JP5327901B2 - 遊星回転軸に対して平行に配置されるスプリングバーによって予め荷重が加えられる分割遊星ギアを有するバックラッシュが無い遊星ギアユニット - Google Patents

Description

本発明は、太陽ギアと、インターナルギアと、上記太陽ギアおよび上記インターナルギアと噛み合い且つ遊星回転軸を中心に回転できるように遊星キャリア上に配置される少なくとも１つの遊星ギアとを備え、歯のある遊星ギアが遊星回転軸に対して垂直に向けられる分割面を有し、該分割面によって遊星ギアが第１の遊星サブギアと第２の遊星サブギアとに分割され、上記第１の遊星サブギアが、これらの２つの遊星サブギア内に配置されて遊星回転軸に対して略平行なスプリングバーによって、第２の遊星サブギアに対して予め荷重が加えられる、バックラッシュが無い遊星ギアユニットに関する。

バックラッシュが無い様々な遊星ギアユニットは、従来技術、例えば米国特許出願公開第２００３／００７３５３７号明細書および独国特許出願公開第１９７５７４３３号明細書から知られている。

米国特許出願公開第２００３／００７３５３７号明細書は、バックラッシュが無いギアユニットの４つの異なる実施形態を開示する。遊星ギアユニットは、ここでは、異なる直径を有する２つの部品に分けられるインターナルギアを有する。通常の遊星ギアユニットと同様に、歯付きの遊星ギアが、一方では太陽ギアと噛み合い、他方ではインターナルギアと噛み合う。この米国出願の場合、それぞれの遊星ギアの２つの部品がインターナルギアの２つの部品と噛み合う。遊星ギアは２つの遊星サブギアに分けられ、上記遊星サブギアの一方は、他方の直径よりも小さい直径を有する。

小さい方の直径を有する遊星サブギアは、他方のインターナルサブギアよりも直径が小さいインターナルギアと噛み合う。大きい方のインターナルサブギアは、他方の遊星サブギアよりも大きい直径を有する遊星サブギアと噛み合う。上記インターナルサブギアの一方は固定状態で位置され、一方、他方のインターナルサブギアは自由に回転できる。全体の遊星ギアを形成するそれぞれの２つの遊星サブギアは、１つの同じ遊星回転軸を中心に反対の回転方向で互いに対して自由に回転できる。したがって、上記遊星サブギアのうちの一方の歯を他方の遊星サブギアの歯に対して僅かな程度まで回転可能に変位させることができ、それにより、それぞれのインターナルギアと噛み合う遊星サブギアのそれぞれの歯は、バックラッシュを伴うことなくインターナルサブギアのそれぞれの歯面に当接する。

開示される４つの実施形態では、予荷重を達成する異なる方法、すなわち、一方の遊星サブギアと関連する他方の遊星サブギアとの間の回転変位を達成するための異なる方法が開示されている。

記載される第１の実施形態は、ピンが第１の遊星サブギアの開口を貫通して第２の遊星サブギアへと至るまで突出していると考えられる。ピンは第２の遊星サブギア内に固定して取り付けられる。ピンの上端はクリップと接触し、上記クリップは、部分的に環状の断面を有するとともに、遊星サブギア内に固定して取り付けられる第２のピンに接続される。このピン／クリップの組み合わせにより、遊星サブギア間で予荷重を得ることができる。

第２の実施形態では、第１の遊星サブギアのスロット内に配置され且つ第１の遊星サブギアおよびピンと接触する従来の螺旋圧縮スプリングによって予荷重を得ることができ、上記ピンは第２の遊星サブギア内に固定して取り付けられる。

第３の実施形態では、同軸に配置されたねじり柔軟シャフトが開示される。２つの遊星サブギアの歯が位置合わせされないように第１の遊星サブギアがシャフトに固定されると、２つの遊星サブギアの歯が互いに位置合わせされる際に、ねじれ力がこれらの２つの遊星サブギアに作用する。

