JP5739713B2 - ローラ式変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピンローラ群と外歯歯車との係合によるローラ式変速装置に係り、とりわけ高精度で大きな減速比を実現できるように改良したローラ式変速装置に関する。

一般の差動形変速装置としては、特許文献１、２、３に示す減速機があり、産業用ロボットの片持ちアームに適用するため、高回転・低トルクの駆動モータに大きな減速比を与えるように改良されている。

この種の減速機は、サイクロイド系曲線から形成された波状の外歯を有する歯付き円盤（外歯歯車）と中心部に偏心軸（偏心体軸）を設けた円管状の固定部（内歯歯車）とを備えている。固定部は、歯付き円盤の外周囲に配置され、その内周に多数のピンを周方向に沿って等間隔に配置している。歯付き円盤の外歯は固定部のピンに対応するもので、外歯の歯数はピンの本数よりも一つだけ少なく設定している。

減速運転時、歯付き円盤の外歯は、各ピンに対して乗り越えるようにしてピンの１ピッチ分だけ回転する。外歯が一つのピンを乗り越えるのは、偏心軸が一回転した時であるから、歯付き円盤の減速比は、歯数の逆数（１／歯数）で表される。歯付き円盤の歯数が４０の場合、減速比は１／４０となるので、大きな減速比を達成することができる。

特開２００６−３００３３８号公報 特開２００６−３２９４３１号公報 特開平１−１６９１５４号公報

しかしながら、特許文献１〜３のいずれの減速機でも、円管状の固定部（内歯歯車）の内周に、Ｕ字状の取付溝が等間隔に形成され、これらの取付溝にピンを埋設するものと考えられる。取付溝の製作時、等間隔性をはじめ、真直性、幅および深さ寸法を正確に揃えるには、研磨作業などの微調整を含む多数の加工工程が必要となり、加工工数が増加する。また、隣接する取付溝同士の間には、一定の距離が必要になるため、固定部を径小化することが難しく全体の小型化が実現できない要因となっている。

また、偏心運動と自転運動とを同時に行う歯付き円盤から自転運動のみを取り出す機構として、整動板に形成した複数の穴部と穴部に対応するピンとを組み合わせた整動機構が用いられているが、整動板やピンを設けない簡易な構造の整動機構を実現することも模索されていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的はピンローラの歯間ピッチ精度が高く、歯形寸法が高精度で均一であり、面粗さが均等となって、正確で円滑な減速運動が得られるとともに、組立工数が少なく、小型化でき、コスト的に有利で量産化に好適となるローラ式変速装置を提供することにある。

（請求項１について）
ハウジングは、途中部分に偏心軸部を有するシャフトを回転可能に支持するように設けられている。固定リングは、所定幅寸法の円形内周面を有し、ハウジングにシャフトと同芯になるように設けられている。回転体は、シャフトと同芯になるように固定され、外周縁部に固定リングに対して同芯となる回転リングを整動リングとして有している。
変速ピンローラ群は所定数のピンローラから成り、外側面を固定リングの内周壁に線接触させながら互いが隣接する位置で周方向に圧接されて全体が円形配列となるように固定されている。整動ピンローラ群は所定数のピンローラから成り、外側面を回転リングの内周壁に線接触させながら互いが隣接する位置で周方向に圧接されて全体が円形配列となるように固定されている。
伝動リング部材は、変速ピンローラ群および整動ピンローラ群内で、シャフトの偏心軸部に回転可能に嵌められ、シャフトの回転に伴い、公転運動と自転運動から成る偏心回転運動を行う。変速外歯歯車は、伝動リング部材の外周縁部の一端部に、サイクロイド系曲線に沿って形成され、変速ピンローラ群のうち複数のピンローラと常に係合する外歯を有するように全周に連続して設けている。
整動外歯歯車は、伝動リング部材の外周縁部の他端部に、円弧曲線に沿って形成されて整動ピンローラ群のうち複数のピンローラと常に係合する外歯を有するように全周に沿って連続して設けている。整動外歯歯車における外歯の円弧直径は、整動ピンローラ群のローラ直径と偏心軸部の偏心量の２倍を加えた大きさとする整動部を構成する。
また、変速ピンローラ群のピンローラの数と変速外歯歯車の歯数との差は整数差となるように設定されている。

上記構成では、固定リングの内周壁に変速ピンローラ群を圧接により円形配列するとともに、回転リングの内周壁に整動ピンローラ群を圧接により円形配列している。この場合、ピンローラには、ころがり軸受けなどに使用される寸法精度の高い円筒ローラやニードルローラを適用することができる。
このため、変速ピンローラ群および整動ピンローラ群が内歯として働き、バックラッシが極小で、ピンローラの歯間ピッチ精度が高く、歯形寸法が高精度で均一であり、面粗さが均等となり、変速ピンローラ群に対する変速外歯歯車の係合精度および整動ピンローラ群に対する整動外歯歯車の係合精度がそれぞれ向上して正確で円滑な減速運動が得られる。

変速ピンローラ群および整動ピンローラ群の組み付けにあたっては、ピンローラを固定リングおよび回転リングの各内周壁に圧接により円形配列するだけでよく、組付工数が少なくなり、円形配列が周密になって全体の小型化を図ることができる。ピンローラは、一般的に単価が安くてコスト的に有利となり、変速ピンローラ群および整動ピンローラ群への組付作業が容易となって量産化に好適となる。

変速ピンローラ群のうち複数のピンローラと変速外歯歯車の複数の外歯とが噛合い接触部として常に係合するとともに、整動ピンローラ群のうち複数のピンローラと整動外歯歯車の複数の外歯とが噛合い接触部として常に係合するため、噛合い接触部の伝達トルクが大きく磨耗も少ない。
例えば、ベアリング鋼をピンローラに適用することにより、変速ピンローラ群および整動ピンローラ群に高い強度を付与することができる。

