JP2003021205A - 直交動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直交動力伝達装置において、部品点数の削減
を図ると共に、特に入力軸方向のコンパクト化を図る。 【解決手段】 入力軸（モータ軸）４２Ａに入力される
回転動力を該入力軸４２Ａと直交する出力軸７２に伝達
する直交動力伝達装置４４において、太陽ローラ５４、
遊星ローラ５６、リングローラ５８、及びキャリヤ６２
を有する単純遊星ローラ機構４８を備えると共に、前記
キャリヤ６２と連結され自身の一端側にハイポイドピニ
オン７４を有する中間軸６０を有し、ハイポイドピニオ
ン７４と噛合するハイポイドギヤ７６を介して中間軸６
０の回転方向を直角に変更・減速して出力軸７２から取
り出す直交歯車伝達機構４９を備える。直交歯車伝達機
構４９の中間軸６０は、１個のみの軸受９０によって回
転自在に支持されており、その軸長対直径の比が４．５
以下に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力軸に入力され
る回転動力を該入力軸と直交する出力軸に伝達する直交
動力伝達装置に関する。

【０００２】なお、本明細書において、「直交」、或い
は「直角」とは、同一の平面上に存在する軸と軸とが直
角に交わる（直角である）場合のほか、平行な平面上に
それぞれ存在する軸と軸とが該２つの平行な平面と垂直
の方向から見た時に直角に交わる（直角である）場合を
含む。

【０００３】

【従来の技術】入力軸と出力軸とが直交しているいわゆ
る直交動力伝達装置は、種々の分野において広く利用さ
れている。

【０００４】入力軸と出力軸とを直交させるには、一般
に、ウォームギヤセット、ベベルギヤセット、あるいは
ハイポイドギヤセット等の直交歯車セットが用いられ
る。

【０００５】又、要請される減速比を考慮して、これら
の直交歯車セットの前段、あるいは後段に更に減速機構
を付設した多段型の直交動力伝達装置も多く利用されて
いる。

【０００６】２段型の直交動力伝達装置として、例えば
特開平８−５３０９４号公報において開示されているよ
うな従来例が知られている。

【０００７】この装置は、電動自転車に搭載される駆動
装置に係るもので、モータの軸線がクランク軸の軸線と
直角となるように車体に組み込まれることから、該モー
タの回転方向を直角に変更するために使用されている。

【０００８】モータの回転は、まず遊星ローラ機構によ
って減速され、該遊星ローラ機構の出力が軸方向に長い
筒状の一方向クラッチを介して駆動傘歯車に伝達され
る。この駆動傘歯車の先端部には傘歯ピニオンが形成さ
れており、一方、該傘歯ピニオンと噛合する傘歯が形成
された従動傘歯車がクランク軸と同軸に組み込まれてい
る。この駆動傘歯車の傘歯ピニオンと従動傘歯車の傘歯
の噛合により、駆動傘歯車の回転軸が直角方向、即ちク
ランク軸の方向に変更される。

【０００９】なお、駆動傘歯車は、基本的に一対の軸受
によって支持されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この駆
動装置にあっては、駆動傘歯車の端部外周に前述した
（軸方向に長い）一方向クラッチが組み込まれている上
に、該駆動傘歯車が一対の軸受によって支持される構成
とされていたため、その軸方向長（入力軸方向の長さ）
は軸の直径の６倍近くに達するほど長くなっており、コ
ンパクト化が妨げられていた。

【００１１】又、他の用途に使用されるもので、一方向
クラッチを有しないものであっても、従来は、この駆動
傘歯車に相当する部材は必ず一対の軸受によって支持さ
れており、入力軸方向の長さが長くなっているという問
題を有していた。

