JP6602504B2 - 波動発生器および波動歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、波動歯車装置の波動発生器に関し、特に、摩擦トルクの小さいウエーブベアリングを備えた波動発生器に関する。

波動歯車装置は、剛性の内歯歯車、可撓性の外歯歯車および波動発生器を備えており、波動発生器によって外歯歯車を半径方向に撓めて内歯歯車に部分的に噛み合わせ、波動発生器を回転させることにより両歯車の噛み合い位置を円周方向に移動させて両歯車の間に、それらの歯数差に起因する相対回転を発生させる。

一般的な波動発生器は楕円形輪郭の剛性プラグと、この外周面に装着した深溝玉軸受式のウエーブベアリングとを備えている。ウエーブベアリングは、半径方向に撓み可能な外輪および内輪と、これらの間に転動可能な状態で装着されている複数個のボールを備えており、剛性プラグによって楕円形に撓められている。ウエーブベアリングは外歯歯車の内側にはめ込まれ、外歯歯車と剛性プラグを相対回転可能な状態に保持している。波動歯車装置は、その外歯歯車の形状に応じて、フラット型、カップ型およびシルクハット型と呼ばれる三種類の形式に分類することができる。特許文献１、２および３には、各形式の波動歯車装置が開示されている。

波動歯車装置は、例えば、波動発生器の剛性プラグが回転入力要素とされ、内歯歯車あるいは外歯歯車が減速回転出力要素とされる。剛性プラグは、ウエーブベアリングおよび外歯歯車の各部分を繰り返し半径方向に変位させながら、回転する。ウエーブベアリングの内輪が剛性カム板と共に高速回転し、その外輪が外歯歯車と一体となって回転する。内外輪の間に挿入されているボールは、外輪および内輪の軌道面に沿って転動する。剛性プラグと外歯歯車がスムーズに相対回転可能である。

従来のウエーブベアリングにおいては、外輪軌道面と内輪軌道面は同一曲率半径の湾曲面に設定されている。本発明者等は、特許文献４において、波動歯車装置における半径方向に撓められながら回転するウエーブベアリングの長寿命化を達成するための提案をしている。この提案においては、ウエーブベアリングのボール径を、各型番の現行品寸法に対して５〜１５％大きい寸法に設定し、内輪の軌道面半径とボール径の比（内輪コンフォミティ）、および、外輪の軌道面半径とボール径の比（外輪コンフォミティ）が、共に、各型番の現行品における各比に対して、０．８〜２％小さくなるように、内外輪の軌道面半径を設定している。

特開平０５−１７２１９５号公報 特開平０８−１６６０５２号公報 実開平０２−９１２３８号公報 特開２０１０−１６４０６８号公報

ここで、波動歯車装置の起動トルクの低減など、その諸性能を改善するために、ウエーブベアリングの摩擦トルクを低減することが望まれる場合がある。本発明の目的は、この点に鑑みて、低摩擦トルクのウエーブベアリングを備えた波動発生器を提供することにある。

内外輪が半径方向に繰り返し撓められながら、それらの間に挿入されているボールが転動する現行品のウエーブベアリングにおいては、内輪よりも外輪の理論寿命が大幅に長い。本発明者等は、この点に着目し、外輪コンフォミティを大きくして、ウエーブベアリングの摩擦トルクを低減している。

すなわち、本発明による、可撓性の外歯歯車を楕円状に撓めて剛性の内歯歯車に対して部分的にかみ合わせ、両歯車のかみ合い位置を前記内歯歯車の円周方向に移動させる、波動歯車装置の波動発生器は、
剛性プラグおよびウエーブベアリングを有し、
前記ウエーブベアリングは、半径方向に撓み可能な円環状の外輪、半径方向に撓み可能な円環状の内輪、および、前記外輪と前記内輪の間に挿入されている複数個のボールを備えており、
前記ウエーブベアリングは前記剛性プラグの楕円状外周面に装着され、前記外輪および前記内輪はそれぞれ楕円状に撓められており、
前記ボールのボール径をＤ、前記外輪の軌道面半径をＲｏ、前記内輪の軌道面半径をＲｉとし、外輪コンフォミティをＲｏ／Ｄ、内輪コンフォミティをＲｉ／Ｄとすると、
前記外輪コンフォミティＲｏ／Ｄは、前記内輪コンフォミティＲｉ／Ｄよりも大きいことを特徴としている。

