JP2014059017A - 歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易で、変速比の設定自由度が高く、より高い変速比が得られる歯車装置を実現する。
【解決手段】歯車装置を、太陽軸１０の軸心上に歯車中心が位置し、外歯車である第１太陽歯車１と、太陽軸の軸心上に歯車中心が位置し、外歯車である第２太陽歯車２と、第１太陽歯車と噛み合って自転して太陽軸の軸心を回転中心として公転し、外歯車である第１遊星歯車３と、第２太陽歯車と噛み合って自転して太陽軸の軸心を回転中心として公転し、外歯車である第２遊星歯車４と、第１遊星歯車及び第２遊星歯車の歯車中心が軸心上に位置するように第１遊星歯車及び第２遊星歯車が取り付けられている遊星歯車軸７とを備えるものとし、第１太陽歯車と第２太陽歯車の向きが同じで、かつ、第１遊星歯車と第２遊星歯車の向きが同じになっているか、又は、第１太陽歯車と第２太陽歯車の向きが逆で、かつ、第１遊星歯車と第２遊星歯車の向きが逆になっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車装置に関する。

従来、例えば変速機などに用いられる歯車装置として、例えば遊星歯車装置がある。
この遊星歯車装置は、一般に、例えば１０以下の減速比のように低い変速比が得られれば良い場合には１段で用いられ、さらに高い変速比（減速比）を得たい場合には多段に組み合わせて用いられる。
このほか、高い変速比を得たい場合には、ハーモニックドライブ（登録商標）、サイクロ減速機、差動歯車装置などの歯車装置が用いられる。

これらの歯車装置は、いずれも内歯車を用いた歯車装置である。
このように、高い変速比を得たい場合には、内歯車を用いた歯車装置を用いるのが一般的である。

特公昭６３−１９３６６号公報

しかしながら、内歯車を用いた歯車装置は、内歯車の加工が難しいため、製造が難しい。
また、内歯車を用いた歯車装置は、歯数の制約があるため、変速比の設定自由度が低く、また、高い変速比が得られると言っても限界がある。例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）では、１００〜２００程度の減速比しか得られず、この範囲よりも高い減速比や低い減速比を得ることができない。また、差動歯車装置では、３００程度の減速比を得るのが限界である。また、１０程度の減速比が限界である遊星歯車装置を多段に組み合わせることで、これらと同等又はそれ以上の高い減速比を実現することも考えられるが、高い減速比を得るために段数を増やすほど、装置が大型化し、伝達効率が下がり、コストが高くなるという課題がある。例えば、遊星歯車装置を２〜３段組み合わせて２０〜３０程度の減速比が得られるようにすることはありうるが、それ以上の減速比を得るために段数を増やすことは、装置の大きさ、伝達効率、コストの面でデメリットが大きい。

そこで、製造が容易で、変速比の設定自由度が高く、より高い変速比が得られる歯車装置を実現したい。

本歯車装置は、太陽軸の軸心上に歯車中心が位置し、外歯車である第１太陽歯車と、太陽軸の軸心上に歯車中心が位置し、外歯車である第２太陽歯車と、第１太陽歯車と噛み合って自転するとともに太陽軸の軸心を回転中心として公転し、外歯車である第１遊星歯車と、第２太陽歯車と噛み合って自転するとともに太陽軸の軸心を回転中心として公転し、外歯車である第２遊星歯車と、第１遊星歯車及び第２遊星歯車の歯車中心が軸心上に位置するように第１遊星歯車及び第２遊星歯車が取り付けられている遊星歯車軸とを備え、第１太陽歯車と第２太陽歯車の向きが同じで、かつ、第１遊星歯車と第２遊星歯車の向きが同じになっているか、又は、第１太陽歯車と第２太陽歯車の向きが逆で、かつ、第１遊星歯車と第２遊星歯車の向きが逆になっている。

したがって、本歯車装置によれば、製造が容易で、変速比の設定自由度が高く、より高い変速比が得られる歯車装置を実現できるという利点がある。

本実施形態にかかる歯車装置の構成を示すケースを破断した模式的斜視図である。 本実施形態にかかる歯車装置の構成を示す模式的断面図である。 本実施形態にかかる歯車装置の一部を示す模式的斜視図である。 本実施形態にかかる歯車装置の変形例の構成を示す模式的平面図である。 一般的な遊星歯車装置の構成を示す模式図である。 一般的なデファレンシャルギヤの構成を示す模式図である。 一の比較例の歯車装置の構成を示す模式図である。 他の比較例の歯車装置の構成を示す模式図である。 本実施形態にかかる歯車装置の第１変形例の構成を示す模式的斜視図である。 本実施形態にかかる歯車装置の第２変形例の構成を示すケースを破断した模式的斜視図である。 本実施形態にかかる歯車装置の第２変形例の構成を示す模式的断面図である。 本実施形態にかかる歯車装置の第２変形例の一構成例を示す模式図である。 本実施形態にかかる歯車装置の第３変形例の構成を示すケースを破断した模式的斜視図である。

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる歯車装置について、図１〜図８を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる歯車装置は、減速機（変速機）として用いられる。
本歯車装置は、図１、図２に示すように、第１太陽歯車としての静止歯車１と、第２太陽歯車としての出力歯車２と、第１遊星歯車３と、第２遊星歯車４と、入力軸（第１回転軸）５と、出力軸（第２回転軸）６と、遊星歯車軸７とを備え、これらがケース８に収納されている。なお、歯車装置を歯車機構ともいう。また、図１ではケース８だけを半分に切断して内部を示している。

ここで、入力軸５と出力軸６は、ケース８の中央に同軸で配置されている。ここでは、ケース８の上面には、その中央に開口部が設けられており、この開口部に入力軸５が挿入され、ベアリング９Ａを介して、入力軸５がケース８に回転可能に支持されている。また、ケース８の下面には、その中央に開口部が設けられており、この開口部に出力軸６が挿入され、ベアリング９Ｂを介して、出力軸６がケース８に回転可能に支持されている。また、同軸で配置されている入力軸５及び出力軸６の軸心を回転中心として第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４が公転するようになっている。このため、入力軸５及び出力軸６を、太陽軸１０という。

