JP2015183763A - 減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】高減速率でかつ長期間安定して使用できる減速機を提供する。
【解決手段】第１遊星歯車１４を自転可能に支持する第１キャリア１５が固定された第１遊星歯車機構１１と、第２遊星歯車２４を自転可能に支持する第２キャリア２５が出力軸３に連結された第２遊星歯車機構２１とを備え、各遊星歯車機構１１、２１の内歯車１３、２３を異なる歯車仕様で一体に形成し、各遊星歯車機構１１、２１の太陽歯車１２、２２が嵌合固定される中心回転軸２を入力軸として、この中心回転軸２に減速歯車６を嵌合固定し、それよりも少ない歯数で減速歯車６と噛み合う伝達歯車７を駆動モータ４の主軸４ａに嵌合固定した。この構成によれば、従来の差動式遊星歯車減速機と同様の高い減速率が得られるし、駆動モータ４の回転を減速させた入力回転が入力軸に入力されるので、各遊星歯車１４、２４の自転速度を抑えてその自転軸部の軸受寿命の延長が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力軸の回転を遊星歯車機構により減速して出力軸に伝達する減速機（遊星歯車減速機）に関する。

近年、各種の機器は、省エネルギー化や環境対策により電動化が図られ、その駆動部には電気制御によるモータ駆動の利用が進んでいる。モータ駆動とする場合、駆動部のコンパクト化と効率向上のために高速回転のモータを使用することが多いので、モータの回転数を機器の作動部の使用回転数に減速させる減速機として、減速率の高いものが求められている。

このような要求に対し、２つの遊星歯車機構を有し、差動運動を利用して高減速率が得られるようにした減速機（以下、「差動式遊星歯車減速機」とも称する。）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この差動式遊星歯車減速機は、入力軸の外周に設けられる第１太陽歯車とその径方向外側に配される第１内歯車の両方に噛み合う複数の第１遊星歯車を第１キャリアで自転可能に支持した第１遊星歯車機構と、入力軸の外周に設けられる第２太陽歯車とその径方向外側に配される第２内歯車の両方に噛み合う複数の第２遊星歯車を第２キャリアで自転可能に支持した第２遊星歯車機構とを備え、第１内歯車と第２内歯車とを互いに異なる歯車仕様で一体に回転するように形成するとともに、第１キャリアを固定部材に固定し、第２キャリアを出力軸に連結して、入力軸が回転すると、第１遊星歯車の自転により第１内歯車と第２内歯車が一体に入力軸と逆方向に回転し、第２遊星歯車の公転が第２キャリアを介して出力軸に伝達されるようにしたもので、第２遊星歯車の公転が第２内歯車の逆回転によって一部相殺されるようになっている。このため、遊星歯車機構が１つだけで、その遊星歯車と噛み合う内歯車が固定されている一般的な遊星歯車減速機に比べて、出力軸の回転が遅くなり、高い減速率が得られる。

特開平２−２４５５４３号公報

上記のような差動式遊星歯車減速機では、第１遊星歯車および第２遊星歯車が一般的な遊星歯車減速機の遊星歯車よりも高速で自転することになる。すなわち、固定の第１キャリアに支持された第１遊星歯車は公転することなく自転するし、第２遊星歯車は、互いに逆方向に回転する第２太陽歯車と第２内歯車の両方に噛み合っているので、公転速度は遅くなるが自転速度は速くなる。このため、第１遊星歯車および第２遊星歯車の自転軸部の軸受寿命が短くなるおそれがある。

これに対する対策としては、第１、第２遊星歯車をできるだけ歯数の多いもの（大径のもの）にして、その自転速度を抑えることが考えられる。しかし、大径の遊星歯車を用いるとその分だけ減速機の外径が大きくなるので、減速機自体および減速機が組み込まれる機器のコンパクト化の面から、遊星歯車を大径化する対策はとりにくい。特に、入力軸径を大きくする必要がある場合、例えば入力軸を中空にしてモータ制御用のケーブル等を通そうとするような場合には、この対策をとるとコンパクト化が難しくなる。

