JP2009024765A

JP2009024765A - ボール式減速機

Info

Publication number: JP2009024765A
Application number: JP2007188076A
Authority: JP
Inventors: Sumio Sugita; 澄雄杉田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】負荷容量を十分に確保しつつ、複数個のボール３４、３４ａ、３４ｂの位置を適正にして、作動を円滑化できる構造を実現する。
【解決手段】上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂが適正位置よりも各回転伝達部材の径方向内側に変位する事を阻止する内径側保持器３９と、同じく径方向外側に変位する事を阻止する外径側保持器４０とを備える。又、円周方向に隣り合う各ボール３４、３４ａ、３４ｂの転動面同士を当接若しくは微小隙間を介して近接対向させる。この構成により、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの転動に対する抵抗を低く抑えつつ、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂと各案内溝３３ａ、３３ｂとの位置関係を適正に維持して、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動式パワーステアリング装置、舵角可変式ステアリング装置、産業用ロボット等、各種機械装置に組み込むボール式減速機の改良に関する。具体的には、大きな減速比を得られるボール式減速機の作動を円滑化する事で、上記各種機械装置への適用の加工性を拡げる事を意図したものである。

一般的な歯車式減速機に比べて大きな減速比を得られるボール式減速機が、例えば特許文献１、２に記載される等により従来から知られている。図５〜７は、このうちの特許文献２に記載された、従来から知られているボール式減速機の１例を示している。この従来構造の場合、クランク型の入力軸１により円板状の偏心プレート２を、ケーシング３内で振れ回り運動させる。又、この偏心プレート２とこのケーシング３の内面に固定した固定板３８との互いに対向する側面に、図７の（Ａ）（Ｂ）に示す様なエピサイクロイド型、或いはハイポサイクロイド型の案内溝４ａ、４ｂを形成している。そして、これら両案内溝４ａ、４ｂ同士の間に、複数個のボール５、５を挟持している。これら各部材のうち、上記偏心プレート２と上記固定板３８とが、特許請求の範囲に記載した１対の回転伝達部材に相当する。

上記入力軸１を回転させると上記偏心プレート２が、特許文献２の第６欄第４〜９行部分等に記載されている様に、上記両案内溝４ａ、４ｂの波数に応じて定まる減速比に応じて、この入力軸１の回転速度よりも低速で回転する。そこで、上記偏心プレート２の回転を、この偏心プレート２の他側面及び回転取り出し板６に形成した環状溝７ａ、７ｂ同士の間に挟持したボール５ａ、５ａにより取り出し、この回転取り出し板６に結合固定した出力軸８を回転させる。この様な図５〜６に示した従来構造の場合には、上記偏心プレート２とこの出力軸８との間では、変速は行なわれない。但し、この偏心プレート２と上記回転取り出し板６との間にもボール式減速機を設ける事で、より大きな減速比を得る事もできる。

又、ボール式減速機を自動車用操舵装置に組み込む事で、電動式パワーステアリング装置を構成する事に就いても、特許文献３に記載される等により、従来から知られている。更に、ボール式減速機を組み込んだ舵角可変式ステアリング装置で、比較的簡単な構造で安価に製作でき、必要に応じて、電動モータの故障時にも、必要最低限のステアリングホイールの操作に基づいて操舵輪に対し必要な舵角を付与できる構造が、特願２００６−３４２０４５に開示されている。この先発明の構造に就いて、図８〜１０により説明する。

この先発明に係る舵角可変式ステアリング装置は、入力軸９と、出力軸１０と、中間回転筒１１と、電動モータ１２と、偏心プレート１３と、第一ボール変速機構１４と、第二ボール変速機構１５とを備える。このうちの入力軸９が特許請求の範囲に記載した第一回転軸に、出力軸１０が同じく第二回転軸に、偏心プレート１３が同じく回転伝達部材乃至は中間回転伝達部材に、第一ボール変速機構１４が同じく第一減速機構部に、第二ボール変速機構１５が同じく第二減速機構部に、それぞれ相当する。又、上記入力軸９は、ステアリングコラム１６の内径側に回転自在に支持されたもので、ステアリングホイール１７の回転に伴って回転する。又、上記出力軸１０の入力側端部を、上記ステアリングコラム１６の他端部に結合固定したハウジング１８内に、上記入力軸９と同心に、且つ、この入力軸９に対する相対回転を自在に支持している。

又、上記中間回転筒１１は、上記ハウジング１８内で上記入力軸９と上記出力軸１０との間部分に、これら入力軸９及び出力軸１０と同心に、且つ、これら入力軸９及び出力軸１０に対する相対回転を可能に支持されている。尚、上記中間回転筒１１がこれら入力軸９及び出力軸１０と同心であるとは、この中間回転筒１１の外周面を基準とした状態である。先発明の構造の場合、この中間回転筒１１は、断面クランク型で全体を段付円筒状に形成している。この様な中間回転筒１１は、小径部１９を上記出力軸１０の外周面に、回転自在に支持している。

上述の様な中間回転筒１１は、上記ハウジング１８内に設置した前記電動モータ１２により、所望の方向に所望の回転速度で、回転駆動自在としている。又、前記ステアリングコラム１６の上端部に上記入力軸９の回転角度を求める為の舵角センサ２０を設けると共に、上記小径部１９の外周面と上記ハウジング１８の下端部内面との間に、制御用回転角センサ２１を設けている。この構成により、上記中間回転筒１１を、所望の方向に所望の回転速度で、この回転速度を適切に規制しつつ、回転駆動自在としている。

又、上記中間回転筒１１を構成する大径部２２の径方向に関する肉厚は、円周方向に関して漸次変化させ、この大径部２２の内周面の中心軸を、上記入力軸９及び上記出力軸１０に対し偏心させている。そして、この大径部２２の内径側に前記偏心プレート１３を、回転自在に支持している。この様な構成により、この偏心プレート１３を、上記入力軸９及び上記出力軸１０と平行で且つこれら両軸９、１０に対し偏心した中心軸βを中心とする回転を可能として、上記中間回転筒１１の内径側に支持している。

