JP2017141869A - 遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向にばね付勢された山歯歯車に噛合する歯車が周辺部材に接触することで生じる摺動抵抗を抑制することができる遊星歯車装置を提供する。【解決手段】遊星歯車装置１０は、軸線方向における一方側の歯の捩れ方向の向きと他方側の歯の捩れ方向の向きとが相反する歯列が形成された第１ピニオンギヤ１２と第３ピニオンギヤ１４を備える。第１ピニオンギヤ１２は、一の側面に第１バネリング３２を備える。第１バネリング３２は、第１ピニオンギヤ１２を軸方向における一方向Ａに向けて弾性的に押圧する。第３ピニオンギヤ１４には、他の側面に第３バネリング３４を備える。第３バネリング３４は、一方向Ａとは逆の他方向Ｂに向けて弾性的に押圧する。【選択図】図７

Description

この発明は、山歯歯車列が形成されたピニオンギヤを備えた遊星歯車装置に関するものである。

車両に使用される歯車伝動装置では、噛合した一対のギヤが滑らかに無理なく回転するために、その歯面間にバックラッシと呼ばれる遊びを持たせる必要がある。ところが、エンジンなどの原動機から駆動対象へ動力を伝達するギヤ列では、互いに噛合しているギヤの歯面が原動機の回転変動により突き当たって打音や振動を発することがある。

従来、歯車伝動のバックラッシュ防止装置としては、平行に配置された駆動軸と被駆動軸との一方に山歯歯車を固定し、山歯歯車における互いに逆向きに傾斜した歯とそれぞれ噛み合う一対のはすば歯車が他方の軸に取り付けられ、一対のはすば歯車の間にそれらを軸方向に押圧するばねが張架されたものが知られている。

実開昭５０−８３４７２号公報

上述した歯車伝動のバックラッシュ防止装置は、遊びをなくすために軸方向に付勢された一対のはすば歯車を山歯歯車に噛合させている。しかしながら、前述した歯車伝動のバックラッシュ防止装置では、一方のはすば歯車に対して軸方向にばね付勢された他方のはずば歯車の歯面によって山歯歯車が軸方向に押圧される。このため、山歯歯車の側面が軸方向に存在する、例えば周辺部材に接触して摺動抵抗が発生するおそれがある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、遊びをなくすために軸方向に付勢された山歯歯車に噛合する相手側歯車の側面が周辺部材に接触することで生じる摺動抵抗を防止または抑制す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ものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、軸線方向における一方側の歯の捩れ方向の向きと他方側の歯の捩れ方向の向きとが相反する歯列が形成されたピニオンギヤを複数備えた遊星歯車機構において、前記複数のピニオンギヤのうちの少なくとも一つのピニオンギヤを軸方向における一方向に向けて弾性的に押圧する第１押圧部と、前記複数のピニオンギヤのうちの残りのピニオンギヤのうちの少なくとも一つのピニオンギヤを前記一方向とは逆の他方向に向けて弾性的に押圧する第２押圧部と、を備えたことを特徴とするものである。

この発明は、前記第１押圧部材より押圧されるピニオンギヤと、前記第２押圧部材により押圧されるピニオンギヤとは、前記第１押圧部材と前記第２押圧部材との押圧力の相互が打ち消し合うように数および位置が決められてよい。

また、この発明は、ピニオンギヤの公転回転軸を中心とする周方向の、例えば等分割位置に複数のピニオンギヤをそれぞれ配置し、第１押圧部材よってピニオンギヤを一方向に押圧する力を総合した総合力と、第２押圧部材よってピニオンギヤを他方向に押圧する力を総合した総合力とが打ち消し合うように第１押圧部材および第２押圧部材の押圧力を決めてよい。

さらに、この発明では、前記第１押圧部材および前記第２押圧部材が前記ピニオンギヤの側面に生じる隙間を厚みでなくするための弾性リングとなっており、前記弾性リングは、厚み方向に弾性を有したものでよい。

