特開 2023-100278 遊星歯車装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023100278

(43)【公開日】2023-07-19

(54)【発明の名称】遊星歯車装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/28 20060101AFI20230711BHJP

   F16H 55/17 20060101ALI20230711BHJP

【ＦＩ】

F16H1/28

F16H55/17 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022000785

(22)【出願日】2022-01-06

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】門井 幸太

(72)【発明者】

【氏名】石塚 正幸

(72)【発明者】

【氏名】南雲 稔也

【テーマコード（参考）】

3J027

3J030

【Ｆターム（参考）】

3J027FA11

3J027FA37

3J027FB08

3J027FB32

3J027GB03

3J027GC13

3J027GC24

3J027GE23

3J030BB06

3J030BB18

3J030BC02

(57)【要約】

【課題】雄スプライン部の噛合いの悪化を抑えつつ太陽歯車部の歯すじ修整を行う。
【解決手段】遊星歯車装置１は、太陽歯車部４３を有する太陽歯車軸４１と、太陽歯車部４３と噛合う遊星歯車４４と、を備えている。太陽歯車軸４１は、前段軸と連結するための雄スプライン部４２を有し、太陽歯車部４３の各歯部が軸方向に延在されることで雄スプライン部４２が構成されている。太陽歯車部４３は、軸方向両端部に向けて歯厚が徐々に小さくなるクラウニング部４３ｂを有している。雄スプライン部４２は、クラウニング部４３ｂの歯厚変化量よりも軸方向の歯厚の変化が小さい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽歯車部を有する太陽歯車軸と、前記太陽歯車部と噛合う遊星歯車と、を備えた遊星歯車装置であって、
前記太陽歯車軸は、前段軸と連結するための雄スプライン部を有し、前記太陽歯車部の各歯部が軸方向に延在されることで前記雄スプライン部が構成され、
前記太陽歯車部は、軸方向両端部に向けて歯厚が徐々に小さくなるクラウニング部を有し、
前記雄スプライン部は、軸方向における歯厚の変化量が前記クラウニング部よりも小さい、
遊星歯車装置。

【請求項2】

前記雄スプライン部は、軸方向において歯厚が一定の一定歯厚部を有する、
請求項１に記載の遊星歯車装置。

【請求項3】

太陽歯車部を有する太陽歯車軸と、前記太陽歯車部と噛合う遊星歯車と、前記太陽歯車軸と連結する前段軸と、を備えた遊星歯車装置であって、
前記太陽歯車軸は、前記前段軸と連結する雄スプライン部を有し、前記太陽歯車部の各歯部が軸方向に延在されることで前記雄スプライン部が構成され、
前記太陽歯車部は、軸方向両端部に向けて歯厚が徐々に小さくなるクラウニング部を有し、
前記雄スプライン部は、前記クラウニング部から連続して軸方向に歯厚が変化しており、
前記前段軸は、前記雄スプライン部と噛合う雌スプライン部が、前記雄スプライン部の軸方向の歯厚の変化に応じて軸方向に歯厚が変化している、
遊星歯車装置。

【請求項4】

前記クラウニング部は、歯厚が軸方向に曲線的に変化し、
前記雄スプライン部は、歯厚が軸方向に直線的に変化している、
請求項３に記載の遊星歯車装置。

【請求項5】

前記クラウニング部と前記雄スプライン部において、軸方向での歯厚の変化が互いに滑らかに連続している、
請求項３又は請求項４に記載の遊星歯車装置。

【請求項6】

前記前段軸は、前段減速機構の出力部材である、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の遊星歯車装置。

【請求項7】

前記クラウニング部は、遊星歯車と噛合う範囲の軸方向両端の歯厚が同じである、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の遊星歯車装置。

【請求項8】

前記太陽歯車部は、前記雄スプライン部よりも歯面の表面粗さが小さい、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の遊星歯車装置。

【請求項9】

前記太陽歯車部は、前記雄スプライン部よりも歯面の硬さが高い、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の遊星歯車装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遊星歯車装置に関する。

