JP6378110B2 - 遊星歯車伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、セルフロック機能を有する遊星歯車伝動装置に関するものである。

遊星歯車機構は、太陽歯車と遊星歯車とキャリアを伝動要素として備え、２ＫＨ、３Ｋ、ＫＨＶなどに分類される各種の機構が知られている。また、遊星歯車機構は、一般の歯車列と比べて構造が小型軽量で大きな変速比が得られることなどから、変速装置として多くの分野で用いられている。

遊星歯車機構を備えた伝動装置は、入力伝動要素に加わる回転力を伝動して出力伝動要素を回転させるものであるが、出力伝動要素に外部から回転力が加わった場合にこれを入力側に伝えない、すなわち、出力伝動要素は自身に加わる外力では回転しない、セルフロック機能を有するものが知られている（下記、特許文献１参照）。このような伝動装置は、この伝動装置を介してモータ軸の回転を伝動して出力軸を回転させる際に、出力軸の回転をモータによる回転のみに限定して、出力軸が外力で回転するのを防止する機構などとして用いられている。

特開２０１４−９１３８４号公報

セルフロック機能を有する遊星歯車伝動装置は、セルフロック機能を発揮するための条件が遊星歯車機構の諸元によって設定されているが、様々な減速比（変速比）を実現すること、或いは装置の小型化に対応することなどを考慮すると、セルフロック機能を発揮するための諸元の条件を十分に満足することが困難な場合があり、遊星歯車機構の諸元を様々に設定することでセルフロック機能が効果的に発揮できなくなる場合がある。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、様々な遊星歯車機構の諸元に対して、セルフロック機能を効果的に得ることができる遊星歯車伝動装置を提供すること、などが発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
入力伝動要素から中間伝動要素を介して出力伝動要素に回転力を伝動する遊星歯車機構を備え、外力による出力伝動要素の回転を防止するセルフロック機能を有する遊星歯車伝動装置であって、前記入力伝動要素と前記中間伝動要素との間、或いは前記中間伝動要素相互間に伝動損失部を備え、前記伝動損失部は、前記入力伝動要素の一部と前記中間伝動要素の一部とを摩擦接触させる機構であり、前記入力伝動要素の一部に前記中間伝動要素の一部を圧接する弾性部材を備えることを特徴とする遊星歯車伝動装置。

このような特徴を有する本発明は、遊星歯車機構が、入力伝動要素と中間伝動要素との間、或いは中間伝動要素相互間に伝動損失部を備えることで、効果的にセルフロック機能を発揮することができ、様々な変速比（減速比）の遊星歯車伝動装置において、一定のセルフロック機能を付与することができる。

本発明の実施形態に係る遊星歯車伝動装置を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る遊星歯車伝動装置を示した分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る遊星歯車伝動装置の応用例を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図において、各図に示す共通する部位には同一符号を付しており、重複説明は省略する。図１及び図２において、遊星歯車伝動装置１は、入力伝動要素２から中間伝動要素４を介して出力伝動要素３に回転力が伝動される遊星歯車機構を備えている。

図示の例では、遊星歯車伝動装置１は、一対の支持板５を備え、その支持板５，６間に支持部材７を介して支持されたシャフト８を備えており、シャフト８の周りに、外歯１１Ａを有する固定太陽歯車１１、外歯１２Ａとキャリアピン１２Ｂを有するキャリア１２、キャリアピン１２Ｂに軸支されて２段の外歯１３Ａ，１３Ｂを有する駆動遊星歯車１３、シャフト８に軸支されて２段の外歯１４Ａ，１４Ｂを有する駆動太陽歯車１４、内歯１５Ａを有する固定内歯車１５、外歯１６Ａを有する駆動遊星歯車１６、外歯１７Ａと駆動遊星歯車１６を軸支するキャリアピン１７Ｂを有しシャフト８に軸支されるキャリア１７を備えている。

