JP2022190914A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転動体を介して軸方向に回転トルクを伝達する動力伝達装置において、振動あるいはトルク変動の発生を抑制する。【解決手段】減速装置１は、軸方向両側の側面に第１の転動体係合溝１３を有する入力部材１０と、第２の転動体係合溝１６を有する一対の固定部材５と、第１の転動体係合溝１３と第２の転動体係合溝１６に係合する複数のボール４と、複数のボール４を周方向に保持する複数のポケット１７を有する一対の出力部材３１，３２とを備える。第１の転動体係合溝１３は、回転中心Ｘから偏心した曲率中心を有する円に沿って形成される。第２の転動体係合溝１６は、回転中心Ｘ上に曲率中心を有するピッチ円に対して交互に交差する波状曲線に沿って形成される。対をなす第１の転動体係合溝１３１，１３２は、一方の溝１３１が他方の溝１３２に対して逆位相となるように形成され、対をなす第２の転動体係合溝１６１，１６２は、一方の溝１６１が他方の溝１６２に対して逆位相となるように形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、入力回転部に入力された回転を、同軸に配された出力回転部に所定の変速比で伝達する動力伝達装置に関する。

この動力伝達装置として、転動体を介し、軸方向に所定の変速比で回転トルクを伝達する減速機が特許文献１に記載されている。

図１１に示すように、この動力伝達装置２０１は、軸方向両側の側面に第１の転動体係合溝２１３を有する入力部材２１０と、入力部材２１０の軸方向両側に設けられ、第２の転動体係合溝２１６を有する一対の固定部材２０５と、入力部材２１０と一対の固定部材２０５との軸方向間にそれぞれ設けられ、第１の転動体係合溝２１３と第２の転動体係合溝２１６に係合する複数のボール２０４と、入力部材２１０と一対の固定部材２０５との軸方向間にそれぞれ設けられ、複数のボール２０４を周方向に保持する複数のポケット２１７を有する一対の出力部材２３１，２３２とを備える。一対の出力部材２３１，２３２は、連結部材２３３によって連結されている。

第１の転動体係合溝２１３は、回転中心Ｘから偏心量ａで偏心した曲率中心Ｏ１を有する円に沿って形成される。第２の転動体係合溝２１６は、回転中心Ｘ上に曲率中心を有するピッチ円に対して交互に交差する波状曲線に沿って形成される。

入力軸２０７を、回転中心Ｘを中心として回転させると、入力部材２１０が、回転中心Ｘを中心に振れ回り半径ａで公転運動を行う。入力部材２１０が公転運動を行うと、円形の第１の転動体係合溝２１３に係合する各ボール２０４が、固定部材２０５に形成された波形の第２の転動体係合溝２１６に沿って移動する。このボール２０４が、出力部材２３１，２３２のポケット２１７と周方向に係合し、これにより生じる接触力が、出力部材２３１，２３２を入力軸２０７と同方向に回転させる力として作用する。この接触力によって、出力部材２３１，２３２が一定の減速比で減速されつつ回転中心Ｘを中心として回転する。

この減速装置２０１では、入力部材２１０を中心として、一対の固定部材２０５、一対の出力部材２３１，２３２、及び複数のボール２０４をそれぞれ軸方向対称に配置している。これにより、図１２に示すように、入力部材２１０は、軸方向両側に設けられたボール２０４から接触力Ｆ１’を受け、この接触力Ｆ１’のアキシャル成分Ｆ１ａ’が相殺される。これにより、入力部材２１０を支持する軸受２０９や、入力軸７を支持する軸受２１１（図１１参照）にアキシャル方向の負荷が伝達されないため、軸受２０９，２１１を小型化し、ひいては減速装置２０１を小型化することができる。

特開２０２０－０５１５７２号公報

しかし、上記の減速装置２０１では、接触力Ｆ１’のアキシャル方向の分力は相殺できるが、ラジアル方向の分力は相殺できないため、ラジアル方向分力が軸受２０９を介して入力軸２０７に作用する。動力伝達を行う際に、転動体係合溝とボールとの間の接触力は周期的に変化するため、ラジアル方向分力も周期的に変化する。入力軸に作用するラジアル方向分力が周期的に変化することで、入力軸が振動し、あるいは減速装置にトルク変動が発生するおそれがある。

以上の事情から、本発明は、転動体を介して軸方向に回転トルクを伝達する動力伝達装置において、振動の発生あるいはトルク変動を抑制することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る動力伝達装置は、入力回転部に入力された回転を、同軸に配された出力回転部に所定の変速比で伝達するものであって、軸方向両側の側面のそれぞれに第１の転動体係合溝を有する第１部材と、前記第１部材の軸方向両側に設けられ、それぞれ第２の転動体係合溝を有する一対の第２部材と、前記第１部材と前記一対の第２部材との軸方向間にそれぞれ設けられ、軸方向に対向する前記第１の転動体係合溝と前記第２の転動体係合溝に係合する複数のボールと、前記第１部材と前記一対の第２部材との軸方向間にそれぞれ設けられ、前記複数のボールを周方向に保持する複数のポケットを有する一対の第３部材とを備える。この動力伝達装置では、前記第１の転動体係合溝と前記第２の転動体係合溝のうちの一方が、前記入力回転部及び前記出力回転部の回転中心から偏心した曲率中心を有する円に沿って形成され、前記第１の転動体係合溝と前記第２の転動体係合溝のうちの他方が、前記回転中心上に曲率中心を有するピッチ円に対して交互に交差する波状曲線に沿って形成され、前記第１部材、前記一対の第２部材、及び前記一対の第３部材のうちの何れかが前記入力回転部に設けられ、前記第１部材、前記一対の第２部材、及び前記一対の第３部材のうちの他の何れかが前記出力回転部に設けられる。

