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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022190916
(43)【公開日】2022-12-27
(54)【発明の名称】動力伝達装置
(51)【国際特許分類】
   F16H 25/06 20060101AFI20221220BHJP
【FI】
F16H25/06 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021099448
(22)【出願日】2021-06-15
(71)【出願人】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】NTN株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107423
【弁理士】
【氏名又は名称】城村 邦彦
(74)【代理人】
【識別番号】100120949
【弁理士】
【氏名又は名称】熊野 剛
(72)【発明者】
【氏名】杉浦 早織
(72)【発明者】
【氏名】井木 泰介
【テーマコード(参考)】
3J062
【Fターム(参考)】
3J062AB32
3J062AC01
3J062BA16
3J062CC04
3J062CC34
(57)【要約】
【課題】転動体を介して軸方向に回転トルクを伝達する動力伝達装置において、軸受寿命の低下を抑制し、あるいは回転振動の発生を抑制する。
【解決手段】減速装置1は、軸方向両側の側面に第1の転動体係合溝13を有する入力部材10と、第2の転動体係合溝16を有する一対の固定部材5と、第1の転動体係合溝13と第2の転動体係合溝16に係合する複数のボール4と、複数のボール4を周方向に保持する複数のポケット17を有する一対の出力部材31,32とを備える。一対の出力部材31,32のうちの一方31に、他方の出力部材32に向けて延びる一方側トルク伝達部41を設ける。一対の第3部材のうちの他方32に、一方の第3部材31に向けて延びる他方側トルク伝達部42を設ける。さらに、一方側トルク伝達部41と他方側トルク伝達部42との間に、一対の第3部材1,32間の芯ずれを吸収する中間部材43を配置する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力回転部に入力された回転を、同軸に配された出力回転部に所定の変速比で伝達する動力伝達装置であって、
軸方向両側の側面に第1の転動体係合溝を有する第1部材と、前記第1部材の軸方向両側に設けられ、それぞれ第2の転動体係合溝を有する一対の第2部材と、前記第1部材と前記一対の第2部材との軸方向間にそれぞれ設けられ、軸方向に対向する前記第1の転動体係合溝と前記第2の転動体係合溝に係合する複数のボールと、前記第1部材と前記一対の第2部材との軸方向間にそれぞれ設けられ、前記複数のボールを周方向に保持する複数のポケットを有する一対の第3部材とを備え、
前記第1の転動体係合溝と前記第2の転動体係合溝のうちの一方が、前記入力回転部及び前記出力回転部の回転中心から偏心した曲率中心を有する円に沿って形成され、前記第1の転動体係合溝と前記第2の転動体係合溝のうちの他方が、前記回転中心上に曲率中心を有するピッチ円に対して交互に交差する波状曲線に沿って形成され、
前記第1部材、前記一対の第2部材、及び前記一対の第3部材のうちの何れかが前記入力回転部に設けられ、前記第1部材、前記一対の第2部材、及び前記一対の第3部材のうちの他の何れかが前記出力回転部に設けられ、
前記一対の第3部材のうちの一方に、他方の第3部材に向けて延びる一方側トルク伝達部を設け、前記一対の第3部材うちの他方に、前記一方の第3部材に向けて延びる他方側トルク伝達部を設け、前記一方側トルク伝達部と前記他方側トルク伝達部との間に、前記一対の第3部材間の芯ずれを吸収する中間部材を配置したことを特徴とする動力伝達装置。
【請求項2】
前記中間部材に、前記一方側トルク伝達部に対して、軸方向と直交する第1方向に沿って相対的に摺動可能な第1摺動面と、前記他方側トルク伝達部に対して、軸方向と直交しかつ前記第1方向と直交する第2方向に相対的に摺動可能な第2摺動面とを設けた請求項1に記載の動力伝達装置。
【請求項3】
前記中間部材と前記一方の出力部材の間に軸方向の隙間を設け、前記中間部材と前記他方の出力部材の間に軸方向の隙間を設けた請求項2に記載の動力伝達装置。
【請求項4】
前記中間部材が、前記一方側トルク伝達部と前記他方側トルク伝達部のそれぞれと連結され、厚さ方向を軸方向に向けて配置した、弾性材料からなるプレート部材で形成されている請求項1に記載の動力伝達機構。
【請求項5】
前記一方側トルク伝達部と前記他方側トルク伝達部とを円周方向で対向させ、前記一方側トルク伝達部と前記他方側トルク伝達部とが円周方向で対向する領域に、前記一方側トルク伝達部と前記他方側トルク伝達部のそれぞれと接触させて、弾性材料からなる前記中間部材を配置した請求項1に記載の動力伝達装置。
【請求項6】
前記一方側トルク伝達部の先端面と前記他方の第3部材との間に軸方向の隙間を設け、前記他方側トルク伝達部の先端面と前記一方の第3部材との間に軸方向の隙間を設けた請求項5に記載の動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、入力回転部に入力された回転を、同軸に配された出力回転部に所定の変速比で伝達する動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【0002】
動力伝達装置の一例として、転動体を介し、軸方向に所定の変速比で回転トルクを伝達する減速装置が特許文献1に記載されている。
【0003】
