JPH0361061B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、騒音が低く、動力伝達効率が高
く、低コストであつて、軸方向の力（スラスト
力）が加わつても、歯先の磨耗の少い遊星歯車装
置に係る。

遊星歯車装置は、減速機或は増速機として広い
用途を有する。入力軸、出力軸が同一直線上にあ
り、原動機と被動機構の間に配置するのが容易で
ある。

遊星歯車装置は、太陽歯車と外殻内歯歯車の間
に、３又は４の遊星歯車を有する。噛合い点は６
又は８点もある。

歯車、遊星軸の位置について、製作誤差が必ず
存在する。誤差のために、各噛合い点での噛み合
い力は均等にはならない。

誤差をできるだけ少なくするように、という方
向への努力はもちろんなされている。しかし、誤
差を少なくするには、歯先の後加工などを必要と
し、加工コストがかかりすぎる、という欠点があ
る。

もうひとつ、遊星歯車が広く利用されない理由
は、キヤリヤが浮いている構造であるため、歯先
と歯先の噛合いが緊密になつて、互に噛込み合
い、接触が円滑でなく、動力伝達効率は意外な程
低いことがあり、また騒音も高い、ということで
ある。

歯先どおしが強く喰い込むのを防ぐために、遊
星歯車、外殻内歯歯車の側方に、ピツチ円径に等
しい直径のピツチコロ、ピツチ円筒面を設けた遊
星歯車装置は実公昭30−16918号によつて知られ
ている。このようにすると、歯先と歯底の間の〓
間（バツクラツシユ）が常に０でないようにでき
るから、歯先どおしが喰い込みあうということは
ない。

一般に遊星歯車装置は、入出力軸へ加えられた
スラスト力を浮けることができない。

太陽歯車とキヤリヤに取付けた入力軸、出力軸
は、適当な箇所を軸受で、回転自在に支持するこ
とがある。必要であればこの軸受によつてスラス
トを受けることもある。

しかし、原動機側と被動機構の間に適当な空間
がない場合は、軸受を設ける事ができない。

遊星歯車装置は鉛直面内で使う場合、それ自ら
スラストを生ずることはない。しかし、水平面内
で使う場合、キヤリヤの重さで、スラストが発生
する。もしも、入力軸、出力軸がスラストを受け
ることができない場合、遊星歯車装置を水平面内
で使うことができない。

特公昭54−17111号は、ピツチ円板、ピツチリ
ングを遊星歯車と外殻内歯歯車の両側に設けてい
る。ピツチ円で接触しあうピツチ円板、リングの
ために、歯先の噛込みを防ぐことができ、騒音も
低くでき、動力伝達効率も高くすることができ
る。

また、これはスラストを受けることができる、
という特長をも持つている。

ピツチ円板は、遊星歯車を両側から挟み、ピツ
チリングは外殻内歯歯車を両側から挟み、それぞ
れ一体化されるようになつている。

ピツチ円板は、外殻内歯歯車の歯先を両側から
挟む。ピツチリングは遊星歯車の歯先を両側から
挟む。従つて、遊星歯車と外殻内歯歯車とは軸方
向に相対移動することができない。

つまり、ピツチ円板、ピツチリングを添加する
ことによつて、スラストを受けることができるよ
うになる。入出力軸が、厳格にスラストを抑制で
きない軸受によつて支承されている場合、又は適
当な軸受を欠く時に有効である。

入出力軸が水平の場合は、あまり問題がない。
しかし、入出力軸が鉛直方向である場合、つま
り、キヤリヤが水平になるような場合、キヤリヤ
と遊星歯車の重さによつて、遊星歯車と外殻内歯
歯車との間にスラストが生じる。

遊星歯車の歯先の約１モジユール分が外殻ピツ
チリングにより挟まれ、外殻内歯歯車の歯先の約
１モジユール分が遊星ピツチ円板により挟まれて
いるから、これらによつてスラスト力が伝達され
る。

しかし、歯先の僅かな部分だけが、強いスラス
トを受けるので、歯先が側面から急速に磨耗して
くる、という欠点があつた。

また、ピツチ円板、リング方式のものは、遊星
歯車が３部材になり、外殻内歯歯車も３部材にな
り、部分点数が多く、組立工数も多く、コスト高
になる、という欠点がある。

