JP2012219832A - 減速機構 - Google Patents

Abstract

【課題】出力軸の傾斜を効果的に抑制することができる減速機構を提供すること。
【解決手段】本発明による減速機構１は、入力軸２と入力軸２に駆動結合される太陽歯車３と、太陽歯車３の外周側に配置されて太陽歯車３に噛み合わされる遊星歯車４と、遊星歯車４を支持する遊星キャリア５と、遊星歯車４の外周側に位置して遊星歯車４に噛み合わされる内歯車６と、内歯車６に駆動結合される出力軸７と、出力軸７を回転自在に支持する軸受８と、軸受８を支持するとともに太陽歯車３と遊星歯車４と遊星キャリア５と内歯車６を外包する筐体９と、を含み、内歯車６の外周面に径方向外側から内側に向かう支持力を付与する付与手段１１を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＯＡ機器に用いられるステッピングモータ等のモータの減速、逆転等の動力伝達に用いられる減速機構に関する。

例えば、プリンタや複写機、ＦＡＸ等のＯＡ機器においては、主としてローラにより紙等の被印字媒体の送りを行っており、このローラは例えばベルト機構を介して減速機構の出力軸に連結され、この減速機構においては、減速機構の入力軸にモータのモータ出力軸が駆動結合される構成が用いられる。

近年においてはモータと減速機構のトータルの体積減少の要請が高くなり、モータと減速機構を軸方向に近接配置し一体的に構成した、例えば、特許文献１に記載されるようなモータ組み込みの減速機構が提案されている。

特開２００６−２３４００５号公報

ところが、このような減速機構においては、減速機構の出力軸がベルト機構に駆動結合されて用いられた場合に、出力軸の端部に出力軸の中心軸線から径方向外側に向かう外力が作用するケースが多くなり、この径方向外側に向かう外力により出力軸が傾斜して、出力軸を支持する軸受に大きな摩擦負荷が発生するという問題が生じる。この摩擦負荷の増大は、軸受の摩耗増大と偏摩耗を招きやすいため、出力軸の傾斜は極力抑制することが要請される。

本発明は、上記問題に鑑み、出力軸の傾斜を効果的に抑制することができる減速機構を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明に係る減速機構は、
入力軸と当該入力軸に駆動結合される太陽歯車と、
当該太陽歯車の外周側に配置されて前記太陽歯車に噛み合わされる遊星歯車と、
当該遊星歯車を支持する遊星キャリアと、
前記遊星歯車の外周側に位置して前記遊星歯車に噛み合わされる内歯車と、
当該内歯車に駆動結合される出力軸と、
当該出力軸を回転自在に支持する軸受と、
当該軸受を支持するとともに前記太陽歯車と前記遊星歯車と前記遊星キャリアと前記内歯車を外包する筐体と、を含み、
前記内歯車の外周面に径方向外側から内側に向かう支持力を付与する付与手段を含むことを特徴とする。

前記減速機構によれば前記出力軸が例えばベルト機構を構成するプーリに駆動結合されて、前記出力軸の端部に径方向外側に向かう外力が作用する場合において、前記付与手段が付与する支持力を前記外力に対抗する反力として利用することができる。

すなわち、前記出力軸に前記外力が作用して、前記出力軸をこじる方向のモーメントが作用しても、前記支持力により当該モーメントを打ち消すモーメントを発生させて、前記出力軸が傾斜することを防止することができる。

加えて、前記支持力を作用させる領域又は箇所を前記内歯車の外周面とすることにより、前記出力軸の中心軸線に対して径方向外側に離隔した位置で前記支持力を作用させることができるので、打ち消すモーメントを安定して得ることができる。

