JP2001304351A - 減速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が簡単で小型でも１／１００を超える減
速比が得られ、高精度の加工を要する部分が少なくてコ
ストが低く、伝動効率が高い減速装置の提供。 【解決手段】 第１の入力軸１に取り付けられた太陽歯
車２１、その周囲に噛み合って自転及び公転をする遊星
歯車２２、更にその外側から噛み合う唯１個の内歯車２
５、遊星歯車の回転支持軸２３を支持するキャリア２４
からなる遊星歯車機構２０と、第１の入力軸１と同じ軸
線上において内歯車２５に取り付けられた出力軸３０
と、第１の入力軸１及び出力軸３０と同一の軸線上にお
いてキャリア２４に取り付けられた第２の入力軸６と、
外歯車のみからなる減速歯車列１１−１２，１３−１４
を備えていて、第１の入力軸１によって入力される回転
動力の一部を分割すると共に、分割された回転動力の一
部を所定の減速比において減速して第２の入力軸６へ出
力する動力分割機構１０とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動側の回転を、
１／１００を超えるきわめて高い減速比において減速し
て従動側へ出力する減速伝動装置（減速装置）に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、従動側の回転数を駆動側の回
転数によって除した比の値、即ち減速比が１／１００を
超える（比の値が１／１００よりも小さくなる）よう
な、高い減速比（比の値が小さい）をもたらす減速装置
としては、比較的歯数の少ない歯車を駆動側とすると共
に、比較的歯数の多い歯車を従動側として噛み合わせた
減速歯車列を、数段以上も直列に重畳連結して構成した
多段歯車減速装置や、駆動側のウオームと従動側の大径
のウオームホイールとを噛み合わせて構成したウオーム
減速装置等が一般的に用いられている。

【０００３】しかしながら、前者の多段歯車減速装置に
おいては減速歯車列１段当たりの減速比が低いために、
１／１００を超えるような高い減速比を得るためには減
速歯車列を数段以上も直列に連結する必要があるので、
減速歯車列一段当たりの伝動効率は低くなくても、多段
歯車減速装置全体の伝動効率は各段の減速歯車列の伝動
効率の積算値となって、総合的には伝動効率が低くなる
という問題があり、更に、多段歯車減速装置において
は、多数の歯車や回転軸、軸受等を使用するので全体の
体格や重量が大きくなるという問題がある。

【０００４】また、後者のウオーム減速装置は、体格が
小さくて唯一段でも大きな減速比が得られるという大き
な利点がある反面、ウオームとウオームホイールが噛み
合う歯面では転動が生じることはなく、動力の伝達は全
て相互の歯面の摩擦摺動のみによって行われることか
ら、摺動する歯面にグリース等によって十分に潤滑を施
しても摩擦による動力損失は避けられないので、一般に
高い伝動効率を得ることはできないし、その結果として
発熱が非常に多いので、十分に冷却しないと歯面の焼き
付きが生じるという問題もあり、減速装置を常時運転す
る必要がある用途には適していないという問題がある。

【０００５】１／１００を超えるような高い減速比を得
ることができる他の形式の減速装置としては、例えば特
開平１１−２４７９５０号公報に記載されているような
複列の遊星歯車減速装置も知られている。遊星歯車列は
一段だけでも相当大きな減速比が得られるが、複列遊星
歯車減速装置においては２組の遊星歯車列を相互に組み
合わせることによって、１組の遊星歯車列では得られな
いような非常に高い減速比を得ることができる点に特徴
がある。

