JP5403704B2 - ローバックラッシュギア機構及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ギアの停止時に、ギアとギアの歯面間のバックラッシュを自動的に減少させるローバックラッシュギア機構及び装置に関する。

一対の歯車が円滑に作動するには歯面間のバックラッシュが必要であるが、高い精度が要求される装置においては、バックラッシュが少ない装置が要求される。例えば、繰返しの位置決め精度が要求される搬送装置に使用される減速装置においてはその傾向が顕著であり、バックラッシュが大きいと出力軸が停止したとき、搬送物の慣性力の反力等の原因により、出力軸がそれまで回転していた方向と逆のトルクが生じた場合に、停止位置がわずかにぶれるため、ワークを定位置に正確かつ確実に停止させることができなくなるという問題が生じる。このため、停止時にバックラッシュを自動的になくすことが要求されている。また、モータの正転及び逆転駆動が繰返される場合、モータの正転、逆転に対応できるローバックラッシュギア機構、装置が要求される。
これまでにローバックラッシュギア機構、装置は多く開発されており、その例として、以下に挙げるようなものがある。

特開２００１−７４１２６号公報 特開２００７−１９８６００号公報 特開平８−７４９７２号公報

特許文献１には、同軸上に２個のギアを具え、一方のギアに他方のギアに対して回転方向に付勢するねじりコイルばねが調整部材及び止めねじによって取付けられているローバックラッシュギア機構が開示されている。この構成によれば、調整部材を回しねじりコイルばねにねじりモーメントを加えた状態で止めねじで固定すれば、ねじりコイルばねの反力の強弱を簡易に調整することができるとされている。
特許文献２には、同軸上に２個のギアを具え、一方のギアに長孔が設けられ、その孔に納まるように鋼球、弾性体及び調節手段を具える押圧機構が設けられ、他方のギアに設けられるガイド部が押圧機構に挿入され、そのガイド部に設けられる溝が押圧機構の鋼球と接しており、ギアの回転時ガイド部から鋼球を介して弾性体に回転方向のモーメントが加わり弾性体が圧縮され、ギアの停止時に弾性体の反力がガイド部に加わりガイド部が設けられているギアを回転させることによりバックラッシュを減少させるローバックラッシュギア機構が開示されている。なお、押圧機構に設けられる調節手段により、弾性体に加えられる圧力を予め調節することができるとされている。
特許文献３には、駆動ギアと、別々の軸に設けられる駆動ギアに噛合う２個の中立ギア、それぞれの中立ギアと同軸上に設けられる被動ギア、及び被動ギアと噛合う出力ギアが組合わされ、これらの歯車を連結する中立ギア及び被動ギアが設けられる軸の片方にトルクレンチ等で所望のねじりトルクを与え、その状態でクサビ状挟持部材により固着し、出力ギアに係合する歯車に位相差を発生させるローバックラッシュギア装置が開示されている。この装置によると、一方の軸に与えられるねじりトルクによって２個の被動ギアに位相差が発生し、お互いに離反する方向に押付け力が働くことになり、バックラッシュを低減させることができるとされている。

特許文献１のようなローバックラッシュギア機構の場合、ねじりコイルばねの特性上、コイルを巻込む方向にギアが回転することが望ましいため、正転と逆転を繰返す場合には向いていない。また、ねじりコイルばねのねじりモーメントを調整部材によって調節した後、止めねじによって固定するという構成であるため組立てが困難である。
特許文献２のようなローバックラッシュギア機構では、調節手段によって弾性体に加えられる圧力を調節する場合、調節する度に押圧機構をギアから取外し、調節した後に再度組立てなければならないため不便である。また、ギアのサイズが小さくなればなるほど、そのギアよりも格段に小さい押圧機構を扱うことになるため、取扱いがますます難しくなる。
特許文献３のようなローバックラッシュギア装置では、片方の軸にトルクレンチ等でねじりトルクを与えた状態でクサビ状挟持部材により固着しなければならないため組立てが困難である。また、この構成によるとねじりトルクの調節が難しいという問題がある。

そこで、本発明は、前述した従来技術の問題点に鑑み、モータの正逆転が繰返される場合にも対応でき、組立てが簡単で、ねじりトルクの調節が簡便にできるローバックラッシュギア機構及び装置を提供することをその目的とする。

本発明は、軸と連結されるメインギア及び同軸上に回転可能に設けられ、少なくとも１つの半球型の穴が設けられているサブギア、前記半球型の穴に嵌合するボール、前記ボールが嵌合可能な大きさの周方向断面Ｖ字型の溝が設けられ、前記軸と連結され、軸方向に移動可能なドリブンプレート、前記軸にねじ込まれるナット、及び前記ナットと前記ドリブンプレートの間に設けられる弾性体を具え、
前記軸の一端から順に、前記ナット、弾性体、ドリブンプレート、ボール、サブギア、メインギアが配置され、
前記ドリブンプレートが、前記サブギアの前記ボールが嵌合している前記半球型の穴の最深部と前記溝の最深部とが回転方向にずれ、前記ボールが前記溝の一方の斜面に接している状態で、前記弾性体により押圧され、
前記ボールが前記半球型の穴の最深部と前記溝の最深部との位置のずれをなくす方向に移動し、前記メインギア及びサブギアにねじりトルクを発生させバックラッシュが少ない状態にすることを特徴とするローバックラッシュギア機構によって前記課題を解決した。

