JP5568516B2 - 差動歯車型減速機 - Google Patents
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Description
本発明は、差動歯車装置を用いた減速機に関し、詳しくは機械的な構造によってコンパクトで大きな減速比が得られる差動歯車型減速機に関するものである。
従来、差動歯車装置を用いた変速機又は減速機として、入力軸に設けたベベルギヤと、出力軸に設けたベベネギヤと、両ベベルギヤの間に動力伝達可能に介在する差動歯車装置と、該差動歯車装置のギヤ支持体（ハウジング）に連結されたウォームホイールと、これに噛合するウォームとからなるウォーム歯車機構と、該ウォーム歯車機構を介して差動歯車装置の回転制動を制御する電動モータ及びその電気的制御装置とを備えた差動歯車型無段変速機は知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
上記した特許文献１、特許文献２記載の差動歯車型無段変速機は、差動歯車装置の回転制動を制御するために、駆動源とは別の電動モータ及びその電気的制御装置が必要であった。また、一連の動作を連続的に無段階に減速又は変速するため、主として各種機械装置の位相調整に使用されるものであった。
本発明は、差動歯車装置の回転制動を駆動源に連結する入力軸に連動して機械的に制御することにより、コンパクトで大きな減速比が得られる差動歯車型減速機を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は、ギヤケースに軸支された入力軸と出力軸が、前記ギヤケース内に配設した差動歯車装置を介して連動連結され、前記ギヤケースに前記入力軸と平行して軸支された調整軸の一端側に電磁式のブレーキが設けられ、他端側に電磁式のクラッチが設けられ、前記入力軸の回転力を前記差動歯車装置に減速して伝達するための歯車列が設けられる差動歯車型減速機であって、前記差動歯車装置は、前記入力軸の内端に取り付けられる入力ベベルギヤと、前記出力軸の内端に取り付けられる出力ベベルギヤと、前記両ベベルギヤを覆う状態で前記入力軸および出力軸に相対回転可能に支持されるハウジングと、前記両ベベルギヤにそれぞれ噛合される状態で前記ハウジング内に回転自在に支持される２つのアイドラーベベルギヤとを含む構成とされ、前記歯車列は、前記入力軸に固定される１段ピニオンと、前記調整軸に回動自在に支持されかつ前記１段ピニオンに噛合する１段ギヤとからなる入力側歯車列、および、前記調整軸に回転一体に固定される２段ギヤと、前記差動歯車装置のハウジングに回転一体に固定されかつ前記２段ギヤに噛合する２段ピニオンとからなる出力側歯車列を含む構成とされ、前記ブレーキは、電源のオン、オフに応じて前記調整軸を回転自在にする解放状態または回転停止させる制動状態になるものとされ、前記クラッチは、電源のオン、オフに応じて前記調整軸に対して前記１段ギヤを回転一体にする接続状態または相対回転可能にするフリー状態になるものとされ、前記入力軸を回転駆動している状態において、前記ブレーキを解放状態にして前記クラッチを接続状態にした場合には、前記入力軸の回転力が前記入力側歯車列と前記出力側歯車列と前記差動歯車装置とを経て前記出力軸に減速して伝達される減速運転状態になる一方、前記ブレーキを制動状態にして前記クラッチをフリー状態にした場合には、前記入力軸の回転力が前記出力側歯車列に入力されることなく前記差動歯車装置を経て前記出力軸に等速で伝達される等速運転状態になる、ことを特徴とする。
本発明の差動歯車減速機は、ギヤケース内に配設した差動歯車装置の回転制動を入力軸に連動する２段の歯車列により機械的に制御するから、差動歯車装置の回転制動に別の駆動源を必要としない。しかも、コンパクトな構造で大きな減速比が得られ、省スペース化が図れる。そして、１台の減速機で運転停止せずに低速運転と高速運転の二段階に切り換えて運転が可能である。
