JP7099555B2 - 減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動源から入力された動力を遊星歯車機構により減速して出力する減速装置に関する。

減速機構としての遊星歯車機構をケーシングに収容し、さらにケーシング内に遊星歯車機構等の潤滑及び冷却のために潤滑油を注入した減速装置が知られている。このような減速装置においては、注入した潤滑油の撹拌抵抗により動力の伝達効率が低下するという問題がある。ＪＰ２０１２－２０７６９３Ａには、上記の撹拌抵抗を低減するための構成として、複数の遊星ギヤを支持するキャリアが円板状であり、キャリアの遊星ギヤ取り付け面における遊星ギヤに挟まれるギヤ間部分に凸部を備える構成が開示されている。具体的には、キャリアの外径は遊星ギヤが公転した際の軌跡の最外周の直径に近く、凸部の外周面はキャリアの外周面と一致する円弧状であり、凸部の高さは遊星ギヤの軸方向寸法とほぼ同じである。この構成によれば、ギヤ間部分に凸部があることでギヤ間部分の溜まり油量が減少するので、遊星ギヤが溜まり油をかき分けることによる撹拌抵抗を小さくすることができる。

しかしながら、上記文献の構成では、キャリアの外径が遊星ギヤを支持するという機能から必要となる外径に対し大きくなるので、減速装置の重量増加を招くこととなる。

そこで本発明は、重量増加を抑制しつつ撹拌抵抗の低減が可能な減速装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤと噛み合う大径ピニオン及びリングギヤと噛み合う小径ピニオンが一体となった複数の段付きピニオンと、複数の段付きピニオンを支持するキャリアと、を備える遊星歯車機構と、遊星歯車機構と潤滑油とを収容するケーシングと、を備える減速装置が提供される。この減速装置は、同一円上に並ぶ複数の大径ピニオンの間に形成される複数の空間であるギヤ隙間を、少なくとも大径ピニオンの径方向から覆うカバー部材を備える。

図１は、遊星歯車機構の斜視図である。 図２は、遊星歯車機構の正面図である。 図３は、減速装置の断面図である。 図４は、実施形態にかかる遊星歯車機構及びカバー部材の分解斜視図である。 図５は、実施形態にかかる遊星歯車機構及びカバー部材の正面図である。 図６は、実施形態にかかる減速装置の断面図である。 図７は、実施形態にかかる減速装置のスケルトン図である。 図８は、変形例にかかる減速装置のスケルトン図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、減速装置１に用いる遊星歯車機構２の斜視図である。図２は遊星歯車機構２を軸方向から見た正面図である。なお、図１と図２では上下方向が逆転している。また、本明細書において、軸方向とは遊星歯車機構２の回転軸に沿う方向のことをいい、径方向とは軸方向と直交する方向のことをいう。

遊星歯車機構２は、駆動力が入力されるサンギヤ５と、後述するリングギヤ１０と、サンギヤ５と噛み合う大径ピニオン６Ａ及びリングギヤ１０と噛み合う小径ピニオン６Ｂが一体となった複数の段付きピニオン６と、複数の段付きピニオン６を支持するキャリア８とを備える。なお、本明細書では段付きピニオン６が３個の場合について説明する。

キャリア８は、３個の段付きピニオン６を軸方向の大径ピニオン６Ａ側から支持する第１支持部８Ａと、第１支持部８Ａとは反対側から複数の段付きピニオン６を支持する第２支持部８Ｂと、隣り合う段付きピニオン６の間を通り第１支持部８Ａと第２支持部８Ｂとを接続する柱部８Ｃとをさらに備える。第１支持部８Ａと第２支持部８Ｂは、いずれも外周が円形であり、両者の直径は等しい。柱部８Ｃは第１支持部８Ａの外縁と第２支持部８Ｂの外縁とをつないでおり、柱部８Ｃの径方向外側の面は、第１支持部８Ａ及び第２支持部８Ｂの外周円と同じ曲率の円弧になっている。

