JP6614885B2 - 遊星歯車伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車伝動装置に関し、特に、医療機器のための遊星歯車伝動装置に関する。

遊星歯車伝動装置は、良好な性能及び低コストのため、様々な産業用途に広く用いられている。この種の伝動装置は、小型、軽量、高負荷能力、長寿命、低ノイズであり、安定した動作が可能である。

遊星歯車伝動装置は、通常、医療機器に用いられ、コンパクトなパッケージを介して、高トルクを伝達する。このように用いられる遊星歯車伝動装置は、動作サイクルが短く、小型である必要がある。

図１は、従来の多段遊星歯車伝動装置の断面図である。この遊星歯車伝動装置は、完全にプラスチック製のギアボックス１００を含む。遊星歯車伝動装置の最終段は、軸スリーブ２００を介して、出力軸３００を支持する。ギアボックス１００が完全にプラスチック製なので、ギアボックス１００の内周面に形成される内歯車リング４００も完全にプラスチック製であり、このため、遊星歯車伝動装置のトルク伝達能力が制限される。

図２は、他の従来の遊星歯車伝動装置の断面図である。この遊星歯車伝動装置のギアボックス１０１は、スチールやアルミニウムなどの金属材料製なので、コストが高くなる。更に、出力軸３０１を支持するため、別個の転がり軸受２０１が必要となるので、大型化、構造の複雑化、及び製造工程の煩雑化を招く。

したがって、低コストであるが、高トルク負荷を扱うことができる、改良された遊星歯車伝動装置が望まれる。

したがって、本発明は、その一態様において、ギアボックスと、前記ギアボックスに取り付けられる多段の遊星歯車段と、前記多段の一端部に取り付けられ、最終段と連結される出力軸とを備える遊星歯車伝動装置を提供するものであり、ここで、前記最終段以外の各段は、前記ギアボックスの内周面に形成又は固定される共通の第１の内歯車リングを共有し、各段は、サンギヤと、遊星キャリアの端面から延在する多軸を有する遊星キャリアと、前記各軸にそれぞれ取り付けられ、前記それぞれのサンギヤ及び前記第１の内歯車リングと噛合される複数の遊星歯車とを備え、前記最終段は、前記ギアボックスに取り付けられる第２の内歯車リングと、前記第２の内歯車リング内に位置するサンギヤと、前記第２の内歯車リング及び前記それぞれのサンギヤと噛合する複数の遊星歯車とを備え、前記出力軸は、前記最終段の前記遊星歯車を回転可能に支持する遊星キャリアを形成し、第１段以外の各段の前記サンギヤは、直前の段の前記遊星キャリアと一体に形成されるか、又は、この遊星キャリアに固定され、前記第２の内歯車リングは支持部を備え、前記出力軸は、前記支持部を貫通し、前記支持部によって回転可能に支持される。

前記出力軸は、前記遊星歯車段に近い前記出力軸の一端部に、第１の軸肩部を備え、前記軸肩部を貫通して複数の貫通穴が形成され、前記貫通穴を複数のピンが貫通して、前記最終段の前記遊星歯車に連結することが好ましい。

前記出力軸は、前記遊星歯車段に近い前記出力軸の前記端部に、第２の軸肩部を備え、前記第２の軸肩部は、前記出力軸の軸方向の前記第２の内歯車リングの端面に当接することが好ましい。

前記第２の内歯車リングは、更に、前記支持部の一端部に、噛合部を備え、前記噛合部は、前記支持部よりも直径が大きく、前記噛合部の内面は、前記最終段の前記遊星歯車と噛合するための内歯で形成され、前記噛合部は前記ギアボックスに取り付けられることが好ましい。

前記第２の内歯車リングの前記噛合部の外周面に、軸方向のリブが形成され、前記支持部から離れた前記噛合部の端面に、突出部が形成され、前記ギアボックスの前記内周面は、前記第２の内歯車リングの前記各リブに対応する多数の溝を形成し、前記第２の内歯車リングに接触する前記ギアボックスの端面は、多数の凹部を形成し、前記各リブは、それぞれ、前記各溝に係合され、前記各突出部は、それぞれ、前記各凹部に係合されることが好ましい。

前記支持部に近い前記噛合部の端面は、前記第２の内歯車リングと同軸である環状突出部を形成することが好ましい。

前記第２の内歯車リングの前記支持部から延出する前記出力軸の一端部に、溝が形成され、前記溝に止め輪が設けられ、前記第２の軸肩部の直径は、前記出力軸の直径よりも大きく、前記第１の軸肩部の直径は、前記第２の軸肩部の前記直径よりも大きいことが好ましい。

