JP2015068493A - ２段減速歯車を備えた遊星歯車型の増減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】遊星歯車機構を複数段組み合わせた変速装置において、入出力軸間の変速比を増大するとともに、回転する部品の搖動等を防止して円滑に作動させる。【解決手段】増減速機の各段の遊星歯車機構は、中心におかれた太陽歯車ＳＧと、内歯歯車からなるリング歯車ＲＧと、その間に介在する遊星歯車ＰＧとにより構成される。遊星歯車ＰＧは２段減速歯車であり、大径の歯車ＰＧ１が太陽歯車ＳＧと、小径の歯車がリング歯車ＲＧと噛み合う。遊星歯車ＰＧを支持するキャリア３は、ハウジング１に固定されており、リング歯車ＲＧと次段の太陽歯車ＳＧとが一体に形成された回転作動子４は、固定のキャリア３と隣接して配置され、キャリア３にスラスト方向及びラジアル方向において軸受される。各歯車等の回転体が軸受された状態で安定して回転するので、入力軸から出力軸を増速して駆動する場合であっても、円滑な動力伝達を行うことができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、入力軸と出力軸との間の動力伝達状態を変更する変速装置、特に、２段減速歯車を備える遊星歯車型増減速機を複数段組み合わせた、小型であって変速比が大きく、かつ、円滑な増速作動を行わせることが可能な変速装置に関するものである。

機械部品あるいは作業機器等を回転駆動する動力伝達系では、駆動する機器の特性に合わせるよう、回転速度やトルクを変更するための増減速機が常套的に使用される。また、モーター等の駆動源を過大な負荷トルクから保護するトルクリミッタ等、各種の機能を備えた機器が介在されることが多い。

増減速機としては、異なる径のプーリを用いるベルト伝動装置等の摩擦伝動式のものもあるが、一般的には歯車式増減速機が用いられ、その中には、遊星歯車機構を利用する遊星歯車式増減速機がある。遊星歯車機構は、中心に太陽歯車（サンギヤ）を設けるとともに、その周りに内歯歯車であるリング歯車（リングギヤ）を設け、太陽歯車とリング歯車との間に、両方の歯車と噛み合う複数の遊星歯車（プラネタリギヤ）を配置したものである。複数の遊星歯車は、これを担持するキャリア（リテーナとも呼ばれる）に取り付けられて軸支される。通常、キャリアは、太陽歯車及びリング歯車と同心の回転軸を中心として回転可能に構成されており、キャリアが回転したときは、遊星歯車は、リング歯車の内側を公転しながら自転する遊星運動を行う。
この遊星歯車式増減速機は、各歯車や各構成部品等を動力伝達の入出力要素として自由に選定することが可能であって、変速比の設定の自由度が大きい。また、入力軸と出力軸が同心状に配置されるので、動力伝達装置の配置設計が容易であり、多段にして変速比を増大することも容易である。

従来用いられている多段式の遊星歯車式増減速機として、図８に示す構造のものが知られている。これは、遊星歯車式増減速機を減速機として用いる、比較的小型の機械部品として構成されたものである。
図８の遊星歯車式増減速機は、太陽歯車ＳＧを設けた入力軸ＩＳと、リング歯車ＲＧが設けられた固定のハウジングＨＧとを備えており、Ａ−Ａ断面矢視図に示すとおり、太陽歯車ＳＧとリング歯車ＲＧとの間には、両方の歯車と噛み合う３個の遊星歯車ＰＧが配置される。遊星歯車ＰＧの各々は、キャリアＣＲに一体的に立設された支持軸ＳＳに嵌め込まれ、回転可能に軸支される。キャリアＣＲの支持軸ＳＳの反対側には、入力軸ＩＳの太陽歯車ＳＧと同一形状の太陽歯車が形成され、入力軸ＩＳの太陽歯車ＳＧとキャリアＣＲとにより１段目の減速機が構成される。同様の構成がＢ−Ｂ断面図の左方に向けて順次繰り返され、最終段（３段目）の減速機のキャリアには、出力軸ＯＳが設けられている。なお、リング歯車ＲＧは、全ての段の遊星歯車が噛み合う共通の歯車であって、ハウジングＨＧの軸方向のほぼ全長に亘って延びる内歯歯車となっている。

