WO2015025493A1 - 減速機構 - Google Patents

Abstract

本発明は、遊星歯車機構の太陽歯車と内歯車との間に遊星２段歯車が配列された減速機構において、太陽歯車と内歯車との間に前記遊星２段歯車の大歯車あるいは小歯車と互いに噛み合う小歯車あるいは大歯車を備える少なくとも１個の遊星２段歯車を配列して減速機構を構成しており、高トルク出力が得られ、薄型で小型化や軽量化を図ることができるとともに、歯車の歯数や減速比を自由に設定することができる減速機構を得ることができる。

Description

減速機構

　本発明は筋力アシスト装置等に使用される高トルク出力を有するギヤモータ等の減速機構に関する。

　従来、高トルク出力を有するギヤモータは遊星歯車機構を１段、２段と積み重ねて、減速比を獲得する多段式遊星歯車方式がとられている。
しかしながら、このような方式だと高トルク出力が得られるが、薄型で小型化・軽量化することができないという欠点があった。
このため、２個の遊星歯車機構の各要素を結合してなる複合遊星歯車機構が考えられている。

　しかしながら、遊星歯車機構の設計には種々の条件（幾何学的条件、隣接条件、組立条件等）が課せられるため、その設計自由度が著しく制限される。
特に全ての遊星歯車が太陽歯車および内歯車と正しく噛み合うための組立条件はきわめて厳しい制約であり、選択可能な歯数の組合せ、および減速比が大幅に限定されてしまうという欠点があった。

実開昭６４－３５２３７号公報 特許第３２４８６９０号公報

　本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、高トルク出力が得られ、薄型で小型化や軽量化を図ることができるとともに、歯車の歯数や減速比を自由に設定することができる減速機構を提供することを目的としている。

　本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

　上記目的を達成するために、本発明は遊星歯車機構の太陽歯車と内歯車との間に遊星２段歯車が配列された減速機構において、太陽歯車と内歯車との間に前記遊星２段歯車の大歯車あるいは小歯車と互いに噛み合う小歯車あるいは大歯車を備える少なくとも１個の遊星２段歯車を配列して減速機構を構成している。

　以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
（１）請求項１によって、太陽歯車と内歯車との間に前記遊星２段歯車の大歯車あるいは小歯車と互いに噛み合う小歯車あるいは大歯車を備える少なくとも１個の遊星２段歯車を配列したので、偏荷重が発生した時に、軸がぶれたりするのを確実に防止することができるとともに、大きな減速ができ、高トルク出力が得られ、減速部分を薄型で、小型・軽量化を図ることができる。
（２）請求項２も前記（１）と同様な効果が得られるとともに、遊星２段歯車の大歯車と小歯車のギヤ比を非整数倍としたので、減速機構全体の減速比（ギヤ比）を細かく設定することができるため、設計の自由度を大幅に向上することができる。
すなわち、決まった外径（大きさ）に対して、任意なギヤ比が選択できる機会が得られる。
（３）請求項３も前記（１）、（２）と同様な効果が得られるとともに遊星２段歯車の小歯車あるいは大歯車の位置関係が上下反転するように該遊星２段歯車を水平方向に配列したので、厚みを増すことなく減速比を高くすることができる。
（４）請求項４も前記（１）乃至（３）と同様な効果が得られるとともに、遊星２段歯車の大歯車と小歯車のモジュール（歯の大きさ）を異なる値とするとともに、更なる小型化を図ることができる。

図２の１－１線に沿う断面図。 本発明を実施するための第１の形態の平面図。 本発明を実施するための第１の形態の底面図。 本発明を実施するための第１の形態の減速機構の説明図。 本発明を実施するための第１の形態の太陽歯車の説明図。 本発明を実施するための第１の形態の第１の遊星２段歯車の説明図。 本発明を実施するための第１の形態の第２の２段歯車の説明図。 本発明を実施するための第１の形態の第１の遊星歯車の説明図。 本発明を実施するための第１の形態の減速機構の取付け状態の平面図。 図９の１０－１０線に沿う断面図。 図９の１１－１１線に沿う断面図。 図１０の１２－１２線に沿う断面図。 本発明を実施するための第１の形態の歯車の組み合わせを模式的に示した図。 本発明を実施するための第２の形態の歯車の組み合わせを模式的に示した図。

