JP4247898B2

JP4247898B2 - 遊星歯車装置

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Publication number: JP4247898B2
Application number: JP2003551444A
Authority: JP
Inventors: 直巳白澤
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2022-12-04
Also published as: WO2003050435A1; TW200300829A; US6866608B2; TWI252895B; DE10296266T5; AU2002354088A1; JPWO2003050435A1; US20040048715A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型・コンパクトに構成された遊星歯車装置に関するものであり、特に、装置軸線方向の厚さが薄い遊星歯車装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遊星歯車装置は、入力された高速回転を減速するための減速機構部と、この減速機構部によって減速された回転を出力する減速回転出力部材を回転自在に支持している軸受け部とが装置軸線方向に並列配置された構成となっているのが一般的である。
【０００３】
しかしながら、この構成は、装置軸線方向の寸法を小さくして扁平な遊星歯車装置を構成するには適していない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、装置軸線方向の寸法を可能な限り小さくすることのできる遊星歯車装置を提案することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の遊星歯車装置は、
円形外周面を備えた円環状あるいは円柱状の第１の部材と、
この第１の部材の円形外周面を取り囲むように同心状態に配置した第２の円環状部材と、
この第２の円環状部材の円形外周面を取り囲むように同心状態に配置した第３の円環状部材と、
前記第３の円環状部材の一方の円環状端面に同軸状態で取り付けた内歯歯車と、
前記第１の部材における前記第３の円環状部材の円環状端面と同一の側の円環状あるいは円形の端面に同軸状態で取り付けた太陽歯車と、
前記第２の円環状部材における前記第３の円環状部材の円環状端面と同一の側の円環状端面に取り付けられ、前記内歯歯車および前記太陽歯車に噛み合っている複数の遊星歯車と、
前記第１の部材の円形外周面と前記第２の円環状部材の円形内周面との間に形成された第１の軸受と、
前記第２の円環状部材の円形外周面と前記第３の円環状部材の円形内周面との間に形成された第２の軸受と、
前記第２の円環状部材に対して装置軸線の方向の反対側から前記遊星歯車を支持していると共に、前記第２の円環状部材に同軸状態に取り付けた第４の円環状部材とを有し、
装置軸線の方向の一方の側には、前記太陽歯車と一体回転する前記第１の部材の端面、前記遊星歯車のキャリアとして機能する前記第２の円環状部材の円環状端面、および、前記内歯歯車と一体回転する前記第３の円環状部材の円環状端面が露出しており、
装置軸線の方向の他方の側には、前記太陽歯車の端面、前記遊星歯車と一体回転する前記第４の円環状部材の円環状端面、および、前記内歯歯車の円環状端面が露出していることを特徴としている。
【０００６】
ここで、前記第１の軸受および／または第２の軸受として、クロスローラベアリングを用いることが望ましい。
【０００７】
この構成の遊星歯車装置では、装置軸線に直交する同一平面上に同心状に配列した第１の部材、第２の円環状部材および第３の円環状部材によって、それぞれ太陽歯車、遊星歯車および内歯歯車が支持されている。また、これらの部材の間に２つの軸受、例えば、クロスローラベアリングが同心状に形成されている。従って、太陽歯車、遊星歯車および内歯歯車からなる減速機構部と、これらを相対回転可能に支持するための２つの軸受とが、装置軸線に直交する平面上に同心状に配列された構成を実現できる。この結果、装置軸線方向に極めて扁平な構造の遊星歯車装置を実現できる。また、最も内側に配置されている第１の部材および太陽歯車を中空型のものとすれば、中空型の遊星歯車装置も簡単に実現できる。
