JP6690964B2 - Decelerator or speed-up device - Google Patents
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Description
本発明は、減速又は増速装置に関する。 The present invention relates to a speed reducer or speed increasing device.
この種の減速装置として、例えば特許文献１には、第一冠ギヤと、第二冠ギヤと、傾斜カムと、を備える減速装置が開示されている。第一冠ギヤと第二冠ギヤとは、歯数が異なり互いに対向する。第一冠ギヤは、入力軸と一体の傾斜カムによって傾斜させられる。第一冠ギヤを傾けると、第一冠ギヤと第二冠ギヤとが一箇所で噛み合う。第二冠ギヤは、ハウジングに固定される。第一冠ギヤは、その半径方向の内側に配置される球形のスプラインジョイントに波動運動可能に支持される。
As a reduction gear of this type, for example,
入力軸を回転させると、入力軸と一体の傾斜カムによって、第一冠ギヤが第二冠ギヤとの噛み合い箇所を移動させながら波動運動する。第一冠ギヤの波動運動によって、第一冠ギヤが第二冠ギヤに対して歯数差の分だけ回転する。第一冠ギヤの回転は、球形のスプラインジョイントを介して出力軸に伝達される。 When the input shaft is rotated, the first crown gear moves in a wave motion while moving the meshing portion with the second crown gear by the inclined cam integrated with the input shaft. The wave motion of the first crown gear causes the first crown gear to rotate relative to the second crown gear by the difference in the number of teeth. The rotation of the first crown gear is transmitted to the output shaft via the spherical spline joint.
従来の減速装置にあっては、第一冠ギヤを波動運動可能に支持する球形のスプラインジョイントが第一冠ギヤの半径方向の内側に配置される。そして、第一冠ギヤの回転運動をスプラインジョイントを介して出力軸に伝達する。しかし、スプラインジョイントの直径は、スプラインジョイントの回転剛性、ひいては減速装置の回転剛性に大きな影響を及ぼす。従来の減速装置にあっては、スプラインジョイントの直径が小さいので、スプラインジョイントの回転剛性を高くすることができず、ひいては減速装置の回転剛性を高くできないという課題がある。 In the conventional speed reducer, a spherical spline joint that supports the first crown gear in a wave motion manner is arranged inside the first crown gear in the radial direction. Then, the rotational movement of the first crown gear is transmitted to the output shaft via the spline joint. However, the diameter of the spline joint has a great influence on the rotational rigidity of the spline joint and thus on the rotational rigidity of the reduction gear transmission. In the conventional speed reducer, since the diameter of the spline joint is small, there is a problem that the rotational rigidity of the spline joint cannot be increased, and thus the rotational rigidity of the speed reducer cannot be increased.
そこで本発明は、回転剛性を高くすることができる減速又は増速装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a deceleration or speed increasing device capable of increasing rotational rigidity.
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ハウジングと、第一冠ギヤと、前記第一冠ギヤの半径方向の外側に配置され、前記第一冠ギヤを前記ハウジングに対して波動運動可能にかつ回転不可能に支持する支持部と、前記ハウジングに対して回転可能であり、前記第一冠ギヤと歯数が異なり前記第一冠ギヤに対向する第二冠ギヤと、前記第一冠ギヤが前記第二冠ギヤに噛み合うように前記第一冠ギヤを前記第二冠ギヤに対して傾斜させ、かつ噛み合う箇所が移動するように前記第一冠ギヤを波動運動させるカム部と、を備え、前記支持部は、外輪スプライン溝を有する外輪部と、前記外輪部の内側に配置され、前記外輪スプライン溝に対向する内輪スプライン溝を有する内輪部と、前記外輪スプライン溝と前記内輪スプライン溝との間に転がり運動可能に介在する転動体と、を備え、前記第一冠ギヤは、前記支持部のみによって波動運動可能にかつ回転不可能に支持される減速又は増速装置である。 In order to solve the above-mentioned problems, one aspect of the present invention is a housing, a first crown gear, and a first crown gear arranged radially outside of the first crown gear. A support portion movably and non-rotatably supported, a second crown gear rotatable with respect to the housing, having a number of teeth different from that of the first crown gear, and facing the first crown gear; A cam portion for inclining the first crown gear with respect to the second crown gear so that a single crown gear meshes with the second crown gear, and for causing a wave motion of the first crown gear so that the meshing position moves. The support portion includes an outer ring portion having an outer ring spline groove, an inner ring portion disposed inside the outer ring portion and having an inner ring spline groove facing the outer ring spline groove, the outer ring spline groove, and the inner ring. Between spline groove Comprising rolling elements which roll movably interposed, the said first crown gear is wave movably and deceleration or speed increasing system is non-rotatably supported by only the support portion.
本発明によれば、第一冠ギヤを波動運動可能にかつ回転不可能にする支持部が第一冠ギヤの半径方向の外側に配置されるので、支持部の直径を大きくすることができ、支持部の回転剛性、ひいては減速又は増速装置の回転剛性を高くすることができる。 According to the present invention, since the support portion that makes the first crown gear wave-movable and non-rotatable is arranged on the outer side in the radial direction of the first crown gear, the diameter of the support portion can be increased, It is possible to increase the rotational rigidity of the support portion and thus the rotational rigidity of the deceleration or speed increasing device.
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態の減速装置を詳細に説明する。ただし、本発明の減速装置は種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。この実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
＜第一の実施形態の減速装置の全体構成＞
Hereinafter, a speed reducer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the speed reducer of the present invention can be embodied in various forms, and is not limited to the embodiments described herein. This embodiment is provided with the intention of providing those of ordinary skill in the art with a sufficient understanding of the scope of the invention by having the full disclosure of the specification.
<Overall Configuration of Reduction Gear According to First Embodiment>
図１は本発明の第一の実施形態の減速装置の入力軸側の外観斜視図を示し、図２は減速装置の出力部側の外観斜視図を示す。なお、添付の図面及び以下の明細書を通して、同一の構成には同一の符号を附す。 FIG. 1 is an external perspective view of an input shaft side of a reduction gear transmission according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an external perspective view of an output portion side of the reduction gear transmission. The same reference numerals are given to the same components throughout the attached drawings and the following specification.
