JP2014059050A - バックラッシュを除去した高変速比の遊星歯車機構式減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】歯数の異なる固定リング歯車と回転リング歯車とを有する２個の遊星歯車機構を組み合わせた減速機において、バックラッシュを除去して正確な作動を行わせる。
【解決手段】ハウジング１の中心に太陽歯車ＳＧを形成した太陽歯車軸２を設置し、太陽歯車ＳＧと固定リング歯車ＲＧｆとからなる第１遊星歯車機構と、太陽歯車ＳＧと回転リング歯車ＲＧｒからなる第２遊星歯車機構とを組み合わせて減速機を構成する。減速機の低速側となる回転リング歯車ＲＧｒを軸方向に２分割して、一方の内歯部を副歯車体３Ｂに設け、副歯車体３Ｂを回転リング歯車本体３Ａに回転可能に嵌合させる。さらに、両方の歯車体の間に薄板３Ｃを挿入し、その板厚を２遊星歯車機構のバックラッシュの量に等しく設定する。副歯車体３Ｂを回転リング歯車本体３Ａの歯には位相のずれが生じるので、遊星歯車と回転リング歯車ＲＧｒとの間のバックラッシュが除去される。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽歯車及びリング歯車の間に遊星歯車を配置した遊星歯車機構を複数組み合わせて構成する、変速比が大きな減速機に関し、ことに、こうした減速機のバックラッシュをなくし正確な作動を行わせることを目的とするものである。

機械部品あるいは作業機器等を回転駆動する動力伝達系では、駆動する機器の特性に合わせるよう、回転速度やトルクを変更するための変速装置が常套的に使用される。最近は様々な分野で動力を用いた自動操作が進展し、複写機等のＯＡ機器においては、非常に小型のモーターを駆動源として各種の機器を駆動することが多い。小さいモーターは高速回転、低トルクであるため、こうした場合には、回転速度等を調整する小型の減速機がしばしば動力伝達系に介在される。また、部品組み立てロボット、半導体検査装置などでは、高精度の位置の割り出しを目的として、高減速比の減速機が使用されている。

変速装置としては、異なる径のプーリを用いるベルト伝動装置等の摩擦伝動式のものもあるが、一般的には歯車式変速装置が用いられ、その中には、遊星歯車機構を利用する遊星歯車式変速装置がある。遊星歯車機構は、中心に太陽歯車（サンギヤ）を設けるとともに、その周りに内歯歯車であるリング歯車（リングギヤ）を設け、太陽歯車とリング歯車との間に、両方の歯車と噛み合う複数の遊星歯車（プラネタリギヤ）を配置したものである。複数の遊星歯車は、これを担持するキャリア（リテーナとも呼ばれる）に取り付けられて軸支される。キャリアは、太陽歯車及びリング歯車と同心の回転軸を中心として回転可能に構成されており、キャリアが回転したときは、遊星歯車はリング歯車の内側を公転しながら自転する遊星運動を行う。
この遊星歯車式変速装置は、各歯車やキャリアを入出力要素として自由に選択でき、入力軸と出力軸が同心状に配置されるので、動力伝達装置の配置設計が容易である。また、遊星運動を利用して大きな変速比を得ることが可能となる。例えば、特開平５−２９６３０１号公報に開示される、一般にサイクロ減速機（「サイクロ」は登録商標）と呼ばれる大変速比の減速機は、内接歯車の遊星運動を利用する減速機であり、ロボットアームの駆動装置などに用いられている。

遊星歯車機構を用いて非常に変速比の大きい減速機を構成するものとして、固定のリング歯車と回転するリング歯車とをそれぞれ有する２個の遊星歯車機構を組み合わせ、両方のリング歯車の歯数にわずかの差を持たせる減速機（以下「差動型遊星歯車減速機」という。）が知られており、一例として特開昭５５−１００４４５号公報に開示されている。
この公報の差動型遊星歯車減速機では、図８に示すように、入力軸ＩＳに固着された太陽歯車ＳＧの周囲に、これと噛み合う複数の遊星歯車ＰＧを配置する。図８（ａ）の縦断面図に示すとおり、遊星歯車ＰＧは軸方向に比較的長い歯車であって、その外周に配置された固定リング歯車ＲＧｆと回転リング歯車ＲＧｒの両方に噛み合うことにより、固定リング歯車ＲＧｆを有する第１遊星歯車機構と回転リング歯車ＲＧｒを有する第２遊星歯車機構とを構成する。回転リング歯車ＲＧｒは出力軸ＯＳに固定されて回転可能であり、また、遊星歯車ＰＧは支持軸ＳＳに嵌め込まれるとともに、この支持軸ＳＳの両端は、入出力軸に対して回転自在に支持された２個のキャリアＣＲにボールベアリングを介して嵌め込まれている。

