JPWO2020170297A1

JPWO2020170297A1 - 遊星歯車装置

Info

Publication number: JPWO2020170297A1
Application number: JP2021501156A
Authority: JP
Inventors: 康孝藤本
Original assignee: Yokohama National University NUC
Current assignee: Yokohama National University NUC
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2021-12-23
Also published as: WO2020170297A1

Abstract

遊星歯車装置（１０）は、３Ｋ型の複合遊星歯車機構を備える。複合遊星歯車機構は、第１内歯車（１１）、第２内歯車（１２）及び外歯車（１３）と、第１遊星歯車（１４）及び第２遊星歯車（１５）と、太陽ローラ（１６）と、第１ローラ（１７）及び第２ローラ（１８）と、キャリア（１９）と、第１リング（２１）及び第２リング（２２）と、を備える。第１リング（２１）の直径は、第１ローラ（１７）の回転軌跡の直径よりも小さく形成され、第２リング（２２）の直径は、第２ローラ（１８）の回転軌跡の直径よりも小さく形成されている。第１リング（２１）及び第２リング（２２）は、撓み変形することによって第１ローラ（１７）及び第２ローラ（１８）と転がり接触する。

Description

この発明は、遊星歯車装置に関する。

産業機械、車両、ロボット及びＯＡ機器等の各種の駆動系又は動力等伝達系を構成する減速（増速）装置として、太陽歯車、遊星歯車、内歯車及びキャリアから構成される遊星歯車機構が知られている（非特許文献１：「歯車応用機構の設計」）。遊星歯車機構は、他の減速装置に比べて、比較的高い減速比を実現可能にするとともに、減速比及び伝達トルクに比して機構又は構造が比較的コンパクトである。しかも、遊星歯車機構は、入力軸及び出力軸を同軸配置し得ることから、多種多様な駆動装置又は動力伝達装置等の駆動系又は動力伝達系において広く実用に供されている。
ところで、従来、遊星歯車機構における歯車の噛み合いの遊び（バックラッシ）に起因する騒音及び振動の増大並びにトルク伝達の不具合等を解消するために、角度センサを用いたクローズループ制御を行う遊星歯車装置、又は、ギヤドライブとトラクションドライブとを組み合わせる遊星歯車装置（例えば、特許文献１参照）などが知られている。

特開２００５−１９５０６２号公報

矢田恒二著「歯車応用機構の設計」（２０１２年２月１日社団法人機械技術協会発行）

しかしながら、上記従来技術に係る遊星歯車装置において、クローズループ制御における所望の精度を確保するためには、特別な制御処理が必要となり、処理内容が複雑化するという問題が生じる。また、ギヤドライブとトラクションドライブとを組み合わせる場合であっても、バックラッシを低減した逆駆動は困難であるという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、順駆動及び逆駆動のバックラッシを低減することが可能な遊星歯車装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る遊星歯車装置は、複数の太陽歯車によって基本軸が構成される複合遊星歯車機構を備え、前記複合遊星歯車機構は、前記複数の太陽歯車として、相互の中心軸が同軸に配置される少なくとも第１内歯車及び第２内歯車と、前記第１内歯車に噛み合う少なくとも１つの第１遊星歯車と、前記第２内歯車に噛み合う少なくとも１つの第２遊星歯車と、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車を、各々の中心軸を回転中心として回転可能に支持するキャリアと、を備え、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車は、相互の歯数が異なるとともに相互の回転速度が同期されるように形成され、前記第１内歯車及び前記第２内歯車は、可撓性であり、前記第１内歯車の直径は、前記第１遊星歯車の回転軌跡の直径よりも小さく形成され、前記第２内歯車の直径は、前記第２遊星歯車の回転軌跡の直径よりも小さく形成され、前記第１内歯車は、撓み変形することによって前記第１遊星歯車と噛み合い、前記第２内歯車は、撓み変形することによって前記第２遊星歯車と噛み合う。

（２）本発明の一態様に係る遊星歯車装置は、複数の太陽歯車によって基本軸が構成される複合遊星歯車機構を備え、前記複合遊星歯車機構は、前記複数の太陽歯車として、相互の中心軸が同軸に配置される少なくとも第１内歯車及び第２内歯車と、前記第１内歯車に噛み合う少なくとも１つの第１遊星歯車と、前記第２内歯車に噛み合う少なくとも１つの第２遊星歯車と、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車を、各々の中心軸を回転中心として回転可能に支持するキャリアと、前記第１内歯車と回転速度が同期されるように設けられる第１リングと、前記第２内歯車と回転速度が同期されるように設けられる第２リングと、前記第１リングの内周面に転がり接触するとともに、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車と回転速度が同期されるように設けられる少なくとも１つの第１ローラと、前記第２リングの内周面に転がり接触するとともに、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車と回転速度が同期されるように設けられる少なくとも１つの第２ローラと、を備え、前記第１リング及び前記第２リングは、可撓性であり、前記第１リングの直径は、前記第１ローラの回転軌跡の直径よりも小さく形成され、前記第２リングの直径は、前記第２ローラの回転軌跡の直径よりも小さく形成され、前記第１リングは、撓み変形することによって前記第１ローラと転がり接触し、前記第２リングは、撓み変形することによって前記第２ローラと転がり接触する。