本発明の減速機構によれば、使用条件にかかわらず出力軸の傾斜を効果的に抑制することができる。

本発明に係る実施例１の減速機構１の一実施形態を入力軸２の中心軸線Ｃを含む断面にて示す模式断面図である。 実施例１の減速機構１の一実施形態を構成する各構成要素を中心軸線Ｃ方向に並列して示す模式斜視図である。 実施例１の減速機構１の一実施形態におけるローラ１１によるリングギヤ９の支持態様についてケーシング９を除去して示す模式斜視図である。 実施例１の減速機構１の一実施形態を入力軸２の中心軸線Ｃを含む断面にてローラ１１を除去して示す模式断面図である。 実施例１の減速機構１の一実施形態におけるローラ１１によるリングギヤ９の支持態様の変形例について示す模式断面図である。 実施例１の減速機構１の一実施形態におけるローラ１１によるリングギヤ９の支持態様の変形例についてケーシング９を除去して示す模式斜視図である。 本発明に係る実施例２の減速機構１の一実施形態におけるベアリング１２によるリングギヤ９の支持態様について示す模式断面図である。 実施例２の減速機構１の一実施形態におけるベアリング１２の具体的構造を示す模式図である。 実施例２の減速機構１の一実施形態におけるベアリング１２の具体的構造の変形例を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施例１の減速機構１は、入力軸２、サンギヤ３（太陽歯車）、ピニオン４（遊星歯車）、遊星キャリア５、リングギヤ６（内歯車）、出力軸７、軸受８、ハウジング９（筐体）、ネジ１０（螺合手段）、ローラ１１（回転体：付与手段）を含んで構成される。

入力軸２は、図１中に示されるステッピングモータＭのモータ出力軸を兼ねるものであって、図２に示すように、サンギヤ３が具備する嵌合穴に圧入嵌合され得る中実丸棒のシャフト形状を有する。なお図２中において上側を出力側Ｏとし下側を入力側Ｉと称する。

サンギヤ３は、入力軸２を嵌合するためのボスを中心部に有しており、外周側にはピニオン４の大径部４ａと噛み合わされる歯を有している。

ピニオン４は、サンギヤ３の外周側に周方向に等間隔に三箇所設置されて、それぞれのピニオン４の大径部４ａの外周側には、サンギヤ３の歯に噛み合わされる歯が形成されており、大径部４ａの出力側Ｏには小径部４ｂが一体的に形成されており、小径部４ｂの外周側にはリングギヤ６の内周側の歯に噛み合わされる歯が形成されている。

遊星キャリア５は、出力側に突出する三本のシャフト５ａを周方向に等間隔に有する。シャフト５ａはピニオン４のボスに挿通されてそれぞれの中心に対してピニオン４をピニオン４自身の自転方向に回転自在に保持する。

これとともに、遊星キャリア５は、これらの三本のシャフト５ａの入力側Ｉが一体的に結合されるほぼ円板状の蓋部５ｂを含んでおり、蓋部５ｂの中心部には入力軸２とサンギヤ３を挿通する挿通孔５ｂａが形成されている。

蓋部５ｂのシャフト５ａよりも外周側には、シャフト５ａに対して周方向にずれた位置に、周方向等間隔に孔部５ｂｂが形成されており、蓋部５ｂの外周縁部にはシャフト５ａの外周側に位置する周方向等間隔の位置に切り欠き部５ｂｃが形成されている。さらに、遊星キャリア５は、三本のシャフト５ａを出力側Ｏの端部を支持する金具であるキャリア５ｃを図１に示すように含む。

リングギヤ６は、入力側Ｉに向けて開口する円環筒状に形成されており、外周面６ａは円筒状に形成されて、中心部には出力軸７の入力側Ｉの回止め用のＤカット形状部７ａを嵌合可能な嵌合穴６ｂが形成されている。また、外周面６ａの内周側に位置する部分には、ピニオン４の小径部４ｂの歯に噛み合う歯が形成される。

出力軸７は、上述した入力側ＩのＤカット形状部７ａを含む中実丸棒のシャフト形状を有しており、出力側Ｏには、ここでは図示しないベルト機構のプーリの嵌合穴が駆動結合されるＤカット形状部７ｂを有している。

