JP6602674B2 - 遊星歯車機構 - Google Patents

Description

この発明は、構造の簡素化と部品点数の削減を図って生産性向上とコスト低減を可能にした遊星歯車機構に関するものである。

遊星歯車機構の一つに、下記特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載されたその遊星歯車機構は、３Ｋ型と称されるものである。

その３Ｋ型の遊星歯車機構の一例を図５に示す。この図５の遊星歯車機構は、第１の回転軸０に固定されるサンギヤ１と、そのサンギヤ１に噛合する第１のプラネタリギヤ２及びその第１のプラネタリギヤ２と一体に回転する第２のプラネタリギヤ３の２者で構成された複数組のプラネタリギヤ組５と、円周方向に等ピッチで配置されたこのプラネタリギヤ組５の各々を自転可能に支持する支軸４の固定されたキャリア１７を有する。

また、前記キャリア１７を回転自在に支持するキャリア用軸受１８と、前記第１のプラネタリギヤ２と噛合する固定内歯車７と、前記第２のプラネタリギヤ３を噛合させて前記サンギヤ１の回転中心と同心の円軌道上で回転するように支持された可動内歯車８と、この可動内歯車８を固定して当該可動内歯車８と一体に回転させる第２の回転軸９と、その第２の回転軸９を支持する２組の軸受１０と、分割ハウジング１１ａ、１１ｂの２者で構成されたハウジング１１と、前記第２の回転軸９の外周との間に介在するオイルシール１４を組み合わせて構成されている。

ハウジング１１は、前記第２の回転軸９の一部と他の構成要素の全てを内包するケースである。

特開２０１１−２２６５１８号公報

図５の３Ｋ型の遊星歯車機構は、前記特許文献１が述べているように、小型で減・増速の大きな速度比を実現できることから多くの変速機に採用されているが、構成部品数が多く、そのために、動力伝達部位に発生する変形が大きくなり、歯車同士の噛み合い率が低下し、遊星歯車機構の入力部から出力部に至る間でのトルク伝達効率が著しく低下する問題を生じやすい。

そこで、その不具合を改善するために、軸受を含む部材の大型化や補助軸受の追加などによる剛性向上が図られる。

例えば、前記特許文献１の遊星歯車機構は、キャリアの内周側と外周側をそれぞれ軸受で支持し、さらに、２個あるキャリアの片方に軸受を介して支持された可動内歯車（従動リングギヤ）の外周とハウジングとの間にも軸受を配置して高い剛性を確保しているが、それが原因で径方向サイズの大きな遊星歯車機構となっている。

また、図５の遊星歯車機構については、キャリア１７を回転自在に支持するためにそのキャリア１７と第２の回転軸９との間に補助的に軸受１８を配置しているが、機構のコンパクト化のためにその軸受はサイズの小さなものを採用しており、さらに、キャリア１７の外周は軸受による支持を行っていない。そのために、高剛性、特に高いモーメント剛性を望み難いものになっている。

これに加え、図５の遊星歯車機構は、プラネタリギヤ組５の各々を自転可能に支持するためにプラネタリギヤ組用の支軸４とプラネタリギヤ組５との間にニードル軸受１９を組み込んでおり（これは一般的な技術であり、特許文献１の遊星歯車機構にも採用されている）、それによってプラネタリギヤ組５のガタつきを抑えて剛性を高めているため、構造の簡素化や部品数削減の要求に応えるのが難しい。

この発明は、遊星歯車機構の構造の簡素化と部品点数削減を実現して生産性向上とコスト低減を可能となすことを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、
第１の回転軸に固定されるサンギヤと、
そのサンギヤに噛合する第１のプラネタリギヤ、その第１のプラネタリギヤの他端側に並列に配置されて第１のプラネタリギヤと一体に回転する第２のプラネタリギヤ、及びその第１及び第２のプラネタリギヤを支持する支軸の３者で構成されるプラネタリギヤ組と
、
前記プラネタリギヤ組の支軸に外嵌されるギヤ組用軸受と、
前記第１のプラネタリギヤと噛合する固定内歯車と、
前記第２のプラネタリギヤと噛合する可動内歯車と、
前記可動内歯車に取り付けられて当該可動内歯車を前記サンギヤの回転中心と同心の円軌道上で一体回転するように支持する第２の回転軸と、
前記第２の回転軸を支持する回転軸用軸受と、
前記構成要素の各々を内包するハウジングと、
前記プラネタリギヤ組の支軸よりも径方向内側と径方向外側において前記ギヤ組用軸受の公転をガイドする前記サンギヤの回転中心と同心の内側円筒ガイド面及び外側円筒ガイド面を具備し、
前記プラネタリギヤ組が内側円筒ガイド面と外側円筒ガイド面間に挿入された前記ギヤ組用軸受を支点にして自転し、さらに、前記ギヤ組用軸受の外輪が前記内側円筒ガイド面又は外側円筒ガイド面上を転動して前記プラネタリギヤ組が前記サンギヤの回転中心と同心の円軌道（固定内歯車の内周に沿った円軌道）上を公転する遊星歯車機構を提供する。

