JP3186812U - 変速伝動ベアリング - Google Patents

Abstract

【課題】小型の構造を有し、変速伝動機能およびベアリング機能を有する変速伝動ベアリングを提供する。
【解決手段】第１外輪１は、第１外輪面１１、第１内輪面１２、および第２内輪面１３を有し、第１内輪面１２の直径が第２内輪面１３の直径より大きく形成されている。第２外輪２は、第１外輪１の第１外輪面１１に回転自在に埋設されており、第２外輪面２１と第３内輪面２２とを有する。第１転動体３は、複数有し、第１外輪１の第１ローラガイド１４と第２外輪２の第２ローラガイド２３との間に配列されている。内輪４は、第１外輪１と第２外輪２に設けられており、第３外輪面４１と第４内輪面４２とを有する。ウェーブジェネレータ５は、内輪４に回転自在に設けられており、内輪４の第４内輪面４２を支持する。
【選択図】図１

Description

本考案は変速伝動ベアリングに関する。

従来のベアリングは、回転軸の回転素子として、径方向と軸方向に回転軸を支持し、軸の中心位置を維持すると共に、回転軸の潤滑性を向上し摩擦を低減する機能を有する。しかし、一般のベアリングにはほかの機能を有していない。よって、ベアリングを変速伝動機構に適用する場合、一例として、モータを変速して伝動軸を駆動回転する場合には、前述のベアリングでは変速機能を有しないため、一般として、変速装置（例えば、変速機）をモータと伝動軸との間につないで置き、モータの動力をまず変速装置に伝達し、変速装置に内設していた複数の歯車によって変速した後に変速装置他端の伝動軸を駆動する。このように、伝動機構全体の体積を有効に小型化することができなく、精密機器（例えば、ロボットアーム）または取り付け空間が限られている機器に適用することが困難である。

米国特許ＵＳ４６２５５８２号明細書 米国特許ＵＳ５６６２００８号明細書 米国特許ＵＳ７５５２６６４号明細書 米国特許ＵＳ４９０９０９８号明細書 ヨーロッパ特許ＥＰ０５１４８２９号明細書 米国特許ＵＳ２０１３００８１５８７号明細書

一方、現在のハーモニックドライブ（登録商標）は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、および特許文献５などで開示されているように、主に内輪面に内歯を設ける金属製のサーキュラスプラインと、外壁に外歯を設けられ、金属製のサーキュラスプラインに内設する、カップ状の金属弾性体からなるフレクスプラインと、カムとカムに嵌着するフレックスベアリングとを含み、カムによってフレックスベアリングを広げて、フレックスベアリングが楕円形を形成して、フレクスプラインの内面にもたれて、フレクスプラインを金属製のサーキュラスプラインの内歯に噛み合わせるウェーブジェネレータと、を備える。しかし、前記ハーモニックドライブのカップ状フレクスプラインの加工が困難であり、外歯が広げられたときに、金属製のサーキュラスプラインの内歯に完全に噛み合うことはできない。また、全体の軸方向が長く、スペースを限られた精密機器に適用することが困難である。

このほか、特許文献６に開示された、もう一種のハーモニックドライブには、カップ状のフレクスプラインを使用していない。その代わり、内輪面にそれぞれ内歯を設けて並列された２つの金属製のサーキュラスプラインと、外壁に外歯が設けられ、フレクスプラインを金属製のサーキュラスプラインに設ける内輪と、外歯を２つの金属製のサーキュラスプラインの内歯に噛み合わせるウェーブジェネレータと、を備える。しかし、２つの金属製のサーキュラスプラインが並列構造になっていて、軸方向の分離を引き起すため、他にケーシングなどの部品を追設して、２つの金属製のサーキュラスプライの軸方向分離を防ぐ必要があり、そのため、全体の構造が大きくなり、製造コストも高くなる。

