JP2008025814A - 遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】応答性がよく、且つオーバーシュートの少ない自動調心を可能とする。
【解決手段】太陽歯車１１６と、遊星歯車１１８と、内歯歯車１２０と、を備えた遊星歯車装置１１４において、太陽歯車１１６が太陽歯車軸ＳＨに一体的に形成又は組み込まれ、該太陽歯車軸ＳＨの（中間軸部材１２２の）外周１２２Ａに、軸受（規制部材）１３０が配置される。軸受１３０の外周１３０Ｃとケーシングの内周１５８Ｂとの間には、太陽歯車と遊星歯車との半径方向のバックラッシをＣγ、支持軸受から太陽歯車までの寸法をＬ、前記軸受１３０から太陽歯車までの寸法をＸとしたときに、バックラッシＣγの（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）／２Ｌ^３倍以上で、且つ５（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）／２Ｌ^３倍未満の大きさに設定された隙間Δ１が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、遊星歯車装置、特に、自動調心機能を持たせた遊星歯車装置に関する。

太陽歯車と、該太陽歯車と外接する遊星歯車と、該遊星歯車が内接する内歯歯車と、を備えた遊星歯車装置は、入出力が同心であること、伝達効率が良いこと等から様々な用途に広く利用されている。

この様な遊星歯車装置の中でも精密な位置決めが要求されるものは、遊星歯車装置の半径方向中央に位置する太陽歯車は、該太陽歯車が一体的に形成又は組込まれる太陽歯車軸を、軸受を介してケーシングに支持することによって組込むようにするのが一般的である。この軸受は、太陽歯車軸の軸方向の移動規制と部品の寸法誤差により生じるラジアル荷重の受け止めを主な役割として担っている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−４８９０７号公報

しかしながら、このような構成の遊星歯車装置にあっては、前記軸受によって太陽歯車の半径方向の移動を拘束していたため（自動調心機能を殺していたため）太陽歯車等の心出し精度が要求され、加工コストが高くなるという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、自動調心の応答性がよい遊星歯車装置を提供することその課題としている。

本発明は、ケーシング中に収容された太陽歯車と、該太陽歯車と外接する遊星歯車と、該遊星歯車が内接する内歯歯車と、を備えた遊星歯車装置において、前記太陽歯車が一体的に形成又は組み込まれる太陽歯車軸と該太陽歯車軸に配置され、該太陽歯車軸の前記ケーシングに対する軸方向の移動を規制する規制部材と、を備え、該規制部材と前記ケーシングとの間に隙間が形成されると共に、この隙間が、前記太陽歯車と遊星歯車との半径方向のバックラッシをＣγ、前記支持軸受から前記太陽歯車までの寸法をＬ、前記規制部材から該太陽歯車までの寸法をＸとしたときに、前記バックラッシＣγの（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）／２Ｌ^３倍以上で、且つ５（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）／２Ｌ^３倍未満の大きさに設定されたことにより、上記課題を解決したものである。

本発明では、装置全体の自動調心は、基本的に太陽歯車の軸心調整によって行われる。しかも、この軸心調整は、太陽歯車軸に対して太陽歯車をいわいるフロートさせた状態で「自由」に行わせるのではなく、太陽歯車は太陽歯車軸に一体化された状態とし、太陽歯車軸の軸心自体を振ることにより結果として太陽歯車の軸心を振らせるようにしている。

又、その上で、該太陽歯車軸の外周に、自身の外周と前記ケーシングの内周との間に隙間を持たせた状態で規制部材を配置し、且つ、この隙間として、太陽歯車と遊星歯車との半径方向のバックラッシをＣγ、前記支持軸受から太陽歯車までの寸法をＬ、規制部材から該太陽歯車までの寸法をＸとしたときに、前記バックラッシＣγの（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）／２Ｌ^３倍以上で、且つ５（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）／２Ｌ^３倍未満の大きさが確保されるようにしている。

この結果、太陽歯車軸の軸方向移動を制御すると共に自動調心によって太陽歯車が最大限半径方向に変位しようとしたとしても、これに伴う太陽歯車軸の最大変位が確実に保障されるようになる。

本発明により、応答性がよく、且つ優れた自動調心性を有する遊星歯車装置が得られる。

以下図面に基づいて本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る遊星歯車装置が適用されたギヤドモータの部分縦断面図である。

このギヤドモータ１１０は、モータ（一部のみ図示）１１２と、遊星歯車装置１１４とから構成されている。遊星歯車装置１１４は、太陽歯車１１６と、該太陽歯車１１６と外接する３個の遊星歯車（１個のみ図示）１１８と、該遊星歯車１１８が内接する内歯歯車１２０と、を備える。