３個の段付きピニオン６はキャリア８の周方向に等間隔で配置されている。また、各段付きピニオン６は、大径ピニオン６Ａの外周の一部がキャリア８の外周よりも径方向に突出している。

遊星歯車機構２は、後述する差動機構３を更に備え、サンギヤ５から入力された駆動力を、差動機構３を介して出力する。

図３は、上記の遊星歯車機構２を備える減速装置１の、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。この減速装置１は、駆動源が発生した駆動力を駆動輪に伝達するために用いる。本実施形態では、駆動源が電動モータである場合について説明する。

上述した遊星歯車機構２は、ケーシング４に収容されている。また、ケーシング４には、遊星歯車機構２や差動機構３の潤滑及び冷却のための潤滑油としてのオイルが注入されている。オイルは、図示する通り、キャリア８の一部が浸る程度の量が注入される。

段付きピニオン６の大径ピニオン６Ａと小径ピニオン６Ｂは同心状に並び、それらの中心軸を第１シャフト９が貫通する。第１シャフト９の両端部はそれぞれ第１支持部８Ａと第２支持部８Ｂに支持される。

ケーシング４の内壁には、小径ピニオン６Ｂと噛み合うリングギヤ１０が配置されている。リングギヤ１０は内歯歯車であり、ケーシング４の内壁に設けられた溝に係合するスナップリング１１により位置決めされている。

キャリア８の軸方向の両端部には開口部が設けられており、開口部の周上には軸方向外側に突出する突出部８Ｄ、８Ｅが設けられている。これら突出部８Ｄ、８Ｅが、外輪がケーシング４に固定された軸受としてのボールベアリング１２、１３の内輪に圧入されることにより、遊星歯車機構２はケーシング４に回転自在に支持される。

キャリア８の、第２支持部８Ｂの一部と部材１６とで画成される空間には、差動機構３が収容されている。差動機構３は、一般的に知られているものと同様である。すなわち、差動機構３は、キャリア８に支持されるピニオンシャフト１８と、ピニオンシャフト１８に支持される一対のピニオン１７Ａ、１７Ｂと、一対のピニオン１７Ａ、１７Ｂと噛み合う一対のサイドギヤ１９Ａ、１９Ｂとを備える。サイドギヤ１９Ａには第１出力軸１４が、サイドギヤ１９Ｂには第２出力軸１５が、それぞれ固定されている。

第１出力軸１４及び第２出力軸１５には、それぞれ図示しないドライブシャフトが接続される。なお、サンギヤ５には図示しない電動モータのロータシャフトが圧入により固定される。つまり、減速装置１の出力軸と電動モータのロータシャフトとが、同軸上に並ぶこととなる。そして、ロータシャフトは中空管であり、第２出力軸１５及びこれに接続されるドライブシャフトは、ロータシャフトの中を貫通する。

上記構成により、サンギヤ５に入力された駆動力は、段付きピニオン６及び差動機構３を介して出力される。また、２つの駆動輪の回転速度に差が生じた場合には、差動機構３によりその差が吸収される。

ところで、上記の減速装置１では、遊星歯車機構２が回転すると、大径ピニオン６Ａがオイル溜まりに入る際に、大径ピニオン６Ａのキャリア８から径方向外側に突出した部分がオイル面を叩く（以下、これをオイル面叩きともいう）。また、大径ピニオン６Ａがオイル溜まりから出る際に、オイルを大径ピニオン６Ａのキャリア８から径方向外側に突出した部分がオイルを掻き上げる（以下、これをオイル掻き上げともいう）。このオイル面叩きとオイル掻き上げとが生じると、遊星歯車機構２が回転する際のオイルの撹拌抵抗が増大する。そして、撹拌抵抗が増大するほど、動力伝達効率が低下してしまう。なお、ケーシング４とは別体のオイルパンを設けてオイルを循環させる構成にすれば、上記の撹拌抵抗が増大するという課題は生じない。しかし、当該構成では、別体のオイルパンとオイル循環用のポンプ及び配管とを設置するスペースが必要となる。したがって、電動モータが後輪駆動用の場合のように、電動モータと減速装置１とを限られたスペースに配置しなければならないときには、別体のオイルパンを用いることは難しい。

