JP5180871B2 - 多段式遊星歯車変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力された回転を多段の遊星歯車機構を介して変速して出力する多段式遊星歯車変速装置に関する。

従来から、変速装置の中でも、各種歯車を組み合わせた歯車機構を備えたものに比べて、小型軽量で、且つ、比較的大きな変速比（減速比または増速比）を得ることができるものとして、遊星歯車機構を備えたものが提供されている。このような変速装置は、遊星歯車機構における各要素の固定、入力、出力を変更することにより、その変速比を容易に変更することができるので、様々な用途に広く使用されている。

しかしながら、用途によっては、単一の遊星歯車機構による１段変速では、変速比が十分に得られない場合があり、このような場合には、遊星歯車機構の段数を増加させる必要があった。そこで、遊星歯車機構を多段に設けることにより、高い変速比を得るようにした変速装置が提供されており、このような、従来の多段式遊星歯車変速装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

特公昭５９−２６８２５号公報

ここで、一般に、遊星歯車機構は、その中心に配置される太陽歯車と、この太陽歯車と外接する複数の遊星歯車と、これら遊星歯車と内接する内歯車と、太陽歯車と同軸上に回転可能に支持され、且つ、遊星歯車を回転可能に支持するキャリアとから構成されている。そして、遊星歯車が、自転しつつ、太陽歯車と内歯車との間に介在して公転することにより、入力された回転を変速して出力するようになっている。このため、遊星歯車機構を多段に設ける場合には、前後に隣接した２つ遊星歯車機構間において、前段の太陽歯車と次段のキャリアとを連結する必要がある。

また、大型設備に適用される多段式遊星歯車変速装置は、出力や変速比が大きいものが多く、比較的大型なものになっている。このように、変速装置が大型になると、使用される遊星歯車機構も大きなものとなり、このような遊星歯車機構に用いられるキャリアは、鋳造により成形されることが一般的となっている。

上述した従来の変速装置においては、各遊星歯車機構間の連結を、太陽歯車とキャリアとのスプライン結合により行っている。しかしながら、このような遊星歯車機構間の連結構造を、大型の変速装置に適用しようとすると、鋳物となるキャリアに対して、スプライン歯を高精度に形成することは、巣の発生等の問題から困難となる。

このような問題を解決するためには、太陽歯車とキャリアとの間にギヤカップリング等の連結部材を介在させることが考えられるが、このギヤカップリングを用いた連結構造によっては、変速装置における軸方向の長さが（全長）が長くなるおそれがある。この結果、装置全体の大型化及び重量増加を招いてしまう。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、遊星歯車機構間の連結構造を簡素にすることにより、小型化及び軽量化を図ることができる多段式遊星歯車変速装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係る多段式遊星歯車変速装置は、
駆動部から入力された回転を多段の遊星歯車機構を介して変速させて被駆動部に出力する多段式遊星歯車変速装置において、
各段の遊星歯車機構は、
その中心に設けられる太陽歯車と、
前記太陽歯車と同軸上に配置される内歯車と、
前記太陽歯車及び前記内歯車の双方と噛み合うように、両者の間に介在される遊星歯車と、
前記遊星歯車を回転可能に支持し、且つ、前記太陽歯車の軸心回りに回転可能に支持されるキャリアとから構成され、
前段の遊星歯車機構の太陽歯車に設けられる前段側外歯車と、
次段の遊星歯車機構のキャリアに設けられる次段側外歯車と、
前記前段側外歯車と前記次段側外歯車とに噛み合う連結内歯車とを備え、
前記次段側外歯車は、前記前段側外歯車が対向する側から複数のボルトにより次段の前記キャリアに固定され、
前記次段側外歯車における前記前段側外歯車と対向する面に、各ボルトの頭部が収納される溝が形成され、
前記溝の溝幅は、収納時の前記複数のボルトの頭部が回転不能となるような長さに形成される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明に係る多段式遊星歯車変速装置は、
前記次段側外歯車は、その周方向において前記複数のボルトにより固定され、
前記溝を環状溝とする
ことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明に係る多段式遊星歯車変速装置は、
前記複数のボルトは、リーマボルトである
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る多段式遊星歯車変速装置によれば、前段の太陽歯車に前段側外歯車を設ける一方、次段のキャリアに次段側外歯車を設けると共に、これら前段側外歯車及び次段側外歯車と噛み合う連結内歯車を設けることにより、多段に配置した各遊星歯車機構間の連結構造が簡素となり、装置における軸方向の長さが短くなるため、小型化及び軽量化を図ることができる。

本発明の一実施例に係る多段式遊星歯車増速装置の概略断面図である。 第１段遊星歯車機構と第２段遊星歯車機構との間の連結構造を示した図である。 図２のＡ−Ａ矢視断面図である。