図19に示すように、この種の動力伝達装置201は、軸方向両側の側面に第1の転動体係合溝213を有する入力部材210と、入力部材210の軸方向両側に設けられ、第2の転動体係合溝216を有する一対の固定部材205と、入力部材210と一対の固定部材205との軸方向間にそれぞれ設けられ、第1の転動体係合溝213と第2の転動体係合溝216に係合する複数のボール204と、入力部材210と一対の固定部材205との軸方向間にそれぞれ設けられ、複数のボール204を周方向に保持する複数のポケット217が設けられた一対の出力部材231,232とを備える。一対の出力部材231,232は、連結部材233によって連結されている。入力部材210は軸受209を介して入力軸207に対して回転自在に支持される。出力部材231,232は入力軸207に対して軸受211を介して回転自在に支持されている。
【0004】
第1の転動体係合溝213は、回転中心Xから偏心量aで偏心した曲率中心O1を有する円に沿って形成される。第2の転動体係合溝216は、回転中心X上に曲率中心を有するピッチ円に対して交互に交差する波状曲線に沿って形成される。
【0005】
入力軸207を、回転中心Xを中心として回転させると、入力部材210が、回転中心Xを中心に振れ回り半径aで公転運動を行う。入力部材210が公転運動を行うと、円形の第1の転動体係合溝213に係合する各ボール204が、固定部材205に形成された波形の第2の転動体係合溝216に沿って移動する。このボール204が、出力部材231,232のポケット217と周方向に係合し、これにより生じる接触力が、出力部材231,232を入力軸207と同方向に回転させる力として作用する。この接触力によって、出力部材231,232が一定の減速比で減速されつつ回転中心Xを中心として回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2020-051572号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
このように従来の減速装置201では、一対の出力部材231,232が連結部材233により互いに連結された状態にある。かかる構成では、例えば製造精度の問題等から、一方の出力部材に芯ずれ(偏心、偏角)があると、この一方の出力部材が他方の出力部材と連結部材で連結されているため、一方の出力部材の芯ずれがそのまま他方の出力部材に伝播する。そのため、入力軸と出力部材の間の軸受211でミスアライメントを生じ、軸受寿命の低下や回転振動の発生を招くおそれがある。
【0008】
以上の事情から、本発明は、ボールを介して軸方向に回転トルクを伝達する動力伝達装置において、軸受寿命の低下を抑制し、あるいは回転振動の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係る動力伝達装置は、入力回転部に入力された回転を、同軸に配された出力回転部に所定の変速比で伝達する動力伝達装置であって、 軸方向両側の側面に第1の転動体係合溝を有する第1部材と、前記第1部材の軸方向両側に設けられ、それぞれ第2の転動体係合溝を有する一対の第2部材と、前記第1部材と前記一対の第2部材との軸方向間にそれぞれ設けられ、軸方向に対向する前記第1の転動体係合溝と前記第2の転動体係合溝に係合する複数のボールと、前記第1部材と前記一対の第2部材との軸方向間にそれぞれ設けられ、前記複数のボールを周方向に保持する複数のポケットを有する一対の第3部材とを備える。この動力伝達装置では、前記第1の転動体係合溝と前記第2の転動体係合溝のうちの一方が、前記入力回転部及び前記出力回転部の回転中心から偏心した曲率中心を有する円に沿って形成され、前記第1の転動体係合溝と前記第2の転動体係合溝のうちの他方が、前記回転中心上に曲率中心を有するピッチ円に対して交互に交差する波状曲線に沿って形成され、 前記第1部材、前記一対の第2部材、及び前記一対の第3部材のうちの何れかが前記入力回転部に設けられ、前記第1部材、前記一対の第2部材、及び前記一対の第3部材のうちの他の何れかが前記出力回転部に設けられる。
【0010】
本発明は、この動力伝達装置において、前記一対の第3部材のうちの一方に、他方の第3部材に向けて延びる一方側トルク伝達部を設け、前記一対の第3部材うちの他方に、前記一方の第3部材に向けて延びる他方側トルク伝達部を設け、前記一方側トルク伝達部と前記他方側トルク伝達部との間に、前記一対の第3部材間の芯ずれを吸収する中間部材を配置したことによって特徴づけられる。
【0011】
かかる構成から、一対の第3部材の間でのトルク伝達は、一方側トルク伝達部と他方側トルク伝達部の何れか一方から中間部材を経て他方にトルクを伝達することで行うことができる。この際、一方側トルク伝達部と他方側トルク伝達部との間に、一対の第3部材間の芯ずれを吸収する中間部材を配置することで、一方の第3部材に芯ずれがあっても、その芯ずれを中間部材で吸収することができ、他方の第3部材への芯ずれの伝播を回避することができる。従って、芯ずれを生じた状態でも、一対の第3部材を安定的に回転させることができる。
【0012】
この動力伝達装置では、前記中間部材に、前記一方側トルク伝達部に対して、軸方向と直交する第1方向に沿って相対的に摺動可能な第1摺動面と、前記他方側トルク伝達部に対して、軸方向と直交しかつ前記第1方向と直交する第2方向に相対的に摺動可能な第2摺動面とを設けることができる。
【0013】
かかる構成によれば、一方側トルク伝達部、他方側トルク伝達部、および中間部材でオルダム継手に相当する軸継手構造を得ることができる。この場合、トルクは、一方側トルク伝達部と他方側トルク伝達部のうちの何れか一方から、中間部材の第1摺動面および第2摺動面を介して他方に伝達される。中間部材の第1摺動面が一方側トルク伝達部に対して軸方向と直交する第1方向に相対的に摺動可能であり、中間部材の第2摺動面が他方側トルク伝達部に対して軸方向と直交しかつ第1方向と直交する方向に相対的に摺動可能であるため、トルク伝達中は、中間部材が一方側トルク伝達部および他方側トルク伝達部に対して半径方向に摺動することができる。そのため、一対の第3部材間の芯ずれ(特に偏心)を吸収することができる。
【0014】
