JP6812163B2 - 減速装置 - Google Patents

Description

本発明は減速装置に関する。

ボール係合溝を備えた入力側の第１の円板と、ボール係合溝を備えた出力側の第２の円板と、ボール係合溝に係合する複数のボールと、第１の円板と第２の円板との間に介在し、ボールを保持する保持器を備えた減速機は既に提案されている（例えば、特許文献１、２）。この形式の減速機は、小型で大きな減速比が得られるなどの点で優れている。

特許文献１に提案された減速機は、平面の第１の基準円を一定のピッチで交錯する曲がりくねった第１の溝と前記平面の第２の基準円を一定のピッチで交錯する曲がりくねった第２の溝をそれぞれ備えた第１、第２の円板と、前記第１の円板と前記第２の円板は、第１、第２の保持器により、それぞれ保持された第１、第２の転動体を介して対向し、前記第１の保持器は固定され、前記第２の保持器は回転自在に支持されている。この減速機は、差動式であるため、大きな減速比を得ることができ、かつ小型の減速機が可能であると記載されている。

特許文献２に提案された減速機は、ボールと係合し回転軸から一定距離偏心した円形のカム溝を有する駆動カムと、ボールと係合する花びら状のカム溝を備えた従動カムと、ボールを半径方向に移動可能に保持する溝部を有する保持器とを具備し、保持器を間に挟んで、その両側に駆動カムと従動カムとをそれぞれのカム溝を備えた面を対向させて、同一軸線周りに回転可能に連結し、ボールの動作を介して駆動カムの回転を減速して従動カムに伝達する。この減速装置は、小型で、比較的簡易な加工により低コストで製作され、減速機比６程度を得ることが可能であると記載されている。

特開昭６０−１６８９５４号公報 特開平５−２０３００９号公報

近年、使用用途によっては、減速機の高い回転精度や振動抑制などが望まれる。これに対して、減速機の入力側と出力側との間の回転運動の不等速性や、これに伴う、出力側の回転速度変動、振動発生などの高次元の問題に着目し、対応が必要であるという考えに至った。ところが、特許文献１、２に記載された減速機は、小型で大きな減速比が得られるなどの面では優れたものとされるが、上記のような入力側と出力側との間の回転運動の不等速性や、これに伴う、出力側の回転速度変動、振動発生の問題については着目されてなく、また、その他の文献でも、これまでに具体的な提案はなく、これに着目したのが本発明である。

本発明は、上記の問題に鑑み、小型で高い減速比が得られ、かつ、出力側の回転速度変動や振動の抑制を可能にする減速装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、入力側と出力側との間の減速回転運動に同期回転性が得られるボール係合溝を創出するという新たな着想により、本発明に至った。

前述した目的を達成するための技術的手段として、本発明は、第１のボール係合溝が形成された入力板を有する入力側回転部材と、この入力側回転部材の回転軸と同軸に配置され、第２のボール係合溝が形成された出力板を有する出力側回転部材と、軸方向に対向する前記入力板および前記出力板の両ボール係合溝に係合する複数のボールと、このボールを半径方向に移動可能に保持する複数のポケットを有する保持器とを備え、第１のボール係合溝の曲率中心が装置回転軸中心に対して所定量だけ偏心し、第２のボール係合溝の曲率中心が装置回転軸中心上に配設され、かつ、前記保持器が回転不能に設けられ、前記両ボール係合溝に係合する前記ボールを介して前記入力側回転部材の回転が減速されて前記出力側回転部材に伝達される減速装置において、入力板の溝形状をボールの数と同じ数の多角円筒形状であって、各辺が直線状をなすとともに、前記出力側回転部材の軸部である出力軸の溝形状が、入力板の回転角に対して出力板の回転角が常時変速比との関係を保って回転する波状溝であり、入力板の回転角をθとし、出力板の回転角をψとし、減速比をｉとしたときに、ｉ＝ψ／θとなって、前記入力側回転部材から出力側回転部材に減速された回転運動が同期回転で伝達9されるものである。

本発明によれば、常時、入力側と出力側とが常時同期回転する。しかも、このように構成するに、溝形状を決定すればよく、構成上複雑化を招くことはない。また、入力板の溝形状をボールの数と同じ数の多角円筒形状としことによって、入力側と出力側の同期回転特性（等速性）の向上を図ることが可能となる。

