JP2771407B2 - 撓み噛合い式歯車噛合構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型の減速機、あるい
は増速機に適用するのに好適な、撓み噛合い式の歯車噛
合構造、即ちいわゆる波動歯車構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、撓み噛合い式歯車噛合構造に関す
る技術として、例えば特開昭６３−１３０９４９号公報
に記載のものが知られている。以下、これについて説明
する。

【０００３】図３はこの従来技術の構造を示す断面図、
図４は図３のIV−IV線断面図である。この構造は一般に
波動歯車構造とも呼ばれている。

【０００４】入力回転軸２１には外スプライン２２Ａが
設けられており、該外スプライン２２Ａが、波動発生器
となる偏心体２３に設けられた内スプライン２２Ｂと結
合している。これらの偏心体２３の外周には偏心体軸受
２４が設けられている。偏心体軸受２４の外周には外歯
歯車２８が設けられており、該外歯歯車２８はフランジ
部２９、円環部３０及び外歯部３１とから構成されてい
る。外歯歯車２８の外歯部３１は偏心体軸受２４の外輪
２７の外周に位置している。

【０００５】前記において、外輪２７、円環部３０及び
外歯部３１は弾性変形可能となっている。外歯部３１に
設けられた外歯３１Ａは、トロコイド歯形等からなって
おり、該外歯３１Ａは、内歯歯車３２に回転可能に支持
されたピンにより構成された内歯３３Ａに噛合してい
る。

【０００６】内歯歯車３２の内歯（ピン）３３Ａの数に
対して、外歯３１Ａの数は２歯だけ少なくなっている。
そして、外歯３１Ａの形状は、転円と基円の半径比が整
数であるエピトロコイド平行曲線の２個を、位相をずら
せて重ね合わせ、重なり合った個々の曲線のうち最も内
側にある曲線部分を歯形曲線としたものであり、特公昭
５８−４２３８２号（特許第１２０８５４８号）として
公知のものである。

【０００７】入力回転軸２１の回転は波動発生器（偏心
体２３）の回転となり、偏心体２３は偏心体軸受２４を
介して外歯歯車２８の外歯部３１を変形させる。偏心体
２３の突部により変形させられた外歯部３１は、その外
歯３１Ａが内歯（ピン）３３Ａと噛合し、偏心体２３の
１回転の間に外歯３１Ａとピン３３Ａとの歯数差だけ位
相がずれ、そのずれが外歯歯車２８の回転となって出力
軸３４に伝達される。本例では具体的には外歯３１Ａが
１００歯、内歯（ピン）３３Ａが１０２歯あり、その歯
数差は２であり減速比は（−２／１００＝−１／５０）
となる。

【０００８】内歯歯車３２はこの実施例では固定されて
いる。しかしながら、外歯歯車２８と内歯歯車３２とは
一方を固定すると他方が出力側となる相対的なものであ
り、又、入力回転軸は出力軸を入力側とすれば増速して
取り出す出力軸ともなる。

【０００９】この様な従来公知の歯車装置では、内歯歯
車３２の円弧歯形部分である内歯（ピン）３３Ａとトロ
コイド歯形等からなる外歯歯車２８の外歯３１Ａを噛み
合わせるようにしたものであるため、内歯歯車３２と外
歯歯車２８は一つの接触点をもって接触する。

【００１０】したがって、同一半径の円弧歯形よりなる
内歯歯車３２では、歯面の面圧の制限に応じて、概ねそ
の負荷荷重が決まってしまい、波動歯車装置の小型化、
高負荷容量化には限界があった。

【００１１】一方、内歯歯車の歯形に円弧歯形（外ピ
ン）を用い、更に剛性を有する外歯歯車の歯形にトロコ
イド系歯形を用いた「歯数差１」の遊星歯車減速機（出
願人所有に係る登録商標＜サイクロ減速機＞として周
知）において、例えば特公昭６３−４０５６号（特許第
１４６７５９８号）に示されるように、歯形の改良によ
り前述の問題（歯面の負荷荷重の制限）の解決を図った
技術が提案されている。

