JP4486835B2 - 遊星型の摩擦伝動減速装置 - Google Patents

Description

この発明は転がり軸受を用いた遊星型の摩擦伝動減速装置に関するものであり、遊星摩擦輪とキャリヤ軸の間の嵌合部に生じるガタをなくして回転伝達を円滑にし、追従性（正逆転の切り替わり時の追従性）を確実にするものである。さらに具体的には、ステッピングモータを駆動源とするスライダーや昇降体等（以下、スライダー等という。）の駆動装置に適用される減速装置であり、スライダー等の停止位置を迅速に高精度で制御できるようにしたものである。

半導体製造装置や液晶製造装置等における高精密駆動装置用の伝動装置としては、回転伝達が平滑で振動の小さい摩擦伝動減速装置が用いられる。
スライダー等の停止位置を高精度で制御する駆動装置としては、該スライダー等をステッピングモータにより駆動し、これらの停止位置を高精度（例えば、１μｍ単位）で検出して、この位置検出信号によってフィードバック制御して、所定位置に停止させるものがあるが、前記ステッピングモータからスライダー等へ駆動力を伝達する伝動装置として、機構が単純で小型である遊星型の摩擦伝動減速装置（以下、摩擦伝動減速装置という。）がよく用いられる。
前記スライダー等の駆動装置は、例えば図１に示すように、ベッド８上のガイドレールで案内されるスライダー１を精密ねじ軸２により往復動させるものであり、該ねじ軸２は摩擦伝動減速装置３を介してステッピングモータ４によって駆動される。前記スライダー１の位置を位置センサ５によって高精度（例えば１μｍ単位）で検出し、制御目標位置との誤差をＣＰＵ６で演算し、誤差修正のための制御信号を駆動手段７に送信して必要な回転角度だけステッピングモータ４を回転させ、高精度で最終的な目標位置に停止させるものである。

前記摩擦伝動減速装置３は、図２に示されている構成を備えており、その駆動軸（図１の例では、ステッピングモータ軸）１１の回転量に対する被駆動軸１２（図１の例では、ねじ軸２）の回転量の追従性が低いと、スライダー１の停止位置の制御効率や制御精度は当然低くなり、高速で目標位置に移動させて迅速且つ高精度で目標位置に停止させることはできない。摩擦伝動減速装置３は、太陽軸１５と固定摩擦輪１６の間に遊星摩擦輪１３を圧入嵌合してこれを微小に潰して楕円状に弾性変形させ、その弾発力によって遊星摩擦輪１３を太陽軸１５と固定摩擦輪１６に摩擦係合させて、キャリヤ１７を減速駆動するものである。
したがって、遊星摩擦輪１３は微小に潰されて楕円状に弾性変形され、この状態では前記遊星摩擦輪１３が圧縮される方向（図２（ｃ）のｍ−ｍ’方向）に対して直角方向（図２（ｃ）のｎ−ｎ’方向、キャリヤ１７の公転方向）に遊星摩擦輪１３が膨らむ（拡大する）ので、この方向において遊星摩擦輪１３とキャリヤ軸１４の間の嵌合部にガタ（微小間隙ｋ）が生じる。このガタ（バックラッシュ）のために、遊星摩擦輪１３がキャリヤ軸１４に対して公転方向に変位（２〜３μｍの極めて微小な変位）して、駆動軸１１の回転量に対する被駆動軸（キャリヤ１７が固定されている出力軸）１２の回転量の追従精度が低下する。

また、この従来の摩擦伝動減速装置においては、遊星摩擦輪１３とインナーリング１３ａとの間に介在させたニードルローラ１３ｂがキャリヤ軸１４の周りを一回公転する間に、前記キャリヤ軸１４と遊星摩擦輪１３の間で強圧されて自転しながら公転する高負荷領域（楕円状に変形された遊星摩擦輪１３の短径ｍ−ｍ’方向領域）と、キャリヤ軸１４と遊星摩擦輪１３の間で無負荷でガタのある状態で自転しないで公転する無負荷領域（同じく遊星摩擦輪１３の長径ｎ−ｎ’方向領域）とを交互に２回繰り返して通過し、この間に前記ニードルローラ１３ｂは自転と非自転とを繰り返すことになる。このようにニードルローラ１３ｂが自転しない状態から自転する状態へ切り替わるとき、該ニードルローラ１３ｂはキャリヤ軸１４と遊星摩擦輪１３に対してスリップするばかりでなく、該遊星摩擦輪１３に対して衝撃を与えてこれを微小に振動させることになる。

このようなガタの発生を防止して高精度の位置決め制御を効率的に行うことができる摩擦伝動減速装置は、例えば、特公平４−３２２５６号公報、及び特開平６−１７４０２６号公報に記載されているように従来から公知のものである。
前記特公平４−３２２５６号公報（従来例１）に記載されたものは、図３に示すように、遊星摩擦輪２３とインナーリング２３ａとの間にニードルローラ２３ｂを介在させると共に、前記インナーリング２３ａとキャリヤ軸２４との間には微小な間隙が形成されている。前記キャリヤ軸２４の公転方向両側は切り欠かれており、太陽軸２５とキャリヤ軸２４の中心を通る仮想の平面に対してそれぞれ平行な面に形成されている。これらの平行な面と前記インナーリング２３ａの内周面とにより囲まれる弓形空間の一方（左側の空間）には、１個の弓形の可動部材２３ｃが組み込まれ、また他方の弓形空間（右側の空間）には弾性部材２３ｅを間に挟んで２個の扇形の可動部材２３ｄ，２３ｄが組み込まれている。このように構成することで、前記インナーリング２３ａとキャリヤ軸２４との間に生じるガタのうち、キャリヤ軸２４の公転方向のガタを吸収するようになっている。
上記従来例１に記載されているキャリヤ軸２４による遊星摩擦輪２３の支持機構は、その機構構造が複雑であって成形加工コストが高くなり、また弾性部材２３ｅの作用によってガタを防止しているので、キャリヤ軸２４に対する遊星摩擦輪２３の支持剛性が不足して安定しないという問題がある。

