JP6996994B2 - 減速装置 - Google Patents

Description

本発明は減速装置に関する。

ボール係合溝を備えた入力側の第１の円板と、ボール係合溝を備えた出力側の第２の円板と、ボール係合溝に係合する複数のボールと、第１の円板と第２の円板との間に介在し、ボールを保持する保持器を備えた減速機は既に提案されている（例えば、特許文献１、２）。この形式の減速機は、小型で大きな減速比が得られるなどの点で優れている。

特許文献１に提案された減速機は、平面の第１の基準円を一定のピッチで交錯する曲がりくねった第１の溝と前記平面の第２の基準円を一定のピッチで交錯する曲がりくねった第２の溝をそれぞれ備えた第１、第２の円板と、前記第１の円板と前記第２の円板は、第１、第２の保持器により、それぞれ保持された第１、第２の転動体を介して対向し、前記第１の保持器は固定され、前記第２の保持器は回転自在に支持されている。この減速機は、差動式であるため、大きな減速比を得ることができ、かつ小型の減速機が可能であると記載されている。

特許文献２に提案された減速機は、ボールと係合し回転軸から一定距離偏心した円形のカム溝を有する駆動カムと、ボールと係合する花びら状のカム溝を備えた従動カムと、ボールを半径方向に移動可能に保持する溝部を有する保持器とを具備し、保持器を間に挟んで、その両側に駆動カムと従動カムとをそれぞれのカム溝を備えた面を対向させて、同一軸線周りに回転可能に連結し、ボールの動作を介して駆動カムの回転を減速して従動カムに伝達する。この減速装置は、小型で、比較的簡易な加工により低コストで製作され、減速機比６程度を得ることが可能であると記載されている。

特開昭６０－１６８９５４号公報 特開平５－２０３００９号公報

近年、使用用途によっては、減速機の高い回転精度や振動抑制などが望まれる。これに対して、減速機の入力側と出力側との間の回転運動の不等速性や、これに伴う、出力側の回転速度変動、振動発生などの高次元の問題に着目し、対応が必要であるという考えに至った。ところが、特許文献１、２に記載された減速機は、小型で大きな減速比が得られるなどの面では優れたものとされるが、上記のような入力側と出力側との間の回転運動の不等速性や、これに伴う、出力側の回転速度変動、振動発生の問題については着目されてなく、また、その他の文献でも、これまでに具体的な提案はなく、これに着目したのが本発明である。

ところで、この種の減速機の主要部品は、ボールと入力板と出力板と保持器から構成される。

この種の本減速機は、入力板の偏心回転運動をボールの往復直線運動に変換し、出力板の波状溝により再度回転運動に変換して駆動力を減速して伝達する機構であり、入力側の偏心部に転がり軸受が回転自在に設けられているため、入力板と出力板の回転差を吸収させボールが転がりながらトルク伝達することができる。

したがって、ボールの自転の回転速度は、入力板の自転速度と出力板の自転速度より決定される。

しかしながら、ボールは保持器のポケット内で直線運動を行い、ボールの自転回転速度は決定しているため、ボールと保持器のポケット間の接触ではすべりが発生し、効率が低下するもしくは、耐久性が悪化する懸念がある。

そして、ボールを保持する保持器は、減速機の動力伝達には寄与しない部品であり、そのボールと保持器のポケットの摩擦力を低減させることが、効率を向上させる上で重要となる。このボールと保持器のポケット間の接触によって生じる摩擦力は、入力軸または出力板の回転軸を中心とした半径方向にのみ作用する。このためボールと保持器間に発生する摩擦力は動力伝達に寄与しないことがわかる。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、小型で高い減速比が得られ、かつ、出力側の回転速度変動や振動の抑制を可能にし、ボールと保持器のポケットに発生するすべりによる効率の低下、耐久性の悪化を改善した減速装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、まず、入力側と出力側との間の減速回転運動に同期回転性が得られるボール係合溝を創出するという新たな着想を行い、さらに、ボールと保持器のポケット間の摩擦係数を下げることにより、耐久性の向上、伝達効率の向上、振動の低減が可能になるという着想により、本発明に至った。

