TW201641839A - 減速或增速裝置 - Google Patents

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TW201641839A
TW201641839A TW105106283A TW105106283A TW201641839A TW 201641839 A TW201641839 A TW 201641839A TW 105106283 A TW105106283 A TW 105106283A TW 105106283 A TW105106283 A TW 105106283A TW 201641839 A TW201641839 A TW 201641839A
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齊藤秀生
水谷雄一
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Abstract

本發明之課題，在於提供一種可提高旋轉剛性之減速或增速裝置。本發明之減速或增速裝置，其具備有：外殼1；第一冠齒輪11；支撐部14，其係配置於第一冠齒輪11之半徑方向之外側，使第一冠齒輪11相對於外殼1可波浪運動地且不可旋轉地加以支撐；第二冠齒輪12，其可相對於外殼1旋轉，齒數與第一冠齒輪11不同，且對向於第一冠齒輪11；及凸輪部5，其使第一冠齒輪11，以使第一冠齒輪11嚙合於第二冠齒輪12之方式相對於第二冠齒輪12傾斜，且以使相嚙合之部位進行移動之方式使第一冠齒輪11進行波浪運動。

Description

減速或增速裝置
本發明係關於使齒數互不相同之第一冠齒輪與第二冠齒輪相對向，使第一冠齒輪以使第一冠齒輪嚙合於第二冠齒輪之方式相對於第二冠齒輪傾斜，且以使嚙合之部位進行移動之方式使第一冠齒輪進行波浪運動之減速或增速裝置。
作為習知之減速或增速裝置，已知有使具有漸開線(involute)齒形之2個正齒輪相嚙合者。由於製造容易且效率也佳，因此具有漸開線齒形之正齒輪，被大量使用於減速或增速裝置。然而，由於2個正齒輪之齒數差有其限度，因此存在有無法增大減速比或增速比之課題。
為了增大減速比或增速比，已開發出一種減速或增速裝置，其使齒數互不相同之第一冠齒輪與第二冠齒輪相對向，以使第一冠齒輪嚙合於第二冠齒輪之方式使第一冠齒輪相對於第二冠齒輪傾斜，且以使嚙合之部位進行移動使第一冠齒輪進行波浪運動。若使第一冠齒輪進行波浪運動，嚙合部位每轉一圈，第二冠齒輪便相對於第一冠齒輪相對地旋轉齒數差之長度。藉由輸出兩者之齒數差長度之旋轉，可獲得較大的減速比。相反地，藉由使第二冠齒輪旋轉，可獲得較大的增速比。
作為如此之減速裝置，例如，專利文獻1揭示有一種 減速裝置，其具備有第一冠齒輪、第二冠齒輪、及傾斜凸輪。第一冠齒輪與第二冠齒輪，齒數不同且彼此相對向。第一冠齒輪係藉由與輸入軸一體之傾斜凸輪而被傾斜。若第一冠齒輪傾斜，第一冠齒輪便與第二冠齒輪在一個部位嚙合。第二冠齒輪係固定於外殼。第一冠齒輪係可波浪運動地被支撐於在其半徑方向之內側所配置之球形之花鍵接頭。
若使輸入軸旋轉，第一冠齒輪便藉由與輸入軸一體之傾斜凸輪，一邊使與第二冠齒輪之嚙合部位進行移動，一邊進行波浪運動。藉由第一冠齒輪之波浪運動，第一冠齒輪相對於第二冠齒輪旋轉齒數差之長度。第一冠齒輪之旋轉係經由球形之花鍵接頭而被傳遞至輸出軸。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開昭51-126467號公報
於習知之減速裝置中，可波浪運動地支撐第一冠齒輪之球形之花鍵接頭，係配置於第一冠齒輪之半徑方向之內側。而且，經由花鍵接頭將第一冠齒輪之旋轉運動傳遞至輸出軸。然而，花鍵接頭之直徑，會對花鍵接頭之旋轉剛性造成很大的影響，進而對減速裝置之旋轉剛性造成很大的影響。於習知之減速裝置中，由於花鍵接頭之直徑較小，因此存在有無法提高花鍵接頭之旋轉剛性，進而無法提高減速裝置之旋轉剛性的課題。
因此，本發明之第一目的，在於提供可提高旋轉剛性 之減速或增速裝置。
又，於習知之減速裝置中，第一冠齒輪及第二冠齒輪之齒之形狀，係形成為三角形或梯形。而且，於第一冠齒輪與第二冠齒輪嚙合之部位，第一冠齒輪之齒係無間隙地嵌合於第二冠齒輪之齒之間之齒溝內。因此，假使於第一冠齒輪及第二冠齒輪之齒存在有節距誤差及/或齒形誤差，便無法將第一冠齒輪之齒圓滑地嵌合於第二冠齒輪之齒溝。而且，第一冠齒輪與第二冠齒輪之嚙合之絕大部分，並非滾動而是滑動，因此存在有齒輪之效率較差之課題。
因此，本發明之第二目的，在於提供可將第一冠齒輪之齒圓滑地嵌合於第二冠齒輪之齒溝之高效率之減速或增速裝置。
為了解決上述課題，本發明第一態樣係一種減速或增速裝置，其具備有：外殼；第一冠齒輪；支撐部，其係配置於上述第一冠齒輪之半徑方向之外側，使上述第一冠齒輪相對於上述外殼可波浪運動地且不可旋轉地加以支撐；第二冠齒輪，其可相對於上述外殼旋轉，齒數與上述第一冠齒輪不同，且對向於上述第一冠齒輪；及凸輪部，其使上述第一冠齒輪，以使上述第一冠齒輪嚙合於上述第二冠齒輪之方式相對於上述第二冠齒輪傾斜，且以使嚙合之部位進行移動使上述第一冠齒輪進行波浪運動。