また前記の発明は、遊星歯車を極めて薄いリン
グ状として、トルク不均等は、リングの弾性変形
によつて吸収しようとしている。しかし、薄くて
弾性変形しやすいものは、弱くて破断しやすい。
本発明者は、このような思想に与しない。

歯車のピツチ円は、歯のほぼ半分程度の高さを
通る円で、これが歯車の有効直径と考えられる。
ピツチ円直径は、モジユールと歯数の積で与えら
れる。

噛み合つている２枚の歯車は、ピツチ円状に於
て接している２枚の摩擦車と回転比などに於て等
価であると考えられる。２枚の歯車の線速度は、
ピツチ円上に於てのみ等しい。

従来から、歯車の側方に摩擦車を設けて、半径
方向の力は摩擦車によつて伝え、トルクのみを歯
車によつて伝えるようにしたものがある。この摩
擦車は必ずピツチ円に等しかつた。ピツチ円上に
於てのみ、２つの歯車の線速度が等しく、線速度
が等しければ、摩擦車の接触面に滑りがないから
である。

互に噛合う２枚の歯車が、側方に摩擦車を有
し、この摩擦車がピツチ円以外の位置で接触する
ようにしたものはこれまでに存在しなかつた。こ
うすると、線速度が異なり、接触面で空滑りが起
るからであろう。

本発明者は、摩擦車を使つて、歯車の強い噛込
みと、力の不均等を解決する、という考え方は肯
定する。

しかし、部分数をもつと減らしたい、と考え
る。

本発明は、このような技術的課題にこたえるも
のとしてなされた。

本発明の遊星歯車装置は、ピツチ円上におい
て、遊星歯車側の円板と、外殻歯車側のリングを
内接させるのではなく、遊星歯車の歯先円より大
きい円板と、外殻内歯歯車の歯底円より、内径の
大きいリングとを内接させたものである。

これは、歯車についての技術常識を超えた着想
である。このようにすると、円板リングの接触点
での線速度が相異する。このため、空滑りが起つ
て、強く発熱するように予想される。

本発明者は、このような遊星歯車装置を数多く
製作し、さまざまな試験をしてみた。意外なこと
に、騒音、発熱ともに、ピツチ円板、ピツチリン
グ方式のものと殆ど変わらなかつた。

以下、実施例を示す図面によつて、本発明の構
成、作用及び効果を説明する。

第１図は本発明の実施例に係る遊星歯車装置の
一部切欠き正面図、第２図は一部切欠き背面図で
ある。第３図は第１図中の−断面図である。

この遊星歯車装置は、中心の太陽歯車１と、こ
れを囲みこれに噛合う適数の遊星歯車２と、遊星
歯車２を囲み、これらに噛合する外殻内歯歯車３
と、遊星歯車２を回転対称位置に、遊星軸５によ
つて軸支するキヤリヤ４とより成る。

遊星歯車２は、両側に設けられ遊星軸５へ嵌込
まれるスラスト円板６，６と、スラスト円板６，
６によつて、真中に支持される遊星歯車リング７
とより成る。

スラスト円板６，６の外側の外周部は遊星歯車
リング７の歯先円より大きくなつている。スラス
ト円板６，６の外周部は歯車リング７のピツチ円
上にない。

外殻内歯歯車３は、真中の外殻歯車部８と、両
側の外殻リング部９とより成る。この実施例で
は、外殻内歯歯車３がプラスチツク製であるの
で、これは射出成形により一体のものとして成形
できる。焼結合金で製作する場合も一体のものと
して形成できる。

外殻リング部９も、ピツチ円上にない。外殻リ
ング部９の内周面には、外殻内歯歯車の歯底円よ
りもさらに大きくなつている。

遊星歯車リング７と外殻歯車部８とが噛合し回
転力を伝達する。スラスト円板６，６と、外殻リ
ング９，９とは、外周面、内周面に於て、互に接
触し、半径方向の力を伝えることができる。

