JP2009041747A - 動力伝達装置及び動力伝達装置の摺動部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】動力伝達装置において、摺動部材間の摩擦・磨耗を低減させることで、伝達ロスを抑え、伝達効率を向上させる動力伝達装置及び動力伝達装置の摺動部構造を提供する。
【解決手段】一対の摺動部材が互いに摺動する摺動部を有する動力伝達装置１００であって、前記一対の摺動部材の対向する２つの表面のうち少なくとも一方が、所定の粗さ加工によって形成した表面粗さと、金属元素が添加され、表面粗さ上に形成された炭素系被膜と、を有し、該対向する２つの摺動表面の間に、ＭｏとＳを成分として含む潤滑剤が配されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力された動力を複数の摺動部材を介して出力する動力伝達装置及び動力伝達装置の摺動部構造に関する。

従来、動力伝達装置の動力伝達ロスの低減を行うべく、摺動部材の摩擦・磨耗を低減するために次の３つの方法が考えられている。

（ａ）潤滑剤を使用する。
（ｂ）接触面をメッキ、蒸着等で皮膜する。
（ｃ）（ａ）と（ｂ）を組み合わせる。

（ａ）の潤滑剤については、潤滑油（オイル等液体状）、グリース（半固体状）、固体潤滑剤の３種に大別され、それぞれ、用途により使い分けられている。一般に多く使用されているのは、潤滑油であり、軸受、ギア、エンジン、切削等に幅広く用いられている。一方グリースは、流動性のない特長を生かして、内接噛合遊星歯車減速機のような減速機の軸受等に使用されている（例えば、特許文献１）。また、固体潤滑剤は潤滑油、グリースを使用することができない環境下あるいは、潤滑油やグリースの添加剤として使用されており、使用環境としては、真空中、高温・低温中、腐食環境等が挙げられる。

特開２００１−１８７９４５号公報

しかしながら、上記３つの方法ではその摺動部材の摩擦は未だ十分に低減されていなかったというのが実情である。

例えば、上述した（ａ）〜（ｃ）、そして、（ａ）と（ｂ）のいずれの対策もしないものを（ｄ）として、標準試料として用いるボール表面にそれぞれの条件で表面処理をする。そして、これらの摩擦係数をボール・オン・ディスク方法によるトライボメータにて摺動距離１００ｍの摩擦係数を測定し（図９）、その結果を表面処理の条件と共に図１０に示す。なお、ここでは表面処理される下地には、粗さ加工による表面粗さは形成されていない。

この結果から明らかなように、摩擦係数μは、条件（ａ）で約０．０８、条件（ｂ）で約０．１６、条件（ｃ）で約０．０８、条件（ｄ）で約０．９４であり、潤滑剤の使用により、摩擦係数を０．０８程度まで下げることができるが、逆にそれが、限界であったことが確認できる。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、動力伝達装置において、摺動部材間の摩擦・磨耗を低減させることで、伝達ロスを抑え、伝達効率を向上させる動力伝達装置及び動力伝達装置の摺動部構造を提供することを課題とする。

本発明は、一対の摺動部材が互いに摺動する摺動部を有する動力伝達装置であって、前記一対の摺動部材の対向する２つの摺動表面のうち少なくとも一方が、所定の粗さ加工によって形成した表面粗さと、金属元素が添加され、該表面粗さ上に形成された炭素系被膜と、を有し、該対向する２つの摺動表面の間に、Ｍｏ（モリブデン）とＳ（硫黄）を成分として含む潤滑剤が配されていることにより前記課題を解決したものである。

本発明においては、動力伝達装置の摺動部材の対向する２つの摺動表面のうち少なくても一方は、粗さ加工によって生じた表面粗さを有して、その上に金属元素が添加された炭素系被膜を有する。この表面粗さにより、金属元素が添加された耐摩耗性・潤滑性に優れる炭素系被膜を剥がれにくく形成でき、磨耗しても炭素系被膜が消失することを防止できる。また、炭素系被膜による下地の表面の保護と耐磨耗性の効果も得ることができる。更に、摺動部材の対向する摺動表面の間に、ＭｏとＳを成分として含む潤滑剤が配されるため、炭素系被膜中の金属元素により摺動面にＭｏとＳをひきつけやすく、潤滑性の高い２硫化モリブデン膜（以降、Ｍｏ−Ｓ膜と表記する）を形成することができる。また、粗さ加工による下地の表面粗さにより、摺動表面の磨耗が進んでも、金属元素が添加された炭素系被膜とＭｏとＳを含む潤滑剤が残留するので、前記Ｍｏ−Ｓ膜を長期間保持でき、実用的な摩擦低減が可能となる。

なお、上記表面粗さの範囲としては、例えば、平均粗さ（Ｒａ）で０．０３μｍから０．５μｍのときが好ましく、Ｍｏ−Ｓ膜を長期間保持することができる。

本発明によれば、動力伝達装置の摺動部において、摩擦低減がなされ、高効率な動力伝達が可能である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

［第１実施形態］
本発明に係る第１実施形態について、図１から図７を用いて説明する。図１は本実施形態に係る動力伝達装置の断面図、図２は図１の動力伝達装置の破線囲いされた摺動部構造の拡大図、図３は本実施形態の摺動表面を標準試料で実現して比較したときの摩擦係数比較図、図４は図３の結果を示した表、図５は電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）による観察面となる磨耗面の位置を示す模式図、図６は図５で示した磨耗面をＥＰＭＡで分析した結果を示すディスプレイ画面、図７は摩擦係数と効率及び温度測定結果を表すグラフを、それぞれ示す。

