JP2020070864A - 遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遊星歯車と遊星軸との間の潤滑状態を良好に保つ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】遊星減速機１は、中心軸方向に貫通孔２１が形成された遊星歯車２０と、貫通孔２１に遊挿され遊星歯車２０を回転自在に軸支する遊星軸２２と、中心軸方向において遊星歯車２０に隣接して設けられたキャリア部材１６と、を備えている。貫通孔２１には、キャリア部材１６に向かって外周縁が拡径するテーパ部２５が形成されており、遊星軸２２とテーパ部２５との間に潤滑剤が充填されている。テーパ部２５により、遊星歯車２０のコストアップを抑えながら遊星歯車２０と遊星軸２２との間の潤滑状態を良好に保つことができる。【選択図】 図２

Description

本発明は、遊星歯車機構を介して動力を伝達する遊星歯車装置に関するものである。

従来、ケース内に、駆動源から回転伝達される入力軸と、入力軸と同軸の出力軸と、入力軸と出力軸との間に設けられた太陽歯車、遊星歯車及び内歯歯車よりなる遊星歯車機構とを備えた遊星歯車装置が知られている。このような遊星歯車装置においては、歯車同士の噛み合いや歯車と軸との摺動部分を潤滑するためにケース内に潤滑剤が充填されるが、遊星歯車の内周面と遊星軸との間に潤滑剤を十分に供給することが難しく、潤滑不良となって寿命が低下するおそれがあった。

特許文献１には、遊星歯車の内周面に円環状のグリース保持溝を形成し、遊星軸と遊星歯車との間に設けられたニードルローラベアリングの潤滑を図るようにした遊星歯車装置が開示されている。

特開２０１７−５３４６１号公報

しかしながら特許文献１の遊星歯車装置においては、遊星歯車の加工時に内周面に溝を形成する工程が必要であるため、遊星歯車のコストアップの要因となり、結果的に装置のコストアップになってしまうという問題がある。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、装置のコストアップを抑えながら遊星歯車の潤滑状態を良好に保つ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。

この目的を達成するために、請求項１記載の遊星歯車装置は、中心軸方向に貫通孔が形成された遊星歯車と、前記貫通孔に遊挿され、前記遊星歯車を回転自在に支持する遊星軸と、前記中心軸方向において前記遊星歯車に隣接して設けられたキャリア部材と、を備えており、前記遊星歯車の前記貫通孔には、前記キャリア部材に向かって外周縁が拡径するテーパ部が形成されており、前記遊星軸と前記テーパ部との間に潤滑剤が充填されている
ことを特徴とするものである。

また、請求項２記載の遊星歯車装置は、請求項１に記載の遊星歯車装置であって、更に、前記遊星歯車は、保持器を有するニードルローラベアリングを介して前記遊星軸に外装され、前記貫通孔の内周面と前記テーパ部との境界部分は、前記中心軸に垂直な方向から見て前記ニードルローラベアリングの転動体の端面と重なる位置に形成されていることを特徴とするものである。

また、請求項３記載の遊星歯車装置は、請求項１または２に記載の遊星歯車装置であって、更に、前記遊星歯車は、前記貫通孔の内周面が前記遊星軸と摺動するように外装されていることを特徴とするものである。

また、請求項４記載の遊星歯車装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載の遊星歯車装置であって、更に、前記遊星歯車は、端面が前記キャリア部材と摺動するように配置され、前記テーパ部は、前記キャリア部材の外縁よりも径方向内側に位置していることを特徴とするものである。

また、請求項５記載の遊星歯車装置は、請求項１から４のいずれか１項に記載の遊星歯車装置であって、更に、前記テーパ部の前記中心軸方向の長さは、前記遊星歯車の前記中心軸方向の幅の５％以上かつ２５％以下であることを特徴とするものである。

請求項１記載の遊星歯車装置によれば、遊星歯車に形成されたテーパ部と遊星軸との間に充填された潤滑剤によって、装置のコストアップを抑えながら遊星歯車の潤滑状態を良好に保つことができる。

