JP2005330990A - Reduction gear - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、大減速比を容易に実現することができる減速機構に関する。 The present invention relates to a speed reduction mechanism that can easily realize a large speed reduction ratio.
一軸構造でありながら大きな減速比を実現することができる減速機構として、いわゆるハーモニックドライブ機構が知られている。 A so-called harmonic drive mechanism is known as a reduction mechanism capable of realizing a large reduction ratio while having a uniaxial structure.
このものは、楕円カムの外周に薄肉のボールベアリングを嵌合する内部材と、内部材を挿入する弾性変形可能な薄肉カップ状の中間部材と、中間部材の外周のスプラインが噛合する内歯付きの外部材とを同軸に組み立てて構成されている。なお、外部材の内歯数は、中間部材のスプライン数より2だけ多くなっている。そこで、このものは、たとえば外部材を固定し、内部材と一体の入力軸を回転させると、楕円カムの外周に従ってボールベアリングの外輪と中間部材とが同時に弾性変形し、楕円カムの長軸の両端に相当する位置のスプラインが外部材の内歯に噛合して両者の噛合位置が順次移動して行くため、内部材の1回転当り、中間部材が歯数差2相当だけ逆方向に回転し、中間部材と一体の出力軸を回転させることができる。 This has an inner member that fits a thin ball bearing on the outer periphery of the elliptical cam, an elastically deformable thin cup-shaped intermediate member that inserts the inner member, and an internal tooth that meshes with the spline on the outer periphery of the intermediate member The outer member is coaxially assembled. Note that the number of inner teeth of the outer member is two more than the number of splines of the intermediate member. Therefore, for example, when the outer member is fixed and the input shaft integrated with the inner member is rotated, the outer ring of the ball bearing and the intermediate member are simultaneously elastically deformed according to the outer periphery of the elliptic cam, and the long axis of the elliptic cam is Since the splines at the positions corresponding to both ends mesh with the inner teeth of the outer member, and the meshing positions of the two members move sequentially, the intermediate member rotates in the opposite direction by an amount corresponding to the number of teeth difference of 2 per one rotation of the inner member. The output shaft integral with the intermediate member can be rotated.
しかし、このような構造では、弾性変形可能な薄肉カップ状の中間部材のスプラインと外部材の内歯とを噛合させるから、入力軸から出力軸に伝達可能なトルクが小さく、大容量化を図ることが難しい。そこで、出願人は、楕円カムの外周のローラリンクと、ガイドプレート、内歯プレートとを組み合わせることによって、伝達トルクに実質的な制限がない減速機構を先きに提案した(特許文献1)。
かかる従来技術によるときは、楕円カムを回転させることにより、ローラリンクのピンと内歯プレートとの噛合位置を順次移動させてガイドプレートと内歯プレートとを相対回転させるから、入力軸、出力軸間の伝達トルクを容易に十分大きくすることが可能であるが、ローラリンクのピン数が少ないために、小形化して大減速比を実現することが容易でないという問題がある。 According to such a conventional technique, by rotating the elliptical cam, the meshing position of the roller link pin and the internal tooth plate is sequentially moved to relatively rotate the guide plate and the internal tooth plate. However, since the number of pins of the roller link is small, there is a problem that it is not easy to reduce the size and realize a large reduction ratio.
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、楕円カムと、内歯のリングギヤと、各リンクプレートの外縁にギヤ歯を形成するローラリンクチェーンとを組み合わせることによって、小形化しても大減速比を容易に実現することができる減速機構を提供することにある。 Therefore, in view of the problems of the prior art, the object of the present invention is to reduce the size by combining an elliptical cam, an internal ring gear, and a roller link chain that forms gear teeth on the outer edge of each link plate. An object of the present invention is to provide a reduction mechanism that can easily realize a large reduction ratio.
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、楕円カムと、ローラを介して楕円カムの外周に接するローラリンクチェーンと、楕円カムと同軸のガイドプレート、内歯のリングギヤとを備えてなり、ガイドプレートは、ローラリンクチェーンの各ピンに対応するガイド孔を円形に配列し、ローラリンクチェーンは、リングギヤに噛合するギヤ歯を各リンクプレートの外縁に形成し、楕円カムの回転に伴い、リングギヤに対するギヤ歯の噛合位置を順次移動させてガイドプレート、リングギヤを相対回転させることをその要旨とする。 The configuration of the present invention for achieving such an object includes an elliptic cam, a roller link chain in contact with the outer periphery of the elliptic cam via a roller, a guide plate coaxial with the elliptic cam, and an internal ring gear, In the guide plate, guide holes corresponding to each pin of the roller link chain are arranged in a circle, and in the roller link chain, gear teeth that mesh with the ring gear are formed on the outer edge of each link plate. The gist thereof is to sequentially move the meshing position of the gear teeth with respect to the guide plate and the ring gear to rotate relative to each other.
