(57)【要約】【課題】  寸法精度が高く耐摩耗性及び耐久性に優れたクラウンギア減速機構を提供する。【解決手段】  回転不能に支持された固定クラウンギア１０と、固定クラウンギア１０に対し異なる数の歯を傾斜状に噛み合わせるとともにその噛み合いによる接触箇所を周方向へ変化させて回転するように支持された可動クラウンギア２０と、可動クラウンギア２０を固定クラウンギア１０へ押し付けながら前記のように回転させる押圧回転機構３０とを備え、可動クラウンギア２０の回転力を出力するようにしたクラウンギア減速機構において、固定クラウンギア１０と可動クラウンギア２０のうちの一方又は双方は、体積比５０％以上のガラス質金属組織から形成されており、引張強度又は圧縮強度が１５００ＭＰａ〜４０００ＭＰａであって且つヤング率が２００ＧＰａよりも小さいガラス質金属により形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転不能に支持された固定クラウンギアと、該固定クラウンギアに対し異なる数の歯を傾斜状に噛み合わせるとともにその噛み合いによる接触箇所を周方向へ変化させて回転するように支持された可動クラウンギアと、該可動クラウンギアを固定クラウンギアへ押し付けながら前記のように回転させる押圧回転機構とを備え、前記可動クラウンギアの回転力を出力するようにしたクラウンギア減速機構において、
前記固定クラウンギアと前記可動クラウンギアのうちの一方又は双方は、少なくとも歯形部分がガラス質金属により形成され、
前記ガラス質金属は、体積比５０％以上のガラス質金属組織から形成されており、引張強度又は圧縮強度が１５００ＭＰａ〜４０００ＭＰａであって且つヤング率が２００ＧＰａよりも小さいことを特徴とするクラウンギア減速機構。
【請求項２】
前記固定クラウンギアは、環状に形成され、
前記可動クラウンギアは、前記固定クラウンギアに噛み合わせられる外側冠状歯車と、該外側冠状歯車よりも内周側に位置する前方向きの内側冠状歯車とを一体に具備し、前記内側冠状歯車を、その前方側の出力クラウンギアに噛み合わせており、
前記出力クラウンギアは、前記ガラス質金属により形成され、前記固定クラウンギア内に挿入されて該固定クラウンギアと同芯状に回転するように支持されていることを特徴とする請求項１記載のクラウンギア減速機構。
【請求項３】
前記押圧回転機構は、前記可動クラウンギアの後面に押し付けた転動部材を該可動クラウンギアの周方向へ転動させるように構成され、前記転動部材は、前記ガラス質金属により形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のクラウンギア減速機構。
【請求項４】
前記ガラス質金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｆｅのいずれかを主成分とするものであることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載のクラウンギア減速機構。
【請求項５】
前記固定クラウンギアと前記可動クラウンギアのうちの一方又は双方は、前記ガラス質金属と他の材料との複合材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載のクラウンギア減速機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力側の回転をクラウンギアの組み合わせにより減速して出力側へ伝達するクラウンギア減速機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の発明には、例えば、特許文献１に記載されるもののように、回転駆動される押し付け機構（１６）と、外部部材に固着される固定クラウンギア（２）と、固定クラウンギア（２）との歯数差が１の可動クラウンギア（１）と、可動クラウンギア（１）に可撓的に取り付けられた出力軸（３）とから成る変形クラウンギア減速機構であって、押し付け機構（１６）から付与される押し付け力によって可動クラウンギア（１）が固定クラウンギア（２）に対して傾斜して噛み合い、且つ、固定クラウンギア（２）と可動クラウンギア（１）の歯の接触位置が傾斜中心線を挟んで左右の２箇所に分散するようにしたものがある。
この従来技術は、押し付け機構（１６）のローラ（１７）を、可動クラウンギア（１）の後面（背面）に押し付けて円軌道上を転動させることで、可動クラウンギア（１）と固定クラウンギア（２）との噛み合い部分を周方向へ移動させながら可動クラウンギア（１）を歳差運動させて、可動クラウンギア（１）の回転を減速するようにしており、予圧を付与した可動クラウンギア（１）を固定クラウンギア（２）に押し付ける構造であるため、バックラッシを軽減して大きな減速比を得ることができる。
また、同特許文献１には、好ましい態様として、可動クラウンギア（１）と固定クラウンギア（２）をポリアセタールから形成することが記載されている。