前記止め輪と前記第２の内歯車リングの前記支持部の端面との間に、座金が設けられることが好ましい。

前記出力軸に隣接する前記ギアボックスの一端部の外周面は、多数の取付部を備え、各取付部は、前記ギアボックスの軸方向に貫通穴を形成することが好ましい。

前記ギアボックスの材料はプラスチックであり、前記第２の内歯車リングは金属であり、焼結金属粉末処理によって形成されることが好ましい。

前記第２の内歯車リングは制止機構を含み、前記制止機構は、前記出力軸によって駆動される被駆動装置と結合して、前記制止機構を介して前記被駆動装置にトルクを伝達可能になっていることが好ましい。

前記制止機構は、多数の突起、凹部、又は溝を備え、前記各突起、凹部、又は溝は、前記第２の内歯車リングの外周面に形成されて、前記被駆動装置と係合するようになっていることが好ましい。

前記第２の内歯車リングは、前記ギアボックスのハウジングのねじり強度よりも大きいねじり強度を有することが好ましい。

第２の態様では、本発明は、モータと、上記の遊星歯車伝動装置とを備える遊星歯車伝動アセンブリを提供するものである。前記遊星歯車伝動装置は前記モータによって駆動される。

上記に鑑みて、上記の遊星歯車伝動装置では、第２の内歯車リングを設けることによって、トルクの大部分を、第２の内歯車リングによって、被駆動装置に伝達することができるので、ギアボックスのハウジングのトルク負荷を低減し、ひいては、ギアボックスの全体のねじり強度を向上させる。更に、これにより、ギアボックスの構造を簡素化及びコンパクト化することができ、製造コストが低減される。軸方向の累積公差も低減することができる。

従来の遊星歯車伝動装置の断面図である。 他の従来の遊星歯車伝動装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態による遊星歯車伝動装置の図である。 図３の遊星歯車伝動装置の断面図である。 図３の遊星歯車伝動装置の一部である第２の内歯車リングを示す図である。 図３の遊星歯車伝動装置のサンギヤ及び遊星歯車を示す図である。 図３の遊星歯車伝動装置の一部である出力軸を示す図である。 本発明の第２の実施形態による遊星歯車伝動装置の第２の内歯車リングを示す図である。

ここで、添付図面の図を参照して、単なる例示として本発明の好ましい実施形態を説明する。図において、複数の図に現れる同一の構造体、要素又は部品は、一般に、それらが現れる全ての図において同じ符号で表記される。図内に示される構成部品及び構造部の寸法は、一般に、便宜のため及び提示の明確さのために選択されたものであり、必ずしも縮尺通りではない。

図３〜図７は、本発明の第１の実施形態による遊星歯車伝動装置を示す。この伝動装置は、ギアボックス１と、ギアボックス１に取り付けられる多段の遊星歯車段と、これらの段の一端部に取り付けられ、最終段と連結される出力軸３とを含む。最終段以外の各段は、ギアボックス１の内周面に形成される第１の内歯車リング１１を共有する。各段は、ギアボックス１の軸上に設けられるサンギヤ４と、サンギヤ４に対して同軸に取り付けられ、遊星キャリア４１の端面から延在する多軸を有する遊星キャリア４１と、各軸４２にそれぞれ取り付けられ、サンギヤ４及び第１の内歯車リング１１と噛合される複数の遊星歯車５とを有する。第１段以外の各段のサンギヤ４は、直前の段の遊星歯車伝動部の遊星キャリア４１と一体に形成されるか、又は、この遊星キャリア４１に固定される。第１段のサンギヤは、伝動駆動のために配置されるモータの小歯車である。

図４及び図６を参照すると、好ましくは、第１の実施形態では、ギアボックス１には、５段の遊星歯車段が備えられ、各段は３つの遊星歯車５を有する。

最終段は、ギアボックス１に同軸に取り付けられる第２の内歯車リング２と、第２の内歯車リング２内に位置し、第２の内歯車リング２と同軸であるサンギヤ４’と、第２の内歯車リング２によって支持される出力軸３とを含む。出力軸３は、第１の軸肩部３１に隣接する第１の軸肩部３２を含む。軸方向に、第１の軸肩部３２を貫通して、複数の貫通穴３２１が形成される。貫通穴を複数のピン３４が貫通して、複数の遊星歯車５’と連結する。遊星歯車５’の各々は、サンギヤ４’及び第２の内歯車リング２と噛合される。第１の軸肩部は、最終段の遊星キャリアを形成する。出力軸３は、第２の内歯車リング２の軸方向の面に当接する第２の軸肩部３１を含む。

