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JP2719921B2 - フェースギャの歯形、該歯形の創成加工方法及び該歯形を利用した差動減速装置 - Google Patents

フェースギャの歯形、該歯形の創成加工方法及び該歯形を利用した差動減速装置

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JP2719921B2
JP2719921B2 JP63056984A JP5698488A JP2719921B2 JP 2719921 B2 JP2719921 B2 JP 2719921B2 JP 63056984 A JP63056984 A JP 63056984A JP 5698488 A JP5698488 A JP 5698488A JP 2719921 B2 JP2719921 B2 JP 2719921B2
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gear
axis
face
tooth profile
double
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JP63056984A
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隆雄 横井
Original Assignee
株式会社マキシンコー
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Publication date
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Priority to US07/318,250 priority patent/US4966573A/en
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Priority to EP89302360A priority patent/EP0332450B1/en
Priority to US07/398,390 priority patent/US5022802A/en
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、両側面にフェースギャを設けた両面歯車が
入力軸に連設した斜軸部に回転自在に支承され、かつ、
前記入力軸の回転に連動して首振り回転運動し、該両面
歯車の両側に対向して配置され、それぞれ前記フェース
ギャに噛み合うフェースギャを有する固定歯車及び可動
歯車（出力軸に連結される）とと前記両面歯車との間に
差動減速機構が構成される差動減速装置に適合した前記
フェースギャの歯形と、その創成加工方法並びに該歯形
を用いた差動減速装置に関するものである。
従来の技術 上記のように首振り回転運動する両面歯車を用いた差
動減速装置に関しては、例えば特開昭54−120347号公報
に記載されたものが知られている。
発明が解決しようとする課題 しかし、上記の差動減速装置は、入力軸に連動して首
振り回転する両面歯車と固定面歯車及び出力軸に連結さ
れる可動歯車との噛み合いが特殊であるため、各歯車の
創成加工が困難で製造技術上に種々の問題点があって、
ほとんど普及していない。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、上記
の差動減速装置に適合し、しかも各歯車の製作加工が精
確にできる歯形と、該歯形を創成加工する方法並びに該
歯形を利用した差動減速装置を提供することを目的とす
る。
課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するために、前述した差動
減速装置における前記固定面歯車及び可動面歯車のフェ
ースギャの歯形をローラ又は円弧歯形とし、かつ、首振
り回転運動する前記両面歯車のフェースギャの歯形とし
て前記ローラ又は円弧歯形に噛み合う特殊形状の歯形を
採用したものである。
本発明による特殊形状の前記歯形は後述するように輪
郭形状が山形のカムになるので、この歯形により構成さ
れるフェースギャを通常のフェースギャと区別するた
め、本明細書では「フェースカム」と称する。
次に、本発明に係るフェースカムの歯形の創成を第１
