(57)【要約】【課題】  被駆動部による出力軸の回転駆動を抑制することができる遊星歯車減速機を提供する。【解決手段】  回転伝達手段４３は、複数の突起４４、および複数の穴４６から構成されている。突起４４は、遊星歯車３７と同心の仮想的な円である第１仮想円４５上に位置し、遊星歯車３７から出力軸３９に向かって軸方向へ突き出している。穴４６は、出力軸３９と同心の仮想的な円である第２仮想円４７上に位置し、出力軸３９のフランジ部４１に形成されている。穴４６には、突起４４が挿入されている。穴４６は、突起４４と係合することによって、遊星歯車３７の自転を出力軸３９に伝達可能であるとともに、出力軸３９の回転を遊星歯車３７に伝達可能である。第１仮想円４５の直径Ｄ１を遊星歯車３７のピッチ円直径Ｄ２で割った値を直径比ＲＤとすると、突起４４は、ＲＤ≦０．６が成り立つように設けられている。【選択図】図４
2014219069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内歯車（３１）と、
前記内歯車と同心の同心部（３３、３４）、および、前記同心部に対して偏心している偏心部（３５）を有する入力軸（３２）と、
前記入力軸の前記偏心部と同心であり、前記偏心部により回転可能に支持され、周方向の一部が前記内歯車と噛み合っている遊星歯車（３７）と、
前記入力軸の前記同心部と同心であり回転可能な出力軸（３９）と、
前記遊星歯車および前記出力軸の一方を第１回転体とし、他方を第２回転体とすると、前記第１回転体と同心の仮想的な円である第１仮想円（４５）上に位置し、前記第１回転体から前記第２回転体に向かって軸方向へ突き出している複数の突起（４４）、および、前記第２回転体と同心の仮想的な円である第２仮想円（４７）上に位置し、前記第２回転体に形成され、前記突起が挿入されている複数の穴（４６）から構成され、前記遊星歯車の自転を前記出力軸に伝達可能であるとともに前記出力軸の回転を前記遊星歯車に伝達可能な回転伝達手段（４３）と、
を備え、
前記第１仮想円の直径をＤ１とし、前記遊星歯車のピッチ円直径をＤ２とすると、
Ｄ１／Ｄ２≦０．６
であることを特徴とする遊星歯車減速機（３０）。
【請求項２】
Ｄ１／Ｄ２≧０．３
であることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車減速機。
【請求項３】
前記突起は４本以上かつ７本以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の遊星歯車減速機。
【請求項４】
モータ（２７）と、
ウェイストゲートバルブ（１１）と
前記モータに連結されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の遊星歯車減速機と、
前記遊星歯車装置の前記出力軸と前記ウェイストゲートバルブとを回転伝達可能に連結している連結手段（１２）と、
を備えることを特徴とするウェイストゲートバルブ装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊星歯車減速機およびウェイストゲートバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遊星歯車機構を利用した減速機である遊星歯車減速機の一種に例えば特許文献１に開示されたハイポサイクロイド減速機がある。この種の減速機では、入力軸から出力軸まで回転を伝達するときの効率である正効率は、出力軸から入力軸まで回転を伝達するときの効率である逆効率と比べて大きくなる。従来のハイポサイクロイド減速機では、正効率を逆効率で割った値である効率比は、１．３程度となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２８５４９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、従来のハイポサイクロイド減速機と比べて効率比をさらに大きくしたいという願望が発明者等にあった。これを達成すると、減速機は、駆動源の回転を減速して被駆動部に伝える構成の場合、被駆動部が出力軸を回転しようとするとき従来のものと比べて出力軸が回転し難くなる。これにより、例えば、流体が流通する通路を開閉するバルブが被駆動部である場合、バルブは、閉弁時、通路内の流体の圧力を受けても開弁し難くなり、シール性能が向上する。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被駆動部による出力軸の回転駆動を抑制することができる遊星歯車減速機、およびそれを用いたウェイストゲートバルブ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