（３）上記（１）に記載の遊星歯車装置は、前記第１内歯車と回転速度が同期されるように設けられる第１リングと、前記第２内歯車と回転速度が同期されるように設けられる第２リングと、前記第１リングの内周面に転がり接触するとともに、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車と回転速度が同期されるように設けられる少なくとも１つの第１ローラと、前記第２リングの内周面に転がり接触するとともに、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車と回転速度が同期されるように設けられる少なくとも１つの第２ローラと、を備え、前記第１リング及び前記第２リングは、可撓性であり、前記第１リングの直径は、前記第１ローラの回転軌跡の直径よりも小さく形成され、前記第２リングの直径は、前記第２ローラの回転軌跡の直径よりも小さく形成され、前記第１リングは、撓み変形することによって前記第１ローラと転がり接触し、前記第２リングは、撓み変形することによって前記第２ローラと転がり接触してもよい。

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の遊星歯車装置では、前記複合遊星歯車機構は、３つの前記太陽歯車（Ｋ）によって前記基本軸が構成される３Ｋ型の複合遊星歯車機構であって、前記３つの前記太陽歯車（Ｋ）として、相互の中心軸が同軸に配置される前記第１内歯車、前記第２内歯車及び外歯車を備え、前記外歯車は、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車の少なくとも何れかに噛み合ってもよい。

（５）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の遊星歯車装置では、前記複合遊星歯車機構は、２つの前記太陽歯車（Ｋ）及び１つの前記キャリア（Ｈ）によって前記基本軸が構成される２Ｋ−Ｈ型の複合遊星歯車機構であって、前記２つの前記太陽歯車（Ｋ）として、相互の中心軸が同軸に配置される前記第１内歯車及び前記第２内歯車を備えてもよい。

上記（１）に記載の態様に係る遊星歯車装置によれば、第１内歯車及び第２内歯車は、撓み変形することによって第１遊星歯車及び第２遊星歯車と噛み合うので、噛み合いの遊びを低減することができ、順駆動及び逆駆動のバックラッシをほぼゼロとすることができる。

上記（２）に記載の態様に係る遊星歯車装置によれば、各歯車によるギヤドライブと各ローラによるトラクションドライブとの組み合わせによって、広範なトルク領域において連続的かつ滑らかにトルクを伝達することができる。さらに、第１リング及び第２リングは、撓み変形することによって第１ローラ及び第２ローラと転がり接触するので、各リングと各ローラとの接触部位において所望の法線力及び接線力を確保して、すべりの発生を抑制することができる。これにより、順駆動及び逆駆動のバックラッシをほぼゼロとすることができ、相対的に低いトルク領域における位置制御の精度を向上させることができる。

さらに、上記（３）の場合、第１リング及び第２リングは、撓み変形することによって第１ローラ及び第２ローラと転がり接触するので、各リングと各ローラとの接触部位において所望の法線力及び接線力を確保して、すべりの発生を抑制することができる。これにより、順駆動及び逆駆動のバックラッシをほぼゼロとすることができ、相対的に低いトルク領域における位置制御の精度を向上させることができる。

さらに、上記（４）の場合、定格トルクを増大させることができる。
さらに、上記（５）の場合、伝達効率を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る遊星歯車装置の構成を示す概念図。本発明の第１の実施形態に係る遊星歯車装置の分解斜視図。本発明の第１の実施形態に係る遊星歯車装置においてケースを省略した斜視図。本発明の第１の実施形態に係る遊星歯車装置における、第１ローラの有無に応じた第１リングの内周面の形状と第１ローラの回転軌跡の外周面との対応関係を模式的に示す図。本発明の第１の実施形態に係る遊星歯車装置と、第１比較例及び第２比較例とにおける、出力軸トルクとねじれ角との対応関係を示すグラフ図、及び、入力軸角加速度と出力軸トルクとの対応関係を示すグラフ図。本発明の第１の実施形態に係る遊星歯車装置における指令値、出力角度及び入力トルクの時間変化を示すグラフ図。本発明の第１の実施形態の変形例に係る遊星歯車装置の構成を示す概念図。本発明の第１の実施形態の変形例に係る遊星歯車装置の分解斜視図。本発明の第２の実施形態に係る遊星歯車装置の構成を示す概念図。本発明の第２の実施形態に係る遊星歯車装置の分解斜視図。

以下、本発明の第１の実施形態に係る遊星歯車装置について添付図面を参照しながら説明する。
第１の実施形態による遊星歯車装置１０は、図１から図３に示すように、いわゆる３つの太陽歯車Ｋによって基本軸（入力軸、出力軸及び補助軸）が構成される３Ｋ型の複合遊星歯車機構を備える。遊星歯車装置１０は、２つの太陽歯車Ｋである第１内歯車１１及び第２内歯車１２と、１つの太陽歯車Ｋである外歯車１３と、３対の第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５と、太陽ローラ１６と、３対の第１ローラ１７及び第２ローラ１８と、キャリア１９と、第１リング２１及び第２リング２２と、第１ケース２３及び第２ケース２４と、を備える。

第１内歯車１１及び第２内歯車１２は、例えば平歯車である。第１内歯車１１及び第２内歯車１２の相互の中心軸１１ａ，１２ａは同軸に配置されている。第１内歯車１１の直径（例えば、ピッチ円直径など）は、例えば第２内歯車１２の直径（例えば、ピッチ円直径など）よりも大きく形成されている。第１内歯車１１の歯数Ｚ_ｒ１は、例えば第２内歯車１２の歯数Ｚ_ｒ２よりも大きく形成されている。
外歯車１３は、例えば所定の歯数Ｚ_ｓを有する平歯車である。外歯車１３の中心軸１３ａは、第１内歯車１１及び第２内歯車１２の各中心軸１１ａ，１２ａと同軸に配置されている。

