JP2769167B2

JP2769167B2 - 遊星歯車装置

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Publication number: JP2769167B2
Application number: JP63287486A
Authority: JP
Inventors: クルト・ゲー・フイツケルシヤー
Original assignee: ベルナー・リースター・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カーゲー・アルマトウーレン―ウント・マシーネンアントリーベ
Priority date: 1987-11-13
Filing date: 1988-11-14
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: US4969376A; EP0316713A2; EP0316713A3; DE3738521C1; JPH01206137A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、遊星歯車装置に関し、特に、外側に歯を有
しており、径方向にフレキシブルな遊星歯車とかみ合う
太陽歯車と、遊星歯車とかみ合う内歯歯車と、回転自在
に取り付けられており、遊星歯車の歯が各作用ゾーンに
おいて内歯歯車及び太陽歯車の歯とかみ合うように遊星
歯車をころがり軸受を介して径方向に変形させる駆動カ
ムとを備えている遊星歯車装置に関する。

［従来の技術］この種の遊星歯車装置は、特に調和駆動歯車装置（以
下HD歯車装置と呼ぶ）もしくはすべりキー歯車装置（以
下GK歯車装置と呼ぶ）として構成される同軸歯車装置で
ある。

米国の雑誌であるマシンデザイン、1960、160−173ペ
ージにより、内側に歯を備えた内歯歯車と、基本的にシ
リンダ状の薄肉の外側に歯を備えたフレックススプライ
ンと呼ばれる遊星歯車をもつHD歯車装置の基本構造が公
知である。上記のフレキシブルな遊星歯車は同じ歯のピ
ッチで内歯歯車よりも歯が二つ少ない。更に、この遊星
歯車は外側に歯が切られた太陽歯車とかみ合っている内
歯を有する。楕円に似た形状に形成され、遊星歯車のあ
る歯数が内歯歯車の歯と対角線上に向かい合ってかみ合
うように適切に変形可能のころがり軸受を介してフレキ
シブルである遊星歯車に作用するカム歯車がある。遊星
歯車の歯は駆動カムにより一方において太陽歯車と他方
において内歯歯車とある角度をずらしてかみ合うように
される。駆動カムはプレート状のカム歯車の構成部分で
あるが、そのカム歯車は太陽歯車の横に軸方向に間隔を
置いて配置され、一方向に作用する。力は軸方向に間隔
を置いた平面において働き、そして遊星歯車は大きい応
力にさらされるので大きい加工費用を必要とする。遊星
歯車は径方向に変形するだけでなく、歯車のかみ合い平
面の軸方向間隔に従って付加的応力が発生するが、この
応力は寿命及び機能に悪影響を及ぼす。遅くとも45度の
回転後に歯は夫々再びかみ合いから外れ、駆動カムの楕
円形状により、又は一般的には回転平により、かみ合い
ゾーンにおいて転動、転移が生じる。HD歯車装置はｉ＝
1:70からｉ＝1:300までという最適の領域における減速
を可能とする。減速比が下がるにつれ支持する歯数は少
なくなり、よって伝達可能な回転モーメントも小さくな
る。遊星歯車の楕円化、すなわち変形の無い直径を基準
とする最大変形時の直径は大きい。しかも、欠点となる
のは隙間の無い構造を得るために加工費用がかさむこと
である。

更に、HD歯車装置は、運動学的に同じ構造であり、回
転モーメントを受け止めるための第２の内歯歯車を有す
るフラット型歯車装置として構成することができる。こ
の第２の内歯歯車はフレキシブルである遊星歯車と同数
の歯を有するが、歯のピッチはより大きいので、回転モ
ーメントは減らさなければならない。しかも精度を上げ
るために加工費用がかさむことにより、この種のHD歯車
装置の用途はロボット、工作機械等に限定される。

US特許第4099427号によりGK歯車装置と呼ばれる遊星
歯車装置の構造が知られている。この歯車装置では共通
の軸に内側もしくは外側に歯切りされた歯車が並べて配
置され、歯数差は２から４のΔｚである。軸方向に見て
両歯車の歯のオーバーラップがあるので、いわゆる仮の
歯溝が発生し、これらの仮の歯溝は歯数差が２の場合は
180度回転後に、歯数差が４の場合は90度回転後に歯列
から出てくる。その際、歯ピッチ及びベベル角度は減速
比と歯深さにより変わる。フレキシブルである遊星歯車
は径方向に仮の歯溝に入るが、その際、歯面の両側に平
らな接触が生じる。始めに述べたHD歯車装置に比べる
と、ピッチ変更及びベベル角度変更については追加の自
由度がある。遊星歯車はジグザグ状の歯帯により簡単に
構成することができ、それによりベベル角度やピッチ変
更への対応が出来る。歯車及び遊星歯車は夫々違ったピ
ッチを有する。更に、ブリッジ歯、傾倒可能な歯あるい
はブリッジ歯として形成することにより軽く曲げること
によって適合が可能である。フレキシブルである遊星歯
車の歯は、くさび状に両側の歯面接触により、軸方向に
相互に隣接して並ぶ歯車の仮の歯溝の中に、しかもコン
スタントな径方向の速度でもってすべり込む。回転体あ
るいは駆動カムの形状は半円状セクタにより与えられる
が、そのセクタは回転点からΔｘ及びΔｙだけ離れてい
る。大きい伝達比の場合はフレキシブルである遊星歯車
の付加的自由度は放棄してよい。予め決められたかみ合
いゾーンにおいて平均の歯ピッチ及び平均のベベル角度
が決められる。相互にかみ合う歯の数は伝達比とはほぼ
無関係であり、選択される自由度により決定されるの
で、歯の60％までは相互にかみ合うことになる。GK歯車
装置により、他の構造に比べ何倍かの回転モーメントが
伝達できる。特に、歯数差が４の場合、GK歯車装置は間
隙がなく、さしたる転動運動はない。

