JP4598756B2 - 遊星歯車装置 - Google Patents

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この出願は、米国仮出願第６０／４４２，８８３号、ジェラルド フォックスによる、２００３年１月２７日に出願の、発明の名称「遊星歯車装置」の優先権を主張する。

この発明は、一般に歯車装置に関し、より詳しくは遊星歯車装置に関する。

典型的な遊星（epicyclic or planetary)歯車装置は、外歯が設けられた太陽歯車と、内歯が設けられたリング歯車と、太陽歯車とリング歯車との間に位置し且つ太陽歯車及びリング歯車の歯部と噛み合う外歯を有する幾つかの遊星歯車と、を基本的に有している。また、その典型的な装置は、それらの歯車に加えて、遊星歯車が連結されるキャリアも有する。典型的に、太陽歯車、リング歯車、又はキャリアはしっかりと固定されており、一方、動力は残りの２つの構成要素に提供され又はそこから取得され、それによって遊星装置を介し、角速度の変更又は逆変更トルクをもって動力が伝達される。なお、遊星装置によっては三つ全てが回転するものもある。

太陽歯車及びリング歯車は、同一の軸線（中央の軸線）を共有し、一方、遊星歯車は中央の軸線と並行且つ径方向にオフセットした軸線の周りを回転するが、これは全ての意図と目的のためであり、すなわち、少なくともそうなっていなければならない。多くの場合、オフセットした軸線と中央の軸線とは並行ではなく、遊星歯車は太陽とリング歯車との間でわずかにたわむ。これは、遊星歯車、太陽歯車及びリング歯車の歯部に沿って過度の摩耗を引き起こし、摩擦及び熱を発生させ、装置全体に過剰な騒音を生じさせる。

この問題は、ストラドル方式の遊星キャリアにおいて確かに存在する。このタイプのキャリアにおいて遊星歯車が回転するピンは、２つのキャリアフランジの間に延び、その両端部でキャリアフランジに固定されている。キャリアはねじれによる巻き上げを受け、それによって一方のキャリアフランジが他方のフランジよりわずか先行して回転し、遊星歯車と太陽歯車及びリング歯車との間に不十分な噛み合わせが発生する。各ピンは、その両端で断面において、フランジがピンに及ぼす剪断力及び曲げモーメントに耐えるために、十分な剪断面積及び断面係数を有するべきである。

他のタイプの遊星歯車装置は、単一のフランジキャリアと、フランジに固定されてフランジから突き出すたわみピンとを利用している。この構成において、単一のキャリアフランジは遊星歯車から軸方向にオフセットしており、キャリアピンはそのフランジから遊星歯車内に突き出している（実際には貫通している）。各キャリアピンの一端はキャリアフランジに固定され、他端は、ピンを覆って戻るがまだピンから径方向に間隔をおいて遊星歯車を支持する所謂ダブルカンチレバー式でスリーブに嵌め込まれている。アール．ジェー．ヒックスの米国特許第３，３０３，７１３号明細書には、そのようなダブルカンチレバー構成が開示されている。しかし、スリーブは、そうでなければピン径を拡大することのできるスペースを占めており、転がり軸受がスリーブとそのスリーブの周囲の遊星歯車との間に挿入される場合に、ピンのために使用可能な隙間は更に少なくなる。

本質的に、スリーブが遊星歯車とその歯車が回転するピンとの間に挿入されるダブルカンチレバーは、ピンの断面、そして勿論、剪断面積及び断面係数を減少させる。これは装置のトルク能力を減少させる可能性があり、故に、しばしば、ピンの有効な総断面積を増加させ且つ失われたトルク能力を幾らか回復するために、更なるピンが加えられる。更なるピンを利用すると、遊星歯車の周縁は必然的に互いにより近い間隔におかれる。必要とされるトルク能力を得るために必要とされる多数のピンは、遊星歯車間の干渉を引き起こすことがある。

