(57)【要約】【課題】遊星歯車機構と固定の歯車列とを組み合わせて軸方向の短いコンパクトな変速装置を構成し、さらに、摩擦抵抗を低減して増速機として円滑に作動させる。【解決手段】ハウジング１内に、遊星歯車ＰＧを備えた遊星歯車機構ＰＭと、ハウジング１に支持される伝動歯車ＴＧを備えた伝動歯車列機構ＴＭとを配置し、ハウジング１の中心には、動力伝達の入出力軸となる太陽歯車軸２とキャリア軸３とを対向して設置する。さらに、リング歯車体４を回転可能に設置し、これに形成した２個の内歯歯車ＲＧｐ、ＲＧｔを遊星歯車ＰＧと伝動歯車ＴＧとにそれぞれ噛み合わせる。太陽歯車ＳＧとリング歯車体４とは反対方向に回転し、遊星歯車ＰＧを支持するキャリア軸３は、太陽歯車軸２から減速された状態で回転する。キャリア軸３の円板状のキャリア３１及びリング歯車体４は軸方向に位置決めされて回転し、安定した円滑な変速が行われる。【選択図】図１
2014214790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定されたハウジングの中心に設置され、太陽歯車が形成された太陽歯車軸と、前記太陽歯車軸と対向して前記ハウジングの中心に設置され、遊星歯車を軸支するキャリアを設けたキャリア軸とを備え、前記太陽歯車軸と前記キャリア軸とが動力伝達の入出力部となる変速装置であって、
前記太陽歯車軸及び前記キャリア軸と同心のリング歯車体が前記ハウジング内に回転可能に設置され、前記リング歯車体には、歯数の相違する２個の内歯歯車が軸方向に並列して形成されており、
前記キャリアに支持される前記遊星歯車が、前記太陽歯車と前記リング歯車体の一方の内歯歯車とに噛み合うとともに、前記リング歯車体の他方の内歯歯車が、前記ハウジングに固着された支持軸に軸支される伝動歯車を介して前記太陽歯車と歯車結合されることを特徴とする変速装置。
【請求項２】
前記キャリアが円板状に形成され、前記太陽歯車軸と対向する面には、前記遊星歯車を軸支する支持軸が設けられるとともに、前記リング歯車体の軸方向端面が当接する請求項１に記載の変速装置。
【請求項３】
前記太陽歯車軸と前記キャリア軸との対向する面の、一方には断面円形の凸部が形成されるとともに、他方には、前記凸部が嵌まり込む凹部が形成される請求項１又は請求項２に記載の変速装置。
【請求項４】
前記キャリアに支持される前記遊星歯車と前記ハウジングに軸支される伝動歯車との間に隔板が設置される請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の変速装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の変速装置を備えたトルクリミッタであって、
前記キャリア軸に動力伝達系の駆動側が連結されるとともに、前記ハウジングに動力伝達系の従動側が連結されており、かつ、前記ハウジングと前記太陽歯車軸との間には、伝達トルクが所定値以下のときに動力伝達を可能とするトルク制限手段が設置されるトルクリミッタ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の変速装置を備えた作動速度低減装置であって、
前記キャリア軸に作動対象の部材が連結されるとともに、前記ハウジングが固定され、かつ、前記太陽歯車軸には、その軸の回転に抵抗を付与する抵抗付与手段が設置されている作動速度低減装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の変速装置を備え、入力軸の回転数が所定値を超えたときに出力軸に動力を伝達する遠心クラッチであって、
前記遠心クラッチは、入力軸となる前記キャリア軸から前記太陽歯結軸を増速して回転させる一方の前記変速装置と、出力軸となる前記キャリア軸を前記太陽歯車軸から減速して回転させる他方の前記変速装置とを有しており、
一方の前記変速装置の前記太陽歯車軸と他方の前記変速装置の前記太陽歯車軸とが中央部に対向して配置され、かつ、両方の前記太陽歯車軸の間には、一方の前記変速装置における前記太陽歯車軸の回転数が所定値を超えたときに、他方の前記変速装置における前記太陽歯車軸に動力伝達を可能とする遠心式クラッチ手段が設置されている遠心クラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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変速装置、特に、差動式遊星歯車機構を備えた、小型であって変速比が大きく、かつ、円滑な増速作動を行わせることが可能な変速装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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統では、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変速機が常套的に使用される。また、モーター等の駆動源を過大な負荷トルクから保護するトルクリミッタ、所定の回転速度に達した時点で動力伝達を伝達状態又は切断状態とする遠心クラッチ等、各種の機能を備えた機器が介在されることが多い。
