JP5791542B2 - 遊星減速機 - Google Patents

Description

本発明は、一般に減速機に関し、特に遊星歯車機構を用いた遊星減速機に関する。

揺動する外歯歯車の軸方向両側に配置された一対のキャリア体と、外歯歯車に形成されたピン孔を通して両キャリア体の間に配置された複数の内ピンと、外歯歯車に内接噛合する内歯歯車とを有する揺動内接噛合型の遊星減速機が知られている。この減速機では、外歯歯車がいわゆる遊星歯車として機能し、外歯歯車と内歯歯車との相対回転が減速出力として取り出される。特許文献１には、このような遊星減速機が組み込まれた鉄道車両用駆動ユニットが開示されている。

特開２０１０−１６９２４７号公報

特許文献１に記載の技術では、一対のキャリア体を連結する内ピンが中央の大径部と軸方向両端の小径部とを有しており、小径部の外周面に形成された雄ねじがキャリア体に締結される。そして、大径部から小径部に縮径する段差部分がキャリア体の表面と当接している。この構造では、締結による軸方向の圧縮応力と車重による曲げ応力とが内ピンに作用する。そのため、高い圧縮応力がキャリア体の当接面に作用し、当接面が座屈してしまうするおそれがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、遊星減速機において、一対のキャリア体を連結する連結部材とキャリア体との当接面が座屈する可能性を低減する技術を提供することにある。

本発明のある態様の遊星減速機は、遊星歯車の軸方向両側に配置される一対のキャリア体と、一対のキャリア体を連結する複数の連結部材と、を備える。連結部材は、キャリア体の軸方向内側面と当接する当接部を有しており、当接部は、該当接部に隣接する軸方向両側の部分よりも拡径されている。

この態様によると、一対のキャリア体を連結する連結部材に拡径された当接部を設けることで、連結部材と当接するキャリア体の座面面積を従来よりも拡大することができるので、座面に加わる単位面積当たりの圧縮荷重が低下し、座面が座屈する可能性を低減することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、遊星減速機において、一対のキャリア体を連結する連結部材とキャリア体との当接面が座屈する可能性を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る減速機が組み込まれたフォークリフトの車輪駆動装置の構成を示す断面図である。 図１のＤ−Ｄ線に沿った減速機の断面図である。 従来技術に係る減速機のキャリアピン近傍の拡大断面図である。 図１に示した減速機のキャリアピン近傍の拡大断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る減速機１０が組み込まれたフォークリフトの車輪駆動装置１００の構成を示す。図１は、車輪駆動装置１００の車輪、モータ、減速機の中心軸を含む鉛直面で切断したときの断面図である。

減速機１０は、偏心揺動噛合型と呼ばれる遊星歯車減速機の一種である。

モータ１２の出力軸１２Ａは、スプライン１４を介して減速機１０の入力軸１６と連結されている。入力軸１６は、後述する外歯歯車２４、２６の半径方向中央に配置されている。入力軸１６には、該入力軸１６と軸心のずれた二つの偏心体１８、２０が一体に形成されている。二つの偏心体１８、２０は、互いに１８０度の位相差を有して偏心している。なお、偏心体１８、２０は、入力軸１６と別体で構成された上で、キー等によって入力軸に固定されたものであってもよい。

各偏心体１８、２０の外周には、ころ軸受２１、２３を介して二枚の外歯歯車２４、２６が揺動可能に外嵌されている。外歯歯車２４、２６は、それぞれ内歯歯車２８に内接噛合している。

内歯歯車２８は、内歯を構成する円筒状の内歯ピン２８Ａ、２８Ｂと、内歯ピン２８Ａ、２８Ｂを貫通してこれを回転自在に保持する保持ピン２８Ｃと、保持ピン２８Ｃを回転自在に支持するとともに、ケーシング３０と一体化された内歯歯車本体２８Ｄとで、主に構成されている。

