JP6173755B2 - 遊星歯車減速機付電動機 - Google Patents

Description

本発明は、太陽歯車と遊星歯車を共用することができる遊星歯車減速機付電動機に関する。

従来、この種の遊星歯車減速機付電動機としては、電動機の回転速度や分解能を変化させる目的として遊星歯車減速機を使う際に、各歯車（太陽歯車・遊星歯車・内歯車）の歯数を変更することで、減速比ラインアップを複数持っていた。

特開２００７−６４３６５号公報においては、部品数を減らすため、内歯車とキャリヤを共通にすることが提案されているが、内歯車とキャリヤを共通にしたとしても、太陽歯車、遊星歯車が各減速比により別々のものがそれぞれ必要となり部品種の数が増大となってしまうという問題点が残っている（特許文献１参照）。
また、特開平５−２７２５９６号公報には、太陽歯車とキャリヤを一体成形して製造コストを低減することが提案されている（特許文献２参照）。

特開２００７−６４３６５号公報 特開平５−２７２５９６号公報

しかしながら、太陽歯車とキャリヤを一体成形したとしても、太陽歯車とキャリヤを一体成形した部品と、遊星歯車と、モータの出力軸に圧入する入力ピニオン（太陽歯車）とに、別々のものがそれぞれ必要となり、部品種が増大となってしまうことに変わりはない。
さらに、太陽歯車とキャリヤを一体成形した部品や入力ピニオン（太陽歯車）は、遊星減速機１台あたりの使用量が少なく（太陽歯車とキャリヤを一体成形した部品は遊星減速機構の段数の数の使用、入力ピニオンは１個のみ）、一体成形により製造コストのメリットを出すには、それなりの生産台数が要求されるという課題があった。
遊星歯車減速機の設計理論として、減速比設計を減速比４にすることで太陽歯車と遊星歯車の歯数が同じになる設計ができることが知られている。
内歯車の歯数が３６枚、遊星歯車および太陽歯車の歯数は１２枚、または、内歯車の歯数が７２枚、遊星歯車および太陽歯車の歯数は２４枚などの構成とすることで、減速比４の遊星歯車減速機が構成できる。
理論上は、減速比４とすることで遊星歯車と太陽歯車の歯数を同じにすることができるが、遊星歯車はキャリヤの遊星軸と、太陽歯車は電動機の出力軸との嵌め合いとなるので、それぞれの形状に合わせるように遊星歯車、太陽歯車を設計するため、遊星歯車と太陽歯車が全く同じ形状にはできなかった。
特に、遊星歯車減速機メーカーは、それぞれの電動機と組み合わせるような設計となるので、各電動機の出力軸に合わせた設計が必要であった。また、太陽歯車をカップリングなどの締結具の機能を備えた入力軸に締結し、この入力軸とモータ出力軸とを締結していた（特許文献１の図７）。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、減速比設計を「減速比４」に限定することで太陽歯車と遊星歯車を共用にすることにより、上記の問題点を解決した遊星歯車減速機付電動機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、電動機の出力軸に装着された太陽歯車と、前記太陽歯車に噛合するとともに、減速機ケース内面に形成された内歯車に噛合した複数の遊星歯車と、前記複数の遊星歯車を遊星軸を介して回転自在に支持するキャリヤとで歯車減速機構ユニットを構成し、前記歯車減速機構の減速比を４に設定することで、前記太陽歯車と遊星歯車を共用可能に設定し、前記遊星歯車を支持する遊星軸の径を、前記電動機の出力軸の径と同一に設定することで、前記太陽歯車と遊星歯車を共用可能に設定したことにある。
また、本発明は、前記歯車減速機構ユニットの数を選択して４のべき乗の減速比を設定したことにある。
更に本発明は、前記キャリヤの出力軸の径と、前記電動機の出力軸の径と、前記遊星歯車を支持するキャリヤの遊星軸の径を同一に設定したことにある。
本発明の遊星歯車減速機付電動機は、遊星歯車減速機のキャリヤの遊星軸の径と電動機の出力軸の径をほぼ同じ径とすることで、同じ内径の歯車を嵌め合いすることができるようにしたので、遊星歯車と太陽歯車を全く同じものを使用することができる。
つまり、本発明は、遊星歯車減速機付電動機として、遊星歯車減速機と電動機との組み合わせに専用の設計が行えるので、減速比設計を「減速比４」に限定することと、遊星歯車減速機のキャリヤの遊星軸と電動機の出力軸の径をほぼ同じ（公差が異なるレベル）にすることができることから、太陽歯車と遊星歯車を共用することが可能となる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
太陽歯車と遊星歯車を共用することが可能となるので、部品種の削減が可能となる。遊星歯車は減速機１台当たりの使用数量が多いため、金型化による一体成形で製造し、コストダウンを図っている。その遊星歯車と太陽歯車を共用できるため、太陽歯車の大幅なコストダウンが可能となる。
さらに、歯車減速機構ユニットを２段、３段・・・の構成とすることにより、減速比４，１６，６４のように４のべき乗の減速比とすることもできる。
この場合、中間の段のキャリヤの出力軸の径を、電動機の出力軸およびキャリヤの遊星軸の軸径とほぼ同じとすることで、電動機の出力軸に圧入する太陽歯車、キャリヤの遊星軸に嵌め合いする遊星歯車、中間の段のキャリヤの出力軸に圧入する太陽歯車を全て共通の部品とすることができる。

