JP2016080069A - 遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を図ることができる遊星歯車装置を提供することを目的とする。【解決手段】遊星歯車装置２０は、第一太陽歯車２２および第二太陽歯車２３と、遊星歯車２４と、遊星歯車２４に対して中心軸線Ａｃ方向の両側に配置された別々の部材である第一キャリア部材３１および第二キャリア部材３２を有し、遊星歯車２４を回転可能に支持するキャリア３０と、第一キャリア部材３１と第二キャリア部材３２の固定、および第一キャリア部材３１に対して着脱可能に取り付けられる外部部材１１と第一キャリア部材３１の固定に兼用される連結ボルト３４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動力を変速して伝達する遊星歯車装置に関するものである。

例えば特許文献１には、車両の駆動輪の内部に配置された減速装置として用いられる遊星歯車装置が開示されている。特許文献１の遊星歯車装置において、遊星歯車装置を構成するキャリアは、駆動輪のホイールに固定される。遊星歯車装置のキャリアは、ホイールのように駆動力を出力する出力部材の他に、遊星歯車装置に駆動力を入力する入力部材、遊星歯車装置を固定する固定部材などの外部部材に固定される。

遊星歯車装置のキャリアは、上記のように外部部材に固定されるとともに、遊星歯車を回転可能に支持する。また、特許文献１の遊星歯車装置のようにキャリアが遊星歯車を軸線方向の両側から支持するタイプの場合には、キャリアを構成する一対のキャリア部材は、連結ボルトなどによって一体的に固定される。

特開２００９−２５７３８７号公報

上記のような遊星歯車装置のキャリアには、外部部材を固定するためのボルト穴や、遊星歯車を支持するキャリア軸を圧入するための圧入孔、連結ボルトを固定するためのボルト穴などが形成される。このようなキャリアは、それぞれの穴同士が干渉しないように穴同士をずらして配置され、且つ必要に応じた機械的強度に設定されるために、軸線方向にある程度の厚みを確保される。そのため、遊星歯車装置は、装置全体として大型化するおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、装置の小型化を図ることができる遊星歯車装置を提供することを目的とする。

（請求項１）本発明に係る遊星歯車装置は、中心軸線上に同軸に配置された第一太陽歯車および第二太陽歯車と、前記第一太陽歯車および前記第二太陽歯車と噛合する遊星歯車と、前記遊星歯車に対して前記中心軸線方向の両側に配置された別々の部材である第一キャリア部材および第二キャリア部材を有し、前記遊星歯車を回転可能に支持するキャリアと、前記第一キャリア部材と前記第二キャリア部材の固定、および前記第一キャリア部材に対して着脱可能に取り付けられる外部部材と前記第一キャリア部材の固定に兼用される連結ボルトと、を備える。

請求項１に記載の本発明によると遊星歯車装置は、連結ボルトにより第一キャリア部材および第二キャリア部材を一体的に固定するとともに、当該連結部材を用いて外部部材を第一キャリア部材に固定することが可能となる。これにより、第一キャリア部材に外部部材を固定するための専用のボルト穴が不要となるので、当該ボルト穴との干渉を防止するために他の穴をずらして配置する必要がなくなる。よって、製造コストが低減されるとともに、第一キャリア部材の機械的強度が確保しやすくなる。従って、外部部材を固定するための専用のボルト穴が形成される構成と比較して、第一キャリア部材の軸線方向の厚みを薄くできるので、装置の小型化を図ることができる。

実施形態における遊星歯車装置の軸方向断面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 図１における案内部およびシール機構を示す拡大図である。 変形態様における遊星歯車と連結ボルトの位置を示す模式図である。

以下、本発明の遊星歯車装置を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。実施形態において、車両の駆動輪にモータによる駆動力を付与するインホイール駆動装置に遊星歯車装置が変速装置として用いられた構成を例示する。また、上記の車両には、平行二輪車や無人搬送台車、電動車などが含まれる。ここで、インホイール駆動装置とは、モータおよび変速装置が駆動輪の回転軸と同軸に配置された装置である。インホイール駆動装置は、例えば変速装置が駆動輪の内部に配置され、且つモータの一部または全部が駆動輪の外部に配置された構成を含む。

