JP2011141035A - マグネット式トルクリミッター付き遊星歯車型減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価に製造でき、小型化に適したマグネット式のトルクリミッター付き遊星歯車型減速機を提供する。
【解決手段】入力軸７と出力軸１４との間に、複数段の遊星歯車型減速機構と、マグネット式トルクリミッターとが構成されている。第１段目の減速機構は、入力軸７に相当するモータの回転軸に連結する太陽歯車８、遊星歯車３４、キャリア３０を設けた構成とし、第２段目の減速機構は直前の段の減速機構のキャリア３０に連結する太陽歯車４４、遊星歯車４０、キャリア３６を設けた構成とし、最終段の減速機構と前の減速機構とは共通の内歯車２２ａを有する。マグネット式トルクリミッターは、共通の内歯車２２ａに永久磁石若しくは半硬質磁性体のいずれか一方を設け、固定部材１１に永久磁石若しくは半硬質磁性体のいずれか他方を設け、該永久磁石と半硬質磁性体２０とを対向配置している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マグネット式のトルクリミッター付き遊星歯車型減速機に関する。

DCモータの軸に遊星歯車型減速機を組み込んで大減速比の基で出力する減速機構が公知である。
DCモータはコイルに電流を印加することによって軸を回転せしめる構成であるため、軸側からの多大な負荷に対して弱い性質がある。即ち、軸に何らかの負荷がかかり、モータ軸の回転が止められた状態が続くと、上記コイルに印加される電流が高くなり、モータ内が高温となり、焼きつきを起こしたり、絶縁材料が溶け、ショートして接触不良を起こす等の問題がある。
上記問題を解決するために、DCモータの軸に遊星歯車型減速機を組み込んだものにおいて、これにトルクリミッターを介在せしめ、減速機の出力軸に所定以上の負荷がかかった場合にはその回転が伝達されない構造とすることが考えられている（例えば特許文献１参照）。
一方、トルクリミッタとしては、Ｏリング等の摩擦部材の摩擦力によってトルク伝達・切断を行わせる摩擦式ものや、本件発明にあるような、永久磁石と半硬質磁性体とを対向配置し、上記永久磁石が上記半硬質磁性体を磁化し、その磁気ヒステリシスループの面積に比例する回転力を伝達する構成のマグネット式トルクリミッタ等が利用されている（例えば特許文献２，３参照）。
摩擦式トルクリミッタは、人力軸側と出力軸側との間において、その作動時間の大半において回転力が伝達状態にあり、特に大きな負荷がかかった時にのみその回転が遮断されるような構成のものに利用される時に有利である。しかしながら、その作動時間の大半において回転が遮断状態にあり、ある特殊な場合においてのみその回転が伝達されるような場合には不利である。
たとえば、図３に示す、複写機などに使用されている紙送り装置７０は、上ローラ７２と下ローラ７４が所定の隙間を存して対向配置され、上ローラ７２は、ワンウエイクラッチ等の一方向にしか回転伝達しない機構を介してモータに連結されており、下ローラ７４は、トルクリミッター付き減速機を介してモータに連結している。紙送り時、上ローラ７２は、モータにより時計方向に駆動され、下ローラ７４は、モータにより、時計方向に駆動される（図３Ａ参照）。下ローラ７４側の減速機のシャフト８０と下ローラ７４との間には、トルクリミッター（図示省略）が装備されており、このトルクリミッターのスリップトルクは、上ローラ７２の回転トルクよりも小さく設定されている。
そのため、用紙７６が１枚ずつローラ７２，７４間に送られてくると、上ローラ７２の時計方向の回転トルクにより、ローラ７２，７４間の用紙７６が上ローラ７２との摩擦力により、図中、左搬送方向に送られ、下ローラ７４は、トルクリミッターの働きにより、上ローラ７２からの用紙７６を介して伝達される回転トルクによって、反時計方向につれ回りする（図３Ｂ参照）。
用紙搬送中、誤って、用紙が２枚重なってローラ７２，７４に送られると、用紙７６，７８の互いに接する面の摩擦力が、用紙７６，７８とこれに接するローラ７２，７４との摩擦力より小さいため、下の用紙７８は、上の用紙７６に対して、滑りが発生し、用紙７６，７８を介して下ローラ７４に伝達される上ローラ７２側の時計方向の回転トルクが減少する。
この伝達回転トルクの減少によって、下ローラ７４側のトルクリミッターのスリップ動作が解除され、下ローラ７４にモータの駆動力が減速機のシャフト８０を介して伝達され、下ローラ７４は、シャフト８０と連動して時計方向に回転し、これと接する下の用紙７８を用紙搬送方向とは逆方向即ち図中、右方向に送り、用紙の複数同時搬送を防止する（図３Ｃ参照）。
このように、上記紙送り装置７０に使用されるトルクリミッターは通常はスリップ状態にあり、特殊な場合にスリップが解除される構成となっている。このようなものに摩擦式のトルクリミッタを採用した場合においては、その作動時間の大半において摩擦部材は擦れた状態で入力軸側と出力軸側との間に介在することになり、摩耗が激しく耐久性の問題があり不利である。
これに対して、このようなものにマグネット式トルクリミッタを利用すれば、マグネット式トルクリミッタは永久磁石と半硬質磁性体とが非接触であるため、摩耗の問題はなく極めて有利である。