本発明は、この動力伝達装置において、前記回転中心から偏心した曲率中心を有する円に沿って形成される一対の溝のうちの一方の溝は、他方の溝に対して逆位相となるように形成され、前記回転中心上に曲率中心を有するピッチ円に対して交互に交差する波状曲線に沿って形成される一対の溝のうちの一方の溝は、他方の溝に対して逆位相となるように形成されていることを特徴とする。

かかる構成により、軸方向両側のボールから第１部材に作用する接触力のアキシャル方向分力のみならず、ラジアル方向分力も相殺することができる。そのため、ボールからの接触力が周期的に変動したとしても、振動あるいはトルク変動の発生を抑制することが可能となる。

この動力伝達装置では、前記第１部材を軸方向で対向する一対の部材で形成し、前記一対の部材を、それぞれ軸受で回転可能に支持するのが好ましい。

かかる構成により、一対の部材のうちの一方が他方に対して相対回転可能となる。そのため、動力伝達装置の内部で、ボールと転動体係合溝との間に作用する滑り抵抗を小さくして動力伝達装置の伝達効率を高めることができる。かかる構成では、第１部材を構成する一対の部材のうち、一方の部材の第２部材と対向する側面に、一対の第１の転動体係合溝のうちの一方が形成され、一対の部材のうち、他方の部材の第２部材と対向する側面に、一対の第１の転動体係合溝のうちの他方が形成される。

この動力伝達装置では、第１部材を構成する一対の部材の間に、スラスト軸受を介在させてもよい。これにより一対の部材間での摩擦損失を低減することができる。

同様の効果は、第１部材を構成する一対の部材の間に、テクスチャパターンを介在させることでも得ることができる。テクスチャパターンによって微小凹凸が形成され、このうちの凹部が油溜まりとなるため、一対の部材間での摩擦損失を低減することができる。

同様の効果は、第１部材を構成する一対の部材の間に、固体潤滑被膜を介在させることによっても得ることができる。固体潤滑被膜としては、フッ素樹脂もしくは二硫化モリブデンを主成分とするものが好ましい。

上記の動力伝達装置は、例えば、第１部材を入力回転部に設け、一対の第３部材を出力回転部に設け、一対の第２部材を固定部材とすることができる。このように、第２部材を固定部材とすることで、ボールと第２の転動体係合溝との間に発生する接触力を固定部材で支持することができるため、この接触力を支持するための大型の軸受が不要となる。また、第３部材を出力回転部に設けることで、ボールと出力回転部（第３部材）のポケットとの間に周方向（回転方向）の接触力のみが生じるため、第３部材を支持する軸受に加わる負荷が軽減されて、軸受サイズを縮小することができると共に、軸受内部におけるトルク損失を低減することができる。この場合、出力回転部に設けられた一対の第３部材を一体に回転可能とすれば、入力回転部に設けられた第１部材から軸方向両側のボールに分かれて伝達された動力を、再び合成して出力することができる。

上記の動力伝達装置では、第２部材や第３部材がそれぞれ一対ずつ設けられるため、部品数が増えることによるコスト増が懸念される。そこで、一対の第２部材や一対の第３部材をそれぞれ同一形状とずれば、部品を共有することで各部材の製作コストを低減できるため、部品数増によるコスト増を抑えることができる。

以上のように、本発明によれば、ボールとの間に生じる接触力のラジアル方向分力が第１部材に加わらないため、振動の発生あるいはトルク変動の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る減速装置の断面図である。 （ａ）図は図１のＭ－Ｍ線上からＩＩａ方向を見た時の入力部材（第１部材）の正面図であり、（ｂ）図は図１のＮ－Ｎ線上からＩＩｂ方向を見た入力部材（第１部材）の正面図である。 固定部材（第２部材）に形成された第２の転動体係合溝を概念的に示す正面図である。 （ａ）図は図１のＭ－Ｍ線上からＩＶａ方向を見た時の固定部材（第２部材）の正面図であり、（ｂ）図は図１のＮ－Ｎ線上からＩＶｂ方向を見た時の固定部材（第２部材）の正面図である。 出力部材（第３部材）を概念的に示す正面図である。 図５のＶ部の拡大図である。 入力部材、出力部材、固定部材、及びボールを模式的に示す分解斜視図である。 ボールに加わる接触力を示す正面図である。 （ａ）図は軸方向他方側（図１の右側）から透視した軸方向一方側の固定部材とボールを示す正面図であり、（ｂ）図は軸方向他方側から透視した軸方向他方側の固定部材とボールを示す正面図である。 図１の減速装置の要部を拡大した断面図である。 従来の減速装置の断面図である。 図１１の減速装置の要部を拡大した断面図である。 （ａ）図は図１２のＭ’－Ｍ’線上からＸＩＩＩａ方向を見た時の固定部材の正面図であり、（ｂ）図は図１２のＮ’－Ｎ’線上からＸＩＩＩｂ方向を見た時の固定部材（第２部材）の正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態に係る動力伝達装置としての減速装置１は、図１に示すように、入力回転部２と、出力回転部３と、転動体としてのボール４と、固定部材５と、これらを収容するハウジング６とを主に備える。図示例では、ハウジング６が、軸方向一方側（図１では左側）に設けられた第１ハウジング部材６１と、軸方向他方側（図１では右側）に設けられた第２ハウジング部材６２とで構成される。両ハウジング部材６１，６２は、ボルト等の適宜の手段により固定される。入力回転部２と出力回転部３とは同軸に配置され、共通の回転中心Ｘを有する。固定部材５は、ハウジング６に固定されている。

