JP7698698B2 - 減速機構造 - Google Patents

Description

本発明は、減速機構造に関し、更に詳しくは、全体的な配置空間及び体積を更に簡潔にし、高い減速比を提供する減速機構造に関するものである。

減速機は精密な機械であり、回転速度を低下させ、トルクを増加させるために使用されている。低回転速度でトルクが大きい駆動装置（例えば、モーター）に使用する場合、高速で作動する動力を減速機により回転速度を低下させて、トルクを増加させるために使用する。

市場にある減速機としては、遊星歯車型、サイクロイド型、及びハーモニックドライブ（登録商標）型等があるが、減速比を高めるために遊星歯車セット及びハーモニックドライブ（登録商標）減速機構を結合した複合型減速機が更に存在し、遊星歯車セット及びハーモニックドライブ（登録商標）減速機構により多段階の減速比をそれぞれ出力し、出力端の使用上の需要を満たしている。

しかしながら、上述したこれらの減速機は体積が大き過ぎた。特に、部材の数量が多過ぎるため、配置が複雑になって占領する空間が大きくなり過ぎ、入力軸の軸線の長さが小型化及び精巧化する上で不利になった。また、従来の複合遊星歯車の設計は、各組の遊星歯車の歯の位置角度を同じように制御することで、その作動のスムーズさを確保しているが、歯車の製造において先ず内歯車の インボリュート歯車の歯形を全面的に修正し、遊星歯車との間の干渉を消除した後でなければスムーズに作動しなかった。このため、製造、組み立て、または実際の運用が非常に困難になり、従来の複合遊星歯車を微小型の精密な駆動に応用するには技術的な課題に突き当った。

そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に至った。

本発明は、上記問題点に鑑みて本発明者の鋭意研究により成されたものであり、その目的は、全体的な配置空間及び体積を更に簡潔にする効果を有し、且つ減速比が大きい減速機構造を提供することにある。

上記課題を達成するために、本発明の一態様に係る減速機構造は、内から外にかけて順次包囲すると共に相互に噛合するように設置されているドライブギアと、少なくとも２つの遊星歯車と、固定内歯車と、を備え、前記固定内歯車の近傍には可動内歯車が同軸で配置され、前記可動内歯車の歯数は前記固定内歯車の歯数とは相違し、前記遊星歯車のそれぞれは中空環状を呈し、且つ前記遊星歯車のそれぞれは前記可動内歯車まで一体で延伸されると共に前記可動内歯車に相互に噛合し、前記ドライブギアは軸線に沿って配置されると共に前記ドライブギアと前記固定内歯車との間で作動するように前記遊星歯車のそれぞれを駆動するために用いられ、且つ前記固定内歯車と前記可動内歯車との間に歯数差があるため、前記遊星歯車のそれぞれが作動する際に歯数差の推移により減速して出力するように前記可動内歯車を一緒に押動する。

本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。

本発明の一実施例に係る減速機構造を模式的に示した斜視図である。 本発明の一実施例に係る減速機構造を模式的に示した分解図である。 本発明の一実施例に係る減速機構造の組み立て後を示す断面図である。 本発明の一実施例に係る減速機構造の歯車構成の一例を概略的に示す。 本発明の一実施例に係る減速機構造の駆動状態の一例を概略的に示す。 本発明の一実施例に係る減速機構造の可動内歯車が歯数差の推移を行う場合を示す部分拡大図である。 本発明の別の可能な実施形態を示す概略構成図である。

以下、図面を参照しながら本発明の減速機構造の実施形態を説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に説明する部材、材料等は、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。

まず、図１乃至図４を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳述する。
本発明に係る減速機構造は、内から外にかけて順次包囲すると共に相互に噛合するように設置されているドライブギア１１と、少なくとも２つの遊星歯車２１と、固定内歯車３１と、を備えている。また、前記固定内歯車３１の近傍には可動内歯車４１が同軸で配置され、且つハウジング５１により前記ドライブギア１１、遊星歯車２１のそれぞれ、固定内歯車３１、及び可動内歯車４１を被覆している。以下、それぞれについて説明する。

＜ドライブギア１１＞
軸線Ｘに沿って前記ハウジング５１内に配置され、ドライブギア１１は軸線Ｘに沿って開設されている組立穴１２を有し、組立穴１２はパワーシャフト６１を連結するために用いられている。パワーシャフト６１は回転動力を供給するモーターの駆動軸を選択し、ドライブギア１１を自転するように駆動するための回転動力を供給する。

