JP4246566B2 - 遊星歯車減速機 - Google Patents

Description

本発明は、サンギヤと、それに噛み合う遊星歯車機構と、遊星歯車に噛み合う内歯が内周に形成されたリングギヤと、リングギヤを回動自在に保持するケースとを備える遊星歯車減速機に関する。

従来、サンギヤと、それに噛み合う遊星歯車機構と、遊星歯車に噛み合う内歯が内周に形成されたリングギヤと、リングギヤを回動自在に保持するケースとを備える遊星歯車減速機が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１に記載された遊星歯車減速機は、２段からなる遊星歯車機構で構成されている。その遊星歯車機構の最終段（２段目）の遊星歯車段は、モータ側のケーシング（ケース）に周方向均等位置でボルトで固定される３個の厚肉リブ部を有するキャリアを備えている。そして、リングギヤの内周に形成される内歯と噛み合う３個の遊星歯車が、最終段のキャリアに周方向均等位置で回転自在に支持されている。また、特許文献２に記載された遊星歯車減速機は、３段からなる遊星歯車機構で構成されており、リングギヤと噛み合う最終段（３段目）の遊星歯車は、周方向均等位置に４個配設されている。

特開平１１−２２７８９号公報（第４頁、第１図、第４図） 実開平５−４２８１２号公報（第４−５頁、第１図）

しかしながら、特許文献１に記載の遊星歯車減速機の場合は、リングギヤの内歯と噛み合う最終段の遊星歯車の数を３個と少なくしているため、この３個の遊星歯車の各歯に生じる接触面圧や曲げ応力が大きくなってしまう。そのため、当該遊星歯車および内歯の歯幅を長くして強度を確保する必要がある。歯幅が長くなってしまうと、当該遊星歯車減速機の長さも長くなってしまい、遊星歯車減速機の配設スペースの観点から望ましくない。また、特許文献２に記載の遊星歯車減速機の場合は、最終段の遊星歯車を４個にすることで歯幅が長くなってしまうことを抑制できるが、部品点数の増大や機構の複雑化を招いてしまう問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みることにより、リングギヤおよび遊星歯車の各歯に生じる面圧や曲げ応力を低減でき、リングギヤと噛み合う遊星歯車の強度確保が容易になり、遊星歯車機構の簡略化を図ることができる遊星歯車減速機を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の遊星歯車減速機は、モータの出力軸に連結される入力軸と、前記入力軸に連結されるサンギヤと、前記サンギヤに連動する１段又は２段以上の遊星歯車段を有する遊星歯車機構と、１段からなる前記遊星歯車機構の遊星歯車、又は複数段からなる前記遊星歯車機構の最終段の遊星歯車、と噛み合う内歯が内周に形成されるリングギヤと、前記リングギヤを回動自在に保持するケースと、を備えるものに関する。
そして、本発明は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。即ち、本発明は、以下の特徴を単独で、もしくは、適宜組み合わして備えている。

上記目的を達成するための本発明の遊星歯車減速機における第１の特徴は、前記遊星歯車および前記遊星歯車に噛み合うリングギアの各歯を高歯に形成し、当該遊星歯車と前記リングギヤの内歯との噛み合い率を２．０以上とすることである。

この構成によれば、リングギヤに噛み合う遊星歯車を高歯に形成して噛み合い率を２．０以上にすることで、当該遊星歯車の各歯に加わる力が常時２枚以上の歯に分散され、各歯に生じる面圧や曲げ応力を低減できる。そして、リングギヤと噛み合う遊星歯車の強度確保が容易となり、遊星歯車の数を少なくしても歯幅が長くなってしまうことを抑制できる。また、遊星歯車機構の簡略化も図れる。

本発明の遊星歯車減速機における第２の特徴は、１段からなる前記遊星歯車機構の遊星歯車と噛み合う前記サンギヤ、又は複数段からなる前記遊星歯車機構の最終段の遊星歯車と噛み合う第２のサンギヤにおいて、前記サンギヤ又は前記第２のサンギヤの歯元側を高歯に形成し、歯先側を並歯に形成することである。

この構成によれば、最終段のサンギアの歯元強度を強くできるとともに、歯先の歯厚を十分に確保でき、歯先の破損を防止することができる。

本発明の遊星歯車減速機における第３の特徴は、複数段からなる前記遊星歯車機構の最終段以外の遊星歯車の各歯を並歯に形成することである。

この構成によれば、最終段以外の高速で回転する遊星歯車において、各歯が並歯に形成されることで、その歯の山と谷とで形成される空間から潤滑油が抜けやすくなり、噛み合い時に潤滑油が封じ込められてしまうことにより生じる抵抗を低減できる。また、最終段以外の高速で回転する遊星歯車において、高歯にすることですべり率が過大となることを抑制し、摺動抵抗を低減でき、最終段以外の遊星歯車も高歯にした場合に比して効率低下を抑制できる。

