JP2966536B2 - 転動ボール形差動減速装置 - Google Patents
転動ボール形差動減速装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］本発明は、比較的簡単な構造で厚
み方向の薄型化を図りコンパクト化を達成するようにし
た減速装置に係わり、特には全体のコンパクト化を妨げ
ることなく、大きな減速比を実現し得るよう構成し、産
業技術界の要請に応ずるようにした転動ボール形差動減
速装置に関する。［従来の技術］例えば工作機械の生産
現場で用いられる近年のロボット技術にあっては、モー
タの回転数を差動減速装置により減速して低速状態で搬
送用のアームを回動するようにしている。この差動減速
装置としては現在までに歯車式減速機をはじめサイクロ
減速機あるいはハーモニックドライブ減速機などが考え
られている。ところが、ロボット技術に用いられる差動
減速装置は、制御の正確さを確保するうえで近年では、
特に下記の利点（１）〜（５）を有するものが求められ
ている。即ち、（１）小型の構造で高減速比が得られ
る。（２）バックラッシュなどの遊びが少なく、トルク
伝達能力も優れて制御上の精度が高い。（３）噛み合い
率が高く剛性が大きい。（４）回転部分の慣性力が比較
的小さくて応答性に関する制御性が良い。（５）摩擦が
小さく動力損失が少ない。このような利点を満足する最
新（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ａｒｔ）の差動減速装置には、
本願と同一出願人とする特願昭６０−１４１９６３号公
報（昭和６０年６月２７日出願）および米国対応特許第
４、８２９、８５１号（１９８９年５月１６日特許）に
記載されているように、サイクロイド曲線系で規定され
る案内溝を互いに対面状態に配置された第１および第２
の動力板の対向面に形成し、第２の動力板が入力方向の
回転力を受けるに伴い双方の案内溝にボールを転動させ
て減速を得る構成のものが紹介されている。すなわち、
第１の動力板にはエピサイクロイド曲線に沿った案内溝
が形成され、第２の動力板にはハイポサイクロイドに沿
った案内溝が設けられ、これら両案内溝にわたっては転
動ボールが配されている。そして、第２の動力板が入力
回転を受けるに伴い転動ボールが両案内溝に沿って転動
し、第２の動力板が自転成分と公転成分を含んだ複合運
動を行い、この複合運動を整動板が受けて公転成分を相
殺、吸収して自転変位のみを出力して低速側に減速を得
るようにしている。［発明が解決しようとする課題］し
かしながら、特に工作機械関係で要求されるロボットア
ームの関節には、１／５０ないし１／１００といった大
変に大きな減速比で減速させる必要があることが多く、
上述の最新（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ａｒｔ）の差動減速装
置では、上記の利点（１）〜（５）を満足させることが
できるものの、大型化させないコンパクトのままで大き
な減速比を確保させることが加工あるいは強度保持上な
どの点から困難があり、改良の余地が模索されていた。
したがって、本発明はかかる困難を克服すべくなされた
もので、その目的は遊び（バックラッシュ）がなく、精
度が高いに加えて回転慣性力が小さく、噛み合い率が高
くて剛性が大きいことは勿論、全体のコンパクト化を維
持しながらも高い減速比が確保できるといった理想的な
転動ボール形差動減速装置を提供するにある。［課題を
解決するための手段］主請求項の転動ボール形差動減速
装置によれば、互いに対向する状態に配置された第１お
よび第２の動力板と、前記第１および第２の動力板のい
ずれか一方に所定の径寸法の基円に沿って等間隔に形成
された複数の円形孔と、前記第１および第２の動力板の
他方に前記基円と同一径の基円に沿ってサイクロイド系
曲線により形成された案内溝と、一球面部を前記円形孔
内に滑動可能に設けるとともに、他球面部を前記案内溝
内に転動可能となるように配置され、前記第２の動力板
が回転入力を受けるに伴い前記円形孔内で自転し、前記
案内溝で転動して前記第２の動力板に公転運動成分と自
転運動成分から成る複合運動を行わせる転動ボールと、
前記第２の動力板の公転運動成分と自転運動成分のうち
公転運動成分を吸収して自転運動成分のみを取り出して
出力とする整動部材とを具備してなることを特徴とす
る。第２の請求項によれば、請求項１に記載の転動ボー
ル形差動減速装置において、前記第２の動力板には、前
記円形孔が設けられている一方、前記第１の動力板には
サイクロイド系曲線により形成された案内溝が設けられ
ていることを特徴とする。第３の請求項によれば、請求
項１に記載の転動ボール形差動減速装置において、前記
第２の動力板には、サイクロイド系曲線により形成され
た案内溝が設けられ、前記第１の動力板には円形孔が設
けられていることを特徴とする。第４の請求項によれ
ば、請求項１に記載の転動ボール形差動減速装置におい
て、前記案内溝の外輪郭を決めるサイクロイド系曲線
は、エピサイクロイドあるいはハイポサイクロイド曲線
であることを特徴とする。第５の請求項によれば、請求
項１に記載の転動ボール形差動減速装置において、前記
整動部材は、前記第２の動力板に前記案内溝の存する反
対側に対向状態に配された整動板と、この整動板および
前記第２の動力板の対向面側の一方に形成された複数の
円形溝と他方に該円形溝の内周縁部に摺接するように立
設され、前記第２の動力板が入力回転を受けるに伴い、
前記円形溝の内周縁部に沿って摺動するように配置され
たピンとからなることを特徴とする。第６の請求項によ
れば、請求項１に記載の転動ボール形差動減速装置にお
いて、前記整動部材は、前記第２の動力板に前記案内溝
とは反対側に対向状態に配された整動板と、この整動板
および前記第２の動力板の対向両面のそれぞれ形成され
た環状溝と、前記第２の動力板が入力回転を受けるに伴
い、これら両方の環状溝内に該環状溝に沿って転動可能
となるように配置された整動ボールとからなることを特
徴とする。第７の請求項によれば、請求項１に記載の転
動ボール形差動減速装置において、前記転動ボールは、
スチール製であることを特徴とする。第８の請求項によ
れば、請求項１に記載の転動ボール形差動減速装置にお
いて、前記転動ボールは、窒化ケイ素を主成分とする耐
摩耗性のセラミックにより形成されていることを特徴と
する。第９の請求項によれば、請求項１に記載の転動ボ
ール形差動減速装置において、前記第１および第２の動
力板は金属により形成され、前記円形孔の内周縁部およ
び転動ボールには、耐摩耗性の向上のために焼き入れや
浸炭作用により表面硬化処理がなされていることを特徴
とする。第１０の請求項によれば、請求項１に記載の転
動ボール形差動減速装置において、前記案内溝の断面形
状は、前記転動ボールの曲率半径と略同一な曲率半径を
有する半円弧状に形成されていることを特徴とする。第
１１の請求項によれば、請求項１に記載の転動ボール形
差動減速装置において、前記円形孔は、前記転動ボール
の曲率半径と略同一な曲率半径を有する半球面状の窪み
からなっていることを特徴とする。第１２の請求項によ
れば、請求項１に記載の転動ボール形差動減速装置にお
いて、前記案内溝の断面形状は、前記転動ボールが二点
接触をなすべくＶ字状に形成されていることを特徴とす
る。［作用および発明の効果］第２の動力板が回転入力
を受けるに伴い、転動ボールが円形孔内で自転しつつ案
内溝で転動して第２の動力板が公転運動成分と自転運動
成分から成る複合運動を伝達され、整動部材により第２
の動力板の公転運動成分と自転運動成分のうち公転運動
成分を吸収して自転運動成分のみを取り出して出力され
る。このときの出力は、サイクロイド系の案内溝を第１
の動力板に形成し、円形孔を第２の動力板に形成した場
