JP7074628B2 - 遊星減速装置及び電動アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、遊星減速装置、及びこれを備える電動アクチュエータに関する。

自動車や各種産業機械等に用いられる電動アクチュエータとして、電動モータの回転運動を複数の遊星減速機構によって減速して出力するものが知られている。

斯かる電動アクチュエータが備える遊星減速機構として、例えば、下記特許文献１には、一段目にトラクション伝達式の遊星減速機構を用い、二段目に歯車噛合伝達式の遊星減速機構を用いた、二段遊星減速装置が提案されている。その二段遊星減速装置の概略構成を図６に示す。

図６に示すように、二段遊星減速装置を構成する一段目の遊星減速機構１００は、入力軸としての電動モータの回転軸１０１に固定された太陽ローラ１０２と、太陽ローラ１０２に外接する遊星ローラ１０３と、遊星ローラ１０３が内接するリングローラ１０４と、遊星ローラ１０３を支持するキャリア１０５とを備えている。一方、二段目の遊星減速機構２００は、一段目の遊星減速機構１００のキャリア１０５と一体に構成された中間軸２０１と、中間軸２０１の外周面に固定された偏心体２０２と、偏心体２０２の外周に軸受２０３を介して設けられた外歯歯車２０４と、外歯歯車２０４の外周に設けられた内歯歯車２０５と、外歯歯車２０４のピン孔２０４ａに隙間を介して挿入されたピン２０６と、ピン２０６を保持すると共に出力軸２０８と一体に構成された出力キャリア２０７とを備えている。

上記の如く構成された二段遊星減速装置において、電動モータの駆動が開始されると、その回転軸１０１と一緒に太陽ローラ１０２が回転し、太陽ローラ１０２の回転運動が遊星ローラ１０３に伝達される。これにより、遊星ローラ１０３は自転すると共にリングローラ１０４に沿って公転し、この公転運動がキャリア１０５の自転運動として伝達されることで、電動モータの回転運動が減速されて伝達される。続いて、キャリア１０５の自転運動によって中間軸２０１が回転すると、偏心体２０２が回転し、これに伴って外歯歯車２０４が揺動回転を開始する。このとき、外歯歯車２０４が内歯歯車２０５に対して揺動回転しながら内接することで、中間軸２０１が１回転するごとに、外歯歯車２０４は内歯歯車２０５に対して１歯分ずつずれる。そして、この外歯歯車２０４の揺動を伴う自転運動は、外歯歯車２０４のピン孔２０４ａとこれに挿入されているピン２０６との隙間によってその揺動成分が吸収され、自転成分のみがピン２０６を介して出力キャリア２０７に伝達される。その結果、上記中間軸２０１の回転運動が所定の減速比で減速されて出力される。

特開２００２－２９５６０６号公報

ところで、上記特許文献１に記載の二段遊星減速装置において、一段目の遊星減速機構１００のキャリア１０５は、二段目の遊星減速機構２００の中間軸２０１の外周に設けられた軸受３００と出力キャリア２０７の外周に設けられた軸受４００によって支持されている。一方、電動モータの回転軸１０１は、一段目の遊星減速機構１００のキャリア１０５を支持する軸受３００，４００とは別の軸受５００によって支持されている。さらに、キャリア１０５を支持する各軸受３００，４００と、電動モータの回転軸１０１を支持する軸受５００とは、互いに異なるハウジング６００，７００に設けられている。このように、特許文献１に記載の構成では、電動モータの回転軸１０１とキャリア１０５とが、それぞれ異なる軸受とハウジングによって支持されているため、軸受やハウジングの寸法公差や組み付け誤差等によって電動モータの回転軸１０１とキャリア１０５との間で相対的な位置ずれが生じやすく、これらを同一直線上に高精度に配置することが難しいといった課題がある。特に、電動モータの回転軸１０１とキャリア１０５との間で径方向の位置ずれが生じた場合は、歯車同士の噛み合い状態などに影響が及び、駆動力伝達効率が低下したり異音が発生したりする虞がある。また、斯かる構成は、必要な軸受の数が多くなるため、小型化を図り難いといった課題もある。

