JP3855742B2 - 遊星歯車装置およびその振動抑制方法 - Google Patents
遊星歯車装置およびその振動抑制方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽歯車と内歯車との間に、複数の遊星歯車が配置され、この複数の遊星歯車を、円周方向等間隔位置からずらして配置した遊星歯車装置およびその振動抑制方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遊星歯車装置は、図１７にその概略を示すように、中心部に配置した太陽歯車１の周囲に、例えば三つの遊星歯車３ａ，３ｂ，３ｃがそれぞれ配置され、さらにその外側に内歯車５が配置された構成となっている。複数の遊星歯車３ａ，３ｂ，３ｃは、円周方向等間隔に配置されて円盤部材（ここでは模式的にＹ字形状で示している）７に支持され、自転および公転運動がなされる。
【０００３】
このような遊星歯車装置における振動・騒音を抑制するものとして、例えば特開平６−１０９９４号公報に記載されたものがある。これは、複数の遊星歯車を、円周方向等間隔位置に対してずらして配置し、複数の遊星歯車の噛み合い位相を調整することで、各遊星歯車相互の噛み合い位相を、［噛み合い周期／遊星歯車個数（Ｎ）］ずつずらし、噛み合い率ε≒１＋（Ｎ−１）／Ｎとして噛み合い振動を低減するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、複数の遊星歯車の円周方向等間隔配置をずらすと、遊星歯車を含む円盤部材の重心位置が、円盤部材の回転中心位置から直径方向にずれることになり、遊星歯車の回転作動時に、前記重心のアンバランスから新たな振動が発生するという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、複数の遊星歯車の円周方向等間隔配置をずらした遊星歯車装置であっても、新たな振動の発生を抑制することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、太陽歯車と内歯車との間に、複数の遊星歯車が配置され、これら遊星歯車の各軸の両端部を軸組付用孔に挿入して支持する一対の円板を有した円盤部材を備えるとともに、前記複数の遊星歯車を、円周方向等間隔位置に対して円周方向にずらした位置で前記一対の円板に取り付けた遊星歯車装置において、前記複数の遊星歯車を含む前記円盤部材の重心位置が、前記円盤部材の回転中心位置に近付くように、前記一対の円板のうちの少なくとも一方の重量配分を、円周方向に互い隣接する前記軸組付用孔相互間における一方の軸組付用孔寄りに切欠を設けることで設定した構成としてある。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、前記切欠は、前記一対の円板の双方に、互いに同一形状でかつ同一位置にそれぞれ設けられている構成としてある。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、前記切欠は、丸孔である構成としてある。
【００１１】
請求項４の発明は、太陽歯車と内歯車との間に、複数の遊星歯車が配置され、この複数の遊星歯車を、円周方向等間隔位置に対して円周方向にずらして配置した遊星歯車装置の振動抑制方法において、前記複数の遊星歯車の各軸の両端部を軸組付用孔に挿入して支持して円盤部材を構成する２枚の円板を設け、この２枚の円板のうちの少なくとも一方の円板の、円周方向に互い隣接する前記軸組付用孔相互間における一方の軸組付用孔寄りに切欠を形成することで、前記遊星歯車装置の回転作動時での前記軸組付用孔における応力を分散させるとともに、前記複数の遊星歯車を含む前記円盤部材の重心位置を、前記円盤部材の回転中心位置に近付けるようにして振動を抑制するものとしてある。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、複数の遊星歯車の各軸の両端部を軸組付用孔に挿入して支持して円盤部材を構成する一対の円板のうちの少なくとも一方の重量配分を、複数の遊星歯車を含む円盤部材の重心位置が、円盤部材の回転中心位置に近付くように設定したので、重心のアンバランスが解消されて遊星歯車装置の回転作動時での振動を抑制することができる。
また、上記回転作動時での振動を抑制するために、円板の円周方向に互い隣接する軸組付用孔相互間における一方の軸組付用孔寄りに切欠を設けることで、遊星歯車装置の回転作動時に発生する応力が切欠部位で大きくなり、そのため遊星歯車の各軸の両端部を支持する部位である軸組付用孔のみ集中して大きな応力が発生することなく分散でき、円板に発生する最大応力値が小さくなることから、円盤部材を厚肉化することなく耐久性を高く確保することができ、前記切欠形成によってそのまま軽量化が図れる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、一対の円板の双方に切欠を設けることで、軸方向の重心位置も適正となり、振動抑制効果をより高めることができる。また、１枚の円板当たりの切欠の面積を小さくできるので、円板形状が複雑で切欠を設けるスペースが狭い場合であっても、重心のアンバランスを容易に解消することができる。さらに、１枚の円板に切欠を設ける場合に比べ、切欠面積を小さくできるので、強度を高めることができる。また、一対の円板双方に設けた切欠を、互いに同一形状でかつ同一位置となるようにすることで、軸方向の重心位置がさらに適正となり、振動抑制効果をさらに高めることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、切欠を丸孔とすることで、切欠部の応力集中を最小限に抑えることができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、複数の遊星歯車の各軸の両端部を軸組付用孔に挿入して支持して円盤部材を構成する一対の円板のうちの少なくとも一方に切欠を設けることで、複数の遊星歯車を含む円盤部材の重心位置を、円盤部材の回転中心位置に近付けるようにしたので、重心のアンバランスが解消されて遊星歯車装置の回転作動時での振動を抑制することができる。