【０００３】
変速機としては、異なる径のプーリを用いるベルト伝動装置等の摩擦伝動式のものもあるが、一般的には歯車式変速機が用いられ、その中には、遊星歯車機構を利用する遊星歯車式変速機がある。遊星歯車機構は、中心に配置した太陽歯車（サンギヤ）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）を配置したものである。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。キャリアは、太陽歯車と同心の回転軸を中心として回転可能であって、キャリアが回転したときは、遊星歯車はリング歯車の内側を公転しながら自転する遊星運動を行う。
この遊星歯車式変速機は、各歯車や各構成部品等を動力伝達の入出力要素として自由に選定することが可能であって、変速比の設定の自由度が大きい。また、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り、多段にして変速比を増大することも容易である。
【０００４】
従来知られている多段式遊星歯車式変速機の一例として、特開２０１０−１９６７７２号公報に開示された変速機がある。これは、遊星歯車式変速機を主に増速機として用いることを意図したもので、図９にその構造を示す。
図９の遊星歯車式変速機は、固定されたハウジングＨＧと中心軸ＣＳとを備え、それらの間に、軸方向に並列した第１遊星歯車機構Ｍ１及び第２遊星歯車機構Ｍ２が設置されている。第１遊星歯車機構Ｍ１は、中心軸ＣＳに対し回転可能に嵌め込まれた太陽歯車ＳＧ１、ハウジングＨＧに固着されたリング歯車ＲＧ１、中間に配置された遊星歯車ＰＧ１により構成され、遊星歯車ＰＧ１は、キャリアＣＲ１に固着された支持軸ＳＳ１にベアリングを介して軸支される。同様に、第２遊星歯車機構Ｍ２は、中心軸ＣＳに対し回転可能に嵌め込まれた太陽歯車ＳＧ２、ハウジングＨＧに固着されたリング歯車ＲＧ２、中間に配置された遊星歯車ＰＧ２を備え、遊星歯車ＰＧ２は、キャリアＣＲ２に固着された支持軸ＳＳ２に軸支される。第１遊星歯車機構Ｍ１の太陽歯車ＳＧ１と第２遊星歯車機構Ｍ２のキャリアＣＲ２とは、ギヤカップリングＧＣによって一体的に結合されている。
【０００５】
キャリアＣＲ１に連結された駆動軸ＤＳがモーター等により回転すると、第１遊星歯車機構Ｍ１の太陽歯車ＳＧ１が増速されて回転する。これにより、太陽歯車ＳＧ１と一体となったキャリアＣＲ２が回転し、第２遊星歯車機構Ｍ２でも同様の増速作用が行われて、太陽歯車ＳＧ２がさらに増速されて回転する。太陽歯車ＳＧ２から延びる中空軸は、作業機器等の被駆動側に連結されており、図９の遊星歯車式変速機では、入力軸に連なるキャリアＣＲ１からの動力が、回転速度が増大した状態で出力軸に連なる太陽歯車ＳＧ２に伝達される。
【０００６】
図９の遊星歯車式変速機は、入出力軸を逆にすると、減速機としても使用することが可能であって、各遊星歯車機構における太陽歯車ＳＧとキャリアＣＲとの間の変速比（リング歯車ＲＧは固定）は、次式：
太陽歯車回転数／キャリア回転数＝１＋（リング歯車の歯数／太陽歯車の歯数）
によって決定される。図９の遊星歯車式変速機は２個の遊星歯車機構を備えており、全体の変速比は、各遊星歯車機構の変速比を乗じたものとなる。
【０００７】
遊星歯車式変速機は各種の回転機器に利用され、これを動力伝達経路に介在すると、回転機器の特性に合わせて回転数を増減し、その増減と反比例するように、伝達トルクを変化させることができる。また、特許第４８０６５４４号には、このような遊星歯車式変速装置に永久磁石を組み込むことによって設定トルク以上で空転するトルクリミッタを構成し、このトルクリミッタを、複写機等の紙送り装置において２枚重ねの送りを防止するためのローラに使用することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１９６７７２号公報
