CNC切削 vs 3Dプリントサイクロイドドライブ：設計・組み立て・性能比較

前回動画のサイクロイドドライブ（19:1減速比）をアップデートし、CNC切削部品版と3Dプリント版の性能を比較します。設計・組み立て解説、NEMA17/NEMA23ステッパー駆動での精度・負荷テストを実施。

動画でもご覧いただけます。

サイクロイドドライブ概要

前回動画で詳細解説済み。要点：コンパクト・堅牢に高減速比を実現する特殊ギアボックス。5主要構成：高速入力軸、偏心ベアリング、2枚サイクロイドディスク、ピン・ローラー付きリングギアハウジング、低速出力軸（ピン・ローラー付き）。入力軸→偏心ベアリング→2ディスクがリング内周を偏心運動→ローラーと噛み合い逆回転減速出力。減速比＝リングピン数-1。前回は15:1、φ115mm。今回はローラーをボールベアリングから小径ブッシング（φ8mm）に変更し、より高減速比・小型化を狙う。ローラー径がギアボックスサイズを決める最重要寸法。

サイクロイドドライブ設計

ローラー径φ8mm（入手容易なブッシング寸法）固定。目標減速比19:1→リングローラー20個必要。20個配置スケッチから最小ピッチ円直径決定。この値と偏心量（ローラー半径未満）の4パラメータでサイクロイドディスク形状生成。

ディスク形状はエピトロコイド（外部円周上を転動する点の軌跡）。Omar Younis氏（SOLIDWORKS教育ブログ）のパラメトリック方程式を使用。SOLIDWORKS「方程式駆動曲線」で生成。パラメータ：i=19:1、N=20、Rr=4mm、R=33mm、E=1mm。t=0〜2π（わずかに未満でギャップ→スプライン閉合）。押し出し後、偏心ベアリング穴と出力ピン穴（径＝ピン径+2×偏心量=8+2=10mm）追加。CNC切削版と3Dプリント版両方製作・テスト。

3Dモデル・STLダウンロード

STEPファイル：Thangsからダウンロード
ブラウザ上で閲覧・探索：Thangs
STLファイル：こちら
SOLIDWORKSファイル：こちら
図面（CNC発注用）：こちら

CNC切削部品発注

PCBWayに発注。PCB製造の他、CNC切削、3Dプリント、板金、射出成形も提供。3Dモデルアップロード→材料選択（アルミニウム主体、サイクロイドディスクのみステンレスで高強度化）。表面処理（アルマイト、ブラスト等）、粗さ、公差指定可。厳公差部品は図面添付。複数部品一括見積もり可能。予定納期・梱包良好。自分の設計が金属部品になる喜び。PCBWayサイトで詳細確認を。

3Dプリント版はPLA自作。穴水平展開+0.07mm、水平展開+0.02mmで寸法補正。テストプリントで最適値決定を。

サイクロイドドライブ組み立て

部品表：φ6ピン(L=30mm×20、L=22mm×6)、φ8ブッシング(L=20mm×20、L=15mm×6)、ベアリング6807×2、6803×2、インサートナット、M3/M4ボルト。

CNC版から組み立て。ベースプレート→ステッピングモーター固定（シャフトカプラ2mm浮かし、グリューブネジ2本）。リングギアハウジング：ブッシングφ8×20mm（入手L=10mm×2で代用）をピンφ6×30mmに圧入。ピンはハウジング底面と干渉フィットで確実固定。20ローラー完成→19:1減速。ベースプレート上にハウジング載せ、まず距離リング（出力ローラー保持用）挿入。

偏心軸：入力軸カプラに取付。事前にベアリングφ17内径×φ26外径(6803)×2を圧入（干渉フィット指定で強制圧入）。この組み合わせが偏心ベアリング。サイクロイドディスク2枚を偏心ベアリングに圧入（こちらも干渉フィット。粉体塗装誤発注で肉厚増・公差ズレあり）。ディスク間に距離リング挿入（嵌合緩み対策）。

ディスクをハウジング挿入。ディスクプロファイルとリングローラーの嵌合が性能鍵。クリアランスゼロでタイトに狙ったが、プロファイルにオフセット未付与＋粉体塗装＋ブッシング実測φ8mm超で挿入不能。ルーターツールで手作業研削して挿入（応急処置）。ディスク2枚は180度位相差（穴反転合わせ）。モーター通電で偏心運動確認：入力逆方向に19倍遅い回転。

出力軸：φ6ピン×6（L=22mm、干渉フィットで圧入）→φ8ブッシング（L=15mm不足でL=10mm+ワッシャー調整）。距離リング・ベアリング（入出力軸共用支持）→出力軸をディスク6穴に挿入。さらに距離リング・ベアリング6807(φ35内径)→蓋をM6×45mmボルト6本で固定。完成。美しい仕上がり。

3Dプリント版も同手順。追加で出力軸にインサートナット挿入。