JPH0648042B2 - 浮遊歯車装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、遊星歯車装置の一種であって、遊星歯車の
一部の歯車を浮遊的に設けることにより、回転中心が固
定されず、変動する回転中心のもとで回転する浮遊歯車
装置に関する。

〔従来の技術〕

互に噛合する一対の歯車のうち、２つの歯車がそれぞれ
回転すると同時に一方の歯車（遊星歯車）が、他方の歯
車（太陽歯車）の回りを公転する歯車列は、遊星歯車と
称される。

遊星歯車の組込まれた遊星歯車装置において、歯車の取
付けられたシャフト（軸）はは、駆動軸、従動軸、固定
軸の三本の基本軸に分類され、これらの軸は、全て同軸
上に配置されている。

遊星歯車装置の基本構造は、第４図に示すようであり、
キャリアＳ上の遊星歯車（プラネットギヤ）Ｂが、太陽
外歯車（サンギヤ）Ａ、太陽内歯車（リングギヤ）Ｃ間
に配設されて２つの太陽歯車Ａ，Ｃにそれぞれに噛合し
ている。

そして、歯車Ｃを固定すれば、歯車Ｃの軸は固定軸、歯
車Ａの軸は駆動軸、キャリアＳの軸が従動軸となり、キ
ャリアＳの軸は、歯車Ａの軸と同方向に減速して回転さ
れる（第４図(A)参照）。

また、歯車Ａを固定して歯車Ａの軸を固定軸とすれば、
歯車Ｃの軸は駆動軸、キャリアＳの軸が従動軸となり、
キャリアＳの軸は、歯車Ｃの軸と同方向に減速して回転
される（第４図(B)参照）。

さらに、キャリアＳを固定してキャリアＳの軸を固定軸
とすれば、歯車Ａの軸は駆動軸、歯車Ｃの軸は従動軸と
なり、歯車Ｃの軸は、歯車４の軸と逆方向に減速して回
転される（第４図(C)参照）。

上記３つのタイプは、プラネタリー型（第４図(A)、ソ
ーラ型（第４図(B)、スター型（第４図(C)）と称され
る。

第４図(A)〜(C)に示す遊星歯車装置では、遊星歯車列を
１つしか有していないため単式遊星歯車といわれる。こ
れに対して、遊星歯車列を２つ以上有するものは複式と
言われ、一例として、遊星歯車列が２つの複式プラネタ
リー型遊星歯車装置を第５図に示す。この遊星歯車装置
では、遊星歯車Ｂ，Ｃは一体化され、太陽内歯車Ａを固
定し、キャリアＳを駆動軸とすれば、太陽内歯車Ｄの軸
は従動軸となる。そして、歯車Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの歯数を
Za，Zb，Zc，Zd、キャリアＳの回転数をNsとすれば、歯
車Ｄの回転数Ndは以下のようになる。

Nd＝Ns×（１−ZaZc/ZbZd） ここで、歯数差として、Za−Zb＝ａ、Za−Zc＝ｂとすれ
ば、 Nd＝Ns×（bZa−aZb）／ZbZdとなる。

歯車Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの歯数差を１、つまり、ａ＝ｂ＝１
で、Za−Zd＝１とすれば、 Nd＝Ns×１／ZbZd つまり、Ns／Nd＝ZbZdとなる。

このように速比ｎ（Ns／Nd）は、歯車Ｂ，Ｄの歯数Zb，
Zdの積となり、歯数Zb，Zdを適当に設定することによ
り、大きな減速比の減速装置が得られる。

また、駆動軸、従動軸を逆にしたり、歯数を適当に設定
すれば、減速でなく、増速され、遊星歯車装置が増速装
置となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

減速装置は、プリンター、複写機、カメラ、ビデオカメ
ラ、ビデオレコーダー等の精密機械分野をはじめ、自動
車の各種アクチュエーター（たとえば、ドアミラー、ワ
イパー）、住宅関連機器（たとえば、ドアの自動開
閉）、ロボットの関節等あらゆる分野に広く採用されて
いる。

