JP2008164086A

JP2008164086A - 差動式減速機

Info

Publication number: JP2008164086A
Application number: JP2006355181A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Takada; 声一高田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】高減速比が得られる差動式減速機を通常の歯車の組み合わせによって実現することである。
【解決手段】差動歯車機構１５、逆転歯車機構１７および出力歯車１６の組み合わせからなる差動式減速機において、差動歯車機構１５は差動部中間軸２５によって支持され第１及び第２入力傘歯車２４、２６に噛み合う差動部中間傘歯車２８及び該差動部中間軸２５と前記出力歯車１６とを連結する連結軸３９とからなり、前記逆転歯車機構１７は、逆転部入力歯車３１、逆転部中間歯車３２及び逆転部出力歯車３３からなり、前記第１入力歯車２２が、逆転部入力歯車３１と噛み合わされ、逆転部出力歯車３３が第２入力歯車２３に噛み合わされた構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、各種装置の駆動部等に使用される差動式減速機に関するものである。

各種装置の駆動部等に使用される差動式減速機であって、減速比の大きいものとして、従来から、株式会社ハーモニックドライブ社製の差動式減速機が知られている（非特許文献１）。

この差動式減速機は、環状のサーキュラスプライン、その内部に回転自在に収納された楕円形のウェーブジェネレータ、さらに、該ウェーブジェネレータの外周にベアリングを介して装着されたフレキシブルなフレクスプラインの組み合わせからなる。そのフレクスプラインの外周面に形成された外歯がサーキュラスプラインの内歯に長径部両端の２個所において噛み合う。サーキュラスプラインを固定し、ウェーブジェネレータを回転させると、フレクスプラインが弾性変形しながら回転し、サーキュラスプラインの内歯との噛み合い位置が順次移動する。

上記の差動式減速機は、ウェーブジェネレータの１回転当たり、フレクスプラインがサーキュラスプラインの歯の数より少ない分（２歯分）だけ反対方向に減速回転する。一般には、フレクスプラインの動きを出力として取り出すようにしており、高減速比が得られることで知られている。
ＵＲＬ http://www.hds.co.jp/principle/index.htm 「ハーモニックドライブ（登録商標）の原理」

前記の差動式減速機においては、伝達トルクが負荷されるフレクスプラインは耐久性が求められるとともに、撓み性も要求される部材であるため、合成樹脂ななどの安価な材料を用いることができず、製作コストが高くつく問題がある。

そこで、この発明は、合成樹脂ななどの材料を用いることがで安価に提供できき、しかも高減速比がえられる減速機を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明は、図１に示したように、差動歯車機構１５、逆転歯車機構１７及び出力歯車１６の組み合わせからなる差動式減速機を基本的な構成とする。

前記差動歯車機構１５は、第１入力平歯車１４と第１入力傘歯車２４からなる第１入力歯車２２、第２入力平歯車３０と第２入力傘歯車２６とからなる第２入力歯車２３、前記第１入力傘歯車２４と第２入力傘歯車２６間において差動部中間軸２５によって支持され前記第１及び第２入力傘歯車２４、２６に噛み合う差動部中間傘歯車２８及び該差動部中間軸２５と前記出力歯車１６とを連結する連結手段とからなる。

前記逆転歯車機構１７は、逆転部入力歯車３１、逆転部中間歯車３２及び逆転部出力歯車３３からなり、これらの少なくとも２つの歯車が噛み合わされ、入力された回転を逆転させるともに増速又は減速して出力させることができるものである。

また、前記第１入力歯車２２が、前記逆転部入力歯車３１と噛み合わされ、前記逆転部出力歯車３３が前記差動歯車機構１５の第２入力歯車２３に噛み合わされる。

前記の構成からなるこの発明の差動式減速機は、差動歯車機構１５の第１入力歯車２２と第２入力歯車２３に、それぞれ回転方向が反対で、かつ回転速度に差のある回転を入力することにより、差動部中間傘歯車２８を支持した差動部中間軸２５が前記速度差に応じて減速回転され、その差動部中間軸２５に連結された出力歯車１６が減速回転される。

前記の第１入力歯車２２と逆転歯車機構１７の逆転部入力歯車３１には、入力側から直接同一回転方向の入力が加えられる。逆転歯車機構１７においては、入力された回転を逆転させるとともに、かつ減速又は増速させて差動部歯車機構１７の第２入力歯車２３に加えられる。これにより、差動歯車機構１５は、回転速度の差に応じた回転を出力歯車１６に出力させる。

以上のように、この発明の差動式減速機は、通常の歯車の噛み合わせを利用したものであり、前述の従来例のように、弾性変形するような部分がないので、負荷トルクに応じた通常仕様の歯車を用いることができるので、安価に提供することができる。また、逆転歯車機構から差動歯車機構の第２入力歯車２３に対する入力の回転速度を第１入力歯車２２の回転速度にできる可及的に近づけることにより、高減速比が得られる。