本發明第二態樣係一種減速或增速裝置，其具備有：第一冠齒輪；第二冠齒輪，其齒數與上述第一冠齒輪不同，且對向於上述第一冠齒輪；及凸輪部，其以使上述第一冠齒輪嚙合於上述第二冠齒輪之方式使上述第一冠齒輪相對於上述第二冠齒輪傾斜，且以使嚙合之部位進行移動之方式使上述第一冠齒輪進行波浪 運動；其特徵在於：上述第一冠齒輪及上述第二冠齒輪，係沿圓周方向交替地具有齒冠部與齒根部，上述齒冠部係呈以圓錐之側面為基礎之凸形狀，上述齒根部係呈以圓錐之側面為基礎之凹形狀。
再者，於本發明第二態樣中，以呈圓錐之側面為基礎之凸形狀及凹形狀，包含由圓錐之側面所構成之凸形狀及凹形狀、及呈使用擺線曲線(trochoid curve)所生成之凸形狀及凹形狀，該擺線曲線係於使第一冠齒輪之圓錐形之母體沿著第二冠齒輪之圓錐形之母體滾動時所描繪者。又，包含具有如此之凸形狀及凹形狀之齒冠部及齒根部之齒線(tooth trace)呈螺旋狀之情形。
根據本發明第一態樣，由於使第一冠齒輪可波浪運動且不可旋轉之支撐部係配置於第一冠齒輪之半徑方向之外側，因此可增大支撐部之直徑，而可提高支撐部之旋轉剛性，進而提高減速或增速裝置之旋轉剛性。
根據本發明第二態樣，由於第一冠齒輪及第二冠齒輪之齒冠部係呈以圓錐之側面為基礎之凸形狀，而第一冠齒輪及第二冠齒輪之齒根部係呈以圓錐之側面為基礎之凹形狀，因此可將第一冠齒輪及第二冠齒輪之任一齒冠部圓滑地嵌合於另一齒根部。又，由於一齒冠部與另一之齒根部之嚙合之絕大部分為滾動，因此可提高齒輪之效率。
1‧‧‧外殼
1a‧‧‧外殼本體
1b、1c‧‧‧蓋構件
1a1‧‧‧凸緣
1c1‧‧‧滾道
2‧‧‧輸入軸
2a‧‧‧軸線
3‧‧‧輸出部
3a‧‧‧內輪
3b‧‧‧滾道
3a1‧‧‧軸線
4‧‧‧傾斜凸輪
4a‧‧‧凸輪面
4b‧‧‧滾珠滾動溝
4c‧‧‧對向面
4d‧‧‧滾珠滾動溝
5‧‧‧凸輪部
6‧‧‧滾珠(凸輪部之滾動體)
7‧‧‧內輪部
7a‧‧‧內輪花鍵溝
7b‧‧‧滾珠滾動溝
8‧‧‧保持器
9‧‧‧滾珠(支撐部之滾動體)
10‧‧‧外輪部
10a‧‧‧外輪花鍵溝
11‧‧‧第一冠齒輪
11a‧‧‧對向面
11b‧‧‧軸線
12‧‧‧第二冠齒輪
12a‧‧‧對向面
14‧‧‧支撐部(球面花鍵)
16‧‧‧保持器
21、22‧‧‧軸承
23‧‧‧交叉滾子
30‧‧‧齒
31‧‧‧第二冠齒輪之齒冠部
32‧‧‧第二冠齒輪之齒根部
33‧‧‧第一冠齒輪之齒冠部
34‧‧‧第一冠齒輪之齒根部
35‧‧‧齒
41‧‧‧滾珠
42‧‧‧環
42a‧‧‧滾珠滾動溝
51‧‧‧外殼
52‧‧‧輸入軸
54‧‧‧傾斜凸輪
61‧‧‧第一冠齒輪
62‧‧‧第二冠齒輪
63‧‧‧輸出部
64‧‧‧支撐部(球面花鍵)
e’‧‧‧嚙合部
A‧‧‧嚙合位置
C1‧‧‧圓錐(第二冠齒輪之齒冠部之圓錐)
C2‧‧‧圓錐(第二冠齒輪之齒根部之圓錐)
C3‧‧‧圓錐(第一冠齒輪之齒冠部之圓錐)
C4‧‧‧圓錐(第一冠齒輪之齒根部之圓錐)
P2‧‧‧圓錐之頂點
P1‧‧‧波浪運動中心
p2‧‧‧擺線曲線
rc‧‧‧基準圓
δ‧‧‧間隙
α‧‧‧YZ平面繞Z軸傾斜角度
圖1為本實施形態之減速裝置之輸入軸側外觀立體圖。
圖2為本實施形態之減速裝置之輸出部側外觀立體圖。
圖3為本實施形態之減速裝置之剖視立體圖。
圖4為本實施形態之減速裝置之分解立體圖。
圖5為顯示第一冠齒輪及第二冠齒輪之立體圖(圖5(a)顯示第二冠齒輪及傾斜地嚙合於第二冠齒輪之第一冠齒輪，圖5(b)顯示第二冠齒輪，圖5(c)顯示第一冠齒輪)。
圖6為第一冠齒輪及第二冠齒輪之齒之展開圖。
圖7為顯示第一冠齒輪及第二冠齒輪之齒之示意圖之立體圖(圖7(a)顯示第一冠齒輪及第二冠齒輪，圖7(b)顯示第二冠齒輪)。
圖8為第一冠齒輪及第二冠齒輪之齒之展開圖。
圖9為顯示第一冠齒輪及第二冠齒輪之基準圓rc上之齒形曲線之立體圖。
圖10(a)為顯示動圓錐(第一冠齒輪之母體)與定圓錐(第二冠齒輪之母體)之頂點與母線接觸之狀態之立體圖，圖10(b)為顯示動圓錐之進動(precession)之立體圖。
圖11為顯示動圓錐上之點與向量之關係之圖。
圖12為顯示θ與ψ之關係之曲線圖。
圖13為顯示向量p2所描繪之擺線曲線之立體圖。
圖14為顯示齒底曲線p3之形成過程之立體圖。
圖15為顯示齒底曲線p3之計算方法之曲線圖。
圖16(a)顯示第一冠齒輪之齒底曲線，圖16(b)顯示第二冠齒輪之齒底曲線。
圖17為顯示第一冠齒輪與第二冠齒輪之齒形曲線上之嚙合之圖。
圖18為齒線呈螺旋狀之情形之第二冠齒輪之立體圖。
圖19為顯示對數螺線之立體圖。
圖20為沿著本發明第二實施形態之減速裝置之軸線之剖視圖。
圖21為沿著本發明第三實施形態之減速裝置之軸線之剖視圖。
圖22(a)為顯示動圓錐(第一冠齒輪之母體)與定圓錐(第二冠齒輪之母體)之頂點與母線接觸之狀態之立體圖，圖22(b)為顯示動圓錐之進動之立體圖。
圖23為顯示向量p2所描繪之擺線曲線之立體圖。
以下，參照所附圖式，對本發明一實施形態之減速裝置詳細地進行說明。惟，本發明之減速裝置，可以各種之形態具體實施，並不限定於本說明書所記載之實施形態。本實施形態係以如下之意圖而提供者：藉由將說明書充分地揭示，使本發明所屬技術領域中具有通常知識者能充分地理解本發明之範圍。
<第一實施形態之減速裝置之整體構成>
圖1為顯示本發明第一實施形態之減速裝置之輸入軸側之外觀立體圖，圖2為顯示減速裝置之輸出部側之外觀立體圖。再者，於所附圖式及以下之說明書中，對相同之構成賦予相同之元件符號。