使用分野、使用目的に応じて最適な減速比の減速装置が
要求されることはいうまでもなく、最近では、プリンタ
ー等の小型化、精密化に伴って、整数値でなく、少数点
以下の値を持つ中途半端な減速比（たとえば、400.5）
を必要とする場合も多い。

また、遊星歯車装置の歯車の駆動軸、従動軸、固定軸の
三本の基本軸は、同軸上に位置し、入出力軸を偏心させ
て配置することは難しく、設計上の制約がある。

歯車Ｂ，Ｄの歯数Zb，Zdを変えれば、減速比が変えられ
る。しかし、歯車Ａをそのままとして、減速比を変えよ
うとしても、歯車Ｂのピッチが不変、かつ、歯車Ｂが歯
車Ａと同軸という制約があるため、歯車Ｂの歯数Zbを変
えることはできない。また、歯車Ｄにも同様の制約があ
り、歯車Ｄの歯車Zdが変えられない。つまり、歯車Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄのうち、歯車Ａを変えないで、歯車Ｂ，Ｄの
いずれかまたは双方を変えることはできず、歯車Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの全てを同時に変えない限り、異なる減速比
が得られない。

この発明は、構成歯車の一部を変えることによって異な
る速比（減速比、増速比）の得られる遊星歯車装置の提
供を目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

発明者は、回転軸のない歯車も回転可能である点に注目
し、遊星歯車の一部の歯車から回転軸を除き、遊星歯車
の一部の歯車を浮遊的に設けて遊星歯車装置を構成して
いる。つまり、回転軸なしに歯車を配置して、この歯車
を浮遊的に設けることにより、固定の回転中心を持た
ず、変動する回転中心のもとで歯車を回転可能としてい
る。

具体的には、第５図に示す公知の基本構成において、歯
車Ｄを浮遊的に設けるとともに、別の歯車Ｅを歯車Ｄと
一体に成形し、この歯車Ｅに歯車Ｆを偏心して噛合させ
ている。ここで、歯車Ｂ、Ｆは、180゜位相がずれ、異
なる偏心値を持つ歯車となっている。

歯車Ｄ，Ｅの一体化された歯車は、このように浮遊的に
設けられるため、この発明では、封遊歯車とし、それに
因み、この構成の遊星歯車装置を浮遊歯車装置と称して
いる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながらこの発明の実施例について詳
細に説明する。

第１図に示すように、この発明に係るる浮遊歯車装置10
は、基本的に、６つの歯車Ａ〜Ｆから構成される。ま
ず、歯車Ａは内歯とされ、この歯車Ａに、偏心した歯車
Ｂが噛合される。歯車Ｂと一体同軸で径の異なる歯車Ｃ
に歯車Ｄが噛合され、歯車Ｄと一体に別の歯車Ｅが成形
されている。そして、歯車Ｅに歯車Ｆが噛合され、この
歯車Ｆは、歯車Ｅに対して偏心して配設され、歯車Ａと
同軸上に位置している。

また、歯車Ｆは歯車Ｂに対して180゜位相を異にし、歯
車Ｅに対する歯車Ｆの偏心値は、歯車Ａに対する歯車Ｂ
の偏心値と異なる値となっている。

歯車Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｆが、軸（シャフト）を持ち、この軸
を回転中心として回転されるのに対して、一体の歯車
Ｄ，Ｅは、軸を持たず、浮遊的に配設されている。その
ため、歯車Ｂ，ＣのキャリアＳを回転させると、歯車
Ｄ，Ｅは、歯車Ｄを歯車Ｃに、歯車Ｅを歯車Ｆに噛合さ
せながら、回転し、その回転中心固定化されず、時時刻
刻変化している。つまり、偏心歯車Ｂ，Ｃの偏心量をｅ
とすれば、半径ｅの円の円周上にその回転中心を移動さ
せながら、歯車Ｄ，Ｅは回転する。