また、請求項２のように、サブギアにねじで装着される、少なくとも１つのボールが嵌合する半球型の穴及び前記ねじを挿入するための正面から見て楕円型の長孔を有するドリブンフランジを具えることが好適である。

また、請求項３のように、入力軸又は出力軸に設けられる入力ギア又は出力ギア及び入力ギア又は出力ギアに噛合し出力軸又は入力軸に設けられる２枚のギアを有する出力ギア又は入力ギアを具え、前記出力ギア又は入力ギアの片方のギアをメインギアとし、他方のギアをサブギアとして、出力ギア又は入力ギアに請求項１又は２のローバックラッシュギア機構が組込まれているローバックラッシュギア装置とすることが好ましい。

また、請求項４のように、入力軸に設けられる入力ギア、出力軸に設けられる出力ギア、前記入力ギアと出力ギアの間に設けられ、前記入力ギアと噛合する中間出力ギア及び前記出力ギアと噛合する中間入力ギアを有する、第１中間ギア及び第２中間ギアを具え、第１中間ギア又は第２中間ギアの中間入力ギアをメインギア又はサブギアとし、中間出力ギアをサブギア又はメインギアとして、第１中間ギア又は第２中間ギアに請求項１又は２のローバックラッシュギア機構が組込まれていることを特徴とするローバックラッシュギア装置とすることが好適である。

本発明によれば、ドリブンプレートが、サブギアのボールが嵌合している半球型の穴の最深部と周方向の断面Ｖ字型の溝の最深部とが回転方向にずれ、ボールがその溝の一方の斜面に接している状態で、弾性体により押圧されているという構成であるため、弾性体の反力によってドリブンプレートが押されることにより、ボールが溝に嵌ろうとする方向に移動し、半球型の穴の最深部と溝の最深部との位置のずれをなくそうとする。このため、ドリブンプレートとサブギアには相対回転方向のトルク、すなわち、ねじりトルクが発生することになる。このドリブンプレートは軸と連結されているため、ドリブンプレートに加わるねじりトルクは軸を通じて軸と連結されているメインギアに通じることになり、結果として、メインギアとサブギアにねじりトルクが与えられ、メインギアとサブギアは相対方向に回転しようとする。かくして、メインギア及びサブギアを他のギアと噛合させた場合、他のギアの両側の歯面にメインギア又はサブギアのいずれかが接することになるため、バックラッシュを少なくすることができる。

また、出力軸の一端から順に、ナット、弾性体、ドリブンプレート、ボール、サブギア、メインギアが配置され、ドリブンプレートが、サブギアのボールが嵌合している半球型の穴の最深部と断面Ｖ字型の溝の最深部とを回転方向にずらし、ボールが溝の一方の斜面に接している状態で、弾性体により押圧されるように取付けられているという単純な構造であるため、簡便に組立てることができる。

また、出力軸にねじ込まれるナットのねじ込み角度によって弾性体の反力、すなわち、ドリブンプレートを押圧する力を調節できるため、ねじりトルクの大きさの調節を容易に行うことができる。

また、請求項２のように、サブギアにねじで装着される、ボールが嵌合する半球型の穴及びねじを挿入するための正面から見て楕円型の長孔を有するドリブンフランジを具える構成にすれば、長孔の範囲内でねじの装着位置を変更し、ドリブンフランジのサブギアへの取付角度を調整することができるので、結果として、半球型の穴の周方向の位置を調整することができ、半球型の穴の最深部と断面Ｖ字型の溝の最深部とのずれ具合を簡便に調整することができる。

そして、請求項３のように、入力軸に設けられる入力ギア及び入力ギアに噛合する出力軸に設けられる２枚のギアを有する出力ギアを具えるローバックラッシュギア装置において、出力ギアの片方のギアをメインギアとし、他方のギアをサブギアとして、出力ギアに請求項１又は２のローバックラッシュギア機構を組込むことが好適であり、この場合、入力ギアが回転したときのトルクは、右回転時又は左回転時のいずれの場合でも、メインギア又はサブギアに与えられているねじりトルクと逆方向に作用する。具体的には、入力ギアからメインギアにトルクが与えられる場合は、メインギアは出力軸と連結しているため、入力ギアからのトルクが出力軸に即伝達されることになる。このとき、入力ギア及び出力ギアは組付時の状態のまま、すなわち、バックラッシュの少ない状態のまま回転し、その回転が停止したときも、バックラッシュが少ない状態のままである。一方、入力ギアからサブギアにトルクが与えられる場合は、サブギアは出力軸上に回転可能に設けられているため、入力ギアからのトルクは出力軸に即伝達されることはない。従って、入力軸からのトルクがサブギアに与えられているねじりトルクの大きさを超えたとき、サブギアにはねじりトルクと逆方向の力が作用することになり、ボールが溝から抜け出そうとする方向、換言すれば、半球型の穴の最深部と断面Ｖ字型の溝の最深部とがさらにずれる方向の力が加えられることになる。従って、ボールが断面Ｖ字型の溝を抜け出そうと移動する分ドリブンプレートには軸方向への力が加わる。そして、このドリブンプレートは軸方向へ移動可能なため、ドリブンプレートは軸方向に移動し、移動した分だけドリブンプレートに接している弾性体を圧縮する。入力ギアが停止したときは、その弾性体の反力によってドリブンプレートが軸方向に押し戻されるため、ボールが断面Ｖ字型の溝に嵌ろうとする方向、すなわち、半球型の穴の最深部と断面Ｖ字型の溝の最深部との位置のずれをなくす方向へ移動し、メインギア及びサブギアにねじりトルクを発生させるから、組付時の状態、すなわち、バックラッシュが少ない状態に自動的に戻ることになる。ここで、出力軸と連結されるメインギアがバックラッシュを少なくする方向に回転するとき、出力軸は回転することになる。このため、モータの停止後にバックラッシュを少なくする過程で出力軸が僅かに回転することがある。なお、メインギアではなく、サブギアがバックラッシュを少なくする方向に回転した場合は、サブギアは出力軸上に回転可能に設けられているから、出力軸は回転しない。なお、入力軸がモータと直接連結されている場合、モータの停止時は、サーボロックにより入力軸は回転しないように固定されるため、モータの停止時、メインギア又はサブギアがねじりトルクによってバックラッシュを少なくする方向に回転したとしても入力ギアを通じて入力軸が回転することはない。

