JPS6034553A - 遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （７）　技　術　分　野 この発明は、減速機、増速機として広い用途を持つ遊星
歯車装置に関する。

（イ）従来技術とその問題点 遊星歯車装置は、太陽歯車と遊星歯車及び遊星歯車と外
殻内歯歯車との噛合点が多いため、同時に各噛合点で力
が均衡するようにするのは難しい。

加工精度を高めても、必ずしもよい結果が得られない。

歯車同士が過度に深く噛み込むと、騒音、振動が発生し
、エネルギーのロスも多くなる。

過度の噛込みを防ぐため、歯車と同軸に、ピッチ円板や
ピッデリックを取付けた遊星歯車装置がある０ ピッチ円径に等しい円板やリングを歯車側方に取付ける
と、半径方向の力は円板やリングにより伝達される。こ
のため、太陽歯車軸の偏心や、遊星軸の位置誤差があっ
ても、歯車同士が過度に噛込むということはない。

例えば、米国特許第３，２９３，９２８号（１９６６年
１２月２７日発行）明細書には、外歯歯車と内ｔＪＡｍ
車とが噛合うトルクコンバータに於て、両歯車の両側に
ピッチ円に等しい直径の円板部、リング部を各歯車と一
体に加工成形した装置が示されている。

また、米国特許第３，５４８，６７３号（１９７０年１
２月２２日発行）明細書には、歯車の片側に、ピッチ円
に等しい直径の摩擦車を固着一体化した平歯車、ヘヘル
ギャが示されている。噛合点での歯車のバックラッシュ
の設定が難しかったので、バックラッシュの問題を除く
ため、半径方向の力を摩擦車同士で伝達しあうようにし
たものである。

これらの発明は、広く歯車一般につきピッチ円板やピン
デリックを歯車と同軸側方に設けたものである。

このような複合歯車を遊星歯車へ応用した発明、考案も
ある。

実公昭３０−１６９１８号は、遊星歯車の側方と、これ
に噛合う外殻内歯歯車の側方に、それぞれのピッチ円に
等しい外径、内径のコロ、円筒面を設けたものである。

コロは、円筒面を転動する。半径方向の圧力は、コロ、
円筒面によって伝達される。歯車同士は回転力を伝達す
るだけで、過度の噛込みなどが起らない。優れた考案で
あった。

しかし、この考案では、長い１本の遊星軸の上に互に離
隔して、遊星歯車とフロを設けるようになっている。遊
星軸が長く、ケーシングも、軸方向に長くなる。装置全
体が嵩高くなり、また重くなる。このため、製造コスト
が押上げられるし、使いにくいという場合もあった。

ピッチ円に等しい円板やリングを設ける、という構成と
は全く異ったアプローチで、遊星歯車装置の固有の難点
を克服しようとした考案もある。

遊星歯車などを弾力性に富む材質で作り、遊星歯車の弾
性変形によって噛合い不整合を吸収しようとするもので
ある。

例えば、実公昭４４−２５６９２号考案があげられよう
。これは、歯車ではなく、遊星ローラとしており、ゴム
などの弾性体で遊星ローラを作ってしする。

しかし、柔軟な弾性体で歯車を作製すると、スリップが
あるので、伝達トルクが低く抑えられてしまう。繰返し
伸縮し、摩擦損失もあるので、発熱し、疲労し易いとい
う欠点もある。歯車で噛合わせるのではないから、軽荷
重に対してしか使えない。

さらに、第３の解決法が提案された。

例えば、実公昭３５−１７５３８号、特公昭３６−２２
６６１号である。

これは、遊星歯車と、遊星軸とを直接組合わせるのでは
なく、間に中介軸を付加したものである。

中介軸と遊星歯車（リング状になっている）とは相互回
転できる。中介軸と遊星歯車の間には十分な間隙がある
。

間隙のため、遊星歯車リングは軸に対し任意の方向へ僅
かに相対変位できる。このため、噛合点の不整合を均等
化させることができる。ピンチ円板、ピッデリックなど
を必要としない。