前述した目的を達成するための技術的手段として、本発明は、第１のボール係合溝が形成された入力板部を有する入力側回転部材と、この入力側回転部材の回転軸と同軸に配置され、第２のボール係合溝が形成された出力板部を有する出力側回転部材と、軸方向に対向する前記入力板部および前記出力板部の両ボール係合溝に係合する複数のボールと、このボールを半径方向に移動可能に保持する複数のポケットを有する保持器とを備え、前記保持器が前記回転軸に対して回転不能に設けられ、前記両ボール係合溝に係合する前記ボールを介して前記入力側回転部材の回転が減速されて前記出力側回転部材に伝達される減速装置において、前記第２のボール係合溝の軌道中心線が波状曲線で形成され、前記減速装置の減速比をｉとしたとき、前記波状曲線は、前記入力側回転部材の任意の回転角（θ）において、前記出力側回転部材が回転角（θ／ｉ）の状態で、前記第１のボール係合溝に係合した前記ボールが前記第２のボール係合溝に係合する形状であり、保持器のポケットの少なくともボールとの接触面に、ボールとの摩擦係数がボールとボール係合溝の接触面の摩擦係数よりも小さい材料、もしくは表面処理を用いることを特徴とする。
上記の構成により、小型で高い減速比が得られ、かつ、出力側の回転速度変動や振動の抑制を可能にする減速装置を実現することができる。

具体的には、上記の第１のボール係合溝に係合したボールの中心が第２のボール係合溝の軌道中心線上に位置する構成とする。これにより、第１のボール係合溝と第２のボール係合溝を確実に設定することができる。

また、保持器のポケットに、入出力回転部材のボール係合溝（通常鋼を用いる）よりも摩擦係数が低い材料を用いることにより、ボールとボール係合溝の接触によりボールを転がしつつ、保持器のポケットとの発熱を抑えることが可能となる。

上記の入力側回転部材の回転軸に偏心部が形成され、この偏心部に入力板部が転がり軸受を介して回転自在に装着されていることが好ましい。これにより、保持器のポケットやボール係合溝とボールとの間の相対的な摩擦量を低減し、入力側回転部材から出力側回転部材への伝達効率を向上させることができる。

上記の第１のボール係合溝の軌道中心線が円形であり、その曲率中心が入力側回転部材の回転軸の軸心に対して偏心していると共に、回転軸の軸心と第２のボール係合溝の軌道中心線との距離（Ｒ）が次式を満足することが好ましい。

但し、
Ｒ：回転軸の軸心と第２のボール係合溝の軌道中心線との距離
ａ：偏心量
ｉ：減速比
ψ：出力側回転部材の回転角
ｒ：第１のボール係合溝の軌道中心線の半径
これにより、第１のボール係合溝と第２のボール係合溝の全体としてボール係合溝の形状を簡素化でき、製造の容易化、低コスト化を図ることができる。

本発明によれば、小型で高い減速比が得られ、かつ、出力側の回転速度変動や振動の抑
制を可能にする減速装置を実現することができる。
ボールと保持器のポケット間の摩擦係数を下げることにより、耐久性の向上、伝達効率の向上、振動の低減が可能になる。

