JP6237212B2

JP6237212B2 - 遊星歯車機構

Info

Publication number: JP6237212B2
Application number: JP2013264787A
Authority: JP
Inventors: 英紀柴田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: JP2015121255A

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１，２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の大径ギヤや小径ギヤには、例えば、はすば歯車が用いられる（特許文献１を参照）。また、遊星歯車機構は、歯面などを良好に潤滑するために、グリースなどの潤滑剤がハウジング内に収容されている。

特開平７−２９３６４４号公報特開２０１３−２０８９９４号公報

ところで、段付き歯車である遊星歯車は、大径ギヤおよび小径ギヤと一体的に形成された遊星歯車軸を、例えば軸受を介してキャリアに支持される（特許文献２を参照）。このような軸受についても遊星歯車の歯面と同様に、良好に潤滑することが求められている。

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を回転可能に支持する軸受に潤滑剤を供給して、良好な潤滑性能の維持を図ることができ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、サンギヤと、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第一ギヤと、前記リングギヤと噛合する第二ギヤと、前記第一ギヤと前記第二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第二ギヤが位置する一方側の端部を複数のニードルを介して、当該遊星歯車軸を回転可能に支持し、前記リングギヤおよび前記第二ギヤは、はすば歯車であり、歯面に潤滑剤を塗布された状態で組み付けられ、前記はすば歯車の捻れ角は、前記遊星歯車機構の運用時に主として用いられる回転方向に前記遊星歯車が回転した場合に、前記リングギヤと前記第二ギヤの歯すじ方向の噛み合い位置が前記第一ギヤ側から前記ニードル側に向かって移動するように設定され、前記キャリアは、前記遊星歯車軸の前記一方側の端部を挿入される円筒状の凹部を有し、当該凹部の周方向に配列された前記複数のニードルを介して前記遊星歯車軸の前記一方側の端部を支持し、前記リングギヤのピッチ円は、前記キャリアの前記凹部の内周面のうち前記リングギヤの中心から径方向最外に位置する部位を通り且つ前記リングギヤと同心の第一仮想円よりも、小径に設定され、前記リングギヤのピッチ円は、前記遊星歯車軸の前記一方側の端部の外周面のうち前記リングギヤの中心から径方向最外に位置する部位を通り且つ前記リングギヤと同心の第二仮想円よりも、大径に設定される。

このような構成によると、リングギヤの歯面および第二ギヤの歯面に付着していた潤滑剤は、歯すじ方向の噛み合い位置の移動に伴って第一ギヤ側からニードル側に押し出される。これにより、第二ギヤの軸方向一方側に位置するニードルに潤滑剤を供給することができる。よって、複数のニードルにより構成される軸受の良好な潤滑性能を維持することができる。従って、当該軸受の耐久性を確保できる。

このような構成によると、リングギヤと第二ギヤの径方向の噛み合い位置は、キャリアの凹部の内周面のうちリングギヤの中心から径方向最外に位置する部位よりも径方向内方に位置することになる。よって、リングギヤと第二ギヤとの噛み合いにより押し出された潤滑剤を、当該凹部の周方向に沿って配列されたニードルに付着させやすい構成とすることができる。従って、より確実にニードルに潤滑剤を供給することができる。

このような構成によると、リングギヤと第二ギヤの径方向の噛み合い位置は、遊星歯車軸の一方側の端部の外周面のうちリングギヤの中心から径方向最外に位置する部位よりも径方向外方に位置することになる。これにより、リングギヤと第二ギヤとの噛み合いにより押し出された潤滑剤を、当該端部の周方向に沿って配列されたニードルに付着させやすい構成とすることができる。従って、より確実にニードルに潤滑剤を供給することができる。

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２の一部を透視して示す部分拡大図である。遊星歯車を示す模式図である。