そこで、本発明は、入力軸とキャリアとの同軸性を高精度に確保することができると共に、小型化を図れる遊星減速装置、及びこれを備える電動アクチュエータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、第１遊星減速機構と第２遊星減速機構とを少なくとも有し、入力軸の回転運動を減速する遊星減速装置において、第１遊星減速機構は、入力軸と一体に回転するように設けられた第１太陽回転体と、第１太陽回転体の外周に配置された第１軌道リングと、第１太陽回転体と第１軌道リングとの間で自転しながら公転する複数の第１遊星回転体と、複数の第１遊星回転体の公転運動に伴って回転する第１キャリアとを有し、第２遊星減速機構は、第１キャリアと一体に回転するように設けられた第２太陽回転体と、第２太陽回転体の外周に配置された第２軌道リングと、第２太陽回転体と第２軌道リングとの間で自転しながら公転する複数の第２遊星回転体と、複数の第２遊星回転体の公転運動に伴って回転する第２キャリアとを有し、第１キャリアの内周面を、入力軸によってこれと相対的に回転可能に支持したことを特徴とする。

このように、本発明に係る遊星減速装置においては、第１キャリアが入力軸によって支持されていることで、第１キャリアと入力軸との間で径方向の位置ずれが生じにくくなり、これらの同軸性が向上する。その結果、第１キャリアと入力軸とを同一直線上で高度に保持することができるようになり、駆動力伝達率が向上すると共に異音の発生を防止できるようになる。また、第１キャリアが入力軸によって支持されていることで、第１キャリアを支持する専用の軸受を別途設けなくてもよくなる。これにより、上記特許文献１に示す構成に比べて、軸受の数を少なくすることができ小型化を図れるようになる。

第１キャリアを、含油処理された焼結材料で構成することで、第１キャリアの摺動性が向上するので、第１キャリアの内周面を入力軸の外周面に対して直接接触させて摺動させる構成とすることができる。

また、第１キャリアの内周面と入力軸の外周面との間に、すべり軸受を配置してもよい。この場合、すべり軸受によって、第１キャリアと入力軸との間での円滑な摺動性を確保することができる。

また、第１遊星減速機構と第２遊星減速機構とのそれぞれの減速比を同じに設定し、第１軌道リングと第２軌道リングとを共通の軌道リングで構成してもよい。このように、第１軌道リングと第２軌道リングとを共通の軌道リングで構成することで、部品点数が少なくなり、小型化を図れるようになる。

また、本発明に係る遊星減速装置は、電動モータと、電動モータの回転運動を少なくとも第１遊星減速機構と第２遊星減速機構とによって減速する遊星減速装置とを備える電動アクチュエータに適用可能である。この場合、第１キャリアの内周面を、電動モータの回転軸で支持することができる。

また、第１キャリアの内周面を電動モータの回転軸で支持することで、電動モータの回転軸を支持するために電動モータ内に設けられた軸受を、第１キャリアを支持する軸受として利用することができる。これにより、別途軸受を設けなくてよいので、部品点数を減らすことができ、小型化を図れる。

本発明によれば、第１キャリアを入力軸によって支持することで、第１キャリアと入力軸との同軸性を高精度に確保することができるようになる。また、第１キャリアを支持する軸受の数を減らすことができるため、小型化を図れるようになる。

本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータおいてハウジングが縦方向に切断されて内部部品が露出した状態を示す斜視図である。 本実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。 図２のＸ－Ｘ線で矢視した電動アクチュエータの横断面図である。 図２のＹ－Ｙ線で矢視した電動アクチュエータの横断面図である。 本発明の他の実施形態に係る遊星減速装置の縦断面図である。 従来の遊星減速装置の概略構成図である。