よって、変速装置とベアリングとを一体に統合して、最も単純な変速伝動ベアリングを構成して、直接に機械製品（例えば、ロボットアーム）に取り付けて、ベアリングに変速伝動機能を兼ね合わせると共に、体積と重量とを大きく改善することは、本考案で開示したい技術である。
本考案の目的は、小型の構造を有し、変速伝動機能およびベアリング機能を有する変速伝動ベアリングを提供する。

前述目的を達成するため、本考案の変速伝動ベアリングは、第１外輪、第２外輪、第１転動体、内輪、およびウェーブジェネレータを有する。第１外輪は、第１外輪面と、第１内輪面と、第２内輪面とを有する。第１内輪面の直径は第２内輪面の直径より大きく形成されている。第１内輪面の一輪に第１ローラガイドが凹設されており、第２内輪面に第１内歯が設けられている。第２外輪は、回転自在に第１外輪の第１内輪面に埋設され、第２外輪面と第３外輪面とを有する。第２外輪面には第２ローラガイドが凹設されており、第３内輪面には第２内歯が設けられている。第２内歯と第１内歯と歯数差を有する。第１転動体は、第１外輪の第１ローラガイドと第２外輪の第２ローラガイドとの間に複数配列されている。内輪は、第１外輪および第２外輪に回転自在に設けられており、第３外輪面と第４外輪面とを有する。第３外輪面に外歯が設けられている。ウェーブジェネレータは回転自在に内輪に設けられており、内輪の第４内輪面を支持する。ウェーブジェネレータは、内輪の少なくとも一つの噛み合わせ部にある外歯と、第１内歯および第２外歯とが噛み合うように押し込む。

本考案の変速伝動ベアリングを適応すれば、動力をウェーブジェネレータのカムに伝えて、ウェーブジェネレータのカムが回転するときに、第２転動体または第３転動体を内輪の第４内輪面の内部にて転がせることによって、内輪の外歯を第１内歯と第２内歯に噛み合わせ、第１内歯と第２内歯が歯数差を有することで、第１外輪を固定するときに、第２外輪が内輪によって駆動され変速伝動を形成し、変速伝動とベアリングとを兼ね合わせた効果を達成することができる。特に、本考案の第１外輪と第２外輪とが一体に嵌着された構造のほか、第１転動体を第１外輪と第２外輪に係合されている。これにより、減速伝動ベアリングの軸方向の幅を小さくすることができ、第１外輪と第２外輪とを相対的に回転するときの摩擦力を低減することができると共に、第１外輪および第２外輪による軸方向の分離を有効に抑制することができるため、他のケーシング部品を取り付ける必要がない。よって、体積の小型化および構造のコンパクト化の効果を達成することができる。

本考案の変速伝動ベアリングは、軸方向または径方向への分離を抑制する転動体が設けられており、それぞれの内輪面に歯数差を有する内歯が設けられており、互いに嵌着可能な第１外輪および第２外輪と、外輪面の外歯が設けられており、回転自在に第１外輪と第２外輪の内部に設けられている内輪と、回転するときは内輪を駆動して、内輪の少なくとも一つの部位の外歯と第１外輪および第２外輪の内歯とが噛み合うようにし、異なる歯数の回転によって、高変速比の駆動効果を達成し、回転自在に内輪に設けられているウェーブジェネレータと、を備える。

本考案の第１実施形態による変速伝動ベアリングを示す分解斜視図である。 本考案の第１実施形態による変速伝動ベアリングを示す分解斜視図である。 本考案の第１実施形態による変速伝動ベアリングを示す斜視図である。 本考案の第１実施形態による変速伝動ベアリングを示す断面図である。 本考案の第１実施形態による変速伝動ベアリングを示す模式図である。 本考案の第１実施形態の変形例による変速伝動ベアリングを示す模式図である。 本考案の第１実施形態による変速伝動ベアリングのウェーブジェネレータを示す断面図である。 本考案の第１実施形態による変速伝動ベアリングのウェーブジェネレータを示す側面図である。 本考案の第１実施形態による変速伝動ベアリングの応用例を示す模式図である。 本考案の第１実施形態による変速伝動ベアリングの作動を示す模式図である。 本考案の第１実施形態による変速伝動ベアリングの作動を示す模式図である。 本考案の第２実施形態による変速伝動ベアリングを示す断面図である。 本考案の第２実施形態による変速伝動ベアリングを示す側面図である。

