JP6237205B2 - 遊星歯車機構 - Google Patents

Description

本発明は、駆動力を変速して伝達する遊星歯車機構に関するものである。

遊星歯車機構として、例えば特許文献１には、遊星歯車に大径ギヤと小径ギヤからなる段付き歯車を採用した構成が開示されている。このような遊星歯車機構によると、遊星歯車においても小径ギヤと大径ギヤの歯数差に応じた変速比を得られるので、全体としてさらに大きな変速比とすることができる。

特開２００５−３５１２９５号公報

ところで、遊星歯車機構のサンギヤを有する軸部材は、例えばサンギヤの軸方向両側においてハウジングやキャリアなどとの間に介在する複数の軸受により回転可能に支持される。しかしながら、段付き歯車を遊星歯車とする遊星歯車機構では、遊星歯車が少なくとも２歯分の歯幅を要するため、軸部材を支持する複数の軸受の間隔が広くなり、機構全体として軸方向に長くなる傾向にある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、段付き歯車である遊星歯車と軸部材を支持する軸受との位置関係により、軸方向の寸法を短縮するとともに動作の安定化を図る遊星歯車機構を提供することを目的とする。

（請求項１）本手段に係る遊星歯車機構は、外周面にサンギヤを設けられた軸部材と、リングギヤと、複数の遊星歯車と、前記複数の遊星歯車を回転可能に支持するキャリアと、を備える遊星歯車機構であって、前記複数の遊星歯車の各々は、前記サンギヤと噛合する大径ギヤと、前記リングギヤと噛合する小径ギヤと、前記大径ギヤと前記小径ギヤを一体的に連結する遊星歯車軸と、を有し、前記キャリアは、前記遊星歯車軸のうち前記大径ギヤが位置する一方側の端部を支持する第一キャリア部材と、前記遊星歯車軸のうち前記小径ギヤが位置する他方側の端部を支持する第二キャリア部材と、を有し、前記軸部材は、前記サンギヤの軸方向両側に配置された第一軸受および第二軸受により回転可能に支持され、前記第二軸受は、前記軸部材と前記第二キャリア部材との間に介在し、且つ前記リングギヤと前記小径ギヤが噛合する軸方向範囲と重複して配置され、前記軸部材は、前記遊星歯車機構と外部装置との間で駆動力を伝達する回転軸と結合され、前記軸部材と前記回転軸との結合部は、前記第二キャリア部材が前記遊星歯車軸を支持する軸方向範囲と重複して配置されている。

このような構成によると、第二軸受は、軸部材と遊星歯車の小径ギヤとの間に形成される空間に配置されることになる。この空間は、遊星歯車に段付き歯車を採用した場合に、その構成上形成される。そこで、本手段では、軸部材と小径ギヤとの間の空間に第二軸受の一部または全部を配置することで、軸部材を支持する第一軸受と第二軸受の軸方向距離を短縮することができる。これにより、遊星歯車機構の内部におけるスペースを有効利用し、機構全体として軸方向の寸法を短縮することができる。また、従来と比較して第二軸受を、大径ギヤとの間で駆動力を伝達するサンギヤに接近させることができる。これにより、サンギヤを形成された軸部材をより確実に支持して、動作の安定化を図ることができる。

以下に、本手段に係る遊星歯車機構の好適な態様について説明する。
（請求項２）前記第二軸受における前記大径ギヤとは反対側の端面は、前記小径ギヤにおける前記大径ギヤとは反対側の端面よりも前記大径ギヤ側に位置するようにしてもよい。
これにより、従来と比較して第一軸受と第二軸受がサンギヤを挟んで軸方向に接近することになる。よって、サンギヤを形成された軸部材をより確実に支持できるので、動作のさらなる安定化を図ることができる。

（請求項３）前記第一軸受は、前記軸部材と前記第一キャリア部材との間に介在するようにしてもよい。
これにより、軸部材は、キャリアを構成する第一キャリア部材および第二キャリア部材の両部材により第一軸受および第二軸部材を介して回転可能に支持される。また、第一軸受および第二軸受は、軸部材に設けられたサンギヤの軸方向両側に配置されており、サンギヤと大径ギヤとの間で駆動力が伝達される駆動状態おいても確実に軸部材を支持することができる。よって、遊星歯車機構の動作の安定化を図ることができる。