また、整動外歯歯車における外歯の円弧直径は、整動ピンローラ群のローラ直径と偏心軸部の偏心量の２倍を加えた大きさとしている。この場合、外歯の円弧直径をＤとし、ローラ直径をｄとして偏心量をｅと置いて、Ｄ＝ｄ＋２ｅという寸法関係を設定するだけで、伝動リング部材の偏心回転運動から自転運動のみを取り出す整動部を構成することができる。この結果、整動板の穴部にピンを組み合わせた整動機構と比較して構造が簡素になり、全体の小型化に資する。

（請求項２について）
請求項２が請求項１と異なるところは、伝動リング部材における外周縁部の他端部に形成した整動リングに整動ピンローラ群を圧接により円形配列し、回転リングの外周縁部に、外歯を全周に連続形成した整動外歯歯車を設けたことである。そして、整動ピンローラ群のうち複数のピンローラと整動外歯歯車の複数の外歯とが常に係合するようにしている。
このように、伝動リング部材と回転リングに対して、整動リングと整動外歯歯車とを請求項１とは逆の位置に形成した請求項２でも、請求項１と同様な効果が得られる。

（請求項３について）
変速外歯歯車を伝動リング部材における外周縁部の一端部に代わって、整動リングの外周縁部に形成し、固定リングを変速外歯歯車の外周囲でハウジングの内周面に回転リングと同芯となるように形成したことである。
この場合、固定リング、変速ピンローラ群、変速外歯歯車、整動リング、整動ピンローラ群および整動外歯歯車が相互に同心となって重なり合うため、これら６者が成す横幅寸法が小さくなって全体を軸方向に短縮化することができる。

（請求項４について）
変速ピンローラ群の一端面には、環状のリテーナが同芯となるようにあてがわれ、変速ピンローラ群の各ピンローラの中心部に溶接などの取付手段により固定されている。整動ピンローラ群の一端面にも、環状のリテーナが同芯となるようにあてがわれ、整動ピンローラ群の各ピンローラの中心部に溶接などの取付手段により固定されている。
環状のリテーナを設けたことにより、変速ピンローラ群の円形配列状態および整動ピンローラ群の円形配列状態をそれぞれ強固に維持することができる。

（請求項５について）
整動リングと整動ピンローラ群、ならびに固定リングと変速ピンローラ群とは一体的に形成されている。これにより、整動ピンローラ群および変速ピンローラ群による円弧状の歯面形成を迅速かつ容易に製作することができる。

（請求項６について）
整動リングと整動ピンローラ群、ならびに固定リングと変速ピンローラ群とは焼結合金により一体的に形成されている。この場合、請求項５と同様な効果が得られる上に、焼結合金を用いているため、一体成形の作業が容易になる。

（請求項７について）
整動リングと整動ピンローラ群、ならびに固定リングと変速ピンローラ群とはプラスチック材料により一体的に形成されている。このため、請求項５と同様な効果が得られる上に、全体の軽量化を達成することができる。

（請求項８について）
整動ピンローラ群のピンローラおよび変速ピンローラ群のピンローラの各直径を１ｍｍ以下に設定するとともに、全長を１５〜４０ｍｍとして外径が１２〜２５ｍｍとなるように設定している。これにより、超小型のローラ式変速装置を実現させることができ、産業用ロボットの関節などの狭小領域部に適用することができる。

（請求項９について）
ハウジングは、途中部分に偏心軸部を有するシャフトを回転可能に支持するように設けられている。固定リングは、ハウジングにシャフトと同芯になるように設けられ、所定幅寸法の円形内周面を有する。回転体は、シャフトと同芯になるように固定され、外周縁部に固定リングに対して同芯となる回転リングを整動リングとして有している。変速ピンローラ群は所定数のピンローラから成り、固定リングの内周壁に外側面を線接触させながら互いが隣接する位置で周方向に圧接されて全体が円形配列となるように固定されている。伝動リング部材は、変速ピンローラ群内でシャフトの偏心軸部に回転可能に嵌められ、シャフトの回転に伴い、公転運動と自転運動から成る偏心回転運動を行う。
変速外歯歯車は、伝動リング部材の外周縁部の一端部に設けられ、サイクロイド系曲線に沿って形成されて変速ピンローラ群のうち複数のピンローラと常に係合する外歯を有するように全周に沿って連続して設けている。
変速ピンローラ群のピンローラの数と変速外歯歯車の歯数との差を整数差に設定し、伝動リング部材の外周縁部の他端部と回転リングの開口端面との間に整動機構部を設け、運転作動時に伝動リング部材の偏心回転運動から自転運動のみを取り出して回転リングに伝えるようにしている。

上記構成では、整動機構部を設けたので、運転作動時に伝動リング部材の偏心回転運動から自転運動のみを取り出して回転リングに出力として伝えることができる。この他については、請求項１と同様な効果が得られる。

（請求項１０について）
ハウジングは、途中部分に偏心軸部を有するシャフトを回転可能に支持するように設けられている。固定リングは、所定幅寸法の円形内周面を有し、ハウジングにシャフトと同芯になるように設けられている。回転体は、シャフトと同芯になるように固定され、外周縁部に固定リングに対して同芯となる回転リングを有している。
変速ピンローラ群は、所定数のピンローラから成り、外側面を固定リングの内周壁に線接触させながら互いが隣接する位置で周方向に圧接されて全体が円形配列となるように固定されている。伝動リング部材は、固定リングと回転体との間に配置され、シャフトの偏心軸部に回転可能に嵌められ、シャフトの回転に伴い、公転運動と自転運動から成る偏心回転運動を行う。変速外歯歯車は、伝動リング部材における外周縁部の一端部に、サイクロイド系曲線に沿って形成されて変速ピンローラ群のうち複数のピンローラと常に係合する外歯を有するように全周に沿って連続して設けている。
変速ピンローラ群のピンローラの数と変速外歯歯車の歯数との差を整数差に設定し、伝動リング部材における外周縁部の他端部と回転リングの開口端面との間に整動機構部を設け、運転作動時に伝動リング部材の偏心回転運動から自転運動のみを取り出して回転リングに伝えるようにしている。