【０００８】
ここで、部品点数を削減して、装置の更なる小型・コンパクト化と低価格化を図るためには、前記第１の部材と前記太陽歯車とを、単一の円環状あるいは円柱状の部材から形成し、この部材の円形外周面における装置軸線方向の一方の側の外周面部分に前記第１の軸受の内輪側軌道溝を形成し、他方の側の外周面部分に前記太陽歯車を構成する外歯を形成することが望ましい。
【０００９】
また、同様の目的のためには、前記第３の円環状部材と前記内歯歯車とを、単一の円環状部材から形成して、この円環状部材の円形内周面における装置軸線方向の一方の側の内周面部分に前記第２の軸受の外輪側軌道溝を形成し、他方の側の内周面部分に前記内歯歯車を構成する内歯を形成することが望ましい。
【００１０】
本発明の遊星歯車装置においては、次のようにして、シザース形のバックラッシ調整機構を取り付けることができる。すなわち、本発明の遊星歯車装置は、
前記遊星歯車は等角度間隔で配置した４個の遊星歯車を備えており、
１８０度の角度間隔で配置されている２個の遊星歯車の遊星軸は、１８０度の角度間隔で配置されている残りの２個の遊星歯車の遊星軸に対して、円周方向の相対角度位置を調整可能な状態で前記第２および第４の円環状部材の間に支持されている。
【００１１】
次に、多段型の遊星歯車装置、例えば２段遊星歯車装置を実現するためには、次の構成を採用することができる。
【００１２】
すなわち、本発明による２段の遊星歯車装置は、上記構成において、
前記第１の部材および前記太陽歯車は円環状部材であり、
前記第１の部材の円形内周面の内側には、同心状態で円形外周面を備えた第５の部材が配置されており、
前記太陽歯車の円形内周面には前段側内歯歯車が形成されており、
前記第５の部材における装置軸線方向の一方の端面には同軸状態で前段側太陽歯車が取り付けられており、
前記前段側内歯歯車および前記前段側太陽歯車の間には、双方に噛み合っている複数個の前段側遊星歯車が配置されており、
前記第５の部材の円形外周面と前記第１の部材の円形内周面との間に第３の軸受が形成されており、
前記前段側遊星歯車は前記第４の円環状部材によって片持状態で支持されていることを特徴としている。
【００１３】
この場合においても、第３の軸受としてクロスローラベアリングを用いることが望ましい。
【００１４】
この構成の遊星歯車装置では、前段側の遊星歯車機構も、装置軸線に直交する同一平面上に構成されているので、装置軸線方向に極めて扁平な構成になる。
【００１５】
この場合、前記第５の部材による装置軸線方向の他方の端面に同軸状態で中心回転軸を取り付けることにより、部品点数を削減できる。
【００１６】
さらには、前記第５の部材と、前記中心回転軸と、前記前段側太陽歯車とを、単一の部材によって形成すれば、さらに部品点数を削減できるので望ましい。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の遊星歯車装置では、太陽歯車、遊星歯車を支持しているキャリアおよび内歯歯車と、これらの各要素を相対回転可能な状態で支持している２個のクロスローラベアリングとを、装置軸線に直交する平面上において同心状に配列した構成としている。従って、本発明によれば、装置軸線方向の寸法が極めて小さい扁平型の遊星歯車装置を実現できる。
【００１８】
また、本発明によれば、装置軸線方向の両側から太陽歯車、遊星歯車を支持しているキャリア、および内歯歯車にアクセスできるので、装置の入出力レイアウトなどの自由度があり、装置設計が極めて容易になるという利点もある。
【００１９】
さらには、最も内側に配置されている太陽歯車およびこれに連結されている部材を中空型のものとすることにより、簡単に、中空型の遊星歯車装置を実現できるという利点もある。
【００２０】
