転動ボール式差動変速装置
【課題】リテーナが不要となり、動板の偏心回転に対する抵抗負荷をなくしてエピ条溝部およびハイポ条溝部に対する転動ボールの円滑回転が可能となり、かつ転動ボールの組付け作業が迅速になる転動ボール式差動変速装置を提供する。
【解決手段】隣接する転動ボール４ａ同士が互いに外接する状態にして連続配置しているので、リテーナを用いることなく一定数の転動ボール４ａをエピ条溝部１５あるいはハイポ条溝部１６に配列することにより、エピ条溝部１５あるいはハイポ条溝部１６に対する転動ボール４ａの位置決めが自動的に行われる。転動ボール４ａの自動位置決めに伴い、転動ボール４ａの迅速な組付けにより生産性の向上に寄与する。転動ボール４ａを外接状態で連続配置することにより、エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に対する転動ボール４ａの滑らかで安定した転動を可能とする。
【解決手段】隣接する転動ボール４ａ同士が互いに外接する状態にして連続配置しているので、リテーナを用いることなく一定数の転動ボール４ａをエピ条溝部１５あるいはハイポ条溝部１６に配列することにより、エピ条溝部１５あるいはハイポ条溝部１６に対する転動ボール４ａの位置決めが自動的に行われる。転動ボール４ａの自動位置決めに伴い、転動ボール４ａの迅速な組付けにより生産性の向上に寄与する。転動ボール４ａを外接状態で連続配置することにより、エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に対する転動ボール４ａの滑らかで安定した転動を可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転動ボールをエピ条溝部とハイポ条溝部に沿わせた状態で、動板と固定板とを向かい合わせて配置し、固定板に対する動板の転頭運動により伝達トルクを出力する転動ボール式差動変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転動ボール式差動変速装置では、自動車部品などの生産工程でロボットなどの関節部の回動変位の伝達に用いられ、組付け部品を次工程に搬送する搬送装置に組み込まれている。この種の差動変速装置のなかでも、エピサイクロイド曲線に沿って案内溝を形成した第一の動板とハイポサイクロイド曲線に沿って案内溝を形成した第二の動板とを転動ボールを介して重ね合わせ、第一の動板に対する第二の動板の回転駆動によりトルクを出力として伝達する転動ボール式差動減速機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このものでは、転動ボールを介して第一の動板と第二の動板とを重ね合わせるだけで済むため、全体の厚みが小さくてコンパクトになりながらも、バックラッシュがなくて伝達効率が高く、低騒音で大きなトルク伝達容量を確保できるようになっている。
【特許文献１】特開平５−２３１４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の転動ボール式差動減速機構では、図７に示すように、転動ボール５０を案内溝５１、５２の節部５１ａ、５２ａに対応させるように配置している。このため、第一の動板５３および第二の動板５４と略同径で、周方向に複数の滑穴５５ａを等角度間隔に形成した環状のリテーナ５５を設けている。リテーナ５５の滑穴５５ａは、転動ボール５０の直径幅よりも僅かに大きな直径寸法を有しているので、転動ボール５０を滑穴５５ａに位置決めしながら、第二の動板５４を第一の動板５３に向かい合わせ状態に配置している。
【０００４】
しかしながら、転動ボール５０をリテーナ５５の滑穴５５ａにセットして、案内溝５１、５２に沿わせる組付け作業は手間がかかり勝ちである。第一の動板５３に対して第二の動板５４が転頭（偏心回転）する際、転動ボール５０が案内溝５１、５２に沿って転動するにつれて、リテーナ５５も回転するので、リテーナ５５自体が第二の動板５４の偏心回転（転頭運動）に対する抵抗負荷となる不都合がある。
【０００５】
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、その目的は転動ボールのリテーナを要らなくして、動板の偏心回転に対する抵抗負荷をなくするとともに、エピ条溝部およびハイポ条溝部に対する転動ボールの円滑回転が可能となり、かつ転動ボールの組付け作業が迅速になり、生産性の向上に寄与する転動ボール式差動変速装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（請求項１について）
動板は、表面部に多数の波数を有するエピサイクロイド曲線に沿って周方向に形成されたエピ条溝部を設けている。固定板は、表面部にエピサイクロイド曲線の波数とは異なる波数を有するハイポサイクロイド曲線に沿って周方向に形成されたハイポ条溝部を設けている。互いに並列状態でエピ条溝部とハイポ条溝部とを対向させた動板と固定板との間に多数の転動ボールを設け、エピ条溝部とハイポ条溝部とにわたって配列している。
偏心軸は、動板の中央部に連結され、回転入力を受けた際、転動ボールがエピ条溝部とハイポ条溝部とに沿って転動することにより、固定板に対して動板が自転変位と公転変位とを合成した複合運動を行う。整動手段により、動板の複合運動から自転変位のみを出力させるようにしている。
エピ条溝部の波幅ピッチおよびハイポ条溝部の波幅ピッチを転動ボールの直径よりも僅かに大きく設定し、転動ボールを互いに外接させた状態でエピ条溝部およびハイポ条溝部に沿って連続配置している。
【０００７】
請求項１では、隣接する転動ボール同士が互いに外接する状態にして連続配置しているので、リテーナを用いることなく一定数の転動ボールをエピ条溝部あるいはハイポ条溝部に配列することにより、エピ条溝部あるいはハイポ条溝部に対する転動ボールの位置決めが自動的に行われる。