【特許文献２】特許第４８０６５４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
遊星歯車式変速機では、特許文献１又は特許文献２に記載の変速機のように、太陽歯車及びキャリアをそれぞれ入力軸又は出力軸と連結し、変速させることが一般的である。しかし、この構造としたときは、遊星歯車を担持するキャリアが入出力軸の一方と連結されて回転する。回転するキャリアが振れたり傾いたりすると、遊星歯車とこれを嵌め込む支持軸との間や遊星歯車と噛み合う歯車同士の間の摩擦による抵抗が増加し、入出力軸間における動力伝達損失の増大を招く。ことに、変速比を増大するため複数の遊星歯車機構を直列に配置した変速機では、軸方向に長さが長大化するとともに、キャリアが隣接する太陽歯車と一体化して回転するので、回転軸の振れや傾きがより激しくなる。
【００１０】
上記のような摩擦抵抗の増加は、変速機を増速機として作動させる際に大きな問題となる。つまり、遊星歯車式変速機を減速機として作動させる限り、摩擦抵抗の増加により伝達効率が悪化するけれども、歯車等がロックし動力伝達が不可能となることは殆どない。それに対し、増速機として作動させるため、キャリアを入力軸とし太陽歯車を出力軸としたときは、キャリアと太陽歯車との回転トルク比が変速比に反比例する関係上、摩擦に起因する抵抗トルクが増幅されて入力軸のキャリアに大きな抵抗トルクとなって作用する。したがって、回転するキャリアの摩擦の増大の結果、遊星歯車機構の動力伝達が円滑に行われなくなり、キャリアが実質上ロックされてしまう事態も発生する。
こうした事態を防止するよう、特許文献１の遊星歯車変速機では、太陽歯車及びキャリアを中心軸に嵌め込み、また、ギヤカップリングを用いて第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とを結合しているが、装置が複雑化し大型化するのは避けられない。
本発明の課題は、差動式の遊星歯車機構を利用することにより、軸方向の長さの短いコンパクトな変速装置を構成し、さらに、回転軸の傾き等に起因する摩擦抵抗の増大を防止して、特に、増速機としての作動を円滑化することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題に鑑み、本発明の遊星歯車式の変速装置は、入出力部を構成する太陽歯車とキャリアとの間に、回転するリング歯車体を設置して変速比の大きな変速機を構成し、さらに、リング歯車体を、ハウジングに固着の支持軸に軸支される伝動歯車を介し太陽歯車と歯車結合して、安定した変速作用を実行させるものである。すなわち、本発明は、
「固定されたハウジングの中心に設置され、太陽歯車が形成された太陽歯車軸と、前記太陽歯車軸と対向して前記ハウジングの中心に設置され、遊星歯車を軸支するキャリアを設けたキャリア軸とを備え、前記太陽歯車軸と前記キャリア軸とが動力伝達の入出力部となる変速装置であって、
前記太陽歯車軸及び前記キャリア軸と同心のリング歯車体が前記ハウジング内に回転可能に設置され、前記リング歯車体には、歯数の相違する２個の内歯歯車が軸方向に並列して形成されており、
前記キャリアに支持される前記遊星歯車が、前記太陽歯車と前記リング歯車体の一方の内歯歯車とに噛み合うとともに、前記リング歯車体の他方の内歯歯車が、前記ハウジングに固着された支持軸に軸支される伝動歯車を介して前記太陽歯車と歯車結合される」
ことを特徴とする変速装置となっている。
【００１２】
請求項２に記載のように、前記キャリアを円板状に形成して、前記太陽歯車軸と対向する面には、前記遊星歯車を軸支する支持軸を設けるとともに、前記リング歯車体の軸方向端面を当接させることが好ましい。
【００１３】
また、請求項３に記載のように、前記太陽歯車軸と前記キャリア軸との対向する面の一方には断面円形の凸部を形成するとともに、他方には、前記凸部が嵌まり込む凹部を形成することが好ましい。
【００１４】
請求項４に記載のように、前記キャリアに支持される前記遊星歯車と前記ハウジングに軸支される伝動歯車との間に隔板を設置することができる。
【００１５】
本発明の変速装置を増速機として利用することにより、動力伝達系統に介在される種々の機能部品を構成することが可能である。例えば、トルクリミッタに適用する場合には、請求項５に記載のように、「前記キャリア軸に動力伝達系の駆動側が連結されるとともに、前記ハウジングに動力伝達系の従動側が連結され、かつ、前記ハウジングと前記太陽歯車軸との間には、伝達トルクが所定値以下のときに動力伝達を可能とするトルク制限手段が設置されるトルクリミッタ」として構成される。
