JP2004100935A - 差動遊星ローラー減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】減速機構から発生する振動を防止し、負荷変動による回転ムラをなくし、減速比を大きくしてもサイズの大きくならない減速装置とすること。
【解決手段】２段の外径を有する差動遊星ローラー（１）と、該差動遊星ローラー（１）の内径を回転自由に支持するベアリング（２）と、該ベアリング（２）の内径を支持する差動遊星ローラー軸（３）と、該差動遊星ローラー軸（３）を固定支持しモーターなどの軸に締結されるキャリアー（４）と、底部を筐体（５）に固定し円筒部内径に該差動遊星ローラー（１）の１段目の外径が強い押し付け力をもって外接し転走できる固定側カップ（６）と、該筐体（５）に締結されたカバー（７）に回転自由に支持された出力軸（８）と、該出力軸（８）に低部を固定され円筒部内径に該差動遊星ローラー（１）の２段目の外径が強い押し付け力をもって転走できる回転側カップ（９）とからなる減速装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主としてパソコンのプリンター、複写機、各種のＯＡ機器などの、モーターの駆動力を回転速度変動のなるべく少ない状態で減速、あるいは増速をする変速機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パソコンのプリンターや複写機などの動力伝達部に利用されている減速機は歯車を使用しているものが主流であり、他には歯付ベルトあるいはステンレススチールベルトを使用しているものがある。
【０００３】
歯車を使用したものは、歯の特性に基づく音や振動の発生があり、プリンターなどの回転精度の要求されるものでは、その振動の影響が画質に悪い影響を及ぼす。
【０００４】
歯付ベルトを使用したものは、ベルトの剛性が低いため装置の負荷変動によるベルトの長さ変化により速度変動が生じ画質に悪い影響を及ぼす。
【０００５】
ステンレススチールベルトを使用しているものは、回転精度は良く伝達することができるが、伝達負荷能力が低いため構造が大型化する。特にその減速比が大きくなると入力軸側のプーリーに対して出力側のプーリー径は減速比倍となる。ステンレススチールベルトの強度はプーリー径に比例するため、あまり小さな径にすることはできない。たとえばステンレススチールベルトの板厚が０．０４ｍｍ程度のものは入力軸側のプーリー径は１６ｍｍ程度が必要である。一方モーターの減速比は２０〜２５倍を必要とする場合が多いので、出力側のプーリー径は大きくなりすぎる。このため、２段減速とすることが必要となり、構造が複雑となり、故障の原因となり易い。
また、ステンレススチールベルトはそれほど普及していないため、高価なので高級な大型機種にしか普及していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したそれぞれの方式が持つ課題である、動力伝達系における振動の防止と動力伝達系における剛性の向上及び減速機サイズに対する伝達負荷能力の向上を図ろうとするものである。
【０００７】
さらに、単純で部品点数を少なくし、小型軽量で量産向きの減速駆動機構を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
