(57)【要約】【課題】転位のない歯車を用いて高減速比で厚さが薄く、義肢、装具の関節に適用するに好適な安価な関節用減速機を提供する。【解決手段】３Ｓ型の遊星機構を用い、太陽歯車１に噛合する第１の遊星歯車２が固定側第１の内歯歯車５と噛合するようにし、第１の遊星歯車２に第２の遊星歯車３を固定して一体に回転するようにした。第２の遊星歯車３は従動側第２の内歯歯車４と噛合して回転駆動する。ここで、第１の内歯歯車５の歯数と第２の内歯歯車４の歯数の差ΔＺと、第１の遊星歯車２の歯数と第２の遊星歯車３の歯数の差ΔＺとを等しくし１とした。さらに、従動側の歯車系列３、４を左右から固定側の歯車系列１、２、５で挟み込みサンドイッチ構造として高負荷トルクに耐えられるようにした。【選択図】図４
2007113701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と一体にされた太陽歯車と、
前記太陽歯車と噛合する複数個の第１の遊星歯車と、
前記第１の遊星歯車のそれぞれと一体にされて一体に回転し前記太陽歯車と噛合しない複数個の第２の遊星歯車と、
前記複数個の第１の遊星歯車と噛合する第１の内歯歯車と、
前記複数個の第２の遊星歯車と噛合する第２の内歯歯車と、
前記第１の内歯歯車の歯数と前記第２の内歯歯車の歯数の差ΔＺと、前記第１の遊星歯車の歯数と前記第２の遊星歯車の歯数の差ΔＺが等しいことと、
前記第１若しくは第２の内歯歯車のいずれか一方を固定側とし、いずれか他方を従動側としたことと、
を備えることを特徴とする関節用減速機。
【請求項２】
前記歯数の差ΔＺが１であること、を特徴とする請求項１に記載の関節用減速機。
【請求項３】
前記太陽歯車と前記第１の遊星歯車と前記第１の内歯歯車とからなる第１の歯車系列と、前記第２の遊星歯車と前記第２の内歯歯車とからなる第２の歯車系列との２つの歯車系列のうちいずれか一方の歯車系列が複数組あり、複数組ある一方の歯車系列が他方の歯車系列を軸方向に挟み込むように組み込まれたサンドイッチ構造を有すること、を特徴とする請求項１または２に記載の関節用減速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装具または義肢、義足、義手、の膝関節、股関節、肘関節等に用いる電動関節の減速機に関し、また、ロボットの関節にも適用できる減速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、本発明に係る減速機が適用される例を示す側面図である。モータで駆動される減速機により構成される関節は様々な分野で利用される。図１（Ａ）は一般に関節に適用した場合を示し、モータで回転駆動される減速機１０１の固定側が一方の骨格保持部１０２に結合され、従動側が他方の骨格保持部１０３に結合される。ここで、固定側、従動側というのは相対的な概念であり、いずれを固定側あるいは従動側と定義しても同じことである。図１（Ｂ）は義肢に適用した場合を示し、体躯１０４と大腿骨部分１０５を結合する股関節１０６、大腿骨部分１０５と下腿骨部分１０７を結合する膝関節１０８、下腿骨部分１０７と足１０９とを結合する足関節１１０にそれぞれ適用される。図１（Ｃ）は筋肉が麻痺した患者を補助する装具に適用した場合を示し、体躯コルセット１１１と大腿部保持具１１２とを結合する股関節１１３、大腿部保持具１１２と下腿保持具１１４とを結合する膝関節１１５、下腿保持具１１４と足保持具１１６とを結合する足関節１１７に適用される。図面には示さないが上肢の肩関節、肘関節等にも適用できる。
【０００３】
