JP6568381B2 - 多方向より動力を取り出すことができるギヤ機構およびハンド機構 - Google Patents

Description

本発明は、遊星歯車機構と直交軸歯車機構を用いたギヤ機構に係り、直交軸歯車機構からの出力として１またはそれ以上の追加の動力を多方向より取り出すことができるギヤ機構、さらに、このギヤ機構を応用したハンド機構に関する。

従来、この種のギヤ機構として、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１には、原動機から延在したピニオンシャフトの一端にスパーギヤ形式のピニオンを有し、このピニオンは、フェースギヤと噛み合っている。ピニオンが回転することで、フェースギヤを駆動している。ピニオンからフェースギヤの周辺を１８０°回った位置に非遊動スパーギヤが取り付けられている。この非遊動スパーギヤを支持するシャフトの他端は、補助装置に作動連結されて、シャフトからの動力を受け取るようにすることができる。さらに、複数の非遊動スパーギヤおよびシャフトがフェースギヤの周辺に沿って追加されて補助装置に動力を供給することができる。

特許第３０７５４８３号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、フェースギヤに噛み合う遊動ピニオンを回転することでフェースギヤを駆動するため、遊動ピニオンの方向に出力することができない。さらに、遊動ピニオンからフェースギヤは減速となるが、フェースギヤから非遊動ピニオンへは増速となる。つまり、入力となる遊動ピニオンと出力となる非遊動ピニオンの回転速度比は、１：１の関係となり、出力トルクを上げることができないという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決し、一つの入力軸から直交する一つまたは複数の出力軸が得られ、直交軸歯車機構の歯車部の全周から出力軸を多方向に出すことができる多方向に自在に出力を取り出すギヤ機構およびハンド機構を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、入力軸に対して出力軸が直交方向になるギヤ機構において、入力段に遊星歯車機構を設け、出力段の方向変換に直交軸歯車機構を設け、前記遊星歯車機構の太陽歯車を入力軸とし、前記遊星歯車機構のキャリアの出力端に直交軸歯車機構を設け、該直交軸歯車機構に噛み合う出力歯車を前記入力軸と直交する出力軸に装着したことにある。また、前記直交軸歯車機構に噛み合う出力歯車を複数設け、これら複数の出力歯車を前記入力軸に直交して設けられた複数の出力軸にそれぞれ装着して複数の個所から出力を取り出すことができる。さらに、前記複数の出力軸が、出力方向から見た回転方向がすべて等しく設定されていることから各方向にそれぞれ同一の出力を取り出すことができる。また、前記複数の出力軸にそれぞれロボットハンドを取り付け、前記出力軸の回転に伴ってロボットハンドを操作して作業ロボットに設定することができる。
前記直交軸歯車機構の歯車にフェース歯車または、かさ歯車を用いることができる。

本発明によれば、遊星歯車機構の原理に基づいて、遊星歯車は２個または４個など、その他の個数でも良い。また減速比も自由に設定することができる。キャリアの出力端に設けられた直交軸歯車機構の歯数および出力歯車の歯数を設定することで、増速、減速、その比率も自由に設定することができる。

本発明の実施の形態による多方向に自在に出力を取り出すギヤ機構を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１の斜視図である。 本発明の実施の形態による３方向に出力を取り出すギヤ機構を示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態による９０°の角度を成す２方向に出力を取り出すギヤ機構を示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態による１８０°の角度を成す２方向に出力を取り出すギヤ機構を示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態による１方向に出力を取り出すギヤ機構を示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態による出力軸を１８０°の角度を成す対角に設置した出力歯車で減速して２方向に出力を取り出すギヤ機構を示す斜視図である。 モータと減速機を組み付けた実施の形態で、モータの出力軸を太陽歯車とした、多方向自在出力ギヤ機構に組み付けた構造を示す概念図である。 図９のＢ−Ｂ線断面図である。 図９の多方向自在出力ギヤ機構に２個の爪部材を取り付けた実施の形態を示す斜視図である。 図９の多方向自在出力ギヤ機構に４個の爪部材を取り付けた実施の形態を示す斜視図である。 図９の多方向自在出力ギヤ機構にガイドレールと駆動ネジ軸を設け、駆動ネジ軸に支持された２個の爪部材をガイドレールに沿って接離自在に移動させる実施の形態を示す斜視図である。 図９の多方向自在出力ギヤ機構にガイドレールと駆動ネジ軸を設け、駆動ネジ軸に支持された４個の爪部材をガイドレールに沿って接離自在に移動させる実施の形態を示す斜視図である。 図９の多方向自在出力ギヤ機構に移動カムを設け、移動カムにより爪部材を取り付けたテーブルを操作する実施の形態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態による８方向に出力を取り出すギヤ機構を示す斜視図である。

