JP2018115693A - 波動歯車装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】波動歯車装置において軸受のボールから外輪を介して押圧を受けることにより可撓性外歯車に応力が集中するのを抑制する。【解決手段】波動歯車装置1が、可撓性外歯車3を楕円状に撓めて剛性内歯車2に対して部分的に噛合させて噛合位置を周方向に移動させる波動発生器4を備える。波動発生器4は、楕円カム60と可撓性軸受50とを含む。可撓性軸受50は、楕円カム60の外周面60aに配置される可撓性の内輪51と、可撓性外歯車3の径方向内側に配置される可撓性の外輪52と、内輪51の内輪側軌道溝85と外輪52の外輪側軌道溝80の間に介在するボール53とを含む。可撓性外歯車3の胴部31の内周面31bに、外輪側軌道溝80に対応する位置に配置される内周溝70(凹部)が形成される。【選択図】図3
Description
本発明は、波動歯車装置に関する。
噛み合い式歯車装置(波動歯車装置)の外歯歯車(可撓性外歯車)の内周面と、起振体(波動発生器)の外周に設けられた軸受の外輪の外周面との少なくとも一方に溝部を設け、該溝部に保持された弾性体を設ける技術が提案されている(例えば特許文献1を参照)。
ところで、可撓性外歯車は、軸受のボールから可撓性の外輪を介して強い押圧力を受けて、楕円状に変形され、楕円の長径部分の外歯が、剛性内歯車の対応する内歯と噛み合わされる。このため、可撓性外歯車においてボールから外輪を介して押圧力を受ける歯底部分に、応力が集中するという問題がある。
本発明の目的は、軸受のボールから外輪を介して押圧を受けることにより可撓性外歯車に応力が集中するのを抑制することができる波動歯車装置を提供することである。
本発明の目的は、軸受のボールから外輪を介して押圧を受けることにより可撓性外歯車に応力が集中するのを抑制することができる波動歯車装置を提供することである。
請求項1の発明は、内周面(2a)に複数の内歯(21)を有する円筒状の剛性内歯車(2)と、外周面(31a)に複数の外歯(33)を有する円筒状の可撓性外歯車(3)と、前記可撓性外歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯車を楕円状に撓めて長径部分の外歯を前記剛性内歯車の内歯に対して噛合させて噛合位置を周方向に移動させる波動発生器(4;4P)と、を備え、前記波動発生器は、楕円カム(60)と、可撓性軸受(50;50P)と、を含み、前記可撓性軸受は、前記楕円カムの外周面(60a)に配置される可撓性の内輪(51)と、前記可撓性外歯車の径方向内側に配置される可撓性の外輪(52;52P)と、前記内輪の外周面(51a)に形成された内輪側軌道溝(85)および前記外輪の内周面(52b;52Pb)に形成された外輪側軌道溝(80)の間に介在するボール(53)とを有し、前記可撓性外歯車の内周面(31b)には、前記外輪側軌道溝に対応する位置に配置される凹部(70;70Q)が形成され、前記凹部により前記可撓性外歯車と前記外輪との間に空間(S)が形成される、波動歯車装置(1;1P)を提供する。
なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項2のように、前記凹部は、前記可撓性外歯車が有する外歯の歯底(33a)に対応する位置に形成されていてもよい。
請求項2のように、前記凹部は、前記可撓性外歯車が有する外歯の歯底(33a)に対応する位置に形成されていてもよい。
請求項3のように、前記凹部は、前記可撓性外歯車の内周面の全周に延びる内周溝であってもよい。
請求項4のように、前記外輪(52P)の外周面(52Pa)の全周に延びる外周溝(90)が、前記外輪の裏側に形成されていてもよい。
