JP2013249893A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の遊星ギア機構では、遊星ギア１個当たりが受ける負荷を軽減させる際に、単に遊星ギアの個数を増やしただけでは、隣接する他の遊星ギアとの間隔が狭くなって互いに干渉することから、配置そのものが困難になる、という問題があった。
【解決手段】太陽ギア５ａと、該太陽ギア５ａの外周に噛合して太陽ギア５ａの周りを公転可能な複数の遊星ギア２１・２２・２１・２２と、該遊星ギア２１・２２・２１・２２の外周に噛合して前記太陽ギア５ａ、遊星ギア２１・２２・２１・２２を内部に拘束するリングギア２８とから成る遊星ギア機構７を備えた動力伝達装置１において、前記遊星ギア２１・２２の外周には、隣接する他の遊星ギアの外周と互いに噛み合うことのない異なる段付き構造Ｄ１・Ｄ２を設け、該各段付き構造Ｄ１・Ｄ２の遊星ギア２１・２２を、前記太陽ギア５ａの周りに交互に配置した。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽ギアと、該太陽ギアの外周に噛合して太陽ギアの周りを公転可能な複数の遊星ギアと、該遊星ギアの外周に噛合して前記太陽ギア・遊星ギアを内部に拘束するリングギアとから成る遊星ギア機構を備えた動力伝達装置に関し、特に、前記遊星ギアの負荷軽減が可能なギア部の構成に関する。

従来より、コンバイン等の農作業機やバイク等の走行車両に搭載する動力伝達装置には、増速装置または減速装置として、遊星ギア機構が搭載される。該遊星ギア機構においては、中央に設けた太陽ギアの外周に、複数の遊星ギア、一般に３個の遊星ギアが噛合されるようにして配置され、更に、該遊星ギアの外周には、リングギアの内周が噛合されており、これら太陽ギア・遊星ギア・リングギアのうちの１構成要素を入力側、その他の１構成要素を出力側にして任意に組み合わせることにより、増速装置または減速装置として機能させる技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

そして、このような遊星ギア機構に対しては、作業効率や走行性能等の向上の観点から、前記構成要素、特に、太陽ギアとリングギアとの間に挟まれて両者から大きな負荷がかかる遊星ギアについて、その耐久性の向上が望まれているが、それには、使用する遊星ギアの個数を、従来の３個から４個に増やすことにより、遊星ギア１個当たりが受ける負荷を軽減させる対応が考えられる。

特開２０００−２９７８５０号公報

しかしながら、単に遊星ギアの個数を増やしただけでは、隣接する他の遊星ギアとの間隔が狭くなって互いに干渉することから、配置そのものが困難になる、という問題があった。
また、リングギアの内径はそのままで太陽ギアの外径を大きくすることにより、遊星ギアの外径を小さくして個数を増やすことも可能であるが、該遊星ギアの歯数が少なくなって噛み合い率が低下し、動力伝達時の騒音、振動、強度低下、回転むらが発生する、という問題があった。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、太陽ギアと、該太陽ギアの外周に噛合して太陽ギアの周りを公転可能な複数の遊星ギアと、該遊星ギアの外周に噛合して前記太陽ギア・遊星ギアを内部に拘束するリングギアとから成る遊星ギア機構を備えた動力伝達装置において、前記遊星ギアの外周には、隣接する他の遊星ギアの外周と互いに噛み合うことのない異なる段付き構造を設け、該各段付き構造の遊星ギアを、前記太陽ギアの周りに交互に配置したものである。
請求項２においては、前記段付き構造は、歯面が連続すると共に歯たけが異なる複数のギア部を軸方向に連設して成るものである。
請求項３においては、前記各ギア部は、各歯幅の全長で前記太陽ギア・リングギアと噛合するものである。
請求項４においては、前記段付き構造は、遊星ギアを軸方向に左右反転すると、隣接する遊星ギアと同一形状となるように構成するものである。