このような間隙式の遊星歯車装置は、噛合点に於ける力
の等配分という点では未だ十分ではないこともある。太
陽歯車や、遊星歯車を支持するキャリヤが半径方向に成
る程度自由に動きうるならば、この方式は卓効がある。

しかし、太陽軸−が自由に動きえない場合は、歯車自体
のノくツクラ゛ンシュが大きくない限りこの方式は効果
を発揮しえない。

しかし遊星歯車装置の噛合いを平均化させるために、最
も有効なのは、このような間隙式のものである、と本発
明者は考えている０ （つ）　３つの技術思想について 前節で詳しく説明したように、遊星歯車装置の噛合点の
同時不整合という難点を解決するために（１）　ピッチ
円板、リング方式 （２）弾性歯車方式 （３）間隙方式 の３つの異なる技術思想があった。

（１）は非常に魅力的であるように見える。ピッチ円板
を遊星歯車に対し同軸に配置すると、円板と、遊星歯車
の回転数は同一であるから、円板とビ・ンデリックの円
周面との間には滑りがなく正しく転動するはずである。

この内、（１）と（２）の構成を組合わせた遊星歯車装
置が提案された。特公昭５４−１７１１１号（昭和５４
年６月２７日公告）がこれである。

遊星歯車は撓みやすいよう薄いリング状となっている。

リング歯車を両側から、同心段部を有し、ピッチ円に等
しい外径のピッチ円板で挾み、２枚のピッチ円板の軸穴
に遊星軸を通すようになっている。

この発明で、歯車は、歯元に於て局所的に撓むようにな
っている。強いトルクの加わる遊星歯車はより強く歯元
が撓むので、トルクが緩和される。

これによって、各遊星歯車ごとの伝達トルクが均等化さ
れる、という着想に基づく。

この発明はしかしながら、遊星歯車リングと、円板の間
隙がＯであって、両者が固定されているためＡ（３）の
長所を兼備することができながった。

しかも、この発明で、最大の利点とされる歯元の撓みが
、実は殆ど起り得ない、という事を本発明者は知ってい
る。

３つ又は４つの遊星歯車に於て、もしも伝達トルクが異
なったとする。大きいトルクの加わった遊星歯車リング
は歯元に於て、大きく撓むことであろう。撓むことによ
り、この遊星歯車の位相が遅れ、トルクが僅かに減少す
るということになる。

しかし、撓み量が各遊星歯車について異なるとすれば、
伝達トルクは異なるわけである。

そうすると、遊星歯車と太＠歯車の噛合点に於て１伝達
トルクが具なる。このため、太陽歯車には、不均一な半
径方向の圧力が加わる。そうすると、太陽歯車と遊星歯
車の間で、過度の噛込みが起る。

本発明者は、長年、遊星歯車装置の研究、開発及び製造
、販売に携っている。以上に述べた様々なＭ星歯車装置
を実際に製作、検討した。

本発明者の経験によれば、遊星歯車装置に於て、力な等
配分するには、（３）の間隙方式が最も有力であると考
えられる。

そこで、本発明者は、（１）と（３）とを組合わせた遊
星歯車装置を発明した（特願昭５６−１１４８２４　、
特開昭５８−１７２４４．５８．２．１公開）。

弾性歯車方式がなぜ無力であるかということは既に述べ
た。弾性変形が不均等に起って、噛合い力を均等化させ
る、というが、弾性変形はフックの法則により加えられ
たカに比例する。弾性変形が不均等に発生する、という
ことは、噛合いカが不均等だ、ということである。

噛合い力が不均等であると、噛込みに強弱の差が生じる
から、不整合が緩和されたことにはならない。

むしろバックラッシュを十分にとって、常に伝達トルク
を同一にする方が望ましいのである。

さらに本発明者は（１）のピッチ円板、ピッデリック方
式に対しても疑問を感じている。

ピッデリック、円板が完全に真円であれば、円板とリン
グとは常時接触できることであろう。しかし、ピッデリ
ックは真円であることはできない。

加工誤差があるからである。従って、ピッデリックの内
径は、ピッチ円より僅かに大きくシ、ピッチ円板の外径
は、そのピッチ円より僅かに小さくする。このように加
工上は、ピッチ円板と、リングとが密着せず、空隙がで
きるように公差をつけておく。

