JP6765214B2 - 遊星歯車式減速装置及びこれを備えた電動弁 - Google Patents
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Description
このような電動弁として、電動モータのロータの回転を減速装置で減速してねじ機構に伝達する減速装置を備えたものが知られている(特許文献1参照)。
このような遊星歯車式減速装置は、電動モータのロータの回転によって回転駆動される太陽ギアと、当該太陽ギアと対向するように上記電動モータの本体に固定された固定ギアと、これらの太陽ギアと固定ギアとの間に配置され、これらのギアと噛合する複数の遊星ギアと、当該複数の遊星ギアからの回転を伝達する出力ギアと、を備えている。
そして、太陽ギアが回転すると、固定ギアと噛み合う遊星ギアがキャリアに支持されながら自転するとともに、太陽ギアのまわりを公転することにより、出力ギアには固定ギアとの歯数差に応じて減速された回転が出力される。
図4(a)に示すように、シャフト1に回転自在に支持された太陽ギア2は、図示しない電動モータのロータの回転により矢印d1の方向に自転する。
また、遊星ギア5の上部には、それぞれの支軸4の頂部が挿入される貫通穴6aを複数備えた環状プレート6が取り付けられており、当該環状プレート6は、上記キャリアと一体で回転するとともに遊星ギア5が上方に飛び出すのを防止する。
このとき、遊星ギア5は固定ギア3とも噛み合っているため、遊星ギア5はその自転とともに太陽ギア2のまわりを公転する。すなわち、遊星ギア5が固定ギア3から反力を受けるため、遊星ギア5を支持する支軸4も図4(a)に示す矢印d3の方向に力を受ける。
一方、支軸4は遊星ギア5を回転自在に支持するため、支軸4と遊星ギア5との間には、製造上のクリアランス(空隙e)が存在する。
そして、遊星ギア5と太陽ギア2あるいは固定ギア3が傾斜してしまうと、これらのギアの間で歯底の干渉が生じて、減速装置の伝達効率が低下してしまう懸念がある。
また、遊星ギア5が傾斜することにより、太陽ギア2、固定ギア3及び遊星ギア5の間の噛み合いに偏りが生じてギアが偏摩耗してしまい、ギアの耐久性が低下するという懸念もある。
また、前記キャリアは、樹脂材料で形成されていてもよい。
このとき、前記遊星歯車式減速装置は、弁本体に固着されるキャンの内部空間に配置される。
結果として、噛み合いの偏りによる偏摩耗も生じないため、減速装置の伝達効率及びギアの耐久性の低下を抑制できる。
図1に示す遊星歯車式電動弁(以下、「電動弁」と称する)10は、内部に弁室21を含む弁本体20と、弁本体20の上端に固着されたキャン30と、キャン30の内部で上記弁本体20の上端に取り付けられる弁体駆動機構40と、キャン30の内部で上記弁体駆動機構40に結合された遊星歯車式減速装置100と、キャン30の外側を取り囲む態様で配置されたモータ励磁装置(ステータ装置)50と、を備える。
弁本体20の側部には、弁室21に連通する流入パイプ26aが取り付けられており、弁本体20の底部には、弁室21に連通する小孔(オリフィス)22が形成されるとともに、流出パイプ26bが取り付けられる。
弁体23は、上端に外向きに拡径するフランジ部23aが形成されており、下端にオリフィス22に挿入されるテーパ部23bが形成されている。
バネ受け部材24の段部24bと弁体23のフランジ部23aの下面との間には、バネ25が配置される。このような配置により、バネ25が弁体23のフランジ部23aを常時上方に付勢する。
また、キャン30の内部空間の上方には、後述する遊星歯車式減速装置100の回転軸となるシャフト33を保持するシャフト保持部材32が固着されている。
そして、キャン30は、弁本体20の上部との間に形成される内部空間を密閉する気密容器として機能し、内部空間には、後述する弁体駆動機構40と遊星歯車式減速装置100とを収容する。
筒状軸受41は、弁本体20の頂部の開口に嵌合するように挿入され、上述のバネ受け部材24のフランジ部24aを挟む態様で、弁本体20の内部の段差部20aに接触して固着される。
また、筒状軸受41の収容穴41aの下端には雌ねじが形成されている。
このような弁体駆動機構40により、遊星歯車式減速装置100の出力軸131が回転すると、当該出力軸131に連結されたねじ軸42も連れ回りし、これによりねじ軸42の回転運動が軸方向の進退運動に変換される。
そして、ねじ軸42の進退運動はボール43及びボール支持部材44を介して弁体23に伝達され、弁体23が軸方向に進退移動する。
一方、遊星歯車式減速装置100は、キャン30の内部空間に取り付けられたシャフト33が挿入固定されるロータ組立体110を含んでおり、電動弁10において、モータ励磁装置50のステータコイル51と遊星歯車式減速装置100のロータ組立体110とは、電動モータの一例としてのステッピングモータを構成する。
図2に示すように、遊星歯車式減速装置100は、有頂円筒状のロータ組立体110(図1参照)と、弁本体20に支持部材121を介して取付固定された環状の内歯車である固定ギア120と、シャフト33に回転自在に支持された出力軸131を有する内歯車である有底円筒状の出力ギア130と、シャフト33を着脱自在に挿入しつつ上記固定ギア120及び出力ギア130の内側に配置されたキャリア140と、キャリア140に回転自在に支持された複数の遊星ギア150と、を備えている。
太陽ギア112aは、中心にシャフト33が挿通される貫通孔を有するとともに、外周面には、遊星ギア150と噛合する外歯が形成されている。