次に、本発明の２段型の遊星歯車装置では、前段遊星歯車機構を、後段遊星歯車装置の中心に同心状に組み込むと共に、その太陽歯車を回転自在に支持するためのクロスローラベアリングも後段遊星歯車機構の中心に同心状に組み込むようにしている。従って、本発明によれば、装置軸線方向の寸法が極めて小さい扁平型の２段遊星歯車装置を実現できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した遊星歯車装置の実施例を説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１に係る遊星歯車装置を示す断面図、左側端面図および右側端面図である。これらの図を参照して説明すると、本例の遊星歯車装置１は、第１の円環状部材１０と、この第１の円環状部材１０の円形外周面１１を取り囲むように装置軸線１ａを中心として同心状態に配置した第２の円環状部材２０と、この第２の円環状部材２０の円形外周面２１を取り囲むように同心状態に配置した第３の円環状部材３０とを備えている。
【００２３】
最も外側の第３の円環状部材３０における一方の円環状端面３２には同軸状態で内歯歯車２が固定ボルト３によって締結固定されている。また、第１の円環状部材１０における同一側の円環状端面１２にも同軸状態で円筒状の太陽歯車４が固定ボルト５によって締結固定されている。さらに、これら内歯歯車２および太陽歯車４の間には、複数個、本例では４個の遊星歯車６−１〜６−４が双方に噛み合った状態で配置されている。これらの遊星歯車６−１〜６−４は、キャリアとして機能する第２の円環状部材２０の円環状端面２２に取り付けられている遊星軸６１〜６４に対して回転自在の状態で支持されている。
【００２４】
ここで、最も内側に配置されている第１の円環状部材１０の円形外周面１１と第２の円環状部材２０の円形内周面２３との間には第１のクロスローラベアリング４０が形成されており、第２の円環状部材２０の円形外周面２１と第３の円環状部材３０の円形内周面３３との間には第２のクロスローラベアリング５０が形成されている。従って、これら第１および第２のクロスローラベアリング４０、５０は装置軸線１ａを中心として同心状に形成されている。
なお、第１のクロスローラベアリング４０および／または第２のクロスローラベアリング５０の代わりに、ボールベアリングや通常のローラベアリングを用いることも可能である。
【００２５】
第１のクロスローラベアリング４０は、第１の円環状部材１０の円形外周面１１に形成した内輪側軌道溝４１と、キャリアとして機能する第２の円環状部材２０の円形内周面２３に形成した外輪側軌道溝４２と、これらの間に形成される円環状の軌道内に回転軸線が交互に直交するように挿入した複数個のローラ４３から構成されている。同様に、第２のクロスローラベアリング５０は、キャリアとして機能する第２の円環状部材２０の円形外周面２１に形成した内輪側軌道溝５１と、第３の円環状部材３０の円形内周面３３に形成した外輪側軌道溝５２と、これらの間に形成される円環状の軌道内に回転軸線が交互に直交するように挿入した複数個のローラ５３から構成されている。
【００２６】
次に、本例の遊星歯車装置１は各歯車の噛み合いのバックラッシを調整するためのシザース形のバックラッシ調整機構が備わっている。本例のバックラッシ調整機構は、キャリアとして機能する第２の円環状部材２０に対して装置軸線１ａの方向における反対側から遊星歯車を支持している第４の円環状部材６０を有している。１８０度の角度間隔で配置されている２個の遊星歯車６−１、６−３の遊星軸６１、６３（図においては遊星軸６１のみを示す。）は、１８０度の角度間隔で配置されている残りの２個の遊星歯車６−２、６−４の遊星軸６２、６４（図においては遊星軸６２のみを示す。）に対して、円周方向の相対角度位置を調整可能な状態で第２および第４の円環状部材２０、６０の間に取り付けられている。
【００２７】
