特許 7177680 遊星歯車装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-15

(45)【発行日】2022-11-24

(54)【発明の名称】遊星歯車装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/28 20060101AFI20221116BHJP

【ＦＩ】

F16H1/28

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018232561

(22)【出願日】2018-12-12

(65)【公開番号】P2020094630

(43)【公開日】2020-06-18

【審査請求日】2021-09-28

(73)【特許権者】

【識別番号】303025663

【氏名又は名称】株式会社日立ニコトランスミッション

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】荒木 美穂

(72)【発明者】

【氏名】岩本 安弘

(72)【発明者】

【氏名】深瀬 早貴

【審査官】前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－２８０８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２９６７６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ １／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽歯車と、該太陽歯車と同一位相で同時にかみ合うように配置された複数の遊星歯車と、該複数の遊星歯車とかみ合うように配置された内歯車と、を備える遊星歯車装置であって、
各遊星歯車の累積ピッチ誤差の偏差平方和の平均値が最大となるように組み立てたことを特徴とする遊星歯車装置。

【請求項2】

太陽歯車と、該太陽歯車と同一位相で同時にかみ合うように配置された複数の遊星歯車と、該複数の遊星歯車とかみ合うように配置された内歯車と、を備える遊星歯車装置であって、
各遊星歯車の累積ピッチ誤差の偏差平方和の平均値が最小となるように組み立てたことを特徴とする遊星歯車装置。

【請求項3】

太陽歯車と、該太陽歯車と次々にかみ合うように配置された複数の遊星歯車と、該複数の遊星歯車とかみ合うように配置された内歯車と、を備え、
各かみ合い部が同一位相で同時にはかみ合わず、次々とかみ合う遊星歯車装置であって、
各遊星歯車の累積ピッチ誤差の偏差平方和の平均値が最小となるように組み立てたことを特徴とする遊星歯車装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遊星歯車装置に関する。

【背景技術】

【0002】

まず、図１を用いて、従来の遊星歯車装置を説明する。ここに例示する遊星歯車装置は、主に、太陽歯車２１、複数の遊星歯車２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）、遊星キャリア２３（２３ａ、２３ｂ）、内歯車２４から構成される、いわゆるスター型と定義される構造の遊星歯車装置２０である。なお、遊星歯車２２は、その回転中心を所定量偏心させて製造されたものであり、この偏心によって後述する累積ピッチ誤差（偏心誤差）が生じる。

【0003】

この遊星歯車装置２０は、以下のように回転駆動力を伝達する。すなわち、例えば、ガスタービン用の遊星歯車装置の場合、動力源であるガスタービンと連結された入力軸２５が回転駆動すると、これと一体となっている太陽歯車２１も同時に回転し、これとかみ合う遊星歯車２２が回転駆動される。さらに遊星歯車２２とかみ合う内歯車２４が回転駆動され、これと篏合している出力軸が発電機などの被動機に回転を伝達する。

【0004】

このようなガスタービン用の遊星歯車装置はピッチ円周速が大きいため、一般産業用の歯車装置と比較して、歯車のかみ合いに起因したねじり振動が大きい特徴がある。このねじり振動は、歯面に動荷重を発生させるため、低減が求められる。

【0005】

ねじり振動の原因となる起振力は、被動歯車の駆動歯車に対する進み遅れ、すなわち伝達誤差によって発生する。伝達誤差はかみ合いの進行に伴う歯の剛性変動と、歯車の製造誤差によって発生する。

【0006】

この伝達誤差を低減する遊星歯車装置としては、特許文献１に記載のものが知られており、特許文献１では、遊星歯車の偏心誤差方向が、装置軸直角断面で見た場合に、すべて所定の方向となるように組み立てることで伝達誤差を低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開平１１－２８０８５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１の構成では、期待通りに伝達誤差を低減するには、各遊星歯車の１周分の累積ピッチ誤差（偏心誤差）を結ぶことで形成される波形を、同じくする必要があり、高精度・高額な製造技術が必要とされる。このため、コスト低減などの事情により、加工精度が悪く各遊星歯車によって累積ピッチ誤差の波形が異なり、更に各歯間にピッチ誤差のばらつきがある遊星歯車を使用せざるを得ない場合等には、期待通りに伝達誤差を低減できず、大きなねじり振動に起因する大きな動荷重が各遊星歯車に発生したり、各遊星歯車が負担する静荷重が著しく偏ったりするという問題が生じる場合がある。