また、請求項３のもう一つの態様である、出力軸に設けられる出力ギア及び出力ギアに噛合する入力軸に設けられる２枚のギアを有する入力ギアを具えるローバックラッシュギア装置において、入力ギアの片方のギアをメインギアとし、他方のギアをサブギアとして、入力ギアに請求項１又は２のローバックラッシュギア機構を組込む構成としてもよい。この場合の基本的な作動原理は、出力軸上の出力ギアにローバックラッシュギア機構を組込んだ場合と同様である。なお、入力軸が、モータと直接連結されている場合には、モータの停止時、モータのサーボロックにより入力軸が回転しないように固定されるため、バックラッシュを少なくする過程で、入力軸と連結されることになるメインギアがバックラッシュを少なくする方向に回転できない場合がある。このときは、ねじりトルクによってサブギアが回転し、出力ギアの歯面がメインギアに接するまで出力ギアを回転させてバックラッシュを減少させる。従って、出力軸が僅かに回転することがある。

また、請求項４のように、入力軸に設けられる入力ギア、出力軸に設けられる出力ギア、前記入力ギアと出力ギアの間に設けられ、前記入力ギアと噛合する中間出力ギア及び前記出力ギアと噛合する中間入力ギアを有する、第１中間ギア及び第２中間ギアを具え、第１中間ギア又は第２中間ギアの中間入力ギアをメインギア又はサブギアとし、中間出力ギアをサブギア又はメインギアとして、第１中間ギア又は第２中間ギアに請求項１又は２のローバックラッシュギア機構が組込まれているという構成によれば、２段のギアにも本発明のローバックラッシュギア機構を適用することができる。

また、バックラッシュを少なくするときにメインギア又はサブギアのどちらが回転するかによって、モータの停止後に出力軸が僅かに回転することがあることは請求項３の場合と同様である。

本発明の第１実施形態のローバックラッシュギア機構の正面図。 図１の要部の周方向断面図。 本発明の第２実施形態を１段のギアに組込んだ場合の停止（組付）時の正面図。 図３の停止（組付）時の要部拡大横断面図。 図３の回転時の要部拡大横断面図。 本発明の第３実施形態を２段のギアに組込んだ場合の停止（組付）時の正面図。 図６の一定方向回転時の正面図。 （ａ）本発明を利用した減速装置の正面図、（ｂ）（ａ）の要部側面断面図。 図８の９−９線横断面図。

以下、本発明の実施形態を図１〜９を参照して説明する。但し、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。なお、各図において便宜上、バックラッシュを誇張して表している。

図１のローバックラッシュギア機構１０は、軸１２と連結されるメインギア１５及び軸１２上に回転可能に設けられ、１つの半球型の穴１７が設けられているサブギア２５、半球型の穴１７に嵌合するボール２４、ボール２４が嵌合可能な大きさの周方向断面Ｖ字型の溝１８ａが設けられ、軸１２と連結され、軸方向に移動可能なドリブンプレート１８、軸１２にねじ込まれるナット１４、及びナット１４とドリブンプレート１８の間に設けられる弾性体である皿ばね１６を具えている。なお、半球型の穴１７はボール２４を保持することができれば、凹溝形状等の半球型以外の形状であってもよい。また、溝１８ａは周方向の断面がＶ字型であればよく、ボール２４の替わりにころを使用することもできる。

