JPH04290641A - 変速装置 - Google Patents

変速装置

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Publication number
JPH04290641A
JPH04290641A JP7715191A JP7715191A JPH04290641A JP H04290641 A JPH04290641 A JP H04290641A JP 7715191 A JP7715191 A JP 7715191A JP 7715191 A JP7715191 A JP 7715191A JP H04290641 A JPH04290641 A JP H04290641A
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JP
Japan
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groove
worm
driven
driving
transmission according
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Pending
Application number
JP7715191A
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English (en)
Inventor
Toshiro Tsubaki
椿 稔郎
Masayoshi Furuichi
正義 古市
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Kokusai Electric Corp
Original Assignee
Kokusai Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大変速比を有する変速
装置、特に伝達軸心と被伝達軸心とが交差する形式の変
速装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、大減速比を有し、伝達軸心と被伝
達軸心が交差する形式の減速装置としては、ウォーム、
ウォームホイール減速装置がある。
【0003】ウォーム、ウォームホイール減速装置は周
知の様に、周面に略母線方向に平行歯を刻設した円盤状
のウォームホイールと周面に螺旋歯を刻設した円柱状の
ウォームとを両者の回転軸心を直交させ噛合させたもの
であり、減速比の大きい、而も伝達馬力の大きい減速装
置である。
【0004】又、噛合係数を大きくする為、ウォームを
鼓状としたものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したウ
ォーム、ウォームホイール減速装置は、ウォームの螺旋
歯とウォームホイールの平行歯との当接面の摺擦により
動力伝達が行われる。その為摩擦損失が大きく、機械効
率は低い。
【0006】摩擦損失を低減する為、油又はグリース等
の潤滑剤を用いているが、機械効率を大幅に向上させる
ことは難しい。又、摺擦による動力伝達であることから
、当接面の摩耗は避け難く、潤滑剤の補給も不可欠であ
る。
【0007】更に、機械効率が低いことから、従来のウ
ォーム、ウォームホイール減速装置を増速装置として使
用することはできなかった。
【0008】本発明は斯かる実情に鑑み、大きな変速比
を有し、而も機械効率の極めて高い変速装置を提供しよ
うとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、被動回転動体
と該被動回転動体に対して回転軸心を交差させ駆動回転
動体を配設し、前記被動回転動体に従動溝を形成し、前
記駆動回転動体に駆動溝を形成し、前記従動溝と駆動溝
が形成する空間にボールを転動自在に充填し、前記被動
回転動体と前記駆動回転動体とをボールを介して噛合さ
せたことを特徴とするものである。
【0010】
【作用】駆動回転動体に付与された動力は、ボールを介
して被動回転動体に伝達される。この動力伝達過程に於
けるボールは、駆動溝、従動溝を転動し、動力の伝達を
円滑に行わしめる。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を
