JP5591278B2 - 複数段を備えた遊星歯車型の増減速機 - Google Patents

Description

本発明は、入力軸と出力軸との間の動力伝達状態を変更する変速装置、特に、遊星歯車型増減速機を複数段組み合わせた、変速比が大きく、かつ、円滑な増速作動を行わせることが可能な小型の変速装置に関するものである。

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増減速機が常套的に使用される。また、モーター等の駆動源を過大な負荷トルクから保護するトルクリミッタ等、各種の機能を備えた機器が介在されることが多い。

増減速機としては、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、一般的には歯車式増減速機が用いられ、その中には、遊星歯車機構を利用する遊星歯車式増減速機がある。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。通常、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。
この遊星歯車式増減速機は、各歯車や各構成部品等を動力伝達の入出力要素として自由に選定することが可能であって、変速比の設定の自由度が大きい。また、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り、多段にして変速比を増大することも容易である。

従来用いられている多段式の遊星歯車式増減速機として、図８に示す構造のものが知られている。これは、遊星歯車式増減速機を減速機として用いる、比較的小型の機械部品として構成されたものである。
図８の遊星歯車式増減速機は、太陽歯車ＳＧを設けた入力軸ＩＳと、リング歯車ＲＧが設けられた固定のハウジングＨＧとを備えており、Ａ−Ａ断面矢視図に示すとおり、太陽歯車ＳＧとリング歯車ＲＧとの間には、両方の歯車と噛み合う３個の遊星歯車ＰＧが配置される。遊星歯車ＰＧの各々は、キャリアＣＲに一体的に立設された支持軸ＳＳに嵌め込まれ、回転可能に軸支される。キャリアＣＲの支持軸ＳＳの反対側には、入力軸ＩＳの太陽歯車ＳＧと同一形状の太陽歯車が形成され、入力軸ＩＳの太陽歯車ＳＧとキャリアＣＲとにより１段目の減速機が構成される。同様の構成がＢ−Ｂ断面図の左方に向けて順次繰り返され、最終段（３段目）の減速機のキャリアには、出力軸ＯＳが設けられている。なお、リング歯車ＲＧは、全ての段の遊星歯車が噛み合う共通の歯車であって、ハウジングＨＧの軸方向のほぼ全長に亘って延びる内歯歯車となっている。

入力軸ＩＳの太陽歯車ＳＧが回転すると、遊星歯車ＰＧは、自転すると同時にリング歯車ＲＧ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遊星歯車の公転とともに回転することとなり、その回転方向は入力軸と同方向で回転速度は入力軸の回転速度よりも大幅に減速される。そして、太陽歯車ＳＧとキャリアＣＲとの間の変速比は、次式：
太陽歯車回転数／キャリア回転数＝１＋（リング歯車の歯数／太陽歯車の歯数）
によって決定される。キャリアＣＲには次の段の太陽歯車が設けられていて次の段でも同様な減速が行われ、出力軸ＯＳの最終的な変速比（減速比）は、単段の変速比を段の数だけ乗じたものとなる。

遊星歯車式減速機は各種の回転機器に利用され、これを動力伝達経路に介在すると、回転数が減少しそれに反比例してトルクが増加する。例えば、特開平９−２５４０４６号公報には、モーターで駆動される電動ドライバーに遊星歯車式減速機を適用した工具が開示されており、永久磁石式のトルクリミッタを介してモーターにより遊星歯車式減速機の太陽歯車を駆動し、キャリアをドライバーに連結してトルクを増大しながらねじ締めを行うことが記載されている。また、特許第４８０６５４４号には、遊星歯車式減速機に永久磁石を組み込み、この減速機を、複写機等の紙送り装置に用いるトルクリミッタ自体として構成することが開示されている。

特開平９−２５４０４６号公報 特許第４８０６５４４号

遊星歯車式減速機では、特許文献１又は特許文献２に記載の減速機のように、太陽歯車を入力軸としキャリアを出力軸とすることが一般的である。この構造としたときは、小型の装置で入出力軸間の変速比（減速比）の大きな減速機を得ることができる。
しかし、この構造では、遊星歯車を担持するキャリアが出力軸となって回転する。回転するキャリアが振れたり傾いたりすると、遊星歯車とこれを嵌め込む支持軸との間や遊星歯車と噛み合う歯車同士の間の摩擦による抵抗が増加し、入出力軸間における動力伝達損失の増大を招く。