このような関節に用いる減速機には、特に下肢の関節には体重がかかるため、大きなトルクに抗して回転できる減速機、つまり減速比の大きい減速機が望まれる。さらに、取付場所の制約から直径が余り大きくなく、厚さの薄いものが望まれる。減速比の大きな減速機として、まず、ハーモニックドライブが思い浮かぶ。しかし、ハーモニックドライブはたわみ円筒外周に歯を加工し楕円長径端２カ所で噛み合わせ、円筒開口端でのわずかな短径側のたわみ、即ち曲率を小さくして１歯を逃がして、１周で計２歯を減じて減速に利用するものであるため、軸方向の長さの短い円筒ではハーモニック機構そのもののたわませる力が大きくなり、実現できても集中応力が大きくなり疲労限界の低下を招くおそれがある。そこで、遊星歯車機構の採用に至る。特開２００４−０１９９０号公報（特許文献１）には、３Ｋ型（３Ｓ型）で１／２１７の減速比を実現したものが提案されている。ここでは固定側遊星歯車ＰＧ１と従動側遊星歯車ＰＧ２には同じ歯車を採用し、固定側内歯車ＲＧ１と従動側内歯車ＲＧ２との歯数差ΔＺを１とした。そして、歯数差のある２つの内歯車ＧＲ１、ＧＲ２と一の遊星歯車との噛合を可能とするため、従動側内歯車ＲＧ２は＋０．５だけ転位させている（特許文献１、段落番号００３０）。この減速機は厚さが厚く、関節内に納める形になっているので、この減速機はロボットの膝関節用減速機ではないかと推定される。
【０００４】
また、特開２００１−９０７９２号公報（特許文献２）には、３Ｋ型（３Ｓ型）で１／２２４の減速比を実現したものが提案されている。ここでは、一方の遊星歯車を大径とし太陽歯車とのみ噛合するようにし、大径の遊星歯車と一体に回転する小径の遊星歯車が固定側及び従動側内歯車に噛合するようにしている。固定側内歯車Ｃと従動側内歯車Ｄとの歯数差ΔＺを３としている。そして、歯数差のある内歯車Ｃ、Ｄと一の遊星歯車Ｂ２との噛合を可能とするため、従動側内歯車Ｄは＋０．９だけ転位させている（特許文献２、段落番号００１２）。そして、固定側内歯車ＲＧ１と従動側内歯車ＲＧ２との歯数差ΔＺを１とした。そして、転位係数と歯数差ΔＺとの間に所定の条件を設けている（特許文献２、段落番号０００４）。
【０００５】
３Ｋ型（３Ｓ型）の遊星歯車機構については、「機械工学便覧  １９８９年版  日本機械学会著作」のＢ１−１７７頁、図３８９に図１１に示す図が掲載され、径の異なる２つの遊星歯車が一体に回転し、それぞれ固定側内歯車Ｓ２及び従動側内歯車Ｓ３に噛合するようにしたものが実質的に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０１９９０号公報
【特許文献２】特開２００４−０１９９０号公報
【非特許文献１】「機械工学便覧  １９８９年版  日本機械学会著作」のＢ１−１７７頁、図３８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１の遊星歯車機構では、歯数差のある内歯車ＧＲ１、ＧＲ２と一の遊星歯車との噛合を可能とするため、従動側内歯車ＲＧ２を転位させている。このため歯車の噛み合い率が悪くなり、大きなトルクの掛かる膝関節用減速機としては強度上不利になると云う問題点がある。また、減速比は１／２１７に止まっている（特許文献１、段落番号００３１）。さらに、４組の遊星歯車を等間隔で配置するため、４組のそれぞれについて固定側遊星歯車ＰＧ１と従動側遊星歯車ＰＧ２とを所定の位相差ずつずらせて組み込まなければならない（特許文献１、段落番号００３５、図８）。このため構造が複雑になりコストがアップすると共に、強度が弱くなると云う問題点がある。さらに、標準歯車ではない歯車を多く使うことになり、これらを組み合わせなければならず、コストアップとなるという問題点があった。
【０００８】
上記特許文献２の遊星歯車機構では、歯数差のある内歯車Ｃ、Ｄと一の遊星歯車Ｂ２との噛合を可能とするため、従動側内歯車Ｄを転位させている。そして、転位量と歯数差率に微妙な関係を持たせて歯数の異なる内歯歯車Ｃ、Ｄと遊星歯車Ｂ２との噛み合いを実用上可能なように確保している。このため、上記特許文献１の遊星歯車機構と同様の問題点があると共に、設計の自由度が狭くなると云う問題点がある。また、減速比も１／１１９に止まっている（特許文献２、段落番号００１１）。