転動ボールの自動位置決めに伴い、転動ボールの組付け作業が迅速になり、生産性の向上に寄与させることができる。
転動ボールを外接状態で連続配置することにより、転動ボールを介して固定板と動板とが一体化して全体の剛性が高まるとともに、エピ条溝部およびハイポ条溝部に対する転動ボールの滑らかで安定した円滑転動が可能となる。
リテーナが要らなくなって、動板の偏心回転に対する抵抗負荷がなくなるため、この観点からも転動ボールの円滑転動に寄与することができる。
【０００８】
（請求項２について）
転動ボールに対するエピ条溝部の噛合により接して圧力角を成す接線の法線が一点で交わるエピ集合力点を設定する。転動ボールに対するハイポ条溝部の噛合により接して圧力角を成す接線の法線が一点で交わるハイポ集合力点を設定する。固定板の偏心位置からエピ集合力点に到る力点距離と動板の偏心位置からハイポ集合力点に到る力点距離とを等しく設定している。
【０００９】
研究、実験および試作を繰り返した後に判明したことであるが、転動ボールを介して動板と固定板との間で円滑な回転により高精度の回転伝達を行うには、動板における力点距離と固定板における力点距離とを等しくする必要があった。
エピ集合力点およびハイポ集合力点は、エピ条溝部およびハイポ条溝部とに対する噛合位置に変換可能なものと想定すれば、仮想噛み合いピッチ円上の集合点と言うこともできる。
【００１０】
（請求項３について）
互いに隣接する転動ボール同士には、互いに近接する方向に圧接力が付与されている。これにより、転動ボール同士が接する外接部を連結して成す赤道軸回りで、転動ボールの転動割合が大きくなるように設定している。
この場合、隣接する転動ボールの外接部における摩耗を極力抑制することが可能となるので、隣接する転動ボール同士は隙間を生じなくなり、堅固な外接状態を保持し、エピ条溝部およびハイポ条溝部に対する転動ボールの良好な位置決め状態を長期にわたって維持することができる。
【００１１】
（請求項４について）
転動ボールは一定の極性で着磁されており、互いに隣接する転動ボール同士には、互いに近接する方向に磁気吸引力を働かせている。これにより、転動ボール同士が接する外接部を連結して成す赤道軸の回りで、転動ボールの転動割合が大きくなるように設定している。
【００１２】
この場合も、隣接する転動ボールの外接部における摩耗を極力抑制することが可能となるので、請求項３と同様な効果が得られる。転動ボール同士は磁気吸引力により、互いに密着し合ってエピ条溝部およびハイポ条溝部に沿って並ぶようになるので、この点からも転動ボールの組付け作業性の向上に寄与する。
転動ボールを着磁させた状態で、請求項３のように、転動ボール同士が近接する方向に圧接力を加えてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の転動ボール式差動変速装置では、転動ボールを保持するリテーナが不要になるため、動板が偏心回転する際の抵抗負荷をなくす。エピ条溝部およびハイポ条溝部に対する転動ボールの円滑回転が可能となり、かつ転動ボールの組付け作業が迅速になり、生産性の向上に寄与させる。
【実施例１】
【００１４】
図１ないし図４を参照しながら本発明の実施例１を説明する。
図１に示す転動ボール式差動変速装置Ａにおいて、偏平で矩形のケーシング１の左側壁および右側壁には挿通口２、３を対向状態に形成している。ケーシング１の右側壁内面には、挿通口２と連通する配置孔５を有する円盤状の固定板４が取り付けられている。動板６は、中央部に透孔７を形成し、ケーシング１内で固定板４と近接対向状態に並置されている。
【００１５】
偏心軸８はケーシング１内に設けられており、その一端部は固定板４の配置孔５を挿通する偏心部８ａとして軸受９を介して動板６の透孔７内に支持されている。偏心軸８の他端は、軸受１０を介して挿通口３に支持され、挿通口３から外部に突出する入力部１１を備えている。偏心軸８の偏心量ｅを後述するサイクロイド系曲線のエピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６がそれぞれ形成する波高長ｈ１、ｈ２に相当する寸法に設定している（図２参照）。
【００１６】
円盤状をなす整動板１２は、ケーシング１内で動板６と対向状態に配置され、中央部に軸受１３を介して挿通口２に支持された出力軸１４を取り付けている。
固定板４の表面には、図２および図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、エピサイクロイド曲線に沿って２０個の波数Ｚ１で基礎円Ｂｐ上に連続刻設したエピ条溝部１５を設けている。
【００１７】
動板６の表面には、ハイポサイクロイド曲線に沿って２２個の波数Ｚ２で基礎円Ｂｐ上に連続刻設したハイポ条溝部１６をエピ条溝部１５に対応させて設けている。
固定板４と動板６との間には、多数の転動ボール４ａがスチールボールとして周方向に設けられている。転動ボール４ａは、エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に沿って転動可能に設けられ、固定板４に対する動板６の偏心回転運動を可能にしている。
【００１８】
エピ条溝部１５の波幅ピッチＷ１およびハイポ条溝部１６の波幅ピッチＷ２は、転動ボール４ａの直径Ｄよりも僅かに大きく設定されている。隣接する転動ボール４ａを互いに外接させた数珠つなぎ状態で、エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に沿って連続配置している。
動板６の外表面で、ハイポ条溝部１６の反対側には、断面半円状の径小な環状溝１８が等角度間隔で複数設けられている（図１参照）。動板６の偏心回転運動を許容するため、環状溝１８の直径と後述する回転ボール２０の直径との寸法差が偏心量Ｅ（＝ｅ）として、エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６の波高長ｈ１、ｈ２に等しくなるように設定されている。
