2025-176982 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】P2025176982

(43)【公開日】2025-12-05

(54)【発明の名称】遊星歯車装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/36 20060101AFI20251128BHJP

【ＦＩ】

F16H1/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024083425

(22)【出願日】2024-05-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】日下部 誠

(72)【発明者】

【氏名】長田 育充

(72)【発明者】

【氏名】中澤 輝彦

(72)【発明者】

【氏名】服部 治博

(72)【発明者】

【氏名】木藤 裕也

(72)【発明者】

【氏名】新保 浩史

(72)【発明者】

【氏名】乙部 雅史

【テーマコード（参考）】

3J027

【Ｆターム（参考）】

3J027FA36

3J027GA01

3J027GB03

3J027GC15

3J027GC22

3J027GD04

3J027GD09

3J027GD13

3J027GE14

3J027GE16

3J027GE29

(57)【要約】

【課題】遊星歯車装置においてプラネタリピニオンの歯面の面圧を低減すると共に、装置の大形化を抑制する。
【解決手段】遊星歯車装置１０は、共通の軸線Ａの周りに回転可能な第１サンギヤ１２、第２サンギヤ１４およびキャリヤ１６を備える。キャリヤ１６は、第１サンギヤ１２とかみ合う第１ピニオン２４と、第２サンギヤ１４とかみ合う第２ピニオン２６とを回転可能に支持している。第１ピニオン２４と第２ピニオン２６は、周方向に交互に配列され、第１ピニオン２４は隣接する２つの第２ピニオン２６とかみ合い、第２ピニオン２６は隣接する２つの第１ピニオン２４とかみ合っている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

共通軸線周りに回転可能な、第１ギヤと、第２ギヤと、プラネタリピニオンを回転可能に支持するプラネタリキャリヤとを備えた遊星歯車装置であって、
前記プラネタリピニオンは、前記共通軸線を中心軸線とする第１公転軌道上に配列されて前記第１ギヤとかみ合う第１ピニオンと、前記共通軸線を中心軸線とする第２公転軌道上に配列され前記第２ギヤとかみ合う第２ピニオンと、を含み、
前記第１ピニオンと前記第２ピニオンが周方向において交互に配列され、前記第１ピニオンのそれぞれが隣接する２つの前記第２ピニオンとかみ合い、前記第２ピニオンのそれぞれが隣接する２つの前記第１ピニオンとかみ合う、
遊星歯車装置。

【請求項2】

請求項１に記載の遊星歯車装置であって、前記第１ギヤが第１サンギヤであり、前記第２ギヤが第２サンギヤである、遊星歯車装置。

【請求項3】

請求項２に記載の遊星歯車装置であって、前記共通軸線周りに回動可能であって、前記第１ピニオンと第２ピニオンのいずれか一方とかみ合うリングギヤをさらに備える、遊星歯車装置。

【請求項4】

請求項１に記載の遊星歯車装置であって、前記第１ギヤがサンギヤであり、前記第２ギヤがリングギヤである、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、特にその構造に関する。

【背景技術】

【0002】

サンギヤと、サンギヤと同軸配置された内歯のリングギヤと、サンギヤおよびリングギヤとかみ合うプラネタリピニオンを回転可能に支持し、サンギヤと同軸配置されたプラネタリキャリヤを備える遊星歯車装置が知られている。以下において、プラネタリピニオンをピニオンと記し、プラネタリキャリヤをキャリヤと記す。典型的には、１つのピニオンがサンギヤとリングギヤの両者とかみ合うが、互いにかみ合う２個のピニオンを備え、一方のピニオンがサンギヤに、他方のピニオンがリングギヤにかみ合うダブルピニオン形式の遊星歯車装置も知られている。ダブルピニオン形式の遊星歯車装置においては、リングギヤをサンギヤに替えた、つまり２つのサンギヤを備えた遊星歯車装置も知られている。