静止歯車１は、外歯車（ここでは傘歯車）であり、太陽軸１０と同軸で、即ち、太陽軸１０としての出力軸６の軸心上に歯車中心が位置するように、ケース８にネジ１１で固定されており、回転不能になっている。ここでは、ケース８に固定された静止歯車１の中央に開口部が設けられており、この開口部に出力軸６が挿入され、ベアリング９Ｃを介して、出力軸６が静止歯車１に回転可能に支持されている。

出力歯車２は、外歯車（ここでは傘歯車）であり、太陽軸１０と同軸で、即ち、太陽軸１０としての出力軸６の軸心上に歯車中心が位置するように、出力軸６に固定されている。ここでは、出力歯車２は、出力軸６の端部に一体に形成されている。つまり、出力歯車２を出力軸６の端部に一体形成した場合も、出力歯車２が出力軸６の端部に固定されている場合に含まれるものとする。この場合、出力歯車２は、太陽軸１０としての出力軸６に支持され、出力軸６と同期して回転することになる。そして、出力軸６は、ベアリング９Ｂ、９Ｃを介して、静止歯車１及びケース８に回転可能に支持されている。このため、出力歯車２は、出力軸６及びベアリング９Ｂ、９Ｃを介して、静止歯車１及びケース８に回転可能に支持されていることになる。ここでは、出力歯車２は、静止歯車１の内側に配置されている。つまり、静止歯車１と出力歯車２とは、積層された構造になっている。そして、内側に配置される出力歯車２は、外側に配置される静止歯車１よりも径が小さくなっている。また、出力歯車２の上面には、その中央に凹みが設けられており、この凹みに取り付けられたベアリング９Ｄを介して、入力軸５が回転可能に支持されている。このため、入力軸５は、ベアリング９Ａ、９Ｄを介して、ケース８及び出力歯車２に回転可能に支持されていることになる。このようにして、入力軸５と出力軸６とが同軸で配置され、別々に回転するようになっている。

遊星歯車軸７は、入力軸５に直交して取り付けられ、入力軸５に支持されている。この場合、太陽軸１０としての入力軸５の軸心と遊星歯車軸７の軸心とは交差（ここでは直交）することになる。ここでは、入力軸５は、交差（ここでは直交）する方向に貫通穴を備え、この貫通穴に遊星歯車軸７が挿入されて、入力軸５に遊星歯車軸７が固定されている。

そして、遊星歯車軸７と同軸で、即ち、遊星歯車軸７の軸心上に第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４の歯車中心が位置するように、遊星歯車軸７に第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４が取り付けられている。
第２遊星歯車４は、外歯車（ここでは傘歯車）であり、出力歯車２に噛み合うように、遊星歯車軸７にベアリング９Ｅ、９Ｆを介して回転可能に取り付けられている。つまり、第２遊星歯車４の中央に設けられた開口部に遊星歯車軸７が挿入され、ベアリング９Ｅ、９Ｆを介して、第２遊星歯車４が遊星歯車軸７に回転可能に支持されている。ここでは、遊星歯車軸７の両端のそれぞれに、ベアリング９Ｅ、９Ｆを介して、第２遊星歯車４が回転可能に取り付けられている。このように、複数の第２遊星歯車４を備えるものとしている。また、第２遊星歯車４は、第２太陽歯車としての出力歯車２と噛み合って自転するとともに太陽軸１０としての入力軸５の軸心を回転中心（公転中心）として公転するようになっている。つまり、第２遊星歯車４は、遊星歯車軸７回りに自転するとともに、太陽軸１０としての入力軸５回りに公転するようになっている。なお、第２遊星歯車４は、遊星歯車軸７回りに自転するため、遊星歯車軸７を自転軸ともいう。

第１遊星歯車３は、外歯車（ここでは傘歯車）であり、静止歯車１に噛み合うように、第２遊星歯車４の外側に取り付けられている。つまり、第１遊星歯車３と第２遊星歯車４とは、積層された構造になっている。ここでは、遊星歯車軸７の両端のそれぞれに第２遊星歯車４が取り付けられているため、これらの第２遊星歯車４のそれぞれの外側に第１遊星歯車３が取り付けられている。このように、複数の第１遊星歯車３を備えるものとしている。そして、内側に配置される第２遊星歯車４は、外側に配置される第１遊星歯車３よりも径が小さくなっている。ここでは、第２遊星歯車４は、遊星歯車軸７の軸方向に沿って外側へ延びる部分を備え、この部分の外周に第１遊星歯車３が嵌合（結合）されて、第２遊星歯車４に第１遊星歯車３が固定されている。このため、第１遊星歯車３は、第２遊星歯車４及びベアリング９Ｅ、９Ｆを介して、遊星歯車軸７に取り付けられていることになる。また、第１遊星歯車３は、第２遊星歯車４と同期して同方向に回転することになる。また、第１遊星歯車３は、第１太陽歯車としての静止歯車１と噛み合って自転するとともに太陽軸１０としての入力軸５の軸心を回転中心（公転中心）として公転するようになっている。つまり、第１遊星歯車３は、遊星歯車軸７回りに自転するとともに、太陽軸１０としての入力軸５回りに公転するようになっている。なお、第１遊星歯車３は、遊星歯車軸７回りに自転するため、遊星歯車軸７を自転軸ともいう。