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、第二軸受５１，５２を備えて構成される。なお、図２および図３における一点鎖線は、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。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の一端は、電動モータ９０の回転軸９１の筒状端部に挿入され、この筒状端部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（本発明の「第一ギヤ」に相当する）と、リングギヤ２０と噛合する小径ギヤ３２（本発明の「第二ギヤ」に相当する）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である第一軸受５１を介して遊星歯車軸３３のうち大径ギヤ３１が位置する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ている。第二キャリア部材４２は、遊星歯車軸３３のうち入力側の端部３３ａ（本発明の「一方側の端部」に相当する）を挿入される円筒状の凹部４２ａを有する。第二キャリア部材４２の凹部４２ａは、ニードルベアリングである第二軸受５２を介して、遊星歯車軸３３の端部３３ａを相対回転可能に支持している。また、第一キャリア部材４１および第二キャリア部材４２は、軸受およびカラー６１，６２を介して入力軸３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および第二軸受５２は、キャリア４０と遊星歯車３０との間に配置され、それぞれの相対回転を可能とするニードルベアリングである。第一軸受５１および第二軸受５２は、実質的に同様の構成であるため、ここでは第二軸受５２についてのみ説明する。第二軸受５２は、第二キャリア部材４２に形成された凹部４２ａに配置されている。凹部４２ａは、第二キャリア部材４２の端面から回転軸線方向に延伸する円筒状を呈している。

第二軸受５２は、第二キャリア部材４２の凹部４２ａの内周面と、当該凹部４２ａに挿入された遊星歯車軸３３の端部３３ａの外周面との間に、周方向に配列された複数のニードル５２ａを有する（図２および図３を参照）。ニードル５２ａは、円柱状の部材である。ニードル５２ａは、キャリア４０に対して遊星歯車３０が相対回転すると、凹部４２ａと遊星歯車軸３３との間を転がりながら循環する。また、第二軸受５２は、遊星歯車機構１の潤滑構造によって、リングギヤ２０と小径ギヤ３２の噛合により潤滑剤を供給される。この潤滑構造の詳細については後述する。

このような構成からなる遊星歯車機構１は、回転軸９１に連結された入力軸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、入力軸３の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。

（遊星歯車機構の潤滑構造）
遊星歯車機構１の潤滑構造について、図１〜図４を参照して説明する。遊星歯車機構１の潤滑構造は、リングギヤ２０および小径ギヤ３２の歯車形状、およびリングギヤ２０と第二軸受５２との位置関係などによって、第二軸受５２に潤滑剤を供給する。また、リングギヤ２０および小径ギヤ３２を含む各歯車は、歯面に潤滑剤を塗布された状態で組み付けられている。

本実施形態においては、サンギヤ１０と大径ギヤ３１、リングギヤ２０と小径ギヤ３２は、それぞれ所定の諸元で形成されたはすば歯車である。ここで、遊星歯車機構１の運用時に主として用いられる回転方向（図４の太矢印で示す回転方向）を、遊星歯車機構１の主回転方向とする。そして、リングギヤ２０と小径ギヤ３２におけるはすば歯車の捻れ角は、遊星歯車機構１の主回転方向に遊星歯車３０が回転した場合に、リングギヤ２０と小径ギヤ３２の歯すじ方向の噛み合い位置が大径ギヤ３１側からニードル５２ａ側（図４の右側から左側）に向かって移動するように設定されている。

具体的には、小径ギヤ３２の捻れ角は、図４に示すように、主回転方向に対して右側となるように設定されている。また、遊星歯車３０の大径ギヤ３１の捻れ角は、図４に示すように、小径ギヤ３２と同方向の捻れ角が設定されている。これにより、大径ギヤ３１に発生するスラストと、小径ギヤ３２に発生するスラストとが、同一部材である遊星歯車３０の内部で打ち消される。つまり、遊星歯車３０は、全体として第一軸受５１および第二軸受５２にスラストを加えない構成となっている。