（請求項４）前記遊星歯車機構は、前記第二キャリア部材の内周面とは径方向内方に間隔をあけて配置され、回転軸線方向に延伸する筒状部と、前記筒状部をハウジングと連結して固定する固定部と、をさらに備え、前記軸部材と前記回転軸との結合部は、前記筒状部との間に介在する第三軸受により回転可能に支持されている。

これにより、軸部材と回転軸との結合部を確実に支持することができる。また、回転軸を支持する第三軸受を遊星歯車機構の内部に収容することが可能となるので、スペースを有効利用して、装置全体の体格を小型化することができる。

実施形態における遊星歯車機構の軸方向断面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 図１における第二、第三軸受を示す拡大図である。 実施形態の変形態様における遊星歯車機構の軸方向断面図である。

以下、本発明の遊星歯車機構を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。実施形態において、遊星歯車機構は、駆動源である電動モータ（本発明の「外部装置」に相当する）より入力した駆動力を減速して出力する減速装置に用いられた構成を例示する。

＜実施形態＞
（遊星歯車機構の全体構成）
実施形態の遊星歯車機構１の全体構成について、図１〜図３を参照して説明する。この遊星歯車機構１は、図１に示すように、ハウジング２と、入力軸３（本発明の「軸部材に相当する」）と、出力軸４と、サンギヤ１０と、リングギヤ２０と、複数の遊星歯車３０を回転可能に支持するキャリア４０と、第一軸受５１〜第五軸受５５を備えて構成される。なお、図２おける一点鎖線は、各ギヤのピッチ円を表している。

ハウジング２は、減速装置の外周形状の一部を構成する固定部材である。ハウジング２の内部には、グリースなどの潤滑剤が収容されている。このハウジング２は、駆動源である電動モータ９０と隣接する端面部２ａ（本発明の「固定部」に相当する）と、当該端面部２ａの内周縁から回転軸線（図１の二点鎖線）方向に延伸する筒状部２ｂを有する。この筒状部２ｂは、後述する第二キャリア部材４２の内周面とは径方向内方に間隔をあけて配置されている。端面部２ａは、筒状部２ｂをハウジング２と連結して、筒状部２ｂを固定する。

入力軸３および出力軸４は、ハウジング２に回転軸線を中心にして回転可能に支持された軸部材である。入力軸３の一端３ａは、電動モータ９０の回転軸９１の筒状端部９１ａに挿入され、筒状端部９１ａとセレーション結合されている。これにより、入力軸３は、電動モータ９０が出力する駆動力を遊星歯車機構１に入力可能な構成となっている。出力軸４は、遊星歯車機構１により減速された駆動力を出力する。

サンギヤ１０は、入力軸３の外周面に設けられている。本実施形態において、サンギヤ１０は、入力軸３の外周面のうち所定の軸方向位置に直接形成されている。リングギヤ２０は、ハウジング２の内周面のうちサンギヤ１０が配置された軸方向位置から入力側（図１の左側）にずれた位置に固定されている。

複数の遊星歯車３０の各々は、後述するキャリア４０によりハウジング２の内部に回転可能に支持されている。遊星歯車３０は、サンギヤ１０と噛合する大径ギヤ３１と、リングギヤ２０と噛合する小径ギヤ３２とを有する段付き歯車である。大径ギヤ３１および小径ギヤ３２は、異なる軸方向位置で遊星歯車軸３３の外周面に一体的に形成され、回転軸線（図１の二点鎖線）を中心にして回転する。遊星歯車軸３３は、大径ギヤ３１と小径ギヤ３２を一体的に連結している。

キャリア４０は、入力軸３と同軸に配置され、周方向に等間隔に配置された３つの遊星歯車３０を回転可能に支持する。キャリア４０は、ハウジング２の内周側に回転可能に支持された一対のキャリア部材４１，４２を有する。第一キャリア部材４１は、ニードルベアリングを介して遊星歯車軸３３のうち大径ギヤ３１が位置する一方側（出力側）の端部を相対回転可能に支持している。本実施形態において、第一キャリア部材４１は、出力軸４と一体的に形成されている。