上記構成でも、整動機構部を設けたので、運転作動時の伝動リング部材から自転運動のみを取り出して回転リングに出力として伝えることができる。この他については、請求項２と同様な効果が得られる。

（請求項１１について）
整動機構部は、伝動リング部材の外周縁部および回転リングの開口端面のうち、いずれか一方に所定の円周上に沿って形成された複数の円形穴と、他方に円形穴に対応するように立設され、円形穴の内周縁に摺接するピンとを備えている。円形穴の直径をピンの直径と偏心軸部の偏心量の２倍を加えた大きさに設定している。

整動機構部は、伝動リング部材および回転リングのいずれか一方に円形穴を形成し、他方にピンを設ける簡素な構成となり、製作し易く組立性が向上してコスト的に有利である。

（請求項１２について）
整動機構部はオルダム軸継手を構成し、整動板は、伝動リング部材の外周縁部と回転リングの開口端面との間に配置されている。整動板の一面部に第１突条部および他面部に第２突条部がそれぞれ径方向に沿って交差するように形成されている。第１条溝部は、伝動リング部材の外周縁部に径方向に沿って形成され、第１突条部は第１条溝部に摺動可能に嵌め込まれている。第２条溝部は、回転リングの開口端面に径方向に沿って形成され、第２突条部は第２条溝部に摺動可能に嵌め込まれている。

整動機構部に既存のオルダム軸継手を適用したので、整動機構部は入手し易い既存のものでよく、簡素な構成で小型化が図り易くなり、コスト的にも有利である。

ローラ式変速装置の縦断面図である（実施例１）。 回転リング、整動ピンローラ群、伝動リング部材、シャフト、固定リングおよび変速ピンローラ群を示す分解斜視図である（実施例１）。 （ａ）は回転リングの正面図、（ｂ）は固定リングの正面図である（実施例１）。 （ａ）、（ｂ）は整動ピンローラ群を圧入により回転リングの内周壁に円形配列する手順を示す正面図および斜視図である（実施例１）。 （ａ）、（ｂ）は環状のリテーナを整動ピンローラ群に取り付ける手順を示す斜視図である（実施例２）。 ローラ式変速装置の縦断面図である（実施例３）。 ローラ式変速装置の縦断面図である（実施例４）。 超小型にしたローラ式変速装置を示す縦断面図である（実施例５）。 ローラ式変速装置の縦断面図である（実施例６）。 回転リング、整動機構部、伝動リング部材、シャフトおよび固定リングを示す分解斜視図である（実施例６）。 ローラ式変速装置の縦断面図である（実施例７）。 回転リング、整動機構部の整動板、伝動リング部材、シャフトおよび固定リングを示す分解斜視図である（実施例７）。

本発明において、固定リングに変速ピンローラ群を圧接により円形配列し、回転リングに整動ピンローラ群を圧接により円形配列する構成を各実施例に基づいて具体化する。

〔実施例１の構成〕
図１ないし図４に基づいて本発明の実施例１を説明する。
ローラ式変速装置１を示す図１において、筒状のハウジング２は、第１ハウジング部２ａと第２ハウジング部２ｂとを軸方向に突き合わせた構成となっている。筒状のハウジング２内には、軸方向に沿ってシャフト３がハウジング２と同芯になるように配置されている。

シャフト３は、第１ハウジング部２ａの開口部に軸受４により回転可能に支持されている。シャフト３の一端部は、径小寸法の入力軸部３ａを備え、途中部分は偏心軸部３ｂを有し、他端部は径大寸法の支軸部３ｃを形成している。シャフト３の入力軸部３ａと偏心軸部３ｂとの間には、軸受４に隣接するバランス用の錘体３ｄを一体に形成している。

偏心軸部３ｂの軸芯Ｅ２は、シャフト３の軸芯Ｅ１から偏心量ｅだけ芯ずれしており、シャフト３の回転に伴って偏心軸部３ｂが偏心回転運動を行うようになっている。
環状の伝動リング部材５は、ハウジング２内で偏心軸部３ｂに軸受６により回転可能に嵌め込まれている。

伝動リング部材５における外周縁部の一端部には、例えばトロコイド曲線に沿う外輪郭を有する外歯７ａを全周に連続形成した変速外歯歯車７を設けている。伝動リング部材５における外周縁部の他端部には、例えば円弧曲線に沿う外輪郭を有する外歯８ａを全周に連続形成したヒイラギ葉状の整動外歯歯車８を設けている。
変速外歯歯車７における外歯７ａおよび整動外歯歯車８における外歯８ａの各歯数は、例えば互いに同一となる３０枚にそれぞれ設定されている。

変速外歯歯車７の外周囲には、内周壁１０ａに変速ピンローラ群１１を円形配列した固定リング１０がシャフト３と同芯となるように配置されている。このため、固定リング１０内の変速外歯歯車７は、固定リング１０に対して偏心量ｅだけ芯ずれした状態に位置する。
固定リング１０は第１ハウジング部２ａの一部を成し、その内周壁１０ａを所定幅寸法の円形内周面としている。変速ピンローラ群１１は、図２にも示すように、互いに円柱状をした同一のピンローラ１１ａから成る。

各ピンローラ１１ａは、図３（ａ）にも示すように、外側面を固定リング１０の内周壁１０ａに線接触させながら、互いが隣接する位置で基礎円Ｐ１に沿って周方向に隙間なく圧接することにより固定されている。
変速ピンローラ群１１におけるピンローラ１１ａの全数は、例えば３１本に設定されている。固定リング１０に対する変速ピンローラ群１１の固定方法は、後述する整動リング１７に対する整動ピンローラ群１８の固定方法と同様である。

