JPH0666350A

JPH0666350A - 減速装置

Info

Publication number: JPH0666350A
Application number: JP11170493A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Takeda; 充弘武田
Original assignee: Takeda Gear Co Ltd
Current assignee: Takeda Gear Co Ltd
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1993-05-13
Publication date: 1994-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】耐久性に優れ、且つトルク伝達効率を向上さ
せる。【構成】減速装置は、内歯歯車２０、転動体２１、歯
つきベルト２２、及びウエーブジェネレータ１６とを基
本構成としている。内歯歯車２０は内周壁に曲線形状の
複数の歯溝２０ａが円周方向に一定ピッチで形成されて
いる。歯つきベルト２２は、外周に歯溝よりも少ない個
数の転動体２１を一定ピッチで配列保持する歯２２ａが
設けられている。この歯つきベルト２２は内側にウエー
ブジェネレータ１６が嵌め込まれ、入力軸２７を介して
ウエーブジェネレータ１６を回転させると、その長軸２
２ａの回転位相に応じて撓む。これに伴って長軸２２ａ
上の転動体２１が順次に歯溝２０ａに噛み合うようにな
り、歯つきベルト２２の回転、もしくは転動体２１の移
動の少なくともいずれか一方を出力軸に伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は減速装置に関し、さらに
詳しくは、撓み噛み合い式減速装置の構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンパクトで、しかもバックラッ
シを極力低減した減速装置としてハーモニックドライブ
（株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ社の登
録商標）が提供されている。このハーモニックドライブ
の一般的の例としては、図１４に示すように、内歯歯車
１１、外歯歯車１３、及び楕円形のウエーブジェネレー
タ１６とから構成されている。内歯歯車１１は、断面が
円形をした内周に歯１０が形成されている。外歯歯車１
３は、薄肉カップ状の金属弾性体で形成されており、開
口部１３ａの外周に前記歯１０に噛み合う歯１２が一体
成形されている。また、外歯歯車１３はその開口部１３
ａの内側にウエーブジェネレータ１６が嵌め込まれて楕
円形に撓められ、カップ状の底部１３ｂに出力軸が取り
付けられる。ウエーブジェネレータ１６は、楕円形のカ
ム板１４の外周にベアリング部材１５を撓めた状態で固
定したものであり、カム板１４に入力軸が取付けられ
る。組立後のハーモニックドライブは、カム板１４の長
軸部分で各歯１０，１２が噛み合い、また、短軸部分で
は各歯１０，１２が完全に離れた状態となる。そして、
カム板１４を回転させると各歯１０，１２の歯数差に応
じて相対回転し、内歯歯車１１又は外歯歯車１３から減
速比の大きい回転出力を取り出すことができるようにな
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
説明したハーモニックドライブでは、外歯歯車１３の開
口部１３ａがウエーブジュネレータ１６によって常に繰
り返し変形を受けるので破損し易く、寿命上の不安があ
る。このため、外歯歯車１３を高価な金属材料で形成す
る必要があり、材料費のコストアップにつながる欠点が
あった。

【０００４】さらに、ハーモニックドライブは、金属で
ある外歯歯車が回転時に楕円形状に繰り返し撓み動力の
損失があるため、トルク伝達効率が低い欠点がある。

【０００５】また、前記歯１０及び歯１２の歯形として
は一般的にインボリュート歯形が用いられている。しか
しながら、これらの歯形は、厳密な歯車の噛み合い理論
に基づいて決定されたものでなく、減速比が大きい場合
の近似値解析結果によるものである。このため、減速比
が大きい場合、例えば、1/50〜1/320 では問題がない
が、これより小さい減速比を得るようにした場合、トロ
コイド干渉等を防止するために歯形を厳密な歯車の噛み
合い理論に基づいて決定する必要がある（特公昭６１−
２２８１４２号公報）。このような歯形を形成するに
は、精度の高い加工が伴い加工費のコストアップにつな
がる欠点がある。

