JP5860549B2 - Method for manufacturing crown gear reduction mechanism - Google Patents

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Description

本発明は、クラウンギア同士の噛み合いによって回転を伝達するクラウンギア減速機構の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a crown gear reduction mechanism that transmits rotation by meshing between crown gears.

本発明者らは、シンプルな構造でありながら高い減速比と低バックラッシを実現することのできる減速機構として、図１０に示す構成のクラウンギア減速機構を提案している。   The present inventors have proposed a crown gear reduction mechanism having a configuration shown in FIG. 10 as a reduction mechanism capable of realizing a high reduction ratio and low backlash with a simple structure.

このクラウンギア減速機構は、特許第４５１１６３５号公報でも開示されているように、外部部材に固定されるクラウンギアからなるステータ１０２と、このステータ１０２との歯数差が１であるクラウンギアからなるロータ１０４とを備えたものである。そして、軸まわりに回転駆動される押付機構１０６によって、ロータ１０４をステータ１０２側に押し付け、ロータ１０４とステータ１０２を噛み合わせている。このとき、ロータ１０４がステータ１０２に対して僅かに傾き、且つ、その噛み合い箇所が傾倒中心線を挟む左右２箇所に分散するように、互いの歯を設定している。ロータ１０４は、可撓性のスポーク１０８とハブ１１０を介して出力軸１１２に連結されている。   As disclosed in Japanese Patent No. 4511635, the crown gear speed reduction mechanism is composed of a stator 102 made of a crown gear fixed to an external member and a crown gear having a tooth number difference of 1 from the stator 102. And a rotor 104. Then, the rotor 104 is pressed against the stator 102 by the pressing mechanism 106 that is driven to rotate about the axis, and the rotor 104 and the stator 102 are engaged with each other. At this time, the teeth of the rotor 104 are set so that the rotor 104 is slightly tilted with respect to the stator 102 and the meshing portions are dispersed in two left and right positions sandwiching the tilt center line. The rotor 104 is connected to the output shaft 112 via a flexible spoke 108 and a hub 110.

前記構成から成るクラウンギア減速機構においては、モータ等の動力によって押付機構１０６を回転させることで、ロータ１０４が、ステータ１０２に対して噛み合う箇所を周方向に移動させながら、歳差運動を行う。この歳差運動に伴って各スポーク１０８が弾性変形しながら、ロータ１０４から出力軸１１２へと回転を伝達する。これにより、モータ等から押付機構１０６に入力される回転が、出力軸１１２を通じて高減速比で出力される。しかも、このクラウン減速機構によれば、左右の２箇所で常に歯が噛み合うため、低バックラッシが実現される。また、このクラウン減速機構は、押付機構１０６、ロータ１０４、ステータ１０２及び出力軸１１２等の各部材を軸方向に重ねるシンプルな構造であることから、全体の小径化にも有利である。   In the crown gear reduction mechanism configured as described above, the pressing mechanism 106 is rotated by the power of a motor or the like, so that the rotor 104 performs precession while moving the portion meshed with the stator 102 in the circumferential direction. Along with this precession, each spoke 108 is elastically deformed and transmits rotation from the rotor 104 to the output shaft 112. Thereby, the rotation input from the motor or the like to the pressing mechanism 106 is output through the output shaft 112 at a high reduction ratio. Moreover, according to this crown reduction mechanism, the teeth are always meshed at the two left and right locations, so that low backlash is realized. In addition, the crown reduction mechanism has a simple structure in which members such as the pressing mechanism 106, the rotor 104, the stator 102, and the output shaft 112 are stacked in the axial direction, which is advantageous in reducing the overall diameter.

図１０に示す従来のクラウンギア減速機構は、傾倒中心線を挟む左右両側の箇所において、それぞれ歯が一枚ずつ噛み合う構造であって、多数の歯が同時に噛み合う構造ではない。そのため、従来のクラウンギア減速装置には、機構全体の強度、剛性、耐久性の点において改善の余地があった。   The conventional crown gear speed reduction mechanism shown in FIG. 10 has a structure in which teeth are meshed one by one at positions on both the left and right sides with respect to the tilt center line, and is not a structure in which a large number of teeth are meshed simultaneously. Therefore, the conventional crown gear reduction device has room for improvement in terms of the strength, rigidity, and durability of the entire mechanism.

本発明は、この点に鑑みて発明したものであって、クラウンギア減速機構の強度、剛性、耐久性を一層高めることを、課題とする。   This invention is invented in view of this point, and makes it a subject to improve the intensity | strength, rigidity, and durability of a crown gear reduction mechanism further.

そして、前記課題を解決するために、本発明を、下記構成を具備したクラウンギア減速機構の製造方法とする。 And in order to solve the said subject, let this invention be the manufacturing method of the crown gear reduction mechanism which comprised the following structure.