また、ヒンジ式の回転ドア等の開閉速度を低下させる作動速度低減装置にも適用することができる。この場合には、請求項６に記載のように、「前記キャリア軸に作動対象の部材が連結されるとともに、前記ハウジングが固定され、かつ、前記太陽歯車軸には、その軸の回転に抵抗を付与する抵抗付与手段が設置されている作動速度低減装置」として構成される。
【００１６】
さらに、本発明の変速機を２個用いて、入力軸の回転数が所定値を超えたときに出力軸に動力を伝達する遠心クラッチを構成することができる。この場合には、請求項７に記載のように、「入力軸となる前記キャリア軸から前記太陽歯車軸を増速して回転させる一方の前記変速装置と、出力軸となるキャリア軸を前記太陽歯車軸から減速して回転させる他方の前記変速装置とを組み合わせ、一方の前記変速装置の前記太陽歯車軸と他方の前記変速装置の前記太陽歯車軸とを中央部に対向して配置し、かつ、両方の前記太陽歯車軸の間には、一方の前記変速装置における前記太陽歯車軸の回転数が所定値を超えたときに、他方の前記変速装置における前記太陽歯車軸に動力伝達を可能とする遠心式クラッチ手段が設置される遠心クラッチ」となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の変速装置は、回転するリング歯車体を有する遊星歯車機構と、ハウジングの固定軸に軸支された伝動歯車を介して、リング歯車体と太陽歯車とを歯車結合する歯車列とを、いわば差動的に組み合わせた変速装置である。ハウジングの中心に同心状に対向して配置される、遊星歯車機構のキャリアと太陽歯車とが動力伝達の入出力部であって、その間の変速比は、次のように計算される。
一般に遊星歯車機構においては、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
本発明の変速装置では、回転するリング歯車体には歯数の相違する２個の内歯歯車が軸方向に並列して形成されており、一方の内歯歯車が遊星歯車と噛み合い、他方は太陽歯車に連なる伝動歯車と噛み合う。遊星歯車と噛み合う内歯歯車の歯数をＺＲＧｐ、伝動歯車と噛み合う内歯歯車の歯数をＺＲＧｔとすると、両方の内歯歯車の回転数は同一であるので、結局、本発明の変速装置の変速比は次式で表される。
ｎＳＧ／ｎＣＲ＝（１＋（ＺＲＧｐ／ＺＳＧ））／（１−（ＺＲＧｐ／ＺＲＧｔ））
つまり、本発明の変速装置では、遊星歯車機構等の各歯車の歯数を変更して変速比を自由に設定することが可能であり、例えば、リング歯車体に形成される２個の内歯歯車の歯数差を小さい値として、変速比を大きな値とすることができる。遊星歯車と噛み合う内歯歯車の歯数：ＺＲＧｐを、伝動歯車と噛み合う内歯歯車の歯数：ＺＲＧｔよりも大きく設定して、出力軸の回転方向を入力軸に対し逆方向とすることもできる。
【００１８】
また、本発明の変速装置において遊星歯車機構を構成するリング歯車体は、遊星歯車と噛み合うと同時に、固定されたハウジングに軸支される伝動歯車と噛み合って回転する。したがって、リング歯車体の回転軸心の傾きや振れが防止され、遊星歯車あるいはキャリアの回転も安定化する。このように、本発明の変速装置における各歯車等の回転部材は、安定的に回転し摩擦抵抗が非常に小さなものとなるため、変速装置における動力伝達損失が低減すると同時に、キャリア軸を入力軸とし太陽歯車軸を出力軸として変速装置を増速機として作動させるときも、円滑な作動が実現される。
【００１９】
請求項２の発明は、キャリアを円板状に形成し、太陽歯車軸と対向する面に遊星歯車を軸支する支持軸を設けるとともに、リング歯車体の軸方向端面を当接させるものである。こうすると、キャリアとリング歯車体とが接触して相互にスラスト方向（軸方向）に位置決めされ、両方の回転体の軸方向移動あるいは回転軸心の傾きが抑止されて、より安定した作動を行わせることができる。
また、請求項３の発明のように、太陽歯車軸とキャリア軸との対向する面の一方には断面円形の凸部を形成するとともに、他方には、その凸部が嵌まり込む凹部を形成すると、入出力部となる両方の軸が変速装置の中間部で相互に支持される形となり、回転軸心の傾きやラジアル方向の動きが抑止される。
【００２０】
請求項４の発明は、キャリアに支持される遊星歯車とハウジングに軸支される伝動歯車との間に、両方の歯車を軸方向に隔離する隔板を設置するものであり、こうすると、遊星歯車と伝動歯車との接触による損傷、歯車の支持軸からの脱落等を防止できる。
【００２１】