【０００６】本発明は上記のような外歯歯車を用いた撓
み噛み合い式減速装置のもつ欠点を一掃し、耐久性に優
れ、しかもトルク伝達効率も向上させることができる減
速装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明では、断面が円形をした内壁に曲
線形状の複数の歯溝を一定ピッチで配列した固定の内歯
歯車と、前記歯溝に噛合し、この歯溝の歯数よりも少な
い個数の転動体と、これらの転動体を前記内歯歯車との
間で一定ピッチで配列保持する弾性歯を外周に設けた転
動体保持筒と、前記転動体保持筒の内周にベアリングを
介して嵌め込まれ、入力軸の回転によって回転して前記
転動体と歯溝との噛み合い位置が順次移動するように転
動体保持筒を弾性変形させる非円形のカム板と、前記転
動体保持筒もしくは転動体の前記カム板回りの移動の少
なくともいずれかを出力軸に伝達する伝達手段とを備え
たものである。

【０００８】また、請求項２記載の発明では、前記転動
体保持筒を転動体の長さよりも幅が広い歯つきベルトと
し、また前記伝達手段を、出力軸が取り付けられ、前記
歯つきベルトの歯に係合して歯つきベルトと一体に回転
する連結環としたものである。

【０００９】さらに、請求項３記載の発明では、前記転
動体保持筒を転動体の長さよりも幅が狭い歯つきベルト
とし、また前記伝達手段を、出力軸が取り付けられ、前
記複数の転動体に係合して転動体の前記カム板回りの移
動により回転する連結環としたものである。

【００１０】さらにまた、請求項４記載の発明では、請
求項１に記載した転動体のそれぞれを外側から保持する
弾性自在な保持環を設けたものである。これによれば、
前記カム板の回転に伴う波動振動により生ずる転動体の
踊りを防止することができる。

【００１１】

【実施例】減速装置の第１実施例を図１ないし図３に示
す。この減速装置はウエーブジェネレータ１６、内歯歯
車２０、転動体２１、歯つきベルト２２、内環２４、及
び外環２５とから構成されている。ウエーブジェネレー
タ１６は、楕円形のカム板１４の外周にベアリング部材
１５を撓めた状態で固定したものである。なお、カム板
１４と入力軸２７とは、カム板１４の振動を吸収するた
めにオールダム継手（Oldham coupling)によって連結さ
れている。内歯歯車２０はその断面における内周が円形
となっており、この内壁に曲線形状となった４６個の歯
溝２０ａが円周方向に一定ピッチで形成されている。

【００１２】転動体２１は４４個あり、それぞれの転動
体２１は内歯２０ａに噛合し、それらは軸方向の長さが
歯溝２０ａの幅と略同じ、またはそれよりも僅かに長い
針状もしくは棒状ころ形状となっている。歯つきベルト
２２は転動体２１の各々を一定ピッチで配列保持する歯
２２ａを外面に有し、その幅は転動体２１よりも長くな
っている。歯つきベルト２２には、内歯２０ａ及び転動
体２１に対向する内周にウエーブジェネレータ１６が嵌
め込まれ、また、ウエーブジェネレータ１６に対向する
内面には詳しくは後述する内環２４が嵌め込まれる。

【００１３】内環２４は外周が円形をしたカップ状とな
っており、底部２４ｃに出力軸２８が取り付けられる。
この内環２４の開口部２４ｂの外周には、歯つきベルト
２２の内周に嵌め込まれる支持面２４ａが設けられてい
る。外環２５は２つあり、各々の周長さが半周よりも僅
かに短くなっている。これらの外環２５は内周に歯２２
ａに係合する歯２５ａを有しており、歯つきベルト２２
を支持面２４ａとで一体に挟持するようにビスで固定さ
れ、内環２４とともに歯つきベルト２２の回転を出力軸
２８に伝達するための連結環を構成する。