この状態で、変速外歯歯車７のうち複数の外歯７ａは、噛合い接触部として変速ピンローラ群１１のうち複数のピンローラ１１ａと常に係合するように設定されている。例えば、全ての外歯７ａのうち二個の外歯が全てのピンローラ１１ａのうち二本のピンローラと常に係合するようになっている。
すなわち、変速ピンローラ群１１のうち複数のピンローラ１１ａと変速外歯歯車７の同数の外歯７ａとが噛合い接触部として常に係合する。

図１において、碗状を成す回転体１２は、ハウジング１内に位置する回転リング１３とハウジング２外に位置する出力軸１２ａとから成る。回転リング１３の一端開口部は、径大リング部１３ａと径小リング部１３ｂとから成る二段円筒状に形成されている。
出力軸１２ａは、シャフト３の入力軸部３ａと同軸に配され、第２ハウジング部２ｂの開口部で軸受１４により回転可能に支持されている。
回転リング１３の径小リング部１３ｂは、軸受１５によりシャフト３の支軸部３ｃに回転可能に支持され、径小リング部１３ｂと第２ハウジング部２ｂの内周面との間には、軸受１６が同芯となるように配置されている。

回転リング１３の径大リング部１３ａは、軸方向に沿って固定リング１０に対向するように配置されている。径大リング部１３ａの内周壁１３ｃに整動ピンローラ群１８を円形配列した整動リング１７として一体的に構成されている。

整動ピンローラ群１８は、図３（ｂ）にも示すように、互いに同一のピンローラ１８ａから成る。各ピンローラ１８ａは、外側面を整動リング１７の内周壁１３ｃに線接触させながら、互いが隣接する位置で基礎円Ｐ２に沿って周方向に隙間なく圧接することにより固定されている。整動ピンローラ群１８におけるピンローラ１８ａの全数は、整動外歯歯車８における外歯８ａの全数と同じく３０本に設定されている。

この状態で、整動外歯歯車８の複数の外歯８ａが噛合い接触部として働き、整動ピンローラ群１８のうち複数のピンローラ１８ａと常に係合するように設定されている。
例えば、全ての外歯８ａのうち二個の外歯が全てのピンローラ１８ａのうち二本のピンローラと常に係合するように配されている。

すなわち、整動ピンローラ群１８のうち複数のピンローラ１８ａと整動外歯歯車８の同数の外歯８ａとが噛合い接触部として常に係合する。
また、整動外歯歯車８における外歯８ａの円弧直径Ｄは、整動ピンローラ群１８のローラ直径ｄと偏心軸部３ｂの偏心量ｅの２倍を加えた大きさに設定されている（Ｄ＝ｄ＋２ｅ）。

整動ピンローラ群１８を整動リング１７内に固定する際、図４（ａ）に示すように、３０本のピンローラ１８ａの中心を連結して形成した基礎円Ｐ２に沿って周方向に集合させる。そして、図４（ｂ）に示すように、挟み辺部Ｔ１、Ｔ２から成る専用工具としてのバイスＴを用いて、残った一本のピンローラ１８ａを隣接する二本のピンローラ１８ａ間に強制的に圧入する（締めばめ工法）。
これを実現させるためには、円形に集合させたピンローラ１８ａが成す理論上の周長寸法よりも整動リング１７の基礎円Ｐ２の周長寸法を僅かに小さく設定しておくものである。

なお、締めばめ工法の代わりに、加熱により予め熱膨張させた整動リング１７内に整動ピンローラ群１８を圧入する焼きばめ工法を用いてもよい。また、ピンローラ１８ａ同士を溶接などにより接合固定したり、整動ピンローラ群１８と整動リング１７との間に接着剤を補助的固定手段として設けてもよい。

上記構成において、駆動モータ（図示せず）により、シャフト３の入力軸部３ａを回転駆動すると、偏心軸部３ｂが偏心回転運動を行い、伝動リング部材５に軸受６を介して伝える。これにより、変速外歯歯車７は、図３（ａ）に示すように、外歯７ａを変速ピンローラ群１１のピンローラ１１ａに係合させつつピンローラ１１ａをスライドして乗り越え、減速されながら自転運動と公転運動とから成る転頭運動を行う。

変速外歯歯車７の転頭運動は、伝達リング部材５を介して整動外歯歯車８に伝わり、公転運動と自転運動とから成る複合運動を付与する。
この複合運動に伴い、整動外歯歯車８は、図３（ｂ）に示すように、外歯８ａを整動ピンローラ群１８のピンローラ１８ａに係合させつつピンローラ１８ａと同期してスライドし、複合運動のうち自転運動のみを整動リング１７に伝え、回転リング１３を介して出力軸１２ａに伝達する。

これにより、出力軸１２ａに連結された産業ロボット用のアーム（図示せず）が旋回変位などを行い、製造工程で部品の搬送などの作業を行う。
この場合、入力軸部３ａに対する出力軸１２ａの減速比Ｒは下記の具体例から算出される。
Ｒ＝１−（ＪＫ／ＬＭ）
但し、Ｊは変速ピンローラ群１１におけるピンローラ１１ａの数（３１本）、
Ｌは変速外歯歯車７の歯数（３０枚）、
Ｋは整動ピンローラ群１８におけるピンローラ１８ａの数（３０本）、
Ｍは整動外歯歯車８の歯数（３０枚）。

これにより、Ｒ＝１−（３０×３１／３０×３０）となり、−１／３０といった高い減速比が得られる。この減速比Ｒの演算結果は負であるため、出力軸１２ａの回転方向が入力軸部３ａの回転方向と逆になることを意味している。
ピンローラ１１ａの数Ｊ、変速外歯歯車７の歯数Ｌ、ピンローラ１８ａの数Ｋおよび整動外歯歯車８の歯数Ｍは、上記の具体例に限らない。すなわち、ピンローラ１１ａの数Ｊと変速外歯歯車７の歯数Ｌとの差が一つに限らず整数差であれば、所望の数値に設定することができる。例えば、Ｊ＝３０本、Ｌ＝２８枚、Ｋ＝２８本、Ｍ＝２８枚、あるいはＪ＝２９本、Ｌ＝２６枚、Ｋ＝２５本、Ｍ＝２５枚といったように任意に変更することができる。
ただし、ピンローラ１８ａの数Ｋと整動外歯歯車８の歯数Ｍとは、１対１となるように等しく設定する必要がある。

