JP2023063066A - 遊星ギア機構 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡易でありながら、従来の遊星ギア車機構に比べて格段に大きい減速比を達成可能な遊星ギア機構を提供する。
【解決手段】本発明の遊星ギア機構は、固定ギアと、出力ギアと、キャリアと、大径ギアと小径ギアとから構成されるＮ個（Ｎ＝２以上の整数）の２段ギアと、を含むギアシステムを備える。前記キャリア、前記固定ギア及び前記出力ギアは共通の軸上にある。前記Ｎ個の２段ギアは、前記キャリアに組み込まれ、かつギアトレーンとして順次噛み合っている。前記ギアトレーンの一方の端部は前記固定ギアと噛み合っており、前記ギアトレーンの他方の端部は前記出力ギアと噛み合っている。
【選択図】図１

Description

本発明は、遊星ギア機構に関する。

従前より、遊星ギア機構が種々提案されている。遊星ギア機構は、典型的には、サンギアを中心として、その周囲を複数の遊星ギアが自転しながら公転する構造を有する。遊星ギア機構には、遊星ギアの段数や歯数に応じて様々な種類があり、種類の違いによって得られる減速比が異なる。例えば、遊星ギアの段数が１段の場合、遊星ギア機構の減速比は最大１４程度である。遊星ギアの段数が多段の場合、遊星ギア機構の減速比は最大１００程度である。また、遊星ギア機構の派生機構として、不思議遊星ギア機構がある。不思議遊星ギア機構は、軸に取り付けられた歯数の異なる２つの内歯ギアに複数の遊星ギアを噛み合わせることで、高い減速比の達成を可能とする。不思議遊星ギア機構の減速比は、最大１００～３００程度である。

従来の遊星ギア機構は、少ない段数で大きな減速比を得ることができるとともに、大きなトルクを伝達することができるという利点がある。また、入力軸と出力軸を同軸上に配置できることに加えて、複数の遊星ギアに負荷を分散することができるので、遊星ギアの磨耗や欠損が抑制できるという利点もある。その一方で、従来の遊星ギア機構は、構造が複雑であるため製造コストが増加するという問題に加えて、ギア比の計算が難しいという問題もある。

本発明は上述のような事情に基づいてなされたものであり、構造が簡易でありながら、従来の遊星ギア機構に比べて格段に大きい減速比を達成可能な遊星ギア機構を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、固定ギアと、出力ギアと、キャリアと、大径ギアと小径ギアとから構成されるＮ個（Ｎ＝２以上の整数）の２段ギアと、を含むギアシステムを備え、前記キャリア、前記固定ギア及び前記出力ギアは共通の軸上にあり、前記Ｎ個の２段ギアは、前記キャリアに組み込まれ、かつギアトレーンとして順次噛み合っており、前記ギアトレーンの一方の端部は前記固定ギアと噛み合っており、前記ギアトレーンの他方の端部は前記出力ギアと噛み合っており、前記Ｎ個の２段ギアを、前記固定ギア側から前記出力ギア側に向かって、第１の２段ギア、第２の２段ギア、第３の２段ギア、・・・、第Ｎ－１の２段ギア、第Ｎの２段ギアと定義するとき、前記キャリアが前記共通の軸の周りを回転すると、前記第１の２段ギアが前記固定ギアの周囲を転がりながら回転し、前記第２の２段ギアが前記第１の２段ギアの周囲を転がりながら回転し、前記第３の２段ギアが前記第２の２段ギアの周囲を転がりながら回転し、・・・、前記第Ｎの２段ギアが前記第Ｎ－１の２段ギアの周囲を転がりながら回転して、その回転を前記出力ギアに伝達し、前記固定ギアの歯数をＲｆと定義し、前記第１の２段ギアにおいて、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記固定ギア側の歯数をＲ１、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記第２の２段ギア側の歯数Ｒ２と定義し、前記第２の２段ギアにおいて、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記第１の２段ギア側の歯数をＲ３、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記第３の２段ギア側の歯数Ｒ４と定義し、前記第３の２段ギアにおいて、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記第２の２段ギア側の歯数をＲ５、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記出力ギア側の歯数Ｒ６と定義し、・・・、前記第Ｎの２段ギアにおいて、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記第Ｎ－１の２段ギア側の歯数をＲ（２Ｎ－１）、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記出力ギア側の歯数Ｒ（２Ｎ）と定義し、前記出力ギアの歯数をＲｏと定義するとき、減速比Ｗ_{ｃａｒｒｉｅｒ}／Ｗ_{ｏｕｔｐｕｔ}は、以下の減速式（１）で表され、

