JP7370279B2 - 遊星歯車伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、遊星歯車伝動装置に関する。

電動機（モータ）には、軸の回転が停止しているとき、ある程度の保持トルクによって軸の停止状態を維持する構造を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された電動機は、ロータやステータが組み込まれるケース（フレーム組立体）の内部に圧縮ばねを設けた構造である。そして、この圧縮ばねの弾性力により、ロータを軸受け部に押し付けることで、ロータと軸受け部の間に生じる摩擦力により、停止時の保持トルクを発生させている。

特開２０１７－１１８７７７号公報

ところで、モータに保持トルク付与部を設けると、モータの構造が複雑になる等、モータの構造に影響を与える虞がある。一方、モータに減速装置等の遊星歯車伝動装置を組み合わせる場合、モータではなく、遊星歯車伝動装置に保持トルクを付与することで、モータの構造に影響を与えずに、保持トルクを与えることができる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、組み合わされるモータ等の構造に影響を与えずに、保持トルクを与えることができる遊星歯車伝動装置を提供することを目的とする。

本発明は、内周面に内歯車が形成された筒状の内歯車部と、前記内歯車に噛み合って、自転及び前記内歯車部の軸回りに公転する遊星歯車と、前記遊星歯車を回転自在に支持するとともに、前記軸回りに回転自在に設けられた遊星キャリアと、前記内歯車部の前記軸方向の端部に配置された端板と、前記端板と前記遊星歯車との間に配置されたスラストワッシャと、を備え、前記遊星歯車と前記スラストワッシャとが互いに磁気的に吸引されて接するように、少なくとも前記遊星歯車及び前記スラストワッシャが磁化されている遊星歯車伝動装置である。

本発明に係る遊星歯車伝動装置によれば、組み合わされるモータ等の耐久性に影響を与えることなく、保持トルクを付与することができる。

本発明に係る遊星歯車伝動装置の一実施形態である遊星歯車減速機の分解斜視図である。 図１に示した遊星歯車減速機の出力軸を含む面による縦断面図である。 図２に示した遊星歯車減速機の構成部品ごとの着磁状態を示す模式図である。

以下、本発明に係る遊星歯車伝動装置の一実施形態について、図面を用いて説明する。

＜構成＞
図１は本発明に係る遊星歯車伝動装置の一実施形態である遊星歯車減速機１００の分解斜視図、図２は図１に示した遊星歯車減速機１００の出力軸３０を含む面による縦断面図、図３は図２に示した遊星歯車減速機１００の構成部品ごとの着磁状態を示す模式図である。

本発明の一実施形態に係る遊星歯車減速機１００（以下、減速機１００という。）は、２組の遊星歯車機構を組み合わせて、入力された回転を２段階に減速して出力する。

減速機１００は、図１に示すように、内歯車部１と、３つの第１の遊星歯車１２と、太陽取付板１３（遊星キャリア）と、３つの遊星軸１４と、太陽歯車１５と、３つの第２の遊星歯車２２と、出力取付板２３（遊星キャリア）と、３つの遊星軸２４と、出力軸３０と、下板３（端板）と、スラストワッシャ４と、蓋部２と、ラジアルベアリング４１，４２と、を備えている。

内歯車部１と下板３と蓋部２とは、第１の遊星歯車１２、太陽取付板１３、遊星軸１４、太陽歯車１５、第２の遊星歯車２２、出力取付板２３、出力軸３０、スラストワッシャ４及びラジアルベアリング４１，４２を内部に収容する外装を兼ねている。内歯車部１は、円筒状に形成されていて、円筒の内周面に沿って、第１の遊星歯車１２及び第２の遊星歯車２２と噛み合う内歯車１ａが形成されている。

下板３は、内歯車部１の円筒の一方の端部に固定されている。下板３は、ボス部３ａとフランジ部３ｂとを有している。ボス部３ａは、内歯車部１の円筒の内周面に嵌め合わされている。フランジ部３ｂは、ボス部３ａの外周から半径方向の外方に延びて形成され、内歯車部１の円筒の一方の端面を覆っている。ボス部３ａの中心部には、中心軸Ｃに沿って貫通した開口３ｃが形成されている。

スラストワッシャ４は、内歯車部１の内周面よりも小さい外径の円板状で、中心に、外部のモータの出力ギヤ１２０を通過させ得る大きさの開口４ｃが形成されている。スラストワッシャ４は、下板３よりも内歯車部１の内側で、下板３とわずかな隙間を以て配置されている。なお、スラストワッシャ４の外形は、円形ではなく、例えば、三角形や四角形であってもよい。