【００１２】本発明は、このような従来の問題に鑑みて
なされたものであって、各部材の個々の機能を合理的に
融合させることにより、部品点数が少なく、且つ入力軸
方向のコンパクト化を図ることのできる直交動力伝達装
置を提供することをその課題としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力軸に入力
される回転動力を該入力軸と直交する出力軸に伝達する
直交動力伝達装置において、前記入力軸の外周に連結さ
れ、該入力軸と一体的に回転する太陽ローラ、該太陽ロ
ーラの周囲に配置されて該太陽ローラに転接する遊星ロ
ーラ、前記太陽ローラと同軸状に配置されて前記遊星ロ
ーラが自身の内周に転接するリングローラ、及び前記遊
星ローラを支持すると共に該遊星ローラの公転成分を取
り出すキャリヤを有する単純遊星ローラ機構を備えると
共に、自身の一端側において該単純遊星ローラ機構のキ
ャリヤと連結され他端側にピニオンを有する中間軸と、
該ピニオンと噛合するギヤを介して前記中間軸の回転方
向を直角に変更し前記出力軸側に伝達する直交歯車噛合
部と、を有する直交歯車伝達機構を備え、該直交歯車伝
達機構の前記中間軸を、１個のみの軸受によって回転自
在に支持すると共に、該中間軸の全長と該中間軸の前記
軸受の存在する部分の直径との比を４．５以下に設定し
たことにより、上記課題を解決したものである。

【００１４】本発明では、第１段側の減速機構を含む入
力軸から中間軸までの動力伝達系全体を、「１個のみの
軸受」によって支持させるために、まず第１段側の減速
機構として単純遊星ローラ機構を採用すると共に、直交
歯車セットの歯車噛合機能、即ち「直交するピニオンと
ギヤとが歯車噛合していることによって得られる機能」
を積極的に利用し、併せて中間軸の軸長と直径との関係
を吟味することにより、各機能を相乗させた。

【００１５】即ち、第１に、単純遊星ローラ機構は、単
純遊星歯車機構と異なり、それ自体が巨大な軸受として
の機能を有している。従って、第１段目の減速機構の構
成としてこの単純遊星ローラ機構を採用することによ
り、まずこの部分の各要素の軸受を省略することができ
るようになる。又、単純遊星ローラ機構は、これ自体軸
方向長が極めて短いものであるため、１段目減速機構の
軸方向長（入力軸方向の長さ）も最小化できる。

【００１６】第２に、この単純遊星ローラ機構のキャリ
ヤと中間軸の「一端側」とを連結することにより、該中
間軸の一端側を該キャリヤによって支持することができ
る。

【００１７】第３に、直交歯車噛合部は、「互いに向き
が直交するピニオンとギヤとの歯車噛合」によって回転
方向を直角に変更していることから、（ウォームギヤセ
ット、ベベルギヤセット、あるいはハイポイドギヤセッ
トのいずれの場合においても）その噛合部には半径方向
及びスラスト方向の双方の分力（反力）が発生してい
る。このことは、換言すると、中間軸の「他端側」は当
該直交噛合部での噛合作用により、通常の歯車噛合部に
比べより高い位置拘束がなされていることを意味する。

【００１８】従って、中間軸の一端側はキャリヤとの連
結による支持を利用し、又、他端側は直交歯車セットの
噛合による位置拘束（支持）を利用し、且つ、軸受を該
中間軸のほぼ中央に配置すると共に、該中間軸の全長と
該中間軸の軸受部分の直径との「比」（即ち軸のぶれや
すさに対する軸受の保持機能の割合）を所定の範囲内に
抑えるようにすれば、（１段目減速機構をそのまま含
む）入力軸から中間軸までの動力伝達系を、当該「１個
の軸受のみ」で良好に支持することができるようにな
る。

【００１９】この結果、部品点数が少なく、且つ簡単な
構造で入力軸方向長の短い直交動力伝達装置を得ること
ができる。

【００２０】この「比」の限界は、発明者らの試験によ
れば４．５である。即ち、本発明の場合、中間軸の「軸
長」の「直径」に対する比が小さければ小さいほど得ら
れる効果が顕著となる。還元すると、中間軸の軸長の直
径に対する比が４．５以下に設定されているときは、中
間軸のほぼ中央における前記軸受による該中間軸の回転
支持、一端側における前記キャリヤとの連結支持、及び
他端側における直交噛合による拘束支持の相乗効果（安
定支持効果）が著しい。又、中間軸の直径に対して軸長
が短く設定されているというのは、直交動力伝達装置の
入力軸方向の長さをその分短縮できることを意味し、剛
性もそれだけ高くなる。なお、更に好ましくはこの比は
３．０以下である。