ここで、固定太陽歯車１１の外歯１１Ａに駆動遊星歯車１３の外歯１３Ａが噛み合い、駆動遊星歯車１３の外歯１３Ｂが駆動太陽歯車１４の外歯１４Ａに噛み合い、駆動太陽歯車１４の外歯１４Ｂと固定内歯車１５の内歯１５Ａに駆動遊星歯車１６の外歯１６Ａが噛み合っている。そして、入力伝動要素２となるキャリア１２の外歯１２Ａには、モータ９の駆動軸に装着されるピニオンギヤ９Ａが噛み合い、出力伝動要素３となるキャリア１７の外歯１７Ａには、出力ギヤ１０の外歯１０Ａが噛み合っている。

更に、入力伝動要素２のキャリア１２と出力伝動要素３のキャリア１７との間には、中間板２０が設けられている。また、出力ギヤ１０は、支持板５と固定内歯車１５の間に軸受２１を介して軸支されている。ここで、固定太陽歯車１１，駆動遊星歯車１３，駆動太陽歯車１４，固定内歯車１５，駆動遊星歯車１６が中間伝動要素４であり、これらの遊星歯車機構とモータ９及び出力ギヤ１０がケース２２に収容されている。

このような遊星歯車伝動装置１は、ピニオンギヤ９Ａの歯数と、外歯１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１６Ａ，１７Ａの歯数と、内歯１５Ａの歯数と、出力ギヤ１０の外歯１０Ａの歯数を適宜設定することで、所望の減速比を得ることができるが、ここで、遊星歯車機構の諸元を必要な条件に設定することで、出力ギヤ１０や出力伝動要素３に外力が加わった場合にも、出力ギヤ１０や出力伝動要素３の回転を防止するセルフロック機能を付与することができる。

出力ギヤ１０や出力伝動要素３に外力が加わると、駆動太陽歯車１４に回転する力が加わる。しかしながら、駆動太陽歯車１４の外歯１４Ａから駆動遊星歯車１３の外歯１３Ａに加わる力と、固定太陽歯車１１の外歯１１Ａから駆動遊星歯車１３の外歯１３Ｂに加わる反力との釣り合いにより、キャリア１２を回転させる力は極めて小さくなっている。これにより、出力ギヤ１０や出力伝動要素３から回転させる外力が入力されても、出力ギヤ１０や出力伝動要素３が回転することを防止している。

このとき、駆動遊星歯車１３に加わる力の均衡が取れなくなると、セルフロック機能が解除される。この要因は、ギヤの諸元が変更されることにより起こり得る。ギヤの諸元は遊星歯車伝動装置１が採用される装置に依存して設定されるものであり、セルフロック機構を維持しながら、ギヤの諸元を適宜の仕様に合せて設定できない場合が生じる。

ここで、遊星歯車伝動装置１の遊星歯車機構は、入力伝動要素２と中間伝動要素４との間、或いは中間伝動要素４相互間に伝動損失部を備えており、この伝動損失部によって、セルフロック機能を得ることができる諸元の設定範囲を広げている。伝動損失部は、入力伝動要素３の駆動を妨げない範囲で伝動要素間に伝動損失を生じさせるものであり、例えば、入力伝動要素３の一部と中間伝動要素４の一部とを摩擦接触させる機構などを設けることで実現することができる。

図示の例では、伝動損失部は、シャフト８の周りに弾性部材（コイルバネ）３０を設けることで、中間伝動要素４である固定太陽歯車１１の一部を入力伝動要素２であるキャリア１２の一部に圧接させて、伝動損失を生じさせている。ここでは、固定太陽歯車１１とキャリア１２が共にシャフト８に交差する当接面１１Ｓ，１２Ｓを有しており、この当接面１１Ｓ，１２Ｓが互いに摩擦接触するように、弾性部材３０が設けられている。ここでは、入力伝動要素２と中間伝動要素４とを摩擦接触させる例を示したが、中間伝動要素４の各要素間に同様の摩擦接触部分を設けることでも同様の効果を得ることができる。

