JPS6313058B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ギヤの両側にピツチ円に等しい円
板、リングを添架した構造の遊星歯車装置に関す
る。

遊星歯車装置に於て、遊星歯車及び外殻内歯歯
車の両側にピツチ円と同じ直径の円板、リングを
設けたものは既に知られている（特公昭54−
17111）。

第６図に、このような遊星歯車装置の断面図を
示す。これは、太陽歯車３１、遊星歯車３２、外
殻内歯歯車３３、遊星歯車を軸支するキヤリヤ３
４等よりなる。

遊星歯車３２は撓み易くリング状の遊星ギヤ３
６、この両側にあつて遊星ギヤ３６を支持する遊
星円板３７とよりなる。外殻の内歯歯車３３は、
中央の外殻ギヤ３８とこの両側に設けれた外殻リ
ング３９とよりなる。

遊星円板３７と外殻リングとはピツチ円上に沿
つて転動する。遠心力等、半径方向の力は遊星円
板３７と外殻リング３９によつて直接伝達され、
キヤリヤ３４の偏心運動は防ぐことができる。ト
ルクは遊星ギヤ３６、外殻ギヤ３８によつて伝達
される。ギヤの噛合によつて半径方向の力を受け
るのではないから、ギヤの精度、キヤリヤの分割
精度は厳しくない。こうして、遊星歯車装置の固
有の難点とされた噛合条件の厳格な整合性の要求
を緩和する事ができる。

ところが、遊星ギヤ３６は遊星軸３５と接触せ
ず、遊星円板３７の内方へ膨出したボス部４０に
よつて支持されている。これは、ギヤを不拘束と
し、歯先が撓み易くなつて整合条件を実現しやす
いためである。

本発明者は、遊星ギヤが間接的に支持されるこ
のような遊星歯車装置にはなお欠点のある事に気
づいた。このような装置は、発熱が少なく、噛み
合いが滑らかであるはずなのに、長時間使用する
と、遊星ギヤの裏面、つまり円板３７の内方膨出
ボス部４０と接触する部分の磨耗が著しい、とい
う事である。しかも、運転中、かなりの発熱を示
す事もあつた。

本発明者は、遊星ギヤと円板の接触部の磨耗の
原因について考えた。

理想的には、遊星円板３７はピツチ円に等しい
大きさを持ち、外殻リング３９は外殻内歯歯車の
ピツチ円に等しい内径を持ち、全ての遊星円板
は、外殻リングに常に接触しているはずである。
従つて、遊星円板と遊星ギヤとは一体となつて同
一回転し、両者の間にすべりが生じないことにな
る。

しかし、リング、円板には寸法誤差があるか
ら、円滑に転動する為には、クリヤランスを両者
の間にとつておかなくてはならない。遊星円板は
そのピツチ円より僅かに小さく、外殻リングは外
殻歯車のピツチ円より僅かに大きい。

また、遊星軸３５と遊星円板３７の通孔４１と
の間にもクリヤランスを設ける。

遊星歯車３２を構成するギヤ３６と円板３７に
関し、ギヤ３６の回転についてはギヤの噛合いで
あるので正確である。しかし円板３７の回転には
不確実性が伴う。円板３７をギヤと等速度で回転
させる力は、円板３７と外殻リング３９の接触摩
擦力Ｆ１と、円板３７とギヤ３６との接触摩擦力
Ｆ２とに起因する。

一方、円板３７の回転を抑制する力も存在す
る。それは遊星軸３５と通孔４１における摩擦力
Ｆ３である。

回転摩擦力（F1＋F2）が、制動摩擦力Ｆ３よ
り大きければ、円板はギヤとともに等速度で回転
する。F1＋F2が制御摩擦力Ｆ３より小さければ、
円板３７は遊星軸３５によつて拘束されて回転し
ない。

常に F1＋F2＞F3 (1) であれば良いが、これらはいずれも摩擦力である
から、変動が激しく、常にこのようにはならな
い。

円板、外殻リング、遊星軸などのクリヤランス
があるため、遊星円板の全てが常に外殻リング３
９と接触しているわけではない。外殻リングと離
隔している円板についてはF1＝０となる。この
ような時、 F1＋F2＜F3 (2) となり易い。すると、円板３７は遊星軸にはりつ
いて回らず、円板とギヤの接触面で著しいすべり
が生じ、このため発熱し、接触面が磨耗するので
ある。

