JP2010116936A - 遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遊星歯車を回転自在に軸支する遊星支持部材の外周面と、その外周面と摺動する遊星歯車の内周面との間で、潤滑不良が発生することを防止できる遊星歯車装置を提供する。
【解決手段】内歯歯車４の内側には潤滑油６が貯留され、遊星歯車３の中央部には、遊星歯車３を回転自在に軸支する遊星支持部材（遊星歯車軸５）が設けられ、遊星歯車３には、遊星支持部材の外周面５ａと摺動する内周面３ａに潤滑油６を供給する給油孔３ｈが設けられていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

この発明は、遊星歯車装置に関するものである。

従来から、中心に設けられた太陽歯車と、その太陽歯車の外周と噛合する遊星歯車と、その遊星歯車と内歯車で噛合する内歯歯車と、を備えた遊星歯車装置が知られている。この遊星歯車装置は、エンジンや遠心分離機等の増減速機として用いられるものである（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−３１７８３３号公報

しかしながら、上記従来の遊星歯車装置では、遊星歯車を回転自在に軸支する遊星歯車軸の外周面と、その外周面と摺動する遊星歯車の内周面と、の間で潤滑不良が発生するという課題がある。
図７は従来の遊星歯車装置を示す概略図であり、（ａ）は各歯車の静止時を、（ｂ）は各歯車の回転時を示している。なお、図７では、各歯車を基準円によって表している。

図７（ａ）に示すように、遊星歯車装置１００の内歯歯車４０の内側には潤滑油６０が貯留されている。また、遊星歯車３０を軸支する遊星歯車軸５０の中心部は中空になっており、この中空部５０ｗに潤滑油６０を流入させるようになっている。さらに、遊星歯車軸５０はその外周面５０ａに溝部５０ｄが設けられ、軸の中心側の中空部５０ｗから径方向外側に向けて、中空部５０ｗと溝部５０ｄとを連通する給油孔５０ｈが設けられている。給油孔５０ｈは、中空部５０ｗに流入した潤滑油６０を溝部５０ｄに供給するためのものである。また、遊星歯車３０は遊星歯車軸５０の周りを自転しながら太陽歯車２０の周囲を公転し、遊星歯車軸５０は自転せず、溝部５０ｄを外側（内歯歯車４０側）に向けた状態で太陽歯車２０の周りを公転するように設けられている。

図７（ｂ）に示すように、太陽歯車２０が矢印２０Ｄ方向に回転し、遊星歯車３０が矢印３０Ｄ方向に自転し、内歯歯車４０が矢印４０Ｄ方向に回転すると、潤滑油６０は遠心力によって内歯歯車４０の外周側に移動する。静止時に中空部５０ｗに流入した潤滑油６０は、遊星歯車軸５０の矢印５０Ｒ方向の公転による遠心力と、遊星歯車３０の矢印３０Ｄ方向の自転による圧力差とによって、中空部５０ｗから給油孔５０ｈを介して溝部５０ｄに供給される。しかし、潤滑油６０の液面６０ａが中空部５０ｗよりも内歯歯車４０の内周側に位置する場合には、潤滑油６０が中空部５０ｗへ流入しなくなる。そのため、中空部５０ｗに貯留された潤滑油６０がやがては全て排出され、中空部５０ｗから溝部５０ｄへの潤滑油６０の供給が休止される。すると、互いに摺動する遊星歯車軸５０の外周面５０ａと遊星歯車３０の内周面３０ａとの間の潤滑油６０が不足し、やがて潤滑不良が発生する。潤滑油６０の油量を多くすればこのような不良は発生し難くなるが、遊星歯車列を構成する各歯車の回転時の抵抗が大きくなる。したがって、潤滑油６０の油量はなるべく少なくすることが好ましい。