ここで、ｋは、前記ギアシステムのギアのタイプ及びギアの個数に応じて決まる値であって、１又は－１である、遊星ギア機構を提供する（発明１）。

かかる発明（発明１）によれば、従来の遊星ギア機構に比べて、簡易な構造でありながら格段に大きい減速比を達成することができる。

上記発明（発明１）においては、前記ギアトレーンの前記２段ギアの少なくとも１つは、前記キャリア、前記固定ギア及び前記出力ギアと同じ前記共通の軸を中心とするサン又はリングギアであってもよい（発明２）。

かかる発明（発明２）によれば、従来の遊星ギア機構に比べて、簡易な構造でありながら格段に大きい減速比を達成することができる。

上記発明（発明１，２）においては、前記ギアシステムのギアのタイプは、スパーギア、リングギア、チェーン、及びベルトのいずれか１つであるか、又は、これらの２つ以上を組み合わせたものであってもよい（発明３）。

かかる発明（発明３）によれば、従来の遊星ギア機構に比べて、簡易な構造でありながら格段に大きい減速比を達成することができる。

本発明の遊星ギア機構によれば、従来の遊星ギア機構に比べて、簡易な構造でありながら格段に大きい減速比を達成することができる。

本発明の実施形態に係る遊星ギア機構の模式的斜視図である。 図１の遊星ギア機構のギアシステムを示す模式的説明図である。 図１の遊星ギア機構が複製された２段ギアを備える場合のギアシステムを示す模式的説明図である。 本発明の変形例に係る遊星ギア機構の模式的斜視図である。 図４の遊星ギア機構が複製された２段ギアセットを備える場合のギアシステムを示す模式図である。 本発明の変形例（ａ）～（ｈ）に係る遊星ギア機構を示す断面図である。

以下、本発明の遊星ギア機構の実施形態について、適宜図面を参照して説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであって、何ら本発明を限定するものではない。なお、図１から図５においては、スパーギア及び２段ギアをいずれも円柱状に省略して示している。

図１は本発明の実施形態に係る遊星ギア機構の模式的斜視図である。

本実施形態に係る遊星ギア機構１００は、固定ギア２と、出力ギア４と、キャリア３と、大径ギア５０２と小径ギア５０１とから構成されるＮ個（Ｎ＝２以上の整数）の２段ギア５と、含むギアシステム１０を備える。なお、図１は、ギアシステム１０が３個の２段ギア５（５１，５２，５３）を含む場合の例を示している。本実施形態では、便宜上、図１の斜視図に示されるように、共通の軸１に対して、固定ギア２がある側を「上」、出力ギア４がある側を「下」と呼ぶことがある。

キャリア３、固定ギア２、及び出力ギア４は、軸１上にある。Ｎ個の２段ギア５は、キャリア３に組み込まれ、かつ、ギアトレーン６として順次噛み合っている。ギアトレーン６の一方の端部は固定ギア２と噛み合っており、ギアトレーン６の他方の端部は出力ギア４と噛み合っている。

Ｎ個の２段ギア５を、固定ギア２側から出力ギア４側に向かって、第１の２段ギア５１、第２の２段ギア５２、第３の２段ギア５３、・・・、第Ｎ－１の２段ギア５（Ｎ－１）、第Ｎの２段ギア５Ｎと定義する。このとき、キャリア３が軸１の周りを回転すると、第１の２段ギア５１が固定ギア２の周囲を転がりながら回転し、第２の２段ギア５２が第１の２段ギア５１の周囲を転がりながら回転し、第３の２段ギア５３が第２の２段ギア５２の周囲を転がりながら回転し、・・・、第Ｎの２段ギア５Ｎが第Ｎ－１の２段ギア５（Ｎ－１）の周囲を転がりながら回転して、その回転を出力ギア４に伝達する。

固定ギア２の歯数をＲｆと定義する。第１の２段ギア５１において、大径ギア５０２又は小径ギア５０１のうち固定ギア２側の歯数をＲ１、大径ギア５０２又は小径ギア５０１のうち第２の２段ギア５２側の歯数Ｒ２と定義する。第２の２段ギア５２おいて、大径ギア５０２又は小径ギア５０１のうち第１の２段ギア５１側の歯数をＲ３、大径ギア５０２又は小径ギア５０１のうち第３の２段ギア５３側の歯数Ｒ４と定義する。第３の２段ギア５３において、大径ギア５０２又は小径ギア５０１のうち第２の２段ギア５２側の歯数をＲ５、大径ギア５０２又は小径ギア５０１のうち出力ギア４側の歯数Ｒ６と定義する。このように、第Ｎの２段ギア５Ｎにおいて、大径ギア５０２又は小径ギア５０１のうち第Ｎ－１の２段ギア５（Ｎ－１）側の歯数をＲ（２Ｎ－１）、大径ギア５０２又は小径ギア５０１のうち出力ギア４側の歯数Ｒ（２Ｎ）と定義する。出力ギア４の歯数をＲｏと定義する。このとき、減速比Ｗ_{ｃａｒｒｉｅｒ}／Ｗ_{ｏｕｔｐｕｔ}は、以下の減速式（１）で表される。

