【実施例】
【0031】
〔実施例1の構成〕
図1ないし
図4に基づいて本発明の実施例1を説明する。
ローラ式変速装置1を示す
図1において、筒状のハウジング2は、第1ハウジング部2aと第2ハウジング部2bとを軸方向に突き合わせた構成となっている。筒状のハウジング2内には、軸方向に沿ってシャフト3がハウジング2と同芯になるように配置されている。
【0032】
シャフト3は、第1ハウジング部2aの開口部に軸受4により回転可能に支持されている。シャフト3の一端部は、径小寸法の入力軸部3aを備え、途中部分は偏心軸部3bを有し、他端部は径大寸法の支軸部3cを形成している。シャフト3の入力軸部3aと偏心軸部3bとの間には、軸受4に隣接するバランス用の錘体3dを一体に形成している。
【0033】
偏心軸部3bの軸芯E2は、シャフト3の軸芯E1から偏心量eだけ芯ずれしており、シャフト3の回転に伴って偏心軸部3bが偏心回転運動を行うようになっている。
環状の伝動リング部材5は、ハウジング2内で偏心軸部3bに軸受6により回転可能に嵌め込まれている。
【0034】
伝動リング部材5における外周縁部の一端部には、例えばトロコイド曲線に沿う外輪郭を有する外歯7aを全周に連続形成した変速外歯歯車7を設けている。伝動リング部材5における外周縁部の他端部には、例えば円弧曲線に沿う外輪郭を有する外歯8aを全周に連続形成したヒイラギ葉状の整動外歯歯車8を設けている。
変速外歯歯車7における外歯7aおよび整動外歯歯車8における外歯8aの各歯数は、例えば互いに同一となる30枚にそれぞれ設定されている。
【0035】
変速外歯歯車7の外周囲には、内周壁10aに変速ピンローラ群11を円形配列した固定リング10がシャフト3と同芯となるように配置されている。このため、固定リング10内の変速外歯歯車7は、固定リング10に対して偏心量eだけ芯ずれした状態に位置する。
固定リング10は第1ハウジング部2aの一部を成し、その内周壁10aを所定幅寸法の円形内周面としている。変速ピンローラ群11は、
図2にも示すように、互いに円柱状をした同一のピンローラ11aから成る。
【0036】
各ピンローラ11aは、
図3(a)にも示すように、外側面を固定リング10の内周壁10aに線接触させながら、互いが隣接する位置で基礎円P1に沿って周方向に隙間なく圧接することにより固定されている。
変速ピンローラ群11におけるピンローラ11aの全数は、例えば31本に設定されている。固定リング10に対する変速ピンローラ群11の固定方法は、後述する整動リング17に対する整動ピンローラ群18の固定方法と同様である。
【0037】
この状態で、変速外歯歯車7のうち複数の外歯7aは、噛合い接触部として変速ピンローラ群11のうち複数のピンローラ11aと常に係合するように設定されている。例えば、全ての外歯7aのうち二個の外歯が全てのピンローラ11aのうち二本のピンローラと常に係合するようになっている。
すなわち、変速ピンローラ群11のうち複数のピンローラ11aと変速外歯歯車7の同数の外歯7aとが噛合い接触部として常に係合する。
【0038】
図1において、碗状を成す回転体12は、ハウジング1内に位置する回転リング13とハウジング2外に位置する出力軸12aとから成る。回転リング13の一端開口部は、径大リング部13aと径小リング部13bとから成る二段円筒状に形成されている。
出力軸12aは、シャフト3の入力軸部3aと同軸に配され、第2ハウジング部2bの開口部で軸受14により回転可能に支持されている。
回転リング13の径小リング部13bは、軸受15によりシャフト3の支軸部3cに回転可能に支持され、径小リング部13bと第2ハウジング部2bの内周面との間には、軸受16が同芯となるように配置されている。
【0039】
回転リング13の径大リング部13aは、軸方向に沿って固定リング10に対向するように配置されている。径大リング部13aの内周壁13cに整動ピンローラ群18を円形配列した整動リング17として一体的に構成されている。
【0040】
整動ピンローラ群18は、