そこで、この発明は、遊星歯車を回転自在に軸支する遊星支持部材の外周面と、その外周面と摺動する遊星歯車の内周面との間で、潤滑不良が発生することを防止できる遊星歯車装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明の遊星歯車装置は、中心に設けられた太陽歯車と、該太陽歯車の外周と噛合する遊星歯車と、該遊星歯車と内歯車で噛合する内歯歯車と、を備えた遊星歯車装置であって、前記内歯歯車の内側には潤滑油が貯留され、前記遊星歯車の中央部には、前記遊星歯車を回転自在に軸支する遊星支持部材が設けられ、前記遊星歯車には、前記遊星支持部材の外周面と摺動する内周面に前記潤滑油を供給する給油孔が設けられていることを特徴とする。

このように構成することで、遠心力によって潤滑油が内歯歯車の内周に沿うように移動した場合であっても、遊星歯車の自転により、給油孔を潤滑油に周期的に浸漬することが可能となる。これにより、潤滑油を給油孔へ周期的に流入させ、給油孔から遊星歯車の内周面へ潤滑油を継続的に供給することができる。したがって、遊星支持部材の外周面と、その外周面と摺動する遊星歯車の内周面との間で、潤滑不良が発生することを防止できる。

また、本発明の遊星歯車装置は、前記給油孔は、前記遊星歯車の側面に設けられた潤滑油入口と、前記遊星歯車の前記内周面に設けられた潤滑油出口と、を有することを特徴とする。

このように構成することで、内歯歯車の内周側に移動した潤滑油を遊星歯車の側面から給油孔に導入して、遊星歯車の内周面に供給することができる。また、給油孔が遊星歯車強度や他の歯車との噛合に影響を与えることを防止できる。

また、本発明の遊星歯車装置は、前記潤滑油入口は、前記遊星歯車の一対の前記側面の各々に設けられていることを特徴とする。

このように構成することで、双方の潤滑油入口から給油孔へ潤滑油を流入させ、より多くの潤滑油を遊星歯車の内側面に供給することができる。

また、本発明の遊星歯車装置は、前記潤滑油入口は、遠心力により前記内歯歯車の内周側に移動した前記潤滑油に浸漬される位置に設けられていることを特徴とする。

このように構成することで、潤滑油の量に応じて潤滑油入口が設けられるので、内歯歯車の内側に貯留された潤滑油が少量であっても、潤滑油を潤滑油入口に確実に導入することができる。したがって、潤滑油を給油孔から遊星歯車の内周面へ周期的かつ継続的に供給することができる。

また、本発明の遊星歯車装置は、前記遊星歯車の回転方向に複数の前記給油孔が均等に配置されていることを特徴とする。

このように構成することで、遊星歯車が一回転する間に給油孔が周期的に複数回、潤滑油に浸漬される。これにより、各々の給油孔に潤滑油が導入され、遊星歯車が一回転する間に潤滑油が各々の給油孔から周期的に複数回、遊星歯車の内周面に供給される。したがって、遊星歯車の内周面への潤滑油の供給量を増加させることができる。

本発明によれば、遊星歯車を回転自在に軸支する遊星歯車支持部材の外周面と、その外周面と摺動する遊星歯車の内周面と、の間に継続的に潤滑油を供給して、潤滑不良が発生することを防止することができる。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図面では、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、部材毎に縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態の遊星歯車装置１の模式図である。図１では、各歯車をそれぞれ基準円によって表している。なお、太陽歯車２の周囲に複数の遊星歯車３が配置される場合もあるが、以下では説明を簡単にするために、遊星歯車３が一つだけ設けられている場合について説明する。
図１に示すように、遊星歯車装置１の中心部には、不図示の太陽歯車軸に接続された太陽歯車２が配置されている。また、太陽歯車２を中心として、内周側に内歯を備えたリング状の内歯歯車４が配置されている。内歯歯車４は、例えば不図示の内歯歯車軸に接続され、内歯歯車４の回転を内歯歯車軸により取り出せるようなっている。太陽歯車２と内歯歯車４との間には、遊星歯車３が配置されている。