本発明では、外輪軌道面の軌道面半径（曲率半径）Ｒｏは内輪軌道面の軌道面半径（曲率半径）Ｒｉよりも大きい。外輪軌道面の軌道面半径と内輪軌道面の軌道面半径が同一の場合（外輪コンフォミティと内輪コンフォミティが同一の場合）に比べて、ボールは外輪軌道面に対する相対運動がしやすくなり、ボールと外輪軌道面の間に生じる摩擦力が低減される。この結果、全体として、摩擦トルクの低いウエーブベアリングが得られる。なお、外輪コンフォミティを大きくすると、外輪の理論寿命が短くなる。従来のように、外輪コンフォミティが内輪コンフォミティと同一の場合には、外輪の理論寿命が内輪の理論寿命よりも長い。外輪コンフォミティを適切に設定することで、ウエーブベアリングの実用寿命を従来と同程度に維持しつつ、その摩擦トルクの低減化を達成できる。

ウエーブベアリングの内輪が、剛性プラグの楕円状外周面に一体化され、当該楕円状外周面に内輪軌道面が形成されている場合がある。この場合にも、本発明を同様に適用できる。

従来のウエーブベアリングにおいて、外輪コンフォミティは５１．１％〜５２．３％であり、内輪コンフォミティは５１．５％〜５２．５％である。この場合には、次式で示すように、内輪より外輪の理論寿命が長い。
Ｌ_１０外輪／Ｌ_１０内輪 ≒ ２．５〜３．１

本発明において、内輪コンフォミティが従来と同様に、５１．１％〜５２．３％である場合には、外輪コンフォミティを、５２．６％〜５８．１％に設定することが望ましい。これにより、外輪理論寿命が内輪理論寿命に近づき、あるいは、同程度になり、ウエーブベアリングの実用寿命を従来と同程度に維持しつつ、摩擦トルクを低減できる。

本発明を適用可能なカップ型の波動歯車装置の概略縦断面図である。 図１の波動歯車装置の内歯歯車に対する外歯歯車のかみ合い状態を示す説明図である。 図１の波動発生器を示す正面図である。 図１の波動発生器のウエーブベアリングを示す部分断面図である。 本発明を適用可能なフラット型の波動歯車装置を示す概略端面図および概略縦断面図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した波動歯車装置の実施の形態を説明する。以下の実施の形態は、本発明をカップ型の波動歯車装置のウエーブジェネレータに適用したものである。本発明は、シルクハット型およびフラット型の波動歯車装置のウエーブジェネレータに対しても同様に適用できる。

図１は本実施の形態に係るカップ型の波動歯車装置の概略縦断面図であり、図２は波動歯車装置のかみ合い状態を示す説明図である。波動歯車装置１は、剛性の内歯歯車２と、この内側に配置されているカップ形状をした可撓性の外歯歯車３と、この内側に嵌め込まれている楕円形輪郭の波動発生器４を有している。外歯歯車３における外歯３ａが形成されている円筒状の部分は、波動発生器４によって楕円形に撓められている。外歯３ａにおける楕円形の長軸Ｌｍａｘ方向の両端部分が、円環状の内歯歯車２の内歯２ａに噛み合っている。

波動発生器４にはモータ軸などの高速回転入力軸が連結されている。波動発生器４が回転すると、両歯車２、３の噛み合い位置が円周方向に移動して、両歯車２、３の間には、それらの歯数差に起因する相対回転が発生する。例えば、内歯歯車２が回転しないように固定され、外歯歯車３が負荷側の部材に連結され、外歯歯車３から減速回転が取り出されて負荷側の部材に伝達される。