本発明の一実施形態に係る減速装置の全体を示す縦断面図である。 図１の要部を示す分解斜視図である。 図２の概要図である。 （ａ）図は、図１のＥ－Ｅ線で矢視した入力板部の側面図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＧ－Ｇ線における入力板部の断面図である。 （ａ）図は、図１のＦ－Ｆ線で矢視した出力板部の側面図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＨ－Ｈ線における出力板部の断面図である。 （ａ）図は、図１のＩ－Ｉ線で矢視した保持器の側面図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＪ部の拡大図である。 ボールと保持器間の摩擦係数のみを、０．１と０．０５で比較した場合の伝達効率の時間的変化を示すグラフである。 図７と同様に計算したボールと保持器間の摩擦係数に対する伝達効率への影響量を示すグラフである。 出力板部のボール係合溝とボールの配置状態を示す図である。 ボール係合溝に対するボールの動きを示す図である。 出力板部のボール係合溝の基準曲線を導出する模式図である。

本発明の一実施形態に係る減速装置を図１～図９に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る減速装置の全体を示す縦断面図である。減速装置１は、入力側回転部材２、出力側回転部材３、ボール４および保持器５を主な構成とし、ケース６ａ、６ｂ内に組込まれている。

図１に示すように、入力側回転部材２は、回転軸７、偏心カム８、転がり軸受９および入力板部１０からなる。回転軸７の外径面に偏心カム８が嵌合されている。偏心カム８の円筒形外径面８ａの中心Ｏ１は、回転軸７の軸心Ｘ１に対して偏心量ａだけ半径方向に偏心している。偏心カム８の円筒形外径面８ａと入力板部１０の円筒形内径面１０ａとの間に転がり軸受９が装着され、入力板部１０は偏心カム８に回転自在に支持されている。偏心カム８の円筒形外径面８ａの中心Ｏ１は入力板部１０の中心でもある。このため、回転軸７が回転すると入力板部１０は、回転軸７の軸心Ｘ１を中心に振れ回り半径ａで公転運動を行う。回転軸７は、ケース６ａの内径面２１に装着された転がり軸受１１および保持器５の内径面５ａに装着された転がり軸受１２によって回転自在に支持されている。

図１、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、入力板部１０の側面１０ｂに第１のボール係合溝１３が形成されている。図４（ａ）は、図１のＥ－Ｅ線で矢視した入力板部１０の側面図で、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＧ－Ｇ線における入力板部１０の断面図である。図４（ａ）、図４（ｂ）では、入力板部１０の外径面の面取りや転がり軸受９が装着される内径面１０ａ（図１参照）の図示を省略している。

図４（ａ）に示すように、第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１は半径ｒの円形に形成され、第１のボール係合溝１３はトーラス面の一部からなる。軌道中心線Ｌ１の曲率中心は、偏心カム８の円筒形外径面８ａおよび入力板部１０の中心Ｏ１に位置する。中心Ｏ１は回転軸７の軸心Ｘ１に対して偏心量ａだけ偏心している。第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１上にボール４の中心Ｏｂが位置する。本明細書および特許請求の範囲において、第１のボール係合溝の軌道中心線とは、第１のボール係合溝１３に沿ってボール４を移動させたときのボール４の中心Ｏｂの軌跡を意味する。

図１に示すように、出力側回転部材３は出力板部３ａと軸部３ｂとからなり、出力板部３ａと軸部３ｂは一体に形成されている。軸部３ｂは出力軸となる。出力側回転部材３は、ケース６ｂの内径面２０に装着された転がり軸受１４および保持器５の段部外径面５ｂに装着された転がり軸受１５によって回転自在に支持されている。

図１、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、出力板部３ａの側面２８に第２のボール係合溝１６が形成されている。図５（ａ）は、図１のＦ－Ｆ線で矢視した出力板部３ａの側面図で、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＨ－Ｈ線における出力板部３ａの断面図である。図５（ａ）、図５（ｂ）では、出力板部３ａの外径面の面取りや転がり軸受１５が装着される内径面２２（図１参照）の図示を省略している。