そこで、本発明は、高減速率でかつ長期間安定して使用できる減速機を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の減速機は、中心回転軸の外周に設けられる第１太陽歯車と、前記第１太陽歯車の径方向外側に配される第１内歯車と、前記第１太陽歯車と第１内歯車の両方に噛み合う複数の第１遊星歯車と、前記各第１遊星歯車を自転可能に支持する第１キャリアとからなり、前記第１キャリアが固定部材に固定された第１遊星歯車機構と、前記中心回転軸の外周に設けられる第２太陽歯車と、前記第２太陽歯車の径方向外側に配され、前記第１内歯車と一体に回転する第２内歯車と、前記第２太陽歯車と第２内歯車の両方に噛み合う複数の第２遊星歯車と、前記各第２遊星歯車を自転可能に支持する第２キャリアとからなり、前記第２内歯車が前記第１内歯車と異なる歯車仕様で形成され、前記第２キャリアが出力軸に連結された第２遊星歯車機構とを備え、前記中心回転軸または第１遊星歯車の軸部を入力軸とし、駆動モータから減速歯車を介して前記入力軸に入力された回転が、前記第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構により減速されて前記出力軸に出力される構成としたのである。

上記の構成によれば、従来の差動式遊星歯車減速機と同様に高い減速率が得られるし、駆動モータの回転を減速させた入力回転が入力軸に入力されるので、各遊星歯車の自転速度を従来よりも低く抑えて、各遊星歯車の自転軸部の軸受寿命を延長することができる。

前記中心回転軸を入力軸とする場合は、その外周に前記減速歯車を嵌合固定し、前記駆動モータの主軸の外周に、前記減速歯車よりも少ない歯数で減速歯車と噛み合う伝達歯車を嵌合固定するとよい。このようにすれば、駆動モータを中心回転軸の軸心から外れた位置に配置するとともに、中心回転軸を中空としてケーブル等を通した構造を採用しやすくなる。また、この場合は、前記中心回転軸の軸心の周りに前記駆動モータを複数配置し、前記各駆動モータの主軸の外周に前記伝達歯車を嵌合固定することもできる。

一方、前記第１遊星歯車の軸部を入力軸とする場合は、その外周に前記減速歯車を嵌合固定し、前記駆動モータの主軸の外周に、前記減速歯車よりも少ない歯数で減速歯車と噛み合う伝達歯車を嵌合固定するとよい。

また、前記第２キャリアと出力軸との間に、前記入力軸への入力が停止しているときに前記出力軸に加えられる逆入力トルクに対して出力軸をロックする逆入力遮断クラッチを組み込むようにすれば、その逆入力遮断クラッチが出力軸に連結されるアクチュエータ等の停止時の位置を保持するブレーキとなるので、電磁ブレーキをもたない小型の駆動モータを使用できるようになる。

本発明の減速機は、上述したように、従来の差動式遊星歯車減速機と同じく２つの遊星歯車機構による差動運動を利用したものであるから、高い減速率が得られるし、駆動モータの回転を減速させた入力回転が入力軸に入力される構成とすることにより、各遊星歯車の自転速度を抑えてその自転軸部の軸受寿命の延長が図れるようにしたので、長期間安定して使用することができる。

第１実施形態の減速機の縦断正面図 ａ、ｂは、それぞれ図１のIIａ−IIａ線、IIｂ−IIｂ線に沿った断面図 第２実施形態の減速機の縦断正面図 図３のIV−IV線に沿った断面図 図３の逆入力遮断クラッチの要部の分解斜視図 ａ、ｂは、それぞれ図３の逆入力遮断クラッチの動作を説明する断面図 第３実施形態の減速機の縦断正面図 図７のVIII−VIII線に沿った断面図 第４実施形態の減速機の縦断正面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態を示す。この減速機は、円筒状のハウジング（固定部材）１の軸心上に入力軸としての中心回転軸２と出力軸３とを配し、ハウジング１の内側に第１遊星歯車機構１１と第２遊星歯車機構２１を軸方向に並べて組み込むとともに、中心回転軸２に回転を入力する駆動モータ４を組み込んだものである。

