JP2018044633A - 遊星歯車装置のシリーズ - Google Patents

Abstract

【課題】遊星歯車装置のシリーズ全体としての製造コストを低減するとともに、多様な減速比を設定する。【解決手段】遊星歯車装置は、太陽歯車３と、遊星歯車４と、キャリア８と、第一内歯車５と、第二内歯車６と、出力軸９とを備える。遊星歯車４は、第一内歯車５に噛合する第一遊星歯車部４ａと、第二内歯車６に噛合する噛合する第二遊星歯車部４ｂとを備える。遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃのシリーズは、太陽歯車３、第一遊星歯車部４ａ、第二遊星歯車部４ｂ、第一内歯車５、及び第二内歯車６のうち、二種以上の歯車に係る諸元をシリーズ間で同一に設定してなる。【選択図】図１

Description

本発明は、３Ｋ型遊星歯車装置に係る遊星歯車装置のシリーズに関する。

遊星歯車装置として、２Ｋ−Ｈ型遊星歯車装置が汎用的である。しかしながら、近年では、コンパクト化で高減速比を得ることが可能な３Ｋ型遊星歯車装置が種々提案されている。３Ｋ型遊星歯車装置は、一個の外歯車と一個の内歯車とが最低限必要な構成要素となる。そして、３Ｋ型遊星歯車装置には、３本の基本軸（固定軸、駆動軸及び従動軸）のうち２本が内歯車で構成されるＡ型と称される機構と、３本の基本軸のうち２本が外歯車で構成されるＢ型と称される機構とがある。

３Ｋ−Ａ型遊星歯車装置として、例えば、特許文献１に開示されるように、駆動軸（入力軸）となる太陽歯車と、第一歯車部及びこの第一歯車部よりも小径の第二歯車部を有する段付遊星歯車と、前記第一歯車部が噛合する固定の第一内歯車（固定リングギア）と、前記第二歯車部が噛合するとともに出力軸となる可動の第二内歯車（可動リングギア）と、前記段付遊星歯車を回転自在に支持するとともにこの段付遊星歯車を太陽歯車の周囲で公転自在に支持するキャリアとを備えたものがある。

また、近年では、減速比の異なる複数種の遊星歯車装置の間で、その構成部品を共通化することで、製造コストの低減を図るシリーズ化の技術が開発されている。例えば特許文献２には、キャリアを共通化することにより、総部品点数及び製造コストの低減を図った遊星歯車装置のシリーズが開示されている。

特開第２０１４−５５６５３号公報 特許第４５８８５８６号公報

しかしながら、遊星歯車装置のシリーズでは、製造コストのさらなる低減が必要であった。さらに、市場における多様なニーズに対応すべく、遊星歯車装置のシリーズは、多様な減速比を設定できることが望ましい。

そこで本発明は、遊星歯車装置のシリーズ全体としての製造コストを低減するとともに、多様な減速比を設定することが可能な遊星歯車装置のシリーズを提供することを目的とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであって、入力軸に連結される太陽歯車と、前記太陽歯車に噛合する遊星歯車と、前記遊星歯車に連結されるキャリアと、前記遊星歯車に噛合する、固定の第一内歯車及び可動の第二内歯車と、前記第二内歯車に連結される出力軸と、を備える遊星歯車装置のシリーズにおいて、前記遊星歯車は、前記第一内歯車に噛合する第一遊星歯車部と、前記第二内歯車に噛合する噛合する第二遊星歯車部とを備えており、前記太陽歯車、前記第一遊星歯車部、前記第二遊星歯車部、前記第一内歯車、及び前記第二内歯車のうち、二種以上の歯車に係る諸元をシリーズ間で同一に設定してなることを特徴とする。

かかる構成によれば、遊星歯車装置の構成要素のうち、最も製造コストが掛かる歯車の諸元を共通化することにより、シリーズ全体としての製造コストを可及的に低減することが可能になる。また、シリーズに使用される遊星歯車装置として、３Ｋ型のものを使用することにより、その減速比を幅広い範囲で設定することが可能になる。