１、１Ａ、１Ｂ：ギヤモータ、　２：アウターロータ型のモータ、　
３：ロータ、　　　　４：空間、
５：エンコーダ収納室、　　６：モータベース、
８：ビス、　　　　　　　　　　９：ベアリング収納ケース、
１０：遊星歯車収納ケース、
１１：シャフト、　　　１２：太陽歯車、
１３：センサベース、　　１４：キャリアマウント、
１５：ボールベアリング、　　１６：大歯車、
１７：小歯車、　　　　　１８：第１の遊星２段歯車、
１９：内歯車、
２１：遊星ギヤシャフト、　　２２：ボールベアリング、
２３：遊星歯車、　　２４：軸、
２５：アブソリュートセンサ、　２６：ボールベアリング、
２８：ボールベアリング、
２９：ボールベアリング、　　３０：メインマグネット、
３１：外筒、　　　　３２：鉄心、
３９：マグネット取付けリング、　４０：リング状のマグネット、
４１、４１Ａ、４１Ｂ：減速機構、
４２：大歯車、　　　　　　　　４３：小歯車、
４４：第２の遊星２段歯車、　　４５：大歯車、
４６：小歯車、　　　４７：第３の遊星２段歯車。

　以下、図面に示す本発明を実施するための形態により、本発明を詳細に説明する。

　図１ないし図１２に示す本発明を実施するための第１の形態において、１は薄型で、小型・軽量化を図った本発明のギヤモータで、このギヤモータ１はアウターロータ型のモータ２と、このアウターロータ型のモータ２のロータ３の中心部に存在する自由な空間４に入り込むエンコーダ収納室５が形成されたモータベース６、このモータベース６に出力軸となる遊星キャリアの一部を構成するキャリアマウント１４を介して複数のビス８で固定された浅皿状のベアリング収納ケース９とからなる遊星歯車収納ケース１０と、前記アウターロータ型のモータ２に用いた前記遊星歯車収納ケース１０内に位置するシャフト１１と、前記遊星歯車収納ケース１０内に設けられた遊星歯車機構を用いた減速機構４１と、前記キャリアマウント１４に必要に応じて一体形成された前記シャフト１１の軸心と同じ軸心となり、かつ前記遊星歯車収納ケース１０より外方へ突出する筒状の出力軸として使用される軸２４と、前記遊星歯車収納ケース１０のエンコーダ収納室５と対応する部位の、前記キャリアマウント１４とともに遊星キャリアを構成するセンサベース１３に３本のビス３９ａ、３９ａ、３９ａで取付けられたマグネット取付けリング３９と、このマグネット取付けリング３９に取付けられたアブソリュートセンサに位置情報を与えるように側面に着磁された回転位置情報記録体としてのリング状のマグネット４０と、前記遊星歯車収納ケース１０のエンコーダ収納室５内の前記リング状のマグネット４０と対応する部位の壁面に設けた、減速後の出力軸と一体的に回転するセンサベース１３の回転角度を検出可能な磁気式のアブソリュートセンサ２５と、前記シャフト１１の下端部寄りの部位と前記遊星歯車収納ケース１０のモータベース６の下端部との間に介装されたボールベアリング２６と、前記軸２４の根元部の外周部と前記遊星歯車収納ケース１０のベアリング収納ケース９との間に介装されたボールベアリング２８と、キャリアマウント１４の内壁面と前記シャフト１１の上端部との間に介装されたボールベアリング２９とで構成されている。

