WO2015119058A1

WO2015119058A1 - 減速機

Info

Publication number: WO2015119058A1
Application number: PCT/JP2015/052721
Authority: WO
Inventors: 高田　声一
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2015-08-13
Anticipated expiration: 2016-08-04
Also published as: JP2015145708A

Abstract

　高減速率でかつ設計や製作の容易な減速機を提供する。遊星歯車機構（１１）の太陽歯車（１２）を入力軸（２）と一体に形成するとともに、遊星歯車機構（１１）の内歯車（１３）の延長部（１３ａ）と噛み合い、軸部（２２ａ）をハウジング（１）に回転自在に支持される内歯車駆動歯車（２２）と、内歯車駆動歯車（２２）の軸部（２２ａ）の外周に嵌合固定される内歯車用伝達歯車（２３）と、入力軸（２）の外周に嵌合固定され、内歯車用伝達歯車（２３）と噛み合う中間伝達歯車（２４）とからなる回転伝達機構（２１）を設けて、入力軸（２）の回転により太陽歯車（１２）と内歯車（１３）とが異なる回転速度で回転駆動され、その回転速度差による遊星歯車（１４）の公転がキャリア（１５）を介して出力軸（３）に伝達される構成とした。

Description

減速機

　本発明は、入力軸の回転を遊星歯車機構により減速して出力軸に伝達する減速機に関する。

　近年、各種の機器は、省エネルギー化や環境対策により電動化が図られ、その駆動部には電気制御によるモータ駆動の利用が進んでいる。モータ駆動とする場合、駆動部のコンパクト化と効率向上のために高速回転のモータを使用することが多いので、モータの回転数を機器の作動部の使用回転数に減速させる減速機として、減速率の高いものが求められている。

　このような要求に対し、高減速率の減速機として、入力軸の外周に設けられる第１太陽歯車とその径方向外側に配される第１内歯車の両方に噛み合う複数の第１遊星歯車を第１キャリアで自転可能に支持した第１遊星歯車機構と、入力軸の外周に設けられる第２太陽歯車とその径方向外側に配される第２内歯車の両方に噛み合う複数の第２遊星歯車を第２キャリアで自転可能に支持した第２遊星歯車機構とを備え、第１内歯車と第２内歯車とを一体とするとともに、第１キャリアを固定部材に固定し、第２キャリアを出力軸に連結して、入力軸が回転したときに、第１遊星歯車の自転により第１内歯車と第２内歯車を一体に入力軸と逆方向に回転させ、第２遊星歯車の公転を第２キャリアを介して出力軸に伝達するようにしたものが提案されている（例えば、下記特許文献１、２参照。）。

　この構成によれば、第２遊星歯車の公転が第２内歯車の逆回転によって一部相殺され、その分出力軸の回転が遅くなるため、単一の遊星歯車機構を有する一般的な減速機よりも高い減速率が得られる。

特開平２－２４５５４３号公報特許第５２６３８６０号公報

　しかしながら、上記のような２つの遊星歯車機構を有する減速機では、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とで少なくとも一部の歯車仕様を異ならせる必要があり、求められる減速率に応じて両遊星歯車機構で別々の歯車設計や部品製作を行うのに非常に手間がかかる。

　そこで、本発明は、高減速率でかつ設計や製作の容易な減速機を提供することを課題とする。

　上記の課題を解決するため、本発明の減速機は、駆動モータから回転を入力される入力軸と、前記入力軸と回転伝達可能に連結された太陽歯車と、前記太陽歯車の径方向外側に配された内歯車と、前記太陽歯車と内歯車の両方に噛み合う複数の遊星歯車と、前記各遊星歯車を自転可能に支持するキャリアとからなる遊星歯車機構と、前記キャリアと一体回転するように連結された出力軸と、前記遊星歯車と並列で前記内歯車に噛み合う内歯車駆動歯車とを備え、前記内歯車駆動歯車の軸部を固定部材で回転自在に支持し、この軸部の外周に設けた内歯車用伝達歯車を前記入力軸と回転伝達可能に連結して、前記入力軸の回転により前記太陽歯車が回転駆動されると同時に、前記内歯車用伝達歯車および内歯車駆動歯車を介して前記内歯車が回転駆動され、前記太陽歯車と内歯車の回転速度差により前記遊星歯車が公転し、その公転が前記キャリアを介して前記出力軸に伝達される構成としたのである。

　上記の構成によれば、入力軸の回転により太陽歯車と内歯車が回転駆動されるときに、太陽歯車と内歯車の回転速度差により遊星歯車が公転し、その公転がキャリアを介して出力軸に伝達されるので、入力軸と太陽歯車との連結構造、および入力軸と内歯車との間に介在する回転伝達機構の各歯車の仕様を適切に設定することにより、高い減速率が得られる。しかも、遊星歯車機構が１つだけである（内歯車駆動歯車は遊星歯車と異なり、内歯車のみと噛み合っている）ので、２つの遊星歯車機構を有する従来の減速機に比べて、各歯車の設計や部品製作を効率よく行うことができる。

