(57)【要約】【課題】回転力以外の力の作用する部材を少なくして、大きなねじり剛性と小さなねじり剛性の非線形性を備えた遊星歯車機構を提供する。【解決手段】プラネタリギヤ６、７をサンギヤ５の回転軸心に対して回転対称に配置し、固定リングギヤ８の歯数と可動リングギヤ９の歯数をプラネタリギヤの使用個数の１以外の約数の倍数とし、サンギヤ３の歯数を前記プラネタリギヤ６、７の使用個数の１以外の約数の倍数とした遊星歯車機構とする。その結果、プラネタリギヤ６、７と固定リングギヤ８、従動リングギヤ９、サンギヤ５との噛合部に作用する回転力以外の力の作用部材を少なくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定されたサンギヤと、
前記サンギヤに噛合するプラネタリギヤと、前記プラネタリギヤの軸方向の他端に設けられ前記プラネタリギヤと一体に回転する従動プラネタリギヤとで構成された複数個のプラネタリギヤ組と、
前記プラネタリギヤ組を回転自在に支持するプラネタリギヤ支持手段と、
前記プラネタリギヤ支持手段を保持し、前記回転軸廻りを自在に回転できるように支持されたキャリアと
前記プラネタリギヤと噛合する固定内歯車と、
前記従動プラネタリギヤと噛合し、前記回転軸廻りを自在に回転できるように支持された可動内歯車とからなる遊星歯車機構において、
前記プラネタリギヤ組を前記サンギヤの回転軸心に対して回転対称に配置し、
前記固定内歯車の歯数と、前記可動内歯車歯数を前記プラネタリギヤ組の使用個数の１以外の約数の倍数とした遊星歯車機構。
【請求項２】
偶数の前記プラネタリギヤ組を備え、前記可動内歯車の歯数を前記固定内歯車の歯数より２枚少なくした請求項１記載の遊星歯車機構。
【請求項３】
前記サンギヤの歯数を前記プラネタリギヤ組の使用個数の１以外の約数の倍数とした請求項１または請求項２に記載の遊星歯車機構。
【請求項４】
前記プラネタリギヤを前記サンギヤのみと噛合するサンギヤ用プラネタリギヤと固定内歯車のみと噛合する固定内歯車用プラネタリギヤとに分割し一体として回転する構成とした請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の遊星歯車機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊星歯車機構に関するものであり、詳しくは３Ｋ型の遊星歯車機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３Ｋ型の遊星歯車機構は小型で大きな速度比を実現できるため多くの装置に使用されている。しかし、多数の構成部品で構成されているため動力伝達部位に発生する合計の弾性変形が大きくなるため、入力軸と出力軸間のねじり剛性が低下する、さらに、部材間の接触部の弾性の非線形性によりねじり剛性の非線形性が大きくなるという問題があった。これを改善するために構成部材の剛性を大きくして対応している。また、ねじり剛性の非線形性に起因する出力軸の制御性の低下を補う技術として遊星歯車減速機を２系列使用する従来技術１（例えば、特許文献１参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５６−１６０４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術１では、減速機構を２系統使用するため高価となる。
構成部品の剛性を大きくするためには部品の大型化が避けられず、遊星歯車機構が大型となりコストも高い。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、小型でねじり剛性の大きな遊星歯機構を安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、回転軸に固定されたサンギヤと、
前記サンギヤに噛合するプラネタリギヤと、前記プラネタリギヤの軸方向の他端に設けられ前記プラネタリギヤと一体に回転する従動プラネタリギヤとで構成された複数個のプラネタリギヤ組と、
前記プラネタリギヤ組を回転自在に支持するプラネタリギヤ支持手段と、
前記プラネタリギヤ支持手段を保持し、前記回転軸廻りを自在に回転できるように支持されたキャリアと
前記プラネタリギヤと噛合する固定内歯車と、
前記従動プラネタリギヤと噛合し、前記回転軸廻りを自在に回転できるように支持された可動内歯車とからなる遊星歯車機構において、
前記プラネタリギヤ組を前記サンギヤの回転軸心に対して回転対称に配置し、
前記固定内歯車の歯数と、前記可動内歯車歯数を前記プラネタリギヤ組の使用個数の１以外の約数の倍数としたことである。
【０００６】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、偶数の前記プラネタリギヤ組を備え、前記可動内歯車の歯数を前記固定内歯車の歯数より２枚少なくしたことである。
【０００７】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２に係る発明において、前記サンギヤの歯数を前記プラネタリギヤ組の使用個数の１以外の約数の倍数としたことである。
【０００８】
請求項４に係る発明の特徴は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に係る発明において、前記プラネタリギヤを前記サンギヤのみと噛合するサンギヤ用プラネタリギヤと固定内歯車のみと噛合する固定内歯車用プラネタリギヤとに分割し一体として回転する構成としたことである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項1に係る発明によれば、プラネタリギヤと固定内歯車、プラネタリギヤと可動内歯車の噛み合い部で発生する伝達力の回転力以外の力は固定内歯車と可動内歯車とプラネタリギヤとプラネタリギヤ支持手段とキャリアの内力として作用し相互に打ち消し合うため、他の部位に作用しない。このため、回転力に起因する変形以外の変形が固定内歯車と可動内歯車とプラネタリギヤとプラネタリギヤ支持手段とキャリア以外の部位には発生しないので遊星歯車機構のねじり剛性が高くなり、ねじり剛性の非線形性も低減でき、応答性の高い遊星歯車機構を実現できる。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、１項記載の効果を有する遊星歯車機構の変速比を大きくできる。