この発明によれば、複数のピニオンギヤのうちの少なくとも一つのピニオンギヤを軸方向における一方向に向けて弾性的に押圧する第１押圧部と、残りのピニオンギヤのうちの少なくとも一つのピニオンギヤを他方向に向けて弾性的に押圧する第２押圧部とを備えている。このため、第１押圧部材および第２押圧部材の押圧力の相互が打ち消し合ってピニオンギヤに噛合する相手側ギヤ、例えばサンギヤやリングギヤを軸方向に押圧することを防止または低減することができる。

この発明に適用される遊星歯車装置の一例を示す模式図である。 図１で説明した遊星歯車装置の一部を示す斜視図である。 第１ピニオンギヤを含む遊星歯車装置の要部を示す断面図である。 第３ピニオンギヤを含む遊星歯車装置の要部を示す断面図である。 第１バネリングを示す断面図である。 バネリングが弾性変形をする状態を示す説明図である。 遊星歯車装置の全体を示す断面図である。 バネリングにより押圧されたピニオンギヤを奇数個を用いた別の実施例の遊星歯車装置を示す模式図である。 バネリングにより押圧されたピニオンギヤと押圧無しのピニオンギヤとを混在させた他の実施例の遊星歯車装置を示す模式図である。 この発明の実施形態における遊星歯車装置を用いた車両の動力伝達装置を示す説明図である。

図１は、この発明に適用される遊星歯車装置１０の一例を示す模式図である。図１に示すように、遊星歯車装置１０は、サンギヤ１１、第１ピニオンギヤ１２〜第４ピニオンギヤ１５、第１ピニオンシャフト１６〜第４ピニオンシャフト１９およびリングギヤ２０を含むシングルピニオン型のものとなっている。第１ピニオンシャフト１６〜第４ピニオンシャフト１９は、第１ピニオンギヤ１２〜第４ピニオンギヤ１５を個別に支持するものであり、詳しくは後述するキャリヤの一部を構成する。リングギヤ２０は、サンギヤ１１の外周側でサンギヤ１１の回転軸２１に対して同心円上に配置されている。第１ピニオンギヤ１２〜第４ピニオンギヤ１５は、サンギヤ１１の回転軸２１を中心とする周方向の４等分にした各位置にそれぞれ配置され、それぞれがサンギヤ１１およびリングギヤ２０にそれぞれ噛合している。

図２は、図１で説明した遊星歯車装置１０の一部を示す斜視図である。図２では、図面の煩雑化を防ぐために、リングギヤ２０および第２ピニオンギヤ１３ならびに第４ピニオンギヤ１５などを省略している。第１ピニオンギヤ１２は、軸線方向１６ａにおける一方側の歯の捩れ方向の向きと他方側の歯の捩れ方向の向きとが相反する歯列が形成された、例えば山歯歯車となっている。第３ピニオンギヤ１４は、第１ピニオンギヤ１２と同じまたは同様な歯列が形成された、例えば山歯歯車となっている。サンギヤ１１は、第１ピニオンギヤ１２および第３ピニオンギヤ１４に噛合する歯列が形成された、例えば山歯歯車となっている。なお、第２ピニオンギヤ１３、第４ピニオンギヤ１５およびリングギヤ２０は第１ピニオンギヤ１２と同じまたは同様な歯列、例えば山歯歯車列が形成されている。

図３は、第１ピニオンギヤ１２を含む遊星歯車装置１０の要部を示す断面図である。図３に示すように、第１ピニオンギヤ１２は、回転軸２１の軸方向における一方向Ａに向けて弾性的に押圧する第１バネリング３２を備えている。なお、第２ピニオンギヤ１３は図３に示した形状と同じ断面形状となっており、一方向Ａに向けて弾性的に押圧する第２バネリング３３（図１参照）を備えている。