内歯歯車２８の内歯の歯数、すなわち内歯ピン２８Ａ、２８Ｂの数は、外歯歯車２４、２６の外歯の歯数よりも僅かに（この実施形態では１だけ）多い。

外歯歯車２４、２６の軸方向車体側には車体フレーム（図示せず）に固定される第１キャリア体３４が配置され、軸方向反車体側にはキャリアボルト３６およびキャリアピン４２を介して第１キャリア体３４と一体化された第２キャリア体３８が配置されている。第２キャリア体３８には、内ピン４０が一体に形成されている。

図２は、図１のＤ−Ｄ線に沿った減速機の断面図である。図示するように、外歯歯車２４（図示しないが、外歯歯車２６も同様）には、その軸心からオフセットされた位置に１２個の同径の貫通孔が等間隔に形成されている。そのうち、１２０度の等間隔で配置された３つの孔にはキャリアピン４２が挿通され、残りの９つの孔には内ピン４０が挿通される。そのため、前者をキャリアピン孔２４Ｂと呼び、後者を内ピン孔２４Ａと呼ぶが、その形状および半径方向位置に相違はない。外歯歯車２４の外周には波形の歯が形成されており、この歯が内歯歯車２８の内歯ピン２８Ａ上を接触しつつ移動することで、中心軸を法線とする面内で外歯歯車２４が揺動できるようになっている。図示しないが、外歯歯車２４に対して１８０度の位相差がある点以外は外歯歯車２６も同様である。

図１に戻り、内ピン４０は、外歯歯車２４、２６に貫通形成された内ピン孔２４Ａ、２６Ａに隙間を有した状態で挿通され、その先端が第１キャリア体３４の凹部３４Ａに嵌入されている。内ピン４０は、外歯歯車２４、２６に形成された内ピン孔２４Ａ、２６Ａの一部と摺動促進部材４４を介して当接しており、外歯歯車２４、２６の自転を拘束しその揺動のみを許容している。

内ピン４０は、凹部３４Ａに圧入されているだけであり、ボルト等による固定はなされていない。内ピンは、第１および第２キャリア体３４、３８と外歯歯車２４、２６との間の動力の伝達に寄与する連結部材であると言える。

キャリアピン４２は、外歯歯車２４、２６に貫通形成されたキャリアピン孔２４Ｂ、２６Ｂに隙間を有した状態で挿通され、拡径した当接部４２Ｃが第１キャリア体３４の反車体側面に当接している。キャリアピン４２と第１キャリア体３４とは、キャリアボルト３６によって締結されている。第１キャリア体３４にはキャリアボルト３６を挿通するための貫通孔３４Ｃおよび座ぐり部３４Ｂが形成されており、キャリアピン４２の軸方向端面には、キャリアボルト３６をねじ込むためのねじ穴４２Ｅが形成されている。また、第２キャリア体３８には雌ねじ穴３８Ａが形成されており、キャリアピン４２の反車体側先端の雄ねじと締結されて、キャリアピン４２と第２キャリア体３８とが連結される。

キャリアピン４２は、外歯歯車２４、２６のキャリアピン孔２４Ｂ、２６Ｂとは接しておらず、外歯歯車２４、２６の自転の拘束には寄与していない。キャリアピン４２は、第１キャリア体３４と第２キャリア体３８の間の連結のみに寄与している連結部材であると言える。

減速機１０のケーシング３０は、一対の主軸受４６、４７を介して、車体フレームに固定された第１キャリア体３４および第２キャリア体３８に回転自在に支持されている。ケーシング３０の軸方向反車体側の端面には、ボルト４９によってホイール部材４８が連結され、このホイール部材４８にフォークリフト（図示せず）のタイヤ５０が装着される。減速機１０は、タイヤ５０の軸方向範囲内（図１の二点鎖線の範囲内）に収められている。

