JP2023148184A - 減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非常に大きな減速比を有し減速比の設定自由度が高い減速装置を得る。【解決手段】ハウジング３に設けられ、第１サンギアｇｓ１および第２サンギアｇｓ２を有する入力軸１と、複数段の歯部を有し第２サンギアｇｓ２に歯合する第２プラネタリギアｇｐ２と、一段の歯部を有し第１サンギアｇｓ１に歯合する第１プラネタリギアｇｐ１と、第２プラネタリギアｇｐ２に歯合する第２リングギアｇｒ２と、第１プラネタリギアｇｐ１に歯合する第１リングギアｇｒ１とを備えたリング部材Ｒと、を備え、第２プラネタリギアｇｐ２を支持する第２キャリヤＣ２および第１プラネタリギアｇｐ１を支持する第１キャリヤＣ１のうち一方がハウジング３に固定され、他方が出力軸２とされる減速装置Ｇ。【選択図】図２

Description

本発明は、複数のプラネタリギアを組み合わせて極めて大きな減速比を得る減速装置に関する。

従来、このような減速装置としては例えば特許文献１に示すものがある（〔０００５〕、〔０００６〕図１参照）。

この装置は、トルクが入力されまたは出力する第１軸と、トルクを出力しまたは入力される第２軸との間で、トルクを増幅しもしくは減少させるものである。

具体的には、第１軸に連結されたキャリヤと、このキャリヤに自転可能に保持された複数の第１ピニオンギアと、所定の固定部に連結されかつ第１ピニオンギアに噛み合う第１リングギアと、第１ピニオンギアに噛み合う第１サンギアとを備えている。この第１サンギアには一体回転する第２サンギアが形成されており、これらはキャリヤの回転軸の周りに回転可能である。

第２サンギアには、キャリヤに自転可能に保持される第２ピニオンギアが歯合する。この第２ピニオンギアには第３ピニオンギアが一体形成されており、２段のピニオンギアが形成されている。第３ピニオンギアには第２軸に連結された第２リングギアが歯合している。

この構成によれば、装置を大型化することなく、大きな入出力比を設定することができ、入出力比の選択あるいは設定の自由度が向上するとのことである。

特開２０１８－１９４１２２号公報

ただし、上記従来の減速装置は、第１ピニオンギア乃至第３ピニオンギアの全てのピニオンギアが一つのキャリヤに支持されている。このため、第１～第３のピニオンギアが当然に同じ回転速度で公転する。そのため、大きな減速比を得るためには夫々のピニオンギアに歯合するギアの形状や、それらの歯数を検討する必要がある。

しかしながら、全てのピニオンギアの交点速度が同じという条件の存在により、各ギアの歯数の調整の自由度が制限されることとなり、また、ピニオンギア以外のギアの形状が複雑になる。さらに、それらのギアの体格が大きくなるばかりか、ハウジングへの組付け性も煩雑となる。

このように、従来の減速装置では、減速比の調整の煩雑さなどに起因して種々の解決すべき課題を有しており、非常に大きな減速比を有し減速比の設定自由度が高い減速装置が求められていた。

（特徴構成）
本発明に係る減速装置の特徴構成は、
ハウジングに設けられ、第１サンギアおよび第２サンギアを有する入力軸と、
一段の歯部を有し前記第１サンギアに歯合する第１プラネタリギアと、
複数段の歯部を有し前記第２サンギアに歯合する第２プラネタリギアと、
前記第１プラネタリギアに歯合する第１リングギアおよび前記第２プラネタリギアに歯合する第２リングギアを備えたリング部材と、を備え、
前記第１プラネタリギアを支持する第１キャリヤおよび前記第２プラネタリギアを支持する第２キャリヤのうち一方が前記ハウジングに固定され、他方が出力軸とされている点にある。

（効果）
本構成の減速装置は、一つの入力軸に対して第１プラネタリギアと第２プラネタリギアが歯合し、双方のプラネタリギアには一つのリング部材が歯合してある。第１プラネタリギアを支持する第１キャリヤおよび第２プラネタリギアを支持する第２キャリヤのうち一方がハウジングに固定されて反力受部となり、他方が出力軸となる。このように、共にプラネタリギアを支持する第１キャリヤと第２キャリヤとが独立に構成されるから、入力軸から出力軸に至るギアどうしの調整に係る因子が増え、非常に大きな減速比の設定が容易となる。