【0009】

そこで、本発明では、仮に各遊星歯車によって累積ピッチ誤差の波形が異なり、更に各歯間にピッチ誤差のばらつきがある遊星歯車を使用する場合であっても、各遊星歯車に掛かる動荷重を抑制したり、静荷重を均等化したりすることができる遊星歯車装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構造を採用する。

【0011】

その一例を挙るならば、太陽歯車と、該太陽歯車と同一位相で同時にかみ合うように配置された複数の遊星歯車と、該複数の遊星歯車とかみ合うように配置された内歯車と、を備える遊星歯車装置であって、各遊星歯車の累積ピッチ誤差が最大となる歯が、遊星歯車の歯数Ｚを遊星歯車の個数ｐで除した歯数ずつずれてかみ合いが始まるように組み立てる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の遊星歯車装置によれば、仮に偏心誤差が大きい遊星歯車を使用する場合であっても、各遊星歯車に掛かる動荷重を抑制したり、静荷重を均等化したりすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】従来の遊星歯車装置の構造を説明する構造図である。

【図2】実施例１の遊星歯車装置の要部を説明する平面図である。

【図3】実施例１の各遊星歯車の累積ピッチ誤差を説明する図である。

【図4】実施例２を説明する図である。

【図5】実施例３を説明する図である。

【図6】実施例４を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を用いて、本発明の遊星歯車装置を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

【実施例1】

【0015】

本発明の実施例１に係る遊星歯車装置２０を、図２、図３を用いて説明する。なお、図１との共通点は重複説明を省略する。

【0016】

図２は、図１に例示した構成のうち、本実施例の遊星歯車２２の特徴を説明するために必要な構成を抜粋した平面図である。ここに示す遊星歯車２２の各々は、Ｚ個の歯を持つ歯車であり、各々の歯には、回転方向と逆方向に向かって、＃１から＃Ｚの歯番号を付けている。なお、本実施例では、太陽歯車２１と遊星歯車２２のすべてのかみ合い部において、同一位相で同時にかみ合うように、太陽歯車２１、遊星歯車２２、内歯車２４等を設計しており、例えば、太陽歯車２１の歯数を１８、遊星歯車２２の歯数を３６、内歯車２４の歯数を９０、遊星歯車２２の数を３、とするような組み合わせとする。

【0017】

ここで、遊星歯車２２ａの任意の歯＃ｎ（１≦ｎ≦Ｚ）が太陽歯車２１の歯とピッチ点でかみ合っている状態を考える。上述したように本実施例の遊星歯車装置２０では、すべてのかみ合い部において、同一位相で同時にかみ合うため、遊星歯車２２ａの歯＃ｎが太陽歯車２１とかみ合っている場合、遊星歯車２２ｂ、２２ｃも太陽歯車２１とかみ合っているため、以下ではそれらの遊星歯車の歯にも＃ｎという歯番号を付ける。

【0018】

次に、遊星歯車２２ａの歯＃１の決定方法を説明する。

【0019】

図３に示す３ａ、３ｂ、３ｃは、遊星歯車２２ａ、２２ｂ、２２ｃの累積ピッチ誤差であり、本実施例では、最終的に図３に示す特性が得られるように遊星歯車装置２０を組み立てる。横軸の下方に示す、歯＃Ａ、歯＃Ｂ、歯＃Ｃは、それぞれ、累積ピッチ誤差３ａが最大値となる歯、累積ピッチ誤差３ｂが最大値となる歯、累積ピッチ誤差３ｃが最大値となる歯であり、累積ピッチ誤差３ａが最大値となる歯＃Ａを、以降では歯＃１と定義する。