両面が接触する結果、遊星歯車の歯は運動方向が逆転
する際、外す必要があり、従って遊星歯車の歯は例えば
ｙ軸方向では両側の面接触を持たない。これにより理論
上の荷重能力は減退し、特にブリッジ歯の場合、大きい
荷担部分を得るために高い加工精度が必要となる。歯数
差４の場合、ｉ＝1:20までの減速が実現されるが、しか
しフレキシブルである遊星歯車の比較的大きい変形が発
生する。他方、GK歯車装置はｉ＝300までの減速比を許
容する。以上に述べたよりも大きいもしくは小さい減速
比は、二つの互いに別個に駆動されるフレキシブル遊星
歯車を有する三プレート歯車装置として形成することに
より実現可能である。更に、GK歯車装置は、遊星歯車の
歯の中央にせん断応力が働くことによる欠陥がある。そ
のため、特に回転モーメントが大きいとき、変形による
かみ合い不能の事態が生じることがある。

更に、以上に説明した二つの構造の遊星歯車は、フレ
キシブルである遊星歯車のシリンダ孔の領域及びころが
り軸受の外径において不可避の微細運動が生じるという
欠陥をもっている。位相のずれや延びにより、あるいは
完全には避けることができない間隙発生により、上記の
領域にスリップが生じ、これが乾燥摩擦を導くことがあ
る。HD歯車装置は軸方向に長い構造であり、又、HDフラ
ット歯車装置は運動学的に比較的小さい回転モーメント
の伝達に使用される。両構造は、例えば、産業用ロボッ
ト、工作機械もしくは減速モータ等の作業機械に組み込
むときは大きな組込み費用を要する。フランジ、駆動
軸、追加ケーシングや軸受のためのかかる大きい追加構
成部分は質量の増大をもたらし、実際には遊星歯車の質
量の三倍から四倍の増大となる。それにより、多軸式や
多段式の太陽歯車のついた遊星歯車装置との競争力は落
ちることになる。特に、迅速な調節運動を要する産業用
ロボットに使用する場合、この追加質量は著しい問題を
惹起する。

［発明が解決しようとする課題］このような状況において、本発明の目的は、コンパク
トな構造と阻害要因のない運動過程とが得られる上記範
疇の遊星歯車装置を提供することにある。同時に、駆動
カムと遊星歯車との間の軸受のシリンダ面が可能な限り
均等に荷重を受けるようにし、ころ軸受やニードル軸受
が使用できるようにするものとする。大きい回転モーメ
ントでは運動学的な阻害要因が排除されなければならな
いし、又、間隙の無い構造が達成されなければならな
い。更に、その歯車装置は少ない製作費用でｉ＝1:15か
らｉ＝1:無限大までの減速比を追加構成部品なしに実現
すべきである。しかし、フレキシブル遊星歯車と変形可
能な軸受部との間においては乾燥摩擦が回避されなけれ
ばならない。又、その歯車装置は楕円化を少なくし、高
い機能安定性を実現し、構成を簡単にして、特に遊星歯
車あるいは一般的には歯リングや軸受の損耗交換要求を
少なくしなければならない。最後に、製造過程にあって
は、コストアップ要因である加工精度に特別な注意を払
うことがあってはならないし、又、組込みは追加の補助
機材を必要としないで実施されるものでなければならな
い。

［課題を解決するための手段］本発明によれば、前述の目的は、外側に歯を有してお
り、径方向にフレキシブルな遊星歯車とかみ合う太陽歯
車と、遊星歯車とかみ合う内歯歯車と、回転自在に取り
付けられており、遊星歯車の歯が各作用ゾーンにおいて
内歯歯車及び太陽歯車の歯とかみ合うように遊星歯車を
ころがり軸受を介して径方向に変形させる駆動カムとを
備えている遊星歯車装置であって、フレキシブルな遊星
歯車は、内歯及び外歯を有すると共に、少なくともその
一部分が内歯歯車及び太陽歯車間の環状隙間内に配置さ
れており、周方向に分布する四つのかみ合いゾーンにお
いて遊星歯車の外歯が内歯歯車の歯とかみ合うか、遊星
歯車の内歯が太陽歯車の歯とかみ合っており、太陽歯
車、遊星歯車及び内歯歯車が夫々平らな歯面のみを有し
ており、内歯歯車及び遊星歯車間の最大かみ合い部から
90度だけずれた位置における内歯歯車の歯先円の直径が
遊星歯車の歯先円の直径よりも大きく、遊星歯車の軌道
の四半分における中心点がかみ合いゾーンを画定してお
り、遊星歯車における太陽歯車との最大かみ合い部が、
遊星歯車における内歯歯車との最大かみ合い部とは別の
回転角度位置に存在している遊星歯車装置によって達成
される。

［作用］本発明の遊星歯車装置によれば、内歯歯車の歯と太陽
歯車の歯とは内歯及び外歯を有する遊星歯車の少なくと
も一部分を介して径方向に対向しており、遊星歯車及び
太陽歯車間の最大かみ合い部が遊星歯車及び内歯歯車間
の最大かみ合い部とは別の回転角度に位置する四つのか
み合いゾーンをほぼ同一平面上に形成している。従っ
て、伝達効率あるいは機械強度上好ましくないねじり力
等を発生させることなく、動力を直線的かつスムースに
伝達することができると同時に、構造を単純化あるいは
コンパクトにすることができ、伝達比変更等による構成
部品個々の交換を容易にするユニット式の構造を実現し
得る。更に、遊星歯車及びころがり軸受における楕円変
形量を小さくすることが可能であり、これにより、遊星
歯車の歯の径方向移動を小さくして慣性力を低減し得、
又、かみ合いゾーンを広くして多数の歯を同時に作用さ
せ得、個々の歯にかかる荷重を従来の遊星歯車装置に比
べ大幅に減少させて各構成部品の寿命を延ばすことがで
きる。しかも、太陽歯車、遊星歯車及び内歯歯車の各歯
面は平らであり、滑り接触による大きな接触面積を確保
することができるため、滑らかで安定した動力伝達を実
現することができる。