図ないし第７図に基づいて説明する。
第１図は、本発明に係るフェースカムを用いて構成し
た差動減速装置の機構原理を示しており、両側面にフェ
ースカム11,12を設けた両面歯車10は、入力軸１に連設
した斜軸部２に軸受３を介して回転自在に支承されてい
る。入力軸１は軸受4,5で支承され、その軸線Ａ−Ａ′
の周りに回転する。
一方、両面歯車10の両側に対向して配置される固定面
歯車13と可動面歯車14は、それぞれフェースカム11又は
12と噛み合うローラ15又は16を軸線Ａ−Ａ′に対し放射
状に配置して構成されている。なお、ローラ15又は16に
変えて円弧歯形に形成してもよい。固定面歯車13はケー
シング６に固定され、可動面歯車14は出力軸７に連結さ
れ、ケーシング６に対し回転自在になっている。出力軸
７は入力軸１と同軸上に配置され、軸受８により支承さ
れている。
上記構成の差動減速装置は、次のようにして減速動作
を行なう。
入力軸１が１回転すると、両面歯車10が斜軸部２の首
振り回転運動によって公転しながら、固定面歯車13のロ
ーラ15の数とフェースカム11の歯数差分だけ自転する。
同時に両面歯車10は可動歯車14に対しても首振り回転運
動による公転を行なうが、フェースカム11が固定面歯車
13によって拘束されるため、可動面歯車14がローラ16の
数（歯数）とフェースカム12の歯数差分と、両面歯車10
の自転分との和又は差だけ回転し、その結果、出力軸７
が減速回転する。ここで和というのは前記歯数差分によ
る可動面歯車14の回転方向と両面歯車10の自転による回
転方向が同じ場合を言い、差というのは両者の回転方向
が逆の場合を言う。このように減速比が変わるのは、両
面歯車10の量フェースカム11,12の歯数、固定面歯車13
のローラ15の数（歯数）及び可動面歯車14のローラ16の
数（歯数）の与え方によるものである。今、 ローラ15の数（歯数）:N1 フェースカム11の歯数:N2 フェースカム12の歯数:N3 ローラ16の数（歯数）:N4 とすれば、減速比ｉは次のように求められる。
まず、ローラ15に対するフェースカム11の公転によっ
て与えられる両面歯車10の自転分 i1＝１−N1/N2 そして、i1の自転によるフェースカム12とローラ16と
の減速比i2は i2＝N3/N4 また、フェースカム12の公転によってローラ16に与え
る自転分i3は i3＝１−N3/N4 したがって、全体の減速比ｉは、 ｉ＝i1・i2＋i3 ＝（１−N1/N2）・（N3/N4） ＋（１−N3/N4） ＝１−N1・N3/N2・N4となる。
ここで、N1＝19、N2＝18、N3＝19、N4＝20として減速比
ｉを求めると ｉ＝１−19・19/18・20 ＝−1/360 また、N1＝18、N2＝19、N3＝19、N4＝20にすると、 ｉ＝１−18・19/19・20＝1/10 となる。このようにわずかな歯車比の変更により減速比
の範囲が大きく変化するところにこの差動減速機構の特
徴がある。なお、（＋）は入力軸１と出力軸７が同一方
向に回転することを意味し、（−）は両者が逆方向に回
転することを意味する。
次に、両面歯車10の両フェースカム11,12の歯形につ
いて説明する。
上記構成の差動減速装置において、入力軸１を等角変
位させていくと、斜軸部２上の両面歯車10の両フェース
カム11,12も一定の条件の下に角変位していくが、両フ
ェースカム11,12は斜軸部２に対して直交する平面上に
設けられているので、斜軸部２の角変位を考えればよ
い。そこで、第２図のように入力軸１と斜軸部２を取り
出して考察する。なお、以下の説明ではフェースカム11
について述べるが、フェースカム12についても同様にし
て歯形を求めることができる。
斜軸部２は入力軸１の軸線Ａ−Ａ′に対して一定の角
度α゜だけ傾いて軸線Ａ−Ａ′の回りに等角回転変位す
る、今、軸線Ａ−Ａ′と交叉する斜軸部２の中心０から
任意の距離ｌだけ離れた斜軸部２上のＰ点が時計方向へ
θ゜角変位したときのＰ′点における斜軸部２の傾向角
Ｂ及び傾向角Ｃを求める。