又、上記偏心プレート１３の軸方向両側面と上記入力軸９及び上記出力軸１０との間に、前記第一ボール変速機構１４と前記第二ボール変速機構１５とを設置している。そして、このうちの第一ボール変速機構１４により、上記入力軸９から上記偏心プレート１３に、上記第二ボール変速機構１５によりこの偏心プレート１３から上記出力軸１０に、それぞれ回転を減速しつつ伝達可能としている。更に、前記電動モータ１２により上記偏心プレート１３の回転方向及び回転速度を調節する事により、上記入力軸９と上記出力軸１０との間の回転速度比を調節可能としている。

上記両ボール変速機構１４、１５のうちの第一ボール変速機構１４を構成する為、上記入力軸９の先端部に、特許請求の範囲に記載した第一回転伝達部材である駆動リング２３を結合固定している。そして、この駆動リング２３の軸方向両端面のうち、上記偏心プレート１３に対向する端面に、特許請求の範囲の第一回転軸側案内溝である、入力軸側案内溝２４を形成している。又、上記偏心プレート１３の軸方向両側面のうちでこの入力軸側案内溝２４に対向する軸方向片側面部分に、特許請求の範囲に記載した中間回転伝達部材側第一案内溝である、偏心プレート入力側案内溝２５を形成している。これら両案内溝２４、２５のピッチ円直径は互いに同じである。又、入力軸側案内溝２４のピッチ円の中心は、前記入力軸９の中心軸α上に存在し、偏心プレート入力側案内溝２５のピッチ円の中心は、上記偏心プレート１３の回転中心軸β上に存在する。先発明の構造の場合には、図１０の（Ａ）に示す様に、上記入力軸側案内溝２４をエピサイクロイド形状とし、上記偏心プレート入力側案内溝２５をハイポサイクロイド形状としている。これら両案内溝２４、２５の形状は、互いに逆にしても良い。

何れにしても、エピサイクロイド形状の案内溝の波数が、ハイポサイクロイド形状の案内溝の波数よりも２個だけ少ない。先発明の構造の場合には、ハイポサイクロイド形状である上記偏心プレート入力側案内溝２５の波数をＮとし、エピサイクロイド形状である上記入力軸側案内溝２４の波数を「Ｎ−２」としている。そして、上記偏心プレート入力側案内溝２５と上記入力軸側案内溝２４との間で、偏心プレート１３の軸方向に関してこれら偏心プレート入力側案内溝２５と入力軸側案内溝２４とが重畳する部分に、「Ｎ−１」個の入力側ボール２６、２６を配置している。

又、前記第二ボール変速機構１５を構成する為、前記出力軸１０の基端寄り部分に形成した、特許請求の範囲に記載した第二回転伝達部材である鍔部２７のうち、上記偏心プレート１３に対向する端面に、特許請求の範囲に記載した第二回転軸側案内溝である出力軸側案内溝２８を形成している。又、上記偏心プレート１３の軸方向両側面のうちでこの出力軸側案内溝２８に対向する軸方向他側面部分に、特許請求の範囲に記載した中間回転伝達部材側第二案内溝である、偏心プレート出力側案内溝２９を形成している。これら両案内溝２８、２９のピッチ円直径は互いに同じである。又、出力軸側案内溝２８のピッチ円の中心は、上記出力軸１０の中心軸α上に存在し、偏心プレート出力側案内溝２９のピッチ円の中心は、上記偏心プレート１３の回転軸β上に存在する。先発明の構造の場合には、図１０の（Ｂ）に示す様に、上記出力軸側案内溝２８をエピサイクロイド形状とし、上記偏心プレート出力側案内溝２９をハイポサイクロイド形状としている。これら両案内溝２８、２９の形状は、互いに逆にしても良い。

何れにしても、エピサイクロイド形状の案内溝の波数が、ハイポサイクロイド形状の案内溝の波数よりも２個だけ少ない。先発明の構造の場合には、ハイポサイクロイド形状である上記偏心プレート出力側案内溝２９の波数をＭとし、エピサイクロイド形状である上記出力軸側案内溝２８の波数を「Ｍ−２」としている。そして、上記偏心プレート出力側案内溝２９と上記出力軸側案内溝２８との間で、偏心プレート１３の軸方向に関してこれら偏心プレート出力側案内溝２９と出力軸側案内溝２８とが重畳する部分に、「Ｍ−１」個の出力側ボール３０、３０を配置している。上記偏心プレート入力側案内溝２５の波数Ｎと上記偏心プレート出力側案内溝２９の波数Ｍとは、互いに異ならせている（Ｎ≠Ｍ）。更に、上記各出力側ボール３０、３０と前記各入力側ボール２６、２６とには、上記出力軸１０の端部に螺着したナット３１の緊締に基づき、予圧を付与して、上記各ボール２６、３０と上記各案内溝２４、２５、２８、２９との転がり接触部のがたつきをなくしている。

それぞれが上述の様な構成を有し、前記中間回転筒１１を介して組み合わされた、前記第一ボール変速機構１４と前記第二ボール変速機構１５とから成るボール式減速機３２を備えた、先発明の舵角可変式ステアリング装置の場合には、上記中間回転筒１１の回転制御によって、前記入力軸９と前記出力軸１０との回転速度比（相対角）を自由に変更できる。例えば、前記ステアリングホイール１７を保持して上記入力軸９を固定した状態での、上記出力軸１０が１回転する間での上記中間回転筒１１の回転数を、上記ボール式減速機３２の減速比Ｋとれば、この減速比Ｋは、自由に設計する事ができる。一方、上記ステアリングホイール１７が操作されて、上記入力軸９が回転する場合は、機構全体が回転すると考えれば、次の(1) 式の関係が成り立つ。
Ｋ＝（Ｎ₁₁−Ｎ₉ ）／（Ｎ₁₀−Ｎ₉ ） −−− (1)
この(1) 式中の符号Ｎ₉ 、Ｎ₁₀、Ｎ₁₁は、それぞれ入力軸９、出力軸１０、中間回転筒１１の回転数若しくは回転角度を表している。