以下、図１～図４を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータの構成及び動作について説明する。

図１は、本実施形態に係る電動アクチュエータおいてハウジングが縦方向に切断されて内部部品が露出した状態を示す斜視図である。

まず、図１に示すように、本実施形態に係る電動アクチュエータ１は、電動モータ２と、電動モータ２の回転運動を減速する二段遊星減速装置３と、これらを収容するハウジング４とを主な構成としている。本実施形態では、ハウジング４が２分割されており、２つのハウジング分割体４ａ，４ｂを組み合せて構成されている。また、ハウジング４からは、電動アクチュエータ１の出力軸となる後述の第２キャリア２３の軸部２３ａが外側に突出している。この第２キャリア２３の軸部２３ａに、図示しない操作対象装置、あるいはこれに駆動力を駆動伝達装置等が連結される。

次に、図２は、本実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図、図３は、図２のＸ－Ｘ線で矢視した電動アクチュエータの横断面図、図４は、図２のＹ－Ｙ線で矢視した電動アクチュエータの横断面図である。

図２～図４に示すように、二段遊星減速装置３は、電動モータ２から駆動力が入力される入力側の第１遊星減速機構１０と、出力側に配置された第２遊星減速機構２０とを備えている。第１遊星減速機構１０は、第１太陽回転体としての第１太陽ギヤ１１と、その外周に配置された第１遊星回転体としての複数の第１遊星ギヤ１２と、第１遊星ギヤ１２を公転させるように案内するリングギヤ３０と、第１遊星ギヤ１２を回転可能に支持する第１キャリア１３とを有している。一方、第２遊星減速機構２０は、第２太陽回転体としての第２太陽ギヤ２１と、その外周に配置された第２遊星回転体としての複数の第２遊星ギヤ２２と、第２遊星ギヤ２２を公転させるように案内するリングギヤ３０と、第２遊星ギヤ２２を回転可能に支持する第２キャリア２３とを有している。

本実施形態では、第１遊星減速機構１０と第２遊星減速機構２０とのそれぞれの減速比を同じに設定し、１つのリングギヤ３０が、第１遊星ギヤ１２を案内する第１軌道リングとしての機能と、第２遊星ギヤ２２を案内する第２軌道リングとしての機能とを兼ねているが、これらの機能を別個（別体）のリングギヤで実現してもよい。また、本実施形態において、第１遊星ギヤ１２及び第２遊星ギヤ２２は、それぞれ３つずつ設けられているが、これらの個数は３つに限定されるものではなく、互いに異なる個数にしてもよい。

図２及び図３に示すように、第１太陽ギヤ１１は、電動モータ２の回転軸２ａに固定され、電動モータ２の回転軸２ａと一体に回転するように構成されている。第１遊星ギヤ１２は、第１太陽ギヤ１１とその外周に配置されたリングギヤ３０との間に配置され、これらと噛み合うように組み付けられている。リングギヤ３０は、ハウジング４の内側に回転しないように固定されている。第１キャリア１３は、円筒状に形成された円筒部１３ａと、円筒部１３ａの外周面から外径方向に延びるように設けられたフランジ部１３ｂとで構成されている。円筒部１３ａの内周には電動モータ２の回転軸２ａが挿入され、電動モータ２の回転軸２ａの外周面と第１キャリア１３の円筒部１３ａの内周面との間にすべり軸受３１が設けられている。フランジ部１３ｂには、ピン３２を介して複数の第１遊星ギヤ１２が回転可能に支持されている。

図２及び図４に示すように、第２太陽ギヤ２１は、第１キャリア１３の円筒部１３ａの外周に固定され、第１キャリア１３と一体に回転するように構成されている。第２遊星ギヤ２２は、第２太陽ギヤ２１とその外周に配置されたリングギヤ３０との間に配置され、これらと噛み合うように組み付けられている。第２キャリア２３は、出力軸となる軸部２３ａと、軸部２３ａの外周面から外径方向に延びるように設けられたフランジ部２３ｂとで構成されている。フランジ部２３ｂには、ピン３３を介して複数の第２遊星ギヤ２２が回転可能に支持されている。