そうすると、外殻内歯歯車両側のピッデリックと、遊星
歯車の両側のピンチ円板とは、常に接触するのではない
。むしろ、接触しない時間の方が多い。

接触する場合は、なんらかの寸法誤差があって、ピッデ
リックが真円でなく、楕円に近くて、その短円辺に遊星
歯車が位置するときとか、遠心力が著しくて、ピッチ円
板が、ピッデリックに押しつけられる場合などである。

また、遊星歯車装置が水平ではなく、垂直に立ててあっ
て、太＠歯車とその軸の間に遊びがある場合、キャリヤ
の重みで、最下点にある遊星歯車のピッチ円板が、ピッ
デリックに接触することもある。

しかし、普通は、ピッチ円板と、ピッデリックは多くの
場合離隔している。

そこで、本発明者は、ピッチ円に於て、円板、リングを
接触させる必要性は薄いのではないか？と考えた。

むしろ、円板、リングを歯先、歯底で接触させる方が良
い、と思いついた。

ピッチ円板、ピッデリックがあると、外殻内歯歯車と、
遊星歯車は横方向へ抜けないので、遊星歯車装置の全体
がひとつのまとまりのあるものになる。これが従来の遊
星歯車と異なる所であった。

歯先の部分（１モジユ一ル分）が相手方の円板やリング
にかかるから、横方向へ扱けないのである。

しかし、歯先の１モジユールであるがら、円板、リング
との接触によって摩耗しゃすい。また、スラスト力を十
分に伝達できない、という欠点がある。

そこで本発明者は、遊星歯車の両側の円板の外径を歯先
円より大きくシ、外殻内歯歯車の両側の円筒面の内径を
歯底円より大きくした遊星歯車装置を発明した（特願昭
５６−１９３１１３　、特開昭５８−９４６５６、５８
．６．４公開）。

この装置は、外殻内歯歯車が一部材で作られるので、部
品点数が減る、という長所があった。

仲）本発明の構成 本発明者はさらに、前節で述べた（１）〜（３）の方策
の内、円板、リング方式で、（３）の間隙方式を追究す
ることにした。今度は逆に、遊星歯車の円板の外径が歯
底円以下とし、外殻内歯歯車の円筒面部の内径が歯先円
より小さいものとする。

さらに、円板、リングは歯車の両側に設けるのではなく
、片側だけにする。

外殻内歯歯車についていえば、歯車部と、その片側の外
殻内歯歯車の歯先円以下の内径の円筒部を有することに
なる。

遊星歯車については、リング状の遊星歯車リングと１遊
星スリーブとよりなる。これは別体の部材である。

遊星スリーブは、遊星歯車リングと遊星軸の間に遊嵌さ
れる円筒部と、円筒部の片側にあって遊星歯車の歯底円
より小さい外径の円板部とを有する部材である。

結局本発明の遊星歯車装置は （１）太陽歯車に噛合うべき適数個の遊星歯車と、（２
）　これに噛合する外殻内歯歯車と、（３）遊星歯車を
遊星軸によって軸支し回転自在に設けられたキャリヤと
、 よりなる、遊星歯車装置において、 （４）　遊星歯車は、リング状の遊星歯車リングと、（
５）遊星歯車リングと遊星軸の間に遊嵌される円筒部と
、円筒部の片側に遊星歯車の歯底円より小さい外径の円
板部を一体に成形した遊星スリーブとよりなり、 （６）外殻内歯歯車は、ギヤ部とその片側に於て遊星ス
リーブの円板部に対向接触し外殻内歯歯車の歯先円以下
の内径を有する円筒面部 を備えたものとなっている。

け）実施例 実施例を示す図面によって説明する。

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
き正面図である。第２図は一部切欠き背面図で、第３図
は第１図中の■−■断面図を示している。

遊星歯車装置は中心に太陽歯車をもつが、この発明の装
置は、太陽歯車を、後になって差込むことができる。太
陽歯車がなくても、ひとつのまとまったユニットになっ
ている。

