JP4029631B2 - 遊星機構、この遊星機構が取り付けられた駆動源およびこの遊星機構を備えた装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、駆動源の回転を減速させつつ駆動力を増大させる減速装置や、駆動源の回転を増速させつつ駆動力を減少させる増速装置等の動力伝達装置として用いられる遊星機構、この遊星機構が取り付けられた駆動源およびこの遊星機構を備えた装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、動力伝達装置として遊星機構が知られている。
遊星機構は、例えば、第１の回転軸に連結された太陽歯車と、この太陽歯車に噛合される複数の遊星歯車と、これら遊星歯車同士の間隔を維持しながら遊星歯車を太陽歯車に対して公転可能に支持するキャリアと、遊星歯車が内周面に噛合される円筒状の固定内歯と、遊星歯車が内周面に噛合される円筒部と第２の回転軸とを有する可動内歯車とを備えている（特開平５−３２１９８７号公報参照）。
なお、可動内歯車の位置の偏りを防止するため、遊星歯車の個数は最低でも３個とされている。
【０００３】
以上の遊星機構は、減速装置として用いると、以下のように動作する。
まず、第１の回転軸を回転駆動させると、第１の回転軸に連結された太陽歯車が回転するとともに、遊星歯車も回転する。遊星歯車は、回転しない固定内歯にも噛合されているため、太陽歯車から付与された回転力によって、太陽歯車の周囲を固定内歯の内周面に沿って自転しつつ公転する。このとき、遊星歯車は可動内歯車の円筒部の内周面にも噛合されているから、第２の回転軸を有する可動内歯車も回転する。
すなわち、遊星機構では、第１の回転軸を回転させて遊星歯車を回転させると、遊星歯車は太陽歯車の周囲を公転するが、この遊星歯車が太陽歯車の周囲を１周する度に、可動内歯車の固定内歯に対する相対位置がずれることとなり、このずれが第２の回転軸の回転となる。
【０００４】
この場合の減速比は、減速比をＺＺ、太陽歯車の歯数をＬ、固定内歯の歯数をＭ、可動内歯車の歯数をＮ、遊星歯車の固定内歯に噛合される部分の歯数をＲ、遊星歯車の可動内歯車に噛合される部分の歯数をＳとすると、以下の式で表される。
【０００５】
【数１】

【０００６】
以上の式より、減速比ＺＺを大きくするためには、例えば、遊星歯車の構造を単純化してＲ＝Ｓとすると、ＭとＮとの差をできるだけ小さくする必要があることが分かる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の遊星機構では、以下のような問題点があった。
太陽歯車、固定内歯、可動内歯車の歯数は、各遊星歯車を太陽歯車、固定内歯および可動内歯車に噛合させるため、遊星歯車の個数の倍数にする必要があった。したがって、遊星歯車の個数を最小限の３個とした場合でも、固定内歯の歯数と可動内歯車の歯数との差は少なくとも３以上になっていた。そのため、減速比の増加に限界があり、大きな減速比ＺＺを得ることが困難であった。
例えば、上述した式において、Ｌ＝６、Ｍ＝３０、Ｎ＝３３、Ｓ＝Ｒ＝１２のとき、減速比ＺＺ＝６６であった。
【０００８】
また、減速装置では、可動内歯車が出力軸となっているため、遊星歯車と可動内歯車との噛み合う部分には、他の噛み合い部分に比べ、大きな負担がかかることになり、歯の摩耗が激しかった。
特に、遊星機構を小型化するためには、可動内歯車および遊星歯車の両方を小型化する必要があるが、歯の強度確保のため遊星歯車を小型化するには限界があった。そのため、遊星歯車ピッチ円の円周長さの総和より可動内歯車ピッチ円の円周長さの方が短くなるという現象が起きやすかった。例えば、遊星歯車の個数を最小限の３個とし、可動内歯車ピッチ円の直径を遊星歯車ピッチ円の直径の３倍以下に設定した場合、遊星歯車ピッチ円の円周長さの総和より可動内歯車ピッチ円の円周長さの方が短くなる。この場合、歯１枚あたりの噛み合う回数は遊星歯車より可動内歯車の方が多くなるため、可動内歯車の歯の摩耗が激しくなっていた。
【０００９】
本発明の目的は、大きな増減速比を得ることができかつ可動内歯車の摩耗を低減できる遊星機構、この遊星機構が取り付けられた駆動源およびこの遊星機構を備えた装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の遊星機構、この遊星機構が取り付けられた駆動源およびこの遊星機構を備えた装置は、次の構成を採用する。
すなわち、本発明の遊星機構は、太陽歯車と、この太陽歯車に噛合され当該太陽歯車の周囲を公転可能な遊星歯車と、前記遊星歯車が噛合される固定内歯と、前記遊星歯車が噛合される可動内歯車とを備えた遊星機構において、前記遊星歯車は１つとされ、前記固定内歯および前記可動内歯車に当接し、かつ、前記遊星歯車に対して等間隔離れた状態を維持しながら前記太陽歯車の周囲を公転可能な遊星ローラを備えていることを特徴とする。
【００１１】
なお、以下の説明において、「当接する」とは、接触している状態に限らず、遊星機構の円滑な駆動を妨げない範囲で適当なガタ（隙間）が形成されている状態も含む。
また、１つの遊星歯車とは、固定内歯に噛合される部分と可動内歯車に噛合される部分とが物理的に一体とされた１個の遊星歯車のほか、これらの部分が２つに物理的に分離していても、機能的に１体とされた遊星歯車も含まれる。例えば、固定内歯に噛合される部分を有する遊星歯車と可動内歯車に噛合される部分を有する遊星歯車とをそれぞれ設け、これらの遊星歯車同士で互いに回転を伝達する構造が挙げられる。
【００１２】