また、請求項２記載の遊星歯車装置によれば、遊星歯車とニードルローラとの接触面積を減らすことなく、ニードルローラの潤滑状態を良好に保つことができる。

また、請求項３記載の遊星歯車装置によれば、遊星歯車の内周面と遊星軸とが摺動する場合であっても、テーパ部と遊星軸との間に充填された潤滑剤によって、遊星歯車の内周面の潤滑状態を良好に保つことができる。

また、請求項４記載の遊星歯車装置によれば、テーパ部がキャリア部材の端面の外縁よりも内側に位置しているため、潤滑剤をテーパ部に保持できる。このため、遊星歯車の潤滑状態を良好に保つことができる。

また、請求項５記載の遊星歯車装置によれば、遊星軸と遊星歯車との必要な接触面積を確保した上で、適切量の潤滑剤を保持することができる。このため、遊星歯車の潤滑状態を良好に保つことができる。

第１実施形態における遊星減速機の中央縦断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 本実施形態と比較例における試験結果を示す図である。 第２実施形態における遊星歯車周辺の拡大図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態である遊星減速機１の中央縦断面図である。遊星減速機１は、ケース２内の入力側（図１の右側を入力側とする。）に中心軸Ｃ０を中心とする入力軸３が収容されており、入力軸３の出力側に同軸で配置された出力軸４が出力側に突出し、入力軸３と出力軸４との間には遊星歯車減速機構５が設けられている。

ケース２は、遊星歯車減速機構５を収容する主ケース６と、主ケース６の入力側に配置され入力軸３を軸支するケースカバー７と、ケースカバー７の入力側に配置されモータ（不図示）を取り付け可能なブラケット８とに分割されている。主ケース６とケースカバー７とは複数のボルト９，９・・によって連結され、ケースカバー７とブラケット８とは複数のボルト１０，１０・・によって連結されている。

入力軸３は、軸心にモータ軸の連結孔１１が形成される筒状体で、ボールベアリング１２を介してケースカバー７の内側に回転可能に軸支されている。入力軸３の先端には太陽歯車１３が圧入により固定され、太陽歯車１３は主ケース６内に突出している。ケースカバー７と入力軸３との間で、ボールベアリング１２よりも出力側には、潤滑剤を封止するオイルシール１４が組み込まれている。

出力軸４は、ボールベアリング１５を介して主ケース６の内側に同軸で回転可能に軸支され、出力軸４には、出力軸４より大径のキャリア１６が連設されている。キャリア１６は、出力軸４と連設される出力側キャリア１６Ａと、その入力側でボールベアリング１７によって主ケース６の内側に軸支される入力側キャリア１６Ｂとに二分割されており、出力側キャリア１６Ａ及び入力側キャリア１６Ｂは、互いの対向面にそれぞれ形成された有底孔１８，１８間に跨がって圧入される同心円上の複数の連結ピン１９，１９・・により一体に結合されている。この結合状態で出力側キャリア１６Ａ及び入力側キャリア１６Ｂの間には、３つの遊星歯車２０，２０・・が配置されている。

図２は、図１のＡ部拡大図である。遊星歯車減速機構５の各遊星歯車２０は、中心に貫通孔２１が形成され、貫通孔２１に遊挿された遊星軸２２に回転可能に軸支されている。遊星軸２２の外径は貫通孔２１の内径よりも僅かに小さくなっており、遊星歯車２０は内周面が遊星軸２２に対して摺動する。また、遊星軸２２の両端は、出力側キャリア１６Ａ及び入力側キャリア１６Ｂにそれぞれ形成された貫通孔２３，２３・・に圧入されている。また、入力側キャリア１６Ｂの中心には貫通孔２４が形成されており、太陽歯車１３は貫通孔２４を貫通して各遊星歯車２０と噛合している。

遊星歯車２０の貫通孔２１の出力側端部には、貫通孔２１の内側から出力側キャリア１６Ａに向かって外周縁２５Ａが拡径するテーパ部２５が形成されている。また、遊星歯車２０の貫通孔２１の入力側端部にも同様に、貫通孔２１の内側から入力側キャリア１６Ｂに向かって外周縁２５Ｂが拡径するテーパ部２５が形成されている。遊星軸２２とテーパ部２５との間には潤滑剤が充填されている。

