JP2021162035A - 遊星減速機 - Google Patents

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Abstract

【課題】遊星減速機の部品点数を低減できるとともに、遊星減速機の軸方向の寸法を低減でき、かつ、遊星ギアの内周面のうち、高精度の加工が必要な面を小さくすることができる構造を提供する。【解決手段】遊星減速機は、キャリアピンに対して遊星ギア20を自転可能に支持する一対のベアリング34を有する。ベアリングの外輪は、フランジ部721を有する。遊星ギアの内周部は、一対のベアリングのフランジ部の間において、外輪72に固定される。遊星ギアは、一対のフランジ部により、軸方向に位置決めされる。【選択図】図3

Description

本発明は、遊星減速機に関する。
従来、太陽ギアと、太陽ギアの周囲に配置された複数の遊星ギアと、複数の遊星ギアを包囲するインタナルギアとを有する遊星減速機が知られている。従来の遊星減速機については、例えば、実開昭54−8074号公報に記載されている。
実開昭54−8074号公報
遊星減速機の遊星ギアは、中心軸と平行に延びるキャリアピンに、ベアリングを介して支持されている。この遊星ギアを支持するベアリングには、従来、ニードルベアリングが用いられることが多かった。しかしながら、ニードルベアリングを用いる場合、キャリアピンの外周面に、複数のコロを介して直接遊星ギアが配置される。したがって、ニードルベアリングでは、軸方向において遊星ギアの端面とキャリアとが非接触となるような位置決めはできず、遊星ギアの端面とキャリアとの接触により回転抵抗が大きかった。
このため、従来の遊星減速機では、ニードルベアリングとは別に、遊星ギアの端面に接触するワッシャを設けて、回転抵抗を低減させていた。しかしながら、このような構造では、回転抵抗を完全に無くすことはできず、また周方向に摩擦の少ない高精度なワッシャを配置する必要があった。
また、ニードルベアリングを用いる場合、遊星ギアの内周面の全体が、ニードルベアリングのコロと接触する。このため、遊星ギアの内周面の全体を、精度よく加工する必要があった。
本発明の目的は、遊星減速機の部品点数を低減できるとともに、遊星減速機の軸方向の寸法を低減でき、かつ、遊星ギアの内周面のうち、高精度の加工が必要な面を小さくすることができる構造を提供することである。
本願発明は、第1回転数の回転運動を、前記第1回転数よりも低い第2回転数の回転運動に減速する遊星減速機であって、中心軸を中心として、前記1回転数で回転する太陽ギアと、前記太陽ギアの径方向外側において、前記太陽ギアと噛み合う複数の前記遊星ギアと、前記複数の遊星ギアを支持する複数のキャリアピンと、前記複数のキャリアピンを、周方向に間隔をあけた状態で固定するキャリアと、前記キャリアピンに対して、前記遊星ギアを自転可能に支持する一対のベアリングと、複数の前記遊星ギアの径方向外側において、前記遊星ギアと噛み合う円環状のインタナルギアと、を備え、前記一対のベアリングは、それぞれ、前記キャリアピンに固定される内輪と、前記遊星ギアに固定される外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の球体と、を有し、前記外輪は、前記キャリアピンから離れる方向へ突出するフランジ部を有し、前記遊星ギアの内周部は、一対の前記フランジ部の間において、前記外輪に固定される。
本願発明によれば、ベアリングの外輪に設けられた一対のフランジ部により、遊星ギアを軸方向に位置決めして、遊星ギアの軸方向の端面を非接触とすることができる。このため、遊星ギアの端面の接触による回転抵抗を無くすことができる。これにより、回転抵抗を低減させるための部品が不要となる。その結果、遊星減速機の部品点数を低減できるとともに、遊星減速機の軸方向の寸法を低減できる。
また、本願発明によれば、遊星ギアの内周部は、一対のフランジ部の間において、ベアリングの外輪に固定される。このため、遊星ギアの内周面全体のうち、固定のために高い寸法精度が要求されるのは、一対のフランジ部の間の部分のみとなる。これにより、遊星ギアの内周部の加工が容易となる。