続いて、本実施形態に係る電動アクチュエータ１の動作について説明する。

電動モータ２が駆動を開始すると、その回転軸２ａの回転に伴ってこれと一体に第１太陽ギヤ１１が回転する。第１太陽ギヤ１１が回転すると、その回転運動が複数の第１遊星ギヤ１２に伝達され、第１遊星ギヤ１２が自転しながらリングギヤ３０に沿って公転する。そして、第１遊星ギヤ１２の公転運動がこれを支持する第１キャリア１３の回転運動となることで、電動モータ２の回転運動が減速されて伝達される。

次に、上記の如く第１キャリア１３が回転すると、これと一体に第２太陽ギヤ２１が回転する。そして、この第２太陽ギヤ２１の回転運動が複数の第２遊星ギヤ２２に伝達されることで、第２遊星ギヤ２２が自転しながらリングギヤ３０に沿って公転し、この第２遊星ギヤ２２の公転運動がこれを支持する第２キャリア２３の回転運動となる。これにより、電動モータ２の回転運動がさらに減速されて出力される。

ここで、本実施形態に係る二段遊星減速装置３においては、第１キャリア１３を支持する部材として、入力軸である電動モータ２の回転軸２ａを利用している。すなわち、図２に示すように、第１キャリア１３の内周にすべり軸受３１を介して電動モータ２の回転軸２ａが挿入されていることで、第１キャリア１３の内周面が電動モータ２の回転軸２ａによってこれと相対的に回転可能に支持されている。

このように、本実施形態では、第１キャリア１３が電動モータ２の回転軸２ａによって支持されていることで、第１キャリア１３と電動モータ２の回転軸２ａとの間で径方向の位置ずれが生じにくくなり、これらの同軸性が向上する。その結果、ギヤ同士の噛み合い状態を良好に確保することができるようになり、駆動力伝達効率が向上すると共に異音の発生を防止できるようになる。

また、本実施形態においては、第１キャリア１３が電動モータ２の回転軸２ａによって支持されていることで、第１キャリア１３を支持する軸受として、電動モータ２の回転軸２ａを支持するために一般的に電動モータ２内に設けられている２つの軸受５，６（ラジアル軸受）を利用することができる。これにより、第１キャリア１３を支持する軸受を別途設けなくてもよいので、部品点数を減らすことができ、小型化を図れるようになる。

ここで、本実施形態のように、２つの遊星減速機構（第１遊星減速機構１０及び第２遊星減速機構２０）が軸方向に並ぶ構成においては、第１キャリア１３の外周に第２太陽ギヤ２１を設けなければならないため、第１キャリア１３の外周にこれを支持するための軸受を配置するスペースを確保しにくいといった事情がある。例えば、第１キャリア１３の円筒部１３ａを第２太陽ギヤ２１よりも軸方向に延ばし、その先端部側に軸受を配置することもできるが、その場合、遊星減速機構のサイズが軸方向に大きくなるため、小型化の観点から好ましくない。従って、このような事情を有する二段遊星減速装置において、本発明に係る構成（第１キャリア１３を入力軸で支持する構成）を適用することで、第１キャリア１３の外周にこれを支持する軸受を別途設けなくても、第１キャリア１３を回転可能に支持しつつ、しかも入力軸との同軸性を確保することが可能である。このように、本発明に係る構成によれば、軸受を配置しにくい二段遊星減速装置においても、第１キャリアと入力軸との同軸性を高精度に確保しながら、軸受の数及びその設置スペースを省略し、小型化を実現することが可能である。

また、本実施形態のように、第１遊星ギヤ１２を案内するリングギヤ（第１軌道リング）と、第２遊星ギヤ２２を案内するリングギヤ（第２軌道リング）とを、共通のリングギヤ３０で構成することで、これらを別個のリングギヤで構成する場合に比べて、リングギヤを取り付ける部材などの部品点数やその設置スペースを省略することができるため、小型化に寄与できるようになる。また、部品点数をさらに削減するため、第１キャリア１３とその外周に設けられた第２太陽ギヤ２１とを一体に構成してもよい。

以上、本発明に係る遊星減速装置及び電動アクチュエータの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことである。

上述の実施形態では、第１キャリア１３と電動モータ２の回転軸２ａとの間にすべり軸受３１を介在させているが、すべり軸受３１に代えて、針状ころ軸受等の他の軸受を用いてもよい。

