JP6330698B2 - 内接噛合遊星歯車機構 - Google Patents

Description

本発明は、内接噛合遊星歯車機構に関する。

内歯車と、この内歯車に内接するように噛み合う遊星歯車と、を備える内接噛合遊星歯車機構が知られている。この内接噛合遊星歯車機構は、例えば減速機や増速機などに用いられる。特許文献１に開示された内接噛合遊星歯車機構の内歯車の歯底部および遊星歯車の歯底部には、逃がし部が設けられている。この逃がし部によって、噛み合い部分における内歯車の歯底部と遊星歯車の歯先部との接触、および、内歯車の歯先部と遊星歯車の歯底部との接触が抑制される。

特許第４１０７８９５号公報

ところで、内歯車と遊星歯車との位置関係は、遊星歯車を支持する入力軸の偏心部の軸ずれ量と、入力軸を支持する軸受のがた量および軸ずれ量と、により決まる。これらの量が大きくなると、非噛み合い部分において内歯車と遊星歯車とが干渉してトルク伝達効率が低下する問題と、噛み合い部分における内歯車と遊星歯車との噛み合いが浅くなって伝達トルクの変動が大きくなる問題と、が発生する。特許文献１では、これらの問題について考慮されていない。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、トルク伝達効率の低下と伝達トルクの変動とを抑制することができる内接噛合遊星歯車機構を提供することである。

本発明による内接噛合遊星歯車機構は、内歯車と、入力軸と、遊星歯車と、出力軸と、伝達手段と、円盤とを備える。
入力軸は、内歯車と同心の回転軸心上に設けられている同心部と、回転軸心に対して偏心する第１偏心軸心上に設けられている第１偏心部と、回転軸心に対して第１偏心軸心とは反対側にある第２偏心軸心上に設けられている第２偏心部と、を有する。

遊星歯車は、内歯車に内接するように噛み合い、第１偏心部によって第１偏心軸心まわりに回転可能に支持されている。また、遊星歯車は、入力軸が回転軸心まわりに回転すると、第１偏心軸心まわりに自転しながら回転軸心まわりに公転する。
出力軸は、回転軸心上に設けられ、回転軸心まわりに回転可能である。
伝達手段は、遊星歯車の自転を出力軸に伝達する。
円盤は、内歯車の内側に設けられ、第２偏心部によって第２偏心軸心まわりに回転可能に支持されている。

ここで、回転軸心と第１偏心軸心との距離をＥ１、回転軸心と第２偏心軸心との距離をＥ２と定義する。また、遊星歯車の歯先円直径をＤ１、遊星歯車の歯底円直径をＤ２、円盤の外径をＤ３と定義する。このように各記号を定義したとき、次式の関係が成り立つ。
｛（Ｄ１／２）−Ｅ１｝＜｛（Ｄ３／２）＋Ｅ２｝

このように各部の寸法と配置とを設計することによって、回転軸心に対して「噛み合い部分」とは反対側に位置する「非噛み合い部分」において、遊星歯車の歯先部よりも先に円盤が内歯車の歯先部と接触する。そのため、遊星歯車の歯先部と内歯車の歯先部との干渉が抑制される。したがって、本発明によれば、上記干渉に起因するトルク伝達効率の低下を抑制可能である。
また、「非噛み合い部分」において円盤と内歯車とが接触することによって、遊星歯車の「非噛み合い」側へのずれが規制される。そのため、遊星歯車が「非噛み合い」側へずれることに起因して「噛み合い部分」における内歯車と遊星歯車との噛み合いが浅くなること、が抑制される。したがって、本発明によれば、「噛み合い部分」における内歯車と遊星歯車との噛み合いが浅くなることを抑制し、伝達トルクの変動が大きくなることを抑制することができる。

本発明の一実施形態による内接噛合遊星歯車機構が減速機として適用された回転式アクチュエータを示す断面図である。 図１の減速機のＩＩ−ＩＩ線断面を示す断面図である。 図１のＩＩＩ部分の拡大図である。 図２の内歯車と遊星歯車と円盤とを模式的に示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
［一実施形態］
本発明の一実施形態による内接噛合遊星歯車機構は、図１に示す回転式アクチュエータ１０において減速機１３として用いられている。回転式アクチュエータ１０は、例えば車両のシフトバイワイヤシステムの駆動部として用いられる。

