JP2013199999A - 減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトで減速比が大きく、かつ低騒音で回転方向の切り替えもスムーズに行える減速機を提供する。
【解決手段】入力軸１と回転リング３との間に、反転機構４と遊星機構５とを軸方向で互いに隣接するように設け、入力軸１が回転したときに、反転機構４で回転リング３を逆方向に回転させながら遊星歯車１６の公転を出力軸２に伝達するようにし、その反転機構４として、入力軸１の外周面と回転リング３の内周面の両方と間接的に転接する玉１４が、入力軸１まわりの公転を拘束された状態で自転して、入力軸１の回転を逆方向に変えて回転リングに伝達するトラクションドライブ方式のものを採用することにより、コンパクトで大きな減速比が得られ、しかも２つの遊星歯車機構を有するものに比べて歯車数が少なく、低騒音で回転方向の切り替えもスムーズに行えるようにしたのである。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力軸の回転を遊星機構により減速して出力軸に伝達する減速機に関する。

プリンタや複写機、ファクシミリ等の事務機では、一般に、駆動部のコンパクト化のために高速回転の小型モータを使用しているので、そのモータと被駆動部との間に組み込む減速機としては、コンパクトで減速比が大きいものが求められる。

これに対し、特許文献１では、入力軸と、出力軸と、入力軸の径方向外側に配される回転リング（円環枠）と、入力軸と回転リングとの間に軸方向で互いに隣接するように設けられる第１および第２の遊星歯車機構と、第１遊星歯車機構の遊星歯車（第１遊星歯車）を自転可能に支持する第１支軸を有し、出力軸に固定されるキャリアとを備え、第２遊星歯車機構の遊星歯車（第２遊星歯車）を自転可能に支持する第２支軸を静止部材（静止壁）に固定して、入力軸が回転したときに、第２遊星歯車の自転により回転リングを入力軸と逆方向に回転させ、第１遊星歯車の公転をキャリアを介して出力軸に伝達するようにした減速機（複合遊星歯車機構）が提案されている。

この構成によれば、第１遊星歯車の公転が回転リングの逆回転によって一部相殺され、その分出力軸の回転が遅くなるため、単一の遊星歯車機構を入力軸と固定リングとの間に設けた一般的な減速機に比べて、非常に大きな減速比が得られる。また、２つの遊星歯車機構が軸方向で互いに隣接するように設けられているので、一般的な減速機と径方向寸法は変わらず、軸方向寸法も若干大きくなるだけで、コンパクト性も確保できる。

特開２００８−２７５１１２号公報

ところで、上記特許文献１に記載された減速機は、上述したようにコンパクトで大きな減速比が得られるが、遊星歯車機構を２つ設けているため、遊星歯車機構を１つしかもたない一般的な減速機に比べて歯車数が多く、騒音が大きくなって、特に事務機等の静粛性を求められる装置に採用しにくいものとなるおそれがある。また、入力軸の回転方向を切り替えたときに、互いに噛み合っている歯車間のバックラッシュに起因する出力軸への回転伝達遅れが大きくなるという問題もある。

そこで、本発明の課題は、コンパクトで減速比が大きく、かつ低騒音で回転方向の切り替えもスムーズに行える減速機を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明は、入力軸と、出力軸と、前記入力軸の径方向外側に配される回転リングと、前記入力軸と回転リングとの間に設けられ、回転リングを入力軸と逆方向に回転させる反転機構と、前記入力軸と回転リングとの間に前記反転機構と軸方向で隣接するように設けられ、入力軸および回転リングと係合して自転しながら入力軸のまわりに公転する複数の遊星部材を有する遊星機構と、前記遊星部材の中心部に通されて遊星部材を自転可能に支持する支軸を有し、前記出力軸に固定されるキャリアとを備え、前記入力軸が回転したときの遊星部材の公転をキャリアを介して出力軸に伝達する減速機において、前記反転機構として、前記入力軸の外周面と前記回転リングの内周面の両方と転接する回転伝達部材を有し、この回転伝達部材が入力軸まわりの公転を拘束された状態で自転することにより、入力軸の回転を逆方向に変えて回転リングに伝達するものを採用したのである。

