JP2013170605A - 減速装置の遊星ギア組立体及びそれを用いた電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が少ない遊星歯車減速機用の遊星ギア組立体を提供する。
【解決手段】遊星ギア組立体１は３本の遊星ギア１０とキャリア２０で構成される。キャリア２０は上板２２と下板３０を３本の支柱４０で連結した構造を有する。上板２２は３個の軸受凹部２６を有し、下板３０も３個の軸受凹部３６を有する。遊星ギア１０は中央に歯車１２を有し、上軸部１４と下軸部１６が形成される。上軸部１４と下軸部１６を上板と下板の軸受凹部２６，３６にはめ込んで遊星ギア組立体１を完成させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、遊星ギア機構を備えた減速装置に使用される遊星ギア組立体及びそれを用いた電動弁に係り、特に構成が簡単で組立が容易な遊星ギア組立体及びそれを用いた電動弁に関する。

ステッピングモータ等をアクチュエータとする電動弁においては、モータ出力軸の回転がねじ機構等の弁体昇降機構を介して弁体に伝達される。

下記の特許文献１は、本出願人に係るこのような電動弁に関するもので、この電動弁には、モータと弁体との間にいわゆる不思議遊星歯車機構を有する減速装置が装備されている。この減速装置は、当該電動弁の駆動源であるステッピングモータの出力軸（ロータの出力軸）に設けられた太陽ギアと、この太陽ギアの周囲に設けられ該太陽ギアに噛み合う複数の遊星ギアと、この遊星ギアに噛み合う円環状の固定リングギア及び回転リングギア（出力内歯ギア）とよりなる。固定リングギアの歯数と回転リングギアの歯数とは僅かに相違しており、この結果、太陽ギアの回転を大きな減速比で回転リングギアに伝えることができる。

この減速装置を構成する遊星歯車機構のうち、遊星ギアとこれを支持するキャリアは、同文献１の図８と段落〔００２１〕に説明されている。この段落〔００２１〕の内容を以下に引用する。

「〔００２１〕
図８は、減速機構４０を構成するキャリア４２と遊星ギア４３の詳細を示す図であって、（ａ）はキャリア４２の平面図、（ｂ）は遊星ギア４３の断面図、（ｃ）はキャリア４２の断面図、（ｄ）はプレート２５４を被せたキャリア４２の平面図である。キャリア４２は、例えばプラスチックを成型加工して形成され、中心部にシャフト２０１が貫通する孔２５０を有する円盤を備え、その上面の周縁部には上方に向けて延びる３本のマスト２５１と３個の隔壁２５２が周方向に交互に設けられている。遊星ギア４３は筒状に形成され、中心部にはキャリア４２のマスト２５１に回転自在に嵌合される孔２５２を有し、外周部にはギア部２５３を有する。各マスト２５１に遊星ギア４３を嵌合したキャリア４２の上面には、一枚のワッシャ状のプレート２５４が被せられ、マスト２５１と隔壁２５２の頂部の凸部がプレート２５４の孔２５５に圧入され、固定される。」

このように、中空に形成された遊星ギアは、キャリアの下面を構成する円盤に設けられたマスト（棒状体）に挿入され、その後、キャリアからの遊星ギアの離脱を防止するために該キャリアにワッシャ状のプレートが固着される。このようにして当該減速装置内に組み込まれる複数の遊星ギアは、遊星ギア組立体とされる。

この遊星ギア組立体は、当該電動弁内に設けられた回転リングギアと固定リングギアとの内周部に配置され、その後、上記のワッシャ状プレートの中央孔にステッピングモータの出力軸に取り付けられた太陽ギアが挿入される。

キャリアの下面を構成する円盤の中心には小径の孔が形成されており、この孔にロータ及び太陽ギアを貫通して設けられたシャフトが挿入される。これにより、当該電動弁内に遊星ギア組立体が回転自在に配置される。
キャリアとワッシャ状のプレートとの接合は、例えば超音波溶着手段が使用される。

特開２００８−２６７４６４号公報

上述した遊星ギア組立体は、キャリアと遊星ギアとワッシャ状プレートとの３つの部品により構成されているが、その製作にはキャリアとワッシャ状プレートとの固着作業が必要であり、また遊星ギア上下端の支持が、キャリアとワッシャ状プレートというそれぞれ異なる部品によりなされていたので、遊星ギアとその他のギア（太陽ギア、固定リングギア及び回転リングギア）との中心軸の平行度を高めるために、キャリアとワッシャ状プレートの位置決めを高精度で行った上でそれぞれを固着する必要があった。