【０００６】しかしながら、このような複列遊星歯車減
速装置においては内歯車を通常２個以上使用することに
なるが、一般に内歯車の内部に外歯車を噛み合わせた場
合は、外歯車同士を噛み合わせた場合に比べて歯面の摺
動摩擦による動力損失が多くなって伝動効率が低くなる
から、複列遊星歯車減速装置の伝動効率は一般に低いと
いう問題がある。また、複列遊星歯車減速装置において
は外歯車や内歯車、回転軸、軸受等を多数使用して、そ
れらを複雑に組み合わせることによって構成するため、
一般に複列遊星歯車減速装置の製造は難しく、各部品に
は高精度の加工が必要になることと、精度の高い内歯車
は加工が難しいために高価であることから、複列遊星歯
車減速装置は非常に高価なものになるという問題があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述のよう
な従来の色々な減速装置における問題に鑑み、比較的小
型でも１／１００を超えるようような高い減速比を得る
ことができ、しかも構成が簡単で、高精度の加工を必要
とする部分が少なく、部品点数も比較的に少なくて製造
のコストが低く、更に、総合的な伝動効率が高くて摩擦
による発熱も少ないような、新規な構成の減速装置を提
供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１
に記載された減速装置を提供する。

【０００９】本発明の減速装置においては、第１の入力
軸へ入力された回転動力の一部が、遊星歯車機構の太陽
歯車を回転させることによって、太陽歯車の周囲に噛み
合っている遊星歯車が自転及び公転をする。また、第１
の入力軸から動力分割機構によって回転動力の他の一部
が分割されて、動力分割機構の外歯車のみからなる減速
歯車列によって所定の減速比において減速され、第２の
入力軸へ出力される。第２の入力軸は遊星歯車機構の遊
星歯車を支持するキャリアに取り付けられているから、
第２の入力軸とキャリアは第１の入力軸と太陽歯車より
も減速された回転数で回転し、その回転が遊星歯車に公
転を与える。従って、第１の入力軸と第２の入力軸との
回転数の差に応じて遊星歯車が自転し、遊星歯車に外接
している内歯車から出力軸へ大幅に減速された回転が取
り出される。

【００１０】この場合、動力分割機構の減速歯車列を構
成する各歯車は全て外歯車であり、遊星歯車減速機構の
ように高精度の部品を必要としないし、製作が難しくて
伝動効率が低い内歯車も使用しないので、動力分割機構
は遊星歯車減速機構に比べて容易に且つ安価に製造する
ことができるだけでなく、より高い伝動効率が得られ
る。この動力分割機構の減速歯車列によって減速された
回転動力が、第２の入力軸を経て遊星歯車機構のキャリ
アへ伝えられるので、遊星歯車機構はきわめて高い減速
比を実現することができる。

【００１１】本発明の減速装置においては、その動力分
割機構を、第１の入力軸に取り付けられた比較的に歯数
の少ない第１歯車に噛み合う比較的に歯数の多い第２歯
車から構成されている第１段の減速歯車列と、第２歯車
と同じ回転軸に取り付けられた比較的に歯数が少ない第
３歯車に噛み合うと共に第２の入力軸に取り付けられて
いる比較的に歯数の多い第４歯車から構成されている第
２段の減速歯車列とから構成することができる。それに
よって、動力分割機構に必要な減速比が容易に得られる
し、第１段の減速歯車列と第２段の減速歯車列とを並列
に配置することが可能になって、動力分割機構、ひいて
は本発明の減速装置全体をコンパクトにまとめることが
できる。

【００１２】また、本発明の減速装置においては、動力
分割機構を構成する各歯車のモジュール或いは歯幅より
も、遊星歯車機構を構成する各歯車のモジュール或いは
歯幅を大きくするとか、動力分割機構における第１段の
減速歯車列を構成する第１歯車及び第２歯車のモジュー
ル或いは歯幅よりも、第２段の減速歯車列を構成する第
３歯車及び第４歯車のモジュール或いは歯幅を大きく設
定することができる。それによって、各歯車のピッチ円
の接線方向における許容荷重が、モジュール或いは歯幅
にそれぞれ比例して増大するので、各歯車を動力配分に
見合った必要最小限の大きさに設定することが可能にな
る結果、減速装置全体を可及的に小型化及び軽量化する
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付の図面を参照しながら説明する。図１は本発明の減
速装置の好適な実施形態である複合型歯車減速装置５０
の構成を略示する縦断面図である。二点鎖線によって概
括的に示した実施形態の複合型歯車減速装置５０は、そ
の一部を破線で囲んで示したように、動力分割機構１０
の部分と、遊星歯車機構２０の部分という二つの部分か
ら構成されている。駆動側となる入力回転軸（第１の入
力軸）１はそれら双方の機構１０，２０にわたって共通
に延びており、複合型歯車減速装置５０のフレームの適
当な位置に固定された複数個の軸受２によって回転自由
に軸支されている。

