(57)【要約】【課題】比較的低コストで製造し得る簡易な構造を有し、１００：１を超える高い減速比を実現することができる小型且つ軽量の遊星歯車装置を提供する。【解決手段】遊星歯車装置は、キャリア(H)を共有する複数の遊星歯車機構を組合せてなる複合遊星歯車機構を有する。各遊星歯車機構(10,20)は、太陽歯車(S1,S2)と、太陽歯車に噛合う第１遊星歯車(P3,P4)と、第１遊星歯車に噛合う第２遊星歯車(P1,P2)とから構成される。太陽歯車及び遊星歯車は、外歯車形態の平歯車からなる。各遊星歯車機構の第２遊星歯車は、共通の回転中心軸線を中心に一体的に回転するように中心軸(2)を共有し又は中心軸を一体的に連結され、或いは、共通の回転中心軸線を中心に一体的に回転するように互いに一体化している。【選択図】図１
2016118283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の遊星歯車機構を組合せてなる複合遊星歯車機構を有する遊星歯車装置において、
キャリアを共有する第１及び第２の遊星歯車機構を有し、
各遊星歯車機構は夫々、太陽歯車と、該太陽歯車に噛合う第１遊星歯車と、第１遊星歯車に噛合う第２遊星歯車とから構成され、前記太陽歯車及び遊星歯車は、外歯車形態の平歯車からなり、
各遊星歯車機構の第２遊星歯車は、共通の回転中心軸線を中心に一体的に回転するように中心軸を共有し又は中心軸同士を一体的に連結され、或いは、共通の回転中心軸線を中心に一体的に回転するように互いに一体化していることを特徴とする遊星歯車装置。
【請求項２】
各々の遊星歯車機構において、複数の前記第１遊星歯車が、前記太陽歯車の外周部に配置され、複数の前記第２遊星歯車が、該第２遊星歯車に対応する各々の前記第１遊星歯車に噛合うように前記太陽歯車の径方向外方の領域に配置されることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車装置。
【請求項３】
前記遊星歯車機構は、各遊星歯車機構の第２遊星歯車の位相を組立時に調整するための位相調整手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の遊星歯車装置。
【請求項４】
前記位相調整手段は、前記遊星歯車をその中心軸に固定する際に相対的な角度位置を任意に設定可能にする軸穴及び中心軸のテーパー嵌合構造からなることを特徴とする請求項３に記載の遊星歯車装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載された遊星歯車装置の設計方法において、
前記第１遊星歯車機構を構成する前記太陽歯車及び第２遊星歯車の歯数比（Ｚｓ１／Ｚｐ１）と、前記第２遊星歯車機構を構成する前記太陽歯車及び第２遊星歯車の歯数比（Ｚｓ２／Ｚｐ２）との差を低減又は縮小することにより、２００：１を超える高い減速比に設定することを特徴とする遊星歯車装置の設計方法。
【請求項６】
請求項３又は４に記載された遊星歯車装置の設計方法において、
共通の回転中心軸線を有する各組の第２遊星歯車の位相差を各組ごとに相違せしめることにより、組立条件の制約を受けずに複合遊星歯車機構を設計するとともに、前記第１遊星歯車機構を構成する前記太陽歯車及び第２遊星歯車の歯数比（Ｚｓ１／Ｚｐ１）と、前記第２遊星歯車機構を構成する前記太陽歯車及び第２遊星歯車の歯数比（Ｚｓ２／Ｚｐ２）との差を低減又は縮小することにより、２００：１を超える高い減速比に設定することを特徴とする遊星歯車装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊星歯車装置及びその設計方法に関するものであり、より詳細には、複数の遊星歯車機構を組合せてなる複合遊星歯車機構を有する高減速比の遊星歯車装置及びその設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業機械、車両、ロボット、ＯＡ機器等の各種の駆動系又は動力等伝達系を構成する減速（増速）装置として、太陽歯車、遊星歯車、内歯車及びキャリアから構成される遊星歯車機構が知られている（非特許文献１：「歯車応用機構の設計」）。遊星歯車機構は、比較的高い減速比を実現可能にするとともに、減速比及び伝達トルクに比して機構又は構造が比較的コンパクトであり、しかも、入力軸及び出力軸を同軸配置し得ることから、多種多様な駆動装置又は動力伝達装置等の駆動系又は動力伝達系において広く実用に供されている。