【００１４】このような要部構成となった減速装置は、
図３に示すように、内歯歯車２０がケーシング３０に固
定され、内環２４の底部２４ｃ側の外周面２４ｄがベア
リング部材３２を介してケーシング３１に支持され、ま
た、ベアリング部材３２の抜け止め用のケーシング３３
がケーシング３１に固定されている。なお、転動体２１
の軸方向の移動はケーシング３０と外環２５の側面とで
阻止される。そして、使用時には、一般的に、モータ３
５に取り付けられ、出力軸２７がモータ３５の出力軸と
して用いられる。

【００１５】モータ３５の駆動により入力軸２７を介し
てカム板１４が回転し、その長軸１４ａの回転位相に応
じて歯つきベルト２２が撓み、これに伴って長軸１４ａ
上の転動体２１が順次に歯溝２０ａに噛み合うように自
転しながら歯つきベルト２２とともに公転する。そし
て、歯溝２０ａと転動体２１との個数差に応じた減速回
転が歯つきベルト２２、及び内環２４を介して出力軸２
８に伝達される。

【００１６】次に、歯溝２０ａの曲線形状について説明
する。本発明では、歯溝２０ａの曲線形状を特定はして
いないが、例えば、転動体２１と歯溝２０ａとを全周に
おいて連続接触させるためには、歯溝２０ａの形状を転
動体２１のそれぞれが描く軌跡曲線の内最も外側にある
曲線部分とすればよい。軌跡曲線は、カム板１４の長軸
１４ａから短軸１４ｂまでの１／４周の範囲での水平方
向を「Ｘ」、また垂直方向を「Ｙ」とすると次式で表す
ことができる。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、「P2」は歯つきベルト２２の歯２
２ａのピッチ、「Ａ」は長軸１４ａ上における転動体２
１の頂点間の長さ、「Ｂ」は短軸１４ｂ上における転動
体２１の頂点間の長さ、「β」は歯溝２０ａのピッチ角
度（ラジアン）である。

【００１９】ところで、歯溝２０ａの形状を上記式で表
された軌跡曲線の内最も外側にある曲線形状に加工を行
うことはコスト的に高くなることが予想され、また、転
動体２１と歯溝２０ａとを全周において連続接触させる
ためには、歯溝２０ａの形状を前述した曲線形状やすで
に公知の歯形形状等で形成しても、実質上僅かであるが
転動体２１と歯２２ａとの干渉が発生する恐れがある。
しかしながら、本発明では弾性を有する歯２２ａ自身の
弾性変形によって、転動体２１と歯２２ａとの干渉等が
吸収されるため、歯溝２０ａの形状を理論値と一致させ
る必要がない。

【００２０】したがって、本実施例の歯溝２０ａの形状
としては、軌跡曲線に最も近い相似曲線を幾何学的に選
定した結果、２つの円弧からなる曲線形状としている。
図４に示すように、歯溝２０ａは、その半ピッチライン
「P1/ 2 」上の点Ｚを中心とする半径「R1」の円弧「C
1」と、半径「R2」の円弧「C2」とから構成される曲線
形状とし、また、歯たけ「L2」をカム板１４の長軸１４
ａ上の直径と短軸１４ｂ上の直径との差の半分と同じ
か、あるいはそれよりも小さくしている。

【００２１】これによれば、同図に示すように、転動体
２１と歯２２ａとの重なり部分ａ〜ｈでは、転動体２１
と歯２２ａとの干渉が発生しているが、これらの部分ａ
〜ｈでは歯２２ａの弾性変形が行われるため、転動体２
１を歯溝２０ａに向けて付勢する予圧が発生し、転動体
２１と歯溝２０ａとの遊びが吸収されるとともに、バッ
クラッシの低減、さらには位置決め精度の向上等が図れ
る。