ボールの数をｎとし、出力板の波状溝の極数をＮ、減速比をｉとしたときに、ｉ＝（Ｎ−ｎ）／Ｎとなる。このため、小型で高い減速比を得ることができる。

前記第１のボール係合溝の偏心量をａとし、ポケットの中心のピッチ円半径をｒとし、出力板の回転角をψとし、減速比をｉとしたときに、出力板の波状溝の中心軌跡が減速機回転軸からの距離Ｒで表され、この距離Ｒが次の数１の数式を満たすように設定できる。

この減速装置では、入力板と出力板との間に配設されるボールは、保持器のポケットによって拘束されて一方向（径方向）に移動できる。このため、回転軸の軸心とボール中心との距離Ｒを求め、この距離Ｒと入力板の回転角θとの関係を導くことよって、出力板の波状溝の基準曲線（軌道中心線）を求めことができる。

入力板及び出力板を回転可能に収納するとともに保持器を固定するケースを備え、入力板が、入力軸に軸受を介して外嵌され、出力板がケースに軸受を介して回転自在に枢支された出力軸と一体化されているもとできる。このように、構成することによって、コンパクトな減速装置を形成できる。

入力板と、これに対向する固定側の壁面との間に、この入力板の自転を規制するとともに公転を許容する自転規制機構を設けることも可能である。このように自転規制機構を設けた場合、入力板の溝と保持器の長穴ポケットの相互位置関係性を保つことができ、安定して、振動発生を防止できる。

本発明では、常時、入力側と出力側とが常時同期回転するので、出力側の回転速度変動や振動の少ない高品質の減速装置を提供できる。しかも小型化が可能で高い減速比を得ることも可能である。

減速装置の参考例を示す断面図である。 図１の要部を示す分解斜視図である。 図２の概要図である。 （ａ）図は、図１のＥ−Ｅ線で矢視した入力板の側面図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＧ−Ｇ線における入力板の断面図である。 （ａ）図は、図１のＦ−Ｆ線で矢視した出力板の側面図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＨ−Ｈ線における出力板の断面図である。 （ａ）図は、図１のＩ−Ｉ線で矢視した保持器の側面図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＪ部の拡大図である。 出力板のボール係合溝とボールの配置状態を示す図である。 ボール係合溝に対するボールの動きを示す図である。 出力板のボール係合溝の基準曲線を導出する模式図である。 本発明の減速装置の実施形態を示す断面図である。 図１０の要部を示す斜視図である。 図１１の概要図である。 図１０に示す減速装置の入力板を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 図１０に示す減速装置の出力板を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。 図１０に示す減速装置の出力板のボール係合溝の基準曲線を導出する模式図である。 入力板の回転角とボール１往復の軌跡との関係を示し、（ａ）は入力板の溝が円形状の場合のグラフ図であり、（ｂ）は入力板の溝が多角円筒形状の場合のグラフ図である。 自転規制機構を備えた減速装置の断面図である。 前記図１７に示す減速装置の要部拡大断面図である。 前記図１７に示す減速装置の入力板の入力側から見た要部簡略図である。 前記図１７に示す減速装置のケースの入力側の側壁の出力側から見た要部簡略図である。

図１〜図９は減速装置の参考図を示す。この減速装置１は、入力側回転部材２、出力側回転部材３、ボール４および保持器５を主な構成とし、ケース６（入力側の第１部材６ａと出力側の第２部材６ｂとが組合わされてなるケース）内に組込まれている。

図１に示すように、入力側回転部材２は、入力軸としての回転軸７、偏心カム８、転がり軸受９および入力板１０（１０Ａ）からなる。回転軸７の外径面に偏心カム８が嵌合されている。偏心カム８の円筒形外径面８ａの中心線Ｏ１は、回転軸７の軸心Ｘ１（すなわち、装置回転中心Ｘ）に対して偏心量ａだけ半径方向に偏心している。このため、この偏心カム８にて、入力軸である回転軸７に偏心部が構成される。偏心カム８の円筒形外径面８ａと入力板１０Ａの円筒形内径面１０ａとの間に転がり軸受９が装着され、入力板１０Ａは偏心カム８に回転自在に支持されている。偏心カム８の円筒形外径面８ａの中心線Ｏ１は入力板１０Ａの中心線でもある。このため、回転軸７が回転すると入力板１０Ａは、回転軸７の軸心Ｘ１を中心に振れ回り半径ａで公転運動を行う。回転軸７は、ケース６の第１部材６ａの内径面２１に装着された転がり軸受１１および保持器５の内径面５ａに装着された転がり軸受１２によって回転自在に支持されている。