本構成の場合、出力軸となる第１キャリヤあるいは第２キャリヤの回転速度は、第１プラネタリギアに歯合する第１サンギアと第１リングギアとの作動、および、第２プラネタリギアに歯合する第２サンギアと第２リングギアとの作動によって決定される。この場合、第１サンギアと第２サンギアの組、および、１段目ギアと２段目ギアの組、および、第１リングギアと第２リングギアの組のうち少なくとも何れか一組において歯数差を設けることで、非常に大きな減速比を有し減速比の設定自由度が高い減速装置を得ることができる。

（特徴構成）
本発明に係る減速装置にあっては、前記第１リングギアの歯数と前記第２リングギアの歯数とを異なるものにできる。

（効果）
リング部材は、第１プラネタリギアと第２プラネタリギアに歯合しつつ回転可能であり、出力軸となる第１キャリヤあるいは第２キャリヤの回転速度を設定する部材である。第１リングギアの歯数と第２リングギアの歯数の設定は、一つのリング部材に対して歯数の異なる二つのギアを形成することであり、部品点数を増加することなく減速比設定の調整因子を増やすことができる。よって、減速装置の構成を複雑化することなく、また、組付け性を悪化させることなく大きな減速比の減速装置を得ることができる。

（特徴構成）
本発明に係る減速装置にあっては、前記第１サンギアの歯数と前記第２サンギアの歯数を異なるものにできる。

（効果）
上記リング部材の場合と同様に、一つの入力軸において第１サンギアの歯数と第２サンギアの歯数を設定する場合にも減速装置の部品点数を増やさず減速比の設定が容易となる。特に、リング部材と入力軸との双方で二箇所の歯数を設定する場合には、各ギアの歯数どうしの組み合わせが増え全体の減速比の設定がより容易となる。

（特徴構成）
本発明に係る減速装置にあっては、車両に固定されるサブフレームと、前記車両の前後方向に延出すると共に前記サブフレームに回転支持されて前記車両の車輪を揺動支持するアームと、前記サブフレームと前記アームとの間に設けられて前記アームの揺動を緩和する棒状の捩じりばねと、を備えたサスペンションに取り付け可能であり、前記ハウジングには、前記出力軸が前記捩じりばねと同心状になるよう前記サブフレームに取り付けられる固定部が設けられていると好都合である。

（効果）
本構成のように、減速装置の出力軸がアームの揺動を緩和する捩じりばねと同心状であれば、出力軸と捩じりばねとを一体回転可能に接続すること等が可能となり、アームの揺動制御に係る構成が極めて単純なものとなる。

また、減速装置を予めサブフレームに取り付けておくことができ、車両に対するサスペンションの組付け性が向上する。

第１実施形態に係る減速装置の使用例を示す斜視図 第１実施形態に係る減速装置の構造を示す断面図 第２実施形態に係る減速装置の構造を示す断面図

（概要）
本発明に係る減速装置Ｇは、例えば10,000 程度の減速比を有し、モータＭなどから入力される回転駆動を大幅に減速しつつ他の回転駆動対象に伝達するものである。以下、当該減速装置Ｇの実施形態を図１および図２を参照しつつ説明する。尚、図１は、当該減速装置Ｇが取り付けられる車両４のサスペンション８の一例が示され、図２には、当該減速装置Ｇの一例の構造が示されている。

本実施形態の減速装置Ｇは車両４の車高制御装置の一部として用いることができる。ここでは左右の前輪および後輪を支持するアーム６が捩じりばね７の先端に接続されており、捩じりばね７の弾性力によって車輪の上下動が安定化される。車高制御装置Ｓは、モータＭの駆動によってアーム６を積極的に揺動操作し、車高を変更したり、車両４の走行姿勢を安定化することができる。モータＭは、車両４に別途設けられた制御装置ＥＣＵからの駆動信号によって駆動される。左右の捩じりばね７は独立しており、モータＭおよび減速装置Ｇが夫々の捩じりばね７に設けられている。

捩じりばね７は、サブフレーム５に回転可能に軸支され、このサブフレーム５が車両４に固定される。モータＭと減速装置Ｇはハウジング３に内装され、取付部３ａを介して予めサブフレーム５に取り付けられている。また、サブフレーム５には、車両４への取り付けに用いる固定部９が設けられており、固定部９には、取り付け用のボルト孔９ａが形成されている。本構成であれば、アーム６およびサブフレーム５を備えるサスペンション部材を車両４に取り付けるだけで車高制御装置Ｓの取り付けが完了する。