この遊星歯車機構は、下記の３形態が考えられる。
Ｉ）前記プラネタリギヤ組の支軸をプラネタリギヤ組の両端に相反する向きに突出させて設けてプラネタリギヤ組を両持ち支持する第１の形態。

II）前記支軸を第１のプラネタリギヤの端面（ハウジングと向き合う側の面）に突出させて設けてプラネタリギヤ組をハウジングで片持ち支持する第２の形態。

III）前記支軸を第２のプラネタリギヤの端面（第２の回転軸の内端と向き合う側の面）に突出させて設けてプラネタリギヤ組を第２の回転軸で片持ち支持する第３の形態。

前記第１の形態の遊星歯車機構は、プラネタリギヤ組の両側に設けた支軸の各々に前記ギヤ組用軸受が外嵌され、プラネタリギヤ組の両側、即ち、前記プラネタリギヤ組の一端に対向した前記ハウジングの壁部と前記プラネタリギヤ組の他端に対向した前記第２の回転軸の内端部にそれぞれ前記内側円筒ガイド面と外側円筒ガイド面が設けられ、前記両側の支軸に外嵌された前記ギヤ組用軸受の外輪が前記内側円筒ガイド面又は外側円筒ガイド面上を転動して前記内側円筒ガイド面と外側円筒ガイド面間に形成された２箇所の円軌道上を公転移動するものである。

また、前記第２の形態の遊星歯車機構は、第１のプラネタリギヤの端面に突出して設けられた支軸に前記ギヤ組用軸受が外嵌され、前記第１のプラネタリギヤの端面に対向した前記ハウジングの壁部に前記内側円筒ガイド面と外側円筒ガイド面が設けられ、前記ギヤ組用軸受が、前記内側円筒ガイド面又は外側円筒ガイド面上を転動して前記内側円筒ガイド面と外側円筒ガイド面間に形成された単一の円軌道に沿って公転移動するものである。

さらに、前記第３の形態の遊星歯車機構は、前記第２のプラネタリギヤの端面に突出して設けられた支軸に前記ギヤ組用軸受が外嵌され、前記第２のプラネタリギヤの端面に対向した前記第２の回転軸の内端部に前記内側円筒ガイド面と外側円筒ガイド面が設けられ
、前記ギヤ組用軸受が、前記内側円筒ガイド面と外側円筒ガイド面間に形成された単一の円軌道に沿って公転移動するものである。

前記内側円筒ガイド面と外側円筒ガイド面は、前記ギヤ組用軸受の外輪が両ガイド面のどちらか片方のみに接触するように、２面間の距離が前記外輪の直径よりも僅かに大に設定されている。

ここで言う僅かとは、前記ギヤ組用軸受の外輪が内側円筒ガイド面と外側円筒ガイド面のどちらか片方に接触している状態でその外輪と他方のガイド面との間に、例えば、数十〜１００μｍ程度の隙間ができる数値を指す。

なお、内側円筒ガイド面と外側円筒ガイド面の少なくとも片方は、前記ギヤ組用軸受の外輪をスラスト方向（アキシャル方向）に拘束する段差面を備えた面にするのがよい。

この発明の遊星歯車機構には、キャリアが含まれていない。そのため、構造が簡素化され、部品点数も削減される。これにより、生産性向上とコスト低減を図ることが可能になる。