この発明によれば、例えば、遊星機構を減速装置として用いた場合には、まず、太陽歯車を回転させると、この太陽歯車に噛合された遊星歯車も回転する。遊星歯車は、回転しない固定内歯にも噛合されているため、太陽歯車から付与された回転力によって、太陽歯車の周囲を固定内歯に沿って自転しつつ公転する。このとき、遊星歯車は、可動内歯車にも噛合されているから、可動内歯車も回転する。
なお、遊星機構を増速装置として動作させる場合には、可動内歯車を入力軸とし、太陽歯車を出力軸とすればよい。
【００１３】
ここで、１つの遊星歯車のみを太陽歯車、固定内歯および可動内歯車に噛合させたので、太陽歯車、固定内歯および可動内歯車の歯数を、遊星歯車の個数である１の倍数、つまり自由に設定できるから、大きな増減速比を得ることができる。
例えば、従来では、上述した式でＬ＝６、Ｍ＝３０、Ｎ＝３３、Ｓ＝Ｒ＝１２のとき、減速比ＺＺ＝６６であったが、Ｍ＝３１としてＭ−Ｎの値を１小さくするだけで、減速比ＺＺ＝１０１．７５となり、大きな減速比を得ることができる。
【００１４】
また、遊星歯車の個数を１つとしたので、遊星歯車ピッチ円の円周長さの総和より可動内歯車ピッチ円の円周長さの方が確実に長くなるため、遊星歯車の歯に比べて可動内歯車の歯の摩耗を低減できる。
【００１５】
また、可動内歯車に対して１つの遊星歯車のみが噛合しているため、可動内歯車の１箇所に遊星歯車から回転力が付与されることになり、可動内歯車の回転軸が傾くおそれがある。しかし、この発明によれば、固定内歯および可動内歯車に当接し、かつ、遊星歯車に対して等間隔離れた状態を維持しながら太陽歯車の周囲を公転可能な遊星ローラを設けたので、可動内歯車に対して遊星歯車および遊星ローラで均等に押圧力を加えることができるから、可動内歯車の回転軸の傾きを抑制できる。
【００１６】
また、遊星歯車を１つとしたので、遊星歯車の製造時に、固定内歯に噛合される部分と可動内歯車に噛合される部分との位相を合わせる必要がないから、容易に組み立てや成形を行うことができる。
さらに、固定内歯や可動内歯車との位相を合わせる必要があるのは遊星歯車のみで、遊星ローラについては位相を合わせる必要がないから、遊星機構の組み立て作業を容易に行うことができる。
【００１７】
本発明の遊星機構では、前記遊星ローラは、その外周面で前記可動内歯車の歯先に当接していることが望ましい。
この発明によれば、遊星ローラで可動内歯車の歯先を押圧するとともに、遊星歯車で可動内歯車の歯を押圧する。したがって、回転軸に交差する一平面で可動内歯車を押圧できるから、可動内歯車の回転軸の傾きを確実に抑制できる。
【００１８】
本発明の遊星機構では、前記遊星歯車および遊星ローラは、前記可動内歯車の平滑面に当接する当接面を有していることが望ましい。
この発明によれば、遊星歯車および遊星ローラで、回転軸に交差する一平面において可動内歯車の平滑面を均等に押圧できるから、可動内歯車の回転軸の傾きを確実に抑制できる。
【００１９】
本発明の遊星機構では、前記遊星歯車および遊星ローラは、その外周面に突出した鍔部を有し、互いに隣接する前記遊星歯車および遊星ローラは、前記鍔部で互いに当接していることが望ましい。
この発明によれば、遊星ローラおよび遊星歯車同士の相対的な位置決めを容易にできるから、遊星機構を容易に組み立てることができる。
また、遊星機構の動作時でも、鍔部によって遊星歯車および遊星ローラ同士が等間隔離れた状態を維持できるから、キャリアが不要となり、小型化、部品点数の削減、コストの削減を実現できる。
【００２０】
さらに、遊星歯車および遊星ローラを鍔部で可動内歯車の平滑面に当接させれば、遊星ローラおよび遊星歯車は、鍔部で互いに押圧して相対的な位置関係を維持しながら、可動内歯車を均等に押圧することになるから、回転軸に交差する一平面内で力の釣り合いをとることができ、可動内歯、遊星ローラおよび遊星歯車の回転軸がずれるのを確実に防止できる。
【００２１】
本発明の遊星機構では、前記遊星歯車および遊星ローラの個数は、４個以上の偶数とされていることが望ましい。
この発明によれば、遊星機構を駆動させると、遊星歯車が回転し、この遊星歯車の回転に従って、遊星歯車と鍔部で接している各遊星ローラも回転する。このとき、遊星ローラ同士の鍔部の接触面や、遊星歯車と遊星ローラとの鍔部の接触面では、相対的な滑りが生じず、滑り摩擦でなく転がり摩擦となる。よって、遊星歯車および遊星ローラが回転しても、互いの回転を妨げることがなく、また、摩擦損失も少なくなるため、遊星機構を円滑に駆動させることができる。
なお、遊星歯車および遊星ローラの個数を３個以上の奇数とした場合には、各遊星ローラが遊星歯車に従って回転しようとしても、遊星ローラ同士の鍔部の接触面や、遊星歯車と遊星ローラとの鍔部の接触面のうち、少なくとも１箇所で回転方向が逆になってしまい、転がり摩擦でなく滑り摩擦が生じる。したがって、遊星歯車の円滑な回転が妨げられるうえに、摩擦損失も大きくなるおそれがある。
【００２２】
本発明の遊星機構では、前記固定内歯の歯数と可動内歯車の歯数との差は、１とされていることが望ましい。
遊星機構では、太陽歯車を回転させて遊星歯車を回転させると、遊星歯車は太陽歯車の周囲を公転するが、この遊星歯車が太陽歯車の周囲を１周する度に、可動内歯車の固定内歯に対する相対位置がずれることとなり、このずれが可動内歯車の回転となる。したがって、この発明によれば、遊星歯車の１周毎の可動内歯車の固定内歯に対する相対位置のずれを最小限にすることができるから、最大の増減速比を得ることができる。
例えば、上述した式でＬ＝６、Ｎ＝３３、Ｓ＝Ｒ＝１２、Ｍ＝３２とすると、減速比ＺＺ＝２０９となり、最大の減速比を得ることができる。
【００２３】
本発明の駆動源は、上述した遊星機構が取り付けられていることを特徴とする。
また、本発明の駆動源は、モータであることを特徴とする。