また、モータＭおよび減速装置Ｇを内装するハウジングがサブフレーム５に固定されていることで、ハウジング３とサブフレーム５の強度を相互に高めることができる。しかも、ハウジング３やサブフレーム５の材厚を減らすことができ、全体寸法や重量の縮小化が図れるなど、より合理的な車高制御装置Ｓを得ることができる。

（モータ）
図２に示すように、モータＭは例えば１２Ｖバッテリーで駆動する直流ブラシレスモータＭが用いられる。モータＭの駆動軸Ｍａは捩じりばね７と同軸心状に配置され、サブフレーム５に対してコンパクトに構成されている。モータＭの種類に特に制限はないが、例えば回転数等をカウントできるものであればアーム６の揺動角度を知ることができるため好都合である。このように、モータＭを用いることでアーム６の昇降制御の応答性が極めて高く車輪の迅速な昇降駆動が可能となる。

（減速装置）
アーム６が揺動する角度はモータＭの回転量に比べて僅かである。よって、モータＭによる駆動回転を適切に捩じりばね７に伝えるには減速装置Ｇによって回転速度を下げる必要がある。ただし、減速装置Ｇの構成は任意であり、モータＭの比較的速い駆動回転を大きく減速し、アーム６の姿勢を応答性良く変更制御できるものであれば何れの構成でもよい。

減速装置Ｇとしては、モータＭに通電しない状態で、車輪から捩じりばね７への逆入力によってモータＭの駆動軸Ｍａが回転しないものが好ましい。これにより、モータＭに通電しない状態では、捩じりばね７は所定の基本姿勢を維持することとなり、車高維持機能が発揮される。一方、モータＭに通電する場合には、アーム６の角度が積極的に変更されて車高調節が可能となる。

（減速装置の設置態様）
本実施形態の構成では、減速装置Ｇの出力軸２およびモータＭの駆動軸Ｍａが捩じりばね７の軸心Ｘと一致している。本構成であれば、捩じりばね７と出力軸２との接続が容易となり、モータＭから捩じりばね７に至る回転駆動力の伝達経路が簡便に構成される。よって、減速装置Ｇを取り付ける対象装置が複雑化することなく全体をコンパクトに構成することができる。

また、ハウジング３がサブフレーム５に固定され、これ等が一体で車両４に取り付く構成であるから車両４に対する減速装置Ｇの組付け性も向上する。

本実施形態では、このようなモータＭおよび減速装置Ｇが、前輪および後輪の夫々に設けられている。車高を変更する場合には、モータＭを駆動し、アーム６を所定の角度だけ揺動させる。アーム６の揺動角度は、モータＭの回転速度と駆動時間により、あるいは、モータＭの回転角度等に基づいて制御部ＥＣＵが算出する。

例えば、前後の一方のモータＭだけを駆動制御することで、車両４のピッチ姿勢を容易に調節することができる。勿論、前後のモータＭを逆方向に駆動制御することで、車両４のピッチ姿勢をより迅速に調節することができる。また、前後のモータＭを同方向に制御することで車両４の車高を調節することができる。

モータＭを駆動制御する場合、モータＭの回転数や入力電力をモニタすることでモータＭの仕事量が特定でき、アーム６の昇降状態が把握できる。ただし、モータＭから得られる駆動情報のみでは、あくまでも車両４の姿勢を推測するに過ぎず、現実の姿勢を把握できない可能性がある。そこで、車両４の少なくとも一箇所にＧセンサ等を用いた車高センサ１０を備え、モータＭの制御量と、車高センサ１０の検出値とを比較することで、車両４の姿勢や車高のより正確な制御が可能となる。

（減速装置の具体的構成）
減速装置Ｇとしては、例えば図２に示すように遊星歯車機構を用いることができる。ここでは、モータＭの駆動軸Ｍａの回転が、先ず、駆動軸Ｍａに一体回転するように接続された入力軸１に伝達される。入力軸１は、モータＭに近い側の端部がベアリング１１を介してハウジング３に軸支されており、他方の端部が後述の出力軸２およびベアリング１１を介してハウジング３に軸支されている。

入力軸１はサンギアとして機能し、モータＭに近い第２サンギアｇｓ２と、出力軸２に近い第１サンギアｇｓ１とを備えている。第２サンギアｇｓ２と第１サンギアｇｓ１との歯数は異ならせてあるが、差は僅かに設定することが多い。

