JP2005330990A

JP2005330990A - 減速機構

Info

Publication number: JP2005330990A
Application number: JP2004147912A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Tamura; 守田村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】小形化して大減速比を容易に実現する。
【解決手段】楕円カム１１と、ローラ２１、２１…を介して楕円カム１１の外周に接するローラリンクチェーン２０と、ガイドプレート１２、１２、リングギヤ１３、１３とを設ける。
ローラリンクチェーン２０は、リングギヤ１３、１３に噛合するギヤ歯を各リンクプレートの外縁に形成し、楕円カム１１を回転させると、リングギヤ１３、１３に対するギヤ歯の噛合位置が順次移動し、ガイドプレート１２、１２、リングギヤ１３、１３を相対回転させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、大減速比を容易に実現することができる減速機構に関する。

一軸構造でありながら大きな減速比を実現することができる減速機構として、いわゆるハーモニックドライブ機構が知られている。

このものは、楕円カムの外周に薄肉のボールベアリングを嵌合する内部材と、内部材を挿入する弾性変形可能な薄肉カップ状の中間部材と、中間部材の外周のスプラインが噛合する内歯付きの外部材とを同軸に組み立てて構成されている。なお、外部材の内歯数は、中間部材のスプライン数より２だけ多くなっている。そこで、このものは、たとえば外部材を固定し、内部材と一体の入力軸を回転させると、楕円カムの外周に従ってボールベアリングの外輪と中間部材とが同時に弾性変形し、楕円カムの長軸の両端に相当する位置のスプラインが外部材の内歯に噛合して両者の噛合位置が順次移動して行くため、内部材の１回転当り、中間部材が歯数差２相当だけ逆方向に回転し、中間部材と一体の出力軸を回転させることができる。

しかし、このような構造では、弾性変形可能な薄肉カップ状の中間部材のスプラインと外部材の内歯とを噛合させるから、入力軸から出力軸に伝達可能なトルクが小さく、大容量化を図ることが難しい。そこで、出願人は、楕円カムの外周のローラリンクと、ガイドプレート、内歯プレートとを組み合わせることによって、伝達トルクに実質的な制限がない減速機構を先きに提案した（特許文献１）。
特願２００３−４２４３７号

かかる従来技術によるときは、楕円カムを回転させることにより、ローラリンクのピンと内歯プレートとの噛合位置を順次移動させてガイドプレートと内歯プレートとを相対回転させるから、入力軸、出力軸間の伝達トルクを容易に十分大きくすることが可能であるが、ローラリンクのピン数が少ないために、小形化して大減速比を実現することが容易でないという問題がある。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、楕円カムと、内歯のリングギヤと、各リンクプレートの外縁にギヤ歯を形成するローラリンクチェーンとを組み合わせることによって、小形化しても大減速比を容易に実現することができる減速機構を提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、楕円カムと、ローラを介して楕円カムの外周に接するローラリンクチェーンと、楕円カムと同軸のガイドプレート、内歯のリングギヤとを備えてなり、ガイドプレートは、ローラリンクチェーンの各ピンに対応するガイド孔を円形に配列し、ローラリンクチェーンは、リングギヤに噛合するギヤ歯を各リンクプレートの外縁に形成し、楕円カムの回転に伴い、リングギヤに対するギヤ歯の噛合位置を順次移動させてガイドプレート、リングギヤを相対回転させることをその要旨とする。

なお、リングギヤは、左右のリンクプレートに対応する一対を設けることができ、ガイドプレートは、楕円カムを挟む一対を設け、スペーサリングを介して一体に組み立てることができる。

また、ローラリンクチェーンは、楕円カム、ガイドプレートの両外側にリンクプレートを配置してもよい。

かかる発明の構成によるときは、ローラを介して楕円カムの外周に接するローラリンクチェーンは、楕円カムを回転させることにより、楕円カムの長軸の両端に相当する部分が外側に膨らみ、短軸の両端に相当する部分が内側に縮むように連続的に滑らかに変形する。そこで、ローラリンクチェーンの各ピンは、ガイドプレートの各ガイド孔を介してガイドされ、ローラリンクチェーンの各リンクプレートの外縁のギヤ歯は、リングギヤに対する噛合位置を順次移動させることにより、楕円カムの１回転当り、ローラリンクチェーン側のギヤ歯の総歯数と、リングギヤの歯数との差に相当するだけガイドプレート、リングギヤを互いに相対回転させることができる。

