JPH10231910A - 変速機構付き減速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のボール遊星減速機は減速比が一定であ
り、この減速比を必要に応じて変化させることができな
かった。 【解決手段】 内輪１１の外周面１１ａをテーパ状に形
成するとともに外輪１３の内周面１３ａをテーパ状に形
成し、ボール３が内輪１１の外周面１１ａと外輪１３の
内周面１３ａとの間をテーパ面に沿う周方向だけでなく
斜面方向にも移動可能に配置した。さらに、リテーナ１
２を内輪１１と外輪１３との間に介装されたテーパ状の
二重構造とし、この二重構造のリテーナ１２のうち内リ
テーナ１４には回転軸に対して斜めに第１の溝１４ａを
形成し、外リテーナ１５には第１の溝１４ａに交叉する
第２の溝１５ａを形成し、これら第１の溝１４ａと第２
の溝１５ａとが交叉した部分にボール３をひとつずつ配
置し、内リテーナ１４に対して外リテーナ１５を回転さ
せることによってボール３をテーパ面に沿う斜面方向に
移動可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、減速比を自在に変
化させることが可能な変速機構付き減速機に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータ等の回転駆動源から所望の回転数
やトルクを得るための減速機として、図１５に示すよう
に、ボールベアリングタイプの転がり軸受の内輪１に対
して一体に回転するように入力軸２が固定され、複数の
ボール３を保持してこれらボール３の内輪１まわりの公
転に伴って内輪１と同じ回転軸まわりに回転するリテー
ナ４に出力軸５が固定されているものがある。

【０００３】この減速機は一般にボール遊星減速機と呼
ばれており、入力軸２を回転させると内輪１の外周に接
して配置された複数のボール３が公転することを利用し
て、これら複数のボール３を保持しこれらの公転に伴っ
て回転するリテーナ４に固定された出力軸５から所望の
回転数を得て減速を図るものである。

【０００４】このボール遊星減速機の減速比μは、ボー
ル３に接する内輪１の外径をｄ、内輪１の外周に設けら
れてボールに接する外輪６の内径をＤとすると、 μ＝（Ｄ＋ｄ）／ｄ で表される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なボール遊星減速機の減速比は一定であるため、出力軸
の回転数を変化させる必要が生じた場合には変速機を別
に設けなければならなかった。しかしながら、変速機を
別に設ければスペースを余分に必要とする等の不具合が
生じるだけでなく、減速機および変速機を含めた回転駆
動機構の構造が複雑になり、小型モータ等に対しては実
施が困難であった。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、変速機構を備えることで減速比を変化させるこ
とが可能であり、所望の回転数を得ることができる変速
機構付き減速機を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、内輪の外周面がテーパ状に形成される
とともに外輪の内周面が内輪の外周面に沿うテーパ状に
形成され、転動体がこれら内輪の外周面と外輪の内周面
との間をテーパ面に沿う周方向だけでなく斜面方向にも
移動可能に配置されている構造を備える変速機構付き減
速機を採用する。

【０００８】この変速機構付き減速機において、リテー
ナは内輪と外輪との間に介装されたテーパ状の二重構造
を有し、この二重構造のリテーナのうち出力軸に固定さ
れた内リテーナに回転軸に対して斜めに第１の溝が形成
され、該内リテーナの周囲を回転軸まわりに回転可能に
装着された外リテーナには第１の溝に交叉する第２の溝
が同様に形成され、これら第１の溝と第２の溝とが交叉
した部分に転動体がひとつずつ配置されており、内リテ
ーナに対して外リテーナを回転させることによって転動
体をテーパ面に沿う斜面方向に移動できるようになって
いる。

【０００９】さらにリテーナには、内リテーナに対して
外リテーナを所望の位置に固定する固定手段が設けられ
ている。この固定手段には、内リテーナおよび外リテー
ナにそれぞれ設けた嵌合部分にキーとなる部材を噛み合
わせるもの、内リテーナに嵌着させた部材で外リテーナ
を固定するもの、ネジ部材もしくはナット部材を使用し
て外リテーナで内リテーナを締め付けて固定するもの、
ウォームギヤを利用したもの等が採用される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係る変速機構付き減速機
の第１の実施形態を図１ないし図５に示して説明する。
図１ないし図３に示す変速機構付き減速機は、転がり軸
受の内輪１１に対して一体に回転するように入力軸２が
固定され、転動体としてのボール３を保持してこれらボ
ール３の公転に伴って内輪１１と同じ回転軸まわりを回
転するリテーナ１２に対して一体に回転するように出力
軸５が固定される減速機である。

