(57)【要約】【課題】  サーボモータと組合わせて広い範囲の回転を得る、各種装置、機械の主軸駆動装置に適用できる低振動、低騒音の遊星ローラ式減速装置を供給する。【解決手段】  遊星ローラ機構を複数個用いた遊星ローラ式減速機において、次段の入力軸となる最前段の遊星ローラ機構のキャリアの軸を後方に長く延ばして第１伝動軸とした後端部に外スプラインと、次段の遊星ローラ機構のキャリアの軸を第１伝動軸の中間部に外嵌装する円筒状の第２伝動軸とした後端部に外スプラインと、前部に第１伝動軸の外スプラインと第２伝動軸の外スプラインにそれぞれ選択的に噛合する２個の内スプラインと、後部が最終の出力軸とスプライン結合して軸方向に摺動自在な切替軸と、切替軸を軸方向に往復動させる切替軸駆動手段とを設け、切替軸を軸方向に移動させ、切替軸の２個の内スプラインを第１又は第２伝動軸の外スプラインの一方に係合させるようにした遊星ローラ式減速機。【選択図】  図１
2006214560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータの出力軸と継手を介して入力軸を結合された遊星ローラ式減速機であって、該減速機の内リングを固定し、太陽ローラ軸を入力軸とし、遊星ピンを支持するキャリアの軸を出力軸として減速する遊星ローラ機構を複数個用いた遊星ローラ式減速機において、次段の入力軸となる最前段の遊星ローラ機構のキャリアの軸を後方に長く延ばして第１伝動軸とした後端部に外スプラインと、次段の遊星ローラ機構のキャリアの軸を前記第１伝動軸の中間部に外嵌装する円筒状の第２伝動軸とした後端部に外スプラインと、前部に前記第１伝動軸の外スプラインと第２伝動軸の外スプラインにそれぞれ選択的に噛合する２個の内スプラインと、後部が最終の出力軸とスプライン結合して軸方向に摺動自在な切替軸と、該切替軸を軸方向に往復動させる切替軸駆動手段とを設け、該切替軸を軸方向に移動させ、該切替軸の２個の内スプラインを前記第１又は第２伝動軸の外スプラインの一方に係合させるようにしたことを特徴とする遊星ローラ式減速機。
【請求項２】
請求項１に記載する遊星ローラ式減速機において、前記継手が一端に軸方向に突出する複数の爪を備え、サーボモータの出力軸に固定される継手部材と、減速機の入力軸の一端に一体に形成され前記の継手部材の爪に対向して軸方向に突出する複数の爪と、該入力軸の爪と前記継手部材の爪との間に挟まれて互いに円周方向の押圧力を伝える弾性体とよりなる差込型のたわみ継手であることを特徴とする遊星ローラ式減速機。    
【請求項３】
請求項２に記載する遊星ローラ式減速機において、前記継手部材が沈みキー又は円錐環によってサーボモータの出力軸を固定することを特徴とする遊星ローラ式減速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種装置、機械等の主軸駆動装置等に用いられる減速機の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種装置、機械では高速低トルクでの駆動が必要な場合と、低速高トルクでの駆動が必要な場合とがあり、これらの回転速度に対応するために、従来、主軸駆動装置には一般に汎用のモータと速比可変の歯車式減速装置との組合わせが多用されている。近時サーボモータによって減速装置を用いずに可成り広い範囲の回転速度に対応できるようになっているが、技術の進歩により更に回転速度範囲の拡大が望まれていて、サーボモータを用いてもなお２段程度の機械的な変速を行うことが望まれている。（例えば、特許文献１（特開平６−２４９３０４号公報））
【０００３】
また、サーボモータ（駆動モータ）の出力軸と減速機の入力軸との結合は、両者を突合わせ、キーを用いるフランジ型固定継手、ハブ型固定継手、たわみ継手、及びスプライン型継手等で行われる。（例えば、特許文献２（特開平４−３９４４９号公報））
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４９３０４号公報（図１、図２）
【特許文献２】特開平４−３９４４９号公報（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、主軸駆動装置に歯車式減速装置を用いる場合には、歯車の噛合によって振動及び騒音が発生し、振動は精密加工等に不具合を生ずるほか、騒音は製品品質を低下させる不具合がある。   
【０００６】