入力軸ＩＳの太陽歯車ＳＧが回転すると、遊星歯車ＰＧは、反対方向に自転すると同時に、固定リング歯車ＲＧｆから反力を受けながら、その中心が第１遊星歯車機構の固定リング歯車ＲＧｆに沿って公転する。遊星歯車ＰＧを軸支するキャリアＣＲは、これに連れ回る形で太陽歯車ＳＧと同一方向に回転する。差動型遊星歯車減速機の遊星歯車ＰＧは、出力軸ＯＳに固定された第２遊星歯車機構の回転リング歯車ＲＧｒと噛み合っていて、両方のリング歯車の歯数にはわずかの差が存在するので、遊星歯車ＰＧが太陽歯車ＳＧの周りを１回公転（キャリアＣＲが１回転）すると、回転リング歯車ＲＧｒが歯数の差だけ回転駆動されることとなる。こうした差動型遊星歯車減速機は、太陽歯車と回転リング歯車とが動力伝達の入出力部となる変速装置を構成している。

図８の差動型遊星歯車減速機では、第１、第２遊星歯車機構における遊星歯車を共通とし、第１、第２遊星歯車機構のリング歯車である固定リング歯車ＲＧｆと回転リング歯車ＲＧｒとの間に歯数差を設定する。これに対し、本出願人は、２個の遊星歯車機構を組み合わせた変速装置において、遊星歯車をそれぞれの遊星歯車機構について別個に設けるようにして、差動型遊星歯車減速機を改良した変速装置を案出した。この改良した変速装置は、第１、第２遊星歯車機構におけるリング歯車に限らず、太陽歯車に歯数差を設けて変速装置として作動させることが可能で、差動型遊星歯車減速機をいわば原理的に一般化したものともなっている。

特開平５−２９６３０１号公報 特開昭５５−１００４４５号公報

前述のとおり、差動型遊星歯車減速機では、比較的簡素な構造により減速比が非常に大きな減速機を実現することができるけれども、歯車の使用に付随して、噛み合う歯の間のバックラッシュの問題が必然的に発生する。ことに、部品組み立てロボット等において、太陽歯車の回転速度を大きく減速して回転リング歯車に伝達し、分解能を高めた高精度の位置決めを実行するような場合では、太陽歯車を逆回転して回転リング歯車の角度位置を戻すときに、回転リング歯車と遊星歯車との間のバックラッシュに起因して、回転リング歯車が直ちには逆方向に回転しない。そのため、差動型遊星歯車減速機を位置決め装置の制御系に介在させても、バックラッシュがあると、期待通りの位置決め精度の向上が得られず、応答性の低下を招くことがある。

差動型遊星歯車減速機に限らず、歯車を用いる減速機などのバックラッシュを除去するには、歯車を軸方向に２分割し、それぞれの歯の位相をわずかにずらして両者をねじ留めで締結する方法がある。これは、分割した歯車の位相をずらした歯の間に噛み合う歯車の歯を挟み込んで間隙を生じさせないようにするものである。また、特許文献１に開示された減速機では、内接歯車及びこれが噛み合う固定内歯歯車を、それぞれ軸方向に２分割して逆位相となるように組み合わせ、バックラッシュの調整を行っている。

しかし、このようなバックラッシュの調整方法は、作業者が減速機の組み立て時に個別の製品に対応して間隙の調整を実施するため、作業に手間取ることとなり、かつ、作業者の個人差が出易く仕上がりのバックラッシュ量が一定でないことが多い。分割した歯車等のねじ留めは、２個所以上で対称的に締結しないと片側に「浮き」が発生するので、この面からも作業が煩雑となり、減速機の作動時の振動等により締結部が緩む虞れもある。
本発明の課題は、差動型遊星歯車減速機など、２個の遊星歯車機構を組み合わせた減速機において、簡易で確実な手段によって歯車間のバックラッシュを除去し、上述の問題点を解決することにある。

上記の課題に鑑み、本発明は、固定リング歯車と回転リング歯車とをそれぞれ備える第１及び第２遊星歯車機構を組み合わせた減速機において、回転リング歯車を軸方向に２分割するとともに、分割した回転リング歯車双方の間に所定の厚みのシム（薄板）を挿入して、双方の歯にわずかな位相のずれを持たせるものである。すなわち、本発明は、
「固定されたハウジングの中心に設置され、太陽歯車が形成された太陽歯車軸と、前記太陽歯車軸の太陽歯車及びその周囲に設けられた回転不能の固定リング歯車を有する第１遊星歯車機構と、前記太陽歯車軸の太陽歯車及びその周囲に設けられた回転可能の回転リング歯車を有する第２遊星歯車機構とを備えており、
前記第１遊星歯車機構と前記第２遊星歯車機構とにおいて、リング歯車及び太陽歯車と噛み合う遊星歯車が配置されるとともに、リング歯車及び太陽歯車の少なくとも一方の歯車に歯数差が設けられ、前記太陽歯車軸及び前記回転リング歯車が動力伝達の入出力部となる減速機であって、
前記回転リング歯車は、軸方向に分割された一方の内歯部が形成される回転リング歯車本体と、他方の内歯部が形成される副歯車体とを備えるとともに、前記回転リング歯車本体と前記副歯車体とが相対的に回転可能に嵌まり合う嵌合部が設けられており、
前記嵌合部には、前記回転リング歯車本体の径方向の面と前記副歯車体の径方向の面とに接触する薄板が介在され、前記薄板の板厚が、前記第１遊星歯車機構と前記第２遊星歯車機構とを組み付けたときに生じる、前記第２遊星歯車機構の回転リング歯車と遊星歯車との間のバックラッシュに等しい」
ことを特徴とする減速機となっている。

