JP3711503B2 - 遊星歯車装置と、これを用いたエンジン始動装置用減速機 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、径の異なる大小２つの歯車からなるプラネットギヤを用いた複式遊星歯車装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
径の異なる大小２つの歯車が連続して同軸で形成されるプラネットギヤを用いた遊星歯車装置の例として、機械工学全書１１２０「歯車の設計・製作（１）」（大河出版、昭和４６年５月発刊）の３９ページに記載の航空機用遊星歯車減速機があげられる。この様な複式遊星歯車減速機は既に公知の技術であり、図５に示すような構成である。すなわち、前記複式遊星歯車減速機は、入力軸１と、該入力軸１と一体をなし負荷側軸端部に形成されたサンギヤ２と、大径歯車４と小径歯車５が連続して同軸で形成され前記入力軸１の外周に挿入されたキャリヤ７にピン８で片持ち支持されたプラネットギヤ３と、前記サンギヤ２と同軸線上に対向して配置されたキャリヤ軸９と、該キャリヤ軸９と同心で形成され前記プラネットギヤ３の小径歯車５と噛み合っているインターナルギヤ６とを含んでなり、前記複式遊星歯車減速機は、前記サンギヤ２と前記プラネットギヤ３の大径歯車４が噛み合って、キャリヤが固定され、インターナルギヤ６の回転が出力となるスター型である。
【０００３】
また、上記と別の従来例として、単段２ＫーＨ（１）型プラネタリー遊星歯車減速機（以下、単段２ＫーＨ型という）をエンジン始動装置に用いた例があり、図６に該例の全体図を示す。エンジン始動装置１２は、モータ１０を高速回転させ、単段２ＫーＨ型１９を設けることによって小型軽量化を図っている。前記単段２ＫーＨ型１９は、モータ１０の回転子であるアーマチャ１１と一体をなす入力軸１の負荷側に設けられたサンギヤ２と、前記入力軸１と同軸線上に対向して配置されたキャリヤ軸９と、該キャリヤ軸９の外周に同心で挿入されたキャリヤ７と、前記キャリヤ軸９を軸受にて指示しているブラケットに固定されたインターナルギヤ６と、前記キャリヤ７に圧入されたピン８Ｂで片持ち支持され前記サンギヤ２と前記インターナルギヤ６にそれぞれ噛み合っているプラネットギヤ３とを含んで構成され、モータ１０を起動し回転させれば、入力軸１のサンギヤ２が回転し、これによりプラネットギヤ３は自転しながらサンギヤ２の周りを公転する。このプラネットギヤ３の公転運動は前記インターナルギヤ６を介してキャリア７と一体化された前記キャリア軸９に出力される。
【０００４】
複式遊星歯車減速機をキャリヤが回転するプラネタリー型として用いると、前記単段２ＫーＨ型と比較して、歯車の半径方向を大きくすることなく大きな減速比が得られることや、大小２つの歯車のモジュールを異なるように設計しても問題ないことから強度設計が容易であるという長所がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の長所を利用して、従来技術である図５の様な複式遊星歯車減速機を前記単段２ＫーＨ型の代わりに図６の様なエンジン始動装置に採用すると、複式遊星歯車減速機ではプラネットギヤをキャリアに固定されたピンによって片持ち支持する方式をとっているため、ピンの長さが、単段２ＫーＨ型におけるピン８Ｂよりも長くなる。そのためピンとキャリアの結合部に大きな曲げ応力が生じてピンを破損し、減速機の機能停止を招く恐れがある。
【０００６】
また、減速比を大きくとろうとするとプラネットギヤの大径歯車と小径歯車の歯数を大径歯車は多く、小径歯車は少なくしなければならない。そのためピンの直径は小径歯車の歯元円直径よりも小さくしなくてはならなくなり、ピンに強度上十分な径を与えることができなくなる。また、エンジン始動装置においては、モータの小型軽量化を図るため、減速比の向上が求められている。しかし、エンジン始動装置の外径は、モータの径に合わせて決定されており、モータの外径よりも大きな径の減速機では意味がない。そこで減速機の半径方向の大きさは拡大することなくより大きな減速比が得られるような減速機が求められている。またコスト的な問題からも、現在採用されている単段２ＫーＨ型と比較して同様もしくはそれ以下の部品点数であり、組立の容易なものであることが望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、プラネタリー型複式遊星歯車の増減速比を向上させ、さらに、部品点数を削減し、遊星歯車装置を容易に組立できるものとすることである。
【０００８】