図3(b)にも示すように、互いに同一のピンローラ18aから成る。各ピンローラ18aは、外側面を整動リング17の内周壁13cに線接触させながら、互いが隣接する位置で基礎円P2に沿って周方向に隙間なく圧接することにより固定されている。整動ピンローラ群18におけるピンローラ18aの全数は、整動外歯歯車8における外歯8aの全数と同じく30本に設定されている。
【0041】
この状態で、整動外歯歯車8の複数の外歯8aが噛合い接触部として働き、整動ピンローラ群18のうち複数のピンローラ18aと常に係合するように設定されている。
例えば、全ての外歯8aのうち二個の外歯が全てのピンローラ18aのうち二本のピンローラと常に係合するように配されている。
【0042】
すなわち、整動ピンローラ群18のうち複数のピンローラ18aと整動外歯歯車8の同数の外歯8aとが噛合い接触部として常に係合する。
また、整動外歯歯車8における外歯8aの円弧直径Dは、整動ピンローラ群18のローラ直径dと偏心軸部3bの偏心量eの2倍を加えた大きさに設定されている(D=d+2e)。
【0043】
整動ピンローラ群18を整動リング17内に固定する際、
図4(a)に示すように、30本のピンローラ18aの中心を連結して形成した基礎円P2に沿って周方向に集合させる。そして、
図4(b)に示すように、挟み辺部T1、T2から成る専用工具としてのバイスTを用いて、残った一本のピンローラ18aを隣接する二本のピンローラ18a間に強制的に圧入する(締めばめ工法)。
これを実現させるためには、円形に集合させたピンローラ18aが成す理論上の周長寸法よりも整動リング17の基礎円P2の周長寸法を僅かに小さく設定しておくものである。
【0044】
なお、締めばめ工法の代わりに、加熱により予め熱膨張させた整動リング17内に整動ピンローラ群18を圧入する焼きばめ工法を用いてもよい。また、ピンローラ18a同士を溶接などにより接合固定したり、整動ピンローラ群18と整動リング17との間に接着剤を補助的固定手段として設けてもよい。
【0045】
上記構成において、駆動モータ(図示せず)により、シャフト3の入力軸部3aを回転駆動すると、偏心軸部3bが偏心回転運動を行い、伝動リング部材5に軸受6を介して伝える。これにより、変速外歯歯車7は、
図3(a)に示すように、外歯7aを変速ピンローラ群11のピンローラ11aに係合させつつピンローラ11aをスライドして乗り越え、減速されながら自転運動と公転運動とから成る転頭運動を行う。
【0046】
変速外歯歯車7の転頭運動は、伝達リング部材5を介して整動外歯歯車8に伝わり、公転運動と自転運動とから成る複合運動を付与する。
この複合運動に伴い、整動外歯歯車8は、
図3(b)に示すように、外歯8aを整動ピンローラ群18のピンローラ18aに係合させつつピンローラ18aと同期してスライドし、複合運動のうち自転運動のみを整動リング17に伝え、回転リング13を介して出力軸12aに伝達する。
【0047】
これにより、出力軸12aに連結された産業ロボット用のアーム(図示せず)が旋回変位などを行い、製造工程で部品の搬送などの作業を行う。
この場合、入力軸部3aに対する出力軸12aの減速比Rは下記の具体例から算出される。
R=1−(JK/LM)
但し、Jは変速ピンローラ群11におけるピンローラ11aの数(31本)、
Lは変速外歯歯車7の歯数(30枚)、
Kは整動ピンローラ群18におけるピンローラ18aの数(30本)、
Mは整動外歯歯車8の歯数(30枚)。
【0048】
これにより、R=1−(30×31/30×30)となり、−1/30といった高い減速比が得られる。この減速比Rの演算結果は負であるため、出力軸12aの回転方向が入力軸部3aの回転方向と逆になることを意味している。
ピンローラ11aの数J、変速外歯歯車7の歯数L、ピンローラ18aの数Kおよび整動外歯歯車8の歯数Mは、上記の具体例に限らない。すなわち、ピンローラ11aの数Jと変速外歯歯車7の歯数Lとの差が一つに限らず整数差であれば、所望の数値に設定することができる。例えば、J=30本、L=28枚、K=28本、M=28枚、あるいはJ=29本、L=26枚、K=25本、M=25枚といったように任意に変更することができる。
