JP2014173708A - 遊星ギヤ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な強度を確保しつつ、軽量化が可能な遊星ギヤ装置を提供する。
【解決手段】出力側に配置された遊星歯車機構ユニット１０と駆動側に配置された遊星歯車機構ユニット４０とを含み、遊星歯車機構ユニット１０〜４０のそれぞれは、固定内歯車３ａ，４ａおよび太陽歯車２１,３１,４１,６に噛み合う遊星歯車１３，２３，３３，４３と、遊星歯車１３，２３，３３，４３を回動自在に支持するとともに回転可能なキャリア１２，２２，３２，４２を備え、遊星歯車１３およびそれに噛み合う歯部３ａが金属により構成され、他の遊星歯車２３，３３，４３およびそれに噛み合う歯部４ａが樹脂により構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、遊星ギヤ装置に関する。

自動車関連部品等の各種の部品においては、軽量化が強く求められている。これは、遊星ギヤ装置においても同じである。特許文献１〜３には、樹脂を利用した遊星ギヤ装置について記載されている。

特開平３−２２３５４７号公報 特開２０１２−８２８４２号公報 特開平１１−３４６４６９号公報

従来の遊星ギヤ装置は、強度確保が優先され、主要部品は金属製の焼結部品が使われていた。この場合、強度や耐久性は確保できるが、重量を軽量化する上では問題があった。このような背景において、本発明は、必要な強度を確保しつつ、軽量化が可能な遊星ギヤ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、直列に接続された複数段の遊星歯車機構ユニットを備えた遊星ギヤ装置であって、前記複数の遊星歯車機構ユニットは、出力側に配置された第１の遊星歯車機構ユニットと駆動側に配置された第Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の遊星歯車機構ユニットとを含み、前記複数の遊星歯車機構ユニットのそれぞれは、フレームの内側に配置された固定内歯車および太陽歯車に噛み合う複数の遊星歯車と、前記複数の遊星歯車を回転自在に支持するとともに前記フレームの内側で回転可能なキャリアとを備え、前記第１の遊星歯車機構ユニットの遊星歯車が金属により構成されており、前記固定内歯車の前記第１の遊星歯車機構ユニットの遊星歯車に噛み合う部分が金属により構成されており、前記第Ｎの遊星歯車機構ユニットの遊星歯車が樹脂により構成されており、前記固定内歯車の前記第Ｎの遊星歯車機構ユニットの遊星歯車に噛み合う部分が樹脂により構成されていることを特徴とする遊星ギヤ装置である。

本発明は、直列に複数の遊星歯車機構ユニットが接続され、入力側の回転が段数を経る毎に順次減速されて、出力側に現れる形態を基本とする。ここで、出力側に配置された第１の遊星歯車機構ユニットというのは、遊星ギヤ装置の出力軸を駆動する遊星歯車機構ユニットである。駆動側に配置された第Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の遊星歯車機構ユニットというのは、モータ等の駆動源によって駆動される遊星歯車機構ユニットである。各遊星歯車機構ユニットは、前段の遊星歯車機構ユニットの太陽歯車の回転を自身の遊星歯車で受け、その際に生じるキャリアの回転を出力とする。キャリアの回転は、第１の遊星歯車機構ユニットの場合、キャリアの中心に固定された出力軸の回転として出力され、それ以外の遊星歯車機構ユニットの場合は、キャリアの中心に固定され、後段の遊星歯車機構ユニットの遊星歯車に噛み合った太陽ギヤの回転として出力される。

請求項１に記載の発明によれば、最も負荷が加わる出力側に配置された第１の遊星歯車機構ユニットの遊星歯車およびこの遊星歯車に噛み合う固定内歯車を金属製とすることで、強度を確保している。また、負荷の軽い駆動側に配置された第Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の遊星歯車機構ユニットの遊星歯車およびこの遊星歯車に噛み合う固定内歯車を樹脂製とすることで、重量の軽量化を得ている。駆動側は、負荷が軽いので、強度は出力側程要求されない。このため、遊星歯車と固定内歯車を樹脂で構成することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記Ｎが３以上であり、前記第１の遊星歯車機構ユニットに軸方向で隣接する第２の遊星歯車機構ユニットの遊星歯車が金属により構成されていることを特徴とする。請求項２に記載の発明によれば、出力側に次いで２番目に強度が要求される第２の遊星歯車機構ユニットの遊星歯車を金属製とすることで、更に高強度を確保できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記固定内歯車の前記第Ｎの遊星歯車機構ユニットの遊星歯車に噛み合う部分が樹脂により構成されており、当該部分が前記フレームと一体成形されていることを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、簡素化された工程により、金属製の部分と樹脂製の部分とが一体化された構造の固定内歯車が得られる。

