(57)【要約】【課題】遊星歯車機構とプーリー、タイミングベルトで構成された、差動機構を用いた動力伝達装置において、動力伝達のための太陽歯車と遊星歯車、遊星歯車と内歯車、プーリーとタイミングベルトと、動力伝達にかかわる摩擦損失が多かった。【解決手段】太陽歯車（１００）と遊星歯車（１０１）、タイミングベルト（１０２）、テンショナー（１０３）、プーリー（１０４）で構成された機構であって、遊星歯車（１０１）は、タイミングベルト（１０２）と太陽歯車（１００）と噛み合う歯型をしているため、内歯車と、その先に取り付けていたプーリーが不要となる。また、遊星歯車を太陽歯車全周に配置しないため、遊星歯車数を減らすことが可能である。【選択図】図１
2019138460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊星歯車機構の、太陽歯車（１００）、遊星歯車（１０１）と接続されるタイミングベルト（１０２）、太陽歯車（１００）とタイミングベルト（１０２）に噛み合う１つ以上の遊星歯車（１０１）と、遊星歯車（１０１）の遊星歯車軸（１１３）にベアリングを介し支持する遊星歯車キャリア（１１０）、タイミングベルト（１０２）の張力を発生させるテンショナー（１０３）、タイミングベルト（１０２）と接続されるプーリー（１０４）、プーリー（１０４）を支持し、遊星キャリア（１１０）と繋がれたリンク（１１１）で構成される差動機構であって、遊星歯車（１０１）は、タイミングベルト（１０２）とかみ合うプーリーの歯溝曲線のプーリーＡと歯先直径（２０６）と歯数を一致させる平歯車の歯溝曲線の平歯車Ａの先端部（２０１）と根元部（２０２）、そして、プーリーＡの歯溝曲線（２０５）と、平歯車Ａの歯溝曲線（２０４）を重ねた時に、平歯車Ａの歯溝曲線（２０４）よりも内側にあるプーリーＡの歯溝曲線（２０５）区間を、中間部分（２０３）とし、先端部（２０１）と中間部分（２０３）のつなぎ目、根元部（２０２）と中間部分（２０３）のつなぎ目を滑らかな曲線でつないだ、先端部（２０１）、根元部（２０２）、中間部分（２０３）からなる歯溝曲線の歯の形状をした遊星歯車Ａと、平歯車Ａの歯溝曲線（２０４）とプーリーＡの歯溝曲線（２０５）を重ねた時に、平歯車Ａの歯溝曲線（２０４）のすべてがプーリーＡの歯溝曲線（２０５）よりも内側にある場合は、平歯車Ａの歯溝曲線（２０４）の歯溝曲線の歯の形状の遊星歯車Ｂであって、遊星歯車Ａを用いた差動機構は、用いるすべての遊星歯車Ａが太陽歯車（１００）の歯と同じ歯の接触点（３００）位置になるように配置しかつ、タイミングベルト（１０２）と噛み合う位置に遊星歯車Ａを配置した配置Ａと、用いる遊星歯車Ａのいずれかの歯の、中間部（３０５）に太陽歯車（３０２）の歯との歯の接触点（３００）が通るときに、そのほかの遊星歯車Ａの１つ以上が、先端部（３０３）もしくは、根元部（３０４）に歯の接触点（３００）が通るように配置し、かつ、タイミングベルト（１０２）と噛み合う位置に遊星歯車Ａを配置した配置Ｂの２つの配置とした差動機構（Ａ）であって、遊星歯車Ｂを用いた差動機構は、用いる遊星歯車Ｂのうち、すくなくとも１つの遊星歯車Ｂの歯が、遊星歯車（１０１）からタイミングベルト（１０２）へ動力を伝える動作の時の遊星歯車回転方向（６０３）と同じ回転方向側のタイミングベルト（６００）の歯との接触点（６０６）を持ち、残りの遊星歯車Ｂの歯が、遊星歯車回転方向（６０３）と逆回転方向側のタイミングベルト（６００）の歯との接触点（６０７）を持ち、かつ、用いるすべての遊星歯車Ｂが太陽歯車と噛み合うように配置した配置Ｃと、用いるすべての遊星歯車Ｂの歯と、遊星歯車の遊星歯車回転方向（６０３）と同じ回転方向側のタイミングベルト（６００）の歯の接触点（６０６）が歯の同じ位置となるように配置し、かつ、すべての遊星歯車Ｂが太陽歯車（１００）と噛み合うように配置した配置Ｄの２つの配置とした差動機構（Ｂ）であって、遊星歯車Ａ、Ｂはタイミングベルトのベルト歯ピッチ及び、遊星歯車の歯数と歯先直径によって決定され、遊星歯車（１０１）はタイミングベルト（１０２）、太陽歯車（１００）と相互に動力伝達をする、太陽歯車（１００）、遊星歯車（１０１）、タイミングベルト（１０２）、テンショナー（１０３）、プーリー（１０４）、遊星キャリア（１１０）、リンク（１１１）で構成されることを特徴とする差動機構。