上記課題は、第１の回転軸に設けられたサンギヤと、大径歯車と小径歯車を有し前記サンギヤに一方の歯車が噛み合わされるプラネットギヤと、プラネットギヤを公転自由に支持するキャリアと、プラネットギヤの他方の歯車に噛み合わされるインターナルギヤと、キャリアに連結された第２の回転軸とを備えた遊星歯車装置において、プラネットギヤは、前記大径歯車と前記小径歯車の間に軸受部を設けて同軸で少なくとも径方向の周辺部分が同一部材により一体成型され、軸受部の径が小径歯車の歯先円直径よりも大きく形成されてなり、キャリアは、プラネットギヤの軸受部を自転自由に支持する軸受穴を有することで達成される。
【０００９】
【作用】
複式遊星歯車装置におけるプラネットギヤの大径歯車と小径歯車の間に軸受部を設けることにより、従来技術で用いられていた小径歯車の歯元円直径に規制されたピンがなくなるため、増減速比の向上ができ、また、部品点数も削減でき、プラネットギヤに生じる曲げ応力は従来と同じである。また、キャリヤに形成された軸受穴に前記軸受部を嵌合し大径歯車と小径歯車を片持ち支持することで組立が容易となる。
【００１０】
【実施例】
本発明の第１の実施例であるプラネタリー型複式遊星歯車減速機（以下、複式遊星歯車減速機という）を図１及び図２に示す。複式遊星歯車減速機は、入力軸１と、該入力軸１と同軸をなし負荷側に一体形成されたサンギヤ２と、連続して同軸で形成された大径歯車４Ａと小径歯車５Ａからなりその間に直径が前記小径歯車５Ａの歯先円直径よりも大きい径をもつ軸受部１３Ａが設けられているプラネットギヤ３Ａと、連続して同軸で形成された大径歯車４Ｂと小径歯車５Ｂからなりその間に直径が前記小径歯車５Ｂの歯先円直径よりも大きい径をもつ軸受部１３Ｂが設けられているプラネットギヤ３Ｂと、連続して同軸で形成された大径歯車４Ｃと小径歯車５Ｃからなりその間に直径が前記小径歯車５Ｃの歯先円直径よりも大きい径をもつ軸受部１３Ｃが設けられているプラネットギヤ３Ｃと、前記小径歯車５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに干渉することなく前記軸受部１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃにそれぞれ挿入される軸受１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃと、前記入力軸１と同軸線上に対向して配置されたキャリア軸９と、該キャリア軸９と一体化され前記軸受１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃを嵌合する軸受穴１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃが設けられたキャリア７と、図示しないケーシングに固定されたインターナルギヤ６とを含んで構成されている。
【００１１】
前記プラネットギヤ３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは、前記サンギヤ２の外周の空間を周方向に三等分された位置に前記入力軸１の軸線方向と並行となるように配置され、前記プラネットギヤ３Ａ、３Ｂ及び３Ｃそれぞれの大径歯車４Ａ、４Ｂ及び４Ｃと前記サンギヤ２が噛み合い、前記プラネットギヤ３Ａ、３Ｂ及び３Ｃそれぞれの小径歯車５Ａ、５Ｂ及び５Ｃと前記インターナルギヤ６が噛み合っている。
【００１２】
上記の構成の実施例では、減速比をあげるために小径歯車５Ａ、５Ｂ及び５Ｃの歯数が少なくなった場合でも、キャリア７に回転力を伝える軸受部１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃの直径を大きくとることができるためにプラネットギヤ３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの強度を十分に持たせることができる。また部品点数では従来技術である単段の２ＫーＨ（１）型遊星歯車減速機と比べ、プラネットギヤを支持するピンを省略しているのでコストを低減し、かつ減速比を向上することができる。
【００１３】