第１ピニオンギヤ１２の中心孔２５には、第１ピニオンシャフト１６が挿通されている。第１ピニオンシャフト１６の外周面と中心孔２５の内周面との間には、軸受２６、例えば針状ころが取り付けられている。第１ピニオンギヤ１２は、軸受２６を介して第１ピニオンシャフト１６によって回転自在に支持されている。第１ピニオンシャフト１６は、両端が一対の第１側板２７および第２側板２８によって支持されている。一対の第１側板２７および第２側板２８は、回転軸２１を中心に回転自在となるように配置されており、第２ピニオンシャフト１７〜第４ピニオンシャフト１９の両端を支持している。一対の第１側板２７、第２側板２８および第１ピニオンシャフト１６〜第４ピニオンシャフト１９は、キャリヤ３０を構成する。キャリヤ３０は、第１ピニオンギヤ１２〜第４ピニオンギヤ１５の公転に伴う回転力によって回転軸２１を中心に回転する。

図４は、第３ピニオンギヤ１４を含む遊星歯車装置１０の要部を示す断面図である。図４に示すように、第３ピニオンギヤ１４は、軸方向における一方向Ａとは逆の他方向Ｂに向けて弾性的に押圧する第３バネリング３４を備えている。なお、第４ピニオンギヤ１５は図４に示した形状と同じ断面形状となっており、他方向Ｂに向けて弾性的に押圧する第４バネリング３５（図１参照）を備えている。なお、第１バネリング３２ないし第４バネリング３５は、第１ピニオンギヤ１２〜第４ピニオンギヤ１５の軸方向に生じる遊びまたは隙間をなくす作用を有する。なお、図４では図３で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。

図５は、第１バネリング３２を示す断面図である。なお、第１バネリング３２〜第４バネリング３５は、同じ形状をしているため、区別しない場合には単にバネリング３２と称す。バネリング３２は、小径ｄ１の開口となっている小径部３６と小径部３６よりも大径ｄ２の開口となっている大径部３７とを有し、小径部３６および大径部３７を開口中心線３８方向（厚さＴ方向）にずらした断面形状となっている。そして、バネリング３２は、厚さＴ方向に弾性を有する材料で形成されている。バネリング３２は、端面が方形となっており、小径部３６の角部をピニオンギヤ１２の側面に摺動させ、また大径部３７の角部をキャリヤ３０の第２側板２８に摺動させて摺動抵抗が抑制されるように取り付けられる。なお、バネリング３２は、第１押圧部材および第２押圧部材の一例である。

図６は、バネリング３２が弾性変形をする状態を示す説明図である。なお、図６では、ピニオンギヤ１２の山歯歯車列を展開して記載している。図６に示すように、ピニオンギヤ１２は、例えば噛合する相手側となるリングギヤ２０に大きな負荷Ｃが作用している場合に、駆動Ｄを伝達するために回転するときにスラスト力Ｅを含む軸方向への押圧力が発生する。バネリング３２は、スラスト力Ｅが発生した場合に、点線で表したように厚み方向に変形してスラスト力Ｅを吸収する。その後、ピニオンギヤ１２が回転し始めることでスラスト力Ｅが減少されるためバネリング３２が元の形に戻る。バネリング３２が元の形に戻ることでバネリング３２がピニオンギヤ１２をＡ方向に押圧する。

図７は、遊星歯車装置１０の全体を示す断面図である。図７に示すように、第１バネリング３２により一方向Ａに向けて押圧される第１ピニオンギヤ１２と、第３バネリング３４により他方向Ｂに向けて押圧される第３ピニオンギヤ１４とは、回転軸２１に対して１８０度回転対称の位置に配置されている。第１バネリング３２と第３バネリング３４との押圧力を同じにした場合に、第１ピニオンギヤ１２を一方向Ａに押圧する力と、第３ピニオンギヤ１４を他方向Ｂに押圧する力が打ち消し合う。このため、第１ピニオンギヤ１２および第３ピニオンギヤ１４に噛合するサンギヤ１１およびリングギヤ２０に対してスラスト力を発生させることを防止または抑制することができる。

