JP7187888B2 - 遊星式動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は遊星式動力伝達装置に関する。

工作機械や産業機械の分野等において、低騒音かつ低振動で動力伝達が可能な減速機として遊星ローラ式動力伝達装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。この遊星ローラ式動力伝達装置は、図３に示すように、リング部材１１２と、第１の軸（太陽部材）１１３と、複数の遊星ローラ１１５と、キャリアユニット１１６と、第２の軸１１７とを備えている。

リング部材１１２は、遊星ローラ式動力伝達装置１１０のハウジング１１１の内周面に固定され、このリング部材１１２の内周面１１２ｂ上に複数の遊星ローラ１１５が配置されている。複数の遊星ローラ１１５の中央には、各遊星ローラ１１５の外周面に接触する第１の軸１１３が配置され、第１の軸１１３は、転がり軸受１１４を介してハウジング１１１に回転自在に支持されている。キャリアユニット１１６は、キャリアプレート１３１と支持軸１３２とからなり、各遊星ローラ１１５は、支持軸１３２に回転自在に支持されている。キャリアプレート１３１の中央部には第２の軸１１７が固定され、この第２の軸１１７が転がり軸受１４０を介してハウジング１１１に回転自在に支持されている。

以上の構成において、各遊星ローラ１１５は、第１の軸１１３の外周及びリング部材１１２の内周と所定の圧接力をもって接触し、これらの接触面にはトラクションオイルが塗布されている。そして、第１の軸１１３の回転動力が、トラクションオイルの剪断力によって遊星ローラ１１５に伝達され、この遊星ローラ１１５がリング部材１１２の内周面１１２ｂ上を転動する。これによってキャリアユニット１１６を介して第２の軸１１７に回転動力が伝達される。

特開２０１４－１５９７５号公報

この種の遊星ローラ式動力伝達装置は、工作機械等の各種機械に組み込まれるため、小型化が望まれている。特に、遊星ローラ式動力伝達装置へ回転動力を入力する機器と遊星ローラ式動力伝達装置からの出力を受ける機器との間隔を小さくすることが機械全体の小型化に大きく寄与するため、遊星ローラ式動力伝達装置の軸方向の幅を縮小することがより望まれる。

一方、図３に示すように、遊星ローラ１１５と支持軸１３２とはすべり接触する構成であり、両者の間にはわずかな隙間があるため、キャリアユニット１１６が第２の軸１１７の転がり軸受１４０を支点として傾く可能性がある。このようなキャリアユニット１１６の傾きは、第１の軸１１３と第２の軸１１７との同軸度を悪化させ、回転精度の低下や動力伝達能力の低下を招くことから、できるだけ抑制することが望ましい。

本発明は、装置の小型化が可能であり、回転精度や回転伝達能力の低下を抑制することができる遊星式動力伝達装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の遊星式動力伝達装置は、リング部材と、このリング部材の径方向内側において当該リング部材の軸心と同心状に配置された太陽部材と、前記太陽部材と同心状に配置され前記太陽部材に固定された第１の軸と、前記リング部材と前記太陽部材との間に設けられた複数の遊星部材と、各遊星部材をそれぞれ回転自在に支持する支持軸と、前記支持軸が固定されるとともに、前記リング部材の内周面に沿った前記遊星部材の公転に連動して回転するキャリア部材と、前記第１の軸と同心状に前記キャリア部材に固定された第２の軸と、前記リング部材、前記太陽部材、前記遊星部材、及び前記キャリア部材を収容するハウジングと、を備えており、前記キャリア部材の外周面が、前記ハウジングに軸受を介して回転自在に支持されている。

図３に示す従来の遊星式動力伝達装置の場合、キャリア部材（キャリアプレート）１３１は、第２の軸１１７を支持する軸受１４０を介してハウジング１１１に支持されていたため、この軸受１４０の取付スペースを確保するためにハウジング１１１を軸方向に幅広く形成する必要がある。これに対して、本発明では、キャリア部材の外周面がハウジングに軸受を介して支持されているので、第２の軸を支持する軸受が不要となり、その分、ハウジングの幅を縮小し、コンパクト化を図ることができる。また、キャリア部材がハウジングに直接支持されるので、キャリア部材の傾きが抑制され、第１の軸と第２の軸の同軸度を維持することができるので、回転精度の低下や動力伝達能力の低下を抑制することができる。