合には、入力側の単位回転数につき出力側がサイクロイ
ド系の案内溝の単位波数分だけ回転して減速が得られる
一方、円形孔を第１の動力板に形成し、サイクロイド系
の案内溝を第２の動力板に形成した場合には、転動ボー
ル間の間隔寸法分だけ回転して減速が得られる。すなわ
ち、減速割合は、ピッチ円に沿って等角度間隔に配され
た転動ボールの数の逆数、あるいは単に案内溝の波数に
より規定されるので、全体構造の大型化を招くことな
く、薄型化およびコンパクト化されたままで大きな減速
比が得られ、産業技術上で非常に有用な効果を発揮する
ことができる。また、減速を受けた低速側の第２の動力
板には高負荷がかかる事情にあるが、円形孔を第２の動
力板に半球状の窪みにより形成した場合には、転動ボー
ルが円形孔内に面接触状態に配置されるので、点接触や
線接触状態に配されるものとは異なって、伝達力が広い
面積で受けられたトルク伝達力とともに負荷能力が格段
に向上する。さらには、円形孔による負荷能力の向上に
伴い、第２の動力板は硬質材を用いなくて軟質材で済
み、材料、加工時間および精度保持の上でコストの低減
化が図られる。また、動力板のいずれかは円形孔で済む
ので、複雑なサイクロイド系の曲線を両動力板に形成せ
ざるをえないものとは異なり、加工が簡単で迅速にでき
る。［実施例］以下、本発明の各実施例を図面に基づい
て説明する。先ず本発明の第１実施例を示す第１図にお
いて、１は差動減速装置の縦長なケーシングで、左側面
および右側面には挿通口２、３を対向状態に形成してい
る。４はケーシング１内の右側面に固定された金属製の
第１の動力板で、これは円盤形を成し中央に挿通口３と
連通する透孔５を有する。６は第１の動力板４と同様な
形状を有する金属製の第２の動力板で、これはケーシン
グ１内に第１の動力板４と対向状態に配設され中央には
透孔７を有する。８はケーシング１内に設けられた偏心
軸で、これは第１の動力板４の透孔５を挿通する状態に
あり偏心部８ａとしての一端は軸受９を介して第２の動
力板６の透孔７に支持されている。偏心軸８の他端は軸
受１０を介して挿通口３に支持され、挿通口３から外部
に突出する部分を入力部１１とする。この場合、偏心軸
８の偏心量を後述する案内溝に関するそれと相応させて
いる。１２は整動部材における円盤状の整動板で、これ
はケーシング１内に第２の動力板６と対向状態に配設さ
れ中央部には、挿通口２に軸受１３を介して支持された
出力軸１４が取付けられている。さて、先の第１の動力
板４の表面には、第２図に見られる如く、全周にわたっ
て一定の寸法の溝幅を有する案内溝１５を形成してい
る。この案内溝１５は、第３ａ図に示すような波形のエ
ピサイクロイド曲線により、例えば１０個の波数でもっ
て所定径寸法のピッチ円（基円）上に連続形成したもの
である。この案内溝１５は内外両側ともに壁部を有し、
その断面形状は、後述する転動ボール１７の曲率半径と
同径の円弧状をなし、溝幅寸法は転動ボール１７の球径
寸法よりも若干小さくなるように設定されている。この
とき、案内溝１５は第３ｂ図に示すような波形のハイポ
サイクロイド曲線により、例えば１２個の波数でもって
所定径寸法のピッチ円（基円）上に連続形成してもよ
い。ここで、エピサイクロイド曲線およびハイポサイク
ロイド曲線とは所定の径寸法の円に小径の円を外接およ
び内接状態でそれぞれ移動させたとき描く曲線であり、
その波高長寸法を第３ａ図、第３ｂ図で、記号Ｅにて示
すような偏心量とする。また、案内溝１５の形状につい
て言及すれば、その断面形状は、転動ボールと点接触を
なすべく半円弧状に代わってＶ字形のアーチ状をなして
いるものでもよく、あるいは案内溝の内外両側ともに壁
部を有するものではなくて、第３ｃ図に本発明の変形例
として示すように、外側の壁部を省略した内側だけの壁
部をインナーレースとして有する片壁形の案内溝１５ｂ
であってもよい。一方、第２の動力板６の第１の動力板
４に対向する面には、第２図に見られるように、複数、
例えば１１個の円形孔１６ａが案内溝１５のピッチ円と
同一径寸法のピッチ円上に等角度間隔に形成されてい
る。この円形孔１６ａは、例えば転動ボール１７の曲率
半径と同径で略半球面状の窪み形状となるように設定さ
れ、深さ寸法は転動ボール１７の球径寸法よりも若干浅
くなるように形成されている。そして、特に本実施例に
おいては、これら第１の動力板４の案内溝１５の内周縁
部、ならびに第２の動力板６の円形孔１６ａの内周縁部
には、焼き入れや浸炭により表面硬化処理を行って耐摩
耗性を強化するようにしている。翻って、前述の転動ボ
ール１７は、例えばスチール製で１１個の円形孔１６ａ
の数に対応して設けられたもので、一球面部を円形孔１
６ａ内に面接触状態で且つ滑動自在に配するとともに、
他球面部を案内溝１５内に転動可能となるように配設し
ている。これら転動ボール１７の配置関係は、第３ａ図
に黒点で示すように、円形孔１６ａのピッチ円が案内溝
１６のエピサイクロイド曲線の軌跡と交差する位置を占
めるようになっている。また、案内溝１６がハイポサイ
クロイド曲線で形成された場合にも、エピサイクロイド
曲線の場合と同様に転動ボール１７の配置関係は第３ｂ
図に黒点で示すとおりである。１８は断面半円弧状の環
状溝で、これは第２の動力板６に円形孔１６ａと反対側
に形成され、案内溝１５と円形孔１６ａの両ピッチ円間
の偏心量に見合った外径寸法を有し、円周方向に沿って
複数個設けている。１９は上記と同様の環状溝で、これ
は整動部材を構成する整動板１２に第２の動力板６の環
状溝１８に対応して形成されている。これら第２の動力
板６および整動板１２の環状溝１８、１９内に亘っては
スチール製の整動ボール２０が転動可能に配置されてい
る。さて、上記構成を工作機械の搬送用ロボットに適用
した場合には、偏心軸８の入力部には電動機（図示せ
ず）が連結されており、出力軸１４には、例えば逐次加
工の途中にある部品搬送用のアーム（図示せず）が取付
けられている。しかして、電動機を駆動すると、偏心軸
８が回転し、偏心部８ａにより第２の動力板６に偏心回
転力が入力として伝達される。この偏心回転力を受けた
第２の動力板６は転動ボール１７を介して円形孔１６ａ
が第１の動力板４の案内溝１５に常に当接した状態で変
位し、転動ボール１７の円形孔１６ａ内での滑動回転を
伴わせつつ転動ボール１７の位置を中心にして小刻みに
自転しながら、同時に転動ボール１７の案内溝１５に沿
っての転動変位を伴わせつつ偏心軸８の偏心部８ａを中
心に公転変位を行う。このように第２の動力板６が自転
運動と公転運動成分とを含んだ複合運動をすることによ
りスチール製の整動ボール２０が第２の動力板６および
整動板１２の両環状溝１８、１９内に沿って転動する。
これに伴い、第２の動力板６の公転変位成分が相殺によ
り吸収されて第２の動力板６の自転変位成分の回転力の
みが整動ボール２０により整動板１２に伝達される。こ
れにより相殺された公転変位成分に見合った減速状態で
出力軸４を入力と同一方向に回転させ搬送用のアームを
移動させ、加工部品の次工程への転送に供せられる。こ
のときの出力は、入力側の単位回転数につき出力側がエ
ピサイクロイド曲線の案内溝１５の単位波数分（後述す
る第２実施例のように、円形孔を第１の動力板に形成
し、サイクロイド系の案内溝を第２の動力板に形成した
場合には、隣接する転動ボール間の間隔寸法分）だけ回
転して減速が得られる。すなわち、本実施例のように、
サイクロイド系の案内溝１５を第１の動力板４に形成
し、円形孔１６ａを第２の動力板６に形成した場合に
は、減速比は転動ボール１７の配置数により支配され、
転動ボール１７の配置数の逆数で得られる。したがっ
て、本実施例の場合には、転動ボール１７の配置数は１
１個だから減速比は１／１１となる。同様にして、例え
ば、１／１０の減速比を得たい場合には、転動ボールを
１０個だけ配置し、１／１５の減速比なら転動ボールの