また、図５に示す実施形態のように、すべり軸受３１を省略し、第１キャリア１３の内周面を電動モータ２の回転軸２ａの外周面に対して直接接触させて摺動するように構成することも可能である。この場合、第１キャリア１３と電動モータ２の回転軸２ａとの間での円滑な摺動性を確保するため、第１キャリア１３は、例えば含油処理された焼結材料で構成されていることが望ましい。

また、上述の実施形態では、第１遊星減速機構１０と第２遊星減速機構２０とを有する二段遊星減速装置３を例に本発明について説明したが、本発明は斯かる二段遊星減速装置に限らず、３つ以上の遊星減速機構が軸方向に並んで設けられた構成にも適用可能である。また、各遊星減速機構は、上述の実施形態のような歯車噛合伝達式の遊星減速機構に限らず、トラクション伝達式の遊星減速機構、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。

１ 電動アクチュエータ
２ 電動モータ
２ａ 回転軸（入力軸）
４ ハウジング
３ 二段遊星減速装置
５ 軸受
６ 軸受
１０ 第１遊星減速機構
１１ 第１太陽ギヤ（第１太陽回転体）
１２ 第１遊星ギヤ（第１遊星回転体）
１３ 第１キャリア
２０ 第２遊星減速機構
２１ 第２太陽ギヤ（第２太陽回転体）
２２ 第２遊星ギヤ（第２遊星回転体）
２３ 第２キャリア
３０ リングギヤ（第１軌道リング、第２軌道リング）
３１ すべり軸受

Claims (6)

1. 第１遊星減速機構と第２遊星減速機構とを少なくとも有し、入力軸の回転運動を減速して出力軸へ伝達する遊星減速装置において、
   前記第１遊星減速機構は、前記入力軸と一体に回転するように設けられた第１太陽回転体と、前記第１太陽回転体の外周に配置された第１軌道リングと、前記第１太陽回転体と前記第１軌道リングとの間で自転しながら公転する複数の第１遊星回転体と、前記複数の第１遊星回転体の公転運動に伴って回転する第１キャリアとを有し、
   前記第２遊星減速機構は、前記第１キャリアと一体に回転するように設けられた第２太陽回転体と、前記第２太陽回転体の外周に配置された第２軌道リングと、前記第２太陽回転体と前記第２軌道リングとの間で自転しながら公転する複数の第２遊星回転体と、前記複数の第２遊星回転体の公転運動に伴って回転する第２キャリアとを有し、
   前記入力軸は前記第１キャリアの内周に挿入され、
   前記出力軸は前記第１キャリアの内周に挿入されないように配置され、
   前記第１キャリアの内周面を、前記入力軸によってこれと相対的に回転可能に支持し、前記出力軸によって支持しないことを特徴とする遊星減速装置。
2. 前記第１キャリアを、含油処理された焼結材料で構成し、
   前記第１キャリアの内周面が前記入力軸の外周面に対して直接接触して摺動するように構成した請求項１に記載の遊星減速装置。
3. 前記第１キャリアの内周面と前記入力軸の外周面との間に、すべり軸受を配置した請求項１に記載の遊星減速装置。
4. 前記第１遊星減速機構と前記第２遊星減速機構とのそれぞれの減速比を同じに設定し、前記第１軌道リングと前記第２軌道リングとを共通の軌道リングで構成した請求項１から３のいずれか１項に記載の遊星減速装置。
5. 電動モータと、前記電動モータの回転運動を少なくとも第１遊星減速機構と第２遊星減速機構とによって減速する遊星減速装置とを備える電動アクチュエータにおいて、
   前記遊星減速装置として、請求項１から４のいずれか１項に記載の遊星減速装置を用い、
   前記第１キャリアの内周面を支持する前記入力軸を、前記電動モータの回転軸としたことを特徴とする電動アクチュエータ。
6. 前記電動モータの回転軸を支持するために前記電動モータ内に設けられた軸受によって、前記第１キャリアを支持する請求項５に記載の電動アクチュエータ。

Images