【００１２】この技術内容を、図５〜図９を用いて簡単
に説明する。

【００１３】図５は、この遊星歯車減速機の一部を破断
して示した全体概略図である。図６は、図５のVI−VI線
に沿った断面図に相当し、図７、図８、図９は、図６の
荷重伝達に有効なa 、b 、c 部分を拡大して示したもの
である。

【００１４】これらの図面から明らかなように、内歯歯
車１′は、相隣接する円弧歯形部分Ｐ、Ｐと、外歯歯車
２の歯形がエピトロコイド平行曲線であるときの相手歯
形として求めた内歯歯車１′の歯形部分Ｑとから合成し
た、両端に円弧歯形を含むトロコイド内包絡線を歯形と
したものである。

【００１５】このような内歯歯車１′とエピトロコイド
平行曲線を歯形とする外歯歯車２とを噛合させると、内
歯歯車１′と外歯歯車２とは、両者の接触点（噛合点）
が荷重伝達に有効な位置において内歯歯車１′の歯形を
構成する包絡線の円弧歯形部分Ｐの接触点の他に、歯形
部分Ｑにおいても接触点を持つ２点接触で噛合する。

【００１６】そして、この２つの接触部分は共に歯車の
機構学的な歯形の条件を満足しているため、各々の２つ
の接触点は動力伝達に有効に作用する。この結果、歯面
の負荷荷重の向上を達成しているものである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】今、前述した波動歯車
装置に、上記特公昭６３−４０５６の歯形（歯数差１の
場合の２点接触歯形）を適用する場合を考える。

【００１８】この場合、上記遊星歯車減速機では外歯歯
車と内歯歯車の歯数差が１であるのに対し、波動歯車装
置では歯数差を２以上の整数にする必要がある。これは
波動歯車装置においては、動力学的なバランスから歯数
差は、波動発生器となる偏心体２３の突部の整数倍であ
ることが望ましいためである。即ち、偏心体２３の突部
が荷重をバランスさせる為に一般に２以上であるので、
歯数差も２以上の整数が望ましいということになるため
である。

【００１９】従って、このままでは上記２点接触歯形を
波動歯車装置に直接適用することはできない。

【００２０】本発明者らは、このような点に鑑み、従来
の遊星歯車減速機において用いられている歯数差１の２
点接触歯形を基本にして内歯と外歯の歯形を構成するこ
とにより、歯数差が２以上となる撓み噛合式歯車噛合構
造への適用を可能とし、軽量、コンパクトで高性能な減
速機あるいは増速機を実現できるようにした撓み噛合い
式歯車噛合構造を先に提案した（特願平４−１４２５１
５：平成４年６月３日）。

【００２１】この構造は、剛性を有した内歯歯車と、該
内歯歯車に内接噛合する可撓性を有した外歯歯車と、該
外歯歯車を撓ませて変形させる波動発生器と、を備えた
撓み噛合い式歯車噛合構造において、前記外歯歯車と内
歯歯車の歯数差をi （i ：２以上の整数）とし、前記外
歯歯車の歯形は、i 個のエピトロコイド平行曲線を互い
に位相をずらせて重ね合わせた時にできる最も内側の曲
線を基準にして構成し、又、前記内歯歯車の歯形は、前
記エピトロコイド平行曲線と噛合うi 個のトロコイド内
包絡線を互いに前記外歯歯車と同量だけ位相をずらせて
重ね合わせた時にできる最も内側の曲線を基準にして構
成したものである。

【００２２】この結果、前記特公昭６３−４０５６号公
報に記載の歯数差１の２点接触歯形を歯数差が２以上の
波動歯車装置にも良好に適用することができ、外歯歯車
の外歯と内歯歯車の内歯とを、荷重伝達に有効な位置に
おいて多点接触（噛合）させることができるようになっ
た。

【００２３】ところで、図１０は歯数差i ＝２の場合を
示したものであるが、各々のエピトロコイド平行曲線に
ついて見ると、曲線の谷にあたる部分のみが外歯１３１
Ａを形成していることが分かる。

