JP7191830B2 - スプライン構造、減速又は増速装置、等速ジョイント - Google Patents

Description

本発明は、例えば歳差運動式減速又は増速装置に組み込まれ、又は等速ジョイントとして使用されるスプライン構造に関する。

歳差運動式減速装置は、第１冠ギヤと、第２冠ギヤと、カム部と、スプライン構造と、を備える（特許文献１参照）。第１冠ギヤと第２冠ギヤとは互いに対向し、これらには歯数差がある。カム部は、第１冠ギヤが第２冠ギヤに噛み合うように第１冠ギヤを第２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第１冠ギヤを歳差運動させる。第１冠ギヤが歳差運動すると、歯数差の分だけ第２冠ギヤが減速して回転する。

この歳差運動式減速装置において、スプライン構造は、第１冠ギヤの歳差運動のみを許容し、第１冠ギヤの回転を防止する回り止めとして用いられる。このスプライン構造は、外側部材（外輪）と、内側部材（内輪）と、ボールと、ボールを保持する保持器と、を備える。外輪の球面状内面には、第１トラック溝が形成される。内輪の球面状外面には、第２トラック溝が形成される。内輪が傾斜できるように、第１トラック溝と第２トラック溝との間にはボールが配置される。

一方、等速ジョイントも、外側部材（外輪）と、内側部材（内輪）と、ボールと、ボールを保持する保持器と、を備える。外輪の球面状内面には、第１トラック溝が形成される。内輪の球面状外面には、第２トラック溝が形成される。内輪が傾斜できるように、第１トラック溝と第２トラック溝との間にはボールが配置される。この等速ジョイントにおいて、内輪を回転させると、外輪が回転する。伝達トルクはボールを介して内輪から外輪に伝達される。

国際公開第２０１６／１４０２３４号

しかし、従来のスプライン構造にあっては、外輪の内面が球面状であり、第１トラック溝の長さ方向に沿った底部が凹の円弧状に形成される。そして、内輪の外面が球面状であり、第２トラック溝の長さ方向に沿った底部が凸の円弧状に形成される。第１トラック溝とボールとの接触により形成される接触楕円の面積が大きいが、第２トラック溝とボールとの接触により形成される接触楕円の面積が小さいので、所定の定格荷重の確保及び／又は小型化・軽量化に課題があった。

そこで、本発明の第１の目的は、外側部材とボールとの接触面積を確保することができると共に、内側部材とボールとの接触面積を確保することができるスプライン構造を提供することを目的とする。

また、従来の歳差運動式減速装置にあっては、カム部と第１冠ギヤとの間には、第１冠ギヤが円滑に歳差運動するように転動体が介在する。カム部には、転動体が転走する転動体転走部が形成されるので、耐久性を上げるためにカム部が鉄鋼製であった。しかし、カム部は入力軸と一緒に高速回転する。カム部を鉄鋼製にすると、特にカム部の直径が大きい場合、カム部のイナーシャが大きくなり、制御性が低下するという課題がある。

そこで、本発明の第２の目的は、カム部のイナーシャを小さくすることができる歳差運動式減速又は増速装置を提供することを目的とする。

上記第１の課題を解決するために、本発明の第１の態様は、内面に第１トラック溝を有する外側部材と、外面に第２トラック溝を有する内側部材と、前記外側部材に対して前記内側部材が傾斜するのを許容するように、前記第１トラック溝と前記第２トラック溝との間に配置されるボールと、を備えるスプライン構造において、前記第１トラック溝の、少なくとも一部の長さ方向に沿う底部が、直線状であり、前記第２トラック溝の、少なくとも一部の長さ方向に沿う底部が、凹の曲線状であり、前記第１トラック溝の少なくとも一部と前記第２トラック溝の少なくとも一部との間に前記ボールが挟まれ、前記第２トラック溝の接触角が前記第１トラック溝の接触角よりも大きいスプライン構造である。

上記第２の課題を解決するために、本発明の第２の態様は、第１冠ギヤと、前記第１冠ギヤに対向する第２冠ギヤと、前記第１冠ギヤが前記第２冠ギヤに噛み合うように前記第１冠ギヤを前記第２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１冠ギヤを歳差運動させ、入力軸又は出力軸に連結されるカム部と、前記カム部と前記第１冠ギヤとの間に介在する転動体と、を備える減速又は増速装置において、前記カム部は、前記入力軸又は前記出力軸に連結される第１部材と、前記転動体が転走する転動体転走部を有し、前記第１部材に対して相対回転不可能な鉄鋼製の第２部材と、を有し、前記第１部材の少なくとも一部の比重が前記第２部材よりも小さい減速又は増速装置である。