＜実施形態＞
（インホイール駆動装置１の全体構成）
インホイール駆動装置１は、図１に示すように、ハウジング２と、モータ３と、駆動輪１０と、遊星歯車装置２０と、を備える。ハウジング２は、車両本体に連結された固定部材である。ハウジング２は、円筒状部の内部にモータ３および遊星歯車装置２０を収容する。

モータ３は、ハウジング２に固定され、図示しない電源より車両の走行状態などに基づいて電力を供給される。モータ３は、供給された電力に応じて所定の駆動力を出力軸３ａから出力する。また、モータ３は、出力軸３ａから駆動力を入力して発電を行う構成とすることが可能である。

駆動輪１０は、ホイール１１（本発明の「外部部材」に相当する）と、タイヤ１２と、を有する。ホイール１１は、全体形状としては有底筒状からなり、筒状部１１ａの外周側にタイヤ１２を装着される。また、ホイール１１は、底部１１ｂにおいて、周方向に等間隔に形成された複数の貫通穴１１ｃを有する。複数の貫通穴１１ｃの内径は、後述する連結ボルト３４がそれぞれ貫通可能に、当該連結ボルト３４の外径よりも僅かに大径に設定されている。

また、ホイール１１は、底部１１ｂのうちモータ３側の面から中心軸線Ａｃ方向のモータ３側に延出する環状突部１１ｄを有する。環状突部１１ｄは、駆動輪１０の回転軸線を中心とする円筒状の内周面を形成される。環状突部１１ｄは、ホイール１１が遊星歯車装置２０に固定される場合に、環状突部１１ｄの内周面が後述する第一キャリア部材３１の円筒外周部３１ｃの外周面に嵌め合わされる部位である。

遊星歯車装置２０は、本実施形態において、車両の駆動輪１０の内部に配置され、車両の駆動装置であるモータ３が出力する駆動力を変速して駆動輪１０に伝達する変速装置である。遊星歯車装置２０は、入力軸２１と、第一太陽歯車２２と、第二太陽歯車２３と、複数の遊星歯車２４と、キャリア３０と、を備えて構成される。入力軸２１は、ハウジング２に中心軸線Ａｃを中心にして回転可能に支持された軸部材である。本実施形態において、入力軸２１の一端は、モータ３の出力軸３ａと一体回転するように連結される。

第一太陽歯車２２および第二太陽歯車２３は、中心軸線Ａｃ上に同軸に配置される。第一太陽歯車２２は、本実施形態においては、外歯車である。第一太陽歯車２２は、入力軸２１の外周面のうち所定の軸方向位置に直接形成される。第二太陽歯車２３は、本実施形態においては、内歯車である。第二太陽歯車２３は、第一太陽歯車２２の外周側に配置される。第二太陽歯車２３は、円筒状に形成され、外周側をハウジング２の内周面に固定される。

複数の遊星歯車２４の各々は、図２に示すように、中心軸線Ａｃ周りにおける等配位置にそれぞれ配置される。遊星歯車２４は、本実施形態において、第一太陽歯車２２および第二太陽歯車２３と噛合する外歯車である。遊星歯車２４は、中心部に回転軸線Ａｒ（図１の二点鎖線）方向に貫通する軸孔２４ａが形成される。遊星歯車２４は、後述するキャリア３０のキャリア軸３３の外周側に軸受を介して配置され、回転軸線Ａｒ周りに回転可能に支持される。

キャリア３０は、入力軸２１と同軸に配置される。キャリア３０は、等配位置にそれぞれ配置された４つの遊星歯車２４を回転可能に支持する。キャリア３０は、別々の部材である一対のキャリア部材３１，３２と、キャリア軸３３と、複数の連結ボルト３４と、を有する。一対のキャリア部材３１，３２は、遊星歯車２４に対して中心軸線Ａｃ方向の両側に、遊星歯車２４を挟むように対向して配置される。