【００２２】次に、上記構成の作用を簡単に説明する。
入力軸２７の回転によりカム板１４が図１に示す矢印方
向に回転すると、長軸１４ａに位置する転動体２１が順
に歯溝２０ａに噛み合ってゆく。そして、転動体２１が
歯溝２０ａにころがりながら摺動し、転動体２１と歯溝
２０ａとの数差だけ位相がずれ、そのずれが歯つきベル
ト２２の前記矢印方向とは逆方向の回転となって出力軸
２８に伝達される。すなわち、歯溝２０ａの各々のピッ
チ角が３６０°×（１／４６）、転動体２２の各々のピ
ッチ角が３６０°×（１／４４）となっているから、こ
れらのピッチ角の差が３６０°×（１／１０１２）とな
り、入力軸２７の回転に対して出力軸２８の減速比は
｛３６０°×（１／１０１２）｝／｛３６０°×（１／
４６）｝＝１／２２となる。

【００２３】なお、第１実施例で説明した転動体２１の
個数、及び歯溝２０ａの個数は、本発明では限定される
ことなく、理論上では１／１８〜１／８０の範囲となる
減速比が得られるように各々の個数を定めることができ
る。また第１実施例では転動体２１と歯溝２０ａとの数
差を「２」としているが、本発明ではこの数に限定され
ることなく、転動体の数を歯溝２０ａの数より２ｎ（ｎ
は正の整数）個だけ少なくすればよい。

【００２４】また、第１実施例では、内歯歯車２０を固
定とし、カム板１４に入力軸２７を連結して、歯つきベ
ルト２２を介して内環２４から回転出力を得るようにし
ているが、本発明ではこれに限らず、内環２４を固定
し、カム板１４に入力軸を連結して、内歯歯車２０から
回転出力を得る減速装置としてもよく、さらにカム板１
４を固定し、内歯歯車２０に入力軸２７を連結して、内
環２４から回転出力を得る増速装置としてもよい。さら
にまた、カム板１４、内環２４、及び外歯歯車２０のい
ずれか二つに回転入力を与え、残りの１つから回転出力
を得るようにすると差動装置としても用いることが可能
なのはいうまでもない。

【００２５】次に、第２実施例について図５を参照しな
がら説明する。第２実施例では、第１実施例で説明した
歯つきベルト２２の代わりに、歯溝２０ａの幅と同じに
した歯つきベルト４０と、第１実施例で説明した転動体
２１の代わりに、この軸方向の長さを長くした転動体４
１とを用い、転動体４１各々の公転移動から内環２４を
介して出力軸２８に減速回転を伝達させるようにした例
である。内環２４はその開口部２４ｂの外周に転動体４
１のそれぞれを内側から支持する支持面４２が設けられ
ている。外環２５はそれぞれの内周に転動体４１のそれ
ぞれを一定ピッチで配列保持する歯４３を有しており、
転動体４１を支持面４２との間で転動体４１各々の自転
を許容するように一体に挟持しビスで固定される。これ
により転動体４１のカム板１４回りの移動、すなわち転
動体４１の公転移動は、外環２５とこれと一体に連結さ
れた内環２４とからなる連結環を介して、出力軸２８に
伝達される。

【００２６】なお、第２実施例の場合には、カム板１４
の回転に伴う波動振動が転動体４１を介して内環２４に
伝達されるため、入力軸２７と出力軸２８とをベアリン
グ部材４５を介して連結しておくのが望ましい。また、
内歯歯車２０の歯溝２０ａは、転動体４１の軸方向に対
する上下振動に応じて傾斜させて形成しておくのが望ま
しい。

【００２７】次に、第３実施例について図６及び図７を
参照しながら説明する。第１実施例で説明した減速装置
では、ウエーブジェネレータ１６と内環２４との間で歯
つきベルト２２の捩れが発生する恐れがある。このた
め、第３実施例では、前述した転動体４１を用いて、こ
の転動体４１を歯２２ａの歯幅（転動体４１の軸方向に
沿った歯２２ａの幅）に沿わせるように配列保持させ、
歯つきベルト２２の捩れを防止する。この場合では、歯
２２ａに保持された転動体４１の一端を外環２５の内周
に設けた面４７で押さえるようにしているから、振れに
よる転動体４１の脱落が防止される。なお、歯つきベル
ト２２の捩れを防止する他の例としては、弾性を有する
薄肉金属環を歯つきベルト２２の内周に嵌め込んだ例と
してもよい。これによれば、薄肉金属環の一端側の内側
がウエーブジェネレータ１６に、また他端側の内側が内
環２４にそれぞれ一体に固定されるため、歯つきベルト
２２の捩れを極力低減することができる。