【００１４】動力分割機構１０はその一部として、入力
軸１に取り付けられた比較的歯数の少ない小径の第１歯
車１１と、それに噛み合う比較的歯数の多い大径の第２
歯車１２とからなる第１段の減速歯車列３を含んでい
る。この第２歯車１２が取り付けられている回転軸４
は、複合型歯車減速装置５０のフレームに取り付けられ
た固定の軸受５によって回転自由に軸支されていると共
に、回転軸４の右端には比較的歯数が少ない小径の第３
歯車１３が取り付けられていて、それが比較的歯数の多
い大径の第４歯車１４と噛み合って、第２段の減速歯車
列７を形成している。

【００１５】この第４歯車１４は、第１の入力軸１と同
軸ではあるが相対的に回転が可能な中空の回転軸（第２
の入力軸）６の左端に取り付けられることによって支持
されており、前述の第３歯車１３と共に、動力分割機構
１０の他の一部である第２段の減速歯車列７を構成して
いる。なお、中空の回転軸６はフレームに取り付けられ
た適当な数の軸受８によって回転自由に軸支されてお
り、入力軸１の右端に近い部分は中空の回転軸６によっ
て軸支されている。

【００１６】このようにして、遊星歯車機構２０には、
入力軸１の回転動力の一部が入力軸１の右端部分から直
接に入力される他に、入力軸１の回転動力の他の一部
が、動力分割機構１０において入力軸１から分割された
後に第１段の減速歯車列３及び第２段の減速歯車列７に
よって二段階にわたって減速されて、中空の回転軸６を
介して別途に入力されることになる。

【００１７】入力軸１の右端部分には遊星歯車機構２０
の太陽歯車２１が取り付けられているので、入力軸１は
太陽歯車２１を直接に回転駆動することになる。太陽歯
車２１の周囲には少なくとも１個の遊星歯車２２が噛み
合っている。各遊星歯車２２を個別に回転可能に軸支す
る回転支持軸２３は、半径方向の腕等からなる共通のキ
ャリア２４によって支持されており、そのキャリア２４
の中心部分は前述の中空の回転軸６の右端部分に取り付
けられて、動力分割機構１０を介して別途に回転駆動さ
れるようになっている。遊星歯車２２の数は２個以上で
あることが望ましく、そのように遊星歯車２２が２個以
上ある場合は、それらが入力軸１の回りの相互に均等な
角度位置を占めるように、各回転支持軸２３がキャリア
２４に取り付けられている。

【００１８】各遊星歯車２２の外側からそれらに同時に
噛み合うように、共通で唯１個の内歯車２５が、入力軸
１の軸線の延長上に設けられる出力軸３０の左端部に取
り付けられて支持されている。この出力軸３０は、複合
型歯車減速装置５０のフレームの適当な位置に取り付け
られた適数個の軸受３１によって回転自由に軸支されて
いる。なお、図中の２６は、遊星歯車２２をキャリア２
４によって回転自由に軸支するために、キャリア２４に
取り付けられた回転支持軸２３に設けられて、それ自体
が公転をすることができる軸受を示している。

