CN107250607A - 减速或者增速装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够提高旋转刚性的减速或者增速装置。本发明的减速或者增速装置具备：壳体(1)；第一冠齿轮(11)；支承部(14)，其配置在第一冠齿轮(11)的径向的外侧，将第一冠齿轮(11)支承为相对于壳体(1)能够波动运动且无法旋转；第二冠齿轮(12)，其能够相对于壳体(1)旋转，齿数与第一冠齿轮(11)的齿数不同，且与第一冠齿轮(11)对置；以及凸轮部(5)，其使第一冠齿轮(11)相对于第二冠齿轮(12)倾斜以使第一冠齿轮(11)与第二冠齿轮(12)啮合，并且使第一冠齿轮(11)波动运动以使啮合部位移动。

Description

减速或者增速装置

技术领域

本发明涉及一种减速或者增速装置，该减速或者增速装置使齿数彼此不同的第一冠齿轮与第二冠齿轮对置，使第一冠齿轮相对于第二冠齿轮倾斜以使第一冠齿轮与第二冠齿轮啮合，并且使第一冠齿轮波动运动以使啮合部位移动。

背景技术

作为以往的减速或者增速装置，已知使具有渐开线齿形的两个直齿轮啮合而成的减速或者增速装置。由于制作容易，效率也优异，因此具有渐开线齿形的直齿轮多用于减速或者增速装置。但是，两个直齿轮的齿数差存在极限，存在无法增大减速比或者增速比的课题。

为了增大减速比或者增速比，开发出了如下的减速或者增速装置，该减速或者增速装置使齿数彼此不同的第一冠齿轮与第二冠齿轮对置，使第一冠齿轮相对于第二冠齿轮倾斜以使第一冠齿轮与第二冠齿轮啮合，并且使第一冠齿轮波动运动以使啮合部位移动。若使第一冠齿轮波动运动，则每当啮合部位旋转一周时，第二冠齿轮相对于第一冠齿轮相对旋转与齿数差相应的量。通过输出与两者的齿数差相应的旋转，能够得到较大的减速比。相反，通过使第二冠齿轮旋转，能够得到较大的增速比。

作为这种减速装置，例如在专利文献1中，公开了具备第一冠齿轮、第二冠齿轮以及倾斜凸轮的减速装置。第一冠齿轮与第二冠齿轮的齿数不同向彼此对置。第一冠齿轮通过与输入轴一体的倾斜凸轮而倾斜。当第一冠齿轮倾斜时，第一冠齿轮与第二冠齿轮在一个部位啮合。第二冠齿轮固定于壳体。第一冠齿轮以能够波动运动的方式支承于在该第一冠齿轮的径向的内侧配置的球形的花键联轴器。

当使输入轴旋转时，通过与输入轴一体的倾斜凸轮，第一冠齿轮一边使第一冠齿轮与第二冠齿轮的啮合部位移动一边波动运动。通过第一冠齿轮的波动运动，第一冠齿轮相对于第二冠齿轮旋转与齿数差相应的量。第一冠齿轮的旋转经由球形的花键联轴器传递至输出轴。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭51-126467号公报

发明内容

发明要解决的课题

在以往的减速装置中，将第一冠齿轮支承为能够波动运动的球形的花键联轴器配置在第一冠齿轮的径向的内侧。而且，将第一冠齿轮的旋转运动经由花键联轴器向输出轴传递。但是，花键联轴器的直径对花键联轴器的旋转刚性、进而对减速装置的旋转刚性造成较大的影响。在以往的减速装置中，花键联轴器的直径较小，因此存在无法提高花键联轴器的旋转刚性、进而无法提高减速装置的旋转刚性的课题。

因此，本发明的第一目的在于提供能够提高旋转刚性的减速或者增速装置。

另外，在以往的减速装置中，第一冠齿轮以及第二冠齿轮的齿的形状形成为三角形或者梯形。而且，在第一冠齿轮与第二冠齿轮的啮合部位，第一冠齿轮的齿无间隙地嵌入第二冠齿轮的齿之间的槽中。因此，若第一冠齿轮以及第二冠齿轮的齿具有齿距误差以及/或者齿形误差，则无法使第一冠齿轮的齿顺畅地嵌入第二冠齿轮的槽中。并且，第一冠齿轮与第二冠齿轮的啮合基本并非滚动而是滑动，因此存在齿轮的效率差的课题。

因此，本发明的第二目的在于提供能够使第一冠齿轮的齿顺畅地嵌入第二冠齿轮的槽中的高效率的减速或者增速装置。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的第一方式涉及一种减速或者增速装置，具备：壳体；第一冠齿轮；支承部，其配置在所述第一冠齿轮的径向的外侧，将所述第一冠齿轮支承为相对于所述壳体能够波动运动且无法旋转；第二冠齿轮，其能够相对于所述壳体旋转，齿数与所述第一冠齿轮的齿数不同，且与所述第一冠齿轮对置；以及凸轮部，其使所述第一冠齿轮相对于所述第二冠齿轮倾斜以使所述第一冠齿轮与所述第二冠齿轮啮合，并且使所述第一冠齿轮波动运动以使啮合部位移动。

本发明的第二方式涉及一种减速或者增速装置，具备：第一冠齿轮；第二冠齿轮，其齿数与所述第一冠齿轮的齿数不同，且与所述第一冠齿轮对置；以及凸轮部，其使所述第一冠齿轮相对于所述第二冠齿轮倾斜以使所述第一冠齿轮与所述第二冠齿轮啮合，并且使所述第一冠齿轮波动运动以使啮合部位移动，所述减速或者增速装置的特征在于，所述第一冠齿轮以及所述第二冠齿轮在圆周方向上交替地具有齿顶部与齿底部，所述齿顶部呈以圆锥的侧面为基础的凸形状，所述齿底部呈以圆锥的侧面为基础的凹形状。