本発明の遊星歯車減速機における第４の特徴は、前記リングギヤに噛み合う遊星歯車は、周方向に３個配設されていることである。

この構成によれば、リングギヤに噛み合う遊星歯車を高歯に形成して噛み合い率を２．０以上にしているため各歯に生じる面圧や曲げ応力を低減でき、リングギヤの噛み合う遊星歯車の数が３個であっても、その強度確保が容易となり、部品点数を低減できるとともに、歯幅が長くなってしまうことを抑制できる。

本発明の遊星歯車減速機における第５の特徴は、前記リングギヤに表面硬化処理を行うことである。

この構成によれば、リングギアの内歯を高歯に形成するとともにリングギヤに表面硬化処理を施すことで、内歯の強度確保が容易となり、歯幅が短くすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係る遊星歯車減速機１（以下、減速機１という）を例示する断面図である。図１に示すように、減速機１は、ケース１１を備えており、図示しないフレーム等にケース１１に設けられるフランジ部１６を介して取り付けられる。そして、減速機１は、ケース１１内に配設されて複数のピストンを備える油圧モータ１０で発生する回転駆動力を減速して伝達し、ケース１１に対して回動自在に保持されるリングギヤ１２を最終的に回転駆動する。これにより、リングギヤ１２に設けられたフランジ部１７に取り付けられる図示しないスプロケットを介して図示しない被駆動部を駆動する。

この減速機１は、ケース１１、リングギヤ１２、入力軸１３、サンギヤ１４、遊星歯車機構１５、等を備えている。

ケース１１は、フレーム等に取り付けられ、油圧モータ１０を内部に収納するとともに、リングギヤ１２を軸受け１８を介して回動自在に保持する。軸受け１８は、ケース１１の一端側（図中左端側）の周囲に配設され、軸受け１８とフランジ部１６との間におけるケース１１の周囲には、シール部１９が設けられている。このシール部１９によって、ケース１１とリングギヤ１２の他端側（図中右端側）との間の隙間がシールされている。また、ケース１１の一端側からは、油圧モータ１０の出力軸２０が回転自在に支持されて突設されている。また、ケース１１の一端側の端部には、外周に沿って周方向均等位置における３箇所にボス部２２が一端側に向かって突設されている。３個のボス部２２のそれぞれには、後述の遊星歯車機構１５の最終段の遊星歯車２６が回転自在に支持される。

リングギヤ１２は、中空円筒状に形成され、上述のように、ケース１１の一端側に回転自在に取り付けられ、図示しないスプロケット等を駆動する。リングギヤ１２の一端側には、カバー部材１２ａが取り付けられ、リングギヤ１２の内部には、遊星歯車機構１５が収納される。そして、リングギヤ１２の内周には、遊星歯車機構１５の１段目の遊星歯車２４及び最終段の遊星歯車２６と噛み合う内歯２８が形成されている。また、この内歯２８は、遊星歯車２４と噛み合う部分（一端側に形成されている部分）は並歯部分２８ａとして形成され、遊星歯車２６と噛み合う部分（他端側に形成されている部分）は高歯部分２８ｂとして形成されている。

入力軸１３は、油圧モータ１０の出力軸２０にスプライン継手２１を介して連結されている。これにより、入力軸１３は、出力軸２０とともに回転駆動される。そして、入力軸１３の一端側には、サンギヤ１４が連結され、入力軸１３とともに一体に回転するように設けられている。サンギヤ１４には、外周歯２３が形成され、遊星歯車機構１５の１段目の遊星歯車２４と噛合して駆動するようになっている。

遊星歯車機構１５は、サンギヤ２３に連動して駆動される２段の遊星歯車段を有して構成されている。即ち、１段目の遊星歯車２４、その保持枠（遊星枠）であるキャリア２５、２段目（最終段）の遊星歯車２６を備えている。

１段目の遊星歯車２４は、周方向に３個配設され、各遊星歯車２４はキャリア２５に回転自在に保持されている。そして、各遊星歯車２４に形成された外周歯２７は、サンギヤ１４の外周歯２３と噛み合い、サンギヤ１４の回転に伴って、回転駆動される。また、遊星歯車２４の外周歯２７は、リングギヤ１２の内周に形成される内歯２８とも噛み合うように配設される。これにより、サンギヤ１４が回転すると、遊星歯車２４は、自転しながらリングギヤ１２の内周に沿って公転運動を行うことになる。