【０００３】
遊星歯車機構として、例えば、単純遊星歯車機構、ラビニヨ遊星歯車機構、複合遊星歯車機構及び不思議遊星歯車機構等が知られている。一般には、高効率、高トルク及び高減速比の歯車機構は、各種産業機器や民生機器などに多くの需要があるので、遊星歯車機構の他、波動歯車機構（ハーモニックギヤ）や、サイクロイド歯車機構などの歯車機構も開発され、実用化されている。
【０００４】
このような各種歯車機構によって得られる減速比は、概ね以下のとおりであると考えられている。
(1)単純遊星歯車機構（１段）：減速比1/4〜1/10程度
(2)ラビニヨ遊星歯車機構（１段）：減速比1/10程度
(3)複合遊星歯車機構：減速比1/100程度
(4)不思議遊星歯車機構：減速比1/100程度
(5)波動歯車機構：減速比1/30〜1/200
(6)サイクロイド歯車機構：減速比1/60〜1/200 
【０００５】
このような多種の歯車機構の中で、不思議遊星歯車機構、波動歯車機構及びサイクロイド歯車機構は、比較的特殊な構造の歯車を使用した構成を有するので、生産性の低下や、設計自由度向上の困難性、構造強度向上の困難性、或いは、製造コストの高額化等の課題が生じ易く、このため、汎用的な平歯車を用いた単純遊星歯車機構等の遊星歯車機構が、生産性、製造コスト、設計自由度、構造強度等の観点より望ましいと考えられる。殊に、複数の遊星歯車機構を組合せてなる複合遊星歯車機構は、上記のとおり、1/100程度の減速比を実現し得るので、高い減速比を要する遊星歯車装置の歯車機構として好ましく採用し得ると考えられる。
【０００６】
他方、遊星歯車機構においては、内歯車及び太陽歯車と噛合う複数個の遊星歯車が周方向に配列されるので、遊星歯車機構が機構的に成立するための制約又は設計条件として、同軸条件、組立条件及び隣接条件の３条件が一般に考慮される。同軸条件は、太陽歯車、内歯車及びキャリアの軸心が同軸上に位置するための条件であり、組立条件は、等間隔に配置された複数の遊星歯車が太陽歯車及び内歯車と噛合うための条件であり、隣接条件は、隣り合う遊星歯車が互いに干渉しないための条件である。
【０００７】
図７〜図１０は、太陽歯車、遊星歯車、内歯車及びキャリアから構成される従来の遊星歯車機構の構成を示す概念図である。
【０００８】
図７には、単純遊星歯車機構の構成が示されている。太陽歯車Ｓの歯数をＺｓ、遊星歯車Ｐの歯数をＺｐ、内歯車Ｉの歯数をＺｉ、遊星歯車Ｐの個数をＮに夫々設定するとともに、内歯車Ｉを固定し、太陽歯車Ｓを入力軸、キャリアＨを出力軸に夫々設定した場合、遊星歯車機構の減速比、同軸条件、組立条件及び隣接条件は、下式で表される。なお、図７において、符号Ｋは、太陽歯車Ｓ及び内歯車Ｉを包含する広義の太陽歯車を意味しており、図７に示す遊星歯車機構は、最も一般的な２Ｋ−Ｈ型に属する。
【数１】
2016118283.tif 000003
【０００９】
図８には、ラビニヨ式遊星歯車機構の構成が示されている。太陽歯車Ｓの歯数をＺｓ、径方向外方の遊星歯車Ｐ１の歯数をＺｐ１、径方向内方の遊星歯車Ｐ２の歯数をＺｐ２、内歯車Ｉの歯数Ｚｉ、遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の個数を２Ｎに夫々設定するとともに、内歯車Ｉを固定し、太陽歯車Ｓを入力軸、キャリアＨを出力軸に夫々設定した場合、遊星歯車機構の減速比、同軸条件、組立条件及び隣接条件は、下式で表される。なお、ラビニヨ式遊星歯車機構では、第１段の遊星歯車Ｐ２が回転方向を反転させることから、キャリアＨを基準とすると、太陽歯車Ｓと内歯車Ｉとが同一方向に回転するので、減速比を示す下式の分母において、太陽歯車Ｓの歯数Ｚｓに掛かる符号が反転する。また、隣接条件は、複数の式によって定義されるが、これは、各式のいずれにも適合することによって隣接条件が満たされることを意味する。
【数２】
2016118283.tif 000004
【００１０】
上式において、φは、太陽歯車Ｓの中心軸線と遊星歯車Ｐ１の中心軸線とを結ぶ直線と、太陽歯車Ｓの中心軸線と遊星歯車Ｐ２の中心軸線とを結ぶ直線とが交差する角度である。
【００１１】
