JP2011237026A - 遊星歯車減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】低、中、高減速比を柔軟に生じ、全体構造を安定させ、体積を小型化することを可能にする遊星歯車減速機を提供する。
【解決手段】遊星歯車減速機において、少なくとも一つの太陽歯車はフレームの中心孔内に装着される。フレームは、中心孔と、中心孔に沿って間隔を置いて平行に配列された第一固定部、第二固定部および第三固定部を有する。若干の第一歯車は、第一固定部と第二固定部との間に旋転可能なように装着され、かつ太陽歯車と噛み合う。若干の第二歯車は、第二固定部と第三固定部との間に旋転可能なように装着され、かつ太陽歯車と噛み合う。第一環状歯車は第一歯車と噛み合うように装着される。第二環状歯車は第二歯車と噛み合うように装着される。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝動装置に関し、詳しくは遊星歯車減速機に関するものである。

工具機器、自動化生産設備、車両用積載器具、手持ち電動工具／手持ち気動工具または家電製品などの機械に関わる応用領域において、動力源と歯車伝動装置を組み合わせて低回転数のトルクの動力特性を高めることによって様々な製品を確実に使用および操作することは一般的である。

現在の歯車伝動装置について、１０以下の減速比が必要である場合には、通常単段型の平行軸歯車減速機または遊星歯車減速機を使用する。比較的高い減速比が必要である場合には、多段減速型の歯車減速機を使用しなければならない。
そのほかにも高減速比の歯車伝動装置がある。高減速比の歯車伝動装置はウォーム・ギヤ減速機、波動歯車装置（Harmonic Drive）またはサイクロ減速機（Cyclo Drive）などである。
そのうちの単段型のウォーム・ギヤ減速機は減速比が約３０から６０の間であるが、伝動効率はあまり好ましくない（僅か５０％から６０％の間）。
サイクロ減速機は伝動効率が比較的高い（約７０％）が、コストが高く、減速比は僅か３０から５０の間である。
波動歯車装置は減速比が比較的高く（約１００から２００）、伝動効率が６０％に達するが、コストはサイクロ減速機より高い。かつその構造は可撓性機構であるため、比較的大きい動力を伝達することができない。
従って、波動歯車装置はメカニカルアームの関節にのみ適用される。

上述したとおり、現在の高減速比に達することができる歯車伝動装置は、構造が複雑であり、コストが高く、伝動効率があまり好ましくなく、出力トルクが小さいという問題が生じる。
またサーボモーターの回転速度が高速度化されるのに対し、需要に応じて減速比が２００から５００以上に達する減速機を使用しなければならない場合がある。かつ減速機の体積は一定のサイズ内に設定されなければならない。
現在の歯車伝動装置は減速の需要を満足させることができない。従って、設計が困難で煩雑であるという問題が生じる。

本発明の主な目的は、低、中、高減速比を柔軟に生じ、全体構造を安定させ、体積を小型化することを可能にする遊星歯車減速機を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明による遊星歯車減速機は、少なくとも一つの太陽歯車、一つのフレーム、若干の第一歯車、若干の第二歯車、一つの第一環状歯車および一つの第二環状歯車を備える。フレームは、中心孔と、中心孔に沿って間隔を置いて平行に配列された第一固定部、第二固定部および第三固定部を有する。太陽歯車は中心孔内に装着される。第一歯車はフレームの第一固定部と第二固定部との間に旋転可能なように装着され、かつ太陽歯車と噛み合う。第二歯車はフレームの第二固定部と第三固定部との間に旋転可能なように装着され、かつ太陽歯車と噛み合う。第一環状歯車は第一歯車と噛み合うように装着される。第二環状歯車は第二歯車と噛み合うように装着される。

上述した技術特徴により、本発明は需要に応じ第一歯車および第二歯車の数を一致させるか一致させないことが可能なだけでなく、第一環状歯車と第一歯車とが互いに噛み合い、第二環状歯車と第二歯車とが互いに噛み合うことによって第一歯車および第二歯車の位置誤差が原因で装着が困難であるという現象を減少させ、かつ第一歯車および第二歯車がフレームに別々に装着されることによって全体構造をより安定させ、緊密度の向上および軽量化を実現させることが可能である。従って体積を確実に縮減することが可能となる。