また、上記回転作動時での振動を抑制するために、円板の円周方向に互い隣接する軸組付用孔相互間における一方の軸組付用孔寄りに切欠を設けることで、遊星歯車装置の回転作動時に発生する応力が切欠部位で大きくなり、そのため遊星歯車の各軸の両端部を支持する部位である軸組付用孔のみ集中して大きな応力が発生することなく分散でき、円板に発生する最大応力値が小さくなることから、円盤部材を厚肉化することなく耐久性を高く確保することができ、前記切欠形成によってそのまま軽量化が図れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１９】
図１は、この発明の第１の実施形態を示す遊星歯車装置の概略を示すもので、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。この遊星歯車装置は、中心部に配置した太陽歯車９の周囲に三つの遊星歯車１１，１３，１５がそれぞれ配置され、さらにその外側に内歯車１７が配置されている。
【００２０】
三の遊星歯車１１，１３，１５は、両側に配置した一対の円板２０，３０に両端が支持された軸１２，１４，１６を介してそれぞれ支持され、自転および公転運動がなされる。上記した一対の円板２０，３０により円盤部材を構成している。
【００２１】
ここで、三つの遊星歯車１１，１３，１５のうち、図１中で下部の二つの遊星歯車１３，１５は、円周方向等間隔配置の状態から、上部の遊星歯車１１に近付く方向にそれぞれθ1およびθ2だけ配置角度をずらしてある。すなわち、遊星歯車１１と遊星歯車１３との間の配置角度は、［１２０−θ1］°、遊星歯車１１と遊星歯車１５との間の配置角度は、［１２０−θ２］°である。
【００２２】
このように、二つの遊星歯車１３，１５を、円周方向等間隔配置の状態からずらすことで、前記特開平６−１０９９４号公報に記載されたもののように、各遊星歯車の噛み合い位相を、［噛み合い周期／遊星歯車個数（Ｎ）］ずつずらして調整し、噛み合い率ε≒１＋（Ｎ−１）／Ｎとして噛み合い振動を抑制している。
【００２３】
上記したように、二つの遊星歯車１３，１５を、円周方向等間隔配置の状態からずらして配置すると、三つの遊星歯車１１，１３，１５を支持して回転する円盤部材は、遊星歯車１１，１３，１５を含む重心位置が回転中心位置からずれ、このままでは重心のアンバランスによって新たな振動が発生することになる。
【００２４】
そこで、三つの遊星歯車１１，１３，１５を支持する円盤部材における一方の円板２０の図１中で上部における遊星歯車１１の両側近傍には、切欠としての貫通孔２０ａ，２０ｂを形成してある。この各貫通孔２０ａ，２０ｂの形成位置は、三つの遊星歯車１１，１３，１５を支持して回転する円盤部材の重心位置Ｇ3が、円盤部材の回転中心位置に近付くように重量配分が設定されている。この場合、重心位置Ｇ3は、円盤部材の回転中心位置に一致することが望ましい。
【００２５】
次に、上記貫通孔２０ａ，２０ｂの形成位置の算出方法を説明する。図２のように、前記切欠２０ａ，２０ｂを設けずに、二つの遊星歯車１３，１５を、円周方向等間隔配置の状態からずらして配置した構成での、三つの遊星歯車１１，１３，１５を支持して回転する円盤部材の重心位置Ｇ１は、
Ｇ１（ｘ，ｙ）＝（ｒ1｛（COS（30°−θ1）−COS（30°−θ２）｝／３，ｒ1｛１−sin（30°−θ1）−sin（30°−θ２）｝／３）
であり、円盤部材の回転中心位置に対し遊星歯車１１に寄った位置となる。
【００２６】
一方、図３のように、円盤部材に対し貫通孔２０ａ，２０ｂを設けた場合の円盤部材の重心位置Ｇ２は、
Ｇ２（ｘ，ｙ）＝（−ｒ２（COSθ３−COSθ４），−ｒ２（sinθ３＋sinθ４））
であり、円盤部材の回転中心位置に対して遊星歯車１１とは反対側に寄った位置となる。
【００２７】
ここで、上記図２，図３での各重心Ｇ１，Ｇ２のそれぞれのアンバランス量を相殺するように、貫通孔２０ａ，２０ｂの位置および大きさを決定する。重心は１次モーメントである（質量とその距離で決まる）ことから、切欠の位置を決めれば、切欠の大きさは、遊星歯車の配置角のずれ分で生じる重心の回転中心に対するずれの位置と釣り合うように、一意的に決めることができる。
【００２８】
図２および図３での各重心Ｇ１およびＧ２のアンバランス量が相殺されるには、各重心回りのモーメントが一致すればよい。遊星歯車１個の体積をＶ1，切欠１個の体積をＶ２とすると。次式の（ｘ，ｙ）に対する連立方程式を求めればよい。
【００２９】
すなわち、円盤部材の中心からの貫通孔２０ａ，２０ｂの距離ｒ２および、ｘ軸に対する貫通孔２０ａ，２０ｂの配置角度θ３，θ４を決めると、貫通孔２０ａ，２０ｂの体積が一意的に決まる。
【００３０】
このように、複数の遊星歯車１１，１３，１５を円周方向等間隔位置からずらして配置することにより発生する複数の遊星歯車１１，１３，１５を含む円盤部材の重心位置のずれを、この重心位置が円盤部材の回転中心位置となるように調整したので、重心のアンバランスが解消されて遊星歯車装置の回転作動時での振動を抑制することができる。
【００３１】
重心のアンバランスを解消する技術として、質量の追加と削除が考えられるが、質量追加は、遊星歯車装置の重量が増加することになり、特に自動車などの輸送機器に遊星歯車装置を使用する場合には、燃費悪化などの副作用があるため、削除、すなわち切欠を設ける方が望ましい。
【００３２】
ここで、一対の円板２０，３０には、軸１２，１４，１６を取り付けるための軸組付用孔が必要となる。この場合、この各軸組付用孔と円板２０（３０）の外周縁との間の部分に応力が集中することが考えられるが、上記した切欠２０ａ，２０ｂを、その近傍（ここでは軸１２の近傍）に形成することで、遊星歯車装置の回転作動時での応力を分散でき、円盤部材の耐久性が向上する。
【００３３】