図７では図示していないが第２バネリング３３により一方向Ａに向けて押圧される第２ピニオンギヤ１３と、第４バネリング３５により他方向Ｂに向けて押圧される第４ピニオンギヤ１５とは、回転軸２１に対して１８０度回転対称の位置に配置されている（図１参照）。第２バネリング３３と第４バネリング３５との押圧力を同じにした場合に、第２ピニオンギヤ１３を一方向Ａに押圧する力と、第４ピニオンギヤ１５を他方向Ｂに押圧する力が打ち消し合う。このため、第２ピニオンギヤ１３および第４ピニオンギヤ１５に噛合するサンギヤ１１およびリングギヤ２０に対してスラスト力を発生させることを防止または抑制することができる。このように、遊星歯車装置１０では、サンギヤ１１およびリングギヤ２０が軸方向に移動して、例えば第１側板２７および第２側板２８に当接することにより滑り摩擦が生じて動力伝達効率や耐久性が低下することを抑制することができる。なお、第１ピニオンギヤ１２および第２ピニオンギヤ１３を一方向Ａに押圧する力と、第３ピニオンギヤ１４および第４ピニオンギヤ１５を他方向Ｂに押圧する力を完全に打ち消し合う力にする必要はない。

上記実施例では、ピニオンギヤ１２〜１５を４個設けた例として説明しているが、この発明では４個に限らず、複数個であれば偶数個でも奇数個でも問題は無い。図８は、バネリング４５〜４７により押圧されたピニオンギヤ４１〜４３を奇数個用いた別の実施例の遊星歯車装置４０を示す模式図である。図８に示すように遊星歯車装置４０は、３個の第１ピニオンギヤ４１〜第３ピニオンギヤ４３をサンギヤ１１の回転軸２１に対して１２０度回転した等間隔位置に設けた実施例である。この実施例の場合には、第１ピニオンギヤ４１には同図にて手前方向（紙面手前方向）（一方向Ａ）に向けた押圧力「１」の力（相対的な力）となる第１バネリング４５が取り付けられている。また第２ピニオンギヤ４２および第３ピニオンギヤ４３には、同図にて奥方向（紙面奥方向）（他方向Ｂ）に向けた押圧力「０．５」の力（相対的な力）となる第２バネリング４６および第３バネリング４７がそれぞれ取り付けられている。このように、一方向Ａに向けて押圧する力を総合した総合力と、他方向Ｂに向けて押圧する力を総合した総合力とが打ち消し合うようにバネリング４５〜４７の押圧力を決めれば奇数個でも問題はない。なお、図８では、図１および図７で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。

ところで、前述した遊星歯車装置１０，４０では、複数のピニオンギヤがサンギヤとリングギヤとの間に、周方向の等間隔位置に配置した例として説明している。しかし、実際には１個のピニオンギヤがサンギヤとリングギヤと噛み合った状態で嵌まり込むと、残りのピニオンギヤが等配状態を維持したままサンギヤとリングギヤとの間に嵌まり込むとは限らない。すなわち、１個のピニオンギヤが嵌まり込むと、サンギヤとリングギヤとの空間的な歯の位置が決まるため、最初に嵌まり込んだピニオンギヤの歯数と同じ歯数のピニオンギヤが、別の等間隔位置で嵌まり込むとは必ずしも言えない。このため、ピニオンギヤを配置する等間隔位置は僅かにずれた位置を含む。

また、上記各実施例の遊星歯車装置１０，４０では、複数のピニオンギヤの全てにバネリングを取り付けているが、例えば一部のピニオンギヤにバネリングを取り付けてよい。図９は、バネリング５５，５６により押圧されたピニオンギヤ５１，５３と押圧無しのピニオンギヤ５２，５４とを混在させた他の実施例の遊星歯車装置５０を示す模式図である。図９に示すように遊星歯車装置５０は、４個の第１ピニオンギヤ５１〜第４ピニオンギヤ５４を備える。このうちの第１ピニオンギヤ５１と、第１ピニオンギヤ５１に対して回転軸２１を中心に１８０度回転対称の位置に配置された第３ピニオンギヤ５３とに、バネリング５５，５６が取り付けられている。そして第２ピニオンギヤ５２と第４ピニオンギヤ５４とにはバネリングが取り付けられていない。この実施例の場合には、バネリング５５は、第１ピニオンギヤ５１を同図にて手前方向（一方向Ａ）に向けて押圧力「１」（相対的な力）となる力を有し、またバネリング５６は、第３ピニオンギヤ５３を奥方向（他方向Ｂ）に向けて押圧力「１」となる力を有する。これにより、第１ピニオンギヤ５１を一方向Ａに押圧する力と、第３ピニオンギヤ５３を他方向Ｂに押圧する力とが打ち消し合うため、サンギヤ１１およびリングギヤ２０に対してスラスト力を生じさせることはない。なお、図９では、図１および図７で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。