第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２は波状曲線で形成され、軸部３ｂの軸心Ｘ２と軌道中心線Ｌ２と距離Ｒは、基準ピッチ円半径ＰＣＲに対して増減変動し、本実施形態では、軌道中心線Ｌ２の波状曲線には基準ピッチ円半径ＰＣＲより大きい距離Ｒを有する山部が１０個、基準ピッチ円半径ＰＣＲより小さい距離Ｒを有する谷部が１０個で形成されている。軸部３ｂの軸心Ｘ２は回転軸７の軸心Ｘ１と同軸上に配置されている。第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２上にボール４の中心Ｏｂが位置する。

本明細書および特許請求の範囲において、第２のボール係合溝の軌道中心線の波状曲線とは、半径ＰＣＲの基準ピッチ円に一定のピッチで交互に交差する曲線を意味する。また、第２のボール係合溝の軌道中心線とは、第２のボール係合溝１６に沿ってボール４を移動させたときのボール４の中心Ｏｂの軌跡を意味する。第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の波状曲線の詳細は後述する。

図１に示すように、入力板部１０と出力板部３ａの軸方向に対向する側面１０ｂ、２８間に保持器５が配置されている。保持器５にはボール４を保持するポケット１７が設けられている。保持器５の外周側に貫通孔１８が設けられ、この貫通孔１８にピン１９が嵌挿され、保持器５はケース６ａ、６ｂに回転不能に取り付けられている。これにより、保持器５は、入力側回転部材２の回転軸７に対して回転不能となる。この状態で、ケース６ｂの貫通孔２５、保持器５の貫通孔２３に固定用ボルト２４を嵌挿し、ケース６ａのねじ孔２６に螺合させてケース６ａ、６ｂおよび保持器５が締結される。

図１、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、保持器５のポケット１７は回転軸７の軸心Ｘ１を中心に径方向に放射状に延びる長穴で形成されている。図６（ａ）は、図１のＩ－Ｉ線で矢視した保持器の側面図で、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＪ部の拡大図である。図６（ａ）、図６（ｂ）では、図１における保持器５の外周側の貫通孔１８、２３や転がり軸受１２を装着する内径面５ａの図示を省略している。

保持器５のポケット１７の個数は、軌道中心線Ｌ２の波状曲線の山部又は谷部の個数（１０個）より１個多い１１個であり、ポケット１７は周方向に等間隔に形成されている。各ポケット１７にボール４が１個ずつ配置されている。各ポケット１７が径方向に放射状に延びる長穴で形成されているので、各ポケット１７内のボール４は、基準ピッチ円半径ＰＣＲに対して径方向外側および径方向内側に所定量ｍの範囲で移動することができる。保持器５は回転不能に設けられており、ボール４は、保持器５のポケット１７により半径方向に移動可能に保持されている。

本発明では、保持器５またはポケット１７に、入力側回転部材２および出力側回転部材３のボール係合溝１３、１６（通常鋼を用いる）よりも摩擦係数が低い材料を用いることにより、ボール４とボール係合溝１３、１６の接触によるボール４を転がしつつ、ポケット１７との発熱を抑えることが可能となる。

少なくともボール４がポケット１７の接触点（ボール半径方向に往復運動する）（図６（ｂ）のＭで囲む部分）の摩擦係数を低減することにより、ボール４と保持器５間の発熱を低減させることが可能となる。

図７は、汎用機構解析ソフト（ＡＤＡＭＳ）を用いた本減速機の伝達効率の解析結果を示している。図７は、ボール４と保持器５間の摩擦係数のみを、０．１と０．０５で比較した場合の伝達効率値を示している。図７では他の接触の摩擦係数はすべて０．１としている。

安定した状態で比較すると、摩擦係数を０．１から０．０５にすることで伝達効率が平均値で約９％改善される。

図８に、図７と同様に計算したボールと保持器間の摩擦係数に対する伝達効率への影響量を示す。ボール４と保持器５間の摩擦係数が、０．３以上、または０．０１以下では変化はほとんどない。