つまり、円板２０に切欠（貫通孔２０ａ，２０ｂ）を設けることで、遊星歯車装置の回転作動時に発生する応力が切欠部位で大きくなり、そのため遊星歯車の各軸の両端部を支持する部位のみ集中して大きな応力が発生することなく分散でき、円板２０に発生する最大応力値が小さくなることから、円板２０を厚肉化することなく耐久性を高く確保することができ、前記切欠形成によってそのまま軽量化も達成される。
【００３４】
図４は、この発明の第２の実施形態を示す遊星歯車装置に適用される、より具体的な円盤部材２１の正面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図、図６は図４の背面図である。この円盤部材２１は、互いに平行となる第１の円板２３および第２の円板２５を備え、これら各円板２３，２５相互が、外周側の周壁部２７によって連結されたものである。
【００３５】
具体的には、第１の円板２３と周壁部２７とが、プレス成形によって断面ほぼＬ字形状に一体化したもので、周壁部２７の円周方向３箇所の嵌合凸部２７ａを、第２の円板２５の嵌合孔２５ａに嵌合させて互いに溶接接合したものである。このような円盤部材２１は、鉄板をプレス成形するほか、鋳鉄あるいは鍛鉄の削り出しで製造してもよい。
【００３６】
第１の円板２３および第２の円板２５には、図示しない三つの遊星歯車の各軸の両端が挿入される軸組付用孔２３ｂ，２３ｃ，２３ｄおよび２５ｂ，２５ｃ，２５ｄがそれぞれ形成されている。そして、図中で下部側の軸組付用孔２３ｃ，２３ｄおよび２５ｃ，２５ｄの形成位置は、前記図１に示したもののように、ここに組み付けられる各遊星歯車が、円周方向等間隔配置の状態から、図中上部の軸組付用孔２３ｂ，２５ｂに組み付けられる遊星歯車に近付く方向にそれぞれθ1およびθ2だけ配置角度をずらしてある。
【００３７】
また、周壁部２７の上記軸組付用孔２３ｂ，２３ｃ，２３ｄおよび２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに対応する部位には、遊星歯車を周壁部２７の外部に露出させて図示しない内歯車に噛合させるための開口部２７ｂが形成されている。
【００３８】
そして、図中で上部の軸組付用孔２３ｂ，２５ｂの両側近傍に形成されている凹部２９，３１に対し、図４中で斜線で示す部分を切り欠いて切欠２９ａ，３１ａを設けている。他の軸組付用孔２３ｃの両側近傍の凹部３３，３５および、軸組付用孔２３ｄの両側近傍の凹部３７，３９については、凹部２９，３１と同形状のままであり、切欠２９ａ，３１ａに相当するものは設けていない。
【００３９】
このようにすることで、図示しない三つの遊星歯車を円周方向等間隔位置からずらして配置することにより発生する三つの遊星歯車を含む円盤部材２１の回転中心位置Ｐからずれた重心位置を、回転中心位置Ｐに近付け、あるいは一致させることが可能となる。これにより、重心のアンバランスが解消されて遊星歯車装置の回転作動時での振動を抑制することができる。
【００４０】
ここで、第１の円板２３は遊星歯車の各軸の両端部を支持する部位として、軸組付用孔２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを備えるので、遊星歯車装置の回転作動時に、その部位、すなわち各孔と周壁部２７との間の部分にのみ集中して大きな応力が発生することが考えられるが、上記した切欠２９ａ，３１ａを、その近傍（ここでは軸組付用孔２３ｂの近傍）に形成することで、これら切欠２９ａ，３１ａの部位、すなわち切欠２９ａ，３１ａと周壁部２７との間でも発生する応力が大きくなるので、遊星歯車装置の回転作動時に発生する応力を分散でき、そのため円板２３に発生する最大応力値が小さくなることから厚肉化することなく円盤部材２１の耐久性を高く確保することができ、前記切欠形成によってそのまま軽量化が図れる。
【００４１】
図７は、この発明の第３の実施形態を示す遊星歯車装置に適用される円盤部材２１の正面図、図８は図７のＢ−Ｂ断面図、図９は図７の背面図である。この円盤部材２１は、前記図４〜図６に示した切欠２９ａ，３１ａに代えて、第１の円板２３に切欠としての四角形状の角孔４１，４３を設けるとともに、第２の円板２５にも切欠としての四角形状の角孔４５，４７を設けている。角孔４１，４３および角孔４５，４７は、四隅の角部がＲ形状となっている。
【００４２】
第１の円板２３の角孔４１は、軸組付用孔２３ｂと軸組付用孔２３ｃとの間の軸組付用孔２３ｃ寄りに、軸組付用孔２３ｂに対して７５°の配置角度となるよう形成され、第１の円板２３の角孔４３は、軸組付用孔２３ｂと軸組付用孔２３ｄとの間の軸組付用孔２３ｄ寄りに、軸組付用孔２３ｂに対して７５°の角度位置となるよう形成されている。
【００４３】
第２の円板２５の角孔４５は、第１の円板２３の角孔４１に対し、互いに同一形状でかつ、円周方向および半径方向について同一位置に形成されている。また第２の円板２５の角孔４７は、第１の円板２３の角孔４３に対し、互いに同一形状でかつ、円周方向および半径方向について同一位置に形成されている。
【００４４】
第１の円板２３および第２の円板２５のそれぞれに、角孔４１，４３および角孔４５，４７で構成した切欠を形成することで、図示しない遊星歯車を含む円盤部材２１の重心を回転中心位置に一致させるために、１枚の円板当たりの切欠面積を小さくでき、円板形状が複雑で切欠を設けるスペースが狭い場合であっても、重心のアンバランスを容易に解消することができる。また、１枚の円板当たりの切欠面積を小さくすることで、円盤部材２１のねじり強度を高めることができる。
【００４５】
また、第１および第２の各円板２３および２５の角孔４１，４３および角孔４５，４７は、形状が互いに同一でかつ、円周方向および半径方向について互いに同一位置に形成することで、円盤部材２１における軸方向（図８中で左右方向）の重心位置が２枚の円板２３，２５相互間のほぼ中央位置となる。この結果、図示しない三つの遊星歯車を支持した状態の円盤部材２１の重心位置がさらに適正となり、振動抑制効果をさらに高めることができる。
【００４６】