本発明は、以上のように構成したので、以下に示す効果を奏する。
すなわち、請求項１により、隣接する段付き構造の凹凸部を合わせるようにして遊星ギアを配置することにより、該遊星ギア同士を干渉なく近接配置することができ、遊星ギアの歯数は減らさずに個数を増やすことができる。これにより、噛み合い率が低下しないため、動力伝達時の騒音、振動、強度低下、回転むらの発生を防ぎつつ、各遊星ギアが受ける負荷の軽減による耐久性の向上を図ることができる。
請求項２により、従来の遊星ギアの外周の少なくとも一部に段付き加工を施すだけで、前記段付き構造を設けることができ、部品コストの低減を図ることができる。
請求項３により、遊星ギアと太陽ギア・リングギアとの接触面積を大きくすることができ、各遊星ギアが受ける負荷を一層軽減し、耐久性の更なる向上を図ることができる。
請求項４により、共通の遊星ギアを軸方向に左右反転して使用することができ、部品の共通化が可能となり、在庫管理の管理コストや型費等の部品コストを引き下げて、製造コストの低減を図ることができる。

本発明に係わる遊星ギア機構を内蔵する動力伝達装置の全体構成を示す平面一部断面図である。 遊星ギア機構の動作を示す模式図である。 遊星ギアのギア部の斜視図である。 図２のＡーＡ矢視断面図である。 ３個の遊星ギアを有する場合の遊星ギア機構の説明図であって、図５（ａ）は遊星ギア機構の模式図、図５（ｂ）は条件式の適用例である。 ４個の遊星ギアを有する場合の遊星ギア機構の説明図であって、図６（ａ）は遊星ギア機構の模式図、図６（ｂ）は条件式の適用例である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
なお、図１の矢印Ｆで示す方向を、図示せぬ走行車両の進行方向とし、以下で述べる各部材の位置や方向等は、この進行方向を基準とするものである。

まず、本発明に係わる動力伝達装置１の全体構成について、図１により説明する。
該動力伝達装置１は、走行車両の機体２側に設けられた電動モータ３と、該電動モータ３の左側方に設けられた走行輪４との間に介設されている。

このうちの電動モータ３では、そのモータケース３ａが前記機体２側に取り付けられ、該モータケース３ａに、モータ軸３ｂが回動可能に左右方向に横架されており、該モータ軸３ｂの左端に、前記動力伝達装置１への入力軸５の右端がスプライン嵌合されている。

また、前記動力伝達装置１は、後で詳述する遊星ギア機構７と、該遊星ギア機構７からの変速動力を前記走行輪４に伝達する車軸８と、該遊星ギア機構７・車軸８を収容する装置ケース１２等から構成される。

該装置ケース１２は、前記車軸８を回動自在に支持する車軸ケース１１と、該車軸ケース１１の右側部に嵌合されると共に前記遊星ギア機構７を内部に収容する筒状のギアケース１０と、該ギアケース１０の右開口端を閉塞する円盤状の蓋体９とから成る。

そして、該蓋体９の右側面の外縁部には、複数のボルト１５が左方に向かって螺挿され、該ボルト１５により、右から順に蓋体９・ギアケース１０・車軸ケース１１が締結されて一体化し、前記装置ケース１２が形成されている。

更に、蓋体９の側面視略中央部には、前記入力軸５が挿通される貫通孔９ａが開口され、該貫通孔９ａに内設する軸受け１４により、前記入力軸５の左右略中央部が回動自在に支持される。

前記車軸８は、その左右略中央部が、前記車軸ケース１１の左右開口端に内設する軸受け１３・１３により、回動自在に支持される。

そして、該車軸８の左端部には、左方からハブ１６がスプライン嵌合され、該ハブ１６は、前記車軸８の左端に螺嵌したナット１７により、車軸８側に締結固定されている。

また、前記走行輪４は、タイヤ１８と、該タイヤ１８を外嵌したホイール１９等から構成される。

該ホイール１９の側面視略中央部には、取付孔１９ａが穿孔され、該取付孔１９ａに前記車軸８が挿通された状態で、複数のボルト２０により、前記ホイール１９がハブ１６に締結固定されている。これにより、走行輪４が前記動力伝達装置１からの出力軸である車軸８に連動連結される。

