説明

減速機構

【課題】出力軸の傾斜を効果的に抑制することができる減速機構を提供すること。
【解決手段】本発明による減速機構1は、入力軸2と入力軸2に駆動結合される太陽歯車3と、太陽歯車3の外周側に配置されて太陽歯車3に噛み合わされる遊星歯車4と、遊星歯車4を支持する遊星キャリア5と、遊星歯車4の外周側に位置して遊星歯車4に噛み合わされる内歯車6と、内歯車6に駆動結合される出力軸7と、出力軸7を回転自在に支持する軸受8と、軸受8を支持するとともに太陽歯車3と遊星歯車4と遊星キャリア5と内歯車6を外包する筐体9と、を含み、内歯車6の外周面に径方向外側から内側に向かう支持力を付与する付与手段11を含むことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、OA機器に用いられるステッピングモータ等のモータの減速、逆転等の動力伝達に用いられる減速機構に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、プリンタや複写機、FAX等のOA機器においては、主としてローラにより紙等の被印字媒体の送りを行っており、このローラは例えばベルト機構を介して減速機構の出力軸に連結され、この減速機構においては、減速機構の入力軸にモータのモータ出力軸が駆動結合される構成が用いられる。
【0003】
近年においてはモータと減速機構のトータルの体積減少の要請が高くなり、モータと減速機構を軸方向に近接配置し一体的に構成した、例えば、特許文献1に記載されるようなモータ組み込みの減速機構が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2006−234005号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところが、このような減速機構においては、減速機構の出力軸がベルト機構に駆動結合されて用いられた場合に、出力軸の端部に出力軸の中心軸線から径方向外側に向かう外力が作用するケースが多くなり、この径方向外側に向かう外力により出力軸が傾斜して、出力軸を支持する軸受に大きな摩擦負荷が発生するという問題が生じる。この摩擦負荷の増大は、軸受の摩耗増大と偏摩耗を招きやすいため、出力軸の傾斜は極力抑制することが要請される。
【0006】
本発明は、上記問題に鑑み、出力軸の傾斜を効果的に抑制することができる減速機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の問題を解決するため、本発明に係る減速機構は、
入力軸と当該入力軸に駆動結合される太陽歯車と、
当該太陽歯車の外周側に配置されて前記太陽歯車に噛み合わされる遊星歯車と、
当該遊星歯車を支持する遊星キャリアと、
前記遊星歯車の外周側に位置して前記遊星歯車に噛み合わされる内歯車と、
当該内歯車に駆動結合される出力軸と、
当該出力軸を回転自在に支持する軸受と、
当該軸受を支持するとともに前記太陽歯車と前記遊星歯車と前記遊星キャリアと前記内歯車を外包する筐体と、を含み、
前記内歯車の外周面に径方向外側から内側に向かう支持力を付与する付与手段を含むことを特徴とする。
【0008】
前記減速機構によれば前記出力軸が例えばベルト機構を構成するプーリに駆動結合されて、前記出力軸の端部に径方向外側に向かう外力が作用する場合において、前記付与手段が付与する支持力を前記外力に対抗する反力として利用することができる。
【0009】
すなわち、前記出力軸に前記外力が作用して、前記出力軸をこじる方向のモーメントが作用しても、前記支持力により当該モーメントを打ち消すモーメントを発生させて、前記出力軸が傾斜することを防止することができる。
【0010】
