WO2014002144A1 - 遊星差動減速装置 - Google Patents

Abstract

　遊星差動減速装置（１）の第１出力軸（５）を回転駆動すると、第１遊星減速部（２０）の第１内歯車（２４）と第２遊星減速部（３０）の第２内歯車（３４）が同一速度で同一方向に回転し、第３遊星減速部（４０）の遊星キャリア（４３）も同一方向に同一速度で回転し、ここに固定した第２出力軸（６）が第１出力軸（５）と同期回転する。第２太陽歯車（３１）に差動用の回転を入力すると、差動用の減速回転出力が第３遊星減速部（４０）の遊星キャリア（４３）に出力される。遊星キャリア（４３）に固定されている第２出力軸（６）には差動用の減速回転出力が重畳され、当該第２出力軸（６）は差動回転状態に切り替わる。平歯車、傘歯車を用いる場合に比べて小型・コンパクトで信頼性に優れた差動機構を実現できる。

Description

遊星差動減速装置

　本発明は、同一速度で回転する２つの回転部材を必要に応じて差動回転状態に切り替える遊星差動減速装置に関する。

　２つの回転部材、例えば、同軸状に配置した外ロールと内ロールを、お互いに同期して回転している同期回転状態から必要に応じて所定の速度差で回転する差動回転状態に切り替えることが必要な場合がある。また、特許文献１に記載されている位相角付与回転装置のように、回転板と各テーブルを回転させるための位相歯車とを所定速度で同一方向に回転させると共に、必要に応じて回転板と位相歯車の間に位相差を与えるために、これら回転板および位相歯車の一方のみに回転を与えることが必要な場合がある。

特開２０１０－２１６５８８号公報

　従来においては、一般に平歯車を組み合わせて構成した差動機構を用いて同期回転状態と差動回転状態に切り替えるようにしていた。しかし、平歯車からなる差動機構は構造が複雑で信頼性に欠ける。特許文献１に開示の位相角付与回転装置では、位相回転源からの入力を用いて位相差を付与するようにすると共に、平歯車と傘歯車を組み合わせて差動機構を構成している。

　本発明の課題は、平歯車、傘歯車を用いた差動機構に比べて小型・コンパクトで信頼性に優れた遊星差動減速装置を提案することにある。

　上記の課題を解決するために、本発明による、第１出力軸および第２出力軸を同期回転および差動回転させる遊星差動減速装置は、
　固定側の第１太陽歯車と、
　前記第１太陽歯車と同一の歯数を有し、当該第１太陽歯車に対して装置軸線の方向に隣接配置した第２太陽歯車と、
　前記第１太陽歯車に噛み合っている第１遊星歯車と、
　前記第１遊星歯車と同一の歯数を有し、前記第２太陽歯車に噛み合っている第２遊星歯車と、
　前記第１遊星歯車および前記第２遊星歯車を支持している共通遊星キャリアと、
　前記第１遊星歯車に噛み合っている第１内歯車と、
　前記第２遊星歯車に噛み合っており、前記第１内歯車と同一の歯数の第２内歯車とを備えており、
　前記第１内歯車は前記第１出力軸の側に連結されており、前記第２内歯車は前記第２出力軸の側に連結されており、前記第２太陽歯車は、前記第２出力軸を前記第１出力軸に対して差動回転させるための回転が入力される入力要素であることを特徴としている。

　この構成の遊星差動減速装置において、第１出力軸を回転駆動すると、当該第１出力軸に連結されている第１内歯車が回転する。また、第２内歯車も第１内歯車と同一方向に同一速度で回転し、ここに連結されている第２出力軸も同一方向に同一速度で回転する。よって、第３出力軸を第１出力軸と同期回転させることができる。

　差動回転状態に切り替える場合には、第２太陽歯車に差動用の回転を入力する。第２太陽歯車が回転すると、入力回転が所定の減速比で減速されて第２内歯車から出力される。したがって、第２内歯車は第１内歯車の回転に差動用の減速出力回転が重畳され、第１内歯車に対して差動回転状態に切り替わる。すなわち、第２内歯車に連結されている第２出力軸が、第１出力軸に対して所定の差動回転状態に切り替わる。