なお、ここでは、入力軸５に遊星歯車軸７が固定されており、遊星歯車軸７にベアリング９Ｅ、９Ｆを介して第２遊星歯車４が回転可能に取り付けられ、第２遊星歯車４に第１遊星歯車３が固定されているが、これに限られるものではなく、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４が、入力軸５の軸心を回転中心として公転し、かつ、遊星歯車軸７の回りを自転するように取り付けられていれば良い。例えば、入力軸５にベアリングを介して遊星歯車軸７を回転可能に取り付け、遊星歯車軸７に第２遊星歯車４を固定し、第２遊星歯車４に第１遊星歯車３を固定しても良い。

特に、本実施形態では、図３に示すように、第１太陽歯車としての静止歯車１と第２太陽歯車としての出力歯車２の向きが同じで、かつ、第１遊星歯車３と第２遊星歯車４の向きが同じになっている。つまり、本実施形態では、向きを揃えて積層された構造になっている第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４は、それぞれ、同じ側で、向きを揃えて積層された構造になっている静止歯車１及び出力歯車２に噛み合っている。ここでは、静止歯車１、出力歯車２、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４は、いずれも、外歯車であるため、外歯車同士が噛み合うことになる。本実施形態のように、外歯車として傘歯車を用いる場合、傘歯車は、伝達交軸の交点（ここでは遊星歯車軸７の軸心Ｘと太陽軸１０の軸心Ｙの交点）に円すい母線Ｚが向くように加工すれば良いため、異なる歯数の組み合わせでも、伝達可能である。そして、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４の歯車中心は、遊星歯車軸７の軸心Ｘ上に位置するようになっており、また、静止歯車１及び出力歯車２の歯車中心は、太陽軸１０の軸心Ｙ上に位置するようになっている。また、太陽軸１０の軸心Ｙと遊星歯車軸７の軸心Ｘとは交差（ここでは直交）している。つまり、一般的な遊星歯車装置のような遊星歯車軸の軸心と太陽軸の軸心が平行になっているものと異なり、遊星歯車軸７の軸心Ｘと太陽軸１０の軸心Ｙとが交差するようになっており、交差軸伝達である。このため、本歯車装置を、交差伝達歯車機構又は交差伝達遊星歯車機構ともいう。このように、本歯車装置では、遊星歯車軸７を太陽軸１０に交差（ここでは直交）させ、各歯車１〜４に外歯車を用いている。

ここでは、上述のように、静止歯車１、出力歯車２、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４に、外歯車としての傘歯車を用いているが、傘歯車としては、例えば、スグバカサ歯車、ハスバカサ歯車、マガリバカサ歯車などがある。このほか、外歯車としては、ゼロールベベルギヤ、フェースギヤ、クラウンギヤなどを用いることもできる。これらは、傘歯車と同様に、軸が交差するものである。なお、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４が、静止歯車１及び出力歯車２に対して、公転することができれば良く、これらの歯車の軸が交差していることは必須ではない。例えば、静かで強いという優れた特性を持ち、軸（伝達軸）が交差せずにずれている、即ち、食い違い軸であるハイポイドギヤを用いることもできる。つまり、静止歯車１と第１遊星歯車３によってハイポイドギヤを構成し、出力歯車２と第２遊星歯車４によってハイポイドギヤを構成することもできる。このハイポイドギヤを用いる場合、図４に示すように、遊星歯車軸７が太陽軸１０に対してオフセットされたものとなる。つまり、遊星歯車軸７の軸心Ｘが太陽軸１０の軸心Ｙに対してオフセットされたものとなる。このようにオフセットされていても、オフセットは一定に保たれて、図４中、破線で示すように、第１遊星歯車及び第２遊星歯車は太陽軸１０を回転中心として公転することになる。このように、伝達軸である遊星歯車軸７と太陽軸１０とが交差していることは必須ではなく、太陽軸１０の軸心Ｙと遊星歯車軸７の軸心Ｘとが食い違っていても良い。つまり、伝達軸が平行でないもの、即ち、伝達軸が交差しているもの及び伝達軸が食い違っているものであれば良い。要するに、太陽軸１０の軸心Ｙと遊星歯車軸７の軸心Ｘとが平行でないもの、即ち、太陽軸１０の軸心Ｙと遊星歯車軸７の軸心Ｘとが交差しているもの、及び、太陽軸１０の軸心Ｙと遊星歯車軸７の軸心Ｘとが食い違っているものであれば良い。

また、ここでは、上述のように、遊星歯車軸７を太陽軸１０に直交させ、交差伝達の軸角を９０°にしているが（例えば図３参照）、これに限られるものではなく、例えば約４５°〜１２０°程度の軸角を有する交差伝達であれば良い。
また、ここでは、図１、図２に示すように、遊星歯車軸７の両端のそれぞれに第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４が取り付けられているため、一方の側で、一方の第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４が、それぞれ、静止歯車１及び出力歯車２に噛み合っており、これの反対側の他方の側で、他方の第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４が、それぞれ、静止歯車１及び出力歯車２に噛み合っている。このように、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４を、一方の側だけでなくこれと反対側の他方の側にも設けることで、カウンタバランスの役割と伝達能力を向上させる役割とを果たすようにしている。なお、ここでは、公転円周上の２箇所に第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４を設けているが、これに限られるものではなく、複数個所に第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４を設けても良い。つまり、積層された構造になっている１つの第１遊星歯車３と１つの第２遊星歯車４を１組として、複数組設けても良い。但し、伝達能力を考慮すれば第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４を設ける箇所を増やすのが良いが、これらを設ける箇所が増えるとフライホイール効果が大きくなり、コストも上がってしまうことになる。

このような構成を備える歯車装置において、入力軸５が回転すると、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４がそれぞれ静止歯車１及び出力歯車２に噛み合って公転及び自転し、出力歯車２が回転して、出力歯車２に固定されている出力軸６が回転する。これにより、入力軸５に入力された回転速度が、変速（減速）されて、出力軸６から出力されることになる。