第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５は、例えば平歯車である。対を成す第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５の相互の中心軸は同軸に配置されている。対を成す第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５は、後述する対を成す第１ローラ１７及び第２ローラ１８を介して、一体的に固定されている。
例えば、対を成す第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５において各中心軸に平行な方向で対向する端部同士は、対を成す第１ローラ１７及び第２ローラ１８を各中心軸に平行な方向の両側から挟み込むようにして、対を成す第１ローラ１７及び第２ローラ１８に連結されている。

第１遊星歯車１４は、第１内歯車１１及び外歯車１３に噛み合うように設けられている。第２遊星歯車１５は、第２内歯車１２に噛み合うように設けられている。
第１遊星歯車１４の直径（例えば、ピッチ円直径など）は、例えば第２遊星歯車１５の直径（例えば、ピッチ円直径など）よりも大きく形成されている。第１遊星歯車１４の歯数Ｚ_ｐ１は、例えば第２遊星歯車１５の歯数Ｚ_ｐ２よりも大きく形成されている。

第１内歯車１１及び第１遊星歯車１４の組み合わせと、第２内歯車１２及び第２遊星歯車１５の組み合わせとのうち、何れか第１の組み合わせはダイヤメトラルピッチ歯車によって形成され、何れか第２の組み合わせはモジュールピッチ歯車によって形成されている。
例えば、第１内歯車１１及び第１遊星歯車１４は、例えばモジュールピッチ歯車によって形成されている。第２内歯車１２及び第２遊星歯車１５は、例えばダイヤメトラルピッチ歯車によって形成されている。

遊星歯車装置１０は、モジュールピッチ歯車及びダイヤメトラルピッチ歯車の組み合わせによって形成されることによって、例えば単一のモジュールピッチ歯車のみで形成される場合などに比べて、第１内歯車１１及び第２内歯車１２のピッチ円半径の差が、より小さく形成されている。第１内歯車１１及び第２内歯車１２のピッチ円半径の差が小さく形成されることによって、第１内歯車１１及び第１遊星歯車１４の歯数比（Ｚ_ｒ１／Ｚ_ｐ１）と第２内歯車１２及び第２遊星歯車１５の歯数比（Ｚ_ｒ２／Ｚ_ｐ２）との差が小さく設定される。これにより、遊星歯車装置１０の減速比ｇは、１００：１を超える大きな減速比、好ましくは、２００：１を超える大きな減速比に設定されている。
第１の組み合わせと第２の組み合わせとのうち、少なくとも何れか１つの組み合わせは、第１内歯車１１及び第１遊星歯車１４の軸間距離と第２内歯車１２及び第２遊星歯車１５の軸間距離とを所定距離に一致させるように、転位歯車によって形成されている。

太陽ローラ１６の外形は、例えば円柱状に形成されている。太陽ローラ１６の中心軸１６ａは、外歯車１３の中心軸１３ａと同軸に配置されている。太陽ローラ１６及び外歯車１３は、例えば中心軸１６ａに平行な方向で対向する端部同士が一体的に連結されることによって、相互に固定されている。一体化された太陽ローラ１６及び外歯車１３は、太陽部Ｓを構成している。
太陽ローラ１６の直径（２・ｒ_ｓ）は、外歯車１３の直径（例えば、ピッチ円直径など）と同一に形成されている。

第１ローラ１７及び第２ローラ１８の各々の外形は、例えば円柱状に形成されている。対を成す第１ローラ１７及び第２ローラ１８の相互の中心軸は、対を成す第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５の相互の中心軸と同軸に配置されている。
例えば、対を成す第１ローラ１７及び第２ローラ１８は、相互の中心軸に平行な方向で対向する端部同士が一体的に連結されることによって、相互に固定されている。対を成す第１ローラ１７及び第２ローラ１８は、相互の中心軸に平行な方向の両側から挟み込まれるように配置される対を成す第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５と一体的に連結されている。一体化された第１ローラ１７及び第２ローラ１８と第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５とは、遊星部Ｐを構成している。

第１ローラ１７は、第１リング２１及び太陽ローラ１６と転がり接触するように設けられている。第２ローラ１８は、第２リング２２と転がり接触するように設けられている。
第１ローラ１７の直径（２・ｒ_ｐ１）は、第１遊星歯車１４の直径（例えば、ピッチ円直径など）と同一に形成されている。第２ローラ１８の直径（２・ｒ_ｐ２）は、第２遊星歯車１５の直径（例えば、ピッチ円直径など）と同一に形成されている。

キャリア１９は、一体化された遊星部Ｐを、遊星部Ｐの中心軸（つまり各歯車１４，１５及び各ローラ１７，１８の中心軸）ｐａを回転中心として、回転可能に支持する。キャリア１９は、例えば、遊星部Ｐを中心軸ｐａに平行な方向の両側から支持する２つの支持部材１９ａを備える。支持部材１９ａの外形は、例えば円環板状に形成されている。２つの支持部材１９ａは、周方向に等間隔をおいて配置された３つの遊星部Ｐを、各々の中心軸ｐａを回転中心として回転可能に支持する。

第１リング２１及び第２リング２２の外形は、例えば円環状に形成されている。第１リング２１及び第２リング２２の相互の中心軸２１ａ，２２ａは、第１内歯車１１及び第２内歯車１２の相互の中心軸１１ａ，１２ａと同軸に配置されている。第１リング２１及び第２リング２２の各々は、例えば、第１内歯車１１及び第２内歯車１２の各々と別体に形成されている。
第１リング２１の内径（つまり内周面２１Ｂの直径（２・ｒ_ｒ１））は、第１内歯車１１の直径（例えば、ピッチ円直径など）と同一に形成されている。第１リング２１の外径（つまり外周面２１Ａの直径）は、第１内歯車１１の外径（つまり外周面１１Ａの直径）と同一に形成されている。
第２リング２２の内径（つまり内周面２２Ｂの直径（２・ｒ_ｒ２））は、第２内歯車１２の直径（例えば、ピッチ円直径など）と同一に形成されている。第２リング２２の外径（つまり外周面２２Ａの直径）は、第２内歯車１２の外径（つまり外周面１２Ａの直径）と同一に形成されている。

