(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内歯歯車、及び該内歯歯車に対して偏心且つ内接噛合状態で配置される外歯歯車を備え、該内歯歯車及び外歯歯車が互いに偏心揺動運動することによって両歯車間に相対回転を生じさせ、前記偏心揺動運動と前記相対回転の回転数差に依存する増・減速比で動力を伝達する揺動内接噛合遊星歯車構造の増減速機が、前記増・減速比を異にして複数用意された増減速機のシリーズにおいて、
前記シリーズ中の特定の外歯歯車に対して、該シリーズ中の特定のｍ個の内歯歯車が互いに歯数が異なるようにして用意されており、
前記外歯歯車と噛合する際の前記ｍ個の内歯歯車の各ピッチ円半径をＡｉ（ｉ＝１、２、・・・ｍ）、各偏心量をｅｉ（ｉ＝１、２、・・・ｍ）とした場合に、該ｍ個の内歯歯車と前記特定の外歯歯車との総ての組み合わせの関係で、
Ａｉ−ｅｉ＝Ｐ（Ｐ：定数）
となるように設定され、更に、
前記特定の外歯歯車の外歯が、サイクロイド又はトロコイド曲線を含み且つ歯先が該ｍ個の内歯歯車の総てと噛合する際に干渉しない形状とされており、
前記特定の外歯歯車と前記ｍ個の内歯歯車とを組み合わせて構成される増・減速比の異なる複数の増減速機が、少なくともシリーズの構成要素に含まれている
ことを特徴とする増減速機のシリーズ。
【請求項２】
請求項１において、
前記特定の外歯歯車の外歯形状に含まれる前記サイクロイド又はトロコイド曲線上に、前記特定のｍ個の内歯歯車の各々と噛合する際にトルク変換率が最大となる各噛合点の総てが残された状態で、該外歯の前記歯先形状が、該サイクロイド又はトロコイド曲線から外れるように丸められることで、前記特定の内歯歯車と前記外歯歯車が干渉せずに噛合可能とした
ことを特徴とする増減速機のシリーズ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記特定の外歯歯車の外歯に含まれるサイクロイド又はトロコイド曲線の振れ量ｔが、前記特定のｍ個の内歯歯車に対応する各偏心量ｅｉにおける最小値以上、最大値以内に設定されている
ことを特徴とする増減速機のシリーズ。
【請求項４】
請求項３において、
前記サイクロイド又はトロコイド曲線の前記振れ量ｔが、前記特定のｍ個の内歯歯車に対応する各偏心量ｅｉにおける最小値に設定されている
ことを特徴とする増減速機のシリーズ。
【請求項５】
請求項１又は２において、
前記特定の外歯歯車の外歯に含まれるサイクロイド又はトロコイド曲線の振れ量ｔが、前記特定のｍ個の内歯歯車における最小歯数の内歯歯車に対応する偏心量ｅminに設定されている
ことを特徴とする増減速機のシリーズ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記特定の外歯歯車の中心に所定内径の挿入孔が形成されると共に、該挿入孔に、該特定の外歯歯車及び前記特定のｍ個の内歯歯車のそれぞれを相対的に偏心揺動運動させることが可能な偏心体が用意され、
前記特定の外歯歯車と独立している該偏心体側で、前記特定のｍ個の内歯歯車の各々に応じた前記偏心量ｅｉを設定出来るようにした
ことを特徴とする増減速機のシリーズ。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記特定のｍ個の内歯歯車のそれぞれの歯形が円弧形状を含むように構成されており、該特定のｍ個の内歯歯車において該円弧形状の曲率が一致されている
ことを特徴とする増減速機のシリーズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内歯歯車と外歯歯車を備える揺動内接噛合遊星歯車構造の増減速機が、増・減速比を異にして複数用意された増減速機のシリーズに関し、特に、該シリーズにおいて外歯歯車の外歯等を共有化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の揺動内接噛合遊星歯車構造の増減速機は、少ない増減速段数で大きな増減速比を得ることが出来るものとして広く知られ、又利用されている。この揺動内接噛合遊星歯車構造は、外歯歯車及び内歯歯車が相対的に偏心揺動運動することによって、その内接噛合状態の拘束から両歯車間に相対回転を生じさせ、前記偏心揺動運動と前記相対回転との回転数差に存在する増・減速比で動力を伝達するものである。
【０００３】
図８に、この揺動内接噛合遊星歯車構造が減速機能を有するように組み込まれた従来の減速機２０を示す。この減速機２０は、第１軸（この場合は入力軸）１と、第１軸１の回転によって回転する偏心体３ａ、３ｂと、この偏心体３ａ、３ｂにベアリング４ａ、４ｂを介して取り付けられて偏心回転が可能とされた２枚の外歯歯車５ａ、５ｂと、外歯歯車５ａ、５ｂに内接噛合する内歯歯車１０と、外歯歯車５ａ、５ｂの自転成分のみを取り出す部材を介して、該外歯歯車５ａ、５ｂに連結された第２軸（この場合は出力軸）２と、を備える。なお、この従来例では、２枚の外歯歯車５ａ、５ｂが組み付けられる複列式となっているが、勿論、１枚の外歯歯車からなる単列式であっても構わない。
【０００４】
偏心体３ａ、３ｂは、入力軸１に対して所定位相差（この例では１８０°）をもって嵌合されている。図９に示されるように、この偏心体３ａ、３ｂは、それぞれ入力軸１（中心Ｏ１）に対して偏心量ｅだけ偏心している（中心Ｏ２）。