ボール４と保持器５またはポケット１７間の摩擦係数を下げることにより、耐久性の向上、伝達効率の向上、振動の低減が可能になる。伝達効率は、鋼と鋼の接触（グリース有）の摩擦係数が０．０１～０．３である場合において、ボール４と保持器５またはポケット１７間の摩擦係数をそれ以下に下げる場合に効果がある。

保持器５の材料は、樹脂や銅合金など、摩擦係数の低い材料を選択する。
例えば、ボール４を鋼材とした場合、保持器５またはポケット１７を以下の材料に変更することにより、摩擦係数を下げることが可能である。乾燥状態（固体vs固体）での動摩擦係数は、鋼vs鋼の場合、０．４～０．６程度であることが知られている。

以下に示す摩擦係数の値は、乾燥状態での鋼vs「各材料」の動摩擦係数を示している。摩擦係数は接触面の材質の他に、油などの潤滑剤の有無や表面粗さによっても変化するため、今回の事例では、比較的条件が一致している乾燥状態での摩擦係数にて比較を行うこととした。

黄銅系や青銅系、鉛青銅系を含む銅合金：０．１５～０．３⁽注⁾、潤滑性に優れた樹脂系材料（ＰＴＦＥ、ナイロン、ポリアセタール、ＵＨＰＥ、ＰＥＥＫなど）：０．０５～０．４⁽注⁾、セラミックス：０．２～０．５⁽注⁾その他の摩擦係数が小さい材料を適用しても良い。
注：出典：W.Beitz, K.-H. Kuttner (editors) 『Taschenbuch fur den Maschinenbau』, 18th edition, Springer 1995 / 『Formulaen und Tafeln』, 2md edition, Orell Fussli Zurich 1981、機械工学便覧

また、同じくボール４を鋼材とした場合、保持器５またはポケット１７に以下の表面処理を施すことにより、摩擦係数を下げることが可能である。
表面処理は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）：０．０５～０．１、ふっ素等の樹脂コーティング：０．０８～０．１２、ふっ素樹脂複合等を含む無電解ニッケルメッキ：０．０８～０．１２、硬質クロムメッキ：０．１～０．１６、その他の摩擦係数を小さくする処理であればよい。

表面処理はボール４もしくは保持器５のボール４の接触面の少なくとも一方でもよい。

その他に、ボール４もしくは保持器５のボール４の接触面に、ディンプルを加工し、接触面に油だまりを形成して、すべりの影響を低減させるようにしてもよい。

以上のように、ボール４と保持器５またはポケット１７間の摩擦係数を下げることにより、耐久性の向上、伝達効率の向上、振動の低減が可能になる。

本実施形態の減速装置１では、第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の山部の個数が１０個（谷部の個数も同様に１０個）で、ボール４の個数が１１個であるので、減速比ｉは次式により求められ、減速比ｉは－１／１０となる。
減速比ｉ＝（山部の個数－ボール個数）／山部の個数
なお、減速比ｉの上記マイナス符号は、入力側回転部材２の回転方向に対して出力側回転部材３の回転方向が逆であることを意味する。

次に、図２および図３を参照して、入力板部１０、保持器５、ボール４および出力板部３ａの組合せ状態を説明する。図２は、図１の要部を示す斜視図で、図３は、図２のボールを保持器のポケットに配置させた状態の概要図である。図３では、図２における入力板部１０の外径面取り、軸受装着用内径面１０ａ、保持器５の外径側貫通孔１８、２３、軸受装着用内径面５ａ、出力板部３ａの軸受装着用内径面２２、軸部３ｂなどの図示を省略している。

入力側回転部材２の回転軸７の軸心Ｘ１と出力側部材３の軸心Ｘ２は同軸上に配置され、保持器５の軸心も軸心Ｘ１、Ｘ２と同軸上に配置されている。入力板部１０の第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１の中心Ｏ１〔図４（ａ）参照〕は回転軸７の軸心Ｘ１に対して偏心量ａだけ偏心している。