【００１９】
固定板４のエピ条溝部１５、転動ボール４ａおよび動板６のハイポ条溝部１６においては、図３（ａ）に示すように、転動ボール４ａに対するエピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に転動ボール４ａが噛合して成す圧力角（ω１）を有する。
研究、実験および試作を繰り返すことにより、圧力角（ω１）における接線Ｔ１の法線Ｔｎが動板６ではハイポ集合力点Ｐｘ１として、固定板４ではエピ集合力点Ｐｘ２として一点で交わることが判明した。
【００２０】
図３（ｂ）、（ｃ）において、動板６の中心６Ａに対して偏心量ｅの存する位置を偏心位置Ｅｐ１とし、固定板４の中心４Ａに対して偏心量ｅの存する位置を偏心位置Ｅｐ２とする。動板６の偏心位置Ｅｐ１からハイポ集合力点Ｐｘ１に到る力点距離Ｅｆ１と固定板４の偏心位置Ｅｐ２からエピ集合力点Ｐｘ２に到る力点距離Ｅｆ２とを等しく設定している。
【００２１】
研究、実験および試作を繰り返した後に判明したことであるが、転動ボール４ａを介して動板６と固定板４との間で円滑な回転により高精度の回転伝達を行うには、動板６における力点距離Ｅｆ１と固定板４における力点距離Ｅｆ２とを等しくする必要があったからである。エピ集合力点Ｐｘ２およびハイポ集合力点Ｐｘ１は、エピ条溝部１５とハイポ条溝部１６とに対する噛合位置に変換可能なものと想定すれば、仮想噛み合いピッチ円上の集合点と言うこともできる。
【００２２】
図１および図２において、整動板１２の環状溝１８に対向する表面には、環状溝１８と外径が同一で同数の環状溝１９が周方向に形成されている。動板６と整動板１２との間には、環状溝１８および環状溝１９に嵌め込まれた回動ボール２０が配置されて整動機構３０を構成している。
整動機構３０はオルダム継手であってもよく、要は動板６の複合運動から整動板１２に自転変位のみを伝達できるものであればよい。
【００２３】
上記構成において、搬送用ロボットに適用した場合、偏心軸８の入力部１１には電動機（図示せず）が連結され、出力軸１４には関節用のアーム（図示せず）が取り付けられている。電動機への通電により、偏心軸８が回転駆動されて偏心部８ａにより動板６に偏心回転力が伝達される（図１および図２参照）。
偏心回転力を受けた動板６は、転動ボール４ａをハイポ条溝部１６および固定板４のエピ条溝部１５に沿って転動させて、図４に示すように、動板６が固定板４に対して公転変位と自転変位からなる複合運動（転頭運動）を行う。
【００２４】
動板６の複合運動に伴い、整動機構３０の回動ボール２０が環状溝１８および整動板１２の環状溝１９の各外周壁部を接触状態で転動する。これにより、動板６の複合運動から公転変位が吸収され、整動板１２に自転変位のみを伝達して出力軸１４を減速状態に回転させて関節用のアームを所定の工程に移動させる。
【００２５】
この場合、偏心軸８の一回転量は、転動ボール４ａがハイポ条溝部１６を波数１個分の長さ寸法だけ転動する距離、あるいは転動ボール４ａがエピ条溝部１５を波数１個分の長さ寸法だけ転動する距離に相当する。一般に、エピ条溝部１５の波数をＺ１とし、ハイポ条溝部１６の波数をＺ２とすると、減速比Ｒは［（Ｚ２−Ｚ１）／｛（Ｚ２−Ｚ１）＋Ｚ１｝］＝｛１−（Ｚ１／Ｚ２）｝の演算式により算出される。実施例１では、波数Ｚ１を２０、波数Ｚ２を２２としているので、減速比Ｒは｛１−（２０／２２）｝＝１／１１となる。
【００２６】
本発明では、隣接する転動ボール４ａ同士が互いに外接する状態にして連続配置しているので、リテーナを用いることなく一定数の転動ボール４ａをエピ条溝部１５あるいはハイポ条溝部１６に配列することにより、エピ条溝部１５あるいはハイポ条溝部１６に対する転動ボール４ａの位置決めが自動的に行われる。
転動ボール４ａの自動位置決めに伴い、転動ボール４ａの組付け作業が迅速になり、生産性の向上に寄与させることができる。
【００２７】
転動ボール４ａを外接状態で連続配置することにより、転動ボール４ａを介して固定板４と動板６とが一体化して全体の剛性が高まるとともに、エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に対する転動ボール４ａの滑らかで安定した円滑転動が可能となる。
リテーナが要らなくなって、動板６の偏心回転に対する抵抗負荷がなくなるため、この観点からも転動ボール４ａの円滑転動に寄与することができる。
【実施例２】
【００２８】
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、互いに隣接する転動ボール同士が近接する方向に圧接力を加えたことである。
転動ボール同士に加えた圧接力により、転動ボール４ａ同士が接する外接部Ｅｐを連結して成す赤道軸Ｔｐ回りで、転動ボール４ａの転動割合が大きくなるように設定している｛図５（ａ）参照｝。
【００２９】
隣接する転動ボール４ａ同士間に働く圧接力Ｐにより、外接部Ｅｐでの当接力が大きくなるため、転動ボール４ａの極軸Ｎｐ回りや、動径軸Ｒｐ回りの回転が抑制されるようになる。
これにより、隣接する転動ボール４ａの外接部Ｅｐにおける摩耗を極力抑制することが可能となり、隣接する転動ボール４ａ同士は隙間を生じなくなり、堅固な外接状態が保持されて、エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に対する転動ボール４ａの良好な位置決め状態を長期にわたって維持することができる。
ちなみに、図５（ｂ）は、転動ボール４ａ同士間に働く圧接力Ｐと転動ボール４ａの赤道軸Ｔｐ回りの転動割合Ｒｃとの関係を示したもので、圧接力Ｐが大きくなるにつれて転動割合Ｒｃが漸増してピークに達した後に漸減することが分かる。
【実施例３】
【００３０】
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、互いに隣接する転動ボール４ａ同士が吸引される方向に着磁したことである。