次に、前記特開平６−１７４０２６号公報（従来例２）には、摩擦伝動減速装置において、前記従来例１が有する問題を解決することを目的として、該従来例１のものにおける弾性部材やインナーリングを用いることなく、キャリヤ軸の断面をほぼ楕円形状にすることによって、遊星摩擦輪とキャリヤ軸との間に生じるガタを防止することが記載されている（以下、「従来技術」という）。
この従来技術の概要について図４を参照しながら説明する。
遊星摩擦輪３０は、リテーナ（保持器）３４により保持されている複数のニードルローラ３３によって、キャリヤ軸３９に対して回転自在に支持されている。前記キャリヤ軸３９はその断面がほぼ楕円形状に形成されており、その長径方向の外径が、前記リテーナ３４で保持されているニードルローラ３３が自由状態にあるときの仮想内接円径よりも大きく、また、その短径方向の外径が同ニードルローラ３３の仮想内接円径よりも小さく形成されている。

前記キャリヤ軸３９を前記複数のニードルローラ３３間に圧入して組み付ける（サブアセンブリとする）とき、該ニードルローラ３３をキャリヤ軸３９の長径方向に押し拡げて、前記遊星摩擦輪３０を同方向に膨らませて（拡大させて）楕円状に変形させる（以下、予備変形という）。しかし、この時点では、前記キャリヤ軸３９の短径方向において遊星摩擦輪３０とキャリヤ軸３９の間に遊び隙間が確保されており、この遊び隙間は、前記遊星摩擦輪３０が太陽軸３１と固定摩擦輪３２の間に圧入されるとき、該固定摩擦輪３２と太陽軸３１に挾さまれて潰されるようになっている。
次に、前記遊星摩擦輪３０が太陽軸（駆動側）３１と固定摩擦輪３２の間に圧入されて組み立てられるとき、該遊星摩擦輪３０は太陽軸３１と固定摩擦輪３２の間に挟まれて微小に（例えば５μｍ）潰される（変形される）。このように遊星摩擦輪３０が潰されると、該遊星摩擦輪３０はキャリヤ軸３９の楕円形状の長径方向に膨らもう（拡大しよう）とするが、前記キャリヤ軸３９の圧入によって同方向に予め予備変形されているので、該遊星摩擦輪３０はそれ以上同方向に膨らむことはない。このために、前記キャリヤ軸３９の長径方向（キャリヤ軸３９の公転方向）において、該キャリヤ軸３９と遊星摩擦輪３０の間にガタが生じることはない。これが従来技術においてガタが発生しない基本原理である。

しかし、この従来技術によれば、前記キャリヤ軸３９の断面形状が概ね楕円形であるので、それを高精度に成形、研磨加工することは容易ではなく、また、前記ニードルローラ３３の自転及び公転運動の円滑性も害される。このために、固定摩擦輪３２に微小な振動を生じさせることになる。
特公平４−３２２５６号公報 特開平６−１７４０２６号公報

この発明は、インナーリング（内輪）をキャリヤ軸に嵌合させた遊星摩擦輪（外輪）の支持機構について、前記キャリヤ軸を断面円形にして、前記インナーリングと遊星摩擦輪の間で転動する転動体が円形の転動面を転動するようにして、該遊星摩擦輪の回転の円滑性を向上させると共に、簡単な構成によってキャリヤ軸と遊星摩擦輪間のガタを解消できるように、遊星摩擦輪のキャリヤ軸による支持機構を工夫することをその課題とするものである。

〔解決手段１〕（請求項１に対応）
上記課題を解決するために講じた手段１は、駆動軸である太陽軸と、固定ケーシングに固定された固定摩擦輪と、被駆動軸に連結されるキャリヤとが同心に配置され、
前記キャリヤは、断面が円形である複数のキャリヤ軸を備えており、
前記各キャリヤ軸には、遊星摩擦輪が多数の転動体とインナーリングによって回転自在に支承され、
前記それぞれのキャリヤ軸に支持された遊星摩擦輪は、前記太陽軸と固定摩擦輪の間に圧入され微小に潰されて楕円状に弾性変形されることにより、前記駆動軸から被駆動軸へ摩擦により回転を伝達する遊星型の摩擦伝動減速装置を前提として、次の（イ）〜（ハ）によるものである。
（イ）前記転動体がボールであること、
（ロ）前記キャリヤ軸の直径を前記インナーリングの内径より大きくして、該キャリヤ軸に該インナーリングを締め代をもって圧入嵌合することにより、該インナーリングが半径方向外方に拡張されると共に、前記多数のボールは前記インナーリングと遊星摩擦輪との間に微小に予圧縮されて介在されていること、
（ハ）前記インナーリングの拡張量が、前記太陽軸と固定摩擦輪の締め付けによる前記遊星摩擦輪の弾性変形の長径方向への膨らみ量よりも大きいこと。