これが、先述の特公昭５４．−１７１１１号、特開昭５
８−１７２４４号、特開昭５８−９４６５６号）と異な
る点である。

これらの遊星歯車装置は、太陽歯車の入るべき空間を、
遊星歯車両側の円板が僅かに塞ぐようになっており、ユ
ニット組立後に、太陽歯車を挿入することができない。

しかし、本発明は遊星歯車側方の円板部の外径が歯底円
の径より小さいので、太陽歯車は後になって挿入できる
。

こういう理由で、ここでは太陽歯車が挿入される以前の
状態を示した。太陽歯車は図に現われていない。

実際には、太陽歯車をことさら使わず、モーフの出力軸
に歯車を切り、これを太陽歯車とすると便利である。太
陽歯車の分だけ部材を減すことができるからである。

本発明の遊星歯車装置１は、中心の太陽歯車に噛合すべ
き適数の（この例では４個）遊星山車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
を回転対称位置に軸支するキャリヤ４とより成る。

遊星軸５は、遊星歯車２を、キャリヤ４に対して、回転
自在に支承する。

遊星歯車２は、リング状で歯車を外周に切っであるＭ星
歯車リング７と、遊星スリーブ６とを緩かに組合せたも
のである。

キャリヤ４は、キャリヤ盤４ａとキャリヤ副盤４ｂとを
組合わせて固結したものである。

主キヤリヤ盤４ａの内側面には、回転対称位置に凸部１
０と、この上に差込突起１１とを形成しておく。

副キャリヤ盤４ｂの内側面の対応する位置に、凸部１２
と１この中へ差込穴１３とを設けである。

副キャリヤ盤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、両キャリヤ盤４ａ、４ｂを
合体する。

これをさらに、接着剤で接着しても良い。

又は、差込突起１１を凸部１２の外側へ突出させて１超
音波溶着することもできる。

この例は、両キャリヤ盤４ａ％４ｂがプラスチックであ
るものを示す。

キャリヤ盤は、もちろん、金属製とする事もてきる。こ
の場合、両キャリヤ盤は、連結体を通して溶接し、或は
、リベットによりかしめ固着する。

主キヤリヤ盤４ａの中央は外方へ高く隆起した中央隆起
部１４となっている。この中心に、キャリヤ軸孔１５が
設けられる。これにはスプライン、又はセレーションな
どが切っである。出力軸（減速機とする場合）がキャリ
ヤ軸孔１５に装着される。

キャリヤ盤４ａ、４ｂには、前記凸部１０．１２の中間
位置に遊星軸止め穴１６．１Ｇがあり、ここへ遊星軸５
の両端が差込まれ固定されている。

副キャリヤ盤４ｂの中心には開口１７があり、ここから
太陽歯車又は太陽歯車を先端に切ったモータ軸を挿入で
きるようになっている。

遊星歯車２のピッチ円１８を一点鎖線で示す。

歯底円１９はこれよりもより小さい。第３図、第４図に
於て歯車断面を示すハラチンが引かれている領域との境
界が歯底円である。これはピッチ円より１〜１．２５モ
ジユール（半径にして）小さい。

開口１７から太陽歯車を入れられるのであるがら、第１
図に於て、開口１７の端に、遊星歯車２の歯底の一部が
見えるようにする。

第４図は、遊星歯車２の近傍のみの拡大断面図である。

遊星歯車２を構成する２つの部材は、遊星スリーブ６と
、遊星スリーブの外側に遊嵌される遊星歯車リング７で
ある。

遊星スリーブ６と、遊星歯車リング７との間には間隙が
ある。これが既述の（３）間隙方式を採用した、といえ
る理由である。

遊星スリーブ６は、遊星軸５と遊星歯車リング７の間に
介在する円筒部２０と、これの片側にあって、遊星歯車
の歯底円直径Ｐ２より小さい外径りの円板部２１とより
なる。円筒部２０と円板部２１とは一体に作る。