説明する。
【0012】図1〜図10は第1の実施例を示しており
、該第1の実施例は主に出力部1と入力部2により構成
される。先ず、出力部1を説明する。
【0013】ベース3に固定カム4を固着する。該固定
カム4は前記ベース3に固着される脚部5と形状矯正部
6から成り、該形状矯正部6は図3に見られる様に鏡餅
状、即ち楕円形状の長軸方向に沿う1方の周辺を偏平に
した形状を有している。更に、形状矯正部6の形状を詳
述すると、直線部7の両端に連続して小半径部8(半径
r1 )が形成され、前記直線部7に対向し、前記両小
半径部8,8を連続させる大半径部9(半径r2 )が
形成された形状を有する。
【0014】前記固定カム4の形状矯正部6に屈撓可能
なボールベアリング10を嵌着する。該ボールベアリン
グ10は薄肉の外輪11、内輪12及び多数のボール1
3から成り、前記形状矯正部6にその形状を矯正されて
密着嵌合され、更に外輪11は形状を矯正されつつ内輪
12の周りを回転する様になっている。
【0015】前記ボールベアリング10に下向コップ形
状のシリンダ14をその下端部に於いて嵌合する。該シ
リンダ14は、例えばクローム、モリブデン等を含有す
る特殊鋼から成る高弾性材料の薄肉状であり、前記形状
矯正部6の形状に支障なく追従する。又、該シリンダ1
4のボールベアリング10の当接部外面に被動歯15に
よって構成される駆動部27を形成する。
【0016】該被動歯15は図3、図4に見られる如く
、断面が半円形状の従動溝16が刻設されており、各被
動歯15と被動歯15との間には仕切溝17を刻設して
ある。該仕切溝17の側壁18と底面19との境界部に
は、応力の集中を緩和する為R仕上とする。
【0017】又、底面19の幅wは望ましくは0.5m
m以上とし、更に厚みは前記シリンダ14の直径、高さ
にもよるが、望ましくは0.2mm〜0.5mmとする
。該仕切溝17の存在により被動歯15部分間の屈撓性
が確保される。
【0018】前記シリンダ14の天井部20中心に出力
軸21を貫通させ、該出力軸21の下端は前記形状矯正
部6に軸受22を介して回転自在に支承されている。 又、前記シリンダ14の出力軸貫通箇所は厚肉となって
おり、該出力軸21と前記シリンダ14とは強固に固着
する。
【0019】前記シリンダ14の上方より逆コップ形状
のケース23を被せ、該ケース23を該ケース23の下
端に設けたフランジ24を介して前記ベース3に固着す
る。該ケース23の下端部の一部を欠切し、該欠切部に
は後述する入力部2を設ける。
【0020】前記した出力軸21は、前記ケース23を
貫通し、この貫通した端部は図示しない被駆動部に連結
可能となっている。又、出力軸21のケース貫通箇所に
は、軸受25が設けられ、該出力軸21がケース23に
回転自在に支承されると共に出力軸21に作用するスラ
スト力も該軸受25を介してケース23に、そしてベー
ス3によって支持される様になっている。
【0021】次に、前記入力部2について説明する。
【0022】円筒状のハウジング26は逆T字状の取付
脚28を有し、該取付脚28を介して前記ベース3に固
着する。
【0023】前記ハウジング26にウォーム29を嵌装
する。該ウォーム29の両端より入力軸部30を延出さ
せ、該ウォーム29は両入力軸部30,30に嵌設した
軸受31,31により回転自在に支承され、又該軸受3
1は承持部材32を介して前記ハウジング26に取付け
る。
【0024】前記ウォーム29の円筒面には、断面半円
形状の駆動溝33を前記従動溝16と同一ピッチ、同一
リード角で螺旋状に形成する。又、ウォーム29の軸心
に沿って連絡路34を穿設し、該連絡路34と前記駆動
溝33の1端、他端とをそれぞれ連通する。
【0025】該駆動溝33の1端、他端には、それぞれ
パイプより先端部とスプン状に絞り加工したボールガイ
ド35,35を植設し、該ボールガイド35により、前
記駆動溝33内を転動するボール36が円滑に前記連絡
路34に流込み、又連絡路34内のボール36が駆動溝
33に流出する様にする。
【0026】前記ハウジング26に母線方向に沿った窓
部37を穿設する。
【0027】前記入力部2を前記出力部1の前記欠切部
に合致させ、且前記窓部37を前記シリンダ14の被動
歯15に対峙させ、更にウォーム29の駆動溝33とウ