図３に示すように、好ましくは、第１の実施形態では、出力軸３の第２の軸肩部３２は、３つの貫通穴３２１を形成し、最終段の遊星歯車伝動部の３つの遊星歯車５’は、３つのピン３４を介して、出力軸３に取り付けられる。出力軸３に、止め輪６が設けられる。止め輪６は、出力軸３の溝３３に設けられる。止め輪６と第２の内歯車リング２の端面との間に、座金６１が設けられる。止め輪６を用いて、出力軸３を軸方向に位置決めするので、出力軸３の軸方向の移動が防止される。

図５を参照すると、第２の内歯車リング２は、噛合部２１及び支持部２２を含む。噛合部２１は、支持部２２よりも直径が大きい。噛合部２１の内面は、遊星歯車５’と噛合するための歯で形成される。出力軸３は、支持部２２を貫通し、支持部２２によって支持される。支持部２２は、出力軸３を支持する軸受として作用するため、このような軸受に取って代わる。第２の内歯車リング２を設けているので、遊星歯車伝動装置の取付面は、前方に（伝動装置の動力入力端に近付く方向に）移動し、このため、累積公差と共に、ギアボックス１の長さを小さくする。更に、第２の内歯車リング２によって、別個の軸スリーブ又は軸受の使用が不要になるので、遊星歯車伝動装置の構造が簡素化且つよりコンパクト化され、より製造し易くなり、より低コストになる。

更に、第２の内歯車リング２の噛合部２１の外周面に、複数の互いに離間している軸方向のリブ２１１が配置される。支持部２２から離れた噛合部２１の端面は、第２の内歯車リング２の周方向に均等に配置される複数の突出部２１２を形成する。出力軸３は、第１の軸肩部３１が第２の内歯車リング２の軸方向の面に当接した状態で、第２の内歯車リング２の支持部２２を貫通する。ギアボックス１の内周面に、第２の内歯車リング２の各リブ２１１に対応して、複数の溝１２（図３参照）が形成される。第２の内歯車リング２に接触するギアボックス１の端面に、複数の凹部１３が形成される。第２の内歯車リング２の外周面の各リブ２１１は、各溝１２に係合され、第２の内歯車リング２の端面の各突出部２１２は、各凹部１３に係合されるので、第２の内歯車リング２がギアボックス１に対して周方向に移動するのが防止される。第２の内歯車リング２の内歯は、最終段の遊星歯車５’と噛合する。支持部２２に隣接する第２の内歯車リング２の噛合部２１の端面は、被駆動装置のハウジング７の取付部に当接するための当接部２１３を形成する。具体的には、当接部２１３は、好ましくは、第２の内歯車リング２と同軸である環状突出部を含む。

図５に示すように、第１の実施形態では、好ましくは、突出部２１２及び凹部の数は、３つである。リブ２１１を設けることによって、第２の内歯車リング２の周方向の移動が防止される。突出部２１２によって、高トルクの出力時、第２の内歯車リング２の周方向の移動を更に防ぐ。

出力軸３に隣接するギアボックス１の端部の外周面は、多数の取付部１４を含む。各取付部１４は、ギアボックス１の軸方向に貫通穴１５を形成する。ねじ８が貫通穴１５を貫通して、遊星歯車伝動装置と、出力軸３によって駆動される被駆動装置の取付部とを連結する。具体的には、取付部は、ハウジング７の一部である。ハウジング７は、第１の貫通穴１５と一致する複数の第２の貫通穴７２を有する。ハウジング７は、第２の内歯車リング２の支持部２２に対応する第３の貫通穴７３を形成する。第３の貫通穴７３は、第２の内歯車リング２の支持部２２の外径よりも若干大きいか、又は、この外径に等しい直径を有し、第２の内歯車リング２の支持部２２が、第３の貫通穴７３に締まり嵌合されるようになっている。ねじ８は、第１の貫通穴１５及び対応する第２の貫通穴７２を貫通して、ハウジング７とギアボックス１とを固定連結する。第２の内歯車リング２の支持部２２は、ハウジング７の端面が、第２の内歯車リング２の端面の環状突出部２１３に当接して、第２の内歯車リング２がギアボックス１から外れるのを防止した状態で、第３の貫通穴７３を貫通する。第２の内歯車リング２の支持部２２とハウジング７との間に、制止機構を形成して、両者間の相対的な回転を防止することが好ましい。例えば、支持部２２の外面に、第１の突起、凹部、又は溝を形成し、ハウジング７の第３の貫通穴７３の内面に、第２の凹部、溝、又は突起を形成して、第１の突起、凹部、又は溝と係合するようにしてもよい。制止機構を設けることによって、トルクを、第２の内歯車リング２から被駆動装置のハウジング７に直接伝達することができる。