つまり、本発明は、クラウンギア減速機構の製造方法であって、前記クラウンギア減速機構は、クラウンギアからなるステータと、前記クラウンギアに対してωだけ傾いて位置する別のクラウンギアからなるロータと、前記ロータに連結される出力軸とを備える。前記ステータは、ＮＳ枚のステータ歯が環状に配列されたステータ歯列を有する。前記ロータは、Ｎ枚のロータ歯が環状に配列されたロータ歯列を有する。ＮＳとＮは差が１である。前記ロータが、前記ロータの傾倒中心線を挟む左右両側の箇所（領域）において、それぞれ前記ステータ歯に前記ロータ歯を噛み合わせながら、所定の歳差運動を行う。 In other words, the present invention is a method of manufacturing a crown gear reduction mechanism, wherein the crown gear reduction mechanism is a stator made up of a crown gear and a rotor made up of another crown gear that is inclined with respect to the crown gear by ω. And an output shaft coupled to the rotor. The stator has a stator dentition N S single stator teeth are arranged in a ring. The rotor has a rotor tooth row in which N rotor teeth are arranged in an annular shape. The difference between NS and N is 1. The rotor performs a predetermined precession while engaging the rotor teeth with the stator teeth at left and right sides (regions) sandwiching the tilt center line of the rotor.

本発明のクラウンギア減速機構の製造方法においては、前記ＮＳ及びＮの値と、前記ロータの傾きωから導出される前記所定の歳差運動の式に基づき、前記ステータ歯列を、前記ロータが前記所定の歳差運動を行ったときの前記ロータ歯の軌跡に沿うように創成することによって、前記ステータ歯と前記ロータ歯を、前記傾倒中心線を挟む左右両側の箇所において、それぞれ複数枚が常に噛み合って駆動に寄与する形状に設計したことを特徴とする。 In the production method of the crown gear reduction mechanism of the present invention, the value of the N S and N, based on the predetermined equation of precession derived from the slope ω of said rotor, said stator teeth, the rotor Are created so as to follow the locus of the rotor teeth when the predetermined precession is performed, so that a plurality of the stator teeth and the rotor teeth are respectively provided at the left and right sides sandwiching the tilt center line. It is characterized in that it is designed in a shape that always meshes and contributes to driving.

前記ロータ歯は、円錐台状または円錐状の外形を有することが好ましい。   The rotor teeth preferably have a frustoconical or conical outer shape.

また、前記ステータ歯列は、全ての前記ロータ歯が前記ステータ歯列と接触するように創成されることも好ましい。   It is also preferable that the stator tooth row is created so that all the rotor teeth are in contact with the stator tooth row.

本発明の一実施形態のクラウンギア減速機構の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the crown gear reduction mechanism of one Embodiment of this invention. 同上のクラウンギア減速機構でのステータとロータの関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the relationship between the stator and rotor in a crown gear reduction mechanism same as the above. ステータとロータの噛み合いモデルを示す図である。It is a figure which shows the meshing model of a stator and a rotor. 回転行列ＲＺ（θＯ）を説明する図である。It is a figure explaining rotation matrix RZ ((theta) O ). 回転行列ＲＬ（ｖ，ω）を説明する図である。It is a figure explaining rotation matrix R L (v, ω). ロータ歯の円錐モデルを示す図である。It is a figure which shows the conical model of a rotor tooth. ロータ歯とステータの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a rotor tooth | gear and a stator. Ｎ＝５０，ＮＳ＝４９，ρｔ／ρｇ＝０．０２，ω＝０．０２０［ｒａｄ］，α＝０［ｒａｄ］の設定で創成されたステータ歯列を示す図である。 N = 50, N S = 49 , ρ t / ρ g = 0.02, ω = 0.020 [rad], a diagram showing the stator teeth, which is created by the setting of α = 0 [rad]. 同上の設定で創成されたステータ歯列と、これに噛み合うロータ歯列を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the stator tooth row | line created by the setting same as the above, and the rotor tooth row | line | mesh which meshes with this. 従来のクラウンギア減速機構の斜視図である。It is a perspective view of the conventional crown gear reduction mechanism.

本発明を詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。   In order to describe the present invention in detail, it will be described with reference to the accompanying drawings.

図１には、本発明の一実施形態のクラウンギア減速機構を示している。このクラウンギア減速機構は、固定側のクラウンギアであるステータ２と、このステータ２に噛み合いながら歳差運動を行う可動側のクラウンギアであるロータ４とを備える。ステータ２とロータ４は、互いに対向して配置する。   FIG. 1 shows a crown gear reduction mechanism according to an embodiment of the present invention. The crown gear reduction mechanism includes a stator 2 that is a fixed-side crown gear, and a rotor 4 that is a movable-side crown gear that engages with the stator 2 and performs precession. The stator 2 and the rotor 4 are arranged to face each other.