【0020】

このように遊星歯車２２ａの歯＃１を定義した場合、遊星歯車２２ｂの歯＃Ｂと遊星歯車２２ｃの歯＃Ｃは、次の式１、式２により決定することができる。

【0021】

【数1】

【0022】

【数2】

【0023】

ただし、Ｚは遊星歯車の歯数、ｐは遊星の個数（図２の例では「３」）である。Ｚがｐの倍数でない場合は繰り上げまたは繰り下げによって整数に修正した値を＃Ｂおよび＃Ｃとする。

【0024】

このようにして遊星歯車２２の歯＃１、歯＃Ｂ、歯＃Ｃを決めた遊星歯車装置２０は、以下のように製造されることが望ましい。

【0025】

まず、例えば、機械構造用炭素鋼や、機械構造用合金鋼などの柱管を焼準し、ギヤブランクを製作する。次に、例えばホブ切りなどの歯切り加工によって歯を形成する。これにより、遊星歯車２２は凡そ完成するが、その後、熱処理を行っても良いし、最後に、研削などの仕上げ加工を施しても良い。

【0026】

遊星歯車装置２０に組み込む遊星歯車２２が全て完成すると、遊星歯車２２の歯面のピッチ誤差をそれぞれ測定する。そして、測定したピッチ誤差に基づいて累積ピッチ誤差を算出し、累積ピッチ誤差が最大となる歯のそれぞれに何らかのマークを設ける。

【0027】

そして、遊星歯車２２ａとして選択した遊星歯車２２は、マークのある歯が太陽歯車１とかみ合うように組み立てる。また、遊星歯車２２ｂとして選択した遊星歯車２２は、マークのある歯から回転逆方向に＃Ｂ離れた歯が太陽歯車１とかみ合うように組み立て、遊星歯車２２ｃとして選択した遊星歯車２２は、マークのある歯から回転逆方向に＃Ｃ離れた歯が太陽歯車１とかみ合うよう組み立てる。

【0028】

このようにして遊星歯車装置２０を組み立てることで、遊星歯車２２の累積ピッチ誤差が、遊星歯車２２ａにおいては歯＃１で最大となり、遊星歯車２２ｂにおいては歯＃Ｂで最大となり、遊星歯車２２ｃにおいては歯＃Ｃで最大となるため、図３に示すような特性を得ることができる。

【0029】

この結果、本実施例の遊星歯車装置においては、累積ピッチ誤差起因で発生する伝達誤差が各遊星歯車間で異なるため、遊星歯車装置全体での伝達誤差が低減できる。ひいては起振力が低減でき、ねじり振動を低減することができる。

【実施例2】

【0030】

次に、本発明の実施例２に係る遊星歯車装置を、図４を用いて説明する。なお、実施例１との共通点は重複説明を省略する。

【0031】

実施例１では、遊星歯車２２の各歯間のピッチ誤差のばらつきを無視しており、故に、図３では、累積ピッチ誤差３ａ～３ｂを滑らかな正弦波状のものとして示した。しかしながら、実際には、遊星歯車２２の各歯間のピッチ誤差にばらつきが存在するため、このばらつきを考慮する必要がある。

【0032】

そこで、本実施例では、各々の遊星歯車２２に各歯間のピッチ誤差のばらつきが存在する場合であっても、実施例１と同様の効果を得ることを目的とする。

【0033】

図４に、各歯間のピッチ誤差がばらつく場合の、遊星歯車２２ａ、２２ｂ、２２ｃの累積ピッチ誤差４ａ、４ｂ、４ｃを示す。なお、＃１、＃Ｂ、＃Ｃの意味は実施例１と同様である。

【0034】

実施例２においては、歯＃Ｂおよび歯＃Ｃは以下のように決める。

【0035】

まず、遊星歯車２２ａ、２２ｂ、２２ｃの任意の歯＃ｎにおける累積ピッチ誤差を、それぞれ、Ｆｐａ（ｎ）、Ｆｐｂ（ｎ）、Ｆｐｃ（ｎ）とし、これらの偏差平方和をＳ（ｎ）とすると、Ｓ（ｎ）は以下の式３で求められる。