ここで、遊星歯車機構は、入出力の関係を逆にすることにより減速機としても増速機としても作動させることができる。上記のような動力伝達損失は、伝達効率を悪化させるけれども、遊星歯車機構を減速機として作動させる限り、歯車等がロックして入出力軸間の動力伝達が不可能となることは殆どない。それに対し、増速機として作動させるため、キャリアを入力軸とし太陽歯車を出力軸としたときは、キャリアと太陽歯車との回転トルク比が変速比に反比例する関係上、摩擦に起因する抵抗トルクは、増幅されて入力軸のキャリアに大きな抵抗トルクとなって作用する。したがって、回転するキャリアの搖動等に伴う摩擦の増大の結果、遊星歯車機構の動力伝達が円滑に行われなくなり、キャリアが実質上ロックされてしまう事態も発生する。これを防止するには、遊星歯車と支持軸との間に転がりベアリングを設置するなどの対策が考えられるが、このときは遊星歯車の外径が大きくなり、必然的に装置の大型化に繋がることとなる。
本発明の課題は、遊星歯車機構を複数段組み合わせた小型の変速装置において、回転軸の搖動等を防止して各歯車の摩擦を低減し、特に、増速機としての作動を円滑化することにある。

上記の課題に鑑み、本発明の多段式の遊星歯車型増減速機は、各段の遊星歯車機構におけるキャリアをハウジングに固定して、太陽歯車とリング歯車との間で変速作用を実行させ、かつ、歯車等の回転する部品をキャリアによって軸受し、安定して回転させるよう構成したものである。すなわち、本発明は、
「中心に設置された太陽歯車と、その周囲に設けられた内歯歯車からなるリング歯車と、前記太陽歯車及び前記リング歯車に噛み合う遊星歯車とにより遊星歯車機構を構成し、この遊星歯車機構をハウジングの内部に複数段組み合わせた増減速機であって、
前記遊星歯車機構には、前記遊星歯車を軸支する支持軸が設けられ、前記ハウジングに固定された円板状のキャリアと、前記リング歯車及び前記太陽歯車が設けられた円板状の回転作動子とが隣接して配置されており、さらに、
複数段の前記遊星歯車機構において、前記キャリアが、外周に突起を有する同一形状に形成されるとともに、前記ハウジングの内面には前記突起を嵌め込む溝が軸方向に延びるよう形成され、
前記リング歯車が前記回転作動子の一方の面の周縁部に設けられるとともに、前記太陽歯車が他方の面に形成された作動子中心軸に設けられ、
前記回転作動子は、その他方の面が全面的に前記キャリアの支持軸と反対側の面に当接してスラスト方向に軸受され、かつ、作動子中心軸が前記キャリアに形成された中心孔に嵌め込まれてラジアル方向に軸受されており、
前記増減速機の一端に置かれた前記遊星歯車機構の前記太陽歯車には太陽歯車連結軸が設けられ、他端に置かれた前記遊星歯車機構の前記リング歯車にはリング歯車連結軸が設けられている」
ことを特徴とする増減速機となっている。

請求項２に記載のように、前記太陽歯車連結軸が、前記ハウジングの軸方向の一端に形成した壁部にラジアル方向に軸受され、かつ、前記リング歯車連結軸が、前記ハウジングの軸方向の他端に嵌め込んだ蓋体に、スラスト方向及びラジアル方向に軸受される構成とすることが好ましい。

本発明の増減速機を増速機として利用することにより、動力伝達系統に介在される種々の機能部品を構成することが可能である。例えば、トルクリミッタに適用する場合には、請求項３に記載のように、「前記リング歯車連結軸に動力伝達系の駆動側が連結されるとともに、前記ハウジングに動力伝達系の従動側が連結され、かつ、前記ハウジングと前記太陽歯車連結軸との間には、伝達トルクが所定値以下のときに動力伝達を可能とするトルク制限手段が設置されるトルクリミッタ」として構成される。
また、ヒンジ式の回転ドア等の開閉速度を低下させる作動速度低減装置にも適用することができる。この場合には、請求項４に記載のように、「前記リング歯車連結軸に作動対象の部材が連結されるとともに、前記ハウジングが固定され、かつ、前記太陽歯車連結軸には、その軸の回転に抵抗を付与する抵抗付与手段が設置されている作動速度低減装置」として構成される。この作動速度低減装置においては、請求項５に記載のように、前記太陽歯車連結軸の回転数が所定値を超えたときに抵抗を付与する構成とすることもできる。