【０００５】
外歯歯車５ａ、５ｂには、内ローラ孔６ａ、６ｂが複数設けられており、この内ローラ孔６ａ、６ｂに内ピン７及び内ローラ８が（遊びを有した状態で）嵌入されている。この内ピン７及び内ローラ８が、上記の「外歯歯車の自転成分のみを取り出す部材」に相当する。この内ピン７は、出力軸２のフランジ部に固着又は嵌入される。
【０００６】
外歯歯車５ａ、５ｂの外周にはトロコイド歯形（この従来例では、具体的にエピトロコイド平行曲線歯形が採用されている）の外歯９が設けられている。この外歯９によってケーシング１２に固定された内歯歯車１０と内接噛合している。
【０００７】
内歯歯車１０は、筒状の内歯枠３２と、この内歯枠３２の内周側に設置される複数の外ピン３４と、を備える。具体的には、内歯枠３２の内周に軸方向のピン溝３３が形成され、そのピン溝３３に上記外ピン４が設置されている。この外ピン３２の外周面（内側に露出している部分）によって内歯１１の歯面が形成される。
【０００８】
入力軸１が１回転すると偏心体３ａ、３ｂが１回転する。この偏心体３ａ，３ｂの１回転により、外歯歯車５ａ、５ｂは入力軸１の周りで回転しようとするが、内歯歯車１０との噛合状態によって自身の自由な自転が拘束されるため、外歯歯車５ａ、５ｂは、中心０１を基準とした偏心揺動運動と、（内歯１１と外歯９との歯数差に起因する）多少の自転運動を行うことになる。
【０００９】
今、例えば外歯歯車５ａ、５ｂの歯数をｎ（図示例では、ｎ＝３５となっている）、内歯歯車１０の歯数をｎ＋１（図示例では３６）とした場合、その歯数差Ｎは１である。そのため、入力軸１の１回転毎に（つまり１偏心揺動運動毎に）外歯歯車５ａ、５ｂは内歯歯車１０に対して１歯分だけずれる（自転する）ことになる。これは入力軸１の１回転が外歯歯車５ａ、５ｂの１／ｎ（図示例では１／３５）の回転に減速されたことを意味する。なお、この外歯歯車５ａ、５ｂの回転方向は、入力側の回転と逆になる。
【００１０】
外歯歯車５ａ、５ｂの回転は内ローラ孔６ａ、６ｂ及び内ピン７（内ローラ８）の隙間によってその揺動成分が吸収され、自転成分のみが該内ピン７を介して出力軸２へと伝達されて結局減速比Ｉ（図示例では３５）の減速が達成される。一般的に表現すると、外歯の歯数をｚ１、内歯の歯数をｚ２とした場合、この入力・出力関係においては、減速比Ｉ＝（ｚ１）／（ｚ２−ｚ１）となる。
【００１１】
なお、上記構造においては、内ピン７を介して出力を取り出すとともに、内歯歯車を固定するようにしていたが、内歯歯車からを出力を取り出すとすると共に、前記例では出力軸であった部材を固定することによっても、減速機を構成することが可能である。更に、これらの構造において、入・出力関係を逆転させることにより、「増速機」を構成することもできる。要は、外歯歯車５ａ、５ｂと内歯歯車１０との相対回転を利用して、所定の増減速機能を得ようとするものである。又、この従来例では、歯数差Ｎが１の場合を示したが、１以上の歯数差に設定することもできる。１以上の歯数差については、本出願人によってなされた出願である特開平０６−０５０３９４公報等に詳しいので、ここでの説明は省略する。
【００１２】
従って、減速比Ｉの異なる減速機２０を複数種類用意して減速機シリーズを構成しようとする場合、内歯歯車１０や外歯歯車５ａ、５ｂの歯数を適宜設定して複数用意すればよい。
【００１３】
例えば従来では、大きさ・歯数・歯形等が互いに異なる複数の内歯歯車１０及び外歯歯車５ａ、５ｂを適宜用意し、それらから構成される揺動内接噛合遊星歯車構造の複数の減速機２０予め用意することで、１段減速であるにも拘わらず減速比が６〜１００程度となる減速機シリーズが実現されている。
【００１４】
又、２段以上の揺動内接噛合遊星歯車構造を採用すれば、それ以上の範囲の減速比に対応することも可能である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、揺動内接噛合遊星歯車構造の増減速機のシリーズは、極めて広範囲の増減速比に対応することが出来る特徴を有している。しかし、その広範囲の中できめ細かな増減速比を設定するためには、歯数の異なる多くの種類の内歯歯車１０を用意しなければならず、それに応じて、各内歯歯車１０と適切に噛合することが出来る外歯歯車５ａ、５ｂを準備しなければならない。
【００１６】
従って、歯形・歯数等の異なる多様なバリエーションの外歯歯車５ａ、５ｂを製造する必要があり、あらゆる面でコストが上昇していた。
【００１７】
このように、歯数の異なる内歯歯車１０に対して、それぞれ異なる外歯歯車５ａ、５ｂを用意しなければならないのは、外歯歯形５ａ、５ｂに採用されているサイクロイド又はトロコイド曲線が、自身の予定歯数や内歯１１の予定歯数、内歯１１の予定歯形等の様々な要素を考慮して決定されなければならないからである。以下に、一般的な、外歯歯車５ａ、５ｂにおける外歯９の歯形を決定する工程を説明する。
【００１８】
まず、図１０に示されるように、外歯の予定歯数を考慮して基円６０と転円６２を決定する。この基円６０と転円６２の大きさによって、外歯のピッチ（つまり外歯の歯数に相当する）が決定されるからである。次に、転円６２に、サイクロイド又はトロコイド曲線を描く移動点６４を設定する。この移動点６４は、転円６２に対して固定状態に設定されるので、転円６２と一体となって回転する。