特許文献１のハイポサイクロイド減速機では、遊星歯車と出力軸との間の回転伝達は、遊星歯車に形成された突起と当該突起に嵌る出力軸の穴とにより行われる。突起は、遊星歯車と同心の仮想円上に形成されており、当該仮想円の直径が大きいほど大きなトルクに耐えることができる。そのため、通常、前記仮想円の直径は可及的に大きく設定される。特許文献１のものを含め従来のハイポサイクロイド減速機では、前記仮想円の直径を遊星歯車のピッチ円で割った値である直径比は、０．６６〜０．８２程度である。
【０００７】
本発明者等は、前記直径比が０．６６〜０．８２の間である場合、前記効率比がほとんど変わらないことを確認した。さらに本発明者等は、前記直径比を０．６６よりも小さくしていくにしたがって前記効率比が大きくなることを明らかにした。本発明者等は、上記知見に基づき本発明を完成させた。
【０００８】
本発明による遊星歯車減速機は、内歯車、入力軸、遊星歯車、出力軸、および回転伝達手段を備えている。入力軸は、内歯車と同心の同心部、および、同心部に対して偏心している偏心部を有する。遊星歯車は、入力軸の偏心部と同心であり、偏心部により回転可能に支持され、周方向の一部が内歯車と噛み合っている。出力軸は、入力軸の同心部と同心であり回転可能である。
【０００９】
回転伝達手段は、複数の突起、および複数の穴から構成されている。遊星歯車および出力軸の一方を第１回転体とし、他方を第２回転体とすると、突起は、第１回転体と同心の仮想的な円である第１仮想円上に位置し、第１回転体から第２回転体に向かって軸方向へ突き出している。穴は、第２回転体と同心の仮想的な円である第２仮想円上に位置し、第２回転体に形成され、突起が挿入されている。突起および穴は、遊星歯車の自転を出力軸に伝達可能であるとともに出力軸の回転を遊星歯車に伝達可能である。
【００１０】
特に本発明は、第１仮想円の直径をＤ１とし、遊星歯車のピッチ円直径をＤ２とすると、Ｄ１／Ｄ２≦０．６であることを特徴とする。つまり、第１仮想円の直径Ｄ１を遊星歯車のピッチ円直径Ｄ２で割った値（Ｄ１／Ｄ２）である直径比は、０．６以下に設定される。前記効率比は、上記関係が成り立つ範囲において直径比が小さいほど大きくなる。そのため、被駆動部による出力軸の回転駆動を抑制することができる。例えば、流体が流通する通路を開閉するバルブが被駆動部である場合、バルブは、閉弁時、通路内の流体の圧力を受けても開弁し難くなり、シール性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態による遊星歯車減速機が適用されたウェイストゲートバルブ装置、およびそれを備えるエンジンの概略構成を説明する図である。
【図２】図１のウェイストゲートバルブ装置を矢印ＩＩ方向に見た図である。
【図３】図２の回転駆動装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】正駆動時、入力軸から遊星歯車に作用する力と、遊星歯車から内歯車および出力軸に作用する力とを示す図である。
【図６】遊星歯車から内歯車に作用する力のＸ方向成分と直径比との関係、および、遊星歯車から出力軸に作用する力のＸ方向成分と直径比との関係を示す図である。
【図７】直径比と、正効率および逆効率との関係を示す図である
【図８】逆駆動時、出力軸および内歯車から遊星歯車に作用する力と、遊星歯車から入力軸に作用する力とを示す図である。
【図９】内歯車から遊星歯車に作用する力のＸ方向成分と直径比との関係、および、出力軸から遊星歯車に作用する力のＸ方向成分と直径比との関係を示す図である。
【図１０】直径比と効率比との関係を示す図である
【図１１】突起の本数とトルク脈動との関係を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による遊星歯車減速機が適用された回転駆動装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による遊星歯車減速機は、図１および図２に示すウェイストゲートバルブ装置に用いられている。ウェイストゲートバルブ装置１０は、ターボチャージャー９０による過給エンジン９９において、排気の一部を分流させることによりタービン９１への排気の流入量を調節する装置である。タービン９１への排気の流入量を調節することによってターボチャージャー９０の回転数が制御され、安定した過給圧を得ることができる。