図１０は、この発明の実施形態における遊星歯車装置５８を用いた車両６０の動力伝達装置６１を示す説明図である。図１０に示すように、エンジン６２と変速機６３との間には、エンジン６２が出力するエンジントルクの捩り振動を低減するためのトルクコンバータ６４が配置されている。トルクコンバータ６４の内部には、遊星歯車装置５８を含むダンパ機構５９が設けられている。遊星歯車装置５８は、弾性部材６６を介してエンジン６２に接続されるリングギヤ６７と、エンジン６２に接続されるキャリヤ６８と、変速機６３に接続されるサンギヤ６９と、エンジン６２とリングギヤ６７との間に設けられる弾性部材６６とを備える。キャリヤ６８は、複数のピニオンギヤ７０を回転自在に支持しており、ロックアップクラッチ７４を介してエンジン６２に接続されている。

複数のピニオンギヤ７０のうちの少なくとも一つのピニオンギヤは、一方向Ａに向けて第１押圧部材により弾性的に押圧され、また残りのピニオンギヤのうちの少なくとも一つのピニオンギヤは他方向Ｂに向けて第２押圧部材により弾性的に押圧される。

遊星歯車装置５８は、ロックアップクラッチ７４が係合することで、弾性部材６６を介してリングギヤ６７にエンジントルクを入力する第１経路と、キャリヤ６８に対してエンジントルクを直接に入力する第２入力経路とを有する。第１経路および第２経路から出力されるエンジントルクは、合成されてサンギヤ６９から出力される。サンギヤ６９から出力される駆動トルクは、ダービンハブ７１、タービン軸７２および入力軸７３を介して変速機６３に伝達され、変速機６３で増速されて駆動輪６５に伝達される。

第１入力経路に弾性部材６６を含む振動系が設けられることから、第１入力経路を経て伝達されるエンジントルクの捩り振動と、第２入力経路を経てエンジン６２から直接に伝達されるエンジントルクの捩り振動とでは、捩り振動の位相にずれが生じることになる。つまり、振動系の共振点（固有振動数）を下回る周波数領域においては、リングギヤ６７とキャリヤ６８とが同位相で振動することから、遊星歯車装置５８において合成された捩り振動は増幅される。一方、振動系の共振点を上回る周波数領域においては、リングギヤ６７とキャリヤ６８とが逆位相で振動することから、遊星歯車装置１０において合成された捩り振動は減衰される。

ところで、エンジントルクの変動の振幅が、エンジンの平均トルクを超える場合がある。その場合には、ダンパ機構５９に入力されるエンジントルクの正負が逆転する、つまりエンジントルクよりも変速機側（駆動輪側）から伝達される駆動トルクが高くなる瞬間が発生する。遊星歯車装置１０を構成する歯車の歯面は、エンジントルクを伝達する加速側および駆動トルクを伝達する減速側それぞれが当接して打音や振動を発生することがある。このため、歯車が噛み合う噛合部に生じる遊びを低減することが望ましい。また、歯車が噛み合っていくにしたがい新しい噛み合いノイズを発生させないために、歯車の噛み合い率を高めることが対策として考えられる。そこで、はすば歯車や山歯歯車の適用が考えられる。図１０に示す実施例では、この発明の実施形態における遊星歯車装置１０を使用しているため、サンギヤ６９およびリングギヤ６７の側面の摺動抵抗を抑制しながらピニオンギヤ７０に対するサンギヤ６９およびリングギヤ６７との間に生じる遊びを低減することが可能となる。このため、遊星歯車装置５８から発生する打音や振動を防止または抑制することができる。