【００１９】
ここで、転円６２の中心６６と移動点６４間の距離を振れ量ｔと定義した場合、一般的に、この振れ量ｔは内歯歯車１０との偏心量ｅと一致するように設定される。従って、偏心量ｅが決定していれば、それに合わせて振れ量ｔが決定され、一方、偏心量ｅが決定していなければ、所定の値に設定された振れ量ｔに合わせて偏心量ｅが決定される。
【００２０】
基円６０に対して転円６２を外接状態で回転させると、移動点６４が一定の曲線軌跡Ｘを描く。この例では、移動点６４が転円６２の内部に位置しており、この場合の軌跡を「プロレート」トロコイド曲線と呼ぶ。なお、移動点６４が転円６２上に位置する場合の軌跡はサイクロイド曲線、外側に位置する場合の軌跡は「カーテート」トロコイド曲線と呼ばれる。又、この例では転円６２が基円６０に対して外接している場合を示したが、これを「エピ」トロコイド曲線と呼ぶ。勿論、転円６２を基円６０に内接させてもよく、その場合は「ハイポ」トロコイド曲線と呼ばれる。従って、この例で示したトロコイド曲線Ｘは、詳細にはプロレート・エピトロコイド曲線となる。なお、トロコイド・サイクロイド曲線全体として詳細には６種類の曲線が存在することになる。
【００２１】
次に、所定の歯形（ここでは円弧歯形に設定されている）となる内歯１１の内部の一点６７（ここでは円弧の曲率中心に設定されている）が、上記のカーテート・エピトロコイド曲線Ｘに沿って移動する場合を考える。その場合に内歯１１が通過する領域Ｓが、実際に外歯歯車５ａ、５ｂと内歯歯車１０を内接噛合させた際の内歯１１が通過する軌跡となる。「完全噛み合い理論」によれば、その領域Ｓの内縁Ｓ１、即ち、法線方向に任意の値だけトロコイド又はサイクロイド曲線Ｘを内側に平行移動させた平行曲線が外歯９の歯形となる。
【００２２】
以上のように歯形が設定されることからも明らかなように、外歯歯車５ａ、５ｂの各諸元値は、１つの内歯歯車１０との関係でなければ設定することが出来ないものである。つまり、幾何学的な要求から、歯数等が異なる内歯歯車１０に対して歯形等が異なる外歯歯車５ａ、５ｂをそれぞれ準備するのが常識であり、現在に至るまで、外歯歯車５ａ、５ｂの外歯の歯形等を共有化しようとする思想は全く存在し得ないものであった。
【００２３】
その結果既に述べたように、異なる歯数の複数の内歯歯車１０に対して、同等種類の外歯歯車５ａ、５ｂを準備しなければならなかった。各外歯歯車５ａ、５ｂ用の歯車素材、各歯形専用の歯切り用カッタ等が必要となって製造コストが増大し、更に、外歯歯車５ａ、５ｂの在庫数も膨大となってシリーズとしての維持コストが極めて高いものとなっていた。
【００２４】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、増減速機のシリーズを構成する際の外歯歯車の外歯等の共有化を達成し、製造・維持コスト等を飛躍的に低減しようとするものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、揺動内接噛合遊星歯車構造における外歯歯車の歯形等ついて更に解析した結果、「完全に理想的な歯形としなくても」同一の外歯の歯形で、複数の内歯歯車と組み合わせて共有化を図ることができることを発案した。これは解析の過程で、異なる減速比に採用されている外歯の複数の歯形において、歯元側に位置している「動力伝達の重要な役目を果たしている領域」の形状が互いに極めて近似していること知得したことに起因している。つまり「外歯全体を完全に理想的な歯形としなくても」歯元側の近似可能な範囲を利用して、外歯の歯形の共有化を図らんとするものである。
【００２６】
そこで本発明は、内歯歯車、及び該内歯歯車に対して偏心且つ内接噛合状態で配置される外歯歯車を備え、該内歯歯車及び外歯歯車が互いに偏心揺動運動することによって両歯車間に相対回転を生じさせ、前記偏心揺動運動と前記相対回転の回転数差に依存する増・減速比で動力を伝達する揺動内接噛合遊星歯車構造の増減速機が、前記増・減速比を異にして複数用意された増減速機のシリーズにおいて、前記シリーズ中の特定の外歯歯車に対して、該シリーズ中の特定のｍ個の内歯歯車が互いに歯数が異なるようにして用意されており、前記外歯歯車と噛合する際の前記ｍ個の内歯歯車の各ピッチ円半径をＡｉ（ｉ＝１、２、・・・ｍ）、各偏心量をｅｉ（ｉ＝１、２、・・・ｍ）とした場合に、該ｍ個の内歯歯車と前記特定の外歯歯車との総ての組み合わせの関係で、Ａｉ−ｅｉ＝Ｐ（Ｐ：定数）となるように設定され、更に、前記特定の外歯歯車の外歯が、サイクロイド又はトロコイド曲線を含み且つ歯先が該ｍ個の内歯歯車の総てと噛合する際に干渉しない形状とされており、前記特定の外歯歯車と前記ｍ個の内歯歯車との組み合わせて構成される増・減速比の異なる複数の増減速機が、少なくともシリーズの構成要素に含まれるようにしたものである。
【００２７】
このようにすると、増減速機のシリーズを構成する際に、特定の外歯歯車の共有化を図ることが出来るので、歯車用の素材、歯切り用のカッタ等あらゆる面で製造コストを低減することが出来る。従って、広範囲の増減速比をカバーする増減速機のシリーズを構成する場合、外歯歯車の歯形の種類、ひいては外歯歯車の種類を激減させることが出来る。