ステータ２のロータ４側をむく対向面上には、多数のステータ歯６を円環状に配列している。ここではＮＳ枚のステータ歯６を周方向に等間隔で配列させ、これらＮＳ枚のステータ歯６によってステータ歯列８を形成している。ロータ４のステータ２側をむく対向面上には、多数のロータ歯１０を円環状に配列している。ここではＮ枚のロータ歯１０を周方向に等間隔で配列させ、これらＮ枚のロータ歯１０によってロータ歯列１２を形成している。ＮＳとＮの差は１である。A large number of stator teeth 6 are arranged in an annular shape on the opposite surface of the stator 2 facing the rotor 4 side. Here are arranged at equal intervals N S pieces of stator teeth 6 in the circumferential direction to form a stator teeth 8 by these N S single stator tooth 6. A large number of rotor teeth 10 are arranged in an annular shape on the opposite surface of the rotor 4 facing the stator 2 side. Here, N rotor teeth 10 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and a rotor tooth row 12 is formed by these N rotor teeth 10. The difference between NS and N is 1.

ロータ４には、弾性体からなる弾性ディスク１４を結合させる。この弾性ディスク１４には更に出力軸１６を結合させる。つまり、ロータ４には弾性ディスク１４を介して出力軸１６を結合し、この弾性ディスク１４を撓ませながらロータ４の回転を出力軸１６にまで伝達させる構造である。   An elastic disk 14 made of an elastic body is coupled to the rotor 4. An output shaft 16 is further coupled to the elastic disk 14. That is, the output shaft 16 is coupled to the rotor 4 via the elastic disk 14, and the rotation of the rotor 4 is transmitted to the output shaft 16 while the elastic disk 14 is bent.

また、ロータ４のうち、ロータ歯列１２を設けた面と反対側の面には、押付機構１８を押し付けている。この押付機構１８は、図示略のモータによって回転駆動される入力軸２０と、この入力軸２０の先端に取り付けたプレスロータ２２からなる。プレスロータ２２を介してステータ２に押し付けられたロータ４は、一方向に僅かに傾いた姿勢でロータ４と噛み合う。この姿勢のまま入力軸２０を回転させ、入力軸２０まわりにプレスロータ２２を回転させると、ロータ４は、ステータ２と噛み合いながら歳差運動を行う。ロータ４の歳差運動に伴って弾性ディスク１４が弾性変形し、弾性ディスク１４を介して、中心軸まわりの回転成分が出力軸１６にまで伝達される。   A pressing mechanism 18 is pressed against the surface of the rotor 4 opposite to the surface on which the rotor tooth row 12 is provided. The pressing mechanism 18 includes an input shaft 20 that is rotationally driven by a motor (not shown), and a press rotor 22 attached to the tip of the input shaft 20. The rotor 4 pressed against the stator 2 via the press rotor 22 meshes with the rotor 4 in a slightly inclined posture in one direction. When the input shaft 20 is rotated in this posture and the press rotor 22 is rotated around the input shaft 20, the rotor 4 performs precession while meshing with the stator 2. As the rotor 4 precesses, the elastic disk 14 is elastically deformed, and the rotation component around the central axis is transmitted to the output shaft 16 via the elastic disk 14.

このとき、出力軸１６の回転角をθＯ、入力軸２０の回転角をθｉとすると、減速比は式（１）の関係から得ることができる。At this time, if the rotation angle of the output shaft 16 is θ O and the rotation angle of the input shaft 20 is θ i , the reduction ratio can be obtained from the relationship of the equation (1).

Figure 0005860549
Figure 0005860549

ここで、Ｎ−ＮＳ＝±１であることから、減速比は±Ｎとなる。すなわち、ロータ４が有するロータ歯１０の枚数が減速比となり、同じ歯数の波動歯車装置の倍の減速比を実現することができる。また、ステータ２とロータ４の間の歯数の大小関係によって、出力軸１６の回転方向を選択することができる。例えば、ＮＳ＝４９，Ｎ＝５０であれば、出力軸１６は入力軸２０と同一方向に減速比５０で回転し、ＮＳ＝５１，Ｎ＝５０であれば、出力軸１６は入力軸２０と逆方向に減速比５０で回転する。Here, since N−N S = ± 1, the reduction ratio is ± N. That is, the number of rotor teeth 10 included in the rotor 4 is a reduction ratio, and a reduction ratio twice that of a wave gear device having the same number of teeth can be realized. Further, the rotation direction of the output shaft 16 can be selected depending on the magnitude relationship of the number of teeth between the stator 2 and the rotor 4. For example, if N S = 49, N = 50, the output shaft 16 rotates at the reduction ratio 50 in the same direction as the input shaft 20, and if N S = 51, N = 50, the output shaft 16 is the input shaft. Rotates at a reduction ratio of 50 in the opposite direction to 20.

そして、本実施形態のクラウンギア減速機構では、ロータ４の傾倒中心線を挟む左右両側の箇所（領域）において、それぞれ複数枚の歯同士が噛み合うように、ステータ歯列８とロータ歯列１２を創成している。その具体的な創成方法について、以下に詳しく述べる。   In the crown gear speed reduction mechanism of the present embodiment, the stator tooth row 8 and the rotor tooth row 12 are arranged so that a plurality of teeth are engaged with each other at the left and right sides (regions) sandwiching the tilt center line of the rotor 4. Created. The specific creation method will be described in detail below.