〔実施例１の効果〕
上記構成では、固定リング１０の内周壁１０ａに変速ピンローラ群１１を圧接により円形配列するとともに、整動リング１７の内周壁１３ｃに整動ピンローラ群１８を圧接により円形配列している。この場合、ピンローラ１８ａには、ころがり軸受けなどに使用される寸法精度の高い円筒ローラやニードルローラ（図示せず）を適用することができる。

このため、変速ピンローラ群１１および整動ピンローラ群１８が内歯として働き、バックラッシが極小で、ピンローラ１１ａ（１８ａ）の歯間ピッチ精度が高く、歯形寸法が高精度で均一であり、面粗さが均等となり、変速ピンローラ群１１に対する変速外歯歯車７の係合精度および整動ピンローラ群１８に対する整動外歯歯車８の係合精度がそれぞれ向上して正確で円滑な減速運動が得られる。

変速ピンローラ群１１および整動ピンローラ群１８の組み付けにあたっては、ピンローラ１１ａを固定リング１０の内周壁１０ａに、ピンローラ１８ａを整動リング１７の内周壁１３ｃに圧接によりそれぞれ円形配列することでよく、組付工数が少なくなり、円形配列が周密になって全体の小型化を図ることができる。ピンローラ１１ａ、１８ａは、一般的に単価が安くてコスト的に有利となり、変速ピンローラ群１１および整動ピンローラ群１８への組付作業が容易となって量産化に好適となる。

変速ピンローラ群１１のうち複数のピンローラ１１ａと変速外歯歯車７の同数の外歯７ａとが噛合い接触部として常に係合するとともに、整動ピンローラ群１８のうち複数のピンローラ１８ａと整動外歯歯車８の同数の外歯８ａとが噛合い接触部として常に係合するため、噛合い接触部の伝達トルクが大きく磨耗も少ない。
例えば、ベアリング鋼をピンローラに用いることにより、変速ピンローラ群１１および整動ピンローラ群１８に高い強度を付与することができる。

また、整動外歯歯車８における外歯８ａの円弧直径Ｄは、整動ピンローラ群１８のローラ直径ｄと偏心軸部３ｂの偏心量ｅの２倍を加えた大きさに設定されている（Ｄ＝ｄ＋２ｅ）。
このため、Ｄ＝ｄ＋２ｅという寸法関係を設定するだけで、伝動リング部材５の偏心回転運動、すなわち整動外歯歯車８の複合運動から自転運動のみを取り出す整動部を構成することができ、整動板の穴部にピンを組み合わせた整動機構と比較して構造が簡素になり、全体の小型化に資する。

〔実施例２の構成〕
図５は本発明の実施例２を示す。実施例２が実施例１と異なるところは、整動ピンローラ群１８に、ピンローラ１８ａの直径ｄと等しい幅寸法Ｈで環状に形成された金属製のリテーナ１９を設けたことである｛図５（ａ）参照｝。
すなわち、整動ピンローラ群１８の一端面には、図５（ｂ）に示すように、環状のリテーナ１９が同芯となるようにあてがわれ、各ピンローラ１８ａの各中心部に溶接Ｇｐ（抵抗溶接、ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接あるいはレザー溶接）などの取付手段により固定されている。
実施例２では、リテーナ１９により整動ピンローラ群１８の円形配列状態を強固に維持することができる。

また、変速ピンローラ群１１の一端面にも、実施例２と同様のリテーナ（図示せず）をあてがって、各ピンローラ１１ａの各中心部に溶接Ｇｐなどの取付手段により固定してもよい。ピンローラ１８ａの直径ｄとリテーナ１９の幅寸法Ｈとは等しくなくてもよく、リテーナ１９の幅寸法Ｈはピンローラ１８ａの直径ｄよりも小さく設定してもよい。

〔実施例３の構成〕
図６は本発明の実施例３を示す。実施例３が実施例１と異なるところは、整動外歯歯車８に代わって、伝動リング部材５における外周縁部の他端部に整動リング２０を設け、整動ピンローラ群１８に代わって、回転リング１３の径大リング部１３ａに整動外歯歯車２１を設けたことである。
すなわち、整動リング２０内には、ピンローラ２２ａから成る整動ピンローラ群２２を設け、径大リング部１３ａの外周には、整動外歯歯車２１の外歯２１ａを周方向に連続形成している。

整動ピンローラ群２２のうち複数のピンローラ２２ａと整動外歯歯車２１の複数の外歯２１ａと常に係合するようにしている。
このように、整動リング２０と整動外歯歯車２１とを実施例１とは内外逆の位置に形成した実施例３でも、実施例１と同様な効果が得られる。

〔実施例４の構成〕
図７は本発明の実施例４を示す。実施例４が実施例３と異なるところは、伝動リング部材５における外周縁部の一端部に代わって、外歯２３ａを有する変速外歯歯車２３を整動リング２０の外周縁部に形成し、固定リング１０を変速外歯歯車２３の外周囲でハウジング２の内周面２ｓに回転リング１３と同芯となるように配置したことである。

これにより、固定リング１０、変速ピンローラ群１１、変速外歯歯車２３、整動リング２０、整動ピンローラ群２２および整動外歯歯車２１が相互に同芯となって径方向に重なり合うため、これら６者が成す横幅寸法が小さくなって全体を軸方向に短縮化することができる。

〔実施例５の構成〕
図８は本発明の実施例５を示す。実施例５が実施例１と異なるところは、ピンローラ１１ａ、１８ａの各直径を、例えば１ｍｍ以下に設定することにより、ローラ式変速装置１を超小型に製作したことである。
すなわち、実施例１のハウジング２の代わりに、一体形の管状ハウジング２４を設け、シャフト３の軸長である全長Ｗを１５〜４０ｍｍとし、管状ハウジング２４の外径Ｕが１２〜２５ｍｍとなるように設定されている。これにより、超小型のローラ式変速装置２５が実現し、産業用ロボットの関節などの狭小領域部に適用することができる。なお、図８におけるローラ式変速装置２５は、便宜上、実寸よりも拡張して示している。