ハウジング１には、入力軸２、出力部３が回転可能に収容される。入力軸２の軸線２ａと出力部３の軸線３ａ１とは一致する。入力軸２を軸線２ａの回りを回転させると、出力部３が減速されて軸線３ａ１の回りを回転する。入力軸２に対する出力部３の減速比は、ハウジング１に収容される第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２（図３参照）の歯数によって決定される。
The
ハウジング１は、フランジ１ａ１を有する筒形のハウジング本体１ａと、ハウジング本体１ａの軸方向の両端部に取り付けられる円盤形の蓋部材１ｂ，１ｃと、を備える。ハウジング本体１ａのフランジ１ａ１には、相手部品に取り付けるための通し孔が開けられる。蓋部材１ｂ，１ｃは、ボルト等の締結部材によってハウジング本体１ａに固定される。
The
図３は本実施形態の減速装置の断面斜視図を示し、図４は本実施形態の減速装置の分解斜視図を示す。図３に示すように、減速装置は、ハウジング１と、傾斜カム４が入力軸２に一体に設けられるカム部５と、第一冠ギヤ１１と、第一冠ギヤ１１を波動運動可能にかつ回転不可能に支持する支持部（球面スプライン）１４と、第二冠ギヤ１２と、第二冠ギヤ１２に連結される出力部３と、を備える。なお、以下においては、説明の便宜上、入力軸２及び出力部３の軸線２ａをＸ方向に配置したときの方向、すなわち図３に示すＸ，Ｙ，Ｚ方向を用いて減速装置の構成を説明する。
FIG. 3 shows a sectional perspective view of the speed reducer of the present embodiment, and FIG. 4 shows an exploded perspective view of the speed reducer of the present embodiment. As shown in FIG. 3, the reduction gear transmission includes a
図４に示すように、第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２は円盤形である。第一冠ギヤ１１の対向面１１ａ及び第二冠ギヤ１２の対向面１２ａには、放射状に複数の歯が形成される。第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯数は特に限定されるものではない。例えば第一冠ギヤ１１の歯数は４９、第二冠ギヤ１２の歯数は５０である。第一冠ギヤ１１の歯数と第二冠ギヤ１２の歯数とは異なる。歯数が異なるので、第一冠ギヤ１１の軸線と第二冠ギヤ１２の軸線とを一致させた状態で噛み合わせることはできない。このため、第一冠ギヤ１１を第二冠ギヤ１２に対して傾斜させて、第一冠ギヤ１１の一部を第二冠ギヤ１２の一部に噛み合わせる。第二冠ギヤ１２の対向面１２ａは、図３のＹＺ平面内に配置される。第一冠ギヤ１１の対向面１１ａは、図３のＹＺ平面に対してＺ軸の回りに角度αだけ傾いている。
As shown in FIG. 4, the
図３に示すように、カム部５は、ハウジング１に軸線の回りを回転可能に支持される入力軸２と、入力軸２に一体に設けられる円盤形の傾斜カム４と、傾斜カム４と第一冠ギヤ１１（正確にいえば、第一冠ギヤ１１に一体に固定される内輪部）との間に転がり運動可能に介在する転動体としてのボール６と、を備える（図４も参照）。傾斜カム４は、第一冠ギヤ１１を傾けるために設けられる。傾斜カム４のカム面４ａは、第一冠ギヤ１１と同様にＹＺ平面に対してＺ軸の回りに角度αだけ傾いていて、第一冠ギヤ１１に対向する。傾斜カム４のカム面４ａには、円形のボール転走溝４ｂが形成される。支持部１４の内輪部７にも、傾斜カム４のボール転走溝４ｂに対向する円形のボール転走溝７ｂが形成される。ボール転走溝４ｂとボール転走溝７ｂとの間には、周方向に転がり運動可能に複数のボール６が配列される。第一冠ギヤ１１を第二冠ギヤ１２に押し付け、これらの間のバックラッシを無くすために、ボール６には予圧が付与される。ボール転走溝４ｂとボール転走溝７ｂとの間の隙間はボール６の直径よりも小さく、ボール６はこれらの間で圧縮される。ボール６はリング形の保持器１６に保持される。
As shown in FIG. 3, the
入力軸２は、第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２を貫通する。入力軸２は中空である。入力軸２の軸方向の両端部は、軸受２１，２２によって回転可能に支持される。軸受２１，２２は、第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の軸方向の外側に配置される。
The
図３に示すように、支持部１４は、第一冠ギヤ１１の半径方向の外側に配置され、第一冠ギヤ１１をハウジング１に対して波動運動可能に（言い換えれば、図３に示すように、第一冠ギヤ１１の軸線１１ｂが点Ｐ１を頂点にした円錐の軌跡を描くように回転可能に）かつ軸線の回りを回転不可能に支持する。第一冠ギヤ１１の波動運動は歳差運動とも呼ばれる。
As shown in FIG. 3, the
図３に示すように、支持部１４は、球形の内周面に外輪スプライン溝１０ａ（図４参照）を有する外輪部１０と、外輪部１０の内側に配置され、球形の外周面に外輪スプライン溝１０ａに対向する内輪スプライン溝７ａ（図４参照）を有する内輪部７と、外輪スプライン溝１０ａと内輪スプライン溝７ａとの間に軸方向の円弧の軌道に沿って転がり運動可能に介在する転動体としてのボール９と、を備える。外輪部１０は、ハウジング１と一体である。内輪部７は、ボルト等の締結部材によって第一冠ギヤ１１に固定される。ボール９は、保持器８に保持される。支持部１４によって、第一冠ギヤ１１は、軸線２ａ上の点Ｐ１を中心にしてＺ軸の回り及びＹ軸の回りを揺動可能になる。第一冠ギヤ１１の軸線２ａの回りの回転運動は、支持部１４のスプライン機構によって制限される。内輪部７にカム部５のボール転走溝７ｂを形成することで、回転を制限した第一冠ギヤ１１の波動運動が円滑になる。
As shown in FIG. 3, the
出力部３の内輪３ａは、ボルト等の締結部材によって第二冠ギヤ１２に固定される。出力部３は、クロスローラ２３によってハウジング１に回転可能に支持される。クロスローラ２３は、周方向に隣接するローラの軸線が周方向から見て直交するローラ列である（図４参照）。第二冠ギヤ１２は、出力部３を介してハウジング１に回転可能に支持される。ハウジング１の蓋部材１ｃの内周面には、円形のレースウェイ１ｃ１が形成される。出力部３の内輪３ａの外周面には、レースウェイ１ｃ１に対向する円形のレースウェイ３ｂが形成される。レースウェイ１ｃ１とレースウェイ３ｂとの間に転動体としてクロスローラ２３が配置される。出力部３には、第一冠ギヤ１１と第二冠ギヤ１２との噛み合い箇所の反力に起因したモーメントが作用する。クロスローラ２３を用いることで、出力部３のモーメント剛性を向上させることができる。なお、入力軸２の一端部を回転可能に支持する軸受２２は、出力部３と入力軸２との間に配置される。
The inner ring 3a of the