この場合、前記中間部材と前記一方の出力部材の間に軸方向の隙間を設け、前記中間部材と前記他方の出力部材の間に軸方向の隙間を設けるのが好ましい。これにより、中間部材と一方の第3部材を干渉させることなく両部材間で角度変位をとることができる。中間部材と他方の第3部材の間でも同様に角度変位をとることができる。そのため、一方の第3部材で偏角を生じても、その偏角を中間部材で吸収することができ、他方の第3部材への偏角の伝播を回避することができる。従って、一対の第3部材を安定的に回転させることが可能となる。
【0015】
また、この動力伝達装置では、前記中間部材を、前記一方側トルク伝達部と前記他方側トルク伝達部のそれぞれと連結され、厚さ方向を軸方向に向けて配置した、弾性材料からなるプレート部材で形成してもよい。
【0016】
プレート部材は円周方向では高剛性を有する。従って、上記の構成であれば、プレート部材を介して一方側トルク伝達部と他方側トルク伝達部の間でトルクを伝達することができ、一対の第3部材間でのトルク伝達が可能となる。その一方で、プレート部材は、軸方向に作用する力に対しては撓む等して容易に弾性変形することができる。そのため、一対の第3部材のどちらか一方に偏心や偏角等の芯ずれが存在する場合でも、この芯ずれをプレート部材の弾性変形で吸収することができる。従って、芯ずれを生じた状況下でも、一対の第3部材を安定的に回転させることができる。
【0017】
また、この動力伝達装置では、前記一方側トルク伝達部と前記他方側トルク伝達部とを円周方向で対向させ、前記一方側トルク伝達部と前記他方側トルク伝達部とが円周方向で対向する領域に、前記一方側トルク伝達部と前記他方側トルク伝達部のそれぞれと接触させて、弾性材料からなる前記中間部材を配置してもよい。
【0018】
かかる構成であれば、中間部材を介して一方側トルク伝達部と他方側トルク伝達部の間でトルクを伝達することができ、一対の第3部材間のトルク伝達が可能となる。その一方で、中間部材が弾性変形可能であるため、一方の第3部材に偏心や偏角等の芯ずれが存在する場合でも、この芯ずれを中間部材の弾性変形で吸収することができる。従って、芯ずれを生じた状況下でも、一対の第3部材を安定的に回転させることができる。
【0019】
この場合、前記一方側トルク伝達部の先端面と前記他方の第3部材との間に軸方向の隙間を設け、前記他方側トルク伝達部の先端面と前記一方の第3部材との間に軸方向の隙間を設けるのが好ましい。
【0020】
かかる構成から、一方側トルク伝達部と軸方向他方側の第3部材とを干渉させることなく両者間で角度変位をとることができる。また、他方側トルク伝達部の先端面と軸方向一方側の第3部材の間に軸方向の隙間αを設けていることで、同様に両者間で角度変位をとることができる。そのため、一対の第3部材のどちらか一方で偏角が生じた際にも、この偏角を吸収し、一対の第3部材を安定して回転させることができる。
【発明の効果】
【0021】
以上のように、本発明によれば、一方の第3部材に芯ずれを生じた状態でも、一対の第3部材を安定的に回転させることができる。従って、入力側回転部と出力側回転部の間の軸受の寿命向上あるいは回転振動の発生抑制を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】本発明の第1実施形態に係る減速装置の断面図である。
図2】入力部材(第1部材)の正面図である。
図3】固定部材(第2部材)の正面図である。
図4】出力部材(第3部材)の正面図である。
図5図4のV部の拡大図である。
図6】入力部材、出力部材、固定部材、ボール、および中間部材を模式的に示す分解斜視図である。
図7】ボールに加わる接触力を示す正面図である。
図8図1の減速装置の拡大図である。
図9】第1実施形態に係る減速装置の側面図である。
図10図9のA-A線で矢視した断面図である。
図11図9の要部を拡大して示す側面図である。
図12】本発明の第2実施形態に係る減速装置の断面図である。
図13】第2実施形態における入力部材、出力部材、固定部材、ボール、および中間部材を模式的に示す分解斜視図である。
図14】第2実施形態に係る減速装置の側面図である。
図15】本発明の第3実施形態に係る減速装置の断面図である。
図16】第3実施形態における入力部材、出力部材、固定部材、ボール、および中間部材を模式的に示す分解斜視図である。
図17】本発明の第3実施形態に係る減速装置の断面図である。
図18図17の領域Aを拡大して示す側面図である。
図19】従来の減速装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0024】
本発明の第1実施形態に係る動力伝達装置としての減速装置1は、図1に示すように、入力回転部2と、出力回転部3と、転動体としてのボール4と、固定部材5と、これらを収容するハウジング6とを主に備える。図示例では、ハウジング6が、入力側となる軸方向一方側(図1では左側)に設けられた第1ハウジング部材6aと、出力側となる軸方向他方側(図1では右側)に設けられた第2ハウジング部材6bとで構成される。両ハウジング部材6a,6bは、ボルト23等の適宜の手段により固定される。入力回転部2と出力回転部3とは同軸に配置され、共通の回転中心Xを有する。固定部材5は、ハウジング6に固定されている。
【0025】
入力回転部2は、入力軸7、偏心カム部8、転がり軸受9および入力部材10を有する。入力軸7は、ハウジング6に対して回転中心X周りに回転自在とされる。本実施形態では、出力回転部3の内周面との間に装着された複数の転がり軸受11によって、入力軸7がハウジング6に対して回転自在に支持されている。図示例では、偏心カム部8の軸方向両側に、軸受11がそれぞれ2個ずつ設けられる。入力軸7の外周面と第1ハウジング部材6aの内周面との間には、ハウジング6内に充填されたグリース又は油の漏れだしを防止するためのシール部材21が設けられる。偏心カム部8は入力軸7の外周に設けられ、図示例では入力軸7と一体に設けられている。偏心カム部8の円筒形外周面8aの中心線O1は、回転中心Xに対して偏心量aだけ半径方向に偏心している。入力部材10は略円盤状を成し、入力部材10の中心線は、偏心カム部8の円筒形外周面8aの中心線O1と一致している。偏心カム部8の円筒形外周面8aと入力部材10の内周面との間には、転がり軸受9が装着される。これにより、入力部材10が偏心カム部8に対して相対回転自在とされる。