一方、上記減速比Ｋは、前記各案内溝２４、２５、２８、２９の波数によって定まる、設計可能な定数である。これらの事を考慮すれば、上記入力軸９の回転数若しくは回転角度Ｎ₉ が定まれば、上記中間回転筒１１の回転数若しくは回転角度Ｎ₁₁を適宜調節する事により、上記出力軸１０の回転数若しくは回転角度Ｎ₁₀を任意に調節できる事が分かる。即ち、先発明の構造の舵角可変式ステアリング装置は、上記入力軸９と上記出力軸１０との回転速度比（相対角）を自由に変更できる構造となっている。

例えば、上記中間回転筒１１の回転数若しくは回転角度Ｎ₁₁を次の(2) 式の様に設定した場合に就いて考える。
Ｎ₁₁＝｛Ｋ（ｋ−１）＋１｝Ｎ₉ −−− (2)
この(2) 式を上記(1) 式に代入する事で、次の(3) 式を得られる。
Ｎ₁₀＝ｋ・Ｎ₉ −−− (3)
この(3) 式から明らかな通り、上記中間回転筒１１の回転数若しくは回転角度Ｎ₁₁を上記(2) 式の様に規制する事で、先発明の構造は、舵角比ｋの舵角可変式ステアリング装置となる。その他にも、前記電動モータ１２により上記中間回転筒１１の回転数若しくは回転角度Ｎ₁₁を操作して、出力軸角Ｎ₁₀を自由に制御する事ができる。更には、車両の横滑りやスピンを検知し、自動的に修正舵（カウンターステア）を与える操作も可能となる。

上述の様な先発明の舵角可変式ステアリング装置を構成するボール式減速機３２にしても、前述の図５〜７に示した従来構造のボール式減速機にしても、円滑なトルク伝達の為には、各ボール５、２６、３０の位置が適正である事が必要である。これら各ボール５、２６、３０のうちの何れかのボール５、２６、３０の位置が不適正になると、不適正になったボール５、２６、３０が何れかの案内溝４ａ、４ｂ、２４、２５、２８、２９をこじる様になり、トルク伝達が不安定になる。一方、上記各ボール５、２６、３０の位置は不適正になり易い。この点に就いて、図１１を参照しつつ説明する。

この図１１には、ボール式減速機を構成する１対の案内溝３３ａ、３３ｂを実線及び破線で、これら両案内溝３３ａ、３３ｂ同士の重なり部に配置したボール３４、３４ａ、３４ｂの中心（これら両案内溝３３ａ、３３ｂに沿って移動する部分）を黒点で、それぞれ表している。これら両案内溝３３ａ、３３ｂがこれら各ボール３４、３４を拘束する力は、これら両案内溝３３ａ、３３ｂに対し直角方向には大きいが、これら両案内溝３３ａ、３３ｂの方向には小さい。従って、図１１の左右両側部分の様に、これら両案内溝３３ａ、３３ｂが交差している部分では、上記各ボール３４、３４が何れの方向に関しても、十分に大きな力で拘束されて、これら各ボール３４、３４が適正位置に保持される。

これに対して、図１１の上下両端部分の様に、上記両案内溝３３ａ、３３ｂが互いに接線方向に重なり合っている部分では、この接線方向に関して、上記各ボール３４ａ、３４ｂを拘束する力が小さくなり、これら各ボール３４ａ、３４ｂが適正位置がずれ易くなる。例えば、図１１の上端部分では、上記両案内溝３３ａ、３３ｂがピッチ円Ｐの接線方向に向いた部分で互いに重なり合っている。この為、この部分に存在するボール３４ａが、矢印αで示す様に、円周方向にずれ動き易く、このボール３４ａの位置が不適正になり易い。又、図１１の下端部分では、上記両案内溝３３ａ、３３ｂの変曲点が互いに重なり合っている。これら両案内溝３３ａ、３３ｂの変曲点では、この変曲点の両側の曲線形状が互いに干渉する、所謂切り下げによって、上記両案内溝３３ａ、３３ｂの溝幅が広くなっている。この為、上記下端部分に存在するボール３４ｂ、３４ｂが、矢印βで示す方向にずれ動き易く、これら各ボール３４ｂ、３４ｂの位置が不適正になり易い。

そして、位置が不適正になったボール３４ａ、３４ｂに関しては、上記両案内溝３３ａ、３３ｂと強く摩擦し合う状況になって、トルク伝達に伴って振動を発生する等、円滑なトルク伝達を妨げる原因となる。この結果、舵角可変式ステアリング装置に組み込んだ場合に、ステアリングホイールを操作する運転者に違和感を与える可能性がある。又、何れかのボール３４ａ、３４ｂの位置が不適正になる分、入力軸の回転角度と出力軸の回転角度との関係が、僅かとは言えずれる可能性がある。この為、高精度を要求される産業用ロボット等の減速機として利用する事は難しい。