請求項4のように、前記外輪(52P)の外周面(52Pa)の全周に延びる外周溝(90)が、前記外輪の裏側に形成されていてもよい。
請求項1の発明では、内歯と外歯の噛み合い位置で可撓性外歯車は、可撓性軸受のボールによって可撓性の外輪を介して径方向外側へ押圧される。可撓性外歯車の内周面には外輪軌道溝に対応する位置に凹部が形成されており、内歯と外歯の噛み合い位置における外輪と可撓性外歯車との間に空間を形成する。この空間により、外輪から前記可撓性外歯車に付与される押圧力が弱められ、可撓性軸受のボールから外輪を介して押圧を受けることにより可撓性外歯車に応力が集中するのを抑制することができる。
請求項2の発明では、可撓性外歯車の内周面に形成される凹部が、応力が集中し易い傾向にある外歯の歯底に対応する位置に配置される。このため、可撓性外歯車に応力が集中するのを効果的に抑制することができる。
請求項3の発明では、凹部として、可撓性外歯車の内周面の全周に延びる内周溝を用いるので、可撓性外歯車の製造が容易である。
請求項3の発明では、凹部として、可撓性外歯車の内周面の全周に延びる内周溝を用いるので、可撓性外歯車の製造が容易である。
請求項4の発明では、可撓性外歯車の内周面の凹部と外輪の外周溝とを併用するので、可撓性外歯車の内周面の凹部の深さおよび外輪の外周溝の深さを深くせずとも、可撓性外歯車に応力が集中するのを十分に抑制することができる。このため、可撓性外歯車や外輪の強度低下を抑制することができる。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態の波動歯車装置1の概略断面図である。図1に示すように、波動歯車装置1は、剛性内歯車2と、可撓性外歯車3と、波動発生器4と、入力軸5と、第1端部材6と、第2端部材7と、第1軸受8と、第2軸受9と、クロスローラベアリング10とを備えている。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態の波動歯車装置1の概略断面図である。図1に示すように、波動歯車装置1は、剛性内歯車2と、可撓性外歯車3と、波動発生器4と、入力軸5と、第1端部材6と、第2端部材7と、第1軸受8と、第2軸受9と、クロスローラベアリング10とを備えている。
入力軸5は、モータの出力軸等の回転源に接続固定される。また、第1端部材6は、当該第1端部材6に対して回転負荷を提供する第1負荷部材(図示せず)に接続固定される。第1端部材6は、波動歯車装置1の出力部材を構成する。第2端部材7は、当該第2端部材7に対して固定負荷を提供する第2負荷部材(図示せず)に接続固定される。第2負荷部材は、第2端部材7を回転しないように拘束する。波動歯車装置1は、減速機または増速機に用いられる。
第1端部材6および第2端部材7は中心に開口を有する環状の部材であり、入力軸5は第1端部材6および第2端部材7のそれぞれの開口を貫通するように延びている。第1端部材6および第2端部材7の中心軸線は、入力軸5の軸心1aに一致している。第1端部材6および第2端部材7は、入力軸5の軸方向に離隔して配置されている。
入力軸5は、第1端部材6および第2端部材7のそれぞれの内周面6a,7aによって、第1軸受8および第2軸受9を介して、回転可能に支持されている。第1軸受8および第2軸受9は、例えば玉軸受からなる。
入力軸5は、第1端部材6および第2端部材7のそれぞれの内周面6a,7aによって、第1軸受8および第2軸受9を介して、回転可能に支持されている。第1軸受8および第2軸受9は、例えば玉軸受からなる。
剛性内歯車2と、可撓性外歯車3と、波動発生器4と、クロスローラベアリング10とは、入力軸5の軸方向に関して、第1端部材6と第2端部材7との間に挟まれている。クロスローラベアリング10は、外輪11と、内輪12と、ローラ13とを含む。