軸受８は出力軸７のＤカット形状部７ａとＤカット形状部７ｂとの間に形成される円筒面７ｃを回転自在に支持する内側摺動面を有しており、軸受８の外周縁面部はハウジング９の軸受支持部９ｃにより保持される。

ハウジング９は、出力側Ｏに向けて開口する円筒部９ａを側面とし平板部９ｂを底板とする有底円筒状に形成され、平板部９ｂの中央部には、軸受８の外周円面部が嵌合される軸受支持部９ｃが出力側Ｏに突出する円筒状に形成されている。

平板部９ｂの外周縁部には周方向等間隔に三箇所の取り付け穴部９ｂａが穿設されており、取り付け穴部９ｂａの近傍部は入力側Ｉに向けて窪むとともに、後述するネジ１０の頭部を収納するとともに支持する座面９ｂｂが形成されている。

平板部９ｂの取り付け穴部９ｂａ及び座面９ｂｂに対して周方向にずれた位置には、周方向に等間隔に三箇所の通口９ｄが形成され、円筒部９ａの入力側Ｉの縁部には周方向等間隔に入力側Ｉに向けて突出する三つの爪部９ｅが形成されている。

ネジ１０は出力側Ｏに頭部を有し、入力側Ｉの端部に図示しない雄ネジ部を有しており、頭部と雄ネジ部との間に形成される円筒面に、例えばグリス等の潤滑剤を介して円筒状のローラ１１を自転方向に回転自在に支持して含んでいる。

なお、ローラ１１をネジ１０の円筒面に対して中心軸線Ｃ方向に拘束するにあたっては、例えば円筒面及びローラ１１の内周面自体を周方向に摩擦係数を小さくし軸方向に摩擦係数を大きくすることにより支持する形態とすることのほか、ローラ１１の端部が位置する部分に直径方向に貫通する図示しないピンを打ち込み、ピンの端部によりローラ１１の中心軸線Ｃ方向の移動を規制する等の適宜の手段を用いることができる。

図２に示した遊星キャリア５の三本のシャフト５ａに、ピニオン４のボスを挿通してピニオン４の歯とギア３の歯を噛み合わせた状態で、キャリア５ｃを出力側Ｏから被せ、出力軸７が嵌合されたリングギヤ６を出力側Ｏから被せる。

さらに、爪部９ｅを切り欠き部５ｂｃに合わせながら軸受８を含むハウジング９を出力側から被せて、取り付け穴部９ｂａにネジ１０を挿通して、ネジ１０の雄ネジ部を蓋部５ｂの孔部５ｂｂに挿通して孔部５ｂｂの入力側に位置する、図１に示すような予めステッピングモータＭのモータハウジングに接合されたプレートＰの図示しない雌ネジ部に螺合する。

これらのことで、本実施例１の歯車機構１つまりギヤヘッドは組み立てられてステッピングモータＭにプレートＰを介して固定される。ハウジング９の入力側Ｉの開口は蓋部５ｂにより閉塞される。また、遊星キャリア５はプレートＰに固定されて公転が規制される。

図３に組み立てた後の歯車機構１についてハウジング９及びプレートＰを省略した状態で示す。図３に示すように、リングギヤ６の外周面は周方向に等間隔に１２０度毎に位置するローラ１１によりリングギヤ６を回転自在とした状態で径方向外側から内側に向けて支持される。

ローラ１１を自転自在に支持するネジ１０は、ピニオン４の大径部４ａが位置しない周方向位置に配置され、キャリア５ｃの蓋部５ｂに接する脚部５ｃａは、ネジ１０とピニオン４の大径部４ａとの周方向の隙間に配置される。

すなわち、本実施例１の減速機構１は、入力軸２と入力軸２に駆動結合されるサンギヤ３と、サンギヤ３の外周側に配置されてサンギヤ３に噛み合わされるピニオン４と、ピニオン４を支持する遊星キャリア５と、ピニオン４の外周側に位置してピニオン４に噛み合わされるリングギヤ６と、リングギヤ６に駆動結合される出力軸７と、出力軸７を回転自在に支持する軸受８と、軸受８を支持するとともにサンギヤ３とピニオン４と遊星キャリア５とリングギヤ６を外包するハウジング９と、を含む。