【０００３】
しかしながら、上記従来技術では、同時に複数の歯を噛み合わせる構造であるため、特に歯の形状および寸法に高精度を要するが、可動クラウンギア（１）を固定クラウンギア（２）を合成樹脂材料から成型しているため、成形条件等に起因して寸法精度のバラツキを生じ易い。このため、前記バラツキによって大きなバックラッシを生じる場合もある。そして、このようなバックラッシを低減するために予圧を大きくすると、部材間の摺接箇所における摩耗が増大し、寿命低下の要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５１１６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、寸法精度が高く耐摩耗性及び耐久性に優れたクラウンギア減速機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための一手段は、回転不能に支持された固定クラウンギアと、該固定クラウンギアに対し異なる数の歯を傾斜状に噛み合わせるとともにその噛み合いによる接触箇所を周方向へ変化させて回転するように支持された可動クラウンギアと、該可動クラウンギアを固定クラウンギアへ押し付けながら前記のように回転させる押圧回転機構とを備え、前記可動クラウンギアの回転力を出力するようにしたクラウンギア減速機構において、前記固定クラウンギアと前記可動クラウンギアのうちの一方又は双方は、少なくとも歯形部分がガラス質金属により形成され、前記ガラス質金属は、体積比５０％以上のガラス質金属組織から形成されており、引張強度又は圧縮強度が１５００ＭＰａ〜４０００ＭＰａであって且つヤング率が２００ＧＰａよりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、以上説明したように構成されているので、寸法精度が高く耐摩耗性及び耐久性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るクラウンギア減速機構の一例を示す斜視図である。
【図２】同クラウンギア減速機構の平面図である。
【図３】同クラウンギア減速機構の分解斜視図である。
【図４】同クラウンギア減速機構の分解平面図である。
【図５】各主成分によるガラス質金属の引張り又は圧縮強さとヤング率との関係図である。
【図６】本発明に係るクラウンギアの他の実施例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施の形態の第一の特徴は、回転不能に支持された固定クラウンギアと、該固定クラウンギアに対し異なる数の歯を傾斜状に噛み合わせるとともにその噛み合いによる接触箇所を周方向へ変化させて回転するように支持された可動クラウンギアと、該可動クラウンギアを固定クラウンギアへ押し付けながら前記のように回転させる押圧回転機構とを備え、前記可動クラウンギアの回転力を出力するようにしたクラウンギア減速機構において、前記固定クラウンギアと前記可動クラウンギアのうちの一方又は双方は、少なくとも歯形部分がガラス質金属により形成され、前記ガラス質金属は、体積比５０％以上のガラス質金属組織から形成されており、引張強度又は圧縮強度が１５００ＭＰａ〜４０００ＭＰａであって且つヤング率が２００ＧＰａよりも小さい。
この構成によれば、高精度な成型が可能なため、寸法精度のバラツキに起因するバックラッシの増大を防ぐことができる上、同時複数取りによって生産性を向上することができる。
しかも、ステンレス鋼などに対して、ガラス質金属の弾性率が比較的低いため、固定クラウンギア及び可動クラウンギアを、比較的軽い予圧でしなやかに変形させて、これらギア間の歯部を複数箇所で接触させ、バックラッシをより効果的に低減することができる。
さらには、固定クラウンギアと可動クラウンギアの間の耐摩耗性を向上して、高寿命化をはかることができる。
【００１０】
第二の特徴としては、前記固定クラウンギアは、環状に形成され、前記可動クラウンギアは、前記固定クラウンギアに噛み合わせられる外側冠状歯車と、該外側冠状歯車よりも内周側に位置する前方向きの内側冠状歯車とを一体に具備し、前記内側冠状歯車を、その前方側の出力クラウンギアに噛み合わせており、前記出力クラウンギアは、前記ガラス質金属により形成され、前記固定クラウンギア内に挿入されて該固定クラウンギアと同芯状に回転するように支持されている。
この構成によれば、出力軸側冠状歯について、寸法精度、耐摩耗性、生産性等を向上することができる。
【００１１】
第三の特徴としては、前記押圧回転機構は、前記可動クラウンギアの後面に押し付けた転動部材を該可動クラウンギアの周方向へ転動させるように構成され、前記転動部材は、前記ガラス質金属により形成されている。
この構成によれば、特に転動部材について、寸法精度、耐摩耗性、生産性等を向上することができる。