上述の様な不都合の原因となる、上記各ボール３４ａ、３４ｂの位置ずれを防止する為に従来から、例えば前記特許文献１に記載されている様に、各ボールを保持器により拘束したり、或いは、前記特許文献２に記載されている様に、案内溝の断面形状をＶ字形とする事が考えられている。図１２は、各ボール３４、３４を保持器３５のポケット３６、３６内に保持して、これら各ボール３４、３４の径方向位置及び円周方向位置を規制する構造を示している。この様な構造の場合、上記各ポケット３６、３６内での上記各ボール３４、３４の転動を許容する必要上、これら各ポケット３６、３６の内径をこれらボール３４、３４の直径よりも少し大きくする必要がある。この結果、これら各ポケット３６、３６内でのこれらボール３４、３４の動き量を十分に小さく抑える事が難しくなり、上記不都合を必ずしも十分に解消できない。更には、上記保持器３５の強度及び耐久性を確保する必要上、円周方向に隣り合うポケット３６、３６同士の間の柱部３７、３７の幅寸法Ｗ₃₇を或る程度確保する必要がある。この為、これら各ポケット３６、３６の内径、更には上記各ボール３４、３４の直径を小さくせざるを得なくなり、ボール式減速機で伝達可能なトルクの大きさ（負荷容量）を確保する事が難しくなる。

尚、各案内溝３３ａ、３３ｂのピッチ円の円周方向に関する、各ボール３４、３４の位置を規制する為には、図１３に示す様に、円周方向に隣り合うボール３４、３４の転動面同士を当接若しくは近接対向させる、総ボール型の構造とする事が考えられる。この様な構造によれば、ボール式減速機の負荷容量を確保しつつ、上記各ボール３４、３４の円周方向位置を適正にできる。但し、この様な総ボール型の構造の場合でも、これら各ボール３４、３４を円滑に転動させる事を考慮すれば、円周方向に隣り合う総てのボール３４、３４の転動面同士を当接させる事はできない。更に、上記総ボール型の構造の場合には、これら各ボール３４、３４の径方向位置を規制できない。この為、前記不都合を十分に抑える事はできない。

特公平１−２１３７８号公報特公平７−６２４９５号公報特開２００３−２６１０４８号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、負荷容量を十分に確保しつつ、複数個のボールの位置を適正にして、このボール式減速機の作動を円滑化できるボール式減速機の構造を実現すべく発明したものである。

本発明のボール式減速機のうち、請求項１に記載したボール式減速機は、少なくとも１対の回転伝達部材と、案内溝と、複数個のボールと、保持器とを備える。
このうちの各回転伝達部材は、互いに偏心して平行に配置された状態で、相対回転する。
又、上記案内溝は、上記各回転伝達部材の互いに対向する少なくとも１対の軸方向側面にそれぞれ形成されたもので、サイクロイド波形状又はトロコイド波形状である。
又、上記各ボールは、上記各案内溝同士の間に挟持されている。
又、上記保持器は、上記各ボールの位置決めを図る為のものである。
そして、この保持器は、これら各ボールの外径側に配置された、内接円の直径がこれら各ボールのピッチ円直径よりも大きな外径側保持器と、これら各ボールの内径側に配置された、外接円の直径がこれら各ボールのピッチ円直径よりも小さな内径側保持器とのうちの少なくとも一方である。

又、請求項２に記載したボール式減速機は、前述した従来から知られている、或いは先発明の舵角可変式ステアリング装置に組み込んだボール式変速機と同様に、少なくとも１対の回転伝達部材と、複数の案内溝と、複数個のボールと、保持器とを備える。
このうちの各回転伝達部材は、互いに偏心して平行に配置された状態で相対回転する。何れか一方の回転伝達部材は、全く回転しなくても良い。
又、上記各案内溝は、上記各回転伝達部材の互いに対向する少なくとも１対の軸方向側面にそれぞれ形成されたもので、サイクロイド波形状又はトロコイド波形状である。
又、上記各ボールは、上記各案内溝同士の間に挟持されている。
更に、上記保持器は、円環状で、上記各ボールを、直径が一定である同一のピッチ円上に配置した状態のまま、上記各回転伝達部材の径方向に変位させる。

特に、請求項２に記載した発明のボール式減速機に於いては、上記保持器は、上記各回転伝達部材の径方向に関して、上記ピッチ円の片側に片寄せた状態で設けられている。即ち、上記保持器は、その一部にしろ、このピッチ円上に存在する事はない。そして、この保持器の内外両周縁のうち、上記各ボールの転動面に対向する周縁の直径を、これら各ボールを上記ピッチ円上に配置させるのに適正な寸法としている。

上述の様な請求項２に記載した発明のボール式減速機を実施する場合に、例えば請求項３に記載した発明の様に、内径側保持器と外径側保持器とを設ける。このうちの内径側保持器は、上記各ボールが適正位置よりも各回転伝達部材の径方向内側に変位する事を阻止する。又、上記外径側保持器は、上記各ボールが適正位置よりもこれら各回転伝達部材の径方向外側に変位する事を阻止する。
この様な請求項３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、円周方向に隣り合うボールの転動面同士を、当接若しくは近接対向させる（例えば、各ボールを円周方向に関して等間隔に配置した状態で、円周方向に隣り合うボールの転動面同士の隙間を、５〜２０μｍ程度、或いは、ボールの直径の０．１〜０．５％程度の微小値に抑える）。

或いは、上述の様な請求項３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項４、５に記載した発明の様な構造を採用する。
このうちの請求項４に記載した発明の場合には、上記各保持器の中心軸に直交する仮想平面での断面形状に関して、上記内径側保持器の外周面の断面形状を円形とする。これに対して、上記外径側保持器の内周面の断面形状を波形とする。そして、この外径側保持器の波形の底部と各ボールの転動面との係合により、これら各ボールが適正位置よりも各回転伝達部材の径方向外側に変位する事を阻止する。又、上記外径側保持器の波形の円周方向側面と各ボールの転動面との係合により、これら各ボールが適正位置よりも各回転伝達部材の周方向に変位する事を阻止する。
これに対して、請求項５に記載した発明の場合には、上記各保持器の中心軸に直交する仮想平面での断面形状に関して、上記外径側保持器の外周面の断面形状を円形とする。これに対して、上記内径側保持器の外周面の断面形状を波形とする。そして、この内径側保持器の波形の底部と各ボールの転動面との係合により、これら各ボールが適正位置よりも各回転伝達部材の径方向内側に変位する事を阻止する。又、上記内径側保持器の波形の円周方向側面と各ボールの転動面との係合により、これら各ボールが適正位置よりも各回転伝達部材の周方向に変位する事を阻止する。

