JP7462412B2 - 撓み噛合い式歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、撓み噛合い式歯車装置に関する。

従来、撓み変形する外歯歯車を備えた撓み噛合い式歯車装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。外歯歯車は、起振体軸受を介して起振体軸が内嵌され、起振体軸が内側で回転することで撓み変形する。起振体軸は、玉軸受などの軸受を介して軸受ハウジングに支持される。

このような撓み噛合い式歯車装置においては、起振体軸を支持する軸受が適正な軸支持状態となるように、当該軸受が軸方向に移動可能な隙間（遊び）を調整する必要がある。

特開２０１１－１１２２１４号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、軸受の軸方向の遊びを好適に調整することを目的とする。

本発明に係る撓み噛合い式歯車装置は、起振体を有する起振体軸と、前記起振体軸を支持する第１軸受及び第２軸受と、前記起振体により撓み変形される外歯歯車と、前記外歯歯車と噛合う内歯歯車と、を備える撓み噛合い式歯車装置であって、
前記第１軸受および前記第２軸受が軸方向に移動可能なプラスの隙間を調整するためのシムを有し、
前記シムは、本撓み噛合い式歯車装置の構成部材のうち、連結部材により互いに連結される部材間に配置され、
本撓み噛合い式歯車装置は、前記シムがない場合に、前記第１軸受および前記第２軸受が軸方向に移動可能な隙間がマイナスとなるように構成され、前記シムが配置されることにより、前記第１軸受および前記第２軸受が軸方向に移動可能な隙間がプラスとなるように構成した。

本発明によれば、軸受の軸方向の遊びを好適に調整することができる。

本実施形態に係る撓み噛合い式歯車装置を示す断面図である。 シムの機能を説明するための図である。 シムの位置の変形例を示す断面図である。 従来の撓み噛合い式歯車装置を示す断面図である。

例えば図４に示すように、一方の軸受の外輪と軸受ハウジングとの間に、調整用のシムを配置する場合がある。しかしながら、軸受の外輪と軸受ハウジングとは運転中に相対回転する場合がある。その場合、これらの間に配置されたシムは、外輪からのスラスト力を受けつつ両側から摺擦されて、変形・損傷してしまう。その結果、変形したシムに外輪が拘束されて軸受の回転が阻害されたり、軸受がシムの摩耗粉を噛み込んだりするおそれがあった。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［撓み噛合い式歯車装置の構成］
図１は、本発明に係る撓み噛合い式歯車装置１を示す断面図である。
この図に示すように、撓み噛合い式歯車装置１は、筒型の撓み噛合い式歯車装置であり、起振体軸１０、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軸受ハウジング３４、第２軸受ハウジング３５を備える。

起振体軸１０は、回転軸Ｏ１を中心に回転する中空筒状の軸であり、回転軸Ｏ１に垂直な断面の外形が非円形（例えば楕円状）の起振体１０Ａと、起振体１０Ａの軸方向の両側に設けられた軸部１０Ｂ、１０Ｃとを有する。楕円状は、幾何学的に厳密な楕円に限定されるものではなく、略楕円を含む。軸部１０Ｂ、１０Ｃは、回転軸Ｏ１に垂直な断面の外形が円形の軸である。
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、外部の被駆動部材Ｅと連結されて減速された運動を当該被駆動部材Ｅ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。

外歯歯車１１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。

第１内歯歯車３１Ｇと第２内歯歯車３２Ｇは、回転軸Ｏ１を中心として起振体軸１０の周囲で回転を行う。これら第１内歯歯車３１Ｇと第２内歯歯車３２Ｇは、軸方向に並んで設けられ、外歯歯車１１と噛合している。具体的には、第１内歯歯車３１Ｇ及び第２内歯歯車３２Ｇの一方が、外歯歯車１１の軸方向の中央より片側の歯部に噛合し、他方が、外歯歯車１１の軸方向の中央よりもう一方の片側の歯部に噛合する。
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、例えばコロ軸受であり、起振体１０Ａと外歯歯車１１との間に配置される。起振体１０Ａと外歯歯車１１とは、起振体軸受１２を介して相対回転可能となっている。
起振体軸受１２は、外歯歯車１１の内側に嵌入される外輪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。
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１０Ａ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１０Ａとは別体の内輪を有してもよい。