入力軸ＩＳの太陽歯車ＳＧが回転すると、遊星歯車ＰＧは、自転すると同時にリング歯車ＲＧに沿って公転する。遊星歯車ＰＧを軸支するキャリアＣＲは、これに連れ回る形で遊星歯車の公転とともに回転することとなり、その回転方向は入力軸と同方向で回転速度は入力軸の回転速度よりも大幅に減速される。そして、太陽歯車ＳＧとキャリアＣＲとの間の変速比は、次式：
太陽歯車回転数／キャリア回転数＝１＋（リング歯車の歯数／太陽歯車の歯数）
によって決定される。キャリアＣＲには次の段の太陽歯車が設けられていて次の段でも同様な減速が行われ、出力軸ＯＳの最終的な変速比（減速比）は、単段の変速比を段の数だけ乗じたものとなる。

遊星歯車式減速機は各種の回転機器に利用され、これを動力伝達経路に介在すると、回転数が減少しそれに反比例してトルクが増加する。例えば、特開平９−２５４０４６号公報には、モーターで駆動される電動ドライバーに遊星歯車式減速機を適用した工具が開示されており、永久磁石式のトルクリミッタを介してモーターにより遊星歯車式減速機の太陽歯車を駆動し、キャリアをドライバーに連結してトルクを増大しながらねじ締めを行うことが記載されている。また、特許第４８０６５４４号には、遊星歯車式減速機に永久磁石を組み込み、この減速機を、複写機等の紙送り装置に用いるトルクリミッタ自体として構成することが開示されている。

特開平９−２５４０４６号公報 特許第４８０６５４４号

遊星歯車式減速機では、特許文献１又は特許文献２に記載の減速機のように、太陽歯車を入力軸としキャリアを出力軸とすることが一般的である。この構造としたときは、小型の装置で入出力軸間の変速比（減速比）の大きな減速機を得ることができる。
しかし、この構造では、遊星歯車を担持するキャリアが出力軸となって回転する。回転するキャリアが振れたり傾いたりすると、遊星歯車とこれを嵌め込む支持軸との間や遊星歯車と噛み合う歯車同士の間の摩擦による抵抗が増加し、入出力軸間における動力伝達損失の増大を招く。

ここで、遊星歯車機構は、入出力の関係を逆にすることにより減速機としても増速機としても作動させることができる。上記のような動力伝達損失は、伝達効率を悪化させるけれども、遊星歯車機構を減速機として作動させる限り、歯車等がロックして入出力軸間の動力伝達が不可能となることは殆どない。それに対し、増速機として作動させるため、キャリアを入力軸とし太陽歯車を出力軸としたときは、キャリアと太陽歯車との回転トルク比が変速比に反比例する関係上、摩擦に起因する抵抗トルクは、増幅されて入力軸のキャリアに大きな抵抗トルクとなって作用する。したがって、回転するキャリアの搖動等に伴う摩擦の増大の結果、遊星歯車機構の動力伝達が円滑に行われなくなり、キャリアが実質上ロックされてしまう事態も発生する。これを防止するには、遊星歯車と支持軸との間に転がりベアリングを設置するなどの対策が考えられるが、このときは遊星歯車の外径が大きくなり、必然的に装置の大型化に繋がることとなる。
本発明の課題は、遊星歯車機構を複数段組み合わせた小型の変速装置において、入出力軸間の変速比を増大させるとともに、回転軸の搖動等を防止して各歯車の摩擦を低減し、特に、増速機としての作動を円滑化することにある。

上記の課題に鑑み、本発明の多段式の遊星歯車型増減速機は、各段の遊星歯車機構における遊星歯車として大小の径の歯車を並列したいわゆる２段減速歯車を用いて変速比を増大させ、かつ、遊星歯車機構のキャリアをハウジングに固定して、太陽歯車とリング歯車との間で変速作用を実行させ、安定して回転させるよう構成したものである。すなわち、本発明は、
「中心に置かれた太陽歯車と、その周囲に設けられた内歯歯車からなるリング歯車と、前記太陽歯車及び前記リング歯車の間に介在させた遊星歯車とにより遊星歯車機構を構成し、この遊星歯車機構をハウジングの内部に複数段組み合わせた増減速機であって、
前記遊星歯車には、前記太陽歯車と噛み合う大径の歯車と前記リング歯車と噛み合う小径の歯車とが並列して設けられ、
前記遊星歯車機構には、前記遊星歯車を軸支する支持軸が設けられ、前記ハウジングに固定された円板状のキャリアと、前記リング歯車及び前記太陽歯車が設けられた円板状の回転作動子とが隣接して配置されており、さらに、
前記リング歯車が前記回転作動子の一方の面の周縁部に設けられるとともに、前記太陽歯車が他方の面に形成された作動子中心軸に設けられ、
前記回転作動子は、その他方の面が前記キャリアの支持軸と反対側の面に当接してスラスト方向に軸受され、かつ、作動子中心軸が前記キャリアに形成された中心孔に嵌め込まれてラジアル方向に軸受されており、
前記増減速機の一端に置かれた前記遊星歯車機構の前記太陽歯車には太陽歯車連結軸が設けられ、他端に置かれた前記遊星歯車機構の前記リング歯車にはリング歯車連結軸が設けられている」
ことを特徴とする増減速機となっている。