加えて、前記支持力を作用させる領域又は箇所を前記内歯車の外周面とすることにより、前記出力軸の中心軸線に対して径方向外側に離隔した位置で前記支持力を作用させることができるので、打ち消すモーメントを安定して得ることができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明の減速機構によれば、使用条件にかかわらず出力軸の傾斜を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明に係る実施例1の減速機構1の一実施形態を入力軸2の中心軸線Cを含む断面にて示す模式断面図である。
【図2】実施例1の減速機構1の一実施形態を構成する各構成要素を中心軸線C方向に並列して示す模式斜視図である。
【図3】実施例1の減速機構1の一実施形態におけるローラ11によるリングギヤ9の支持態様についてケーシング9を除去して示す模式斜視図である。
【図4】実施例1の減速機構1の一実施形態を入力軸2の中心軸線Cを含む断面にてローラ11を除去して示す模式断面図である。
【図5】実施例1の減速機構1の一実施形態におけるローラ11によるリングギヤ9の支持態様の変形例について示す模式断面図である。
【図6】実施例1の減速機構1の一実施形態におけるローラ11によるリングギヤ9の支持態様の変形例についてケーシング9を除去して示す模式斜視図である。
【図7】本発明に係る実施例2の減速機構1の一実施形態におけるベアリング12によるリングギヤ9の支持態様について示す模式断面図である。
【図8】実施例2の減速機構1の一実施形態におけるベアリング12の具体的構造を示す模式図である。
【図9】実施例2の減速機構1の一実施形態におけるベアリング12の具体的構造の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【実施例1】
【0014】
図1に示すように、本実施例1の減速機構1は、入力軸2、サンギヤ3(太陽歯車)、ピニオン4(遊星歯車)、遊星キャリア5、リングギヤ6(内歯車)、出力軸7、軸受8、ハウジング9(筐体)、ネジ10(螺合手段)、ローラ11(回転体:付与手段)を含んで構成される。
【0015】
入力軸2は、図1中に示されるステッピングモータMのモータ出力軸を兼ねるものであって、図2に示すように、サンギヤ3が具備する嵌合穴に圧入嵌合され得る中実丸棒のシャフト形状を有する。なお図2中において上側を出力側Oとし下側を入力側Iと称する。
【0016】
サンギヤ3は、入力軸2を嵌合するためのボスを中心部に有しており、外周側にはピニオン4の大径部4aと噛み合わされる歯を有している。
【0017】
ピニオン4は、サンギヤ3の外周側に周方向に等間隔に三箇所設置されて、それぞれのピニオン4の大径部4aの外周側には、サンギヤ3の歯に噛み合わされる歯が形成されており、大径部4aの出力側Oには小径部4bが一体的に形成されており、小径部4bの外周側にはリングギヤ6の内周側の歯に噛み合わされる歯が形成されている。
【0018】
遊星キャリア5は、出力側に突出する三本のシャフト5aを周方向に等間隔に有する。シャフト5aはピニオン4のボスに挿通されてそれぞれの中心に対してピニオン4をピニオン4自身の自転方向に回転自在に保持する。
【0019】
これとともに、遊星キャリア5は、これらの三本のシャフト5aの入力側Iが一体的に結合されるほぼ円板状の蓋部5bを含んでおり、蓋部5bの中心部には入力軸2とサンギヤ3を挿通する挿通孔5baが形成されている。
【0020】
蓋部5bのシャフト5aよりも外周側には、シャフト5aに対して周方向にずれた位置に、周方向等間隔に孔部5bbが形成されており、蓋部5bの外周縁部にはシャフト5aの外周側に位置する周方向等間隔の位置に切り欠き部5bcが形成されている。さらに、遊星キャリア5は、三本のシャフト5aを出力側Oの端部を支持する金具であるキャリア5cを図1に示すように含む。
【0021】
リングギヤ6は、入力側Iに向けて開口する円環筒状に形成されており、外周面6aは円筒状に形成されて、中心部には出力軸7の入力側Iの回止め用のDカット形状部7aを嵌合可能な嵌合穴6bが形成されている。また、外周面6aの内周側に位置する部分には、ピニオン4の小径部4bの歯に噛み合う歯が形成される。
