JP2019100460A - 遊星歯車減速機構 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用として求められる減速比の大きさを実現しつつ、別途のブレーキ要素やかかるブレーキ要素を制御する制御装置等を設けることなく簡易な構成でセルフロック機能を効率的に発揮することができる遊星歯車減速機構を提供すること。
【解決手段】遊星歯車減速機構(1)は、ケース(10)と、入力軸(20)と一体的に回転する入力部(200)と、出力軸(30)と一体的に回転する出力部(300)と、少なくともいずれか一方が斜歯形状の第１遊星歯車部(110)及び第２遊星歯車部(120)を有し、入力部から入力される回転力を出力部へと伝達する、軸方向へ可動自在な段付遊星歯車(100)と、段付遊星歯車を回転自在に支持し、段付遊星歯車からのスラスト荷重を受圧する第１受圧部(410)を有するキャリア(400)と、第１遊星歯車部又は第２遊星歯車部と噛合し回転不能な固定ギヤ(500)と、を具備する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、セルフロック機能を有する遊星歯車減速機構に関する。

例えば車両用のクラッチ装置やブレーキ装置においては、クラッチペダルやブレーキペダルによる機械的操作から、主に燃費向上を目的として電気的に制御する、いわゆるバイワイヤ技術が提案されている。かかるバイワイヤ技術の実現においては、電動機等にて生成される駆動力を高減速比にて増力させ、且つ出力軸から入力軸へ回転力が伝達されることを防止する、いわゆるセルフロック機能を有する減速機構が重要な構成要素となっている。

特許文献１には、モーター、減速機、及びピストンを含み、当該減速機としてウォーム（１６５）とウォームホイール（１７０）から構成されるウォームギヤを用いた、特に車両に搭載されるクラッチ装置やブレーキ装置等の液圧システムを操作するための液圧式アクチュエータが開示されている。

特許文献２には、主に弁開閉装置に用いられる、ハイポサイクロイド（Ｋ−Ｈ−Ｖ）式の遊星歯車機構から構成される減速装置であって、入力軸側からの回転力は出力軸側に確実に伝達しつつ、出力軸側からの回転力が入力軸側に伝達されるのを阻止するようにした、いわゆるセルフロック機能を有する減速装置が開示されている。

特表２０１６−５２５６６１号公報 特開２００１−４１２９３号公報

特許文献１に記載のウォームギヤを用いた減速機においては、ウォーム（１６５）とウォームホイール（１７０）とが、ねじ歯車として噛合しており、両歯車間の接触摩擦によってセルフロック機能を発揮する一方、ねじ歯車（特に歯先）の摩耗が進行しやすいという課題がある。さらに、ウォームギヤにおいては、一般にウォームとウォームギヤ間の摩擦等によるエネルギー損失が大きく、モーターからの駆動力の伝達効率が悪いという課題がある。

また、特許文献２に記載の減速装置においては、セルフロック機能を発揮することができる一方で、ハイポサイクロイド式の遊星歯車機構であるため、特に車両用のクラッチ装置やブレーキ装置等を制御する場合等他の用途よりも比較的大きな減速比が求められる場面においては、所望の減速比を実現できないといった課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、車両用として求められる減速比の大きさを実現しつつ、別途のブレーキ要素やかかるブレーキ要素を制御する制御装置等を設けることなく簡易な構成でセルフロック機能を効率的に発揮することができる遊星歯車減速機構を提供する。

本発明の一態様に係る遊星歯車減速機構は、ケースと、入力軸と一体的に回転する入力部と、出力軸と一体的に回転する出力部と、少なくともいずれか一方が斜歯形状である第１遊星歯車部及び第２遊星歯車部を有し、前記入力部から入力される回転力を前記出力部へと伝達する、軸方向へ可動自在な段付遊星歯車と、前記段付遊星歯車を回転自在に支持し、前記段付遊星歯車からのスラスト荷重を受圧する第１受圧部を有するキャリアと、前記第１遊星歯車部又は前記第２遊星歯車部と噛合し回転不能な固定ギヤと、を具備するものである。

この構成によれば、前記入力軸から入力される回転力を、所定の減速比を有する前記遊星歯車減速機構によって増力することができる。他方、前記出力軸から回転力が入力されると、前記段付遊星歯車は軸方向へ可動し、前記キャリアの前記第１受圧部に当接して前記スラスト荷重を前記キャリアへ伝達しつつ、前記段付遊星歯車と前記第１受圧部との間で摩擦力を発生させる。この摩擦力によって、前記出力軸からの回転力が前記入力軸へと伝達されることは防止され、いわゆるセルフロック機能を効率的に発揮する前記遊星歯車減速機構を提供することができる。

また、本発明の一態様に係る前記遊星歯車減速機構において、前記第１遊星歯車部は斜歯形状を有し、前記第２遊星歯車部は前記第１遊星歯車部のねじれ方向と同じ向き又は逆向きの斜歯形状を有することが好ましい。

この構成とすることによって、前記段付遊星歯車において、より効率的に前記スラスト荷重を発生させることで、前記第１受圧部との間で効率的に摩擦力を発生させることができる。その結果、前記遊星歯車減速機構において、より効率的にセルフロック機能を発揮させることが可能となる。

また、本発明の一態様に係る前記遊星歯車減速機構において、前記キャリアは、前記スラスト荷重を受圧することで軸方向へ可動し、前記ケースは、前記キャリアから前記スラスト荷重を受圧する第２受圧部を有していてもよい。

この構成とすることによって、前記キャリアへと伝達された前記スラスト荷重を、前記ケースへと更に伝達しつつ、前記キャリアと前記第２受圧部との間でも摩擦力を発生させる。これにより、前記遊星歯車減速機構全体として発生させる摩擦力を増大させることで、セルフロック機能をさらに効率的に発揮させることができる。