入力回転部２は、入力軸７、偏心カム部８、軸受９および入力部材１０を有する。

入力軸７は、ハウジング６に対して回転中心Ｘ周りに回転自在とされる。本実施形態では、出力回転部３の内周面との間に装着された複数の転がり軸受１１によって、入力軸７がハウジング６に対して回転自在に支持されている。図示例では、偏心カム部８の軸方向両側に、軸受１１がそれぞれ２個ずつ設けられる。入力軸７の外周面と第１ハウジング部材６１の内周面との間には、ハウジング６内に充填されたグリース又は油の漏れだしを防止するためのシール部材２１が設けられる。

偏心カム部８は入力軸７の外周に設けられる。本実施形態では、偏心カム部８として、軸方向で対向する一対の偏心カム８１，８２を使用している。各偏心カム８１，８２は、それぞれ入力軸７に例えば圧入、キー等の固定手段で固定される。一対の偏心カム８１，８２は同一材料で同一形状に形成される。一対の偏心カム８１、８２のうち、軸方向一方側に位置する第１偏心カム８１の円筒形外周面８１ａの中心線Ｏ１、および軸方向他方側に位置する第２偏心カム８２の円筒形外周面８２ａの中心線Ｏ２は、何れも回転中心Ｘに対して偏心量ａで半径方向に偏心している。また、両中心線Ｏ１，Ｏ２は、回転中心Ｘを間にして回転中心Ｘを含む直径上に存在する。

入力部材１０は偏心カム部８の外径側に設けられる。本実施形態では、入力部材１０として、軸方向で対向する一対の部材１０１，１０２が使用されている。一対の部材１０１，１０２は同一材料で同一形状（例えば略円板状）に形成される。一対の部材１０１，１０２のうち、軸方向一方側に位置する一方の部材１０１の中心線は、第１偏心カム８１の円筒形外周面８１ａの中心線Ｏ１と一致し、軸方向他方側に位置する他方の部材１０２の中心線は、第２偏心カム８ｂの円筒形外周面８２の中心線Ｏ２と一致している。

第１偏心カム８１の円筒形外周面８１ａと一方の部材１０１の内周面との間には第１軸受９１が配置され、第２偏心カム８２の円筒形外周面８２ａと他方の部材１０２の内周面との間には第２軸受９２が配置される。第１軸受９１の回転軸は第１偏心カム８１の円筒形外周面８１ａの中心線Ｏ１上にあり、第２軸受９２の回転軸は第２偏心カム８２の円筒形外周面８２ａの中心線Ｏ２上にある。これらの軸受９１，９２により、入力部材１０を構成する一対の部材１０１，１０２が、入力回転部２を構成するそれ以外の各部に対してそれぞれ回転フリーとなる。具体的には、入力部材１０の一方の部材１０１が第１偏心カム８１に対して相対回転可能となり、入力部材１０の他方の部材１０２が第２偏心カム８２に対して相対回転可能となる。また、一方の部材１０１は他方の部材１０２に対して相対回転可能となる。このように偏心カム部８と入力部材１０の間に軸受９１，９２を配置することで、一方の部材１０１と第１偏心カム８１の間の速度差、および他方の部材１０２と第２偏心カム８２の間の速度差をそれぞれ吸収することができる。軸受９１，９２としては転がり軸受、例えば深溝玉軸受を使用することができる。

本実施形態では、入力部材１０を一対の部材１０１，１０２で構成して、一方を他方に対して相対回転可能としているが、一対の部材１０１，１０２を一体化して入力部材１０を単一部材で構成することも理論的には可能である。ただし、この場合は減速機１の内部の滑り抵抗が大きくなり、減速機１の効率が低下する問題がある。そのため、入力部材１０は、一対の部材１０１，１０２で形成し、各部材１０１，１０２をそれぞれ転がり軸受９１，９２で個別に支持するのが好ましい。

固定部材５として、入力部材１０の軸方向一方側に位置する第１固定部材５１と、入力部材１０の軸方向他方側に位置する第２固定部材５２とが設けられる。両固定部材５１，５２は何れも環状を成し、同一材料で同一形状に形成される。両固定部材５１，５２は、適宜の手段によりハウジング６に固定される。図示例では、固定部材５１，５２のハウジング６に対する周方向移動を規制する規制部材２４が設けられる。規制部材２４は、各ハウジング部材６１，６２の内周面及び各固定部材５１，５２の外周面に設けられたキー溝に装着され、これらと周方向で係合することで、固定部材５１，５２のハウジング６に対する周方向移動を規制している。