上記実施形態に代わる手段として、米国特許出願公開第２００３／００７３５３７号明細書の第４の実施形態は、２つの遊星サブギア間に予荷重を加えるために径方向に配置された屈曲要素がシャフトと２つの遊星サブギアの回転軸に対して偏心して平行に配置されるピンとに対して接触していると考えられる。

また、従来技術は、通常のギアユニットで使用されるギアに対して予荷重が加えられることを開示する様々な文献も含む。例えば欧州特許出願公開第１０３４９２３号明細書は、ギアユニットにおけるギアバックラッシュを回避するためのスプリング要素を開示する。また、米国特許第２，８４５，８０９号明細書は、２つのギアがバックラッシュを防止するように互いに対して予め荷重が加えられるという事実を扱う。また、特開平２−１１３１５４号公報、米国特許第３，１３８，０３５号明細書および米国特許第５，４９２，０２９号明細書は、ギア間のバックラッシュを回避するための解決策を開示する。関連する従来技術は、独国実用新案登録第７４００２７６号明細書、米国特許出願公開第２００４／０１５４４２２号明細書および仏国特許出願公開第２８０５３２７号明細書からも知られる。

従来のギアに関して知られる解決策は、そのようなギアユニットが多くの空間を必要とする限りにおいて不利である。特に小さい電気器具の駆動ユニットにおいては、必要とされる空間が単に小さいということが重要である。

遊星ギアユニットの場合、バックラッシュを排除することは非常に面倒である。例えば米国特許出願公開第２００３／００７３５３７号明細書に係る４つの解決策の変形例は、多くの欠点を有する。例えば、インターナルサブギアの一方が固定態様で配置されるとともに、遊星サブギアが異なる直径を有することが必要である。また、遊星サブギアの互いに対する予荷重の印加は、かなり複雑な態様で達成される。予荷重を得るために部分的に環状の断面を有する柔軟なねじれスプリングを使用する変形例は、クリップが脱落し、その結果として、遊星ギアユニットが破損するのを防止するために、それぞれのピンが遊星回転軸の方向に突出することを必要とする。追加の空間はそれゆえ必要となる。

遊星回転軸に対して直交して配置される螺旋圧縮スプリングが使用される場合には、スプリングが第１の遊星サブギアの開口から脱落しないように更に保護されなければならず、また、これは、必要とされる空間の大きさを増大させる。

また、予荷重を加えるためにねじり柔軟シャフトを使用する第３の変形例は、複雑な固定解決策を必要とし、また、遊星ギアユニットにおける小さい寸法を考慮すると、特に小さい自由度を考慮すると、装着を特に困難にする。また、径方向に配置された予荷重印加要素の使用に関連する変形例は、かなりの大きさの空間を必要とする。

本発明の目的は、必要な空間の大きさを大きく減少させ、遊星ギアユニットのメンテナンスが無い動作を長期間の使用にわたって与えることである。また、本発明は、適正な価格で遊星ギアユニットのバックラッシュが無い状態を与えることを目的とする。

この目的は、曲げ荷重に晒され且つ２つの遊星サブギア内に支持される１または複数のスプリングバーが遊星回転軸の周囲に配置され、少なくとも１つのスプリングバーが、第１の遊星サブギアの第１の凹部内および第２の遊星サブギアの第２の凹部内に配置され、上記第１および第２の凹部が分割面の領域へと向けて該領域に至るまで延び、第１の凹部および第２の凹部が分割面へ向けて広がる穴として設けられることで、本発明によって達成される。