図面を参照すると、遊星歯車装置Ａ及びＢは、各々、中央軸線Ｘの周りに結合され、遊星歯車とともに従来型の太陽歯車及びリング歯車を有するが、遊星歯車の数は従来の遊星装置のものより多い。装置Ａ及びＢは殆どスペースをとらない一方、比較的大きいトルク伝達能力を有する。各装置はキャリアを有し、各装置の遊星歯車はそのキャリアにたわみピンを介してダブルカンチレバー構成で連結されている。ピンは、遊星歯車が回転するオフセット軸線Ｙを確立し、その軸線Ｙは中央軸線Ｘと厳密に平行であり、したがって、遊星歯車とリング歯車との間で良好な噛み合いを発生させ、各遊星歯車に良好な負荷分配と、数個の遊星歯車間で略均等な負荷分配とを生じさせる。ピンの総断面積は大きく、かなりのトルク伝達にも耐え得るために必要とされる剪断面積及び断面係数を提供する。

遊星歯車装置Ａ（図１）に戻り、遊星歯車装置Ａは、太陽歯車２と、太陽歯車２の周囲に位置するリング歯車４と、太陽歯車２とリング歯車４との間に二列に位置する遊星歯車６及び遊星歯車８とを含み、遊星歯車６が一列を占め、遊星歯車８が他の列を占めている。更に、遊星歯車６は、遊星歯車８に対して互い違いに配置され、すなわち、それらは周方向にオフセットしている。したがって、歯車６の周縁は、歯車６及び歯車８が二列に結合されているために、歯車６と歯車８との間で干渉することなく歯車８の周縁に重なることができる。歯車２、４、６及び８は全て歯部を有し、遊星歯車６及び遊星歯車８は、それら歯車２、４、６及び８の歯部に沿って太陽歯車２及びリング歯車４と噛み合っている。

更に、装置Ａは遊星歯車６及び遊星歯車８が連結されるキャリア１０を有し、それによって、遊星歯車６及び遊星歯車８は、軸方向に変位して互いに干渉することなく、太陽歯車２とリング歯車４との間の環状の隙間の外に移動することもない。太陽歯車２、リング歯車４、及びキャリア１０は、動力が装置Ａに供給され、かつ装置Ａから送り出され得る装置Ａの構成要素を示す。

キャリア１０は、遊星歯車６の列に隣接し、更にそれら遊星歯車６の端部を越え、同様に太陽歯車２及びリング歯車４の端部を越えて位置する単一のフランジ１４を含んでいる（図１）。フランジ１４は、周方向に等間隔且つ中央の軸線Ｘから等しい半径で並べられたボア１６を含む。ボア１６には、短ピン２０及び長ピン２２が、ピン２０とピン２２とを交互にして嵌め込まれている。したがって、ボア１６は一つおきに短ピン２０を収容し、残りのボア２２は長ピン２２を収容する。ピン２０及び２２は、ピン２０及び２２に適度なたわみを与えるカンチレバーの形態で、フランジ１４から太陽歯車２とリング歯車４との間の環状の隙間に突き出している。内側の列の歯車６は短ピン２０の回りを回転し、それに対して外側の列の歯車８は長ピン２２の回りを回転する。

各ピン２０は、フランジ１０に固定されている固定端に軸部２６を有し、自由端に頭部２８を有している（図２及び図３）。ピン２０は、軸部２６と頭部２８との間に、ピン２０のたわみ性を高めるための溝部３０を有してもよい。軸部２６は、フランジ１０のボア１６の一つからピン２０の遊星歯車６の中に延びている。頭部２８はまた、均一な径の円筒面を有し、その径は軸部２６の径よりもわずかに大きくてもよい。頭部２８は軸部２６よりも幾分短くてもよいが、遊星歯車６内に部分的に位置するためにまだ十分長い。

遊星歯車６は、転がり軸受３４（図２及び図３）上で各々のキャリアピン２０の周りを回転し、各軸受はその歯車６内でピン２０の回りに位置している。実際、各軸受３４は外輪として遊星歯車６を利用し、その歯車６はそれ自体２つのテーパ付き軌道面３６を有し、その軌道面３６には、歯車６の回転軸線Ｙに向って内向きで且つ互いに向って下向きのテーパが設けられている。各軸受３４はまた、一体型のレーススリーブ３８の形の内輪と、スリーブ３８の一方に別個に形成されたリブリング４０とを含んでいる（図２）。レーススリーブ３８は貫通ボア４２を有し、その貫通ボア４２は一端においてピン２０の拡大した頭部２８を受容する。頭部２８とスリーブ３８のボア４２の表面とは締りばめされ、更に、スリーブ３８の頭部２８と頭部２８とは円形の溶接部４４に沿って共に接合されている。頭部２８を越えると、ボア４４の表面はピン２０の軸部２６と離間し、したがって、第２のカンチレバーが形成される。スリーブ３８は遊星歯車６の内部を通って突き出し、そこには２つのテーパ付き軌道面４６が設けられ、そのテーパは、互いに向って下向きで且つ遊星歯車６の軌道面３６に向って外向きに形成されている。レーススリーブ３８の自由端の近くの軌道面４６は、スリーブ３８の一部分として形成されたスラストリブ４８まで続いている。他方の軌道面４６は、その大端部で、スリーブ３８の取付端部の切欠部５０まで続いている。リブリング４０が切欠部５０に嵌め合わされ、他の接合部５２でスリーブ３８に固定され、隣り合う軌道面４６の大端部においてリブを提供している。