ただし、ピンローラ18aの数Kと整動外歯歯車8の歯数Mとは、1対1となるように等しく設定する必要がある。
【0049】
〔実施例1の効果〕
上記構成では、固定リング10の内周壁10aに変速ピンローラ群11を圧接により円形配列するとともに、整動リング17の内周壁13cに整動ピンローラ群18を圧接により円形配列している。この場合、ピンローラ18aには、ころがり軸受けなどに使用される寸法精度の高い円筒ローラやニードルローラ(図示せず)を適用することができる。
【0050】
このため、変速ピンローラ群11および整動ピンローラ群18が内歯として働き、バックラッシが極小で、ピンローラ11a(18a)の歯間ピッチ精度が高く、歯形寸法が高精度で均一であり、面粗さが均等となり、変速ピンローラ群11に対する変速外歯歯車7の係合精度および整動ピンローラ群18に対する整動外歯歯車8の係合精度がそれぞれ向上して正確で円滑な減速運動が得られる。
【0051】
変速ピンローラ群11および整動ピンローラ群18の組み付けにあたっては、ピンローラ11aを固定リング10の内周壁10aに、ピンローラ18aを整動リング17の内周壁13cに圧接によりそれぞれ円形配列することでよく、組付工数が少なくなり、円形配列が周密になって全体の小型化を図ることができる。ピンローラ11a、18aは、一般的に単価が安くてコスト的に有利となり、変速ピンローラ群11および整動ピンローラ群18への組付作業が容易となって量産化に好適となる。
【0052】
変速ピンローラ群11のうち複数のピンローラ11aと変速外歯歯車7の同数の外歯7aとが噛合い接触部として常に係合するとともに、整動ピンローラ群18のうち複数のピンローラ18aと整動外歯歯車8の同数の外歯8aとが噛合い接触部として常に係合するため、噛合い接触部の伝達トルクが大きく磨耗も少ない。
例えば、ベアリング鋼をピンローラに用いることにより、変速ピンローラ群11および整動ピンローラ群18に高い強度を付与することができる。
【0053】
また、整動外歯歯車8における外歯8aの円弧直径Dは、整動ピンローラ群18のローラ直径dと偏心軸部3bの偏心量eの2倍を加えた大きさに設定されている(D=d+2e)。
このため、D=d+2eという寸法関係を設定するだけで、伝動リング部材5の偏心回転運動、すなわち整動外歯歯車8の複合運動から自転運動のみを取り出す整動部を構成することができ、整動板の穴部にピンを組み合わせた整動機構と比較して構造が簡素になり、全体の小型化に資する。
【0054】
〔実施例2の構成〕
図5は本発明の実施例2を示す。実施例2が実施例1と異なるところは、整動ピンローラ群18に、ピンローラ18aの直径dと等しい幅寸法Hで環状に形成された金属製のリテーナ19を設けたことである{
図5(a)参照}。
すなわち、整動ピンローラ群18の一端面には、
図5(b)に示すように、環状のリテーナ19が同芯となるようにあてがわれ、各ピンローラ18aの各中心部に溶接Gp(抵抗溶接、TIG溶接、プラズマ溶接あるいはレザー溶接)などの取付手段により固定されている。
実施例2では、リテーナ19により整動ピンローラ群18の円形配列状態を強固に維持することができる。
【0055】
また、変速ピンローラ群11の一端面にも、実施例2と同様のリテーナ(図示せず)をあてがって、各ピンローラ11aの各中心部に溶接Gpなどの取付手段により固定してもよい。ピンローラ18aの直径dとリテーナ19の幅寸法Hとは等しくなくてもよく、リテーナ19の幅寸法Hはピンローラ18aの直径dよりも小さく設定してもよい。
【0056】
〔実施例3の構成〕
図6は本発明の実施例3を示す。実施例3が実施例1と異なるところは、整動外歯歯車8に代わって、伝動リング部材5における外周縁部の他端部に整動リング20を設け、整動ピンローラ群18に代わって、回転リング13の径大リング部13aに整動外歯歯車21を設けたことである。