まず、クラウンギア減速機構におけるロータ４の一般的な運動を表現する。図２には、入力軸２０に取り付けたプレスロータ２２の軸のベクトルvｐと、ステータ２に固定された座標系ΣＳとの関係を示している。ｖは、vｐをＸＳ−ＹＳ平面に写像したベクトルである。なお、図２では簡単のためθｉ＝０，θＯ＝０とし、ｖがＹＳと一致する場合を示している。First, general motion of the rotor 4 in the crown gear reduction mechanism is expressed. Figure 2 shows the vector v p of the axis of the press rotor 22 mounted on the input shaft 20, the relationship between the coordinate system sigma S fixed to the stator 2. v is a vector obtained by mapping v p to the X S -Y S plane. For simplicity, FIG. 2 shows a case where θ i = 0 and θ O = 0, and v matches Y S.

図３には、ステータ２とロータ４の関係を示している。この図においても、ｖとＹＳは一致している。図中の実線円はロータ４の参照円４０であり、破線円はステータ２の参照円３０であり、どちらも半径をρｇとする。ロータ４に固定された座標系をΣｒとする。座標系ΣＳ、Σｒは原点が一致し、この原点をＯとする。Ｏを中心する半径ρｇの球面を、参照球面５０とする。FIG. 3 shows the relationship between the stator 2 and the rotor 4. Also in this figure, v and Y S are matched. The solid line circles in the figure is a reference circle 40 of the rotor 4, a broken line circle is a reference circle 30 of the stator 2, both the radius and [rho g. A fixed coordinate system to the rotor 4 and sigma r. The coordinate systems Σ S and Σ r have the same origin, and the origin is set to O. A spherical surface having a radius ρ g centered on O is defined as a reference spherical surface 50.

このとき、ロータ４はｖ周りに角度ωだけ傾き、ロータ４の傾倒中心線は入力軸２０の回転角θｉと共に変化する。傾倒中心線は、図中の線分ＡＢである。Ａは、ロータ４がステータ２に対して最も深く押し付けられる点である。Ｂは、ロータ４がステータ２から最も浮き上がっている点である。そのため、ロータ４の参照円４０上に位置する点Ａと点Ｂを結ぶ線分が、ロータ４の傾倒中心線となる。At this time, the rotor 4 is inclined by an angle ω around v, and the tilt center line of the rotor 4 changes with the rotation angle θ i of the input shaft 20. The tilt center line is a line segment AB in the figure. A is that the rotor 4 is pressed most deeply against the stator 2. B is the point where the rotor 4 is most lifted from the stator 2. Therefore, a line segment connecting point A and point B located on the reference circle 40 of the rotor 4 becomes the tilt center line of the rotor 4.

Σｒから見たロータ４上の点をｒＰｒとし、ΣＳから見たロータ４上の点をＳＰｒとすると、これらの関係は下記の式（２）となる。A point on the rotor 4 as seen from the sigma r and r P r, when a point on the rotor 4 as seen from the sigma S and S P r, these relationships will be equation (2) below.

Figure 0005860549
Figure 0005860549

式（２）中のＲＺ（θＯ）は、ＺＳ周りの回転行列である。これを下記の式（３）と図４に示す。R Z (θ O ) in Equation (2) is a rotation matrix around Z S. This is shown in the following formula (3) and FIG.

Figure 0005860549
Figure 0005860549

なお、式（３）中ではＣｏ＝ｃｏｓθＯ、ＳＯ＝ｓｉｎθＯと略記している。また、式（２）中のＲＬ（ｖ，ω）は、図５に示すようにベクトルｖ周りにω回転させる回転行列であり、一般的に有限回転の式（ロドリグの回転公式）から、下記の式（４）で示される。In Equation (3), C o = cos θ O and S O = sin θ O are abbreviated. In addition, R L (v, ω) in the equation (2) is a rotation matrix that rotates ω around the vector v as shown in FIG. 5, and is generally derived from a finite rotation equation (Rodrigue's rotation formula): It is shown by the following formula (4).

Figure 0005860549
Figure 0005860549

式（４）中のＩは、３×３の単位行列である。ｔｖは、ｖの転置ベクトルである。また、式（４）中ではＣω＝ｃｏｓω、Ｓω＝ｓｉｎωと略記している。また、ｖ＝（ｖｘ，ｖｙ，ｖｚ）としたとき、Ａｖは下記の式（５）の通りとなる。I in Equation (4) is a 3 × 3 unit matrix. t v is the transpose vector of v. Further, in Equation (4), C ω = cos ω and S ω = sin ω are abbreviated. In addition, when v = (v x , v y , v z ), Av is as shown in the following formula (5).

Figure 0005860549
Figure 0005860549

また、θｉｏ＝θｉ−θｏとおき、Ｚｒ軸まわりにθｉｏ回転させる行列をＲｚｒ（θｉｏ）とし、ｖを単位ベクトルとすると、下記の式（６）となる。ここではＣｉｏ＝ｃｏｓθｉｏ、Ｓｉｏ＝ｓｉｎθｉｏと略記している。Further, θ io = θ i -θ o Distant, a matrix for rotating theta io around Z r axis is R zr (theta io), when v and the unit vector, the following equation (6). This is abbreviated C io = cosθ io, and S io = sinθ io.