〈第１実施形態の構成〉
初めに、本実施形態に係る動力伝達装置である内接噛合遊星歯車減速機の構成について、図１、図２を用いて説明する。内接噛合遊星歯車減速機１００は、入力軸１０２と、該入力軸１０２に一体化された偏心体１１０、１１２と、該偏心体１１０、１１２によって揺動回転する外歯歯車１２６、１２８と、該外歯歯車１２６、１２８が内接噛合する内歯を備える内歯歯車１３６と、該外歯歯車１２６、１２８の軸方向外側に配され外歯歯車１２６、１２８の自転成分を取り出す内ピン１４８に連結されたフランジ体１５２と、を有する。以下、各構成要素について詳細に説明する。

前記入力軸１０２は、図１に示す如く、一対の軸受１０４、１０６によって軸支されている。軸受１０４は入力段カバー１４４によって、軸受１０６は出力軸１５４と一体であるフランジ体１５２の内面によって、支えられている。

前記偏心体１１０、１１２は、図１に示す如く、軸受１０４、１０６の間の入力軸１０２に一体化されている。偏心体１１０、１１２は、それぞれ、偏心位相が１８０度ずれている。図２に示す如く、偏心体１１０、１１２は、外歯歯車１２６、１２８との間に配されるころ軸受１１４、１２０のころ１１６、１２２を受ける溝側面１１０ａ，１１２ａと、溝底面１１０ｂ、１１２ｂとを備える。また、ころ軸受１１４、１２０はころ１１６、１２２ところ１１６、１２２の位置を保持するリテーナ１１８、１２４から構成される。このため、ころ（第１部材）１１６、１２２の側面１１６ａ、１２２ａと該側面１１６ａ、１２２ａに対向する面である偏心体（第２部材）１１０、１１２の溝側面１１０ａ、１１２ａとを摺動表面とする摺動部が形成される。このため、後述する本実施形態に係る表面処理を、上記摺動部材の対向する２つの摺動表面に対して行う。

前記外歯歯車１２６、１２８は、図１に示す如く、偏心体１１０、１１２の外周にころ軸受１１４、１２０を介して嵌合されている。外歯歯車１２６、１２８は、軸方向に貫通する複数の内ピン孔１３０、１３２をそれぞれ有し、該内ピン孔１３０、１３２には内ローラ１５０が遊嵌される。すなわち外歯歯車１２６、１２８は、偏心体１１０、１１２の回転により揺動回転し、内歯歯車１３６と内接噛合する。本実施形態では、外歯歯車１２６、１２８は内歯歯車１３６の歯数と僅少な差（１乃至３程度）の同一の歯数を備え同一形状を有することで、動力伝達容量の確保を可能としている。尚、スペーサ１３４を外歯歯車１２６と、外歯歯車１２８の間に挿入して間隔を一定としている。

前記内歯歯車１３６の本体は、図１に示す如く、ケーシング１４２と一体化されている。複数の外ピン１４０と外ピン１４０の外周に挿嵌された外ローラ１３８により歯形が形成され、外歯歯車１２６、１２８と内接噛合する。外ピン１４０は、図２に示す如く、内歯歯車１３６の本体と、入力段カバー１４４と、出力段カバー１４６とで、回転自在に保持されている。また、外ローラ１３８はフランジ体１５２、及び入力段カバー１４４とも接触している。このため、外歯歯車１２６、１２８の揺動回転により、外ローラ（第１部材）１３８の内周面１３８ａと、該内周面１３８ａに対向する面である外ピン（第２部材）１４０の外周面１４０ａとを摺動表面とする摺動部が形成される。同時に外ローラ（第１部材）１３８の側面１３８ｂと該側面１３８ｂに対向する面である入力段カバー（第２部材）１４４の内面１４４ｂとを摺動表面とする摺動部、外ローラ（第１部材）１３８の側面１３８ｂと該側面１３８ｂに対向する面である出力段カバー（第２部材）１４６の内面１４６ａとを摺動表面とする摺動部、及び、外ローラ（第１部材）１３８の側面１３８ｂと該側面１３８ｂに対向する面である内歯歯車（第２部材）１３６の本体の内面１３６ｂ、１３６ｄとを摺動表面とする摺動部が、それぞれ形成される。

また、外ローラ１３８の外ピン１４０を中心とした摺動回転により、外ピン（第１部材）１４０の両端保持面１４０ｂと該両端保持面１４０ｂに対向する面である内歯歯車（第２部材）１３６の本体の内面１３６ａ、１３６ｃとを摺動表面とする摺動部、外ピン（第１部材）１４０の両端保持面１４０ｂと該両端保持面１４０ｂに対向する面である入力段カバー（第２部材）１４４の内面１４４ｃとを摺動表面とする摺動部、外ピン（第１部材）１４０の両端保持面１４０ｃと該両端保持面１４０ｃに対向する面である入力段カバー（第２部材）１４４の内面１４４ｄとを摺動表面とする摺動部、外ピン（第１部材）１４０の両端保持面１４０ｂと該両端保持面１４０ｂに対向する面である出力段カバー（第２部材）１４６の内面１４６ｂとを摺動表面とする摺動部、及び、外ピン（第１部材）１４０の両端保持面１４０ｃと該両端保持面１４０ｃに対向する面である出力段カバー（第２部材）１４６の内面１４６ｃとを摺動表面とする摺動部が、それぞれ形成される。このため、後述する本実施形態に係る表面処理を、上記摺動部材の対向する２つの摺動表面に対して行う。