以下本発明の第１の実施の形態を、図１ないし図３を参照しながら詳細に説明する。
図１ないし図３は、本発明の実施の形態による多方向に自在に出力を取り出すギヤ機構を示したもので、遊星歯車機構１００と、フェース歯車機構２００で構成されている。

遊星歯車機構１００は、モータなどの駆動源の出力軸から構成される太陽歯車１と、この太陽歯車１と同心状に配置された内歯車２と、前記太陽歯車１に噛み合うとともに、前記内歯車２の内歯車部２ｂに噛合する３個の遊星歯車３とで構成されている。前記３個の遊星歯車３は、太陽歯車１を中心とする円周方向に一定間隔で配置されており、これら３個の遊星歯車３は、各遊星シャフト４に遊星軸受５を介して回転可能にそれぞれ支持されている。前記３本の遊星シャフト４は有底円筒状のキャリア兼フェース歯車６のキャリア６０を構成する底部円板部６１に圧入して固定されている。前記キャリア兼フェース歯車６は、キャリア６０の円筒部６２の軸方向端面６３に内周縁に沿って、フェース歯車機構２００のフェース歯車部６ａが一体となって構成されている。キャリア兼フェース歯車６と反対側の遊星シャフト４には、遊星カラー１３によって遊星軸受５の抜け防止をしている。前記３本の遊星シャフト４は遊星シャフト補強リング８にネジ８ａで固定されており、３個の遊星歯車３が、安定して自転、公転ができるようにしている。前記キャリア兼フェース歯車６は、キャリア兼フェース歯車軸受７を支持する内歯車軸受ホルダ２０に、キャリア兼フェース歯車軸受７を介して支持されている。内歯車軸受ホルダ２０には、前記内歯車２がネジ２ａを介して固定されている。
これにより太陽歯車１を回転させると、３個の遊星歯車３は、自転しながら公転動作となる。

前記キャリア兼フェース歯車６のキャリア６０の外周面は、キャリア兼フェース歯車軸受７によって回転自在に内歯車軸受ホルダ２０により支持されている。
太陽歯車１による３個の遊星歯車３は自転しながら内歯車２の内周を公転し、公転運動が遊星シャフト４を介してキャリア兼フェース歯車６を回転駆動させるものである。

前記キャリア兼フェース歯車６は、フェース歯車機構２００のフェース歯車部６ａがキャリア６０と一体となって構成されており、フェース歯車部６ａの周方向９０°毎に４個の出力歯車９がフェース歯車部６ａの面と直交方向に配置されて、噛み合わされている。この出力歯車９の中心には、フェース歯車部６ａの面と平行に配置された出力軸１０がそれぞれ締結されており、これら出力軸１０は支持部に支持された１対の出力軸軸受１１ａ，１１ｂにより回転自在に支持されている。
出力軸１０の基端側を支持する出力軸軸受１１ａはフランジ１２に設けられた中空の箱型のケース部１２ａに支持されている。このケース部１２ａには４面の壁部に開口穴１２ｂが設けられ、この開口穴１２ｂに前記基端側の出力軸軸受１１ａが組み付けられている。出力軸１０の先端側を支持する出力軸軸受１１ｂは出力軸軸受ハウジング２２により支持されている。また、各一対の出力軸軸受１１ａ，１１ｂの間には出力軸１０に支持された前記出力歯車９がケース部１２ａの各面に平行にそれぞれ設けられている。

次に上記ギヤ機構の作用を説明する。
遊星歯車機構１００の太陽歯車１を回転させると、３個の遊星歯車３が太陽歯車１と噛み合いながら太陽歯車１を中心に、内歯車２に沿って自転しながら太陽歯車１の周囲を公転する。
こうして、遊星歯車３は太陽歯車１に対して遊星（惑星）のように回転（公転）する。
太陽歯車１の回転により遊星歯車機構１００の原理により、キャリア兼フェース歯車６が減速されて回転する。そして、キャリア兼フェース歯車６のフェース歯車部６ａが、周方向に回転し、４個の出力歯車９が出力軸１０に支持されてフェース歯車部６ａの面と直交する４つの面上を回転する。太陽歯車１から直交する方向で、それぞれ９０°ごとに異なる４つの方向に延出された出力軸１０から回転出力を得ることができる。出力軸１０の回転方向は、軸の出力方向から見た回転方向が全て等しくなる。