第二キャリア部材４２は、第一キャリア部材４１と軸方向に対向して配置され、ニードルベアリングを介して遊星歯車軸３３のうち他方側（入力側）の端部を相対回転可能に支持している。第二キャリア部材４２の出力側の端面には、対向する第一キャリア部材４１に向かって延伸する３本の連結部材４３が一体的に設けられている。

連結部材４３は、３つの遊星歯車３０の間を軸方向に延びて（図２を参照）、第一キャリア部材４１の入力側の端面に接触している。第二キャリア部材４２は、連結部材４３の中心部を挿通するボルト４４により、第一キャリア部材４１に対して固定される。連結部材４３の外周面のうちリングギヤ２０と対向する面は、リングギヤ２０の歯先円に沿う凸状の曲面に形成されている。また、連結部材４３の外周面のうち大径ギヤ３１と対向する面は、大径ギヤ３１の歯先円に沿う凹状の曲面に形成されている。連結部材４３は、何れの曲面においてもリングギヤ２０および大径ギヤ３１と干渉しないように隙間が設けられている。

第一軸受５１〜第五軸受５５は、遊星歯車機構１の内部において異なる部材間に配置され、それぞれの相対回転を可能とするボールベアリングである。第一軸受５１は、環状のカラー６１とともに、入力軸３と第一キャリア部材４１との間に介在する。第二軸受５２は、環状のカラー６２とともに、入力軸３と第二キャリア部材４２との間に介在する。これにより、入力軸３は、サンギヤ１０の軸方向両側に配置された第一軸受５１および第二軸受５２により回転可能に支持されている。また、カラー６１，６２の内径は、入力軸３の外径とほぼ同径に形成されている。カラー６１，６２は、入力軸３に嵌合して固定され、サンギヤ１０の軸方向端部により位置決めされている。

第三軸受５３は、ハウジング２の筒状部２ｂと、入力軸３の一端３ａと電動モータ９０における回転軸９１の筒状端部９１ａとの結合部Ｓとの間に介在する。第三軸受５３は、ハウジング２により固定されることにより、対象である結合部Ｓを支持している。第四軸受５４は、ハウジング２と第一キャリア部材４１との間に介在する。第五軸受５５は、ハウジング２と第二キャリア部材４２との間に介在する。

ここで、第二軸受５２は、図３に示すように、入力軸３と第二キャリア部材４２との間に介在し、且つリングギヤ２０と小径ギヤ３２が噛合する軸方向範囲Ｒ１と重複するように配置されている。つまり、第二軸受５２の軸方向範囲Ｒ２は、小径ギヤ３２における上記の軸方向範囲Ｒ１と軸方向に重複している。また、本実施形態においては、第二軸受５２における大径ギヤ３１とは反対側の端面５２ａは、小径ギヤ３２における大径ギヤ３１とは反対側の端面３２ａよりも大径ギヤ３１側に位置している。

また、入力軸３は、上述したように、電動モータ９０の回転軸９１と連結されている。この入力軸３と回転軸９１との結合部Ｓは、第二キャリア部材４２が遊星歯車軸３３を支持する軸方向範囲Ｒ３と重複して配置されている。本実施形態においては、結合部Ｓを構成する回転軸９１の筒状端部９１ａがハウジング２の筒状部２ｂとの間に介在する第三軸受５３により回転可能に支持されている。

このような構成からなる遊星歯車機構１は、回転軸９１に結合された入力軸３から駆動力が入力されると、サンギヤ１０と大径ギヤ３１との歯数差、大径ギヤ３１と小径ギヤ３２との歯数差、およびリングギヤ２０と小径ギヤ３２との歯数差とに応じて遊星歯車３０が自転運動するとともに、回転軸線の周りに公転運動する。遊星歯車機構１は、遊星歯車３０を支持するキャリア４０を介して、出力軸４から減速された駆動力を出力する。