以下、この発明に係る差動式減速機の実施例を添付図面に基づいて説明する。

図１から図３に示した実施例１の差動式減速機は、ケーシング１１に平行に固定された作動部支持軸１２と逆転部支持軸１３を有する。差動部支持軸１２に差動歯車機構１５及び出力歯車１６が回転可能に設けられ、また、逆転部支持軸１３に逆転歯車機構１７が設けられる。また、入力側にモータ１８が固定され、そのモータ軸１９に駆動歯車２１が取り付けられる。

前記の差動歯車機構１５は、差動部支持軸１２を中心に回転する第１入力歯車２２と、第２入力歯車２３が差動部中間軸２５を挟んで対称位置に配置される。第１入力歯車２２は、第１入力傘歯車２４と第１入力平歯車１４が一体化された一部品として形成される（図２参照）。また、第２入力歯車２３も第２入力傘歯車２６と第２入力平歯車３０が一体化された一部品として形成される。

差動部中間軸２５は、図２に示したように、差動部支持軸１２が挿通されるボス部２７の外径面に対称形に配置されるとともに、差動部支持軸１２に対し直交する軸線を有する。差動部中間軸２５の両端部分には前記の第１入力傘歯車２４と第２入力傘歯車２６とそれぞれ噛み合う差動部中間傘歯車２８、２８が回転自在に嵌合される。

前記第１入力平歯車１４に比べ、第２入力平歯車３０は若干小径に形成され、歯数がその分少なく形成される。図３（ａ）（ｂ）において前者の直径をＬで示し、後者の直径をＬ−αで示している。

前記逆転歯車機構１７は、順に噛み合った逆転部入力歯車３１、逆転部中間傘歯車３２’及び逆転部出力歯車３３からなる。逆転部入力歯車３１は逆転部入力平歯車３１ａと、その内面に一体化された逆転部入力傘歯車３１ｂとからなる一部品により構成される。前記逆転部出力歯車３３は逆転部出力平歯車３３ａとその内面に一体化され一部品化された逆転部出力傘歯車３３ｂとからなる。前記逆転部中間傘歯車３２’が、前記逆転部入力傘歯車３１ｂ及び逆転部出力傘歯車３３ｂに噛み合わされる。

前記の逆転部中間傘歯車３２’は、逆転部支持軸１３に直交する軸線を有する逆転部中間軸３４に回転自在に嵌合される。逆転部中間軸３４はそのボス部３５の軸穴に設けられたキー３６（図２（ｂ）参照）が、逆転部支持軸１３のキー溝３７に嵌合され回転不能となっている。逆転部入力歯車３１と逆転部出力歯車３３は逆転部支持軸１３に回転可能に嵌合される。

前記第１入力平歯車１４が前記逆転部入力平歯車３１ａに噛み合うともに、前記逆転部出力平歯車３３ａが前記第２入力平歯車３０に噛み合う。逆転部出力平歯車３３ａは、逆転部入力平歯車３１ａより若干大径に形成され（図３（ａ）（ｂ）のＬ及びＬ＋α参照）、前記第２入力平歯車３０と噛み合うことにより、第１入力平歯車１４からの入力が逆転されるとともに、増速されて第２入力平歯車３０に入力される。

前記出力歯車１６には、その内面において軸穴３８と同芯の筒状の連結軸３９（請求項１においては「連結手段」と称する。）が設けられる（図１、図２（ａ）参照）。その連結軸３９は第２入力歯車２３の軸穴４１に相対回転可能に挿通される。該連結軸３９の先端に設けられた係合凹部４２に、前記差動部中間軸２５のボス部２７の端面に設けられた係合凸部４３に軸方向に嵌合され、一体回転可能となっている。この連結軸３９をボス部２７の端面に一体に設け、その先端部を出力歯車１６に係合するようにしてもよい。

実施例１の差動式減速機は以上のような構成であり、次にその作用について説明する。

モータ１８の回転が出力歯車１６に減速されて出力される作用は次のとおりである。即ち、モータ１８及び駆動歯車２１が、図１の一定の矢印Ｂ方向に回転した場合、これと噛み合った第１入力歯車２２はこれと反対のＡ方向、さらにこれと噛み合った逆転部入力歯車３１がＢ方向に回転する。さらに、逆転部中間傘歯車３２’を介して逆転部出力歯車３３がＡ方向に、また第２入力歯車２３がＢ方向に回転する。