請求項２に記載のように、前記薄板には、前記回転リング歯車本体の径方向の面と前記副歯車体の径方向の面とを離す方向に弾性が付与されていることが好ましい。

請求項３に記載のように、前記回転リング歯車本体に切欠き部を設けた周壁部を形成するとともに、前記副歯車体を前記周壁部に嵌め合わせ、かつ、前記副歯車体の外周には、前記周壁部の切欠き部に嵌合して篏合部を構成する突起部を設けることができる。

請求項４に記載のように、前記第１遊星歯車機構における固定リング歯車を、軸方向に分割された一方の内歯部が形成される固定リング歯車本体と、他方の内歯部が形成される第２副歯車体とに分けて、前記第２副歯車体が前記固定リング歯車本体に対し相対的に回転可能に嵌まり合う第２嵌合部を設け、さらに、前記第２嵌合部には、前記固定リング歯車本体の径方向の面と前記第２副歯車体の径方向の面とに接触する第２薄板を介在させ、前記第２薄板の板厚を、前記第１遊星歯車機構と前記第２遊星歯車機構とを組み付けたときに生じる、前記第１遊星歯車機構の固定リング歯車と遊星歯車との間のバックラッシュに等しくすることができる。

また、請求項５に記載のように、前記第１遊星歯車機構の太陽歯車と前記固定リング歯車との間には、それらの歯車と噛み合う複数の第１遊星歯車を設置するとともに、前記第２遊星歯車機構の太陽歯車と前記回転リング歯車との間には、それらの歯車と噛み合う複数の第２遊星歯車を設置し、かつ、前記第１遊星歯車機構と前記第２遊星歯車機構との間には、両側に支持軸を設けた円板状のキャリアを設置して、前記第１遊星歯車を前記キャリアの一方側の支持軸に回転可能に嵌め込み、前記第２遊星歯車を前記キャリアの他方側の支持軸に回転可能に嵌め込むことが好ましい。
この場合においては、請求項６に記載のように、前記第１遊星歯車及び第２遊星歯車を、転がりベアリングを介して前記キャリアの支持軸に嵌め込むことができる。

本発明の減速機は、固定リング歯車と回転リング歯車とをそれぞれ備える２個の遊星歯車機構を組み合わせたものであり、減速側の遊星歯車機構の回転リング歯車が、軸方向に分割された一方の内歯部が形成される回転リング歯車本体と、他方の内歯部が形成される副歯車体とに分割されている。回転リング歯車本体と副歯車体とは、相対的に回転可能に嵌まり合っていて、嵌合部には対向する径方向の面が形成され、その間に薄板が介在される。薄板の板厚は、２個の遊星歯車機構を組み付けたときに生じるバックラッシュの量に等しいように設定されている。

こうした薄板の板厚の設定及び回転リング歯車本体と副歯車体との間隙への挿入は、具体的には、次のような手順で実行される。
固定リング歯車を有する第１遊星歯車機構と回転リング歯車を有する第２遊星歯車機構とを組み付けて、太陽歯車軸の太陽歯車を各々の遊星歯車機構における遊星歯車と噛み合わせた後、回転リング歯車の回転を阻止した状態で太陽歯車軸に一方向への回転力を付与する。このとき、回転リング歯車と噛み合う遊星歯車の歯は、一方の面が回転リング歯車の内歯部（回転リング歯車本体及び副歯車体とも）の歯に押しつけられて接触し、他方の面と内歯部の歯との間にはバックラッシュが生じる。この状態で、対向する径方向の面を離す方向に副歯車体を回転させると、バックラッシュ分だけ僅かに回転した時点で、副歯車体は、その歯が遊星歯車の歯の他方の面と接触して停止する。副歯車体が停止した位置での対向する径方向の面の間隙を、例えばスキマゲージを用いて測定し、それに等しい板厚の薄板を対向する径方向の面の間に挿入する。