第１の実施形態では、取付部１４の数が３つ、ハウジング７の第２の貫通穴７２及びねじ８の数が３つである。但し、上記実施形態は、これらの部品の数を特定の値に限定するものではない。

図４を参照すると、出力軸３から離れたギアボックス１の一端部は、モータなどの動力装置と連結するための連結部１６を含むことが好ましい。第１段の遊星歯車伝動部のサンギヤをモータの軸に固定することによって、サンギヤがモータの出力軸によって駆動されて、モータ軸と共に回転するようになっている。連結部１６の外径は、ギアボックス１の外径よりも小さい。

ギアボックス１は、射出成形処理によって、プラスチックから形成されることが好ましい。第２の内歯車リング２は、好ましくは焼結金属粉末処理によって、金属から形成される。これら２つの処理は、いずれも、ギアボックス１及び第２の内歯車リング２の大量生産に適している。第２の内歯車リング２は、ギアボックス１のハウジングのねじり強度よりも大きいねじり強度を有する。遊星歯車伝動装置の作動時、トルクの大部分を、第２の内歯車リング２を介して、被駆動装置のハウジング７の取付部に伝達できるように、第２の内歯車リング２及びギアボックス１を構成しているので、ギアボックス１のハウジングのトルク負荷が低減される。更に、被駆動装置の取付部によって、第２の内歯車リング２を軸方向に位置決めすることにより、第２の内歯車リング２の軸方向のずれを防止することができる。

図８は、本発明の第２の実施形態による遊星歯車伝動装置の第２の内歯車リングの斜視図である。第２の内歯車リング２は、被駆動装置のハウジング７の取付部と結合するための制止機構を含む。具体的には、第２の内歯車リング２の噛合部２１の、支持部２２に隣接する側の端面は、複数の半径方向のリブ２１４を形成する。リブ２１４は、支持部２２の外周面に対して垂直である。４つのリブ２１４があることが好ましい。リブ２１４を設けることによって、第２の内歯車リング２を更に強化することができ、ハウジング７と係合し易くなる。例えば、ハウジング７は、リブ２１４に対応する凹部又は溝を形成することができる。リブを凹部又は溝と係合することによって、第２の内歯車リング２とハウジング７との結合をより容易に行って、トルクを伝達することができる。制止機構の制止部の数及び形状は、実際の要件によって変わることを理解されたい。

本出願の説明及び請求項において、動詞「備える（comprise）」、「含む（include）」、「含む（contain）」及び「有する（have）」、並びにその変形形態は、説明する要素又は特徴の存在を規定するために包括的な意味で使用され、追加の要素又は特徴の存在を排除するものではない。

明確にするために別個の実施形態に関連して説明されている本発明の特定の特徴は、１つの実施形態において組み合わせて提供してもよいものと理解される。逆に、簡潔にするために１つの実施形態に関連して説明されている本発明の種々の特徴を、個別に又はそれらを適当に組み合わせて提供してもよい。

上記の実施形態は単なる例示であり、請求項に定義する本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。

１ ギアボックス
２ 第２の内歯車リング
３ 出力軸
４，４’ サンギヤ
５，５’ 遊星歯車
６ 止め輪
７ ハウジング
８ ねじ
１１ 第１の内歯車リング
１２ 溝
１３ 凹部
１４ 取付部
１５ 貫通穴
１６ 連結部
２１ 噛合部
２２ 支持部
３１ 第１の軸肩部
３２ 第２の軸肩部
３３ 溝
３４ ピン
４１ 遊星キャリア
４２ 軸
６１ 座金
７２ 第２の貫通穴
７３ 第３の貫通穴
１００，１０１ ギアボックス
２００ 軸スリーブ
２０１ 転がり軸受
２１１ リブ
２１２ 突出部
２１３ 当接部（環状突出部）
２１４ リブ
３００，３０１ 出力軸
３２１ 貫通穴
４００ 内歯車リング

Claims (13)