需要说明的是，在本发明的第二方式中，以圆锥的侧面为基础的凸形状以及凹形状包括：由圆锥的侧面构成的凸形状以及凹形状、以及使用使第一冠齿轮的圆锥形的母体沿着第二冠齿轮的圆锥形的母体滚动时绘出的次摆线曲线生成的凸形状以及凹形状。另外，包括具有这种凸形状以及凹形状的齿顶部以及齿底部的齿线呈螺旋状的情况。

发明效果

根据本发明的第一方式，将第一冠齿轮支承为能够波动运动且无法旋转的支承部配置在第一冠齿轮的径向的外侧，因此能够增大支承部的直径，能够提高支承部的旋转刚性，进而提高减速或者增速装置的旋转刚性。

根据本发明的第二方式，第一冠齿轮以及第二冠齿轮的齿顶部呈以圆锥的侧面为基础的凸形状，第一冠齿轮以及第二冠齿轮的齿底部呈以圆锥的侧面为基础的凹形状，能够使第一冠齿轮以及第二冠齿轮中的任一方的齿顶部顺畅地嵌入另一方的齿底部。另外，一方的齿顶部与另一方的齿底部的啮合基本是滚动，因此能够提高齿轮的效率。

附图说明

图1是本实施方式的减速装置的输入轴侧外观立体图。

图2是本实施方式的减速装置的输出部侧外观立体图。

图3是本实施方式的减速装置的剖视立体图。

图4是本实施方式的减速装置的分解立体图。

图5是示出第一冠齿轮以及第二冠齿轮的立体图(图5的(a)示出第二冠齿轮以及与第二冠齿轮倾斜地啮合的第一冠齿轮，图5的(b)示出第二冠齿轮，图5的(c)示出第一冠齿轮)。

图6是第一冠齿轮以及第二冠齿轮的齿的展开图。

图7是示出第一冠齿轮以及第二冠齿轮的齿的示意图的立体图(图7的(a)示出第一冠齿轮以及第二冠齿轮，图7的(b)示出第二冠齿轮)。

图8是第一冠齿轮以及第二冠齿轮的齿的展开图。

图9是示出第一冠齿轮以及第二冠齿轮的基圆r_c上的齿形曲线的立体图。

图10的(a)是示出动圆锥(第一冠齿轮的母体)以及定圆锥(第二冠齿轮的母体)的顶点与母线接触的状态的立体图，图10的(b)是示出动圆锥的进动的立体图。

图11是示出动圆锥上的点与矢量的关系的图。

图12是示出θ与ψ的关系的图表。

图13是示出矢量p₂绘出的次摆线曲线的立体图。

图14是示出齿底曲线p₃的形成过程的立体图。

图15是示出齿底曲线p₃的求取方法的图表。

图16的(a)示出第一冠齿轮的齿底曲线，图16的(b)示出第二冠齿轮的齿底曲线。

图17是示出第一冠齿轮与第二冠齿轮的齿形曲线上的啮合的图。

图18是齿线呈螺旋状的情况下的第二冠齿轮的立体图。

图19是示出对数螺线的立体图。

图20是本发明的第二实施方式的减速装置的沿着轴线的剖视图。

图21是本发明的第三实施方式的减速装置的沿着轴线的剖视图。

图22的(a)是示出动圆锥(第一冠齿轮的母体)以及定圆锥(第二冠齿轮的母体)的顶点与母线接触的状态的立体图，图22的(b)是示出动圆锥的进动的立体图。

图23是示出矢量p₂描绘出的次摆线曲线的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式的减速装置进行详细说明。但是，本发明的减速装置能够以各种方式具体化，不限定于本说明书所记载的实施方式。本实施方式是为了通过说明书的充分公开而使本领域技术人员能够充分理解发明的范围而提供的。

<第一实施方式的减速装置的整体结构>

图1示出本发明的第一实施方式的减速装置的输入轴侧的外观立体图，图2示出减速装置的输出部侧的外观立体图。需要说明的是，在附图以及以下说明书中对相同的结构标注相同的附图标记。

在壳体1中以能够旋转的方式收容有输入轴2、输出部3。输入轴2的轴线2a与输出部3的轴线3a1一致。当使输入轴2绕轴线2a旋转时，输出部3减速并绕轴线3a1旋转。输出部3相对于输入轴2的减速比由收容于壳体1的第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12(参照图3)的齿数确定。

壳体1具备：具有凸缘1a1的筒形的壳体主体1a、以及在壳体主体1a的轴向的两端部安装的圆盘形的盖构件1b、1c。在壳体主体1a的凸缘1a1开设有用于向对象部件安装的通孔。盖构件1b、1c通过螺栓等紧固构件固定于壳体主体1a。

图3示出本实施方式的减速装置的剖视立体图，图4示出本实施方式的减速装置的分解立体图。如图3所示，减速装置具备：壳体1、倾斜凸轮4一体地设置于输入轴2而成的凸轮部5、第一冠齿轮11、将第一冠齿轮11支承为能够波动运动且无法旋转的支承部(球面花键)14、第二冠齿轮12、以及与第二冠齿轮12连结的输出部3。需要说明的是，以下，为了便于说明，使用将输入轴2以及输出部3的轴线2a沿X方向配置时的方向、即图3所示的X、Y、Z方向对减速装置的结构进行说明。