【００２８】次に、第４実施例について図８及び図９を
参照しながら説明する。第４実施例では、転動体４１と
歯つきベルト２２との移動から内環２４を介して出力軸
２８に減速回転を伝達させるようにした例である。外環
２５の内周には、二段の歯２５ａ，４８が設けられてい
る。歯４８は、歯２５ａよりも一段下がった面で、且つ
出力軸２８の軸方向にずらして設けられており、転動体
４１のそれぞれを一定ピッチで配列保持し、転動体４１
の公転移動を内環２４に伝達する。これによれば、前述
した歯つきベルト２２の捩れ防止の向上が図れるととも
に、減速回転の伝達効率が向上する。

【００２９】次に第５実施例について説明する。上記で
説明した各実施例では、入力軸２７と出力軸２８とを同
軸上に配しているのに対し、第５実施例では、図１０に
示すように、ウエーブジェネレータ１６のベアリング部
材５０を自動調心玉軸受とすることにより、入力軸２７
に対し出力軸２８を同図に示す角度θ（例えば、θ≦４
°）の範囲内で傾斜させた状態で取り付けることができ
る。この際、減速装置をスムーズに回転させるために転
動体４９の形状をころ形状よりも球形状にした方が好適
である。なお、出力軸２８に対し入力軸２７を傾斜させ
て回転を伝達させることができるのはいうまでもない。

【００３０】ところで、第３実施例で説明した減速装置
の運転試験をした結果、内歯歯車２０の歯溝２０ａと転
動体４１との間に遊びが発生した場合、カム板１４の回
転に伴う波動振動により転動体４１が踊り、この転動体
４１が歯つきベルト２２の歯２２ａを飛び越え、内歯歯
車２０の歯溝２０ａと転動体４１との噛み合いがずれて
しまうことが判明した。そこで、図１１及び図１２に示
す実施例では、外環２５と内歯歯車２０との間に、転動
体４１の踊りを防止するための保持環６０を転動体４１
の外側に嵌め込んで設けている。保持環６０は弾性を有
する材料、例えばウレタンやゴム等で形成されており、
転動体４１のそれぞれを歯つきベルト２２との間で挟持
する。これによれば、転動体４１と歯溝２０ａとの間に
部分的に遊びが生じても、歯つきベルト２２、転動体４
１、及び保持環６０とが一体に回転するため、転動体４
１の踊りを確実に防止することができるとともに、この
踊りによって生ずる音を低減することもできる。

【００３１】また、第３実施例で説明した減速装置の運
転試験をした結果、転動体４１とケーシング３０との摺
接音が大きいことが分かった。この音の発生を防止する
ために、図１３に示す実施例では、転動体４１とケーシ
ング３０との間に隙間を開けるとともに、転動体４１の
軸方向への移動を防止するために、各転動体４１の外周
に溝４１ａを設け、この溝４１ａに保持環６０を嵌め込
んでいる。なお、逆に保持環６０側に各転動体４１が嵌
まり込む溝を設けても同じ効果が得られることはいうま
でもない。

【００３２】以上、本発明では、各実施例で説明した部
材の材料については限定されるものではないが、歯つき
ベルト２２の材質については、例えば、耐摩耗性及び耐
熱性の面で優れ、耐高抗張力で伸びが極めて少ない合成
ゴム、（例えば、ゴム、布、グラスファイバ等を貼り合
わせや埋め込み等で積層したもの）、又はプラスチック
等の材料で形成するのが望ましい。また、内歯歯車２０
の材質として、熱可塑性プラスチック材料等を採用する
ことによりローコストで、しかも回転音を小さくするこ
とができる。