【００２１】ところで、本発明において、中間軸に発生
する（直交歯車機構特有の）スラスト力をこの軸受に保
持させるようにすれば、直交歯車噛合部において発生す
るスラスト力を単純遊星ローラ機構側に殆ど伝達させな
い構造を得ることができる。

【００２２】この場合、前記単純遊星ローラ機構のキャ
リヤと前記直交歯車伝達機構の中間軸の一端側とをスプ
ライン構造によって連結するようにすれば、単純遊星ロ
ーラ機構のキャリヤと直交歯車伝達機構の中間軸は、そ
の軸方向の僅かな変位が許容可能な態様で連結されるこ
とになり、中間軸側に発生するスラスト力が単純遊星ロ
ーラ機構側に伝達するのをほぼ完全に遮断することがで
きる。

【００２３】なお、本直交動力伝達装置は、これにモー
タを連結することにより、直交ギヤドモータを構成でき
る。この場合には、例えば該モータのモータ軸の一端
を、単純遊星ローラ機構の太陽ローラの中心部に直接挿
入する構成を採用するとよい。これにより、入力軸方向
長を一層短縮することができるようになると共に、モー
タ軸を支持している軸受と前記直交歯車伝達機構の中間
軸を支持している軸受とにより単純遊星ローラ機構を両
持ち支持するような構成を得ることができ、ユニット全
体の高剛性化を図ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。

【００２５】図１及び図２に、本発明が適用されたギヤ
ドモータ４０を示す。このギヤドモータ４０は、モータ
４２と、このモータ４２の回転動力が入力される直交動
力伝達装置４４とが一体的に組合せされたものである。
モータ４２のモータ軸４２Ａは、モータケーシング４６
内に配置される２つの軸受４６Ａ、４６Ｂによって回転
自在に支持され、その端部が片持ち状態で軸受４６Ｂか
ら直交動力伝達装置４４側に臨まされており、そのまま
直交動力伝達装置４４の入力軸を兼用している。

【００２６】直交動力伝達装置４４は単純遊星ローラ機
構４８と直交歯車伝達機構４９とを備える。単純遊星ロ
ーラ機構４８は、モータ４２のモータ軸４２Ａと同軸上
に連結され、モータ軸４２Ａの回転動力が入力される太
陽ローラ５４と、該太陽ローラ５４の周囲に配置されて
太陽ローラ５４に転接する３つの遊星ローラ５６と、太
陽ローラ５４と同軸に配置された遊星ローラ５６が自身
の内周に転接するリングローラ５８と、遊星ローラ５６
の公転運動を取り出して中間軸（直交歯車伝達機構４９
の入力軸）６０に伝達するキャリヤ６２と、を備える。

【００２７】リングローラ５８は、自身を軸方向に貫通
する複数のボルト５８Ｂによって、ケーシング６４の内
部に固定されている。

【００２８】各遊星ローラ５６の中心にはキャリヤ６２
から突出されたキャリヤピン６２Ａがピンローラ６２Ｂ
を介して挿入されている。キャリヤ６２は、このキャリ
ヤピン６２Ａを介して遊星ローラ５６の（太陽ローラ５
４周りの）公転成分を取り出すようになっている。

【００２９】一方、直交歯車伝達機構４９は、単純遊星
ローラ機構４８のキャリヤ６２とスプライン７０を介し
て連結されている前記中間軸６０と、この中間軸６０と
直交している出力軸７２とを備える。中間軸６０の一端
側にはハイポイドピニオン７４が直接形成され、一方、
出力軸７２にはこのハイポイドピニオン７４と噛合する
ハイポイドギヤ７６が圧入・一体化されている。

【００３０】出力軸７２は、自身の両端から動力を取り
出すことが可能なホロータイプとされている（勿論、中
実タイプにすることも可能である）。ここで、前記単純
遊星ローラ機構４８は、直交歯車伝達機構４９のケーシ
ング６４のモータ側端部に形成された凹所８２にその軸
方向のほぼ半分が嵌め込まれるようにして組み込まれて
いる。

【００３１】又、モータ４２側のフロントカバー８４に
は単純遊星ローラ機構４８の残りの軸方向半分を収容可
能な凹所８３が形成されている。従って、単純遊星ロー
ラ機構４８は、この一対の凹所８２、８３によって形成
される空間内に収容されており、特にこれを支持する軸
受等は配置されていない。