従来、遊星歯車等の金属部品の加工においては、人が接触した時の怪我を防止したり、物との接触による破損を防止することを目的として、角部に面取り加工を施すことが一般的であるが、面取り加工部の大きさは極めて小さく、部品全体の大きさに対して大きくても数％程度である。本実施形態では、面取り加工部の大きさを積極的に大きくしてテーパ部２５を形成することで、遊星歯車２０の加工の工程を増やすことなく潤滑剤保持用の空間を形成した。尚、本発明におけるテーパ部とは、従来から実施されている単なる面取りとは異なり、積極的に寸法を大きくしたテーパ形状を意図している。

遊星歯車２０は、両側の端面が出力側キャリア１６Ａ及び入力側キャリア１６Ｂに対してそれぞれ摺動可能なように僅かな隙間を空けて対向するように配置されており、外縁部２５Ａ，２５Ｂは、出力側キャリア１６Ａの外縁部２６及び入力側キャリア１６Ｂの端面の外縁部２７よりも径方向内側になるように配置されている。

主ケース６の内側で、ボールベアリング１５とボールベアリング１７との間には、遊星歯車２０が噛合する内歯歯車２８が固定されている。また、主ケース６の出力端と出力軸４との間には、潤滑剤を封止するオイルシール２９が配置されている。

以上の如く構成された遊星減速機１においては、入力軸３に連結された図示しないモータ軸の回転によって入力軸３が回転すると、先端の太陽歯車１３と噛合する遊星歯車２０が内歯歯車２８内で自転しながら公転運動する。この公転運動によってキャリア１６が減速して回転し、出力軸４を同時に回転させる。

図３は、上記の遊星減速機１を用いて、テーパ部２５の無いものと有るものとの寿命の比較のため、入力３０００ｒｐｍ、２００Ｗ負荷にて連続運転の耐久試験を行った結果である。Ｎｏ．１はテーパ部２５が無く従来の面取りのみが形成されており、中心軸Ｃ０方向における面取り部の長さは、遊星歯車２０の幅Ｌ１に対して約３％である。一方、Ｎｏ．２及びＮｏ．３はテーパ部２５が有り、遊星歯車２０の端面から、テーパ部２５と貫通孔２１の内周面との境界部分３０までの中心軸Ｃ０方向の長さＬ２が、遊星歯車２０の幅Ｌ１に対して約７％である。テーパ部２５が無いものは約６５８０時間で遊星歯車２０と遊星軸２２とが焼き付いて破損し、テーパ部２５が有るものは製品の必要寿命である１００００時間以上をクリアした。この試験結果から、テーパ部２５によって潤滑状態が良好に保たれて寿命が長くなることが判る。一方、テーパ部２５の長さＬ２が長過ぎる場合には遊星歯車２０と遊星軸２２との接触面積が減るため、対トルク性能が低下してしまう。計算上では、テーパ部２５の幅Ｌ２が遊星歯車２０の幅Ｌ１に対して２５％を超えると所定の対トルク性能が得られない。

このように、上記形態の遊星減速機１によれば、テーパ部２５と遊星軸２２との間に充填された潤滑剤により、遊星歯車２０と遊星軸２２との間の潤滑状態を良好に保つことができる。本実施形態では、面取り加工部の大きさを積極的に大きくしてテーパ部２５を形成することで、遊星歯車２０の加工の工程を増やすことなく潤滑剤保持用の空間を形成することができる。このため、遊星歯車２０の加工コストアップを抑えて、遊星歯車２０と遊星軸２２との間の潤滑状態を良好に保つことができる。

また、遊星歯車２０の内周面が遊星軸２２と摺動するように外装されている構成であっても、テーパ部２５と遊星軸２２との間に潤滑剤を保持できるため、遊星歯車２０と遊星軸２２との間の潤滑状態を良好に保つことができる。