第２サンギアｇｓ２は、第２プラネタリギアｇｐ２に歯合している。第２プラネタリギアｇｐ２は１段目ギアｇｐ２１と２段目ギアｇｐ２２を備えており、ハウジング３に固定された複数の第２キャリヤに軸支されている。１段目ギアｇｐ２１の歯数と２段目ギアｇｐ２２の歯数とは異なるものとし、ただし、歯数差は１～数歯に設定することが多い。第２サンギアｇｓ２は１段目ギアｇｐ２１に歯合している。

一方の２段目ギアｇｐ２２は、その外側に配置されたリング部材Ｒに歯合している。リング部材Ｒは、夫々内歯として形成された第２リングギアｇｒ２と第１リングギアｇｒ１を備えており、２段目ギアｇｐ２２は第２リングギアｇｒ２に歯合している。リング部材Ｒは、ハウジング３に対して相対回転可能である。第２リングギアｇｒ２の歯数と第１リングギアｇｒ１の歯数もそれ程大きな差はない。

第１リングギアｇｒ１に対しては第１プラネタリギアｇｐ１が歯合する。第１プラネタリギアｇｐ１はハウジング３に対して相対回転する第１キャリヤＣ１に軸支されており、減速装置Ｇの軸心Ｘの周囲に複数個が設けられている。また、第１プラネタリギアｇｐ１の更に内側には第１サンギアｇｓ１が歯合している。第１キャリヤＣ１は、モータＭの側の端部を第２キャリヤＣ２の端部によって軸支され、他方の端部である出力軸２の外周面をベアリング１１を介してハウジング３に軸支されている。

本実施形態では、第１キャリヤＣ１と第２キャリヤＣ２のうち第２キャリヤＣ２がハウジング３に固定した例を示している。ただし、第１キャリヤＣ１と第２キャリヤＣ２は、何れか一方がハウジング３に固定されて反力受け部となり、固定されない他方は減速装置Ｇの出力軸２となることができる。

このように、共にプラネタリギアを支持する第１キャリヤＣ１と第２キャリヤＣ２とが独立に構成されるから、入力軸１から出力軸２に至るギアどうしの調整に係る因子が増える。例えば、減速比の算出に必要なギアどうしの噛み合い態様として、遊び歯車を備えるギア列や作動歯車を備えるギア列の条件選択の幅が広がる。この結果、他の構成要素である例えばリング部材Ｒを一つ設けると共に、ここに第１リングギアｇｒ１と第２リングギアｇｒ２を同時に形成することが可能となるなど、構成部材が効率化されるうえ非常に大きな減速比の設定が容易となる。

本実施形態では、第１サンギアｇｓ１の回転方向と、第１リングギアｇｒ１の回転方向とが反対となり、これ等に歯合された第１プラネタリギアｇｐ１が第１サンギアｇｓ１と反対方向に回転する。ただし、第１プラネタリギアｇｐ１の第１キャリヤＣ１は、各ギアの歯数の構成によっては軸心Ｘを中心に何れの方向にも回転するように設定可能である。

特に、第２サンギアｇｓ２と第１サンギアｇｓ１の組、および、１段目ギアｇｐ２１と２段目ギアｇｐ２２の組、および、第２リングギアｇｒ２と第１リングギアｇｒ１の組のうち少なくとも何れか一組において歯数差を設けることで、第１サンギアｇｓ１と第１リングギアｇｒ１との作動設定が容易となり、入力軸１から出力軸２に至る減速比を極めて大きな任意の値に設定することができる。

このうち入力軸１の第２サンギアｇｓ２の歯数と第１サンギアｇｓ１の歯数の設定は、一つの入力軸１に対して歯数の異なる二つのギアを形成することであり、部品点数を増加することなく、減速比設定の調整因子を増やすことができる。よって、減速装置Ｇの構成を複雑化することなく、また、組付け性を悪化させることなく、大きな減速比の減速装置Ｇを得ることができる。

この点は、一つのリング部材Ｒにおいて、第２リングギアｇｒ２の歯数と第１リングギアｇｒ１の歯数を設定する場合にも、減速装置Ｇの部品点数を増やさず減速比の設定が容易となる。特に、入力軸１とリング部材Ｒの双方で二つの歯数を設定する場合には、各ギアの歯数どうしの組み合わせが増え全体の減速比の設定がより容易となる。