図１ないし図３の場合、太陽歯車１の歯数が２０、遊星歯車３の歯数が４０、内歯車２の歯数が１００とすると、遊星歯車減速機（プラネタリ型）の原理により、キャリア兼フェース歯車６は、１／６に減速される。
キャリア兼フェース歯車６のフェース歯車部６ａの歯数は１２０、出力歯車９の歯数は１００とすると、キャリア兼フェース歯車６から出力歯車９へ１．２倍に増速となり、太陽歯車１から出力歯車９は約１／５に減速される。

図４ないし図７は、本発明の他の実施の形態で、出力軸を自由に設定できることを示している。また、図１ないし図３と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
図４の実施の形態では、出力歯車９を３個とし、これら出力歯車９をそれぞれ支持する３本の出力軸１０から３方向に出力を取り出すようにしたものである。
図５の実施の形態では、互いに９０°角度を変えた出力歯車９を２個とし、これら出力歯車９をそれぞれ支持する２本の出力軸１０から９０°方向の異なる２方向に出力を取り出すようにしたものである。
図６の実施の形態では、互いに１８０°角度を変えた出力歯車９を２個とし、これら出力歯車９をそれぞれ支持する２本の出力軸１０から１８０°方向の異なる２方向に出力を取り出すようにしたものである。
図７の実施の形態では、出力歯車９を１個とし、この出力歯車９を支持する１本の出力軸１０から１方向に出力を取り出すようにしたものである。
このように４方向に自由に選択、出力することができる。

次に図８は、出力軸の回転を減速した実施の形態を示したもので、図１ないし図３と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
図８は、２個の出力歯車９Ｂを１８０°異なる対角に配置したもので、出力歯車９Ｂの歯数Ｙをキャリア兼フェース歯車６のフェース歯車部６ａの歯数Ｋよりも多くＹ＞Ｋに設定している。
図１ないし図３の実施の形態の場合、太陽歯車１の歯数２０、遊星歯車３の歯数４０、内歯車２の歯数１００とすると、遊星歯車減速機（プラネタリ型）の原理により、キャリア兼フェース歯車６は、１／６に減速されている。
そして、キャリア兼フェース歯車６のフェース歯車部６ａの歯数は１２０、出力歯車９Ｂの歯数は１８０とすると、フェース歯車部６ａから出力歯車９Ｂへ１／１．５倍に減速となり、太陽歯車１から出力歯車９Ｂは約１／９に減速される。

図９および図１０は、モータの出力軸を太陽歯車１とし、多方向自在出力ギヤ機構に組み付けた例を示している。この場合も、図１ないし図３と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
２０はキャリア兼フェース歯車６のキャリア兼フェース歯車軸受７を支持する内歯車軸受ホルダ２０であり、この内歯車軸受ホルダ２０は、フランジ１２とともに、出力ギヤケース２１の両側開口部を支持している。出力ギヤケース２１は角筒状の四面に形成された開口部に前記出力軸１０を支持する出力軸軸受ハウジング２２がそれぞれ設けられている。この出力軸軸受ハウジング２２には前記出力軸１０を回転自在に支持する前記出力軸軸受１１ａ，１１ｂの一方軸受１１ｂが内装されている。前記各出力軸１０を回転自在に支持する前記出力軸軸受１１ａ，１１ｂの他方軸受１１ａは前記フランジ１２の中空部に内装されており、これら一対の出力軸軸受１１ａ，１１ｂの間には前記出力ギヤ９が前記出力軸１０に支持されている。内歯車軸受ホルダ２０の壁面に形成された開口穴にはモータ部２３の回転軸（出力軸）２３ａによって構成される太陽歯車１が挿入されて、組み付けられている。

この場合、モータ部２３の駆動によって太陽歯車１が回転すると、内歯車２に沿って遊星歯車３が回転し、遊星シャフト４によってキャリア兼フェース歯車６が回転する。キャリア兼フェース歯車６の回転によりフェース歯車部６ａが周方向に回転し、４個の出力歯車９が出力軸１０に支持されて回転する。こうして、太陽歯車１から直交する方向で、それぞれ９０°ごとに異なる４つの方向に延出された出力軸１０から回転出力を得ることができる。

