JP4010671B2 - 偏心揺動型変速機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ピニオンまたは伝達ディスクを偏心回転させて減速・増速を行う偏心揺動型変速機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のピニオンを用いた偏心揺動型減速機としては、例えば、内周に内歯を有するケースと、ケース内に軸方向に離れて収納されるとともに、外周に前記内歯に噛み合う外歯が形成された2枚のピニオンと、これらピニオンを軸方向に貫通する柱部を有するキャリアと、これら2枚のピニオンを 180度だけ位相をずらした状態で偏心回転させる偏心クランク軸とを備えたものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の偏心揺動型減速機にあっては、大きな振動と騒音が発生するという問題点がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者は前記偏心揺動型減速機における振動、騒音の発生メカニズムに関して鋭意研究を行い、以下のような知見を得た。即ち、図7、8、9に示すように偏心揺動型減速機11が減速を行っているとき、ピニオン13、14の外歯からケース12の内歯には該ピニオン13、14の回転によってX軸方向(接線方向)の噛み合い力およびY軸方向(半径方向)の噛み合い力がそれぞれ作用し、また、ピニオン13、14には公転によってY軸方向の遠心力がそれぞれ作用しているが、このとき、ピニオン13におけるX、Y軸方向の噛み合い力Fx、Fyとピニオン14におけるX、Y軸方向の噛み合い力 -Fx、 -Fyとは、値は同一であるが作用方向が逆であり、また、ピニオン13、14におけるY軸方向の遠心力 P、-Pも値は同一であるが作用方向は逆であり、この結果、X、Y軸方向の噛み合い力の合力および遠心力の合力はいずれも零となり、力に関してバランスしている。ここで、前記噛み合い力は、ピニオン13、14とケース12との最大噛み合い部におけるピニオン13、14の歯幅中央平面a、b上で作用している単一力であると仮定し、一方、遠心力はピニオン13、14の重心に作用している単一力であると仮定している。しかしながら、前述のピニオン13、14におけるY軸方向の噛み合い力Fy、 -Fyおよび遠心力 P、-Pを、図10に示すようなY、Z軸を共に含む平面上で観察すると、両噛み合い力Fy、 -Fyおよび遠心力 P、-Pは距離Lだけ離れており、この結果、これら両噛み合い力Fy、 -Fyおよび遠心力 P、-PによりMf=Fy×Lの偶力(回転モーメント)およびMp= P×Lの偶力(回転モーメント)が発生し、回転モーメントに関してはアンバランスとなっているのである。そして、このような回転モーメント(偶力)はクランクピン15に付与されるとともに、ピニオン13、14の偏心回転に従って周方向に徐々にずれるため、偏心揺動型減速機11は周期的に起振されて大きな振動、騒音が発生するのである。
【0005】
この発明は、このような知見に基づきなされたもので、減速・増速時における振動、騒音を効果的に抑制することができる偏心揺動型変速機を提供することを目的とする。
【0006】
このような目的は、第1に、内周に内歯22を有するケース21と、ケース21内に収納されるとともに、外周に前記内歯22に噛み合う外歯60、61、62、63が形成された4枚のピニオン64、65、66、67と、これらピニオン64、65、66、67の軸方向両外側に配置されるとともに、ケース21との間に軸受40、41がそれぞれ介装された一対の端板部36、37、および、一端が端板部36に複数のボルト38を介して着脱可能に連結され、他端が端板部37に一体的に連結され前記ピニオン64、65、66、67を軸方向に貫通する柱部39から構成されたキャリア35と、両端部がキャリア35の端板部36、37に軸受46、47を介して回転可能に支持されるとともに、中央部に設けられた偏心部48、49、50がピニオン64、65、66、67にころ軸受51、52、53を介装した状態で挿入されたクランクピン45を有し、両側に位置する同位相の2枚のピニオン64、67と中央部に位置する同位相の2枚のピニオン65、66とを 180度だけ位相をずらした状態で偏心回転させる偏心回転手段54とを備え、前記中央部に位置する2枚のピニオン65、66の歯幅中央61a、62aから両側に位置する2枚のピニオン64、67の歯幅中央60a、63aまでの距離を同一とした偏心揺動型変速機により、