本発明に係る遊星歯車装置のシリーズは、前記第一内歯車の歯数がシリーズ間で同一に設定され、かつ前記第二内歯車の歯数がシリーズ間で同一に設定されることが望ましい。

これに限らず、遊星歯車装置のシリーズは、前記第一内歯車の歯数又は前記第二内歯車の歯数がシリーズ間で同一に設定されるとともに、前記太陽歯車、前記第一遊星歯車部及び前記第二遊星歯車部のうち、少なくとも一種の歯車の歯数がシリーズ間で同一に設定されるものであってもよい。

上記のように、遊星歯車装置を構成する歯車のうち、最も製造コストが掛かる内歯車の諸元を共通化することにより、シリーズ全体としての製造コストのさらなる低減化を実現できる。

本発明に係る遊星歯車装置のシリーズでは、前記遊星歯車装置は、前記太陽歯車、前記遊星歯車、前記第一内歯車及び前記第二内歯車を収容するハウジングを更に備え、前記ハウジングの外径が、シリーズ間で同一に設定されることが望ましい。また、本発明に係る遊星歯車装置のシリーズでは、前記遊星歯車装置の軸長が、シリーズ間で同一に設定されることが望ましい。

このように、遊星歯車装置の外形寸法をシリーズ間で共通化することにより、当該装置が組み込まれる機械・装置の寸法等の仕様に変更を強いることがなく、市場の要求に柔軟に対応できる遊星歯車装置のシリーズを実現できる。

本発明に係る遊星歯車装置では、減速比が１０以上６０以下に設定されることが望ましい。このように、減速比を幅広い範囲で設定することにより、遊星歯車装置が組み込まれる機械・装置の多様な性能に対応できる。

本発明によれば遊星歯車装置のシリーズ全体としての製造コストを低減するとともに、多様な減速比を設定することが可能になる。

遊星歯車装置のシリーズを構成する第一遊星歯車装置の断面図である。 一部断面で示す第一遊星歯車装置の斜視図である。 第一遊星歯車装置を構成する歯車を示す正面図である。 第一遊星歯車装置を構成する歯車を一部断面で示す斜視図である。 遊星歯車装置のシリーズを構成する第二遊星歯車装置の断面図である。 遊星歯車装置のシリーズを構成する第三遊星歯車装置の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１乃至図６は、本発明に係る遊星歯車装置のシリーズの一実施形態を示す。遊星歯車装置のシリーズは、複数の遊星歯車装置において、その外径寸法及び全体の軸長を同一に設定するとともに、一部の歯車の諸元を同一に設定してなるものである。本実施形態では、図１乃至図６において、三種の遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃからなるシリーズを例示するが、シリーズの数はこれに限定されず、二種以上であればよい。以下では、シリーズを構成する各遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃに関し、図１乃至図４に示すものを第一遊星歯車装置１Ａ、図５に例示するものを第二遊星歯車装置１Ｂ、そして図６に例示するものを第三遊星歯車装置１Ｃという。

このシリーズに共通する遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃの基本的構成について、図１乃至図４の第一遊星歯車装置１Ａを参照しながら説明する。第一遊星歯車装置１Ａは、３Ｋ型である。第一遊星歯車装置１Ａは、入力軸２に連結される太陽歯車３と、この太陽歯車３に噛合する複数（図例では三個）の遊星歯車４と、この遊星歯車４に噛合する、固定の第一内歯車５及び可動の第二内歯車６と、キャリアピン７を介して遊星歯車４に連結されるキャリア８と、出力軸９と、これらの構成要素を収容するハウジング１０とを備える。なお、以下の説明では、出力軸９と平行な方向を「軸方向」、出力軸９を中心とする径方向を単に「径方向」、出力軸９を中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。