また、入力軸に連動する２段の歯車列の組み合わせを変えるだけで、ギヤケース、入力軸、出力軸、調整軸及び差動歯車装置はそのままで、減速比を広い範囲に亘って自由に変更することができる。
本発明の差動歯車型減速機は、運転を停止せずに低速運転から高速運転に切り換えることができるので、各種の巻取り装置、巻戻し装置の動力伝達手段として好適であるが、その他種々の産業分野における動力伝達手段として使用できるものである。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る差動歯車型減速機の一実施例を示している。ギヤケース１には入力軸２と出力軸３が相対向して同軸状に軸支されている。入力軸２は、中間部位に１段ピニオン２１が固定されていて、軸受４、中間軸受５によりギヤケース１に回転自在に軸支され、入力軸２の内端部にベベルギヤ８が固定されている。該ベベルギヤ８は後述する差動歯車装置１０の一部分を構成するものである。出力軸３は、軸受６、７を介してギヤケース１に回転自在に軸支され、内端部にベベルギヤ９が固定されている。該ベベルギヤ９も入力軸２のベベルギヤ８と共に後述する差動歯車装置１０の一部分を構成するもので、ベベルギヤ８に対向して配置される。
ギヤケース１内にはベベルギヤを用いた差動歯車装置１０が配設されている。該差動歯車装置１０のハウジング１１は、入力軸２のベベルギヤ８と出力軸３のベベルギヤ９を収容し、かつ、軸受１２、１３を介して入力軸２と出力軸３に回転自在に支持されている。該ハウジング１１には、入力軸２と出力軸３に直交するスピンドル１４が設けられている。該スピンドル１４は両端が軸受１５、１６によりハウジング１１に回転自在に軸支されている。スピンドル１４の両端部には一対のアイドラーベベルギヤ１７、１８がカラー１９を介して回転自在に嵌装されていて、両アイドラーベベルギヤ１７、１８が入力軸２のベベルギヤ８と出力軸３のべベルギヤ９に噛合して、差動歯車機構を構成している。ハウジング１１の一方の側壁には入力軸２の１段ピニオン２１と平行に、かつ同軸状に配設した２段ピニオン２４が固定されている。
ギヤケース１には入力軸２及び出力軸３と平行する調整軸３０が配設されている。該調整軸３０は、軸受３１、中間軸受３２及び軸受３３を介してギヤケース１に軸支され、ギヤケース１から突出する一端部に電磁ブレーキ３５が組み付けられ、他端部に電磁クラッチ３６が組み付けられている。また、調整軸３０には、１段ピニオン２１に噛合する１段ギヤ２２と２段ピニオン２４に噛合する２段ギヤ２３が設けられている。１段ギヤ２２は内蔵ベアリング２５を介して調整軸３０に回転自在に嵌合した円筒状ボス２６に固定され、該円筒状ボス２６が軸受３３によりギヤケース１に軸支されると共に、円筒状ボス２６に固着連結した筒状継ぎ軸２７を介して電磁クラッチ３６に係脱自在に接続されている。一方、２段ギヤ２３は、調整軸３０にキー止めして固定されていて、調整軸３０の回転力が２段ギヤ２３に噛合する２段ピニオン２４を経て差動歯車装置１０のハウジング１１に伝達され、該ハウジング１１を入力軸２及び出力軸３の周りに回動させるようになっている。なお、上記のピニオン２１，２４及びギヤ２２，２３はいずれも、はすば歯車で、噛み合い箇所に隙間やがたつきが生じない構造にしてある。図中、３７は入力軸２に連結して、回転駆動するサーボモータ（図示せず）の駆動軸である。
次に、上記のように構成した本発明に係る差動歯車型減速機の運転動作について説明する。
（１）運転停止状態について
全ての電源はＯＦＦ状態で、駆動軸３７は、図示しないサーボモータの内蔵ブレーキによりロックされ、入力軸２への動力伝達は停止されている。また、電磁ブレーキ３５もＯＦＦ状態でロックされていて、調整軸３０は回転が停止されている。電磁クラッチ３６は電源ＯＦＦでフリー状態になっている。