遊星歯車３は、中央部に貫通孔を有するリング状の形状に形成され、外周の外歯が、太陽歯車２の外周の外歯と、内歯歯車４の内周の内歯と、の双方に噛み合うように設けられている。遊星歯車３は、貫通孔に遊星歯車軸（遊星支持部材）５が挿入されて、遊星歯車軸５によって回転自在に軸支されている。また、遊星歯車３には、遊星歯車軸５の外周面５ａと摺動する内周面３ａに潤滑油６を供給するための給油孔３ｈが設けられている。

遊星歯車軸５は、例えば太陽歯車軸に枢支された不図示の連結部材に固定されており、太陽歯車２の周りを自転することなく公転するようになっている。
遊星歯車装置１は、太陽歯車２、遊星歯車３、及び内歯歯車４からなる遊星歯車列を収容し、遊星歯車列の潤滑油６を貯留する不図示のケーシングを備えている。潤滑油６は、遊星歯車列が静止した初期状態において、内歯歯車４の内側の下方部分に貯留されている。

図２は、遊星歯車装置１の斜視図である。図３は、図１のＡ−Ａ’線に沿う矢視断面図である。なお、図２では、太陽歯車２及び遊星歯車軸５の図示を省略し、内歯歯車４の基準円筒とその内側の遊星歯車３のみを示している。なお、図２に示す遊星歯車３の外周面は遊星歯車３の基準円筒である。
図２及び図３に示すように、遊星歯車３の給油孔３ｈは、遊星歯車３の一方の側面３ｓから他方の側面３ｓへ、遊星歯車３を回転軸方向に貫通するように設けられ、遊星歯車３の一対の側面３ｓ，３ｓの各々に、潤滑油入口３ｉが形成されている。また、給油孔３ｈは、遊星歯車３を厚さ方向（図３の左右方向）に貫通する流路３ｒの略中央部から、遊星歯車３の回転中心方向へ分岐している。回転中心方向に分岐した流路３ｒは、遊星歯車３の内周面３ａに開口しており、かかる開口部が潤滑油出口３ｅとなっている。

ここで、潤滑油入口３ｉの位置は、例えば内歯歯車４の内側に貯留される潤滑油６の油量によって決定する。後述するように、遊星歯車装置１の遊星歯車列が回転している定常状態においては、潤滑油６が遠心力によって内歯歯車４の外周側に移動し、基準円筒の内周面に沿う位置に移動する（図４参照）。したがって、まず潤滑油６の油量及び内歯歯車４の基準円の内径等から、定常状態における内歯歯車４の基準円筒の内周面４ａから潤滑油６の液面６ａまでの高さｈを算出する。

そして、遊星歯車３の自転によって給油孔３ｈの潤滑油入口３ｉが内歯歯車４側に位置するときに、潤滑油入口３ｉが潤滑油６の液面６ａよりも内歯歯車４の基準円筒の内周面４ａ側に位置するように、潤滑油入口３ｉの位置を決定する。このとき、所定時間経過後の潤滑油６の減少量も考慮に入れて潤滑油入口３ｉの位置を決定することが好ましい。
これにより、潤滑油入口３ｉは、遊星歯車列の定常状態における遠心力によって内歯歯車４の外周側に移動してその液面６ａが基準円筒の内周面４ａに沿った状態で安定した潤滑油６に、確実に浸漬される位置に設けられる。本実施形態では、例えば遊星歯車３の外周（基準円）から約１０ｍｍ程度内側に入った位置に潤滑油入口３ｉが設けられている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図４は、遊星歯車列が回転している定常状態における遊星歯車装置１を示す模式図である。図５は、定常状態における遊星歯車３の拡大図である。
図４に示すように、不図示の太陽歯車軸により太陽歯車２を矢印２Ｄの方向に回転させると、遊星歯車３は、太陽歯車２の回転により遊星歯車軸５の周りを矢印３Ｄ方向に自転する。内歯歯車４は、遊星歯車３の自転により矢印４Ｄ方向に回転する。また、遊星歯車軸５は、太陽歯車軸の軸周りに回転可能に枢支されているので、太陽歯車２の周りを自転することなく矢印５Ｒ方向に公転する。また、遊星歯車軸５に軸支された遊星歯車３は、遊星歯車軸５の公転によって太陽歯車２の周りを矢印５Ｒ方向に公転する。