（実施形態の構成による効果）
上述した遊星歯車機構１によると、遊星歯車機構１の軸部材である入力軸３は、第一軸受５１および第二軸受５２により回転可能に支持される。また、この第二軸受５２は、リングギヤ２０と小径ギヤ３２が噛合する軸方向範囲Ｒ１と重複して配置されている。つまり、第二軸受５２は、遊星歯車３０に段付き歯車を採用することにより、その構成上形成される入力軸３と小径ギヤ３２との間の空間に配置される。

これにより、入力軸３を支持する第一軸受５１と第二軸受５２の軸方向距離を従来と比較して短縮することができる。よって、遊星歯車３０機構の内部におけるスペースを有効利用し、機構全体として軸方向の寸法を短縮することができる。また、従来と比較して第二軸受５２を、大径ギヤ３１との間で駆動力を伝達するサンギヤ１０に接近させることができる。これにより、サンギヤ１０を形成された入力軸３をより確実に支持して、動作の安定化を図ることができる。

本実施形態において、第二軸受５２は、その端面のうち大径ギヤ３１とは反対側の端面５２ａが小径ギヤ３２における大径ギヤ３１とは反対側の端面３２ａよりも、大径ギヤ３１側となるように配置される。これにより、従来と比較して第一軸受５１と第二軸受５２がサンギヤ１０を挟んで軸方向に接近することになる。よって、サンギヤ１０を形成された入力軸３をより確実に支持できるので、動作のさらなる安定化を図ることができる。

また、第一軸受５１は、入力軸３と第一キャリア部材４１との間に介在する。これにより、入力軸３は、キャリア４０を構成する第一キャリア部材４１および第二キャリア部材４２の両部材により第一軸受５１および第二軸受５２を介して回転可能に支持される。また、第一軸受５１および第二軸受５２は、入力軸３に設けられたサンギヤ１０の軸方向両側に配置されており、サンギヤ１０と大径ギヤ３１との間で駆動力が伝達される駆動状態においても確実に軸部材を支持することができる。よって、遊星歯車機構１の動作のさらなる安定化を図ることができる。

また、軸部材である入力軸３と回転軸９１との結合部Ｓは、第二キャリア部材４２が遊星歯車軸３３を支持する軸方向範囲Ｒ３と重複して配置されている。このような構成によると、従来よりもサンギヤ１０に近接する位置に第二軸受５２が配置されることに伴って生じた空間を有効利用して、入力軸３と回転軸９１を連結することができる。

本実施形態のように、遊星歯車機構１を減速機として用いる場合には、駆動源である電動モータ９０の回転軸９１に遊星歯車機構１の入力軸３を連結する必要がある。そうすると、入力軸３との結合部Ｓを軸方向の何れかの位置に配置する必要がある。そのため、この結合部Ｓを第二キャリア部材４２の内周側に収容することで、装置全体として省スペース化を図ることができる。また、電動モータ９０側では、当該結合部Ｓを配置することを勘案した設計とする必要がないので、電動モータ９０の設計自由度を向上できる。

また、入力軸３と回転軸９１との結合部Ｓは、ハウジング２の筒状部２ｂとの間に介在する第三軸受５３により回転可能に支持されている。これにより、ハウジング２に保持された第三軸受５３によって、入力軸３と回転軸９１との結合部Ｓを確実に支持することができる。また、回転軸９１を支持する第三軸受５３を遊星歯車機構１の内部に収容することが可能となるので、スペースを有効利用して、装置全体の体格を小型化することができる。

＜実施形態の変形態様＞
実施形態において、遊星歯車機構１は、段付き歯車である遊星歯車３０について、大径ギヤ３１を出力側（図１の右側）に配置し、小径ギヤ３２を入力側（図１の左側）に配置する構成とした。これに対して、遊星歯車機構１は、遊星歯車３０の大径ギヤ３１と小径ギヤ３２の軸方向の位置関係を反対にしてもよい。

即ち、遊星歯車機構１０１の遊星歯車１３０は、図４に示すように、サンギヤ１０と噛合する大径ギヤ３１を入力側（図４の左側）に配置し、リングギヤ２０と噛合する小径ギヤ３２を出力側（図４の右側）に配置する構成を採用することができる。このような構成では、キャリア１４０は、第一キャリア部材１４１が入力側に配置され、第二キャリア部材１４２が出力側に配置される。