請求項５乃至請求項７の発明は、本発明の変速装置を動力伝達系統などで使用される各種の機能部品に適用したものであり、いずれも、変速装置を増速機として利用して機能部品に組み込み、機能部品の小型化を図ったものとなっている。
【００２２】
請求項５の発明のトルクリミッタでは、キャリア軸に動力伝達系の駆動側を連結するとともに、変速装置のハウジングに動力伝達系の従動側を連結する。そして、ハウジングと太陽歯車軸との間には、両者の間の伝達トルクが所定値以下のときに動力伝達を可能とするトルク制限手段、例えば、永久磁石と磁性材料とを対向させた特許文献２に記載のトルク制限装置、を設置する（後述の図６参照）。
こうした構成において駆動側から従動側へ動力を伝動する場合、伝動されるトルクが小さいときには、キャリア軸が回転すると、永久磁石と磁性材料との吸引力などによって太陽歯車軸とハウジングとが連れ回ることとなり、ハウジングはキャリア軸と一体化されて従動側に動力を伝動する。これに対し、伝動されるトルクが大きく、ハウジングと太陽歯車軸との間の伝達トルクが所定値を超える場合には、永久磁石の吸引力などによる連れ回りが不能となって、太陽歯車軸がハウジングに対し回転を起こし、動力の伝動が遮断される。このトルクリミッタでは、本発明の変速装置が増速機として用いられるため、トルク制限手段が設置される太陽歯車軸のトルクは、キャリア軸のトルクよりも大幅に減少している。したがって、トルク制限手段が小型なものであっても、大きなトルクを伝動する動力伝達系に使用することが可能である。
【００２３】
請求項６の発明の作動速度低減装置では、衝撃防止等の目的で作動速度を低下させる作動対象の部材、例えば、建築物のヒンジ式回転ドアや電子機器のヒンジ式開閉蓋、をキャリア軸に連結するとともに、ハウジングを固定し、太陽歯車軸には、軸の回転に抵抗を与える抵抗付与手段を設置する（後述の図７参照）。作動対象の部材を手動等によって操作するとキャリア軸が回転するが、その回転が増速されて太陽歯車軸は高速で回転する。このとき、太陽歯車軸に作用する抵抗トルクは、増幅されて作動対象の部材の抵抗トルクとなり、手動による開閉速度を緩めて緩衝効果を発揮するので、抵抗付与手段が小型なものであっても、操作する部材に大きな抵抗トルクを与えることが可能となる。
【００２４】
請求項７の発明は、本発明の変速装置を２個用い、入力軸の回転数が所定値を超えたとき出力軸に動力を伝達する遠心クラッチを構成するものである。この遠心クラッチ（後述の図８参照）では、２個の変速装置を、太陽歯車軸を中央に置いていわば背中合わせに組み合わせ、両端のキャリア軸の一方を入力軸、他方を出力軸とする。入力側の変速装置は増速機となり、中央部の太陽歯車軸が高速で回転するが、ここに、回転数が所定値を超えたとき、出力側の太陽歯車軸に動力伝達を可能とする遠心式クラッチ手段を設置する。動力が伝達されるきは、出力側の変速装置が減速機となり、出力軸は入力軸と等速で回転することとなる。
請求項７の遠心クラッチでは、遠心式クラッチ手段が小型なものであっても、大きなトルクを伝動する動力伝達系に使用することが可能である。また、入力軸の回転数が増速された個所でクラッチの断・接が行われるため、遠心クラッチにおいて、動力が断・接される回転数の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の変速装置の第１実施例の全体的な構造を示す図である。
【図２】図１の変速装置の作動を示す図である。
【図３】図１の変速装置のハウジング等を示す分解図である。
【図４】図１の変速装置のキャリア等を示す分解図である。
【図５】本発明の変速装置の第２実施例の全体的な構造を示す図である。
【図６】本発明の変速装置をトルクリミッタに適用した図である。
【図７】本発明の変速装置を作動速度低減装置に適用した図である。
【図８】本発明の変速装置を用いて構成した遠心クラッチの図である。
【図９】従来の遊星歯車式変速機の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面に基づいて、本発明の変速装置について説明する。まず、入出力軸の回転方向が同一となる本発明の第１実施例について、その全体的な構造を図１に、作動図を図２に示し、図３及び図４には、変速装置の構成要素を単品の分解図で示す。