特開２００３−１３０１４６号公報 特開平８−３０８２０９号公報 特開平７−１４２５４号公報

DCモータの軸に複数段から成る遊星歯車型減速機構を組み込んで大減速比の基で出力する多段式減速機において、最終段の減速機構より前の減速機構の構成要素である内歯車に永久磁石若しくは半硬質磁性体のいずれが一方を設け、固定部材に永久磁石若しくは半硬質磁性体のいずれが他方を設けた構成とした場合、スリップ時において、永久磁石と半硬質磁性体との中の回転側の回転速度が大きくなり、即ち、永久磁石と半硬質磁性体との間のヒステリシス損失が大きくなって、その結果、熱の発生要因となる。熱の発生が大きい場合には、使用される歯車その他の構成部品は、当然に熱に強い材料で構成する必要があり、安価な樹脂等の使用ができない。その結果、製造コストが高いものとなってしまう。
本発明は上記問題点を解決することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、入力軸を支承する固定部材と、前記固定部材に支承された出力軸と、太陽歯車と該太陽歯車に噛合する遊星歯車と該遊星歯車に噛合する内歯車と前記遊星歯車を軸支するキャリアとを備え前記入力軸と出力軸との間に構成された遊星歯車型減速機構と、前記入力軸と出力軸との間に構成されたマグネット式トルクリミッターとを備え、前記遊星歯車型減速機構を複数段設け、最終段の減速機構を含む少なくとも２段の減速機構の構成要素である内歯車を少なくとも２段の遊星歯車型減速機構にまたがった一体構成とし、第１段目の減速機構は、入力軸に相当するモータの回転軸に太陽歯車を設け、該太陽歯車に遊星歯車を噛合せしめ、該遊星歯車に内歯車を噛合せしめ、前記遊星歯車を軸支するキャリアを設けた構成とし、第２段目以後の減速機構は直前の段の減速機構のキャリアに太陽歯車を設け、該太陽歯車に遊星歯車を噛合せしめ、該遊星歯車に内歯車を噛合せしめ、前記遊星歯車を軸支するキャリアを設けた構成とし、前記マグネット式トルクリミッターは、最終段の減速機構を含む少なくとも２段の減速機構の構成要素である前記内歯車に永久磁石若しくは半硬質磁性体のいずれか一方を設け、前記固定部材に永久磁石若しくは半硬質磁性体のいずれか他方を設け、該永久磁石と半硬質磁性体とを対向配置した構成としたものである。

