JP2021067308A - 歯車装置のシリーズ、その製造方法及び設計方法 - Google Patents
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Abstract
Description
したがって、トレードオフの関係にあるばね定数と動力伝達効率とを調整し、これらの性能を所望のものとするには、同一の減速比であっても歯形を変更するなどの大幅な部品変更が必要となり、製品コストの高騰を招来していた。
第1歯車装置と第2歯車装置とを含む歯車装置のシリーズであって、
前記第1歯車装置及び前記第2歯車装置の各々は、内歯歯車と、外歯歯車と、前記外歯歯車を撓み変形させる起振体と、前記外歯歯車と前記起振体との間に配置される起振体軸受と、を有する撓み噛合い式歯車装置であり、
前記第1歯車装置と前記第2歯車装置は、少なくとも前記内歯歯車が互いに同一形状であり、前記外歯歯車と前記起振体軸受の外輪との間の締め代が互いに異なる構成とした。
第1歯車装置と第2歯車装置とを含む歯車装置群の製造方法であって、
前記第1歯車装置及び前記第2歯車装置の各々は、内歯歯車と、外歯歯車と、前記外歯歯車を撓み変形させる起振体と、前記外歯歯車と前記起振体との間に配置される起振体軸受と、を有する撓み噛合い式歯車装置であり、
前記第1歯車装置と前記第2歯車装置とで、少なくとも前記内歯歯車は互いに同一形状であり、
前記第1歯車装置の前記外歯歯車と前記起振体軸受の外輪とを第1の締め代で嵌合させる工程を含む前記第1歯車装置の製造工程と、
前記第2歯車装置の前記外歯歯車と前記起振体軸受の外輪とを前記第1の締め代とは異なる第2の締め代で嵌合させる工程を含む前記第2歯車装置の製造工程と、を備えるものとした。
第1歯車装置と第2歯車装置とを含む歯車装置群の設計方法であって、
前記第1歯車装置及び前記第2歯車装置の各々は、内歯歯車と、外歯歯車と、前記外歯歯車を撓み変形させる起振体と、前記外歯歯車と前記起振体との間に配置される起振体軸受と、を有する撓み噛合い式歯車装置であり、
前記第1歯車装置と前記第2歯車装置とで、少なくとも前記内歯歯車は互いに同一形状であり、
前記第1歯車装置の前記外歯歯車と前記起振体軸受の外輪との間を第1の締め代に設定し、
前記第2歯車装置の前記外歯歯車と前記起振体軸受の外輪とを前記第1の締め代とは異なる第2の締め代に設定するものとした。
まず、本実施形態に係る第1歯車装置10の構成について説明する。図1は、第1歯車装置10を示す断面図である。
この図に示すように、第1歯車装置10は、起振体軸30、外歯歯車11、第1内歯歯車31G及び第2内歯歯車32G、起振体軸受12、ケーシング33、第1カバー34、第2カバー35を備える。
なお、以下の説明では、回転軸O1に沿った方向を「軸方向」、回転軸O1に垂直な方向を「径方向」、回転軸O1を中心とする回転方向を「周方向」という。また、軸方向のうち、外部の相手部材と連結されて減速された運動を当該相手部材に出力する側(図中の左側)を「出力側」といい、出力側とは反対側(図中の右側)を「反出力側」という。また、起振体軸受の各構成部材や外歯歯車の内径、外径およびPCDとは、起振体に嵌合される前の(真円の)状態における内径、外径およびPCDをいう。
このうち、第1内歯歯車31Gは、第1内歯歯車部材31の内周部の該当箇所に内歯が設けられて構成される。一方、第2内歯歯車32Gは、第2内歯歯車部材32の内周部の該当箇所に内歯が設けられて構成される。
起振体軸受12は、外歯歯車11の内側に所定の締め代δ1で嵌入される外輪12aと、複数の転動体(コロ)12bと、複数の転動体12bを保持する保持器12cとを有する。
外歯歯車11と外輪12aとの間の締め代δ1は、外歯歯車11の内径d11と、外輪12aの外径d12oから、δ1=(d12o−d11)/2で与えられる(図4(a)参照)。本実施形態では、締め代δ1は正値(δ1>0)であり、外歯歯車11と起振体軸受12の外輪12aとが圧入(締り嵌め)されている。ただし、本発明に係る「締め代」はゼロ以下の値(つまり、外歯歯車と起振体軸受の外輪とが中間嵌めや隙間嵌めの場合)を含む。