ｌの軸線Ａ−Ａ′上の水平成分Ｌは、 Ｌ＝ｌ・cosα （１） Ｐ′点の垂直成分をY,水平成分をＸとすれば、 Ｒ＝Ｌ・tanα （２） Ｘ＝Ｒ・cosθ （３） Ｙ＝Ｒ・sinθ （４） によって求められる。故に tanB＝Y/L tanC＝X/L で、これにそれぞれ（３）式，（４）式を代入すると Ｂ＝tan-1（Ｒ・cosθ/L） （５） Ｃ＝tan-1（Ｒ・sinθ/L） （６） そして（２）式よりＬ＝R/tanαを代入すれば Ｂ＝tan-1（Ｒ・cosθ・tanα/R） ∴Ｂ＝tan-1（cosθ・tanα） （７） Ｃ＝tan-1（Ｒ・sinθ・tanα/R） ∴Ｃ＝tan-1（sinθ・tanα） （８） と、（７）式、（８）式を得る。
ここで角度αを一定であるから、傾向角Ｂ及び傾向角
Ｃは角変位θに対応して（７）式及び（８）式により求
められる角度だけ変化していく。
次に、フェースカム11の自転角変位を求める。フェー
スカム11は入力軸11に連動して等角変位し、入力軸１の
回転に対して、ローラ15の数（歯数）N1とフェースカム
11の歯数N2との歯数差分自転するから、差動歯数Ｄ＝N1
−N2となる。N1は固定されているから、フェースカム11
の自転歯数はD/N2となり、これを角変位として求める
と、入力軸１が１回転したときのフェースカム11の自転
角変位Ａは、 Ａ＝Ｄ・360/N2 （９） となる。
したがって、入力軸１がθ゜角変位したときの自転角
変位ΔＡは、 ΔＡ＝Ａ・θ/360＝Ｄ・360・ θ/N2・360 ＝Ｄ・θ/N2 （10） によって求める。ここで、差動歯数Ｄ及び歯数N2は定数
であるから、フェースカム11の自転角変位ΔＡは入力軸
１の角変位θに比例して変化する。
以上説明した自転角変位ΔＡ及び傾向角B,Cは、ロー
ラ15に噛み合うフェースカム11の角変位であるから、自
転角変位ΔＡ及び傾向角B,Cの変化を求める前記（４）
式及び（６）式が歯形創成式となる。
上記した歯形創成式によって得られる歯形曲線は三次
元になり、平面的には表わせないが、第３図ないし第６
図を参照してフェースカム11の外径上における近似歯形
の展開図について説明する。なお、実際には、フェース
カム11が回転しながら傾動する首振り運動を行なうが、
第６図に示す展開図では相対的に考えて、フェースカム
11を静止させ、ローラ15が運動するものとする。
今、第３図に示すように、フェースカム11の外径上に
斜軸部２と同軸の円筒17を考え、その半径をＫとする
と、フェースカム11の自転角変位ΔＡに対応する円筒17
上の円弧長さΔＳは、 ΔS/2πＫ＝ΔA/2πより ΔＳ＝ΔA2・Ｋ （11） となる。この（11）式に（10）式のΔＡ＝Ｄ・θ/N2を
代入すると、 ΔＳ＝Ｄ・θ・K/N2 （12） ところで、入力軸１の角変位θは定回転角であり、１
回転をｎ分割した角度であるから、θ＝２・π/nとして
歯形の変化を得ることができる。これを（12）式に代入
すれば、 ΔＳ＝２・π・Ｋ・D/n・N2 （13） によって歯形をｎ分割したときの円弧長さΔＳが求めら
れる。
ところで、円筒を展開して歯形を近似的に知るには、
Ｃ軸の角変位によるフェースカムの傾きも考えなければ
ならない。第４図はＣ軸が最大角変位した状態を示して
おり、第５図は同要部の拡大図で、フェースカム軸から
ローラのかたよりDXは DX＝Ｈ・sinC゜ （14） によって求まる。展開図とする場合は前記の（13）式に
（14）式を引けばＸ軸方向のローラセンタ位置を求める
ことができる。すなわち、 Xn＝ΔＳ−DX （15） 次に、Ｙ軸方向の変位は、傾向角Ｂによって近似的に求
める。
第３図に示す軸線Ａ−Ａ′と平行する方向へ変化する
変位ｙを求めて作図する。
第３図において、斜軸部２の中心０を通り軸線Ａ−Ａ′
に直交する直線Ｃ−Ｃ′とローラ15の軸線との軸間距離
をＨとし、フェースカム11の外径上における中心点Ｑ
（円筒17の外周の中心点）の傾向角Ｂに対応する変位を
ｈとすると ｈ＝Ｋ・sinα ｙ＝Ｈ−ｈとなり傾向角Ｂによって変化するΔ
ｈは Δｈ＝Ｋ・sinB したがって ΔＹ＝Ｈ−Δｈ （16） で表わされる。
歯形をｎ分割した場合、Ynは Yn＝Ｈ−Ｋ・sin｛tan-1（cos2π/n）・ tanα｝ （17） で求められる。
上記（15）、（17）式により歯形分割数ｎ＝20、差動
歯数Ｄ＝１としてXn、Ynを計算し、Xnを水平座標にそれ
ぞれ直線を引きその交点を中心としたローラ15の直径に
相当する円を順次描いて行けば、第６図に示すように、
求める近似歯形18が得られる。
実 施 例 次に、前記（４）式及び（６）式により求められるフ
ェースカム11の自転角変位ΔＡ及び傾向角B,Cに基づい
て実際の歯形18を創成する歯切装置を第７図ないし第11
図を参照して説明する。