互いに隣接する転動ボール４ａ同士には、互いに近接する方向に磁気吸引力Ｆを働かせている。これにより、転動ボール４ａ同士が赤道軸Ｔｐ回りで、転動ボール４ａの転動割合が大きくなるように設定している｛図６（ａ）参照｝。
【００３１】
この場合も、隣接する転動ボール４ａの外接部Ｅｐにおける摩耗を極力抑制することが可能となるので、実施例２と同様な効果が得られる。転動ボール４ａ同士は磁気吸引力により、互いに密着し合ってエピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に沿って並ぶようになるので、この点からも転動ボール４ａの組付けが迅速になり作業性の向上に寄与する。
転動ボール４ａを着磁させた状態で、実施例２のように、転動ボール４ａ同士が近接する方向に圧接力Ｐを加えてもよい。
ちなみに、図６（ｂ）は、着磁した転動ボール４ａ同士間に働く磁気吸引力Ｆによる圧接力Ｐと転動ボール４ａの赤道軸Ｔｐ回りの転動割合Ｒｃとの関係を示したもので、磁気吸引力Ｆによる圧接力Ｐが大きくなるにつれて転動割合Ｒｃが漸増してピークに達した後に漸減することが分かる。
【００３２】
〔変形例〕
エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６の内面は、傾斜面状やゴシック壁状または断面略Ｖ字壁状であってもよい。
【００３３】
エピ条溝部１５の波数Ｚ１やハイポ条溝部１６の波数Ｚ２は、２０個や２２個に限らず、使用状況や必要な変速域に応じて所望に設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の転動ボール式差動変速装置では、転動ボールを位置保持するリテーナが不要になるため、動板の偏心回転の抵抗負荷をなくするとともに、エピ条溝部およびハイポ条溝部に対する転動ボールの円滑回転が可能となり、かつ転動ボールの組付け作業が迅速になり、生産性の向上に寄与する。このため、減速機としての高い性能や効率化を求める需要者の増加に伴い、関連部品の流通を介して機械産業一般へ適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】転動ボール式差動変速装置の縦断面図である（実施例１）。
【図２】転動ボール式差動変速装置の主要部を示す分解斜視図である（実施例１）。
【図３】（ａ）は圧力角における接線の法線を示す模式図、動板の平面図、（ｂ）は動板に対する転動ボールの配置関係を示す平面図、（ｃ）は固定板の平面図である（実施例１）。
【図４】固定板および動板が重なり合って回転する態様を示す平面図である（実施例１）。
【図５】（ａ）は転動ボール同士が赤道軸回りで転動する態様を示す拡大正面図、（ｂ）は転動ボール同士間に働く圧接力と転動ボールの赤道軸回りの転動割合との関係を示すグラフである（実施例２）。
【図６】（ａ）は転動ボール同士が赤道軸回りで転動する態様を示す拡大正面図、（ｂ）は着磁した転動ボール同士間に働く磁気吸引力による圧接力と転動ボールの赤道軸回りの転動割合との関係を示すグラフである（実施例３）。
【図７】従来の固定板、動板、リテーナおよび転動ボールの配置関係を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
４ 固定板
４Ａ 固定板の中心
４ａ 転動ボール
６ 動板
６Ａ 動板の中心
８ 偏心軸
１２ 整動板（整動手段）
１４ 出力軸
１５ エピ条溝部
１６ ハイポ条溝部
１８、１９ 環状溝（整動手段）
２０ 回動ボール（整動手段）
３０ 整動機構
Ｅ、ｅ 偏心量
Ｗ１、Ｗ２ 波幅ピッチ
Ｆ 磁気吸引力
Ｂｐ 基礎円
Ｔｐ 赤道軸
Ｒｐ 動径軸
Ｎｐ 極軸
Ｒｃ 転動割合
Ａ 転動ボール式差動変速装置
Ｅｐ１ 動板の偏心位置
Ｅｐ２ 固定板の偏心位置
Ｐｘ１ ハイポ集合力点
Ｐｘ２ エピ集合力点
Ｅｆ１ 動板の力点距離
Ｅｆ２ 固定板の力点距離
Ｔｎ 法線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転動ボールをエピ条溝部とハイポ条溝部に沿わせた状態で、動板と固定板とを向かい合わせて配置し、固定板に対する動板の転頭運動により伝達トルクを出力する転動ボール式差動変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転動ボール式差動変速装置では、自動車部品などの生産工程でロボットなどの関節部の回動変位の伝達に用いられ、組付け部品を次工程に搬送する搬送装置に組み込まれている。この種の差動変速装置のなかでも、エピサイクロイド曲線に沿って案内溝を形成した第一の動板とハイポサイクロイド曲線に沿って案内溝を形成した第二の動板とを転動ボールを介して重ね合わせ、第一の動板に対する第二の動板の回転駆動によりトルクを出力として伝達する転動ボール式差動減速機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このものでは、転動ボールを介して第一の動板と第二の動板とを重ね合わせるだけで済むため、全体の厚みが小さくてコンパクトになりながらも、バックラッシュがなくて伝達効率が高く、低騒音で大きなトルク伝達容量を確保できるようになっている。
【特許文献１】特開平５−２３１４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の転動ボール式差動減速機構では、図７に示すように、転動ボール５０を案内溝５１、５２の節部５１ａ、５２ａに対応させるように配置している。このため、第一の動板５３および第二の動板５４と略同径で、周方向に複数の滑穴５５ａを等角度間隔に形成した環状のリテーナ５５を設けている。リテーナ５５の滑穴５５ａは、転動ボール５０の直径幅よりも僅かに大きな直径寸法を有しているので、転動ボール５０を滑穴５５ａに位置決めしながら、第二の動板５４を第一の動板５３に向かい合わせ状態に配置している。
【０００４】