なお不都合な事に、Ｆ１は遊星軸に加わる力と
は無関係であるがＦ２，Ｆ３は遊星軸と円板との
間の垂直抗力ｆに比例する。つまり、伝達トルク
に比例するわけである。これはかなり大きい。遊
星軸と円板通孔との間の摩擦係数をμとすると、
摩擦力Ｆ２，Ｆ３は F2＝μ′f (3) F3＝μf (4) と書ける。外殻リングと円板の接触による摩擦力
Ｆ１は、伝達トルクに比例しないから、もしもμ
＞μ′であれば、制動摩擦力Ｆ３が優越する可能性
が大きくなる。伝達トルクが増大すれば、ますま
す、遊星円板と遊星ギヤとの間のすべりが増大
し、発熱も著しくなるわけである。滑り面に加わ
る摩擦力は(3)式に示すようにトルクに比例するか
らである。伝達トルクＴは、遊星歯車の数をＮ、
遊星軸と太陽歯車中心との距離をＲとして、 Ｔ＝NfR (5) によつて遊星軸、円板間の垂直抗力ｆと関係づけ
られる。

それでは、円板とギヤとの結合を密にすれば良
いようにみえる。こうするとμ′＞μとなるし、円
板、ギヤ間の摩擦力Ｆ２が他の２力Ｆ１，Ｆ３よ
り大きくなり、不等式(1)が常に満足されるからで
ある。

円板とギヤとの一体化させたものは、しかしな
がら他の面で難点が生ずる。円板と外殻リング３
８との間で強い摩擦制動力が発生するからであ
る。円板は遊星歯車のピツチ円より僅かに小さ
く、外殻リング３８は外殻歯車のピツチ円より大
きい。したがつて、円板が外殻歯車に接して転動
すれば、遊星ギヤより幾分速く回らなければなら
ない。しかし円板とギヤが緊密に一体化されてい
ると、独立に回転できないから、これは遊星ギヤ
に対する制動力として働くことになるわけであ
る。この制動力は遊星歯車装置全体の動力伝達効
率を低下させる。

結局、最も望ましいものは、遊星歯車を構成す
る遊星円板と遊星ギヤとが相対的に滑りうるよう
組合わされているが、滑りは少なく、しかも摩擦
力Ｆ２の小さいものが良いわけである。

本発明はこのような要求に応えてなされたもの
である。本発明は円板のボス部を膨出させるので
はなく、逆にギヤのボス部を両側に膨出させ、こ
の膨出部によつて円板を支持することにする。

以下、実施例を示す図面によつて、本発明の構
成、作用及び効果を詳しく説明する。

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、
第３図は第１図中のXOY断面図である。

遊星歯車装置は、中心の太陽歯車１と、これを
囲む複数個の遊星歯車２と、最外殻の外殻内歯歯
車３と、遊星歯車を軸支するキヤリヤ４とより成
る。

遊星歯車２は、歯をそなえた中央の遊星ギヤ６
と、これの両側に設けられ遊星ギヤ６のピツチ円
に等しい外径の遊星円板７とよりなり、いずれも
遊星軸５によつてキヤリヤ４に回転自在に支承さ
れる。

外殻内歯歯車３は、歯をそなえた中央の外殻ギ
ヤ８と、これの両側に設けられ外殻ギヤ８のピツ
チ円に等しい内径の外殻リング９とよりなる。

ここで、遊星円板７、外殻リング９は夫々遊星
ギヤ、外殻ギヤのピツチ円に等しい外径、内径を
持つというが、もちろん適当なクリヤランスをと
つている。

キヤリヤ４は、遊星歯車２を両側から遊星軸５
によつて支持するので、円板状のＡキヤリヤ１０
とＢキヤリヤ１１とを組合わせてなる。

太陽歯車１には太陽軸孔１２が、キヤリヤ４に
はキヤリヤ軸孔１３が廻り止め形状に形成されて
おり、入出力軸（図示せず）を取付けるようにな
つている。

Ａキヤリヤ１０とＢキヤリヤ１１は、この例で
は、Ａ隆起部１４とＢ隆起部１５を予め形成して
おきＡ隆起部１４の突起１６をＢ隆起部１５の嵌
込孔１７に嵌込み接着剤１８で固定してある。突
起１６を延長して外側で溶着してもよい。これは
キヤリヤがプラスチツクの場合であるが、金属の
場合はリベツト、ボルト等でＡ、Ｂキヤリヤを結
合する。外殻内歯歯車３の周囲にはケーシング
（示せず）に固定する為の取付孔１９，……が穿
孔してある。