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためなされたものであり、転位歯車を使用せず標準の歯車で従来以上の高減速比を実現し、軸方向の厚さが薄く、患者の関節運動支援装具に適用するに好適な関節用減速機を提供することを目的とする。また、関節用減速機の固定側と従動側との間に大きなトルクが掛かっても、軸方向の曲げモーメントが発生せず安定して作動する関節用減速機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の関節用減速機は、入力軸と一体にされた太陽歯車と、前記太陽歯車と噛合する複数個の第１の遊星歯車と、前記第１の遊星歯車のそれぞれと一体にされて一体に回転し前記太陽歯車と噛合しない複数個の第２の遊星歯車と、前記複数個の第１の遊星歯車と噛合する第１の内歯歯車と、前記複数個の第２の遊星歯車と噛合する第２の内歯歯車と、前記第１の内歯歯車の歯数と前記第２の内歯歯車の歯数の差ΔＺと、前記第１の遊星歯車の歯数と前記第２の遊星歯車の歯数の差ΔＺが等しいことと、前記第１若しくは第２の内歯歯車のいずれか一方を固定側とし、いずれか他方を従動側としたことと、を備えることを特徴とする。ここで、前記歯数の差ΔＺが１であること、を特徴とすることができる。
【００１１】
このように構成し、前記歯数の差ΔＺを小さな値とすると、太陽歯車と従動側の内歯歯車との間に大きな減速比を得ることができる。歯数の差ΔＺが１のとき、減速比がもっとも大きい。ここで、各歯車を転位歯車とする必要はない。径（歯数）の異なる内歯歯車に径（歯数）の異なる遊星歯車がそれぞれ噛合するからである。そして、前記第１の内歯歯車の歯数と前記第２の内歯歯車の歯数の差ΔＺと、前記第１の遊星歯車の歯数と前記第２の遊星歯車の歯数の差ΔＺが等しいことにより、複数の遊星歯車組において、第１の遊星歯車と第２の遊星歯車とを固定する際の両者の位相差を全ての組で同じにすることができ、組となった遊星歯車毎に位相差を変える必要がない。両者の歯数の差ΔＺが同一であるから、１組の遊星歯車を自転させずに平行移動させながら公転させて考えると全周において１組の遊星歯車と２つの内歯歯車の歯の位相関係は一致する。従って、同じ位相差に組み立てた複数の遊星歯車組を公転軌跡上で同じ向きに配置し組み立てれば２つの内歯歯車と位相を一致させて配置することができる。
【００１２】
また、前記太陽歯車と前記第１の遊星歯車と前記第１の内歯歯車とからなる第１の歯車系列と、前記第２の遊星歯車と前記第２の内歯歯車とからなる第２の歯車系列との２つの歯車系列のうちいずれか一方の歯車系列が複数組あり、複数組ある一方の歯車系列が他方の歯車系列を軸方向に挟み込むように組み込まれたサンドイッチ構造を有すること、を特徴とすることができる。このように構成すると、固定側と従動側との間に大きなトルクが掛かっても、一方の歯車系列が他方の歯車系列に挟み込まれて組み込まれているから、軸方向の曲げモーメントがキャンセルしあって外部に発生せず、安定して作動する。換言すれば、サンドイッチ構造で一体型遊星歯車群の軸支持が片持ちではなく両端支持の自動アライメントとなり遊星歯車の軸に曲げ荷重の発生が少ないので全体を薄くでき関節用減速機を薄くできる。また、逆に言えば高負荷トルクに耐えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図２は、本発明の基本概念を示す模式図である。４５歯からなる大径の歯車２０１と４４歯からなる小径の歯車２０２は一体に回転するように互いに一体にされている。大径の歯車２０１は従動側のラック２０４と噛合し、小径の歯車２０２は固定側のラック２０３と噛合する。ここで大径の歯車２０１と小径の歯車２０２の歯数差ΔＺは１である。両歯車２０１、２０２のピッチ円の間隙ｄは１／２歯×モジュールであり、大径の歯車２０２のピッチ円の直径は４５歯×モジュールである。従って、大径の歯車２０１を回転させたときの従動側ラック２０４の移動量は、てこの原理で考え、大径の歯車２０１の移動量Ｆの１／４５／０．５＝１／９０となる。このように歯数差Δの少ない歯車２０１、２０２を一体として組合せ、固定側ラック２０３と従動側ラック２０４と噛合させることにより大きな減速比１／９０を実現できる。この原理を減速機として実現するため、有限なラック２０３、２０４を無限化のために円形に巻いて大きな歯数をもつ内歯歯車とすることとし、固定側を遊星歯車機構として実現することにより、ラックによる減速比と遊星歯車による減速比との積でさらに大きな減速比を得ることができ、しかもウォーム減速機のように直交軸でない直線軸で省スペースを達成できる。