薄板が介在された本発明の減速機では、回転リング歯車本体及び副歯車体の歯は、周方向にわずかに位相がずれることとなる。太陽歯車軸が一方向に回転したときは、第２遊星歯車機構の遊星歯車が回転リング歯車本体の内歯部と接触して、回転リング歯車本体を一方へ回転させる。また、太陽歯車軸が反対方向に回転したときには、遊星歯車が副歯車体の内歯部と接触しているので、副歯車体が薄板を介して回転リング歯車本体を反対の方向に回転させる。この切換えはバックラッシュなしに行われるため、例えば、本発明の減速機を位置決め装置の制御用の減速機として介在させたときには、確実に位置決め精度を向上させることができるとともに、逆方向へ回転させる際などにも応答性が悪化することはない。バックラッシュに起因する騒音の発生や、動力伝達時の振動あるいはねじの使用に付随する緩みの発生も防止できる。

請求項２の発明のように、回転リング歯車本体と副歯車体との間の薄板に、両方の径方向の面を離す方向の弾性を付与したときは、回転リング歯車本体及び副歯車体の内歯部の歯を、遊星歯車の歯に確実に接触させてバックラッシュ除去を図ることができる。また、製品の個体間のばらつきにより、回転リング歯車本体と副歯車体との間隙に多少の寸法差が生じる場合でも、薄板の弾性によりその差を吸収することが可能である。

請求項３の発明は、回転リング歯車本体に周壁部を形成して周壁部の一部に切欠き部を設け、周壁部に副歯車体を嵌め合わせ、かつ、副歯車体の外周に、周壁部の切欠き部に嵌合して篏合部を構成する突起部を設けるものである。これによると、副歯車体を回転リング歯車本体の周壁部に嵌め込んで、容易に回転可能とすることができ、さらに、薄板を篏合部に挿入することも容易となる。

請求項４の発明は、第２遊星歯車機構の回転リング歯車を軸方向に分割し、両者の間に薄板を介在させるバックラッシュの除去手法を、第１遊星歯車機構の固定リング歯車にも適用するものである。本発明の減速機では、太陽歯車軸と回転リング歯車とが減速機の入出力部であって、回転リング歯車は、太陽歯車軸よりもはるかに低速で回転する。そのため、回転リング歯車に対してバックラッシュの除去手法を適用するのが、高精度の位置決め等には効果的ではあるが、第１遊星歯車機構における固定リング歯車と遊星歯車との間にも本来バックラッシュが存在する。請求項４の発明のように、固定リング歯車を固定リング歯車本体と第２副歯車体とに分けて、両方の歯車体の間に第２薄板を介在させたときは、第１遊星歯車機構のバックラッシュもなくなり、より精度の高い位置決めを行うことができる。

また、請求項５の発明は、本発明の減速機において、第１、第２遊星歯車機構の遊星歯車をそれぞれ別個に設け、かつ、両方の遊星歯車機構の間に、両側に支持軸を設けた円板状のキャリアを設置して、それぞれの遊星歯車をキャリアの両側の支持軸に回転可能に嵌め込むものである。この構成によると、第１、第２遊星歯車機構におけるリング歯車に限らず、太陽歯車に歯数差を設定することによっても減速機を構成することができる。さらに、キャリアの両側に支持される第１の遊星歯車と第２の遊星歯車とが別々の歯車であるから、それぞれ異なる回転数で回転可能であるとともに、歯数やピッチ円直径の異なる歯車を採用することが可能である。
請求項６の発明のように、遊星歯車を転がりベアリングを介してキャリアの支持軸に嵌め込んだときは、摩擦抵抗を低減させて遊星歯車の円滑な回転が可能となる。

本発明の減速機の第１実施例の全体的な構造を示す図である。 図１の減速機におけるハウジング等の静止部品を単品で示す図である。 図１の減速機における遊星歯車及びキャリア等を単品で示す図である。 図１の減速機における回転リング歯車の部分を単品で示す図である。 図１の減速機の作動を説明する図である。 図１の減速機の変形例を示す図である。 本発明の減速機の第２実施例の全体的な構造を示す図である。 従来の差動型遊星歯車減速機の構造を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の減速機について説明する。図１は、バックラッシュの除去を目的とする本発明の第１実施例の減速機の全体的な構造を示すものであり、図２乃至図４は、構成部品を単品で示すものであるが、まず、本発明の前提となる２個の遊星歯車機構を組み合わせた高変速比の減速機の基本的な作動及び変速比の計算方法について、これらの図を用いて説明する。
図１の中央の縦断面図に示すように、第１実施例の減速機は、固定されたハウジング１内の右方に配置される第１遊星歯車機構Ｍ１（断面矢視Ｂ−Ｂ）と、左方に配置される第２遊星歯車機構Ｍ２（断面矢視Ａ−Ａ）とを組み合わせたものである。ハウジング１の中心には太陽歯車軸２が設置してあり、それに形成された太陽歯車ＳＧは軸方向に長い単一の歯車であって、第１及び第２遊星歯車機構に共通の太陽歯車となっている。