さらに、本発明の増減速機を２個用いて、入力軸の回転数が所定値を超えたときに出力軸に動力を伝達する遠心クラッチを構成することができる。この場合には、請求項６に記載のように、「入力軸となる前記リング歯車連結軸から前記太陽歯車連結軸を増速して回転させる一方の前記増減速機と、出力軸となる前記リング歯車連結軸を前記太陽歯車連結軸から減速して回転させる他方の前記増減速機とを組み合わせ、一方の前記増減速機の前記太陽歯車連結軸と他方の前記増減速機の前記太陽歯車連結軸とを中央部に対向して配置し、かつ、両方の前記太陽歯車連結軸の間には、一方の前記増減速機における前記太陽歯車連結軸の回転数が所定値を超えたときに、他方の前記増減速機における前記太陽歯車連結軸に動力伝達を可能とする遠心式クラッチ手段が設置される遠心クラッチ」となる。

本発明の増減速機は、ハウジング内に遊星歯車機構（遊星歯車型の歯車列）を複数段組み合わせて収容した変速装置であって、各々の段の遊星歯車機構は、いわば通常のものと同様に、中心に設置された太陽歯車と、その周囲に設けられた内歯歯車からなるリング歯車と、これらの歯車に噛み合う複数の遊星歯車とを備えている。ただし、遊星歯車を支持するキャリアは、ハウジングに固定された円板状の部材であり、その一方の面に立設された支持軸に各遊星歯車が回転可能に嵌め込まれる。このキャリアに隣接して、リング歯車と次の段の太陽歯車とが設けられた円板状の回転作動子が配置されている。

この構造の遊星歯車機構では、１段目の太陽歯車が回転すると、固定された遊星歯車を介して、リング歯車の設けられた回転作動子が逆方向に回転する。回転作動子の、リング歯車とは反対の面に形成された作動子中心軸には、次段の遊星歯車機構の太陽歯車が一体的に設けてあり、次段においても同様な変速が行われる。つまり、本発明の遊星歯車機構の変速は、固定された遊星歯車を介在する太陽歯車とリング歯車との、いわば単純な歯車列による変速となり、単段の変速比は次式で表される（回転方向は逆なので−を付す）。
太陽歯車回転数／リング歯車回転数＝−（リング歯車の歯数／太陽歯車の歯数）
そして、増減速機の一端に置かれた遊星歯車機構の太陽歯車には太陽歯車連結軸が設けられ、他端に置かれた遊星歯車機構のリング歯車にはリング歯車連結軸が設けられる。太陽歯車連結軸とリング歯車連結軸とは、本発明の増減速機の入出力軸となるものであり、その間の変速比は、上記の単段の変速比を段の数だけ乗じたものとなり、また、その間のトルク比は変速比の逆数となる。

本発明の遊星歯車機構では、遊星歯車がハウジングに固定されたキャリアに担持されているため、キャリアが回転する増減速機構と異なり、遊星歯車の支持軸が振れたり搖動することがない。また、リング歯車と次段の太陽歯車を設けた回転作動子は、リング歯車と反対側の円板状の面がキャリアの円板状の面と当接してスラスト方向に軸受けされるとともに、太陽歯車を設けた作動子中心軸がキャリアに形成された中心孔に嵌め込まれてラジアル方向に軸受される。キャリアに回転作動子のすべり軸受け面が形成されているので、回転作動子は、回転軸が振れるようなことはなく安定して回転することができる。
このように、本発明の遊星歯車機構における各歯車等の回転部材は、安定的に回転し摩擦抵抗が非常に小さなものとなる。そのため、増減速機における動力伝達損失が低減すると同時に、リング歯車連結軸を入力軸とし太陽歯車連結軸を出力軸として、増減速機を増速機として作動させるときも円滑な増速が実現される。

そして、本発明の増減速機では、円板状のキャリアの外周に突起を形成するとともに、前記ハウジングの内面にはその突起を嵌め込む溝を軸方向に延びるよう形成する。本発明の増減速機は、単段の遊星歯車機構を軸方向に重ねて構成されているので、このような構造とすることで、同一形状のキャリアをハウジングに順次組み付けながら増減速機を製造することが可能となり、増減速機の製造組み立て工程を効率化することができる。