　ここで、差動用の入力回転をより大きな減速比で減速するためには、第２内歯車と第２出力軸の間に、遊星減速部を挿入すればよい。この場合には、遊星減速部の内歯車を第１内歯車に連結して一体回転させ、当該遊星減速部の遊星キャリアから減速出力を取り出して第２出力軸に伝達すればよい。このようにすれば、差動用の回転入力が無い場合には、遊星減速部では太陽歯車と、遊星キャリアおよび内歯車が同一速度で一体となって回転して、第２出力軸を第１出力軸と同期回転状態にすることができ、差動用の回転入力があると差動回転状態に切り替えることができる。

　本発明の遊星差動減速装置では、遊星歯車減速機構を組み合わせた構成を採用して、第１出力軸および第２出力軸を同期回転状態および差動回転状態に切り替える差動機構を実現している。したがって、平歯車を組み合わせた構成の差動機構、平歯車および傘歯車を組み合わせた構成の差動機構に比べて、コンパクトで信頼性の高い差動機構を実現できる。

本発明を適用した遊星差動減速装置の遊星差動減速機構の縦断面図である。 図１Ａの遊星差動減速機構の正面図である。 図１の遊星差動減速装置のスケルトン図である。

　以下に、図１Ａ、図１Ｂおよび図２を参照して、本発明の実施の形態に係る遊星差動減速装置を説明する。図示の遊星差動減速装置は、例えば、外ロールおよび内ロールからなる二重ロールを同期回転および差動回転させるためのものである。

（構成の説明）
　遊星差動減速装置１は、ロール駆動用の主モータ２、差動用モータ３および遊星差動減速機構４を備えている。遊星差動減速機構４は、不図示の外ロールに連結される第１出力軸５および不図示の内ロールに連結される第２出力軸６を、主モータ２による同期回転状態と、主モータ２および差動用モータ３による差動回転状態に切り替え駆動することができる。

　遊星差動減速機構４は、円筒状の固定側ケース１１と、この固定側ケース１１の前端から前方に同軸状に延びる円筒状の回転側ケース１２とを備えている。回転側ケース１２には、その後端から固定側ケース１１の内部に同軸状態で延びている内側ケース１３が固定されている。固定側ケース１１と内側ケース１３の間には装置軸線４ａの方向に一定の間隔で配列された一対の玉軸受１４および１５が装着され、これらの軸受１４、１５を介して、回転側ケース１２は固定側ケース１１によって回転自在の状態で支持されている。固定側ケース１１の後端開口は、そこに固定した円盤状の端板１６によって封鎖されている。回転側ケース１２の前端には円環状の第１出力軸５が同軸状態に固定されている。第１出力軸５の内側にはクロスローラ軸受１７を介して円盤状の第２出力軸６が回転自在の状態で取り付けられており、当該第２出力軸６によって回転側ケース１２の前側開口が封鎖されている。

　固定側ケース１１の内部には、遊星差動減速機構４の特殊遊星差動減速部１０を構成している第１遊星減速部２０および第２遊星減速部３０が組み込まれており、回転側ケース１２の内部には、特殊遊星差動減速部１０の差動用の減速回転出力を更に減速して出力する第３遊星減速部４０が組み込まれている。固定側ケース１１の後端を封鎖している端板１６の背面側には同軸状態にカップリング７が連結されており、このカップリング７を介して差動用モータ３の出力回転が特殊遊星差動減速部１０に入力される。

　特殊遊星差動減速部１０の第１遊星減速部２０は、装置軸線４ａに中心軸線が一致する状態に配置した固定側の第１太陽歯車２１と、この第１太陽歯車２１にかみ合っている１個あるいは複数個の第１遊星歯車２２と、この第１遊星歯車２２を回転自在の状態で支持している第１遊星キャリア２３と、この第１遊星歯車２２に噛み合っている第１内歯車２４とを備えている。第１太陽歯車２１は中空軸部２１ａを備えており、この中空軸部２１ａの後端部は、端板１６に形成した中心貫通穴１６ａの内側に同軸状に固定されている。第１遊星キャリア２３は後述の第２遊星減速部３０の遊星キャリアとしても機能する共通遊星キャリアであり、装置軸線４ａを中心として回転する。第１内歯車２４は内側ケース１３の後端に同軸状態に固定されている。したがって、第１内歯車２４は、内側ケース１３、回転側ケース１２および第１出力軸５と一体となって回転する。