そこで本実施形態では、以下に説明する構成にすることで、撹拌抵抗の増大を抑制する。

図４は、本実施形態にかかる遊星歯車機構２及びカバー部材２０の分解斜視図である。図５は、カバー部材２０を装着した遊星歯車機構２を軸方向から見た正面図である。なお、図４と図５では上下方向が逆転している。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。図４から図６では、図１から図３と同様の部品には同じ部品番号を付してある。

図４に示すように、本実施形態にかかる遊星歯車機構２は、基本的には図１等に示した遊星歯車機構２と同様であるが、第１支持部８Ａの背面に３つの凹部８Ｅを備える点が相違する。３つの凹部８Ｅは、それぞれ第１支持部８Ａの背面の、柱部８Ｃの延長線上に設けられている。なお、第１支持部８Ａの背面とは、段付きピニオン６を支持する面と反対側の面のことをいう。

凹部８Ｅを上記の位置に設けることで、凹部８Ｅを設けることによる第１支持部８Ａの強度低下を抑制できる。

カバー部材２０は、第１支持部８Ａの背面と対向する底面２０Ａと、底面２０Ａの外縁から軸方向と同方向に伸びる壁面２０Ｂとを備える。底面２０Ａには、３つの凹部８Ｅに係合する３つの凸部２０Ｃが設けられている。また、底面２０Ａの中央部は、キャリア８の突出部８Ｄが通るように開口しており、この開口部の周縁には、突出部８Ｄと同様に軸方向に突出する円環状の当接部２０Ｄが形成されている。

底面２０Ａの半径は、遊星歯車機構２が回転したときに大径ピニオン６Ａが描く円弧状の軌跡の半径よりも小さい。このため、壁面２０Ｂには大径ピニオン６Ａとの干渉を避けるための切り欠き２０Ｅが設けられている。切り欠き２０Ｅと大径ピニオン６Ａとのクリアランスは、できるだけ小さい方が望ましい。これは、クリアランスが大きくなるほど、切り欠き２０Ｅと大径ピニオン６Ａとの隙間に進入するオイル量が増えて、撹拌抵抗が増大するからである。

なお、カバー部材２０は、キャリア８を形成する素材よりも軽量な素材、例えばアルミ合金や樹脂等により形成される。

上記のような構成のカバー部材２０を、図４に示す通りカバー部材２０を第１支持部８Ａの背面側から遊星歯車機構２に装着する。このとき、凸部２０Ｃを凹部８Ｅに圧入する。凸部２０Ｃが凹部８Ｅに圧入された状態で、カバー部材２０の底面２０Ａと第１支持部８Ａの背面は接触している。凸部２０Ｃと凹部８Ｅとが係合することにより、カバー部材２０のキャリア８に対する周方向の動きが規制される。つまり、カバー部材２０の周方向の位置決めがなされる。

また、図６に示す通り、遊星歯車機構２をケーシング４に収容した状態で、カバー部材２０の当接部２０Ｄの軸方向端面は、第１支持部８Ａ側の突出部８Ｄを支持するボールベアリング１２の内輪の側面に当接する。すなわち、カバー部材２０は、第１支持部８Ａの背面とボールベアリング１２の内輪とで挟持されて、軸方向の位置決めがなされる。

そして、カバー部材２０を遊星歯車機構２に装着することで、３つの大径ピニオン６Ａの間に形成される空間であるギヤ隙間が、径方向からは壁面２０Ｂにより覆わる。これにより、大径ピニオン６Ａによるオイル面叩き及びオイル掻き上げを抑制できる。