遊星歯車２の構造に対応し、外殻内歯歯車３も、ギヤｍ
２２と円筒面部２３とよりなる。

ギヤ部２２は、遊星リング７に噛合する。

円筒面部２３は、遊星スリーブ６の円板部２１に対向接
触する。円筒面部２３の内径Ｒは、外殻内歯歯車の歯先
円の直径工１より小さい。

遊星スリーブ６は、中心に軸通し穴２４があって、ここ
に遊星軸５が貫通している。

外殻内歯歯車３には、いくつかのボルト通し穴２５があ
って、これにボルトを通しケーシング（図示せず）へ遊
星歯車装置を固定する。

（力）　効　果 （１）　遊星歯車２を遊星スリーブ６と、遊星歯車リン
グγに分け、半径方向に間隙が存在するよう組合わせて
いるので、遊星歯車の間で噛合の不整合が起ることがな
い。

（２）遊星歯車２と外殻内歯歯車３の、それぞれに対向
接触する円板部２１と円筒面部２３とを設けているので
、歯車同士が強＜１噛込む、ということがない。

（３）遊星スリーブの円板部２１の外径りは、遊星歯車
の歯底円の直径Ｐ２より小さいか等しいかであるので、 Ｄ　≦　Ｐ２ 太陽歯車を後から挿入することができる。

このため、モータ軸の先に直接歯を切ることとすれば、
太陽歯車ひとつを省くことができる。

（４）　両側ではなく、片側に円板部２１、円筒面部２
３を設けるから、プラスチックの場合、遊星歯車３は一
体のものとして射出成形して作ることができる。

また遊星歯車も２部材で良いことになる。

部品点数が減るし、組立工数も減る。

ピッチ円板、ピッデリックが両側にある構造では、遊星
歯車が３部材、外殻内歯歯車が３部材必要とした。

金属で作る場合は、外殻内歯歯車３を一体にすることは
難しいが、それでも２部材を組合せればできる。

■）　考　察 本発明に於て、遊星歯車２の円板部２１と１外殻内歯歯
車３の円筒面部２３がピッチ円同士で接触するのではな
い。

ピッチ円同士で接触すれば、周速の差がない。

ピッチ円を外れた部位で接触すると、周速に差があるは
ずである。

周速に差があれば、円板部２１は、円筒面部２３の上を
空滑りすることになる。このため、発熱、騒音の発生ず
る危惧が感じられるかも知れない。

遊星歯車のピッチ円、歯先円、歯底円の直径をＰｏ１Ｐ
１、Ｐ２とする。外殻内歯歯車のピッチ円、歯先円、歯
底円の直径をＩ。、、１１、Ｉ２とする。遊星円板部の
外径をＤ１外殻内歯歯車の円筒面部の内径をＲとする。

（１）　ピッチ円板、ピッデリック式と本発明者がいう
のは、 Ｄ＝Ｐ。

１（＝ｉ。

のものである。

（２）本発明者が先に発明したスラスト円板方式のもの
（特開昭５８−９４６５６　）は、Ｄ　≧　Ｐｌ Ｒ≧　１２ とするものである。

（３）本発明はこれに対し Ｄ　≦　Ｐ２ Ｒ≦　工。

とするものである。

太陽歯車、遊星歯車、外殻内歯歯車のピッチ円Ｓｏ、　
Ｐｏ、　Ｉ。はモジュイルに歯数２８、Ｚｐ　ＳＺｉを
乗じたものである。

キャリヤを固定した系で、それぞれの回転角速度をΩ鉢
Ω后、Ω１とする。これは回転方向も含めた量である。

噛合点での周速が等しいから、 −ｚ８低　＝　十Ｚ、Ω后　＝　ＺｉＱ；　（１）であ
る。また、遊星歯車装置を構成しているので、Ｚ・　＝
Ｚ＋２Ｚｐ　（２） ｌ　Ｓ である。

キャリヤの角速度をΩ。とじ、外殻内歯歯車を固定した
系（実験室系）での、それぞれの歯車の回転角速度をΩ
８、Ω１、Ωｉとすると、Ω８−　Ω３−Ω１（３） Ω　＝　Ω　−Ω・　（４） ＰＩ Ω。＝　０−Ω１（５） Ωｉ　＝　Ωｉ　−Ω’ｘ　”　０　（６）で与えられ
る。減速比ｒを、ふつう で定義する。太陽歯車回転数に対するキャリヤ回転数で
ある。