ォーム29に対峙する前記被動歯15とが完全に合致す
る様に取付ける。
【0028】而して、ウォーム29と被動歯15とは最
大経位置で僅に間隙を有し、又相対峙する駆動溝33、
従動溝16同士で断面円形状の空隙を形成する。
【0029】ウォーム29を組付けた状態で、ボール3
6を前記駆動溝33、連絡路34に略密に充填する。
【0030】而して、ウォーム29と駆動部27とはボ
ール36群を介して噛合する。
【0031】以下作動を説明する。
【0032】図3に示す様に、ウォーム29の駆動溝3
3が右螺子方向に形成されている場合は、ウォーム29
に実線矢印の方向に回転を付与するとボール36群を介
して駆動部27に伝達され、シリンダ14は固定カム4
に形状を矯正されつつ、図中反時計方向に駆動される。 又、ウォーム29に対するボール群はウォームの溝部周
速度に対し1/2の相対速度比の遅れを生じ、その結果
ボール36は前記駆動溝33を転動しつつ、前記ボール
ガイド35を経て連絡路34に流込み、又連絡路34よ
りボールガイド35を経て駆動溝33へ流出して循環す
る。
【0033】ここで、ウォーム29からシリンダ14へ
の動力の伝達は、ボール36を介して行われ、且駆動溝
33に対してボール36が転動し、又従動溝16に対し
てもボール36が転動するので、動力伝達過程による機
械的損失は極めて小さい。又、ウォーム29は駆動部2
7に対して直線的に噛合するので、噛合する条数も4〜
5条(本実施例では5条)と多く、大きな動力伝達が可
能であると共に安定した動力伝達が可能であり、従動溝
16へのボール36の嵌入、離脱も円滑に行われる。
【0034】次に、前記仕切溝17について考察する。
【0035】前記した様に駆動部27は固定カム4の形
状矯正部6に倣って形状を矯正されつつ回転する。この
形状矯正が円滑に行われ、且捩れが生じない様にするに
は、仕切溝17の方向はシリンダ14の母線と一致して
いなければならない。
【0036】該仕切溝17とウォーム29との関係を図
8に示す。
【0037】図中、ウォーム29の溝ピッチをt、山の
幅をm、溝幅をn、駆動部27の歯幅をbとすると、仕
切溝17が被動歯15の従動溝16と干渉しない様にす
るには、仕切溝17はウォーム29の山幅mの、而も歯
幅bの範囲に収まっていなければならない。
【0038】従って、形成可能な仕切溝17の最大幅は
wとなる。
【0039】ところで、本実施例の減速比は、駆動部2
7の被動歯数及びウォームのリード角即ちピッチにより
決定される。従って、減速比を大きくするにはピッチt
を小さくすればよいが、ピッチtを小さくするには歯幅
b、仕切溝幅wを小さくしなければならない。歯幅bを
小さくすると強度が低下し、仕切溝幅wを小さくすると
駆動部27の屈撓性が低下する。
【0040】図6、図7は、被動歯15の強度を低下さ
せることなく、又駆動部27の屈撓性を低下させること
なくピッチを小さくした例を示す。
【0041】図6は仕切溝38の底幅に対し間口幅を小
さく、仕切溝38の形状を楔状としたものであり、図7
は仕切溝39の底部に円筒部を形成したものである。而
して、両例はピッチを小さくしつつ、被動歯15の強度
、駆動部27の屈撓性を確保したものである。
【0042】次に、図9、図10に於いて駆動部の変更
例を説明する。
【0043】一般にウォームとウォームホイール(前述
した実施例も同様)の噛合角λは、通常60°〜80°
程度であるが、以下に述べる実施例では噛合角を180
°以上とすることも可能である。
【0044】被動歯40の形状を半円弧状とし、該被動
歯40の内面側にウォーム29の半円筒面を囲繞する従
動溝16を形成する。被動歯40の歯幅は、前記した実
施例の歯幅bを大きく越えるが、シリンダ14との接合
部を幅bとしてシリンダ14と被動歯40との関係は前
述の実施例と同様にしてある。
【0045】而して、被動歯40とウォーム29との噛
合角λはボール36を介して180°となる。
【0046】斯かる大きな噛合角を可能にするのは、ウ
ォーム側の駆動溝は円筒面に沿った凸曲面、被動歯側の
従動溝は円筒面に沿った凹曲面であるが、ウォームと駆
動部との噛合部は直線であり、該噛合部ではウォームと
駆動部とは平行移動することによる。
【0047】又、該変更例では被動歯40を図10に見
る如く折線状としシリンダ14との結合を容易とすると
