JPH0754948A - 磁石式ボール遊星減速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁石式ボール遊星減速装置において、鋼ボー
ルが遠心力で外側にリング状リブを押して、鋼ボールと
駆動円盤とが離れることを防止することにより、鋼ボー
ルと駆動円盤との接触を安定させて所定の変速作用を確
実にできるようにした。 【構成】 磁石式ボール遊星減速装置において、固定円
盤７と従動円盤８のそれぞれの外周部に鋼ボール６と接
する様にリング状リブ７ａ、８ａを突出させ、固定円盤
７と従動円盤８のそれぞれのリング状リブ７ａ、８ａ
は、どちらか一方が鋼ボール６の中心位置より先まで突
出され、その突出により環状配置の鋼ボール６の外周側
を覆えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気吸引力と磁気摩擦
力をうまく利用するために鋼ボールを使用して回転を減
速して伝達できるようにした磁石式ボール遊星減速装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、歯車式遊星変速装置は機械技術の
飛躍的進歩に貢献したが、給油の問題、騒音振動の問題
等があり、精密機器に適合しなくなりつつある。このた
め近年の原動機等の高速化と制御技術の高度化にともな
い、歯車を使わない遊星変速装置の出現が強く期待され
るようになっている。歯車に代わる方式としては、摩擦
力を利用する以外に方法はないと考えられている。従
来、摩擦力は、ばね等の押し付け力によって発生させて
いたが、この方法では長期にわたる押し付け力の確保が
困難で実用化されるに至っていない。これに代わる方法
として、磁気吸引力を利用する方法が考えられ、磁気吸
引力の利用方法によっては、小型で十分な吸引力を発生
させることができると考えられている。

【０００３】このため磁石を使用した変速機として、円
筒状で磁性体の外輪内の中央に、磁性体の太陽ローラを
配置し、さらに太陽ローラと外輪の間に複数の磁石体か
らなる遊星ローラを配置し、遊星ローラを外輪と太陽ロ
ーラに線接触させるとともに磁着させ、それぞれの間の
回転の伝達を確実にして伝達トルクを向上させたものが
特開昭６３−２１０４４９号公報に開示されている。ま
た筒部を有する被伝達円盤の筒部内に動力伝達円盤を配
置し、前記筒部のテーパ内周面と動力伝達円盤のテーパ
外周面の間に複数のテーパ状の遊星ローラを配置し、遊
星ローラを磁力で被伝達円盤の筒部と動力伝達円盤の間
に押し込むことにより、動力伝達を向上させたものが、
特開平４−７８３５３号公報に開示されている。さら
に、リング状永久磁石の両側にそれぞれ内輪を配置し、
両内輪のそれぞれの外周に複数のボールベアリングを環
状に配置し、両側の環状のボールベアリングの外周に外
車を配置し、内車とボールベアリングと外車との間に磁
力を作用させて内車と外車との間で動力を伝達するよう
にしたものが特開平４−２９０６５３号公報に開示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように磁石を使
用した遊星変速装置は各種あるものの、遊星変速装置を
構成する各部材に僅少の誤差があっても、大きな駆動損
失が発生したり、発生音や摩耗を生じ、磁石吸引力を十
分に利用することができなかった。本発明者は先に、摩
耗の少ない鋼製のボールを使用して大きな磁気吸引力を
利用し、給油等の保守を不要にするとともに伝達効率を
良くし、さらに低騒音で確実な変速をできるようにした
遊星変速装置を提案（特願平5-54881 ）している。この
遊星変速装置は、２重スラストベアリングに類似した構
造であり、２重のベアリングに共通なリテーナにより動
力の伝達を行う機構を有しているので、正転から逆転ま
で連続的に可変できるという利点を有する。ただ一般の
減速装置では、変速比が一定であっても実用上十分なこ
とが多いので、リテーナのない１重スラストベアリング
に類似の遊星減速装置が検討されている。しかし、この
リテーナの無い形式の遊星変速装置では、固定円盤や従
動円盤のそれぞれの外周にリング状リブが突出され、各
リング状リブの先端が鋼ボールの両側端部に接する構成
にしていて、鋼ボールの外周中央部がリング状リブで覆
われない状態になっている。このため遊星変速装置を駆
動中、鋼ボールに大きな遠心力が作用して、鋼ボールが
リング状リブを外側に押すことにより駆動円盤から離れ
て所定の変速作用が行えなくなったり、両側のリング状
リブの間から鋼ボールが外側に飛び出してしまうことが
懸念される。そこで本発明は、鋼ボールを使用した遊星
変速装置において、鋼ボールが遠心力で外側にリング状
リブを押して鋼ボールと駆動円盤とが離れることを防止
することにより、鋼ボールと駆動円盤との接触を安定さ
せて所定の変速作用を確実にできるようにし、しかも鋼
ボールの飛び出しをなくすことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、駆動軸と一体
に回転される磁性体からなる駆動円盤と、駆動円盤によ
り回転が伝達されるように駆動円盤の外周に環状に配置
した複数の鋼ボールと、複数の鋼ボールの両側に配置さ
れる磁性体からなる固定円盤及び磁性体からなる従動円
盤と、駆動軸の外周に配置されて鋼ボールと固定円盤と
従動円盤とに磁力を作用させて鋼ボールの空回りを阻止
するようにした複数の磁石円板とを備えて、駆動軸の回
転を従動円盤に減速して伝達する磁石式鋼ボール遊星減
速装置において、次の構成により上記目的を達成したも
のである。すなわち本発明では、固定円盤と従動円盤の
それぞれの外周部に鋼ボールと接するようにリング状リ
ブを突出させ、固定円盤と従動円盤のそれぞれのリング
状リブは、どちらか一方が鋼ボールの中心位置より先ま
で突出され、その突出により環状配置の鋼ボールの外周
側を覆えるようにした。また、固定円盤と従動円盤のそ
れぞれのリング状リブは、鋼ボールと接する部分を鋼ボ
ールの半径に対応した曲面に形成するとともに、駆動円
盤が鋼ボールと接する端部を鋼ボールの半径に対応した
曲面に形成した。

