JP2000065175A - 減速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーボモータの回転を減速してロボットのア
ームの旋回軸に伝達する減速装置を、歯車列やハーモニ
ックドライブを用いることなく、簡易な構造のものとす
る。 【解決手段】 サーボモータ４によりねじ棒１４を回転
させると、ナット１８が直線的に移動して金属平ベルト
１１を移動させる。金属平ベルト１１は、１組の平プー
リ９，１０に掛け渡され、且つ途中部が旋回軸６の平プ
ーリ９に固定されているので、伸張したり、スリップし
たりすることなく、平プーリ９ひいては旋回軸６を回転
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータの回転を歯車
列等を用いることなく減速して出力する減速装置に関す
る。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えば、ロボットで
は、サーボモータの回転を減速装置により減速してアー
ム等を動かしている。高い位置決め精度を要求される産
業用のロボットでは、その精度を出すために、減速装置
として、通常、ハーモニックドライブ（商品名）やバッ
クラッシレスの歯車列減速機が使用されている。しかし
ながら、これらは高精度加工を必要とする部品の組み合
わせからなるため、減速装置が大変高価なものになり、
ロボットのコストウエイトの多くを占める結果となって
いる。このため、近年、高精度ロボットにおいても、低
価格化の要求が強いが、上記従来タイプの減速装置で
は、その要求に応えることは困難であった。

【０００３】一方、従来より、ハーモニックドライブや
歯車列減速機を使用することなく精度の良い減速装置を
構成することが試みられている。例えば、特開平６−１
５５８７号公報に開示された減速装置は、一対の有歯プ
ーリに掛け渡された有歯ベルトにナットを固定し、この
ナットにサーボモータによって駆動されるボールねじを
螺合した構造のもので、サーボモータが起動すると、そ
の回転がナットの低速の直線運動に変換され、そのナッ
トひいては有歯ベルトの直線運動が有歯プーリの低速回
転運動に変換される、というものである。

【０００４】この減速装置は、ボールねじとナットの組
み合せ、および有歯ベルト機構から構成されるため、低
コストにて製作できる。しかし、有歯ベルトはプラスチ
ック製であるため、剛性が低く、高荷重が作用する場合
には、有歯ベルトが伸張する等して精度が悪くなるとい
う問題を生ずる。

【０００５】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、低コストで、しかも構成部品の剛性が
高く、高い位置精度を得ることができる減速装置を提供
することにある。

【０００６】

【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、請求項１記載の減速装置は、モータと、このモー
タによって正逆回転されるねじ棒と、このねじ棒に螺合
され、当該ねじ棒の正逆回転に伴って直線的に往復移動
するナットと、２個のプーリと、これら２個のプーリ間
に設けられ、それら２個のプーリ間に存在する部分にお
いて前記ナットから駆動力を受けて移動するベルトとを
具備し、前記プーリを平プーリから構成すると共に、前
記ベルトを金属平ベルトから構成し、前記モータの正逆
回転を前記２個の平プーリのうちの少なくとも一方の平
プーリから減速された正逆回転として取り出すために、
前記金属平ベルトを前記一方の平プーリに固定したこと
を特徴とするものである。

【０００７】この構成によれば、平ベルトが金属製であ
るから、剛性が高く、高荷重が作用しても、伸張するこ
とがなく、仮に伸張してもごく僅かであり、しかも、そ
の金属平ベルトは、出力として取り出す平プーリに対し
て固定されているので、スリップのおそれがない。この
ため、回転伝達精度に優れ、高い位置精度を得ることが
できる。

【０００８】請求項２記載の減速装置は、前記金属平ベ
ルトは有端で、その両端部は、前記一方のプーリに対し
て双方で合計１８０°以上の巻き付け角となるように巻
回されて当該一方のプーリに固定されていることを特徴
とするものである。２個の平プーリに掛け渡した金属平
プーリを一方の平プーリに固定した場合、通常ならば、
平プーリを１８０°以上回転させることはできない。し
かるに、上記請求項２の構成によれば、平プーリを１８
０°以上回転させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例を多関
節形の産業用ロボットに適用して図１〜図５に基づいて
説明する。例えば、６自由度の垂直多関節形の産業用ロ
ボットは、図示はしないが、ベース、ショルダ部、下ア
ーム、上アーム、手首、ハンドが取り付けられるフラン
ジを備えている。そして、ショルダ部はベースに対し水
平方向に旋回し、下アームはショルダ部に対し上下方向
に旋回し、上アームは下アームに対し上下方向に旋回お
よび捻り回転し、手首は上アームに対し上下方向に旋回
し、フランジは手首に対し捻り回転するようになってお
り、それらショルダ部、下アーム、上アーム、手首およ
びフランジは、それぞれの駆動装置によって動かされる
ようになっている。