また、リングギヤ２０のピッチ円Ｃｗは、図３に示すように、第二キャリア部材４２の凹部４２ａの内周面のうちリングギヤ２０の中心から径方向最外に位置する部位（以下、「第一部位Ｐｏ」と称する）を通り且つリングギヤ２０と同心の第一仮想円Ｃｃよりも小径に設定されている。そして、リングギヤ２０のピッチ円Ｃｗの直径Ｄｒは、この第一仮想円Ｃｃの直径Ｄｃよりも小径に設定されている（Ｄｒ＜Ｄｃ）。

さらに、リングギヤ２０のピッチ円Ｃｗは、図３に示すように、遊星歯車軸３３の入力側の端部３３ａの外周面のうちリングギヤ２０の中心から径方向最外に位置する部位（以下、「第二部位Ｐｉ」と称する）を通り且つリングギヤ２０と同心の第二仮想円Ｃｉよりも大径に設定されている。そして、リングギヤ２０のピッチ円Ｃｗの直径Ｄｒは、この第二仮想円Ｃｉの直径Ｄｉよりも大径に設定されている（Ｄｉ＜Ｄｒ）。

上記のような構成からなる潤滑構造によると、以下のように第二軸受５２に潤滑剤が供給される。先ず、遊星歯車機構１に入力軸３から主回転方向の駆動力が入力されると、遊星歯車３０が回転する。このとき、はすば歯車であるリングギヤ２０と小径ギヤ３２のある歯面は、大径ギヤ３１側の端部から噛み合い始める。そして、さらに遊星歯車３０が回転すると、リングギヤ２０と小径ギヤ３２における歯すじ方向の噛み合い位置（接触位置）は、遊星歯車３０の回転に伴いニードル５２ａ側へ移動する。

そうすると、リングギヤ２０の歯面および小径ギヤ３２の歯面に付着していた潤滑剤は、歯すじ方向の噛み合い位置の移動に伴って第二軸受５２のニードル５２ａ側に押し出される。ここで、リングギヤ２０のピッチ円Ｃｗは、径方向最外に位置するニードル５２ａに係る第一仮想円Ｃｃより小径で、且つ第二仮想円Ｃｉより大径に設定されている（Ｄｉ＜Ｄｒ＜Ｄｃ）。

つまり、リングギヤ２０と小径ギヤ３２における径方向の噛み合い位置は、第二キャリア部材４２の凹部４２ａの第一部位Ｐｏより径方向内方に位置し、且つ当該凹部４２ａに第二軸受５２を介して支持される遊星歯車軸３３の端部３３ａの第二部位Ｐｉより径方向外方に位置する。これにより、リングギヤ２０と小径ギヤ３２の噛み合いにより押し出された潤滑剤は、軸方向および径方向に近接する第二軸受５２のニードル５２ａに供給される。

（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、はすば歯車である小径ギヤ３２について、遊星歯車機構１の主回転方向、および小径ギヤ３２と第二軸受５２との位置関係に基づいて、小径ギヤ３２の捻れ角の方向を設定した。このような構成によると、リングギヤ２０と小径ギヤ３２の噛み合いにより、歯面に付着していた潤滑剤が第二軸受５２側に押し出され、歯面における余剰分の潤滑剤をニードル５２ａに供給できる。よって、複数のニードル５２ａにより構成される第二軸受５２の良好な潤滑性能を維持することができる。

また、リングギヤ２０のピッチ円Ｃｗは、第二キャリア部材４２の凹部４２ａの外周面のうちリングギヤ２０の中心から径方向最外に位置する第一部位Ｐｏを通り且つリングギヤ２０と同心の第一仮想円Ｃｃよりも小径に設定される。このような構成によると、リングギヤ２０と小径ギヤ３２における径方向の噛み合い位置は、第二キャリア部材４２の凹部４２ａの第一部位Ｐｏよりも径方向内方に位置することになる。よって、リングギヤ２０と小径ギヤ３２との噛み合いにより押し出された潤滑剤を、当該凹部４２ａの周方向に沿って配列されたニードル５２ａに付着させやすい構成とすることができる。