蓋部２は、内歯車部１の円筒の他方の端面側に固定されている。蓋部２も下板３と同様に、ボス部２ａとフランジ部２ｂとを有している。ボス部２ａは、内歯車部１の円筒の内周面に嵌め合わされている。フランジ部２ｂは、ボス部２ａの外周から半径方向の外方に延びて形成され、内歯車部１の円筒の他方の端面を覆っている。ボス部３ａの中心部には、中心軸Ｃに沿って貫通した開口２ｃが形成されている。

太陽取付板１３は、中心軸Ｃ方向において、スラストワッシャ４を挟んで下板３とは反対側に配置されている。太陽取付板１３は、遊星歯車１２のキャリアであり、内歯車部１の内周面よりも小さい直径の円板状に形成されている。太陽取付板１３には、太陽取付板１３の中心軸Ｃに平行に延びて、下板３に向かって突出する３つの遊星軸１４が圧入されている。遊星軸１４は、太陽取付板１３に対して変位しない。なお、遊星軸１４は、太陽取付板１３と一体的に形成されていてもよい。

３つの遊星軸１４は、中心軸Ｃ回りに等角度間隔（１２０［度］間隔）に設けられている。各遊星軸１４には、第１の遊星歯車１２が取り付けられている。遊星軸１４は遊星歯車１２に対して緩く嵌められていて、遊星歯車１２は遊星軸１４回りに回転自在で、かつ遊星軸１４の軸方向に変位可能である。遊星歯車１２が遊星軸１４の軸方向に変位したとき、遊星歯車１２はスラストワッシャ４に接し得る。

太陽取付板１３の中心部には、蓋部２に向かって突出した太陽歯車１５が固定されていて、太陽歯車１５は、太陽取付板１３と一体的に、中心軸Ｃ回りに回転する。太陽歯車１５は、太陽取付板１３に対して変位しない。なお、太陽歯車１５は、太陽取付板１３と一体的に形成されていてもよい。

遊星軸１４にそれぞれ嵌められた３つの遊星歯車１２は、内歯車１ａと噛み合う。３つの遊星歯車１２によって囲まれた中心部には空間が形成されている。そして、図２に示すように、減速機１００の外部から、下板３に形成された開口３ｃを通じて、この空間に挿入された、外部のモータの回転軸１１０の先端に設けられた出力ギヤ１２０が、３つの遊星歯車１２に同時に噛み合う。

３つの遊星歯車１２、内歯車１ａ、太陽取付板１３、遊星軸１４及び太陽歯車１５は、第１の遊星歯車機構を構成している。したがって、遊星歯車１２に噛み合った出力ギヤ１２０の回転を減速して太陽歯車１５の回転を出力する。

出力取付板２３は、太陽取付板１３よりも蓋部２に近い側に配置されている。出力取付板２３は、遊星歯車２２のキャリアであり、内歯車部１の内周面よりも小さい直径の円板状に形成されている。出力取付板２３には、出力取付板２３の中心軸Ｃに平行に延びて、太陽取付板１３に向かって突出する３つの遊星軸２４が圧入されている。遊星軸２４は、出力取付板２３に対して変位しない。なお、遊星軸２４は、出力取付板２３と一体的に形成されていてもよい。

３つの遊星軸２４は、中心軸Ｃ回りに等角度間隔（１２０［度］間隔）に設けられている。各遊星軸２４には、第２の遊星歯車２２が取り付けられている。遊星軸２４は遊星歯車２２に対して緩く嵌められていて、遊星歯車２２は遊星軸２４回りに回転自在で、かつ遊星軸２４の軸方向に変位可能である。

出力軸３０は、中心軸Ｃに沿って、出力取付板２３に近い側から順に、一端部３１、中間部３２、大径部３３、出力端部３４が形成されている。一端部３１は、出力軸３０において直径が最も小さく、次いで中間部３２の直径が小さい。大径部３３は、出力軸３０において直径が最も大きい。

出力取付板２３の中心部には、出力軸３０の一端部３１が固定されていて、出力軸３０は、出力取付板２３と一体的に中心軸Ｃ回りに回転する。出力軸３０は、出力取付板２３に対して変位しない。なお、出力軸３０は、出力取付板２３と一体的に形成されていてもよい。

遊星軸２４にそれぞれ嵌められた３つの遊星歯車２２は、内歯車１ａと噛み合う。３つの遊星歯車２２によって囲まれた中心部には空間が形成されている。そして、この空間に太陽歯車１５が挿入されて、太陽歯車１５と３つの遊星歯車２２が同時に噛み合っている。

出力軸３０は、蓋部２に形成された開口２ｃを通じて、一端部３１が出力取付板２３に固定されている。蓋部２の開口２ｃには、２つのラジアルベアリング４１，４２が同軸に固定されている。出力軸３０の中間部３２は、ラジアルベアリング４１，４２の内輪に支持され、これにより、蓋部２に対して中心軸Ｃ回りに回転自在とされている。