【００１０】この実施例は、旋回角度が１８０°以下の
下アーム、上アーム、手首の駆動装置のうち、例えば、
上アーム１を上下方向に旋回させるための駆動装置２に
適用したものである。上アーム１の駆動装置２は、下ア
ーム３に取り付けられている。この駆動装置２は、サー
ボモータ４を駆動源とし、そのサーボモータ４の回転を
本発明にかかる減速装置５により減速して上アーム１の
旋回軸６に伝達するものである。上記減速装置５の基台
７には、前記旋回軸６および該旋回軸６と対をなすプー
リ軸８が回転可能に設けられ、それら旋回軸６およびプ
ーリ軸８に平プーリ９および１０が取り付けられてい
る。

【００１１】そして、それら両平プーリ９および１０間
に無端に構成された金属平ベルト１１が掛け渡されてお
り、その金属平ベルト１１の途中の一部分は、一方の平
プーリ、すなわち出力回転として取り出す側である旋回
軸６の平プーリ９に、ボルト１２によって締め付けられ
る押え金具１２により固定されている。なお、金属平ベ
ルト１０はステンレススティール製で、例えば、幅３０
ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのものが用いられている。

【００１２】また、基台７には、ねじ棒１４が金属平ベ
ルト１１と平行に支持されている。そして、基台７に取
り付けられた前記サーボモータ４の回転軸およびねじ棒
１４には、有歯プーリ１５および１６が取着されてお
り、それら有歯プーリ１５および１６間に有歯ベルト１
７が掛け渡されている。なお、ねじ棒１４の有歯プーリ
１６の直径はサーボモータ４の有歯プーリ１５の直径の
２倍に設定されており、従って、サーボモータ４の回転
は、有歯ベルト伝動機構により２分の１に減速されてね
じ棒１４に伝達される。

【００１３】ねじ棒１４には、ナット１８が螺合されて
いる。このナット１８は、基台７にねじ棒１４と平行に
設けられた案内部材としてのガイドバー１９にスライド
可能に係合して回転が拘束された状態となっており、ね
じ棒１４が正逆回転すると、ナット１８は、ガイドバー
１９に沿って直線的に往復移動する。そして、前記金属
平ベルト１１は、ナット１８に対し、ボルト２０によっ
て締め付けられる押え金具２１により固定されている。
これにより、金属平ベルト１１は、両平プーリ９，１０
間に位置する部分においてナット１８から駆動力を受
け、該ナット１８の直線的な往復移動に伴って矢印Ａ方
向および反矢印Ａ方向に往復移動する。

【００１４】ここで、ねじ棒１４は、がたつき規制手段
によって軸方向にがたつくことがないように支持されて
いる。この実施例では、ねじ棒１４は、その両端部が一
対のサポート２２および２３にボールベアリング２４を
介して支持されているが、それらボールベアリング２４
に予圧を与えることによってねじ棒１４のがたつきを防
止する構成が採用されている。

【００１５】また、ねじ棒１４とナット１８とは、バッ
クラッシ規制手段によってバックラッシがないように螺
合されている。このバックラッシ規制手段の一例を図４
および図５により説明するに、ナット１８は、２個のナ
ット部材１８ａ，１８ｂによって構成されている。そし
て、２個のナット部材１８ａ，１８ｂをねじ棒１４に螺
合し、両ナット部材１８ａ，１８ｂが互いに接するよう
に適当な力で締め付けた状態にする。この状態で、一方
のナット部材１８ａに形成された円弧孔２５にボルト２
６を通し、該ボルト２６を他方のナット部材１８ｂに形
成されたねじ孔２７に締め付けて両ナット部材１８ａ，
１８ｂを一体化する。