【０００６】

【作用】上記の磁石式ボール遊星減速装置では、駆動軸
により駆動円盤が一体に回転されると、その外周の複数
の鋼ボールが自転と公転を行う。この場合、駆動円盤の
内側の磁石円板の磁力の作用により、鋼ボールの自転軸
がトルク負荷により変わることがない。また駆動円盤の
両側の磁石円板と鋼ボールにより、鋼ボールと駆動円盤
の接点に独立した磁気回路が形成され、磁気吸引力と磁
気摩擦力を大きくし、鋼ボールが空回りするのを防止で
きる。さらに駆動円盤の外側の磁石円板の磁力により、
固定円盤と従動円盤が鋼ボールに押し付けられ、両者間
で空回りをすることがない。

【０００７】そして駆動円盤が時計回りに回転すると、
遊星鋼ボールは時計回りに公転すると同時に、反時計回
りに自転するようになる。従動円盤が鋼ボールと接する
位置の直径が、固定円盤が鋼ボールと接する位置の直径
より若干小さい場合、従動円盤がゆっくりと時計回りに
回転することになる。なお遊星鋼ボールは磁石円板によ
り互いに反発するように磁化されるので、リテーナ（間
隔保持部材）がなくても等間隔に環状に配置される。

【０００８】遊星減速装置の減速比（駆動軸回転数Ｎ₁
と従動軸回転数Ｎ₂ との比）は、駆動円盤の半径Ｒ₀
と、固定円盤が鋼ボールに接する位置の半径Ｒ₁ と、従
動円盤が鋼ボールと接する位置の半径Ｒ₂ と、鋼ボール
での固定円盤と接する位置の半径ｒ₁ と、鋼ボールでの
従動円盤と接する位置の半径ｒ₂ とによって決められ
る。減速装置の簡略化した機構は図３（ａ）に示すもの
と等価であり、図３（ａ）に示す機構は、図３（ｂ）と
図３（ｃ）の基本的な遊星減速機構を組合せたものと考
えられる。図３（ｂ）の減速比η_b は、 η_b ＝１／（１＋Ｒ₁ ／Ｒ₀ ）＝Ｎ₁ ’／Ｎ₁ 図３（ｃ）の減速比η_c は、 η_c ＝１−（Ｒ₁ ／ｒ₁ ）（ｒ₂ ／Ｒ₂ ）＝Ｎ₂ ／Ｎ
₁ ’ なので、図３（ａ）の減速比η_a は、 η_a ＝Ｎ₂ ／Ｎ₁ ＝（Ｎ₁ ’／Ｎ₁ ）（Ｎ₂ ／Ｎ₁ ’）
＝η_b ・η_c＝［１−（Ｒ₁ ／ｒ₁ ）（ｒ₂ ／Ｒ₂ ）］
／（１＋Ｒ₁ ／Ｒ₀ ） となる。