逆転歯車機構１７においては、前述のように、逆転部入力歯車３１にＢ方向の回転が入力され、この回転が３枚の傘歯車（逆転部入力傘歯車３１ｂ、逆転部中間傘歯車３２’及び逆転部出力傘歯車３３ｂ）を介することにより、逆転部出力平歯車３３ａがＡ方向に回転する。即ち、入力側のＢ方向の回転が逆転されてＡ方向回転となって出力され、第２入力歯車２３をＢ方向に回転させる。この場合の逆転歯車機構１７は、１本の差動部支持軸１３上に組み付けられる便利さがある。

なお、以上は、モータ１８がＢ方向に回転する場合の作用について説明したが、Ａ方向に回転した場合も同様の作用が行われる。この点は、以下の実施例においても同様である。

図４および図５に示した実施例２の差動式減速機の差動歯車機構１５の構造は、前記の実施例１の場合と同じであるので、その説明を省略する。逆転歯車機構１７が相違するので、相違する部分を主として説明する。

この場合の逆転部支持軸は回転自在の逆転部第１支持軸１３ａと、これに平行に固定された逆転部第２支持軸１３ｂとからなる。その逆転部第１支持軸１３ａに、逆転部入力歯車３１と逆転部中間歯車３２がキー構造４４を介して取付けられる。また、逆転部第２支持軸１３ｂに逆転部出力歯車３３が取付けられる。逆転部出力歯車３３は、前記の逆転部中間歯車３２と第２入力平歯車３０に噛み合う（図５参照）。

この場合の逆転歯車機構１７は、逆転部入力歯車３１がＢ方向に回転されると、逆転部中間歯車３２が同方向に回転し、逆転部出力歯車３３がＡ方向に回転する。このように、入力された回転方向と反対方向の回転を出力させる点で、前記実施例１の場合の逆転歯車機構１７と同様の作用を行う。また、歯車比を適宜選定することにより適宜増減速することができ、これにより、差動歯車機構１５の第１入力歯車２２と第２入力歯車２３とに速度差を生じさ、実施例１の場合と同様に減速回転を出力歯車１６に出力させることができる。

この実施例２の逆転歯車機構１７の場合は、傘歯車を用いることがなく、平歯車により構成することができる点で低コスト化が図られるが、逆転部第１支持軸１３ａと逆転部第２支持軸１３ｂの２本の支持軸が必要となる。

図６及び図７に示した実施例３の差動式減速機の差動歯車機構１５の構造は、前記の実施例１、２の場合と同じであるので、その説明を省略する。逆転歯車機構１７が相違するので、相違する部分を主として説明する。

この場合の逆転歯車機構１７は、逆転部支持軸１３と、該逆転部支持軸１３に取り付けられた逆転部入力歯車３１、逆転部中間歯車３２及び逆転部出力歯車３３からなる。

前記逆転部中間歯車３２は、逆転部支持軸１３に取り付けられた太陽歯車３２ａとその太陽歯車３２ａの外径面に配置された複数の遊星歯車３２ｂからなる。逆転部出力歯車３３はその中心部に収納凹部４５を有するともに、その収納凹部４５の内径面に内歯４６（図７参照）が形成され、また外径面に外歯４７が形成された内外両歯歯車からなるものである。前記遊星歯車３２ｂが前記太陽歯車３２ａと逆転部出力歯車３３の内歯４６との間に介在される。前記の遊星歯車３２ｂの軸３２ｃは、ケーシング１１に固定されたキャリヤー４８によって支持される。

前記のように、逆転部中間歯車３２を構成する太陽歯車３２ａと遊星歯車３２ｂ、及び内外両歯歯車からなる出力歯車３３は、遊星歯車３２ｂのキャリヤー４８が固定された遊星歯車機構を構成する。

この場合の逆転歯車機構１７は、逆転部入力歯車３１がＢ方向に回転されると、逆転部中間歯車３２の太陽歯車３２ａがＢ方向に回転され（図７参照）、遊星歯車３３ｂがＡ方向に自転する。遊星歯車３３ｂのＡ方向への自転により、逆転部出力歯車３３がＡ方向に減速回転される。

これにより、差動歯車機構１５の第１入力歯車２２と第２入力歯車２３とに速度差を生じさ、実施例１、２の場合と同様に減速回転を出力歯車１６に出力させることができる。

この実施例２の逆転歯車機構１７の場合は、傘歯車を用いることがなく、平歯車により構成することができる点で低コスト化が図られるが、逆転部第１支持軸１３ａと逆転部第２支持軸１３ｂの２本の支持軸、遊星歯車３２ｂ等が必要となる。

実施例１の断面図（ａ）同上差動歯車機構部分の分解斜視図、（ｂ）同上の逆転歯車機構部分の分解斜視図（ａ）は図１のＸ_１−Ｘ_１線の断面図、（ｂ）は図１のＸ_２−Ｘ_２線の断面図実施例２の断面図図４のＸ_３−Ｘ_３線の断面図実施例３の断面図図６のＸ_４−Ｘ_４線の断面図