【００２８】
この特定の外歯歯車の外歯は、歯面を全体的にとらえれば、特定の複数の内歯歯車に総てに対して「理想的な」歯形となってない。それは幾何学的に事実上不可能と考えられている。しかし、サイクロイド又はトロコイド曲線（平行曲線も含む）を有する外歯歯車においては、歯面上の歯元側の動力伝達に重要な役割を果たしている領域を限定的にとらえれば、複数の内歯歯車に対して理想的に近い外歯形状にすることが出来る。
【００２９】
更に、外歯歯車における歯先側の形状が、特定の複数の内歯歯車と干渉の防止を優先させた形状となっている。これは、歯先側は本来動力伝達に重要な役割を有していないとの着想から、理想的な歯形から外れてしまっても構わないからである。つまり、動力伝達に重要な歯元側の共有化を図りながら、歯先側では理想的な噛み合い（完全噛み合い理論）を無視して干渉の防止を優先させた極めて合理的な歯形となっている。
【００３０】
具体的に干渉を防止するためには、例えば、本発明において、前記特定の外歯歯車の外歯形状に含まれる前記サイクロイド又はトロコイド曲線上に、前記特定のｍ個の内歯歯車の各々と噛合する際にトルク変換率が最大となる各噛合点の総てが残された状態で、該外歯の前記歯先形状が、該サイクロイド又はトロコイド曲線から外れるように丸められることで、前記特定の内歯歯車と前記外歯歯車が干渉せずに噛合可能としたとすればよい。
【００３１】
このようにすれば、外歯歯車の歯面上のトルク変換率が最大となる噛合点（これは一般的に歯元側に位置し、１の外歯歯車と１の内歯歯車の組み合わせで１つ決定される。従って、噛合する内歯歯車の種類に相当する複数の点が存在する）の総てが残されているので、特定の複数の内歯歯車と噛合した場合に所定の伝達トルクを確実に得ることが出来る。又、動力伝達にあまり重要でない歯先側は丸められているので、総ての内歯歯車との干渉が防止されている。なお具体的に「トルク交換率が最大となる噛合点」とは、外歯と内歯が噛み合っている噛合点（接触点）における両歯面の共通法線が、内歯歯車ピッチ円の「接線」となる場合の該噛合点であり、最大効率噛合点と呼ばれている。
【００３２】
また、「干渉が防止される程度に」歯先を丸めれば十分であるとの思想の下、勿論、敢えて丸めなくても良い場合には丸める必要がない。
【００３３】
ところで、外歯に含まれるサイクロイド又はトロコイド曲線には、例えば、基円に対して転円を外接又は内接させ、その転円の内部の移動点が描く軌跡（プロレートトロコイド）、円上の移動点が描く軌跡（サイクロイド）又は外部の移動点が描く軌跡（カーテートトロコイド）等がある。転円の中心から移動点までの距離が「振れ量ｔ」と定義され、基円の周りに振幅が約２ｔとなる周期的なサイクロイド又はトロコイド曲線が描かれる。
【００３４】
サイクロイド・トロコイド曲線の基円周りの振れ回数（これは、外歯の歯数の整数倍に相当することが多い）は基円と転円の大きさで決定し、その各円の大きさを変化させない限り一定である。一方振れ量ｔは、外歯のいわゆる「とがり具合（歯面の傾斜具合）」に対応させることが出来る。振れ量ｔが大きいと鋭角な外歯となり、振れ量ｔが小さければ緩やかな外歯となる。
【００３５】
振れ量ｔは、外歯歯車と内歯歯車との偏心量ｅとほぼ一致（ｔ＝ｅ）するように設定されるのが揺動内接噛合遊星歯車構造では一般的（理想的）である。しかし、本発明のように複数の内歯歯車に噛合可能とされる場合、つまり複数の偏心量ｅの状態で利用される可能性がある場合には、上記発明において、前記特定の外歯歯車の外歯に含まれるサイクロイド又はトロコイド曲線の振れ量ｔが、前記特定のｍ個の内歯歯車に対応する各偏心量ｅｉにおける最小値以上、最大値以内に設定されるようにすればよい。
【００３６】
このようにすれば、特定の複数の内歯歯車の総てに対して理想的とは言わないまでも、動力伝達に関して重要な領域において極めて良好に噛合可能な外歯歯形を得ることが出来る。
【００３７】
ところで偏心量ｅ＜振れ量ｔの関係が成立する場合、予定よりも外歯が鋭角になってしまうので歯先の干渉が生じる可能性がある。つまり、既に説明したように、外歯の歯先側を丸める必要性が生じる。その一方で、偏心量ｅ＞振れ量ｔの関係が成立する場合は、予定よりも外歯が緩やかになるので歯先の干渉が発生しない。
【００３８】
従って本発明では、前記サイクロイド又はトロコイド曲線の前記振れ量ｔが、前記特定のｍ個の内歯歯車に対応する各偏心量ｅｉにおける最小値に設定されることが好ましい。
【００３９】
このようにすると、複数の内歯歯車における最大〜最小の偏心量ｅｉの間で、最小の偏心量ｅ＝振れ量ｔとなる内歯歯車（これらは理想的な関係といえる）の他は、内歯歯車に対して偏心量ｅ＞振れ量ｔの関係が成立する。従って、歯先を一切丸めなくても、ｍ個の総ての内歯歯車に対して干渉せずに噛合することが出来るようになる。
【００４０】
又同様の思想から、本発明では、前記特定の外歯歯車に含まれるサイクロイド又はトロコイド曲線の前記振れ量ｔが、前記特定のｍ個の内歯歯車における最小歯数の内歯歯車に対応する偏心量ｅminに設定されるようにしてもよい。これは 、前記偏心量ｅminが全体の偏心量ｅｉの中で最小になる場合と、内歯歯車の歯 数が最小となる場合とが一致するのが一般的だからである。
