JP2016142402A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を削減できるとともに小型化が可能な動力伝達装置を提供することを目的とする。【解決手段】動力伝達装置１は、外歯車である第一太陽歯車１０と、内歯車である第二太陽歯車２０と、内歯３２と外歯３３との間に中心軸線Ａｃ方向に延伸する円筒状内面３４ａを有する遊星歯車３０と、円筒状内面３４ａの中心Ｃｙを通る回転軸線Ａｆ１，Ａｆ２周りに遊星歯車３０に対して相対回転可能に設けられた円筒部材４４と、支持軸線Ａｓに対して円筒部材４４の回転軸線Ａｆ１，Ａｆ２を偏心させた状態で、当該円筒部材４４を支持軸線Ａｓ周りに回転可能に支持するキャリア本体４１，４２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、遊星機構を用いて回転動力を変速して伝達する動力伝達装置に関するものである。

例えば特許文献１，２には、動力伝達装置として、遊星機構を用いて回転動力を変速する変速装置が開示されている。特許文献１の変速装置は、中心部に配置された偏心部（カム部）を回転させることにより遊星歯車を揺動させ、当該遊星歯車の自転成分をピン部材により出力する。また、特許文献２の変速装置は、カム部がキャリア軸に設けられ、当該キャリア軸を回転させることにより遊星歯車を揺動させる。

特開２０１１−２０８７６７号公報 特開２０１２−２２９８１６号公報

特許文献１の変速装置は、遊星歯車と内歯車の噛合位置に変化に伴ってピン部材に伝達される回転動力の大きさが変動する、ピン部材に要求される強度が比較的高くなる。また、特許文献２の変速装置は、軸線方向において遊星歯車とは異なる位置に、カム部を自転させるための機構を設ける必要があり、軸線方向の小型化が容易でない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、部品点数を削減できるとともに小型化が可能な動力伝達装置を提供することを目的とする。

（請求項１）本発明に係る動力伝達装置は、外歯車である第一太陽歯車と、前記第一太陽歯車の中心軸線上に同軸に配置され、内歯車である第二太陽歯車と、前記第一太陽歯車と噛合する内歯と、前記第二太陽歯車と噛合する外歯と、前記内歯と前記外歯との間に前記中心軸線方向に延伸する円筒状内面と、を有する遊星歯車と、前記遊星歯車との間で動力伝達可能に前記円筒状内面の内側に配置され、当該円筒状内面の中心を通る回転軸線周りに前記遊星歯車に対して相対回転可能に設けられた円筒部材と、前記円筒状内面の内側を通り且つ前記回転軸線に平行な支持軸線に対して前記円筒部材の前記回転軸線を偏心させた状態で、当該円筒部材を前記支持軸線周りに回転可能に支持するキャリア本体と、を備える。

請求項１に記載の発明によると、遊星歯車は、中心軸線周りに公転可能に、且つ自転成分をキャリア本体に伝達可能に支持される。このとき、遊星歯車が円筒状内面を円筒部材により支持されるため、遊星歯車と内歯車（第二太陽歯車）との噛合位置の変化によらず、円筒部材に伝達される回転動力は一定となる。よって、円筒部材を含むキャリアに要求される強度が比較的小さくなり、結果として装置全体として小型化を図ることができる。

また、上記構成によると、遊星歯車は、当該遊星歯車の内歯が外歯車（第一太陽歯車）に噛合して、外歯車との間で回転動力を伝達可能である。これにより、遊星歯車は、外歯車、円筒部材および内歯車（第二太陽歯車）との関係により自転および公転する。つまり、本構成では、円筒部材を自転させるための機構を省略できるので、部品点数を削減できるとともに、中心軸線方向における装置の寸法を小さくできる。また、遊星歯車の内歯と外歯車（第一太陽歯車）との歯数差により変速比を高くすることができる。

実施形態における動力伝達装置の軸方向の断面図であり、図２のI-I断面図である。 図１のII-II断面図である。

以下、本発明の動力伝達装置を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。実施形態において、動力伝達装置は、遊星機構を用いて、駆動源より入力した回転動力を減速して出力する減速装置に用いられた構成を例示する。