符号の説明

１１ケーシング
１２差動部支持軸
１３逆転部支持軸
１３ａ逆転部第１支持軸
１３ｂ逆転部第２支持軸
１４第１入力平歯車
１５差動歯車機構
１６出力歯車
１７逆転歯車機構
１８モータ
１９モータ軸
２１駆動歯車
２２第１入力歯車
２３第２入力歯車
２４第１入力傘歯車
２５差動部中間軸
２６第２入力傘歯車
２７ボス部
２８差動部中間傘歯車
３０第２入力平歯車
３１逆転部入力歯車
３１ａ逆転部入力平歯車
３１ｂ逆転部入力傘歯車
３２逆転部中間歯車
３２’ 逆転部中間傘歯車
３２ａ太陽歯車
３２ｂ遊星歯車
３３逆転部出力歯車
３３ａ逆転部出力平歯車
３３ｂ逆転部出力傘歯車
３４逆転部中間軸
３５ボス部
３６キー
３７キー溝
３８軸穴
３９連結軸
４１軸穴
４２係合凹部
４３係合凸部
４４キー構造
４５収納凹部
４６内歯
４７外歯
４８キャリヤー

Claims

差動歯車機構(１５)、逆転歯車機構(１７)及び出力歯車(１６)の組み合わせからなる差動式減速機において、
前記差動歯車機構(１５)は、第１入力平歯車(１４)と第１入力傘歯車(２４)からなる第１入力歯車(２２)、第２入力平歯車(３０)と第２入力傘歯車(２６)とからなる第２入力歯車(２３)、前記第１入力傘歯車(２４)と第２入力傘歯車(２６)間において差動部中間軸(２５)によって支持され前記第１及び第２入力傘歯車(２４)、(２６)に噛み合う差動部中間傘歯車(２８)及び該差動部中間軸(２５)と前記出力歯車(１６)とを連結する連結手段とからなり、
前記逆転歯車機構(１７)は、逆転部入力歯車(３１)、逆転部中間歯車(３２)及び逆転部出力歯車(３３)からなり、これらの少なくとも２つの歯車が噛み合わされ、入力された回転を逆転させるとともに増速又は減速して出力させることができ、前記第１入力歯車(２２)が、前記逆転部入力歯車(３１)と噛み合わされ、前記逆転部出力歯車(３３)が前記差動歯車機構(１５)の第２入力歯車(２３)に噛み合わされたことを特徴とする差動式減速機。
前記逆転歯車機構(１７)の逆転部入力歯車(３１)が、逆転部入力平歯車(３１ａ)とこれと一体の逆転部入力傘歯車(３１ｂ)とからなり、前記逆転部出力歯車(３３)が、逆転部出力平歯車(３３ａ)とこれと一体の逆転部出力傘歯車(３３ｂ)からなり、前記逆転部中間歯車(３２)が傘歯車（以下、「逆転部中間傘歯車(３２’)」と称する。）からなるとともに該逆転部中間傘歯車(３２’)が前記逆転部入力傘歯車(３１ｂ)と逆転部出力傘歯車(３３ｂ)に噛み合わされ、前記第１入力平歯車(１４)が前記逆転部入力平歯車(３１ａ)に噛み合わされるとともに、前記逆転部出力平歯車(３３ａ)が前記第２入力平歯車(３０)に噛み合わされたことを特徴とする請求項１に記載の差動式減速機。
前記逆転歯車機構(１７)が逆転部第１支持軸(１３ａ)と逆転部第２支持軸(１３ｂ)を有し、前記逆転部第１支持軸(１３ａ)が回転自在に支持され、該逆転部第１支持軸(１３ａ)に逆転部入力歯車(３１)と逆転部中間歯車(３２)が取り付けられ、該逆転部中間歯車(３２)が逆転部第２支持軸(１３ｂ)に取り付けられた逆転部出力歯車(３３)に噛み合わされたことを特徴とする請求項１に記載の差動式減速機。
前記逆転歯車機構(１７)が、逆転部支持軸(１３)と、該逆転部支持軸(１３)に取り付けられた逆転部入力歯車(３１)、逆転部中間歯車(３２)及び逆転部出力歯車(３３)からなり、前記逆転部中間歯車(３２)が前記逆転部支持軸(１３)に取り付けられた太陽歯車(３２ａ)とその太陽歯車(３２ａ)の外径面に配置された複数の遊星歯車(３２ｂ)からなり、前記逆転部出力歯車(３３)は収納凹部(４５)を有するともに、その収納凹部(４５)の内径面に内歯(４６)が形成され、外径面に外歯(４７)が形成された内外両歯歯車からなり、前記遊星歯車(３２ｂ)が前記太陽歯車(３２ａ)と逆転部出力歯車(３３)の内歯(４６)との間に介在されたことを特徴とする請求項１に記載の差動式減速機。