太陽歯車３は、平歯車として例示され、モータ等の駆動装置の軸部である入力軸２に連結され得る。太陽歯車３は、出力軸９と軸心が一致するように、ハウジング１０に収容されている。

遊星歯車４は、第一内歯車５に噛合する第一遊星歯車部４ａと、第二内歯車６に噛合する第二遊星歯車部４ｂとを備える二段構成（段付き）の平歯車である。本実施形態では、第一遊星歯車部４ａ及び第二遊星歯車部４ｂは、連結部４ｃを介して一体に構成される。遊星歯車４は、これに限定されず、第一遊星歯車部４ａと第二遊星歯車部４ｂとを別個の歯車により構成し、これらを連結することにより構成されてもよい。また、遊星歯車４の中心部には、軸方向に貫通する孔４ｄが形成されている。

第一内歯車５は、ハウジング１０の内周に固定されている。第一内歯車５は、太陽歯車３と同軸状に配置される。第二内歯車６は、ハウジング１０内において、このハウジング１０の軸方向における略中心部に配置される。第二内歯車６は、軸方向において、第一内歯車５と離間されて配置される。第二内歯車６は、太陽歯車３及び第一内歯車５と同軸状に配置される。

第二内歯車６は、出力輪１１（連結部材）を介して出力軸９に連結されている。出力輪１１は、円板状又は環状に構成されるとともに、出力軸９を挿通可能な孔１１ａと、この孔１１ａの内径面の一部に形成される溝部１１ｂと、第二内歯車６をこの出力輪１１に固定するための孔１１ｃとを有する。孔１１ａは、出力輪１１の中心部に形成されている。また、孔１１ｃは、孔１１ａに対して出力輪１１の外周寄りの位置に形成され、軸方向に貫通している。第二内歯車６は、この孔１１ｃと同軸状に設けられたねじ孔６ａを有する。孔６ａ，１１ｃには、ねじ部材等の固定部材１２が挿通され、当該固定部材１２が締結されることにより、第二内歯車６は出力輪１１に固定される。

キャリア８は、円板状に構成されるとともに、その中央部に、出力軸９を挿通可能な孔８ａを有しており、出力軸９に相対回転可能に支持されている。キャリア８は、第一内歯車５と出力輪１１との間に設けられており、かつ、軸方向において、第二内歯車６と重なっている。また、キャリア８は、キャリアピン７を固定するための孔８ｂを有している。孔８ｂは、孔８ａに対して径方向外側に設けられている。キャリアピン７は、その端部（出力輪１１側の端部）がこの孔８ｂに圧入されることで、キャリア８に固定される。

キャリアピン７は、遊星歯車４の中央部のおける孔４ｄに挿通されるとともに、ニードル軸受１３を介してこの遊星歯車４を回転自在に支持する。キャリアピン７の他端部には、ねじ孔７ａが形成されている。また、キャリアピン７の他端部には、ニードル軸受１３を係止する止め部材１４が固定されている。止め部材１４の中央部の孔には、固定部材（例えば、ねじ部材）１５が挿通され、この固定部材１５がねじ孔７ａに螺合して締結されることにより、キャリアピン７の他端部に固定されている。

出力軸９は、その一端部がハウジング１０から突出し、その他端部が出力輪１１の中央部に形成された孔１１ａに挿通されている。具体的には、出力軸９は、その中途部に形成される大径軸部９ａと、その一端部に形成される第一小径軸部９ｂと、その他端部に形成される第二小径軸部９ｃとを有する。大径軸部９ａの外径は、第一小径軸部９ｂ及び第二小径軸部９ｃの各外径よりも大きい。大径軸部９ａは、第一小径軸部９ｂと第二小径軸部９ｃとの間に設けられる。大径軸部９ａは、複数（図例では二個）の軸受１６を介して、ハウジング１０（の第一ハウジング１０ａ）に回転可能に支持されている。大径軸部９ａは、その外径面の中途部に、周方向に沿って環状に形成される突起部１７を有する。この突起部１７は、二個の軸受１６を離間させるスペーサとして機能する。

