JP2002286102A - 遊星歯車装置及びそれを用いた変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リング歯車を不要とした、簡易な構成の遊星
歯車装置を提供する。また複数段を連設することによ
り、複数の異なる変速比の回転を取り出すことが可能な
変速装置を提供する。 【解決手段】 主軸と一体に回転可能な太陽歯車と、前
記太陽歯車に噛合する少なくとも１の遊星歯車と、前記
遊星歯車を支持し、一体回転する案内部材と、前記太陽
歯車、遊星歯車及び案内部材を支持する支持部材とを備
え、前記遊星歯車はその両側面にそれぞれ一対のピンが
植設されており、前記支持部材は前記一対のピンが係合
し、前記遊星歯車の自転を規制する規制溝が形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、風力発電装置や
搬送機械、自転車、扇風機、工作機械等の各種変速機構
に応用できる遊星歯車装置及びそれを用いた変速装置に
係り、特にリング歯車を設けることなく安定した変速が
可能な新規な遊星歯車装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】遊星歯車装置は、各種動力伝達機構や変
速機構に利用されている。特に変速機構として利用され
る遊星歯車装置としては、円周内面にギアを設けたリン
グ歯車と、リング歯車の内面と噛合う遊星歯車と、外面
で遊星歯車と噛合う太陽歯車とからなるものが一般的で
あり、リング歯車又は遊星歯車の一方を固定し他方を駆
動源により回転させることにより、その回転より増速し
た回転を太陽歯車から取り出すものである（特開平7-27
9815号、特開平10-246173号など）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしこれら従来の遊
星歯車装置は、リング歯車、遊星歯車及び太陽歯車の３
つの歯車を必須の構成としているため、構造が複雑であ
り、製造及び組み立てに高精度が要求される。また遊星
歯車装置を複数段で構成することにより、大きな変速比
を得ることができるようにした変速装置が知られている
が、これら従来の変速装置では入力軸の回転数に対し出
力軸で得られる回転数（変速比）は一段の変速比と段数
で決まり、任意に調整することはできない。

【０００４】そこで本発明は、リング歯車を不要とし、
しかも増速が可能な遊星歯車装置を提供することを目的
とする。また本発明は、複数の遊星歯車装置を連設して
なる変速装置であって、複数の異なる変速比の回転を取
り出すことが可能な変速装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の遊星歯車装置は、主軸を中心に回転可能に支持され
た太陽歯車と、前記太陽歯車に噛合する少なくとも１の
遊星歯車と、前記遊星歯車を支持し、一体回転する案内
部材と、前記太陽歯車、遊星歯車及び案内部材を支持す
る支持部材とを備え、前記遊星歯車はその両側面にそれ
ぞれ一対のピンが植設されており、前記支持部材は前記
一対のピンが係合し、前記遊星歯車の自転を規制する規
制溝が形成されていることを特徴とする。

【０００６】本発明の遊星歯車装置によれば、リング歯
車を用いることなく、回転運動を変速して伝達できる簡
易な構造の変速機構が提供される。

【０００７】本発明の遊星歯車装置の好適な態様では、
遊星歯車の両側面にそれぞれ設けられた一対のピンは、
一方の側面の一対のピンと他方の側面の一対のピンが互
いに直交する方向に植設されている。本発明の遊星歯車
装置の他の好適な態様では、遊星歯車の両側面にそれぞ
れ設けられた一対のピンは、互いに径及び長さが異な
る。

【０００８】また本発明の変速装置は、上述した本発明
の遊星歯車装置のユニットとして、複数のユニットを連
結したものであり、各ユニットは、主軸がそれと隣接す
るユニットの案内部材と連結しているものである。この
変速装置によれば、任意の数のユニットを連結すること
により、所望の変速比の回転を取り出すことができる。

【０００９】さらに本発明の変速装置は、主軸と、主軸
と一体に回転する太陽歯車と、太陽歯車と噛合し太陽歯
車の周りを回転する少なくとも１の遊星歯車と、遊星歯
車の回転によって太陽歯車の回転に対し所定の変速比で
回転する回転体とを備えた遊星歯車装置を複数連結した
変速装置であって、両端に位置するユニット以外のユニ
ットは、その太陽歯車を一方の隣接するユニットの回転
体と一体に構成し、その回転体を他方の隣接するユニッ
トの太陽歯車と一体に構成するとともに、主軸は、複数
のユニットの太陽歯車を貫通する共通の主軸であって、
各太陽歯車の一つと選択的に係合する手段を備えたこと
を特徴とするものである。

