JP3913163B2 - 遊星ローラ式減速機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸駆動装置に用いられる遊星ローラ式減速機の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械では、加工精度に悪影響のある振動を抑えるために遊星ローラが多用されており、大きな減速比を必要とする場合には、複数の遊星ローラを連結した多段遊星ローラ式減速機が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、加工方法、加工物の特性により高速低トルク切削を要する場合と、低速高トルク切削を要する場合があり、これらの回転速度に対応するために、従来、主軸駆動装置には一般に汎用のモータと速比可変の歯車式減速装置との組合わせが多用されている（例えば、特許文献２参照）。近時サーボモータによって減速装置を用いずに可成り広い範囲の回転速度に対応できるようになっているが、技術の進歩により更に遊星ローラ式減速機の回転速度範囲の拡大が望まれていて、サーボモータを用いてもなお機械的に２段程度の変速を必要とする事情にある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２５７２０５号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】
特開２００２−３１０２４６号公報（第４−６頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
主軸駆動装置に歯車式減速装置を用いる場合には、歯車の噛合によって振動及び騒音が発生し、振動は精密加工の精度に不具合を生じ、製品品質を低下させるとともに騒音の発生原因ともなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような振動に起因する問題を解決するためになされたもので、サーボモータと組合わせて広い範囲の回転を得るための工作機械の主軸駆動装置に適用できる低振動、低騒音の遊星ローラ式減速装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）固定された内リングと、該内リングに噛合する遊星ローラと、該遊星ローラに噛合する太陽ローラを具えた入力軸と、該遊星ローラの軸を支持するキャリアとからなる遊星ローラ機構を前後に２段連結した、工作機械の主軸駆動装置に用いられる遊星ローラ式減速機において、該後段の遊星ローラ機構であって後端部に第１の係合手段を設けた最終伝動軸と、該後段の遊星ローラ機構に駆動力を伝達する該前段の遊星ローラ機構であって後端部に第２の係合手段を設けた上流伝動軸と、前記最終伝動軸および前記上流伝動軸の夫々の係合手段に選択的に係合する第３の係合手段を設け軸方向に摺動可能な切替軸と、該切替軸を軸方向に摺動させる切換手段とを備え、該切換手段により前記切替軸を該軸方向に摺動させることにより前記第３の係合手段を前記第１の係合手段または前記第２の係合手段のいずれかの係合手段と選択的に係合させると共に、前記第３の係合手段の、前記切替軸に設けられている二つの内スプラインのいずれかが、前記第１の係合手段および第２の係合手段のそれぞれに設けられている外スプラインのいずれかと選択的に切換え係合可能なスプライン機構であり、前記切替軸には、前記遊星ローラ式減速機からの出力が伝達される最終出力軸と係合可能な第４の係合手段を設けたことを特徴とする遊星ローラ式減速機。
【０００８】
第２の手段は、上記（１）に記載の遊星ローラ式減速機において、次の通りのものである。
【０００９】
（２）前記切換手段の駆動源がシリンダであることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の遊星ローラ式減速機の実施の形態を図１〜図３によって説明する。図１及び図２は、それぞれ低速切替時及び高速切替時の遊星ローラ式減速機の実施例の軸線に沿った縦断面図、図３はケースの一部を除いた正面図である。
【００１１】
これらの図（主として図１を参照）において、ケース１は５個の円筒状のケースブロック１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅからなり、各ケースブロックには左側からそれぞれ入力軸５、第１遊星ローラ機構１０、第２遊星ローラ機構２０、切替機構３０、出力軸４０が組込まれている。
【００１２】