ここで、駆動源としては、モータ、エンジン等の動力発生装置が含まれる。
この発明によれば、遊星機構を例えば減速機構としてモータ等の駆動源に取り付けることにより、上述した効果と同様の効果を得ることができる。すなわち、太陽歯車、固定内歯および可動内歯車の歯数を自由に設定できるから、大きな増減速比を得ることができる。また、遊星歯車ピッチ円の円周長さの総和より可動内歯車ピッチ円の円周長さの方が確実に長くなるため、遊星歯車の歯に比べて可動内歯車の歯の摩耗を低減できる。
【００２４】
本発明の装置は、上述した遊星機構を備えていることを特徴とする。
また、本発明の装置は、ポンプであることを特徴とする。
この発明によれば、遊星機構を減速装置として、液体吐出装置（チューブポンプ）、カメラのフィルム巻き上げ機構、カメラレンズの駆動機構、小型電子機器、小型ポンプ、玩具、配管検査用装置（ロボット）、小型エンジン等に利用できるほか、増速機構として発電機等にも利用でき、上述したように、大きな増減速比を得ることができ、かつ、可動内歯車の歯の摩耗を低減できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１および図２に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る遊星機構１０が適用された液体吐出装置１を示す平面図、図２は図１における断面図である。また、以下の説明では、図２中の上側を液体吐出装置１における「上側」、下側を「下側」と言う。
【００２６】
図１及び図２に示す液体吐出装置１は、チューブ１００と、このチューブ１００が配置された基部２と、基部２に設けられて２つのボール５をチューブ１００上に転動可能に保持するリテーナ４と、基部２に設けられて２つのボール５をチューブ１００に押し付けてチューブ１００の一部を圧閉するロータ３と、基部２に設けられてロータ３をチューブ１００に沿って移動させる駆動機構６と、リテーナ４、ロータ３および駆動機構６を覆うカバー９とを備えている。すなわち、基部２とカバー９とでリテーナ４やロータ３等を収納するための空間が形成されている。
【００２７】
チューブ１００は、内部に芳香剤、消臭剤、薬品等の液体を収容するものであって、弾性を有する樹脂、例えば、軟質塩ビ系、シリコン、フッ素系、オレフィン系、ウレタン系等の材料で形成されている。なお、チューブの材質は、収容する液体の量や性質等により適宜選択されてよい。
【００２８】
基部２は、チューブ１００が設置されるチューブガイド溝２００が形成された基部本体２１と、基部本体２１から上方に向かって立設されてカバー９を支持する壁部２２と、基部本体２１に設けられた軸部７とを備えている。
【００２９】
基部本体２１には、円形状の円形溝２２０と、この円形溝２２０に連通する直線状の２本の直線溝２２１，２２２とが形成されている。これら直線溝２２１，２２２は、基部２の外部近傍まで延びている。
以上の直線溝２２１と、円形溝２２０のうち直線溝２２１から直線溝２２２までの略円形に近い円弧状の部分と、直線溝２２２とで、チューブガイド溝２００を構成している。
【００３０】
なお、チューブガイド溝２００の曲率は、吐出量、リテーナ４の回転速度、チューブ１００の内径、チューブ１００の押圧角度、ボール５の個数、液体吐出装置１全体の大きさ等によって決定される。
【００３１】
軸部７は、基部本体２１の円形溝２２０の中心に相当する位置に形成された軸孔２１１に設けられている。軸孔２１１の基部本体２１の上面側の周囲は断面凹状とされ、この凹状部分の外周側がリテーナ支持部２１２となっている。軸孔２１１の基部本体２１下面側には、軸孔２１１より大きな開口２１３が形成されている。
【００３２】
軸部７は円筒状の軸部本体７１と、軸部本体７１の下端側に設けられた円形状のフランジ部７２と、軸部本体７１の外周面に装着されたボールベアリング７３とを有している。
ボールベアリング７３は、内側の軸受が軸部本体７１上端側に螺合されたねじ７４で軸部本体７１に固定され、外側のジャーナルが軸部７の中心軸を中心として内側部分に対して回転自在とされている。
以上の軸部７は、軸部本体７１が軸孔２１１に挿通されるとともにフランジ部７２が開口２１３に嵌め込まれることにより、基部本体２１に固定されている。
【００３３】
リテーナ４は、円盤状であって、軸部７を中心として基部２に対し回転可能に設けられている。
すなわち、リテーナ４の中心部分には軸孔４１が形成されている。リテーナ４の軸孔４１にボールベアリング７３に固定されたロータ３の軸部分が遊嵌されており、この状態で、リテーナ４の下面が基部２のリテーナ支持部２１２上に載置される。これにより、リテーナ４は、基部２に対して回転可能となっている。
【００３４】
リテーナ４は、その外周側端部に、ボール５を保持するための２つのボール保持部４３Ａ，４３Ｂと、このボール保持部４３Ａ，４３Ｂ近傍に設けられた引掛部４４Ａ，４４Ｂとを有している。
ボール保持部４３Ａ，４３Ｂは、軸孔４１を挟んで互いに１８０度反対側の位置に設けられている。また、これらボール保持部４３Ａ，４３Ｂは、軸孔４１から等距離、つまり、リテーナ４の回転に伴ってチューブガイド溝２００の円形溝２２０上を常に通る位置に設けられている。
ボール５は、ボール保持部４３Ａに保持される導入ボール５Ａとボール保持部４３Ｂに保持されるボール５Ｂとの２種類があり、このうち、導入ボール５Ａは、基部本体２１上の後述する導入ボール配置溝２４に初期配置され、この導入ボール配置溝２４からボール保持部４３Ａに導入されるものである。
【００３５】