図３は波動発生器４を示す正面図であり、図４はそのウエーブベアリングを示す部分断面図である。これらの図を参照して説明すると、波動発生器４は、不図示の回転入力軸に連結されるハブの外周面に固定された剛性プラグ５と、この楕円状外周面６に装着したウエーブベアリング７とを備えている。ウエーブベアリング７は、半径方向に撓み可能な円形の内輪８および半径方向に撓み可能な円形の外輪９と、これらの間に転動可能な状態で装着されている複数個のボール１０とを備えている。

ウエーブベアリング７は、剛性プラグ５によって楕円形に撓められた状態で外歯歯車３の内側に嵌め込まれ、外歯歯車３と、高速回転入力軸に連結されている剛性プラグ５を相対回転可能な状態に保持している。内輪８の外周面には内輪軌道面１１が形成され、外輪９の内周面には外輪軌道面１２が形成されている。楕円形に撓められた内輪８および外輪９の間に挿入されているボール１０が、内輪軌道面１１および外輪軌道面１２に沿って転がり運動を行うことにより、剛性プラグ５および外歯歯車３が小さなトルクでスムーズに相対回転可能である。

詳細に説明すると、ウエーブベアリング７は剛性プラグ５によって楕円形に撓められており、楕円形の長軸をＬｍａｘ、短軸をＬｍｉｎとすると、長軸Ｌｍａｘの両端に位置する１個あるいは複数個のボール１０はタイトボール１０ａである。タイトボール１０ａは、内輪軌道面１１および外輪軌道面１２の間に、所定の押圧力で挟まれ、内輪軌道面１１、外輪軌道面１２に点接触した状態で転がり運動を行うタイト状態に保持されている。長軸Ｌｍａｘの両端以外の部分に位置している残りのボール１０はルーズボール１０ｂである。ルーズボール１０ｂは、内輪軌道面１１および外輪軌道面１２の間において、内輪軌道面１１、外輪軌道面１２のうちの少なくとも一方との間に隙間が形成され、転がり運動が自在なルーズ状態に保持されている。

図４に示すように、ウエーブベアリング７の基本構造は、従来の深溝玉軸受式のウエーブベアリングと同一である。本例のウエーブベアリング７は、その外輪９のコンフォミティ（外輪の軌道面半径とボール径との比）が従来品とは相違している。

ボール径をＤ、内輪軌道面１１の軌道面半径をＲｉ、外輪軌道面１２の軌道面半径をＲｏとする。内輪軌道面半径Ｒｉとボール径Ｄの比Ｒｉ／Ｄを内輪コンフォミティ、外輪軌道面半径Ｒｏとボール径Ｄの比Ｒｏ／Ｄを外輪コンフォミティと呼ぶものとすると、外輪コンフォミティＲｏ／Ｄは、内輪コンフォミティＲｉ／Ｄよりも大きい。本例では、次の表１ように設定されている。

本発明者等の検証によれば、上記の範囲内の値となるように外輪コンフォミティを設定することにより、ウエーブベアリング７の実用寿命を従来と同程度に維持しつつ、摩擦トルクを低減できることが確認された。

(その他の実施の形態)
図５は、本発明を適用可能なフラット型の波動歯車装置の一例を示す。図５（ａ）はフラット型の波動歯車装置を示す概略端面図であり、図５（ｂ）はその概略縦断面図である。

波動歯車装置２０は、剛性の内歯歯車として第１内歯歯車２１および第２内歯歯車２２を備えている。第１、第２内歯歯車２１、２２は同軸に並列配置され、これらの内側には、円筒形状の可撓性の外歯歯車２３が配置されている。外歯歯車２３の内側には楕円状輪郭の波動発生器２４が嵌め込まれている。波動発生器２４によって、外歯歯車２３は楕円状に撓められ、楕円形状の長軸Ｌｍａｘの両端部分において、外歯２３ａが第１内歯歯車２１の内歯２１ａおよび第２内歯歯車２２の内歯２２ａの双方にかみ合っている。例えば、第１内歯歯車２１の歯数は、第２内歯歯車２２の歯数よりも２ｎ枚（ｎは正の整数）多く、外歯歯車２３の歯数は第２内歯歯車２２の歯数と同一である。外歯歯車２３の楕円形状の長軸Ｌｍａｘの位置において、外歯２３ａは内歯２１ａ、２２ａにかみ合う。