本発明の第１の態様によれば、第１トラック溝の、少なくとも一部の長さ方向に沿う底部が、直線状であるので、第１トラック溝とボールとの接触により形成される接触楕円の面積を確保することができる。また、第２トラック溝の、少なくとも一部の長さ方向に沿う底部が、凹の曲線状であるので、第２トラック溝とボールとの接触により形成される接触楕円の面積を確保することができる。したがって、スプライン構造の所定の定格荷重を確保でき、及び／又はスプライン構造の小型化・軽量化を図ることができる。
また、第２トラック溝の接触角が第１トラック溝の接触角よりも大きいので、凹の曲線状の第２トラック溝に対するボールの移動距離を直線状の第１トラック溝に対するボールの移動距離に近づけることができ、ボールのすべりを低減することができる。
また、第２トラック溝の接触角が第１トラック溝の接触角よりも大きいので、トルクを受けるのに適した接触角が得られる。

本発明の第２の態様によれば、カム部の第１部材の少なくとも一部の比重が第２部材よりも小さいので、カム部のイナーシャを小さくすることができる。また、転動体転走部を有するカム部の第２部材が鉄鋼製であるので、カム部の耐久性が低下するのを防止できる。

本発明の第１の実施形態のスプライン構造の断面図である。 本実施形態の外輪の斜視図である。 本実施形態の内輪の斜視図である。 本実施形態の接触角を示す図である。 従来例のスプライン構造の断面図である。 従来例のスプライン構造の接触角を示す図である。 本発明の第１の実施形態の歳差運動式減速装置の断面図である。 本実施形態の等速ジョイントの断面図である（交差角が０°）。 本実施形態の等速ジョイントの断面図である（交差角がθ）。 本発明の第２の実施形態のスプライン構造の断面図である。 本発明の第３の実施形態のスプライン構造の断面図である。 本発明の第２の実施形態の歳差運動式減速装置の断面図である。 第２の実施形態の歳差運動式減速装置の第１冠ギヤ、第２冠ギヤ、スプライン構造の斜視図である。 第２の実施形態の歳差運動式減速装置の分解斜視図である（正面側分解斜視図）。 第２の実施形態の歳差運動式減速装置の分解斜視図である（背面側分解斜視図）。 第２の実施形態の歳差運動式減速装置のカム部の分解斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明のスプライン構造を具体化した実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明のスプライン構造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１の実施形態）

図１は、本発明の第１の実施形態のスプライン構造の断面図である。本実施形態のスプライン構造は、外側部材としての外輪１と、内側部材としての内輪２と、ボール３と、を備える。内輪２は、歳差運動によって傾斜する。図１においては、外輪１に対して内輪２が角度θだけ傾斜した状態（すなわち外輪１の軸線Ｌ_１と内輪２の軸線Ｌ_２と交差角がθ）の状態を示す。外輪１に対する内輪２の傾斜は、相対的なものであり、外輪１が傾斜しても、内輪２が傾斜してもよい。外輪１の軸線Ｌ_１と内輪２の軸線Ｌ_２とは、歳差運動中心Ｏで交差する。本実施形態のスプライン構造は、歳差運動式減速装置に組み込まれ、内輪２に取り付けられる第１冠ギヤ１１（図７参照）が歳差運動するのを許容するのに用いられる。歳差運動式減速装置については後述する。

外輪１の内面には、複数の例えば８個の第１トラック溝４が円周方向に等間隔に、軸方向に沿って形成される（図２参照）。内輪２の外面には、第１トラック溝４と対をなす複数の例えば８個の第２トラック溝５が円周方向に等間隔に、軸方向に沿って形成される（図３参照）。第１トラック溝４と第２トラック溝５とが協働して、８個のボールトラックを形成する。各ボールトラックには、１つのボール３が配置される。

図２に示すように、外輪１は略円筒状である。外輪１の軸方向の一端部には、外輪１を相手部品（歳差運動式減速装置のハウジング）に取り付けるためのフランジ１ａが設けられる。外輪１の内面１ｂは円筒面である。この内面１ｂに第１トラック溝４が形成される。

図４に示すように、外輪１の軸線Ｌ_１に直交する断面（正確にいえば外輪１の軸線Ｌ_１と内輪２の軸線Ｌ_２が一致した状態における歳差運動中心Ｏに直交する面）において、第１トラック溝４は、２つの円弧Ｒ_１から構成されるゴシックアーチ溝状に形成される。２つの円弧Ｒ_１は、ボール３の半径より大きい曲率半径を持ち、底部４ａ付近で交わる。ボール３は接触角α_１で第１トラック溝４に２点で接触する（図４には溝４の右半分のみに符号を附すが、溝４は左右対称である）。α_１は例えば３０度以上４０度以下である。ここで、接触角α_１は、ボール３の中心Ｏ_２と第１トラック溝４の底部４ａとを結んだ線Ｌ_３と、ボール３の中心Ｏ_２と第１トラック溝４との接触点（正確にいえば、ボール３と第１トラック溝４との接触により形成される接触楕円Ｍ_１の中心）とを結んだ線Ｌ_４とのなす角度である。なお、ボール３は接触角α_１で第２トラック溝５に接触するし、第１トラック溝４の実際の底部４ｂには逃げが形成される。これらを考慮して、本発明において、ボール３の外端を第１トラック溝４の底部４ａとする。第１トラック溝４の底部４ａからの第１トラック溝４の実際の底部４ｂまでの距離は、第１トラック溝４の長さ方向に渡って一定である。

