JP2015218804A - 遊星歯車機構を利用する伝動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】2個の遊星歯車機構を組み合わせ、コンパクトであって、入出力軸間の回転数変化が少なく逆方向の回転出力を得ることが容易な伝動装置を提供する。【解決手段】伝動装置の入力軸2に固着した第1リング歯車RG1と、伝動装置の出力軸3に固着した第1太陽歯車SG1との間に、キャリア4Aに軸支される第1遊星歯車PG1を配して第1遊星歯車機構を構成する。キャリア4Aは、カップ状のキャリア4Bと一体的に回転するよう組み合わされており、キャリア4Bに軸支される第2遊星歯車PG2が、ハウジング1に固定の第2リング歯車RG2、入力軸2に固着した第2太陽歯車SG2とともに第2遊星歯車機構を構成する。この伝動装置では、各歯車の歯数を適宜設定することにより、出力軸3が、入力軸2の回転数に近い回転数で逆方向に回転させることや出力軸からの逆方向入力を遮断することが容易である。【選択図】図1
Description
本発明は、入力軸と出力軸との間の動力伝達状態を変更する伝動装置、特に、太陽歯車とリング歯車との間に遊星歯車を配置する遊星歯車機構を利用して変速等を行う伝動装置に関するものである。
機械部品あるいは作業機器等を回転駆動する動力伝達系では、駆動する機器の特性に合わせるよう、回転速度やトルクを変更するための増減速機が常套的に使用される。複写機等のOA機器においては、非常に小型のモーターを駆動源として各種の機器を駆動することが多いけれども、小さいモーターは高速回転、低トルクであるため、そのときには、回転速度等を調整する小型の減速機がしばしば動力伝達系に介在される。一方向のみに回転するモーターを駆動源として逆方向の回転を可能とするため、逆転可能な変速機を介在することもある。
また、モーターにより物品を上下に移送する昇降装置では、物品が所定の位置となったとき、モーターを停止すると物品が自動的にその位置を保持するような作動が求められる場合がある。こうした作動を行うよう、入力軸(モーター側)からの正・逆回転の動力を伝達するとともに、出力軸(上下する物品側)からの動力伝達は、出力軸を回転不能として遮断する伝動装置があり、ロックタイプ双方向クラッチと呼ばれている。ロックタイプ双方向クラッチでは、モーターを停止したときは、電気的ブレーキ等の操作を加えることなく物品の落下を防止することができ、省エネルギに繋がることとなる。このようなロックタイプ双方向クラッチは、例えば、特許第4850653号公報に開示されている。
ところで、増減速機の中には、遊星歯車機構を利用する遊星歯車式のものがある。遊星歯車機構は、中心に太陽歯車(サンギヤ)を設けるとともに、その周りに内歯歯車であるリング歯車(リングギヤ)を設け、太陽歯車とリング歯車との間に、両方の歯車と噛み合う複数の遊星歯車(プラネタリギヤ)を配置したもので、複数の遊星歯車は、これを担持するキャリア(リテーナとも呼ばれる)に取り付けられて軸支される。遊星歯車式増減速機は、各歯車やキャリアを入出力要素として自由に選択できるとともに、入力軸と出力軸が同心状に配置されるので、動力伝達装置の配置設計が容易であるという特徴がある。
遊星歯車機構を用いた減速機として、固定のリング歯車と回転するリング歯車とをそれぞれ有する2個の遊星歯車機構を組み合わせる減速機(以下「差動型遊星歯車減速機」という。)が知られている。
差動型遊星歯車減速機では、図9に示すように、入力軸ISに固着された太陽歯車SGの周囲に、これと噛み合う複数の遊星歯車PGを配置する。図9(a)の断面図に示すとおり、遊星歯車PGは軸方向に比較的長い歯車であって、その外周に配置された固定リング歯車RGfと回転リング歯車RGrの両方に噛み合う。回転リング歯車RGrは出力軸OSに固定されて回転可能であり、また、両方のリング歯車の歯数にはわずかな歯数差が設定してある。
差動型遊星歯車減速機では、図9に示すように、入力軸ISに固着された太陽歯車SGの周囲に、これと噛み合う複数の遊星歯車PGを配置する。図9(a)の断面図に示すとおり、遊星歯車PGは軸方向に比較的長い歯車であって、その外周に配置された固定リング歯車RGfと回転リング歯車RGrの両方に噛み合う。回転リング歯車RGrは出力軸OSに固定されて回転可能であり、また、両方のリング歯車の歯数にはわずかな歯数差が設定してある。
入力軸ISの太陽歯車SGが回転すると、遊星歯車PGと固定リング歯車RGfとの噛み合わせに基づき、太陽歯車SGと同一方向に回転する。遊星歯車PGは、出力軸OSの回転リング歯車RGrとも噛み合っていて、両方のリング歯車にはわずかな歯数差が存在するので、遊星歯車PGが太陽歯車SGの周りを1回公転(キャリアCRが1回転)すると、回転リング歯車RGrが歯数の差だけ回転駆動されることとなる。そして、差動型遊星歯車減速機における変速比、つまり、入力軸ISの回転数nISと出力軸OSの回転数nOSとの比は、次式で表される。
nIS/nOS=(1+(ZRGf/ZSG))/(1−(ZRGf/ZRGr))
ZSG:太陽歯車SGの歯数
ZRGf:固定リング歯車RGfの歯数
ZRGr:回転リング歯車RGrの歯数
この式から明らかなように、両リング歯車の歯数差がわずかである場合には変速比が大きな値となり、減速比が大きく、それに対応して出力軸のトルクが増大する減速機を構成することができる。このような差動型遊星歯車減速機は、一例として特開昭55−100455公報に開示されている。