（２）減速運転状態について
電源を入れると（ＯＮ状態）、前記サーボモータの駆動軸３７が回転して入力軸２を回転駆動し、１段ピニオン２１と１段ギヤ２２に回転力が伝達される。同時に、電磁ブレーキ３５が電源ＯＮで解放状態になり、また、電磁クラッチ３６が電源ＯＮで作動状態になって、１段ギヤ２２と調整軸３０が電磁クラッチ３６を介して接続され、１段ギヤ２２に連動して調整軸３０が回転する。調整軸３０が回転すると、２段ギヤ２３と２段ピニオン２４が連動して回転し、差動歯車装置１０のハウジング１１を入力軸２及び出力軸３の回りに回転させる。ハウジング１１が回転すると、入力軸２のベベルギヤ８と出力軸３のベベルギヤ９とに噛合しているアイドラーギヤ１７，１８が入力軸２及び出力軸３の軸線の周りに公転し、その結果、ベベルギヤ８の回転に連動して、かつアイドラーギヤ１７，１８を介して回転されるベベルギヤ９の回転数が減少し、入力軸２の回転数に対して出力軸３の回転数が減速される。このような入力軸２から出力軸３に伝達される回転数の減速比は、入力軸２に連動する２段の歯車列２１，２２，２３，２４の歯数の組み合わせにより設定される。具体的には後述する実施例１に示す。
（３）等速運転状態について
電源を入れたＯＮ状態で、前記サーボモータの駆動軸３７が回転して入力軸２を回転駆動し、１段ピニオン２１と１段ギヤ２２に回転力が伝達される。一方、電磁ブレーキ３５は電源ＯＦＦ状態で調整軸３０を制動して、回転停止状態にロックし、電磁クラッチ３６も電源ＯＦＦ状態でフリー状態になって、１段ギヤ２２は電磁クラッチ３６との接続が切れ、入力軸２の１段ピニオン２１に噛合している１段ギヤ２２は内蔵ベアリング２５を介して調整軸３０の回りに空転している状態である。また、調整軸３０が回転停止状態にロックされているため、２段ギヤ２３から２段ピニオン２４に回転力は伝達されず、差動歯車装置１０のハウジング１１も固定された状態になっている。したがって、入力軸２の回転はベベルギヤ８からアイドラーギヤ１７，１８を経てベベルギヤ９にそのまま伝達され、出力軸３は入力軸２と等速で回転することになる。
上記した差動歯車装置１０による減速比を実施例について具体的に説明する。
１段ピニオン２１の歯数：３２枚
１段ギヤ２２の歯数：７２枚
２段ギヤ２３の歯数：４０枚
２段ピニオン２４の歯数：３６枚
入力軸２の回転数：６００ｒｐｍとする。
差動歯車装置１０による減速比：ｉは、
ｉ＝（３２／７２）×（４０／３６）＝１／２．０２５
差動歯車装置１０のハウジング１１の回転数：ｎは、
ｎ＝６００×（１／２．０２５）■２９６．２９６２９６３ｒｐｍ
出力軸の回転数：Ｎは、
Ｎ＝（６００×１／２−２９６．２９６２９６３）×２ｒｐｍ
＝３．７０３７０３７×２ｒｐｍ
■７．４０７４０７４ｒｐｍ
１段ピニオン２１の歯数：３２枚
１段ギヤ２２の歯数：７２枚
２段ギヤ２３の歯数：４０枚
２段ピニオン２４の歯数：３６枚
入力軸２の回転数：６００ｒｐｍとする。
差動歯車装置１０による減速比：ｉは、
ｉ＝（３２／７２）×（４０／３６）＝１／２．０２５
差動歯車装置１０のハウジング１１の回転数：ｎは、
ｎ＝６００×（１／２．０２５）■２９６．２９６２９６３ｒｐｍ
出力軸の回転数：Ｎは、
Ｎ＝（６００×１／２−２９６．２９６２９６３）×２ｒｐｍ
＝３．７０３７０３７×２ｒｐｍ
■７．４０７４０７４ｒｐｍ
上記計算式において、入力軸２の回転数６００ｒｐｍを１／２にしているのは、差動歯車装置１０のアイドラーギヤ１７，１８が公転することによって、入力軸２のベベルギヤ８と出力軸３のベベルギヤ９が互いに逆回転し、２倍の減速効果を生じるためである。
入力軸２に対する出力軸３の減速比：Ｉは、