図１、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、入力板１０Ａの側面１０ｂに第１のボール係合溝１３が形成されている。図４（ａ）は、図１のＥ−Ｅ線で矢視した入力板１０Ａの側面図で、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＧ−Ｇ線における入力板１０Ａの断面図である。図４（ａ）、図４（ｂ）では、入力板１０Ａの外径面の面取りや転がり軸受９が装着される内径面１０ａ（図１参照）の図示を省略している。

図４（ａ）に示すように、第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１は半径ｒの円形に形成され、第１のボール係合溝１３はトーラス面の一部からなる。軌道中心線Ｌ１の曲率中心は、偏心カム８の円筒形外径面８ａおよび入力板１０Ａの中心線Ｏ１に位置する。曲率中心Ｏ１は回転軸７の軸心Ｘ１に対して偏心量ａだけ偏心している。第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１上にボール４の中心Ｏｂが位置する。本明細書および特許請求の範囲において、第１のボール係合溝の軌道中心線とは、第１のボール係合溝１３に沿ってボール４を移動させたときのボール４の中心Ｏｂの軌跡を意味する。

図１に示すように、出力側回転部材３は出力板３０（３０Ａ）と軸部３１とからなり、出力板３０Ａと軸部３１は一体に形成されている。軸部３１は出力軸となる。出力側回転部材３は、ケース６ｂの内径面２０に装着された転がり軸受１４および保持器５の段部外径面５ｂに装着された転がり軸受１５によって回転自在に支持されている。

図１、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、出力板３０Ａの側面２８に第２のボール係合溝１６が形成されている。図５（ａ）は、図１のＦ−Ｆ線で矢視した出力板３０Ａの側面図で、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＨ−Ｈ線における出力板３０Ａの断面図である。図５（ａ）、図５（ｂ）では、出力板３０Ａの外径面の面取りや転がり軸受１５が装着される内径面２２（図１参照）の図示を省略している。

第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２は波状曲線で形成され、軸部３１の軸心Ｘ２と軌道中心線Ｌ２と距離Ｒは、基準ピッチ円半径ＰＣＲに対して増減変動し、本実施形態では、軌道中心線Ｌ２の波状曲線には基準ピッチ円半径ＰＣＲより大きい距離Ｒを有する山部が１０個、基準ピッチ円半径ＰＣＲより小さい距離Ｒを有する谷部が１０個で形成されている。軸部３１の軸心Ｘ２は回転軸７の軸心Ｘ１と同軸上に配置されている。第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２上にボール４の中心Ｏｂが位置する。

本参考例において、第２のボール係合溝の軌道中心線の波状曲線とは、半径ＰＣＲの基準ピッチ円に一定のピッチで交互に交差する曲線を意味する。また、第２のボール係合溝の軌道中心線とは、第２のボール係合溝１６に沿ってボール４を移動させたときのボール４の中心Ｏｂの軌跡を意味する。第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の波状曲線の詳細は後述する。

図１に示すように、入力板１０Ａと出力板３０Ａの軸方向に対向する側面１０ｂ、２８間に保持器５が配置されている。保持器５にはボール４を保持するポケット１７が設けられている。保持器５の外周側に貫通孔１８が設けられ、この貫通孔１８にピン１９が嵌挿され、保持器５はケース６に回転不能に取り付けられている。これにより、保持器５は、入力側回転部材２の回転軸７に対して回転不能となる。この状態で、第２部材６ｂの貫通孔２５、保持器５の貫通孔２３に固定用ボルト２４を嵌挿し、第１部材６ａのねじ孔２６に螺合させて第１部材６ａ、第２部材６ｂおよび保持器５が締結される。

図１、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、保持器５のポケット１７は回転軸７の軸心Ｘ１を中心に径方向に放射状に延びる長穴で形成されている。図６（ａ）は、図１のＩ−Ｉ線で矢視した保持器の側面図で、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＪ部の拡大図である。図６（ａ）、図６（ｂ）では、図１における保持器５の外周側の貫通孔１８、２３や転がり軸受１２を装着する内径面５ａの図示を省略している。