共に仕切溝17の形成を容易としている。
【0048】前記した様に被動歯40はボール36を介
してウォーム29に噛合し、而も被動歯40はウォーム
29を半円分包むので深い噛合となり、軸心方向の倒れ
等が発生することなく、更に複数の被動歯40が噛合し
ているので、これらの協働により、円滑にウォーム29
からシリンダ14への駆動伝達がなされる。
【0049】尚、上記2実施例に於いて、ボールの転動
を介して、動力を伝達しており摩擦力は非常に小さいの
で、前記出力軸21から入力し増速させて入力軸部30
から動力を出力することも可能である。
【0050】又、シリンダ14の振動を抑制する為シリ
ンダ内部にスポンジ等の防振材を充填してもよい。
【0051】次に、第2の実施例について図11〜図1
6に於いて説明する。
【0052】先ず出力部1を説明する。
【0053】ベース43に軸受部44を立設し、該軸受
部44に下部カバー45を該下部カバー45の下面に形
成した下筒部46に於いて嵌合する。更に、該下筒部4
6の下端に形成したフランジ47を介して前記ベース4
3に固着する。
【0054】上部カバー48は、中心部に上方に突出す
る軸受部49を有し、前記下部カバー45に合体させる
ことで、後述するウォームホイール57を収納するカバ
ー51が形成される。又、下部カバー45、上部カバー
48の接合部分には後述するウォームホイールの溝底面
と等価な円筒曲面が形成される。該カバー51の周辺部
の1部を欠切し、前記ウォームホイール57の1部が露
出する様にする。
【0055】前記軸受部44にスラストベアリング52
、ラジアルベアリング53を介して下端部が回転自在に
担持された出力軸54は、前記上部カバー48の軸受部
49を貫通する。該出力軸54の軸受部貫通部はラジア
ルベアリング55、スラストベアリング56を介して回
転自在に支承される。
【0056】前記出力軸54にウォームホイール57を
固着し、該出力軸54とウォームホイール57とを一体
化する。
【0057】該ウォームホイール57は、ホイール本体
58と該ホイール本体58の上下両面に固着した案内盤
59とから成る。又、ホイール本体58の外周面を凹曲
面に形成し、該凹曲面に断面半円状で所要のリード角を
有する従動溝60を形成する。前記ホイール本体58の
外周近傍、前記従動溝60に対応させ連絡路61をホイ
ール本体58の上下に貫通させ穿設する。又、ホイール
本体58の上面、下面に接続溝62,62を設け、該上
下の接続溝62,62により、前記従動溝60の一端と
連絡路61の一端、又従動溝60の他端と連絡路61の
他端とをそれぞれ接続する。
【0058】前記案内盤59の内面側には、前記接続溝
62と対応する案内溝63を形成し、前記接続溝62と
該案内溝63とでボールの通路を形成する。又、案内溝
63の先端は図4で示したボールガイド35の如きスプ
ール形状となっており、ボールの流込み、流出を容易に
している。
【0059】而して、前記従動溝60、接続溝62、案
内溝63、連絡路61によってボール36の循環路64
が形成される。
【0060】次に、入力部2を説明する。
【0061】前記カバー51に隣接させウォームカバー
66を前記ベース43に固着する。該ウォームカバー6
6は下カバー67、上カバー68の2分割構造であり、
該下カバー67は下面に突設した支持脚69を介して前
記ベース43に固着する。
【0062】ウォーム65を収納した状態で上カバー6
8を下カバー67に取付け、ウォーム65両端より延出
する入力軸部70,70をラジアルベアリング71、ス
ラストベアリング72により回転自在に支承する。又カ
バー51はウォーム65の1部を露出させる様欠切部が
設けられている。
【0063】前記ウォーム65は前記ホイール本体58
の円周に沿う鼓形状をしており、該ウォーム65の外周
面に、断面半円形状の駆動溝73を形成する。又、該駆
動溝73のピッチ、リード角は、前記ホイール本体58
に形成した従動溝60と合致させる。
【0064】前記入力部2は、前記カバー51の欠切部
に1部が入込む様に取付けられ、ウォームホイール57
の外周面とウォーム65の周面とが適宜な間隙をもって
対峙した状態となる。
【0065】而して、前記ホイール本体58に形成した
循環路64に略密にボール36を充填し、ホイール本体