なお、ローラリンクチェーンの各ピンは、ガイドプレートの各ガイド孔に対応しているから、ローラリンクチェーン、ガイドプレートは、相対移動することがない。したがって、楕円カムを入力軸とし、ガイドプレート、リングギヤの一方を固定して他方を出力軸とすることにより、大減速比の減速機構を形成することができる。また、このとき、ローラリンクチェーン側の歯数は、各リンクプレート当り数枚を形成し、総歯数を１００枚以上程度にすることも容易であるから、全体を小形化しても、数１０分の１程度の大減速比を極めて容易に実現することができる。

ただし、リングギヤの歯数は、一般にローラリンクチェーン側の総歯数に対し、２以上の任意の偶数だけ多くするものとする。しかし、楕円カムの回転を滑らかにするために、ローラリンクチェーン側の総歯数を４の倍数とし、リングギヤの歯数を総歯数より２だけ多くすることが好ましい。また、ガイドプレートの各ガイド孔は、楕円カムの１回転当り、ローラリンクチェーンの各ピンの位置をガイドプレートの径方向、周方向の双方に所定量だけシフトさせるために、ほぼ楕円形の適切な形状に設定するものとする。なお、ローラリンクチェーンは、等ピッチのローラを楕円カムの外周に沿って相対移動させ、ガイドプレート、リングギヤを相対回転させるから、十分な強度のギヤ歯を各リンクプレートの外縁に形成することにより、入力軸、出力軸間の伝達トルクを必要十分に大きくすることができる。

リングギヤは、ローラリンクチェーンの左右の各列のリンクプレートに対応する一対を設けることにより、入力軸、出力軸間の伝達トルクを一層増大させることができる。また、ガイドプレートは、スペーサリングを介して楕円カムを挟む一対を一体に組み立てることにより、ローラリンクチェーンの各ピンの傾きを防止して全体の小形化、強力化を図ることができる。

ローラリンクチェーンは、楕円カム、ガイドプレートの両外側にそれぞれ一対のリンクプレートを配置することにより、左右２列のリンクプレートを有する単列のローラリンクチェーンとして構成することができる。ただし、ここでいう一対のリンクプレートとは、内リンクプレート、外リンクプレートをいう。また、各列のリンクプレートは、それぞれ１枚以上の内リンクプレート、外リンクプレートを組み合わせることも可能である。なお、いずれの場合も、各リングギヤは、各列のすべてのリンクプレートの外縁に形成するギヤ歯が全部同時に噛合し得る歯幅を有するものとする。

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

減速機構は、楕円カム１１と、ローラリンクチェーン２０と、楕円カム１１を挟む一対のガイドプレート１２、１２と、一対の内歯のリングギヤ１３、１３とを備えてなり（図１、図２）、楕円カム１１、ガイドプレート１２、１２、リングギヤ１３、１３は、互いに同軸に配列され、ケーシング３０に一体に組み込まれている。ただし、図２の各部材の配列順序は、便宜的なものであり、図１を優先するものとする。

楕円カム１１は、段付きの軸１１ａの中間フランジ１１ｂの前面にねじ止めされている。軸１１ａの前端部は、一方のガイドプレート１２をねじ止めする軸１２ａの後端に対し、ベアリング１２ｂを介して相対回転自在に挿入されており、軸１１ａの後端部は、ベアリング１１ｃを介し、ケーシング３０のベアリングケース３１によって回転自在に支持されている。なお、ベアリング１１ｃの外側には、オイルシール１１ｄが装着されている。

ガイドプレート１２用の段付きの軸１２ａは、ベアリング１２ｃ、１２ｃを介し、ケーシング３０のベアリングケース３３によって回転自在に支持されている。なお、軸１２ａの前端側のベアリング１２ｃの外側には、オイルシール１２ｅが装着されている。