前記フランジ体１５２は、図１に示す如く、外歯歯車１２８の軸方向外側に配されており、内ピン１４８が連結固定されている。内ピン１４８の外周にはパイプ状の内ローラ１５０が被嵌され、該内ローラ１５０は外歯歯車１２６、１２８の内ピン孔１３０、１３２に遊嵌されている。従って内ピン１４８により外歯歯車１２６、１２８と内歯歯車１３６との自転成分を取り出すことが可能である。図２に示す如く、外歯歯車１２６、１２８の揺動回転により、内ローラ（第１部材）１５０の内周面１５０ａと該内周面１５０ａに対向する面である内ピン（第２部材）１４８の外周面１４８ａとを摺動表面とする摺動部が形成される。同時に、内ローラ（第１部材）１５０の側面１５０ｂと該側面１５０ｂに対向する面である入力段カバー（第２部材）１４４の内面１４４ａとを摺動表面とする摺動部、及び、内ローラ（第１部材）１５０の側面１５０ｂと該側面１５０ｂに対向する面であるフランジ体（第２部材）１５２の内面１５２ａとを摺動表面とする摺動部が、それぞれ形成されている。このため、後述する本実施形態に係る表面処理を、上記摺動部材との対向する２つの摺動表面に対して行う。

出力軸１５４は、図１に示す如く、フランジ体１５２と一体であり、一対の軸受１５６、１５８を介して出力段カバー１４６によって支持されている。

〈第１実施形態の表面処理〉
上述してきた、摺動部における２つの摺動表面のいずれかに対して行う表面処理について説明する。

まず、炭素系被膜の下地である摺動部材の表面に粗さ加工を行う。本実施形態では、投射材を打ち付けて摺動部材の表面を改質するショットピーニングを用いているので、疲労強度の向上による耐久性向上、耐摩耗性の向上、耐衝撃性の向上、応力腐食割れ防止などを可能としている。本実施形態での表面粗さは、平均粗さＲａで、約０．０７μｍである。なお、表面粗さは、平均粗さＲａで０．０３μｍ〜０．５μｍが好ましい。

次に、粗さ加工された表面に炭素系被膜である炭素系硬質膜（Ｃ系硬質膜とも称する）を膜形成（コーティング）する。本実施形態では、例えばＩＰ（イオンプレーティング）で膜形成する。ＩＰは、蒸着法などと共に物理気相成長法（ＰＶＤ）の一種であり、被膜材料である炭素を蒸着して膜形成する。膜形成中に膜付けの対象面にプラズマをかけるので、対象面がスパッタされて表面が清浄化されることと対象面の温度が上昇することにより、被膜の付着強度は大きくなる。本実施形態でのＣ系硬質膜の膜厚は、約２μｍとする。前記膜の材質は、Ｃ（炭素）だけでなく、金属元素を１種類以上含んだ膜であり、例えば、金属元素はＣｒ（クロム）やＷ（タングステン）とすることができる。

次に、Ｃ系硬質膜が成形された表面に潤滑剤を塗布する（配する）。潤滑剤は本実施形態ではその成分中にＭｏ、Ｓ元素を同時に含むものを使用する。潤滑剤の成分中のＭｏとＳが対象となる摺動表面でＭｏ−Ｓ膜を形成し、潤滑フィルム（トライボフィルムとも称する）として機能するため、摩擦係数が低減する。なお、本実施形態では、各摺動部に保持されやすいグリースを潤滑剤の基油として用いる。

〈第１実施形態に係る表面処理を標準試料に用いた比較評価〉
このような表面処理を標準試料に適用したときの比較評価について説明をする。

評価は、ボール・オン・ディスク方式によって行い、回転するディスク上に載せた標準試料であるボールに上方から５Ｎの荷重をかけ、２５ｃｍ／ｓｅｃでボールを回転させずにディスクに対して摺動・磨耗させて、図３に示す如く、摩擦係数を摺動距離２０００ｍまで測定した。ボール材質は軸受鋼、ディスクの材質は工具鋼を用いている。