第2に、円筒状のケース71と、ケース71内に収納されるとともに、外周がケース71の内周に転がり接触し、ケース71の内径より小径である4枚の伝達ディスクと、これら伝達ディスクの軸方向両外側に配置されるとともに、ケース71との間に軸受40、41がそれぞれ介装された一対の端板部36、37、および、一端が端板部36に複数のボルト38を介して着脱可能に連結され、他端が端板部37に一体的に連結され前記伝達ディスクを軸方向に貫通する柱部39から構成されたキャリア75と、両端部がキャリア75の端板部36、37に軸受46、47を介して回転可能に支持されるとともに、中央部に設けられた偏心部48、49、50が伝達ディスクにころ軸受51、52、53を介装した状態で挿入されたクランクピン45を有し、両側に位置する同位相の2枚の伝達ディスクと中央部に位置する同位相の2枚の伝達ディスクとを 180度だけ位相をずらした状態で偏心回転させる偏心回転手段76とを備え、前記中央部に位置する2枚の伝達ディスクの外周の軸方向中央から両側に位置する2枚の伝達ディスクの外周の軸方向中央までの距離を同一とした偏心揺動型変速機により達成することができる。
【0007】
請求項1に記載の偏心揺動型変速機においては、ピニオンを4枚設けるとともに、両側に位置する同位相の2枚のピニオンと中央部に位置する同位相の2枚のピニオンとの位相を 180度だけずらし、さらに、中央部に位置する2枚のピニオンの歯幅中央から両側に位置する2枚のピニオンの歯幅中央までの距離を同一としたので、中央部の各ピニオンにおけるY軸方向の噛み合い力Fyと、両側の各ピニオンにおけるY軸方向の噛み合い力 -Fy(前記噛み合い力Fyと作用方向が逆で値が同一)とは、合力および回転モーメントにおいて零となり共にバランスする。これにより、偏心揺動型変速機における振動、騒音が効果的に抑制されるのである。
【0008】
さらに、請求項2に記載のものにおいては、中央部の2枚のピニオンに発生するY軸方向の遠心力 Pと両側の2枚のピニオンに発生する遠心力-Pとが、作用方向が逆で値が同一であるため、合力および回転モーメントにおいて零となって共にバランスし、偏心揺動型変速機における振動、騒音がさらに効果的に抑制される。
【0009】
また、請求項3に記載の偏心揺動型変速機においても、前記請求項1に記載のものと同様に中央部の各伝達ディスクにおけるY軸方向の摩擦力Fyと、両側の各伝達ディスクにおけるY軸方向の摩擦力 -Fy(前記摩擦力Fyと作用方向が逆で値が同一)とは、合力および回転モーメントにおいて零となって共にバランスし、これにより、偏心揺動型変速機における振動、騒音が効果的に抑制されるのである。
【0010】
さらに、請求項4に記載のものにおいては、請求項2に記載のものと同様に、中央部の2枚の伝達ディスクに発生するY軸方向の遠心力 Pと両側の2枚の伝達ディスクに発生する遠心力-Pとが、作用方向が逆で値が同一であるため、合力および回転モーメントにおいて零となって共にバランスし、偏心揺動型変速機における振動、騒音がさらに効果的に抑制される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、偏心揺動型変速機の一例を図面に基づいて説明する。
図1において、21は略円筒状をした回転可能なケースであり、このケース21の内周でその軸方向中央部には内歯を構成する多数の内歯ピン22がほぼ半分だけ挿入された状態で固定され、これらの内歯ピン22は軸方向に延びるとともに周方向に等距離離れている。前記ケース21内には円板状をした3枚のピニオン23、24、25が収納され、各ピニオン23、24、25の外周には前記内歯ピン22の数より僅かに少ない(この実施例では1個だけ少ない)外歯26、27、28がそれぞれ全幅に亘って形成されている。ここで、両側に位置する2枚のピニオン23、25の肉厚は中央に位置するピニオン24の肉厚の 1/2である。そして、これらピニオン23、24、25の外歯26、27、28とケース21の内歯ピン22とは互いに噛み合っているが、これらの最大噛み合い部(噛み合いの最も深い部位)は両側のピニオン23、25において同一位相であるものの、中央のピニオン24においては両ピニオン23、25の最大噛み合い部から 180度だけ位相がずれている。