JP4224849B2

JP4224849B2 - 減速機構

Info

Publication number: JP4224849B2
Application number: JP2003042437A
Authority: JP
Inventors: 守田村
Original assignee: 守田村
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: JP2004251374A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、大容量、大減速比を容易に実現することができる減速機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一軸構造でありながら大きな減速比を実現することができる減速機構として、いわゆるハーモニックドライブ機構が知られている。
【０００３】
このものは、楕円カムの外周に薄肉のボールベアリングを嵌合する内部材と、内部材を挿入する弾性変形可能な薄肉カップ状の中間部材と、中間部材の外周のスプラインが噛合する内歯付きの外部材とを同軸に組み立てて構成されている。なお、外部材の内歯数は、中間部材のスプライン数より２だけ多くなっている。そこで、このものは、たとえば外部材を固定し、内部材と一体の入力軸を回転させると、楕円カムの外周に従ってボールベアリングの外輪と中間部材とが同時に弾性変形し、楕円カムの長軸の両端に相当する位置のスプラインが外部材の内歯に噛合して両者の噛合位置が順次移動して行くため、内部材の１回転当り、中間部材が歯数差２相当だけ逆方向に回転し、中間部材と一体の出力軸を回転させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術によるときは、中間部材は、弾性変形可能な薄肉カップ状に形成されており、外周のスプラインと外部材の内歯とを噛合させる構造であるから、入力軸から出力軸に伝達可能なトルクが小さく、大容量化を図ることが極めて困難であるという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、楕円カムの外周のローラリンクと、ガイドプレート、内歯プレートとを組み合わせることによって、伝達トルクに実質的な制限がない減速機構を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、楕円カムと、ローラを介して楕円カムの外周に接するローラリンクと、楕円カムと同軸のガイドプレート、内歯プレートとを備えてなり、ガイドプレートは、ローラリンクのローラ用の各ピンに対応するガイド孔を円形に配列し、内歯プレートは、ローラリンクのピン本数より多い歯数の内歯を円形に形成し、ローラリンクの各ピンは、楕円カムの回転に伴い、各ガイド孔、内歯の双方を介してガイドされ、内歯の歯溝に進退してガイドプレート、内歯プレートを相対回転させることをその要旨とする。
【０００７】
なお、内歯プレートを固定し、楕円カムを入力軸、ガイドプレートを出力軸とすることができ、ガイドプレートを固定し、楕円カムを入力軸、内歯プレートを出力軸とすることができる。
【０００８】
また、内歯プレートは、ローラリンクの各ピンの両端に対応する一対を設けてもよい。
【０００９】
さらに、ローラリンクは、楕円カム、ガイドプレートの両外側にリンクプレートを有するローラリンクチェーンとしてもよく、楕円カム、ガイドプレートの両外側と中間とにリンクプレートを有するローラチェーンとしてもよい。
【００１０】
【作用】
かかる発明の構成によるときは、ローラを介して楕円カムの外周に接するローラリンクは、楕円カムを回転させることにより、楕円カムの長軸の両端に相当する部分が外側に膨らみ、短軸の両端に相当する部分が内側に縮むように連続的に滑らかに変形する。そこで、ローラリンクのローラ用の各ピンは、ガイドプレートの各ガイド孔、内歯プレートの内歯の双方を介してガイドされ、内歯の歯面に沿ってころがり接触しながら内歯の歯底から歯先に亘って歯溝に進退し、楕円カムの１回転当り、ローラリンクのピン本数、すなわちガイドプレートのガイド孔数と、内歯プレートの歯数との差に相当するだけガイドプレート、内歯プレートを互いに相対回転させることができる。