【００１９】また、動力分割機構１０における第１段の
減速歯車列３と第２段の減速歯車列７に設けられる第１
歯車１１、第２歯車１２、第３歯車１３、及び第４歯車
１４としては、最も一般的で安価であり、歯面における
摩擦が少ないために伝動効率の高い歯車列を構成するこ
とができる外歯の平歯車を用いることが望ましいが、歯
面における摩擦があまり大きくならないことを条件とし
て、外歯の斜歯歯車や傘歯車を平歯車に代えて使用する
こともできる。

【００２０】本発明の好適な実施形態としての複合型歯
車減速装置５０はこのように構成されているので、入力
軸１が外部の動力源によって回転駆動されると、その回
転動力の一部によって太陽歯車２１が回転し、遊星歯車
２２に対して自転と公転を伴う遊星運動をするように強
制する。それと同時に、動力分割機構１０において分割
された回転動力の他の一部は、直列に連結されている第
１段の減速歯車列３と第２段の減速歯車列７を介して伝
達される間にそれらの総合的な歯車比に応じて減速され
て、中空の回転軸６によってキャリア２４を入力軸１及
び太陽歯車２１と同じ回転方向により低速で回転駆動す
る。

【００２１】仮に第１段の減速歯車列３と第２段の減速
歯車列７の総合的な減速比が１／１であって、中空の回
転軸６の回転数が入力軸１の回転数と同じであれば、遊
星歯車２２は自転することなく太陽歯車２１に糊付けさ
れたように一体となって公転するので、内歯車２５と出
力軸３０も減速されることなく、入力軸１と同じ回転数
で回転することになる筈であるが、実施形態の複合型歯
車減速装置５０においては、第１段の減速歯車列３と第
２段の減速歯車列７が各歯車の大小関係による歯車比に
よって１よりも小さい値の減速比を有するため、中空の
回転軸６は入力軸１の回転数よりも減速された回転数で
同じ方向に回転する。この回転数がキャリア２４の回転
数、従って、遊星歯車２２の公転回転数となる。

【００２２】中空の回転軸６の回転、即ち遊星歯車２２
の公転が入力軸１の回転よりも遅れていることによっ
て、遊星歯車２２には自転が発生することになる。そし
て第１段の減速歯車列３と第２段の減速歯車列７の総合
的な減速比が高い（比の値が小さい）場合ほど、入力軸
１に対して中空の回転軸６の回転が大きく遅れて、両者
の回転数の差が大きくなるから、遊星歯車２２の自転の
回転数がより高くなり、それによって内歯車２５の回転
数が小さくなるので、出力軸３０には入力軸１よりも大
幅に減速された回転動力が取り出されることになる。

【００２３】従って、実施形態の複合型歯車減速装置５
０の総合的な減速比は、第１段の減速歯車列３及び第２
段の減速歯車列７内の各歯車の歯数によって与えられる
入力軸１と中空の回転軸６との回転比、即ち動力分割機
構１０の総合的な減速比と、遊星歯車機構２０内の各歯
車の歯数によって与えられる遊星歯車機構２０の特性と
によって一義的に決まる。

【００２４】次に、この関係を数値的に説明する。入力
軸１の回転数、即ち太陽歯車２１の回転数をＮ２１と
し、第１歯車１１、第２歯車１２、第３歯車１３、第４
歯車１４の歯数をそれぞれＺ１１，Ｚ１２，Ｚ１３，Ｚ
１４とすると、キャリア２４の回転数Ｎ２４は、 Ｎ２４＝Ｎ２１×（Ｚ１１／Ｚ１２）×（Ｚ１３／Ｚ１４） …(1) となる。また、遊星歯車機構の基本式は、内歯車２５の
回転数をＮ２５、歯数をＺ２５とし、太陽歯車２１の歯
数をＺ２１とすると、 （Ｚ２５＋Ｚ２１）×Ｎ２４＝Ｚ２５×Ｎ２５＋Ｚ２１×Ｎ２１ …(2) となる。これらの式(1) (2) から、出力軸３０の回転
数、即ち内歯車２５の回転数Ｎ２５は、 Ｎ２５＝｛（Ｚ２５＋Ｚ２１）×Ｎ２４−Ｚ２１×Ｎ２１｝／Ｚ２５…(3) として与えられる。