本発明の第１実施形態による遊星歯車減速機を示す立体分解図である。 本発明の第１実施形態による遊星歯車減速機を示す断面図である。 本発明の第２実施形態による遊星歯車減速機を示す立体分解図である。 本発明の第２実施形態による遊星歯車減速機を示す断面図である。 本発明の第３実施形態による遊星歯車減速機を示す立体分解図である。

以下、本発明による遊星歯車減速機を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１および図２に示すように、本発明の第１実施形態による遊星歯車減速機１０は、一つの太陽歯車１２、一つのフレーム２０、若干の第一歯車４０、若干の第二歯車４２、一つの第一環状歯車５０および一つの第二環状歯車５２を備える。

太陽歯車１２は、キー１４によって回転軸１６に固定されるため、回転軸１６は駆動を受けて太陽歯車１２を同調回転させることが可能である。

フレーム２０は、基座２２、第一固定部２１および中心孔３１を有する。
基座２２は第二固定部２４および第三固定部２６を有する。
第二固定部２４および第三固定部２６は環状板体を呈し、かつ板面によって互いに間隔を置いて平行に装着される。
第二固定部２４および第三固定部２６との間は等角を呈するように配置される四つの連結部２７を有するため、第二固定部２４と第三固定部２６との間に四つの第二格納空間３２が形成される。
第二固定部２４は第三固定部２６に向かい合う別の板面に等角を呈するように配置される三つの延長部２８を有する。
第一固定部２１は環状を呈し、三つのねじ２３によって延長部２８に固定されるため、第一固定部２１、第二固定部２４および第三固定部２６との間は互いに間隔を置いて平行に配列され、第一固定部２１と第二固定部２４との間に三つの第一格納空間３０が形成される。
中心孔３１は基座２２の中心に形成される。第一格納空間３０および第二格納空間３２は中心孔３１を囲む。太陽歯車１２は中心孔内に装着され、回転軸１６は中心孔３１の中心線に沿って延長する。

第一歯車４０は、フレーム２０の第一格納空間３０に装着され、かつ第一固定部２１と第二固定部２４との間を貫通する固定軸４１に接続されることでフレーム２０内を回転し、かつ太陽歯車と噛み合うことが可能である。
第二歯車４２は、フレーム２０の第二格納空間３２に装着され、かつ太陽歯車１２と噛み合う同時に第二固定部２４と第三固定部２６との間を貫通する固定軸４１に接続されるため、太陽歯車１２は回転すると同時にフレーム２０上の第一歯車４０および第二歯車４２を同調回転させることが可能である。

第一環状歯車５０は、内周面に連続した歯５１を有し、第二環状歯車５２は、内周面に連続した歯５３を有する。
歯５１および歯５３は歯の本数の差が減速の需要に応じて一本から四本の間に設定される。第一環状歯車５０はフレーム２０に嵌合され、歯５１によって第一歯車４０と噛み合い、第二環状歯車５２はフレーム２０に嵌合され、歯５３によって第二歯車４２と噛み合う。

上述した構成により、第一環状歯車５０を固定して静止させ、回転軸１６を駆動して太陽歯車１２を回転させる際、太陽歯車１２は第一歯車４０と第二歯車４２とを同調回転させる。
このとき第一歯車４０は第一環状歯車５０の歯５１によって太陽歯車１２を囲んで作動し、第二歯車４２は第二環状歯車５２の歯５３によって太陽歯車１２を囲んで作動する。
第一環状歯車５０の歯５１と第二環状歯車５２の歯５３とは本数の差が一本から四本の間であり、第一環状歯車５０は固定状態であるため、第一歯車４０と第二歯車４２は歯の本数の差によって第二環状歯車５２を回転させ、そののち第二環状歯車５２と伝動装置（図中未表示）とを接続させることによって出力回転数を減少させ、回転軸のトルクより高い特性を果たすことが可能である。

