JPS61140653A

JPS61140653A - トロコイド減速機

Info

Publication number: JPS61140653A
Application number: JP59263680A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Kawashima; 川島　一貴
Original assignee: NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1984-12-11
Filing date: 1984-12-11
Publication date: 1986-06-27

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、トロコイド歯形を使用した減速機に関する
ものである。

〔従来の技術〕

減速機は各種機器に組込み使用されており、使用目的に
応じてその機構の異なるものが提案されており、例えば
遊星歯車減機やサイクロ減速機、ハーモニックドライブ
等が実用化されている。

ところで、減速機はこれまで以上に小型軽量で効率のよ
いものが要求され゛てきているが、フィンガーロボット
のような小型でモーションコントロールに用いることが
でき、利用度の高い減速比１０〜５０程度を実現できる
ものは前記減速機には存在しない。

即ち、サイクロ減速機は、効率は良いが、歯形に使用す
るカムフォロアー又はトロコイド曲線歯形の内径側にあ
る等速カップリング機構のため、外径１００ｍφ以下の
下型化は困難である。

マタ、ハーモニックドライブは、フレックススプライン
を変形させる構造上、減速比５０以下の実現は困難であ
るし、フレックススプラインの剛性がないため、振動の
原因になりやすい。

そこで、前記のような要求を満たすための減速機として
、トロコイド曲線を歯形に用いた小数歯数差式遊星機構
に基づくトロコイド減速機が注目され、このトロコイド
減速機として例えば特開昭５８−１７８０４５号や特公
昭５８−４２３８２号等によって提案されている。

前者のトロコイド減速機は、ハイポトロコイドレースと
エビトロコイドレースの間にローラを介在させたもので
あるが、ケージの精度が悪く、ローラを等ピッチに拘束
できない場合、歯形の山にあるローラが動いてはいけな
い側の谷へ動き、他の谷へ移動すると本来あるべき位置
の谷へ戻るのは困難であるため、減速機は破損してしま
うという問題がある。

次に、後者の減速機は、歯形を転円と基円との半径比が
整数であるエビトロコイド曲線の２個を１ピッチ位相を
ずらして重ね合わせ、重なり合った曲線のうち、内側に
ある曲線部分を歯形曲線としている。

ところで、転円と基円との半径比が整数である場合、ト
ロコイド歯形は閉塞し、トロコイドの山の数は必ず偶数
であり、ローラの数も必ず偶数となるため、奇数個のロ
ーラには適用できないという問題がある。

また、従来のトロコイド減速機は何れの場合も歯形とロ
ーラの間に滑りが生じ、歯形及びローラに摩損の発生が
甚だしく、しかも歯形とローラの噛み合い数が少なく、
許容トルクが小さいという欠点がある。

この発明は、上記の問題や欠点を解決するためになされ
たものであり、歯形の形状を改善し、歯面とローラの滑
り発生が極めて小さく、しかも許容トルクの大きなトロ
コイド減速機を提供するのが目的である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記のような問題点や欠点を解決するため、この発明は
、内歯車と、この内歯車とトルク伝達体を介して噛合う
外歯車をもち、＼この内外歯車がトロコイド系歯形を有
するトロコイド減速機において、トロコイド系歯形をも
つ歯車が、基円の半径Ｒｅと転円の半径Ｒｐの差（Ｒｐ
−Ｒｅ、）と、転円及び基円の半径比が１監−になる場
合に、転円れるトロコイド曲線の内側又は外側にある部
分を歯形曲線として形成したものである。

〔作用〕

・基円の半径Ｒｅ　と転円の半径Ｒｐの差（λｐ−Ｒｅ
）と、転円及び基円の半径比が土である条件でトロコイ
ド平行曲線を描くと、位相Ｏ０からローラの基礎円が元
の位相θ°　に戻ってもトロコイド平行線は閉塞しない
ので、更に続けて平行曲線を描いて元の位相θ°に戻す
と、トロコイド平行曲線は、曲線が重なり合った閉塞曲
線になり、この閉塞曲線の内側又は外側にある部分を歯
形曲線としてハイポトロコイド内歯車又はペリトロコイ
ド外歯車を製作する。

