JP2005351384A - コリオリ運動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コリオリ運動歯車装置の全長を長くすることなく、軸受け部材相互間の長さを必要量確保できるようにすることをその目的とする。
【解決手段】上記課題を解決するための本発明にかかわる手段は、ハウジング１に固定された歯数ｎ１の第１歯車Ａ１と、出力軸２に取付けられた歯数ｎ４の第４歯車Ａ４と、入力軸１との各軸心を一致させて配置し、歯数ｎ２の第２歯車Ａ２および歯数ｎ３の第３歯車Ａ３を一体に設けた回転体３を、第２歯車Ａ２が第１歯車Ａ１と噛み合い、第３歯車Ａ３が第４歯車Ａ４と噛み合うように前記入力軸１の傾斜部１a で軸支してなるコリオリ運動歯車装置であって、前記出力軸２を、入力軸方向に伸びる筒状大径部２ｂと小径部２ａとで構成し、該筒状大径部２ｂと小径部２ａにおいて軸受け部材１０，１１ を介して回転可能に支承したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コリオリ運動歯車装置の改良に関する。

本発明者はバックラッシの設定が不要でかつ大減速比を得る事が可能な変速装置を発明し、特公平７−５６３２４ 号公報（特許文献１）にその詳細を開示している。この変速装置は、内部に用いられている歯車がいわゆるコリオリ運動をすることから、以下の説明ではコリオリ運動歯車装置と称す。

図２には、本発明者の発明によるコリオリ運動歯車装置の要部断面が示されている。コリオリ運動歯車装置は、入力軸１と出力軸２との間を、第１ないし第４歯車Ａ１ないしＡ４で連結し、これらの歯車によって減速を行うものである。この第１ないし第４歯車は傘歯車である。第１歯車Ａ１はハウジング６に一体的に固定されている。また、第２歯車Ａ２および第３歯車Ａ３は１つの回転体３に設けられ、回転体３は入力軸１の傾斜部１ａで軸支されている。このように回転体３を傾斜支持すると、入力軸１の回転に伴って回転体３にコリオリ運動を発生させることができる。また、各歯車の歯にコロ４およびコロとの内接面５を用い、歯同士のかみ合い時に生ずる摺動をコロ４の回転で吸収している。

したがって、バックラッシの設定をなくし、かつ、歯同士に意図的に予圧を付与しても、歯同士の噛み合いによる発熱を回避することが可能となる。この手法によると、入力軸１の回転運動が出力軸２に伝達される際に、第１、第２歯車Ａ１，Ａ２と、第３、第４歯車Ａ３，Ａ４とで、２段階の減速作用を受けることになる。したがって、上記コリオリ運動歯車装置を、例えばアクチュエータの減速機に用いれば、小型、高精度かつ大出力のアクチュエータを得ることができる。
特公平７−５６３２４号公報

ところで、上記従来のコリオリ運動歯車装置における出力軸２は、出力軸２に作用する曲げ荷重に対し、半径方向に変位しないように軸方向に所定の距離を持たせて２箇所で、軸受け部材としてのベアリングでもって支持するように構成されている。

しかしながら、図２に示すコリオリ運動歯車装置においては、小型化つまりコンパクト性の確保がきわめて重要な要素であって、出力軸の長さをむやみに長くすることはできない。それ故、軸受け部材間の距離を十分確保することができず、両者はきわめて近接して設けざるを得ず、出力軸２に作用する曲げ荷重に対する支持剛性が不十分であった。
したがって、出力軸２つながる各歯車の噛み合い部に対して、過大な負荷が作用し耐久性が損なわれるといった問題がある。

本発明は、かかる点に着目してなされたもので、コリオリ運動歯車装置の全長を長くすることなく、出力軸の軸受け部材相互間の長さを必要量確保し、曲げ荷重に対する支持剛性の向上を図ることをその目的とする。

上記課題を解決するための本発明の請求項１に係る手段は、ハウジングに固定された歯数ｎ１の第１歯車と、出力軸に取付けられた歯数ｎ４の第４歯車と、入力軸との各軸芯を一致させて配置し、歯数ｎ２の第２歯車および歯数ｎ３の第３歯車を一体に設けた回転体を、第２歯車が第１歯車と噛み合い、第３歯車が第４歯車と噛み合うように前記入力軸の傾斜部で軸支してなるコリオリ運動歯車装置であって、前記出力軸を、入力軸方向に伸びる筒状大径部と小径部とで構成し、該筒状大径部と小径部において軸受け部材を介して回転可能に支承したことを特徴とする。

