JPH0621610B2 - 運動伝達装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、いわゆるトランスミッタあるいは駆動ドッグ
と呼ばれる、新規な運動伝達要素に関し、この要素の主
要な役割は、偏心ギアの中に偏心した状態で偏心ギアホ
イールの回転をその出力軸に伝達することである。他の
用途は、特にサーボシステム技術において、軸の間で曲
げモーメントを伝達しないカップリングとして用いるこ
とである。

上述の種類のギアは、遊星あるいは衛星歯車として知ら
れる偏心ギアホイールを有しており、この偏心ギアはギ
アの入力軸とともに回転する偏心スタブ軸上に自由に取
り付けられる。偏心ギアホイールは外側の静止状態で固
定されたギアホイールと噛み合いその内側の歯の上を回
転する。偏心ギアホイールの周囲は固定されたギアホイ
ールの周囲よりも幾分小さい。偏心ギアホイールが固定
されたギアホイールの内側の歯の上を走行すると、偏心
ホイールはその偏心軸の回りで緩やかな回転を起こし、
これと同時にその重心は入力軸の回りで高速回転を起こ
す。ハーモニック・ドライブ（Harmonic Drive；登録商
標）は偏心ギアとは見なさない。衛星歯車においても作
動歯車においても、ギアホイールから出力軸への回転運
動の伝達は行われない。これらの形式のギアの性質に関
しては”偏心ギア”と題する本件出願人の国際出願番号
８７−００２９１−１の記載を参照されたい。

レバーシステムあるいは互いに９０゜変位された２つの
スライド（スエーデン特許３４２８７５号参照）を用い
て偏心ホイールの緩やかな回転を出力軸へ伝達すること
が知られている。

これら周知のトランスミッション機構は複雑でかつ大掛
かりである。またこれらの機構においては、入力軸の回
転方向が変わったときに大きなバックラッシュを生ず
る。これらの形式のトランスミッション装置は、そのよ
うなバックラッシュを許容しかつペースに関する制限の
ない船等で用いられている。船に関して言えば、伝達手
段としてピンを用い、このピンを偏心ギアホイールの穴
に係合させる。１８０゜の偏心位相の２つの偏心ホイー
ルが用いられ、ピンあるいはローラと穴との間の必要直
径差によりギアにバックラッシュが起こらないようにす
る。

この周知かつ良く用いられる原理には幾つかの深刻な欠
点がある。すなわち； ａ）各ローラは入力軸の各完遂される回転の所定の角度
の下で力伝達要素として作動される。力伝達ローラから
偏心ホイールの中心までの半径方向の距離は、この角度
が通過するにつれて変化する。（偏心度方向は各ローラ
を過ぎる入力軸の回転速度を解消する。）この半径方向
の距離の変化は、出力軸の回転速度に置かれるサイン関
数的な脈動を生ずる。すなわち、ギアは真の角度を伝達
しない。この脈動は多くの数のピンおよびローラを用い
ることによって減少することはできるが、なくすること
はできない。

ｂ）ギアをバックラッシュから解放するためには入り要
素に対する非常に狭い公差が要求される。

ｃ）各ローラは出力軸トルクの大部分を瞬間的に伝達し
なければならない。したがって、大きな反動力が出力軸
の軸受けに作用する。

ｄ）構造が複雑である。またその原理は小さいサーボギ
アに用いるには難しい。

ｅ）ギアのノイズが大きい。

偏心ギアホイールの回転を出力軸へ伝達するための他の
原理は２つのユニバーサル・ジョイントを用いることで
ある。この場合の欠点は、軸方向の寸法が大きいことで
ある。いずれの軸方向運動も許容する１個のユニバーサ
ル・ジョイントを用いることは理論的には可能である。

出力軸の上に設けられる駆動ドッグピンと偏心ホイール
に設けられる穴との間に弾性のゴムを用いることも知ら
れている。

本発明は上述した形式の伝達要素であって、複雑さ、大
きな容積、遊び、高いノイズ、真の角度伝達を行わない
という上記従来技術の欠点を持たない、伝達要素に関す
る。

本発明によって提唱される駆動ドッグは短い軸方向の長
さを有している。

本発明の駆動ドッグは出力軸が入力軸に対して角度をな
すことを許容し、また一定の制限された軸方向の運動を
達成する。例えばボールベアリングあるいは球面ベアリ
ング等の角度的に調節可能なベアリングに出力軸を取り
付けることによって、ギアは軸の両端を支持する２つの
ベアリングの一方となることができ、これによりベアリ
ングはストレスなしに調整することができる。すなわ
ち、ベアリングには曲げ力が生じない。