上記内歯車と外歯車の間にトルク伝達体を配置し、内歯
車と外歯車の歯数差に応じた減速回転を取出す。

内歯車と外歯車の歯形間に介在するトルク伝達体は回動
が自由になるので、歯形とトルク伝達体の滑り発生が少
なく、しかもトルク伝達体の内歯車と外歯車間における
噛合い数が多く、許容トルクが増大する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第２図は、転円と基円との半径比が整数であるエビトロ
コイド曲線の２個を１ピツチ位相をずらして重ね合わせ
、重なり合った曲線の内、内側にある曲線部分を歯形曲
線とした外歯車１と、同様に転円と基円との半径比が整
数であるハイポトロコイド曲線の２個を１ピツチ位相を
ずらして重ね合わせ、重なり合った曲線の外側にある曲
線部分を歯形曲線としている内歯車２と、トルク伝達体
としてローラ３を用い、このロー２３を外歯車２と内歯
車１間に介在させたトロコイド減速機の基本的な構造を
示しており、第３図は同上の内歯車１の歯形を、第４図
は同外歯車２の歯形を各々示している。

第２図において、閉塞するエビトロコイド、ハイポトロ
コイド曲線を１ピツチずらして外歯車２と内歯車１を形
成しているため、トロコイドの山の数は必ず偶数であり
、ローラ３の数も必然的に偶数となり、奇数個のローラ
には適用できないことになる。

第２図は、ローラ３のピッチ点Ｐを一点に集めてあり、
この場合のローラ３とハイポトロコイド、エビトロコイ
ドの各歯形の接触点の理論的な滑り速度を第１図に示し
ている。

第１図における各部の条件は例えば次の如くである。

ハイポトロコイドのピッチ半径、Ｒｈ＝６．３＋ｍロー
ラのピッチ半径、Ｒｐ　”　５．６　ｒｍエビトロコイ
ドのピッチ半径、Ｒｅ＝４．９ｍトロコイド半径（ロー
ラのピッチ中心からローラ中心までの距離）、ＲＣ＝１
０．０閣ローラの半径、Ｒ５＝１．５票第１図は横軸にローラの位相を示し、ローラがピッチ点
に最も近づく時を０としている。縦軸は滑り速度を示し
、ローラの公転速度で割って無次元化している。

第１図において、ｖｈ　：ローラが自転しない場合の゛ハイポトロコイド
とローラの滑り速度 ■ｅ：ローラが自転しない場合のエビトロコイドとロー
ラの滑り速度Ｖｒ　　：　（Ｖｈ−Ｖｅ）　　つまり、ローラが自転
することが可能な場合の滑り速度第１図から明らかなように、ローラは完全に転がってい
ない。特に位相０〜５０°程度がトルクを主に負荷する
有効噛合部なのであるが、この高負荷範囲において、滑
り■「が大きいのがわかる。

負荷容量から見て、ハイポトロコイド内歯車とエビトロ
コイド外歯車に製作誤差があると、歯形凸部で大きな力
を受けることになり、許容トルクが低いものになってし
まう。

また、ローラの個数が少ない場合、例えば１５個以下の
場合は、歯車の凹部と接触する有効噛合歯数が１〜２個
と少なくなり、許容トルクが少なくなる。

そこで、この発明は、第５図に示すように、内歯車１１
と外歯車１２の歯数及びローラ１３の数を各々奇数に設
定し、上記問題の解決を図っている。

第６図は同項に用いるハイポトロコイド内歯車−１１の
歯形を、第７図は同じくペリトロコイド外歯車１２の歯
形を示しており、ハイポトロコイド内歯車１１は歯数が
１５山、ローラ１３は１３個、ペリトロコイド外歯車１
２は歯数が１１山である。

ここで、ペリトロコイドはエビトロコイドによって表現
されることがよく知られていることであるので、以後ペ
リトロコイドはエビトロコイドに統一して表現する。

第６図に示したハイポトロコイド歯形は、第８図と第９
図の如く描かれる。

ハイポトロコイドＰＣＲ、Ｒｈ　＝　７．５Ｗｎ、　Ｃ
’−ラＰ　ＣＲＲｐ　＝６．５　ｍｍ　　であると、ハ
イポトロコイド平行曲線は、位相０°から始まり、ロー
ラの基礎円か６．５回転すると、元の位相０°に戻って
くるが、このとき元の位置ではなく、２（Ｒｎ−ＲＰ）
＝２だけ内側になってしまう。つまり、ノ＼イボトロコ
イド平行曲線は閉塞しないのである。