【００２５】例えば、各歯車の歯数が、Ｚ１１＝１６，
Ｚ１２＝５０，Ｚ１３＝２１，Ｚ１４＝４０，Ｚ２１＝
１２，Ｚ２５＝６０である場合には、出力軸３０の回転
数である内歯車２５の回転数は、 Ｎ２５＝｛（６０＋１２）×Ｎ２１×（１６／５０）×（２１／４０） −１２×Ｎ２１｝／６０＝（１／６２５）×Ｎ２１ …(4) となり、前述の諸元を有する複合型歯車減速装置５０の
総合的な減速比ｉは、 ｉ＝Ｎ２５／Ｎ２１＝１／６２５ …(5) となる。即ち、複合型歯車減速装置５０によって１／６
２５というきわめて高い減速比が得られる。なお、遊星
歯車２２の歯数Ｚ２２は、 Ｚ２２＝（Ｚ２５−Ｚ２１）／２ …(6) として与えられる。

【００２６】太陽歯車２１の歯数Ｚ２１＝１２であっ
て、内歯車２５の歯数Ｚ２５＝６０である場合には、動
力分割機構１０によって分割される入力回転の回転数比
ｊ ｊ＝キャリア２４の回転数Ｎ２４／太陽歯車２１の回転数Ｎ２１ …(7) と、複合型歯車減速装置５０の総合的な減速比ｉとの関
係を図２に示す。この線図から明らかなように、遊星歯
車機構２０の諸元が同じであっても、動力分割機構１０
の各歯車の歯数を変更して、分割される入力の回転数比
ｊを変化させることにより、数百分の１から数千分の１
というようなきわめて高い広域の減速比が容易に得られ
る。これは設計の自由度を非常に高める。

【００２７】また、複合型歯車減速装置５０において
は、遊星歯車機構２０のようなものを複数個組み合わせ
た一般的な複列遊星歯車減速装置に比べて部品点数が少
なく、内歯車の数は唯１個であり、他の歯車は全て外歯
車であるから、機構の構成が単純なものとなり、加工が
難しいとか高精度の加工を必要とする部分が少なく、製
作が容易になることから安価に供給することができる。
また、同じ理由から伝動効率も複列遊星歯車減速装置に
比べて高くなる。

【００２８】なお、伝動効率を高めると共に構成を簡素
化するために動力分割機構１０における歯車の噛み合い
回数を減らすことが必要であるから、実施形態の複合型
歯車減速装置５０においては減速歯車列の段数を２段と
している。この場合は第１歯車１１と第２歯車１２との
軸間距離、及び第３歯車１３と第４歯車１４との軸間距
離を等しくすることができる。また、この場合には、各
歯車の歯に必要な強度を与えるために、各歯車の歯数の
組み合わせや、歯のモジュールと転位係数を考慮すべき
である。

【００２９】即ち、各歯車の噛み合い部分によって伝達
される力の大きさは、第１歯車１１と第２歯車１２との
噛み合い部分におけるものよりも、更に減速された後の
第３歯車１３と第４歯車１４との噛み合い部分における
ものの方が大きくなるから、第１歯車１１と第２歯車１
２よりも、第３歯車１３と第４歯車１４のモジュール或
いは歯幅を大きくする。歯車のモジュール或いは歯幅を
大きくすると、その歯車のピッチ円の接線方向における
許容荷重が、モジュール或いは歯幅にそれぞれ比例して
増大するからである。