入力部材１０の一方の部材１０１と、これに対向する第１固定部材５１は所定の間隔で軸方向に並べて配置される。また、入力部材１０の他方の部材１０２と、これに対向する第２固定部材５２は所定の間隔で軸方向に並べて配置される。入力部材１０の一方の部材１０１のうち、第１固定部材５１と軸方向で対向する側面には第１の転動体係合溝１３１が形成される。また、入力部材１０の他方の部材１０２のうち、第２固定部材５２と軸方向で対向する側面には第１の転動体係合溝１３２が形成される。

第１固定部材５１には、第１の転動体係合溝１３１と軸方向で対向する第２の転動体係合溝１６１が形成される。また、第２固定部材５２には、第１の転動体係合溝１３２と軸方向で対向する第２の転動体係合溝１６２が形成される。本実施形態では、第１の転動体係合溝１３１，１３２を有する第１部材が入力部材１０として入力回転部２に設けられ、第２の転動体係合溝１６１，１６２を有する第２部材が固定部材５１，５２とされる。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、入力部材１０に形成された二つの第１の転動体係合溝１３１，１３２の軌道中心線Ｌ１は、何れも半径ｒの円形に形成される。二つの軌道中心線Ｌ１の曲率中心は、回転中心Ｘから等しい偏心量ａで偏心した位置にある。一方の軌道中心線Ｌ１の曲率中心は、第１偏心カム８１の円筒形外周面８１ａの中心線Ｏ１と一致し、他方の軌道中心線Ｌ１の曲率中心は、第２偏心カム８２の円筒形外周面８２ａの中心線Ｏ２と一致している。このように二つの第１の転動体係合溝１３２，１３３は、一方を他方に対して１８０°回転させた位相、すなわち逆位相となるように形成される。尚、第１の転動体係合溝１３１、１３２の軌道中心線Ｌ１とは、第１の転動体係合溝１３１，１３２に沿ってボール４を移動させたときのボール４の中心の軌跡を意味する。

この第１の転動体係合溝１３１，１３２にそれぞれ複数のボール４が係合される。以下の説明では、ボール４のうち、軸方向一方側の第１の転動体係合溝１３１と係合するボールを第１のボール４１と称し、軸方向他方側の第１の転動体係合溝１３２と係合するボールを第２のボール４２と称する。第１の転動体係合溝１３１，１３２に各ボール４１，４２が係合することにより、各ボール４１，４２が、周方向（軌道中心線Ｌ１に沿う方向）に移動可能な状態で所定の半径方向位置に保持される。

図３は、固定部材５（５１，５２）に形成された第２の転動体係合溝１６（１６１，１６２）の形状を概念的に表した図である。

図３に示すように、第２の転動体係合溝１６の軌道中心線Ｌ２は、回転中心Ｘ上に曲率中心を有する基準ピッチ円Ｃに対して一定のピッチで交互に交差する波状曲線で形成される。すなわち、第２の転動体係合溝１６は、回転中心Ｘとの距離Ｒが基準ピッチ円半径ＰＣＲに対して増減変動する波状曲線で形成される。軌道中心線Ｌ２の波状曲線に、回転中心Ｘとの距離Ｒが基準ピッチ円半径ＰＣＲより大きい複数の山部１６ａと、回転中心Ｘとの距離Ｒが基準ピッチ円半径ＰＣＲより小さい複数の谷部１６ｂとが円周方向で交互に設けられる。尚、第２の転動体係合溝１６の軌道中心線Ｌ２とは、第２の転動体係合溝１６に沿ってボール４を移動させたときのボール４の中心の軌跡を意味する。

図４（ａ）（ｂ）は、本実施形態における第２の転動体係合溝１６１，１６２の具体的形状を示す。このうち、図４（ａ）は、第１の固定部材５１に形成された第２の転動体係合溝１６１を示し、図４（ｂ）は、第２の固定部材５２に形成された第２の転動体係合溝１６２を示す。図４（ａ）（ｂ）において、両図の上方は図１における上方に対応し、両図の下方は図１における下方に対応する。

図４（ａ）（ｂ）に示すように、第１の固定部材５１に形成される第２の転動体係合溝１６１と、第２の固定部材５２に形成される第２の転動体係合溝１６２は、何れも回転中心Ｘを中心として同一形状に形成される。また、対をなす第２の転動体係合溝１６１，１６２のうちの一方は、他方に対して波状曲線の半ピッチ（波状曲線の隣接する山部の頂上間を１ピッチとする）だけ円周方向にずらして形成される。すなわち、二つの第２の転動体係合溝１６１，１６２は、互いに逆位相となるように形成される。そのため、円周方向の同じ位置に存在するボール４１，４２の半径方向における移動方向は、一方の第２の転動体係合溝１６１に係合する第１のボール４１と、他方の転動体係合溝１６２に係合する第２のボール４１とで逆となり、例えば第１のボール４１が外径方向に移動する間は、第２のボール４２が内径方向に移動するようになる。

図１に示すように、出力回転部３は、入力部材１０の軸方向一方側設けられた第１出力部材３１と、入力部材１０の軸方向他方側に設けられた第２出力部材３２と、第１出力部材３１と第２出力部材３２とを連結する連結部材３３とを有する。第１出力部材３１は、円筒状の軸部３１ａと、軸部３１ａから外径側に延びる円盤部３１ｂとを有する。第２出力部材３２は、出力軸として機能する軸部３２ａと、軸部３２ａから外径側に延びる円盤部３２ｂとを有する。第２出力部材３２の軸部３２ａは、円筒部３２ａ１と、円筒部３２ａ１の開口部を閉塞する蓋部３２ａ２とを有する。蓋部３２ａ２には、減速された回転を伝達すべき他の部材を連結するための連結部が設けられる。図示例では、第１出力部材３１の軸部３１ａ及び円盤部３１ｂが一体に形成され、第２出力部材３２の軸部３２ａ及び円盤部３２ｂが一体に形成されている。