本発明は、最終段の減速機構を含めた少なくとも２段にまたがった内歯車に永久磁石若しくは半硬質磁性体のいずれが一方を設け、前記固定部材に永久磁石若しくは半硬質磁性体のいずれが他方を設けた構成としたので、永久磁石と半硬質磁性体との中の回転側の回転速度が小さくなり、即ち、永久磁石と半硬質磁性体との間のヒステリシス損失が小さくなって、その結果、熱の発生を最小限に抑えることができる。従って、熱に弱いとされる材料の使用が可能となり、その結果、製造コストを最小限に抑えることができる。
また、内歯車は一体であるため、ケースの形状を単純化でき、コストダウンが図れる。

本発明に係るマグネット式トルクリミッター付遊星歯車型減速機の断面図である。 本発明に係るマグネット式トルクリミッター付遊星歯車型減速機の他の実施形態を示す断面図である。 従来技術の説明図である。

以下に本発明の実施の形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図１は、２段減速機構の１段目と２段目にマグネット式トルクリミッターを設けた実施形態を示し、図中、２は被減速装置でありこれのケースには、マグネット式トルクリミッター付き遊星歯車型減速機４のカバー６が固定されている。前記被減速装置２の出力軸からなる入力軸７に太陽歯車８が固定されている。１０は、本減速機４のケースであり、これの内径部に軸受１２が固定され、該軸受１２に、出力軸１４が回転自在に支承されている。

前記ケース１０には、カバー６が固定され、該カバー６とケース１０は、固定部材１１を構成している。２０ａは、２段減速機構の１段目と２段目にまたがって配置された筒状の半硬質磁性体であり、これの外周面が前記ケース１０の内周面に嵌合し、該ケースに固定されている。２２ａは２段減速機構の１段目と２段目にまたがって配置されたリング状の永久磁石からなる内歯車であり、該内歯車２２ａは、前記半硬質磁性体２０ａの内周面に対して径方向に所定のわずかな隙間を持って配置され、内歯車２２ａと半硬質磁性体２０ａとの間にヒステリシストルクが作用するように構成されている。

２６，２８は弾性を備えたＯリングからなる振れ止め部材であり、一方の振れ止め部材２６は、前記内歯車２２ａの軸方向側の一側面と前記ケース１０の内径部に形成された係止面との間に配置され、他方の振れ止め部材２８は、内歯車２２ａの他側面と前記カバー６の係止面との間に配置され、該振れ止め部材２６，２８は、前記固定部材１１側の定位置に前記内歯車２２ａを保持し、且つ、内歯車２２ａの両側面と固定部材１１側との対向部を密封している。

３０は前記入力軸７と出力軸１４に回転自在に支承された第１のキャリアであり、キャリアピン３２に遊星歯車３４が回転自在に支承されている。前記遊星歯車３４の一方側は、前記内歯車２２ａの内歯に噛み合い、他方側は、前記太陽歯車８と噛み合っている。前記内歯車２２ａは、出力軸１４が止められる等、出力軸１４側からこれに所定の大きさを超える負荷トルクが付与されると、前記内歯車２２ａと半硬質磁性体２０ａとの間のヒステリシストルクによる磁気保持力に抗して、ケース１０に対して非接触状態でスリップ回転し、この負荷トルクが所定の値に達しない状態では、内歯車２２ａは、ケース１０に対して、前記ヒステリシストルクにより、固定された非回転状態を保持するように構成されている。

前記キャリア３０の盤状部に穿設された孔には管状のすべり軸受け３１が固着され、該すべり軸受３１は、前記入力軸７とこれと同軸線上に対向配置された出力軸１４の小径部に回転自在に嵌合している。前記入力軸７と出力軸１４の中心軸線は、ケース１０の内周面の軸心と一致し、前記キャリア３０は、該軸心を中心として回転可能に構成されている。前記すべり軸受３１の外周面には一体的に太陽歯車４４が構成されている。前記出力軸１４には第２のキャリア３６が固定され、キャリアピン３８に遊星歯車４０が回転自在に支承されている。前記遊星歯車４０の一方側は、前記内歯車２２ａの内歯に噛み合い、他方側は、前記太陽歯車４４と噛み合っている。