しかしながら、転動ボール５０をリテーナ５５の滑穴５５ａにセットして、案内溝５１、５２に沿わせる組付け作業は手間がかかり勝ちである。第一の動板５３に対して第二の動板５４が転頭（偏心回転）する際、転動ボール５０が案内溝５１、５２に沿って転動するにつれて、リテーナ５５も回転するので、リテーナ５５自体が第二の動板５４の偏心回転（転頭運動）に対する抵抗負荷となる不都合がある。
【０００５】
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、その目的は転動ボールのリテーナを要らなくして、動板の偏心回転に対する抵抗負荷をなくするとともに、エピ条溝部およびハイポ条溝部に対する転動ボールの円滑回転が可能となり、かつ転動ボールの組付け作業が迅速になり、生産性の向上に寄与する転動ボール式差動変速装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（請求項１について）
動板は、表面部に多数の波数を有するエピサイクロイド曲線に沿って周方向に形成されたエピ条溝部を設けている。固定板は、表面部にエピサイクロイド曲線の波数とは異なる波数を有するハイポサイクロイド曲線に沿って周方向に形成されたハイポ条溝部を設けている。互いに並列状態でエピ条溝部とハイポ条溝部とを対向させた動板と固定板との間に多数の転動ボールを設け、エピ条溝部とハイポ条溝部とにわたって配列している。
偏心軸は、動板の中央部に連結され、回転入力を受けた際、転動ボールがエピ条溝部とハイポ条溝部とに沿って転動することにより、固定板に対して動板が自転変位と公転変位とを合成した複合運動を行う。整動手段により、動板の複合運動から自転変位のみを出力させるようにしている。
エピ条溝部の波幅ピッチおよびハイポ条溝部の波幅ピッチを転動ボールの直径よりも僅かに大きく設定し、転動ボールを互いに外接させた状態でエピ条溝部およびハイポ条溝部に沿って連続配置している。
【０００７】
請求項１では、隣接する転動ボール同士が互いに外接する状態にして連続配置しているので、リテーナを用いることなく一定数の転動ボールをエピ条溝部あるいはハイポ条溝部に配列することにより、エピ条溝部あるいはハイポ条溝部に対する転動ボールの位置決めが自動的に行われる。
転動ボールの自動位置決めに伴い、転動ボールの組付け作業が迅速になり、生産性の向上に寄与させることができる。
転動ボールを外接状態で連続配置することにより、転動ボールを介して固定板と動板とが一体化して全体の剛性が高まるとともに、エピ条溝部およびハイポ条溝部に対する転動ボールの滑らかで安定した円滑転動が可能となる。
リテーナが要らなくなって、動板の偏心回転に対する抵抗負荷がなくなるため、この観点からも転動ボールの円滑転動に寄与することができる。
【０００８】
（請求項２について）
転動ボールに対するエピ条溝部の噛合により接して圧力角を成す接線の法線が一点で交わるエピ集合力点を設定する。転動ボールに対するハイポ条溝部の噛合により接して圧力角を成す接線の法線が一点で交わるハイポ集合力点を設定する。固定板の偏心位置からエピ集合力点に到る力点距離と動板の偏心位置からハイポ集合力点に到る力点距離とを等しく設定している。
【０００９】
研究、実験および試作を繰り返した後に判明したことであるが、転動ボールを介して動板と固定板との間で円滑な回転により高精度の回転伝達を行うには、動板における力点距離と固定板における力点距離とを等しくする必要があった。
エピ集合力点およびハイポ集合力点は、エピ条溝部およびハイポ条溝部とに対する噛合位置に変換可能なものと想定すれば、仮想噛み合いピッチ円上の集合点と言うこともできる。
【００１０】
（請求項３について）
互いに隣接する転動ボール同士には、互いに近接する方向に圧接力が付与されている。これにより、転動ボール同士が接する外接部を連結して成す赤道軸回りで、転動ボールの転動割合が大きくなるように設定している。
この場合、隣接する転動ボールの外接部における摩耗を極力抑制することが可能となるので、隣接する転動ボール同士は隙間を生じなくなり、堅固な外接状態を保持し、エピ条溝部およびハイポ条溝部に対する転動ボールの良好な位置決め状態を長期にわたって維持することができる。
【００１１】
（請求項４について）
転動ボールは一定の極性で着磁されており、互いに隣接する転動ボール同士には、互いに近接する方向に磁気吸引力を働かせている。これにより、転動ボール同士が接する外接部を連結して成す赤道軸の回りで、転動ボールの転動割合が大きくなるように設定している。
【００１２】
この場合も、隣接する転動ボールの外接部における摩耗を極力抑制することが可能となるので、請求項３と同様な効果が得られる。転動ボール同士は磁気吸引力により、互いに密着し合ってエピ条溝部およびハイポ条溝部に沿って並ぶようになるので、この点からも転動ボールの組付け作業性の向上に寄与する。
転動ボールを着磁させた状態で、請求項３のように、転動ボール同士が近接する方向に圧接力を加えてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の転動ボール式差動変速装置では、転動ボールを保持するリテーナが不要になるため、動板が偏心回転する際の抵抗負荷をなくす。エピ条溝部およびハイポ条溝部に対する転動ボールの円滑回転が可能となり、かつ転動ボールの組付け作業が迅速になり、生産性の向上に寄与させる。
【実施例１】
【００１４】
図１ないし図４を参照しながら本発明の実施例１を説明する。
図１に示す転動ボール式差動変速装置Ａにおいて、偏平で矩形のケーシング１の左側壁および右側壁には挿通口２、３を対向状態に形成している。ケーシング１の右側壁内面には、挿通口２と連通する配置孔５を有する円盤状の固定板４が取り付けられている。動板６は、中央部に透孔７を形成し、ケーシング１内で固定板４と近接対向状態に並置されている。
【００１５】