本発明による遊星歯車装置の好ましい特徴によれば、
駆動カム及びころがり軸受が、軸方向に関して太陽歯車
及び内歯歯車の少なくとも一方の横に配置されており、
遊星歯車は、ころがり軸受及び太陽歯車の両方あるいは
内歯歯車と同じだけ軸方向に伸長しているのがよい。こ
れにより、構造を単純かつコンパクトにすることができ
る上、太陽歯車等の部品交換も容易であり、又、駆動カ
ムからの駆動力をころがり軸受を介して遊星歯車に確実
に伝達することができる。

本発明による遊星歯車装置の他の好ましい特徴によれ
ば、遊星歯車の内歯及び外歯における各歯が同一軸平面
上に配置されると共に連結ブリッジによって周方向に相
互連結されていること、又は、遊星歯車の両方の歯にお
ける径方向高さの合計が連結ブリッジの径方向厚さより
も大きいのがよい。これにより、遊星歯車における径方
向の優れたフレキシビリティが得られると同時に大きな
断面慣性モーメントが得られ、ブリッジ領域の厚さを適
宜決定することにより、所望の強度をもつ遊星歯車を実
現することができる。

本発明による遊星歯車装置の更に他の好ましい特徴に
よれば、フレキシブルな遊星歯車は、個々の歯が軸方向
に突出するように配置された円板状部分を備えているの
がよい。このような構造はフライス削りによる加工が可
能であり、寸法精度のばらつきを均等にすることができ
るため、比較的大きな加工公差を許容し得、製造コスト
の低減を図ることができる。

本発明による遊星歯車装置の更に他の好ましい特徴に
よれば、フレキシブルな遊星歯車は、ブリッジ領域によ
って互いに連結されており、周方向に関して交互に内側
及び外側を向く歯先を有しており、各歯先の径方向高さ
がブリッジ領域の厚さよりも大きいのがよい。これによ
り、径方向及び周方向の両方に関してフレキシブルな遊
星歯車を実現することができる。このような構造は、駆
動カムによって楕円化された場合でもほとんど復原力を
発生することがなく、しかも、荷重に対しては高い剛性
を与える。

本発明による遊星歯車装置の更に他の好ましい特徴に
よれば、フレキシブルな遊星歯車は、引張力を受けるべ
く薄肉のもしくはフレキシブルな又は薄肉でフレキシブ
ルなリングによって取り囲まれており、リングは内歯歯
車の凹部に配置されているのがよい。このリングは、遊
星歯車に作用する引張力を吸収し、遊星歯車のたわみ強
度を向上させる。

本発明による遊星歯車装置の更に他の好ましい特徴に
よれば、内歯歯車及び太陽歯車の少なくとも一方が、弾
性エレメントによって中実のリング上に支承されている
のがよい。これにより、動作的に発生する衝撃が緩和さ
れ、遊星歯車装置の騒音を低減させることができる。

本発明による遊星歯車装置の更に他の好ましい特徴に
よれば、歯先を有するフレキシブルな遊星歯車が、夫々
駆動されているころがり軸受の内輪及び外輪の少なくと
も一方に直接的に支承されるのがよい。これにより、遊
星歯車装置を更にコンパクトに構成することができる。

本発明による遊星歯車装置の更に他の好ましい特徴に
よれば、フレキシブルな遊星歯車は、径方向及び周方向
の両方に関してフレキシブルに形成されており、各歯先
の径方向高さが、個々の歯先間におけるブリッジ領域の
厚さの少なくとも二倍の大きさであるのがよい。これに
より、径方向及び周方向に関して良好なフレキシブル特
性をもつ遊星歯車を実現することができる。

本発明による遊星歯車装置の更に他の好ましい特徴に
よれば、内歯歯車の内径及び太陽歯車の外径の少なくと
も一方は、内歯歯車の内径及び太陽歯車の外径の少なく
とも一方が対応動径曲線と一緒に90度ずれた平面を横切
るように、その平らな歯面で形成された各歯上で修正さ
れているのがよい。これにより、遊星歯車の歯は内歯歯
車あるいは太陽歯車の歯溝から確実かつスムースに退去
して他の歯溝へ移行することができる。

上述した本発明による遊星歯車装置の特徴を以下にま
とめてあるいは補足して述べる。

本発明による遊星歯車装置は、簡単な構造を特徴と
し、所要スペース及び質量を低減させることができる。
太陽歯車、遊星歯車及び内歯歯車の平らな歯面は、遊星
歯車の歯の慣性に作用されない径方向移動を可能にす
る。内歯歯車及び太陽歯車の主たるかみ合いゾーンはほ
ぼ90度ずれて位置しており、従って、合計四つの対向す
るかみ合いソーンが存在することになる。更に、二重に
歯切りされた遊星歯車の内側には、特に摩擦の少ないこ
ろがり軸受及び駆動カムが配置されており、GK歯車装置
の原理に類似した歯の径方向移動を行わせる。遊星歯車
と太陽歯車及び内歯歯車との間には少なくとも歯数差ｚ
＝２が存在しており、遊星歯車の楕円化は、同じ減速比
及び耐荷重性能のGK歯車装置に比べて50％まで少なくで
きる。遊星歯車及びころがり軸受においてかなり低減さ
れた楕円化及び変形度によって、これら遊星歯車及びこ
ろがり軸受における部品交換の頻度、引張力の変化及び
摩耗が大幅に少なくなり、従って、本発明の遊星歯車装
置は、高度な機能安定性と長寿命とを特徴とする。遊星
歯車及びころがり軸受間の微細摩擦は非常に小さいの
で、費用のかかる表面処理は省略することができる。遊
星歯車は低コストで製作可能であり、局部的な集中荷重
は確実に回避できる。太陽歯車及び遊星歯車間の相対運
動は、遊星歯車及び太陽歯車の簡単な構造によって得ら
れ、太陽歯車及び遊星歯車間の異なる歯数は、機能上の
問題を生じることなく実現できる。遊星歯車装置におけ
るモジュール式の構成は、例えば、太陽歯車の交換によ
り伝達比の変更を可能にする。遊星歯車の楕円化の減少
は大きな割合のオーバーラップを実現し、従って、従来
の遊星歯車装置に比べて個々の歯にかかる荷重を大幅に
低減させることができる。駆動カムのころがり軸受と遊
星歯車との間の微細運動はほんのわずかな値にまで減少
される。遊星歯車の歯における径方向移動は、従来の公
知の遊星歯車装置に比べて著しく小さくなり、大きな慣
性運動や遅延運動が回避されて引張力の値も低下する。