＜実施形態＞
（動力伝達装置１の構成）
実施形態の動力伝達装置１の構成について、図１および図２を参照して説明する。この動力伝達装置１は、図１および図２に示すように、ハウジング２と、入力軸３と、出力軸４と、第一太陽歯車１０と、第二太陽歯車２０と、２つの遊星歯車３０と、キャリア４０とを備えて構成される。

ハウジング２は、減速装置の外周形状の一部を構成する固定部材である。入力軸３および出力軸４は、ハウジング２に中心軸線Ａｃを中心にして回転可能に支持された軸部材である。入力軸３の一端は、例えば電動モータなどの駆動源の出力軸と一体回転するように連結される。出力軸４は、動力伝達装置１により減速された回転動力を出力する。

第一太陽歯車１０は、外周面に外歯を形成された外歯車である。第一太陽歯車１０の外歯の歯幅は、２つの遊星歯車３０の中心軸線Ａｃ方向の幅よりも長く設定される。第一太陽歯車１０は、入力軸３に連結され、入力軸３と一体的に回転する。第二太陽歯車２０は、本実施形態において、ハウジング２の円筒状内面に直接形成された内歯車である。第二太陽歯車２０は、第一太陽歯車１０の中心軸線Ａｃ上に同軸に配置される。

複数の遊星歯車３０は、中心軸線Ａｃ方向に並列に、且つ中心軸線Ａｃ周りに等間隔（本実施形態においては１８０°）に配置される。２つの遊星歯車３０は、共通部材であるため、以下では動力伝達装置１の入力側（図１の左側）に配置された遊星歯車３０について説明する。遊星歯車３０は、図２に示すように、歯車本体３１と、内歯３２と、外歯３３と、２つの挿入孔３４と、２つの貫通孔３５とを有する。

歯車本体３１は、全体形状としては環状に形成される。歯車本体３１は、中心軸線Ａｃ方向に所定の厚みを有する。内歯３２は、歯車本体３１の円筒状内面に形成され、第一太陽歯車１０に噛合する。内歯３２の歯数は、第一太陽歯車１０の歯数よりも多く設定される。外歯３３は、歯車本体３１の外周面に形成され、第二太陽歯車２０に噛合する。本実施形態において、第二太陽歯車２０および遊星歯車３０の外歯３３は、インボリュート歯形に形成される。外歯３３の歯数は、第二太陽歯車２０の歯数よりも少なく設定される。なお、本実施形態において、第一太陽歯車１０と遊星歯車３０の内歯３２の歯数差Ｓｔ１は、第二太陽歯車２０と遊星歯車３０の外歯３３との歯数差Ｓｔ２に等しく設定される（Ｓｔ１＝Ｓｔ２）。

複数の挿入孔３４は、中心軸線Ａｃ方向に貫通して形成され、後述するキャリア４０のカム部材４４が挿入される。複数の挿入孔３４は、遊星歯車３０の回転軸線Ａｒ１（Ａｒ２）周りに等間隔（本実施形態においては１８０°）に配置される。挿入孔３４の各々は、歯車本体３１の径方向において、内歯３２と外歯３３との間に中心軸線Ａｃ方向に延伸する円筒状内面３４ａを形成される。

複数の貫通孔３５は、中心軸線Ａｃ方向に貫通して形成される。貫通孔３５の各々は、図２に示すように、内歯３２、外歯３３、および挿入孔３４から所定の間隔を確保しつつ、これらの形状に倣う形状に形成される。即ち、遊星歯車３０は、貫通孔３５の形成により、歯車本体３１の必要強度を確保しつつ、一定の軽量化が図られている。当該貫通孔３５の内側には、後述するキャリア４０の連結部材４５が非接触の状態で貫通される。