【請求項２】
前記配置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄそれぞれで、成り立つ位置に、遊星歯車（１０１）を複数設けたことを特徴とする請求項１の差動機構。
【請求項３】
前記リンク（１１１）は、弾性域の大きい素材を用い、リンク（１１１）は、プーリー（１０４）と太陽歯車（１００）間の距離を長くし、リンク（１１１）を撓らせて、本機構を組立て、テンショナー（１０３）の代替としたことを特徴とする、請求項１、２のいずれかに記載の差動機構。
【請求項４】
前記遊星歯車Ａ、遊星歯車Ｂは、タイミングベルト（１０２）の脱落防止用にフランジ（７０１）を追加したことを特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記載の差動機構。
【請求項５】
前記配置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄそれぞれで、成り立つ位置に、プーリー（１０４）を複数設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４のいずれかに記載の差動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、タイミングベルトを用いた差動機構の省スペース化、部品点数の削減及び、動力損失の低減するための、差動機構及びリンク機構に関する。
【背景技術】
【０００２】  差動機構は、３つの部品のうち、２つの部品の動力の入出力の差を３つめの部品に出力する機構である。機械及び装置に求められる仕様によって、２つの部品の動力の入出力に対して出力される側の部品の応答時間にズレが小さいことや、大きい動力を伝達できること、長時間使用できること、製造コストが小さいこと等の条件が追加される。また、部品が歯車であれば、ギア比、滑車であれば、移動量と伝達力の比を変更するも可能である。【０００３】  差動機構の動力伝達には、歯車による動力伝達（１）、タイミングベルトとプーリー、チェーンとスプロケットによる動力伝達（２）、インペラと流体を用いた動力伝達（３）、磁気を用いた動力伝達（４）等がある。特に、剛体や弾性体を用いた（１）（２）において、動力伝達のエネルギー損失を少なくする、且つバックラッシュを小さくする、入力の回転に対し、等速度回転を出力する等、性能を向上するため、伝達部の歯溝形状を、インボリュート曲線や、サイクロイド曲線、クソロイド曲線の歯などにする開発がされてきた。また、（１）の主な目的の１つに、回転速度とトルクを調整することが挙げられ、（２）は、回転軸を移動させたい時や、スペースをコンパクトにするために用いられる。【０００４】  歯車による動力伝達（１）では、等速度回転、等伝達力を目指した歯車の改良が進められており、ウィリスは交換性サイクロイド曲線を歯車の歯溝曲線に適用し、オイラーはインボリュート曲線を提唱し、前述性能の向上に寄与しいる（非特許文献１）。
特許文献１には、クソロイド曲線を用いた歯車となっており、従来のインボリュート歯車にあった、歯数が少ないときに起こるアンダーカットが抑えられ、歯車の耐久性が向上している。【０００５】  タイミングベルトとプーリー、チェーンとスプロケットによる動力伝達（２）には、非特許文献２のように、ピンギア用アタッチメントチェーンとピンギア用スプロケットを用い、回転動力を伝える装置がある。このピンギア用アタッチメントチェーンは、チェーンとしての機能のほかに、ピンギア用アタッチメントチェーンをホイールに巻きつければ、歯車の様に用いることが出来、円筒形状の内側に貼り付ければ、内歯車の様に用いることが可能となっている。【０００６】前述の（１）、（２）の動力伝達を用いた差動機構として、特に歯車を用いた機構では遊星歯車機構があり、太陽歯車、遊星歯車、内歯車から構成された機構で、平歯車の太陽歯車、遊星歯車と、内歯車を使用した組み合わせは、差動を太陽歯車の同軸上に出力し、太陽歯車、遊星歯車、内歯車に、かさ歯車を用いれば、軸直角方向に出力することが可能である。【０００７】  タイミングベルトとプーリー、チェーンとスプロケットによる動力伝達（２）を差動機構として用いるには、非特許文献１のピンギア用アタッチメントチェーンを内歯車と太陽歯車、ピンギア用スプロケットを遊星歯車として、使用すれば可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】コルヌ螺旋歯形歯車  特願２００７−５１３０３０号公報