ここで、上述のように、内側に配置する出力歯車２及び第２遊星歯車４を、外側に配置する静止歯車１及び第１遊星歯車３よりも径を小さくしている。この場合、高い減速比を得ようとするほど、これらの４つの歯車１〜４の歯数差を小さくすることが必要になるが、そうすると、内側に配置する出力歯車２及び第２遊星歯車４の歯タケが小さくなってしまい、伝達能力が下がってしまうことになる。このため、内側に配置する出力歯車２及び第２遊星歯車４の歯数を少なくするのが好ましく、配置できる空間等を考慮して、内側に配置する出力歯車２及び第２遊星歯車４の歯数を、外側に配置する静止歯車１及び第１遊星歯車３の歯数に比べて半分程度にするのが好ましい。

ここで、静止歯車１の歯数をＺｃとし、出力歯車２の歯数をＺｂとし、第１遊星歯車３の歯数をＺｄとし、第２遊星歯車４の歯数をＺａとする場合、減速比は、次式によって表すことができる。
減速比＝１／［１−（Ｚａ／Ｚｂ）・（Ｚｃ／Ｚｄ）］
＝１／［１−（Ｚａ・Ｚｃ）／（Ｚｂ・Ｚｄ）］
例えば、以下の表１に示すように、静止歯車１の歯数Ｚｃを３７とし、出力歯車２の歯数Ｚｂを２５とし、第１遊星歯車３の歯数Ｚｄを４０とし、第２遊星歯車４の歯数Ｚａを２７とすることで、減速比１０００という高い減速比を実現することが可能である。なお、歯数の組み合わせは数万通り考えられるが、以下の表１ではその一例を示している。

また、例えば、静止歯車１の歯数Ｚｃを３０とし、出力歯車２の歯数Ｚｂを２７とし、第１遊星歯車３の歯数Ｚｄを４０とし、第２遊星歯車４の歯数Ｚａを１８とすることで、減速比２という低い減速比を実現することも可能である。
また、例えば、静止歯車１の歯数Ｚｃを３３とし、出力歯車２の歯数Ｚｂを２０とし、第１遊星歯車３の歯数Ｚｄを４０とし、第２遊星歯車４の歯数Ｚａを２４とすることで、減速比１００という中間の減速比を実現することも可能である。

また、静止歯車１の歯数Ｚｃを４１とし、出力歯車２の歯数Ｚｂを４０とし、第１遊星歯車３の歯数Ｚｄを４０とし、第２遊星歯車４の歯数Ｚａを３９とすることで、減速比１６００という、より高い減速比を実現することも可能である。
また、静止歯車１の歯数Ｚｃを４０とし、出力歯車２の歯数Ｚｂを３９とし、第１遊星歯車３の歯数Ｚｄを４１とし、第２遊星歯車４の歯数Ｚａを４０とすることで、減速比−１５９９という、回転方向が逆方向の高い減速比を実現することも可能である。

例えば、２つの太陽歯車及び２つの遊星歯車を用いる場合、歯数の組み合わせをＮ−１、Ｎ、Ｎ、Ｎ＋１とすると、次式のように、１−Ｎ^２（負の最大；回転方向が逆方向の場合の最大）からＮ^２（正の最大）までの減速比を実現することが可能である。

このように、本歯車装置によれば、高い減速比（変速比）が得られ、また、低い減速比から高い減速比まで幅広い減速比の設定が可能となる。特に、上述のように、静止歯車１、出力歯車２、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４は、いずれも、外歯車であり、加工が容易である。このように、内歯車を用いないため、内歯車を用いた歯車装置と比較して、歯車装置の製造が容易である。この結果、小ロットの短納期生産が可能となる。また、ハーモニックドライブ（登録商標）のように特殊な歯車を用いることもないため、コストを低く抑えることが可能である。また、各歯車１〜４の歯数に制約が少ないため、即ち、全ての歯車１〜４の歯数が全て同じにならない限り、減速機として機能させることができるため、歯数の組み合わせを自由に選択して幅広い減速比を設定でき、減速比（変速比）の設定自由度が高い。このように、低い減速比から高い減速比までの所望の減速比を同一の構成を有する歯車装置によって実現することができるため、従来のように減速比によって異なる構成の歯車装置を使い分け、それぞれを設計する必要がなくなる。また、静止歯車１と第１遊星歯車３との間の伝達と、出力歯車２と第２遊星歯車４との間の伝達の２回の歯車伝達だけで高い減速比を実現することが可能である。このため、一般的な遊星歯車装置を多段に組み合わせて高い減速比を実現する場合と比較して、少ない歯車で高い減速比まで対応でき、伝達効率が向上し、装置を小型化することができ、コストを低く抑えることが可能である。

ところで、上述のように構成される歯車装置では、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４を公転させないで自転させると、第１太陽歯車としての静止歯車１と第２太陽歯車としての出力歯車２とは同方向へ回転することになる。このように、遊星歯車を公転させないで自転させた場合に、２つの太陽歯車の回転方向が同方向になるのが差動減速機の特徴である。つまり、遊星歯車が公転しないようにしながら一方の太陽歯車を回転させた場合に、他方の太陽歯車の回転方向が同方向であれば、差動減速機である。これに対し、図５に示すような一般的な遊星歯車装置では、遊星歯車を公転させないで自転させると、太陽歯車と内歯車とは逆方向へ回転することになる。また、図６に示すような一般的なデファレンシャルギヤでは、２つの歯車１００、１０１に噛み合って公転する歯車１０２を公転させないで自転されると、２つの歯車１００、１０１は逆方向へ回転することになる。

