JP2008032209A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車の噛み合いのみで効率よく回転力を伝達でき、かつ、簡単な構成で安価な動力伝達装置を提供することである。
【解決手段】第１軸２の偏心軸部２ａと、第１軸２と同軸上の第２軸５とに内外に噛み合う内歯車１と外歯車４を設け、内歯車１の側面と、この側面が対向する外輪７の端板６の内面とに取り付けたリング状のプレート９ａ、９ｂに対向させて設けた複数の円環状の軌道溝１１ａ、１１ｂ間にボール１０を介在させて、これらの軌道溝１１ａ、１１ｂとボール１０との転動係合によって、第２軸５側の外歯車４に振れ回りする第１軸２側の内歯車１の自転運動を止め、その公転運動を第２軸５側の外歯車４の自転運動として伝達することにより、歯車の噛み合いのみで効率よく回転力を伝達でき、かつ、簡単な構成で安価なものとした。
【選択図】図１

Description

この発明は、動力伝達装置に関するものである。

第１軸と第２軸とを同一軸上に配置し、その第１軸の回転を第２軸に大きな減速比をもって伝達するようにした動力伝達装置として、特許文献１あるいは特許文献２に記載されたものが従来から知られている。

特許文献１に記載された動力伝達装置においては、入力軸の偏心軸部に第１外歯車と第２外歯車を設け、第１外歯車を同軸上に固定した第１内歯車に振れ回りするように噛み合わせ、入力軸と同軸上に配置された出力軸に第２内歯車を設け、その第２内歯車に第２外歯車を振れ回りするように噛み合わせて、第１および第２外歯車の公転運動を第２内歯車の自転運動として伝達し、この第２内歯車の自転運動を出力軸に取り出すようにしている。

また、特許文献２に記載された動力伝達装置においては、入力軸の偏心軸部に設けた外歯車を同軸上に固定した内歯車に振れ回りするように噛み合わせ、この入力軸側の外歯車の端面部と出力軸の端面部とに複数の円形の凹部を設け、これらの凹部間に鋼球を配置して、内歯車の自転運動を出力軸に伝達するようにしている。なお、内歯車の振れ回りを許容するために、一方の円形の凹部は鋼球が移動できるように大径に形成され、他方の凹部は鋼球が固定されるように鋼球とほぼ等径に形成されている。

特開平５−１０４０１号公報 特開平６−３３９９５号公報

ところで、特許文献１に記載された動力伝達装置は、摺動部分を有するオルダム継手等を用いずに、歯車の噛み合いのみで入力軸の回転力を出力軸に効率よく伝達できるが、入力軸の偏心軸部に２つの外歯車を設け、これらの外歯車と噛み合う２つの内歯車を固定部と出力軸に設ける必要があるので、構成が複雑で高価なものとなる問題がある。

また、特許文献２に記載された動力伝達装置においては、互いに噛み合う内歯車と外歯車とからなる比較的簡単な構成であるが、鋼球を凹部に係止する継手を用い、鋼球とほぼ等径の一方の凹部で固定される鋼球が摺動するので、摩擦による回転抵抗が大きく、動力伝達効率が低いという問題がある。

この発明の課題は、一つの入力部材に入力される動力を二つの出力部材の少なくとも一方に変速して効率よく伝達できる部品点数の少ない簡単な構成の動力伝達効率の高い動力伝達装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、外輪と、その外輪の一端部内に挿入されて相対的に回転自在に支持され、外輪内部に位置する端部に偏心軸部が設けられた第１軸と、前記外輪の他端部内に挿入されて相対的に回転自在に支持された第２軸と、前記偏心軸部に回転自在に支持されて前記第２軸の端部に設けられた歯数差のある第２歯車と内外で噛合する第１歯車と、その第１歯車と前記外輪の相互間に設けられ、偏心軸部の偏心回転によって第１軸を中心とする第１歯車の公転時に、その第１歯車が偏心軸部を中心にして外輪に対し相対回転するのを防止する回り止め手段とからなる構成を採用したのである。

