JP2006009925A - 多段式の遊星歯車減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数段のギアユニットを分割形成後、ねじなどの締結部品を用いる必要もなく、一体に固定することにより、部品を共通化して減速段数の増減に対応可能にして、コストを低減することを目的としている。
【解決手段】 本発明は、円筒内径に内歯車が形成されたリングギアと、その内歯車に噛み合うように配置される遊星ギアと、この遊星ギアと噛み合うようにその中央に配置される太陽ギアとをそれぞれが有する各段ギアユニットの複数段を、駆動モータと軸受ハウジングの間に固定する。リングギアは、軸方向の一方の側において円周上間隔をあけて、先端側を幅広く形成した複数個のＴ字アームを備え、かつ、軸方向他方の側の円周面上に、隣接するリングギアのＴ字アームを係合固定するための係合部を備える。リングギアをはめ込み式にすることにより、複数段のギアユニットを一体に分解可能に結合する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、円筒内径に内歯車が形成されたリングギアと、その内歯車に噛み合う遊星ギアと、さらにこの遊星ギアと噛み合う太陽ギアとを同心状に配置した各段ギアユニットの複数段を、駆動モータと軸受ハウジングの間に固定した多段式の遊星歯車減速機に関する。

多段式の遊星歯車減速機は、例えば住宅用窓シャッター等に用いられて、動力源である電動機（小型モータ）の軸回転出力を所望の回転域に減速して伝動する。遊星歯車式の減速機は、小型軽量で比較的大きい減速比を得ることができる。しかし、用途によっては、単一的な遊星歯車による１段減速では減速比が充分で無く、さらに大きな減速比を得るためには、多段式の遊星歯車減速機が必要となる。

図７は、従来技術による多段式の遊星歯車減速機を例示する分解斜視図である（特許文献１、特許文献２参照）。図示のように、円筒内径に内歯車が形成された一体型ハウジングケース内には、これと同心状に３組の遊星歯車ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３が一列に収納され、多段式の遊星歯車減速構造を形成している。

第１段減速用遊星歯車ユニットＰ１は、図示していない駆動用モータがエンドキャップ３側に取り付けられた時、モータの回転シャフトに固着された太陽歯車が、Ｐ１ユニットの３個配置の遊星歯車と噛み合うような構造となり、この第１段減速用遊星歯車ユニットＰ１の遊星キャリア中心軸上の太陽歯車は次段Ｐ２の遊星歯車に噛み合うことになる。

以下、同様に、各段の遊星歯車ユニットを構成することにより、モータ電動力は、モータ回転軸（太陽歯車）から第１段ユニットＰ１の遊星歯車→遊星キャリア→太陽歯車を経て、第２段ユニットＰ２の遊星歯車→遊星キャリアへと順次に伝動を伝え、最終段ユニットＰ３の遊星キャリアと連結された出力軸から、最終的な減速出力を伝えている。

そして、これら減速段は、出力軸の軸受を内包するフランジとエンドキャップに間挿される配置で、それぞれボルトで円筒状ハウジングケースに両側からネジ止めされ、減速機として一体に組み立てられる。

図８は、上述の遊星歯車減速機が一体に組み立てられたときの各段ユニットの歯車の配置を示す断面図である。図示したように、各段ユニットＰ１〜Ｐ３のそれぞれの３個の遊星歯車は、中央の太陽歯車に噛み合うように、そして、固定されているハウジングケース円筒内径に形成された内歯車とも噛み合うように同心状に配置される。減速比は一体に形成されたハウジングケースの内歯車の歯数、各段で組み合わされる太陽歯車の歯数、遊星歯車の歯数、並びに多段遊星歯車ユニットの段数によりそれぞれ決定される。

このように、例示の多段の遊星歯車ユニットは、円筒内径に内歯車が形成された一体型の各段共通の円筒状ハウジングケース内に収容されているが、円筒内径に内歯車を形成した円筒状ハウジングケースを、各段毎に分割形成した後、一体に組み立てて固定する構造も公知である。分割構成することにより、歯車ユニットの組立作業が容易となる上各段部品を共通化することができ、低コストで多種多様な減速装置を提供することが可能となる。