本発明によれば、必要な強度を確保しつつ、軽量化が可能な遊星ギヤ装置が得られる。

実施形態の遊星ギヤ装置の分解斜視図である。 実施形態のフレーム部の分解斜視図である。

（構成）
図１は、実施形態の遊星ギヤ装置の分解斜視図である。図２は、実施形態のフレーム部の分解斜視図である。なお、図２には、図１におけるフランジ部３ｅを備えていないバージョンの例が示されている。

図１には、遊星ギヤ装置１が示されている。遊星ギヤ装置１は、回転しない固定部材となるフレーム部２を備えている。フレーム部２は、焼結金属製であり、図２に示すように金属製の焼結製内歯車３と樹脂製の樹脂製内歯車４を有している。焼結製内歯車３と樹脂製内歯車４は、略筒形状を有し、その内周面に歯部３ａと４ａが設けられている。ここで、歯部３ａは、焼結金属で構成され、歯部４ａは、樹脂により構成されている。フレーム２内側の焼結製内歯車３が設けられていない部分には、樹脂製内歯車４を収容する収容部３ｂが設けられている。収容部３ｂは、内径が拡径されることで形成されている。収容部３ｂには、樹脂製内歯車４が焼結製内歯車３に対して回転しない状態で収容され、固定されている。ここで、歯部３ａと４ａとは、材質は異なるが同じ形状を有している。

この例では、焼結製内歯車３をインサート材とした樹脂を原料とした射出成形により、樹脂性内歯車４が形成され、焼結製内歯車３と樹脂製内歯車４が一体化された構造が得られている。樹脂製内歯車４が焼結製内歯車３に対して回転しないようにする構造としては、接着剤による固定構造や溝と軌条の組み合わせにより、回転が生じないようにする構造等が挙げられる。また、焼結製内歯車３を別に作製し、それを別に用意したフレーム部２に挿入する構造も可能である。

フレーム部２の外周側には、3箇所のボス部３ｃが設けられ、各ボス部３ｃには、軸方向に貫通したボルト孔３ｄが設けられている。また、フレーム部２には、３箇所のフランジ部３ｅが設けられ、各フランジ部３ｅには、ボルト孔３ｆが設けられている。ボルト孔３ｄを用いて、ボルトによりフレーム部２がモータ等の駆動装置（図示省略）に固定される。

樹脂性内歯車４を収容部３ｂに収めた状態のフレーム部２の内部には、４段の遊星歯車機構ユニット１０，２０，３０，４０が軸方向に並んだ状態で直列に接続されて収められている。遊星歯車機構ユニット１０は、出力軸１１、出力軸１１が中心に固定された円板形状のキャリア１２、キャリア１２の同一円周上の等間隔な位置（１２０°の角度位置）に回転自在な状態で支持された３つの遊星歯車１３を備えている。３つある遊星歯車１３は、金属製（焼結材）であり、焼結製内歯車３の内側の歯部３ａに噛み合っている。

遊星歯車機構ユニット２０は、出力軸１１と同軸の位置に配置された太陽歯車２１、太陽歯車２１が中心に固定された円板形状のキャリア２２、キャリア２２の同一円周上の等間隔な位置（１２０°の角度位置）に回転自在な状態で支持された３つの遊星歯車２３を備えている。太陽歯車２１は、金属製（焼結材）であり、３つある遊星歯車２３は、樹脂製である。３つの遊星歯車２３は、樹脂性内歯車４の内側の歯部４ａに噛み合っている。また、太陽歯車２１は、後段の遊星歯車機構ユニット１０の３つの遊星歯車１３の中心の位置にあり、３つの遊星歯車１３のそれぞれに噛み合っている。