（実施例）
減速装置Ｇを構成する各ギアの歯数は例えば以下の様に構成することができる。
即ち、第１サンギアｇｓ１の歯数Zs1：２３、第２サンギアｇｓ２の歯数Zs2：２５、第１プラネタリギアｇｐ１の歯数Zp1：２２、第２プラネタリギアｇｐ２の１段目ギアｇｐ２１の歯数Zp2s：２３、２段目ギアｇｐ２２の歯数Zp2r：２４、第１リングギアｇｒ１の歯数Zr1：６７、第２リングギアｇｒ２の歯数Zr2：７６とする。

この場合、
第１キャリヤＣ１の正転側減速率＝1/(Zr1/Zs1+1) であり、
第１キャリヤＣ１の逆転側減速率＝
1/(Zr1/Zs1+1)/(Zs1/Zr1)×(Zs2×Zp2r/Zp2s/Zr2) であり、
トータル減速比＝
1/(1/(Zr1/Zs1+1)-1/(Zr1/Zs1+1)/(Zs1/Zr1)×(Zs2×Zp2r/Zp2s/Zr2))
＝ 39330となる。

当該減速装置Ｇであれば、減速比を、例えば10,000以上に設定することができる。例えば、アーム６が接続された捩じりばね７を回転させて車高調節を行う場合、アーム６の長さを勘案してアーム６を小さく正確に回転させる必要があるが、本構成の減速装置Ｇであれば、そのような駆動制御が容易となる。

また、減速比が極めて大きい場合、捩じりばね７に接続された出力軸２はアーム６からの逆入力によって回転しない。よって、当該減速装置Ｇを車高制御装置Ｓに用いた場合、捩じりばね７のロック機構となり、モータＭに通電しない状態でも車高の維持機能を発揮することができる。

尚、遊星歯車機構の各ギアの構成によっては、アーム６からの逆入力によって減速装置Ｇの出力軸２が回転する場合がある。その場合には、モータＭに通電し逆入力に対抗できる所定の駆動力を発生させることで、減速装置Ｇの従動回転を確実にロックすることができる。

〔第２実施形態〕
本発明の減速装置Ｇは、図２に示したものとは別に、第１キャリヤＣ１をハウジング３に固定し、第２キャリヤＣ２を出力軸２とすることもできる。その場合には、例えば、図３に示すように、図２における減速装置Ｇの部分を左右反転させたものとすればよい。

本発明の減速装置は、モータ等の回転駆動装置の回転動作を、回転速度を大幅に減速しつつ他の作動対象に伝達するものとして広く用いることができる。

１ 入力軸
２ 出力軸
３ ハウジング
４ 車両
５ サブフレーム
６ アーム
７ 捩じりばね
８ サスペンション
９ 固定部
Ｃ１ 第１キャリヤ
Ｃ２ 第２キャリヤ
ｇｐ１ 第１プラネタリギア
ｇｐ２ 第２プラネタリギア
ｇｒ１ 第１リングギア
ｇｒ２ 第２リングギア
ｇｓ１ 第１サンギア
ｇｓ２ 第２サンギア
Ｒ リング部材

Claims (4)

1. ハウジングに設けられ、第１サンギアおよび第２サンギアを有する入力軸と、
   一段の歯部を有し前記第１サンギアに歯合する第１プラネタリギアと、
   複数段の歯部を有し前記第２サンギアに歯合する第２プラネタリギアと、
   前記第１プラネタリギアに歯合する第１リングギアおよび前記第２プラネタリギアに歯合する第２リングギアを備えたリング部材と、を備え、
   前記第１プラネタリギアを支持する第１キャリヤおよび前記第２プラネタリギアを支持する第２キャリヤのうち一方が前記ハウジングに固定され、他方が出力軸とされる減速装置。
2. 前記第１リングギアの歯数と前記第２リングギアの歯数を異ならせてある請求項１に記載の減速装置。
3. 前記第１サンギアの歯数と前記第２サンギアの歯数を異ならせてある請求項１または２に記載の減速装置。
4. 車両に固定されるサブフレームと、
   前記車両の前後方向に延出すると共に前記サブフレームに回転支持されて前記車両の車輪を揺動支持するアームと、
   前記サブフレームと前記アームとの間に設けられて前記アームの揺動を緩和する棒状の捩じりばねと、を備えたサスペンションに取り付け可能であり、
   前記ハウジングには、前記出力軸が前記捩じりばねと同心状になるよう前記サブフレームに取り付けられる固定部が設けられている請求項１から３の何れか一項に記載の減速装置。

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