また、本発明の一態様に係る前記遊星歯車減速機構において、前記固定ギヤは、前記ケースに固定されることが好ましい。

前記遊星歯車減速機構がセルフロック機能を発揮するためには、前記固定ギヤが回転不能であることを保証する必要があるが、上記構成のとおり、前記固定ギヤをケースに固定することが最も設計上簡便であり、また固定ギヤを確実に回転不能なものとすることができる。

また、本発明の一態様に係る前記遊星歯車減速機構において、前記キャリアと前記第２受圧部の間には、軸方向へ可動する少なくとも１つ以上の板部材がさらに設けられることが好ましい。

この構成とすることによって、前記遊星歯車減速機構全体としてさらに大きな摩擦力を発生させることができるので、セルフロック機能をさらに効率的に発揮させることができる。

また、本発明の一態様に係る前記遊星歯車減速機構において、前記第１受圧部の端部には第１テーパ部が設けられ、前記段付遊星歯車の軸方向端部には、前記第１テーパ部に当接する第２テーパ部が設けられるようにしてもよい。

この構成とすることによって、前記段付遊星歯車と前記キャリアの前記第１受圧部との間で発生する摩擦力を増大させることで、セルフロック機能をさらに効率的に発揮させることができる。

また、本発明の一態様に係る前記遊星歯車減速機構において、前記第２受圧部の端部には第３テーパ部が設けられ、前記キャリアの端部には、前記第３テーパ部に当接する第４テーパ部が設けられるようにしてもよい。

この構成とすることによって、前記遊星歯車減速機構全体としてさらに大きな摩擦力を発生させることができるので、セルフロック機能をさらに効率的に発揮させることができる。

また、本発明の一態様に係る前記遊星歯車減速機構において、前記第１遊星歯車部及び前記第２遊星歯車部のいずれか一方と噛合するサンギヤと、他方と噛合するリングギヤと、をさらに具備し、前記サンギヤを前記入力部とし、前記リングギヤを前記出力部とすることが好ましい。

この構成とすることによって、前記入力軸から入力される回転力を減速比で増力した上で、前記出力軸から出力することができ、且つ前記出力軸から回転力が入力されても、セルフロック機能を効率的に発揮することが可能な前記遊星歯車減速機構を提供することができる。

本発明によれば、車両用として求められる減速比の大きさを実現しつつ、別途のブレーキ要素やかかるブレーキ要素を制御する制御装置等を設けることなく簡易な構成でセルフロック機能を効率的に発揮することができる遊星歯車減速機構を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態に係り、第１遊星歯車部と第２遊星歯車部が互いに逆向きの斜歯形状を有する遊星歯車減速機構を模式的に示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係り、第１遊星歯車部のみ斜歯形状を有する遊星歯車減速機構を模式的に示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係り、第１遊星歯車部と第２遊星歯車部が互いに同方向の斜歯形状を有する遊星歯車減速機構を模式的に示す概略断面図である。 入力軸から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構を模式的に示す概略断面図である。 出力軸から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構を模式的に示す概略断面図である。 出力軸から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構を模式的に示す概略断面図である。 出力軸から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構を模式的に示す概略断面図である。 入力軸から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に係る段付遊星歯車、固定ギヤ、及び出力軸となるギヤを模式的に示す上面図である。 出力軸から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に係る段付遊星歯車、固定ギヤ、及び出力軸となるギヤを模式的に示す上面図である。 出力軸から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に係る段付遊星歯車、固定ギヤ、及び出力軸となるギヤを模式的に示す上面図である。 出力軸から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に係る段付遊星歯車、固定ギヤ、及び出力軸となるギヤを模式的に示す上面図である。 出力軸から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に係る段付遊星歯車、固定ギヤ、及び出力軸となるギヤを模式的に示す上面図である。 板部材が設けられる本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構を模式的に示す概略断面図である。 第１テーパ部から第４テーパ部が設けられる本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構を模式的に示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構の変形例を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構の変形例を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構の変形例を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構の変形例を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構の変形例を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構の変形例を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構の変形例を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構の変形例を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構の変形例を示すスケルトン図である。

以下、添付図面を参照して本発明の様々な実施形態を説明する。なお、図面において共通した構成要件には同一の参照符号が付されている。また、或る図面に表現された構成要素が、説明の便宜上、別の図面においては省略されていることがある点に留意されたい。さらにまた、添付した図面が必ずしも正確な縮尺で記載されている訳ではないということに注意されたい。

１．遊星歯車減速機構１の構成
本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構１の全体構成の概要について、図１乃至図４を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構を示すスケルトン図である。図２は、本発明の一実施形態に係り、第１遊星歯車部１１０と第２遊星歯車部１２０が互いに逆向きの斜歯形状を有する遊星歯車減速機構１を模式的に示す概略断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係り、第１遊星歯車部１１０のみ斜歯形状を有する遊星歯車減速機構１を模式的に示す概略断面図である。図４は、本発明の一実施形態に係り、第１遊星歯車部１１０と第２遊星歯車部１２０が互いに同方向の斜歯形状を有する遊星歯車減速機構１を模式的に示す概略断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構１は、ケース１０と、入力軸２０と一体的に回転する入力部２００と、出力軸３０と一体的に回転する出力部３００と、入力部２００から入力される回転力を出力部３００へと伝達する段付遊星歯車１００と、段付き遊星歯車１００を回転自在に支持するキャリア４００と、ケース１０に固定され回転不能な固定ギヤ５００と、を主に具備する。ケース１０は、入力軸２０、出力軸３０、入力部２００、出力部３００、段付遊星歯車１００、キャリア４００、及び固定ギヤ５００を収容している。以下、各要素の詳細について説明する。