本発明は、第一環状歯車５０および第二環状歯車５２のいずれか一つを固定することが可能である。第一環状歯車５０が固定される場合、減速比はプラスの減速効果となる。第二環状歯車５２が固定される場合、減速比はマイナスの減速効果となる。

本発明による伝動装置は、太陽歯車１２、第一歯車４０、第二歯車４２、および第一環状歯車５０と第二環状歯車５２の歯の本数を変更することによって減速比を比較的柔軟かつ容易に変更することが可能である。
例えば、第一歯車４０の数は、太陽歯車１２の歯の本数または第一環状歯車５０の歯の本数と、太陽歯車１２の歯の本数および第一環状歯車５０の歯の本数を合計した数字との公約数である。
第二歯車４２の数は、太陽歯車１２の歯の本数または第二環状歯車５２の歯の本数と、太陽歯車１２の歯の本数および第二環状歯車５２の歯の本数を合計した数字との公約数である。
つまり、太陽歯車１２の歯の本数が２４本、第一環状歯車５０の歯の本数が７５本、第二環状歯車５２の歯の本数が７６本である場合、第一歯車４０の数は三つであり、第二歯車４２の数は四つである。
このとき第一歯車４０と第二歯車４２の歯の本数はそれぞれ２４本である。
続いて相対速度法によって計算した結果、減速比は３１２．５となる。
従って、本発明は構成を変更する必要なく、第一環状歯車５０、第二環状歯車５２、太陽歯車１２、第一歯車４０および第二歯車４２の歯の本数を変えさえすれば高減速比を容易に達成することが可能である。

本発明は需要に応じ第一歯車４０および第二歯車４２の数を一致させるか一致させないことが可能なだけでなく、第一環状歯車５０と第一歯車４０とが互いに噛み合い、第二環状歯車５２と第二歯車４２とが互いに噛み合うことによって第一歯車４０および第二歯車４２の位置誤差が原因で装着が困難であるという現象を減少させることが可能である。
フレーム２０は第二固定部２４によって第一歯車４０および第二歯車４２を連結させ、第一歯車４０及び第二歯車４２はそれぞれ単独で回転することが可能であるため、フレーム２０の構造をより安定させ、緊密度の向上および軽量化を実現させることが可能である。従って本発明は体積を確実に縮減することが可能となる。
また太陽歯車１２、フレーム２０、第一環状歯車５０および第二環状歯車５２は同軸に位置するように設計されるため、動態平衡性が比較的よい。
従って本発明は高減速比および比較的大きいトルクの出力に適用することが可能であり、かつ回転騒音が比較的小さい。

（第２実施形態）
本発明は、高減速比を生じることが可能なだけでなく、需要に応じ低減速比または中減速比に柔軟に切り替えることが可能である。
図３および図４に示すのは本発明の第２実施形態による遊星歯車減速機６０である。その構成は第１実施形態とほぼ同じように太陽歯車６１、フレーム６２、若干の第一歯車６３、若干の第二歯車６４、第一環状歯車６５および第二環状歯車６６を備える。
その特徴は次の通りである。フレーム６２は二つの環状固定部６７を有する。第一歯車６３および第二歯車６４は同軸に位置するように二つの固定部６７間に装着され、かつ数が一致する。回転軸６８は二つの太陽歯車６１を有する。
上述した構成により、二つの太陽歯車６１はそれぞれ第一歯車６３および第二歯車６４を回転させることが可能であり、第一歯車６３および第二歯車６４はそれぞれ第一環状歯車６５および第二環状歯車６６を回転させることが可能である。
一つの太陽歯車６１の歯の本数が４０、別の太陽歯車６１の歯の本数が３６、第一歯車６３の歯の本数が１８、第二歯車６４の歯の本数が２２、第一環状歯車６５の歯の本数が７６、第二環状歯車６６の歯の本数が８０である場合、数式によって計算した結果、本実施形態による遊星歯車減速機の減速比は２０となる。