（第１実施形態）
図１、２と３を合わせて参照する。本考案の第１実施形態による変速伝動ベアリングは、第１外輪１と、第２外輪２と、複数の第１転動体３と、内輪４と、ウェーブジェネレータ５と、を備える。

第１外輪１は丸い輪体であり、第１外輪面１１と、第１内輪面１２と、第２内輪面１３を有し、第１内輪面１２の直径が第２内輪面１３の直径より大きいため、第１外輪１を階段状の内部穴を形成する。さらに、第１内輪面１２に第１ローラガイド１４が凹設され、第２内輪面１３に内歯１５が設けられている。このほか、第１外輪１にてさらにモータその他構成品に接続するための連接部１６を設けるか、連結部１６は例えば一端に設けられた複数のねじ穴１６１であっても良い。

第２外輪２は丸い輪体であり、回転自在にて第１外輪１の第１内輪面１２に内設し（図３と４に示す）、減速伝動ベアリングの軸方向の幅を短縮する。第２外輪２は第２外輪面２１と第３外輪面２２とを有し、第２外輪面２１に第２ローラガイド２３を凹設し、第３内輪面に第２内歯２４が設けられ、第２内歯２４と第１内歯１５が歯数差を有する。一例として、第２内歯２４の歯数は６０のとき、第１内歯１５の歯数は６２、２つの歯数差を有する（具体的な歯数は変速比により決定される）。このほか、第２外輪１は伝動軸その他構成品に接続するための連接部２５を設けるか、連結部２５は例えば一端に設けられた複数のねじ穴２５１であっても良い。

第１転動体３を第１ローラガイド１４と第２ローラガイド２３との間に（図４に示す）配列していて、第１転動体３を第１外輪１と第２外輪２の接続および位置制限の素子として、互いに軸方向の分離を防げると共に、第１外輪１と第２外輪２が回転するときに相互間の摩擦力を軽減できる。

内輪４は、弾性変形の金属輪であり、回転自在にて第１外輪１と第２外輪２との間に設けられ（図３と４に示す）、幅は第１内歯１５と第２内歯２４とを合計した幅に等しく、第３外輪面４１と第４外輪面４２とを有し、第３外輪面４１に外歯４３が設けられ、外歯４３の歯数と第２内歯２４の歯数は、第１好ましい実施例において同数である。

ウェーブジェネレータ５（ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）は回転自在にて内輪４に取り付けられており（図４に示す）、第１好ましい実施例において、内輪４の第４内輪面４２を支持し、内輪４の少なくとも２つの対向する噛み合わせ部４４の外歯を押し込み、第１内歯１５と第２内歯２４（図５に示す）に噛み合わせる。よって、ウェーブジェネレータ５が継続に回転することによって、第２外輪２が減速回転する。

図１と４とを合わせて参照する。前述第１転動体３は、ローラ３１またはボールが好ましく、第１転動体３を円柱型のローラ３１に実施したとき、第１ローラガイド１４と第２ローラガイド２３はＶ溝を形成し、ローラ３１は９０度を交差して、第１ローラガイド１４と第２ローラガイド２３との間に配列しているため（図３に示す）、第１外輪１と第２外輪２が軸方向に分離することを防げ、相互の嵌着安定性を向上できると共に、径方向と軸方向の支え効果を有しており、第１外輪１と第２外輪２との摩擦力軽減の効果がある。