ボール保持部４３Ａは、リテーナ４をその外周側端面からチューブ１００上の位置まで略Ｕ字形状に切り欠いて形成されている。これにより、初期配置された導入ボール５Ａがリテーナ４の回転方向と交差方向（リテーナ４の半径方向）から出入り可能とされるとともに、この導入ボール５Ａをリテーナ４の切り欠かれた部分の端面で転動可能に保持するものである。なお、ボール保持部４３Ａの切欠きは、リテーナ４の回転とともに導入ボール５Ａを徐々に奥（リテーナ４の回転中心）に向かって移動させるため、リテーナ４の回転方向に向かって角度を付けて形成されている。
【００３６】
ボール保持部４３Ｂは、リテーナ４のチューブ１００上の位置をボール５Ｂより僅かに大きな大きさで切り欠いて形成されている。これにより、ボール５Ｂをリテーナ４の切り欠かれた部分の端面でリテーナ４の回転方向に押すことによって転動可能に保持するものである。なお、ボール保持部４３Ｂは、ボール保持部４３Ａと異なり、ボール５Ｂがリテーナ４の回転方向と交差方向に出入り可能とされていない。
【００３７】
引掛部４４Ａ，４４Ｂは、それぞれリテーナ４の回転方向と反対側の部分に外周方向に突出して形成されている。これら引掛部４４Ａおよび引掛部４４Ｂも、軸孔４１を挟んで互いに１８０度反対側の位置に設けられている。
引掛部４４Ａ，４４Ｂのうち、引掛部４４Ａは、リテーナ４の回転に伴って導入ボール配置溝２４を通ることにより、初期位置にある導入ボール５Ａを引っ掛けて運搬するものである。
【００３８】
ロータ３は、リテーナ４の上部に設けられ、軸部７を中心として基部２に対し回転可能に設けられている。
すなわち、ロータ３は、リテーナ４と同様に、その中心部分に軸孔３３が形成されている。ロータ３の軸孔３３に基部２のボールベアリング７３が挿入されることによって、ロータ３は、基部２に対して上方に所定間隔離れて回転自在となっている。
【００３９】
ロータ３は、略円盤状のロータ本体３１と、ロータ本体３１の外周部に設けられた円環状のリング３２とを有している。
ロータ本体３１の下面には、リテーナ４のボール保持部４３Ａ，４３Ｂの上部に相当する位置に円環状の凹部３１２が形成されており、この凹部３１２には、ボール５Ａ，５Ｂとの摩擦力を増大させるためにシリコンゴム等の弾性部材３１３が装着されている。
リング３２は、その外周面に沿って後述するウォームギア１２に噛合する歯３２１が形成されている。
以上のロータ３は、凹部３１２に装着された弾性部材３１３で、リテーナ４のボール保持部４３Ａ，４３Ｂに保持されたボール５Ａ，５Ｂを上方から押圧して、チューブ１００を圧閉するとともに、回転することによってボール５に回転力を与えてチューブ１００上を転動させて圧閉位置を移動させるものである。
【００４０】
駆動機構６は、電動モータ１１と、この電動モータ１１に連結された遊星機構１０と、この遊星機構１０に連結されたウォームギア１２とを備えている。
電動モータ１１は、モータケース１１１内に収容されてモータ軸１１２を有している。
ウォームギア１２は、その外周面にロータ３の歯３２１に噛合する歯１２１が形成されている。
【００４１】
次に、遊星機構１０の構造を図３および図４を参照しながら説明する。図３には、遊星機構１０の平面図、図４は図３における断面図である。また、以下の説明では、図４中の上側を遊星機構１０における「上側」、下側を「下側」と言う。
【００４２】
遊星機構１０は、太陽歯車１４と、１つの遊星歯車１５と、２つの遊星ローラ１６と、キャリア１７と、固定内歯１８と、可動内歯車１９と、これらの部品１４〜１９を収納するケース１３とを備えている。
ケース１３は、円筒形であって、電動モータ１１のモータケース１１１にねじ１１３で固定されている。
【００４３】
固定内歯１８は、円環状であって、ケース１３の下端側（図４中下側）内周面に固定されている。固定内歯１８は、その内周面に歯１８１が形成されるとともに、その上端面は可動内歯車支持面１８２となっている。
可動内歯車１９は、ケース１３の上端側（図４中上側）内周面に配置され、その下端面が固定内歯１８の可動内歯車支持面１８２上に載置されて、回転可能に支持されている。また、可動内歯車１９は、内周面に歯１９３が形成された円筒部１９７と、この円筒部１９７に連結された回転軸１９１とで構成されている。
また、電動モータ１１のモータ軸１１２と、固定内歯１８の中心軸、可動内歯車１９の回転軸１９１は一直線上にある。
【００４４】
太陽歯車１４は、電動モータ１１のモータ軸１１２に連結されて固定され、外周面に歯１４１が形成されている。
遊星歯車１５は、その外周面に歯１５１が形成され、この歯１５１で太陽歯車１４の歯１４１、固定内歯１８の歯１８１、および可動内歯車１９の歯１９３に噛合している。
【００４５】
遊星ローラ１６は、太陽歯車１４に当接していないが、外周面下端側で固定内歯１８の歯１８１の歯先に当接するとともに、外周面上端側で可動内歯車１９の歯１９３の歯先に当接している。
【００４６】
キャリア１７は、遊星歯車１５および遊星ローラ１６を互いに等間隔離れた状態を維持しながら、太陽歯車１４の周囲を公転可能に支持するものである。
すなわち、キャリア１７は、ケース１３に支持された下キャリア１７１と、可動内歯車１９に支持された上キャリア１７２とを含んで構成され、これら下キャリア１７１および上キャリア１７２は、図示しない連結部材で連結されるとともに、遊星歯車１５および遊星ローラ１６の回転軸の上下端を挟んで支持している。
【００４７】
なお、可動内歯車１９の上下方向のガタ（隙間）は、可動内歯車１９がケース１３の上端側内周面に回転可能に支持されているため、ケース１３の軸方向の長さによって決定される。また、可動内歯車１９の水平方向のガタ（隙間）は、ケース１３の内径によって決められる。
【００４８】
また、太陽歯車１４の歯数（Ｌ）＝６、固定内歯１８の歯数（Ｍ）＝３２、可動内歯車１９の歯数（Ｎ）＝３３、遊星歯車１５の歯数（Ｓ，Ｒ）＝１２であり、固定内歯１８の歯数と可動内歯車１９の歯数との差は１となっている。この場合、上述した式より減速比ＺＺ＝２０９となる。
