JP2008256105A - 揺動型歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車装置の大型化を招くことなく、噛み合い歯車の噛み合い精度を向上できる揺動型歯車装置を提供することをその目的とする。
【解決手段】４つの傘歯車にて構成されるいわゆる揺動型歯車装置において、該第１ないし第４歯車の互いに噛み合い対峙する歯車対のうち一方の歯車が、ピッチ円錐上において等間隔で歯車中心から放射方向に伸びる凹溝と、該凹溝内に転動自在に配置される円柱状のコロとで等高歯としての凸状歯として構成され、該凸状歯と噛み合う歯車が、該凸状歯の歯形を創成転写した創成歯形もしくは近似創成歯形として形成された凹状歯として構成され、上記回転体は、軸方向両端部に形成された薄肉部とその間に形成された厚肉部とを備え、該薄肉部にそれぞれ第２歯車および第３歯車が形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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歯車とを、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、前記第１、第２歯車の各ピッチ円を通る共通球面の中心点と、前記第３、第４歯車の各ピッチ円を通る共通球面の中心点とが一致する点を原点とするＸＹ座標のＸ軸上に前記入力軸の軸芯を配置し、かつ、第１、第２歯車の噛み合い点と第４、第３歯車の噛み合い点とを該ＸＹ座標の同一象限若しくは異なる象限上に置いてなる揺動型歯車装置に関する。

従来より、揺動運動を行ういわゆる揺動型歯車装置を用いた減速歯車装置の原理が知られていた。この揺動型歯車装置は、４つの歯車のみで大減速比を得ることが可能であり、様々な利点を有するものである。しかしながら、揺動型歯車装置はその歯形を高精度かつ低コストでの生産が困難な球面インボリュート歯形とする必要があり、実用化には至らなかった。本発明者はこの球面インボリュート歯形に替えて、一方の歯車の歯形を、歯すじ方向において歯幅および歯たけが等しいいわゆる等高歯とし、他方の歯形を該等高歯の歯形を創成転写し、さらに該等高歯を、ローラ状のコロを凸状歯として用いることにより、揺動型歯車装置の実用化を可能とした。なお、揺動型歯車装置の詳細については、特公平７−５６３２４号公報（特許文献１）に開示されている。

図１０には、本発明者による揺動型歯車装置の要部断面が示されている。揺動型歯車装置は、入力軸１と出力軸２との間を、第１〜第４歯車Ａ₁ 〜Ａ₄ で連結し、これらの歯車によって減速を行っている。この第１〜第４歯車Ａ₁〜Ａ₄は傘歯車である。そして、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で回転自在に支承されている。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に揺動運動を発生させることができる。また、各歯車の噛み合い部にコロ４aが介在されこのコロの転動により噛み合い摩擦を吸収している。

図１１に示すように、コロ４aは、第１歯車Ａ₁（第４歯車Ａ₄ ）に形成された凹溝４bによって転動自在に支持されている。そして、凹溝４bから突出するコロ４aによって、半円筒状の凸状歯４を形成している。また、第２歯車Ａ₂ （第３歯車Ａ₃ ）にも半円弧状凹溝を形成し、凹状歯５として構成する。そして、回転体３が矢印Ｂで示す方向に揺動運動を行うと、第２歯車Ａ₂ （第３歯車Ａ₃ ）は矢印Ｃで示す方向に移動し、各凹状歯５と凸状歯４とを噛み合わせていく。この際に、各凹状歯と凸状歯との間に生ずる摺動を、コロ４aの転動で吸収している。
特公平７−５６３２４号公報

上記の揺動型歯車装置は、上記凸状歯を凹溝とコロとで構成、すなわち、噛み合い部にコロを介在させ、この噛み合い部に一定の与圧を与えバックラッシュをゼロにすることにより、原理的には噛み合い部の摩擦抵抗が低減されることになり、伝達効率と位置決め精度を高めることが可能となる。

ところで、この種の揺動型歯車装置は、第１、第２歯車の歯車対と第３、第４歯車の歯車対が回転体の軸方向の各端面において、１８０度の位相差を持って部分的に噛み合うものであるため、回転体の噛み合い部に発生するアキシャル力により、回転体がそれぞれの端面において半径方向外方にひずみ、このひずみによって各歯車の噛み合いが不適切となり、過大な力が作用した場合、最悪その噛み合いがはずれ位相ずれあるいは歯の破損が発生する可能性がある。