【背景技術】

【0002】

遊星歯車装置においては、遊星歯車と噛合う太陽歯車部と、前段軸と連結される雄スプライン部とが、同じ太陽歯車軸上に形成される（例えば、特許文献１参照）。このような遊星歯車装置では、太陽歯車軸に対し、太陽歯車部の噛合いを良化するための歯すじ修整を実施する場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１５９８１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、単純に太陽歯車軸の歯すじ修整を行うと、雄スプライン部が太陽歯車部の延長で加工されるなどして、雄スプライン部の噛合いが悪化するおそれがある。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、雄スプライン部の噛合いの悪化を抑えつつ歯すじ修整を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、太陽歯車部を有する太陽歯車軸と、前記太陽歯車部と噛合う遊星歯車と、を備えた遊星歯車装置であって、
前記太陽歯車軸は、前段軸と連結するための雄スプライン部を有し、前記太陽歯車部の各歯部が軸方向に延在されることで前記雄スプライン部が構成され、
前記太陽歯車部は、軸方向両端部に向けて歯厚が徐々に小さくなるクラウニング部を有し、
前記雄スプライン部は、軸方向における歯厚の変化量が前記クラウニング部よりも小さい構成とした。

【0007】

また本発明は、太陽歯車部を有する太陽歯車軸と、前記太陽歯車部と噛合う遊星歯車と、前記太陽歯車軸と連結する前段軸と、を備えた遊星歯車装置であって、
前記太陽歯車軸は、前記前段軸と連結する雄スプライン部を有し、前記太陽歯車部の各歯部が軸方向に延在されることで前記雄スプライン部が構成され、
前記太陽歯車部は、軸方向両端部に向けて歯厚が徐々に小さくなるクラウニング部を有し、
前記雄スプライン部は、前記クラウニング部から連続して軸方向に歯厚が変化しており、
前記前段軸は、前記雄スプライン部と噛合う雌スプライン部が、前記雄スプライン部の軸方向の歯厚の変化に応じて軸方向に歯厚が変化している構成とした。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、雄スプライン部の噛合いの悪化を抑えつつ太陽歯車部の歯すじ修整を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る遊星歯車装置を示す断面図である。

【図2】図１の要部拡大図である。

【図3】（ａ）は第２遊星歯車機構の入力軸の歯を軸方向から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のIII－III線での当該歯の断面図である。

【図4】（ａ）は第２遊星歯車機構の入力軸の歯の変形例を示す断面図であり、（ｂ）は第２遊星歯車機構の入力軸の歯及びこれと噛合う雌スプライン部の歯溝の他の変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0011】

［遊星歯車装置の全体構成］
図１は、本実施形態に係る遊星歯車装置１を示す断面図である。
この図に示すように、遊星歯車装置１は、ウォーム減速機構２０と、少なくとも２段の単純遊星歯車機構（第１遊星歯車機構３０、第２遊星歯車機構４０）とを、図示しないモータからの動力伝達経路上でこの順に備えている。
なお、以下の説明では、遊星歯車装置１の中心軸Ａｘに沿った方向を「軸方向」、中心軸Ａｘに垂直な方向を「径方向」、中心軸Ａｘを中心とする回転方向を「周方向」という。また、軸方向のうち、モータが連結される側（図中の上側）を「入力側」といい、被駆動部材が連結される側（図中の下側）を「出力側」という。

【0012】

ウォーム減速機構２０には、図示しないモータが連結されている。モータの回転軸は、カップリングを介してウォーム減速機構２０のウォームピニオン２１に連結されている。ウォームピニオン２１はウォームギヤ２２と噛合し、動力の伝達方向を略直角に変更する。ウォームギヤ２２は中間軸２３に固定されている。中間軸２３は、カップリング２４を介して第１遊星歯車機構３０の入力軸３１と連結されている。

【0013】

第１遊星歯車機構３０は、入力軸３１に形成された太陽歯車部３３、当該太陽歯車部３３と噛合する３個の遊星歯車３４、各遊星歯車３４を回転自在に支持するキャリヤピン３５、及び各遊星歯車３４が内接噛合する内歯歯車３６を備える。第１遊星歯車機構３０は、太陽歯車部３３の回転によって生じる３個の遊星歯車３４の公転を、キャリヤピン３５が固定された出力部材３７から取り出す。出力部材３７は、スプライン継手を介して第２遊星歯車機構４０の入力軸４１と連結されている。
なお、図１及び図２では、遊星歯車３４とキャリヤピン３５を１個のみ図示している。後述する第２遊星歯車機構４０の遊星歯車４４とキャリヤピン４５も同様である。