また、これら3枚のピニオン23、24、25は軸方向に互いに等距離だけ離れて配置されており、この結果、中央に位置するピニオン24の外歯27の歯幅中央27aから両側に位置する2枚のピニオン23、25の外歯26、28の歯幅中央26a、28aまでの軸方向距離は同一となる。前記ピニオン23、24、25の内部には少なくとも1個(ここでは周方向に等距離離れて3個)の貫通した遊嵌孔31と、隣接する遊嵌孔31間でその中心軸から等距離離れた位置に3個の貫通した貫通孔32がそれぞれ形成されている。35はケース21内に収納され図示していない固定部材に固定されているキャリアであり、このキャリア35はピニオン23、24、25の軸方向両外側に配置された一対の円板状をしている端板部36、37と、一端が端板部36に複数のボルト38を介して着脱可能に連結され、他端が端板部37に一体的に連結された柱部39とから構成されている。そして、前記端板部36、37同士を連結する柱部39は軸方向に延びるとともに、ピニオン23、24、25の遊嵌孔31内を遊嵌状態で貫通している。40、41は前記端板部36、37の外周とケース21の内周との間に介装された軸受であり、これらの軸受40、41によりケース21はキャリア35に回転可能に支持される。
【0012】
45は前記貫通孔32と同数のクランクピンであり、これらのクランクピン45の一端部は端板部36に軸受46を介して、また、その他端部は端板部37に軸受47を介して回転可能に支持されている。各クランクピン45はその軸方向中央部にクランクピン45の中心軸から等距離だけ偏心した3個の偏心部48、49、50を有し、これら偏心部48、49、50のうち、両側の偏心部48、50は同位相で、中央の偏心部49はこれら偏心部48、50から 180度だけ位相がずれている。また、これら偏心部48、49、50はピニオン23、24、25の貫通孔32内にころ軸受51、52、53をそれぞれ介装した状態で挿入されている。そして、これらクランクピン45の他端に同一方向で等速度の回転が図示していないモータから付与されて、これらクランクピン45が中心軸回りに回転すると、偏心部48、49、50は貫通孔32内において偏心回転し、ピニオン23、25とピニオン24とを 180度だけ位相をずらした状態で偏心回転(公転)させる。このとき、内歯ピン22の数と外歯26、27、28の数とが僅かに異なっている(ここでは外歯26、27、28の数が内歯ピン22の数より1個だけ少ない)ので、ケース21はピニオン23、24、25の偏心回転により低速で回転する。前述したモータ、クランクピン45は全体として、両側に位置する2枚のピニオン23、25と中央に位置する1枚のピニオン24とを 180度だけ位相をずらした状態で偏心回転させる偏心回転手段54を構成する。
【0013】
次に、前述した偏心揺動型変速機の作用について説明する。
前述のような偏心揺動型変速機55を用いて減速を行う場合には、図示していないモータを作動して全クランクピン45を中心軸回りに同一方向に同一速度で回転させる。この結果、クランクピン45の偏心部48、49、50がピニオン23、24、25の貫通孔32内において偏心回転してピニオン23、24、25を偏心回転(公転)させるが、前述のように外歯26、27、28の数が内歯ピン11の数より若干少ないので、クランクピン45の回転は高比で減速されてケース21に伝達され、該ケース21を低速で回転させる。
【0014】
このようにして減速を行っているとき、図2、3に示すようにピニオン23、24、25の外歯26、27、28からケース21の内歯ピン22には該ピニオン23、24、25の回転によってY軸方向(半径方向)の噛み合い力が、また、ピニオン23、24、25には公転によってY軸方向の遠心力が作用する。ここで、前記ピニオン23、24、25は前述のように3枚設けられるとともに、両側に位置する2枚のピニオン23、25と中央に位置する1枚のピニオン24とは位相が 180度だけずれているため、中央のピニオン24からケース21にはY軸方向の噛み合い力Fyが、両側のピニオン23、25からケース21にはそれぞれY軸方向の噛み合い力-1/2Fy(前記噛み合い力Fyと作用方向が逆で値が半分)が作用するが、このとき、中央に位置するピニオン24の歯幅中央27aから両側に位置する2枚のピニオン23、25の歯幅中央26a、28aまでの軸方向距離L1が同一であるため、中央および両側のピニオン24および23、25における噛み合い力Fyと-1/2Fyとは合力および回転モーメントにおいて零となり共にバランスする。