JP6100850B2

JP6100850B2 - らせん状潤滑式波動歯車装置

Info

Publication number: JP6100850B2
Application number: JP2015169298A
Authority: JP
Inventors: 蘇政明; 林健安
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: JP2017044310A; US9732836B2; US20170097082A1

Description

本発明は、波動歯車装置に関し、詳しくはらせん状潤滑式波動歯車装置に関するものである。

波動歯車装置は高減速比をもつ減速機である。従来の構造は剛性サーキュラ・スプラインと、可とう性フレックススプラインと、ウェーブ・ジェネレータとを備える。ウェーブ・ジェネレータは可とう性フレックススプラインの内部に回転できるように配置される。可とう性フレックススプラインは剛性サーキュラ・スプラインの内部に回転できるように配置され、かつウェーブ・ジェネレータにより楕円状にたわめられる。ウェーブ・ジェネレータが動力源により駆動され、回転する際、剛性サーキュラ・スプラインおよび可とう性フレックススプラインは、ウェーブ・ジェネレータの長軸に対応する歯が互いに噛み合い、ウェーブ・ジェネレータの短軸に対応する歯が完全に離れた状態になる。剛性サーキュラ・スプラインおよび可とう性フレックススプラインは歯数に差があるため、ウェーブ・ジェネレータを持続的に回転させれば、歯数の差により高減速比を実現させ、高トルクを生じることができる。

波動歯車装置の使用寿命を延長し、摩損を減少させるために潤滑処理を採用する従来技術において、特許文献１は剛性サーキュラ・スプラインの給油通路を介して可とう性フレックススプラインに潤滑油を注入し、ウェーブ・ジェネレータに潤滑効果を生じることを提示した。しかしながら、波動歯車装置が稼動すれば、可とう性フレックススプラインに弾性変形を持続させるため、給油孔のあたりに応力集中が起こり、可とう性フレックススプラインの構造を損壊させるという現象が発生する。
一方、特許文献２は可とう性フレックススプラインと潤滑油格納機構とを凸凹状に配置し、組み合わせることを提示した。しかしながら、潤滑油格納機構、可とう性フレックススプラインとベアリングとの間に余計な衝突が生じるため、全体の潤滑効率に影響を及ぼすという問題が発生する。

ＵＳ７，９０５，４２６号公報実公平６−１５１５１公報

本発明は、潤滑処理を充分に行い、使用寿命を延長し、摩損を減少させることが可能ならせん状潤滑式波動歯車装置を提供することを主な目的とする。

上述した課題を解決するための、らせん状潤滑式波動歯車装置は、剛性サーキュラ・スプライン、可とう性フレックススプライン、ウェーブ・ジェネレータおよびスポイラーを備える。ウェーブ・ジェネレータはベアリング、楕円状リングおよび軸連結器を有する。ベアリングは可とう性フレックススプラインの内部に配置される。楕円状リングはベアリング内に配置され、軸連結器は楕円状リングに連結されるため、ウェーブ・ジェネレータと可とう性フレックススプラインとの間にチャンバーが形成される。スポイラーはチャンバー内に位置付けられ、回転シャフトおよびフィンを有する。回転シャフトはウェーブ・ジェネレータの軸連結器に連結される。フィンは回転シャフトの外周面に配置され、かつ回転シャフトの軸方向に沿ってらせん状に伸びる。

上述した構造により、軸連結器が動力源の駆動力を受けると回転する際、スポイラーはフィンによってチャンバー内の潤滑油を対流させ、ウェーブ・ジェネレータのベアリングに潤滑効果を充分に生じることができる。

本発明の第１実施形態によるらせん状潤滑式波動歯車装置を示す斜視図である。本発明の第１実施形態によるらせん状潤滑式波動歯車装置を示す分解斜視図である。本発明の第１実施形態によるらせん状潤滑式波動歯車装置において軸連結器が時計回りに回転し、潤滑油を対流させる状態を示す断面図である。本発明の第１実施形態によるらせん状潤滑式波動歯車装置において軸連結器が逆時計回りに回転し、潤滑油を対流させる状態を示す断面図である。本発明の第１実施形態によるらせん状潤滑式波動歯車装置においてのウェーブ・ジェネレータとスポイラーとの関係およびサイズを示す断面図である。本発明の第２実施形態によるらせん状潤滑式波動歯車装置においてのウェーブ・ジェネレータとスポイラーとの関係およびサイズを示す断面図である。本発明の第３実施形態によるらせん状潤滑式波動歯車装置を示す断面図である。本発明の第４実施形態によるらせん状潤滑式波動歯車装置のスポイラーを示す斜視図である。