図４に示す如く、試験例Ａ、Ｂ、Ｃが本実施形態に係る条件であり、２０００ｍを摺動させた後の結果は次のようになった。試験例Ａはディスク表面に本実施形態に係る表面処理により、Ｃｒ添加したＣ系硬質膜をコーティングしたもので、摩擦係数μ≒０．０２２が得られた。なお、ボールにも全く同じ被膜をコーティングしている。試験例Ｂはディスク表面に本実施形態に係る表面処理により、Ｗ添加したＣ系硬質膜をコーティングしたもので、摩擦係数μ≒０．０２５が得られた。なお、ボールにも全く同じ被膜をコーティングしている。試験例Ｃはディスク表面に本実施形態に係る表面処理により、Ｗ添加したＣ系硬質膜をコーティングしたもので、摩擦係数μ≒０．０２６が得られた。なお、ボールにはコーティングしていない。比較例Ｄはディスク表面に本実施形態に係る表面処理とは異なり、ＭｏとＳとを含まないグリースを使用したもので、摩擦係数μ≒０．１３８が得られた。なお、ボールにはコーティングしていない。比較例Ｅはディスク表面に本実施形態に係る表面処理とは異なり、なんら被膜をしていないもので、摩擦係数μ≒０．０７４が得られた。なお、ボールにはコーティングしていない。比較例Ｆはディスク表面に本実施形態に係る表面処理とは異なり、金属元素を添加していないＣ系硬質膜をコーティングしたもので、摩擦係数μ≒０．０４３が得られた。なお、ボールにはコーティングしていない。

以上のように、比較例Ｄ〜Ｆは、本実施形態に係る表面処理の条件を満足していないので、摩擦係数μは試験例Ａ〜Ｃでの結果に比べて、高い値となっている。すなわち、本実施形態における粗さ加工による表面粗さ上にはＣ系硬質膜がなければならず、それにＣｒあるいはＷの金属元素が添加されていることが必要である。しかし、前記金属元素が添加されたＣ系硬質膜であっても、ＭｏとＳが添加されたグリースを用いなければ、効果が出ないということを示している。これらの結果より、本発明に係る表面処理である、粗さ加工条件とコーティング条件と潤滑剤条件を満足することによって、摩擦係数μを０．０３以下とすることができることを確認できる。

次に、ボール・オン・ディスクによる２０００ｍ摩擦係数測定後の試験例Ｃについて、ＥＰＭＡを用いて図５に示すボールの磨耗面の元素分析を行った。分析結果を図６に示す。なお、グリースにＭｏが添加されていない条件だけが試験例Ｃと異なり、結果として摩擦係数０．１２２のボールについて比較例Ｇとして分析し結果を示す。なお、図６では、磨耗面における分析対象元素毎の画像を表示している。すなわち、対象元素が多く存在する場合には対象の原子が多く存在することで磨耗面が明るく表示されることとなる。

比較例Ｇでは、図６のＳ原子像の画面で摩耗面の端部のみがわずかに明るくなっているので、局所的にＳ元素の存在を確認できるが、不均一であり、Ｍｏ原子像の画面でＭｏ元素の存在は確認できない。これに対して、本実施形態の試験例Ｃでは、Ｍｏ原子像とＳ原子像の画面のそれぞれにおいて、摩耗面が一様に明るく映し出されていることから、Ｍｏ元素とＳ元素が磨耗面に一様に分布していることがわかる。すなわち、本実施形態の表面処理により、ボールの表面が磨耗されていても、自己潤滑性の高いＭｏ−Ｓによる潤滑フィルムが形成されており、その潤滑フィルムの存在が摩擦係数の低減に有効であることを確認できる。

〈第１実施形態の作用〉
次に、本実施形態に係る動力伝達装置の作用を図１、２を用いて説明する。

入力軸１０２を介して図示しない動力源から動力が伝達されると、入力軸１０２に取り付け固定された偏心体１１０、１１２も偏心回転する。すると、偏心体１１０、１１２の外周上に設けられた溝に沿って、ころ軸受１１４、１２０のころ１１６、１２２がリテーナ１１８、１２４に保持されて偏心体の溝底面１１０ｂ、１１２ｂにころ１１６、１２２の外周面が接触して回転移動する。このとき、ころ１１６、１２２の側面１１６ａ、１２２ａと該側面１１６ａ、１２２ａに対向する面である偏心体１１０、１１２の溝側面１１０ａ、１１２ａとが摺動するが、本実施形態に係る表面処理がなされているため、磨耗も少なく且つ伝達ロスを少なく動力を伝達する。

ころ１１６、１２２は偏心体１１０、１１２の外周面に案内されて偏心軌跡上で転がるため、該ころ１１６、１２２を介して嵌合している外歯歯車１２６、１２８が揺動回転する。ここで、外歯歯車１２６、１２８は、ケーシング１４２と一体である内歯歯車１３６に内接噛合しているため、外歯歯車１２６、１２８の自転が規制され、殆ど揺動のみを行うことになる。そして、外歯歯車１２６、１２８が内歯歯車１３６と内接噛合する際に、外ローラ１３８が外ピン１４０を中心に回転する。すなわち、外ローラ１３８の内周面１３８ａと該内周面１３８ａに対向する面である外ピン１４０の外周面１４０ａとが摺動する。同時に外ローラ１３８の側面１３８ｂと該側面１３８ｂに対向する面である入力段カバー１４４の内面１４４ｂ、外ローラ１３８の側面１３８ｂと該側面１３８ｂに対向する面である出力段カバー１４６の内面１４６ａ、及び、外ローラ１３８の側面１３８ｂと該側面１３８ｂに対向する面である内歯歯車１３６の本体の内面１３６ｂ、１３６ｄとが、それぞれ摺動する。このとき、外ピン１４０は回転自在に保持されていることから、外ローラ１３８の回転が外ピン１４０に伝わり、外ピン１４０が回転することで外ピン１４０の両端保持面１４０ｂと該両端保持面１４０ｂに対向する面である内歯歯車１３６の本体の内面１３６ａ、１３６ｃ、外ピン１４０の両端保持面１４０ｂと該両端保持面１４０ｂに対向する面である入力段カバー１４４の内面１４４ｃ、外ピン１４０の両端保持面１４０ｃと該両端保持面１４０ｃに対向する面である入力段カバー１４４の内面１４４ｄ、外ピン１４０の両端保持面１４０ｂと該両端保持面１４０ｂに対向する面である出力段カバー１４６の内面１４６ｂ、及び、外ピン１４０の両端保持面１４０ｃと該両端保持面１４０ｃに対向する面である出力段カバー１４６の内面１４６ｃとが、それぞれ摺動する。しかし、本実施形態に係る表面処理がなされているため、磨耗も少なく且つ伝達ロスを少なく動力を伝達する。