nIS/nOS=(1+(ZRGf/ZSG))/(1−(ZRGf/ZRGr))
ZSG:太陽歯車SGの歯数
ZRGf:固定リング歯車RGfの歯数
ZRGr:回転リング歯車RGrの歯数
この式から明らかなように、両リング歯車の歯数差がわずかである場合には変速比が大きな値となり、減速比が大きく、それに対応して出力軸のトルクが増大する減速機を構成することができる。このような差動型遊星歯車減速機は、一例として特開昭55−100455公報に開示されている。
前述の差動型遊星歯車減速機では、比較的簡素な構造により変速比が非常に大きな減速機を実現することができる。しかし、固定リング歯車と回転リング歯車の径がほぼ同じであって、歯数差がわずかであるので、入出力軸間の回転数変化が少ない伝動装置を構成することが困難である。そして、歯数が異なる固定リング歯車と回転リング歯車の両方に対して同一の遊星歯車を噛み合わせる関係上、次の問題点が生じる。
固定リング歯車と回転リング歯車とのピッチ円直径を同一とした場合には、両歯車の歯数が異なるため、歯車のモジュールの値を同一とすることができず、遊星歯車のモジュールの値に両方のリング歯車のモジュールをそのまま一致させるのは不可能である。その結果、転位歯車の使用が必要となる等、差動型遊星歯車減速機に採用できる固定リング歯車や回転リング歯車等の自由度が制限される。
また、固定リング歯車と回転リング歯車の各々の歯は、円周方向に少しずつずれて配置されることとなり、ずれによる各歯の位相差は、両方のリング歯車の歯数の差を固定リング歯車の歯数で除した値となる。そのため、共通の遊星歯車を両方のリング歯車に噛み合わせるように構成するときは、円周方向に配置する遊星歯車の個数について、その個数の整数倍を両方のリング歯車の歯数の差と等しくするという制限を受け、減速機の動力伝達損失の増大や回転バランスの悪化などの問題を招く。
固定リング歯車と回転リング歯車とのピッチ円直径を同一とした場合には、両歯車の歯数が異なるため、歯車のモジュールの値を同一とすることができず、遊星歯車のモジュールの値に両方のリング歯車のモジュールをそのまま一致させるのは不可能である。その結果、転位歯車の使用が必要となる等、差動型遊星歯車減速機に採用できる固定リング歯車や回転リング歯車等の自由度が制限される。
また、固定リング歯車と回転リング歯車の各々の歯は、円周方向に少しずつずれて配置されることとなり、ずれによる各歯の位相差は、両方のリング歯車の歯数の差を固定リング歯車の歯数で除した値となる。そのため、共通の遊星歯車を両方のリング歯車に噛み合わせるように構成するときは、円周方向に配置する遊星歯車の個数について、その個数の整数倍を両方のリング歯車の歯数の差と等しくするという制限を受け、減速機の動力伝達損失の増大や回転バランスの悪化などの問題を招く。
本発明の課題は、2個の遊星歯車機構を組み合わせて、動力伝達損失の少ない減速機等の伝動装置を構成すること、ことに、入出力軸間の回転数変化が少なく、逆方向の回転出力を得ることが容易な伝動装置を構成することにある。本発明の伝動装置は、入力軸及び出力軸が同心であって、入出力軸間の回転数変化を小さく設定できるため、ロックタイプ双方向クラッチとして好適に使用することができる。
上記の課題に鑑み、本発明の伝動装置は、入力軸に固着したリング歯車と出力軸に固着した太陽歯車との間に第1遊星歯車を配して第1遊星歯車機構を構成し、第1遊星歯車のキャリアの回転数を、第2遊星歯車機構の第2遊星歯車を支持するキャリアにより決定するようにしたものである。すなわち、本発明は、
「固定されたハウジングの中心に対向して設置される入力軸及び出力軸と、前記ハウジング内に軸方向に並列して設置される第1遊星歯車機構及び第2遊星歯車機構とを有する伝動装置であって、
前記第1遊星歯車機構は、前記入力軸に固着される第1リング歯車、前記出力軸に固着される第1太陽歯車、及び前記第1リング歯車と前記第1太陽歯車との間に介在される複数の第1遊星歯車を備え、
前記第2遊星歯車機構は、前記ハウジングに固定される第2リング歯車、前記第1リング歯車と共に前記入力軸に固着される第2太陽歯車、及び前記第2リング歯車と前記第2太陽歯車との間に介在される複数の第2遊星歯車を備えており、
前記第1遊星歯車と前記第2遊星歯車とが共通のキャリアに軸支される」
ことを特徴とする伝動装置となっている。
「固定されたハウジングの中心に対向して設置される入力軸及び出力軸と、前記ハウジング内に軸方向に並列して設置される第1遊星歯車機構及び第2遊星歯車機構とを有する伝動装置であって、
前記第1遊星歯車機構は、前記入力軸に固着される第1リング歯車、前記出力軸に固着される第1太陽歯車、及び前記第1リング歯車と前記第1太陽歯車との間に介在される複数の第1遊星歯車を備え、
前記第2遊星歯車機構は、前記ハウジングに固定される第2リング歯車、前記第1リング歯車と共に前記入力軸に固着される第2太陽歯車、及び前記第2リング歯車と前記第2太陽歯車との間に介在される複数の第2遊星歯車を備えており、
前記第1遊星歯車と前記第2遊星歯車とが共通のキャリアに軸支される」
ことを特徴とする伝動装置となっている。
請求項2に記載のように、前記キャリアには、円板部分及び円周壁部分を有するカップ状部材と、前記カップ状部材に嵌め合わされる円板状部材とを設け、前記第1遊星歯車機構を前記キャリアのカップ状部材の内部に配置するとともに、前記第2遊星歯車機構を、前記キャリアのカップ状部材と前記ハウジングの前記入力軸側の端面との間に配置することができる。