【００４１】
更に本発明においては、前記特定の外歯歯車の中心に所定内径の挿入孔が形成されると共に、該挿入孔に、該特定の外歯歯車及び前記特定のｍ個の内歯歯車のそれぞれを相対的に偏心揺動運動させることが可能な偏心体を用意し、前記特定の外歯歯車と独立している該偏心体側で、前記特定のｍ個の内歯歯車の各々に応じた前記偏心量ｅｉを設定出来るようにしてもよい。このようにすると、偏心体を交換すれば、外歯歯車における上記挿入孔を、内歯歯車との偏心量が異なる毎に変更する必要が無くなるので、外歯歯車の共有化を更に一歩前進させることが出来る。
【００４２】
又、以上に示した外歯の共有化を更に有効に機能させるためには、上記発明において、前記特定のｍ個の内歯歯車のそれぞれの歯形が円弧形状を含むように構成されており、該特定のｍ個の内歯歯車において該円弧形状の曲率が一致されるようにすることが好ましい。
【００４３】
このようにすると１の外歯に対して共有化が可能な内歯歯車の歯数の設定範囲を広く設定することが出来る。つまり、内歯歯車側の内歯の形状を統一することで、仮に、ｍ個の内歯歯車の１つに対して理想的な外歯歯形とした場合、それ以外（ｍ−１個）の内歯歯車との噛み合いのズレを出来るだけ小さくすることが出来る。
【００４４】
なお本発明では、特定の外歯歯車と特定の複数の内歯歯車が上記の「Ａｉ−ｅｉ＝Ｐ：一定」の関係で用意されている。例えば、特定の外歯と内歯の各歯数から設定される減速比Ｉｉ、外歯歯車と内歯歯車の中心間距離に相当する上記偏心量ｅｉ等を適宜調整することで上記式を満たすことが出来る。又、ピッチ円は、各歯車の中心を基準としたピッチ点を通る円であるが、このピッチ点は、両歯車の中心を結んだ直線と、噛合点における歯面に対する共通法線とが交わる点である。従って、ピッチ円半径Ａｉは、例えば、減速比Ｉｉと偏心量ｅｉ等との関係から決定出来る。又、あらかじめ所定値Ｐを設定しておき、そのＰに基づいて上記式が成立するように、内歯歯車の歯数や偏心量を決定してもよい。なお、一般的には、ピッチ円半径Ａｉは減速比Ｉｉと偏心量ｅｉからＡｉ＝（Ｉｉ＋１）＊ｅｉで表されることが多いので、その場合の上記式は、「Ｉｉ＊ｅｉ＝Ｐ：一定」とすることが出来る。これによって、基本的な噛み合い条件が満たされることになる。なお、記号＊は乗算演算子を示している。
【００４５】
又本発明では、シリーズ中の「総ての」外歯歯車が共有化されている必要はなく、その中で「特定の」外歯歯車が共有されていれば本発明に含まれる。同様に、シリーズ中の「総ての」内歯歯車が、外歯歯車の共有化に寄与している必要もなく、その中の特定のｍ個の内歯歯車が共有化に寄与していればよい。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明者によりなされた外歯歯車等の解析結果について詳細に説明する。
【００４７】
図１には一般的な揺動内接噛合遊星歯車構造の増減速機の解析モデルが示されている。この解析モデルにおいては、トロコイド曲線を含んだ歯形となる外歯歯車Ｗ（中心Ｓ）が内歯歯車Ｂ（中心Ｏ）と内接噛合している。外歯歯車Ｗと内歯歯車Ｂは偏心量ｅで偏心しており、内歯歯車Ｂの中心Ｏが外歯歯車Ｗの周囲の内側に位置している。これは、揺動内接噛合遊星歯車構造の特徴、つまり国際特許分類Ｆ１６Ｈ  １／３２に属する特徴である。
【００４８】
今仮に、内歯歯車Ｂが固定され、外歯歯車Ｗ側に回転動力が入力された場合を考えると、該外歯歯車Ｗは内歯歯車Ｂと噛合いながら偏心揺動運動（矢印Ｌ参照）し、その回転半径は偏心量ｅである。その結果、外歯歯車Ｗに、内歯歯車Ｂとの歯数差に起因する回転の遅れ（相対回転：矢印Ｕ参照）が生じる。つまり、内歯歯車Ｂ側から視れば、その「相対回転」に相当する分だけ外歯歯車Ｗが（逆）回転する。この相対回転をキャリア（図示省略）によって取り出せば、入力回転に対して減速された出力回転を得ることができる。
【００４９】
従って、入力側の偏心揺動運動Ｌと、出力側の相対回転Ｕとを比較すれば、その回転数差に相当する減速比Ｉで動力が伝達されているといえる。なお、この入力・出力関係を反対にすれば増速機として機能し、増速比は１／Ｉとなる。
【００５０】
この場合の減速比Ｉは、外歯歯車Ｗの歯数ｚ１及び内歯歯車Ｂの歯数ｚ２から、
Ｉ＝（ｚ１）／（ｚ２−ｚ１）
と表現できる。なお、入力回転Ｌの方向と出力回転Ｕの方向は反対となる。
【００５１】
増減速機では、外歯歯車Ｗの複数の外歯が内歯歯車と同時に噛み合う構造となっている。各外歯の各噛合点Ｃｎ（ｎ＝１、２、３、・・・）における歯面に対する共通法線Ｅｎは、総て１つのピッチ点Ｈを通る。
【００５２】
次に、この増減速機が減速機構として用いられ、外歯歯車Ｗが出力要素となった場合の伝達トルクについて考える。
【００５３】
外歯歯車Ｗの各外歯が各噛合点Ｃｎにおいて内歯から受ける反力Ｆｎ方向は、上記共通法線Ｅｎ方向と一致しており、各反力Ｆｎの合力によって、出力側の相手側機械等からの反力トルクに抵抗していることになる。
【００５４】
従って、伝達トルクＫは、中心Ｏ〜各共通法線Ｅｎの距離に相当する仮想トルクアームＴｎと、その仮想トルクアームＴｎに対応する反力Ｆｎとの積（Ｔｎ・Ｆｎ）の総和でありＫ＝Σ（Ｔｎ・Ｆｎ）と表現できる。