前記ハウジング１は、駆動モータ４側の前半部１ａと出力軸３側の後半部１ｂとに分割されており、その前半部１ａには蓋部の中心部から軸方向内側へ延びる内筒部１ｃが設けられ、後半部１ｂには中心回転軸２を通す仕切壁１ｄが設けられている。そして、このハウジング１の前半部１ａと後半部１ｂを突き合わせ、後半部１ｂの開口を出力軸３が通される蓋５で塞いだ状態で、これらの各部材をそれぞれの外周側の対応する位置にあけた複数の取付孔１ｅ、５ａを利用して一体化するとともに、減速機が組み込まれる機器内で固定するようになっている。

前記中心回転軸２は、ハウジング１の内筒部１ｃと同じ内径および外径を有する中空軸であり、一端部がハウジング１の仕切壁１ｄを貫通してハウジング１の内筒部１ｃと軸方向で隣接する状態で、仕切壁１ｄに回転自在に支持されている。そして、その仕切壁１ｄからの突出部の外周に嵌合固定された減速歯車６が、駆動モータ４の主軸４ａの外周に嵌合固定された伝達歯車７と噛み合うことにより、駆動モータ４から回転を入力されるようになっている。その伝達歯車７には、減速歯車６よりも歯数の少ないもの（小径のもの）が用いられる。

前記出力軸３は、ハウジング１の内筒部１ｃと同じ内径の中空軸であり、ハウジング１の蓋５を貫通してその蓋５に回転自在に支持されている。そして、軸方向内側の一端部の内周には段差部３ａが設けられ、この段差部３ａに中心回転軸２の他端部が回転自在に嵌め込まれている。これにより、中心回転軸２と出力軸３がスムーズに相対回転でき、しかも、ハウジング内筒部１ｃ、中心回転軸２および出力軸３の内側に駆動モータ４を制御するためのケーブル（図示省略）等を通せるようになっている。

前記第１遊星歯車機構１１は、中心回転軸２の外周に設けられる第１太陽歯車１２と、第１太陽歯車１２の径方向外側に配される第１内歯車１３と、第１太陽歯車１２と第１内歯車１３の両方に噛み合う複数の第１遊星歯車１４と、各第１遊星歯車１４の中心から突出する軸部１４ａを軸受（図示省略）を介して自転可能に支持する第１キャリア１５とからなる。その第１太陽歯車１２は中心回転軸２の外周に嵌合固定され、第１キャリア１５はハウジング１の仕切壁１ｄと一体に形成されている。なお、第１太陽歯車１２は中心回転軸２と一体に形成してもよく、第１キャリア１５はハウジング仕切壁１ｄと別体に形成して固定的に取り付けるようにしてもよい。

前記第２遊星歯車機構２１は、中心回転軸２の外周に設けられる第２太陽歯車２２と、第２太陽歯車２２の径方向外側に配され、第１内歯車１３と異なる歯車仕様で一体に形成された第２内歯車２３と、第２太陽歯車２２と第２内歯車２３の両方に噛み合う複数の第２遊星歯車２４と、各第２遊星歯車２４の中心に通される支軸２５ａを有し、各第２遊星歯車２４を軸受（図示省略）を介して自転可能に支持する第２キャリア２５とからなる。その第２太陽歯車２２は中心回転軸２と一体に形成されており、第２キャリア２５は出力軸３と一体に形成されている。なお、第２太陽歯車２２は中心回転軸２と別体に形成して固定的に取り付けるようにしてもよく、第２キャリア２５は出力軸３と別体に形成して一体回転するように連結してもよい。

また、第１遊星歯車機構１１と第２遊星歯車機構２１の太陽歯車１２、２２どうしおよび遊星歯車１４、２４どうしの接触を防止するためのスペーサ８が、中心回転軸２の外周に嵌め込まれている。

