(57)【要約】【課題】コンパクトで効率の高い水門扉の駆動用減速機を得る。【解決手段】水門扉４６の駆動装置Ｄは、モータ３８と、当該モータ３８の回転を減速する減速機４０を備える。減速機４０は、外歯歯車と、該外歯歯車と僅少の歯数差を有し、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、を備え、該外歯歯車と内歯歯車との相対回転成分を出力として取り出す内接噛合遊星歯車機構の減速部であって、その効率が８６％以上の第１の減速部４０Ａと、該第１の減速部４０Ａの出力部材と連結された入力軸と、前記水門４６を駆動する減速機出力軸４２を有する平行軸歯車機構の第２の減速部４０Ｂとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水門扉を駆動する駆動装置に使用する減速機において、
外歯歯車と、該外歯歯車と僅少の歯数差を有し該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、を備え、該外歯歯車と内歯歯車との相対回転成分を出力として取り出す内接噛合遊星歯車機構の減速部であって、その駆動効率が８６％以上の第１の減速部と、
該第１の減速部の出力部材と連結された入力軸と、前記水門扉を駆動する減速機出力軸とを有する平行軸歯車機構の第２の減速部と、
を備えたことを特徴とする水門扉の駆動用減速機。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の減速部が、
入力軸と、
前記外歯歯車を偏心回転させる偏心体をそれぞれ備え、前記入力軸の回転によって従動回転する複数の偏心体軸と、
前記外歯歯車の軸方向両側に回転自在にそれぞれ配置され、前記偏心体軸を回転自在に両持ち支持すると共に、前記外歯歯車を貫通するキャリヤ体を介して互いに連結された第１、第２支持ブロックとを備え、
該第１、第２支持ブロックが出力部材とされた構成の減速部である水門扉の駆動用減速機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記外歯歯車と内歯歯車との前記歯数差が２である、水門扉の駆動用減速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水門扉を駆動する駆動装置に適用される減速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川や水路における水の流れや流量を制御するために用いられる水門扉は、従来は手動によって操作されることが多かったが、近年ではモータを用いた電動式の駆動装置が普及してきている。
【０００３】
図７に、この種の水門扉の駆動装置の一例を示す。この駆動装置２は、モータ３の回転を減速機４にて減速し、該減速機４の両サイドに延在させた駆動シャフト６にその減速出力を取り出す構成とされている。駆動シャフト６には、一対のドラムギヤ８が装着されており、該ドラムギヤ８を介して水門扉（図示略）に連結されたロープが巻回されている一対のドラム１０がそれぞれ駆動される構成とされている。
【０００４】
図８に示されるように、この種の水門扉の駆動装置に用いる減速機４としては、４段〜５段の平行軸歯車減速機構を用いた構造が用いられていた。これは、用途の特性上、減速機４の減速比として１／５００以上、場合によっては１／２５００程度までの高い値が求められるためである（例えば特許文献１参照）。なお、図８は、減速機４の上側ケーシング（図示略）を取り除いた状態を平面視したものである。
【０００５】
この減速機４では、入力軸１２、第１〜第３中間軸１４、１６、１８及び出力軸２０が水平且つ平行に配置されている。各軸１２、１４、１６、１８、２０は、平歯車（またはヘリカル歯車）によって構成される第１〜第４ピニオン２２、２４、２６、２８及び該第１〜第４ピニオン２２、２４、２６、２８とそれぞれ噛合する第１〜第４ギヤ３０、３２、３４、３６によって順次連結されている。
【０００６】
なお、図の符号３７は下側ケーシング、１２Ａ、１４Ａ、１６Ａ、１８Ａ、２０Ａは、それぞれ入力軸１２、第１〜第３中間軸１４、１６、１８、出力軸２０を受ける軸受孔である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−７４７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような平行軸歯車減速機構を用いた構造は、１／５００以上の減速比を必要とする水門扉の駆動装置に用いる減速機の構造としては、大きく且つ重くなり易いという問題があった。
【０００９】