複数の転動体12bは、第1内歯歯車31Gの径方向内方に配置され、周方向に並ぶ第1群の転動体12bと、第2内歯歯車32Gの径方向内方に配置され、周方向に並ぶ第2群の転動体12bとを有する。これらの転動体12bは、起振体30Aの外周面と外輪12aの内周面とを転走面として転動する。外輪12aは、複数の転動体12bの配列に対応して同形状のものが軸方向に二つ並んで設けられている。なお、起振体軸受12は、起振体30Aとは別体の内輪を有してもよい。
第1カバー34と起振体軸30の軸部30Bとの間には軸受36が配置されており、第1カバー34は当該軸受36を介して起振体軸30を回転自在に支持している。
第2カバー35と起振体軸30の軸部30Cとの間には軸受37が配置されており、第2カバー35は当該軸受37を介して起振体軸30を回転自在に支持している。
オイルシール43は、軸方向の反出力側の端部で、起振体軸30の軸部30Bと第1カバー34との間に配置され、反出力側への潤滑剤の流出を抑制する。オイルシール44は、軸方向の出力側の端部で、起振体軸30の軸部30Cと第2カバー35との間に配置され、出力側への潤滑剤の流出を抑制する。オイルシール45は、ケーシング33と第2内歯歯車部材32との間に配置され、この部分からの潤滑剤の流出を抑制する。
Oリング46,47,48は、第1内歯歯車部材31と第1カバー34との間、第1内歯歯車部材31とケーシング33との間、第2内歯歯車部材32と第2カバー35との間にそれぞれ設けられ、これらの間で潤滑剤が移動することを抑制する。
つまり、潤滑剤は、オイルシール43〜45とOリング46〜48とでシールされた第1歯車装置10内部のシール空間S内に封入される。使用される潤滑剤は特に限定されず、オイルでもグリースでもよい。
続いて、第1歯車装置10の減速動作について説明する。
モータ等の駆動源により起振体軸30の回転駆動が行われると、起振体30Aの運動が外歯歯車11に伝わる。このとき、外歯歯車11は、起振体30Aの外周面に沿った形状に規制され、軸方向から見て、長軸部分と短軸部分とを有する楕円形状に撓んでいる。さらに、外歯歯車11は、固定された第1内歯歯車31Gと長軸部分で噛合っている。このため、外歯歯車11は起振体30Aと同じ回転速度で回転することはなく、外歯歯車11の内側で起振体30Aが相対的に回転する。そして、この相対的な回転に伴って、外歯歯車11は長軸位置と短軸位置とが周方向に移動するように撓み変形する。この変形の周期は、起振体軸30の回転周期に比例する。
ばね定数とは、歯車装置(減速装置)の動力伝達系統のねじり剛性を表す性能パラメータである。図2は、ばね定数を説明するための図である。減速装置の入力軸(高速軸)を固定して出力軸(低速軸)側より定格トルクまでゆっくり負荷を掛けて除荷するまでの負荷及び低速軸の変位(ねじれ角)を測定し、その関係を示すと、図2に示すような剛性のヒステリシスカーブが得られる。ばね定数は、定格トルクの或るポイント(図の例では50%)から100%までのトルク差分とねじれ角差分との比として定義される。本実施形態の第1、第2歯車装置10、20において、入力軸は起振体軸30に相当し、出力軸は第2カバー35及び第2内歯歯車部材32に相当する。
続いて、本実施形態に係る第2歯車装置20の構成について説明する。図3は、第2歯車装置20を示す断面図である。
この図に示すように、第2歯車装置20は、外歯歯車21及び起振体軸受22を備える。第2歯車装置20では、外歯歯車21と起振体軸受22の外輪22aとの締め代が第1歯車装置10と異なっており、この締め代に関連しない構成要素(具体的には、外歯歯車21、起振体軸受22及び起振体30A以外)は第1歯車装置10のものと共通(形状及び寸法が同一)の構成となっている。ここで、「共通(形状及び寸法が同一)」とは、形状及び寸法が同一に設計されているということであり、製造誤差等に起因する微差は存在する。以下では、主に第1歯車装置10との相違点について説明し、第1歯車装置10と共通の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
つまり、外歯歯車21は、可撓性を有するとともに回転軸O1を中心とする円筒状の部材であり、外周に歯が設けられている。
つまり、起振体軸受22は、例えばコロ軸受であり、起振体30Aと外歯歯車21との間に配置される。起振体30Aと外歯歯車21とは、起振体軸受22を介して相対回転可能となっている。