第一小径軸部９ｂは、ハウジング１０から露出しており、第二小径軸部９ｃは、ハウジング１０に収容されている。第一小径軸部９ｂとハウジング１０との間にはシール部材１８が設けられている。第二小径軸部９ｃの外径は、第一小径軸部９ｂの外径よりも小さい。第二小径軸部９ｃは、その中途部（軸方向において出力輪１１と重なる部分）にキー溝１９を有する。出力軸９は、このキー溝１９に嵌め込まれたキー２０を介して出力輪１１に連結される。すなわち、出力輪１１は、溝部１１ｂにキー２０が挿入されることにより、出力軸９に連結される。第二小径軸部９ｃは、軸受２１を介してキャリア８を回転可能に支持している。第二小径軸部９ｃの他端部には、軸受２１を係止する止め部材２２が固定部材（例えば、ねじ部材）２３を介して固定されている。軸受２１は、キャリア８の孔８ａの内径面に設けられた止め輪２４によって係止されている。

本実施形態では、ハウジング１０は、複数の構成部材、第一ハウジング１０ａと、第二ハウジング１０ｂと、第三ハウジング１０ｃとにより構成されるが、この構成に限定されるものではない。

第一ハウジング１０ａは、出力軸９を支持する筒部２５と、この筒部２５の軸方向一端部に形成されるフランジ部２６とを備える。筒部２５には、軸受１６が収容されている。また、筒部２５は、その軸方向の一端面（出力輪１１側の面）に、軸受１６を係止する環状の止め部材２７を有する。止め部材２７は、固定部材（例えば、ねじ部材）２８を介して筒部２５に固定されている。

第二ハウジング１０ｂは、円筒状に構成されるが、この形状に限定されない。第二ハウジング１０ｂは、その一端部で第一ハウジング１０ａを保持し、その他端部で第三ハウジング１０ｃを保持する。第二ハウジング１０ｂは、第一ハウジング１０ａを係止する第一段部２９ａと、第三ハウジング１０ｃを係止する第二段部２９ｂとを有する。第一段部２９ａは、第二ハウジング１０ｂの軸方向端面のうち第一ハウジング１０ａ側の端面に形成され、第二段部２９ｂは、第三ハウジング１０ｃ側の端面に形成されている。第一段部２９ａ及び第二段部２９ｂは、円環状の溝部である。第二ハウジング１０ｂの外径寸法は、第一ハウジング１０ａにおけるフランジ部２６の外径寸法よりも大きく、第三ハウジング１０ｃの外径寸法よりも大きい。したがって、この第二ハウジング１０ｂの外径寸法が、第一遊星歯車装置１Ａの外径寸法Ｒとなる（図１参照）。

第三ハウジング１０ｃは、筒状に構成されるとともに、その内周にて第一内歯車５を回転不能に保持する。また、第三ハウジング１０ｃは、その中途部（本実施形態では、軸方向略中央部）を閉塞する壁部３０を有する。壁部３０は、モータ等の駆動装置を支持する受け部として機能する。このため、壁部３０は、その中心部に、入力軸２を挿通可能な孔３０ａを有する。

以下、上記構成に係る遊星歯車装置１Ａの動作態様について説明する。入力軸２の回転により太陽歯車３が回転すると、当該太陽歯車３に噛合する各遊星歯車４の第一遊星歯車部４ａが回転駆動される。これにより、各遊星歯車４は、キャリアピン７廻りに自転しながら、この太陽歯車３の周りを公転する。キャリアピン７は、遊星歯車４の公転に対応して、太陽歯車３の周りを公転する。また、キャリア８は、軸受２１を介して出力軸９廻りに回転する。第一遊星歯車部４ａの自転及び公転により、これに連結される第二遊星歯車部４ｂも同様に自転及び公転する。これにより、第二遊星歯車部４ｂが噛合する第二内歯車６が出力軸９廻り回転する。これに連動して、出力軸９は、所定の減速比で減速され、入力軸２よりも低速で回転する。