第１リング２１の内径（内周面２１Ｂの直径）は、第１ローラ１７の回転軌跡の直径よりも所定値だけ小さく形成されている。第１ローラ１７の回転軌跡は、第１リング２１の中心軸２１ａを回転中心とする第１ローラ１７の回転において、第１ローラ１７の外周面１７Ａによって形成される円筒状の軌跡である。第１ローラ１７の回転軌跡の直径は、円筒状の回転軌跡の外径である。
第２リング２２の内径（内周面２２Ｂの直径）は、第２ローラ１８の回転軌跡の直径よりも所定値だけ小さく形成されている。第２ローラ１８の回転軌跡は、第２リング２２の中心軸２２ａを回転中心とする第２ローラ１８の回転において、第２ローラ１８の外周面１８Ａによって形成される円筒状の軌跡である。第２ローラ１８の回転軌跡の直径は、円筒状の回転軌跡の外径である。

第１リング２１及び第２リング２２は、例えばクロムモリブデン鋼などの可撓性の材料により形成されている。第１リング２１は、塑性変形が生じないように撓み変形することによって第１ローラ１７と転がり接触する。第２リング２２は、塑性変形が生じないように撓み変形することによって第２ローラ１８と転がり接触する。つまり、第１リング２１及び第２リング２２の各々の外形は、第１ローラ１７及び第２ローラ１８の各々が内部に配置されていない場合に円環状であり、第１ローラ１７及び第２ローラ１８の各々が内接する場合に円環状から撓んだ形状である。第１リング２１及び第２リング２２の各々の撓み量は、例えば各内径の０．０３％程度となるように設定されている。

例えば図４に示すように、第１ローラ１７が内部に配置されていない第１リング２１の内周面２１Ｂ（２１Ｂａ）の直径（２・ｒ_ｒ１）は、第１ローラ１７の回転軌跡の外周面ＴＡの直径（２・ｒ０）よりも小さく形成されている。３つの第１ローラ１７が内接する第１リング２１の内周面２１Ｂ（２１Ｂｂ）の形状は、第１ローラ１７が内部に配置されていない第１リング２１の内周面２１Ｂ（２１Ｂａ）の形状に比べて、各第１ローラ１７の外周面１７Ａに接する部位が径方向の外方に突出するように撓み変形している。

なお、第１リング２１及び第２リング２２と、３対の第１ローラ１７及び第２ローラ１８と、太陽ローラ１６とは、例えば、第１リング２１の内部における３つの第１ローラ１７に対する太陽ローラ１６の圧入によって組み立てられる。
先ず、撓み変形していない円環状の第１リング２１及び第２リング２２の内部に３対の第１ローラ１７及び第２ローラ１８が配置される。次に、３つの第１ローラ１７に外接するように太陽ローラ１６が圧入される。これにより、３対の第１ローラ１７及び第２ローラ１８は、第１リング２１及び第２リング２２の内周面２１Ｂ，２２Ｂに接触して、各リング２１，２２の接触部位を径方向の外方に突出させるように各リング２１，２２を撓み変形させる。

第１内歯車１１及び第１リング２１は、相互の回転速度が同期されるように設けられている。例えば、第１内歯車１１及び第１リング２１は、相互の回転速度を同期するための第１同期部材を備える。第１同期部材は、例えば、第１内歯車１１の外周面１１Ａから径方向の外方に突出する２つの第１歯車凸部１１ｂと、第１リング２１の外周面２１Ａから径方向の外方に突出する２つの第１リング凸部２１ｂとである。
２つの第１歯車凸部１１ｂと２つの第１リング凸部２１ｂとは、例えば、各外周面１１Ａ，２１Ａにおいて周方向に等間隔をおいた２つの周方向位置で各中心軸１１ａ，２１ａと平行な方向に並んで設けられている。

第２内歯車１２及び第２リング２２は、相互の回転速度が同期されるように設けられている。例えば、第２内歯車１２及び第２リング２２は、相互の回転速度を同期するための第２同期部材を備える。第２同期部材は、例えば、第２内歯車１２の外周面１２Ａから径方向の外方に突出する２つの第２歯車凸部１２ｂと、第２リング２２の外周面２２Ａから径方向の外方に突出する２つの第２リング凸部２２ｂとである。
２つの第２歯車凸部１２ｂと２つの第２リング凸部２２ｂとは、例えば、各外周面１２Ａ，２２Ａにおいて周方向に等間隔をおいた２つの周方向位置で各中心軸１２ａ，２２ａと平行な方向に並んで設けられている。