すなわち、整動リング20内には、ピンローラ22aから成る整動ピンローラ群22を設け、径大リング部13aの外周には、整動外歯歯車21の外歯21aを周方向に連続形成している。
【0057】
整動ピンローラ群22のうち複数のピンローラ22aと整動外歯歯車21の複数の外歯21aと常に係合するようにしている。
このように、整動リング20と整動外歯歯車21とを実施例1とは内外逆の位置に形成した実施例3でも、実施例1と同様な効果が得られる。
【0058】
〔実施例4の構成〕
図7は本発明の実施例4を示す。実施例4が実施例3と異なるところは、伝動リング部材5における外周縁部の一端部に代わって、外歯23aを有する変速外歯歯車23を整動リング20の外周縁部に形成し、固定リング10を変速外歯歯車23の外周囲でハウジング2の内周面2sに回転リング13と同芯となるように配置したことである。
【0059】
これにより、固定リング10、変速ピンローラ群11、変速外歯歯車23、整動リング20、整動ピンローラ群22および整動外歯歯車21が相互に同芯となって径方向に重なり合うため、これら6者が成す横幅寸法が小さくなって全体を軸方向に短縮化することができる。
【0060】
〔実施例5の構成〕
図8は本発明の実施例5を示す。実施例5が実施例1と異なるところは、ピンローラ11a、18aの各直径を、例えば1mm以下に設定することにより、ローラ式変速装置1を超小型に製作したことである。
すなわち、実施例1のハウジング2の代わりに、一体形の管状ハウジング24を設け、シャフト3の軸長である全長Wを15〜40mmとし、管状ハウジング24の外径Uが12〜25mmとなるように設定されている。これにより、超小型のローラ式変速装置25が実現し、産業用ロボットの関節などの狭小領域部に適用することができる。なお、
図8におけるローラ式変速装置25は、便宜上、実寸よりも拡張して示している。
【0061】
〔実施例6の構成〕
図9および
図10は本発明の実施例6を示す。実施例6が実施例1と異なるところは、外歯8a、整動外歯歯車8、整動ピンローラ群18および径大リング部13aを省略し、これらに代わって整動機構部26を設けたことである。
整動機構部26は、
図9に示すように、伝動リング部材5における外周縁部の他端部5Aと回転リング13の開口端面13Aとの間に設けられ、運転作動時に伝動リング部材5の偏心回転運動から自転運動のみを取り出して回転リング13に伝える。
【0062】
すなわち、整動機構部26において、伝動リング部材5の他端部5Aは、
図10に示すように、所定の円周Px上に沿って8個の円形穴27を形成し、回転リング13の開口端面13Aに、円形穴27に対応するピン28を垂直方向に立設している。円形穴の直径Exは、ピン28の直径Eyと偏心軸部3bの偏心量eの2倍を加えた大きさ(Ex=Ey+2e)に設定され、ピン28が円形穴27の内周縁に摺接するようにしている。
【0063】
伝動リング部材5の偏心回転運動に伴い、円形穴27の内周縁がピン28の外周縁を摺動するが、伝動リング部材5の公転運動が空動きとなるため、伝動リング部材5の自転運動のみが出力として回転リング13に伝わる。
実施例6では、実施例1と同様な効果が得られる他、整動機構部26を設けたので、運転作動時の伝動リング部材5から自転運動のみを取り出して回転リング13に出力として伝えることができる。
【0064】
整動機構部26においては、回転リング13にピン28を設け、伝動リング部材5に円形穴27を形成する簡素な構成となり、製作し易く組立性が向上してコスト的に有利である。
なお、実施例6では、伝動リング部材5に円形穴27を形成し、回転リング13にピン28を設けたが、逆に伝動リング部材5にピンを設け、回転リング13に円形穴を形成してもよい。円形穴27は8個に限らず、例えば4個〜32個の範囲内で種々に変更可能であるが、使用状況や取付対象などに応じて所望の個数に設定してもよい。ピン28には、円形穴27の内周縁に摺接する管状のブッシュ(図示せず)を被せてもよい。
【0065】