これを防ぐためには、回転体の肉厚を厚くし剛性を高くすれば、上記ひずみを小さくすることができるが、単純に回転体全体の肉厚を厚くすれば、軸方向両端に形成される第２および第３歯車の歯すじ長さが長くなり、その結果、第２および第３歯車と噛み合う第１、第４歯車の歯すじ長さを長くする必要があり、全体として半径方向の大型化を招くことになる。特に、第１および第４歯車をコロを用いた凸状歯とし、回転体に形成される第２および第３歯車を凹状歯とする場合、その傾向が顕著となる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、歯車装置の大型化を招くことなく、噛み合い歯車の噛み合い精度を向上できる揺動型歯車装置を提供す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に係わる手段は、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歯車とを、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、前記第１、第２歯車の基準ピッチ円を通る共通球面の中心点と、前記第３、第４歯車の各ピッチ円を通る共通球面の中心点とが一致する点を原点とするＸＹ座標のＸ軸上に前記入力軸の軸芯を配置し、かつ、第１、第２歯車の噛み合い点と第４、第３歯車の噛み合い点とを該ＸＹ座標の同一象限若しくは異なる象限上に置いてなる揺動型歯車装置であって、
上記第１ないし第４歯車が傘歯車として構成され、
上記回転体は、軸方向両端部に形成された薄肉部とその間に形成された厚肉部とを備え、該薄肉部にそれぞれ第２歯車および第３歯車が形成されていることを特徴とする。

このように構成されることにより、肉厚部によって回転体の剛性が高められることになり、噛み合い部に発生するアキシャル力による回転体のひずみを最小限に抑制することができ、各歯車の噛み合いを適正に保持できることになる。また、第２および第３歯車を薄肉部に形成することにより、回転体としての肉厚の増大の影響を受けることなく、凹状歯の歯すじ長さの最小化を図ることができる。

請求項２の手段は、請求項１において、上記軸受け手段は、内輪と外輪との間に転動体が介在される転がり軸受け手段として構成され、上記回転体が、上記軸受け手段の内輪あるいは外輪として構成されていることを特徴とする。このように構成することにより、上記請求項１の作用効果に加えて、歯車装置の構成要素の数の低減を図ることができる。

本発明は、歯車装置の大型化を招くことなく、噛み合い歯車の噛み合い精度を向上できる揺動型歯車装置を提供できる。

以下本発明の実施例を図１〜９に基づいて説明する。なお、上記従来例と同一ないし相当部分は同一符号を付し詳細な説明は省略する。

まず、揺動型歯車装置についてその基本構造および基本原理について説明すると、本発明にかかわる揺動型歯車装置は、ハウジング６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とを、入力軸１との各軸芯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、前記第１、第２歯車の各ピッチ円を通る共通球面の中心点と、前記第３、第４歯車の各ピッチ円を通る共通球面の中心点が一致する点を原点ＯとするＸＹ座標のＸ軸上に前記入力軸の軸芯Ｇを配置し、かつ、上記原点Ｏから所定の角度傾斜する軸上に上記傾斜部１aの軸芯Ｈを配置し、第１、第２歯車Ａ₁，Ａ₂の噛み合い点と第４、第３歯車Ａ₃の噛み合い点とを該ＸＹ座標の同一象限若しくは異なる象限上に置くことによって構成される。

上記揺動型歯車装置は、より具体的には、減速比に対応した歯数に設定された４つの傘歯車として第１〜第４歯車Ａ₁〜Ａ₄を有し、第１歯車と第２歯車の歯車対と、第３歯車と第４歯車の歯車対の二組の歯車対にて構成されている。第１歯車と第２歯車間には所定の歯数差が設けられ、また第３歯車と第４歯車の間の歯数差はゼロに設定され、全体の減速比が、第１歯車と第２歯車との間の減速比と等しくなっている。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 とがそれぞれ噛み合っている。