（全体構成）
先ず、回転式アクチュエータ１０の全体構成について図１〜図３を参照して説明する。
回転式アクチュエータ１０は、ケース１１と、モータ１２と、減速機１３とを備えている。
ケース１１は、カップ状の第１ケース２１および第２ケース２２から構成されている。第１ケース２１と第２ケース２２とは、開口端部同士が突き合わされ、ボルト２３により互いに固定されている。第１ケース２１にはカップ状の金属プレート２４が埋め込まれている。

モータ１２は、ステータ３１とロータ３２と回転軸３３とを備えている。
ステータ３１は、金属プレート２４の内側に圧入されている筒状のステータコア３４と、ステータコア３４が有する図示しないスロットに設けられている複数のコイル３５と、を有する。
ロータ３２は、筒状であり、ステータ３１の内側に設けられている。
回転軸３３は、ロータ３２の内側に圧入されている。回転軸３３の一端部３６は、第１ケース２１によって軸受５１を介して支持されている。回転軸３３の他端部３７は、減速機１３の出力軸４３によって軸受５２を介して支持されている。回転軸３３は、ロータ３２と共に回転軸心ＡＸ１まわりに回転可能である。

減速機１３は、内歯車４１と回転軸３３と遊星歯車４２と出力軸４３と伝達手段４４とを備えている。
内歯車４１は、回転軸心ＡＸ１上に設けられ、第２ケース２２に固定されている。
回転軸３３は、モータ１２のモータ軸と減速機１３の入力軸とを兼ねている。つまり、回転軸３３は、特許請求の範囲に記載の「入力軸」に相当する。回転軸３３は、一端部３６と他端部３７との間にモータ軸部４５と第１偏心部４６とを有する。一端部３６と他端部３７とモータ軸部４５とは、回転軸心ＡＸ１上に設けられており、特許請求の範囲に記載の「同心部」に相当する。第１偏心部４６は、回転軸心ＡＸ１に対して偏心する第１偏心軸心ＡＸ２上に設けられている。

遊星歯車４２は、内歯車４１に内接するように噛み合い、第１偏心部４６によって軸受５３を介して第１偏心軸心ＡＸ２まわりに回転可能に支持されている。また、遊星歯車４２は、回転軸３３が回転軸心ＡＸ１まわりに回転すると、遊星運動を行う。この遊星運動とは、第１偏心軸心ＡＸ２まわりに自転しながら回転軸心ＡＸ１まわりに公転する運動のことである。遊星運動時の遊星歯車４２の自転速度は、回転軸３３の回転速度に対して変速させられる。

出力軸４３は、回転軸心ＡＸ１上に設けられ、第２ケース２２によって軸受５４を介して回転軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持されている。
伝達手段４４は、突起４７および通孔４８から構成されている。突起４７は、遊星歯車４２に形成されており、軸方向へ突き出している。通孔４８は、出力軸４３に形成されており、突起４７が挿入されている。遊星歯車４２の自転は、突起４７と通孔４８の内壁との接触によって出力軸４３に伝達される。

以上のように構成された回転式アクチュエータ１０では、コイル３５が各相ごとに順番に通電されると回転磁界が発生し、この回転磁界により生じる磁気的吸引力または反発力を受けてロータ３２が回転する。ロータ３２と共に回転軸３３が軸心ＡＸ１まわりに回転すると遊星歯車４２が遊星運動し、回転軸３３の回転に対して減速させられた遊星歯車４２の自転が出力軸４３から外部へ出力される。

（特徴構成）
次に、減速機１３の特徴構成について図２〜図４を参照して説明する。図４では、構成を分かり易くするために各部は模式的に示されており、各部の寸法比は必ずしも正確なものではない。