【０００９】上記の減速駆動の際、鋼ボールに遠心力が
作用するが、固定円盤と従動円盤のどちらかのリング状
リブが鋼ボールの中心より先にまで突出しているので、
鋼ボールが外側に移動したり飛び出すようなことがな
く、鋼ボールは駆動円盤と固定円盤と従動円盤に接して
所定の減速作用をすることができる。また鋼ボールは固
定円盤と従動円盤と駆動円盤に接して回転するが、各円
盤が鋼ボールと接する部分は曲面状に形成されるので、
鋼ボールの自転と公転が安定して作動する。

【００１０】

【実施例】本発明の磁石式ボール遊星減速装置の実施例
を図１、２により説明する。磁石式ボール遊星変速装置
は、駆動軸１の外周に非磁性体からなる筒体２を嵌合
し、その外周に磁性体からなる２つの駆動円盤３ａ、３
ｂを取付け、各駆動円盤の両側に磁石円板４ａ、５ａ、
４ｂ、５ｂを配置している。また２つの駆動円盤３ａ、
３ｂの外周に、複数の鋼ボール６を環状に配置し、その
環状配置の鋼ボール６の両側に磁性体からなる固定円盤
７と、磁性体からなる従動円盤８を配置し、駆動軸１の
回転に伴い駆動円盤３ａ、３ｂが回転することにより各
鋼ボール６が自転と公転をして、従動円盤８を減速して
回転するようになっている。

【００１１】なお固定円盤７は、前記の外側の磁石円板
４ａの外側に配置され、駆動軸１に対して回転がフリー
になっていて、駆動軸１は筒体２を介して２つの駆動円
盤３ａ、３ｂ及び４つの磁石円板４ａ、５ａ、４ｂ、５
ｂとのみ一体に回転するようになっいる。また従動円盤
８は駆動軸１に対してフリー回転できるようになってお
り、そのため従動円盤８の中心に貫通させた従動軸９が
軸受１３を介して駆動軸１にフリー回転可能に支持され
ている。さらに前記の４つの磁石円板のうち内側の２つ
の間には、磁性体からなる分離板１０が配置されてい
る。また駆動軸１は軸受１４を介して支持板１５に保持
され、従動軸９は軸受１６を介して保持板１７に保持さ
れている。

【００１２】分離板１０の両側の磁石円板５ａ、５ｂ
は、鋼ボール６とそれぞれの駆動円盤３ａ、３ｂの接点
に独立した磁気回路を形成し、磁気吸引力と磁気摩擦力
を大きくし、鋼ボール６が駆動円盤３ａ、３ｂに対して
空回りをするのを防止できるようになっている。また各
駆動円盤３ａ、３ｂの外側位置の磁石円板４ａ、４ｂ
は、その磁力により、固定円盤７あるいは従動円盤８を
鋼ボール側６に押し付け、固定円盤７と従動円盤８の後
記するそれぞれのリング状リブ７ａ、８ａと鋼ボール６
との間で空回りをしないようにしている。

【００１３】固定円盤７には鋼ボール６の側にリング状
リブ７ａが突設され、リング状リブ７ａの先端が鋼ボー
ル６の中心より先にまで突出されて、環状配置の鋼ボー
ル６の外周側を覆えるようになっており、リング状リブ
７ａの内周面が鋼ボール６に接する様にしている。また
従動円盤８の鋼ボール６の側にリング状リブ８ａが突設
され、そのリング状リブ８ａの先端エッジが鋼ボール６
に接するようにした。リング状リブ８ａの先端エッジが
鋼ボールに接する位置から駆動軸１の中心線までの半径
長さは、前記固定円盤７のリング状リブ７ａが鋼ボール
６に接する位置から駆動軸１の中心線までの長さとは差
があるようにし、それにより前記の作用の欄で記載した
式に基づく減速ができるようになっている。