また、上述のように構成される本実施形態の歯車装置では、出力軸６から出力される回転速度（回転数）は、１−（Ｚａ・Ｚｃ）／（Ｚｂ・Ｚｄ）であり、「遊星歯車・差動歯車装置の設計」日刊工業新聞社に記載されている式と同じ式であり、差動となっている。この点は、例えば図７に示すような歯車装置や例えば図８に示すような歯車装置であっても同様である。つまり、例えば図７に示すような歯車装置では、腕を回して内歯車の静止歯車（歯数Ｚａ）の内周を外歯車の第１遊星歯車（歯数Ｚｂ）を内転させると、腕によって連結されている外歯車の第２遊星歯車（歯数Ｚｃ）が内歯車の出力歯車（歯数Ｚｄ）の内周を内転し、出力歯車が回転することになる。このような歯車装置の場合も、出力歯車から出力される回転速度は、１−（Ｚａ・Ｚｃ）／（Ｚｂ・Ｚｄ）であり、差動となっている。また、例えば図８に示すような歯車装置では、腕を回して外歯車の静止歯車（歯数Ｚａ）の外周を外歯車の第１遊星歯車（歯数Ｚｂ）を外転させると、腕によって連結されている外歯車の第２遊星歯車（歯数Ｚｃ）が外歯車の出力歯車（歯数Ｚｄ）の外周を外転し、出力歯車が回転することになる。このような歯車装置の場合も、出力歯車から出力される回転速度は、１−（Ｚａ・Ｚｃ）／（Ｚｂ・Ｚｄ）であり、差動となっている。このため、図７に示すような歯車装置や図８に示すような歯車装置を用いた減速機も公転差動減速機である。しかしながら、図７に示すような歯車装置では、内歯車を用いているため、製造が難しく、また、歯数の制約があるため、変速比の設定自由度が低い。また、図８に示すような歯車装置では、装置が大型化する。そこで、上述のように構成される本実施形態の歯車装置では、回転伝達方法として、これらの内転、外転を用いずに、太陽歯車や遊星歯車に外歯車のみを用い、さらに、例えば傘歯車を用いた交差軸伝達又は例えばハイポイドギヤを用いた食い違い軸伝達を用いている。このように、交差軸伝達又は食い違い軸伝達を用いることで、図８に示すように静止歯車や出力歯車の外側を第１遊星歯車及び第２遊星歯車が公転（外転）する歯車装置の場合と比較して、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４の公転半径が小さくなり、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４自体の回転数も少なくすることができる。これにより、装置が小型化され、また、フライホイール効果が小さい歯車装置を実現することが可能となる。なお、デファレンシャルギヤのように単に傘歯車を公転させても変速機（減速機）として用いることができない。このため、上述したように、第１太陽歯車としての静止歯車１と第２太陽歯車としての出力歯車２の向きを同じにし、かつ、第１遊星歯車３と第２遊星歯車４の向きを同じにし、第１遊星歯車３と第２遊星歯車４とを、それぞれ、同じ側で、静止歯車１と出力歯車２とに噛み合わせるようにしている。この場合、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４を公転させないで自転させると、第１太陽歯車としての静止歯車１と第２太陽歯車としての出力歯車２とは同方向へ回転することになる。

したがって、本実施形態にかかる歯車装置によれば、製造が容易で、変速比の設定自由度が高く、より高い変速比が得られる歯車装置を実現できるという利点がある。
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、入力軸５に遊星歯車軸７を取り付け、入力軸５を回転駆動することで遊星歯車軸７が回転するようになっているが、これに限られるものではなく、例えば図９に示すように、太陽軸１０としての出力軸６を回転中心とする腕２０によって遊星歯車軸７を支持するようにし、この腕２０を回転駆動することで遊星歯車軸７を回転させるようにし、出力歯車２に腕２０に設けられた開口部を貫通する出力軸６を取り付けるようにしても良い。これを第１変形例という。

また、例えば、上述の実施形態では、第１太陽歯車としての静止歯車１と第２太陽歯車としての出力歯車２の向きが同じで、かつ、第１遊星歯車３と第２遊星歯車４の向きが同じになっているが、これに限られるものではない。
例えば、図１０、図１１に示すように、第１太陽歯車しての静止歯車１と第２太陽歯車としての出力歯車２の向きが逆で、かつ、第１遊星歯車３と第２遊星歯車４の向きが逆になっていても良い。つまり、静止歯車１と出力歯車２とを逆向きにして、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４を挟んで両側に（ここでは上下に）配置する。また、第１遊星歯車３と第２遊星歯車４とを逆向きにして、静止歯車１及び出力歯車２を挟んで両側に（ここでは左右に）配置する。そして、一方の側で静止歯車１に第１遊星歯車３のみが噛み合い、他方の側で出力歯車２に第２遊星歯車４のみが噛み合うようにする。つまり、第１遊星歯車３は、静止歯車１には噛み合うが、出力歯車２には噛み合わず、第２遊星歯車４は、出力歯車２に噛み合うが、静止歯車１には噛み合わないようにする。これを第２変形例という。

この第２変形例の歯車装置は、上述の実施形態の場合と同様に、第１太陽歯車としての静止歯車１と、第２太陽歯車としての出力歯車２と、第１遊星歯車３と、第２遊星歯車４と、入力軸（第１回転軸）５と、出力軸（第２回転軸）６と、遊星歯車軸７とを備え、これらがケース８に収納されている。なお、図１０ではケース８だけを半分に切断して内部を示している。

ここで、入力軸５と出力軸６は、ケース８の中央に同軸で配置されている。ここでは、ケース８の上面には、その中央に開口部が設けられており、この開口部に入力軸５が挿入され、ベアリング９Ｇを介して、入力軸５がケース８に回転可能に支持されている。また、ケース８の下面には、その中央に開口部が設けられており、この開口部に出力軸６が挿入され、ベアリング９Ｈ、９Ｉを介して、出力軸６がケース８に回転可能に支持されている。また、同軸で配置されている入力軸５及び出力軸６の軸心を回転中心として第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４が公転するようになっている。このため、入力軸５及び出力軸６を、太陽軸１０という。

静止歯車１は、外歯車（ここでは傘歯車）であり、太陽軸１０と同軸で、即ち、太陽軸１０としての入力軸５の軸心上に歯車中心が位置するように、ケース８にネジ１１で固定されており、回転不能になっている。ここでは、ケース８に固定された静止歯車１の中央に開口部が設けられており、この開口部に入力軸５が挿入され、ベアリング９Ｊを介して、入力軸５が静止歯車１に回転可能に支持されている。