更に、この遊星歯車装置はコンパクトな構造と高度な
機能安定性とを特徴とする。この遊星歯車装置はユニッ
ト方式で遊星歯車を含む各種の歯車を製作するのに非常
に適している。異なる歯数であるが同じ歯列の幾何学的
構成を有する他の歯車との組合せにより、所望の減速比
を実現することができる。例えば、内歯歯車及び遊星歯
車をそのままにしておき、太陽歯車を交換するだけで減
速比を所望の割合だけ変化させることができる。内歯歯
車及び太陽歯車の歯列は同じ径方向平面に配置されてお
り、駆動カムは、軸方向に関して内歯歯車及び太陽歯車
の横に接近して配置される。ころがり軸受は太陽歯車と
ほぼ同じ外径を有するか又は内歯歯車と同じ内径を有し
ており、遊星歯車は、ころがり軸受にも軸方向に隣接し
た歯車にも重なり合っている。遊星歯車と内歯歯車との
かみ合いゾーンは二つあり、互いに対向している。更
に、遊星歯車と太陽歯車との間にも対向する二つのかみ
合いゾーンが存在する。ただし、後者のかみ合いゾーン
は前者のかみ合いゾーンから中心軸に対してほぼ90度だ
け変位している。これらのかみ合いゾーンは、対応カム
もしくは同様の機能を有する回転体あるいはカム歯車に
よって画定されるが、内歯歯車と太陽歯車とのかみ合い
ゾーンは周方向に関して重なり合っており、広い範囲の
かみ合いが確実に保証されている。

［実施例］本発明によるその他の特徴は、図面に示された各実施
例によって明らかとなる。

第１図は、内歯２を形成する内歯歯車１を有する遊星
歯車装置を軸方向断面で示す。内歯歯車１と同軸にて、
共通の中心軸４のまわりに、外歯８を有する太陽歯車６
が回転自在に設けられている。内歯歯車１と太陽歯車６
との間にリング上の間隙10があり、この間隙の中に、径
方向に関してフレキシブルである遊星歯車12が内歯14及
び外歯16を有して設けられている。太陽歯車６の軸方向
近傍に、駆動カム18を有する回転体20があり、この回転
体が径方向外側にあるころがり軸受22を介して遊星歯車
12を支えている。内歯歯車１もしくは遊星歯車12あるい
はそれら両方は、径方向内側に設けられた太陽歯車６、
駆動カム18及びころがり軸受22と重なり合っている。以
下に説明されるように、遊星歯車12が内歯歯車１及び太
陽歯車６にかみ合っているかみ合いゾーンが周辺に計四
カ所分布している。ここでは、遊星歯車12及び太陽歯車
６の一つのかみ合いゾーンが図示されているが、ここで
は遊星歯車12の内歯14が太陽歯車６の外歯８とかみ合っ
ている。この位置においては、フレキシブルである遊星
歯車12の外歯16は内歯歯車１の内歯２とのかみ合いから
外れた状態である。同様の関係が中心軸の180度回転し
た位置において存在する。これとは逆に、図示された位
置に対して90度あるいは270度移動された各位置におい
て、別の二つのかみ合いゾーンが夫々決定され、すなわ
ちそれらの位置においては、遊星歯車12の外歯16が内歯
歯車１の内歯２とかみ合うゾーンである。この場合、内
歯14は太陽歯車６の外歯８とかみ合っていない。これら
のかみ合いゾーンは、回転体20により、直径上で対向し
て位置する駆動カム18及びころがり軸受22を介して、遊
星歯車12に設定される。

第２図は、径方向にフレキシブルである遊星歯車12を
径方向断面にて部分的に示すが、この遊星歯車は、本発
明に従って周方向に関して大きなたわみ強度を有してい
る。内歯14及び外歯16の各歯は、本発明による形態にお
いては、同一の軸方向面25に配置されている。径方向に
向かい合って配置された歯であるから、伝達要素におけ
る大きな断面慣性モーメントが得られ、しかも連結ブリ
ッジ24により径方向において遊星歯車12の優れたフレキ
シビリティが確実に保証される。連結ブリッジ24の径方
向で測った厚さ26は必要に応じて予め設定され、その場
合、両側に形成された半径28、30は要求される強度に厳
密に対応させられる。

第３図では、別の実施例の軸方向断面が拡大して示さ
れるが、太陽歯車は示されていない。特に径方向力に依
存する太陽歯車の力学作用が矢印FRにより示される。以
下の説明により明らかとなるように、かみ合いゾーン毎
の支持歯の割合は大きく、従って、個々の歯における曲
げ応力は非常に小さい。しかも、計四つの荷重かみ合い
ゾーンの存在により、フレキシブルである遊星歯車の周
方向における付加的強化が得られる。

遊星歯車12の抵抗モーメントは内歯14と外歯16との各
歯の全高さ34が大きいことにより非常に大きく、それに
より駆動軸受もしくはころがり軸受22並びに駆動カムは
FR力の作用方向の外に設定することができる。FR力の作
用面ところがり軸受22との間における軸方向の間隙36は
小さくとり、必要に応じてせん断力を曲げ力よりも大き
くすることができる。ころがり軸受22の内側の軸受リン
グは、ばねリング38、39により駆動カム18の上に軸方向
に固定される。内歯歯車１及びころがり軸受22に対する
遊星歯車12の軸方向の固定は、固定リングあるいはばね
リング40、41によって行われる。