【００２４】図１１は、エピトロコイド平行曲線のう
ち、実際に外歯を形成する部分が曲線の重ね合せの数i
によってどう変化するを示したものである。図１１中の
点Ａが谷の最凹部、点Ｆが山の最凸部を示し、曲線Ａ
Ｆ、ＡＥ、ＡＤ、ＡＣ、ＡＢが、各々i ＝１、２、４、
６、８の場合に外歯を形成する部分となる。

【００２５】このように、撓み噛合い式歯車噛合構造で
は動力学的なバランスをとるため、あるいは噛合部１歯
当りの負担を低減するため、i 箇所で内歯歯車と外歯歯
車とを噛合させることが多く、従って内歯歯車と外歯歯
車の歯数差i も２以上となり、該歯数差i はどうしても
大きくなり易い。

【００２６】しかるに、このように歯数差i が大きくな
る程、谷付近の限られた部分のみが現実に歯形を形成し
て前述の噛合に利用されるようになるという問題が発生
する。しかも、２点接触噛合の場合、図７、図８、図９
で示されるように、噛合の浅い状態では１つであった接
触点が、噛合が深くなっていく過程のある時点から２つ
に分かれ、各々山側と谷側に移動していくものである。
このため、歯数差i が２より大きく、噛合が更に深くな
ると、山側の接触点は、エピトロコイド平行曲線のうち
実際に歯形としては利用されない仮想部分に入ってしま
うため、接触点は谷側のみの１つに戻ることになり、結
局２点接触噛合という特徴を十分に活かすことが現実と
してできなくなる。

【００２７】本発明は、このような問題に鑑みて成され
たものであって、歯数差i が大きく、従って２点接触噛
合の歯形構造を有効利用できないような状況にあって
も、これをより有効に利用することができ、１歯１歯が
より大きな負荷荷重に耐え得るような撓み噛合い式歯車
噛合構造を提供することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明は、剛性を有した
内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合可能な可撓性を有し
た外歯歯車と、該外歯歯車と撓み変形させることによっ
て前記内歯歯車と外歯歯車との内接噛合を実現させる波
動発生器と、を備えた撓み噛合い式歯車噛合構造におい
て、前記内歯歯車と外歯歯車との歯数差をi としたとき
に、前記内歯歯車との歯数差がi 未満のj で（i ＞j
）、且つ該内歯歯車と内接噛合する剛性を有した仮想
外歯歯車を想定し、前記内歯歯車の歯形を、該想定した
仮想外歯歯車と２点接触噛合する形状に形成すると共
に、前記外歯歯車の歯形を、該外歯歯車が撓んだ結果、
内歯歯車と噛合する部分において前記仮想外歯歯車の歯
形と等しくなる形状に形成したことにより、上記課題を
解決したものである。

【００２９】

【作用】本発明では、外歯歯車と内歯歯車との歯数差が
i であったときに、当該歯数差i に着目して内歯歯車及
び外歯歯車の歯形を決定するという従来の設計思想を改
め、この歯数差i よりも小さな歯数差j となるような外
歯歯車を仮想的に想定するようにした。

【００３０】この仮想外歯歯車は、剛性を有するもの
で、従って、タイプとしては、例えば前述の特公昭６０
−４０５６に示されるような遊星歯車減速機（サイクロ
減速機：登録商標）の外歯歯車に相当するものと考えて
よい。

【００３１】内歯歯車の歯形は、この想定した仮想外歯
歯車と２点接触噛合する形状に形成される。この仮想外
歯歯車と内歯歯車との歯数差j は、前述の外歯歯車と内
歯歯車との歯数差i よりも小さいため、この２点接触噛
合する形状は歯数差i を基準としたものよりも有効範囲
が非常に拡大されたものとなる。

【００３２】なお、例えばj として「１」を選択した場
合、内歯歯車の歯形として前記歯数差１の特公昭６３−
４０５６の２点接触歯形がそのまま適用できる。j とし
て「２」を選択したようなときは２点接触歯形として前
述の特願平４−１４２５１５で提案されたような２点接
触歯形を採用すればよい。

【００３３】一方、前述の外歯歯車の歯形は、該外歯歯
車が撓んだ結果内歯歯車と噛合する部分において、想定
された仮想外歯歯車の歯形と等しくなる形状に形成す
る。この結果、現実の噛合は、あたかも小さな値の歯数
差j のセットである内歯歯車と外歯歯車が噛合するよう
な態様を取ることになり、２点接触噛合の歯形を非常に
有効に利用することができるようになる。