【００４９】
以上のような遊星機構１０は、以下のように動作する。
電動モータ１１に印加装置(図示省略)で電圧を印可してモータ軸１１２を駆動させると、モータ軸１１２に固定された太陽歯車１４が回転するとともに、この太陽歯車１４の歯１４１に歯１５１で噛合された遊星歯車１５も回転する。遊星歯車１５は、回転しない固定内歯１８の歯１８１にも歯１５１で噛合しているため、太陽歯車１４から与えられた回転力によって、太陽歯車１４の周囲を固定内歯１８の歯１８１に沿って自転しつつ公転する。このとき、遊星歯車１５は、歯１５１で可動内歯車１９の歯１９３にも噛合しているから、可動内歯車１９も回転する。
【００５０】
すなわち、遊星機構１０では、モータ軸１１２を回転させて遊星歯車１５を回転させると、遊星歯車１５は太陽歯車１４の周囲を公転するが、この遊星歯車１５が太陽歯車１４の周囲を１周する度に、可動内歯車の固定内歯に対する相対位置が歯数１つ分だけずれることとなり、このずれが回転軸１９１の回転となる。
【００５１】
なお、遊星機構１０の動作時において、遊星ローラ１６は、固定内歯１８の歯１８１の歯先および可動内歯車１９の歯１９３の歯先に当接し、遊星歯車１５とともに固定内歯１８および可動内歯車１９を押圧している。
また、キャリア１７は、遊星歯車１５および遊星ローラ１６を支持しているため、遊星歯車１５の回転とともに、太陽歯車１４の周囲を公転する。
【００５２】
図１および図２に戻って、基部本体２１には、導入ボール５Ａが初期配置される導入ボール配置溝２４と、この導入ボール配置溝２４に配置された導入ボール５Ａをリテーナ４の外周側端面に付勢する付勢手段２５とが設けられている。
【００５３】
導入ボール配置溝２４は、平面視で、チューブガイド溝２００に近接し、かつリテーナ４のボール保持部４３Ａが通る軌道上から外れた位置に形成されている。
【００５４】
付勢手段２５は、基部本体２１に設けられ先端側で導入ボール５Ａを付勢する板ばね２５１を有し、この板ばね２５１は、以下のように動作する。
まず、リテーナ４のボール保持部４３Ａが導入ボール配置溝２４に到達するまでは、導入ボール配置溝２４に配置された導入ボール５Ａは、板ばね２５１の先端側で付勢されてリテーナ４の外周側端面に当接している。
【００５５】
次に、リテーナ４のボール保持部４３Ａが導入ボール配置溝２４に到達すると、導入ボール５Ａは、リテーナ４の引掛部４４Ａで引っ掛けられてリテーナ４とともに回転する。この状態では、導入ボール５Ａは、ボール保持部４３Ａに保持されていないが、ボール保持部４３Ａ近傍に位置している。
続いて、導入ボール５Ａは、板ばね２５１で付勢されてリテーナ４のボール保持部４３Ａに押し込まれる。
その後、板ばね２５１は、リテーナ４の外周側端面に直接当接した状態となる。
【００５６】
次に、本実施形態の液体吐出装置１の動作について、図１を参照しながら、ステップ０から４の順に説明する。
［ステップ０(初期状態)］
ステップ０では、図１に示すように、リテーナ４は、ボール保持部４３Ｂでボール５Ｂを保持しながら、円形溝２２０のうちチューブ１００が配置されていない部分にボール５Ｂを配置した状態で停止している。一方、リテーナ４のボール保持部４３Ａはチューブ１００上に位置するが、導入ボール５Ａが導入されていない状態となっている。よって、ボール５Ａ，５Ｂが共にチューブ１００を圧閉していない。なお、導入ボール５Ａは、導入ボール配置溝２４に配置され、板ばね２５１によって付勢されてリテーナ４の外周側端面に当接している。
【００５７】
［ステップ１］
次に、駆動機構６を駆動させると、電動モータ１１が回転駆動し、この回転は遊星機構１０で減速されてウォームギア１２に伝達され、ロータ３が図１中矢印Ｅの方向に回転する。
すると、ロータ３によって押圧されているボール５Ｂは、転動してチューブ１００上に移動して、チューブ１００を圧閉して液体をチューブ１００先端から吐出させながら進んでゆく。
このとき、リテーナ４のボール保持部４３Ａには、依然として導入ボール５Ａが導入されていない状態である。
【００５８】
［ステップ２］
続いて、リテーナ４のボール保持部４３Ａが導入ボール配置溝２４に到達すると、導入ボール５Ａは、リテーナ４の引掛部４４Ａによって引っ掛けられてリテーナ４の回転方向に進む。同時に、導入ボール５Ａは、板ばね２５１によって付勢されてボール保持部４３Ａに押し込まれながら、リテーナ４の回転方向に移動する。これにより、導入ボール５Ａは、リテーナ４のボール保持部４３Ａに導入される。
【００５９】
ボール５Ａがボール保持部４３Ａに導入される位置では、円形溝２２０が深く設定されているため、導入ボール５Ａは、チューブ１００上に位置していてもチューブ１００を圧閉することはない。したがって、ボール５Ｂのみが、チューブ１００を圧閉して、チューブ１００先端から液体を吐出させている。
【００６０】
［ステップ３］
その後、導入ボール５Ａがボール５Ｂの初期位置を過ぎてチューブ１００を円形溝２２０の深さ設定により圧閉する位置に到達しても、ボール５Ｂは、まだチューブ１００を押圧している。
そのため、各ボール５Ａ，５Ｂは、チューブ１００内の液体を圧閉して区画することとなり、チューブ１００内の液体は圧閉位置の移動に伴いチューブ１００内を移動する。なお、各ボール５Ａ，５Ｂで圧閉された部分よりチューブ１００先端側にある液体は、まだボール５Ｂによってチューブ１００先端から押し出されている。
【００６１】
［ステップ４］
次に、ボール５Ｂが、ボール５Ａがボール保持部４３Ａに導入された位置の近傍に到達し、チューブ１００を圧閉しないようになると、２つのボール５Ａ，５Ｂ間に閉じこめられていた液体が、今度はボール５Ａによってチューブ１００先端から吐出される。