（２）好ましくは、前記軸受が、前記遊星部材の軸方向一方側への移動を制限する規制部材とされている。
図３に示す従来の遊星式動力伝達装置の場合、遊星ローラ１１５の軸方向両側の移動が鍔輪１１８によって規制されていた。これに対して本発明は、軸受が遊星部材の軸方向の移動を制限するので、少なくとも一方の鍔輪が不要となり、その分、部品点数を削減し、ハウジングの軸方向の幅を縮小することができる。

（３）好ましくは、前記軸受が、前記ハウジングに固定される外輪と、前記キャリア部材の外周面に固定される内輪と、前記外輪及び内輪の間に転動自在に配置された複数の転動体とを有する転がり軸受であり、前記内輪が、前記規制部材である。
キャリア部材を回転自在に支持する軸受の内輪は、キャリア部材と一体的に回転し、リング部材の内周面に沿った遊星部材の公転速度と同一の速度で回転する。そのため、内輪を遊星部材の規制部材とすることによって、内輪と遊星部材との相対移動を可及的に少なくすることができ、これらの部品の摩耗を抑制することができる。

（４）好ましくは、前記ハウジングは、前記リング部材の外周面を嵌合して固定する第１固定面と、前記軸受の外周面を嵌合して固定する第２固定面とを備えており、前記第１固定面と前記第２固定面とが同一径で互いに軸方向に連続して形成されている。
このような構成によって、リング部材と軸受との同軸度を高めることができ、リング部材の内周側に遊星部材を介して配置される第１の軸の軸心と、キャリア部材に固定される第２の軸の軸心とを高精度で一致させることができる。

本発明の遊星式動力伝達装置によれば、小型化が可能であり、回転精度や回転伝達能力の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る遊星式動力伝達装置の断面図である。 図１の要部の拡大断面図である。 従来技術に係る遊星式動力伝達装置の断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、本発明の一実施形態に係る遊星式動力伝達装置の横断面図である。
本実施形態の遊星式動力伝達装置１０は、トラクションドライブ型の遊星ローラ式動力伝達装置であり、ハウジング１１と、リング部材１２と、第１の軸１３（太陽部材１３ａ）と、第１転がり軸受１４と、複数の遊星ローラ（遊星部材）１５と、キャリアユニット１６と、第２の軸１７と、鍔輪１８と、第２転がり軸受１９と、を備えている。本明細書において、第１の軸１３に沿った方向の一方側を「軸方向一方側」、他方側を「軸方向他方側」という。

ハウジング１１は、アルミ合金等によって形成され、ハウジング本体２１と、蓋体２２とを備えている。ハウジング本体２１は、円筒形状に形成されている。ハウジング本体２１の軸方向一方側の端部には、径方向内方へ突出する突条部２１ａが形成されている。ハウジング本体２１の内周面は一定の内径を有している。また、ハウジング本体２１の内周面は、後述するように、リング部材１２を固定するための第１固定面２１ｂと、第２転がり軸受１９を固定するための第２固定面２１ｃとを有している。

蓋体２２は、円板形状に形成され、ハウジング本体２１の軸方向他方側に配置されている。蓋体２２の外周部は、ハウジング本体２１の軸方向他方側の端面にボルト２３によって固定されている。蓋体２２の中央には、第１転がり軸受１４を取り付けるための取付孔２２ａが形成されている。

リング部材１２は、例えば、高炭素クロム軸受鋼及び炭素鋼等の鋼材に焼入れ及び焼戻し等の硬化処理を行うことによって製作されている。リング部材１２は、断面が矩形状の環状体からなる。リング部材１２の外周面１２ａが、ハウジング本体２１の内周面における第１固定面２１ｂに圧入により嵌合されることによって、リング部材１２が第１固定面２１ｂに固定されている。

第１の軸１３は、例えば、高炭素クロム軸受鋼及び炭素鋼等の鋼材に焼入れ及び焼戻し等の硬化処理を行うことによって製作されている。第１の軸１３は、円柱形状に形成され、リング部材１２の軸心Ｏと同心状に配置されている。第１の軸１３は、蓋体２２に形成された取付孔２２ａに挿入され、取付孔２２ａに取り付けられた第１転がり軸受１４によって回転自在に支持されている。

第１転がり軸受１４は、取付孔２２ａの内面に嵌合・固定された外輪１４ａと、第１の軸１３の外周面に嵌合・固定された内輪１４ｂと、外輪１４ａ及び内輪１４ｂの間に転動自在に配置された転動体１４ｃとを有する転がり軸受である。この第１の軸１３は、例えばモータの出力軸にカップリング等を介して一体回転自在に連結され、モータからの回転動力が入力される入力軸となる。