請求項２に記載のように、前記円板状のキャリアの外周に突起を形成し、前記ハウジングの内面には前記突起を嵌め込む溝を軸方向に延びるよう形成するのが好ましい。この場合には、請求項３に記載のように、前記突起を嵌め込む溝として、複数段の遊星歯車機構における円板状のキャリアのそれぞれに対応する軸方向の長さに設定された複数の溝を、前記ハウジングの内面に形成することができる。

請求項４に記載のように、前記太陽歯車連結軸が、前記ハウジングの軸方向の一端に形成した壁部にラジアル方向に軸受され、かつ、前記リング歯車連結軸が、前記ハウジングの軸方向の他端に嵌め込んだ蓋体に、スラスト方向及びラジアル方向に軸受される構成とすることが好ましい。

また、請求項５に記載のように、前記太陽歯車連結軸の先端及び前記回転作動子の作動子中心軸の先端に、小径の中央軸を設けるとともに、前記リング歯車連結軸の後端及び前記回転作動子の後端に、前記中央軸が嵌め込まれる中央孔を設けることが好ましい。

本発明の増減速機は、基本的に、ハウジング内に遊星歯車機構（遊星歯車型の歯車列）を複数段組み合わせて収容した変速装置である。各々の段の遊星歯車機構は、中心に設置された太陽歯車と、その周囲に設けられた内歯歯車からなるリング歯車と、これらの歯車の間に介在された複数の遊星歯車とを備えている。この遊星歯車は、太陽歯車と噛み合う大径の歯車とリング歯車と噛み合う小径の歯車とを並列して設けたもので、いわゆる２段減速歯車を構成する。そして、遊星歯車を支持するキャリアは、ハウジングに固定された円板状の部材であり、その一方の面に立設された支持軸に各遊星歯車が回転可能に嵌め込まれる。このキャリアに隣接して、リング歯車と次の段の太陽歯車とが設けられた円板状の回転作動子が配置されている。

この構造の遊星歯車機構では、１段目の太陽歯車が回転すると、固定された遊星歯車を介して、リング歯車の設けられた回転作動子が逆方向に回転する。回転作動子の、リング歯車とは反対の面に形成された作動子中心軸には、次段の遊星歯車機構の太陽歯車が一体的に設けてあり、次段においても同様な変速が行われる。
つまり、各段の遊星歯車機構における変速は、回転軸が固定された遊星歯車を介在する太陽歯車とリング歯車との、いわば単純な歯車列による変速であり、遊星歯車は歯車列の中間歯車となる。遊星歯車には、歯数の異なる２個の歯車が並列して設けられており、それらの歯車の歯数比をγ（ただしγ＞１）とすると、単段の遊星歯車機構の変速比は、次式で表される（回転方向は逆なので−を付す）。
太陽歯車回転数／リング歯車回転数＝−γ・（リング歯車の歯数／太陽歯車の歯数）
上記のとおり、本発明では遊星歯車に２段減速歯車を採用しているので、遊星歯車の軸方向長さをあまり増大することなく、単一の歯車を採用したものと比べγ倍の変速比を得ることができる。本発明の増減速機は、一端に置かれた太陽歯車連結軸と他端に置かれたリング歯車連結軸とが入出力軸となるものであり、その間の変速比は、上記の単段の変速比を段の数だけ乗じたものとなり、また、その間のトルク比は変速比の逆数となる。

本発明の遊星歯車機構は、キャリアが回転する一般的な遊星歯車機構と異なり、遊星歯車がハウジングに固定されたキャリアに担持されているため、遊星歯車が２個の歯車を並置したものであっても、その支持軸が振れたり搖動したりすることがない。また、リング歯車と次段の太陽歯車を設けた回転作動子は、リング歯車と反対側の円板状の面がキャリアの円板状の面と当接してスラスト方向に軸受けされるとともに、太陽歯車を設けた作動子中心軸がキャリアに形成された中心孔に嵌め込まれてラジアル方向に軸受される。キャリアに回転作動子のすべり軸受け面が形成されているので、回転作動子は、回転軸が振れるようなことはなく安定して回転することができる。
このように、本発明の遊星歯車機構における各歯車等の回転部材は、安定的に回転し摩擦抵抗が非常に小さなものとなる。そのため、増減速機における動力伝達損失が低減すると同時に、リング歯車連結軸を入力軸とし太陽歯車連結軸を出力軸として、増減速機を増速機として作動させるときも円滑な増速が実現される。