必要数は１５個である。所望する減速比が１／１００に
なれば、転動ボールの必要数は１００個であるが、１個
飛びに５０個とすることもでき、あるいは４個、２０個
飛びにして順に２５個、５個でも成立する。この一方、
案内溝１５の波数は、転動ボール１７の配置数によって
支配されて決定される。案内溝がエピサイクロイド曲線
状に形成されているか、ハイポサイクロイド曲線状に形
成されているかによって定義の仕方が異なるが、本実施
例のように案内溝１５がエピサイクロイド曲線状に形成
された場合には、転動ボールの配置数（減速比の逆数）
から一つだけ減数した値になる。したがって、本実施例
の場合には、転動ボール１７の配置数は１１個だから案
内溝１５の波数は（１１−１＝１０）個となる。同様に
して、例えば、１／１０の減速比を得たい場合には、転
動ボールの配置数は１０個だから案内溝に必要な波数は
（１０−１＝９）個となり、１／１５の減速比なら転動
ボールの必要数は１５個であるから案内溝の波数は（１
５−１＝１４）個となる。所望する減速比が１／１００
になれば、転動ボールの必要数は１００個であるから案
内溝の波数は（１００−１＝９９）個だけ必要となる。
ここで、従来の技術の項で述べたように、本願と同一出
願人とする特願昭６０−１４１９６３号公報（昭和６０
年６月２７日出願）および米国対応特許第４、８２９、
８５１号（１９８９年５月１６日特許）に記載された差
動減速装置と減速比について比較すると、従来の差動減
速装置における案内溝の波数は、所望する減速比の逆数
の２倍だけ必要であり、例えば減速比が１／１０なら一
方の案内溝の波数は２０枚で他方の波数は１８あるいは
２２枚が必要であり、減速比が１／５０なら一方の案内
溝の波数は１００枚で他方の波数は９８あるいは１０２
枚が必要であった。このため動力板のコンパクト化を妨
げることなく大きな減速比の確保できる案内溝を形成す
るには、案内溝の波形が波長の短い細かな形状となり加
工が困難となるとともに、転動ボールの球径寸法を小さ
く設定せざるをえず、伝達トルクの低下を余儀なくされ
ていた。しかしながら、本発明では上記の実施例で述べ
た如く、大きな減速比を設定する場合でも、同一減速比
を得るのに案内溝の波数が半分で済むといったように、
案内溝の波数を少なく、且つ転動ボールの球径寸法を比
較的大きく確保できる。これにより従来１／５０の減速
比を得るために必要なスペースで、本発明では１／１０
０の減速比を実現できるようになっている。このよう
に、第１の動力板４と第２の動力板６とは転動ボール１
７を介して互いに対向状態に並設するだけで済むので左
右方向に短寸な薄型となり全体が小型化することは勿
論、全体の大型化を招来することなくコンパクト化され
た状態のままで大きな減速比が得られる。また、第１の
動力板４と第２の動力板６とは、これらの案内溝１５と
円形孔１６ａを介して転動ボール１７により連結されて
いるので、両動力板４、６に予圧をかけておけば、転動
ボール１７の案内溝１５および円形孔１６ａに対する相
互間の遊び（バックラッシュ）を除去でき、出力軸１４
の出力回動角度を高い精度で実現できる。加えて、第１
の動力板４と第２の動力板６とはこれらの案内溝１５お
よび円形孔１６ａを介して転動ボール１７により確実に
連結されているので、両動力板４、６どうしが一体的と
なり剛性が大きい一方、転動ボール１７は案内溝１５お
よび円形孔１６ａ内にがたつくことなく、密接状態に配
されることになり噛み合い率が高くなる。さらには、第
１および第２の動力板４、６自体は径寸法が小さく、且
つ比較的薄いもので済むことから、これらの慣性力は小
さくなり、応答性に関する制御性が改善される。一般的
には、減速を受けた低速側の第２の動力板には高負荷が
かかる事情にあるが、本実施例の如く、円形孔１６ａを
第２の動力板６に半球状の窪みにより形成した場合に
は、転動ボール１７が円形孔１６ａ内に面接触状態に配
置されるので、点接触や面接触状態に配されるものとは
異なって、伝達力が広い面積で受けられたトルク伝達力
とともに負荷能力が格段に向上する。さらには、転動ボ
ール１７が円形孔１６ａ内に面接触状態に配置されるこ
とによる負荷能力の向上に伴い、第２の動力板６は硬質
材を用いなくて軟質材で済み、材料、加工時間および精
度保持の上でコストの低減化が図られる。また、第２の
動力板６には円形孔１６ａを形成するだけで済むので、
複雑なサイクロイド系の曲線を両動力板にともに形成せ
ざるをえないものとは異なり、加工が容易で迅速にでき
る。さらには、転動ボール１７は円形孔１６ａ内で自ず
と位置決めされてしまうため、転動ボールを等角度間隔
に位置保持するための環状のリィテーナあるいはケージ
といった保持部材が全く不要になり、部品点数および組
み付け工数の削減ひいてはコストの低減化に繋がる。さ
て、第４図は、本発明の第２実施例を示し、この第２実
施例では先の第１実施例とは逆に円形孔１５ａを第１の
動力板４に１１個形成し、第２の動力板６にはサイクロ
イド系の曲線、例えばハイポサイクロイド曲線に沿って
波数１２枚の案内溝１６を形成している。この第２実施
例の場合、減速比を決定する上では、案内溝１６の波
数、円形孔１５ａの数、すなわち転動ボールの配置数の
関係は、第１実施例の場合と同様であるが、減速比は案
内溝１６の波数が支配するところが第１実施例とは異な
る。例えば、１／１０の減速比を得たい場合には、案内
溝の波数を１０枚に設定し、１／１２の減速比を得たい
場合には、案内溝の波数を１２枚に設定し、必要減速比
が１／１５に設定する場合には、案内溝の所要波数は１
５枚になる。また、この第２実施例では、入力回転方向
と出力回転方向とが互いに反対となる関係にある。した
がって、入力軸１１が正方向の回転で入力されると、出
力軸１４からは負方向の回転が出力されることとなる。
なお、この第２実施例の場合、第２の動力板６にはハイ
ポサイクロイド曲線に代わってエピサイクロイド曲線に
沿って案内溝を形成してもよい。つぎに、第５図および
第６図は本発明の第３実施例を示し、この第３実施例で
は、整動部材を構成するにあたって第１実施例のスチー
ル製の整動ボール２０に代わってピン２１を用いてい
る。即ち、整動板２２の表面には環状溝１９の代わりに
例えば８本のピン２１が面直角状態に突設され、第２の
動力板２３には環状溝１８に代わって、ピン２１が内周
縁部に摺接した整動用の円形溝２４が形成されている。
この場合には、円形溝２４の径寸法は案内溝に係わる偏
心量に見合ったものに設定され、ピン２１の移動変位が
円形溝２４の径寸法範囲内で許容されるようにしてい
る。すなわち、第２の動力板２３が入力回転を受けるに
伴い、整動用の円形溝２４の内周縁部がピン２１を摺動
しながら公転変位成分を相殺して整動板２２には自転変
位成分のみを伝達するようになる。また、第７図は本発
明の第４実施例を示し、この第４実施例では第１実施例
における第１の動力板４と整動板１２とを互いに逆に配
置している。このため整動板２５には偏心軸８を挿通さ
せる透孔２６を設け、第２の動力板２７は無孔状にさ
れ、中央に出力軸２８を連結している。さらに、第８図
は本発明の第５実施例を示し、この第５実施例では、減
速が２段階的に行われるように構成している。すなわ
ち、第２の動力板２９および整動板３０に第１実施例の
環状溝１８、１９に代わって案内溝３１、円形孔３２を
形成し、これら案内溝３１、円形孔３２内にスチール製
の整動ボール２０の代わりに転動ボール３３を設けてい
る。これにより入力軸１１側の偏心軸８からの回転力は
第１の動力板４と第２の動力板２９との間で減速状態で
伝達されたうえ、第２の動力板２９と整動板３０との間
でさらに減速されて、出力軸３０ａを有する整動板３０
に伝達される。このため整動板３０の出力軸３０ａから
は大きな減速比で減速された回転出力が得られる。加え
て、第９図および第１０図は本発明の第６実施例を示