起振体軸受１２及び外歯歯車１１の軸方向の両側には、これらに当接して、これらの軸方向の移動を規制する規制部材としてのスペーサリング４１、４２が設けられている。

ケーシング３３は、第１内歯歯車部材３１と連結され、第２内歯歯車３２Ｇの外径側を覆う。ケーシング３３は、内周部に形成された主軸受３８（例えばクロスローラ軸受）の外輪部を有しており、当該主軸受３８を介して第２内歯歯車部材３２を回転自在に支持している。
ケーシング３３及び第１内歯歯車部材３１には、軸方向に一続きに延びる連結用孔３３ｈ、３１ｈが設けられている。撓み噛合い式歯車装置１が外部の相手装置（被駆動装置）と接続される際、ケーシング３３と第１内歯歯車部材３１は連結用孔３３ｈ、３１ｈを介して相手装置（被駆動部材Ｅとは異なる固定部材）に共締めにより連結される。連結用孔３３ｈ、３１ｈは、周方向の複数の箇所に設けられている。
また、ケーシング３３及び第１内歯歯車部材３１は、連結用孔３３ｈ、３１ｈとは周方向の位置が異なる別のボルト孔３３ｊ、３１ｊを有しており、このボルト孔３３ｊ、３１ｊに挿通・螺合されたボルト５１（連結部材）により互いに連結されている。つまり、ボルト５１は、撓み噛合い式歯車装置１が被駆動部材Ｅに取り付けられる前の状態において、当該撓み噛合い式歯車装置１に装着されている。

第１軸受ハウジング３４は、第１内歯歯車部材３１と連結され、外歯歯車１１と第１内歯歯車３１Ｇとの噛合い箇所を軸方向の反出力側から覆う。第１軸受ハウジング３４は、起振体軸１０の軸部１０Ｂとの間に配置された第１軸受３６（例えば玉軸受）を支持している。つまり、第１軸受ハウジング３４は、第１軸受３６を介して起振体軸１０を回転自在に支持している。
第１軸受ハウジング３４及び第１内歯歯車部材３１は、周方向の複数の箇所に設けられたボルト孔３４ｋ、３１ｋを有しており、このボルト孔３４ｋ、３１ｋに挿通・螺合されたボルト５２（連結部材）により互いに連結されている。つまり、ボルト５２は、撓み噛合い式歯車装置１が被駆動部材Ｅに取り付けられる前の状態において、当該撓み噛合い式歯車装置１に装着されている。
また、第１軸受ハウジング３４と第１内歯歯車部材３１の間には、後述するシム６０が配置されている。

第２軸受ハウジング３５は、第２内歯歯車部材３２と連結され、外歯歯車１１と第２内歯歯車３２Ｇとの噛合い箇所を軸方向の出力側から覆う。第２軸受ハウジング３５は、起振体軸１０の軸部１０Ｃとの間に配置された第２軸受３７（例えば玉軸受）を支持している。つまり、第２軸受ハウジング３５は、第２軸受３７を介して起振体軸１０を回転自在に支持している。
第２軸受ハウジング３５及び第２内歯歯車部材３２には、出力側の端部に軸方向に一続きに延びるボルト連結用孔３５ｈ、３２ｈが設けられている。撓み噛合い式歯車装置１が外部の相手装置と接続される際、第２軸受ハウジング３５と第２内歯歯車部材３２はボルト連結用孔３５ｈ、３２ｈを介して相手装置の被駆動部材Ｅに共締めにより連結される。ボルト連結用孔３５ｈ、３２ｈは、周方向の複数の箇所に設けられている。
また、第２軸受ハウジング３５及び第２内歯歯車部材３２は、ボルト連結用孔３５ｈ、３２ｈとは周方向の位置が異なる別のボルト孔３５ｊ、３２ｊを有しており、このボルト孔３５ｊ、３２ｊに挿通・螺合されたボルト５３（連結部材）により互いに連結されている。つまり、ボルト５３は、撓み噛合い式歯車装置１が被駆動部材Ｅに取り付けられる前の状態において、当該撓み噛合い式歯車装置１に装着されている。