剛性内歯車2は、入力軸5の軸方向に関して、第2端部材7とクロスローラベアリング10の内輪12との間に配置されている。第2端部材7と剛性内歯車2と内輪12とが、固定ねじ14によって一体回転可能に連結固定されている。固定ねじ14は、第2端部材7の円周方向に一定の間隔で複数本設けられる。剛性内歯車2の内周面2aに、複数の内歯21が形成されている。
剛性内歯車2は、入力軸5の軸方向に関して、第2端部材7とクロスローラベアリング10の内輪12との間に配置されている。第2端部材7と剛性内歯車2と内輪12とが、固定ねじ14によって一体回転可能に連結固定されている。固定ねじ14は、第2端部材7の円周方向に一定の間隔で複数本設けられる。剛性内歯車2の内周面2aに、複数の内歯21が形成されている。
可撓性外歯車3は、可撓性の胴部31と、連結壁32とを含む。胴部31は、薄肉の円筒状をなしている。胴部31は、当該胴部31の軸方向が入力軸5の軸方向に一致するように配置されて、第1端部材6に対向する第1端部311と、第2端部材7に対向する第2端部312とを有している。
第2端部312は、剛性内歯車2の内側に配置されて、外周面31a(可撓性外歯車3の外周面に相当)に、剛性内歯車2の内歯21に噛み合い可能な外歯33が形成されている。連結壁32は、胴部31の第1端部311から径方向外方に延びる環状フランジである。
第2端部312は、剛性内歯車2の内側に配置されて、外周面31a(可撓性外歯車3の外周面に相当)に、剛性内歯車2の内歯21に噛み合い可能な外歯33が形成されている。連結壁32は、胴部31の第1端部311から径方向外方に延びる環状フランジである。
図2は波動歯車装置1の要部の概略図である。図1および図2に示すように、波動発生器4は、可撓性軸受50と、楕円カム60とを含む。可撓性軸受50は、可撓性を有している。楕円カム60は、可撓性軸受50の径方向内側に配置されている。楕円カム60は、可撓性軸受50を楕円状に弾性変形させる。
可撓性軸受50は、楕円カム60の外周面60aに配置される内輪51と、可撓性外歯車3の径方向内側に配置される外輪52と、ボール53と、リテーナ(図示せず)とを含む。内輪51および外輪52は、可撓性を有している。内輪51の外周面51aには、内輪側軌道溝85が形成されている。外輪52は、外周面52aと内周面52bとを有している。外輪52の内周面52bには、外輪側軌道溝80が形成されている。ボール53は、内輪側軌道溝85と外輪側軌道溝80との間に介在している。ボール53は、リテーナによって互いに離隔された状態で、内輪51と外輪52の間に、自転及び公転可能に挟持されている。
可撓性軸受50は、楕円カム60の外周面60aに配置される内輪51と、可撓性外歯車3の径方向内側に配置される外輪52と、ボール53と、リテーナ(図示せず)とを含む。内輪51および外輪52は、可撓性を有している。内輪51の外周面51aには、内輪側軌道溝85が形成されている。外輪52は、外周面52aと内周面52bとを有している。外輪52の内周面52bには、外輪側軌道溝80が形成されている。ボール53は、内輪側軌道溝85と外輪側軌道溝80との間に介在している。ボール53は、リテーナによって互いに離隔された状態で、内輪51と外輪52の間に、自転及び公転可能に挟持されている。
可撓性軸受50は、楕円カム60に嵌合されていない状態では真円形状になる。楕円カム60は、入力軸5に一体に形成されている。なお、楕円カム60は、入力軸5にねじ止めや圧入等により固定されるものであってもよい。
楕円カム60の長径は、真円時の内輪51の内径より大きく設定され、楕円カム60の短径は、真円時の内輪51の内径より小さく設定されている。このため、図2に示すように、楕円カム60が内輪51の径方向内側に配置されることにより、長径部の2箇所(図2では上下2箇所)で内輪51を径方向外側に押圧して内輪51を楕円形に弾性変形させる。これに伴い、外輪52も楕円状に弾性変形する。弾性変形された内輪51及び外輪52は、楕円カム60が回転することに伴って長径部となる箇所が変化する。