如图4所示，第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12呈圆盘形。在第一冠齿轮11的对置面11a以及第二冠齿轮12的对置面12a呈放射状地形成有多个齿。第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿数并不特别限定。例如第一冠齿轮11的齿数为49，第二冠齿轮12的齿数为50。第一冠齿轮11的齿数与第二冠齿轮12的齿数不同。由于齿数不同，因此无法在使第一冠齿轮11的轴线与第二冠齿轮12的轴线一致的状态下使第一冠齿轮11与第二冠齿轮12啮合。因此，使第一冠齿轮11相对于第二冠齿轮12倾斜，使第一冠齿轮11的一部分与第二冠齿轮12的一部分啮合。第二冠齿轮12的对置面12a配置在图3的YZ平面内。第一冠齿轮11的对置面11a相对于图3的YZ平面绕Z轴倾斜角度α。

如图3所示，凸轮部5具备：输入轴2，其以能够绕轴线旋转的方式支承于壳体1；圆盘形的倾斜凸轮4，其一体地设置于输入轴2；以及作为滚动体的滚珠6，其以能够滚动运动的方式夹设在倾斜凸轮4与第一冠齿轮11(准确地说，为一体地固定于第一冠齿轮11的内圈部)之间(还参照图4)。倾斜凸轮4被设置用于使第一冠齿轮11倾斜。倾斜凸轮4的凸轮面4a以与第一冠齿轮11同样地相对于YZ平面绕Z轴倾斜角度α的方式与第一冠齿轮11对置。在倾斜凸轮4的凸轮面4a形成有圆形的滚珠滚行槽4b。在支承部14的内圈部7也形成有与倾斜凸轮4的滚珠滚行槽4b对置的圆形的滚珠滚行槽7b。在滚珠滚行槽4b与滚珠滚行槽7b之间，以能够沿周向滚动运动的方式排列有多个滚珠6。为了将第一冠齿轮11按压于第二冠齿轮12，消除它们之间的齿隙，对滚珠6施加预压。滚珠滚行槽4b与滚珠滚行槽7b之间的间隙比滚珠6的直径小，滚珠6在它们之间被压缩。滚珠6被环形的保持器16保持。

输入轴2贯通第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12。输入轴2是中空的。输入轴2的轴向的两端部被轴承21、22支承为能够旋转。轴承21、22配置在第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的轴向的外侧。

如图3所示，支承部14配置在第一冠齿轮11的径向的外侧，将第一冠齿轮11支承为能够相对于壳体1波动运动(换言之，如图3所示，能够以第一冠齿轮11的轴线11b描绘以点P1为顶点的圆锥的轨迹的方式旋转)并且无法绕轴线旋转。第一冠齿轮11的波动运动也被称作进动。

如图3所示，支承部14具备：外圈部10，其在球形的内周面具有外圈花键槽10a(参照图4)；内圈部7，其配置在外圈部10的内侧，且在球形的外周面具有与外圈花键槽10a对置的内圈花键槽7a(参照图4)；以及作为滚动体的滚珠9，其能够在外圈花键槽10a与内圈花键槽7a之间沿着轴向的圆弧的轨道滚动运动。外圈部10与壳体1一体。内圈部7通过螺栓等紧固构件固定于第一冠齿轮11。滚珠9被保持器8保持。通过支承部14，第一冠齿轮11能够以轴线2a上的点P1为中心绕Z轴以及Y轴摆动。第一冠齿轮11的绕轴线2a的旋转运动被支承部14的花键机构限制。通过在内圈部7形成凸轮部5的滚珠滚行槽7b，从而限制了旋转的第一冠齿轮11的波动运动变得顺畅。

输出部3的内圈3a通过螺栓等紧固构件固定于第二冠齿轮12。输出部3通过交叉滚子23以能够旋转的方式支承于壳体1。交叉滚子23是在周向上相邻的滚子的轴线在从周向观察时正交的滚子列(参照图4)。第二冠齿轮12经由输出部3以能够旋转的方式支承于壳体1。在壳体1的盖构件1c的内周面形成有圆形的滑轨1c1。在输出部3的内圈3a的外周面形成有与滑轨1c1对置的圆形的滑轨3b。在滑轨1c1与滑轨3b之间作为滚动体配置有交叉滚子23。在输出部3作用有因第一冠齿轮11与第二冠齿轮12的啮合部位的反作用力而产生的力矩。通过使用交叉滚子23，能够提高输出部3的抗弯刚性。需要说明的是，将输入轴2的一端部支承为能够旋转的轴承22配置在输出部3与输入轴2之间。

当使用未图示的马达等驱动源，使凸轮部5绕轴线旋转时，通过凸轮部5的倾斜凸轮4使第一冠齿轮11一边移动与第二冠齿轮12的啮合部位一边波动运动。随着第一冠齿轮11的波动运动，第二冠齿轮12相对于第一冠齿轮11相对旋转与齿数差相应的量。在本实施方式中，例如，将第一冠齿轮11的齿数设为49，将第二冠齿轮12的齿数设为50。而且，第一冠齿轮11相对于壳体1的旋转被支承部14限制，允许输出部3相对于壳体1的旋转。因此，输出部3以减速与1齿相应的量的方式旋转，得到1/50的减速比。在此，第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿数没有被限定。