又、上述の様な本発明のボール式減速機を、例えば前述の図８〜９に示した舵角可変式ステアリング装置に組み込む場合には、請求項６に記載した発明の構造を採用する。
即ち、この場合には、ボール式変速機を、第一減速機構部と第二減速機構部とから構成する。
このうちの第一減速機構部は、中間回転伝達部材と、第一回転軸側案内溝と、中間回転伝達部材側第一案内溝と、複数個の第一ボールと、第一保持器とを備える。
このうちの中間回転伝達部材は、円板状で、軸方向両側面に案内溝を形成したものとする。
又、上記第一回転軸側案内溝は、第一回転軸若しくはこの第一回転軸と共に回転する第一回転伝達部材の端面に形成されたものとする。
又、上記中間回転伝達部材側第一案内溝は、上記中間回転伝達部材の軸方向両側面のうちで上記第一回転軸側案内溝に対向する軸方向片側面部分に形成されたものとする。
又、上記各第一ボールは、上記中間回転伝達部材側第一案内溝と上記第一回転軸側案内溝との間に挟持する。
又、上記第一保持器は、上記各第一ボールを保持するもので、前述した請求項１〜４に記載した如きものとする。
そして、上記中間回転伝達部材側第一案内溝及び第一回転軸側案内溝を、直径が互いに同じであるピッチ円に沿うサイクロイド系波形状又はトロコイド波形状とすると共に、上記中間回転伝達部材の中心軸と上記第一回転軸の中心軸との偏心量分だけ互いに偏心させる。

又、上記第二減速機構部は、上記中間回転伝達部材に加えて、第二回転軸側案内溝と、中間回転伝達部材側第二案内溝と、複数個の第二ボールと、第二保持器とを備える。
このうちの第二回転軸側案内溝は、第二回転軸若しくはこの第二回転軸と共に回転する第二回転伝達部材の端面に形成されたものとする。
又、上記中間回転伝達部材側第二案内溝は、上記中間回転伝達部材の軸方向両側面のうちで上記第二回転軸側案内溝に対向する軸方向他側面部分に形成されたものとする。
又、上記各第二ボールは、上記中間回転伝達部材側第二案内溝と上記第二回転軸側案内溝との間に挟持する。
又、上記第二保持器は、上記各第二ボールを保持するもので、前述した請求項１〜４に記載した如きものとする。
そして、上記中間回転伝達部材側第二案内溝及び第二回転軸側案内溝を、直径が互いに同じであるピッチ円に沿うサイクロイド系波形状又はトロコイド波形状とすると共に、上記中間回転伝達部材の中心軸と上記第二回転軸の中心軸との偏心量分だけ互いに偏心させる。
更に、上記中間回転伝達部材側第一案内溝の波数と上記中間回転伝達部材側第二案内溝の波数とを互いに異ならせる。

上述の様な請求項６に記載した発明を実施する場合、より具体的には、請求項７に記載した発明の様に、前記中間回転伝達部材側第一案内溝と前記第一回転軸側案内溝とのうちの一方の案内溝を、波数がＮであるハイポサイクロイド形状又はハイポトロコイド形状とする。同じく他方の案内溝を、波数が「Ｎ−２」であるエピサイクロイド形状又はエピトロコイド形状とする。そして、上記中間回転伝達部材側第一案内溝と上記第一回転軸側案内溝との間で、中間回転伝達部材の軸方向に関してこれら中間回転伝達部材側第一案内溝と第一回転軸側案内溝とが重畳する部分に、「Ｎ−１」個のボールを配置する。
又、上記中間回転伝達部材側第二案内溝と上記第二回転軸側案内溝とのうちの一方の案内溝を、波数がＭであるハイポサイクロイド形状又はハイポトロコイド形状とする。同じく他方の案内溝を、波数が「Ｍ−２」であるエピサイクロイド形状又はエピトロコイド形状とする。そして、上記中間回転伝達部材側第二案内溝と上記第二回転軸側案内溝との間で、上記中間回転伝達部材の軸方向に関してこれら中間回転伝達部材側第二案内溝と第二回転軸側案内溝とが重畳する部分に、「Ｍ−１」個のボールを配置する。

上述の様に構成する本発明によれば、負荷容量を十分に確保しつつ、複数個のボールの位置を適正にして、作動を円滑化できるボール式減速機の構造を実現できる。
即ち、保持器により各ボールを、直径が一定である同一のピッチ円上に配置した状態のままに保持できる。そして、これら各ボールを、直径が一定である同一のピッチ円上に配置させられれば、何れかの案内溝とピッチ円との交差角度が大きい部分に存在する各ボールに関しては、これら各ボールと各案内溝との係合に基づき、これら各ボールの円周方向の位置も一義的に規制される。更に、各案内溝とピッチ円との交差角度が小さい部分（ほぼ平行な部分も含む）に存在するボールに関しては、例えば当該ボールの転動面と上記交差角度が大きい部分に存在するボールの転動面との係合に基づき、円周方向の位置も規制される。又、各回転伝達部材に対する上記ピッチ円の、径方向位置に関しても、何れかのボールと上記各係合溝との係合により規制される。この為、上記各伝達部材の径方向及び円周方向の何れの方向に関しても、上記各ボールを適正位置に保持できて、これら各ボールを各案内溝同士の間で滑らかに転動させられる。
この結果、トルク伝達に伴って振動等を発生する事なく、円滑なトルク伝達を行なえて、例えば舵角可変式ステアリング装置に組み込んだ場合に、ステアリングホイールを操作する運転者に違和感を与える事がなくなる。
又、入力軸の回転角度と出力軸の回転角度との関係を厳密に一致させる（減速比がばらつく事を防止する）事ができて、高精度を要求される産業用ロボット等の減速機として利用可能になる。