Figure 0005860549
Figure 0005860549

以上より、式（２）の変換行列はθｉ，θｏ，ωで示すことができる。これはロータ４の一般的な運動を示す式である。ここに式（１）から導かれるθｏ＝±θｉ／Ｎを代入してθｏを消去することで、入出力角度の直線性を満たしたロータ４の動作を表現することができる。From the above, the transformation matrix of Equation (2) can be represented by θ i , θ o , and ω. This is an equation showing the general motion of the rotor 4. By substituting θ o = ± θ i / N derived from equation (1) here and deleting θ o , the operation of the rotor 4 satisfying the linearity of the input / output angle can be expressed.

次いで、ステータ歯列８を創成する方法について示す。ここでのステータ歯列８は、ロータ４が歳差運動を行ったときのロータ歯列１２の軌跡に沿って創成する。ロータ歯列１２をなす各ロータ歯１０のモデルとして、図６に示す円錐形状のモデルを用いる。   Next, a method for creating the stator tooth row 8 will be described. The stator tooth row 8 here is created along the locus of the rotor tooth row 12 when the rotor 4 performs precession. A conical model shown in FIG. 6 is used as a model of each rotor tooth 10 forming the rotor tooth row 12.

一枚のロータ歯１０の参照球面５０による断面形状を、曲線Ｇ（θｉ）とする。回転角θｉの変化と式（２）によって、ΣＳでのＧ（θｉ）が多数求められる。これを曲線族｛Ｇ（θｉ）｝θｉ∈Ｒとする。｛Ｇ（θｉ）｝θｉ∈Ｒと接する曲線は、一般に包絡線と呼ばれる。この包絡線を、ステータ歯列８の参照球面５０による断面形状とすれば、同時に噛み合う歯数を増大させることができる。A cross-sectional shape of one rotor tooth 10 by the reference spherical surface 50 is a curve G (θ i ). A large number of G (θ i ) in Σ S is obtained from the change in the rotation angle θ i and the equation (2). Let this be a family of curves {G (θ i )} θiεR . {G (θ i )} A curve in contact with θiεR is generally called an envelope. If this envelope has a cross-sectional shape by the reference spherical surface 50 of the stator tooth row 8, the number of teeth meshing simultaneously can be increased.

曲線Ｇ（θｉ）としては多様な形状が考えられるが、ここでは上記のようにロータ歯１０を円錐形状とするため、円形状を用いる。この円はロータ４の歳差運動の中心である原点Ｏに収束するので、ロータ歯１０とステータ歯６は線接触が可能となる。Although various shapes can be considered as the curve G (θ i ), a circular shape is used here in order to make the rotor tooth 10 conical as described above. Since this circle converges at the origin O, which is the center of the precession of the rotor 4, the rotor teeth 10 and the stator teeth 6 can be in line contact.

図６に示すように、ロータ歯１０をなす円錐の底面の半径をρｔ、中心をｒＰＥとする。円錐の高さは参照円４０の半径ρｇと一致する。ｒＰＥの位置は、極座標（θｒ，α，ρｇ）を用いて下記の式（７）で示される。As shown in FIG. 6, the radius of the base of the cone forming the rotor teeth 10 [rho t, the center and r P E. The height of the cone coincides with the radius ρ g of the reference circle 40. position of r P E is polar coordinates (θ r, α, ρ g ) using the formula (7) below.

Figure 0005860549
Figure 0005860549

なお、θｒは下記の式（８）で示される。αは、設計上の自由度があることを示しており、不都合がなければ０でよい。In addition, (theta) r is shown by the following formula | equation (8). α indicates that there is a degree of freedom in design, and may be 0 if there is no inconvenience.

Figure 0005860549
Figure 0005860549

ステータ歯列８は、θｉが変化することによって、移動する円錐からなる曲面族と接する包絡面からなる。この様子を図７に示す。原点Ｏから半径ｒｒだけ離れている曲面上の点をｒｐとすると、下記の式（９）で示される。The stator tooth row 8 is composed of an envelope surface in contact with a curved surface group consisting of moving cones by changing θ i . This is shown in FIG. If a point on the curved surface that is separated from the origin O by the radius r r is r p, the following equation (9) is obtained.

Figure 0005860549
Figure 0005860549

式（２）を用いてステータ座標で示すと、下記の式（１０）のようになる。   When expressed in stator coordinates using equation (2), the following equation (10) is obtained.

Figure 0005860549
Figure 0005860549

法線ベクトルをｖｎとすると、下記の式（１１）で示される。When the normal vector and v n, represented by the following formula (11).

Figure 0005860549
Figure 0005860549

なお、式（１１）中のｖｒ（θｉ，ｒｒ）、ｖｓ（θｉ，ｒｒ）は、それぞれ下記の式（１２）、（１３）で示される。Note that v r (θ i , r r ) and v s (θ i , r r ) in the equation (11) are represented by the following equations (12) and (13), respectively.