<第一冠齿轮以及第二冠齿轮的齿的形状(齿顶部以及齿底部由圆锥的侧面构成的例子)>

第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿的形状如下。图5的(a)示出第二冠齿轮12以及与第二冠齿轮12倾斜地啮合的第一冠齿轮11。如图5的(a)所示，第一冠齿轮11与第二冠齿轮12在一个部位(图5的(a)的左端的位置A)啮合。但是，从凸轮部5对第一冠齿轮11施加有预压，因此第一冠齿轮11与第二冠齿轮12的接触部位以啮合部位为中心沿周向向多个齿扩展。由于第一冠齿轮11倾斜，因此朝向图5的(a)的右侧而第一冠齿轮11与第二冠齿轮12之间的间隙δ逐渐增大。

如图5的(a)所示，第一冠齿轮11的直径与第二冠齿轮12的直径相等。第一冠齿轮11的齿数与第二冠齿轮12的齿数不同，因此第一冠齿轮11的齿的齿距与第二冠齿轮12的齿的齿距不同。

图5的(b)示出第二冠齿轮12。第二冠齿轮12呈锥齿轮状，具有圆锥形的母体。在第二冠齿轮12的表面，在圆周方向上连续地形成有波形的齿30。第二冠齿轮12在圆周方向上交替地具有呈放射状地配置的多个齿顶部31、以及呈放射状地配置的多个齿底部32。第二冠齿轮12的齿顶部31呈由圆锥的侧面构成的凸形状。第二冠齿轮12的齿底部32呈由圆锥的侧面构成的凹形状。

图5的(c)示出第一冠齿轮11。第一冠齿轮11也呈锥齿轮状，具有圆锥形的母体。在第一冠齿轮11的表面，也在圆周方向上连续地形成有波形的齿35。第一冠齿轮11也在圆周方向上交替地具有呈放射状地配置的多个齿顶部33、以及呈放射状地配置的多个齿底部34。第一冠齿轮11的齿顶部33呈由圆锥的侧面构成的凸形状。第一冠齿轮11的齿底部34呈由圆锥的侧面构成的凹形状。

如图6的展开图所示，第二冠齿轮12的齿底部32的半径比第一冠齿轮11的齿顶部33的半径大，第一冠齿轮11的齿顶部33嵌入第二冠齿轮12的齿底部32中。而且，第一冠齿轮11的齿顶部33的顶点与第二冠齿轮12的齿底部32在啮合部位A接触。第一冠齿轮11的齿底部34的半径比第二冠齿轮12的齿顶部31的半径大，第二冠齿轮12的齿顶部31嵌入第一冠齿轮11的齿底部34中。随着第一冠齿轮11的波动运动，啮合部位A移动，第二冠齿轮12的齿顶部31的顶点与第一冠齿轮11的齿底部34接触。

图7的(a)以及图7的(b)示出对第二冠齿轮12以及第一冠齿轮11的齿标注了圆锥的立体图。在此，为了易于理解齿的形状而标注了圆锥。如图7的(b)所示，第二冠齿轮12的齿顶部31形成为朝向中心而宽度变窄的锥形，具体而言由圆锥C1的侧面的一部分构成。第二冠齿轮12的齿底部32也形成为朝向中心而宽度变窄的锥形，具体而言由圆锥C2的侧面的一部分构成。在同一的圆周上，齿底部32的圆锥C2的半径比齿顶部31的圆锥C1的半径大。多个齿顶部31的圆锥C1的顶点在啮合中心P2处相交。多个齿底部32的圆锥C2的顶点也在啮合中心P2处相交。需要说明的是，如图3所示，该啮合中心P2位于输入轴2的轴线2a上，与第一冠齿轮11的波动运动的中心P1一致。由此，能够实现第一冠齿轮11与第二冠齿轮12的线接触。

如图7的(a)所示，第一冠齿轮11的齿顶部33由朝向中心而宽度变窄的圆锥C3的侧面的一部分构成。第一冠齿轮11的齿底部34由朝向中心而宽度变窄的圆锥C4的侧面的一部分构成。齿底部34的圆锥C4的半径比齿顶部33的圆锥C3的半径大。为了使第一冠齿轮11的齿的齿距与第二冠齿轮12的齿的齿距不同，第一冠齿轮11的齿顶部33的圆锥C3的半径与第二冠齿轮12的齿顶部31的圆锥C1的半径相等，第一冠齿轮11的齿底部34的圆锥C4的半径比第二冠齿轮12的齿底部32的圆锥C2的半径小。第一冠齿轮11的多个齿顶部33的圆锥C3的顶点与第二冠齿轮12的啮合中心P2一致，第一冠齿轮11的多个齿底部34的圆锥C4的顶点与第二冠齿轮12的啮合中心P2一致。

如图6的展开图所示，第一冠齿轮11的齿顶部33形成为圆弧，齿底部34也形成为圆弧。第二冠齿轮12的齿顶部31形成为圆弧，齿底部32也形成为圆弧。严格来说，当将圆锥形的第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿30、35展开时成为椭圆，但能够视为圆弧。如上所述，第一冠齿轮11的齿顶部33的圆弧的半径与第二冠齿轮12的齿顶部31的圆弧的半径相等。为了使第一冠齿轮11的齿35的齿距与第二冠齿轮12的齿30的齿距不同，第一冠齿轮11的齿底部34的半径比第二冠齿轮12的齿底部32的半径小。

在不对第一冠齿轮11施加预压的状态下，第一冠齿轮11的齿顶部33仅在一个部位A与第二冠齿轮12接触。当对第一冠齿轮11施加预压时，第一冠齿轮11的多个齿35与第二冠齿轮12的多个齿30接触。当使第一冠齿轮11波动运动时，啮合部位A沿着第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的圆周方向移动，第二冠齿轮12相对于第一冠齿轮11相对旋转与齿数差相应的量。