ここで、第１歯車と第２歯車は、内歯車と、その内歯車より歯数の少ない外歯車との組合せとし、第１歯車を内歯車とする場合は第２歯車を外歯車とし、また、第１歯車を外歯車とする場合は第２歯車を内歯車とする。

上記の構成からなる動力伝達装置において、外輪を固定した状態において、第１軸に動力を入力して偏心軸部を偏心回転させると、その偏心軸部に支持された第１歯車が第１軸を中心として偏心回転する。このとき、第１歯車は回り止め手段により偏心軸部を中心にして外輪に対し相対回転するのが防止されているため、第１歯車は第２歯車の歯と一つずつ噛み合いながら第１軸を中心に公転する。また、第１歯車と第２歯車は歯数が相違するため、第２歯車は第１歯車の１公転当たり、第１歯車との歯数差分だけ自転し、その自転運動が第２軸に伝達されることになり、第１軸に入力される動力は第２軸に減速して伝達されることになる。このとき、第１歯車の歯数が第２歯車の歯数より多い場合は、第２歯車は第１歯車の公転方向に対して逆方向に自転し、また、第１歯車の歯数が第２歯車の歯数より少ない場合は、第２歯車は第１歯車の公転方向に対して同方向に自転する。

上記のように、外輪を固定する状態で第１軸を回転させると、第２軸が減速回転するため、上記と逆に第２軸に動力を入力して、その第２軸を回転させると、その回転は増速して第１軸に伝達されることになる。

また、第２軸を固定した状態において、第１軸に動力を入力して偏心軸部を偏心回転させると、第１歯車は固定状態の第２歯車の歯と一つずつ噛み合いながらその第２歯車の周囲を公転する。このとき、第１歯車と第２歯車は歯数が相違するため、第１歯車は第１軸の１回転あたり第２歯車との歯数差分だけ偏心軸部を中心にして自転し、その自転運動が回り止め手段を介して外輪に伝達されることになり、第１軸に入力される動力は外輪に減速して伝達されることになる。

さらに、第２軸および外輪を回転自在とし、その第２軸および外輪に略同じ大きさの負荷が作用される状態において、第１軸に動力を入力して偏心軸部を偏心回転させると、第１歯車は第２歯車の歯と一つずつ噛み合いながら公転するとともに、偏心軸部を中心に自転する。このとき、第１歯車と第２歯車は歯数差があるため、第１歯車の公転運動により第２歯車は自転して、第２歯車と一体の第２軸が減速回転すると共に、第１歯車の自転運動は回り止め手段を介して外輪に伝達され、第１軸に入力される動力は第２軸および外輪の双方に伝達されることになる。

また、第１軸を固定して第２軸に動力を入力する場合と、第１軸を固定して外輪に動力を入力する場合について説明する。これらの場合、外輪または第２軸が出力部材となり、その出力部材は、第１歯車と第２歯車の歯数差によって変速回転する。すなわち、第２軸に動力を入力すると、その回転は第２歯車からこれに噛み合う第１歯車に伝達され、第１歯車が偏心軸部を中心に第２歯車と同方向に回転する。ここで、第１歯車の歯数をＺ_１とし、第２歯車の歯数をＺ_２とすると、第１歯車は第２歯車に対してＺ_２/Ｚ_１のギヤ比をもって回転し、その回転は回り止め手段を介して外輪に伝達される。このとき、第１歯車の歯数Ｚ_１が第２歯車の歯数Ｚ_２より多い場合（Ｚ_１＞Ｚ_２）、外輪は減速回転し、また、Ｚ_１＜Ｚ_２の場合、外輪は増速回転する。

そして、外輪に動力を入力すると、その外輪の回転は回り止め手段から第１歯車に伝達されて、第１歯車が偏心軸部を中心に回転し、その回転はこれに噛み合う第２歯車に伝達されて第１歯車と同方向に回転する。このとき、第２歯車は第１歯車に対してＺ_１/Ｚ_２のギヤ比をもって回転し、その回転が第２軸に伝達される。このとき、第１歯車の歯数Ｚ_１が第２歯車の歯数Ｚ_２より多い場合（Ｚ_１＞Ｚ_２）、第２軸は増速回転し、また、Ｚ_１＜Ｚ_２の場合、第２軸は減速回転する。