さらに、撓み噛合い式歯車装置１は、シール用のオイルシール４３，４４，４５及びＯリング４６，４７，４８を備える。
オイルシール４３は、軸方向の反出力側の端部で、起振体軸１０の軸部１０Ｂと第１軸受ハウジング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１０の軸部１０Ｃと第２軸受ハウジング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軸受ハウジング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軸受ハウジング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。

［調整シム］
第１軸受ハウジング３４と第１内歯歯車部材３１の間には、第１軸受３６および第２軸受３７が軸方向に移動可能な隙間（の大きさ）を調整するためのシム６０が配置されている。第１軸受ハウジング３４と第１内歯歯車部材３１は、軸方向に当接して互いの軸方向位置を規定する当接面３４ｆ、３１ｆを有しており、当該当接面３４ｆ、３１ｆがシム６０を介して当接している。
シム６０は、例えばステンレス鋼や冷間圧延鋼などで構成され、当接面３４ｆ、３１ｆに対応してリング状に形成されている。また、当接面３４ｆ、３１ｆには第１内歯歯車部材３１と第１軸受ハウジング３４を連結する複数のボルト５２が挿通されており、シム６０は複数のボルト５２に対応する周方向位置に当該ボルト５２を逃げるための孔６０ａを有している。したがって、シム６０は、第１内歯歯車部材３１と第１軸受ハウジング３４の間に配置されたボルト５２により、これら第１内歯歯車部材３１及び第１軸受ハウジング３４に対して相対移動しないように固定される。

シム６０は、上述したように、第１軸受３６および第２軸受３７が軸方向に移動可能な隙間（以下、「軸方向の遊び」ということもある）を調整する。より詳しくは、図２に示すように、シム６０は、起振体軸１０を支持するハウジング側における第１軸受３６と第２軸受３７との間の軸受間距離Ｌ１を調整する。
ハウジング側の軸受間距離Ｌ１は、第１軸受３６の外輪３６ａと軸方向に当接して第１軸受３６の反出力側の軸方向位置を規定する第１軸受ハウジング３４の段付き部３４ｓから、第２軸受３７の外輪３７ａと軸方向に当接して第２軸受３７の出力側の軸方向位置を規定する第２軸受ハウジング３５の段付き部３５ｓまでの距離である。

本実施形態では、設計時において、シム６０が無い場合（第１軸受ハウジング３４と第１内歯歯車部材３１の当接面３４ｆ、３１ｆが直接当接する場合）に、軸方向の遊びがマイナスとなるように、各部寸法が設計される。そして、組立時には、軸方向の遊びが所定の大きさ（例えば０．０５ｍｍ）となるように、各部の軸方向距離を計測しつつ、シム６０の厚さｔを決定する。
これにより、第１軸受３６及び第２軸受３７が軸方向に移動可能な隙間の大きさ（軸方向の遊び）を適切に設定でき、第１軸受３６及び第２軸受３７を好適な軸支持状態とすることができる。

なお、シム６０の位置は、第１軸受ハウジング３４と第１内歯歯車部材３１の間に限定されない。第1軸受３６および第２軸受３７が軸方向に移動可能な隙間の大きさ（軸方向の遊び）を調整できればよく、シム６０は、撓み噛合い式歯車装置１の構成部材のうち、ボルト（連結部材）により互いに連結される部材間に配置されていればよい。
例えば、図３（ａ）に示すように、シム６０がケーシング３３と第１内歯歯車部材３１の間に配置されてもよい。具体的には、ケーシング３３と第１内歯歯車部材３１のうち、軸方向に当接して互いの軸方向位置を規定する当接面３３ｅ、３１ｅを、シム６０を介して当接させてもよい。この場合、シム６０の孔６０ａは、ケーシング３３と第１内歯歯車部材３１を連結するボルト５１（図１参照）に加え、連結用孔３３ｈ、３１ｈに挿通されて撓み噛合い式歯車装置１と相手装置を連結する図示しない連結部材も逃げられるように、これらのボルト５１及び連結部材に対応する位置に設けられる。
あるいは、図３（ｂ）に示すように、シム６０が第２軸受ハウジング３５と第２内歯歯車部材３２の間に配置されてもよい。具体的には、第２軸受ハウジング３５と第２内歯歯車部材３２のうち、軸方向に当接して互いの軸方向位置を規定する当接面３５ｅ、３２ｅを、シム６０を介して当接させてもよい。この場合、シム６０の孔６０ａは、第２軸受ハウジング３５と第２内歯歯車部材３２を連結するボルト５３（図１参照）に加え、ボルト連結用孔３５ｈ、３２ｈに挿通されて撓み噛合い式歯車装置１と相手装置の被駆動部材Ｅを連結する図示しない連結部材も逃げられるように、これらのボルト５３及び連結部材に対応する位置に設けられる。
ただし、図３（ａ）、（ｂ）の例では、シム６０を第１軸受ハウジング３４と第１内歯歯車部材３１の間に配置する場合と異なり、シム６０が撓み噛合い式歯車装置１に装着されて当該撓み噛合い式歯車装置１が組み立てられた後に、相手装置と連結するための連結部材がシム６０を挟む両部材に連結される。そのため、例えば相手装置（被駆動部材Ｅ）と連結する連結部材が過大な締付トルクで締結されるなどしてシム６０が変形する可能性がある。この点、シム６０を第１軸受ハウジング３４と第１内歯歯車部材３１の間に配置する場合には、シム６０を変形させない適正な締付トルクでボルト５２を締結した状態が保持されるので、このようなシム６０の変形のおそれがない。