〔実施例６の構成〕
図９および図１０は本発明の実施例６を示す。実施例６が実施例１と異なるところは、外歯８ａ、整動外歯歯車８、整動ピンローラ群１８および径大リング部１３ａを省略し、これらに代わって整動機構部２６を設けたことである。
整動機構部２６は、図９に示すように、伝動リング部材５における外周縁部の他端部５Ａと回転リング１３の開口端面１３Ａとの間に設けられ、運転作動時に伝動リング部材５の偏心回転運動から自転運動のみを取り出して回転リング１３に伝える。

すなわち、整動機構部２６において、伝動リング部材５の他端部５Ａは、図１０に示すように、所定の円周Ｐｘ上に沿って８個の円形穴２７を形成し、回転リング１３の開口端面１３Ａに、円形穴２７に対応するピン２８を垂直方向に立設している。円形穴の直径Ｅｘは、ピン２８の直径Ｅｙと偏心軸部３ｂの偏心量ｅの２倍を加えた大きさ（Ｅｘ＝Ｅｙ＋２ｅ）に設定され、ピン２８が円形穴２７の内周縁に摺接するようにしている。

伝動リング部材５の偏心回転運動に伴い、円形穴２７の内周縁がピン２８の外周縁を摺動するが、伝動リング部材５の公転運動が空動きとなるため、伝動リング部材５の自転運動のみが出力として回転リング１３に伝わる。
実施例６では、実施例１と同様な効果が得られる他、整動機構部２６を設けたので、運転作動時の伝動リング部材５から自転運動のみを取り出して回転リング１３に出力として伝えることができる。

整動機構部２６においては、回転リング１３にピン２８を設け、伝動リング部材５に円形穴２７を形成する簡素な構成となり、製作し易く組立性が向上してコスト的に有利である。
なお、実施例６では、伝動リング部材５に円形穴２７を形成し、回転リング１３にピン２８を設けたが、逆に伝動リング部材５にピンを設け、回転リング１３に円形穴を形成してもよい。円形穴２７は８個に限らず、例えば４個〜３２個の範囲内で種々に変更可能であるが、使用状況や取付対象などに応じて所望の個数に設定してもよい。ピン２８には、円形穴２７の内周縁に摺接する管状のブッシュ（図示せず）を被せてもよい。

〔実施例７の構成〕
図１１および図１２は本発明の実施例７を示す。実施例７が実施例６と異なるところは、整動機構部３３をオルダム軸継手としたことである（図１１参照）。
すなわち、整動機構部３３において、円形リング状の整動板３４が伝動リング部材５における外周縁部の他端部５Ａと回転リング１３の開口端面１３Ａとの間に設けられている（図１２参照）。整動板３４の一面部には、径方向に沿って一対の第１突条部３４ａが形成されており、他面部にも径方向に沿って一対の第２突条部３４ｂが形成されている。

伝動リング部材５の他端部５Ａには、径方向に沿って一対の第１条溝部３５が形成され、回転リング１３の開口端面１３Ａには、径方向に沿って一対の第２条溝部３６が形成されている。第１突条部３４ａは、第１条溝部３５に摺動可能に嵌め込まれ、第２突条部３４ｂは第２条溝部３６に摺動可能に嵌め込まれている。

第１突条部３４ａと第２突条部３４ｂとは、所定の角度（例えば９０度または３５〜１２５度の範囲）で交差する関係にあり、伝動リング部材５の偏心回転運動に伴い、整動板３４の第１突条部３４ａが第１条溝部３５に沿って摺動するとともに、第２突条部３４ｂが第２条溝部３６に沿って摺動する。
これにより、伝動リング部材５の公転運動が空動きとなるため、伝動リング部材５の自転運動のみが回転リング１３に出力として伝わる。

実施例７では、整動機構部３３にオルダム軸継手を適用したので、整動機構部３３は入手し易い既存のものでよく、簡素な構成で小型化が図り易くなり、コスト的にも有利である。
なお、実施例７では、伝動リング部材５に第１条溝部３５を形成し、回転リング１３に第２条溝部３６を形成し、整動板３４に第１突条部３４ａおよび第２突条部３４ｂを設けたが、逆に伝動リング部材５に第１突条部を設け、回転リング１３に第２突条部を形成し、整動板３４に第１条溝部および第２条溝部を形成してもよい。

〔変形例〕
（ａ）実施例１における整動リング１７と整動ピンローラ群１８とは、一体成形による一体物であってもよい。固定リング１０と変速ピンローラ群１１とも一体成形による一体物であってもよい。この場合には、整動ピンローラ群１８および変速ピンローラ群１１による円弧状の歯面形成を迅速かつ容易に製作することができる。

（ｂ）整動リング１７と整動ピンローラ群１８とについては、両者を焼結合金により一体的に形成してもよい。固定リング１０と変速ピンローラ群１１とについても、両者は焼結合金による一体物であってもよい。この場合、上記の変形例（ａ）と同様な効果が得られる上に、一体成形の作業が迅速で容易になる。
（ｃ）実施例６、７の整動機構部２６、３３は、実施例３〜５のローラ式変速装置１に適用してもよい。
（ｄ）実施例７における第１突条部３４ａと第２突条部３４ｂとが交差する角度は、３５〜１２５度の範囲に限らず、使用状況や適用対象に応じて所望に設定してもよい。

（ｅ）整動リング１７と整動ピンローラ群１８、ならびに固定リング１０と変速ピンローラ群１１とはプラスチック材料により一体的に形成してもよい。これにより、上記の（ａ）と同様な効果が得られる上に、全体の軽量化を達成することができる。
プラスチック材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）などの合成樹脂の他、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴＦ）、あるいはポリプロエチレン（ＰＰＥ）などのエンジニアリングプラスチックを適用することができる。