【００１２】
第四の特徴としては、前記ガラス質金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｆｅのいずれかを主成分とするものである。
この構成によれば、当該クラウンギア減速機構の耐摩耗性、耐久性及び生産性等を、より向上することができる。
【００１３】
第五の特徴としては、前記固定クラウンギアと前記可動クラウンギアのうちの一方又は双方は、前記ガラス質金属と他の材料との複合材料で構成されている。
この構成によれば、少なくとも歯形部分は、寸法精度と耐摩耗性に優れる前記ガラス質金属とした上で、他の部分は、例えば、より弾性のある素材とすることによって、より軽い予圧でクラウンギアを変形させて、ギア間の歯部を接触させることなどができる。
【実施例】
【００１４】
次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
クラウンギア減速機構は、図１〜図４に示すように、回転不能に支持された固定クラウンギア１０と、該固定クラウンギア１０に対し異なる数の歯２１ａを傾斜状に噛み合わせるとともにその噛み合いによる接触箇所を周方向へ変化させて回転するように支持された可動クラウンギア２０と、該可動クラウンギア２０を固定クラウンギア１０の後面（背面）に押し付けながら回転させる押圧回転機構３０と、環状の固定クラウンギア１０の内側で可動クラウンギア２０から回転力を伝達される出力クラウンギア４０とを備え、後側に接続される入力軸５０の回転を、減速して前側に接続される出力軸６０から出力するように構成される。
【００１６】
固定クラウンギア１０は、図３に示すように、内部を中空にした略円筒状に形成され、その後端面に、後方へ突出する複数の歯１１を、全周にわたって所定のピッチで環状に配置している。各歯１１の形状は、おおまかには断面山形状であるが、可動クラウンギア２０との噛み合いが良好に行われるように適宜に設定される。
この固定クラウンギア１０は、図示しない周囲の不動部位に対し、回転不能且つ前後移動不能に固定される。
【００１７】
可動クラウンギア２０は、図３に示すように、内部を中空にした円筒状に形成され、その後端面（背面）を平坦状に形成するとともに、前端面には、固定クラウンギア１０に噛み合わせられる外側冠状歯車２１と、該外側冠状歯車２１の内周側に間隔を置いた前方向きの内側冠状歯車２２とを一体に具備する。
この可動クラウンギア２０は、前方側の固定クラウンギア１０に対し傾斜状に噛み合うとともに、後方側から押圧回転機構３０に押圧されることで保持される。すなわち、可動クラウンギア２０の外周側及び内周側には該可動クラウンギア２０を保持する部材がなく、可動クラウンギア２０は、固定クラウンギア１０に対し異なる数の歯２１ａを噛み合わせるとともに、該可動クラウンギア２０の中心線を固定クラウンギア１０の中心線に対し傾斜させた状態で、後方から押圧回転機構３０に押圧されることで、脱落しないように保持されている（図２参照）。そして、この可動クラウンギア２０は、押圧回転機構３０の転動部材３１によって押圧される位置が回転することで、固定クラウンギア１０との噛み合いによる接触箇所を周方向へ移動させて略歳差運動状に回転する。
【００１８】
外側冠状歯車２１は、前方へ突出する複数の歯２１ａを、全周にわたって所定のピッチで環状に配置している。各歯２１ａの形状は、おおまかには断面山形状であるが、固定クラウンギア１０との噛み合いが良好に行われるように適宜に設定される。これらの歯２１ａの数は、固定クラウンギア１０の歯１１の数と異なっており、図示例によれば、固定クラウンギア１０の歯１１の数よりも一つ多い。
この外側冠状歯車２１は、前述した複数の歯２１ａを、固定クラウンギア１０の複数の歯１１に対し、傾斜状に噛み合わせており、後述する押圧回転機構３０の回転により、前記噛み合いによる歯１１と歯２１ａの接触箇所を周方向へ変化させる。前記接触箇所は、本実施例によれば、バックラッシを低減する観点から３以上の複数箇所としているが、他例としては、特許文献１に記載される発明と同様に、傾斜中心線を挟むようにして左右２箇所とすることも可能である。
【００１９】
また、内側冠状歯車２２は、外側冠状歯車２１の内径よりも小さい外径に形成され、前方へ突出する複数の歯２２ａを、全周にわたって所定のピッチで環状に配置している。各歯２２ａの形状は、おおまかには断面山形状であるが、後述する出力クラウンギア４０との噛み合いが良好に行われるように適宜に設定される。
【００２０】
出力クラウンギア４０は、図３に示すように、固定クラウンギア１０の内径よりも小さい外径の略円筒状に形成され、その後端面に、後方へ突出する複数の歯４１を、全周にわたって所定のピッチで環状に配置している。各歯４１の形状は、おおまかには断面山形状であるが、可動クラウンギア２０の内側冠状歯車２２との噛み合いが良好に行われるように適宜に設定される。これら歯４１の数は、図示例によれば、内側冠状歯車２２の歯２２ａの数と同数に設定されている。