２．入力軸２０及び入力部２００
入力軸２０は、例えば電動機（図示せず）のような駆動源の回転軸を兼ねており、駆動源の回転力を遊星歯車減速機構１へと伝達している。電動機は、例えばロータ（図示せず）とステータ（図示せず）からなる、一般的なものを用いることができる。

入力部２００は、入力軸２０と同軸上に設けられ、入力軸２０と一体的に回転可能に設けられており、駆動源からの回転力が入力される。図１及び図２に示す遊星歯車減速機構１においては、外歯車のサンギヤが入力部２００として用いられる。入力部２００（サンギヤ）は、後述する段付遊星歯車１００における外歯車の第１遊星歯車部１１０と噛合して、駆動源からの回転力を第１遊星歯車部１１０へと伝達している。なお、後述する通り、入力部２００は、必ずしもサンギヤとする必要はなく、種々のバリエーションを採用することができる。

３．出力軸３０及び出力部３００
出力軸３０は、入力軸２０から入力された回転力が出力される箇所であって、遊星歯車減速機構１の後工程、例えば車両用のクラッチ装置やブレーキ装置、弁開閉装置等に用いられるピストン部材（図示せず、一般的なアクチュエータ等に用いられる構成要素）等と連結される。図１及び図２に示すように、回転力の伝達効率の観点から、出力軸３０は入力軸２０と同軸上に設けられることが好ましいが、これに限定されない。また、出力軸３０の回転は、入力軸２０に対して相対的に回転可能に設けられている。

図１及び図２に示す遊星歯車減速機構１において、出力部３００には内歯車のリングギヤが用いられ、入力軸２０及び入力部２００のサンギヤと同軸上に配置され、且つ入力軸２０及び入力部２００のサンギヤと相対回転可能に設けられる。出力部３００（リングギヤ）は、後述する段付遊星歯車１００における外歯車の第２遊星歯車部１２０と噛合して、第２遊星歯車部１２０から回転力が伝達される。また、出力部３００は、出力軸３０と一体的に回転可能に設けられている。これにより、出力部３００は、第２遊星歯車部１２０から伝達された回転力を、前述の車両用のクラッチ装置やブレーキ装置、弁開閉装置等に用いられるピストン部材（図示せず）等へと、出力軸３０を通して出力している。また、出力部３００（リングギヤ）の歯数及びピッチ円径は、第２遊星歯車部１２０に比して大きな数値が設定されているため、第２遊星歯車部１２０から出力部３００（リングギヤ）へと回転力が伝達される際に、かかる回転力は大幅に減速されつつ、増力されるため、遊星歯車減速機構部１全体として、大きな減速比を実現することができる。なお、後述する通り、出力部３００は、必ずしもリングギヤとする必要はなく、種々のバリエーションを採用することができる。

４．段付遊星歯車１００
遊星歯車減速機構１においては、少なくとも２つ以上の段付遊星歯車１００が設けられる（図１及び図２においては、紙面の便宜上、１つの段付遊星歯車１００のみを示している。）。段付遊星歯車１００は、外歯車の第１遊星歯車部１１０と外歯車の第２遊星歯車部１２０を有する。第１遊星歯車部１１０は、入力部２００である外歯車のサンギヤと噛合して、駆動源からの回転力が伝達され、且つかかるサンギヤとは逆方向に自転する。他方、第２遊星歯車部１２０は、出力部３００である内歯車のリングギヤと噛合して、第１遊星歯車部１１０に入力された回転力を出力部３００（リングギヤ）へと伝達している。第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０を含む段付遊星歯車１００は、後述するキャリア４００における連結部４０５に、軸受（図示せず）を介して回転支持され、且つ回転可能に設けられている。これにより、第２遊星歯車部１２０は、第１遊星歯車部１１０と同じ方向に同回転数で自転する。

さらに、第１遊星歯車部１１０は、後述する内歯車の固定ギヤ５００とも噛合する。これにより、段付遊星歯車１００（第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０）は、固定ギヤ５００の内周に案内されつつ、出力部２００（サンギヤ）の周囲を公転しつつ自転する。

また、段付遊星歯車１００は前述のとおり、キャリア４００における連結部４０５に軸受（図示せず）を介して回転支持され、且つ回転可能に設けられている。段付遊星歯車１００の軸方向の両端は、後述するとおり、スラスト荷重が発生すると軸方向へと可動することができるよう、キャリア４００との間に所定のクリアランスを有して配置されている。また、遊星歯車減速機構１においては、少なくとも２つ以上の段付遊星歯車１００が等間隔で維持されている。段付遊星歯車１００の個数は、特に制限はないが、期待される減速比と、コスト要求等を考慮して適宜選択される。但し、例えば、車両用として、他の用途よりも比較的大きな減速比が要求されること及び遊星歯車減速機構１の偏心性を考慮すれば、少なくとも２つ以上の段付遊星歯車１００を設けることが好ましい。

次に、図２乃至図４を参照しつつ、第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０における歯形のバリエーションについて説明する。

図２に示す段付遊星歯車１００において、第１遊星歯車部１１０の歯形は、所定方向にねじれを有する斜歯形状とされ、第２遊星歯車部１２０の歯形は、第１遊星歯車部１１０のねじれ方向とは逆向きのねじれを有する斜歯形状とされている。これに伴って、前述の入力部２００のサンギヤ、出力部３００のリングギヤ、及び後述する固定ギヤ５００も、各々噛合する第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０の斜歯形状に対応して、各々斜歯形状に加工されている。第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０の斜歯形状のねじれ角は、互いが逆方向のねじれを有している（両者を隣接配置させると、あたかも山歯状となっている）限りにおいて、特に制限はないが、第１遊星歯車部１１０の歯数、第２遊星歯車部１２０の歯数、入力部２００（サンギヤ）の歯数と斜歯のねじれ角、出力部３００（リングギヤ）の歯数と斜歯のねじれ角、固定ギヤ５００の歯数と斜歯のねじれ角、等を考慮して適宜選択され、例えば２０度乃至３０度のねじれ角を有することが好ましい。

