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(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】P2024134875
(43)【公開日】2024-10-04
(54)【発明の名称】遊星歯車機構およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
   F16H 1/28 20060101AFI20240927BHJP
   F16C 17/02 20060101ALI20240927BHJP
   F16C 33/20 20060101ALI20240927BHJP
【FI】
F16H1/28
F16C17/02 Z
F16C33/20 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023045300
(22)【出願日】2023-03-22
(71)【出願人】
【識別番号】519196405
【氏名又は名称】株式会社IJTT
(74)【代理人】
【識別番号】100128509
【弁理士】
【氏名又は名称】絹谷 晴久
(74)【代理人】
【識別番号】100119356
【弁理士】
【氏名又は名称】柱山 啓之
(72)【発明者】
【氏名】濱中 好久
(72)【発明者】
【氏名】加藤 壮
(72)【発明者】
【氏名】石川 知宏
(72)【発明者】
【氏名】小川 浩司
【テーマコード(参考)】
3J011
3J027
【Fターム(参考)】
3J011AA07
3J011BA02
3J011CA01
3J011DA02
3J011KA02
3J011LA04
3J011MA02
3J011PA02
3J011QA05
3J011RA03
3J011SC01
3J027FA13
3J027FA23
3J027FA37
3J027FB32
3J027GC13
3J027GE05
3J027GE14
(57)【要約】
【課題】振動および騒音を低減する。
【解決手段】遊星歯車機構100は、プラネタリーギア2と、プラネタリーギアを回転可能に支持するシャフト4と、プラネタリーギアおよびシャフトの間に設けられた軸受20であって、樹脂製かつラジアル型のすべり軸受である軸受とを備える。プラネタリーギアおよび軸受の間の半径方向のクリアランスと、シャフトおよび軸受の間の半径方向のクリアランスとがゼロとされる。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラネタリーギアと、
前記プラネタリーギアを回転可能に支持するシャフトと、
前記プラネタリーギアおよび前記シャフトの間に設けられた軸受であって、樹脂製かつラジアル型のすべり軸受である軸受と、
を備え、
前記プラネタリーギアおよび前記軸受の間の半径方向のクリアランスと、前記シャフトおよび前記軸受の間の半径方向のクリアランスとがゼロとされる
ことを特徴とする遊星歯車機構。
【請求項2】
前記軸受は、前記プラネタリーギアおよび前記シャフトの一方に一体的に設けられる
請求項1に記載の遊星歯車機構。
【請求項3】
前記軸受は、前記プラネタリーギアおよび前記シャフトの一方に設けられた樹脂によるコーティング層により形成される
請求項1に記載の遊星歯車機構。
【請求項4】
前記軸受の軸受面にオイル溝が設けられる
請求項1に記載の遊星歯車機構。
【請求項5】
前記プラネタリーギアおよび前記シャフトが金属製である
請求項1に記載の遊星歯車機構。
【請求項6】
工作機械またはロボットに適用される
請求項1に記載の遊星歯車機構。
【請求項7】
請求項1に記載の遊星歯車機構を製造するための製造方法であって、
前記プラネタリーギアおよび前記シャフトの一方に、前記軸受をなす樹脂をコーティングするステップを備える