〔実施例7の構成〕
図11および
図12は本発明の実施例7を示す。実施例7が実施例6と異なるところは、整動機構部33をオルダム軸継手としたことである(
図11参照)。
すなわち、整動機構部33において、円形リング状の整動板34が伝動リング部材5における外周縁部の他端部5Aと回転リング13の開口端面13Aとの間に設けられている(
図12参照)。整動板34の一面部には、径方向に沿って一対の第1突条部34aが形成されており、他面部にも径方向に沿って一対の第2突条部34bが形成されている。
【0066】
伝動リング部材5の他端部5Aには、径方向に沿って一対の第1条溝部35が形成され、回転リング13の開口端面13Aには、径方向に沿って一対の第2条溝部36が形成されている。第1突条部34aは、第1条溝部35に摺動可能に嵌め込まれ、第2突条部34bは第2条溝部36に摺動可能に嵌め込まれている。
【0067】
第1突条部34aと第2突条部34bとは、所定の角度(例えば90度または35〜125度の範囲)で交差する関係にあり、伝動リング部材5の偏心回転運動に伴い、整動板34の第1突条部34aが第1条溝部35に沿って摺動するとともに、第2突条部34bが第2条溝部36に沿って摺動する。
これにより、伝動リング部材5の公転運動が空動きとなるため、伝動リング部材5の自転運動のみが回転リング13に出力として伝わる。
【0068】
実施例7では、整動機構部33にオルダム軸継手を適用したので、整動機構部33は入手し易い既存のものでよく、簡素な構成で小型化が図り易くなり、コスト的にも有利である。
なお、実施例7では、伝動リング部材5に第1条溝部35を形成し、回転リング13に第2条溝部36を形成し、整動板34に第1突条部34aおよび第2突条部34bを設けたが、逆に伝動リング部材5に第1突条部を設け、回転リング13に第2突条部を形成し、整動板34に第1条溝部および第2条溝部を形成してもよい。
【0069】
〔変形例〕
(a)実施例1における整動リング17と整動ピンローラ群18とは、一体成形による一体物であってもよい。固定リング10と変速ピンローラ群11とも一体成形による一体物であってもよい。この場合には、整動ピンローラ群18および変速ピンローラ群11による円弧状の歯面形成を迅速かつ容易に製作することができる。
【0070】
(b)整動リング17と整動ピンローラ群18とについては、両者を焼結合金により一体的に形成してもよい。固定リング10と変速ピンローラ群11とについても、両者は焼結合金による一体物であってもよい。この場合、上記の変形例(a)と同様な効果が得られる上に、一体成形の作業が迅速で容易になる。
(c)実施例6、7の整動機構部26、33は、実施例3〜5のローラ式変速装置1に適用してもよい。
(d)実施例7における第1突条部34aと第2突条部34bとが交差する角度は、35〜125度の範囲に限らず、使用状況や適用対象に応じて所望に設定してもよい。
【0071】
(e)整動リング17と整動ピンローラ群18、ならびに固定リング10と変速ピンローラ群11とはプラスチック材料により一体的に形成してもよい。これにより、上記の(a)と同様な効果が得られる上に、全体の軽量化を達成することができる。
プラスチック材料としては、ポリエチレン(PE)などの合成樹脂の他、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネイト(PC)、ポリブチレンテレフタレート(PBTF)、あるいはポリプロエチレン(PPE)などのエンジニアリングプラスチックを適用することができる。
【0072】
(f)変速外歯歯車7における外歯7aの外輪郭は、トロコイド曲線に沿って形成したが、トロコイド曲線に限らず、ペリトロコイド曲線、エピサイクロイド曲線あるいはハイポサイクロイド曲線などサイクロイド系曲線であればよい。
(g)変速ピンローラ群11および整動ピンローラ群18における円柱状のピンローラ11a、18aの代わりに、両端部から中央部に近づくにつれて次第に径小となる鼓状のピンローラを用いてもよい。