これらの式から ＺｓＱｓ　＝　（Ｚｉ＋　Ｚｓ）Ωｏ（８）を得る。減
速比ｒは と書くことができる。

円板部（直径Ｄ）と円筒面部（内径Ｒ）の周速の差Δは Δ　＝Ｄ、Ｑ−−ＲΩ１（ｕ） で与えられる。（１）、（３）、（５）、（７）式から
、となる。

Ｒ七工。の差、及びＤとＰｏの差は１モジユ一ル程度か
それより大きいかであるが、この差は等しいはずである
。円板部と円筒面部が接触するためには、等しくなくて
はならない（寸法公差はこのＷ　ｍでは考慮していない
）。そこでこの差をδとする。

工。−Ｒ−δ　（１３） Ｐｏ−Ｄ　−δ　（１４） とする。δは正である。

これ全代入すると、周速差Δは −２ｒ と書くことができる。これは太陽歯車の回転角速度Ω３
による式であるが（入力回転数）、キャリヤ回転（出力
回転）数に関係づけて、 ■−２ｒ と書くこともできる。

最も簡明には、遊星歯車の回転角速度Ω、に対して Δ　＝　−δΩ、　（１７） と書く表式であろう。

δは１モジュール〜１．５モジユ一ル程度でアルから、
極めてわずかな周速の差にすぎない。

外殻内歯歯車の円筒面がδだけ小さくなり、遊星歯車の
円板部がδだけ小さくなるのであるから、−見、２δ％
の周速差がでるような気がするが、そうではない。その
半分のδΩｐである。

しかも、実際には、円板部外径はマイナス公差を、円筒
部内径はプラス公差をつけ、この間にクリヤランスをも
たせる。従って、円板と、円筒が接触するのは時間的に
少いし、接触圧も小さい。

さらに周速差Δは小さいので、発熱は殆どない。

【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折欠
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ｌｌｌ−１断面図。 第４図は第３図の遊星歯車の近傍のみの拡大断面図。 １　・・・・・・・・・　遊星歯車装置２　・・・・・
・・・・　遊　星　歯　車３　・・・・・・・・・　外
殻内歯歯車４　・・・　・・・　・・・　キ　ャ　リ　
ャ４ａ　・・・・・・・・・　主キヤリヤ盤４ｂ　・・
・・・・・・・　副キャリヤ盤５　・・・・・・・・・
　遊　星　軸 ６　・・・・・・・・・　遊星スリーブ７　・・・・・
・・・・　遊星歯車リング１０　・・・・・・・・・　
凸　部 １１・・・・・・・・・差込突起 １２　・・・・・・・・・　凸　部 １３　・・・・・・・・・　差　込　穴１４・・・・・
・・・・中央隆起部 １５　・・・・・・・・・　キャリヤ軸孔１６　・・・
・・・・・・　遊星軸止め穴１７　・・・・・・・・・
　開　口 １８　・・・　・・・　・・・　ピ　ッ　チ　円１９　
・・・・・・・・・　歯　底　円２０　・・・・・・・
・・　円　筒　部２１　・・・・・・・・・　円　板　
部２２　・・・・・・・・・　ギ　ヤ　部２３　・・・
・・・・・・　円　筒　面　部２４　・・・・・・・・
・　軸　通　し　穴２５　・・・・・・・・・　ボルト
通し穴発　明　者　的　場　秀　恭

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 太陽歯車に噛合うべき適数個の遊星歯車２と、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によっ
   て軸支し回転自在に設けられたキャリヤ４とよりなる遊
   星歯車装置において、遊星歯車２は、リング状の遊星歯
   車リング７と、遊星歯車リング７と遊星軸５の間に遊嵌
   される円筒部２０と円筒部２０の片側に遊星歯車の歯底
   円より小さい外径の円板部２１とを一体に形成した遊星
   スリーブ６とよりなり、外殻内歯歯車３は、ギヤ部２２
   とその片側において遊星スリーブ６の円板部２１に対向
   接触し外殻内歯歯車の歯先円以下の内径を有する円筒面
   部２３を備える事を特徴とする遊星歯車装置。