図１の中央の縦断面図に示すように、本発明の第１実施例の変速装置は、固定されたハウジング１内において右方に配置される遊星歯車機構ＰＭ（断面Ａ−Ａ）と、左方に配置される伝動歯車列機構ＴＭ（断面Ｂ−Ｂ）とを組み合わせたものである。ハウジング１の中心には、動力伝達の入出力部（入出力軸）となる太陽歯車軸２とキャリア軸３とが対向して設置してあり、太陽歯車軸２はハウジング１の中央孔に軸受けされるとともに、キャリア軸３は、シールドのためハウジング１の端部に嵌め込まれた蓋板１Ｃの中央孔に軸受けされる。これらの軸は、変速装置の利用形態に応じて駆動側又は被駆動側等にそれぞれ連結される。
【００２７】
太陽歯車軸２は、軸方向の比較的長い太陽歯車ＳＧを備え（以下の説明では、図３、４の分解図も適宜参照）、これは、遊星歯車機構ＰＭにおける太陽歯車として機能すると同時に、伝動歯車列機構ＴＭを構成する終端の歯車ともなっている。キャリア軸３には、円板状のキャリア３１が一体的に固着されており、キャリア３１の太陽歯車軸２と対向する面には、３個の遊星歯車ＰＧを軸支する支持軸３２が立設される。固定されたハウジング１の内側の、キャリア３１に対向する壁面には、伝動歯車列機構ＴＭにおいて中間歯車（アイドルギヤ）となる、伝動歯車ＴＧを軸支する支持軸１１が立設される。
【００２８】
そして、ハウジング１内には、太陽歯車軸２及びキャリア軸３と同心のリング歯車体４が回転可能に設置されている。リング歯車体４は、軸方向に並列して形成された２個の内歯歯車ＲＧｐ、ＲＧｔを備え（図４参照）、両方の内歯歯車は、歯数及びピッチ円直径が異なる歯車となっている。
図１の断面Ａ−Ａに示すとおり、内歯歯車ＲＧｐは、遊星歯車ＰＧと噛み合って遊星歯車機構ＰＭにおけるリング歯車として機能する。また、断面Ｂ−Ｂに示すとおり、内歯歯車ＲＧｔは、伝動歯車列機構ＴＭを構成する３個の伝動歯車ＴＧと噛み合って太陽歯車ＳＧに歯車結合される。図１の第１実施例では、内歯歯車ＲＧｐの歯数が内歯歯車ＲＧｔよりも少なく設定され、したがって、ピッチ円直径も内歯歯車ＲＧｐの方が小さい。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。
【００２９】
第１実施例の変速装置の作動について図２により説明する。分かり易いように、まず、減速機として作動させるときについて述べると、この場合には、太陽歯車軸２を入力軸として、例えばモーター等で矢印の時計方向（矢印は縦断面図の右方から見たもの）に回転する。太陽歯車ＳＧは、伝動歯車列機構ＴＭにおける伝動歯車ＴＧを介して、リング歯車体４を回転させるが、伝動歯車ＴＧがハウジング１に固定されているので、リング歯車体４の回転方向は反時計方向となる（断面Ｂ−Ｂ）。遊星歯車機構ＰＭでは、回転するリング歯車体４と太陽歯車ＳＧとが差動的に作用して、遊星歯車ＰＧの支持体であるキャリア３１を、太陽歯車ＳＧよりも大幅に減速して回転駆動する（断面Ａ−Ａ）。これにより、出力軸であるキャリア軸３に連結された作業機器等が減速駆動されることとなる。
変速装置を増速機として作動させるときは、キャリア軸３を入力軸、太陽歯車軸２を出力軸とすることにより、上述の動力伝達ときとは反対の回転速度の変換が生じ、太陽歯車軸２が大きく増速されて駆動される。
【００３０】
変速装置を構成する各歯車の歯数は、図２（図１）の第１実施例においては、太陽歯車ＳＧが２０、リング歯車体４に形成された内歯歯車ＲＧｐと内歯歯車ＲＧｔとがそれぞれ３６、４８に設定されている。太陽歯車ＳＧの回転数とキャリア軸３の回転数との比である変速比（ｎＳＧ／ｎＣＲ）は、前述の式により５６／５となる。つまり、この歯数を有する減速機では、単一の変速装置のユニットで回転速度が１／１１以下に減速し、これに反比例してトルクが増大する。増速機として構成したときは、１１倍以上の回転速度に増速し、伝達トルクを１／１１以下に減少することができる。
上述のとおり、本発明の変速装置は、軸方向の短いコンパクトな構成でありながら、大きな変速比を得ることが可能である。各歯車の歯数を変更することにより、容易に変速比を調整することも可能である。
【００３１】
次いで、図３、４も参照しながら、第１実施例の変速装置の構造について説明する。
図３に示されるように、ハウジング１は、円周壁１Ａと端板１Ｂとを備えるカップ状の固定部材であって、端板１Ｂには、太陽歯車軸２を軸受けする中央孔が形成されるとともに、伝動歯車ＴＧを軸支する支持軸１１が設けられている。支持軸１１の先端部には、伝動歯車ＴＧと遊星歯車ＰＧとの接触を防止する薄い隔板５が取り付けられる。太陽歯車軸２は、太陽歯車ＳＧが形成された大径部を有し、大径部の端面が端板１Ｂに当接して軸方向の位置決めが行われる。また、大径部の中心には、キャリア軸３の凸部３３が嵌まり込む断面円形の凹部２１が形成される。
【００３２】