【００３０】同様な理由から、全体として見ると、動力
分割機構１０に含まれる各歯車の噛み合い部分において
伝達される力よりも、遊星歯車機構２０に含まれる各歯
車の噛み合い部分において伝達される力の方が大きくな
るから、前者の歯車のモジュール或いは歯幅よりも後者
の歯車のそれを大きくする。このようにすると各歯車を
動力配分に見合った必要最小限の大きさに設定すること
が可能になるので、複合型歯車減速装置５０全体を可及
的に小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の減速装置の好適な実施形態としての複
合型歯車減速装置の構成を略示する縦断面図である。

【図２】複合型歯車減速装置の総合的な減速比ｉと，動
力分割機構の総合的な減速比、即ち分割される２つの入
力の回転数比ｊとの関係を示す線図である。

【符号の説明】

１…入力軸（第１の入力軸） ３…第１段の減速歯車列 ６…中空の回転軸（第２の入力軸） ７…第２段の減速歯車列 １０…動力分割機構 １１〜１４…第１〜第４歯車（外歯車） ２０…遊星歯車機構 ２１…太陽歯車 ２２…遊星歯車 ２４…キャリア ２５…内歯車 ３０…出力軸 ５０…複合型歯車減速装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀岡 輝彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 日比野 聡 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3J009 DA17 DA18 EA05 EA11 EA21 EA32 3J027 FA19 FA36 GA01 GB03 GC13 GC22 GD04 GD07 GD13

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定された軸受によって軸支されている
   第１の入力軸と、 前記第１の入力軸に取り付けられた太陽歯車、前記太陽
   歯車の周囲に噛み合って自転及び公転をすることができ
   るように支持されている少なくとも１個の遊星歯車、前
   記遊星歯車の外側からそれに噛み合う唯１個の内歯車、
   及び前記遊星歯車の回転支持軸を支持して前記第１の入
   力軸の周りに回転することができるキャリアからなる遊
   星歯車機構と、 前記第１の入力軸と同じ軸線上において相対的に回転し
   得るように、固定された軸受によって軸支されていると
   共に、前記遊星歯車機構の前記内歯車に取り付けられて
   いる出力軸と、 前記第１の入力軸及び前記出力軸と同一の軸線上におい
   て相対的に回転し得るように、固定された軸受によって
   軸支されていると共に、前記遊星歯車機構の前記キャリ
   アに取り付けられている第２の入力軸と、 外歯車のみからなる減速歯車列を備えていて、前記第１
   の入力軸によって入力される回転動力の一部を分割する
   と共に、分割された回転動力の一部を所定の減速比にお
   いて減速して前記第２の入力軸へ出力する動力分割機構
   と、 を備えていることを特徴とする減速装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記動力分割機構
   が、前記第１の入力軸に取り付けられた相対的に歯数の
   少ない第１歯車に噛み合う相対的に歯数の多い第２歯車
   から構成されている第１段の減速歯車列と、前記第２歯
   車と同じ回転軸に取り付けられた相対的に歯数が少ない
   第３歯車に噛み合うと共に前記第２の入力軸に取り付け
   られている相対的に歯数の多い第４歯車から構成されて
   いる第２段の減速歯車列と、からなることを特徴とする
   減速装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記動力分割機構を
   構成する各歯車のモジュールよりも、前記遊星歯車機構
   を構成する各歯車のモジュールを大きくしたことを特徴
   とする減速装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記動力分割機構を
   構成する各歯車の歯幅よりも、前記遊星歯車機構を構成
   する各歯車の歯幅を大きくしたことを特徴とする減速装
   置。
5. 【請求項５】 請求項２において、前記第１段の減速歯
   車列を構成する前記第１歯車及び前記第２歯車のモジュ
   ールよりも、前記第２段の減速歯車列を構成する前記第
   ３歯車及び前記第４歯車のモジュールを大きくしたこと
   を特徴とする減速装置。
6. 【請求項６】 請求項２において、前記第１段の減速歯
   車列を構成する前記第１歯車及び前記第２歯車の歯幅よ
   りも、前記第２段の減速歯車列を構成する前記第３歯車
   及び前記第４歯車の歯幅を大きくしたことを特徴とする
   減速装置。