【００１０】この変速装置によれば、共通の主軸が係合
する太陽歯車を変更することにより、各ユニットの回転
体から、主軸の係合ユニットに対する相対位置によって
決まる変速比の回転を取り出すことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の遊星歯車装置の実
施形態を、図面を参照して説明する。図１〜図６は本発
明の遊星歯車装置の第一の実施形態を示す図である。こ
の遊星歯車装置は、図１の側断面図に示すように、主軸
１に固定された太陽歯車２と、太陽歯車２の外周と噛合
っている遊星歯車３と、太陽歯車２及び遊星歯車３を回
転自在に支持する丸形案内部材４と、丸形案内部材４の
両側に設けられ、主軸１を回転自在に支持する支持部材
５と、支持部材５が固定される台盤１０とを備えてい
る。

【００１２】丸形案内部材４は、その外周面にＶ字状の
溝４１が形成されており、図２に示すように、風力発電
機のプロペラやモーター等駆動機構の回転プーリー２０
と丸形案内部材４の溝４１との間に駆動ベルト２１が巻
回されている。これにより回転プーリー２０の回転によ
り丸形案内部材４が回転するようになっている。尚、図
２では駆動ベルト２１により丸形案内部材４を回転させ
る機構としたが、丸形案内部材４の外周面をギアとし、
これに駆動ギアを噛合わせて回転させるようにしてもよ
いし、丸形案内部材４に直接プロペラ等を取り付けても
よい。

【００１３】また丸形案内部材４は、図２及び図３に示
すように、太陽歯車２及び遊星歯車３が嵌合する穴４２
が形成されており、丸形案内部材４が上述の駆動機構に
よって回転することにより、遊星歯車３を主軸１の周り
に回転（公転）させる。図３では、太陽歯車の周りを回
転する遊星歯車３を一つしか示していないが、複数設け
ることができる。この場合には、穴４２の形状を太陽歯
車２及び複数の遊星歯車３が嵌合する形状とする。

【００１４】遊星歯車３は、その両面にそれぞれ一対の
ピン７、８が植設されている。図１及び図３に示す例で
は、２本のピン７、８が遊星歯車３を貫通して設けられ
ているが、各面それぞれ別個に設けても良い。好適に
は、各面で別個に設けるとともに２本のピンの配列方向
が２つの面で直交するように設けることが好ましい(図
４（a）、（b）)。両面におけるピンの配列方向を異な
らせることにより、ピンが後述する支持体５の溝と係合
した状態での遊星歯車３の回転運動を円滑にすることが
できる。

【００１５】支持体５は、丸形案内部材４の両側に設け
られ、丸形案内部材４に当接する面に図４に示すような
２条の円形凹溝５７、５８が形成されている。この円形
凹溝５７、５８に、それぞれ遊星歯車３のピン７、８が
係合し、遊星歯車３の自転を規制する。図４（a）は、
ピン７、８の配列方向が水平方向の場合の溝の形状を、
同図（b）はピン７、８の配列方向が垂直方向の場合の
溝の形状をそれぞれ示している。このように遊星歯車３
の両面で、ピン７、８の配列方向を異ならせた場合に
は、円形凹溝５７、５８とピンとの係合に遊びがあるこ
とによる回転のガタツキを防止し、安定で円滑な回転を
取り出すことができる。

【００１６】このような構成の遊星歯車装置は、図５に
示すように、遊星歯車３にピン７、８を植設するととも
に太陽歯車２に主軸１を貫通した後、遊星歯車３と太陽
歯車２を丸形案内部材４の穴に嵌合し、その両側から支
持部材５で固定する。この際、遊星歯車３の位置を調整
し、支持部材５に形成した円形凹溝５７、５８に遊星歯
車３のピン７、８がそれぞれ係合するようにする。しか
る後に、支持部材５を台盤１０にボルト１１等で固定す
る。このように本実施形態の遊星歯車装置は容易に組み
立てることが可能である。