図１に示すように、第１トラック溝４は、外輪１の軸方向に直線状に延びる。第１トラック溝４は、外輪１の軸方向の一端部から他端部まで一定の深さを持つ。第１トラック溝４の長さ方向に沿う底部４ａは、直線状であり、外輪１の軸線Ｌ_１と平行である。第１トラック溝４の接触角α_１は、第１トラック溝４の長さ方向において一定である。

図３に示すように、内輪２は略有底短円筒状である。内輪２の円盤部２ａには、内輪２を相手部品に取り付けるための多数のねじ孔等の取付け部２ｂが形成される。内輪２の外面２ｃは円筒面である。この外面２ｃに第２トラック溝５が形成される。

図４に示すように、内輪２の軸線Ｌ_２に直交する断面（正確にいえば外輪１の軸線Ｌ_１と内輪２の軸線Ｌ_２が一致した状態における歳差運動中心Ｏに直交する面）において、第２トラック溝５は、２つの円弧Ｒ_２から構成されるゴシックアーチ溝状に形成される。２つの円弧Ｒ_２は、ボール３の半径より大きい曲率半径を持ち、底部５ａで交わる。ボール３は接触角α_２で第２トラック溝５に２点で接触する。α_２は例えば５５度以上６５度以下である。ここで、接触角α_２は、ボール３の中心Ｏ_２と第２トラック溝５の底部５ａとを結んだ線Ｌ_３と、ボール３の中心Ｏ_２と第２トラック溝５との接触点（正確にいえばボール３と第２トラック溝５との接触により形成される接触楕円Ｍ_２の中心）とを結んだ線Ｌ_５とのなす角度である。なお、ボール３は接触角α_２で第２トラック溝５に接触するし、第２トラック溝５の実際の底部５ｂには逃げが形成される。これらを考慮して、本発明において、ボール３の内端を第２トラック溝５の底部５ａとする。第２トラック溝５の底部５ａから第２トラック溝５の実際の底部５ｂまでの距離は、第２トラック溝５の長さ方向に渡って一定である。

図１に示すように、第２トラック溝５の長さ方向に沿う底部５ａは、凹の曲線状、この実施形態では、円弧状である。第２トラック溝５の底部５ａの中心（曲率中心）Ｏ_１は、歳差運動中心Ｏを通り内輪２の軸線Ｌ_２に直交する平面Ｐ内に位置する。第２トラック溝５の曲率半径はｒ_２である。第２トラック溝５の接触角α_２は、第２トラック溝５の長さ方向において一定である。図１に示すように、第２トラック溝５の底部５ａが凹の円弧状に形成され、第１トラック溝４の底部４ａが直線状であるがゆえ、図４に示すように、接触楕円Ｍ_２の面積は接触楕円Ｍ_１の面積よりも大きい。

図１に示すように、第２トラック溝５の深さは、内輪２の軸方向の両端部で浅く、軸方向の中間部で深い。第１トラック溝４と第２トラック溝５との間にボール３を入れるときは、内輪２を大きく傾斜させる。その後、内輪２の傾斜を戻せば、ボール３が脱落することがない。

ボール３は、鋼鉄等からなり、真球状である。ボール３は、各第１トラック溝４と各第２トラック溝５との間に１個ずつ配置される。内輪２の歳差運動に伴い、ボール３は第１トラック溝４と第２トラック溝５との間を軸方向に往復運動する。このとき、ボール３は、第１トラック溝４と第２トラック溝５とによってその位置が決定される。このため、外輪１と内輪２との間に、ボール３を保持するための保持器を設ける必要がない。

次に、本実施形態のスプライン構造の作用を説明する。外輪１を固定すると、内輪２は歳差運動のみ許容され、内輪２はその軸線の回りに回転することはない。一方、外輪１を回転させると、その回転トルクがボール３を介して内輪２に伝達され、外輪１と内輪２とが等速で回転する。内輪２を回転させても同様である。外輪１と内輪２との交差角θが変化するときには、ボール３が第１トラック溝４と第２トラック溝５との間を転がるので、交差角θの変化が許容される。

次に、本実施形態のスプライン構造の効果（１）～（４）を説明する。

（１）本実施形態では、内輪２の第２トラック溝５の長さ方向に沿う底部５ａが凹の円弧状である。このため、接触楕円Ｍ_２の面積を大きくすることができる。従来例（図５に示すように内輪２´の第２トラック溝５´の長さ方向に沿う底部５ａ´が凸の円弧状である）では、凸の円弧状の第２トラック溝５´とボール３´とが接触するので、図６に示すように、これらの接触楕円Ｍ_２´の面積が小さく、トルクがかかったときの面圧が高くなってしまう。この面圧が原因でスプライン構造の定格荷重を上げられなかったり、及び／又はスプライン構造の小型化・軽量化を図れなかったりする。本実施形態のスプライン構造によれば、このような不具合を無くすことができ、スプライン構造の所定の定格荷重を確保でき、及び／又はスプライン構造の小型化・軽量化を図ることができる。本実施形態のスプライン構造を自動車の等速ジョイントに使用する場合、スプライン構造の小型化・軽量化が自動車の燃費向上につながる。