以上のような構成において、前記電動モータ３からの回転動力が、入力軸５から動力伝達装置１へ入力され、該動力伝達装置１内の前記遊星ギア機構７で変速された後、その変速動力が車軸８から走行輪４に伝達されて、該走行輪４が走行駆動される。

なお、前記ホイール１９では、そのリム１９ｂの内周面の右側半部に、複数のフィン２５が、内周方向に所定間隔で設けられており、該フィン２５が、前記走行輪４の回転と一緒に回転すると、生じた冷却風が右方の電動モータ３に向かって送風されるようにしている。

これにより、走行中は前記電動モータ３をフィン２５によって常に空冷することができ、電動モータ３の耐久性の向上を図ることができる。

次に、前記遊星ギア機構７について、図１、図２により説明する。
該遊星ギア機構７においては、前記入力軸５の左半部に太陽ギア５ａが刻設され、該太陽ギア５ａの周りには、該太陽ギア５ａに噛合しつつ公転可能な、第一遊星ギア２１と第二遊星ギア２２を交互に並べた４個の遊星ギア２１・２２・２１・２２が配置されている。

ここで、前記車軸８の右端部は、拡径してドーナツ状のキャリア２７を形成し、該キャリア２７の円周方向に、９０度間隔で４本の回転軸２６が固設されており、該回転軸２６の右方突出部に、前記遊星ギア２１・２２・２１・２２が、軸受け３０を介して回動自在に外嵌されている。

そして、該遊星ギア２１・２２・２１・２２の外周に、前記ギアケース１０の内周に刻設されたリングギア２８が噛合される。

以上のような構成において、入力軸５と一緒に太陽ギア５ａが矢印３１の方向に回転すると、該太陽ギア５ａと噛合する４個の遊星ギア２１・２２・２１・２２は、矢印３２の方向に回転する。この際、リングギア２８は、ギアケース１０の内周に刻設されているため、遊星ギア２１・２２・２１・２２は、固定されたリングギア２８から受ける反力により、矢印３２の方向に自転しながら、矢印３３の方向に太陽ギア５ａの周りを公転する。

すると、該遊星ギア２１・２２・２１・２２を回転軸２６に回動自在に外嵌した前記キャリア２７には、前記矢印３３の方向の回転力が伝達され、該キャリア２７を設けた前記車軸８を介して、変速動力が走行輪４に伝達される。

なお、前記キャリア２７の側面視略中央部には、円柱状の凹部２７ａが、前記車軸８と同一軸心上に形成され、該凹部２７ａには、前記入力軸５の左端が、軸受け２９を介して回動可能に支持されている。

これにより、該軸受け２９と前記軸受け１４とによって、前記入力軸５を２点で回動支持することができ、該入力軸５を安定に支持して、騒音や振動の発生を抑制するようにしている。

次に、前記遊星ギア２１・２２のギア部構成について、図１、図３、図４により説明する。
図３に示すように、このうちの第二遊星ギア２２のギア部３４は、入力軸５、車軸８、回転軸２６の軸方向（以下、単に「軸方向」とする）Ｊの一側半部に設けた第一ギア部３５と、軸方向Ｊの他側半部に設けた第二ギア部３６とから構成される。

そして、該両ギア部３５・３６において、その歯面３５ａ・３６ａは、軸方向Ｊに連続したものであって、単一の歯面３４ａを形成し、その歯幅３５ｃ・３６ｃは、略同一の長さに設定されている。一方、歯たけ３５ｂ・３６ｂについては、第一ギア部３５の歯たけ３５ｂよりも第二ギア部３６の歯たけ３６ｂが小さく設定されている。

