その他の歯車減速装置

1. 遊星減速機

2. 不思議遊星歯車装置

3. ハイポサイクロイド減速機

4. 波動歯車装置

5. ピン歯車装置

6. ローラカム減速機

7. 自動車の変速装置

１．遊星歯車装置

1.1 太陽系の惑星及びその運動

（１）太陽歯車

（４）遊星キャリア（３）内歯車

（２）遊星歯車

1.2 遊星歯車装置の概要

歯数の制限条件：

内歯車の歯の干渉チェック：（１）インボリュート干渉；（内歯車の歯先と外歯車の歯元の干渉）

（２）トロコイド干渉；（内歯車の歯先と外歯車の歯先の干渉）

（３）トリミング干渉

条件１：𝑍𝑐 = 𝑍𝑎 + 2𝑍𝑏 （１）

条件２：𝑍𝑎+𝑍𝑐

𝑁=整数 （２）

条件３：𝑍𝑏 + 2 < 𝑍𝑎 + 𝑍𝑏 𝑠𝑖𝑛180°

𝑁（３）

𝑍𝑎：太陽歯車の歯数；

𝑍𝑐：内歯車の歯数；

𝑍𝑏：遊星歯車の歯数；

𝑁 ：遊星歯車の数；

遊星歯車装置（動画２）

遊星歯車装置（動画１）

遊星歯車装置（動画３）

1.3 遊星歯車装置の種類

入力

出力

入力

入力

出力

ﾌﾟﾗﾈﾀﾘｰ型 ｿｰﾗ型 スター型

1a

c

Z

Z減速比

出力

1c

a

Z

Z減速比

a

c

Z

Z減速比

𝑍𝑎 =太陽歯車の歯数； 𝑍𝐶 =内歯車の歯数

最大減速比：１１～１４

1.4 遊星歯車装置の分類方法

遊星歯車装置を構成する基本三軸：入力軸、出力軸、補助軸

1. ２K-H型2. ３K型3. K-H-V型

Ｋ＝太陽歯車、内歯車Ｈ＝キャリアＶ＝遊星歯車

分類：

(a) ２Ｋ－Ｈ型

太陽歯車２個 (2K)の軸とキャリアＨの軸が基本軸を構成する機構。

(b) ３Ｋ型

３個の太陽歯車軸Ｋによって基本軸が構成される形である。

(c) Ｋ－Ｈ－Ｖ型

太陽歯車、遊星歯車、キャリアの軸をそのまま基本軸として使う。

1.5 遊星歯車装置の応用例

風力発電装置用増速機構

２．不思議遊星歯車装置

2.1 不思議歯車と不思議遊星歯車

不思議歯車の定義：一枚の歯車は同じ歯幅で2枚以上の歯車と同時にかみあいを行う歯車機構を不思議歯車機構。

不思議遊星歯車の定義：不思議歯車機構を用いた遊星歯車機構を不思議歯車機構と呼ぶ。

遊星歯車機構と不思議遊星歯車機構の比較：

基本性能 一段遊星歯車 多段遊星歯車 不思議遊星歯車

大速比 × （Max14） 100可能 約100

軽量化設計 ○ × ○

扁平 ○ × ○

コンパクト設計 ○ × ○

強度 ○ ○ △

2.2 不思議遊星歯車装置の原理図

入力

出力

特徴：減速比は100以上できる高減速比歯車装置

減速比＝1+(𝑍3/𝑍1)

1−(𝑍3𝑍4)

𝑍1=太陽歯車の歯数𝑍2=遊星歯車の歯数𝑍3=内歯車の歯数𝑍4=内歯車の歯数

内歯車 遊星歯車 太陽歯車

2.3 不思議遊星歯車の構造例165

φ215

123

2.4 不思議遊星歯車装置の歯の接触

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0.3

0.2

0.1

0.0

-0.1

-0.2

-0.3

Contact stresses on tooth surfaceof internal gearZ3 ( Unit: MPa)

Longitudinal dimension of the face width ( mm)

Con

tact w

idth

(m

m)

1225 -- 1400 1050 -- 1225 875.0 -- 1050 700.0 -- 875.0 525.0 -- 700.0 350.0 -- 525.0 175.0 -- 350.0 0 -- 175.0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Root bending stresses of the planetary gear

Roo

t ben

ding

stres

ses (

MPa)