また、減速機構１は、遊星キャリア５がハウジング９の入力側Ｉの開口部を閉塞する蓋部５ｂを含み、ハウジング９の出力側Ｏの平板部９ｂと蓋部５ｂを螺合により締結する螺合手段としてネジ１０を含むとともに、ネジ１０に回転自在に支持される円柱形状のローラ１１（回転体）がリングギヤ６の外周面６ａに径方向外側から内側に向かう支持力を付与する付与手段を構成する。

ここで、ステッピングモータＭに図示しない駆動回路により駆動電流が通電されると、サンギヤ３のボスに嵌合された入力軸２とともに、入力軸２の中心軸線Ｃを中心として、ステッピングモータＭの駆動力に基づいて回転され、サンギヤ３からピニオン４を介してリングギヤ６に駆動力が伝達される。駆動力は、回転方向を逆転されかつ減速した状態で伝達されて、リングギヤ６に駆動結合された出力軸７は回転され、出力軸７に駆動結合されたプーリは回転される。なお入力軸２の中心軸線Ｃは、減速機構１全体、出力軸７及びリングギヤ６の中心軸線Ｃをも構成する。

図３に示すようにプーリに対してベルトを経由して出力軸７の出力側Ｏ側の端部に径方向外側に向かう外力Ｆが作用すると、出力軸７には出力側Ｏ側の端部が入力側Ｉの端部に対して径方向外側にオフセットする方向のモーメントが作用する。

ここで、本実施例１に示した減速機構１からローラ１１を除去した形態の図４に示す減速機構では、ローラ１１による外周面６ａの径方向外側から内側に向かう支持力が作用しないので、外力Ｆが作用すると、出力軸７はモーメントが作用する方向、つまり出力側Ｏが入力側Ｉに対して径方向外側にオフセットする方向に傾斜する。

ところが、本実施例１に示した減速機構１においては、周方向に等間隔に配置されたローラ１１により、径方向外側から内側に向かう反力が作用し、外力Ｆにより発生するモーメントを打ち消すモーメントが作用するため、出力軸７は外力Ｆが作用しても傾斜することがない。

すなわち、本実施例１の減速機構１においては、例えばベルト機構に出力軸７が駆動結合されて使用される条件において、外力Ｆが作用しても外力Ｆによるモーメントを打ち消す方向のモーメントをローラ１１の支持力により発生させることができるので、出力軸７の傾きを極力防止して、軸受８の偏摩耗と摩耗増大を防止することができる。

つまり、本実施例１の減速機構１においては、出力軸７がベルト機構を構成するプーリに駆動結合されるという、プリンタ等のＯＡ機器においては頻繁に用いられる用途においては、出力軸７の出力側Ｏの端部に径方向外側に向かう外力が作用することが常時発生することを鑑みて、ローラ１１がリングギヤ６の外周面に付与する支持力を外力に対抗する反力として利用した上で、出力軸７の傾斜を効果的に防止することができる。

また、ローラ１１が支持力を作用させる領域及び箇所をリングギヤ６の外周面６ａとすることにより、出力軸７の中心軸線Ｃに対して径方向外側に離隔した位置で支持力を作用させることができるので、出力軸７の傾斜にあたっての回転中心から支持力の作用点までのモーメントアーム長を確保して、打ち消すモーメントを安定して得ることができる。