（第１実施形態）
図１および図２に示すように、本発明の第１実施形態によるらせん状潤滑式波動歯車装置１０は、剛性サーキュラ・スプライン２０、可とう性フレックススプライン３０、ウェーブ・ジェネレータ４０、およびスポイラー５０を備える。

可とう性フレックススプライン３０は、剛性サーキュラ・スプライン２０と噛み合うように剛性サーキュラ・スプライン２０の内部に配置される。

図２および図３に示すように、ウェーブ・ジェネレータ４０は、ベアリング４１、楕円状リング４２、軸連結器４３および接続・回転盤４７を有する。
ベアリング４１は可とう性フレックススプライン３０内に配置され、内側環状部４４と、内側環状部を囲む外側環状部４５とを有する。楕円状リング４２はベアリング４１の内側環状部４４に配置される。軸連結器４３はシャフト４３１、円盤状底部４３２および軸穴４３３を有する。円盤状底部４３２はシャフト４３１に連結される。軸穴４３３はシャフト４３１および円盤状底部４３２を貫通する。軸連結器４３と楕円状リング４２とは接続・回転盤４７によって連結される。接続・回転盤４７は二つの相対する側面に形成された第一凸状部４７１と、二つの相対する側面に形成された第二凸状部４７２とを有する。楕円状リング４２は接続・回転盤４７に向かう側面に二つの相対する第一凹状部４２１を有する。軸連結器４３は円盤状底部４３２の外周辺縁部に二つの相対する第二凹状部４３４を有する。
上述した構造により、図２および図３に示すように、楕円状リング４２の第一凹状部４２１と接続・回転盤４７の第一凸状部４７１とを嵌め合わせ、軸連結器４３の第二凹状部４３４と接続・回転盤４７の第二凸状部４７２とを嵌め合わせれば、軸連結器４３と楕円状リング４２の組立が完成する。
図３および図４に示すように、ウェーブ・ジェネレータ４０が可とう性フレックススプライン３０内に装着されれば、ウェーブ・ジェネレータ４０と可とう性フレックススプライン３０との間にチャンバー４８が形成される。チャンバー４８は潤滑油の保管に用いられる。

図２および図３に示すように、スポイラー５０はチャンバー４８内に位置付けられ、回転シャフト５１を有する。スポイラー５０は回転シャフト５１の先端が軸連結器４３の軸穴４３３内に嵌め込まれるため、軸連結器４３に伴って回転することができる。本実施形態において、スポイラー５０はさらにフィン５２を有する。フィン５２は回転シャフト５１の外周面に配置され、かつ回転シャフト５１の軸方向に沿ってらせん状に伸び、チャンバー４８内の潤滑油の流動を妨害する。

図５に示すように、スポイラー５０の回転シャフト５１が円柱である場合には、スポイラー５０とウェーブ・ジェネレータ４０の関係は数式１を満たす。図６に示すように、スポイラー５０の回転シャフト５１が円錐体である場合には、スポイラー５０とウェーブ・ジェネレータ４０の関係は数式２および数式３を満たす。数式では、図５のように、スポイラー５０のウェーブ・ジェネレータ４０側を上とし、ウェーブ・ジェネレータ４０と逆側を下としたとき、Ｌ１はスポイラー５０の回転シャフト５１の上部表面のフィン５２の谷部５４とスポイラー５０の回転シャフト５１の中心軸との間の距離である。Ｌ２はスポイラー５０の回転シャフト５１の下部表面のフィン５２の谷部５４とスポイラー５０の回転シャフト５１の中心軸との間の距離である。ｒ１は軸連結器４３の円盤状底部４３２の半径である。ｒ２はベアリング４１の内側環状部４４の外径である。