このとき、外歯歯車１２６、１２８の歯数と内歯歯車１３６の歯数（外ピン１４０及び外ローラ１３８の数）とは、僅少の差（１乃至３程度）を有するように構成されているので、偏心体１１０、１１２が１回転すると、外歯歯車１２６、１２８は１回揺動を行い、この際に前記僅少の差だけ自転する。この自転成分が、内ピン孔１３０、１３２に遊嵌された内ピン１４８及び内ローラ１５０を介してフランジ体１５２に取り出される。この際に内ピン孔１３０、１３２の内周面が内ローラ１５０に接触することで、内ローラ１５０が内ピン１４８を中心に回転する。すると、内ローラ１５０の内周面１５０ａと該内周面１５０ａに対向する面である内ピン１４８の外周面１４８ａとが摺動する。同時に、内ローラ１５０の側面１５０ｂと該側面１５０ｂに対向する面である入力段カバー１４４の内面１４４ａ、及び、内ローラ１５０の側面１５０ｂと該側面１５０ｂに対向する面であるフランジ体１５２の内面１５２ａとが、それぞれ摺動する。しかし、本実施形態に係る表面処理がなされているため、磨耗も少なく且つ伝達ロスを少なく動力を伝達する。

このとき、外歯歯車１２６、１２８の揺動成分は内ピン孔１３０、１３２に対する内ピン１４８及び内ローラ１５０の遊嵌によって吸収されるので、外歯歯車１２６、１２８の自転成分のみが取り出される。従って、入力軸１０２の回転が、（外歯歯車１２６（＝１２８）と内歯歯車１３６の歯数差）／（外歯歯車１２６（＝１２８）の歯数）にまで減速されることとなる。このフランジ体１５２の減速された回転は、フランジ体１５２と一体に形成された出力軸１５４へと伝達され、図示しない負荷へ動力を高効率で伝達することとなる。

〈第１実施形態の効果〉
図７には、横軸を摩擦係数、縦軸を本実施形態に係る内接噛合遊星歯車減速機１００の効率として、上記動作した際の結果を示す。本実施形態である試験例Ａ、Ｂと、比較例Ｄ、比較例Ｅと、コーティングなしで且つＭｏ、Ｓを含まないグリースを配した条件を比較例Ｈとして示す。なお、図では比較例Ｈで得られた効率を１として、その他の条件で得られた効率を比較例Ｈの効率に対する相対効率として表している。図７で示す如く、試験例Ａの場合には、内接噛合遊星歯車減速機１００は温度が比較例Ｈに比べて２度下がり、それに伴い、その伝達効率は比較例Ｈに比べて２０％近く上昇していることが確認できる。

すなわち、本実施形態にかかわる表面処理のなされた摺動表面においては、粗さ加工によって生じた特定の表面粗さ（Ｒａ０．０７μｍ）を有して、その上にＷあるいはＣｒの金属元素が添加されたＣ系硬質膜を有する。この表面粗さにより、金属元素が添加された耐摩耗性・潤滑性に優れるＣ系硬質膜が剥がれにくく形成されている。なお、表面粗さは、ショットピーニングにより加工されているので、疲労強度の向上によって、耐久性、耐磨耗性、耐衝撃性が高く、応力腐食割防止が可能である。そして、Ｃ系硬質膜によって摺動表面の保護がなされ、耐磨耗性も向上している。このとき、Ｃ系硬質膜は、膜が形成される表面を清浄化しつつ、温度を上昇させるＩＰ（イオンプレーティング）によってなされているために、摺動表面への付着強度を増大させている。更に、摺動部材の対向する摺動表面の間に、ＭｏとＳを成分として含む潤滑剤が配されているため、Ｃ系硬質膜中の金属元素により摺動表面にＭｏとＳをひきつけやすく、潤滑性の高いＭｏ−Ｓ膜を形成することができる。このため、これら２つの摺動表面において摩擦係数が低減することになり、摺動表面の磨耗を減らすことができ、伝達ロスを大幅に低減することが可能となり、摩擦ロスにより生じていた発熱が低減できる。

又、摩擦ロスが低減できることから高効率な動力伝達が可能となり、入力軸に動力を伝える動力源の消費電力を低減することが可能となる。更には、摩擦ロスによって動力伝達装置である内接噛合遊星歯車減速機１００に余分な負荷がかからず、メンテナンスサイクルの長期化及び製品寿命を延ばすことが可能である。