内歯歯車４の回転によって遠心力が作用し、潤滑油６は内歯歯車４の外周側に移動し、内歯歯車４の基準円筒の内周面４ａの内側で、内周面４ａに沿う位置に移動する。本実施形態では、例えば、太陽歯車２の矢印２Ｄ方向の自転速度及び遊星歯車軸５の矢印５Ｒ方向の公転速度は約１３６０ｒｐｍであり、遊星歯車３の矢印３Ｄ方向の自転速度は約５８３ｒｐｍであり、内歯歯車４の矢印４Ｄ方向の自転速度は約１６００ｒｐｍである。

ここで、本実施形態の遊星歯車装置１では、図１に示すように遊星歯車３に給油孔３ｈが設けられている。また、図２及び図３に示すように、給油孔３ｈの潤滑油入口３ｉが遊星歯車３の側面３ｓに設けられ、潤滑油出口３ｅが遊星歯車３の内周面３ａに設けられている。そのため、図５に示すように、遠心力によって潤滑油６が内歯歯車４の外周側に移動して、基準円筒の内周面４ａに沿う位置に移動した場合であっても、遊星歯車３の矢印３Ｄ方向の自転により、給油孔３ｈの潤滑油入口３ｉを潤滑油６に周期的に浸漬することが可能となる。これにより、遊星歯車３の側面３ｓの潤滑油入口３ｉから給油孔３ｈの内部へ潤滑油６を周期的に流入させることができる。

また、潤滑油入口３ｉは、予め、遠心力により内歯歯車４の基準円筒の内周面４ａ側に移動した潤滑油６に浸漬される位置に設けられている。そのため、内歯歯車４の内側に貯留された潤滑油６が従来よりも少量であっても、潤滑油６を潤滑油入口３ｉに確実に流入させることができる。
給油孔３ｈは、図５に仮想線（二点鎖線）によって示す内歯歯車４側に位置するときに潤滑油入口３ｉから内部に潤滑油６が導入された後、遊星歯車３の矢印３Ｄ方向の回転に伴って太陽歯車２側に移動する。

ここで、本実施形態の遊星歯車装置１は、遊星歯車３の給油孔３ｈが太陽歯車２側に位置するときに、給油孔３ｈの潤滑油出口３ｅから遊星歯車３の内周面３ａ側に潤滑油６が流出するように構成されている。
すなわち、図５に示すように、給油孔３ｈが太陽歯車２側（図示下方側）に移動したときには、給油孔３ｈに導入された潤滑油６には、遊星歯車３の矢印３Ｄ方向の自転による遠心力と、遊星歯車軸５の矢印５Ｄ方向の公転による遠心力が作用する。遊星歯車軸５の公転による遠心力は、潤滑油６を遊星歯車３の内周面３ａに流出させる方向に作用するが、遊星歯車３の自転による遠心力は、給油孔３ｈ内部の潤滑油６が遊星歯車３の内周面３ａに流出するのを妨げる方向に作用する。

また、遊星歯車３は矢印３Ｄ方向に自転し、遊星歯車軸５は自転しないため、遊星歯車３の内周面３ａと遊星歯車軸５の外周面５ａとは相対的に移動し、これらの間に相対的な速度差が発生する。そのため、遊星歯車３の内周面３ａと遊星歯車軸５の外周面５ａとの間の隙間Ｇに存在する空気や潤滑油６等の流体は、遊星歯車３の回転により高速で流動する。これにより、隙間Ｇの圧力が給油孔３ｈ内の圧力よりも小さくなり、潤滑油出口３ｅには潤滑油６を給油孔３ｈの内部から遊星歯車３の内周面３ａ側に流出させるような吸引力が作用する。