断面矢視Ｂ−Ｂに示すとおり、第１遊星歯車機構Ｍ１では、太陽歯車ＳＧの周りに４個の第１遊星歯車ＰＧ１が配置され、第１遊星歯車ＰＧ１は、ハウジング１に形成された固定リング歯車ＲＧｆと噛み合う。また、断面矢視Ａ−Ａに示すとおり、第２遊星歯車機構Ｍ２においては、太陽歯車ＳＧの周りに３個の第２遊星歯車ＰＧ２が配置されており、この第２遊星歯車ＰＧ２は、ハウジング１に収容される回転部材３の内面に形成された回転リング歯車ＲＧｒと噛み合っている（後述するように、回転部材３は、回転リング歯車本体３Ａと副歯車体３Ｂとに分割されているが、減速機の基本的な作動及び変速比の計算では、回転部材３及び回転リング歯車ＲＧｒが一体であるとして問題ない）。回転部材３の中心部には、動力伝達のための回転リング歯車連結軸３１が固着してあり、その連結軸３１は、シールドのためハウジング１の端部に嵌め込まれた蓋板５を貫通している。

固定リング歯車ＲＧｆと回転リング歯車ＲＧｒとの間には、両側の面に遊星歯車の支持軸を立設した円板状のキャリア４が配置される。図３に示すように、キャリア４の中央には太陽歯車軸２の貫通する中央孔４１が設けられ、そして、第１遊星歯車ＰＧ１がキャリア４の一方側の面に立設した４本の支持軸４Ｐ１に回転可能に嵌め込まれ、第２遊星歯車ＰＧ２がキャリア４の他方側の面に立設した３本の支持軸４Ｐ２に回転可能に嵌め込まれている。回転リング歯車ＲＧｒと噛み合う第２遊星歯車ＰＧ２の軸方向の長さは、固定リング歯車ＲＧｆと噛み合う第１遊星歯車ＰＧ１のそれよりも長い。各々の歯車は、サイクロイドを基本とした歯型曲線を有するサイクロイド歯車となっている。

図２の静止部品の単品図に示されるように、ハウジング１は、円周壁１１と端板１２とを備えるカップ状の固定部材であって、その円周壁１１の内部には、固定リング歯車ＲＧｆが形成される小径部１１Ａと回転リング歯車ＲＧｒを収容する大径部１１Ｂとが設けられる。また、端板１２には、これを貫通する太陽歯車軸２を軸受するように中央孔が形成されるとともに、端板１２の内面には、太陽歯車軸２の段差部２１（図３）が当接して軸方向の位置決めが行われている。

図３に示されるように、太陽歯車軸２の先端には小径軸部２２が設けられており、図１の縦断面図に示すとおり、小径軸部２２が回転部材３の内面に当接している。太陽歯車軸２の段差部２１がハウジング１と当接して軸方向に位置決めされているので、太陽歯車軸２の先端を回転部材３に当接させると、回転部材３のハウジング１に対する位置決めが行われる。その結果、中間に介在される第１、第２遊星歯車やキャリア４のための軸方向の空間が確保され、回転する歯車等とハウジング１とが圧接されることによる摩擦抵抗の増加が防止される。また、回転部材３と太陽歯車軸２とは、太陽歯車軸２の先端に設けた断面積の小さい小径軸部２２により互いに当接するので、太陽歯車ＳＧと回転リング歯車ＲＧｒとの間に存在する大きな回転数差にかかわらず、当接部分の摩擦抵抗を極めて小量なものに抑えることができる。

第１実施例の減速機を動力伝達系において作動させるときには、太陽歯車軸２を入力軸として、例えば、モーターで一方向に回転する。太陽歯車ＳＧは、一般的な遊星歯車機構と同じく、第１遊星歯車ＰＧ１を反対方向に自転させて固定リング歯車ＲＧｆに沿って遊星運動を行わせ、キャリア４を太陽歯車ＳＧの周りに公転させる（図５の作動図を参照）。太陽歯車ＳＧは第２遊星歯車機構の第２遊星歯車ＰＧ２とも噛み合っており、第２遊星歯車機構Ｍ２においては、太陽歯車ＳＧの回転がキャリア４の公転によりいわば相殺される形となるけれども、回転リング歯車ＲＧｒの歯数が固定リング歯車ＲＧｆの歯数とわずかに異なっているので、歯数の差に基づいて回転リング歯車ＲＧｒが低速で回転する。この低速の回転が回転リング歯車連結軸３１により出力され、従動側の機器等を駆動する。