58、即ちウォームホイール57とウォーム65とをボ
ール36を介して噛合させる。
【0066】前記入力軸部70よりウォーム65を回転
すると、ウォーム65の回転力はボール36を介してウ
ォームホイール57に伝達されウォームホイール57を
回転させる。
【0067】前記第1の実施例で説明した様にウォーム
ホイール57の回転はボール36を介して伝達され、而
もボール36の動作は各溝内を転動するものである。従
って、動力の伝達途中での摩擦力は著しく低く機械効率
は非常に高い。
【0068】次に、従動溝60、駆動溝73、ボール3
6の関係について、図16を参照して考察する。
【0069】尚、図16は便宜上駆動溝73を平行溝と
して示してある(螺旋溝でも同様である)。
【0070】図16に示す様に、従動溝60のピッチ角
θa ,θb とウォームホイールの上下面直径Ra 
、ウォームホイール57の歯幅中心直径をRb とし、
ウォームホイール57とウォーム65がボール36を介
して噛合している駆動溝73、従動溝60に図中右方よ
りa,b,…,eと順次添字を付す。
【0071】ところで、ウォーム65の駆動溝73のリ
ード角、ピッチはウォームホイール57の歯幅中心で且
ウォーム65とウォームホイール57の噛合部中央で正
確に合致する。従って、歯幅中心上下にずれればずれる
程、噛合部中央から左右にずれればずれる程、駆動溝7
3と従動溝60の不一致傾向を生じる。
【0072】噛合部端の駆動溝73a、従動溝60aで
のずれについて説明する。
【0073】ウォーム65側の駆動溝73aを正として
考えると、ボール36の位置は実線で示す位置となる。 ところが、ウォームホイール57側の従動溝60aを正
として考えるとボール36の位置は2点鎖線の位置とな
り、ea の位置ずれを生じる。該位置ずれ量は、ウォ
ーム65とウォームホイール57の噛合中心で0、周辺
に行く程大きく、又ピッチ角が大きくなる程、ウォーム
ホイール57の歯幅が大きくなる程大きくなる。
【0074】従って、ウォームホイール57、ウォーム
65の噛合長には限度があり、又前記ずれ量を小さくす
るにはウォーム65の直径を大きく、リード角を小さく
、ウォームホイール57の歯幅を小さく、且ウォームホ
イールの直径を大きくし、減速比を大きくとることが望
まれる。
【0075】次に、ウォーム65とウォームホイール5
7との動力伝達を円滑に行うには、ウォーム、ウォーム
ホイールに対して補正を行うことが考えられる。
【0076】以下補正の1例について説明する。
【0077】前記ウォームホイール外縁直径Ra と溝
底面迄の直径Rb との差の1/2、即ち溝深をhとす
ると、ウォーム65とウォームホイール57の噛合部分
に於いて最大のずれ量は約h tanθa である。又
ずれ量は左右対称的に発生するので、前記従動溝60を
左右にh tanθa ずつ計2h tanθa だけ
拡げ補正するとよい。
【0078】従動溝60に斯かる補正を加えることで、
駆動溝73に案内されるボール36群は、従動溝60の
底面に当接して転動し、ウォームの回転に追随し、ウォ
ームホイール57に減速の回転を与える。
【0079】即ち、図16中でウォーム65に右螺子方
向の回転を付与し、ウォームホイール57に図中反時計
方向に回転させるとすると、駆動溝73aの右側壁より
ボール36を介し従動溝60aの左側壁に加圧を行い、
ボール36は両溝内を転動しつつウォーム65の回転を
ウォームホイール57に減速して伝達する。
【0080】又、ボール36はピッチ角θa では、駆
動溝73a、従動溝60aの全噛合角に亘って動力の授
受を行うが、ピッチ角θが減少するにつれ動力の授受を
行う範囲が狭まっていく。
【0081】又、ウォーム65に左螺子方向の回転力を
付与した場合は、上記動作と対称的となり、以下説明を
省略する。
【0082】更に、ウォーム65は鼓状で中心部と周辺
部とでは周辺部の方が直径が大きく、駆動溝73の周速
度も大きくなる。前記した様に、ウォームホイール57
に形成される循環路64はそれぞれ独立した構成であり
、各循環路64のボール群は駆動溝73の周速度に対応
して循環する。
【0083】而して、ボール36の転動は円滑に行われ
、ウォーム65とウォームホイール57間の動力伝達に
於ける摩擦損失は著しく小さい。
【0084】従って、第1実施例でも言及したが、本実