本実施形態の遊星歯車装置１は、給油孔３ｈが太陽歯車２側に位置するときに、給油孔３ｈ内の潤滑油６に作用する、矢印５Ｄ方向の公転による遠心力と、矢印３Ｄ方向の自転による遠心力と、上述の吸引力と、の合力が、遊星歯車３の回転中心方向に作用するように構成されている。すなわち、遊星歯車３の矢印３Ｄ方向の自転による遠心力が、矢印５Ｄ方向の公転による遠心力よりも大きい場合であっても、隙間Ｇと給油孔３ｈ内の圧力差による吸引力によって、給油孔３ｈの内部から遊星歯車３の内周面３ａ側に流出させることができるようになっている。

したがって、遊星歯車３の矢印３Ｄ方向の自転により、給油孔３ｈが内歯歯車４の基準円筒の内周面４ａ側に位置するときに、潤滑油６を潤滑油入口３ｉから給油孔３ｈ内に導入させ、給油孔３ｈが太陽歯車２側に位置するときに、給油孔３ｈの潤滑油出口３ｅから遊星歯車３の内周面３ａに潤滑油６を供給することができる。これにより、潤滑油６を給油孔３ｈから遊星歯車３の内周面３ａへ周期的かつ継続的に供給することができる。そのため、従来のように遊星歯車軸５の外周面５ａと、その外周面５ａと摺動する遊星歯車３の内周面３ａとの間で、潤滑油６が不足して潤滑不良が発生することを防止できる。

また、潤滑油入口３ｉを遊星歯車３の側面３ｓに設けることで、潤滑油入口３ｉを遊星歯車３の歯車が形成されている面に設ける場合と比較して、給油孔３ｈが遊星歯車３の強度や他の歯車との噛合に影響を与えることを防止できる。
また、潤滑油入口３ｉを遊星歯車３の一対の側面３ｓ，３ｓの各々に設けることで、双方の潤滑油入口３ｉ，３ｉから給油孔３ｈへ潤滑油６を流入させ、潤滑油出口３ｅから遊星歯車３の内周面３ａへより多くの潤滑油６を供給することができる。

以上説明したように、本実施形態の遊星歯車装置１によれば、遊星歯車軸５の外周面５ａと遊星歯車３の内周面３ａとの間に継続的に潤滑油６を供給して、潤滑不良が発生することを防止することができる。

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について、図１〜図４を援用し、図６を用いて説明する。本実施形態では、遊星歯車３の回転方向（矢印３Ｄ方向）に複数の給油孔３ｈが形成されている点で、上述の第一実施形態で説明した遊星歯車装置１と異なっている。その他の点は第一実施形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。

図６は本実施形態の遊星歯車装置１Ｂの定常状態における遊星歯車３近傍の拡大図である。
図６に示すように、本実施形態の遊星歯車装置１Ｂでは、矢印３Ｄ方向の遊星歯車３の自転による回転方向に複数の給油孔３ｈが形成されている。給油孔３ｈは、第一実施形態と同様に潤滑油入口３ｉと潤滑油出口３ｅとを備え、遊星歯車３の回転方向に４つの給油孔３ｈが均等に配置されている。

本実施形態の遊星歯車装置１Ｂによれば、遊星歯車３が一回転する間に、複数の給油孔３ｈの潤滑油入口３ｉの各々が、順次、潤滑油６に浸漬される。これにより、内歯歯車４側を通過した各々の給油孔３ｈに、順次、潤滑油６が流入する。そして、各々の給油孔３ｈが太陽歯車２側に位置するときに、各々の給油孔３ｈの潤滑油出口３ｅから遊星歯車３の内周面３ａへ潤滑油６が順次供給される。すなわち、遊星歯車３が一回転する間に、遊星歯車３の内周面３ａと、遊星歯車軸５の外周面５ａとの間に潤滑油６が周期的に複数回供給される。