し、この第６実施例では整動部材をオルダム板４０を加
えた三枚の環状板から構成している。これら第９図およ
び第１０図において、４１は中央に透孔４２ａを有する
固定ケーシング４２に固定された支持環であり、この支
持環４１の片面には中央の孔４１ａを隔てて直線状の長
溝４３が三本づつ径方向に沿って形成されている。オル
ダム板４０は中央孔４０ｃを有して支持環４１に対面状
態に配され、片面に長溝４３に対応する長溝４０ａを有
し、反対面には長溝４０ａに直交する三本の長溝４０ｂ
を有し、長溝４０ａと長溝４３に渡っては往復ボール４
４が配設されている。このオルダム板４０には第１の動
力板４５が対面状態に配置され、これの一面に形成され
た長溝４５ａはオルダム板４０の長溝４０ｂに往復ボー
ル４６を介して連結されている。第１の動力板４５の他
面には、案内溝５４が形成され、この案内溝５４は、第
２の動力板５５の円形孔５６に転動ボール５７を介して
接続されている。この第２の動力板５５は出力軸５５ａ
を有して出力発生部材として作用する。５８は入力側の
偏心軸で、その偏芯部５８ａは、孔４２ａ，４１ａおよ
び４０ｃを通過して第１の動力板４５の中央部分に軸受
け５９により取り付けられている。これら第２ないし第
６実施例のように構成しても第１実施例と同様な効果が
得られる。上記各実施例では第１実施例と同一部材には
同一符号を付して異なる部分のみ説明した。以上述べた
ように本発明によれば、バックラッシュなどの遊びが無
く移動位置を高い精度で設定でき、小さい慣性力で済み
制御し易く、あわせて噛み合い率が高くて全体の大きな
剛性が確保されることは勿論、全体の大型化を招くこと
なくコンパクトな状態のままで大きな減速比が得られる
といった差動減速装置として理想的な優れた効果を奏す
る。なお、上記各実施例では環状溝は断面半円弧状を成
すよう形成したが、この形状だけに限らないことは勿論
で、環状溝を例えば断面Ｖ字状に形成して整動ボールが
環状溝に二点接触状態に配設されるように構成してもよ
い。また、第１および第２実施例において、第２の動力
板６および第１の動力板４にそれぞれ形成した円形孔１
６ａ，１５ａに配された転動ボールは、この状態のまま
で第２の動力板６および第１の動力板４に溶接やろう付
けなどにより一体的に固着するようにしてもよいし、転
動ボールは、第２の動力板６あるいは第１の動力板４の
製作の際に、円形孔に相当する位置に固定形の突出部と
して半球面状に面から突き出るように一体に成形しても
よい。この場合には、突出部としての半球ボールは案内
溝内を転動せずして、案内溝の壁部を摩擦摺動するの
で、摩擦によるトルクの伝達損失が予期されるので、案
内溝内には例えばスラスト形の軸受けを配設して半球ボ
ールの摺動状態を円滑にしてトルクの伝達損失を最小に
とどめるようにするようにしてもよい。加えて、第１お
よび第２実施例では、使用したスチール製の整動ボール
２０を位置保持すべく環状のリテーナあるいはゲージを
用いるようにすると、ボール２０の配設時、その作業が
容易になる。さらには、転動ボールは、窒化ケイ素を主
成分とするセラミックなどの耐磨耗性の高い材料により
形成してもよい。また、適用対象としては、本実施例の
如く工作機械関係の加工部品搬送用ロボットアームばか
りではなく、自動車産業のロータリエンジンの出力軸や
一般のエンジンのトランスミッション関係は勿論、減速
装置を必要とする産業界一般の装置、機械、器具ないし
は設備に広く適用できる。その他、本発明に関する転動
ボール形差動減速装置の具体的な実施にあたっては、発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる。
み方向の薄型化を図りコンパクト化を達成するようにし
た減速装置に係わり、特には全体のコンパクト化を妨げ
ることなく、大きな減速比を実現し得るよう構成し、産
業技術界の要請に応ずるようにした転動ボール形差動減
速装置に関する。［従来の技術］例えば工作機械の生産
現場で用いられる近年のロボット技術にあっては、モー
タの回転数を差動減速装置により減速して低速状態で搬
送用のアームを回動するようにしている。この差動減速
装置としては現在までに歯車式減速機をはじめサイクロ
減速機あるいはハーモニックドライブ減速機などが考え
られている。ところが、ロボット技術に用いられる差動
減速装置は、制御の正確さを確保するうえで近年では、
特に下記の利点（１）〜（５）を有するものが求められ
ている。即ち、（１）小型の構造で高減速比が得られ
る。（２）バックラッシュなどの遊びが少なく、トルク
伝達能力も優れて制御上の精度が高い。（３）噛み合い
率が高く剛性が大きい。（４）回転部分の慣性力が比較
的小さくて応答性に関する制御性が良い。（５）摩擦が
小さく動力損失が少ない。このような利点を満足する最
新（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ａｒｔ）の差動減速装置には、
本願と同一出願人とする特願昭６０−１４１９６３号公
報（昭和６０年６月２７日出願）および米国対応特許第
４、８２９、８５１号（１９８９年５月１６日特許）に
記載されているように、サイクロイド曲線系で規定され
る案内溝を互いに対面状態に配置された第１および第２
の動力板の対向面に形成し、第２の動力板が入力方向の
回転力を受けるに伴い双方の案内溝にボールを転動させ
て減速を得る構成のものが紹介されている。すなわち、
第１の動力板にはエピサイクロイド曲線に沿った案内溝
が形成され、第２の動力板にはハイポサイクロイドに沿
った案内溝が設けられ、これら両案内溝にわたっては転
動ボールが配されている。そして、第２の動力板が入力
回転を受けるに伴い転動ボールが両案内溝に沿って転動
し、第２の動力板が自転成分と公転成分を含んだ複合運
動を行い、この複合運動を整動板が受けて公転成分を相
殺、吸収して自転変位のみを出力して低速側に減速を得
るようにしている。［発明が解決しようとする課題］し
かしながら、特に工作機械関係で要求されるロボットア
ームの関節には、１／５０ないし１／１００といった大
変に大きな減速比で減速させる必要があることが多く、
上述の最新（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ａｒｔ）の差動減速装
置では、上記の利点（１）〜（５）を満足させることが
できるものの、大型化させないコンパクトのままで大き
な減速比を確保させることが加工あるいは強度保持上な
どの点から困難があり、改良の余地が模索されていた。
したがって、本発明はかかる困難を克服すべくなされた
もので、その目的は遊び（バックラッシュ）がなく、精
度が高いに加えて回転慣性力が小さく、噛み合い率が高
くて剛性が大きいことは勿論、全体のコンパクト化を維
持しながらも高い減速比が確保できるといった理想的な
転動ボール形差動減速装置を提供するにある。［課題を
解決するための手段］主請求項の転動ボール形差動減速
装置によれば、互いに対向する状態に配置された第１お
よび第２の動力板と、前記第１および第２の動力板のい
ずれか一方に所定の径寸法の基円に沿って等間隔に形成
された複数の円形孔と、前記第１および第２の動力板の
他方に前記基円と同一径の基円に沿ってサイクロイド系
曲線により形成された案内溝と、一球面部を前記円形孔
内に滑動可能に設けるとともに、他球面部を前記案内溝
内に転動可能となるように配置され、前記第２の動力板
が回転入力を受けるに伴い前記円形孔内で自転し、前記
案内溝で転動して前記第２の動力板に公転運動成分と自
転運動成分から成る複合運動を行わせる転動ボールと、
前記第２の動力板の公転運動成分と自転運動成分のうち
公転運動成分を吸収して自転運動成分のみを取り出して
出力とする整動部材とを具備してなることを特徴とす
る。第２の請求項によれば、請求項１に記載の転動ボー