請求項２の発明は、増減速機の入出力軸となる太陽歯車連結軸及びリング歯車連結軸についても、ハウジングに軸受して回転振れ等を防止するものである。この発明では、太陽歯車連結軸がハウジングの軸方向の一端に形成した壁部にラジアル方向に軸受されるとともに、リング歯車連結軸には円板状の面が形成されていて、リング歯車連結軸も、ハウジングの軸方向の他端に嵌め込んだ蓋体にスラスト方向及びラジアル方向に軸受される。そのため、増減速機を増速機としたときの入力軸の回転が安定化し、より一層円滑な動力伝達が行われることとなる。

請求項３乃至請求項６の発明は、本発明の増減速機を動力伝達系統などで使用される各種の機能部品に適用したものであり、いずれも、増減速機を増速機として利用して機能部品に組み込み、機能部品の小型化を図ったものとなっている。

請求項３の発明のトルクリミッタでは、リング歯車連結軸に動力伝達系の駆動側を連結するとともに、増減速機のハウジングに動力伝達系の従動側を連結する。そして、ハウジングと太陽歯車連結軸との間には、両者の間の伝達トルクが所定値以下のときに動力伝達を可能とするトルク制限手段、例えば、永久磁石と磁性材料とを対向させた特許文献２に記載のトルク制限装置、を設置する。
こうした構成において駆動側から従動側へ動力を伝動する場合、伝動されるトルクが小さいときには、リング歯車連結軸が回転すると、永久磁石と磁性材料との吸引力などによって太陽歯車連結軸とハウジングとが連れ回ることとなり、ハウジングは実質的にリング歯車連結軸と一体化されて従動側に動力を伝動する。これに対し、伝動されるトルクが大きく、ハウジングと太陽歯車連結軸との間の伝達トルクが所定値を超える場合には、永久磁石の吸引力などによる連れ回りが不能となって、太陽歯車連結軸がハウジングに対し空回りを起こし動力の伝動が遮断される。このトルクリミッタでは、本発明の増減速機が増速機として用いられるため、トルク制限手段が設置される太陽歯車連結軸のトルクは、リング歯車連結軸のトルクよりも大幅に減少している。したがって、トルク制限手段が小型なものであっても、大きなトルクを伝動する動力伝達系に使用することが可能である。

請求項４の発明の作動速度低減装置では、衝撃防止等の目的で作動速度を低下させる作動対象の部材、例えば、建築物のヒンジ式回転ドアや電子機器のヒンジ式開閉蓋、をリング歯車連結軸に連結するとともに、ハウジングを固定し、太陽歯車連結軸には、軸の回転に抵抗を与える抵抗付与手段（上述の永久磁石と磁性材料によるトルク制限手段と同様なものでもよい）を設置する。作動対象の部材を手動等によって操作するとリング歯車連結軸が回転するが、その回転が増速されて太陽歯車連結軸は高速で回転する。このとき、太陽歯車連結軸に作用する抵抗トルクは、増幅されて作動対象の部材の抵抗トルクとなり、手動による開閉速度を緩めて緩衝効果を発揮する。このように、請求項４の発明においても、抵抗付与手段が小型なものであっても、操作する部材に大きな抵抗トルクを与えることが可能となる。
請求項５の発明は、請求項４の作動速度低減装置において、太陽歯車連結軸の回転数が所定値を超えたとき（つまり、作動対象の部材の速度が一定値を超えたとき）に抵抗を付与する構成としたものである。このような作動は、太陽歯車連結軸の回転数に応じて外方に広がる遠心式錘等を使用して実現できる。

請求項６の発明は、本発明の増減速機を２個用い、入力軸の回転数が所定値を超えたときに出力軸に動力を伝達する遠心クラッチを構成するものである。この遠心クラッチでは、２個の増減速機を、両増減速機の太陽歯車連結軸を中央部に置いていわば背中合わせに組み合わせ、両端のリング歯車連結軸の一方を入力軸、他方を出力軸とする。入力側の増減速機は増速機となり、中央部の太陽歯車連結軸が高速で回転するが、ここに、回転数が所定値を超えたときに出力側の太陽歯車連結軸に動力伝達を可能とする遠心式クラッチ手段を設置する。動力が伝達されたときは、出力側の増減速機が減速機となり、出力軸は入力軸と等速で回転することとなる。
請求項６の遠心クラッチでは、遠心式クラッチ手段が小型なものであっても、大きなトルクを伝動する動力伝達系に使用することが可能である。また、入力軸の回転数が増速された個所でクラッチの断・接が行われるため、遠心クラッチにおいて、動力が断・接される回転数の精度が向上する。