この発明の遊星歯車機構の一例を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 この発明の遊星歯車機構の他の例を示す断面図である。 この発明の遊星歯車機構のさらに他の例を示す断面図である。 従来の３Ｋ型の遊星歯車機構の一例を示す断面図である。

以下、添付図面の図１〜図４に基づいてこの発明の遊星歯車機構の実施の形態を説明する。

図１は、前記第１形態の遊星歯車機構の具体例である。この図１の遊星歯車機構は、第１の回転軸０に固定されるサンギヤ１と、第１のプラネタリギヤ２、第２のプラネタリギヤ３、及び支軸４の３者で構成されるプラネタリギヤ組５と、ギヤ組用軸受６（図のそれは玉軸受）と、固定内歯車７と、可動内歯車８と、第２の回転軸９と、回転軸用軸受１０と、ハウジング１１と、前記サンギヤ１の回転中心と同心の直径の異なる内側円筒ガイド面１２及び外側円筒ガイド面１３と、ハウジング１１と第２の回転軸９との間に介在されたオイルシール１４を具備する。

前記第１のプラネタリギヤ２は、サンギヤ１に噛合する。また、前記第２のプラネタリ
ギヤ３は、第１のプラネタリギヤ２の他端側に並列に配置されて第１のプラネタリギヤ２と一体に回転する。

前記支軸４は、第１及び第２のプラネタリギヤ２，３を支持する軸であってプラネタリギヤ組５の両側に相反する向きに突出して設けられている。

ギヤ組用軸受６は、前記プラネタリギヤ組５の支軸４に外嵌される。また、固定内歯車７は前記第１のプラネタリギヤ２と噛合し、可動内歯車８は前記第２のプラネタリギヤ３と噛合する。

前記第２の回転軸９は、前記可動内歯車８に取り付けられて当該可動内歯車８を前記サンギヤ１の回転中心と同心の円軌道上で一体回転するように支持する。

また、前記回転軸用軸受１０は、ハウジング１１と前記第２の回転軸９との間に組み込まれて第２の回転軸９を回転自在に支持する。

ハウジング１１は、分割ハウジング１１ａ，１１ｂを組み合わせたものであって、前記構成要素の各々を内包する。このハウジング１１には、第１の回転軸０の片端が挿入され、その片端に前記サンギヤ１が取り付けられる。

また、第２の回転軸９は、片端が前記ハウジング１１から外部に引き出される。

前記ギヤ組用軸受６は、前記内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３間に挿入される。前記内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３は、そのギヤ組用軸受６の外輪を前記プラネタリギヤ組５の支軸４よりも径方向内側と径方向外側において相対移動可能に支える。

この内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３は、どちらか片方のガイド面と前記ギヤ組用軸受６の外輪との間に数十μｍ程度の隙間が形成されるように両ガイド面間の距離が設定されている。

そのために、ギヤ組用軸受６の外輪が内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３のどちらか片方に接触しているときには、その外輪は他方のガイド面からは僅かに離反する。

前記内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３の少なくとも片方には、ギヤ組用軸受６の外輪を軸方向に突き当てる段差面を備えさせるのがよい。例示の遊星歯車機構では、プラネタリギヤ組５を間に挟んだ２箇所の内側円筒ガイド面１２に段差面１５，１６を設けている。

このように構成された図１の遊星歯車機構は、前記第１の回転軸０を入力軸、第２の回転軸９を出力軸として使用すると回転の減速がなされ、これとは逆に前記第２の回転軸９を入力軸、第１の回転軸０を出力軸として使用すると回転の増速がなされる。

以下では、図１の遊星歯車機構について、第１の回転軸０を入力軸として使用する場合を例に挙げて動作の説明を行う。

第１の回転軸０が駆動されてサンギヤ１が回転すると、そのサンギヤ１に駆動されて前記プラネタリギヤ組５が内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３間に挿入された前
記ギヤ組用軸受６を支点にして自転する。

また、このプラネタリギヤ組５は、第１のプラネタリギヤ２が固定内歯車７と噛合しているため、自転に伴い、前記内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３間に形成された前記サンギヤ１の回転中心と同心の円軌道上を公転する。

その公転は、ギヤ組用軸受６の外輪が内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３のどちらか一方に接してそのガイド面に案内されながらそのガイド面上を転動するため、安定してなされる。