【００１１】
なお、ローラリンクの各ピンは、ガイドプレートの各ガイド孔に対応しているから、ローラリンク、ガイドプレートは、相対移動することがない。したがって、楕円カムを入力軸とし、ガイドプレート、内歯プレートの一方を固定して他方を出力軸とすることにより、大減速比の減速機構を形成することができる。
【００１２】
内歯プレートの歯数は、一般にローラリンクのピン本数に対し、２以上の任意の偶数だけ多くすることができる。しかし、楕円カムの回転を滑らかにし、内歯プレートの歯数、ローラリンクのピン本数を最少に抑えるために、ローラリンクのピン本数を４の倍数とし、内歯プレートの歯数をピン本数より２だけ多くすることが好ましい。なお、内歯プレートの各内歯の歯形は、円形断面のローラリンクの各ピンが歯面に沿って滑らかにころがり接触するように、適切に設定するものとする。また、ガイドプレートの各ガイド孔は、内歯の歯面に対するローラリンクの各ピンの滑らかなころがり接触を維持するとともに、楕円カムの１回転当り、ローラリンクの各ピンの位置を所定量だけシフトさせるために、ほぼ楕円形の適切な形状に設定するものとする。
【００１３】
なお、ローラリンクは、等ピッチのローラを楕円カムの外周に沿って相対移動させ、ローラ用のピンを介してガイドプレート、内歯プレートを相対回転させるから、たとえば十分な強度のローラリンクチェーンとして構成することにより、入力軸、出力軸間の伝達トルクを必要十分に大きくすることができる。ただし、各ローラの連結手段は、リンクプレートに代えて、リンクロッドを含む任意の形状の部材を使用してもよい。
【００１４】
内歯プレートは、ローラリンクのローラ用の各ピンの両端に対応する一対を設けることにより、各ピンの両端を適確にガイドし、各ピンの傾きを防止して、入力軸、出力軸間の伝達トルクを一層増大させることができる。
【００１５】
ローラリンクは、楕円カム、ガイドプレートの両外側にそれぞれ一対のリンクプレートを配設することにより、２列のリンクプレートを有する単列のローラリンクチェーンとして構成することができ、楕円カム、ガイドプレートの両外側に加えて、その中間にもそれぞれ一対のリンクプレートを配設することにより、３列のリンクプレートを有し、１列のローラを有する強力なローラリンクチェーンとして構成することができる。ただし、ここでいう一対のリンクプレートとは、内リンクプレート、外リンクプレートをいう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
減速機構は、楕円カム１１と、ローラリンク２０と、ガイドプレート１２、内歯プレート１３、１３とを備えてなり（図１、図２）、楕円カム１１、ガイドプレート１２、内歯プレート１３、１３は、互いに同軸に配列され、ケーシング３０に一体に組み込まれている。
【００１８】
楕円カム１１には、前方の軸１１ａと、後方の段付きの軸１１ｂとが付設されている。前方の軸１１ａは、ガイドプレート１２の軸１２ａの後端にブッシュ１２ｂを介して相対回転自在に挿入されており、後方の軸１１ｂは、ベアリング１１ｃを介し、ケーシング３０のベアリングケース３１によって回転自在に支持されている。なお、ベアリング１１ｃの外側には、シールカバー３２を介してオイルシール１１ｄが装着されている。
【００１９】
ガイドプレート１２の段付きの軸１２ａは、ベアリング１２ｃ、１２ｃを介し、ケーシング３０のベアリングケース３３によって回転自在に支持されている。なお、ベアリング１２ｃ、１２ｃの間には、スペーサリング１２ｄ、１２ｄが介装され、ベアリング１２ｃ、１２ｃの外側には、シールカバー３４を介してオイルシール１２ｅが装着されている。
【００２０】