ここで、回り止め手段として、外輪と第１歯車の軸方向で対向する対向面のそれぞれに溝幅中心円の直径が偏心軸部の偏心量に等しくされた円環状の軌道溝を、第１歯車側の軌道溝が外輪側の軌道溝に対して、偏心軸部の偏心量に相当する寸法だけ偏心軸部の偏心方向に位置をずらして周方向に複数設け、その外輪側の軌道溝と、その軌道溝に一部が対向する第１歯車側の軌道溝の対向部間に、前記第１軸を中心とする第１歯車の公転時にそれぞれの軌道溝に沿って転動する転動体を組込んだ構成から成るものを採用することができる。

この場合、２枚の軸方向で対向するリング状プレートの対向面のそれぞれに前記複数の軌道溝を同一半径円上において等間隔に形成し、一方のリング状プレートを、その中心が第１軸の中心と一致するようにして外輪に固定し、他方のリング状プレートを、その中心が偏心軸部と一致するようにして第１歯車に固定することにより、外輪と第１歯車の軸方向で対向する面に軌道溝を簡単に設けることができる。

この発明係る動力伝達装置においては、外輪に対して相対的に回転自在に支持された第１軸の偏心軸部に第１歯車を回転自在に設け、外輪に対して相対的に回転自在に支持された第２軸に、上記第１歯車と歯数差があって、その第１歯車と内外で噛合する第２歯車を設け、上記第１歯車と外輪との間に第１軸を中心とする第１歯車の公転時に、その第１歯車が偏心軸部を中心にして外輪に対し相対するのを阻止する回り止め手段を設けたことにより、第１軸と第２軸の一方を入力部材とし、他方の部材および外輪を出力部材とすることによって、入力部材に入力される動力を２つの出力部材の少なくとも一方に変速して伝達することができると共に、第２軸と外輪の一方を入力部材とし、他方を出力部材とすることによって入力部材の回転を出力部材に変速して伝達することができる。

また、第１歯車と外輪との間に回り止め手段を設けたことにより、第１歯車と第２歯車の噛み合いのみで入力部材に入力される動力を変速して出力部材に効率よく伝達することができ、部品点数の少ない簡単な構成の動力伝達装置を得ることができる。

ここで、回り止め手段として、２つの円環状の軌道溝と、その軌道溝間に組込まれた転動体から成るものを採用することにより、第１歯車の公転時、転動体は２つの円環状の軌道溝に沿って転がり運動するため、摩擦損失が少なく、動力伝達効率の高い動力伝達装置を得ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図１および図２に示すように、第１歯車としての内歯車１が第１軸２の偏心軸部２ａに針状ころ軸受３で回転自在に支持され、この内歯車１と噛み合う内歯車１よりも歯数の少ない第２歯車としての外歯車４が第１軸２と同軸上に配設された第２軸５に設けられており、第１軸２側の内歯車１が第２軸５側の外歯車４に振れ回りするようになっている。なお、第１軸２と第２軸５は、それぞれ端板６を有する外輪７に玉軸受８ａ、８ｂで回転自在に支持されている。

前記内歯車１は外歯車４側で開口する断面コの字形とされており、その内歯車１の側面と、この側面が対向する外輪７の端板６の内面とにリング状プレート９ａ、９ｂが取り付けられている。各プレート９ａ、９ｂの互いの対向面には、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、それぞれ同一半径円上に複数の円環状の軌道溝１１ａ、１１ｂが設けられ、軸方向で対向する各軌道溝１１ａ、１１ｂ間に転動体としてのボール１０が組込まれている。