20は垂直軸（Ｂ軸）の周りに斜軸部２の傾き角に相当
する一定角度αだけ正逆方向へ回転変位するＢ軸用NCサ
ーキュラテーブル、21は水平軸（Ｃ軸の周りに斜軸部２
の傾き角に相当する一定角度のαだけ正逆方向へ回転変
位するＣ軸用NCサーキュラテーブル、22はＣ軸用NCサー
キュラテーブル21上に設置されたＡ軸用NC回転装置で、
Ｃ軸に直交するＡ軸（水平軸）の周りに回転する回転軸
23を備えており、該回転軸23の先端部分にワーク取付部
24が設けられ、該取付部24に歯車素材となるワーク25か
を嵌合して固定する。26は回転軸13の自由端を支承する
テールストックである。
27は歯形18を切削加工するエンドミルで、ローラ15と
同一径を有し、フェースカム11に対するローラ15の組立
位置と同じ位置に配置され、ワーク25の側面を切削加工
する。図中、ＤはNC加工中心線で、Ａ軸,B軸及びＣ軸の
交点を通り、四者の交点が加工原点となる。
上記構成の歯切装置により歯形創成加工するには、第
７図のように、Ｂ軸用NCサーキュラテーブル20を角度α
だけ加工中心線Ｄに対して振った位置まで回転変位させ
る。この時Ｃ軸サーキュラテーブル21は公式との関係に
より水平に位置し、この位置でエンドミル27がワーク25
の側面に当接する。
次に、Ａ軸用NC回転装置22によってワーク25を斜軸部
２の自転角変位ΔＡずつ微小回転させると同時に、Ｂ軸
用NCサーキュラテーブル20によって対応する傾向角Ｂだ
け回転させる。同時にＣ軸用NCサーキュラテーブル21も
対応する傾向角Ｃだけ回転させる。そして、第９図に示
すように、Ｂ軸用NCサーキュラテーブル20が加工中心線
Ｄに対して反対側に角度αだけ振った位置においてＢ軸
用NCサーキュラテーブル20を逆方向に回転変位させ、第
10図、第11図に示す位置を経て再び第７図に示す位置ま
で戻ると、この間にエンドミル27によってワーク25の側
面に歯形18の１歯が加工される。以下、上記操作を繰り
返して歯数N2のフェースカム11が得られる。続いて、ワ
ーク25の他方の側面に歯数N3のフェースカム12を同じよ
うに切削加工して、第12図に示すような両面歯車10が完
成する。第13図は、創成加工されたフェースカム11の歯
形展開図を示している。
第14図は、上記のようにして加工された両面歯車10を
用い、第１図に示した機構原理に基づいて構成した差動
減速装置を示している。
入力軸１は、中間部分に軸線Ａ−Ａ′に対して一定角
度αだけ傾いた斜軸部２を有し、該斜軸部２に両面歯車
10が軸受３を介して回転自在に支承される。入力軸１
は、軸受４、ニードル軸受５を介して支承され、軸線Ａ
−Ａ′の回りに回転すると共に、前記軸受４のハウジン
グ30がケーシングカバー6aに対してねじ嵌合31されてい
て、ハウジング30と一緒に軸線Ａ−Ａ′方向へ調整変位
可能になっている。
出力軸７は、入力軸１と同軸上に配設され、ケーシン
グ６の筒状部6bに軸受8,9を介して支承されている。
一方、両面歯車10の両側に対向して配置される固定面
歯車13と可動面歯車14は、それぞれ円盤13aと14aにフェ
ースカム11又は12と噛み合う所定数N1又はN4のローラ15
又16を軸線Ａ−Ａ′に対し放射状に配置して構成されて
いる。
円盤13aは、調節ねじ32と固定ねじ33とによって軸線
Ａ−Ａ′方向へ調整変位可能な状態でケーシング６に固
定され、前記ハウジング30のねじ嵌合31と、前記調整ね
じ32及び固定ねじ33とによりバックラッシュ調整機構が
構成され、円盤13aの固定位置及び入力軸１の支承位置
を調整することによりローラ15とフェースカム11との噛
み合い位置が容易、かつ正確に調整できるようになって
いる。
円盤14aは出力軸７の内端に連設され、回転自在にな
っている。
上記構成の差動減速装置の減速比ｉは、第１図の機構
原理について説明したように、 ｉ＝１−N1・N3/N2・N4となる。
発明の効果 以上説明したように、本発明によるフェースカムの歯
形は、第１図に示した機構原理に基づく差動減速装置の
歯形に適合するものである。
しかも、上記フェースカムの歯形は同時３軸制御のNC
サーキュラテーブルを用いた本発明の創成歯切方法によ
って、精度の高い歯切り加工が能率良くできる。
また、前記フェースカムの歯車を用いた本発明の差動
減速装置は、次のような特徴を有している。
（１） 高減速比:1対で高減速比が得られる。