【００３３】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１記載の
発明では、転動体の各々を内歯歯車との間で一定ピッチ
で配列保持する転動体保持筒の歯が弾性を持っているた
め、転動体の各々と内歯歯車の歯溝とが全周において連
続接触した状態で減速回転を伝達させることができる。
また、歯と内歯歯車の歯溝との形状を、厳密な歯車の噛
み合い理論に基づいて決定する必要がなく、加工コスト
の低減が図れる。

【００３４】また、請求項２記載の発明では、転動体を
一定ピッチで配列保持する歯つきベルトを使用している
ため、従来技術で説明した外歯歯車の破損という問題を
解消し、寿命が向上する効果がある。また、歯つきベル
トを用いることにより振動や衝撃の吸収効果が大きくな
り、しかも騒音が少ない。さらに、本発明では、歯溝と
転動体との噛み合いがころがり接触となり、従来技術と
比較して噛み合い部分の耐摩耗性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の減速装置の要部構成を示す断面図
である。

【図２】減速装置の要部構成を示す分解斜視図である。

【図３】減速装置の全体構成を示す断面図である。

【図４】歯つきベルトの歯、転動体、及び内歯歯車の歯
と連続接触状態を示す説明図であり、１／４周だけを示
している。

【図５】第２実施例の減速装置の全体構成を示す断面図
である。

【図６】第３実施例の減速装置の全体構成を示す断面図
である。

【図７】第３実施例の減速装置の要部を示す分解斜視図
である。

【図８】第４実施例の減速装置の全体構成を示す断面図
である。

【図９】第４実施例の減速装置の要部を示す分解斜視図
であり、歯４２を一部省略している。

【図１０】第５実施例の減速装置を示す断面図である。

【図１１】転動体を保持環で保持した実施例を示す分解
斜視図である。

【図１２】転動体を保持環で保持した実施例の断面図で
ある。

【図１３】転動体とケーシングとの摺接音を防止した実
施例の断面図である。

【図１４】従来技術で説明した減速装置を示す分解斜視
図である。

【符号の説明】

１４カム板１５，３２，４５ベアリング部材１１，２０内歯歯車２０ａ歯溝２１，４１転動体２２，４０歯つきベルト２４内環２５外環６０保持環

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面が円形をした内壁に曲線形状の複数
の歯溝を一定ピッチで配列した固定の内歯歯車と、前記
歯溝に噛合し、この歯溝の歯数よりも少ない個数の転動
体と、これらの転動体を前記内歯歯車との間で一定ピッ
チで配列保持する弾性歯を外周に設けた転動体保持筒
と、前記転動体保持筒の内周にベアリングを介して嵌め
込まれ、入力軸の回転によって回転して前記転動体と歯
溝との噛み合い位置が順次移動するように転動体保持筒
を弾性変形させる非円形のカム板と、前記転動体保持筒
もしくは転動体の前記カム板回りの移動の少なくともい
ずれかを出力軸に伝達する伝達手段とを備えたことを特
徴とする減速装置。
【請求項２】前記転動体保持筒は転動体の長さよりも
幅が広い歯つきベルトであり、また前記伝達手段は、出
力軸が取り付けられ、前記歯つきベルトの歯に係合して
歯つきベルトと一体に回転する連結環であることを特徴
とする請求項１記載の減速装置。
【請求項３】前記転動体保持筒は転動体の長さよりも
幅が狭い歯つきベルトであり、また前記伝達手段は、出
力軸が取り付けられ、前記複数の転動体に係合して転動
体の前記カム板回りの移動により回転する連結環である
ことを特徴とする請求項１記載の減速装置。
【請求項４】請求項１ないし３記載の減速装置におい
て、前記転動体のそれぞれを外側から保持する弾性自在
な保持環を設け、前記カム板の回転に伴う波動振動によ
り生ずる転動体の踊りを防止するようにしたことを特徴
とする減速装置。