Ｉ＝７．４０７４０７４／６００
＝１／８１．０００００００８
■１／８１
したがって、入力軸２の８１回転に対して、出力軸３は１回転することになり、大きな減速比が得られる。
入力軸２に対する出力軸３の減速比：Ｉは、
Ｉ＝７．４０７４０７４／６００
＝１／８１．０００００００８
■１／８１
したがって、入力軸２の８１回転に対して、出力軸３は１回転することになり、大きな減速比が得られる。
本発明に係る差動歯車型減速機は、コンパクトな構成で大きな減速比が得られ、しかも運転中に直ちに減速から等速（高速）に、またその逆に切り換えることが可能であるから、各種の巻上げ装置や巻取機の動力伝達手段として効果的に利用することができる。
１ ギヤケース
２ 入力軸
３ 出力軸
８ ベベルギヤ（入力軸２側）
９ ベベルギヤ（出力軸３側）
１０ 差動歯車装置
１１ ハウジング
１４ スピンドル
１７，１８ アイドラーベベルギヤ
２１ １段ピニオン
２２ １段ギヤ
２３ ２段ギヤ
２４ ２段ピニオン
２５ 内蔵ベアリング
２６ 円筒状ボス
２７ 筒状継ぎ軸
３０ 調整軸
３５ 電磁ブレーキ
３６ 電磁クラッチ
３７ 駆動軸
２ 入力軸
３ 出力軸
８ ベベルギヤ（入力軸２側）
９ ベベルギヤ（出力軸３側）
１０ 差動歯車装置
１１ ハウジング
１４ スピンドル
１７，１８ アイドラーベベルギヤ
２１ １段ピニオン
２２ １段ギヤ
２３ ２段ギヤ
２４ ２段ピニオン
２５ 内蔵ベアリング
２６ 円筒状ボス
２７ 筒状継ぎ軸
３０ 調整軸
３５ 電磁ブレーキ
３６ 電磁クラッチ
３７ 駆動軸
Claims (2)
- ギヤケースに軸支された入力軸と出力軸が、前記ギヤケース内に配設した差動歯車装置を介して連動連結され、
前記ギヤケースに前記入力軸と平行して軸支された調整軸の一端側に電磁式のブレーキが設けられ、他端側に電磁式のクラッチが設けられ、
前記入力軸の回転力を前記差動歯車装置に減速して伝達するための歯車列が設けられる差動歯車型減速機であって、
前記差動歯車装置は、前記入力軸の内端に取り付けられる入力ベベルギヤと、前記出力軸の内端に取り付けられる出力ベベルギヤと、前記両ベベルギヤを覆う状態で前記入力軸および出力軸に相対回転可能に支持されるハウジングと、前記両ベベルギヤにそれぞれ噛合される状態で前記ハウジング内に回転自在に支持される２つのアイドラーベベルギヤとを含む構成とされ、
前記歯車列は、前記入力軸に固定される１段ピニオンと、前記調整軸に回動自在に支持されかつ前記１段ピニオンに噛合する１段ギヤとからなる入力側歯車列、および、前記調整軸に回転一体に固定される２段ギヤと、前記差動歯車装置のハウジングに回転一体に固定されかつ前記２段ギヤに噛合する２段ピニオンとからなる出力側歯車列を含む構成とされ、
前記ブレーキは、電源のオン、オフに応じて前記調整軸を回転自在にする解放状態または回転停止させる制動状態になるものとされ、
前記クラッチは、電源のオン、オフに応じて前記調整軸に対して前記１段ギヤを回転一体にする接続状態または相対回転可能にするフリー状態になるものとされ、
前記入力軸を回転駆動している状態において、前記ブレーキを解放状態にして前記クラッチを接続状態にした場合には、前記入力軸の回転力が前記入力側歯車列と前記出力側歯車列と前記差動歯車装置とを経て前記出力軸に減速して伝達される減速運転状態になる一方、
前記ブレーキを制動状態にして前記クラッチをフリー状態にした場合には、前記入力軸の回転力が前記出力側歯車列に入力されることなく前記差動歯車装置を経て前記出力軸に等速で伝達される等速運転状態になる、ことを特徴とする差動歯車型減速機。 - 前記入力軸が、サーボモータに連結されている請求項１記載の差動歯車型減速機。
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