上記の構成によれば、前述の遊星歯車機構を２つ設けた減速機と同様、遊星部材の公転が回転リングの逆回転によって一部相殺されて大きな減速比が得られるし、反転機構と遊星機構を軸方向で互いに隣接するように設けているので、コンパクト性も確保できる。しかも、反転機構は、入力軸の外周面と回転リングの内周面の両方と転接する回転伝達部材を用いたトラクションドライブ方式としたので、２つの遊星歯車機構を有する減速機に比べて歯車数が少なく、低騒音で回転方向の切り替えもスムーズに行うことができる。

前記反転機構の具体的な構成としては、前記入力軸の外周に嵌合固定される内輪と、前記回転リングの内周に嵌合固定される外輪と、前記内輪と外輪との間に配される複数の転動体と、前記転動体を転動可能に保持する保持器とからなる軸受構造を有し、前記転動体と内輪および外輪との隙間（以下、「軸受内部隙間」とも称する。）をなくすとともに、前記保持器を静止部材に固定することにより、前記転動体を前記回転伝達部材としたものを採用することができる。ここで、前記反転機構の軸受構造は前記軸受内部隙間を有する状態で組み立てられ、この軸受構造を組み込むときに前記軸受内部隙間がなくなるようにすれば、軸受構造の組込作業が容易となり、その作業中の部品の損傷等を発生しにくくすることができる。

前記反転機構の別の具体的な構成として、前記入力軸と回転リングの間に、静止部材に固定された複数の固定軸を入力軸と平行に挿入し、これらの各固定軸に自転可能に支持される自転ローラを前記回転伝達部材としたものを採用することもできる。

一方、前記遊星機構の具体的な構成としては、前記入力軸の外周面に太陽歯車を設け、前記回転リングの内周面に内歯車を設け、前記太陽歯車と内歯車の両方に噛み合う遊星歯車を前記遊星部材としたもの、あるいは、前記入力軸の外周面と前記回転リングの内周面の両方と転接し、前記支軸に自転可能に支持される遊星ローラを前記遊星部材としたものを採用することができる。

また、前記入力軸の一端部を前記出力軸の一端面に設けた係合穴に相対回転可能に嵌め込むようにすれば、入力軸および出力軸のたわみ変形を抑えて、その回転をよりスムーズにすることができる。

本発明の減速機は、上述したように、入力軸と回転リングとの間に、入力軸の回転を逆方向に変えて回転リングに伝達する反転機構と遊星機構とを軸方向で互いに隣接するように設け、遊星機構の遊星部材を自転可能に支持する支軸を有するキャリアを出力軸に固定し、その反転機構を、入力軸の外周面と回転リングの内周面の両方と転接する回転伝達部材を用いたトラクションドライブ方式としたものであるから、コンパクトで大きな減速比が得られるうえ、２つの遊星歯車機構を有するものに比べて歯車数が少なく、低騒音で回転方向の切り替えもスムーズに行うことができる。

第１実施形態の減速機の縦断正面図 図１の分解斜視図 図１のIII−III線に沿った断面図 図１のIV−IV線に沿った断面図 第２実施形態の減速機の縦断正面図 図５のVI−VI線に沿った断面図 第３実施形態の減速機の縦断正面図 図７の要部の分解斜視図 図７のIX−IX線に沿った断面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図４は第１の実施形態を示す。この実施形態の減速機は、図１および図２に示すように、同一軸心上に配される入力軸１および出力軸２と、入力軸１の径方向外側に配される回転リング３と、入力軸１と回転リング３との間に軸方向で互いに隣接するように設けられる反転機構４および遊星機構５と、一側面に遊星機構５と係合する複数の支軸６ａを有するキャリア６と、回転リング３およびキャリア６の外周面を覆い、出力軸２を通す蓋部７ａを有する外筒７と、入力軸１を通す状態で外筒７の開放端を塞ぐ円盤状の蓋８とで基本的に構成されている。その蓋８の内周面および外筒７の蓋部７ａの内周面が、それぞれ入力軸１および出力軸２を回転自在に支持するラジアル軸受面となっている。また、蓋８は、軸方向にねじ込まれるボルト（図示省略）で外筒７に固定されている。