一対のキャリア部材３１，３２は、ハウジング２および入力軸２１に対して相対回転可能に支持される。以下では、一対のキャリア部材３１，３２のうちホイール１１の底部１１ｂ側に位置するキャリア部材を第一キャリア部材３１とし、モータ３側に位置するキャリア部材を第二キャリア部材３２とする。

キャリア軸３３は、遊星歯車２４の中心部に設けられた軸孔２４ａを貫通し、軸受を介して当該遊星歯車２４を回転可能に支持する。キャリア軸３３の一端は、第一キャリア部材３１の圧入孔３１ａに圧入されて固定される。キャリア軸３３の他端は、第二キャリア部材３２の圧入孔３２ａに圧入された後にボルト締結により固定される。

また、第二キャリア部材３２は、図１に示すように、第一キャリア部材３１との対向面において中心軸線Ａｃ方向に延伸する４本の連結部３２ｂが形成される。それぞれの連結部３２ｂは、図２に示すように、周方向において複数の遊星歯車２４同士の間に配置される。第二キャリア部材３２は、それぞれの連結部３２ｂの端面が第一キャリア部材３１の端面に接触した状態で、連結部３２ｂの中心部を挿通する連結ボルト３４により固定される。

複数の連結ボルト３４の各々は、第二キャリア部材３２のモータ３側端面に形成された座ぐり部３２ｃに当該連結ボルト３４の頭部を収容される。連結ボルト３４は、第二キャリア部材３２の貫通穴３２ｄを貫通し、当該貫通穴３２ｄと同軸上に形成された第一キャリア部材３１の雌ねじ穴３１ｂに締結される。連結ボルト３４は、第一キャリア部材３１に第二キャリア部材３２を締結した状態において、第一キャリア部材３１のホイール１１の底部１１ｂ側の端面から所定長さだけ突出する長さに設定される。

複数の連結ボルト３４の各々は、ホイール１１の貫通穴１１ｃを貫通し、ナット４１とそれぞれ締結される。ナット４１は、ホイール１１の底部１１ｂとの間にシールワッシャー４２を介在させた状態で連結ボルト３４に締結される。これにより、ホイール１１の貫通穴１１ｃから水滴などの流体の侵入を防止しつつ、第一キャリア部材３１に対してホイール１１が着脱可能に取り付けられる。

このように、連結ボルト３４は、第一キャリア部材３１と第二キャリア部材３２の固定、およびホイール１１と第一キャリア部材３１の固定に兼用される。また、連結ボルト３４からホイール１１、ナット４１、およびシールワッシャー４２が取り外された状態において、本実施形態では、連結ボルト３４が第一キャリア部材３１の雌ねじ穴３１ｂに締結されているため、第一キャリア部材３１の脱落が防止されている。

このような構成からなる遊星歯車装置２０は、入力軸２１から駆動力が入力されると、第一太陽歯車２２と遊星歯車２４との歯数差、および第二太陽歯車２３と遊星歯車２４との歯数差に応じて、遊星歯車２４が自転運動するとともに中心軸線Ａｃ周りに公転運動する。遊星歯車装置２０は、遊星歯車２４を支持するキャリア３０を介して、規定の変速比で駆動力をホイール１１へと伝達する。

（位置出し案内部、およびシール機構）
上述したインホイール駆動装置１において、第一キャリア部材３１は、図３に示すように、ホイール１１側の端部に円筒外周部３１ｃを有する。円筒外周部３１ｃは、遊星歯車装置２０の中心軸線Ａｃを中心とする円筒状の外周面を形成される。円筒外周部３１ｃの外径は、ホイール１１の環状突部１１ｄの内径とほぼ同じまたは僅かに小径に設定される。

このような構成により、第一キャリア部材３１に駆動輪１０のホイール１１が取り付けられる場合に、第一キャリア部材３１の円筒外周部３１ｃとホイール１１の環状突部１１ｄの嵌め合いによって、遊星歯車装置２０の中心軸線Ａｃと駆動輪１０の回転軸線とが童心となるように位置出しされる。上記のように、第一キャリア部材３１の円筒外周部３１ｃは、ホイール１１の環状突部１１ｄに対して嵌め合いにより位置出しされる案内部を構成する。