キャリア４０は、２つの遊星歯車３０を保持するとともに、遊星機構により減速された回転動力を出力軸４に伝達する。キャリア４０は、図１に示すように、一対のキャリア本体４１，４２と、２本のキャリア軸４３と、複数のカム部材４４（本発明の「円筒部材」に相当する）と、２本の連結部材４５と、一対の保持プレート４６,４７とを有する。

一対のキャリア本体４１，４２は、２つの遊星歯車３０に対して中心軸線Ａｃ方向の両側に配置される環状部材である。キャリア本体４１，４２の各々は、中心部に形成された内周面において軸受を介して入力軸３に支持される。また、一対のキャリア本体４１，４２は、軸受を介して２本のキャリア軸４３を両持ちで支持する。これにより、キャリア軸４３の各々は、キャリア本体４１，４２に対して支持軸線Ａｓ周りに相対回転可能に構成される。

複数のカム部材４４は、本実施形態において、２本のキャリア軸４３に２つずつ配置される。カム部材４４は、遊星歯車３０の円筒状内面３４ａの内径よりも小径の外径を有する円筒状外面を有する円筒部材である。カム部材４４は、遊星歯車３０との間で動力伝達可能に遊星歯車３０の円筒状内面３４ａの内側に配置される。本実施形態においては、カム部材４４は、円筒状内面３４ａとの間に複数のニードル５１を介在され、当該円筒状内面３４ａの中心Ｃｙを通る回転軸線Ａｆ１，Ａｆ２周りに遊星歯車３０に対して相対回転可能に設けられる。

また、カム部材４４の各々は、キャリア軸４３の外周面に偏心した状態で固定される。これにより、一対のキャリア本体４１，４２は、円筒状内面３４ａの内側を通り且つ回転軸線Ａｆ１，Ａｆ２に平行な支持軸線Ａｓに対してカム部材４４の回転軸線Ａｆ１，Ａｆ２を偏心させた状態で、当該カム部材４４を支持軸線Ａｓ周りに回転可能に支持する。上記の支持軸線Ａｓは、キャリア軸４３の回転中心を通る軸線である。

より詳細には、同一のキャリア軸４３に配置された２つのカム部材４４は、支持軸線Ａｓに対して偏心方向が反対となるように配置される。このような構成により、カム部材４４の円筒状外面は、当該円筒状外面の中心（円筒状内面３４ａの中心Ｃｙに一致する）が支持軸線Ａｓに対して偏心することによってカム面を構成する。また、支持軸線Ａｓから回転軸線Ａｆ１，Ａｆ２までの距離（即ち、カム部材４４の偏心量Ｎ）は、本実施形態において、遊星歯車３０が第一太陽歯車１０および第二太陽歯車２０に噛合した状態における第一太陽歯車１０と遊星歯車３０の中心間距離Ｄに等しく設定される（Ｎ＝Ｄ）。

連結部材４５の各々は、中心軸線Ａｃ方向に並列に配置された２つの遊星歯車３０の貫通孔３５をそれぞれ貫通し、対向する一対のキャリア本体４１，４２を連結する。連結部材４５の各々は、中心軸線Ａｃ方向の両端面が一対のキャリア本体４１，４２の端面に接触した状態で、２本の連結ボルト７１により固定される。これにより、一対のキャリア本体４１，４２は、２本の連結部材４５を介して一体的に固定される。

一対の保持プレート４６，４７は、２つの遊星歯車３０を保持する一対のキャリア本体４１，４２、２本のキャリア軸４３、複数のカム部材４４、および連結部材４５により構成される構造体に対して中心軸線Ａｃ方向の両側に配置され、当該構造体をハウジング２に対して回転可能に保持する。保持プレート４６，４７の各々は、円盤状に形成され、外周面において軸受を介してハウジング２に支持される。

入力側（図１の左側）に配置された第一の保持プレート４６は、中心部に貫通して形成された孔部の内側を入力軸３が非接触の状態で貫通される。出力側（図１の右側）に配置された第二の保持プレート４７は、出力軸４に固定され、出力軸４と一体的に回転する。第一の保持プレート４６は、入力側のキャリア本体４１に対してキャリア軸４３が位置する位相とは異なる位相において、当該入力側のキャリア本体４１に連結ボルト７２により一体的に固定される。