ただし、本実施形態では、外輪１の第１トラック溝４に沿った底部４ａが直線状であるので、底部４ａ´が凹の円弧状で接触楕円がＭ_１´の従来例（図５、図６参照）に比べて、第１トラック溝４とボール３との接触により形成される接触楕円Ｍ_１の面積が小さくなる。しかし、外輪１の軸線Ｌ_１から第１トラック溝４までの距離（すなわちトルクがかかったときの腕の長さ）は内輪２の軸線Ｌ_２から第２トラック溝５までの距離（すなわちトルクがかかったときの腕の長さ）よりも長いので、スプライン構造の定格荷重は主に第２トラック溝５とボール３との接触楕円Ｍ_２の面積で決まる。このため、接触楕円Ｍ_１の面積の減少は定格荷重に殆ど影響を与えない。

（２）本実施形態では、第１トラック溝４に沿った底部４ａが直線状である。このため、内輪２の歳差運動中心Ｏが外輪１の軸方向に移動できる。スプライン構造を歳差運動式減速装置に使用する場合、ギヤの噛み合わせ誤差をスプライン構造が吸収するので、歳差運動式減速装置の構成部品の公差を緩めることができ、生産性が向上する。一方、スプライン構造を等速ジョイントに使用する場合、ジョイント中心の調芯が可能になり、摺動動式等速ジョイントに使用することもできる。また、第１トラック溝４に沿った底部４ａが直線状であるので、ブローチ盤等により第１トラック溝４を加工することができ、第１トラック溝４の加工が容易である。

（３）本実施形態では、ボール３の位置が第１トラック溝４と第２トラック溝５とによって定まり、外輪１と内輪２との間にボール３を保持するための保持器を必要としない。従来例のスプライン構造では、ボール３´の位置を定めるために保持器６´（図５参照）を必要とする。従来例では、ボール３´が第１トラック溝４´と第２トラック溝５´との間だけでなく、保持器６´によっても過剰に拘束されるので、ボール３´が保持器６´に強く当たり、効率を損失する。本実施形態によれば、保持器６´を設けないので、効率を向上させることができる。また、本実施形態では、保持器６´を設けないので、組立てを容易にすることができる。

（４）本実施形態では、第２トラック溝５の接触角α_２が第１トラック溝４の接触角α_１よりも大きい。詳しくは後述するが、本実施形態によれば、円弧状の第２トラック溝５に対するボール３の移動距離を直線状の第１トラック溝４に対するボール３の移動距離に近づけることができ、ボール３のすべりを低減することができる。また、上記のように第２トラック溝５の腕の長さは第１トラック溝４の腕の長さよりも短く、第２トラック溝５には第１トラック溝４よりも大きな力が働く。本実施形態によれば、第２トラック溝５の接触角α_２が第１トラック溝４の接触角α_１よりも大きいので、トルクを受けるのに適した接触角が得られる。
（第１の実施形態の歳差運動式減速装置）

図７は、第１の実施形態のスプライン構造を組み込んだ本発明の第１の実施形態の歳差運動式減速装置９の断面図を示す。１は外輪、２は内輪、３はボール、１３は入力部、１４は出力部である。

外輪１は歳差運動式減速装置９のハウジングを構成する。内輪２には、第１冠ギヤ１１が固定される。第１冠ギヤ１１は、外輪１に歳差運動可能に支持される。第１冠ギヤ１１には、第２冠ギヤ１２が対向する。第１冠ギヤ１１の対向面及び第２冠ギヤ１２の対向面には、放射状に複数の歯が形成される。第１冠ギヤ１１の歯数と第２冠ギヤ１２の歯数とは互いに異なる。

第２冠ギヤ１２は出力部１４に固定される。出力部１４は、クロスローラベアリングの外輪１５に回転可能に支持される。クロスローラベアリングの外輪１５は、第１の実施形態のスプライン構造の外輪１に固定される。

入力部１３は、軸受１６，１７に回転可能に支持される。入力部１３には、キーを介してモータ等の入力軸が回転不可能に連結される。入力部１３には、傾斜カム１８が固定される。傾斜カム１８は、第２冠ギヤ１２に対して第１冠ギヤ１１を傾斜させて、第１冠ギヤ１１を第２冠ギヤ１２に噛み合わせる。傾斜カム１８と第１冠ギヤ１１との間には、多数のボール１９が転がり運動可能に介在する。内輪２には、ボール１９が転がるレースウェイ２ｄ（図３も参照）が形成される。傾斜カム１８と外輪１に固定される蓋部材２０との間にも、多数のボール２９が転がり運動可能に介在する。