〔作 用〕
次いで、図６を参照しながら前記解決手段の作用を説明する。
この図６においては、インナーリング４０をキャリヤ軸４１に締め代２ｘ（μｍ）で圧入嵌合することによって遊星摩擦輪４２がキャリヤ軸４１に支持されており、自由状態において外径ｄ（ｍｍ）の遊星摩擦輪４２が固定摩擦輪３２と太陽軸３１との間で２ｙ（μｍ）だけ潰されている状態を示している。（締め代、潰れ量及び変形量等は極めて微小であり、μｍ単位である。）
自由状態において内径ｅ（ｍｍ）、外径ｆ（ｍｍ）のインナーリング４０を、直径がｅ＋２ｘのキャリヤ軸４１に圧入嵌合させているので、インナーリング４０はその外径がｆ＋２ｘに拡大している。インナーリング４０と遊星摩擦輪４２との間に介在しているボール４３の直径は自由状態においてａ（ｍｍ）であり、インナーリング４０の外径の拡張によってボール４３はＸだけ潰されて弾性変形している（ただし、インナーリング４０と遊星摩擦輪４２の厚さの変化は微小であるので、説明を単純にするためにこれらは無視している。また、遊星摩擦輪４２の内径も拡張するが、これも微小であり説明を簡略にするために、この拡張分をボール４３の弾性変形Ｘに含めて説明する。）。

固定摩擦輪３２と太陽軸３１の間に遊星摩擦輪４２が圧入されたとき、転動体が直径方向の圧縮力に対して比較的剛性の低いボール４３であるので、遊星摩擦輪４２とインナーリング４０とボール４３との間に遊び隙間がなくても、ボール４３を潰しながら、遊星摩擦輪４２は容易に楕円状に弾性変形する。なお、多数のボール４３は図示しないリテーナ（保持器）によって保持されている。そして、遊星摩擦輪４２が例えば２ｙ潰されたとき、遊星摩擦輪４２はほぼ楕円状に弾性変形（極めて微視的な変形）し、その短径はｄ−２ｙ、長径はｄ＋２Ｚになり、長径方向に２Ｚ（μｍ）だけ膨らむ。この長径方向への膨らみによって、同方向におけるインナーリング４０と遊星摩擦輪４２の間の隙間がＺだけ拡大されるが（ただし、潰れ量ｙと膨らみ量Ｚとの関係は遊星摩擦輪４２の半径方向厚さ、剛性などによって異なる）、これに伴って、この隙間の拡大分Ｚだけボール４３が弾性復元する。この隙間の拡大量Ｚよりも、キャリヤ軸４１の圧入嵌合によるインナーリング４０の半径方向の拡張量Ｘの方が大きく、ボール４３の弾性変形量Ｘが遊星摩擦輪４２の半径方向への膨らみ量Ｚよりも大きいので、キャリヤ軸４１と遊星摩擦輪４２の間の上記長径方向隙間の増分Ｚがボール４３の弾性復元によって補償され、インナーリング４０と遊星摩擦輪４２に対するボール４３の予圧状態が維持される。したがって、遊星摩擦輪４２の長径方向の膨らみによって、キャリヤ軸４１と遊星摩擦輪４２の間にガタ（バックラッシュ）が生じることはない。

そして、遊星摩擦輪４２が太陽軸３１と固定摩擦輪３２の間に圧入された状態において、該遊星摩擦輪４２の長径方向におけるインナーリング４０と遊星摩擦輪４２に対するボール４３の予圧状態の大小は、インナーリング４０とキャリヤ軸４１の圧入嵌合の締め代の大きさによって決まり、インナーリング４０とキャリヤ軸４１の嵌合締め代の大きさは容易に高精度で管理することができるから、摩擦伝動減速装置の特性は極めて安定しており、そのバラツキも小さく抑制することができる。したがって、本発明の摩擦伝動減速装置は品質が高く、信頼性も大きいものである。

〔実施態様１〕（請求項２に対応）
実施態様１は、前記解決手段１の摩擦伝動減速装置において、インナーリング４０、ボール４３及び遊星摩擦輪４２が、それぞれ規格品である「ボールベアリング」のインナーリング、ボール及びアウターリングであることである。
なお、上記の「規格品」は、ＪＩＳ規格品やベアリングメーカーのメーカー規格品として、一般に流通し、汎用されている定型製品を意味する。
〔作 用〕
キャリヤ軸４１の直径を上記「ボールベアリング」のインナーリング４０の内径よりも締め代分だけ大きくして、これにボールベアリングのインナーリング４０を圧入嵌合させることにより、キャリヤＣに遊星摩擦輪４２を組み付けてサブアセンブリとする。これを太陽軸３１と固定摩擦輪３２の間に圧入させることによって、摩擦伝動減速装置が組み立てられる。ここで使用される「ボールベアリング」は規格品であり極めて廉価であるため、摩擦伝動減速装置の製作に要する加工工数や製作コストが大幅に低減される。また、規格品である「ボールベアリング」のインナーリング、ボール及びアウターリングの成形加工精度、寸法精度は極めて高いので、これを利用した摩擦伝動減速装置の回転精度や伝動精度は共に高い。

〔実施態様２〕（請求項３に対応）
実施態様２は、前記解決手段１又は実施態様１の摩擦伝動減速装置において、固定摩擦輪３２が、固定ケーシングＨの端面開口に嵌合固定される閉蓋カバーと一体に形成されていることである。
〔作 用〕
固定摩擦輪３２が上記閉蓋カバーと一体に形成されているので、固定摩擦輪３２はその成形加工、研磨加工が容易であり、また、圧入嵌合された遊星摩擦輪４２からの拡張作用に対する剛性が高く、変形が小さい。