［実施の形態の第１例］
図１は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例を含めて、本発明の特徴は、特殊な保持器により各ボール３４、３４ａ、３４ｂの径方向位置を規制する事で、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの位置を、偏心プレート２、固定板３８（図５〜６参照）、偏心プレート１３、駆動リング２３、鍔部２７（図８〜９参照）等の回転伝達部材の径方向及び円周方向に関して、厳密に規制できる様にする点にある。ボール式減速機全体の構造及び作用に就いては、図５〜６に記載した従来構造、或いは図８〜９に記載した先発明の構造と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

上記図１には、前述した図１１と同様に、ボール式減速機を構成する１対の案内溝３３ａ、３３ｂを実線及び破線で、これら両案内溝３３ａ、３３ｂ同士の重なり部に配置したボール３４、３４ａ、３４ｂの中心で上記両案内溝３３ａ、３３ｂに沿って移動する部分を黒点で、それぞれ表している。本例の場合、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの内側に内径側保持器３９を、同じく周囲に外径側保持器４０を、それぞれ配置している。これら両保持器３９、４０はそれぞれ円環状であり、上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂの内側又は外側に、ほぼ隙間なく配置している。又、上記両保持器３９、４０は、黄銅等の銅系合金、或いはステンレス鋼、炭素鋼等の鉄系合金等により造る。潤滑性を重視するならば銅系合金製のものを、強度を重視するならば鉄系合金製のものを、それぞれ使用する事が好ましい。

先ず、上記内径側保持器３９は、上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂを総て適正位置に配置した状態での、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの内接円の直径よりも僅かに（例えば５〜２０μｍ程度、或いは、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの直径の０．１〜０．５％程度の微小値分だけ）小さくしている。従ってこれら各ボール３４、３４ａ、３４ｂは、適正位置よりも径方向内方に変位する事は殆どない。
一方、上記外径側保持器４０は、上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂを総て適正位置に配置した状態での、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの外接円の直径よりも僅かに（例えば５〜２０μｍ程度、或いは、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの直径の０．１〜０．５％程度の微小値分だけ）大きくしている。従ってこれら各ボール３４、３４ａ、３４ｂは、適正位置よりも径方向外方に変位する事は殆どない。
従って、上記両保持器３９、４０を上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂの内側又は外側に配置した状態では、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの径方向に関する位置は、適正位置に規制される。尚、上記両保持器３９、４０の周面で上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂの径方向位置を規制する部分は、単純な円筒面である。この為、この部分を精度良く加工する事は容易であり、上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂの径方向位置を精度良く規制できる。

又、本例の場合には、円周方向に隣り合う各ボール３４、３４ａ、３４ｂの転動面同士の間に存在する隙間を、ゼロ乃至は僅少｛例えば、各ボール３４、３４ａ、３４ｂを円周方向に関して等間隔（適性位置）に配置した状態で、５〜２０μｍ程度、或いは、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの直径の０．１〜０．５％程度の微小値｝に抑えている。この様に、円周方向に隣り合う各ボール３４、３４ａ、３４ｂの転動面同士の間に存在する隙間をゼロ乃至は僅少に抑える事は、前記両案内溝３３ａ、３３ｂのトロコイド係数、前記各伝達部材（偏心プレート２、固定板３８、偏心プレート１３、駆動リング２３、鍔部２７）の偏心量、上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂの直径に基づいて、精度良く規制できる。即ち、これらトロコイド係数、偏心量、直径の３種類のパラメータは、上記各案内溝３３ａ、３３ｂの形状を決定する基本的なパラメータであり、又、これら各案内溝３３ａ、３３ｂは精密に加工される。この為、上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂの転動面同士の間に存在する隙間を僅少値としても、この隙間を精度良く規制できる。

本例のボール式減速機は、上述の様に構成する為、上記両保持器３９、４０及び上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂを組み込んだボール式減速機に関して、負荷容量を十分に確保しつつ、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの位置を適正にして、作動を円滑化できる。
即ち、上記両保持器３９、４０により各ボール３４、３４ａ、３４ｂを、直径が一定である同一のピッチ円Ｐ上に配置できる。そして、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂを、直径が一定である同一のピッチ円Ｐ上に配置できれば、図１の左右両側乃至下側部分に存在する各ボール３４、３４ｂの様に、何れかの案内溝（案内溝３３ａ、３３ｂの一方又は双方）とピッチ円Ｐとの交差角度が大きい部分に存在する各ボール３４、３４ｂに関しては、これら各ボール３４、３４ｂと各案内溝３３ａ、３３ｂとの係合に基づき、これら各ボール３４、３４ｂの円周方向の位置も一義的に規制される。

これに対して、図１の上端部に存在するボール３４ａの様に、各案内溝３３ａ、３３ｂとピッチ円Ｐとの交差角度が小さい部分（ほぼ平行な部分も含む）に存在するボール３４ａに関しては、当該ボール３４ａの転動面と、上記交差角度が大きい部分に存在するボール３４、３４の転動面との係合に基づき、円周方向の位置が規制される。又、上記ピッチ円Ｐの径方向位置に関しても、例えば図１の上端部に存在するボール３４ａと上記各係合溝３３ａ、３３ｂとの係合により規制される。この為、上記各伝達部材（偏心プレート２、固定板３８、偏心プレート１３、駆動リング２３、鍔部２７）の径方向及び円周方向の何れの方向に関しても、上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂを適正位置に保持できて、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂを上記各案内溝３３ａ、３３ｂ同士の間で滑らかに転動させられる。