また、この例においても、第１および第２の各円板２３および２５に、角孔４１，４３および４５，４７をそれぞれ形成することで、遊星歯車装置の回転作動時に第１および第２の各円板２３および２５に発生する応力を分散でき、円盤部材２１は、一部位にのみ応力が集中することなく最大応力値を小さくでき、そのため厚肉化することなく耐久性を高く確保することができ、前記切欠形成によって、そのまま軽量化が図れる。
【００４７】
図１０は、この発明の第４の実施形態を示す遊星歯車装置に適用される円盤部材２１の正面図、図１１は図１０のＣ−Ｃ断面図、図１２は図１０の背面図である。この円盤部材２１は、前記図７〜図９に示した角孔４１，４３および角孔４５，４７に代えて、第１の円板２３に切欠としての丸孔４９，５１を設けるとともに、第２の円板２５に切欠としての丸孔５３，５５を設けている。
【００４８】
このように、切欠を丸孔４９，５１および丸孔５３，５５とすることで、切欠部の応力集中を最小限に抑えることができるとともに、円盤部材２１の生産工程においても、加工が容易となり、製造コストを抑えることができる。
【００４９】
図１３は、この発明の参考例を示す遊星歯車装置に適用される円盤部材２１の正面図、図１４は図１３のＤ−Ｄ断面図、図１５は図１３の背面図である。この円盤部材２１は、前記図１０に示した丸孔４９の位置を、軸組付用孔２３ｂと軸組付用孔２３ｃとの間の中間位置に設定するとともに、丸孔５１の位置を、軸組付用孔２３ｂと軸組付用孔２３ｄとの間の中間位置に設定している。さらに、図１２に示した丸孔５３の位置を、軸組付用孔２５ｂと軸組付用孔２５ｃとの間の中間位置に設定するとともに、丸孔５５の位置を、軸組付用孔２５ｂと軸組付用孔２５ｄとの間の中間位置に設定している。
【００５０】
このように、切欠として設ける丸孔４９，５１および５３，５５を、円周方向に隣接する遊星歯車相互間の中間位置とすることで、丸孔４９，５１および５３，５５により軽量化でき、その際に遊星歯車から入力されるねじりトルクに対する円盤部材２１の強度を高く確保することができる。
【００５１】
また、上記した第４の実施形態および参考例においても、第１および第２の各円板２３および２５に、丸孔４９，５１および５３，５５をそれぞれ形成することで、遊星歯車装置の回転作動時での第１および第２の各円板２３および２５における応力を分散でき、円盤部材２１の耐久性が向上する。
【００５２】
なお、円盤部材２１の周壁部２７に切欠を設けることも考えられるが、この場合には、円盤部材のねじり強度の低下を招くので、好ましくない。
【００５３】
図１６は、遊星歯車装置作動時での円盤部材２１に発生する最大応力を、切欠を設けていない従来例のものを１００として、切欠を設けたものと比較している。ここで、最大応力値は、円板の内周面あるいは外周面と、軸組付用孔との間の体積が最も小さい領域で最大となる。これによれば、周壁部２７に切欠を設けたものは、従来例に比べて最大応力値が増加しているのに対し、図１３（図１５）に示した軸組付用孔２３ｂ（軸組付用孔２５ｂ）に対して約６０°の位置に丸孔４９，５１（丸孔５３，５５）を設けた例や、図示していないが同４５°の位置に丸孔を設ける場合には、従来例に比べて最大応力値が減少していることがわかる。
【００５４】
なお、切欠を形成する場合、その形状は、上記したような角孔や丸孔に限ることはなく、適宜設定できるものであり、また切欠の位置を決めれば、前記図１〜図３における第１の実施形態で説明したように、遊星歯車の配置角のずれ分で生じる重心の回転中心に対するずれの位置と釣り合うように、一意的に決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す遊星歯車装置の概略を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１の遊星歯車装置に対し、切欠を設けずに、二つの遊星歯車を、円周方向等間隔位置の状態からずらして配置した構成の概略図である。
【図３】図１の遊星歯車装置における円盤部材の正面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態を示す遊星歯車装置に適用される具体的な円盤部材の正面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図４の背面図である。
【図７】この発明の第３の実施形態を示す遊星歯車装置に適用される具体的な円盤部材の正面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図７の背面図である。
【図１０】この発明の第４の実施形態を示す遊星歯車装置に適用される具体的な円盤部材の正面図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ断面図である。
【図１２】図１０の背面図である。
【図１３】 この発明の参考例を示す遊星歯車装置に適用される具体的な円盤部材の正面図である。
【図１４】図１３のＤ−Ｄ断面図である。
【図１５】図１３の背面図である。
【図１６】円盤部材に発生する最大応力を、切欠を設けていない従来例のものと、切欠を設けたものとを比較して示した説明図である。
【図１７】一般的な遊星歯車装置の概略図である。
【符号の説明】
９ 太陽歯車
１１，１３，１５ 遊星歯車
１７ 内歯車
２０，３０ 円板
２０ａ，２０ｂ 貫通孔（切欠）
２１ 円盤部材
２３ 第１の円板
２５ 第２の円板
２９ａ，３１ａ 切欠
４１，４３，４５，４７ 角孔（切欠）
４９，５１，５３，５５ 丸孔（切欠）
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽歯車と内歯車との間に、複数の遊星歯車が配置され、この複数の遊星歯車を、円周方向等間隔位置からずらして配置した遊星歯車装置およびその振動抑制方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遊星歯車装置は、図１７にその概略を示すように、中心部に配置した太陽歯車１の周囲に、例えば三つの遊星歯車３ａ，３ｂ，３ｃがそれぞれ配置され、さらにその外側に内歯車５が配置された構成となっている。複数の遊星歯車３ａ，３ｂ，３ｃは、円周方向等間隔に配置されて円盤部材（ここでは模式的にＹ字形状で示している）７に支持され、自転および公転運動がなされる。