次に、図３に示す段付遊星歯車１００においては、第１遊星歯車部１１０の歯形は、所定方向にねじれを有する斜歯形状とされる一方、第２遊星歯車部１２０の歯形は、ねじれがなく平歯形状とされている。これに伴って、前述の入力部２００のサンギヤと後述する固定ギヤ５００は、噛合する第１遊星歯車部１１０の斜歯形状に対応して、各々斜歯形状に加工されている（出力部３００のリングギヤは第２遊星歯車部１２０に対応して平歯形状とされている）。第１遊星歯車部１１０の斜歯形状のねじれ角は、特に制限はないが、第１遊星歯車部１１０の歯数、入力部２００（サンギヤ）の歯数と斜歯のねじれ角、固定ギヤ５００の歯数と斜歯のねじれ角、等を考慮して適宜選択される。但し、図３に示す段付遊星歯車１００において発生するスラスト荷重は、斜歯形状の第１遊星歯車部１１０にのみ起因して発生するため、段付遊星歯車１００を軸方向へ可動させるために必要なスラスト荷重を発生させるべく、図２に示す第１遊星歯車部１１０に比して、第１遊星歯車部１１０における斜歯形状のねじれ角の値を大きく設定してもよい。逆に、スラスト荷重の発生は必要最小限に抑制しつつ、入力軸２０から出力軸３０へ伝達される回転力の伝達ロスを最小限に抑制するよう、ねじれ角の値を図２に示す第１遊星歯車部１１０に比して小さく設定してもよい。

さらに、図４に示す段付遊星歯車１００においては、第１遊星歯車部１１０の歯形は、所定方向にねじれを有する斜歯形状とされ、第２遊星歯車部１２０の歯形は、第１遊星歯車部１１０のねじれ方向とは同じ向きのねじれを有する斜歯形状とされている。これに伴って、前述の入力部２００のサンギヤ、出力部３００のリングギヤ、及び固定ギヤ５００も、各々噛合する第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０の斜歯形状に対応して、各々斜歯形状に加工されている。第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０の斜歯形状のねじれ角は、互いが同じ方向のねじれを有している限りにおいて、特に制限はないが、第１遊星歯車部１１０の歯数、第２遊星歯車部１２０の歯数、入力部２００（サンギヤ）の歯数と斜歯のねじれ角、出力部３００（リングギヤ）の歯数と斜歯のねじれ角、固定ギヤ５００の歯数と斜歯のねじれ角、等を考慮して適宜選択され、例えば２０度乃至３０度のねじれ角を有することが好ましい。

なお、後述するように、図２及び図４に示す段付遊星歯車１００において、第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０に対して、軸方向と直行する方向（軸直行方向）に荷重がかかると、第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０の両方が斜歯形状を有していることに起因して、段付遊星歯車１００に軸方向へのスラスト荷重が発生する。同様に、図３に示す段付遊星歯車１００においては、第１遊星歯車部１１０が斜歯形状を有していることに起因して、段付遊星歯車１００に軸方向へのスラスト荷重が発生する。このようにスラスト荷重が発生する特定の場合において、段付遊星歯車１００は、軸方向へ可動することができるよう設計されている。具体的には、段付遊星歯車１００（第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０）を回転可能に支持する前述の軸受（図示せず）が、連結部４０５上を軸方向に移動可能なように形成されている。

５．キャリア４００
図１及び図２に示すように、キャリア４００は、連結部４０５を介して段付遊星歯車１００を回転自在に支持して、少なくとも２つ以上の段付遊星歯車１００を等間隔に維持しつつ、段付遊星歯車１００の公転と一体的に回転可能に設けられている。また、キャリア４００には、軸方向に延在する連結部４０５が設けられており、段付遊星歯車１００の軸方向の両端と所定のクリアランスを介して配されるキャリア４００を一体化させている。また、連結部４０５上には、軸受（図示せず）が設けられており、かかる軸受を介して段付遊星歯車１００が回転支持されている。なお、図２に示すように、キャリア４００は、軸受（図示せず）を介して安定した軸回転を担保し、高精度な遊星歯車減速機構１を実現すべく、ケース１０によって支持されてもよいし、コスト面の観点から、入力部２００（サンギヤ）又は出力部３００（リングギヤ）に支持されてもよい。

なお、前述した通り、段付遊星歯車１００は、スラスト荷重が発生する特定の場合において、軸方向へ可動するよう設計されているため、段付遊星歯車１００が軸方向へ可動して最終的にキャリア４００に当接すると、かかるスラスト荷重を段付遊星歯車１００から受圧する第１受圧部４１０が、キャリア４００には設けられている。これにより、かかるスラスト荷重をキャリア４００へと伝達することができることに加え、段付遊星歯車１００が第１受圧部４１０に当接することで摩擦力が発生し、後述するセルフロック機能を発現させることができる。

また、キャリア４００は、段付遊星歯車１００からスラスト荷重を受圧すると、軸方向に可動するようにして、ケース１０に設けられる第２受圧部１１に当接するようにしておくことが好ましい。これにより、キャリア４００へと伝達されたスラスト荷重を、ケース１０へと更に伝達しつつ、キャリア４００と第２受圧部１１との間でも摩擦力を発生させて、遊星歯車減速機構１全体として発生させる摩擦力を増大させることで、後述のセルフロック機能をさらに効率的に発揮させることができる。具体的な構成としては、例えば、キャリア４００がケース１０に軸受（図示せず）を介して回転支持される場合、かかる軸受がケース１０上を軸方向に移動可能に形成されていればよい。