〔実施態様３〕（請求項４に対応）
実施態様３は、前記解決手段１、実施態様１又は実施態様２の摩擦伝動減速装置において、各キャリヤ軸４１に対して、インナーリング４０、ボール４３及び遊星摩擦輪４２を２組以上組み込むことである。
〔作 用〕
伝動トルクを大きくするために軸方向に長い遊星摩擦輪を用いる場合、これを高精度で成形加工するのは容易ではないから、製作コストが高くなる。
しかし、実施態様３は、各キャリヤ軸４１に対して、インナーリング４０、ボール４３及び遊星摩擦輪４２を２組以上組み込むことにより、実質的に軸方向に長い遊星摩擦輪を用いた場合と同じになるから、伝動トルクの大きい摩擦伝動減速装置を低コストで製作することができる。

〔実施態様４〕（請求項５に対応）
実施態様４は、前記解決手段１、実施態様１〜実施態様３のいずれかの摩擦伝動減速装置において、各キャリヤ軸４１に支持されている遊星摩擦輪４２が、該キャリヤ軸４１の軸方向に互いにずらして配置されていることである。
〔作 用〕
太陽軸３１、キャリヤ軸４１及び固定摩擦輪３２の中心軸線の微小な傾きのために、遊星摩擦輪４２は前記太陽軸３１や固定摩擦輪３２に対して微妙に片当たりし、該遊星摩擦輪４２の角が太陽軸３１や固定摩擦輪３２の転動面に強く当ることになるため、太陽軸３１や固定摩擦輪３２の転動面が偏磨耗する。
この実施態様４においては、各キャリヤ軸４１の遊星摩擦輪４２が互いに軸方向にずらして配置されているので、その片当りによる転動面の偏磨耗が分散され、集中することが避けられる。したがって、その耐久性が向上し、長期間に亘って円滑な伝動を維持することができる。

〔実施態様５〕（請求項６に対応）
実施態様５は、前記解決手段１、実施態様１〜実施態様４のいずれかの摩擦伝動減速装置において、前記キャリヤ軸４１が前記キャリヤＣとは別体であり、その一端がキャリヤＣの孔に遊嵌され接着剤Ｂで固着されていることである。
〔作 用〕
これによると、遊星摩擦輪４２を太陽軸３１と固定摩擦輪３２に間に圧入したとき、キャリヤ軸４１ａがキャリヤＣに対して若干の自在性があるので、遊星摩擦輪４２が太陽軸３１と固定摩擦輪３２に対して自然に調心され、調心された状態で接着剤Ｂでキャリヤ軸４１ａがキャリヤＣに固着される。したがって、遊星摩擦輪４２の太陽軸３１、固定摩擦輪３２に対する圧接の軸方向における均等化が図られて、片当たりが低減される。

〔解決手段２〕（請求項７に対応）
上記課題を解決するために講じた手段２は、太陽軸と外側摩擦輪とキャリヤとが同心に配置され、
前記キャリヤは、断面が円形である複数のキャリヤ軸を備えており、
前記各キャリヤ軸には、遊星摩擦輪が多数の転動体とインナーリングによって回転自在に支承され、
前記それぞれのキャリヤ軸に支持された遊星摩擦輪は、前記太陽軸と外側摩擦輪の間に圧入され微小に潰されて楕円状に弾性変形されることにより、前記太陽軸と外側摩擦輪に圧接され摩擦により回転を伝達するようになっており、
前記太陽軸と外側摩擦輪とキャリヤのうちのどれか一つを固定し、残り二つのうちの一方を駆動側とし、他方を被駆動側とする遊星型の摩擦伝動装置（以下、摩擦伝動装置という）を前提として、次の（ニ）〜（ヘ）によるものである。
（ニ）前記転動体がボールであること、
（ホ）前記キャリヤ軸の直径を前記インナーリングの内径より大きくして、該キャリヤ軸に該インナーリングを締め代をもって圧入嵌合することにより、該インナーリングが半径方向外方に拡張されると共に、前記多数のボールは前記インナーリングと遊星摩擦輪との間に微小に予圧縮されて介在されていること、
（ヘ）前記インナーリングの拡張量が、前記太陽軸と外側摩擦輪の締め付けによる前記遊星摩擦輪の弾性変形の長径方向への膨らみ量よりも大きいこと。

〔作 用〕
この摩擦伝動装置は、前記太陽軸と外側摩擦輪とキャリヤの内、どれか一つを固定し、残り二つのうちの一方を駆動側とし、他方を被駆動側とすることにより、減速装置、増速装置又は逆転装置として機能するものである。
例えば、前記外側摩擦輪を固定して、前記太陽軸又はキャリヤの一方を駆動側に他方を被駆動側にすれば減速装置又は増速装置となり、前記キャリヤを固定して、前記太陽軸又は外側摩擦輪の一方を駆動側に他方を被駆動側にすれば減速又は増速機能を有する逆転装置となり、また前記太陽軸を固定して、前記外側摩擦輪又はキャリヤの一方を駆動側に他方を被駆動側にすれば減速装置又は増速装置となる。
そして、上記以外の作用は、上述した解決手段１の作用と共通するものである。