　ここで、前記太陽歯車および内歯車用伝達歯車を入力軸と連結するための具体的な構造としては、前記入力軸の外周に、前記太陽歯車と、前記内歯車用伝達歯車と噛み合う中間伝達歯車とを設けたものや、前記太陽歯車の軸部の外周に中央歯車を設け、前記中央歯車と噛み合う太陽歯車駆動歯車の軸部を固定部材で回転自在に支持し、この軸部の外周に太陽歯車用伝達歯車を設け、前記入力軸の外周に、前記太陽歯車用伝達歯車と内歯車用伝達歯車の両方と噛み合う中間伝達歯車を設けたものを採用することができる。

　本発明の減速機は、上述したように、入力軸が回転したときに、１つの遊星歯車機構の太陽歯車と内歯車を異なる回転速度で回転させて、その回転速度差により遊星歯車を公転させ、その公転をキャリアを介して出力軸に伝達するようにしたものであるから、高い減速率が得られるうえ、従来の２つの遊星歯車機構を有する減速機に比べて、各歯車の設計や部品製作を効率よく行うことができる。

第１実施形態の減速機の縦断正面図ａ、ｂ、ｃは、それぞれ図１のIIａ－IIａ線、IIｂ－IIｂ線、IIｃ－IIｃ線に沿った断面図第２実施形態の減速機の縦断正面図ａ、ｂ、ｃは、それぞれ図３のIVａ－IVａ線、IVｂ－IVｂ線、IVｃ－IVｃ線に沿った断面図

　以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２（ａ）～（ｃ）は第１の実施形態を示す。この減速機は、円筒状のハウジング（固定部材）１の軸心上に配される入力軸２と出力軸３との間に、太陽歯車１２と、太陽歯車１２の径方向外側に配さる内歯車１３と、太陽歯車１２と内歯車１３の両方に噛み合う３つの遊星歯車１４と、各遊星歯車１４の中心に通される支軸１５ａを有し、各遊星歯車１４を自転可能に支持するキャリア１５とからなる遊星歯車機構１１を設けるとともに、入力軸２から遊星歯車機構１１の内歯車１３へ回転を伝達する回転伝達機構２１を設けたもので、その遊星歯車機構１１の太陽歯車１２が入力軸２と一体に形成され、キャリア１５が出力軸３と一体に形成されている。また、入力軸２は、その一端部がハウジング１から突出して駆動モータ４から回転を入力されるようになっており、他端部が出力軸３に設けられた軸受穴３ａに回転自在に嵌め込まれて、スムーズに回転するようになっている。

　前記ハウジング１は、駆動モータ４側の前半部１ａと出力軸３側の後半部１ｂとに分割されており、その前半部１ａには入力軸２を通す蓋部１ｃが設けられ、後半部１ｂには入力軸２を通す仕切壁１ｄが設けられている。そして、このハウジング１の前半部１ａと後半部１ｂを突き合わせ、前半部１ａの蓋部１ｃから突出する入力軸２の一端部に駆動モータ４を接続し、後半部１ｂの開口を出力軸３が通される蓋５で塞いだ状態で、これらの各部材をそれぞれの外周側の対応する位置にあけた複数の取付孔１ｅ、４ａ、５ａを利用して一体化するとともに、減速機が組み込まれる機器内で固定するようになっている。

　前記遊星歯車機構１１は、内歯車１３が遊星歯車１４と噛み合う部分から駆動モータ４側へ延びる延長部１３ａを有しており、この延長部１３ａで回転伝達機構２１から回転を伝達されるようになっている。

　前記回転伝達機構２１は、遊星歯車機構１１の遊星歯車１４と並列で内歯車１３の延長部１３ａに噛み合う３つの内歯車駆動歯車２２と、各内歯車駆動歯車２２の軸部２２ａの外周に嵌合固定される３つの内歯車用伝達歯車２３と、入力軸２の外周に嵌合固定され、各内歯車用伝達歯車２３と噛み合う中間伝達歯車２４とからなる。各内歯車駆動歯車２２の軸部２２ａは、ハウジング後半部１ｂの仕切壁１ｄとハウジング前半部１ａの蓋部１ｃを貫通して、その仕切壁１ｄと蓋部１ｃに回転自在に支持されている。なお、内歯車駆動歯車２２と遊星歯車１４との接触を防止するためのスペーサ６が、入力軸２外周の太陽歯車１２に隣接する位置に嵌め込まれている。