図1は、遊星減速機の縦断面図である。 図2は、太陽ギア、複数の遊星ギア、および第1インタナルギアの、図1におけるA−A線断面図である。 図3は、遊星ギアおよびベアリングの部分縦断面図である。 図4は、第1変形例に係る遊星ギアおよびベアリングの部分縦断面図である。 図5は、第2変形例に係る遊星減速機の縦断面図である。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、太陽ギアの中心軸と平行な方向を「軸方向」、中心軸に直交する方向を「径方向」、中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は、略直交する方向も含む。
また、以下の説明では、図1中の右側を「入力側」と称し、図1中の左側を「出力側」と称する。
<1.一実施形態に係る遊星減速機>
図1は、本発明の一実施形態に係る遊星減速機1の縦断面図である。この遊星減速機1は、モータから入力される第1回転数の回転運動を、第1回転数よりも低い第2回転数の回転運動に減速して出力する装置である。遊星減速機1は、例えば、ロボットの関節に、モータとともに組み込まれて使用される。ただし、遊星減速機1は、アシストスーツ、無人搬送台車などの他の装置に用いられるものであってもよい。
図1に示すように、本実施形態の遊星減速機1は、1つの太陽ギア10、複数の遊星ギア20、遊星支持部30、第1インタナルギア40、第2インタナルギア50、および出力シャフト60を備えている。
太陽ギア10は、中心軸91に沿って配置されるギアである。太陽ギア10は、入力シャフト11を介して、駆動源であるモータと接続される。入力シャフト11は、図示を省略したケーシングに、軸受を介して回転可能に支持される。太陽ギア10および入力シャフト11は、モータから入力される駆動力により、中心軸91を中心として、減速前の第1回転数で回転する。太陽ギア10の外周面には、複数の外歯12が設けられている。複数の外歯12は、中心軸91を中心として一定の角度ピッチで設けられている。各外歯12は、太陽ギア10の外周面において、径方向外側へ突出する。
遊星ギア20は、太陽ギア10の径方向外側に配置されたギアである。図2は、太陽ギア10、複数の遊星ギア20、および第1インタナルギア40の、図1におけるA−A線断面図である。ただし、図2では、図の煩雑化を避けるために、断面を示すハッチングと、各ギアの歯の図示が省略されている。図2に示すように、本実施形態では、太陽ギア10の周囲に、3つの遊星ギア20が等間隔で配置されている。ただし、遊星減速機1が有する遊星ギア20の数は、1〜2つであってもよく、4つ以上であってもよい。
各遊星ギア20は、中央にピン孔23を有する。ピン孔23には、後述するキャリアピン32が挿入される。各遊星ギア20は、このキャリアピン32により、中心軸91と平行な遊星軸92を中心として、回転可能に支持される。
図1に示すように、遊星ギア20は、第1遊星ギア21と第2遊星ギア22とを有する。第1遊星ギア21と第2遊星ギア22は、別部材であり、互いに固定されている。第1遊星ギア21は、太陽ギア10と噛み合う円環状のギアである。第1遊星ギア21は、外周面に複数の第1ギア歯211を有する。複数の第1ギア歯211は、遊星軸92を中心として一定の角度ピッチで設けられている。各第1ギア歯211は、第1遊星ギア21の外周面において、外側へ向けて突出する。第1ギア歯211は、上述した太陽ギア10の外歯12と噛み合う。
第2遊星ギア22は、第1遊星ギア21よりも小径のギアである。第2遊星ギア22は、外周面に複数の第2ギア歯221を有する。複数の第2ギア歯221は、遊星軸92を中心として一定の角度ピッチで設けられている。各第2ギア歯221は、第2遊星ギア22の外周面において、外側へ向けて突出する。複数の第2ギア歯221は、複数の第1ギア歯211よりも、出力側に位置する。また、第1遊星ギア21が有する第1ギア歯211の数と、第2遊星ギア22が有する第2ギア歯221の数とは、相違する。