<第一冠齿轮以及第二冠齿轮的齿的形状的另一例(齿顶部由圆锥的侧面构成、齿底部使用次摆线曲线生成的例子)>

若第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿顶部33、31以及齿底部34、32呈由圆锥的侧面构成的形状，则第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的制作较为容易。但是，如图8的第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿的展开图所示，若绘出第一冠齿轮11的齿顶部33(用圆形示出)的轨迹，则在第一冠齿轮11与第二冠齿轮12之间空出微小的间隙g。该间隙g可能会导致角度传递误差、驱动音的增大。在该例子中，以填埋该间隙g使齿顶部33与齿底部32完全滚动的方式提高角度传递精度与静音性。但是，该间隙g非常微小，即便不填埋间隙g，也能够得到与渐开线齿形同等的角度传递精度。

(设计的概要)

对于第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿形曲面的设计，如图9所示，首先，从制作第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的基圆r_c上的齿形曲线开始。制作出的齿形曲线是一条曲线，而并非面。为了得到第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿形曲面，沿着第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的圆锥形的母体排列改变基圆的半径r_c而得到的齿形曲线。由此，得到第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿形曲面。

(齿形曲线的设计指南)

第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿顶部33、31由圆锥的侧面构成，将基圆r_c上的第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿顶部33、31的曲线设为单一圆角的圆弧。此时，为了使齿顶部33、31与齿底部34、32相互进行滚动运动，齿底部34、32的齿底曲线成为齿顶部33、31绘出的轨迹。通过将齿顶部33、31的单一圆角的圆弧与齿底部34、32的齿底曲线平滑地连接，从而如图9所示，得到第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的基圆r_c上的齿形曲线。齿形曲线的制作以下述的顺序进行。

(i)通过波动运动(以下，称作进动)求出齿顶部33、31所要通过的曲线(次摆线曲线)。

(ii)假定齿顶部33、31的半径，求出齿顶部33、31在(i)中求出的次摆线曲线上通过时绘出的曲线，将其作为齿底部34、32的齿底曲线。

(iii)以将齿顶部33、31的齿顶曲线(圆弧)与齿底部34、32的齿底曲线相互平滑地连接的方式确定齿顶部33、31的半径。

(齿顶部所要通过的次摆线曲线的计算)

第一冠齿轮11一边进动一边与第二冠齿轮12啮合。第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12具有圆锥形的母体，它们的齿面位于圆锥形的母体上。因此，在周向上排列有全等的齿形曲线，在径向上齿形曲线相似但并非全等。因此，确定某一基圆r_c，求出该基圆r_c上的齿形曲线。

首先，具有将该基圆r_c设为底面的两个圆锥，如图10的(a)所示，假定彼此的顶点与母线接触的状态，将进行进动的圆锥设为动圆锥，将固定的圆锥设为定圆锥。在此，将圆锥顶点设为原点O，将底面彼此的接触点设为点P₁，将动圆锥的底面上的定点设为点P₂，将从定圆锥的顶点向底面垂下的垂线的高设为H₁，将从动圆锥的顶点向底面垂下的垂线的高设为H₂。此时，在使动圆锥进动时的点P₂绘出的轨迹成为齿所要通过的曲线(次摆线曲线)。现在，如图10的(b)所示，考虑动圆锥不与定圆锥分离地进行进动的情况。对于该进动而言，若使动圆锥绕自身的轴OH₂旋转-ψ，并且绕定圆锥旋转θ，则视为点P₁绕OH₁旋转θ，点P₂绕OH₂旋转-ψ。在此，如图11所示，若将与线段OH₂平行且归一化的矢量设为n，将从点O到点P₁的矢量设为p₁，将点O到点P₂的矢量设为p₂，则p₂视为使p₁绕n旋转ψ而成的矢量，因此能够用数学式1表示。

[数学式1]

p₂＝p₁cosψ+n(n·p₁)(1-cosψ)+(n×p₁)sinψ

在此，若动圆锥与定圆锥均是底面半径为r_c，底角为Φ_c，则n与p₁分别能够用数学式2表示。

[数学式2]

此前求出的p₂能够表示如下的矢量，该矢量表示通过改变ψ的值而第一冠齿轮11与第二冠齿轮12的各自的齿顶部33、31的中心所要通过的曲线。首先，求出第一冠齿轮11的齿顶部33的中心所要通过的曲线。将动圆锥视为第一冠齿轮11，将定圆锥视为第二冠齿轮12，将齿数分别设为z_i、z₀。另外，动圆锥的进动的参数设为θ＝θ_i，ψ＝ψ_i。此时，若为正转齿轮，则如图12所示，在θ旋转一周的期间ψ向相反方向多旋转与1齿相应的量，若为反转齿轮，则在θ旋转一周的期间ψ向相反方向少旋转与1齿相应的量，数学式3成立。

[数学式3]

对其进行整理，成为数学式4。

[数学式4]

在求取第二冠齿轮12的齿顶部31的中心所要通过的曲线的情况下，若将动圆锥视为第二冠齿轮12，将定圆锥视为第一冠齿轮11，进动的参数设为θ＝θ_o，ψ＝ψ_o，同样数学式5成立。

[数学式5]

这样，根据组合的齿轮的特性，选择数学式4、数学式5，对于ψ带入数学式1，从而求出齿顶部的中心所要通过的曲线。此时，在图13中示出求出的曲线的例子。在图13中，矢量p₂绘出的轨迹为次摆线曲线。p1与p2的旋转角和方向与图12相同。