【００１６】これにて、図５に示すように、一方のナッ
ト１８ａのねじ山がねじ棒１４のねじ山の一方の面に当
たり、他方のナット１８ｂのねじ山がねじ棒１４のねじ
山の他方の面に当たるようにして、バックラッシをなく
すように構成したものである。以上のようながたつき規
制手段およびバックラッシ規制手段によって、サーボモ
ータ４が正逆いずれの方向に回転しても、サーボモータ
４の回転に同期してナット１７が往復移動するようにな
る。なお、図５において、ナット部材１８ｂに形成した
溝１７ｃは、ガイドバー１９に係合する溝である。

【００１７】次に上記のように構成した駆動装置の作用
を説明する。サーボモータ４が正方向（図３で時計方
向）に回転すると、その回転は、有歯プーリ１５，１６
および有歯ベルト１７からなるスリップレスのベルト伝
動機構によってねじ棒１４に伝達され該ねじ棒１４が同
方向に回転する。すると、回転を拘束された状態にある
ナット１８がねじ棒１４の正方向回転により、ガイドバ
ー１９に沿って図１に矢印Ａで示す往方向に移動し、こ
のナット１８の移動に伴い金属平ベルト１１が同方向に
移動し、平プーリ９，１０を矢印Ｂ方向に回転させる。
このようにして平プーリ９，１０が回転すると、平プー
リ９と一体の旋回軸６が矢印Ｂ方向に回転し、上アーム
１が上方に旋回する。

【００１８】また、サーボモータ４が逆方向（図３で反
時計方向）に回転すると、上記と同様にしてねじ棒１４
が同方向に回転し、ナット１８がガイドバー１９に沿っ
て矢印Ａとは反対の復方向に移動する。そして、このナ
ット１８の移動に伴い金属平ベルト１１が同方向に移動
し、平プーリ９，１０を反矢印Ｂ方向に回転させる。す
ると、平プーリ９と一体の旋回軸６が反矢印Ｂ方向に回
転して上アーム１を下方に旋回させる。

【００１９】このように、サーボモータ４の回転は、ね
じ棒１４とナット１８の組み合わせによりナット１８の
直線運動に変換され、そしてナット１８の直線運動が平
プーリ９，１０と金属平ベルト１１との組み合わせによ
り旋回軸６の回転運動に変換される。このようにして、
サーボモータ４の回転がねじ棒１４とナット１８、平プ
ーリ９，１０と金属平ベルト１１によって旋回軸６に伝
達される間に、サーボモータ４の回転が大きく減速され
るのである。

【００２０】ここで、減速装置５の減速比（旋回軸６の
回転数／サーボモータ４の回転数）は、（１／２）×
［π（Ｄ＋ｔ）／Ｌ］となる。なお、（１／２）は有歯
プーリ１５，１６および有歯ベルト１７からなるベルト
伝動機構の減速比、Ｄは旋回軸６の平プーリ９の直径、
ｔは金属平ベルト１１の板厚、Ｌはねじ棒１４のねじリ
ードである。具体的数値を挙げると、Ｄを８０ｍｍ、ｔ
を０．５ｍｍとしたとき、Ｌが２．５ｍｍでは減速比２
０２、５ｍｍでは１０１、１０ｍｍでは５０．６であ
り、ハーモニックドライブ、歯車列を使用した場合と同
様に、大きな減速比を得ることができる。

【００２１】このように本実施例は、ねじ棒１４とナッ
ト１８の組み合わせ、および平プーリ９，１０と金属平
ベルト１１との組み合わせからなる減速装置５により、
大きな減速比を得ることができるので、ハーモニックド
ライブや歯車列減速機を使用せずとも済み、低コストに
て製作できる。

【００２２】しかも、プラスチック製のタイミングベル
トではなく、金属製の平ベルト１１を用い、そして、金
属平ベルト１１の途中部を、出力回転として取り出す平
プーリ９に固定するようにしたので、大きな引張り力が
作用しても、金属平ベルト１１が伸張したり、スリップ
したりするおそれがない。このため、回転伝達精度に優
れ、位置精度の高い減速装置５を構成することができ
る。ちなみに、有歯ベルト１７はプラスチック製である
が、この有歯ベルト１７は、減速比２分の１の箇所に使
用されているので、伸張する程の大きな力が作用するこ
とはない。