又、粗さ加工により、特定の表面粗さ（Ｒａ０．０７μｍ）としていることから、摺動する２つの表面が磨耗によりある程度磨り減っても、金属元素（Ｃｒ，Ｗ）の添加されたＣ系硬質膜とＭｏとＳを含む潤滑剤であるグリースが、２つの摺動表面の間に存在する。すなわち潤滑性の高いＭｏ−Ｓ膜が２つの摺動表面の間に長期間残るため、長期間にわたり摩擦ロスを低減するので、上述した一連の効果を長期間持続させることができる。

〈第１実施形態中の記載に限定されない事項〉
上記実施形態における内接噛合遊星歯車減速機１００の摺動部構造の適用部位は、上記に限定されるものではなく、例えば、外歯歯車１２６の側面と外歯歯車１２６の側面に対向する入力段カバー１４４の内面、外歯歯車１２６の側面と外歯歯車１２６の側面に対向するスペーサ１３４の側面、外歯歯車１２８の側面と外歯歯車１２８の側面に対向するスペーサ１３４の側面、外歯歯車１２８の側面と外歯歯車１２８の側面に対向する出力段カバー１４６の内面等に適用してもよい。なお、スペーサ１３４に対しては、スペーサ１３４が金属製である場合に表面処理の対象となるものである。

又、本実施形態は、上記内接噛合遊星歯車減速機に限定されるものではなく、２段の内接噛合遊星歯車減速機構を有するものや、内接噛合遊星歯車減速機であっても、外ローラや内ローラを使用しないものであっても適用されるものである。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図８を用いて説明する。図８は本実施形態に係る動力伝達装置の断面図を示す。

なお、本実施形態に係る表面処理と標準試料を用いての比較評価についは第１実施形態と同一であるので省略する。

〈第２実施形態の構成〉
まず、本実施形態に係る動力伝達装置である調和歯車式遊星歯車減速機の構成について、図８を用いて説明する。調和歯車式遊星歯車減速機２００は、入力軸２０２と、該入力軸２０２に取付けられたウエーブジェネレータ２０８と、該ウエーブジェネレータ２０８の外側に配され弾性変形する外歯歯車２１０と、該外歯歯車２１０の外周に設けられた外歯が内接噛合する内歯を備える内歯歯車２１２と、を有する。各構成要素について以下に詳細に説明する。

前記入力軸２０２は、軸受２０４と、ウエーブジェネレータ２０８の構成要素であるボールベアリング２０６によって軸支されている。そして、軸受２０４は入力段カバー２１６によって、ボールベアリング２０６は外歯歯車２１０と内歯歯車２１２を介してケーシング２１４に支持されている。入力軸２０２はウエーブジェネレータ２０８の回転軸であり、入力軸２０２の回転によりウエーブジェネレータ２０８が回転する。

前記ウエーブジェネレータ２０８は、楕円状カム２０７の外周に薄肉のボールベアリング２０６を有する。ボールベアリング２０６の内輪は楕円状カム外周に固定されているが、楕円状カムの回転によりボールベアリング２０６の外輪、すなわちウエーブジェネレータ２０８の外周面２０８ａは弾性変形することとなる。

前記外歯歯車２１０は、薄肉カップ状の金属弾性体で、開口部の外周に外歯が刻まれており、カップ中心が出力軸２２０に取付けられている。ウエーブジェネレータ２０８の外周面２０８ａに配され、楕円状カム２０７の回転でウエーブジェネレータ２０８の外周面２０８ａが弾性変形すると、外歯歯車２１０の外周面に設けられた外歯が内歯歯車２１２の内歯と内接噛合するため、ウエーブジェネレータ（第１部材）２０８の外周面２０８ａと該外周面２０８ａに対向する面である外歯歯車（第２部材）２１０の内周面２１０ａとを摺動表面とする摺動部が形成される。このため、本実施形態に係る表面処理を、上記摺動部材の対向する２つの摺動表面に対して行う。すなわち、この一対の摺動部材の対向する２つの摺動表面のうち一方のみを粗さ加工により、約０．０７μｍの平均粗さＲａとして、その上にＷあるいはＣｒが添加された約２μｍ厚のＣ系硬質膜を施し、ＭｏとＳが含まれる潤滑剤であるグリースをこの一対の摺動表面の間に配する。

前記内歯歯車２１２は、リング状の部品であり、内側に歯が刻まれている。外歯歯車２１０の歯数とは僅少の差（１乃至３）で、外歯歯車２１０よりも歯数が多く、ケーシング２１４に固定されている。

前記出力軸２２０は、外歯歯車２１０の回転軸であり、一対の軸受２２２、２２４により軸支されており、軸受２２２、２２４はケーシング２１４によって支持されている。

〈第２実施形態の作用〉
次に、本実施形態の作用を説明する。入力軸２０２を介して図示しない動力源から動力が伝達されると、入力軸２０２に取り付け固定されたウエーブジェネレータ２０８の楕円状カム２０７が回転する。すると、ボールベアリング２０６を介してウエーブジェネレータ２０８の外輪が楕円状に弾性変形して、ウエーブジェネレータ２０８により生じた外歯歯車２１０の楕円の長軸方向の両端位置で内歯歯車２１２と内接噛合する。このとき、ウエーブジェネレータ２０８の外周面２０８ａと該外周面２０８ａに対向する外歯歯車２１０の内周面２１０ａは互いに摺動するが、上述した表面処理が適用されているため、磨耗も少なく且つ伝達ロスを少なく動力を伝達する。