２段の外径を有する差動遊星ローラー（１）と、該差動遊星ローラー（１）の内径を回転自由に支持するベアリング（２）と、該ベアリング（２）の内径を支持する差動遊星ローラー軸（３）と、該差動遊星ローラー軸（３）を固定支持しモーターなどの軸に締結されるキャリアー（４）と、底部を筐体（５）に固定し円筒部内径に該差動遊星ローラー（１）の１段目の外径が外接し転走できる固定側カップ（６）と、該筐体（５）に締結されたカバー（７）に回転自由に支持された出力軸（８）と、該出力軸（８）に底部を固定され円筒部内径に該差動遊星ローラー（１）の２段目の外径が転走できる回転側カップ（９）とからなり、該差動遊星ローラー（１）の１段目の外接円径と該固定側カップ（６）の円筒部内径とがその径差により強い押し付け力をもって接するように組立てられ、また該差動遊星ローラー（１）の２段目の外接円径と該回転側カップ（９）の円筒部内径とがその径差により強い押し付け力をもって接するように組立てられた減速装置とするものである。
【０００９】
【実施例　１】
本発明が提供する差動遊星ローラー減速機の実施の形態を実施例にもとづいて図面を参照して説明する。
図１において（１）は差動遊星ローラーを回転自由に支持するベアリング（２）で、該差動遊星ローラー（１）の内径に設けられた溝（１０）に挿入されたスナップリング（１１）により止められている。該ベアリング（２）はその内径に圧入された差動遊星ローラー軸（３）により支持され、軸方向にずれないように一方は軸の段差により、また他方はカラー（１２）により位置決めされている。
【００１０】
該差動遊星ローラー軸（３）はその１端をキャリアー（４）の左側耳部に孔設された孔（１３）と、その他端を該キャリアー（４）の右側耳部に孔設された孔（１４）に挿入され該差動遊星ローラー軸（３）の端部近くに設けられた溝にスナップリング（１５）により止められている。
【００１１】
該キャリアー（４）は左側耳部と右側耳部とはブリッジ（１６）で１体となっている。そして、中心部には孔（１７）が孔設されており、ここに図示されていないモーターなどの軸（１８）が挿入され、図示はされていないがキーあるいはＤカットとボルトなどにより回転トルクが伝達できるように締結される。
【００１２】
差動遊星ローラー（１）は２個が軸（１８）に対して対象に設けられており、この２個の差動遊星ローラー（１）に外接する円に対し、これを挿入されている固定側カップ（６）の内径は小さく作られている。このため該固定側カップ（６）は底部に孔設された取り付け孔（１９）により、筐体（５）と補強板（２０）に挟まられて、ボルト（２１）により締結されているが２個の差動遊星ローラー（１）を組立てるときはこの２個の差動遊星ローラー（１）が入る寸法にまで変形させる。
【００１４】
このため該固定側カップ（６）は図２の断面に示されているように円筒部は楕円形となっている。しかしながら、この変形量は該固定側カップ（６）の弾性変形領域内であるため、該固定側カップ（６）と該差動遊星ローラー（１）とが相対的に回転しても常に一定の接触圧力を保持している。
【００１５】
２個の差動遊星ローラー（１）は固定側カップ（６）と同じように回転側カップ（９）に関しても２個の差動遊星ローラー（１）に外接する円に対し、これを挿入されている回転側カップ（９）の内径は小さく作られている。このため底部に孔設された取り付け孔（２２）により、出力軸（８）と補強板（２３）に挟まれて、ボルト（２４）により締結されているが２個の差動遊星ローラー（２）を組立てるときはこの２個の差動遊星ローラー（２）が入る寸法にまで変形させる。
【００１６】
このため該回転側カップ（９）は図２の断面に示されているように円筒部は楕円形となっている。しかしながら、この変形量は弾性変形領域内であるため、該回転側カップ（９）と該差動遊星ローラー（１）とが相対的に回転しても常に一定の接触圧力を保持していることは固定側カップと同じである。
【００１７】
出力軸（８）はベアリング機能を有する材質でできたブッシュ（２５）により回転自由となるようカバー（７）の中央突出部で支持されている。該カバー（７）はフランジ部（２６）に孔設された孔（２７）をとうしボルト（２８）により筐体（５）に固定されている。