【0003】

下記特許文献１の図９には、サンギヤ（１２）にかみ合う第１ピニオン（６２）と、リングギヤ（１６）にかみ合う第２ピニオン（６４）を備え、第１ピニオン（６２）が２つの第２ピニオン（６４）とかみ合っている遊星歯車装置（６０）が示されている。なお、上記の括弧内の符号は、下記特許文献１において用いられている符号であり、本願の実施形態の説明で用いられる符号とは関連しない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－７６１５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１の遊星歯車装置は、１個の第１ピニオンに対して２個の第２ピニオンがかみ合っているため、かみ合い箇所が増加し、ピニオン間のギヤ歯面の面圧を低減させることができる。一方、第２ピニオンの数が第１ピニオンの２倍と多くなり、装置が大きくなる傾向がある。

【0006】

本発明は、ギヤ歯面の面圧を低減させつつ、遊星歯車装置を小形とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る遊星歯車装置は、共通軸線周りに回転可能な、第１ギヤと、第２ギヤと、プラネタリピニオンを回転可能に支持するプラネタリキャリヤとを備える。プラネタリピニオンは、共通軸線を中心軸線とする第１公転軌道上に配列されて第１ギヤとかみ合う第１ピニオンと、共通軸線を中心軸線とする第２公転軌道上に配列され第２ギヤとかみ合う第２ピニオンとを含む。第１ピニオンと第２ピニオンが周方向において交互に配列され、第１ピニオンのそれぞれが隣接する２つの第２ピニオンとかみ合い、第２ピニオンのそれぞれが隣接する２つの第１ピニオンとかみ合う。

【0008】

第１および第２ピニオンのそれぞれが、隣接する２つの第１ピニオンまたは第２ピニオンにかみ合うことで、各ピニオンの歯面に加わる面圧を低減することができる。また、第１ピニオンと第２ピニオンを同数とすることができ、装置の大形化が抑制される。

【0009】

第１ギヤが公転軌道上に配列された第１ピニオンの内側に位置する第１サンギヤであってよく、第２ギヤを公転軌道上に配列された第２ピニオンの内側に位置する第２サンギヤであってよい。さらに、これら２つのサンギヤに加え、共通軸線周りに回動可能であって、第１ピニオンと第２ピニオンのいずれか一方とかみ合うリングギヤを備えてよい。

【0010】

また、第１ギヤが公転軌道上に配列された第１ピニオンの内側に位置するサンギヤであってよく、第２ギヤを公転軌道上に配列された第２ピニオンの外側に位置するリングギヤであってよい。

【発明の効果】

【0011】

第１および第２ピニオンの歯面に加わる面圧を低減することができ、かつ装置の大形化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態の遊星歯車装置を示す斜視図である。

【図2】本実施形態の遊星歯車装置を示す正面図である。

【図3】本実施形態の遊星歯車装置の第１サンギヤと第１ピニオン、第２サンギヤと第２ピニオンのかみ合い状態を示す図である。

【図4】第１サンギヤと第１および第２ピニオンのかみ合い条件を示す図である。

【図5】第１および第２サンギヤ並びに第１および第２ピニオンのかみ合い条件を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１および図２は、遊星歯車装置１０の概略構成を示す図であり、図１は一部を破断して示した斜視図、図２は正面図である。

【0014】

遊星歯車装置１０は、軸線Ａの周りに互いに相対回転可能な３要素として、第１サンギヤ１２，第２サンギヤ１４およびプラネタリキャリヤ１６を備える。以下、プラネタリキャリヤ１６をキャリヤ１６と記す。第１サンギヤ１２は、軸線Ａを中心軸線とする第１サンギヤ軸１８に固定されている。第１サンギヤ軸１８は、第１サンギヤ１２から、図１において手前側に延びている。第２サンギヤ１４は、軸線Ａを中心軸線とする第２サンギヤ軸２０に固定されている。第２サンギヤ軸２０は、第２サンギヤ１４から図１において奥側に延びている。キャリヤ１６は、軸線Ａを中心軸線とする中空のキャリヤ軸２２に固定されている。第２サンギヤ軸２０は、キャリヤ軸２２の中空空間を通って延びている。