（第３実施形態）
図５に示すのは本発明の第３実施形態による遊星歯車減速機７０である。その構成は第１実施形態とほぼ同じである。
その特徴は次の通りである。フレーム７６は四つの等角を呈するように分布する第一格納空間７７と、四つの等角を呈するように分布する第二格納空間７８とを有する。第一格納空間７７と第二格納空間７８とは互いに交差状態を呈する。
太陽歯車７３の歯の本数は３６、第一歯車７１の歯の本数は１８、第二歯車７２の歯の本数は２４、第一環状歯車７４の歯の本数は７２、第二環状歯車７５の歯の本数は８４である。第一歯車７１は第一格納空間７７に装着され、数が四つである。第二歯車７２は第二格納空間７８に装着され、数が四つである。
第３実施形態において、第一環状歯車７４が固定され、第二環状歯車７５が回転する際、数式によって計算した結果、減速比はプラス２１となる。第二環状歯車７５が固定され、第一環状歯車７４が回転する際、数式によって計算した結果、減速比はマイナス２０となる。上述した実施形態により、本発明は歯車の歯の本数を変えることによって異なる低、中、高減速比を柔軟に生じ、発明の目的を達成することができることが判明した。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０：遊星歯車減速機、
１２：太陽歯車、
１４：キー、
１６：回転軸、
２０：フレーム、
２１：第一固定部、
２２：基座、
２３：ボルト、
２４：第二固定部、
２６：第三固定部、
２７：連結部、
２８：延長部、
３０：第一格納空間、
３２：第二格納空間、
３１：中心孔、
４０：第一歯車、
４１：固定軸、
４２：第二歯車、
５０：第一環状歯車、
５２：第二環状歯車、
５１：歯、
５３：歯、
６０：遊星歯車減速機、
６１：太陽歯車、
６２：フレーム、
６３：第一歯車、
６４：第二歯車、
６５：第一環状歯車、
６６：第二環状歯車、
６７：固定部、
６８：回転軸、
７０：遊星歯車減速機、
７１：第一歯車、
７２：第二歯車、
７３：太陽歯車、
７４：第一環状歯車、
７５：第二環状歯車、
７６：フレーム、
７７：第一格納空間、
７８：第二格納空間

Claims (6)

1. 太陽歯車と、
   中心孔と、中心孔に沿って間隔を置いて平行に配列された第一固定部、第二固定部および第三固定部を有するフレームと、
   前記フレームの前記第一固定部と前記第二固定部との間に旋転可能なように装着され、かつ前記太陽歯車と噛み合う少なくとも二つの第一歯車と、
   前記フレームの前記第二固定部と前記第三固定部との間に旋転可能なように装着され、かつ前記太陽歯車と噛み合う少なくとも二つの第二歯車と、
   前記第一歯車と噛み合う第一環状歯車と、
   前記第二歯車と噛み合う第二環状歯車と、を備え、
   前記太陽歯車は前記中心孔内に装着されることを特徴とする遊星歯車減速機。
2. 前記第一歯車の数は、前記太陽歯車の歯の本数および前記第一環状歯車の歯の本数を合計した数字と前記太陽歯車の歯の本数または前記第一環状歯車の歯の本数との公約数であることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車減速機。
3. 前記第二歯車の数は、前記太陽歯車の歯の本数および前記第二環状歯車の歯の本数を合計した数字と前記太陽歯車の歯の本数または前記第二環状歯車の歯の本数との公約数であることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車減速機。
4. 前記第一歯車と前記第二歯車とは、非同軸配置であることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車減速機。
5. 同軸に位置するように互いに間隔を置いて平行に配置される三つの環状固定部と、少なくとも二つの歯車の格納に用いるため前記固定部間に形成される二つの格納空間と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車減速機のフレーム。
6. 二つの前記格納空間に格納される前記歯車は、非同軸配置であることを特徴とする請求項５に記載の遊星歯車減速機のフレーム。

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