出力回転部３は、ハウジング６に対して回転中心Ｘ周りに回転自在とされる。本実施形態では、第１出力部材３１の円盤部３１ｂの外径端と第２出力部材３２の円盤部３２ｂの外径端とが連結部材３３で連結され、これにより両出力部材３１，３２が一体に回転可能とされる。具体的には、第１出力部材３１の軸部３１ａの外周面と第１の固定部材５１の内周面との間に装着された転がり軸受１４と、第２出力部材３２の軸部３２ａの外周面と第２の固定部材５２の内周面との間に装着された転がり軸受１５とで、出力回転部３がハウジング６に対して一体に回転自在に支持されている。第２出力部材３２の軸部３２ａの外周面と第２ハウジング部材６２の内周面との間には、ハウジング６内に充填されたグリース又は油の漏れだしを防止するためのシール部材２２が設けられる。

第１出力部材３１の円盤部３１ｂ及び第２出力部材３２の円盤部３２ｂには、それぞれボール４を保持する複数のポケット１７が形成される。すなわち、本実施形態では、ポケット１７を有する一対の第３部材が出力部材３１，３２として出力回転部３に設けられる。ポケット１７は、図５に示すように、両出力部材３１，３２の回転中心Ｘを中心に径方向に放射状に延びる長穴で形成されている。ポケット１７は、同一円周上で周方向等間隔に形成される。本実施形態では、両出力部材３１，３２に設けられたポケット１７が、軸方向と直交する面内で同じ位置に設けられ、各ポケット１７にボール４が１個ずつ配置されている。各出力部材３１，３２に形成されるポケット１７の個数（すなわち、各出力部材３１，３２と入力部材１０との間に配されるボール４の個数）は、軌道中心線Ｌ２の波状曲線の山部又は谷部の個数より１個多い。ポケット１７を概念的に示す図５では、ポケット１７の外径端が開口しているが、ポケット１７の外径端を閉じていてもよい（図７参照）。

図６に示すように、ボール４は、各ポケット１７内で、基準ピッチ円Ｃを中心として半径方向に所定量ｍの範囲で移動することができる。本実施形態では、各ポケット１７の周壁に、周方向に対向する一対の平行な平坦面１７ａが設けられ、この平坦面１７ａの周方向間隔が、ボール４の外径と略同等（僅かに大径）とされる。これにより、各ボール４が、各ポケット１７により、半径方向移動可能な状態で所定の周方向位置に保持される。

図７に示すように、両出力部材３１，３２は共通の回転中心Ｘを有する。入力部材１０を構成する一対の部材１０１，１０２のうち、一方の部材１０１の中心軸Ｏ１および他方の部材１０２の中心軸Ｏ２は、回転中心Ｘに対して互いに逆方向に偏心量ａだけ偏心している。そのため、第１の転動体係合溝１３１，１３２の軌道中心線Ｌ１の曲率中心も回転中心Ｘに対して互いに逆方向に偏心量ａだけ偏心している。各出力部材３１，３２のポケット１７内に配置されたボール４１，４２が、ポケット１７から軸方向両側に突出した状態となり、この突出部分が入力部材１０の第１の転動体係合溝１３及び固定部材５の第２の転動体係合溝１６にそれぞれ係合する（図１参照）。

本実施形態の減速装置１では、図４（ａ）（ｂ）に示すように、第２の転動体係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の山部の個数が１５個（谷部の個数も同様に１５個）で、ボール４の個数が１６個であるので、次式により求められる減速比ｉは１／１６となる。
減速比ｉ＝（ボール個数－山部の個数）／ボールの個数
なお、山部の個数はボールの個数±１とされ、減速比ｉがマイナスの値となる場合は、入力回転部２の回転方向に対して出力回転部３の回転方向が逆であることを意味する。

第２の転動体係合溝１６１，１６２の軌道中心線Ｌ２の形状は、入力回転部２から出力回転部３に減速された回転運動が同期回転で伝達されるように設定される。具体的に、減速装置１の減速比をｉとしたとき、入力軸７の回転角θにおいて、出力回転部３が回転角ｉθの状態で、第１の転動体係合溝１３に係合したボール４が第２の転動体係合溝１６に係合してトルクを伝達するように、第２の転動体係合溝１６の形状が設定される。詳しくは、入力回転部２及び出力回転部３の回転中心Ｘと第２の転動体係合溝１６の軌道中心線Ｌ２との距離Ｒが下記の式（１）を満たすように、第２の転動体係合溝１６の形状が設定される。
Ｒ＝ａ・ｃｏｓ（ψ／ｉ）＋√｛ｒ²－（ａ・ｓｉｎ（ψ／ｉ））²｝・・・（１）
但し、
Ｒ：回転中心Ｘと第２の転動体係合溝１６１，１６２の軌道中心線Ｌ２との距離
ａ：回転中心Ｘに対する第１の転動体係合溝１３の軌道中心線Ｌ１の中心Ｏ１，Ｏ２の偏心量
ｉ：減速比
ψ：出力回転部３の回転角
ｒ：第１の転動体係合溝１３の軌道中心線Ｌ１の半径