於外殼1可旋轉地收容有輸入軸2、輸出部3。輸入軸2之軸線2a與輸出部3之軸線3a1一致。若使輸入軸2繞軸線2a旋轉，輸出部3便被減速地繞軸線3a1旋轉。輸出部3相對於輸入軸2之減速比，係由被收容於外殼1之第一冠齒輪11及第二冠齒輪12(參照圖3)之齒數所決定。
外殼1具備具有凸緣1a1之筒形之外殼本體1a、及被 安裝於外殼本體1a軸向之兩端部之圓盤形之蓋構件1b、1c。於外殼本體1a之凸緣1a1，開設有用以安裝於對象零件之通孔。蓋構件1b、1c係藉由螺絲等之緊固構件被固定於外殼本體1a。
圖3為顯示本實施形態之減速裝置之剖視立體圖，圖4為顯示本實施形態之減速裝置之分解立體圖。如圖3所示，減速裝置具備有外殼1、將傾斜凸輪4一體地設置於輸入軸2之凸輪部5、第一冠齒輪11、使第一冠齒輪11可波浪運動地且不可旋轉地加以支撐之支撐部(球面花鍵)14、第二冠齒輪12、及被連結於第二冠齒輪12之輸出部3。再者，以下為了便於說明，使用將輸入軸2及輸出部3之軸線2a配置於X方向時之方向、即圖3所示之X、Y、Z方向，對減速裝置之構成進行說明。
如圖4所示，第一冠齒輪11及第二冠齒輪12係呈圓盤形。於第一冠齒輪11之對向面11a及第二冠齒輪12之對向面12a，呈放射狀地形成有複數個齒。第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒數並無特別限制。例如，第一冠齒輪11之齒數為49，第二冠齒輪12之齒數為50。第一冠齒輪11之齒數與第二冠齒輪12之齒數不同。由於齒數不同，因此無法於使第一冠齒輪11之軸線與第二冠齒輪12之軸線一致之狀態下進行嚙合。因此，使第一冠齒輪11相對於第二冠齒輪12傾斜，而使第一冠齒輪11之一部分嚙合於第二冠齒輪12之一部分。第二冠齒輪12之對向面12a，係配置於圖3之YZ平面內。第一冠齒輪11之對向面11a，係相對於圖3之YZ平面繞Z軸傾斜角度α。
如圖3所示，凸輪部5具備有可繞軸線旋轉地被支撐於外殼1之輸入軸2、被一體地設置於輸入軸2之圓盤形之傾斜凸 輪4、可滾動運動地介存於傾斜凸輪4與第一冠齒輪11(正確來說，被一體地固定於第一冠齒輪11之內輪部)之間之作為滾動體之滾珠6(亦參照圖4)。傾斜凸輪4係為了使第一冠齒輪11傾斜而設置。傾斜凸輪4之凸輪面4a，係與第一冠齒輪11同樣地，相對於YZ平面繞Z軸傾斜角度α，且對向於第一冠齒輪11。於傾斜凸輪4之凸輪面4a，形成有圓形之滾珠滾動溝4b。於支撐部14之內輪部7，亦形成有對向於傾斜凸輪4之滾珠滾動溝4b之圓形之滾珠滾動溝7b。於滾珠滾動溝4b與滾珠滾動溝7b之間，可沿圓周方向滾動運動地排列有複數個滾珠6。為了將第一冠齒輪11壓抵於第二冠齒輪12，並消除該等之間之齒隙(backlash)，對滾珠6係施加有預壓。滾珠滾動溝4b與滾珠滾動溝7b之間之間隙，小於滾珠6之直徑，滾珠6被壓縮於該等之間。滾珠6係由環形之保持器16所保持。
輸入軸2貫通第一冠齒輪11及第二冠齒輪12。輸入軸2係為中空。輸入軸2軸向之兩端部係可旋轉地由軸承21、22所支撐。軸承21、22係配置於第一冠齒輪11及第二冠齒輪12軸向之外側。
如圖3所示，支撐部14係配置於第一冠齒輪11半徑方向之外側，使第一冠齒輪11相對於外殼1可波浪運動(換言之，如圖3所示，第一冠齒輪11之軸線11b能以描繪將點P1作為頂點之圓錐之軌跡之方式進行旋轉)地且不可繞軸線旋轉地加以支撐。第一冠齒輪11之波浪運動也被稱為進動。
如圖3所示，支撐部14具備有：外輪部10，其於球形之內周面具有外輪花鍵溝10a(參照圖4)；內輪部7，其係配置於外輪部10之內側，且於球形之外周面具有對向於外輪花鍵溝10a 之內輪花鍵溝7a(參照圖4)；及作為滾動體之滾珠9，其沿著軸向之圓弧之軌道可滾動運動地介存於外輪花鍵溝10a與內輪花鍵溝7a之間。外輪部10係與外殼1為一體。內輪部7係藉由螺絲等之緊固構件被固定於第一冠齒輪11。滾珠9係保持於保持器8。第一冠齒輪11係藉由支撐部14，而可以軸線2a上之點P1為中心繞Z軸及Y軸擺動。第一冠齒輪11之繞軸線2a之旋轉運動，係藉由支撐部14之花鍵機構而被限制。藉由於內輪部7形成凸輪部5之滾珠滾動溝7b，可使旋轉受限之第一冠齒輪11之波浪運動變圓滑。
輸出部3之內輪3a，係藉由螺絲等之緊固構件被固定於第二冠齒輪12。輸出部3係藉由交叉滾子23可旋轉地被支撐於外殼1。交叉滾子23係使鄰接於圓周方向之滾子之軸線於自圓周方向觀察時正交之滾子列(參照圖4)。第二冠齒輪12係經由輸出部3使外殼1可旋轉地被加以支撐。於外殼1之蓋構件1c之內周面，形成有圓形之滾道(raceway)1c1。於輸出部3之內輪3a之外周面，形成有對向於滾道1c1之圓形之滾道3b。於滾道1c1與滾道3b之間，作為滾動體而配置有交叉滾子23。對輸出部3作用有因第一冠齒輪11與第二冠齒輪12之嚙合部位之反作用力所產生之扭矩。藉由使用交叉滾子23，可提高輸出部3之扭矩剛性。再者，可旋轉地支撐輸入軸2之一端部之軸承22，係配置於輸出部3與輸入軸2之間。