軸受３４はまた、遊星歯車３８のテーパ付き軌道面３６とレーススリーブ３８のテーパ付き軌道面４６との間に二列に並べられたテーパ付きローラ５４を有している（図２及び図３）。一方の列のローラ５４の大端面は、レーススリーブ３８のリブリング４０に沿って動き、またそれによって制限され、一方、他の列のローラ５４の大端部は一体のスラストリブ４８に沿って動き、またそれによって制限されている。リブリング４０がレーススリーブ３８に固定されるその位置により、軸受３４はわずかに予圧された状態にあり、その結果、軌道面３６及び軌道面４６とローラ５４との間に隙間は存在しない。更に、二列のローラ５４は頂点上にあり、それらの側面が位置する円錐形の包絡面は、遊星歯車６の軸線Ｙに沿って、共通な点上に頂点を有することを意味している。

２００３年１０月７日に出願された、発明の名称「遊星歯車装置」、ジー．フォックス及びイー．ジャラットの米国特許出願第１０／６８００４３号明細書には、軸受３４がより詳細に説明されており、その明細書の内容は本明細書に援用されている。ピン２２は、その軸部２６がより長いことを除き、ピン２０と同様である。遊星歯車８は、ピン２２の周囲に位置する同様な軸受３４上を回転する。

ピン２０及びピン２２の、軸部２６と頭部２８との間の溝部３０は、ピン２０及びピン２２に適度なたわみを与えるが、ピン２０及びピン２２が溝部３０を有するか否かにかかわらず、ピン２０及びピン２２は、遊星歯車６及び遊星歯車８の軸線Ｙが軸線Ｘと略並行であるように曲がるべきである。これは、遊星歯車６及び遊星歯車８が太陽歯車２及びリング歯車４と適切に噛み合い、負荷が遊星歯車６及び遊星歯車８の幅方向に均一に、かつ遊星歯車６と遊星歯車８との間に一様に分配されることを保障する。

遊星歯車装置Ａの動作中、二列の遊星歯車６及び遊星歯車８は、太陽歯車２とリング歯車４との間でトルク及び動力を伝達する。数が増加したことにより、遊星歯車６及び遊星歯車８の各々の幅は、従来の遊星装置よりも小さくなる。それらが歪んだ場合、その歪みが有する悪影響は、より広くかつより従来型の遊星歯車に生じる歪みが有するものより少ない。実際、それは、太陽歯車２及びリング歯車４の寿命だけでなく、遊星歯車６及び遊星歯車８並びにそれらの軸受３４の寿命を延ばす。また、フレキシブルキャリアピン２０及び２２の断面積を全く損うことなく、歯車装置Ａ全体を非常に小型化させることができる。二列の遊星歯車６及び遊星歯車８の交互の配置は、より多くの遊星歯車と、特に、モーメントが最大の場合にキャリア１０のフランジ１４でのピン２０及び２２の総断面積の増加とを可能にする。

遊星歯車装置Ｂ（図４及び図５）は、太陽歯車６２、リング歯車６４、及び太陽歯車６２とリング歯車６４との間に二列に位置する遊星歯車６６及び６８を同様に有し、歯車６６が一方の列に存在し、歯車６８が他方の列に存在する。更に、遊星歯車６６及び６８は、軸線Ｙを規定するキャリア７０に連結され、遊星歯車６６及び６８は軸線Ｙの回りを回転する。

遊星歯車装置Ａに対するキャリア１０と比較して、装置Ｂのキャリア７０は２つのフランジ７２及び７４を有し、前者は遊星歯車６６に隣接し、後者は遊星歯車６８に隣接している。２つのフランジ７２及び７４は、それらの間に延びるブリッジ７６により接続され、その意味でキャリア７０はストラドルキャリアに類似している。