【００１７】次に上記構成の遊星歯車装置の動作を図６
を参照して説明する。まず図示しない駆動機構によって
丸形案内部材４が回転すると、丸形案内部材４の穴４２
に嵌合する遊星歯車３が一体として回転し、この遊星歯
車３と噛合う太陽歯車２を回転させる。ここで遊星歯車
３が自由回転可能であるとすると、丸形案内部材４の１
回転によって太陽歯車２は１回転するのみであり増速さ
れることはないが、本実施形態では、ピン７、８が支持
部材５の円形凹溝５７、５８に係合することによって遊
星歯車３の自転が規制されているため、遊星歯車３の回
転に伴い、噛合による回転と公転の合計である回転が太
陽歯車に与えられる。その結果、丸形案内部材４の１回
転によって太陽歯車２の主軸から２回転を取り出すこと
ができる。図中、７Ａ、８Ａはそれぞれピン７、８の軌
跡である。

【００１８】以上説明したように本実施形態の遊星歯車
装置によれば、機構を複雑化するリング歯車を不要と
し、簡単な機構で増速できる機構を提供することができ
る。

【００１９】図７に、本実施形態の遊星歯車装置を多段
化した応用例の増速装置を示す。この増速装置は、遊星
歯車ユニット７０、８０、９０を直列に連結したものか
らなり、各遊星歯車装置は、それぞれ図１と同様の構成
からなる。但し、ここでは図１と異なり、遊星歯車の一
方の面に設けられたピン７、８の配列方向と他方の面に
設けられたピンの配列方向が直交する場合を示してい
る。遊星歯車ユニット７０の主軸７１は、遊星歯車ユニ
ット８０の丸形案内部材８４に連結され、遊星歯車ユニ
ット８０の主軸８１は、遊星歯車ユニット９０の丸形案
内部材９４に連結されている。

【００２０】このような構成において、図示しない駆動
機構によって遊星歯車ユニット７０の丸形案内部材７４
を回転させると、その回転は３つの遊星歯車ユニット７
０、８０、９０によって８倍の回転として遊星歯車ユニ
ット９０の主軸９１から取り出すことができる。従って
駆動機構の回転数に応じて、ユニットの段数を適宜設計
することにより、必要とされる回転数を取り出すことが
可能である。

【００２１】尚、以上の説明では、丸形案内部材４を駆
動機構に連結し、主軸１から増速した回転を取り出す場
合を説明したが、主軸１を駆動機構に連結することによ
り、減速機構として利用することも可能であり、その場
合の減速比も増速の場合と同様に設計することができ
る。

【００２２】また以上の実施形態では、遊星歯車３の両
面に設ける一対のピン７、８が同じ大きさである場合を
説明したが、大きさを異ならせてもよい。例えば、図８
に示すように、一方のピンの径を他方の径よりも大きい
ものとするとともに小径のピン８の長さを大径のピン７
よりも長くする。これに合わせて支持部材５の円形凹溝
５７、５８の幅及び深さを異ならせる。このようにする
ことにより、二つの凹溝の交差点におけるピンの通過動
作を円滑にするとともに、小径のピンが大径のピンの凹
溝に入ってしまうのを防止することができる。

【００２３】また以上の実施形態では、太陽歯車２の周
囲に遊星歯車３を直接配置した例を示したが、図９に示
すように、太陽歯車２と遊星歯車３との間にピニオン
３’を配置してもよい。この場合、遊星歯車３の歯数が
太陽歯車２の歯数の２倍であるとすると、案内部材４の
一回転（遊星歯車３の公転）に対し、太陽歯車２は、案
内部材４の回転方向と逆方向に一回転する。また太陽歯
車の一回転に対し、案内部材４が逆方向に一回転する。

【００２４】次に本発明の変速装置の一実施形態を説明
する。図１０は本発明の変速装置の一実施形態を示す図
で、この変速装置は、変速部１１０と逆転部１２０とを
備えている。

【００２５】変速部１１０は、複数段の遊星歯車ユニッ
ト１１０Ａ〜１１０Ｄからなり、各遊星歯車ユニット１
１０Ａ〜１１０Ｄは、それぞれ太陽歯車部１１２と、太
陽歯車部１１２の周囲に配置された１ないし複数の遊星
歯車１１３と、丸形案内部１１４と、各ユニット共通の
支持部材１１５とを備えている。遊星歯車１１３の少な
くとも一方の側面には、図１〜図５に示す実施形態と同
様に一対のピンが設けられるとともに、丸形案内部１１
４にはこれらピンが係合する凹溝が設けられている。そ
して、図中、左端のユニット１１０Ａの丸形案内部１１
４とそれに隣接するユニット１１０Ｂの太陽歯車部１１
２とは一体に形成されており、同様にユニット１１０
Ｂ、１１０Ｃの丸形案内部１１４は、それぞれ隣接する
ユニット１１０Ｃ、１１０Ｄの太陽歯車部１１２と一体
に形成されている。