この発明の効果を主な請求項毎に整理すれば次のとおりである。
（１）請求項１に係る発明の効果
転動体としてボールを用いると共に、キャリヤ軸の断面を円形として、その直径をインナーリングの内径より大きくして、該キャリヤ軸に該インナーリングを締め代をもって圧入嵌合して、多数のボールを前記インナーリングと遊星摩擦輪との間で予圧縮することにより、前記キャリヤ軸と遊星摩擦輪の間で発生するガタを防止することができるので、前記遊星摩擦輪のキャリヤ軸に対する支持機構の構成が非常に簡単であり、成形・研磨加工も容易であり、製作コストを低減することができる。
また、前記ボールの自転及び公転が円滑であり遊星摩擦輪の回転も円滑であるため、摩擦伝動減速装置の回転伝達がより一層円滑であり耐久性が向上するばかりでなく、駆動軸の回転に対する被駆動軸の回転追従精度を高くすることができる。さらに、スライダー等の駆動装置に適用すれば、スライダー等の位置を迅速且つ高精度に制御することができる。

（２）請求項２に係る発明の効果
使用する「ボールベアリング」は規格品であるため極めて廉価であり、また各部品の成形加工精度や寸法精度は極めて高いので、摩擦伝動減速装置の製作加工工数、製作コストが大幅に低減されると共に、摩擦伝動減速装置の回転精度や回転伝達精度はさらに向上する。
（３）請求項３に係る発明の効果
固定摩擦輪が固定ケーシングの端面開口の閉蓋カバーと一体に形成されているので、固定摩擦輪の成形加工や研磨加工が容易であり、また固定摩擦輪の剛性が高くなり、圧入嵌合される遊星摩擦輪から受ける拡張作用による変形が小さくなる。

（４）請求項４に係る発明の効果
各キャリヤ軸に対して、インナーリング、ボール及び遊星摩擦輪を２組以上組み込むことにより、実質的に軸方向長さが長い遊星摩擦輪を用いた場合と同じになるので、伝動トルクの大きい摩擦伝動減速装置を低コストで製作することができる。また、規格品である「ボールベアリング」を用いた場合、ボールベアリングは個々に調心作用（回転軸心に対する調心作用）を有しており、各遊星摩擦輪は太陽軸と固定摩擦輪に対して個々に作用するので、その面圧がその全長においてほぼ均一になり、耐久性が向上する。
（５）請求項５に係る発明の効果
遊星摩擦輪がキャリヤ軸の軸方向に互いにずらされて配置されているので、遊星摩擦輪が太陽軸や固定摩擦輪に対して片当たりしても、その片当りによる偏磨耗が分散されて耐久性が向上する。
（６）請求項６に係る発明の効果
遊星摩擦輪を太陽軸と固定摩擦輪に間に圧入したとき、キャリヤ軸がキャリヤに対して若干の自在性があるので、遊星摩擦輪が太陽軸と固定摩擦輪に対して自然に調心され、調心された状態で接着剤によってキャリヤ軸がキャリヤに固着される。したがって、遊星摩擦輪の太陽軸、固定摩擦輪に対する圧接の軸方向における均等化が図られて、片当たりが低減されるので、その伝動特性が向上される。
（７）請求項７に係る発明の効果
上記請求項１に係る発明の効果に加え、さらに次の効果を生じるものである。
太陽軸と外側摩擦輪とキャリヤのうち、固定部材、駆動部材及び被駆動部材を適宜選択することにより、減速装置、増速装置又は逆転装置として機能させることができる。

キャリヤ軸と遊星摩擦輪の間で発生するガタを防止し、遊星摩擦輪を振動することなく円滑に回転させて、駆動軸の回転に対する被駆動軸の回転追従精度を高くするという目的を、遊星摩擦輪を回転支持するキャリヤ軸を簡単にした構成で達成する共に、しかも、規格のボールベアリングを利用可能にしたことで上記構成を低製作コストで実現できるものである。

この発明の実施例１について、図５及び図６を参照しながら説明する。
この実施例１の摩擦伝動減速装置は、図５に示されているように、駆動軸となる断面円形の太陽軸３１と、被駆動軸Ｓと一体のキャリヤＣにおいて同心円上に一体に設けられた、片持ちの３本のキャリヤ軸４１と、該キャリヤ軸４１に回転可能に取り付けられた遊星摩擦輪４２と、固定ケーシングＨに回転不能に固定された固定摩擦輪３２を備えて構成される。前記遊星摩擦輪４２は、ＪＩＳ規格品である「ボールベアリング」のアウターリングであり、その場合のインナーリング４０は該インナーリングの内径より大きい直径を有する前記キャリヤ軸４１に圧入されることにより、複数個のボール４３を介して前記アウターリング（遊星摩擦輪４２）を回転可能に支持している。なお、複数個のボール４３は図示しないリテーナ（保持器）によって保持されている。

さらに、この実施例１を具体的に説明する。前記太陽軸３１の直径は６ｍｍ、前記固定摩擦輪３２の内径は３６ｍｍで外径は３９ｍｍであり、前記遊星摩擦輪４２の外径は１５ｍｍで軸方向の幅は５ｍｍである。前記インナーリング４０の内径は６ｍｍであり、このものはＪＩＳ規格の６９６ボールベアリングに相当する。そして、前記キャリヤ軸４１の直径は６．０３ｍｍであって、前記インナーリング４０の内径よりも３０μｍ大きい（圧入代は、製作公差等から１０〜２５μｍ）。
前記固定摩擦輪３２は剛性の高い固定ケーシングＨに嵌合固定されており、半径方向外方へ拡径することがないので、この固定摩擦輪３２の内径は、ほぼ前記３６ｍｍのままに維持される。