【００１３】
先ず、ウェイストゲートバルブ装置１０の構成を図１および図２に基づき説明する。本実施形態のウェイストゲートバルブ装置１０は、タービンハウジング９２内に設けられているウェイストゲートバルブ１１と、コンプレッサーハウジング９４の外壁に固定されている回転駆動装置２０と、回転駆動装置２０を構成する遊星歯車減速機の出力軸３９とウェイストゲートバルブ１１とを連結しているリンク機構１２とを備えている。タービンハウジング９２は、排気の入口と出口とを仕切る隔壁９３を形成しており、ウェイストゲートバルブ１１は、隔壁９３が有するバイパス孔を開閉可能である。
【００１４】
リンク機構１２は、出力軸３９に接続された第１レバー１３と、ウェイストゲートバルブ１１の回転軸１６に接続された第２レバー１４と、第１レバー１３と第２レバー１４とを連結しているロッド１５とを有する。リンク機構１２は、自由度が１である４節リンク機構であり、第１レバー１３の揺動を第２レバー１４の揺動に変換することによって、出力軸３９の回転を減速してウェイストゲートバルブ１１の回転軸１６に伝達する。リンク機構１２は、特許請求の範囲に記載の「連結手段」に相当する。
【００１５】
次に、回転駆動装置２０の構成を図１〜図４に基づき説明する。回転駆動装置２０は、ケース２１、モータ２７および遊星歯車減速機３０を備えている。
ケース２１は、樹脂製であり、第１ケース部２２、第２ケース部２３および第３ケース部２４から構成されている。第１ケース部２２は、有底筒状であり、底部の中央に軸受２５が設けられている。第２ケース部２３は、円板状であり、第１ケース部２２の開口端部を塞いでいる。第３ケース部２４は有底筒状であり、第３ケース部２４の開口端部は第１ケース部２２の底部に組み合わされている。第３ケース部２４の底部には軸受２６が設けられている。各ケース部は、例えば図示しない締結具等により互いに固定されている。なお、図４、および後述の図５、図８はケース２１の図示を省略している。
【００１６】
モータ２７は、ケース２１の第１ケース部２２内に収容されている。モータ２７のモータ軸２８は、第１ケース部２２の底部側に突き出すように設けられている。
遊星歯車減速機３０は、ハイポサイクロイド減速機であり、内歯車３１、入力軸３２、遊星歯車３７、出力軸３９および回転伝達手段４３を備えている。
【００１７】
内歯車３１は、モータ軸２８と同心であり、第３ケース部２４の筒部の内壁に固定されている。
入力軸３２は、内歯車３１と同心の第１同心部３３および第２同心部３４と、第１同心部３３に対して偏心している偏心部３５とを有している。偏心部３５は、軸方向において第１同心部３３と第２同心部３４との間に挟まれるように設けられている。第１同心部３３は、第１ケース部２２の底部を挿通しており、モータ軸２８に回転伝達可能に連結されている。軸受２５は、第１同心部３３を回転可能に支持している。
【００１８】
遊星歯車３７は、入力軸３２の偏心部３５と同心であり、軸受３８を介して偏心部３５により回転可能に支持され、周方向の一部が内歯車３１と噛み合っている。本実施形態では、遊星歯車３７の歯数は、内歯車３１の歯数よりも１つ少ない。
出力軸３９は、入力軸３２の第２同心部３４と同心であり、第３ケース部２４の底部を挿通している。出力軸３９の端部には、軸受４２が嵌めつけられている挿入穴４６がある。入力軸３２の第２同心部３４は、軸受４２により回転可能に支持されている。
【００１９】
回転伝達手段４３は、複数の突起４４、および複数の穴４６から構成されている。突起４４は、遊星歯車３７と同心の仮想的な円である第１仮想円４５上に位置し、遊星歯車３７から出力軸３９に向かって軸方向へ突き出している。本実施形態では、突起４４は、遊星歯車３７の軸心である偏心軸心３６まわりに等間隔に６個設けられている。遊星歯車３７は、特許請求の範囲に記載の「第１回転体」に相当する。
【００２０】
穴４６は、出力軸３９と同心の仮想的な円である第２仮想円４７上に位置し、出力軸３９のフランジ部４１に形成されている。穴４６には、突起４４が挿入されている。穴４６の内径は、突起４４の外径と偏心部３５の偏心量の２倍との和にほぼ等しい。穴４６は、突起４４と係合することによって、遊星歯車３７の自転を出力軸３９に伝達可能であるとともに、出力軸３９の回転を遊星歯車３７に伝達可能である。出力軸３９は、特許請求の範囲に記載の「第２回転体」に相当する。