【００１４】
図３は、本発明に係る関節用減速機の概念を示す斜視図である。固定側骨格保持部１０２と従動側骨格保持部１０３の間に遊星歯車機構からなる関節１１５が構成される。固定側骨格保持部１０２にモータ１２０が固定される。モータ１２０により回転駆動される入力軸１２１により太陽歯車１を回転駆動する。太陽歯車１は１２０°毎に配置された３個の第１の遊星歯車２と噛合する。各第１の遊星歯車２にはそれぞれ第２の遊星歯車３が同心的に固定され一体に回転する。第２の遊星歯車３の径は第１の遊星歯車２の径より小さい。３個の第１の遊星歯車２は固定側骨格保持部１０２と一体となった固定側の第１の内歯歯車５と噛合する。３個の第２の遊星歯車３は従動側骨格保持部１０３と一体となった従動側の第２の内歯歯車４と噛合する。第１の内歯歯車５の径は第２の内歯歯車４の径より大きい。３組の遊星歯車２，３を保持するキャリア（アーム）は省略して描いていない。太陽歯車１を回転駆動すると第１の遊星歯車２を回転駆動し、第１の遊星歯車は固定側の第１の内歯歯車５との間で自転しながら公転する。第１の遊星歯車２と全く同じ動きをする第２の遊星歯車３の動きにより、従動側の第２の内歯歯車４が僅かに回転し従動側骨格保持部１０３が回転駆動される。
【００１５】
図４は、関節用減速機の遊星歯車機構を示す構成図である。太陽歯車１により回転駆動される第１の遊星歯車２は固定側の第１の内歯歯車５と噛合する。第１の遊星歯車２と一体的に回転する第２の遊星歯車３は従動側の第２の内歯歯車４と噛合する。３組の遊星歯車２、３の組はキャリア（アーム）６により保持されている。ここで、固定側の第１の内歯歯車５の歯数は従動側の第２の内歯歯車４の歯数よりΔＺだけ、具体的には１だけ、多くされている。同様に、第１の遊星歯車２の歯数は第２の遊星歯車３の歯数より上記と同じΔＺだけ、具体的には１だけ、多くされている。
【００１６】
図５は、遊星歯車機構を分解して示す構成図である。モジュールは０．５である。太陽歯車１の歯数はＺ１  ＝１８である。この歯数は圧力角２０°での歯切り加工の限界が１４歯なので余裕を見て１８歯とした。太陽歯車１と噛合する第１の遊星歯車２の歯数はＺ２  ＝４５、第２の遊星歯車３の歯数はＺ３  ＝４４とした。歯数の差ΔＺは１である。固定側の第１の内歯歯車５の歯数はＺ５  ＝１０８とした。これは、Ｚ５  ＝１８＋４５＋４５となることによる。従動側の第２の内歯歯車４の歯数はＺ４  ＝１０７とした。これは、Ｚ４  ＝１８＋４５＋４４となることによる。歯数の差ΔＺは１である。キャリア（アーム）６は３組の遊星歯車２、３を保持する。
【００１７】
図６は、この遊星歯車機構の減速比を「糊付け法」で計算した表である。まず、第１の内歯歯車５も自由に回転できるものとし、キャリア（アーム）６を固定して太陽歯車１を右に１回転して各歯車１，２，３，４，５の回転状態を調べる。それが図５の表の第１欄である。次に機構全体を相互に固定して（糊付けして）、右に１回転する。それが図５の表の第２欄である。次にキャリア（アーム）６を固定し第１の内歯歯車５を左方向に１回転する。それが図５の表の第３欄である。第４欄は、第２欄と第３欄の代数和をとったものである。第１の内歯歯車５の回転は０となり固定された状態を示す。図５の表の第５欄はそれを整理したものであり、太陽歯車１の１回転に対して、第２の内歯歯車４は１／５３５回転することが分かる。つまり、転位のない標準歯車を用いて１／５３５という高い減速比を達成することができた。