　特殊遊星差動減速部１０の第２遊星減速部３０は、カップリング７を介して差動用モータ３の出力軸（図示せず）に連結されている差動回転入力用の第２太陽歯車３１と、この第２太陽歯車３１に噛み合っている１個あるいは複数個の第２遊星歯車３２と、この第２遊星歯車３２に噛み合っている減速回転出力用の第２内歯車３４とを備えている。第２遊星歯車３２は第１遊星減速部２０の第１遊星歯車２２と共通の遊星軸２５を中心として回転自在の状態で、第１遊星キャリア２３によって支持されている。

　第２太陽歯車３１は、第１太陽歯車２１と同一歯数であり、中実の軸部３１ａと、この軸部３１ａの前端に形成されている一回り大きな径の歯部３１ｂとを備え、この歯部３１ｂの外周面に外歯が形成されている。軸部３１ａは第１遊星減速部２０の第１太陽歯車２１の中空軸部２１ａの中空部を貫通して端板１６から外方に突出してカップリング７に固定されている。第２遊星歯車３２を支持している第１遊星キャリア２３は、第２太陽歯車３１の前側に位置する円盤状の端板部２３ａと、この端板部２３ａの前側の端面から同軸状態で前方に突出している小径の軸部２３ｂとを備えている。端板部２３ａの後側の端面の外周縁側の部分には、後方に向けて装置軸線４ａと平行に延びる状態で遊星軸２５が固定されている。

　遊星軸２５における先端側の部位、すなわち遊星差動減速機構４の後端側の部位には第１遊星歯車２２が取り付けられ、これよりも前側の部位には第２遊星歯車３２が取り付けられている。これら第１、第２遊星歯車２２、３２は同一歯数の歯車であり、第１内歯車２４および第２内歯車３４も同一歯数の歯車である。

　第２内歯車３４は、内側ケース１３の内側に同軸状態に配置されているカップ状の出力部材３５の後端に同軸に固定されている。出力部材３５は、大径円筒部３５ａと、この前端部から中心側に延びている円盤状の端板部３５ｂと、この端板部３５ｂの中心部分から前方に同軸に突出している小径円筒部３５ｃとを備えた形状をしている。出力部材３５は、クロスローラ軸受３６を介して、内側ケース（中空軸部）１３の内側に回転自在の状態で支持されている。また、小径円筒部３５ｃには、その後側から遊星キャリア２３の軸部２３ｂが同軸状態で挿入されており、当該軸部２３ｂの前端部が玉軸受を介して小径円筒部３５ｃによって回転自在の状態で支持されている。

　次に、回転側ケース１２の内部に組み込まれている第３遊星減速部４０は、本例では前段遊星減速部５０と後段遊星減速部６０からなる二段遊星歯車減速機構であり、前段、後段共用の内歯車５４が備わっている。この内歯車は回転側ケース１２の内側に同軸に固定されており、回転側ケース１２と一体に回転する。

　前段遊星減速部５０は、前段太陽歯車５１と、これに噛み合っている前段遊星歯車５２と、これを回転自在の状態で支持している前段遊星キャリア５３と、前段遊星歯車５２に噛み合っている内歯車５４とを備えている。前段太陽歯車５１は、第２遊星減速部３０の出力部材３５における小径円筒部３５ｃに前側から圧入固定されている。前段遊星キャリア５３は、円盤状の端板部５３ａと、この後側の端面から後方に延びている遊星軸５３ｂとを備えている。

　後段遊星減速部６０は、後段太陽歯車６１と、これに噛み合っている後段遊星歯車６２と、この後段遊星歯車６２を回転自在の状態で支持している後段遊星キャリア６３と、後段遊星歯車６２が噛み合っている前段と共用の内歯車５４とを備えている。後段太陽歯車６１は、その後端側の軸部６１ａが前段遊星キャリア５３の端板部５３ａに形成した中心貫通穴に圧入されて固定されている。後段遊星キャリア６３は円盤状の第２出力軸６に遊星軸６３ａを取り付けた構造のものである。本例では、３本の遊星軸６３ａが等角度間隔に配置され、それぞれに後段遊星歯車６２が取り付けられている。