ケーシング３０は、大径のスペーサリング３５を介し、前後一対のリングギヤ１３、１３とともに、前後のベアリングケース３１、３３を一体にボルト締めして組み立てられている。なお、リングギヤ１３、１３は、ノックピン１３ｂ、１３ｂを介し、スペーサリング３５に対して回り止めされている。

ローラリンクチェーン２０は、ローラ２１、２１…を介して楕円カム１１の外周に接するように、エンドレスに構成されている（図３、図４）。ローラ２１、２１…用のピン２２、２２…は、楕円カム１１、ガイドプレート１２、１２の両外側を通る左右２列各二対のリンクプレート２３、２３…を屈曲自在に連結しており、各ピン２２には、ブッシュ２１ａを介して回転自在に装着するローラ２１に加えて、ガイドプレート１２、１２に対応する中間のブッシュ２５、２５が装着されている。また、各リンクプレート２３の外縁には、リングギヤ１３に噛合可能なギヤ歯２３ａ、２３ａ…が形成されており、ローラリンクチェーン２０の全長に対するギヤ歯２３ａ、２３ａ…の総歯数Ｚt は、４の倍数に設定されている。

ガイドプレート１２、１２は、スペーサリング１２ｇを介して一体に組み立てられている（図２、図５）。各ガイドプレート１２には、ローラリンクチェーン２０のローラ２１、２１…用の各ピン２２に対応するほぼ楕円形のガイド孔１２ｆ、１２ｆ…が円形に等ピッチに配列して形成されている。また、スペーサリング１２ｇの内周は、ガイドプレート１２、１２上の各ガイド孔１２ｆを正しく貫通させるために、各ガイド孔１２ｆの外形に合わせて波形に切り欠かれている。

各ガイドプレート１２上の各ガイド孔１２ｆは、長軸がガイドプレート１２の径方向に一致しており、各２個のガイド孔１２ｆ、１２ｆ…の長軸が楕円カム１１の長軸、短軸上に来るように配置されている（図６）。また、楕円カム１１の長軸上のガイド孔１２ｆ、１２ｆ内のピン２２、２２は、それぞれブッシュ２５を介してガイド孔１２ｆの外側の頂点に接し、短軸上のガイド孔１２ｆ、１２ｆ内のピン２２、２２は、それぞれブッシュ２５を介して内側の頂点に接するものとする。ただし、各ピン２２は、対応するガイド孔１２ｆ内において、ブッシュ２５を介してガイド孔１２ｆの内面に接しながら、ほぼ楕円形の軌跡を描いてガイド孔１２ｆの長軸方向に往復移動する。

リングギヤ１３、１３は、楕円カム１１、ガイドプレート１２、１２の両外側に配置されている（図１、図２）。各リングギヤ１３には、ローラリンクチェーン２０のギヤ歯２３ａ、２３ａ…に対応する内歯１３ａ、１３ａ…が円形に形成されている（図２、図７）。内歯１３ａ、１３ａ…の歯数Ｚは、ローラリンクチェーン２０側の総歯数Ｚt に対し、Ｚ＝Ｚt ＋２となっている。そこで、楕円カム１１、ローラリンクチェーン２０、各リングギヤ１３の相対位置関係を図示すると、図７のとおりである。

図７において、楕円カム１１をたとえば同図の矢印方向に回転させると、ローラリンクチェーン２０は、楕円カム１１の長軸の両端に相当する部分が外側に膨らみ、短軸の両端に相当する部分が内側に縮むように連続的に変形し、したがって、ローラリンクチェーン２０の各ピン２２は、対応するガイドプレート１２、１２のガイド孔１２ｆにガイドされ、ローラリンクチェーン２０側のギヤ歯２３ａ、２３ａ…は、リングギヤ１３、１３の内歯１３ａ、１３ａ…に対する噛合位置を順次移動させる。ここで、内歯１３ａ、１３ａ…の歯数Ｚは、ローラリンクチェーン２０側の総歯数Ｚt に対し、Ｚ＝Ｚt ＋２であるから、楕円カム１１が１／２回転すると、ギヤ歯２３ａ、２３ａ…は、内歯１３ａ、１３ａ…の１ピッチ相当だけシフトして、ガイドプレート１２、１２、リングギヤ１３、１３を相対回転させることができる。