ル形差動減速装置において、前記第２の動力板には、前
記円形孔が設けられている一方、前記第１の動力板には
サイクロイド系曲線により形成された案内溝が設けられ
ていることを特徴とする。第３の請求項によれば、請求
項１に記載の転動ボール形差動減速装置において、前記
第２の動力板には、サイクロイド系曲線により形成され
た案内溝が設けられ、前記第１の動力板には円形孔が設
けられていることを特徴とする。第４の請求項によれ
ば、請求項１に記載の転動ボール形差動減速装置におい
て、前記案内溝の外輪郭を決めるサイクロイド系曲線
は、エピサイクロイドあるいはハイポサイクロイド曲線
であることを特徴とする。第５の請求項によれば、請求
項１に記載の転動ボール形差動減速装置において、前記
整動部材は、前記第２の動力板に前記案内溝の存する反
対側に対向状態に配された整動板と、この整動板および
前記第２の動力板の対向面側の一方に形成された複数の
円形溝と他方に該円形溝の内周縁部に摺接するように立
設され、前記第２の動力板が入力回転を受けるに伴い、
前記円形溝の内周縁部に沿って摺動するように配置され
たピンとからなることを特徴とする。第６の請求項によ
れば、請求項１に記載の転動ボール形差動減速装置にお
いて、前記整動部材は、前記第２の動力板に前記案内溝
とは反対側に対向状態に配された整動板と、この整動板
および前記第２の動力板の対向両面のそれぞれ形成され
た環状溝と、前記第２の動力板が入力回転を受けるに伴
い、これら両方の環状溝内に該環状溝に沿って転動可能
となるように配置された整動ボールとからなることを特
徴とする。第７の請求項によれば、請求項１に記載の転
動ボール形差動減速装置において、前記転動ボールは、
スチール製であることを特徴とする。第８の請求項によ
れば、請求項１に記載の転動ボール形差動減速装置にお
いて、前記転動ボールは、窒化ケイ素を主成分とする耐
摩耗性のセラミックにより形成されていることを特徴と
する。第９の請求項によれば、請求項１に記載の転動ボ
ール形差動減速装置において、前記第１および第２の動
力板は金属により形成され、前記円形孔の内周縁部およ
び転動ボールには、耐摩耗性の向上のために焼き入れや
浸炭作用により表面硬化処理がなされていることを特徴
とする。第１０の請求項によれば、請求項１に記載の転
動ボール形差動減速装置において、前記案内溝の断面形
状は、前記転動ボールの曲率半径と略同一な曲率半径を
有する半円弧状に形成されていることを特徴とする。第
１１の請求項によれば、請求項１に記載の転動ボール形
差動減速装置において、前記円形孔は、前記転動ボール
の曲率半径と略同一な曲率半径を有する半球面状の窪み
からなっていることを特徴とする。第１２の請求項によ
れば、請求項１に記載の転動ボール形差動減速装置にお
いて、前記案内溝の断面形状は、前記転動ボールが二点
接触をなすべくＶ字状に形成されていることを特徴とす
る。［作用および発明の効果］第２の動力板が回転入力
を受けるに伴い、転動ボールが円形孔内で自転しつつ案
内溝で転動して第２の動力板が公転運動成分と自転運動
成分から成る複合運動を伝達され、整動部材により第２
の動力板の公転運動成分と自転運動成分のうち公転運動
成分を吸収して自転運動成分のみを取り出して出力され
る。このときの出力は、サイクロイド系の案内溝を第１
の動力板に形成し、円形孔を第２の動力板に形成した場
合には、入力側の単位回転数につき出力側がサイクロイ
ド系の案内溝の単位波数分だけ回転して減速が得られる
一方、円形孔を第１の動力板に形成し、サイクロイド系
の案内溝を第２の動力板に形成した場合には、転動ボー
ル間の間隔寸法分だけ回転して減速が得られる。すなわ
ち、減速割合は、ピッチ円に沿って等角度間隔に配され
た転動ボールの数の逆数、あるいは単に案内溝の波数に
より規定されるので、全体構造の大型化を招くことな
く、薄型化およびコンパクト化されたままで大きな減速
比が得られ、産業技術上で非常に有用な効果を発揮する
ことができる。また、減速を受けた低速側の第２の動力
板には高負荷がかかる事情にあるが、円形孔を第２の動
力板に半球状の窪みにより形成した場合には、転動ボー
ルが円形孔内に面接触状態に配置されるので、点接触や
線接触状態に配されるものとは異なって、伝達力が広い
面積で受けられたトルク伝達力とともに負荷能力が格段
に向上する。さらには、円形孔による負荷能力の向上に
伴い、第２の動力板は硬質材を用いなくて軟質材で済
み、材料、加工時間および精度保持の上でコストの低減
化が図られる。また、動力板のいずれかは円形孔で済む
ので、複雑なサイクロイド系の曲線を両動力板に形成せ
ざるをえないものとは異なり、加工が簡単で迅速にでき
る。［実施例］以下、本発明の各実施例を図面に基づい
て説明する。先ず本発明の第１実施例を示す第１図にお
いて、１は差動減速装置の縦長なケーシングで、左側面
および右側面には挿通口２、３を対向状態に形成してい
る。４はケーシング１内の右側面に固定された金属製の
第１の動力板で、これは円盤形を成し中央に挿通口３と
連通する透孔５を有する。６は第１の動力板４と同様な
形状を有する金属製の第２の動力板で、これはケーシン
グ１内に第１の動力板４と対向状態に配設され中央には
透孔７を有する。８はケーシング１内に設けられた偏心
軸で、これは第１の動力板４の透孔５を挿通する状態に
あり偏心部８ａとしての一端は軸受９を介して第２の動
力板６の透孔７に支持されている。偏心軸８の他端は軸
受１０を介して挿通口３に支持され、挿通口３から外部
に突出する部分を入力部１１とする。この場合、偏心軸
８の偏心量を後述する案内溝に関するそれと相応させて
いる。１２は整動部材における円盤状の整動板で、これ
はケーシング１内に第２の動力板６と対向状態に配設さ
れ中央部には、挿通口２に軸受１３を介して支持された
出力軸１４が取付けられている。さて、先の第１の動力
板４の表面には、第２図に見られる如く、全周にわたっ
て一定の寸法の溝幅を有する案内溝１５を形成してい
る。この案内溝１５は、第３ａ図に示すような波形のエ
ピサイクロイド曲線により、例えば１０個の波数でもっ
て所定径寸法のピッチ円（基円）上に連続形成したもの
である。この案内溝１５は内外両側ともに壁部を有し、
その断面形状は、後述する転動ボール１７の曲率半径と
同径の円弧状をなし、溝幅寸法は転動ボール１７の球径
寸法よりも若干小さくなるように設定されている。この
とき、案内溝１５は第３ｂ図に示すような波形のハイポ
サイクロイド曲線により、例えば１２個の波数でもって
所定径寸法のピッチ円（基円）上に連続形成してもよ
い。ここで、エピサイクロイド曲線およびハイポサイク
ロイド曲線とは所定の径寸法の円に小径の円を外接およ
び内接状態でそれぞれ移動させたとき描く曲線であり、
その波高長寸法を第３ａ図、第３ｂ図で、記号Ｅにて示
すような偏心量とする。また、案内溝１５の形状につい
て言及すれば、その断面形状は、転動ボールと点接触を
なすべく半円弧状に代わってＶ字形のアーチ状をなして
いるものでもよく、あるいは案内溝の内外両側ともに壁
部を有するものではなくて、第３ｃ図に本発明の変形例
として示すように、外側の壁部を省略した内側だけの壁
部をインナーレースとして有する片壁形の案内溝１５ｂ
であってもよい。一方、第２の動力板６の第１の動力板
４に対向する面には、第２図に見られるように、複数、
例えば１１個の円形孔１６ａが案内溝１５のピッチ円と
同一径寸法のピッチ円上に等角度間隔に形成されてい
る。この円形孔１６ａは、例えば転動ボール１７の曲率
半径と同径で略半球面状の窪み形状となるように設定さ
れ、深さ寸法は転動ボール１７の球径寸法よりも若干浅
くなるように形成されている。そして、特に本実施例に
おいては、これら第１の動力板４の案内溝１５の内周縁
部、ならびに第２の動力板６の円形孔１６ａの内周縁部
には、焼き入れや浸炭により表面硬化処理を行って耐摩