図示しないモータ等により入力部１３を回転させると、傾斜カム１８によって第１冠ギヤ１１が第２冠ギヤ１２との噛み合い箇所を移動させながら歳差運動する。第１冠ギヤ１１は、スプライン構造によって歳差運動のみ許容され、軸線の回りの回転を制限されている。第１冠ギヤ１１の歳差運動によって、第２冠ギヤ１２が第１冠ギヤ１１に対して歯数差の分だけ回転し、第２冠ギヤ１２に固定された出力部１４が回転する。

なお、出力部１４を入力側にし、入力部１３を出力側にすると、増速装置として使用することができる。
（第１の実施形態のスプライン構造を組み込んだ等速ジョイント）

図８、図９は、第１の実施形態のスプライン構造を使用した等速ジョイントの断面図を示す。等速ジョイントは、外側部材としての外輪１と、内側部材としての内輪２と、ボール３と、ブーツ２３と、を備える。図８は、外輪１の軸線Ｌ_１と内輪２の軸線Ｌ_２が一致した状態を示し、図９は、外輪１の軸線Ｌ_１と内輪２の軸線Ｌ_２が交差角θで交差する状態を示す。

外輪１は、有底円筒状に形成される。外輪１には、軸１ｃが一体に形成される。外輪１の円筒状の内径面には、複数の第１トラック溝４が円周方向に等間隔に、軸方向に沿って形成される。第１トラック溝４の形状は、図１に示すものと同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。

内輪２は、円筒状に形成される。内輪２には、セレーションを介して軸２ｅが連結される。内輪２の円筒状の外径面には、複数の第２トラック溝５が円周方向に等間隔に、軸方向に沿って形成される。第２トラック溝５の形状は、図１に示すものと同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。第１トラック溝４と第２トラック溝５とは互いに対向しており、これらの間にはボール３が介在する。

外輪１及び内輪２のいずれか一方を回転させると、その回転トルクがボール３を介して外輪１及び内輪２の他方に伝達され、外輪１と内輪２とが等速で回転する。外輪１と内輪２との交差角θが変化するときには、第１トラック溝４と第２トラック溝５との間をボール３が転がり、交差角θの変化を許容する。
（第２の実施形態のスプライン構造）

図１０は、本発明のスプライン構造を具体化した第２の実施形態を示す。第２の実施形態は、第１の実施形態の第１トラック溝４と第２トラック溝５の形状を変更したものである。第１の実施形態と同様な構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、外輪１の第１トラック溝２１の長さ方向に沿う底部２１ａは、凹の曲線状、この実施形態では、円弧状である。第１トラック溝２１の底部２１ａの中心（曲率中心）Ｏ_３は、歳差運動中心Ｏを通り外輪１の軸線に直交する平面Ｐ内に位置する。第１トラック溝２１の曲率半径はｒ_３である。

内輪２の第２トラック溝２２は、内輪２の軸方向に直線状に延びる。第２トラック溝２２は、内輪２の軸方向の一端部から他端部まで一定の深さを持つ。第２トラック溝２２の長さ方向に沿う底部２２ａは、直線状であり、内輪２の軸線Ｌ_２と平行である。

ボール３は、各第１トラック溝２１と各第２トラック溝２２との間に１個ずつ配置される。内輪２の歳差運動に伴い、ボール３は第１トラック溝２１と第２トラック溝２２との間を軸方向に往復運動する。ボール３は、第１トラック溝２１と第２トラック溝２２とによってその位置が決定される。外輪１と内輪２との間には、ボール３を保持するための保持器が設けられていない。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）～（３）と同様な効果を奏する。
（第３の実施形態のスプライン構造）

図１１は、本発明のスプライン構造を具体化した第３の実施形態を示す。第３の実施形態は、第１の実施形態の第１トラック溝４と第２トラック溝５の形状を変更したものである。第１の実施形態と同様な構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図１１に示すように、外輪１の第１トラック溝２１の長さ方向に沿う底部２１ａは、凹の曲線状、この実施形態では、円弧状である。第１トラック溝２１の底部２１ａの中心（曲率中心）Ｏ_３は、歳差運動中心Ｏを通り外輪１の軸線に直交する平面Ｐ内に位置する。第１トラック溝２１の曲率半径はｒ_３である。

内輪２の第２トラック溝５の長さ方向に沿う底部５ａは、凹の曲線状、この実施形態では、円弧状である。第２トラック溝５の底部５ａの中心（曲率中心）Ｏ_１は、歳差運動中心Ｏを通り内輪２の軸線Ｌ_２に直交する平面Ｐ内に位置する。第２トラック溝５の曲率半径はｒ_２である。