【０００３】
このような遊星歯車装置における振動・騒音を抑制するものとして、例えば特開平６−１０９９４号公報に記載されたものがある。これは、複数の遊星歯車を、円周方向等間隔位置に対してずらして配置し、複数の遊星歯車の噛み合い位相を調整することで、各遊星歯車相互の噛み合い位相を、［噛み合い周期／遊星歯車個数（Ｎ）］ずつずらし、噛み合い率ε≒１＋（Ｎ−１）／Ｎとして噛み合い振動を低減するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、複数の遊星歯車の円周方向等間隔配置をずらすと、遊星歯車を含む円盤部材の重心位置が、円盤部材の回転中心位置から直径方向にずれることになり、遊星歯車の回転作動時に、前記重心のアンバランスから新たな振動が発生するという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、複数の遊星歯車の円周方向等間隔配置をずらした遊星歯車装置であっても、新たな振動の発生を抑制することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、太陽歯車と内歯車との間に、複数の遊星歯車が配置され、これら遊星歯車の各軸の両端部を軸組付用孔に挿入して支持する一対の円板を有した円盤部材を備えるとともに、前記複数の遊星歯車を、円周方向等間隔位置に対して円周方向にずらした位置で前記一対の円板に取り付けた遊星歯車装置において、前記複数の遊星歯車を含む前記円盤部材の重心位置が、前記円盤部材の回転中心位置に近付くように、前記一対の円板のうちの少なくとも一方の重量配分を、円周方向に互い隣接する前記軸組付用孔相互間における一方の軸組付用孔寄りに切欠を設けることで設定した構成としてある。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、前記切欠は、前記一対の円板の双方に、互いに同一形状でかつ同一位置にそれぞれ設けられている構成としてある。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、前記切欠は、丸孔である構成としてある。
【００１１】
請求項４の発明は、太陽歯車と内歯車との間に、複数の遊星歯車が配置され、この複数の遊星歯車を、円周方向等間隔位置に対して円周方向にずらして配置した遊星歯車装置の振動抑制方法において、前記複数の遊星歯車の各軸の両端部を軸組付用孔に挿入して支持して円盤部材を構成する２枚の円板を設け、この２枚の円板のうちの少なくとも一方の円板の、円周方向に互い隣接する前記軸組付用孔相互間における一方の軸組付用孔寄りに切欠を形成することで、前記遊星歯車装置の回転作動時での前記軸組付用孔における応力を分散させるとともに、前記複数の遊星歯車を含む前記円盤部材の重心位置を、前記円盤部材の回転中心位置に近付けるようにして振動を抑制するものとしてある。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、複数の遊星歯車の各軸の両端部を軸組付用孔に挿入して支持して円盤部材を構成する一対の円板のうちの少なくとも一方の重量配分を、複数の遊星歯車を含む円盤部材の重心位置が、円盤部材の回転中心位置に近付くように設定したので、重心のアンバランスが解消されて遊星歯車装置の回転作動時での振動を抑制することができる。
また、上記回転作動時での振動を抑制するために、円板の円周方向に互い隣接する軸組付用孔相互間における一方の軸組付用孔寄りに切欠を設けることで、遊星歯車装置の回転作動時に発生する応力が切欠部位で大きくなり、そのため遊星歯車の各軸の両端部を支持する部位である軸組付用孔のみ集中して大きな応力が発生することなく分散でき、円板に発生する最大応力値が小さくなることから、円盤部材を厚肉化することなく耐久性を高く確保することができ、前記切欠形成によってそのまま軽量化が図れる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、一対の円板の双方に切欠を設けることで、軸方向の重心位置も適正となり、振動抑制効果をより高めることができる。また、１枚の円板当たりの切欠の面積を小さくできるので、円板形状が複雑で切欠を設けるスペースが狭い場合であっても、重心のアンバランスを容易に解消することができる。さらに、１枚の円板に切欠を設ける場合に比べ、切欠面積を小さくできるので、強度を高めることができる。また、一対の円板双方に設けた切欠を、互いに同一形状でかつ同一位置となるようにすることで、軸方向の重心位置がさらに適正となり、振動抑制効果をさらに高めることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、切欠を丸孔とすることで、切欠部の応力集中を最小限に抑えることができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、複数の遊星歯車の各軸の両端部を軸組付用孔に挿入して支持して円盤部材を構成する一対の円板のうちの少なくとも一方に切欠を設けることで、複数の遊星歯車を含む円盤部材の重心位置を、円盤部材の回転中心位置に近付けるようにしたので、重心のアンバランスが解消されて遊星歯車装置の回転作動時での振動を抑制することができる。
また、上記回転作動時での振動を抑制するために、円板の円周方向に互い隣接する軸組付用孔相互間における一方の軸組付用孔寄りに切欠を設けることで、遊星歯車装置の回転作動時に発生する応力が切欠部位で大きくなり、そのため遊星歯車の各軸の両端部を支持する部位である軸組付用孔のみ集中して大きな応力が発生することなく分散でき、円板に発生する最大応力値が小さくなることから、円盤部材を厚肉化することなく耐久性を高く確保することができ、前記切欠形成によってそのまま軽量化が図れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１９】