そして、入力軸３の出力側の端部は、第二キャリア部材１４２との間に配置される第二軸受５２により回転可能に支持される。このとき、第二軸受５２は、リングギヤ２０と小径ギヤ３２が噛合する軸方向範囲Ｒ１と重複して配置される。このような構成によると、従来と比較して第二軸受５２がサンギヤ１０に接近した軸方向位置に配置される。

そこで、本変形態様では、第二キャリア部材１４２は、その内周側において出力軸４と一体的に連結される構成としている。これにより、キャリア１４０と出力軸４との連結部位をコンパクトにできるので、装置全体の体格を小型化することができる。

（その他）
実施形態において、第一軸受５１は、軸部材である入力軸３と第一キャリア部材４１との間に介在する構成とした。これに対して、ハウジング２と第一キャリア部材４１との位置関係によっては、第一軸受５１を入力軸３とハウジング２との間に介在する構成としてもよい。

実施形態では、遊星歯車機構１は、入力軸３から駆動力を入力して、第一キャリア部材４１と一体に設けられた出力軸４から減速した駆動力を出力する減速装置として説明した。これに対して、遊星歯車機構１は、第一キャリア部材４１側から駆動力を入力して、サンギヤ１０を設けられた軸部材から駆動力を出力する構成としてもよい。このような態様においても、本発明を適用することで、同様の効果を奏する。

１，１０１：遊星歯車機構、 ２：ハウジング、 ２ａ：端面部（固定部）、 ２ｂ：筒状部、 ３：入力軸（軸部材）、 １０：サンギヤ、 ２０：リングギヤ、 ３０，１３０：遊星歯車、 ３１：大径ギヤ、 ３２：小径ギヤ、 ３２ａ：端面、 ３３：遊星歯車軸、 ４０，１４０：キャリア、 ４１，１４１：第一キャリア部材、 ４２，１４２：第二キャリア部材、 ５１〜５３：第一〜第三軸受、 ５２ａ：端面、 ９０：電動モータ（外部装置）、 ９１：回転軸、 Ｓ：結合部、 Ｒ１〜Ｒ３：軸方向範囲

Claims (4)

1. 外周面にサンギヤを設けられた軸部材と、リングギヤと、複数の遊星歯車と、前記複数の遊星歯車を回転可能に支持するキャリアと、を備える遊星歯車機構であって、
   前記複数の遊星歯車の各々は、前記サンギヤと噛合する大径ギヤと、前記リングギヤと噛合する小径ギヤと、前記大径ギヤと前記小径ギヤを一体的に連結する遊星歯車軸と、を有し、
   前記キャリアは、前記遊星歯車軸のうち前記大径ギヤが位置する一方側の端部を支持する第一キャリア部材と、前記遊星歯車軸のうち前記小径ギヤが位置する他方側の端部を支持する第二キャリア部材と、を有し、
   前記軸部材は、前記サンギヤの軸方向両側に配置された第一軸受および第二軸受により回転可能に支持され、
   前記第二軸受は、前記軸部材と前記第二キャリア部材との間に介在し、且つ前記リングギヤと前記小径ギヤが噛合する軸方向範囲と重複して配置され、
   前記軸部材は、前記遊星歯車機構と外部装置との間で駆動力を伝達する回転軸と結合され、
   前記軸部材と前記回転軸との結合部は、前記第二キャリア部材が前記遊星歯車軸を支持する軸方向範囲と重複して配置されている遊星歯車機構。
2. 前記第二軸受における前記大径ギヤとは反対側の端面は、前記小径ギヤにおける前記大径ギヤとは反対側の端面よりも前記大径ギヤ側に位置する、請求項１の遊星歯車機構。
3. 前記第一軸受は、前記軸部材と前記第一キャリア部材との間に介在する、請求項１または２の遊星歯車機構。
4. 前記遊星歯車機構は、
   前記第二キャリア部材の内周面とは径方向内方に間隔をあけて配置され、回転軸線方向に延伸する筒状部と、
   前記筒状部をハウジングと連結して固定する固定部と、をさらに備え、
   前記軸部材と前記回転軸との結合部は、前記筒状部との間に介在する第三軸受により回転可能に支持されている、請求項１−３の何れか一項の遊星歯車機構。

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