JPH05332404A - 撓み噛合い式歯車噛合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 撓み噛合い式歯車噛合構造において歯車の歯
面の面圧の緩和と歯元部の応力集中の緩和を共に達成す
る。 【構成】 第１軸と、該第１軸の回転に対応するように
取付けられた波動発生器と、該波動発生器の外周に摺動
可能に取付けられ該波動発生器の外周に沿って撓み変形
が可能な外歯歯車６Ａと、該外歯歯車が内接噛合する内
歯歯車と、前記外歯歯車の自転成分に対応するように取
付けられた第２軸と、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６Ａの歯先の周方向両側部分
の歯形曲線を、歯厚Ｂの半分より大きい半径Ｒ１を持つ
第１の円弧３１で構成する。なお、これと噛合する内歯
歯車の歯形曲線はこの第１の円弧３１が描く外包絡線に
基づく曲線とする。

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
合構造の特に歯形の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図４に示されるような回転原理に
基づく撓み噛合い式の歯車噛合構造が広く知られてい
る。

【０００３】図において、符号２が入力軸（第１軸）、
４が該入力軸２の回転によって回転する波動発生器、６
が該波動発生器４の外周に摺動可能に取付けられ該波動
発生器の外周で撓み変形回転が可能とされた外歯歯車、
８が前記外歯歯車６が内接噛合する内歯歯車である。

【０００４】前記波動発生器４は、入力軸２と一体的に
設けられた楕円形のカム体４Ａと、このカム体４Ａの外
周に嵌合して楕円形に撓められた可撓性のボールベアリ
ング４Ｂと、からなる。このボールベアリング４Ｂの外
環は外歯歯車６に嵌合している。

【０００５】外歯歯車６の歯数は内歯歯車２の歯数より
２Ｎ（Ｎは正の整数）だけ少ない歯数とされている。

【０００６】図４（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、
今、入力軸２を回転させると波動発生器４のカム体４Ａ
が回転させられ、このカム体４Ａの回転により可撓性の
ボールベアリング４Ｂを介して外歯歯車６が撓み変形し
ながら内歯歯車８の内側で内接回転する。

【０００７】従って、今、内歯歯車８をケーシングに固
定した場合は、外歯歯車６は内歯歯車８に対して入力軸
２の１回転毎に両歯車６、８の歯数差に依存した分だけ
相対回転することになる。その結果、外歯歯車６の撓み
成分を吸収し、自転成分のみを出力として図示しない出
力部材（第２軸）に取出すと、該出力部材は入力軸２に
対して極めてゆっくりと回転することになり、減速比の
大きな減速機が実現できる。

【０００８】又、外歯歯車６の自転成分の方を固定した
場合は、内歯歯車８を出力部材とする減速機が実現でき
る。更に、ここで入力部材と出力部材を逆転させると増
速比の大きな増速機が実現できる。

【０００９】このような撓み噛合い式の歯車噛合構造
は、少ない要素で大きな減速比あるいは増速比を得るこ
とができるため、小型精密機械用の増減速機等に多用さ
れている。

【００１０】ところで、従来、上記歯車噛合構造の歯車
の歯形としては、三角歯形あるいはインボリュート歯形
が多く用いられている。しかし、これらの歯形の歯車を
用いた場合、次のような問題がある。

【００１１】（１）この種の撓み噛合い式歯車噛合構造
では、外歯歯車２と内歯歯車８の噛み合いが楕円の長軸
上の点でのみ行われるが、その際の両歯車の実質的な噛
合本数が少なく（噛合率が小さく）、従って許容伝達ト
ルクが小さい。

【００１２】（２）歯元の厚さが大きく、歯元のアール
（Ｒ）部の曲率半径を大きくとれないため、歯元に応力
集中が発生しやすく、疲労強度が小さい。

【００１３】そこで、前記歯形の噛合率や疲労強度を改
善する目的で、特開昭６２−１４１３５８号公報には、
図５に示すように、外歯歯車６の歯形曲線を、歯先の半
円部１１と歯元の直線部１２とで構成し、一方、内歯歯
車８の歯形曲線を、前記外歯歯車６を波動発生器４によ
り内接噛合させた時に外歯歯車６が描く外包絡線により
構成した歯車噛合構造が提示されている。

【００１４】これによれば、歯先の半円部１１により歯
面の面圧が緩和されると共に、噛合率の増加が達成さ
れ、それにより噛み合う歯の荷重分担が下がって、外歯
歯車６の強度が増加する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、依然として次
の問題があった。