なお、リングギヤは、左右のリンクプレートに対応する一対を設けることができ、ガイドプレートは、楕円カムを挟む一対を設け、スペーサリングを介して一体に組み立てることができる。 A pair of ring gears can be provided corresponding to the left and right link plates, and a pair of guide plates can be assembled together via a spacer ring by providing a pair sandwiching an elliptical cam.
また、ローラリンクチェーンは、楕円カム、ガイドプレートの両外側にリンクプレートを配置してもよい。 The roller link chain may be provided with link plates on both outer sides of the elliptical cam and the guide plate.
かかる発明の構成によるときは、ローラを介して楕円カムの外周に接するローラリンクチェーンは、楕円カムを回転させることにより、楕円カムの長軸の両端に相当する部分が外側に膨らみ、短軸の両端に相当する部分が内側に縮むように連続的に滑らかに変形する。そこで、ローラリンクチェーンの各ピンは、ガイドプレートの各ガイド孔を介してガイドされ、ローラリンクチェーンの各リンクプレートの外縁のギヤ歯は、リングギヤに対する噛合位置を順次移動させることにより、楕円カムの1回転当り、ローラリンクチェーン側のギヤ歯の総歯数と、リングギヤの歯数との差に相当するだけガイドプレート、リングギヤを互いに相対回転させることができる。 When the roller link chain in contact with the outer periphery of the elliptical cam via the roller is rotated, the portion corresponding to both ends of the major axis of the elliptical cam bulges outward and the minor axis of the elliptical cam swells. The portion corresponding to both ends is continuously and smoothly deformed so as to shrink inward. Therefore, each pin of the roller link chain is guided through each guide hole of the guide plate, and the gear teeth on the outer edge of each link plate of the roller link chain move the meshing position with respect to the ring gear in order to The guide plate and the ring gear can be rotated relative to each other by the amount corresponding to the difference between the total number of gear teeth on the roller link chain side and the number of teeth on the ring gear per rotation.
なお、ローラリンクチェーンの各ピンは、ガイドプレートの各ガイド孔に対応しているから、ローラリンクチェーン、ガイドプレートは、相対移動することがない。したがって、楕円カムを入力軸とし、ガイドプレート、リングギヤの一方を固定して他方を出力軸とすることにより、大減速比の減速機構を形成することができる。また、このとき、ローラリンクチェーン側の歯数は、各リンクプレート当り数枚を形成し、総歯数を100枚以上程度にすることも容易であるから、全体を小形化しても、数10分の1程度の大減速比を極めて容易に実現することができる。 Since each pin of the roller link chain corresponds to each guide hole of the guide plate, the roller link chain and the guide plate do not move relative to each other. Therefore, a reduction mechanism with a large reduction ratio can be formed by using an elliptical cam as an input shaft, fixing one of the guide plate and the ring gear and using the other as an output shaft. At this time, since the number of teeth on the roller link chain side is several per each link plate and the total number of teeth can easily be about 100 or more, even if the entire size is reduced, several tens A large reduction ratio of about 1 / minute can be realized very easily.
ただし、リングギヤの歯数は、一般にローラリンクチェーン側の総歯数に対し、2以上の任意の偶数だけ多くするものとする。しかし、楕円カムの回転を滑らかにするために、ローラリンクチェーン側の総歯数を4の倍数とし、リングギヤの歯数を総歯数より2だけ多くすることが好ましい。また、ガイドプレートの各ガイド孔は、楕円カムの1回転当り、ローラリンクチェーンの各ピンの位置をガイドプレートの径方向、周方向の双方に所定量だけシフトさせるために、ほぼ楕円形の適切な形状に設定するものとする。なお、ローラリンクチェーンは、等ピッチのローラを楕円カムの外周に沿って相対移動させ、ガイドプレート、リングギヤを相対回転させるから、十分な強度のギヤ歯を各リンクプレートの外縁に形成することにより、入力軸、出力軸間の伝達トルクを必要十分に大きくすることができる。 However, the number of teeth of the ring gear is generally increased by an arbitrary even number of 2 or more with respect to the total number of teeth on the roller link chain side. However, in order to make the rotation of the elliptical cam smooth, it is preferable that the total number of teeth on the roller link chain side is a multiple of 4 and the number of teeth of the ring gear is increased by 2 from the total number of teeth. Also, each guide hole in the guide plate is substantially oval in order to shift the position of each pin of the roller link chain by a predetermined amount both in the radial direction and in the circumferential direction of the elliptic cam per rotation of the elliptical cam. It shall be set to a simple shape. The roller link chain moves the guide pitch and the ring gear relative to each other by relatively moving a roller with an equal pitch along the outer periphery of the elliptical cam. By forming gear teeth with sufficient strength on the outer edge of each link plate, The transmission torque between the input shaft and the output shaft can be increased sufficiently and sufficiently.