【００５５】
以上の考察からも解るように、反力Ｆｎを効率よく伝達トルクに変換するためには、仮想トルクアームＴｎが長い方がよい。従って、複数の噛合点Ｃｎの中で反力Ｆｎを最も効果的にトルクに変換できる噛合点Ｃｎは、仮想トルクアームＴｎが最長になる場合であり、つまり、直線Ｏ−Ｈに対して共通法線Ｅｎが直角となる場合の噛合点Ｃｎである。この点は、動力伝達に最も重要な役割を果たしており、これを、最大効率噛合点Ｍ（ここでは噛合点Ｃ３）と呼ぶ。反対に、歯先側に位置する噛合点（例えば噛合点Ｃ５、Ｃ６）はトルクアームＴ５、Ｔ６も短くなるのでトルク伝達に殆ど貢献していないことがわかる。
【００５６】
ここで、この解析モデルにおいて具体的に減速比Ｉ＝１０、２５に設定した場合の各外歯歯車Ｊ１、Ｊ２の外歯の歯形を比較した状態を図２に示す。
【００５７】
図２からも明らかなように、外歯歯車Ｊ１、Ｊ２において外歯の尖り具合にはかなりの相違が存在する。歯形を単に比較しただけでは、歯形を共有することは明らかに不可能と考えられ、又、従来、外歯を共有しようとする思想が全く存在しなかったことも納得できる。例えば、より鋭角に尖っている外歯歯車Ｊ１を、外歯歯車Ｊ２の「代わり」に用いれば内歯歯車と干渉が生じる。
【００５８】
しかし、本発明者は各外歯歯車Ｊ１、Ｊ２における上記の最大効率噛合点Ｍ１、Ｍ２に着目したところ、これらの最大効率噛合点Ｍ１、Ｍ２は比較的歯元側に位置し、その近傍に限って視れば両外歯の歯形が極めて近似していることに気が付いた。即ち、重要な噛合点近辺は（共有できる程度に）歯形を近似させることが出来るので、その部分だけを共有化すれば十分に動力を伝達する事が可能であり、（あまり重要でない）歯先側は「干渉さえしなければ」必ずしも完全に噛み合っていなくても良い。
【００５９】
以上の解析結果をふまえて、図面を参照しながら本発明の実施の形態の例について詳細に説明する。
【００６０】
図３及び図４には、本実施形態にかかる増減速機シリーズの一部である第１増減速機１２０（図３）、第２増減速機２２０（図４）が示されている。第１増減速機１２０と第２増減速機２２０の双方に対して、共通の外歯歯車１０５が用いられている。なお、各増減速機１２０、２２０の全体の図示は省略するが、それは、図７で示した従来の増減速機２０とほぼ同様な構造であり、重複説明を避けるためである。従って、第１及び第２増減速機１２０、２２０において同一又は類似機能を有する部品等については、該増減速機２０に付されている符号と下二桁を一致させて作用等の詳細な説明を省略する。
【００６１】
図３に示される第１増減速機１２０は、内歯歯車１１０、及び内歯歯車１１０に対して偏心（第１偏心量ｅ１）且つ内接噛合状態で配置される外歯歯車１０５を備える。内歯歯車１１０と外歯歯車１０５は相対的に偏心揺動運動し、それによって両歯車１０５、１１０間に相対回転を生じさせ、偏心揺動運動と相対回転の回転数の比に相当する増・減速比で動力を伝達可能となっている。
【００６２】
外歯歯車１０５の外歯１３０の歯形には、プロレートエピトロコイド平行曲線が採用されており、その歯数（ｚ１）は「１２０」である。このプロレートエピトロコイド平行曲線を形成するための転円の振れ量ｔは、上記第１偏心量ｅ１と一致している。従って、歯形を形成する工程で例示したように、第１増減速機１２０における外歯１３０は、第１内歯歯車１１０に対して「理想的な」歯形となっている。又、第１内歯歯車１１０の内歯１１１には曲率半径Ｐの円弧歯形が採用されており、その歯数（ｚ２）は１２６である。揺動内接噛合遊星歯車構造の内歯が固定されて減速機能として作用する場合を考えると、減速比Ｉ１はＩ１＝ｚ１／（ｚ２−ｚ１）の式で表されるので、実際の減速比は２０となっている。
【００６３】
なお、上記の減速比Ｉ１と第１偏心量ｅ１とを用いれば、第１内歯歯車のピッチ円Ｖ１の半径Ａ１は、Ａ１＝（Ｉ１＋１）＊ｅ１と表現することが出来る。
【００６４】
外歯歯車１０５の中心には、所定内径の挿入孔１３２が形成されている。この挿入孔１３２に、ベアリング１０４を介して第１偏心量ｅ１となる偏心体１０３が挿入される。そしてこの第１偏心量ｅ１となる偏心体１０３が回転することによって、第１内歯歯車１１０と外歯歯車１０５が相対的に偏心揺動回転する。従って、上記の第１偏心量ｅ１は、外歯歯車１０５の挿入孔１３２とは独立して（無関係に）、前記偏心体１０３側で設定・対応出来るようになっている。
【００６５】
更に外歯歯車１０５には、第１内周径Ｙ１及び第２内周径Ｙ２の２種類の内ローラ孔１０６Ａ、１０６Ｂが形成されている。ここでは、第１内周径Ｙ１の内ローラ孔１０６Ａに、内ローラ１０８及び内ピン１０７が遊嵌される。なお、この遊嵌状態によって偏心揺動成分が吸収されるので、内ローラ１０８の外径とＤすれば、第１内周径Ｙ１、第１偏心量ｅ１との関係で、２＊ｅ１＝Ｙ１−Ｄが成立している。
【００６６】
なお、第１内周径Ｙ１の内ローラ孔１０６Ａは、仮想基準円Ｑ上に所定の間隔で複数（６つ）形成されているが、第２内周径Ｙ２の内ローラ孔１０６Ｂも、同じ仮想基準円Ｑ上に、第１内周径Ｙ１の内ローラ孔１０６Ａにおける間隔と同一間隔で、且つ第１内周径Ｙ１の内ローラ孔１０６Ａと干渉しない程度に位相をずらした状態（ここでは３０度ずらした状態）で同数（６つ）形成されている。これは、後述する第２増減速機２２０においても、同じ内ピン１０７、内ローラ１０８、キャリア（図示省略）を利用することが出来るからである。