上記構成によると、出力軸の筒状大径部が入力軸側に延設されているので、支承位置つまり、軸受け部材の一方をハウジング内の軸方向において入力側に介在させ、また他方を出力側に介在させることによって軸受け部材間の距離を十分確保でき、出力軸に加わる曲げ荷重に対する支持剛性が向上する。

また、本発明の請求項２にかかわる手段は、請求項１において、上記ハウジングの入力側端面から軸方向に伸びかつ端面に第３歯車が形成された環状の突出部を設け、上記出力軸の筒状大径部を支承する軸受け部材を該突出部外周面との間に介在させたことを特徴とする。この構成によれば、筒状大径部側の軸受け部材が筒状大径部の内周面に位置することになるので、筒状大径部とハウジング内面との間隙を小さくすることができ、半径方向の寸法の拡大が最小限に抑制される。

また、本発明の請求項３にかかわる手段は、請求項１または２において、上記筒状大径部の底壁に、上記第４歯車を形成したことを特徴とする。この構成によれば、筒状大径部によって第４歯車周辺部の剛性が高くなり、歯車間の噛み合い状態が安定することになる。

また、本発明の請求項４にかかわる手段は、請求項１ないし３において、上記第４歯車は、筒状大径部とは別体に形成され固着手段によって一体に固着されていることを特徴とする。第４歯車が筒状大径部に対して別体に形成されることにより、歯車の機械加工性には無関係に第４歯車の外周を筒状大径部の内周面に近接させることができ、コリオリ運動歯車装置の半径方向における寸法の拡大が抑制される。

また、本発明の請求項５にかかわる手段は請求項２ないし４において、上記入力軸の一端を支承する軸受け部材を、上記筒状大径部を支承する軸受け部材の半径方向内方において、上記突出部の内周面との間に介在させたことを特徴とする。筒状大径部の軸受け部材と入力軸の軸受け部材とが半径方向において重合しているので、出力軸および入力軸双方の支持剛性が向上する。

また、本発明の請求項６にかかわる手段は請求項１ないし５において、上記入力軸の他端を支承する軸受け部材を、ハウジングの出力側端部付近において、出力軸との間に介在させたことを特徴とする。出力軸および入力軸は双方で支持されることになり、双方の支持剛性が向上する。

また、本発明の請求項７にかかわる手段は請求項６において、上記入力軸の他端を支承する軸受け部材が、第４歯車の半径方向内方に位置することを特徴とする。構造的に剛性の高い第４歯車取り付け部において入力軸が支承されることになり、入力軸の支持剛性はさらに向上する。

本発明は以上のように構成したので、以下のような効果を有する。まず、本発明の請求項１にかかわるコリオリ運動歯車装置によると、コリオリ運動歯車装置の全長を長くする事なく軸受け相互間の長さを必要量確保し、出力軸に加わる曲げ荷重に対する支持剛性を高める事ができるので、出力軸に連なる各歯車の噛み合い状態を安定させる事ができ、コリオリ運動歯車装置の耐久性を向上させうる。

また、本発明の請求項２にかかわるコリオリ運動歯車装置によると、請求項１の効果に加えて、コリオリ運動歯車装置の半径方向における寸法の拡大を最小限にする事ができるので、軸方向の短縮化とあいまってコリオリ運動歯車装置全体の小型化を図る事ができる。

また、本発明の請求項３にかかわるコリオリ運動歯車装置によると、筒状大径部によって第４歯車周辺部の剛性を高める事ができるので、出力軸の支持剛性の向上とあいまって、各歯車間の噛み合い状態を安定させうる。

また、本発明の請求項４にかかわるコリオリ運動歯車装置によると、第４歯車の外周を筒状大径部の内周に近接させることができるので、半径方向の寸法を小さくでき、コリオリ運動歯車装置の小型化に貢献する。

また、本発明の請求項５および７にかかわるコリオリ運動歯車装置によると、入力軸および出力軸双方で互いの支持剛性を高めるようにしたものであるため、コリオリ運動歯車装置の小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
まず、本発明の実施の形態に係るコリオリ運動歯車装置の原理について、図２、図３ に基づき説明する。（説明の都合上従来構造を用いて説明する。）