また、第一キャリア部材３１の円筒外周部３１ｃには、Ｏリング４３を第一キャリア部材３１に装着するための環状溝３１ｄが形成される。環状溝３１ｄは、Ｏリング４３が装着された状態で、当該Ｏリング４３の外周面の一部が円筒外周部３１ｃの外周面から突出する形状に形成される。このような構成より、第一キャリア部材３１の円筒外周部３１ｃにホイール１１の環状突部１１ｄが案内されて嵌め合いにより位置出しされる際に、Ｏリング４３がホイール１１の環状突部１１ｄの内周面に全周に亘って接触した状態となる。

これにより、第一キャリア部材３１とホイール１１との間の流体の侵入が防止される。このように、本実施形態においては、第一キャリア部材３１の環状溝３１ｄ、Ｏリング４３、およびホイール１１の環状突部１１ｄは、シール機構を構成する。より詳細には、このシール機構は、第一キャリア部材３１およびホイール１１を連結する連結ボルト３４よりも径方向外側に設けられている。

ここで、仮に連結ボルト３４が貫通するホイール１１の貫通穴１１ｃに水滴などが侵入したとする。そうすると、車両の走行状態では、第一キャリア部材３１の回転に伴い水滴に遠心力が発生して、水滴が径方向外側に移動する。ここで、上記のシール機構は、第一キャリア部材３１とホイール１１とを連結する連結ボルト３４よりも径方向外側に設けられている。そのため、当該シール機構によって遊星歯車装置２０の内部への水滴などの侵入が防止される。

（実施形態の構成による効果）
遊星歯車装置２０は、中心軸線Ａｃ上に同軸に配置された第一太陽歯車２２および第二太陽歯車２３と、第一太陽歯車２２および第二太陽歯車２３と噛合する遊星歯車２４と、遊星歯車２４に対して中心軸線Ａｃ方向の両側に配置された別々の部材である第一キャリア部材３１および第二キャリア部材３２を有し、遊星歯車２４を回転可能に支持するキャリア３０と、第一キャリア部材３１と第二キャリア部材３２の固定、および第一キャリア部材３１に対して着脱可能に取り付けられる外部部材（ホイール１１）と第一キャリア部材３１の固定に兼用される連結ボルト３４と、を備える。

このような構成によると、遊星歯車装置２０は、連結ボルト３４により第一キャリア部材３１および第二キャリア部材３２を一体的に固定するとともに、当該連結部材を用いてホイール１１を第一キャリア部材３１に固定することが可能となる。これにより、第一キャリア部材３１にホイール１１を固定するための専用のボルト穴が不要となるので、当該ボルト穴との干渉を防止するために他の穴をずらして配置する必要がなくなる。よって、製造コストが低減されるとともに、第一キャリア部材３１の機械的強度が確保しやすくなる。従って、ホイール１１を固定するための専用のボルト穴が形成される構成と比較して、第一キャリア部材３１の軸線方向の厚みを薄くできるので、装置の小型化を図ることができる。

また、遊星歯車装置２０は、車両の駆動輪１０の内部に配置され、車両の駆動装置（モータ３）が出力する駆動力を変速して駆動輪１０に伝達する変速装置である。外部部材は、駆動輪１０を構成するホイール１１である。
このような構成によると、遊星歯車装置２０は、変速装置として駆動輪１０の内部に配置される。モータ３が出力する駆動力を駆動輪１０に伝達して走行する車両においては、特に変速装置の小型化の要請が強いため、小型化が可能な遊星歯車装置２０の適用は特に有用である。

また、第一キャリア部材３１および外部部材（ホイール１１）を連結する連結ボルト３４よりも径方向外側に設けられ、第一キャリア部材３１と外部部材（ホイール１１）との間の流体の侵入を防止するシール機構（環状溝３１ｄ、Ｏリング４３、環状突部１１ｄ）をさらに備える。
本実施形態のような遊星歯車装置２０では、第一キャリア部材３１に連結ボルト３４が貫通する貫通穴１１ｃが形成される必要がある。これに対して、遊星歯車装置２０が上記のようなシール機構を備えることにより、貫通穴１１ｃから流体が侵入したとしても、第一キャリア部材３１から遊星歯車装置２０の内部への流体の侵入が確実に防止される。