入力部材１０を構成する一対の部材１０１，１０２、両出力部材３１，３２、及び両固定部材５１．５２のうち、少なくともボール４１，４２と接触する第１の転動体係合溝１３１，１３２の側壁、第２の転動体係合溝１６１，１６２の側壁、及びポケット１７の周壁は、ボール４との表面硬度差による摩耗を低減するために、ボール４１，４２の表面と同程度の表面硬度を付与することが好ましい。例えば、第１の転動体係合溝１３１，１３２の側壁、第２の転動体係合溝１６１，１６２の側壁、及びポケット１７の周壁の表面硬度を、ＨＲＣ５０～６０の範囲内とすることが好ましい。具体的には、一対の部材１０１，１０２、出力部材３１，３２、及び固定部材５１，５２を、Ｓ４５ＣやＳ５０Ｃなどの機械構造用炭素鋼や、ＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０などの機械構造用合金鋼を用いて形成し、これに全体熱処理又は浸炭熱処理を行うことで、上記の表面硬度を得ることができる。あるいは、上記の各部材を、ＳＵＪ２などの軸受鋼を用いて形成し、これに全体熱処理又は高周波熱処理を行うことでも、上記の表面硬度を得ることができる。

次に、本実施形態の減速装置１の動作を要約して説明する。図１に示す入力回転部２の入力軸７を回転させると、入力部材１０を構成する一対の部材１０１，１０２が、回転中心Ｘを中心に振れ回り、半径ａで公転運動を行う。その際、一対の部材１０１，１０２は、入力軸７に設けられた偏心カム８１，８２に対してそれぞれ回転自在であるので、自転運動をほとんど行わない。これにより、第１の転動体係合溝１３１，１３２とボール４１，４２との間の相対的な摩擦量が低減され、回転トルクの伝達効率が高められる。

第１の転動体係合溝１３の周方向の任意の一箇所に着目すると、一対の部材１０１，１０２の公転運動に伴って、第１の転動体係合溝１３の位置が半径方向に変化する。例えば図８において、第１の転動体係合溝１３が上向きに変位しようとすると、第１の転動体係合溝１３と係合したボール４に略上向きの接触力Ｆ１が作用する。この接触力Ｆ１を受けたボール４が第２の転動体係合溝１６と係合することにより、第２の転動体係合溝１６にボール４との接触力Ｆ２’が作用し、その反作用として、ボール４に、第２の転動体係合溝１６との接触による接触力Ｆ２が作用する。この接触力Ｆ２の周方向成分Ｆ２ａにより、ボール４が第２の転動体係合溝１６に沿って周方向に移動する。このボール４が、出力部材３１，３２の各ポケット１７と周方向に係合し、これにより生じる接触力Ｆ３’が、出力回転部３を入力軸７と同方向に回転させる力として作用する。

出力回転部３を回転させる力（すなわち、ボール４から各出力部材３１，３２のポケット１７に作用する接触力Ｆ３’≒ボール４が第２の転動体係合溝１６から受ける接触力Ｆ２の周方向成分Ｆ２ａ）は、ボール４と波形の第２の転動体係合溝１６との接触状態によって変化する。そのため、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、各々のボール４の位置によって出力回転部３を回転させる力Ｆ３’の大きさが異なる。ボール４は、入力回転部２及び出力回転部３の回転中心Ｘを中心として配置されているため、出力回転部３を回転させる力は、回転中心Ｘを中心に分布される。具体的に、波形の第２の転動体係合溝１６のうち、山部の頂部と谷部の頂部との中央付近（回転中心Ｘを中心としたピッチ円に対する傾斜角度が大きい部位）に接触する図中左右両端のボール４は、出力回転部３を回転させる力が大きく、波形の第２の転動体係合溝１６の山部の頂部又は谷部の頂部付近（回転中心Ｘを中心としたピッチ円に対する傾斜角度が小さい部位）に接触する図中上下両端のボール４は、出力回転部３を回転させる力が小さい。

こうして、入力回転部２の入力軸７に入力された回転が、ボール４を介して出力回転部３に伝達される。その際、入力回転部２及び出力回転部３の回転中心Ｘと第２の転動体係合溝１６の軌道中心線Ｌ２との距離Ｒが上記の式（１）を満たすように、第２の転動体係合溝１６の軌道中心線Ｌ２が設計されていることで、出力回転部３は入力軸７に対して減速された回転数で常に同期して回転する。

以下、以上に述べた本実施形態の減速装置１が奏する作用効果を図１０～図１３に基づいて説明する。

図１２に示す従来の減速装置２０１では、単一部材からなる入力部材２１０を中心として、一対の固定部材２０５、一対の出力部材２３１，２３２、及び複数のボール２０４をそれぞれ軸方向対称に配置している。入力部材１０の両側面には円形の第１の転動体係合溝２１３が形成されているが、何れの第１の転動体係合溝２１３の中心線Ｏ１も回転中心Ｘ（図１１参照）から偏心した同軸上にある。従って、二つの第１の転動体係合溝２１３は同位相となるように形成されている。また、図１３に示すように、固定部材２０５に形成された一対の第２の転動体係合溝２１６における山部の円周方向位置および谷部の円周方向位置は、双方の溝２１６で一致している。従って、一対の第２の転動体係合溝２１６も同位相となるように形成されている。