減速式（１）において、ｋは、ギアシステム１０のギアのタイプ及びギアの個数に応じて決まる値であって、１又は－１である。

図１に示す例において、固定ギア２及び出力ギア４はいずれも、スパーギアである。３個の２段ギア５（５１，５２，５３）はいずれも、同心軸上に大径ギア５０２と小径ギア５０１とを有する段付きギアである。

図１に示す例において、第１の２段ギア５１では、小径ギア５０１が上側に、大径ギア５０２が下側に位置している。第２の２段ギア５２では、小径ギア５０１が上側に、大径ギア５０２が下側に位置している。第３の２段ギア５３では、大径ギア５０２が上側に、小径ギア５０１が下側に位置している。

ギアシステム１０において、固定ギア２は、第１の２段ギア５１の小径ギア５０１と噛み合うように設けられている。また、第１の２段ギア５１の大径ギア５０２と第２の２段ギア５２の小径ギア５０１とが噛み合うように設けられており、第２の２段ギア５２の大径ギア５０２と第３の２段ギア５３の大径ギア５０２とが噛み合うように設けられている。第３の２段ギア５３の小径ギア５０１は、出力ギア４と噛み合うように設けられている。

図１に示す例において、第２の２段ギア５２は、固定ギア２及び出力ギア４のいずれにも噛み合っていない。このように、本実施形態に係る遊星ギア機構１００では、第１の２段ギア５１及び第Ｎの２段ギア５Ｎ以外の２段ギア５は、固定ギア２及び出力ギア４のいずれにも噛み合っていない。

図１に示す例において、キャリア３は、軸１に軸支された回転ディスク３１を有する。回転ディスク３１はキャリア３に接合されている。このように、キャリア３は、軸１に軸支された回転ディスク３１を有していてもよい。軸１に対する回転ディスク３１の回転にともない、第１の２段ギア５１、第２の２段ギア５２及び第３の２段ギア５３が軸１の周囲を自転しながら公転してもよい。

図１に示す例において、キャリア３は、固定ギア２の上側に位置する平板状の上面部３２と、出力ギア４の下側に位置する平板状の下面部３３とを有する。上面部３２及び下面部３３によって、第１の２段ギア５１の回転軸５１１、第２の２段ギア５２の回転軸５２１、第３の２段ギア５３の回転軸５３１が支持されている。キャリア３の下面部３３は、回転ディスク３１と接合している。これにより、回転ディスク３１の回転に伴い、キャリア３が回転する。

本実施形態に係るギアシステム１０において、第１の２段ギア５１を大径ギア５０２と小径ギア５０１のうちのどちらで固定ギア２と噛み合せるかは、特に限定されない。第１の２段ギア５１と第２の２段ギア５２とを互いに大径ギア５０２と小径ギア５０１のうちのどちらで噛み合せるかは、特に限定されない。第２の２段ギア５２と第３の２段ギア５３とを互いに大径ギア５０２と小径ギア５０１のうちのどちらで噛み合せるかは、特に限定されない。第３の２段ギア５３を大径ギア５０２と小径ギア５０１のうちのどちらで出力ギア４と噛み合せるかは、特に限定されない。ただし、上記減速式（１）から明らかなように、下記式（２）で求められる値が１に近ければ近いほど、減速比Ｗ_{ｃａｒｒｉｅｒ}／Ｗ_{ｏｕｔｐｕｔ}は大きくなる。

図１に示す例において、固定ギア２のスパーギアの歯数Ｒｆと出力ギア４のスパーギアの歯数Ｒｏは等しい。上記減速式（１）から明らかなように、歯数Ｒｆと歯数Ｒｏが等しい場合、固定ギア２と出力ギア４は、減速比Ｗ_{ｃａｒｒｉｅｒ}／Ｗ_{ｏｕｔｐｕｔ}に影響を与えない。このように、固定ギア２の歯数Ｒｆと出力ギア４の歯数Ｒｏを等しくすることにより、減速比Ｗ_{ｃａｒｒｉｅｒ}／Ｗ_{ｏｕｔｐｕｔ}に影響を与えることなく、必要に応じたサイズの固定ギア２及び出力ギア４を用いることができる。

次に、本実施形態に係る遊星ギア機構１００の動作について、図２を参照しながらさらに詳説する。

図２は、図１の遊星ギア機構１００のギアシステム１０を示す模式的説明図である。（ａ）は、回転ディスク３１、及び２段ギア５１、５２、５３の回転方向を示す平面図である。（ｂ）は、固定ギア２、２段ギア５１、５２、５３、及び出力ギア４の噛み合わせ方を各ギアの歯数を示す符号とともに示す斜視図である。なお、図２では、説明の便宜上、省略されている要素（例えば、キャリア３）もある。