第２キャリア体３８の外周面に形成されたねじ穴には軸受ナット５６が螺合されており、第２キャリア体３８とケーシング３０と主軸受４６、４７とを組み付ける際に、軸受ナット５６の押し込み量を変更することで、主軸受４６、４７に与える与圧を調整することができる。

減速機１０の入力部材たる入力軸１６は、正面合わせで配置された一対のアンギュラ玉軸受５２、５４を介して、第１キャリア体３４および第２キャリア体３８に回転自在に支持されている。アンギュラ玉軸受５２、５４は、それぞれ転動体５２Ａ、５４Ａ、および外輪５２Ｂ、５４Ｂを有しているが、内輪は有していない。代わりに、入力軸１６に転動面５２Ｃ、５４Ｃが形成されており、これらがアンギュラ玉軸受の内輪として機能している。なお、この構成に限られず、別体の内輪を配置してもよい。

第２キャリア体３８の内周面に形成されたねじ穴には軸受ナット３９が螺合されており、第１キャリア体３４、第２キャリア体３８とアンギュラ玉軸受５２、５４を組み付ける際に、軸受ナット３９の押し込み量を変更することで、アンギュラ玉軸受５２、５４に与える与圧を調整することができる。

車体側のアンギュラ玉軸受５２は、第１キャリア体３４の凹部３４Ｄと入力軸１６の転動面５２Ｃとで軸方向の動きが拘束されている。反車体側のアンギュラ玉軸受５４は、第２キャリア体３８にねじ込まれた軸受ナット３９の段部３９Ａと入力軸１６の転動面５４Ｃとで軸方向の動きが拘束されている。そのため、入力軸１６は、第１キャリア体３４および軸受ナット３９によって、軸方向の動きがいずれの方向に対しても拘束され、ガタなく軸方向に位置決めされる。

続いて、車輪駆動装置１００の作用を説明する。

モータ１２の出力軸１２Ａの回転は、スプライン１４を介して減速機１０の入力軸１６に伝達される。入力軸１６が回転すると、偏心体１８、２０の外周が偏心運動を行い、ころ軸受２１、２３を介して外歯歯車２４、２６が揺動する。この揺動により、外歯歯車２４、２６の外歯と内歯歯車２８の内歯ピン２８Ａ、２８Ｂとの噛合位置が順次ずれてゆく現象が生じる。

外歯歯車２４、２６と内歯歯車２８との歯数差は、１に設定されており、また、各外歯歯車２４、２６の自転は、車体フレームに固定された第１キャリア体３４に固定された内ピン４０によって拘束されている。このため、入力軸１６が一回回転する毎に、自転の拘束されている外歯歯車２４、２６に対して内歯歯車２８が歯数差に相当する分だけ自転（回転）することになる。この結果、入力軸１６の回転により、１／（内歯歯車の歯数）に減速された回転速度にて内歯歯車本体２８Ｄと一体化されているケーシング３０が回転する。ケーシング３０の回転により、ケーシング３０にボルト４９によって固定されているホイール部材４８を介してフォークリフトのタイヤ５０が回転する。

続いて、従来技術に係る減速機の構造の問題点について説明する。

図３は従来技術に係る減速機１０’のキャリアピン近傍の拡大断面図であり、図４は図１に示した減速機１０のキャリアピン近傍の拡大断面図である。従来技術の減速機は全体図を示さないが、図３に表すキャリアピン近傍以外の構成は、図１の減速機１０と同様である。

図３を参照すると、従来技術に係る減速機１０’のキャリアピン４２’は、外歯歯車２４、２６に挿通される大径部４２Ｂ’と、第１キャリア体３４’に挿入される小径部４２Ｄ’との間に段差部分４２Ｃ’が形成されており、この段差部分４２Ｃ’が第１キャリア体３４’の反車体側にある座面３４Ｂ’と当接している。外歯歯車２４、２６に形成されるキャリアピン孔２４Ｂ’、２６Ｂ’の直径は、内ピンと外歯歯車間の伝達トルクを確保するために容易に拡大することはできないため、キャリアピン４２’の大径部４２Ｂ’の直径も制限される。このため、キャリアピン４２’と第１キャリア体３４’の座面３４Ｂ’との当接面積が非常に小さくなっている。