保持器５のポケット１７の個数は、軌道中心線Ｌ２の波状曲線の山部又は谷部の個数（１０個）より１個多い１１個であり、ポケット１７は周方向に等間隔に形成されている。各ポケット１７にボール４が１個ずつ配置されている。各ポケット１７が径方向に放射状に延びる長穴で形成されているので、各ポケット１７内のボール４は、基準ピッチ円半径ＰＣＲに対して径方向外側および径方向内側に所定量ｍの範囲で移動することができる。保持器５は回転不能に設けられており、ボール４は、保持器５のポケット１７により半径方向に移動可能に保持されている。

この参考例の減速装置１では、第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の山部の個数が１０個（谷部の個数も同様に１０個）で、ボール４の個数が１１個であるので、減速比ｉは次式により求められ、減速比ｉは−１／１０となる。
減速比ｉ＝（山部の個数−ボール個数）／山部の個数

すなわち、出力板はＮ極／周の波状溝（１周当たりの山部の数Ｎ）を有し、出力板はボールがこの波状溝に沿って移動することによって回転駆動する。このため、減速比は、ｉ＝（Ｎ−ｎ）／Ｎで表される。ここで、ｎはボールの数であり、Ｎは波状溝の極数である。ただし、ボール個数ｎは、Ｎ±１で構成されるため、減速比ｉは、ｉ＝−（±）／Ｎとなり、プラスの場合、入力板と出力板が同方向に回転し、マイナスの場合、入力板と出力板が逆方向に回転する。

次に、図２および図３を参照して、入力板１０Ａ、保持器５、ボール４および出力板３０Ａの組合せ状態を説明する。図２は、図１の要部を示す斜視図で、図３は、図２のボールを保持器のポケットに配置させた状態の概要図である。図３では、図２における入力板１０Ａの外径面取り、軸受装着用内径面１０ａ、保持器５の外径側貫通孔１８、２３、軸受装着用内径面５ａ、出力板３０Ａの軸受装着用内径面２２、軸部３１などの図示を省略している。

入力側回転部材２の回転軸７の軸心Ｘ１と出力側回転部材３の軸心Ｘ２は同軸上に配置され、保持器５の軸心も軸心Ｘ１、Ｘ２と同軸上に配置されている。入力板１０Ａの第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１の曲率中心Ｏ１〔図４（ａ）参照〕は回転軸７の軸心Ｘ１に対して偏心量ａだけ偏心している。換言すれば、入力板１０Ａの第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１の径方向の中心は回転軸７の軸心Ｘ１に対して偏心量ａだけ偏心している。

図２では、ボール４が出力板３０Ａの第２のボール係合溝１６に係合した状態で示しているが、このボール４が保持器５のポケット１７内に配置され、ポケット１７から図面手前側にボール４が突出した状態となり、ボール４が入力板１０Ａの第１のボール係合溝１３（図１参照）に係合する。すなわち、図３に示すように、保持器５のポケット１７内のボール４の図面手前側が入力板１０Ａの第１のボール係合溝１３（図１参照）に係合し、ボール４の図面奥側が出力板３０Ａの第２のボール係合溝１６に係合する。

この参考例の減速装置１の全体構成は以上のとおりである。次に、入力側回転部材に対して出力側回転部材が減速されて同期回転するボール係合溝の詳細を図７〜図９に基づいて説明する。図７は出力板の第２のボール係合溝とボールの配置状態を示す図で、図８は、図７のＫ部を拡大して第２のボール係合溝に対するボールの動きを示す図で、図９は出力板の第２のボール係合溝の基準曲線を導出する模式図である。

前述したように、保持器５は回転不能に設けられており、ボール４は、保持器５のポケット１７により半径方向に移動可能に保持されている。図７に示すように、ボール４は、出力板３０Ａの第２のボール係合溝１６に対して周方向に等角度の位置で係合する。本実施形態では、ボール４の個数を１１個としたので、軸心Ｘ２と周方向に隣り合うボール４の中心Ｏｂ₀、Ｏｂ’を結ぶ直線のなす角度をαとしたとき、α＝３６０°／１１となり、全ての隣り合うボール４の間の角度αは等角度となっている。

入力側回転部材２に対して出力側回転部材３が減速されて同期回転する状態を図８に基づいて説明する。前述したように、入力側回転部材２および出力側回転部材３の回転に対して、保持器５は回転不能に構成されている。したがって、図８に実線で示すポケット１７は周方向に移動しない。図８の水平方向の中心線は入力側回転部材２の回転軸７の回転角θが０°の位置を示す。ボール４は、ポケット１７の中で径方向の最も外側に位置している。これは、入力板１０Ａの公転運動において、入力板１０Ａの回転軸７の軸心Ｘ１に対する振れ回り半径ａが図８の水平方向の中心線上にあるため、入力板１０Ａの第１のボール係合溝１３に係合するボール４がポケット１７の中で径方向の最も外側に位置する。