ところで、上述した通り、カバー部材２０の底面２０Ａの半径は、遊星歯車機構２が回転したときに大径ピニオン６Ａが描く円弧状の軌跡の半径よりも小さい。このため、図５に示す通り、カバー部材２０を遊星歯車機構２に装着した状態では、大径ピニオン６Ａの一部がカバー部材２０よりも半径方向外側に突出する。厳密にいえば、突出する部分があればオイル面叩き及びオイル掻き上げは生じる。しかし、本実施形態では、図５に示す通り、カバー部材２０の底面２０Ａの半径は、遊星歯車機構２が回転したときに大径ピニオン６Ａが描く円弧状の軌跡の半径に近い。したがって、カバー部材２０を装着した場合における大径ピニオン６Ａの壁面２０Ｂからの突出量は、カバー部材２０を装着しない場合における大径ピニオン６Ａの柱部８Ｃの外周面からの突出量に比べて大幅に小さくなる。また、カバー部材２０の底面２０Ａの半径が、遊星歯車機構２が回転したときに大径ピニオン６Ａが描く円弧状の軌跡の半径に近づくほど、切り欠き２０Ｅから突出する大径ピニオン６Ａの外周と壁面２０Ｂの外周とで形成される形状の曲率が一定に近づく。その結果、オイル面叩き及びオイル掻き上げによる撹拌抵抗の増大を許容範囲内に収めることができる。

底面２０Ａの半径は、半径の異なる複数のカバー部材２０についてシミュレーションまたは実験を行ない、その結果に基づいて、撹拌抵抗の増大が許容範囲内に収まるように設定する。

なお、カバー部材２０の底面２０Ａの半径を、遊星歯車機構２が回転したときに大径ピニオン６Ａが描く円弧状の軌跡の半径よりも大きくして、ギヤ隙間及び大径ピニオン６Ａの全体を径方向外側から覆う構成にしてもよい。この場合、壁面２０Ｂに切り欠き２０Ｅを設ける必要はなくなる。上記のように全体を覆う構成にすれば、カバー部材２０の外周の曲率は一定になるので、オイル面叩き及びオイル掻き上げをより抑制することが可能となる。ただし、全体を覆う構成にすると、以下に説明する通り、ケーシング４の大型化を招来することとなる。

ケーシング４を設計するにあたり、大径ピニオン６Ａの外周面とケーシング４の内壁面とのクリアランスは、カバー部材２０がなければ大径ピニオン６Ａの寸法公差とケーシング４の寸法公差とに基づいて設定することになる。これに対し、カバー部材２０を装着する場合には、まず、壁面２０Ｂの内周面と大径ピニオン６Ａの外周面とのクリアランスを、壁面２０Ｂの寸法公差と大径ピニオン６Ａの寸法公差とに基づいて設定する。さらに、壁面２０Ｂの外周面とケーシング４の内壁面とのクリアランスを、壁面２０Ｂの寸法公差とケーシング４の寸法公差とに基づいて設定する。このように、上記構成にする場合には、考慮すべき寸法公差が多くなることにより、ケーシング４の径方向寸法を大きくせざるを得ない。

そこで本実施形態では、ケーシング４を大型化することなく、オイル面叩き及びオイル掻き上げによる撹拌抵抗の増大を抑制するために、図４から図６に示す通り、大径ピニオン６Ａの一部がカバー部材２０から突出する構成を採用する。なお、このような構成にすると、サンギヤ５と複数の大径ピニオン６Ａとの噛み合い部への潤滑油の供給量が増加し、潤滑性能が向上するという効果も得られる。すなわち、キャリア８に固定された大径ピニオン６Ａは自転しながら公転するので、大径ピニオン６Ａのカバー部材２０から突出した部分はオイル溜まりに入るとオイルを掻き上げる。そして、掻きあげられたオイルは大径ピニオン６Ａと切り欠き２０Ｅとの隙間からカバー部材２０の内側へ流れ込み、サンギヤ５と大径ピニオン６Ａとの噛み合い部に到達する。