【００１６】（１）図６に示すように、カム体（偏心
体）４Ａが回転し、歯が外歯歯車６の描く移動軌跡２０
に沿って動く時、外歯歯車６と内歯歯車８の噛み合い点
（接触点）はＰ１→Ｐ２→Ｐ３と移動する。その際、外
歯歯車６の歯先の半円部１１の一部円弧１１ａのみが内
歯歯車８に噛み合うことになり、残りの円弧１１ｂは、
トルク伝達に寄与する噛み合いには関与しない。ところ
が、従来の歯形は、実際には噛み合いに関与しない部分
をも含めて歯先の歯形曲線を半円状に構成しているた
め、曲率半径が歯厚の半分に限定されることになり、歯
面の面圧の緩和に限界を生じていた。

【００１７】尚、この噛み合いに関与しない円弧１１ｂ
をも噛み合わせるようにすることは可能であるが、その
ようにした場合は、出力トルク発生に関与しない半径方
向の荷重が大きくなるだけで、結局、摩擦によるロスの
発生が減速機の効率等を下げることになるので好ましく
ない。

【００１８】（２）歯面の面圧緩和のため、歯先の曲率
を大きくして歯厚を大きくした場合は、歯元のアール
（Ｒ）部の曲率を大きくとれなくなり、当該部分に応力
集中が発生し易い。

【００１９】本発明は、このような従来の問題に鑑みて
なされたものであって、歯面の面圧の緩和と、歯元部の
応力集中の緩和を共に達成し得る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。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１軸と、該
第１軸の回転に対応するように取付けられた波動発生器
と、該波動発生器の外周に摺動可能に取付けられ該波動
発生器の外周に沿って撓み変形が可能な外歯歯車と、該
外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の自
転成分に対応するように取付けられた第２軸と、を備え
た撓み噛合い式歯車噛合構造において、前記外歯歯車の
歯先の周方向両側部分の歯形曲線を、歯厚の半分より大
きい半径の円弧で構成すると共に、前記内歯歯車の歯形
曲線を、該円弧部分が描く包絡線に基づく曲線で構成し
たことにより、上記課題を解決したものである。

【００２１】

【作用】上記構成の歯車噛合構造においては、外歯歯車
の歯先の周方向両側部分の歯形曲線が、歯厚の半分より
大きい曲率半径の円弧で構成されているので、例えば歯
厚を略一定にして比較した場合、従来の半円状の歯先よ
りもその歯形曲線の曲率が大きくなり、そのため歯面の
面圧が下がる。

【００２２】又、歯形曲線の曲率を略一定にして比較し
た場合は、従来より歯厚を小さくすることができ、その
分歯元のアール部の曲率を大きくとることができるよう
になる。この場合、本発明では内歯歯車の歯形曲線を該
円弧部分が描く包絡線に基づく曲線（包絡線に円弧と直
線により近似させた曲線を含む）により構成するように
したため、外歯歯車の当該円弧部分を円滑に内歯歯車に
内接させることができる。

【００２３】なお、外歯歯車の歯元側の歯形曲線は、連
続する複数の円弧で構成するようにすると、滑らかな歯
形曲線とすることができ、又、歯元部分での応力集中を
一層避けることができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。

【００２５】実施例の歯車噛合構造では、外歯歯車（符
号６Ａで示されている）の歯形及び内歯歯車（符号８Ａ
で示されている）の歯形が従来品と異なるだけで、他は
図４に示すものと同じ構成を採用している。よって、以
下においては、主に外歯歯車６Ａの歯形及び内歯歯車８
Ａの歯形について説明し、他の説明については省略す
る。

【００２６】図１は、実施例の外歯歯車６Ａの歯形を拡
大して示している。この外歯歯車６Ａの各歯の周方向両
側部分の歯形曲線は、歯先側から順に第１、第２、第３
の３つの円弧３１、３２、３３を滑らかに連ねた曲線で
構成されている。

【００２７】各歯の中心点Ａ（歯先と歯元の中間で、歯
厚方向の中央の点）を通る周方向の線を基準線Ｌとした
場合、第１の円弧３１は、半径Ｒ１が歯厚Ｂの半分より
かなり大きく（この例では歯厚Ｂの約３／２倍）、且つ
その中心Ｃ１が基準線Ｌ上に位置する凸状の円弧であ
る。