【特許文献２】関節駆動装置及び多軸マニュピレータ  特願２０１７−１７７２３３号公報
【非特許文献】
【非特許文献１】歯車の歴史とその発展経緯に関する考察  ２００８年度精密工学会空き大会学術講演論文集
【非特許文献２】株式会社椿本チエイン  ピンギア用アタッチメント付チェーン  インターネット：＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ａｍｅｂｌｏ．ｊｐ／ｈｉｒｏｍｔｓｕｋａｍｏｔｏ／ｅｎｔｒｙ−１１４９０６８５４５３．ｈｔｍｌ＞
【非特許文献３】ＪＩＳ  Ｂ１８５７−１：２０１５一般用円弧歯形歯付ベルト伝動−第１部：ベルト
【非特許文献４】ＪＩＳ  Ｂ１８５７−２：２０１５一般用円弧歯形歯付ベルト伝動−第２部：プーリ
【０００８】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  関節に差動機構を用いるロボットのうち、多関節マニピュレータや、歩行や移動可能なロボットなどでは、個々の部品の軽量化、摩擦によるエネルギーロスの減少、低コスト化が可能になれば、ロボットそのものの性能や価値を底上げすることが可能となる。さらに複雑になった機械の部品点数を減らすことが出来れば、信頼性の向上にもつながる。特許文献２に説明される関節駆動装置及び多軸マニュピレータは、複数の関節１つ１つに、差動機構として遊星歯車機構を用い、プーリーまたは、スプロケットを介してタイミングベルトまたは、チェーンで次の関節に動力を伝える機構である。以降、プーリー、タイミングベルトを用いるものとする。それぞれの部品は、太陽歯車、遊星歯車、リンク兼用の遊星キャリア、内歯車、プーリー、タイミングベルトで構成され、大きな特徴は、遊星キャリアをリンクとして用いており、内歯車を固定し、太陽歯車を回転させると、リンク兼用の遊星キャリアが回転することで、関節を曲げる動作を行い、一方、遊星キャリアを固定すると、内歯車、プーリー、タイミングベルトへと動力が伝わり、タイミングベルトの先のプーリー、さらに次の関節へと動力を伝える構造となっている。しかしながら、動力を伝達する際に歯同士が接触する部分の数が、一般的な遊星歯車を３つ用いた遊星歯車機構を用いると、太陽歯車と遊星歯車間で３箇所、遊星歯車と内歯車間で３箇所、プーリーとタイミングベルト間の接触長さの長い１箇所の７箇所となっており、それぞれが、摩擦による機械動力損失を発生させている。【００１０】  また、内歯車に、プーリーを取り付けている構造の目的は、単純に平歯車からプーリーへの歯溝形状の変換が目的であり、性能向上の役割を担っていないため部品点数を多くしている。【００１１】  前述の部品点数が多くなる問題の解決する実施形態として、歯車同士が動力伝達可能な、非特許文献１のピンギア用アタッチメントチェーンとピンギア用スプロケットを差動機構として用いることが有効であるが、金属で出来ているのため、タイミングベルトに比べ重量が大きくなってしまうことや、グリースによるメンテナンスが必要なこと、騒音が大きい等の問題があり、同様の動力伝達（２）の機能持つ、タイミングベルト、プーリーにも差動機構を構成させる仕組みを持たせる必要があった。【００１２】  本発明は従来技術の前述したような遊星歯車機構とプーリー、タイミングベルトを用いた差動機構及び、マニピュレータにおいての摩擦によるエネルギーロスの減少、軽量化、低コスト化、部品点数の削減をする発明であり、非特許文献３等で規定されている一般的な歯付きタイミングベルトと噛み合い、かつ、歯車とも噛み合う歯車を用いた差動機構で、その目的は、特許文献２の多軸マニピュレータ等の差動機構を用いた機械において、機械の性能を落とすことなく、遊星歯車機構、プーリーとタイミングベルトの構成となっていた機構の動力損失削減と、構成部品の削減による低コスト化、及び、省スペース化のできる差動機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明の最も簡単な構成は、図１に示すように、太陽歯車１００、本機構用に歯を特殊形状にした複数の遊星歯車１０１、遊星歯車１０１内を通る遊星歯車軸１１３がベアリングを介し取り付けられた遊星キャリア１１０、遊星歯車外周にタイミングベルト１０２、及び、タイミングベルト１０２に張力を発生させるためテンショナー１０３がタイミングベルト１０２に取り付けられ、タイミングベルト１０２は遊星歯車１０１以外にプーリー１０４に接続され、プーリー１０４はリンク１１１に取り付けられた構成となっている。