【００３４】即ち、本発明は、外歯歯車が撓むというこ
とを逆に利用し、本来ならば歯数差j に相当する剛性の
ある内歯歯車と剛性のある外歯歯車のセットにおいて、
両者が２点接触噛合するような歯形を形成し、その上で
外歯歯車を一度切断し、（i−j ）に相当する数だけの
歯を切除した後、再び繋ぎ合わせることによって歯数差
i の内歯歯車と外歯歯車とのセットを実現したとも換言
できるものである。

【００３５】これにより、噛合する部分ではあくまで小
さな歯数差j の状態で、即ち、２点接触の歯形が有効に
機能するような状態で両者が噛合すると共に、全体とし
てはより大きな歯数差i を有する撓み噛合い式歯車噛合
構造ができるものである。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１、図２を参照
しながら説明する。

【００３７】本実施例の歯車噛合構造では、外歯歯車の
歯形及び内歯歯車の歯形及び両歯車の歯数の関係、及び
これに対応して偏心体の形状が図３、図４に示した従来
技術（特開昭６３−１３０９４９）と異なるだけで、基
本的な構造は該従来技術と同一である。よって重複説明
は省略し、当該異なる部分のみ符号を置き換えて説明す
る。

【００３８】図１は、本実施例の構造の主要部断面図で
あり、図３のIV−IV線断面に相当するのである。又、図
２は、内歯歯車１３２及び仮想外歯歯車１３４との噛合
関係を示したものである。

【００３９】外歯歯車１２８、内歯歯車１３２、及び仮
想外歯歯車１３４の関係は、以下のようになっている。

【００４０】まず、外歯歯車１２８の外歯１３１Ａの歯
数（６０）に対して、内歯歯車１３２の内歯１３３Ａの
歯数（６２）は２歯多い。即ち、歯数差i ＝６２−６０
＝２である。

【００４１】一方、仮想外歯歯車１３４の歯数（６１）
は、内歯歯車１３２の歯数（６２）よりも１歯だけ少な
い。即ち、j ＝６２−６１＝１である。

【００４２】内歯歯車１３２の内歯１３３Ａの形状は、
エピトロコイド平行曲線の歯形１４０Ａをもつ仮想外歯
歯車１３４と歯数差１をもって２点接触噛合するもので
あり、前述した特公昭６３−４０５６号（特許第１４６
７５９８号）において開示された歯形と全く同一のもの
である。

【００４３】即ち、図５〜図９を用いて既に説明したよ
うに、内歯歯車１３２（図５〜９の内歯歯車１′）の内
歯１３３Ａは、相隣接する円弧歯形部分Ｐ、Ｐと、仮想
外歯歯車１３４（図５〜図９の外歯歯車２）の歯形１４
０Ａがエピトロコイド平行曲線であるときの相手歯形と
して求めた内歯歯車の歯形部分Ｑとから合成した、両端
に円弧歯形を含むトロコイド内包絡線を歯形としたもの
である。

【００４４】このような内歯歯車１３２（１′）とエピ
トロコイド平行曲線を歯形とする仮想外歯歯車１３４
（２）とを噛合させると、内歯歯車１３２（１′）と仮
想外歯歯車１３４（２）とは、両者の接触点（噛合点）
が荷重伝達に有効な位置において内歯歯車１３２
（１′）の歯形を構成する包絡線の円弧歯形部分Ｐの接
触点の他に、歯形部分Ｑにおいても接触点を持つ２点接
触で噛合する。

【００４５】そして、この２つの接触部分は共に歯車の
機構学的な歯形の条件を満足しているため、各々の２つ
の接触点は動力伝達に有効に作用する。しかも図１１に
示されるように、歯数差i の小さな噛合（曲線ＡＦが利
用される噛合）となるため歯面の負荷荷重のより一層の
向上が達成される。