次に、この減速機の動作について説明する。駆動モータ４を駆動すると、まず、その回転が伝達歯車７および減速歯車６を介して中心回転軸２に入力され、中心回転軸２と第１太陽歯車１２および第２太陽歯車２２が一体に回転する。すると、第１遊星歯車機構１１では、第１キャリア１５が固定されているため、第１遊星歯車１４が公転を拘束された状態で自転して、第１内歯車１３を中心回転軸２と逆の方向に回転させる。そして、第２遊星歯車機構２１では、第２内歯車２３が第１内歯車１３と一体に回転するので、第２遊星歯車２４が第２太陽歯車２２と第２内歯車２３との回転速度差に応じて自転しながら公転し、この第２遊星歯車２４の公転が第２キャリア２５を介して出力軸３に伝達される。

この減速機は、上記の構成であり、従来の差動式遊星歯車減速機と同様に、２つの遊星歯車機構１１、２１による差動運動を利用した高い減速率が得られるうえ、駆動モータ４の回転が伝達歯車７および減速歯車６を介して減速されて入力軸である中心回転軸２に入力されるようになっているので、従来よりも各遊星歯車１４、２４の自転速度が抑えられる。したがって、前述の第１遊星歯車１４の軸部１４ａと第１キャリア１５（ハウジング仕切壁１ｄ）との間に配される軸受、および第２遊星歯車２４と第２キャリア２５の支軸２５ａとの間に配される軸受の寿命延長が図れ、長期間安定して使用することができる。

また、この構成では、駆動モータ４が中心回転軸２の軸心から外れた位置に配置されることになるので、中心回転軸２の軸心の周りに駆動モータ４を複数配置し、各駆動モータ４の主軸４ａの外周に伝達歯車７を嵌合固定することもできる。その場合には、駆動モータ４の小型化が可能になる。

図３乃至図６は第２の実施形態を示す。この実施形態は、第１実施形態の第２キャリア２５と出力軸３との間に逆入力遮断クラッチ３１を組み込んだものである。そこで、第１実施形態と同じ機能の部材については同じ符号を付けて説明を省略し（後述する第３の実施形態も同じ）、以下では主として逆入力遮断クラッチ３１について説明する。

前記逆入力遮断クラッチ３１は、図３乃至図５に示すように、第２キャリア２５の外周に等間隔で設けられた複数の略矩形板状の入力片３２と、出力軸３の外周側に一体に形成された出力部３３と、出力部３３の径方向外側でハウジング後半部１ｂの一部をなし、内周に円筒面を有する固定外輪３４と、出力部３３外周面と固定外輪３４内周面との間に挿入される柱部３５ａが外周部に複数設けられた円環状のロック解除片３５と、出力部３３外周面と固定外輪３４内周面との間に組み込まれるころ３６およびコイルばね３７とで構成されている。なお、固定外輪３４は、減速機全体の組み立てが容易に行えるように、基になるハウジング後半部１ｂから分割されている。

前記出力部３３は、外周面に径方向と直交する複数のカム面３３ａが設けられ、これらの各カム面３３ａと固定外輪３４の内周円筒面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間３８が形成されている。そして、各楔形空間３８には一対のころ３６が各ころ３６を楔形空間３８の狭小部に押し込むコイルばね３７を挟んだ状態で配され、各楔形空間３８の周方向両側（ころ３６を挟んでコイルばね３７と対向する位置）にロック解除片３５の柱部３５ａが挿入されている。そのロック解除片３５の内周部には、第２キャリア２５の外周から軸方向に延びる入力片３２が周方向隙間をもって挿入される係合凹部３５ｂが設けられている。また、出力部３３の外周部には、入力片３２がロック解除片３５の係合凹部３５ｂよりも広い周方向隙間をもって挿入される係合穴３３ｂが設けられている。

この逆入力遮断クラッチ３１では、駆動モータ４停止中に出力軸３から出力部３３に逆入力トルクが加えられても、回転方向後側のころ３６がコイルばね３７の弾性力によって楔形空間３８の狭小部に押し込まれているので、出力部３３（および出力軸３）が固定外輪３４にロックされ、出力軸３は回転しない。