入力軸５は前端部（図の左側）をケース１の外に突出させ、胴部を２個のベアリングを介してケースブロック１ａ（フランジ）を貫通して回転自在に支承され、後端部は小径軸となってベアリングを介して後述のキャリア１５に回転自在に支承されている。入力軸５と小径軸の間に第１遊星ローラ機構１０の太陽ローラ１１が形成されていて、太陽ローラ１１は第１遊星ローラ機構１０の一部となっている。
【００１３】
第１遊星ローラ機構１０はケースブロック１ｂに収められており、太陽ローラ１１、太陽ローラ１１と接触する遊星ローラ１２、遊星ローラ１２を回転自在に支承し一端を後述のキャリア１５に固定した遊星ピン１３、遊星ローラ１２と内周面で接触しケースブロック１ｂに支持された内リング（外ローラ）１４、キャリア１５の中心部に一体に形成された第１伝動軸１６とで成っている。
【００１４】
第１伝動軸１６は、ケースブロック１ｃの位置で第２遊星ローラ機構２０の太陽ローラ２１を形成し、後端部に外スプライン１７を有し、ケースブロック１ｂ、第２遊星ローラ機構２０のキャリア２５によってベアリングを介して回転自在に支承されており、さらに前端部はベアリングを介して回転自在に入力軸５の後端を支承し、後端部はローラベアリング３６を介して摺動及び回転自在に後述の切替軸３１と同心に係合している。
【００１５】
なお敷延すれば、図３に示すように太陽ローラ１１の外周面と遊星ローラ１２の外周面、遊星ローラ１２の外周面と内リング１４の内周面は互いに与圧されて接触しており、摩擦によって接線力が伝えられるようになっている。
【００１６】
第２遊星ローラ機構２０は第１遊星ローラ機構１０と類似の構造でケースブロック１ｃに収められている。太陽ローラ２１は前述の第１伝動軸１６に形成されている。遊星ローラ２２、遊星ピン２３、内リング２４、キャリア２５はほぼ第１遊星ローラ機構１０のものと同様であり、遊星ピン２３はキャリア２５に固定されている。キャリア２５の中心部には一体に形成された筒状の第２伝動軸（スリーブ軸）２６が設けられ、後端外周部に外スプライン２７が形成されており、ケースブロック１ｃによってベアリングを介して回転自在に支承され、キャリア側内周部はベアリングを介して第１伝動軸１６を回転自在に支承している。
【００１７】
切替機構３０はケースブロック１ｄに収められている。前側の２段に段差のついた筒状部と後側の小径の実軸部とより成る切替軸３１と、環状の摺動板３２及び２個のシリンダ３３とより成っている。切替軸３１の２段の筒状部の前端大径部の内径側には第２遊星ローラ機構２０の第２伝動軸２６の外スプライン２７と噛合する内スプライン３４が、また筒状部の奥の小径部の内径側には、第１遊星ローラ機構１０の第１伝動軸１６の後端の外スプライン１７と噛合する内スプライン３５が設けられている。
【００１８】
ベアリング３６は内スプライン３４と内スプライン３５の間の位置で切替軸３１側に保持され、第１伝動軸１６との間を軸方向の摺動及び回転自在に連結するローラベアリングであり、またベアリング３７はケースブロック１ｄに保持され、切替軸３１の小径の筒部を摺動及び回転自在に支持するローラベアリングである。
【００１９】
摺動板３２は切替軸３１の大径の筒部の外周部に形成された角溝に摺動自在に嵌入された環状の板で、ケースブロック１ｄに固設された２個のシリンダ３３のロッドによって軸方向に進退動して切替軸３１を二つの位置に移動させる移動手段を形成している。切替軸３１の後端の実軸部には外スプライン３８が設けられている。
【００２０】
出力軸４０はケースブロック１ｅによってベアリングを介して軸方向の運動を拘束されて回転自在に支承され、後端をケース１外に突出し、前端部は筒状になっていて内径側に内スプライン４１を備えており、切替軸３１の外スプライン３８と常時噛合している。
【００２１】
シリンダ３３は、油あるいは空気等の作動流体により動作するものであり、シリンダ３３の操作は、人手もしくは電気的制御により行われる。
【００２２】
上記構成の遊星ローラ式減速機の作用を説明する。まず、第１遊星ローラ機構１０及び第２遊星ローラ機構２０の両方を用いた２段減速を行う低速切替の場合を図１によって説明する。
【００２３】
切替軸３１はシリンダ３３のロッドを最大ストローク位置に伸ばして図１に示すように左側に移動させて、内スプライン３４を第２遊星ローラ機構２０の第２伝動軸２６の外スプライン２７と噛合させ、内スプライン３５を自由に解放しておく。図示省略のサーボモータで入力軸５を回転させると、太陽ローラ１１が摩擦によって遊星ローラ１２を回転させるが、内リング１４は固定されているので遊星ローラ１２は内リング１４との接点を瞬間中心として逆回転する。この逆回転によって遊星ローラ１２は太陽ローラ１１の周面を逆に戻り、遊星ピン１３、従ってこれと一体のキャリア１５及び第１伝動軸１６は入力軸５より遅れて同方向に回転し、太陽ローラ１１と遊星ローラ１２の直径で決まる減速比で減速される。第１伝動軸１６と一体の太陽ローラ２１は第２遊星ローラ機構２０の入力軸となり、第１遊星ローラ機構１０と同様に減速して２段減速した回転を第２伝動軸２６に出力する。第２伝動軸２６は外スプライン２７から内スプライン３４を経て切替軸３１に回転を伝え、切替軸３１は外スプライン３８から内スプライン４１を経て出力軸４０に回転を伝える。出力軸４０の回転方向は入力軸５と同方向である。