施例を増速装置として使用することも可能となる。
【0085】尚、第2の実施例に於いて、従動溝に補正
を加えた例を示したが、駆動溝に補正を加えることも勿
論可能である。
【0086】
【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、大きな
変速比で動力伝達を行うことができると共に動力伝達を
ボールの転動を介して行うので機械効率が極めて高いと
いう優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図で図2のA
−A矢視図である。
【図2】該実施例の平面図である。
【図3】該実施例の要部を示す平断面図である。
【図4】該実施例に於ける入力部の断面図である。
【図5】仕切溝を示す部分断面図である。
【図6】仕切溝を示す部分断面図である。
【図7】仕切溝を示す部分断面図である。
【図8】ウォームと仕切溝との関係を示す説明図である
【図9】被動歯の他の例を示す部分断面図である。
【図10】図9のB方向矢視図である。
【図11】第2の実施例の平面図である。
【図12】該実施例の正面図である。
【図13】該実施例の要部を示す説明図である。
【図14】該実施例の立断面図である。
【図15】該実施例のウォームとウォームホイールとの
噛合関係を示す説明図である。
【図16】同前噛合部分の拡大図である。
【符号の説明】
1      出力部 2      入力部 4      固定カム 10    ボールベアリング 14    シリンダ 15    被動歯 16    従動溝 17    仕切溝 29    ウォーム 33    駆動溝 36    ボール 57    ウォームホイール 60    従動溝 65    ウォーム 73    駆動溝

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  被動回転動体と該被動回転動体に対し
    て回転軸心を交差させ駆動回転動体を配設し、前記被動
    回転動体に従動溝を形成し、前記駆動回転動体に駆動溝
    を形成し、前記従動溝と駆動溝が形成する空間にボール
    を転動自在に充填し、前記被動回転動体と前記駆動回転
    動体とをボールを介して噛合させたことを特徴とする変
    速装置。
  2. 【請求項2】  薄肉コップ状の屈撓自在なシリンダの
    先端部を固定カムに回転自在に嵌合させ、該シリンダの
    固定カム嵌合部外周面に従動溝、駆動溝のいずれか一方
    を形成し、円柱状ウォームの外周面に所要のリード角を
    有し、前記一方の溝に合致する従動溝、駆動溝のいずれ
    か他方を形成し、前記ウォームの内部に他方の溝の1端
    と他端を連通させた請求項1の変速装置。
  3. 【請求項3】  固定カムとシリンダとの間に可撓性ボ
    ールベアリングを介在させた請求項2の変速装置。
  4. 【請求項4】  固定カムの一部に直線部を形成し、該
    直線部に於いて従動溝と駆動溝とをボールを介して噛合
    させた請求項2の変速装置。
  5. 【請求項5】  シリンダの内部に防振材を充填した請
    求項2の変速装置。
  6. 【請求項6】  従動溝を仕切溝によって仕切られた被
    動歯に形成した請求項2の変速装置。
  7. 【請求項7】  仕切溝を間口を狭く、底部を広くした
    請求項4の変速装置。
  8. 【請求項8】  被動歯をウォームの円筒面に沿う円弧
    形状とした請求項2の変速装置。
  9. 【請求項9】  被動回転動体、駆動回転動体のいずれ
    か一方をウォームホイールとし、いずれか他方をウォー
    ムとし、該ウォームをウォームホイール周面に沿う鼓形
    状とした請求項1の変速装置。
  10. 【請求項10】  ウォームホイールに形成される溝を
    ウォーム両端部に於いて生じるウォームホイール、ウォ
    ーム両溝間で生じる不一致分だけ幅広とした請求項9の
    変速装置。
  11. 【請求項11】  ウォームホイールの周面に形成され
    る各溝に独立してボールが循環する様にした請求項9の
    変速装置。
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