前記インナーリング４０をキャリヤ軸４１に圧入嵌合することにより、前記インナーリング４０の内径は６．０３ｍｍに拡大される（すなわち、インナーリング４０は３０μｍ拡径される。）。これにより、前記ボール４３は楕円状に潰されると共に、前記遊星摩擦輪４２（アウターリング）の外径は１５．０１ｍｍに拡大される（すなわち、遊星摩擦輪４２は１０μｍだけ拡径される。）。ただし、前記キャリヤ軸４１の直径は依然として６．０３ｍｍのままである。
このような圧入状態においては、前記ボール４３のインナーリング４０での転動面と遊星摩擦輪４２での転動面との圧接点において、これらの転動面が凹んでいるのでこの凹み量を勘案すると、拡大したインナーリング４０の外径、及び拡大した遊星摩擦輪４２の内径から推測して、楕円状に潰された１個当たりのボール４３の潰れ量（図６の潰れ量ｘ）はほぼ１０μｍと推定される。すなわち、キャリヤ軸４１に圧入嵌合によって、インナーリング４０は３０μｍ拡径されたが、外側の遊星摩擦輪４２は１０μｍしか拡径されないので、その差の２０μｍ相当が前記ボール４３の潰れ量となる。そして、ボール４３は、インナーリング４０の外周に配置されることから、直径方向には２個配置されるので、ボール４３の１個当りの潰れ量が前記２０μｍの半分の１０μｍと推定されることとなる。

前記キャリヤＣの各キャリヤ軸４１に前記インナーリング４０を圧入して構成されたサブアセンブリにおける３個の遊星摩擦輪（アウターリング）４２の仮想内接円径は６ｍｍであり、仮想外接円径は３６ｍｍである。このサブアセンブリが内径３６ｍｍの固定摩擦輪３２と直径６ｍｍの太陽軸３１との間に圧入嵌合されると、前記固定摩擦輪３２と太陽軸３１は半径方向への剛性が高いので、前記遊星摩擦輪４２が潰されて楕円状に弾性変形する（図６参照）と共に、この潰れる方向に対して直角の方向に膨らみ、この全体の膨らみ量は８μｍである（図６に示す片側の膨らみ量「ｚ」＝４μｍである。）。すなわち、太陽軸３１と固定摩擦輪３２との隙間は１５ｍｍであって、前記遊星摩擦輪４２は、上述のとおり１５．０１ｍｍに拡径されているから、前記遊星摩擦輪４２の上下（短径となる側）の潰れ量「２ｙ」は１０μｍとなる。ところが、前記遊星摩擦輪４２は、キャリヤ軸４１の圧入嵌合によって拡径された状態にあって、元の自由状態に復元しようとする復元力（収縮力）が作用しているので、前記８μｍであった左右（長径となる側）の膨らみ量「２ｚ」は、前記１０μｍである潰れ量「２ｙ」よりも小さくなる。
従って、この遊星摩擦輪４２の膨らみに伴って、楕円状に潰されていたボール４３が弾性復元する。この遊星摩擦輪４２の片側の膨らみ量ｚ（４μｍ）はボール４３の前記潰れ量ｘ（１０μｍ）よりも６μｍほど小さいので、前記遊星摩擦輪４２が楕円状に変形したときでも、前記インナーリング４０と遊星摩擦輪４２に対してボール４３がガタつくことはない。
なお、上記インナーリング４０、上記ボール４３および上記遊星摩擦輪４２を構成するＪＩＳ規格の６９６ボールベアリングは、多少のガタがあるので、上述の具体的な各数値は、適宜に変動するものである。ただし、前記インナーリング４２の拡張量ｘが、太陽軸３１と固定摩擦輪３２の締め付けによる遊星摩擦輪４２の弾性変形の長径方向への膨らみ量ｚよりも大きく設定されることは担保される必要がある。
なお、前記キャリヤ軸４１の公転半径は２１ｍｍであり、太陽軸３１の円形断面の真円度は０．０１、固定摩擦輪３２の真円度は０．０１、遊星摩擦輪４２の自由状態での真円度は０．００５である。

この実施例１においては、前記太陽軸３１はステッピングモータ等のモータ軸であり、モータフランジ（閉蓋フランジを兼用）Ｍに設けられたボールベアリングＢにより支承されている。また、前記モータフランジＭの環状凸部は固定ケーシングＨの開口部に嵌合されて、該固定ケーシングＨの開口部を閉蓋している。
また、実施例１では、前記モータフランジＭの環状凸部と固定摩擦輪３２が別部材とされているが、このモータフランジＭに長い環状凸部を一体に突設し、これを固定摩擦輪３２として固定ケーシングＨの開口部に嵌め込むこともできる。このような形態にすることにより、図５に示されている実施例よりも固定摩擦輪３２の成形加工が容易になり、モータフランジＭと固定摩擦輪３２の成形加工コストが低減される。

以上の摩擦伝動減速装置の減速比は１／７であり、太陽軸３１の駆動トルク０．１ｋｇ／ｍ以下で、トラクションオイルにより内部を潤滑した状態で回転力の伝達が行われる。この摩擦伝動減速装置は、太陽軸の回転速度３０００ｒｐｍ、駆動トルク０．１ｋｇ／ｍで連続運転したとき、極めて長時間（少なくとも１万時間）において被駆動軸Ｓの回転速度の振動や遅延はなく極めて安定しており、またバックラッシュもゼロである。