【００６２】
以上の動作を繰り返すことにより、ボール５Ａ，５Ｂは、チューブ１００上を圧閉しながら転動して、チューブ１００先端から交互に液体を吐出させる。
このとき、各ボール５Ａ，５Ｂは、リテーナ４により１８０度間隔で保持されているので、２つのボール５Ａ，５Ｂは、チューブ１００を一度は区画することになる。よって、圧閉されたチューブ１００内の空間の容積を計算することにより、収容された液体を計量できる。
【００６３】
本発明の第１実施形態によれば以下の効果を奏することができる。
(１) １つの遊星歯車１５のみを太陽歯車１４、固定内歯１８および可動内歯車１９に噛合させたので、太陽歯車１４、固定内歯１８および可動内歯車１９の歯数を、遊星歯車１５の個数である１の倍数、つまり自由に設定できるから、大きな増減速比を得ることができる。
【００６４】
(２) 遊星歯車１５の個数を１つとしたので、遊星歯車１５ピッチ円の円周長さの総和より可動内歯車１９ピッチ円の円周長さの方が確実に長くなるため、遊星歯車１５の歯１５１に比べて可動内歯車１９の歯１９３の摩耗を低減できる。
【００６５】
(３) 可動内歯車１９に対して１つの遊星歯車１５のみが噛合しているため、可動内歯車１９の１箇所に遊星歯車１５から回転力が付与されることになり、可動内歯車１９の回転軸１９１が傾くおそれがある。しかし、遊星ローラ１６を固定内歯１８および可動内歯車１９に当接させ、キャリア１７で遊星ローラ１６を遊星歯車１５に対して等間隔離れた状態を維持しながら太陽歯車１４の周囲を公転可能としたので、可動内歯車１９に対して遊星歯車１５および遊星ローラ１６で均等に押圧力を加えることができるから、可動内歯車１９の回転軸１９１の傾きを抑制できる。
【００６６】
(４) 遊星歯車１５を１つとしたので、遊星歯車１５の製造時に、固定内歯１８に噛合される上部と可動内歯車１９に噛合される下部との位相を合わせる必要がないから、容易に組み立てや成形を行うことができる。
さらに、固定内歯１８や可動内歯車１９との位相を合わせる必要があるのは遊星歯車１５のみで、遊星ローラ１６については位相を合わせる必要がないから、遊星機構１０の組み立て作業を容易に行うことができる。
【００６７】
(５) 遊星ローラ１６を外周面で可動内歯車１９の歯１９３先端に当接させたので、遊星ローラ１６で可動内歯車１９の歯１９３先端を押圧するとともに、遊星歯車１５で可動内歯車１９の歯１９３を押圧する。したがって、回転軸１９１に交差する一平面で可動内歯車１９を押圧できるから、可動内歯車１９の回転軸１９１の傾きを確実に抑制できる。
【００６８】
(６) 固定内歯１８の歯１８１の歯数と可動内歯車１９の歯１９３の歯数との差を１としたので、遊星歯車１５の１周毎の可動内歯車１９の固定内歯１８に対する相対位置のずれを最小限にすることができるから、大きな増減速比を得ることができる。
【００６９】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について、図５および図６を参照して説明する。図５は、遊星機構１０Ａの平面図、図６は図５における断面図である。また、以下の説明では、図６中の上側を遊星機構１０Ａにおける「上側」、下側を「下側」と言う。
なお、以下の各実施形態および変形例において、前記第１実施形態と同一もしくは同様の構成部品については、同一の符号を用い、説明を省略あるいは簡略する。
【００７０】
図５および図６に示す遊星機構１０Ａは、太陽歯車１４Ａ、遊星歯車１５Ａ、遊星ローラ１６Ａ、固定内歯１８Ａおよび可動内歯車１９Ａを備えているが、キャリア１７を備えておらず、また、遊星ローラ１６Ａの個数は３個とされている点で、第１実施形態と異なる。
【００７１】
遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａは、軸方向略中央の外周面に突出して形成された鍔部６０を備えるとともに、滑らかに形成された回転軸上端面６１および回転軸下端面６２を有している。
つまり、遊星歯車１５Ａは、鍔部６０を挟んで歯１５１の下側部分で太陽歯車１４Ａの歯１４１、固定内歯１８の歯１８１に噛合し、歯１５１の上側部分で可動内歯車１９の歯１９３に噛合する構造となっている。
【００７２】
以上の遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａは、遊星機構１０が作動すると、鍔部６０によって互いに等間隔離れた状態を維持しながら、太陽歯車１４Ａの周囲を公転する。
【００７３】
可動内歯車１９Ａの円筒部１９７の下端側には、歯１９３が形成されておらず、遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａの鍔部６０の当接面としての外周端面６３が当接する平滑な鍔当接面１９４が形成されている。
また、可動内歯車１９Ａ下面には、下方に突出した円環状の上案内部１９６が形成され、この上案内部１９６で遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａの回転軸上端面６１を押さえて、遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａの公転軌道を案内している。
さらに、可動内歯車１９Ａ下面中央には、下方に突出した鍔押さえ部１９５が形成され、遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａが傾斜した場合でも、この鍔押さえ部１９５で鍔部６０の上端面を押さえることができるようになっている。
【００７４】