［実施の形態の第２例］
図２〜３は、請求項１〜４に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、外径側保持器４０ａの内周面の（中心軸に直交する仮想平面での）断面形状を、波形としている。即ち、この外径側保持器４０ａの内周面に、それぞれが半円弧よりも小さい、部分円弧状の凹部４１、４１を、この外径側保持器４０ａの内径側に転動自在に保持すべきボール３４、３４ａ、３４ｂの適正ピッチと同じピッチで形成している。上記外径側保持器４０ａの内接円の直径は、上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂのピッチ円Ｐの直径（ＰＣＤ）よりも大きい。即ち、上記外径側保持器４０ａの径方向内端部に関しても、上記ピッチ円Ｐよりも径方向内方に突出する事はない。

尚、上記各凹部４１、４１の曲率半径は、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの転動面の曲率半径よりも僅かに（例えば２〜１０μｍ程度、或いは、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの直径の０．０５〜０．２％程度の微小値分だけ）大きくしている。又、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂを上記各凹部４１、４１に保持した状態で、円周方向に隣り合うボール３４、３４ａ、３４ｂの転動面同士の間の隙間が０．１mm程度、或いは、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの直径の１〜５％程度になる様に、上記各凹部４１、４１及びこれら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの直径を規制している。この様な外径側保持器４０ａの材質は、前述した実施の形態の第１例の場合と同様に考えても良いが、潤滑性をより重視するならば、合成樹脂製としても良い。内径側保持器３９に関しては、上述した実施の形態の第１例の場合と同様のものを組み込む。

この様な本例の構造によれば、上記各凹部４１、４１と上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂとの係合に基づき、総てのボール３４、３４ａ、３４ｂに関して、それぞれの位置を、径方向だけでなく円周方向に関しても、高精度で規制できる。この為、トルク伝達時の円滑化、減速比のばらつき防止を、実施の形態の第１例の場合よりも、より高レベルで図れる。又、円周方向に隣り合うボール３４、３４ａ、３４ｂの転動面同士が擦れ合う事をなくせる為、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの転動を、より円滑に行なわせる事ができる。尚、上記各凹部４１、４１は、半円弧未満の部分円弧である為、これら各凹部４１、４１の内面と上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂの転動面との摩擦は限られたものとなる。この為、上記各凹部４１、４１を設ける事により、これら各ボール３４、３４ａ、３４ｂの転がり抵抗増加は限られる。その他の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例の場合と同様である。

［実施の形態の第３例］
図４は、請求項１〜３、５に関する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、内径側保持器３９ａの外周面の（中心軸に直交する仮想平面での）断面形状を波形としている。即ち、この内径側保持器３９ａの外周面に、それぞれが半円弧よりも小さい、部分円弧状の凹部４１ａ、４１ａを、この内径側保持器３９ａの内径側に転動自在に保持すべきボール３４、３４ａ、３４ｂの適正ピッチと同じピッチで形成している。上記内径側保持器３９ａの外接円の直径は、上記各ボール３４、３４ａ、３４ｂのピッチ円Ｐの直径（ＰＣＤ）よりも小さい。即ち、上記内径側保持器３９ａの径方向外端部に関しても、上記ピッチ円Ｐよりも径方向外方に突出する事はない。外径側保持器４０に関しては、前述した実施の形態の第１例の場合と同様のものを組み込む。この様な本例の構造によっても、上述した実施の形態の第２例の場合と同様、トルク伝達時の円滑化、減速比のばらつき防止を、実施の形態の第１例の場合よりも、より高レベルで図れる。

本発明の実施の形態の第１例を示す、ボール式減速機の要部を図９の上方から見た状態で示す模式図。同第２例を示す、図１と同様の図。外径側保持器を取り出して図２と同方向から見た図。本発明の実施の形態の第３例を示す、図１と同様の図。従来から知られているボール式減速機の１例を示す断面図。同じく分解斜視図。同じく１対の案内溝の形状を説明する為の模式図。先発明に係る、ボール式減速機を組み込んだ舵角可変式ステアリング装置の断面図。図８のＡ部拡大図。同じく１対の案内溝の係合状態を説明する為の模式図。各ボールの位置がずれる理由を説明する為の、図１０と同様の模式図。各ボールの位置がずれるのを防止する為に考えられた従来構造の第１例を示す模式図。同第２例を説明する為の模式図。

符号の説明

１入力軸
２偏心プレート
３ケーシング
４ａ、４ｂ案内溝
５、５ａボール
６回転取り出し板
７ａ、７ｂ環状溝
８出力軸
９入力軸
１０出力軸
１１中間回転筒
１２電動モータ
１３偏心プレート
１４第一ボール変速機構
１５第二ボール変速機構
１６ステアリングコラム
１７ステアリングホイール
１８ハウジング
１９小径部
２０舵角センサ
２１制御用回転角センサ
２２大径部
２３駆動リング
２４入力軸側案内溝
２５偏心プレート入力側案内溝
２６入力側ボール
２７鍔部
２８出力軸側案内溝
２９偏心プレート出力側案内溝
３０出力側ボール
３１ナット
３２ボール式減速機
３３ａ、３３ｂ案内溝
３４、３４ａ、３４ｂボール
３５保持器
３６ポケット
３７柱部
３８固定板
３９内径側保持器
４０、４０ａ外径側保持器
４１、４１ａ凹部