(齿底曲线的计算)

接下来，求取齿底曲线。如图14所示，对象侧齿轮的齿顶部33绘出的轨迹成为齿底曲线p₃。即，求取对象侧齿轮的齿顶部33的中心所要通过的次摆线曲线p₂，计算使具有对象侧齿轮的齿顶部33的半径的圆在该次摆线曲线p₂上运动时得到的轨迹即可。在此，将对象侧齿轮的齿顶半径设为h_k，将该圆设为C。此时，如图15所示，表示齿底曲线的矢量p₃成为在p₂上到绘出圆C时的点中的、与p₂以及p₂的方向矢量Δp₂均正交的点P₃的矢量。因此，数学式6与数学式7的关系成立。

[数学式6]

|p₃-p₂|＝h_k

[数学式7]

P₂⊥(P₃-P₂)且且

根据以上的结果，数学式8成立。

[数学式8]

需要说明的是，式中的正负由方向矢量的方向确定。

(齿顶曲线与齿底曲线的连接)

图16的(a)示出按照上述方式计算出的第一冠齿轮11的齿形曲线(齿顶曲线与齿底曲线)，图16的(b)示出按照上述方式计算出的第二冠齿轮12的齿形曲线(齿顶曲线与齿底曲线)。在此，以齿顶曲线与齿底曲线平滑地连接的方式确定齿顶曲线的半径。齿顶曲线的半径以“齿顶曲线与齿底曲线仅具有一个切点时”为条件来确定。设立方程式(齿顶曲线的方程式)＝(齿底曲线的方程式)，寻求该方程式具有等根时的齿顶半径的值即可。由此，能够生成第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿形曲线。

图17示出按照上述方式得到的第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿形曲线。图中的黑圆示出接触点。可知从(S1)的接触开始时到(S5)的接触结束时，第一冠齿轮11与第二冠齿轮12始终接触，且接触点移动。接触点移动，因此可知第一冠齿轮11与第二冠齿轮12相互滚动。

需要说明的是，也可以由圆锥的侧面构成第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿底部34、32，使用次摆线曲线生成第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿顶部33、31。在该情况下，将基圆r_c上的第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿底部34、32的曲线设为单一R的圆弧，使用次摆线曲线计算齿顶部33、31的齿顶曲线即可。

<第一冠齿轮以及第二冠齿轮的齿的形状的又一例(齿线呈螺旋状的例子)>

如图18所示，通过每当改变基圆的半径时使第二冠齿轮12的基圆上的齿形曲线的相位在圆周方向上偏移，能够将齿线设为螺旋状。如图18所示，在第二冠齿轮12的外侧与内侧，齿形曲线的相位不同。同样，第一冠齿轮11的齿线也同样能够呈螺旋状。

螺旋状的齿线能够采用图19所示的对数螺线。对数螺线是与圆锥形的母体的母线所成的角β始终恒定的螺线，能够用数学式9表示。

[数学式9]

在此，a、b是螺线的卷绕方式的参数。

<本实施方式的减速装置的效果>

以上对本实施方式的减速装置的结构进行了说明。根据本实施方式的减速装置，起到以下的效果。将支承部14配置在第一冠齿轮11的径向的外侧，该支承部14将第一冠齿轮11支承为能够波动运动且无法旋转，因此能够增大构成支承部14的花键机构的滚珠9的P.C.D.(Pitch Circle Diameter)，能够提高支承部14的旋转刚性，进而提高减速装置的旋转刚性。另外，支承部14使用具备滚珠9的花键机构，从而能够使第一冠齿轮11顺畅地波动运动。

输入轴2贯通第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12，因此能够通过轴承21、22将输入轴2的两端部支承为能够旋转。即使第一冠齿轮11与第二冠齿轮12的啮合部位的反作用力产生的力矩作用于输入轴2，也能够提高输入轴2的抗弯刚性。另外，与输入轴2不贯通第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的情况相比，能够缩短减速装置的轴线方向的长度。

在凸轮部5的倾斜凸轮4与第一冠齿轮11之间以能够滚动运动的方式夹设有滚珠6，因此能够使第一冠齿轮11顺畅地波动运动。

通过使支承部14的外圈部与壳体1一体，能够实现减速装置的部件数量的削减、径向上的紧凑化。

通过紧固构件将支承部14的内圈部7固定于第一冠齿轮11，从而第一冠齿轮11以及内圈部7的制造变得容易。

第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿顶部33、31呈以圆锥的侧面为基础的凸形状，第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿底部34、32呈以圆锥的侧面为基础的凹形状，因此齿顶部33、31与齿底部34、32的啮合的基本为滚动，能够提高齿轮的效率。

第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿顶部33、31以及齿底部34、32的圆锥的顶点P2与第一冠齿轮11的进动的中心P1一致，因此能够使齿顶部33、31与齿底部34、32线接触。能够增大齿接触面积，增大啮合率，因此能够实现高刚性化、高效率、静音化。

第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿顶部33、31呈由圆锥的侧面构成的形状，第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿底部34、32呈使用第一冠齿轮11的圆锥形的母体沿着第二冠齿轮12的圆锥形的母体滚动时所绘出的次摆线曲线生成的形状，因此能够将齿顶部33、31与齿底部34、32的啮合设为完全的滚动，能够实现进一步的高刚性化、高效率、静音化。