遊星支持部30は、複数の遊星ギア20を支持するユニットである。図1に示すように、遊星支持部30は、籠型のキャリア31と、複数のキャリアピン32とを有する。キャリア31は、中心軸91を中心とする円環状の部材である。キャリア31は、中心軸91を中心として回転可能に支持される。キャリア31は、複数の窓部33を有する。窓部33は、キャリア31を径方向に貫通する孔である。複数の窓部33は、中心軸91を中心として等間隔に設けられる。複数のキャリアピン32は、周方向に間隔をあけた状態で、キャリア31に固定されている。各キャリアピン32は、窓部33において、遊星軸92に沿って軸方向に延びる。
遊星ギア20は、キャリア31の窓部33内に配置される。また、遊星ギア20は、キャリアピン32に対して、一対のベアリング34を介して、回転可能に支持される。ベアリング34には、ボールベアリングが用いられる。遊星ギア20は、遊星軸92を中心として自転しながら、キャリア31とともに、中心軸91を中心として公転できる。
第1インタナルギア40は、複数の遊星ギア20の径方向外側において、第1遊星ギア21と噛み合う円環状のギアである。第1インタナルギア40は、中心軸91と同軸に配置される。第1インタナルギア40は、図示を省略したケーシングに固定されている。したがって、遊星減速機1の駆動時にも、第1インタナルギア40は、静止した状態に保たれる。第1インタナルギア40は、複数の第1内歯41を有する。複数の第1内歯41は、中心軸91を中心として一定の角度ピッチで設けられている。各第1内歯41は、第1インタナルギア40の内周面において、径方向内側へ突出する。上述した第1遊星ギア21の第1ギア歯211は、第1インタナルギア40の第1内歯41と噛み合う。
第2インタナルギア50は、複数の遊星ギア20の径方向外側において、第2遊星ギア22と噛み合う円環状のギアである。第2インタナルギア50は、第1インタナルギア40よりも、出力側に位置する。また、第2インタナルギア50は、中心軸91と同軸に配置される。第2インタナルギア50は、図示を省略したケーシングに、軸受を介して回転可能に支持される。また、キャリア31と第2インタナルギア50との間には、軸受35が介在する。このため、キャリア31と第2インタナルギア50とは、互いに異なる回転数で、回転可能である。
第2インタナルギア50は、複数の第2内歯51を有する。複数の第2内歯51は、中心軸91を中心として一定の角度ピッチで設けられている。各第2内歯51は、第2インタナルギア50の内周面において、径方向内側へ突出する。上述した第2遊星ギア22の第2ギア歯221は、第2インタナルギア50の第2内歯51と噛み合う。第1インタナルギア40が有する第1内歯41の数と、第2インタナルギア50が有する第2内歯51の数とは、相違する。
出力シャフト60は、中心軸91に沿って配置されるシャフトである。出力シャフト60は、キャリア31よりも出力側に位置する。本実施形態では、第2インタナルギア50と出力シャフト60とが、単一の部材により形成されている。ただし、第2インタナルギア50と出力シャフト60とは、別部材であってもよい。
太陽ギア10が第1回転数で回転すると、遊星ギア20は、太陽ギア10との噛み合いにより、遊星軸92を中心として自転する。また、遊星ギア20は、第1インタナルギア40との噛み合いにより、第1インタナルギア40に沿って、太陽ギア10の周りを公転する。すなわち、複数の遊星ギア20は、遊星軸92を中心として自転しながら、中心軸91を中心として公転する。このとき、中心軸91を中心とする遊星ギア20の公転の回転数は、第1回転数よりも低い中間回転数となる。
また、上述の通り、第1インタナルギア40が有する第1内歯41の数と、第2インタナルギア50が有する第2内歯51の数とは、相違する。このため、遊星ギア20の公転に伴い、第1インタナルギア40に対して第2インタナルギア50が、歯数の差に応じた回転数で回転する。この第2インタナルギア50の回転数は、中間回転数よりもさらに低い第2回転数となる。その結果、第2インタナルギア50および出力シャフト60が、中心軸91を中心として第2回転数で回転する。したがって、出力シャフト60から、減速後の第2回転数の回転運動を取り出すことができる。
<2.遊星ギアおよびベアリングについて>
続いて、遊星ギア20および遊星ギア20を支持する一対のベアリング34の、より詳細な構造について説明する。図3は、遊星ギア20およびベアリング34の部分縦断面図である。