図７及び図８に示す遊星歯車装置は、単一のギア列（ギアトレーン）の遊星歯車機構によって構成されているが、前述のとおり、複数の遊星歯車機構を組合せてなる複合遊星歯車機構は、単純遊星歯車機構や、ラビニヨ遊星歯車機構に比べ、高減速比を実現する上で好ましく採用し得る歯車機構であると考えられる。しかし、複合遊星歯車機構においては、複数のギア列の遊星歯車機構が前述の３条件を夫々充足する必要が生じるので、上記設計条件を充足した上で高減速比を実現することは、実際には、極めて困難である。このため、遊星歯車機構の設計条件を緩和することを意図した複合遊星歯車機構の構成が、例えば、特許文献１〜３において提案されている。
【００１２】
特許文献１（ＰＣＴ国際出願公開公報WO2007-017935号）に記載された複合遊星歯車機構は、太陽歯車、遊星歯車及び内歯車を有する２組の遊星歯車機構を備え、各遊星歯車機構の遊星歯車同士を同軸且つ一体的に連結するとともに、転移歯車の使用によって設計条件を緩和した構成を有する。また、特許文献２（特開2008-275112号公報）に記載された複合遊星歯車機構は、太陽歯車、遊星歯車及び内歯車を有する２組の遊星歯車機構を連結するとともに、遊星歯車を非軸対称に配置することによって設計条件を緩和した構成を有する。
【００１３】
図９は、特許文献３（ＰＣＴ国際出願公開公報WO2012-060137号）に記載された複合遊星歯車機構の構成を示す概念図である。特許文献３の複合遊星歯車機構は、図９に示す如く、２組の遊星歯車機構の太陽歯車Ｓ１、Ｓ２を相互連結するとともに、共用のキャリアＨによって各遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の支軸及び軸受を独立に支持又は支承することにより、設計自由度を向上した構成を有する。
【００１４】
以上説明した各種形式の遊星歯車機構は、いずれも、内歯車を備えた代表的な遊星歯車機構の構成を有するが、他の構成の遊星歯車機構として、図１０〜図１２に示す如く、内歯車を備えない形式の複合遊星歯車機構が知られている。
【００１５】
図１０に示す複合遊星歯車機構は、図８に示すラビニヨ式遊星歯車機構において内歯車Ｉ（図８）を太陽歯車Ｓ２（図１０）に置換した構成の遊星歯車機構として把握し得る。図１０に示す遊星歯車機構においては、太陽歯車Ｓ１、Ｓ２は、キャリアＨを基準として逆方向に回転する。太陽歯車Ｓ１の歯数をＺｓ１、太陽歯車Ｓ２の歯数をＺｓ２、遊星歯車Ｐ１の歯数をＺｐ１、遊星歯車Ｐ２の歯数をＺｐ２、遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の個数を２Ｎに設定するとともに、太陽歯車Ｓ２を固定し、太陽歯車Ｓ１を入力軸、キャリアＨを出力軸に設定した場合、遊星歯車機構の減速比、同軸条件、組立条件及び隣接条件は、下式で表される。なお、隣接条件は、下記のとおり複数の式によって定義されるが、これは、各式のいずれにも適合すべきことを意味する。また、下式において、φは、太陽歯車Ｓ１、Ｓ２の中心軸線と遊星歯車Ｐ１の中心軸線とを結ぶ直線と、太陽歯車Ｓ１、Ｓ２の中心軸線と遊星歯車Ｐ２の中心軸線とを結ぶ直線とが交差する角度である。
【数３】
2016118283.tif 000005
【００１６】
図１１には、図１０に示す遊星歯車機構の変形として、中心軸を共有し且つ異なる歯数を有する２つの遊星歯車Ｐ１、Ｐ２を備えた複合遊星歯車機構が示されている。また、図１２には、図１１に示す遊星歯車機構の変形例に係る遊星歯車機構が示されている。図１２に示す遊星歯車機構は、遊星歯車Ｐ１、Ｐ２を一体化した構成を有する。図１２に示す遊星歯車機構は、特許文献４（特開平7-301288号公報）に記載された構成のものである。
【００１７】
図１１に示す遊星歯車機構では、太陽歯車Ｓ１、Ｓ２は、キャリアＨを基準として同一方向に回転する。太陽歯車Ｓ１の歯数をＺｓ１、太陽歯車Ｓ２の歯数をＺｓ２、遊星歯車Ｐ１の歯数をＺｐ１、遊星歯車Ｐ２の歯数をＺｐ２、太陽歯車Ｓ１及び遊星歯車Ｐ１のモジュールをｍ１、太陽歯車Ｓ２及び遊星歯車Ｐ２のモジュールをｍ２、遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の個数を２Ｎに設定すると、太陽歯車Ｓ１、Ｓ２及び遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の噛合い条件は、下式で表される。
【数４】
2016118283.tif 000006
【００１８】
上式において、ωｃは、キリャアＨの回転角速度である。また、ｒｃ１は、歯車Ｓ１、Ｐ１の軸間距離であり、ｒｃ２は、歯車Ｓ２、Ｐ２の軸間距離であり、図１１に示す遊星歯車機構においては、ｒｃ＝ｒｃ１＝ｒｃ２である。
