JP3888482B2 - 増減速装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、2台の撓み噛み合い式歯車装置を用いて、1つの回転入力で異なった速度の2つの回転出力を得ることができ、2つの異なった速度の回転入力で1つの回転出力を得ることが可能な増減速装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
産業機械の分野では、1入力から異なる速度の回転出力を得るように動力伝達経路が構成された増減速装置が利用されている。例えば、同軸状に配列された2つのターンテーブルを差動回転させて各種の作業等を行うための動力伝達機構、2重反転プロペラ駆動用の動力伝達機構、2重反転プロペラによる発電機駆動用の動力伝達機構等においてこのような増減速装置が利用されている。
【0003】
一方、本願人は、減速装置として撓み噛み合い式歯車装置に関する各種の提案を行っている。この撓み噛み合い式歯車装置は、環状の第1の剛性内歯歯車と、この内側に配置された環状の可撓性外歯歯車と、この内側に嵌め込まれ当該可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて部分的に前記剛性内歯歯車に噛み合わせると共にこれらの噛み合わせ位置を円周方向に移動させる波動発生器とを備えた構成となっている。
【0004】
典型的な撓み噛み合い式歯車装置では、波動発生器は楕円形の輪郭形状をしており、可撓性外歯歯車を楕円形に撓めて、その形状の長軸方向の両端部分の外歯を剛性内歯歯車の側の内歯に噛み合わせるようにしている。波動発生器にはモータ等の回転源が連結されており、波動発生器を回転させると、両歯車の噛み合い位置が円周方向に移動する。ここで、両歯車の歯数には差を付けてある。2ヵ所の位置で両歯車を噛み合わせる場合には、歯数差を2n枚(nは正の整数)とし、通常は2枚としてある。従って、噛み合い位置が円周方向に移動すると、これらの両歯車の歯数差に起因した相対回転が両歯車の間に発生する。よって、一方の歯車を固定側歯車とすれば、他方の歯車から歯数差に応じて大幅に減速された減速回転を出力できる。
【0005】
ここで、撓み噛み合い式歯車装置の減速比iは、装置の速比をRとすると、剛性内歯歯車(サーキュラースプライン)、可撓性外歯歯車(フレックスプライン)、および波動発生器(ウェーブ・ジェネレータ)の何れを入力、出力および固定とするのかに応じて、図1に示すようになる。この図における正および負の符号は、入力回転に対する出力回転の回転方向を表しており、正の場合には同一方向の回転であり、負の場合は逆回転を意味している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、撓み噛み合い式歯車装置の減速特性に着目し、この撓み噛み合い式歯車装置を2台用いることにより、同軸状態に配列された3つの回転部材の1つあるいは2つを回転入力要素とし、残りの2つあるいは1つを回転出力要素として、入力回転に対して等速逆転出力、同方向倍速回転出力等といった各種の形態での出力を得ることのできる増減速装置を実現することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の増減速装置は次のように構成されている。
【0008】
すなわち、図2に示すように、増減速装置4Aは、同軸状態に配列された第1の撓み噛み合い式歯車装置1および第2の撓み噛み合い式歯車装置2を有している。前記第1の撓み噛み合い式歯車装置1は、環状の第1の剛性内歯歯車11と、この内側に配置された環状の第1の可撓性外歯歯車12と、この内側に嵌め込まれ当該可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて部分的に前記剛性内歯歯車に噛み合わせると共にこれらの噛み合わせ位置を円周方向に移動させる第1の波動発生器13とを備えている。同様に、前記第2の撓み噛み合い式歯車装置2は、環状の第2の剛性内歯歯車21と、この内側に配置された環状の第2の可撓性外歯歯車22と、この内側に嵌め込まれ当該可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて部分的に前記剛性内歯歯車に噛み合わせると共にこれらの噛み合わせ位置を円周方向に移動させる第2の波動発生器23とを備えている。
【0009】
また、前記第1および第2の波動発生器13、23は、装置軸線1aに対して同軸状に配列された回転軸3に連結されて一体となって回転するようになっている。
【0010】
さらに、前記第1の可撓性外歯歯車12は固定側歯車10とされ、前記第1の剛性内歯歯車11は、前記第2の剛性内歯歯車21に対して一体回転するように連結した連結側歯車20とされている。これに対して、前記連結側歯車20には、装置軸線1aに対して同軸状に配列された第1の回転部材4が連結され、前記第2の可撓性外歯歯車22には、装置軸線1aに対して同軸状態に配列された第2の回転部材5が連結されている。