【００１１】
請求項３に係る発明によれば、プラネタリギヤとサンギヤの噛み合い部で発生する伝達力の回転力以外の力はサンギヤとプラネタリギヤとプラネタリギヤ支持手段とキャリアの内力としてのみ作用し相互に打ち消し合うため、それ以外の部位に作用しない。このため、回転力に起因する変形以外の変形が発生しないので遊星歯車機構のねじり剛性が高くなり、ねじり剛性の非線形性も低減でき、応答性の高い遊星歯車機構を実現できる。
【００１２】
請求項４に係る発明によれば、サンギヤ噛合部と固定内歯車噛合部の歯数比を独立して選択でき、小型で速度比の大きな遊星歯車機構を実現できる。さらに、サンギヤ噛合部の歯数比を変更することで遊星歯車機構の変速比を容易に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の遊星歯車機構の断面を示す概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】歯車の噛合い点のすべり速度を示す図である。
【図５】歯車の噛合い点の作用力を示す図である。
【図６】本実施形態のプラネタリギヤ組が３個の遊星歯車機構を示す概略図である。
【図７】本実施形態の変形例の遊星歯車機構の断面を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を回転運動の減速用に使用される遊星歯車減速機に応用した実施の形態を図１〜図５に基づき説明する。
図１〜図３に示すように、ハウジング２は軸受１２を介して従動リング１４を回転自在に支持している。ハウジング２は軸受１１を介してキャリア４の１端を回転自在に支持し、従動リング１４は軸受１３を介してキャリア４の他端を回転自在に支持している。キャリア４は軸受１７、１８を介して入力軸３を回転自在に支持している。キャリア４は入力軸３の回転中心に対して回転対称に配置された４本の軸１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの両端を保持している。軸１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの中央部に軸受１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを介してスリーブ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが回転自在に支持され、スリーブ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄにはプラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと従動プラネタリギヤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが結合され一体的に回転する。入力軸３の中央部にはサンギヤ５を備えており、プラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと噛合している。プラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄはハウジング２の内周に設けられた固定内歯車８とも噛合している。従動プラネタリギヤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは従動リング１４の内周に設けられた従動内歯車９と噛合している。歯形はインボリュート歯形である。
【００１５】
固定内歯車８の歯数はプラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの使用個数４の１以外の約数２の倍数である８４枚、従動内歯車９の歯数は固定内歯車８の歯数より２枚少ない８２枚、サンギヤ５の歯数はプラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの使用個数４の１以外の約数２の倍数である２８枚である。プラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの歯数は２８枚、従動プラネタリギヤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの歯数は２６枚である。
【００１６】
ここで、インボリュート平歯車における噛合の接触点での歯車相互のすべり速度の状態を図４に示す。図４において、ｒｇ１とｒｇ２を歯車の基礎円半径とし噛合いのピッチ点をＰとすると、回転角速度ω１、ω２を一定として歯車を回転すると接触点Ｑは作用線Ｉ１−Ｉ２上を等速度で移動する。このとき、接触点Ｑにおける歯車相互のすべり速度ｖｓはピッチ点Ｐと接触点Ｑの距離をｘとするとｖｓ＝ｘ（ω１＋ω２）となることが知られている。すべり速度ｖｓはピッチ点Ｐで０となり、Ｉ１−Ｐ間とＩ２−Ｐ間ではすべり方向が逆転する。
簡略化するため噛合い率が１の場合で説明する。図５に示すように、伝達トルクが一定であれば接触点Ｑにおける歯面に対する法線力Ｎは噛合い位置に関係なく作用線Ｉ１−Ｉ２上で一定の大きさで作用する。接触点Ｑには法線力Ｎと歯面の接線方向に働く法線力Ｎに起因するすべり摩擦による接線力Ｔ＝μ・Ｎ（μは摩擦係数）が作用する。摩擦係数μは接触点Ｑにおける歯面の相対すべり速度ｖｓが噛合い位置により変化するため変動する。
以上の結果、摩擦係数μが噛合い位置により変化しすべり方向が逆転するため、伝達トルクが一定であっても接線力Ｔは噛合い位置により大きさと作用方向が変動する。
【００１７】
本遊星歯車減速機１は以下に説明する経路で回転力を伝達する。