この構造は、全歯幅にわたって歯たけを３５ｂとした単一の歯部に対し、その他側半部に切欠き３４ｂを設けて段を付与したものであり、これにより、歯部に一つ以上の段を有する構造（以下、「段付き構造」とする）Ｄ２が形成される。

また、図４に示すように、このような第二遊星ギア２２の段付き構造Ｄ２を軸方向Ｊに左右反転させることにより、前記第一遊星ギア２１の段付き構造Ｄ１が得られるようにしている。

従って、４個の遊星ギア２１・２２・２１・２２のうち、第一遊星ギア２１の段付き構造Ｄ１と、隣接する第二遊星ギア２２の段付き構造Ｄ２との間では、大きい歯たけ３５ｂを有する凸状の第一ギア部３５と、小さい歯たけ３６ｂを有する凹状の第二ギア部３６とが、常に対向配置されることとなる。

これにより、段付き構造Ｄ１・Ｄ２の凹凸部を合わせる分だけ、遊星ギア２１・２２同士を干渉なく近接配置することができ、歯数は減らさずに遊星ギアの個数を３個から４個に増やすことができる。なお、この構造は、本実施例で開示した４個以外に、６個の場合にも適用することができる。

また、図１、図３に示すように、大きい歯たけ３５ｂを有する第一ギア部３５の歯面３５ａはもちろんのこと、小さい歯たけ３６ｂを有する第二ギア部３６の歯面３６ａも、各歯面３５ａ・３６ａの全幅で、前記太陽ギア５ａ・リングギア２８の歯面と重なるように設定されている。

これにより、遊星ギア２１・２２・２１・２２と、太陽ギア５ａ・リングギア２８との間の接触面積を大きくすることができる。

すなわち、太陽ギア５ａと、該太陽ギア５ａの外周に噛合して太陽ギア５ａの周りを公転可能な複数の遊星ギア２１・２２・２１・２２と、該遊星ギア２１・２２・２１・２２の外周に噛合して前記太陽ギア５ａ、遊星ギア２１・２２・２１・２２を内部に拘束するリングギア２８とから成る遊星ギア機構７を備えた動力伝達装置１において、前記遊星ギア２１・２２の外周には、隣接する他の遊星ギアの外周と互いに噛み合うことのない異なる段付き構造Ｄ１・Ｄ２を設け、該各段付き構造Ｄ１・Ｄ２の遊星ギア２１・２２を、前記太陽ギア５ａの周りに交互に配置したので、隣接する段付き構造Ｄ１・Ｄ２の凹凸部を合わせるようにして遊星ギア２１・２２を配置することにより、該遊星ギア２１・２２同士を干渉なく近接配置することができ、遊星ギア２１・２２の歯数は減らさずに個数を増やすことができる。これにより、噛み合い率が低下しないため、動力伝達時の騒音、振動、強度低下、回転むらの発生を防ぎつつ、各遊星ギア２１・２２が受ける負荷の軽減による耐久性の向上を図ることができる。

更に、前記段付き構造Ｄ１・Ｄ２は、歯面３５ａ・３６ａが連続すると共に歯たけ３５ｂ・３６ｂが異なる複数のギア部３５・３６を軸方向Ｊに連設して成るので、従来の遊星ギアの外周の少なくとも一部に段付き加工を施すだけで、前記段付き構造Ｄ１・Ｄ２を設けることができ、部品コストの低減を図ることができる。

加えて、前記各ギア部３５・３６は、各歯幅３５ｃ・３６ｃの全長で前記太陽ギア５ａ・リングギア２８と噛合するので、遊星ギア２１・２２と太陽ギア５ａ・リングギア２８との接触面積を大きくすることができ、各遊星ギア２１・２２が受ける負荷を一層軽減し、耐久性の更なる向上を図ることができる。