【００１１】内輪１１の内側には入力軸２が先端から圧
入されて固定されており、内輪１１の外周面１１ａは出
力軸５から入力軸２に向う方向に漸次拡径されてテーパ
状に形成されている。

【００１２】外輪１３の内周面１３ａは内輪１１の外周
面１１ａとの間に等しい間隔を空けてテーパ状に形成さ
れており、ボール３はこれら内輪１１の外周面１１ａと
外輪１３の内周面１３ａとの間をテーパ面に沿う周方向
だけでなく斜面方向にも移動可能に配置されている。な
お、外輪１３は図示しないハウジングにその外周部分を
接して固定されている。

【００１３】リテーナ１２は内輪１１と外輪１３との間
に介装されたテーパ状の二重構造を有しており、この二
重構造のリテーナ１２のうち出力軸５に固定される内リ
テーナ１４には出力軸５の回転軸に対して斜め方向に切
除された第１の溝１４ａが回転軸方向からみて略放射状
に複数形成されている。この第１の溝１４ａの幅はボー
ル３の直径よりも僅かに大きく設定されており、この溝
に沿ってボール３が移動できるようになっている。

【００１４】内リテーナ１４の周囲を回転可能に装着さ
れた外リテーナ１５には第１の溝１４ａに交叉するよう
に第１の溝１４ａとは逆斜め方向に切除された第２の溝
１５ａが回転軸方向から見て略放射状に複数形成されて
いる。この第２の溝１５ａの幅もボール３の直径よりも
僅かに大きく設定されており、この溝に沿ってボール３
が移動できるようになっている。

【００１５】内リテーナ１４と外リテーナ１５を重ねて
配置すると、これら第１の溝１４ａと第２の溝１５ａと
が交叉した部分に略矩形の孔が形成され、この交叉部分
にはボール３がひとつずつ配置されている。

【００１６】また、内リテーナ１４の小径端には回転軸
方向に延出した内スリーブ１６が一体に形成され、外リ
テーナ１５の小径端にも同様に回転軸方向に延出した外
スリーブ１７が一体に形成されており、内スリーブ１６
の内側には出力軸５が先端から圧入されて固定されてい
る。

【００１７】さらに、内リテーナ１４の周囲を回転可能
に装着された外リテーナ１５を内リテーナ１４に対して
所望の位置に固定する手段として、内スリーブ１６の端
面には全周にわたって第１の凹凸１６ａが形成され、外
スリーブ１７の端面にも全周にわたって第２の凹凸１７
ａが形成されている。これら第１の凹凸１６ａ、第２の
凹凸１７ａはともに波形に形成されており、内リテーナ
１４に対して外リテーナ１５を回転させることによりこ
れら凹凸が段階的に重なり合うようになっている。

【００１８】出力軸５には内リテーナ１４に固定された
先端と基端との間に内リテーナ１４に対して外リテーナ
１５を固定する固定リング１８が挿嵌されている。この
固定リング１８のリテーナ１２側に向く一方の端面には
重なり合った第１の凹凸１６ａ、第２の凹凸１７ａと同
様の第３の凹凸１８ａが形成されており、この第３の凹
凸１８ａが、重なり合った第１の凹凸１６ａ、第２の凹
凸１７ａと噛み合うことで内リテーナ１４に対して外リ
テーナ１５が固定されるようになっている。

【００１９】また、出力軸５には基端側に設けられた膨
出部によって段部５ａが形成され、この段部５ａと固定
リング１８との間にはコイルバネ１９が挿嵌されてい
る。固定リング１８はこのコイルバネ１９の弾発力によ
り通常リテーナ１２側に向けて付勢されており、重なり
合った第１の凹凸１６ａ、第２の凹凸１７ａと第３の凹
凸１８ａとの噛み合いが保たれて内リテーナ１４に対し
て外リテーナ１５が固定されている。なお、減速比を変
化させる場合には、コイルバネ１９を圧縮させて固定リ
ング１８を出力軸５の基端側に移動させておき、この状
態で外リテーナ１５を回転させて所望の減速比が得られ
る位置でコイルバネ１９の圧縮を開放して固定リング１
８を出力軸５の先端側に移動させて第１の凹凸１６ａ、
第２の凹凸１７ａに第３の凹凸１８ａを噛み合わせ、内
リテーナ１４に対して外リテーナ１５を固定する。

【００２０】上記のように構成された変速機構付き減速
機において、内リテーナ１４、外リテーナ１５にそれぞ
れ設けられた第１の溝１４ａと第２の溝１５ａとの交叉
部分は、内リテーナ１４に対して外リテーナ１５を回転
させることによって内輪１１の外周面１１ａと外輪１３
の内周面１３ａとの間をテーパ面に沿う斜面方向に移動
する。そして、この交叉部分に配置されたボール３も、
交叉部分の移動に伴い斜面方向に移動する。

