JP2016145638A - 遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遊星歯車の遊星軸に錘子を設置し、この錘子の慣性力によってトルクの増大を図る遊星歯車装置を提供する。
【解決手段】この遊星歯車装置８０、９０は、それぞれの遊星軸１２に錘子３８が遊星軸１２の軸心から重心をずらして設けられる。そして、この錘子３８は遊星軸１２の回転と共に自公転し、このときの回転で生じる慣性力によって遊星軸１２及び従動軸１４の回転トルクを増大させる。よって、この遊星歯車装置８０、９０は、従来の遊星歯車機構と比較して、高トルクを得ることができる。また、負荷や動力源の変動によって回転が急変する場合に、錘子３８の慣性力がこの変動を緩和する。これにより、回転の急変に伴う各部のダメージを軽減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルク増幅機能を有する遊星歯車装置に関するものである。

遊星歯車とは減速ギアの一つであり、動力源と接続した太陽歯車と、この太陽歯車の周面で螺合する複数の遊星歯車と、これら遊星歯車が内接して螺合する内歯車とで主に構成され、遊星歯車の公転運動もしくは内歯車の回転運動を負荷側に伝達することで、動力源からの回転力を減速、高トルク化するものである。そして、この遊星歯車機構は、動力源からの入力となる駆動軸と負荷側への出力となる従動軸とが同軸となること、比較的少ない段数で大きな減速比が得られることなどから、自家用車や自転車等、様々な製品に使用されている。

ここで、下記［特許文献１］には、遊星歯車の相互干渉を回避して、大減速比と高トルクとを得る遊星歯車装置に関する発明が開示されている。

特開平９−１４４８１８号公報

しかしながら、このような減速機構におけるトルクの向上は、様々なアプローチからの更なる改善が望まれる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、遊星歯車の遊星軸に錘子を設置し、この錘子の慣性力によってトルクの増大を図る遊星歯車装置を提供することを目的とする。

本発明は、
（１）中央に位置する太陽歯車３０と、遊星軸１２を備え前記太陽歯車３０と螺合して前記太陽歯車３０の周りを自転しながら公転する複数の遊星歯車３４と、前記遊星軸１２を介して伝達される前記遊星歯車３４の公転運動を従動軸１４の回転運動として負荷側に伝達する遊星キャリア３６と、を有する遊星歯車装置において、
前記遊星軸１２のそれぞれに設置され重心が前記遊星軸１２の軸心からずれた錘子３８を有し、前記錘子３８が前記遊星軸１２とともに回転するときの慣性力によって前記従動軸１４のトルクを増大することを特徴とする遊星歯車装置８０、９０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）太陽歯車３０の中心軸から見て全ての錘子３８が同位相で回転することを特徴とする上記（１）記載の遊星歯車装置８０、９０を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）太陽歯車３０が駆動軸１０と接続し、
遊星歯車３４が内周面で螺合する内歯車３２をさらに有することを特徴とする上記（１）または（２）記載の遊星歯車装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）遊星軸１２に設置され遊星歯車３４とともに自公転する補助円板４０と、前記補助円板４０の公転をガイドする補助リング４２と、をさらに有することを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の遊星歯車装置８０、９０を提供することにより、上記課題を解決する。
（５）錘子３８が補助円板４０の上下にそれぞれ設置されることを特徴とする上記（４）記載の遊星歯車装置８０、９０を提供することにより、上記課題を解決する。
（６）補助円板４０の周面に磁極が交互となるように設置された複数の円板側ガイド磁石４４ａを有し、補助リング４２の内周面に磁極が交互となるように設置された複数のリング側ガイド磁石４４ｂを有し、円板側ガイド磁石４４ａとリング側ガイド磁石４４ｂとが磁着することで前記補助円板４０の公転をガイドすることを特徴とする上記（４）または（５）記載の遊星歯車装置８０、９０を提供することにより、上記課題を解決する。
（７）従動軸１４の軸受部６０にドーナツ状の軸受磁石６４ａを設け、遊星キャリア３６に前記軸受磁石６４ａと反発するドーナツ状のキャリア磁石６４ｂを設けたことを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の遊星歯車装置８０、９０を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係る遊星歯車装置は、それぞれの遊星軸に設置された錘子の慣性力によって遊星軸及び従動軸の回転トルクを増大させることができる。また、負荷や動力源の変動によって回転が急変する場合に、錘子の慣性力がこの変動を緩和することができる。