かかる構成から、従来の減速装置２０１では、図１２に示すように、両側のボール２０４から入力部材１０に作用する接触力Ｆ１’のラジアル方向分力が同じ向きとなる。この場合、接触力Ｆ１’のアキシャル方向分力Ｆ１ａ’は相殺することができるが、ラジアル方向分力Ｆ１ｒ’は相殺できない。このラジアル方向分力Ｆ１ｒ’は軸受２０９を介して入力軸２０７（図１１参照）に作用するが、接触力Ｆ１’の大きさは周期的に変動するため、ラジアル方向分力Ｆ１ｒ’の大きさも周期的に変動する。そのため、入力軸２０７の振動が発生し、あるいは減速装置にトルク変動が発生する。

これに対し、本実施形態にかかる減速装置１によれば、一対の第１の転動体係合溝１３１，１３２のうち、一方の溝１３１は、他方の溝１３２に対し、曲率中心Ｏ１の回転中心Ｘからの偏心量ａを等しくして逆位相となるように形成されている（図２（ａ）および図２（ｂ））。また、回転中心Ｘを中心とする一対の第２の転動体係合溝１６１，１６２のうち、一方の溝１６１は、他方の溝１６２に対して逆位相となるように半ピッチずらして形成されている（図４（ａ）および図４（ｂ）参照）。従って、図１０に示すように、軸方向両側のボール４１，４２から入力部材１０に作用する接触力Ｆ１’のラジアル方向成分Ｆ１ｒ’は逆向きとなる。この場合、接触力Ｆ１’のアキシャル方向分力Ｆ１ａ’のみならず、ラジアル方向分力Ｆ１ｒ’も相殺することができる。そのため、ボール４１，４２からの接触力Ｆ１’が周期的に変動したとしても、そのラジアル方向分力は入力軸７に作用しない。従って、入力軸７の振動および減速装置でのトルク変動の発生を抑制することが可能となる。

また、軸方向両側のボール４１，４２から固定部材５１，５２に作用する接触力Ｆ２’についても、そのアキシャル方向分力およびラジアル方向分力がハウジング６の内部で相殺される。これにより、ボール４１，４２からの接触力Ｆ２’が周期的に変動したとしても、その変動は本減速装置の搭載対象となる装置（上位装置）に作用しない。従って、減速装置、さらには上位装置での振動の発生を抑制することが可能となる。

また、図１１に示す従来の減速装置２０１では、入力部材２１０が回転中心Ｘに対して一方向に偏心しているため、入力回転部２の重心位置が回転中心Ｘから偏心した位置にある。そのため、入力回転部２にアンバランスによる振動が発生する。これに対し、本実施形態によれば、軸方向一方側に位置する偏心カム８１、軸受９１、および入力部材１０１のアセンブリと、軸方向他方側に位置する偏心カム８２、軸受９２、および入力部材１０２のアセンブリとの重量が等しく、しかも両アセンブリにおける偏心量ａが等しいため、入力回転部２の重心位置は回転中心Ｘ上に位置する。従って、入力回転部２における重量のアンバランスを解消し、これによる振動の発生をより一層抑制することができる。

また、接触力Ｆ１’のアキシャル方向分力とラジアル方向分力の双方が相殺されるため、入力軸７を支持する軸受１１に接触力Ｆ１’のアキシャル方向分力およびラジアル方向分力が作用しない。従って、これらの軸受１１を小型化し、ひいては減速装置１を小型化することができる。また、軸受１１に加わる荷重の方向が限定されるため、軸受内部におけるトルク損失を低減し、減速装置１のトルク伝達効率を高めることができる。

さらに、ボール４１，４２と第２の転動体係合溝１６１，１６２との接触力Ｆ２’が、ハウジング６に固定された固定部材５１，５２で支持されるため、この接触力Ｆ２’を支持する大型の軸受が不要となる。また、ボール４１，４２が、半径方向に往復動しながらポケット１７と回転方向で係合することで、ボール４１，４２から出力回転部３に回転方向の接触力Ｆ３’のみが加わる。このように、接触力Ｆ３’の方向が回転方向に限定されることで、出力回転部３を支持する軸受１４，１５を小型化して減速装置１の小型化を図ると共に、軸受内部におけるトルク損失を低減し、減速装置１のトルク伝達効率を高めることができる。

本発明の実施形態は上記に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については説明を省略する。

上記の実施形態では、円形の第１の転動体係合溝１３１，１３２が全周で連続している場合を示したが、これに限らず、第１の転動体係合溝１３１，１３２を、例えば、円形の軌道中心線Ｌ１に沿って形成された複数（例えば転動体と同数）の円弧状の溝で構成してもよい。

また、上記の実施形態では、入力軸７と偏心カム部８とを別体で形成し、入力軸７の外周面に偏心カム部８を固定した構成を例示したが、これに限らず、入力軸７と偏心カム部８とを一体に形成してもよい。

また、上記の実施形態では、第１出力部材３１の軸部３１ａ及び円盤部３１ｂや、第２出力部材３２の軸部３２ａ及び円盤部３２ｂをそれぞれ一体形成しているが、これらの部材を別体に形成してもよい。また、第１出力部材３１と第２出力部材３２とを同一材料で同一形状に形成すれば、これらの製作コストを低減できる。