この結果、前記Y軸方向の噛み合い力によってクランクピン45に偶力(回転モーメント)が付与されることはなく、これにより、偏心揺動型変速機55における振動、騒音が効果的に抑制されるのである。一方、前述したピニオン23、24、25に作用する遠心力の値は、中央のピニオン24においては Pであるが、肉厚が前記ピニオン24の 1/2である両側のピニオン23、25においては -1/2P(前記遠心力 Pと作用方向が逆で値が半分)となるため、これら中央および両側のピニオン24および23、25における遠心力 Pおよび -1/2Pも合力および回転モーメントにおいて零となり共にバランスする。この結果、前記遠心力によってクランクピン45に偶力(回転モーメント)が付与されることはなく、これにより、偏心揺動型変速機55における振動、騒音がさらに効果的に抑制されるのである。ここで、これら噛み合い力はピニオン23、24、25とケース21との最大噛み合い部におけるピニオン23、24、25の歯幅中央平面a、b1、b2上で作用している単一力であると仮定し、遠心力はピニオン23、24、25の重心に作用している単一力であると仮定している。
【0015】
図4はこの発明の第1実施形態を示す図である。この実施形態においては、ケース21内に、内歯ピン22に噛み合う外歯60、61、62、63をそれぞれ有する同一肉厚である4枚のピニオン64、65、66、67を収納している。そして、これらピニオン64、65、66、67のうち、両側に位置する2枚のピニオン64、67の位相を同位相とするとともに、中央部に位置する2枚のピニオン65、66の位相を同位相とし、これらピニオン64、67の位相とピニオン65、66の位相を 180度だけずらしている。また、中央部に位置する2枚のピニオン65、66の外歯61、62の歯幅中央61a、62aから両側に位置する2枚のピニオン64、67の外歯60、63の歯幅中央60a、63aまでの距離を同一としている。そして、このように等厚の4枚のピニオン64、65、66、67を用いれば、ピニオン64、65、66、67の製作が容易となる。なお、他の構成は前述した偏心揺動型変速機の一例と同様である。
【0016】
そして、この第1実施形態の場合にも、中央部の各ピニオン65、66におけるY軸方向の噛み合い力Fyと、両側の各ピニオン64、67におけるY軸方向の噛み合い力 -Fy(前記噛み合い力Fyと作用方向が逆で値が同一)とが、合力および回転モーメントにおいて零となって共にバランスするため、偏心揺動型変速機55における振動、騒音が効果的に抑制されるのである。しかも、4枚のピニオン64、65、66、67の肉厚は全て同一であるため、中央部の各ピニオン65、66に発生するY軸方向の遠心力 Pと、両側の各ピニオン64、67に発生するY軸方向の遠心力-Pとは作用方向が逆で値が同一となり、この結果、これら遠心力は合力および回転モーメントにおいて零となって共にバランスし、これにより、偏心揺動型変速機55における振動、騒音がさらに効果的に抑制されるのである。なお、他の作用は前述した偏心揺動型変速機の一例と同様である。ここで、前記中央部の2枚のピニオン65、66を連結して一体化してもよい。
【0017】
図5、6は偏心揺動型変速機の他の例を示す図である。この偏心揺動型変速機においては、ケース71の内周には内歯ピンは設けられておらず、この結果、該ケース71は円筒状を呈している。また、ケース71内には、外周に外歯が形成されたピニオンではなく、3枚の円板状をした伝達ディスク72、73、74が軸方向に離れて収納されており、これらの伝達ディスク72、73、74の外径はケース71の内径より小径である。さらに、中央に位置する伝達ディスク73の外周の軸方向中央73aから両側に位置する2枚の伝達ディスク72、74の外周の軸方向中央72a、74aまでの距離は同一であり、また、両側に位置する2枚の伝達ディスク72、74の肉厚を中央に位置する伝達ディスク73の肉厚の 1/2としている。ここで、これらの伝達ディスク72、73、74の外周はケース71の内周に周上1箇所で転がり接触しているが、その接触点は両側に位置する2枚の伝達ディスク72、74では同位相であるものの、中央に位置する1枚の伝達ディスク73においては前記両側の伝達ディスク72、74における接触点から 180度だけ位相がずれている。また、この偏心揺動型変速機においても、これら伝達ディスク72、73、74を軸方向に貫通する柱部を有するキャリア75と、両側に位置する2枚の伝達ディスク72、74と中央に位置する1枚の伝達ディスク73とを 180度だけ位相をずらした状態で偏心回転させる偏心回転手段76とが設けられているが、これらのキャリア75および偏心回転手段76は前述のキャリア35および偏心回転手段54と構成が同一であるので、図面上の同一部品に同一符号を付して詳細説明を省略する。