第４図は第１図の切断線IVに沿った径方向の断面を示
しており、ここで中心軸４を基準に90度ずれている二つ
のかみ合いゾーン42、43を見ることができる。左下がか
み合いゾーン42、右上がかみ合いゾーン43である。かみ
合いゾーン42及び43は夫々比較的大きい角度範囲に展開
しているので、常に遊星歯車12の歯の大きい部分が内歯
歯車１あるいは太陽歯車６の関連歯とかみ合っている。
従って、歯毎の曲げ応力は非常に小さい。

この遊星歯車装置は冒頭に述べたすべりキー歯車装置
と同様に円形に形成され、相互にかみ合っている歯車群
を備えており、転動可能な歯すなわち曲面歯はここでは
必要でない。この歯車装置により運動学的な均等性が得
られ、しかも、隙間が小さく、騒音が低い特性が、実際
にはヘルツ圧力なしに達成される。二つの互いに入り込
んで設けられた内歯及び外歯の歯車、すなわち内歯歯車
１と太陽歯車６とを有するこの歯車装置は、平滑な、面
に密着したすべり接触を向上せしめるが、その際、ベベ
ル角度の変化は見事に回避され、そしてピッチ変化の弾
性的適応が確実に達成される。この基本的な運動学的及
び幾何学的関係を以下に詳しく説明する。

第５図は減速比ｉ＝1:30の歯車装置を概念図に図示し
たものである。ここでは、特に重要な位置関係における
個々の歯と歯溝だけを図示した。内歯歯車１は60個の歯
を有し、遊星歯車12は58個の歯を有し、太陽歯車６は58
個の歯を有するので、減速比ｉ＝1:30となる。歯溝46を
もつ内歯歯車１と太陽歯車６とは中央軸４に同軸であ
る。かみ合いゾーン42、43において、遊星歯車12の夫々
の個々の全体歯50の動径Ｆ上において、径方向の移動が
一定速度で、予め計算された曲線をもって生じ、その曲
線の、ここに図示された四分円の中心点Ｍはこの四分円
の外側では中心軸４からΔｘ及びΔｙの量だけ離間す
る。他の三つの四分円については各動径の各中心点は以
上のように予め計算された曲線に対応して設定される。
遊星歯車の外歯の歯先端群がその上を移動する動径曲線
58は半径R1により、そして遊星歯車の内歯の先端群がそ
の上を移動する動径曲線39は半径R6により、しかも共通
の中心点Ｍを中心として描かれる。これにより、内歯歯
車１と夫々かみ合う歯50の径方向速度は太陽歯車６と夫
々かみ合う歯の径方向速度に等しくなることが保証され
る。ベベル角度α１、α２は一定を保つが、動径曲線に
沿った歯ピッチは変化する。フレキシブルである遊星歯
車の歯50の変化ピッチへの適応については第９図により
説明する。内歯歯車１と太陽歯車６との直径は、歯高の
半分より大きい溝Ｅが生じ、そして歯50が妨げられるこ
となく歯溝を交換することができるように選択され、
又、場合によっては修正される。

第６図はほとんど第５図に対応するが、全体に見易い
ように個々の参照符号は省いて入角βｉ、βａを詳しく
記してある。動径曲線Ｆは、中心軸４を通る径方向面を
基準として夫々入角βｉあるいはβａずつ移動させられ
ている。優れているのは、歯50の径方向のすべり運動
が、内歯歯車１あるいは太陽歯車６のかみ合っている夫
々の歯面の上において生じることであり、転動運動がな
いということである。入角βｉ、βａの値並びにそれら
の変更値は減速の進行に伴って小さくなる。フレキシブ
ルな遊星歯車の歯の最適のベベル角度α３は角度βａあ
るいはβｉの二倍の値だけ内歯歯車の角度α１あるいは
太陽歯車の角度α２よりも大きい。ｉ＝1:40以下の減速
比の場合、フレキシブルである遊星歯車の歯はわずかな
インボリュート曲率をもって形成することができる。ｉ
＝1:40以上の減速比の場合、ベベル角度α３は、加工公
差内にある誤差のため、上記の溝角度α１及びα２と同
じ大きさで形成することができる。

第７図には合計四つのかみ合いゾーン42から45までが
図示されるが、内歯歯車内の外側のかみ合いゾー43、45
は角度φEAによって示されており、又、内側のかみ合い
ゾーン42、44は角度φEIによって示されている。見易く
するために、かみ合いゾーン42から45までは夫々90度の
大きさで描かれているが、実際には連続的に移行してゆ
くので図面からそのまま見てとれる通り著しいオーバラ
ップが生じる。矢印52により、内歯歯車１から内側へ向
かっている復帰力の遊星歯車12への作用が、又、矢印54
により太陽歯車６から外側へ向かっている力が遊星歯車
に作用する状態が図示される。フレキシブルである遊星
歯車12は周方向に関して非常に剛直である。歯の軸方向
曲げに対するたわみ抵抗力は、向かい合っている歯面に
より一方において内歯歯車１と他方において太陽歯車６
と同時にかみ合い、その結果、曲げ力が対抗し合ってほ
とんど相殺されてしまうような歯によってもたらされ
る。