【００４６】一方、外歯歯車１２８の外歯１３１Ａは、
該外歯歯車１２８の一部が撓み変形によって仮想外歯歯
車１３４と同じピッチ径をもつようになったときに、そ
の部分で仮想外歯歯車１３４の外歯１４０Ａを形成する
前記エピトロコイド平行曲線と一致するような形状とさ
れる。即ち、外歯歯車１２８が撓んだ結果、内歯歯車１
３２と噛合する部分において仮想外歯歯車１３４の外歯
１４０Ａと等しくなるような形状とされている。

【００４７】このことは、換言すると、外歯歯車１２８
は、仮想外歯歯車１３４の１歯を取り去り、切り口を引
き寄せて接合したかの如きものであると言える。

【００４８】なお、偏心体１２３の形状は、歯車に噛合
を生じさせる長軸の近傍において、外歯歯車１２８に仮
想外歯歯車１３４と同じピッチ径をもつような曲率を与
えるような形状とされている。

【００４９】この実施例では、以上のような構成とした
ため、内歯歯車及び外歯歯車は、その歯数差i が実際は
２でありながら、あたかも歯数差が１のときのように、
エピトロコイド平行曲線のうち、実際に歯形を形成する
部分の割合の大きな２点接触噛合を行うことができ、そ
れだけ１歯あたりの荷重伝達能力の向上を図ることがで
きるようになる。

【００５０】なお、この実施例では、内歯歯車１３２の
内歯１３３Ａの数（６２）と、外歯歯車１２８の外歯１
３１Ａの数（６０）との差i を２としていたが、本発明
では必ずしもこれに限定されず、作用の項で述べたよう
に、２以上の適宜の数でよい。又、仮想外歯歯車１３４
の歯数は、外歯歯車１２８の外歯１３１Ａの数よりも多
ければ、即ちi ＞j の関係を満たすならば適宜の数でよ
い。

【００５１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、撓
み噛合い式歯車噛合構造において、その歯数差を多く設
定した場合であっても、２点接触噛合構造の歯形構造を
より有効利用することができるようになり、１歯当りの
負荷荷重をそれだけ増大させることができるようになる
という優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された撓み噛合い式歯車噛合構造
の主要部を示す図４相当の断面図

【図２】上記実施例における内歯歯車と仮想外歯歯車と
の噛合図

【図３】従来の撓み噛合い式歯車噛合構造の一例の全体
構造を示す断面図（本実施例も歯数、歯形等を除けば基
本構造は同じ）

【図４】図３の矢示IV−IV線に沿う断面図

【図５】従来公知のトロコイド系遊星歯車減速機の部分
的断面図（本実施例でも歯形の技術のみ流用）

【図６】図５の矢示VI−VI線に沿う断面図

【図７】図６の矢示a 部分の拡大図

【図８】図６の矢示b 部分の拡大図

【図９】図６の矢示c 部分の拡大図

【図１０】エピトロコイド平行曲線の重ね合せによる外
歯形成に関する技術を示す線図

【図１１】エピトロコイド平行曲線の重ね合せ数と曲線
の内外歯を形成する部分の関係を示す線図

【符号の説明】

１２３…偏心体（波動発生器） １２８…外歯歯車 １３１Ａ…外歯 １３２…内歯歯車 １３３Ａ…内歯 １３４…仮想外歯歯車 １４０Ａ…仮想外歯歯車の外歯

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】剛性を有した内歯歯車と、該内歯歯車に内
   接噛合可能な可撓性を有した外歯歯車と、該外歯歯車を
   撓み変形させることによって前記内歯歯車と外歯歯車と
   の内接噛合を実現させる波動発生器と、を備えた撓み噛
   合い式歯車噛合構造において、 前記内歯歯車と外歯歯車との歯数差をi としたときに、
   前記内歯歯車との歯数差がi 未満のj で（i ＞j ）、且
   つ該内歯歯車と内接噛合する剛性を有した仮想外歯歯車
   を想定し、 前記内歯歯車の歯形を、該想定した仮想外歯歯車と２点
   接触噛合する形状に形成すると共に、 前記外歯歯車の歯形を、該外歯歯車が撓んだ結果、内歯
   歯車と噛合する部分において前記仮想外歯歯車の歯形と
   等しくなる形状に形成したことを特徴とする撓み噛合い
   式歯車噛合構造。