一方、駆動モータ４が駆動され、その回転が第１実施形態と同様に減速されて第２キャリア２５に伝達されると、まず、図６（ａ）に示すように、第２キャリア２５と一体に回転する入力片３２が、ロック解除片３５の係合凹部３５ｂに係合してロック解除片３５を周方向に押す。これにより、ロック解除片３５の柱部３５ａが回転方向後方側のころ３６をコイルばね３７の弾力に抗して楔形空間３８の広大部へ押しやるので、出力部３３と固定外輪３４とのロック状態が解除される。そして、図６（ｂ）に示すように、第２キャリア２５がさらに回転して、入力片３２が出力部３３の係合穴３３ｂに係合すると、入力片３２が出力部３３を周方向に押すようになり、第２キャリア２５の回転が出力部３３に伝達されて出力軸３に出力される。

この第２実施形態では、上述したように、入力軸である中心回転軸２への入力が停止しているときに出力軸３に加えられる逆入力トルクに対して出力軸３をロックする逆入力遮断クラッチ３１を組み込んでおり、その逆入力遮断クラッチ３１が出力軸３に連結されるアクチュエータ等（図示省略）の停止時の位置を保持するブレーキとなるので、電磁ブレーキをもたない小型の駆動モータを使用することができる。

図７および図８は第３の実施形態を示す。この実施形態は、第１実施形態をベースとして、中心回転軸２および出力軸３を中実軸とするとともに、第１遊星歯車１４の軸部１４ａを延長して中心回転軸２に代わる入力軸としたものである。

すなわち、この第３実施形態では、中実軸とした中心回転軸２の一端部を短縮してハウジング１の仕切壁１ｄから突出しないようにし、中心回転軸２の他端部は同じく中実軸とした出力軸３の一端部に設けた軸穴３ｂに回転自在に嵌め込んでいる。一方、各第１遊星歯車１４は、その軸部１４ａを延長してハウジング１の仕切壁１ｄから突出させ、この突出部の外周に減速歯車６を嵌合固定している。そして、中心回転軸２の軸心上に配置した駆動モータ４の主軸４ａの外周に、各減速歯車６よりも少ない歯数で減速歯車６と噛み合う伝達歯車７を嵌合固定し、駆動モータ４から伝達歯車７および減速歯車６を介して各第１遊星歯車１４の軸部１４ａに回転が入力されるようにしている。

また、上記の変更に伴って、ハウジング１は、その前半部１ａの軸方向中央位置に、各第１遊星歯車１４の軸部１４ａの一端部を回転自在に支持し、駆動モータ４の主軸４ａを通す支持壁１ｆを設けている。そして、支持壁１ｆの外側面に連続する位置で分割して、減速機全体の組み立てが容易に行えるようにしている。

この第３実施形態でも、第１、第２実施形態と同様、高減速率が得られるとともに、各遊星歯車１４、２４の自転速度が抑えられ、長期間安定して使用できる。しかも、第１遊星歯車１４は、入力軸として減速された回転が直接入力されるので、許容範囲内でその歯数を少なく（小径化）することにより、第１、第２実施形態よりも減速率を高めたり、第２遊星歯車２４の自転速度を小さくしたりしやすい。

図９は第４の実施形態を示す。この実施形態は、第２実施形態をベースとして、出力軸３の回転数を調整する手段を設けるとともに、減速機全体の組み立てを容易にする工夫を加えたものである。

すなわち、この第４実施形態では、逆入力遮断クラッチ３１の出力部３３と別体に形成した出力軸３を、軸受ハウジング４１の内周に設けた軸受４２で回転自在に支持し、その出力軸３と軸受ハウジング４１との間に出力軸３の回転数を検知する回転検知機構４３を設けている。なお、これに伴い、第２実施形態の出力側の蓋５はなくし、出力軸３と逆入力遮断クラッチ３１の出力部３３には、両者を一体化するためのねじ穴を設けている。また、出力軸３は、第２実施形態よりも大径に形成して、軸方向外側に軸受４２抜け止め用のフランジを設け、外周部の軸方向中央に段差を設けている。

前記回転検知機構４３は、出力軸３の外周部の段差面に取り付けられるエンコーダ４４と、軸受ハウジング４１と逆入力遮断クラッチ３１の固定外輪３４とに挟まれるように配されるベース部材４５と、ベース部材４５にエンコーダ４４と軸方向で対向するように取り付けられるセンサ４６と、ベース部材４５に取り付けられセンサ４６を作動させる電子基板４７とからなる。