この固定クラウンギア１０は、出力軸６０の後端側に回転不能に固定される。
【００２１】
出力軸６０は、円筒状又は円柱状に形成されるとともに、固定クラウンギア１０と同芯状に配置され、図示しない軸受部材によって回転自在且つ軸方向移動不能に支持されている。したがって、出力軸６０後端側の出力クラウンギア４０は、筒状の固定クラウンギア１０の内周面との間に隙間を置いて、固定クラウンギア１０と同軸状に配置されるとともに、回転自在且つ軸方向移動不能に保持される。
【００２２】
また、押圧回転機構３０は、可動クラウンギア２０の平坦状の後面に押し付けられて該後面の中心軸周りを転動する複数の転動部材３１と、各転動部材３１を回転自在に支持する基体３２と、転動部材３１に予圧を付与するための補助ローラ３３とを備え、転動部材３１が、可動クラウンギア２０の後面に押し付けられて転動するように構成される。
【００２３】
転動部材３１は、内輪と外輪の間に複数の球体を転動自在に挟み込むとともにこれら球体の間隔をリテーナによって保持するようにした一般的なボールベアリングであり、基体３２から突出する軸部材３２ａに環状に装着されて、前記外輪を自在に回転させる。
また、補助ローラ３３は、転動部材３１と略同構造のボールベアリングであり、転動部材３１よりも遠心方向側に配置され、軸部材３２ａに対し回転自在且つ軸方向移動不能に装着されている。この補助ローラ３３は、図２に示すように、可動クラウンギア２０の後面には接触しない。
転動部材３１と補助ローラ３３の間には、図示しない板バネが挟持され、この板バネは、転動部材３１内の球体（図示せず）に対し、該転動部材３１の遠心方向の予圧を付与している。
そして、前記構成の転動部材３１及び補助ローラ３３等は、基体３２及び入力軸５０の中心軸の周囲に、周方向へ一定の間隔を置いて複数（図示例によれば二つ）配置される。
【００２４】
基体３２は、固定クラウンギア１０の中心軸上において可動クラウンギア２０の後方側に位置するブロック状の部材であり、入力軸５０の前端側に固定されている。この基体３２には、中心軸を挟む両側に位置するとともに、中心軸に直交する遠心方向へ突出するように複数（図示例によれば二つ）の軸部材３２ａが固定される。各軸部材３２ａには、上述したように、転動部材３１及び補助ローラ３３等が環状に装着されている。
【００２５】
入力軸５０は、円筒状又は円柱状に形成され、基体３２と同芯状に配置され、図示しない軸受部材によって回転自在に支持されるとともに前方へ予圧が付与されている。
この入力軸５０は、基体３２の後部側に一体回転可能に装着される。そして、入力軸５０の後端側は、図示しない回転駆動源（例えば、電動モータ等）から回転力が伝達されるように、該回転駆動源の出力軸に接続されている。
【００２６】
また、上記クラウンギア減速機構を構成する各部材のうち、特に、固定クラウンギア１０、可動クラウンギア２０及び出力クラウンギア４０と、転動部材３１の外輪等、他の部材と摺接する部材は、後述するガラス質金属により形成される。
【００２７】
前記ガラス質金属は、体積比５０％以上のガラス質金属組織で、引張強度又は圧縮強度が１５００ＭＰａ〜４０００ＭＰａであって且つヤング率が２００ＧＰａよりも小さいものである。中でも、より好ましくは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｆｅのいずれかを主成分とするものである。更に、これらの中で何を主成分とするガラス質金属を採用するかについては、クラウン減速機構の設計仕様に応じて適宜選択する。
【００２８】
例えば、外径１２ｍｍ以下の小型のギヤードモータの減速機として、本発明のクラウン減速機構を用いる場合において、必要とする耐摩耗性と強度と弾性のバランスから、Ｚｒを主成分として、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌからなる組成が、好適な組合せの一つであることが本願発明者によって確認されている。また、その中でも、本願発明者は、原子％で、Ｚｒ67.02Ｃｕ25.46Ｎｉ3.92Ａｌ3.60の組成のものが適していることを確認した。
【００２９】
図５は、各主成分によるガラス質金属とステンレス鋼等の結晶金属における、引張り又は圧縮強さ（Tensile or compressive strength）とヤング率（Young's modulus）との関係として知られているものである。
尚、図５の中で、ガラス質金属は●印で表し、各主成分により、例えば、Ｎｉを主成分とするものはNi-Based、ＣｕとＺｒを主成分とするものは、Cu-Zr Based として示している。
また、結晶金属は○印で表し、ステンレス鋼（Stainless steel）、ジュラルミン（Duralumin）、マグネシウム合金（Mg-Alloy）について例示している。