このプラネタリギヤ組５の自転、公転に伴い、第２のプラネタリギヤ３が噛合している可動内歯車８が回転し、その可動内歯車８に固定された第２の回転軸９が設定された比率で減速されて回転する。

この遊星歯車機構は、図５の遊星歯車機構に設置されているキャリアが無いため、軸方向寸法を短縮することができる。また、プラネタリギヤ組５の構造が簡素化され、さらに、そのプラネタリギヤ組５の両端がギヤ組用軸受６に支持されているためプラネタリギヤ組設置部の剛性も高まっている。

また、プラネタリギヤ組５の支軸４を支えたギヤ組用軸受６は、そのギヤ組用軸受６の外輪との間の隙間がゼロに近い内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３間に挿入されているので、ラジアル方向の遊び（所謂ガタ）は小さく、また、スラスト方向には、軸受６の外輪が段差面１５，１６によって拘束されているため、プラネタリギヤ組５が傾くことが無く、歯車同士の噛み合い率の低下による運動伝達効率の著しい低下を招くことがない。

さらに、プラネタリギヤ組５は、支軸４も含めて全体が一体成形された焼結体などを利用することができるため、製造コストを下げて価格を抑えることができる。

また、前掲の特許文献１に記載された遊星歯車機構は、キャリアの外周及び軸受を介してキャリアに支持された可動内歯車の外周に大きな軸受を配置して剛性を高めているのに対し、この発明によれば、比較的小さな軸受を用いて、部品点数の削減、小型化、低価格化を図りながら、高い剛性を持つ遊星歯車機構を実現することができる。

図３は、前記第２の形態の遊星歯車機構の具体例を示している。この第２の形態の遊星歯車機構は、プラネタリギヤ組５の支持をハウジング１１側のみで行ったものである。

プラネタリギヤ組５の支軸４は、第１のプラネタリギヤ２の端面（ハウジング１１の壁面と向き合う側の面）に突出させて設けられており、その支軸４の外周に装着されたギヤ組用軸受６の外輪が、分割ハウジング１１ａの壁面に形成された内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３のどちらかの面上を転動して前記内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３間に形成されたサンギヤ１の軸心と同心の単一の円軌道に沿って公転移動する構造になっている。

ギヤ組用軸受６は、プラネタリギヤ組５が片持ち支持となっているので、支持安定性を高めるために、図のように、複数個を並列配置にして設けるのがよい。その他の構成は、図１の第１の形態と同じであるので、同一要素に同一符号を付して説明を省く。

この第２の形態の遊星歯車機構は、プラネタリギヤ組５の支持が片持ち支持となっているため、第１の形態に比べて剛性が低くなるが、前記内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３をハウジング１１側にのみ設ければよいため、製造コストの低減や、製造、組み立ての簡略化による生産性の向上が図れる。

図４は、前記第３の形態の遊星歯車機構の具体例である。この第３の形態の遊星歯車機構は、プラネタリギヤ組５の支持を第２の回転軸９側のみで行ったものである。

プラネタリギヤ組５の支軸４は、第２のプラネタリギヤ３の端面（第２の回転軸９の内端面と向き合う側の面）に突出させて設けられており、その支軸４の外周に装着されたギヤ組用軸受６の外輪が、第２の回転軸９の円板状をなす内端面に形成された内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３のどちらかの面上を転動して前記内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３間に形成されたサンギヤ１の軸心と同心の単一の円軌道に沿って公転移動する構造になっている。

その他の構成は、図１の第１の形態と同じであるので、同一要素に同一符号を付して説明を省く。

この第３の形態の遊星歯車機構も、プラネタリギヤ組５が片持ち支持であるため、第１の形態に比べて剛性が低くなるが、前記内側円筒ガイド面１２と外側円筒ガイド面１３をプラネタリギヤ組５の片側にのみ設ければよいので、第２の形態と同様、製造コストや生産性に優れる。

０ 第１の回転軸
１ サンギヤ
２ 第１のプラネタリギヤ
３ 第２のプラネタリギヤ
４ 支軸
５ プラネタリギヤ組
６ ギヤ組用軸受
７ 固定内歯車
８ 可動内歯車
９ 第２の回転軸
１０ 回転軸用軸受
１１ ハウジング
１１ａ，１１ｂ 分割ハウジング
１２ 内側円筒ガイド面
１３ 外側円筒ガイド面
１４ オイルシール
１５，１６ 段差面
１７ キャリア
１８ キャリア用軸受
１９ ニードル軸受