（ｆ）変速外歯歯車７における外歯７ａの外輪郭は、トロコイド曲線に沿って形成したが、トロコイド曲線に限らず、ペリトロコイド曲線、エピサイクロイド曲線あるいはハイポサイクロイド曲線などサイクロイド系曲線であればよい。
（ｇ）変速ピンローラ群１１および整動ピンローラ群１８における円柱状のピンローラ１１ａ、１８ａの代わりに、両端部から中央部に近づくにつれて次第に径小となる鼓状のピンローラを用いてもよい。

本発明のローラ式変速装置では、固定リングの内周壁に変速ピンローラ群を圧接により円形配列するとともに、回転リングの内周壁に整動ピンローラ群を圧接により円形配列している。変速ピンローラ群および整動ピンローラ群が内歯として働き、バックラッシが極小で、ピンローラの歯間ピッチ精度が高く、歯形寸法が高精度で均一であり、変速ピンローラ群に対する変速外歯歯車の係合精度および整動ピンローラ群に対する整動外歯歯車の係合精度がそれぞれ向上して正確で円滑な減速運動が得られる。このため、変速装置に円滑な減速運動および高い精度を求める需要者の増加に伴い、関連部品の流通を介して機械産業へ適用することができる。

１ ローラ式変速装置
２ ハウジング
３ シャフト
３ａ 入力軸部
３ｂ 偏心軸部
３ｃ 支軸部
５ 伝動リング部材
５Ａ 伝動リング部材の他端部
７、２３ 変速外歯歯車
７ａ、２３ａ 変速外歯歯車の外歯
８、２１ 整動外歯歯車
８ａ、２１ａ 整動外歯歯車の外歯
１０ 固定リング
１０ａ 固定リングの内周壁
１１ 変速ピンローラ群
１１ａ 変速ピンローラ群のピンローラ
１２ 回転体
１３ 回転リング
１３Ａ 回転リングの開口端面
１３ａ 径大リング部
１３ｃ 整動リングの内周壁
１７、２０ 整動リング
１８、２２ 整動ピンローラ群
１８ａ、２２ａ 整動ピンローラ群のピンローラ
１９ リテーナ
２５ 超小型のローラ式変速装置
２６、３３ 整動機構部
２７ 円形穴
２８ ピン
３４ 整動板
３４ａ 第１突条部
３４ｂ 第２突条部
３５ 第１条溝部
３６ 第２条溝部
Ｅ１ シャフトの軸芯
Ｅ２ 偏心軸部の軸芯
ｅ 偏心軸部の偏心量
Ｇｐ 溶接（取付手段）

Claims (12)