そこで、ローラの基礎円をもう６．５回転全体として１
３３回転せるとハイポトロコイド平行曲線は閉塞した曲
線となり、これを第９図に示している。

第９図において、実線はθ〜６，５回転、一点鎖線は６
．５〜１３回転のとき、ローラが描くノへイボトロコイ
ド曲線を示し、この曲線の外側に位置する部分が第６図
の内歯車１１であり、この１５の凸部をもつハイポトロ
コイド内歯車１１は、第５図に示したように、１３個の
ローラ１３と噛合う歯形となる。

同様に第７図に示したエビトロコイド歯形は、第１０図
と第１１図の如く描かれる。

エビトロコイドＰＣＲＲｈ　＝　５．５　ｍ　、ローラ
ＰＣＲＰＬｐ＝６．５ｍ　とすると、エビトロコイドの
基礎円かローラの基礎円の回りを６．５回転すると元の
位置に戻るが第１０図の如く閉塞しない。

そこでもう６．５回転させるとエビトロコイド平行曲線
は閉塞した平行曲線となり、第１１図の実線はＯ〜６．
５回転、同一点鎖線は６．５〜１３回転のときローラが
描くエビトロコイド曲線を示している。

第１１図で示した曲線の内側の部分を歯形としたのが、
第７図のエビトロコイド外歯車１２であり、１３個のロ
ーラ１３と噛合う歯形となる。

第６図と第７図に示した内歯車１１と外歯車１２は共に
歯数が奇数であり、ローラ１３は１３個が等ピッチ、等
ＰＣＤに配置できるので、内歯車１１と外歯車１２は第
５図の如く重ね合わせることができ、ハイポトロコイド
歯形の中心とエビトロコイド歯形の中心の間の７のとこ
ろに、ローラの中心がある。

つまりエビトロコイドの基礎円とローラの基礎円、ハイ
ポトロコイドの基礎円は一点で接することになり、この
点がピッチ点となり、奇数の凸部をもつ歯形のエビトロ
コイド、ハイポトロコイドの場合、隣り合ったローラが
共にトロコイド曲線すべてと噛合うことになる。

第２図に示した歯車構造の歯面における滑り速度は前記
のように、第１図で示し、ローラは完全に転がらずかな
りの滑り成分Ｖｒが残っていることは述べたが、第５図
に示したこの発明の基本槽６．造においても、ローラ１
３のＰＣＤ中心が／１イボ、　　　１トロコイド中心とエビトロコイド中心のｉのところにあ
るので、第２図と同様の滑り成分Ｖｒが残るものと考え
られる。

そこで、第１２図に示すように、ローラ１３のＰＣＤ中
心Ｏｐを第５図に対して変更し、Ｏｐの位置をＯｅ側に
近づけることによって、滑り成分を減らすようにしてい
る。

第１２図の場合の滑り速度を第１３図に示す。

第１図と比較して、残りの滑り成分Ｖｒが減少している
ことがわかる。第１２図の場合、位相が０のときに、ｖ
ｈ　とＶｅが等しくなるようにｅの値を選んだが、必ず
しもその必要はなく、高トルク負荷域での滑りが小さく
なるようにｅの値を選べば良い。

ローラのＰＣＤの中心ＯＰをＯｅ側に近づけると、ハイ
ポトロコイドのピッチ円とエビトロコイドのピッチ円は
接しないことになり、ノ翫イボトロコイドのピッチ円が
エビトロコイドのピッチ円より外側になる。

また、ハイポトロコイドとローラのピッチ点、エビトロ
コイドとローラのピッチ点が別々になるので、ハイポト
ロコイドとローラの接触点の力のベクトル、エビトロコ
イドとローラの接触点の力のベクトルが第１４図の如く
、−直線上にこないでわずかに角度をもつことになる。

この角度のために、ケージ１４に作用する分力がわずか
に出ることになるが、現実には、第１４図において角度
θが約１０°以下程度の場合、トロコイド面とローラの
接触点における摩擦力のために、ケージ１４には分力が
生じないことになる。

次に、第１５図と第１６図及び第１７図の各々は、前記
した基本的な歯車構造を用いたトロコイド減速機の具体
的な例を示している。

第１５図に示す第１の例は、２段減速を行なう構造を示
しており、ケース２１にボルト止した固定輪２２に軸受
２３を介して回動自在に支持された入力軸２４と、ケー
ス２１に軸受４１で回動自在に支持された出力軸２５と
が同軸心状に配置され、入力軸２４のケース２１内に位
置する部分に設けた偏心部２６に軸受２７を介して揺動
輪２８が回動自在に取付けられている。