一方、フィン５２のサイズを限定することによってスポイラー５０のフィン５２とチャンバー４８の壁面との間に適切な間隔を保ち、スポイラー５０とウェーブ・ジェネレータ４０に関係式１および関係式２を満足させる。関係式１は数式４によって成立する。関係式２は数式５および数式６によって成立する。
スポイラー５０の回転シャフト５１が円柱である場合には、スポイラー５０とウェーブ・ジェネレータ４０の関係は数式７を満たす。数式では、ｒ３はベアリング４１の外側環状部４５の内径である。ｈはフィン５２の峰部５３と谷部５４との間の直線距離である。Ｌ３はスポイラー５０の回転シャフト５１の軸心とフィン５２の峰部５３との間の最小距離である。Ｌ４はスポイラー５０の回転シャフト５１の軸心とフィン５２の峰部５３との間の最大距離である。
上述した構造上の関係により、スポイラー５０を回転させればフィン５２によって潤滑油の流動を充分に妨害することができる。

らせん状潤滑式波動歯車装置１０が稼動する際、動力源の駆動力によって軸連結器４３を時計回りに回転させると、スポイラー５０はらせん状のフィン５２によってチャンバー４８内の潤滑油の流動を妨害し、図３に示した矢印に沿って潤滑油を流動させることによってウェーブ・ジェネレータのベアリング４１に潤滑効果を生じる。動力源の駆動力によって軸連結器４３を逆時計回りに回転させると、スポイラー５０のらせん状のフィン５２はチャンバー４８内の潤滑油を図４に示した矢印に沿って流動させ、ウェーブ・ジェネレータ４０のベアリング４１に潤滑効果を生じる。

上述したとおり、本発明によるらせん状潤滑式波動歯車装置１０はスポイラー５０のフィン５２をらせん状に設計し、密封空間内の流体を対流させる方式を採用するため、動力源の駆動力によって時計回りに回転しても、逆時計回りに回転しても、スポイラー５０によってウェーブ・ジェネレータ４０のベアリング４１に潤滑効果を充分に生じさせることができる。したがって、従来の技術に対し、全体構造の使用寿命を延長し、摩損を減少させる。

図２から図４に示すように、潤滑油の漏出を防止するために、本発明はさらに漏出防止用キャップ６０を備える。漏出防止用キャップ６０はウェーブ・ジェネレータ４０を遮蔽するように剛性サーキュラ・スプライン２０の一端に配置され、かつ穿孔６２を有する。軸連結器４３は漏出防止用キャップ６０の穿孔６２を貫通する。
一方、図７に示すように、スポイラー５０の回転シャフト５１は注入通路５５を有するため、ウェーブ・ジェネレータ４０を着脱する必要なく、潤滑油を補充することができる。注入通路５５は縦方向部位５６および複数の横方向部位５７に分割される。縦方向部位５６は回転シャフト５１の下部の表面から上に伸び、横方向部位５７は縦方向部位５６の先端からチャンバー４８に向かって水平に伸び、回転シャフト５１の外周面まで延長されるため、注入通路５５とチャンバー４８とを相互に連絡し、注入通路５５によってチャンバー４８に潤滑油を補充することができる。スポイラー５０のフィン５２は断面の形が特に限定されず、三角形または梯形になってもよい。
図８に示すように、スポイラー５０は複数のフィン５２を有する。複数のフィン５２は相互に間隔を置くように回転シャフト５１の外周面に配置され、回転シャフト５１の軸方向に沿ってらせん状に伸びるため、スポイラー５０を回転させればチャンバー４８内の潤滑油の流動を妨害することができる。

１０らせん状潤滑式波動歯車装置
２０剛性サーキュラ・スプライン
３０可とう性フレックススプライン
４０ウェーブ・ジェネレータ
４１ベアリング
４２楕円状リング
４２１第一凹状部
４３軸連結器
４３１シャフト
４３２円盤状底部
４３３軸穴
４３４第二凹状部
４４内側環状部
４５外側環状部
４７接続・回転盤
４７１第一凸状部
４７２第二凸状部
４８チャンバー
５０スポイラー
５１回転シャフト
５２フィン
５３峰部
５４谷部
５５注入通路
５６縦方向部位
５７横方向部位
６０漏出防止用キャップ
６２穿孔