【0026】
固定部材5は、入力部材10の軸方向両側に設けられる。固定部材5は環状を成し、図示例では両固定部材5が同一材料で同一形状に形成される。各固定部材5は、適宜の手段によりハウジング6に固定される。図示例では、固定部材5のハウジング6に対する周方向移動を規制する規制部材24が設けられる。規制部材24は、各ハウジング部材6a,6bの内周面及び各固定部材5の外周面に設けられたキー溝に装着され、これらと周方向で係合することで、固定部材5のハウジング6に対する周方向移動を規制している。
【0027】
入力部材10と各固定部材5とは、所定の間隔で軸方向に並べて配置される。入力部材10の軸方向両側の側面には、それぞれ第1の転動体係合溝13が形成される。各固定部材5には、それぞれ第1の転動体係合溝13と軸方向で対向する第2の転動体係合溝16が形成される。すなわち、本実施形態では、第1の転動体係合溝13を有する第1部材が入力部材10として入力回転部2に設けられ、第2の転動体係合溝16を有する第2部材が固定部材5とされる。
【0028】
図2に示すように、入力部材10に形成された第1の転動体係合溝13の軌道中心線L1は、半径rの円形に形成される。第1の転動体係合溝13の軌道中心線L1の曲率中心は、偏心カム部8の円筒形外周面8aおよび入力部材10の中心線O1と一致する。すなわち、軌道中心線L1の曲率中心(すなわち中心線O1)は、入力回転部2の回転中心Xに対して偏心量aだけ偏心している。この第1の転動体係合溝13と係合することにより、各ボール4が、周方向(軌道中心線L1に沿う方向)に移動可能な状態で所定の半径方向位置に保持される。尚、第1の転動体係合溝13の軌道中心線L1とは、第1の転動体係合溝13に沿ってボール4を移動させたときのボール4の中心の軌跡を意味する。
【0029】
図3に示すように、固定部材5に形成された第2の転動体係合溝16の軌道中心線L2は、回転中心X上に曲率中心を有する基準ピッチ円Cに対して一定のピッチで交互に交差する波状曲線で形成される。すなわち、第2の転動体係合溝16は、回転中心Xとの距離
Rが基準ピッチ円半径PCRに対して増減変動する波状曲線で形成される。本実施形態では、軌道中心線L2の波状曲線に、回転中心Xとの距離Rが基準ピッチ円半径PCRより大きい山部が10個、回転中心Xとの距離Rが基準ピッチ円半径PCRより小さい谷部が10個設けられる。両固定部材5に形成される第2の転動体係合溝16は、同じ形状を有し、且つ同じ位相となるように配される。尚、第2の転動体係合溝16の軌道中心線とは、第2の転動体係合溝16に沿ってボール4を移動させたときのボール4の中心の軌跡を意味する。
【0030】
図1に示すように、出力回転部3は、入力部材10の軸方向一方側(図中左側)に設けられた第1出力部材31と、入力部材10の軸方向他方側(図中右側)に設けられた第2出力部材32と、第1出力部材31と第2出力部材32の間に介在する中間部材43とを有する。第1出力部材31は、円筒状の軸部31aと、軸部31aから外径側に延びる円盤部31bとを有する。第2出力部材32は、出力軸として機能する軸部32aと、軸部32aから外径側に延びる円盤部32bとを有する。第2出力部材32の軸部32aは、円筒部32a1と、円筒部32a1の開口部を閉塞する蓋部32a2とを有する。蓋部32a2には、減速された回転を伝達すべき他の部材を連結するための連結部が設けられる。図示例では、第1出力部材31の軸部31a及び円盤部31bが一体成形され、第2出力部材32の軸部32a及び円盤部32bが一体成形される。
【0031】
出力回転部3は、ハウジング6に対して回転中心X周りに回転自在とされる。本実施形態では、後で述べる中間部材43を介して両出力部材31,32が一体に回転可能とされる。具体的には、第1出力部材31の軸部31aの外周面と軸方向一方側の固定部材5の内周面との間に装着された転がり軸受14と、第2出力部材32の軸部32aの外周面と軸方向他方側の固定部材5の内周面との間に装着された転がり軸受15とで、出力回転部3がハウジング6に対して一体に回転自在に支持されている。第2出力部材32の軸部32aの外周面と第2ハウジング部材6bの内周面との間には、ハウジング6内に充填されたグリース又は油の漏れだしを防止するためのシール部材22が設けられる。
【0032】
第1出力部材31の円盤部31b及び第2出力部材32の円盤部32bには、それぞれボール4を保持する複数のポケット17が形成される。すなわち、本実施形態では、ポケット17を有する一対の第3部材が出力部材31,32として出力回転部3に設けられる。ポケット17は、図4に示すように、両出力部材31,32の回転中心X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。ポケット17は、同一円周上で周方向等間隔に形成される。本実施形態では、両出力部材31,32に設けられたポケット17が、軸方向と直交する面内で同じ位置に設けられ、各ポケット17にボール4が1個ずつ配置されている。各出力部材31,32に形成されるポケット17の個数(すなわち、各出力部材31,32と入力部材10との間に配されるボール4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個である。
【0033】
図5に示すように、ボール4は、各ポケット17内で、基準ピッチ円Cを中心として半径方向に所定量mの範囲で移動することができる。本実施形態では、各ポケット17の周壁に、周方向に対向する一対の平行な平坦面17aが設けられ、この平坦面17aの周方向間隔が、ボール4の外径と略同等(僅かに大径)とされる。これにより、各ボール4が、各ポケット17により、半径方向移動可能な状態で所定の周方向位置に保持される。
【0034】
図6に示すように、入力部材10と両出力部材31,32とは共通の回転中心Xを有し、この回転中心X上に両固定部材5の軸心が配置されている。入力部材10の中心軸O1(すなわち、第1の転動体係合溝13の軌道中心線L1の曲率中心)は、回転中心Xに対して偏心量aだけ偏心している。各出力部材31,32のポケット17内に配置されたボール4が、ポケット17から軸方向両側に突出した状態となり、この突出部分が入力部材10の第1の転動体係合溝13及び固定部材5の第2の転動体係合溝16に係合する(図1参照)。尚、図6では、概念的構成を示す図4と異なり、ポケット17を、各出力部材31,32の外周面に開口していない長穴としている。