キャリアピン４２’はボルト３６’によって両キャリア体３４’、３８’に締結されているので、常に軸方向の圧縮応力が作用している。また、減速機１０’が組み込まれているフォークリフトでは、車重に加え積載物の重量も加わるため、キャリアピン４２’には大きな曲げ荷重が加わる。この曲げ荷重と上記の圧縮応力とがキャリアピン４２’に作用するため、段差部分４２Ｃ’と当接する第１キャリア体３４’の座面３４Ｂ’には高い圧縮応力が作用し、座面が座屈してしまうおそれがあった。

一旦座屈が生じると、モータ軸と減速機の入力軸の軸心がずれる。また、座屈により座面３４Ｂ’が凹むと、第１キャリア体３４’または第２キャリア体３８’で支持しているアンギュラ玉軸受に与えられている与圧が低下あるいはゼロになる。すると、車輪駆動装置の剛性が低下する上、軸ずれによるタイヤの偏摩耗が発生したり、またはタイヤのキャンパー角が大きくなったりするなどの問題が発生する。

このような座面の座屈を防止すべく、本実施形態では、図４に示すように、両側に隣接する円柱形部分４２Ｂおよび４２Ｄよりも拡径された当接部４２Ｃがキャリアピン４２に形成されている。この形状によると、キャリアピン４２と当接する第１キャリア体３４の座面面積が従来よりも拡大するので、単位面積当たりの圧縮荷重が低下し、座面が座屈する可能性を大きく低減することができる。

図４から分かるように、当接部４２Ｃの直径は、第１キャリア体３４側が平坦面で最大径となり、第２キャリア体３８側に向かって直線的に縮径して円柱形部分４２Ｂと同径になる。そのため、当接部４２Ｃの第１キャリア体３４側が、キャリアピン４２が挿通されている外歯歯車２４、２６のキャリアピン孔２４Ｂ、２６Ｂよりも大きくなっている。したがって、第１キャリア体３４に座ぐり部３４Ｂを形成することで、拡径したキャリアピン４２の当接部４２Ｃを収納するための空間を作り出している。

図４では、キャリアピン４２の第１キャリア体３４側に当接部４２Ｃが形成されており、第２キャリア体３８側には拡径した当接部が形成されていない。この理由は、第１キャリア体３４が鋳造で成型されるのに対し、第２キャリア体３８は鍛造で成型されることから、第１キャリア体３４の材料の圧縮強度が第２キャリア体３８よりも劣り座屈が生じやすいためである。しかしながら、第２キャリア体３８側にも拡径した当接部が形成されていてもよい。なお、鋳造、鍛造に限らず、第１キャリア体３４と第２キャリア体３８が圧縮強度の異なる材料で形成されていれば、本実施形態を同様に適用することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、一対のキャリア体を連結するキャリアピンと当接するキャリア体の座面面積を従来よりも拡大することができるので、座面に加わる単位面積当たりの圧縮荷重が低下し、座面が座屈する可能性を低減することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本明細書における入力軸、出力軸という用語は、動力の入出力先にのみ着目したものであって、シャフト形状のものに限られない。

実施の形態では、入力軸（偏心体軸）１６が内歯歯車２８の中心に配置されるタイプの偏心揺動噛合型の遊星歯車減速機を例に説明した。しかしながら、このタイプの減速機に限らず、例えば、内歯歯車の中心からオフセットした位置に複数本の偏心体軸が配置されるタイプの遊星歯車減速機にも本発明を適用することができる。

実施の形態では、第１キャリア体３４および第２キャリア体３８を固定し、ケーシング３０から回転を出力する構成を説明した。しかしながら、ケーシング３０を固定し、第１キャリア体３４および第２キャリア体３８から回転を出力するように構成してもよい。この場合には、外歯歯車２４、２６の自転成分が、内ピン４０を介して第１キャリア体３４および第２キャリア体３８に伝達される。