この場合には、請求項3に記載のように、前記第1リング歯車を、円板の周囲に設けられた周壁に形成し、前記第1リング歯車の円板が前記キャリアのカップ状部材の円板部分に当接してスラスト方向に軸受されるよう構成することが好ましい。また、請求項4に記載のように、前記ハウジングの内部に軸方向に垂直な端面を形成するとともに、前記端面と対向する端部には円板状の蓋体を嵌め込み、前記キャリアは、その両面が前記端面及び前記蓋体にそれぞれ当接してスラスト方向に軸受されるよう構成することが好ましい。
この場合には、請求項3に記載のように、前記第1リング歯車を、円板の周囲に設けられた周壁に形成し、前記第1リング歯車の円板が前記キャリアのカップ状部材の円板部分に当接してスラスト方向に軸受されるよう構成することが好ましい。また、請求項4に記載のように、前記ハウジングの内部に軸方向に垂直な端面を形成するとともに、前記端面と対向する端部には円板状の蓋体を嵌め込み、前記キャリアは、その両面が前記端面及び前記蓋体にそれぞれ当接してスラスト方向に軸受されるよう構成することが好ましい。
ところで、請求項1においては、第2遊星歯車機構の第2リング歯車をハウジングに固定し、第1遊星歯車機構のキャリア(第2遊星歯車機構のキャリアと共通)の回転数を決定しているが、第2遊星歯車機構の第2太陽歯車をハウジングに固定して、キャリアの回転数を決定することもできる。このときは、請求項5に記載のように、
「固定されたハウジングの中心に対向して設置される入力軸及び出力軸と、前記ハウジング内に軸方向に並列して設置される第1遊星歯車機構及び第2遊星歯車機構とを有する伝動装置であって、
前記第1遊星歯車機構は、前記入力軸に固着される第1リング歯車、前記出力軸に固着される第1太陽歯車、及び前記第1リング歯車と前記第1太陽歯車との間に介在される複数の第1遊星歯車を備え、
前記第2遊星歯車機構は、前記ハウジングに固定される第2太陽歯車、前記第1リング歯車と共に前記入力軸に固着される第2リング歯車、及び前記第2リング歯車と前記第2太陽歯車との間に介在される複数の第2遊星歯車を備えており、
前記第1遊星歯車と前記第2遊星歯車とが共通のキャリアに軸支される」
ことを特徴とする伝動装置となる。
「固定されたハウジングの中心に対向して設置される入力軸及び出力軸と、前記ハウジング内に軸方向に並列して設置される第1遊星歯車機構及び第2遊星歯車機構とを有する伝動装置であって、
前記第1遊星歯車機構は、前記入力軸に固着される第1リング歯車、前記出力軸に固着される第1太陽歯車、及び前記第1リング歯車と前記第1太陽歯車との間に介在される複数の第1遊星歯車を備え、
前記第2遊星歯車機構は、前記ハウジングに固定される第2太陽歯車、前記第1リング歯車と共に前記入力軸に固着される第2リング歯車、及び前記第2リング歯車と前記第2太陽歯車との間に介在される複数の第2遊星歯車を備えており、
前記第1遊星歯車と前記第2遊星歯車とが共通のキャリアに軸支される」
ことを特徴とする伝動装置となる。
請求項5の伝動装置においては、請求項6に記載のように、前記第2リング歯車を前記第1リング歯車に嵌め合わされたリング状部材の内周に形成することが好ましい。
本発明の請求項1の伝動装置は、固定されたハウジングの中心に対向して設置される入力軸及び出力軸と、ハウジング内に軸方向に並列して設置される第1遊星歯車機構及び第2遊星歯車機構とを備えており、伝動装置の入力軸が第1遊星歯車機構のリング歯車(第1リング歯車)に、出力軸が第1遊星歯車機構の太陽歯車(第1太陽歯車)にそれぞれ固着されている。第1遊星歯車機構の複数の遊星歯車(第1遊星歯車)は、回転可能にキャリアに軸支されるが、このキャリアは、第2遊星歯車機構の遊星歯車(第2遊星歯車)を軸支するキャリアと共通のものとなっている。そして、第2遊星歯車機構においては、リング歯車(第2リング歯車)がハウジングに固定されて回転不能であり、太陽歯車(第2太陽歯車)は、伝動装置の入力軸に、第1遊星歯車機構のリング歯車(第1リング歯車)とともに固着される。
本発明の伝動装置では、キャリアに支持される第1遊星歯車と第2遊星歯車とが別々の歯車であって、異なる回転数で回転可能であるとともに、第1遊星歯車と第2遊星歯車として、歯数やピッチ円直径の異なる歯車を採用することが可能である。そのため、各遊星歯車機構を構成する太陽歯車、リング歯車及び遊星歯車のモジュールを同一として各歯車の噛み合い状態を円滑なものとし、動力伝達損失を低減することができる。
本発明の伝動装置では、キャリアに支持される第1遊星歯車と第2遊星歯車とが別々の歯車であって、異なる回転数で回転可能であるとともに、第1遊星歯車と第2遊星歯車として、歯数やピッチ円直径の異なる歯車を採用することが可能である。そのため、各遊星歯車機構を構成する太陽歯車、リング歯車及び遊星歯車のモジュールを同一として各歯車の噛み合い状態を円滑なものとし、動力伝達損失を低減することができる。
本発明の請求項1の伝動装置において、入力軸の回転数と出力軸の回転数の比である変速比は、以下のように計算することができる。
一般に遊星歯車機構においては、リング歯車の歯数と太陽歯車の歯数との歯数比をγとすると、太陽歯車の回転数nSG、リング歯車の回転数nRG及びキャリアの回転数nCRの間に次の関係がある。
nRG+γ・nSG=(1+γ)nCR