上記揺動輪２８の出力軸２５と対向する面に１０の凸部
をもつエビトロコイド歯形２９が固定輪２２と対向する
面に１１の凸部をもつエビトロコイド歯形３０が各々刻
まれ、出力軸２５の端部に１５の凸部をもつハイポトロ
コイド歯形３１が、更に固定輪２２には１４の凸部をも
つハイポトロコイド歯形３２が刻まれている。

揺動輪２８と出力軸２５の歯形間にはケージ田によって
等ピッチに分配保持されｆ；１２個のボール３４が配置
され、揺動輪２８と固定輪２２の歯形間に同じくケージ
３５で分配保持された１３個のボール３６が配置され、
各エビトロコイド歯形とハイポトロコイドはボールとア
ンギュラ接触している。

ケース２１内に組込んだ皿バネ又はウェーブワッシャ３
７は出力軸２５を入力軸２４側へ軸方向に予圧し、各歯
形とボールの噛み合い部分のバックラッシュをなくして
いる。

入力軸２４を回転させると、入力軸２４の偏心部２６に
取付けた揺動輪２８が入力軸２４の回りを公転ながら自
転することになる。自転速度は固定輪２２との歯数の差
によって決定され、出力軸２５の回転数は、揺動輪２８
の歯数差によって決定される。これは一般的な遊星歯車
減速機構と同じである。

ボール３４．８６は、ハイポトロコイド歯形とエビトロ
コイド歯形の間で力を伝達する役割を果たすと同時に各
歯形とボールとの間で生じる滑りの大部分を転がりに変
換する役目をする。

ちなみに、上記歯数とによって得られる減速比は、下記
の如くである。

１　　　　１５ｘｌＯ減速比−＝１　　　　　　＝　　１− Ｒ１４Ｘ１１　　３８．５次に、第１６図に示す第２の例は、１段で減速する構造
であり、第１５図の第１の例と同−構造及び作用を行な
う部分は同一符号を付すことにより説明に代える。

揺動輪２８は、固定輪２２との対向面に設けた等速カッ
プリング機構３８により自転しないように拘束され、゛
揺動輪２８の出力軸２５に対向する面に１５の凸部を有
するエビトロコイド歯形２９が、出力軸２５の端面には
１１の凸部を有するハイポトロコイド歯形３１が各々刻
まれ、両歯形容。

３１の間に１３個のボール３４が配置され、入力軸２４
の回転により生じる揺動輪２８の公転に従って出力軸２
５は揺動輪２８との歯数差だけ回転することになる。

この第２の減速比は下記の如くである。

第１７図に示す第３の例は、第１５図の第１の例と減速
の原理は同様であり、第１５図と同一部分は同一符号を
付すことによって説明に代える。

コノ第３の例は、揺動輪を２個に分割し、入力軸２４に
１８０°位相をずらして設けた偏心部２６ａ。

２６ｂに各々取付けられ、両揺動輪２８ａ、２８ｂは対
向面間に設けた等速カップリング機構３９で連結されて
いる。

このように、揺動輪２８ａ　、２８ｂ　　を１８０°位
相をずらして取付けると、第１揺動輪２８ａから入力軸
２４に伝わる力と第２揺動輪２８ｂから入力軸２４に伝
わる力が１８００向きがずれて相殺する形になり、第１
の例と比較すると、入力軸２４を支える軸受２３．４０
に作用する力は小さなものとなり、振動も小さくなる。

なお、各実施例は、トルク伝達体にボールを用いたが、
ローラを使用してもよい。ボールはバックラツシを小さ
くするのに適しているが、負荷トルクの大きい場合や加
工上の面からはローラの方が優れている。

〔効果〕

以上のように、この発明によると、上記のような構成で
あるので、以下に示す効果がある。

（Ｉ）内歯車と、この内歯車とトルク伝達体を介して噛
合う外歯車をもち、この内外歯車の少なくとも一方がト
ロコイド系歯車を有するトロコイド減速機において、ト
ロコイド系歯形をもつ歯車が、基円の半径と転円の半径
の差と、転円及び基円の半径比が１１になる場合に、転
円を位相３６０°Ｘ２回転させることによって創成され
るトロコイド曲線の内側又は外側にある部分を歯形曲線
として形成したので、歯形がトルク伝達体を回動自在に
保持する形状になり、歯形とトルク伝達体の間に生じる
滑り摩擦を減少させることができ、歯形とトルク伝達体
の摩損がなく、耐久性が向上し効率の良い減速機が得ら
れる。