遊星ローラ１５は、例えば、高炭素クロム軸受鋼及び炭素鋼等の鋼材に焼入れ及び焼戻し等の硬化処理を行うことによって製作されている。遊星ローラ１５は、円筒形状に形成され、リング部材１２と第１の軸１３との間に配置されている。本実施形態では、例えば３～４個の遊星ローラ１５が、周方向に等間隔で配置されている。遊星ローラ１５は、互いに同心の円筒面である外周面１５ａ及び内周面１５ｂを有している。図２にも示すように、遊星ローラ１５の軸方向の幅ｗ２は、リング部材１２の軸方向の幅ｗ１よりも僅かに小さい。

各遊星ローラ１５は、第１の軸１３の外周面及びリング部材１２の内周面１２ｂと転がり接触している。また、遊星ローラ１５の直径は、リング部材１２の内周と第１の軸１３の外周との間の径方向寸法よりわずかに大きい。したがって、遊星ローラ１５は、リング部材１２及び第１の軸１３に対して所定の圧接力を持って接触している。言い換えると、遊星ローラ１５及び第１の軸１３は、リング部材１２の内周に負すきまで組み込まれている。遊星ローラ１５とリング部材１２及び第１の軸１３との接触面には、トラクションオイルが塗布されている。そして、第１の軸１３が回転すると、トラクションオイルの剪断力によって遊星ローラ１５に回転動力が伝達され、リング部材１２の内周面１２ｂ上を遊星ローラ１５が公転する。

本実施形態では、第１の軸１３のうち複数の遊星ローラ１５に接触する部分が太陽部材１３ａとされている。つまり、本実施形態の第１の軸１３は、太陽部材１３ａを兼ねている。また、第１の軸１３は、太陽部材１３ａと一体に形成されることによって、太陽部材１３ａに固定された状態となる。ただし、第１の軸１３と太陽部材１３ａとは、別体で形成されていてもよく、この場合、第１の軸１３は、太陽部材１３ａに連結されることによって太陽部材１３ａに固定される。

キャリアユニット１６は、キャリアプレート（キャリア部材）３１と、支持軸３２とを有している。キャリアプレート３１は、アルミニウム合金鋼等によって円板状に形成され、遊星ローラ１５の軸方向一方側に配置されている。キャリアプレート３１の外周部には、複数の遊星ローラ１５に対応する複数の固定孔３１ｃが形成され、この固定孔３１ｃに支持軸３２が圧入により嵌合され固定されている。また、キャリアプレート３１の中心には、中心孔３１ｂが形成されている。

支持軸３２は、例えば、高炭素クロム軸受鋼及び炭素鋼等の鋼材に焼入れ及び焼戻し等の硬化処理を行うことによって製作されている。支持軸３２は、円柱形状に形成され、遊星ローラ１５の内周面１５ｂに挿入されて当該内周面１５ｂとすべり接触する。したがって、支持軸３２と内周面１５ｂとの間にはすべりを許容する僅かな隙間が形成されている。そのため、遊星ローラ１５は、支持軸３２上で軸方向に移動し得る。

第２の軸１７は、ステンレス鋼等によって円柱形状に形成されている。第２の軸１７は、第１の軸１３と同心状にキャリアプレート３１の中心孔３１ｂに圧入により嵌合され固定されている。第２の軸１７と各支持軸３２とは互いに平行であり、第２の軸１７は、キャリアプレート３１から軸方向一方側に突出し、各支持軸３２は、キャリアプレート３１から軸方向他方側に突出している。この第２の軸１７は、遊星ローラ式動力伝達装置１０の出力軸となり、第１の軸１３に入力されて減速された回転動力を外部に出力する。

鍔輪１８は、例えば工具鋼等の金属によって円環状に形成されている。鍔輪１８は、リング部材１２の軸方向他方側に隣接して配置され、リング部材１２と蓋体２２との間に挟持されている。鍔輪１８の外径は、ハウジング本体２１の内径と同一かわずかに小さい寸法とされている。鍔輪１８の内径は、リング部材１２の内径よりも小さい寸法であり、鍔輪１８は、リング部材１２の内周面１２ｂから径方向内側に突出している。前述したように、リング部材１２の内周面１２ｂ上を転動する遊星ローラ１５は支持軸３２上で軸方向に移動し得るが、遊星ローラ１５は、鍔輪１８によって軸方向他方側への移動が制限されている。