回転体３は、入力軸１の軸芯Ｇに対して所定の角度をなす軸芯Ｈを有する傾斜部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、揺動運動をする。この、回転体３の揺動運動に伴い、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 にそれぞれ噛み合わせていく。すると、第２歯車Ａ₂ は、１周期の揺動運動（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１/１００ だけ正回転する。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が、第３歯車Ａ₃ と第４歯車Ａ₄ の歯数が同数に設定されているので、この間での減速作用は発生しない。この場合、第３歯車Ａ₃ と第４歯車Ａ₄ との間に歯数差を与えておけば、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段階の減速作用が行われることになる。

上記揺動型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−（ｎ₄ ×ｎ₂ ）／（ｎ₃ ×ｎ₁ ） ……（ｉ）
と表すことができる。
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 の歯数とし、ｎ₁ ＝１０００，ｎ₂ ＝１００１，ｎ₃ ＝１０００，ｎ₄ ＝９９９とすると、減速比Ｒ＝１/ １００万（正回転）となる。また、上記において第３歯車と第４歯車の歯数を同数にすると減速比R＝1/１０００となる。このように、揺動型歯車装置は、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。

なお、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、揺動運動が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つずれる。また、同歯数差が２の場合は、揺動運動が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つずれる。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。

続いて、揺動型歯車装置の歯形を求める手法について、以下に説明する。ここで、図１に示す揺動型歯車装置の各傘歯車の歯形を求める手法を示す展開図を図６に、その要部拡大図を図７に示す。なお、各歯車Ａ₁，Ａ₂ ，Ａ₃ ，Ａ₄ は摸式的にピッチ円錐で示している。

ここでは、第１歯車Ａ₁ 、第２歯車Ａ₂ の各ピッチ円を通る共通球面Cir１と、第３歯車Ａ₃ 、第４歯車Ａ₄ の各ピッチ円を通る共通球面Cir２とを考える。そして、各共通球面の中心点を一致させ、該一致点を点Ｏとする。さらに、点Ｏを原点とするＸＹ座標を考える。このＸＹ座標のＸ軸上に入力軸１の軸芯Ｇを配置する。また、第１、第２歯車Ａ₁ ，Ａ₂ の噛み合い点をＣ₁ 、第３、第４歯車Ａ₃ ，Ａ₄ の噛み合い点をＣ₂ とする。そして、噛み合い点Ｃ₁，Ｃ₂ を、第１象限と第３象限若しくは第２象限と第４象限に置く。

また、入力軸１の軸芯Ｇと傾斜部１aの軸芯Ｈとがなす角度をθ、第１歯車Ａ₁ の背円錐とピッチ円錐の中心線とでなす角度をθ₁ 、第２歯車Ａ₂ の背円錐とピッチ円錐の中心線とでなす角度をθ₂ とすると、θ₁ ＋θ₂ ＝θである。なお、θ₁ ，θ₂ のいずれか一方の角度を零とすることも可能であり、この場合は、前記角度を零とした方の歯車が冠歯車となる。同様にして、第３、第４歯車Ａ₃ ，Ａ₄ の背円錐と各ピッチ円錐の中心線とでなす角度は、第３歯車Ａ₃ はθ₃ 、第４歯車Ａ₄ はθ₄ かつθ₃ ＋θ₄ ＝θである。

また、第１〜第４歯車の歯数をそれぞれｎ₁ ，ｎ₂ ，ｎ₃ ，ｎ₄ とする。ここで、第１〜第４歯車Ａ₁ 〜Ａ₄ の各ピッチ円錐の頂点Ｏ₁ ，Ｏ₂ ，Ｏ₃ ，Ｏ₄ から、各背円錐の頂点Ｄ₁ ，Ｄ₂ ，Ｄ₃ ，Ｄ₄ までの距離Ｄ₁ Ｏ₁ ，Ｄ₂ Ｏ₂ ，Ｄ₃ Ｏ₃ ，Ｄ₄ Ｏ₄ を、ピッチ円半径とする円筒歯車ＥＲ₁ ，ＥＲ₂ ，ＥＲ₃ ，ＥＲ₄ を考える。そして、このピッチ円上に形成されるインボリュート歯形若しくは任意の歯形を想定し、これを第１〜第４歯車Ａ₁ 〜Ａ₄ の相当円筒歯車とする。ここで、該相当円筒歯車の相当歯数をＺ₁ ，Ｚ₂ ，Ｚ₃ ，Ｚ₄ とすると、
Ｚ₁ ＝ｎ₁ ／Ｓｉｎθ₁ ……（ii）
Ｚ₂ ＝ｎ₂ ／Ｓｉｎθ₂ ……（iii ）
Ｚ₃ ＝ｎ₃ ／Ｓｉｎθ₃ ……（iv）
Ｚ₄ ＝ｎ₄ ／Ｓｉｎθ₄ ……（ｖ）
と表すことができる。