若使用未圖示之馬達等之驅動源使凸輪部5繞軸線旋轉，第一冠齒輪11便藉由凸輪部5之傾斜凸輪4，一邊使與第二冠齒輪12之嚙合部位移動一邊進行波浪運動。伴隨著第一冠齒輪11之波浪運動，第二冠齒輪12係相對於第一冠齒輪11相對地旋轉齒數差之長度。於本實施形態中，例如，將第一冠齒輪11之齒數 設為49，而將第二冠齒輪12之齒數設為50。而且，第一冠齒輪11之相對於外殼1之旋轉，係由支撐部14所限制，而輸出部3之相對於外殼1之旋轉則被容許。因此，輸出部3僅減速而旋轉1個齒之長度，而得到1/50之減速比。此處，第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒數未被限定。
<第一冠齒輪及第二冠齒輪之齒之形狀(齒冠部及齒根部由圓錐之側面所構成之例子)>
第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒之形狀係如下所述。圖5(a)顯示第二冠齒輪12、及傾斜地嚙合於第二冠齒輪12之第一冠齒輪11。如圖5(a)所示，第一冠齒輪11與第二冠齒輪12係於一個部位(圖5(a)左端之位置A)進行嚙合。惟，由於對第一冠齒輪11係自凸輪部5施加有預壓，因此第一冠齒輪11與第二冠齒輪12之接觸部位，係以所嚙合部位為中心朝圓周方向擴大至複數個齒。由於第一冠齒輪11傾斜，因此，第一冠齒輪11與第二冠齒輪12之間之間隙δ，係朝向圖5(a)之右側逐漸地增大。
如圖5(a)所示，第一冠齒輪11之直徑與第二冠齒輪12與之直徑相等。由於第一冠齒輪11之齒數與第二冠齒輪12之齒數不同，因此第一冠齒輪11之齒之節距與第二冠齒輪12之齒之節距不同。
圖5(b)顯示第二冠齒輪12。第二冠齒輪12係呈傘形齒輪狀，並具有圓錐形之母體。於第二冠齒輪12之表面，沿圓周方向連續地形成有波浪形之齒30。第二冠齒輪12係於圓周方向交替地具有呈放射狀配置之複數個齒冠部31、及呈放射狀配置之複數個齒根部32。第二冠齒輪12之齒冠部31，係呈由圓錐之側面所構 成之凸形狀。第二冠齒輪12之齒根部32，係呈由圓錐之側面所構成之凹形狀。
圖5(c)顯示第一冠齒輪11。第一冠齒輪11亦呈傘形齒輪狀，並具有圓錐形之母體。於第一冠齒輪11之表面，亦沿圓周方向連續地形成有波浪形之齒35。第一冠齒輪11亦於圓周方向交替地具有呈放射狀配置之複數個齒冠部33、及呈放射狀配置之複數個齒根部34。第一冠齒輪11之齒冠部33，係呈由圓錐之側面所構成之凸形狀。第一冠齒輪11之齒根部34，係呈由圓錐之側面所構成之凹形狀。
如圖6之展開圖所示，第二冠齒輪12之齒根部32之半徑，大於第一冠齒輪11之齒冠部33之半徑，且第一冠齒輪11之齒冠部33係嵌合於第二冠齒輪12之齒根部32。而且，第一冠齒輪11之齒冠部33之頂點係與第二冠齒輪12之齒根部32，於嚙合位置A接觸。第一冠齒輪11之齒根部34之半徑，大於第二冠齒輪12之齒冠部31之半徑，且第二冠齒輪12之齒冠部31係嵌合於第一冠齒輪11之齒根部34。嚙合位置A係伴隨第一冠齒輪11之波浪運動而移動，使第二冠齒輪12之齒冠部31之頂點與第一冠齒輪11之齒根部34成為接觸之狀態。
圖7(a)及圖7(b)顯示在第二冠齒輪12及第一冠齒輪11之齒上加註圓錐之立體圖。此處，為了使齒之形狀容易理解而加註圓錐。如圖7(b)所示，第二冠齒輪12之齒冠部31，係形成為隨著朝向中心寬度變窄之錐形，具體而言，係由圓錐C1之側面之一部分所構成。第二冠齒輪12之齒根部32，也被形成為隨著朝向中心寬度變窄之錐形，具體而言，係由圓錐C2之側面之一部分所構 成。於相同之圓周上，齒根部32之圓錐C2之半徑，大於齒冠部31之圓錐C1之半徑。複數個齒冠部31之圓錐C1之頂點，係於嚙合中心P2相交。複數個齒根部32之圓錐C2之頂點，亦於嚙合中心P2相交。再者，如圖3所示，該嚙合中心P2位於輸入軸2之軸線2a上，與第一冠齒輪11之波浪運動之中心P1一致。藉此，使第二冠齒輪12與第一冠齒輪11之線接觸成為可能。
如圖7(a)所示，第一冠齒輪11之齒冠部33，係由隨著朝向中心寬度變窄之圓錐C3之側面之一部分所構成。第一冠齒輪11之齒根部34，係由隨著朝向中心寬度變窄之圓錐C4之側面之一部分所構成。齒根部34之圓錐C4之半徑，大於齒冠部33之圓錐C3之半徑。為了使第一冠齒輪11之齒之節距與第二冠齒輪12之齒之節距不同，第一冠齒輪11之齒冠部33之圓錐C3之半徑，係與第二冠齒輪12之齒冠部31之圓錐C1之半徑相等，且第一冠齒輪11之齒根部34之圓錐C4之半徑，小於第二冠齒輪12之齒根部32之圓錐C2之半徑。第一冠齒輪11之複數個齒冠部33之圓錐C3之頂點，係與第二冠齒輪12之嚙合中心P2一致，第一冠齒輪11之複數個齒根部34之圓錐C4之頂點，係與第二冠齒輪12之嚙合中心P2一致。
如圖6之展開圖所示，第一冠齒輪11之齒冠部33係形成為圓弧，且齒根部34亦被形成為圓弧。第二冠齒輪12之齒冠部31係形成為圓弧，且齒根部32亦被形成為圓弧。嚴格來說，若將圓錐形之第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒30、35展開，會成為橢圓，但亦可視為圓弧。如上所述，第一冠齒輪11之齒冠部33之圓弧之半徑，係與第二冠齒輪12之齒冠部31之圓弧之半徑相 等。為了使第一冠齒輪11之齒35之節距與第二冠齒輪12之齒30之節距不同，第一冠齒輪11之齒根部34之半徑，小於第二冠齒輪12之齒根部32之半徑。