以下、本発明に係る多段式遊星歯車変速装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、下記に記載した実施形態では、本発明に係る多段式遊星歯車変速装置を、大型設備の多段式遊星歯車増速装置に適用したものである。

図１に示すように、多段式遊星歯車増速装置１は、その外殻をなすケーシング１２を備えている。このケーシング１２内には、中心軸１３が回転可能に支持されると共に、この中心軸１３の径方向外側において、２つの遊星歯車機構１４，１５が同軸上に収納されている。即ち、第１段遊星歯車機構１４及び第２段遊星歯車機構１５は、中心軸１３の軸方向に配列されることで、多段式の遊星歯車構造を形成している。

前段となる第１段遊星歯車機構１４は、その入力側において、図示しない駆動装置の駆動軸（駆動部）１１と連結しており、その次段となる第２段遊星歯車機構１５は、その出力側において、図示しない各種歯車により構成される歯車機構を介して被駆動部と連結している。そして、第１段遊星歯車機構１４の出力側と第２段遊星歯車機構１５の入力側とは、後述するスリーブ６１及びギヤカップリング６２を介して連結されている。

先ず、第１段遊星歯車機構１４及び第２遊星歯車機構１５の構成について、図１を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、第１段遊星歯車機構１４は、太陽歯車２１、内歯車２２、遊星歯車２３、キャリア２４から構成されている。

太陽歯車２１は、第１段遊星歯車機構１４の中心に配置されており、その中心孔には、中心軸１３が貫通されている。即ち、太陽歯車２１は、中心軸１３に対して浮動状態で回転可能となっている。また、内歯車２２は、太陽歯車２１と同軸上に配置されるように、ケーシング１２の内周面に設けられている。そして、これら太陽歯車２１と内歯車２２との間には、複数（図中１個）の遊星歯車２３がそれら双方と噛み合うように介在されている。

キャリア２４は、鋳造により成形されたものであって、ケーシング１２内において、太陽歯車２１の軸心周りに回転可能に支持されている。このキャリア２４には、複数（図中１個）のキャリアピン２５がその周方向に等角度間隔で支持されており、これらキャリアピン２５には、遊星歯車２３が回転可能に支持されている。また、キャリア２４の先端には、中心軸１３が嵌入されると共に、円筒状の入力軸部２４ａが形成されており、この入力軸部２４ａには、駆動軸１１が接続されている。

同様に、第２段遊星歯車機構１５は、太陽歯車４１、内歯車４２、遊星歯車４３、キャリア４４から構成されている。

太陽歯車４１は、第２段遊星歯車機構１５の中心に配置されており、その中心孔には、中心軸１３が貫通されている。即ち、太陽歯車４１は、中心軸１３に対して浮動状態で回転可能となっている。更に、太陽歯車４１の後端には、円筒状のハブ部５１が一体に形成されており、このハブ部５１の後端は、歯車機構に接続されている。また、内歯車４２は、太陽歯車４１と同軸上に配置されるように、ケーシング１２の内周面に設けられている。そして、これら太陽歯車４１と内歯車４２との間には、複数（図中１個）の遊星歯車４３がそれら双方と噛み合うように介在されている。

キャリア４４は、鋳造により成形されたものであって、ケーシング１２内において、太陽歯車４１の軸心周りに回転可能に支持されている。このキャリア４４には、複数（図中１個）のキャリアピン４５がその周方向に等角度間隔で支持されており、これらキャリアピン４５には、遊星歯車４３が回転可能に支持されている。また、キャリア４４の先端側には、中心軸１３が貫通されている。即ち、キャリア４４は、中心軸１３に対して浮動状態で回転可能となっている。

次に、第１遊星歯車機構１４と第２段遊星歯車機構１５との間の連結構造について、図１乃至図３を用いて詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、第１段遊星歯車機構１４における太陽歯車２１の後端には、円筒状のハブ部３１が一体に形成されており、更に、このハブ部３１の後端には、外歯車（前段側外歯車）３１ａが形成されている。一方、第２段遊星歯車機構１５におけるキャリア４４の先端面中心部には、円形のギヤカップリング６２が設けられている。このギヤカップリング６２は、その中心孔に中心軸１３が貫通するように、複数組の六角リーマボルト７１及びナット７２により固定されている（図３参照）。

ギヤカップリング６２におけるハブ部３１と対向する対向面６２ａには、環状溝（凹部）６２ｂがギヤカップリング６２の周方向に沿って形成されており、この環状溝６２ｂの底部には、複数のボルト孔６２ｃが連通している。これらボルト孔６２ｃは、ギヤカップリング６２の軸方向に延在するものであって、その周方向に等角度間隔で配置されている。一方、キャリア４４の先端面には、複数のボルト孔４４ａが各ボルト孔６２ｃと対接するように形成されている。