【００３０】
図５の関係図からわかるように、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｆｅを主成分とするものなど、引張強度又は圧縮強度が１５００ＭＰａ〜４０００ＭＰａであって、ヤング率が２００ＧＰａよりも小さいガラス質金属は、ステンレス綱に対しても、高い強度と低い弾性率を備える。
【００３１】
よって、本実施例によれば、ガラス質金属からなる上記部材について、射出成型することができる上、その成型の際の転写性及び成型充填性が良好なため、高精度の切削加工と同等の成型加工が可能であり、その結果、部品の形状誤差のバラツキを低減することができ、また、同時複数取りが可能なので生産性を向上して、製造コストを低減することもできる。
しかも、固定クラウンギア１０及び可動クラウンギア２０については、ガラス質金属を用いているため、鉄鋼材等を用いた場合と比べて弾性率が低くなる。このため、固定クラウンギア１０と可動クラウンギア２０とが、比較的軽い安定した予圧でしなやかに変形して同時複数接触の状態となり、その結果、バックラッシを効果的に低減することができる。
そして、ガラス質金属からなる上記部材は高強度であり、耐摩耗性にも優れているため、高寿命化が期待できる。
【００３２】
なお、上記実施例では、特に好ましい態様として、固定クラウンギア１０、可動クラウンギア２０、出力クラウンギア４０、及び押圧回転機構３０の転動部材３１の外輪等を、上記ガラス質金属により形成したが、他例としては、前記部材のうちの一部のみを上記ガラス質金属により形成した態様や、前記部材以外の部材（例えば、入力軸５０や出力軸６０、転動部材３１の球体及び内輪等）を上記ガラス質金属により形成した態様、当該クラウンギア減速機構を構成する部材の全てを上記ガラス質金属により形成した態様等とすることも可能である。
ここで、当該クラウンギア減速機構を構成する部材の一部のみを上記ガラス質金属により形成するとともに、他の部材を上記ガラス質金属以外の材料により形成する場合、この材料は、例えば、耐摩耗性及び強度特性の良好な硬質金属材料や、ポリアセタール等の硬質合成樹脂材料とすればよい。
あるいは、当該クラウンギア減速機構を構成する部材において、ある部材をガラス質金属と他の材料との複合材料により形成した態様としてもよい。例えば、図６に示すように、可動クラウンギア２０の外側冠状歯車２１の歯形部分２１ｈをガラス質金属として、歯形部分以外の部分２１ｇを上記ガラス質金属以外の材料により形成する。すなわち、歯形部分以外の部分２１ｇをセラミックとした場合には、可動クラウンギア２０は、ガラス質金属とセラミックとの複合材料により形成されたものである。
【００３３】
また、上記実施例によれば、固定クラウンギア１０の歯１１の数を、可動クラウンギア２０の外側冠状歯車２１を構成する歯２１ａの数よりも、一つ少なくしたが、他例としては、二以上少なくした態様としてもよい。
更に他例としては、固定クラウンギア１０の歯１１の数を、可動クラウンギア２０の外側冠状歯車２１を構成する歯２１ａの数よりも多くすることも可能であり、このようにした場合には、可動クラウンギア２０が、上記実施例のものに対し逆方向へ回転することになる。
【００３４】
また、上記実施例では、可動クラウンギア２０の内側冠状歯車２２の歯２２ａの数と、出力クラウンギア４０の歯４１の数とを同数としたが、他例としては、これらの数を異ならせることも可能であり、例えば、可動クラウンギア２０の内側冠状歯車２２の歯２２ａの数を、出力クラウンギア４０の歯４１の数よりも多くすれば、可動クラウンギア２０の回転数よりも出力クラウンギア４０の回転数を小さくすることができる。また、例えば、可動クラウンギア２０の内側冠状歯車２２の歯２２ａの数を、出力クラウンギア４０の歯４１の数よりも少なくすれば、可動クラウンギア２０に対し出力クラウンギア４０を逆転させることができる。
【００３５】
また、上記実施例では、二つの転動部材３１を用いたが、他例としては、転動部材３１の数を１又は３以上とすることも可能である。
【００３６】
また、上記実施例では、転動部材３１を円柱状のボールベアリングによって構成したが、他例としては、転動部材３１を球体やその他の転動可能な部材によって構成することも可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０：固定クラウンギア
２０：可動クラウンギア
２１：外側冠状歯車
２２：内側冠状歯車
３０：押圧回転機構
３１：転動部材
３２：基体
３３：補助ローラ
４０：出力クラウンギア
５０：入力軸
６０：出力軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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