ここでプーリー１０４は、１つである必要はなく、複数配置し使用することができる。遊星キャリア１１０は、リンク１１１に繋がっており、リンク１１１に固定もしくは一体となっている。ここで遊星歯車１０１は、非特許文献４に記載のプーリーのフランジをつけても良く、例えば、図７の遊星歯車７００ａのように遊星歯車両端にフランジ７０１を追加して使用することができる。また、テンショナー１０３は、タイミングベルト１０２に張力を持たせることが目的であり、例えば、リンク１１１を弾性率の高い素材し、太陽歯車１００とプーリー１０４間のリンク１１１を若干長くし、撓らせた状態で組み立てることで、リンク１１１の撓りの復元力をタイミングベルト１０２に張力に用いることで、テンショナー１０３を省略し使用することができる。【００１４】  本機構の動作は、例えば、太陽歯車１００を入力回転とし、遊星キャリア１１０およびリンク１１１の太陽歯車中心の回転１１２を拘束し、プーリー１０４を回転出力とすると、太陽歯車１００の回転が、遊星歯車１０１へと伝わり遊星キャリア１１０およびリンク１１１の回転が拘束されているため、遊星歯車１０１からの回転が、タイミングベルト１０２へと伝達され、プーリー１０４へと回転が伝わる動作となる。ここで入力と出力、回転拘束する部品を自由に交換しても良く、例えば、プーリー１０４を入力として、太陽歯車１００を回転拘束、遊星キャリア１１０を回転出力とすると、遊星キャリア１１０とつながれたリンク１１１は、太陽歯車１００を中心に回転することが出来る。【００１５】  遊星歯車１０１は太陽歯車１００とタイミングベルト１０２両方と噛み合うように配置する。図１では、遊星歯車数を２つで描画しているが、前述条件が満たされていれば、遊星歯車数は、いくつでもよく、また、後述する遊星歯車の配置を満たした条件であれば、３つ、４つと追加して使用することができる。【００１６】  遊星歯車軸１１３は、遊星キャリア１１０に取り付けられているため、遊星歯車１０１の位置もリンク１１１の回転に同期して太陽歯車１００軸中心に公転する。また、プーリー１０４もリンク１１１に取り付けられているため、同様に太陽歯車１００軸中心で同回転方向に公転し、遊星歯車１０１とプーリー１０４の位置関係は、太陽歯車１００を中心として、元の位置と点対象となる。よって、タイミングベルト１０２は遊星歯車１０１および、プーリー１０４から外れることなく、太陽歯車１００と接触しない位置を維持する。【００１７】  前述した構成を実現するための遊星歯車の歯溝形状は図２で示す様に、遊星歯車２００は、２種類の歯溝形状になる。また、��星歯車１０１は、バックラッシュを抑える配置か、本機構の伝達可能最大トルクで動力伝達可能な配置があり、この２種類の歯溝形状と、遊星歯車１０１の機構上の配置を、使用目的に応じ選定する。ここで、伝達可能最大トルクとは、歯車の歯の強度や、遊星歯車数によって決定される、差動機構上の伝達可能なトルクの最大値のことである。【００１８】  ２種類の歯溝形状について説明する。説明に先立ち、本機構で使用する遊星歯車の歯溝形状の部分ごとの名称について定義する。図２に示す様に、歯溝形状の歯の先端付近を、先端部分２０１とし、歯の根元付近を、根元部分２０２とし、先端部分２０１と歯の根元部分２０２に挟まれた部分を中間部分２０３とする。先端部分２０１、根元部分２０２、中間部分２０３の範囲は、本機構で用いる、タイミングベルトのベルト歯ピッチ、遊星歯車の歯数や、歯先直径２０６により決定される。【００１９】  歯溝形状の１種類目は、本機構で使用されるタイミングベルトと噛み合う、非特許文献４に記載されているＰ歯型や、Ｓ歯型のプーリーをプーリーＡとすると、このプーリーＡの歯溝曲線２０５をしている中間部分２０３と、プーリーＡの歯先直径と同じ歯先直径２０６の平歯車を平歯車Ａとすると、平歯車Ａの歯溝曲線２０４の歯形状をした歯の先端部２０１と歯の根元部２０２の歯溝形状からなり、それぞれのつなぎ目は、滑らかに接続されている。