同様に、第二の保持プレート４７は、出力側のキャリア本体４２に対してキャリア軸４３が位置する位相とは異なる位相において、当該出力側のキャリア本体４２に連結ボルト７２により一体的に固定される。なお、図１においては、２本の連結ボルト７２を、キャリア軸４３が位置する位相に重ねて示している（図１の上側）。

（動力伝達装置１の動作）
本実施形態の動力伝達装置１の動作について説明する。先ず、図示しない電動モータなどの駆動源の作動に伴って、入力軸３より回転動力が動力伝達装置１に入力される。入力軸３の回転により、入力軸３と一体的に第一太陽歯車１０が中心軸線Ａｃ周りに回転する。そうすると、第一太陽歯車１０に噛合する２つの遊星歯車３０は、第一太陽歯車１０と内歯３２の歯数差Ｓｔ１、および第二太陽歯車２０と外歯３３の歯数差Ｓｔ２に基づいて、中心軸線Ａｃ周りに公転運動するとともに、遊星歯車３０の回転軸線Ａｒ１，Ａｒ２周りに自転運動する。

このとき、遊星歯車３０の円筒状内面３４ａに挿入されたカム部材４４は、遊星歯車３０の公転運動に伴って、遊星歯車３０の円筒状内面３４ａの中心Ｃｙを通る回転軸線Ａｆ１（Ａｆ２）周りに遊星歯車３０に対して相対回転する。また、カム部材４４は、キャリア軸４３により偏心して支持されているため、キャリア軸４３の支持軸線Ａｓ周りに偏心回転する。そのため、カム部材４４のカム面（円筒状外面）において上記の回転動力を伝達される部位は、偏心回転に伴ってカム面の円周方向に変位する。

これにより、遊星歯車３０の自転成分がキャリア軸４３を介して一対のキャリア本体４１，４２に伝達される。一対のキャリア本体４１，４２および一対の保持プレート４６，４７は、遊星歯車３０の自転運動と同一の回転数で回転して、減速された回転動力を出力軸４へと出力する。

なお、動力伝達装置１の作動中において、遊星歯車３０は、一対のキャリア本体４１，４２に対して揺動する。このとき、図２に示すように、遊星歯車３０の貫通孔３５とキャリア４０の連結部材４５との間には十分な隙間が設けられており、揺動する遊星歯車３０に対する連結部材４５の非接触状態が維持される。

（実施形態の構成による効果）
実施形態に係る動力伝達装置１は、外歯車である第一太陽歯車１０と、第一太陽歯車１０の中心軸線Ａｃ上に同軸に配置され、内歯車である第二太陽歯車２０と、第一太陽歯車１０と噛合する内歯３２と、第二太陽歯車２０と噛合する外歯３３と、内歯３２と外歯３３との間に中心軸線Ａｃ方向に延伸する円筒状内面３４ａと、を有する遊星歯車３０と、遊星歯車３０との間で動力伝達可能に円筒状内面３４ａの内側に配置され、当該円筒状内面３４ａの中心Ｃｙを通る回転軸線Ａｆ１（Ａｆ２）周りに遊星歯車３０に対して相対回転可能に設けられた円筒部材（カム部材４４）と、円筒状内面３４ａの内側を通り且つ回転軸線Ａｆ１，Ａｆ２に平行な支持軸線Ａｓに対して円筒部材（カム部材４４）の回転軸線Ａｆ１（Ａｆ２）を偏心させた状態で、当該円筒部材（カム部材４４）を支持軸線Ａｓ周りに回転可能に支持するキャリア本体４１，４２と、を備える。

このような構成によると、遊星歯車３０は、中心軸線Ａｃ周りに公転可能に、且つ自転成分をキャリア本体４１，４２に伝達可能に支持される。このとき、遊星歯車３０が円筒状内面３４ａをカム部材４４により支持されるため、遊星歯車３０と内歯車（第二太陽歯車２０）との噛合位置の変化によらず、カム部材４４に伝達される回転動力は一定となる。よって、カム部材４４を含むキャリア４０に要求される強度が比較的小さくなり、結果として装置全体として小型化を図ることができる。