リングギヤは、ローラリンクチェーンの左右の各列のリンクプレートに対応する一対を設けることにより、入力軸、出力軸間の伝達トルクを一層増大させることができる。また、ガイドプレートは、スペーサリングを介して楕円カムを挟む一対を一体に組み立てることにより、ローラリンクチェーンの各ピンの傾きを防止して全体の小形化、強力化を図ることができる。 By providing a pair of ring gears corresponding to the link plates in the left and right rows of the roller link chain, the transmission torque between the input shaft and the output shaft can be further increased. Further, the guide plate is integrally assembled with a pair of sandwiching the elliptical cam via the spacer ring, whereby the inclination of each pin of the roller link chain can be prevented and the overall size and strength can be reduced.
ローラリンクチェーンは、楕円カム、ガイドプレートの両外側にそれぞれ一対のリンクプレートを配置することにより、左右2列のリンクプレートを有する単列のローラリンクチェーンとして構成することができる。ただし、ここでいう一対のリンクプレートとは、内リンクプレート、外リンクプレートをいう。また、各列のリンクプレートは、それぞれ1枚以上の内リンクプレート、外リンクプレートを組み合わせることも可能である。なお、いずれの場合も、各リングギヤは、各列のすべてのリンクプレートの外縁に形成するギヤ歯が全部同時に噛合し得る歯幅を有するものとする。 The roller link chain can be configured as a single row roller link chain having two left and right link plates by arranging a pair of link plates on both outer sides of the elliptical cam and the guide plate. However, the pair of link plates here refers to an inner link plate and an outer link plate. In addition, the link plates in each row can be combined with one or more inner link plates and outer link plates. In any case, each ring gear has a tooth width that allows all gear teeth formed on the outer edges of all link plates in each row to mesh simultaneously.
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
減速機構は、楕円カム11と、ローラリンクチェーン20と、楕円カム11を挟む一対のガイドプレート12、12と、一対の内歯のリングギヤ13、13とを備えてなり(図1、図2)、楕円カム11、ガイドプレート12、12、リングギヤ13、13は、互いに同軸に配列され、ケーシング30に一体に組み込まれている。ただし、図2の各部材の配列順序は、便宜的なものであり、図1を優先するものとする。
The speed reduction mechanism includes an
楕円カム11は、段付きの軸11aの中間フランジ11bの前面にねじ止めされている。軸11aの前端部は、一方のガイドプレート12をねじ止めする軸12aの後端に対し、ベアリング12bを介して相対回転自在に挿入されており、軸11aの後端部は、ベアリング11cを介し、ケーシング30のベアリングケース31によって回転自在に支持されている。なお、ベアリング11cの外側には、オイルシール11dが装着されている。
The
ガイドプレート12用の段付きの軸12aは、ベアリング12c、12cを介し、ケーシング30のベアリングケース33によって回転自在に支持されている。なお、軸12aの前端側のベアリング12cの外側には、オイルシール12eが装着されている。
The
ケーシング30は、大径のスペーサリング35を介し、前後一対のリングギヤ13、13とともに、前後のベアリングケース31、33を一体にボルト締めして組み立てられている。なお、リングギヤ13、13は、ノックピン13b、13bを介し、スペーサリング35に対して回り止めされている。
The
ローラリンクチェーン20は、ローラ21、21…を介して楕円カム11の外周に接するように、エンドレスに構成されている(図3、図4)。ローラ21、21…用のピン22、22…は、楕円カム11、ガイドプレート12、12の両外側を通る左右2列各二対のリンクプレート23、23…を屈曲自在に連結しており、各ピン22には、ブッシュ21aを介して回転自在に装着するローラ21に加えて、ガイドプレート12、12に対応する中間のブッシュ25、25が装着されている。また、各リンクプレート23の外縁には、リングギヤ13に噛合可能なギヤ歯23a、23a…が形成されており、ローラリンクチェーン20の全長に対するギヤ歯23a、23a…の総歯数Zt は、4の倍数に設定されている。
The