図２に示すように、軸１２とドリブンプレート１８とはキー部１８ｂによってキー締結されることにより連結されている。このため、軸１２と連結されるメインギア１５とドリブンプレート１８は同一方向に回転することになる。また、半球型の穴１７の最深部と溝１８ａの最深部との位置が周方向にずれているため、ボール２４は溝１８ａの一方の斜面に接した状態で組付けられることになる。このとき、ドリブンプレート１８が皿ばね１６によって軸方向に押圧されると、ボール２４は溝１８ａに嵌ろうとする方向に移動するため、ドリブンプレート１８は左回転方向に、サブギア２５は右回転方向に回転しようとする。その結果、ドリブンプレート１８の左回転方向のトルクは軸１２を介してメインギア１５に伝わるため、メインギア１５とサブギア２５に対し相対方向のトルク、すなわち、ねじりトルクを与えることができる。ねじりトルクが発生する半球型の穴１７の最深部と溝１８ａの最深部との位置関係で、図１に示すように、メインギア１５及びサブギア２５を他のギア５５と噛合させることにより、他のギア５５の歯面５６、５７にメインギア１５、サブギア２５のいずれか一方が押付けられることになり、バックラッシュを少なくすることができる。また、メインギア１５又はサブギア２５が他のギア５５の歯面５６又は５７と接することにより、メインギア１５、すなわちドリブンプレート１８、及びサブギア２５の位置は固定され、ボール２４はそれ以上溝１８ａに嵌ろうとする方向に移動することができなくなるため、図２に示すような状態で安定する。なお、図２において、半球型の穴１７の最深部と溝１８ａの最深部との位置のずれが少なく、ボール２４が溝１８ａの両方の斜面に接している場合は、皿ばね１６によってドリブンプレート１８を押圧してもねじりトルクが発生しないため、組付（停止）時は、図２に示すような状態とすることが必要である。また、図２では、半球型の穴１７の最深部を左側、溝１８ａの最深部を右側に位置させているが、これを、逆にした場合、逆方向のねじりトルクを与えられることはいうまでもない。また、ナット１４の軸１２へのねじ込み具合によってナット１４の締付け角度を変更することで、皿ばね１６がドリブンプレート１８を押圧する力を調節することができるため、ねじりトルクの大きさを簡便に調節することができる。従って、ローバックラッシュギア機構１０の使用用途や環境に応じたねじりトルクを容易に実現することができる。なお、半球型の穴１７及び溝１８ａを設ける位置と軸１２との距離が近いほどモーメントが小さくなり、遠いほどモーメントが大きくなるということは力学の法則から自明である。

次に、図３は、ローバックラッシュギア機構１０ａを使用した１段のローバックラッシュギア装置１００の停止（組付）時の正面図である。ローバックラッシュギア装置１００は、図示しないモータと連結される入力軸５２ａに設けられている入力ギア５５ａと出力軸１２ａに設けられているローバックラッシュギア機構１０ａのメインギア１５ａ及びサブギア２５ａが噛合している。なお、入力軸５２ａと出力軸１２ａを逆にした構成、すなわち、入力軸５２ａ上にローバックラッシュギア機構１０ａを設けることもできるが、構成は基本的に同じであるため、その説明は省略する。
サブギア２５ａには、ボール２４が嵌合する半球型の穴２８ａ、及びねじ２６を挿入するための正面から見て楕円型の長孔２８ｂを有するドリブンフランジ２８が具えられている。このように、ドリブンフランジ２８を介在させることで、長孔２８ｂの範囲内でねじ２６のサブギア２５ａへの装着位置を変更し、ドリブンフランジ２８のサブギア２５ａへの取付角度を調整することで、半球型の穴２８ａの位置をずらすことができる。一方で、図４に示すように、ドリブンプレート１８は、ドリブンフランジ２８がねじ２６によってサブギア２５ａに装着された後に、キー部１８ｂによって出力軸１２ａとキー締結される。このため、ドリブンプレート１８に設けられている溝１８ａの位置は固定である。従って、ドリブンフランジ２８の取付位置を調整し、半球型の穴２８ａの位置を調整することで、半球型の穴２８ａの最深部と断面Ｖ字型の溝１８ａの最深部との位置のずれ具合を簡便に調整することができる。また、ローバックラッシュギア機構１０ａは、複数のコイルばね１６ａをナット１４ａによって押さえつけることによって、ドリブンプレート１８を押圧している。このように、弾性体としては皿ばね、コイルばねというようなばね類を適用することができ、また、場合によってはゴム等の弾性体も適用可能である。

図４、５は、ローバックラッシュギア装置１００の停止（組付）時、及び回転時のローバックラッシュギア機構１０ａの要部拡大断面図である。なお、説明の便宜上、ハッチングは施していない。ローバックラッシュギア装置１００の停止（組付）時は、図４に示すように、ナット１４ａが出力軸１２ａにねじ込まれ、コイルばね１６ａを押さえつけるため、コイルばね１６ａによってドリブンプレート１８が押圧されていることになる。従って、半球型の穴２８ａに嵌合しているボール２４は、溝１８ａに嵌ろうとする方向に移動しようとするため、ドリブンプレート１８からキー部１８ｂによってキー締結される出力軸１２ａを通じてメインギア１５ａには矢印Ａが示す左回転方向の、また、サブギア２５ａには矢印Ｂが示す右回転方向のトルクが発生する。そして、図３に示すように、メインギア１５ａが入力ギア５５ａの歯面５６ａと、サブギア２５ａが入力ギア５５ａの歯面５７ａと接することによって、図４のボール２４は溝１８ａに嵌ろうとする方向にそれ以上移動することはできなくなるため、ローバックラッシュギア装置１００の停止（組付）時は、図４に示すように、半球型の穴２８ａの最深部と溝１８ａの最深部との位置が周方向にずれている状態となる。すなわち、ねじりトルクによって、メインギア１５ａが入力ギア５５ａの歯面５６ａに、サブギア２５ａが入力ギア５５ａの歯面５７ａに押付けられている状態であるから、バックラッシュが少なくなる。なお、半球型の穴２８ａの最深部と溝１８ａの最深部との位置のずれが少なく、ボール２４が溝１８ａの両方の斜面に接している場合は、コイルばね１６ａによってドリブンプレート１８を押圧してもねじりトルクが発生しないため、停止（組付）時は図４に示す状態でなければローバックラッシュ機能は得られない。