【００３２】なお、直交歯車伝達機構４９のケーシング
６４とモータ４２のフロントカバー８４はボルト８６に
よって連結・固定されている。太陽ローラ５４はモータ
軸４２Ａの端部に圧入されることによってその軸方向位
置が規制されており、遊星ローラ５６は、フロントカバ
ー８４及びキャリヤ６２のフランジ部６２Ｃによってそ
の軸方向の位置決めがなされている。

【００３３】一方、この中間軸６０は、その軸方向（入
力軸方向）のほぼ中央部において１個のみの軸受９０に
よって回転自在に支持されている。

【００３４】又、この中間軸６０の軸方向の長さＬの軸
受９０が存在する部分における直径（軸受の内径）Ｄと
の比Ｌ/Ｄは、約２．６（＜３．０＜４．５）に設定さ
れ、直径Ｄに対して軸長Ｌが短か目に設定されている。

【００３５】又、軸受９０はケーシング６４の段差６４
Ａと止め輪６５とでその軸方向の位置が規制され、一
方、この軸受９０によって回転自在に支持されている中
間軸６０は、その鍔部６０Ａ及びスペーサ８７によって
該軸受９０に対する軸方向の移動規制がなされている。
その結果、結局中間軸６０はケーシング８０に対し軸方
向両側の移動が規制され、前記ハイポイドピニオン７４
とハイポイドギヤ７６の噛合によって発生するスラスト
力を該軸受９０のみによって全て受け持つ構成とされて
いる。

【００３６】次にこの実施形態に係るギヤドモータ４０
の作用を説明する。

【００３７】モータ４２のモータ軸４２Ａが回転する
と、このモータ軸４２Ａの回転はそのまま単純遊星ロー
ラ機構４８の太陽ローラ５４に伝達され、該太陽ローラ
５４がモータ軸４２Ａと一体的に回転する。この太陽ロ
ーラ５４の回転により、（固定状態にある）リングロー
ラ５８側から反力を受けながら、太陽ローラ５４とリン
グローラ５８との間で遊星ローラ５６が回転・公転し、
その公転成分がキャリヤピン６２Ａを介してキャリヤ６
２の回転として取り出される。

【００３８】このキャリヤ６２の回転は、スプライン７
０を介して連結されている中間軸６０に伝達され、該中
間軸６０の端部に形成されたハイポイドピニオン７４及
び出力軸７２に組み込まれたハイポイドギヤ７６の直交
噛合を介して出力軸７２に（回転方向が直角に変更され
た上で）減速・伝達される。

【００３９】ここで、中間軸６０は、その一端側が単純
遊星ローラ機構４８のキャリヤ６２によって支持され、
又他端側はハイポイドピニオン７４とハイポイドギヤ７
６との「直交噛合」によって強い位置規制がなされるた
め、軸受９０が僅か１個のみ配置されている構造であり
ながら、極めて安定した回転を維持することができる。
又、「直交噛合」によって発生するスラスト力に対する
反力は軸受９０によってその全てが受け持たれ、特に、
中間軸６０とキャリヤ６２との結合がスプライン結合
（両者６０、６２とが軸方向に若干相対移動し得る結
合）とされていることから、当該スラスト力が単純遊星
ローラ機構４８側に伝達されることはない。

【００４０】但し、この実施形態では、このように中間
軸６０に発生するスラスト力が単純遊星ローラ機構４８
側に伝達されるのを防止すると共に、組付けの容易性を
考慮してキャリヤ６２と中間軸６０との連結をスプライ
ン構造とするようにしているが、この部分の連結構造は
これに限定されず、例えばキャリヤ６２と中間軸６０と
を当初より一体的に製造するような構成としてもよい。
この場合には、該中間軸６０の一端側と単純遊星ローラ
機構４８とがより強固に一体化されるため、中間軸６０
の支持剛性をそれだけ高めることができるようになる。

【００４１】勿論、この他に、圧入、あるいはキー等を
用いた結合構造も採用できる。

【００４２】以上に示したギヤドモータ４０において
は、直交動力伝達装置４４の入力軸（モータ軸４２Ａ）
から中間軸６０までの動力伝達系を僅か１個のみの軸受
９０によって支持することができるため、特に入力軸方
向のコンパクト化が実現でき、又部品点数も最小限に抑
えることができる。

