋２　ａ　（Ｄ　　／　２
）　ｅａｔ　ａｂｄ）ｂただし、　ａ・・・内歯車と遊星歯車との噛み合い中心
距離Ｄｇｂ・・遊星歯車の基礎円直径 α５．・・内歯車と遊星歯車との噛み合い圧力角としてなる差動遊星歯車装置とした。

（作用）上記（１）■を満足させることにより、計算上では減速
比が６０．１より小さい差動遊星歯車装置が実現するこ
とになる。ただし、このままであると内歯車と遊星歯車
とが必ずインボリュート干渉を起こしてしまい、実用上
好ましくない。そこで、さらに■も満足させることによ
り、内歯車と遊星歯車との干渉点を、インボリュート干
渉が低減する方向に移動させることができる。（内歯車
の直径を大きくすることができる。）したがって、減速
比が６０：１以下の差動遊星歯車装置が提供される。

また、上記（２）を満足させることにより、内歯車と遊
星歯車とのインボリュート干渉を完全にな（すこともで
きる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明を説明する。

第１図は本発明の差動遊星歯車装置の一実施例を示す側
断面図、第２図は遊星歯車と固定歯車との噛み合い部を
示す拡大側断面図、第３図は遊星歯車と固定歯車との噛
み合い部を示す正断面図である。

本実施例の差動遊星歯車装置１０は、中心に太陽歯車３
が設けられており、この太陽歯車３と同心状に互いに歯
数の異なる２個の内歯車である固定内歯車５と回転自在
な回転内歯車９とが設けられている。そして、固定内歯
車５と回転内歯車９との双方に噛み合うように、太陽歯
車３の周囲には遊星歯車７が具備されている。遊星歯車
７は、ここでは３個が用いられている。また、この実施
例では、転がり軸受を全て除去した構成とし、すべり軸
受のみを用いている。

また、この実施例では、微小歯車を得る目的で全体のモ
ジュールを小さくシ、かつできるだけ歯数の少ない内歯
車を採用している。前記各歯車３５．７．９を、モジュ
ール０．０８．圧力角２０°のインボリュート平歯車と
し、太陽歯車３．固定内歯車５９９回転内歯車および遊
星歯車７のそれぞれの歯数を１５．　３６．３９および
１１とした。また、太陽歯車３．固定内歯車５１回転内
歯車９および遊星歯車７のそれぞれの転位係数は、０．
４２４９．１．．７６９７゜０および０．３２で、それ
ぞれの中心距離は同一のｌ０９１３ｍである。

ここで、減速比が６０．１以下の差動遊星歯車装置の設
計手法について説明する。なお、比較のために、従来の
設計手法による差動遊星歯車装置について、その諸元を
第１表に示す。

以　　下　　余　　白まず、減速比が６０：１以下の差動遊星歯車装置は、従
来の手法では設計することができないという事実につい
て述べる。従来の差動遊星歯車装置の設計手法では、減
速比Ｒ：１を実現するためには、次の計算式を用いてい
る。

Ｒ＝ω　／ω、＝　（１＋Ｚｃ／Ｚｂ’）／　（１−Ｚ
　　／Ｚｂ）・・・　（２）ただし、ω　・・・太陽歯車の回転速度ω、・・・回転
内歯車の回転速度Ｚ　・・・太陽歯車の歯数Ｚ　・・・固定内歯車の歯数Ｚｂ・・・回転内歯車の歯数したがって、小さい減速比を得るには回転内歯車の歯数
Ｚｄを小さくすることが必要となることがわかる。

また、回転内歯車と遊星歯車との噛み合いに看目し、以
下の式が成り立つかどうかを調べた結果についても、第
１表に表した。なお、以下の式を満足しない場合にはイ
ンボリュート干渉が生じて両者が正しく噛み合わないと
いうことが、今回、実験によって新たに確認された。

がある。

Ｚ　　／　Ｚ　　・＜　１　　ｔａｎ　αｋｄ／　ｔａ
ｎ　ａ　ｂｄｄ・・・　（４）Ｚ　　／Ｚ　　≧１　１ａｎ　（Ｅ　ｋｄ／　ｔａｎ　
（１ｂｄｄ・・・　（３）ただし、Ｚｂ・・・遊星歯車の歯数 α３．・・・回転内歯車の歯先円における圧力角 α５．・・・回転内歯車と遊星歯車との噛み合い圧力角上記式（３）によると、回転内歯車の歯数Ｚ。

が４８未満（第１表の（Ｃ）〜（ｆ）の場合）ではイン
ボリュート干渉を生じてしまうことがわかる。

ところが、Ｚｂ＝４８は差動遊星歯車装置の減速比がお
よそ６０：１となる歯数である。したがって、本発明の
目的を達成するためには、上記式（３）と等号の向きが
異なるような次式が成立する必要次に、第３図を用いて
インボリュート干渉の発生について説明する。