図２に示すように、コリオリ運動歯車装置は、歯数の異なる４つの歯車として、第１ないし第４歯車Ａ１ ないしＡ４ を有している。各歯車は傘歯車である。このうち第１歯車Ａ１ は、ハウジング６に一体的に固定され、回転をしない固定歯車である。第２歯車Ａ２ 、第３歯車Ａ３ は、入力軸１によって軸支される回転体３に形成されている。また、第４歯車Ａ４ は出力軸２に設けられ、ハウジング６により回転自在に支持されている。そして、第１歯車Ａ１ と第２歯車Ａ２ 、第３歯車Ａ３ と第４歯車Ａ４ とが夫々噛み合っている。

回転体３は、入力軸１の軸線に対して所定の角度をなす傾斜部１Ａによって支持されている。入力軸１自体も、ハウジング６によって回動自在に支持されている。入力軸１が回転すると、傾斜部１Ａが首を振るような運動をし、これに軸支される回転体３は、あたかも停止寸前のこまのように首振り運動をする。この回転体３の動きをコリオリ運動という。そして、回転体３はコリオリ運動をすることにより、第２歯車Ａ２ を第１歯車Ａ１に、また、第３歯車Ａ３ を第４歯車Ａ４ に夫々噛み合わせていく。すると、第２歯車Ａ２ は、１周期のコリオリ運動（入力軸１の１回転）当り、第１歯車Ａ１との歯数差に相当する分だけ第１歯車Ａ１ に対して回転する。すなわち、第１歯車Ａ１と、第２歯車Ａ２ との間で、１段階の減速がなされる。

ここで、第１歯車Ａ１ の歯数を １００、第２歯車Ａ２ の歯数を １０１とした場合を考える。入力軸１が１回正回転すると、第１歯車Ａ１ に対して第２歯車Ａ２ は１/１０１ （１枚だけ）だけ正回転する。また、第１歯車Ａ１ の歯数を １００、第２歯車Ａ２ の歯数を９９とすると、第１歯車Ａ１ に対して第２歯車Ａ２ は１／９９（又は１枚だけ）だけ逆回転する。第２歯車Ａ２ の運動は、第３歯車Ａ３ に直接伝わり、第３歯車Ａ３ と第４歯車Ａ４ との間でも、同様の噛み合いを行う。よって、第３歯車Ａ３ と第４歯車Ａ４ との間でも、１段階の減速がなされる。すなわち、入力軸１の回転運動が出力軸２に伝達される際に、第１、第２歯車Ａ１ ，Ａ２ と、第３、第４歯車Ａ３ ，Ａ４ とで、２段階の減速作用を受けることになる。

上記コリオリ運動歯車装置の減速比をＲ（入力軸１が１回転したときの出力軸２の回転数）とすると、Ｒ＝１−（ｎ１ ×ｎ３ ）／（ｎ２ ×ｎ４ ）……（ｉ）
ここで、ｎ１：第１歯車Ａ１の歯数ｎ２：第２歯車Ａ２の歯数ｎ３：第３歯車Ａ３の歯数ｎ４ ：第４歯車Ａ４ の歯数で求めることができる。ここで、ｎ１ ＝１０００，ｎ２＝１００１，ｎ３＝１０００，ｎ４ ＝９９９とすると、減速比Ｒ＝１／ １００万（逆回転）となる。このように、コリオリ運動歯車装置は、僅か４枚の歯車で大きな減速比を得ることができるものである。

また、第２歯車Ａ２、第３歯車Ａ３ がコリオリ運動をしながら、第１歯車Ａ１、第４歯車Ａ４と噛み合う際には、各噛み合い面には摺動を生ずる。この摺動により発生する騒音、振動および発熱による焼き付きを防止する為に、図２および図３に示すように、各歯車の歯には、コロ４およびコロとの内接面５を採用している。具体的には、図３に示すように第１歯車Ａ１（第４歯車Ａ４）に形成されたコロとの内接面５にコロ４を浮遊支持し、半円筒状の凸歯を形成している。また、第２歯車Ａ２（第３歯車Ａ３ ）にもコロとの内接面５を形成し、半円溝状の凹歯を形成する。そして、回転体３が矢印Ｂで示す方向にコリオリ運動を行うと、第２歯車Ａ２（第３歯車Ａ３）は矢印Ｃで示す方向に移動し、各凹歯と凸歯とを噛み合わせていく。そして、各凹歯と凸歯との間に生ずる摺動を、コロ４の回転で吸収している。（以上、NIKKEI MECHANICAL １９９６.１０.２８ｎｏ.４９２ 第１２項から第１３項より一部抜粋。）したがって、バックラッシの設定を不要とするばかりか、各歯車間に予圧を付与して、精密な噛み合わせを行うことができる。