（動作の説明）
　本例では、同心状に配置されている外ロールおよび内ロールを差動回転するために、不図示の外ロールが第１出力軸５に連結され、不図示の内ロールには第２出力軸６が連結されている。また、第１出力軸５は主モータ２によって回転駆動され、差動回転入力用の第２太陽歯車３１が差動用モータ３によって回転駆動される。

　まず、外ロールおよび内ロールの同期回転状態、すなわち、第１出力軸５と第２出力軸６の同一速度で同一方向に回転する場合を説明する。この場合には主モータ２および差動用モータ３のうち、主モータ２のみを駆動する。主モータ２によって第１出力軸５が回転すると、これに固定されている回転側ケース１２、内側ケース１３および第１遊星減速部２０の第１内歯車２４が一体となって同一速度で同一方向に回転する。

　第１遊星減速部２０の第１太陽歯車２１は回転しないように固定側ケース１１に固定されているので、第１遊星歯車２２を介して第１遊星キャリア２３が所定の速度で回転する。第１遊星キャリア２３には第２遊星減速部３０の第２遊星歯車３２が共通の遊星軸２５に支持されているので、これに噛み合っている第２内歯車３４が、第１内歯車２４と同一速度で同一方向に回転する。

　したがって、第３遊星減速部３０では、第１出力軸５に固定されている内歯車５４（第３内歯車）と、第２内歯車２４が固定されている回転側ケース１２に固定されている入力側の前段太陽歯車５１（第３太陽歯車）とが同一速度で同一方向に回転する。よって、出力側の後段遊星キャリア６３（第３遊星キャリア）も同一方向に同一速度で回転し、ここに固定されている第２出力軸６も同一速度で同一方向に回転する。すなわち、第１出力軸５と第２出力軸６が同期回転する。

　次に、この同期回転状態において、差動用モータ３を所定速度で回転させると、そこに連結されている第２遊星減速部３０の第２太陽歯車３１が回転する。第２太陽歯車３１の回転は、当該第２遊星減速部３０によって予め定めた減速比で減速されて、その出力側の第２内歯車３４から出力され、第３遊星減速部４０の前段太陽歯車５１（第３太陽歯車）に入力される。前段太陽歯車５１の入力回転は当該第３遊星減速部４０を介して予め定めた減速比で減速され、その出力側の後段遊星キャリア６３（第３遊星キャリア）から第２出力軸６に出力される。

　したがって、差動用モータ３の入力回転は、第２、第３遊星減速部３０、４０を介して減速されて第２出力軸６に伝達され、当該第２出力軸６は第１出力軸５に対して、伝達された差動回転分だけ速い速度あるいは遅い速度で差動回転する。このように、差動用モータ３を回転駆動すると、同期回転状態が差動回転状態に切り替わる。差動用モータ３を止めると、再び、第１、第２出力軸５、６が同期回転状態に戻る。

　なお、本例では、第３遊星減速部４０は二段の遊星減速機構から構成されているが一段の遊星減速機構を用いることも可能である。また、差動用入力回転を大きく減速する必要が無い場合等においては、第３遊星減速部４０を省略して、特殊遊星差動減速部１０のみを用いて遊星差動減速機構４を構成することも可能である。さらに、本例の遊星差動減速装置１は二重ロールを構成している外ロールと内ロールを同期回転状態および差動回転状態に切り替えるために用いているが、これ以外の２つの回転部材を同期回転状態および差動回転状態に切り替えるために用いることも勿論可能である。

Claims (3)