遊星歯車機構ユニット３０は、出力軸１１と同軸の位置に配置された太陽歯車３１、太陽歯車３１が中心に固定された円板形状のキャリア３２、キャリア３２の同一円周上の等間隔な位置（１２０°の角度位置）に回転自在な状態で支持された３つの遊星歯車３３を備えている。太陽歯車３１は、金属製（焼結材）であり、３つある遊星歯車３３は、樹脂製である。３つの遊星歯車３３は、樹脂性内歯車４の内側の歯部４ａに噛み合っている。また、太陽歯車３１は、３つの遊星歯車２３の中心の位置にあり、３つの遊星歯車２３のそれぞれに噛み合っている。

遊星歯車機構ユニット４０は、太陽歯車４１、太陽歯車４１が中心に固定された円板形状のキャリア４２、キャリア４２の同一円周上の等間隔な位置（１２０°の角度位置）に回転自在な状態で支持された３つの遊星歯車４３を備えている。太陽歯車４１は、金属製（焼結材）であり、３つある遊星歯車４３は樹脂製である。３つの遊星歯車４３は、樹脂性内歯車４の内側の歯部４ａに噛み合っている。また、太陽歯車４１は、３つの遊星歯車３３の中心の位置にあり、３つの遊星歯車３３のそれぞれに噛み合っている。

３つの遊星歯車４３の中心の位置には、太陽歯車６が配置されている。太陽歯車６は、３つの遊星歯車４３のそれぞれに噛み合っている。太陽歯車６は、図示しないモータの駆動軸（回転シャフト）に固定されている。

（動作）
図示しないモータが回転すると、太陽歯車６が回転し、それに従い太陽歯車６に噛み合った遊星歯車４３が回転（自転）する。遊星歯車４３は、歯部４ａに噛み合っているので、遊星歯車４３が回転（自転）すると、それに伴い遊星歯車４３は、太陽歯車６の回転軸を回転中心として公転運動を行う。この遊星歯車４３の公転に伴いキャリア４２が回転する。ここで、一般的な遊星ギヤ機構の原理により、太陽歯車６の回転に対して、キャリア４２の回転は減速されたものとなる。

キャリア４２が回転すると、太陽歯車４１が回転し、それに噛み合った遊星歯車３３が回転し、上述した場合と同様な原理により、キャリア３２が回転する。この際、更に減速が行われる。

そして、キャリア３２が回転すると、太陽歯車３１が回転し、それに噛み合った遊星歯車２３が回転し、上述した場合と同様な原理により、キャリア２２が回転する。この際、更に減速が行われる。

キャリア２２が回転すると、太陽歯車２１が回転し、それに噛み合った遊星歯車１３が回転し、上述した場合と同様な原理により、出力軸１１が固定されたキャリア１２が回転し、同時に出力軸１１が回転する。この際、更に減速が行われる。こうして、太陽歯車６が駆動されて回転することで、４段に渡り減速が行われて、出力軸１１が減速された状態で回転する。最終的な減速比は各段の減速比の積となるが、減速されるにつれて各段のギヤにかかるトルク（負荷）は増大していき、出力軸で最大になる。

（優位性）
以上述べたように、遊星ギヤ装置１は、出力側に配置された遊星歯車機構ユニット１０と駆動側に配置された遊星歯車機構ユニット４０とを含み、遊星歯車機構ユニット１０〜４０のそれぞれは、固定内歯車３ａ，４ａおよび太陽歯車２１,３１,４１,６に噛み合う遊星歯車１３，２３，３３，４３と、遊星歯車１３，２３，３３，４３を回動自在に支持するとともに回転可能なキャリア１２，２２，３２，４２を備え、遊星歯車１３およびそれに噛み合う歯部３ａが金属により構成され、他の遊星歯車２３，３３，４３およびそれに噛み合う歯部４ａが樹脂により構成されている。