本発明の増減速機の全体的な構造を示す図である。 本発明の増減速機のハウジングを単品で示す図である。 本発明の増減速機のキャリアを単品で示す図である。 本発明の増減速機の回転作動子を単品で示す図である。 本発明の増減速機をトルクリミッタ装置に適用した図である。 本発明の増減速機を作動速度低減装置に適用した図である。 本発明の増減速機を用いて遠心クラッチを構成した図である。 従来の遊星歯車式増減速機の構造を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の増減速機について説明する。まず、図１に本発明の増減速機の全体的な構造を示し、図２、図３及び図４には、それぞれ、増減速機の主要な構成要素であるハウジング、キャリア及び回転作動子を単品図で示す。
図１のＢ−Ｂ断面図に示すように、本発明の増減速機は、ハウジング１内に前方から後方にかけて（便宜上、図の右方を前方、左方を後方とする）遊星歯車機構を複数段（この実施例では３段）組み合わせて収容した変速装置である。各段の遊星歯車機構は、Ａ−Ａ断面矢視図に示すとおり、中心に設置された太陽歯車ＳＧと、その周囲に設けられた内歯歯車からなるリング歯車ＲＧと、これらの歯車に噛み合う３個の遊星歯車ＰＧとを備えている。増減速機の前端には、１段目の遊星歯車機構の太陽歯車ＳＧを形成した太陽歯車連結軸２が設置され、この軸は、ハウジング１の前端壁部の中央孔１１（図２参照）に嵌め込まれ、ラジアル方向に軸受されるとともに、外周に設けられたフランジ部がハウジング１の前端壁部に当接してスラスト方向にも軸受される。

遊星歯車機構の３個の遊星歯車ＰＧは、キャリア３に立設された支持軸３１に嵌め込まれ、回転可能に軸支される。図２及び図３に示すように、キャリア３は、背面に支持軸３１を立設した円板状の部品であって、その外周に突起３２が形成され、かつ、ハウジング１には、突起３２と対応する断面形状の溝１２が、その内面の軸方向のほぼ全長に亘って形成される。そして、キャリアの突起３２がハウジングの溝１２に嵌まり込んで、圧入あるいは接着等の適宜の手段により、キャリア３はハウジング１に固定される。

遊星歯車ＰＧと噛み合う内歯歯車であるリング歯車ＲＧは、図４に示す回転作動子４に形成されている。回転作動子４は、前面側の周縁部にリング歯車ＲＧが形成された円板状の部品であり、背面側の中央には、次段の太陽歯車ＳＧを設けた作動子中心軸４１が立設されている。図１の全体図に示すとおり、回転作動子４は、その円板状の背面が次段のキャリアの前面に当接してスラスト方向に軸受されるとともに、作動子中心軸４１がキャリアの中心孔３３（図３参照）に挿入されてラジアル方向にも軸受される。ちなみに、太陽歯車連結軸２も、外周に設けられたフランジ部がキャリアの中心孔に嵌め込まれて、ラジアル方向の軸受けが行われている。
増減速機の後端には、最終段の遊星歯車機構のリング歯車ＲＧが配置され、これは、後端に配置されるリング歯車連結軸５（図１参照）に形成される。リング歯車連結軸５は、太陽歯車が形成されていない点を除いて、ほぼ回転作動子４と同様な構造を備え、周縁部にリング歯車ＲＧが形成された円板状の部分を有している。リング歯車連結軸５は、円板状の部分の背面が、ハウジング１の後端に嵌め込まれて開口部をシールドする円板状の蓋体６に当接し、かつ、中心の軸部分が蓋体６の中央孔に挿入されてスラスト方向とラジアル方向に軸受けされる。