【００２１】
遊星歯車３７は、モータ軸２８が回転すると、モータ軸２８の軸心２９まわりに公転しつつ偏心軸心３６まわりに自転する。このとき、遊星歯車３７は、モータ軸２８が１回転すると、（内歯車３１の歯数−遊星歯車３７の歯数）／（遊星歯車３７の歯数）だけ回転する。つまり、遊星歯車減速機３０の減速比は、（遊星歯車３７の歯数）／（内歯車３１の歯数−遊星歯車３７の歯数）である。
【００２２】
次に、遊星歯車減速機３０の特徴構成を図４〜図１１に基づき説明する。以下で用いる「正駆動」とは入力軸３２が出力軸３９を回転駆動することであり、「逆駆動」とは出力軸３９が入力軸３２を回転駆動することである。また、「正効率」とは正駆動時の効率であり、「逆効率」とは逆駆動時の効率である。
【００２３】
第１仮想円４５の直径Ｄ１を遊星歯車３７のピッチ円直径Ｄ２で割った値（Ｄ１／Ｄ２）を直径比ＲＤとすると、本実施形態では、突起４４は、ＲＤ≦０．６が成り立つように設けられている。具体的には、例えばＲＤ＝０．４である。このように突起４４を設けることによって、正効率η１を逆効率η２で割った値である効率比ＲＥを従来のハイポサイクロイド減速機と比べて大きくすることができる。以下、詳しく述べる。
【００２４】
正駆動時、遊星歯車３７には、図５に矢印Ｆ１で示すように遊星歯車３７を回転させようとする力が入力軸３２から作用する。この力Ｆ１は、図５に矢印Ｆ２で示すように遊星歯車３７が内歯車３１を押す力と、図５に矢印Ｆ３で示すように遊星歯車３７が出力軸３９を押す力とに変換される。力Ｆ２と力Ｆ３との合力は、力Ｆ１と等しくなる。
【００２５】
ここで、図５において、向きが力Ｆ１の向きと同じであり軸心２９を通る方向をＸ方向とし、当該Ｘ方向に直交し軸心２９を通る方向をＹ方向とする。図６には、出力軸３９に作用するトルクが同じときの、力Ｆ２のＸ方向成分Ｆ２ｘおよび力Ｆ３のＸ方向成分Ｆ３ｘと、直径比ＲＤとの関係を示す。Ｘ方向成分Ｆ３ｘの向きはＸ方向成分Ｆ２ｘの向きと同じである。図６に示すように、Ｘ方向成分Ｆ２ｘは、直径比ＲＤが変わってもほとんど変化しないが、Ｘ方向成分Ｆ３ｘは、直径比ＲＤが小さいほど大きくなる。そして、Ｘ方向成分Ｆ２ｘとＸ方向成分Ｆ３ｘとの合力である合力｛Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ｝は、Ｘ方向成分Ｆ３ｘと同様に、直径比ＲＤが小さいほど大きくなる。したがって、直径比ＲＤが小さいほど力Ｆ１が大きくなることから、図７に示すように正効率η１は、直径比ＲＤが小さいほど低下する。
【００２６】
一方、逆駆動時、遊星歯車３７には、図８に矢印Ｆ４で示すように内歯車３１から力が作用するとともに、図８に矢印Ｆ５で示すように出力軸３９から力が作用する。これらの力Ｆ４および力Ｆ５は、図８に矢印Ｆ６で示すように遊星歯車３７が入力軸３２を押す力に変換される。力Ｆ４と力Ｆ５との合力は、力Ｆ６と等しくなる。
【００２７】
ここで、図８において、向きが力Ｆ６の向きと同じであり軸心２９を通る方向をＸ方向とし、当該Ｘ方向に直交し軸心２９を通る方向をＹ方向とする。図９には、出力軸３９に作用するトルクが同じときの、力Ｆ４のＸ方向成分Ｆ４ｘおよび力Ｆ５のＸ方向成分Ｆ５ｘと、直径比ＲＤとの関係を示す。Ｘ方向成分Ｆ５ｘの向きはＸ方向成分Ｆ４ｘの向きとは反対である。図９に示すように、Ｘ方向成分Ｆ４ｘは、直径比ＲＤが変わってもほとんど変化しないが、Ｘ方向成分Ｆ５ｘは、直径比ＲＤが小さいほど大きくなる。そして、Ｘ方向成分Ｆ４ｘとＸ方向成分Ｆ５ｘとの合力である合力｛Ｆ４ｘ＋Ｆ５ｘ｝は、Ｘ方向成分Ｆ５ｘと同様に、直径比ＲＤが小さいほど大きくなる。したがって、直径比ＲＤが小さいほど力Ｆ６が大きくなることから、図７に示すように逆効率η２は、直径比ＲＤが小さいほど低下する。
【００２８】
図７の結果に基づき直径比ＲＤと効率比ＲＥ（＝η１／η２）との関係を求めると、図１０のようになる。すなわち、直径比ＲＤが０．６６〜０．８２の間である場合、効率比ＲＥは、直径比ＲＤが変更されても大きく変化しない。そして、直径比ＲＤが０．６以下である場合、効率比ＲＥは、直径比ＲＤが小さいほど大きくなる。本実施形態では、直径比ＲＤは、可及的に大きく設定するという常識に反して、効率比ＲＥを１．３よりも大きくしたいという目的のために０．６以下に設定している。