【0014】

第２遊星歯車機構４０は、入力軸（太陽歯車軸）４１に形成された太陽歯車部４３、当該太陽歯車部４３と噛合する３個の遊星歯車４４、各遊星歯車４４を回転自在に支持するキャリヤピン４５、及び各遊星歯車４４が内接噛合する内歯歯車４６を備える。第２遊星歯車機構４０は、太陽歯車部４３の回転によって生じる３個の遊星歯車４４の公転を、キャリヤピン４５が固定された出力部材４７から取り出す。出力部材４７は、スプライン継手を介して出力軸４９と連結されている。出力軸４９の端部には、図示しない被駆動部材に設けられた歯車（例えば、リング歯車）と噛合う出力ピニオン４９ａが一体的に固定されている。

【0015】

以上の構成を具備する遊星歯車装置１では、モータの回転力がウォーム減速機構２０に入力されると、ウォームピニオン２１とウォームギヤ２２の噛合によって初段減速されて、第１遊星歯車機構３０の入力軸３１に伝達される。
第１遊星歯車機構３０の入力軸３１が回転すると、入力軸３１に形成された太陽歯車部３３が回転し、遊星歯車３４が内歯歯車３６の内側で公転する。この公転成分は、キャリヤピン３５を介して出力部材３７から取り出され、スプライン継手を介して第２遊星歯車機構４０の入力軸４１に伝達される。
第２遊星歯車機構４０においても、第１遊星歯車機構３０と同様の減速作用がなされ、遊星歯車４４の公転が出力部材４７から取り出され、スプライン継手を介して出力軸４９に伝達される。出力軸４９が回転すると出力ピニオン４９ａも回転し、出力ピニオン４９ａに連結された被駆動部材にその回転力が伝達される。こうして、ウォーム減速機構２０と、２段の単純遊星歯車機構（第１遊星歯車機構３０、第２遊星歯車機構４０）とで減速された回転力が被駆動部材に出力される。

【0016】

［第２遊星歯車機構の入力軸の歯面形状］
図２は、図１の要部拡大図である。
この図に示すように、第２遊星歯車機構４０の入力軸（太陽歯車軸）４１は、雄スプライン部４２と太陽歯車部４３とを同軸上に有している。
このうち、雄スプライン部（スプライン軸）４２は、第１遊星歯車機構３０の出力部材３７と連結されており、出力部材３７の雌スプライン部（スプライン穴）３８と噛合する複数の第１の歯４２ａ（図３（ｂ）参照）を有している。一方、太陽歯車部４３は、遊星歯車４４と噛合する複数の第２の歯４３ａ（図３（ｂ）参照）を有している。

【0017】

雄スプライン部４２の第１の歯４２ａと、太陽歯車部４３の第２の歯４３ａとは、同歯数かつ同モジュールに形成されており、太陽歯車部４３の各第２の歯４３ａが軸方向に延在されることで雄スプライン部４２が構成されている。つまり、入力軸４１は、雄スプライン部４２と太陽歯車部４３とに亘って軸方向に連結された（一体的に形成された）歯４１ａを有しており、そのうち入力側の部分が、出力部材３７の雌スプライン部３８と噛合する第１の歯４２ａであり、出力側の部分が、遊星歯車４４と噛合する第２の歯４３ａとなっている（図３（ｂ）参照）。
なお、特に限定はされないが、太陽歯車部４３（第２の歯４３ａ）は、雄スプライン部４２（第１の歯４２ａ）と異なり周期的に変化する負荷が作用することから、雄スプライン部４２よりも歯面の表面粗さ（例えば算術平均粗さＲａ）が小さいことが好ましい。例えば、太陽歯車部４３には、雄スプライン部４２よりも高度な仕上加工が施されている。また、同様の理由から、太陽歯車部４３（第２の歯４３ａ）は、例えば当該太陽歯車部４３にのみ高周波焼入れを行う等により、雄スプライン部４２（第１の歯４２ａ）よりも歯面の硬さが高いことが好ましい。