出力歯車２は、外歯車（ここでは傘歯車）であり、太陽軸１０と同軸で、即ち、太陽軸１０としての出力軸６の軸心上に歯車中心が位置するように、出力軸６に固定されている。ここでは、出力歯車２は、静止歯車１の反対側に逆向きにして配置されている。そして、出力歯車２と静止歯車１とは、同程度の径になっている。また、ここでは、出力歯車２は、出力軸６の端部に一体に形成されている。つまり、出力歯車２を出力軸６の端部に一体形成した場合も、出力歯車２が出力軸６の端部に固定されている場合に含まれるものとする。この場合、出力歯車２は、太陽軸１０としての出力軸６に支持され、出力軸６と同期して回転することになる。そして、出力軸６は、ベアリング９Ｈ、９Ｉを介して、ケース８に回転可能に支持されている。このため、出力歯車２は、出力軸６及びベアリング９Ｈ、９Ｉを介して、ケース８に回転可能に支持されていることになる。また、出力歯車２の上面には、その中央に凹みが設けられており、この凹みに取り付けられたベアリング９Ｋを介して、入力軸５が回転可能に支持されている。このため、入力軸５は、ベアリング９Ｇ、９Ｊ、９Ｋを介して、ケース８、静止歯車１及び出力歯車２に回転可能に支持されていることになる。このようにして、入力軸５と出力軸６とが同軸で配置され、別々に回転するようになっている。

遊星歯車軸７は、入力軸５に交差して取り付けられ、入力軸５に支持されている。この場合、太陽軸１０としての入力軸５の軸心と遊星歯車軸７の軸心とは交差することになる。ここでは、入力軸５は、交差する方向に貫通穴を備え、この貫通穴に遊星歯車軸７が挿入されて、ベアリング９Ｌ、９Ｍを介して、入力軸５に遊星歯車軸７が回転可能に支持されている。

そして、遊星歯車軸７と同軸で、即ち、遊星歯車軸７の軸心上に第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４の歯車中心が位置するように、遊星歯車軸７に第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４が取り付けられている。ここでは、遊星歯車軸７の一方の端部に第１遊星歯車３が固定されており、他方の端部に第２遊星歯車４が固定されている。つまり、第１遊星歯車３と第２遊星歯車４は、遊星歯車軸７の両端のそれぞれに逆向きにして配置されている。このため、第１遊星歯車３と第２遊星歯車４とは、同期して同方向に回転することになる。そして、第１遊星歯車３と第２遊星歯車４とは、同程度の径になっている。

第２遊星歯車４は、外歯車（ここでは傘歯車）であり、出力歯車２に噛み合うように、遊星歯車軸７に固定されている。つまり、第２遊星歯車４の中央に設けられた開口部に遊星歯車軸７が挿入され、第２遊星歯車４が遊星歯車軸７に固定されている。また、第２遊星歯車４は、第２太陽歯車としての出力歯車２と噛み合って自転するとともに太陽軸１０としての入力軸５の軸心を回転中心（公転中心）として公転するようになっている。つまり、第２遊星歯車４は、遊星歯車軸７回りに自転するとともに、太陽軸１０としての入力軸５回りに公転するようになっている。なお、第２遊星歯車４は、遊星歯車軸７回りに自転するため、遊星歯車軸７を自転軸ともいう。

第１遊星歯車３は、外歯車（ここでは傘歯車）であり、静止歯車１に噛み合うように、遊星歯車軸７に固定されている。つまり、第１遊星歯車３の中央に設けられた開口部に遊星歯車軸７が挿入され、第１遊星歯車３が遊星歯車軸７に固定されている。また、第１遊星歯車３は、第１太陽歯車としての静止歯車１と噛み合って自転するとともに太陽軸としての入力軸５の軸心を回転中心（公転中心）として公転するようになっている。つまり、第１遊星歯車３は、遊星歯車軸７回りに自転するとともに、太陽軸１０としての入力軸５回りに公転するようになっている。なお、第１遊星歯車３は、遊星歯車軸７回りに自転するため、遊星歯車軸７を自転軸ともいう。

なお、ここでは、入力軸５に遊星歯車軸７がベアリング９Ｌ、９Ｍを介して回転可能に支持されており、遊星歯車軸７に第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４が固定されているが、これに限られるものではなく、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４が、入力軸５の軸心を回転中心として公転し、かつ、遊星歯車軸７の回りを自転するように取り付けられていれば良い。例えば、入力軸５に遊星歯車軸７を固定し、遊星歯車軸７の一方の端部にベアリングを介して第１遊星歯車３を回転可能に取り付けるとともに、遊星歯車軸７の他方の端部にベアリングを介して第２遊星歯車４を回転可能に取り付けるようにしても良い。

このような構成を備える第２変形例の歯車装置では、入力軸５が回転すると、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４がそれぞれ静止歯車１及び出力歯車２に噛み合って公転及び自転し、出力歯車２が回転して、出力歯車２に固定されている出力軸６が回転する。つまり、入力軸５が回転すると、遊星歯車軸７が太陽軸１０を中心に回転し、第１遊星歯車３が静止歯車１に噛み合って回転し、遊星歯車軸７が自転し、第２遊星歯車４が回転し、出力歯車２が回転して、出力歯車２に固定されている出力軸６が回転する。これにより、入力軸５に入力された回転速度が、変速（減速）されて、出力軸６から出力されることになる。