第４図は遊星歯車２のみの拡大断面図である。
遊星ギヤ６は外周近傍は薄く、ボス部近傍で両側
に膨出している。遊星ギヤ６及び遊星円板７の中
央には遊星軸５を通すギヤ通孔２１、円板通孔２
２が穿孔されている。遊星軸５の半径をＴ、ギヤ
通孔２１の半径をＵ、円板通孔２２の半径をＶと
する。

遊星円板７には、外周近傍が内方へ突出した内
向周突条２３を設ける。ギヤ部の膨出ボス部２１
と、円板７の内向周突条２３とは幅が等しく、膨
出ボス部２１は円板７の内向周突条２３によつて
仕切られる空間Ｓに入りこむようになつている。
従つて、円板７とギヤ６とは寸法的にほぼ隙間な
く組合わす事ができる。組合わせた場合、円板７
の段部内向の接触面２５とギヤ６の肩部の外向き
の接触面２６とが、半径方向の力を及ぼし合う。

円板７の内向周突条２３の接触面２５の半径を
Ｘとする。ギヤ６の膨出ボス部２０の接触面２６
の半径をＹとする。

ギヤ６、円板７の断面形状は片方だけを見れ
ば、夫々「凸」、逆「Ｌ」字形を呈する。

ギヤ６の歯幅Ｗ、膨出ボス部の突出幅Ｄ、円板
７のボス近傍での厚みＫは任意である。またギヤ
６のピツチ半径Ｐに対する、切欠き部の高さＱ、
膨出ボス部の高さＲ、通孔２１の半径Ｖも適当に
決定される。

さらに、遊星軸半径Ｔ、ギヤ通孔半径Ｕ、円板
通孔半径Ｖ、円板の接触面半径Ｘ、ギヤの接触面
半径Ｙの間には次の不等式が成立する。

０＜（Ｕ―Ｖ）＜（Ｘ―Ｙ）＜（Ｕ―Ｔ） (6) 遊星軸に関して、遊星ギヤ６の最大偏位量は、
（Ｕ―Ｔ）である。

遊星軸に関して、遊星円板７の最大偏位量は、
（Ｖ―Ｔ）である。

遊星軸がない場合、遊星円板７と遊星ギヤ６の
相対的な偏位の最大は（Ｘ―Ｙ）である。

円板７は半径方向には動かないが、ギヤ６は半
径方向に動いて外殻内歯歯車３、太陽歯車１に対
し、強く噛み込む惧れがある。これを防ぐため
に、 （Ｘ―Ｙ）＜（Ｕ―Ｔ） (7) とする。

円板７、ギヤ６は円周方向には、遊星軸５に接
触するまで動くことができる。円周方向の動き
で、ギヤ６が常に直接遊星軸５へ力を伝達できる
ためには、 ０＜（Ｕ―Ｖ）＜（Ｘ―Ｙ） (8) であれば良い。ギヤ６が円周方向に偏位している
場合、つまり平常の場合、円板７には殆ど力がか
からない。

以上の構成に於てその作用、効果を説明する。

この遊星歯車装置を減速機、或は増速機として
使う事ができるが、トルクは太陽歯車１から、遊
星ギヤ６、外殻ギヤ８、キヤリヤ４とギヤによつ
て伝達される。キヤリヤの半径方向の振動や、遠
心力による遊星歯車の半径方向の動きは、遊星円
板７、外殻リング９によつて抑えられ、好適な回
転状態を保つ。

遊星ギヤ６と遊星円板７とは固着されているわ
けではないので、相対回転できる。従つて遊星円
板７がピツチ円より公差分程度小さくて遊星ギヤ
６より自転速度が遅くても、この僅かな遅れ分
は、相対回転によつて補正され、遊星ギヤの自転
運動を妨害する事がない。ギヤと円板が一体化さ
れているものよりこの点で勝つている。

遊星ギヤが円板によつて間接支持されるものに
比べ、遊星円板、ギヤの接触面２５，２６での摩
擦力Ｆ２が小さく、ズレ自体も少い。遊星ギヤ６
が遊星軸５によつて直接軸支されているからであ
る。キヤリヤにかかるトルクＴに由来する遊星軸
５と遊星歯車２との間の垂直抗力ｆ（式(5)）は、
円板７を経由せず、直接遊星ギヤ６にのみ加わ
る。