【００６７】
次に、第１増減速機１２０との関係を含めながら、第２増減速機２２０について説明する。
【００６８】
図４に示されるように、第２内歯歯車２１０の内歯２１１には、第１内歯歯車１１０と同じ曲率半径Ｐの円弧歯形が採用されているが、歯数（ｚ２）は「１２８」に設定されており、第１内歯歯車１１０の歯数と異なっている。外歯歯車１０５は第１増減速機１２０と共用されているので、その歯数（ｚ１）は「１２０」であり、従って、第２増減速機２２０の減速比Ｉ２は「１５」となる。
【００６９】
第２内歯歯車２１０のピッチ円Ｓ２の半径をＡ２、第２偏心量をｅ２とすれば、該ピッチ円半径Ａ２は（Ｉ２＋１）＊ｅ２と表現することが出来る。なお、第１内歯歯車１１０よりも第２内歯歯車の方が歯数が大きいので、共通の外歯歯車１０５を用いる場合、第２偏心量ｅ２＞第１偏心量ｅ１となっている。
【００７０】
内ローラ１０８、内ピン１０７、キャリア（図示省略）は第１増減速機１２０と同一のものが利用されている。この内ローラ１０８等は、外歯歯車１０５における第２内周径Ｙ２の内ローラ孔１０６Ｂに遊嵌されており、この遊嵌状態により、第２偏心量ｅ２で外歯歯車１０５と第２内歯歯車２１０とが噛合可能となっている。なお、内ローラ１０８の外径とＤすれば、第１内周径Ｙ２、第１偏心量ｅ２との関係は、２＊ｅ２＝Ｙ２−Ｄが成立している。
【００７１】
ここで、第１増減速機１２０と第２増減速機２２０では、Ａ１−ｅ１＝Ａ２−ｅ２＝Ｐ（Ｐ：定数）の関係が成立するように各諸元値が設定されており、更に、外歯歯車１０５の外歯１３０は、歯先が第１及び第２内歯歯車１１０、２１０の双方と噛合する際に干渉しない形状とされている。
【００７２】
次に、第２内歯歯車２１０と外歯歯車１０５の噛み合い状態について具体的に考察する。
【００７３】
外歯歯車１０５の外歯１３０に採用されているトロコイド曲線の振れ量ｔは、既に説明したように第１増減速機１２０における第１偏心量ｅ１に設定されている（ｅ１＝ｔ）。従って、第２偏心量ｅ２との関係ではｅ２＞ｔとなり、（トロコイド曲線の振れ量ｔが小さいため）第２内歯歯車２１０にとっては緩やか過ぎる歯形である。従って、必ずしも理想的な相手歯形ではない。しかしながら、第１及び第２増減速機１２０、２２０の最大効率噛合点Ｍ１、Ｍ２の近傍に限定してみれば、上記の解析結果からも明らかなように、十分に理想的な状態で噛み合っている。もし仮に第１内歯歯車１１０と噛合する理想的な第１外歯歯車、第２内歯歯車２１０と噛合可能する理想的な第２外歯歯車を想定・比較した場合、最大効率噛合点Ｍ１、Ｍ２を含んだ歯元側の形状が殆ど一致することになるからである。
【００７４】
以上に示した第１及び第２増減速機１２０、２２０を含んだ増減速機のシリーズについて図５を参照して説明する。
【００７５】
所定範囲の増減速比をカバーするシリーズを構成する場合には、例えば、４種類の外歯歯車から構成される外歯歯車群Ｇと、４種類の内歯歯車から構成される内歯歯車群Ｒとを組み合わせて複数の増減速機群を用意する。なお、この「複数種類の・・・」とは、歯数が異なっていたり、歯形が異なっていたりする場合を意味している。従来、外歯歯車と内歯歯車とは一対一の関係で組み合わされていたので、用意されていた増減速機は、対角線上に位置するＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４だけであったと考えられる。しかし、今回のシリーズでは、その外歯歯車群Ｇの中の特定の外歯歯車１０５（ここではＧ３）に対して、内歯歯車群Ｒの中の特定の２つ（ｍ＝２）の内歯歯車１１０、２１０（ここではＲ３、Ｒ４）が互いに歯数が異なるようにして用意されており、増・減速比の異なる２つの増減速機１２０、２２０（ここではＺ３、Ｚ５）が、そのシリーズの構成要素に含まれている。
【００７６】
なお、勿論、他の外歯歯車Ｇ１、Ｇ２等についても同様にして共有化を図ることが出来、又、１の外歯歯車に対して３以上（ｍ：３以上）の内歯歯車を組み合わせるようにしても良い。又、外歯歯車群Ｇの数と内歯歯車群Ｒの数を異なるように設定することも可能である。
【００７７】
例えば図６に示されるように、外歯歯車群Ｇが３つの外歯歯車Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３から構成され、内歯歯車群Ｒが５つの内歯歯車Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５から構成されるようにし、特定の外歯歯車（ここではＧ１、Ｇ２、Ｇ３の各外歯歯車）が、それぞれ特定の３つの内歯歯車と組み合わせて、計９つの（Ｚ１〜Ｚ９の）増減速機が構成されるようにしても良い。このように構成した場合、内歯歯車Ｒについても共有化が図られていると考えることが出来、例えば、内歯歯車Ｒ３については、３つの外歯歯車Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３が組み合わされて減速機Ｚ７、Ｚ５、Ｚ３が構成されている。
【００７８】