図示しないモータ等の駆動源を用いて、カム部５を軸線の回りに回転させると、カム部５の傾斜カム４によって第一冠ギヤ１１が第二冠ギヤ１２との噛み合い箇所を移動させながら波動運動する。第一冠ギヤ１１の波動運動に伴って、第二冠ギヤ１２が第一冠ギヤ１１に対して歯数差の分だけ相対的に回転する。この実施形態では、例えば、第一冠ギヤ１１の歯数を４９、第二冠ギヤ１２の歯数を５０とする。そして、ハウジング１に対する第一冠ギヤ１１の回転は支持部１４によって制限され、ハウジング１に対する出力部３の回転は許容される。このため、出力部３が１歯分だけ減速して回転し、１／５０の減速比が得られる。ここで、第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯数は限定されない。
＜第一冠ギヤ及び第二冠ギヤの歯の形状（歯先部及び歯底部が円錐の側面から構成される例）＞
When the
<Tooth shape of the first crown gear and the second crown gear (example in which the tooth tip and the tooth bottom are composed of conical side surfaces)>
第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯の形状は、以下のとおりである。図５（ａ）は、第二冠ギヤ１２、及び第二冠ギヤ１２に傾斜して噛み合う第一冠ギヤ１１を示す。図５（ａ）に示すように、第一冠ギヤ１１と第二冠ギヤ１２とは１カ所（図５（ａ）の左端の位置Ａ）で噛み合う。ただし、第一冠ギヤ１１にはカム部５から予圧がかかるので、第一冠ギヤ１１と第二冠ギヤ１２の接触箇所は、噛み合い箇所を中心に周方向に複数の歯に広がる。第一冠ギヤ１１が傾斜しているので、図５（ａ）の右側に向かって第一冠ギヤ１１と第二冠ギヤ１２との間の隙間δが徐々に大きくなる。
The tooth shapes of the
図５（ａ）に示すように、第一冠ギヤ１１の直径と第二冠ギヤ１２との直径とは等しい。第一冠ギヤ１１の歯数と第二冠ギヤ１２の歯数が異なっているので、第一冠ギヤ１１の歯のピッチと第一冠ギヤ１１の歯のピッチとが異なる。
As shown in FIG. 5A, the diameter of the
図５（ｂ）は第二冠ギヤ１２を示す。第二冠ギヤ１２は、傘歯車状であり、円錐形の母体を持つ。第二冠ギヤ１２の表面には、波形の歯３０が円周方向に連続して形成される。第二冠ギヤ１２は、放射状に配置される複数の歯先部３１と、放射状に配置される複数の歯底部３２と、を円周方向に交互に有する。第二冠ギヤ１２の歯先部３１は、円錐の側面から構成される凸形状である。第二冠ギヤ１２の歯底部３２は、円錐の側面から構成される凹形状である。
FIG. 5B shows the
図５（ｃ）は第一冠ギヤ１１を示す。第一冠ギヤ１１も、傘歯車状であり、円錐形の母体を持つ。第一冠ギヤ１１の表面にも、波形の歯３５が円周方向に連続して形成される。第一冠ギヤ１１も、放射状に配置される複数の歯先部３３と放射状に配置される複数の歯底部３４とを円周方向に交互に有する。第一冠ギヤ１１の歯先部３３は、円錐の側面から構成される凸形状である。第一冠ギヤ１１の歯底部３４は、円錐の側面から構成される凹形状である。
FIG. 5C shows the
図６の展開図に示すように、第二冠ギヤ１２の歯底部３２の半径は、第一冠ギヤ１１の歯先部３３の半径よりも大きく、第一冠ギヤ１１の歯先部３３が第二冠ギヤ１２の歯底部３２に嵌まる。そして、第一冠ギヤ１１の歯先部３３の頂点と第二冠ギヤ１２の歯底部３２とが噛み合い位置Ａで接触する。第一冠ギヤ１１の歯底部３４の半径は、第二冠ギヤ１２の歯先部３１の半径よりも大きく、第二冠ギヤ１２の歯先部３１が第一冠ギヤ１１の歯底部３４に嵌まる。第一冠ギヤ１１の波動運動に伴い、噛み合い位置Ａが移動し、第二冠ギヤ１２の歯先部３１の頂点と第一冠ギヤ１１の歯底部３４とが接触するようになる。
As shown in the development view of FIG. 6, the radius of the
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第二冠ギヤ１２及び第一冠ギヤ１１の歯に円錐を付記した斜視図を示す。ここでは、歯の形状を分かり易くするために円錐を付記している。図７（ｂ）に示すように、第二冠ギヤ１２の歯先部３１は、中心に向かって幅が狭くなるテーパに形成されていて、具体的には円錐Ｃ１の側面の一部から構成される。第二冠ギヤ１２の歯底部３２も、中心に向かって幅が狭くなるテーパに形成されていて、具体的には円錐Ｃ２の側面の一部から構成される。同一の円周上において、歯底部３２の円錐Ｃ２の半径は、歯先部３１の円錐Ｃ１の半径よりも大きい。複数の歯先部３１の円錐Ｃ１の頂点は噛み合い中心Ｐ２で交わる。複数の歯底部３２の円錐Ｃ２の頂点も噛み合い中心Ｐ２で交わる。なお、図３に示すように、この噛み合い中心Ｐ２は入力軸２の軸線２ａ上に位置し、第一冠ギヤ１１の波動運動の中心Ｐ１と一致する。これにより第一冠ギヤ１１と第二冠ギヤ１２との線接触が可能となる。
7 (a) and 7 (b) show perspective views in which the teeth of the
図７（ａ）に示すように、第一冠ギヤ１１の歯先部３３は、中心に向かって幅が狭くなる円錐Ｃ３の側面の一部から構成される。第一冠ギヤ１１の歯底部３４は、中心に向かって幅が狭くなる円錐Ｃ４の側面の一部から構成される。歯底部３４の円錐Ｃ４の半径は、歯先部３３の円錐Ｃ３の半径よりも大きい。第一冠ギヤ１１の歯のピッチと第二冠ギヤ１２の歯のピッチとを異ならせるため、第一冠ギヤ１１の歯先部３３の円錐Ｃ３の半径は、第二冠ギヤ１２の歯先部３１の円錐Ｃ１の半径に等しく、第一冠ギヤ１１の歯底部３４の円錐Ｃ４の半径は、第二冠ギヤ１２の歯底部３２の円錐Ｃ２の半径よりも小さい。第一冠ギヤ１１の複数の歯先部３３の円錐Ｃ３の頂点は、第二冠ギヤ１２の噛み合い中心Ｐ２に一致し、第一冠ギヤ１１の複数の歯底部３４の円錐Ｃ４の頂点は、第二冠ギヤ１２の噛み合い中心Ｐ２に一致する。
As shown in FIG. 7A, the
図６の展開図に示すように、第一冠ギヤ１１の歯先部３３は円弧に形成され、歯底部３４も円弧に形成される。第二冠ギヤ１２の歯先部３１は円弧に形成され、歯底部３２も円弧に形成される。厳密にいえば、円錐形の第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯３０，３５を展開すると楕円になるが、円弧とみなすことができる。上記のように、第一冠ギヤ１１の歯先部３３の円弧の半径は、第二冠ギヤ１２の歯先部３１の円弧の半径に等しい。第一冠ギヤ１１の歯３５のピッチと第二冠ギヤ１２の歯３０のピッチとを異ならせるために、第一冠ギヤ１１の歯底部３４の半径は第二冠ギヤ１２の歯底部３２の半径よりも小さい。
As shown in the development view of FIG. 6, the