ボール３は、各第１トラック溝２１と各第２トラック溝５との間に１個ずつ配置される。内輪２の歳差運動に伴い、ボール３は第１トラック溝２１と第２トラック溝５との間を軸方向に往復運動する。ボール３は、第１トラック溝２１と第２トラック溝５とによってその位置が決定される。内輪２と外輪１との間には、ボール３を保持するための保持器が設けられていない。

第３の実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１），（３）と同様な効果を奏する。
（第２の実施形態の歳差運動式減速装置）

図１２は、本発明の第１の実施形態のスプライン構造を組み込んだ本発明の第２の実施形態の歳差運動式減速装置３０の断面図を示す。３１は第１冠ギヤ、３２は第２冠ギヤ、３３はカム部、３６はスプライン構造である。

カム部３３には、モータ等の入力軸４１がキー４２を介して相対回転不可能に連結される。カム部３３は、第１冠ギヤ３１を第２冠ギヤ３２に噛み合うように傾斜させる。入力軸４１を回転させると、カム部３３によって第１冠ギヤ３１が噛み合う箇所を移動させるように歳差運動する。第２冠ギヤ３２は、ハウジング４３に回転不可能に固定される。第１冠ギヤ３１の歳差運動に伴い、第１冠ギヤ３１が両者の歯数差の分だけ減速して回転する。第１冠ギヤ３１の出力は、スプライン構造３６を介して出力部４４に取り出される。

図１３は、第１冠ギヤ３１側から見た第１冠ギヤ３１及び第２冠ギヤ３２の斜視図を示す。図１３に示すように、第１冠ギヤ３１は傾斜して第２冠ギヤ３２に噛み合う。第１冠ギヤ３１の出力は、スプライン構造３６を介して内輪３９に締結される出力部４４に取り出される。

図１４及び図１５を参照して、第２の実施形態の歳差運動式減速装置３０の構成を説明する。ハウジング４３は、有底円筒状である。ハウジング４３の底壁４３ａには、穴４３ｂが開けられる。底壁４３ａには、モータ等の相手部品に取り付けるためのねじ等の取付け部４３ａ１が形成される。底壁４３ａには、リング状のレース４５が埋め込まれる。レース４５には、ハウジング４３とカム部３３との間の多数のボール等の転動体４６が転走するリング状の転動体転走部４５ａが形成される。転動体４６は、リテーナ４７に回転可能に保持される。

カム部３３は、入力軸４１に連結される略円盤状の第１部材３４と、リング状の第２部材３５と、を備える。第１部材３４には、入力軸４１が挿入される略筒状の中空部３４ａが形成される。

図１６は、カム部３３の拡大図を示す。第１部材３４の外周には、多数の凹凸からなる第１スプライン３４ｂが形成される。各凹凸は第１部材３４の軸方向に延びる。第１部材３４には、カム部３３のバランスをとるための略円弧状のバランスウェイト３４ｃが埋め込まれる。第１部材３４は、バランスウェイト３４ｃの部分を除いて、例えば樹脂製である。第１部材３４の材質は、鉄鋼よりも比重が小さいものであれば、樹脂に限定されるものではなく、アルミニウム軽合金等の軽金属でもよい。バランスウェイト３４ｃは、例えば鉄鋼製である。

第２部材３５は、第１冠ギヤ３１を傾斜させることができるように、円周方向に１８０°の間隔を開けて厚肉部３５ｂと薄肉部３５ｃとを有する。図１５に示すように、第２部材３５の一方の端面には、レース４５とカム部３３との間の多数のボール等の転動体４６が転走するリング状の転動体転走部３５ｄが形成される。図１４に示すように、第２部材３５の他方の端面には、カム部３３と第１冠ギヤ３１との間の多数のボール等の転動体５１が転走するリング状の転動体転走部３５ｅが形成される。転動体５１は、リテーナ５２に回転可能に保持される。第２部材３５は、鉄鋼製である。

図１６に示すように、第２部材３５には、第１部材３４が嵌められる穴３５ａが形成される。穴３５ａの内面には、多数の凹凸からなる第２スプライン３５ｆが形成される。各凹凸は第２部材３５の軸方向に延びる。第１部材３４を第２部材３５の穴３５ａに嵌めると、第１スプライン３４ｂと第２スプライン３５ｆが係合し、トルク伝達が可能になる。

図１４に示すように、第１冠ギヤ３１は略リング状である。第１冠ギヤ３１の、第２冠ギヤ３２との対向面には、放射状に複数の歯３１ａが形成される。図１５に示すように、第１冠ギヤ３１の、カム部３３との対向面には、転動体５１が転走するリング状の転動体転走部３１ｂが形成される。

図１５に示すように、第２冠ギヤ３２は略リング状である。第２冠ギヤ３２の、第１冠ギヤ３１との対向面には、放射状に複数の歯３２ａが形成される。第１冠ギヤ３１の歯３１ａの数と第２冠ギヤ３２の歯３２ａの数とは、互いに異なる。第２冠ギヤ３２は、ボルト４９等の締結部材によってハウジング４３に締結される（図１２参照）。