本発明の目的は、部品点数を削減し、組立容易、かつ組立精度を向上する遊星ギア組立体及びそれを用いた電動弁を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の遊星歯車減速装置に装備される遊星ギア組立体は、中心軸方向に突出する軸を有する少なくとも１つの遊星ギアと、遊星ギアを回転自在に支持するキャリアとを備え、キャリアは、上板と、下板と、上板と下板を連結する少なくとも１つの支柱とを備え、上板及び下板は、その外側に開口する少なくとも１組の軸受凹部を備えることを特徴とするものである。

そして、軸受凹部は複数組であり、キャリアに対して放射方向に開口することができる。

また、軸受凹部は複数組であり、それぞれ平行に配置されることもできる。

さらに、軸受凹部は、その開口部入口に遊星ギアの軸部の直径寸法よりわずかに小さな幅寸法を有する幅狭部を備えることもできる。

さらに、軸受凹部は複数組であり、支柱は隣接する軸受凹部の中央に設けられることもできる。

また、本発明の電動弁は、アクチュエータ、弁体、弁体昇降機構及びアクチュエータの回転を減速する減速機構を備え、前記減速機構は、アクチュエータの出力軸に設けられた太陽ギアと、太陽ギアの周囲に設けられ、該太陽ギアに噛み合う少なくとも１つの遊星ギアを備えた上記の遊星ギア組立体と、遊星ギアに噛み合う円環状の固定リングギア及び回転リングギアとを備えたことを特徴とするものである。

本発明の遊星ギア組立体は、上述した構成を備えることにより、部品点数を削減することができる。また、キャリアとプレートの接合が不要となり、組立が容易となり、また減速装置の組立精度も向上することができる。

また本発明の電動弁は、上記した遊星ギア組立体を備えることにより、部品点数の削減や組立容易性の向上のみならず、減速装置の組付精度の向上による弁体駆動時の省電力化等を図ることができる。

本発明の第１の実施例に係る遊星ギア組立体の説明図であって、（ａ）は正面縦断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 遊星ギア組立体のキャリアの説明図であって、（ａ）は正面縦断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第２の実施例に係る遊星ギア組立体の説明図であって、（ａ）は正面縦断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 遊星ギア組立体のキャリアの説明図であって、（ａ）は正面縦断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

図１は本発明の第１の実施例に係る遊星ギア組立体の説明図であって、（ａ）は正面縦断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２は遊星ギア組立体のキャリアの説明図であって、（ａ）は正面縦断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

遊星ギア組立体１は、特許文献１に示されたような電動弁の不思議遊星歯車機構を用いた減速装置に用いられ、３つの遊星ギア１０を有する。各遊星ギア１０にはその長手方向の中央部に歯部１２が形成されており、歯部１２の両側にそれぞれ同径の上軸部１４と下軸部１６とが設けられる。遊星ギア１０は金属や樹脂でつくられ、その両端に回転軸となる上軸部１４、下軸部１６を有するので、中実構造とすることができる。

遊星ギアの上軸部１４及び下軸部１６を支持するキャリア２０は、弾性を有する樹脂を一体成形することで製作される。キャリア２０は上板２２と下板３０とを３本の支柱４０で連結した構造を有する。

上板２２は円盤状であり、その中央に、当該電動弁のロータ出力軸に設けられた太陽ギア（図示せず）が挿入される大径の開口部２４を有し、上板２２の外周部には外方へ放射方向に開口する軸受凹部２６が円周を３分割した位置に形成される。軸受凹部２６は、その奥側（当該遊星ギア組立体の中心寄り）に設けられた上軸部１４よりもやや大径の円形孔部と、この孔部に連続して設けられた上軸部１４よりやや小径の幅狭部２８（後述）とより成る。また、３本の支柱４０は隣接する軸受凹部２６の中央部に配設される。

下板３０は円盤状であり、その中央に、当該電動弁のロータ及び太陽ギアを貫通して設けられたシャフト（図示せず）が挿入される軸穴３２を有し、下板３０の外周部には上板２２の軸受凹部２６と同軸上に３個の軸受凹部３６が形成される。この軸受凹部３６は、上記軸受凹部２６と同形状であり、その奥側（当該遊星ギア組立体の中心寄り）に設けられた下軸部１６よりもやや大径の円形孔部と、この孔部に連続して設けられた下軸部１６よりやや小径の幅狭部３８（後述）とより成る。

軸受凹部２６及び３６は、３つの遊星ギア１０を当該キャリア２０に取り付けるための３対の軸受凹部を成す。

３つの遊星ギア１０は、遊星ギア１０の上軸部１４を上板２２の軸受凹部２６に、遊星ギア１０の下軸部１６を下板３０の軸受凹部３６に挿入され、これにより遊星ギア組立体１が組立てられる。