本発明に係る第１の形態の遊星歯車装置の斜視図である。 本発明に係る第１の形態の遊星歯車装置の上面図及び側面図である。 本発明に係る遊星歯車装置の補助円板及び補助リングの例を示す図である。 本発明に係る第２の形態の遊星歯車装置の斜視図である。 本発明に係る第２の形態の遊星歯車装置の側面図である。 本発明に係る遊星歯車装置の錘子の動作を説明する図である。 本発明に係る遊星歯車装置の錘子の動作を説明する図である。

本発明に係る第１の形態の遊星歯車装置８０及び第２の形態の遊星歯車装置９０の実施の形態について図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る第１の形態の遊星歯車装置８０の斜視図である。また、図２（ａ）は第１の形態の遊星歯車装置８０の駆動軸１０側からの上面図であり、図２（ｂ）は側面図である。尚、図２（ｂ）においては、内歯車３２、補助リング４２を破線により透過状態で示す。

本発明に係る第１の形態の遊星歯車装置８０は、モータやエンジン、風車、水車等の図示しない動力源によって回転する駆動軸１０と、中央に位置するとともにこの駆動軸１０と固定した太陽歯車３０と、遊星軸１２を備えるとともに太陽歯車３０と螺合して太陽歯車３０の周りを自転しながら公転する複数の遊星歯車３４と、これら複数の遊星歯車３４が内周面に設けられたギヤ歯と螺合する内歯車３２と、遊星歯車３４の遊星軸１２を介して伝達される遊星歯車３４の公転運動を従動軸１４の回転運動に変換して負荷側に伝達する遊星キャリア３６と、を備え、内歯車３２が固定した所謂プラネタリ型の遊星歯車機構を基本構成として有している。尚、本例では遊星歯車３４を３つ設けた例を示しているが、遊星歯車３４の数に特に限定はなく、２つでも４つでもそれ以上でも良い。また、本例では太陽歯車３０と遊星歯車３４の大きさを略同等としているが、これにも特に限定はなく、要求される減速比等により適宜設定される。

また、本発明に係る第１の形態の遊星歯車装置８０及び後述の第２の形態の遊星歯車装置９０は、遊星歯車３４の遊星軸１２のそれぞれに錘子３８を有している。この遊星軸１２に設置される錘子３８は、遊星軸１２に固定される固定部３８ａと、固定部３８ａから離れて設けられる錘部３８ｂとで主に構成される。よって、錘子３８の重心は錘部３８ｂの側に位置し、遊星軸１２の軸心からズレることとなる。尚、図１、図２では遊星歯車装置８０の遊星軸１２に補助円板４０を設け、この補助円板４０の上下に錘子３８をそれぞれ１つずつ設置する例を示しているが、錘子３８の設置個数及び設置位置は全ての遊星軸１２で同一であれば特に限定はなく、錘子３８を１個でも３個以上設置しても良いし、補助円板４０を設けずに錘子３８を遊星歯車３４の上下の一方もしくは両方に設置しても良い。尚、補助円板４０を設ける場合には、補助円板４０の外側に補助リング４２を設け、この補助リング４２の内周面に補助円板４０を内接させることが好ましい。この構成によれば補助円板４０の公転を補助リング４２がガイドするため、錘子３８の回転に伴う遊星軸１２のブレを防止して遊星歯車装置８０、９０を安定的に回転させることができる。

また、補助円板４０と補助リング４２を有する構成では、図３に示すように、補助円板４０の外周面に円板側ガイド磁石４４ａをそれぞれ等ピッチで設け、補助リング４２の内周面にリング側ガイド磁石４４ｂをこれと同じピッチで設けることが好ましい。このとき、円板側ガイド磁石４４ａは、隣り合う円板側ガイド磁石４４ａの磁極が交互となるように設置し、リング側ガイド磁石４４ｂも隣り合うリング側ガイド磁石４４ｂの磁極が交互となるように設置する。そして、補助円板４０と補助リング４２は、それぞれの円板側ガイド磁石４４ａ、リング側ガイド磁石４４ｂとが異極となるように配置する。これにより、円板側ガイド磁石４４ａとリング側ガイド磁石４４ｂとは、補助円板４０の自公転により互いに引き合い、接点においては互いに磁着する。このように補助リング４２のガイドに磁力を用いることで、回転抵抗の大きいギヤ歯やレール等を用いることなく、低抵抗で補助円板４０の自公転をガイドすることができる。

次に、本発明に係る第１の形態の遊星歯車装置８０の動作を説明する。先ず、図２（ａ）に示す状態で駆動軸１０に動力源からの回転力が加わると、駆動軸１０に固定した太陽歯車３０が回転する。尚、ここでは太陽歯車３０が反時計回りの方向に回転する例を示す。太陽歯車３０が反時計回りに回転すると、これと螺合した各遊星歯車３４が各々時計回りに回転（自転）する。また、遊星歯車３４は固定した内歯車３２とも螺合しているから、各遊星歯車３４は太陽歯車３０の回転により、この太陽歯車３０の周囲を反時計回りに回転（公転）する。そして、この遊星歯車３４の公転運動は遊星キャリア３６に伝達され従動軸１４の回転運動に変換されて各種機械機器や発電機等の負荷側に伝達される。