於不對第一冠齒輪11施加預壓之狀態下，第一冠齒輪11之齒冠部33僅於一個部位A與第二冠齒輪12接觸。若對第一冠齒輪11施加預壓，第一冠齒輪11之複數個齒35便與第二冠齒輪12之複數個齒30接觸。若使第一冠齒輪11進行波浪運動，嚙合位置A便沿第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之圓周方向移動，第二冠齒輪12便相對於第一冠齒輪11相對地旋轉齒數差之長度。
<第一冠齒輪及第二冠齒輪之齒之形狀之其他例子(齒冠部由圓錐之側面所構成，齒根部使用擺線曲線所生成之例子)>
若第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒冠部33、31及齒根部34、32，呈由圓錐之側面所構成之形狀，則第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之製造較為容易。然而，如圖8之第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒之展開圖所示，若描繪第一冠齒輪11之齒冠部33(以圓形所示)之軌跡，於第一冠齒輪11與第二冠齒輪12之間便會存在些微之間隙g。該間隙g存在有導致角度傳遞誤差或驅動聲增大之可能性。本例子係填埋掉該間隙g，使齒冠部33與齒根部32可完全地滾動，從而提高角度傳遞精度與靜音性。惟，該間隙g極小，故即使不填埋掉間隙g，也可得到與漸開線齒形同等之角度傳遞精度。
(設計之概要)
第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒形曲面之設計，如圖9所示，首先，從製作第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之基準 圓rc上之齒形曲線開始。所製作之齒形曲線係一條曲線，並不是面。為了得到第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒形曲面，沿著第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之圓錐形之母體，排列使基準圓之半徑rc變化所得之齒形曲線。藉此，可得到第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒形曲面。
(齒形曲線之設計方針)
將第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒冠部33、31設為由圓錐之側面所構成，並將基準圓rc上之第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒冠部33、31之曲線設為單一R之圓弧。此時，為了使齒冠部33、31與齒根部34、32相互進行滾動運動，齒根部34、32之齒底曲線係成為齒冠部33、31所描繪之軌跡。藉由將齒冠部33、31之單一R之圓弧與齒根部34、32之齒根曲線平滑地連接，如圖9所示，可得到第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之基準圓rc上之齒形曲線。齒形曲線之製作，係依下述之順序來進行。
(i)求出齒冠部33、31因進行波浪運動(以下，稱為進動)而應通過之曲線(擺線曲線)。
(ii)假設齒冠部33、31之半徑，來求出當齒冠部33、31通過由(i)求得之擺線曲線上時所描繪之曲線，並將該曲線設為齒根部34、32之齒底曲線。
(iii)以使齒冠部33、31之齒冠曲線(圓弧)與齒根部34、32之齒底曲線彼此平滑地連接之方式，來決定齒冠部33、31之半徑。
(齒冠部應通過之擺線曲線之計算)
第一冠齒輪11係一邊進行進動一邊嚙合於第二冠齒輪12。第一冠齒輪11及第二冠齒輪12具有圓錐形之母體，該等之 齒面位於圓錐形之母體上。因此，於圓周方向雖排列有完全重合之齒形曲線，但於半徑方向，齒形曲線雖相似但並非完全重合。因此，決定某基準圓rc，並求出在該基準圓rc上之齒形曲線。
首先，存在有於底面具有該基準圓rc之2個圓錐，假設為如圖10(a)所示之彼此之頂點與母線接觸之狀態，並將進行進動之圓錐設為動圓錐，而將被固定之圓錐設為定圓錐。此處，將圓錐頂點設為原點O，將底面彼此之接觸點設為點P1，將動圓錐底面上之定點設為點P2，將自定圓錐之頂點朝向底面下垂之垂線的垂足設為H1，並將自動圓錐之頂點朝向底面下垂之垂線的垂足設為H2。此時，使動圓錐進行進動時之點P2所描繪之軌跡，為齒應通過之曲線(擺線曲線)。現在，如圖10(b)所示，以動圓錐不會離開定圓錐而進行進動之情形來思考。假設該進動係動圓錐繞本身之軸OH2僅旋轉-ψ，且繞定圓錐旋轉θ，便可視為點P1繞OH1旋轉θ，而點P2繞OH2旋轉-ψ者。此處，如圖11所示，當將與線段OH2平行且正規化之向量設為n，將從點O至點P1之向量設為p1，將從點O至點P2之向量設為p2，由於p2可視為使p1繞n旋轉ψ之向量，因此可表示為如下之數式。
[數式1]p2=p1cos ψ+n(n×p1)(1-cos ψ)+(n×p1)sin ψ此處，若動圓錐及定圓錐皆為底面半徑rc且底角，則n與p1分別可表示為如下之數式。
[數式2]