図４に示されるように、リング歯車体４は、軸方向に並列して形成された２個の内歯歯車ＲＧｐ、ＲＧｔを備える環状の回転部材であって、大径の内歯歯車ＲＧｔが伝動歯車ＴＧと噛み合い、小径の内歯歯車ＲＧｐは、キャリア軸３のキャリア３１に軸支される遊星歯車ＰＧと噛み合う。円板状に形成されたキャリア３１には、太陽歯車軸２と対向する面に遊星歯車ＰＧを軸支する支持軸３２が設けられ、また、この面には、リング歯車体４の軸方向端面の一方が当接される。リング歯車体４の軸方向端面の他方は、ハウジング１の端板１Ｂに当接されている。
【００３３】
円板状のキャリア３１は、その太陽歯車軸２と反対側の面がハウジング１に嵌め込まれた蓋板１Ｃに当接し、さらに、太陽歯車軸２と対向する面の中心部には、断面円形の凸部３３が形成されており、これが太陽歯車軸２の凹部２１に嵌まり込んで、キャリア軸３と太陽歯車軸２との間に軸受けを構成する。このように、本発明の変速装置では、回転体である太陽歯車軸２、キャリア軸３及びリング歯車体４が、固定のハウジング１等に当接して軸方向の位置決めがなされ回転軸の傾きも防止されるため、摩擦抵抗が低減し、変速装置を増速機として使用するときも円滑な動力伝達を行うことができる。
【００３４】
本発明の変速装置の第２実施例を図５に示す。
この実施例の変速装置は、リング歯車体４０における、軸方向に並列して形成された２個の内歯歯車ＲＧｐ、ＲＧｔの歯数を、第１実施例の変速装置と逆にしたものとなっている。つまり、遊星歯車機構ＰＭ（断面Ａ−Ａ）の内歯歯車ＲＧｐの歯数が４８、伝動歯車列機構ＴＭ（断面Ｂ−Ｂ）の内歯歯車ＲＧｔの歯数が３６であり、太陽歯車ＳＧの歯数は第１実施例のものと同じく２０である。第２実施例の変速装置では、太陽歯車ＳＧの回転数とキャリア軸３の回転数との比である変速比（ｎＳＧ／ｎＣＲ）は、前述の式により、−５１／５となり、入出力軸の回転方向が逆となる。
【００３５】
本発明の変速装置は、動力伝達系に介在させて回転速度を減速又は増速する、いわば通常の変速機として作動させることができるのは勿論であるが、回転トルクあるいは回転速度に応じて動力伝達状態を制御する機能部品に適用することが可能である。以下では、本発明の変速装置を増速機として利用し、各種の機器に用いられる機能部品を構成した実施例について述べる。
【００３６】
図６には、本発明の変速装置を、駆動源のモーターの保護等を行うため動力伝達系に配置されるトルクリミッタに適用した例を示す。
図６のトルクリミッタでは、本発明の変速機のハウジング１にフランジ部１Ｆが設けてあり、フランジ部１Ｆは、駆動歯車ＤＧにネジにより固着される。駆動歯車ＤＧは、負荷側に動力を伝動する従動歯車ＮＧに噛み合っており、キャリア軸３は、負荷を駆動するモーター（図示せず）に連結される。そして、ハウジング１と太陽歯車軸２との間には、マグネット式トルク制限手段ＴＬが設置され、これは、太陽歯車軸２に固定された永久磁石とハウジング１に固定した磁性材料とを対向させたものとなっている。
【００３７】
駆動モーターから、キャリア軸３及び駆動歯車ＤＧを経由して従動歯車ＮＧへ伝動されるトルクが小さいときは、キャリア軸３が回転すると、トルク制限手段ＴＬの永久磁石と磁性材料との間の吸引力等によって、太陽歯車軸２とハウジング１とが連れ回る状態となる。そのため、ハウジング１は実質的にキャリア軸３と一体化されて従動歯車ＤＧに動力を伝動する。一方、負荷側で異常が発生し従動歯車ＮＧの回転が停止する等の理由で、ハウジング１と太陽歯車軸２との間の伝達トルクが所定値を超えた場合には、永久磁石の吸引力による連れ回りが不能となって、太陽歯車軸２がハウジング１に対して空回りを起こし、動力の伝達が遮断される。
このトルクリミッタ装置においては、本発明の変速装置が増速機として用いられ、トルク制限手段ＴＬが設置される太陽歯車軸２のトルクは、リング歯車連結軸５のトルクよりも大幅に減少している。したがって、トルク制限手段ＴＬが小型なものであっても、大きなトルクを伝達する動力伝達系に使用することが可能である。なお、この実施例では、トルク制限手段としてマグネット式のものを用いているが、ハウジングと太陽歯車連結軸との間にばねを介在させるなど、別のトルク制限手段を採用してもよい。
【００３８】
図７には、本発明の変速装置を、ヒンジにより開閉する建築物の回転ドア又は複写機の開閉蓋、あるいは舞台の緞帳の巻き取り装置などにおいて、急激な作動に伴う衝撃等を防止する作動速度低減装置に適用した実施例を示す。