回転軸７が回転角θ₁回転し、入力板１０Ａの振れ回り半径ａの位置が回転角θ₁の位置に移動するので、入力板１０Ａの第１のボール係合溝１３に係合するボール４はポケット１７内を径方向の内径側に移動し、ボール４の中心はＯｂ₁の位置になる。ボール４の中心がＯｂ₁の状態で、出力板３０Ａの第２のボール係合溝１６にボール４が係合するため、換言すれば、ボール４の中心Ｏｂ₁が第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２上に位置するために、出力板３０Ａが図８に示す回転角ｉθ₁分回転することになる。続いて、回転軸７が回転角θ２、さらに回転角θ３、θ４と回転すると、上記と同様に、出力板３０Ａは回転角ｉθ₂、ｉθ₃、ｉθ₄と回転することになる。これにより、入力側回転部材２から出力側回転部材３に減速（減速比ｉ＝−１／１０）された回転運動が伝達される。

この参考例の減速装置１では、入力側回転部材２から出力側回転部材３に減速された上記回転運動が同期回転で伝達されることを特徴とする。これにより、高い回転精度や振動抑制を図ることができる。入力側回転部材２から出力側回転部材３に減速された回転運動が同期回転で伝達されるために、出力板３０Ａの第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の波状曲線の形状が設定されている。

出力板３０Ａの第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の波状曲線の導出方法を図９に基づいて説明する。図９は第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の波状曲線を導出する模式図である。図９の水平方向の中心線は、図８の水平方向の中心線に対応し、入力側回転部材２の回転軸７の回転角θが０°の位置を示す。回転軸７の回転角θが０°のときの入力板１０Ａの第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１₀を破線で表記し、任意の回転角θのときの第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１θを実線で表記している。

入力側回転部材２の回転軸７の軸心Ｘ１に対して、入力板１０Ａの第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１は半径ｒの円形で、その曲率中心Ｏ１は、偏心量ａだけ偏心している。このため、回転角θが０°のときの軌道中心線Ｌ１の曲率中心はＯ１₀にあり、ボール４の中心はＯｂ₀で半径方向に最も外側に位置する。保持器５のポケット１７により、ボール４は、線ｎ１上に拘束され、半径方向に移動が可能である。そして、回転軸７が任意の回転角θになると、軌道中心線Ｌ１の曲率中心はＯ１θに移動し、ボール４の中心はＯｂθに移動する。この位置にあるボール４が出力板３０Ａの第２のボール係合溝１６に係合する。すなわち、ボール４の中心Ｏｂθが第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２（図８参照）上に位置する関係になる。この位置関係が、回転軸７の任意の回転角θに対して、常に出力板３０Ａの回転角がｉθであることが回転軸７と出力板３０Ａの同期回転を成立させる。これに基づいて、回転軸７の軸心Ｘ１と第２のボール係合溝の軌道中心線Ｌ２との距離Ｒを幾何学的に求める。

図９に示すように、回転軸７の軸心Ｘ１と第２のボール係合溝の軌道中心線Ｌ２との距離Ｒは次のように表される。

すなわち、図９からわかるように、以下の数３、数４、数５、数６、及び数７の数式が成り立つ。

ここで、この減速装置が同期回転するため、減速比ｉ＝ψ／θが成り立つ必要がある。このため、この数７から前記数２の数式を求めることができる。

この参考例の減速装置１の作動を要約して説明する。入力側回転部材２の回転軸７を回転させると、入力板１０Ａは、回転軸７の軸心Ｘ１の周りに公転運動する。その際、入力板１０Ａは、回転軸７に設けられた偏心カム８に対して回転自在であるので、入力板１０Ａは、自転運動はほとんど行わない。これにより、保持器のポケットやボール係合溝とボールとの間の相対的な摩擦量を低減し、入力側回転部材から出力側回転部材への伝達効率を向上させることができる。

入力板１０Ａが公転運動を行うと、円形の軌道中心線Ｌ１からなる第１のボール係合溝１３に係合する各ボール４が、回転不能に設けられた保持器５のポケット１７に拘束され、それぞれ半径方向に移動する。