第２転がり軸受１９は、ハウジング１１に取り付けられ、キャリアユニット１６を回転自在に支持する。言い換えると、キャリアユニット１６は、ハウジング１１に第２転がり軸受１９を介して回転自在に支持されている。
第２転がり軸受１９は、外輪３５と、内輪３６と、内輪３６及び外輪３５の間に配置された複数の転動体３７とを有している。

外輪３５は、その外周面３５ａがハウジング本体２１の内周面に形成された第２固定面２１ｃに圧入により嵌合され、固定されている。外輪３５の外径（呼び寸法）は、リング部材１２の外径（呼び寸法）と同一である。外輪３５は、軸方向一方側の端面が突条部２１ａに接触し、軸方向一方側への移動が制限されている。また、外輪３５の軸方向他方側には、リング部材１２が隣接して配置されている。外輪３５の軸方向他方側の端面は、リング部材１２の軸方向一方側の端面と対向し、接触している。

内輪３６の内周面３６ａには、キャリアプレート３１の外周面３１ａが圧入により嵌合され、固定されている。内輪３６は、外輪３５と同一の軸方向の幅を有している。
転動体３７は、外輪３５の内周面に形成された軌道と、内輪３６の外周面に形成された軌道との間に配置されている。本実施形態の転動体３７は玉である。

図２は、図１の要部の拡大断面図である。
第２転がり軸受１９の内輪３６は、リング部材１２の内径よりも小さい外径を有している。そのため、内輪３６とリング部材１２とは、互いに接触することがない。また、内輪３６は、遊星ローラ１５の軸方向一方側に隣接して配置されている。前述したように、リング部材１２の内周面１２ｂ上を転動する遊星ローラ１５は、支持軸３２上で軸方向に移動し得るが、遊星ローラ１５の軸方向一方側への移動は内輪３６によって制限される。つまり、遊星ローラ１５は、鍔輪１８と内輪３６とによって軸方向両側への移動が制限されている。このように遊星ローラ１５の軸方向両側への移動が制限されることによって、遊星ローラ１５のスキューが抑制され、遊星ローラ１５による動力伝達能力の低下が防止されている。

以上に説明した本実施形態の遊星ローラ式動力伝達装置１０は、キャリアユニット１６におけるキャリアプレート３１の外周面３１ａが第２転がり軸受１９を介してハウジング１１に回転自在に支持されている。一方、従来の遊星ローラ式動力伝達装置１１０は、図３に示すように、キャリアプレート１３１に連結された第２の軸１１７が転がり軸受１４０を介してハウジング１１１に支持されている。従来の遊星ローラ式動力伝達装置１１０では、第２の軸１１７を支持する転がり軸受１４０が、キャリアプレート１３１の軸方向一方側に配置されているので、その分、ハウジング１１１の軸方向の幅Ｗｂが大きくなっていたが、本実施形態では、キャリアプレート３１自身が、その外周面に配置された第２転がり軸受１９を介してハウジング１１に支持されるので、従来の遊星ローラ式動力伝達装置１１０に比べてハウジング１１の軸方向の幅Ｗａを縮小することができ、遊星ローラ式動力伝達装置１０の小型化を図ることができる。

また、遊星ローラ１５の内周面１５ｂと支持軸３２の外周面との間にはわずかに隙間があり、この隙間によって支持軸３２を含むキャリアユニット１６全体が遊星ローラ１５に対して傾く可能性がある。図３に示す従来の遊星ローラ式動力伝達装置１１０では、キャリアユニット１１６は、転がり軸受１４０の部分を支点として大きく傾き、第１の軸１１３と第２の軸１１７との同軸度が悪化させるおそれがあるが、本実施形態では、キャリアユニット１６の傾きが第２転がり軸受１９によって抑えられるので、第１の軸１３と第２の軸１７との同軸度が維持され、回転精度の低下や動力伝達能力の低下を抑制することができる。

第２転がり軸受１９の内輪３６は、遊星ローラ１５の軸方向一方側への移動を制限する規制部材として機能しているので、前述した鍔輪１８を遊星ローラ１５の軸方向両側に設ける必要がない。そのため、部品点数を削減し、ハウジング１１の軸方向の幅Ｗａをより縮小することができる。

また、第２転がり軸受１９の内輪３６は、キャリアユニット１６とともに軸心Ｏまわりに回転するので、同じくキャリアユニット１６とともに公転する遊星ローラ１５との間の相対的な移動が遊星ローラ１５の自転によるもののみとなり、内輪３６と遊星ローラ１５との摺動量を少なくすることができる。そのため、内輪３６および遊星ローラ１５の摩耗を抑制することができる。