前記入力軸１と出力軸２は、小径に形成された入力軸一端部１ａの先端側部分が、大径に形成された出力軸一端部２ａの端面中央部に設けられた係合穴２ｂに相対回転可能に嵌め込まれており、これにより入出力軸１、２のたわみ変形が抑えられてスムーズに回転するようになっている。また、入力軸１は、その一端部１ａの中央側部分の外周面に前記遊星機構５の一部を構成する太陽歯車９が設けられている。一方、出力軸２は、その一端部２ａの中央側部分で外筒７の蓋部７ａに回転自在に支持され、一端部２ａの先端側部分に前記キャリア６が一体に形成されている。なお、入出力軸１、２の他端部は、それぞれ外周面に平面部１ｂ、２ｃが形成され、図示省略した入力側回転部材および出力側回転部材の断面Ｄ字状の係合穴に相対回転不能に嵌め込まれるようになっている。

前記回転リング３は、その内周の一端側（入力側）に前記反転機構４の一部を構成するスペーサ１０が嵌合固定され、内周面の他端側（出力側）には前記遊星機構５の一部を構成する内歯車１１が設けられている。なお、スペーサ１０は、回転リング３と一体に形成してもよいし、入力軸１と内輪１２との間に設けることもできる。

前記反転機構４は、図１および図３に示すように、入力軸１の外周に嵌合固定される内輪１２と、回転リング３の内周にスペーサ１０を介して嵌合固定される外輪１３と、内輪１２と外輪１３との間に配される複数の玉（転動体）１４と、玉１４を転動可能に保持する保持器１５とからなる軸受構造を有している。そして、その玉１４と内輪１２および外輪１３との隙間（軸受内部隙間）をなくし、玉１４を内輪１２および外輪１３と転接させて玉１４と内外輪１２、１３との間にトラクションが生じるようにするとともに、保持器１５の一端面から突出する複数の突起１５ａをそれぞれ蓋８に設けた取付孔８ａに嵌め込んで、保持器１５を静止部材としての蓋８に固定している。これにより、入力軸１が内輪１２と一体に回転したときに、内輪１２を介して入力軸１の回転を伝達された玉１４が、保持器１５に入力軸１まわりの公転を拘束された状態で自転して、外輪１３およびスペーサ１０と一体に回転リング３を入力軸１と逆の方向に回転させるようになっている。

ここで、反転機構４の軸受構造は、予め軸受内部隙間を有する状態で組み立てられる。そして、この軸受構造を減速機に組み込むときに、例えば内輪１２および外輪１３をそれぞれ入力軸１およびスペーサ１０に圧入して径方向に変形させる等の方法で軸受内部隙間がなくなるようにしている。これにより、軸受構造の組込作業が容易になり、その作業中の部品の損傷等も発生しにくくなっている。

前記遊星機構５は、図１および図４に示すように、前述の入力軸一端部１ａの外周面に設けられた太陽歯車９と、回転リング３の内周面に設けられた内歯車１１と、太陽歯車９と内歯車１１の両方に噛み合う複数の遊星部材としての遊星歯車１６と、遊星歯車１６の中心部に通されるキャリア６の支軸６ａと遊星歯車１６との間に設けられる玉軸受１７とからなる。遊星歯車１６は、玉軸受１７の外輪が一体に形成されたものであり、その玉軸受１７を介してキャリア６の支軸６ａに自転可能に支持されている。そして、入力軸１が回転すると、この遊星歯車１６が入力軸１の太陽歯車９および回転リング３の内歯車１１との噛み合いにより、自転しながら入力軸１のまわりに入力軸１と同方向に公転する。