したがって、本発明にかかわる歯形は、上記式（ii），（iii ）で得られる関係を基礎に相当円筒歯車において、第１歯車Ａ₁ に等高歯の歯形を形成し、さらに、第２歯車Ａ₂ に該歯形を創成転写する。第３、第４歯車Ａ₃ ，Ａ₄ も同様にして形成する。すなわち、第１〜第４歯車Ａ₁〜Ａ₄は２対の等高歯歯車対が形成されることになり、従来の球面インボリュウト歯形に比べて加工精度の自由度の高い揺動型歯車装置が得られることになる。

以上のような基本構成および差動原理の揺動型歯車装置の特徴部分について、以下より詳細に説明する。

図１〜９において、第１歯車Ａ₁および第４歯車Ａ₄は、ピッチ円錐上において、等間隔で歯車中心から放射方向に伸びかつ母線に対し平行に所定の幅で伸びる断面半円状の凹溝４bと、この凹溝４b内に転動自在に配置される所定直径の円柱状のコロ４aとで等高歯としの凸状歯４として構成されている。また、上記第２および第３歯車は上記凸状歯４の歯形を創成転写した創成歯形もしくは近似創成歯形として形成されている。なお、本実施例において第１、第４歯車と第２、第３歯車とは、それぞれ歯数が相違するだけで歯形形状および基本構造を同じくしているので、以下の説明は、凸状歯としての第１歯車と凹状歯としての第２歯車について説明する。

上記凸状歯４は、歯すじ長さが凹状歯５の歯すじ長さより長く設定されている。その長さは、第２歯車Ａ₂の揺動運動に伴う噛み合い始め位置から噛み合い離脱位置の間で、第２歯車Ａ₂の凹状歯開口部における干渉除去幅が歯すじ方向両端で最大となるように、有効噛み合い長さが長く設定されている。また、凸状歯４を構成するコロ４aは第１歯車Ａ₁の母材に固定手段としてのリテーナ７，８によって歯すじ方向両端において係止する必要があるので、上記凸状歯４の長さはコロ４aの係止分の寸法を考慮してさらに長く設定されている。つまり、凸状歯４を構成するコロ４aの歯すじ長さは、凹状歯５の歯すじ長さに対して、有効歯すじ長さの差分とリテーナ係止分の長さが加算された寸法として設定されている。またコロ４aの外径は、歯すじ方向全域において同一直径となっている。

上記凸状歯４として構成されるコロ４aは、図３〜図５に示すように、第１、第４歯車の歯数と同数備え、その軸方向(歯すじ方向)の両端部において外側リテーナ７、内側リテーナ８によって位置決め保持されている。各リテーナ７，８はリング状に形成されており、軸方向内端には第１、第４歯車Ａ₁、Ａ₄の係止溝９と係合する環状の係止爪７a，８aが、また、軸方向の外端には、コロを歯筋方向両端において挟持してコロ４aを凹溝４bに対して位置決め保持する位置決め部７b，８bが形成されている。上記係止爪７a，８aは、第1歯車Ａ₁のハブに形成された傾斜面９a，９aに当接してリテーナ７，８を固定するための傾斜面７c，８cが形成されている。また、上記位置決め部７b，８bは、半径方向内周あるいは外周側に突出しコロ４ａを歯すじ方向外端において、その外周面を凹溝４b方向に位置決め保持する突出部７d，８dと、この突出部より軸方向内方側においてコロの軸方向の端面を位置決め保持する端面７e，８eと、この端面と隣り合って第１歯車のランド部４cと当接して突出部７d，８dとランド部４c間の位置を規制する位置決め端面７f，８fとで構成されている。