なお、環状溝６２ｂは、リーマボルト７１の締結時において、六角形状の頭部７１ａを収納する溝である。そして、その溝幅は、頭部７１ａにおける対向する２面間の長さよりも長く、且つ、その対角線の長さよりも短くなるような長さ、即ち、頭部７１ａが挿入可能で、且つ、挿入時の頭部７１が回転不能となるような長さに形成されている。また、その溝深さは、締結時の頭部７１ａが突出しないような深さに形成されている。

即ち、キャリア４４とギヤカップリング６２とを締結する場合には、リーマボルト７１を環状溝６２ｂ側からボルト孔４４ａ，６２ｃに挿入した後、その頭部７１ａが環状溝６２ｂ内に収納された状態で、ボルト孔４４ａ側からナット７２をリーマボルト７１に締め付ける。これにより、締結時において、リーマボルト７１の回転が規制されるため、ナット７２が締め付け易くなると共に、締結後において、リーマボルト７１の緩み防止が図られることになる。

また、ギヤカップリング６２の外周部には、外歯車（次段側外歯車）６２ｄが形成されている。なお、ギヤカップリング６２においては、環状溝６２ｂ及びボルト孔６２ｃを、可能な限り外歯車６２ｄよりもその径方向内側に設けている。更に、対向したハブ部３１及びギヤカップリング６２の径方向外側には、スリーブ６１がこれら双方と同軸上に配置されており、このスリーブ６１の内周面には、内歯車（連結内歯車）６１ａが形成されている。そして、外歯車３１ａ，６２ｄと内歯車６１ａとは噛み合っている。

ここで、ハブ部３１の外歯車３１ａとスリーブ６１の内歯車６１ａとは、その径方向において、一定のガタを有するように形成されている。これにより、浮動する太陽歯車２１は、回転時において、その径方向に調芯移動可能となるため、各遊星歯車２３に対して均等に噛み合うことになる。

従って、多段式遊星歯車増速装置１においては、駆動軸１１が回転すると、第１段遊星歯車機構１４の入力部となるキャリア２４が回転し、このキャリア２４に支持された遊星歯車２３が公転運動する。このとき、遊星歯車２３は、固定された内歯車２２に噛み合いながら公転するため、自転を生じることになる。そして、この公転しながら自転する遊星歯車２３に太陽歯車２１が噛み合うことにより、この太陽歯車２１は、駆動軸１１に対して増速されて回転する。

更に、第１段遊星歯車機構１４の出力部となる太陽歯車２１が回転すると、そのハブ部３１、スリーブ６１、ギヤカップリング６２を介して、第２段遊星歯車機構１５の入力部となるキャリア４４が回転し、このキャリア４４に支持された遊星歯車４３が公転運動する。このとき、遊星歯車４３は、固定された内歯車４２に噛み合いながら公転するため、自転を生じることになる。そして、この公転しながら自転する遊星歯車４３に太陽歯車４１が噛み合うことにより、この太陽歯車４１は、太陽歯車２１（ハブ部３１）に対して増速されて回転する。

また更に、第２段遊星歯車機構１５の出力部となる太陽歯車４１が回転すると、そのハブ部５１を介して、歯車機構の各歯車が回転する。次いで、この歯車機構の各歯車は、太陽歯車４１に対して増速されて回転し、この回転を被駆動部に伝えるようになっている。

そして、遊星歯車連結機構１４，１５間の連結構造においては、ハブ部３１の外歯車３１ａとスリーブ６１の内歯車６１ａとを、その径方向において、一定のガタを有するように形成しているので、浮動する太陽歯車２１が回転時においてその径方向に調芯移動可能となり、各遊星歯車２３に対して均等に噛み合うことになる。これにより、第１遊星歯車機構１４から第２遊星歯車機構１５への動力（トルク）伝達が効率的に行われることになる。

また、ギヤカップリング６２を複数組のリーマボルト７１及びナット７２を用いてキャリア４４に固定しているので、ハブ部３１及びスリーブ６１を介して入力された第１遊星歯車１４からの動力は、リーマボルト７１自体のせん断力によって、第２遊星歯車機構１５に伝達されることになる。

なお、上述した実施形態においては、本発明に係る多段式遊星歯車変速装置を、多段式遊星歯車増速装置に適用したが、多段式遊星歯車減速装置にも適用することができる。この場合には、各歯車間の回転比（ギヤ比）を調整したり、入力側と出力側とを入れ換えて、動力伝達経路を逆にしたりすることにより、多段式遊星歯車減速装置として適用可能となる。また、本発明に係る多段式遊星歯車変速装置では、遊星歯車機構を２段構成としたが、３段以上に構成しても構わない。