目前所求得之p2，可藉由改變ψ之值，來顯示表示第一冠齒輪11與第二冠齒輪12之各齒冠部33、31之中心應通過之曲線之向量。首先，求得第一冠齒輪11之齒冠部33之中心應通過之曲線。將動圓錐視為第一冠齒輪11，並將定圓錐視為第二冠齒輪12，而將齒數分別設為zi、zo。又，動圓錐之進動之參數係設為θ=θi、ψ=ψi。此時，若為正轉齒輪，如圖12所示，便於θ旋轉一圈之期間，ψ朝相反方向多旋轉1齒之長度，若為反轉齒輪，則於θ旋轉一圈之期間，ψ朝相反方向少旋轉1齒之長度，因此數式3成立。
將數式3如下進行整理。
於求取第二冠齒輪12之齒冠部31之中心應通過之曲線之情形時，將動圓錐視為第二冠齒輪12，並將定圓錐視為第一冠齒輪11，若進動之參數為θ=θo、ψ=ψo，則同樣地，數式5亦成立。
如此，藉由組合之齒輪之特性，選擇數式4、數式5，將ψ代入數式1，可求得齒冠部之中心應通過之曲線。此時，將所求得之曲線之例子顯示於圖13。於圖13中，向量p2所描繪之軌跡為擺線曲線。p1與p2之旋轉角與方向，係與圖12相同。
(齒底曲線之計算)
其次，求取齒底曲線。如圖14所示，對象側齒輪之齒冠部33所描繪之軌跡係成為齒底曲線p3。亦即，只要求得對象側齒輪之齒冠部33之中心應通過之擺線曲線p2，並計算使具有對象側齒輪之齒冠部33之半徑之圓，於該擺線曲線p2上移動時所得到之軌跡即可。此處，將對象側齒輪之齒冠半徑設為hk，並將該圓設為C。此時，如圖15所示，顯示齒底曲線之向量p3，係成為於p2上描繪圓C時之點當中，至與p2及p2之方向向量△p2中之任一者皆正交之點P3之向量。因此，數式6及數式7之關係成立。
[數式6]| p 3 - p 2 |=h k
[數式7]p2⊥(p3-p2)且△p2⊥(p3-p2)且p2⊥△p2
根據以上之結果，如下之數式成立。
再者，數式中之正負，係取決於方向向量之方向。
(齒冠曲線及齒底曲線之連接)
圖16(a)顯示根據前述所計算之第一冠齒輪11之齒形曲線(齒冠曲線與齒底曲線)，圖16(b)顯示根據前述所計算之第二冠齒輪12之齒形曲線(齒冠曲線與齒底曲線)。此處，以使齒冠曲線與齒底曲線平滑地連接之方式，決定齒冠曲線之半徑。齒冠曲線之半徑，係以「在齒冠曲線與齒底曲線僅具有一個切點時」為條件來決定。寫出(齒冠曲線方程式)=(齒底曲線方程式)之式子，並找出該式子具有二重根時之齒冠半徑之值即可。藉此，可生成第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒形曲線。
圖17顯示藉由前述所得到之第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒形曲線。圖中之黑圓點顯示接觸點。可得知自(S1)之接觸開始時至(S5)之接觸結束時為止，第一冠齒輪11與第二冠齒輪12始終接觸，且接觸點會移動。根據接觸點會移動之事實，可得知第一冠齒輪11與第二冠齒輪12相互地滾動。
再者，亦可由圓錐之側面來構成第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒根部34、32，並使用擺線曲線來生成第一冠齒輪 11及第二冠齒輪12之齒冠部33、31。於該情形時，只要將基準圓rc上之第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒根部34、32之曲線設為單一R之圓弧，並使用擺線曲線來計算齒冠部33、31之齒冠曲線即可。
<第一冠齒輪及第二冠齒輪之齒之形狀之再一其他例子(齒線呈螺旋狀之例子)>
如圖18所示，藉由每次使基準圓之半徑產生變化時，使第二冠齒輪12之基準圓上之齒形曲線之相位朝圓周方向偏移，可將齒線設為螺旋狀。如圖18所示，於第二冠齒輪12之外側與內側，齒形曲線之相位不同。同樣地，亦可將第一冠齒輪11之齒線同樣設為螺旋狀。
螺旋狀之齒線，可採用圖19所示之對數螺線。對數螺線係與圓錐形之母體之母線所夾之角β始終固定之螺線，可以數式9來顯示。
此處，a、b為螺線之捲繞方式之參數。
<本實施形態之減速裝置之功效>
以上已對本實施形態之減速裝置之構成進行說明。根據本實施形態之減速裝置，可發揮以下之功效。由於將可波浪運動且不可旋轉地支撐第一冠齒輪11之支撐部14配置於第一冠齒輪11之半徑方向之外側，因此可增大構成支撐部14之花鍵機構之滾珠9 之P.C.D.(Pitch Circle Diameter；節圓半徑)，而可提高支撐部14之旋轉剛性，進而提高減速裝置之旋轉剛性。又，藉由使用在支撐部14具備有滾珠9之花鍵機構，可使第一冠齒輪11圓滑地進行波浪運動。
由於輸入軸2貫通第一冠齒輪11及第二冠齒輪12，因此可藉由軸承21、22可旋轉地支撐輸入軸2之兩端部。即使因第一冠齒輪11與第二冠齒輪12之嚙合部位之反作用力所產生之扭矩作用於輸入軸2，亦可提高輸入軸2之扭矩剛性。又，相較於輸入軸2不貫通第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之情形，亦可使減速裝置軸線方向之長度緊湊化。
由於滾珠6可進行滾動運動地介存於凸輪部5之傾斜凸輪4與第一冠齒輪11之間，因此可使第一冠齒輪11圓滑地波浪運動。
藉由將支撐部14之外輪部與外殼1設為一體，可減少減速裝置之零件數，從而可實現半徑方向之緊湊化。
藉由利用緊固構件將支撐部14之內輪部7固定於第一冠齒輪11，可容易地進行第一冠齒輪11及內輪部7之製造。