次に、実施例２（請求項４に対応）について、図７を参照しながら説明する。この実施例２は、前記実施例１の摩擦伝動減速装置において伝達トルクを大きくするように、各キャリヤ軸４１に対して遊星摩擦輪４２を複数個設けたものであり、その他の点は前記実施例１と同じである。
ところで、このような摩擦伝動減速装置において伝動トルクを大きくする場合は、遊星摩擦輪４２に対する締め代を大きくして太陽軸３１と遊星摩擦輪４２、及び遊星摩擦輪４２と固定摩擦輪３２の摩擦力を大きくすることが考えられるが、これは遊星摩擦輪４２の転がり抵抗、伝動の平滑性や耐久性の観点から好ましくない。そこで、図７（ａ）に示されているように遊星摩擦輪４２を長くすることで伝動トルクを大きくすることになるが、このようにすると前記遊星摩擦輪４２と、太陽軸３１及び固定摩擦輪３２との間の面圧がその長手方向において不均一になり、所期の伝動特性を発揮することができないこともある。
この問題を解消するためのものが図７（ｂ）に示す実施例２のものである。この実施例２は、図５に示された実施例１の遊星摩擦輪４２を構成する規格品である「ボールベアリング」をスペーサ４４を介して３個並べて一組としてこれによって各キャリヤ軸４１に対する遊星摩擦輪を構成したものである。この３個の「ボールベアリング」は個々に調心作用（回転軸心に対する調心作用）を有しており、太陽軸３１と固定摩擦輪３２に対して個々に作用し、その面圧がその全長においてほぼ均一になるので、その伝達最大トルク容量は図５に示された実施例１の約３倍弱であって安定している。

次に、実施例３（請求項５に対応）について、図８を参照しながら説明する。この実施例３は、前記実施例１の摩擦伝動減速装置において、遊星摩擦輪４２が太陽軸３１や固定摩擦輪３２に集中して片当たりするのを防止するために、遊星摩擦輪４２の軸方向の配置を工夫したものであり、その他の点においては前記実施例１と同じである。
このような摩擦伝動減速装置において、太陽軸３１、キャリヤ軸４１及び固定摩擦輪３２の中心軸線は、加工誤差等のために微小な傾きを有しているのが普通である。このために、遊星摩擦輪４２は太陽軸３１や固定摩擦輪３２に対して微妙に片当たりして、該遊星摩擦輪の角が太陽軸や固定摩擦輪の転動面に集中して強く当ることになり、太陽軸３１や固定摩擦輪３２の転動面が偏磨耗することになる。
この実施態様３においては、キャリヤ軸４１の基部（キャリヤＣ側）にそれぞれ厚さの異なる段部４７ａ〜４７ｃを設けることにより、各遊星摩擦輪４２は互いに軸方向にずらして配置されるので、その片当りによる転動面の偏磨耗が分散され、集中しないように構成されている。このために、前記太陽軸３１、キャリヤ軸４１及び固定摩擦輪３２の耐久性が向上し、長期間に亘って円滑な伝動作用が維持される。

実施例１乃至実施例３はいずれもキャリヤとキャリヤ軸をキャリヤと一体形成したものであるが、上記従来技術（特開平６−１７４０２６号公報）のように、実施例１乃至実施例３についてもキャリヤ軸をキャリヤと別体とすることができる。
実施例４（図９）は、キャリヤ軸４１ａとキャリヤＣ間の関連構成を変更した実施例であり、具体的には実施例２のキャリヤ軸４１をキャリヤＣと別体にしたものである。
上記従来技術はキャリヤ軸の一端をキャリヤの孔に圧入嵌合して固定しているが、実施例４はこれとは違って、キャリヤ軸４１ａの一端をキャリヤＣの孔に遊嵌させ、キャリヤ軸４１ａとキャリヤＣを接着剤ｂで固着している。
実施例４の遊星摩擦輪４２を太陽軸３１と固定摩擦輪３２に間に圧入したとき、キャリヤ軸４１ａがキャリヤＣに対して若干の自在性があるので、遊星摩擦輪４２が太陽軸３１と固定摩擦輪３２に対して自然に調心され、調心された状態で接着剤ｂでキャリヤ軸４１ａがキャリヤＣに固着される。したがって、遊星摩擦輪４２の太陽軸３１、固定摩擦輪３２に対する圧接の軸方向における均等化が図られて、片当たりが低減されるので、その伝動特性が向上される。
また、実施例２（図７）は３つのボールベアリングを組み合わせて遊星摩擦輪を構成しているものであり、キャリヤ軸４１が実施例１のものに比して相当長いために３つの遊星摩擦輪４２の太陽軸３１と固定摩擦輪３２に対する圧力が不均一になり、片当たりする傾向があるという問題があるが、実施例４により上記の問題が大幅に低減される。

以上は、この発明を無変速の摩擦伝動減速装置として利用することを前提にして説明したが、このような遊星型の伝動装置は減速機能を有するだけでなく、それを構成する太陽軸、遊星摩擦輪を有するキャリヤ、及び外側摩擦輪のうち、固定部材、駆動部材又は被駆動部材を適宜選択することにより、増速機能や逆転機能をも備えていることは周知の技術事項である。
したがって、この発明は減速機能、増速機能又は逆転機能を備える遊星型の伝動装置としての発明でもある。