第一冠齿轮11的齿顶部33的圆锥的半径R与第二冠齿轮12的齿顶部31的圆锥的半径R一致，因此两者的齿顶部33、31的制造容易，还能够使强度一致。

第一冠齿轮11以及第二冠齿轮12的齿顶部33、31以及齿底部34、32的齿线呈螺旋状，因此能够增大齿接触面积，增大啮合率，从而能够实现进一步的高刚性化、高效率、静音化。

<第二实施方式的减速装置>

图20示出本发明的第二实施方式的减速装置的剖视图。该实施方式的减速装置与第一实施方式的减速装置同样具备：壳体1、输入轴2、与输入轴2一体的倾斜凸轮4、第一冠齿轮11、第二冠齿轮12、支承部(球面花键)14、以及输出部3。上述结构与第一实施方式的减速装置大致相同，因此标注相同的附图标记并省略其说明。

在第二实施方式的减速装置中，与第一实施方式的减速装置的不同之处在于，在壳体1与倾斜凸轮4之间以能够滚动运动的方式夹设有作为滚动体的滚珠41。在与输入轴2一体的倾斜凸轮4的与壳体1对置的对置面4c(即凸轮面4a的背面)形成有圆形的滚珠滚行槽4d。在壳体1固定有环42。在环42中形成有与滚珠滚行槽4d对置的圆形的滚珠滚行槽42a。在滚珠滚行槽4d与滚珠滚行槽42a之间以能够沿周向滚动运动的方式排列有多个滚珠41。

在第一冠齿轮11与第二冠齿轮12的啮合部位产生有反作用力，通过该反作用力而在倾斜凸轮4上作用有轴向的分力。通过在壳体1与倾斜凸轮4之间夹设有滚珠41，能够支承该分力，从而能够提高减速装置的刚性。

<第三实施方式的减速装置>

图21示出本发明的第三实施方式的减速装置的剖视图。该实施方式的减速装置也具备：壳体51、输入轴52、与输入轴52一体的倾斜凸轮54、第一冠齿轮61、第二冠齿轮62、支承部(球面花键)64、以及输出部63。第三实施方式的减速装置的基本的动作与第一以及第二实施方式的减速装置相同。即，当使输入轴52旋转时，通过与输入轴52一体的倾斜凸轮54使第一冠齿轮61波动运动，随着第一冠齿轮61的波动运动而使第二冠齿轮62旋转与两者的齿数差相应的量。

在第三实施方式的减速装置中，与第一以及第二实施方式的减速装置的不同之处在于，第二冠齿轮62呈锥齿轮状，第一冠齿轮61呈倒锥齿轮状。即，第二冠齿轮62的与第一冠齿轮61对置的对置面形成为朝向第一冠齿轮61凸出的圆锥形。该圆锥的顶角比第一以及第二实施方式的减速装置的第二冠齿轮12的圆锥的顶角小。第一冠齿轮61与第二冠齿轮62对置的对置面形成为呈锥钵状凹陷的圆锥形。但是，第一冠齿轮61与第二冠齿轮62的啮合中心P2(第一冠齿轮61以及第二冠齿轮62的齿顶部以及齿底部的圆锥的顶点)同保持第一冠齿轮61的波动运动的中心P1一致。这一点与第一以及第二实施方式的减速装置相同(参照图20)。

第二冠齿轮62的外径比将输出部63支承为能够旋转的环形的滚动体列(交叉滚子环65)的内径小。第二冠齿轮62埋入输出部63。在第三实施方式的减速装置中，将第二冠齿轮62形成为锥齿轮状，将第一冠齿轮61形成为倒锥齿轮状，因此能够在保持使啮合中心P2与波动运动的中心P1一致的状态下，使啮合部e(图21的虚线的内侧区域)从支承部(球面花键)64的中心线cl向输出部63侧偏移，因此能够使第一冠齿轮61以及第二冠齿轮62从中心线cl向输出部63侧偏移。因此，能够将第二冠齿轮62埋入输出部63。需要说明的是，如图20所示，在将第二冠齿轮12以及第一冠齿轮11均形成为锥齿轮状的情况下，啮合部e′(图20的虚线的内侧区域)位于支承部(球面花键)14的中心线cl′上。

通过使第一冠齿轮61以及第二冠齿轮62从中心线cl向输出部63侧偏移，将第二冠齿轮62埋入输出部63，从而能够在不扩大交叉滚子环65的直径的情况下大幅减小轴线方向的尺寸。另外，通过减小壳体51的轴线方向的尺寸，壳体51的弹簧常数提高，因此能够提高输出部63的旋转刚性。

<第三实施方式的减速装置的齿的设计>

第三实施方式的减速装置的齿的设计与第一实施方式的减速装置的齿的设计大致相同。但是，第一冠齿轮61朝向第二冠齿轮62具有锥钵状的圆锥形的母体，第二冠齿轮62朝向第一冠齿轮61具有凸出的圆锥形的母体。因此，如图22的(a)所示，成为作为动圆锥的第一冠齿轮61覆盖于作为定圆锥的第二冠齿轮62的形态。在求取次摆线曲线时，需要将上述的数学式2变更为数学式2a。

[数学式2a]

在此，动圆锥的底面半径为r_cr，底角为Φ_cr，定圆锥的底面半径为r_cf，底角为Φ_cf。其他数学式3～数学式7无需变更。

图23示出所求出的次摆线曲线。在图23中，矢量p₂绘出的轨迹为次摆线曲线。

需要说明的是，本发明不限定于具现化为上述实施方式，在不变更本发明的主旨的范围内能够具现化为各种实施方式。

在上述实施方式中，以减速机为中心进行了说明，但通过将输入侧与输出侧倒转，也能够用作在轴向上小型化的增速机。例如，通过将本发明作为增速机而利用于如水力发电机这样的输入侧的动力大的发电机，能够实现轴向上的紧凑化。