加えて、ローラ１１はネジ１０の外周面に対して自転自在であって、駆動結合されて一体化された出力軸７とリングギヤ６を一の回転体と見なした場合に、出力軸７の円筒面７ｃについては軸受８で回転自在に支持し、リングギヤ６の外周面６ａについては周上三箇所のローラ１１により回転自在に支持することとなるので、軸受８の支持負担を減少させて、この観点からも軸受８の摩耗増大を防止することができる。また、リングギヤ６の外周面６ａの径方向外側に元来存在するスペースを有効活用してローラ１１を配置した上で、出力軸７の回転を安定化し軸受８の摩耗増大と偏摩耗を防止することができる。

なお、本実施例１においては、ローラ１１を中空の円柱形状とし、ローラ１１の外周面を円筒面とし、ローラ１１により支持されるリングギヤ６の外周面６ａも円筒面として、接触面を中心軸線Ｃに平行な面としているが、接触面を出力軸７の傾斜の回転中心の径方向に平行つまり回転中心の周方向に垂直とすることもできる。

この場合においては、図５の断面図及び図６の斜視図に示すように、ローラ１１を出力側Ｏの直径が入力側Ｉの直径より大きい円錐形状とし、リングギヤ６の外周面を出力側Ｏの直径が入力側Ｉの直径より小さい円錐形状とする。このように接触面を出力軸７の傾斜の回転中心の径方向に平行とすることにより、外力Ｆが作用した場合に発生するモーメントにより、ローラ１１とリングギヤ６の外周面に発生する支持力が接触面方向に逃げることを防止して、より安定した支持力を得ることができる。すなわち軸受８の摩耗増大と偏摩耗をより効果的に防止することができる。

上述した実施例１においては、ハウジング９を蓋部５ｂに固定するネジ１０を利用してローラ１１を配置して、リングギヤ６の外周面６ａを支持したが、ハウジング９の円筒部９ａとリングギヤ６の外周面６ａとの間の円環柱状の空間を利用してベアリングを埋め込む形態として、外力Ｆによるモーメントを打ち消すモーメントを発生させる支持力を確保することとしてもよい。以下それについての実施例２について述べる。

図７に示すように、本実施例２の減速機構２１は、実施例１の減速機構１に対して、ローラ１１を除去して換わりにベアリング１２を設けた点が相違する。ハウジング９の円筒部９ａはリングギヤ６の外周面６ａに対向する内周面を含む。なお、本実施例２の減速機構２１においても、ハウジング９をプレートＰに固定するためのネジ１０を設けてもよいが、このネジ１０を設ける場合は例えばベアリング１２のインナーレース１３又はアウターレース１４に適宜設けたここでは図示しない孔部を挿通させることができる。

図８に示すように、ベアリング１２はインナーレース１３（内筒）とアウターレース１４（外筒）とボール１５を含む。なお、図８においては、図示の便宜上、ボール１５の直径とインナーレース１３とアウターレース１４との径方向隙間を拡大して示している。

インナーレース１３の内周面は外周面６ａに固定され、アウターレース１４の外周面は円筒部９ａの内周面に固定される。ボール１５はアウターレース１４とインナーレース１３の径方向隙間に挟持される複数の転動体を構成し、この転動体が本発明の付与手段を構成する。

本実施例２の減速機構２１においては、付与手段を構成するボール１５を図８に示すように、周方向八箇所の配置として、実施例１に示した減速機構１よりも支持力の作用する箇所を増大させている。これにより、支持力の合力を増大させ、外力Ｆによるモーメントを打ち消すモーメントをさらに安定的に発生することができる。

また、外力Ｆの作用する方向が例えばベルトの弛み位置の変化等の外乱要因で変化する場合においても、支持力の発生箇所を周方向に増大させていることより、外力Ｆの方向の変化に依存して支持力にむら、増減が発生してしまうことを防止することができる。

従って、本実施例２の減速機構２１においては、より確実に外力Ｆによるモーメントを打ち消す方向のモーメントを発生させて、出力軸７の傾斜の発生をより確実に防止し、出力軸７の傾斜に伴う軸受８の偏摩耗を防止することができる。