本実施形態のハウジング１１のハウジング本体２１は、リング部材１２を固定するための第１固定面２１ｂと、キャリアプレート３１を固定するための第２固定面２１ｃとを備えており、第１固定面２１ｂと第２固定面２１ｃとは同一径で互いに軸方向に連続して形成されている。そのため、第１固定面２１ｂ及び第２固定面２１ｃの加工を容易に行うことができる。また、第１固定面２１ｂ及び第２固定面２１ｃに固定されるリング部材１２とキャリアプレート３１との同軸度を高めることができるので、リング部材１２の内周側に遊星ローラ１５を介して配置される第１の軸１３と、キャリアプレート３１の中央に取り付けられる第２の軸１７との同軸度も高めることができる。

本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、遊星部材として遊星ローラが用いられていたが、遊星ギヤが用いられてもよい。この場合、リング部材の内周面及び第１の軸の外周面にも遊星ギヤに噛み合うギヤが形成される。

遊星ローラの内周面とキャリアユニットの支持軸との間には、滑り軸受や針状ころ軸受等、遊星ローラの軸方向の移動を許容するような軸受が設けられていてもよい。
キャリアユニットのキャリアプレートと支持軸とは一体に形成されていてもよい。また、キャリアプレートと第２の軸とも一体に形成されていてもよい。
キャリアプレートの外周面を支持する軸受は、転がり軸受に限らず滑り軸受であってもよい。

上記実施形態の遊星式動力伝達装置は、第１の軸が入力軸とされ、第２の軸が出力軸とされていたが、これに限定されるものではなく、第２の軸が入力軸とされ、第１の軸が出力軸とされていてもよい。
上記実施形態の遊星式動力伝達装置は、リング部材、遊星部材、キャリア部材、太陽部材、第１の軸、及び第２の軸のうちリング部材が固定されており、第１の軸を入力軸、第２の軸を出力軸として、第１の軸から入力された回転動力を減速して第２の軸から出力している。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、リング部材に代えて、キャリア部材又は太陽部材が固定されていてもよい。

１０：遊星ローラ式動力伝達装置（遊星式動力伝達装置）、１１：ハウジング、１２：リング部材、１２ａ：外周面、１２ｂ：内周面、１３：第１の軸、１３ａ：太陽部材、１５：遊星ローラ（遊星部材）、１７：第２の軸、１９：第２転がり軸受、２１ｂ：第１固定面、２１ｃ：第２固定面、３１：キャリアプレート（キャリア部材）、３１ａ：外周面、３２：支持軸、３５：外輪、３５ａ：外周面、３６：内輪、３７：転動体

Claims (2)

1. リング部材と、
   前記リング部材の径方向内側において前記リング部材の軸心と同心状に配置された太陽部材と、
   前記太陽部材と同心状に配置され前記太陽部材に固定された第１の軸と、
   前記リング部材と前記太陽部材との間に設けられた複数の遊星部材と、
   各遊星部材をそれぞれ回転自在に支持する支持軸と、
   前記支持軸が固定されるとともに、前記リング部材の内周面に沿った前記遊星部材の公転に連動して回転するキャリア部材と、
   前記第１の軸と同心状に前記キャリア部材に固定された第２の軸と、
   前記リング部材、前記太陽部材、前記遊星部材、及び前記キャリア部材を収容するハウジングと、を備えており、
   前記キャリア部材の外周面が、前記ハウジングに軸受を介して回転自在に支持されており、
   前記軸受が、前記ハウジングに固定される外輪と、前記キャリア部材の外周面に固定される内輪と、前記外輪及び内輪の間に転動自在に配置された複数の転動体とを有する転がり軸受であり、
   前記内輪が、前記遊星部材の軸方向一方側への移動を制限する規制部材とされ、
   前記内輪が、前記リング部材の内径よりも小さい外径を有し、
   前記内輪と前記遊星部材との隙間が、前記キャリア部材と前記遊星部材との隙間よりも小さい、遊星式動力伝達装置。
2. 前記ハウジングは、前記リング部材の外周面を嵌合して固定する第１固定面と、前記軸受の外周面を嵌合して固定する第２固定面とを備えており、前記第１固定面と前記第２固定面とが同一径で互いに軸方向に連続して形成されている、請求項１に記載の遊星式動力伝達装置。

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