　前記減速機構４１は前記シャフト１１の前記遊星歯車収納ケース１０内に位置する部位に固定されたはすば歯車を用いた、例えば歯数が９個の太陽歯車１２と、前記遊星歯車収納ケース１０内に一体となって回転するように設けられたセンサベース１３および出力軸となるキャリアマウント１４と、前記遊星歯車収納ケース１０内に位置する部位のアウターロータ型のモータ２のシャフト１１に固定された太陽歯車１２と噛み合うように、前記センサベース１３およびキャリアマウント１４に両端部がボールベアリング１５、１５を介して支持される複数個、本発明の実施の形態では３個のはすば歯車を用いた、例えば歯数が２１個の大歯車１６、１６、１６および、この大歯車１６、１６、１６の軸心と同じ軸心となるようにそれぞれ設けられた、例えば歯数が９個の小歯車１７、１７、１７とからなる第１の遊星２段歯車１８、１８、１８と、この第１の遊星２段歯車１８、１８、１８と水平方向に配列された該第１の遊星２段歯車１８、１８、１８の小歯車１７、１７、１７と噛み合う、前記センサベース１３および出力軸となるキャリアマウント１４に両端部がボールベアリング１５、１５を介して支持される複数個の、例えば歯数が２１個の大歯車４２、４２、４２、およびこの大歯車４２、４２、４２の軸心と同じ軸心となるようにそれぞれ設けられた、例えば歯数が７個の小歯車４３、４３、４３とからなる第２の遊星２段歯車４４、４４、４４と、この第２の遊星２段歯車４４、４４、４４の小歯車４３、４３、４３と噛み合うとともに、前記遊星歯車収納ケース１０の内壁面１０ａに固定された内歯車１９と噛み合う前記センサベース１３およびキャリアマウント１４に取付けられた遊星ギヤシャフト２１、２１、２１にボールベアリング２２、２２、２２を介して回転可能に取付けられた、例えば歯数が２０個の遊星歯車２３、２３、２３とで構成されている。

　なお、第１の遊星２段歯車１８、１８、１８は大歯車１６、１６、１６と小歯車１７、１７、１７とが整数倍の歯数の歯車や、整数倍でない歯数の歯車を使用することができる。

　例えば、歯数が９個の太陽歯車１２と歯数が７５個の内歯車１９を用いた場合において、第１の遊星２段歯車１８、１８、１８のそれぞれの大歯車１６、１６、１６と小歯車１７、１７、１７の歯数を整数倍とした場合、
第１の遊星２段歯車１８の大歯車１６は１４、小歯車１７は７
第２の遊星２段歯車４４の大歯車４２は１４、小歯車４３は７とすると、
全体のギヤ比(減速比)は３４．３となり、
第１の遊星２段歯車１８の大歯車１６は１４、小歯車１７は７
第２の遊星２段歯車４４の大歯車４２は２１、小歯車４３は７に変えると、
全体のギヤ比(減速比)は５１．０となる。
このように最少の単位でギヤの歯数を変更しても全体のギヤ比(減速比)が大きく変わってしまう。

　これに対し、第１の遊星２段歯車１８、１８、１８のそれぞれの大歯車１６、１６、１６と小歯車１７、１７、１７の歯数を非整数倍とした場合、
第１の遊星２段歯車１８の大歯車１６は３５、小歯車１７は３２
第２の遊星２段歯車４４の大歯車４２は３５、小歯車４３は３４とすると、
全体のギヤ比(減速比)は１０．４となり、
第１の遊星２段歯車１８の大歯車１６は３５、小歯車１７は３２
第２の遊星２段歯車４４の大歯車４２は３５、小歯車４３は３３に変えると、
全体のギヤ比(減速比)は１０．７となる。

　このように、第１の遊星２段歯車１８と第２の遊星２段歯車４４のそれぞれの大歯車と小歯車の歯数を非整数倍とすることにより、また、第１の遊星２段歯車１８と第２の遊星２段歯車４４のそれぞれのギヤ比を適宜選定する事により、全体のギヤ比(減速比)を０．１ずつ微調整することも可能となるため、減速機構全体の大きさに制限がある場合にも自由な設計が可能となり、全体のギヤ比(減速比)を微調整できることから、通常であれば、最適なトルクが得られるように、モータそのものを変更しなければならないような状況であってもモータを変更することなく対応することができるため、設計自由度の向上と大幅なコストダウンを図ることができる。