この減速機は、上記の構成であり、入力軸１が回転したときに、反転機構４で回転リング３を入力軸１と逆方向に回転させ、遊星機構５の遊星歯車１６を自転させながら入力軸１と同方向に公転させて、その遊星歯車１６の公転をキャリア６を介して出力軸２に伝達するようになっている。したがって、遊星歯車１６の公転が回転リング３の逆回転によって一部相殺されて大きな減速比が得られるし、反転機構４と遊星機構５を軸方向で互いに隣接するように設けているので、コンパクト性も確保できる。なお、減速比および出力軸２の回転方向（遊星歯車１６の公転方向）は、反転機構４の内輪１２の外径、外輪１３の内径、玉１４直径、および遊星機構５の太陽歯車９、内歯車１１、遊星歯車１６のＰＣＤ寸法や歯数を適宜設定することによって変更することができる。

しかも、その反転機構４は、入力軸１の外周面と回転リング３内周面の両方と間接的に転接する玉１４を、入力軸１の回転を逆方向に変えて回転リング３に伝達する回転伝達部材として用いたトラクションドライブ方式としているので、２つの遊星歯車機構を有する減速機に比べて歯車数が少なく、互いに噛み合っている歯車間のバックラッシュの総和も少なくなる。したがって、騒音が小さく、事務機等の静粛性を求められる装置に組み込むのに適しているし、入力軸の回転方向を切り替えたときの出力軸への回転伝達遅れも小さい。また、２つの遊星歯車機構を並列に組み込む場合のような設計上の制約がなく、設計の自由度が大きいという利点もある。

図５および図６は第２の実施形態を示す。この実施形態は、第１実施形態をベースとして、入力軸一端部１ａの外周面の太陽歯車９と回転リング３の内周面の内歯車１１をなくし、遊星歯車１６に代えて遊星ローラ１８を遊星機構５の遊星部材としたものである。その他の構成および回転伝達動作は第１実施形態と同一であるため、第１実施形態と同一の部品については、基本的に同一の符号を付して説明を省略する。これは後述する第３の実施形態においても同じである。

前記遊星ローラ１８は、第１実施形態の遊星歯車１６と同様に、玉軸受１７の外輪が一体に形成され、玉軸受１７を介してキャリア６の支軸６ａに自転可能に支持されている。そして、入力軸一端部１ａの外周面と回転リング３内周面の両方と転接しており、入力軸１が回転すると、トラクションによって自転しながら入力軸１のまわりに公転するようになっている。

この第２実施形態では、反転機構４に加えて遊星機構５もトラクションドライブ方式として、減速機内に組み込まれる歯車をなくしたので、第１実施形態に比べて、さらに低騒音で回転方向の切り替えもスムーズに行うことができる。

なお、上述した第１および第２の実施形態では、反転機構４の軸受構造を構成する転動体として玉１４を用いたが、これをローラに代えてもよい。また、軸受構造の内輪を入力軸と一体に形成したり、外輪をスペーサとともに回転リングと一体に形成したりして、転動体である玉やローラが直接入力軸や回転リングと転接するようにしてもよい。

図７乃至図９は第３の実施形態を示す。この実施形態は、第２実施形態をベースとし、反転機構４の軸受構造を変更したものである。

この第３実施形態の反転機構４は、入力軸１と回転リング３の間に、蓋８の取付孔８ａに一端部を嵌合固定された複数の固定軸１９を入力軸１と平行に挿入し、これらの各固定軸１９に玉軸受２０を介して自転可能に支持される自転ローラ２１を、入力軸１の外周面と回転リング３の内周面の両方と直接に転接させて、自転ローラ２１と入力軸１および回転リング３との間にトラクションが生じるようにしている。これにより、自転ローラ２１が、入力軸１回転時に入力軸１まわりの公転を拘束された状態で自転し、入力軸１の回転を逆方向に変えて回転リング３に伝達する回転伝達部材となっている。