起振体軸受22は、外歯歯車21の内側に後述の締め代δ2で嵌入される外輪22aと、複数の転動体(コロ)22bと、複数の転動体22bを保持する保持器22cとを有する。複数の転動体22bは、第1内歯歯車31Gの径方向内方に配置され、周方向に並ぶ第1群の転動体22bと、第2内歯歯車32Gの径方向内方に配置され、周方向に並ぶ第2群の転動体22bとを有する。これらの転動体22bは、起振体30Aの外周面と外輪22aの内周面とを転走面として転動する。外輪22aは、複数の転動体22bの配列に対応して同形状のものが軸方向に二つ並んで設けられている。なお、起振体軸受22は、起振体30Aとは別体の内輪を有してもよい。
図4は、外歯歯車と起振体軸受の外輪との間の締め代を説明するための図であって、(a)が第1歯車装置10の締め代δ1を示す図、(b)が第2歯車装置20の締め代δ2を示す図である。なお、図4では、分かり易さのために締め代δ1、δ2を実際よりも拡大している。
これらの図に示すように、締め代δ2は、外歯歯車21の内径d21と、外輪22aの外径d22oから、δ2=(d22o−d21)/2で与えられる。本実施形態の締め代δ2は、第1歯車装置10の締め代δ1よりも小さく、負値となっている。つまり、外歯歯車21と起振体軸受22の外輪22aとは隙間嵌めで嵌合されている。
また、外輪22aの外径d22oと外歯歯車21の内径d21との嵌め合い部は、上述したように、動作時に相互にずれることによりフレッチングが発生する場合がある。そこで、締め代が小さい隙間嵌めのような場合には、外輪22aの外径d22oを、外歯歯車21の内径d21に対し、ずれが生じにくいような所定の曲率半径の関係(隙間関係)に形成するのが好ましい。これにより、この嵌め合い部におけるフレッチングの発生を抑制できる。
ただし、起振体軸受22のピッチ円径PCD2は、第1歯車装置10における起振体軸受12のピッチ円径PCD1から変化している。そのため、これに合わせて、起振体軸受22の保持器22cには、第1歯車装置10の起振体軸受12の保持器12cとは外径及び内径が異なる(小さい)ものを用いる必要がある。さらに、ピッチ円径の変化に合わせて、起振体軸受22の内輪である第2歯車装置20の起振体30Aの外周長を、第1歯車装置10の起振体30Aとは異なる(小さい)ものにする必要がある。
また、起振体軸受22の外輪22aの外径d22oと、外歯歯車21の内径d21との双方を、第1歯車装置10のものと異ならせてもよい。ただし、締め代δ2が第1歯車装置10の締め代δ1と異なるようにする必要があるのは勿論である。
続いて、第2歯車装置20の減速動作について説明する。
第2歯車装置20は、第1歯車装置10と同様に動作する。すなわち、モータ等の駆動源により起振体軸30の回転駆動が行われると、起振体30Aにより外歯歯車21が撓み変形する。すると、第1内歯歯車31G及び第2内歯歯車32Gの歯数の違いに応じて、外歯歯車21が第1内歯歯車31Gに対して回転する一方で第2内歯歯車32Gとは相対的に回転しない。これによって、起振体軸30の回転運動が減速されて、第2内歯歯車部材32及び第2カバー35へ伝達され、相手部材に出力される。
以上のように、本実施形態によれば、第1歯車装置10における外歯歯車11と起振体軸受12の外輪12aとの間の締め代δ1が、第2歯車装置20における外歯歯車21と起振体軸受22の外輪22aとの間の締め代δ2と異なる。
すなわち、第1歯車装置10と第2歯車装置20とで、外歯歯車と起振体軸受の外輪との間の締め代を異ならせることにより、ばね定数と動力伝達効率を調整できる。具体的には、締め代を大きくすることで、動力伝達効率が低下するもののばね定数を大きくでき、締め代を小さくすることで、ばね定数が小さくなるものの動力伝達効率を向上できる。
したがって、歯形の変更などの大幅な部品変更を要することなく、締め代に関連する最小限の部品変更のみで、ばね定数と動力伝達効率の性能を所望のものとすることができる。ひいては、所望の性能の歯車装置を低コストで提供することができる。具体的には、ばね定数重視の用途には第1歯車装置10を提供し、動力伝達効率重視の用途には第2歯車装置20を提供できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
