JPH0372851B2

JPH0372851B2 -

Info

Publication number: JPH0372851B2
Application number: JP58143466A
Authority: JP
Inventors: Hideyasu Matoba
Original assignee: Matex Co Ltd
Current assignee: Matex Co Ltd
Priority date: 1983-08-05
Filing date: 1983-08-05
Publication date: 1991-11-20
Also published as: JPS6034553A

Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 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、ピツ
チ円板やピツチリングを取付けた遊星歯車装置が
ある。

ピツ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つても、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3293928号（1966年12月27
日発行）明細書には、外歯歯車と内歯歯車とが噛
合うトルクコンバータに於て、両歯車の両側にピ
ツ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3548673号（1970年12月22日
発行）明細書には、歯車の片側に、ピツチ円に等
しい直径の摩擦車を固着一体化した平歯車、ベベ
ルギヤが示されている。噛合点での歯車のバツク
ラツシユの設定が難しかつたので、バツクラツシ
ユの問題を除くため、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ツチ円
板やピツチリング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
ツチ円に等しい外径、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、円筒面によつて伝達される。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。優れた考案であつた。

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、遊星歯車とコロを設けるように
なつている。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つた。

ピツチ円に等しい円板やリングを設ける、とい
う構成とは全く異つたアプローチで、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つ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つてい
る。

しかし、柔軟な弾性体で歯車を作製すると、ス
リツプがあるので、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36−22661
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、間に中介輪を付加したものであ
る。中介輪と遊星歯車（リング状になつている）
とは相互回転できる。中介輪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。ピツチ円
板、ピツチリング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
ヤリヤが半径方向に或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、歯車自体のバツクラツシ
ユ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、このような開隙式のもの
である、と本発明者は考えている。

(ウ) 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) ピツチ円板、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つた。

(1)は非常に魅力的であるように見える。ピツチ
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
ピツチリング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つ
ている。リング歯車を両側から、同心段部を有
し、ピツチ円に等しい外径のピツチ円板で挾み、
２枚のピツチ円板の軸穴に遊星軸を通すようにな
つている。

この発明で、歯車は、歯元に於て局所的に撓む
ようになつている。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。これによつて、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０であつて、両者が固定されている
ため、(3)の長所を兼備することができなかつた。

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
明者は知つている。

３つ又は４つの遊星歯車に於て、もしも伝達ト
ルクが異なつたとする。大きいトルクの加わつた
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、遊星歯車と太陽歯車の噛合点に於
て、伝達トルクが異なる。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、販売に携つている。以上に述べた様々
な遊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、力を等配分するには、(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つて、噛合い
力を均等化させる、というが、弾性変形はフツク
の法則により加えられた力に比例する。弾性変形
が不均等に発生する、ということは、噛合い力が
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。

むしろバツクラツシユを十分にとつて、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)のピツチ円板、ピツチリン
グ方式に対しても疑問を感じている。

ピツチリング、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、ピツチリング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。従つて、ピツチ
リングの内径は、ピツチ円より僅かに大きくし、
ピツチ円板の外径は、そのピツチ円より僅かに小
さくする。このように加工上は、ピツチ円板と、
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ツチリング
と、遊星歯車の両側のピツチ円板とは、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つ
て、ピツチリングが真円でなく、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、ピツチ円板が、ピツチリングに押
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
ててあつて、太陽歯車とその軸の間に遊びがある
場合、キヤリヤの重みで、最下点にある遊星歯車
のピツチ円板が、ピツチリングに接触することも
ある。

しかし、普通は、ピツチ円板と、ピツチリング
は多くの場合離隔している。

そこで、本発明者は、ピツチ円に於て、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。

ピツチ円板、ピツチリングがあると、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つ
た。歯先の部分（１モジユール分）が相手方の円
板やリングにかかるから、横方向へ抜けないので
ある。

しかし、歯先の１モジユールであるから、円
板、リングとの接触によつて摩耗しやすい。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し、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、という長所があつた。

(エ) 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、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、円筒部の片側にあつて遊
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つて軸支し回転自在に
設けられたキヤリヤと、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つている。

(オ) 実施例実施例を示す図面によつて説明する。

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、後になつて差込むこ
とができる。太陽歯車がなくても、ひとつのまと
まつたユニツトになつている。

これが、先述の特公昭54−17111号、特開昭58
−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
なつており、ユニツト組立後に、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
つて挿入できる。

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、モータ
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を回転対称位置に軸支する
キヤリヤ４とより成る。

遊星軸５は、遊星歯車２を、キヤリヤ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つて
ある遊星歯車リング７と、遊星スリーブ６とを緩
かに組合せたものである。

キヤリヤ４は、キヤリヤ盤４ａとキヤリヤ副盤
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１０と、この上に差込突起１１とを形成し
ておく。

副キヤリヤ盤４ｂの内側面の対応する位置に、
凸部１２と、この中へ差込穴１３とを設けてあ
る。

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。

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、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、連結棒を通し
て溶接し、或は、リベツトによりかしめ固着す
る。