図３に示す、ローバックラッシュギア装置１００の入力ギア５５ａが左右どちらの方向に回転しても、メインギア１５ａ又はサブギア２５ａに加えられているねじりトルクと反対方向のトルクが作用することになる。具体的には、入力ギア５５ａが左回転し、メインギア１５ａにトルクを与える場合は、メインギア１５ａは出力軸１２ａと連結しているため、入力ギア５５ａからのトルクが出力軸１２ａに即伝達されることになる。このとき、入力ギア５５ａ及び出力ギア１０ａは、図４に示すような、組付時の状態のまま、すなわち、バックラッシュの少ない状態のまま回転し、その回転が停止したときも、バックラッシュが少ない状態のままである。一方、入力ギア５５ａが右回転し、サブギア２５ａにトルクを与える場合は、サブギア２５ａは出力軸１２ａ上に回転可能に設けられているため、入力ギア５５ａからのトルクは出力軸１２ａに即伝達されることはなく、入力軸５２ａからのトルクがサブギア２５ａに与えられているねじりトルクの大きさを超えたとき、サブギア２５ａにはねじりトルクと逆方向に回転を始める。このときのローバックラッシュギア装置１００の回転時のローバックラッシュギア機構１０ａの要部は、図５に示すように、ねじりトルクを発生させる方向とは逆の、ボール２４が溝１８ａを抜け出る方向に移動し、その移動距離分、ドリブンプレート１８が軸方向に押されて移動し、コイルばね１６ａを圧縮する。このとき、ボール２４は、入力ギア５５ａから伝えられるトルクによってボール２４が溝１８ａから抜け出そうとする力とコイルばね１６ａの反力が均衡するまで、又は、メインギア１５ａとサブギア２５ａとの位置のずれがなくなり、入力ギア５５ａの歯面５７ａとメインギア１５ａ及びサブギア２５ａとが接し、半球型の穴２８ａの最深部と溝１８ａの最深部との位置がそれ以上ずれなくなるまで、溝１８ａから抜け出そうとする方向に移動する。そして、入力ギア５５ａの回転が停止したとき、圧縮されたコイルばね１６ａの反力によって図４の状態、すなわち、バックラッシュが少ない状態に自動的に戻ることになる。なお、回転時にボール２４が溝１８ａから完全に抜け出てしまうと、弾性体の反力を与えてもねじりトルクを発生させることができなくなるため、回転時にボール２４が溝１８ａから完全に抜け出ない程度の、弾性体の反力の強さ、或いは、半球型の穴２８ａの最深部と溝１８ａの最深部との位置のずれ具合を設定する必要がある。

次に、ローバックラッシュギア装置１００の作動について詳細に説明する。例えば、図３のローバックラッシュギア装置１００の入力軸５２ａが左回転する場合、メインギア１５ａに入力ギア５５ａの歯面５６ａからトルクが伝わり、メインギア１５ａ及びメインギア１５ａと連結されている出力軸１２ａは右回転を始める。すなわち、入力軸５２ａからのトルクは出力軸１２ａに即伝達されることになる。また、このとき、出力軸１２ａとキー締結されているドリブンプレート１８、出力軸１２ａにねじ込まれているナット１４ａ、ナット１４ａとドリブンプレート１８の間に設けられているコイルばね１６ａも同様に右回転を始める。一方で、サブギア２５ａには入力ギア５５ａからのトルクは伝達されていない。このとき、メインギア１５ａには入力ギア５５ａから右回転方向のトルクが与えられており、また、サブギア２５ａには右回転方向のねじりトルクが与えられているから、皿ばね１６ａは圧縮されずにメインギア１５ａ及びサブギア２５ａは従動するように右回転する。このため、回転時は、図５に示すような状態とはならず、図４に示すような状態のまま、すなわち、バックラッシュが少ない状態のまま入力軸５２ａから出力軸１２ａにトルクが伝えられることになる。従って、入力軸５２ａの回転が停止したときも、図４に示すようなバックラッシュの少ない状態のままであるため、停止後に出力軸１２ａが回転することがない。