入力軸３を回転させる回転力はサンギヤ５に噛合する４枚のプラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに等分に分割され伝達される。このときサンギヤの歯数が２８枚なので入力軸３の軸心周りに円周４等分に配置されているプラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの噛合い位置は4枚とも同じである。このため、サンギヤ５の４箇所のピッチ点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄと接触点Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ、Ｑｄの距離ｘａ、ｘｂ、ｘｃ、ｘｄは同じで、接触点Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ、Ｑｄのすべり速度は同じとなり、作用する法線力とすべりに伴う接線力は同じとなる。４箇所の接触点に作用する力の合力は回転力を除いて入力軸３の内力として相互にキャンセルされ０となる。一方、プラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに伝えられた反力はスリーブ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄと軸受１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄと軸１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを介してキャリア４に伝えられ、回転力を除いてはキャリア４の内力として相互にキャンセルされ０となり軸受１１、１３、１７、１８には伝達されない。
【００１８】
次に,ハウジング２に備えられた固定内歯車８とプラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの４箇所の接触点も固定内歯車８の歯数が８４枚なので固定内歯車８とプラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの噛合い位置は4箇所とも同じである。このため、キャリア４を回転させる回転力を除いて、固定内歯車８の４箇所の接触点に作用する法線力とすべりに伴う接線力の合力は内力としてハウジング２に作用するが外力は０となる。
【００１９】
一方、プラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを自転させる回転力はスリーブ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを介して従動プラネタリギヤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに伝達される。
従動リング１４に備えられた従動内歯車９と従動プラネタリギヤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの４箇所の噛合い位置は従動内歯車９の歯数が８２枚なので同じではない、しかし入力軸３の回転中心に対して相互に１８０度に配置された２枚のプラネタリギヤ７ａと７ｃの噛合い位置は同じで、７ｂと７ｄの噛合い位置も同じである。このため、相互に１８０度に対向して配置された２枚のプラネタリギヤと従動内歯車８の噛合い接触点に作用する法線力とすべりに伴う接線力は方向が反対で大きさが等しくなり回転力を除いて合力は０となる。結果として４箇所の従動プラネタリギヤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと従動内歯車８の噛合い接触点に作用する合力は回転力を除き０となる。このため、従動内歯車８に作用する力は回転力を除いては従動リング１４の内力として相互にキャンセルされ０となり軸受１２には作用しない。
【００２０】
従動プラネタリギヤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの噛合い接触点に作用する反力もスリーブ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄと軸受１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄと軸１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを介してキャリア４に伝えられキャリア４の内力として相互にキャンセルされ０となり軸受１１、１３、１７、１８には伝達されない。
【００２１】
以上のように、本遊星歯車減速機１は回転力を伝達する場合に、入力軸３の軸受１７，１８とキャリア４の軸受１１、１３と従動リング２の軸受１２対して回転力以外の力を与えない。このため、回転入力の変動に伴う軸受部の変形が発生しないのでねじり剛性が高く、軸受隙間部の変位のヒステリシスに起因するねじり剛性の非線形性が小さな遊星歯車減速機を実現できる。さらに、噛合い位置により大きさと作用方向が変動する接線力Ｔが打ち消されることで振動や、騒音の少ない遊星歯車減速機を実現できる。
【００２２】
上記の説明では、プラネタリギヤが４個の例について述べたが４個に限定されるものではなく、図６に示すように３個のプラネタリギヤ６１ａ、６１ｂ、６１ｃを入力軸３の回転中心周りに円周３等分に回転対称に配置し、固定内歯車８１の歯数を３の倍数とし、従動内歯車の歯数を固定内歯車８１の歯数より３枚少ない歯数としてもよい。
この場合は３個のプラネタリギヤの噛合い位置は同じであるため、３個の接触点に働く力の大きさは同じで方向は相互に１２０度異なり、３力の合力は回転力を除いて相互にキャンセルされ０となる。従動内歯車に作用する反力の３力の合力も同様に回転力を除いて相互にキャンセルされ０となる。これにより、回転入力の変動に伴う軸受部の変形が発生しないのでねじり剛性が高く、軸受隙間部の変位のヒステリシスに起因するねじり剛性の非線形性が小さな遊星歯車減速機を実現できる。