また、第一キャリア部材３１は、外部部材（ホイール１１）に対して嵌め合いにより位置出しされる案内部（円筒外周部３１ｃ）を有する。シール機構は、案内部に設けられる。
このような構成によると、遊星歯車装置２０は、ホイール１１に対して所定の位置に位置出しされて固定される。このとき、案内部（円筒外周部３１ｃ）が嵌め合いにより位置出しすることを利用して、当該案内部にシール機構を設けることにより、効率的にシール機構を構成することが可能となる。

＜実施形態の変形態様＞
（遊星歯車の不等配位置、および連結ボルトの等配位置）
実施形態において、複数の遊星歯車２４は、中心軸線Ａｃ周りにおける等配位置にそれぞれ配置される。さらに、第一キャリア部材３１および第二キャリア部材３２の固定、およびホイール１１と第一キャリア部材３１の固定に兼用される複数の連結ボルト３４は、中心軸線Ａｃ周りに等間隔に形成された貫通穴１１ｃ，３２ｄ、および雌ねじ穴３１ｂにより、中心軸線Ａｃ周りにおける等配位置にそれぞれ配置される。

これに対して、遊星歯車装置は、図４に示すように、中心軸線Ａｃ周りにおける不等配位置に配置される複数の遊星歯車２４と、中心軸線Ａｃ周りにおける等配位置に配置される複数の連結ボルト３４と、を備える構成としてもよい。この「不等配位置」とは、隣り合う遊星歯車２４同士がなすそれぞれの角度のうち少なくとも１つの角度が他の角度と不等となるように設定された位置である（図４の角度α，β）。

遊星歯車装置１２０は、例えば複数の遊星歯車２４の第一太陽歯車２２および第二太陽歯車２３に対するそれぞれの噛み合い位置をずらすことなどを目的として、不等配位置に複数の遊星歯車２４を配置して構成される。このような場合には、遊星歯車２４同士の周方向の間隔が異なる箇所では、第二キャリア部材３２の連結部３２ｂが上記の間隔に応じた異なる形状に形成されるようにしてもよい。

ここで、仮に、複数の連結ボルト３４が、中心軸線Ａｃ周りにおいて隣り合う遊星歯車２４の中間位置にそれぞれ配置されるとすると、複数の連結ボルト３４も同様に不等配位置にそれぞれ配置されることになる。そうすると、これらの連結ボルト３４を用いて第一キャリア部材３１に固定される外部部材（ホイール１１）は、連結ボルト３４が貫通する貫通穴１１ｃを周方向に不等間隔で形成される。つまり、連結ボルト３４が不等配位置に配置された遊星歯車装置において、外部部材は、当該遊星歯車装置に適合する貫通穴１１ｃを有する専用品となる。

これに対して、本変形態様の遊星歯車装置１２０は、第二キャリア部材３２における複数の連結部３２ｂを貫通するそれぞれの貫通穴３２ｄを、中心軸線Ａｃ周りに等間隔（図４の角度θとなる間隔）となるように形成される。つまり、遊星歯車装置１２０は、中心軸線Ａｃ周りにおける不等配位置に配置される複数の遊星歯車２４と、中心軸線Ａｃ周りにおける等配位置に配置される複数の連結ボルト３４と、を備える。

このような構成によると、複数の遊星歯車２４が不等配位置に配置される構成において、これらの遊星歯車２４の配置位置に影響されることなく、複数の連結ボルト３４が等配位置にそれぞれ配置される。よって、外部部材（ホイール１１）を複数の遊星歯車２４の配置位置に対応した専用品とする必要がなく、汎用的な外部部材を適用することができる。

（その他の変形態様）
実施形態において、第一キャリア部材３１に着脱可能に取り付けられる外部部材は、駆動輪１０のホイール１１であるものとした。これに対して、外部部材としては、ホイール１１の他に種々の態様を採用することができる。例えば、外部部材が本実施形態のように駆動力を出力される出力部材の場合には、第一キャリア部材３１に固定されるフランジ部を有する軸部材を外部部材としてもよい。