ここで、円環状軌道溝１１ａ、１１ｂは、その溝幅中心円(軌道溝１１ａ、１１ｂに沿って転動するボール１０の軌道円)の直径Ｒが、図１に示す偏心軸部２ａの偏心量δに等しく(Ｒ＝δ)されている。また、図１に示すように、２枚のリング状プレート９ａ、９ｂのうち、一方のリング状プレート９ａは、その中心が偏心軸部２ａの中心（軸心Ｏ_１）と一致するようにして内歯車１の側面に固定され、他方のリング状プレート９ｂは、その中心が第１軸２の中心（軸心Ｏ_０）と一致するようにして端板６の内面に固定されている。

２枚のリング状プレート９ａ、９ｂを上記のような取付けとすることにより、図１に示すように、内歯車側リング状プレート９ａの軌道溝１１ａは外輪側リング状プレート９ｂの軌道溝１１ｂに対して偏心軸部２ａの偏心量δに相当する寸法だけ偏心軸部２ａの偏心方向に位置がずれる相対的な位置関係とされ、その径方向で位置ずれして軸方向で対向する軌道溝１１ａ、１１ｂの重なり部にボール１０が組込まれて、各軌道溝１１ａ、１１ｂに沿って転動自在とされている。

上記２枚のリング状プレート９ａ、９ｂのそれぞれに形成された軌道溝１１ａ、１１ｂとボール１０は、回り止め手段を構成し、内歯車１の公転時に、その内歯車１が偏心軸部２ａを中心にして外輪７に対し相対回転するのを阻止するようになっている。

即ち、内歯車側リング状プレート９ａの軌道溝１１ａが外輪側リング状プレート９ｂの軌道溝１１ｂに対して偏心軸部２ａの偏心量δに相当する寸法だけ偏心軸部２ａの偏心方向に位置がずれているため、偏心軸部２ａが偏心回転すれば、図３（ｃ）に示すように、両軌道溝１１ａ、１１ｂの交差部に組込まれたボール１０が外輪側リング状プレート９ｂの軌道溝１１ｂに沿って転動すると共に、内歯車側リング状プレート９ａの軌道溝１１ａが外輪側リング状プレート９ｂの軌道溝１１ｂの中心を回転中心に偏心量δを半径として回転することになり、内歯車１は第１軸２を中心に公転する。また、内歯車側リング状プレート９ａが外輪７に対して相対回転、つまり自転しようとしても、ボール１０が所定の軌道から外れないよう両軌道溝１１ａ、１１ｂによって保持され、出力軸５からの反力を受けるため、内歯車１は偏心軸部２ｂを中心にして外輪７に対し相対回転するのが防止される。

なお、回り止め手段はこれに限定されず、内歯車１の側面と端板６の側面に偏心軸部２ａの偏心量に相当するずれをもった軌道溝１１ａ、１１ｂを直接形成して、その軌道溝１１ａ、１１ｂの交差部間にボール１０を組込むようにしてもよい。

実施の形態で示す動力伝達装置は上記の構造からなり、外輪７を固定した状態において、第１軸２に動力を入力してその第１軸２を回転させると、偏心軸部２ａが偏心回転し、これに伴って偏心軸部２ａに支持された内歯車１も同様に、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１軸２の軸心Ｏ_０を中心にして偏心回転する。

内歯車１の偏心回転により、内歯車側リング状プレート９ａの軌道溝１１ａと外輪側リング状プレート９ｂの軌道溝１１ｂの交差部に組込まれたボール１０は外輪側リング状プレート９ｂの軌道溝１１ｂに沿って転動し、内歯車側リング状プレート９ａの軌道溝１１ａは偏心軸部２ａの偏心量δを半径として外輪側リング状プレート９ｂの軌道溝１１ｂの中心を回転中心として回転することになる。このとき、このとき、両軌道溝１１ａ、１１ｂによってボール１０が所定の軌道から外れないよう押さえられるため、内歯車１は偏心軸部２ａを中心にして外輪７に対し相対回転するのが阻止され、第１軸２を中心として公転することになる。

上記内歯車１の公転運動により、その内歯車１は外歯車４の歯と一つずつ噛み合って、その外歯車４に動力を伝達する。このとき、外歯車４は、内歯車１の１公転当たり、内歯車１との歯数差分だけ内歯車１の公転方向と逆方向に回転することになり、その内歯車１と共に第２軸５が減速回転する。