また、この発明の実施形態における遊星歯車装置を、ハイブリッド車両の動力分割装置に使用してもよい。ハイブリッド車両の動力分割装置は、例えばエンジンが連結された第１回転要素、および第１モータが連結された第２回転要素、ならびに出力軸に連結された第３回転要素を有するこの発明の実施形態の遊星歯車装置を備える。遊星歯車装置は、例えばクラッチやブレーキを含む係合機構を複数備えており、係合機構の係合状態の組み合わせを変えることで走行モードを変えることができる。走行モードとしては、例えばエンジンが発生するエンジントルクを出力軸と第１モータ（発電機）とに分割して伝達するモードや、エンジンを切り離して第１モータ（電動機）の駆動を出力軸に出力するモードを含む。なお、第１回転要素〜第３回転要素の各々は、サンギヤ、リングギヤおよびキャリヤのうちの何れか一つを含む。

前述したハイブリッドの動力分割装置では、例えば第１モータを発電機から電動機に機能を切り替えるとき、または回転方向が逆転するとき、あるいは駆動トルクが変化するときに回転要素である歯車の歯面の加速側と減速側とが当接して打音や振動を発生することがある。しかし、ハイブリッド車両の動力分割機構では、この発明の実施形態における遊星歯車装置を使用している。このため、ピニオンギヤに噛合するサンギヤの側面の摺動抵抗を抑制しながら、歯車の噛合部に生じる遊びを防止または低減することができる。よって、遊びが詰まるときに生じる衝撃を緩和させることが可能となる。

以上、この発明の実施形態における遊星歯車装置について説明したが、この発明では上述した実施例に限定されない。例えば山歯歯車となるピニオンギヤとしては、組み付け性を考慮して、二つのはすば歯車（ヘリカルギヤ）を別々に製造し、別々に製造した一対のはすば歯車を一体的に組み付けて山歯歯車列を作ったものを使用しても同様の効果が得られる。

また、上記各実施例で説明したバネリングとしては、例えば摩擦抵抗の少ない樹脂材料やゴム材料で形成された弾性リングを含んでよい。また、バネリングの断面形状を方形にしているが楕円形を含む円形としてよい。さらに、小径部および大径部の開口を円形としているが楕円形としてよい。さらにバネリングとしては、例えば、平板を周方向に波状に形成されたものでもよい。また、バネリングとしては、リングの一部を切り欠いたＣ字状の形状としてよい。

１０，４０，５８…遊星歯車装置、 １１…サンギヤ、 ２０…リングギヤ、 １２〜１５，４１〜４３，５１〜５４…ピニオンギヤ、 ３２〜３５…バネリング。

Claims (4)

1. 軸線方向における一方側の歯の捩れ方向の向きと他方側の歯の捩れ方向の向きとが相反する歯列が形成されたピニオンギヤを複数備えた遊星歯車装置において、
   前記複数のピニオンギヤのうちの少なくとも一つのピニオンギヤを軸方向における一方向に向けて弾性的に押圧する第１押圧部材と、前記複数のピニオンギヤのうちの残りのピニオンギヤのうちの少なくとも一つのピニオンギヤを前記一方向とは逆の他方向に向けて弾性的に押圧する第２押圧部材と、を備えたことを特徴とする遊星歯車装置。
2. 請求項１に記載の遊星歯車装置において、
   前記第１押圧部材より押圧されるピニオンギヤと、前記第２押圧部材により押圧されるピニオンギヤとは、前記第１押圧部材と前記第２押圧部材との押圧力の相互が打ち消し合う数および位置となるように配置されていることを特徴とする遊星歯車装置。
3. 請求項１または２に記載の遊星歯車装置において、
   前記ピニオンギヤを前記一方向に押圧する力を総合した総合力と、前記ピニオンギヤを前記他方向に押圧する力を総合した総合力とが打ち消し合うように、前記第１押圧部材および前記第２押圧部材の押圧力がそれぞれ決められることを特徴とする遊星歯車装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の遊星歯車装置において、
   前記第１押圧部材および前記第２押圧部材は、前記ピニオンギヤの側面に生じる隙間を厚みでなくするための弾性リングとなっており、前記弾性リングは、厚み方向に弾性を有することを特徴とする遊星歯車装置。

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