ことを特徴とする遊星歯車機構の製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、遊星歯車機構およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば工作機械の減速機として遊星歯車機構が用いられている。遊星歯車機構は、サンギア、プラネタリーギアおよびリングギアを同軸上にかつ半径方向に並べて配置するため、スペース効率の観点から有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2010-169237号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、プラネタリーギアは、キャリアに取り付けられたシャフトによって回転可能に支持される。一方、プラネタリーギアとシャフトの間には、転がり軸受であるニードルローラベアリングが設けられるのが一般的である。
【0005】
しかし、ニードルローラベアリングの複数のニードルと、プラネタリーギアおよびシャフトとの間には半径方向のクリアランスが存在する。また複数のニードル間には周方向のクリアランスが存在する。これらクリアランスに起因してガタが生じ、振動および騒音が増大するという課題がある。
【0006】
そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、振動および騒音を低減することができる遊星歯車機構およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一の態様によれば、
プラネタリーギアと、
前記プラネタリーギアを回転可能に支持するシャフトと、
前記プラネタリーギアおよび前記シャフトの間に設けられた軸受であって、樹脂製かつラジアル型のすべり軸受である軸受と、
を備え、
前記プラネタリーギアおよび前記軸受の間の半径方向のクリアランスと、前記シャフトおよび前記軸受の間の半径方向のクリアランスとがゼロとされる
ことを特徴とする遊星歯車機構が提供される。
【0008】
好ましくは、前記軸受は、前記プラネタリーギアおよび前記シャフトの一方に一体的に設けられる。
【0009】
好ましくは、前記軸受は、前記プラネタリーギアおよび前記シャフトの一方に設けられた樹脂によるコーティング層により形成される。
【0010】
好ましくは、前記軸受の軸受面にオイル溝が設けられる。
【0011】
好ましくは、前記プラネタリーギアおよび前記シャフトが金属製である。
【0012】
好ましくは、前記遊星歯車機構は、工作機械またはロボットに適用される。
【0013】
本開示の他の態様によれば、
前記遊星歯車機構を製造するための製造方法であって、
前記プラネタリーギアおよび前記シャフトの一方に、前記軸受をなす樹脂をコーティングするステップを備える
ことを特徴とする遊星歯車機構の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0014】
本開示によれば、振動および騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】本開示の基本実施形態に係る遊星歯車機構を示す概略正面図である。
図2】遊星歯車機構を示す縦断側面図である。
図3】シャフトおよび軸受を示す縦断側面図である。
図4】本実施形態と比較例を示す概略正面図である。
図5】第1変形例を示す縦断側面図である。
図6】プラネタリーギアおよび軸受を示す縦断側面図である。
図7】第2変形例におけるオイル溝の第1例を示す縦断側面図である。
図8】第2変形例におけるオイル溝の第2例を示す縦断側面図である。
図9】第2変形例におけるオイル溝の第3例を示す縦断側面図である。
図10】第2変形例におけるオイル溝の第4例を示す縦断側面図である。
図11】第2変形例におけるオイル溝の第5例を示す縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。
【0017】
[基本実施形態]
図1および図2に基本実施形態の遊星歯車機構100を示す。本実施形態の遊星歯車機構100は工作機械またはロボット(特に産業用ロボット)に適用される。但しその用途は任意である。
【0018】
符号C1は遊星歯車機構100の中心軸を示す。以下、特に断らない限り、軸C1を基準とした軸方向、半径方向および周方向を単に軸方向、半径方向および周方向という。また軸C1方向の一端側(図2右側)を前、他端側(図2左側)を後とする。図1は、軸方向前方から見たときの概略正面図である。
【0019】