キヤリヤ４は、主キヤリヤ盤４ａと、副キヤリ
ヤ盤４ｂとよりなる。

主キヤリヤ４ａの内周面には凸部１０と、この
上に差込突起１１を形成しておく。副キヤリヤ盤
４ｂの内周面には凸部１２と、この中へ差込穴部
１３とを設けてある。

そして、副キヤリヤ盤４ｂの差込穴部１３へ、
主キヤリヤ盤４ａの差込突起１１を差込んで、両
キヤリヤ盤４ａ，４ｂを合体する。さらに接着剤
で接着しても良い。差込突起１１を突部１３より
外方へ突出させ、超音波溶着することもできる。

この例は、両キヤリヤ盤４ａ，４ｂがプラスチ
ツクであるものを示す。キヤリヤ盤はもちろん金
属製とする事もできる。この場合、両キヤリヤ盤
は、連結棒を介して溶接し、或はリベツトにより
かしめ固着する事ができる。

太陽歯車１の中心には、廻り止め構造を付した
太陽歯車軸孔１４が穿設されている。この例では
Ｄ字型の廻り止め構造としている。この他スプラ
イン、セレーシヨンでもよい。

主キヤリヤ盤４ａの中心にも、廻り止め構造の
キヤリヤ軸孔１５が設けてある。

入力軸、出力軸（図示せず）を太陽歯車軸孔１
４、キヤリヤ軸孔１５に取付けると、この遊星歯
車装置は減速機、或は増速機として使用できる。

第４図は、遊星歯車と外殻内歯歯車の噛合部近
傍の拡大断面図である。

スラスト円板６は、段付円板形状で、広い半径
を有する外側大円部１７と、より狭い半径の内側
小円部１８とを軸方向にずらせた同心位置に形成
したものである。

前述のように、外側大円部１７は、遊星歯車リ
ング７の歯先円より広い。これは従つて、外殻内
歯歯車３の外殻歯車部８の歯元にまで達する。つ
まりスラスト円板６の外側大円部１７は、外殻歯
車部８の歯の全体の両面を挟むようになる。

スラスト円板６の内側小円部１８は、遊星歯車
リング７の裏面へ緩やかに嵌挿される。スラスト
円板６と遊星歯車リング７とは相互に、スムーズ
に空滑りする方が良い。

そこで、遊星歯車リング７の裏面と、内側小円
部１８の外面の間には適当な間〓を設ける。

スラスト円板６の中心には、遊星軸通し穴１９
が穿たれている。

スラスト円板６の外側大円部１７の外周面２０
と、外殻リング部９の外殻内周面２１とは、相互
に接触し、転動接触面となる。遠心力は、外周面
２０、外殻内周面２１によつて受けることができ
る。

この実施例では、外周面２０、外殻内周面２１
は単に円筒周面となつているが、これに傾きを付
して、円錐台形周面とすることもできる。

第５図、第６図はそのような実施例を示す噛合
部近傍拡大断面図である。

第５図は、円錐台周面の母線と軸線の成す角α
が正の場合を示す。この例では、スラスト円板
６，６が円錐台周面の作用で、互に接する方向に
力を受ける。

第６図は母線と軸線の成る角αが負の場合を示
している。

効果を述べる。

スラスト円板６と外殻内周面２１とが互に半径
方向に接触し、このため、遊星歯車リング７の歯
先が、外殻内歯歯車３の歯底まで強く入り込むと
いうことがない。歯先噛込みが阻止されるから、
騒音が軽減されるし、伝達効率も高い。

スラスト円板６と外殻リング部９との接触によ
つて、キヤリヤ４の中心が位置決めされる。キヤ
リヤ４が軸と直角な方向に振動する、ということ
はない。出力軸が僅かに曲つている場合でも、キ
ヤリヤ４が歳差運動のような動きをしない。キヤ
リヤ４も軸受で支持されたのと等価になる。

このような効果は、ピツチ円方式の場合でも期
待できる。

次にピツチ円方式の装置には望みえない効果を
述べる。

第７図はピツチ円方式の遊星歯車装置の、遊星
歯車と外殻内歯歯車の部分の断面図である。

外殻内歯歯車が３部材になつている。これはや
むをえない事である。ピツチ円径のリングが両側
についたままで、歯底まで歯を切削することは不
可能である。歯車とピツチリングは別々に作らな
ければならない。