【００２１】そこで、図４（ａ）に示すように外リテー
ナ１５を内リテーナ１４に対して一方向に回転させる
と、ボール３は図４（ｂ）に示すように内輪１１と外輪
１３との間を内輪１１の外径が小さい入力軸２の先端側
に移動する。ボール３がこの位置にあるとき、内輪１１
のボール３が接する部分の外径をｄ_a、外輪１３のボー
ル３が接する部分の内径をＤ_aとするとその減速比μ
_aは、 μ_a＝（Ｄ_a＋ｄ_a）／ｄ_a で表される。

【００２２】また、図５（ａ）に示すように外リテーナ
１５を内リテーナ１４に対して他方向に回転させると、
ボール３は図５（ｂ）に示すように内輪１１と外輪１３
との間を内輪１１の外径が大きい入力軸２の基端側に移
動する。ボール３がこの位置にあるとき、内輪１１のボ
ール３が接する部分の外径をｄ_b、外輪１３のボール３
が接する部分の内径をＤ_bとするとその減速比μ_bは、 μ_b＝（Ｄ_b＋ｄ_b）／ｄ_b で表される。

【００２３】ここで、ボール３の直径は一定であるの
で、一般にｄが小さいとＤ／ｄの値が大きくなってμも
大きく、ｄが大きくなるにつれてＤ／ｄの値が小さくな
ってμも小さくなる。そのため、ｄ_a＜ｄ_bであることか
らボール３が図４（ｂ）に示した位置にあるときには減
速比が大きく、ボール３が図５（ｂ）に示した位置にあ
るときには減速比が小さくなる。

【００２４】上記のように構成された変速機構付き減速
機によれば、内リテーナ１４に対して外リテーナ１５を
回転させてこれらの相対位置を変化させることで、リテ
ーナ１２に保持されているボール３を内輪１１の外周面
１１ａと外輪１３の内周面１３ａとの間をテーパ面に沿
う斜面方向に移動させることができ、これによって減速
比を自在に変化させることが可能となる。

【００２５】また、内スリーブ１６に設けた第１の凹凸
１６ａと外スリーブ１７に設けた第２の凹凸１７ａとを
段階的に重ね合わせ、さらにこれら重ね合わせた第１の
凹凸１６ａ、第２の凹凸１７ａとに固定リング１８に設
けた第３の凹凸１８ａを噛み合わせることで内リテーナ
１４に対して外リテーナ１５を固定することができ、こ
れによって段階的に所望の減速比が得られるだけでな
く、機構が単純で小型化が可能なので、マイクロモータ
等の小型モータを備える回転機構にも採用することがで
きる。

【００２６】次に、本発明に係る変速機構付き減速機の
その他の実施形態を図６ないし図１４に示して説明す
る。以下に示す変速機構付き減速機は、内リテーナ１４
に対して外リテーナ１５を所望の位置に固定する手段と
して様々な機構を備えるものである。

【００２７】まず、図６に示す変速機構付き減速機に
は、外スリーブ１７の端面に内スリーブ１６の周面に沿
って張り出した突出部２０が形成されている。さらに内
スリーブ１６にはＣ形リング２１が嵌着され、このＣ形
リング２１の一対の先端２１ａ、２１ｂで突出部２０を
挟むことにより内リテーナ１４に対して外リテーナ１５
が固定されている。また、内リテーナ１４の周面には目
盛り２２が刻まれており、この目盛り２２に突出部２０
を合わせることで減速比が設定されるようになってい
る。

【００２８】また、同様のＣ形リングを使用した他の例
として図７（ａ）に示す変速機構付き減速機は、外スリ
ーブ１７に回転軸方向に向けて切り欠き溝３０が形成さ
れている。さらに外スリーブ１７にはＣ形バンド３１が
嵌着され、外スリーブ１７を周囲から締め付けることに
より内リテーナ１４に対して外リテーナ１５が固定され
ている。なお、外スリーブ１７を締め付ける部材には、
Ｃ形バンド３１だけでなく、図７（ｂ）に示すようなＣ
形リング３２や管締め付け用のコイルスプリング３３等
を使用することも可能である。

【００２９】これら図６、図７に示す変速機付き減速機
についてその減速比を変化させるときには、まずＣ形リ
ング２１（もしくはＣ形バンド３１）を緩め、外リテー
ナ１５を所望の減速比が得られる位置まで回転させた
後、再びＣ形リング３１を嵌着させて外リテーナ１５を
固定する。これにより無段階に所望の減速比を得ること
ができる。