この場合、上述の実施形態の各歯車１〜４をそのまま用いて、例えば図１２に示すように構成しても良いが、この第２変形例では、上述の実施形態のような内側に配置する歯車２、４を小さくする（即ち、内側に配置する歯車２、４の歯数を少なくする）という制約はない。そこで、図１０、図１１に示すように、第１太陽歯車としての静止歯車１、第２太陽歯車としての出力歯車２、第１遊星歯車及び第２遊星歯車の大きさ（直径）を同程度にし、遊星歯車軸７を傾斜させることで、一方の側で静止歯車１に第１遊星歯車３のみが噛み合い、他方の側で出力歯車２に第２遊星歯車４のみが噛み合うようにしている。ここでは、太陽軸１０の軸心に対して軸心が直交する位置に対して遊星歯車軸７を傾斜させている。なお、通常、歯車は軸同士が９０度に直交するように構成されているが、必ずしも９０度に直交している必要はないため、このように遊星歯車軸７を傾けることは可能である。これにより、上述の実施形態のものよりも小型化を図りながら、上述の実施形態の場合と同程度の高い減速比を実現することができる。例えば、静止歯車１の歯数を３３とし、第１遊星歯車３の歯数を３２とし、第２遊星歯車４の歯数を３１とし、出力歯車３の歯数を３２とすることで、減速比１０２４という高い減速比を実現することができる。この場合、４つの歯車１〜４の中の最も多い歯数は３３であり、上述の実施形態において減速比１０００を得る場合の最も多い歯数である４０よりも少ないため、各歯車１〜４の大きさを小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。また、上述の表１中、減速比−１５９９や１６００といった、より高い減速比を実現するのも容易である。なお、上述の実施形態の場合、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４を２組以上配置できるのに対し、この第２変形例ではそれが難しいため、伝達能力を考慮すると、上述の第１実施形態の方が有利である。

この場合も、上述の実施形態の場合と同様に、静止歯車１、出力歯車２、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４は、いずれも、外歯車であるため、外歯車同士が噛み合うことになる。そして、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４の歯車中心は、遊星歯車軸７の軸心上に位置するようになっており、また、静止歯車１及び出力歯車２の歯車中心は、太陽軸１０の軸心上に位置するようになっている。また、太陽軸１０の軸心と遊星歯車軸７の軸心とは交差している。

但し、上述のように、遊星歯車軸７を傾斜させて、一方の側で静止歯車１に第１遊星歯車３のみが噛み合い、他方の側で出力歯車２に第２遊星歯車４のみが噛み合うようにすると、非対称な構造になるため、高速回転させた場合に振動が生じてしまうおそれがある。そこで、回転バランスを取るべく、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４のうち、歯数の多い方（ここでは第１遊星歯車３）に穴３２を開けて、その重量を軽くし、歯数の少ない方と重量のバランスを取っている。つまり、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４に同じモジュールを使うと、歯数が多い方が直径が大きくなって重くなるため、歯数の多い方（ここでは第１遊星歯車３）に穴３２を開けて軽くし、歯数の少ない方とバランスを取っている。さらに、動的なバランスを考慮して、入力軸５にバランサ３０、３１も取り付けている。ここでは、遊星歯車軸７は右下がりになっているため、バランサ３０を右上に、バランサ３１を左下に配置している。

なお、このように構成される第２変形例の歯車装置でも、上述の実施形態の歯車装置と同様に、第１遊星歯車３及び第２遊星歯車４を公転させないで自転させると、第１太陽歯車としての静止歯車１と第２太陽歯車としての出力歯車２とは同方向へ回転することになる。このため、これを減速機に用いたものを公転差動減速機という。また、このように構成される第２変形例の歯車装置でも、上述の実施形態の歯車装置と同様に、出力軸６から出力される回転速度（回転数）は、１−（Ｚａ・Ｚｃ）／（Ｚｂ・Ｚｄ）となり、差動となる。

また、上述の実施形態及び第１、第２変形例では、歯車装置を減速機（変速機）に用いる場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、入力と出力を入れ換えて増速機（変速機）として用いること、あるいは、例えば、ケース８を回転させることで太陽軸１０を回転中心として静止歯車１を回転させるように構成し、別途トルク配分等の手段を付加することで、動力アシスト（電動アシスト；加速補助手段）として用いることも可能である。

例えば、図１３に示すように、上述の実施形態の歯車装置のケース８にタイミングプーリ４０を取り付け、このタイミングプーリ４０、タイミングベルト４１及び他の回転軸４２に取り付けられたタイミングプーリ４３を介して、他の回転軸４２の回転駆動力を伝達してケース８を回転可能に構成することができる。これを第３変形例という。この場合、静止歯車１はケース８に回転不能に固定されているが、ケースが回転可能になっており、いるため、静止歯車１も回転可能になっていることになる。そして、タイミングプーリ４０、タイミングベルト４１、タイミングプーリ４３及び他の回転軸４２を、ケース８を回転させる駆動機構（回転駆動機構）という。また、この場合、上述の実施形態の歯車装置の入力軸５、出力軸６、他の回転軸４２のいずれかの軸が、入力、出力、固定（入力で、かつ、回転数ゼロ）のいずれかになっていれば良い。このため、以下、上述の実施形態の歯車装置の入力軸５を第１回転軸といい、出力軸６を第２回転軸といい、他の回転軸４２を第３回転軸という。そして、第１回転軸５の回転数をω１とし、第２回転軸６の回転数をω２とし、第３回転軸４２の回転数をω３とすると、これらの回転軸５、６、４２の回転数の関係は、次式で示すことができる。ここで、Ｚｅはタイミングプーリ４３の歯数であり、Ｚｆはタイミングプーリ４０の歯数である。
ω２＝ω１・｛１−（Ｚａ・Ｚｃ）／（Ｚｂ・Ｚｄ）｝＋ω３・Ｚｅ／Ｚｆ
例えば、第１回転軸５と第３回転軸４２を駆動（入力）とし、第２回転軸６を出力とした場合、ω２は、ω１とω３のそれぞれが減速された回転数の合計となる。つまり、ケース８を回転させない場合と比較して、ω３・Ｚｅ／Ｚｆだけ増速されることになる。

