JP2672811B2 - ひずみ波動歯車装置の内側波動発生器を製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ひずみ波動歯車装置、詳細にはその装置の
軸支式波動発生器を製造する方法に関するものである。 従来の技術 米国特許第2,906,143号に基本的に開示されているよ
うに、フレックススプラインと称する歯車要素における
半径方向たわみの円周方向の波動は、剛体円形スプライ
ンとの漸進反作用によって回転する。半径方向たわみ
は、一般に、複数突起付きカム（ここでは、波動発生器
と呼ぶ）によって生み出される。複数突起付きカムは、
楕円形で同心軸上に配置され、その外周の長軸位置がフ
レックススプラインの壁に接し、その壁を半径方向外側
にたわませ、そのスプライン歯を剛体円形スプラインの
歯とかみ合わせるようにした外側形式のものにすること
ができる。本発明の方法にかかる波動発生器は、“内側
形式”と呼ばれるものであり、その短軸位置が半径方向
内側にたわむことによってフレックススプラインに波形
を与えるようになっている。したがって、内側波動発生
器は、フレックススプラインの内歯をその短軸のところ
で内側にたわませ、フレックススプラインの中に配置さ
れた剛体円形スプラインとかみ合わせるために、フレッ
クススプラインの外側に配置されている。短軸位置以外
のスプライン歯は、かみ合っていない。内側波動発生器
の使用は、たとえば、米国特許第2,959,065号に開示さ
れている。この例の場合、目的は、無段インデクサの精
度を良くするためであったが、内側波動発生器を用いた
ひずみ波動歯車装置は、同じように他の多くの目的に使
用できることは理解されるであろう。しかしながら、内
側波動発生器に最適な形状を与えるには、特殊な製造技
術が必要である。性能上重要なことは、スプライン歯に
適切な予備荷重を加えるために調節が可能であり、かつ
種々のサイズおよびたわみのスプラインに適した正確な
波形が経済的に得られるように楕円形を作ることであ
る。初期の方法は、スプライン歯に予備荷重を加えてバ
ックラッシュを除去するために、わざと、内側波動発生
器カムの短軸寸法をかなり短く設計しているが、この方
法は、波動発生器の正確な調整が難しいこともあって、
見捨てられてしまった。 最近の内側波動発生器の設計では、スプラインの短軸
寸法を長くして予備荷重を避けているが、波動発生器の
短軸に沿って延びるねじを用いて予備荷重を加えてい
る。理論的には、ねじを締めると、フレックススプライ
ンの外径に半径方向の力が作用してスプラインのかみ合
いに予備荷重が加わる。しかし、実際には、ねじを締め
過ぎるために、ねじの端がフレックススプラインに当っ
て、損傷を与えることが多かった。その他、円形スプラ
インのハブに１本のねじを半径方向に当てる方法が試み
られた。この方法は、安心して使用することができる
が、たいていは望ましい条件であるスプラインの予備荷
重が加わらないので、バックラッシュを生じた。本発明
では、フレックススプラインを所定量だけたわませる短
軸を得るため変形させたＣ形リングを用いている。丸い
剛体軸などに肩を設けるためＣ形カラー、すなわち割り
カラーを作って固定するやり方は、古くから知られてい
るが、この構造が、類似性のない全く異なる機能を果た
すのである。 発明の目的と構成 本発明の目的は、内側波動発生器を製造する改良され
た方法を提供することである。詳しく述べると、本発明
の目的は、使用形状に調節されたとき短軸に沿って広い
角度にわたってフレックススプラインの外径にぴったり
一致し、バックラッシュを除去するための予備荷重をス
プライン歯を加える作用する形状を有する流動発生器の
内側作用面を製造する新規な技術を提供することであ
る。 波動発生器の正しい楕円形は、数学的には、たわんで
いないフレックススプラインの外径項と、フレックスス
プラインと波動発生器との間げき項で表せることは知ら
れており、波動発生器の短軸近くの曲率半径は、フレッ
クススプラインの外径の1/2（Ｒで表す）とフレックス