図１２に示すように、スプライン構造３６は、外側部材としての外輪３７と、内側部材としての内輪３９と、ボール３８と、を備える。外輪３７には、第１冠ギヤ３１が一体に形成されると共に、転動体転走部３１ｂが一体に形成される。すなわち、外輪３７、第１冠ギヤ３１及び転動体転走部３１ｂは、同一の材料からなり、分割されていない。

外輪３７の内面には、第１トラック溝３７ａが形成される（図１４、図１５も参照）。第１トラック溝３７ａの長さ方向に沿う底部は直線状である。内輪３９の外面には、第１トラック溝３７ａに対向する第２トラック溝３９ａが形成される（図１４、図１５も参照）。第２トラック溝３９ａの長さ方向に沿う底部は、凹の円弧状である。

内輪３９には、ボルト等の締結部材５３によって出力部４４が締結される。出力部４４は、クロスローラ軸受等の軸受５４を介して第２冠ギヤ３２に回転可能に支持される。出力部４４と第２冠ギヤ３２との間には、これらの隙間を塞ぐダストシール５５が取り付けられる。

以下に、第１の実施形態の歳差運動式減速装置９と第２の実施形態の歳差運動式減速装置３０との相違を説明する。第２の実施形態の歳差運動式減速装置３０では、第１の実施形態の歳差運動式減速装置９と比較して、扁平化、小型化、軽量化を実現するための設計がなされている。

第１の実施形態の歳差運動式減速装置９では、第１冠ギヤ１１及び第２冠ギヤ１２の外側にスプライン構造１，２，３を配置している（図７参照）のに対し、図１２に示すように、第２の実施形態の歳差運動式減速装置３０では、スプライン構造３６の外側に第１冠ギヤ３１及び第２冠ギヤ３２を配置している。これにより、歳差運動式減速装置３０を扁平化並びに小型化しても、第１冠ギヤ３１及び第２冠ギヤ３２を大径化することができる。これらを大径化すると、トルクにより第１冠ギヤ３１及び第２冠ギヤ３２に働く負荷が減少し、小モジュール、小歯幅でも第１冠ギヤ３１及び第２冠ギヤ３２が成立するようになる。また、小モジュールで歯数を稼ぐことができるので、大減速比（例えば１００以上）も可能になる。さらに、小モジュールにすると、隣接する歯の干渉が少なくなり、歳差運動を与えるカム部３３の傾斜角を小さく設計できる結果、カム部３３のバランスウェイト３４ｃが小さくなり、バランス取りが容易になる。

第２の実施形態の歳差運動式減速装置３０によれば、さらに以下の効果を奏する。スプライン構造３６の外輪３７の第１トラック溝３７ａの底部が直線状であるので、外輪３７に第１冠ギヤ３１及び／又は転動体転走部３１ｂを一体に加工するのが容易である。外輪３７、第１冠ギヤ３１、転動体転走部３１ｂは、鍛造等により加工されるので、外輪３７の第１トラック溝３７ａの底部が円弧状であると、これらを一体にするのが困難になる。また、外輪３７、第１冠ギヤ３１、転動体転走部３１ｂを一体にすると、締結ボルトが不要になるので、スペース効率が良くなり、内輪３９の内側の開口部を大きくした中空構造と扁平構造が可能になる。

第１冠ギヤ３１を大径化すると、第１冠ギヤ３１を歳差運動させるカム部３３も大径化する。しかし、カム部３３の第１部材３４を例えば樹脂製にすると、カム部３３を大径化しても、カム部３３のイナーシャを小さくすることができる。また、カム部３３の第２部材３５が鉄鋼製であるので、カム部３３の耐久性が低下するのを防止できる。

カム部３３の第２部材３５の穴３５ａの内面に第２スプライン３５ｆを形成し、第１部材３４の外面に第２スプライン３５ｆに係合する第１スプライン３４ｂを形成するので、第１部材３４と第２部材３５との間でトルクをしっかりと伝達することができる。また、第２部材３５の穴３５ａに第１部材３４を嵌めるようにすることで、ミスアライメントも許容できるようになる。例えば、第１部材３４には、入力軸４１としてモータの軸が直結される。モータの取付け誤差があっても、第１部材３４と第２部材３５との嵌合部分でこの取付け誤差を吸収できる。

第２の実施形態の歳差運動式減速装置３０は、扁平化、小型化、軽量化を実現できるので、例えばアーム型ロボット等の産業用ロボットの他、アシストスーツ（荷物の上げ下ろし時に発生する作業者の腰への負担を軽減する補助力機能を持つスーツ）に適している。

一方、出力部４４を入力側にし、カム部３３を出力側にし、カム部３３に出力軸を連結すると、増速装置として使用することができる。

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。

上記実施形態では、第１トラック溝の軸方向の全長を直線状又は凹の円弧状に形成し、第２トラック溝の軸方向の全長を直線状又は凹の円弧状に形成しているが、これらの軸方向の一部を直線状又は凹の円弧状に形成することもできる。