上記した構成において、入力軸７が回転すると、太陽歯車８が同速で回転し、この回転は遊星歯車３４に伝達される。遊星歯車３４は、キャリアピン３２を回転軸として自転するとともに、内歯車２２ａが半硬質磁性体２０ａとの間のヒステリシストルクを介して固定部材１１側に固定されているので、内歯車２２ａに沿って且つケース１０の内周面の軸心を中心として、公転する。遊星歯車３４が公転することでキャリア３０がケース１０の内周面の軸心を中心として回転し、太陽歯車４４が回転する。この太陽歯車４４の回転により、遊星歯車４０はキャリアピン３８を回転軸として回転するとともに、内歯車２２ａに沿って公転する。遊星歯車４０が公転することで第２のキャリア３６が回転し、出力軸１４から所定の減速比で減速された出力が取り出される。

ＤＣモータの駆動による入力軸７の回転中、出力軸１４にかかる負荷に応じて内歯車２２ａには、キャリアピン３２を支点とする遊星歯車３４の回転トルクと、これと同じ回転方向の、キャリアピン３８を支点とする遊星歯車４０の回転トルクが作用する。出力軸１４にかかる負荷が、所定の大きさを超えないうちは、内歯車２２ａは、遊星歯車３４，４０からの回転トルクによってスリップすることなく、内歯車２２ａと半硬質磁性体２０ａとの間に作用する磁気保持力によって、固定部材１１に対して固定された状態を保持する。

一方、何らかの原因で、出力軸１４が止められる等、出力軸１４に所定以上の負荷即ちスリップトルク以上の負荷がかかると、この負荷により遊星歯車３４，４０の内歯車２２ａに対する回転トルクが増大し、この回転トルクにより、内歯車２２ａが半硬質磁性体２０ａとの間に作用するヒステリシストルクに抗して半硬質磁性体２０に対して非接触状態でスリップ回転する。これにより出力軸１４の回転が停止し、遊星歯車４０の公転運動が阻止される。一方、太陽歯車８の回転は遊星歯車３４に伝達され、遊星歯車３４が回転する。

遊星歯車３４が回転すると、遊星歯車３４は、内歯車２２ａに対して公転運動し、この公転運動によって、第１のキャリア３０が回転し、この回転が遊星歯車４０に伝達され、遊星歯車４０が第２のキャリア３６のキャリアピン３８を中心として回転する。この遊星歯車４０の回転力と他方の遊星歯車３４の回転力との総合回転力により、内歯車２２ａは半硬質磁性体２０ａとの間のヒステリシストルクに抗してケース１０の内周面に沿って非接触状態でスリップ回転しこのスリップ回転を出力軸１４にかかる負荷がスリップトルク以下になるまで続ける。

この内歯車２２ａの固定部材１１に対する非接触状態でのスリップ回転中、遊星歯車３４は、キャリアピン３２を中心として自転しながら内歯車２２ａのスリップ回転に対して逆方向に、該内歯車２２ａに対して公転運動をする。上記内歯車２２ａのスリップ回転により、ＤＣモータに過負荷がかかるのを防止することができる。尚、内歯車２２ａの非接触状態でスリップ回転中、太陽歯車８と連動して高速で回転する遊星歯車３４の内歯車２２ａに対する相対回転運動は、該遊星歯車３４の、内歯車２２ａの固定部材１１に対するスリップ回転運動とは逆方向の公転運動によって減速される。

その結果、後段の減速された遊星歯車４０の内歯車２２ａに対する相対回転運動と、遊星歯車３４の内歯車２２ａに対する相対回転運動は同速となり、２個の遊星歯車４０，３４の回転によって、内歯車２２ａが固定部材１１に対して非接触状態でスリップ回転する。前記遊星歯車３４は、すべり軸受３１によってケース１０の軸心即ち入力軸７及び出力軸１４の中心軸線に対して径方向に一定の間隔を存した位置にしっかりと支持される。