図3に示すように、第2遊星ギア22は、上述した複数の第2ギア歯221を有するギア部222と、ギア部222の入力側に位置する挿入部223と、を有する。挿入部223は、第1遊星ギア21の内側に挿入される。その際、第1遊星ギア21の内周面に設けられた第1スプライン212に、挿入部223の外周面に設けられたスプライン224が嵌合する。これにより、第1遊星ギア21と第2遊星ギア22とが固定される。
本実施形態では、第2遊星ギア22の内周面が、遊星ギア20の内周面となっている。第2遊星ギア22は、内周面に突出部225を有する。突出部225は、遊星軸92へ向けて突出する円環状の突起である。これにより、第2遊星ギア22の内周面は、第1内周面226と、一対の第2内周面227とを有する。第1内周面226は、突出部225の内周面である。第1内周面226の軸方向の長さは、遊星ギア20の軸方向の全長よりも短い。一対の第2内周面227のうちの一方は、突出部225よりも入力側に位置する。一対の第2内周面227のうちの他方は、突出部225よりも出力側に位置する。すなわち、第1内周面226は、軸方向において、一対の第2内周面227の間に位置する。また、第1内周面226の径は、一対の第2内周面227の径よりも小さい。
図3に示すように、一対のベアリング34は、それぞれ、円環状の内輪71と、円環状の外輪72と、複数の球体73とを有する。内輪71は、キャリアピン32に固定される。外輪72は、内輪71よりも外側に位置し、第2遊星ギア22に固定される。複数の球体73は、内輪71と外輪72との間に介在する。
外輪72は、円環状のフランジ部721を有する。フランジ部721は、外輪72の外周面において、キャリアピン32から離れる方向へ突出する。以下では、一対のベアリング34のうち、入力側のベアリング34のフランジ部721を「第1フランジ部721a」と称し、出力側のベアリング34のフランジ部721を「第2フランジ部721b」と称する。第1フランジ部721aは、入力側のベアリング34の外輪72の入力側の端部から、外側へ向けて突出する。第2フランジ部721bは、出力側のベアリング34の外輪72の出力側の端部から、外側へ向けて突出する。
第2遊星ギア22の突出部225は、第1フランジ部721aと第2フランジ部721bとの間に位置する。そして、突出部225の内周面である第1内周面226が、外輪72に固定される。これにより、外輪72に対して遊星ギア20が固定される。外輪72に対する第1内周面226の固定方法には、例えば焼き嵌めが用いられる。ただし、焼き嵌めに代えて、圧入や接着剤などの他の固定方法を用いてもよい。
突出部225の入力側の端面は、第1フランジ部721aの出力側の面に接触する。また、突出部225の出力側の端面は、第2フランジ部721bの入力側の面に接触する。これにより、一対のベアリング34に対して遊星ギア20が、軸方向に位置決めされる。
このように、本実施形態の構造では、一対のベアリング34のフランジ部721により、遊星ギア20が軸方向に位置決めされる。これにより、遊星ギア20の軸方向の端面を非接触として、遊星ギア20の端面の接触による回転抵抗を無くすことができる。したがって、回転抵抗を低減させるための部材を設ける必要がない。これにより、遊星減速機1の部品点数を低減できる。また、遊星減速機1の軸方向の寸法を低減できる。
また、遊星ギア20の内周部は、一対のフランジ部721の間において、ベアリング34の外輪72に固定される。このため、遊星ギア20の内周面全体のうち、固定のために高い寸法精度が要求されるのは、一対のフランジ部721の間に位置する第1内周面226のみとなる。これにより、遊星ギア20の内周部の加工が容易となる。
フランジ部721と、遊星ギア20の第2内周面227とは、互いに対向する。フランジ部721と、遊星ギア20の第2内周面227との間には、隙間74が存在する。すなわち、遊星ギア20の内周面のうち、一対の第2内周面227は、ベアリング34の外輪72に接触しない。このため、第2内周面227には、高い寸法精度が要求されない。これにより、遊星ギア20の加工が、より容易となる。