また、このように４段〜５段の平行軸歯車を配置する場合、ケーシングへの組み込みという製造上の要請から、各軸は、水平に並べられることが多い。これは、上述の例のように、ケーシングを水平な分割線に沿って上側ケーシングと下側ケーシング３７とに分割し、下側ケーシング３７に形成された半円状の軸受孔１２Ａ〜２０Ａに各軸１２〜２０を「載置」し、この状態で、同じく対応する半円状の軸受孔（図示略）が形成された上側ケーシングを被せると、各軸１２〜２０の組み込みが容易に行えるためである。そのため、とりわけこの製造方法によって製造された減速機の場合、該減速機の幅方向の長さＷが大きくなってしまい易いという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、必要な減速比を２段〜３段程度の減速機構で構成することができ、コンパクトで、且つ効率が犠牲にならない水門扉の駆動用減速機を提供することその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、水門扉を開閉駆動する駆動装置の減速機において、外歯歯車と、該外歯歯車と僅少の歯数差を有し、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、を備え、該外歯歯車と内歯歯車との相対回転成分を出力として取り出す内接噛合遊星歯車機構の減速部であって、その駆動効率が８６％以上の第１の減速部と、該第１減速部の出力部材と連結された入力軸と、前記水門を駆動する減速機出力軸を有する平行軸歯車機構の第２の減速部と、を備えたことにより、上記課題を解決したものである。
【００１２】
本発明においては、水門扉の駆動用減速機として、内接噛合遊星歯車機構であってその駆動効率が８６％以上の第１減速部と、平行軸歯車機構の第２減速部とで構成するようにした。内接噛合遊星歯車機構は、外歯歯車と、該外歯歯車と僅少の歯数差を有し該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、を備え、該外歯歯車と内歯歯車との相対回転成分を出力として取り出すもので、１段で数十〜百数十という大きな減速比を得ることができる。そのため全体で２段〜３段程度の減速段で水門扉の駆動用減速機として必要な減速比を得ることができる。
【００１３】
また、後述するように、内接噛合遊星歯車機構は、相応の工夫を施すことにより、比較的容易に駆動効率の高い減速機構とすることができる。そのため、全体として軽量・コンパクトで且つ駆動効率の高い減速機を得ることができる。
【００１４】
さらには、第２減速部として減速比の設定等の自由度が高い平行軸歯車機構を組み合わせるようにしてあるため、さまざまな水門扉に対して最適な減速比およびトルクに調整するのが容易である。
【発明の効果】
【００１５】
水門扉を駆動するために用いる減速機として、より軽量且つコンパクトで、高い駆動効率を維持することできる減速機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態の一例に係る水門扉の駆動用減速機が適用された水門扉の駆動装置について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、当該駆動装置Ｄの概略構成図である。この駆動装置Ｄは、モータ３８と、当該モータ３８の回転を減速する減速機４０と、該減速機４０の出力軸（図１においては一方側のみ図示）４２と連結されたドラム４４と、水門扉４６に連結され、該ドラム４４の回転によってワイヤロープ４８を介して上下動可能とされたシーブ５０とから主に構成されている。
【００１８】
前記モータ３８の出力軸３８Ａは、カップリング５２を介して減速機４０と連結されている。減速機４０は、図２及び図３に示されるように、その初段に内接噛合遊星歯車機構の第１減速部４０Ａを有する。この第１変速部４０Ａの構成については後に詳述する。
【００１９】
第１減速部４０Ａの出力軸（図２、図３では図示略：後述）は、取付フランジ５２を介して第２減速部４０Ｂの入力軸を構成する第１中間軸５４（図３参照）と連結されている。第２減速部４０Ｂは、この実施形態では、該第１中間軸５４のほかに第２中間軸５６及び前記減速機４０の出力軸４２を備え、図示せぬヘリカルピニオン及びヘリカルギヤの組合せにより２段の減速を行うヘリカル平行軸歯車機構を構成している。
【００２０】
図１に戻って、出力軸４２は、カップリング５７、駆動シャフト５８を介して水門扉４６をワイヤ駆動するための前記ドラム４４と連結されている。
【００２１】
図４に第１減速部４０Ａの詳細構成を示す。なお、図５は図４の矢視Ｖ−Ｖ線に沿う断面図である。
【００２２】