図９は、分割構成の各段円筒状ハウジングケースを一体に組み立てた後に固着する４段遊星歯車式減速機を示している（特許文献３参照）。図示のように、同心状に４組の遊星歯車ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が一列に収納され、これに対応し内歯車は、各遊星歯車ユニットＰ１〜Ｐ４の段数に分割された薄厚のリング状ハウジングケースＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４から形成されている。さらに前記４段減速部分は、出力軸側フランジと入力側エンドキャップの間に減速部分が間挿される形で、通しボルトにより一体に固定されている。

上述の図７に示した遊星歯車式減速機は、必要な減速段数のギアユニットが入るだけの長さを持った筒状のリングギア（ハウジングケース）を共通ギアとして使用するが、リングギアの長さが限られているため、自ずと減速段数が決まってくる。減速段数を増減する場合は、その段数に見合ったリングギアを新規に製作する必要があり、コストがかかることになる。このような問題は、複数段のギアユニットを分割形成後、一体に固定することにより解決できる。

しかし、一体に固定するに際して、スポット溶接等を用いて固定した場合は、組立後に分解することは容易ではない。内部に機械的可動部品を有しているこの種の減速機は、保守点検することも求められる。必要がある場合には、再組立可能に分解できることが望ましい。

図９に示した減速機のように、ねじなどの締結部品を使用して固定を行うことにより、分解可能となる。しかし、キャリア（太陽ギア）、遊星ギア、リングギアから構成されるギアユニットの組立をねじ締めで行う場合（或いは取り外す場合も同様に）、締め付けトルク管理が必要となったり、ねじ締結設備が必要となり、ねじのコスト、ねじ締めの加工コストがかかる。また、減速段数が大きくなると標準ねじの長さでは対応できなくなり、特殊品が必要となる。ギアユニットのキャリア（太陽ギア）、遊星ギア、リングギアを適切に位置決め配置するアライメントは、熟練を要する作業となるが、この減速機は、このような位置合わせをしたそれぞれのギアユニットの複数個を全て適切に位置合わせした後に、ねじを用いて固定を行う必要があり、かなり面倒なアライメント作業となる。それ故、如何に簡潔に且つコストを掛けずに組み立てるかが重要である。ギアユニットを１段ずつ位置合わせする毎に固定することのできる組立手法が望まれる。
特開平１１−３７２２６号公報 特開２００１−１７３７３３号公報 特開平１０−３１１３８４号公報

本発明は、複数段のギアユニットを分割形成後、一体に固定することにより、部品を共通化して減速段数の増減に対応可能にして、コストを低減することを目的としている。

また、本発明は、ねじなどの締結部品を用いる必要もなく、低コストで一体に容易に組立可能にするだけでなく、また、容易に再組立可能に分解して、保守点検を容易にすることを目的としている。

本発明の多段式の遊星歯車減速機は、円筒内径に内歯車が形成されたリングギアと、その内歯車に噛み合うように配置される遊星ギアと、さらにこの遊星ギアと噛み合うようにその中央に配置される太陽ギアとをそれぞれが有する各段ギアユニットの複数段を、駆動モータと軸受ハウジングの間に固定する。リングギアは、軸方向の一方の側において円周上間隔をあけて、先端側を幅広く形成した複数個のＴ字アームを備え、かつ、軸方向他方の側の円周面上に、隣接するリングギアのＴ字アームを係合固定するための係合部を備える。リングギアをはめ込み式にすることにより、複数段のギアユニットを一体に分解可能に結合したことを特徴としている。

本発明によれば、各段ギアユニットがはめ込み式であるので組立が容易であり、生産時間（タクト）の短縮が可能となり、生産効率が高くなる。すなわち、ねじなどの締結部品が不要になることによる材料費低減、ねじ締め工程が不要になることによる低コストでの組立、はめ込むだけの簡単組立方式により複雑な組立設備が不要となること、さらに、ねじ等の接続部材を用いないことによる省スペース化等が達成できる。

また、はめ込み部のアームをＴ字型とする事で抜け止め防止になり、且つ、回り止め防止ともなる。さらに、ギア段数に制限無く組み立てられるため、新規に専用の部品を製作することなく任意の減速比が得られる。

以下、例示に基づき、本発明を説明する。図１は、３段の遊星歯車減速機の分解斜視図であり、図２は、（Ａ）に組立完了後の全体構成を示す斜視図を示し、図中Ｘ部の拡大図を（Ｂ）に示している。図示したように、第１段〜第３段ギアユニットが、駆動モータと軸受ハウジングの間に一体に分解可能に固定されることになる。各段ギアユニットは、円筒内径に内歯車が形成されたリングギアと、その内歯車に噛み合うようにそれと同心状に配置される３個配置の遊星ギアと、さらにこの遊星ギアと噛み合うようにその中央に同心状に配置される太陽ギアとから構成される。