本発明の実施の形態による遊星歯車減速機付電動機を示す部分断面図である。 図１の電動機を示す概念図である。 減速機の内部を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１の遊星歯車装置を示す断面図である。

以下図示の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１において、遊星歯車減速機付電動機１は、遊星歯車減速機１０と電動機３０とで構成されている。遊星歯車減速機１０は、減速機ケース１１と、減速機フランジ１２によりケース本体が構成されている。電動機３０は、図２に示すように、電動機３０の出力軸３１に圧入により太陽歯車１３が装着されており、この太陽歯車１３を前記遊星歯車減速機１０の減速機フランジ１２に形成された開口孔１２ａから減速機ケース１１内に挿入して組付けている。

減速機ケース１１内に挿入された太陽歯車１３は、減速機ケース１１内に配置された複数、図示例では３個の遊星歯車１４に噛合しており、これら３個の遊星歯車１４は円板状のキャリヤ１５に円周方向に一定間隔でそれぞれ軸方向に設けられた３本の遊星軸１６に各別に回転自在に支持されている。

前記３個の遊星歯車１４は、図３に示すように減速機ケース１１内周面に配設された内歯車１７にそれぞれ噛合しており、この内歯車１７の歯数は遊星歯車１４の３倍の数に設定されている。これら遊星歯車１４は、前記太陽歯車１３の径と同一で、かつ歯数も前記太陽歯車１３と同数に設定されている。この遊星歯車１４には、図４に示すように遊星歯車１４と逆方向のキャリヤ１５の面にキャリヤ出力軸１８が中心軸線上に設けられている。このキャリヤ出力軸１８には、前記太陽歯車１３と同一の第２の太陽歯車２３が圧入されて固着されている。

キャリヤ１５、およびキャリヤ１５に設けられた３本の遊星軸１６に軸支された３個の遊星歯車１４と、太陽歯車１３、および内歯車１７とで、歯車減速機構ユニットＸが構成され、この歯車減速機構ユニットＸを複数重ねることで、４のべき乗の減速比を得ることができる。第２の太陽歯車２３には、最終段の歯車減速機構ユニットＹが組付けられており、この最終段の歯車減速機構ユニットＹには、キャリヤ２５に軸支された３個の遊星歯車２４と、遊星歯車２４と逆方向のキャリヤ２５の面に減速機の出力軸１９が設けられている。これら３個の遊星歯車２４は円板状のキャリヤ２５に円周方向に１２０度ずつの角度で、一定間隔をおいてそれぞれ設けられた３本の遊星軸２６に各別に回転自在に支持されている。前記３個の遊星歯車２４は、減速機ケース１１内周面に配設された内歯車１７にそれぞれ噛合しており、この内歯車１７の歯数は遊星歯車２４の３倍の数に設定されている。これら遊星歯車２４は、前記太陽歯車２３の径と同一で、かつ歯数も前記太陽歯車２３と同数に設定されている。

これら遊星歯車２４には、遊星歯車２４と逆方向のキャリヤ２５の面に減速機の出力軸１９が中心軸線上に一体的に設けられている。この出力軸１９は、減速機ケース１１内に設けられた軸受２７を介して回転自在に支持されると共に、減速機ケース１１外に導出されている。ここで太陽歯車１３を支持する電動機３０の出力軸３１と、減速機の出力軸１９は、同一軸線上に配置されている。

前記遊星歯車減速機付電動機１は、２段の遊星歯車減速機構からなり、その動作は、通常の遊星歯車減速機構の動作と同様に動作する。つまり、前記電動機３０の出力軸３１から出力される回転出力は、出力軸３１に設けられた第１段の太陽歯車１３、第１段の遊星歯車１４、第１段のキャリヤ１５と伝達され、第２段の太陽歯車２３、第２段の遊星歯車２４、第２段のキャリヤ２５、キャリヤ２５に設けられた減速機の出力軸１９を経て減速された回転出力が出力軸１９から出力される。