【0011】
そして、前記回転軸3、前記第1および第2の回転部材4、5のうちの1つ、あるいは2つが回転入力要素とされ、残りの2つ、あるいは1つが回転出力要素とされるようになっている。
【0012】
ここで、前記第1の撓み噛み合い式歯車装置1の速比をR、第2の撓み噛み合い式歯車装置2の速比をR1とし、回転軸3の回転数をn1、第1の可撓性外歯歯車12の回転数(すなわち、第1の回転部材4の回転数)をn2、第2の剛性内歯歯車21の回転数(すなわち、第2の回転部材5の回転数)をn3とすれば、回転軸3から入力された回転数をn1=1とすると、第1および第2の回転部材4、5の回転数(減速比)は次のようになる。
【0013】
n2=1−{R/(R+1)}
n3=1−{R/(R+1)}{(R1+1)/R1}
【0014】
ここで、例えば、第1および第2の回転部材4、5を等速で逆回転させるためには、n3=−n2とすればよい。この場合には、R1=R/2となるようにすればよい。R=160の場合にはR1=80となる。
【0015】
これに対して、第2の回転部材5を第1の回転部材4に対して同方向に2倍の速度で回転させるためには、n3=2n2とすればよい。この場合には、R=R1/2となるようにすればよい。R=160の場合にはR1=320となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図3は、上記の図2に示す増減速装置4Aの実施の形態を示す断面図である。この図に示す増減速装置6Aにおいて図2に示す各部分に対応する部分には同一の符号を付してある。
【0017】
増減速装置6Aにおいては、第1および第2の撓み噛み合い式歯車装置1、2としてカップ形のものを採用しており、波動発生器は楕円形の輪郭形状をしたものを使用している。カップ形の撓み噛み合い式歯車装置1、2は、その可撓性外歯歯車12、22が、外歯12a、22aが外周面に形成された円筒状の胴部12b、22bと、この胴部の一方の開口を封鎖する状態に一体形成された環状のダイヤフラム12c、22cと、ダイヤフラムの中心に一体形成されている厚肉の円板状のボス12d、22dとを備えたカップ形状をしている。
【0018】
第1の撓み噛み合い式歯車装置1においては、その第1の波動発生器13には、第1の可撓性外歯歯車12のカップ底面を貫通して延びる回転軸3が連結されている。この回転軸3はモータ6の出力軸である。増減速装置6Aは、全体として円筒状をしていると共に一端側が端壁62によって封鎖された形状のハウジング61を備えており、このハウジング61の端壁62の外側面にモータ6のフランジ6aが固定されている。
【0019】
この円筒状のハウジング61の内側には、当該ハウジング61の内周面に対して一対の軸受け63、64を介して、装置軸線1aと同軸状に円筒状の第1の回転部材4が支持されている。この第1の回転部材4の一方の端は、第1および第2の剛性内歯歯車11、21に連結され、他方の端はハウジング61の端側開口から突出している。
【0020】
一方、この円筒状の第1の回転部材4の内側には、当該回転部材4の内周面に対して一対の軸受け65、66を介して、装置軸線1aと同軸状に第2の回転部材5が支持されている。この第2の回転部材5の一端は第2の可撓性外歯歯車22のカップ底面を規定しているボス22dに連結され、他端は、第1の回転部材4の端側開口から突出している。
【0021】
このように構成した増減速装置6Aにおいては、第1および第2の撓み噛み合い式歯車装置1、2の速比を調整することにより、第1および第2の回転部材4、5からモータ回転入力に対して異なる速度あるいは同一速度の回転出力を得ることができ、また、第1および第2の回転部材の出力を同一回転方向として取り出すこともできる。さらには、第1および第2の回転部材の出力を等速で逆回転として得ることもできる。従って、これら第1および第2の回転部材4、5を、例えば、同心円状に配列されたターンテーブル等の被駆動部材に連結すれば、中心側のターンテーブルに対して外周側のターンテーブルを差動回転、同一回転、あるいは逆回転させる等、必要に応じた回転形態で駆動させることができる。
【0022】
次に、図4も、上記の図2に示す増減速装置4Aの実施の形態を示す断面図である。この図に示す増減速装置7Aにおいて図2に示す各部分に対応する部分には同一の符号を付してある。
【0023】
増減速装置7Aにおいては、第1および第2の撓み噛み合い式歯車装置1、2として中空形のものを採用しており、波動発生器は楕円形の輪郭形状をしたものを使用している。中空形の撓み噛み合い式歯車装置10A、20Aでは、その可撓性外歯歯車12A、22Aが、外歯12a、22aが外周面に形成された円筒状の胴部12b、22bと、この胴部の一方の開口縁から半径方向の外側に広がった環状のダイヤフラム12e、22eと、ダイヤフラムの外周縁に連続して形成された厚肉の環状のボス12f、22fとを備えたシルクハット形状をしている。このために中空部分が形成されている。