【００２６】これら遊星歯車ユニット１１０Ａ〜１１０
Ｄの太陽歯車部１１２と丸形案内部１１４との間は連続
する円筒部になっており、この円筒部に共通の主軸１１
１が貫通している。主軸１１１には、軸方向の所定の位
置に、軸の径方向に移動可能なピン１１９Ａ〜Ｄが複数
設けられており、これらピンはスプリング(図示せず)に
より主軸外周面から径方向外側に突出する方向に付勢さ
れている。このピンに対応して、円筒部の所定位置（左
端ユニットの太陽歯車部及び各ユニットの丸形案内部）
に凹部ｈが形成されており、複数のピンの一つが対応す
る太陽歯車部又は丸形案内部に係合することにより、主
軸１１１をその太陽歯車部又は丸形案内部が属するユニ
ットに連結する。

【００２７】主軸１１１の端部にはレバー１３０が設け
られており、このレバー１３０を作動することにより、
主軸１１の各ユニットへの連結位置を変更することがで
きる。図示する例では、円筒部に５つの凹部ｈ１〜ｈ５
が形成されており、１）ピン１１９Ａ〜Ｄのいずれも凹
部と係合しない位置(図１０の位置)、２）ピン１１９Ａ
が凹部ｈ１と係合する位置、３）ピン１１９Ａが凹部ｈ
２と係合する位置、４）ピン１１９Ｂが凹部ｈ３と係合
する位置、５）ピン１１９Ｃが凹部ｈ４と係合する位
置、６）ピン１１９Ｄが凹部ｈ５と係合する位置、の６
つの位置をとることができ、これにより６つの異なる変
速比をもたらすことができる。例えば一つのユニットの
変速比が1/2或いは２倍である場合（これは主軸を入力
軸とするか出力軸とするかにより異なる）、装置として
の変速比を係合位置によって0、1/16、1/8、1/4、1/2、
1或いは0、1、2、4、8、16に変更することができる。

【００２８】逆転部１２０は、一つの遊星歯車ユニット
からなり、変速部１１０の主軸１１１と逆転部１２０
（の主軸１２１）とを同回転、逆回転、或いは０回転
(即ち、非連続状態)に連結する。即ち、逆転部１２０の
遊星歯車ユニットは、太陽歯車１２２と遊星歯車１２３
との間にピニオン歯車が配置されるとともに、太陽歯車
１２２と丸形案内部１２４で形成される円筒部に主軸１
２１が嵌合している。太陽歯車１２２はその一端側(図
中、左側)に主軸１２１の軸方向に延長した円筒部を有
し、この円筒部が変速部１１０の主軸１１１とスプライ
ンシャフトによって軸方向にスライド可能に連結されて
いる。

【００２９】また円筒部を形成する太陽歯車１２２と丸
形案内部１２４の円筒内面には、それぞれに主軸１２１
に突設されたピン１２９が係合する凹部が形成されてい
る。主軸１２１には２本のピン１２９が設けられ、レバ
ー１３１で主軸１２１を軸方向にスライドさせることに
より(或いは周方向に回転させることにより)、１）２本
のピンのうち１本のみが太陽歯車１２２の凹部に係合す
る位置、２）１本のピンのみが丸形案内部１２４の凹部
に係合する位置、３）２本のピンのいずれもが凹部に係
合しない位置、の３つの位置を取ることができる。これ
により、主軸１２１と主軸１１１を同回転、逆回転或い
は０回転に設定することができる。

【００３０】このような構成の変速装置によれば、例え
ば逆転部の主軸１２１を動力源に接続するとともにレバ
ー１３０を操作して変速部１１０の主軸１１１を所望の
位置に設定することにより、変速部１１０側の端部(図
中左端側)において、０〜１６までの６段階の異なる変
速比の回転を取り出すことができる。この際、逆転部１
２０のレバー１３１を作動することにより、正回転、逆
回転のいずれにも変更することが可能である。