キャリア２０には、図２に示すように、軸受凹部２６の入口部（開口部）に上軸部１４の直径寸法によりわずかに小さな幅寸法を有する幅狭部２８を形成し、同様に下板３０の軸受凹部３６の入口部に下軸部１６の直径寸法よりわずかに小さな幅寸法を有する幅狭入口部３８を形成しておく。

そして、遊星ギア１０の上軸部１４と下軸部１６とを幅狭部２８と幅狭部３８とに当て、キャリアの弾性に抗するように遊星ギア１０を押圧することで、上軸部１４と下軸部１６とは軸受凹部２６、３６の奥部（上述した円形孔部）に挿入、係合され、各遊星ギア１０はキャリア２０に対して回転自在にかつ確実に保持される。上記の幅狭部２８は、遊星ギア１０の抜け止め作用を成す。

このように構成された遊星ギア組立体１は、図示されない電動弁内に設けられた回転リングギアと固定リングギアとの内周部に配置され、その後、開口部２４に図示されないステッピングモータの出力軸に取り付けられた太陽ギアが挿入される。また、軸穴３２に図示されないロータ及び太陽ギアを貫通して設けられたシャフトが挿入される。これにより、当該電動弁内に遊星ギア組立体１が回転自在に配置される。

本実施例の遊星ギア組立体１は上述した構成を備えることにより、遊星ギア１０とキャリア２０のみで組立体を完成することができ、部品点数を削減してコンパクトな遊星ギア組立体１を得ることができる。

図３は本発明の第２の実施例に係る遊星ギア組立体の説明図であって、（ａ）は正面縦断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図４は遊星ギア組立体のキャリアの説明図であって、（ａ）は正面縦断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。。図３及び４において、図１及び２と同一の符号は同一又は同等部分を表している。

遊星ギア組立体１´は第１の実施例と同様に電動弁の減速装置に用いられ、３つの遊星ギア１０を有する。キャリア１２０は上板１２２と下板１３０とを３本の支柱１４０で連結した構造を有し、樹脂等により一体成型されている。
上板１２２は円盤状であり、その中央に、当該電動弁のロータ出力軸に設けられた太陽ギア（図示せず）が挿入される大径の開口部１２４を有し、上板１２２の外周部には外方へ開口する１個の第１の軸受凹部１２６ａと２個の第２の軸受凹部１２６ｂとが形成される。
軸受凹部１２６ａの平面図上での中心線は開口部１２４の中心を通る。

２個の軸受凹部１２６ｂはその平面図上での中心線は軸受凹部１２６ａの中心線と平行に配置され、軸受凹部１２６ａと軸受凹部１２６ｂとの軸受部（各軸受凹部の奥側）の中心は、円周を３分割した位置に配置され、軸受凹部１２６ａの入口（開口部）と軸受凹部１２６ｂの入口とは互に反対側を向く方向に配置される。

３本の支柱１４０は、軸受凹部１２６ａと軸受凹部１２６ｂとの軸受部に等間隔（等角度）に配設される。

下板１３０は円盤状であり、その中央に、当該電動弁のロータ及び太陽ギアを貫通して設けられたシャフト（図示せず）が挿入される軸穴１３２を有し、下板１３０の外周部には軸受凹部１２６ａと軸受凹部１２６ｂと同軸上に１個の第１の軸受凹部１３６ａと２個の第２の軸受凹部１３６ｂが形成される。これら第１及び第２の軸受凹部１２６ａ、１２６ｂ、１３６ａ、１３６ｂは、遊星ギア１０の上軸部１４及び下軸部１６の外径よりも少し大きい幅を持つ同一形状であり、これらは遊星ギア１０を取り付けるための３対の軸受凹部を成す。

３つの遊星ギア１０は、３対の軸受凹部１２６ａ、１３６ａ、１２６ｂ、１３６ｂに挿入され、これにより遊星ギア組立体１´が組立てられる。
軸受凹部１２６ａ、１２６ｂ、１３６ａ、１３６ｂは、遊星ギア１０の上軸部１４、下軸部１６の直径よりもやや大きな幅を持ち平行に延びる溝として形成されているので、キャリア１２０には各遊星ギア１０の抜け止め作用はないが、キャリア１２０に対する遊星ギア１０の組み付けは容易であり、またキャリア１２０を当該電動弁（図示せず）内に組み込めば、遊星ギアは、図示されない太陽ギア並びに固定リングギア及び回転リングギアと噛合するので、キャリア１２０に回転自在に保持され、またキャリア１２０から外れることもない。