第３図では回転内歯車９の中心が０２に、遊星歯車７の
中心が０１にあり、それぞれの基礎円９ｇ、７ｇの共通
接線が噛み合い作用線りとなっている。そして、この噛
み合い作用線上を噛み合い接触点が移動するように双方
が回転する。従来設計法による回転内歯車９の歯先円を
破線９ａ’　で示すと、この場合の噛み合い始め点Ａ’
　　（回転内歯車９の歯先円９ｇ’　　と噛み合い作用
線りとの交点）は、図中では干渉点■１の左側にある。

これは、両歯車７．９がインボリュート干渉しているこ
とを意味している。すなわち、従来設計法では適切な噛
み合いの差動遊星歯車装置が得られないことになる。

このインボリュート干渉を小さくするためには、第３図
で、噛み合い始め点が干渉点１１左側にこないように、
すなわち干渉点■１の右側の例えばＡ点に移動するよう
に設計することが必要である。

つまり、回転内歯車９の歯先円直径を大きな値に修正す
ることによって、言い換えれば、上記式（１）に対して
等号を不等号とするような次式を成立させ不ことにより
、噛み合い始め点を干渉点１１の右側の方向に移動させ
ることができる。

Ｄ　　＞　　（Ｚ　　−２＋２　（Ｘｂ＋ｙ））　ｍｋ
＋］　　　　　　　ｄ・・・　（５）したがって、上記式（４）、（５）を同時に満足するよ
うな設計手法を採用すれば、インボリュート干渉の影響
が低減され、減速比が６０＝１以下の差動遊星歯車装置
が実現可能となる。

さらに、インボリュート干渉の発生を完全になくすため
には、上記式（５）の代わりに次式を用いればよい。

Ｄ　≧２／　（ａ２＋　（Ｄ　　／２）　２ｋｔｌ　　
　　　　　　　　　　　　　ｇｂ＋　２　ａ　（Ｄｇｂ
／　２）　ｃｏｔ　ｆｆｂｄ）・・　（６）ただし、　ａ・・・内歯車と遊星歯車との噛み合い中心
距離これにより、噛み合い始め点は第３図Ａ点に一致する。

以上のような方法により、ロボットの小形化・高速駆動
化を目的として減速比が６０：１以下の差動遊星歯車装
置を製作することが可能になる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではない
。上記実施例では遊星歯車の個数を３個として説明した
が、遊星歯車の個数は１個以上であれば本発明の作用効
果を奏するものである。

［発明の効果コ以上説明したように本発明によれば、ロボットの小形化
・高速駆動化のために減速比が６０＝１以下の差動遊星
歯車装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の差動遊星歯車装置の一実施例を示す側
断面図、第２図は遊星歯車と固定歯車との噛み合い部を
示す拡大側断面図、第３図は遊星歯車と固定歯車との噛
み合い部を示す正断面図、第４図は従来の差動遊星歯車
装置を示す側断面図、第５図は従来における遊星歯車と
固定歯車との噛み合い部を示す拡大側断面図である。３・・・太陽歯車５・・・固定内歯車７・・・遊星歯車９・・・回転内歯車０・・・差動遊星歯車装置

Claims

【特許請求の範囲】

（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差動遊星歯車装置に
おいて、前記遊星歯車の歯数Ｚ＿ｂと前記内歯車の歯数Ｚ＿ｄと
を、Ｚ＿ｂ／Ｚ＿ｄ＜１−ｔａｎα＿ｋ＿ｄ／ｔａｎα＿ｂ
＿ｄただし、α＿ｋ＿ｄ・・・回転内歯車の歯先円にお
ける圧力角 α＿ｂ＿ｄ・・・回転内歯車と遊星歯車との噛み合い圧
力角とし、かつ前記歯数の多い方の内歯車の歯先円の直径Ｄ＿ｋ＿
ｄを、Ｄ＿ｋ＿ｄ＞｛Ｚ＿ｄ−２＋２（Ｘ＿ｂ＋ｙ）｝ｍただ
し、Ｘ＿ｂ・・・遊星歯車の転位係数ｙ・・・中心距離増加係数ｍ・・・内歯車のモジュールとしてなることを特徴とする差動遊星歯車装置。
（２）前記歯数の多い方の内歯車の歯先円の直径Ｄ＿ｋ
＿ｄを、Ｄ＿ｋ＿ｄ≧２√｛ａ＾２＋（Ｄ＿ｇ＿ｂ／２）＾２＋
２ａ（Ｄ＿ｇ＿ｂ／２）ｃｏｓα＿ｂ＿ｄ｝ただし、ａ
・・・内歯車と遊星歯車との噛み合い中心距離Ｄ＿ｇ＿ｂ・・・遊星歯車の基礎円直径 α＿ｂ＿ｄ・・・内歯車と遊星歯車との噛み合い圧力角としてなることを特徴とする請求項１記載の差動遊星歯
車装置。