また、上記構成によると、遊星歯車３０は、当該遊星歯車３０の内歯３２が第一太陽歯車１０に噛合して、外歯車との間で回転動力を伝達可能である。これにより、遊星歯車３０は、第一太陽歯車１０、カム部材４４、および第二太陽歯車２０との関係により自転および公転する。つまり、本構成では、カム部材４４を自転させるための機構を省略できるので、部品点数を削減できるとともに、中心軸線Ａｃ方向における装置の寸法を小さくできる。また、遊星歯車３０の内歯３２と第一太陽歯車１０との歯数差Ｓｔ１により変速比を高くすることができる。

また、支持軸線Ａｓから回転軸線Ａｆ１，Ａｆ２までの距離（偏心量Ｎ）は、遊星歯車３０が第一太陽歯車１０および第二太陽歯車２０に噛合した状態における第一太陽歯車１０と遊星歯車３０の中心間距離Ｄに等しく設定される。第一太陽歯車１０と遊星歯車３０の内歯３２との歯数差Ｓｔ１は、第二太陽歯車２０と遊星歯車３０の外歯３３との歯数差Ｓｔ２に等しく設定される。

このような構成によると、遊星歯車３０は、内歯３２が第一太陽歯車１０に噛合し、且つ外歯３３が第二太陽歯車２０に噛合した状態を好適に維持される。よって、動力伝達装置１の動作をより安定化させることができる。

また、遊星歯車３０は、中心軸線Ａｃ方向に貫通する貫通孔３５を有する。動力伝達装置１は、遊星歯車３０に対して中心軸線Ａｃ方向の両側に配置される一対のキャリア本体４１，４２と、遊星歯車３０の貫通孔３５を貫通し、一対のキャリア本体４１，４２を連結する連結部材４５と、を有する。

このような構成によると、カム部材４４が一対のキャリア本体４１，４２により両持ち支持されるため、動力伝達装置１の動作をより安定化させることができ、また伝達可能な最大トルクを増大させることができる。また、遊星歯車３０は、貫通孔３５が設けられることにより軽量化される。これにより、中心軸線Ａｃ周りに偏心した遊星歯車３０の公転運動に伴い発生する慣性質量を低減できる。よって、動力伝達の際に生じる装置の振動が低減される。

また、第二太陽歯車２０および遊星歯車３０の外歯３３は、インボリュート歯形に形成される。
このような構成によると、インボリュート歯形は加工性がよいため、内歯車である第二太陽歯車２０および遊星歯車３０の外歯３３をインボリュート歯形に形成することにより、製造コストを低減できる。また、インボリュート歯形は噛み合い性が良いため、設計自由度が比較的高く、また動力伝達装置１の組み付け性を向上できる。

＜実施形態の変形態様＞
実施形態の動力伝達装置１は、第一太陽歯車１０を入力部材、第二太陽歯車２０を固定部材、キャリア４０のキャリア本体４１，４２を出力部材とした。これに対して、入力部材、固定部材、および出力部材は、相互に入れ換えることが可能である。例えば、実施形態の動力伝達装置１において、キャリア本体４１，４２から回転動力を入力して、当該回転動力を増速して第一太陽歯車１０から出力することが可能である。

また、キャリア本体４１，４２を固定部材として、第一太陽歯車１０および第二太陽歯車２０の一方を入力部材、他方を出力部材としてもよい。同様に、第一太陽歯車１０を固定部材として、第二太陽歯車２０およびキャリア本体４１，４２の一方を入力部材、他方を出力部材としてもよい。このような構成は、実施形態と同様の効果を奏する。