【００２３】図６〜図１０は本発明の第２の実施例を示
すもので、上記第１実施例と同一部分には同一符号を付
して詳細な説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
この実施例の特徴は金属平ベルトに張力を与えるための
テンション機構を設けたところにある。すなわち、１本
の有端の金属平ベルト２８の両端部が、それぞれボルト
２９によって締め付けられる押え金具３０により平プー
リ９，１０に固定されている。

【００２４】また、平プーリ９，１０には、金属平ベル
ト２８とは別の有端の金属平ベルト３１，３２の一端部
が金属平ベルト２８の固定位置とは軸方向にずらして同
じくボルト２９と押え金具３０とによって固定されてい
る。そして、金属平ベルト３１，３２の他端部はテンシ
ョン機構３３を介して連結されている。この金属平ベル
ト３１，３２、および金属平ベルト２８は、平プーリ９
への固定部と平プーリ１０への固定部との間の長さが旋
回軸６の平プーリ９に１８０°以上の角度で巻き付け得
るような寸法に設定されている。

【００２５】また、金属平ベルト２８と金属平ベルト３
１，３２とは、平プーリ９，１０に対して巻き方向が逆
となるように巻き付けられて、互いに反対側に位置され
ている。これにより、サーボモータ４に直結されたねじ
棒１４の回転によりナット１８が矢印Ａ方向に移動する
場合には、金属平ベルト２８が平プーリ９を矢印Ｂ方向
に回転させ、そして、この平プーリ９の矢印Ｂ方向への
回転により金属平ベルト３１，３２が矢印Ｃ方向に引張
られて平プーリ１０を矢印Ｂ方向に回転させる。逆に、
ナット１８が反矢印Ａ方向に移動する場合には、金属平
ベルト２８が平プーリ１０を反矢印Ｂ方向に回転させ、
そして、この平プーリ１０の矢印Ｂ方向への回転により
金属平ベルト３１，３２が反矢印Ｃ方向に引張られて平
プーリ９を反矢印Ｂ方向に回転させるようになる。

【００２６】このとき、金属平ベルト２８と金属平ベル
ト３１は、平プーリ９への巻き付け角が合計で１８０°
以上になっているので、平プーリ９（旋回軸６）を１８
０°以上回転させることができる。

【００２７】上記テンション機構３３は、金属平ベルト
３１，３２の他端部に溶接等によって固着されたブロッ
ク３４，３５を備えている。このうち、一方のブロック
３４には、角溝３６と２個の丸孔３７が形成されて、他
方のブロック３５には、角溝３６に挿入されるガイド用
角棒３８が突設されていると共に、ボルト３９を螺合す
るねじ孔４０が形成されている。

【００２８】金属平ベルト２８，３１，３２にテンショ
ンをかけた状態にして平プーリ９，１０間に設けるに
は、まず、金属平ベルト２８の両端部を平プーリ９，１
０に固定すると共に、金属平ベルト３１，３２の一端部
を平プーリ９，１０に固定する。その後、ブロック３５
の角棒３８をブロック３４に角溝３６に挿入し、ボルト
３９をブロック３４の丸孔３７に挿通する。そして、角
溝３６から突き出たボルト３９の先端側にナット４１を
螺合する。

【００２９】次いで、ボルト３９を、ねじ孔４０にねじ
込んでブロック３５をブロック３４側に引き寄せるよう
にする。すると、金属平ベルト３１，３２が互いに引張
られ、これにより平プーリ９，１０が互いに逆方向の回
転力を受けて金属平ベルト２８を引張るようになる。そ
して、ボルト３９のねじ込み量によって金属平ベルト２
８，３１，３２のテンションを調節し、最後に、図１０
に示すように、ナット４１をブロック３５に締め付けて
ボルト３９が緩まないようにロックする。以上により、
金属平ベルト２８，３１，３２に程良いテンションが付
与された状態に保たれる。