この遊星歯車減速機の組立完成後、駆動用モータからの駆動力は、モータの回転シャフトに固着された第１段ギアユニットの太陽ギアから、それに噛み合う第１段ギアユニットの３個配置の遊星ギアに伝動される。そして、この遊星ギアからそれにキャリアを介して固着されている第２段ギアユニットの太陽ギアに、さらに、それに噛み合う第２段の遊星ギアに伝動される。遊星ギアと、キャリアの連結は、遊星ギアの各軸をキャリアに設けた穴内に嵌合させた後かしめることにより行っている。

以下同様にして、第３段ギアユニットの遊星ギアに固定されている出力軸にまで順次伝動される。ここから最終的な減速出力が取り出される。出力軸は、軸受ハウジング内に収容されている軸受により回転可能に支持される。

上述したような駆動力伝動メカニズム自体は、従来技術として前述したような公知の構成と同じものであり、これ以上の詳細な説明は省略する。本発明は、各段ギアユニットの相互の結合、特に、リングギアの形状及び結合構成に特徴を有している。リングギアは金属によっても形成できるが、望ましくは樹脂によって形成できる。同様に、ギアユニットを構成する他の部品についても、金属或いは樹脂によって形成できる。キャリア、それに固定される太陽ギア、遊星ギア（平歯車）、リングギアから構成されているギアユニットは、詳細は後述するように、リングギアをはめ込み式にすることにより、任意数段のギアユニットを一体に分解可能に結合している。はめ込んだリングギアの回り止め、抜け防止として、はめ込み部にＴ字アームを使用している。更に、リングギア外周面上に掘ってある軸方向溝に取り外し治具を入れることで、容易にリングギアを取り外す事を可能としている。

図３は、本発明を具体化するリングギアの構成を例示する斜視図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は、見る方向のみを異にした同一のリングギアを示している。リングギアは、全体的には円筒状に形成して、その内周面に内歯車を形成し、そして、軸方向一方の側にそこから軸方向に伸びるように、円周上等間隔に複数個（８個として図示）のＴ字アームを一体に形成している。軸方向他方の側には、隣接する他のリングギアの各Ｔ字アームを係止するため、Ｔ字アームと同数の係合部を、また円周上等間隔に備えている。この係合部は、テーパー状に形成した係合突部と、隣接する係合突部間に形成される溝、及び係合突部に軸方向側に隣接してＴ字アームとの間に形成される外周部溝によって構成される。

Ｔ字アームは、隣接リングギア（或いは軸受ハウジング）と係合して一体化し、また、係合を解除可能にする程度の弾性を有する部材であり、リングギアと一体に金属、樹脂等により形成できる。リングギアの一方の側から突出するよう形成されたＴ字アームはそれぞれ、軸方向に延長する基部と、その先端側で、円周方向両側に突出するように幅広に形成されている幅広部とから構成される。この両側に突出した幅広部が、図２（Ｂ）に最もよく見られるように、組立完了位置で、外周部溝内に入り込む。これによって、隣接ユニットを引き離す軸方向の力に対しては、外周部溝の係合突部側の壁部で係止される一方、押し込む方向の軸方向の力に対しては、この外周部溝の他方の壁部で係止されることになる。円周方向には、各係合突部の間に、Ｔ字アームの基部が位置するように配置されることにより、左右方向（円周方向）の移動が阻止される。また、このＴ字アームの軸方向先端は、図３（Ａ）中の拡大図に見られるように、先端方向に向けてテーパー状に厚さを薄くしている。これによって、詳細は後述する取り外し爪の挿入を容易にしている。

係合突部は、図３に示すように、Ｔ字アーム幅広部を軸方向に係止するための段差（外周部溝の壁部）を有している。そして、この係合突部は、段差部で最大高さとなるように、軸方向に徐々に高さを高くするテーパー状に形成している。円周方向の外周部溝は、この段差部と、Ｔ字アーム根本側との間に形成されている。