【００１８】
図７は、一体となった第１の遊星歯車２と第２の遊星歯車３の位相差が複数組（３組）の遊星歯車ですべて同じでよいことを説明する説明図である。ここでは説明を単純にするため、太陽歯車５１の歯数を６、大径遊星歯車５２の歯数を６、小径遊星歯車５３の歯数を５、小径の従動側内歯歯車５４の歯数を１７、大径の固定側内歯歯車５５の歯数を１８とする。歯数６の大径遊星歯車５２と歯数５の小径遊星歯車５３は一体に結合固定され１組の遊星歯車として回転する。５歯と６歯の遊星歯車５３、５２で１枚の歯の歯形対称線が一致するように結合固定する。この位相が一致した方向を矢印Ｘで示す。図のＡの位置では内歯歯車５４，５５も歯底形状の対称線が一致するようにしてこの方向をＹとおき、これに遊星歯車５３、５２の一枚の歯の位相を一致させたＸの方向と一致させるように５５、５４とそれぞれ噛み合わせれば、遊星歯車５２、５３がそれぞれ内歯歯車５５、５４と無理なく噛合する。
【００１９】
次に、他の１組の遊星歯車をＡの位置にある遊星歯車と同じ方向Ｘを方向Ｙに平行にしたまま移動し、１２０°ずれた位置Ｂに持ってくる。ここでは、遊星歯車上では小径遊星歯車５３に対して大径遊星歯車５２の位相差は１歯の２／６＝１／３となる。従動側の内歯歯車５４でも、固定側内歯歯車５５に対し従動側内歯歯車５４の位相差も１歯の６／１８＝１／３であるから位相のずれは一致し、噛み合わせが可能となる。位置Ｃでは位置Ａの位置から−１２０°ずれているので、遊星歯車のＸの方向をＹ方向に平行にすれば上記と同じ位相のずれが逆方向に生ずる。従って、かみ合わせは可能となる。つまり、太陽歯車５１を持つ歯車列のうちの大径内歯歯車５５と噛合する大径遊星歯車５２に対して、太陽歯車５１と噛合しない小径遊星歯車５３の位相差の与え方は３組とも全て同じにすればよいことになる。しかも、各組の遊星歯車の位相一致方向Ｘを平行にして噛合させればよい。このように、３組の遊星歯車の位相差の与え方が同じで位相一致方向Ｘを平行にして遊星歯車装置を組み立てれば、それぞれの遊星歯車５２、５３の相手となる内歯歯車５５、５４との噛み合わせも同時に完了する。つまり、遊星歯車装置の組み立てが非常に簡単になると云う利点がある。このことは同じ減速機構の組合せで第１と第２の内歯歯車が１０８枚と１０７枚でない、即ち、歯数差が１でない場合や、拘束条件を満足しながら不等円弧毎に配置する遊星歯車対の数が異なる場合にも共通して成り立つ。
【００２０】
図４を参照し、固定側内歯歯車５と従動側内歯歯車４との間に大きなモーメントが掛かると、第１の遊星歯車２と第２の遊星歯車との距離の存在からキャリア（アーム）６に軸方向の曲げモーメントが発生する。キャリア（アーム）６はこれに耐えなければならない。減速比が大きくなるほど曲げモーメントは大きくなり、キャリア（アーム）６は大きな固着モーメントを稼ぐために厚くしなければならず、軸方向距離を短くできない要因となっていた。この解決のため、遊星機構をサンドイッチ構造とすれば軸は両端支持となり、片持ちモーメントを相殺した薄型の関節用減速機が提唱できる。
【００２１】
図８は、サンドイッチ構造を有する関節用減速機の概念を示す斜視図である。ここでは、太陽歯車と第１の遊星歯車と固定側の第１の内歯歯車とからなる固定側の歯車系列が２組用意され、第２の遊星歯車と従動側の第２の内歯歯車とからなる１組の従動側歯車系列が用意される。そして２組の固定側歯車系列が１組の従動側歯車系列を挟み込むようにしてサンドイッチ構造としている。固定側骨格保持部１０２は遊星歯車機構の部分で２股に分かれ大径の固定側第１の内歯歯車１５、２５が一体に形成されている。従動側骨格保持部１０３は固定側骨格保持部１０２の第１の内歯歯車１５、２５に挟まれて回転可能に支承され、小径の従動側第２の内歯歯車１４を有している。
【００２２】