スプリングバーの偏心形態の配置により、必要な空間の大きさの増大をもたらすことなく、より大きな力を遊星サブギアに対して伝えることができる。したがって、交互荷重および方向変化の場合であっても遊星ギアユニットが長期間の使用にわたってメンテナンスを行なうことなく動作することが可能となる。そのような遊星ギアユニットの耐用年数は延びる。狭い用途および小型用途における適用性も向上される。この種の遊星ギアユニットは、特に電子小型装置において有利に使用することができる。スプリングバーが曲げ荷重に晒されると、既知の曲げラインによって表わすこともできる所定の容易に予測できる調整可能な変形挙動を利用することができ、それにより、２つの遊星サブギア間で達成されるべき予荷重を特に正確な態様で調整することができる。そのようなスプリングバーは、適正価格で製造することもでき、あるいは、購入によって入手することができ、それにより、本発明に係る遊星ギアユニットにおけるコストが低減される。また、そのような遊星ギアユニットは、それらが動作中にあるとき、特に摩耗の場合に、自動調整する。太陽ギアおよびインターネルギアにおける径方向バックラッシュが補償される。また、組み立ての実行が容易である。

スプリングバーが第１の遊星サブギアの第１の凹部内および第２の遊星サブギアの第２の凹部内に配置され、上記第１の凹部および上記第２の凹部が分割面の領域へと向けて該領域に至るまで延びる場合、そのような実施形態のスプリングバーを２つの遊星サブギア内に固定して予荷重を達成することは特に簡単である。

剪断歪みの下でスプリングバーの変形を回避するため、他の実施形態によれば、第１の凹部および第２の凹部が分割面へ向けて広がる穴として設けられるとともに、遊星サブギアが互いに対して回転可能に変位される方向で上記穴が分割面の領域で好ましくは腎臓形状または扇形状の態様で広がると、有益である。特に、止まり穴として設けられる穴は、スプリングバーが分割面から離れて面するそれぞれの側で遊星サブギアを越えて延びることを防止するとともに、スプリングバーが遊星ギアユニットの要素、例えば遊星キャリアに対する損傷を引き起こすことを防止する。

従属請求項では、以下に更に詳しく記載される有利な実施形態が請求される。

遊星ギアユニットのコストおよび故障の可能性は、有利な実施形態によれば、スプリングバーが金属材料、好ましくはスプリングスチールによって形成される場合に更にもっと減少される。そのようなスプリングスチールバーは強固で且つ安価である。また、それらは保管するのが容易である。

楕円シャフトの使用は、径方向バックラッシュを特に効率的な態様で補償できるという利点を有する。

第１の凹部または第２の凹部のうちの少なくとも一方が、貫通穴として設けられるとともに、分割面から離れた側に、スプリングバーの直径よりも小さい直径を有すると、鋳造及び／又は焼結コアの支持を達成することができ、また、同時に、スプリングバーが遊星サブギアから脱落するのを防止できる。

互いに等距離にあるように配置される３つのスプリングバーによって第１の遊星サブギアが第２の遊星サブギアに対して予め荷重が加えられると、遊星サブギア間に作用する偏心力を効果的に防止できる。また、スプリングバーの厚さを減少させることができるが、それでも、必要な予荷重を得ることができる。これは、遊星ギアユニットの重量を減らすとともに、メンテナンス作業を行なう必要性を減らし、長期的に遊星ギアユニットの信頼性が高められる。

スプリングバーが２つの遊星サブギア内に固定されるのを確実に保証するため、また、力の適切な伝達を保証するため、更なる実施形態では、スプリングバーが第１の遊星サブギア及び／又は第２の遊星サブギアの厚さの３／４〜７／８、特に１３／１６を貫通して延び、上記厚さが遊星回転軸の方向で測定されることが有益である。

組み立てを可能な限り容易にするため、更なる実施形態では、第１の遊星サブギアの歯が第２の遊星サブギアの歯と位置合わせされるときに第１の凹部が第２の凹部に対して変位されると有益である。