耗性を強化するようにしている。翻って、前述の転動ボ
ール１７は、例えばスチール製で１１個の円形孔１６ａ
の数に対応して設けられたもので、一球面部を円形孔１
６ａ内に面接触状態で且つ滑動自在に配するとともに、
他球面部を案内溝１５内に転動可能となるように配設し
ている。これら転動ボール１７の配置関係は、第３ａ図
に黒点で示すように、円形孔１６ａのピッチ円が案内溝
１６のエピサイクロイド曲線の軌跡と交差する位置を占
めるようになっている。また、案内溝１６がハイポサイ
クロイド曲線で形成された場合にも、エピサイクロイド
曲線の場合と同様に転動ボール１７の配置関係は第３ｂ
図に黒点で示すとおりである。１８は断面半円弧状の環
状溝で、これは第２の動力板６に円形孔１６ａと反対側
に形成され、案内溝１５と円形孔１６ａの両ピッチ円間
の偏心量に見合った外径寸法を有し、円周方向に沿って
複数個設けている。１９は上記と同様の環状溝で、これ
は整動部材を構成する整動板１２に第２の動力板６の環
状溝１８に対応して形成されている。これら第２の動力
板６および整動板１２の環状溝１８、１９内に亘っては
スチール製の整動ボール２０が転動可能に配置されてい
る。さて、上記構成を工作機械の搬送用ロボットに適用
した場合には、偏心軸８の入力部には電動機（図示せ
ず）が連結されており、出力軸１４には、例えば逐次加
工の途中にある部品搬送用のアーム（図示せず）が取付
けられている。しかして、電動機を駆動すると、偏心軸
８が回転し、偏心部８ａにより第２の動力板６に偏心回
転力が入力として伝達される。この偏心回転力を受けた
第２の動力板６は転動ボール１７を介して円形孔１６ａ
が第１の動力板４の案内溝１５に常に当接した状態で変
位し、転動ボール１７の円形孔１６ａ内での滑動回転を
伴わせつつ転動ボール１７の位置を中心にして小刻みに
自転しながら、同時に転動ボール１７の案内溝１５に沿
っての転動変位を伴わせつつ偏心軸８の偏心部８ａを中
心に公転変位を行う。このように第２の動力板６が自転
運動と公転運動成分とを含んだ複合運動をすることによ
りスチール製の整動ボール２０が第２の動力板６および
整動板１２の両環状溝１８、１９内に沿って転動する。
これに伴い、第２の動力板６の公転変位成分が相殺によ
り吸収されて第２の動力板６の自転変位成分の回転力の
みが整動ボール２０により整動板１２に伝達される。こ
れにより相殺された公転変位成分に見合った減速状態で
出力軸４を入力と同一方向に回転させ搬送用のアームを
移動させ、加工部品の次工程への転送に供せられる。こ
のときの出力は、入力側の単位回転数につき出力側がエ
ピサイクロイド曲線の案内溝１５の単位波数分（後述す
る第２実施例のように、円形孔を第１の動力板に形成
し、サイクロイド系の案内溝を第２の動力板に形成した
場合には、隣接する転動ボール間の間隔寸法分）だけ回
転して減速が得られる。すなわち、本実施例のように、
サイクロイド系の案内溝１５を第１の動力板４に形成
し、円形孔１６ａを第２の動力板６に形成した場合に
は、減速比は転動ボール１７の配置数により支配され、
転動ボール１７の配置数の逆数で得られる。したがっ
て、本実施例の場合には、転動ボール１７の配置数は１
１個だから減速比は１／１１となる。同様にして、例え
ば、１／１０の減速比を得たい場合には、転動ボールを
１０個だけ配置し、１／１５の減速比なら転動ボールの
必要数は１５個である。所望する減速比が１／１００に
なれば、転動ボールの必要数は１００個であるが、１個
飛びに５０個とすることもでき、あるいは４個、２０個
飛びにして順に２５個、５個でも成立する。この一方、
案内溝１５の波数は、転動ボール１７の配置数によって
支配されて決定される。案内溝がエピサイクロイド曲線
状に形成されているか、ハイポサイクロイド曲線状に形
成されているかによって定義の仕方が異なるが、本実施
例のように案内溝１５がエピサイクロイド曲線状に形成
された場合には、転動ボールの配置数（減速比の逆数）
から一つだけ減数した値になる。したがって、本実施例
の場合には、転動ボール１７の配置数は１１個だから案
内溝１５の波数は（１１−１＝１０）個となる。同様に
して、例えば、１／１０の減速比を得たい場合には、転
動ボールの配置数は１０個だから案内溝に必要な波数は
（１０−１＝９）個となり、１／１５の減速比なら転動
ボールの必要数は１５個であるから案内溝の波数は（１
５−１＝１４）個となる。所望する減速比が１／１００
になれば、転動ボールの必要数は１００個であるから案
内溝の波数は（１００−１＝９９）個だけ必要となる。
ここで、従来の技術の項で述べたように、本願と同一出
願人とする特願昭６０−１４１９６３号公報（昭和６０
年６月２７日出願）および米国対応特許第４、８２９、
８５１号（１９８９年５月１６日特許）に記載された差
動減速装置と減速比について比較すると、従来の差動減
速装置における案内溝の波数は、所望する減速比の逆数
の２倍だけ必要であり、例えば減速比が１／１０なら一
方の案内溝の波数は２０枚で他方の波数は１８あるいは
２２枚が必要であり、減速比が１／５０なら一方の案内
溝の波数は１００枚で他方の波数は９８あるいは１０２
枚が必要であった。このため動力板のコンパクト化を妨
げることなく大きな減速比の確保できる案内溝を形成す
るには、案内溝の波形が波長の短い細かな形状となり加
工が困難となるとともに、転動ボールの球径寸法を小さ
く設定せざるをえず、伝達トルクの低下を余儀なくされ
ていた。しかしながら、本発明では上記の実施例で述べ
た如く、大きな減速比を設定する場合でも、同一減速比
を得るのに案内溝の波数が半分で済むといったように、
案内溝の波数を少なく、且つ転動ボールの球径寸法を比
較的大きく確保できる。これにより従来１／５０の減速
比を得るために必要なスペースで、本発明では１／１０
０の減速比を実現できるようになっている。このよう
に、第１の動力板４と第２の動力板６とは転動ボール１
７を介して互いに対向状態に並設するだけで済むので左
右方向に短寸な薄型となり全体が小型化することは勿
論、全体の大型化を招来することなくコンパクト化され
た状態のままで大きな減速比が得られる。また、第１の
動力板４と第２の動力板６とは、これらの案内溝１５と
円形孔１６ａを介して転動ボール１７により連結されて
いるので、両動力板４、６に予圧をかけておけば、転動
ボール１７の案内溝１５および円形孔１６ａに対する相
互間の遊び（バックラッシュ）を除去でき、出力軸１４
の出力回動角度を高い精度で実現できる。加えて、第１
の動力板４と第２の動力板６とはこれらの案内溝１５お
よび円形孔１６ａを介して転動ボール１７により確実に
連結されているので、両動力板４、６どうしが一体的と
なり剛性が大きい一方、転動ボール１７は案内溝１５お
よび円形孔１６ａ内にがたつくことなく、密接状態に配
されることになり噛み合い率が高くなる。さらには、第
１および第２の動力板４、６自体は径寸法が小さく、且
つ比較的薄いもので済むことから、これらの慣性力は小
さくなり、応答性に関する制御性が改善される。一般的
には、減速を受けた低速側の第２の動力板には高負荷が
かかる事情にあるが、本実施例の如く、円形孔１６ａを
第２の動力板６に半球状の窪みにより形成した場合に
は、転動ボール１７が円形孔１６ａ内に面接触状態に配
置されるので、点接触や面接触状態に配されるものとは
異なって、伝達力が広い面積で受けられたトルク伝達力
とともに負荷能力が格段に向上する。さらには、転動ボ
ール１７が円形孔１６ａ内に面接触状態に配置されるこ
とによる負荷能力の向上に伴い、第２の動力板６は硬質
材を用いなくて軟質材で済み、材料、加工時間および精
度保持の上でコストの低減化が図られる。また、第２の
動力板６には円形孔１６ａを形成するだけで済むので、
複雑なサイクロイド系の曲線を両動力板にともに形成せ
ざるをえないものとは異なり、加工が容易で迅速にでき