＜遊星歯車２１＞
遊星歯車２１の数量は２つまたは２つ以上であり、本実施例では遊星歯車２１が２つであるものを例とする。２つの前記遊星歯車２１はそれぞれ中空環状を呈していると共に弾性変形を有し、且つ２つの前記遊星歯車２１は同じ円弧距離で間隔を置いて包囲するようにドライブギア１１の外周に噛合され、２つの前記遊星歯車２１は互いに対称に設置されている。２つの前記遊星歯車２１は同じモジュールを有し、且つ固定内歯車３１にそれぞれ相互に噛合されている。すなわち、２つの前記遊星歯車２１はドライブギア１１と固定内歯車３１との間に配置され、固定内歯車３１はハウジング５１内の段差面５１１に固定され、段差面によって前記固定内歯車３１と前記可動内歯車４１とが当接しない。固定内歯車３１及びドライブギア１１は同じ軸線Ｘを有している。固定内歯車３１自体は回転せず、ドライブギア１１がパワーシャフト６１により駆動されて自転すると、２つの前記遊星歯車２１が同期で自転するように駆動されると共に固定内歯車３１の内周に沿ってドライブギア１１の周りを公転し、第１段階の減速出力を獲得する。本実施例では、２つの前記遊星歯車２１は剛性材質で中空環状にそれぞれ製造され、負荷が大きい使用環境に適用するために一定の剛性を保持し、且つ適度な弾性変形を有している。

具体的には、２つの前記遊星歯車２１は軸線Ｘの方向にそれぞれ平行して固定内歯車３１に一体に延出され、可動内歯車４１は固定内歯車３１の近傍に同軸で並列されている。可動内歯車４１及び固定内歯車３１は同じ軸線Ｘを有し、且つ可動内歯車４１には出力軸４２が連結されている。可動内歯車４１及び固定内歯車３１は相違するモジュールを有し、可動内歯車４１のモジュールは固定内歯車３１のモジュールより大きい。可動内歯車４１の歯数は固定内歯車３１の歯数と相違し、可動内歯車４１及び固定内歯車３１は異なるピッチ円直径を有している。本実施例では、可動内歯車４１の歯数は８８であり、固定内歯車３１の歯数は９０であり、可動内歯車４１の歯数と固定内歯車３１の歯数との差は２であり、固定内歯車３１及び可動内歯車４１の内歯は対向する２つの終点位置Ａ及びＢに正対して徐々に交錯するように配列されるように構成されている。すなわち、固定内歯車３１及び可動内歯車４１の内歯が１８０度対称になる２つの箇所は互いに位置を揃えて重畳され、残りの位置は互いに位置をずらして配列されている。２つの前記遊星歯車２１はそれぞれ中空環状を呈し、且つ固定内歯車３１にそれぞれ一体で突出している突出端２１１により可動内歯車４１と固定内歯車３１とが相互に正対する内歯に噛合されている。可動内歯車４１のモジュールを固定内歯車３１のモジュールより大きくすることで、２つの前記遊星歯車２１の作動のスムーズさを確保している。

本実施例では、出力軸４２はその一端が軸線Ｘに沿って凹むことで収容部４３が形成され、収容部４３は内輪周壁４３１及び内輪周壁４３１に連接されている底面４３２を有し、可動内歯車４１は収容部４３の内輪周壁４３１に対応するように固装されている。ドライブギア１１及び２つの前記遊星歯車２１の突出端２１１は収容部４３にそれぞれ延設されると共に底面４３２に対して当接され、ドライブギア１１及び２つの前記遊星歯車２１の作動時の安定性を確保している。出力軸４２の外周とハウジング５１との間には少なくとも１つのベアリングユニット５２が設置され、ベアリングユニット５２は転がり軸受またはブッシュで構成されて出力軸４２を回転するように支持し、回転時の摩擦及び振動を減少させている。また、２つの前記遊星歯車２１がそれぞれ中空環状を呈すると共に弾性変形を有しているため、本発明の減速構造は本来の標準内歯の修正作業を行う際に、内歯（固定内歯車３１及び可動内歯車４１を含む）の一部の歯形を修正するのみで、適度な干渉エリアを保留して適度な摩擦抵抗力を発生させる。また、中空環状を呈している遊星歯車２１が作動して受力することで弾性変形した後、歯車間の干渉量が小さくなり、本発明の遊星歯車２１が遊星フレームを配置しない状態においても、安定した作動を維持する。