すなわち、遊星歯車６−１、６−３の遊星軸６１、６３は、キャリアとして機能する第２の円環状部材２０の円環状端面２２に一端側が嵌め込まれ、他端側が装置軸線１ａの方向に突出しており、締結ボルト７によって第４の円環状部材６０に固着されている。これに対して、他方の遊星歯車６−２、６−４の遊星軸６２、６４は円筒状カラー６５からなり、締結ボルト８によって、この円筒状カラー６５が第２および第４の円環状部材２０、６０の間に挟まれた状態で固定されている。円筒状カラー６５の一端６５ａは、第４の円環状部材６０に開けた僅かに大きな貫通穴６１に挿入されており、従って、第４の円環状部材６０に対して相対的に僅かに円周方向に移動可能である。従って、この第４の円環状部材６０を４個の遊星歯車６−１〜６−４に固定する際に、仮固定の状態で２個の遊星歯車６−１、６−３に対して、他方の２個の遊星歯車６−２、６−４を僅かに円周方向に相対回転させることにより歯車噛み合い部分のバックラッシ調整を行い、調整後に締結ボルトを本締めすればよい。
【００２８】
このように構成した本例の遊星歯車装置１では、一般に、太陽歯車４が高速回転入力要素とされる。また、内歯歯車２およびキャリアとしての第２の円環状部材２０の一方が固定側要素とされ、他方が減速回転出力要素とされる。各部材が装置軸線１ａを中心として半径方向に同心状態に配列されているので、装置軸線１ａの方向の厚さが極めて薄い遊星歯車装置を実現できる。
【００２９】
また、最も内側に配置されている第１の円環状部材１０および太陽歯車４として、本例のように中空部材を採用することにより、中空型の遊星歯車装置を簡単に実現できるという利点もある。
【００３０】
さらには、装置軸線方向の一方の側には、太陽歯車４と一体回転する第１の円環状部材１０と、遊星歯車のキャリアとして機能する円環状部材２０と、内歯歯車２と一体回転する第３の円環状部材３０の各端面が露出している。他方の側には、太陽歯車４、遊星歯車のキャリアと一体回転する第４の円環状部材６０と、内歯歯車２の各端面が露出している。従って、装置軸線方向のいずれの側からも各回転部分に別部材を連結できる。よって、入出力をいずれの方向からでも容易に取ることができるという利点がある。
【００３１】
（実施例１の変形例）
ここで、上記の例において、部品点数を削減して、装置の組立て作業の容易化、低コスト化を図るためには、第１の円環状部材１０と太陽歯車４とを、単一の部材から形成すればよい。
【００３２】
図２には、このように構成した実施例１の変形例である遊星歯車装置を示す断面図、左側端面図および右側端面図である。この遊星歯車装置１Ａの基本的な構成は実施例１の遊星歯車装置１と同一であるので、対応する部分には同一の符号を付し、それらの説明を省略するものとする。
【００３３】
本例の遊星歯車装置１Ａでは、第１の円環状部材１０と太陽歯車４が単一の円筒状部材１０Ａから形成されている。この円筒状部材１０Ａの円形外周面における装置軸線１ａの方向の一方の側の外周面部分１１Ｂには第１のクロスローラベアリング４０の内輪側軌道溝４１Ａが形成され、他方の側の外周面部分１１Ｃには太陽歯車４を構成する外歯４Ａが形成されている。
【００３４】
なお、上記構成に加えて、あるいは上記構成とは別に、第３の円環状部材３０と内歯歯車２とを、単一の円環状部材から形成することもできる。この場合には、この円環状部材の円形内周面における装置軸線方向の一方の側の内周面部分に第２のクロスローラベアリング５０の外輪側軌道溝５２を形成し、他方の側の内周面部分に内歯歯車２を構成する内歯を形成すればよい。
【００３５】
また、上記の各例では太陽歯車４および第１の円環状部材１０とによって装置中心を貫通する中空部９を形成している。この代わりに、太陽歯車４および第１の円環状部材１０を円柱状部材あるいは円盤状部材とすることもできる。
【００３６】
（実施例２）
次に、図３は実施例１の遊星歯車装置を利用して２段遊星歯車装置を構成した例を示す断面図、左側端面図および右側端面図である。本例の２段遊星歯車装置１００は、前段側遊星歯車機構１１０と、後段側遊星歯車機構１２０とを備えている。後段側遊星歯車機構１２０は基本的に実施例１の遊星歯車装置１と同一構成とされている。従って、対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略するものとする。