前記太陽歯車１１６は、太陽歯車軸ＳＨに固定されている。より具体的には、この太陽歯車軸ＳＨは、モータ１１２のモータ軸１１２Ａが兼用する中実のベース軸部材１２１、中空の中間軸部材１２２の２つの軸部材から構成されている。ベース軸部材１２１と中間軸部材１２２は摩擦締結によって連結されている。即ち、太陽歯車軸ＳＨは、結果としてその全体がモータ軸１１２Ａを支持している支持軸受１２４から片持ち状態で延在された構成とされ、太陽歯車１１６は該太陽歯車軸ＳＨの先端に固定されていることになる。

なお、太陽歯車軸ＳＨの中間軸部材１２２の外周に配置された軸受１３０は、本発明の太陽歯車軸のケーシングに対する軸方向の移動を規制する「規制部材」を構成するものである。この軸受１３０に関係する構成については、後に詳述する。

前記遊星歯車１１８は、キャリヤＣＲに遊星ピン１３６及び遊星ベアリング１３７を介して回転自在に支持され、太陽歯車１１６に外接噛合している。キャリヤＣＲは、出力軸１４０と一体化された出力側キャリヤ体１３３と、遊星歯車１１８を挟んで該出力側キャリヤ体１３３の反出力軸側に配置された反出力側キャリヤ体１３４とで構成されている。両キャリヤ体１３３、１３４は、ボルト１４２によって一体化され、軸受１４４Ａ、１４４Ｂを介して減速機ケーシング１４６に回転自在に支持されている。

前記内歯歯車１２０は、該減速機ケーシング１４６と一体化されており、前記遊星歯車１１８が内接噛合している。

前記モータ１１２のケーシング（モータケーシング）１５０は、ボルト１５２を介して第１継ケーシング１５４と一体化されており、該第１継ケーシング１５４は、ボルト１５６を介して第２継ケーシング１５８と一体化されている。第２継ケーシング１５８は、ボルト１５７を介して前記減速機ケーシング１４６と連結されている。モータケーシング１５０、第１継ケーシング１５４、第２継ケーシング１５８、及び減速機ケーシング１４６によってギヤドモータ１１０のケーシングＣＡが構成されている。

ここで、前記軸受１３０に関係する構成について詳細に説明する。

軸受１３０は、具体的には玉軸受であり、本発明における太陽歯車軸のケーシングに対する軸方向の移動で規制する「規制部材」を構成している。この軸受１３０は、太陽歯車軸ＳＨの構成部材である中間軸部材１２２の外周１２２Ａに配置されている。

軸受１３０の中間軸部材１２２に対する軸方向の位置決めは、図２に示されるように、中間部材１２２に形成された段部１２２Ｂと止め輪１６０によってなされている。また、軸受１３０のケーシングＣＡに対する軸方向の位置決めは、第１継ケーシング１５４の第２継ケーシング１５８との接合部に形成された段部１５４Ａと、第２継ケーシング１５８に形成されている段部１５８Ａによってなされている。この実施形態では、軸受１３０はその内輪１３０Ａが中間軸部材１２２（すなわち太陽歯車軸ＳＨ）に中間嵌めによって組み込まれているが、隙間嵌め、あるいは締まり嵌めによって組み込むようにしてもよい。

一方、軸受１３０の外輪１３０Ｂの外周１３０Ｃと第２継ケーシング１５８（すなわちケーシングＣＡ）の内周１５８Ｂとの間には、所定の隙間Δ１が確保される。この所定の隙間Δ１は、定性的には、太陽歯車軸ＳＨの軸受１３０の組み込み位置Ｐ１において発生する太陽歯車１１６の自動調心に起因する太陽歯車軸ＳＨの半径方向の変位δの最大値（最大変位）δｍよりも大きな値に設定される。これは、太陽歯車１１６の自動調心のために太陽歯車軸ＳＨが最大限撓んでも、軸受１３０の外周１３０Ｃと第２継ケーシング１５８の内周１５８Ｂとが接触しない、という作用を確保するための構成である。なお図では変位δを誇張して記載している。