なお、大径部３３及び出力端部３４は、蓋部２よりも外側に露出した状態であり、大径部３３がラジアルベアリング４２の内輪に突き当てられて、中心軸Ｃ方向の位置決めがされている。

３つの遊星歯車２２、内歯車１ａ、出力取付板２３、遊星軸２４及び出力軸３０は、第２の遊星歯車機構を構成している。したがって、回転する太陽歯車１５に噛み合った遊星歯車２２は、内歯車１ａと噛み合った状態で、自転しつつ、中心軸Ｃ回りに公転し、この公転が出力取付板２３を中心軸Ｃ回りに回転させて、出力軸３０を中心軸Ｃ回りに自転させる。このとき、出力軸３０の回転数は、入力された太陽歯車１５の回転数に対して遅い回転となり、減速した回転となる。

つまり、本実施形態の減速機１００は、第１の遊星歯車機構と第２の遊星歯車機構とが直列に連結されているため、この減速機１００に、出力ギヤ１２０から入力されたモータの回転は、第１の遊星歯車機構で減速され、さらに第２の遊星歯車機構でも減速されることで、２段階に減速されて、出力軸３０を回転させる。

ここで、上述した内歯車部１及び蓋部２は、非磁性材料の一例である真鍮で形成されている。一方、出力軸３０、ラジアルベアリング４１，４２、出力取付板２３、遊星軸２４、第２の遊星歯車２２、太陽歯車１５、太陽取付板１３、遊星軸１４、第１の遊星歯車１２、スラストワッシャ４及び下板３は、いずれも硬磁性材料の一例である金属で形成されている。

特に、スラストワッシャ４及び下板３は、硬磁性材料の一例であるステンレス（フェライト系ステンレスやマルテンサイト系ステンレス）で形成されている。

本実施形態の減速機１００は、中心軸Ｃ方向に磁界の向きが沿って、全体として、出力軸３０の出力端部３４側がＮ極、下板３の、スラストワッシャ４から遠い側がＳ極となるように、磁化（着磁）される。なお、磁化される方向は、Ｎ極とＳ極とが、上記実施形態とは反対となる方向であってもよい。

この結果、減速機１００は、図３に示すように、磁性材料で形成された構成部品（出力軸３０、ラジアルベアリング４１，４２、出力取付板２３、遊星軸２４、第２の遊星歯車２２、太陽歯車１５、太陽取付板１３、遊星軸１４、第１の遊星歯車１２、スラストワッシャ４及び下板３）がそれぞれ、各構成部品の、図示左側部分がＮ極、図示右側部分がＳ極に磁化される。

なお、例えば、出力軸３０及び遊星軸１４，２４は、ラジアルベアリング４１，４２、出力取付板２３、遊星歯車１２，２２、太陽歯車１５、太陽取付板１３、スラストワッシャ４及び下板３に比べて大きい磁力で磁化され、例えば、ラジアルベアリング４１，４２、遊星歯車１２，２２、太陽歯車１５、スラストワッシャ４及び下板３は、太陽取付板１３及び出力取付板２３に比べて大きい磁力で磁化されている。

つまり、出力軸３０及び遊星軸１４，２４は、相対的に大きい磁力（例えば、２０［ガウス］以上）で磁化され、太陽取付板１３及び出力取付板２３は、相対的に小さい磁力（例えば、１［ガウス］以上１０［ガウス］未満）で磁化され、ラジアルベアリング４１，４２、遊星歯車１２，２２、太陽歯車１５、スラストワッシャ４及び下板３は、相対的に中間の磁力（例えば、１０［ガウス］以上２０［ガウス］未満）で磁化される。

なお、これら構成部品の磁力の相対的な大小は、上述した大小関係に限定するものではない。

上述した磁化により、減速機１００は、中心軸Ｃ方向においてそれぞれ隣接する構成部品間で、吸引される磁界が生じ、隣接する構成部品間での保持力が発生する。

具体的には、主に、遊星歯車２２と出力軸３０の一端部３１との間、太陽歯車１５と出力軸３０の一端部３１との間、遊星歯車２２と出力取付板２３との間、遊星歯車１２と太陽歯車１５との間、遊星歯車１２と太陽取付板１３との間、スラストワッシャ４と遊星歯車１２との間、スラストワッシャ４と下板３との間、においてそれぞれ磁気的な吸引力が発生し、中心軸Ｃ方向に関して、変位し得る遊星歯車１２，２２等は、中心軸Ｃ方向の一方に寄せられる。

特に、スラストワッシャ４と遊星歯車１２とは、これら両者間で発生する吸引力により、スラストワッシャ４と各遊星歯車１２とが接した状態となる。そして、スラストワッシャ４は、遊星歯車１２とともに遊星歯車１２の公転方向（太陽歯車１５を中心とした回転方向）に回転するが、各遊星歯車１２は自転するため、各遊星歯車１２とスラストワッシャ４との間での相対的な変位による摩擦力が生じる。