この第１減速部４０Ａは、外歯歯車６０、該外歯歯車６０と僅少の歯数差を有し、該外歯歯車６０が内接噛合する内歯歯車６２を備える、いわゆる内接噛合遊星歯車機構の減速構造が採用されている。外歯歯車６０が（１８０度位相をずらして）軸方向に２枚配置されているのは、容量の増大を図ったためである。
【００２３】
この実施形態では、内歯歯車６２がケーシング６３と一体化して固定されており、出力としての外歯歯車６０と内歯歯車６２の相対回転成分が、外歯歯車６０側から出力される構成とされている。外歯歯車６０の歯数は、この実施形態では７８、内歯歯車６２の歯数は８０であり、両者６０、６２の歯数は僅少の歯数差（この例では２）に設定されている。なお、「僅少の歯数差」とは、６以下をいう。内歯歯車６２の内歯６２Ａは、この実施形態ではローラピンによって構成されている。
【００２４】
この第１減速部４０Ａの駆動効率、即ち、（実出力トルク）／（実入力トルク×減速比）は、以下のような構成が採用されることにより、約９０％程度（＞８６％）が確保されている。
【００２５】
すなわち、この実施形態に係る第１減速部４０は、前記外歯歯車６０及び内歯歯車６２のほか、入力軸６４、偏心体６６を有する３本の偏心体軸６８、及び外歯歯車６０の両側に配置された第１、第２支持ブロック７６、７８を主な構成要素として備える。
【００２６】
入力軸６４は、カップリング５２（図１参照）によりモータ３８の出力軸３８Ａと連結され、第１減速部４０Ａの半径方向中央に配置されている。入力軸６４の先端には、ピニオン６４Ａが一体的に形成されている。
【００２７】
ピニオン６４Ａは、３本の偏心体軸６８にそれぞれ組み込まれた伝動歯車７０と噛合しており、該ピニオン６４Ａの回転によって伝動歯車７０を介して該３本の偏心体軸６８が同時に従動回転可能である。
【００２８】
偏心体軸６８は、外歯歯車６０を偏心回転させるための偏心体６６をそれぞれ有し、入力軸６４と平行に配置されている。各偏心体軸６８は、偏心体軸ベアリング７４を介して外歯歯車６０の両側に配置された前記第１、第２支持ブロック７６、７８に回転自在に両持ち支持されている。偏心体軸６８に一体的に装着された偏心体６６は、偏心体ベアリング８０を介して外歯歯車６０の偏心体軸孔６０Ａと嵌合している。各偏心体軸６８の偏心体６６は、その偏心位相が揃えられている。このため、偏心体軸６８が回転して偏心体６６が偏心回転することにより、外歯歯車６０を該偏心体６６の偏心位相の回転に追従させる態様で内歯歯車６２に内接しながら揺動回転させることが可能である。
【００２９】
各偏心体軸６８を回転自在に支持している第１、第２支持ブロック７６、７８は、ブロックベアリング８２を介してケーシング６３に回転自在に支持されている。また、第１、第２支持ブロック７６、７８は、それぞれキャリヤピン８６（及びボルト８４）を介して連結され、相互に一体化されている。
【００３０】
第１、第２支持ブロック７６、７８は、第１減速部４０Ａの出力部材に相当しており、取付フランジ５９を介して第２減速部４０Ｂの前記第１中間軸５４とボルト８４を介して連結されている。
【００３１】
次に、この駆動装置Ｄの作用を説明する。
【００３２】
モータ３８のモータ軸３８Ａが回転すると、カップリング５２を介して減速機４０の第１減速部４０Ａの入力軸６４が回転する。
【００３３】
入力軸６４が回転すると、該入力軸６４と噛合している伝動歯車７０を介して３本の偏心体軸６８が同時に減速回転し、それぞれの偏心体軸６８に一体的に装着されている偏心体６６が同位相で回転する。この結果、外歯歯車６０が内歯歯車６２に内接しながら揺動回転する。内歯歯車６２はケーシング６３と一体化され、固定された状態にあるため、入力軸６４が１回転すると偏心体６６を介して外歯歯車６０側が揺動回転し、該外歯歯車６０と内歯歯車６２の噛合位置が順次ずれて１回転する。このとき、外歯歯車６０は内歯歯車６２よりも歯数が２だけ少ないため、固定状態にある内歯歯車６２に対して２／（外歯歯車６０の歯数）、すなわちこの実施形態の場合２／８０に相当する分だけ位相がずれる（自転する）ことになる。そのため、偏心体軸６８が該自転成分に相当する速度で入力軸６４の回りを公転することになり、該偏心体軸６８を支持している第１、第２支持ブロック７６、７８が当該公転速度に相当する速度で回転する。第１、第２支持ブロック７６、７８は、キャリヤピン８６を介して相互に連結されており、第２支持ブロック７８が第２減速部４０Ｂの入力軸である第１中間軸５４と取付フランジ５９を介して連結されているため、第１、第２支持ブロック７６、７８の回転はそのまま第２減速部４０Ｂの第１中間軸５４に伝達される。第２減速部４０Ｂでは、この第１中間軸５４の回転を更に２段減速し、出力軸４２から出力する。出力軸４２が回転すると、カップリング５７を介して駆動シャフト５８が回転し、ドラム４４が回転する。この結果ワイヤ４８を介して水門扉４６に固定されたシーブ５０が回転し、当該シーブ５０の上下動と共に水門扉４６が上下動（開閉）する。