［撓み噛合い式歯車装置の減速動作］
続いて、撓み噛合い式歯車装置１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１０の回転駆動が行われると、起振体１０Ａ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１０Ａ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１０Ａ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１０Ａ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１０の回転周期に比例する。

外歯歯車１１が撓み変形する際、その長軸位置が移動することで、外歯歯車１１と第１内歯歯車３１Ｇとの噛合う位置が回転方向に変化する。ここで、例えば、外歯歯車１１の歯数が１００で、第１内歯歯車３１Ｇの歯数が１０２だとすると、噛合う位置が一周するごとに、外歯歯車１１と第１内歯歯車３１Ｇとの噛合う歯がずれていき、これにより外歯歯車１１が回転（自転）する。上記の歯数であれば、起振体軸１０の回転運動は減速比１００：２で減速されて外歯歯車１１に伝達される。

一方、外歯歯車１１は第２内歯歯車３２Ｇとも噛合っているため、起振体軸１０の回転によって外歯歯車１１と第２内歯歯車３２Ｇとの噛合う位置も回転方向に変化する。ここで、第２内歯歯車３２Ｇの歯数と外歯歯車１１の歯数とが同数であるとすると、外歯歯車１１と第２内歯歯車３２Ｇとは相対的に回転せず、外歯歯車１１の回転運動が減速比１：１で第２内歯歯車３２Ｇへ伝達される。これらによって、起振体軸１０の回転運動が減速比１００：２で減速されて、第２内歯歯車部材３２及び第２軸受ハウジング３５へ伝達され、この回転運動が被駆動部材Ｅに出力される。

ここで、撓み噛合い式歯車装置１では、第１軸受３６および第２軸受３７の軸方向の遊びを調整するシム６０が、ボルト５２で互いに連結された第１軸受ハウジング３４と第１内歯歯車部材３１の間に配置されている。そのため、シムが軸受の外輪と軸受ハウジングの間に配置される場合（図４参照）と異なり、装置動作時にシム６０と第１軸受ハウジング３４及び第１内歯歯車部材３１とが相対回転することがない。これにより、摺擦によるシム６０の変形や損傷を抑制し、シム６０での調整による第１軸受３６及び第２軸受３７の好適な軸支持状態を維持できる。

［本実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態によれば、起振体軸１０を支持する第１軸受３６と第２軸受３７の軸方向の遊びを調整するためのシム６０が、撓み噛合い式歯車装置１の構成部材のうち、ボルト５２により互いに連結される部材間に配置される。
そのため、シムが軸受の外輪と軸受ハウジングの間に配置される場合と異なり、装置動作時にシム６０と第１軸受ハウジング３４及び第１内歯歯車部材３１とが相対回転することがない。これにより、摺擦によるシム６０の変形や損傷を抑制し、シム６０での調整による第１軸受３６及び第２軸受３７の好適な軸支持状態を維持できる。
したがって、第１軸受３６及び第２軸受３７の軸方向の遊びを好適に調整することができる。