また、例えば、ω３＝０（固定）で、第２回転軸６を入力とした場合、出力となる第１回転軸５は、ω１＝ω２／｛１−（Ｚａ・Ｚｃ）／（Ｚｂ・Ｚｄ）｝となり、ω１はω２に対して増速となる。
また、第３回転軸４２を、例えば発電ブレーキ、回生ブレーキ等に接続することも考えられる。この場合、ブレーキを緩めると、第３回転軸４２を固定する場合と比較して、ω１が入力回転数であれば出力回転数であるω２が下がり、ω２が入力回転数であれば出力回転数であるω１が下がる。つまり、ブレーキを緩めてω３の回転数が上がるほど、伝達ロスが増えて、出力が減速する。上記式中、ω３・Ｚｅ／Ｚｆが負となる。これにより、出力回転数を所望の回転数に調整することも可能となる。

このように、ω３を駆動（入力）、固定、ブレーキ等に接続などとし、その回転数を調整することで、上記式により、ω１とω２の回転数の比率が変わって、増速や減速が可能となる。
なお、この第３変形例は、上述の実施形態の歯車装置を用いる場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、歯車装置としては、上述の第１、第２変形例の歯車装置を用いても良い。

以下、上述の実施形態及び各変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
太陽軸の軸心上に歯車中心が位置し、外歯車である第１太陽歯車と、
前記太陽軸の軸心上に歯車中心が位置し、外歯車である第２太陽歯車と、
前記第１太陽歯車と噛み合って自転するとともに前記太陽軸の軸心を回転中心として公転し、外歯車である第１遊星歯車と、
前記第２太陽歯車と噛み合って自転するとともに前記太陽軸の軸心を回転中心として公転し、外歯車である第２遊星歯車と、
前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車の歯車中心が軸心上に位置するように前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車が取り付けられている遊星歯車軸とを備え、
前記第１太陽歯車と前記第２太陽歯車の向きが同じで、かつ、前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車の向きが同じになっているか、又は、前記第１太陽歯車と前記第２太陽歯車の向きが逆で、かつ、前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車の向きが逆になっていることを特徴とする歯車装置。

（付記２）
前記太陽軸の軸心と前記遊星歯車軸の軸心とが交差しているか、又は、前記太陽軸の軸心と前記遊星歯車軸の軸心とが食い違っていることを特徴とする、付記１に記載の歯車装置。
（付記３）
前記太陽軸として、前記遊星歯車軸を支持する第１回転軸と、前記第１太陽歯車及び前記第２太陽歯車の一方が固定されている第２回転軸とを備え、
前記第１太陽歯車及び前記第２太陽歯車の他方は、回転不能になっていることを特徴とする、付記１又は２に記載の歯車装置。

（付記４）
前記太陽軸として、前記遊星歯車軸を支持する第１回転軸と、前記第１太陽歯車及び前記第２太陽歯車の一方が固定されている第２回転軸とを備え、
前記第１太陽歯車及び前記第２太陽歯車の他方が回転不能に固定されたケースと、
前記ケースを回転させる駆動機構とを備えることを特徴とする、付記１又は２に記載の歯車装置。

（付記５）
前記遊星歯車軸は、前記太陽軸の軸心に対して軸心が直交する位置に対して傾斜していることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の歯車装置。
（付記６）
前記第１遊星歯車を複数備え、
前記第２遊星歯車を複数備えることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の歯車装置。

１ 静止歯車（第１太陽歯車）
２ 出力歯車（第２太陽歯車）
３ 第１遊星歯車
４ 第２遊星歯車
５ 入力軸（第１回転軸）
６ 出力軸（第２回転軸）
７ 遊星歯車軸
８ ケース
９Ａ〜９Ｍ ベアリング
１０ 太陽軸
１１ ネジ
２０ 腕
３０、３１ バランサ
３２ 穴
４０、４３ タイミングプーリ
４１ タイミングベルト
４２ 他の回転軸（第３回転軸）

Claims (5)

1. 太陽軸の軸心上に歯車中心が位置し、外歯車である第１太陽歯車と、
   前記太陽軸の軸心上に歯車中心が位置し、外歯車である第２太陽歯車と、
   前記第１太陽歯車と噛み合って自転するとともに前記太陽軸の軸心を回転中心として公転し、外歯車である第１遊星歯車と、
   前記第２太陽歯車と噛み合って自転するとともに前記太陽軸の軸心を回転中心として公転し、外歯車である第２遊星歯車と、
   前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車の歯車中心が軸心上に位置するように前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車が取り付けられている遊星歯車軸とを備え、
   前記第１太陽歯車と前記第２太陽歯車の向きが同じで、かつ、前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車の向きが同じになっているか、又は、前記第１太陽歯車と前記第２太陽歯車の向きが逆で、かつ、前記第１遊星歯車と前記第２遊星歯車の向きが逆になっていることを特徴とする歯車装置。
2. 前記太陽軸の軸心と前記遊星歯車軸の軸心とが交差しているか、又は、前記太陽軸の軸心と前記遊星歯車軸の軸心とが食い違っていることを特徴とする、請求項１に記載の歯車装置。
3. 前記太陽軸として、前記遊星歯車軸を支持する第１回転軸と、前記第１太陽歯車及び前記第２太陽歯車の一方が固定されている第２回転軸とを備え、
   前記第１太陽歯車及び前記第２太陽歯車の他方は、回転不能になっていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の歯車装置。
4. 前記太陽軸として、前記遊星歯車軸を支持する第１回転軸と、前記第１太陽歯車及び前記第２太陽歯車の一方が固定されている第２回転軸とを備え、
   前記第１太陽歯車及び前記第２太陽歯車の他方が回転不能に固定されたケースと、
   前記ケースを回転させる駆動機構とを備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の歯車装置。
5. 前記遊星歯車軸は、前記太陽軸の軸心に対して軸心が直交する位置に対して傾斜していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の歯車装置。

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