γ=ZSG/ZRG ZSG:太陽歯車の歯数、ZRG:リング歯車の歯数
本発明の伝動装置の変速比は、第1遊星歯車機構における回転リング歯車の回転数nRG1と太陽歯車の回転数nSG1との比であり、第1、第2遊星歯車機構に共通のキャリアの回転数nCRは、回転不能のリング歯車RG2を備えた第2遊星歯車機構により決定されるので、次式のとおりとなる。
nSG1/nRG1=(γ2−(1/γ1))/(γ2+1) :式<1>
γ1:第1遊星歯車機構の歯数比、γ2:第2遊星歯車機構の歯数比
ここで、γ1とγ2は共に1より小さい数であるので上式の分子は負の値となり、本発明の伝動装置では、出力軸の回転方向が入力軸の回転方向と逆になる。この変速比は、γ1、γ2を変更すると自由な設定が可能であり、回転数の変化が少ない状態(変速比の絶対値が1に近い)で、回転方向を逆転させることが容易にできる。例えば、
γ1=3/5、γ2=1/3
とすると、回転数が同一(等速)で回転方向が逆転する伝動装置となる。また、
γ1=1/3、γ2=3/5
とした場合には、回転数が3/2で回転方向が逆転する伝動装置を構成できる。
一般に遊星歯車機構においては、リング歯車の歯数と太陽歯車の歯数との歯数比をγとすると、太陽歯車の回転数nSG、リング歯車の回転数nRG及びキャリアの回転数nCRの間に次の関係がある。
nRG+γ・nSG=(1+γ)nCR
γ=ZSG/ZRG ZSG:太陽歯車の歯数、ZRG:リング歯車の歯数
本発明の伝動装置の変速比は、第1遊星歯車機構における回転リング歯車の回転数nRG1と太陽歯車の回転数nSG1との比であり、第1、第2遊星歯車機構に共通のキャリアの回転数nCRは、回転不能のリング歯車RG2を備えた第2遊星歯車機構により決定されるので、次式のとおりとなる。
nSG1/nRG1=(γ2−(1/γ1))/(γ2+1) :式<1>
γ1:第1遊星歯車機構の歯数比、γ2:第2遊星歯車機構の歯数比
ここで、γ1とγ2は共に1より小さい数であるので上式の分子は負の値となり、本発明の伝動装置では、出力軸の回転方向が入力軸の回転方向と逆になる。この変速比は、γ1、γ2を変更すると自由な設定が可能であり、回転数の変化が少ない状態(変速比の絶対値が1に近い)で、回転方向を逆転させることが容易にできる。例えば、
γ1=3/5、γ2=1/3
とすると、回転数が同一(等速)で回転方向が逆転する伝動装置となる。また、
γ1=1/3、γ2=3/5
とした場合には、回転数が3/2で回転方向が逆転する伝動装置を構成できる。
このように、本発明の伝動装置は、入力軸及び出力軸の回転中心軸が同心であり、回転方向を逆転させるものとなる。逆転用歯車を出力軸に設けるような通常の逆転装置では、入力軸と出力軸がずれることとなるが、本発明の伝動装置は同心であって、小型でコンパクトに構成されるので、動力伝達系での使い勝手が優れている。例えば、一方向回転のみが可能な安価なモーターを駆動源として、逆方向の回転出力を得ようとする場合などにおいて、本発明の伝動装置を好適に使用することができる。また、本発明の伝動装置では、出力軸側から駆動するとロック状態となって入力軸への動力伝達が不能となるため、ロックタイプ双方向クラッチとして使用することが可能である。
請求項2の発明は、第1遊星歯車機構及び第2遊星歯車機構の遊星歯車を軸支するキャリアに関するものであり、キャリアを、カップ状部材とこれに嵌め合わされる円板状部材とを組み立てた構造とする。そして、第1遊星歯車機構をキャリアのカップ状部材の内部に配置するとともに、第2遊星歯車機構を、カップ状部材とハウジングの入力軸側の端面との間に配置する。これにより、第1遊星歯車機構がキャリアのカップ状部材の内部に配置されるとともに、第2遊星歯車機構が軸方向に並列して設置され、伝動装置全体の構造がコンパクト化される。
請求項3の発明は、第1遊星歯車機構における第1リング歯車を、円板の周囲に設けられた周壁に形成し、第1リング歯車の円板を、請求項2のキャリアのカップ状部材の円板部分に当接してスラスト方向に軸受するものである。これにより、第1リング歯車を固着した入力軸が、回転中に傾きあるいは振動を起こすなどの事態が防止され、伝動装置の安定した回転が達成される。また、請求項4の発明のように、ハウジングの端部に円板状の蓋体を嵌め込み、キャリアの軸方向の両端面を、ハウジングの垂直な端面と蓋体とに当接してスラスト方向に軸受した場合には、入力軸の第1リング歯車と出力軸の太陽歯車ばかりでなく、キャリア自体もスラスト方向に軸受され、伝動装置の回転体全部が安定して回転することとなる。
請求項5に記載の本発明の伝動装置は、入力軸に固着される第1リング歯車、出力軸に固着される第1太陽歯車、及びキャリアに軸支される遊星歯車により第1遊星歯車機構を構成する点は、請求項1の伝動装置と同様であるが、キャリアの回転数を決定する第2遊星歯車機構において、太陽歯車(第2太陽歯車)を回転不能にハウジングに固定する。この構成を備えた請求項5の伝動装置では、変速比は次式のとおりとなる。
nSG1/nRG1=(1−(γ2/γ1))/(γ2+1) :式<2>
γ1:第1遊星歯車機構の歯数比、γ2:第2遊星歯車機構の歯数比
上式から分かるとおり、本発明の請求項5の伝動装置では、γ1とγ2の大小により出力軸の正転・逆転が決定され、γ2>γ1であると逆転することとなる。例えば、
γ1=1/5、γ2=1/2
とすると、回転数が同一で回転方向が逆転する伝動装置となる。