【００３４】
この実施形態における第１減速部４０Ａは、外歯歯車６０の両側に第１、第２支持ブロック７６、７８を有し、３本の偏心体軸６８をこの第１、第２支持ブロック７６、７８によって両持ち支持するようにしているため、支持剛性が高く、外歯歯車６０を安定した状態で揺動回転させることができる。また、各偏心体軸６８は第１、第２支持ブロック７６、７８に偏心体軸ベアリング７４を介して支持されており、且つ、各偏心体６６と外歯歯車６０も偏心体ベアリング８０を介して互いに嵌合している。そのため、各要素は極めて円滑に回転することができ、この結果、この第１減速部４０Ａ に於ける部分の駆動効率を９０％以上にまで高めることができている。ヘリカル平行軸歯車構造の第２減速部４０Ｂは、もともと第１減速部４０Ａよりも高い駆動効率を容易に実現できるため、この減速機４０は、結果として非常に高い駆動効率を確保できる。
【００３５】
尤も、本発明においては、内接噛合遊星歯車構造の具体的な構成については特にこの構成に限定されない。要は、結果として８６％以上の高い駆動効率が確保されればよい。例えば、図示はしないが、内接噛合遊星歯車構造として、外歯歯車に形成した貫通孔に遊嵌する内ピンから出力を取り出す、いわゆる内ピン取りだしタイプの内接噛合遊星歯車構造を採用した場合には、該内ピンと貫通孔との摺動抵抗を小さくするべく、内ピンの周りに内ローラを配置するのは駆動効率を高める手法として有効である。また、外歯歯車の歯面を鏡面仕上げする等の方法も、駆動効率を高める手法として有効である。なお、８６％以上という効率は、水門扉４６を合理的な容量の駆動源（モータ等）で駆動するために必要な効率である。
【００３６】
また、本発明における内接噛合遊星歯車構造の中には、外歯歯車が半径方向に変形可能な素材で形成されており、該外歯歯車の変形位置（内歯歯車との噛合位置）を順次回転させることによって、外歯歯車と内歯歯車の相対回転出力を得る構成も含まれる。このタイプは、いわゆる「撓み噛み合い式の内接噛合遊星歯車構造」と称されるもので、同様に外歯歯車と内歯歯車の（歯数差／外歯歯車の歯数）に依存する減速比を得ることができる。
【００３７】
また、上記実施形態においては、外歯歯車と内歯歯車の歯数差を「２」に設定した例が示されていたが、本発明においては、例えば図６に示されるように、歯数差が１に設定されている内接噛合遊星歯車構造の場合であっても、適用可能である。歯数差が１の第１減速部は、歯数差２の第１減速部に対し、効率は若干低下するが、減速比は２倍の値を確保できる。逆に歯数差を３以上に設定したときは、歯数差が２の場合に比べて得られる減速比は小さくなるが、効率をより高めることができる。なお、図６におけるその他の構成については、先の実施形態と同様であるため、図中において同一又は類似する部分に下２桁が同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、水門扉を駆動するための駆動装置に使用する減速機に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の一例に係る減速機が適用された水門扉の駆動装置を示す概略構成図
【図２】上記駆動装置における減速機の全体構成を示す平面図
【図３】同側面図
【図４】同減速機の内部構成を示す断面図
【図５】図４の矢視Ｖ−Ｖ線に沿う断面図
【図６】本発明の他の実施形態に係る減速機を示す図５相当の断面図
【図７】従来の減速機が組み込まれた水門扉の駆動装置を示す概略構成図
【図８】該従来の減速機の内部構成を示す平面図
【符号の説明】
【００４０】
Ｄ…駆動装置
３８…モータ
４０…減速機
４０Ａ…第１減速部
４０Ｂ…第２減速部
４２…出力軸
４４…ドラム
４６…水門扉
４８…ワイヤロープ
５０…シーブ
５２…カップリング
５４…第１中間軸
５６…第２中間軸
５８…駆動シャフト
６０…外歯歯車
６２…内歯歯車
６４…入力軸
６８…偏心体軸
７０…伝動歯車
７２…偏心体
７４…偏心体ベアリング
７６…第１支持ブロック
７８…第２支持ブロック
８０…偏心体ベアリング
８２…ブロックベアリング
８４…ボルト
【図１】
2005337393.tif 000003
【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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