スプラインの半径方向たわみの1/2（ｄで表す）の和の
関数として表すことができる。この曲率は、短軸の所で
は60゜の弧部分にわたって波形を近似しており、その弧
部分を越えると、その一定半径がフレックススプライン
の外径から離れるために、間げきが大きくなるので好ま
しい。製造上の立場からこの事実を利用して、最初に、
半径Ｒとたわみｄをもつ円形リングの内径が2R＋3dに等
しい直径に削られ、次にリングの長軸位置になる所に少
なくとも8dに等しいギャップを形成するため材料が切除
され、半径方向のたわみ性を高めるため、前記ギャップ
と直径方向に対向するリング壁の厚さが減らされる。そ
のあと、フレックススプラインの歯と剛体円形スプライ
ンの歯とのゆるいかみ合いに対応する短軸寸法が得られ
るように、リングの残りの部分の曲率を保ちながら、リ
ングの減厚部分に永久“変形”が生じるまで、前記ギャ
ツプと前記減厚部分を通って２等分する平面に垂直な軸
線に沿って、圧縮力がリングに加えられる。最後に、短
軸寸法を選択的に修正してスプライン歯に予備荷重を加
えるために、ギャップを閉じる調節可能な手段、たとえ
ば、ねじがギャップを横切って通される。この方法の主
たる利点は、最初から精密な長軸および短軸を有する波
動発生器を作る必要がなく、通常の旋盤を用いて旋削で
きることである。 スプラインのかみ合いに予備荷重を加えるため、調節
ねじで容易に追加たわみを与えることができるように、
ギャップとは反対側のリング部分に溝を設け、あるいは
他の方法で処理（リングの内側または外側のどちらか
に）して、Ｃ形リングに十分なたわみ性を付与すること
ができる。しかし、短軸上で剛体円形スプラインとフレ
ックススプラインとがゆるいかみ合い状態を保つよう
に、リングは、フレックススプラインの中にたわみ波動
を強制する十分な剛性を保有すべきである。 次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例
を製造する方法を詳細に説明する。 実施例 円形フレックススプライン10（第４図および第５図に
示すように、楕円形にたわめられる）は、2Rの外径を有
しており、軸支形式の内側波動発生器によって半径方向
たわみｄの円周方向波動を与える必要があると仮定す
る。以下説明するこの波動発生器を製造する方法では、
フレックススプライン10の内歯12と同軸剛体円形スプラ
イン14（第５図）のスプライン外歯との間で適切なかみ
合いおよび間げきを得ることが決定的に重要なことであ
る。 この方法の最初の工程は、2R＋3dに等しい内径を有す
る円形リング16（第１図）を準備することである。 波動発生器リングの内径とフレックススプラインの外
径との寸法関係を上記のように決めた理由は、1.5dまで
たわめたとき、波動発生器の曲率半径が第５図に示すよ
うに短軸位置において60゜弧部分にわたって、たわんだ
フレックススプラインの曲率にほぼ近い波形が得られる
利点があるからである。リング16に適当な強度と弾力性
を付与し、しかも次に説明するようにリングを円形形状
から“変形させた”すなわちたわませたとき楕円形が得
られるように、リング16の外径は、内径の1.2〜1.4倍
（すなわち、15〜20％）程度にすることが好ましい。 リング16に内側楕円波形を与えるには、リング16から
直径方向に対向する材料部分を切除して２個の補完する
“半リング”を形成すれば可能であろう。この場合、各
側から切除される材料の円周方向寸法は、4dである。各
“半リング”を再び組み立てて固定すれば、約60゜の円
弧にわたってリング16をフレックススプライン10に一致
させるための正しい短軸寸法、2R−ｄを得ることがで
き、かつ適切な長軸上の間げきを得ることが可能であろ
う。しかし、この“半リング”は、調節性その他の要素
が欠如しているので、一般には、本発明の好ましい方法
ではない。代わりに、第２図に示すように、リング16の
片側のみに半径方向ギャップ18を形成し、かつそのギャ
ップの直径方向反対側のリング部分20の厚さを減らし、
たとえば溝22を設けることによって、圧縮力を加えたと