る。さらには、転動ボール１７は円形孔１６ａ内で自ず
と位置決めされてしまうため、転動ボールを等角度間隔
に位置保持するための環状のリィテーナあるいはケージ
といった保持部材が全く不要になり、部品点数および組
み付け工数の削減ひいてはコストの低減化に繋がる。さ
て、第４図は、本発明の第２実施例を示し、この第２実
施例では先の第１実施例とは逆に円形孔１５ａを第１の
動力板４に１１個形成し、第２の動力板６にはサイクロ
イド系の曲線、例えばハイポサイクロイド曲線に沿って
波数１２枚の案内溝１６を形成している。この第２実施
例の場合、減速比を決定する上では、案内溝１６の波
数、円形孔１５ａの数、すなわち転動ボールの配置数の
関係は、第１実施例の場合と同様であるが、減速比は案
内溝１６の波数が支配するところが第１実施例とは異な
る。例えば、１／１０の減速比を得たい場合には、案内
溝の波数を１０枚に設定し、１／１２の減速比を得たい
場合には、案内溝の波数を１２枚に設定し、必要減速比
が１／１５に設定する場合には、案内溝の所要波数は１
５枚になる。また、この第２実施例では、入力回転方向
と出力回転方向とが互いに反対となる関係にある。した
がって、入力軸１１が正方向の回転で入力されると、出
力軸１４からは負方向の回転が出力されることとなる。
なお、この第２実施例の場合、第２の動力板６にはハイ
ポサイクロイド曲線に代わってエピサイクロイド曲線に
沿って案内溝を形成してもよい。つぎに、第５図および
第６図は本発明の第３実施例を示し、この第３実施例で
は、整動部材を構成するにあたって第１実施例のスチー
ル製の整動ボール２０に代わってピン２１を用いてい
る。即ち、整動板２２の表面には環状溝１９の代わりに
例えば８本のピン２１が面直角状態に突設され、第２の
動力板２３には環状溝１８に代わって、ピン２１が内周
縁部に摺接した整動用の円形溝２４が形成されている。
この場合には、円形溝２４の径寸法は案内溝に係わる偏
心量に見合ったものに設定され、ピン２１の移動変位が
円形溝２４の径寸法範囲内で許容されるようにしてい
る。すなわち、第２の動力板２３が入力回転を受けるに
伴い、整動用の円形溝２４の内周縁部がピン２１を摺動
しながら公転変位成分を相殺して整動板２２には自転変
位成分のみを伝達するようになる。また、第７図は本発
明の第４実施例を示し、この第４実施例では第１実施例
における第１の動力板４と整動板１２とを互いに逆に配
置している。このため整動板２５には偏心軸８を挿通さ
せる透孔２６を設け、第２の動力板２７は無孔状にさ
れ、中央に出力軸２８を連結している。さらに、第８図
は本発明の第５実施例を示し、この第５実施例では、減
速が２段階的に行われるように構成している。すなわ
ち、第２の動力板２９および整動板３０に第１実施例の
環状溝１８、１９に代わって案内溝３１、円形孔３２を
形成し、これら案内溝３１、円形孔３２内にスチール製
の整動ボール２０の代わりに転動ボール３３を設けてい
る。これにより入力軸１１側の偏心軸８からの回転力は
第１の動力板４と第２の動力板２９との間で減速状態で
伝達されたうえ、第２の動力板２９と整動板３０との間
でさらに減速されて、出力軸３０ａを有する整動板３０
に伝達される。このため整動板３０の出力軸３０ａから
は大きな減速比で減速された回転出力が得られる。加え
て、第９図および第１０図は本発明の第６実施例を示
し、この第６実施例では整動部材をオルダム板４０を加
えた三枚の環状板から構成している。これら第９図およ
び第１０図において、４１は中央に透孔４２ａを有する
固定ケーシング４２に固定された支持環であり、この支
持環４１の片面には中央の孔４１ａを隔てて直線状の長
溝４３が三本づつ径方向に沿って形成されている。オル
ダム板４０は中央孔４０ｃを有して支持環４１に対面状
態に配され、片面に長溝４３に対応する長溝４０ａを有
し、反対面には長溝４０ａに直交する三本の長溝４０ｂ
を有し、長溝４０ａと長溝４３に渡っては往復ボール４
４が配設されている。このオルダム板４０には第１の動
力板４５が対面状態に配置され、これの一面に形成され
た長溝４５ａはオルダム板４０の長溝４０ｂに往復ボー
ル４６を介して連結されている。第１の動力板４５の他
面には、案内溝５４が形成され、この案内溝５４は、第
２の動力板５５の円形孔５６に転動ボール５７を介して
接続されている。この第２の動力板５５は出力軸５５ａ
を有して出力発生部材として作用する。５８は入力側の
偏心軸で、その偏芯部５８ａは、孔４２ａ，４１ａおよ
び４０ｃを通過して第１の動力板４５の中央部分に軸受
け５９により取り付けられている。これら第２ないし第
６実施例のように構成しても第１実施例と同様な効果が
得られる。上記各実施例では第１実施例と同一部材には
同一符号を付して異なる部分のみ説明した。以上述べた
ように本発明によれば、バックラッシュなどの遊びが無
く移動位置を高い精度で設定でき、小さい慣性力で済み
制御し易く、あわせて噛み合い率が高くて全体の大きな
剛性が確保されることは勿論、全体の大型化を招くこと
なくコンパクトな状態のままで大きな減速比が得られる
といった差動減速装置として理想的な優れた効果を奏す
る。なお、上記各実施例では環状溝は断面半円弧状を成
すよう形成したが、この形状だけに限らないことは勿論
で、環状溝を例えば断面Ｖ字状に形成して整動ボールが
環状溝に二点接触状態に配設されるように構成してもよ
い。また、第１および第２実施例において、第２の動力
板６および第１の動力板４にそれぞれ形成した円形孔１
６ａ，１５ａに配された転動ボールは、この状態のまま
で第２の動力板６および第１の動力板４に溶接やろう付
けなどにより一体的に固着するようにしてもよいし、転
動ボールは、第２の動力板６あるいは第１の動力板４の
製作の際に、円形孔に相当する位置に固定形の突出部と
して半球面状に面から突き出るように一体に成形しても
よい。この場合には、突出部としての半球ボールは案内
溝内を転動せずして、案内溝の壁部を摩擦摺動するの
で、摩擦によるトルクの伝達損失が予期されるので、案
内溝内には例えばスラスト形の軸受けを配設して半球ボ
ールの摺動状態を円滑にしてトルクの伝達損失を最小に
とどめるようにするようにしてもよい。加えて、第１お
よび第２実施例では、使用したスチール製の整動ボール
２０を位置保持すべく環状のリテーナあるいはゲージを
用いるようにすると、ボール２０の配設時、その作業が
容易になる。さらには、転動ボールは、窒化ケイ素を主
成分とするセラミックなどの耐磨耗性の高い材料により
形成してもよい。また、適用対象としては、本実施例の
如く工作機械関係の加工部品搬送用ロボットアームばか
りではなく、自動車産業のロータリエンジンの出力軸や
一般のエンジンのトランスミッション関係は勿論、減速
装置を必要とする産業界一般の装置、機械、器具ないし
は設備に広く適用できる。その他、本発明に関する転動
ボール形差動減速装置の具体的な実施にあたっては、発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる。
第１図ないし第２図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は全体の縦断面図、第２図は全体の分解斜視図、第３
ａ図および第３ｂ図は案内溝の形状、転動ボールおよび
円形孔の位置を説明するための概略図、第３ｃ図は案内
溝の変形例を示すための図示した全体の縦断面図、第４
図は本発明の第２実施例を示す第２図に相当する分解斜
視図であり、第５図および第６図は本発明の第３実施例
を示す全体の縦断面図および分解斜視図、第７図は本発
明の第４実施例を示し、ケーシングを取外した状態の第
１図に相当する縦断面図であり、第８図は本発明の第５
実施例を示す第７図に相当する縦断面図、第９図および
第１０図はともに本発明の第６実施例を示し、第９図は