実施形態のキャリア４０は、一対のキャリア本体４１，４２によりキャリア軸４３を両持ち支持する。これに対して、キャリア４０は、キャリア軸４３を片持ちで支持する構成としてもよい。また、キャリア４０が一対のキャリア本体４１，４２を有する構成において、連結部材４５は、例えば伝達する回転動力の大きさに応じて強度を設定される。この連結部材４５は、遊星歯車３０の貫通孔３５を貫通する他に、キャリア軸４３の内部を挿通して一対のキャリア本体４１，４２を連結する構成としてもよい。

また、キャリア４０は、キャリア本体４１，４２に対して相対回転可能にキャリア軸４３を保持し、且つ当該キャリア軸４３に偏心して固定されたカム部材４４を有する。これに対して、キャリア４０は、キャリア本体４１，４２にキャリア軸４３を一体的に固定するとともに、当該キャリア軸４３の外周にカム部材４４を偏心させた状態で且つ相対回転可能に保持してもよい。このような構成においても実施形態と同様の効果を奏する。

また、実施形態の第二太陽歯車２０および遊星歯車３０の外歯３３は、インボリュート歯形に形成される。これに対して、第二太陽歯車２０および遊星歯車３０の外歯３３は、サイクロイド歯形に形成されてもよい。サイクロイド歯形は、インボリュート歯形と比較して噛合する歯数が多くなる。そのため、上記のような構成によると、遊星歯車３０と第二太陽歯車２０との間で伝達可能な最大トルクを増大させることができる。

１：動力伝達装置、 １０：第一太陽歯車、 ２０：第二太陽歯車、 ３０：遊星歯車、 ３２：内歯、 ３３：外歯、 ３４ａ：円筒状内面、 ３５：貫通孔、 ４０：キャリア、 ４１，４２：キャリア本体、 ４４：カム部材（円筒部材）、 ４５：連結部材、 Ａｃ：中心軸線、 Ａｒ１，Ａｒ２：（遊星歯車の）回転軸線、 Ａｓ：支持軸線Ａｓ、 Ｃｙ：円筒内周面の中心、 Ａｆ１，Ａｆ２：（カム部材の）回転軸線、 Ｎ：偏心量、 Ｄ：中心間距離、 Ｓｔ１，Ｓｔ２：歯数差

Claims (5)

1. 外歯車である第一太陽歯車と、
   前記第一太陽歯車の中心軸線上に同軸に配置され、内歯車である第二太陽歯車と、
   前記第一太陽歯車と噛合する内歯と、前記第二太陽歯車と噛合する外歯と、前記内歯と前記外歯との間に前記中心軸線方向に延伸する円筒状内面と、を有する遊星歯車と、
   前記遊星歯車との間で動力伝達可能に前記円筒状内面の内側に配置され、当該円筒状内面の中心を通る回転軸線周りに前記遊星歯車に対して相対回転可能に設けられた円筒部材と、
   前記円筒状内面の内側を通り且つ前記回転軸線に平行な支持軸線に対して前記円筒部材の前記回転軸線を偏心させた状態で、当該円筒部材を前記支持軸線周りに回転可能に支持するキャリア本体と、
   を備える動力伝達装置。
2. 前記支持軸線から前記回転軸線までの距離は、前記遊星歯車が前記第一太陽歯車および前記第二太陽歯車に噛合した状態における前記第一太陽歯車と前記遊星歯車の中心間距離に等しく設定され、
   前記第一太陽歯車と前記遊星歯車の内歯との歯数差は、前記第二太陽歯車と前記遊星歯車の外歯との歯数差に等しく設定される、請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記遊星歯車は、前記中心軸線方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記動力伝達装置は、
   前記遊星歯車に対して前記中心軸線方向の両側に配置される一対の前記キャリア本体と、
   前記遊星歯車の前記貫通孔を貫通し、一対の前記キャリア本体を連結する連結部材と、を有する、請求項１または２に記載の動力伝達装置。
4. 前記第二太陽歯車および前記遊星歯車の外歯は、インボリュート歯形に形成される、請求項１〜３の何れか一項に記載の動力伝達装置。
5. 前記第二太陽歯車および前記遊星歯車の外歯は、サイクロイド歯形に形成される、請求項１〜３の何れか一項に記載の動力伝達装置。

Images