本说明书以2015年3月2日申请的日本特愿2015-039782以及2015年3月2日申请的日本特愿2015-039783为基础。其内容全部包含于此。

附图标记说明

1…壳体，1a…壳体主体，1b、1c…盖构件，2…输入轴，2a…轴线，3…输出部，4…倾斜凸轮，5…凸轮部，6…滚珠(凸轮部的滚动体)，7…内圈部，7a…内圈花键槽，9…滚珠(支承部的滚动体)，10…外圈部，10a…外圈花键槽，11…第一冠齿轮，12…第二冠齿轮，14…支承部，31…第二冠齿轮的齿顶部，32…第二冠齿轮的齿底部，33…第一冠齿轮的齿顶部，34…第一冠齿轮的齿底部，C1…圆锥(第二冠齿轮的齿顶部的圆锥)，C2…圆锥(第二冠齿轮的齿底部的圆锥)，C3…圆锥(第一冠齿轮的齿顶部的圆锥)，C4…圆锥(第一冠齿轮的齿底部的圆锥)，P2…圆锥的顶点，P1…波动运动的中心，p₂…次摆线曲线。

Claims (13)

1.一种减速或者增速装置，其具备：

壳体；

第一冠齿轮；

支承部，其配置在所述第一冠齿轮的径向的外侧，将所述第一冠齿轮支承为相对于所述壳体能够波动运动且无法旋转；

第二冠齿轮，其能够相对于所述壳体旋转，齿数与所述第一冠齿轮的齿数不同，且与所述第一冠齿轮对置；以及

凸轮部，其使所述第一冠齿轮相对于所述第二冠齿轮倾斜以使所述第一冠齿轮与所述第二冠齿轮啮合，并且使所述第一冠齿轮波动运动以使啮合部位移动。

2.根据权利要求1所述的减速或者增速装置，其中，

所述凸轮部具备：

与所述输入轴一体的倾斜凸轮；以及

滚动体，其以能够滚动运动的方式夹设在所述倾斜凸轮与所述第一冠齿轮之间。

3.根据权利要求1或2所述的减速或者增速装置，其中，

所述支承部具备：

外圈部，其具有外圈花键槽；

内圈部，其配置在所述外圈部的内侧，且具有与所述外圈花键槽对置的内圈花键槽；以及

滚动体，其以能够滚动运动的方式夹设在所述外圈花键槽与所述内圈花键槽之间。

4.根据权利要求3所述的减速或者增速装置，其中，

所述外圈部与所述壳体一体。

5.根据权利要求3或4所述的减速或者增速装置，其中，

所述内圈部通过紧固构件固定于所述第一冠齿轮。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的减速或者增速装置，其中，

所述第一冠齿轮以及所述第二冠齿轮在圆周方向上交替地具有齿顶部与齿底部，

所述齿顶部呈以圆锥的侧面为基础的凸形状，

所述齿底部呈以圆锥的侧面为基础的凹形状，

所述圆锥的顶点与所述第一冠齿轮的所述波动运动的中心一致。

7.根据权利要求2所述的减速或者增速装置，其中，

在所述壳体与所述倾斜凸轮之间以能够滚动运动的方式夹设有滚动体，该滚动体承受在所述第一冠齿轮与所述第二冠齿轮的啮合部位产生的反作用力。

8.根据权利要求1或2所述的减速或者增速装置，其中，

所述第二冠齿轮呈锥齿轮状，所述第一冠齿轮呈倒锥齿轮状，

所述第二冠齿轮的外径比将输出部以能够旋转的方式支承于所述壳体的环形的滚动体列的内径小，

所述第二冠齿轮埋入所述输出部中。

9.一种减速或者增速装置，其具备：

第一冠齿轮；

第二冠齿轮，其齿数与所述第一冠齿轮的齿数不同，且与所述第一冠齿轮对置；以及

凸轮部，其使所述第一冠齿轮相对于所述第二冠齿轮倾斜以使所述第一冠齿轮与所述第二冠齿轮啮合，并且使所述第一冠齿轮波动运动以使啮合部位移动，

所述减速或者增速装置的特征在于，

所述第一冠齿轮以及所述第二冠齿轮在圆周方向上交替地具有齿顶部与齿底部，

所述齿顶部呈以圆锥的侧面为基础的凸形状，

所述齿底部呈以圆锥的侧面为基础的凹形状。

10.根据权利要求9所述的减速或者增速装置，其中，

所述圆锥的顶点与所述第一冠齿轮的所述波动运动的中心一致。

11.根据权利要求9或10所述的减速或者增速装置，其中，

所述齿顶部以及所述齿底部的任一方呈由所述圆锥的侧面构成的形状，

所述齿顶部以及所述齿底部的另一方呈使用次摆线曲线生成的形状，该次摆线曲线为使所述第一冠齿轮的圆锥形的母体沿着所述第二冠齿轮的圆锥形的母体滚动时绘出的次摆线曲线。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的减速或者增速装置，其中，

所述第一冠齿轮的所述齿顶部的所述圆锥的半径与所述第二冠齿轮的所述齿顶部的所述圆锥的半径一致，

或者所述第一冠齿轮的所述齿底部的所述圆锥的半径与所述第二冠齿轮的所述齿底部的所述圆锥的半径一致。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的减速或者增速装置，其中，

所述齿顶部以及所述齿底部的齿线呈螺旋状。