このように浮遊的に配設された一体の歯車Ｄ，Ｅを浮遊
歯車と称するものが妥当と思われる。なお、歯車Ａは太
陽内歯車、歯車Ｂ，Ｃは遊星歯車に該当する。

上記構成の浮遊歯車装置10によれば、浮遊歯車として一
体化された歯車Ｄ，Ｅは、軸を持たないため、単にスラ
イドするだけで、浮遊歯車装置から離脱され、浮遊歯車
が迅速、容易に交換できる。そして、浮遊歯車の交換に
よって、浮遊歯車装置10の減速比が容易に変えられ、異
なる減速比の浮遊歯車装置が、浮遊歯車の交換だけで、
任意に構成できる。

特に、歯車Ｄ，Ｅの歯数が異なり、歯車Ｄ、Ｅが歯車
Ｃ、Ｆのいずれにも噛合可能であれば、つまり、歯車
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆがいずれも同一モジュールの歯車であれ
ば、歯車Ｄ、Ｅの左右を逆にし、歯車Ｄを歯車Ｆに、歯
車Ｅを歯車Ｃにそれぞれ噛合させれば、異なる減速比が
得られ、浮遊歯車の交換なしでも、異なる２つの減速比
を持つ浮遊歯車装置10が得られる。

このようにこの発明の浮遊歯車装置によれば、構成歯車
の全てを変えることなく、一部の歯車（浮遊歯車）を交
換したり、左右逆に配置するだけで、異なる減速比が得
られる。

浮遊歯車は内歯歯車に限定されず、第２図に示すよう
に、外歯歯車としてもよい。浮遊歯車を外歯歯車とする
と、歯車Ｆは太陽内歯車となる。

また、歯車Ｂ，ＣのキャリアＳは歯車Ａと同軸上に配置
されるが、歯車Ｆを歯車Ａ、キャリアＳと同軸上に配置
する必要がない。そのため、第３図に示すように、歯車
Ａ、キャリアＳの軸からずらして歯車Ｆが配置でき、入
出力軸の配列が適当に選択でききるため、設計上の自由
が増す。

さらに、浮遊歯車Ｄ，Ｅが浮遊的に配設され、回転中心
を固定化していないため、小さなトルクで回転を開始
し、なめらかな回転を継続する。従って、静かで伝達効
率の高い構成が得られる。

遊星歯車装置の一種である上記構成の浮遊歯車置10によ
れば、歯車Ｆの回転数Nfは、以下のようになる。

基本式：入力（回転数）Ni、歯車Ａの歯数をZa、回転数
をNaとすれば、歯数Zbの歯車Ｂの回転数Nbは、以下の式
で表される。

Nb＝（１−Za／Zb）Ni＋Na Za／Zb 従って、歯車Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの歯数をZa〜Zf、
回転数をNa〜Nfとすれば、基本式から Nb＝Nc＝（１−Za／Zb）Ni＋Na ZaZb…(1) Nd＝Ne（１−Zc／Zd）Ni＋Nb Zc／Zd…(2) Nf＝ （１−Ze／Zf）Ni＋Ne Ze／Zf…(3) ここで、歯車Ａを固定とすれば、Na＝０となり、(1)式
を(2)式に代入してまとめると、 Nd＝Ne＝（１−ZaZc／ZbZd）Ni…(4) 式(4)を式(3)に代入してまとめると、 Nf＝（１−ZaZcZe／ZbZdZf）Ni ＝｛ZaZe（Zd-Zc）−ZdZf(Za-Zb) −ZaZd（Ze-Zf）｝Ni／ZbZdZf 歯数差を考慮して、Za-Zb＝ａ、Zd-Zc＝ｄ、Ze-Zf＝ｅ
とおけば、 Nf＝｛ZaZe・ｄ−ZdZf・ａ−ZaZd・ｅ｝Ni ／ZbZdZf…(5) 速比ｎは ｎ＝Ni／Nf＝ZbZdZf／｛ZaZe・ｄ−ZdZf・ａ −ZaZd・ｅ｝…(6) 従って、歯数差を適当に選択することにより、種々の速
比（減速比、増速比）の浮遊歯車装置10が得られる。ま
た、継手としても、浮遊歯車装置10が構成でできる。さ
らに、偏心運動を回転運動に変換して伝達する、いわゆ
る、ダブリュー機機構も構成される。