第１ケース２３の外形は、例えば円筒状に形成されている。第１ケース２３は、第１内歯車１１及び第１リング２１を内部に収容する。第１ケース２３は、第１リング２１の撓み変形を許容する大きさに形成されている。
第１ケース２３の内周面２３Ｂには、第１歯車凸部１１ｂ及び第１リング凸部２１ｂが噛み合わされる６つの第１噛合部２３ａが周方向に等間隔をおいて設けられている。例えば、第１噛合部２３ａには、第１歯車凸部１１ｂ及び第１リング凸部２１ｂが挿入されるように径方向の外方に向かって凹む第１凹部が形成されている。第１凹部の径方向外方の寸法（深さ）は、第１リング２１の撓み変形に伴う第１リング凸部２１ｂの径方向の変位を許容するとともに第１リング凸部２１ｂの第１噛合部２３ａに対する噛み合いを維持するように形成されている。
第１内歯車１１及び第１リング２１は、第１歯車凸部１１ｂ及び第１リング凸部２１ｂが第１噛合部２３ａに噛み合うことで第１ケース２３によって相互の回転速度が同期されている。同期回転する第１内歯車１１及び第１リング２１は、第１リング部Ｒ１を構成している。

第２ケース２４の外形は、例えば円筒状に形成されている。第２ケース２４は、第２内歯車１２及び第２リング２２を内部に収容する。第２ケース２４は、第２リング２２の撓み変形を許容する大きさに形成されている。
第２ケース２４の内周面２４Ｂには、第２歯車凸部１２ｂ及び第２リング凸部２２ｂが噛み合わされる６つの第２噛合部２４ａが周方向に等間隔をおいて設けられている。例えば、第２噛合部２４ａには、第２歯車凸部１２ｂ及び第２リング凸部２２ｂが挿入されるように径方向の外方に向かって凹む第２凹部が形成されている。第２凹部の径方向外方の寸法（深さ）は、第２リング２２の撓み変形に伴う第２リング凸部２２ｂの径方向の変位を許容するとともに第２リング凸部２２ｂの第２噛合部２４ａに対する噛み合いを維持するように形成されている。
第２内歯車１２及び第２リング２２は、第２歯車凸部１２ｂ及び第２リング凸部２２ｂが第２噛合部２４ａに噛み合うことで第２ケース２４によって相互の回転速度が同期されている。同期回転する第２内歯車１２及び第２リング２２は、第２リング部Ｒ２を構成している。

遊星歯車装置１０において、例えば、太陽部Ｓは入力軸を構成し、第１リング部Ｒ１は補助軸を構成し、第２リング部Ｒ２は出力軸を構成する。太陽部Ｓは、例えば回転駆動源の出力軸に連結され、第２リング部Ｒ２は、例えば被駆動系機器の動力伝達軸に連結され、第１リング部Ｒ１は、例えば固定される。
遊星歯車装置１０の伝達効率ηは、例えば、各歯車１１，１２，１３，１４，１５の歯数と転位係数とを変数として、所望の減速比範囲において伝達効率ηを最大とする変数の最適化によって、最大効率に増大させることができる。

以下に、第１の実施形態に係る遊星歯車装置１０のバックラッシ（遊び）及びバックドライブ（逆駆動）について説明する。
図５は、入力軸から駆動した場合のねじれ角と出力軸トルクとの対応関係を示すグラフ図と、出力軸から駆動した場合の出力軸トルクと入力軸角加速度との対応関係を示すグラフ図である。図５において、第１比較例はトラクションドライブの遊星ローラ装置であり、第２比較例はギヤドライブの遊星歯車装置である。

図５に示すように、第１比較例においては、出力軸トルクのゼロ付近においてねじれ角の変化が相対的に大きく、バックラッシ（例えば、所定ねじれ角θ１による−θ１から＋θ１のねじれ角範囲）が大きいことが認められる。また、第１比較例においては、出力軸トルクの増大に対して、入力軸角加速度の増大度合いが相対的に小さく、バックドライブし難いことが認められる。
第２比較例においては、出力軸トルクに対する許容トルク領域（例えば、所定出力軸トルクＴＲ１による−ＴＲ１から＋ＴＲ１の出力軸トルク範囲）が相対的に小さく、許容トルク領域を超えるとすべりの発生によりトルク伝達が困難になることが認められる。

第１の実施形態に係る遊星歯車装置１０によれば、第１比較例及び第２比較例に比べて、より小さなねじれ角に対して、より広範囲の出力軸トルクが対応し、バックラッシがほぼゼロであることが認められる。また、伝達効率ηが最大化されていることによって、出力軸トルクの増大に対して、入力軸角加速度の増大度合いが相対的に大きく、より広範囲の出力軸トルクにおいてバックドライブし易いことが認められる。

以下に、第１の実施形態に係る遊星歯車装置１０の動作例について説明する。
図６に示すように、時刻Ｔ０においてステップ状の指令値が入力されると、時刻Ｔ０以降において、出力角度はゼロから増大傾向に変化する。入力トルクは時刻Ｔ０の極大から減少傾向に変化し、マイナストルク領域において極小となった後に、ゼロに向かって増大傾向に変化する。入力トルクが相対的に小さな所定領域（例えば、所定入力トルクＴＲ２による−ＴＲ２から＋ＴＲ２の入力トルク範囲）に含まれる場合にトラクションドライブが可能となり、入力トルクが所定領域を超える場合にギヤドライブが行われる。時刻Ｔ１以降のように、入力トルクが所定領域に含まれる場合にトラクションドライブによる精密な位置制御が行われる。

上述したように、第１の実施形態の遊星歯車装置１０によれば、各歯車１３，１４，１５によるギヤドライブと各ローラ１７，１８によるトラクションドライブとの組み合わせによって、広範なトルク領域において連続的かつ滑らかにトルクを伝達することができる。さらに、第１リング２１及び第２リング２２は、撓み変形することによって第１ローラ１７及び第２ローラ１８と転がり接触するので、各リング２１，１２と各ローラ１７，１８との接触部位において所望の法線力及び接線力を確保して、すべりの発生を抑制することができる。これにより、順駆動及び逆駆動のバックラッシをほぼゼロとすることができ、相対的に低いトルク領域における位置制御の精度を向上させることができる。