このとき、外歯歯車２１０と内歯歯車２１２との間に相対回転が発生して、入力軸２０２から大幅に減速された回転が外歯歯車２１０に取り出される。すなわち入力軸２０２の回転が、（外歯歯車２１０と内歯歯車２１２の歯数差）／（外歯歯車２１０の歯数）にまで減速されることとなる。この外歯歯車２１０の減速された回転は、外歯歯車２１０と一体に形成された出力軸２２０へと伝達され、図示しない負荷へ動力を高効率で伝達することとなる。

〈第２実施形態の効果〉
第１実施形態と同様の効果を有し、摩擦ロスの低減により、温度上昇が抑えられ省電力化や長寿命化、メンテナンスサイクルの長期化、一連の効果の長期持続などが可能となる。なお、第１実施形態に比べて、本実施形態に係る調和歯車式遊星歯車減速機２００は部品点数が少ないので、摺動部構造を採用する箇所は少なくてよい。

〈第２実施形態中の記載に限定されない事項〉
上記実施形態における調和歯車式遊星歯車減速機２００の摺動部構造は、上記に限定されるもではない。例えば、内歯歯車２１２の内歯と外歯歯車２１０の外歯とがインボリュート曲線形状でなく、単純歯形であれば、内接噛合する部分で摺動表面が増えるので、このような一対の摺動表面に本実施形態に係る表面処理を適用しても良い。

又、調和歯車式遊星歯車減速機２００は、本実施形態の１段のものに限定されず、２段あるいは、他の減速機構との組合せとしてもよい。

〈実施形態に限定されない事項〉
上記実施形態では、粗さ加工処理をショットピーニングとしていたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、粗さ加工処理は、化学エッチング、機械的切削のいずれか、あるいはショットピーニングなどと組み合わせて行うこともできる。

又、摺動表面の面粗さは平均粗さＲａで０．０７μｍである必要はなく、上述したように好ましくは平均粗さＲａで０．０３μｍ〜０．５μｍであればよい。Ｒａ＜０．０３μｍでは、表面が鏡面状態となり、炭素系被膜との密着性が保てないこと、摺動により磨耗したときに炭素系被膜が完全に消失する可能性が高いこと、炭素系被膜成形後に潤滑剤の保持がしにくいことなどにより摩擦係数を低減する効果は少なくなるからである。また、Ｒａ＞０．５μｍでは炭素系被膜を成形後においても表面が粗くなりすぎて摩擦係数が増加するからである。

又、炭素系被膜はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のようなＣ系硬質膜に限らず、グラファイトなど、炭素を主原料とする膜であればよい。そして、ＩＰに限らず、蒸着法などの物理気相成長法（ＰＶＤ）や化学気相成長法（ＣＶＤ）で形成してもよい。このときの炭素系被膜の膜厚は、約２μｍに限られるものではなく、好ましくは０．５μｍ以上１０μｍ以下であればよい。膜厚が０．５μｍよりも薄すぎると、摺動する表面の摩擦により膜が短時間で磨り減り、１０μｍより厚すぎると、膜の応力で剥がれやすくなるためである。炭素系皮膜に添加される金属元素は、Ｃｒ、Ｗだけに限られるものではなく、金属元素はチタン（Ｔｉ）、Ｍｏ、あるいは半金属であるシリコン（Ｓｉ）等のいずれかとすることができる。

又、上記金属元素の添加量は、数原子量％から数＋原子量％とすることができる。炭素系被膜は無潤滑条件で摺動させると、炭素系被膜はＭｏ−Ｓ膜その被膜表面における反応性の低さから低い摩擦係数を示すが、潤滑剤中では、逆にその被膜表面の低い反応性に起因して摩擦係数の低減効果は少ない。そのため、上記条件でＭｏ−Ｓ膜を表面に形成して潤滑剤中において低い摩擦係数を実現するものである。なお、このような金属元素を添加するには、蒸着する主原料である炭素に金属元素を適量混ぜることや、別の熱源を用いて同時に蒸着することで容易に実現できる。

又、ＭｏとＳは、潤滑剤全量に対して、それぞれ、数重量％とすることができる。すなわち、２硫化モリブデン（ＭｏＳ２）の形でリチウムと共に添加されている市販の潤滑剤を使用することもできる。ＭｏＳ２を使用する理由としては、分子構造が層状格子構造であり、それぞれの層はＭｏ原子を２つのＳ原子が両側から挟んだ形をしているが、このＭｏとＳの結合は非常に強く、反面ＳとＳの結合は弱いので低い剪断力で容易に滑るため、高い潤滑性と低摩擦性を発揮するためである。

又、潤滑剤は、グリースに限定されるものではなく、潤滑油などを使用することもできる。

又、摺動部材である第１及び第２部材は、同一金属に限定する必要は無く、異種金属間でもよく、粗さ加工処理と表面の炭素系の被膜は、摺動表面の片側に行うだけでも、両方に行うこととしても良い。

又、動力伝達装置は、上記内接噛合遊星歯車減速機や調和歯車式遊星歯車減速機に限定されものではなく、本発明は、例えば、太陽歯車と遊星歯車からなる減速機やその他の増速機、などを含む摺動部材及び摺動部構造を含む動力伝達装置一般に適用可能であり、相応の成果が得られる。