したがって、外側リテーナ７および内側リテーナ８を取り付けることによって、コロ４ａは、端面７ｅ，８ｅによって挟持されて歯すじ方向に位置決め保持され、また突出部７ｄ，８ｄの内端面と凹溝４ｂとの間において凹溝１ｂの歯底方向に位置決め保持される。この場合、上記係止爪７ａ，８ａと係止溝９，９の間に多少のずれがあり両者の係合位置に多少のずれが生じても、位置決め端面７ｆ，８ｆと第1歯車のランド部４ｃとの当接により突出部７ｄ，８ｄとコロ外周面との相対位置は一定に保持される。この相対位置としては、コロ４ａの転動を拘束しない範囲であれば直接接触するようにしてもよいが、熱膨張などを考慮して若干の隙間を設けるようにしてもよい。

リテーナ７，８によってコロ４ａが凹溝４ｂに圧接されコロの転動が拘束されると、噛み合いのすべりが大きくなり伝達効率の悪化を招くだけでなく、コロ４ａと凹溝４ｂ間の潤滑性の悪化を招くことになる。よって、コロ外周面とリテーナの相対位置は、ガタが生じない範囲で、かつコロの転動が拘束されない範囲に設定する必要がある。また、このリテーナ７，８はポリアミド系あるいはポリイミド系の樹脂にて形成され、噛み合い時におけるコロ４ａの歯すじ方向の変位を許容するように、半径方向に弾性変形するように構成されている。

すなわち、この種の揺動型歯車装置においては、回転体３が揺動運動しながら噛み合い離脱を行うものであり、その噛み合い時においてコロには歯筋方向においても大きな力が作用することになる。したがって、コロに作用する歯すじ方向の力によってコロの端面がリテーナの内周あるいは外周に強く押し付けられる。このときリテーナの剛性が高い場合には、その端面には過大な摩擦力が働くことになり、この摩擦力によってコロの転動が拘束され伝達効率が悪化するだけでなく、リテーナおよびコロの異常磨耗につながる。したがって、上記のようにリテーナを弾性変形可能に形成することにより、コロに歯すじ方向の力が作用しても、その力はリテーナの弾性変形により吸収され、上述の問題は解決される。

この場合、内側リテーナの弾性特性としては、コロ４ａに作用する力にもよるが、リテーナ８の周面の一部の弾性変形によるものでもよく、リテーナ全体が弾性変形するものであってもよく、要するに噛み合い時の弾性変形と非噛み合い時の復元性とを備えていればよい。

以上のように構成される凸状歯４としてのコロ４ａを支持する凹溝４ｂは、ピッチ円錐面上において、歯すじ方向全域において断面一様、つまり同一幅、同一深さのいわゆる等高歯として形成され、上記コロ４ａを歯すじ方向において摺動可能でかつ回転方向に傾動不能に密接支持するように構成されている。

その断面形状としては、図８に示すように、凹状歯５の断面形状と同様に多重円弧にて形成されている。具体的にはコロ４ａの半径に対し１より大きい半径ｒを持つ２つの円弧でもって、その円弧中心をコロ４ａ中心に対してオフセットさせて形成されている。それ故、凹溝４ｂおよび凹状歯５の開口部近くには、二つの接触点Ｐ₀、Ｐ₀が形成され、コロ４ａとの間で４５度より小さい所定の（たとえば１５度）の接触角αが得られるとともに、この接触点Ｐ₀、Ｐ₀から溝底に向かってコロ４ａの外周から徐々に離間することで溝底近辺に所定のオイル溜り４ｄ，５ｂが形成されることになる。なお、接触角αとは、凸状歯４ａと凹状歯５の噛み合いにおいて互いの母線が重なり合う最大噛み合い位置における角度をいう。

したがって、円柱状のコロ４ａは歯すじ方向の全域において、凹溝４ｂの接触点Ｐ₀、Ｐ₀の２点にて確実に支持され、コロ４ａの支持剛性が高められ、コロ４aの凹溝４ｂ内における回転方向の傾動が確実に阻止され、結果、コロ４ａと凹溝４ｂとが強固に結合され、実質的に一体的な凸状歯４が構成されることになる。また、凹溝４ｂにおける接触点Ｐ₀、Ｐ₀２点による支持は、加工精度の自由度拡大に対しても重要な意味を持つ。つまり、コロ４ａとの接触が全面当たりの場合、その精度如何によりコロ４ａとの接触が部分当りとなりコロ４aの位置決めが不正確になる可能性があるが、上述のように２点当りの場合、位置決め精度上の自由度が高く、コロ４ａの支持剛性を比較的安定的に確保することが可能となる。