次いで、図１の全体図等に基づき、本発明の増減速機の作動について説明する。
増減速機の前端の太陽歯車連結軸２が回転し、これに形成された１段目の遊星歯車機構の太陽歯車ＳＧが回転すると、キャリア３の支持軸３１に嵌め込まれた遊星歯車ＰＧがアイドラ歯車となって、リング歯車ＲＧを回転駆動する。この実施例では、リング歯車ＲＧの歯数が太陽歯車ＳＧの歯数の３倍に設定されていて、リング歯車ＲＧの回転数は、減速されて太陽歯車の回転数の１／３となり、これが単段の遊星歯車機構の変速比となる。増減速機には３段の遊星歯車機構が組み合わされているので、後端のリング歯車連結軸５の回転数は、太陽歯車連結軸２の回転数の１／２７に減速される。
ちなみに、この実施例の各歯車は、サイクロイド歯型曲線を基本とする、歯の強度の高いサイクロイド歯車となっている。遊星歯車機構のリング歯車ＲＧの回転方向は、太陽歯車ＳＧと逆方向になるが、２個の歯車を組み合わせたいわゆる二重遊星歯車を各遊星歯車に採用して、同一方向としてもよい。

本発明の増減速機では、遊星歯車ＰＧがハウジング１に固定されたキャリア３に担持されているため、作動中に遊星歯車ＰＧが振れたり搖動することがない。さらに、リング歯車ＲＧと次段の太陽歯車ＳＧとを設けた回転作動子４は、固定されたキャリア３によりスラスト方向及びラジアル方向に軸受される。つまり、増減速機の各歯車等の回転部材は、搖動等を生じることなく安定的に回転するので、摩擦抵抗は非常に小さく、増減速機における動力伝達損失が低減することとなる。
特に、リング歯車連結軸５を入力軸とし太陽歯車連結軸２を出力軸として、増減速機を増速機として作動するときは、入力軸には出力軸のトルクが増幅されて作用するが、本発明の増減速機では、各回転部材が搖動等を生じることなく安定的に回転する結果、円滑な動力伝達と増速作動を実現できる。

本発明の増減速機は、動力伝達系に介在させて回転速度を減速又は増速する、いわば通常の増減速機として作動させることができるのはもちろんであるが、回転トルクあるいは回転速度に応じて動力伝達状態を制御する機能部品に適用することが可能である。以下では、本発明の増減速機を増速機として利用し、各種の機器に用いられる機能部品を構成した実施例について述べる。

図５には、本発明の増減速機を、駆動源のモーターの保護等を行うため動力伝達系に配置されるトルクリミッタに適用した例を示す。
図５のトルクリミッタでは、本発明の増減速機のハウジング１にフランジ部１Ｆが設けてあり、フランジ部１Ｆは、伝動歯車ＴＧにネジにより固着される。伝動歯車ＴＧは、負荷側に動力を伝動する従動歯車ＤＧに噛み合っており、リング歯車連結軸５は、負荷を駆動するモーター（図示せず）に連結される。そして、ハウジング１と太陽歯車連結軸２との間には、マグネット式トルク制限手段ＴＬが設置され、これは、太陽歯車連結軸２に固定された永久磁石とハウジング１に固定した磁性材料とを対向させたものとなっている。

駆動モーターからリング歯車連結軸５及び伝動歯車ＴＧを経由して従動歯車ＤＧへ伝動されるトルクが小さいときは、リング歯車連結軸５が回転すると、トルク制限手段ＴＬの永久磁石と磁性材料との間の吸引力によって、太陽歯車連結軸２とハウジング１とが連れ回る状態となる。そのため、ハウジング１は実質的にリング歯車連結軸５と一体化されて従動歯車ＤＧに動力を伝動する。一方、負荷側で異常が発生し従動歯車ＤＧの回転が停止する等の理由で、ハウジング１と太陽歯車連結軸２との間の伝達トルクが所定値を超えた場合には、永久磁石の吸引力による連れ回りが不能となって、太陽歯車連結軸２がハウジング１に対して空回りを起こし、動力の伝達が遮断される。
このトルクリミッタ装置においては本発明の増減速機が増速機として用いられ、トルク制限手段ＴＬが設置される太陽歯車連結軸２のトルクは、リング歯車連結軸５のトルクよりも大幅に減少している。したがって、トルク制限手段ＴＬが小型なものであっても、大きなトルクを伝達する動力伝達系に使用することが可能である。なお、この実施例では、トルク制限手段としてマグネット式のものを用いているが、ハウジングと太陽歯車連結軸との間にばねを介在させるなど、別のトルク制限手段を採用してもよい。