６．固定ギヤ５００
図１及び図２に示すように、固定ギヤ５００として内歯車の固定リングギヤを用いることができる。固定ギヤ５００は、入力軸２０及び入力部２００（サンギヤ）と同心円状に設けられ、且つ第１遊星歯車部１１０と噛合して、段付遊星歯車１００（第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０）の公転を、その内周において案内している。固定ギヤ５００は、回転することができないよう、例えば図１及び図２に示すように、ケース１０に固定される。なお、固定ギヤ５００を遊星歯車減速機構１に設けることで、後述するセルフロック機能を発揮させることができる。なお、固定ギヤ５００は、図２に示すような固定リングギヤを用いてもよいが、これに限定されず、後述する通り、種々のバリエーションを採用することができる。また、固定ギヤ５００の歯形は、前述した通り、噛合する第１遊星歯車部１１０の斜歯形状に対応するように、所定のねじれ角を有する斜歯形状に加工されている。

７．遊星歯車減速機構１におけるセルフロック機能
次に、図５乃至図１３を参照しつつ、遊星歯車減速機構１が有するセルフロック機能について説明する。図５は、入力軸２０から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構１を模式的に示す概略断面図である。図６乃至図８は、出力軸３０から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構１を模式的に示す概略断面図である。図９は、入力軸２０から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に段付遊星歯車１００、固定ギヤ５００、及び出力軸３０となるギヤを模式的に示す上面図である。図１０乃至図１３は、出力軸３０から回転力が入力された場合における、本発明の一実施形態に段付遊星歯車１００、固定ギヤ５００、及び出力軸３０となるギヤを模式的に示す上面図である。なお、図５乃至図１３に示す段付遊星歯車１００は、図２を参照しつつ説明した、所定方向にねじれを有する斜歯形状の第１遊星歯車部１１０と、第１遊星歯車部１１０のねじれ方向とは逆向きのねじれを有する斜歯形状の第２遊星歯車部１２０から構成されるものを一例としている。

まず、遊星歯車減速機構１のセルフロック機能を説明する前に、入力軸２０から回転力が入力される場合の遊星歯車減速機構１の動作について、図５及び図９を参照しつつ説明する。

図５に示すように、まず入力軸２０及び入力部２００に、所定の回転方向（例えば、図５においては、時計回りの回転方向）において回転力が入力されると、段付遊星歯車１００における第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０は、入力軸２０及び入力部２００とは反対の回転方向（図５においては、反時計回りの回転方向）に回転する。そうすると、第１遊星歯車部１１０と固定ギヤ５００との噛合面、及び第２遊星歯車部１２０と出力部３００（リングギヤ）との噛合面において、かかる回転力に基づいて、軸直行方向（図５においては、紙面奥方向から紙面手前方向）への荷重がかかることとなる。ここで、図５に示す通り、また前述した通り、第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０の歯形は、互いに逆向きの斜歯形状を有しているため、第１遊星歯車部１１０と固定ギヤ５００との噛合面と、第２遊星歯車部１２０と出力部３００（リングギヤ）との噛合面において、図５に示すように、互いに逆の軸方向へのスラスト荷重が発生することとなる。

ここで、第１遊星歯車部１１０と固定ギヤ５００との噛合面、及び第２遊星歯車部１２０と出力部３００（リングギヤ）との噛合面におけるスラスト荷重の発生について、図９を参照して、詳細を説明する。図９において、斜歯５００ａ及び斜歯５００ｂは固定ギヤ５００における一つの斜歯を示し、斜歯１１０ｘは第１遊星歯車部１１０における一つの斜歯を示し、斜歯１２０ｘは第２遊星歯車部１２０における一つの斜歯を示し、斜歯３００ａ及び斜歯３００ｂは出力部３００（リングギヤ）における一つの斜歯を示している。つまり、第１遊星歯車部１１０における一つの斜歯１１０ｘは、斜歯５００ａ及び５００ｂの間で固定ギヤ５００と噛合し、第２遊星歯車部１２０における一つの斜歯１２０ｘは、出斜歯３００ａ及び斜歯３００ｂの間で出力部３００（リングギヤ）と噛合している。この状況において、入力部２００からの回転力に基づき、段付遊星歯車１００に軸直行方向（図９において、紙面下から紙面上に向かう方向であって矢印の方向）への荷重がかかると、固定ギヤ５００の斜歯５００ｂからの反力及び斜歯３００ｂからの反力が、斜歯１１０ｘ（斜歯５００ｂ）及び斜歯１２０ｘ（斜歯３００ｂ）のねじれ角によって各々分力されて、互いに逆の軸方向へのスラスト荷重Ｆａ及びスラスト荷重Ｆｂが発生する。

この場合においては、互いのスラスト荷重（スラスト荷重Ｆａ及びスラスト荷重Ｆｂ）が相殺する形となって、結果として段付遊星歯車１００が軸方向へ可動することはなく、段付遊星歯車１００の回転も保証される。なお、この場合において、スラスト荷重Ｆａ及びスラスト荷重Ｆｂの大きさを略同一にして相殺させることができるよう、予め第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０の歯数やねじれ角を適宜設定しておく必要がある。また、スラスト荷重Ｆａ及びスラスト荷重Ｆｂを相殺させることで、回転力の伝達ロスを軽減でき、遊星歯車減速機構１として高効率の動力伝達機能を発現させることができる。