また、本実施形態の構造では、第1フランジ部721aが、遊星ギア20の入力側の端面よりも、出力側に位置する。また、第2フランジ部721bが、遊星ギア20の出力側の端面よりも、入力側に位置する。すなわち、軸方向において、一対のフランジ部721が、遊星ギア20の軸方向の両端面の間に収まっている。このため、遊星ギア20の軸方向の寸法に加えて、一対のフランジ部721を配置するための軸方向の寸法を確保する必要がない。したがって、遊星減速機1の軸方向の全長を抑えることができる。
また、図3に示すように、本実施形態の遊星減速機1は、一対の円環状のワッシャ75を備える。一対のワッシャ75の一方は、入力側のベアリング34の内輪71の入力側の端面と、キャリア31の一部分との間の、軸方向の隙間に介在する。一対のワッシャ75の他方は、出力側のベアリング34の内輪71の出力側の端面と、キャリア31の一部分との間の、軸方向の隙間に介在する。このようにすれば、ベアリング34とキャリア31との間に、ワッシャ75の厚み分の軸方向の隙間を確保できる。これにより、遊星ギア20の軸方向の両端面と、キャリア31とを、非接触の状態に維持できる。その結果、遊星ギア20とキャリア31との摺動摩擦を無くすことができる。
キャリア31の窓部33を構成する面のうち、ワッシャ75に接触する面以外の面は、非接触面となる。したがって、キャリア31の作製時には、窓部33を構成する面のうち、ワッシャ75に接触する面のみを、高い寸法精度で加工すればよい。これにより、キャリア31の作成が容易となる。
<3.変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。以下では、種々の変形例について、上記実施形態との相違点を中心に説明する。
<3−1.第1変形例>
図4は、第1変形例に係る遊星減速機1の、遊星ギア20およびベアリング34の部分縦断面図である。この第1変形例の遊星減速機1は、上述し一対のワッシャ75に加えて、円環状のシム76を備えている。
シム76は、一対のベアリング34のいずれか一方の内輪71と、キャリア31の一部分との間の、軸方向の隙間に介在する。遊星減速機1の製造時には、シム76の数または厚みを選択することにより、キャリア31に対する内輪71の軸方向の位置を調整する。これにより、ベアリング34に軸方向の予圧を与えることができる。その結果、内輪71と球体73との間、および、球体73と外輪72との間の隙間を低減できる。これにより、減速後の回転運動のバックラッシを低減できる。
なお、シム76に代えて、ウェーブワッシャ等の弾性部材により、ベアリング34の内輪71に予圧を与えてもよい。
<3−2.第2変形例>
図5は、第2変形例に係る遊星減速機1の縦断面図である。この第2変形例の遊星減速機1は、第2インタナルギア50を備えていない。また、遊星ギア20は、第2ギア歯221を有していない。そして、キャリア31と出力シャフト60とが、単一の部材で形成されている。この遊星減速機1では、キャリア31の回転数である中間回転数が、減速後の第2回転数として、出力シャフト60から取り出される。
本変形例の遊星減速機1においても、一対のベアリング34に設けられたフランジ部721により、遊星ギア20が軸方向に位置決めされている。また、遊星ギア20の内周部は、一対のフランジ部721の間において、ベアリング34の外輪72に固定される。これにより、上記の実施形態と同様に、遊星減速機1の部品点数を低減し、軸方向の寸法を低減し、かつ、遊星ギア20の内周部の加工を容易とする効果を得ることができる。
<3−3.他の変形例>
遊星減速機の細部の形状については、本願の各図に示された形状と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
本発明は、遊星減速機に利用できる。
1 遊星減速機
10 太陽ギア
11 入力シャフト
12 外歯
20 遊星ギア
21 第1遊星ギア
22 第2遊星ギア
23 ピン孔
30 遊星支持部
31 キャリア
32 キャリアピン
33 窓部
34 ベアリング
35 軸受
40 第1インタナルギア
41 第1内歯
50 第2インタナルギア
51 第2内歯
60 出力シャフト