Claims (5)

1. 第１の回転軸（０）に固定されるサンギヤ（１）と、
   そのサンギヤ（１）に噛合する第１のプラネタリギヤ（２）、その第１のプラネタリギヤ（２）の他端側に並列に配置されて第１のプラネタリギヤ（２）と一体に回転する第２のプラネタリギヤ（３）、及びその第１及び第２のプラネタリギヤ（２，３）を支持する支軸（４）の３者で構成されるプラネタリギヤ組（５）と、
   前記プラネタリギヤ組（５）の支軸（４）に外嵌されるギヤ組用軸受（６）と、
   前記第１のプラネタリギヤ（２）と噛合する固定内歯車（７）と、
   前記第２のプラネタリギヤ（３）と噛合する可動内歯車（８）と、
   前記可動内歯車（８）に取り付けられて当該可動内歯車（８）を前記サンギヤ（１）の回転中心と同心の円軌道上で一体回転するように支持する第２の回転軸（９）と、
   前記第２の回転軸（９）を支持する回転軸用軸受（１０）と、
   前記構成要素の各々を内包するハウジング（１１）と、
   前記支軸（４）よりも径方向内側と径方向外側において前記ギヤ組用軸受（６）の公転をガイドする前記サンギヤ（１）の回転中心と同心の内側円筒ガイド面（１２）及び外側円筒ガイド面（１３）を具備し、
   前記プラネタリギヤ組（５）が前記内側円筒ガイド面（１２）と外側円筒ガイド面（１３）間に挿入された前記ギヤ組用軸受（６）を支点にして自転し、さらに、前記ギヤ組用軸受（６）の外輪が前記内側円筒ガイド面（１２）又は外側円筒ガイド面（１３）上を転動して前記プラネタリギヤ組（５）が前記サンギヤ（１）の回転中心と同心の円軌道上を公転する遊星歯車機構。
2. 前記プラネタリギヤ組（５）の支軸（４）がプラネタリギヤ組（５）の両端に相反する向きに突出して設けられ、その両端の支軸（４）の各々に前記ギヤ組用軸受（６）が外嵌され、前記第１のプラネタリギヤ（２）の端面に対向した前記ハウジング（１１）の壁部と前記第２のプラネタリギヤ（３）の端面に対向した前記第２の回転軸（９）の内端部にそれぞれ前記内側円筒ガイド面（１２）と外側円筒ガイド面（１３）が設けられ、前記両側の支軸（４）に外嵌された前記ギヤ組用軸受（６）の外輪が前記内側円筒ガイド面（１２）又は外側円筒ガイド面（１３）上をそれぞれ転動するように構成された請求項１に記載の遊星歯車機構。
3. 前記支軸（４）が前記第１のプラネタリギヤ（２）の端面にのみ突出して設けられ、その支軸（４）に前記ギヤ組用軸受（６）が外嵌され、前記第１のプラネタリギヤ（２）の端面に対向した前記ハウジング（１１）の壁部に前記内側円筒ガイド面（１２）と外側円筒ガイド面（１３）が設けられ、前記ギヤ組用軸受（６）が、前記内側円筒ガイド面（１２）又は外側円筒ガイド面（１３）上を転動するように構成された請求項１に記載の遊星歯車機構。
4. 前記支軸（４）が前記第２のプラネタリギヤ（３）の端面にのみ突出して設けられ、その支軸（４）に前記ギヤ組用軸受（６）が外嵌され、前記第２のプラネタリギヤ（３）の端面に対向した前記第２の回転軸（９）の内端部に前記内側円筒ガイド面（１２）と外側円筒ガイド面（１３）が設けられ、前記ギヤ組用軸受（６）が、前記内側円筒ガイド面（１２）又は外側円筒ガイド面（１３）上を転動するように構成された請求項１に記載の遊星歯車機構。
5. 前記内側円筒ガイド面（１２）と外側円筒ガイド面（１３）の少なくとも片方が、前記ギヤ組用軸受（６）の外輪をスラスト方向に拘束する段差面（１５，１６）を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の遊星歯車機構。

Images