また、キャリア軸９の直径が、プラネットギヤの小径歯車５Ａ、５Ｂ及び５Ｃとの干渉を避けるために、キャリア７の軸受穴１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃの共通内接円の直径以下になり、強度的にもたない場合が生じる。この場合は図２に示すように、キャリア軸９の直径をキャリア７の軸受穴１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃの共通内接円の直径より大きくし、かつ、キャリア７の軸受穴１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃを軸受１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃに嵌合したときに、キャリア軸９が小歯車５Ａ、５Ｂ及び５Ｃと干渉する部分１６を削除する様な構造としてもよい。キャリア軸９を前記構造とすることで、出力軸であるキャリア軸９のねじり強度を高めることが可能となり、より大きなトルクを伝えることができる。
【００１４】
また、本実施例において、前記プラネットギヤ３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは燒結金属を一体成型して製作されているが、該プラネットギヤ３Ａ、３Ｂ及び３Ｃを製作段階において含油させることにより、軸受部１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃに潤滑性を持たせることができ、キャリア７の軸受穴１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃと直接摺動させることが可能となる。このため軸受１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃを省略し、部品点数を削減できコストダウンができる。また、伝達トルクが小さいときはプラネットギヤ３Ａ、３Ｂ及び３Ｃに潤滑性のある高分子材料を用いてもよい。
【００１５】
また、本実施例において、図３に示すように、プラネットギヤ３の軸をなす中心部分の部材２２にクロムモリブデン鋼等の鋼材を使用し、前記中心部材２２以外の周辺部分の部材２１に燒結金属もしくは高分子材料を使用して一体成型して製作してもよい。プラネットギヤ３を前記構造とすれば、大きいトルクが伝達される場合において、大径歯車４Ａ、４Ｂ及び４Ｃと小径歯車５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに働く力の差から生じる曲げ応力によってプラネットギヤ３Ａ、３Ｂ及び３Ｃが破壊されることを防ぐことができる。
【００１６】
本実施例ではサンギヤを入力軸とし、キャリア軸から出力する減速機として説明したが、本発明の遊星歯車は減速機だけでなく増速機及び差動機構としても用いることができる。また、減速機としては大径歯車４がサンギヤ２と噛み合い、小径歯車５がインターナルギヤ６と噛み合っている方が減速比をあげることができるが、小径歯車５がサンギヤ２と噛み合い、大径歯車４がインターナルギヤ６と噛み合っていてもよい。また軸受１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃにすべり軸受を用いているが、転がり軸受を用いてもよく、プラネットギヤ３の数も３個としているが１個以上であればよい。
【００１７】
本発明の第２の実施例であるプラネタリー型複式遊星歯車を減速機としてエンジン始動装置１２に用いたものを図４に示す。本実施例の駆動部と減速機部の構成を以下に述べる。駆動部であるモータ１０と、該モータ１０の回転子であるアーマチャ１１と、該アーマチャ１１と一体化している入力軸１と、該入力軸１と同軸で一体化され負荷側に設けられたサンギヤ２と、連続して同軸で形成された大径歯車４と小径歯車５の間に軸受部１３が設けられ前記入力軸１の軸方向と平行して前記大径歯車４が前記サンギヤ２と噛み合うように配置され燒結金属を一体成型して製作されたプラネットギヤ３と、小径歯車５の歯先円直径よりも大きい直径とした前記軸受部１３に小歯車５に干渉することなく挿入された軸受１４と、前記サンギヤ２の同軸線上に対向して配置され前記入力軸１をエンジン始動装置１２の反負荷側のエンドブラケット１７とともに軸受支持し前記プラネットギヤ３の軸受１４を挿入する軸受穴１５が設けられたキャリア７と、該キャリア７と一体化されギヤケース１８のノーズ部とギヤケース１８に固定されたブラケット２０によって軸受支持されているキャリア軸９と、小径歯車５と噛み合ってブラケット２０に固定されたインターナルギヤ６とを含んで構成されている。
【００１８】
上記構成により、減速比をあげるためにプラネットギヤ３の小径歯車５の歯数が少なくなった場合でも、キャリア７に回転力を伝える軸受部１３の直径を大きくとることができるためにプラネットギヤ３の強度を十分に持たせることができる。また部品点数では従来技術である単段の２ＫーＨ（１）型遊星歯車減速機と比べプラネットギヤ３を支持するピン８Ｂを省略できるためコストを低減し、かつ減速比を向上することができる。