また、本実施形態によれば、ボルト５２（連結部材）は、撓み噛合い式歯車装置１が被駆動部材Ｅに取り付けられる前の状態において撓み噛合い式歯車装置１に装着されている。
そのため、被駆動部材Ｅへの取付けに用いられる連結部材によってシム６０が共締めされることがなく、被駆動部材Ｅへの取付け前にシム６０を撓み噛合い式歯車装置１内に適正に組み付けておくことができる。

［その他］
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、シム６０を挟む２つの部材を連結する連結部材がボルトであることとした。しかし、当該連結部材は、２つの部材とシムとが相対移動しないように固定するものであれば、ボルトに限定されない。

また、上記実施形態では、相手装置の被駆動部材Ｅが第２軸受ハウジング３５及び第２内歯歯車部材３２に連結され、相手装置のうち被駆動部材Ｅとは異なる固定部材がケーシング３３及び第１内歯歯車部材３１に連結されることとした。しかし、相手装置の被駆動部材Ｅがケーシング３３及び第１内歯歯車部材３１に連結され、相手装置の固定部材が第２軸受ハウジング３５及び第２内歯歯車部材３２に連結されることとしてもよい。

また、上記実施形態では、撓み噛合い式歯車装置１として筒型の噛合い式歯車装置を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、筒型以外の撓み噛合い式歯車装置、例えばカップ型やシルクハット型などにも好適に適用できる。
例えば、特開２０１４－７４４５１号公報に記載のカップ型の場合には、締結ボルト１１で連結される円筒状ケーシング２と端板３の間か、または締結ボルト１３で連結されるクロスローラベアリング１２の外輪１２ａと円筒状ケーシング２の間にシムを配置すればよい。
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。

１ 撓み噛合い式歯車装置
１０ 起振体軸
１０ｓ 段付き部
１１ 外歯歯車
３１ 第１内歯歯車部材
３１Ｇ 第１内歯歯車
３１ｅ 当接面
３１ｆ 当接面
３１ｊ ボルト孔
３１ｋ ボルト孔
３２ 第２内歯歯車部材
３２Ｇ 第２内歯歯車
３２ｅ 当接面
３２ｊ ボルト孔
３３ ケーシング
３３ｅ 当接面
３３ｊ ボルト孔
３４ 第１軸受ハウジング
３４ｆ 当接面
３４ｋ ボルト孔
３４ｓ 段付き部
３５ 第２軸受ハウジング
３５ｅ 当接面
３５ｊ ボルト孔
３５ｓ 段付き部
３６ 第１軸受
３６ａ 外輪
３６ｂ 内輪
３７ 第２軸受
３７ａ 外輪
３７ｂ 内輪
５１ ボルト（連結部材）
５２ ボルト（連結部材）
５３ ボルト（連結部材）
６０ シム
６０ａ 孔
Ｅ 被駆動部材
Ｌ１ （ハウジング側の）軸受間距離
Ｏ１ 回転軸

Claims (4)

1. 起振体を有する起振体軸と、前記起振体軸を支持する第１軸受及び第２軸受と、前記起振体により撓み変形される外歯歯車と、前記外歯歯車と噛合う内歯歯車と、を備える撓み噛合い式歯車装置であって、
   前記第１軸受および前記第２軸受が軸方向に移動可能なプラスの隙間を調整するためのシムを有し、
   前記シムは、本撓み噛合い式歯車装置の構成部材のうち、連結部材により互いに連結される部材間に配置され、
   本撓み噛合い式歯車装置は、前記シムがない場合に、前記第１軸受および前記第２軸受が軸方向に移動可能な隙間がマイナスとなるように構成され、前記シムが配置されることにより、前記第１軸受および前記第２軸受が軸方向に移動可能な隙間がプラスとなる、
   撓み噛合い式歯車装置。
2. 前記シムは、前記第１軸受および前記第２軸受の間の軸受間距離を調整するためのものである、
   請求項１に記載の撓み噛合い式歯車装置。
3. 前記連結部材は、前記内歯歯車と、前記第１軸受を支持する第１軸受ハウジングとを連結する、
   請求項１又は請求項２に記載の撓み噛合い式歯車装置。
4. 前記シムは、リング状に形成され、複数の連結部材に対応する位置に孔を有する、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の撓み噛合い式歯車装置。

Images