1. ギアボックスと、前記ギアボックスに取り付けられる多段の遊星歯車段と、前記多段の一端部に取り付けられ、最終段と連結される出力軸とを備える遊星歯車伝動装置であって、
   前記最終段以外の各段は、前記ギアボックスの内周面に形成又は固定される共通の第１の内歯車リングを共有し、各段は、サンギヤと、遊星キャリアの端面から延在する多軸を有する遊星キャリアと、前記各軸にそれぞれ取り付けられ、前記それぞれのサンギヤ及び前記第１の内歯車リングと噛合される複数の遊星歯車とを備え、
   前記最終段は、前記ギアボックスに取り付けられる第２の内歯車リングと、前記第２の内歯車リング内に位置するサンギヤと、前記第２の内歯車リング及び前記それぞれのサンギヤと噛合する複数の遊星歯車とを備え、前記出力軸は、前記最終段の前記遊星歯車を回転可能に支持する遊星キャリアを形成し、
   第１段以外の各段の前記サンギヤは、直前の段の前記遊星キャリアと一体に形成されるか、又は、この遊星キャリアに固定され、
   前記第２の内歯車リングは支持部を備え、前記出力軸は、前記支持部を貫通し、前記支持部によって回転可能に支持され、
   前記ギアボックスの材料はプラスチックであり、前記第２の内歯車リングは金属であり、焼結金属粉末処理によって形成されることを特徴とする遊星歯車伝動装置。
2. 前記出力軸は、前記遊星歯車段に近い前記出力軸の一端部に、第１の軸肩部を備え、前記軸肩部を貫通して複数の貫通穴が形成され、前記貫通穴を複数のピンが貫通して、前記最終段の前記遊星歯車に連結することを特徴とする、請求項１に記載の遊星歯車伝動装置。
3. 前記出力軸は、前記遊星歯車段に近い前記出力軸の前記端部に、第２の軸肩部を備え、前記第２の軸肩部は、前記出力軸の軸方向の前記第２の内歯車リングの端面に当接することを特徴とする、請求項２に記載の遊星歯車伝動装置。
4. 前記第２の内歯車リングは、更に、前記支持部の一端部に、噛合部を備え、前記噛合部は、前記支持部よりも直径が大きく、前記噛合部の内面は、前記最終段の前記遊星歯車と噛合するための内歯で形成され、前記噛合部は前記ギアボックスに取り付けられることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の遊星歯車伝動装置。
5. 前記第２の内歯車リングの前記噛合部の外周面に、軸方向のリブが形成され、前記支持部から離れた前記噛合部の端面に、突出部が形成され、前記ギアボックスの前記内周面は、前記第２の内歯車リングの前記各リブに対応する多数の溝を形成し、前記第２の内歯車リングに接触する前記ギアボックスの端面は、多数の凹部を形成し、前記各リブは、それぞれ、前記各溝に係合され、前記各突出部は、それぞれ、前記各凹部に係合されることを特徴とする、請求項４に記載の遊星歯車伝動装置。
6. 前記支持部に近い前記噛合部の端面は、前記第２の内歯車リングと同軸である環状突出部を形成することを特徴とする、請求項４又は５に記載の遊星歯車伝動装置。
7. 前記第２の内歯車リングの前記支持部から延出する前記出力軸の一端部に、溝が形成され、前記溝に止め輪が設けられ、前記第２の軸肩部の直径は、前記出力軸の直径よりも大きく、前記第１の軸肩部の直径は、前記第２の軸肩部の前記直径よりも大きいことを特徴とする、請求項４、５又は６に記載の遊星歯車伝動装置。
8. 前記止め輪と前記第２の内歯車リングの前記支持部の端面との間に、座金が設けられることを特徴とする、請求項７に記載の遊星歯車伝動装置。
9. 前記出力軸に隣接する前記ギアボックスの一端部の外周面は、多数の取付部を備え、各取付部は、前記ギアボックスの軸方向に貫通穴を形成することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の遊星歯車伝動装置。
10. 前記第２の内歯車リングは制止機構を含み、前記制止機構は、前記出力軸によって駆動される被駆動装置と結合して、前記制止機構を介して前記被駆動装置にトルクを伝達可能になっていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の遊星歯車伝動装置。
11. 前記制止機構は、多数の突起、凹部、又は溝を備え、前記各突起、凹部、又は溝は、前記第２の内歯車リングの外周面に形成されて、前記被駆動装置と係合するようになっていることを特徴とする、請求項１０に記載の遊星歯車伝動装置。
12. 前記第２の内歯車リングは、前記ギアボックスのハウジングのねじり強度よりも大きいねじり強度を有することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の遊星歯車伝動装置。
13. モータと、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の遊星歯車伝動装置とを備える遊星歯車伝動アセンブリであって、前記遊星歯車伝動装置は前記モータによって駆動されることを特徴とする遊星歯車伝動アセンブリ。

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