また、ギヤ隙間は、径方向からだけでなく、底面２０Ａにより軸方向の背面側からも覆われる。その結果、第１支持部８Ａの背面と、当該背面と対向するケーシング４の内壁面との間に、カバー部材２０の底面２０Ａが介在することとなる。すなわち、カバー部材２０の底面２０Ａと上記ケーシング４の内壁面とのクリアランスＤは、カバー部材２０を装着しない場合の第１支持部８Ａの背面と上記ケーシング４の内壁面とのクリアランスに比べて小さい。換言すると、カバー部材２０を装着することで、遊星歯車機構２の軸方向端面とケーシング４の内壁面とのクリアランスを小さくすることができる。これにより、カバー部材２０を装着しない場合に比べて、当該クリアランスへのオイル流入量が減少するので、遊星歯車機構２の軸方向端面のオイルせん断抵抗が低下する。

次に、本実施形態により得られる作用効果について説明する。

本実施形態は、サンギヤ５と、リングギヤ１０と、サンギヤ５と噛み合う大径ピニオン６Ａ及びリングギヤ１０と噛み合う小径ピニオン６Ｂが一体となった複数の段付きピニオン６と、複数の段付きピニオン６を支持するキャリア８とを備える遊星歯車機構２と、遊星歯車機構２とオイルとを収容するケーシング４とを備える減速装置１に適用される。本実施形態の減速装置１は、同一円上に並ぶ複数の大径ピニオン６Ａの間に形成される複数の空間であるギヤ隙間を、少なくとも大径ピニオン６Ａの径方向から覆うカバー部材２０を備える。このように、キャリア８とは別体のカバー部材２０を用いることにより、キャリア８を大型化することなくオイル面叩き及びオイル掻き上げ等を抑制できる。すなわち、遊星歯車機構２の重量増加を抑制しつつ撹拌抵抗を低減できる。

本実施形態では、キャリア８は複数の段付きピニオン６を大径ピニオン６Ａ側から支持する第１支持部８Ａを備え、第１支持部８Ａは複数の段付きピニオン６を支持する面と反対側の面である背面に、少なくとも１つの凹部８Ｅを有し、カバー部材２０は、凹部８Ｅに係合する凸部２０Ｃを備える。これにより、簡易な構造でカバー部材２０の周方向の位置決めをすることが可能となる。

本実施形態では、キャリア８は、内輪または外輪の一方がケーシング４に固定されるボールベアリング（軸受）１２の、内輪または外輪の他方に固定され、カバー部材２０は、第１支持部８Ａの背面と内輪または外輪の他方の側面とに挟持される。これにより、カバー部材２０の底面２０Ａと上記ケーシング４の内壁面とのクリアランスＤは、カバー部材２０を装着しない場合の第１支持部８Ａの背面と上記ケーシング４の内壁面とのクリアランスに比べて小さくなる。すなわち、カバー部材２０の底面２０Ａのオイルせん断抵抗を低減できる。なお、本実施形態では、外輪がケーシング４に固定されるボールベアリング１２の内輪にキャリア８が固定される構成について説明したが、ボールベアリング１２の内輪がケーシング４に固定され、キャリア８がボールベアリング１２の外輪に固定される構成であってもよい。この場合、カバー部材２０は、第１支持部８Ａの背面とボールベアリング１２の外輪の側面とに挟持される。

本実施形態では、カバー部材２０が、第１支持部８Ａの背面と対向する底面２０Ａと、底面２０Ａの外縁からキャリア８の軸方向と同方向に伸びる壁面２０Ｂとを備える。このような構成にすることで、遊星歯車機構２の上記背面側からカバー部材２０を装着することができる。すなわち、従来から知られている遊星歯車機構２の組み立てが終了した後にカバー部材２０を装着することができるので、減速装置１の組み立て工程が複雑化することはない。

本実施形態では、キャリア８は、第１支持部８Ａとは反対側から複数の段付きピニオン６を支持する第２支持部８Ｂと、隣り合う段付きピニオン６の間を通り第１支持部８Ａと第２支持部８Ｂとを接続する柱部８Ｃとを備え、凹部８Ｅは柱部８Ｃの延長線上に設けられている。これにより、凹部８Ｅの径方向寸法及び軸方向寸法を確保しつつ、キャリア８の強度も確保できる。