71 内輪
72 外輪
73 球体
74 隙間
75 ワッシャ
76 シム
91 中心軸
92 遊星軸
211 第1ギア歯
212 第1スプライン
221 第2ギア歯
222 ギア部
223 挿入部
224 スプライン
225 突出部
226 第1内周面
227 第2内周面
721 フランジ部
721a 第1フランジ部
721b 第2フランジ部

Claims (8)

  1. 第1回転数の回転運動を、前記第1回転数よりも低い第2回転数の回転運動に減速する遊星減速機であって、
    中心軸を中心として、前記第1回転数で回転する太陽ギアと、
    前記太陽ギアの径方向外側において、前記太陽ギアと噛み合う複数の遊星ギアと、
    前記複数の遊星ギアを支持する複数のキャリアピンと、
    前記複数のキャリアピンを、周方向に間隔をあけた状態で固定するキャリアと、
    前記キャリアピンに対して、前記遊星ギアを自転可能に支持する一対のベアリングと、
    複数の前記遊星ギアの径方向外側において、前記遊星ギアと噛み合う円環状のインタナルギアと、
    を備え、
    前記一対のベアリングは、それぞれ、
    前記キャリアピンに固定される内輪と、
    前記遊星ギアに固定される外輪と、
    前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の球体と、
    を有し、
    前記外輪は、
    前記キャリアピンから離れる方向へ突出するフランジ部
    を有し、
    前記遊星ギアの内周部は、一対の前記フランジ部の間において、前記外輪に固定される、遊星減速機。
  2. 請求項1に記載の遊星減速機であって、
    前記遊星ギアの前記内周部の軸方向の長さは、前記遊星ギアの軸方向の全長よりも短い、遊星減速機。
  3. 請求項2に記載の遊星減速機であって、
    前記遊星ギアは、
    一対の前記フランジ部の間において、前記外輪に固定される第1内周面と、
    一対の前記フランジ部と対向する一対の第2内周面と、
    を有し、
    前記フランジ部と前記第2内周面との間に、隙間が存在する、遊星減速機。
  4. 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の遊星減速機であって、
    前記キャリアの一部分と前記内輪との間の軸方向の隙間に介在するワッシャ
    をさらに備える、遊星減速機。
  5. 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の遊星減速機であって、
    前記キャリアの一部分と前記内輪との間の軸方向の隙間に介在するワッシャおよびシム
    をさらに備える、遊星減速機。
  6. 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の遊星減速機であって、
    前記遊星ギアは、
    複数の第1ギア歯を有する第1遊星ギアと、
    複数の第2ギア歯を有し、前記第1遊星ギアよりも小径の第2遊星ギアと、
    を有し、
    前記インタナルギアは、
    前記第1遊星ギアと噛み合う円環状の第1インタナルギアと、
    前記第2遊星ギアと噛み合う円環状の第2インタナルギアと、
    を有し、
    前記第2インタナルギアが、前記第1インタナルギアに対して、減速後の第2回転数で回転する、遊星減速機。
  7. 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の遊星減速機であって、
    前記インタナルギアは、前記遊星減速機のケーシングに固定され、
    前記キャリアが、減速後の第2回転数で回転する、遊星減速機。
  8. 請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の遊星減速機であって、
    前記キャリアは、前記遊星ギアが配置される複数の窓部を有する籠型のキャリアである、遊星減速機。
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