【００３１】なお、以上の実施形態では、変速装置を構
成する遊星歯車ユニットとして、太陽歯車、ピン付きの
遊星歯車及び凹溝付きの支持部材を備えたものを示した
が、この変速装置は、太陽歯車の回転により所定の変速
比で回転する回転体(例えば、リング歯車)を備えた公知
の遊星歯車装置を用いることも可能であり、同様の効果
を得ることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、歯車の使用を最小限度
に止めて、簡易な構造の変速機構が提供できる。また本
発明によれば、円滑な回転を可能にする変速機構が提供
できる。さらに本発明によれは変速比の調整が可能な変
速機構が提供できる。本発明の遊星歯車装置によって提
供される変速機構は、自然風力を利用した風力発電装置
のほか、搬送機械、自転車、扇風機、工作機械などに応
用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の遊星歯車装置の第一の実施形態を示
す側断面図

【図２】 図１の遊星歯車装置の駆動機構を示す図

【図３】 図１の遊星歯車装置の太陽歯車と遊星歯車と
の関係を示す図

【図４】 図１の遊星歯車装置の遊星歯車のピンと支持
部材の溝との関係を示す図

【図５】 図１の遊星歯車装置の組み立てを示す図

【図６】 図１の遊星歯車装置の動きを説明する図

【図７】 図１の遊星歯車装置を応用した変速装置の一
例を示す図

【図８】 本発明の遊星歯車装置の他の実施形態を示す
図

【図９】 本発明の遊星歯車装置の他の実施形態を示す
図

【図１０】 本発明の変速装置の一実施形態を示す図

【符号の説明】

１・・・主軸、２・・・太陽歯車、３・・・遊星歯車、
４・・・案内部材、５・・・支持部材、７，８・・・ピ
ン、５７、５８・・・円形凹溝、７０、８０、９０・・
・遊星歯車ユニット

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸と一体に回転可能な太陽歯車と、前
   記太陽歯車に噛合する少なくとも１の遊星歯車と、前記
   遊星歯車を支持し、一体回転する案内部材と、前記太陽
   歯車、遊星歯車及び案内部材を支持する支持部材とを備
   え、前記遊星歯車はその両側面にそれぞれ一対のピンが
   植設されており、前記支持部材は前記一対のピンが係合
   し、前記遊星歯車の自転を規制する規制溝が形成されて
   いることを特徴とする遊星歯車装置。
2. 【請求項２】 前記遊星歯車の両側面にそれぞれ設けら
   れた一対のピンは、一方の側面の一対のピンと他方の側
   面の一対のピンが互いに直交する方向に植設されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車装置。
3. 【請求項３】 前記遊星歯車の両側面にそれぞれ設けら
   れた一対のピンは、互いに径及び長さが異なることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の遊星歯車装置。
4. 【請求項４】 前記規制溝は、２条の互いに交差する円
   形凹溝であって、前記２本のピンはそれぞれ前記円形凹
   溝と係合し、遊星歯車の運動に伴い円運動することを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の遊星歯
   車装置。
5. 【請求項５】 前記案内部材は、駆動機構に連結される
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載
   の遊星歯車装置。
6. 【請求項６】 前記主軸は、駆動機構に連結されること
   を特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の遊
   星歯車装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１項記載の
   遊星歯車装置をユニットとして、複数のユニットを連結
   した変速装置であって、各ユニットは、主軸がそれと隣
   接するユニットの案内部材と連結していることを特徴と
   する変速装置。
8. 【請求項８】 主軸と、主軸と一体に回転する太陽歯車
   と、太陽歯車と噛合し太陽歯車の周りを回転する少なく
   とも１の遊星歯車と、遊星歯車の回転によって太陽歯車
   の回転に対し所定の変速比で回転する回転体とを備えた
   遊星歯車ユニットを複数連結した変速装置であって、両
   端に位置するユニット以外のユニットは、その太陽歯車
   を一方の隣接するユニットの回転体と一体に構成し、そ
   の回転体を他方の隣接するユニットの太陽歯車と一体に
   構成するとともに、主軸は、複数のユニットの太陽歯車
   を貫通する共通の主軸であって、各太陽歯車の一つと選
   択的に係合する手段を備えたことを特徴とする変速装
   置。
9. 【請求項９】 前記ユニットが、請求項１ないし６のい
   ずれか１項記載の遊星歯車装置である請求項８記載の変
   速装置。