以上のように構成したＴ字アーム及び係合部をそれぞれ有する２つのリングギアを一体に固定する場合、２つのリングギアの円周方向の相対的な角度位置関係は、同一にするのではなく、一方のリングギアの８つのＴ字アームのそれぞれの間に、他方のリングギアのＴ字アームが位置するような関係で配置する。要するに、８つのＴ字アームのそれぞれは、互いに３６０°／８＝４５°だけ離れていることになるが、これに隣接するリングギアは、４５°／２だけ回転させた位置関係で挿入される。このように、隣接するリングギアを互いに角度的にずらせることにより、図２（Ｂ）に見られるように、一方のリングギアのＴ字アームの間に形成した取り外し爪挿入用溝から挿入した取り外し爪は、他方のリングギアのＴ字アームの先端中央に当接し、そしてその下に潜り込むことになる。

さらに、図１に示すように、出力軸を支持する軸受を収容する軸受ハウジングにも、最終段ギアユニットのＴ字アームを固定するため、リングギアに設けたのと同一の係合部を設けている。また、例示の構成は、第１段ギアユニットと駆動モータをねじによって固定している。このような場合、第１段ギアユニットには、係合部を設ける必要はない。但し、図１に例示の第２段と第３段のギアユニットのリングギアの形状、構成は全く同一にすることにより、部品を共通化して、コストダウンを図ることが可能となる。

次に、一方のリングギアに対して（或いは軸受ハウジングに対して）、他方のリングギアを取り付ける方法について説明する。一方のリングギアの係合部の上に、他方のリングギアのＴ字アームが配置されるような径方向位置関係で、かつ、円周方向には上述したように角度をずらせた位置関係で挿入する。Ｔ字アームを軸方向に押し込むにつれて、Ｔ字アームの幅広部の円周方向両側は、徐々に高さの高くなる係合突部のテーパー状斜面に当接するが、樹脂等で一体に形成されて弾性を有するＴ字アーム先端側は径方向外側に持ち上げられることにより、さらに押し込むことが可能になる。そして、図２（Ｂ）に示す最終位置で、Ｔ字アームユニットの幅広部は、係合突部のテーパー状斜面を過ぎて、係合突部に隣接する外周部溝内にＴ字アームの弾性復元力により入り込む。この位置で、Ｔ字アームは、その幅広部が軸方向前後に移動を規制され、かつ、そのＴ字アーム基部が、隣接する２つの係合突部により形成される溝内に入り込んで、円周方向のいずれの側への移動も規制される。このように、はめ込み部オス側をＴ字アーム、メス側を徐々に高さを高くしたテーパー状の係合突部とすることで、はめ込んだ際に回り止め防止、抜け防止の役目を持たせることが可能となる。また、これによりねじなどの締結部品を必要としない組立が可能となる。このように、本発明によれば、単独でアライメントしたギアユニットを１段ずつ固定することができるので、減速機全てをアライメントした後に固定するよりも、組立が簡単となる。

このように組立を完了した遊星歯車減速機は、その外径に実質上等しい内径を有する金属又は樹脂製等の円筒状ケースに収容して使用することが望ましい。Ｔ字アームは、それに係合する溝内に、その弾性力により確実に収容保持されているが、さらにケースに収容することで、Ｔ字アームが径方向外側に持ち上がることが阻止されて、その係合はより確実なものとなる。主に住宅用窓シャッターに就いては円筒状ケースの中に減速機とモータ等を収容して使用するため確実な遊星歯車減速機の収容保持が出来る。

図４は、ギアユニット段数を増減させた例を示す図であり、（Ａ）は２段の遊星歯車減速機を、（Ｂ）は５段の遊星歯車減速機を示している。本発明によれば、リングギアは前後に他のリングギアのはめ込みが可能であるため、必要とされるギア段数に応じたリングギア部品を製作することなく、ギア段数を何段にでも設定が可能である。これによって、新たな構成を有する部品を用いることなく、共通部品を用いるのみで、必要に応じて何段でもギアユニットを組み合わせることができるので、任意の減速比を得ることが可能である。

図５は、取り外し治具を例示する斜視図であり、（Ａ）と（Ｂ）は、見る方向のみを異にした全く同一の取り外し治具を示している。図示したように、円筒状部の一端側に、Ｔ字アームと同数の取り外し爪を一体に形成したものである。図２（Ｂ）に示すように、一方のリングギアの係合部に係止されている他方のリングギアのＴ字アームの係合を解除することにより、各段ユニットは分解可能である。このＴ字アームの係合解除は、他方のリングギアのＴ字アーム先端側を径方向外方向に持ち上げた状態で、他方のリングギアに対して一方のリングギアを引き離すことにより、分解できる。但し、図示の例では、円周上８個備えられているＴ字アームを、全て同時に持ち上げる必要がある。