図２、図３に示すように、回転軸３３は、端部３６、３７と第１偏心部４６とに加えて、第２偏心部６１を有する。回転軸３３は、端部３６、３７と第１偏心部４６と第２偏心部６１とから一体に成形されている。第２偏心部６１は、第２偏心軸心ＡＸ３上に設けられている。第２偏心軸心ＡＸ３は、回転軸心ＡＸに対して第１偏心軸心とは反対側に位置する。回転軸心ＡＸ１と第１偏心軸心ＡＸ２と第２偏心軸心ＡＸ３とは、互いに平行である。

減速機１３は、円盤６２をさらに備えている。円盤６２は、内歯車４１の内側に設けられ、第２偏心部６１によって第２偏心軸心ＡＸ３まわりに回転可能に支持されている。第２偏心部６１と円盤６２との間には軸受６３が設けられている。円盤６２の外周面６４は円筒面である。

ここで、図３、図４を参照して、距離Ｅ１、距離Ｅ２、歯先円直径Ｄ１、歯底円直径Ｄ２および外径Ｄ３について定義する。距離Ｅ１は、回転軸心ＡＸ１と第１偏心軸心ＡＸ２との距離であって、遊星歯車４２の偏心量である。距離Ｅ２は、回転軸心ＡＸ１と第２偏心軸心ＡＸ３との距離であって、円盤６２の偏心量である。歯先円直径Ｄ１は、遊星歯車４２の歯先円直径である。歯底円直径Ｄ２は、遊星歯車の歯底円直径である。外径Ｄ３は、円盤６２の外径である。このように各記号を定義したとき、式（１）、式（２）の関係が成り立つ。
｛（Ｄ１／２）−Ｅ１｝＜｛（Ｄ３／２）＋Ｅ２｝・・・（１）
｛（Ｄ２／２）＋Ｅ１｝＞｛（Ｄ３／２）−Ｅ２｝・・・（２）

式（１）の関係が成り立つように各部の寸法と配置とを設計すると、図４に示すように、回転軸心ＡＸ１に対して「噛み合い部分」とは反対側に位置する「非噛み合い部分」において、遊星歯車４２の歯先部よりも先に円盤６２の外周面６４が内歯車４１の歯先部と接触する。つまり、遊星歯車４２の歯先部と内歯車４１の歯先部との干渉が円盤６２によって抑制される。また、「非噛み合い部分」において円盤６２と内歯車４１とが接触することによって、遊星歯車４２の「非噛み合い」側へのずれが規制される。そのため、遊星歯車４２が「非噛み合い」側へずれることに起因して「噛み合い部分」における内歯車４１と遊星歯車４２との噛み合いが浅くなること、が抑制される。

また、式（２）の関係が成り立つように各部の寸法と配置とを設計すると、図４に示すように、「噛み合い部分」において、円盤６２の外周面６４よりも遊星歯車４２の歯底部の方が、径方向外側すなわち内歯車４１の歯先部側に位置する。つまり、「噛み合い部分」において円盤６２が内歯車４１に接触することが抑制される。

（効果）
以上説明したように、本実施形態では、回転軸３３は第２偏心部６１を有する。第２偏心部６１は、第２偏心軸心ＡＸ３上に設けられている。第２偏心軸心ＡＸ３は、回転軸心ＡＸ１に対して第１偏心軸心ＡＸ２とは反対側に位置する。そして、減速機１３は円盤６２を備える。円盤６２は、内歯車４１の内側に設けられ、第２偏心部６１によって第２偏心軸心ＡＸ３まわりに回転可能に支持されている。そして、前述の式（１）、式（２）の関係が成り立つ。

式（１）の関係が成り立つように各部の寸法と配置とを設計すると、「非噛み合い部分」において、遊星歯車４２の歯先部よりも先に円盤６２の外周面が内歯車４１の歯先部と接触する。つまり、遊星歯車４２の歯先部と内歯車４１の歯先部との干渉を、円盤６２によって抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、上記干渉に起因するトルク伝達効率の低下を抑制可能である。