この構造によれば、４段ある遊星歯車機構ユニット１０〜４０の各遊星歯車において、最も負荷が加わるのは、最も出力側にある遊星歯車１３であり、以下遊星歯車２３→３３→４３となるにつれて加わる負荷は段階的に軽くなる。これは、遊星歯車１３〜４３に接触する固定内歯車３ａ，４ａにおいても同じである。そこで、本実施形態では、強い負荷が加わる遊星歯車１３および固定内歯車３ａを金属製として耐久性を確保し、相対的に弱い負荷が加わる遊星歯車２３，３３，４３および固定内歯車４ａを樹脂製として、その部分を軽量化している。こうして、必要な強度を確保しつつ、遊星ギヤ装置の軽量化を実現している。

（その他）
要求される強度に応じて、１段目の遊星歯車１３に加えて、２段目の遊星歯車２３を金属製としてもよい。この場合、固定内歯車３ａを軸方向で延長し、遊星歯車２３が噛み合う固定内歯車を金属製とする。この場合、遊星歯車２３およびそれに噛み合う固定内歯車を樹脂製とした場合に比較して、重量は増加するが、耐久性は増大する。そして、全ての遊星歯車および固定内歯車を金属製とした場合に比較して、軽量化される。

上記の例示では、遊星歯車機構ユニットが４段の場合の例を示したが、駆動側に比較して出力側が減速される２段以上の構成に本発明を適用できる。また、駆動側に比較して出力側が減速される３段以上の構成において、出力側から数えて複数段における遊星歯車と固定内歯車を金属製とし、残りの遊星歯車と固定内歯車を樹脂製とすることで、強度と軽量化のバランスを追及することもできる。また、駆動源は、モータに限定されない。また、１段における遊星歯車の数は、３つに限定されず、２つや４つ、あるいはそれ以上の場合も可能である。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、遊星ギヤ装置に利用することができる。

１…遊星ギヤ装置、２…フレーム部、３…焼結製内歯車、３ａ…歯部、３ｂ…収容部、３ｃ…ボス部、３ｄ…ボルト孔、３ｅ…フランジ部、３ｆ…ボルト孔、４…樹脂製内歯車、４ａ…歯部、６…太陽歯車、１０…遊星歯車機構ユニット、１１…出力軸、１２…キャリア、１３…遊星歯車、２０…遊星歯車機構ユニット、２１…太陽ギヤ、２２…キャリア、２３…遊星歯車、３０…遊星歯車機構ユニット、３１…太陽ギヤ、３２…キャリア、３３…遊星歯車、４０…遊星歯車機構ユニット、４１…太陽ギヤ、４２…キャリア、４３…遊星歯車。

Claims (3)

1. 直列に接続された複数段の遊星歯車機構ユニットを備えた遊星ギヤ装置であって、
   前記複数の遊星歯車機構ユニットは、出力側に配置された第１の遊星歯車機構ユニットと駆動側に配置された第Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の遊星歯車機構ユニットとを含み、
   前記複数の遊星歯車機構ユニットのそれぞれは、フレームの内側に配置された固定内歯車および太陽歯車に噛み合う複数の遊星歯車と、前記複数の遊星歯車を回転自在に支持するとともに前記フレームの内側で回転可能なキャリアとを備え、
   前記第１の遊星歯車機構ユニットの遊星歯車が金属により構成されており、
   前記固定内歯車の前記第１の遊星歯車機構ユニットの遊星歯車に噛み合う部分が金属により構成されており、
   前記第Ｎの遊星歯車機構ユニットの遊星歯車が樹脂により構成されており、
   前記固定内歯車の前記第Ｎの遊星歯車機構ユニットの遊星歯車に噛み合う部分が樹脂により構成されていることを特徴とする遊星ギヤ装置。
2. 前記Ｎが３以上であり、
   前記第１の遊星歯車機構ユニットに軸方向で隣接する第２の遊星歯車機構ユニットの遊星歯車が金属により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の遊星ギヤ装置。
3. 前記固定内歯車の前記第Ｎの遊星歯車機構ユニットの遊星歯車に噛み合う部分が樹脂により構成されており、
   当該部分が前記フレームと一体成形されていることを特徴とする請求項１または２に記載の遊星ギヤ装置。
   
   
   
   
   

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