Figure 0005860549
Figure 0005860549

Figure 0005860549
Figure 0005860549

ここで、半径がｒｒのときのロータ歯１０の半径はρｔｒｒ／ρｇとなるので、ステータ歯列８の曲面は下記の式（１４）となる。Here, since the radius of the rotor tooth 10 when the radius is r r is ρ t r r / ρ g , the curved surface of the stator tooth row 8 is expressed by the following formula (14).

Figure 0005860549
Figure 0005860549

以上を基に、θｉを０からπまで変化させたときのθｒ＝０，ｒｒ＝ρｇの位置のロータ歯１０の軌跡と、ステータ歯列８を形成するために用いる包絡線との関係を、図８に示す。これは、本来は参照球面５０上に描かれるべきものを平面に近似して展開したものである。また、これはＮ＝５０，ＮＳ＝４９，ρｔ／ρｇ＝０．０２，ω＝０．０２０［ｒａｄ］，α＝０［ｒａｄ］で計算している。図８に示す関係は、θｉを０からπまで変化させたときに、ロータ歯１０が、ステータ歯列８の歯底からπ／ＮＳ離れた頂点に至るまで接触し続けることを示す。θｉをπから２πまで変化させると、今度はロータ歯１０がステータ歯列８の頂点から歯底に至るまで、図８と対称な軌跡で接触し続けながら移動する。他のロータ歯１０も位相がずれているだけで同様の動作を行うので、この場合は、結局全ての歯が接触する。Based on the above, the locus of the rotor tooth 10 at the position θ r = 0, r r = ρ g when θ i is changed from 0 to π, and the envelope used to form the stator tooth row 8 The relationship is shown in FIG. This is an expansion of what should be drawn on the reference spherical surface 50 by approximating it to a plane. Moreover, this is calculated by N = 50, N S = 49 , ρ t / ρ g = 0.02, ω = 0.020 [rad], α = 0 [rad]. Relationship shown in FIG. 8, when changing the theta i to the 0 [pi, indicating that the rotor teeth 10, remain in contact until the apex away [pi / N S from the tooth bottom of the stator teeth 8. When θ i is changed from π to 2π, the rotor tooth 10 moves from the apex of the stator tooth row 8 to the tooth bottom while continuing contact with a locus symmetrical to FIG. Since the other rotor teeth 10 perform the same operation only by being out of phase, in this case, all the teeth eventually come into contact.

図９には、上記のように全ての歯が接触するように設けたリング状のステータ２とロータ４を示している。つまり、図示のロータ４が有するロータ歯列１２は、円錐台状のロータ歯１０が円環状にＮ（＝５０）枚配列されたものであり、ステータ２が有するステータ歯列８は円環状にＮＳ（＝４９）枚のステータ歯６が配列されたものであり、ρｔ／ρｇ＝０．０２，ω＝０．０２［ｒａｄ］において、全てのロータ歯１０が常にステータ歯列８に線接触する構造になっている。FIG. 9 shows the ring-shaped stator 2 and the rotor 4 provided so that all the teeth are in contact with each other as described above. In other words, the rotor tooth row 12 included in the illustrated rotor 4 is configured such that N (= 50) frustum-shaped rotor teeth 10 are arranged in an annular shape, and the stator tooth row 8 included in the stator 2 is formed in an annular shape. N S (= 49) pieces of are those stator teeth 6 are arranged, ρ t / ρ g = 0.02 , ω = 0.02 in [rad], all of the rotor teeth 10 are always stator teeth 8 It has a structure that makes line contact with.

なお、ロータ歯１０はＮ枚全てが接触するものの、そのうちロータ４がステータ２に対して最も深く押し付けられる点Ａでは、ロータ歯１０が波型のステータ歯列８の底で接触し、ロータ４がステータ２から最も浮き上がっている点Ｂでは、ロータ歯１０が波型のステータ歯列８の頂点で接触し、いずれも駆動には寄与しない。つまり、回転を伝達するように有効に噛み合うのは、傾倒中心線を挟む左右両側の箇所（領域）にある、それぞれＮ／２−１（＝２４）枚のロータ歯１０である。   Although all N of the rotor teeth 10 are in contact with each other, at the point A where the rotor 4 is pressed most deeply against the stator 2, the rotor teeth 10 come into contact with the bottom of the corrugated stator tooth row 8, and the rotor 4 At point B where the rotor 2 floats up most from the stator 2, the rotor tooth 10 contacts at the apex of the wave-shaped stator tooth row 8, and none of them contributes to driving. In other words, it is N / 2-1 (= 24) rotor teeth 10 in the left and right side portions (areas) sandwiching the tilt center line, which effectively mesh with each other so as to transmit the rotation.