第一冠ギヤ１１に予圧をかけない状態では、第一冠ギヤ１１の歯先部３３が１カ所Ａでのみ第二冠ギヤ１２に接触する。第一冠ギヤ１１に予圧をかけると、第一冠ギヤ１１の複数の歯３５と第二冠ギヤ１２の複数の歯３０が接触する。第一冠ギヤ１１を波動運動させると、噛み合い位置Ａが第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の円周方向に移動し、第二冠ギヤ１２が第一冠ギヤ１１に対して歯数差の分だけ相対的に回転する。
＜第一冠ギヤ及び第二冠ギヤの歯の形状の他の例（歯先部が円錐の側面から構成され、歯底部がトロコイド曲線を用いて生成される例）＞
In the state in which the
<Another example of the tooth shape of the first crown gear and the second crown gear (an example in which the tip part is composed of a conical side surface and the tooth bottom part is generated using a trochoidal curve)>
第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯先部３３，３１及び歯底部３４，３２が円錐の側面から構成される形状であると、第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の製作が容易である。しかし、図８の第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯の展開図に示すように、第一冠ギヤ１１の歯先部３３（円形で示す）の軌跡を描くと、第一冠ギヤ１１と第二冠ギヤ１２との間に僅かな隙間ｇが空く。この隙間ｇは、角度伝達誤差や駆動音の増大を招くおそれがある。この隙間ｇを埋めて、歯先部３３と歯底部３２が完全に転がるようにし、角度伝達精度と静音性とを向上させたのがこの例である。ただし、この隙間ｇは極めて僅かなものであり、隙間ｇを埋めなくても、インボリュート歯形と同等の角度伝達精度は得られる。
（設計の概要）
If the tooth tops 33, 31 and the
(Outline of design)
第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯形曲面の設計は、図９に示すように、まず、第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の基準円ｒｃ上の歯形曲線を作成することから始まる。作成した歯形曲線は一本の曲線であり、面ではない。第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯形曲面を得るために、基準円の半径ｒｃを変化させて得られる歯形曲線を第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の円錐形の母体に沿って並べる。これにより、第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯形曲面が得られる。
（歯形曲線の設計指針）
Tooth profile curved design of the
(Design guidelines for tooth profile)
第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯先部３３，３１が円錐の側面から構成されるとし、基準円ｒｃ上の第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯先部３３，３１の曲線を単一Ｒの円弧とする。このとき、歯先部３３，３１と歯底部３４，３２が互いに転がり運動を行うためには、歯底部３４，３２の歯底曲線は、歯先部３３，３１が描く軌跡となる。歯先部３３，３１の単一Ｒの円弧と歯底部３４，３２の歯底曲線を滑らかに接続することで、図９に示すように、第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の基準円ｒｃ上の歯形曲線が得られる。歯形曲線の作成は、下記の順序で行われる。
It is assumed that the tooth tops 33, 31 of the
（i）波動運動（以下、歳差運動という）によって歯先部３３，３１が通るべき曲線（トロコイド曲線）を求める。
（ii）歯先部３３，３１の半径を仮定し、歯先部３３，３１が（i）で求めたトロコイド曲線上を通ったときに描く曲線を求め、これを歯底部３４，３２の歯底曲線とする。
（iii）歯先部３３，３１の歯先曲線（円弧）と歯底部３４，３２の歯底曲線とを互いになめらかに接続するように歯先部３３，３１の半径を決定する。
（歯先部が通るべきトロコイド曲線の計算）
(I) A curve (trochoidal curve) through which the
(Ii) Assuming the radii of the tooth tops 33, 31, a curve drawn when the tooth tops 33, 31 pass on the trochoidal curve obtained in (i) is obtained, and this is used as the tooth of the
(Iii) The radii of the tooth tops 33, 31 are determined so that the tooth top curves (arcs) of the tooth tops 33, 31 and the tooth bottom curves of the
(Calculation of the trochoidal curve that the tooth tip should pass through)
第一冠ギヤ１１は、歳差運動をしながら第二冠ギヤ１２に噛み合う。第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２は、円錐形の母体を持ち、これらの歯面は円錐形の母体上にある。したがって、周方向には合同な歯形曲線が並ぶが、半径方向では歯形曲線は相似ではあるが合同ではない。このため、ある基準円ｒｃを定め、この基準円ｒｃ上での歯形曲線を求める。
The