以上説明したように、本実施形態の遊星歯車装置１Ｂによれば、第一実施形態の遊星歯車装置１と同様の効果が得られるだけでなく、遊星歯車３の内周面３ａへの潤滑油６の供給量をさらに増加させ、潤滑性能をより向上させることができる。また、潤滑油６の供給周期を短くして、潤滑性能をより向上させることができる。

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、遊星歯車軸は太陽歯車軸に枢支されていなくてもよい。
また、潤滑油入口は、一の給油孔に対して単数であってもよく、３つ以上設けてもよい。また、遊星歯車の強度や遊星歯車及び内歯歯車の噛み合わせ等に影響を及ぼさなければ、遊星歯車の歯車が形成された面に形成してもよい。また、潤滑油出口は一の貫通孔に対して複数設けてもよい。
また、遊星歯車軸と遊星歯車との間には、ベアリングが配置されていてもよい。
また、遊星歯車列の回転数及び回転方向は、上述の実施形態で説明した遊星歯車列の回転数及び回転方向に限定されない。
また、遊星歯車を回転自在に軸支する遊星支持部材は、遊星歯車を貫通する軸でなくてもよい。例えば、軸方向に分離可能な支持部材を遊星歯車の双方の側面から遊星歯車の中央部に挿入し、双方の側面側から遊星歯車を支持するようにしてもよい。

本発明の第一実施形態における遊星歯車装置の模式図である。 本発明の第一実施形態における遊星歯車装置の斜視図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 図１の遊星歯車装置の定常状態を示す模式図である。 図４に示す定常状態における遊星歯車装置の遊星歯車近傍の拡大図である。 本発明の第二実施形態における遊星歯車装置の定常状態における遊星歯車近傍の拡大図である。 従来の遊星歯車装置の模式図であり、（ａ）は初期状態における従来の遊星歯車装置、（ｂ）は定常状態における従来の遊星歯車装置である。

符号の説明

１ 遊星歯車装置、２ 太陽歯車、３ 遊星歯車、３ａ 内周面、３ｅ 潤滑油出口、３ｈ 給油孔、３ｉ 潤滑油入口、３ｓ 側面、４ 内歯歯車、４ａ 内周面（内周）、５ 遊星歯車軸（遊星支持部材）、５ａ 外周面、６ 潤滑油

Claims (5)

1. 中心に設けられた太陽歯車と、該太陽歯車の外周と噛合する遊星歯車と、該遊星歯車と内歯車で噛合する内歯歯車と、を備えた遊星歯車装置であって、
   前記内歯歯車の内側には潤滑油が貯留され、
   前記遊星歯車の中央部には、前記遊星歯車を回転自在に軸支する遊星支持部材が設けられ、
   前記遊星歯車には、前記遊星支持部材の外周面と摺動する内周面に前記潤滑油を供給する給油孔が設けられていることを特徴とする遊星歯車装置。
2. 前記給油孔は、前記遊星歯車の側面に設けられた潤滑油入口と、前記遊星歯車の前記内周面に設けられた潤滑油出口と、を有することを特徴とする請求項１記載の遊星歯車装置。
3. 前記潤滑油入口は、前記遊星歯車の一対の前記側面の各々に設けられていることを特徴とする請求項２記載の遊星歯車装置。
4. 前記潤滑油入口は、遠心力により前記内歯歯車の外周側に移動した前記潤滑油に浸漬される位置に設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の遊星歯車装置。
5. 前記遊星歯車の回転方向に複数の前記給油孔が均等に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の遊星歯車装置。

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