nSG1/nRG1=(1−(γ2/γ1))/(γ2+1) :式<2>
γ1:第1遊星歯車機構の歯数比、γ2:第2遊星歯車機構の歯数比
上式から分かるとおり、本発明の請求項5の伝動装置では、γ1とγ2の大小により出力軸の正転・逆転が決定され、γ2>γ1であると逆転することとなる。例えば、
γ1=1/5、γ2=1/2
とすると、回転数が同一で回転方向が逆転する伝動装置となる。
請求項5の伝動装置において出力軸を逆転させる場合には、第2遊星歯車機構の歯数比を第1遊星歯車機構より大きくする必要があるので、第2遊星歯車機構のリング歯車(第2リング歯車)の径を第1遊星歯車機構のものよりも小さくすることが望ましい。請求項6の発明のように、第2リング歯車を第1遊星歯車機構のリング歯車(第1リング歯車)に嵌め合わされたリング状部材の内周に形成したときは、請求項5の伝動装置を、全体的な構造が簡素化され、かつ、製造組み立てが容易なものとすることができる。
以下、図面に基づいて本発明の伝動装置について説明する。まず、図1に本発明の伝動装置の第1実施例(請求項1の発明に対応)の全体的な構造を示し、図2乃至図4には、伝動装置を構成する部品を単体で示す。
図1の中央の縦断面図に示すように、第1実施例の伝動装置は、固定されたハウジング1内において左方に配置される第1遊星歯車機構(断面A−A)と、右方に配置される第2遊星歯車機構(断面B−B)とを並列して組み合わせたものである。ハウジング1の中心には、入力軸2(断面にハッチングが施されている)及び出力軸3が対向して設置されており、両方の軸の回転中心は同心となっている。入力軸2は、ハウジング1の一端部の中心孔に軸受され、出力軸3は、シールドのためハウジング1の他端部に嵌め込まれた蓋体1Cを貫通し、これに軸受される。
図1の中央の縦断面図に示すように、第1実施例の伝動装置は、固定されたハウジング1内において左方に配置される第1遊星歯車機構(断面A−A)と、右方に配置される第2遊星歯車機構(断面B−B)とを並列して組み合わせたものである。ハウジング1の中心には、入力軸2(断面にハッチングが施されている)及び出力軸3が対向して設置されており、両方の軸の回転中心は同心となっている。入力軸2は、ハウジング1の一端部の中心孔に軸受され、出力軸3は、シールドのためハウジング1の他端部に嵌め込まれた蓋体1Cを貫通し、これに軸受される。
入力軸2には、出力軸3側の端部に、周囲に周壁を有する円板が取り付けられており、その周壁に第1遊星歯車機構の第1リング歯車RG1が固着される(図3も参照)。また、出力軸3には、入力軸2側の軸方向端部に第1遊星歯車機構の第1太陽歯車SG1が固着される。断面A−Aに示すとおり、第1遊星歯車機構では、第1太陽歯車SG1の周りに3個の第1遊星歯車PG1が配置されており、第1遊星歯車PG1は、第1太陽歯車SG1と入力軸2の第1リング歯車RG1とに噛み合う。この第1遊星歯車PG1は、円板状部材であるキャリア4Aに回転可能に軸支されている。各々の歯車は、サイクロイドを基本とした歯型曲線を有するサイクロイド歯車となっている。
入力軸2には、円板を挟んでリング歯車RG1と反対側に、第2遊星歯車機構の第2太陽歯車SG2も固着される。そして、この部分のハウジング1の内面には、第2遊星歯車機構の第2リング歯車RG2が固着されている。断面B−Bに示すとおり、第2遊星歯車機構では、第2太陽歯車SG2の周りに3個の第2遊星歯車PG2が配置される。
第2太陽歯車SG2は、キャリア4Bに回転可能に軸支されている。このキャリア4Bは、円板部分及び円周壁部分を有するカップ状部材であり、第2太陽歯車SG2は、カップ状部材のいわば裏側に立設された軸に嵌め込まれる(図4も参照)。キャリア4Bの円周壁部分は、第1リング歯車RG1が固着される入力軸2の周壁を取り巻いており、軸方向の先端部には、第1遊星歯車PG1を軸支する円板状部材のキャリア4Aが嵌め込まれている。つまり、第1遊星歯車機構のキャリア4Aと第1遊星歯車機構のキャリア4Bとは一体となって回転するキャリア4を構成しており、第1遊星歯車機構は、キャリア4の内部に収容されている。
第2太陽歯車SG2は、キャリア4Bに回転可能に軸支されている。このキャリア4Bは、円板部分及び円周壁部分を有するカップ状部材であり、第2太陽歯車SG2は、カップ状部材のいわば裏側に立設された軸に嵌め込まれる(図4も参照)。キャリア4Bの円周壁部分は、第1リング歯車RG1が固着される入力軸2の周壁を取り巻いており、軸方向の先端部には、第1遊星歯車PG1を軸支する円板状部材のキャリア4Aが嵌め込まれている。つまり、第1遊星歯車機構のキャリア4Aと第1遊星歯車機構のキャリア4Bとは一体となって回転するキャリア4を構成しており、第1遊星歯車機構は、キャリア4の内部に収容されている。
本発明の伝動装置では、キャリア4に支持される第1遊星歯車PG1と第2遊星歯車PG2とが別々の歯車であり、歯数やピッチ円直径の異なる歯車を採用することが可能である。そのため、各遊星歯車機構を構成する太陽歯車、リング歯車及び遊星歯車のモジュールを同一として各歯車の噛み合い状態を円滑なものとすることができる。
次いで、本発明の第1実施例の伝動装置の使用態様について説明する。