【００１９】
太陽歯車Ｓ１、Ｓ２及び遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の噛合い条件より、以下の関係式が得られる。
【数５】
2016118283.tif 000007
【００２０】
従って、図１１に示す遊星歯車機構の減速比、同軸条件、組立条件及び隣接条件は、下式のとおり表される。なお、減速比１は、太陽歯車Ｓ２を固定し、太陽歯車Ｓ１を入力軸、キャリアＨを出力軸に夫々設定した場合に得られる減速比であり、減速比２は、太陽歯車Ｓ２を固定し、キャリアＨを入力軸、太陽歯車Ｓ１を出力軸に設定した場合に得られる減速比である。
【数６】
2016118283.tif 000008
【００２１】
組立時に遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の歯の位相差を調整できない場合、例えば、Ｚｓ１＝７５、Ｚｓ２＝７２、Ｚｐ１＝７２、Ｚｐ２＝７５、ｍ１＝ｍ２＝１、Ｎ＝３の組合せにより、減速比＝１／１２．７５５が得られる。他方、組立時に遊星歯車Ｐ１と遊星歯車Ｐ２の歯の位相差を任意又は自由に調整し得る場合、例えば、Ｚｓ１＝６５、Ｚｓ２＝６４、Ｚｐ１＝６４、Ｚｐ２＝６５、ｍ１＝ｍ２＝１の組合せにより、減速比＝１／３２．２４８１が得られる。しかしながら、従来は、このように内歯車を備えない構成の複合遊星歯車機構においても、１００：１を超える高い減速比の如く、更に高い減速比を実現することは極めて困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】ＰＣＴ国際出願公開公報WO2007-017935号
【特許文献２】特開2008-275112号公報
【特許文献３】ＰＣＴ国際出願公開公報WO2012-060137号
【特許文献４】特開平7-301288号公報
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】矢田恒二著「歯車応用機構の設計」（2012年2月1日  社団法人機械技術協会発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
一般に、減速機構を要する産業用機械や車両、或いは、減速機構を有するロボットの関節部品等の技術分野においては、主として、遊星歯車機構を利用した減速装置が用いられてきたが、近年の産業技術の高度化に伴い、従来の遊星歯車機構の設計限界以上の高減速比を備えた小型・軽量の減速装置の開発が望まれている。例えば、ロボットの動力伝達系を構成する減速機においては、小型且つ軽量であって、高い減速比（1/100〜1/200）を実現することができ、しかも、比較的低コストで製造し得る構造又は機構の開発が、近年殊に望まれている。
【００２５】
しかしながら、比較的高価な内歯車を用いた従来の遊星歯車機構（図７〜９）においては、製造コストが高額化するとともに、前述した設計条件の制約のために、減速比を向上した高減速比且つ小型・軽量の遊星歯車機構を設計し難い事情がある。他方、内歯車を備えない形式の複合遊星歯車機構（図１０〜１２）によれば、製造コストを低廉化するとともに、前述の設計条件を緩和することが可能となる。しかしながら、このような複合遊星歯車機構においても、減速比の向上には限界があり、１００：１を超える高い減速比を有する小型且つ軽量の遊星歯車機構の設計は、極めて困難である。
【００２６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、比較的低コストで製造し得る簡易な構造を有し、１００：１を超える高い減速比を比較的容易に実現することができる小型且つ軽量の遊星歯車装置及びその設計方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成すべく、本発明は、複数の遊星歯車機構を組合せてなる複合遊星歯車機構を有する遊星歯車装置において、
キャリアを共有する第１及び第２の遊星歯車機構を有し、
各遊星歯車機構は夫々、太陽歯車と、該太陽歯車に噛合う第１遊星歯車と、第１遊星歯車に噛合う第２遊星歯車とから構成され、前記太陽歯車及び遊星歯車は、外歯車形態の平歯車からなり、
各遊星歯車機構の第２遊星歯車は、共通の回転中心軸線を中心に一体的に回転するように中心軸を共有し又は中心軸同士を一体的に連結され、或いは、共通の回転中心軸線を中心に一体的に回転するように互いに一体化していることを特徴とする遊星歯車装置を提供する。