各ボール４は、出力側回転部材３の出力板３０Ａの第２のボール係合溝１６に係合しているので、各ボール４の半径方向の移動動作に対応して、図８に示すように、出力側回転部材３は、入力側回転部材２の回転軸７の回転が減速されて回転する。その際、出力板３０Ａの第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の基準曲線が、図９で説明したように設定されているので、出力側回転部材３は回転軸７に対して減速された回転数で同期回転する。

この参考例の減速装置１の作動は以上のとおりであり、小型で高い減速比が得られ、かつ、出力側の回転速度変動や振動の抑制を可能にする減速装置を実現することができる。また、円形の軌道中心線からなる第１のボール係合溝と波状曲線の軌道中心線からなる第２のボール係合溝は、全体としてボール係合溝の形状を簡素化でき、製造の容易化、低コスト化を図ることができる。

次に図１０〜図１４は本発明に係る減速装置を示す、この減速装置の入力板１０（１０Ｂ）は、前記参考例の減速装置の入力板１０Ａと相違して，図１３（ａ）に示すように、多角円筒形状の第１ボール係合溝１３Ｂを有するものである。また、この場合の出力板３０（３０Ｂ）は前記参考例の減速装置の出力板３０Ｂと同様、波形溝からなる第２ボール係合溝１６Ｂを有するものである。

この場合も、入力板１０Ｂが偏心カム８に外嵌されるので、ボール係合溝１３Ｂの中心は、回転軸の軸心に対して所定量ａだけ偏心している。なお、図１０〜図１４は本発明に係る減速装置の他の構成は、前記参考例と同様である。このため、この他の構成については、図１等で示す参考例の減速装置と同一符号を付してそれらの説明を省略する。

図１５は第２のボール係合溝１６Ｂの軌道中心線（基準曲線）の波状曲線を導出する模式図である。図１５の水平方向の中心線は、図８の水平方向の中心線に対応し、入力側回転部材２の回転軸７の回転角θが０°の位置を示す。回転軸７の回転角θが０°のときの入力板１０Ｂの第１のボール係合溝１３Ｂの軌道中心線Ｌ３₀を破線で表記し、任意の回転角θのときの第１のボール係合溝１３Ｂの軌道中心線Ｌ３θを実線で表記している。

入力側回転部材２の回転軸７の軸心Ｘ１に対して、入力板１０Ｂの第１のボール係合溝１３Ｂの軌道中心線Ｌ３は多角形で、その中心Ｏ３は、偏心量ａだけ偏心している。このため、回転角θが０°のときの軌道中心線Ｌ３の曲率中心はＯ３₀にあり、ボール４の中心はＯｂ₀で半径方向に最も外側に位置する。保持器５のポケット１７により、ボール４は、半径方向に移動が可能である。そして、回転軸７が任意の回転角θになると、軌道中心線Ｌ３の曲率中心はＯ３θに移動し、ボール４の中心は実線で示すＬ３上に移動する。この位置にあるボール４が出力板３０の第２のボール係合溝１６に係合する。すなわち、ボール４の中心Ｏｂθが第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２（図８参照）上に位置する関係になる。この位置関係が、回転軸７の任意の回転角θに対して、常に出力板３０の回転角がｉθであることが回転軸７と出力板３０の同期回転を成立させる。これに基づいて、回転軸７の軸心Ｘ１と第２のボール係合溝１６Ｂの軌道中心線Ｌ２との距離Ｒを幾何学的に求めることができる。

この図１０等に示す本発明に係る減速装置では、図１５に示すように、回転中心軸の軸心Ｘ１とボール４の中心との距離Ｒは次のように表される。

すなわち、図１５からわかるように、以下の数９、数１０、及び数１１の数式が成り立つ。

ここで、この減速装置が同期回転するため、減速比ｉ＝ψ／θが成り立つ必要がある。このため、この数１１から前記数８の数式を求めることができる。

ところで、参考例のように、入力板１０の溝１３を円形溝とした場合、入力板１０が１回転すると、ボール４は保持器５内の長穴１７（ポケット）を１往復し、出力板３０はｉ回転する。入力板１０の回転角ｄθ（０°≦θ≦３６０°）を４象限（０°〜９０°、９０°〜１８０°、１８０°〜２７０°、２７０°〜３６０°）に分け、各象限でのボールの動きに着目することでこの参考例と本願発明との特性を確認することができる。