由於第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒冠部33、31係呈以圓錐之側面為基礎之凸形狀，第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒根部34、32係呈以圓錐之側面為基礎之凹形狀，因此齒冠部33、31與齒根部34、32之嚙合之絕大部分皆成為滾動，而可提高齒輪之效率。
由於第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒冠部33、31及齒根部34、32之圓錐之頂點P2，係與第一冠齒輪11之進動 之中心P1一致，因此可使齒冠部33、31與齒根部34、32線接觸。由於可增大齒接觸之面積，而增大嚙合率，因此可實現高剛性化、高效率、及靜音化。
第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒冠部33、31，係呈由圓錐之側面所構成之形狀，第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒根部34、32，係呈使用擺線曲線所生成之形狀，該擺線曲線使第一冠齒輪11之圓錐形之母體沿著第二冠齒輪12之圓錐形之母體進行滾動運動時所描繪者，因此可使齒冠部33、31與齒根部34、32之嚙合成為完全之滾動運動，而可進一步實現高剛性化、高效率、及靜音化。
由於第一冠齒輪11之齒冠部33之圓錐之半徑R與第二冠齒輪12之齒冠部31之圓錐之半徑R一致，因此，雙方之齒冠部33、31之製造容易，且亦可使強度一致。
由於第一冠齒輪11及第二冠齒輪12之齒冠部33、31及齒根部34、32之齒線呈螺旋狀，因此可增大齒接觸之面積，從而增大嚙合率，而可進一步實現高剛性化、高效率、及靜音化。
<第二實施形態之減速裝置>
圖20為顯示本發明第二實施形態之減速裝置之剖視圖。本實施形態之減速裝置，係與第一實施形態之減速裝置同樣地，具備有外殼1、輸入軸2、與輸入軸2一體之傾斜凸輪4、第一冠齒輪11、第二冠齒輪12、支撐部(球面花鍵)14、及輸出部3。由於該等構成與第一實施形態之減速裝置大致上相同，因此賦予相同之元件符號，並省略其說明。
第二實施形態之減速裝置，作為滾動體之滾珠41可 滾動運動地介存於外殼1與傾斜凸輪4之間的部分，與第一實施形態之減速裝置不同。於與輸入軸2一體之傾斜凸輪4，在與外殼1之對向面4c(即凸輪面4a之背面)形成有圓形之滾珠滾動溝4d。於外殼1固定有環42。於環42形成有對向於滾珠滾動溝4d之圓形之滾珠滾動溝42a。於滾珠滾動溝4d與滾珠滾動溝42a之間，可沿圓周方向滾動運動地排列有複數個滾珠41。
於第一冠齒輪11與第二冠齒輪12之嚙合部位產生反作用力，藉由該反作用力使軸向之分力作用於傾斜凸輪4。藉由使滾珠41介存於外殼1與傾斜凸輪4之間，可支撐該分力，而可提高減速裝置之剛性。
<第三實施形態之減速裝置>
圖21為顯示本發明第三實施形態之減速裝置之剖視圖。本實施形態之減速裝置亦具備有外殼51、輸入軸52、與輸入軸52一體之傾斜凸輪54、第一冠齒輪61、第二冠齒輪62、支撐部(球面花鍵)64、及輸出部63。第三實施形態之減速裝置之基本動作，係與第一及第二實施形態之減速裝置相同。亦即，若使輸入軸52旋轉，便藉由與輸入軸52一體之傾斜凸輪54使第一冠齒輪61進行波浪運動，且伴隨著第一冠齒輪61之波浪運動，使第二冠齒輪62旋轉雙方齒數差之長度。
第三實施形態之減速裝置，第二冠齒輪62呈傘形齒輪狀且第一冠齒輪61呈倒傘形齒輪狀的部分，與第一及第二實施形態之減速裝置不同。亦即，第二冠齒輪62之與第一冠齒輪61之對向面係形成為朝向第一冠齒輪61凸出之圓錐形。該圓錐之頂角，小於第一及第二實施形態之減速裝置之第二冠齒輪12之圓錐之頂 角。第一冠齒輪61之與第二冠齒輪62之對向面係形成為呈研缽狀凹陷之圓錐形。惟，第一冠齒輪61與第二冠齒輪62之嚙合中心P2(第一冠齒輪61及第二冠齒輪62之齒冠部及齒根部之圓錐之頂點)，維持為與第一冠齒輪61之波浪運動中心P1一致之狀態。關於該部分係與第一及第二實施形態之減速裝置相同(參照圖20)。
第二冠齒輪62之外徑，小於可旋轉地支撐輸出部63之環形之滾動體列(交叉滾子環65)之內徑。第二冠齒輪62係埋入於輸出部63。於第三實施形態之減速裝置中，由於將第二冠齒輪62形成為傘形齒輪狀，且將第一冠齒輪61形成為倒傘形齒輪狀，因此可於使嚙合中心P2與波浪運動之中心P1維持為一致之狀態下，使嚙合部e(圖21之虛線之內側區域)自支撐部(球面花鍵)64之中心線cl朝輸出部63側偏移，因此可使第一冠齒輪61及第二冠齒輪62自中心線cl朝輸出部63側偏移。因此，可將第二冠齒輪62埋入輸出部63。再者，如圖20所示，於將第二冠齒輪12及第一冠齒輪11均形成為傘形齒輪狀之情形時，嚙合部e’(圖20之虛線之內側區域)係位於支撐部(球面花鍵)14之中心線cl’上。
藉由使第一冠齒輪61及第二冠齒輪62自中心線cl朝輸出部63側偏移，且將第二冠齒輪62埋入輸出部63，即可在不擴大交叉滾子環65之直徑之情形下，大幅地減小軸線方向之尺寸。又，由於藉由減小外殼51軸線方向之尺寸，會使外殼51之彈簧常數變大，因此可提高輸出部63之旋轉剛性。
<第三實施形態之減速裝置之齒之設計>