【0018】
そして、前述のように構成すると、クランクピン45に駆動されて伝達ディスク72、73、74が偏心回転するとき、伝達ディスク72、73、74の外周とケース71の内周とが転がり接触するが、このとき、伝達ディスク72、73、74の外周長はケース71の内周長より短いため、この周長差によって伝達ディスク72、73、74からケース71に摩擦抵抗によって回転が付与され、該ケース71が低速で回転する。このようにしてクランクピン45に入力された回転はケース71および伝達ディスク72、73、74によって減速された後、ケース71から出力される。また、この偏心揺動型変速機も前述した偏心揺動型変速機と同様に、中央の伝達ディスク73におけるY軸方向の摩擦力Fyと、両側の2枚の伝達ディスク72、74におけるY軸方向の摩擦力 -Fy(前記摩擦力Fyと作用方向が逆で値が半分)とは、合力および回転モーメントにおいて零となって共にバランスし、これにより、偏心揺動型変速機における振動、騒音が効果的に抑制されるのである。さらに、このものは両側に位置する2枚の伝達ディスク72、74の肉厚を中央に位置する伝達ディスク73の肉厚の 1/2としているため、前述した偏心揺動型変速機と同様に、両側の伝達ディスク72、74および中央の伝達ディスク73におけるY軸方向の遠心力 -1/2Pおよび Pは合力および回転モーメントにおいて零となって共にバランスし、偏心揺動型変速機における振動、騒音がさらに効果的に抑制される。
【0019】
なお、ケース71内に、前記第1実施形態と同様に、4枚の伝達ディスクを収納し、これら伝達ディスクのうち、両側に位置する2枚の伝達ディスクの位相および中央部に位置する2枚の伝達ディスクの位相を同位相とするとともに、前者の伝達ディスクの位相と後者の伝達ディスクの位相を 180度だけずらし、さらに、中央部に位置する2枚の伝達ディスクの外周の軸方向中央から両側に位置する2枚の伝達ディスクの外周の軸方向中央までの距離を同一としてもよい。このようにすると、前記第1実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。また、このとき、これら伝達ディスクを全て等厚としてもよく、この場合も前記第1実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【0020】
なお、前述の実施形態においては、キャリア35を固定するとともにケース21を回転可能とし、クランクピン45に入力された回転をピニオン23、24、25により減速してケース21に出力するようにしたが、この発明においては、ケースを固定するとともにキャリアを回転可能とし、クランクピンに入力された回転をピニオン、伝達ディスクにより減速してキャリアに出力するようにしてもよい。また、前述の実施形態においては、ピニオン23、24、25にその中心軸から等距離離れた複数の貫通孔32を形成するとともに、各貫通孔32にクランクピン45の偏心部48、49、50をそれぞれ挿入し、該クランクピン45を回転させることでピニオン23、24、25を偏心回転させるようにしたが、この発明においては、ピニオン、伝達ディスクの中心軸上に貫通孔を形成するとともに、該貫通孔にクランクシャフトの偏心部をそれぞれ挿入し、該クランクシャフトを回転させることでピニオン、伝達ディスクを偏心回転させるようにしてもよい。さらに、前述の実施形態においては、クランクピン45に入力された回転を減速してケース21またはキャリア35から取り出すようにしたが、この発明においては、ケースまたはキャリアに入力された回転を増速してクランクピン、クランクシャフトから取り出すようにしてもよい。また、クランクピン、クランクシャフトの入力端に、例えば複数の平歯車から構成された前段減速機を連結し、入力回転を前段減速機で減速した後、クランクピン、クランクシャフトに入力するようにしてもよい。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、減速・増速時における振動、騒音を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 偏心揺動型変速機の一例を示す正面断面図である。