本実施例も同様に、遊星ギア１０とキャリア１２０の２部品のみで遊星ギア組立体１´を得ることができる。また本実施例では、軸受凹部に第１の実施例のような幅狭部２８が形成されていないので、キャリア１２０はあまり弾性を有しない樹脂材料により形成されても良い。

さて、第１の実施例においては、軸受凹部２６は、キャリア２０の外方へ放射方向に開口するものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されることはなく、第２の実施例と同様に、３つの軸受凹部２６のうちの１つと他の２つとをそれぞれ反対向きに開口するように成形しても良い。

また、第２の実施例においては、１つの軸受凹部１２６ａと２つの軸受凹部１２６ｂとは、それぞれ反対側に開口するものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されることはなく、第１の実施例と同様に、各軸受凹部を外方へ放射方向に開口するようにしても良い。

またそれぞれの実施例においては、遊星ギア１０は３つ設けられるものとして説明したが、本発明は特にこれのみに限定されることはなく、２つあるいは４つ以上であっても良く、さらに、当該遊星ギア組立体が配置される遊星歯車機構の各部の強度が十分であれば、遊星ギアは１つであっても良い。

また、キャリア２０、１２０の上板及び下板を接続する支柱も、遊星ギアの回動を妨げないものであれば、取り付けられる遊星ギアの個数や大きさに応じて、いかなる個数、形状であっても良いことは言うまでもない。

また、遊星ギア１０には、上軸部１４及び下軸部１６が一体的に設けられるものとして説明したが、遊星ギア１０の中央部を貫通する軸を該ギア１０に取り付けるようにしても良い。

さらに、上板２２、１２２及び下板３０、１３０は円盤状であるものとして説明したが、本発明は特にこれのみに限定されることはなく、多角形状等、遊星ギアの保持が良好に行えるものであれば、いかなる形状であっても良い。

さらにまた、それぞれの実施例においては、組み立てられた遊星ギア組立体１、１´は、不思議遊星歯車機構に組み込まれるものとして説明したが、本発明は特にこれのみに限定されることはなく、いかなる遊星歯車機構に用いられても良いことは当然である。

本発明の遊星ギア組立体は以上のように樹脂材料を成形してつくられるキャリアに遊星ギアを組み込むだけで簡単に遊星ギア組立体を製作することができる。
特に第２の実施例にあっては、複数の遊星ギアを１８０度の位置で、すなわち互いに反対方向から組み付けることができ、生産性も向上する。

１ 遊星ギア組立体
１０ 遊星ギア
１２ 歯部
１４ 上軸部
１６ 下軸部
２０ キャリア
２２ 上板
２４ 開口部
２６ 軸受凹部
２８ 幅狭部
３０ 下板
３２ 軸穴
３６ 軸受凹部
３８ 幅狭入口部
４０ 支柱
１´ 遊星ギア組立体
１２０ キャリア
１２２ 上板
１２４ 開口部
１２６ａ 第１の軸受凹部
１２６ｂ 第２の軸受凹部
１３０ 下板
１３２ 軸穴
１３６ａ 第１の軸受凹部
１３６ｂ 第２の軸受凹部
１４０ 支柱

Claims (6)

1. 遊星歯車減速装置に装備される遊星ギア組立体であって、
   中心軸方向に突出する軸を有する少なくとも１つの遊星ギアと、
   遊星ギアを回転自在に支持するキャリアとを備え、
   キャリアは、上板と、下板と、上板と下板を連結する少なくとも１つの支柱とを備え、
   上板及び下板は、その外側に開口する少なくとも１組の軸受凹部を備えることを特徴とする遊星ギア組立体。
2. 軸受凹部は複数組であり、キャリアに対して放射方向に開口することを特徴とする請求項１記載の遊星ギア組立体。
3. 軸受凹部は複数組であり、それぞれ平行に配置されることを特徴とする請求項１記載の遊星ギア組立体。
4. 軸受凹部は、その開口部入口に遊星ギアの軸部の直径寸法よりわずかに小さな幅寸法を有する幅狭部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の遊星ギア組立体。
5. 軸受凹部は複数組であり、支柱は隣接する軸受凹部の中央に設けられ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遊星ギア組立体。
6. アクチュエータ、弁体、弁体昇降機構及びアクチュエータの回転を減速する減速機構を備えた電動弁であって、
   前記減速機構は、
   アクチュエータの出力軸に設けられた太陽ギアと、
   太陽ギアの周囲に設けられ、該太陽ギアに噛み合う少なくとも１つの遊星ギアを備えた請求項１乃至５のいずれかに記載の遊星ギア組立体と、
   遊星ギアに噛み合う円環状の固定リングギア及び回転リングギアとを備えたことを特徴とする電動弁。

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