【００２８】
本発明の上記構成によれば、遊星歯車機構は、内歯車を備えず、従って、同軸条件及び組立条件を大きく緩和して遊星歯車装置を設計することができる。殊に、同軸条件については、事実上、考慮不要となるので、遊星歯車機構の設計自由度が大きく向上し、実務的に極めて有利である。また、内歯車を備えない遊星歯車装置であることから、比較的低コストで製造することができ、しかも、小型且つ軽量の遊星歯車装置として設計することができる。
【００２９】
また、上記構成の遊星歯車機構においては、各遊星歯車機構を構成する太陽歯車に対して２段の遊星歯車が配置され、各遊星歯車は、キャリアを共有しており、径方向外方に位置する各遊星歯車機構の第２遊星歯車は、共通の回転中心軸線を中心に一体的に回転する。このような構成の遊星歯車機構においては、第１遊星歯車機構を構成する太陽歯車及び第２遊星歯車の歯数比（Ｚｓ１／Ｚｐ１）と、第２遊星歯車機構を構成する太陽歯車と遊星歯車の歯数比（Ｚｓ２／Ｚｐ２）との差を低減又は縮小することにより、極めて大きな減速比が得られるので、１００：１を超える高い減速比を比較的容易に達成することができる。
【００３０】
本発明の好適な実施形態によれば、各々の遊星歯車機構において、複数の前記第１遊星歯車が、前記太陽歯車の外周部に配置されるとともに、複数の前記第２遊星歯車が、該第２遊星歯車に対応する各々の前記第１遊星歯車に噛合うように前記太陽歯車の径方向外方の領域に配置される。
【００３１】
このような構成によれば、第１遊星歯車機構の第２遊星歯車と、第２遊星歯車機構の第２遊星歯車とは、共通の回転中心軸線を有する一組の第２遊星歯車を構成し、複数組の第２遊星歯車が、太陽歯車の径方向外方の環状領域に配列される。共通の回転中心軸線を有する各組の第２遊星歯車に関し、遊星歯車同士の相対的な角度位置関係（回転中心軸線廻りの角度位置関係（即ち、位相差））を全組に亘って均一化し又は一定の値に設定しても良く、或いは、遊星歯車同士の相対的な角度位置関係を各組単位で任意に設定し又は変化させ、互いに相違する値に設定しても良い。位相差を均一化した場合、伝達トルクの確保又は増大等の点で有利であるが、組立条件に関して若干の考慮が必要となり、他方、位相差を各組単位で任意に設定し得るように遊星歯車機構を構成した場合、組立条件に関する考慮が不要となる。
【００３２】
位相差を各組単位で任意に設定すべき場合、好ましくは、前記遊星歯車機構は、各遊星歯車機構の第２遊星歯車の位相を組立時に調整する位相調整手段を備える。例えば、位相調整手段は、遊星歯車をその中心軸に固定する際に遊星歯車の角度位置を任意に設定することができる軸穴及び中心軸のテーパー嵌合構造からなる。このような位相調整手段を採用することにより、上記の如く、組立条件を考慮せずに遊星歯車機構を設計することが可能となり、設計上の制約が大きく緩和する。この結果、従来の複合遊星歯車機構では達成し得なかった極めて高い減速比を達成する遊星歯車機構を比較的容易に設計することが可能となる。
【００３３】
他の観点より、本発明は、上記構成の遊星歯車装置の設計方法において、前記第１遊星歯車機構を構成する前記太陽歯車及び第２遊星歯車の歯数比（Ｚｓ１／Ｚｐ１）と、前記第２遊星歯車機構を構成する前記太陽歯車及び第２遊星歯車の歯数比（Ｚｓ２／Ｚｐ２）との差を低減又は縮小することにより、２００：１を超える高い減速比に設定することを特徴とする遊星歯車装置の設計方法を提供する。
【００３４】
本発明は又、位相調整手段を備えた上記構成の遊星歯車機構を設計する遊星歯車装置の設計方法において、共通の回転中心軸線を有する各組の第２遊星歯車の位相差を各組ごとに相違せしめることにより、組立条件の制約を受けずに複合遊星歯車機構を設計するとともに、前記第１遊星歯車機構を構成する前記太陽歯車及び第２遊星歯車の歯数比（Ｚｓ１／Ｚｐ１）と、前記第２遊星歯車機構を構成する前記太陽歯車及び第２遊星歯車の歯数比（Ｚｓ２／Ｚｐ２）との差を低減又は縮小することにより、２００：１を超える高い減速比に設定することを特徴とする遊星歯車装置の設計方法を提供する。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の上記構成によれば、比較的低コストで製造し得る簡易な構造を有し、１００：１を超える高い減速比を実現することができる小型且つ軽量の遊星歯車装置及びその設計方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明に係る複合遊星歯車機構の構成を示す概念図である。