本発明の異なった実施例を添付の図面を参照しながらよ
り詳細に説明する。添付図面において、 第１図は周知の運動伝達手段の正面図、 第２図は第１図の手段の長手方向断面図、 第３図は偏心ギアの中に組み込まれた本発明の駆動ドッ
グの第１の実施例の分解図、 第４図は偏心ギアホイールの正面図、 第５図は駆動ドッオグの正面図、 第６図は第５図の駆動ドッグの側面図、 第７図は第５図の線VII−VIIに沿った断面図、 第８図は出力軸の正面図、 第９図は、その左側に組み立てられた状態のギアの入力
部分を、またその右側に駆動ドッグおよび軸を、長手方
向の断面で示す断面図、 第１０図は第９図の駆動ドッグを上から見た平面図、 第１１図は第１図と類似の図であるが、本発明の第２の
実施例を示す正面図、 第１２図はモータに取り付けられた本発明のギアを全サ
イズで示す図、 第１３図は駆動ドッグの出力軸の他の取り付けを示す
図、 第１４図は駆動ドッグの更に他の取り付けを示す図、 第１５図は駆動ドッグの他の実施例の長手方向の部分断
面図、 第１６図は駆動ドッグを長手方向の断面で示した本発明
の駆動ドッグの他の応用を示す図、 第１７図は第１６図の駆動ドッグを上方から見た平面
図、 第１８図は第１６図および第１７図の駆動ドッグの簡素
化された実施例を示す第１６図と同様の図、 第１９図は第１６図および第１７図の駆動ドッグの他の
実施例を示す側面図である。

周知の伝達要素の機能的な原理が第１図に示されてい
る。ディスク１０２が出力軸１０１に取り付けられてい
る。ディスク１０２は軸方向に導かれる複数のピン１０
３を有しており、これらのピンにローラ１０４が軸受け
されている。ローラ１０４は偏心ホイールの中の丸い穴
１０５の表面上を転がる。偏心ホイール１０６は入力軸
および出力軸の間で偏心度ｅを有している。穴１０５は
ローラ１０４よりも偏心度の２倍すなわち２ｅを超す直
径を有している。偏心ホイールが内側に歯を切られた静
止ギアホイール１０６ｂの上を転がり、したがって入力
軸１０６ａの回転速度での衛星運動を始めると、ピン１
０３に軸受けされたローラ１０４が順次出力軸１０１を
駆動する。この伝達装置は上記のａ）〜ｅ）の欠点を有
している。

本発明の駆動ドッグの第１の実施例を第３図乃至第１０
図に関連して説明する。これらの図においては、駆動ド
ッグは偏心ギアの中に組み込まれている。ヘギアは円筒
形状のハウジング１を有しており、ハウジングにはこの
ハウジングと一体の静止ギアホイール２が設けられてい
る。静止ギアホイール２は内側の歯を有している。複数
のねじ３がギアをモータの端部壁に固定するために設け
られている。偏心ギアは、更に、カウンタエート７を有
する第１の偏心手段６と、第１のボールベアリング８
と、偏心ギアホイール９と、駆動ドッグ１０と、２つの
枢動ピン１１、１２と、ブッシング１３と、出力軸１４
と、第２のボールベアリング１５と、ベアリング・ハウ
ジング１６と、第３のボールベアリング１７と、ワッシ
ャ１８と、シム・ワッシャ１９と、円形クリップ２０
と、を備えている。第４図は、その歯を符号２１で示し
た偏心ホイールの正面図である。このホイールは、駆動
ドッグに面する側面に、直径方向において相対向する２
つの開口する”トゥース・ギャップ”２２、２３を有し
ている。ホイールはまたはその同じ側面に第１のボール
ベアリング８を収容するための立ち上がった環状のリン
グを有している。第５図乃至第７図から、駆動ドッグが
環状のリング２５を有することが分かり、このリングの
一側面には２つのラグすなわち歯２６、２７が設けられ
ており、これら歯は直径方向において互いに相対向する
位置に設けられて偏心ギアホイールの細長い開口２２、
２３の中で往復して摺動するようになされている。この
往復の摺動における遊びから自由にすることを確実にす
るために、各ラグにはスリット２８が設けられている。
このスリットは第７図に最も良く示されている。これら
のラグは駆動ドッグを開口２２、２３の中に適切に嵌合
させている。環状のリング２５の中には２つの軸方向の
貫通孔があり、これらの貫通孔は互いに関して直径方向
において対向する位置に設けられ、環状のリング２５の
上のラグ２６、２７と同一の角度になされている。貫通
孔２９、３０は枢動ピン１１、１２を収容するようにな
されている。駆動ドッグ１０は環状のリングの各側に斜
面（ベベル面）を有している。