また、テーパ部２５がキャリア部材１６の外縁部２６，２７よりも径方向内側に位置している。このため、潤滑剤を遊星軸２２とテーパ部２５との間に保持することができ、遊星歯車２０と遊星軸２２との間の潤滑状態を良好に保つことができる。

また、テーパ部２５の長さＬ２が遊星歯車２０の中心軸Ｃ０方向の幅Ｌ１の５％以上かつ２５％以下であるため、遊星軸２２と遊星歯車２０との必要な接触面積を確保した上で、適切量の潤滑剤を保持することができ、潤滑状態を良好に保つことができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図４を参照して説明する。図４は、第２実施形態における遊星歯車４０周辺の拡大図であり、第１実施形態の図２に対応した図である。第２実施形態における遊星減速機１００の構造は、第１実施形態における差動減速機１の構造と略同じであるため、中央縦断面図は省略し、図２部に対応した図のみを示している。第２実施形態では、遊星歯車４０の貫通孔２１の内周面と遊星軸２２との間に、ニードルローラベアリング４１が配置されている点が、第１実施形態とは異なる。上記を除く遊星減速機１００の構成と動作とについては、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

各遊星歯車４０は、中心に貫通孔２１が形成され、貫通孔２１にはニードルローラベアリング４１を介して遊星軸２２が遊挿されている。ニードルローラベアリング４１は、保持器４２を有するタイプであり、ニードルローラベアリング４１の転動体４３の長さＬ３は遊星歯車４０の幅Ｌ１よりも小さい。また、テーパ部２５と貫通孔２１の内周面との境界部分３０は、中心軸Ｃ０方向に垂直な方向から見て転動体４３の端面４４と重なる位置にある。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得る。上記形態の遊星減速機１００によれば、遊星歯車４０の内周面とニードルローラベアリング４１との接触面積を減らすことなく遊星歯車４０と遊星軸２２との間の潤滑状態を良好に保つことができる。

［本発明と実施形態との構成の対応関係］
本実施形態の遊星減速機１，１００は、本発明の遊星歯車装置の一例である。

［変形例］
上記形態では、遊星歯車とキャリアとを一段備えた遊星減速機となっているが、遊星歯車とキャリアとを軸方向に二段以上備えた遊星減速機であっても本発明は適用できる。

１，１００ 遊星減速機
１６ キャリア
２０，４０ 遊星歯車
２１ 貫通孔
２２ 遊星軸
２５ テーパ部
２５Ａ，２５Ｂ，２６，２７ 外縁部
３０ 境界部分
４１ ニードルローラベアリング
４２ 保持器
４３ 転動体
４４ 転動体の端面
Ｃ０ 中心軸
Ｌ１ 遊星歯車の幅
Ｌ２ テーパ部の長さ

Claims (5)

1. 中心軸方向に貫通孔が形成された遊星歯車と、
   前記貫通孔に遊挿され、前記遊星歯車を回転自在に支持する遊星軸と、
   前記中心軸方向において前記遊星歯車に隣接して設けられたキャリア部材と、
   を備えており、
   前記遊星歯車の前記貫通孔には、前記キャリア部材に向かって外周縁が拡径するテーパ部が形成されており、
   前記遊星軸と前記テーパ部との間に潤滑剤が充填されている
   ことを特徴とする遊星歯車装置。
2. 前記遊星歯車は、保持器を有するニードルローラベアリングを介して前記遊星軸に外装され、
   前記貫通孔の内周面と前記テーパ部との境界部分は、前記中心軸に垂直な方向から見て前記ニードルローラベアリングの転動体の端面と重なる位置に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車装置。
3. 前記遊星歯車は、前記貫通孔の内周面が前記遊星軸と摺動するように外装されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車装置。
4. 前記遊星歯車は、端面が前記キャリア部材と摺動するように配置され、
   前記テーパ部は、前記キャリア部材の外縁よりも径方向内側に位置している
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の遊星歯車装置。
5. 前記テーパ部の前記中心軸方向の長さは、前記遊星歯車の前記中心軸方向の幅の５％以上かつ２５％以下である
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の遊星歯車装置。