図２では、ボール４が出力板部３ｂの第２のボール係合溝１６に係合した状態で示しているが、このボール４が保持器５のポケット１７内に配置され、ポケット１７から図面手前側にボール４が突出した状態となり、ボール４が入力板部１０の第１のボール係合溝１３（図１参照）に係合する。すなわち、図３に示すように、保持器５のポケット１７内のボール４の図面手前側が入力板部１０の第１のボール係合溝１３（図１参照）に係合し、ボール４の図面奥側が出力板部３ｂの第２のボール係合溝１６に係合する。

本実施形態の減速装置１の全体構成は以上のとおりである。次に、入力側回転部材に対して出力側回転部材が減速されて同期回転するボール係合溝の詳細を図９～図１１に基づいて説明する。図９は出力板部の第２のボール係合溝とボールの配置状態を示す図で、図１０は、図９のＫ部を拡大して第２のボール係合溝に対するボールの動きを示す図で、図１１は出力板部の第２のボール係合溝の基準曲線を導出する模式図である。

前述したように、保持器５は回転不能に設けられており、ボール４は、保持器５のポケット１７により半径方向に移動可能に保持されている。図９に示すように、ボール４は、出力板部３ａの第２のボール係合溝１６に対して周方向に等角度の位置で係合する。本実施形態では、ボール４の個数を１１個としたので、軸心Ｘ２と周方向に隣り合うボール４の中心Ｏｂ₀、Ｏｂ'を結ぶ直線のなす角度をαとしたとき、α＝３６０°／１１となり、全ての隣り合うボール４の間の角度αは等角度となっている。

入力側回転部材２に対して出力側回転部材３が減速されて同期回転する状態を図１０に基づいて説明する。前述したように、入力側回転部材２および出力側回転部材３の回転に対して、保持器５は回転不能に構成されている。したがって、図１０に実線で示すポケット１７は周方向に移動しない。図１０の水平方向の中心線は入力側回転部材２の回転軸７の回転角θが０°の位置を示す。ボール４は、ポケット１７の中で径方向の最も外側に位置している。これは、入力板部１０の公転運動において、入力板部１０の回転軸７の軸心Ｘ１に対する振れ回り半径ａが図１０の水平方向の中心線上にあるため、入力板部１０の第１のボール係合溝１３に係合するボール４がポケット１７の中で径方向の最も外側に位置する。

回転軸７が回転角θ1回転し、入力板部１０の振れ回り半径ａの位置が回転角θ₁の位置に移動するので、入力板部１０の第１のボール係合溝１３に係合するボール４はポケット１７内を径方向の内径側に移動し、ボール４の中心はＯｂ₁の位置になる。ボール４の中心がＯｂ₁の状態で、出力板部３ａの第２のボール係合溝１６にボール４が係合するため、換言すれば、ボール４の中心Ｏｂ₁が第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２上に位置するために、出力板部３ａが図１０に示す回転角ｉθ₁分回転することになる。続いて、回転軸７が回転角θ₂、さらに回転角θ₃、θ₄と回転すると、上記と同様に、出力板部３ａは回転角ｉθ₂、ｉθ₃、ｉθ₄と回転することになる。これにより、入力側回転部材２から出力側回転部材３に減速（減速比ｉ＝－１／１０）された回転運動が伝達される。

本実施形態の減速装置１では、入力側回転部材２から出力側回転部材３に減速された上記回転運動が同期回転で伝達されることを特徴とする。これにより、高い回転精度や振動抑制を図ることができる。入力側回転部材２から出力側回転部材３に減速された回転運動が同期回転で伝達されるために、出力板部３ａの第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の波状曲線の形状が設定されている。