【0015】

キャリヤ１６は、第１サンギヤ１２とかみ合う４個の第１プラネタリピニオン２４と、第２サンギヤ１４とかみ合う４個の第２プラネタリピニオン２６を回転可能に支持している。以下、第１プラネタリピニオン２４を第１ピニオン２４と、第２プラネタリピニオン２６を第２ピニオン２６と記す。第１ピニオン２４は、キャリヤ１６上に固定された第１ピニオン支持軸２８に回転可能に支持されている。第２ピニオン２６は、キャリヤ１６上に固定された第２ピニオン支持軸３０に回転可能に支持されている。第１ピニオン２４と第２ピニオン２６は、周方向に交互に配列されている。第１サンギヤ１２、第２サンギヤ１４、第１ピニオン２４および第２ピニオン２６はそれぞれが、周方向に歯が配列された単一の歯列を有する。これらのギヤおよびピニオンが単一の歯列を有するとは、これらのギヤおよびピニオンが大きさの異なる２つまたはそれ以上のギヤを軸線方向に並べて一体としたギヤおよびピニオンではないことを意味する。

【0016】

各第１ピニオン２４は、隣接した２個の、つまり周方向において両側の第２ピニオン２６とかみ合い、また各第２ピニオン２６も両側の第１ピニオン２４とかみ合っている。第１および第２ピニオン２４，２６は、キャリヤ１６の軸線Ａ周りの回転に伴って公転し、またそれぞれの支持軸２８，３０周りに回転可能、すなわち自転可能である。図２に、第１ピニオン２４の公転軌道Ｔ1と、第２ピニオン２６の公転軌道Ｔ2を示す。第１サンギヤ１２と第１ピニオン２４のかみ合い状態を図３の右半分に示し、第２サンギヤ１４と第２ピニオン２６のかみ合い状態を図３の左半分に示す。

【0017】

第１サンギヤ１２は、第２サンギヤ１４より直径が小さい。第１ピニオン２４の歯列は、かみ合う第１サンギヤ１２の歯列に対向し、好適には、第１ピニオン２４の歯幅、すなわち軸線Ａ方向の寸法は、第１サンギヤ１２の歯幅とほぼ等しい。第２ピニオン２６の歯列は、かみ合う第２サンギヤ１４の歯列と対向すると共に、かみ合っていない第１サンギヤ１２の歯列とも対向する。好適には、第２ピニオン２６の歯幅は、第１サンギヤ１２と第２サンギヤ１４の間に隙間がない場合、第１サンギヤ１２と第２サンギヤ１４の歯幅の和である。第２ピニオン２６の歯幅が大きいことで、第２ピニオン２６は、軸線Ａに沿う方向において互いにずれた位置にある第１ピニオン２４と第２サンギヤ１４の双方にかみ合っている。また、第２ピニオン２６は、第１サンギヤ１２と第２サンギヤ１４の直径差によって、第１サンギヤ１２と干渉しないようになっている。

【0018】

第１ピニオン２４の歯列が、第１サンギヤ１２の歯列と第２ピニオン２６の歯列にかみ合い、第２ピニオン２６の歯列が、第２サンギヤ１４の歯列と第１ピニオン２４の歯列とかみ合っている。したがって、第１サンギヤ１２、第２サンギヤ１４、第１ピニオン２４および第２ピニオン２６の歯列は、全て共通のモジュールの歯で構成される。