【００２８】又、第２の円弧３２は、半径Ｒ２が前記基
準線Ｌから歯元円Ｄまでの距離Ｅ（歯元の丈）よりかな
り大きく（この例では約２倍）、且つその中心Ｃ２が基
準線Ｌ上に位置する凹状の円弧である。

【００２９】又、第３の円弧３３は、その中心Ｃ３が、
隣接する歯との中間線ＣＬ２より僅かに自歯寄りに位置
し、且つ歯元円Ｄと第２の円弧３２とに接する半径Ｒ３
の凹状の円弧である。つまり、１歯ピッチ角Ｇの１／２
にあたる半歯ピッチ角１／２Ｇより、歯の中心線ＣＬ１
寄りの位置に、中心Ｃ３を位置させた円弧であり、歯元
円Ｄと第２の円弧３２とに滑らかに接する半径のもので
ある。

【００３０】尚、各歯の歯先は、外歯歯車６Ａの中心よ
り、１歯の中心Ａまでの長さに歯先のたけＦを加えた長
さに等しい半径を持つ歯先円により構成されている。

【００３１】又、このように外歯歯車６Ａの歯形を構成
した関係から、内歯歯車８Ａ（図３参照）の歯形は、外
歯歯車６Ａを波動発生器４により内接噛合させた時に該
外歯歯車６Ａの前記第１円弧３１が描く外包絡線を基準
にした形状に形成されている。

【００３２】図３に、外歯歯車６Ａと内歯歯車８Ａの噛
み合い状態を拡大して示す。この図から外歯歯車６Ａと
内歯歯車８Ａの噛み合いが連続的に行われているのが分
かる。

【００３３】この実施例ではこのように外歯歯車６Ａの
歯先の周方向両側の歯形曲線を、歯厚の半分よりかなり
大きい曲率半径Ｒ１の円弧で構成したので、従来の半円
状の歯先よりも歯面の面圧が下がる。

【００３４】又、歯形曲線の曲率とは関係なく歯厚を小
さくすることができるようになるので、図２に示すよう
に歯厚Ｂを小さくして、従来の歯よりも歯元のアール部
３５の曲率を大きくすることができる。この場合、歯元
側の歯形曲線は、連続する２つの円弧で構成されている
ので、曲率の大きな滑らかな歯形曲線とすることがで
き、歯元部分での応力集中を避けることができる。

【００３５】更に、歯先の先端の噛み合いに不要な部分
をカットしたので、不必要な噛み合いにより生じる歯面
間の摩擦ロスをなくすことができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
歯車の歯面の面圧の緩和と、歯元の応力集中の緩和とを
共に達成することができ、歯車の強度アップを図ること
ができる。従って、容量に対してコンパクトな減速機あ
るいは増速機を提供することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における外歯歯車の歯形の拡
大図

【図２】本発明の一実施例における外歯歯車の歯形と従
来の外歯歯車の歯形を比較して示す図

【図３】本発明の一実施例における外歯歯車と内歯歯車
の噛合図

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、撓み噛合い式歯車噛合構造
の回転原理を説明するためのスケルトン図

【図５】従来の撓み噛合い式歯車噛合構造において用い
られている外歯歯車の歯形の一例を示す図

【図６】上記従来の歯車噛合構造における歯車噛合図

【符号の説明】

２…入力軸（第１軸） ４…波動発生器 ６…外歯歯車 ８…内歯歯車 ３１…第１の円弧 ３２…第２の円弧 ３３…第３の円弧 Ｂ…歯厚 Ｒ１…第１の円弧の半径 Ｒ２…第２の円弧の半径 Ｒ３…第３の円弧の半径

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１軸と、該第１軸の回転に対応するよう
   に取付けられた波動発生器と、該波動発生器の外周に摺
   動可能に取付けられ該波動発生器の外周に沿って撓み変
   形が可能な外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯
   歯車と、前記外歯歯車の自転成分に対応するように取付
   けられた第２軸と、を備えた撓み噛合い式歯車噛合構造
   において、 前記外歯歯車の歯先の周方向両側部分の歯形曲線を、歯
   厚の半分より大きい半径の円弧で構成すると共に、 前記内歯歯車の歯形曲線を、該円弧部分が描く包絡線に
   基づく曲線で構成したことを特徴とする撓み噛合い式歯
   車噛合構造。