請求項２の発明は、円板状のキャリアの外周に突起を形成するとともに、ハウジングの内面にはその突起を嵌め込む溝を軸方向に延びるよう形成するものである。本発明の増減速機は、単段の遊星歯車機構を軸方向に重ねて構成されているので、請求項２の発明の構造とすると、同一形状のキャリアをハウジングに順次組み付けながら増減速機を製造することが可能となり、増減速機の製造組み立て工程を効率化することができる。

請求項２の発明の構造を採用して、ハウジングの内面の溝にキャリアの突起を嵌め込んで組み付ける場合、請求項３の発明のように、突起を嵌め込む溝として、複数段の遊星歯車機構における円板状のキャリアのそれぞれに対応する軸方向の長さに設定された複数の溝をハウジングの内面に形成することができる。こうすると、複数のキャリアの各々がいわば専用の溝に嵌め込まれることとなり、キャリアを軸方向に押し込むことにより、突起が溝の端に当接してハウジングに対するキャリアの位置決めが自動的に行われる。このように、キャリアの嵌め込まれる溝がいわばスペーサの役目を果たして、隣接する段のキャリアが設定した位置に保持される。遊星歯車機構の遊星歯車や回転作動子の間隔も適正な値に保持されるので、増減速機の円滑な回転が確保される。
なお、こうしたハウジングの溝とキャリアの突起との構造は、遊星歯車として２段減速歯車を使用するものに限らず、単一の歯車を用いる増減速機にも適用できるのは明らかである。

請求項４の発明は、増減速機の入出力軸となる太陽歯車連結軸及びリング歯車連結軸についても、ハウジングに軸受して回転振れ等を防止するものである。この発明では、太陽歯車連結軸がハウジングの軸方向の一端に形成した壁部にラジアル方向に軸受されるとともに、リング歯車連結軸には円板状の面が形成されていて、リング歯車連結軸もハウジングの開口端に嵌め込んだ蓋体にスラスト方向及びラジアル方向に軸受される。そのため、増減速機を増速機としたときの入力軸の回転が安定化し、より一層円滑な動力伝達が行われることとなる。
また、請求項５の発明は、太陽歯車連結軸の先端及び回転作動子の作動子中心軸の先端に小径の中央軸を設けるとともに、リング歯車連結軸の後端及び回転作動子の後端には中央孔を設け、中央軸と中央孔とを嵌め合わせるものである。こうすると、隣り合う回転体の中心部分が互いに軸受されることとなり、回転軸の振れをより確実に防止できる。

本発明の増減速機の全体的な構造を示す図である。 本発明の増減速機のハウジング及びキャリアを単品で示す図である。 本発明の増減速機の回転作動子及び遊星歯車を単品で示す図である。 本発明の増減速機の太陽歯車連結軸及びリング歯車連結軸を単品で示す図である。 本発明の増減速機をトルクリミッタ装置に適用した図である。 本発明の増減速機を作動速度低減装置に適用した図である。 本発明の増減速機を用いて遠心クラッチを構成した図である。 従来の遊星歯車式増減速機の構造を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の増減速機について説明する。まず、図１に本発明の増減速機の全体的な構造を示し、図２には固定部材であるハウジング及びキャリアを、図３には回転部材である遊星歯車及び回転作動子を、図４には入出力軸となる太陽歯車連結軸及びリング歯車連結軸をそれぞれ単品図で示す。

本発明の増減速機は、軸方向に沿う増減速機全体の縦断面図である図１の上方左図に示すように、ハウジング１内に前方から後方にかけて（便宜上、図の右方を前方、左方を後方とする）遊星歯車機構を複数段（この実施例では３段）組み合わせて収容した変速装置である。各段の遊星歯車機構は、断面Ａ１−Ａ１及び断面Ｂ−Ｂに示すとおり、中心に置かれた太陽歯車ＳＧと、その周囲に設けられた内歯歯車からなるリング歯車ＲＧと、これらの歯車の間に介在された３個の遊星歯車ＰＧとを備えている。増減速機の前端には、１段目の遊星歯車機構の太陽歯車ＳＧを形成した太陽歯車連結軸２が設置されており、この軸は、ハウジング１の前端壁部の中心孔１１（図２参照）に嵌め込まれ、ラジアル方向に軸受されるとともに、外周に設けられたフランジ部がハウジング１の前端壁部に当接してスラスト方向にも軸受される。また、図３及び図４に示すとおり、太陽歯車連結軸２の先端には小径の中央軸２１が形成してあり、中央軸２１は回転作動子４の中央孔４３に嵌め込まれて、太陽歯車連結軸２と回転作動子４とが互いにラジアル方向に軸受される（図１の縦断面図参照）。