遊星歯車機構100は、半径方向の中心部に配置されたサンギア1と、サンギア1の半径方向外側に配置されサンギア1に噛合される複数(4つ)のプラネタリーギア2と、これらプラネタリーギア2の半径方向外側に配置されプラネタリーギア2に噛合されるリングギア3とを備える。また遊星歯車機構100は、複数のプラネタリーギア2をそれぞれ回転可能に支持する複数(4つ)のシャフト4と、これらシャフト4が取り付けられるキャリア5とを備える。符号C2はシャフト4の中心軸、すなわちプラネタリーギア2の回転中心を示す。プラネタリーギア2およびシャフト4は周方向に等間隔で配置される。
【0020】
遊星歯車機構100において、サンギア1は入力軸6の前端部に一体に形成される。この入力軸6の前端部には出力軸7の後端部がニードルベアリング8を介して同軸かつ回転可能に挿入されている。入力軸6および出力軸7は軸C1と同軸に配置されている。遊星歯車機構100は減速機として機能し、入力軸6から伝達された回転入力を減速して出力軸7から出力する。
【0021】
キャリア5は、出力軸7の後端部に設けられたスプライン9に後方からスプライン嵌合される。そしてキャリア5は、出力軸7の鍔部10と、スナップリング11とによって軸方向の前後から挟まれ、軸方向の移動が規制される。スナップリング11は、スプライン9に設けられたリング溝12に嵌め入れられる。
【0022】
シャフト4の前端部は、キャリア5のキャリア穴13に圧入され固定される。シャフト4の中間部は、プラネタリーギア2の中心部に設けられたギア穴14内に挿入される。シャフト4の後端部は、リング状のバックプレート15に設けられたプレート穴16に圧入され固定される。こうしてプラネタリーギア2は、軸方向において前方のキャリア5と後方のバックプレート15との間に位置される。
【0023】
キャリア5、シャフト4およびバックプレート15が一体化された状態で出力軸7に組み付けられ、出力軸7と共に一体回転する。そしてシャフト4の周囲でプラネタリーギア2が相対回転する。バックプレート15はキャリア5の一部とみなすことができる。
【0024】
軸方向におけるプラネタリーギア2とキャリア5の間の位置において、シャフト4にはリング状のキャリア側シム17が嵌合されている。また軸方向におけるプラネタリーギア2とバックプレート15の間の位置において、シャフト4にはリング状のプレート側シム18が嵌合されている。これらシム17,18により、プラネタリーギア2およびキャリア5の間の軸方向クリアランスと、プラネタリーギア2およびバックプレート15の間の軸方向クリアランスとが最適に調整される。
【0025】
遊星歯車機構100は、プラネタリーギア2およびシャフト4の間に設けられた軸受20を備える。軸受20は、樹脂製かつラジアル型のすべり軸受である。軸受20は例えばナイロン製であるが、ゴム等の他の樹脂により作製されてもよい。本実施形態の遊星歯車機構100において、軸受20以外の部品は全て金属(例えば鉄)製である。特に、プラネタリーギア2およびシャフト4は金属(例えば鉄)製である。
【0026】
図3にも示すように、軸受20は、その中心が軸方向に延びる円筒状であり、一定の厚さtと、ギア穴14に等しい軸方向寸法とを有する。軸受20は、プラネタリーギア2およびシャフト4の間の半径方向位置に位置される。本実施形態において、軸受20はシャフト4に一体的に設けられている。すなわち本実施形態の遊星歯車機構100を製造するための製造方法は、シャフト4に、軸受20をなす樹脂をコーティングするステップを備える。シャフト4の外周面に、軸受20をなす樹脂をコーティングすることにより、厚さが比較的薄い樹脂製軸受20が一体的に形成される。こうして軸受20は、シャフト4の外周面に設けられた樹脂によるコーティング層により形成される。
【0027】
軸受20がシャフト4に一体的に固着されているので、当然ながら、軸受20とシャフト4の間の半径方向のクリアランスは存在せず、ゼロである。一方、軸受20が一体のシャフト4(シャフトアセンブリという)がプラネタリーギア2のギア穴14内に嵌合されたとき、軸受20とギア穴14の内周面との間の半径方向のクリアランスは存在せず、ゼロである。言い換えれば、そうなるように軸受20の外径またはギア穴14の内径が設定されている。
【0028】