一方、図３の入力軸５２ａが右回転する場合、サブギア２５ａに入力ギア５５ａの歯面５７ａからトルクが伝わることになる。サブギア２５ａは出力軸１２ａ上に回転可能に設けられているため、出力軸１２ａにトルクは即伝達されることはなく、入力軸５２ａからのトルクがサブギア２５ａに与えられているねじりトルクの大きさを超えたとき、サブギア２５ａにはねじりトルクとは逆方向の、左回転を始める。このとき、サブギア２５ａに装着されているドリブンフランジ２８及びドリブンフランジ２８に設けられている半球型の穴２８ａのボール２４にもトルクが伝達され、サブギア２５ａと同方向に回転を始める。このため、ボール２４は、ボール２４に与えられるトルクとコイルばね１６ａの反力が均衡するまで、又は、入力ギア５５ａの歯面５７ａがメインギア１５ａに接するまで、溝１８ａを抜け出そうとする方向に移動し、図５に示す、ボール２４と溝１８ａとの位置関係になるとともに、ボール２４からドリブンプレート１８にトルクが伝達され、結果として、出力軸１２ａにトルクが伝えられることになる。この状態から入力軸５２ａが停止したとき、コイルばね１６ａの反力によってボール２４が溝１８ａに嵌ろうとする方向に移動し、ねじりトルクが発生することになる。従って、サブギア２５ａは右回転し、メインギア１５ａは左回転するため、メインギア１５ａの左回転に伴って出力軸１２ａは僅かに左回転し、同時に、サブギア２５ａと接している入力ギア５５ａは僅かに左回転する。そして、図３に示すように、メインギア１５ａが入力ギア５５ａの歯面５６ａと、サブギア２５ａが入力ギア５５ａの歯面５７ａと接したところで停止する。ここで、入力軸５２ａが図示しないモータと直接連結され、そのモータがサーボロックにより回転しないように固定される場合は、モータのサーボロックにより入力軸５２ａが回転しないように固定されるため、ねじりトルクによって入力ギア５５ａ及びそれと接しているサブギア２５ａが回転することはなく、メインギア１５ａのみが左回転しバックラッシュを少なくする。メインギア１５ａは出力軸１２ａと連結されているため、メインギア１５ａが回転した分メインギア１５ａと連結している出力軸１２ａも僅かに回転することになる。

次に、入力軸上にローバックラッシュギア機構１０ａを設けた場合の動作であって、前述した出力軸上にローバックラッシュギア機構１０ａを設けた場合と異なる点について、以下、この段落において、図３の入力軸５２ａを出力軸５２ａと、入力ギア５５ａを出力ギア５５ａと、出力軸１２ａを入力軸１２ａとして説明する。
入力軸１２ａが左回転する場合、メインギア１５ａから出力ギア５５ａの歯面５６ａにトルクが伝わり、出力ギア５５ａ及び出力軸５２ａは右回転を始める。すなわち、入力軸１２ａからのトルクは出力軸５２ａに即伝達されることになる。このとき、入力軸１２ａからのトルクは、メインギア１５ａに与えられているねじりトルクと同一方向であるため、図５に示すような状態とはならず、図４に示すような状態のまま、すなわち、バックラッシュが少ない状態のまま入力軸１２ａから出力軸５２ａにトルクが伝えられることになる。従って、入力軸１２ａの回転が停止したときも、図４に示すようなバックラッシュの少ない状態のままであるため、停止後に出力軸５２ａが回転することがない。

一方、入力軸１２ａが右回転する場合、メインギア１５ａと出力ギア５５ａの歯面５７ａとの間には僅かな隙間が存在しているため、メインギア１５ａが右回転を始めると、ドリブンプレート１８及び溝１８ａも同様に右回転し、ボール２４が、溝１８ａに与えられるトルクとコイルばね１６ａの反力が均衡するまで、又は、メインギア１５ａが出力ギア５５ａの歯面５７ａに接するまで、溝１８ａを抜け出そうとする方向に移動し、図５に示す、ボール２４と溝１８ａとの位置関係になるとともに、溝１８ａからボール２４及び半球型の穴２８ａを介してドリブンフランジ２８にトルクが伝達され、結果として、メインギア１５ａ又はサブギア２５ａから出力ギア５５ａ及び出力軸５２ａにトルクが伝えられることになる。
そして、入力軸１２ａが停止したとき、コイルばね１６ａの反力によってボール２４が溝１８ａに嵌ろうとする方向に移動し、ねじりトルクが発生することになる。従って、メインギア１５ａは左回転し、サブギア２５ａは右回転するため、メインギア１５ａの左回転に伴って入力軸１２ａは僅かに左回転し、同時に、サブギア２５ａと接している出力ギア５５ａは僅かに左回転する。そして、図３に示すように、メインギア１５ａが出力ギア５５ａの歯面５６ａと、サブギア２５ａが出力ギア５５ａの歯面５７ａと接したところで停止する。ここで、入力軸１２ａが図示しないモータと直接連結され、そのモータがサーボロックにより回転しないように固定される場合は、入力軸１２ａと連結されることになるメインギア１５ａがバックラッシュを少なくする方向に回転できない。従って、ねじりトルクによってサブギア２５ａが出力ギア５５ａの歯面５７ａと接している状態で右回転し、出力ギア５５ａの歯面５６ａがメインギア１５ａに接するまで出力ギア５５ａを回転させるから、出力軸５２ａが僅かに回転する。