ガイドプレート12、12は、スペーサリング12gを介して一体に組み立てられている(図2、図5)。各ガイドプレート12には、ローラリンクチェーン20のローラ21、21…用の各ピン22に対応するほぼ楕円形のガイド孔12f、12f…が円形に等ピッチに配列して形成されている。また、スペーサリング12gの内周は、ガイドプレート12、12上の各ガイド孔12fを正しく貫通させるために、各ガイド孔12fの外形に合わせて波形に切り欠かれている。
The
各ガイドプレート12上の各ガイド孔12fは、長軸がガイドプレート12の径方向に一致しており、各2個のガイド孔12f、12f…の長軸が楕円カム11の長軸、短軸上に来るように配置されている(図6)。また、楕円カム11の長軸上のガイド孔12f、12f内のピン22、22は、それぞれブッシュ25を介してガイド孔12fの外側の頂点に接し、短軸上のガイド孔12f、12f内のピン22、22は、それぞれブッシュ25を介して内側の頂点に接するものとする。ただし、各ピン22は、対応するガイド孔12f内において、ブッシュ25を介してガイド孔12fの内面に接しながら、ほぼ楕円形の軌跡を描いてガイド孔12fの長軸方向に往復移動する。
Each guide hole 12f on each
リングギヤ13、13は、楕円カム11、ガイドプレート12、12の両外側に配置されている(図1、図2)。各リングギヤ13には、ローラリンクチェーン20のギヤ歯23a、23a…に対応する内歯13a、13a…が円形に形成されている(図2、図7)。内歯13a、13a…の歯数Zは、ローラリンクチェーン20側の総歯数Zt に対し、Z=Zt +2となっている。そこで、楕円カム11、ローラリンクチェーン20、各リングギヤ13の相対位置関係を図示すると、図7のとおりである。
The ring gears 13 and 13 are disposed on both outer sides of the
図7において、楕円カム11をたとえば同図の矢印方向に回転させると、ローラリンクチェーン20は、楕円カム11の長軸の両端に相当する部分が外側に膨らみ、短軸の両端に相当する部分が内側に縮むように連続的に変形し、したがって、ローラリンクチェーン20の各ピン22は、対応するガイドプレート12、12のガイド孔12fにガイドされ、ローラリンクチェーン20側のギヤ歯23a、23a…は、リングギヤ13、13の内歯13a、13a…に対する噛合位置を順次移動させる。ここで、内歯13a、13a…の歯数Zは、ローラリンクチェーン20側の総歯数Zt に対し、Z=Zt +2であるから、楕円カム11が1/2回転すると、ギヤ歯23a、23a…は、内歯13a、13a…の1ピッチ相当だけシフトして、ガイドプレート12、12、リングギヤ13、13を相対回転させることができる。
In FIG. 7, when the
すなわち、ケーシング30を介してリングギヤ13、13を固定し、楕円カム11の軸11aを入力軸とすると、ガイドプレート12、12の軸12aを出力軸として、減速比R=−(Z−Zt )/Z=−2/Zを実現することができる。ただし、減速比Rの符号(−)は、出力軸の回転方向が入力軸の逆方向であることを示す。たとえば、図示のように、Zt =100、Z=102として、減速比R=−2/100=−1/50を実現することができる。また、ガイドプレート12、12を固定し、ケーシング30を介してリングギヤ13、13を出力軸とすると、減速比R=(Zt −Z)/Zt =−2/Zt を実現することができる。そこで、総歯数Zt 、歯数Z=Zt +n(ただし、nは、2以上の正の偶数)を任意に設定することにより、任意の減速比Rを実現することができる。
That is, if the ring gears 13 and 13 are fixed via the
ガイドプレート12は、楕円カム11の片側に1枚のみを配置してもよい(図8、図9)。
Only one
図8、図9において、楕円カム11は、軸11aと一体に形成されており、ガイドプレート12は、軸12aと一体に形成されている。また、軸11aの前端部は、ブッシュ12hを介して軸12aの後端に相対回転自在に挿入されている。ギヤ歯23a、23a…をリンクプレート23、23…の外縁に形成するローラリンクチェーン20は、内リンクプレート、外リンクプレートを形成する2枚のリンクプレート23、23を左右の各列に有する。なお、ケーシング30のベアリングケース31の後端、ベアリングケース33の前端には、それぞれオイルシール11d、12eを装着するベアリングカバー32、34がねじ止めされている。また、リングギヤ13、13は、ケーシング30用のスペーサリング35を介し、ベアリングケース31、33と共締めされている。
8 and 9, the
楕円カム11、ガイドプレート12、リングギヤ13、13、ローラリンクチェーン20の相対関係を前実施の形態と同様に設定することにより、全く同様に作動させることができる。
By setting the relative relationship of the
11…楕円カム
12…ガイドプレート
12f…ガイド孔
12g…スペーサリング
13…リングギヤ
20…ローラリンクチェーン
21…ローラ
22…ピン
23…リンクプレート
23a…ギヤ歯
特許出願人 田 村 守
代理人 弁理士 松 田 忠 秋
DESCRIPTION OF
Patent Applicant Mamoru Tamura
Attorney Tadaaki Matsuda, Attorney
Claims (4)
The speed reduction mechanism according to any one of claims 1 to 3, wherein the roller link chain has the link plate disposed on both outer sides of the elliptical cam and the guide plate.
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