こうして、シャフト4、軸受20およびプラネタリーギア2の三者間の半径方向のクリアランスはいずれもゼロとされる。
【0029】
リングギア3は、遊星歯車機構100が適用される機器に固定されるべく、周方向等間隔で突起21が形成された外周面部を有する。
【0030】
サンギア1とプラネタリーギア2はヘリカル歯からなる外周歯22,23を有し、リングギア3はヘリカル歯からなる内周歯24を有する。
【0031】
ニードルベアリング8に潤滑用オイルを供給するため、入力軸6にはオイル穴25が、出力軸7にはオイル穴26が設けられる。また、軸受20およびプラネタリーギア2の摺動面に対しては、プラネタリーギア2付近に周囲から飛散されたオイルが浸透して給油されるようになっている。
【0032】
図1に示すように、バックプレート15には、プラネタリーギア2間で軸方向前方に突出するスポーク状の補強部27が複数形成されている。また図2に示すように、出力軸7には、相手側部材とスプライン嵌合するための複数(2つ)のスプライン28,29が形成されている。
【0033】
さて、本実施形態の遊星歯車機構100では、プラネタリーギア2およびシャフト4の間に、従来のニードルローラベアリングに代わって樹脂製軸受20が設けられている。そしてプラネタリーギア2および軸受20間の半径方向クリアランスと、シャフト4および軸受20間の半径方向クリアランスとはゼロとされる。また従来のニードルローラベアリングに存在していたような、ニードル間の周方向クリアランスに相当するものも当然に存在しない。従って、半径方向クリアランスおよび周方向クリアランスに起因したガタが発生せず、使用時の振動および騒音を低減することができる。
【0034】
また、本実施形態の遊星歯車機構100は従来の遊星歯車機構よりも剛性を向上できる。
【0035】
図4は、本実施形態の遊星歯車機構100と従来の遊星歯車機構(比較例という)とのプラネタリーギア支持部を比較して示し、(A)および(C)は本実施形態、(B)は比較例を示す。なお便宜上、比較例のプラネタリーギアおよびシャフトには本実施形態と同一の符号2,4を用いる。
【0036】
(B)に示すように、比較例ではプラネタリーギア2およびシャフト4の間にニードルローラベアリング30が設けられている。この場合、プラネタリーギア2およびニードル31間と、シャフト4およびニードル31間との少なくとも一方に、ゼロより大きい半径方向クリアランスが存在する。図には合計の半径方向クリアランスCL1を示す。プラネタリーギア2およびシャフト4間の半径方向の間隔CL3はニードル31の外径D1よりも大きい。また、各ニードル31間にもゼロより大きい周方向クリアランスCL2が存在する。図ではクリアランスCL1,CL2を誇張して示す。
【0037】
ちなみに比較例では、こうしたクリアランスCL1,CL2の存在により、ガタが発生し、使用時の振動および騒音が比較的大きくなってしまう。
【0038】
これに対し、図4(A)に示す本実施形態では、プラネタリーギア2およびシャフト4の間に樹脂製軸受20が設けられている。プラネタリーギア2および軸受20間と、シャフト4および軸受20間とに半径方向クリアランスは存在しない。プラネタリーギア2およびシャフト4間の半径方向の間隔CL3は軸受20の厚さtに等しい。軸受20には当然に、周方向クリアランスなるものが存在しない。
【0039】
よって本実施形態では、半径方向クリアランスCL1が無い分、シャフト4を大径化できる。図示例の場合、プラネタリーギア2のギア穴14の内径D2を比較例と等しくしつつ、半径方向クリアランスCL1分だけ、シャフト4の外径を大きくし、比較例より大きい外径D3としている。
【0040】
こうしたシャフト4の大径化により、シャフト4の剛性を向上できる。
【0041】
シャフト4は、より大径化することも可能である。例えばプラネタリーギア2のギア穴14の内径D2が比較例と等しい場合、軸受20の厚さtをニードル31の外径D1より薄くすればするほど、シャフト4をより大径化することができる。軸受20の厚さtは、主に耐久上の要請を満たす限り、比較的容易に薄くすることができるので、シャフト4の大径化は比較的容易に行うことができる。
【0042】