ところで、上記した本実施形態の設定では全てのロータ歯１０が接触するが、他の設定では全てが接触するとは限らない。一般的に、ρｔ／ρｇを大きく設定するほどに接触枚数が減少し、また、ωを大きく設定するほどに接触枚数が減少するという傾向がある。例えば、Ｎ＝５０，ＮＳ＝４９，ρｔ／ρｇ＝０．０４，ω＝０．０２０［ｒａｄ］，α＝０［ｒａｄ］に設定したとき、傾倒中心線を挟んで左右両側の箇所にそれぞれ位置する２４枚のロータ歯１０のうち、１４枚のロータ歯１０が有効に噛み合う。また、Ｎ＝５０，ＮＳ＝４９，ρｔ／ρｇ＝０．０２，ω＝０．０３３［ｒａｄ］，α＝０［ｒａｄ］に設定したとき、傾倒中心線を挟んで左右両側の箇所にそれぞれ位置する２４枚のロータ歯１０のうち、１９枚のロータ歯１０が有効に噛み合う。By the way, although all the rotor teeth 10 contact in the setting of this embodiment mentioned above, not all contact in the other settings. In general, there is a tendency that the larger the value of ρ t / ρ g is, the smaller the number of contacts is, and the larger the value of ω is, the smaller the number of contacts is. For example, N = 50, N S = 49, ρ t / ρ g = 0.04, ω = 0.020 [rad], when set to α = 0 [rad], the left and right sides of the sides of the tilt center line Of the 24 rotor teeth 10 positioned at each location, 14 rotor teeth 10 are effectively meshed. Further, N = 50, N S = 49, ρ t / ρ g = 0.02, ω = 0.033 [rad], when set to α = 0 [rad], the left and right sides of the sides of the tilt center line Of the 24 rotor teeth 10 positioned at each location, 19 rotor teeth 10 are effectively meshed.

また、本実施形態のクラウンギア減速機構では、機構全体の小型化を図るためにロータ歯１０をロータ４に一体成型しているが、ロータ歯１０として円錐台状のコロ部材を用い、このコロ部材をロータ４に転動自在に多数配列することでロータ歯列１２を形成してもよい。   Further, in the crown gear speed reduction mechanism of the present embodiment, the rotor teeth 10 are integrally formed with the rotor 4 in order to reduce the size of the whole mechanism. You may form the rotor tooth row | line | column 12 by arranging many members on the rotor 4 so that rolling is possible.

以上、説明したように、本実施形態のクラウンギア減速機構は、クラウンギアからなるステータ２と、このクラウンギアとは別のクラウンギアからなるロータ４と、ロータ４に連結される出力軸１６と、ステータ２に対してロータ４を角度ωだけ傾けて押し付ける押付機構１８とを備える。ステータ２は、ＮＳ枚のステータ歯６が環状に配列されたステータ歯列８を有し、ロータ４は、Ｎ枚のロータ歯１０が同じく環状に配列されたロータ歯列１２を有し、このＮＳとＮは差が１（つまりＮＳ−Ｎ＝±１）である。そして、このロータ４が、ロータ４の傾倒中心線を挟む左右両側の箇所において、それぞれ複数枚のステータ歯６にロータ歯１０が噛み合いながら所定の歳差運動を行うように設計している。特に本実施形態の設定では、Ｎ（＝５０）枚のロータ歯１０の全てが接触し、且つ、左右の両側の箇所において、Ｎ／２−１（＝２４）枚のロータ歯１０が有効に噛み合っている。As described above, the crown gear speed reduction mechanism according to the present embodiment includes the stator 2 made of the crown gear, the rotor 4 made of a crown gear different from the crown gear, and the output shaft 16 connected to the rotor 4. And a pressing mechanism 18 that presses the rotor 4 at an angle ω with respect to the stator 2. The stator 2 has a stator teeth 8 N S single stator teeth 6 are arranged in a ring, the rotor 4 has a rotor teeth 12 the rotor teeth 10 of the N sheets are also arranged in a ring, the N S and N the difference is 1 (i.e. N S -N = ± 1). The rotor 4 is designed so as to perform a predetermined precession while the rotor teeth 10 are engaged with the stator teeth 6 at the left and right sides sandwiching the tilt center line of the rotor 4. In particular, in the setting of the present embodiment, all N (= 50) rotor teeth 10 are in contact with each other, and N / 2-1 (= 24) rotor teeth 10 are effective at the left and right sides. I'm engaged.

したがって、本実施形態のクラウンギア減速機構によれば、図示略のモータや押付機構１８でロータ４に回転力を与えることで、ロータ４はステータ２と噛み合いながら歳差運動を行う。この歳差運動に伴って弾性ディスク１４を弾性変形させながら、ロータ４から出力軸１６へと、中心軸まわりの回転が伝達される。これにより、モータから入力される回転が、出力軸１６を通じて高減速比（＝Ｎ）で出力される。しかも、このクラウン減速機構によれば、左右の２箇所で常に複数枚の歯が噛み合うため、低バックラッシが実現されるとともに、機構全体として更に高水準の強度、剛性、耐久性が得られる。   Therefore, according to the crown gear reduction mechanism of the present embodiment, the rotor 4 performs precession while meshing with the stator 2 by applying a rotational force to the rotor 4 by a motor (not shown) or the pressing mechanism 18. The rotation around the central axis is transmitted from the rotor 4 to the output shaft 16 while elastically deforming the elastic disk 14 with this precession. Thereby, the rotation input from the motor is output at a high reduction ratio (= N) through the output shaft 16. In addition, according to this crown speed reduction mechanism, a plurality of teeth are always meshed at the two left and right positions, so that low backlash is realized, and higher-level strength, rigidity, and durability can be obtained as a whole mechanism.