固定内歯１８Ａの可動内歯車支持面１８２は、可動内歯車１９Ａの鍔当接面１９４より内側（太陽歯車１４Ａ側）に延長されており、固定内歯１８Ａは、可動内歯車支持面１８２の外側（ケース１３側）で可動内歯車１９Ａを支持するとともに、可動内歯車支持面１８２の内側で鍔部６０を支持する。
また、固定内歯１８Ａの上面には、上方に突出した円環状の下案内部１８３が形成され、この下案内部１８３で遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａの回転軸下端面６２を支持して、遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａの公転軌道を案内している。
【００７５】
太陽歯車１４Ａの上端面は、鍔支持面１４２とされ、この鍔支持面１４２で鍔部６０の下端面を支持する。
【００７６】
したがって、遊星機構１０Ａを駆動させると、遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａは、太陽歯車１４Ａの周囲を公転する。
このとき、遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａは、水平方向について、鍔部６０の外周端面６３で互いに隣接する遊星歯車１５Ａまたは遊星ローラ１６Ａに当接するとともに、可動内歯車１９内周面の鍔当接面１９４に当接して、互いに等間隔離れた状態を維持している。
【００７７】
また、遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａは、上下方向について、回転軸上端面６１および回転軸下端面６２で可動内歯車１９Ａの上案内部１９６および固定内歯１８Ａの下案内部１８３に挟まれて支持される。同時に、鍔部６０は、固定内歯１８Ａの可動内歯車支持面１８２内側と、太陽歯車１４Ａの鍔支持面１４２とで支持される。
【００７８】
本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態で述べた(１)〜(６)の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
【００７９】
(７) 遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａに鍔部６０を設けたので、遊星ローラ１６Ａおよび遊星歯車１５Ａ同士の相対的な位置決めを容易にできるから、遊星機構１０を容易に組み立てることができる。また、遊星機構１０の動作時でも、鍔部６０によって遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａ同士が等間隔離れた状態を維持できるから、キャリアが不要となり、小型化、部品点数の削減、コストの削減を実現できる。
【００８０】
(８) 遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａの鍔部６０の外周端面６３を可動内歯車１９Ａの鍔当接面１９４に当接させたので、遊星ローラ１６Ａおよび遊星歯車１５Ａは、鍔部６０で互いに押圧して相対的な位置関係を維持しながら、可動内歯車１９Ａを均等に押圧することになるから、回転軸に交差する一平面内で力の釣り合いをとることができ、遊星ローラ１６Ａおよび遊星歯車１５Ａの回転軸がずれるのを確実に防止できる。
【００８１】
(９) 遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａの個数を４個としたので、遊星機構１０Ａを駆動させると、遊星歯車１５Ａが回転し、この遊星歯車１５Ａの回転に従って各遊星ローラ１６Ａも回転する。このとき、遊星ローラ１６Ａ同士の鍔部６０の接触面や、遊星歯車１５Ａと遊星ローラ１６Ａとの鍔部６０の接触面では、相対的な滑りが生じず、滑り摩擦でなく転がり摩擦となる。よって、遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａが回転しても、互いの回転を妨げることがなく、また、摩擦損失も少なくなるため、遊星機構１０Ａを円滑に駆動させることができる。
【００８２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、第１，２実施形態では、１個の遊星歯車１５，１５Ａのみを設けたが、これに限らず、２個の遊星歯車、つまり、固定内歯に噛合される部分を有する遊星歯車と、可動内歯車に噛合される部分を有する遊星歯車とを設け、これらの遊星歯車同士が互いに回転を伝達する構造としてもよい。
【００８３】
また、第１，２実施形態では、遊星ローラ１６，１６Ａは、その外周面で可動内歯車１９，１９Ａの歯先に当接させたが、必ずしもこのようにする必要はなく、特に、第２実施形態では、鍔部６０が当接面６３で可動内歯車１９Ａの鍔当接面１９４に当接しているため、遊星ローラ１６Ａを可動内歯車１９Ａの歯先に当接させなくても構わない。
【００８４】
また、第２実施形態では、遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａに鍔部６０を設けたが、これに限らず、第１実施形態のようにキャリア１７を用いて遊星機構１０を構成してもよい。
【００８５】
また、第２実施形態では、遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａを鍔部６０で可動内歯車１９Ａの鍔当接面１９４に当接させたが、これに限らず、固定内歯１８Ａの歯先に当接させてもよい。
【００８６】