【0036】

【数3】

【0037】

なお、

【0038】

【数4】

【0039】

はＦｐａ（ｎ）、Ｆｐｂ（ｎ）、Ｆｐｃ（ｎ）の平均値である。ここで以下の式４のように偏差平方和の平均値Ｓａｖｅを定義する。

【0040】

【数5】

【0041】

そして、式４により求められる偏差平方和の平均値Ｓａｖｅが最大となる、＃１、＃Ｂ、＃Ｃの組み合わせを採用し、実施例１と同様の手順で遊星歯車装置２０を組み立てる。

【0042】

このように累積ピッチ誤差の偏差平方和を最大にする組み立て方を採用することで、実施例１では考慮していなかった各歯間のピッチ誤差のばらつきが存在する場合であっても、実施例１と同様にねじり振動の抑制を実現することができる。

【実施例3】

【0043】

次に、本発明の実施例３に係る遊星歯車装置を、図５を用いて説明する。なお、上述する実施例との共通点は重複説明を省略する。

【0044】

実施例１、２では、各々の遊星歯車２２における歯＃１、歯＃Ｂ、歯＃Ｃが略等間隔で設定されるように遊星歯車装置２０を組み立てることでねじり振動、すなわち、遊星歯車２２に掛かる動荷重を抑制したが、本実施例では、各々の遊星歯車２２に掛かる静荷重を均等化することを目的とする。

【0045】

図５に、遊星歯車２２ａ、２２ｂ、２２ｃの累積ピッチ誤差５ａ、５ｂ、５ｃを示す。なお、本実施例においても、＃１、＃Ｂ、＃Ｃの意味は実施例１と同様である。

【0046】

実施例３においては、歯＃Ｂおよび歯＃Ｃは以下のように決める。

【0047】

すなわち、上述した式３、式４から計算される偏差平方和の平均値Ｓａｖｅが最小となる、＃１、＃Ｂ、＃Ｃの組み合わせを採用し、実施例１と同様の手順で遊星歯車装置２０を組み立てる。

【0048】

このように、累積ピッチ誤差の偏差平方和を最小にする組み立て方を採用すると、図５に示すように、＃Ｂ、＃Ｃが＃１に近接する。この場合、累積ピッチ誤差起因で発生する伝達誤差が各遊星歯車間で近似するため、遊星歯車装置全体での伝達誤差を低減できず、ねじり振動を低減することはできないが、遊星歯車間の荷重を等配させることができる。

【実施例4】

【0049】

次に、本発明の実施例４に係る遊星歯車装置を、図６を用いて説明する。なお、上述する実施例との共通点は重複説明を省略する。

【0050】

実施例１～３の遊星歯車装置は、太陽歯車２１と遊星歯車２２のすべてのかみ合い部が同一位相で同時にかみ合うように設計されたものであったが、実施例４の遊星歯車装置は、各かみ合い部が同一位相で同時にはかみ合わず、次々とかみ合う遊星歯車装置である。例えば、太陽歯車２１の歯数を１９、遊星歯車２２の歯数を３７、内歯車の歯数を９２、遊星歯車の数を３、とするような組み合わせとする。

【0051】

図６に、各かみ合い部が次々とかみ合う場合の、遊星歯車２２ａ、２２ｂ、２２ｃの累積ピッチ誤差６ａ、６ｂ、６ｃを示す。なお、＃１、＃Ｂ、＃Ｃの意味は実施例１と同様である。

【0052】

実施例４においては、＃Ｂおよび＃Ｃは以下のように決める。

【0053】

すなわち、上述した式３、式４から計算される偏差平方和の平均値Ｓａｖｅが最小となる、＃１、＃Ｂ、＃Ｃの組み合わせを採用し、実施例１と同様の手順で遊星歯車装置２０を組み立てる。

【0054】

このように、累積ピッチ誤差の偏差平方和を最小にする組み立て方を採用すると、かみ合い部が同一位相で同時にかみ合わない遊星歯車装置においても、遊星歯車間の荷重を等配させることができる。

【符号の説明】

【0055】

３ａ～３ｃ、４ａ～４ｃ、５ａ～５ｃ、６ａ～６ｃ…累積ピッチ誤差
２０…遊星歯車装置、
２１…太陽歯車、
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…遊星歯車、
２３、２３ａ、２３ｂ…遊星キャリア、
２４…内歯車、
２５…入力軸、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】