また、上述のように凹溝４ｂおよび凹状歯５の断面を多重円弧で形成し、接触点Ｐ₀、Ｐ₀を開口部近くに設定することで、その接触角αを小さくすることができ、特に凹状歯５において、伝達効率の向上および歯車各部の耐久性の向上に大きく貢献する。

つまり、第１歯車Ａ１および第２歯車Ａ２の噛み合いが生じているときには図８の凹状歯５の接触点Ｐ₀ではコロ４ａに対し荷重Ｐがかかる。この荷重Ｐは第１、第２歯車Ａ₁、Ａ₂のピッチ円錐と平行な方向の分力である回転伝達力Ｔと、同じくピッチ円錐と垂直な方向の分力であるアキシャル力Ｆとに成分を分けて考えることができる。このアキシャル力が大きくなれば逆に回転伝達力が小さくなる。しかもアキシャル力は、第２歯車Ａ₂が形成される回転体３に曲げ力として作用し回転体３を支障する軸受け手段に悪影響を与え歯車装置としての耐久性を損なうことになる。

したがって、接触角αを小さくすれば、アキシャル力が小さくなり、伝達効率の向上および耐久性の向上がともに可能となる。なお、凸状歯を構成する凹溝４ｂにおいては、このアキシャル力は第１歯車が固定されるハウジング６にて受けることになるので、上述の耐久性には影響を与えることはない。

次に第２歯車Ａ₂に形成される凹状歯５の歯形について説明すると、凹状歯５は、先に概略説明したように、第１歯車Ａ₁としての凸状歯４を創成転写することによって形成される。創成転写（加工）方法としては、本発明者が先の特許出願（特開平１０−２３５５１９号）に詳細に開示しているように、ワークを保持する保持手段を本発明が対象とするいわゆる揺動型歯車装置を介して駆動するように構成し、ワークおよび保持手段を揺動運動させながらワークと対を成すカッターホイルを歯すじ方向に移動させることにより、凸状歯４と干渉する干渉除去部が除去されて適切な歯形として創成転写が可能となる。

具体的な凹状歯の歯形としては、図９に示すように、その開口部の干渉部が除去された鼓形状に形成される。この形状は基準ピッチ円直系の設定位置によって変化するもので、本実施態様においては歯筋方向中央に設定されており、その干渉幅が最小となっている。

以上のように構成される第１〜第４歯車を収納するハウジング６は、軸方向において２分割された第１ハウジング部材６１と第２ハウジング部材６２とで構成されている。第１ハウジング部材６１は、筒部６１ａと筒部の端部に固定されるねじキャップ６１ｂにて構成され、筒部６１ａの内周には、第１歯車の軸方向の位置決めを行う段差部６１ｃが設けられており、ねじキャップ６１ｂとの間において第１歯車Ａ₁を位置決め固定するように構成されている。第１歯車Ａ₁のハブ内周には、軸受け手段６４の外輪が圧入固定されており、また筒部６１ａの外周にはフランジ部６１ｄが形成されており、このフランジ部６１ｄと第２ハウジング部材６２のフランジ部６２ｄとの間にはハウジング６の軸方向長さを調節する調節手段としてのシム６３が配置されている。

また、上記第２ハウジング部材６２は、第４歯車収納部６２ａと小径の出力軸支承部６２ｂとを備え、出力軸支承部６２ｂには、内周面に二組の軸受け手段６５，６６を位置決めする段差部６２ｃを備えている。なお、二組の軸受け手段６５，６６は、それぞれ異なる方向においてロックナット６７，６８により固定されている。第２ハウジング部材６２に配置される出力軸２は、第４歯車Ａ₄が一体に形成されており、第４歯車Ａ₄のハブ部に形成され軸受け手段６５の内輪の端面と接触し軸方向の位置決めを行うフランジ部２ａと、軸受け手段６５，６６の内輪に対しルーズ嵌合される内輪受け部２ｂを備え、ハブ部の内周には入力軸の一端を支承する軸受け手段６９の外輪が圧入嵌合されている。