偏心軸８はケーシング１内に設けられており、その一端部は固定板４の配置孔５を挿通する偏心部８ａとして軸受９を介して動板６の透孔７内に支持されている。偏心軸８の他端は、軸受１０を介して挿通口３に支持され、挿通口３から外部に突出する入力部１１を備えている。偏心軸８の偏心量ｅを後述するサイクロイド系曲線のエピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６がそれぞれ形成する波高長ｈ１、ｈ２に相当する寸法に設定している（図２参照）。
【００１６】
円盤状をなす整動板１２は、ケーシング１内で動板６と対向状態に配置され、中央部に軸受１３を介して挿通口２に支持された出力軸１４を取り付けている。
固定板４の表面には、図２および図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、エピサイクロイド曲線に沿って２０個の波数Ｚ１で基礎円Ｂｐ上に連続刻設したエピ条溝部１５を設けている。
【００１７】
動板６の表面には、ハイポサイクロイド曲線に沿って２２個の波数Ｚ２で基礎円Ｂｐ上に連続刻設したハイポ条溝部１６をエピ条溝部１５に対応させて設けている。
固定板４と動板６との間には、多数の転動ボール４ａがスチールボールとして周方向に設けられている。転動ボール４ａは、エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に沿って転動可能に設けられ、固定板４に対する動板６の偏心回転運動を可能にしている。
【００１８】
エピ条溝部１５の波幅ピッチＷ１およびハイポ条溝部１６の波幅ピッチＷ２は、転動ボール４ａの直径Ｄよりも僅かに大きく設定されている。隣接する転動ボール４ａを互いに外接させた数珠つなぎ状態で、エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に沿って連続配置している。
動板６の外表面で、ハイポ条溝部１６の反対側には、断面半円状の径小な環状溝１８が等角度間隔で複数設けられている（図１参照）。動板６の偏心回転運動を許容するため、環状溝１８の直径と後述する回転ボール２０の直径との寸法差が偏心量Ｅ（＝ｅ）として、エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６の波高長ｈ１、ｈ２に等しくなるように設定されている。
【００１９】
固定板４のエピ条溝部１５、転動ボール４ａおよび動板６のハイポ条溝部１６においては、図３（ａ）に示すように、転動ボール４ａに対するエピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に転動ボール４ａが噛合して成す圧力角（ω１）を有する。
研究、実験および試作を繰り返すことにより、圧力角（ω１）における接線Ｔ１の法線Ｔｎが動板６ではハイポ集合力点Ｐｘ１として、固定板４ではエピ集合力点Ｐｘ２として一点で交わることが判明した。
【００２０】
図３（ｂ）、（ｃ）において、動板６の中心６Ａに対して偏心量ｅの存する位置を偏心位置Ｅｐ１とし、固定板４の中心４Ａに対して偏心量ｅの存する位置を偏心位置Ｅｐ２とする。動板６の偏心位置Ｅｐ１からハイポ集合力点Ｐｘ１に到る力点距離Ｅｆ１と固定板４の偏心位置Ｅｐ２からエピ集合力点Ｐｘ２に到る力点距離Ｅｆ２とを等しく設定している。
【００２１】
研究、実験および試作を繰り返した後に判明したことであるが、転動ボール４ａを介して動板６と固定板４との間で円滑な回転により高精度の回転伝達を行うには、動板６における力点距離Ｅｆ１と固定板４における力点距離Ｅｆ２とを等しくする必要があったからである。エピ集合力点Ｐｘ２およびハイポ集合力点Ｐｘ１は、エピ条溝部１５とハイポ条溝部１６とに対する噛合位置に変換可能なものと想定すれば、仮想噛み合いピッチ円上の集合点と言うこともできる。
【００２２】
図１および図２において、整動板１２の環状溝１８に対向する表面には、環状溝１８と外径が同一で同数の環状溝１９が周方向に形成されている。動板６と整動板１２との間には、環状溝１８および環状溝１９に嵌め込まれた回動ボール２０が配置されて整動機構３０を構成している。
整動機構３０はオルダム継手であってもよく、要は動板６の複合運動から整動板１２に自転変位のみを伝達できるものであればよい。
【００２３】
上記構成において、搬送用ロボットに適用した場合、偏心軸８の入力部１１には電動機（図示せず）が連結され、出力軸１４には関節用のアーム（図示せず）が取り付けられている。電動機への通電により、偏心軸８が回転駆動されて偏心部８ａにより動板６に偏心回転力が伝達される（図１および図２参照）。
偏心回転力を受けた動板６は、転動ボール４ａをハイポ条溝部１６および固定板４のエピ条溝部１５に沿って転動させて、図４に示すように、動板６が固定板４に対して公転変位と自転変位からなる複合運動（転頭運動）を行う。
【００２４】
動板６の複合運動に伴い、整動機構３０の回動ボール２０が環状溝１８および整動板１２の環状溝１９の各外周壁部を接触状態で転動する。これにより、動板６の複合運動から公転変位が吸収され、整動板１２に自転変位のみを伝達して出力軸１４を減速状態に回転させて関節用のアームを所定の工程に移動させる。
【００２５】
この場合、偏心軸８の一回転量は、転動ボール４ａがハイポ条溝部１６を波数１個分の長さ寸法だけ転動する距離、あるいは転動ボール４ａがエピ条溝部１５を波数１個分の長さ寸法だけ転動する距離に相当する。一般に、エピ条溝部１５の波数をＺ１とし、ハイポ条溝部１６の波数をＺ２とすると、減速比Ｒは［（Ｚ２−Ｚ１）／｛（Ｚ２−Ｚ１）＋Ｚ１｝］＝｛１−（Ｚ１／Ｚ２）｝の演算式により算出される。実施例１では、波数Ｚ１を２０、波数Ｚ２を２２としているので、減速比Ｒは｛１−（２０／２２）｝＝１／１１となる。
【００２６】
本発明では、隣接する転動ボール４ａ同士が互いに外接する状態にして連続配置しているので、リテーナを用いることなく一定数の転動ボール４ａをエピ条溝部１５あるいはハイポ条溝部１６に配列することにより、エピ条溝部１５あるいはハイポ条溝部１６に対する転動ボール４ａの位置決めが自動的に行われる。