1. 　第１出力軸（５）および第２出力軸（６）を同期回転および差動回転させる遊星差動減速装置（１）であって、
   　固定側の第１太陽歯車（２１）と、
   　前記第１太陽歯車（２１）と同一の歯数を有し、当該第１太陽歯車（２１）に対して装置軸線（４ａ）の方向に隣接配置した第２太陽歯車（３１）と、
   　前記第１太陽歯車（２１）に噛み合っている第１遊星歯車（２２）と、
   　前記第１遊星歯車（２２）と同一の歯数を有し、前記第２太陽歯車（３１）に噛み合っている第２遊星歯車（３２）と、
   　前記第１遊星歯車（２２）および前記第２遊星歯車（３２）を支持している共通遊星キャリア（２３）と、
   　前記第１遊星歯車（２２）に噛み合っている第１内歯車（２４）と、
   　前記第２遊星歯車（３２）に噛み合っており、前記第１内歯車（２４）と同一の歯数の第２内歯車（３４）とを備えており、
   　前記第１内歯車（２４）は前記第１出力軸（５）の側に連結されており、前記第２内歯車（３４）は前記第２出力軸（６）の側に連結されており、前記第２太陽歯車（３１）は、前記第２出力軸（６）を前記第１出力軸（５）に対して差動回転させるための回転が入力される入力要素であることを特徴とする遊星差動減速装置（１）。
2. 　請求項１において、
   　前記第２内歯車（３４）および前記第２出力軸（６）の間を連結している遊星減速部（４０）を備えており、
   　前記遊星減速部（４０）は、
   　前記第２内歯車（３４）と一体回転する第３太陽歯車（５１）と、
   　前記第３太陽歯車（５１）に噛み合っている第３遊星歯車（５２）と、
   　前記第３遊星歯車（５２）に噛み合っており、前記第１内歯車（２４）と一体回転する第３内歯車（５４）と、
   　前記第３遊星歯車（５２）を支持している遊星キャリア（６３）とを備えており、
   　前記遊星キャリア（６３）は前記第２出力軸（６）に連結されていることを特徴とする遊星差動減速装置（１）。
3. 　請求項２において、
   　円筒状の固定側ケース（１１）と円筒状の回転側ケース（１２）とを有し、
   　前記回転側ケース（１２）は、前記固定側ケース（１１）に対して同軸状態で隣接配置されており、前記回転側ケース（１２）の端には、前記固定側ケース（１１）の内側に同軸状態に延びている内側ケース（１３）が固定されており、当該内側ケース（１３）は前記固定側ケース（１１）によって前記装置軸線（４ａ）を中心として回転自在の状態で支持されており、
   　前記固定側ケース（１１）における前記回転側ケース（１２）とは反対側の端には端板（１６）が固定されており、
   　前記回転側ケース（１２）における前記固定側ケース（１１）とは反対側の端には、同軸状態で円環状の前記第１出力軸（５）が固定されており、
   　前記第１出力軸（５）の内側には、前記装置軸線（４ａ）を中心として回転自在の状態で、円盤状の前記第２出力軸（６）が配置されており、
   　前記第１内歯車（２４）は、前記内側ケース（１３）における前記回転側ケース（１２）とは反対側の端に同軸状態に固定されており、
   　前記第１太陽歯車（２１）は、前記端板（１６）の中心部を貫通する状態で当該端板に固定した中空軸部（２１ａ）を備えており、
   　前記第２太陽歯車（３１）は、前記中空軸部（２１ａ）の中空部を貫通して前記端板（１６）の外側に突出している差動回転入力用の軸部（３１ａ）を備えており、
   　前記第２内歯車（３４）は、前記内側ケース（１３）の内側に配置され、当該内側ケース（１３）によって回転自在の状態で支持されている出力部材（３５）に固定されており、
   　前記出力部材（３５）は、前記装置軸線（４ａ）の方向の一方の側では前記共通遊星キャリア（２３）を前記装置軸線（４ａ）を中心として回転自在の状態で支持し、他方の側では前記遊星減速部（４０）の前記第３太陽歯車（５１）が同軸状態で固定されている中空軸部（３５ｃ）を備えており、
   　前記共通遊星キャリア（２３）は、前記第２太陽歯車（３１）を前記装置軸線（４ａ）を中心として回転自在の状態で支持しており、
   　前記回転側ケース（１２）の内部に、前記第３太陽歯車（５１）、前記第３遊星歯車（５２）、前記遊星キャリア（６３）および前記第３内歯車（５４）が配置されており、前記第３内歯車（５４）は当該回転側ケース（１２）に固定されていることを特徴とする遊星差動減速装置（１）。

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