尚、前述のごとく、第１歯車Ａ１の歯数と第２歯車Ａ２の歯数差が１の場合には、コリオリ運動が１周期進むと、第１歯車Ａ１と第２歯車Ａ２との間で、噛み合う歯は１つづれる。また、同歯数差が２の場合は、コリオリ運動が１周期進むと、第１歯車Ａ１と第２歯車Ａ２との間で、噛み合う歯は２つづれる。同様にして、歯数差がｎの場合には、噛み合う歯はｎ個ずれることになる。このことは、第３、第４歯車Ａ３，Ａ４の関係においても同じである。

以上のごとく、本発明にかかわるコリオリ運動歯車装置は、その大きさの割りに大きなトルクを伝達することが可能であり、電動モータなどを動力源とするアクチュエータに使用すれば、小型、高精度かつ大出力のアクチュエータを構成することができる。
以上のような原理で作動するコリオリ運動歯車装置に関し、本発明の発明部分について以下説明する。ここで、従来例と同じないしは相当部分については同一符号で示し、詳しい説明は書略する。

図１において、入力軸１は、その一端は、ハウジング６の端壁にボルト１２によって固定された環状の突出部６ａの内周面において、軸受け部材としてのベアリング７を介して回転可能に支承され、その他端は、ベアリング８を介して出力軸２の環状凹部内周面に回転可能に支承されている。
また、入力軸１は、ベアリング７，８の間において、軸心Ｘに対し所定角度傾斜した軸心Ｙを有する傾斜部１ａを備え、この傾斜部１Ａにおいて、ローラベアリング９を介して回転体３ を回転可能に支承している。

出力軸２は、小径部２ａとハウジング６の入力側に向かって延設された筒状大径部２ｂとを備え、軸受け部材としてのベアリング１０、１１を介してハウジング６に対して回転可能に支承されている。このベアリング１１は、ベアリング7 の半径方向外方において、筒状大径部２ｂの開口部内周面とハウジング６の一部としての突出部６ａの外周面との間に介在されている。また、出力軸２の筒状大径部２ｂの底壁には、環状部材２ｃがボルト１３によって固定されている。

なお、環状部材２ｃは突出部６ａよりその外径が大きく形成されているので、筒状大径部２ｂの内周面と突出部６ｂの外周面との間にはデッドボリュームが生じる。上記ベアリング１１はこのデッドボリューム内に位置している。

第１ ないし第４ 歯車Ａ１ないしＡ４のうち、第１ 歯車Ａ１は上記突出部６ａ に、第２ および第３ 歯車Ａ２，Ａ３ は回転体３ に、また、第４ 歯車Ａ４は環状部材２ａにそれぞれ形成されており、第１ 歯車Ａ１と第２ 歯車Ａ２とが噛み合い、第３ 歯車Ａ３と第４ 歯車Ａ４とが噛み合うことによって、入力軸１の回転により、第１ないし第４ 歯車Ａ１ないしＡ４との間において、上述の原理に基づいて大幅な減速が行われ、そのトルクが大幅に増幅されて出力軸２から出力されることになる。

上記構成をなす本発明の実施の形態から得られる作用効果は、以下のとおりとなる。
まず、出力軸２の筒状大径部２ｂは、ハウジング６の出力側端部から入力側端部間のほぼ全長にわたって形成され、軸受け部材としてのベアリングの介在位置、すなわち、軸受け間距離を、ハウジング６のほぼ全長に相当する十分な距離を確保することができるので、従来に比べその支持剛性が飛躍的に向上する。

しかも、上記実施形態の出力軸２は、小径部２ａと筒状大径部２ｂの支持位置がハウジング６の軸方向の両端部において支持するものであるため、上述の十分な軸受け間距離を確保できるといった意義に加えて、ハウジング全体の剛性の向上にも貢献し、各歯車の噛み合い状態を安定させることができる。さらに筒状大径部２ｂを支持するベアリングの半径方向内方において、突出部６ａを介して入力軸１を支持するベアリング７が位置しており、このベアリング７によっても支持されることになり、支持剛性は一段と強化されることになる。