図１、２と４を合わせて参照する。前述ウェーブジェネレータ５好ましくは、カム５１と複数の第２転動体５２を含める。カム５１は例えば、主軸と短軸を有する正楕円形のカムであり、周りにカム面５１１を有する。第２転動体５２は１列または２列によりカム面５１１に配列していて、第２転動体５２を内輪４の第４内輪面４２にあてがうようにして置き、よって、カム５１が回転するときに、第２転動体５２は同期して回転する。図５に示すように、さらに内輪４の少なくとも２つの対向する噛み合わせ部４４の外歯を押し込み、第１内歯１５と第２内歯２４に噛み合う。

引き続き、図１、２と４を参照する。前述ウェーブジェネレータ５好ましくは保持器５３をさらに含み、保持器５３の両側に複数の固定部５３１を有しており、保持器５３をカム５１のカム面５１１に嵌着して置き、これにより、第２転動体５２を保持器５３の固定部５３１の間に設けて、第２転動体５２をカム面５１１に配列することができる。第２転動体５２は、ローラ５２１またはボール５２２（図６に示す）を設けることが好ましい。

このほか、図７と８に示すように、第１実施形態において、ウェーブジェネレータ５は、カム５１と複数の第３転動体５４とを含めることが好ましい。カム５１は例えば、主軸と短軸とを有する楕円形カムであり、カム５１の周りに複数の軸方向の支軸５１２を設ける。第３転動体５４は例えば、ボールベアリングまたはニードルベアリングリングなどのベアリング５４１を設けて、第３転動体５４を支軸５１２に結合すると共に、内輪４の第４内輪面４２にあてがうことによって、同じ機能を達成し、内輪４の少なくとも対向する２つの噛み合わせ部４４の外歯を押し込み、第１内歯１５と第２内歯２４に噛み合わせる。

図９に示すように、本考案を使用するときには、モータ１０の回転軸１０１をウェーブジェネレータ５のカム５１に接続し、第１外輪１は連接部１６のねじ穴１６１を用いてモータ１０のフランジ端またはその他固定具に結合して置き、第１外輪１を回転できない固定端に仕上げる。第２外輪２は連接部２５のねじ穴２５１を用いて伝動軸２０（出力軸）またはその他構成品に結合させ、第２外輪２を出力伝動端に仕上げる。引き続き、図１０と１１に示すように、ウェーブジェネレータ５のカム５１がモータ１０の駆動により回転するとき、カム５１の主軸５１３が継続に回転し押し込みによって、内輪４の外歯４３の噛み合わせ部４４を改変させ、第２外輪２を変速伝動させる。カム５１が１回転ごとに、第１内歯１５と第２内歯２４と歯数差を有しているため、第２外輪２が１つの歯の距離を回転し、きわめて高い変速比を達成する。

（第２実施形態）
引き続き、本考案の第２実施形態を図１２に示す。図１２に示すように、内輪４を剛性（ｒｉｇｉｄ）の金属輪に変更して、回転自在にて第１外輪１と第２外輪２の間に設けられている。ウェーブジェネレータ５の好ましい実施例において、カム５１´と複数の第３転動体５４とを含み、カム５１´は円形の偏心輪であり、第３転動体５４はボールであり、並列してカム５１´と内輪４との間に設ける。引き続き、図１３を参照する。ウェーブジェネレータ５のカム５１´が回転するときに、第３転動体５４を介して内輪４にあてがうことによって、内輪４の噛み合わせ部４４に備える外歯４３を押し込み、第１内歯１５と第２内歯２４に噛み合わせて置き、同じくカム５１´が１回転ごとに、第１内歯１５と第２内歯２４の歯数差原理を利用し、第２外輪２が一つの歯の距離を回転しても、同じく極めて高い変速比を達成する。