【0018】

図３（ａ）は入力軸４１の歯４１ａを軸方向から見た図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のIII－III線での歯４１ａの断面図である。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、入力軸４１の歯４１ａは、軸方向（歯幅方向）に歯厚が変化している。
具体的に、本実施形態では、入力軸４１のうちの太陽歯車部４３に対し、遊星歯車４４との歯当たりを良化する目的で、軸方向に略一定の歯厚状態（破線で図示）から歯すじ（歯面）修整が施されている。本実施形態の太陽歯車部４３には、歯すじ修整としてクラウニングが施されている。これにより、太陽歯車部４３は、その軸方向全長に亘り、軸方向両端部に向けて歯厚が徐々に小さくなるクラウニング部４３ｂとなっている。クラウニング部４３ｂでは、遊星歯車４４と噛合う範囲において、歯厚が軸方向に略対称に分布しており、軸方向両端の歯厚が互いに略同一となっている。
なお、クラウニング部４３ｂは太陽歯車部４３の少なくとも一部であればよい。すなわち、太陽歯車部４３がクラウニング部４３ｂを有していればよい。

【0019】

一方、入力軸４１のうちの雄スプライン部４２には、歯すじ修整加工（クラウニング）が実施されていない。そのため、雄スプライン部４２は、軸方向において歯厚が略一定の一定歯厚部４２ｂとなっている。
なお、一定歯厚部４２ｂは雄スプライン部４２の少なくとも一部であればよい。すなわち、雄スプライン部４２が一定歯厚部４２ｂを有していればよい（雄スプライン部４２の軸方向の端部に面取りがある場合、その面取り部分は除く）。

【0020】

このように、本実施形態では、太陽歯車部４３がクラウニング部４３ｂを有しており、雄スプライン部４２が一定歯厚部４２ｂを有している。これにより、雄スプライン部４２の噛合いが悪化することなく、太陽歯車部４３の噛合いが良化する。すなわち、雄スプライン部４２の噛合いの悪化を抑えつつ、太陽歯車部４３の歯すじ修整を行うことができる。
より詳しくは、通常の歯すじ修整では、研削砥石を使用して歯幅方向に沿って歯面全体が加工される。この場合、雄スプライン側の歯形状は、図３（ｂ）に二点鎖線で示すように、クラウニング部の延長で湾曲した形状となるため、この雄スプライン部と、歯厚変化の小さい雌スプライン部とで、噛合いが悪化する（ガタ等が生じる）おそれがある。
この点、本実施形態では、太陽歯車部４３がクラウニング部４３ｂを有し、雄スプライン部４２が一定歯厚部４２ｂを有するように、クラウニングが実施される。すなわち、雄スプライン部４２の噛合いの悪化（ガタの発生）を抑えつつ、太陽歯車部４３の歯すじ修整が行われる。ひいては、雄スプライン部４２のガタ発生により遊星減速部の各歯車にミスアライメントが生じ、歯車の片当たりや歯面損傷のリスクがあるところ、本実施形態ではこのようなミスアライメントの発生を抑制し、片当たりや歯面損傷のリスクを低減できる。

【0021】

なお、雄スプライン部４２は、一定歯厚部４２ｂを有していなくともよく、軸方向における歯厚変化量が、クラウニング部４３ｂよりも小さければよい。ここで、クラウニング部４３ｂの「（軸方向における）歯厚変化量」とは、最も歯厚が大きいクラウニング部４３ｂの軸方向中央と、最も歯厚が小さい軸方向端部とにおける相対的な歯厚の変化量ΔＳ（片面の場合。両面の場合にはその２倍）を指す。同様に、雄スプライブ４２ｂの「（軸方向における）歯厚変化量」とは、最も歯厚が大きい雄スプライン部４２ｂの部位と、最も歯厚が小さい部位とにおける相対的な歯厚の変化量を指し、本実施形態においては、歯厚が一定であることから、歯厚変化量は「０」となる。このような構成により、上記と同様の効果が得られる。したがって、例えば図４（ａ）に示すように、クラウニング加工が終了する太陽歯車部４３（クラウニング部４３ｂ）の軸方向端部から雄スプライン部４２側を、均一な歯厚としてもよい。

【0022】

［本実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態の遊星歯車装置１によれば、入力軸（太陽歯車軸）４１は、太陽歯車部４３の各歯部が軸方向に延在されることで雄スプライン部４２が構成され、太陽歯車部４３は、軸方向両端部に向けて歯厚が徐々に小さくなるクラウニング部４３ｂを有し、雄スプライン部４２は、軸方向における歯厚変化量がクラウニング部４３ｂよりも小さい。
したがって、雄スプライン部４２の噛合いの悪化を抑えつつ、太陽歯車部４３の歯すじ修整を行うことができる。ひいては、雄スプライン部４２のガタ発生により遊星減速部の各歯車にミスアライメントが生じ、歯車の片当たりや歯面損傷のリスクがあるところ、本実施形態ではこのようなミスアライメントの発生を抑制し、片当たりや歯面損傷のリスクを低減できる。