他の実現可能な実施形態の中で、図７に示す如く、可動内歯車４１は出力軸４２の収容部４３の内輪周壁４３１から直接一体成形され、２つの前記遊星歯車２１の突出端２１１を噛合させるために用いられている。ドライブギア１１及び２つの前記遊星歯車２１の突出端２１１は収容部４３にそれぞれ延設されると共に底面４３２に対して当接され、同様にドライブギア１１及び２つの前記遊星歯車２１の作動時の安定性を確保している。

続いて、図５を併せて参照し、パワーシャフト６１がドライブギア１１を作動するように駆動すると、ドライブギア１１の動力がそれと噛合する２つの前記遊星歯車２１を自転するように駆動し、且つドライブギア１１と固定内歯車３１との間で作動するように２つの前記遊星歯車２１を同時に駆動し、第１段階の減速出力を発生させる。次に、２つの前記遊星歯車２１は同時にその突出端２１１により可動内歯車４１に噛合され、第１段階の減速出力が発生した後に、固定内歯車３１がハウジング５１内に固定されているため回転せず、可動内歯車４１が駆動される。こうすることで、２つの前記遊星歯車２１がドライブギア１１の周りを公転する過程において（図６参照）、可動内歯車４１と固定内歯車３１との間に歯数差があるため、２つの前記遊星歯車２１が可動内歯車４１及び固定内歯車３１の交錯するように配列される内歯を逐一推移させ、回転を始めるように可動内歯車４１を駆動する。２つの前記遊星歯車２１の作動時に、２つの前記遊星歯車２１と可動内歯車４１とが相互に噛合する部分が歯数差の推移により高い減速比で出力するように可動内歯車４１を一緒に押動し、第２段階の減速出力を発生させるように可動内歯車４１に連接されている出力軸４２を同期で駆動し、回転速度を低下させる必要のある装置に使用する。
本発明に係る減速機構造は下記数式によりその駆動減速比（Ｇｅａｒ ｒａｔｉｏ）を算出する。

ここでは、ドライブギア１１の歯数はＮ１と定義し、固定内歯車３１の歯数はＮ３と定義し、可動内歯車４１の歯数はＮ４と定義している。

次に、本実施例に係るドライブギア１１の歯数は１０であり、２つの前記遊星歯車の歯数は４０であり、固定内歯車３１の歯数は９０であり、可動内歯車４１の歯数は８８であり、これらの数値を数式に代入して計算すると、この実施例における駆動減速比が４４０に達する。

以上を総合すると、本発明の２段階の減速出力は具体的に実行可能であり、本発明はドライブギア１１、２つの前記遊星歯車２１、固定内歯車３１、及び可動内歯車４１が順次駆動される構造の配置により、有効空間内で減速比を大幅に増加させるのみならず、減速機の構成を大幅に簡略化し、本発明に係る減速機の全体的な配置空間及び体積を更に簡潔にし、装置を小型化、精巧化して組み立てる需要を満たしている。

さらに、本発明は歯車のそれぞれが中空環状を呈すると共に、弾性変形があるため、遊星歯車２１のそれぞれと歯車との間（ドライブギア１１と、固定内歯車３１と、可動内歯車４１と、を含む）に適度な干渉エリアを有し、バックラッシュを効果的に減少させている。確実に駆動し、位置決めが精確であり、且つ干渉エリアに形成される摩擦抵抗力により、モーターにより駆動されたパワーシャフト６１を停止する際にブレーキ作用を更に発生させ、モーターに依存せずにブレーキをかけることで運動の制御を助けている。モーターが停止した場合、自動ロック機能を実行するために十分な抵抗力を提供する。また、固定角度を維持する場合、モーターを作動させる必要が無く、モーターのパワーロスを大幅に減少させ、モーターの電力の消耗を節約している。さらに、中空環状を呈している遊星歯車２１は回転慣性が減少し、高速回転による摩擦の発熱量も減少し、遊星歯車２１のそれぞれが高速作動する際の温度を保持し、その安定性及び耐用年数を向上させている。