図２（ａ）に示すように、回転ディスク３１が、軸１を軸心として一方向（α方向）に回転すると、第１の２段ギア５１は、軸１に固定された固定ギア２の周囲を、回転ディスク３１と同じα方向に自転しながら公転する。第２の２段ギア５２は、第１の２段ギア５１の回転が伝達されることにより、第１の２段ギア５１とは逆の－α方向に自転しながら、自転とは反対のα方向に公転する。第３の２段ギア５３は、第２の２段ギア５２の回転が伝達されることにより、出力ギア４の周囲を、第２の２段ギア５２とは逆のα方向に（すなわち、第１の２段ギア５１と同じα方向に）自転しながら公転する。これにより、第３の２段ギア５３の回転が伝達された出力ギア４において、上記減速式（１）で表される減速比Ｗ_{ｃａｒｒｉｅｒ}／Ｗ_{ｏｕｔｐｕｔ}が達成される。

より具体的には、回転ディスク３１が一方向（α方向）に回転すると、図２（ｂ）に示すように、固定ギア２と第１の２段ギア５１の上側に位置する小径ギア５０１とが噛み合うように設けられていることにより、第１の２段ギア５１が固定ギア２の周囲を、回転ディスク３１と同じα方向に自転しながら公転する。第１の２段ギア５１の下側に位置する大径ギア５０２と第２の２段ギア５２の上側に位置する小径ギア５０１とが噛み合うように設けられていることにより、第２の２段ギア５２が第１の２段ギア５１とは逆の－α方向に自転しながら、自転とは反対のα方向に公転する。第２の２段ギア５２の下側に位置する大径ギア５０２と第３の２段ギア５３の上側に位置する大径ギア５０２とが噛み合うように設けられていることにより、第３の２段ギア５３が第２の２段ギア５２とは逆のα方向に（すなわち、第１の２段ギア５１と同じα方向に）自転しながら公転する。そして、第３の２段ギア５３の下側に位置する小径ギア５０１と出力ギア４とが噛み合うように設けられていることにより、第３の２段ギア５３の回転が伝達された出力ギア４において、上記減速式（１）で表される減速比Ｗ_{ｃａｒｒｉｅｒ}／Ｗ_{ｏｕｔｐｕｔ}が達成される。

、図１及び２に示す例において、２段ギア５は、第１の２段ギア５１、第２の２段ギア５２、及び第３の２段ギア５３から構成されているが、２段ギア５の個数は２以上であれば、３個に限られるものではない。２段ギア５の個数が、図１及び２に示す例のように奇数である場合、第１の２段ギア５１の自転方向と第Ｎの２段転ギア５Ｎの自転方向とは同じになる。一方、２段ギア５の個数が偶数である場合、第１の２段ギア５１の自転方向と第Ｎの２段転ギア５Ｎの自転方向とは逆になる。

次に、図１の遊星ギア機構１００が複製された２段ギア５を備える場合について、図３を参照しつつ説明する。

図３は、図１の遊星ギア機構１００が複製された２段ギア５を備える場合のギアシステム１０’を示す模式的説明図である。（ａ）は、回転ディスク３１、及び２段ギア５１、５１’、５２、５３の回転方向を示す平面図である。（ｂ）は、固定ギア２、２段ギア５１、５１’、５２、５３、及び出力ギア４の噛み合わせ方を示す斜視図である。なお、図３では、説明の便宜上、省略されている要素（例えば、キャリア３）もある。

図３に示す例において、ギアシステム１０’は、第１の２段ギア５１の複製ギアである第１の２段ギア５１’を備える。図３（ａ）では、説明の理解を容易にするために、第１の２段ギア５１及び５１’を第２の２段ギア５２及び第３の２段ギア５３よりも太線で示している。

第１の２段ギア５１’は、第１の２段ギア５１の複製ギアであるため、小径ギア５０１が上側に、大径ギア５０２が下側に位置しており、小径ギア５０１の歯数Ｒ１及び大径ギア５０２の歯数Ｒ２も第１の２段ギア５１と同様であることは言うまでもない。第１の２段ギア５１’は、第１の２段ギア５１と同様に、小径ギア５０１が固定ギア２と噛み合うように設けられており、大径ギア５０２が第２の２段ギア５２の小径ギア５０１と噛み合うように設けられている。このように、２段ギア５の複製ギアを備えるギアシステム１０’によれば、各瞬間に噛み合う歯数を増やすことができるので、許容トルクを増加させることができる。