楕円カム60の長径は、真円時の内輪51の内径より大きく設定され、楕円カム60の短径は、真円時の内輪51の内径より小さく設定されている。このため、図2に示すように、楕円カム60が内輪51の径方向内側に配置されることにより、長径部の2箇所(図2では上下2箇所)で内輪51を径方向外側に押圧して内輪51を楕円形に弾性変形させる。これに伴い、外輪52も楕円状に弾性変形する。弾性変形された内輪51及び外輪52は、楕円カム60が回転することに伴って長径部となる箇所が変化する。
図3(a)は、可撓性外歯車3および波動発生器4の拡大概略断面図である。図3(b)は、可撓性外歯車3の拡大図である。図3(a)に示すように、可撓性外歯車3の内周面(具体的には胴部31の内周面31b)には、外輪側軌道溝80に対応する位置に配置される凹部として全周に延びる内周溝70が形成されている。内周溝70は、外輪52の内周面52bの外輪側軌道溝80の裏側(外輪側軌道溝80に対して外輪52の径方向外側)に配置されている。内周溝70は、内周面31bにおいて、可撓性外歯車3の全ての外歯33の歯底に対応する位置を通過している。
凹部としての内周溝70によって、可撓性外歯車3と外輪52との間に、空間Sが形成されている。空間Sは、グリース溜まりとして機能する。
図3(b)に示すように、内周溝70は、底部71と、一対の内壁面72とを有している。一対の内壁面72は、胴部31の軸方向Xに関して対向している。各内壁面72と胴部31の内周面31bとの間に形成されるコーナー部には、面取り73が形成されている。面取り73は、図示のようなR面取りであってもよいし、C面取りであってもよい。
図3(b)に示すように、内周溝70は、底部71と、一対の内壁面72とを有している。一対の内壁面72は、胴部31の軸方向Xに関して対向している。各内壁面72と胴部31の内周面31bとの間に形成されるコーナー部には、面取り73が形成されている。面取り73は、図示のようなR面取りであってもよいし、C面取りであってもよい。
胴部31の軸方向Xに関する、内周溝70の溝幅Wの中心位置は、軸方向Xに関する、外輪側軌道溝80の中心位置と一致している。
内輪51は楕円カム60により楕円形に撓められ、外輪52はボール53を介して内輪51により楕円形に撓められる。これにより、波動発生器4は、可撓性外歯車3の胴部31の第2端部312を略楕円形に撓ませると共に、その長径部の2箇所で可撓性外歯車3の外歯33を剛性内歯車2の内歯21に噛み合わせる。
内輪51は楕円カム60により楕円形に撓められ、外輪52はボール53を介して内輪51により楕円形に撓められる。これにより、波動発生器4は、可撓性外歯車3の胴部31の第2端部312を略楕円形に撓ませると共に、その長径部の2箇所で可撓性外歯車3の外歯33を剛性内歯車2の内歯21に噛み合わせる。
すなわち、波動発生器4は、可撓性外歯車3の周方向において180度位相が異なる2箇所を外周面側に向けて押圧し楕円形に弾性変形させることにより、長径部の外歯33を内歯21に噛合させる。そして、波動発生器4の回転に伴って、可撓性外歯車3と剛性内歯車2との噛み合わせ位置が周方向に移動することにより、可撓性外歯車3と剛性内歯車2とが差動する。
モータの出力軸等の回転源(図示せず)に連結された入力軸5が高速回転すると、波動発生器4によって楕円形状に撓められて周方向の2か所で剛性内歯車2の内歯21に噛み合っている可撓性外歯車3の外歯33の噛合位置が周方向に移動する。外歯33と内歯21の歯数は異なっているので、歯数差に応じた相対回転がこれらの可撓性外歯車3と剛性内歯車2との間に発生する。この回転は、入力回転数に比べて大幅に減速されたものとなる。その減速回転が、前記負荷部材に接続された第1端部材6(出力部材)から出力されて、負荷部材(図示せず)に伝達される。