ケーシング３０は、大径のスペーサリング３５を介し、両側の一対の内歯プレート１３、１３とともに、前後のベアリングケース３１、３３を一体にボルト締めして組み立てられている。
【００２１】
ローラリンク２０は、ローラ２１、２１…を介して楕円カム１１の外周に接するローラリンクチェーンとして構成されている（図３、図４）。ローラ２１、２１…用のピン２２、２２…は、楕円カム１１、ガイドプレート１２の両外側を通る前後２列各一対のリンクプレート２３、２３…を屈曲自在に連結しており、各ピン２２には、ローラ２１に加えて、内歯プレート１３、１３に対応する両端のブッシュ２４、２４、ガイドプレート１２に対応する中間のブッシュ２５の他、一方のリンクプレート２３、２３とローラ２１との間にスペーサ２６が装着されている。ただし、ブッシュ２４、２４、２５は、それぞれの外径ｄが同一に揃えられている。また、ローラリンク２０のピン２２、２２…のピン本数Ｚt は、４の倍数に設定されている。
【００２２】
ガイドプレート１２には、ローラリンク２０のローラ２１、２１…用の各ピン２２に対応するほぼ楕円形のガイド孔１２ｆ、１２ｆ…が円形に配列して形成されている（図２、図５）。ガイドプレート１２は、各ガイド孔１２ｆの長軸が楕円カム１１の中心を通り、各２個のガイド孔１２ｆ、１２ｆ…の長軸が楕円カム１１の長軸、短軸上にあるように配置されている。また、楕円カム１１の長軸上のガイド孔１２ｆ、１２ｆ内のピン２２、２２は、それぞれブッシュ２５を介してガイド孔１２ｆの外側の頂点に接し、短軸上のガイド孔１２ｆ、１２ｆ内のピン２２、２２は、それぞれブッシュ２５を介して内側の頂点に接するものとする。
【００２３】
各内歯プレート１３には、内歯１３ａ、１３ａ…が円形に形成されている（図２、図６）。内歯１３ａ、１３ａ…の歯数Ｚは、ローラリンク２０のピン本数Ｚt ＝２０に対し、Ｚ＝Ｚt ＋２＝２２となっている。なお、内歯プレート１３、１３は、それぞれ各２個の内歯１３ａ、１３ａの歯底が楕円カム１１の長軸上にあり、各２個の内歯１３ａ、１３ａの歯先が楕円カム１１の短軸上にあるように配置されている。また、楕円カム１１の長軸上のピン２２、２２は、それぞれブッシュ２４を介して内歯１３ａ、１３ａの歯底に接し、短軸上のピン２２、２２は、それぞれ内歯１３ａ、１３ａの歯先に接するものとする。
【００２４】
そこで、楕円カム１１、ガイドプレート１２、各内歯プレート１３の相対位置関係を一括して図示すると、図７のとおりである。
【００２５】
図７において、楕円カム１１を同図の矢印方向に回転させると、ローラリンク２０は、楕円カム１１の長軸の両端に相当する部分が外側に膨らみ、短軸の両端に相当する部分が内側に縮むように連続的に変形し、したがって、ローラリンク２０の各ピン２２は、対応するガイドプレート１２のガイド孔１２ｆ、内歯プレート１３の内歯１３ａの双方にガイドされ、内歯１３ａ、１３ａ…の歯面に沿って、歯底から歯先に亘って歯溝に進退する。ここで、内歯１３ａ、１３ａ…の歯数Ｚは、ピン２２、２２…のピン本数Ｚt に対し、Ｚ＝Ｚt ＋２であるから、楕円カム１１が１／２回転すると、ピン２２、２２…は、内歯１３ａ、１３ａ…の１ピッチ相当だけシフトして、ガイドプレート１２、内歯プレート１３、１３を相対回転させることができる。
【００２６】
すなわち、ケーシング３０を介して内歯プレート１３、１３を固定し、楕円カム１１の軸１１ｂを入力軸とすると、ガイドプレート１２の軸１２ａを出力軸として、減速比Ｒ＝−（Ｚ−Ｚt ）／Ｚ＝−２／Ｚを実現することができる。ただし、減速比Ｒの符号（−）は、出力軸の回転方向が入力軸の逆方向であることを示す。また、ガイドプレート１２を固定し、ケーシング３０を介して内歯プレート１３、１３を出力軸とすると、減速比Ｒ＝（Ｚt −Ｚ）／Ｚt ＝−２／Ｚt を実現することができる。そこで、ピン本数Ｚt 、歯数Ｚ＝Ｚt ＋ｎ（ただし、ｎは、２以上の正の偶数）を任意に設定することにより、任意の減速比Ｒを実現することができる。
【００２７】
【他の実施の形態】