複製された２段ギア５を備えるギアシステム１０’は、図３に示す例に限られない。ギアシステム１０’は、第２の２段ギア５２の複製ギアを備えていてもよい。ギアシステム１０’は、第３の２段ギア５３の複製ギアを備えていてもよい。ギアシステム１０’は、第１の２段ギア５１の複製ギアに加えて、第２の２段ギア５２の複製ギアを備えていてもよい。ギアシステム１０’は、第１の２段ギア５１の複製ギアに加えて、第３の２段ギア５３の複製ギアを備えていてもよい。このように、ギアシステム１０’は、Ｎ個の２段ギア５のうち、任意の２段ギア５の複製ギアを備えていてもよい。

また、ギアシステム１０’は、第１の２段ギア５１、第２の２段ギア５２、及び第３の２段ギア５３を１組のセットとするとき、このセットの複製セットをさらに備えていてもよい。すなわち、ギアシステム１０’は、第１の２段ギア５１の複製ギア、第２の２段ギア５２の複製ギア、及び第３の２段ギア５３の複製ギアをそれぞれ複数備えていてもよい。このように、第１の２段ギア５１、第２の２段ギア５２、及び第３の２段ギア５３の複製セットをさらに備えることにより、許容トルクをさらに増加させることができる。加えて、例えば、２組の複製セットを等間隔で配置した場合には、遊星ギア機構全体のバランスを向上させることができる。

図１から３に示す例では、ギアトレーン６を構成する２段ギア５は、すべて惑星ギアである。しかし、ギアトレーン６を構成する２段ギア５は、図１から３に示す例に限られない。ギアトレーン６を構成する２段ギア５の少なくとも１つは、キャリア３、固定ギア２及び出力ギア４と同じ軸１を中心とするサン又はリングギアであってもよい。

図１から３に示す例では、ギアシステムのギアのタイプは、スパーギアである。しかし、ギアシステムのギアのタイプは、図１から図３に示す例に限られない。ギアシステムのギアのタイプは、スパーギア、リングギア、チェーン、ベルト、及びその他の伝達手段のいずれか１つであるか、又は、これらの２つ以上を組み合わせたものであってもよい。ギアシステムのギアのタイプは、スパーギア、リングギア、チェーン、及びベルトのいずれか１つであるか、又は、これらの２つ以上を組み合わせたものであってもよい。

〔変形例〕
次に、本実施形態の変形例に係る遊星ギア機構について、図４から６を参照して説明する。変形例に係る遊星ギア機構は、ギアシステムのギアのタイプとして、チェーンを採用している。

図４は本発明の変形例に係る遊星ギア機構２００の模式的斜視図である。（ａ）は、固定ギア１２に対して第１の２段ギア１５１を取り付けた状態を示す斜視図及び平面図である。（ｂ）は、第１の２段ギア１５１の回転が伝達するように第２の２段ギア１５２を取り付けた状態を示す斜視図及び平面図である。（ｃ）は、出力ギア１４に対して第２の２段ギア１５２を取り付けた状態を示す斜視図及び平面図である。

遊星ギア機構２００は、固定ギア１２と、出力ギア１４と、キャリア（不図示）と、大径ギア５０２と小径ギア５０１とから構成されるＮ個（Ｎ＝２以上の整数）の２段ギア１５と、含むギアシステム２０を備える。なお、図４は、ギアシステム１０が２個の２段ギア１５（１５１，１５２）を含む場合の例を示している。本変形例では、便宜上、図４（ｃ）の斜視図に示されるように、共通の軸１１に対して、固定ギア１２がある側を「下」、出力ギア１４がある側を「上」と呼ぶことがある。

本変形例では、固定ギア１２及び出力ギア１４はいずれも、スパーギアである。２段ギア１５はいずれも、同心軸上に大径ギア５０２と小径ギア５０１とを有する段付きギアである。

遊星ギア機構２００は、ギアシステム２０のギアのタイプとして、チェーンを採用している。具体的には、遊星ギア機構２００では、２段ギア１５（１５１，１５２）はいずれも、軸１１に対して対称的に設けられた一対の２段ギア１５（すなわち、２段ギア１５とその複製ギア１５’）と、これに巻き付けられたローラーチェーン１６（１６１，１６２）とにより構成されている。一対の２段ギア１５（１５１，１５２）とローラーチェーン１６（１６１，１６２）とをまとめて２段ギアセット１７（１７１，１７２）と定義する。

図４に示す例において、２段ギアセット１７を下側から順に、第１の２段ギアセット１７１、第２の２段ギアセット１７２と定義する。このとき、第１の２段ギアセット１７１では、小径ギア１５０１が下側に、大径ギア１５０２が上側に位置している。第２の２段ギアセット１７２では、大径ギア１５０２が下側に、小径ギア１５０１が上側に位置している。