【0035】
本実施形態の減速装置1では、第2の転動体係合溝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、次式により求められる減速比iは1/11となる。
減速比i=(ボール個数-山部の個数)/ボールの個数
なお、山部の個数はボールの個数±1とされ、減速比iがマイナスの値となる場合は、入力回転部2の回転方向に対して出力回転部3の回転方向が逆であることを意味する。
【0036】
第2の転動体係合溝16の軌道中心線L2の形状は、入力回転部2から出力回転部3に減速された回転運動が同期回転で伝達されるように設定される。具体的に、減速装置1の減速比をiとしたとき、入力軸7の回転角θにおいて、出力回転部3が回転角iθの状態で、第1の転動体係合溝13に係合したボール4が第2の転動体係合溝16に係合してトルクを伝達するように、第2の転動体係合溝16の形状が設定される。詳しくは、入力回転部2及び出力回転部3の回転中心Xと第2の転動体係合溝16の軌道中心線L2との距離Rが下記の式(1)を満たすように、第2の転動体係合溝16の形状が設定される。
R=a・cos(ψ/i)+√{r2-(a・sin(ψ/i))2}・・・(1)
但し、
R:回転中心Xと第2の転動体係合溝16の軌道中心線L2との距離
a:回転中心Xに対する第1の転動体係合溝13の軌道中心線L1の中心O1の偏心量
i:減速比
ψ:出力回転部3の回転角
r:第1の転動体係合溝13の軌道中心線L1の半径
【0037】
入力部材10、両出力部材31,32、及び両固定部材5のうち、少なくともボール4と接触する第1の転動体係合溝13の側壁、第2の転動体係合溝16の側壁、及びポケット17の周壁は、ボール4との表面硬度差による摩耗を低減するために、ボール4の表面と同程度の表面硬度を付与することが好ましい。例えば、第1の転動体係合溝13の側壁、第2の転動体係合溝16の側壁、及びポケット17の周壁の表面硬度を、HRC50~60の範囲内とすることが好ましい。具体的には、入力部材10、出力部材31,32、及び固定部材5を、S45CやS50Cなどの機械構造用炭素鋼や、SCM415やSCM420などの機械構造用合金鋼を用いて形成し、これに全体熱処理又は浸炭熱処理を行うことで、上記の表面硬度を得ることができる。あるいは、上記の各部材を、SUJ2などの軸受鋼を用いて形成し、これに全体熱処理又は高周波熱処理を行うことでも、上記の表面硬度を得ることができる。
【0038】
次に、本実施形態の減速装置1の動作を要約して説明する。図1に示す入力回転部2の入力軸7を回転させると、入力部材10が、回転中心Xを中心に振れ回り半径aで公転運動を行う。その際、入力部材10は、入力軸7に設けられた偏心カム部8に対して回転自在であるので、自転運動をほとんど行わない。これにより、第1の転動体係合溝13とボール4との間の相対的な摩擦量が低減され、回転トルクの伝達効率が高められる。
【0039】
入力部材10が公転運動を行うと、円形の第1の転動体係合溝13に係合する各ボール4が、固定部材5に形成された第2の転動体係合溝16に沿って移動する。詳しくは、入力部材10の中心線O1が図4に示す位置から矢印方向に公転すると、図7に示すように、入力部材10に形成された第1の転動体係合溝13がボール4に係合して、各ボール4
に略上向きの接触力F1が作用する。このボール4が、第2の転動体係合溝16と係合することで、第2の転動体係合溝16にボール4との接触力F2’が作用すると同時に、ボール4に、第2の転動体係合溝16との接触による接触力F2が作用する。この接触力F2の周方向成分F2aにより、ボール4が第2の転動体係合溝16に沿って周方向に移動する。このボール4が、出力回転部3のポケット17と周方向に係合し、これにより生じる接触力F3’が、出力回転部3を入力軸7と同方向に回転させる力として作用する(図4参照)。
【0040】
出力回転部3を回転させる力(すなわち、ボール4から各出力部材31,32のポケット17に作用する接触力F3’≒ボール4が第2の転動体係合溝16から受ける接触力F2の周方向成分F2a)は、ボール4と波形の第2の転動体係合溝16との接触状態によって変化するため、各々のボール4の位置によって大きさが異なる(図4参照)。ボール4は、入力回転部2及び出力回転部3の回転中心Xを中心として配置されているため、出力回転部3を回転させる力は、回転中心Xを中心に分布される。具体的に、波形の第2の転動体係合溝16のうち、山部の頂部と谷部の頂部との中央付近(回転中心Xを中心としたピッチ円に対する傾斜角度が大きい部位)に接触する図中上下両端のボール4は、出力回転部3を回転させる力が大きく、波形の第2の転動体係合溝16の山部の頂部又は谷部の頂部付近(回転中心Xを中心としたピッチ円に対する傾斜角度が小さい部位)に接触する図中左右両端のボール4は、出力回転部3を回転させる力が小さい。
【0041】
上記の減速装置1では、入力部材10を中心として、一対の固定部材5、一対の出力部材31,32、及び複数のボール4をそれぞれ軸方向対称に配置している。これにより、図8に示すように、入力部材10は、軸方向両側に設けられたボール4から接触力F1’を受け、この接触力F1’のアキシャル成分F1a’が相殺される。これにより、入力部材10を支持する軸受9や、入力軸7を支持する軸受11(図1参照)にアキシャル方向の負荷が伝達されないため、軸受9,11を小型化し、ひいては減速装置1を小型化することができる。また、軸受9,11に加わる荷重の方向が限定されることで、軸受内部におけるトルク損失が低減され、減速装置1のトルク伝達効率が高められる。
【0042】