また、図２は、図１のII線矢視位置において一部拡大して示した断面図であって、遊星歯車２４とリングギヤ１２との噛み合い状態を示す図である。図１、図２に示すように、遊星歯車２４の外周歯２７は、リングギヤ１２の内歯２８の並歯部分２８ａと噛み合っており、この外周歯２７も並歯として形成されている。

キャリア２５は、平板なドーナツ状に形成される平板部分２９と、この平板部分２９から周方向均等位置で一端側に向かって突設される３個の軸部３０とを備えている。軸部３０には、遊星歯車２４がそれぞれ回転自在に支持される。これにより、サンギヤ１４によって駆動されて遊星歯車２４が軸部３０周りで自転しながらサンギヤ１４に対して公転を行うと、その公転運動とともに、キャリア２５もサンギヤ１４回りの回転を行うことになる。

また、キャリア２５の平板部分２９の内周には、内周歯３１が形成されており、第２のサンギヤ３２と噛み合うようになっている。第２のサンギヤ３２は、入力軸２０及び出力軸１３が嵌挿されるとともにこの入出力軸（２０、１３）に対して回転自在に支持されている。第２のサンギヤ３２には、キャリア２５の内周歯３１と噛み合う外周歯３３が形成されている。これにより、第２のサンギヤ３２は、キャリア２５の回転に伴って回転駆動される。

最終段の遊星歯車２６は、ケース１１から突設されるボス部２２に対してそれぞれ回転自在に保持されている。図３は、図１のIII線矢視位置から見た図であって、リングギヤ１２、遊星歯車２６、第２のサンギヤ３２を取り出して示した図である。図１、図３に示すように、遊星歯車２６は、周方向に均等配置で３個配設されている。遊星歯車２６には、外周歯３４が形成されており、外周歯３４は、第２のサンギヤ３２の外周歯３３と噛み合うとともにリングギヤ１２の内歯２８とも噛み合っている。これにより、第２のサンギヤ３２が回転すると、遊星歯車２６がボス部２２周りに回転し（遊星歯車２６は公転は行わない）、遊星歯車２６の回転によってリングギヤ１２が回転駆動される。

図４は、図１のIV線矢視位置において一部拡大して示した断面図であって、遊星歯車２６とリングギヤ１２との噛み合い状態を示す図である。図４に示すように、リングギヤ１２に噛み合う遊星歯車２６の各歯３４は、高歯に形成されており、リングギヤ１２の内歯２８の高歯部分２８ｂの各高歯と噛合する。そして、遊星歯車２６とリングギヤ１２とは、常時２枚以上の歯が噛み合った状態となっており、噛み合い率２．０以上が確保されている。

このように、遊星歯車機構１５においては、リングギヤ１２に噛み合う最終段の遊星歯車２６を高歯に形成して噛み合い率を２．０以上にすることで、遊星歯車２６の各歯３４に加わる力が常時２枚以上の歯に分散され、各歯３４に生じる面圧や曲げ応力を低減できる。そして、遊星歯車２６の数を少なく３個にしても、リングギヤ１２と噛み合う遊星歯車２６の強度確保が容易となり、歯幅が長くなってしまうことを抑制できる。

また、図５は、図１のV−V線矢視位置において一部拡大して示した断面図であって
、遊星歯車２６と第２のサンギヤ３２との噛み合い状態を示す図である。図５に示すように、遊星歯車２６の外周歯３４は高歯に形成されているが、第２のサンギヤ３２の外周歯３３は、歯元側が高歯に形成され、歯先側が並歯に形成されている。サンギア３２と遊星歯車２６の歯数は比較的少なく噛み合い率は２．０以下であり、サンギア３２の歯が受ける荷重は大きい。また、減速比を大きくするためにはサンギア３２の歯数を少なくする必要があり、サンギア３２は噛み合い回数も多い。このため、サンギヤの歯元の強度を強くするために歯元の歯厚が大きくるようように高歯とすると良い。また、サンギア３２を高歯にすると、歯先の歯厚が小さくなるが、歯先を並歯とすることで歯先の歯厚を十分に確保することができる。これにより、サンギア３２の歯元の強度を強くできるとともに、歯先の歯厚を十分に確保でき、歯先の破損を防止することができる。