固定側骨格保持部１０２にモータ１２０が固定される。モータ１２０により回転駆動される入力軸１２１により２つの太陽歯車１１、２１を回転駆動する。各太陽歯車１１、２１は２系列の第１の遊星歯車１２，２２と噛合する。大径の第１の遊星歯車１２，２２は大径の固定側第１の内歯歯車１５、２５と噛合する。そして、各第１の遊星歯車１２，２２に挟まれて小径の第２の遊星歯車１３が同心に固定されている。第２の遊星歯車１３は小径の従動側第２の遊星歯車１４と噛合する。遊星歯車１２、１３、２２を保持するキャリア（アーム）は省略して描いていない。
【００２３】
各歯車の歯数は図５で示したものと同じであり、太陽歯車１１、２１の歯数はＺ１  ＝１８であり、太陽歯車１１、２１と噛合する第１の遊星歯車１２、２２の歯数はＺ２  ＝４５、第２の遊星歯車１３の歯数はＺ３  ＝４４とした。歯数の差ΔＺは１である。大径の固定側第１の内歯歯車１５、２５の歯数はＺ５  ＝１０８とし、小径の従動側第２の内歯歯車１４の歯数はＺ４  ＝１０７とした。歯数の差ΔＺは１である。モジュールは０．５である。
【００２４】
図９は、サンドイッチ構造を有する関節用減速機の断面図である。固定側骨格保持部１０２に２枚の固定側プレート３１、３１が固着され、その一方の固定プレート３１にねじによりモータ１２０が固定されている。また、２枚の固定側プレート３１、３１の内側には略円板形状の固定ケーシング３２、３２がそれぞれ左右に配置されねじで固定されている。左右の固定ケーシング３２、３２には環状の第１の内歯歯車１５、２５がねじにより左右に固定されている。大径の２枚の固定側第１の内歯歯車１５、２５は図面の上下に描かれる。固定側第１の内歯歯車１５、２５の歯面を１５Ａ，２５Ａとして図面に示す。
【００２５】
固定ケーシング３２の円周端に設置された４つのベアリング３３、３３，３３，３３により従動側骨格保持部１０３が回転自在に支承されている。従動側骨格保持部１０３の中心部に延伸する部分に、環状の従動側第２の内歯歯車１４が形成されている。従動側第２の内歯歯車１４は固定側第１の内歯歯車１５、２５より僅かに小径である。従動側第２の内歯歯車１４の歯面を１４Ａとして図面に示す。
【００２６】
固定ケーシング３２、３２の中心部付近に設置された４つのベアリング３４、３４、３４、３４により２枚のキャリア（アーム）１６、１６が回転自在に支承されている。２枚のキャリア（アーム）１６、１６の間には３本（図面上では２本のみ図示）の遊星軸３５が渡され一体とされている。その各遊星軸３５に、それぞれ３枚の遊星歯車がベアリングにより回転自在に支承されている。すなわち、中心に小径の第２の遊星歯車１３、左右に大径の第１の遊星歯車１２、２２である。３枚の遊星歯車１２、１３、２２はピンにより一体化され一体として回転するようにされている。
【００２７】
固定ケーシング３２、３２の中心部に設置されたベアリングにより太陽歯車１１、２１が回転自在に支承されている。太陽歯車１１、２１の歯面を１１Ａ，２１Ａで示す。太陽歯車１１、２１の中心には入力軸１２１が通り一体とされてモータ１２０の回転と共に回転する。太陽歯車１１、２１の歯面１１Ａ，２１Ａは左右の大径の第１の遊星歯車１２、２２と噛合する。第１の遊星歯車１２、２２は、また、それぞれ大径の固定側第１の内歯歯車１５、２５の歯面１５Ａ、２５Ａに噛合する。第１の遊星歯車１２、２２と一体に運動回転する小径の第２の遊星歯車１３は小径の従動側第２の内歯歯車１４の歯面１４Ａに噛合する。
【００２８】
図１０は、この関節用減速機の使用歯車の諸元を示す表である。太陽歯車１１、２１には第１欄に示す４つの歯車のうち最下欄に示す歯車を用いた。大径の第１の遊星歯車１２、２２には第２欄に示す歯車を用いた。小径の第２の遊星歯車１３には第３欄に示すものを用いた。小径の従動側第２の内歯歯車１４には第４欄に示すものを用いた。大径の固定側第１の内歯歯車１５、２５には第５欄に示すものを用いた。ここで、第４欄に示す従動側第２の内歯歯車１４は歯数が素数の歯車であるため特別に作らなければならない。しかし、その他の歯車１１、２１、１２、２２、１５は、転位歯車でもなく標準歯車であるので既製品から選択でき安価に調達できる。