次に、図６は、ローバックラッシュギア機構１０ｂを使用した２段のローバックラッシュギア装置２００の停止（組付）時の正面図である。ローバックラッシュギア装置２００は、図示しないモータと連結される入力軸５２ｂに設けられている入力ギア５５ｂ、出力軸６２に設けられている出力ギア６５、入力ギア５５ｂと出力ギア６５の間に設けられる第１中間ギア３０、及び第２中間ギアとしてローバックラッシュギア機構１０ｂを具えている。第１中間ギア３０は、第１中間出力ギア３５及び第１中間入力ギア４５を有しており、また、ローバックラッシュギア機構１０ｂは、軸１２ｂ上に第２中間出力ギアであるサブギア２５ｂ、第２中間入力ギアであるメインギア１５ｂを有している。なお、第１中間出力ギア３５とサブギア２５ｂ、及び第１中間入力ギア４５とメインギア１５ｂの歯数は同一であって、第１中間出力ギア３５、第１中間入力ギア４５よりも、サブギア２５ｂ、メインギア１５ｂの歯幅が狭いことが好ましい。また、半球型の穴２８ａにボール２４が嵌合し、半球型の穴２８ａの最深部と周方向断面Ｖ字型の溝１８ａの最深部との位置がずれ、ボール２４が溝１８ａの一方の斜面に接している状態で、弾性体である皿ばね１６ｂによってドリブンプレート１８が押圧されている。ローバックラッシュギア機構１０ｂのように、ドリブンフランジ２８に設けられる半球型の穴２８ａ及びそれに嵌合するボール２４及び周方向断面Ｖ字型の溝１８ａ、並びに、ねじ２６及び長孔２８ｂを複数設ける構成としてもよい。このローバックラッシュギア機構１０ｂもローバックラッシュギア機構１０、１０ａと同様に、サブギア２５ｂとメインギア１５ｂには相対方向のトルクであるねじりトルクが発生している。このため、ローバックラッシュギア装置２００の停止（組付）時は、図６に示すように、入力ギア５５ｂの歯面５６ｂと第１中間出力ギア３５が、入力ギア５５ｂの歯面５７ｂとサブギア２５ｂが、出力ギア６５の歯面６６とメインギア１５ｂが、出力ギア６５の歯面６７と第１中間入力ギア４５が接することになり、入力ギア５５ｂの両側の歯面５６ｂ、５７ｂ及び出力ギア６５の両側の歯面６６、６７が第１中間ギア３０の第１中間出力ギア３５、第１中間入力ギア４５、ローバックラッシュギア機構１０ｂのメインギア１５ｂ、又はサブギア２５ｂのいずれかの歯車と接していることになるため、バックラッシュが少ない状態である。

ここで、ローバックラッシュギア装置２００の作動について具体的に説明する。図６のローバックラッシュギア装置２００の入力軸５２ｂが左回転する場合、入力ギア５５ｂの歯面５６ｂから第１中間出力ギア３５にトルクが伝わり、第１中間出力ギア３５及び同軸上に設けられている第１中間入力ギア４５は右回転を始める。そして、第１中間入力ギア４５のトルクは出力ギア６５の歯面６７を通じて出力ギア６５に伝わり、出力ギア６５及び出力軸６２が左回転する。すなわち、入力軸５２ｂが左回転する場合は出力軸６２にトルクが即伝達されることになる。なお、出力ギア６５へ伝えられたトルクは、出力ギア６５の歯面６６からメインギア１５ｂへ右回転方向のトルクとして伝えられることになるが、サブギア２５ｂには右回転方向のねじりトルクが与えられており、また、入力ギア５５ｂは左回転しているため、皿ばね１６ｂは圧縮されずに、メインギア１５ｂ及びサブギア２５ｂは従動するように右回転する。すなわち、バックラッシュが少ない状態で回転しているため、この状態から入力軸５２ｂが停止したとしても、バックラッシュは少ない状態のままである。

一方、図６の入力軸５２ｂが右回転する場合、入力ギア５５ｂの右回転に伴い、入力ギアの歯面５７ｂからサブギア２５ｂにトルクが伝達される。サブギア２５ｂに伝えられたトルクによって、図５に示すように、ボール２４は溝１８ａから抜け出そうとする方向に移動し、ドリブンプレート１８を通じて皿ばね１６ｂ（図５ではコイルばね１６ａ）を圧縮する。そして、図７に示すように、入力ギア５５ｂの歯面５７ｂが第１中間出力ギア３５と接し、入力ギア５５ｂは第１中間出力ギア３５にもトルクを伝え始める。こうして、入力ギア５５ｂからのトルクは第１中間ギア３０及びローバックラッシュギア１０ｂを通じて出力ギア６５に伝わることになる。なお、入力ギア５５ｂの歯面５７ｂが第１中間出力ギア３５と接する前に、サブギア２５ｂに入力ギア５５ｂから与えられるトルクと皿ばね１６ｂの反力が均衡する場合は、メインギア１５ｂから出力ギア６５にトルクが伝達されることになる。すなわち、いずれの場合も、ローバックラッシュギア機構１０ｂの皿ばね１６ｂが圧縮されている状態で入力軸５２ｂから出力軸６２へトルクが伝達されることになる。従って、入力軸５２ｂが停止したとき、圧縮された皿ばね１６ｂの反力によって、ローバックラッシュギア機構１０ｂにねじりトルクが与えられる。このとき、サブギア２５ｂには右回転方向のトルクが与えられ、入力ギア５５ｂの歯面５７ｂを通じて入力ギア５５ｂを左回転させる。なお、入力軸５２ｂがモータと直接連結されている場合は、モータのサーボロックによって入力軸５２ｂが回転しないように固定されるため、サブギア２５ｂ及びそれと接する入力ギア５５ｂが回転することはない。一方で、メインギア１５ｂに与えられる左回転方向のトルクによって出力ギア６５は右回転し、そのトルクは出力ギア６５の歯面６７から第１中間入力ギア４５に伝わり第１中間入力ギア４５は左回転する。そして、同軸上の第１中間出力ギア３５も左回転し、入力ギア５５ｂの歯面５６ｂと接し、この時、ローバックラッシュギア装置２００は完全に停止する。かくして、ローバックラッシュギア装置２００は図６に示す状態、すなわち、バックラッシュが少ない状態に自動的に戻ることになる。