第７図に相当する縦断面図、第１０図は整動部材の分解
斜視図である。図中、４、４５…第１の動力板 ６、２
３、２７、２９、５５…第２の動力板 １２、２２…整動板（整動部材） １５、１５ｂ、１
６、３１…案内溝 １５ ａ、１６ａ、３２、５６…円形孔１７、３３、５７…転
動ボール １８、１９… 環状溝（整動部材） ２０…整動ボール（整動部材）
２１…ピン（整動部材） ２４…円形溝（整動部材） ４０…オルダム板（整動部
材）
図は全体の縦断面図、第２図は全体の分解斜視図、第３
ａ図および第３ｂ図は案内溝の形状、転動ボールおよび
円形孔の位置を説明するための概略図、第３ｃ図は案内
溝の変形例を示すための図示した全体の縦断面図、第４
図は本発明の第２実施例を示す第２図に相当する分解斜
視図であり、第５図および第６図は本発明の第３実施例
を示す全体の縦断面図および分解斜視図、第７図は本発
明の第４実施例を示し、ケーシングを取外した状態の第
１図に相当する縦断面図であり、第８図は本発明の第５
実施例を示す第７図に相当する縦断面図、第９図および
第１０図はともに本発明の第６実施例を示し、第９図は
第７図に相当する縦断面図、第１０図は整動部材の分解
斜視図である。図中、４、４５…第１の動力板 ６、２
３、２７、２９、５５…第２の動力板 １２、２２…整動板（整動部材） １５、１５ｂ、１
６、３１…案内溝 １５ ａ、１６ａ、３２、５６…円形孔１７、３３、５７…転
動ボール １８、１９… 環状溝（整動部材） ２０…整動ボール（整動部材）
２１…ピン（整動部材） ２４…円形溝（整動部材） ４０…オルダム板（整動部
材）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16H 25/00 - 25/06 F16H 1/32
Claims (12)
- 【請求項１】互いに対向する状態に配置された第１およ
び第２の動力板と、前記第１および第２の動力板のいず
れか一方に所定の径寸法の基円に沿って等間隔に形成さ
れた複数の円形孔と、前記第１および第２の動力板の他
方に前記基円と同一径の基円に沿ってサイクロイド系曲
線により形成された案内溝と、一球面部を前記円形孔内
に滑動可能に設けるとともに、他球面部を前記案内溝内
に転動可能となるように配置され、前記第２の動力板が
回転入力を受けるに伴い前記円形孔内で自転し、前記案
内溝で転動して前記第２の動力板に公転運動成分と自転
運動成分から成る複合運動を行わせる転動ボールと、前
記第２の動力板の公転運動成分と自転運動成分のうち公
転運動成分を吸収して自転運動成分のみを取り出して出
力とする整動部材とを具備してなることを特徴とする転
動ボール形差動減速装置。 - 【請求項２】前記第２の動力板には、前記円形孔が設け
られている一方、前記第１の動力板にはサイクロイド系
曲線により形成された案内溝が設けられていることを特
徴とする請求項１に記載の転動ボール形差動減速装置。 - 【請求項３】前記第２の動力板には、サイクロイド系曲
線により形成された案内溝が設けられ、前記第１の動力
板には円形孔が設けられていることを特徴とする請求項
１に記載の転動ボール形差動減速装置。 - 【請求項４】前記案内溝の外輪郭を決めるサイクロイド
系曲線は、エピサイクロイドあるいはハイポサイクロイ
ド曲線であることを特徴とする請求項１に記載の転動ボ
ール形差動減速装置。 - 【請求項５】前記整動部材は、前記第２の動力板に前記
案内溝の存する反対側に対向状態に配された整動板と、
この整動板および前記第２の動力板の対向面側の一方に
形成された複数の円形溝と他方に該円形溝の内周縁部に
摺接するように立設され、前記第２の動力板が入力回転
を受けるに伴い、前記円形溝の内周縁部に沿って摺動す
るように配置されたピンとからなることを特徴とする請
求項１に記載の転動ボール形差動減速装置。 - 【請求項６】前記整動部材は、前記第２の動力板に前記
案内溝とは反対側に対向状態に配された整動板と、この
整動板および前記第２の動力板の対向両面のそれぞれ形
成された環状溝と、前記第２の動力板が入力回転を受け
るに伴い、これら両方の環状溝内に該環状溝に沿って転
動可能となるように配置された整動ボールとからなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の転動ボール形差動減速
装置。 - 【請求項７】前記転動ボールは、スチール製であること
を特徴とする請求項１に記載の転動ボール形差動減速装
置。 - 【請求項８】前記転動ボールは、窒化ケイ素を主成分と
する耐摩耗性のセラミックにより形成されていることを
特徴とする請求項１に記載の転動ボール形差動減速装
置。 - 【請求項９】前記第１および第２の動力板は金属により
形成され、前記円形孔の内周縁部および転動ボールに
は、耐摩耗性の向上のために焼き入れや浸炭作用により
表面硬化処理がなされていることを特徴とする請求項１
に記載の転動ボール形差動減速装置。 - 【請求項１０】前記案内溝の断面形状は、前記転動ボー
ルの曲率半径と略同一な曲率半径を有する半円弧状に形
成されていることを特徴とする請求項１に記載の転動ボ
ール形差動減速装置。 - 【請求項１１】前記円形孔は、前記転動ボールの曲率半
径と略同一な曲率半径を有する半球面状の窪みからなっ
ていることを特徴とする請求項１に記載の転動ボール形
差動減速装置。 - 【請求項１２】前記案内溝の断面形状は、前記転動ボー
ルが二点接触をなすべくＶ字状に形成されていることを
特徴とする請求項１に記載の転動ボール形差動減速装
置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2418853A JP2966536B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 転動ボール形差動減速装置 |
| US07/692,591 US5197930A (en) | 1990-12-27 | 1991-04-29 | Gearless differential speed reducer device |
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| DE69108699T DE69108699T2 (de) | 1990-12-27 | 1991-05-15 | Untersetzungsgetriebe. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2418853A JP2966536B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 転動ボール形差動減速装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=18526613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2418853A Expired - Fee Related JP2966536B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 転動ボール形差動減速装置 |
Country Status (5)
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|---|---|
| US (1) | US5197930A (ja) |
| EP (1) | EP0492760B1 (ja) |
| JP (1) | JP2966536B2 (ja) |
| KR (1) | KR950001115B1 (ja) |
| DE (1) | DE69108699T2 (ja) |
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