そのため、遊星歯車４０と遊星歯車３４の回転により、これに噛み合う内歯車２２ａがスリップ回転するとき、この回転の軌跡は、ケース１０の軸心を中心とした真円となり、内歯車２２ａの、半硬質磁性体２０との対向面は、略一定の軌跡を形成する。これにより、内歯車２２ａの、半硬質磁性体２０ａの内周面との間隔が変化することがなく、従って、内歯車２２ａの伝達トルクが常に一定となりバラツキが生じることがない。

また、前記内歯車２２ａの半硬質磁性体２０ａの内周面に沿った非接触状態でのスリップ回転中、内歯車２２はその両側面が振れ止め部材２６，２８によって軸方向の移動が規制され、横ぶれが阻止される。出力軸１４に逆回転方向にスリップトルク以上の負荷がかかり、出力軸１４が逆転した場合も同様に、逆方向に公転するキャリアピン３８，３２を支点として、遊星歯車４０，３４の回転トルクが内歯車２２ａに作用し、これら遊星歯車４０，３４からの回転トルクにより内歯車２２ａは、半硬質磁性体２０ａとの間に作用するヒステリシストルクに抗してスリップ回転する。これにより、出力軸１４が外部回転力により逆回転してもＤＣモータに過負荷がかかることがない。

本実施形態は、内歯車２２ａの軸方向の両側に振れ止め部材２６，２８を対向配置する構成に限定されるものではなく、一方の振れ止め部材２８又は２６のみでも良く、内歯車２２ａの一側面を直接、該一側面に対面するケース１０の内径部又はカバー６の、軸方向に垂直な平滑面を有する係止面に対接させる構成としても良い。また、内歯車２２ａの両側面を直接固定部材１１側の壁面に回転自在に対接させても良い。

なお、本発明の実施に際しては、内歯車２２ａを半硬質磁性体で構成し、半硬質磁性体２０ａを永久磁石としても良い。また、本実施形態では、内歯車２２ａはその本体部分と歯の部分を一体的に構成しているが、図２に示すように、永久磁石または半硬質磁性体からなる内歯車２２ａの本体部分２２ａ’と金属材料等からなる歯の部分２２ａ’’を別の部材により構成し、これらを一体的に固着しても良い。図１に示す実施形態では、マグネット式トルクリミッターを構成する内歯車２２ａに噛み合う遊星歯車３４を軸支するキャリア３０を入力軸７と出力軸１４の両軸に回転自在に軸受け支持しているが、マグネット式トルクリミッターを構成する内歯車に噛み合う遊星歯車を軸支するキャリアを入力軸に回転自在に軸受け支持した構成としてもよい。

入力軸７と出力軸１４とを同軸上に対向配置し、該入力軸７と出力軸１４とを連結部材により軸受支持し、マグネット式トルクリミッターを構成する内歯車に噛み合う遊星歯車を軸支するキャリアを、入力軸に回転自在に軸受支持する構成では、入力軸は固定部材側（ケース１０に対して一体的なカバー６）に対して軸受支持されているのであって、その入力軸にキャリアを軸受支持することによって、キャリアは固定部材側に対して偏芯回転せず、従って、そのキャリアのキャリアピンに軸支された遊星歯車の公転は固定部材側に対して偏芯回転しない。即ち、この遊星歯車に噛み合う内歯車も固定部材側に対して偏芯回転しないので、内歯車と固定部材側即ち半硬質磁性体との間におけるスリップ回転中の間隔は一定に保持され、製品によるバラツキがなく、安定的なものとなる。