きに永久変形するヒンジ場所を設け、所望する短軸寸法
を得ることが好ましい。 広い範囲でスプラインがかみ合うように、たわんでい
ないリング16にギャップ18が形成されたとき、その円周
方向寸法は少なくとも8dである（誇張して示してあ
る）。図示した内側溝22の代わりに、もし所望であれ
ば、ギャップ18とは反対側のリングの外側の材料を除去
して望ましいたわみ性を与えることもできよう。溝22の
半径方向幅は、約4dすなわちリングの内径の約５％であ
る。 次に、短軸寸法を得るため、降伏すなわち永久“変
形”（すなわち半径方向のたわみ）が生じるまで、ギャ
ップ18および減厚部分20を通ってリング16を上下に２等
分する平面に垂直に作用する力Ｆ（第３図）によってＣ
形リング16が圧縮され、ギャップ18が狭められる。その
あと、第４図に示すように、変形させた、すなわちたわ
められた波動発生器の中に、フレックススプライン10を
同心軸上に取り付けることができる。ギャップ18および
部分20を通る２等分平面（すなわち、第４図の中心線を
通る平面）に沿ってフレックススプライン10と波動発生
器との間には、半径方向の間げきがある。この段階で、
圧縮力付与手段を除去して、ゆるいかみ合い状態のフレ
ックススプライン10と剛体円形スプライン14を、波動発
生器に挿入したり、取り出したりできることはわかるで
あろう。さらに短軸寸法を選択的に修正してスプライン
歯に予備荷重を与えるための手段、たとえば、ギャップ
18および減厚部分20を通る正中面に垂直にギャップ18を
横切って延びるねじ26が波動発生器のねじ穴に通される
（第４図、第５図参照）。第５図からわかるように、ね
じを締め付けると、圧縮力によって狭められたギャップ
18（第２図と第３図および第４図とを比べて）はさらに
狭くなり、ギャップ18がほとんと閉じて、スプライン歯
に予備荷重が加わる。このようにバックラッシュを除去
するためスプライン歯に予備荷重が加えられたときで
も、フレックススプラインの長軸位置における剛体円形
スプライン14とフレックススプライン歯12との非かみ合
い状態は、そのままである。波動発生器のねじを回わせ
ば、波動発生器が部分20のまわりに曲げられて、波動発
生器の楕円率が適切に修正されることは明らかであろ
う。 最後に第６図は、上述の方法によって、実例装置に使
用できるように構成された波動発生器16を示す。一般の
ひずみ波動歯車装置と同様に、装置の動作を逆にするこ
とができる。ここでは、剛体スプライン14をキーで固定
している軸24が出力側であり、軸24に軸支された歯車30
が入力側であると仮定する。一緒に回転するように歯車
30のハブにボルトで取り付けられているのは、剛体円形
スプライン32である。スプライン32のスプライン歯34
と、フレックススプライン10の内側スプライン歯12と
は、歯数が（２またはその倍数だけ）異なっている。フ
レックススプライン10は、波動発生器の溝にそれぞれ挿
入されたスナップリング36,36によって軸方向に保持さ
れている。同様にフレックススプライン歯12とかみ合っ
ているのは、軸24にキーで固定された歯12と同じ歯数を
有する剛体円形スプライン38である。調整ねじ26（第６
図には示してない）を締め付けると、装置全体がロック
され、歯車30と軸24が一体で回転することは理解される
であろう。しかし、装置を止め、調整ねじ26をゆるめ、
波動発生器16を回転させれば、歯車30と軸24の間に位相
シフトが生じる。波動発生器の回転と位相シフトとの比
は、円形スプラインの歯数と、フレックススプラインと
の歯数差によって決まる、この比は、一般に100/1であ
るが、もし所望ならば、10,000/1にすることできよう。
所望する位相シフトが得られたあと調整ねじ26を締め付
ければ、装置は新しい位置で動作する準備が完了する。 発明の効果 上述の構成では、対の剛体円形スプラインの一方（ま
たは、他方）が反作用トルクを提供し、調整手段たとえ
ばねじ26（第６図には、図示せず）を用いて歯に予備荷
重を加えている。波動発生器16を作ったあと、波動発生