出力軸１４はその一端面にフランジ３３を有しており、
このフランジの半径方向の延長部は、フランジ３３が駆
動ドッグの環状のリング２５の内側に収容される延長部
よりも大きくない。フランジ３３は２つの直径方向にお
いて対向する孔３４、３５を有しており、これらの孔の
中に枢動ピン１１、１２が圧入される。駆動ドッグはこ
のように枢動ピン１１、１２に枢動可能に取り付けられ
ている。第３図乃至第８図から分かるように、出力軸は
フランジ３３と同じ端部に中央孔３６を有している。こ
の孔３６はブッシング１３を受け入れるようになされて
いる。サークリップ２０用の環状の溝３７がフランジ３
３から離れて出力軸に設けられている。駆動ドッグは以
下の様にして組み立てられる：すなわち、枢動ピン１
１、１２が最初に孔２９、３０の中に押し込まれ、更に
出力軸の孔３４、３５まで押し込まれる。このようにし
て形成された駆動ドッグが第９図および第１０図に示さ
れている。

偏心ギアホイールが低い回転数を有するにも拘わらず、
その重心は入力軸の高い回転数で回転する。本発明によ
れば、駆動ドッグ１０は偏心ギアホイールの低い回転数
を出力軸に伝達し、環状のリング２５のほぼ厚みの分だ
けギアの軸方向の長さを阻害する。駆動ドッグのラグ２
６、２７はスリット状あるいは時により歯の形状にする
ことができ、これにより偏心ギアホイールの細長い開口
２２、２３の中へ嵌合する。反対に、駆動ドッグあ駆動
ピン１１、１２の上に設けられ、これら枢動ピンは出力
軸フランジ３３に固定される。この構成により、駆動ド
ッグは枢動ピンの回りで枢動運動を行う。駆動ドッグの
重心はほぼ固定したままである。駆動ドッグのラグ２
６、２７は、一部において開口２２、２３の中で、トゥ
ース・ギャップの中の歯のような運動を、また一部にお
いて偏心ホイールに対する半径方向の往復運動を行う。
ラグのこのローリングにより生ずる枢動運動の角度は、
約±３３゜でかなり小さい。ラグ２６、２７は大きな作
動半径を有し、またこれらの荷重に対する能力は、対応
する寸法および対応するモジュールを有するギアホイー
ルと比べ得る。駆動ドッグの望ましい作動条件は、ラグ
２６、２７がこれらの間で大きなねじり剛性を有するこ
とである。環状のリング２５はしたがってねじれに対し
て剛でなければならない。リングの斜面部分（ベベル部
分）３１、３２は、枢動あるいは転動運動の間、駆動ド
ッグが偏心ギアホイールあるいはベアリング・ハウジン
グ１６に係合しないことを確実にする。面３１、３２を
形成するために金属を除去することはまた枢動ピンの回
りでの駆動ドッグの慣性モーメントを減少させる。

駆動ドッグの変形例が第１１図に示されている。前述の
歯形状のラグ２６、２７はこの実施例では駆動ドッグ１
０に短い剛性の突出部１１８、１１９として形成されて
いる。これらの突出部はピン１１、１２のための穴に対
して平行に穿たれた穴１２１ａ，１２１ｂを有してい
る。圧入により偏心ギアホイールの中に押し込まれたピ
ン１２３、１２４は駆動ドッグを取り付けるために設け
られている。この取り付けは約±２．３゜の確実な回転
運動と、ピン１２３、１２４に沿う±０．３ｍｍの線形
運動を確実にする。これは図示のギアサイズに対するギ
アホイール９の偏心運動に対応する。

駆動ドッグ１０が瞬間的にピン１１、１２の回りでたわ
むと、偏心ギアホイール９が、上述の数値においては約
０．００５ｍｍの弦高さに相当する距離だけ軸方向に運
動する。ホイール９は摺動可能に設けられているため、
この軸方向の運動には何ら問題がない。偏心ホイール９
がボールベアリングに設けられている場合には、ボール
ベアリングがこの軸方向の運動を許容する。標準のボー
ルベアリングは通常少なくとも２倍あるいは３倍の大き
さの軸方向の遊びを有している。