【００３０】図８に示す変速機構付き減速機は、出力軸
５が抜き差し可能とされた内スリーブ１６に出力軸５の
軸方向に向けて第１のキー溝４０が形成されており、外
スリーブ１７には第１のキー溝４０に合致する第２のキ
ー溝４１が複数形成されている。さらに出力軸５には突
起状のキー４２が設けられており、このキー４２を合致
させた第１のキー溝４０と第２のキー溝４１のひとつと
に嵌合させることにより内リテーナ１４に対して外リテ
ーナ１５が固定されている。なお、キー４２にはスプラ
イン形状のものを採用してもよい。

【００３１】この変速機付き減速機についてその減速比
を変化させるときには、まず出力軸５を内スリーブ１６
から抜き出し、外リテーナ１５を所望の減速比が得られ
るように、第１のキー溝４０に第２のキー溝４１のいず
れかを合致させたうえで出力軸５を内スリーブ１６に挿
入し、合致させた第１のキー溝４０と第２のキー溝４１
とにキー４２を嵌合させて外リテーナ１５を固定する。
これにより段階的に所望の減速比を得ることができる。

【００３２】図９に示す変速機構付き減速機は、出力軸
５が抜き差し可能とされた内スリーブ１６に小径の孔５
０が形成されており、外スリーブ１７には孔５０に連通
する長孔５１が外スリーブ１７の周方向に形成されてい
る。さらに出力軸５にはその周面にネジ穴５２が形成さ
れており、長孔５１および孔５０に挿通させたボルト５
３をネジ穴５２に螺合させることにより外スリーブ１７
がボルト５３に押さえられて内リテーナ１４に対して外
リテーナ１５が固定されている。

【００３３】また、ネジ止めによる他の例として図１０
に示す変速機構付き減速機は、外スリーブ１７に回転軸
方向に向けて切り欠き溝６０が形成されるとともに、こ
の切り欠き溝６０を挟んで両側にネジ台座６１、６２が
設置されており、このネジ台座６１、６２間にボルト６
３を螺合させて締め付けることにより外スリーブ１７の
径が絞られて内リテーナ１４に対して外リテーナ１５が
固定されている。

【００３４】これら図９、図１０に示す変速機付き減速
機についてその減速比を変化させるときには、まずボル
ト５３（もしくは６３）を緩め、外リテーナ１５を所望
の減速比が得られる位置まで回転させた後、再びボルト
５３（もしくは６３）を締めて外リテーナ１５を固定す
る。これにより無段階に所望の減速比を得ることができ
る。

【００３５】図１１に示す変速機構付き減速機は、内ス
リーブ１６の外周面に雄ネジ部７０が形成されており、
この雄ネジ部７０にワッシャ７１を挟んでナット７２が
螺合されている。外リテーナ１５は雄ネジ部７０に螺合
されたナット７２によって内リテーナ１４側に押し付け
られており、これによって内リテーナ１４に対して外リ
テーナ１５が固定されている。

【００３６】また、ナット止めによる他の例として図１
２に示す変速機構付き減速機は、外スリーブ１７の外周
面に雄ネジ部８０が形成されるとともに、外スリーブ１
７に回転軸方向に向けて複数の切り欠き溝８１が形成さ
れてチャック状とされている。そして、この雄ネジ部８
０にナット８２を螺合させることにより外スリーブ１７
の径が絞られて内リテーナ１４に対して外リテーナ１５
が固定されている。

【００３７】これら図１１、図１２に示す変速機付き減
速機についてその減速比を変化させるときには、まずナ
ット７２（もしくは８２）を緩め、外リテーナ１５を所
望の減速比が得られる位置まで回転させた後、再びナッ
ト７２（もしくは８２）を締めて外リテーナ１５を固定
する。これにより無段階に所望の減速比を得ることがで
きる。

【００３８】図１３に示す変速機構付き減速機は、出力
軸５が固定された内スリーブ１６の周面にウォーム歯車
９０が形成されている。また、外スリーブ１７の側面に
は開口９１が形成されるとともに、外スリーブ１７の側
面には開口９１を通してウォーム歯車９０に噛み合うウ
ォーム９２が設置されており、このウォーム９２を回転
させることにより内リテーナ１４に対して外リテーナ１
５が回転可能に保持されながらも外リテーナ１５が固定
されている。