（ＩＩ）歯形とトルク伝達体の有効噛合数を多くできる
ので、許容トルクの大幅な向上を図ることができる。

（Ｉ［［）歯形の凹部にトルク伝達体が納まるので、歯
形凸部の折損がなく、衝撃荷重に強くなる。

（ＩＶ）歯形とトルク伝達体の有効噛合歯数が多くなる
ので、振動の発生が少なく静かな運転が得られる。

（Ｖ）入力軸と出力軸を同軸状に配置できるので、全体
をコンパクトにまとめることができ、歯数の選択により
、利用度の高い減速比を得ることができる。

（ＶＩ）出力軸を軸方向に予圧することができるので、
歯形とトルク伝達体のバツクラツシをなくすことができ
、モーションコントロール１１である。

【図面の簡単な説明】

第１図は歯形とトルク伝達体の間に生じる滑り速度を示
すグラフ、第２図はトロコイド歯車機構の基本構造を示
す噛合状態の正面図、第３図は同上における内歯車の歯
形を示す断面図、第４図は同外歯車の歯形を示す断面図
、第５図はこの発明の減速機に用いるトロコイド歯車機
構の噛合状態を示す正面図、第６図は同上に用いる内歯
車の断面図、第７図は同外歯車の断面図、第８図と第９
図は同上における内歯車を創成するための説明図、第１
０図と第１１図は同じく外歯車を創成するための説明図
、第１２は第５図に対して内歯車とローラのピッチ点及
び外歯車とローラのピッチ点をずらした場合の噛合を示
す正面図、第１３図は第１２図の噛合状態における歯面
の滑り速度を示すグラフ、第１４図は第１２図の噛合状
態時のローラに作用するベクトル図、第１５図と第１６
図及び第１７図の各々は、減速機の具体的な構造の異な
った例を示す縦断面図である。１１は内歯車、１２は外歯車、１３はローラ、１４はケ
ージ、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内歯車と、この内歯車とトルク伝達体を介して噛
合う外歯車をもち、この内外歯車の一つがトロコイド系
歯形を有するトロコイド減速機において、トロコイド系
歯形をもつ歯車が、基円の半径Ｒｅと転円の半径Ｒ＿ｐ
の差（Ｒ＿ｐ−Ｒｅ）と、転円及び基円の半径比が奇数
／２になる場合に、転円を２×［（Ｒ＿ｐ）／（Ｒ＿ｐ
−Ｒｅ）］回転させることによつて創成されるトロコイ
ド曲線の内側又は外側にある部分を歯形曲線として形成
されていることを特徴とするトロコイド減速機。
（２）トロコイド系歯形をもつ歯車が外歯車であり、創
成されたペリトロコイド曲線の内側を歯形曲線としてい
る特許請求の範囲第１項に記載のトロコイド減速機。
（３）トロコイド系歯形をもつ歯車が内歯車であり、創
成されたハイポトロコイド曲線の外側にある部分を歯形
曲線としている特許請求の範囲第１項に記載のトロコイ
ド減速機。
（４）外歯車の歯数をＮとすると、トルク伝達体の数は
（Ｎ＋２）であり、内歯車の歯数は（Ｎ＋４）であり、
トルク伝達体はケージで等ピッチに保持されている特許
請求の範囲第１項に記載のトロコイド減速機。
（５）内歯車とトルク伝達体のピッチ点を外歯車とトル
ク伝達体のピッチ点より外側に設定し、トルク伝達体と
内歯車の接触点に生じる滑りと、トルク伝達体と外歯車
の接触点に生じる、滑りの大きさを近づけ、トルク伝達
体の自転によつて滑りを転がりに変換するようにした特
許請求の範囲第１項又は第４項の何れかに記載のトロコ
イド減速機。
（６）内歯車と外歯車が対向状に配置され、各々の対向
面に設けた歯車間にボールを用いたトルク伝達体が介在
し、内歯車又は外歯車の一方が軸方向に予圧され、歯形
とボールのバツクラツシをなくした特許請求の範囲第４
項又は第５項の何れかに記載のトロコイド減速機。