【0019】

１つの第２ピニオン２６と、その両側に位置する２つの第１ピニオン２４と、第１サンギヤ１２のかみ合いについて説明する。

【0020】

図４に示す第２ピニオン２６-1とその両側の第１ピニオン２４-1，２４-2と第１サンギヤ１２のかみ合いが成立するためには、図４に太い破線で示す循環する経路Ｓ1上の歯数が整数となる必要がある。この経路Ｓ1のことを以下「リレー経路Ｓ1」と記す。リレー経路Ｓ1は、注目するギヤ等の歯の移動経路を継ぎ合わせたものである。まず、かみ合い点Ｃ1で第１サンギヤ１２の、第１ピニオン２４-1とかみ合っている歯について着目する。また、この時点の第１サンギヤ１２の歯列を出発時歯列と記す。第１サンギヤ１２の注目している歯は、第１サンギヤ１２の回転Ｒに伴ってかみ合い点Ｃ2に移動する。他のギヤ／ピニオンとのかみ合い点に達すると、注目する歯を相手方のギヤ／ピニオンのかみ合っている歯に移す。つまり、かみ合い点Ｃ2からは、第１ピニオン２４-2の歯に注目する。この歯が、第１ピニオン２４-2の回転に伴って第２ピニオン２６-1とのかみ合い点Ｃ3に達すると、注目する歯を第２ピニオン２６-1の歯に移す。同様に、かみ合い点Ｃ4からは、注目する歯を第１ピニオン２４-1の歯に移す。この歯が、最初のかみ合い点Ｃ1に戻ったとき、この歯にかみ合う仮想的な第１サンギヤ１２の歯列を到着時歯列とする。到着時歯列が出発時歯列と重なれば、注目する歯がリレー経路Ｓ1を１周して戻ってきたとき、この注目する歯が再び第１サンギヤ１２の歯列とかみ合うことができる。しかし、到着時歯列と出発時歯列が重ならなければ、つまり互いの歯列の位相がずれていると、戻ってきた注目する歯は、第１サンギヤ１２の現実の歯列とかみ合うことができない。かみ合いが成立するためには、リレー経路Ｓ1上の歯数が整数、つまりリレー経路Ｓ1の長さが歯列のピッチの整数倍となっている必要がある。

【0021】

リレー経路Ｓ1上の歯数を求める。第１サンギヤ１２の歯数をＺ_S1、第２サンギヤ１４の歯数をＺ_S2、第１ピニオン２４の歯数をＺ_p1、第２ピニオン２６の歯数をＺ_p2とする。かみ合い点Ｃ1～Ｃ2の歯数はＺ_S1θ₇／３６０×２、かみ合い点Ｃ2～Ｃ3の歯数はＺ_p1θ₉／３６０、かみ合い点Ｃ3～Ｃ4の歯数はＺ_p1θ₈／３６０×２、かみ合い点Ｃ4～Ｃ1の歯数はＺ_p1θ₉／３６０である。これら歯数の合計が整数となる必要がある（次式（１））。

【0022】

【数1】

【0023】

合計８個のピニオンが周方向に等角度間隔で配列されているから角度θ₇は４５°である（θ₇＝４５°）。また、角度θ₇，θ₈，θ₉，の関係は、次式（２）で表される。

【数2】

【0024】

式（１），（２）からかみ合いの成立条件は、次式（３）となる。

【数3】

【0025】

遊星歯車装置１０は、図５に示すリレー経路Ｓ2についても、図４のリレー経路Ｓ1と同様に、かみ合い条件が成立する必要がある。第１サンギヤ１２上の経路に属する歯数はＺ_S1θ₁／３６０、第１ピニオン２４-2上の経路に属する歯数はＺ_p1θ₃／３６０、第２ピニオン２６-1上の経路に属する歯数はＺ_p2θ₄／３６０、第２サンギヤ１４上の経路に属する歯数はＺ_S2θ₂／３６０、第２ピニオン２６-2上の経路に属する歯数はＺ_p2θ₅／３６０、第１ピニオン２４-1上の経路に属する歯数はＺ_p1θ₆／３６０である。これらの歯数の合計が整数となる必要がある（次式（４））。式（４）を整理して式（５）を得る。