更に、前記段付き構造Ｄ１・Ｄ２は、遊星ギア、例えば第一遊星ギア２１を軸方向Ｊに左右反転すると、隣接する遊星ギア、例えば第二遊星ギア２２と同一形状となるように構成するので、共通の遊星ギアを軸方向Ｊに左右反転して使用することができ、部品の共通化が可能となり、在庫管理の管理コストや型費等の部品コストを引き下げて、製造コストの低減を図ることができる。

次に、以上述べた段付き構造Ｄ１・Ｄ２のような構成の自由度はないものの、遊星ギア機構７の他の構成はそのままで、遊星ギアの個数のみを３個から４個に増加可能な条件について、図５、図６により説明する。

太陽ギア３７、遊星ギア３８、リングギア３９の歯数を、それぞれＺａ、Ｚｂ、Ｚｃ、遊星ギアの個数をＮとする時、下記の３条件式（１）（２）（３）を満たすことにより、前記遊星ギア機構７を構成することができる。
Ｚａ＋２Ｚｂ＝Ｚｃ ・・・（１）
（Ｚａ＋Ｚｃ）／Ｎ＝整数 ・・・（２）
Ｚｂ＋２＜（Ｚａ＋Ｚｂ）＊ｓｉｎ（１８０／Ｎ） ・・・（３）

従って、例えば、Ｚａ＝１５、Ｚｂ＝２７、Ｚｃ＝６９に設定すると、図５に示すＮ＝３の場合、図６に示すＮ＝４のいずれの場合も、前記条件式（１）〜（３）を満たすことができ、前記遊星ギア機構７の形成が可能となる。

これにより、該遊星ギア機構７の構成要素である太陽ギア３７・遊星ギア３８・リングギア３９の各仕様を変更することなく、遊星ギア３８の個数だけを増減させることができる。

すなわち、太陽ギア３７、遊星ギア３８、リングギア３９を前記３条件式（１）（２）（３）を満たすように構成する場合には、該遊星ギア３８の個数を増減させても、通常の遊星ギア３８をそのまま使用することができ、部品の共通化による製造コストの低減が図れると共に、組み立て性の向上も図ることができる。

本発明は、太陽ギアと、該太陽ギアの外周に噛合して太陽ギアの周りを公転可能な複数の遊星ギアと、該遊星ギアの外周に噛合して前記太陽ギア・遊星ギアを内部に拘束するリングギアとから成る遊星ギア機構を備えた、全ての動力伝達装置に適用することができる。

１ 動力伝達装置
５ａ 太陽ギア
７ 遊星ギア機構
２１・２２ 遊星ギア
２８ リングギア
３５・３６ ギア部
３５ａ・３６ａ 歯面
３５ｂ・３６ｂ 歯たけ
３５ｃ・３６ｃ 歯幅
Ｄ１・Ｄ２ 段付き構造
Ｊ 軸方向

Claims (4)

1. 太陽ギアと、該太陽ギアの外周に噛合して太陽ギアの周りを公転可能な複数の遊星ギアと、該遊星ギアの外周に噛合して前記太陽ギア・遊星ギアを内部に拘束するリングギアとから成る遊星ギア機構を備えた動力伝達装置において、前記遊星ギアの外周には、隣接する他の遊星ギアの外周と互いに噛み合うことのない異なる段付き構造を設け、該各段付き構造の遊星ギアを、前記太陽ギアの周りに交互に配置したことを特徴とする動力伝達装置。
2. 前記段付き構造は、歯面が連続すると共に歯たけが異なる複数のギア部を軸方向に連設して成ることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記各ギア部は、各歯幅の全長で前記太陽ギア・リングギアと噛合することを特徴とする請求項２に記載の動力伝達装置。
4. 前記段付き構造は、遊星ギアを軸方向に左右反転すると、隣接する遊星ギアと同一形状となるように構成することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の動力伝達装置。

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