上記実施形態では、第１トラック溝及び／又は第２トラック溝を凹の円弧状に形成しているが、これらをクロソイド曲線、ベジエ曲線、スプライン曲線等の曲線にすることもできる。

上記実施形態では、第１トラック溝及び第２トラック溝が軸方向に延びているが、第１トラック溝及び第２トラック溝を軸線に対して互いに逆方向に傾け、第１トラック溝と第２トラック溝との交差部分にボールを配置することもできる。

本明細書は、２０１７年８月２日出願の特願２０１７－１４９６０６及び２０１８年４月１８日出願の特願２０１８－０７９７８１に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

１…外輪（外側部材）、２…内輪（内側部材）、３…ボール、４…第１トラック溝、４ａ…第１トラック溝の底部、５…第２トラック溝、５ａ…第２トラック溝の底部、１１…第１冠ギヤ、１２…第２冠ギヤ、１３…入力部、１４…出力部、１８…傾斜カム、２１…第１トラック溝、２１ａ…第１トラック溝の底部、２２…第２トラック溝、２２ａ…第２トラック溝の底部、Ｏ_１…第２トラック溝の中心、Ｏ…内輪の歳差運動中心、Ｌ_１…外輪の軸線、Ｌ_２…内輪の軸線、Ｐ…内輪の軸線に直交する平面、α_１…第１トラック溝の接触角、α_２…第２トラック溝の接触角、３１…第１冠ギヤ、３１ｂ…転動体転走部、３３…カム部、３４…カム部の第１部材、３４ａ…中空部、３４ｂ…第１スプライン、３５…カム部の第２部材、３５ｅ…転動体転走部、３５ａ…第２部材の穴、３５ｆ…第２スプライン、３７…外輪（外側部材）、３７ａ…第１トラック溝、４１…入力軸、５１…転動体

Claims (10)

1. 内面に第１トラック溝を有する外側部材と、
   外面に第２トラック溝を有する内側部材と、
   前記外側部材に対して前記内側部材が傾斜するのを許容するように、前記第１トラック溝と前記第２トラック溝との間に配置されるボールと、を備えるスプライン構造において、
   前記第１トラック溝の、少なくとも一部の長さ方向に沿う底部が、直線状であり、
   前記第２トラック溝の、少なくとも一部の長さ方向に沿う底部が、凹の曲線状であり、
   前記第１トラック溝の少なくとも一部と前記第２トラック溝の少なくとも一部との間に前記ボールが挟まれ、
   前記第２トラック溝の接触角が前記第１トラック溝の接触角よりも大きいスプライン構造。
2. 前記ボールの位置が前記第１トラック溝と前記第２トラック溝とによって定まり、
   前記外側部材と前記内側部材との間に前記ボールを保持するための保持器が設けられていないことを特徴とする請求項１に記載のスプライン構造。
3. 前記曲線が円弧であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスプライン構造。
4. 前記第２トラック溝の中心が、前記内側部材の歳差運動中心を通り、前記内側部材の軸線に直交する平面内に位置することを特徴とする請求項３に記載のスプライン構造。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスプライン構造と、第１冠ギヤと、前記第１冠ギヤに対向する第２冠ギヤと、前記第１冠ギヤが前記第２冠ギヤに噛み合うように前記第１冠ギヤを前記第２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１冠ギヤを歳差運動させるカム部と、を備えることを特徴とする減速又は増速装置。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスプライン構造を備えることを特徴とする等速ジョイント。
7. 前記外側部材には、前記第１冠ギヤが一体に形成され、及び／又は前記カム部と前記第１冠ギヤとの間に介在する転動体が転動する転動体転走部が一体に形成されることを特徴とする請求項５に記載の減速又は増速装置。
8. 第１冠ギヤと、前記第１冠ギヤに対向する第２冠ギヤと、前記第１冠ギヤが前記第２冠ギヤに噛み合うように前記第１冠ギヤを前記第２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１冠ギヤを歳差運動させ、入力軸又は出力軸に連結されるカム部と、前記カム部と前記第１冠ギヤとの間に介在する転動体と、を備える減速又は増速装置において、
   前記カム部は、前記入力軸又は前記出力軸に連結される第１部材と、前記転動体が転走する転動体転走部を有し、前記第１部材に対して相対回転不可能な鉄鋼製の第２部材と、を有し、
   前記第１部材の少なくとも一部の比重が前記第２部材よりも小さい減速又は増速装置。
9. 前記第１部材の少なくとも一部が樹脂製又は軽金属製であることを特徴とする請求項８に記載の減速又は増速装置。
10. 前記第２部材は、前記第１部材が嵌められる穴と、前記穴の内面の第２スプラインと、を有し、
    前記第１部材は、前記第２部材との間でトルク伝達ができるように、その外面に前記第２スプラインに係合する第１スプラインを有することを特徴とする請求項８又は９に記載の減速又は増速装置。

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