図１１ないし図１５は、多方向に自在に出力を取り出すギヤ機構を利用した応用例を示したものである。
いずれも前記した実施の形態の機構を用いたもので、図９および図１０の出力軸１０から動力を取り出したものである。

図１１は、ギヤ機構の対角に設けられた出力軸１０に爪部材３０を装着したものである。一対の爪部材３０は腕部となるアーム３１の途中に互いに近づく方向に折り曲げた部分３２を設けて、アーム３１の先端爪部３３が互いに同一の円弧上を移動するように構成されている。こうして先端爪部３３の互いに対向する面に把持部３４を形成し、これら把持部３４を互いに接離させることで、搬送物を挟持する電動ハンドを構成している。

図１２は、ギヤ機構の４か所の出力軸１０に図１１と同様の爪部材３０をそれぞれ装着したものである。これにより、対角となる爪部材３０相互が互いに接離することで、４個の先端爪部３３が集中したり離れたり移動し、把持部３４により搬送物を挟持する電動ハンドを構成することができる。

図１３は、内歯車軸受ホルダ２０の外面に水平方向に延びる長尺の平板状ガイドフレーム４１を取り付け、このガイドフレーム４１の下面に長手方向に設けられたガイドレール４２に摺動自在にガイドブロック４３が組み付けられている。ガイドブロック４３はガイドレール４２に沿って摺動するもので、ガイドブロック４３の下面側にはテーブル４４が装着されている。テーブル４４にはガイドレール４２と同方向に延びる駆動ネジ軸４５が装着されており、この駆動ネジ軸４５の先端は前記ギヤ機構の出力軸１０に装着されている。駆動ネジ軸４５はテーブル４４に装着された駆動ネジナット４６に螺合しており、出力軸１０の回転に伴って駆動ネジ軸４５が回転し、駆動ネジナット４６をガイドレール４２に沿って移動させるものである。テーブル４４の下面にはハンド爪４７が装着されており、駆動ネジ軸４５の回転に伴ってハンド爪４７が往復動操作されるものである。ハンド爪４７は対角に設けられており、テーブル４４、ガイドフレーム４１、ガイドレール４２等はカバー４８によって覆われている。
この実施の形態では、モータ部２３の駆動で、ギヤ機構を作動し、内歯車軸受ホルダ２０の両側の出力軸１０を駆動する。
これら出力軸１０の回転に伴って両側の駆動ネジ軸４５が回転し、駆動ネジナット４６をガイドレール４２に沿って互いに移動させる。駆動ネジナット４６はテーブル４４に装着されているので、テーブル４４がガイドレール４２に沿って移動し、ハンド爪４７を図示矢印Ｘ、Ｘ´のように移動させる。１８０°対角側は、回転が逆となるためハンド爪４７の動きは対称的な動きとなりハンド爪４７が平行移動できるハンド機構ができる。こうして、ハンド爪４７を互いに接離させることにより搬送物の挟持を行い、ロボットハンドとして装置を組み付けることにより作業用ロボットのハンド機構として作業を行うことができる。

図１４は、図１３の機構を９０°対角に４方向に設置したものであり、４本のハンド爪４７を備えた機構となる。こうして４本のハンド爪４７によりロボットハンドとして装置に組み付けることができる。

図１５は、また、別の実施の形態で、ギヤ機構のフランジ１２を下面側に配置し、このフランジ１２の端面にガイドフレーム５１を固定している。ガイドフレーム５１の下面側に設けられたガイドレール５２に２個のガイドブロック５３を組み付け、それぞれテーブル５４を支持している。テーブル５４の側面には、一端部を出力軸１０に取り付けられた移動カム５５の他端部に設けられた長穴５５ａがテーブル案内ピン５６に係止されて搖動可能に支持されている。一対の移動カム５５は１８０°の対角に設けられた出力軸１０にそれぞれ一端部を装着されており、移動カム５５の他端部に形成された長穴５５ａがテーブル案内ピン５６に係止されている。こうして、出力軸１０が回転すると、テーブル５４に取り付けられたハンド爪５７は移動カム５５の回動動作に従って図示矢印Ｘ、Ｘ´のように互いに接離可能に操作され、ハンド機構として動作する。