すなわち、ケーシング３０を介してリングギヤ１３、１３を固定し、楕円カム１１の軸１１ａを入力軸とすると、ガイドプレート１２、１２の軸１２ａを出力軸として、減速比Ｒ＝−（Ｚ−Ｚt ）／Ｚ＝−２／Ｚを実現することができる。ただし、減速比Ｒの符号（−）は、出力軸の回転方向が入力軸の逆方向であることを示す。たとえば、図示のように、Ｚt ＝１００、Ｚ＝１０２として、減速比Ｒ＝−２／１００＝−１／５０を実現することができる。また、ガイドプレート１２、１２を固定し、ケーシング３０を介してリングギヤ１３、１３を出力軸とすると、減速比Ｒ＝（Ｚt −Ｚ）／Ｚt ＝−２／Ｚt を実現することができる。そこで、総歯数Ｚt 、歯数Ｚ＝Ｚt ＋ｎ（ただし、ｎは、２以上の正の偶数）を任意に設定することにより、任意の減速比Ｒを実現することができる。

他の実施の形態

ガイドプレート１２は、楕円カム１１の片側に１枚のみを配置してもよい（図８、図９）。

図８、図９において、楕円カム１１は、軸１１ａと一体に形成されており、ガイドプレート１２は、軸１２ａと一体に形成されている。また、軸１１ａの前端部は、ブッシュ１２ｈを介して軸１２ａの後端に相対回転自在に挿入されている。ギヤ歯２３ａ、２３ａ…をリンクプレート２３、２３…の外縁に形成するローラリンクチェーン２０は、内リンクプレート、外リンクプレートを形成する２枚のリンクプレート２３、２３を左右の各列に有する。なお、ケーシング３０のベアリングケース３１の後端、ベアリングケース３３の前端には、それぞれオイルシール１１ｄ、１２ｅを装着するベアリングカバー３２、３４がねじ止めされている。また、リングギヤ１３、１３は、ケーシング３０用のスペーサリング３５を介し、ベアリングケース３１、３３と共締めされている。

楕円カム１１、ガイドプレート１２、リングギヤ１３、１３、ローラリンクチェーン２０の相対関係を前実施の形態と同様に設定することにより、全く同様に作動させることができる。

全体構成縦断面図全体構成分解斜視図図２の要部拡大図（１）図１の要部拡大相当図図２の要部拡大図（２）動作説明図（１）動作説明図（２）他の実施の形態を示す図１相当図図８の全体構成分解斜視図

符号の説明

１１…楕円カム
１２…ガイドプレート
１２ｆ…ガイド孔
１２ｇ…スペーサリング
１３…リングギヤ
２０…ローラリンクチェーン
２１…ローラ
２２…ピン
２３…リンクプレート
２３ａ…ギヤ歯

特許出願人田村守
代理人弁理士松田忠秋

Claims

楕円カムと、ローラを介して前記楕円カムの外周に接するローラリンクチェーンと、前記楕円カムと同軸のガイドプレート、内歯のリングギヤとを備えてなり、前記ガイドプレートは、前記ローラリンクチェーンの各ピンに対応するガイド孔を円形に配列し、前記ローラリンクチェーンは、前記リングギヤに噛合するギヤ歯を各リンクプレートの外縁に形成し、前記楕円カムの回転に伴い、前記リングギヤに対する前記ギヤ歯の噛合位置を順次移動させて前記ガイドプレート、リングギヤを相対回転させることを特徴とする減速機構。
前記リングギヤは、左右の前記リンクプレートに対応する一対を設けることを特徴とする請求項１記載の減速機構。
前記ガイドプレートは、前記楕円カムを挟む一対を設け、スペーサリングを介して一体に組み立てることを特徴とする請求項１または請求項２記載の減速機構。
前記ローラリンクチェーンは、前記楕円カム、ガイドプレートの両外側に前記リンクプレートを配置することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の減速機構。