また、上記の減速装置1では、ボール4と第2の転動体係合溝16との接触力F2’が、ハウジング6に固定された固定部材5で支持されるため、この接触力F2’を支持する大型の軸受が不要となる。また、ボール4が、半径方向に往復動しながらポケット17と回転方向で係合することで、ボール4から出力回転部3に回転方向の接触力F3’のみが加わる。このように、接触力F3’の方向が回転方向に限定されることで、出力回転部3を支持する軸受14,15を小型化して減速装置1の小型化が図られると共に、軸受内部におけるトルク損失が低減され、減速装置1のトルク伝達効率が高められる。
【0043】
上記のように、トルク伝達時には、各出力部材31,32の円盤部31b,32bのうち、ポケット17間に設けられた柱部に、ボール4との接触による周方向の接触力F3’が加わる。従って、円盤部31b,32bのポケット17間に設けられた柱部が、ボール4から受ける接触力F3’により損傷することが懸念される。特に、減速比を大きくするためにポケット17の数(すなわちボール4の数)を多くすると、ポケット17間の柱部の周方向幅が細くなるため、ボール4との接触力F3’により柱部が損傷する懸念が高まる。
【0044】
この点に関し、本実施形態では、図4に示すように、回転中心Xよりも上側のボール4だけでなく、回転中心Xよりも下側のボール4にもポケット17との接触力F3’が作用し、トルク伝達に寄与する。このため、例えば回転中心Xよりも上側のボール4だけでトルク伝達を行う場合と比べて、各ボール4から円盤部31b,32bに加わる接触力F3’が分散されるため、円盤部31b,32bの各柱部に加わる荷重が軽減される。特に、本実施形態では、入力部材10の両側に出力部材31,32を設けることで、ボール4と出力部材31,32との接触点が増えるため、各接触点における荷重をさらに軽減できる。さらに、本実施形態では、上述のように、円盤部31b,32bの材料選択や熱処理により、ポケット17の周壁の表面硬度をHRC50以上まで高めている。以上により、各出力部材31,32のポケット17間の柱部の耐久性が高められ、あるいは、柱部の耐久性を維持しながら負荷容量を高めることができる。
【0045】
こうして、入力回転部2の入力軸7に入力された回転が、ボール4を介して出力回転部3に伝達される。その際、入力回転部2及び出力回転部3の回転中心Xと第2の転動体係合溝16の軌道中心線L2との距離Rが上記の式(1)を満たすように、第2の転動体係合溝16の軌道中心線L2が設計されていることで、出力回転部3は入力軸7に対して減速された回転数で常に同期して回転する。
【0046】
次に、以上に述べた第1実施形態にかかる減速装置1の特徴的構成を説明する。
【0047】
この減速装置1では、図1図6図9図11に示すように、一対の出力部材31,32のうち一方の出力部材31に、他方の出力部材32に向けて軸方向に延びる一方側トルク伝達部41が設けられ、一対の出力部材31,32のうち他方32に、一方の出力部材31に向けて軸方向に延びる他方側トルク伝達部42が設けられている。
【0048】
一方側トルク伝達部41は、軸方向一方側の出力部材31の円盤部31bの外周縁部に設けられ、その外周面および内周面は円筒面状に形成されている。円盤部31bの直径上の二カ所(円周方向の180°対向位置)に一方側トルク伝達部41が設けられている。他方側トルク伝達部42は、軸方向他方側の出力部材32の円盤部32bの外周縁部に設けられ、その外周面および内周面は円筒面状に形成されている。他方側トルク伝達部42は、円盤部32bの直径上の二カ所であって、かつ一方側トルク伝達部41から円周方向に90°ずれた位置に設けられる。
【0049】
一方側トルク伝達部41は軸方向一方側の出力部材31と一体に形成され、他方側トルク伝達部42は軸方向他方側の出力部材32と一体に形成される。一方側トルク伝達部41を含む出力部材31および他方側トルク伝達部42を含む出力部材32は、何れも鋼等の剛体で形成される。ここでの「剛体」は、一方側トルク伝達部41と他方側トルク伝達部42の間でトルク伝達を行う際に、双方の出力部材31,32が変形(弾性変形および塑性変形)しない程度の剛性を有することを意味する。
【0050】
図10に示すように、一方側トルク伝達部41の円周方向両側の端面41aは、回転中心Xを含みかつ当該両端面41a間の中間点を通過する平面と平行となるように形成される。同様に、他方側トルク伝達部42の円周方向両側の端面42aは、回転中心Xを含みかつ当該両端面42a間の中間点を通過する平面と平行となるように形成されている。
【0051】
一方側トルク伝達部41と他方側トルク伝達部42との間には、出力部材31,32間の芯ずれを吸収する中間部材43が配置される。第1実施形態では、トルク伝達に際し、中間部材43を一対の出力部材31,32に対して半径方向に摺動させることで、出力部材31,32間の芯ずれを吸収するリンク機構を採用している。
【0052】
図6および図9に示すように、中間部材43の軸方向一方側の側面には、一方側トルク伝達部41と嵌合する二つの凹部43aが設けられる。また、中間部材43の軸方向他方側の側面には、他方側トルク伝達部42と嵌合する二つの凹部43bが設けられる。図10に示すように、凹部43aの円周方向両側の端面43a1は、回転中心Xを含みかつ当該両端面43a1間の中間点を通る平面と平行に形成される。同様に、凹部43bの円周方向両側の端面43b1は、回転中心Xを含みかつ当該両端面43b1間の中間点を通る平面と平行に形成される。なお、中間部材43は、鋼等の剛体で形成されている。
【0053】
図10に示すように、一方側トルク伝達部41と中間部材43との間に円周方向の隙間はなく、図11に示すように、他方側のトルク伝達部42と中間部材43との間に円周方向の隙間はない。すなわち、一方側トルク伝達部41の端面41aと中間部材43の凹部43aの端面43a1は常時面接触した状態にあり、他方側トルク伝達部42の端面42aと中間部材43の凹部43bの端面43b1は常時面接触した状態にある。その一方で、軸方向一方側の出力部材31と中間部材43の間、および軸方向他方側の出力部材32と中間部材43の間には、その円周方向全域で軸方向の隙間αが存在する。
【0054】