転動ボール４ａの自動位置決めに伴い、転動ボール４ａの組付け作業が迅速になり、生産性の向上に寄与させることができる。
【００２７】
転動ボール４ａを外接状態で連続配置することにより、転動ボール４ａを介して固定板４と動板６とが一体化して全体の剛性が高まるとともに、エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に対する転動ボール４ａの滑らかで安定した円滑転動が可能となる。
リテーナが要らなくなって、動板６の偏心回転に対する抵抗負荷がなくなるため、この観点からも転動ボール４ａの円滑転動に寄与することができる。
【実施例２】
【００２８】
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、互いに隣接する転動ボール同士が近接する方向に圧接力を加えたことである。
転動ボール同士に加えた圧接力により、転動ボール４ａ同士が接する外接部Ｅｐを連結して成す赤道軸Ｔｐ回りで、転動ボール４ａの転動割合が大きくなるように設定している｛図５（ａ）参照｝。
【００２９】
隣接する転動ボール４ａ同士間に働く圧接力Ｐにより、外接部Ｅｐでの当接力が大きくなるため、転動ボール４ａの極軸Ｎｐ回りや、動径軸Ｒｐ回りの回転が抑制されるようになる。
これにより、隣接する転動ボール４ａの外接部Ｅｐにおける摩耗を極力抑制することが可能となり、隣接する転動ボール４ａ同士は隙間を生じなくなり、堅固な外接状態が保持されて、エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に対する転動ボール４ａの良好な位置決め状態を長期にわたって維持することができる。
ちなみに、図５（ｂ）は、転動ボール４ａ同士間に働く圧接力Ｐと転動ボール４ａの赤道軸Ｔｐ回りの転動割合Ｒｃとの関係を示したもので、圧接力Ｐが大きくなるにつれて転動割合Ｒｃが漸増してピークに達した後に漸減することが分かる。
【実施例３】
【００３０】
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、互いに隣接する転動ボール４ａ同士が吸引される方向に着磁したことである。
互いに隣接する転動ボール４ａ同士には、互いに近接する方向に磁気吸引力Ｆを働かせている。これにより、転動ボール４ａ同士が赤道軸Ｔｐ回りで、転動ボール４ａの転動割合が大きくなるように設定している｛図６（ａ）参照｝。
【００３１】
この場合も、隣接する転動ボール４ａの外接部Ｅｐにおける摩耗を極力抑制することが可能となるので、実施例２と同様な効果が得られる。転動ボール４ａ同士は磁気吸引力により、互いに密着し合ってエピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６に沿って並ぶようになるので、この点からも転動ボール４ａの組付けが迅速になり作業性の向上に寄与する。
転動ボール４ａを着磁させた状態で、実施例２のように、転動ボール４ａ同士が近接する方向に圧接力Ｐを加えてもよい。
ちなみに、図６（ｂ）は、着磁した転動ボール４ａ同士間に働く磁気吸引力Ｆによる圧接力Ｐと転動ボール４ａの赤道軸Ｔｐ回りの転動割合Ｒｃとの関係を示したもので、磁気吸引力Ｆによる圧接力Ｐが大きくなるにつれて転動割合Ｒｃが漸増してピークに達した後に漸減することが分かる。
【００３２】
〔変形例〕
エピ条溝部１５およびハイポ条溝部１６の内面は、傾斜面状やゴシック壁状または断面略Ｖ字壁状であってもよい。
【００３３】
エピ条溝部１５の波数Ｚ１やハイポ条溝部１６の波数Ｚ２は、２０個や２２個に限らず、使用状況や必要な変速域に応じて所望に設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の転動ボール式差動変速装置では、転動ボールを位置保持するリテーナが不要になるため、動板の偏心回転の抵抗負荷をなくするとともに、エピ条溝部およびハイポ条溝部に対する転動ボールの円滑回転が可能となり、かつ転動ボールの組付け作業が迅速になり、生産性の向上に寄与する。このため、減速機としての高い性能や効率化を求める需要者の増加に伴い、関連部品の流通を介して機械産業一般へ適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】転動ボール式差動変速装置の縦断面図である（実施例１）。
【図２】転動ボール式差動変速装置の主要部を示す分解斜視図である（実施例１）。
【図３】（ａ）は圧力角における接線の法線を示す模式図、動板の平面図、（ｂ）は動板に対する転動ボールの配置関係を示す平面図、（ｃ）は固定板の平面図である（実施例１）。
【図４】固定板および動板が重なり合って回転する態様を示す平面図である（実施例１）。
【図５】（ａ）は転動ボール同士が赤道軸回りで転動する態様を示す拡大正面図、（ｂ）は転動ボール同士間に働く圧接力と転動ボールの赤道軸回りの転動割合との関係を示すグラフである（実施例２）。
【図６】（ａ）は転動ボール同士が赤道軸回りで転動する態様を示す拡大正面図、（ｂ）は着磁した転動ボール同士間に働く磁気吸引力による圧接力と転動ボールの赤道軸回りの転動割合との関係を示すグラフである（実施例３）。
【図７】従来の固定板、動板、リテーナおよび転動ボールの配置関係を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
４ 固定板
４Ａ 固定板の中心
４ａ 転動ボール
６ 動板
６Ａ 動板の中心
８ 偏心軸
１２ 整動板（整動手段）
１４ 出力軸
１５ エピ条溝部
１６ ハイポ条溝部
１８、１９ 環状溝（整動手段）
２０ 回動ボール（整動手段）
３０ 整動機構
Ｅ、ｅ 偏心量
Ｗ１、Ｗ２ 波幅ピッチ
Ｆ 磁気吸引力
Ｂｐ 基礎円
Ｔｐ 赤道軸
Ｒｐ 動径軸
Ｎｐ 極軸
Ｒｃ 転動割合
Ａ 転動ボール式差動変速装置
Ｅｐ１ 動板の偏心位置
Ｅｐ２ 固定板の偏心位置
Ｐｘ１ ハイポ集合力点