このとき、遊星軸１２に軸着した錘子３８も各遊星歯車３４の回転とともに自公転する。ここで、錘子３８は前述のように重心が錘部３８ｂの側に位置し遊星軸１２の軸心からずれているため、錘子３８の回転により錘部３８ｂには慣性力が生じる。この慣性力は遊星軸１２の回転トルクを増大させ、従動軸１４の回転トルクを増大させる。

また、負荷に変動が存在する場合等では、負荷が瞬間的に増大する際に各錘子３８の慣性力が従動軸１４の回転を補助するとともに、動力源への急激な負荷増大を緩和する。反対に動力源のトルクが変動する例えば風車等の場合では、動力源のトルクが瞬間的に減少する際に各錘子３８の慣性力が従動軸１４の回転を補助するとともに、負荷への急激なトルク低下を緩和する。これにより、本発明に係る遊星歯車装置８０は負荷や動力源に変動が生じた場合でも、これら変動の影響を緩和して回転の急変に伴う各部のダメージの軽減を図ることができる。

次に、本発明に係る第２の形態の遊星歯車装置９０の構成を説明する。本発明に係る第２の形態の遊星歯車装置９０は、図４、図５に示すように、駆動軸１０と接続した駆動歯車５０と、中央に位置し固定軸１６と固定した太陽歯車３０と、駆動歯車５０と螺合する中央歯車５２を備え固定軸１６に対し可動な状態で設置される動キャリア５４と、動キャリア５４と後述の遊星キャリア３６とで軸支された遊星軸１２と、この遊星軸１２に固定され太陽歯車３０と螺合して太陽歯車３０の周りを自転しながら公転する複数の遊星歯車３４と、遊星軸１２を介して伝達される遊星歯車３４の公転運動を従動軸１４の回転運動に変換して負荷側に伝達する遊星キャリア３６と、を有している。そして、第２の形態の遊星歯車装置９０も前述のように重心が遊星軸１２の軸心からズレた錘子３８を遊星軸１２のそれぞれに有している。尚、駆動歯車５０と中央歯車５２のギア比等は要求される減速比等により適宜設定される。また、太陽歯車３０と遊星歯車３４のギア比等は要求される錘子３８の回転数等により適宜設定される。

次に、本発明に係る第２の形態の遊星歯車装置９０の動作を説明する。先ず、図示しない動力源が回転すると駆動軸１０が回転し、これにより駆動歯車５０が回転する。駆動歯車５０が回転すると、これと螺合した中央歯車５２が回転し動キャリア５４が回転する。これにより、遊星歯車３４が太陽歯車３０の周りを自転しながら公転する。この遊星歯車３４の公転運動は遊星キャリア３６に伝達され従動軸１４の回転運動に変換されて負荷側に伝達される。このとき、遊星軸１２に軸着した錘子３８も各遊星歯車３４の回転とともに自公転する。そして、錘子３８の回転による慣性力は遊星軸１２の回転トルクを増大させ、従動軸１４の回転トルクを増大させる。また、負荷が瞬間的に変動が生じた際に、各錘子３８の慣性力がこれら変動の影響を緩和して回転の急変に伴う各部のダメージの軽減を図る。

尚、遊星歯車装置８０、９０の錘子３８は太陽歯車３０の中心軸（遊星歯車装置８０では駆動軸１０、遊星歯車装置９０では固定軸１６）から見て全ての錘子３８が同位相で回転するように設置することが好ましい。ここで、第１の形態の遊星歯車装置８０を例にこの構成の錘子３８の動きを図６、図７を用いて説明する。先ず、この構成では図６（ａ）に示すように、錘子３８の錘部３８ｂが全て外側を向く位置と、図６（ｃ）に示すように、錘子３８の錘部３８ｂが全て内側を向く位置とが存在し、図６（ａ）〜図７（ｂ）に示すように、全ての錘子３８は太陽歯車３０の駆動軸１０（中心軸）から見て同位相で回転する。この構成によれば、錘子３８の慣性力に位相差が存在しないため、遊星歯車装置８０、９０の中心軸に錘子３８からの慣性力が略均等に掛かり、従動軸１４の偏心を防止して、無用な回転損失を生ずることなく遊星歯車装置８０、９０を安定的に回転させることができる。