２部材多いので、部品コストが高くなる。

もうひとつの難点は、リングが別体になつてお
り、遊星歯車装置のユニツトと離れているから、
リングと外殻歯車とは、このユニツトをケーシン
グに取付ける時にはじめて結合される、という事
である。止め螺子で外殻内歯歯車の周面を４〜16
箇所程度固定する。この時、３つの部材に止め螺
子を通して固定するから作業性が悪い。

さらに、ケーシング取付の際にはじめて位置関
係が決まるから、外殻歯車と外殻リングの中心が
一致しないことが多く、位置決め精度が悪いとい
う欠点もある。

本発明では、外殻リング部９は歯底円より大き
いとしているから、外殻内歯歯車３は一体のもの
として作りうる。一部品である。またリング部９
の中心と歯車部８の中心とは、金型の製作精度に
より一致させることができる。

次にスラストである。

スラスト円板６の外側大円部１７は、遊星歯車
リング７の歯先円より広いので、外殻内歯歯車３
の外殻歯車部８の歯底にまで達する。

つまり、スラスト円板６は、相手側の外殻歯車
部８の歯の半分（ピツチ円より外側の１モジユー
ル分）を挟むのではなく、歯の全体（歯底円より
外側の２モジユール以上の分）を両側から挟むこ
とになる。

この遊星歯車装置に入出力軸間になんらかの外
部力が加わり、軸方向にスラストが生じても、遊
星歯車と、外殻内歯歯車とは常に正しく噛みあ
う。軸方向に相対変位しない。

入出力軸を竪に、キヤリヤを水平にして使用し
た場合、キヤリヤの自重、遊星歯車の自重が、遊
星歯車と外殻内歯歯車の噛合部にスラストとして
作用することになる。

この発明では、スラスト円板６，６が外殻歯車
部８の両側を押えているので、スラストは遊星歯
車２から、外殻内歯歯車３へと伝達される。外殻
内歯歯車３は、ケーシング（図示せず）に固定さ
れているから、キヤリヤはその重さによつて、下
方へ変位する、という事がない。

しかも、スラスト円板６と、外殻歯車部８と
は、広い側面に於て接触しているから、歯の側面
の磨滅は僅かである。

すでに述べたようにピツチ円方式のものに於て
も、キヤリヤから外殻内歯歯車へとスラストを伝
達できる。

しかし、ピツチ円方式の場合、円板やリングは
相手方の歯の先（ピツチ円より先の１モジユー
ル）の部分だけ接触する。歯先は、歯元に比し
て、円周方向に薄いので、スラストにより、容易
に磨滅してしまう。

本発明は、歯の全体（２モジユール以上）にス
ラスト円板が接触するから歯の磨滅は少い。

第８図は遊星歯車と外殻内歯歯車のピツチ円、
歯先円、及び相手側の歯先円に接する同心円を示
す略図である。

点Ｃは遊星歯車の中心、ｐはピツチ円、ｑは歯
先円である。

点Ｉは外殻内歯歯車の中心、ｋはピツチ円、ｌ
は歯先円である。

外殻内歯歯車の歯先円ｌに接し、中心をＣとす
る円をｒとする。これを仮に歯元円と呼ぶ。歯底
円と同一でなく、これより少し大きい。

遊星歯車の歯先円ｑに接し、中心をＩとする円
をｎとする。仮に外殻歯車歯元円と呼ぶ。歯底円
と同一ではない。

本発明の場合、スラスト円板の直径は、遊星歯
車リングの歯先円ｑより広いとしている。最も狭
い場合を例にして考える。つまりスラスト円板が
歯先円に等しい例について考えよう。

外殻歯車部８とスラスト円板６の接触面積S1
は、円ｌの外側で円ｑの内側の三ケ月形領域（斜
線部）である。

ピツチ円方式の場合は、外殻歯車リングとピツ
チ円板、及び遊星歯車部とピツチリングとの接触
面積は、それぞれ、円ｐの内側で内ｌの外側、及
び円ｑの内側で円ｋの外側の領域の面積である。

合計面積S2（二重斜線）は、菱形部Ｑだけ、本
発明の接触面積S1より狭い。つまり S1＞S2 (1) 本発明の方が、ピツチ円方式の場合より接触面
積が広い。このため、スラストをより広い面積で
受けることができる。