この歯溝形状の遊星歯車を遊星歯車Ａとする。【００２０】  残りの１種類の歯溝形状は、先端部分２０１、根元部分２０２、中間部分２０３が平歯車Ａと同じ歯溝形状である。この歯溝形状の遊星歯車を遊星歯車Ｂとする。【００２１】  太陽歯車１００の形状は、平歯車Ａと同じモジュールをした平歯車である。【００２２】  以下に遊星歯車Ａを用いた場合の２種類の配置について説明する。遊星歯車Ａを用いた差動機構を差動機構（Ａ）とする。【００２３】  １つ目は、すべての遊星歯車Ａを、図３に示す様に太陽歯車３０２と遊星歯車３０１との歯の接触点３００を同じ位置になるようにし、かつ、本機構で使用されるタイミングベルトとも噛み合う配置である。以下、この配置を配置Ａとする。【００２４】  配置Ａは、差動機構（Ａ）を構成するすべての遊星歯車Ａの太陽歯車３０２と噛み合う歯が、太陽歯車３０２の回転方向３０７の時や、遊星歯車３０１の回転方向３０８の時または、その逆回転方向において、常に太陽歯車３０２と接触するため、前述歯溝形状の先端部分２０１、根元部分２０２、中間部分２０３に対応する、先端部３０３、根元部３０４、中間部分３０５すべての位置で、力の伝達を行う。タイミングベルトと遊星歯車３０１とのかみ合いは、歯溝形状の中間部分３０５の歯溝形状がタイミングベルトの歯と接触し、力の伝達受け持つ。配置Ａは、差動機構（Ａ）を構成するすべての遊星歯車Ａが常に太陽歯車と互いに歯同士で力の伝達を行うため、差動機構（Ａ）において伝達可能最大トルクとなる。【００２５】  しかしながら、中間部分３０５で太陽歯車３０２と力の伝達をしているときは、中間部分３０５が平歯車形状よりも減肉している形状のため、太陽歯車３０２、遊星歯車３０１相互に等回転速度で動力が伝わらない。さらに、隙間３０６が平歯車と比べ大き���なるため、遊星歯車機構に比べてバックラッシュが大きくなってしまう。【００２６】  もう１つ目は、差動機構（Ａ）を構成する遊星歯車Ａの１つで、前述歯の接触点３００が、中間部分３０５にある時は、常に、他の差動機構（Ａ）を構成する遊星歯車Ａの前述歯の接触点３００が、先端部３０３もしくは、根元部３０４にあるようにし、かつ、本機構で使用されるタイミングベルトとも噛み合う配置である。この配置を配置Ｂと呼ぶ。【００２７】  配置Ｂでは、常に差動機構（Ａ）を構成する遊星歯車Ａのどれかが、平歯車形状の先端部３０３および、根元部３０４で太陽歯車３０２と接触しているため、平歯車同士の回転の伝達と同等のバックラッシュとなる。一方、回転時に中間部分３０５に歯の接触点３００がある遊星歯車Ａは、図４に示す様に、遊星歯車４００は太陽歯車４０１との間の隙間４０２が出来、空転し、力の伝達に寄与しないため、その分の力が、他の遊星歯車Ａの歯に加わる。そのため、配置Ａに比べて伝達可能最大トルクは小さくなる。【００２８】  しかしながら、配置Ｂの配置Ａに比べて伝達可能最大トルクが小さくなる問題は、差動機構（Ａ）を構成する遊星歯車Ａ数を増やすことで、緩和できる。【００２９】  次に遊星歯車Ｂを用いた場合の２種類の配置について説明する。これを用いた差動機構を差動機構（Ｂ）とする。【００３０】  差動機構（Ｂ）の配置を説明するため、タイミングベルトとのかみ合い部詳細図６について説明する。図６は、図５に示すタイミングベルト５０４と遊星歯車５００のかみ合い部分詳細５０２を図６のかみ合い部分詳細６０４，かみ合い部分詳細６０４の遊星歯車６０１は遊星歯車５００に対応し、遊星歯車５０１のかみ合い部分詳細５０３を図６のかみ合い部分詳細６０５、かみ合い部分詳細６０５の遊星歯車６０２は遊星歯車５０１に対応し、遊星歯車６０１とタイミングベルト６００は遊星歯車回転方向６０３の進行方向に接触点６０６を持ち、遊星歯車６０２とタイミングベルト６００は遊星歯車回転方向６０３の反対方向側に接触点６０７の状態を示している。【００３１】  １つ目は、差動機構（Ｂ）を構成するすべての遊星歯車Ｂのタイミングベルト６００との接触点を６０６か６０７のどちらか一方になるように遊星歯車Ｂを設置し、かつ、太陽歯車５０５とも噛み合う配置である。