そして、前記回転検知機構４３で出力軸３の回転数を検知して、目標回転数との差に応じて駆動モータ４の駆動回転数を修正することにより、出力軸３の回転数を目標回転数に近づけるようにしている。これにより、駆動モータ４と出力軸３との間に介在する第１、第２遊星歯車機構１１、２１や逆入力遮断クラッチ３１において回転伝達のロスがあっても、出力軸３をほぼ目標回転数で回転させることができる。

また、軸受ハウジング４１および回転検知機構４３のベース部材４５には、ハウジング１と一体化するための取付孔４１ａ、４５ａが、ハウジング１の取付孔１ｅと対応する位置にあけられ、その径方向外側に減速機が組み込まれる機器への固定用のねじ孔４１ｂ、４５ｂがあけられている。

そして、軸受ハウジング４１の軸方向内側の端面、ベース部材４５の両端面、固定外輪３４の両端面およびハウジング後半部１ｂの両端面に、位置決め用の段差を同心に設けることにより、これらの各部材およびハウジング前半部１ａを一体化する際に、それぞれの段差およびハウジング前半部１ａの軸方向内側端部が嵌まり合い、減速機全体の組み立てが効率よく行えるようにしている。

１ ハウジング（固定部材）
２ 中心回転軸
３ 出力軸
４ 駆動モータ
４ａ 主軸
６ 減速歯車
７ 伝達歯車
１１ 第１遊星歯車機構
１２ 第１太陽歯車
１３ 第１内歯車
１４ 第１遊星歯車
１４ａ 軸部
１５ 第１キャリア
２１ 第２遊星歯車機構
２２ 第２太陽歯車
２３ 第２内歯車
２４ 第２遊星歯車
２５ 第２キャリア
３１ 逆入力遮断クラッチ

Claims (5)

1. 中心回転軸の外周に設けられる第１太陽歯車と、前記第１太陽歯車の径方向外側に配される第１内歯車と、前記第１太陽歯車と第１内歯車の両方に噛み合う複数の第１遊星歯車と、前記各第１遊星歯車を自転可能に支持する第１キャリアとからなり、前記第１キャリアが固定部材に固定された第１遊星歯車機構と、
   前記中心回転軸の外周に設けられる第２太陽歯車と、前記第２太陽歯車の径方向外側に配され、前記第１内歯車と一体に回転する第２内歯車と、前記第２太陽歯車と第２内歯車の両方に噛み合う複数の第２遊星歯車と、前記各第２遊星歯車を自転可能に支持する第２キャリアとからなり、前記第２内歯車が前記第１内歯車と異なる歯車仕様で形成され、前記第２キャリアが出力軸に連結された第２遊星歯車機構とを備え、
   前記中心回転軸または第１遊星歯車の軸部を入力軸とし、駆動モータから減速歯車を介して前記入力軸に入力された回転が、前記第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構により減速されて前記出力軸に出力されるようにした減速機。
2. 前記中心回転軸を入力軸とし、その外周に前記減速歯車を嵌合固定し、前記駆動モータの主軸の外周に、前記減速歯車よりも少ない歯数で減速歯車と噛み合う伝達歯車を嵌合固定したことを特徴とする請求項１に記載の減速機。
3. 前記中心回転軸の軸心の周りに前記駆動モータを複数配置し、前記各駆動モータの主軸の外周に前記伝達歯車を嵌合固定したことを特徴とする請求項２に記載の減速機。
4. 前記第１遊星歯車の軸部を入力軸とし、その外周に前記減速歯車を嵌合固定し、前記駆動モータの主軸の外周に、前記減速歯車よりも少ない歯数で減速歯車と噛み合う伝達歯車を嵌合固定したことを特徴とする請求項１に記載の減速機。
5. 前記第２キャリアと出力軸との間に、前記入力軸への入力が停止しているときに前記出力軸に加えられる逆入力トルクに対して出力軸をロックする逆入力遮断クラッチを組み込んだことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の減速機。

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