入力板１０のオフセット量が最大のときの回転角をｄθ＝０°とし、観察するボール４はｄθ＝０のとき最も回転軸から遠くにあるボールとする。保持器５に設けられた長穴１７内をボール４が１往復するときの距離のうち、入力板１０の回転角ｄθが第１象限のときのボール４の移動距離をＬａ1(図６（ｂ）参照)、第２象限のときをＬａ２(図６（ｂ）参照)、第３象限のときをＬａ３(図６（ｂ）参照)、第４象限のときをＬａ４(図６（ｂ）参照)とし、ボール４の移動距離Ｌａ１とＬａ２（またはＬａ３とＬａ４）を比較すると、図１６（ａ）から明らか参考例では相違する。

すなわち、入力板１０の溝１３が円形の場合、図１６（ａ）に示すように、Ｌａ１とＬａ２（またはＬａ３とＬａ４）長さが異なる。これはボール４が保持器５内の長穴１７を転がる１往復の中で、ピッチ円を中心とした径方向外側の移動距離と径方向内側の移動距離が異なることを示し、入力板１０の回転角θと出力板３０の回転角ψの同期回転特性（ψ＝ｉθ）を満足させるために、保持器５の長穴１７内のボール４の速度変動がピッチ円を中心とした径方向外側と内側で異なることを示す。これは出力板３０の波状溝１６を転がるボールの速度変動がピッチ円を中心とした径方向外側と内側で異なることを示し、振動や異音の発生につながる可能性がある。

これに対して、入力板１０の溝１３が多角形状の場合、図１６（ｂ）に示すように、Ｌａ１とＬａ２（またはＬａ３とＬａ４）長さが等しくなる。これはボール４が保持器５の長穴１７内および出力板３０の波状溝１６を転がる1周期の中で、ピッチ円を中心とした径方向外側の移動距離と径方向内側の移動距離が等しいこと（＝単振動）を示し、入力板１０の回転角θと出力板３０の回転角ψの同期回転特性（ψ＝ｉθ）を保ちつつ、ボールの速度変動がピッチ円を中心とした径方向外側と内側で等しいことを示す。

このため、入力板１０の溝１３を多角形状（多角円筒形状）とすることによって、入力板１０と出力板３０の同期回転特性（等速性）を高めることができる。これによって、出力側の回転速度変動や振動を極力抑えることができる。

本発明によれば、前記参考例と同様、常時、入力側と出力側とが常時同期回転するので、出力側の回転速度変動や振動の少ない高品質の減速装置を提供できる。しかも小型化が可能で高い減速比を得ることも可能である。また、入力側と出力側と常時同期回転するように構成するに、溝形状を決定すればよく、構成上複雑化を招くことはない。特に、本願発明では、入力板１０の溝形状をボール４の数と同じ数の多角円筒形状としたことによって、入力側と出力側の同期回転特性（等速性）の向上を図ることが可能となる。

また、ボール４の数をｎとし、出力板３０の波状溝１６の極数をＮとしたときに、減速比をｉとしたときに、ｉ＝（Ｎ−ｎ）／Ｎとなるように設定でき、小型で高い減速比を得ることができる減速装置を安定して提供できる。

入力板１０Ｂ及び出力板３０Ｂを回転可能に収納するとともに保持器を固定するケース６を備え、入力板１０Ｂが、入力軸７の偏心部に軸受を介して外嵌され、出力板３０Ｂがケース６に軸受を介して回転自在に枢支された出力軸３１と一体化されているので、コンパクトな減速装置を形成できる。

ところで、入力板１０の溝１３を多角形状とした場合、入力板１０の溝１３と保持器が有する長穴(ポケット)１７の相互位置関係特性を保つために、入力板１０の自転を規制し公転のみ許容させるのが好ましい。このため、図１７と図１８に示すように、入力板１０と、これに対向する固定側の壁面（この場合、ケース６の入力側の側壁の内側面６ａ１）との間に、この入力板１０の自転を規制するとともに公転を許容する自転規制機構Ｍを設けるのが好ましい。

自転規制機構Ｍは、入力板１０Ｂの入力側の側面１０ｃに周方向に沿って所定ピッチで複数個（実施形態では、図１９に示すように、４５°ピッチで８個）設けられる円環状の軌道溝５５と、入力板１０Ｂの入力側の側面１０ｃに対向するケース６の第１部材６ａの内側面６ａ１に周方向に沿って所定ピッチで複数個（図２０に示すように、４５°ピッチで８個）設けられる円環状の軌道溝５６と、軌道溝５５とこれに対向する軌道溝５６の間に介在される転動体５７とを備える。この場合、軌道溝５５の円環中心Ｏ５と軌道溝５６の円環中心Ｏ６を偏心させている。この際、軌道溝５５の円環中心Ｏ５と軌道溝５６の円環中心Ｏ６は１８０°反対方向に偏心させるのが好ましい。軌道溝５５及び軌道溝５６の中央には、山部５５ａ、５６ａが形成され、この山部５５ａ、５６ａの軸心は円環中心Ｏ５、Ｏ６となる。