楕円カム１１、ガイドプレート１２は、大小のベアリング１２ｇ、１２ｈを介し、相対回転自在に薄形に組み合わせることができる（図８、図９）。楕円カム１１の前方の軸１１ａは、省略されており、ガイドプレート１２の軸１２ａは、楕円カム１１側にも延長され、ベアリング１２ｇ、１２ｈを介し、楕円カム１１の後方の軸１１ｂ内に挿入されて二重軸を形成している。なお、楕円カム１１の後方の軸１１ｂの後端には、外部の駆動チェーンＴを巻き掛けるスプロケット１１ｅが付設されており、ベアリング１２ｈの外側には、オイルシール１２ｊが装着されている。また、ローラリンク２０は、楕円カム１１、ガイドプレート１２の両外側と中間とを通る３列各一対のリンクプレート２３、２３…を有するローラリンクチェーンとして構成されている（図１０、図１１）。
【００２８】
楕円カム１１、ガイドプレート１２、内歯プレート１３、１３、ローラリンク２０の相対関係を前実施の形態と同様に設定することにより、全く同様に作動させることができ、ローラリンク２０の強度を十分大きくして、入力軸、出力軸間の伝達トルクを一層大きくすることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、楕円カムの外周のローラリンクと、ガイドプレート、内歯プレートとを組み合わせることによって、ローラリンクのローラ用の各ピンは、楕円カムの回転に伴い、ガイドプレートの各ガイド孔、内歯プレートの内歯の双方を介してガイドされ、内歯の歯溝に進退して、ローラリンクのピン本数、内歯の歯数の差に従ってガイドプレート、内歯プレートを相対回転させることができるから、所定の大減速比を実現するとともに、大きなトルクを入力軸から出力軸に伝達することができ、伝達トルクに実質的な制限がないという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】全体構成縦断面図
【図２】全体構成分解斜視図
【図３】要部切欠斜視組立図
【図４】図１の要部拡大相当図
【図５】動作説明図（１）
【図６】動作説明図（２）
【図７】動作説明図（３）
【図８】他の実施の形態を示す図１相当図
【図９】図８の全体構成分解斜視図
【図１０】図８の要部切欠斜視組立図
【図１１】図８の要部拡大相当図
【符号の説明】
Ｚt …ピン本数
Ｚ…歯数
１１…楕円カム
１２…ガイドプレート
１２ｆ…ガイド孔
１３…内歯プレート
１３ａ…内歯
２０…ローラリンク
２１…ローラ
２２…ピン

Claims

楕円カムと、ローラを介して前記楕円カムの外周に接するローラリンクと、前記楕円カムと同軸のガイドプレート、内歯プレートとを備えてなり、前記ガイドプレートは、前記ローラリンクのローラ用の各ピンに対応するガイド孔を円形に配列し、前記内歯プレートは、前記ローラリンクのピン本数より多い歯数の内歯を円形に形成し、前記ローラリンクの各ピンは、前記楕円カムの回転に伴い、前記各ガイド孔、内歯の双方を介してガイドされ、前記内歯の歯溝に進退して前記ガイドプレート、内歯プレートを相対回転させることを特徴とする減速機構。
前記内歯プレートを固定し、前記楕円カムを入力軸、前記ガイドプレートを出力軸とすることを特徴とする請求項１記載の減速機構。
前記ガイドプレートを固定し、前記楕円カムを入力軸、前記内歯プレートを出力軸とすることを特徴とする請求項１記載の減速機構。
前記内歯プレートは、前記ローラリンクの各ピンの両端に対応する一対を設けることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の減速機構。
前記ローラリンクは、前記楕円カム、ガイドプレートの両外側にリンクプレートを有するローラリンクチェーンとすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載の減速機構。
前記ローラリンクは、前記楕円カム、ガイドプレートの両外側と中間とにリンクプレートを有するローラチェーンとすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載の減速機構。