本実施形態では、凸部２０Ｃは凹部８Ｅに圧入されている。これにより、カバー部材２０のキャリア８に対する周方向のガタつきが抑制されるので、切り欠き２０Ｅにおけるカバー部材２０と大径ピニオン６Ａとの周方向のクリアランスを、ガタつきがある場合に比べて小さくすることができる。そして、当該クリアランスを小さくすれば、当該クリアランスからカバー部材２０の内側へのオイル流入量が少なくなるので、撹拌抵抗が低下する。

次に、上述した実施形態の変形例について説明する。本変形例も、本願発明の範囲に含まれる。

図７は、上述した実施形態の遊星歯車機構２のスケルトン図である。なお、図７では、差動機構３を省略している。図示する通り、サンギヤ５から入力された駆動力は、大径ピニオン６Ａ及び小径ピニオン６Ｂを介して出力される。そして、小径ピニオン６Ｂよりも径方向外側に突出する大径ピニオン６Ａの部分にカバー部材２０が装着される。

これに対し、図８は本変形例にかかる遊星歯車機構２－１のスケルトン図である。遊星歯車機構２－１は、第１サンギヤ１０１と、第１サンギヤ１０１と噛み合う大径ピニオン１０２Ａ及びリングギヤ１０５と噛み合う第１小径ピニオン１０２Ｂが一体となった段付きピニオン１０２と、第１小径ピニオン１０２Ｂ及び第２サンギヤ１０４と噛み合う第２小径ピニオン１０３とを備える。また、遊星歯車機構２－１は、リングギヤ１０５の回転を選択的に禁止できる第１クラッチ１０７と、第２サンギヤ１０４の回転を選択的に禁止できる第２クラッチ１０６とを備える。

上述した構成の遊星歯車機構２－１についても、大径ピニオン１０２Ａの部分に上述した実施形態と同様にカバー部材２０を装着することで、撹拌抵抗を低減することができる。遊星歯車機構２－１の他にも、段付きピニオンの大径ピニオンがリングギヤと噛み合うことなく回転する遊星歯車機構であれば、上述した実施形態と同様にカバー部材２０を装着することで本実施形態と同様の作用効果が得られる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

Claims (5)

1. サンギヤと、リングギヤと、前記サンギヤと噛み合う大径ピニオン及び前記リングギヤと噛み合う小径ピニオンが一体となった複数の段付きピニオンと、複数の前記段付きピニオンを支持するキャリアと、
   を備える遊星歯車機構と、
   前記遊星歯車機構と潤滑油とを収容するケーシングと、
   を備える減速装置において、
   同一円上に並ぶ複数の前記大径ピニオンの間に形成される複数の空間であるギヤ隙間を、少なくとも前記大径ピニオンの径方向から覆うカバー部材を備え、
   前記キャリアは、複数の前記段付きピニオンを前記大径ピニオン側から支持する第１支持部を備え、
   前記第１支持部は、複数の前記段付きピニオンを支持する面と反対側の面である背面に、少なくとも１つの凹部を有し、
   前記カバー部材は、前記凹部に係合する凸部を備える減速装置。
2. 請求項１に記載の減速装置において、
   前記キャリアは、内輪または外輪の一方が前記ケーシングに固定される軸受の、前記内輪または前記外輪の他方に固定され、
   前記カバー部材は、前記背面と前記内輪または前記外輪の他方の側面とに挟持される、減速装置。
3. 請求項１または２に記載の減速装置において、
   前記カバー部材は、前記背面と対向する底面と、前記底面の外縁から前記キャリアの軸方向と同方向に伸びる壁面と、をさらに備える減速装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の減速装置において、
   前記キャリアは、前記第１支持部とは反対側から複数の前記段付きピニオンを支持する第２支持部と、隣り合う前記段付きピニオンの間を通り前記第１支持部と前記第２支持部とを接続する柱部と、をさらに備え、
   前記凹部は前記柱部の延長線上に設けられている、減速装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の減速装置において、
   前記凸部は前記凹部に圧入されている減速装置。

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