本実施形態では、内歯21と外歯33の噛み合い位置で可撓性外歯車3は、可撓性軸受50のボール53によって可撓性軸受50の外輪52を介して外周面側へ押圧される[図3(a)の白抜き矢符を参照]。可撓性外歯車3に内周溝70が設けてあるので、ボール53から外輪52を介して可撓性外歯車3に付与される押圧力が弱められる。このため、ボール53から外輪52を介する押圧による、可撓性外歯車3の応力集中を抑制することができる。
内周溝70は、可撓性外歯車3の胴部31の内周面31bにおいて、応力が集中し易い傾向にある各外歯33の歯底に対応する位置を通過している。このため、可撓性外歯車3に応力が集中するのを効果的に抑制することができる。
また、内周溝70がグリース溜まりとして機能するため、内周溝70から前記摺動部分にグリースが供給されることで、前記摺動部分の摩耗等の材料劣化を抑制することができ、波動歯車装置1の耐久性を向上することができる。
また、内周溝70がグリース溜まりとして機能するため、内周溝70から前記摺動部分にグリースが供給されることで、前記摺動部分の摩耗等の材料劣化を抑制することができ、波動歯車装置1の耐久性を向上することができる。
また、内周溝70の各内壁面72と可撓性外歯車3の胴部31の内周面31bとの間のコーナー部に、面取り73が形成されている。仮にコーナー部に面取りが形成されずエッジ状に形成されている場合には、エッジ状のコーナー部を介して可撓性外歯車3を押圧する際の面圧が上昇するおそれがある。これに対して、本実施形態では、面取り73の形成によって、コーナー部による面圧の上昇を抑制することができ、この点からも応力集中を抑制することができる。
(第2実施形態)
図4(a)は、本発明の第2実施形態の波動歯車装置1Pの可撓性外歯車3および波動発生器4Pの拡大概略断面図である。図4(b)は、第2実施形態の外輪52Pの拡大図である。
(第2実施形態)
図4(a)は、本発明の第2実施形態の波動歯車装置1Pの可撓性外歯車3および波動発生器4Pの拡大概略断面図である。図4(b)は、第2実施形態の外輪52Pの拡大図である。
図4(a)の第2実施形態の波動歯車装置1Pが第1実施形態の波動歯車装置1と異なるのは、可撓性軸受50Pを構成する外輪52Pの外周面52Paに、全周に延びる外周溝90が形成されている点である。外周溝90は、外輪52Pの内周面52Pbの外輪側軌道溝80の裏側(外輪側軌道溝80に対して外輪52Pの径方向外側)に配置されている。
図4(b)に示すように、外周溝90は、底部91と、一対の内壁面92とを有している。一対の内壁面92は、外輪52Pの軸方向に対向している。各内壁面92と外輪52Pの外周面52Paとの間に形成されるコーナー部には、面取り93が形成されている。面取り93は、図示のようなR面取りであってもよいし、C面取りであってもよい。
図4(a)に示すように、可撓性外歯車3の胴部31の内周溝70および外輪52Pの外周溝90は、外輪52Pの軸方向において同じ溝幅で同じ位置に配置されている。ただし、外周溝90と内周溝70の溝幅とが異なっていてもよい。
図4(a)に示すように、可撓性外歯車3の胴部31の内周溝70および外輪52Pの外周溝90は、外輪52Pの軸方向において同じ溝幅で同じ位置に配置されている。ただし、外周溝90と内周溝70の溝幅とが異なっていてもよい。
外輪52Pの軸方向(胴部31の軸方向Xに相当)に関して、外周溝90の溝幅WPの中心位置と外輪側軌道溝80の中心位置とは一致している。
図4(a)の第2実施形態の構成要素において、図3(a)の第1実施形態の構成要素と同じ構成要素には、図3(a)の第1実施形態の構成要素の参照符号と同じ参照符号を付してある。
図4(a)の第2実施形態の構成要素において、図3(a)の第1実施形態の構成要素と同じ構成要素には、図3(a)の第1実施形態の構成要素の参照符号と同じ参照符号を付してある。