上述したことに加えて、実施例１においては、ローラ１１を自転自在に支持するネジ１０の配置位置が、ピニオン４の大径部４ａを回避した周方向の位置に制限されてしまい、必然的にローラ１１の配置自由度も制限されるところを、本実施例２の減速機構２１においては、円環状のベアリング１２をハウジング９の円筒部９ａの内周面の支持により配置することができることから、付与手段としての配置自由度を高めることができる。

なお、本実施例２においては、ベアリング１２が含む八つのボール１５を周方向に均等配置しているが、図９に示すように、外力Ｆの作用する方向と反対側の箇所に集中的に配置することもできる。

図９に示すようにボール１５の設置箇所を外力Ｆの作用する方向と反対側の箇所に集中的に配置することにより、例えば、想定される外力Ｆが大きくかつ方向の変化は小さい場合に、ベアリング１２のボール１５の数を増大と重量増加を招くことを防止することができる。

すなわち、想定される外力Ｆに対して必要な箇所のみにおいてボール１５を配置して、より効果的に支持力を発生させて、より確実に外力Ｆによるモーメントを打ち消す方向のモーメントを発生させて、出力軸７の傾斜の発生を防止して、出力軸７の傾斜に伴う軸受８の摩耗増大と偏摩耗を防止することができる。

以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。

本発明は、減速機構に関するものであり、適用される条件にかかわらず出力軸の傾斜を効果的に抑制することができるので、特には出力軸に径方向外側に向かう力が作用するケースの多い条件を有する箇所に適用して有益なものである。

１ 減速機構
２ 入力軸
３ サンギヤ（太陽歯車）
４ ピニオン（遊星歯車）
５ 遊星キャリア
５ａ シャフト
５ｂ 蓋部
５ｃ キャリア
６ リングギヤ（内歯車）
６ａ 外周面
７ 出力軸
７ａ Ｄカット形状部
７ｂ Ｄカット形状部
７ｃ 円筒面
８ 軸受
９ ハウジング（筐体）
９ａ 円筒部（内周面）
９ｂ 平板部
９ｃ 軸受支持部
１０ ネジ（螺合手段）
１１ ローラ（回転体：付与手段）
１２ ベアリング
１３ インナーレース（内筒）
１４ アウターレース（外筒）
１５ ボール（球体：転動体：付与手段）
Ｐ プレート
Ｍ ステッピングモータ

Claims (6)

1. 入力軸と当該入力軸に駆動結合される太陽歯車と、当該太陽歯車の外周側に配置されて前記太陽歯車に噛み合わされる遊星歯車と、当該遊星歯車を支持する遊星キャリアと、前記遊星歯車の外周側に位置して前記遊星歯車に噛み合わされる内歯車と、当該内歯車に駆動結合される出力軸と、当該出力軸を回転自在に支持する軸受と、当該軸受を支持するとともに前記太陽歯車と前記遊星歯車と前記遊星キャリアと前記内歯車を外包する筐体と、を含み、前記内歯車の外周面に径方向外側から内側に向かう支持力を付与する付与手段を含むことを特徴とする減速機構。
2. 前記遊星キャリアが前記筐体の前記入力側の開口部を閉塞する蓋部を含み、前記筐体の前記出力側の平板部と前記蓋部を螺合により締結する螺合手段を含むとともに、当該螺合手段に回転自在に支持される回転体が前記付与手段を構成することを特徴とする請求項１に記載の減速機構。
3. 前記回転体を円柱形状とすることを特徴とする請求項２に記載の減速機構。
4. 前記回転体を円錐形状とすることを特徴とする請求項２に記載の減速機構。
5. 前記筐体が前記内歯車の外周面に対向する内周面を含み、前記外周面に固定される内筒と前記内周面に固定される外筒と当該外筒と前記内筒の径方向隙間に挟持される複数の転動体を有するベアリングを含むとともに、当該転動体が前記付与手段を構成することを特徴とする請求項１に記載の減速機構。
6. 前記転動体を前記外力が指向する方向と反対側に集中配置することを特徴とする請求項５に記載の減速機構。

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