主キヤリア盤４ａの中央は外方へ高く隆起した
中央隆起部１４となつている。この中心に、キヤ
リヤ軸孔１５が設けられる。これにはスプライ
ン、又はセレーシヨンなどが切つてある。出力軸
（減速機とする場合）がキヤリヤ軸孔１５に装着
される。

キヤリヤ盤４ａ，４ｂには、前記凸部１０，１
２の中間位置に遊星軸止め穴１６，１６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。

副キヤリヤ盤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つたモ
ータ軸を挿入できるようになつている。

遊星歯車２のピツチ円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ツチンが引かれてい
る領域との境界が歯底円である。これはピツチ円
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か
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
つて、遊星歯車の歯底円直径P₂より小さい外径
Ｄ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、ギヤ部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I₁より小さい。

遊星スリーブ６は、中心に軸通し穴２４があつ
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があつて、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。

(カ) 効果 (1) 遊星歯車２を遊星スリーブ６と、遊星歯車リ
ング７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、歯車同士が強く噛込む、という
ことがない。

(3) 遊星スリーブの円板部２１の外径Ｄ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
２３を設けるから、プラスチツクの場合、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。

ピツチ円板、ピツチリング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。

(キ) 考察本発明に於て、遊星歯車２の円板部２１と、外
殻内歯歯車３の円筒面部２３がピツチ円同士で接
触するのではない。

ピツチ円同士で接触すれば、周速の差がない。
ピツ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２
３の上を空滑りすることになる。このため、発
熱、騒音の発生する危惧が感じられるかも知れな
い。

遊星歯車のピツチ円、歯先円、歯底円の直径を
P₀、P₁、P₂とする。外殻内歯歯車のピツチ円、
歯先円、歯底円の直径をI₀、I₁、I₂とする。遊星
円板部の外径をＤ、外殻内歯歯車の円筒面部の内
径をＲとする。

(1) ピツチ円板、ピツチリング式と本発明者がい
うのは、Ｄ＝P₀ Ｒ＝I₀ 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≧P₁ Ｒ≧I₂ とするものである。

(3) 本発明はこれに対しＤ≦P₂ Ｒ≦I₁ とするものである。

太陽歯車、遊星歯車、外殻内歯歯車のピツチ円
S₀、P₀、I₀はモジユールに歯数Z_s、Z_p、Z_iを乗じ
たものである。

キヤリヤを固定した系で、それぞれの回転角速
度をΩ′_s、Ω′_p、Ω′_i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、 −Z_sΩ′_s＝＋Z_pΩ′_p＝Z_iΩ′_i (1) である。また、遊星歯車装置を構成しているの
で、 Z_i＝Z_s＋2Z_p (2) である。

キヤリヤの角速度をΩ_cとし、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_s、Ω_p、Ω_iとすると、 Ω_s＝Ω′_s−Ω′_i (3) Ω_p＝Ω′_p−Ω_i (4) Ω_c＝０−Ω′_i (5) Ω_i＝Ω′_i−Ω′_i＝０ (6) で与えられる。減速比ｒを、ふつうｒ＝Ω_c／Ω_s (7) で定義する。太陽歯車回転数に対するキヤリヤ回
転数である。

これらの式から Z_sΩ_s＝（Z_i＋Z_s）Ω_c (8) を得る。減速比ｒはｒ＝Z_s／Z_i＋Z_s (9) 又はｒ＝Z_s／２（Z_s＋Z_p） (10) 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＝DΩ′_p−RΩ′_i (11) で与えられる。(1)、(3)、(5)、(7)式から、 Δ＝S₀（１−ｒ）（Ｒ／I₀−Ｄ／P₀）Ω_s (12) となる。

ＲとI₀の差、及びＤとP₀の差は１モジユール程
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（寸法公差はこの議
論では考慮していない）。そこでこの差をδとす
る。

I₀−Ｒ＝δ （13） P₀−Ｄ＝δ （14）とする。δは正である。

これを代入すると、周速差Δは Δ＝δrΩ_s／１−2r （15）と書くことができる。これは太陽歯車の回転角速
度Ω_sによる式であるが（入力回転数）、キヤリヤ
回転（出力回転）数に関係づけて、 Δ＝δΩ_c／１−2r （16）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_pに対
して Δ＝−δΩ_p （17）と書く表式であろう。

δは１モジユール〜1.5モジユール程度である
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、一見、2δΩ_p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δΩ_p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。従つて、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−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……キヤリヤ、４ａ……主キ
ヤリヤ盤、４ｂ……副キヤリヤ盤、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、１
５……キヤリヤ軸孔、１６……遊星軸止め穴、１
７……開口、１８……ピツチ円、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。

Claims

【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によつて軸支し回転自在に設けられ
たキヤリヤ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
ひとつの遊星スリーブ６との２部材のみよりな
り、外殻内歯歯車３は、ギア部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。