また、サーボモータを減速機にマウントして一体に結合するときには、サーボモータの出力軸と減速装置の入力軸との結合に、スプライン型継手を用いるとモータ側出力軸に特殊な加工を要し、フランジ型及びハブ型ではサーボモータのマウントを含めアライニング調整が難しく、部品の精度を高める必要が生じ、また、たわみ継手はアライニングは容易であるが軸方向の寸法が大きくなるという欠点がある。   
【０００７】
本発明は、サーボモータと組合わせて広い範囲の回転を得るための各種装置、機械の主軸駆動装置に適用できる低振動、低騒音の遊星ローラ式減速装置を供給することを第１の目的としている。                               
また、本発明は、サーボモータの出力軸に特殊な仕様を課さず、関係する部品の精度を緩やかにしてもアライニングが容易で、かつ軸方向の長さが短い継手によって連結されたサーボモータと一体の遊星ローラ式減速機を提供することを第２の目的としている。  
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題点に対し、以下の手段により課題の解決を図る。
（１）サーボモータの出力軸と継手を介して入力軸を結合された遊星ローラ式減速機であって、該減速機の内リングを固定し、太陽ローラ軸を入力軸とし、遊星ピンを支持するキャリアの軸を出力軸として減速する遊星ローラ機構を複数個用いた遊星ローラ式減速機において、次段の入力軸となる最前段の遊星ローラ機構のキャリアの軸を後方に長く延ばして第１伝動軸とした後端部に外スプラインと、次段の遊星ローラ機構のキャリアの軸を前記第１伝動軸の中間部に外嵌装する円筒状の第２伝動軸とした後端部に外スプラインと、前部に前記第１伝動軸の外スプラインと第２伝動軸の外スプラインにそれぞれ選択的に噛合する２個の内スプラインと、後部が最終の出力軸とスプライン結合して軸方向に摺動自在な切替軸と、該切替軸を軸方向に往復動させる切替軸駆動手段とを設け、該切替軸を軸方向に移動させ、該切替軸の２個の内スプラインを前記第１又は第２伝動軸の外スプラインの一方に係合させるようにした遊星ローラ式減速機。
【０００９】
（２）上記（１）に記載する遊星ローラ式減速機において、前記継手が一端に軸方向に突出する複数の爪を備え、サーボモータの出力軸に固定される継手部材と、減速機の入力軸の一端に一体に形成され前記の継手部材の爪に対向して軸方向に突出する複数の爪と、該入力軸の爪と前記継手部材の爪との間に挟まれて互いに円周方向の押圧力を伝える弾性体とよりなる差込型のたわみ継手である遊星ローラ式減速機。    
（３）上記（２）に記載する遊星ローラ式減速機において、前記継手部材が沈みキー又は円錐環によってサーボモータの出力軸を固定する遊星ローラ式減速機。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の遊星ローラ式減速機によって次の効果が得られる。
（１）請求項１に係る発明は、上記第１の手段に係る遊星ローラ式減速機であり、歯車を使用しないので、歯車の噛合によって発生する振動及び騒音を排除することができ、高精度加工と重切削が両立可能な工作機用主軸駆動装置に好適である。          
（２）請求項２及び３に係る発明は、上記第２及び第３の手段の遊星ローラ式減速機であり、サーボモータと減速装置の入力軸をつなぐ継手を、弾性体を介在させるプラグイン式（差込式）のたわみ継手とし、入力側の継手部材の爪を入力軸と一体に形成したので、通常必要となる入力軸側継手部材を省略することができ、軸方向の長さを短縮することができるとともに、たわみ継手に許される幾何学的許容域の拡大によって関係部材の精度を緩くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る遊星ローラ式減速機の構成と作用を図１〜図３によって説明する。  図１及び図２は、それぞれ低速切替時、及び高速切替時の遊星ローラ式減速機の軸線に沿った正面断面図、図３はケースの一部を除いた図１及び図２の左側面図である。
これらの図（主として図１を参照）において、１は５個の円筒状のケースブロック１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅより成るケースで、各ケースブロックには左側からそれぞれ入力軸５、第１遊星ローラ機構１０、第２遊星ローラ機構２０、切替機構３０、出力軸４０が組込まれている。
入力軸５は前端部（図の左側）をケース１の外に突出させ、図示せぬサーボモータの出力軸にフランジ型固定継手、たわみ継手、スプライン型継手等で結合され、胴部を２個のベアリングを介してケースブロック１ａ（縦壁）を貫通して回転自在に支承され、後端部は小径軸となってベアリングを介して後述のキャリア１５に回転自在に支承され、小径軸の前方に第１遊星ローラ機構１０の太陽ローラ１１が形成されていて、太陽ローラ１１は第１遊星ローラ機構１０の一部となっている。