（例１） たとえば、歯車AB、DC、AD間の歯数差を１、つまり、ａ
＝１、ｄ＝１、Za-Zd＝１、かつ、歯車EFを同歯数（ｅ
＝０）とすれば、式(6)より、 ｎ＝ZbZdZf／｛ZaZe−ZdZf｝ ＝ZbZdZf／｛ZaZf−ZdZf ＝ZbZd／｛Za−Zd｝ ＝ZbZd となり、公知の遊星歯車装置として指摘したと同様に、
高減速の減速装置が得られる。

（例２） ａ＝ｄ＝ｅ＝１、歯車EDを同歯数とすれば、 ｎ＝ZbZdZf／｛ZaZe−ZdZf−ZaZd｝ ＝ZbZdZf／｛Za（Ze-Zd）−ZdZf｝ ＝ZbZdZf／−ZdZf ＝−Zb となり、回転方向を逆にする継手が得られる。この構成
では、増速した後、同じ速比で減速しており、低スター
トトルク、高伝達効率、低騒音という実験結果が得られ
た。

（例３） ａ＝１、ｄ＝ｅ＝０とすれば、例２と同様に、減速比ｎ
はｎ＝Zbとなり、この場合、浮遊歯車装置10はダブリユ
ー機構として具体化される。

（ｎ＝ZbZdZf／−ZdZf＝−Zb） （例４） ａ＝ｄ＝ｅ＝１とすれば、 ｎ＝ZbZdZf／｛ZaZe−ZdZf−ZaZd｝ となり、歯車Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの歯数Za〜Zfを適
当に設定して、ZaZe−ZdZf−ZaZd≠１とすれば、減速比
ｎは非整数値となり、中途半端な減速比が任意に得られ
る。

なお、三本の基本軸（駆動軸、従動軸、固定軸）とし
て、実施例では、歯車Ａを固定し、キャリアＳの軸を駆
動軸、歯車Ｆの軸を従動軸とし、プラネタリー型とし
て、浮遊歯車装置10を構成している。しかし、このタイ
プに限定されず、キャリアＳを固定してソーラ型とした
り、歯車Ｆを固定してスター型としてもよい。

上述した実施例は、この発明を説明するためのものであ
り、この発明を何等限定するものではなく、この発明の
技術範囲内で変形、改造等の施されたものも全てこの発
明に包含されることはいうまでもない。

たとえば、図示の構成は基本構造であり、基本構造を拡
張して得られる構造もこの発明に含まれる。

また、歯数差を特定した例(1)〜(4)は、この発明の一例
にすぎず、これ以外にも、無限に近い数の種々の構成が
得られる。

〔発明の効果〕

上記のように、この発明によれば、浮遊歯車として一体
化された歯車Ｄ，Ｅは、軸を持たないため、単にスライ
ドするだけで、浮遊歯車装置から離脱され、浮遊歯車が
迅速、容易に交換できる。そのため、構成歯車の全てを
変えることなく、一部の歯車（浮遊歯車）を交換した
り、左右逆に配置するだけで、異なる減速比の浮遊歯車
装置が構成できる。

また、歯車Ｆは、歯車Ｂ，ＣのキャリアＳ、歯車Ａの軸
からずらして配置できるため、入出力軸の配列が適当に
選択でき、設計上の自由度が増す。

さらに、歯数差を適当に選択することにより、高減速か
ら低減速まで広い範囲で、種々の減速比の減速装置が得
られる。無論、駆動軸、従動軸を逆にしたり、歯数を適
当に設定すれば、減速でなく、増速でき、浮遊歯車装置
は増速装置として構成できる。また、浮遊歯車装置か
ら、単なる継手やダブリュー機構も構成できる。