【００１８】
次に、請求項２の構成について、図３に基づいて説明する。図３は該差動遊星ローラー（１）の断面の形状、特に二段の外径の詳細を示す。該差動遊星ローラー（１）をこのＸ−Ｘ軸を中心として回転した時、Ｐ点及びＱ点を通る円は組立状況にあっては夫々固定側カップ（６）と回転側カップ（９）の接触幅Ｌ１及びＬ２の中央位置となるようＲ１，Ｓ１及びＲ２，Ｓ２を設定してある。
【００１９】
また、Ｐ１及びＰ２は該固定側カップ（６）に該差動遊星ローラー（１）を挿入した時の接触幅の両端に相当するところで、Ｑ１及びＱ２は該回転側カップ（９）に該差動遊星ローラー（１）を挿入した時の接触幅の両端に相当するところである。
【００２０】
今、該固定側カップ（６）に該差動遊星ローラー（１）を挿入した時の該固定側カップ（６）と該差動遊星ローラー（１）の接触点は仮に軸Ｘ−Ｘに対してＰ１、Ｐ２が平行で作られているとするとＰ１点のみが接触しＰ２点側は離れてしまうため、Ｐ１点に接触圧の鋭いピークが発生しここが疲労破壊の起点となる。また、仮にＸ−Ｘ軸に対するＰ２の寸法がＸ−Ｘ軸に対するＰ１の寸法より極端に大きいとＰ２点が強く接触しＰ１点は隙間ができてしまうため、Ｐ２点に接触圧の鋭いピークが発生しここが疲労破壊の起点となる。
【００２１】
このため、理想的には該固定側カップ（６）と該差動遊星ローラー（１）のＸ−Ｘ軸に対して接触角は同じであることが望ましいが、量産においては個々の部品にバラツキがあるためこの角度を合わせることは困難である。
そこで、該差動遊星ローラー（１）の外径をＰ１，Ｐ２点での接触圧が小さくＰ点での接触圧が最大となるように円弧（Ｒ１）としこの曲面をトロイダルとする。
同じように、該差動遊星ローラー（１）の外径をＱ１，Ｑ２点での接触圧が小さくＱ点での接触圧が最大となるよう円弧（Ｒ２）としこの曲面をトロイダルとする。
【００２３】
【作用】
本発明が提供する差動遊星ローラー減速機に関する作用について図４に基づいて説明する。図４において、Ｄ１は該固定側カップ（６）と該差動遊星ローラー（１）との接触幅Ｌ１の中央部、組立前の真円状態における内径である。
Ｄ２は該差動遊星ローラー（１）の該固定側カップ（６）と接触幅Ｌ２の中央部、における外径寸法である。Ｄ３は該差動遊星ローラー（１）の該回転側カップ（９）との接触幅Ｌ３の中央部、における外径寸法である。Ｄ４は該回転側カップ（９）と該差動遊星ローラー（１）との接触幅Ｌ４の中央部、組立前の真円状態における内径である。
【００２４】
今仮に、キャリアー（４）を出力軸（８）側より見て時計方向に回転したとすると、固定側カップ（６）は回転しない筐体（５）に取り付けられているため回転しないが、この円筒部内径に大径側が圧入された状態で組みつけられている該差動遊星ローラー（１）は反時計方向に回転する。
【００２５】
これにより、回転側カップ（９）はその円筒部内径に該差動遊星ローラー（１）の小径側が、圧入された状態で組みつけられているため、該差動遊星ローラー（１）が時計方向に公転しながら反時計方向に自転しているため、キャリアー（４）の回転に対して減速した回転となる。
【００２６】
これらの回転数の関係はキャリアー（４）の回転数をＮｉ、出力軸（８）の回転数をＮｏと表示するとつぎのようになる。
【数式１】
Ｎｏ／Ｎｉ＝１−（Ｄ１／Ｄ２）×（Ｄ３／Ｄ４）
【００２６】
今仮にこの式にＤ１＝５６、Ｄ２＝２７、Ｄ３＝２６、Ｄ４＝５５と仮定した値を代入してみるとＮｏ／Ｎｉ＝０．０１９５となり減速比で表すと約５１と大きな比が得られることが分かる。
【００２７】
また、すでに説明した入力軸と出力軸の関係を逆にすると、減速機は増速機となる。
【００２８】