第１の凹部が、それぞれの歯を通る対称軸および遊星回転軸に対して好ましくは鏡面対称に、第２の凹部に対して接線方向に変位される場合には、個々の遊星サブギアを製造して、凹部が互いに対向する関係で配置されるように個々の遊星サブギアを一度回転させ、スプリングバーを挿入するだけで済み、それにより、他方の遊星サブギアに対する一方の遊星サブギアの個々の歯の変位が自動的に達成される。これは、不正確な装着を効果的に防止する。

また、更なる実施形態では、分割面から離れている第１の凹部及び／又は第２の凹部の領域の緊密摺動シートでスプリングバーが保持されると、組み立てが更にもっと簡略化される。

以下、図面を用いて本発明を更に詳しく説明する。

本発明に係る遊星ギアユニットの断面図を示している。 ３つの遊星ギアが装着される遊星キャリアの詳細な斜視図であって、遊星ギアがそれぞれ２つの遊星サブギアを備え、曲げ荷重に晒されるスプリングバーが遊星サブギアのトランペット形状の穴内に挿入される、斜視図を示している。 スプリングバーが挿入された２つの遊星サブギアの斜視図を示している。 回転方向で扇形状態様に広がる凹部の斜視図を示している。

図１は本発明に係る遊星ギアユニット１を示している。遊星ギアユニット１は、太陽ギア２と、インターナルギア３と、３つの遊星ギア４とを備える。遊星ギア４が太陽ギア２の回転軸周りに１２０°だけ変位されているという事実を考慮して、図１に係る描写では、３つの遊星ギア４のうちの２つだけが示されている。３つの遊星ギア４の使用に代わる方法として、偶数の遊星ギア４、特に４つの遊星ギア４が使用されてもよい。これは、偏心力が防止されるという利点を有する。

個々の遊星ギア４はそれぞれ遊星回転軸５を有する。遊星回転軸５は図１に示されている。

遊星ギア４は遊星キャリア６に回転可能に接続される。遊星ギア４は、分割面７に沿って第１の遊星サブギア８と第２の遊星サブギア９とにそれぞれ分けられる。第１の遊星サブギア８は、それが第２の遊星サブギア９に対して同じ遊星回転軸５を中心に回転できるように配置され、２つの遊星サブギア８，９は１つのシャフト上に配置される。シャフトは、遊星キャリア６の所定位置に固定されており、遊星キャリア６の反対側に位置される一端部に安全装置、特にスナップリングを備える。スナップリングはそれが第１の遊星サブギア８と接触しないように配置され、それにより、これらが一緒に回転することが防止される。

第１の遊星サブギア８および第２の遊星サブギア９には、３つのスプリングバー１０が、両方の遊星サブギア８，９に接続されるように配置される。スプリングバー１０は、第１の遊星サブギア８に設けられる第１の凹部１１内および第２の遊星サブギア９に設けられる第２の凹部１２内に挿入される。第１の凹部１１および第２の凹部１２は止まり穴として設けられる。止まり穴は、それらの底部から離間される位置から分割面７の側に位置される面に至るまで円錐状に広がっている。止まり穴はその特定の断面に沿って形状が円錐であるということになる。この円錐領域において、スプリングバー１０は、第１の凹部１１の壁と接触することもなく、第２の凹部１２の壁と接触することもない。第１の凹部１１および第２の凹部１２の底部領域内でのみ、スプリングバー１０が、第１の凹部１１または第２の凹部１２の壁と接触、すなわち、第１の遊星サブギア８または第２の遊星サブギア９と接触する。この領域において、止まり穴は、それらがスプリングバー１０のための緊密な摺動シートを与えるような性質の直径を有する。

スプリングバー１０は円形スプリングスチールバーとして設けられる。スプリングスチールバーは、遊星ギアユニット１が使用されているときに曲げ荷重に晒される。第１および第２の凹部１１，１２の円錐状の広がりは、第２の遊星サブギアに対する第１の遊星サブギアの回転変位が行なわれるときの剪断歪み下でのスプリングバー１０の変形を回避するために必要である。