図５に例示の取り外し治具は、８個のＴ字アームに同時に係合できるように、８個の取り外し爪の先端側はそれぞれ、Ｔ字アームの先端下側に潜り込み可能に厚さを薄くしている。さらに、取り外し爪は、治具を挿入するにつれてＴ字アームを持ち上げることができるように、径方向に高さを徐々に高くしたテーパー状にしている。

図６は、取り外し治具を用いてのリングギアの取り外しを説明する図である。図中左端のリングギアを取り外すために、今、それに隣接するリングギアのＴ字アーム先端側に、取り外し治具の爪を当接させるために進入させている。この後、さらに挿入して、８つのＴ字アームを同時に持ち上げた状態で、左端リングギアを引き抜けば、まず、そのリングギアのみを取り外すことができる。次に、同様にして、端部に位置するギアユニットから、１つずつ分解することができる。

このように、Ｔ字アームを溝部にはめ込む方式であるので容易に組み立てられるだけでなく、取り外し治具を使ってＴ字アーム部を持ち上げることで、容易に取り外しが可能であり、ねじなどの締結部品を必要としない。

３段の遊星歯車減速機の分解斜視図である。 （Ａ）に組立完了後の全体構成を示す斜視図を示し、図中Ｘ部の拡大図を（Ｂ）に示している。 本発明を具体化するリングギアの構成を例示する斜視図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は、見る方向のみを異にした同一のリングギアを示している。 ギアユニット段数を増減させた例を示す図であり、（Ａ）は２段の遊星歯車減速機を、（Ｂ）は５段の遊星歯車減速機を示している。 取り外し治具を例示する斜視図であり、（Ａ）と（Ｂ）は、見る方向のみを異にした同一の取り外し治具を示している。 取り外し治具を用いてのリングギアの取り外しを説明する図である。 従来技術による多段式の遊星歯車減速機を例示する分解斜視図である。 図７に示す遊星歯車減速機が一体に組み立てられたときの各段ユニットの歯車の配置を示す断面図である。 従来技術による分割構成の各段円筒状ハウジングケースを一体に組み立てた後に固着する４段遊星歯車式減速機を示す図である。

Claims (5)

1. 円筒内径に内歯車が形成されたリングギアと、その内歯車に噛み合うように配置される遊星ギアと、さらにこの遊星ギアと噛み合うようにその中央に配置される太陽ギアとをそれぞれが有する各段ギアユニットの複数段を、駆動モータと軸受ハウジングの間に固定した多段式の遊星歯車減速機において、
   前記リングギアは、軸方向の一方の側において円周上間隔をあけて、先端側を幅広く形成した複数個のＴ字アームを備え、かつ、軸方向他方の側の円周面上に、隣接するリングギアのＴ字アームを係合固定するための係合部を備え、
   リングギアをはめ込み式にすることにより、複数段のギアユニットを一体に分解可能に結合したことから成る多段式の遊星歯車減速機。
2. 前記係合部は、前記Ｔ字アームの先端側を幅広く形成した幅広部を収容する外周部溝を備えて、軸方向前後の移動を規制すると共に、Ｔ字アームと同数備えられる複数の係合突部を備えて、隣接する係合突部により形成される溝内に前記Ｔ字アームの基部を収容して、円周方向の移動を規制することから成る請求項１に記載の多段式の遊星歯車減速機。
3. Ｔ字アームを径方向外側に持ち上げるための取り外し治具の爪部を、一体に組み立てられた隣接ギアユニットのＴ字アームの先端側から挿入可能にする軸方向溝を、ギアユニット外周面上に備え、かつ、前記爪部の挿入を容易にするように、Ｔ字アームの先端側の厚さを薄くした請求項１に記載の多段式の遊星歯車減速機。
4. 一体に組み立てられたとき隣接するリングギアは、一方のリングギアの隣接Ｔ字アーム間の円周方向中央に、隣接するリングギアのＴ字アームがそれぞれ位置するように、隣接するリングギアを互いに角度的にずらせて配置した請求項１に記載の多段式の遊星歯車減速機。
5. 前記リングギアに備えたのと同一構成の係合部を、前記軸受ハウジングに備えて、該軸受ハウジングと最終段リングギアをはめ込み式により一体に結合した請求項１に記載の多段式の遊星歯車減速機。