また入力軸１は、第１歯車Ａ₁に圧入嵌合される軸受け手段６４の内輪に対しルーズ嵌合される第１内輪受け部１ｂと、第４歯車Ａ₄のハブ部に圧入固定される軸受け手段６９の内輪にルーズ嵌合される第２内輪受け部１ｃと、該第１内輪受け部と第２内輪受け部の間に位置する傾斜部１ａで構成されている。この傾斜部１ａには、軸受け手段７０の内輪７０ｂが圧入固定される圧入部１ｄと、該軸受け手段の内輪の軸方向の位置決めを行うフランジ部１ｅを備えている。この場合、軸受け手段７０その外輪７０ａが回転体３の一部として構成されており、軸方向の端面にはそれぞれ第２、第３歯車Ａ₂，Ａ₃が形成されている。したがって、上述の軸受け手段７０の位置決めによって外輪７０ａとしての回転体３の位置決め、すなわち傾斜部１ａの軸芯Ｈと入力軸の軸芯Ｇとの交点としての原点Ｏに対して、第２、第３歯車が適正に位置決めされる。なお、内輪は一端がフランジ部１ｅに圧接された状態でロックナット７０ｄによって固定されている。

次に、上記のように構成される揺動型歯車装置の組み立てについて説明する。図２に示すように、まず構成部品をあらかじめ３つのサブユニットとして組み付けておき、このサブユニットを順次結合することによって行うことができる。

このサブユニットは、第１ハウジング部材６１、第１ハウジング部材に位置決め固定される第１歯車Ａ₁および軸受け部材６４からなる第１サブユニットと、第２ハウジング部材６２、第２ハウジング部材に位置決め固定される第４歯車Ａ₄を含む出力軸２および３つの軸受け手段６５，６６，６９からなる第２サブユニットと、入力軸１、入力軸に位置決め固定される回転体３（第２、第３歯車を含む）を含む軸受け手段７０からなる第３サブユニットとの、３つのサブユニットで構成される。

これら３つのユニットを、第１サブユニットと第２サブユニットの間に、第３サブユニットを位置させて、第１サブユニットと第２サブユニットを軸芯Ｇ上において、入力軸１の第１内輪受け部１ｂと第２内輪受け部１ｃをそれぞれ軸受け手段６４，６９の内輪７０ｂに嵌挿した状態で各フランジ部６１ｄ，６２ｄを突合せ、ボルト７１で締結することによりその組み立てが完了する。この状態において、第１歯車と第４歯車は、第２、第３歯車との噛み合いに必要な適正寸法に位置決めされ、その間において狭持される回転体は、入力軸が各軸受け手段の内輪に対してルーズに嵌合されていることにより、自己求心作用により軸方向に任意に移動し、その中心位置に位置決めされることになる。

したがって、第１、第２歯車と第３、第４歯車間との２対の噛み合い歯車間には均等の与圧が与えられ、バックラッシュが共にゼロとなる。なお、ハウジングなどの加工精度のばらつきにより第１、第４歯車間の寸法が所定寸法に対してずれが生じる場合には、第１ハウジングと第２ハウジングの各フランジ間に位置するシム６３の厚さを調節することにより適正寸法に調整できる。

上記軸受け部材７０の外輪７０ａに形成された回転体３は、軸方向両端部に形成された小径の薄肉部３ａ，３ａと、その間に形成された大径の厚肉部３ｂを備えている。薄肉部３ａ，３ａには、第２、第３歯車の凹状歯５がそれぞれ形成され、その端面の肉厚は凹状歯５の歯すじ長さと等しくされており、この端面から肉厚部３ｂに向かって外形が大きくなるようにテーパ状に形成されている。厚肉部３ｂの内周面には転動体７０ｃの軌道溝が形成されており、その外径は、コロ４ａを係止する外側リテーナ７の外径とほぼ等しい値に設定されている。なお、本実施態様においては、薄肉部と厚肉部の間には段差が設けられているが、回転体の端面から中央にかけて連続面となるように球面上に形成してもよい。