図１は、この発明の第１の実施形態を示す遊星歯車装置の概略を示すもので、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。この遊星歯車装置は、中心部に配置した太陽歯車９の周囲に三つの遊星歯車１１，１３，１５がそれぞれ配置され、さらにその外側に内歯車１７が配置されている。
【００２０】
三の遊星歯車１１，１３，１５は、両側に配置した一対の円板２０，３０に両端が支持された軸１２，１４，１６を介してそれぞれ支持され、自転および公転運動がなされる。上記した一対の円板２０，３０により円盤部材を構成している。
【００２１】
ここで、三つの遊星歯車１１，１３，１５のうち、図１中で下部の二つの遊星歯車１３，１５は、円周方向等間隔配置の状態から、上部の遊星歯車１１に近付く方向にそれぞれθ1およびθ2だけ配置角度をずらしてある。すなわち、遊星歯車１１と遊星歯車１３との間の配置角度は、［１２０−θ1］°、遊星歯車１１と遊星歯車１５との間の配置角度は、［１２０−θ２］°である。
【００２２】
このように、二つの遊星歯車１３，１５を、円周方向等間隔配置の状態からずらすことで、前記特開平６−１０９９４号公報に記載されたもののように、各遊星歯車の噛み合い位相を、［噛み合い周期／遊星歯車個数（Ｎ）］ずつずらして調整し、噛み合い率ε≒１＋（Ｎ−１）／Ｎとして噛み合い振動を抑制している。
【００２３】
上記したように、二つの遊星歯車１３，１５を、円周方向等間隔配置の状態からずらして配置すると、三つの遊星歯車１１，１３，１５を支持して回転する円盤部材は、遊星歯車１１，１３，１５を含む重心位置が回転中心位置からずれ、このままでは重心のアンバランスによって新たな振動が発生することになる。
【００２４】
そこで、三つの遊星歯車１１，１３，１５を支持する円盤部材における一方の円板２０の図１中で上部における遊星歯車１１の両側近傍には、切欠としての貫通孔２０ａ，２０ｂを形成してある。この各貫通孔２０ａ，２０ｂの形成位置は、三つの遊星歯車１１，１３，１５を支持して回転する円盤部材の重心位置Ｇ3が、円盤部材の回転中心位置に近付くように重量配分が設定されている。この場合、重心位置Ｇ3は、円盤部材の回転中心位置に一致することが望ましい。
【００２５】
次に、上記貫通孔２０ａ，２０ｂの形成位置の算出方法を説明する。図２のように、前記切欠２０ａ，２０ｂを設けずに、二つの遊星歯車１３，１５を、円周方向等間隔配置の状態からずらして配置した構成での、三つの遊星歯車１１，１３，１５を支持して回転する円盤部材の重心位置Ｇ１は、
Ｇ１（ｘ，ｙ）＝（ｒ1｛（COS（30°−θ1）−COS（30°−θ２）｝／３，ｒ1｛１−sin（30°−θ1）−sin（30°−θ２）｝／３）
であり、円盤部材の回転中心位置に対し遊星歯車１１に寄った位置となる。
【００２６】
一方、図３のように、円盤部材に対し貫通孔２０ａ，２０ｂを設けた場合の円盤部材の重心位置Ｇ２は、
Ｇ２（ｘ，ｙ）＝（−ｒ２（COSθ３−COSθ４），−ｒ２（sinθ３＋sinθ４））
であり、円盤部材の回転中心位置に対して遊星歯車１１とは反対側に寄った位置となる。
【００２７】
ここで、上記図２，図３での各重心Ｇ１，Ｇ２のそれぞれのアンバランス量を相殺するように、貫通孔２０ａ，２０ｂの位置および大きさを決定する。重心は１次モーメントである（質量とその距離で決まる）ことから、切欠の位置を決めれば、切欠の大きさは、遊星歯車の配置角のずれ分で生じる重心の回転中心に対するずれの位置と釣り合うように、一意的に決めることができる。
【００２８】
図２および図３での各重心Ｇ１およびＧ２のアンバランス量が相殺されるには、各重心回りのモーメントが一致すればよい。遊星歯車１個の体積をＶ1，切欠１個の体積をＶ２とすると。次式の（ｘ，ｙ）に対する連立方程式を求めればよい。
【００２９】
【００３０】
このように、複数の遊星歯車１１，１３，１５を円周方向等間隔位置からずらして配置することにより発生する複数の遊星歯車１１，１３，１５を含む円盤部材の重心位置のずれを、この重心位置が円盤部材の回転中心位置となるように調整したので、重心のアンバランスが解消されて遊星歯車装置の回転作動時での振動を抑制することができる。
【００３１】
重心のアンバランスを解消する技術として、質量の追加と削除が考えられるが、質量追加は、遊星歯車装置の重量が増加することになり、特に自動車などの輸送機器に遊星歯車装置を使用する場合には、燃費悪化などの副作用があるため、削除、すなわち切欠を設ける方が望ましい。
【００３２】
ここで、一対の円板２０，３０には、軸１２，１４，１６を取り付けるための軸組付用孔が必要となる。この場合、この各軸組付用孔と円板２０（３０）の外周縁との間の部分に応力が集中することが考えられるが、上記した切欠２０ａ，２０ｂを、その近傍（ここでは軸１２の近傍）に形成することで、遊星歯車装置の回転作動時での応力を分散でき、円盤部材の耐久性が向上する。
【００３３】
つまり、円板２０に切欠（貫通孔２０ａ，２０ｂ）を設けることで、遊星歯車装置の回転作動時に発生する応力が切欠部位で大きくなり、そのため遊星歯車の各軸の両端部を支持する部位のみ集中して大きな応力が発生することなく分散でき、円板２０に発生する最大応力値が小さくなることから、円板２０を厚肉化することなく耐久性を高く確保することができ、前記切欠形成によってそのまま軽量化も達成される。
【００３４】
図４は、この発明の第２の実施形態を示す遊星歯車装置に適用される、より具体的な円盤部材２１の正面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図、図６は図４の背面図である。この円盤部材２１は、互いに平行となる第１の円板２３および第２の円板２５を備え、これら各円板２３，２５相互が、外周側の周壁部２７によって連結されたものである。
【００３５】
具体的には、第１の円板２３と周壁部２７とが、プレス成形によって断面ほぼＬ字形状に一体化したもので、周壁部２７の円周方向３箇所の嵌合凸部２７ａを、第２の円板２５の嵌合孔２５ａに嵌合させて互いに溶接接合したものである。このような円盤部材２１は、鉄板をプレス成形するほか、鋳鉄あるいは鍛鉄の削り出しで製造してもよい。