第５図は本発明の遊星歯車の力関係を示す略図
である。遊星ギヤ６は太陽歯車１、外殻ギヤ８か
ら、ｆ／２ずつの同方向力をうけて、遊星軸５か
らｆの反対力をうける。このため、遊星軸心より
偏よる。

しかし、接触面２５と接触面２６の間には適当
なクリヤランスＺがあるから、遊星円板７はギヤ
からの力を殆どうけない。従つて、遊星円板７は
遊星軸５に強く押しつけられることがなく、円
板、軸間の摩擦力Ｆ３は小さい。摩擦力Ｆ２，Ｆ
３はともに小さくトルクＴに比例して増大すると
いう事がない。

一方、遊星円板７と、外殻リング９との摩擦力
Ｆ１は、両者が接触している限り、かなり大き
い。

従つて、多くの場合 F1＋F2＞F3 となつて回転力（F1＋F2）が、制動力（F3）を
越え、円板はギヤとほぼ同一速度で回転する。従
つて円板の存在が遊星歯車の回転運動をそこなう
事なく、効率が低下しない。円板とギヤの間の摩
擦力Ｆ２は小さく、滑りも少いので発熱も僅かに
なる。長年使用してもギヤ接触面２６、円板接触
面２５が殆ど磨耗しない。逆にいえば、潤滑の必
要性が減るわけであるから、保守の労も軽減され
る。勿隣、遊星ギヤと遊星軸との間の摩擦力Ｆ４
は、トルクＴに比例して大きいが、これは円板、
ギヤの接触とは無関係である。

さらに、遊星ギヤ６の通孔の半径Ｕと、円板７
の通孔の半径Ｖとは独立に決定でき、ＶをＵより
僅かに小さくするので、円板による偏心運動の抑
制効果をそこなう事なく、遊星ギヤ、太陽歯車、
外殻ギヤ間の噛合い不整合を補償できる。遊星ギ
ヤ６が直径方向に偏心して外殻内歯歯車３、太陽
歯車１に強く噛み込むと、著しく効率が低下する
が、ギヤ６と円板７の接触面２５，２６が先に接
触し、遊星ギヤ６の偏心を防ぐから、噛み込みが
起らず効率低下を防止する。このように有用な発
明である。

【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XOY断面図。第
４図は遊星歯車のみの分解拡大断面図。第５図は
本発明の構成における遊星歯車の力関係を示す略
図。第６図は公知例を示す遊星歯車装置の断面
図。第７図は第６図の装置に於る遊星歯車の力関
係を示す略図。 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…
…遊星ギヤ、７……遊星円板、８……外殻ギヤ、
９……外殻リング、１０……Ａキヤリヤ、１１…
…Ｂキヤリヤ、２０……膨出ボス部、２１……ギ
ヤ通孔、２２……円板通孔、２３……内向周突
条、２４……転動面、２５……接触面、２６……
接触面、Ｆ１……遊星円板と外殻リング間の摩擦
力、Ｆ２……遊星円板と遊星ギヤ間の摩擦力、Ｆ
３……遊星円板と遊星軸間の摩擦力、ｆ……遊星
ギヤと円板又は遊星軸間に生じる垂直抗力、Ｔ…
…キヤリヤトルク、Ｎ……遊星歯車の数。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 太陽歯車１と、これ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とを含
   む遊星歯車装置に於て、遊星歯車２は膨出ボス部
   ２０を両側に有する遊星ギヤ６と該遊星ギヤ６の
   両側に設けられピツチ円に等しい外径を有しかつ
   外周近傍に膨出ボス部２０と等しい幅の内向周突
   条２３を形成した遊星円板７，７を組合わせて成
   り、外殻内歯歯車３は外殻ギヤ８と該外殻ギヤ８
   の両側に設けられるピツチ円に等しい内径の外殻
   リング９とより成り、遊星ギヤ６の通孔２１の半
   径をＵ、遊星円板７の通孔２２の半径をＶ、遊星
   円板７の内向周突条２３の接触面２５の半径を
   Ｘ、遊星ギヤ６の膨出ボス部２０の外向きの接触
   面２６の半径をＹ、遊星軸５の半径をＴとする
   と、 Ｏ＜（Ｕ−Ｖ）＜（Ｘ−Ｙ）＜（Ｕ―Ｔ） とした事を特徴とする遊星歯車装置。