まず、この基準円ｒｃを底面にもつ２つの円錐があり、図１０（ａ）に示すように互いの頂点と母線が接触している状態を仮定し、歳差運動を行う円錐を動円錐、固定された円錐を定円錐とする。ここで、円錐頂点を原点Ｏ、底面同士の接触点を点Ｐ１、動円錐の底面上の定点を点Ｐ２、定円錐の頂点から底面へ下ろした垂線の足をＨ１、動円錐の頂点から底面へ下ろした垂線の足をＨ２とする。このとき、動円錐を歳差運動させたときの点Ｐ２の描く軌跡が歯の通るべき曲線（トロコイド曲線）となる。いま、図１０（ｂ）に示すように、動円錐が定円錐から離れることなく歳差運動を行った場合を考える。この歳差運動が、動円錐が自身の軸ＯＨ２回りに−ψだけ回転し、かつ定円錐回りをθ回転するものだとすれば、点Ｐ１がＯＨ１回りにθ、点Ｐ２がＯＨ２回りに−ψ回転したものとみなせる。ここで、図１１に示すように、線分ＯＨ２に平行で正規化したベクトルをｎ、点Ｏから点Ｐ１までのベクトルをｐ１、点Ｏから点Ｐ２までのベクトルをｐ２とすれば、ｐ２はｐ１をｎ回りにψだけ回転したベクトルとみなせるため、 First, assuming that there are two cones having the reference circle r c on the bottom surface, and the apexes of the two cones are in contact with each other as shown in FIG. , Let the fixed cone be a constant cone. Here, the cone vertex is the origin O, the contact point between the bottoms is the point P 1 , the fixed point on the bottom of the moving cone is the point P 2 , the foot of the perpendicular line drawn from the vertex of the constant cone to the bottom is H 1 , the moving cone is Let H 2 be the leg of the perpendicular line that is dropped from the top to the bottom. At this time, the locus drawn by the point P 2 when the moving cone is precessed becomes a curve through which the tooth should pass (trochoidal curve). Now, let us consider a case where the moving cone performs the precession movement without being separated from the constant cone as shown in FIG. If this precession motion is such that the moving cone rotates about its own axis OH 2 by −ψ and rotates about the constant cone by θ, the point P 1 is θ around OH 1 and the point P 2 is It can be regarded as a rotation of −ψ around OH 2 . Here, as shown in FIG. 11, the vector normalized in parallel to the line segment OH 2 is n, the vector from the point O to the point P 1 is p 1 , and the vector from the point O to the point P 2 is p 2 . Then, p 2 can be regarded as a vector obtained by rotating p 1 around n by ψ.
ここまで求めてきたｐ２は、ψの値を変えることで第一冠ギヤ１１と第二冠ギヤ１２それぞれの歯先部３３，３１の中心が通るべき曲線を表すベクトルを表すことができる。まず、第一冠ギヤ１１の歯先部３３の中心が通るべき曲線を求める。動円錐が第一冠ギヤ１１、定円錐が第二冠ギヤ１２とみなし、歯数をそれぞれｚｉ，ｚ０とする。また、動円錐の歳差運動のパラメータはθ＝θｉ，ψ＝ψｉとする。このとき、正転ギヤであれば、図１２に示すようにθが１回転する間にψは反対方向に１歯分だけ多く回転し、逆転ギヤであれば、θが１回転する間にψは反対方向に１歯分だけ少なく回転するため、数３が成り立つ。
The p 2 thus obtained can represent a vector representing a curve through which the centers of the
第二冠ギヤ１２の歯先部３１の中心が通るべき曲線を求める場合、動円錐を第二冠ギヤ１２、定円錐を第一冠ギヤ１１とみなし、歳差運動のパラメータはθ＝θｏ，ψ＝ψｏとすれば、同様にして数５が成り立つ。
When obtaining a curve through which the center of the
このように、組み合わせるギヤの特性によって、数４、数５を選択し、ψについて数１に代入することで、歯先部の中心が通るべき曲線を求められる。このとき、求めた曲線の例を図１３に示す。図１３において、ベクトルｐ２が描く軌跡がトロコイド曲線である。ｐ１とｐ２の回転角と方向は図１２と同じである。
（歯底曲線の計算）
As described above, by selecting the
(Calculation of root curve)
次に、歯底曲線を求める。図１４に示すように相手側ギヤの歯先部３３が描く軌跡が歯底曲線ｐ３となる。すなわち、相手側ギヤの歯先部３３の中心が通るべきトロコイド曲線ｐ２を求め、相手側ギヤの歯先部３３の半径をもつ円をこのトロコイド曲線ｐ２上で動かしたときに得られる軌跡を計算すればよい。ここで、相手側ギヤの歯先半径をｈｋ、この円をＣとする。このとき、図１５に示すように、歯底曲線を表すベクトルｐ３は、ｐ２上に円Ｃを描いたときの点のうち、ｐ２とｐ２の方向ベクトルΔｐ２のどちらにも直交する点Ｐ３までのベクトルとなる。したがって、数６と数７の関係が成り立つ。
Next, the root curve is obtained. As shown in FIG. 14, the locus drawn by the
（歯先曲線と歯底曲線の接続）
(Connecting the tip curve and the root curve)
図１６（ａ）は、上記に従って計算した第一冠ギヤ１１の歯形曲線（歯先曲線と歯底曲線）を示し、図１６（ｂ）は、上記に従って計算した第二冠ギヤ１２の歯形曲線（歯先曲線と歯底曲線）を示す。ここでは、歯先曲線と歯底曲線が滑らかに繋がるように歯先曲線の半径を決定する。歯先曲線の半径は、「歯先曲線と歯底曲線が接点をただ一つ持つとき」を条件にして決定する。（歯先曲線の方程式）＝（歯底曲線の方程式）を立式し、これが重解を持つときの歯先半径の値を探せばよい。以上により、第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯形曲線を生成することができる。
FIG. 16A shows the tooth profile curve (the tip curve and the tooth bottom curve) of the