以下、この隙間Δ１の設定について詳細に説明する。

図３に模式的に示されるように、一般に、この種の遊星歯車装置においては、加工誤差があるため、各部材の回転の円滑性を確保するために、１）太陽歯車１１６と遊星歯車１１８との間の半径方向のバックラッシＣγ、２）遊星歯車１１８と内歯歯車１２０との間の半径方向のバックラッシＣｐ、及び、３）遊星ピン１３６と遊星ベアリング１３７との間の隙間（がた）Ｃｏが設定値として設けられている。

ここで、上記３）遊星歯車１１８と遊星ベアリング１３７との間の隙間（がた）Ｃｏは、歯車の噛合とは直接関係がないため、ここでは零と仮定し（もしくは考慮せず）、上記１）、２）のみを考慮すると、１）太陽歯車１１６と遊星歯車に１１８との間の半径方向のバックラッシＣγが最大となるのは、「遊星歯車１１８が内歯歯車１２２に押し付けられた状態、すなわち、「２）遊星歯車１１８と内歯歯車１２０との間の半径方向のバックラッシＣｐが零の状態）のとき」ということになる（バックラッシＣγは、このときに最大値Ｃγｍとなる）。

なお、図４に示されるように、バックラッシには、半径方向のバックラッシＢｒと、法線方向のバックラッシＢｎ、及び円周方向のバックラッシＢｃの関係がある。出力軸１４０に現れるバックラッシは円周方向のバックラッシであり、この実施形態でいう太陽歯車１１６でのバックラッシは半径方向のバックラッシであるため、換算が必要である。

バックラッシＣγと軸受１３０の組み込み位置Ｐ１における変位δとの関係を幾何学的に求めると、（１）あるいは（２）式のようになる。但し、（１）、（２）式において、Ｌは、モータ軸１１２Ａ（太陽歯車軸ＳＨのベース軸部材１２１）の支持軸受１２４から太陽歯車１１６までの寸法、Ｘは、軸受１３０と太陽歯車１１６までの寸法である。

Ｃγ＝δ×｛（２Ｌ^３）／（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）｝ ・・・・・（１）
δ＝（Ｃγ／２Ｌ^３）×（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３） ・・・・・（２）

ここで、参考までに、この（１）、（２）式を、例えば、軸受をいわゆる「隙間嵌め」で使用する時の公差と比較してみる。特開２００５−４８９０７号公報で示されている様な従来の遊星歯車装置では、バックラッシの比較的小さなものでも、出力軸におけるバックラッシは３〜１５ａｒｃ・ｍｉｎで、殆どの場合４．５〜１５ａｒｃ・ｍｉｎである。

一方、軸受１３０の外径を３７ｍｍ、ハウジング公差をＧ７（隙間嵌め：ＪＩＳ／Ｂ１５５６、ＪＩＳ／Ｂ１５１４）とすると、軸受の推奨最大公差域は＋０．００９〜＋０．３４ｍｍで、隙間は０．００９〜０．０４５ｍｍとなる。寸法ＸとＬの比を２．５とすると、
Ｃγ＝δ×｛（２Ｌ^３）／（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）｝
＝０．０４５×（１／０．４３２）＝０．１０４ （最大側）
Ｃγ＝δ×｛（２Ｌ^３）／（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）｝
＝０．００９×（１／０．４３２）＝０．０２１ （最小側）
となる。

これに対応する出力軸での円周方向のバックラッシは、圧力角αを２０°とすると、
０．１０４×２・ｔａｎ２０°＝０．０７６（最大側）
０．０２１×２・ｔａｎ２０°＝０．０１５（最小側）
である。即ち、モジュール０．５程度で構成される遊星歯車装置で、出力軸において、約１．５ａｒｃ・ｍｉｎ〜７．６ａｒｃ・ｍｉｎ（平均約４．５ａｒｃ・ｍｉｎ）になる。

このことから明らかなように、軸受本来の組み込み手法として奨励されている「ＪＩＳ隙間嵌めＧ７」程度の隙間（バックラッシ１．５ａｒｃ・ｍｉｎ〜７．６ａｒｃ・ｍｉｎ程度に相当）では、太陽歯車１１６の自動調心分の動き（バックラッシ４．５ａｒｃ・ｍｉｎ〜１５ａｒｃ・ｍｉｎ程度に相当）には十分対応できないことが分かる。

より具体的には、本実施形態の所期の目的を達成するには、軸受１３０の組み込み位置Ｐ１において、前記隙間Δ１は、少なくとも上記（２）式での変位δの最大値δｍ以上（太陽歯車１１６で要求される半径方向のバックラッシＣγの最大値Ｃγｍの（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）／２Ｌ^３倍以上）必要である。これにより、太陽歯車１１６がどのように自動調心される場合であっても、軸受１３０がこの自動調心を阻害することはなくなる。