本実施形態では、可撓性外歯車3の胴部31の内周溝70と外輪52Pの外周溝90とを併用するので、内周溝70および外周溝90のそれぞれの深さh,kを深くせずとも、可撓性外歯車3の応力集中の緩和を十分に達成できる。このため、可撓性外歯車3や外輪52Pの強度低下を抑制することができる。
また、内周溝70および外周溝90をグリース溜まりとして用いることで、両溝70,90の全体として溜めておくグリース量を多くすることができる。このため、可撓性外歯車3の胴部31の内周面31bと外輪52Pの外周面52Paとの摺動部分に対して、長期にわたってグリースを供給することができる。したがって、波動歯車装置1Pの耐久性を向上することができる。
また、内周溝70および外周溝90をグリース溜まりとして用いることで、両溝70,90の全体として溜めておくグリース量を多くすることができる。このため、可撓性外歯車3の胴部31の内周面31bと外輪52Pの外周面52Paとの摺動部分に対して、長期にわたってグリースを供給することができる。したがって、波動歯車装置1Pの耐久性を向上することができる。
第1実施形態および第2実施形態の変形例として、下記を例示することができる。すなわち、図5に示すように、可撓性外歯車3の胴部31の内周面31b(可撓性外歯車3の内周面に相当)において外輪側軌道溝に対応する位置に配置される凹部として、可撓性外歯車3の外歯33の歯底33aに対応する位置に配置される複数の凹部70Qが形成されてもよい。複数の凹部70Qは、内周面31bの周方向に離隔して配置される。この場合、各凹部70Qが、応力が集中し易い傾向にある各外歯33の歯底33aに対応する位置にそれぞれ配置される。このため、可撓性外歯車3に応力が集中するのを効果的に抑制することができる。
1;1P…波動歯車装置、2…剛性内歯車、2a…内周面、3…可撓性外歯車、4;4P…波動発生器、21…内歯、31…胴部、31a…外周面、31b…内周面、33…外歯、33a…歯底、50;50P…可撓性軸受、51…内輪、51a…外周面、52;52P…外輪、52a;52Pa…外周面、52b;52Pb…内周面、53…ボール、70…内周溝(凹部)、70Q…凹部、71…底部、72…内壁面、73…面取り、80…外輪側軌道溝、85…内輪側軌道溝、90…外周溝、S…空間、X…軸方向
Claims (4)
- 内周面に複数の内歯を有する円筒状の剛性内歯車と、
外周面に複数の外歯を有する円筒状の可撓性外歯車と、
前記可撓性外歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯車を楕円状に撓めて長径部分の外歯を前記剛性内歯車の内歯に対して噛合させて噛合位置を周方向に移動させる波動発生器と、を備え、
前記波動発生器は、楕円カムと、可撓性軸受と、を含み、
前記可撓性軸受は、前記楕円カムの外周面に配置される可撓性の内輪と、前記可撓性外歯車の径方向内側に配置される可撓性の外輪と、前記内輪の外周面に形成された内輪側軌道溝および前記外輪の内周面に形成された外輪側軌道溝の間に介在するボールとを有し、 前記可撓性外歯車の内周面には、前記外輪側軌道溝に対応する位置に配置される凹部が形成され、
前記凹部により前記可撓性外歯車と前記外輪との間に空間が形成される、波動歯車装置。 - 前記凹部は、前記可撓性外歯車が有する外歯の歯底に対応する位置に形成されている、請求項1に記載の波動歯車装置。
- 前記凹部は、前記可撓性外歯車の内周面の全周に延びる内周溝である、請求項1に記載の波動歯車装置。
- 前記外輪の外周面の全周に延びる外周溝が、前記外輪の裏側に形成されている、請求項1〜3の何れか一項に記載の波動歯車装置。
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