例えば、上記実施形態では、第1歯車装置10と第2歯車装置20とで、外歯歯車と起振体軸受の外輪との締め代に関連しない構成要素は共通(形状及び寸法が同一)に構成されていることとした。しかし、第1歯車装置10と第2歯車装置20は、少なくとも内歯歯車が互いに同一形状であれば、その他の部材同士の形状が異なっていてもよい。
また、上記実施形態では、第1歯車装置10の締め代δ1が正値で、第2歯車装置20の締め代δ2が負値であることとした。しかし、締め代δ1と締め代δ2は互いに異なっていればよい。
その他、上記実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
11 外歯歯車
d11 内径
δ1 外歯歯車と起振体軸受の外輪との間の締め代
12 起振体軸受
12a 外輪
d12i 内径
d12o 外径
12b 転動体
12c 保持器
PCD1 ピッチ円径
20 第2歯車装置
21 外歯歯車
d21 内径
δ2 外歯歯車と起振体軸受の外輪との間の締め代
22 起振体軸受
22a 外輪
d22i 内径
d22o 外径
22b 転動体
22c 保持器
PCD2 ピッチ円径
30 起振体軸
30A 起振体
31G 第1内歯歯車
32G 第2内歯歯車
O1 回転軸
S シール空間
Claims (8)
- 第1歯車装置と第2歯車装置とを含む歯車装置のシリーズであって、
前記第1歯車装置及び前記第2歯車装置の各々は、内歯歯車と、外歯歯車と、前記外歯歯車を撓み変形させる起振体と、前記外歯歯車と前記起振体との間に配置される起振体軸受と、を有する撓み噛合い式歯車装置であり、
前記第1歯車装置と前記第2歯車装置は、少なくとも前記内歯歯車が互いに同一形状であり、前記外歯歯車と前記起振体軸受の外輪との間の締め代が互いに異なる、
歯車装置のシリーズ。 - 前記第1歯車装置と前記第2歯車装置は、前記起振体軸受の外輪の外径が互いに異なる、
請求項1に記載の歯車装置のシリーズ。 - 前記第1歯車装置と前記第2歯車装置は、前記起振体軸受の保持器の外径が互いに異なる、
請求項2に記載の歯車装置のシリーズ。 - 前記第1歯車装置と前記第2歯車装置は、前記起振体の外周長が互いに異なる、
請求項2又は請求項3に記載の歯車装置のシリーズ。 - 前記第1歯車装置と前記第2歯車装置は、前記起振体軸受の転動体が互いに同一形状である、
請求項2から請求項4の何れか一項に記載の歯車装置のシリーズ。 - 前記第1歯車装置と前記第2歯車装置は、内部に封入された潤滑剤の封入量が互いに異なる、
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の歯車装置のシリーズ。 - 第1歯車装置と第2歯車装置とを含む歯車装置群の製造方法であって、
前記第1歯車装置及び前記第2歯車装置の各々は、内歯歯車と、外歯歯車と、前記外歯歯車を撓み変形させる起振体と、前記外歯歯車と前記起振体との間に配置される起振体軸受と、を有する撓み噛合い式歯車装置であり、
前記第1歯車装置と前記第2歯車装置とで、少なくとも前記内歯歯車は互いに同一形状であり、
前記第1歯車装置の前記外歯歯車と前記起振体軸受の外輪とを第1の締め代で嵌合させる工程を含む前記第1歯車装置の製造工程と、
前記第2歯車装置の前記外歯歯車と前記起振体軸受の外輪とを前記第1の締め代とは異なる第2の締め代で嵌合させる工程を含む前記第2歯車装置の製造工程と、を備える、
歯車装置群の製造方法。 - 第1歯車装置と第2歯車装置とを含む歯車装置群の設計方法であって、
前記第1歯車装置及び前記第2歯車装置の各々は、内歯歯車と、外歯歯車と、前記外歯歯車を撓み変形させる起振体と、前記外歯歯車と前記起振体との間に配置される起振体軸受と、を有する撓み噛合い式歯車装置であり、
前記第1歯車装置と前記第2歯車装置とで、少なくとも前記内歯歯車は互いに同一形状であり、
前記第1歯車装置の前記外歯歯車と前記起振体軸受の外輪との間を第1の締め代に設定し、
前記第2歯車装置の前記外歯歯車と前記起振体軸受の外輪とを前記第1の締め代とは異なる第2の締め代に設定する、
歯車装置群の設計方法。
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