更に、ギヤカップリング６２において、リーマボルト７１の頭部７１ａを収納する凹部を環状溝６２ｂとしているが、各頭部７１ａに対応した座ぐり孔としてもよい。また更に、ギヤカップリング６２を固定するに際し、リーマボルト７１を使用しているが、このリーマボルト７１に替えて、単なる頭部付きボルトを使用しても構わない。

従って、本発明に係る多段式遊星歯車変速装置によれば、前段の第１段遊星歯車機構１４における太陽歯車２１にハブ部３１を設ける一方、次段の第２遊星歯車機構１５におけるキャリア４４にギヤカップリング６２を固定すると共に、これらハブ部３１の外歯車３１ａ及びギヤカップリング６２の外歯車６２ｄと噛み合う内歯車６１ａを有するスリーブ６１を設けることにより、遊星歯車機構１４，１５間の連結構造を簡素にすることができる。これにより、装置における軸方向の長さを短くすることができるので、小型化及び軽量化を図ることができる。

また、ギヤカップリング６２をリーマボルト７１によって固定することにより、ボルト１本中における動力伝達性能を、通常のボルト使用時よりも大きくすることができるため、その分、リーマボルト７１の径を小さくすることができると共に、リーマボルト７１をギヤカップリング６２においてその径方向内側に配置することができる。これにより、ハブ部３１、スリーブ６１、ギヤカップリング６２をより小さくすることができる。

更に、ギヤカップリング６２におけるハブ部３１と対向する対向面６２ａに、リーマボルト７１の頭部７１ａを収納可能な環状溝６２ｂを形成することにより、ハブ３１とギヤカップリング６２との間の距離を短くすることができる。しかも、締結時において、その頭部７１ａの回転を環状溝６２ｂにより規制することができるので、ナット７２の締め付けを容易に行えることになり、作業性の向上を図ることができる。また、締結後において、リーマボルト７１の緩み防止を図ることができる。

本発明は、多段の遊星歯車機構を介して、原動機の出力を車輪に伝達するように構成された走行装置に適用可能である。

１ 多段式遊星歯車増速装置
１１ 駆動軸
１２ ケーシング
１３ 中心軸
１４ 第１段遊星歯車機構
１５ 第２段遊星歯車機構
２１，４１ 太陽歯車
２２，４２ 内歯車
２３，４３ 遊星歯車
２４，４４ キャリア
２５，４５ キャリアピン
３１，５１ ハブ部
２４ａ 入力軸部
３１ａ 外歯車
４４ａ ボルト孔
６１ スリーブ
６１ａ 内歯車
６２ ギヤカップリング
６２ａ 対向面
６２ｂ 環状溝
６２ｃ ボルト孔
６２ｄ 外歯車
７１ リーマボルト
７１ａ 頭部
７２ ナット

Claims (3)

1. 駆動部から入力された回転を多段の遊星歯車機構を介して変速させて被駆動部に出力する多段式遊星歯車変速装置において、
   各段の遊星歯車機構は、
   その中心に設けられる太陽歯車と、
   前記太陽歯車と同軸上に配置される内歯車と、
   前記太陽歯車及び前記内歯車の双方と噛み合うように、両者の間に介在される遊星歯車と、
   前記遊星歯車を回転可能に支持し、且つ、前記太陽歯車の軸心回りに回転可能に支持されるキャリアとから構成され、
   前段の遊星歯車機構の太陽歯車に設けられる前段側外歯車と、
   次段の遊星歯車機構のキャリアに設けられる次段側外歯車と、
   前記前段側外歯車と前記次段側外歯車とに噛み合う連結内歯車とを備え、
   前記次段側外歯車は、前記前段側外歯車が対向する側から複数のボルトにより次段の前記キャリアに固定され、
   前記次段側外歯車における前記前段側外歯車と対向する面に、各ボルトの頭部が収納される溝が形成され、
   前記溝の溝幅は、収納時の前記複数のボルトの頭部が回転不能となるような長さに形成される
   ことを特徴とする多段式遊星歯車変速装置。
2. 請求項１に記載の多段式遊星歯車変速装置において、
   前記次段側外歯車は、その周方向において前記複数のボルトにより固定され、
   前記溝を環状溝とする
   ことを特徴とする多段式遊星歯車変速装置。
3. 請求項１または２に記載の多段式遊星歯車変速装置において、
   前記複数のボルトは、リーマボルトである
   ことを特徴とする多段式遊星歯車変速装置。

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