また、上記の実施形態では、第１出力部材３１と第２出力部材３２とを連結部材３３により連結した場合を示したが、これに限らず、例えば、両出力部材３１，３２を一体形成したり、これらを溶接により一体化したりしてもよい。また、両出力部材３１，３２は、必ずしも連結する必要はなく、これらをそれぞれ独立して回転可能としてもよい。

また、上記実施形態では、減速比ｉの大きさが１／１６の減速装置１に本発明を適用した場合を例示したが、これに限らず、本発明は、例えば１／５～１／５０の範囲内の任意の大きさの減速比を有する減速装置に好適に適用することができる。この場合は、減速比ｉに応じて、転動体係合溝の軌道中心線の波状曲線の山部／谷部の数や、固定部材のポケットおよびボールの数を適宜設定すればよい。

また、上記の実施形態では、第１の転動体係合溝１３を有する第１部材を入力部材１０、第２の転動体係合溝１６を有する第２部材を固定部材５、ポケット１７を有する第３部材を出力部材３１，３２とした場合を示したが、これに限らず、使用者の要求仕様や使用環境等によって、第１部材、第２部材、及び第３部材を、入力回転部、固定部材、及び出力回転部のそれぞれに適宜割り当てることで、動力伝達形態を任意に変更することができる。これにより、減速装置だけでなく、増速装置としての使用も可能となる。

１ 減速装置（動力伝達装置）
２ 入力回転部
３ 出力回転部
４ ボール
５ 固定部材（第２部材）
６ ハウジング
７ 入力軸
８ 偏心カム部
１０ 入力部材（第１部材）
１３ 第１の転動体係合溝
１６ 第２の転動体係合溝
１７ ポケット
３１，３２ 出力部材（第３部材）
３３ 連結部材
Ｆ１，Ｆ１’ ボールと第１の転動体係合溝との接触力
Ｆ２，Ｆ２’ ボールと第２の転動体係合溝との接触力
Ｆ３，Ｆ３’ ボールとポケットとの接触力
Ｌ１ 第１の転動体係合溝の軌道中心線
Ｌ２ 第２の転動体係合溝の軌道中心線
Ｏ１ 第１の転動体係合溝の軌道中心線の曲率中心（入力部材の中心線）
Ｘ 入力回転部及び出力回転部の回転中心

Claims (10)

1. 入力回転部に入力された回転を、同軸に配された出力回転部に所定の変速比で伝達する動力伝達装置であって、
   軸方向両側の側面のそれぞれに第１の転動体係合溝を有する第１部材と、前記第１部材の軸方向両側に設けられ、それぞれ第２の転動体係合溝を有する一対の第２部材と、前記第１部材と前記一対の第２部材との軸方向間にそれぞれ設けられ、軸方向に対向する前記第１の転動体係合溝と前記第２の転動体係合溝に係合する複数のボールと、前記第１部材と前記一対の第２部材との軸方向間にそれぞれ設けられ、前記複数のボールを周方向に保持する複数のポケットを有する一対の第３部材とを備え、
   前記第１の転動体係合溝と前記第２の転動体係合溝のうちの一方が、前記入力回転部及び前記出力回転部の回転中心から偏心した曲率中心を有する円に沿って形成され、前記第１の転動体係合溝と前記第２の転動体係合溝のうちの他方が、前記回転中心上に曲率中心を有するピッチ円に対して交互に交差する波状曲線に沿って形成され、
   前記第１部材、前記一対の第２部材、及び前記一対の第３部材のうちの何れかが前記入力回転部に設けられ、前記第１部材、前記一対の第２部材、及び前記一対の第３部材のうちの他の何れかが前記出力回転部に設けられ、
   前記回転中心から偏心した曲率中心を有する円に沿って形成される一対の溝のうちの一方の溝は、他方の溝に対して逆位相となるように形成され、
   前記回転中心上に曲率中心を有するピッチ円に対して交互に交差する波状曲線に沿って形成される一対の溝のうちの一方の溝は、他方の溝に対して逆位相となるように形成されていることを特徴とする動力伝達装置。
2. 前記第１部材が軸方向で対向する一対の部材で形成され、前記一対の部材を、それぞれ軸受で回転可能に支持した請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記第１部材を構成する一対の部材の間に、スラスト軸受を介在させた請求項２に記載の動力伝達装置。
4. 前記第１部材を構成する一対の部材の間に、テクスチャパターンを介在させた請求項２に記載の動力伝達装置。
5. 前記第１部材を構成する一対の部材の間に、固体潤滑被膜を介在させた請求項２に記載の動力伝達装置。
6. 前記固体潤滑被膜が、フッ素樹脂もしくは二硫化モリブデンを主成分とした請求項５に記載の動力伝達装置。
7. 前記第１部材を前記入力回転部に設け、前記一対の第３部材を前記出力回転部に設け、前記一対の第２部材を固定部材とした請求項１～６の何れか１項に記載の動力伝達装置。
8. 前記一対の第３部材を一体に回転可能とした請求項１～７の何れか１項に記載の動力伝達装置。
9. 前記一対の第２部材が同一形状である請求項１～８の何れか１項に記載の動力伝達装置。
10. 前記一対の第３部材が同一形状である請求項１～９の何れか１項に記載の動力伝達装置。

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