図４（ａ）に示すように、第１の２段ギアセット１７１では、ローラーチェーン１６１は、固定ギア１２を挟んで、第１の２段ギアセット１５１の小径ギア１５０１に巻き付けられている。図４（ｃ）に示すように、第２の２段ギアセット１７２では、ローラーチェーン１６２は、出力ギア１４を挟んで、第２の２段ギアセット１５２の小径ギア１５０１に巻き付けられている。また、図２（ｂ）に示すように、第１の２段ギアセット１７１の各大径ギア１５０２には、第２の２段ギアセット１７２の各大径ギア１５０２に自己の回転を伝達するように、ローラーチェーン１８が巻き付けられている。

ギアシステム２０において、固定ギア１２は、ローラーチェーン１６１と噛み合うように設けられている。第１の２段ギアセット１７２の各大径ギア１５０２及び第２の２段ギアセット１５２の各大径ギア１５０２と噛み合うようにローラーチェーン１８が設けられている。ローラーチェーン１６２は、出力ギア１４と噛み合うように設けられている。

ギアシステム２０において、第１の２段ギアセット１７１を大径ギア１５０２と小径ギア１５０１のうちのどちらで固定ギア１２とを噛み合せるかは、特に限定されない。第１の２段ギアセット１７１と第２の２段ギアセット１７２とを互いに大径ギア１５０２と小径ギア１５０１のうちのどちらで噛み合せるかは、特に限定されない。第２の２段ギアセット１７２を大径ギア１５０２と小径ギア１５０１のうちのどちらで出力ギア１４と噛み合せるかは、特に限定されない。ただし、上記減速式（１）から明らかなように、上記式（２）で求められる値が１に近ければ近いほど、減速比Ｗ_{ｃａｒｒｉｅｒ}／Ｗ_{ｏｕｔｐｕｔ}は大きくなる。

次に、本変形例に係る遊星ギア機構２００の動作について、図４（ｃ）を参照しながらさらに詳説する。

キャリアの回転ディスク（不図示）が、軸１１を軸心として一方向に回転すると、第１の２段ギアセット１７１は、軸１１に固定された固定ギア１２の周囲を、回転ディスクを同じ方向に自転しながら公転する。第２の２段ギアセット１７２は、第１の２段ギアセット１７１の回転が伝達されることにより、出力ギア１４の周囲を、第１の２段ギアセット１７１と同じ方向に自転しながら公転する。これにより、第２の２段ギアセット１７２の回転が伝達された出力ギア１４において、上記減速式（１）で表される減速比Ｗ_{ｃａｒｒｉｅｒ}／Ｗ_{ｏｕｔｐｕｔ}が達成される。

より具体的には、回転ディスク（不図示）が一方向に回転すると、固定ギア１２とローラーチェーン１６１とが噛み合うように設けられていることにより、第１の２段ギアセット１７１が固定ギア１２の周囲を、回転ディスクを同じ方向に自転しながら公転する。すると、第１の２段ギアセット１７１の各大径ギア１５０２と第２の２段ギアセット１７２の各大径ギア１５０２とを巻き付けるようにローラーチェーン１８が設けられていることにより、第２の２段ギアセット１７２が第１の２段ギアセット１５１と同じ方向に自転しながら公転する。そして、出力ギア１４とローラーチェーン１６２とが噛み合うように設けられていることにより、第２の２段ギアセット１７２の回転が伝達された出力ギア４において、上記減速式（１）で表される減速比Ｗ_{ｃａｒｒｉｅｒ}／Ｗ_{ｏｕｔｐｕｔ}が達成される。

図４に示す例において、２段ギアセット１７は、第１の２段ギア１７１セット及び第２の２段ギア１７２セットから構成されているが、２段ギアセット１７の個数は２以上であれば、２個に限られるものではない。なお、本変形例によれば、２段ギアセット１７の個数が、奇数であっても偶数であっても、すべての２段ギアセット１７の回転方向は同じになる。

次に、図４の遊星ギア機構２００が複製された２段ギアセット１７を備える場合について、図５を参照しつつ説明する。

図５は、図４の遊星ギア機構２００が複製された２段ギアセット１７を備える場合のギアシステム２０’を示す模式図である。（ａ）は、固定ギア１２に対して第１の２段ギアセット１７１とその複製ギアセット１７１’を取り付けた状態を示す図である。（ｂ）は、第１の２段ギアセット１７１の回転が伝達するように第２の２段ギアセット１７２を取り付けるとともに、第１の２段ギアセット１７１の複製ギアセット１７１’の回転が伝達するように第２の２段ギアセット１７２の複製ギアセット１７２’を取り付けた状態を示す図である。（ｃ）は、出力ギア１４に対して第２の２段ギアセット１７２及びその複製ギアセット１７２’を取り付けた状態を示す図である。