Ｐｘ２ エピ集合力点
Ｅｆ１ 動板の力点距離
Ｅｆ２ 固定板の力点距離
Ｔｎ 法線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の波数を有するエピサイクロイド曲線に沿って周方向に形成されたエピ条溝部を表面部に設けた動板と、
前記エピサイクロイド曲線の波数とは異なる波数を有するハイポサイクロイド曲線に沿って周方向に形成されたハイポ条溝部を表面部に設けた固定板と、
互いに並列状態で前記エピ条溝部と前記ハイポ条溝部とを対向させた前記動板と前記固定板との間に設けられ、前記エピ条溝部と前記ハイポ条溝部とにわたって配列された多数の転動ボールと、
前記動板の中央部に連結され、回転入力を受けた際、前記転動ボールが前記エピ条溝部と前記ハイポ条溝部とに沿って転動することにより、前記固定板に対して前記動板が自転変位と公転変位とを合成した複合運動を行うようにした偏心軸と、
前記動板の複合運動から自転変位のみを出力させるようにした整動手段とを備え、
前記エピ条溝部の波幅ピッチおよび前記ハイポ条溝部の波幅ピッチを前記転動ボールの直径よりも僅かに大きく設定し、前記転動ボールを互いに外接させた状態で前記エピ条溝部および前記ハイポ条溝部に沿って連続配置したことを特徴とする転動ボール式差動変速装置。
【請求項２】
前記転動ボールに対する前記エピ条溝部の噛合により接して圧力角を成す接線の法線が一点で交わるエピ集合力点を設定するとともに、前記転動ボールに対する前記ハイポ条溝部の噛合により接して圧力角を成す接線の法線が一点で交わるハイポ集合力点を設定し、 前記固定板の偏心位置から前記エピ集合力点に到る距離と前記動板の偏心位置から前記ハイポ集合力点に到る距離とを等しく設定したことを特徴とする請求項１に記載の転動ボール式差動変速装置。
【請求項３】
互いに隣接する前記転動ボール同士には、互いに近接する方向に圧接力が付与されており、前記転動ボール同士が接する外接部を連結して成す赤道軸の回りで、前記転動ボールの転動割合が大きくなるように設定したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の転動ボール式差動変速装置。
【請求項４】
前記転動ボールは一定の極性で着磁されており、互いに隣接する前記転動ボール同士には、互いに近接する方向に磁気吸引力が働いており、前記転動ボール同士が接する外接部を連結して成す赤道軸の回りで、前記転動ボールの転動割合が大きくなるように設定したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の転動ボール式差動変速装置。
【請求項１】
多数の波数を有するエピサイクロイド曲線に沿って周方向に形成されたエピ条溝部を表面部に設けた動板と、
前記エピサイクロイド曲線の波数とは異なる波数を有するハイポサイクロイド曲線に沿って周方向に形成されたハイポ条溝部を表面部に設けた固定板と、
互いに並列状態で前記エピ条溝部と前記ハイポ条溝部とを対向させた前記動板と前記固定板との間に設けられ、前記エピ条溝部と前記ハイポ条溝部とにわたって配列された多数の転動ボールと、
前記動板の中央部に連結され、回転入力を受けた際、前記転動ボールが前記エピ条溝部と前記ハイポ条溝部とに沿って転動することにより、前記固定板に対して前記動板が自転変位と公転変位とを合成した複合運動を行うようにした偏心軸と、
前記動板の複合運動から自転変位のみを出力させるようにした整動手段とを備え、
前記エピ条溝部の波幅ピッチおよび前記ハイポ条溝部の波幅ピッチを前記転動ボールの直径よりも僅かに大きく設定し、前記転動ボールを互いに外接させた状態で前記エピ条溝部および前記ハイポ条溝部に沿って連続配置したことを特徴とする転動ボール式差動変速装置。
【請求項２】
前記転動ボールに対する前記エピ条溝部の噛合により接して圧力角を成す接線の法線が一点で交わるエピ集合力点を設定するとともに、前記転動ボールに対する前記ハイポ条溝部の噛合により接して圧力角を成す接線の法線が一点で交わるハイポ集合力点を設定し、 前記固定板の偏心位置から前記エピ集合力点に到る距離と前記動板の偏心位置から前記ハイポ集合力点に到る距離とを等しく設定したことを特徴とする請求項１に記載の転動ボール式差動変速装置。
【請求項３】
互いに隣接する前記転動ボール同士には、互いに近接する方向に圧接力が付与されており、前記転動ボール同士が接する外接部を連結して成す赤道軸の回りで、前記転動ボールの転動割合が大きくなるように設定したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の転動ボール式差動変速装置。
【請求項４】
前記転動ボールは一定の極性で着磁されており、互いに隣接する前記転動ボール同士には、互いに近接する方向に磁気吸引力が働いており、前記転動ボール同士が接する外接部を連結して成す赤道軸の回りで、前記転動ボールの転動割合が大きくなるように設定したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の転動ボール式差動変速装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１４２１４（Ｐ２０１０−１４２１４Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７５３２０（Ｐ２００８−１７５３２０）
【出願日】平成２０年７月４日（２００８．７．４）
【出願人】（０００１２４１８８）加茂精工株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月４日（２００８．７．４）
【出願人】（０００１２４１８８）加茂精工株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
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