【0026】

【数4】

【0027】

角度θ₁，θ₂は９０°、角度θ₃，θ₆の和は３６０°、角度θ₄，θ₅の和は３６０°である（次式（６）～（８））。

【数5】

【0028】

式（４）～（８）を整理すると次式（９）を得る。

【数6】

【0029】

式（９）から、第１サンギヤ１２と第２サンギヤ１４の歯数の合計が４の倍数であることが必要である。

【0030】

第１および第２サンギヤ１２，１４並びに第１および第２ピニオン２４，２６を標準歯車、すなわち転位のない歯車としたとき、式（３）の条件を満たすことはほとんどない。例えば、各ギヤ／ピニオンを標準歯車とし、第１サンギヤ１２の歯数を３１（Ｚ_S1＝３１）、第２サンギヤ１４の歯数を３７（Ｚ_S2＝３７）、第１ピニオン２４の歯数を２２（Ｚ_p1＝２２）、第２ピニオン２６の歯数を２０（Ｚ_p2＝２０）とした場合、角度θ₈は幾何学的な条件により定まり、θ₈＝６３．１６４°となる。角度θ₇は４５°であるので、これらの角度と各ギヤ／ピニオンの歯数を式（３）の左辺に代入すると、４９．９８７を得る。この値は、整数ではないのでかみ合いは成立しない。そこで、第１および第２サンギヤ１２，１４並びに第１および第２ピニオン２４，２６のいくつかに転位を与え、各ギヤ／ピニオンの軸間距離を調整する。なお、第１サンギヤ１２と第２サンギヤ１４の歯数の和は６８（＝３１＋３７）であるので、式（９）の条件は満たされている。

【0031】

式（３）の右辺を４９．９８７に最も近い整数である５０とし、角度θ₈について解くと、θ₈＝６３．２１４°を得る。角度θ₈が６３．２１４°となるように、第１ピニオン２４と第２ピニオン２６の軸間距離を、第２ピニオン２６の転位量により調整する。このときの第２ピニオン２６の転位係数は－０．００９３となる。第１ピニオン２４と第２ピニオン２６の軸間距離が変化しているので、第２ピニオン２６と第２サンギヤ１４の軸間距離も変化している。この軸間距離の変化に対応するため、第２サンギヤ１４に転位を与える。このときの第２サンギヤ１４の転位係数は－０．２６１１となる。

【0032】

以上のように、ダブルピニオン式の遊星歯車装置において、周方向に配列される第１および第２ピニオン２４，２６のそれぞれが、隣接する両側の第１および第２ピニオン２４，２６とかみ合っている遊星歯車装置が成立することが示された。

【0033】

上述の遊星歯車装置１０は、各ギヤ／ピニオンが平歯車であったが、はすば歯車であってもよい。また、遊星歯車装置１０は、第１および第２ピニオン２４，２６を４セット有するが、セット数は、３セットであってよく、５セット以上であってもよい。

【0034】

遊星歯車装置１０に、さらに第１ピニオン２４または第２ピニオン２６とかみ合う内歯のリングギヤを追加してもよい。リングギヤは、第１サンギヤ１２、第２サンギヤ１４およびキャリヤ１６と共通の軸線Ａを有し、この軸線Ａの周りに回転可能である。また、第１サンギヤ１２と第２サンギヤ１４の一方と、リングギヤを置き換えてもよい。

【0035】

さらに、転位を与えるギヤ／ピニオンは、第２ピニオン２６、第２サンギヤ１４以外のギヤ／ピニオンであってもよい。

【符号の説明】

【0036】

１０ 遊星歯車装置、 １２ 第１サンギヤ、 １４ 第２サンギヤ、 １６ プラネタリキャリヤ（キャリヤ）、 １８ 第１サンギヤ軸、 ２０ 第２サンギヤ軸、 ２２ キャリヤ軸、 ２４ 第１プラネタリピニオン（第１ピニオン）、 ２６ 第２プラネタリピニオン（第２ピニオン）、 ２８ 第１ピニオン支持軸、 ３０ 第２ピニオン支持軸、 Ｚ_S1 第１サンギヤの歯数、 Ｚ_S2 第２サンギヤの歯数、 Ｚ_p1 第１ピニオン２４の歯数、 Ｚ_p2 第２ピニオン２６の歯数、 θ₁～θ₉ 角度、 Ｔ₁ 第１ピニオンの公転軌道、 Ｔ₂ 第２ピニオンの公転軌道、 Ｓ₁，Ｓ₂ リレー経路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】