このような自転規制機構Ｍを設ければ、入力板１０の自転を規制するとともに公転を許容することになって、入力板１０の溝１３と保持器５の長穴（ポケット）１７の相互位置関係性を保つことができ、安定して、振動発生を防止できる。なお、自転規制機構Ｍの軌道溝５５（５６）の数の増減も任意である。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、参考例の減速装置では、入力板１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、回転軸７に設けられた偏心カム８に対して回転自在にした構成のものとしたが、入力板１０と回転軸７とが一体の構成にしてもよい。また、本実施形態の減速装置１では、回転軸７に別体の偏心カム８を嵌合させた構成を例示したが、これに限られず、回転軸と偏心カムとを一体の構成にしてもよい。

本実施形態の減速装置１では、減速比ｉが−１／１０のものを例示したが、例えば、減速比ｉは１／５〜１／２０程度で必要に応じて適宜設定することができる。この場合は、減速比ｉに応じて、ボール係合溝の軌道中心線の波状曲線の山部／谷部の個数、保持器のポケット個数およびボール個数を適宜設定すればよい。

入力軸に駆動力を入力するための駆動源としては、モータであってもよく、また、エンジン等の他の駆動源であってもよい。

２ 入力側回転部材
３ 出力側回転部材
３０ 出力板
４ ボール
５ 保持器
６ ケース
８ 偏心カム
９ 軸受
１０ 入力板
１３ 第１ボール係合溝
１４ 軸受
１５ 軸受
１６ 第２ボール係合溝
１７ ポケット
Ｍ 自転規制機構

Claims (6)

1. 第１のボール係合溝が形成された入力板を有する入力側回転部材と、この入力側回転部材の回転軸と同軸に配置され、第２のボール係合溝が形成された出力板を有する出力側回転部材と、軸方向に対向する前記入力板および前記出力板の両ボール係合溝に係合する複数のボールと、このボールを半径方向に移動可能に保持する複数のポケットを有する保持器とを備え、第１のボール係合溝の曲率中心が装置回転軸中心に対して所定量だけ偏心し、第２のボール係合溝の曲率中心が装置回転軸中心上に配設され、かつ、前記保持器が回転不能に設けられ、前記両ボール係合溝に係合する前記ボールを介して前記入力側回転部材の回転が減速されて前記出力側回転部材に伝達される減速装置において、
   入力板の溝形状をボールの数と同じ数の多角円筒形状であって、各辺が直線状をなすとともに、前記出力側回転部材の軸部である出力軸の溝形状が、入力板の回転角に対して出力板の回転角が常時変速比との関係を保って回転する波状溝であり、入力板の回転角をθとし、出力板の回転角をψとし、減速比をｉとしたときに、ｉ＝ψ／θとなって、前記入力側回転部材から出力側回転部材に減速された回転運動が同期回転で伝達されることを特徴とする減速装置。
2. ボールの数をｎとし、出力板の波状溝の極数をＮとし、減速比をｉとしたときに、ｉ＝（Ｎ−ｎ）／Ｎとなることを特徴とする請求項１に記載の減速装置。
3. 前記入力板は、入力軸である回転軸に形成された偏心部に軸受を介して回転自在に装着されて、第１のボール係合溝の曲率中心が装置回転軸に対して所定量だけ偏心していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の減速装置。
4. 前記第１のボール係合溝の偏心量をａとし、ポケットの中心のピッチ円半径をｒとし、出力板の回転角をψとし、減速比をｉとしたときに、出力板の波状溝の中心軌跡が減速機回転軸からの距離Ｒで表され、この距離Ｒが次の数１の数式を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の減速装置。
   

   
5. 入力板及び出力板を回転可能に収納するとともに保持器を固定するケースを備え、入力板が、入力軸に軸受を介して外嵌され、出力板がケースに軸受を介して回転自在に枢支された出力軸と一体化されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれが１項に記載の減速装置。
6. 入力板と、これに対向する固定側の壁面との間に、この入力板の自転を規制するとともに公転を許容する自転規制機構を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の減速装置。

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