この伝動装置を動力伝達系で使用するときは、駆動源であるモーター等を入力軸2に連結し、従動側の機器等を出力軸3に連結する。入力軸2の中央孔及び出力軸3には、図示しない連結軸との回り止めを図るため、それぞれ平面部が形成されている。モーター等により入力軸2を回転すると、入力軸2の第2太陽歯車SG2、ハウジング1に固着された回転不能の第2リング歯車RG2等からなる第2遊星歯車機構により、キャリア4が減速されて回転する。第1遊星歯車機構では、入力軸2の第1リング歯車RG1の回転数とキャリア4の回転数により、出力軸3に固着の第1太陽歯車SG1の回転数が決定され、出力軸3と入力軸2との回転数比である変速比は、式<1>のとおりとなる。
第1実施例においては、遊星歯車機構を構成する各歯車の歯数は、第1リング歯車RG1:45、第1太陽歯車SG1:27(γ1=3/5)、そして、第2リング歯車RG2:45、第2太陽歯車SG2:15(γ2=1/3)に設定されている。そのため、変速比は−1であって、第1実施例の伝動装置は、回転数が同一(等速)で回転方向が逆転する逆転装置として作動する。図示はしないが、第1実施例の第1、第2遊星歯車機構の歯数を入れ換え、γ1=1/3、γ2=3/5に設定すると、回転数が3/2で回転方向が逆転する伝動装置を得ることができる。
この伝動装置を動力伝達系で使用するときは、駆動源であるモーター等を入力軸2に連結し、従動側の機器等を出力軸3に連結する。入力軸2の中央孔及び出力軸3には、図示しない連結軸との回り止めを図るため、それぞれ平面部が形成されている。モーター等により入力軸2を回転すると、入力軸2の第2太陽歯車SG2、ハウジング1に固着された回転不能の第2リング歯車RG2等からなる第2遊星歯車機構により、キャリア4が減速されて回転する。第1遊星歯車機構では、入力軸2の第1リング歯車RG1の回転数とキャリア4の回転数により、出力軸3に固着の第1太陽歯車SG1の回転数が決定され、出力軸3と入力軸2との回転数比である変速比は、式<1>のとおりとなる。
第1実施例においては、遊星歯車機構を構成する各歯車の歯数は、第1リング歯車RG1:45、第1太陽歯車SG1:27(γ1=3/5)、そして、第2リング歯車RG2:45、第2太陽歯車SG2:15(γ2=1/3)に設定されている。そのため、変速比は−1であって、第1実施例の伝動装置は、回転数が同一(等速)で回転方向が逆転する逆転装置として作動する。図示はしないが、第1実施例の第1、第2遊星歯車機構の歯数を入れ換え、γ1=1/3、γ2=3/5に設定すると、回転数が3/2で回転方向が逆転する伝動装置を得ることができる。
第1実施例の伝動装置は、入力軸2及び出力軸3の回転中心軸が同心であって、回転方向が逆転されるものとなり、その変速比は、遊星歯車機構を構成する各歯車の歯数を変更することにより自由に設定できる。また、入力軸2側から駆動するときは、第1遊星歯車PG1及び第2遊星歯車PG2を入力軸2により同時に回転させるが、逆に入力軸2側から駆動しようとすると、まず第1遊星歯車PG1のみに駆動力が伝達されるため、入力軸2への動力伝達が困難となる。こうしたことから、第1実施例の伝動装置は、ロックタイプ双方向クラッチとしても好適に使用することが可能である。
図2の静止部品の単品図に示されるように、ハウジング1は、円周壁11と端板12とを備えるカップ状の固定部材であって、その内部には、軸方向に垂直な端面13を形成する段差部が設けられるとともに、小径となった部分には、第2遊星歯車機構の第2リング歯車RG2が設けられている。端面13と対向するハウジング1の端部には、蓋体1Cが嵌め込まれており、ハウジング1の端板12及び蓋体1Cには、入力軸2及び出力軸3がそれぞれ貫通する中央孔が設けられる。また、図1の中央の縦断面図に示されるように、キャリア4は、軸方向の両端面がハウジング1の端面13及び蓋体1Cにそれぞれ当接してスラスト方向に軸受され、軸方向の位置決めが行われている。
図3の入出力部品の単品図に示されるように、入力軸2は、出力軸3側の端部に円板21を備えており、円板21の半径方向外端部には、第1リング歯車RG1を形成した周壁22が設けられる。円板21の第1リング歯車RG1と反対側には、第2太陽歯車SG2が固着されている。
出力軸3には第1太陽歯車SG1が固着されており、図1の中央の縦断面図に示されるように、第1太陽歯車SG1は、その軸方向両端面が入力軸2の円板21と円板状部材であるキャリア4Aとに当接し、これらに挟まれる形でスラスト方向に軸受される。入力軸2の円板21の端面は、キャリア4Bの円板状の面に当接してスラスト方向の軸受けが行われている。その結果、伝動装置の回転部材である入力軸2、出力軸3及びキャリア4の全てが、固定部材であるハウジング1に軸受されることとなり、回転中に傾きあるいは振動を起こすなどの事態が防止され、伝動装置の安定した回転が達成される。
出力軸3には第1太陽歯車SG1が固着されており、図1の中央の縦断面図に示されるように、第1太陽歯車SG1は、その軸方向両端面が入力軸2の円板21と円板状部材であるキャリア4Aとに当接し、これらに挟まれる形でスラスト方向に軸受される。入力軸2の円板21の端面は、キャリア4Bの円板状の面に当接してスラスト方向の軸受けが行われている。その結果、伝動装置の回転部材である入力軸2、出力軸3及びキャリア4の全てが、固定部材であるハウジング1に軸受されることとなり、回転中に傾きあるいは振動を起こすなどの事態が防止され、伝動装置の安定した回転が達成される。
次に、本発明の伝動装置の第2実施例(請求項5の発明に対応)について、図5乃至8に基づき説明する。図5には、第2実施例の伝動装置の全体的な構造を示し、図6乃至図8には、伝動装置を構成する部品を単体で示す。