第１実施形態に係る動力伝達装置の断面図 図１の動力伝達装置の破線囲いされた摺動部構造の拡大図 摺動表面を標準試料で実現して比較したときの摩擦係数比較図 図３の結果を示した表 電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）による観察面となる磨耗面の位置を示す模式図 図５で示した磨耗面をＥＰＭＡで分析した結果を示すディスプレイ画面 摩擦係数と効率及び温度測定結果を表すグラフ 第２実施形態に係る動力伝達装置の断面図 従来の摺動表面を標準試料で比較したときの摩擦係数比較図 図８の結果を示した表

符号の説明

１００…内接噛合遊星歯車減速機
１０２、２０２…入力軸
１０４、１０６、１５６、１５８、２０４、２２２、２２４…軸受
１１０、１１２…偏心体
１１０ａ、１１２ａ…偏心体の溝側面
１１０ｂ、１１２ｂ…偏心体の溝底面
１１４、１２０…ころ軸受
１１６、１２２…ころ
１１６ａ、１２２ａ…ころの側面
１１８、１２４…リテーナ
１２６、１２８…外歯歯車
１３０、１３２…内ピン孔
１３４…スペーサ
１３６…内歯歯車
１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ、１３６ｄ…内歯歯車の本体の内面
１３８…外ローラ
１３８ａ…外ローラの内周面
１３８ｂ…外ローラの側面
１４０…外ピン
１４０ａ…外ピンの外周面
１４０ｂ、１４０ｃ…外ピンの両端保持面
１４２、２１４…ケーシング
１４４、２１６…入力段カバー
１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、１４４ｄ…入力段カバーの内面
１４６、２１８…出力段カバー
１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ…出力段カバーの内面
１４８…内ピン
１４８ａ…内ピンの外周面
１５０…内ローラ
１５０ａ…内ローラの内周面
１５０ｂ…内ローラの側面
１５２…フランジ体
１５２ａ…フランジ体の内面
１５４、２２０…出力軸
２００…調和歯車式遊星歯車減速機
２０６…ボールベアリング
２０７…楕円状カム
２０８…ウエーブジェネレータ
２０８ａ…ウエーブジェネレータの外周面
２１０…外歯歯車
２１０ａ…外歯歯車の内周面
２１２…内歯歯車

Claims (6)

1. 一対の摺動部材が互いに摺動する摺動部を有する動力伝達装置であって、
   前記一対の摺動部材の対向する２つの摺動表面のうち少なくとも一方が、
   所定の粗さ加工によって形成した表面粗さと、
   金属元素が添加され、該表面粗さ上に形成された炭素系被膜と、を有し、
   該対向する２つの摺動表面の間に、ＭｏとＳを成分として含む潤滑剤が配されている
   ことを特徴とする動力伝達装置。
2. 請求項１において、
   前記動力伝達装置が、入力軸と、該入力軸に一体化された偏心体と、該偏心体によって揺動回転する外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯を備える内歯歯車と、該外歯歯車の軸方向外側に配され外歯歯車の自転成分を取り出す内ピンに連結されたフランジ体と、を有する内接揺動噛合型遊星歯車減速機であって、
   前記摺動部材の対向する２つの摺動表面が、前記偏心体と外歯歯車との間に配されるころ軸受のころの側面と該ころの側面に対向する面、前記内ピンの外周面と該内ピンの外周面に対向する内ピンに被嵌された内ローラの内周面、該内ローラの側面と該内ローラの側面に対向する面、前記内歯を形成する外ピンの両端保持面と該外ピンの両端保持面に対向する面、該外ピンの外周面と該外ピンの外周面に対向する外ピンに被嵌された外ローラの内周面、及び、該外ローラの側面と該外ローラの側面に対向する面の、少なくとも一対以上であることを特徴とする動力伝達装置。
3. 請求項１において、
   前記動力伝達装置が、入力軸と、該入力軸に取付けられたウエーブジェネレータと、該ウエーブジェネレータの外側に配され弾性変形する外歯歯車と、該外歯歯車の外周に設けられた外歯が内接噛合する内歯を備える内歯歯車と、を有する調和歯車式遊星歯車減速機であって、
   前記摺動部材の対向する２つの摺動表面が、前記ウエーブジェネレータの外周面と該ウエーブジェネレータの外周面に対向する前記外歯歯車の内周面であることを特徴とする動力伝達装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記表面粗さが、０．０３μｍから０．５μｍの間に設定された平均粗さを有していることを特徴とする動力伝達装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記炭素系被膜が、その膜厚が０．５μｍから１０μｍであり、且つ、前記添加される金属元素が、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉのうちの少なくとも１以上であることを特徴とする動力伝達装置。
6. 第１部材と第２部材とが互いに摺動する摺動部を有する動力伝達装置の摺動部構造であって、
   前記第１部材と第２部材との間に、Ｍｏ、Ｓを成分として含む潤滑剤が配され、
   該第１部材、第２部材のうち少なくとも一方の摺動表面が、金属元素が添加された炭素系被膜により覆われ、
   且つ、該炭素系被膜の下地に所定の粗さ加工が施されている
   ことを特徴とする動力伝達装置の摺動部構造。