かかる構成から、出力部材31,32と中間部材43がオルダム継手として機能する。従って、図9および図10に示すように、軸方向一方側の出力部材31(回転中心X’)が軸方向他方側の出力部材32(回転中心X)に対して偏心量εで偏心した状態にあっても、出力部材31,32間のトルク伝達中は、中間部材43が出力部材31,32に対して半径方向に摺動して出力部材31,32間の偏心を吸収する。従って、一方の出力部材31の偏心が他方の出力部材32に伝播することはない。また、図10に示すように、偏心後も、トルク伝達部(図示例では一方側トルク伝達部41)の両端面41aが中間部材43との円周方向での係合状態を維持するため、トルク伝達性が損なわれることはない。そのため、偏心した状態下でも一対の出力部材31,32を安定的に回転させることができる。
【0055】
この場合、中間部材43の凹部43aの両端面43a1が、一方側トルク伝達部41の両端面41aと相対的に摺動する摺動面(第1摺動面)となり、中間部材43の凹部43bの両端面43b1が他方側トルク伝達部42の両端面42aと相対的に摺動する摺動面(第2摺動面)となる。第1摺動面43a1は、一方側トルク伝達部41に対して、軸方向と直交する第1方向に沿って相対的に摺動し、第二摺動面43b1は、他方側トルク伝達部42に対して、軸方向と直交しかつ第1方向と直交する第2方向に相対的に摺動する。
【0056】
また、中間部材43と一方の出力部材31との間、および、中間部材43と他方の出力部材32の間に、軸方向から見た全周にわたって、それぞれ軸方向の隙間αを設けているため、中間部材43と一方の出力部材31を干渉させることなく両部材間で角度変位をとることができる。中間部材43と他方の出力部材32の間でも、同様に角度変位をとることができる。そのため、どちらか一方の出力部材31,32で偏角が生じた際にも、この偏角を吸収して他方の出力部材への偏角の伝播を回避することができる。そのため、一対の出力部材31,32の間で偏角が生じた際にも、この偏角を吸収して一対の出力部材31,32を安定的に回転させることが可能となる。
【0057】
従って、ミスアライメントにより出力部材31,32間に芯ずれ(偏心および偏角の何れか一方、または双方)が存在する場合でも、出力部材31,32を安定的に回転させることができる。これにより、出力部材31,32と入力軸7の間に介在する軸受11の寿命を長期化し、あるいはミスアライメントに起因した回転振動を抑制することができる。
【0058】
次に、図12図14に基づいて第2実施形態を説明する。なお、以下の第2実施形態の説明において、第1実施形態と共通する部材、要素、機能については、重複説明を省略する。
【0059】
図12図14に示すように、第2実施形態の減速装置1では、一対の出力部材31,32のうち一方の出力部材31に、他方の出力部材32に向けて軸方向に延びる一方側トルク伝達部51を設け、一対の出力部材31,32のうち他方の出力部材32に、一方の出力部材31に向けて軸方向に延びる他方側トルク伝達部52を設けている。両トルク伝達部51,52として、例えば鋼等の剛体からなるピンを用いることができる。このピン51,52は、円周方向の複数個所で各出力部材31,32の円盤部31b、32bに圧入、溶接等の手段で固定される。
【0060】
軸方向一方側のピン51と軸方向他方側のピン52の間に、一対の出力部材31,32間の芯ずれを吸収する中間部材として、弾性材料からなるプレート部材53が配置される。本実施形態では、弾性材料からなるプレート部材の一例として、環状の板バネ53を使用している。板バネ53は、軸方向一方側のピン51と軸方向他方側のピン52のそれぞれと圧入、溶接等の手段で連結される。板バネ53は、その厚さ方向を軸方向に向けて配置される。
【0061】
板バネ53は円周方向では高い剛性を有する。従って、上記の構成であれば、板バネ53を介してピン51,52間でトルクを伝達することができ、出力部材31,32を一体に回転させることが可能となる。その一方で、板バネ53は、軸方向に作用する力に対しては撓む等して容易に弾性変形することができる。そのため、出力部材31,32の一方で偏心や偏角等の芯ずれが存在する場合でも、この芯ずれを板バネ53の弾性変形で吸収することができる。そのため、他方の出力部材31,32に芯ずれが伝播することはない。従って、出力部材31,32を安定的に回転させることができ、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0062】
次に、図15図18に基づいて第3実施形態を説明する。なお、以下の第3実施形態の説明において、第1実施形態と共通する部材、要素、機能については、重複説明を省略する。
【0063】
第3実施形態の減速装置1では、図15および図16に示すように、一対の出力部材31,32のうち一方の出力部材31に、他方の出力部材32に向けて軸方向に延びる一方側トルク伝達部61が設けられ、一対の出力部材31,32のうち他方32に、一方の出力部材31に向けて軸方向に延びる他方側トルク伝達部62が設けられている。
【0064】
一方側トルク伝達部61は、軸方向一方側の出力部材31の円盤部31bの外周縁部に設けられ、その外周面および内周面は円筒面状に形成されている。円盤部31bの円周方向に等配した複数個所(例えば4カ所)に一方側トルク伝達部61が設けられている。他方側トルク伝達部62は、軸方向他方側の出力部材32の円盤部32bの外周縁部に設けられ、その外周面および内周面は円筒面状に形成されている。他方側トルク伝達部62は、円盤部31bの円周方向に等配した複数個所(例えば4カ所)であって、かつ隣接する一方側トルク伝達部41の間に設けられる。
【0065】
一方側トルク伝達部61は軸方向一方側の出力部材31と一体に形成され、他方側トルク伝達部62は軸方向他方側の出力部材32と一体に形成される。一方側トルク伝達部61を含む出力部材31および他方側トルク伝達部62を含む出力部材32は、何れも鋼等の剛体で形成される。
【0066】
中間部材63は、円筒状をなす円筒部63aと、円筒部63aから外径方向に突出した形態を有する吸収部63bとを一体に有する。吸収部63bは円周方向に等配した複数個所に設けられる。中間部材63は、ゴムや樹脂等の弾性材料で形成されている。