【００１４】上記実施例では、固定円盤７のリング状リ
ブ７ａの先端が鋼ボールの中心より先にまで突出された
が、そのかわりに従動円盤８のリング状リブ８ａを、そ
の先端が鋼ボールの中心より先にまで突出するようにし
てもよい。いずれの場合でも、鋼ボールの中心より先に
突出するリング状リブにより、鋼ボールが遠心力で飛び
出すのを防止することができる。なお、鋼ボール６の遠
心力でリング状リブ７ａが外側に押されると、鋼ボール
６が駆動円盤３ａから離れて所定の減速作動ができない
ので、鋼ボール６の遠心力でリング状リブ７ａが押され
て曲がらないような強度にする必要がある。また従動円
盤８のリング状リブ８ａが鋼ボール６と接する端部を、
鋼ボール６の半径に対応した曲面に形成すれば、両者の
接する面が広くなり、鋼ボール６の自転と公転の作動が
安定になる。同様に駆動円盤３ａ、３ｂが鋼ボール６と
接する端部及びリング状リブ７ａの接触部を、鋼ボール
６の半径に対応した曲面に形成すれば、両者が鋼ボール
と接する面が広くなり、鋼ボール６の自転と公転の作動
が安定になる。

【００１５】前記実施例では、駆動円盤を２枚として、
それぞれの両側に磁石円板を設け、２枚の駆動円盤の外
周に環状に複数の鋼ボールを配置し、その複数の鋼ボー
ルの両側に固定円盤と従動円盤を配置した構成の減速装
置であったが、本発明の適用は、それら構成の減速装置
に限るものではない。すなわち、上記減速装置を構成す
る各要素を使用した種々の構成の変速装置で、鋼ボール
と接する駆動円盤と固定円盤のリング状リブのうち、一
方を鋼ボールの中心より先に突出させたり、各円盤が鋼
ボールと接する端部を曲面に形成することができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明の磁石式ボール遊星減速装置で
は、鋼ボールと、固定円盤、駆動円盤及び従動円盤との
間で磁気吸引力と磁気摩擦力とを利用して駆動円盤の回
転を減速して従動円盤に伝達でき、給油等の保守を不要
にし、低騒音、低振動になり変速効率のよいものにな
る。また、固定円盤か従動円盤のリング状リブが鋼ボー
ルの中心より先に突出されるので、環状配置の鋼ボール
はリング状リブにより外周のほとんどが覆われることに
なり、鋼ボールの公転中にそれ自身に遠心力が作用して
も、鋼ボールが駆動円盤から離れるようなことがなく確
実に所定の減速作動をし、鋼ボールが遠心力で外側に飛
び出すようなこともない。さらに鋼ボールと接する各種
の円盤の端部を鋼ボールの半径に対応した曲面に形成す
ることにより、鋼ボールの自転と公転の作動が安定す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁石式ボール遊星減速装置の縦断面図
である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。

【図３】磁石式ボール遊星減速装置の減速比を等価で表
わす等価図（ａ）と、等価図（ａ）を構成する２つの等
価分解図（ｂ）、（ｃ）である。

【符号の説明】

１ 駆動軸 ３ａ 駆動円盤 ４ａ 磁石円板 ５ａ 磁石円板 ６ 鋼ボール ７ 固定円盤 ７ａ リング状リブ ８ 従動円盤 ８ａ リング状リブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 明男 東京都千代田区丸の内二丁目１番２号日立 金属株式会社内 (72)発明者 田中 省吾 東京都千代田区丸の内二丁目１番２号日立 金属株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動軸と一体に回転される磁性体からな
   る駆動円盤と、駆動円盤により回転が伝達されるように
   駆動円盤の外周に環状に配置した複数の鋼ボールと、複
   数の鋼ボールの両側に配置される磁性体からなる固定円
   盤及び磁性体からなる従動円盤と、駆動軸の外周に配置
   されて鋼ボールと固定円盤と従動円盤とに磁力を作用さ
   せて鋼ボールの空回りを阻止するようにした複数の磁石
   円板とを備えて、駆動軸の回転を従動円盤に減速して伝
   達する磁石式鋼ボール遊星減速装置において、固定円盤
   と従動円盤のそれぞれの外周部に鋼ボールと接するよう
   にリング状リブを突出させ、固定円盤と従動円盤のそれ
   ぞれのリング状リブは、どちらか一方が鋼ボールの中心
   位置より先まで突出され、その突出により環状配置の鋼
   ボールの外周側を覆えるようにしたことを特徴とする磁
   石式ボール遊星減速装置。
2. 【請求項２】 固定円盤と従動円盤のそれぞれのリング
   状リブは、鋼ボールと接する部分が鋼ボールの半径に対
   応した曲面に形成されるとともに、駆動円盤が鋼ボール
   と接する端部も鋼ボールの半径に対応した曲面に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１の磁石式ボール遊星
   減速装置。