第８図は内歯歯車１の歯車システムの幾何学的配置を
示したものである。ベベル角度α、歯の数、及びそれに
随伴する内側直径を基に、歯の高さＨと外側直径とが計
算される。二つの軸方向に相互隣接する内歯歯車のある
すべりキー歯車装置の場合は、いわゆる可能な歯溝が存
在し、それは歯数の差で180゜につき二つという歯列か
ら導き得る。夫々直径方向に対向して存在する係合領域
の遊星歯車装置においては、遊星歯車の歯は、90゜回転
した後にはすでに内歯歯車あるいは太陽歯車から退去し
ていなければならない。従ってそれはフレキシブルな遊
星歯車と駆動カムの直径とで予め修正される。遊星歯車
においては、一定の速度をもつ一定の径方向歯偏倚が予
め与えられ、動径曲線の中央点が図示の方法で中心軸４
に関して置換される。ここでは平面56において、内歯歯
車１の三角形内歯での遊星歯車の歯は完全に係合し、平
面56の45゜後で動径曲線58と先端曲線との間の距離がH/
4となる。90゜後ではその距離はH/2となる。平面56に関
連する一つの90゜回転の後で平面57上の自由移動では、
内歯歯車の内側直径は大きくなり、フレキシブルな遊星
歯車の外側直径は小さくなり、従って夫々の内側、外側
を走る歯が一つの歯溝から他の歯溝へ直ちに移行するこ
とができる。これらの基本的な手段によって、歯の90％
までが相互に増加して平面接触することが可能になる。
更にGK又はHD歯車装置の比較において、遊星歯車の楕円
化が約半分の値であるのは意味がある。遊星歯車は台形
上の歯形を有する。

第９図によりかみ合いゾーンにおける異なる歯ピッチ
に対するフレキシブルである遊星歯車の適応性が説明さ
れる。動径曲線58の歯車との交点はかみ合いゾーンにお
いてピッチ差を生じるが、このピッチ差は非常にわずか
である。強制的な操作によらない自己適応は、主軸４を
基準とする動径曲線58の相対的な曲率変化が交点Y1及び
Y2を生み出し、これらの交点に対して異なる半径Ａ及び
Ｂが与えられることによって生まれる。遊星歯車の歯元
においては曲率はコンスタントであり、角度γ１はγ２
に増大するので、歯先端は互いに離間する。歯角、かみ
合いゾーン及び歯高を調整して決めればピッチ変化への
適応はさしたる付加的荷重の発生を伴うことなく生まれ
るのである。

内歯歯車１及び太陽歯車６の内径及び外径は、フレキ
シブルな遊星歯車及びころがり軸受の楕円化もしくは材
料相反応力、あるいはその両方の低減を目的として修正
されている。動径曲線58は平面57との交点において内歯
歯車の内径とほぼ同じ大きさである。太陽歯車の外径に
ついても同様である。遊星歯車又は内歯歯車１もしくは
太陽歯車６、あるいはそれらの二者もしくは三者の歯の
歯先端は平らにされており、台形の断面を呈する。

第10図は、内歯歯車１の内歯２及び太陽歯車の外歯８
と接触している、一体で形成された個々の歯50を拡大し
て示す。周方向に作用する力Fuと径方向に作用する力Fa
が示される。合力Frはこの場合まず第一に個々の歯50の
ねじり応力となって働く。

第11図は第４図による実施例に類似の変形例を示す
が、太陽歯車６の領域において全部の歯の間にブリッジ
が描かれていない。これに反して、駆動カムの領域にお
いては、歯は第４図の実施例におけると同様に相互に連
結されている。個々の歯50は、フレキシブルな遊星歯車
におけるその一方の端面に、特にフライス削りにより形
成されている。従って、場合によっては、不正確さは相
殺されるか、あるいは比較的大きな加工公差が許容され
得ることになる。

第12図には、周方向においてもフレキシブルである歯
リングすなわち遊星歯車12を有する特別な形態が示され
る。遊星歯車12に対する内歯歯車１の歯数差は最大プラ
ス２であり、他方、太陽歯車６に対する遊星歯車12はマ
イナス２の差を呈する。全歯数差は値が４となるので、
歯車装置の運動幾何学を変えることなく、歯車比の等分
が可能となる。特に簡単な方法としては、遊星歯車12と
同じ歯数をもつ内歯歯車１もしくは太陽歯車６の交換に
より、例えば歯車比ｉ＝1:30をｉ＝1:15に変えることが
できる。更に、周方向にもフレキシブルである遊星歯車
を有するこの実施例においては、すでに第９図によって
説明されたピッチ変更への適応が得られる。最後に、支
持する歯数が多数であり、平行な歯案内により歯内歯車
１の幅は太陽歯車のそれと同様に非常に小さく保つこと
ができる。

第13図は、周方向においてもフレキシブルである遊星
歯車12を拡大して示すが、この遊星歯車は、径方向高さ
65をもつ歯先64が比較的硬く形成されている。外側及び
内側の歯先64間に設けられており、厚さ67を有すると共
に内側丸み68を介して各歯先64に移行する領域すなわち
ブリッジ領域66によって柔軟性が得られる。この特別の
形態は、駆動カムによって楕円化されるときでもほとん
ど復帰力あるいは復原力を発生せず、荷重がかかったと
きには高い剛性を与える。この場合の歯先の径方向高さ
65は少なくともブリッジ領域66の厚さ67の二倍である。

第14図では内歯歯車は、回らないように相互に連結さ
れている二つの部分70、71から構成される。第１図の実
施例との差異は、内歯歯車１が中央において凹部72を有
することである。この凹部72の中に遊星歯車12に向かっ
て小さい間隙で薄肉の平らなリング74が挿入されてい
る。このリング74は遊星歯車12に対して働く引張力を充
分に吸収し、遊星歯車のたわみ強度を向上させる。この
薄肉リング74は径方向において良好なフレキシビリティ
を有する。

第15図には、遊星歯車12が軸方向に内歯歯車１及び太
陽歯車６の上に延長している実施例が示される。駆動カ
ム18ところがり軸受22との領域において、径方向で外側
に向かって遊星歯車12のまわりにリング82が設けられて
いる。このリング82は引張力と曲げ力を吸収するように
働く。

第16図は、遊星歯車12の下の歯部分にころがり軸受22
を有する実施例を示す。内歯歯車１と太陽歯車６との間
の溝はブリッジ歯をもつ実施例よりも小さい。更に、フ
レキシブルな遊星歯車12のシリンダ上の支承部上に直接
にころがり軸受、例えばころ軸受が支承される。第11図
のように個々の歯50は軸方向において歯車12のシリンダ
状部分から突き出ている。