なお、この隙間Δ１は、前記バックラッシＣγの最大値Ｃγｍの５倍、すなわち、５（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）／２Ｌ^３倍未満に納まるように設定することが好ましい。これは、何らかの原因で太陽歯車軸ＳＨが太陽歯車１１６の自動調心作用ではありえないような変位でぶれようとしたときに、これを軸受１３０によって効果的に抑制することができるようにするためである。

次に、この遊星歯車装置１１４の作用を説明する。

モータ１１２のモータ軸１１２Ａが回転すると、該モータ軸１１２Ａの一部が兼用するベース軸部材１２１、中間軸部材１２２及び先端軸部材１２３で構成される太陽歯車軸ＳＨが一体的に回転し、該太陽歯車ＳＨと一体化されている太陽歯車１１６がこれと同一の速度で回転する。この回転は、遊星歯車１１８及び内歯歯車１２０の動きを介してキャリヤＣＲの回転（遊星歯車１１８の公転）として取り出され、出力軸１４０に伝達される。

ここで、太陽歯車軸ＳＨは、支持軸受１２４から片持ち状態で延在されているため、その先端に位置する太陽歯車１１６は、半径方向に変位することができ、自動調心がなされる。

なお、本実施形態においては、軸受１３０の外周１３０Ａと第２継ケーシング１５８の凹部１５８Ｃの内周１５８Ｃ１との間に、太陽歯車１１６の自動調心が最大になされた場合でも、なお零とはならない大きさの隙間Δ１が存在しているため、軸受１３０は、自動調心の有無あるいは程度に関わらず、その内輪１３０Ａは常に中間部材１２２と共に回転し、その外輪１３０Ｂは常に第２継ケーシング１５８とは非接触の状態が維持されている。

本発明は、自動調心機能を持たせた遊星歯車装置として広く利用することができる。

本発明の実施形態の一例に係る遊星歯車装置を組み合わされたギヤドモータの要部縦断面図 その要部断面図 遊星歯車装置のバックラッシ及び隙間（がた）を模式的に説明した正面図 円周方向、法線方向及び半径方向のバックラッシを説明するための太陽歯車と遊星歯車の噛合部分の拡大断面図

符号の説明

１１０…ギヤドモータ
１１２…モータ
１１４…遊星歯車装置
１１６…太陽歯車
１１８…遊星歯車
１２０…内歯歯車
ＳＨ…太陽歯車軸
１２１…ベース軸部材
１２２…中間軸部材
１２３…先端軸部材
１３０…軸受（規制部材）
ＣＲ…キャリヤ
ＣＡ…ケーシング
１５０…モータケーシング
１５４…第１継ケーシング
１５８…第２継ケーシング
１４６…減速機ケーシング
Δ１…隙間
δ…規制部材の位置での太陽歯車軸の半径方向の変位
Ｃγ…太陽歯車の半径方向のバックラッシ

Claims (4)

1. ケーシング中に収容された太陽歯車と、該太陽歯車と外接する遊星歯車と、該遊星歯車が内接する内歯歯車と、を備えた遊星歯車装置において、
   前記太陽歯車が一体的に形成又は組み込まれる太陽歯車軸と
   該太陽歯車軸に配置され、該太陽歯車軸の前記ケーシングに対する軸方向の移動を規制する規制部材と、を備え、
   該規制部材と前記ケーシングとの間に隙間が形成されると共に、
   この隙間が、前記太陽歯車と遊星歯車との半径方向のバックラッシをＣγ、前記支持軸受から前記太陽歯車までの寸法をＬ、前記規制部材から該太陽歯車までの寸法をＸとしたときに、前記バックラッシＣγの（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）／２Ｌ^３倍以上で、且つ５（Ｘ^３−３Ｌ^２Ｘ＋２Ｌ^３）／２Ｌ^３倍未満の大きさに設定された
   ことを特徴とする遊星歯車装置。
2. 請求項１において、
   前記規制部材が、前記太陽歯車軸の外周に配置された軸受である
   ことを特徴とする遊星歯車装置。
3. 請求項１又は２のいずれかにおいて、
   前記規制部材が、前記太陽歯車軸をケーシングに対して回転自在に支持している支持軸受と前記太陽歯車との間に配置されている
   ことを特徴とする遊星歯車装置。
4. 請求項３において、
   更にモータを備え、前記支持軸受は該モータのモータ軸を支持する軸受である
   ことを特徴とする遊星歯車装置。

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