【0022】
出力軸7は、上述した入力側IのDカット形状部7aを含む中実丸棒のシャフト形状を有しており、出力側Oには、ここでは図示しないベルト機構のプーリの嵌合穴が駆動結合されるDカット形状部7bを有している。
【0023】
軸受8は出力軸7のDカット形状部7aとDカット形状部7bとの間に形成される円筒面7cを回転自在に支持する内側摺動面を有しており、軸受8の外周縁面部はハウジング9の軸受支持部9cにより保持される。
【0024】
ハウジング9は、出力側Oに向けて開口する円筒部9aを側面とし平板部9bを底板とする有底円筒状に形成され、平板部9bの中央部には、軸受8の外周円面部が嵌合される軸受支持部9cが出力側Oに突出する円筒状に形成されている。
【0025】
平板部9bの外周縁部には周方向等間隔に三箇所の取り付け穴部9baが穿設されており、取り付け穴部9baの近傍部は入力側Iに向けて窪むとともに、後述するネジ10の頭部を収納するとともに支持する座面9bbが形成されている。
【0026】
平板部9bの取り付け穴部9ba及び座面9bbに対して周方向にずれた位置には、周方向に等間隔に三箇所の通口9dが形成され、円筒部9aの入力側Iの縁部には周方向等間隔に入力側Iに向けて突出する三つの爪部9eが形成されている。
【0027】
ネジ10は出力側Oに頭部を有し、入力側Iの端部に図示しない雄ネジ部を有しており、頭部と雄ネジ部との間に形成される円筒面に、例えばグリス等の潤滑剤を介して円筒状のローラ11を自転方向に回転自在に支持して含んでいる。
【0028】
なお、ローラ11をネジ10の円筒面に対して中心軸線C方向に拘束するにあたっては、例えば円筒面及びローラ11の内周面自体を周方向に摩擦係数を小さくし軸方向に摩擦係数を大きくすることにより支持する形態とすることのほか、ローラ11の端部が位置する部分に直径方向に貫通する図示しないピンを打ち込み、ピンの端部によりローラ11の中心軸線C方向の移動を規制する等の適宜の手段を用いることができる。
【0029】
図2に示した遊星キャリア5の三本のシャフト5aに、ピニオン4のボスを挿通してピニオン4の歯とギア3の歯を噛み合わせた状態で、キャリア5cを出力側Oから被せ、出力軸7が嵌合されたリングギヤ6を出力側Oから被せる。
【0030】
さらに、爪部9eを切り欠き部5bcに合わせながら軸受8を含むハウジング9を出力側から被せて、取り付け穴部9baにネジ10を挿通して、ネジ10の雄ネジ部を蓋部5bの孔部5bbに挿通して孔部5bbの入力側に位置する、図1に示すような予めステッピングモータMのモータハウジングに接合されたプレートPの図示しない雌ネジ部に螺合する。
【0031】
これらのことで、本実施例1の歯車機構1つまりギヤヘッドは組み立てられてステッピングモータMにプレートPを介して固定される。ハウジング9の入力側Iの開口は蓋部5bにより閉塞される。また、遊星キャリア5はプレートPに固定されて公転が規制される。
【0032】
図3に組み立てた後の歯車機構1についてハウジング9及びプレートPを省略した状態で示す。図3に示すように、リングギヤ6の外周面は周方向に等間隔に120度毎に位置するローラ11によりリングギヤ6を回転自在とした状態で径方向外側から内側に向けて支持される。
【0033】
ローラ11を自転自在に支持するネジ10は、ピニオン4の大径部4aが位置しない周方向位置に配置され、キャリア5cの蓋部5bに接する脚部5caは、ネジ10とピニオン4の大径部4aとの周方向の隙間に配置される。
【0034】
すなわち、本実施例1の減速機構1は、入力軸2と入力軸2に駆動結合されるサンギヤ3と、サンギヤ3の外周側に配置されてサンギヤ3に噛み合わされるピニオン4と、ピニオン4を支持する遊星キャリア5と、ピニオン4の外周側に位置してピニオン4に噛み合わされるリングギヤ6と、リングギヤ6に駆動結合される出力軸7と、出力軸7を回転自在に支持する軸受8と、軸受8を支持するとともにサンギヤ3とピニオン4と遊星キャリア5とリングギヤ6を外包するハウジング9と、を含む。