【００４３】又、ハイポイドギヤセットは一般に静音性
に優れるが、これと同じく静音性に優れる単純遊星ロー
ラ機構４８とが組み合わされているため、直交動力伝達
装置４４全体の高い静音性能を確保することができる。

【００４４】なお、この実施形態においては、２つの減
速機構を有しているため、例えばその一方側のみを変更
することによって種々の減速比を得ることが可能であ
る。例えば、図３及び図４には、モータ４２及び単純遊
星ローラ機構４８〜軸受９０までの部分が基本的に同一
で、中間軸１６０に形成するハイポイドピニオン１７４
以降のみを若干変更することでより減速比の小さなギヤ
ドモータ１４０を得る例が示されている（変更部分に１
００台の同一下２桁符号を付して表示）。

【００４５】勿論、逆に直交歯車伝達機構側を同一と
し、単純遊星ローラ機構側の各要素の系を変更すること
によって異なる総減速比を得るようにすることも可能で
ある。

【００４６】なお、この実施形態においては、直交動力
伝達装置４４とモータ４２とを一体化したギヤドモータ
４０（或いは１４０）の例が示されていたが、本発明に
係る直交動力伝達装置は、必ずしもモータと一体化され
て用いられる必要はない。

【００４７】

【発明の効果】本発明に係る直交動力伝達装置によれ
ば、部品点数を最小限に抑えながら、特に入力軸方向の
コンパクト化を最大限に実現できるようになるという優
れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るギヤドモータを示す正断面図

【図２】同ギヤドモータの部分拡大平断面図

【図３】本発明の他の実施形態に係るギヤドモータの正
断面図

【図４】同ギヤドモータの部分拡大平断面図

【符号の説明】

４０…ギヤドモータ ４２…モータ ４２Ａ…モータ軸（入力軸） ４４…直交動力伝達装置 ４８…単純遊星ローラ機構 ４９…直交歯車減速機構 ６０…中間軸 ７０…スプライン ７２…出力軸 ７４…ハイポイドピニオン ７６…ハイポイドギヤ ９０…軸受

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J009 DA17 EA06 EA18 EA23 EA32 EC05 FA05 FA14 3J051 AA01 BA03 BB06 BC01 BD02 BE03 EC01 ED14 FA01 5H607 AA12 BB01 BB14 CC05 EE32 EE33 FF31 GG08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力軸に入力される回転動力を該入力軸と
   直交する出力軸に伝達する直交動力伝達装置において、 前記入力軸の外周に連結され、該入力軸と一体的に回転
   する太陽ローラ、該太陽ローラの周囲に配置されて該太
   陽ローラに転接する遊星ローラ、前記太陽ローラと同軸
   状に配置されて前記遊星ローラが自身の内周に転接する
   リングローラ、及び前記遊星ローラを支持すると共に該
   遊星ローラの公転成分を取り出すキャリヤを有する単純
   遊星ローラ機構を備えると共に、自身の一端側において
   該単純遊星ローラ機構のキャリヤと連結され他端側にピ
   ニオンを有する中間軸と、該ピニオンと噛合するギヤを
   介して前記中間軸の回転方向を直角に変更し前記出力軸
   側に伝達する直交歯車噛合部と、を有する直交歯車伝達
   機構を備え、該直交歯車伝達機構の前記中間軸を、１個
   のみの軸受によって回転自在に支持すると共に、 該中間軸の全長と該中間軸の前記軸受の存在する部分の
   直径との比を４．５以下に設定したことを特徴とする直
   交動力伝達装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記中間軸の全長と該中間軸の前記軸受の存在する部分
   の直径の比を３．０未満に設定したことを特徴とする直
   交動力伝達装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、 前記軸受に前記中間軸のスラスト方向の動きを規制する
   機能を持たせたことを特徴とする直交動力伝達装置。
4. 【請求項４】請求項３において、 前記単純遊星ローラ機構のキャリヤと前記直交歯車伝達
   機構の中間軸の一端側とをスプライン構造によって連結
   したことを特徴とする動力伝達装置。