第17図は、太陽歯車が図示されていない実施例を示
す。ここでは、内歯歯車１はやはり周方向にフレキシブ
ルに形成されており、弾性のエレメント84により中実の
リング86に連結されている。特に、この弾性のエレメン
ト84はゴムリングとして形成されており、内歯歯車１は
このゴムリングにより中実のリング86に硫化されてい
る。内歯歯車１は中央に、荷重時に楕円化を制限する作
用をするブリッジ88を有する。又、この実施例は、歯の
内径が若干小さく保持されることができ、それにより間
隙自由度及びフレキシブルな遊星歯車12に対する引張力
が確保されるという特徴がある。楕円化は遊星歯車12に
よって行われるが、遊星歯車の楕円化値の約10％ですで
に充分であり、約10％であればゴム引きの問題もなく吸
収される。しかも、この実施例は、エレメント84を介し
て衝撃が緩和され、歯車装置が総合的に優れた低騒音性
の特徴を備えることになるという優れた長所を有する。

第18図は、遊星歯車12が、一つの、特にリング状に形
成された弾性エレメント90を介して歯切りされていない
リング92に連結されているような歯車装置の形態を示
す。ここでも、弾性エレメント90と遊星歯車12及び外側
リング92との連結は硫化によって行われる。弾性エレメ
ント90は縦方向にも周方向に関しても弾性力を有する。
遊星歯車12に対する曲げ力を防御するために、弾性エレ
メント90の内部領域においてもころがり軸受23が設けら
れ、このころがり軸受には当然に弾性エレメント90の復
帰力が比較的わずかであるが作用する。このころがり軸
受23は、ブリッジ95により連結される二重ころ94を有
し、これらの二重ころは中央にブリッジ95を有する。こ
ろ94を案内するためにブリッジ95の所にリテーナ96が設
けられる。

第19図は第18図のころがり軸受23の一部を拡大して示
す。ブリッジ95は径方向に内側と外側とに交互に開口し
ているスリット97を有し、これらのスリット内の二重こ
ろ94が各ブリッジ95により装入されている。ころ94はこ
の特別な形態の場合、妨げられることなく、リテーナ96
の追加変形なしに径方向に動くことができる。

第20図は、異なる外歯を有する二つの太陽歯車６、７
を備える実施例を示し、その外歯に、径方向外側に位置
する遊星歯車12がその歯によりかみ合うことができる。
遊星歯車12の外側は、引張応力を吸収するための薄肉の
ばねリング106によって取り囲まれている。駆動カム18
を有する回転体20が、プレートとして形成されている太
陽歯車６と太陽歯車７との間に軸方向に設けられてい
る。ころがり軸受22も太陽歯車６、７の間に軸方向に配
置されている。この実施例の特徴は特に外径が短いこと
である。

第21図は、歯車装置モータを連結した場合の構成を示
す。内歯歯車１はモータハウジング108に対して直接的
にフランジ付けされ、駆動カム18を備える回転体20は調
整ばねを介してモータ軸110に連結されている。太陽歯
車６は、軸受112を介してモータ軸110上に支承されてい
る。ケーシングカバー115が内歯歯車１を介してモータ
ハウジング108にねじ止めされており、径方向内側に別
の軸受113を有し、その軸受上に太陽歯車６とこの太陽
歯車に連結されている軸114とが取り付けられている。
ケーシングカバー115は唯一の付加的構成部分である。
この構成であれば歯車装置本来の、モータ軸110によっ
て決まっている長さの延長はシャフト軸114次第という
ことになる。従って、この歯車装置モータの特徴は著し
くコンパクトな構造であると言える。

第22図は第１図において説明された歯車装置の産業用
ロボット向けの構成である。太陽歯車６の取付けはロボ
ットのケーシング部118における軸116を介しておこな
う。駆動モータ120は内歯歯車１に直接フランジ付けさ
れ、やはりケーシング118にねじ止めされている。この
構造の場合、フランジ付けのための追加の機材は不要で
ある。歯車装置の全体質量を一層減退せしめる可能性が
あることは速い旋回運動並びにその際に発生する慣性力
の関係上、非常に好都合である。

次の二つの数値例から、本発明により大きい、そして
最大の減速比の実現の可能性が了解されるであろう。こ
こでは、フレキシブルな遊星歯車と内歯歯車あるいは太
陽歯車との間の減速比がi1あるいはi2として示される。

I. i1＝1:102 i2＝−1:100 ｉ全部＝1:10.200 II. i1＝1:100 i2＝−1:130 ｉ全部＝1:419 両方の歯列には共通の駆動カムの力が及ぶので、共通
の入口曲線あるいは動径曲線が描かれる。これらの曲線
は上記に説明したように減速比及びベベル角度により算
出される。異なる減速比をもつ両方の歯列については、
設定された曲線は、歯高を考慮に入れたベベル角度αの
変更により決まるが、その際、次の等式が適用される。