【図2】 その骨格断面図である。
【図3】 力の作用状態を説明する説明図である。
【図4】 この発明の第1実施形態を示す正面断面図である。
【図5】 偏心揺動型変速機の他の例を示す正面断面図である。
【図6】 図5のIーI矢視断面図である。
【図7】 従来の偏心揺動型変速機を示すその骨格断面図である。
【図8】 平面aにおける力の作用状態を説明する説明図である。
【図9】 平面bにおける力の作用状態を説明する説明図である。
【図10】 力の作用状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
21…ケース 22…内歯
23、24、25…ピニオン 26、27、28…外歯
26a、27a、28a…歯幅中央 35…キャリア
39…柱部 54…偏心回転手段
55…偏心揺動型変速機 60、61、62、63…外歯
60a、61a、62a、63a…歯幅中央
64、65、66、67…ピニオン 71…ケース
72、73、74…伝達ディスク 72a、73a、74a…軸方向中央
75…キャリア 76…偏心回転手段
Claims (4)
- 内周に内歯22を有するケース21と、ケース21内に収納されるとともに、外周に前記内歯22に噛み合う外歯60、61、62、63が形成された4枚のピニオン64、65、66、67と、これらピニオン64、65、66、67の軸方向両外側に配置されるとともに、ケース21との間に軸受40、41がそれぞれ介装された一対の端板部36、37、および、一端が端板部36に複数のボルト38を介して着脱可能に連結され、他端が端板部37に一体的に連結され前記ピニオン64、65、66、67を軸方向に貫通する柱部39から構成されたキャリア35と、両端部がキャリア35の端板部36、37に軸受46、47を介して回転可能に支持されるとともに、中央部に設けられた偏心部48、49、50がピニオン64、65、66、67にころ軸受51、52、53を介装した状態で挿入されたクランクピン45を有し、両側に位置する同位相の2枚のピニオン64、67と中央部に位置する同位相の2枚のピニオン65、66とを 180度だけ位相をずらした状態で偏心回転させる偏心回転手段54とを備え、前記中央部に位置する2枚のピニオン65、66の歯幅中央61a、62aから両側に位置する2枚のピニオン64、67の歯幅中央60a、63aまでの距離を同一としたことを特徴とする偏心揺動型変速機。
- 前記4枚のピニオン64、65、66、67の肉厚を全て同一とした請求項1記載の偏心揺動型変速機。
- 円筒状のケース71と、ケース71内に収納されるとともに、外周がケース71の内周に転がり接触し、ケース71の内径より小径である4枚の伝達ディスクと、これら伝達ディスクの軸方向両外側に配置されるとともに、ケース71との間に軸受40、41がそれぞれ介装された一対の端板部36、37、および、一端が端板部36に複数のボルト38を介して着脱可能に連結され、他端が端板部37に一体的に連結され前記伝達ディスクを軸方向に貫通する柱部39から構成されたキャリア75と、両端部がキャリア75の端板部36、37に軸受46、47を介して回転可能に支持されるとともに、中央部に設けられた偏心部48、49、50が伝達ディスクにころ軸受51、52、53を介装した状態で挿入されたクランクピン45を有し、両側に位置する同位相の2枚の伝達ディスクと中央部に位置する同位相の2枚の伝達ディスクとを 180度だけ位相をずらした状態で偏心回転させる偏心回転手段76とを備え、前記中央部に位置する2枚の伝達ディスクの外周の軸方向中央から両側に位置する2枚の伝達ディスクの外周の軸方向中央までの距離を同一としたことを特徴とする偏心揺動型変速機。
- 前記4枚の伝達ディスクの肉厚を全て同一とした請求項3記載の偏心揺動型変速機。
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