ギアシステム２０’は、図５（ｃ）に示すように、軸１１に対して、第１の２段ギアセット１７１の複製ギアである第１の２段ギアセット１７１’と、第２の２段ギアセット１７２の複製ギアである第２の２段ギアセット１７２’とを備える。

第１の２段ギアセット１７１’は、第１の２段ギアセット１７１の複製ギアであるため、小径ギア１５０１が下側に、大径ギア１５０２が上側に位置しており、小径ギア１５０１の歯数及び大径ギア１５０２の歯数も第１の２段ギアセット１７１と同様であることは言うまでもない。第１の２段ギアセット１７１’では、小径ギア１５０１に巻き付けられたローラーチェーン１６１’が固定ギア１２と噛み合うように設けられている。また、第１の２段ギアセット１７１’の各大径ギア１５０２と第２の２段ギアセット１７２’の各大径ギア１５０２とに噛み合うように、ローラーチェーン１８が設けられている。

第２の２段ギアセット１７２’は、第２の２段ギアセット１７２の複製ギアであるため、大径ギア１５０２が下側に、小径ギア１５０１が上側に位置しており、大径ギア１５０２の歯数及び小径歯車１５０１の歯数も第２の２段ギアセット１７２と同様であることは言うまでもない。第２の２段ギアセット１７２’ では、小径ギア１５０１に巻き付けられたローラーチェーン１６２’が出力ギア１４と噛み合うように設けられている。また、第２の２段ギアセット１７２’の各大径ギア１５０２と第１の２段ギアセットア１７１’の各大径ギア１５０２とに噛み合うように、ローラーチェーン１８が設けられている。

ギアシステム２０’を備える遊星ギア機構は、第１の２段ギアセット１７１の複製ギアである第１の２段ギアセット１７１’と、第２の２段ギアセット１７２の複製ギアである第２の２段ギアセット１７２’とを備えるので、各瞬間に噛み合う歯数を増やすことができる。これにより、許容トルクを増加させることができる。また、ギアシステム２０’を備える遊星ギア機構は、許容トルクを増加させることができることに加えて、駆動中の遊星ギア機構２０１全体のバランスを向上させることができる。

このように、ギアシステム２０’は、Ｎ個の２段ギアセット１７の複製セットを備えていてもよい。Ｎ個の２段ギアセット１７の複製セットを備えることにより、許容トルクをさらに増加させることができる。

ギアシステム２０’は、図５に示す例に限られない。ギアシステム２０’は、第１の２段ギアセット１７１の複製ギアセットのみを備えていてもよい。ギアシステム２０’は、第２の２段ギアセット１７２の複製ギアセットのみを備えていてもよい。このように、ギアシステム２０’は、Ｎ個の２段ギアセット１７のうち、任意の２段ギアセット１７の複製ギアセットを備えていてもよい。

以上、本発明について図面を参照にして説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更実施が可能である。上記実施形態では、固定ギアの歯数と出力ギアの歯数が同じ場合を例として示している。歯数の異なる固定ギアと出力ギアを用いた場合には、異なる減速比を実現することができる。また、上記実施形態では、固定ギア及び出力ギアがいずれも外歯ギアの場合を例として示している。しかし、固定ギア及び出力ギアのいずれか一方が内歯ギアで、もう一方が外歯ギアであってもよい。

図６は、本発明の変形例（ａ）～（ｈ）に係る遊星ギア機構を示す断面図である。図６において、紙面の最上側に位置するギアは固定ギアであり、最下側に位置するギアは出力ギアである。符号ＰＧは惑星スパーギア（Planet spur Gear）を、符号ＳＧはサンスパーギア（Sun spur Gear）を、符号ＲＧはリング内歯ギア（Ring inner Gear）をそれぞれ示している。符号の後に記載されている数字は、固定ギアを「０」とした場合のギアの順序を示している。例えば、図６（ａ）の「ＳＧ０ＰＧ１２ＰＧ３４ＰＧ５６ＳＧ７」は、ギアの順序が、ＳＧ（固定ギア）、ＰＧ（第１の惑星スパーギア）、ＰＧ（第２の惑星スパーギア）、ＰＧ（第３の惑星スパーギア）、ＳＧ（出力ギア）であることを示している。

上記実施形態に係る遊星ギア機構１００について、第１の２段ギア５１の歯数（上側：Ｒ１、下側：Ｒ２）、第２の２段ギア５２の歯数（上側：Ｒ３、下側：Ｒ４）、第３の２段ギア５３の歯数（上側：Ｒ５、下側：Ｒ６）の様々な組み合わせ（実施例１～８）について、上記減速式（１）で表される減速比Ｗ_{ｃａｒｒｉｅｒ}／Ｗ_{ｏｕｔｐｕｔ}を求めた。結果を表１に示す。なお、実施例１～８では、固定ギア２の歯数Ｒｆと出力ギア４の歯数Ｒｏは等しかった。そのため、表１において、これらの値は省略されている。