また、リングギヤ２０のピッチ円Ｃｗは、遊星歯車軸３３の入力側の端部３３ａの外周面のうちリングギヤ２０の中心から径方向最外に位置する第二部位Ｐｉを通り且つリングギヤ２０と同心の第二仮想円Ｃｉよりも大径に設定される。このような構成によると、リングギヤ２０と小径ギヤ３２における径方向の噛み合い位置は、遊星歯車軸３３の端部３３ａの第二部位Ｐｉよりも径方向外方に位置することになる。これにより、リングギヤ２０と小径ギヤ３２との噛み合いにより押し出された潤滑剤を、当該端部３３ａの周方向に沿って配列されたニードル５２ａに付着させやすい構成とすることができる。

＜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。

このような態様においては、遊星歯車機構１の主回転方向を同方向とすると、小径ギヤ３２に対する第二軸受５２の位置が軸方向に反転する。よって、リングギヤ２０と小径ギヤ３２の噛み合いにより小径ギヤ３２に発生するスラストは、出力側に向かうようにする必要がある。つまり、本変形態様では、小径ギヤ３２の捻れ角は、実施形態とは反対に、主回転方向に対して左側となるように設定される。

このような構成により、実施形態と同様の効果を奏する。また、この小径ギヤ３２の捻れ角の設定に伴って、大径ギヤ３１およびサンギヤ１０の捻れ角についても反転させることで、遊星歯車３０に発生するスラストを打ち消す構成とすることができる。

また、上述した潤滑構造を備える遊星歯車機構１では、組み付け直後に、リングギヤ２０および小径ギヤ３２の歯面において潤滑油の余剰分が多くなる。そこで、遊星歯車機構１を組み付けた後の初動時に、遊星歯車機構１の主回転方向の駆動力を入力し、リングギヤ２０と遊星歯車３０を噛み合わせて、上記の余剰分の潤滑油を第二軸受５２のニードル５２ａに供給することができる。

（その他）
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：遊星歯車機構、３：入力軸（軸部材）、１０：サンギヤ、２０：リングギヤ、３０：遊星歯車、３１：大径ギヤ（第一ギヤ）、３２：小径ギヤ（第二ギヤ）、３３：遊星歯車軸、４０：キャリア、４１：第一キャリア部材、４２：第二キャリア部材、５１：第一軸受、５２：第二軸受、５２ａ：ニードル、Ｃｗ：リングギヤのピッチ円、Ｃｃ：第一仮想円、Ｃｉ：第二仮想円

Claims

サンギヤと、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第一ギヤと、前記リングギヤと噛合する第二ギヤと、前記第一ギヤと前記第二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第二ギヤが位置する一方側の端部を複数のニードルを介して、当該遊星歯車軸を回転可能に支持し、
前記リングギヤおよび前記第二ギヤは、はすば歯車であり、歯面に潤滑剤を塗布された状態で組み付けられ、
前記はすば歯車の捻れ角は、前記遊星歯車機構の運用時に主として用いられる回転方向に前記遊星歯車が回転した場合に、前記リングギヤと前記第二ギヤの歯すじ方向の噛み合い位置が前記第一ギヤ側から前記ニードル側に向かって移動するように設定され、
前記キャリアは、前記遊星歯車軸の前記一方側の端部を挿入される円筒状の凹部を有し、当該凹部の周方向に配列された前記複数のニードルを介して前記遊星歯車軸の前記一方側の端部を支持し、
前記リングギヤのピッチ円は、前記キャリアの前記凹部の内周面のうち前記リングギヤの中心から径方向最外に位置する部位を通り且つ前記リングギヤと同心の第一仮想円よりも、小径に設定され、
前記リングギヤのピッチ円は、前記遊星歯車軸の前記一方側の端部の外周面のうち前記リングギヤの中心から径方向最外に位置する部位を通り且つ前記リングギヤと同心の第二仮想円よりも、大径に設定される遊星歯車機構。