ここで、内歯車１の歯数をＺ_１、外歯車４の歯数をＺ_２とすると、第２軸５の減速比は (Ｚ_１−Ｚ_２)／Ｚ_２で表すことができる。

外輪７を固定する上記のような使用においては、その外輪７が静止部材となるため、第１軸２に入力される動力を第２軸５にのみ減速して伝達することができる。

上記のように、外輪７を固定する状態で第１軸２を回転させると、第２軸５が減速回転するため、上記と逆に第２軸５に動力を入力して、その第２軸５を回転させると、その回転は増速して第１軸２に伝達されることになる。

また、第２軸５を固定して第１軸２を回転し、偏心軸部２ａを偏心回転させると、内歯車１は固定の状態とされた外歯車４の歯と一つずつ噛み合いつつ、その外歯車４の周囲を自転しながら公転する。このとき、内歯車１と外歯車４は歯数差があるため、内歯車１は１公転あたり、外歯車４との歯数差分だけ偏心軸部２ａを中心にして第１軸２の回転方向と同方向に自転し、その自転運動が軌道溝１１ａ、１１ｂ間に組込まれたボール１０を介して外輪７に伝達されることになり、外輪７が減速回転する。

さらに、第２軸５および外輪７を回転自在とし、その第２軸５および外輪７に略同じ大きさの負荷が作用される状態において、第１軸２に動力を入力して偏心軸部２ａを偏心回転させると、内歯車１は外歯車４の歯と一つずつ噛み合いながら公転するとともに、偏心軸部２ａを中心に自転する。このとき、内歯車１と外歯車４は歯数差があるため、内歯車１の公転運動により外歯車４は自転して、外歯車４と一体の第２軸５が減速回転すると共に、内歯車１の自転運動は軌道溝１１ａ、１１ｂ間に組込まれたボール１０を介して外輪７に伝達され、外輪７が減速回転する。

また、第１軸２を固定する状態において、第２軸５に動力を入力すると、その回転は外歯車４からこれに噛み合う内歯車１に伝達され、内歯車１が偏心軸部２ａを中心に第２歯車と同方向に回転する。ここで、前述のように、内歯車の歯数をＺ_１とし、外歯車４の歯数をＺ_２とすると、内歯車はＺ_２/Ｚ_１回転し、その回転は回り止め手段としてのボール１０を介して外輪７に伝達される。このとき、第１歯車の歯数Ｚ_１は第２歯車の歯数Ｚ_２より多いため（Ｚ_１＞Ｚ_２）、外輪７は減速回転する。

さらに、第１軸２を固定する状態において外輪７に動力を入力すると、その外輪７の回転は回り止め手段としてのボール１０から内歯車に伝達されて、内歯車１が偏心軸部２ａを中心に回転し、その回転はこれに噛み合う外歯車４に伝達されて内歯車１と同方向に回転する。このとき、外歯車４はＺ_１/Ｚ_２回転し、その回転が第２軸５に伝達される。このとき、内歯車１の歯数Ｚ_１が外歯車４の歯数Ｚ_２より多いため（Ｚ_１＞Ｚ_２）、第２軸５は増速回転する。

このように、実施の形態で示す動力伝達装置においては、第１軸２と第２軸５と外輪７のいずれか一つを入力部材とし、残りの一つ又は二つを出力部材とすることによって、第１軸２と第２軸５と外輪７の間で動力を変速し、分配または統合して伝達することができる。

また、内歯車１と外輪７との間に軌道溝１１ａ、１１ｂとボール１０からなる回り止め手段を設けたことにより、内歯車１と外歯車４の噛み合いのみで入力部材に入力される動力を変速して２つの出力部材の少なくとも一方に効率よく伝達することができ、部品点数の少ない簡単な構成の動力伝達装置を得ることができるとともに、ボール１０は２つの環状の軌道溝１１ａ、１１ｂに沿って転がり運動するため、摩擦損失が少なく、動力伝達効率の高い動力伝達装置を得ることができる。