図１７は、上記に従って得られた第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯形曲線を示す。図中の黒丸が接触点を示す。（Ｓ１）の接触開始時から（Ｓ５）の接触終了時に至るまで、第一冠ギヤ１１と第二冠ギヤ１２とが常に接触し、接触点が移動することがわかる。接触点が移動することから、第一冠ギヤ１１と第二冠ギヤ１２とが互いに転がることがわかる。
FIG. 17 shows tooth profile curves of the
なお、第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯底部３４，３２を円錐の側面から構成し、第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯先部３３，３１をトロコイド曲線を用いて生成することもできる。この場合、基準円ｒｃ上の第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯底部３４，３２の曲線を単一Ｒの円弧とし、トロコイド曲線を用いて歯先部３３，３１の歯先曲線を計算すればよい。
＜第一冠ギヤ及び第二冠ギヤの歯の形状のさらに他の例（歯すじがヘリカル状である例）＞
In addition, the
<Still another example of the tooth shape of the first crown gear and the second crown gear (example where the tooth trace is helical)>
図１８に示すように、第二冠ギヤ１２の基準円上の歯形曲線の位相を、基準円の半径を変化させる毎に円周方向にずらすことで、歯すじをヘリカル状にすることができる。図１８に示すように、第二冠ギヤ１２の外側と内側とでは、歯形曲線の位相が異なる。同様に、第一冠ギヤ１１の歯すじも同様にヘリカル状にすることができる。
As shown in FIG. 18, by shifting the phase of the tooth profile curve on the reference circle of the
ヘリカル状の歯すじには、図１９に示す対数らせんを採用することができる。対数らせんは、円錐形の母体の母線とのなす角βが常に一定のらせんであり、数９で表すことができる。 A logarithmic spiral shown in FIG. 19 can be adopted for the helical tooth trace. The logarithmic helix has a constant helix with respect to the generatrix of the conical mother body, and can be expressed by Equation 9.
＜本実施形態の減速装置の効果＞
<Effects of Reduction Gear of this Embodiment>
以上に本実施形態の減速装置の構成を説明した。本実施形態の減速装置によれば、以下の効果を奏する。第一冠ギヤ１１を波動運動可能にかつ回転不可能に支持する支持部１４を第一冠ギヤ１１の半径方向の外側に配置するので、支持部１４のスプライン機構を構成するボール９のＰ．Ｃ．Ｄ．（Pitch Circle Diameter）を大きくすることができ、支持部１４の回転剛性、ひいては減速装置の回転剛性を高くすることができる。また、支持部１４にボール９を備えるスプライン機構を用いることで、第一冠ギヤ１１を円滑に波動運動させることができる。
The configuration of the speed reducer of this embodiment has been described above. The speed reducer of the present embodiment has the following effects. Since the
入力軸２が第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２を貫通するので、入力軸２の両端部を軸受２１，２２で回転可能に支持することができる。第一冠ギヤ１１と第二冠ギヤ１２との噛み合い箇所の反力に起因したモーメントが入力軸２に作用しても、入力軸２のモーメント剛性を向上させることができる。また、入力軸２が第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２を貫通しない場合に比べて、減速装置の軸線方向の長さをコンパクトにすることもできる。
Since the
カム部５の傾斜カム４と第一冠ギヤ１１との間に転がり運動可能にボール６が介在するので、第一冠ギヤ１１を円滑に波動運動させることができる。
Since the
支持部１４の外輪部をハウジング１に一体にすることで、減速装置の部品点数の削減、半径方向のコンパクト化が図れる。
By integrating the outer ring portion of the
支持部１４の内輪部７を締結部材によって第一冠ギヤ１１に固定することで、第一冠ギヤ１１及び内輪部７の製造が容易になる。
By fixing the
第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯先部３３，３１が円錐の側面を基礎とした凸形状であり、第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯底部３４，３２が円錐の側面を基礎とした凹形状であるので、歯先部３３，３１と歯底部３４，３２との噛み合いのほとんどが転がりになり、歯車の効率を向上させることができる。
The tooth tops 33 and 31 of the
第一冠ギヤ１１及び第二冠ギヤ１２の歯先部３３，３１及び歯底部３４，３２の円錐の頂点Ｐ２が、第一冠ギヤ１１の歳差運動の中心Ｐ１に一致するので、歯先部３３，３１と歯底部３４，３２とを線接触させることができる。歯当たり面積を大きく、噛み合い率を大きくすることができるので、高剛性化、高効率、静音化が実現できる。
Since the apexes P2 of the cones of the
なお、本発明において、「円錐の側面を基礎とした凸形状及び凹形状」は、円錐Ｃ１〜Ｃ４の側面から構成される凸形状及び凹形状、並びに第一冠ギヤ１１の円錐形の母体を第二冠ギヤ１２の円錐形の母体に沿って転がしたときに描かれるトロコイド曲線を用いて生成された凸形状及び凹形状を含む。また、このような凸形状及び凹形状を持つ歯先部３３，３１及び歯底部３４，３２の歯すじがヘリカル状である場合を含む。
＜第二の実施形態の減速装置＞
In the present invention, the “convex shape and concave shape based on the side surface of the cone” means the convex shape and concave shape formed from the side surfaces of the cones C1 to C4, and the conical base body of the