Longitudinal dimension of the face width ( mm)内歯車と遊星歯車のFEM

接触解析モデル

図１ 内歯車の歯面接触応力分布

図２ 遊星歯車の歯面接触応力分布

３．ハイポサイクロイド減速機

3.1 運動原理図

歯数1枚差 偏心揺動

偏心カム

ベアリング

内歯車外歯車内歯車

外歯車

11

12

1

1Z-Z

ZZ

Z減速比

減速比は１００以上可

3.2 減速機の構造図

pins

rollers

z1

z2

Input shaft Output shaft Internal spur gear External spur gear

e

A

ASection A-A

Crankshaft (Cam) o1

o2

pin hole

11

12

1

1Z-Z

ZZ

Z減速比

特徴：1枚差の内歯車と外歯車のかみあい

3.3 減速機の特徴

• 一段減速機構

• 大減速比：減速比60～200

• 扁平構造＆大中空可能

• 歯形はインボリュートであるので、加工が簡単で、低コストで生産可能

• 同時かみあい歯の枚数が他の大減速比減速装置に比べて少ないので、負荷能力が低い

3.4 製品例写真

出典：Gyrox Gears Industries Catalogue

４．波動歯車装置

4.1 波動歯車装置

薄肉平歯車 内平歯車 楕円状のカム 薄肉ベアリング

円弧歯形・インボリュート歯形歯車

4.2 波動歯車装置の実物写真と３D図

波動歯車装置の動画１

島根大学が購入した波動歯車装置 島根大学の開発したソフトで作成した３D図

波動歯車装置の紹介動画

(株)ハーモニック・ドライブ・システムズ製 波動歯車装置の３D図

4.3 波動歯車装置の特徴と用途

特徴：

• 高減速比（減速比30～200）

• 小型・軽量

• 高伝達精度（伝達誤差5～30秒）

• 小バックラッシュー

主な用途：• 宇宙探索機• ロケット• 産業ロボット・人間型ロボット・手術ロボット• 半導体・ＣＴスキャナー

*1: http://www.mekatoro.net/mechatro_parts/vol3/pdf/p03-284.html;

4

Units

Fanuc’s Robot*1

産業ロボットにおける応用例

NASA’s Mars rover*3

宇宙探査機における応用

*3: http://www.jpl.nasa.gov/releases/2004/2.cfm

Honda’s Asimo*2

*2：http://www.honda.co.jp/ASIMO/

人間型ロボットにおける応用

4.4 波動歯車装置の応用

蛇型ロボットにおける応用例

*1: http://www.yaskawa.co.jp/business/robot/

Yasukawa’s Robot*1

双腕ロボットにおける応用例

５．ピン歯車装置

5.1 ピン歯車装置の原理コンセプト図

R1

R3

R2

Animated cartoon2Animated cartoon1 Animated cartoon3

5.2 歯車の歯形曲線

トロコイド（サイクロイド）曲線

5.3 ピン歯車装置の減速機比

減速比＝𝑍2

𝑍2−𝑍1

𝑍2=ピンの本数𝑍1=トロコイド歯車の歯数一般的に(𝑍2−𝑍1) = 1

5.4 ピン歯車減速機の特徴

• 一段減速機構 （ピン歯車機構）

• 大減速比：減速比60～200

• トロコイド歯形

• 高ねじり剛性

• 高伝達精度

• 小バックラッシュ＆小ロストモーション

• 扁平構造＆大中空可能

5.5 製品例紹介：サイクロイド減速機

出典：住友重機械工業株式会社 精密制御用サイクロ減速機 カタログ

5.6 ピン歯車減速機の応用

川崎重工(株)様のロボット

６．ローラカム減速機（ローラードライブ）

6.1 ローラードライブ減速機

出典： (株)三共製作所 HP

6.2 ローラードライブ減速機の特徴

• 高剛性

• 高効率

• 逆回転が可能

• 高伝達精度

6.3 ローラードライブ減速機の応用例

応用例１

応用例２

応用例３

７．自動車の変速装置

デファレンシャルギヤは動力伝達装置の一部。エンジンで発生した駆動力を様々なタイプのギヤ（傘歯車）を経て駆動軸に伝える。そのギヤ（傘歯車）を内蔵する代表的なものがデファレンシャルギヤアッセンブリーで、駆動回転軸の方向転換及びコーナリング時に発生する左右輪の回転差を吸収し、スムーズなコーナリングを可能とする。

7.1 車の動力伝達部

ピニオンシャフト

デファレンシャルギヤユニット

ハイポイドギヤセット

7.2 車の無段変速機構（CVT）

7.3 車の有段変速機

自動車のトランスミッション

7.4 差動歯車装置

デファレンシャルギヤ（動画２）

デファレンシャルギヤ（動画１）

車の車輪駆動用デファレンシャルギア

(differential gear,デフギア、デフ)

デフギア機構（動画３）