また、遊星歯車機構１５においては、前述のように、１段目（最終段以外）の遊星歯車２４の各歯２７は、最終段のサンギア３２に比べて面圧が低く並歯に形成されている。これにより、最終段以外の高速で回転する遊星歯車２４において、その歯の山と谷とで形成される空間から潤滑油が抜けやすくなり、噛み合い時に潤滑油が封じ込められてしまうことにより生じる抵抗を低減できる（図２参照）。また、最終段以外の高速で回転する遊星歯車において、高歯にすることですべり率が過大となることを抑制し、摺動抵抗を低減でき、最終段以外の遊星歯車も高歯にした場合に比して効率低下を抑制できる。

以上説明したように、遊星歯車減速機１によると、リングギヤ１２と噛み合う遊星歯車２６の各歯３４に生じる面圧や曲げ応力を低減でき、その強度確保が容易になり、遊星歯車機構１５の簡略化を図ることができる。また、リングギヤ１２の内歯２８は、焼入れ等の表面硬化処理が施してもよい。この場合、内歯２８の強度確保が容易となり、そのリングギアの歯幅を短くできる。また、遊星歯車減速機１では、遊星歯車機構が２段の遊星歯車段を有する場合について説明したが、３段以上の遊星歯車段を有する場合であっても、リングギアと噛み合う最終段の遊星歯車の各歯を高歯にして噛み合い率を２．０以上とすることで、遊星歯車減速機１と同様の作用効果を奏することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、次のように変更して実施してもよい。

（１）遊星歯車機構は、１段の遊星歯車段のみを有するものであってもよい。即ち、１段からなる遊星歯車機構の遊星歯車が、自転のみを行い、この遊星歯車と噛み合うことでリングギヤが回転駆動されるものであってもよい。この場合、この遊星歯車の各歯を高歯に形成して噛み合い率を２．０以上とすることで、遊星歯車の各歯に生じる面圧や曲げ応力を低減でき、実施形態の場合と同様の作用効果を奏することができる。

（２）遊星歯車機構が１段からなるものである場合、その遊星歯車と噛み合うサンギヤ（入力軸に連結されるサンギヤ）の歯元側を高歯に形成し、歯先側を並歯にしてもよい。この場合、実施形態において第２のサンギヤの歯元側を高歯に歯先側を並歯に形成したことと同様の作用効果を奏することができる。

本発明の実施形態に係る遊星歯車減速機を例示する断面図である。 図１のII線矢視位置において一部拡大して示した断面図であって、遊星歯車とリングギヤとの噛み合い状態を示す図である。 図１のIII線矢視位置から見た図であって、リングギヤ、遊星歯車、第２のサンギヤを取り出して示した図である。 図１のIV線矢視位置において一部拡大して示した断面図であって、遊星歯車とリングギヤとの噛み合い状態を示す図である。 図１のV−V線矢視位置において一部拡大して示した断面図であって、遊星歯車と第２のサンギヤとの噛み合い状態を示す図である。

符号の説明

１ 遊星歯車減速機
１０ 油圧モータ
１１ ケース
１２ リングギヤ
１３ 入力軸
１４ サンギヤ
１５ 遊星歯車機構
２４ １段目の遊星歯車
２６ 最終段の遊星歯車
２８ 内歯
３４ 最終段の遊星歯車の外周歯

Claims (5)

1. モータの出力軸に連結される入力軸と、
   前記入力軸に連結されるサンギヤと、
   前記サンギヤと噛み合う遊星歯車と、
   を備える遊星歯車減速機において、
   前記遊星歯車の歯を高歯に形成するとともに、前記サンギヤの歯元側を高歯に形成し、かつ当該サンギヤの歯先側を並歯に形成することを特徴とする遊星歯車減速機。
2. モータの出力軸に連結される入力軸と、
   前記入力軸に嵌挿されるとともに当該入力軸に対して回転自在に支持されるサンギヤと、
   前記サンギヤと噛み合う遊星歯車と、
   を備える遊星歯車減速機において、
   前記遊星歯車の歯を高歯に形成するとともに、前記サンギヤの歯元側を高歯に形成し、かつ当該サンギヤの歯先側を並歯に形成することを特徴とする遊星歯車減速機。
3. 前記遊星歯車に噛み合うリングギヤの内歯を高歯に形成し、当該遊星歯車と当該リングギヤの内歯との噛み合い率を２．０以上とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の遊星歯車減速機。
4. 前記リングギヤに噛み合う遊星歯車は、周方向に３個配設されていることを特徴とする請求項３に記載の遊星歯車減速機。
5. 前記リングギヤに表面硬化処理を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の遊星歯車減速機。

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