さらに、遊星歯車装置１０によれば、伝達効率ηを最大限に増大させつつ、１００：１を超える高い減速比、好ましくは２００：１を超える高い減速比を容易に実現することができ、従来に無い高性能の遊星歯車装置を提供することができる。

以下、上述した第１の実施形態の変形例について説明する。
上述した第１の実施形態において、遊星歯車装置１０は、３対の第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５と、３対の第１ローラ１７及び第２ローラ１８とを備えるとしたが、これに限定されず、少なくとも各１対の第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５と第１ローラ１７及び第２ローラ１８とを備えてもよい。

上述した第１の実施形態において、遊星歯車装置１０は、第１内歯車１１及び第１リング２１を同期回転させる第１同期部材と、第２内歯車１２及び第２リング２２を同期回転させる第２同期部材とを備えるとしたが、これに限定されない。第１内歯車１１及び第１リング２１と、第２内歯車１２及び第２リング２２とは、各同期部材を必要とせずに各々一体的に形成されてもよい。

上述した第１の実施形態において、遊星歯車装置１０は、第２ローラ１８と転がり接触する第２の太陽ローラを備えてもよい。第２の太陽ローラは、いわゆるアイドラーであって、太陽ローラ１６とは接続されずに独立して自由回転するように設けられる。
第２の太陽ローラを備えることによって、第２リング２２と第２ローラ１８との接触部位の法線力を増大させることができる。

上述した第１の実施形態において、遊星歯車装置１０は、モジュールピッチ歯車及びダイヤメトラルピッチ歯車の組み合わせを備えることによって、１００：１を超える高い減速比、好ましくは、２００：１を超える高い減速比を容易に実現することができる。なお、この組み合わせは好適ではあるが、この組み合わせに限定されるものではない。

上述した第１の実施形態において、遊星歯車装置１０は、３Ｋ型の複合遊星歯車機構を備えるとしたが、これに限定されず、２Ｋ−Ｈ型の複合遊星歯車機構を備えてもよい。
第１の実施形態の変形例による遊星歯車装置３０は、図７及び図８に示すように、いわゆる２つの太陽歯車ＫとキャリアＨとによって基本軸（入力軸、出力軸及び補助軸）が構成される２Ｋ−Ｈ型の複合遊星歯車機構を備える。遊星歯車装置３０は、２つの太陽歯車Ｋである第１内歯車１１及び第２内歯車１２と、３対の第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５と、３対の第１ローラ１７及び第２ローラ１８と、キャリア（Ｈ）１９と、第１リング２１及び第２リング２２と、第１ケース２３及び第２ケース２４と、を備える。すなわち、変形例の遊星歯車装置３０の構成において、上述した第１の実施形態の遊星歯車装置１０と異なる点は、外歯車１３及び太陽ローラ１６が省略されている点である。
第１の実施形態の変形例の遊星歯車装置３０によれば、３Ｋ型の複合遊星歯車機構を備える場合に比べて、伝達効率を向上させることができる。

上述した第１の実施形態において、太陽部Ｓは入力軸を構成し、第１リング部Ｒ１は補助軸を構成し、第２リング部Ｒ２は出力軸を構成するとしたが、これに限定されない。太陽部Ｓ、第１リング部Ｒ１及び第２リング部Ｒ２Ｓと、基本軸（入力軸、出力軸及び補助軸）とは、他の対応関係に設定されてもよい。

以下、本発明の第２の実施形態に係る遊星歯車装置について添付図面を参照しながら説明する。なお、以下において、上述した第１の実施形態と同一の構成については説明を省略又は簡略化し、主に上述した第１の実施形態と異なる構成について説明する。
第２の実施形態による遊星歯車装置５０は、図９及び図１０に示すように、いわゆる３つの太陽歯車Ｋによって基本軸（入力軸、出力軸及び補助軸）が構成される３Ｋ型の複合遊星歯車機構を備える。遊星歯車装置５０は、２つの太陽歯車Ｋである第１内歯車１１及び第２内歯車１２と、１つの太陽歯車Ｋである外歯車１３と、３対の第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５と、キャリア１９と、第１ケース２３及び第２ケース２４と、を備える。第２の実施形態による遊星歯車装置５０の構成において、上述した第１の実施形態の遊星歯車装置１０と異なる点は、各ローラ１６，１７，１８及び各リング２１，２２が省略されている点と、第１内歯車１１及び第２内歯車１２の構成とである。

第１内歯車１１の直径（例えば、ピッチ円直径など）は、第１遊星歯車１４の回転軌跡の直径よりも所定値だけ小さく形成されている。第１遊星歯車１４の回転軌跡は、第１内歯車１１の中心軸１１ａを回転中心とする第１遊星歯車１４の回転において、第１遊星歯車１４のピッチ面によって形成される円筒状の軌跡である。第１遊星歯車１４の回転軌跡の直径は、円筒状の軌跡の外径である。
第２内歯車１２の直径（例えば、ピッチ円直径など）は、第２遊星歯車１５の回転軌跡の直径よりも所定値だけ小さく形成されている。第２遊星歯車１５の回転軌跡は、第２内歯車１２の中心軸１２ａを回転中心とする第２遊星歯車１５の回転において、第２遊星歯車１５のピッチ面によって形成される円筒状の軌跡である。第２遊星歯車１５の回転軌跡の直径は、円筒状の軌跡の外径である。