【0024】
第1の撓み噛み合い式歯車装置10Aにおいては、その第1の波動発生器13は装置軸線1aの方向に貫通している中空軸71の外周面に一体的に形成されている。この中空軸71の端は、ハウジング72に取り付けたモータ6の出力軸である回転軸3に連結されている。回転軸3は、装置中空部73を貫通して延びている。
【0025】
第2の撓み噛み合い式歯車装置20Aにおいても、同様にその第2の波動発生器23は装置軸線1aの方向に貫通している中空軸74の外周面に一体的に形成されている。この中空軸74の端は、装置中空部73を貫通して延びている回転軸3の他端に固定されている。
【0026】
ここで、第2の撓み噛み合い式歯車装置20Aは、第1の撓み噛み合い式歯車装置10Aとは逆向きの状態で配列されている。従って、その第2の可撓性外歯歯車22Aのボス22fは装置の端に面しており、ここには、装置軸線1aと同軸状態に円板状の第2の回転部材(ターンテーブル)5が連結されている。また、この第2の回転部材5の外側を囲むように同軸状に第1の回転部材(ターンテーブル)4が配置されており、この第1の回転部材4は、円板状部分4aと、この内周縁に連続している円筒状の胴部4bと、この胴部4bの他端に連続して半径方向の内側に延びている環状フランジ4cとを備えた形状をしており、環状フランジ4cの部分が、第1および第2の剛性内歯歯車11、21に連結されている。
【0027】
このように構成した増減速装置7Aにおいても、図3の増減速装置6Aと同様な作用効果を得ることができる。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の増減速装置では、第1および第2の撓み噛み合い式歯車装置の速比を調整することにより、モータ等から回転部材に入力される回転入力に対して、第1および第2の回転部材から、異なる速度あるいは同一速度の回転出力を得ることができ、また、第1および第2の回転部材の出力を同一回転方向として取り出すことができ、さらには、第1および第2の回転部材の出力を等速で逆回転として取り出すこともできる。従って、これら第1および第2の回転部材を、例えば、同心円状に配列されたターンテーブル等の被駆動部材に連結すれば、中心側のターンテーブルに対して外周側のターンテーブルを差動回転、同一回転、あるいは逆回転させる等、必要に応じた回転形態で駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 撓み噛み合い式歯車装置の各回転要素の状態と減速比の関係を示す説明図である。
【図2】 本発明による増減速装置の構成を示す構成図である。
【図3】 図2に示す増減速装置の実施の形態を示す断面図である。
【図4】 図2に示す増減速装置の実施の形態の別の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 第1の撓み噛み合い式歯車装置
1a 装置軸線
11 第1の剛性内歯歯車
12 第1の可撓性外歯歯車
13 第1の波動発生器
2 第2の撓み噛み合い式歯車装置
21 第2の剛性内歯歯車
22 第2の可撓性外歯歯車
23 第2の波動発生器
3 回転軸
4 第1の回転部材
5 第2の回転部材
10 固定側歯車
20 連結側歯車
Claims (1)
- 同軸状態に配列された第1の撓み噛み合い式歯車装置および第2の撓み噛み合い式歯車装置を有し、
前記第1の撓み噛み合い式歯車装置は、環状の第1の剛性内歯歯車と、この内側に配置された環状の第1の可撓性外歯歯車と、この内側に嵌め込まれ当該可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて部分的に前記剛性内歯歯車に噛み合わせると共にこれらの噛み合わせ位置を円周方向に移動させる第1の波動発生器とを備え、
前記第2の撓み噛み合い式歯車装置は、環状の第2の剛性内歯歯車と、この内側に配置された環状の第2の可撓性外歯歯車と、この内側に嵌め込まれ当該可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて部分的に前記剛性内歯歯車に噛み合わせると共にこれらの噛み合わせ位置を円周方向に移動させる第2の波動発生器とを備え、
前記第1および第2の波動発生器は、装置軸線に対して同軸状に配列された回転軸に連結されて一体となって回転するようになっており、
前記第1の可撓性外歯歯車は固定側歯車であり、
前記第1の剛性内歯歯車は、前記第2の剛性内歯歯車に対して一体回転するように連結された連結側歯車であり、
当該連結側歯車には、装置軸線に対して同軸状に配列された第1の回転部材が連結され、
前記第2の可撓性外歯歯車には、装置軸線に対して同軸状態に配列された第2の回転部材が連結されており、
前記回転軸が回転入力要素とされ、
前記第1および第2の回転部材が回転出力要素とされていることを特徴とする増減速装置。
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