以上のように、回転体に薄肉部としての小径部と、厚肉部としての大径部を設けることにより、歯車装置全体としての小型化と、各歯車の噛み合いの適正化の両立を図ることが可能となる。すなわち、揺動型歯車装置は、第１、第２歯車の歯車対と第３、第４歯車の歯車対が回転体の軸方向の各端面において、１８０度の位相差を持って部分的に噛み合うものであるため、各噛み合いによって発生するアキシャル力が噛み合い部に作用し、回転体が半径方向外方にひずみ、このひずみによって噛み合いが不適切となり、過大な力が作用した場合、最悪その噛み合いがはずれ、位相ずれあるいは歯の破損が発生する可能性がある。

これを防ぐためには、回転体の肉厚を厚くし剛性を高くすれば、上記ひずみを小さくすることができるが、単純に回転体全体の肉厚を厚くすれば、軸方向両端の凹状歯の歯すじ長さが長くなり、その結果、凹状歯と噛み合う第１、第４歯車の凸状歯の歯すじ長さを長くする必要があり、全体として半径方向の大型化を招くことになる。したがって、小径部としての薄肉部３ａ，３ａに第２、第３歯車を形成しその間を大径部としての厚肉部にすることによって、回転体の剛性の確保と各歯車の小型化を同時に達成できる。なお、肉厚部の外径は、ハウジングの内周面と干渉しない範囲においてリテーナより大きくなってもよい。

また、上記実施態様においては、揺動型歯車装置として、傾斜部によって支承される回転体を軸受け手段の外輪側に形成し、入力軸からの駆動力が半径方向内方から外方に向けて伝達される形式の揺動型歯車装置に適用した例について説明したが、特開２００６−４６４０５に開示されているように、回転体を軸受け手段の内輪側に設け、半径方向外方に位置する中空入力軸から半径方向内方に向かって回転体を駆動するようにした形式の揺動型歯車装置にも適用できる。

本発明は上記の実施例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。

本発明に係わる実施態様１の揺動型歯車装置の断面図。 本発明に係わる実施態様１の組み立て要領を説明する説明図。 本発明に係わる実施態様１の第１歯車の正面図。 本発明に係わる実施態様１の主要部の拡大図（コロをはずした状態）。 本発明に係わる実施態様１の主要部の拡大図（コロを取り付けた状態）で、（イ）はコロの中心部において切断した断面図、（ロ）は図（イ）のＡ−Ａ断面図、（ハ）は隣り合うコロの間のランド部において切断した断面図、（二）は図（ハ）のＢ−Ｂ断面図を示す。 本発明に係わる揺動型歯車装置の相当平歯車への展開説明図。 図５の要部の拡大図。 凸状歯と凹状歯の噛み合い部における拡大断面図。 凹状歯の歯形を示す斜視図。 従来の揺動型歯車装置の断面図 従来の揺動型歯車装置の噛み合い部の説明図。

符号の説明

１ 入力軸
１a 傾斜部
２ 出力軸
３ 回転体
３ａ 薄肉部
３ｂ 厚肉部
４ 凸状歯
５ 凹状歯

Claims (2)

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歯車とを、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、前記第１、第２歯車の各ピッチ円を通る共通球面の中心点と、前記第３、第４歯車の各ピッチ円を通る共通球面の中心点とが一致する点を原点とするＸＹ座標のＸ軸上に前記入力軸の軸芯を配置し、かつ、第１、第２歯車の噛み合い点と第４、第３歯車の噛み合い点とを該ＸＹ座標の同一象限若しくは異なる象限上に置いてなる揺動型歯車装置であって、
   上記第１ないし第４歯車が傘歯車として構成され、
   該第１ないし第４歯車の互いに噛み合い対峙する歯車対のうち一方の歯車が、ピッチ円錐上において等間隔で歯車中心から放射方向に伸びる凹溝と、該凹溝内に転動自在に配置される円柱状のコロとで等高歯としての凸状歯として構成され、該凸状歯と噛み合う歯車が、該凸状歯の歯形を創成転写した創成歯形もしくは近似創成歯形として形成された凹状歯として構成され、
   上記回転体は、軸方向両端部に形成された薄肉部とその間に形成された厚肉部とを備え、該薄肉部にそれぞれ第２歯車および第３歯車が形成されていることを特徴とする揺動型歯車装置。
2. 上記軸受け手段は、内輪と外輪との間に転動体が介在される転がり軸受け手段として構成され、
   上記回転体が、上記軸受け手段の内輪あるいは外輪として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の揺動型歯車装置。

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