図5の中央の縦断面図に示すように、第2実施例の伝動装置は、固定されたハウジング1´内において右方に配置される第1遊星歯車機構(断面A−A)と、左方に配置される第2遊星歯車機構(断面B−B)とを並列して組み合わせたものである。ハウジング1´の中心には、入力軸2´(断面にハッチングが施されている)及び出力軸3´が対向して設置されており、両方の軸の回転中心は同心となっている。入力軸2´は、ハウジング1´の一端部の中心孔に軸受され、出力軸3´は、シールドのためハウジング1´の他端部に嵌め込まれた蓋体1´Cを貫通し、これに軸受される。
図5の中央の縦断面図に示すように、第2実施例の伝動装置は、固定されたハウジング1´内において右方に配置される第1遊星歯車機構(断面A−A)と、左方に配置される第2遊星歯車機構(断面B−B)とを並列して組み合わせたものである。ハウジング1´の中心には、入力軸2´(断面にハッチングが施されている)及び出力軸3´が対向して設置されており、両方の軸の回転中心は同心となっている。入力軸2´は、ハウジング1´の一端部の中心孔に軸受され、出力軸3´は、シールドのためハウジング1´の他端部に嵌め込まれた蓋体1´Cを貫通し、これに軸受される。
入力軸2´には、図7に示すように、周囲に周壁22´を有する円板21´が取り付けられており、その周壁22´には、第1遊星歯車機構のリング歯車となる第1リング歯車RG1が固着される。第1リング歯車RG1は、周壁22´の軸方向の全長に亘って形成された歯車であって、円板21´の反対側の端部には、リング状部材2´Rが嵌め込まれて一体的に装着されている。リング状部材2´Rは、第1リング歯車RG1と嵌り合う、いわばスプライン軸の凸部のような外歯2´RTを外周に形成し、内周には、第2遊星歯車機構のリング歯車となる第2リング歯車RG2を形成して固着したものである。出力軸3´には、第1遊星歯車機構の第1太陽歯車SG1が固着される。
図5の断面A−Aに示すとおり、第2実施例における第1遊星歯車機構では、出力軸3´の第1太陽歯車SG1の周りに3個の第1遊星歯車PG1が配置されている。第1遊星歯車PG1は、出力軸3´の第1太陽歯車SG1と入力軸2´に固着された第1リング歯車RG1とに噛み合い、この点では、第1実施例の第1遊星歯車機構と変わりはない。第1遊星歯車PG1は、円板状部材であるキャリア4´の片側(入力軸2´側)に立設された軸に、回転可能に軸支されている(図8も参照)。
第2実施例における第2遊星歯車機構では、第2太陽歯車SG2は回転不能の歯車であって、これは、ハウジング1´に嵌め込まれた蓋体1´Cに固着される(図6も参照)。図5の断面B−Bに示すとおり、入力軸2´に固着した第2リング歯車RG2と第2太陽歯車SG2との間には、3個の第2遊星歯車PG2が配置され、第2遊星歯車PG2は、円板状部材であるキャリア4´において第1遊星歯車PG1と反対側に、回転可能に軸支されている(図8も参照)。
つまり、本発明の第2実施例の伝動装置は、キャリアの回転数を決定する第2遊星歯車機構において、第1実施例の伝動装置がリング歯車を回転不能にハウジングに固定するのに対し、太陽歯車を回転不能に固定したものに相当する。第1実施例では、キャリア4がカップ状部材と円板状部材とを組み合わせた複雑な構造をなしているが、第2実施例の伝動装置のキャリア4´は単に円板状部材であって、構造が簡素化されている。
第2実施例の伝動装置における変速比は上述の<式2>で計算されるが、第2実施例の遊星歯車機構を構成する各歯車の歯数は、第1リング歯車RG1:60、第1太陽歯車SG1:12(γ1=1/5)、また、第2リング歯車RG2:48、第2太陽歯車SG2:24(γ2=1/2)に設定されている。したがって、変速比は−1であって、第2実施例の伝動装置は、第1実施例のものと同様に、回転数が同一で回転方向が逆転する逆転装置として作動する。
第2実施例の伝動装置における変速比は上述の<式2>で計算されるが、第2実施例の遊星歯車機構を構成する各歯車の歯数は、第1リング歯車RG1:60、第1太陽歯車SG1:12(γ1=1/5)、また、第2リング歯車RG2:48、第2太陽歯車SG2:24(γ2=1/2)に設定されている。したがって、変速比は−1であって、第2実施例の伝動装置は、第1実施例のものと同様に、回転数が同一で回転方向が逆転する逆転装置として作動する。
図7の入出力部品の単品図に示されるように、入力軸2´の周壁22´には、軸方向の全長に亘り第1リング歯車RG1が形成され、その一部の歯形を利用して、リング状部材2´Rが装着されるので、第2実施例の伝動装置においては、入力軸2´の製造や伝動装置の組み立てが容易となる。また、図5の中央の縦断面図に示されるように、入力軸2´の円板21´はハウジング1´の内面と当接し、出力軸3´は円板21´と当接してスラスト方向の軸受けが行われている。そのため、回転部材が回転中に傾きあるいは振動を起こすなどの事態を防止することができる。
以上詳述したように、本発明の伝動装置は、入力軸に固着したリング歯車と出力軸に固着した太陽歯車との間に第1遊星歯車を配して第1遊星歯車機構を構成し、第1遊星歯車のキャリアの回転数を、第2遊星歯車機構の第2遊星歯車を支持するキャリアにより決定するようにしたものである。上記の実施例では伝動装置の変速比を−1とし、回転数が同一で回転方向が逆転する逆転装置として作動させているが、各歯車の歯数を調整することにより、回転数が増大または減少するような伝動装置を構成できるのは言うまでもない。また、入力軸等に直接歯車を形成する代わりに歯車部分を別体で製作して部品に組み付ける、各歯車の歯型曲線としてインボリュート歯形その他特殊形状歯型を採用するなど、上記実施例に対し各種の変形が可能であるのは明らかである。