【図２】図２は、図１に示す複合遊星歯車機構の構造を概略的に示す正面図であり、第２遊星歯車機構の側から見た複合遊星歯車機構の形態が示されている。
【図３】図３は、図１に示す複合遊星歯車機構の構造を概略的に示す斜視図であり、第２星歯車機構の側から見た複合遊星歯車機構の形態が示されている。
【図４】図４は、図１に示す複合遊星歯車機構の構造を概略的に示す斜視図であり、第１遊星歯車機構の側から見た複合遊星歯車機構の形態が示されている。
【図５】図５は、本発明に係る複合遊星歯車機構の他の構成を示す概念図である。
【図６】図６は、本発明に係る複合遊星歯車機構の更に他の構成を示す概念図である。
【図７】図７は、太陽歯車、遊星歯車、内歯車及びキャリアから構成される遊星歯車機構に関し、従来の構成を示す概念図である。
【図８】図８は、太陽歯車、遊星歯車、内歯車及びキャリアから構成される遊星歯車機構に関し、他の従来構成を示す概念図である。
【図９】図９は、太陽歯車、遊星歯車、内歯車及びキャリアから構成される遊星歯車機構を複数組合わせてなる複合遊星歯車機構に関し、従来の構成を示す概念図である。
【図１０】図１０は、内歯車を備えず、太陽歯車、遊星歯車及びキャリアから構成される遊星歯車機構を複数組合わせてなる複合遊星歯車機構に関し、従来の構成を示す概念図である。
【図１１】図１１は、内歯車を備えず、太陽歯車、遊星歯車及びキャリアから構成される遊星歯車機構を複数組合わせてなる複合遊星歯車機構に関し、他の従来構成を示す概念図である。
【図１２】図１２は、内歯車を備えず、太陽歯車、遊星歯車及びキャリアから構成される遊星歯車機構を複数組合わせてなる複合遊星歯車機構に関し、更に他の従来構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００３８】
図１は、本発明に係る複合遊星歯車機構の構成を示す概念図であり、図２〜図４は、図１に示す複合遊星歯車機構の構造を概略的に示す正面図及び斜視図である。
【００３９】
図１〜図４に示す複合遊星歯車機構は、中心軸１を有するキャリアＨと、中心軸１に回転可能に支承された太陽歯車Ｓ１、Ｓ２と、キャリアＨのキャリヤ部Ｃに回転可能に支持された４種の遊星歯車Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とから構成される。遊星歯車Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に固定された支軸２、３、４が、キャリア部Ｃの軸受５、６、７によって回転可能に支承される。変形例として、支軸２、３、４をキャリア部Ｃに固定し、軸受を遊星歯車Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に夫々配設しても良い。
【００４０】
太陽歯車Ｓ１、Ｓ２及び遊星歯車Ｐ１〜Ｐ４は、外歯車形態の平歯車からなる。太陽歯車Ｓ１は、遊星歯車Ｐ３と噛合い、遊星歯車Ｐ３は、遊星歯車Ｐ１と噛合う。遊星歯車Ｐ１は、太陽歯車Ｓ１から離間する。太陽歯車Ｓ１及び遊星歯車Ｐ１、Ｐ３は、２段のギア列からなる第１の遊星歯車機構１０を構成する。また、太陽歯車Ｓ２は、遊星歯車Ｐ４と噛合い、遊星歯車Ｐ４は、遊星歯車Ｐ２と噛合う。遊星歯車Ｐ２は、太陽歯車Ｓ２から離間する。太陽歯車Ｓ２及び遊星歯車Ｐ２、Ｐ４は、２段のギア列からなる第２の遊星歯車機構２０を構成する。
【００４１】
遊星歯車Ｐ１、Ｐ２は、共通の回転中心軸線を中心に一体的に回転するように共通の支軸２に固定される。変形例として、遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の各中心軸を相互連結し、共通の回転中心軸線を中心に一体的に回転する支軸２を形成しても良い。
【００４２】
このような構成の遊星歯車機構においては、太陽歯車Ｓ１、Ｓ２は、同一方向に回転するとともに、後述する如く、極めて大きな減速比が得られる。
【００４３】
太陽歯車Ｓ１の歯数をＺｓ１、太陽歯車Ｓ２の歯数をＺｓ２、遊星歯車Ｐ１の歯数をＺｐ１、 遊星歯車Ｐ２の歯数をＺｐ２、遊星歯車Ｐ３の歯数をＺｐ３、遊星歯車Ｐ４の歯数をＺｐに設定し、太陽歯車Ｓ１及び遊星歯車Ｐ１、Ｐ３のモジュールをｍ１、太陽歯車Ｓ２及び遊星歯車Ｐ２、Ｐ４のモジュールをｍ２、遊星歯車Ｐ１〜Ｐ４の個数を４Ｎに設定すると、太陽歯車Ｓ１及び遊星歯車Ｐ３の噛合い条件、太陽歯車Ｓ２及び遊星歯車Ｐ４の噛合い条件は、以下のとおりである。