　なお、非整数倍の歯数とした場合、組み立て用の位置合わせ用の印をつけておくことにより、正確且つ簡単に組み立てることができる。

　また、第２の遊星２段歯車４４、４４，４４も大歯車４２，４２，４２と小歯車４３、４３、４３が前記第１の遊星２段歯車１８、１８、１８と同様に整数倍の歯数の歯車と整数倍でない歯数の歯車を用いることができる。
前記ロータ３は中心にシャフト１１が固定され、外周に配置されたメインマグネット３０を覆う外筒３１で構成されており、３２は鉄心である。

　上記構成のギヤモータ１を駆動させるとロータ３、シャフト１１が回転する。
このシャフト１１の回転によって、シャフト１１に固定されているはすば歯車を用いた太陽歯車１２が回転し、該太陽歯車１２の回転によって複数個の第１の遊星２段歯車１８、１８、１８のはすば歯車を用いた大歯車１６、１６、１６および小歯車１７、１７、１７が減速回転し、該小歯車１７、１７、１７と噛み合う複数個の第２の遊星２段歯車４４、４４、４４の大歯車４２、４２、４２および小歯車４３、４３、４３が減速回転し、該複数個の第２の遊星２段歯車４４、４４、４４の小歯車４３、４３、４３と内歯車１９と噛み合う遊星歯車２３、２３、２３が回転する。

　この遊星歯車２３、２３、２３の内歯車１９に噛み合って回転することにより、遊星キャリアとしてのセンサベース１３およびキャリアマウント１４が回転し、該キャリアマウント１４に複数のビスで固定された軸２４が回転する。

　このためアウターロータ型のモータ２のシャフト１１の回転は、太陽歯車１２と第１の遊星２段歯車１８、１８、１８の大歯車１６、１６、１６との噛み合い、第１の遊星２段歯車１８、１８、１８の小歯車１７、１７、１７と第２の遊星２段歯車４４、４４、４４の大歯車４２、４２、４２との噛み合い、第２の遊星２段歯車４４、４４、４４の小歯車４３、４３、４３と遊星歯車２３、２３、２３との噛み合いおよび遊星歯車２３、２３、２３と内歯車１９、１９、１９との噛み合い関係で減速できるため、減速の範囲を大きく設定することができるとともに、第１の遊星２段歯車１８、１８、１８および第２の遊星２段歯車４４、４４、４４を用いることにより、歯車の強度を持たせた状態で、薄型で小型・軽量化を図ることができる。

　また、遊星歯車収納ケース１０のアウターロータ型のモータ２のロータ３の中心部に存在する自由な空間４に入り込むエンコーダ収納室５内にアブソリュートセンサ２５が配置されるとともに、エンコーダ収納室５内の該アブソリュートセンサ２５と対応する部位のセンサベース１３にマグネット取付けリング３９を介して取付けられたリング状のマグネット４０によって、減速後の出力軸の回転角度を検出することができる。

　なお、アブソリュートセンサ２５としては、ここに示した磁気式の他に、光学式や静電容量式、接点式等、他の方式のセンサを用いることもできる。

　その場合には、アブソリュートセンサ２５に位置情報を与える回転位置情報記録体も、その方式に合わせてスリット円盤等に適宜変更する。

　また、高トルク出力を必要とする等、歯車に負担がかかる場合には、オイル等の潤滑剤を用いることが一般的であるが、このオイルの飛散等があっても、正確に検出することができる磁気式のアブソリュートセンサ２５を用いることが好ましい。

　また、第１の形態では、太陽歯車１２と第１の遊星２段歯車１８、１８、１８の大歯車１６、１６、１６は、はすば歯車を用いたものとなっているが、平歯車ややまば歯車を用いてもよい。それ以外の歯車についても同様で、平歯車、はすば歯車、やまば歯車の何れであってもよい。