1、1´ ハウジング
1C、1´C 蓋板
2、2´ 入力軸
3、3´ 出力軸
4、4´ キャリア
SG1、SG2 (第1、第2遊星歯車機構の)太陽歯車
PG1、PG2 (第1、第2遊星歯車機構の)遊星歯車
RG1、RG2 (第1、第2遊星歯車機構の)リング歯車
1C、1´C 蓋板
2、2´ 入力軸
3、3´ 出力軸
4、4´ キャリア
SG1、SG2 (第1、第2遊星歯車機構の)太陽歯車
PG1、PG2 (第1、第2遊星歯車機構の)遊星歯車
RG1、RG2 (第1、第2遊星歯車機構の)リング歯車
Claims (6)
- 固定されたハウジングの中心に対向して設置される入力軸及び出力軸と、前記ハウジング内に軸方向に並列して設置される第1遊星歯車機構及び第2遊星歯車機構とを有する伝動装置であって、
前記第1遊星歯車機構は、前記入力軸に固着される第1リング歯車、前記出力軸に固着される第1太陽歯車、及び前記第1リング歯車と前記第1太陽歯車との間に介在される複数の第1遊星歯車を備え、
前記第2遊星歯車機構は、前記ハウジングに固定される第2リング歯車、前記第1リング歯車と共に前記入力軸に固着される第2太陽歯車、及び前記第2リング歯車と前記第2太陽歯車との間に介在される複数の第2遊星歯車を備えており、
前記第1遊星歯車と前記第2遊星歯車とが共通のキャリアに軸支されることを特徴とする伝動装置。 - 前記キャリアが円板部分及び円周壁部分を有するカップ状部材と、前記カップ状部材に嵌め合わされる円板状部材とを備えており、前記第1遊星歯車機構が前記キャリアのカップ状部材の内部に配置されるとともに、前記第2遊星歯車機構が、前記キャリアのカップ状部材と前記ハウジングの前記入力軸側の端面との間に配置される請求項1に記載の伝動装置。
- 前記第1リング歯車が円板の周囲に設けられた周壁に形成されており、前記第1リング歯車の円板が前記キャリアのカップ状部材の円板部分に当接してスラスト方向に軸受される請求項2に記載の伝動装置。
- 前記ハウジングの内部には軸方向に垂直な端面が形成されるとともに、前記端面と対向する端部には円板状の蓋体が嵌め込まれており、前記キャリアは、その両面が前記端面及び前記蓋体にそれぞれ当接して、スラスト方向に軸受される請求項2又は請求項3に記載の伝動装置。
- 固定されたハウジングの中心に対向して設置される入力軸及び出力軸と、前記ハウジング内に軸方向に並列して設置される第1遊星歯車機構及び第2遊星歯車機構とを有する伝動装置であって、
前記第1遊星歯車機構は、前記入力軸に固着される第1リング歯車、前記出力軸に固着される第1太陽歯車、及び前記第1リング歯車と前記第1太陽歯車との間に介在される複数の第1遊星歯車を備え、
前記第2遊星歯車機構は、前記ハウジングに固定される第2太陽歯車、前記第1リング歯車と共に前記入力軸に固着される第2リング歯車、及び前記第2リング歯車と前記第2太陽歯車との間に介在される複数の第2遊星歯車を備えており、
前記第1遊星歯車と前記第2遊星歯車とが共通のキャリアに軸支されることを特徴とする伝動装置。 - 前記第2リング歯車は、前記第1リング歯車に嵌め合わされたリング状部材の内周に形成される請求項5に記載の伝動装置。
Priority Applications (1)
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JP2014102360A JP2015218804A (ja) | 2014-05-16 | 2014-05-16 | 遊星歯車機構を利用する伝動装置 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109027140A (zh) * | 2018-09-30 | 2018-12-18 | 杭州星河传动机械研究院有限公司 | 一种滚套行星减速机 |
WO2019144986A1 (de) * | 2018-01-23 | 2019-08-01 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen maschine und einem hohlradtopf |
US11267188B2 (en) | 2019-01-21 | 2022-03-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Mandrel structure and manufacturing method thereof |
-
2014
- 2014-05-16 JP JP2014102360A patent/JP2015218804A/ja active Pending
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CN109027140A (zh) * | 2018-09-30 | 2018-12-18 | 杭州星河传动机械研究院有限公司 | 一种滚套行星减速机 |
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