図８（ａ）は、このローバックラッシュギア機構１０ｂを組込んだ減速装置３００を示す。（ｂ）に示すように、第１中間ギア３０と第２中間ギアであるローバックラッシュギア機構１０ｂを上下に並設し、サブギア２５ｂと中間出力ギア３５の一部が軸方向に重なるように配置することによって、減速装置３００の高さ及び軸方向の寸法をコンパクトにすることができる。

図９に示すように、モータＭは直交歯車５０と連結されており、直交歯車５０の入力軸５２ｃ上に平行歯車５５ｃが設けられている。平行歯車５５ｃがローバックラッシュギア機構１０ｂのサブギア２５ｂと噛合し、ローバックラッシュギア機構１０ｂの軸１２ｂ上にメインギア１５ｂが設けられ、メインギア１５ｂは出力ギア６５と噛合している。このように、ローバックラッシュギア機構１０ｂを減速装置３００に組込むことにより、バックラッシュが少ない減速装置を実現することができる。また、出力ギア６５をラックにすれば、バックラッシュが少ないラックアンドピニオンを実現することもできる。すなわち、平行歯車に噛合する歯車であれば、本発明のローバックラッシュギア機構を適用できる。

以上説明したように、本発明のローバックラッシュギア機構によれば、モータの正逆転のどちらの場合であってもバックラッシュを少なくすることができる。また、構造が単純であるため簡便に組立てることができ、ナットのねじ込み具合によって取付角度を調節するだけで、メインギア及びサブギアに与えるねじりトルクの大きさを簡便に調節することができる。

１０ ローバックラッシュギア機構
１０ａ ローバックラッシュギア機構（出力ギア）
１０ｂ ローバックラッシュギア機構（第２中間ギア）
１２、１２ｂ 軸
１２ａ 出力軸（段落００２８、００２９においては入力軸）
１４、１４ａ、１４ｂ ナット
１５、１５ａ、１５ｂ メインギア（中間入力ギア）
１６、１６ａ、１６ｂ 弾性体
１７ 半球型の穴（サブギアに設けられる）
１８ ドリブンプレート
１８ａ 周方向断面Ｖ字型の溝
２４ ボール
２５、２５ａ、２５ｂ サブギア（中間出力ギア）
２６ ねじ
２８ ドリブンフランジ
２８ａ 半球型の穴（ドリブンフランジに設けられる）
２８ｂ 正面から見て楕円型の長孔
３０ 第１中間ギア
３５ 中間出力ギア
４５ 中間入力ギア
５２ａ、５２ｂ 入力軸（段落００２８、００２９においては出力軸）
５５ａ、５５ｂ 入力ギア（段落００２８、００２９においては出力ギア）
６２ 出力軸
６５ 出力ギア
１００、２００ ローバックラッシュギア装置

Claims (4)

1. 軸と連結されるメインギア及び同軸上に回転可能に設けられ、少なくとも１つの半球型の穴が設けられているサブギア、前記半球型の穴に嵌合するボール、前記ボールが嵌合可能な大きさの周方向断面Ｖ字型の溝が設けられ、前記軸と連結され、軸方向に移動可能なドリブンプレート、前記軸にねじ込まれるナット、及び前記ナットと前記ドリブンプレートの間に設けられる弾性体を具え、
   前記軸の一端から順に、前記ナット、弾性体、ドリブンプレート、ボール、サブギア、メインギアが配置され、
   前記ドリブンプレートが、前記サブギアの前記ボールが嵌合している前記半球型の穴の最深部と前記溝の最深部とが回転方向にずれ、前記ボールが前記溝の一方の斜面に接している状態で、前記弾性体により押圧され、
   前記ボールが前記半球型の穴の最深部と前記溝の最深部との位置のずれをなくす方向に移動し、前記メインギア及びサブギアにねじりトルクを発生させバックラッシュが少ない状態にすることを特徴とする、
   ローバックラッシュギア機構。
2. 前記サブギアにねじで装着され、少なくとも１つの前記ボールが嵌合する半球型の穴及び前記ねじを挿入するための正面から見て楕円型の長孔を有するドリブンフランジを具える、請求項１のローバックラッシュギア機構。
3. 入力軸又は出力軸に設けられる入力ギア又は出力ギア及び該入力ギア又は出力ギアに噛合し出力軸又は入力軸に設けられる２枚のギアを有する出力ギア又は入力ギアを具え、
   前記出力ギア又は入力ギアの片方のギアを前記メインギアとし、他方のギアを前記サブギアとして、該出力ギア又は入力ギアに請求項１又は２のローバックラッシュギア機構が組込まれている、ローバックラッシュギア装置。
4. 入力軸に設けられる入力ギア、出力軸に設けられる出力ギア、前記入力ギアと出力ギアの間に設けられ、前記入力ギアと噛合する中間出力ギア及び前記出力ギアと噛合する中間入力ギアを有する、第１中間ギア及び第２中間ギアを具え、
   前記第１中間ギア又は第２中間ギアの前記中間入力ギアを前記メインギア又はサブギアとし、前記中間出力ギアを前記サブギア又はメインギアとして、該第１中間ギア又は第２中間ギアに請求項１又は２のローバックラッシュギア機構が組込まれている、ローバックラッシュギア装置。

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