図６には、本発明の増減速機を、ヒンジにより開閉する建築物の回転ドア又は複写機の開閉蓋、あるいは舞台の緞帳の巻き取り装置などにおいて、急激な作動に伴う衝撃等を防止する作動速度低減装置に適用した実施例を示す。
図６の作動速度低減装置では、ヒンジ式回転ドア等の作動対象部材をリング歯車連結軸５に連結するとともに、ハウジング１を固定して、太陽歯車連結軸２には、回転速度が所定値に達すると軸の回転に抵抗を付与する遠心式抵抗付与手段ＣＬを設置する。遠心式抵抗付与手段ＣＬは、Ａ−Ａ断面矢視図に示すように、アームＡＭの先端に断面円形のゴム体ＲＢを固定するとともに、アームＡＭの根元を太陽歯車連結軸２に固定のボス部に枢着し、かつ、アームＡＭとボス部との間に引張りばねＳＰを設置したものである。

回転ドア等の部材を手動で操作すると、リング歯車連結軸５が回転し、その回転が増速されて太陽歯車連結軸２は高速で回転する。ゴム体ＲＢは、遠心力の作用により引張りばねＳＰに抗してアームＡＭの根元を支点として外方に広がり、所定の回転速度となったときには周囲のハウジング１と接触する。そのため、太陽歯車連結軸２には抵抗トルクが作用し、これが増幅されて回転ドア等の作動対象部材を操作する際の抵抗トルクとなり、手動操作による開閉速度を緩めることとなる。回転ドア等の作動速度が増加すると、ゴム体ＲＢとハウジング１との間の摩擦が強まって抵抗トルクが増大するので、作動速度は実質的にはほぼ一定の値となる。
図６の作動速度低減装置は、所定の回転速度を超えたときに摩擦抵抗が働き速度を低減させるものであるが、その他の抵抗付与手段（図５のトルク制限手段と同様なものでもよい）を設けて、常時抵抗トルクを付与することもできる。そして、作動速度低減装置に本発明の増減速機を利用することにより、抵抗付与手段が小型なものであっても、作動対象の部材に大きな抵抗トルクを与えることが可能となる。

図７に示す実施例は、同一構造の２個の増減速機を組み合わせて用いることにより、所定の回転数において動力伝達を接続・遮断する遠心クラッチを構成したものである。
図７に示すとおり、この遠心クラッチでは、図の左方の、リング歯車連結軸５が入力軸となり増速機として作動する一方の増減速機と、図の右方の、リング歯車連結軸５´が出力軸となり減速機として作動する他方の増減速機とをいわば背中合わせに配置し、両方の増減速機のハウジング１、１´に形成したフランジ部を突き合わせて組み合わせている。中央部には、増速機の太陽歯車連結軸２と減速機の太陽歯車連結軸２´との間を接続又は遮断する遠心式クラッチ手段ＣＣが設けてある。

遠心式クラッチ手段ＣＣは、Ａ−Ａ断面矢視図に示すように、増速機の太陽歯車連結軸２に枢着されるアーム状の重錘Ｗを、減速機の太陽歯車連結軸２´に形成された円環状の周囲壁と対向して配置した、図６の遠心式抵抗付与手段と類似の構造を備えており、重錘Ｗと太陽歯車連結軸２との間には引張りばねが設置される。入力軸となるが回転すると太陽歯車連結軸２は高速で回転するが、その回転数が所定値を超えた場合、アーム状の重錘Ｗが外方に広がり、太陽歯車連結軸２´の周囲壁に当接する。このときは、重錘Ｗと周囲壁との間の摩擦によって太陽歯車連結軸２´が回転し、その回転が減速されて、出力軸となるリング歯車連結軸５´が入力軸と同一回転速度で回転する。入力軸の回転数が所定値よりも低下した場合は、重錘Ｗが引張りばねに引かれて円環状の周囲壁から離れ、入力軸から出力軸への動力伝達は遮断される。
この遠心クラッチでは、遠心式クラッチ手段ＣＣが小型なものであっても、大きなトルクを伝動する動力伝達系に使用することが可能であると同時に、クラッチの断・接が、入力軸であるリング歯車連結軸５の回転数が増速された太陽歯車連結軸２において行われるため、動力伝達が断・接される回転数の精度が向上することとなる。