【００３６】
第１の円板２３および第２の円板２５には、図示しない三つの遊星歯車の各軸の両端が挿入される軸組付用孔２３ｂ，２３ｃ，２３ｄおよび２５ｂ，２５ｃ，２５ｄがそれぞれ形成されている。そして、図中で下部側の軸組付用孔２３ｃ，２３ｄおよび２５ｃ，２５ｄの形成位置は、前記図１に示したもののように、ここに組み付けられる各遊星歯車が、円周方向等間隔配置の状態から、図中上部の軸組付用孔２３ｂ，２５ｂに組み付けられる遊星歯車に近付く方向にそれぞれθ1およびθ2だけ配置角度をずらしてある。
【００３７】
また、周壁部２７の上記軸組付用孔２３ｂ，２３ｃ，２３ｄおよび２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに対応する部位には、遊星歯車を周壁部２７の外部に露出させて図示しない内歯車に噛合させるための開口部２７ｂが形成されている。
【００３８】
そして、図中で上部の軸組付用孔２３ｂ，２５ｂの両側近傍に形成されている凹部２９，３１に対し、図４中で斜線で示す部分を切り欠いて切欠２９ａ，３１ａを設けている。他の軸組付用孔２３ｃの両側近傍の凹部３３，３５および、軸組付用孔２３ｄの両側近傍の凹部３７，３９については、凹部２９，３１と同形状のままであり、切欠２９ａ，３１ａに相当するものは設けていない。
【００３９】
このようにすることで、図示しない三つの遊星歯車を円周方向等間隔位置からずらして配置することにより発生する三つの遊星歯車を含む円盤部材２１の回転中心位置Ｐからずれた重心位置を、回転中心位置Ｐに近付け、あるいは一致させることが可能となる。これにより、重心のアンバランスが解消されて遊星歯車装置の回転作動時での振動を抑制することができる。
【００４０】
ここで、第１の円板２３は遊星歯車の各軸の両端部を支持する部位として、軸組付用孔２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを備えるので、遊星歯車装置の回転作動時に、その部位、すなわち各孔と周壁部２７との間の部分にのみ集中して大きな応力が発生することが考えられるが、上記した切欠２９ａ，３１ａを、その近傍（ここでは軸組付用孔２３ｂの近傍）に形成することで、これら切欠２９ａ，３１ａの部位、すなわち切欠２９ａ，３１ａと周壁部２７との間でも発生する応力が大きくなるので、遊星歯車装置の回転作動時に発生する応力を分散でき、そのため円板２３に発生する最大応力値が小さくなることから厚肉化することなく円盤部材２１の耐久性を高く確保することができ、前記切欠形成によってそのまま軽量化が図れる。
【００４１】
図７は、この発明の第３の実施形態を示す遊星歯車装置に適用される円盤部材２１の正面図、図８は図７のＢ−Ｂ断面図、図９は図７の背面図である。この円盤部材２１は、前記図４〜図６に示した切欠２９ａ，３１ａに代えて、第１の円板２３に切欠としての四角形状の角孔４１，４３を設けるとともに、第２の円板２５にも切欠としての四角形状の角孔４５，４７を設けている。角孔４１，４３および角孔４５，４７は、四隅の角部がＲ形状となっている。
【００４２】
第１の円板２３の角孔４１は、軸組付用孔２３ｂと軸組付用孔２３ｃとの間の軸組付用孔２３ｃ寄りに、軸組付用孔２３ｂに対して７５°の配置角度となるよう形成され、第１の円板２３の角孔４３は、軸組付用孔２３ｂと軸組付用孔２３ｄとの間の軸組付用孔２３ｄ寄りに、軸組付用孔２３ｂに対して７５°の角度位置となるよう形成されている。
【００４３】
第２の円板２５の角孔４５は、第１の円板２３の角孔４１に対し、互いに同一形状でかつ、円周方向および半径方向について同一位置に形成されている。また第２の円板２５の角孔４７は、第１の円板２３の角孔４３に対し、互いに同一形状でかつ、円周方向および半径方向について同一位置に形成されている。
【００４４】
第１の円板２３および第２の円板２５のそれぞれに、角孔４１，４３および角孔４５，４７で構成した切欠を形成することで、図示しない遊星歯車を含む円盤部材２１の重心を回転中心位置に一致させるために、１枚の円板当たりの切欠面積を小さくでき、円板形状が複雑で切欠を設けるスペースが狭い場合であっても、重心のアンバランスを容易に解消することができる。また、１枚の円板当たりの切欠面積を小さくすることで、円盤部材２１のねじり強度を高めることができる。
【００４５】
また、第１および第２の各円板２３および２５の角孔４１，４３および角孔４５，４７は、形状が互いに同一でかつ、円周方向および半径方向について互いに同一位置に形成することで、円盤部材２１における軸方向（図８中で左右方向）の重心位置が２枚の円板２３，２５相互間のほぼ中央位置となる。この結果、図示しない三つの遊星歯車を支持した状態の円盤部材２１の重心位置がさらに適正となり、振動抑制効果をさらに高めることができる。
【００４６】
また、この例においても、第１および第２の各円板２３および２５に、角孔４１，４３および４５，４７をそれぞれ形成することで、遊星歯車装置の回転作動時に第１および第２の各円板２３および２５に発生する応力を分散でき、円盤部材２１は、一部位にのみ応力が集中することなく最大応力値を小さくでき、そのため厚肉化することなく耐久性を高く確保することができ、前記切欠形成によって、そのまま軽量化が図れる。
【００４７】
図１０は、この発明の第４の実施形態を示す遊星歯車装置に適用される円盤部材２１の正面図、図１１は図１０のＣ−Ｃ断面図、図１２は図１０の背面図である。この円盤部材２１は、前記図７〜図９に示した角孔４１，４３および角孔４５，４７に代えて、第１の円板２３に切欠としての丸孔４９，５１を設けるとともに、第２の円板２５に切欠としての丸孔５３，５５を設けている。
【００４８】
このように、切欠を丸孔４９，５１および丸孔５３，５５とすることで、切欠部の応力集中を最小限に抑えることができるとともに、円盤部材２１の生産工程においても、加工が容易となり、製造コストを抑えることができる。
【００４９】