また、入力軸と出力軸とを同軸上に対向配置し、該入力軸と出力軸とを連結部材により軸受支持し、マグネット式トルクリミッターを構成する内歯車に噛み合う遊星歯車を軸支するキャリアを、当該連結部材と−体的とし、これによって、上記キャリアを、上記入力軸及び出力軸に回転自在に軸受支持する構成では、入力軸と出力軸とは、軸受部材によって偏芯なく軸受支持されており、その入力軸と出力軸とにキャリアが支持されているため、キャリアは固定部材側に対して偏芯回転せず、従って、そのキャリアのキャリアピンに軸支された遊星歯車の公転は固定部材側に対して偏芯回転しない。即ち、この遊星歯車に噛み合う内歯車も固定部材側に対して偏芯回転しないので、内歯車と固定部材側即ち半硬質磁性体との間におけるスリップ回転中の間隔は一定に保持され、製品によるバラツキがなく、安定的なものとなる。

入力軸と出力軸とを同軸上に対向配置し、該入力軸と出力軸とを連結部材により軸受支持し、マグネット式トルクリミッターを構成する内歯車に噛み合う遊星歯車を軸支するキャリアを、上記出力軸に回転自在に軸受支持する構成では、入力軸と出力軸とは、軸受部材によって偏芯なく軸受支持されており、即ち、出力軸は入力軸に対して偏芯回転しない。そして、その出力軸にキャリアが支持されているため、キャリアは固定部材側に対して偏芯回転せず、従って、そのキャリアのキャリアピンに軸支された遊星歯車の公転は固定部材側に対して偏芯回転しない。即ち、この遊星歯車に噛み合う内歯車も固定部材側に対して偏芯回転しないので、内歯車と半硬質磁性体との間におけるスリップ回転中の間隔は、一定に保持され、製品によるバラツキがなく、安定的なものとなる。

２ 被減速装置（ＤＣモータ）
４ 減速機
６ カバー
８ 太陽歯車
１０ ケース
１１ 固定部材
１２ 軸受
１４ 出力軸
２０ａ 半硬質磁性体
２２ａ 内歯車
２６ 振れ止め部材
２８ 振れ止め部材
３０ キャリア
３１ すべり軸受
３２ キャリアピン
３４ 遊星歯車
３６ キャリア
３８ キャリアピン
４０ 遊星歯車
４４ 太陽歯車
７０ 紙送り装置
７２ ローラ
７４ ローラ
７６ 用紙
７８ 用紙
８０ シャフト

Claims (1)

1. 入力軸を支承する固定部材と、前記固定部材に支承された出力軸と、太陽歯車と該太陽歯車に噛合する遊星歯車と該遊星歯車に噛合する内歯車と前記遊星歯車を軸支するキャリアとを備え前記入力軸と出力軸との間に構成された遊星歯車型減速機構と、前記入力軸と出力軸との間に構成されたマグネット式トルクリミッターとを備え、前記遊星歯車型減速機構を複数段設け、最終段の減速機構を含む少なくとも２段の減速機構の構成要素である内歯車を少なくとも２段の遊星歯車型減速機構にまたがった一体構成とし、第１段目の減速機構は、入力軸に相当するモータの回転軸に太陽歯車を設け、該太陽歯車に遊星歯車を噛合せしめ、該遊星歯車に内歯車を噛合せしめ、前記遊星歯車を軸支するキャリアを設けた構成とし、第２段目以後の減速機構は直前の段の減速機構のキャリアに太陽歯車を設け、該太陽歯車に遊星歯車を噛合せしめ、該遊星歯車に内歯車を噛合せしめ、前記遊星歯車を軸支するキャリアを設けた構成とし、前記マグネット式トルクリミッターは、最終段の減速機構を含む少なくとも２段の減速機構の構成要素である前記内歯車に永久磁石若しくは半硬質磁性体のいずれか一方を設け、前記固定部材に永久磁石若しくは半硬質磁性体のいずれか他方を設け、該永久磁石と半硬質磁性体とを対向配置した構成としたことを特徴とするマグネット式トルクリミッター付き遊星歯車型減速機。

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