　ここで、内歯車駆動歯車２２は遊星歯車１４と同じ歯車仕様であり、中間伝達歯車２４は太陽歯車１２と異なる歯車仕様で形成されている。これにより、後述のように、遊星歯車機構１１において太陽歯車１２と内歯車１３とが異なる回転速度で回転するようになっている。

　なお、内歯車駆動歯車２２の軸部２２ａへの内歯車用伝達歯車２３の嵌合固定、および入力軸２への中間伝達歯車２４の嵌合固定はキーとキー溝によって行われるが、その嵌合固定を一体形成に代えることもできる。その場合には、内歯車駆動歯車の本体を軸部に、太陽歯車を入力軸にそれぞれ嵌合固定すればよい。

　次に、この減速機の動作について説明する。駆動モータ４を駆動すると、まず、入力軸２と遊星歯車機構１１の太陽歯車１２と回転伝達機構２１の中間伝達歯車２４とが一体に回転駆動される。このとき、太陽歯車１２と中間伝達歯車２４とでは歯車仕様が異なるので、中間伝達歯車２４と噛み合う内歯車用伝達歯車２３および内歯車用伝達歯車２３と一体の内歯車駆動歯車２２は、公転しないと仮定した場合の遊星歯車１４の自転と異なる回転速度で回転し、内歯車１３が太陽歯車１２と異なる回転速度で逆方向に回転駆動される。これにより、遊星歯車１４は自転しながら太陽歯車１２と内歯車１３との回転速度差に応じた分だけ公転することになり、この遊星歯車１４の公転がキャリア１５を介して出力軸３に伝達される。

　ここで、図１および図２（ａ）～（ｃ）に示した例では、内歯車駆動歯車２２と遊星歯車１４とが同径で、中間伝達歯車２４が太陽歯車１２よりも大径に形成されているので、内歯車１３の回転速度が太陽歯車１２よりも大きくなり、出力軸３は入力軸２と逆方向に回転するが、内歯車駆動歯車２２と遊星歯車１４とを同径としたまま、中間伝達歯車２４を太陽歯車１２よりも小径とすれば、出力軸３は入力軸２と同方向に回転する。

　この減速機は、上記の構成であり、遊星歯車機構１１の太陽歯車１２と内歯車１３との回転速度差に応じた減速率が得られるので、入力軸２と内歯車１３との間に介在する回転伝達機構２１の各歯車の仕様を適切に設定することにより、非常に高い減速率を得ることができる。しかも、遊星歯車機構１１が１つだけなので、従来の２つの遊星歯車機構を有するものに比べて、各歯車の設計や部品製作を効率よく行うことができる。さらに、回転伝達機構２１の各歯車の歯車仕様を変更して、簡単に減速率や入力軸２に対する出力軸３の回転方向を変えることもできる。

　また、入力軸２と出力軸３が同軸上に配されているので、入出力軸２、３をそれぞれ円筒状のものとするとともに駆動モータ４として中空軸のものを用いることにより、減速機全体と駆動モータ４の中央を貫通し、ケーブル等が通される孔を形成して、減速機が組み込まれる機器の省スペース化を図ることもできる。

　なお、上述した実施形態では、太陽歯車１２を入力軸２と一体に形成し、キャリア１５を出力軸３と一体に形成したが、太陽歯車は、内歯車と異なる回転速度で逆方向に回転駆動されるようになっていれば、歯車等を介して入力軸と回転伝達可能に連結されたものとしてもよいし、キャリアは、出力軸と別体で形成し、出力軸と一体回転するように連結してもよい。

　図３および図４（ａ）～（ｃ）は第２の実施形態を示す。この実施形態は、第１実施形態をベースとし、駆動モータ４から遊星歯車機構１１の太陽歯車１２への回転伝達経路を変更したものである。以下、主として第１実施形態との相違点について説明する。なお、第１実施形態と同じ機能の部材については同じ符号を付けて説明を省略する。

　この第２実施形態の入力軸２は、第１実施形態の中間伝達歯車２４が嵌合固定された位置よりも他端側の部分をなくしたもので、後述する回転伝達機構２１の構成の一部変更に伴い、軸心が出力軸３の軸心からδだけ離れた状態で配置されている。

　遊星歯車機構１１は、太陽歯車１２が軸方向両側に延びる軸部１２ａを有しており、その軸部１２ａの一端部がハウジング後半部１ｂの仕切壁１ｄ中央の孔に、他端部が出力軸３の軸受穴３ａにそれぞれ回転自在に嵌め込まれている。また、その軸部１２ａの外周には、第１実施形態と同じスペーサ６が嵌め込まれている。