更に別の変形実施例が第１５図に示されている。上述の
変形例では駆動ドッグと偏心ギアホイールおよび出力軸
との間に摺動ベアリングを有していた。最も大きな効率
が望まれるより大きなギアに対しては、この摺動可能な
ベアリングをボールベアリングで置き換えることができ
る。第１５図において、出力軸は予荷重を受けたボール
ベアリング２２６の中に設けられたプレート２２５を有
している。駆動ドッグ１０はピン２３０、２３１上のボ
ール・ブッシング２２８ａ，２２８ｂの助けによりこの
プレート上に取り付けられている。これにより、駆動ド
ッグ１０は小さな角度で枢動できるが、移動することは
できない。偏心ギアホイール２３２は前記ピンに平行な
２つの圧入されたピン２３３、２３４を有している。駆
動ドッグ１０の中に圧入されたボール・ブッシング２２
９ａ，２２９ｂはピン２３３、２３４上で軸受けされて
駆動ドッグが小さな角度で枢動することを許容するとと
もに、偏心ギアホイール２３２が前記ピン２３３、２３
４の方向へ移動することを許容する。

第３図乃至第１０図および第１１図乃至第１５図に示し
た総ての実施例において、駆動ドッグは駆動軸に荷重
（制動）を与えるときにトルクを受ける。このように駆
動ドッグは出力軸のラグあるいはピンの回りで効率的な
高い捩り剛性が得られるような寸法になされなければな
らない。

駆動ドッグの他の応用が第１６図に示されている。軸の
連結したがって回転運動の伝達がある形式のカップリン
グを必要とする。カップリングの役割は遊びなくかつ軸
間に曲げ力を生ずることなしに運動を伝達することであ
る。これはサーボシステム技術において通常のことであ
る。例えば、角度トランスジューサが軸に取り付けられ
る場合には、その角度位置が測定される。角度トランス
ジューサ軸の曲げモーメントの形態の荷重はその測定精
度にすぐ影響を与える。

ベローズあるいはダイアフラムをしばしば用いることが
ある。これらのカップリングは限定された捩れ剛性と、
大きな軸方向のあるいは直径方向の又はそれらの両方を
有している。

理想的なカップリングは次の特性を有している： ａ）総ての直交する３軸方向において軸の間の静的なお
よび動的な移動位置誤差に敏感ではないこと。

ｂ）伝達されるべき回転の軸線方向に対して直角な方向
において軸の間の静的なおよび動的な角度誤差に対して
敏感でないこと。

ｃ）真の角度伝達を行うこと。

ｄ）捩れに対して剛性を有すること。

ｅ）２つの部分から構成されること。これらの部分は軸
の各端部に別々に取り付けられること。このことは組み
立てを容易にするとともに例えば上述の角度トランスジ
ューサの修理における交換を簡単にする。

ｆ）小さな容積であること。特にその軸方向の長さが小
さいこと。

ｇ）低価格であること。

第１６図はモータ２３５の軸端２３６から角度トランス
ジューサ２３７の軸端２３８への角度位置の伝達の例を
示している。２つ円筒形状のハブ２３９、２４０が軸端
２３６、２３８にそれぞれ取り付けられている。これら
のハブは各々２つの半径方向に伸びるピン２４１、２４
２および軸受けピン２４３、２４４を有している。スリ
ーブ２４５がピン２４３、２４４に遊びなく取り付けら
れている。このスリーブ２４５は２つの半径方向のスロ
ット２４６、２４７を有しており、これらスロットはピ
ン２４１、２４２に緊密に取り付けられている。

第１７図は第１６図の装置を上方から見た図面である。
スロット２４５はプラスチックで適宜に製造することが
できる。プラスチックの弾性を利用してピン２４１、２
４２の回りに部分的な予応力を得ることができ、この予
応力は摩耗を排除する。また、ピン２４１、２４２はス
リット２４８、２４９を持つことができる。角度トラン
スジューサの取り外しおよび交換はカップリングのいず
れかの半分を阻害する必要なしに行うことができる。勿
論、円筒形状のハブ２３９、２４０はプラスチックで形
成することができ、状況に応じてピン２４１、２４２と
一体にすることができる。

第１８図は第１６図および第１７図のカップリングを単
純化したものを示している。ハブ２３９およびその２つ
のピン２４１、２４２が円筒形状のピン２５０で置き換
えられており、このピン２５０は軸２５２を通って伸び
る横方向の孔２５１の中に圧入、捩込み、接着あるいは
たの方法で固定することができる。