【００３９】また、ウォームギヤを使用した他の例とし
て図１４に示す変速機構付き減速機は、外スリーブ１７
の端面にウォーム歯車１００が形成され、内スリーブ１
６の側面にはウォーム歯車１００に噛み合うウォーム１
０１が設置されており、このウォーム１０１を回転させ
ることにより内リテーナ１４に対して外リテーナ１５が
回転可能に保持されながらも外リテーナ１５が固定され
ている。

【００４０】これら図１３、図１４に示す変速機構付き
減速機についてその減速比を変化させるときには、ウォ
ーム９２（もしくは１０１）を回転させて外リテーナ１
５を所望の減速比が得られる位置まで回転させるだけで
よい。これにより無段階に所望の減速比を得ることがで
きる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の変速機構
付き減速機によれば、内リテーナに対して外リテーナを
回転させてこれらの相対位置を変化させることで、リテ
ーナに保持されているボールを内輪の外周面と外輪の内
周面との間をテーパ面に沿う斜面方向に移動させること
ができ、これによって減速比を自在に変化させて出力軸
から所望の回転数を得ることができる。しかも、機構が
単純で小型化が可能なので、マイクロモータ等の小型モ
ータを備える回転機構にも採用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る変速機構付き減速機の第１の実
施形態を示す分解斜視図である。

【図２】 図１に示した変速機構付き減速機の要部断面
斜視図である。

【図３】 同じく、図１に示した変速機構付き減速機の
側方断面図である。

【図４】 図１に示した変速機構付き減速機の作動状態
を示す図であって、減速比を大きくしたときの変速機構
付き減速機の要部断面斜視図および側方断面図である。

【図５】 図１に示した変速機構付き減速機の作動状態
を示す図であって、減速比を小さくしたときの変速機構
付き減速機の要部断面斜視図および側方断面図である。

【図６】 本発明に係る変速機構付き減速機のその他の
実施形態を示す図であって、内リテーナに対する外リテ
ーナの固定手段としてＣ形リングを採用した減速機を示
す斜視図である。

【図７】 同じく、内リテーナに対する外リテーナの固
定手段としてＣ形バンドを採用した減速機を示す側面図
である。

【図８】 同じく、内リテーナに対する外リテーナの固
定手段としてキーとキー溝との嵌合を採用した減速機を
示す斜視図である。

【図９】 同じく、内リテーナに対する外リテーナの固
定手段としてネジ止めを採用した減速機を示す斜視図で
ある。

【図１０】 同じく、内リテーナに対する外リテーナの
固定手段としてネジによる外リテーナの締め付けを採用
した減速機を示す斜視図である。

【図１１】 同じく、内リテーナに対する外リテーナの
固定手段としてナット止めを採用した減速機を示す斜視
図である。

【図１２】 同じく、内リテーナに対する外リテーナの
固定手段としてチャック加工した外リテーナのナット止
めを採用した減速機を示す斜視図である。

【図１３】 同じく、内リテーナに対する外リテーナの
固定手段としてウォームギヤを採用した減速機を示す斜
視図である。

【図１４】 同じく、内リテーナに対する外リテーナの
固定手段としてウォームギヤを採用した減速機を示す斜
視図である。

【図１５】 従来のボール遊星減速機の一例を示す断面
図である。

【符号の説明】

２ 入力軸 ３ ボール ５ 出力軸 １１ 内輪 １１ａ 外周面 １２ リテーナ １３ 外輪 １３ａ 内周面 １４ 内リテーナ １４ａ 第１の溝 １５ 外リテーナ １５ａ 第２の溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転がり軸受の内輪に対して一体に回転す
   るように入力軸が固定され、球状の転動体を保持して該
   転動体の公転に伴って内輪と同じ回転軸まわりを回転す
   るリテーナに対して一体に回転するように出力軸が固定
   された減速機であって、 内輪の外周面がテーパ状に形成されるとともに外輪の内
   周面が内輪の外周面に沿うテーパ状に形成され、転動体
   がこれら内輪の外周面と外輪の内周面との間をテーパ面
   に沿う周方向だけでなく斜面方向にも移動可能に配置さ
   れ、 リテーナは内輪と外輪との間に介装されたテーパ状の二
   重構造を有し、この二重構造のリテーナのうち出力軸に
   固定された内リテーナに回転軸に対して斜めに第１の溝
   が形成され、該内リテーナの周囲を回転軸まわりに回転
   可能に装着された外リテーナには第１の溝に交叉する第
   ２の溝が同様に形成され、これら第１の溝と第２の溝と
   が交叉した部分に転動体がひとつずつ配置され、内リテ
   ーナに対して外リテーナを回転させることによって転動
   体をテーパ面に沿う斜面方向に移動可能であることを特
   徴とする変速機構付き減速機。