第三實施形態之減速裝置之齒之設計，係與第一實施形態之減速裝置之齒之設計大致相同。惟，第一冠齒輪61具有朝 向第二冠齒輪62呈研缽狀之圓錐形之母體，而第二冠齒輪62則具有朝向第一冠齒輪61凸出之圓錐形之母體。因此，如圖22(a)所示，成為由作為動圓錐之第一冠齒輪61覆蓋作為定圓錐之第二冠齒輪62之形狀。在求取擺線曲線時，必須將前述之數式2變更為如下之數式。
此處，動圓錐之底面半徑為rcr，底角為，定圓錐之底面半徑為rcf，底角為。其他之數式3~數式7，則不需變更。
圖23顯示所求得之擺線曲線。於圖23中，向量p2所描繪之軌跡為擺線曲線。
再者，本發明係並不限於具體化成前述之實施形態，只要於不變更本發明要旨之範圍內，即可具體化成各種實施形態。
於前述之實施形態中，雖已以減速機為中心進行說明，但亦可藉由將輸入側與輸出側顛倒，而作為朝軸向緊湊之增速機來加以利用。例如，相對於如水力發電機般輸入側之功率較大的發電機，可藉由將本發明作為增速機而加以利用，來實現軸向之緊湊化。
本說明書係基於2015年3月2日提出申請之日本特願2015-039782及2015年3月2日提出申請之日本特願 2015-039783。其等之內容全部包含於本說明書中。
1c‧‧‧蓋構件
1c1‧‧‧滾道
2‧‧‧輸入軸
2a‧‧‧軸線
3‧‧‧輸出部
3a‧‧‧內輪
3b‧‧‧滾道
4‧‧‧傾斜凸輪
4a‧‧‧凸輪面
4b‧‧‧滾珠滾動溝
5‧‧‧凸輪部
6‧‧‧滾珠
7‧‧‧內輪部
7a‧‧‧內輪花鍵溝
7b‧‧‧滾珠滾動溝
8‧‧‧保持器
9‧‧‧滾珠
10‧‧‧外輪部
10a‧‧‧外輪花鍵溝
11‧‧‧第一冠齒輪
11a‧‧‧對向面
11b‧‧‧軸線
12‧‧‧第二冠齒輪
12a‧‧‧對向面
14‧‧‧支撐部(球面花鍵)
16‧‧‧保持器
21、22‧‧‧軸承
23‧‧‧交叉滾子
P1‧‧‧波浪運動中心
α‧‧‧YZ平面繞Z軸傾斜角度

Claims (13)

  1. 一種減速或增速裝置，其具備有：外殼；第一冠齒輪；支撐部，其係配置於上述第一冠齒輪之半徑方向之外側，使上述第一冠齒輪相對於上述外殼可波浪運動地且不可旋轉地加以支撐；第二冠齒輪，其可相對於上述外殼旋轉，齒數與上述第一冠齒輪不同，且對向於上述第一冠齒輪；及凸輪部，其使上述第一冠齒輪，以使上述第一冠齒輪嚙合於上述第二冠齒輪之方式相對於上述第二冠齒輪傾斜，且以使相嚙合之部位進行移動之方式使上述第一冠齒輪進行波浪運動。
  2. 如請求項1之減速或增速裝置，其中，上述凸輪部具備有：傾斜凸輪，與上述輸入軸呈一體；及滾動體，其可滾動運動地介存於上述傾斜凸輪與上述第一冠齒輪之間。
  3. 如請求項1或2之減速或增速裝置，其中，上述支撐部具備有：外輪部，其具有外輪花鍵溝；內輪部，其係配置於上述外輪部之內側，具有對向於上述外輪花鍵溝之內輪花鍵溝；及滾動體，其可滾動運動地介存於上述外輪花鍵溝與上述內輪花鍵溝之間。
  4. 如請求項3之減速或增速裝置，其中，上述外輪部係與上述外殼為一體。
  5. 如請求項3之減速或增速裝置，其中，上述內輪部係藉由緊固構件被固定於上述第一冠齒輪。
  6. 如請求項1或2之減速或增速裝置，其中，上述第一冠齒輪及上述第二冠齒輪，係於圓周方向交替地具有齒冠部與齒根部，上述齒冠部係呈以圓錐之側面為基礎之凸形狀，上述齒根部係呈以圓錐之側面為基礎之凹形狀，上述圓錐之頂點係與上述第一冠齒輪之上述波浪運動之中心一致。
  7. 如請求項2之減速或增速裝置，其中，於上述外殼與上述傾斜凸輪之間可滾動運動地介存有滾動體，該滾動體係承受在上述第一冠齒輪與上述第二冠齒輪之嚙合部位所產生之反作用力。
  8. 如請求項1或2之減速或增速裝置，其中，上述第二冠齒輪係呈傘形齒輪狀，上述第一冠齒輪係呈倒傘形齒輪狀，上述第二冠齒輪之外徑，係小於可旋轉地將輸出部支撐於上述外殼之環形之滾動體列之內徑，上述第二冠齒輪係埋入於上述輸出部。
  9. 一種減速或增速裝置，其具備有：第一冠齒輪；第二冠齒輪，其齒數與上述第一冠齒輪不同，且對向於上述第一冠齒輪；及凸輪部，其以使上述第一冠齒輪嚙合於上述第二冠齒輪之方式使 上述第一冠齒輪相對於上述第二冠齒輪傾斜，且以使嚙合之部位進行移動之方式使上述第一冠齒輪進行波浪運動；其特徵在於：上述第一冠齒輪及上述第二冠齒輪，係沿圓周方向交替地具有齒冠部與齒根部，上述齒冠部係呈以圓錐之側面為基礎之凸形狀，上述齒根部係呈以圓錐之側面為基礎之凹形狀。
  10. 如請求項9之減速或增速裝置，其中，上述圓錐之頂點，係與上述第一冠齒輪之上述波浪運動之中心一致。
  11. 如請求項9或10之減速或增速裝置，其中，上述齒冠部及上述齒根部中之任一者，係呈由上述圓錐之側面所構成之形狀，上述齒冠部及上述齒根部之另一者，係呈使用擺線曲線所生成之形狀，該擺線曲線係於使上述第一冠齒輪之圓錐形之母體沿著上述第二冠齒輪之圓錐形之母體滾動時所描繪者。
  12. 如請求項9或10之減速或增速裝置，其中，上述第一冠齒輪之上述齒冠部之上述圓錐之半徑，係與上述第二冠齒輪之上述齒冠部之上述圓錐之半徑一致，或者上述第一冠齒輪之上述齒根部之上述圓錐之半徑，係與上述第二冠齒輪之上述齒根部之上述圓錐之半徑一致。
  13. 如請求項9或10之減速或增速裝置，其中，上述齒冠部及上述齒根部之齒線係呈螺旋狀。
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