スプリングバー１０は、それらが遊星回転軸５に対して等距離となるように配置される。また、スプリングバー１０は、それらが互いに等距離となるようにも配置される。更に、遊星回転軸５から測定すると、それぞれのスプリングバー１０間に１２０°の角度が規定される。２つの遊星サブギア８，９にはそれぞれ歯１３が設けられる。歯１３は、インターナルギア３の歯およびインターナルギア２の歯と噛み合う。

太陽ギア２は電気モータの駆動シャフト１５に接続される。遊星キャリア６は従動シャフトに接続、あるいは、このケースにあるように、従動シャフトが遊星キャリアの一体部品を構成するように設けられる。インターナルギア３は遊星ギアユニット１のハウジングに接続固定される。

２つの遊星サブギア８，９は、第１の凹部１１および第２の凹部１２が互いに位置合わせされるときにそれらの歯が互いに位置合わせされないように設けられる。第１の遊星サブギア８および第２の遊星サブギア９の歯１３が互いに位置合わせされると、第１の凹部１１および第２の凹部１２は位置合わせされない。このとき、スプリングバー１０は、それらの曲げ状態に起因して予め荷重が加えられ、２つの遊星サブギア８，９の歯１３が位置ずれするような方向に、第１の遊星サブギア８および第２の遊星サブギア９を遊星回転軸５を中心に回転させる。これは、第１の遊星サブギア８の歯１３の１つのフランクが対向して位置されるインターナルギア３及び／又は太陽ギア２のフランクと接触するという効果を有する。

この最初に述べたフランクに対して見るときに歯の先端を通る対称軸１４および遊星回転軸５の他方側に位置される第２の遊星サブギア９のフランクも、インターナルギア３及び／又は太陽ギア２の歯のフランクとも接触する。

これは、バックラッシュが無い態様で遊星ギア４が太陽ギア２及び／又はインターナルギア３と噛み合うという効果を有する。これを達成するため、太陽ギア２の歯の寸法、インターナルギア３の歯の寸法、第１の遊星サブギア８の歯の寸法、および、第２の遊星サブギア９の歯の寸法に関して適切な自由度が選択されなければならない。

対称軸１４は図３において最も良く分かる。

図２は、遊星キャリア６および３つの遊星ギア４の詳細な斜視図を示している。図２において明確に見ることができる従動シャフトが参照符号１５によって示される。遊星ギア４が回転可能に支持されるシャフトが参照符号１６によって示される。図２において明確に分かるように、スプリングバー１０が曲げられると、２つの遊星サブギア８，９の歯１３が互いに位置合わせされる。

その内部にスプリングバー１０が設けられるトランペット形状の凹部１１，１２は遊星回転軸５の周囲に配置され、したがって、スプリングバー１０もそのように配置される。１つの変形例によれば、スプリングバーの数を意図的に選択することによって所望のスプリング力を調整することができる。これは、多段ギアボックスにおいて、ここでは特に最後段すなわち出力段において遊星ギアユニットが使用される場合に特に都合が良い。

６つの凹部を遊星サブギア８，９の２つの略対向する四分円に分割すると、ギアユニットの正確な調整が容易になる。

図３は、スプリングバーがそれぞれの第１および第２の凹部１１，１２内に挿入された状態における２つの遊星サブギア８，９と曲げられたスプリングバー１０を共に更なる詳細図で示している。スプリングバー１０の曲げは、第１の遊星サブギア８の歯１３が第２の遊星サブギア９のそれぞれの歯と位置合わせされるときに行なわれる。

図４には第１の遊星サブギア８が示されている。しかしながら、凹部１１は、もはやトランペット形状ではなく、扇形状であり、上記凹部は、それらが分割面から離れる方向で狭くなるように構成される。また、凹部は、それらが回転方向に湾曲されるように構成される。２つの凹部１１は、分割面から離れた領域に円形または楕円形の端部を有しており、上記端部は、挿入されるそれぞれのスプリングバーに対して断面が円形の緊密な摺動シートを形成する。