【0067】
図17に示すように、円周方向で隣接する一方側トルク伝達部61の間に他方側のトルク伝達部62を配置し、一方側トルク伝達部61と他方側トルク伝達部62を円周方向で対向させる。この時、図18に示すように、一方側トルク伝達部61の先端面61bと軸方向他方側の出力部材32(円盤部32b)の間、および他方側トルク伝達部62の先端面62bと軸方向一方側の出力部材31(円盤部31b)の間には、それぞれ軸方向の隙間αが設けられる。一方側トルク伝達部61と他方側トルク伝達部62とが円周方向で対向する領域に中間部材63の吸収部63bが配置される。この状態で、吸収部63bが一方側トルク伝達部61と他方側トルク伝達部62によって円周方向で圧縮されるように吸収部63bの円周方向寸法を設定する。これにより、吸収部63bの円周方向の両端面63b1は一方側トルク伝達部61の円周方向の端面61aおよび他方側トルク伝達部62の円周方向の端面62aと常時接触するようになる。円筒部63aは一方側トルク伝達部61および他方側トルク伝達部62の内径側に配置される。
【0068】
上記の構成であれば、中間部材63を介して一方側トルク伝達部61と他方側トルク伝達部62の間でトルクを伝達することができ、出力部材31,32を一体的に回転させることが可能となる。その一方で、中間部材63、特に吸収部63bが弾性変形可能であるため、出力部材31,32の一方で偏心や偏角等の芯ずれが存在する場合でも、この芯ずれを中間部材63の弾性変形で吸収することができる。従って、他方の出力部材に芯ずれが伝播することはない。また、一方側トルク伝達部61の先端面61bと軸方向他方側の出力部材32(円盤部32b)の間に軸方向の隙間αを設けているため、一方側トルク伝達部61と他方側の出力部材32同士を干渉させることなく両者間で角度変位をとることができる。また、他方側トルク伝達部62の先端面62bと軸方向一方側の出力部材31(円盤部31b)の間に軸方向の隙間αを設けていることで、同様の効果が得られる。そのため、一対の出力部材31,32の間で偏角が生じた際にも、この偏角を吸収して出力部材31,32を安定的に回転させることができる。
【0069】
従って、出力部材31,32の間に芯ずれが生じている場合でも、出力部材31,32を安定的に回転させることができ、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、偏角の吸収効果をより一層高めるため、図18に示すように、吸収部63bの軸方向の両端面63b2と、これらに対向する出力部材31,32(円盤部31b,32b)との間に軸方向の隙間αを介在させるのが好ましい。
【0070】
本発明の実施形態は上記に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については説明を省略する。
【0071】
上記の実施形態では、円形の第1の転動体係合溝13が全周で連続している場合を示したが、これに限らず、第1の転動体係合溝13を、例えば、円形の軌道中心線L1に沿って形成された複数(例えば転動体と同数)の円弧状の溝で構成してもよい。
【0072】
また、上記の実施形態では、入力部材10を入力軸7に対して回転自在としたが、入力部材10と入力軸7とを一体に回転する構成としてもよい。また、上記の実施形態では、入力軸7と偏心カム部8とを一体形成した構成を例示したが、これに限らず、入力軸7と偏心カム部8とを別体に形成し、入力軸7の外周面に偏心カム部8を固定してもよい。
【0073】
また、上記の実施形態では、第1出力部材31の軸部31a、円盤部31b、一方側トルク伝達部41,61や、第2出力部材32の軸部32a、円盤部32b、および他方側トルク伝達部42,62をそれぞれ一体形成しているが、これらの部材を別体に形成してもよい。また、第1出力部材31と第2出力部材32とを同一材料で同一形状に形成すれば、これらの製作コストを低減できる。
【0074】
また、上記実施形態では、減速比iの大きさが1/11の減速装置1に本発明を適用した場合を例示したが、これに限らず、本発明は、例えば1/5~1/50の範囲内の任意の大きさの減速比を有する減速装置に好適に適用することができる。この場合は、減速比iに応じて、転動体係合溝の軌道中心線の波状曲線の山部/谷部の数や、固定部材のポケットおよびローラの数を適宜設定すればよい。
【0075】
また、上記の実施形態では、第1の転動体係合溝13を有する第1部材を入力部材10、第2の転動体係合溝16を有する第2部材を固定部材5、ポケット17を有する第3部材を出力部材31,32とした場合を示したが、これに限らず、使用者の要求仕様や使用環境等によって、第1部材、第2部材、及び第3部材を、入力回転部、固定部材、及び出力回転部のそれぞれに適宜割り当てることで、動力伝達形態を任意に変更することができる。
【符号の説明】
【0076】
1 減速装置(動力伝達装置)
2 入力回転部
3 出力回転部
4 ボール
5 固定部材(第2部材)
6 ハウジング
7 入力軸
8 偏心カム部
10 入力部材(第1部材)
13 第1の転動体係合溝
16 第2の転動体係合溝
17 ポケット
31,32 出力部材(第3部材)
33 連結部材
41 一方側トルク伝達部
42 他方側トルク伝達部
43 中間部材
43a1 端面(第1摺動面)
43b1 端面(第2摺動面)
51 ピン(一方側トルク伝達部)
52 ピン(他方側トルク伝達部)
53 プレート部材(中間部材)
61 一方側トルク伝達部
61b 一方側トルク伝達部の先端面
62 他方側トルク伝達部
62b 他方側トルク伝達部の先端面
63 中間部材
F1,F1’ ボールと第1の転動体係合溝との接触力
F2,F2’ ボールと第2の転動体係合溝との接触力
F3,F3’ ボールとポケットとの接触力
L1 第1の転動体係合溝の軌道中心線
L2 第2の転動体係合溝の軌道中心線
O1 第1の転動体係合溝の軌道中心線の曲率中心(入力部材の中心線)
X 入力回転部及び出力回転部の回転中心
α 軸方向の隙間
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19