尚、本発明に係る遊星歯車装置８０、９０は、図２（ｂ）、図５に示すように、従動軸１４の軸受部６０に以下に示す構成を備えていても良い。先ず、遊星歯車装置８０、９０を設置する機械機器等のフレーム７には、遊星歯車装置８０、９０の従動軸１４を軸支する軸孔６２を備えた軸受部６０が設けられる。そして、この軸受部６０には中心に軸孔６２が貫通したドーナツ状の軸受磁石６４ａが設けられる。また、この軸受磁石６４ａと対向する遊星キャリア３６の側には中心から従動軸１４が伸びるドーナツ状のキャリア磁石６４ｂが設けられる。尚、軸受磁石６４ａとキャリア磁石６４ｂとは同極が対向するようにし、斥力によって互いが反発するよう設置する。また、軸受磁石６４ａ、キャリア磁石６４ｂは略同一径とすることが好ましい。この構成によれば、軸受磁石６４ａ、キャリア磁石６４ｂ間に働く斥力によって、遊星キャリア３６と軸受部６０（フレーム７）とを非接触状態で維持することができる。これにより、軸受部６０における接触抵抗を低減して従動軸１４のトルク損失を抑制し、更なるトルク向上を図ることができる。

以上のように、本発明に係る遊星歯車装置８０、９０は、それぞれの遊星軸１２に錘子３８が遊星軸１２の軸心から重心をずらして設けられる。そして、この錘子３８は遊星軸１２の回転と共に自公転し、このときの回転で生じる慣性力によって遊星軸１２及び従動軸１４の回転トルクを増大させる。よって、本発明に係る遊星歯車装置８０、９０は、従来の遊星歯車機構と比較して、高トルクを得ることができる。また、本発明に係る遊星歯車装置８０、９０は、負荷や動力源の変動によって回転が急変する場合に、錘子３８の慣性力がこの変動を緩和する。これにより、回転の急変に伴う各部のダメージを軽減することができる。

またさらに、本発明に係る遊星歯車装置８０、９０は、従動軸１４の軸受部６０に軸受磁石６４ａ、キャリア磁石６４ｂを設け、これら軸受磁石６４ａ、キャリア磁石６４ｂによって遊星歯車装置８０、９０を非接触に軸支する。これにより、更なるトルク向上を図ることができる。

尚、本例で示した遊星歯車装置８０、９０の錘子３８の形状や各部の構成、機構等は一例であるから上記の例に限定されるわけでは無く、本発明は本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。

１０ 駆動軸
１２ 遊星軸
１４ 従動軸
３０ 太陽歯車
３２ 内歯車
３４ 遊星歯車
３６ 遊星キャリア
３８ 錘子
４０ 補助円板
４２ 補助リング
４４ａ 円板側ガイド磁石
４４ｂ リング側ガイド磁石
６０ 軸受部
６４ａ 軸受磁石
６４ｂ キャリア磁石
８０、９０ 遊星歯車装置

Claims (7)

1. 中央に位置する太陽歯車と、
   遊星軸を備え前記太陽歯車と螺合して前記太陽歯車の周りを自転しながら公転する複数の遊星歯車と、
   前記遊星軸を介して伝達される前記遊星歯車の公転運動を従動軸の回転運動として負荷側に伝達する遊星キャリアと、を有する遊星歯車装置において、
   前記遊星軸のそれぞれに設置され重心が前記遊星軸の軸心からずれた錘子を有し、
   前記錘子が前記遊星軸とともに回転するときの慣性力によって前記従動軸のトルクを増大することを特徴とする遊星歯車装置。
2. 太陽歯車の中心軸から見て全ての錘子が同位相で回転することを特徴とする請求項１記載の遊星歯車装置。
3. 太陽歯車が駆動軸と接続し、
   遊星歯車が内周面で螺合する内歯車をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の遊星歯車装置。
4. 遊星軸に設置され遊星歯車とともに自公転する補助円板と、
   前記補助円板の公転をガイドする補助リングと、をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の遊星歯車装置。
5. 錘子が補助円板の上下にそれぞれ設置されることを特徴とする請求項４記載の遊星歯車装置。
6. 補助円板の周面に磁極が交互となるように設置された複数の円板側ガイド磁石を有し、補助リングの内周面に磁極が交互となるように設置された複数のリング側ガイド磁石を有し、円板側ガイド磁石とリング側ガイド磁石とが磁着することで前記補助円板の公転をガイドすることを特徴とする請求項４または請求項５記載の遊星歯車装置。
7. 従動軸の軸受部にドーナツ状の軸受磁石を設け、遊星キャリアに前記軸受磁石と反発するドーナツ状のキャリア磁石を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の遊星歯車装置。

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