は、遊星型の摩擦伝動減速装置を用いたスライダー駆動装置を模式的に示す側面図である。 は、従来の遊星型の摩擦伝動減速装置を示す模式図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は要部の拡大断面図である。 は、従来の遊星型の摩擦伝動減速装置の主要部を説明する断面図である。 は、従来の遊星型の摩擦伝動減速装置の主要部を説明する断面図である。 は、この発明の実施例１を説明する模式的な断面図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 は、この発明の解決手段の作用、及び実施例１について説明する模式図である。 は、この発明の実施例２を説明する模式的な断面図であり、（ａ）は遊星摩擦輪を長くした場合の説明図、（ｂ）は実施例２の説明図である。 は、この発明の実施例３の主要部を説明する模式図である。 は、この発明の実施例４を説明する模式的な断面図である。

符号の説明

１・・・・スライダー
２・・・・ねじ軸
３・・・・遊星摩擦伝動減速装置
４・・・・ステッピングモータ
５・・・・位置センサ
６・・・・ＣＰＵ
７・・・・駆動手段
８・・・・ベッド
１１・・・・駆動軸
１２，Ｓ・・・・被駆動軸
１３，２３，３０，４２・・・・遊星摩擦輪
１３ａ，２３ａ，４０・・・・インナーリング
１３ｂ，２３ｂ，３３・・・・ニードルローラ
１４，２４，３９，４１・・・・キャリヤ軸
１５，２５，３１・・・・太陽軸
１６，２６，３２・・・・固定摩擦輪
１７，Ｃ・・・・キャリヤ
４３・・・・ボール
４７ａ〜４７ｃ・・・・段部
ｂ・・・・接着剤
Ｂ・・・・ボールベアリング
Ｍ・・・・モータフランジ（閉蓋フランジ）
Ｈ・・・・固定ケーシング

Claims (8)

1. 駆動軸である太陽軸と、固定ケーシングに固定された固定摩擦輪と、被駆動軸に連結されるキャリヤとが同心に配置され、
   前記キャリヤは、断面が円形である複数のキャリヤ軸を備えており、
   前記各キャリヤ軸には、遊星摩擦輪が多数の転動体とインナーリングによって回転自在に支承され、
   前記それぞれのキャリヤ軸に支持された遊星摩擦輪は、前記太陽軸と固定摩擦輪の間に圧入され微小に潰されて楕円状に弾性変形されることにより、前記駆動軸から被駆動軸へ摩擦により回転を伝達する遊星型の摩擦伝動減速装置において、
   前記転動体がボールであり、
   前記キャリヤ軸の直径を前記インナーリングの内径より大きくして、該キャリヤ軸に該インナーリングを締め代をもって圧入嵌合することにより、該インナーリングが半径方向外方に拡張されると共に、前記多数のボールは前記インナーリングと遊星摩擦輪との間に微小に予圧縮されて介在されており、
   前記インナーリングの拡張量が、前記太陽軸と固定摩擦輪の締め付けによる前記遊星摩擦輪の弾性変形の長径方向への膨らみ量よりも大きいことを特徴とする遊星型の摩擦伝動減速装置。
2. 前記インナーリング、ボール及び遊星摩擦輪が、規格品である「ボールベアリング」のインナーリング、ボール及びアウターリングであることを特徴とする請求項１の遊星型の摩擦伝動減速装置。
3. 前記固定摩擦輪が、前記固定ケーシングの端面開口に嵌合固定される閉蓋カバーと一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の遊星型の摩擦伝動減速装置。
4. 前記各キャリヤ軸に対して、インナーリング、ボール及び遊星摩擦輪を２組以上組み込むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかの遊星型の摩擦伝動減速装置。
5. 前記各キャリヤ軸に支持されている遊星摩擦輪が、該キャリヤ軸の軸方向に互いにずらされて配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかの遊星型の摩擦伝動減速装置。
6. 前記キャリヤ軸が前記キャリヤとは別体であり、その一端がキャリヤの孔に遊嵌され接着剤で固着されている請求項１乃至請求項５のいずれかの遊星型の摩擦伝動減速装置。
7. 太陽軸と外側摩擦輪とキャリヤとが同心に配置され、
   前記キャリヤは、断面が円形である複数のキャリヤ軸を備えており、
   前記各キャリヤ軸には、遊星摩擦輪が多数の転動体とインナーリングによって回転自在に支承され、
   前記それぞれのキャリヤ軸に支持された遊星摩擦輪は、前記太陽軸と外側摩擦輪の間に圧入され微小に潰されて楕円状に弾性変形されることにより、前記太陽軸と外側摩擦輪に圧接され摩擦により回転を伝達するようになっており、
   前記太陽軸と外側摩擦輪とキャリヤのうち、どれか一つを固定し、残り二つのうちの一方を駆動側とし、他方を被駆動側とする遊星型の摩擦伝動装置において、
   前記転動体がボールであり、
   前記キャリヤ軸の直径を前記インナーリングの内径より大きくして、該キャリヤ軸に該インナーリングを締め代をもって圧入嵌合することにより、該インナーリングが半径方向外方に拡張されると共に、前記多数のボールは前記インナーリングと遊星摩擦輪との間に微小に予圧縮されて介在しており、
   前記インナーリングの拡張量が、前記太陽軸と外側摩擦輪の締め付けによる前記遊星摩擦輪の弾性変形の長径方向への膨らみ量よりも大きいことを特徴とする遊星型の摩擦伝動装置。
8. スライダーをねじ機構で駆動し、当該ねじ機構を摩擦伝動減速装置を介してステッピングモータにより駆動し、スライダーの停止位置を高精度で検出して、この位置検出信号によってフィードバック制御して、所定位置に停止させるスライダー駆動装置であって、上記摩擦伝動減速装置が請求項１乃至請求項６のいずれかの遊星型の摩擦伝動減速装置であるスライダー駆動装置。
   

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