以上、第一遊星歯車装置１Ａの構成態様及び動作態様について説明したが、第二遊星歯車装置１Ｂ及び第三遊星歯車装置１Ｃにおいても、この第一遊星歯車装置１Ａと同一の構成要素及び動作態様を具備する。このため、図５に示す第二遊星歯車装置１Ｂ、及び図６に示す第三遊星歯車装置１Ｃでは、図１の第一遊星歯車装置１Ａと共通する構成要素について共通符号を付している。

シリーズを為す各遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃは、太陽歯車３、遊星歯車４における第一遊星歯車部４ａ及び第二遊星歯車部４ｂ、第一内歯車５、及び第二内歯車６の五種の歯車のうち、二種以上の歯車の諸元を同一に設定してなる。ここで、歯車諸元とは、一般には、モジュール、圧力角、ねじれ角(ヘリカルアングル)、歯数、転位係数、基準ピッチ円直径、基礎円直径、歯先円直径、歯底円直径、バックラッシュ、オーバーピン寸法、歯車精度、軸間距離などであるが、本実施形態では、二種以上の歯車の歯数を、第一遊星歯車装置１Ａから第三遊星歯車装置１Ｃの相互間で、すなわちシリーズ間で同一に設定している。

本実施形態では、各遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃの軸長（軸方向における寸法）Ｄ、及びハウジング１０の外径寸法Ｒをシリーズ間で同一に設定している。その他、本実施形態では、出力軸９の長さ寸法、出力軸９の各軸部９ａ〜９ｃの外径寸法、ハウジング１０の第二ハウジング１０ｂにおける内径寸法、キャリアピン７の長さ寸法及び外径寸法、キャリア８の外径寸法及び厚さ寸法、出力輪１１の外径寸法及び厚さ寸法等についても、シリーズ間で同一に設定している。

各遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃの歯数と減速比の関係を一例として表１に示す。

表１に示すように、第一遊星歯車装置１Ａと第二遊星歯車装置１Ｂとの間では、第一内歯車５の歯数を６８で同一に設定し、同じく第二内歯車６の歯数を７２で同一に設定している。一方、遊星歯車装置１Ａ，１Ｂの間では、太陽歯車３の歯数、及び遊星歯車４の歯数を異なる設定にしている。

また、第二遊星歯車装置１Ｂと第三遊星歯車装置１Ｃとでは、第二遊星歯車部４ｂの歯数を２７で同一に設定するとともに、第二内歯車６の歯数を７２で同一に設定している。一方、遊星歯車装置１Ｂ，１Ｃの間では、太陽歯車３の歯数、第一遊星歯車部４ａの歯数、及び第一内歯車５の歯数を異なる設定にしている。

なお、第一遊星歯車装置１Ａと第三遊星歯車装置１Ｃとでは、第二内歯車６の歯数を７２で同一に設定しているのみであるが、当然に他の歯車３〜５の歯数をシリーズ間で同一に設定してもよい。

上記の歯数は、例示に過ぎず、遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃが組み込まれる機械・装置に要求される性能に応じて適宜設定され得る。この歯数の共通化は、上記の例に限らず、上記五種の歯車のうち、二種以上の歯車を任意に組み合わせて行うことが可能である。当然に、遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃのシリーズ化にあたっては、全種類の歯車に係る歯数を同一にするのではなく、少なくとも一種の歯車の歯数をシリーズ間で異なるように設定することも必要となる。

本実施形態では３Ｋ型の遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃを採用することにより、表１に示す如く、減速比ｉを幅広い範囲で設定することが可能になる。太陽歯車３の歯数をＳとし、第一遊星歯車部４ａの歯数をＰ１とし、第二遊星歯車部４ｂの歯数をＰ２とし、第一内歯車５の歯数をＣとし、第二内歯車６の歯数をＤとしたとき、減速比ｉは、次の数１で表すことができる。シリーズ全体として設定される減速比の範囲は、１０以上６０以下であることが望ましい。