器16に楕円形の波形を与える上述の工程順序によって、
動作性能は確実に改善される。これは、短軸位置におい
てスプラインが広い範囲でかみ合うことと、長軸位置に
沿ってスプライン歯間に十分な間げきがあるためであ
る。また、この方法では、最初に圧縮力を使ってＣ形片
の円形ボアを永久“変形”させ、すなわち、たわませる
工程で、スプライン歯のゆるいかみ合いに対応する短軸
寸法を与え、最後の工程で、バックラッシュを除去する
ためねじ26を調整しスプラインに精密な荷重を加えるこ
とができるので、組み立てが都合よくできる。上記の方
法で作られた波動発生器を使用すれば、コストおよび性
能の２つの面で利益があると思われる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、後の工程で内径壁が選択した楕円波動を発生
する形状にたわめられる円形リングの平面図、 第２図は、半径方向にたわみやすいＣ形にするため、直
径方向に対向するリング部分が切除された第１図に類似
した図、 第３図は、リングに降伏すなわち永久“変形”が生じる
まで、減厚部分を通る正中面に垂直な力をリングに加え
たときの様子を示す第２図に類似した図、 第４図は、たわめられたフレックススプラインが挿入さ
れ、未締め付けの調整ねじがギャップをまたいで通され
ている状態を示す第３図に類似した図、 第５図は、短軸に沿ってフレックススプライン歯と剛体
円形スプラインの歯に予備荷重を加えるため調整ねじを
締め付けたときの状態を示す第４図に類似した図、 第６図は、本発明の方法にしたがって作られた波動発生
器を組み入れたひずみ波動駆動装置すなわち回転式調節
装置の軸方向断面図である。 符号の説明 10……フレックススプライン、 12……内歯、14……剛体円形スプライン、 16……流動発生器（リング）、 18……ギャップ、20……減厚部分、 22……溝、24……軸、 26……ねじ、30……歯車、 32……スプライン、34……歯、 36……スナップリング、38……剛体円形スプライン。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．内側スプライン歯、半径Ｒの２倍で表される外径、
   および短軸位置において少なくとも１個の剛体円形スプ
   ラインの直径方向に対向する歯とかみ合うように半径方
   向たわみｄを有するフレックススプラインと共に使用さ
   れる内側波動発生器を製造する方法であって、 a.2R＋3dに等しい内径と、前記内径の1.3〜1.4倍に等し
   いリング外径を有する円形の波動発生器リングを準備す
   ること、 b.円周方向寸法が少なくとも8dのギャップを１つだけ形
   成してリングを開くこと、 c.リングの半径方向たわみ性を高めながら、なおリング
   の内径寸法を保つことができるように、ギャップとは直
   径方向反対側のリング部分の半径方向の厚さを減らすこ
   と、 d.前記ギャップと前記減厚部分を通って２等分する平面
   に垂直な軸線に沿ってリングを圧縮して永久変形を生じ
   させ、スプライン歯をゆるいかみ合いに対応する短軸寸
   法が得られるまでギャップを円周方向に狭めること、 e.リングがスプライン歯に予備荷重を加えることができ
   るように、ギャップをさらに狭めて前記短軸寸法を選択
   的に減らすこと、 の工程からなることを特徴とする製造方法。 ２．前記ギャップの円周方向寸法は、当初、少なくとも
   8dより大きく形成されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の製造方法。 ３．工程ｃにおいては、半径方向内側の壁に溝を設ける
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の製造方
   法。 ４．工程ｄにおいては、ギャップをさらに閉じた位置に
   引き寄せるため、ねじ手段を手で操作することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の製造方法。