Claims

剛性サーキュラ・スプライン、可とう性フレックススプライン、ウェーブ・ジェネレータおよびスポイラーを備え、
前記可とう性フレックススプラインは、前記剛性サーキュラ・スプラインの内部に配置され、かつ前記剛性サーキュラ・スプラインと噛み合い、
前記ウェーブ・ジェネレータは、ベアリング、楕円状リングおよび軸連結器を有し、前記ベアリングは前記可とう性フレックススプラインの内部に配置され、前記楕円状リングは前記ベアリング内に配置され、前記軸連結器は前記楕円状リングに連結されるため、前記ウェーブ・ジェネレータと前記可とう性フレックススプラインとの間にチャンバーが形成され、
前記スポイラーは、前記チャンバー内に位置付けられ、回転シャフトおよび少なくとも一つのフィンを有し、前記回転シャフトの先端が前記ウェーブ・ジェネレータの前記軸連結器の軸穴内に嵌め込まれて連結されるため前記スポイラーが前記軸連結器に伴って回転することができ、前記フィンは前記回転シャフトの外周面に配置され、かつ前記回転シャフトの軸方向に沿ってらせん状に伸びることを特徴とする、
らせん状潤滑式波動歯車装置。
前記ウェーブ・ジェネレータの前記ベアリングは、内側環状部を有し、前記ウェーブ・ジェネレータの前記軸連結器はシャフトおよび円盤状底部を有し、前記円盤状底部は前記シャフトに連結され、前記スポイラーと前記ウェーブ・ジェネレータの関係は下記の数式を満たし、

前記数式において、前記スポイラーの前記ウェーブ・ジェネレータ側を上とし、前記ウェーブ・ジェネレータと逆側を下としたとき、前記Ｌ１は前記スポイラーの前記回転シャフトの上部表面の前記フィンの谷部と前記スポイラーの前記回転シャフトの中心軸との間の距離であり、前記Ｌ２は前記スポイラーの前記回転シャフトの下部表面の前記フィンの谷部と前記スポイラーの前記回転シャフトの中心軸との間の距離であり、前記ｒ１は前記軸連結器の前記円盤状底部の半径であり、前記ｒ２は前記ベアリングの前記内側環状部の外径であることを特徴とする請求項１に記載のらせん状潤滑式波動歯車装置。
前記ウェーブ・ジェネレータの前記軸連結器は、前記シャフトおよび前記円盤状底部を有し、前記円盤状底部は前記シャフトに連結され、前記ウェーブ・ジェネレータと前記スポイラーの関係は下記の数式を満たし、

前記数式において、前記スポイラーの前記ウェーブ・ジェネレータ側を上とし、前記ウェーブ・ジェネレータと逆側を下としたとき、前記Ｌ１は前記スポイラーの前記回転シャフトの上部表面の前記フィンの谷部と前記スポイラーの前記回転シャフトの中心軸との間の距離であり、前記Ｌ２は前記スポイラーの前記回転シャフトの下部表面の前記フィンの谷部と前記スポイラーの前記回転シャフトの中心軸との間の距離であり、前記ｒ１は前記軸連結器の前記円盤状底部の半径であることを特徴とする請求項１に記載のらせん状潤滑式波動歯車装置。
前記ウェーブ・ジェネレータの前記ベアリングは、前記内側環状部と、前記内側環状部を囲む外側環状部を有し、前記ウェーブ・ジェネレータの前記軸連結器は前記シャフトおよび前記円盤状底部を有し、前記円盤状底部は前記シャフトに連結され、前記ウェーブ・ジェネレータと前記スポイラーの関係は下記の数式を満たし、

前記数式において、前記Ｌ３は前記スポイラーの前記回転シャフトの軸心と前記フィンの峰部との間の最小距離であり、前記Ｌ４は前記スポイラーの前記回転シャフトの前記軸心と前記フィンの前記峰部との間の最大距離であり、前記ｒ２は前記ベアリングの前記内側環状部の外径であり、前記ｒ３は前記ベアリングの前記外側環状部の内径であることを特徴とする請求項１に記載のらせん状潤滑式波動歯車装置。
前記ウェーブ・ジェネレータの前記ベアリングは、前記内側環状部と、前記内側環状部を囲む外側環状部を有し、前記ウェーブ・ジェネレータの前記軸連結器は前記シャフトおよび前記円盤状底部を有し、前記円盤状底部は前記シャフトに連結され、前記スポイラーの前記フィンは峰部および谷部を有し、前記ウェーブ・ジェネレータと前記スポイラーの関係は下記の数式を満たし、

前記数式において、前記ｒ１は前記軸連結器の前記円盤状底部の半径であり、前記ｒ２は前記ベアリングの前記内側環状部の外径であり、前記ｒ３は前記ベアリングの前記外側環状部の内径であり、前記ｈは前記フィンの前記峰部と前記谷部との間の直線距離であることを特徴とする請求項１に記載のらせん状潤滑式波動歯車装置。