【0035】
また、減速機構1は、遊星キャリア5がハウジング9の入力側Iの開口部を閉塞する蓋部5bを含み、ハウジング9の出力側Oの平板部9bと蓋部5bを螺合により締結する螺合手段としてネジ10を含むとともに、ネジ10に回転自在に支持される円柱形状のローラ11(回転体)がリングギヤ6の外周面6aに径方向外側から内側に向かう支持力を付与する付与手段を構成する。
【0036】
ここで、ステッピングモータMに図示しない駆動回路により駆動電流が通電されると、サンギヤ3のボスに嵌合された入力軸2とともに、入力軸2の中心軸線Cを中心として、ステッピングモータMの駆動力に基づいて回転され、サンギヤ3からピニオン4を介してリングギヤ6に駆動力が伝達される。駆動力は、回転方向を逆転されかつ減速した状態で伝達されて、リングギヤ6に駆動結合された出力軸7は回転され、出力軸7に駆動結合されたプーリは回転される。なお入力軸2の中心軸線Cは、減速機構1全体、出力軸7及びリングギヤ6の中心軸線Cをも構成する。
【0037】
図3に示すようにプーリに対してベルトを経由して出力軸7の出力側O側の端部に径方向外側に向かう外力Fが作用すると、出力軸7には出力側O側の端部が入力側Iの端部に対して径方向外側にオフセットする方向のモーメントが作用する。
【0038】
ここで、本実施例1に示した減速機構1からローラ11を除去した形態の図4に示す減速機構では、ローラ11による外周面6aの径方向外側から内側に向かう支持力が作用しないので、外力Fが作用すると、出力軸7はモーメントが作用する方向、つまり出力側Oが入力側Iに対して径方向外側にオフセットする方向に傾斜する。
【0039】
ところが、本実施例1に示した減速機構1においては、周方向に等間隔に配置されたローラ11により、径方向外側から内側に向かう反力が作用し、外力Fにより発生するモーメントを打ち消すモーメントが作用するため、出力軸7は外力Fが作用しても傾斜することがない。
【0040】
すなわち、本実施例1の減速機構1においては、例えばベルト機構に出力軸7が駆動結合されて使用される条件において、外力Fが作用しても外力Fによるモーメントを打ち消す方向のモーメントをローラ11の支持力により発生させることができるので、出力軸7の傾きを極力防止して、軸受8の偏摩耗と摩耗増大を防止することができる。
【0041】
つまり、本実施例1の減速機構1においては、出力軸7がベルト機構を構成するプーリに駆動結合されるという、プリンタ等のOA機器においては頻繁に用いられる用途においては、出力軸7の出力側Oの端部に径方向外側に向かう外力が作用することが常時発生することを鑑みて、ローラ11がリングギヤ6の外周面に付与する支持力を外力に対抗する反力として利用した上で、出力軸7の傾斜を効果的に防止することができる。
【0042】
また、ローラ11が支持力を作用させる領域及び箇所をリングギヤ6の外周面6aとすることにより、出力軸7の中心軸線Cに対して径方向外側に離隔した位置で支持力を作用させることができるので、出力軸7の傾斜にあたっての回転中心から支持力の作用点までのモーメントアーム長を確保して、打ち消すモーメントを安定して得ることができる。
【0043】
加えて、ローラ11はネジ10の外周面に対して自転自在であって、駆動結合されて一体化された出力軸7とリングギヤ6を一の回転体と見なした場合に、出力軸7の円筒面7cについては軸受8で回転自在に支持し、リングギヤ6の外周面6aについては周上三箇所のローラ11により回転自在に支持することとなるので、軸受8の支持負担を減少させて、この観点からも軸受8の摩耗増大を防止することができる。また、リングギヤ6の外周面6aの径方向外側に元来存在するスペースを有効活用してローラ11を配置した上で、出力軸7の回転を安定化し軸受8の摩耗増大と偏摩耗を防止することができる。
【0044】