本発明では、遊星歯車ＰＧは、大径の歯車ＰＧ１と小径の歯車ＰＧ２とを軸方向に並列して形成した歯車であり（図３参照）、１段目の遊星歯車機構では、大径の歯車ＰＧ１が太陽歯車連結軸２の太陽歯車ＳＧと噛み合い（断面Ａ１−Ａ１）、小径の歯車ＰＧ２がリング歯車ＲＧと噛み合う（断面Ｂ−Ｂ）。３個の遊星歯車ＰＧは、キャリア３に立設された支持軸３１に嵌め込まれ、回転可能に軸支される。このキャリア３はハウジング１に回転不能に固定されており、したがって、遊星歯車ＰＧは、太陽歯車ＳＧからリング歯車ＲＧへ動力伝達を行う歯車列の２段減速歯車として作用する。

単品図である図２に示すように、キャリア３は、後方面に支持軸３１を立設した円板状の部品であって、その外周に、ハウジング１の溝に嵌め込む３個の突起３２が１２０°の角度間隔で形成されている。そして、突起３２を嵌め込む溝として、この実施例では、増減速機に設けられる３個のキャリア３のそれぞれに対応するよう、図２のハウジングの図に示すとおり、合計で９本の溝１２がハウジング１に形成されている。
ハウジング１の溝１２は３組の溝１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃから構成され、それぞれの組の溝は、１２０°の角度間隔を有し、軸方向の長さがキャリア３の設置される位置に対応する長さに設定される。つまり、１段目のキャリア３の突起３２が嵌め込まれる溝１２Ａは、ハウジング１の開口端から前端壁部まで延長されている。２段目のキャリア３の突起３２が嵌め込まれる溝１２Ｂは、溝１２Ａとは６０°の位相差を有する角度位置に、溝１２Ａのほぼ２／３の軸方向長さで形成され、３段目のキャリア３の突起３２が嵌め込まれる溝１２Ｃは、溝１２Ａとは３０°の位相差を有する角度位置に、溝１２Ａのほぼ１／３の軸方向長さで形成される。

溝１２を上記の構成とすると、複数のキャリアの各々がいわば専用の溝に嵌め込まれることとなり、増減速機の製造組み立て時において、キャリア３を軸方向に押し込むことにより、突起３２が溝１２の端に当接してハウジング１に対する各キャリア３の位置決めが自動的に行われ、その位置でキャリア３はハウジング１に固定される。キャリア３に支持される遊星歯車ＰＧや回転作動子４は、その間隔が設定された値に保持されて安定的に回転し、増減速機における動力伝達損失が増大することはない。そして、各キャリア３がこのようにハウジン部１に組み付けられるため、２段目の遊星歯車ＰＧは、１段目のものに対して６０°の位相差を有し（図１の断面Ａ２−Ａ２）、３段目の遊星歯車ＰＧは３０°の位相差を有する位置（図１の断面Ａ３−Ａ３）に配置される。

遊星歯車ＰＧの小径の歯車ＰＧ２と噛み合う内歯歯車であるリング歯車ＲＧは、図３に示す回転作動子４に形成されている。回転作動子４は、前方面側の周縁部にリング歯車ＲＧが形成された円板状の部品であり、後方面側の中央には、次段の太陽歯車ＳＧが設けられた作動子中心軸４１が立設されている。作動子中心軸４１は、太陽歯車連結軸２の前方部と同一の形状を備えた軸であって、先端には小径の中央軸４２が形成され、この中央軸４２は次段の回転作動子４の中央孔４３に嵌まり込む。また、図１の縦断面図に示すとおり、回転作動子４は、その円板状の前方面がキャリア３の支持軸３１の先端に当接してスラスト方向に軸受されるとともに、作動子中心軸４１がキャリア３の中心孔３３（図２参照）に挿入されてラジアル方向にも軸受される。ちなみに、太陽歯車連結軸２も、外周に設けられたフランジ部がキャリアの中心孔に嵌め込まれて、ラジアル方向の軸受けが行われている。
増減速機の後端には、最終段の遊星歯車機構のリング歯車ＲＧが配置され、このリング歯車ＲＧは、後端に配置されたリング歯車連結軸５（図１、４参照）における円板状の部分の周縁に形成される。リング歯車連結軸５は、円板状の部分の背面が、ハウジング１の後端に嵌め込まれて開口端をシールドする蓋体６に当接し、かつ、中心の軸部分が蓋体６の中心孔に挿入されてスラスト方向とラジアル方向に軸受けされる。