この減速機の変速比は、以下のように計算することができる。
一般に遊星歯車機構においては、太陽歯車の回転数ｎＳＧ、リング歯車の回転数ｎＲＧ及びキャリアの回転数ｎＣＲの間に次の関係がある。
ｎＲＧ＋γ・ｎＳＧ＝（１＋γ）ｎＣＲ
γ＝ＺＳＧ／ＺＲＧ ＺＳＧ：太陽歯車の歯数、ＺＲＧ：リング歯車の歯数
変速比は、太陽歯車の回転数ｎＳＧと第２遊星歯車機構の回転リング歯車の回転数ｎＲＧｒとの比である。一般的には、減速機の第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構では太陽歯車の歯数が異なる場合があり（ただし、回転数は同一）、共通のキャリアの回転数ｎＣＲは、固定リング歯車ＲＧｆを備えた第１遊星歯車機構により決定される。したがって、この減速機の変速比は次式で表される。
ｎＳＧ／ｎＲＧｒ＝（１＋γ１）／（γ１−γ２）
γ１＝ＺＳＧ１／ＺＲＧｆ ＺＳＧ１：第１遊星歯車機構の太陽歯車の歯数
γ２＝ＺＳＧ２／ＺＲＧｒ ＺＳＧ２：第２遊星歯車機構の太陽歯車の歯数
つまり、（γ１−γ２）の値を小さくすると変速比が非常に大きな値となり、また、遊星歯車の歯数や回転数は、全体の変速比には影響しない。なお、図８の差動型遊星歯車減速機の変速比ｉは、上記の変速比の式において、第１、第２の遊星歯車機構の太陽歯車の歯数が等しい場合（ＺＳＧ１＝ＺＳＧ２）の変速比であり、次式のようになる。
ｉ＝（１＋（ＺＲＧｆ／ＺＳＧ））／（１−（ＺＲＧｆ／ＺＲＧｒ））
ＺＳＧ：太陽歯車ＳＧの歯数

図１の第１実施例においては、遊星歯車機構を構成する各歯車の歯数は、太陽歯車ＳＧが１２、固定リング歯車ＲＧｆと回転リング歯車ＲＧｒとがそれぞれ４４、４２であり、両リング歯車の歯数の差が２に設定されている。太陽歯車ＳＧの回転数と回転リング歯車ＲＧｒの回転数との比である変速比は、前述の式により−９８となる。つまり、この歯数を有する減速機では、回転リング歯車ＲＧｒ及びその連結軸３１が、太陽歯車ＳＧの回転数の１／９８に減速されて反対方向に回転し、これに反比例してトルクが増大する。

ここで、本発明の第１実施例の減速機におけるバックラッシュ除去のための構成について説明する。
図１及び図４に示すように、第１実施例の回転部材３は、回転リング歯車ＲＧｒを軸方向に分割するよう、回転リング歯車本体３Ａと副歯車体３Ｂとに分かれている。回転リング歯車本体３Ａは、回転リング歯車連結軸３１を取り付けた端板３２と外縁壁３３とを備えるカップ状の部材であり、外縁壁３３の端板３２側には、分割された回転リング歯車ＲＧｒの一方となる内歯部が形成される。そして、内歯部と隣接する外縁壁３３は、厚さの減少した周壁部３４となっており、周壁部３４の内側には断面円形の凹所が形成されるとともに、周壁部３４の一部には切欠き部３５が形成されている。

副歯車体３Ｂは、分割された回転リング歯車ＲＧｒの他方となる内歯部が形成された環状の部品であり、その外周には突起部３６が設けてある。副歯車体３Ｂは、回転リング歯車本体３Ａの周壁部３４の内側となる断面円形の凹所に嵌め込まれるが、このとき、突起部３６が周壁部３４の切除された切欠き部３５に嵌合し、両者の間に対向する径方向の面が形成されて、ここに篏合部が構成される。なお、切欠き部３５の周方向長さは突起部３６のそれよりも長くなっているけれども、回転リング歯車本体３Ａ及び副歯車体３Ｂの内歯部が同一の第２遊星歯車ＰＧ２と噛み合う関係上、突起部３６が切欠き部３５内を自由に移動することはない。

回転リング歯車本体３Ａと副歯車体３Ｂとの間隙、つまり、突起部３６と切欠き部３５の対向する面の間には、薄板（シム）３Ｃを挿入して設置する。図４に示すとおり、薄板３Ｃは、弾性を付与されるよう長手方向に湾曲した長方形をなす板材であり、その板厚ｔが、第１遊星歯車機構Ｍ１と第２遊星歯車機構Ｍ２とを組み付けたときに生じる、第２遊星歯車機構Ｍ２における回転リング歯車ＲＧｒと第２遊星歯車ＰＧ２との間のバックラッシュに等しい。
薄板３Ｃは、前述した手順により個々の減速機に適切な板厚のものが選定され、篏合部の対向する面の間の間に挿入される。回転リング歯車本体３Ａや副歯車体３Ｂ等を、金型を用いてプレスにより製造する場合には、同一生産ロット内では、一定の数量をサンプリングしてバックラッシュの量を測定し、平均的な量に対応する板厚の薄板３Ｃを全ての減速機に挿入するようにしてもよい。このときには、薄板３Ｃに付与された弾性によって、製品の個体間のバックラッシュのばらつきを吸収することができる。