実施の形態では、第１軸２の偏心軸部２ａに内歯車１を回転自在に設け、第２軸５に外歯車４を設けたが、第１軸２の偏心軸部２ａに外歯車を回転自在に設け、第２軸５に内歯車を設けるようにしてもよい。この場合、外歯車と外輪の端板間に軌道溝１１ａ、１１ｂとボール１０からなる回り止め手段を設けるようにする。

上記のように、第１軸の偏心軸部に外歯車を設け、第２軸に内歯車を設けた動力伝達装置においては、外輪７を固定して第１軸２を回転すると、第２軸５は、第１軸の１回転当たり(外歯車の１公転当たり)に外歯車と内歯車の歯数差分だけ入力軸と同方向に回転することになり、第１軸に入力される動力を第２軸に減速して伝達することができる。

なお、実施の形態では、各プレートの複数の円環状の軌道溝を同一円周上に設け、各軌道溝間に１つずつの転動体としてのボールを介在させたが、これらの軌道溝は必ずしも同一円周上に設ける必要はない。

この発明に係る動力伝達装置の実施の形態を示す縦断正面図 図１のＸ_１−Ｘ_１線に沿った断面図 （ａ）は図１のリング状プレートを示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ_２−Ｘ_２線に沿った断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ_３−Ｘ_３線に沿った断面図 図１の要部を拡大して示す縦断面図 (ａ)、(ｂ)は、それぞれ図４のＸ_４−Ｘ_４線とＸ_５−Ｘ_５線に沿った方向の矢視図 同実施形態の作用図

符号の説明

１ 内歯車(第１歯車)
２ 第１軸
２ａ 偏心軸部
３ 針状ころ軸受
４ 外歯車(第２歯車)
５ 第２軸
６ 端板
７ 外輪(静止部材)
８ａ 玉軸受
８ｂ 玉軸受
９ａ プレート
９ｂ プレート
１０ ボール(転動体)
１１ａ 軌道溝
１１ｂ 軌道溝

Claims (5)

1. 外輪と、
   前記外輪の一端部内に挿入されて相対的に回転自在に支持され、外輪内部に位置する端部に偏心軸部が設けられた第１軸と、
   前記外輪の他端部内に挿入されて相対的に回転自在に支持された第２軸と、
   前記偏心軸部に回転自在に支持されて前記第２軸の端部に設けられた歯数差のある第２歯車と内外で噛合する第１歯車と、
   前記第１歯車と外輪の相互間に設けられ、偏心軸部の偏心回転によって第１軸を中心とする第１歯車の公転時に、その第１歯車が偏心軸部を中心にして外輪に対し相対回転するのを阻止する回り止め手段と、
   からなる動力伝達装置。
2. 前記回り止め手段が、外輪と第１歯車の軸方向で対向する対向面のそれぞれに溝幅中心円の直径が偏心軸部の偏心量に等しくされた円環状の軌道溝を、第１歯車側の軌道溝が外輪側の軌道溝に対して、偏心軸部の偏心量に相当する寸法だけ偏心軸部の偏心方向に位置をずらして周方向に複数設け、その外輪側の軌道溝と、その軌道溝に一部が対向する第１歯車側の軌道溝の対向部間に、前記第１軸を中心とする第１歯車の公転時にそれぞれの軌道溝に沿って転動する転動体を組込んだ構成から成る請求項１に記載の動力伝達装置。
3. ２枚の軸方向で対向するリング状プレートの対向面のそれぞれに前記複数の軌道溝を同一半径円上において等間隔に形成し、一方のリング状プレートを、その中心が第１軸の中心と一致するようにして外輪に固定し、他方のリング状プレートを、その中心が偏心軸部の中心と一致するようにして第１歯車に固定した請求項２に記載の動力伝達装置。
4. 前記第１歯車が内歯車とされ、前記第２歯車が、その内歯車より歯数の少ない外歯車からなる請求項１乃至３のいずれかに記載の動力伝達装置。
5. 前記第１歯車が外歯車からなり、前記第２歯車が、その外歯車より歯数の多い内歯車からなる請求項１乃至３のいずれかに記載の動力伝達装置。

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