なお、前記自転ローラ２１は玉軸受２０の外輪と一体に形成されている。また、蓋８と入力軸１の間、外筒７の蓋部７ａと出力軸２の間、入力軸一端部１ａと出力軸一端部２ａの係合穴２ｂとの間にそれぞれ軸受が設けられている点、入力軸１が全長にわたって同一径で形成されている点、反転機構４のスペーサ１０が回転リング３と一体に形成されている点、およびキャリア６の支軸６ａが別体に形成されている点が、第１、第２実施形態と異なる。

この第３実施形態でも、第２実施形態と同様、反転機構４と遊星機構５をいずれもトラクションドライブ方式としているので、第１実施形態よりも低騒音で回転方向の切り替えもスムーズである。

１ 入力軸
１ａ 一端部
２ 出力軸
２ａ 一端部
２ｂ 係合穴
３ 回転リング
４ 反転機構
５ 遊星機構
６ キャリア
６ａ 支軸
７ 外筒
８ 蓋（静止部材）
９ 太陽歯車
１０ スペーサ
１１ 内歯車
１２ 内輪
１３ 外輪
１４ 玉（転動体）
１５ 保持器
１６ 遊星歯車
１７ 玉軸受
１８ 遊星ローラ
１９ 固定軸
２０ 玉軸受
２１ 自転ローラ

Claims (7)

1. 入力軸と、出力軸と、前記入力軸の径方向外側に配される回転リングと、前記入力軸と回転リングとの間に設けられ、回転リングを入力軸と逆方向に回転させる反転機構と、前記入力軸と回転リングとの間に前記反転機構と軸方向で隣接するように設けられ、入力軸および回転リングと係合して自転しながら入力軸のまわりに公転する複数の遊星部材を有する遊星機構と、前記遊星部材の中心部に通されて遊星部材を自転可能に支持する支軸を有し、前記出力軸に固定されるキャリアとを備え、前記入力軸が回転したときの遊星部材の公転をキャリアを介して出力軸に伝達する減速機において、前記反転機構が、前記入力軸の外周面と前記回転リングの内周面の両方と転接する回転伝達部材を有し、この回転伝達部材が入力軸まわりの公転を拘束された状態で自転することにより、入力軸の回転を逆方向に変えて回転リングに伝達するものであることを特徴とする減速機。
2. 前記反転機構が、前記入力軸の外周に嵌合固定される内輪と、前記回転リングの内周に嵌合固定される外輪と、前記内輪と外輪との間に配される複数の転動体と、前記転動体を転動可能に保持する保持器とからなる軸受構造を有し、前記転動体と内輪および外輪との隙間をなくすとともに、前記保持器を静止部材に固定することにより、前記転動体を前記回転伝達部材としたものであることを特徴とする請求項１に記載の減速機。
3. 前記反転機構の軸受構造は前記転動体と内輪および外輪との隙間を有する状態で組み立てられ、この軸受構造を組み込むときに前記転動体と内輪および外輪との隙間がなくなるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の減速機。
4. 前記反転機構が、前記入力軸と回転リングの間に、静止部材に固定された複数の固定軸を入力軸と平行に挿入し、これらの各固定軸に自転可能に支持される自転ローラを前記回転伝達部材としたものであることを特徴とする請求項１に記載の減速機。
5. 前記遊星機構が、前記入力軸の外周面に太陽歯車を設け、前記回転リングの内周面に内歯車を設け、前記太陽歯車と内歯車の両方に噛み合う遊星歯車を前記遊星部材としたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の減速機。
6. 前記遊星機構が、前記入力軸の外周面と前記回転リングの内周面の両方と転接し、前記支軸に自転可能に支持される遊星ローラを前記遊星部材としたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の減速機。
7. 前記入力軸の一端部を前記出力軸の一端面に設けた係合穴に相対回転可能に嵌め込んだことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の減速機。

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