【００２９】
以上の構成に基づき作動について説明する。遊星歯車機構としての機能は、図２乃至図５で説明したものと全く同じであり、入力軸１２１と従動側骨格保持部１０３との間に、１／５３５の高減速比を実現する。そして、従動側歯車系列１３、１４を固定側歯車系列１１、１２、１５，２０、２２、２５で挟むサンドイッチ構造を採用しているので、図９を参照し、従動側第２の内歯歯車１４と固定側第１の内歯歯車１５、２５との間に大きなトルクが発生しても、サンドイッチ構造に支持された遊星歯車１３，１２、２２の軸３５の両端で支持するので遊星軸３５内は片持ち支持とはならず、軸直角方向の曲げモーメントは相殺され、キャリア（アーム）１６、１６に遊星軸３５を固定支持する際の曲げモーメントは生じない。しかも、歯車噛み合い歯面間の偏当たりも同時に防止する利点を有する。このため、キャリア（アーム）１６、１６は厚さの薄いもので良く、結果的に関節用減速機が薄いものとなり患者の筋力を補助する装具に適用しやすくなる。
【００３０】
本構成の要点は、暫定的に固定側とした完全な遊星歯車機構、と暫定的に従動側とした太陽歯車のない不完全な遊星歯車機構とのサンドイッチ構造である。中で繋がって一体に回転する部分はそれぞれの内歯車と噛み合うそれぞれの遊星歯車の１歯の位置の位相を一致させて固定し、対にしたところである。このように固定した遊星歯車対がキャリヤの腕の数だけ存在する。しかも歯を一致した方向は常時平行を保ち回転する。この遊星歯車対の部分が、てこの関係を持つ。即ち太陽歯車との噛み合い点を力点にして、固定側内歯車との噛み合い点を支点として従動側内歯車との噛み合い点を作用点とするものである。この場合てこの支点、力点、作用点は１直線上にない。サンドイッチ構造はこの偏心を相殺する。また完全遊星歯車機構側の遊星歯車配置の噛み合いの拘束条件は満足するものとする。不完全遊星歯車の方はリング状内歯車も遊星歯車側も完全遊星歯車側にサンドイッチされるあるいは、する場合もあるが、それぞれに対して同一符号の歯数差を持つ。歯数差が＋の場合も?の場合も同じ範疇である。歯数差が最小の整数１の時、遊星歯車による減速比でない、ラックとてこの関係の減速比が最も大きくなる。完全側を中にしてサンドイッチにすると太陽歯車は一つで済む利点がある。不完全側を中にしてサンドイッチにすると太陽歯車が二つ必要だが、この二つの間にバネ等でわずか円周方向の位相差を加えれば、バックラッシュ除去効果を実現できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】関節用減速機の使用例を示す側面図。
【図２】本発明の基本概念を示す模式図である。
【図３】関節用減速機の概念を示す斜視図。
【図４】関節用減速機の遊星歯車機構を示す構成図。
【図５】関節用減速機の遊星歯車機構を分解して示す構成図。
【図６】関節用減速機の遊星歯車機構の減速比を「糊付け法」で計算した表。
【図７】一体となった第１の遊星歯車２と第２の遊星歯車３の位相差が複数組（３組）の遊星歯車ですべて同じでよいことを説明する説明図。
【図８】サンドイッチ構造を有する関節用減速機の概念を示す斜視図。
【図９】サンドイッチ構造を有する関節用減速機の断面図。
【図１０】関節用減速機の使用歯車の諸元を示す表。
【図１１】機械工学便覧に記載された３Ｓ型遊星歯車機構の構成図。
【符号の説明】
【００３２】
１  太陽歯車
２  大径の固定側第１の遊星歯車
３  小径の従動側第２の遊星歯車
４  小径の従動側第２の内歯歯車
５  大径の固定側第１の内歯歯車
６  キャリア（アーム）
３２  固定ケーシング
３３  ベアリング
３５  遊星軸
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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