この配置を配置Ｃとする。【００３２】    配置Ｃでは、遊星歯車Ｂは平歯車の歯溝曲線のため、太陽歯車と歯溝曲線すべてでかみ合うことが出来る。タイミングベルト６００とのかみ合いは、同じ位置に接触点があるため、すべての遊星歯車が力の伝達を行う。そのため、差動機構（Ｂ）において伝達可能最大トルクは最大となる。しかしながら、例えば、タイミングベルト６００と遊星歯車６０１との隙間６０８があるように、遊星歯車Ｂとタイミングベルト間のバックラッシュはプーリーを用いた時に比べ大きくなってしまう。【００３３】  もう１つ目は、図６に示す様に、差動機構（Ｂ）を構成する少なくとも１つの遊星歯車Ｂが、遊星歯車回転方向６０３と同じ方向に接触点６０６を持ち、差動機構（Ｂ）を構成する残りの遊星歯車Ｂが、遊星歯車回転方向６０３の反対方向側に接触点６０７を持つように遊星歯車Ｂを設置し、かつ、太陽歯���５０５とも噛み合う配置である。以下、この配置を配置Ｄとする。【００３４】  配置Ｄでは、遊星歯車Ｂは平歯車の歯溝曲線のため、太陽歯車と歯溝曲線すべてでかみ合うことが出来る。タイミングベルト６００とのかみ合いは、例えば、太陽歯車５０５を入力とした場合、遊星歯車回転方向６０３に対しては、接触点６０６をもつ遊星歯車６０１が力の伝達を受け持ち、遊星歯車回転方向６０３の反対方向の回転に対しては、接触点６０７をもつ遊星歯車６０２が力の伝達を受け持つ。タイミングベルト５０４が入力の場合は、遊星歯車回転方向６０３に対しては、接触点６０７を持つ遊星歯車６０２が、力の伝達を受け持ち、回転方向６０３の反対方向の回転に対しては、接触点６０６をもつ遊星歯車６０１が力の伝達を受け持つ。そのため、バックラッシュはプーリーを用いた時と同等に小さくすることが出来る。しかしながら、力の伝達に寄与する遊星歯車Ｂの数は配置Ｃに比べ少なくなるため、伝達可能最大トルクも小さくなる。【００３５】  この差動機構（Ｂ）の配置Ｄの伝達可能最大トルクが小さくなる問題は、差動機構（Ｂ）を構成する遊星歯車Ｂの数を増やすことで緩和される。【００３６】  本発明は、タイミングベルト１０２と噛み合う遊星歯車以外は、必要としないため、遊星歯車１０１を、太陽歯車１００の全周に配置しなくても良く、本機構を用いた機械の必要とするトルクが伝達可能最大トルク以下であれば、遊星歯車数を減らすことが可能である。【００３７】  本機構は、構成するすべての遊星歯車１０１はタイミングベルト１０２と、太陽歯車１００と常に噛み合う配置であることが必須条件である。そのため、遊星歯車１０１が太陽歯車１００中心で公転する場合は、必ずプーリー１０４も太陽歯車１００中心で同回転方向に公転しなければならない。この拘束条件から、特許文献２の、遊星キャリア１１０と一体となったリンク１１１を用い、プーリー１０４がリンク１１１に取り付けられている構造のマニピュレータや、遊星キャリア１１０とリンク１１１が固定されている減速機等への適用が望ましい。
【発明の効果】
【００３８】  本発明によれば、例えば、遊星歯車機構と、内歯車に取り付けられたプーリー、そして、タイミングベルト、タイミングベルトの先にプーリーとテンショナーが構成された機構において、前述の遊星歯車と太陽歯車を用いることで、内歯車と内歯車に取り付けられたプーリーを削減でき、遊星歯車も数量を減らすことが可能である。また、本機構で使用するために必要な２種類の遊星歯車の歯溝形状と、その歯溝形状でのバックラッシュが小さくなる配置と、伝達可能最大トルクが本発明において最大となる配置を導いたことにより、特許文献２の、遊星キャリアをリンクとして用い、動力を遊星キャリアに取り付けられたプーリーに出力するようなマニピュレータや、同様な構成の装置に対して、本発明の差動機構を提供することが可能で、動力伝達で発生する摩擦によるエネルギー損失を小さく抑え、軽量化や、部品点数の削減が出来るため、低コスト化が期待できる。また、機器の仕様に応じ、バックラッシュを遊星歯車機構と同等にするか、伝達可能最大トルクをあまり下げない配置かを、選択できるため、最適な本機構を選ぶことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る差動機構の構成を概略的に示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態の遊星歯車の歯溝形状に示す図である。