出力板部３ａの第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の波状曲線の導出方法を図１１に基づいて説明する。図１１は第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の波状曲線を導出する模式図である。図１１の水平方向の中心線は、図１０の水平方向の中心線に対応し、入力側回転部材２の回転軸７の回転角θが０°の位置を示す。回転軸７の回転角θが０°のときの入力板部１０の第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１₀を破線で表記し、任意の回転角θのときの第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１θを実線で表記している。

入力側回転部材２の回転軸７の軸心Ｘ１に対して、入力板部１０の第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１は半径ｒの円形で、その中心Ｏ１は、偏心量ａだけ偏心している。このため、回転角θが０°のときの軌道中心線Ｌ１の中心はＯ１₀にあり、ボー
ル４の中心はＯｂ₀で半径方向に最も外側に位置する。保持器５のポケット１７により、
ボール４は、線ｎ上に拘束され、半径方向に移動が可能である。そして、回転軸７が任意の回転角θになると、軌道中心線Ｌ１の中心はＯ１θに移動し、ボール４の中心はＯｂθに移動する。この位置にあるボール４が出力板部３ａの第２のボール係合溝１６に係合する。すなわち、ボール４の中心Ｏｂθが第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２（図１０参照）上に位置する関係になる。この位置関係が、回転軸７の任意の回転角θに対して、常に出力板部３ａの回転角がｉθであることが回転軸７と出力板部３ａの同期回転を成立させる。これに基づいて、回転軸７の軸心Ｘ１と第２のボール係合溝の軌道中心線Ｌ２との距離Ｒを幾何学的に求める。

図１１に示すように、回転軸７の軸心Ｘ１と第２のボール係合溝の軌道中心線Ｌ２との距離Ｒは次のように表される。

但し、
Ｒ：回転軸の軸心と第２のボール係合溝の軌道中心線との距離
ａ：偏心量
ｉ：減速比
ψ：出力側回転部材の回転角
ｒ：第１のボール係合溝の軌道中心線の半径

最後に、本実施形態の減速装置１の作動を要約して説明する。入力側回転部材２の回転軸７を回転させると、入力板部１０は、回転軸７の軸心Ｘ１の周りに公転運動する。その際、入力板部１０は、回転軸７に設けられた偏心カム８に対して回転自在であるので、入力部材１０は、自転運動はほとんど行わない。これにより、保持器のポケットやボール係合溝とボールとの間の相対的な摩擦量を低減し、入力側回転部材から出力側回転部材への伝達効率を向上させることができる。

入力板部１０が公転運動を行うと、円形の軌道中心線Ｌ１からなる第１のボール係合溝１３に係合する各ボール４が、回転不能に設けられた保持器５のポケット１７に拘束され、それぞれ半径方向に移動する。

各ボール４は、出力側回転部材３の出力板部３ａの第２のボール係合溝１６に係合しているので、各ボール４の半径方向の移動動作に対応して、図８に示すように、出力側回転部材３は、入力側回転部材２の回転軸７の回転が減速されて回転する。その際、出力板部３ａの第２のボール係合溝１６の軌道中心線Ｌ２の基準曲線が、図９で説明したように設定されているので、出力側回転部材３は回転軸７に対して減速された回転数で同期回転する。

本実施形態の減速装置１の作動は以上のとおりであり、小型で高い減速比が得られ、かつ、出力側の回転速度変動や振動の抑制を可能にする減速装置を実現することができる。また、円形の軌道中心線からなる第１のボール係合溝と波状曲線の軌道中心線からなる第２のボール係合溝は、全体としてボール係合溝の形状を簡素化でき、製造の容易化、低コスト化を図ることができる。

本実施形態の減速装置１では、入力板部１０に設けられた第１のボール係合溝１３の軌道中心線Ｌ１を円形のものを例示したが、これに限られず、減速比ｉに応じた多角形状の軌道中心線としてもよい。この場合は、回転軸の軸心と第２のボール係合溝の軌道中心線との距離Ｒは、図９で説明した内容と同様の要領で導出でき、Ｒ＝ａ・ｃｏｓ（ψ／ｉ）＋ｒとなる。このように、入力側回転部材と出力側回転部材が同期回転するための第１のボール係合溝の軌道中心線と第２のボール係合溝の軌道中心線は適宜設定することができる。