【００１２】
第１遊星ローラ機構１０はケースブロック１ｂに収められており、太陽ローラ１１、太陽ローラ１１と接触する遊星ローラ１２、遊星ローラ１２を回転自在に支承し一端を後述のキャリア１５に固定された遊星ピン１３、遊星ローラ１２と内周面で接触する内リング（外ローラ）１４、遊星ピン１３を支持するキャリア１５、キャリア１５の中心部に一体に形成された第１伝動軸１６とで成っている。
【００１３】
第１伝動軸１６はやや長い軸で、ケースブロック１ｃの位置で第２遊星ローラ機構２０の太陽ローラ２１を形成し、後端部に外スプライン１７を有し、ケースブロック１ｂ、第２遊星ローラ機構２０のキャリア２５によってベアリングを介して回転自在に支承されており、さらに前端部はベアリングを介して回転自在に入力軸５の後端を支承し、後端部はローラベアリング３６を介して摺動及び回転自在に後述の切替軸３１と同心に係合している。
なお、敷衍すれば、図３に示すように太陽ローラ１１の外周面と遊星ローラ１２の外周面、遊星ローラ１２の外周面と内リング１４の内周面は互いに与圧されて接触しており、摩擦によって接線力が伝えられるようになっている。
【００１４】
第２遊星ローラ機構２０は第１遊星ローラ機構１０と類似の構造でケースブロック１ｃに収められており、太陽ローラ２１は前述の第１伝動軸１６に形成されており、遊星ローラ２２、遊星ピン２３、内リング２４、キャリア２５は、略第１遊星ローラ機構１０のものと同様であり、遊星ピン２３はキャリア２５に固定されている。キャリア２５の中心部には一体に形成された筒状の第２伝動軸（スリーブ軸）２６が設けられ、後端外周部に外スプライン２７が形成されており、ケースブロック１ｃによってベアリングを介して回転自在に支承され、キャリア側内周部はベアリングを介して第１伝動軸１６を回転自在に支承している。
【００１５】
切替機構３０はケースブロック１ｄに収められており、前側の２段になった筒状部と後側の小径の実軸部とより成る切替軸３１と、環状の摺動板３２及び２個の切換用エアシリンダ３３とより成っている。切替軸３１の２段の筒状部の前端大径部の内径側には第２遊星ローラ機構２０の第２伝動軸２６の外スプライン２７と噛合する内スプライン３４が、また筒状部の奥の小径部の内径側には、第１遊星ローラ機構１０の第１伝動軸１６の後端の外スプライン１７と噛合する内スプライン３５が設けられている。３６はスプライン３４とスプライン３５の間の位置で切替軸３１側に保持され第１伝動軸１６との間を軸方向の摺動及び回転自在に連結するローラベアリング、また３７はケースブロック１ｄに保持され切替軸３１の小径の筒部を摺動及び回転自在に支持するローラベアリングである。摺動板３２は切換軸３１の大径の筒部の外周部に形成された角溝に摺動自在に嵌入された環状の板で、ケースブロック１ｄに固設された２個の切換用エアシリンダ３３のロッドによって軸方向に進退動して切替軸３１を２位置に移動させる移動手段を形成している。切替軸３１の後端の実軸部には外スプライン３８が設けられている。
【００１６】
出力軸４０はケースブロック１ｅによってベアリングを介して軸方向の運動を拘束されて回転自在に支承され、後端をケース１外に突出し、前端部は筒状になっていて内径側に内スプライン４１を備えており、切替軸３１の外スプライン３８と常時噛合している。
【００１７】
（低速切替時の作用）
上記構成の第１の実施の形態の遊星ローラ式減速機の作用を説明する。
まず、第１及び第２遊星ローラ機構１０及び２０の両方で２段減速を行う低速切替の場合を図１によって説明する。
切替軸３１は切替用エアシリンダ３３のロッドを最大ストローク位置に伸ばして図１に示すように左側に移動させて、内スプライン３４を第２遊星ローラ機構２０の第２伝動軸２６の外スプライン２７と噛合させ、内スプライン３５を自由に解放しておく。図示省略のサーボモータで入力軸５を回転させると、太陽ローラ１１が摩擦によって遊星ローラ１２を回転させるが、内リング１４は固定されているので遊星ローラ１２は内リング１４との接点を瞬間中心として逆回転する。この逆回転によって遊星ローラ１２は太陽ローラ１１の周面を逆に戻り、遊星ピン１３、従ってこれと一体のキャリア１５及び第１伝動軸１６は入力軸５より遅れて同方向に回転し、太陽ローラ１１と遊星ローラ１２の直径で決まる減速比で減速される。第１伝動軸１６と一体の太陽ローラ２１は第２遊星ローラ機構２０の入力軸となり、第１遊星ローラ機構１０と同様に減速して２段減速した回転を第２伝動軸２６に出力する。第２出力軸２６は外スプライン２７から内スプライン３４を経て切替軸３１に回転を伝え、切替軸３１は外スプライン３８から内スプライン４１を経て出力軸４０に回転を伝える。出力軸４０の回転方向は入力軸１６と同方向である。