このための歯形の創成手段としては、上述したように、まず歯数Ｎ，ＮＳや傾きωを設定し、この設定でロータ４がステータ２と噛み合いながら行う歳差運動を求め、ρｔを設定することでロータ歯１０の寸法形状を設定し、そのうえで、ロータ４がこの歳差運動を行うときのロータ歯１０の軌跡に沿うようにステータ歯列８を創成するという、新手法を採用している。この新手法の採用により、上述した新規のクラウンギア減速機構が実現される。The creation means teeth for this, as described above, first, the number of teeth N, set the N S and inclination omega, the rotor 4 is determined precession performed while meshing with the stator 2 in this setting, the [rho t By setting, the dimension shape of the rotor tooth 10 is set, and then, a new method is adopted in which the stator tooth row 8 is created so as to follow the locus of the rotor tooth 10 when the rotor 4 performs this precession. ing. By adopting this new method, the above-described new crown gear reduction mechanism is realized.

また、ロータ歯１０は、原点０に収束する円錐の頂部を除いた円錐台状の外形を有しているので、ロータ歯１０が内周側から外周側にかけてステータ歯６と線接触する構造になっている。なお、ロータ歯１０が、原点０に収束する円錐状の外形を有することも可能である。   Further, the rotor teeth 10 have a truncated cone shape excluding the top of the cone that converges at the origin 0, so that the rotor teeth 10 are in line contact with the stator teeth 6 from the inner peripheral side to the outer peripheral side. It has become. It is also possible for the rotor tooth 10 to have a conical outer shape that converges to the origin 0.

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものでなく、本発明の意図する範囲内であれば、適宜の設計変更を行うことが可能である。   The present invention has been described above based on the embodiments shown in the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and appropriate design changes may be made within the intended scope of the present invention. Is possible.

Claims (3)

クラウンギア減速機構の製造方法であって、
前記クラウンギア減速機構は、
クラウンギアからなるステータと、
前記クラウンギアに対してωだけ傾いて位置する別のクラウンギアからなるロータと、
前記ロータに連結される出力軸とを備え、
前記ステータは、ＮＳ枚のステータ歯が環状に配列されたステータ歯列を有し、
前記ロータは、Ｎ枚のロータ歯が環状に配列されたロータ歯列を有し、
ＮＳとＮは差が１であり、
前記ロータが、
前記ロータの傾倒中心線を挟む左右両側の箇所において、それぞれ前記ステータ歯に前記ロータ歯を噛み合わせながら、所定の歳差運動を行うものであり、
前記ＮＳ及びＮの値と、前記ロータの傾きωから導出される前記所定の歳差運動の式に基づき、
前記ステータ歯列を、前記ロータが前記所定の歳差運動を行ったときの前記ロータ歯の軌跡に沿うように創成することによって、
前記ステータ歯と前記ロータ歯を、前記傾倒中心線を挟む左右両側の箇所において、それぞれ複数枚が常に噛み合って駆動に寄与する形状に設計したことを特徴とするクラウンギア減速機構の製造方法。 A method of manufacturing a crown gear reduction mechanism,
The crown gear reduction mechanism is
A stator made of crown gear,
A rotor composed of another crown gear that is inclined by ω with respect to the crown gear;
An output shaft coupled to the rotor,
The stator has a stator dentition N S single stator teeth are arranged in a ring,
The rotor has a rotor tooth row in which N rotor teeth are annularly arranged,
The difference between NS and N is 1,
The rotor is
In place of the right and left sides sandwiching the tilt center line of the rotor, while respectively engage the rotor teeth on the stator teeth, which performs predetermined precession,
Based on the NS and N values and the predetermined precession equation derived from the rotor inclination ω,
By creating the stator tooth row along the locus of the rotor teeth when the rotor performs the predetermined precession,
A method of manufacturing a crown gear speed reduction mechanism , wherein the stator teeth and the rotor teeth are designed in such a manner that a plurality of the stator teeth and the rotor teeth are always meshed with each other at both left and right sides sandwiching the tilt center line. 前記ロータ歯は、円錐台状または円錐状の外形を有することを特徴とする請求項１に記載のクラウンギア減速機構の製造方法。 The method of manufacturing a crown gear reduction mechanism according to claim 1, wherein the rotor teeth have a truncated cone shape or a conical outer shape. 前記ステータ歯列は、
全ての前記ロータ歯が前記ステータ歯列と接触するように創成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のクラウンギア減速機構の製造方法。 The stator tooth row is
3. The method of manufacturing a crown gear reduction mechanism according to claim 1, wherein all the rotor teeth are created so as to come into contact with the stator tooth row.
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