以上のように、上記実施の形態によれば、入力段に遊星歯車機構１００を設け、出力段の方向変換にフェース歯車機構２００を設け、前記遊星歯車機構１００の太陽歯車１を入力軸とし、前記遊星歯車機構１００のキャリアにキャリア兼フェース歯車６を用いるとともに、このフェース歯車部６ａのフェース歯車に噛み合う出力歯車９を前記入力軸と直交する出力軸１０に装着したので、フェース歯車機構２００のフェース歯車部６ａの全周から出力軸を多方向に出すことができる。遊星歯車機構１００およびフェース歯車機構２００により必要な減速（トルクアップ）が得られる。遊星歯車機構１００の内歯車に直接、フェース歯車機構２００のフェース歯車を成形しているので、部品点数の削減を図れ、入力軸方向が小型になる。１８０°対角の軸は反対方向の動作ができるため、対称的動作が必要な機構を簡単に製造できる。

本発明は、前記実施の形態のみに限定されず、例えば、前記第１の実施の形態では、遊星歯車３には３個の場合について説明したが、遊星歯車減速機構の原理に基づいて、遊星歯車３は、２個または４個等、その他の個数でも良い。また、減速比も自由に設定できる。キャリア兼フェース歯車６のフェース歯車部６ａの歯数、出力歯車９の歯数の設定により、増速、減速、その比率も自由に設定できる。
さらに、図４から図７で説明した他の実施の形態では、９０°ごとに角度を変えて１方向から３方向に出力を取り出すことができるように構成したが、フェース歯車６ａの中心から放射線状上に３方向、６方向、図１６に示す８方向等自由に配置し、出力軸を配置することができる。図１６は、８方向に動力を取り出すもので、図１〜図３と同一部分は同符号を付して説明を省略して示したものである。
なお、直交軸歯車機構として、フェース歯車機構で説明したが、かさ歯車機構など、他の直交軸歯車機構でも構成することができる。

１ 太陽歯車
２ 内歯車
３ 遊星歯車
４ 遊星シャフト
５ 遊星軸受
６ キャリア兼フェース歯車
６ａ フェース歯車部
７ キャリア兼フェース歯車軸受
９ 出力歯車
１０ 出力軸
１１ａ，１１ｂ 出力軸軸受
１００ 遊星歯車機構
２００ フェース歯車機構

Claims (5)

1. 入力軸に対して出力軸が直交方向になるギヤ機構において、
   入力段に遊星歯車機構を設け、出力段の方向変換に直交軸歯車機構を設け、前記遊星歯車機構の太陽歯車を入力軸とし、 前記遊星歯車機構のキャリアの出力端に直交軸歯車機構の歯車を設け、 前記直交軸歯車機構の歯車がフェース歯車であり、該フェース歯車は前記キャリアの出力端である円筒部の軸方向端面に一体と なって構成されており、前記直交軸歯車機構の歯車に噛み合う出力歯車を前記入力軸と直交する出力 軸に装着したことを特徴とする多方向に自在に出力を取り出すギヤ機構。
2. 入力軸に対して出力軸が直交方向になるギヤ機構において、
   入力段に遊星歯車機構を設け、出力段の方向変換に直交軸歯車機構を設け、前記遊星歯車機構の太陽歯車を入力軸とし、 前記遊星歯車機構のキャリアの出力端に直交軸歯車機構の歯車を設け、前記直交軸歯車機構の歯車がかさ歯車であり、該かさ歯車は前記キャリアの出力端である円筒部の軸方向端面に一体となって構成されており、前記直交軸歯車機構の歯車に噛み合う出力歯車を前記入力軸と直交する出力軸に装着したことを特徴とする多方向に自在に出力を取り出すギヤ機構。
3. 前記直交軸歯車機構の歯車に噛み合う出力歯車を複数設け、これら複数の出力歯車を前記入力軸に直交して設けられた複数の出力軸にそれぞれ装着したことを特徴とする請求項１または２に記載の多方向に自在に出力を取り出す ギヤ機構。
4. 前記複数の出力軸が、出力方向から見た回転方向がすべて等しく設定されていることを特徴とする請求項３に記載の多方向に自在に出力を取り出すギヤ機構。
5. 前記複数の出力軸にそれぞれロボットハンドを取り付け、前記出力軸の回転に伴ってロボットハンドを操作することを特徴とする請求項３に記載の多方向に自在に出力を取り出すギヤ機構。

Images