このように構成された本発明の減速機の作動について、図５により説明を加える。図５の上図は、太陽歯車軸２を一方向に回転したときの各歯車等の回転状態を示すものであり、下図は、反対方向に回転したときの回転状態を示すものである。
太陽歯車軸２を上図の中央図における矢印方向に回転すると、太陽歯車ＳＧは、まず、第１遊星歯車機構Ｍ１の第１遊星歯車ＰＧ１を反対方向に自転させて、キャリア４を太陽歯車ＳＧの周りに公転させる。第２遊星歯車機構Ｍ２では、回転リング歯車ＲＧｒが第２遊星歯車ＰＧ２により太陽歯車軸２と逆方向に低速で回転駆動される。この際には、第２遊星歯車ＰＧ２の噛み合い部の歯は、その回転方向の前面が、回転リング歯車本体３Ａの内歯部と接触して回転リング歯車本体３Ａを回転させる（断面矢視Ｃ−Ｃ）。副歯車体３Ｂの内歯部は、第２遊星歯車ＰＧ２の歯の、回転方向の前面には接触せず、回転方向の後面に接触している。

図５の下図のように、太陽歯車軸２を上図と反対方向に回転した場合には、第１遊星歯車機構Ｍ１及び第２遊星歯車機構Ｍ２における各歯車などの回転方向は、全て上図の逆となる。第２遊星歯車ＰＧ２においては、上図において回転方向の後面であった歯の面が回転方向の前面となる。このため、第２遊星歯車ＰＧ２と接触している副歯車体３Ｂの内歯部が押されて回転駆動され、この回転力が、薄板３Ｃを介して切欠き部３５の径方向の面に伝達されて、回転リング歯車本体３Ａが低速で逆転する（断面矢視Ａ−Ａ）。副歯車体３Ｂの内歯部が、第２遊星歯車ＰＧ２の歯面に常時接触している（バックラッシュがない）ため、太陽歯車軸２の反対方向の回転開始に遅れることなく、回転リング歯車本体３Ａの逆転が生じることとなる。

本発明の第１実施例の変形例を図６に示す。この変形例の減速機は、第１及び第２遊星歯車と、それらが嵌め込まれるキャリア４の支持軸との間の摩擦抵抗を減少するため、遊星歯車と支持軸との間に転がりベアリングを介在させたものである。転がりベアリングとしては、図のボールベアリングＢＲの外に、軸方向に長い円柱状のころを使用するニードルベアリングを配置してもよい。転がりベアリングを介在させると、減速機の作動中に発生するキャリア４の支持軸の傾きや搖動が、転がりベアリングにより吸収され、この面からも遊星歯車と太陽歯車及びリング歯車との間の摩擦抵抗の増大が防止できる。

図７には、本発明のバックラッシュの除去手法を第１遊星歯車機構の固定リング歯車にも適用した、第２実施例の減速機を示す。
図７の第２実施例では、第２遊星歯車機構Ｍ２の回転リング歯車ＲＧｒが軸方向に分割され、分割された両者の間に薄板３Ｃが介在されている（断面矢視Ａ−Ａ）のと同様に、第１遊星歯車機構Ｍ１の固定リング歯車ＲＧｆについても、ハウジング１に形成された固定リング歯車本体１Ａと第２副歯車体１Ｂとに分割されており、両者の篏合部（第２篏合部）である、ハウジング１と第２副歯車体１Ｂとの対向する径方向の面の間に、薄板１Ｃ（第２薄板）が挿入されている（断面矢視Ｂ−Ｂ）。また、こうした構成を可能とするように、ハウジング１の固定リング歯車ＲＧｆ側の端面が、蓋体５でシールドする開放面となっている。

薄板１Ｃの板厚は、第１遊星歯車機構Ｍ１と第２遊星歯車機構Ｍ２とを組み付けたときに生じる、第１遊星歯車機構Ｍ１の固定リング歯車ＲＧｆと第１遊星歯車ＰＧ１との間のバックラッシュに等しくなるよう設定される。これによって、第２遊星歯車機構Ｍ２のみならず第１遊星歯車機構Ｍ１のバックラッシュも除去され、例えば、この減速機を位置決めの制御系に介在させるときに、より位置決め精度を向上させることが可能となる。