さらに、すでに説明した差動遊星ローラー（１）の外径は、固定側カップ（６）の内径と接触する側は回転側カップ（９）の内径と接触する側の外径より大きかったがこの関係を逆に差動遊星ローラー（１）の外径は、固定側カップ（６）の内径と接触する側は回転側カップ（９）の内径と接触する側の外径より小さく設定することもできる。
【００２９】
このように、設定すると出力回転は入力回転に対し、先に仮定した寸法で説明してあるものを置き換えてみると減速比はほぼ同じような値となるが入力軸に対して出力軸側が反対回転となる。
【００３０】
請求項２の作用については、すでに記述したように、該差動遊星ローラー（１）の外径をＰ１，Ｐ２、Ｑ１，Ｑ２点での接触圧が小さくＰ点、Ｑ点での接触圧が最大となるようにＲ１、Ｒ２を円弧とする。このようにすることにより、接触圧の最大値が該固定側カップ（６）、該回転側カップ（９）と差動遊星ローラー（１）の接触面のほぼ中央にできることにより疲労破壊の起点の発生をしにくくすることができ回転耐久性を大きく向上させることができる。
【００３１】
さらに、請求項３の作用について説明する。本発明になる減速機は差動遊星ローラー（１）と固定側カップ（６）及び差動遊星ローラー（１）と回転側カップ（９）との接触圧によって動力を伝達するもので固定側カップ（６）ならびに回転側カップ（９）の円筒部及び底部の板厚は直接接触部分の力に影響を与える。
【００３２】
固定側カップ（６）及び回転側カップ（９）の底部は板材をプレス加工すると円筒部に比べて厚くなり易い。固定側カップ（６）及び回転側カップ（９）の底部が厚いと円筒部の剛性が上がり接触力が上昇し、薄いものより面圧が上昇するため面圧耐久性上は悪い方向となるが伝達トルクは向上させることができる。
【００３３】
これより固定側カップ（６）及び回転側カップ（９）の底部は厚く作り．薄くなるように削ることにより減速機が要求されているトルク伝達まで能力を低くなるよう調整することにより面圧耐久性上は最良の所に補正することができる。
【００３４】
【実施例２】
実施例１では差動遊星ローラー（１）が２個で設計されているがこの数は１個でも３個以上でも同様の機能を持たせることができる。
図５では差動遊星ローラーを６個としたものが示されているが、このようなものは部品点数が増えるため価格は上昇するが、トルクの伝達面が多いため、全体のサイズが小さい割に伝達能力は大きなものにすることができる。
【００３５】
【実施例３】
実施例１では固定側カップ（６）及び回転側カップ（９）は円筒部と底部とを持った構造となっているが、減速機を適用する製品に軸方向のスペースがあれば単に円筒状とすることができる。
【００３６】
固定側カップ（６）に相当する機能を単に円筒で作る場合はその円筒の一端に複数の差動遊星ローラー（１）の１段目の外径が円筒の内径との間に接触圧をもって挿入され、他端は筐体に固定される。
【００３７】
円筒はその厚さ長さにより内径の広がり剛性を変えることにより接触圧を設定することができるが、板圧の薄い場合にはそれだけでは接触圧が取れないため、差動遊星ローラーを支える差動遊星ローラー軸をキャリアーとの間にばねを設定、半径方向に広げるようにしたり、偏心カムなどにより必要接触圧を設定することもできる。
【００３８】
回転側カップ（９）に相当する機能を単に円筒で作る場合はその円筒の一端に複数の差動遊星ローラー（１）の２段目の外径が円筒の内径との間に接触圧をもって挿入され、他端は回転支持され出力を取り出す。
必要な接触圧は前述の固定側カップ（６）に相当する機能を円筒としたものと同様の手法を適用できる。
【００３９】
【本発明による効果】