【図３】遊星歯車Ａと太陽歯車との動力伝達時の歯のかみ合いについて示す概略図である。
【図４】配置Ｂでの遊星歯車Ａと太陽歯車との中間部分でのかみ合いを示す概略図である。
【図５】遊星歯車Ｂの機構の構成を示す概略図である。
【図６】タイミングベルトと遊星歯車Ｂのかみ合い部詳細。
【図７】本発明の代表的な実施構成を示す概略図である。
【図８】プーリーの歯溝曲線と平歯車の歯溝曲線を重ねた図。
【図９】リンク１１１を弾性体として、テンショナー１０３を省略した機構の構成の概略図。
【図１０】遊星歯車を１つにしたときの本発明の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】  以下、本発明の一実施形態に係るタイミングベルト差動機構の代表的な構成について説明する。
【００４１】  図７に示す様に、太陽歯車７０２と、太陽歯車７０２にかみ合う配置の遊星歯車７００ａ、７００ｂ、遊星歯車７００ａ、７００ｂの両端にはフランジ７０１が付き、太陽歯車７０２基準で遊星歯車７００ａ、７００ｂの反対側にプーリー７０４が配置され、遊星歯車７００ａ、７００ｂと、プーリー７０４はタイミングベルト７０３が掛けられている。太陽歯車７０２、遊星歯車７００ａ、７００ｂ、プーリー７０４には回転中心を通るシャフト７０５ａ、７０５ｂ、７０５ｃ、７０５ｄがそれぞれのベアリング７０６を介して、リンク７０８に固定されており、テンショナー７０７がリンク７０８に設置され、タイミングベルト７０３を押すことで、張力を持たせている。
【００４２】  遊星歯車７００ａ、７００ｂ及び太陽歯車７０２の設計方法を説明する。
【００４３】  前述したとおり、遊星歯車Ａは図２に示す様に、先端部２０１と根元部２０２、中間部分２０３でそれぞれ異なった曲線が用いられる。先端部分２０１と根元部分２０２では、平歯車Ａの歯溝曲線２０４の歯形状をしている。中間部分２０３は、使用するタイミングベルト７０３に合わせて、非特許文献４に記載のＰ歯型や、Ｓ歯型で規定されている寸法や、プーリーメーカー等で独自に設計された形状をしていて、それぞれの曲線のつなぎ目は円弧によって滑らかに接続されている。
【００４４】  歯形状は、歯数を先に決定し、その歯数に対応するプーリーを前述プーリーＡに対応するプーリーとすると、プーリーＡの歯溝曲線２０５の歯先直径に一致する歯先直径２０６の平歯車を前述した平歯車Ａに対応する平歯車とし、平歯車Ａの歯溝曲線２０４を、前述プーリーＡの歯溝曲線２０５の歯形状を平歯車歯と重なるように作成する。平歯車Ａの歯溝曲線２０４が、プーリーＡの歯溝曲線２０５からはみ出た範囲２０７は、前述した中間部分２０３であり、プーリーＡの歯溝曲線２０５をしている。残りの先端部２０１と根元部２０２は、平歯車Ａの歯溝曲線２０４をし、それぞれの曲線は、滑らかな曲線でつながれている。この先端部２０１、中間部２０３、根元部２０３からなる歯溝形状の遊星歯車は、前述した遊星歯車Ａである。
【００４５】  先行し発明者が検証した遊星歯車では、タイミングベルトピッチ５ｍｍ、Ｓ歯型のプーリー、歯数２０以上では、図８に示す様に、平歯車の溝曲線８０１よりも、プーリー溝曲線８０２の方が、大きくなり、平歯車の歯溝曲線８０１はプーリー溝曲線８０２からはみ出る部分が無いことが確認されている。この場合は、プーリーＡの歯溝曲線２０５からはみ出た範囲２０７が存在しないため、遊星歯車の歯溝形状は平歯車の歯溝曲線のままとする。この形状は前述した遊星歯車Ｂである。
【００４６】  前述遊星歯車の歯溝曲線は、平歯車の歯溝曲線とプーリーの歯溝曲線の組み合わせであり、平歯車は、インボリュート曲線、プーリーは、非特許文献４で規定されるＰ歯型およびＳ歯型、そのほか、プーリーメーカー等で改良された歯溝形状により選定される。
【００４７】  それ以外の歯溝形状として、平歯車の溝曲線８０１がプーリーの溝曲線８０２よりも大きくなる場合であるが、この場合は、本発明の差動機構に適用できない。
【００４８】  太陽歯車７０２は、前述した、遊星歯車Ａおよび遊星歯車Ｂと同じモジュールの平歯車である。
【００４９】  次に遊星歯車の配置の決定方法について説明する。