以上詳述したように、本発明は、歯数の異なる固定リング歯車と回転リング歯車とをそれぞれ有する２個の遊星歯車機構を組み合わせた変速装置において、回転リング歯車を軸方向に２分割するとともに、分割した回転リング歯車双方の間に所定の厚みの薄板を挿入して、双方の歯にわずかな位相のずれを持たせ、これによって、回転リング歯車部分のバックラッシュを除去するものである。
上記の実施例では、第１遊星歯車機構及び第２遊星歯車機構の太陽歯車を共通とし歯数を同一としているが、２個の遊星歯車機構に異なる歯数の太陽歯車を採用して減速機を構成することも可能であり、太陽歯車及びリング歯車等の歯数の設定により、太陽歯車と回転リング歯車の回転方向を同一方向とすることもできる。また、回転リング歯車本体と副歯車体との篏合部の形状を変更する、固定リング歯車や回転リング歯車の内歯部を別体で製作して部品に組み付ける、各歯車の歯型曲線としてインボリュート歯形その他特殊形状歯型を採用するなど、上記実施例に対し各種の変形が可能であるのは明らかである。

１ ハウジング
２ 太陽歯車軸
３ 回転部材
３Ａ 回転リング歯車本体
３Ｂ 副歯車体
３Ｃ 薄板
３１ 回転リング歯車連結軸
３４ 周壁部
３５ 切欠き部
３６ 突起部
４ キャリア
４Ｐ１、４Ｐ２ 支持軸（遊星歯車の）
ＳＧ 太陽歯車
ＰＧ１、ＰＧ２ 第１遊星歯車、第２遊星歯車
ＲＧｆ 固定リング歯車
ＲＧｒ 回転リング歯車

Claims (6)

1. 固定されたハウジングの中心に設置され、太陽歯車が形成された太陽歯車軸と、前記太陽歯車軸の太陽歯車及びその周囲に設けられた回転不能の固定リング歯車を有する第１遊星歯車機構と、前記太陽歯車軸の太陽歯車及びその周囲に設けられた回転可能の回転リング歯車を有する第２遊星歯車機構とを備えており、
   前記第１遊星歯車機構と前記第２遊星歯車機構とにおいて、リング歯車及び太陽歯車と噛み合う遊星歯車が配置されるとともに、リング歯車及び太陽歯車の少なくとも一方の歯車に歯数差が設けられ、前記太陽歯車軸及び前記回転リング歯車が動力伝達の入出力部となる減速機であって、
   前記回転リング歯車は、軸方向に分割された一方の内歯部が形成される回転リング歯車本体と、他方の内歯部が形成される副歯車体とを備えるとともに、前記回転リング歯車本体と前記副歯車体とが相対的に回転可能に嵌まり合う嵌合部が設けられており、
   前記嵌合部には、前記回転リング歯車本体の径方向の面と前記副歯車体の径方向の面とに接触する薄板が介在され、前記薄板の板厚が、前記第１遊星歯車機構と前記第２遊星歯車機構とを組み付けたときに生じる、前記第２遊星歯車機構の回転リング歯車と遊星歯車との間のバックラッシュに等しいことを特徴とする減速機。
2. 前記薄板には、前記回転リング歯車本体の径方向の面と前記副歯車体の径方向の面とを離す方向に弾性が付与されている請求項１に記載の減速機。
3. 前記回転リング歯車本体が切欠き部を設けた周壁部を有するとともに、前記副歯車体が前記周壁部に嵌まり合っており、かつ、前記副歯車体の外周には、前記周壁部の切欠き部に嵌合して篏合部を構成する突起部が設けられた請求項１又は請求項２に記載の減速機。
4. 前記第１遊星歯車機構における固定リング歯車は、軸方向に分割された一方の内歯部が形成される固定リング歯車本体と、他方の内歯部が形成される第２副歯車体とを備えるとともに、前記第２副歯車体が前記固定リング歯車本体に対し相対的に回転可能に嵌まり合う第２嵌合部が設けられており、
   前記第２嵌合部には、前記固定リング歯車本体の径方向の面と前記第２副歯車体の径方向の面とに接触する第２薄板が介在され、前記第２薄板の板厚が、前記第１遊星歯車機構と前記第２遊星歯車機構とを組み付けたときに生じる、前記第１遊星歯車機構の固定リング歯車と遊星歯車との間のバックラッシュに等しい請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の減速機。
5. 前記第１遊星歯車機構の太陽歯車と前記固定リング歯車との間には、それらの歯車と噛み合う複数の第１遊星歯車が設置されるとともに、前記第２遊星歯車機構の太陽歯車と前記回転リング歯車との間には、それらの歯車と噛み合う複数の第２遊星歯車が設置されており、かつ、
   前記第１遊星歯車機構と前記第２遊星歯車機構との間には、両側に支持軸を設けた円板状のキャリアが設置されて、前記第１遊星歯車が前記キャリアの一方側の支持軸に回転可能に嵌め込まれ、前記第２遊星歯車が前記キャリアの他方側の支持軸に回転可能に嵌め込まれている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の減速機。
6. 前記第１遊星歯車及び第２遊星歯車は、転がりベアリングを介して前記キャリアの支持軸に嵌め込まれている請求項５に記載の減速機。

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