第１内歯車１１及び第２内歯車１２は、例えばクロムモリブデン鋼などの可撓性の材料により形成されている。第１内歯車１１は、塑性変形が生じないように撓み変形することによって第１遊星歯車１４と噛み合う。第２内歯車１２は、塑性変形が生じないように撓み変形することによって第２遊星歯車１５と噛み合う。つまり、第１内歯車１１及び第２内歯車１２の各々の外形は、第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５の各々が内部に配置されていない場合に円環状であり、第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５の各々が噛み合う場合に円環状から撓んだ形状である。例えば、第１内歯車１１及び第２内歯車１２の各々は、第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５の各々と接する部位が径方向の外方に突出するように撓み変形している。第１内歯車１１及び第２内歯車１２の各々の撓み量は、例えば各ピッチ円直径の０．０３％程度となるように設定されている。

なお、第１内歯車１１及び第２内歯車１２と、３対の第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５と、外歯車１３とは、例えば、第１内歯車１１の内部における３つの第１遊星歯車１４に対する外歯車１３の圧入によって組み立てられる。
先ず、撓み変形していない円環状の第１内歯車１１及び第２内歯車１２の内部に３対の第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５が配置される。次に、３つの第１遊星歯車１４に噛み合うように外歯車１３が圧入される。これにより、３対の第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５は、第１内歯車１１及び第２内歯車１２に接触して、各内歯車１１，１２の接触部位を径方向の外方に突出させるように各内歯車１１，１２を撓み変形させる。

第１ケース２３は、第１内歯車１１の撓み変形を許容する大きさに形成されている。第１ケース２３の内周面２３Ｂの第１噛合部２３ａに設けられる第１凹部の径方向外方の寸法（深さ）は、第１内歯車１１の撓み変形に伴う第１歯車凸部１１ｂの径方向の変位を許容するとともに第１歯車凸部１１ｂの第１噛合部２３ａに対する噛み合いを維持するように形成されている。
第２ケース２４は、第２内歯車１２の撓み変形を許容する大きさに形成されている。第２ケース２４の内周面２４Ｂの第２噛合部２４ａに設けられる第２凹部の径方向外方の寸法（深さ）は、第２内歯車１２の撓み変形に伴う第２歯車凸部１２ｂの径方向の変位を許容するとともに第２歯車凸部１２ｂの第２噛合部２４ａに対する噛み合いを維持するように形成されている。

上述したように、第２の実施形態の遊星歯車装置５０によれば、第１内歯車１１及び第２内歯車１２は、撓み変形することによって第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５と噛み合うので、噛み合いの遊びを低減することができ、順駆動及び逆駆動のバックラッシをほぼゼロとすることができる。
また、例えばトラクションドライブなどの追加的な構成を設ける必要無しに、相対的に低いトルク領域から高いトルク領域にわたる広範な範囲において、ほぼバックラッシの無いトルク伝達を行うことができ、定格トルクを増大させることができる。

以下、上述した第２の実施形態の変形例について説明する。
上述した第２の実施形態において、遊星歯車装置５０は、第２遊星歯車１５と噛み合う第２の外歯車を備えてもよい。第２の外歯車は、いわゆるアイドラーであって、外歯車１３とは接続されずに独立して自由回転するように設けられる。
第２の外歯車を備えることによって、キャリア１９に加わる力を低減することができるとともに、第２内歯車１２における所望の撓み量を的確に確保するができる。

上述した第２の実施形態において、遊星歯車装置５０は、３Ｋ型の複合遊星歯車機構を備えるとしたが、これに限定されず、２Ｋ−Ｈ型の複合遊星歯車機構を備えてもよい。
第２の実施形態の変形例の遊星歯車装置は、いわゆる２つの太陽歯車ＫとキャリアＨとによって基本軸（入力軸、出力軸及び補助軸）が構成される２Ｋ−Ｈ型の複合遊星歯車機構を備える。この変形例の遊星歯車装置は、２つの太陽歯車Ｋである第１内歯車１１及び第２内歯車１２と、３対の第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５と、キャリア（Ｈ）１９と、第１ケース２３及び第２ケース２４と、を備える。すなわち、この変形例の遊星歯車装置の構成において、上述した第２の実施形態の遊星歯車装置５０と異なる点は、外歯車１３が省略されている点である。
この変形例の遊星歯車装置によれば、３Ｋ型の複合遊星歯車機構を備える場合に比べて、伝達効率を向上させることができる。

上述した第２の実施形態の遊星歯車装置５０は、上述した第１の実施形態の遊星歯車装置１０と同様に各ローラ１６，１７，１８及び各リング２１，２２を備えてもよい。また、上述した第２の実施形態の変形例における２Ｋ−Ｈ型の複合遊星歯車機構を備える遊星歯車装置は、上述した第１の実施形態の変形例の遊星歯車装置３０と同様に各ローラ１７，１８及び各リング２１，２２を備えてもよい。
これらの変形例によれば、第１内歯車１１及び第２内歯車１２は、塑性変形が生じないように撓み変形することによって第１遊星歯車１４及び第２遊星歯車１５と噛み合い、第１リング２１及び第２リング２２は、塑性変形が生じないように撓み変形することによって第１ローラ１７及び第２ローラ１８と転がり接触する。

この場合、各歯車１３，１４，１５によるギヤドライブと各ローラ１７，１８によるトラクションドライブとの組み合わせによって、広範なトルク領域において連続的かつ滑らかにトルクを伝達することができる。さらに、第１リング２１及び第２リング２２は、撓み変形することによって第１ローラ１７及び第２ローラ１８と転がり接触するので、各リング２１，１２と各ローラ１７，１８との接触部位において所望の法線力及び接線力を確保して、すべりの発生を抑制することができる。これにより、順駆動及び逆駆動のバックラッシをほぼゼロとすることができ、相対的に低いトルク領域における位置制御の精度を向上させることができる。