また、キャリア３０が遊星歯車装置２０，１２０において駆動力を入力する部材である場合には、第一キャリア部材３１に駆動力を入力する入力部材を外部部材としてもよい。このような構成において、第一太陽歯車２２および第二太陽歯車２３は、例えば一方がハウジングと固定される固定部材とされ、且つ他方が駆動力を出力する出力部材とされる。また、キャリア３０が遊星歯車装置２０，１２０において固定される部材である場合、即ち第一太陽歯車２２および第二太陽歯車２３が駆動力を入出力する場合には、第一キャリア部材３１と連結されるハウジングを外部部材としてもよい。

本実施形態において、遊星歯車装置２０，１２０は、入力した駆動力を減速して伝達する変速装置である。これに対して、遊星歯車装置としては、駆動力を増速して伝達してもよい。また、遊星歯車装置２０，１２０は、第一太陽歯車２２を外歯車とし、第二太陽歯車２３を内歯車とするタイプである。これに対して、遊星歯車装置は、第一太陽歯車２２および第二太陽歯車２３が何れも外歯車または内歯車とするタイプとしてもよい。また、遊星歯車装置は、本実施形態のような２Ｋ−Ｈタイプの他に、Ｋ−Ｈ−Ｖタイプとしてもよい。

また、本実施形態において、シール機構は、第一キャリア部材３１とホイール１１を嵌め合いにより位置出しする案内部に設けられる構成とした。これに対して、シール機構は、案内部とは別の箇所に設けるようにしてもよい。このような構成においても、実施形態と同様の効果を奏する。

３：モータ（駆動装置）、 １０：駆動輪、 １１：ホイール（外部部材）、 １１ｄ：環状突部（案内部）、 ２０，１２０：遊星歯車装置、 ２２：第一太陽歯車、 ２３：第二太陽歯車、 ２４：遊星歯車、 ３０：キャリア、 ３１：第一キャリア部材、 ３１ｃ：円筒外周部（案内部）、 ３１ｄ：環状溝（シール機構）、 ３２：第二キャリア部材、 ３４：連結ボルト、 ４３：Ｏリング（シール機構）、 Ａｃ：中心軸線

Claims (5)

1. 中心軸線上に同軸に配置された第一太陽歯車および第二太陽歯車と、
   前記第一太陽歯車および前記第二太陽歯車と噛合する遊星歯車と、
   前記遊星歯車に対して前記中心軸線方向の両側に配置された別々の部材である第一キャリア部材および第二キャリア部材を有し、前記遊星歯車を回転可能に支持するキャリアと、
   前記第一キャリア部材と前記第二キャリア部材の固定、および前記第一キャリア部材に対して着脱可能に取り付けられる外部部材と前記第一キャリア部材の固定に兼用される連結ボルトと、
   を備える遊星歯車装置。
2. 前記遊星歯車装置は、車両の駆動輪の内部に配置され、前記車両の駆動装置が出力する駆動力を変速して前記駆動輪に伝達する変速装置であり、
   前記外部部材は、前記駆動輪を構成するホイールである、請求項１に記載の遊星歯車装置。
3. 前記第一キャリア部材および前記外部部材を連結する前記連結ボルトよりも径方向外側に設けられ、前記第一キャリア部材と前記外部部材との間の流体の侵入を防止するシール機構をさらに備える、請求項１または２に記載の遊星歯車装置。
4. 前記第一キャリア部材は、前記外部部材に対して嵌め合いにより位置出しされる案内部を有し、
   前記シール機構は、前記案内部に設けられる、請求項３に記載の遊星歯車装置。
5. 前記遊星歯車装置は、前記中心軸線周りにおける不等配位置に配置される複数の前記遊星歯車と、前記中心軸線周りにおける等配位置に配置される複数の前記連結ボルトと、を備える請求項１〜４の何れか一項に記載の遊星歯車装置。
   

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