　更に、負荷が小さい歯車については、モジュール（歯の大きさ）の値を小さくしてもよいことが知られているが、本発明にあっては、第１の遊星２段歯車１８、１８、１８の大歯車１６、１６、１６と小歯車１７、１７、１７のモジュールを異なる値に設定するとともに、大歯車１６、１６、１６のモジュールの値と、この大歯車１６、１６、１６に噛み合う太陽歯車１２のモジュールの値を一致させ、小歯車１７、１７、１７のモジュールの値と、この小歯車１７、１７、１７に噛み合う第２の遊星２段歯車４４の大歯車４２、４２，４２のモジュールの値を一致させることにより、回転性能に何等劣化させることなく、減速機構を更に小型化することができる。

　これは、第２の遊星２段歯車４４、４４、４４についても同様であり、大歯車４２、４２、４２と小歯車４３、４３、４３のモジュールを異なる値とすることもできる。

　以上のように構成されたギヤモータ１は内歯車１９を固定することにより、キャリアマウント１４を出力軸としたものであるが、遊星キャリアとしてのキャリアマウント１４およびセンサベース１３を固定することにより、内歯車１９を出力軸とするように構成することもできる。

　このように、内歯車１９を出力軸とする場合には、この内歯車と一緒に回転す
るようにアブソリュートセンサ２５をエンコーダ収納室５内に配置する必要があ
る。

 　[発明を実施するための異なる形態]
　次に、図１４に示す本発明を実施するための異なる形態につき説明する。なお、これらの本発明を実施するための異なる形態の説明に当って、前記本発明を実施するための第１の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

　まず、図１ないし図１２に示す本発明を実施するための第１の形態の歯車の組み合わせを模式的に示したものが図１３である。

　そして、この図１３と同様に第２の形態の歯車の組み合わせを模式的に示したものが図１４となる。
図１４に示す本発明を実施するための第２の形態において、本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、第２の遊星２段歯車４４、４４、４４の小歯車４３、４３、４３と噛み合う大歯車４５、４５、４５を備える第３の遊星２段歯車４４、４４、４４を、該小歯車４３、４３、４３と該大歯車４５、４５、４５の位置関係が上下反転するように水平方向に配列したことであり、このように第３の遊星２段歯車４４、４４、４４を配列したことにより、減速機能４１の厚みを増すことなく、更に減速比を高くすることができる。

　また、第１の形態、第２の形態において、前記遊星歯車２３，２３，２３を省略することができる。この場合、第１の形態では、第２の遊星２段歯車４４，４４，４４の小歯車４３，４３，４３と内歯車１９とが噛み合い、第２の形態では第３の遊星２段歯車４７、４７、４７の小歯車４６、４６、４６と内歯車１９とが噛み合う。
このように、遊星歯車２３，２３，２３を省略することにより、減速機構４１の直径を更に小さくすることができる。

　本発明は筋力アシスト装置等に使用される高トルク出力を有するギヤモータの減速機構および、この減速機構を用いたギヤモータを製造する産業で利用される。

Claims (4)

1. 遊星歯車機構の太陽歯車と内歯車との間に遊星２段歯車が配列された減速機構において、太陽歯車と内歯車との間に前記遊星２段歯車の大歯車あるいは小歯車と互いに噛み合う小歯車あるいは大歯車を備える少なくとも１個の遊星２段歯車を配列したことを特徴とする減速機構。
2. 少なくとも１個の遊星２段歯車の大歯車と小歯車のギヤ比を非整数倍としたことを特徴とする請求項１に記載の減速機構。
3. 遊星２段歯車の大歯車あるいは小歯車と互いに噛み合うもう１つの遊星２段歯車の小歯車あるいは大歯車の位置関係が上下反転するように水平方向に配列したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の減速機構。
4. 少なくとも１個の遊星２段歯車の大歯車と小歯車のモジュールを異なる値としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の減速機構。

Images