【００３７】
本例の２段遊星歯車装置１００は、後段側遊星歯車機構１２０における第１の円環状部材１０の円形内周面１３の内側に、同心状態で中心回転軸７０（第５の部材）が回転自在の状態で配置されている。この中心回転軸７０は、大径の円盤状部分７１と、この一方の端面から同軸状態で突出している小径の入力軸部分７２と、反対側の端面から同軸状態で突出している小径のピニオン軸部分７３から構成されている。
【００３８】
円盤状部分７１の円形外周面７４と第１の円環状部材１０の円形内周面１３との間には第３のクロスローラベアリング８０が形成されている。すなわち、この第３のクロスローラベアリング８０は、円盤状部材７１の円形外周面７４に形成された内輪側軌道溝８１と、第１の円環状部材１０の円形内周面１３に形成された外輪側軌道溝８２と、これらの間に形成される円環状の軌道内に回転軸線が交互に直交する状態に挿入した複数個のローラ８３から構成されている。
【００３９】
次に、前段側遊星歯車機構１１０は、ピニオン軸７３の先端側部分に形成された前段側太陽歯車１１１と、この外側に配置された複数個の前段側遊星歯車１１２と、この外側を取り囲んでいる後段側の太陽歯車４の円形内周面に形成した前段側内歯歯車１１３から構成されている。前段側遊星歯車１１２の遊星軸１１４は第４の円環状部材６０によって片持ち状態で支持されている。
【００４０】
なお、本例では、入力軸部分７２、クロスローラベアリング内輪形成用の円盤状部分７１および前段側太陽歯車１１１が形成されているピニオン軸部分７３が単一部材として形成されているが、これらを別部材として構成して同軸状態で連結固定してもよい。
【００４１】
このように構成した本例の２段遊星歯車装置１００では、一般に、図に示すように、各段のキャリアが固定側要素とされ、後段側遊星歯車機構１２０における内歯歯車２が減速回転出力要素とされる。入力軸部分７２から入力された高速回転は、前段側遊星歯車機構１１０を介して後段側遊星歯車機構１２０に伝達され、この後段側遊星歯車機構１２０の内歯歯車２から減速回転出力として取り出される。
【００４２】
本例の２段遊星歯車装置１００においても、各歯車部分が装置軸線１００ａに直交する平面上において同心状態に配列されている。従って、装置軸線方向の寸法が極めて小さな扁平型の２段遊星歯車装置を実現できる。
【００４３】
また、本例では、装置軸線方向の両側から各段の各歯車にアクセスできるので、入出力のレイアウトが極めて容易であるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、本発明を適用した実施例１に係る遊星歯車装置を示す断面図、左側端面図、および右側端面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、図１の遊星歯車装置の変形例を示す断面図、左側端面図および右側端面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、本発明を適用した実施例２に係る２段遊星歯車装置を示す断面図、左側端面図および右側端面図である。

Claims

円形外周面を備えた円環状あるいは円柱状の第１の部材と、
この第１の部材の円形外周面を取り囲むように同心状態に配置した第２の円環状部材と、
この第２の円環状部材の円形外周面を取り囲むように同心状態に配置した第３の円環状部材と、
前記第３の円環状部材の一方の円環状端面に同軸状態で取り付けた内歯歯車と、
前記第１の部材における前記第３の円環状部材の円環状端面と同一の側の円環状あるいは円形の端面に同軸状態で取り付けた太陽歯車と、
前記第２の円環状部材における前記第３の円環状部材の円環状端面と同一の側の円環状端面に取り付けられ、前記内歯歯車および前記太陽歯車に噛み合っている複数の遊星歯車と、
前記第１の部材の円形外周面と前記第２の円環状部材の円形内周面との間に形成された第１の軸受と、
前記第２の円環状部材の円形外周面と前記第３の円環状部材の円形内周面との間に形成された第２の軸受と、