tg（α1/2）:tg（α2/2）＝i2:i1 この基本的関係に基づき20度のベベル角度α1/2（α
１の半分）に対しては、15度のベベル角度α2/2が与え
られる。例Ｉについては補正は必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の遊星歯車装置の軸方向断面図を示し、
第２図はフレキシブルな遊星歯車の径方向断面を示し、
第３図は、第１図に類似の軸方向断面の拡大図を示し、
第４図は、第１図の切断線IVに沿った断面図であり、第
５図から第９図は、この歯車装置の運動学的並びに幾何
学的諸関係を明確にするための説明図であり、第10図は
個々の歯における力を示し、第11図は、遊星歯車が、こ
こでは示されないブリッジにより連結、軸方向に突起し
ている歯を有するような実施例の径方向断面を示し、第
12図は、遊星歯車が径方向にも周方向にもフレキシブル
に形成されているような実施例を示し、第13図は第12図
に準じる断面部分の拡大図であり、第14図は第１図に類
似しているが、しかし遊星歯車のまわりにばねリングを
有する実施例を示し、第15図は外リングを有する実施例
を示し、第16図は第11図に類似の実施例を示し、第17図
はフレキシブルに配置された内歯歯車を有する、第１図
に類似の実施例を示し、第18図は遊星歯車とリングとの
間に弾性連結部を有する実施例の縦断面図であり、第19
図は軸受リテイナの特別な形態を示し、第20図は二つの
太陽歯車を有する実施例を示し、第21図は歯車装置モー
タと連結した特別な形態を示し、第22図は工業用ロボッ
トへの特別な組込例を示している。１……内歯歯車、６、７……太陽歯車、10……リング状
間隙、12……遊星歯車、14……内歯、16……外歯、18…
…駆動カム、22、23……ころがり軸受、24……連結ブリ
ッジ、25……軸方向面、26……ブリッジの厚さ、42〜45
……かみ合いゾーン、50……全体歯、56、57……平面、
58……動径曲線、64……歯先、66……ブリッジ領域、72
……凹部、74……リング、84……弾性エレメント、86…
…中実リング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16H 1/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外側に歯を有しており、径方向にフレキシ
ブルな遊星歯車（12）とかみ合う太陽歯車（６）と、前
記遊星歯車（12）とかみ合う内歯歯車（１）と、回転自
在に取り付けられており、前記遊星歯車（12）の歯が各
作用ゾーンにおいて前記内歯歯車（１）及び太陽歯車
（６）の歯とかみ合うように該遊星歯車をころがり軸受
（22）を介して径方向に変形させる駆動カムとを備えて
いる遊星歯車装置であって、前記フレキシブルな遊星歯車（12）は、内歯（14）及び
外歯（16）を有すると共に、少なくともその一部分が前
記内歯歯車（１）及び前記太陽歯車（６）間の環状隙間
（10）内に配置されており、周方向に分布する四つのかみ合いゾーン（42、43、44、
45）において前記遊星歯車（12）の外歯（16）が前記内
歯歯車（１）の歯とかみ合うか、該遊星歯車（12）の内
歯（14）が前記太陽歯車（６）の歯とかみ合っており、前記太陽歯車（６）、前記遊星歯車（12）及び前記内歯
歯車（１）が夫々平らな歯面のみを有しており、前記内歯歯車（１）及び前記遊星歯車（12）間の最大か
み合い部から90度だけずれた位置における該内歯歯車
（１）の歯先円の直径が該遊星歯車（12）の歯先円の直
径よりも大きく、前記遊星歯車（12）の軌道の四半分に
おける中心点（Ｍ）が前記かみ合いゾーン（42、43、4
4、45）を画定しており、前記遊星歯車（12）における
前記太陽歯車（６）との最大かみ合い部が、該遊星歯車
（12）における前記内歯歯車（１）との最大かみ合い部
とは別の回転角度位置に存在していることを特徴とする
遊星歯車装置。
【請求項２】前記駆動カム（18）及び前記ころがり軸受
（22）が、軸方向に関して前記太陽歯車（６）及び前記
内歯歯車（１）の少なくとも一方の横に配置されてお
り、前記遊星歯車（12）は、前記ころがり軸受（22）及
び前記太陽歯車（６）の両方あるいは前記内歯歯車
（１）と同じだけ軸方向に伸長していることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の遊星歯車装置。
【請求項３】前記遊星歯車（12）の内歯（14）及び外歯
（16）における各歯が同一軸平面（25）上に配置される
と共に連結ブリッジ（24）によって周方向に相互連結さ
れていること、又は、前記遊星歯車の両方の歯（14、1
6）における径方向高さの合計が前記連結ブリッジ（2
4）の径方向厚さ（26）よりも大きいことを特徴とする
特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の遊星歯車装
置。
【請求項４】前記フレキシブルな遊星歯車（12）は、個
々の歯（50）が軸方向に突出するように配置された円板
状部分を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項又は第２項に記載の遊星歯車装置。
【請求項５】前記フレキシブルな遊星歯車（12）は、ブ
リッジ領域（66）によって互いに連結されており、周方
向に関して交互に内側及び外側を向く歯先（64）を有し
ており、各歯先（64）の径方向高さ（65）が前記ブリッ
ジ領域（66）の厚さ（67）よりも大きいことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の遊星歯車装
置。
【請求項６】前記フレキシブルな遊星歯車（12）は、引
張力を受けるべく薄肉のもしくはフレキシブルな又は薄
肉でフレキシブルなリング（74）によって取り囲まれて
おり、該リング（74）は前記内歯歯車（１）の凹部（7
2）に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項から第４項のいずれか一項に記載の遊星歯車装
置。
【請求項７】前記内歯歯車（１）及び前記太陽歯車
（６）の少なくとも一方が、弾性エレメント（84）によ
って中実のリング（86）上に支承されていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項
に記載の遊星歯車装置。
【請求項８】歯先を有する前記フレキシブルな遊星歯車
（12）が、夫々駆動される前記ころがり軸受（22）の内
輪及び外輪の少なくとも一方に直接的に支承されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第７項のい
ずれか一項に記載の遊星歯車装置。
【請求項９】前記フレキシブルな遊星歯車（12）は、径
方向及び周方向の両方に関してフレキシブルに形成され
ており、前記各歯先（64）の径方向高さ（65）が、個々
の歯先（64）間におけるブリッジ領域（66）の厚さ（6
7）の少なくとも二倍の大きさであることを特徴とする
特許請求の範囲第５項に記載の遊星歯車装置。
【請求項１０】前記内歯歯車（１）の内径及び前記太陽
歯車（６）の外径の少なくとも一方は、該内歯歯車
（１）の内径及び該太陽歯車（６）の外径の少なくとも
一方が対応動径曲線（58）と一緒に90度ずれた平面（5
6、57）を横切るように、その平らな歯面で形成された
各歯上で修正されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項から第９項のいずれか一項に記載の遊星歯車装
置。