【００１８】
（高速切替時の作用）
次に、第１遊星ローラ機構１０のみを使って１段減速を行う高速切替の場合を図２によって説明する。
切替軸３１は切替用エアシリンダ３３のロッドを最小ストローク位置に縮めて図２に示すように右側に移動させて、内スプライン３４を第２遊星ローラ機構２０の第２伝動軸２６の外スプライン２７から解放させ、内スプライン３５を第１伝動軸１６の後端の外スプライン１７と噛合させる。
サーボモータで入力軸５を回転させると、第１遊星ローラ機構１０で減速された回転は第１伝動軸１６の先端の外スプライン１７からこれと噛合する内スプライン３５を介して切替軸３１に伝わり、切替軸３１は外スプライン３８から内スプライン４１を経て出力軸４０に一段減速された回転を伝える。出力軸４０の回転方向は入力軸１６と同方向である。この減速運転では、第２遊星ローラ機構２０は空回りをしている。
なお、この装置では、高速回転中に高低減速の切替えは行わないので、切替軸３１のスプラインの噛合は切替用エアシリンダ３３を働かせておけば、始動時の低速回転の間に容易に行われる。                                                
【００１９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る遊星ローラ式減速機を図４〜図７によって説明する。第２の実施形態の特徴は、サーボモータの出力軸と減速機の入力軸を結合するプラグイン式（差込式）の継手部にあり、図中、第１の実施の形態と同じ部材には同じ番号を付して説明を省略する。  
図４は図１の左側面にサーボモータを取付けた部分断面図（拡大図）、図５は図４のＡ−Ａ断面図、図６は継手部の斜視図、図７は図６の継手部材６１に代えて、出力軸がキーを持たない丸軸に適用する継手部材６１Ａの斜視図である。
【００２０】
図４において、５０は汎用のサーボモータ、１ｆはケースブロック１ａ（図１参照）の左側にサーボモータ５０を取付けるために円筒部１ｇを突出させたケースブロックで、サーボモータ５０はベース部の段部５０ａをケースブロック１ｆの円筒部１ｇの先端内径部１ｈに嵌めてそれぞれのフランジ部５０ｂ及び１ｉ部でボルト５４によって結合されている。
５１はサーボモータ５０の出力軸、５５は第１遊星ローラ機構１０の太陽ローラ１１と一体に形成された入力軸、６０は駆動モータ５０の出力軸５１と入力軸５５を連結するたわみ継手である。
出力軸５１は、標準軸としては丸軸またはキー付が一般であり、図４はキー付の場合を示しており、５１ａはキー溝、５２はキー溝５１ａに嵌められた沈みキーである。
【００２１】
たわみ継手６０は、サーボモータ５０の出力軸５１に固定される継手部材（ハブ）６１又は６１Ａ、弾性体６２、及び入力軸５５の先端に設けられた後述の爪５５ｂとで構成される。継手部材６１は図６に示すように円筒形で内径側にキー溝６１ａを有し、外径側には軸方向の一方に突出する複数（図では４個）の爪６１ｂを有し、キー付の出力軸５１に沈みキー５２を介して止めねじ５３によって固着される。また、継手部材６１Ａは出力軸５１がキーを持たない丸軸の場合に用い、図７に示すように円筒の一方に爪６１ｂを有し、他方に小径の円錐筒６１ｆを有する円筒部材６１ｃを、円錐筒６１ｆの外側に嵌めた円錐環６１ｄを枕頭ボルト６１ｅで締付けて円錐筒６１ｆの内径を縮めて摩擦により出力軸５１に固着させるものである。
【００２２】
６２はＮＢＲ，ポロウレタン、ブロンズ等からなる薄肉の筒６２ａの回りに半径方向に延び断面が紡錘状の複数の隔壁６２ｂでできたスパイダー形の弾性体である。
入力軸５５は、第１の実施形態の太陽ローラ１１と一体の入力軸５に対応する径の大きな軸で、外周部をベアリング５６を介してケースブロック１ｆによって回転自在に支承され、中心部にサーボモータ５０の出力軸５１を遊嵌する孔５５ａ、外側の先端（図の左側）に軸方向に突出する複数（図では４個）の爪５５ｂを備えていて、この爪５５ｂはたわみ継手６０の一部を形成している。なお、孔５５ａは隙間をもってサーボモータ５０の出力軸５１の先端部を収納するものであり、また、５５ｃはベアリング５６の位置を規制する止め輪５７（図４参照）用の溝である。
【００２３】
上記構成の第２実施形態の作用を説明する。            
サーボモータ５０の出力軸５１と減速機の入力軸５５はたわみ継手６０によって結合する。サーボモータ５０と結合された遊星ローラ式減速機の減速の作用は第１の実施形態で述べた通りであり説明を省略する。