それだけではない。

実際に接触する面積は、これら面積S1、S2に、
歯の周方向の厚みを乗じた値に比例する。

本発明の場合、S1に、外殻内歯歯車の周方向
の厚みを乗じると、歯底近くの厚みが大きいの
で、これらの積の値はより大きくなる。

つまり、本発明の場合、歯車とスラスト円板と
の接触面積が、ピツチ円板方式のものより、数倍
広い。

従つて、歯の単位面積あたり加わるスラストが
小さくなり、摩擦力が減ずる。その為に磨耗が少
なくなる。

さて、接触転動面をピツチ円から、歯先円、歯
底円の近傍に変更したことによる不利益について
述べる。

噛合う２つの歯車の、線速度が異なるから、ス
ラスト円板６の外周面２０と、外殻内周面２１の
接触に於て、滑りが生じ、発熱が激しいものと予
想された。

本発明者が実際にこのような遊星歯車装置を製
作して、実験してみると、意外なことに発熱、騒
音の点で、ピツチ円方式のものと殆ど変りがなか
つた。

この理由は、次のように考えられる。

(1) まず、線速度の違いそのものが、あまり大き
くない。

(2) 遊星歯車リング７とスラスト円板６の間に〓
間があるから、この間で自由に滑ることができ
る。

(1)の点について、説明すると、減速比を１／Ｒ
とし、ピツチ円から転動面までの距離をδとし、
太陽歯車の角速度をΩ_Sとすると、線速度の差ΔV
は ΔV＝−１／Ｒ−２δΩ_S (2) である。Ｒは２より大きい数である。遊星歯車装
置ではＲは３以上のことが多い。δは1.25〜３モ
ジユール程度である。

太陽歯車の周速は、Ω_Sに、歯数とモジユール
を乗じ（直径）て、２で割つたものである。周速
との比は、太陽歯車の１／歯数の程度であつて極
めて小さい。

(2)の点は、第４図に示すように、スラスト円板
６の遊星歯車リング７の間に〓間があつて、ここ
で自由に滑るから、転動面で強い摩擦力が生じ
ず、発熱がないのである。遊星歯車が３つの部材
に分離しており固結していないからこれが可能に
なるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る遊星歯車装置の
一部切欠き正面図。第２図は同じものの一部切欠
き背面図。第３図は第１図中の−断面図。第
４図は遊星歯車と外殻内歯歯車の噛合部の拡大断
面図。第５図はスラスト円板の外周面、外殻リン
グ部の内周面を円錐台形状とし、円錐母線と軸線
とのなす角αが正である実施例の噛合部の断面
図。第６図はスラスト円板の外周面、外殻リング
部の内周面を円錐台形状とし、円錐母線と軸線と
のなす角αが負である他の実施例の噛合部の断面
図。第７図は公知のピツチ円式遊星歯車装置の噛
合部近傍の断面図。第８図は遊星歯車と外殻内歯
歯車のピツチ円、歯先円、歯元円を示す略図。 １……太陽歯車、２……遊星歯車、３……外殻
内歯歯車、４……キヤリヤ、５……遊星軸、６…
…スラスト円板、７……遊星歯車リング、８……
外殻歯車部、９……外殻リング部、１７……外側
大円部、１８……内側小円部、１９……遊星軸通
し穴、２０……外周面、２１……外殻内周面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 太陽歯車１と、太陽歯車１を囲みこれに噛合
   する適数個の遊星歯車２，…と、遊星歯車２，…
   を囲み、これに噛合する外殻内歯歯車３と、遊星
   歯車２を遊星軸５によつて軸支するキヤリヤ４と
   よりなる遊星歯車装置に於て、各遊星歯車２はリ
   ング状の遊星歯車リング７と、該遊星歯車リング
   ７の内周面を支持し内周面との間に隙間のある内
   側小円部１８と遊星歯車リング７の歯先円より広
   い外側大円部１７とを有する２枚のスラスト円板
   ６，６とを組合わせて成り、かつ外殻内歯歯車３
   は歯車部８の両側に歯底円より大きい内径の外殻
   内周面２１を設けてあり、スラスト円板６の外周
   面２０が外殻内周面上を転動するようにし、かつ
   遊星歯車２のスラスト円板６，６が外殻内歯歯車
   ３の歯車部８の両側を押さえるように構成した事
   を特徴とする遊星歯車装置。