JP2018115693A - 波動歯車装置 - Google Patents

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）。

特開２０１２−５７６７４号公報

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。

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。

本発明の第１実施形態の波動歯車装置の概略断面図である。 第１実施形態の波動歯車装置の要部の模式図である。 （ａ）は、第１実施形態の可撓性外歯車および波動発生器の拡大断面図であり、（ｂ）は第１実施形態の可撓性外歯車の要部の拡大断面図である。 （ａ）は、本発明の第２実施形態における可撓性外歯車および波動発生器の拡大断面図であり、（ｂ）は、第２実施形態における外輪の要部の拡大断面図である。 本発明の第１実施形態ないし第２実施形態の変形例における可撓性外歯車の要部の断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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