遊星減速機 – metoree本番管理

遊星減速機とは

遊星減速機 (英: planetary speed reducer) とは、遊星歯車を使用した減速機のことです。

中心の太陽歯車 (サンギア) と、その周りに複数の遊星歯車 (プラネタリギア) 、そのさらに外側に内歯車 (インターナルギア) 及び遊星歯車キャリアによって構成されています。入力軸と出力軸が同一軸上に配置したり、複数の遊星歯車を設けたりできるため、コンパクトな設計が可能です。

遊星減速機は、大きな動力を使用した産業機器などで利用されます。入力と出力が同軸上でかつコンパクトなため、装置自身もコンパクトにできることが大きな利点です。

自動車では、トルクコンバータ式のオートマチック車の変速機や、4輪駆動車のセンターデフに利用されます。また、自転車の内装型変速機は、遊星減速機です。シールド掘削機やガントリークレーン等多くの産業機械の駆動に、遊星減速機が使われます。

そのほか、通常の使用方法と異なりますが、トヨタ車のプリウスにも使用されています。エンジン駆動力を遊星歯車キャリアに、発電機を太陽歯車に接続し、内歯車を出力として構成することで、エンジンの出力を駆動と発電に振り分ける機構に利用しています。

遊星歯車機構を減速機として使う場合は、内歯車を固定し、太陽歯車が回転すると、遊星歯車が太陽歯車の周りを自転しながら公転運動を行います。この公転運動を出力として取り出すことで、減速機としての使用が可能です。

遊星歯車の軸がある遊星歯車キャリアが、遊星歯車の移動に合わせて入力軸と同軸の円運動行います。遊星歯車は太陽歯車の周りに複数個設置することができるため、入力に対して力を分散することができ、コンパクトで大容量の動力を伝達することが可能です。

遊星減速機には3種類の歯車を組み合わせた遊星歯車減速機が知られており、自動車のトランスミッションや、ディファレンシャルギアなどに古くから使われています。それ以外に同様の機能をもちながら、構成要素が違う減速機システムがいくつか存在します。

歯車の代わりにローラーを用いたものや、トロコイド系曲線歯車を使ったもの、ローラーとフレキシブルに外径を連携させる遊星機構を持ったものなどが製品化されています。それぞれに違った特徴があり、使用される条件により選定が必要です。

遊星減速機は、平歯車を組み合わせた一般的な減速機構に比べて、以下の長所と短所があります。

長所

減速比が大きい
入力軸と出力軸が一直線に配置されているので、装置の機構設計がしやすいです。同じ減速比であれば、減速機のサイズをコンパクトにすることが可能で、省スペースを実現できます。
トルク容量が大きい
複数の遊星歯車を使うことで、トルク容量を大きくすることができます。
増速機にも利用できる
遊星減速機は、入力軸と出力軸とを入れ替えれば、増速機への利用が可能です。
低騒音

ただし、下記のような短所も存在するため、用途や目的などを考慮した上で選定することが大切です。

短所

遊星歯車機構は、入力軸と出力軸を同一軸上に配置可能で、2個以上の遊星歯車で負荷を分担して、同じトルク容量でも装置をコンパクトにできる特徴があります。遊星減速機の設計は、機構の構造が複雑で、高い技術力が必要です。

内歯車をもっとも外側に持つ機構のため、減速比によって機構の外径に制限がかかり、太陽歯車と遊星歯車が干渉を起こさないように考慮するなど、難点が数多くあります。

太陽歯車の歯数と遊星歯車の歯数と和に対して、太陽歯車の歯数の比によって、遊星減速機の減速比が決定されます。太陽歯車と遊星歯車のギア比が1の時に、減速比が4となり、構造的にプラネタリギアを4個配置する形となります。

一般的には3～5の減速比で用いられることが多く、それ以上の減速比を確保することも可能です。しかし、減速比を大きくとると太陽歯車が小さく、遊星歯車が大きくなるため、遊星歯車の配置が3個以下となり、動力伝達的には不利になります。

また、公転運動を行うため、遊星歯車に遠心力が働き、内歯車との干渉を起こしてしまうため、各部品の固定方法や寸法関係に工夫をする仕組みが必要です。

参考文献
https://www.khkgears.co.jp/gear_technology/intermediate_guide/KHK388.html
https://www.monotaro.com/s/pages/readingseries/kikaikiso_0112/
https://motor-fan.jp/tech/10008985
https://cyclo.shi.co.jp/product/gmoter/saikuro6000/
https://www.hds.co.jp/products/
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