さらに、本発明に係る減速機構造は、２つの前記遊星歯車２１が１８０度で対称になる２つの終点位置Ａ及びＢで固定内歯車３１及び可動内歯車４１に同時に相互に噛合され、歯数差の推移による駆動方式により大きい減速比で駆動する需要を満たすのみならず、相互に噛合する歯数が多いため、その噛合面積を確保し、出力トルクも大きくなり、更に強いトルクを発生させると共に非常に精確に位置決めする。また、噛合周期速度が低く、力の平衡が均一であり、作動の騒音及び振動が更に低減している。なお、相互に噛合する部分のスライドが少ないため、摩擦で発生する動力の損失も効果的に減少し、高い減速比に応用する際に、高効率のパワーを維持し、動力を供給するモーターも共に小型化できるという利点を有している。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１１ ドライブギア
１２ 組立穴
２１ 遊星歯車
２１１ 突出端
３１ 固定内歯車
４１ 可動内歯車
４２ 出力軸
４３ 収容部
４３１ 内輪周壁
４３２ 底面
５１ ハウジング
５１１ 段差面
５２ ベアリングユニット
６１ パワーシャフト
Ｘ 軸線
Ａ 終点位置
Ｂ 終点位置

Claims (5)

1. 内から外にかけて順次包囲すると共に相互に噛合するように設置されているドライブギアと、少なくとも２つの遊星歯車と、固定内歯車と、ハウジングとを備え、前記固定内歯車の近傍には可動内歯車が同軸で配置され、前記可動内歯車の歯数は前記固定内歯車の歯数とは相違し、前記遊星歯車のそれぞれは弾性変形があり、且つ前記遊星歯車のそれぞれは前記可動内歯車まで一体で延伸されると共に前記可動内歯車に相互に噛合し、前記ドライブギアは軸線に沿って配置されると共に前記ドライブギアと前記固定内歯車との間で作動するように前記遊星歯車のそれぞれを駆動するために用いられ、且つ前記固定内歯車と前記可動内歯車との間に歯数差があるため、前記遊星歯車のそれぞれが作動する際に歯数差の推移により減速して出力するように前記可動内歯車を一緒に押動し、前記可動内歯車は出力軸に連結され、前記出力軸は一端が前記軸線に沿って凹むことで収容部が形成され、前記収容部は内輪周壁及び前記内輪周壁に連接されている底面を有し、前記可動内歯車は前記収容部の内輪周壁に対応するように固装され、前記ドライブギア及び前記遊星歯車のそれぞれの突出端は前記収容部にそれぞれ延設されると共に前記底面に対して当接され、前記ハウジングは、ドライブギアと、前記遊星歯車のそれぞれと、前記固定内歯車と、前記可動内歯車とを被覆し、前記ハウジングの内面には段差面が設けられ、前記固定内歯車および前記可動内歯車が前記ハウジング内に配置され且つ段差面によって前記固定内歯車と前記可動内歯車とが当接しないことを特徴とする減速機構造。
2. 前記ドライブギアは前記軸線に沿って開設されている組立穴を有し、前記組立穴はパワーシャフトを連結することで回転動力を供給し、前記ドライブギアを自転するように駆動するために用いられ、前記固定内歯車、前記可動内歯車、及び前記ドライブギアは同じ軸線を有していることを特徴とする請求項１に記載の減速機構造。
3. 前記遊星歯車のそれぞれは同じ円弧距離で間隔を置いて包囲するように前記ドライブギアの外周に噛合され、前記遊星歯車のそれぞれが互いに対称に設置され、且つ前記可動内歯車の歯数は前記固定内歯車の歯数とは相違することを特徴とする請求項２に記載の減速機構造。
4. 前記可動内歯車のモジュールは前記固定内歯車のモジュールより大きく、前記遊星歯車のそれぞれは同じモジュールを有し、前記遊星歯車のそれぞれは前記軸線の方向に平行して前記固定内歯車に一体に延出され、且つ前記遊星歯車のそれぞれは前記固定内歯車に一体で突出している突出端により前記可動内歯車と前記固定内歯車とが相互に正対する内歯に噛合されていることを特徴とする請求項３に記載の減速機構造。
5. 前記出力軸の外周と前記ハウジングとの間には前記出力軸を支持するための少なくとも１つのベアリングユニットが設置されていることを特徴とする請求項１に記載の減速機構造。