【0023】

また、本実施形態の遊星歯車装置１によれば、雄スプライン部４２は、軸方向において歯厚が一定の一定歯厚部４２ｂを有している。
これにより、雄スプライン部４２の噛合いの悪化をより一層抑えつつ、太陽歯車部４３の歯すじ修整を行うことができる。

【0024】

［変形例］
上記実施形態では、入力軸４１の雄スプライン部４２の歯厚変化を抑えることにより雌スプライン部３８との噛合いの悪化を抑制することとした。しかし、雄スプライン部４２の軸方向の歯厚の変化に応じて（これに対応するように）、雌スプライン部３８の歯厚を軸方向に変化させてもよい。
より詳しくは、図４（ｂ）に示すように、雄スプライン部４２の第１の歯４２ａの歯厚と、これに噛合う雌スプライン部３８の歯溝３８ａの幅とで、軸方向の変化率を互いに対応させてもよい。ここで、第１の歯４２ａの歯厚と歯溝３８ａの幅とで軸方向の変化率が「対応する」とは、互いに対応する軸方向位置において、これらの軸方向の変化率が略一致する（所定の誤差範囲内である）ことをいう。

【0025】

この場合、入力軸４１（歯４１ａ）の歯すじ修整では、クラウニング部４３ｂと雄スプライン部４２において、軸方向での歯厚の変化が互いに滑らかに連続するように加工すればよい。例えば、クラウニング部４３ｂの入力側端部の歯厚変化率のまま、雄スプライン部４２を直線的に加工してもよい。つまり、クラウニング部４３ｂは歯厚が軸方向に曲線的に変化し、雄スプライン部４２は歯厚が軸方向に直線的に変化していてもよい。歯厚変化率を一定に（又は大きく変えないように）することで、比較的容易に加工を行うことができる。

【0026】

このように、雄スプライン部４２の歯厚変化に対応させて、雌スプライン部３８の歯厚を変化させた場合でも、上記実施形態と同様に、雄スプライン部４２と雌スプライン部３８の噛合いの悪化（ガタの発生）を抑えつつ、太陽歯車部４３の歯すじ修整を行うことができる。

【0027】

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
例えば、上記実施形態では、本発明を２段目の第２遊星歯車機構４０の入力軸（太陽歯車軸）４１に適用した場合について説明したが、本発明は１段目の第１遊星歯車機構３０の入力軸（太陽歯車軸）３１にも適用可能である。すなわち、ウォーム減速機構２０の中間軸（出力軸）２３（又はモータの出力軸）と、第１遊星歯車機構３０の入力軸３１とをスプラインにより連結し、そのスプライン部と太陽歯車部３３とに本発明の構造を適用してもよい。また、太陽歯車軸を有する遊星歯車装置に広く適用可能であり、減速機構の段数やどのような減速機構と組み合わされるかは特に限定されない。

【0028】

また、上記実施形態では、遊星歯車機構として単純遊星歯車機構を例に挙げて説明したが、本発明に係る遊星歯車装置は、単純遊星歯車機構に限定されず、太陽歯車部とスプライン部が同軸上に配置される遊星歯車装置（機構）に広く適用可能である。

【0029】

また、本発明に係る遊星歯車装置は、風力発電機のヨー駆動用減速機、ショベルの旋回ベアリング用減速機、ロボット用遊星減速機等、各種の減速機に適用可能である。
その他、上記実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0030】

１ 遊星歯車装置
３０ 第１遊星歯車機構（前段減速機構）
３７ 出力部材（前段軸）
３８ 雌スプライン部
３８ａ 歯溝
４０ 第２遊星歯車機構
４１ 入力軸（太陽歯車軸）
４１ａ 歯
４２ 雄スプライン部
４２ａ 第１の歯
４２ｂ 一定歯厚部
４３ 太陽歯車部
４３ａ 第２の歯
４３ｂ クラウニング部
４４ 遊星歯車
Ａｘ 中心軸
ΔＳ 歯厚変化量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】