1. 途中部分に偏心軸部を有するシャフトを回転可能に支持するように設けられたハウジングと、
   前記ハウジングに前記シャフトと同芯になるように設けられ、所定幅寸法の円形内周面を有する固定リングと、
   前記シャフトと同芯になるように固定され、外周縁部に前記固定リングに対して同芯となる回転リングを整動リングとして有する回転体と、
   前記固定リングの内周壁に外側面を線接触させながら互いが隣接する位置で周方向に圧接されて全体が円形配列となるように固定された所定数のピンローラから成る変速ピンローラ群と、
   前記回転リングの内周壁に外側面を線接触させながら互いが隣接する位置で周方向に圧接されて全体が円形配列となるように固定された所定数のピンローラから成る整動ピンローラ群と、
   前記変速ピンローラ群および前記整動ピンローラ群内で、前記シャフトの前記偏心軸部に回転可能に嵌められ、前記シャフトの回転に伴い、公転運動と自転運動から成る偏心回転運動を行う伝動リング部材と、
   前記伝動リング部材の外周縁部の一端部に、サイクロイド系曲線に沿って形成され、前記変速ピンローラ群のうち複数のピンローラと常に係合する外歯を有するように全周に連続して設けた変速外歯歯車と、
   前記伝動リング部材の外周縁部の他端部に、円弧曲線に沿って形成されて前記整動ピンローラ群のうち複数のピンローラと常に係合する外歯を有するように全周に沿って連続して設けた整動外歯歯車とを備え、
   前記整動外歯歯車における前記外歯の円弧直径は、前記整動ピンローラ群のローラ直径と前記偏心軸部の偏心量の２倍を加えた大きさであり、かつ前記変速ピンローラ群のピンローラの数と前記変速外歯歯車の歯数との差が整数差であることを特徴とするローラ式変速装置。
2. 途中部分に偏心軸部を有するシャフトを回転可能に支持するように設けられたハウジングと、
   前記ハウジングに前記シャフトと同芯になるように設けられ、所定幅寸法の円形内周面を有する固定リングと、
   前記シャフトと同芯になるように固定され、外周縁部に前記固定リングに対して同芯となる回転リングを有する回転体と、
   前記固定リングの内周壁に外側面を線接触させながら互いが隣接する位置で周方向に圧接されて全体が円形配列となるように固定された所定数のピンローラから成る変速ピンローラ群と、
   前記固定リングと前記回転体との間に配置され、前記シャフトの前記偏心軸部に回転可能に嵌められ、前記シャフトの回転に伴い、公転運動と自転運動から成る偏心回転運動を行う伝動リング部材と、
   前記伝動リング部材における外周縁部の一端部に、サイクロイド系曲線に沿って形成されて前記変速ピンローラ群のうち複数のピンローラと常に係合する外歯を有するように全周に連続して設けた変速外歯歯車と、
   前記伝動リング部材における外周縁部の他端部に形成され、前記回転リングに対応して設けられた整動リングと、
   前記整動リングの内周壁に外側面を線接触させながら互いが隣接する位置で周方向に圧接されて全体が円形配列となるように固定された所定数のピンローラから成る整動ピンローラ群と、
   前記回転体の前記回転リングの外周縁部に、円弧曲線に沿って形成されて前記整動ピンローラ群のうち複数のピンローラと常に係合する外歯を有するように全周に沿って連続して設けた整動外歯歯車とを備え、
   前記整動外歯歯車の円弧直径は、前記整動ピンローラ群のローラ直径と前記偏心軸部の偏心量の２倍を加えた大きさとする整動部を構成し、
   前記変速ピンローラ群のピンローラの数と前記変速外歯歯車の歯数との差が整数差であることを特徴とするローラ式変速装置。
3. 前記変速外歯歯車を前記伝動リング部材における前記外周縁部の一端部に代わって、前記整動リングの外周縁部に形成し、前記固定リングを前記変速外歯歯車の外周囲で前記ハウジングの内周面に前記回転リングと同芯となるように形成し、前記固定リング、前記変速ピンローラ群、前記変速外歯歯車、前記整動リング、前記整動ピンローラ群および前記整動外歯歯車が相互に同心となって重なり合うことを特徴とする請求項２に記載のローラ式変速装置。
4. 前記変速ピンローラ群の一端面および前記整動ピンローラ群の一端面には、環状のリテーナがそれぞれ同芯となるようにあてがわれ、溶接などの取付手段により、前記変速ピンローラ群の各ピンローラの中心部および前記整動ピンローラ群の各ピンローラの中心部に固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のローラ式変速装置。
5. 前記整動リングと前記整動ピンローラ群、ならびに前記固定リングと前記変速ピンローラ群とは一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のローラ式変速装置。
6. 前記整動リングと前記整動ピンローラ群、ならびに前記固定リングと前記変速ピンローラ群とは焼結合金により一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のローラ式変速装置。
7. 前記整動リングと前記整動ピンローラ群、ならびに前記固定リングと前記変速ピンローラ群とはプラスチック材料により一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のローラ式変速装置。
8. 前記整動ピンローラ群のピンローラおよび前記変速ピンローラ群のピンローラの各直径を１ｍｍ以下に設定するとともに、全長を１５〜４０ｍｍとして外径が１２〜２５ｍｍとなるように設定したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載のローラ式変速装置。
9. 途中部分に偏心軸部を有するシャフトを回転可能に支持するように設けられたハウジングと、
   前記ハウジングに前記シャフトと同芯になるように設けられ、所定幅寸法の円形内周面を有する固定リングと、
   前記シャフトと同芯になるように固定され、外周縁部に前記固定リングに対して同芯となる回転リングを整動リングとして有する回転体と、
   前記固定リングの内周壁に外側面を線接触させながら互いが隣接する位置で周方向に圧接されて全体が円形配列となるように固定された所定数のピンローラから成る変速ピンローラ群と、
   前記変速ピンローラ群内で前記シャフトの前記偏心軸部に回転可能に嵌められ、前記シャフトの回転に伴い、公転運動と自転運動から成る偏心回転運動を行う伝動リング部材と、
   前記伝動リング部材の外周縁部の一端部に、サイクロイド系曲線に沿って形成されて前記変速ピンローラ群のうち複数のピンローラと常に係合する外歯を有するように全周に沿って連続して設けた変速外歯歯車とを備え、
   前記変速ピンローラ群のピンローラの数と前記変速外歯歯車の歯数との差を整数差に設定し、
   前記伝動リング部材の外周縁部の他端部と前記回転リングの開口端面との間に整動機構部を設け、運転作動時に前記伝動リング部材の前記偏心回転運動から前記自転運動のみを取り出して前記回転リングに伝えるようにしたことを特徴とするローラ式変速装置。
10. 途中部分に偏心軸部を有するシャフトを回転可能に支持するように設けられたハウジングと、
    前記ハウジングに前記シャフトと同芯になるように設けられ、所定幅寸法の円形内周面を有する固定リングと、
    前記シャフトと同芯になるように固定され、外周縁部に前記固定リングに対して同芯となる回転リングを有する回転体と、
    前記固定リングの内周壁に外側面を線接触させながら互いが隣接する位置で周方向に圧接されて全体が円形配列となるように固定された所定数のピンローラから成る変速ピンローラ群と、
    前記固定リングと前記回転体との間に配置され、前記シャフトの前記偏心軸部に回転可能に嵌められ、前記シャフトの回転に伴い、公転運動と自転運動から成る偏心回転運動を行う伝動リング部材と、
    前記伝動リング部材における外周縁部の一端部に、サイクロイド系曲線に沿って形成されて前記変速ピンローラ群のうち複数のピンローラと常に係合する外歯を有するように全周に沿って連続して設けた変速外歯歯車とを備え、
    前記変速ピンローラ群のピンローラの数と前記変速外歯歯車の歯数との差を整数差に設定し、
    前記伝動リング部材における外周縁部の他端部と前記回転リングの開口端面との間に整動機構部を設け、運転作動時に前記伝動リング部材の前記偏心回転運動から前記自転運動のみを取り出して前記回転リングに伝えるようにしたことを特徴とするローラ式変速装置。
11. 前記整動機構部は、前記伝動リング部材の外周縁部および前記回転リングの開口端面のうち、いずれか一方に所定の円周上に沿って形成された複数の円形穴と、他方に前記円形穴に対応するように立設され、前記円形穴の内周縁に摺接するピンとを備えており、前記円形穴の直径を前記ピンの直径と前記偏心軸部の偏心量の２倍を加えた大きさに設定したことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のローラ式変速装置。
12. 前記整動機構部はオルダム軸継手を構成し、前記伝動リング部材の外周縁部と前記回転リングの開口端面との間に配置され、一面部に第１突条部および他面部に第２突条部がそれぞれ径方向に沿って交差するように形成された整動板と、
    前記伝動リング部材の外周縁部に径方向に沿って形成され、前記第１突条部を摺動可能に嵌め込む第１条溝部と、
    前記回転リングの開口端面に径方向に沿って形成され、前記第２突条部を摺動可能に嵌め込む第２条溝部とから成ることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のローラ式変速装置。
    

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