サーボモータ５０の出力軸５１には、出力軸５１が沈みキー５２を有する場合には継手部材６１を、キー５２を持たない丸軸の場合には継手部材６１Ａを取付ける。継手部材６１又は６１Ａの軸方向の取付け位置は、サーボモータ５０のベース部の段部５０ａがケースブロック１ｆの内径部１ｈに嵌まって取付けられたときに、継手部材６１又は６１Ａの爪６１ｂの先端が入力軸５５の爪５５ｂの付根部近傍の部材と干渉しないように軸方向に適宜の隙間ができるようにしておく。この隙間は比較的に大きくとることができるので取付位置の精度は厳しくする必要はない。
【００２４】
サーボモータ５０の出力軸５１に固着された継手部材６１又は６１Ａの爪６１ｂの間には定位置に弾性体６２を装着し、弾性体６２の隔壁６２ｂの間に入力軸５５の爪５５ｂが入る空間を作って置く。  サーボモータ５０はベース部の段部５０ａをケースブロック１ｆの内径部１ｈに嵌めてフランジ部５０ｂの孔を通しボルト５４によってフランジ部１ｉの雌ねじに螺着される。サーボモータ５０の取付時に出力軸５１は入力軸５５の孔５５ａに案内されるが、両者は比較的に大きな隙間をもって遊嵌されるようになっていて、互いに軸に直角な方向で干渉することはなく、入力軸５５の先端の爪５５ｂは継手部材６１又は６１Ａの爪６１ｂと弾性体６２の隔壁６２ｂとの間の空間に入って収まる。爪５５ｂ、爪６１ｂ、及び隔壁６２ｂの軸方向の先端の角部は互いに接近したときに滑って入り易いように面取されている。
【００２５】
サーボモータ５０の出力軸５１と減速機の入力軸５５の相対的な位置及び姿勢はサーボモータ５０のベース部の段部５０ａ及びケースブロック１ｆの内径部１ｈによって決まるが、両軸を連結するたわみ継手６０は、弾性体６２を介してトルクを伝達するようになっているので、サーボモータ５０の出力軸５１と減速機の入力軸５５の同心度や傾角に対する幾何学的許容域は比較的に大きくとることができ、関係部材の加工精度は緩やかにすることができ、組立時のアラインメントの調整は特に必要がない。また、たわみ継手６０の一方の継手部材（ハブ）は爪５５ｂのみが入力軸５５の先端部に一体に形成され、またサーボモータ５０の出力軸５１の余分な長さは入力軸５５の孔５５ａの中に受入れられるのでサーボモータ５０と減速機の間の距離を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る遊星ローラ式減速機の低速切替時の軸線に沿った正面断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る遊星ローラ式減速機の高速切替時の軸線に沿った正面断面図である。
【図３】図１のケースの一部を除いた左側面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るサーボモータと遊星ローラ式減速機の連結状態を示す部分断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】たわみ継手の一部を断面図とした斜視図である。
【図７】図６の継手部材６１に代えて、出力軸５１がキーを持たない丸軸に適用する継手部材６１Ａの斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  第１遊星ローラ機構  
１１  太陽ローラ軸
１３  遊星ピン
１４  内リング  
１６  第１伝動軸
１７  外スプライン    
２０  第２遊星ローラ機構  
２３  遊星ピン 
２４  内リング
２６  第２伝動軸  
２７  外スプライン
３１  切替軸
３２  摺動板
３３  切替用エアシリンダ                                                  
３４  内スプライン
３５  内スプライン        
３８  外スプライン
４０  出力軸          
４１  内スプライン       
５０  サーボモータ
５１  出力軸   
５２  沈みキー 
５５  入力軸
５５ｂ  爪
６０  たわみ継手      
６１、６１Ａ  継手部材 
６１ｂ  爪
６１ｃ  円筒部材
６１ｄ  円錐環
６２  弾性体
【図１】
2006214560.tif 000003
【図２】
2006214560.tif 000004
【図３】
2006214560.tif 000005
【図４】
2006214560.tif 000006
【図５】
2006214560.tif 000007
【図６】
2006214560.tif 000008
【図７】
2006214560.tif 000009