【００５０】  遊星歯車Ａを用いた場合、タイミングベルト７０３とのかみ合いは遊星歯車Ａの中間部分２０３が噛み合うので、太陽歯車７０２の歯との接触点をどこにするかに注力すればよい。遊星歯車Ｂを用いた場合は、遊星歯車Ｂの歯溝曲線は平歯車の歯溝曲線のため、太陽歯車７０２と噛み合うので、遊星歯車Ｂとタイミングベルト７０３の歯との接触点がどこにするかに注力すればよい。また、遊星歯車７００ａ、７００ｂは太陽歯車７０２とプーリー７０４とを結ぶ線に対し、対称配置する必要はなく、太陽歯車７０２と遊星歯車７００ａ、７００ｂのギア比を変更可能であれば、タイミングベルト７０３と噛み合い、かつ、太陽歯車７０２とも噛み合う遊星歯車７００ａ、７００ｂの設置検討位置は多数になり、前述した配置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに合う場所が見つけられる。
【００５１】  テンショナー７０７を省略した場合の本機構を図９に示す、リンク９０３は、弾性体の素材で構成され、リンク７０８よりもプーリー７０４に対応するプーリー９０２から太陽歯車７０２に対応する太陽歯車９０１の区間９０５が若干長い形状となっている。
【００５２】  前述した配置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの状態で、リンク９０６のように、タイミングベルト９０４に張力が発生するように、リンク９０３を撓らせてタイミングベルト９０４を取り付けることで、リンク９０６の復元力９０７はテンショナー７０７の張力の代わりになり、省略し使用することができる。
【００５３】  また、図１０のように、太陽歯車１０００、１つの遊星歯車１００１、プーリー１００２、タイミングベルト１００３、リンク１００４で構成された形態で使用することも可能である。
【００５４】  以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】  本発明の動力伝達機構及びリンク駆動装置は、工場等において所定の作業を行なうロボットに利用することができる。また、タイミングベルトを使用した、搬送装置等にも応用が可能である。
【符号の説明】
【００５６】１００  太陽歯車
１０１  遊星歯車
１０２  タイミングベルト
１０３  テンショナー
１０４  プーリー
１１０  遊星キャリア
１１１  リンク
１１２  太陽歯車中心の回転
１１３  遊星歯車軸
２００  遊星歯車
２０１  先端部
２０２  根元部
２０３  中間部分
２０４  平歯車Ａの歯溝曲線
２０５  プーリーＡの歯溝曲線
２０６  歯先直径
２０７  プーリーＡの歯溝曲線２０５からはみ出た範囲
３００  歯の接触点
３０１  遊星歯車
３０２  太陽歯車
３０３  先端部
３０４  根元部
３０５  中間部分
３０６  隙間
３０７  太陽歯車３０２の回転方向
３０８  遊星歯車３０１の回転方向
４００  遊星歯車
４０１  太陽歯車
４０２  隙間
５００  遊星歯車
５０１  遊星歯車
５０２  遊星歯車５００のかみ合い部分詳細
５０３  遊星歯車５０１のかみ合い部分詳細
５０４  タイミングベルト
５０５  太陽歯車
６００  タイミングベルト
６０１  遊星歯車
６０２  遊星歯車
６０３  遊星歯車回転方向
６０４  かみ合い部分詳細
６０５  かみ合い部分詳細
６０６  接触点
６０７  接触点
７００ａ、７００ｂ、７００ｃ  遊星歯車
７０１  フランジ
７０２  太陽歯車
７０３  タイミングベルト
７０４  プーリー
７０５ａ、７０５ｂ、７０５ｃ、７０５ｄ  回転中心を通るシャフト
７０６  ベアリング
７０７  テンショナー
７０８  リンク
８０１  平歯車の溝曲線
８０２  プーリー溝曲線
９０１  太陽歯車
９０２  プーリー
９０３  リンク
９０４  タイミングベルト
９０５  太陽歯車９０１の区間
９０６  リンク
９０７  リンク９０６の復元力
１０００  太陽歯車
１００１  遊星歯車
１００２  プーリー
１００３  タイミングベルト
１００４  リンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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