なお、図５及び図９において、入力軸２０及び入力部２００に、所定の回転方向（例えば、図５においては、時計回りの回転方向）において回転力が入力されると、段付遊星歯車１００における第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０は、入力軸２０及び入力部２００とは反対の回転方向（図５においては、反時計回りの回転方向）に回転し、出力軸３０及び出力部３００は、入力軸２０及び入力部２００とは同じ回転方向（図５においては、時計回りの回転方向）に回転して回転力を出力することとなる。

次に、出力軸３０から回転力が入力される場合において、遊星歯車減速機構１がセルフロック機能を発現させる動作の詳細について、図６乃至図８及び図１０乃至図１３を参照しつつ説明する。

図６に示すように、まず出力軸３０及び出力部３００に、所定の回転方向（例えば、図６においては、反時計回りの回転方向）において回転力が入力されると、段付遊星歯車１００における第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０は、出力軸３０及び出力部３００と同じ回転方向（図６においては、反時計回りの回転方向）に回転する。そうすると、第１遊星歯車部１１０と固定ギヤ５００との噛合面、及び第２遊星歯車部１２０と出力部３００（リングギヤ）との噛合面において、かかる回転力に基づいて、軸直行方向（図６においては、紙面奥方向から紙面手前方向）への荷重がかかることとなる。ここで、図６に示す通り、また前述した通り、第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０の歯形は、互いに逆向きの斜歯形状を有しているため、第１遊星歯車部１１０と固定ギヤ５００との噛合面と、第２遊星歯車部１２０と出力部３００（リングギヤ）との噛合面において、互いに同じ軸方向へのスラスト荷重が発生することとなる。

このように、第１遊星歯車部１１０と固定ギヤ５００との噛合面と、第２遊星歯車部１２０と出力部３００（リングギヤ）との噛合面において、互いに同じ軸方向へのスラスト荷重が発生すると、段付遊星歯車１００は、連結部４０５に沿って、その軸方向の両端とキャリア４００との間に形成されるクリアランスを埋めるように軸方向へ移動して（図６においては、紙面左方向へと移動し、図７の状態へと遷移する）、キャリア４００における第１受圧部４１０に当接する。これにより、かかるスラスト荷重はキャリア４００へと伝達されつつ、段付遊星歯車１００と第１受圧部４１０との間で摩擦力が発生する。この結果、この摩擦力が、段付遊星歯車１００の回転（図６及び図７においては、反時計回りの回転方向）を規制することとなり、段付遊星歯車１００はセルフロックされる。

なお、前述の通り、段付遊星歯車１００からスラスト荷重を受圧すると、段付遊星歯車１００の軸方向への可動と連動して、キャリア４００が軸方向に可動するようにしておくと（図７においては、キャリア４００が紙面左方向へと移動するようにしておくと）、キャリア４００はケース１０に設けられる第２受圧部１１に当接する（図７の状態から図８の状態へと遷移する）。これにより、キャリア４００へと伝達されたスラスト荷重を、ケース１０へと更に伝達しつつ、キャリア４００と第２受圧部１１との間でも摩擦力を発生させて、遊星歯車減速機構１全体として発生させる摩擦力を増大させることができる。この結果、遊星歯車減速機構１全体としてのセルフロック機能をさらに効率的に発揮させることができる。

ここで、出力軸３０から回転力が入力される場合において、第１遊星歯車部１１０と固定ギヤ５００との噛合面、及び第２遊星歯車部１２０と出力部３００（リングギヤ）との噛合面におけるスラスト荷重の発生について、図１０乃至図１３を参照して、さらに詳細を説明する。図１０において、斜歯５００ａ並びに斜歯５００ｂ、斜歯１１０ｘ、斜歯１２０ｘ、及び斜歯３００ａ並びに斜歯３００ｂについては、前述の図９において説明した通りの各斜歯である。この状況において、出力部３００からの回転力に基づき、軸直行方向（図１０において、紙面上から紙面下に向かう方向であって矢印の方向）への荷重が、斜歯３００ｂを介して斜歯１２０ｘに伝達されると、段付遊星歯車１００全体が当該荷重に押されて、斜歯５００ｂと斜歯５００ａの間のクリアランス分、つまり斜歯１１０ｘが斜歯５００ｂと当接する状態から斜歯５００ａと当接状態にまで移動する。この際、斜歯３００ａ及び斜歯３００ｂと斜歯１２０ｘも同様に且つ一体的に移動する（図１０においては、紙面下方向へ移動し、図１１の状態を経由して、図１２の状態へと遷移する）。そうすると、固定ギヤ５００の斜歯５００ａからの反力及び斜歯３００ｂから入力される前述の軸直行方向の荷重が、斜歯１１０ｘ（斜歯５００ｂ）及び斜歯１２０ｘ（斜歯３００ｂ）のねじれ角によって各々分力されて、互いに同じ軸方向へのスラスト荷重Ｆｃ及びスラスト荷重Ｆｄが発生する。このスラスト荷重Ｆｃ及びスラスト荷重Ｆｄによって、段付遊星歯車１００は、斜歯５００ａの斜歯形状にガイドされて、斜歯１１０ｘが固定ギヤ５００の壁部５０５に向かって軸方向へと移動することとなる（図１２においては、紙面左下方向へ移動し、図１２の状態から図１３の状態へと遷移する。なお、図１３においては便宜上、斜歯１１０ｘが壁部５０５に当接している。）。このように、段付遊星歯車１００が軸方向へ移動することによって、段付遊星歯車１００は、キャリア４００における第１受圧部４１０に当接することができる。なお、壁部５０５と斜歯１１０ｘとの初期クリアランスを適宜設定することにより、段付遊星歯車１００の軸方向への総移動距離を調整することができる。

ところで、前述のセルフロック機能は、互いに逆向きのねじれ方向斜歯形状の第１遊星歯車部１１０と第２遊星歯車部１２０を構成要素とする、図２に示すような段付遊星歯車１００を用いる場合を例に説明した。