【数７】
2016118283.tif 000009
【００４４】
遊星歯車Ｐ１、Ｐ２は、一体的且つ同軸に連結されているので、下式が成立する。
【数８】
2016118283.tif 000010
【００４５】
上記関係式を整理すると、以下の関係式が得られる。
【数９】
2016118283.tif 000011
【００４６】
従って、太陽歯車Ｓ２を固定、太陽歯車Ｓ１を入力軸，キャリアＨの中心軸１を出力軸に夫々設定すると、下式に減速比1として示す減速比が得られる。また、太陽歯車Ｓ２を固定、キャリアＨの中心軸１を入力軸、太陽歯車Ｓ１を出力軸に夫々設定すると、下式に減速比２として示す減速比が得られる。更に、同軸条件、組立条件及び隣接条件は、下式で表される。なお、下式において、φ１は、太陽歯車Ｓ１の中心軸線と遊星歯車Ｐ１の中心軸線とを結ぶ直線と、太陽歯車Ｓ１の中心軸線と遊星歯車Ｐ３の中心軸線とを結ぶ直線とが交差する角度であり、φ２は、太陽歯車Ｓ２の中心軸線と遊星歯車Ｐ２の中心軸線とを結ぶ直線と、太陽歯車Ｓ２の中心軸線と遊星歯車Ｐ４の中心軸線とを結ぶ直線とが交差する角度である。
【数１０】
2016118283.tif 000012
【００４７】
上記のとおり、本発明の遊星歯車機構においては、同軸条件は不等式で表される。これは、同軸条件が大幅に緩和することを意味する。軸間距離ｒｃの任意性や、Ｚｐ３、Ｚｐ４が１以上の数値であることをも考慮すると、本発明に係る複合遊星歯車機構においては、事実上、同軸条件の検討が不要となる。
【００４８】
また、上式の組立条件は、Ｎ組（本例では、３組）の遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の歯の位相差が全て同一（均一）の値に設定され、遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の位相差が、全組において一定の値であることを前提としたものである。このように遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の位相差を一定（均一）の値に設定する設計方法は、伝達トルクの確保又は増大等を考慮した設計において好ましく採用し得る。このような設計を適用した遊星歯車機構では、全組の遊星歯車Ｐ１、Ｐ２を一定の相対位置関係に組付ける任意の製造技術を製造工程において採用すれば良い。
【００４９】
所望より、組立時に遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の歯の位相差を任意又は自由に調整するための手段が複合遊星歯車機構に設けられる。これにより、同軸条件のみならず、組立条件の検討をも省略することが可能となり、設計自由度及び製造容易性等が更に向上する。
【００５０】
遊星歯車Ｐ１、Ｐ２の位相差を調整するための手段として、例えば、テーパー嵌合構造等の接合構造が挙げられる。例えば、遊星歯車Ｐ２の軸穴をテーパ状に成形しておき、太陽歯車Ｓ１、Ｓ２、遊星歯車Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４及びキャリアＨを組立てた後に遊星歯車Ｐ２を支軸２上に仮組みし、外形をテーパ状に成形した割カラー等を用いて遊星歯車Ｐ２を支軸２にテーパ締結するテーパー嵌合方法を位相差調整手段として採用し得る。
【００５１】
減速比２を示す上式より明らかなとおり、本発明によれば、太陽歯車Ｓ１と遊星歯車Ｐ１の歯数比（Ｚｓ１／Ｚｐ１）と、太陽歯車Ｓ２と遊星歯車Ｐ２の歯数比（Ｚｓ２／Ｚｐ２）との差を非常に小さい値に設定することにより、極めて大きな減速比が得られる。例えば、ｍ１＝ｍ２＝１、Ｚｐ３＝Ｚｐ４＝１２の条件において得られるＺｓ１、Ｚｓ２、Ｚｐ１、Ｚｐ２、Ｎの組合せを下記の表１に例示する。表１に示すように、Ｚｓ１＝３２、Ｚｓ２＝２７、Ｚｐ１＝４５、Ｚｐ２＝３８、２ｒｃ＝８８mm、Ｎ＝５の組合せにより、減速比＝１／１２１６という極めて高い減速比が得られる。このような減速比は、従来の遊星歯車機構では、到底得られなかった高い減速比である。
【表１】
2016118283.tif 000013
【００５２】