以上述べたように、２段の外径を有する差動遊星ローラー（１）と、該差動遊星ローラー（１）の内径を回転自由に支持するベアリング（２）と、該ベアリング（２）の内径を支持する差動遊星ローラー軸（３）と、該差動遊星ローラー軸（３）を固定支持しモーターなどの軸に締結されるキャリアー（４）と、底部を筐体（５）に固定し円筒部内径に該差動遊星ローラー（１）の１段目の外径が外接し転走できる固定側カップ（６）と、該筐体（５）に締結されたカバー（７）に回転自由に支持された出力軸（８）と、該出力軸（８）に底部を固定され円筒部内径に該差動遊星ローラー（１）の外径が転走できる回転側カップ（９）とからなり、該差動遊星ローラー（１）の１段目の外接円径と該固定側カップ（６）の円筒部内径とがその径差により強い押し付け力をもって接するように組立てられ、また該差動遊星ローラー（１）の２段目の外接円径と該回転側カップ（９）の円筒部内径とがその径差により強い押し付け力をもって接するように組立てられた減速装置とすること、及び２段の外径を有する差動遊星ローラー（１）の外径転走面を夫々トロイダル曲面とした減速装置にすることにより、差動遊星ローラー回転は振動の発生原因がないため回転振動や回転ムラを防止することができる。
【００４０】
これにより、安い価格で量産のプリンターなどの減速機として生産対応ができる。
差動遊星ローラー（１）や固定側カップ（６）や回転側カップ（９）など駆動力を伝達する部品は剛性が極めて高いため、負荷トルクにより伸びたりすることがないので負荷変動による減速機内での回転変動は生じない。
【００４１】
さらに、該差動遊星ローラー（１）の大径側Ｄ２と小径側Ｄ３差を小さくすることにより、容易に大きな減速比を得ることができる。
【００４２】
又、歯車や歯付ベルトやステンレススチールベルトなどは、動力伝達する所が１箇所しかないのに比べ、本発明は２個のローラーのときは２箇所、３個のローラーのときは３箇所とローラーの個数を増すことにより動力の伝達箇所を多くすることが出来るため外形の小さい割には大きな伝達能力を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の
【図２】Ａ−Ａ断面図
【図２】本発明の
【図１】Ｂ矢視図
【図３】本発明の該差動遊星ローラー詳細断面図
【図４】本発明の作用説明図
【図５】本発明実施例２の
【図６】Ｃ−Ｃ断面図
【図６】本発明実施例２の
【図５】Ｄ矢視図
【主な部品名】
１・・・・差動遊星ローラー
２・・・・ベアリング
３・・・・差動遊星ローラー軸
４・・・・キャリアー
５・・・・筐体
６・・・・固定側カップ
７・・・・カバー
８・・・・出力軸
９・・・・回転側カップ

Claims (3)

1. ２段の外径を有する差動遊星ローラー（１）と、該差動遊星ローラー（１）の内径を回転自由に支持するベアリング（２）と、該ベアリング（２）の内径を支持する差動遊星ローラー軸（３）と、該差動遊星ローラー軸（３）を固定支持しモーターなどの軸に締結されるキャリアー（４）と、底部を筐体（５）に固定し円筒部内径に該差動遊星ローラー（１）の１段目の外径が外接し転走できる固定側カップ（６）と、該筐体（５）に締結されたカバー（７）に回転自由に支持された出力軸（８）と、該出力軸（８）に底部を固定され円筒部内径に該差動遊星ローラー（１）の２段目の外径が転走できる回転側カップ（９）とからなり、該差動遊星ローラー（１）の１段目の外径と該固定側カップ（６）の円筒部内径とがその径差により強い押し付け力をもって接するように組立てられ、また該差動遊星ローラー（１）の２段目の外径と該回転側カップ（９）の円筒部内径とがその径差により強い押し付け力をもって接するように組立てられた減速装置。
2. ２段の外径を有する差動遊星ローラー（１）の外径転走面を夫々トロイダル曲面とした請求項１の減速装置
3. 固定側カップ（６）、回転側カップ（９）を板材プレス加工で円筒部と底部の厚さに差を持たせた請求項２の減速装置

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