他方、図4(C)に示す本実施形態では、半径方向クリアランスCL1が無い分、プラネタリーギア2のギア穴14(すなわち内径)を小径化している。図示例の場合、シャフト4の外径D4を比較例と等しくしつつ、半径方向クリアランスCL1分だけ、ギア穴14の内径を小さくし、比較例より小さい内径D5としている。
【0043】
こうしたプラネタリーギア2のギア穴14の小径化により、プラネタリーギア2の剛性を向上できる。
【0044】
プラネタリーギア2のギア穴14は、より小径化することも可能である。例えばシャフト4の外径D4が比較例と等しい場合、軸受20の厚さtをニードル31の外径D1より薄くすればするほど、ギア穴14をより小径化することができる。前述したように軸受20の厚さtは比較的容易に薄くすることができるので、ギア穴14の小径化は比較的容易に行うことができる。
【0045】
図示しないが、シャフト4の大径化と、プラネタリーギア2のギア穴14の小径化との両方を同時に行うこともできる。
【0046】
こうしてシャフト4およびプラネタリーギア2の少なくとも一方の剛性を向上できるので、この剛性向上分をサイズ縮小に振り替え、小型化を行うこともできる。すなわち、プラネタリーギア2の歯数および外径を減少し、ギア同士の軸間距離を縮めて、全体のサイズを縮小することが可能である。
【0047】
このように本実施形態の遊星歯車機構100によれば、振動および騒音を低減できるのみならず、剛性を向上し、小型化を達成することも可能である。
【0048】
次に、本開示の変形例を説明する。なお前記基本実施形態と同様の部分には図中同一符号を付して説明を割愛し、以下、基本実施形態との相違点を主に説明する。
【0049】
[第1変形例]
ここで述べる第1変形例では、図6に示すように、軸受20がプラネタリーギア2、特にそのギア穴14の内周面に一体的に設けられている。すなわち本変形例の遊星歯車機構100を製造するための製造方法は、プラネタリーギア2に、軸受20をなす樹脂をコーティングするステップを備える。プラネタリーギア2のギア穴14の内周面に、軸受20をなす樹脂をコーティングすることにより、厚さが比較的薄い樹脂製軸受20が一体的に形成される。こうして軸受20は、プラネタリーギア2のギア穴14の内周面に設けられた樹脂によるコーティング層により形成される。
【0050】
本変形例の概略正面図は基本実施形態と同様の図1である。また本変形例の縦断側面図を図5に示し、プラネタリーギア2のギア穴14および軸受20の縦断側面図を図6に示す。
【0051】
軸受20は、その中心が軸方向に延びる円筒状であり、一定の厚さtを有する。軸受20がプラネタリーギア2に一体的に固着されているので、当然ながら、軸受20とプラネタリーギア2の間の半径方向のクリアランスは存在せず、ゼロである。一方、軸受20が一体のプラネタリーギア2(ギアアセンブリという)がシャフト4に嵌合されたとき、軸受20とシャフト4の外周面との間の半径方向のクリアランスは存在せず、ゼロである。言い換えれば、そうなるように軸受20の内径またはシャフト4の外径が設定されている。
【0052】
本変形例でも、シャフト4、軸受20およびプラネタリーギア2の三者間の半径方向のクリアランスはいずれもゼロとされる。
【0053】
本変形例の場合、軸受20およびシャフト4の摺動面に対してより積極的にオイルを供給するためのオイル穴40,41が、シャフト4とバックプレート15にそれぞれ設けられる。外部から飛散されたオイルがオイル穴40,41を通じて摺動面に供給される。なお前記基本実施形態も同様であるが、遊星歯車機構100は機器のギヤボックス内に設けられ、ギヤボックス内がオイル雰囲気となっている。
【0054】
シャフト4のオイル穴40は、シャフト4の中心部において軸方向後端(基端)から中間部まで軸方向に延びる第1穴42と、第1穴42の後端部から半径方向の外側と内側に延びる複数(2つ)の第2穴43と、第1穴42の前端部(先端部)から半径方向外側に延びシャフト4の外周面で開口する第3穴44とを備える。バックプレート15のオイル穴41は、プレート穴16の位置で半径方向に貫通して第2穴43に同軸に連通する第4穴45を備える。
【0055】
こうしたオイル穴40,41を設けたことにより、摺動面に積極的にオイルを供給することができ、摺動面の発熱を抑制することができる。
【0056】