次に遊星歯車減速機付電動機の作用を説明する。
図３は、１段目の遊星歯車減速機構の太陽歯車１３、遊星歯車１４、内歯歯車１７が噛合する図である。
電動機３０の出力軸３１に圧入により固着された太陽歯車１３と、減速機ケース１１内に、嵌合、固着、または減速機ケース１１に直接歯切りされた内歯車１７との間に、これらの両歯車１３，１７と噛合する３個の遊星歯車１４が１２０度の等角度ピッチで介在されている。

この場合、太陽歯車１３、遊星歯車１４ともに、歯数２４で、内歯車１７を７２枚とすることで、減速比４の遊星歯車減速機構が構成される。さらに、太陽歯車１３が圧入される電動機３０の出力軸３１の軸径と、遊星歯車１４がすべり又は保持器付きころ等により回動自在に支持するキャリヤ１５の遊星軸の１６の軸径をほぼ同じ径とすることで、太陽歯車１３と遊星歯車１４は、同じ歯車を使用できる。

さらに、図１のように、該遊星歯車減速機構を２段にすることにより、減速比１６の遊星歯車減速機構が構成できる。この場合、第２段目の太陽歯車２３は、第１段目のキャリヤ１５のキャリヤ出力軸１８に圧入により固着されている。該キャリヤ出力軸１８の軸径と、第１段目の太陽歯車１３が圧入される電動機３０の出力軸３１の軸径、および遊星歯車１４がすべり又は保持器付きころ等により回動自在に支持するキャリヤ１５の遊星軸１６の軸径をほぼ同じ径とすることで、該太陽歯車２３に、太陽歯車１３、および遊星歯車１４と同じ歯車を使用できる。
そして、第２段目の遊星歯車減速機構の遊星歯車２４は、第１段目の遊星歯車１４と同じ歯車を使用できる。
したがって、太陽歯車１３，２３、遊星歯車１４，２４に全て同じ歯車を使用することができる。

上記のように、遊星歯車減速機構１段の減速比設計を減速比４または４のべき乗にすることで太陽歯車と遊星歯車を共用にすることができ、部品種の削減が可能となる。
さらに、遊星歯車は遊星歯車減速機構１台当たりの使用数量が多いため、金型化（焼結など）による一体成形で製造し、コストダウンを図っている。その遊星歯車と太陽歯車とを共用できるため、遊星歯車と太陽歯車の大幅なコストダウンが可能となる。

図１では、２段の歯車減速機構ユニットＸを用いて減速比１６の遊星歯車減速機を示したが、１段で減速比４，３段で減速比６４など、減速比が４のべき乗のものが可能である。太陽歯車、遊星歯車を金型化（焼結など）の一体成形により製造することで大幅なコストダウンが可能であることを示したが、金型化しなくても、部品共用による太陽歯車のコストダウン、部品種の削減による管理コストのダウンが見込める。

以上のように、上記実施の形態によれば、遊星歯車と太陽歯車を共用することで、部品種の削減が可能となる（管理コストの削減）。遊星歯車は遊星歯車減速機構１台当たりの使用数量が多いため、焼結などの金型化による一体成形で製造し、コストダウンを図っている。その遊星歯車と太陽歯車とを共用できるため、遊星歯車と太陽歯車の大幅なコストダウンが可能となる。
上記は、遊星歯車３個の遊星歯車減速機構の例で説明したが、遊星歯車が２個、４個等の場合においても適用できることは言うまでもない。

１ 遊星歯車減速機付電動機
１０ 遊星歯車減速機
１１ 減速機ケース
１２ 減速機フランジ
１３ （初段）太陽歯車
１４ （初段）遊星歯車
１６、２６ 遊星軸
１７ 内歯車
１８ キャリヤ出力軸
１９ 出力軸
２３ 第２段の太陽歯車
２４ 第２段の遊星歯車
２５ 第２段のキャリヤ
３０ 電動機
３１ 出力軸
Ｘ 歯車減速機構ユニット

Claims (3)

1. 電動機の出力軸に装着された太陽歯車と、前記太陽歯車に噛合するとともに、減速機ケース内面に形成された内歯車に噛合した複数の遊星歯車と、前記複数の遊星歯車を遊星軸を介して回転自在に支持するキャリヤとで歯車減速機構ユニットを構成し、前記歯車減速機構の減速比を４に設定することで、前記太陽歯車と遊星歯車を共用可能に設定し、前記遊星歯車を支持する遊星軸の径を、前記電動機の出力軸の径と同一に設定したことを特徴とする遊星歯車減速機付電動機。
2. 前記歯車減速機構ユニットの数を選択して４のべき乗の減速比を設定したことを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車減速機付電動機。
3. 前記キャリヤの出力軸の径と、前記電動機の出力軸の径と、前記遊星歯車を支持するキャリヤの遊星軸の径を同一に設定したことを特徴とする請求項２に記載の遊星歯車減速機付電動機。

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