次いで、図１の全体図等に基づき、本発明の増減速機の作動について説明する。
増減速機の前端の太陽歯車連結軸２の回転により１段目の遊星歯車機構の太陽歯車ＳＧが回転すると、この太陽歯車ＳＧと噛み合う遊星歯車ＰＧの大径の歯車ＰＧ１が逆方向に回転し、さらに、遊星歯車ＰＧの小径の歯車ＰＧ２１と噛み合うリング歯車ＲＧを回転駆動する。この実施例における各歯車の歯数は、太陽歯車ＳＧが９、遊星歯車ＰＧの大径の歯車ＰＧ１が１２、小径の歯車ＰＧ２が９、リング歯車ＲＧが３０に設定されており、単段の遊星歯車機構の変速比（太陽歯車ＳＧ回転数／リング歯車ＲＧ回転数）は、前述の式により−４０／９となる。
つまり、固定のキャリア３の支持軸３１に嵌め込まれた遊星歯車ＰＧが２段減速歯車として機能し、リング歯車ＲＧは、太陽歯車ＳＧの９／４０の速度で逆方向に回転する。増減速機には３段の遊星歯車機構が組み合わされているので、後端のリング歯車連結軸５の回転数は太陽歯車連結軸２の回転数の（９／４０）^３≒１／８８に減速され、増速機として使用するときは、約８８倍の高増速比を得ることができる。ちなみに、この実施例における各歯車は、サイクロイド歯型曲線を基本とする、歯の強度の高いサイクロイド歯車となっている。

本発明の増減速機では、遊星歯車ＰＧは、２個の歯車を並列したものであっても、ハウジング１に固定されたキャリア３に担持されているため、作動中に遊星歯車ＰＧが振れたり搖動することがない。さらに、リング歯車ＲＧと次段の太陽歯車ＳＧとを設けた回転作動子４は、固定されたキャリア３によりスラスト方向及びラジアル方向に軸受されるとともに、先端と後端に設けた中央軸と中央孔により回転作動子同士が互いに軸受される。そのため、増減速機の各歯車等の回転部材は、搖動等を生じることなく安定的に回転するので、摩擦抵抗は非常に小さく、増減速機における動力伝達損失が低減する。
特に、リング歯車連結軸５を入力軸とし太陽歯車連結軸２を出力軸として、増減速機を増速機として作動するときは、入力軸には出力軸のトルクが増幅されて作用するが、本発明の増減速機では、各回転部材が搖動等を生じることなく安定的に回転する結果、円滑な動力伝達と増速作動を実現できる。

ところで、本発明の増減速機は、動力伝達系に介在させて回転を減速又は増速する、いわば通常の増減速機として作動させることができるのはもちろんであるが、回転トルクあるいは回転速度に応じて動力伝達状態を制御する機能部品に適用することが可能である。以下では、本発明の増減速機を増速機として利用し、各種の機器に用いられる機能部品を構成した実施例について述べる。

図５には、本発明の増減速機を、駆動源のモーターの保護等を行うため動力伝達系に配置されるトルクリミッタに適用した例を示す。
図５のトルクリミッタでは、本発明の増減速機のハウジング１にフランジ部１Ｆが設けてあり、フランジ部１Ｆは、伝動歯車ＴＧにネジにより固着される。伝動歯車ＴＧは、負荷側に動力を伝動する従動歯車ＤＧに噛み合っており、リング歯車連結軸５は、負荷を駆動するモーター（図示せず）に連結される。そして、ハウジング１と太陽歯車連結軸２との間には、マグネット式トルク制限手段ＴＬが設置され、これは、太陽歯車連結軸２に固定された永久磁石とハウジング１に固定した磁性材料とを対向させたものとなっている。