なお、本実施形態では、２つの内歯歯車１１０、２１０における第１及び第２偏心量ｅ１、ｅ２の間で、小さい方の偏心量ｅ１側ににトロコイド曲線の振れ量ｔを設定した。これは、第２内歯歯車２１０に対して第２偏心量ｅ２＞振れ量ｔの関係を成立させるためである。そうすれば、歯先を一切丸めなくても、全体的にトロコイド曲線の歯形のままで第２内歯歯車２１０に対して干渉せずに噛合可能だからである。
【００７９】
しかし、本発明における振れ量ｔについては、特定の外歯歯車と特定の内歯歯車との組み合わせにおいて歯元側が共有できる程度の値であればよく、その範囲については何等限定されない。好ましくはサイクロイド又はトロコイド曲線の振れ量ｔを、特定の複数の内歯歯車に対応する各偏心量ｅｉにおける最小値以上、最大値以内に設定すればよい。つまり、この実施形態では、ｅ１≦ｔ≦ｅ２であることが好ましい。
【００８０】
例えば、この実施形態と同じ条件で、外歯歯車１０５の外歯１３０の歯形として、振れ量ｔ＝第２偏心量ｅ２とした場合について考察する。
【００８１】
この場合、振れ量ｔのトロコイド曲線「のみ」を用いて外歯歯車１０５の外歯１３０を構成した場合、その仮想歯形は図７の点線Ｎ１で示されるようなっている。これは第２内歯歯車２１０にとって理想的な歯形と考えることが出来る。
【００８２】
しかし、第１内歯歯車１１０と噛み合うのに理想的な外歯歯車１０５は、２点鎖線Ｎ２で示される系歯形である。これは、既に示した振れ量ｔ＝第１偏心量ｅ１となるトロコイド曲線によって構成されている。この比較からも明らかなように、振れ量ｔ＝第２偏心量ｅ２とした場合の外歯歯車１０５（点線Ｎ１参照）では、Ｎ２より突出する領域Ｖが第１内歯歯車１１０と噛み合う際に干渉して円滑に回転することが出来ない。この場合には、以下のように対応を図ればよい。
【００８３】
外歯歯車１０５の外歯１３０を構成するトロコイド曲線上Ｎ１（点線参照）に、第１及び第２内歯歯車１１０、１２０が仮にそれぞれ噛合する場合を考える。その際にトルク変換率が最大となる各噛合点、つまり最大効率噛合点Ｍ１，Ｍ２の双方がトロコイド曲線Ｎ１上に残されるようにして、歯先側の形状を、このトロコイド曲線Ｎ１から内側に外れるように丸めればよい（実線Ｎ３参照）。この線Ｎ３が上記曲線Ｎ２と同一或いは内側に位置するようにすれば、第１内歯歯車１１０とも干渉せずに噛合することができる。
【００８４】
以上に示した増減速機のシリーズによれば、外歯歯車１５０の歯車用の素材、歯切り用のカッタ等あらゆる面で製造コストを低減することが出来る。またこの実施例のように、複数種類の内ローラ孔を形成すれば、外歯歯車１５０の完全な共有が達成される。
【００８５】
なお、本実施形態では、特定の複数の内歯歯車の円弧歯形の曲率半径が互いに一致している。これは、特定される内歯歯車の歯形が互いに全く異なるのでは、そもそも歯車の共有化の達成が困難となるからである。その一方で、外歯を共有可能な範囲内であれば、特定される内歯歯車の歯形を必ずしも一致させる必要はない。
【００８６】
また本実施形態では、サイクロイド又はトロコイド曲線の振れ量ｔが最大〜最小の偏心量ｅの範囲内で設定されることが好ましいが、その際、例えば、特定された内歯歯車における最小歯数の内歯歯車に対応する偏心量ｅに設定するようにしても良い。本実施形態に関して言えば、振れ量ｔ＝第１偏心量ｅ１となる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、外歯歯車の外歯の歯形を、複数の内歯歯車に対して共有することが出来るようになり、シリーズを構成する際の製造コスト等を減少させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】揺動内接噛合遊星歯車構造の増減速機の解析モデルを示す概念図
【図２】同解析モデルにおいて減速比が異なる際の外歯の歯形を比較した線図
【図３】本発明の実施形態に係るシリーズ構成中の第１の増減速機を示す断面図
【図４】同シリーズ構成中の第２の増減速機を示す断面図
【図５】同シリーズの全体構成を示すマトリックス
【図６】同シリーズの他の構成例を示すマトリックス
【図７】同シリーズ構成中の増減速機の他の例を示す断面図
【図８】従来のシリーズ構成中の増減速機を示す全体断面図
【図９】図７のVIII-VIII断面図
【図１０】同増減速機における外歯歯車の歯形を形成する工程を示す概念図
【符号の説明】
１０３、２０３…偏心体
１０５、２０５…外歯歯車
１１０、２１０…内歯歯車
１１１、２１１…内歯
１２０、２２０…増減速機
１３０、２３０…外歯
１３２、２３２…挿入孔
【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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【図７】
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【図８】
0004319344.tif 000009
【図９】
0004319344.tif 000010
【図１０】
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