図１３は、この発明の参考例を示す遊星歯車装置に適用される円盤部材２１の正面図、図１４は図１３のＤ−Ｄ断面図、図１５は図１３の背面図である。この円盤部材２１は、前記図１０に示した丸孔４９の位置を、軸組付用孔２３ｂと軸組付用孔２３ｃとの間の中間位置に設定するとともに、丸孔５１の位置を、軸組付用孔２３ｂと軸組付用孔２３ｄとの間の中間位置に設定している。さらに、図１２に示した丸孔５３の位置を、軸組付用孔２５ｂと軸組付用孔２５ｃとの間の中間位置に設定するとともに、丸孔５５の位置を、軸組付用孔２５ｂと軸組付用孔２５ｄとの間の中間位置に設定している。
【００５０】
このように、切欠として設ける丸孔４９，５１および５３，５５を、円周方向に隣接する遊星歯車相互間の中間位置とすることで、丸孔４９，５１および５３，５５により軽量化でき、その際に遊星歯車から入力されるねじりトルクに対する円盤部材２１の強度を高く確保することができる。
【００５１】
また、上記した第４の実施形態および参考例においても、第１および第２の各円板２３および２５に、丸孔４９，５１および５３，５５をそれぞれ形成することで、遊星歯車装置の回転作動時での第１および第２の各円板２３および２５における応力を分散でき、円盤部材２１の耐久性が向上する。
【００５２】
なお、円盤部材２１の周壁部２７に切欠を設けることも考えられるが、この場合には、円盤部材のねじり強度の低下を招くので、好ましくない。
【００５３】
図１６は、遊星歯車装置作動時での円盤部材２１に発生する最大応力を、切欠を設けていない従来例のものを１００として、切欠を設けたものと比較している。ここで、最大応力値は、円板の内周面あるいは外周面と、軸組付用孔との間の体積が最も小さい領域で最大となる。これによれば、周壁部２７に切欠を設けたものは、従来例に比べて最大応力値が増加しているのに対し、図１３（図１５）に示した軸組付用孔２３ｂ（軸組付用孔２５ｂ）に対して約６０°の位置に丸孔４９，５１（丸孔５３，５５）を設けた例や、図示していないが同４５°の位置に丸孔を設ける場合には、従来例に比べて最大応力値が減少していることがわかる。
【００５４】
なお、切欠を形成する場合、その形状は、上記したような角孔や丸孔に限ることはなく、適宜設定できるものであり、また切欠の位置を決めれば、前記図１〜図３における第１の実施形態で説明したように、遊星歯車の配置角のずれ分で生じる重心の回転中心に対するずれの位置と釣り合うように、一意的に決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す遊星歯車装置の概略を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１の遊星歯車装置に対し、切欠を設けずに、二つの遊星歯車を、円周方向等間隔位置の状態からずらして配置した構成の概略図である。
【図３】図１の遊星歯車装置における円盤部材の正面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態を示す遊星歯車装置に適用される具体的な円盤部材の正面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図４の背面図である。
【図７】この発明の第３の実施形態を示す遊星歯車装置に適用される具体的な円盤部材の正面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図７の背面図である。
【図１０】この発明の第４の実施形態を示す遊星歯車装置に適用される具体的な円盤部材の正面図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ断面図である。
【図１２】図１０の背面図である。
【図１３】 この発明の参考例を示す遊星歯車装置に適用される具体的な円盤部材の正面図である。
【図１４】図１３のＤ−Ｄ断面図である。
【図１５】図１３の背面図である。
【図１６】円盤部材に発生する最大応力を、切欠を設けていない従来例のものと、切欠を設けたものとを比較して示した説明図である。
【図１７】一般的な遊星歯車装置の概略図である。
【符号の説明】
９ 太陽歯車
１１，１３，１５ 遊星歯車
１７ 内歯車
２０，３０ 円板
２０ａ，２０ｂ 貫通孔（切欠）
２１ 円盤部材
２３ 第１の円板
２５ 第２の円板
２９ａ，３１ａ 切欠
４１，４３，４５，４７ 角孔（切欠）
４９，５１，５３，５５ 丸孔（切欠）
Claims (4)
- 太陽歯車と内歯車との間に、複数の遊星歯車が配置され、これら遊星歯車の各軸の両端部を軸組付用孔に挿入して支持する一対の円板を有した円盤部材を備えるとともに、前記複数の遊星歯車を、円周方向等間隔位置に対して円周方向にずらした位置で前記一対の円板に取り付けた遊星歯車装置において、前記複数の遊星歯車を含む前記円盤部材の重心位置が、前記円盤部材の回転中心位置に近付くように、前記一対の円板のうちの少なくとも一方の重量配分を、円周方向に互い隣接する前記軸組付用孔相互間における一方の軸組付用孔寄りに切欠を設けることで設定したことを特徴とする遊星歯車装置。
- 前記切欠は、前記一対の円板の双方に、互いに同一形状でかつ同一位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載の遊星歯車装置。
- 前記切欠は、丸孔であることを特徴とする請求項１または２記載の遊星歯車装置。
- 太陽歯車と内歯車との間に、複数の遊星歯車が配置され、この複数の遊星歯車を、円周方向等間隔位置に対して円周方向にずらして配置した遊星歯車装置の振動抑制方法において、前記複数の遊星歯車の各軸の両端部を軸組付用孔に挿入して支持して円盤部材を構成する２枚の円板を設け、この２枚の円板のうちの少なくとも一方の円板の、円周方向に互い隣接する前記軸組付用孔相互間における一方の軸組付用孔寄りに切欠を形成することで、前記遊星歯車装置の回転作動時での前記軸組付用孔における応力を分散させるとともに、前記複数の遊星歯車を含む前記円盤部材の重心位置を、前記円盤部材の回転中心位置に近付けるようにして振動を抑制することを特徴とする遊星歯車装置の振動抑制方法。
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