駆動モーターからリング歯車連結軸５及び伝動歯車ＴＧを経由して従動歯車ＤＧへ伝動されるトルクが小さいときは、リング歯車連結軸５が回転すると、トルク制限手段ＴＬの永久磁石と磁性材料との間の吸引力によって、太陽歯車連結軸２とハウジング１とが連れ回る状態となる。そのため、ハウジング１は実質的にリング歯車連結軸５と一体化されて従動歯車ＤＧに動力を伝動する。一方、負荷側で異常が発生し従動歯車ＤＧの回転が停止する等の理由で、ハウジング１と太陽歯車連結軸２との間の伝達トルクが所定値を超えた場合には、永久磁石の吸引力による連れ回りが不能となって、太陽歯車連結軸２がハウジング１に対して空回りを起こし、動力の伝達が遮断される。
このトルクリミッタ装置においては本発明の増減速機が増速機として用いられ、トルク制限手段ＴＬが設置される太陽歯車連結軸２のトルクは、リング歯車連結軸５のトルクよりも大幅に減少している。したがって、トルク制限手段ＴＬが小型なものであっても、大きなトルクを伝達する動力伝達系に使用することが可能である。なお、この実施例では、トルク制限手段としてマグネット式のものを用いているが、ハウジングと太陽歯車連結軸との間にばねを介在させるなど、別のトルク制限手段を採用してもよい。

図６には、本発明の増減速機を、ヒンジにより開閉する建築物の回転ドア又は複写機の開閉蓋、あるいは舞台の緞帳の巻き取り装置などにおいて、急激な作動に伴う衝撃等を防止する作動速度低減装置に適用した実施例を示す。
図６の作動速度低減装置では、ヒンジ式回転ドア等の作動対象部材をリング歯車連結軸５に連結するとともに、ハウジング１を固定して、太陽歯車連結軸２には、回転速度が所定値に達すると軸の回転に抵抗を付与する遠心式抵抗付与手段ＣＬを設置する。遠心式抵抗付与手段ＣＬは、Ａ−Ａ断面矢視図に示すように、アームＡＭの先端に断面円形のゴム体ＲＢを固定するとともに、アームＡＭの根元を太陽歯車連結軸２に固定のボス部に枢着し、かつ、アームＡＭとボス部との間に引張りばねＳＰを設置したものである。

回転ドア等の部材を手動で操作すると、リング歯車連結軸５が回転し、その回転が増速されて太陽歯車連結軸２は高速で回転する。ゴム体ＲＢは、遠心力の作用により引張りばねＳＰに抗してアームＡＭの根元を支点として外方に広がり、所定の回転速度となったときには周囲のハウジング１と接触する。そのため、太陽歯車連結軸２には抵抗トルクが作用し、これが増幅されて回転ドア等の作動対象部材を操作する際の抵抗トルクとなり、手動操作による開閉速度を緩めることとなる。回転ドア等の作動速度が増加すると、ゴム体ＲＢとハウジング１との間の摩擦が強まって抵抗トルクが増大するので、作動速度は実質的にはほぼ一定の値となる。
図６の作動速度低減装置は、所定の回転速度を超えたときに摩擦抵抗が働き速度を低減させるものであるが、その他の抵抗付与手段（図５のトルク制限手段と同様なものでもよい）を設けて、常時抵抗トルクを付与することもできる。そして、作動速度低減装置に本発明の増減速機を利用することにより、抵抗付与手段が小型なものであっても、作動対象の部材に大きな抵抗トルクを与えることが可能となる。

図７に示す実施例は、同一構造の２個の増減速機を組み合わせて用いることにより、所定の回転数において動力伝達を接続・遮断する遠心クラッチを構成したものである。
図７に示すとおり、この遠心クラッチでは、図の左方の、リング歯車連結軸５が入力軸となり増速機として作動する一方の増減速機と、図の右方の、リング歯車連結軸５´が出力軸となり減速機として作動する他方の増減速機とをいわば背中合わせに配置し、両方の増減速機のハウジング１、１´に形成したフランジ部を突き合わせて組み合わせている。中央部には、増速機の太陽歯車連結軸２と減速機の太陽歯車連結軸２´との間を接続又は遮断する遠心式クラッチ手段ＣＣが設けてある。

遠心式クラッチ手段ＣＣは、Ａ−Ａ断面矢視図に示すように、増速機の太陽歯車連結軸２に枢着されるアーム状の重錘Ｗを、減速機の太陽歯車連結軸２´に形成された円環状の周囲壁と対向して配置した、図６の遠心式抵抗付与手段と類似の構造を備えており、重錘Ｗと太陽歯車連結軸２との間には引張りばねが設置される。入力軸となるが回転すると太陽歯車連結軸２は高速で回転するが、その回転数が所定値を超えた場合、アーム状の重錘Ｗが外方に広がり、太陽歯車連結軸２´の周囲壁に当接する。このときは、重錘Ｗと周囲壁との間の摩擦によって太陽歯車連結軸２´が回転し、その回転が減速されて、出力軸となるリング歯車連結軸５´が入力軸と同一回転速度で回転する。入力軸の回転数が所定値よりも低下した場合は、重錘Ｗが引張りばねに引かれて円環状の周囲壁から離れ、入力軸から出力軸への動力伝達は遮断される。
この遠心クラッチでは、遠心式クラッチ手段ＣＣが小型なものであっても、大きなトルクを伝動する動力伝達系に使用することが可能であると同時に、クラッチの断・接が、入力軸であるリング歯車連結軸５の回転数が増速された太陽歯車連結軸２において行われるため、動力伝達が断・接される回転数の精度が向上することとなる。