また、「非噛み合い部分」において円盤６２と内歯車４１とが接触することによって、遊星歯車４２の「非噛み合い」側へのずれが規制される。そのため、「噛み合い部分」における内歯車４１と遊星歯車４２との噛み合いが浅くなることが抑制される。したがって、本実施形態によれば、「噛み合い部分」における内歯車４１と遊星歯車４２との噛み合いが浅くなることを抑制し、伝達トルクの変動が大きくなることを抑制することができる。

また、式（２）の関係が成り立つように各部の寸法と配置とを設計すると、図４に示すように、「噛み合い部分」において、円盤６２の外周面よりも遊星歯車４２の歯底部の方が、径方向外側すなわち内歯車４１の歯先部側に位置する。つまり、「噛み合い部分」において円盤６２が内歯車４１に接触することが抑制される。そのことにより、遊星歯車４２と内歯車４１との噛み合いが浅くなることが抑制される。したがって、本実施形態によれば、上記噛み合いが浅くなることに起因して伝達トルクの変動が大きくなることを抑制可能である。

［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、前述の式（２）を満たしていなくてもよい。少なくとも式（１）を満たしていれば、トルク伝達効率の低下と伝達トルクの変動とを抑制する効果が得られる。
前述の実施形態では、回転軸心に直交する断面において、回転軸心と第１偏心軸心と第２偏心軸心とが一直線上に並ぶように位置していた。これに対して、本発明の他の実施形態では、回転軸心に直交する断面において、回転軸心と第１偏心軸心と第２偏心軸心とが一直線上に並んでいなくてもよい。上記断面において、第２偏心軸心は、回転軸心に対して第１偏心軸心とは反対側に位置していればよい。

本発明の他の実施形態では、内接噛合遊星歯車機構は、減速機に限らず、例えば増速機や他の回転伝達機構として用いられてもよい。
本発明の他の実施形態では、回転式アクチュエータは、車両のシフトバイワイヤシステム以外の装置に用いられてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

３３・・・入力軸 ３６、３７、４５・・・同心部
４１・・・内歯車 ４２・・・遊星歯車
４３・・・出力軸 ４４・・・伝達手段
４６・・・第１偏心部 ６１・・・第２偏心部
６２・・・円盤 Ｄ１・・・歯先円直径
Ｄ２・・・歯底円直径 Ｄ３・・・円盤の外径
Ｅ１・・・回転軸心と第１偏心軸心との距離
Ｅ２・・・回転軸心と第２偏心軸心との距離

Claims (2)

1. 内歯車（４１）と、
   前記内歯車と同心の回転軸心（ＡＸ１）上に設けられている同心部（３６、３７、４５）、前記回転軸心に対して偏心する第１偏心軸心（ＡＸ２）上に設けられている第１偏心部（４６）、および、前記回転軸心に対して前記第１偏心軸心とは反対側にある第２偏心軸心（ＡＸ３）上に設けられている第２偏心部（６１）、を有する入力軸（３３）と、
   前記内歯車に内接するように噛み合い、前記第１偏心部によって前記第１偏心軸心まわりに回転可能に支持され、前記入力軸が前記回転軸心まわりに回転すると、前記第１偏心軸心まわりに自転しながら前記回転軸心まわりに公転する遊星歯車（４２）と、
   前記回転軸心上に設けられ、前記回転軸心まわりに回転可能な出力軸（４３）と、
   前記遊星歯車の自転を前記出力軸に伝達する伝達手段（４４）と、
   前記内歯車の内側に設けられ、前記第２偏心部によって前記第２偏心軸心まわりに回転可能に支持されている円盤（６２）と、
   を備え、
   前記回転軸心と前記第１偏心軸心との距離をＥ１、前記回転軸心と前記第２偏心軸心との距離をＥ２、前記遊星歯車の歯先円直径をＤ１、前記遊星歯車の歯底円直径をＤ２、前記円盤の外径をＤ３、と定義したとき、
   ｛（Ｄ１／２）−Ｅ１｝＜｛（Ｄ３／２）＋Ｅ２｝
   の関係が成り立つことを特徴とする内接噛合遊星歯車機構。
2. ｛（Ｄ２／２）＋Ｅ１｝＞｛（Ｄ３／２）−Ｅ２｝
   の関係が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の内接噛合遊星歯車機構。

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