なお、本実施例1においては、ローラ11を中空の円柱形状とし、ローラ11の外周面を円筒面とし、ローラ11により支持されるリングギヤ6の外周面6aも円筒面として、接触面を中心軸線Cに平行な面としているが、接触面を出力軸7の傾斜の回転中心の径方向に平行つまり回転中心の周方向に垂直とすることもできる。
【0045】
この場合においては、図5の断面図及び図6の斜視図に示すように、ローラ11を出力側Oの直径が入力側Iの直径より大きい円錐形状とし、リングギヤ6の外周面を出力側Oの直径が入力側Iの直径より小さい円錐形状とする。このように接触面を出力軸7の傾斜の回転中心の径方向に平行とすることにより、外力Fが作用した場合に発生するモーメントにより、ローラ11とリングギヤ6の外周面に発生する支持力が接触面方向に逃げることを防止して、より安定した支持力を得ることができる。すなわち軸受8の摩耗増大と偏摩耗をより効果的に防止することができる。
【0046】
上述した実施例1においては、ハウジング9を蓋部5bに固定するネジ10を利用してローラ11を配置して、リングギヤ6の外周面6aを支持したが、ハウジング9の円筒部9aとリングギヤ6の外周面6aとの間の円環柱状の空間を利用してベアリングを埋め込む形態として、外力Fによるモーメントを打ち消すモーメントを発生させる支持力を確保することとしてもよい。以下それについての実施例2について述べる。
【実施例2】
【0047】
図7に示すように、本実施例2の減速機構21は、実施例1の減速機構1に対して、ローラ11を除去して換わりにベアリング12を設けた点が相違する。ハウジング9の円筒部9aはリングギヤ6の外周面6aに対向する内周面を含む。なお、本実施例2の減速機構21においても、ハウジング9をプレートPに固定するためのネジ10を設けてもよいが、このネジ10を設ける場合は例えばベアリング12のインナーレース13又はアウターレース14に適宜設けたここでは図示しない孔部を挿通させることができる。
【0048】
図8に示すように、ベアリング12はインナーレース13(内筒)とアウターレース14(外筒)とボール15を含む。なお、図8においては、図示の便宜上、ボール15の直径とインナーレース13とアウターレース14との径方向隙間を拡大して示している。
【0049】
インナーレース13の内周面は外周面6aに固定され、アウターレース14の外周面は円筒部9aの内周面に固定される。ボール15はアウターレース14とインナーレース13の径方向隙間に挟持される複数の転動体を構成し、この転動体が本発明の付与手段を構成する。
【0050】
本実施例2の減速機構21においては、付与手段を構成するボール15を図8に示すように、周方向八箇所の配置として、実施例1に示した減速機構1よりも支持力の作用する箇所を増大させている。これにより、支持力の合力を増大させ、外力Fによるモーメントを打ち消すモーメントをさらに安定的に発生することができる。
【0051】
また、外力Fの作用する方向が例えばベルトの弛み位置の変化等の外乱要因で変化する場合においても、支持力の発生箇所を周方向に増大させていることより、外力Fの方向の変化に依存して支持力にむら、増減が発生してしまうことを防止することができる。
【0052】
従って、本実施例2の減速機構21においては、より確実に外力Fによるモーメントを打ち消す方向のモーメントを発生させて、出力軸7の傾斜の発生をより確実に防止し、出力軸7の傾斜に伴う軸受8の偏摩耗を防止することができる。
【0053】
上述したことに加えて、実施例1においては、ローラ11を自転自在に支持するネジ10の配置位置が、ピニオン4の大径部4aを回避した周方向の位置に制限されてしまい、必然的にローラ11の配置自由度も制限されるところを、本実施例2の減速機構21においては、円環状のベアリング12をハウジング9の円筒部9aの内周面の支持により配置することができることから、付与手段としての配置自由度を高めることができる。
【0054】
なお、本実施例2においては、ベアリング12が含む八つのボール15を周方向に均等配置しているが、図9に示すように、外力Fの作用する方向と反対側の箇所に集中的に配置することもできる。