以上説明した本実施形態に係る遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃのシリーズによれば、遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃの構成要素のうち、最も製造コストが掛かる歯車の諸元を共通化することにより、製造コストを可及的に低減することが可能になる。特に、各歯車のうち、第一内歯車５及び第二内歯車６は、その外径が太陽歯車３、遊星歯車４の外径よりも大きく、材料費及び加工費が高くなるため、製造コストが高い。よって、第一内歯車５、第二内歯車６の歯数を同一に設定することにより、遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃのシリーズ全体としての製造コストを大幅に低減させることができる。また、キャリア８は、キャリアピン７を孔８ｂに固定するだけの簡素な構成を採用しており、これによってもシリーズの全体的な製造コストの低減を図ることができる。

また、３Ｋ型の遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃを使用することにより、その減速比を１０以上６０以下といった幅広い範囲に設定できる。しかも、シリーズ化された遊星歯車装置１Ａ〜１Ｃは、その外径寸法Ｒ及び軸長Ｄを共通化することにより、当該装置１Ａ〜１Ｃが組み込まれる機械・装置の仕様変更を強いることなく、市場の要求に柔軟に応えることが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更 が可能である。

上記の実施形態では、歯車諸元としての歯数をシリーズ間で共通化した例を示したが、これに限定されず、モジュールその他の諸元を同一に設定することによっても本発明を実施することができる。

１Ａ 第一遊星歯車装置
１Ｂ 第二遊星歯車装置
１Ｃ 第三遊星歯車装置
２ 入力軸
３ 太陽歯車
４ 遊星歯車
４ａ 第一遊星歯車部
４ｂ 第二遊星歯車部
５ 第一内歯車
６ 第二内歯車
８ キャリア
９ 出力軸
１０ ハウジング
Ｒ 遊星歯車装置の外径寸法
Ｄ 遊星歯車装置の軸長

Claims (6)

1. 入力軸に連結される太陽歯車と、前記太陽歯車に噛合する遊星歯車と、前記遊星歯車を支持するキャリアと、前記遊星歯車に噛合する、固定の第一内歯車及び可動の第二内歯車と、前記第二内歯車に連結される出力軸と、を備える遊星歯車装置のシリーズにおいて、
   前記遊星歯車は、前記第一内歯車に噛合する第一遊星歯車部と、前記第二内歯車に噛合する噛合する第二遊星歯車部とを備えており、
   前記太陽歯車、前記第一遊星歯車部、前記第二遊星歯車部、前記第一内歯車、及び前記第二内歯車のうち、二種以上の歯車に係る諸元をシリーズ間で同一に設定してなることを特徴とする遊星歯車装置のシリーズ。
2. 前記第一内歯車の歯数がシリーズ間で同一に設定され、かつ前記第二内歯車の歯数がシリーズ間で同一に設定される請求項１に記載の遊星歯車装置のシリーズ。
3. 前記第一内歯車の歯数又は前記第二内歯車の歯数がシリーズ間で同一に設定されるとともに、前記太陽歯車、前記第一遊星歯車部及び前記第二遊星歯車部のうち、少なくとも一種の歯車の歯数がシリーズ間で同一に設定される請求項１に記載の遊星歯車装置のシリーズ。
4. 前記遊星歯車装置は、前記太陽歯車、前記遊星歯車、前記第一内歯車及び前記第二内歯車を収容するハウジングを更に備え、
   前記ハウジングの外径が、シリーズ間で同一に設定される請求項１から３のいずれか１項に記載の遊星歯車装置のシリーズ。
5. 前記遊星歯車装置の軸長が、シリーズ間で同一に設定される請求項１から４のいずれか１項に記載の遊星歯車装置のシリーズ。
6. 減速比が１０以上６０以下に設定される請求項１から５のいずれか１項に記載の遊星歯車装置のシリーズ。
   

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