固定太陽歯車１１の当接面１１Ｓには、支持板５側へ突出するボス１１Ｂが設けられており、支持板５には、ボス１１Ｂが嵌り込む穴部５Ａが設けられている。これにより、固定太陽歯車１１はシャフト８の延在方向への移動が許容されると共に、回転移動が防止される。

図３は、前述した遊星歯車伝動装置１の応用例として、自転車１００の変速機駆動ユニット１０１，１０２として、前述した遊星歯車伝動装置１を利用した例を示している。変速機駆動ユニット１０１は、フロントギヤ用ユニットであり、シフトスイッチ１０３の操作によって送信される信号でモータ９を駆動してフロントギヤ１０４のシフトチェンジを行う。変速機駆動ユニット１０２は、リアギヤ用ユニットであり、シフトスイッチ１０３の操作によって送信される信号でモータ９を駆動してリアギヤ１０５のシフトチェンジを行う。

このような変速機駆動ユニット１０１，１０２に前述した遊星歯車伝動装置１を採用することで、効果的にセルフロック機能を発揮させ、外力の付与で意図しないシフトチェンジが生じる不都合を効果的に解消することができる。そして、その際に遊星歯車伝動装置１の減速比を、セルフロック機能を維持しながら、適宜の仕様に合わせて設定することができる。

以下に、遊星歯車伝動装置１の諸元を特定した実施例（弾性部材３０有り）と比較例（弾性部材３０無し）で、セルフロック機能を効き易さを検討した。実施例と比較例の遊星歯車伝動装置は共に表１に示した諸元を備える。

＜実施例＞
表１に示した諸元で、弾性部材３０（バネ与圧１００ｇｆ）を備えるものは、出力ギヤ１０の回転軸にトルクを加えて、セルフロックが解かれる（出力ギヤが回転してしまう）トルクを測定すると、平均１２．５ｋｇｆ・ｃｍ（最小６．９ｋｇｆ・ｃｍ）であった。
＜比較例＞
表１に示した諸元で、弾性部材３０を備えないものは、実施例同様に出力ギヤ１０の回転軸にトルクを加えて、セルフロックが解かれるトルクを計測すると、２．５〜１０ｋｇｆ・ｃｍの範囲のトルクでセルフロックが解かれることになった。

前述した実施例と比較例の測定結果から、セルフロック機能が効き難い諸元の遊星歯車伝動装置（比較例）であっても、バネ与圧１００ｇｆ程度の弾性部材３０を具備することで、効果的にセルフロック機能を付与することができることが確認できた。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１：遊星歯車伝動装置，２：入力伝動要素，３：出力伝動要素，
４：中間伝動要素，５，６：支持板，７：支持部材，８：シャフト，
９：モータ，９Ａ：ピニオンギヤ，１０：出力ギヤ，
１１：固定太陽歯車，１２，１７：キャリア，１３：駆動遊星歯車，
１４：駆動太陽歯車，１５：固定内歯車，１６：駆動遊星歯車，
１００：自転車，１０１、１０２：変速機駆動ユニット，
１０３：シフトスイッチ，１０４：フロントギヤ，１０５：リアギヤ

Claims (3)

1. 入力伝動要素から中間伝動要素を介して出力伝動要素に回転力を伝動する遊星歯車機構を備え、外力による出力伝動要素の回転を防止するセルフロック機能を有する遊星歯車伝動装置であって、
   前記入力伝動要素と前記中間伝動要素との間、或いは前記中間伝動要素相互間に伝動損失部を備え、
   前記伝動損失部は、前記入力伝動要素の一部と前記中間伝動要素の一部とを摩擦接触させる機構であり、前記入力伝動要素の一部に前記中間伝動要素の一部を圧接する弾性部材を備えることを特徴とする遊星歯車伝動装置。
2. 前記入力伝動要素を回転駆動するモータを備えることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車伝動装置。
3. 請求項１又は２のいずれか１項に記載された遊星歯車伝動装置を変速機駆動ユニットとして備える自転車。

Images