表１に示されるように、実施例１～８の遊星ギア機構によれば、従来の遊星ギア機構に比べて、簡易な構造でありながら格段に大きい減速比を達成することができた。

本発明の遊星ギア機構は、構造が簡易でありながら、従来の遊星ギア機構に比べて格段に大きい減速比を達成可能であるので、その産業上の利用可能性は大きい。

１００ 遊星ギア機構
１０，１０’ ギアシステム
１ 軸
２ 固定ギア
３ キャリア
３１ 回転ディスク
３２ 上面部
３３ 下面部
４ 出力ギア
５ ２段ギア
５１ 第１の２段ギア
５１’ 第１の２段ギア（複製ギア）
５２ 第２の２段ギア
５３ 第３の２段ギア
５０１ 小径ギア
５０２ 大径ギア
６ ギアトレーン
〔変形例〕
２００ 遊星ギア機構
２０，２０’ ギアシステム
１１ 軸
１２ 固定ギア
１４ 出力ギア
１５ ２段ギア
１５１ 第１の２段ギア
１５２ 第２の２段ギア
１５３ 第３の２段ギア
１５０１ 小径ギア
１５０２ 大径ギア
１６（１６１，１６２） ローラーチェーン
１７ ２段ギアセット
１７１ 第１の２段ギアセット
１７１’ 第１の２段ギアセット（複製ギア）
１７２ 第２の２段ギアセット
１７２’ 第２の２段ギアセット（複製ギア）
１７３ 第３の２段ギアセット
１７３’ 第３の２段ギアセット（複製ギア）
１８ ローラーチェーン

Claims (3)

1. 固定ギアと、
   出力ギアと、
   キャリアと、
   大径ギアと小径ギアとから構成されるＮ個（Ｎ＝２以上の整数）の２段ギアと、
   を含むギアシステムを備え、
   前記キャリア、前記固定ギア及び前記出力ギアは共通の軸上にあり、
   前記Ｎ個の２段ギアは、前記キャリアに組み込まれ、かつギアトレーンとして順次噛み合っており、
   前記ギアトレーンの一方の端部は前記固定ギアと噛み合っており、前記ギアトレーンの他方の端部は前記出力ギアと噛み合っており、
   前記Ｎ個の２段ギアを、前記固定ギア側から前記出力ギア側に向かって、第１の２段ギア、第２の２段ギア、第３の２段ギア、・・・、第Ｎ－１の２段ギア、第Ｎの２段ギアと定義するとき、
   前記キャリアが前記共通の軸の周りを回転すると、前記第１の２段ギアが前記固定ギアの周囲を転がりながら回転し、前記第２の２段ギアが前記第１の２段ギアの周囲を転がりながら回転し、前記第３の２段ギアが前記第２の２段ギアの周囲を転がりながら回転し、・・・、前記第Ｎの２段ギアが前記第Ｎ－１の２段ギアの周囲を転がりながら回転して、その回転を前記出力ギアに伝達し、
   前記固定ギアの歯数をＲｆと定義し、
   前記第１の２段ギアにおいて、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記固定ギア側の歯数をＲ１、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記第２の２段ギア側の歯数Ｒ２と定義し、
   前記第２の２段ギアにおいて、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記第１の２段ギア側の歯数をＲ３、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記第３の２段ギア側の歯数Ｒ４と定義し、
   前記第３の２段ギアにおいて、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記第２の２段ギア側の歯数をＲ５、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記出力ギア側の歯数Ｒ６と定義し、
   ・・・、
   前記第Ｎの２段ギアにおいて、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記第Ｎ－１の２段ギア側の歯数をＲ（２Ｎ－１）、前記大径ギア又は小径ギアのうち前記出力ギア側の歯数Ｒ（２Ｎ）と定義し、
   前記出力ギアの歯数をＲｏと定義するとき、
   減速比Ｗ_{ｃａｒｒｉｅｒ}／Ｗ_{ｏｕｔｐｕｔ}は、以下の減速式（１）で表され、
   

   

   
   ここで、ｋは、前記ギアシステムのギアのタイプ及びギアの個数に応じて決まる値であって、１又は－１である、
   遊星ギア機構。
2. 前記ギアトレーンの前記２段ギアの少なくとも１つは、前記キャリア、前記固定ギア及び前記出力ギアと同じ前記共通の軸を中心とするサン又はリングギアである、
   請求項１に記載の遊星ギア機構。
3. 前記ギアシステムのギアのタイプは、スパーギア、リングギア、チェーン、及びベルトのいずれか１つであるか、又は、これらの２つ以上を組み合わせたものである、
   請求項１又は請求項２に記載の遊星ギア機構。

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