しかも入力軸１ の一端を第４ 歯車側において、出力軸２との間に介在したベアリング８を介して支承するものであるため、入力軸１の支持剛性が向上し、入力軸１ に支承される回転体３ の位置すなわち、第２ 、第３ 歯車の位置を適正位置に保持でき、各歯車の噛み合いを適正に行うことができる。しかも、入力軸１ と出力軸２との間のベアリング８の介在によって入力軸１の支持剛性の向上だけでなく、出力軸２の支持剛性の向上にもつながる。

また、上記筒状大径部６ａの支持を、その内周面側において上記デッドボリューム内で行うようにしているので、その外周面とハウジング６の内周面との間の間隙を小さくすることができるので、コリオリ運動歯車装置の半径方向における寸法の拡大を最小限に抑制することができる。しかも、筒状大径部の底壁には、あらかじめ第４歯車が形成された環状部材２ｃをボルト１３によって固定するようにしているので、歯車の機械加工性には無関係に第４歯車の外周面を筒状大径部の内周面に近接して設けることができるので、コリオリ運動歯車装置の半径方向における寸法の拡大をさらに抑制できる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記図１ に示す実施形態においては、コロ（図２ ，３ のコロ４）を図示していないが、コロを設けることによってバックラッシュの設定をゼロに設定できるのでより好ましい。

また、第１ ないし第４歯車の歯数設定、傾斜部と入力軸との傾斜角度の設定によって、第１歯車と第２歯車間での減速作用と、第３歯車と第４歯車間での減速作用の２ 段階の減速作用が得られるようにすることもでき、第１、第２歯車間による１段階のみの減速作用に限定することもでき、必要に応じて任意に設定できる。

上記実施形態においては筒状大径部の支持を内周面にて行うようにしているが、外周面にて行うようにしてもよい。その際には、ベアリングはハウジング内周面との間に直接介在させればよい

本発明にかかわるコリオリ運動歯車装置の断面図。 従来のコリオリ運動歯車装置の断面図。 図２に示すコリオリ運動歯車装置の主要部の作動状態を示す概略正面図。

符号の説明

１ 入力軸
２ 出力軸
２ａ 小径部
２ｂ 径部
２ｃ 環状部材
３ 回転体
６ ハウジング
６ａ 突出部
Ａ１ 第１歯車
Ａ２ 第２歯車
Ａ３ 第３歯車
Ａ４ 第４歯車
７，８，１０，１１ 軸受け部材としてのベアリング

Claims (7)

1. ハウジングに固定された歯数ｎ１の第１歯車と、出力軸に取付けられた歯数ｎ４の第４歯車と、入力軸との各軸芯を一致させて配置し、歯数ｎ２の第２歯車および歯数ｎ３の第３歯車を一体に設けた回転体を、第２歯車が第１歯車と噛み合い、第３歯車が第４歯車と噛み合うように前記入力軸の傾斜部で軸支してなるコリオリ運動歯車装置であって、前記出力軸を、入力軸方向に伸びる筒状大径部と小径部とで構成し、該筒状大径部と小径部において軸受け部材を介して回転可能に支承したことを特徴とするコリオリ運動歯車装置。
2. 上記ハウジングは、入力側端面から軸方向に伸びかつ端面に第３歯車が形成された環状の突出部を備え、上記出力軸の筒状大径部を支承する軸受け部材を、該筒状大径部の内周面と該突出部外周面との間に介在させたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ運動歯車装置。
3. 上記筒状大径部の底壁に、上記第４歯車を設けたことを特徴とする請求項１および２に記載のコリオリ運動歯車装置
4. 上記第４歯車は、筒状大径部とは別体の環状部材に形成され固着手段によって一体に固着されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のコリオリ運動歯車装置。
5. 上記入力軸の一端を支承する軸受け部材を、上記筒状大径部を支承する軸受け部材の半径方向内方において、上記突出部の内周面との間に介在させたことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載のコリオリ運動歯車装置。
6. 上記入力軸の他端を支承する軸受け部材を、ハウジングの出力側端部付近において、出力軸との間に介在させたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のコリオリ運動歯車装置。
7. 上記入力軸の他端を支承する軸受け部材が、第４歯車の半径方向内方に位置することを特徴とする請求項６に記載のコリオリ運動歯車装置。

Images