さらに、プラネタリギヤの使用個数に制限は無くプラネタリギヤが入力軸３の軸心に回転対称に配置され、固定内歯車の歯数と、可動内歯車歯数をプラネタリギヤ組の使用個数の１以外の約数の倍数の歯数とすれば、回転力以外の力の合力は０となり本発明の効力を発揮できる。
【００２３】
＜本実施形態の変形態様＞
上記の実施形態では、プラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄがサンギヤ５と固定内歯車８に同時に噛合う機構について説明したが、これに限定されるものではない。
図７に示すように、遊星歯車減速機３０は、前記の実施例におけるプラネタリギヤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄをサンギヤ１０５のみと噛合するプラネタリギヤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ（１２１ｂ、１２１ｄは図示せず）と固定内歯車１０８とのみ噛合するプラネタリギヤ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ（１０６ｂ、１０６ｄは図示せず）に分割した構造である。
以下に詳細を説明する。図７に示すように、ハウジング１０２は軸受１２を介して従動リング１４を回転自在に支持している。ハウジング１０２は軸受１１を介してキャリア１０４の１端を回転自在に支持し、従動リング１４は軸受１３を介してキャリア１０４の他端を回転自在に支持している。キャリア１０４は軸受１７、１８を介して入力軸１０３を回転自在に支持している。キャリア１０４は入力軸１０３の回転中心に対して回転対称に配置された４本の軸１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ（１１０ｂ、１１０ｄは図示せず）の両端を保持している。軸１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄの中央部に軸受１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ（１１６ｂ、１１６ｄは図示せず）を介してスリーブ１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ（１１５ｂ、１１５ｄは図示せず）が回転自在に支持され、スリーブ１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄにはプラネタリギヤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ（１２１ｂ、１２１ｄは図示せず）とプラネタリギ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ（１０６ｂ、１０６ｄは図示せず）と従動プラネタリギヤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ（７ｂ、７ｄは図示せず）が結合され一体的に回転する。入力軸１０３の中央部にはサンギヤ１０５を備えており、プラネタリギヤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄと噛合している。プラネタリギヤ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄはハウジング１０２の内周に設けられた固定内歯車１０８と噛合している。従動プラネタリギヤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは従動リング１４の内周に設けられた従動内歯車９と噛合している。歯形はインボリュート歯形である。
【００２４】
固定内歯車１０８の歯数はプラネタリギヤ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの使用個数４の１以外の約数２の倍数である８４枚、従動内歯車９の歯数は固定内歯車８の歯数より２枚少ない８２枚、サンギヤ１０５の歯数はプラネタリギヤ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの使用個数４の１以外の約数２の倍数である２４枚である。プラネタリギヤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの歯数は３２枚、プラネタリギヤ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの歯数は２８枚、従動プラネタリギヤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの歯数は２６枚である。
【００２５】
本実施例においても全ての歯車の噛み合い点の回転力を除いた合力は０となり、回転入力の変動に伴う軸受部の変形が発生しないのでねじり剛性が高く、軸受隙間部の変位のヒステリシスに起因するねじり剛性の非線形性が小さな遊星歯車減速機３０を実現できる。
さらに、サンギヤ１０５とプラネタリギヤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの歯数は固定内歯車１０８の歯数からプラネタリギヤ１０６ａの歯数を引いた値とサンギヤ１０５とプラネタリギヤ１２１ａの歯数の合計の値が等しくなる条件内で自由に設定できる。このため、遊星歯車減速機３０の減速比の変更が容易にできる。
【符号の説明】
【００２６】
１、３０：遊星歯車減速機  ２、１０２：ハウジング  ３、１０３：入力軸  ４：キャリア  ５、１０５：サンギヤ  ６ａ〜６ｄ、１０６ａ〜１０６ｄ、１２１ａ〜１２１ｄ：プラネタリギヤ    ７ａ〜７ｄ：従動プラネタリギヤ  ８、１０８：固定内歯車  ９：従動内歯車  １４：従動リング  １１０ａ〜１１０ｄ：軸
【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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