（２） 低イナーシャ：入力時の慣性モーメントGD2が
小さい。
（３） 低バックラッシュ：軸方向の位置を調整するこ
とによってバックラッシュを少なくできる。
（４） 入出力同心： （５） 高効率：理論的にころがり接触であるので、効
率が良い。
（６） 高負荷に耐える：理論的に全歯数の1/3がトル
クを伝達するので伝達トルクが大きい。
（７） 小型軽量：外径が小さく、軽量化できる。
（８） 長寿命：ころがりであるから摩耗が少ない。
（９） メンテナンスが容易：構造が簡単でメンテナン
スが容易。
（10） 高速回転が可能：ころがり接触であるので、高
速回転に耐える。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係るフェースカムの歯形を用いた差動
減速装置の機構原理図、第２図ないし第５図は同歯形創
成の説明図、第６図は同歯形の展開説明図、第７図ない
し第11図は同歯形をフェースカムとして創成加工する歯
切装置の作動順序を示す概略平面図及び正面図、第12図
は同フェースカムを加工した両面歯車の縦断面図、第13
図は同フェースカムの展開断面図、第14図は第12図の両
面歯車を用いて構成した差動減速装置の要部縦断正面図
である。 １……入力軸、２……斜軸部 ７……出力軸、10……両面歯車 11,12……フェースギャ（フェースカム） 13……固定面歯車 14……可動歯車 15,16……ローラ又は円弧歯形 18……歯形 20……Ｂ軸用NCサーキュラテーブル 21……Ｃ軸用NCサーキュラテーブル 22……Ａ軸用NC回転装置 23……回転軸 24……ワーク取付部 25……ワーク

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】両側面にフェースギャを設けた両面歯車10
    が、入力軸１に連設した斜軸部２に回動自在に支承さ
    れ、かつ、前記入力軸１の回転に連動して首振り回転運
    動し、該両面歯車10の両側に対向して配置され、それぞ
    れ前記フェースギャに噛み合うフェースギャを有する固
    定面歯車13及び出力軸７に連結される可動面歯車14と前
    記両面歯車10との間に差動減速機構が構成される減速装
    置における歯形であって、 前記固定面歯車13及び可動面歯車14とフェースギャの歯
    形はローラ15及び16は円弧歯形とし、 前記両面歯車10のフェースギャ（フェースカム）11,12
    の歯形は、前記入力軸１の軸線Ａ−Ａ′に対する前記斜
    軸部２の傾き角度αと、前記軸線Ａ−Ａ′の周りの等角
    回転変位θとから求められる前記フェースギャ11,12の
    傾向角Ｂ゜,C゜及び自動角度ΔＡ゜が、 Ｂ＝tan-1（cosθ・tanα） Ｃ＝tan-1（sinθ・tanα）及び ΔＡ＝Ｄ・θ/N D:噛み合うフェースギャの差動歯数 N:両面歯車10のフェースギャの歯数 の３式を充足することを特徴とするフェースギャの歯
    形。
  2. 【請求項２】Ｂ軸の周りに一定角度αだけ正逆回転する
    Ｂ軸用NCサーキュラテーブル20と、 該NCサーキュラテーブル20上に設置され、Ｂ軸に直交す
    るＣ軸の周りに一定角度αだけ正逆回転するＣ軸用NCサ
    ーキュラテーブル21と、 該NCサーキュラテーブル21上に設置され、Ｃ軸に直交す
    るＡ軸の周りに回転する回転軸23を備えたＡ軸用NC回転
    装置22と、 前記回転軸23に設けられたワーク取付部24と、 該ワーク取付部24に装着したワーク25の側面に当接する
    エンドミル27とを用い、かつ、前記エンドミル27の直径
    は、前記ローラ15及び16と同一径とし、 前記Ａ軸用NC回転装置22によってワーク25を前記斜軸部
    ２の自転角変位ΔＡずつ微小回転させると同時に、Ｂ軸
    用NCサーキュラテーブル21によって対応する傾向角Ｂ及
    びＣ軸用NCサーキュラテーブル21によって対応する傾向
    角Ｃだけそれぞれ正逆回転させて、前記ワーク25に歯形
    18を加工するフェースギャの歯形の創成加工方法。
  3. 【請求項３】請求項（１）記載の歯形を具備した両面歯
    車10と該両面歯車10に噛み合う固定面歯車11及び可動面
    歯車12とを用いて構成した差動減速装置。
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