以上詳述したように、本発明は、遊星歯車機構を複数段組み合わせた小型の変速装置において、キャリアをハウジングに固定して太陽歯車とリング歯車との間で変速作用を実行させ、かつ、歯車等の回転する部品をキャリアによって軸受して搖動等を防止し、増減速機として円滑な作動を可能としたものである。上記の実施例においては、遊星ギヤ機構における各歯車をそれぞれの部品に一体的に形成しているが、これらの歯車を、別の材料を用いて各部品に組み付けるようにしてもよい。また、構成要素には、金属、合成樹脂等様々な材料の使用が可能であって、回転部品の接触部には潤滑性の優れた材料を介在させるなど、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
１２ 溝
２ 太陽歯車連結軸
３ キャリア
３１ 支持軸（遊星歯車の）
３２ 突起
３３ 中心孔
４ 回転作動子
４１ 作動子中心軸
ＳＧ 太陽歯車
ＰＧ 遊星歯車
ＲＧ リング歯車

Claims (6)

1. 中心に設置された太陽歯車と、その周囲に設けられた内歯歯車からなるリング歯車と、前記太陽歯車及び前記リング歯車に噛み合う遊星歯車とにより遊星歯車機構を構成し、この遊星歯車機構をハウジングの内部に複数段組み合わせた増減速機であって、
   前記遊星歯車機構には、前記遊星歯車を軸支する支持軸が設けられ、前記ハウジングに固定された円板状のキャリアと、前記リング歯車及び前記太陽歯車が設けられた円板状の回転作動子とが隣接して配置されており、さらに、
   複数段の前記遊星歯車機構において、前記キャリアが、外周に突起を有する同一形状に形成されるとともに、前記ハウジングの内面には前記突起を嵌め込む溝が軸方向に延びるよう形成され、
   前記リング歯車が前記回転作動子の一方の面の周縁部に設けられるとともに、前記太陽歯車が他方の面に形成された作動子中心軸に設けられ、
   前記回転作動子は、その他方の面が全面的に前記キャリアの支持軸と反対側の面に当接してスラスト方向に軸受され、かつ、作動子中心軸が前記キャリアに形成された中心孔に嵌め込まれてラジアル方向に軸受されており、
   前記増減速機の一端に置かれた前記遊星歯車機構の前記太陽歯車には太陽歯車連結軸が設けられ、他端に置かれた前記遊星歯車機構の前記リング歯車にはリング歯車連結軸が設けられていることを特徴とする増減速機。
2. 前記太陽歯車連結軸が、前記ハウジングの軸方向の一端に形成した壁部にラジアル方向に軸受され、かつ、前記リング歯車連結軸が、前記ハウジングの軸方向の他端に嵌め込んだ蓋体に、スラスト方向及びラジアル方向に軸受される請求項１に記載の増減速機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の増減速機を備えたトルクリミッタであって、
   前記リング歯車連結軸に動力伝達系の駆動側が連結されるとともに、前記ハウジングに動力伝達系の従動側が連結され、かつ、前記ハウジングと前記太陽歯車連結軸との間には、伝達トルクが所定値以下のときに動力伝達を可能とするトルク制限手段が設置されるトルクリミッタ。
4. 請求項１又は請求項２に記載の増減速機を備えた作動速度低減装置であって、
   前記リング歯車連結軸に作動対象の部材が連結されるとともに、前記ハウジングが固定され、かつ、前記太陽歯車連結軸には、その軸の回転に抵抗を付与する抵抗付与手段が設置されている作動速度低減装置。
5. 前記抵抗付与手段は、前記太陽歯車連結軸の回転数が所定値を超えたときに抵抗を付与する請求項４に記載の作動速度低減装置。
6. 請求項１又は請求項２に記載の増減速機を備え、入力軸の回転数が所定値を超えたときに出力軸に動力を伝達する遠心クラッチであって、
   前記遠心クラッチは、入力軸となる前記リング歯車連結軸から前記太陽歯車連結軸を増速して回転させる一方の前記増減速機と、出力軸となる前記リング歯車連結軸を前記太陽歯車連結軸から減速して回転させる他方の前記増減速機とを有しており、
   一方の前記増減速機の前記太陽歯車連結軸と他方の前記増減速機の前記太陽歯車連結軸とが中央部に対向して配置され、かつ、両方の前記太陽歯車連結軸の間には、一方の前記増減速機における前記太陽歯車連結軸の回転数が所定値を超えたときに、他方の前記増減速機における前記太陽歯車連結軸に動力伝達を可能とする遠心式クラッチ手段が設置されている遠心クラッチ。

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