１・・・第１外輪、
１１・・・第１外輪面、
１２・・・第１内輪面、
１３・・・第２内輪面、
１４・・・第１ローラガイド、
１５・・・第１内歯、
１６・・・連接部、
１６１・・・ねじ穴、
２・・・第２外輪、
２１・・・第２外輪面、
２２・・・第３内輪面、
２３・・・第２ローラガイド、
２４・・・第２内歯、
２５・・・連接部、
２５１・・・ねじ穴、
３・・・第１転動体、
３１・・・ローラ、
４・・・内輪、
４１・・・第３外輪面、
４２・・・第４内輪面、
４３・・・外歯、
４４・・・噛み合わせ部、
５・・・ウェーブジェネレータ、
５１、５１´ ・・・カム、
５１１・・・カム面、
５１２・・・支軸、
５１３・・・主軸、
５２・・・第２転動体、
５２１・・・ローラ、
５２２・・・ボール、
５３・・・保持器、
５３１・・・固定部、
５４・・・第３転動体、
１０・・・モータ、
１０１・・・回転軸、
２０・・・伝動軸。

Claims (9)

1. 第１外輪面（１１）、第１内輪面（１２）、および第２内輪面（１３）を有し、前記第１内輪面の直径が前記第２内輪面の直径より大きく形成されており、前記第１内輪面に第１ローラガイド（１４）が凹設されており、前記第２内輪面に第１内歯（１５）が設けられている第１外輪（１）と、
   前記第１外輪の前記第１外輪面に回転自在に埋設されており、第２外輪面（２１）と第３内輪面（２２）とを有し、前記第２外輪面に第２ローラガイド（２３）が凹設されており、前記第３内輪面に第２内歯（２４）が設けられており、前記第２内歯の歯数と前記第１内歯の歯数とが異なっている第２外輪（２）と、
   前記第１外輪の前記第１ローラガイドと前記第２外輪の前記第２ローラガイドとの間に配列されている複数の第１転動体（３）と、
   前記第１外輪と前記第２外輪に設けられており、第３外輪面（４１）と第４内輪面（４２）とを有し、前記第３外輪面に外歯（４３）を設ける内輪（４）と、
   前記内輪に回転自在に設けられており、前記内輪の前記第４内輪面を支持し、前記内輪の少なくとも一つの噛み合わせ部（４４）にある前記外歯と、前記第１内歯および前記第２外歯とが噛み合うようにするウェーブジェネレータ（５）と、を備える変速伝動ベアリング。
2. 前記内輪は、弾性変形可能である金属輪であり、
   前記ウェーブジェネレータは、前記内輪の互いに対向している二つの前記噛み合わせ部を押し込み、前記内輪の前記噛み合わせ部にある前記外歯と前記第１内歯および前記第２内歯とが噛み合うようにしていることを特徴とする請求項１記載の変速伝動ベアリング。
3. 前記内輪は、剛性の金属輪であり、
   前記ウェーブジェネレータは、前記内輪の前記噛み合わせ部を押し込み、前記内輪の前記噛み合わせ部にある前記外歯と前記第１内歯および前記第２内歯とが噛み合うようにしていることを特徴とする請求項１記載の変速伝動ベアリング。
4. 前記第１転動体はローラまたはボールであることを特徴とする請求項１記載の変速伝動ベアリング。
5. 前記ウェーブジェネレータは、カム（５１、５１´）および複数の第２転動体（５２）を含み、
   前記カムは、周りにカム面（５１１）が形成されており、
   前記第２転動体は、前記カム面に設けられており、前記内輪の前記第４内輪面にあてがうことを特徴とする請求項１記載の変速伝動ベアリング。
6. 前記ウェーブジェネレータは、保持器（５３）を有し、
   前記保持器は、前記カムの前記カム面に嵌着されており、
   前記第２転動体は、前記保持器に設けられていることを特徴とする請求項５記載の変速伝動ベアリング。
7. 前記第２転動体は、ローラまたはボールであることを特徴とする請求項６記載の変速伝動ベアリング。
8. 前記ウェーブジェネレータは、カム（５１、５１´）および複数の第３転動体（５４）を有し、
   前記カムは、周りに複数の支軸（５１２）が設けられており、
   前記第３転動体は、前記支軸に設けられており、前記内輪の前記第４内輪面にあてがうことを特徴とする請求項１記載の変速伝動ベアリング。
9. 前記第３転動体はローラまたはボールであることを特徴とする請求項８記載の変速伝動ベアリング。

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