他方、図３に示すような、第１遊星歯車部１１０のみが斜歯形状を有する段付遊星歯車１００を用いる場合においては、入力軸２０、入力部２００、第１遊星歯車部１１０、第２遊星歯車部１２０、出力軸３０、及び出力部３００の構成や回転方向、第１遊星歯車部１１０と固定ギヤ５００との噛合面で発生するスラスト荷重の発生要因や荷重方向は、図２に示すような段付遊星歯車１００を用いる場合と同じである。しかしながら、第２遊星歯車部１２０と出力部３００（リングギヤ）との噛合面においてはスラスト荷重（スラスト荷重Ｆｂ）が発生しない点で異なる。したがって、図３に示すような段付遊星歯車１００を用いる場合においては、図９を参照しつつ説明したような、入力軸２０から回転力が入力される場合における、スラスト荷重の相殺が発生しない。したがって、入力軸２０から出力軸３０への回転力の伝達効率の観点からすれば、図２に示す段付遊星歯車１００を用いる方がより好ましい。

また、図４に示すような、互いに同じ向きのねじれ方向を構成する斜歯形状の第１遊星歯車部１１０と第２遊星歯車部１２０を構成要素とする段付遊星歯車１００を用いる場合においては、入力軸２０から回転力が入力される場合に、第１遊星歯車部１１０と固定ギヤ５００との噛合面で発生するスラスト荷重Ｆａと、第２遊星歯車部１２０と出力部３００（リングギヤ）との噛合面で発生するスラスト荷重Ｆｂとを相殺させるべく、予め第１遊星歯車部１１０及び第２遊星歯車部１２０の歯数やねじれ角、固定ギヤ５００及び出力部３００の歯数やねじれ角を適宜設定して、出力部３００（出力軸３０）が入力部２００（入力軸２０）と反対方向に回転するよう調整しておく必要がある。具体的には、例えば固定ギヤ５００の歯数を出力部３００（リングギヤ）の歯数よりも小さくなるように調整する。これにより、出力軸３０から回転力が入力される場合において、前述で説明した各構成要素の動作と同様にして、遊星歯車減速機構１のセルフロック機能を発現することができる。

８．変形例
次に、本発明の一実施形態の遊星歯車減速機構１の変形例について、以下のとおり説明する。なお、以下説明する各変形例は、図１乃至図１３を参照しつつ説明した遊星歯車減速機構１と、その構成の殆どが共通するため、当該共通する構成についての詳細な説明は省略する。

８−１．変形例１
図１４を参照しつつ、遊星歯車減速機構１の変形例１について説明する。図１４は、板部材（６００ａ及び６００ｂ）が設けられる本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構１を模式的に示す概略断面図である。

図１４に示すように、変形例１に係る遊星歯車減速機構１においては、キャリア４００とケース１０における第２受圧部１１との間に、板部材６００ａ及び板部材６００ｂが設けられている。板部材６００ａはケース１０に、板部材６００ｂはキャリア４００に、それぞれ支持され、且つ軸方向へ可動するように設けられる。より具体的には、板部材６００ａにおいて、その外周端部がケース１０に設けられるガイド部６０１内に嵌装され、板部材６００ａに軸方向の荷重がかかると、板部材６００ａがガイド部６０１に案内されて軸方向へ可動するように構成される。他方、板部材６００ｂにおいては、その内周端部がキャリア４００に設けられる溝部６０２内に嵌装されて、キャリア４００と一体的に軸方向へ可動するように構成される。

上記変形例１の構成とすることにより、キャリア４００が軸方向へ可動する場合においては、段付遊星歯車１００とキャリア４００における第１受圧部４１０との間に加えて、キャリア４００と板部材６００ａとの間、板部材６００ａと板部材６００ｂとの間、及び板部材６００ｂと第２受圧部１１との間において摩擦力を発生させることができるため、前記遊星歯車減速機構全体として大きな摩擦力を発生させて、セルフロック機能をさらに効率的に発揮させることができる。

なお、図１４においては、便宜上２つの板部材６００ａ及び６００ｂが設けられているが、その数は特に制限はなく、板部材６００ａ又は板部材６００ｂのいずれか一方のみを用いても良いし、さらに追加の板部材を設けて、３枚以上としてもよい。

８−２．変形例２
次に、図１５を参照しつつ、遊星歯車減速機構１の変形例２について説明する。図１５は、第１テーパ部から第４テーパ部（第１テーパ部４１１、第２テーパ部１０１、第３テーパ部１２、及び第４テーパ部４１２）が設けられる本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構１を模式的に示す概略断面図である。

図１５に示すように、変形例２に係る遊星歯車減速機構１においては、キャリア４００における第１受圧部４１０の端部が加工されて、第１テーパ部４１１が形成されている。また、これに対応するように、段付遊星歯車１００の軸方向端部（両端部）も加工されて、第２テーパ部１０１が形成されている。このように、第１テーパ部４１１及び第２テーパ部１０１を設けることにより、段付遊星歯車１００とキャリア４００の第１受圧部４１０の当接面積を増大させることができ、且つ段付遊星歯車１００と第１受圧部４１０との間で多方向の摩擦力を発生させることができる。この結果、段付遊星歯車１００と第１受圧部４１０との間で発生する全体の摩擦力を増大させることで、セルフロック機能をさらに効率的に発揮させることができる。