また、第２実施形態では、遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａの個数を４個としたが、これに限らず、４個以上の偶数であればいくつでもよいし、また、３個以上の奇数でもよい。ただし、遊星歯車１５Ａおよび遊星ローラ１６Ａの個数を３個以上の奇数とした場合、遊星ローラ同士の鍔部の接触面や、遊星歯車と遊星ローラとの鍔部の接触面のうち、少なくとも１箇所に滑り摩擦が生じてしまい、遊星歯車の円滑な回転が妨げられる場合がある。
【００８７】
また、第１，２実施形態では、固定内歯１８，１８Ａの歯数と可動内歯車１９，１９Ａの歯数との差を１としたが、これに限らず、歯数の差は、遊星機構の用途、太陽歯車の歯数、遊星歯車歯数等を考慮して適宜設定してよい。
【００８８】
また、第１，２実施形態における、ケース１３、太陽歯車１４，１４Ａ、遊星歯車１５，１５Ａ、遊星ローラ１６，１６Ａ、キャリア１７、固定内歯１８および可動内歯車１９，１９Ａ（以降、これらを部品１４〜１９Ａと呼ぶ）を形成する材料は、寸法安定性、剛性、耐摩耗性、絶縁性、潤滑性、射出成形における成形性等を考慮して選定する。
例えば、太陽歯車１４，１４Ａ、遊星歯車１５，１５Ａ、遊星ローラ１６，１６Ａ、固定内歯１８，１８Ａおよび可動内歯車１９，１９Ａは、ポリアセタール、ポリアミド、ポリオレフィン等の潤滑性のある材料にチタン酸カリウムを混入して形成してもよいし、キャリア１７はＰＯＭにチタン酸カリウムを混入して形成してもよい。この場合、チタン酸カリウムは、強化剤であって、φ０．３μｍ、長さ３〜５μｍのファイバ状のものが用いられる。
また、ケース１３は、金属を切削、プレス、絞り加工等を施すことによって製作してもよいが、可動内歯車１９との接触部には、潤滑処理を施すことが好ましい。
【００８９】
また、各部品１４〜１９Ａには、潤滑性確保および摩耗防止の目的でＰＴＦＥ処理やＤＬＣ処理を施してもよい。なお、部品１４〜１９Ａを樹脂で形成した場合、処理温度が性能、形状等に影響しない範囲で処理することが必要である。
さらに、各部品同士の噛み合い部分および接触部分に注油する場合には、ＰＴＦＥ（テフロン（登録商標）微粒子）やモリブデン粒子を混ぜて固体潤滑性をもたせた合成油が好ましい。特に、遊星歯車１５，１５Ａと可動内歯車１９，１９Ａとの噛み合い部分には大きな負荷がかかっているため、注油が効果的である。なお、温度、気圧等の使用条件によっては、油の粘性による負荷を排除するために、潤滑油を用いず固体潤滑のみを用いてもよい。
【００９０】
【発明の効果】
本発明の遊星機構、この遊星機構が取り付けられた駆動源およびこの遊星機構を備えた装置によれば、大きな増減速比を得ることができかつ可動内歯車の摩耗を低減できる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る遊星機構が適用された液体吐出装置を示す平面図である。
【図２】 図１の断面図である。
【図３】 前記実施形態に係る遊星機構の平面図である。
【図４】 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】 本発明の第２実施形態に係る遊星機構の平面図である。
【図６】 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ…遊星機構、１４，１４Ａ…太陽歯車、１５，１５Ａ…遊星歯車、１６，１６Ａ…遊星ローラ、１８，１８Ａ…固定内歯、１９，１９Ａ…可動内歯車、６０…鍔部、６３…当接面としての外周端面。

Claims (10)

1. 太陽歯車と、この太陽歯車に噛合されて当該太陽歯車の周囲を公転可能な遊星歯車と、前記遊星歯車が噛合される固定内歯と、前記遊星歯車が噛合される可動内歯車とを備えた遊星機構において、
   前記遊星歯車は１つとされ、
   前記固定内歯および前記可動内歯車に当接し、かつ、前記遊星歯車に対して等間隔離れた状態を維持しながら前記太陽歯車の周囲を公転可能な遊星ローラを備えていることを特徴とする遊星機構。
2. 請求項１に記載の遊星機構において、
   前記遊星ローラは、その外周面で前記可動内歯車の歯先に当接していることを特徴とする遊星機構。
3. 請求項１に記載の遊星機構において、
   前記遊星歯車および遊星ローラは、前記可動内歯車の平滑面に当接する当接面を有していることを特徴とする遊星機構。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の遊星機構において、
   前記遊星歯車および遊星ローラは、その外周面に突出した鍔部を有し、
   互いに隣接する前記遊星歯車および遊星ローラは、前記鍔部で互いに当接していることを特徴とする遊星機構。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の遊星機構において、
   前記遊星歯車および遊星ローラの個数は、４個以上の偶数とされていることを特徴とする遊星機構。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の遊星機構において、
   前記固定内歯の歯数と可動内歯車の歯数との差は、１とされていることを特徴とする遊星機構。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の遊星機構が取り付けられていることを特徴とする駆動源。
8. 請求項７に記載の駆動源において、
   モータであることを特徴とする駆動源。
9. 請求項１から６のいずれかに記載の遊星機構を備えていることを特徴とする装置。
10. 請求項９に記載の装置において、
    ポンプであることを特徴とする装置。

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