なお、筒部111と底部112とは、別々に製造して組み立てても良いし、一体成形によって形成されてもよい。
また、固定ギア120は、円筒状の支持部材121を介して、弁本体20の上端部に固定される。
出力ギア130の内壁面には、遊星ギア150と噛合する内歯が形成されている。
これらの構成により、出力ギア130に固着された出力軸131の回転は、スリットと平凸部との結合(係合)を介してねじ軸42に伝達され、出力ギア130とねじ軸42とが同方向に回転する。
3個の隔壁142と3本の支軸143とは、隔壁同士あるいは支軸同士が互いに周方向で等間隔となるように交互に配置される。
3つの遊星ギア150は、キャリア140の3本の支軸143にそれぞれ回転自在に挿入され、この状態で上方から環状プレート144を取り付けることにより、キャリア140に支持された遊星ギア150が、固定ギア120及び出力ギア130の内側に取り付けられる。
そして、キャリア140、遊星ギア150及び環状プレート144は、遊星ギア組立体を構成している。
一方、遊星ギア150を支持するキャリア140は、シャフト33を中心に自由に回転できる配置とされている。
このため、遊星ギア150が固定ギア120及び出力ギア130と噛み合った状態で自転及び公転すると、固定ギア120に対して出力ギア130が回転することとなる。
そして、上述のとおり、出力軸131の回転は、弁体駆動機構40のねじ軸42を介して、弁体23が微細な進退運動可能となるように変換される。
図3(a)に示すように、本発明の一実施例による遊星歯車式減速装置100において、キャリア140の支軸143は、その先端部が根元部に対して、遊星ギア150の公転方向(すなわち底板部141の回転方向)に所定角度θ1だけオフセットするように傾斜している。
これにより、キャリア140の支軸143に遊星ギア150を挿入して組み立てる際に、支軸143が上記所定角度θ1だけ傾斜するように保持される。
また、支軸143の傾斜する方向は、図1に示す弁体23を押し下げる方向に出力軸131が回転する場合の遊星ギア150の公転方向X(すなわち底板部141の回転方向)と逆方向となるように設定される。
このため、公転に伴って遊星ギア150が固定ギア120及び出力ギア130から力を受けたとしても、図3(a)に示すように、遊星ギア150の内周面が支軸143の外周面と上下の2か所で点接触することにより傾斜を抑制することができる。
また、太陽ギア112a及び固定ギア120と遊星ギア150との間に噛み合いの偏りが生じないため、ギアの偏摩耗が減少し、結果としてギアの耐久性が低下するのを防止することができる。
例えば、キャリアの支軸を3本とし、当該支軸に支持される遊星ギアを3個とする場合を例示したが、支軸の位置すなわち遊星ギアの配置が等間隔となるものであれば、2個あるいは4個以上の遊星ギアを適用してもよい。
20 弁本体
21 弁室
22 オリフィス
23 弁体
24 バネ受け部材
25 バネ
30 キャン
31 受け部材
32 シャフト保持部材
33 シャフト
40 弁体駆動機構
41 筒状軸受
42 ねじ軸
43 ボール
44 ボール支持部材
50 モータ励磁装置
51 ステータコイル
52 コネクタ
53 リード線
54 取付具
100 遊星歯車式減速装置
110 ロータ組立体
111 筒部
112 底部
112a 太陽ギア
120 固定ギア
121 支持部材
130 出力ギア
131 出力軸
140 キャリア
141 底板部
142 隔壁
143 支軸
144 環状プレート
150 遊星ギア
Claims (5)
- シャフトに支持された太陽ギアと、
前記太陽ギアと同心状に固定される固定ギアと、
前記太陽ギア及び前記固定ギアの双方と同時に噛み合う遊星ギアと、
前記シャフトの中心軸を中心に回転する底板部及び前記遊星ギアを回転自在に支持する支軸からなるキャリアと、
前記遊星ギアに噛み合う出力ギアと、
前記キャリアの前記底板部に対向する位置で前記支軸の一端に取り付けられる環状プレートと、
を含む遊星歯車式減速装置であって、
前記環状プレートの前記支軸の先端部を受ける受け穴を前記支軸の根元部の位置に対して前記底板部の回転方向へ所定角度だけシフトした位置に形成し、
前記支軸の先端部が前記支軸の根元部に対して前記底板部の回転方向にオフセットするように、前記支軸が予め所定角度だけ傾斜している、
ことを特徴とする遊星歯車式減速装置。 - 前記支軸の傾斜の前記所定角度は、前記支軸における先端部の外周面と前記遊星ギアの内周面が点接触となるとともに、前記支軸における根元部の外周面と前記遊星ギアの内周面とが点接触となる角度で予め設定されている、
請求項1に記載の遊星歯車式減速装置。 - 前記キャリアは、樹脂材料で形成されている、
請求項1又は2に記載の遊星歯車式減速装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の遊星歯車式減速装置を備える電動弁。
- 前記遊星歯車式減速装置は、弁本体に固着されるキャンの内部空間に配置される、
請求項4に記載の電動弁。
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JP2016088198A JP6765214B2 (ja) | 2016-04-26 | 2016-04-26 | 遊星歯車式減速装置及びこれを備えた電動弁 |
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