<Reduction device of the second embodiment>
図２０は、本発明の第二の実施形態の減速装置の断面図を示す。この実施形態の減速装置は、第一の実施形態の減速装置と同様に、ハウジング１、入力軸２、入力軸２と一体の傾斜カム４、第一冠ギヤ１１、第二冠ギヤ１２、支持部（球面スプライン）１４、出力部３を備える。これらの構成は、第一の実施形態の減速装置と略同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。
FIG. 20 is a sectional view of a speed reducer according to the second embodiment of the present invention. Like the speed reducer of the first embodiment, the speed reducer of this embodiment includes a
第二の実施形態の減速装置では、ハウジング１と傾斜カム４との間に、転動体としてのボール４１が転がり運動可能に介在する点が、第一の実施形態の減速装置と異なる。入力軸２と一体の傾斜カム４には、ハウジング１との対向面４ｃ（すなわちカム面４ａの背面）に円形のボール転走溝４ｄが形成される。ハウジング１には、リング４２が固定される。リング４２には、ボール転走溝４ｄに対向する円形のボール転走溝４２ａが形成される。ボール転走溝４ｄとボール転走溝４２ａとの間には、周方向に転がり運動可能に複数のボール４１が配列される。
The speed reducer of the second embodiment is different from the speed reducer of the first embodiment in that a
第一冠ギヤ１１と第二冠ギヤ１２との噛み合い箇所には反力が発生し、この反力によって傾斜カム４には軸方向の分力が働く。ハウジング１と傾斜カム４との間にボール４１を介在させることで、この分力を支持することができ、減速装置の剛性を向上させることができる。
＜第三の実施形態の減速装置＞
A reaction force is generated at a meshing portion between the
<Reduction device of the third embodiment>
図２１は、本発明の第三の実施形態の減速装置の断面図を示す。この実施形態の減速装置も、ハウジング５１、入力軸５２、入力軸５２と一体の傾斜カム５４、第一冠ギヤ６１、第二冠ギヤ６２、支持部（球面スプライン）６４、出力部６３を備える。第三の実施形態の減速装置の基本的な動きは、第一及び第二の実施形態の減速装置と同一である。すなわち、入力軸５２を回転させると、入力軸５２と一体の傾斜カム５４によって第一冠ギヤ６１が波動運動し、第一冠ギヤ６１の波動運動に伴って第二冠ギヤ６２が両者の歯数差の分だけ回転する。
FIG. 21 shows a sectional view of a speed reducer according to a third embodiment of the present invention. The speed reducer of this embodiment also includes a
第三の実施形態の減速装置では、第二冠ギヤ６２が傘歯車状であり、第一冠ギヤ６１が逆傘歯車状である点が、第一及び第二の実施形態の減速装置と異なる。すなわち、第二冠ギヤ６２は、第一冠ギヤ６１との対向面が第一冠ギヤ６１に向かって凸の円錐形に形成される。この円錐の頂角は、第一及び第二の実施形態の減速装置の第二冠ギヤ１２の円錐の頂角よりも小さい。第一冠ギヤ６１は、第二冠ギヤ６２との対向面がすり鉢状にくぼんだ円錐形に形成される。ただし、第一冠ギヤ６１と第二冠ギヤ６２の噛み合い中心Ｐ２（第一冠ギヤ６１及び第二冠ギヤ６２の歯先部及び歯底部の円錐の頂点）は、第一冠ギヤ６１の波動運動の中心Ｐ１に一致したままである。この点は第一及び第二の実施形態の減速装置と同一である（図２０参照）。
The speed reducer of the third embodiment differs from the speed reducers of the first and second embodiments in that the
第二冠ギヤ６２の外径は、出力部６３を回転可能に支持するリング形の転動体列（クロスローラリング６５）の内径よりも小さい。第二冠ギヤ６２は、出力部６３に埋め込まれる。第三の実施形態の減速装置では、第二冠ギヤ６２を傘歯車状、第一冠ギヤ６１を逆傘歯車状に形成するので、噛み合い中心Ｐ２を波動運動の中心Ｐ１に一致させたまま、噛み合い部ｅ（図２１の破線の内側領域）を支持部（球面スプライン）６４の中心線ｃｌから出力部６３側にオフセットすることができ、したがって第一冠ギヤ６１及び第二冠ギヤ６２を中心線ｃｌから出力部６３側にするオフセットすることができる。このため、第二冠ギヤ６２を出力部６３に埋め込むことが可能になる。なお、図２０に示すように、第二冠ギヤ１２及び第一冠ギヤ１１を共に傘歯車状に形成した場合、噛み合い部ｅ´（図２０の破線の内側領域）は支持部（球面スプライン）１４の中心線ｃｌ´上に位置する。
The outer diameter of the
第一冠ギヤ６１及び第二冠ギヤ６２を中心線ｃｌから出力部６３側にするオフセットし、出力部６３に第二冠ギヤ６２を埋め込むことで、クロスローラリング６５の径を拡大することなく、軸線方向の寸法を大幅に小さくすることができる。また、ハウジング５１の軸線方向の寸法を小さくすることで、ハウジング５１のばね定数が上がるので、出力部６３の回転剛性を上げることができる。
＜第三の実施形態の減速装置の歯の設計＞
By offsetting the
<Design of Teeth of Reduction Gear of Third Embodiment>
第三の実施形態の減速装置の歯の設計は、第一の実施形態の減速装置の歯の設計と略同一である。ただし、第一冠ギヤ６１は、第二冠ギヤ６２に向かってすり鉢状の円錐形の母体を持ち、第二冠ギヤ６２は、第一冠ギヤ６１に向かって凸の円錐形の母体を持つ。このため、図２２（ａ）に示すように、定円錐である第二冠ギヤ６２に動円錐である第一冠ギヤ６１が覆い被さるような形となる。トロコイド曲線を求めるにあたって、上記の数２を、
The design of the teeth of the speed reducer of the third embodiment is substantially the same as the design of the teeth of the speed reducer of the first embodiment. However, the
図２３は、求めたトロコイド曲線を示す。図２３において、ベクトルｐ２が描く軌跡がトロコイド曲線である。 FIG. 23 shows the obtained trochoid curve. In FIG. 23, the locus drawn by the vector p 2 is a trochoidal curve.
なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲でさまざまな実施形態に具現化可能である。 The present invention is not limited to being embodied in the above-described embodiments, and can be embodied in various embodiments without changing the gist of the present invention.
上記実施形態では、減速機を中心に説明したが、入力側と出力側を逆にすることで、軸方向にコンパクトな増速機としても利用できる。例えば、水力発電機のような入力側のパワーの大きい発電機に対して本発明を増速機として利用することで、軸方向のコンパクト化が図れる。 In the above-described embodiment, the description is centered on the speed reducer, but the input side and the output side are reversed, so that the speed reducer can be used as a compact speed increaser in the axial direction. For example, by utilizing the present invention as a speed-increasing gear for a generator having a large input-side power, such as a hydraulic power generator, axial compactification can be achieved.
１…ハウジング、１ａ…ハウジング本体、１ｂ，１ｃ…蓋部材、２…入力軸、２ａ…軸線、３…出力部、４…傾斜カム、５…カム部、６…ボール（カム部の転動体）、７…内輪部、７ａ…内輪スプライン溝、９…ボール（支持部の転動体）、１０…外輪部、１０ａ…外輪スプライン溝、１１…第一冠ギヤ、１２…第二冠ギヤ、１４…支持部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
第一冠ギヤと、
前記第一冠ギヤの半径方向の外側に配置され、前記第一冠ギヤを前記ハウジングに対して波動運動可能にかつ回転不可能に支持する支持部と、
前記ハウジングに対して回転可能であり、前記第一冠ギヤと歯数が異なり前記第一冠ギヤに対向する第二冠ギヤと、
前記第一冠ギヤが前記第二冠ギヤに噛み合うように前記第一冠ギヤを前記第二冠ギヤに対して傾斜させ、かつ噛み合う箇所が移動するように前記第一冠ギヤを波動運動させるカム部と、を備え、
前記支持部は、
外輪スプライン溝を有する外輪部と、
前記外輪部の内側に配置され、前記外輪スプライン溝に対向する内輪スプライン溝を有する内輪部と、
前記外輪スプライン溝と前記内輪スプライン溝との間に転がり運動可能に介在する転動体と、を備え、
前記第一冠ギヤは、前記支持部のみによって波動運動可能にかつ回転不可能に支持される減速又は増速装置。 Housing,
First crown gear,
A support portion that is disposed on the outer side in the radial direction of the first crown gear and that supports the first crown gear in a wave motionable and non-rotatable manner with respect to the housing;
A second crown gear that is rotatable with respect to the housing, has a different number of teeth from the first crown gear, and faces the first crown gear,
A cam for inclining the first crown gear with respect to the second crown gear so that the first crown gear meshes with the second crown gear, and for undulating the first crown gear so that the meshing position moves. And a section ,
The support portion is
An outer ring portion having an outer ring spline groove,
An inner ring portion that is disposed inside the outer ring portion and that has an inner ring spline groove that faces the outer ring spline groove;
A rolling element interposed between the outer ring spline groove and the inner ring spline groove so as to allow rolling movement,
The deceleration or speed-up device in which the first crown gear is supported only by the support portion so as to be wave-movable and non-rotatable .
入力軸と一体の傾斜カムと、
前記傾斜カムと前記第一冠ギヤとの間に転がり運動可能に介在する転動体と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の減速又は増速装置。 The cam portion is
Input shaft and integral with the inclined cam,
The speed reducing or speed increasing device according to claim 1, further comprising: a rolling element interposed between the inclined cam and the first crown gear so as to be capable of rolling motion.
前記内輪部には、前記カム部の転動体が転走する転走溝が形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の減速又は増速装置。 The inner ring portion is fixed to the first crown gear by a fastening member ,
Wherein the inner ring portion, deceleration or speed increasing device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that rolling groove rolling of the cam portion is rolling is formed.
前記歯先部が、円錐の側面を基礎とした凸形状であり、
前記歯底部が、円錐の側面を基礎とした凹形状であり、
前記円錐の頂点が前記第一冠ギヤの前記波動運動の中心に一致することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の減速又は増速装置。 The first crown gear and the second crown gear have tooth tips and tooth bottoms alternately in the circumferential direction,
The tooth tip is a convex shape based on the side surface of a cone,
The tooth bottom portion is a concave shape based on the side surface of the cone,
The deceleration or acceleration device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the apex of the cone coincides with the center of the wave motion of the first crown gear.
前記第二冠ギヤの外径が、前記ハウジングに出力部を回転可能に支持するリング形の転動体列の内径よりも小さく、
前記第二冠ギヤが、前記出力部に埋め込まれることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の減速又は増速装置。 The second crown gear is a bevel gear shape, the first crown gear is a reverse bevel gear shape,
The outer diameter of the second crown gear is smaller than the inner diameter of the ring-shaped rolling element row that rotatably supports the output portion in the housing,
It said second crown gear, speed increasing or decreasing apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that embedded in the output section.
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