また、図１５に示すように、遊星歯車減速機構１においては、ケース１０における第２受圧部１１の端部を加工して形成される第３テーパ部１２と、第３テーパ部１２に対応するようにキャリア４００における第１受圧部４１０と反対側の面の端部を加工して形成される第４テーパ部４１２を、さらに設けてもよい。これにより、キャリア４００が軸方向へ可動する場合においては、キャリア４００と第２受圧部１１との間で多方向の摩擦力を発生させることができるため、遊星歯車減速機構１全体として発生させる全体の摩擦力を増大させて、セルフロック機能をさらに効率的に発揮させることができる。

８−３．変形例３乃至変形例１１
次に、図１６Ａ乃至図１６Ｉを参照しつつ、遊星歯車減速機構１の変形例３乃至変形例１１について説明する。図１６Ａ乃至図１６Ｉは、本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機構１の変形例（変形例３乃至変形例１１）を示すスケルトン図である。

図１乃至図１３を参照しつつ説明した一実施形態の遊星歯車減速機構１においては、入力部２００をサンギヤとし、出力部３００をリングギヤ、固定ギヤ５００を固定リングギヤとした場合について説明したが、前述した通り、入力部２００、出力部３００、及び固定ギヤ５００は、種々のバリエーションを採用することができるため、以下各バリエーションについて説明する。

図１６Ａは、入力部２００をサンギヤ、出力部３００をサンギヤ、固定ギヤ５００を固定リングギヤ、とした場合である（変形例３）。

図１６Ｂは、入力部２００をリングギヤ、出力部３００をリングギヤ、固定ギヤ５００を固定サンギヤ、とした場合である（変形例４）。

図１６Ｃは、入力部２００をリングギヤ、出力部３００をサンギヤ、固定ギヤ５００を固定サンギヤ、とした場合である（変形例５）。

図１６Ｄは、入力部２００をキャリア４００、出力部３００をリングギヤ、固定ギヤ５００を固定リングギヤ、とした場合である（変形例６）。

図１６Ｅは、入力部２００をキャリア４００、出力部３００をサンギヤ、固定ギヤ５００を固定サンギヤ、とした場合である（変形例７）。

図１６Ｆは、入力部２００をサンギヤ、出力部３００をリングギヤ、固定ギヤ５００を固定サンギヤ、とした場合である（変形例８）。

図１６Ｇは、入力部２００をリングギヤ、出力部３００をサンギヤ、固定ギヤ５００を固定リングギヤ、とした場合である（変形例９）。

図１６Ｈは、入力部２００をキャリア４００、出力部３００をリングギヤ、固定ギヤ５００を固定サンギヤ、とした場合である（変形例１０）。

図１６Ｉは、入力部２００をキャリア４００、出力部３００をサンギヤ、固定ギヤ５００を固定リングギヤ、とした場合である（変形例１１）。これら変形例３乃至１１において、高減速比の観点からは、変形例４、変形例６、及び変形例９が好ましく、回転力の伝達効率の観点からは、変形例３、変形例５、変形例７、変形例８、変形例１０、及び変形例１１が好ましい。さらに、変形例３や変形例８等サンギヤを用いる３Ｋタイプは、低慣性なギヤを構成することができるため、高応答の観点からは好ましく使用されうる。

以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数等は適宜変更して実施することができる。遊星歯車減速機構１の各部の配置や構成等は、上記実施形態には限定されない。

１ 遊星歯車減速機構
１０ ケース
１１ 第２受圧部
１２ 第３テーパ部
２０ 入力軸
３０ 出力軸
１００ 段付遊星歯車
１０１ 第２テーパ部
１１０ 第１遊星歯車部
１２０ 第２遊星歯車部
２００ 入力部
３００ 出力部
４００ キャリア
４１０ 第１受圧部
４１１ 第１テーパ部
４１２ 第４テーパ部
５００ 固定ギヤ
６００ａ、６００ｂ 板部材

Claims (8)

1. ケースと、
   入力軸と一体的に回転する入力部と、
   出力軸と一体的に回転する出力部と、
   少なくともいずれか一方が斜歯形状である第１遊星歯車部及び第２遊星歯車部を有し、前記入力部から入力される回転力を前記出力部へと伝達する、軸方向へ可動自在な段付遊星歯車と、
   前記段付遊星歯車を回転自在に支持し、前記段付遊星歯車からのスラスト荷重を受圧する第１受圧部を有するキャリアと、
   前記第１遊星歯車部又は前記第２遊星歯車部と噛合し回転不能な固定ギヤと、
   を具備する遊星歯車減速機構。
2. 前記第１遊星歯車部は斜歯形状を有し、前記第２遊星歯車部は前記第１遊星歯車部のねじれ方向と同じ向き又は逆向きの斜歯形状を有する、請求項１に記載の遊星歯車減速機構。
3. 前記キャリアは、前記スラスト荷重を受圧することで軸方向へ可動し、
   前記ケースは、前記キャリアから前記スラスト荷重を受圧する第２受圧部を有する、請求項１又は２に記載の遊星歯車減速機構。
4. 前記固定ギヤは、前記ケースに固定される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の遊星歯車減速機構。
5. 前記キャリアと前記第２受圧部の間には、軸方向へ可動する少なくとも１つ以上の板部材がさらに設けられる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の遊星歯車減速機構。
6. 前記第１受圧部の端部には第１テーパ部が設けられ、
   前記段付遊星歯車の軸方向端部には、前記第１テーパ部に当接する第２テーパ部が設けられる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の遊星歯車減速機構。
7. 前記第２受圧部の端部には第３テーパ部が設けられ、
   前記キャリアの端部には、前記第３テーパ部に当接する第４テーパ部が設けられる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の遊星歯車減速機構。
8. 前記第１遊星歯車部及び前記第２遊星歯車部のいずれか一方と噛合するサンギヤと、他方と噛合するリングギヤと、をさらに具備し、前記サンギヤを前記入力部とし、前記リングギヤを前記出力部とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の遊星歯車減速機構。

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