減速機１００は、上述した磁気的な吸引力や摩擦力により、出力軸３０の回転を妨げて停止した状態に保持しようとする保持トルクを発生させて、出力軸３０の意図しない不測の回転を防止又は抑制することができる。

また、減速機１００は、少なくともスラストワッシャ４と遊星歯車１２とが磁化されていることで、中心軸Ｃを鉛直方向に沿わせた姿勢（下板３を下端にした姿勢）であっても、中心軸Ｃを水平方向に沿わせた姿勢であっても、両者が磁気的な吸引力によって接した状態となる。したがって、減速機１００の姿勢差によらず、保持トルクを略一定に保つことができる。

これに対して、スラストワッシャ４と遊星歯車１２とが磁化されていない減速機（本発明の実施形態ではないもの）は、中心軸Ｃを鉛直方向に沿わせた姿勢（下板３を下端にした姿勢）においては、遊星歯車１２が自重により降下してスラストワッシャ４と接した状態となるが、中心軸Ｃを水平方向に沿わせた姿勢においては、遊星歯車１２とスラストワッシャ４との接触状態が安定しない。したがって、姿勢差によって、保持トルクが増加したり、減少したりして、保持が不安定になる。

また、減速機１００に保持トルクを発生させることにより、減速機１００に組み合わされて使用されるモータや、その他の伝動装置に、保持トルクを発生させる構造を備える必要がない。

したがって、そのように減速機１００に組み合わせて使用される、保持トルクを発生させる構造を備えないモータや伝動装置は、モータ自体や伝動装置自体に保持トルクを発生させる構造を備えたものに比べて、構造を単純にすることができる。

本実施形態の減速機１００は、スラストワッシャ４に隣接する下板３も磁化されているが、本発明に係る遊星歯車伝動装置は、公転及び自転する遊星歯車と、この遊星歯車と接し得るように配置されているスラストワッシャとが少なくとも磁化されていればよく、下板３は磁化されていなくてもよい。

ただし、スラストワッシャ４とともに下板３も磁化されている減速機１００は、スラストワッシャ４と下板３との間でも、吸引力が生じ易くなり、より大きな保持トルクを発生することができるため、スラストワッシャ４とともに下板３も磁化されていることがより好ましい。

なお、本実施形態の減速機１００は、内歯車部１は磁化されない材料（例えば、真鍮）で形成されているため、内歯車部１の外周等に、磁性体の切粉等の不要物が付着するのを防止することができる。

本実施形態の減速機１００は、遊星歯車１２，２２がそれぞれ３個であったが、遊星歯車１２，２２の個数は、それぞれ１個以上であればよく、２個ずつであってもよいし、４個ずつであってもよいし、５個以上ずつであってもよい。また、遊星歯車１２と遊星歯車２２とは同じ数であってもよいし、異なる数であってもよい。

本実施形態の減速機１００は、２つの遊星歯車機構を有するものであるが、本発明に係る遊星歯車伝動装置は、１つの遊星歯車機構のみを備えたものであってもよいし、３つ以上の遊星歯車機構を備えたものであってもよい。

本実施形態の減速機１００は、入力に対して出力を減速する遊星歯車伝動装置であるが、本発明に係る遊星歯車伝動装置は、入力に対して出力を増速させる遊星歯車伝動装置であってもよいし、入力と出力とが同一の速度となる遊星歯車伝動装置であってもよい。

１ 内歯車部
１ａ 内歯車
３ 下板
４ スラストワッシャ
１２ 第１の遊星歯車
１３ 太陽取付板
１４ 遊星軸
１５ 太陽歯車
１００ 遊星歯車減速機
１１０ 回転軸
１２０ 出力ギヤ
Ｃ 中心軸

Claims (4)

1. 内周面に内歯車が形成された筒状の内歯車部と、
   前記内歯車に噛み合って、自転及び前記内歯車部の軸回りに公転する遊星歯車と、
   前記遊星歯車を回転自在に支持するとともに、前記軸回りに回転自在に設けられた遊星キャリアと、
   前記内歯車部の前記軸方向の端部に配置された端板と、
   前記端板と前記遊星歯車との間に配置されたスラストワッシャと、を備え、
   前記遊星歯車と前記スラストワッシャとが互いに磁気的に吸引されて接するように、少なくとも前記遊星歯車及び前記スラストワッシャが磁化されている遊星歯車伝動装置。
2. 前記スラストワッシャが、ステンレスで形成されている請求項１に記載の遊星歯車伝動装置。
3. 前記端板と前記スラストワッシャとが互いに磁気的に吸引されるように、前記端板が磁化されている請求項１又は２に記載の遊星歯車伝動装置。
4. 前記端板が、ステンレスで形成されている請求項３に記載の遊星歯車伝動装置。