【００３０】図１１〜図１３は本発明の第３実施例を示
すもので、これは、１本の金属平ベルト４２で旋回軸６
を１８０°以上、この実施例では３６０°以上回転させ
ることができるようにしたものである。すなわち、金属
平ベルト４２は、幅広部４２ａの両端部から幅狭部４２
ｂ，４２ｃを延長した形態に形成されている。この場
合、幅狭部４２ｂ，４２ｃは、幅広部４２ａの幅方向に
関し互いに反対側から延長された状態となっている。そ
して、金属平ベルト４２の全長は、平プーリ９，１０間
に掛け渡した上で、更に平プーリ９に１周以上巻き付け
得るような寸法に設定されていると共に、幅狭部４２
ｂ，４２ｃの長さは旋回軸６の平プーリ９の半周長以上
に設定されている。

【００３１】上記金属平ベルト４２の幅広部４２ａは、
平プーリ１０に掛けられている。両側の幅狭部４２ｂ，
４２ｃは、平プーリ９に互いに逆巻きとなるようにして
巻回されており、その先端部は前記実施例と同様の構造
で平プーリ９に固定されている。この場合、両幅狭部４
２ｂ，４２ｃは、平プーリ９に軸方向に位置をずらした
状態で巻回され、互いに干渉することのないようにな
る。そして、両幅狭部４２ｂ，４２ｃの平プーリ９に対
する巻き付け角は合計で３６０°以上となっている。こ
のように、平プーリ９（旋回軸６）を３６０°以上回転
することができるようにすれば、１回転を必要とするシ
ョルダ部やハンド取付け用のフランジの駆動装置の減速
装置として利用できる。

【００３２】なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施
例に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは
変更が可能である。プーリ９，１０の外径は、同一であ
っても、異なっていても良い。上アーム１の駆動装置２
に用いられる減速装置５に限らず、他の関節の駆動装置
に用いられる減速装置に適用しても良く、更には、減速
装置一般に広く適用することができる。ねじ棒１４とナ
ット１８とは、精密加工によってバックラッシをなくす
構造であっても良い。

【００３３】ねじ棒１４とナット１８に代えて、バック
ラッシのないボールねじとボールナットを使用しても良
い。金属平ベルト１１を両平プーリ９，１０に固定し
て、平プーリ９（旋回軸６）と平プーリ１０（プーリ軸
８）の双方から回転を取り出すようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す正面図

【図２】平面図

【図３】側面図

【図４】ナットの斜視図

【図５】ねじ棒とナットのバックラッシを規制した状態
を示す部分断面図

【図６】本発明の第２実施例を示す正面図

【図７】一方の金属平ベルトと平プーリとの連結構成を
示す平面図

【図８】他方の金属平ベルトと平プーリとの連結構成を
示す平面図

【図９】テンション機構の分解斜視図

【図１０】テンション機構の断面図

【図１１】本発明の第３実施例を示す平面図

【図１２】ねじ棒を除去して示す斜視図

【図１３】金属平ベルトの展開図

【符号の説明】

図中、１は上アーム、３は下アーム、４はサーボモー
タ、５は減速装置、６は旋回軸、８はプーリ軸、９，１
０は平プーリ、１１は金属平ベルト、１８はナット、２
８，３１，３２は金属平ベルト、３３はテンション機
構、４２は金属平ベルトである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータと、 このモータによって正逆回転されるねじ棒と、 このねじ棒に螺合され、当該ねじ棒の正逆回転に伴って
   直線的に往復移動するナットと、 ２個のプーリと、 これら２個のプーリ間に設けられ、それら２個のプーリ
   間に存在する部分において前記ナットから駆動力を受け
   て移動するベルトとを具備し、 前記プーリを平プーリから構成すると共に、前記ベルト
   を金属平ベルトから構成し、 前記モータの正逆回転を前記２個の平プーリのうちの少
   なくとも一方の平プーリから減速された正逆回転として
   取り出すために、前記金属平ベルトを前記一方の平プー
   リに固定したことを特徴とする減速装置。
2. 【請求項２】 前記金属平ベルトは有端で、その両端部
   は、前記一方のプーリに対して双方で合計１８０°以上
   の巻き付け角となるように巻回されて当該一方のプーリ
   に固定されていることを特徴とする請求項１記載の減速
   装置。