前記第２の円環状部材に対して装置軸線の方向の反対側から前記遊星歯車を支持していると共に、前記第２の円環状部材に同軸状態に取り付けた第４の円環状部材とを有し、
装置軸線の方向の一方の側には、前記太陽歯車と一体回転する前記第１の部材の端面、前記遊星歯車のキャリアとして機能する前記第２の円環状部材の円環状端面、および、前記内歯歯車と一体回転する前記第３の円環状部材の円環状端面が露出しており、
装置軸線の方向の他方の側には、前記太陽歯車の端面、前記遊星歯車と一体回転する前記第４の円環状部材の円環状端面、および、前記内歯歯車の円環状端面が露出している遊星歯車装置。
請求項１において、
前記第１の軸受および／または前記第２の軸受はクロスローラベアリングである遊星歯車装置。
請求項１または２において、
前記第１の部材と前記太陽歯車とは、単一の円環状あるいは円柱状の部材から形成されており、
この部材の円形外周面における装置軸線方向の一方の側の外周面部分に前記第１の軸受の内輪側軌道溝が形成され、他方の側の外周面部分に前記太陽歯車を構成する外歯が形成されている遊星歯車装置。
請求項１または２において、
前記第３の円環状部材と前記内歯歯車とは、単一の円環状部材から形成されており、
この円環状部材の円形内周面における装置軸線方向の一方の側の内周面部分に前記第２の軸受の外輪側軌道溝が形成され、他方の側の内周面部分に前記内歯歯車を構成する内歯が形成されている遊星歯車装置。
請求項１または２において、
前記遊星歯車は等角度間隔で配置した４個の遊星歯車を備えており、
１８０度の角度間隔で配置されている２個の遊星歯車の遊星軸は、１８０度の角度間隔で配置されている残りの２個の遊星歯車の遊星軸に対して、円周方向の相対角度位置を調整可能な状態で前記第２および第４の円環状部材の間に支持されている遊星歯車装置。
請求項１において、
前記第１の部材および前記太陽歯車は円環状部材であり、
前記第１の部材の円形内周面の内側には、同心状態で円形外周面を備えた第５の部材が配置されており、
前記太陽歯車の円形内周面には前段側内歯歯車が形成されており、
前記第５の部材における装置軸線の方向の一方の端面には同軸状態で前段側太陽歯車が取り付けられており、
前記前段側内歯歯車および前記前段側太陽歯車の間には、双方に噛み合っている複数個の前段側遊星歯車が配置されており、
前記第５の部材の円形外周面と前記第１の部材の円形内周面との間に第３の軸受が形成されており、
前記前段側遊星歯車は前記第４の円環状部材によって片持状態で支持されている遊星歯車装置。
請求項６において、
前記第１、第２および第３の軸受のうち、少なくとも一つはクロスローラベアリングである遊星歯車装置。
請求項７において、
前記第５の部材における装置軸線方向の他方の端面には同軸状態で中心回転軸が取り付けられている遊星歯車装置。
請求項８において、
前記第５の部材と、前記中心回転軸と、前記前段側太陽歯車とが、単一の部材によって形成されている遊星歯車装置。
請求項６ないし９のうちのいずれかの項において、
前記第１の部材と前記太陽歯車とは、単一の円環状あるいは円柱状の部材から形成されており、
この部材の円形外周面における装置軸線方向の一方の側の外周面部分に前記第１の軸受の内輪側軌道溝が形成され、他方の側の外周面部分に前記太陽歯車を構成する外歯が形成されている遊星歯車装置。
請求項６ないし９のうちのいずれかの項において、
前記第３の円環状部材と前記内歯歯車とは、単一の円環状部材から形成されており、
この円環状部材の円形内周面における装置軸線方向の一方の側の内周面部分に前記第２の軸受の外輪側軌道溝が形成され、他方の側の内周面部分に前記内歯歯車を構成する内歯が形成されている遊星歯車装置。
請求項６ないし９のうちのいずれかの項において、
前記遊星歯車は等角度間隔で配置した４個の遊星歯車を備えており、
１８０度の角度間隔で配置されている２個の遊星歯車の遊星軸は、１８０度の角度間隔で配置されている残りの２個の遊星歯車の遊星軸に対して、円周方向の相対角度位置を調整可能な状態で前記第２および第４の円環状部材の間に支持されている遊星歯車装置。