なお、これらの変形例において、第１リング２１の内径（内周面２１Ｂの直径）は、第１ローラ１７の回転軌跡の直径と同一に形成され、第２リング２２の内径（内周面２２Ｂの直径）は、第２ローラ１８の回転軌跡の直径と同一に形成されてもよい。この場合、第１リング２１及び第２リング２２は、撓み変形せずに第１ローラ１７及び第２ローラ１８と転がり接触する。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

本発明は、産業機械、車両、ロボット及びＯＡ機器等のような各種機械又は機器の駆動系又は動力等伝達系を構成する遊星歯車装置に適用される。本発明の遊星歯車装置は、例えば、多関節構造のロボットに用いられる小型且つ軽量な減速機として、好ましく使用することができる。

１０…遊星歯車装置、１１…第１内歯車、１１ａ…中心軸、１２…第２内歯車、１２ａ…中心軸、１３…外歯車、１３ａ…中心軸、１４…第１遊星歯車、１５…第２遊星歯車、１６…太陽ローラ、１６ａ…中心軸、１７…第１ローラ、１８…第２ローラ、１９…キャリア、２１…第１リング、２１ａ…中心軸、２２…第２リング、２２ａ…中心軸、２３…第１ケース、２４…第２ケース、ｐａ…中心軸

Claims

複数の太陽歯車によって基本軸が構成される複合遊星歯車機構を備え、
前記複合遊星歯車機構は、
前記複数の太陽歯車として、相互の中心軸が同軸に配置される少なくとも第１内歯車及び第２内歯車と、
前記第１内歯車に噛み合う少なくとも１つの第１遊星歯車と、
前記第２内歯車に噛み合う少なくとも１つの第２遊星歯車と、
前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車を、各々の中心軸を回転中心として回転可能に支持するキャリアと、を備え、
前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車は、相互の歯数が異なるとともに相互の回転速度が同期されるように形成され、
前記第１内歯車及び前記第２内歯車は、可撓性であり、
前記第１内歯車の直径は、前記第１遊星歯車の回転軌跡の直径よりも小さく形成され、前記第２内歯車の直径は、前記第２遊星歯車の回転軌跡の直径よりも小さく形成され、
前記第１内歯車は、撓み変形することによって前記第１遊星歯車と噛み合い、前記第２内歯車は、撓み変形することによって前記第２遊星歯車と噛み合う
ことを特徴とする遊星歯車装置。
複数の太陽歯車によって基本軸が構成される複合遊星歯車機構を備え、
前記複合遊星歯車機構は、
前記複数の太陽歯車として、相互の中心軸が同軸に配置される少なくとも第１内歯車及び第２内歯車と、
前記第１内歯車に噛み合う少なくとも１つの第１遊星歯車と、
前記第２内歯車に噛み合う少なくとも１つの第２遊星歯車と、
前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車を、各々の中心軸を回転中心として回転可能に支持するキャリアと、
前記第１内歯車と回転速度が同期されるように設けられる第１リングと、
前記第２内歯車と回転速度が同期されるように設けられる第２リングと、
前記第１リングの内周面に転がり接触するとともに、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車と回転速度が同期されるように設けられる少なくとも１つの第１ローラと、
前記第２リングの内周面に転がり接触するとともに、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車と回転速度が同期されるように設けられる少なくとも１つの第２ローラと、を備え、
前記第１リング及び前記第２リングは、可撓性であり、
前記第１リングの直径は、前記第１ローラの回転軌跡の直径よりも小さく形成され、前記第２リングの直径は、前記第２ローラの回転軌跡の直径よりも小さく形成され、
前記第１リングは、撓み変形することによって前記第１ローラと転がり接触し、前記第２リングは、撓み変形することによって前記第２ローラと転がり接触する
ことを特徴とする遊星歯車装置。
前記第１内歯車と回転速度が同期されるように設けられる第１リングと、
前記第２内歯車と回転速度が同期されるように設けられる第２リングと、
前記第１リングの内周面に転がり接触するとともに、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車と回転速度が同期されるように設けられる少なくとも１つの第１ローラと、
前記第２リングの内周面に転がり接触するとともに、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車と回転速度が同期されるように設けられる少なくとも１つの第２ローラと、を備え、
前記第１リング及び前記第２リングは、可撓性であり、
前記第１リングの直径は、前記第１ローラの回転軌跡の直径よりも小さく形成され、前記第２リングの直径は、前記第２ローラの回転軌跡の直径よりも小さく形成され、
前記第１リングは、撓み変形することによって前記第１ローラと転がり接触し、前記第２リングは、撓み変形することによって前記第２ローラと転がり接触する
ことを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車装置。
前記複合遊星歯車機構は、
３つの前記太陽歯車（Ｋ）によって前記基本軸が構成される３Ｋ型の複合遊星歯車機構であって、
前記３つの前記太陽歯車（Ｋ）として、相互の中心軸が同軸に配置される前記第１内歯車、前記第２内歯車及び外歯車を備え、
前記外歯車は、前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車の少なくとも何れかに噛み合う
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の遊星歯車装置。
前記複合遊星歯車機構は、
２つの前記太陽歯車（Ｋ）及び１つの前記キャリア（Ｈ）によって前記基本軸が構成される２Ｋ−Ｈ型の複合遊星歯車機構であって、
前記２つの前記太陽歯車（Ｋ）として、相互の中心軸が同軸に配置される前記第１内歯車及び前記第２内歯車を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の遊星歯車装置。