【0055】
図9に示すようにボール15の設置箇所を外力Fの作用する方向と反対側の箇所に集中的に配置することにより、例えば、想定される外力Fが大きくかつ方向の変化は小さい場合に、ベアリング12のボール15の数を増大と重量増加を招くことを防止することができる。
【0056】
すなわち、想定される外力Fに対して必要な箇所のみにおいてボール15を配置して、より効果的に支持力を発生させて、より確実に外力Fによるモーメントを打ち消す方向のモーメントを発生させて、出力軸7の傾斜の発生を防止して、出力軸7の傾斜に伴う軸受8の摩耗増大と偏摩耗を防止することができる。
【0057】
以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【0058】
本発明は、減速機構に関するものであり、適用される条件にかかわらず出力軸の傾斜を効果的に抑制することができるので、特には出力軸に径方向外側に向かう力が作用するケースの多い条件を有する箇所に適用して有益なものである。
【符号の説明】
【0059】
1 減速機構
2 入力軸
3 サンギヤ(太陽歯車)
4 ピニオン(遊星歯車)
5 遊星キャリア
5a シャフト
5b 蓋部
5c キャリア
6 リングギヤ(内歯車)
6a 外周面
7 出力軸
7a Dカット形状部
7b Dカット形状部
7c 円筒面
8 軸受
9 ハウジング(筐体)
9a 円筒部(内周面)
9b 平板部
9c 軸受支持部
10 ネジ(螺合手段)
11 ローラ(回転体:付与手段)
12 ベアリング
13 インナーレース(内筒)
14 アウターレース(外筒)
15 ボール(球体:転動体:付与手段)
P プレート
M ステッピングモータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力軸と当該入力軸に駆動結合される太陽歯車と、当該太陽歯車の外周側に配置されて前記太陽歯車に噛み合わされる遊星歯車と、当該遊星歯車を支持する遊星キャリアと、前記遊星歯車の外周側に位置して前記遊星歯車に噛み合わされる内歯車と、当該内歯車に駆動結合される出力軸と、当該出力軸を回転自在に支持する軸受と、当該軸受を支持するとともに前記太陽歯車と前記遊星歯車と前記遊星キャリアと前記内歯車を外包する筐体と、を含み、前記内歯車の外周面に径方向外側から内側に向かう支持力を付与する付与手段を含むことを特徴とする減速機構。
【請求項2】
前記遊星キャリアが前記筐体の前記入力側の開口部を閉塞する蓋部を含み、前記筐体の前記出力側の平板部と前記蓋部を螺合により締結する螺合手段を含むとともに、当該螺合手段に回転自在に支持される回転体が前記付与手段を構成することを特徴とする請求項1に記載の減速機構。
【請求項3】
前記回転体を円柱形状とすることを特徴とする請求項2に記載の減速機構。
【請求項4】
前記回転体を円錐形状とすることを特徴とする請求項2に記載の減速機構。
【請求項5】
前記筐体が前記内歯車の外周面に対向する内周面を含み、前記外周面に固定される内筒と前記内周面に固定される外筒と当該外筒と前記内筒の径方向隙間に挟持される複数の転動体を有するベアリングを含むとともに、当該転動体が前記付与手段を構成することを特徴とする請求項1に記載の減速機構。
【請求項6】
前記転動体を前記外力が指向する方向と反対側に集中配置することを特徴とする請求項5に記載の減速機構。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2012−219832(P2012−219832A)
【公開日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−83048(P2011−83048)
【出願日】平成23年4月4日(2011.4.4)
【出願人】(501398606)富士通コンポーネント株式会社 (848)
【Fターム(参考)】