以上詳述したように、本発明は、遊星歯車機構を複数段組み合わせた小型の変速装置において、遊星歯車に２段減速歯車を用いて変速比を増大するとともに、キャリアをハウジングに固定して太陽歯車とリング歯車との間で変速作用を実行させ、さらに、歯車等の回転する部品をキャリアによって軸受して搖動等を防止し、増減速機として円滑な作動を可能としたものである。上記の実施例においては、遊星ギヤ機構における各歯車をそれぞれの部品に一体的に形成しているが、これらの歯車を、別の材料を用いて各部品に組み付けるようにしてもよく、遊星歯車の２個の歯車を別々に製作して結合してもよい。また、各歯車の歯型曲線としてインボリュート歯形その他特殊形状歯型を採用する、回転部品の接触部には転がり軸受けあるいは潤滑性の優れた材料を介在させるなど、上記実施例に対し各種の変形が可能であるのは明らかである。

１ ハウジング
１２ 溝
２ 太陽歯車連結軸
３ キャリア
３１ 支持軸（遊星歯車の）
３２ 突起
３３ 中心孔
４ 回転作動子
４１ 作動子中心軸
ＳＧ 太陽歯車
ＰＧ 遊星歯車
ＰＧ１ 大径の歯車（遊星歯車の）
ＰＧ２ 小径の歯車（遊星歯車の）
ＲＧ リング歯車

Claims (5)

1. 中心に置かれた太陽歯車と、その周囲に設けられた内歯歯車からなるリング歯車と、前記太陽歯車及び前記リング歯車の間に介在させた遊星歯車とにより遊星歯車機構を構成し、この遊星歯車機構をハウジングの内部に複数段組み合わせた増減速機であって、
   前記遊星歯車には、前記太陽歯車と噛み合う大径の歯車と前記リング歯車と噛み合う小径の歯車とが並列して設けられ、
   前記遊星歯車機構には、前記遊星歯車を軸支する支持軸が設けられ、前記ハウジングに固定された円板状のキャリアと、前記リング歯車及び前記太陽歯車が設けられた円板状の回転作動子とが隣接して配置されており、さらに、
   前記リング歯車が前記回転作動子の一方の面の周縁部に設けられるとともに、前記太陽歯車が他方の面に形成された作動子中心軸に設けられ、
   前記回転作動子は、その他方の面が前記キャリアの支持軸と反対側の面に当接してスラスト方向に軸受され、かつ、作動子中心軸が前記キャリアに形成された中心孔に嵌め込まれてラジアル方向に軸受されており、
   前記増減速機の一端に置かれた前記遊星歯車機構の前記太陽歯車には太陽歯車連結軸が設けられ、他端に置かれた前記遊星歯車機構の前記リング歯車にはリング歯車連結軸が設けられていることを特徴とする増減速機。
2. 前記円板状のキャリアの外周には突起が形成されるとともに、前記ハウジングの内面には前記突起を嵌め込む溝が軸方向に延びるよう形成されている請求項１に記載の増減速機。
3. 前記突起を嵌め込む溝は、複数段の遊星歯車機構における円板状のキャリアのそれぞれに対応する軸方向の長さに設定された複数のものが、前記ハウジングの内面に形成されている請求項２に記載の増減速機。
4. 前記太陽歯車連結軸が、前記ハウジングの軸方向の一端に形成した壁部にラジアル方向に軸受され、かつ、前記リング歯車連結軸が、前記ハウジングの軸方向の他端に嵌め込んだ蓋体に、スラスト方向及びラジアル方向に軸受される請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の増減速機。
5. 前記太陽歯車連結軸の先端及び前記回転作動子の作動子中心軸の先端には、小径の中央軸が設けられるとともに、前記リング歯車連結軸の後端及び前記回転作動子の後端には、前記中央軸が嵌め込まれる中央孔が設けられる請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の増減速機。

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