【００２４】
次に、第１遊星ローラ機構１０のみを使って１段減速を行う高速切替の場合を図２によって説明する。
【００２５】
切替軸３１はシリンダ３３のロッドを最小ストローク位置に縮めて図２に示すように右側に移動させて、内スプライン３４を第２遊星ローラ機構２０の第２伝動軸２６の外スプライン２７から解放させ、内スプライン３５を第１伝動軸１６の後端の外スプライン１７と噛合させる。
【００２６】
サーボモータで入力軸５を回転させると、第１遊星ローラ機構１０で減速された回転は第１伝動軸１６の先端の外スプライン１７からこれと噛合する内スプライン３５を経て切替軸３１に伝わり、切替軸３１は外スプライン３８から内スプライン４１を経て出力軸４０に一段減速された回転を伝える。出力軸４０の回転方向は入力軸５と逆方向である。この減速運転では、第２遊星ローラ機構は空回りをしている。
【００２７】
なお、この装置では、高速回転中に高低減速の切替えは行わないので、切替軸３１のスプラインの噛合はシリンダ３３を働かせておけば、始動時の低速回転の間に容易に行われる。
【００２８】
以上に説明した実施例は、２段減速機の例であるが、遊星ローラ機構を３段以上とすることも可能である。
【００２９】
また、他の実施例として、第２伝動軸の後端部円筒内に切替軸の前端部が挿入されるような径とし、当該端部に形成されるスプラインを先の実施例に対し内外を入れ替えた形態としても同様の作用・効果が得られることは言うまでもない。
【００３０】
さらに、シリンダ３３を用いた機力装置に替えて、レバーやリンクを介した人力装置としてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の遊星ローラ式減速機によって次の効果が得られる。すなわち、サーボモータと組合わせて広い範囲の回転を得るための工作機械の主軸駆動装置に適用できる低振動、低騒音の遊星ローラ式減速装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の遊星ローラ式減速機の低速切替時の軸線に沿った縦断面図である。
【図２】 本発明の遊星ローラ式減速機の高速切替時の軸線に沿った縦断面図である。
【図３】 図１のケースの一部を除いた正面図である。
【符号の説明】
５…入力軸
１０…第１遊星ローラ機構
１１…太陽ローラ軸
１３…遊星ピン
１４…内リング
１６…第１伝動軸
１７…外スプライン
２０…第２遊星ローラ機構
２３…遊星ピン
２４…内リング
２６…第２伝動軸
２７…外スプライン
３１…切替軸
３２…摺動板
３３…シリンダ
３４…内スプライン
３５…内スプライン
３６…ベアリング
３７…ベアリング
３８…外スプライン
４０…出力軸
４１…内スプライン

Claims (2)

1. 固定された内リングと、該内リングに噛合する遊星ローラと、該遊星ローラに噛合する太陽ローラを具えた入力軸と、該遊星ローラの軸を支持するキャリアとからなる遊星ローラ機構を前後に２段連結した、工作機械の主軸駆動装置に用いられる遊星ローラ式減速機において、該後段の遊星ローラ機構であって後端部に第１の係合手段を設けた最終伝動軸と、該後段の遊星ローラ機構に駆動力を伝達する該前段の遊星ローラ機構であって後端部に第２の係合手段を設けた上流伝動軸と、前記最終伝動軸および前記上流伝動軸の夫々の係合手段に選択的に係合する第３の係合手段を設け軸方向に摺動可能な切替軸と、該切替軸を軸方向に摺動させる切換手段とを備え、該切換手段により前記切替軸を該軸方向に摺動させることにより前記第３の係合手段を前記第１の係合手段または前記第２の係合手段のいずれかの係合手段と選択的に係合させると共に、前記第３の係合手段の、前記切替軸に設けられている二つの内スプラインのいずれかが、前記第１の係合手段および第２の係合手段のそれぞれに設けられている外スプラインのいずれかと選択的に切換え係合可能なスプライン機構であり、前記切替軸には、前記遊星ローラ式減速機からの出力が伝達される最終出力軸と係合可能な第４の係合手段を設けたことを特徴とする遊星ローラ式減速機。
2. 前記切換手段の駆動源がシリンダであることを特徴とする請求項１に記載の遊星ローラ式減速機。

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