図７の作動速度低減装置では、ヒンジ式回転ドア等の作動対象部材をキャリア軸３に連結するとともに、ハウジング１を固定して、太陽歯車軸２には、回転速度が所定値に達すると軸の回転に抵抗を付与する遠心式抵抗付与手段ＣＬを設置する。遠心式抵抗付与手段ＣＬは、Ａ−Ａ断面図に示すように、アームＡＭの先端に断面円形のゴム体ＲＢを固定するとともに、アームＡＭの根元を太陽歯車連結軸２に固定のボス部に枢着し、かつ、アームＡＭとボス部との間に引張りばねＳＰを設置したものである。
【００３９】
回転ドア等の部材を手動で操作すると、キャリア軸３が回転し、その回転が増速されて太陽歯車軸２は高速で回転する。ゴム体ＲＢは、遠心力の作用により引張りばねＳＰに抗してアームＡＭの根元を支点として外方に広がり、所定の回転速度となったときには周囲のハウジング１と接触する。そのため、太陽歯車連結軸２には抵抗トルクが作用し、これが増幅されて回転ドア等の作動対象部材を操作する際の抵抗トルクとなり、手動操作による開閉速度を緩めることとなる。回転ドア等の作動速度が増加すると、ゴム体ＲＢとハウジング１との間の摩擦が強まって抵抗トルクが増大するので、作動速度は実質的にはほぼ一定の値となる。
図７の作動速度低減装置は、所定の回転速度を超えたときに摩擦抵抗が働き速度を低減させるものであるが、その他の抵抗付与手段（図６のトルク制限手段と同様なものでもよい）を設けて、常時抵抗トルクを付与することもできる。そして、作動速度低減装置に本発明の変速装置を利用することにより、抵抗付与手段が小型なものであっても、作動対象の部材に大きな抵抗トルクを与えることが可能となる。
【００４０】
図８に示す実施例は、同一構造の２個の変速装置を組み合わせて用いることにより、所定の回転数において動力伝達を接続・遮断する遠心クラッチを構成したものである。
図８に示すとおり、この遠心クラッチでは、図の左方の、キャリア軸３が入力軸となり増速機として作動する一方の変速装置と、図の右方の、キャリア軸３´が出力軸となり減速機として作動する他方の変速装置とを、いわば背中合わせに配置している。そして、中央部には、増速機の太陽歯車軸２と減速機の太陽歯車軸２´との間を接続又は遮断する遠心式クラッチ手段ＣＣが設けてある。
【００４１】
遠心式クラッチ手段ＣＣは、Ａ−Ａ断面図に示すように、増速機の太陽歯車軸２に枢着されるアーム状の重錘Ｗを、減速機の太陽歯車軸２´に形成された円環状の周囲壁と対向して配置した、図７の遠心式抵抗付与手段と類似の構造を備えており、重錘Ｗと太陽歯車連結軸２との間には引張りばねが設置される。入力軸となるキャリア軸３が回転すると太陽歯車軸２は高速で回転するが、その回転数が所定値を超えた場合、アーム状の重錘Ｗが外方に広がり、太陽歯車軸２´の周囲壁に当接する。このときは、重錘Ｗと周囲壁との間の摩擦によって太陽歯車軸２´が回転し、その回転が減速されて、出力軸となるキャリア軸３´が入力軸と同一回転速度で回転する。入力軸の回転数が所定値よりも低下した場合は、重錘Ｗが引張りばねに引かれて円環状の周囲壁から離れ、入力軸から出力軸への動力伝達は遮断される。
この遠心クラッチでは、遠心式クラッチ手段ＣＣが小型なものであっても、大きなトルクを伝動する動力伝達系に使用することが可能であると同時に、クラッチの断・接が、入力軸であるリング歯車連結軸５の回転数が増速された太陽歯車連結軸２において行われるため、動力伝達が断・接される回転数の精度が向上することとなる。
【００４２】
以上詳述したように、本発明は、遊星歯車機構と固定の歯車列とを組み合わせた差動式の遊星歯車機構を利用して、軸方向の短いコンパクトな変速装置を構成し、さらに、回転軸の傾き等に起因する摩擦抵抗の増大を防止して、増速機としての作動を円滑化するものである。上記の実施例においては、変速装置を単一のユニットとして説明しているが、変速装置を多段に連結して変速比を極めて大きく設定できることは言うまでもない。また、遊星歯車と支持軸等、相対的に回転する部品の間にボールベアリング等を介在させて摩擦抵抗をさらに低減する、リング歯車体の内歯歯車等の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。
【符号の説明】
【００４３】
１  ハウジング
１Ｃ  蓋体
１１  支持軸（伝動歯車の）
２  太陽歯車軸
３  キャリア軸
３１  キャリア
３２  支持軸（遊星歯車の）
４  リング歯車体
４１  作動子中心軸
ＳＧ  太陽歯車
ＰＧ  遊星歯車
ＴＧ  伝動歯車
ＲＧｐ、ＲＧｔ  内歯歯車（リング歯車体の）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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