本実施形態の減速装置１では、入力板部１０は、回転軸７に設けられた偏心カム８に対して回転自在にした構成のものとしたが、入力板部と回転軸とが一体の構成にしてもよい。また、本実施形態の減速装置１では、回転軸７に別体の偏心カム８を嵌合させた構成を例示したが、これに限られず、回転軸と偏心カムとを一体の構成にしてもよい。

本実施形態の減速装置１では、減速比ｉが－１／１０のものを例示したが、例えば、減速比ｉは１／５～１／２０程度で必要に応じて適宜設定することができる。この場合は、減速比ｉに応じて、ボール係合溝の軌道中心線の波状曲線の山部／谷部の個数、保持器のポケット個数およびボール個数を適宜設定すればよい。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、保持器のポケットを保持器とは異なる部材で形成し、保持器を複数の部材から構成してもよい。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ 減速装置
２ 入力側回転部材
３ 出力側回転部材
３ａ 出力板部
３ｂ 軸部
４ ボール
５ 保持器
６ａ ケース
６ｂ ケース
７ 回転軸
８ 偏心カム
１０ 入力板部
１３ 第１のボール係合溝
１６ 第２のボール係合溝
１７ ポケット
Ｌ１ 軌道中心線
Ｌ２ 軌道中心線
Ｏ１ 入力板部の中心
Ｏｂ ボールの中心
ＰＣＲ 基準ピッチ円の半径
Ｒ 回転軸の軸心と第２のボール係合溝の軌道中心線との距離
Ｘ１ 回転軸の軸心
Ｘ２ 出力側回転部材の軸心
ａ 偏心量
ｉ 減速比
ｒ 第１のボール係合溝の軌道中心線の半径
θ 入力側回転部材の回転軸の回転角
ψ 出力側回転軸の回転角

Claims (6)

1. 第１のボール係合溝が形成された入力板部を有する入力側回転部材と、この入力側回転部材の回転軸と同軸に配置され、第２のボール係合溝が形成された出力板部を有する出力側回転部材と、軸方向に対向する前記入力板部および前記出力板部の両ボール係合溝に係合する複数のボールと、このボールを半径方向に移動可能に保持する複数のポケットを有する保持器とを備え、前記保持器が前記回転軸に対して回転不能に設けられ、前記両ボール係合溝に係合する前記ボールを介して前記入力側回転部材の回転が減速されて前記出力側回転部材に伝達される減速装置において、
   前記第２のボール係合溝の軌道中心線が波状曲線で形成され、
   前記減速装置の減速比をｉとしたとき、前記波状曲線は、前記入力側回転部材の任意の回転角（θ）において、前記出力側回転部材が回転角（ｉθ）の状態で、前記第１のボール係合溝に係合した前記ボールが前記第２のボール係合溝に係合する形状であり、
   保持器のポケットの少なくともボールとの接触面に、ボールとの摩擦係数がボールとボール係合溝の接触面の摩擦係数よりも小さい材料、もしくは表面処理を用いることを特徴とする減速装置。
2. 前記ボールとボール係合溝の接触が、鋼と鋼であることを特徴とする請求項１の減速装置。
3. 前記保持器のポケットを構成する部材の材料が、銅または銅合金であることを特徴とする請求項１または２に記載の減速装置。
4. 前記保持器もしくはポケットを構成する部材の材料が、樹脂系材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の減速装置。
5. 前記ボールの材料が、セラミックスであることを特徴とする請求項1、３、４項のいずれかの項に記載の減速装置。
6. 前記保持器のポケットの少なくともボールとの接触面にディンプル加工を施したことを特徴とする請求項１～５いずれかの項に記載の減速装置。

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