浮遊歯車Ｄ，Ｅが浮遊的に配設され、回転中心を固定化
していないため、小さなトルクで回転を開始するととも
に、なめらかに回転し、静かで効率の良いものとなる。

加えて、歯車Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの歯数をZa〜Zfと
したとき、ZaZe−ZdZf−ZaZd≠１とすれば、減速比は非
整数値となり、中途半端な減速比が任意に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、この発明に係る浮遊歯車装置の各実
施例の概略図、 第４図(A)〜(C)は、公知の遊星歯車装置の基本構造を示
す概略図、 第５図は、複式とした公知の遊星歯車装置の基本構造の
概略図である。 Ａ：歯車（太陽内歯車）、Ｂ，Ｃ：一体、同軸の歯車
（遊星歯車）、Ｄ，Ｅ：一体の歯車（内歯または外歯の
浮遊歯車）、Ｆ：歯車（太陽歯車）、Ｓ：歯車Ｂ，Ｃの
キャリア、 Za〜Zf：歯車Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの歯数、 Ni，Na〜Nf：入力、歯車Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの回転
数 ｎ（＝Ni／Nf）：速比。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内歯車Ａと、 内歯車Ａに噛合する偏心した歯車Ｂおよび歯車Ｂと一
   体、同軸で径の異なる歯車Ｃを備えた遊星歯車と、 歯車Ｃに噛合する歯車Ｄおよび歯車Ｄと一体の別の歯車
   Ｅを備え、浮遊的に配設されて、回転中心が固定され
   ず、変動する回転中心のもとで回転する浮遊歯車と、 浮遊歯車の歯車Ｅに偏心して噛合し、その偏心値が歯車
   Ａに対する歯車Ｂの偏心値と異なり、歯車Ｂに対して位
   相が180゜ずれて設けられた歯車Ｆと、 を具備している浮遊歯車装置。
2. 【請求項２】太陽内歯車Ａと、 太陽内歯車Ａに噛合する偏心した外歯車Ｂおよび外歯車
   Ｂと一体、同軸で径の異なる外歯車Ｃを備えた遊星歯車
   と、 外歯車Ｃに噛合する内歯車Ｄおよび内歯車Ｄと一体の別
   の内歯車Ｅを備え、浮遊的に配設されて、回転中心が固
   定されず、変動する回転中心のもので回転する浮遊歯車
   と、 浮遊歯車の内歯車Ｅに偏心して噛合し、その偏心値が太
   陽内歯車Ａに対する外歯車Ｂの偏心値と異なり、外歯車
   Ｂに対して位相が180゜ずれて設けられた外歯車Ｆと、 を具備している浮遊歯車装置。
3. 【請求項３】太陽内歯車Ａと、 太陽内歯車Ａに噛合する偏心した外歯車Ｂおよび外歯車
   Ｂと一体、同軸で径の異なる内歯車Ｃを備えた遊星歯車
   と、 内歯車Ｃに噛合する外歯車Ｄおよび外歯車Ｄと一体の別
   の外歯車Ｅを備え、浮遊的に配設されて、回転中心が固
   定されず、変動する回転中心のもとで回転する浮遊歯車
   と、 浮遊歯車の外歯車Ｅに偏心して噛合し、その偏心値が太
   陽内歯車Ａに対する外歯車Ｂの偏心値と異なり、外歯車
   Ｂに対して位相が180゜ずれて設られた内歯車Ｆと、 を具備している浮遊歯車装置。
4. 【請求項４】歯車Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは同一モジュールの歯
   車であり、歯車Ｄ、Ｅの歯数が異なる請求項１ないし３
   のいずれか記載の浮遊歯車装置。