遊星歯車Ｐ１と遊星歯車Ｐ２との位相差を調整し得る場合、組立条件を考慮する必要がないので、より一層多くの組合わせが可能となる。ｍ１＝ｍ２＝１、Ｚｐ３＝Ｚｐ４＝１２であるときに得られる組合わせを下記の表２に例示する。例えば、Ｚｓ１＝４５、Ｚｓ２＝４６、Ｚｐ１＝４４、Ｚｐ２＝４５、ｒｃ＝９６ｍｍ、Ｎｍａｘ＝５の組合せにより、減速比＝１／２０２５という極めて高い減速比が得られる。
【表２】
2016118283.tif 000014
【００５３】
以上説明したとおり、本実施形態に係る遊星歯車機構は、キャリアＨを共有する第１及び第２の遊星歯車機構１０、２０を組合せた構成の複合遊星歯車機構である。第１遊星歯車機構１０は、太陽歯車Ｓ１と、太陽歯車Ｓ１に噛合う遊星歯車Ｐ３と、遊星歯車Ｐ３に噛合う遊星歯車Ｐ１とからなる２段のギア列からなり、第２遊星歯車機構１０は、太陽歯車Ｓ２と、太陽歯車Ｓ２に噛合う遊星歯車Ｐ４と、遊星歯車Ｐ４に噛合う遊星歯車Ｐ２とからなる２段のギア列からなる。太陽歯車Ｓ１、Ｓ２及び遊星歯Ｐ１〜Ｐ４は夫々、外歯車形態の平歯車からなり、遊星歯車Ｐ１、Ｐ２は、支軸２の回転中心軸線を中心に回転する。このような構成の遊星歯車機構によれば、同軸条件及び組立条件を大きく緩和して遊星歯車装置を設計することができ、しかも、歯車Ｓ１、Ｐ１の歯数比（Ｚｓ１／Ｚｐ１）と、歯車Ｓ２、Ｐ２の歯数比（Ｚｓ２／Ｚｐ２）との差を非常に小さい値に設定することにより、２００：１を超えるような極めて高い減速比の遊星歯車装置を構成することができる。しかも、上記遊星歯車機構は、平歯車のみを用いた構成のギア列から構成され、歯車の段数も全体で４段と少ないので、高い伝動効率を設定することができる（例えば、平歯車の伝達効率を約９９％とすると、全体の伝動効率は、約９６％である。）。
【００５４】
また、上記構成の遊星歯車機構は、平歯車のみを用いた構成のギア列によって構成され、歯車の個数は、全体で２＋４Ｎであり、しかも、高価な内歯車を使用しないので、小型且つ軽量の遊星歯車装置を比較的低コストで製造することが可能となる。
【００５５】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
【００５６】
例えば、図１〜４に示す遊星歯車機構は、遊星歯車Ｐ１〜Ｐ４をキャリアＨに順次組付ける構成法に係るものであるが、図５に示す遊星歯車機構は、遊星歯車Ｐ３、Ｐ４をキャリアＨに組付けた後、遊星歯車Ｐ１、Ｐ２を後続工程においてキャリアＨに組付ける構成法に係るものである。
【００５７】
また、図１及び図５に示す遊星歯車Ｐ１、Ｐ２を共通化してなる遊星歯車Ｐ１'を用いた構成法が図６に示されている。なお、図６に示す遊星歯車機構の構成法は、減速比をさほど大きく設定する必要がない場合に好ましく使用し得る構成法である。
【００５８】
更に、図２〜４に示す遊星歯車機構においては、遊星歯車Ｐ１〜Ｐ４は、各段毎に３個の遊星歯車を周方向に配列した構成のものであるが、単一の遊星歯車によりギア列の各段を構成し、或いは、周方向に配列した２個又は４個以上の遊星歯車によってギア列の各段を構成することも可能であり、また、遊星歯車の位相差の調整手段として、テーパー嵌合構造以外の機構又は構造を用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、産業機械、車両、ロボット、ＯＡ機器等のような各種機械・機器の駆動系又は動力等伝達系を構成する遊星歯車装置に適用される。本発明の遊星歯車装置は、例えば、多関節構造のロボットに用いられる小型且つ軽量な減速機として、好ましく使用することができる。
【００６０】
本発明の遊星歯車装置は、内歯車を備えず、平歯車のみによって形成することができ、しかも、ギア列の段数も少ないので、比較的低コストで製造することができる。従って、本発明の構成は、実用的な意味においても極めて有益である。
【符号の説明】
【００６１】
Ｓ１、Ｓ２  太陽歯車
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４  遊星歯車
Ｈ  キャリア
Ｃ  キャリヤ部
１  中心軸
２、３、４  支軸
５、６、７  軸受
１０、２０  遊星歯車機構
【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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【図１２】
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