Claims

互いに偏心して平行に配置された状態で相対回転する、少なくとも１対の回転伝達部材と、これら各回転伝達部材の互いに対向する少なくとも１対の軸方向側面にそれぞれ形成された、サイクロイド波形状又はトロコイド波形状である案内溝と、これら各案内溝同士の間に挟持された複数個のボールと、これら各ボールの位置決めを図る為の保持器とを備え、この保持器は、これら各ボールの外径側に配置された、内接円の直径がこれら各ボールのピッチ円直径よりも大きな外径側保持器と、これら各ボールの内径側に配置された、外接円の直径がこれら各ボールのピッチ円直径よりも小さな内径側保持器とのうちの少なくとも一方であるボール式減速機。
互いに偏心して平行に配置された状態で相対回転する、少なくとも１対の回転伝達部材と、これら各回転伝達部材の互いに対向する少なくとも１対の軸方向側面にそれぞれ形成された、サイクロイド波形状又はトロコイド波形状である案内溝と、これら各案内溝同士の間に挟持された複数個のボールと、これら各ボールを、直径が一定である同一のピッチ円上に配置した状態のまま、上記各回転伝達部材の径方向に変位させる為の、円環状の保持器とを備えたボール式減速機に於いて、この保持器は、上記ピッチ円の径方向に関して、このピッチ円の片側に片寄せた状態で設けられたものであって、上記保持器の内外両周縁のうち、上記各ボールの転動面に対向する周縁の直径が、これら各ボールを上記ピッチ円上に配置させるのに適正な寸法である事を特徴とするボール式減速機。
各ボールが適正位置よりも各回転伝達部材の径方向内側に変位する事を阻止する内径側保持器と、これら各ボールが適正位置よりもこれら各回転伝達部材の径方向外側に変位する事を阻止する外径側保持器とを備えた、請求項２に記載したボール式減速機。
各保持器の中心軸に直交する仮想平面での断面形状に関して、内径側保持器の外周面の断面形状が円形であり、外径側保持器の内周面の断面形状が波形であり、この外径側保持器の波形の底部と各ボールの転動面との係合により、これら各ボールが適正位置よりも各回転伝達部材の径方向外側に変位する事を阻止し、上記外径側保持器の波形の円周方向側面と各ボールの転動面との係合により、これら各ボールが適正位置よりも各回転伝達部材の周方向に変位する事を阻止している、請求項３に記載したボール式減速機。
各保持器の中心軸に直交する仮想平面での断面形状に関して、外径側保持器の外周面の断面形状が円形であり、内径側保持器の外周面の断面形状が波形であり、この内径側保持器の波形の底部と各ボールの転動面との係合により、これら各ボールが適正位置よりも各回転伝達部材の径方向内側に変位する事を阻止し、上記内径側保持器の波形の円周方向側面と各ボールの転動面との係合により、これら各ボールが適正位置よりも各回転伝達部材の周方向に変位する事を阻止している、請求項３に記載したボール式減速機。
軸方向両側面に案内溝を形成した円板状の中間回転伝達部材と、第一回転軸若しくはこの第一回転軸と共に回転する第一回転伝達部材の端面に形成された第一回転軸側案内溝と、上記中間回転伝達部材の軸方向両側面のうちでこの第一回転軸側案内溝に対向する軸方向片側面部分に形成された中間回転伝達部材側第一案内溝と、この中間回転伝達部材側第一案内溝と上記第一回転軸側案内溝との間に挟持された複数個の第一ボールと、これら各第一ボールを保持する第一保持器とを備え、これら中間回転伝達部材側第一案内溝及び第一回転軸側案内溝を、直径が互いに同じであるピッチ円に沿うサイクロイド系波形状又はトロコイド波形状とすると共に、上記中間回転伝達部材の中心軸と上記第一回転軸の中心軸との偏心量分だけ互いに偏心させた第一減速機構部と、第二回転軸若しくはこの第二回転軸と共に回転する第二回転伝達部材の端面に形成された第二回転軸側案内溝と、上記中間回転伝達部材の軸方向両側面のうちでこの第二回転軸側案内溝に対向する軸方向他側面部分に形成された中間回転伝達部材側第二案内溝と、この中間回転伝達部材側第二案内溝と上記第二回転軸側案内溝との間に挟持された複数個の第二ボールと、これら各第二ボールを保持する第二保持器とを備え、これら中間回転伝達部材側第二案内溝及び第二回転軸側案内溝を、直径が互いに同じであるピッチ円に沿うサイクロイド系波形状又はトロコイド波形状とすると共に、上記中間回転伝達部材の中心軸と上記第二回転軸の中心軸との偏心量分だけ互いに偏心させた第二減速機構部とから成り、上記中間回転伝達部材側第一案内溝の波数と上記中間回転伝達部材側第二案内溝の波数とを互いに異ならせている、請求項２〜５のうちの何れか１項に記載したボール式減速機。
中間回転伝達部材側第一案内溝と第一回転軸側案内溝とのうちの一方の案内溝が、波数がＮであるハイポサイクロイド形状又はハイポトロコイド形状であり、同じく他方の案内溝が、波数が「Ｎ−２」であるエピサイクロイド形状又はエピトロコイド形状であり、上記中間回転伝達部材側第一案内溝と上記第一回転軸側案内溝との間で、中間回転伝達部材の軸方向に関してこれら中間回転伝達部材側第一案内溝と第一回転軸側案内溝とが重畳する部分に、「Ｎ−１」個のボールが配置されており、中間回転伝達部材側第二案内溝と第二回転軸側案内溝とのうちの一方の案内溝が、波数がＭであるハイポサイクロイド形状又はハイポトロコイド形状であり、同じく他方の案内溝が、波数が「Ｍ−２」であるエピサイクロイド形状又はエピトロコイド形状であり、上記中間回転伝達部材側第二案内溝と上記第二回転軸側案内溝との間で、上記中間回転伝達部材の軸方向に関してこれら中間回転伝達部材側第二案内溝と第二回転軸側案内溝とが重畳する部分に、「Ｍ−１」個のボールが配置されている、請求項６に記載したボール式減速機。