　一方、回転伝達機構２１は、第１実施形態の構成のうちの２つの内歯車駆動歯車２２とその軸部２２ａの外周に嵌合固定される内歯車用伝達歯車２３の代わりに、太陽歯車１２の軸部１２ａの外周に嵌合固定される中央歯車２５と、中央歯車２５と噛み合う太陽歯車駆動歯車２６と、太陽歯車駆動歯車２６の軸部２６ａの外周に嵌合固定され、中間伝達歯車２４と噛み合う太陽歯車用伝達歯車２７を１つずつ備えている。その太陽歯車駆動歯車２６は中央歯車２５を挟んで内歯車駆動歯車２２と対向する位置に配され、太陽歯車用伝達歯車２７は中間伝達歯車２４を挟んで内歯車用伝達歯車２３と対向する位置に配されている。また、太陽歯車駆動歯車２６の軸部２６ａは、ハウジング後半部１ｂの仕切壁１ｄとハウジング前半部１ａの蓋部１ｃを貫通して、その仕切壁１ｄと蓋部１ｃに回転自在に支持されている。

　ここで、中央歯車２５は太陽歯車１２と同じ歯車仕様であり、太陽歯車駆動歯車２６と内歯車駆動歯車２２は同じ歯車仕様で、内歯車駆動歯車２２が中央歯車２５と接触しないように遊星歯車１４よりも小径に形成されている。そして、太陽歯車用伝達歯車２７は内歯車用伝達歯車２３よりも大径に形成されており、これによって入力軸２の軸心が出力軸３の軸心からδだけ離れた配置となっている。

　この第２実施形態では、駆動モータ４の駆動により入力軸２と中間伝達歯車２４が一体に回転すると、中間伝達歯車２４と噛み合う内歯車用伝達歯車２３が内歯車駆動歯車２２と一体に回転して内歯車１３が回転駆動されるとともに、同じく中間伝達歯車２４と噛み合う太陽歯車用伝達歯車２７が太陽歯車駆動歯車２６と一体に回転し、太陽歯車駆動歯車２６と噛み合う中央歯車２５を介して太陽歯車１２が回転駆動される。このとき、中央歯車２５と太陽歯車１２が同じ歯車仕様、太陽歯車駆動歯車２６と内歯車駆動歯車２２も同じ歯車仕様であり、太陽歯車用伝達歯車２７と内歯車用伝達歯車２３は歯車仕様が異なるので、第１実施形態と同様、太陽歯車１２と内歯車１３が異なる回転速度で逆方向に回転駆動されることになり、遊星歯車１４が自転しながら公転して、その公転がキャリア１５を介して出力軸３に伝達される。

　したがって、この第２実施形態の減速機でも、第１実施形態のものと同様、高い減速率が得られ、各歯車の設計や部品製作を効率よく行えるし、減速率や出力軸３の回転方向の変更も簡単に行うことができる。

１　ハウジング（固定部材）
２　入力軸
３　出力軸
４　駆動モータ
１１　遊星歯車機構
１２　太陽歯車
１３　内歯車
１４　遊星歯車
１５　キャリア
２１　回転伝達機構
２２　内歯車駆動歯車
２３　内歯車用伝達歯車
２４　中間伝達歯車
２５　中央歯車
２６　太陽歯車駆動歯車
２７　太陽歯車用伝達歯車

Claims

　駆動モータから回転を入力される入力軸と、
　前記入力軸と回転伝達可能に連結された太陽歯車と、前記太陽歯車の径方向外側に配された内歯車と、前記太陽歯車と内歯車の両方に噛み合う複数の遊星歯車と、前記各遊星歯車を自転可能に支持するキャリアとからなる遊星歯車機構と、
　前記キャリアと一体回転するように連結された出力軸と、
　前記遊星歯車と並列で前記内歯車に噛み合う内歯車駆動歯車とを備え、
　前記内歯車駆動歯車の軸部を固定部材で回転自在に支持し、この軸部の外周に設けた内歯車用伝達歯車を前記入力軸と回転伝達可能に連結して、
　前記入力軸の回転により前記太陽歯車が回転駆動されると同時に、前記内歯車用伝達歯車および内歯車駆動歯車を介して前記内歯車が回転駆動され、前記太陽歯車と内歯車の回転速度差により前記遊星歯車が公転し、その公転が前記キャリアを介して前記出力軸に伝達されるようにした減速機。
　前記入力軸の外周に、前記太陽歯車と、前記内歯車用伝達歯車と噛み合う中間伝達歯車とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の減速機。
　前記太陽歯車の軸部の外周に中央歯車を設け、前記中央歯車と噛み合う太陽歯車駆動歯車の軸部を固定部材で回転自在に支持し、この軸部の外周に太陽歯車用伝達歯車を設け、前記入力軸の外周に、前記太陽歯車用伝達歯車と内歯車用伝達歯車の両方と噛み合う中間伝達歯車を設けたことを特徴とする請求項１に記載の減速機。