【００１９】
また、燒結金属を一体成型して製作されたプラネットギヤ３を作成段階において含油させる様にしてもよい。これにより軸受部１３に潤滑性を持たせることができ、キャリア７の軸受穴１５と直接摺動させることが可能となる。このため軸受１４を省略し、コストダウンを図ることができる。さらに伝達トルクが小さいときはプラネットギヤ３に潤滑性のある高分子材料を用いることができる。
【００２０】
また、プラネットギヤ３がクロムモリブデン鋼等の鋼材を中心部材とし、他を燒結金属もしくは高分子材料で一体成型して製作しても良い。このような構造とすると、大トルクが伝達される場合において、大径歯車４および小径歯車５に働く力の差から生じる曲げ応力によってプラネットギヤ３が破壊されることを防ぐことができる。
【００２１】
上記実施例では、複式遊星歯車を減速機としてエンジン始動装置１２に用いたものであるが、この他にも、家庭用電化製品（例えば、洗濯機など）や、ＯＡ機器などにも用いることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、プラネタリー型複式遊星歯車の増減速比を向上させることができ、部品点数も削減でき、遊星歯車を容易に組立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である複式遊星歯車減速機の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例であるキャリア軸のねじり強度を高めた複式遊星歯車減速機の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例であるプラネットギヤの内部断面斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施例であるエンジン起動装置の断面図である。
【図５】従来の複式スター型遊星歯車の断面図である。
【図６】従来の２ＫーＨ（１）型プラネタリー遊星歯車減速機を備えたエンジン起動装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 入力軸 ２ サンギヤ
３ プラネットギヤ ４ 大径歯車
５ 小径歯車 ６ インターナルギヤ
７ キャリア ８ ピン
９ キャリア軸 １０ モータ
１１ アマチュア １２ エンジン起動装置
１３ 軸受部 １４ 軸受
１５ 軸受穴 １６ キャリア軸の削除部
１７ エンドカバー １８ ケーシング
１９ 単段プラネタリー遊星歯車 ２０ ブラケット
２１ 周辺部材 ２２ 中心部材

Claims (5)

1. 第１の回転軸に設けられたサンギヤと、大径歯車と小径歯車を有し前記サンギヤに一方の歯車が噛み合わされるプラネットギヤと、該プラネットギヤを公転自由に支持するキャリアと、前記プラネットギヤの他方の歯車に噛み合わされるインターナルギヤと、前記キャリアに連結された第２の回転軸とを備えた遊星歯車装置において、前記プラネットギヤは、前記大径歯車と前記小径歯車の間に軸受部を設けて同軸で少なくとも径方向の周辺部分が同一部材により一体成型され、前記軸受部の径が前記小径歯車の歯先円直径よりも大きく形成されてなり、前記キャリアは、前記プラネットギヤの前記軸受部を自転自由に支持する軸受穴を有することを特徴とする遊星歯車装置。
2. 前記第２の回転軸の半径を、前記第２の回転軸の中心に最も近い前記キャリアの軸受穴の円縁から前記第２の回転軸の中心までの寸法より大きくし、前記軸受穴に前記プラネットギヤの軸受部を嵌合したとき、前記キャリア軸の前記プラネットギヤの軸受部と干渉する部分が削除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. 前記プラネットギヤが、含油された燒結金属もしくは高分子材料を用いて一体成型されていることを特徴とする請求項１または２のうち、いずれか１項に記載の遊星歯車装置。
4. 前記プラネットギヤが、該プラネットギヤの軸中心部分に金属でできた部材を用い、前記金属でできた部材の周囲に燒結金属もしくは高分子材料を用いて成型されていることを特徴とする請求項１から３のうち、いずれか１項に記載の遊星歯車装置。
5. 遊星歯車装置を用いるエンジン始動装置用減速機において、前記遊星歯車装置が請求項１から４のうち、いずれか１項に記載の遊星歯車装置であることを特徴とするエンジン始動装置用減速機。

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