波動発生器２４は、剛性プラグ２５と、この楕円状外周面２６に装着したウエーブベアリング２７とを備えている。ウエーブベアリング２７は、剛性プラグ２５の楕円状外周面に形成した内輪軌道面３１と、半径方向に撓み可能な円形の外輪２９と、複数個のボール３０とを備えている。ボール３０は、内輪軌道面３１と、外輪２９の内周面に形成した外輪軌道面３２との間に、転動可能な状態で装着されている。

ウエーブベアリング２７は、剛性プラグ２５によって楕円形に撓められた状態で外歯歯車２３の内側に嵌め込まれ、外歯歯車２３と、高速回転入力軸に連結されている剛性プラグ２５を相対回転可能な状態に保持している。内輪軌道面３１と外輪軌道面３２の間に挿入されているボール３０が、これらに沿って転がり運動を行うことにより、剛性プラグ２５および外歯歯車２３が小さなトルクでスムーズに相対回転可能である。

本例においても、ウエーブベアリング２７の基本構造は、従来の深溝玉軸受式のウエーブベアリングと同一であるが、外輪コンフォミティは内輪コンフォミティよりも大きい。例えば、内輪コンフォミティは５１．１％〜５２．３％の範囲内の値に設定され、外輪コンフォミティは５２．６％〜５８．１％の範囲内の値に設定されている。

Claims (4)

1. 可撓性の外歯歯車を楕円状に撓めて剛性の内歯歯車に対して部分的にかみ合わせ、両歯車のかみ合い位置を前記内歯歯車の円周方向に移動させる、波動歯車装置の波動発生器であって、
   剛性プラグおよびウエーブベアリングを有し、
   前記ウエーブベアリングは、半径方向に撓み可能な円環状の外輪、半径方向に撓み可能な円環状の内輪、および、前記外輪と前記内輪の間に挿入されている複数個のボールを備えており、
   前記ウエーブベアリングは前記剛性プラグの楕円状外周面に装着され、前記外輪および前記内輪はそれぞれ楕円状に撓められており、
   前記ボールのボール径をＤ、前記外輪の外周面に形成されている外輪軌道面の軌道面半径をＲｏ、前記内輪の外周面に形成されている内輪軌道面の軌道面半径をＲｉとし、外輪コンフォミティをＲｏ／Ｄ、内輪コンフォミティをＲｉ／Ｄとすると、
   前記外輪コンフォミティＲｏ／Ｄは、前記内輪コンフォミティＲｉ／Ｄよりも大きいことを特徴とする波動歯車装置の波動発生器。
2. 可撓性の外歯歯車を楕円状に撓めて剛性の内歯歯車に対して部分的にかみ合わせ、両歯車のかみ合い位置を前記内歯歯車の円周方向に移動させる、波動歯車装置の波動発生器であって、
   剛性プラグおよびウエーブベアリングを有し、
   前記ウエーブベアリングは、半径方向に撓み可能な円環状の外輪、前記剛性プラグの楕円状外周面に形成した内輪軌道面、および、前記外輪の内周面に形成した外輪軌道面と前記内輪軌道面の間に挿入されている複数個のボールを備えており、
   前記外輪は前記楕円状外周面に沿った楕円状の形状に撓められており、
   前記ボールのボール径をＤ、前記外輪軌道面の軌道面半径をＲｏ、前記内輪軌道面の軌道面半径をＲｉとし、外輪コンフォミティをＲｏ／Ｄ、内輪コンフォミティをＲｉ／Ｄとすると、
   前記外輪コンフォミティＲｏ／Ｄは、前記内輪コンフォミティＲｉ／Ｄよりも大きいことを特徴とする波動歯車装置の波動発生器。
3. 請求項１または２において、
   前記外輪コンフォミティは、５２．６％〜５８．１％であり、
   前記内輪コンフォミティは、５１．１％〜５２．３％である波動歯車装置の波動発生器。
4. 請求項１、２または３に記載の波動発生器を備えている波動歯車装置。
   

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