【００２９】
一方、直径比ＲＤが小さすぎると、限られたスペースに突起４４および穴４６を配置することができなくなる。そのため、直径比ＲＤは、０．３以上に設定するのが好ましい。本実施形態では、ＲＤ＝０．４であり、０．３≦ＲＤ≦０．６を満たす。
【００３０】
突起４４の本数に関して言えば、図１１に示すように４本よりも少なくなるとトルクの脈動が増大する。そのため、突起４４の本数は４本以上であることが好ましい。
一方、突起４４の本数が多すぎると、突起４４の強度が低下し、また限られたスペースに突起４４および穴４６を配置することができなくなる。そのため、突起４４の本数は７本以下であることが好ましい。
本実施形態では、突起４４の本数は６本であり、上述の条件（４本以上かつ７本以下）を満たす。
【００３１】
以上説明したように、直径比ＲＤが０．６以下である場合、効率比ＲＥは、直径比ＲＤが小さいほど大きくなる。本実施形態による遊星歯車減速機３０では、直径比ＲＤは０．４に設定されている。そのため、直径比ＲＤが０．６６〜０．８２に設定される従来形態と比べると、逆駆動時に出力軸３９が回転し難くなる。したがって、ウェイストゲートバルブ１１は、閉弁時、排気圧を受けても開弁し難くなり、シール性能が向上する。
【００３２】
また、本実施形態では、直径比ＲＤは０．３以上に設定されている。そのため、突起４４および穴４６を配置するスペースを十分確保することができる。
また、本実施形態では、突起４４の本数は６本である。そのため、突起４４の本数が４本より少なくなるとトルク脈動が大きくなるという問題、および、突起４４の本数が７本より多くなると突起４４の強度が不足するという問題を解消することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による遊星歯車減速機を図１２に基づき説明する。
第２実施形態の伝達手段５０は、出力軸５１に形成された突起５２と、遊星歯車５３に形成された穴５４とから構成されている。出力軸５１は、特許請求の範囲に記載の「第１回転体」に相当し、遊星歯車５３は、特許請求の範囲に記載の「第２回転体」に相当する。
第２実施形態では、第１実施形態と同様に、直径比ＲＤは０．４であり、突起５２の本数は６本である。そのため、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００３４】
（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、直径比ＲＤは０．３より小さくてもよい。
本発明の他の実施形態では、遊星歯車または出力軸に一体に設けられる突起の本数は、３本以下であってもよいし、８本以上であってもよい。
本発明の他の実施形態では、回転駆動装置が適用されるウェイストゲートバルブ装置は、ターボチャージャーとは別体であってもよい。
本発明の他の実施形態では、回転駆動装置は、ウェイストゲートバルブ装置に限らず、例えば可変容量ターボの可変ベーン制御装置、排気スロットルまたは排気切替弁のバルブ作動装置、あるいは、可変吸気機構のバルブ作動装置などの他の装置に適用されてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００３５】
３０・・・・・・遊星歯車減速機
３１・・・・・・内歯車
３２・・・・・・入力軸
３３・・・・・・第１同心部（同心部）
３４・・・・・・第２同心部（同心部）
３５・・・・・・偏心部
３７・・・・・・遊星歯車
３９・・・・・・出力軸
４３、５０・・・回転伝達手段
４４、５２・・・突起
４５・・・・・・第１仮想円
４６、５４・・・穴
４７・・・・・・第２仮想円
【図１】
2014219069.tif 000003
【図２】
2014219069.tif 000004
【図３】
2014219069.tif 000005
【図４】
2014219069.tif 000006
【図５】
2014219069.tif 000007
【図６】
2014219069.tif 000008
【図７】
2014219069.tif 000009
【図８】
2014219069.tif 000010
【図９】
2014219069.tif 000011
【図１０】
2014219069.tif 000012
【図１１】
2014219069.tif 000013
【図１２】
2014219069.tif 000014