本変形例によっても、基本実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
【0057】
[第2変形例]
ここで述べる第2変形例では、軸受20の軸受面にオイル溝が設けられる。軸受面とは、相手側部材(シャフト4またはプラネタリーギア2)と摺動する摺動面のことをいう。
【0058】
図7に本変形例のオイル溝の第1例を示す。オイル溝は、基本実施形態の場合には軸受20の外周面に設けることができ、第1変形例の場合には軸受20の内周面に設けることができる。これらは同様に構成できるので、ここでは便宜上、軸受20の外周面に設けた場合のみを説明する。すなわち、シャフト4に一体的に設けられた軸受20の外周面にオイル溝が設けられている。
【0059】
図7に示す第1例のオイル溝51は、軸受20の外周面に軸C2方向に直角にかつ周方向に沿って設けられ、また軸方向に等間隔で複数設けられている。オイル溝51の断面形状は四角形であるが、半円形等の他の形状であってもよい。
【0060】
こうしたオイル溝51を設けることにより、オイル溝51内にオイルを貯留し、軸受面である外周面上により積極的にオイルを保持することができ、摺動面の発熱を効果的に抑制することができる。
【0061】
図8図10にはオイル溝の第2例~第4例を示す。図8に示す第2例では、軸受20の外周面に、1本の螺旋状のオイル溝52が設けられている。このオイル溝52によれば、オイル溝52内でのオイルの流通および交換を促進して摺動面の発熱をさらに抑制することができる。
【0062】
また図9に示す第3例では、軸受20の外周面に、2本の螺旋状のオイル溝53,54が設けられている。これらオイル溝53,54の螺旋ピッチは同一、螺旋方向は逆向きであり、これらオイル溝53,54は軸方向に等間隔の位置で互いに交差する。これらオイル溝53,54によれば、オイル溝53,54内でのオイルの流通および交換をさらに促進して摺動面の発熱を一層抑制することができる。
【0063】
図10には第4例の外観を示す。この第4例では、軸受20の外周面に、軸方向に平行に延びる複数のオイル溝55が設けられている。これらオイル溝55は周方向に等間隔で配置されている。これらオイル溝55によっても、外周面上に積極的にオイルを保持し、摺動面の発熱を抑制することができる。
【0064】
上記の例ではオイル溝の深さto(図7参照)を軸受20の厚さtより小さくしたが、図11に示す第5例では、オイル溝56の深さtoを軸受20の厚さtと等しくし、すなわちオイル溝56の部分で軸受20をなす樹脂を無くし、あたかも軸受20を間欠的に設けるようにしている。この場合、オイル溝56となる部分をマスキングして樹脂をコーティングすることにより、間欠的な軸受20を容易に作製することができる。その他の作用効果は前記同様である。
【0065】
図11に示す例は第1例を変形したものであるが、第2例~第4例も同様に変形することができる。
【0066】
図示しないが、前述したように、上記のようなオイル溝51~56を第1変形例(図6)における軸受20の内周面に設けることもできる。
【0067】
以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態および変形例は他にも様々考えられる。
【0068】
(1)例えば、軸受はプラネタリーギアまたはシャフトに一体的に設けられなくてもよく、耐久上の要請を満たせば、これらとは別体に設けられてもよい。この場合、軸受はプラネタリーギアとシャフトの間の隙間に、クリアランスゼロとなるよう、摺動可能に嵌合される。
【0069】
(2)軸受をプラネタリーギアまたはシャフトに一体的に設ける場合、コーティング以外の方法で設けることもできる。例えば別体の軸受を接着によってプラネタリーギアまたはシャフトに一体的に固着してもよい。
【0070】
前述の各実施形態および各変形例の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【0071】
2 プラネタリーギア
4 シャフト
20 軸受
51~56 オイル溝
100 遊星歯車機構
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11