Claims (10)

1. 太陽ギア（２）と、インターナルギア（３）と、前記太陽ギア（２）および前記インターナルギア（３）と噛み合い且つ遊星回転軸（５）を中心に回転できるように遊星キャリア（６）上に配置される少なくとも１つの遊星ギア（４）とを備え、歯（１３）のある前記遊星ギア（４）が前記遊星回転軸（５）に対して垂直に向けられる分割面（７）を有し、該分割面によって前記遊星ギア（４）が第１の遊星サブギア（８）と第２の遊星サブギア（９）とに分割され、前記第１の遊星サブギア（８）が、これらの２つの遊星サブギア（８，９）内に配置されて前記遊星回転軸（５）に対して略平行なスプリングバー（１０）によって、前記第２の遊星サブギア（９）に対して予め荷重が加えられ、且つ、曲げ荷重に晒されるとともに２つの遊星サブギア（８，９）内に支持される１または複数の前記スプリングバー（１０）が前記遊星回転軸（５）の周囲に配置され、且つ、少なくとも１つの前記スプリングバー（１０）が、前記第１の遊星サブギア（８）の第１の凹部（１１）内および前記第２の遊星サブギア（９）の第２の凹部（１２）内に配置され、且つ、前記第１の凹部および第２の凹部（１１，１２）が前記分割面（７）の領域へと向けて該領域に至るまで延び、且つ、前記第１の凹部（１１）および前記第２の凹部（１２）が前記分割面へ向けて広がる穴として設けられ、
   前記スプリングバー（１０）は、前記第１の凹部及び／又は前記第２の凹部（１１，１２）における前記分割面から離れた領域で、緊密且つ摺動可能に保持される、バックラッシュが無い遊星ギアユニット（１）。
2. 少なくとも１つの前記スプリングバー（１０）が金属材料から形成される、請求項１に記載の遊星ギアユニット（１）。
3. 前記第１の凹部または第２の凹部（１１，１２）のうちの少なくとも一方は、貫通穴として設けられるとともに、前記分割面から離れた側に、前記スプリングバー（１０）の直径よりも小さい直径を有する請求項１または２に記載の遊星ギアユニット（１）。
4. 前記遊星サブギア（８，９）が互いに対して回転可能に変位される方向で、前記穴が前記分割面（７）の領域で腎臓形状または扇形状の態様で広がり、且つ、前記穴が止まり穴として設けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の遊星ギアユニット（１）。
5. 前記止まり穴が円錐形状である、請求項４に記載の遊星ギアユニット（１）。
6. 前記第１の遊星サブギア（８）は、互いに等距離にあるように配置される３つの前記スプリングバー（１０）によって前記第２の遊星サブギア（９）に対して予め荷重が加えられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の遊星ギアユニット（１）。
7. 前記スプリングバー（１０）は、前記第１の遊星サブギア及び／又は第２の遊星サブギア（８，９）の厚さの３／４〜７／８を貫通して延び、前記厚さが前記遊星回転軸（５）の方向で測定される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の遊星ギアユニット（１）。
8. 前記第１の凹部（１１）は、前記第１の遊星サブギア（８）の歯（１３）が前記第２の遊星サブギア（９）の歯（１３）と位置合わせされるときに、前記第２の凹部（１２）に対して変位される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の遊星ギアユニット（１）。
9. 前記第１の凹部（１１）は、それぞれの歯を通る対称軸（１４）および前記遊星回転軸（５）に対して鏡面対称に、前記第２の凹部に対して接線方向に変位される、請求項８に記載の遊星ギアユニット（１）。
10. 荷重が加えられていないときに直線状である前記スプリングバー（１０）が円形断面を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の遊星ギアユニット（１）。

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