歯車６６はフランジ７２に固定されたピン８０の回りを回転し、一方、歯車６８はフランジ７４に固定されたピン８２上を回転する。フランジ７２から突き出すピン８０のそれぞれに対応して、ピン８２がフランジ７４から突き出し、一方、対応するピン８０とピン８２とは整列し、それらは接続されていない。したがって、ピン８０又はピン８２の各々は、一列に並ぶピン８０又はピン８２を含む他の全てのピン８０又はピン８２に関して自由に曲がる。ピン８０及びピン８２は遊星装置Ａのキャリア１０の短ピン２０と類似している。更に、遊星歯車６６及び６８は、ダブルカンチレバーを提供するレーススリーブ３８を含み、軸受３４と同様に軸受８４上を回転する。

遊星装置Ｂにおいて、その対向した遊星歯車の構成により、フレキシブルピン６６及び６８の各々のたわみ特性は同様のトルク特性を有し得るであろう。しかし、トルクがキャリア７０に加えられ又はキャリア７０から受け取られる場合、遊星の構成全体は入力側から出力側に巻き上げられる。故に、その設計上の噛み合い位置の各々でのわずかな巻き上げに従って、遊星歯車６６及び遊星歯車６８の歯の外形を形成するように注意しなければならない。

歯車装置Ａ及び歯車装置Ｂの両者において、軸受３４及び軸受８４の回転部材は必ずしもテーパローラではなく、ボール形、円筒又は球面のローラ形、あるいは針形のような他の形状を仮定してもよい。実際、軸受は必ずしも回転部材を全く含んでいなくともよい。その代わりに、各レーススリーブ３８それ自体が、その周囲にある遊星歯車６、８、６６又は６８のジャーナルとして機能してもよい。軸受３４及び８４が回転部材を有する場合、軌道面３６及び４６は、一方で、遊星歯車６、８、６６、及び６８から、他方で、レーススリーブ３８から、独立して形成されたレース上にあってもよい。

本発明の一形態に従って構成された、遊星歯車装置の部分切欠断面の斜視図。 図１の２−２線に沿った断面図。 キャリアピンの一つと、そのピンの遊星歯車と、遊星歯車が回転する軸受とを示した組立分解斜視図。 本発明の一形態に従って構成された、他の遊星歯車装置の部分切欠断面の斜視図。 図４に示した遊星歯車装置の部分切欠断面の斜視図。

Claims (3)

1. 太陽歯車と、
   前記太陽歯車の周囲に位置するリング歯車と、
   前記太陽歯車と前記リング歯車との間の一の列に位置し、前記太陽歯車及びリング歯車に噛み合う第１遊星歯車と、
   前記太陽歯車と前記リング歯車との間の他の列に位置し、前記太陽歯車及びリング歯車と噛み合う第２遊星歯車と、
   前記太陽歯車及び前記リング歯車の軸方向の一方側に、前記第１遊星歯車に隣接して位置する第１フランジ、及び、前記太陽歯車及び前記リング歯車の軸方向の他方側に、前記第２遊星歯車に隣接して位置する第２フランジを有し、前記第１フランジにカンチレバー式に取り付けられかつ該第１フランジから前記第１遊星歯車まで延びる第１ピン、及び前記第２フランジにカンチレバー式に取り付けられかつ該第２フランジから前記第２遊星歯車まで延びる第２ピンを更に有し、前記第１遊星歯車が前記第１ピンの周りを回転すると共に前記第２遊星歯車が前記第２ピンの周りを回転するようになっている、キャリアと、
   を備え、前記第１ピンと前記第２ピンとが、互いに分離している遊星歯車装置。
2. 各ピンが、該ピン上を回転する前記遊星歯車に対して、ダブルカンチレバー式装着を提供している請求項１に記載の歯車装置。
3. 前記遊星歯車は軸受上で各々のピンの周りを回転し、各軸受は前記遊星歯車を通って前記ピン上を延びるレーススリーブを含み、該スリーブは前記フランジから離れたところで前記ピンに固定され、固定された位置から遊星歯車を通って前記フランジの方へ向けられ、前記遊星歯車がダブルカンチレバーを通して前記キャリアに装着されている請求項１又は２に記載の歯車装置。

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