実施の形態では、一対のキャリア体と外歯歯車との間の動力の伝達に寄与する連結部材である内ピンと、キャリア体同士の間の連結のみに寄与する連結部材であるキャリアピンとが別個の構成であり、キャリアピンの当接部と当接するキャリア体の座面における圧縮応力を低減することを説明した。しかしながら、キャリアピンを備えず、内ピンが動力の伝達とキャリア体の連結の両方の役割を有する構造の偏心揺動型遊星減速機も存在する。このような遊星減速機では、拡径した当接部を内ピンに形成することで、本発明を適用することができる。

また、実施の形態では、偏心揺動噛合型の遊星歯車減速機を例にして説明したが、単純遊星歯車機構を用いる減速機において、遊星歯車の両側に配置されるキャリア体を連結する連結部材のキャリア体座面との当接部に対しても、本発明を適用することができる。

また、本発明に係る減速機は、フォークリフトの車輪駆動装置に限られず、入力軸に対して出力軸を減速する必要がある様々な装置に組み込むことができる。

１０ 減速機、 １２ モータ、 １６ 入力軸、 ２４、２６ 外歯歯車、 ２４Ａ、２６Ａ 内ピン孔、 ２４Ｂ、２６Ｂ キャリアピン孔、 ２８ 内歯歯車、 ３０ ケーシング、 ３４ 第１キャリア体、 ３４Ｂ 座ぐり部、 ３８ 第２キャリア体、 ４０ 内ピン、 ４２ キャリアピン、 ４２Ｃ 当接部、 ４６、４７ 主軸受、 ５２、５４ アンギュラ玉軸受、 １００ 車輪駆動装置。

Claims (4)

1. 遊星歯車の軸方向両側に配置される一対のキャリア体と、
   前記一対のキャリア体を連結する複数の連結部材と、を備え、
   前記連結部材は、前記キャリア体の軸方向内側面と当接する当接部を有しており、
   前記当接部は、該当接部に隣接する軸方向両側の部分よりも拡径されており、
   前記複数の連結部材は、前記遊星歯車に形成された貫通孔にそれぞれ挿通されており、キャリア体と前記遊星歯車との間の動力の伝達に寄与する第１の連結部材と、一対のキャリア体の連結に寄与する第２の連結部材とを含み、
   前記第１の連結部材の少なくとも一端は、前記キャリア体の軸方向内側面に形成された孔に圧入され、前記第２の連結部材に前記当接部が設けられることを特徴とする遊星減速機。
2. 遊星歯車の軸方向両側に配置される一対のキャリア体と、
   前記一対のキャリア体を連結する複数の連結部材と、を備え、
   前記連結部材は、前記キャリア体の軸方向内側面と当接する当接部を有しており、
   前記当接部は、該当接部に隣接する軸方向両側の部分よりも拡径されており、
   前記キャリア体の軸方向内側面のうち、前記連結部材の当接部が当接する部分に座ぐりが形成されていることを特徴とする遊星減速機。
3. 前記一対のキャリア体が当該減速機の入力軸または出力軸を回転可能に支持する軸受を支持しており、該軸受は与圧調整の必要な軸受であることを特徴とする請求項１または２に記載の遊星減速機。
4. 遊星歯車の軸方向両側に配置される一対のキャリア体と、
   前記一対のキャリア体を連結する複数の連結部材と、を備え、
   前記連結部材は、前記キャリア体の軸方向内側面と当接する当接部を有しており、
   前記当接部は、該当接部に隣接する軸方向両側の部分よりも拡径されており、
   前記一対のキャリア体がそれぞれ異なる材料で形成されており、圧縮強度の小さい材料で形成されたキャリア体と当接する側に位置する前記連結部材の当接部が拡径されていることを特徴とする遊星減速機。

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