第１９図は第１６図および第１７図に示した例の変形を
示す。軸受け上の半径方向の付加を減少するため及びス
リーブ２４５のスロットとピン２４１、２４２との間の
摩擦により起こる摩耗を減少するために、スリーブ２４
５の中の凹所あるいは溝２４５の中で転動するボール２
５３によってトルクが伝達される。勿論、ボールをピン
２４１、２４２の対応する溝の中に設けても良い。

上述の実施例は、本発明の概念の範囲の中で、多くの態
様で変更あるいは変形することができる。

この新規な形式の伝達要素、駆動ドッグ、は上述の形式
の従来周知のものに比べて幾つかの利点を有している。

すなわち、 （ａ） トルク角度の伝達。出力軸では重なり合った脈
動が得られない。

（ｂ） トルクは偏心歯車ホイールから多きな大径にお
いて取り出され、負荷トルクの反作用は出力軸の中心の
直径方向において対向する側部に均等に分散され、した
がって力が互いにバランスして出力軸の取付体に負荷を
与えない。（しかしながら、駆動ドッグと偏心歯車ホイ
ールとの間の摩擦力はこの取付体に負荷を与える。） （ｃ） 歯車には非常に小さな構造長さが与えられる。

（ｄ） 低価格。厳密な公差が必要ない。ピンのための
駆動ドッグおよび偏心歯車ホイールの穴は通常の工具で
加工することができる。組立の間に調整する部分がな
い。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運動伝達装置であって、 内歯を有する円筒形の固定ハウジングと、 前記円筒形のハウジングの中心に回転自在に取り付けら
   れた第１の軸と、 該第１の軸に偏位させて取り付けられ、前記ハウジング
   の内歯に歯合する外歯と、直径方向の反対位置に形成さ
   れた一対の開口とを有する偏心歯車ホイールと、 直径方向の反対位置から突出すると共に前記一対の開口
   内に無視できる程度の遊びをもって挿入され、該開口に
   沿って相対的且つ摺動自在に往復運動する一対の突出部
   を有する剛性の本体と、 前記第１の軸と同軸的に延在する第２の軸とを備えて成
   り、 前記剛性の本体は、前記一対の突出部を結ぶ線上に延在
   する第１の枢動軸を介して前記第２の軸に揺動自在に取
   り付けられ、前記偏心歯車ホイールが前記ハウジング内
   を衛星運動する際に、その回転を該第２の軸側へ伝達す
   る運動伝達装置。
2. 【請求項２】前記突出部は一対の貫通孔を有し、前記偏
   心歯車ホイールは径方向反対側へ延出する一対の第２の
   枢動軸を有し、該第２の枢動軸が前記突出部の前記貫通
   孔に挿通し、もって、前記剛性の本体が前記第１の枢動
   軸と前記第２の枢動軸を中心として揺動すると共に、該
   剛性の本体と該偏心歯車ホイールが径方向に相対的且つ
   摺動自在に往復運動する請求項１の運動伝達装置。
3. 【請求項３】前記第１の枢動軸と前記第２の枢動軸はブ
   ッシングを介して取り付けられた請求項２の運動伝達装
   置。
4. 【請求項４】前記突出部は、プリストレスを加えるため
   のスリットを有する請求項１の運動伝達装置。
5. 【請求項５】運動伝達装置であって、 回転自在な第１の軸と第２の軸とを備えて成り、該第１
   の軸及び第２の軸の何れか一方に一対の第１のピンを、
   他方の軸に一対の第２のピンを夫々径方向反対側へ突設
   し、前記第１の軸にスリーブの一端を揺動自在に連結す
   ると共に、他端に前記第１の軸と軸方向に整合する一対
   のスロットを形成し、前記第２のピンを前記一対のスロ
   ット内に無視できる程度の遊びをもって挿入し、前記第
   ２の軸が前記スロット内を相対的且つ摺動自在に往復運
   動できるようにした運動伝達装置。
6. 【請求項６】前記第２の軸はスリットを有し、前記スリ
   ーブとの間の遊びに対し抵抗するようにした請求項５の
   運動伝達装置。
7. 【請求項７】前記スリーブ又は前記第２のピンは溝を有
   し、該溝にボールを挿入してトルクを伝達すると共に、
   摩擦よって前記第１の軸と前記第２の軸の取付部に作用
   する径方向及び軸方向の力を低減させる請求項５又は６
   の運動伝達装置。