WO2017046927A1 - 波動歯車装置の波動発生器 - Google Patents

波動歯車装置の波動発生器 Download PDF

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崇太郎 三宅
木村　浩明
秀夫 安江
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion

Definitions

  • the present invention relates to a wave generator for a wave gear device in which a flexible external gear is bent into a non-circular shape and meshed with a rigid internal gear, and the meshing position of both gears is moved in the circumferential direction.
  • a cup-shaped wave gear device in which a flexible external gear capable of bending in the radial direction has a cup shape, a silk hat-shaped wave gear device having a top hat shape, and a flat wave wave having a cylindrical shape.
  • Gear devices are known.
  • hollow wave gear apparatuses having a hollow portion extending through the central portion thereof are known.
  • a flexible external gear that can be bent in the radial direction is coaxially arranged inside a rigid internal gear, and a wave generator is mounted on the inside thereof.
  • the size of the hollow portion of the hollow wave gear device is generally defined by the diameter of the hollow portion formed in the wave generator disposed on the innermost side.
  • the wave generator includes a plug made of a rigid body and a wave generator bearing attached to the outer peripheral surface of the plug, and a hollow portion is formed in the plug.
  • the wave generator of the wave gear device is generally manufactured from an iron-based material (steel material).
  • Patent Document 1 proposes an aluminum alloy wave generator for weight reduction
  • Patent Document 2 proposes a titanium alloy wave generator for weight reduction and heat dissipation. ing.
  • the hollow wave gear device in order to increase the hollow diameter, it is necessary to increase the inner diameter of the hollow portion extending through the plug of the wave generator.
  • the inner diameter of the hollow portion is increased, the radial thickness of the plug is reduced, and the rigidity of the plug is lowered.
  • the plug when the wave generator bearing is press-fitted into the outer peripheral surface of the plug during the production of the wave gear device, the plug may be deformed in the radial direction.
  • the circular outer peripheral surface for mounting other components formed on the plug may be deformed into an ellipse.
  • the plug when a large load is applied during operation of the wave gear device, the plug is deformed in the radial direction, and the bending shape of the external gear defined by the plug changes, and the external gear and the internal gear There is a risk that normal engagement between the two may not be maintained.
  • An object of the present invention is to provide a wave generator for a wave gear device capable of forming a large hollow portion while suppressing deformation of a plug.
  • the present invention provides a wave gear device in which a flexible external gear is bent non-circularly and meshed with a rigid internal gear, and the meshing position of both gears is moved in the circumferential direction.
  • a wave generator A cylindrical rigid plug with a non-circular outer peripheral surface; A wave generator bearing mounted on the outer peripheral surface; A plug support ring fixed coaxially to the inner peripheral surface of the rigid plug;
  • the rigid plug is formed from an iron-based material,
  • the plug support ring is formed of a high-rigidity material having higher rigidity than the iron-based material.
  • a plug support ring having a rigidity higher than that of the rigid plug is fixed to an inner peripheral surface of a cylindrical rigid plug, that is, a rigid plug having a hollow portion.
  • the plug support ring can prevent or suppress the deformation of the rigid plug made of an iron-based material (steel material) when the wave generator is manufactured, and can also prevent or suppress the deformation due to a load during operation.
  • a cemented carbide, ceramics, or a composite material can be used as the high-rigidity material.
  • the composite material include a metal matrix composite (MMC), a fiber reinforced plastic (FRP), a fiber reinforced metal (FRM), and a ceramic composite material.
  • the plug support ring can be fixed to the inner peripheral surface of the rigid plug by press fitting or shrink fitting.
  • the linear expansion coefficient of the high rigidity material of the plug support ring is equal to or higher than the linear expansion coefficient of the iron-based material of the rigid plug.
  • FIG. 1A is a front view of a flat wave gear device according to the present embodiment
  • FIG. 1B is a longitudinal sectional view thereof.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a wave generator of a flat wave gear device.
  • the flat wave gear device 1 includes a stationary-side rigid internal gear 2 and a driving-side rigid internal gear 3 that are coaxially arranged in parallel. Inside the rigid internal gears 2 and 3, a cylindrically-shaped flexible external gear 4 that can be bent in the radial direction is arranged coaxially, and a wave generator 5 having an elliptical contour is mounted on the inside. Yes.
  • the wave generator 5 includes a rigid plug 6, the rigid plug 6, a wave generator bearing 7 mounted on the outer peripheral surface 6 a of the elliptical contour, and a plug support ring 8 that is coaxially fixed inside the rigid plug 6. And.
  • a hollow portion 9 extending through the center of the wave generator 5 is defined by the circular inner peripheral surface 8 a of the plug support ring 8.
  • the drive-side rigid internal gear 3 and the flexible external gear 4 have the same number of teeth
  • the stationary-side rigid internal gear 2 has the same number of teeth as the flexible external gear 4. 2 more than.
  • the flexible external gear 4 is bent elliptically by the wave generator 5, and the flexible external gear 4 is meshed with the rigid internal gears 2 and 3 at the positions of both ends of the elliptical long axis L ⁇ b> 1. ing.
  • a rotation driving means such as a motor
  • the drive-side rigid internal gear 3 that rotates and rotates integrally with the flexible external gear 4 outputs a reduced rotation to a load side (not shown).
  • the rigid plug 6 of the wave generator 5 is formed of an iron-based material (steel material).
  • the plug support ring 8 is formed of a material having higher rigidity (high Young's modulus) than an iron-based material. For example, it is formed from cemented carbide, ceramics, or a composite material.
  • the rigid plug 6 and the plug support ring 8 are fixed and integrated with each other, for example, by press-fitting or shrink-fitting the plug support ring 8 into the circular inner peripheral surface of the rigid plug 6.
  • the above example is a case where the present invention is applied to a flat wave gear device.
  • the present invention can be similarly applied to a wave generator of a cup type wave gear device or a top hat type wave gear device.
  • the wave generator 5 has an elliptical contour, and the flexible external gear 4 is bent in an elliptical shape.
  • the contour shape of the wave generator 5 may be a three-lobe shape, and the flexible external gear may be meshed with the rigid internal gear at three equiangular intervals in the circumferential direction.

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Abstract

波動歯車装置（１）の波動発生器（５）は、可撓性外歯歯車（４）を楕円状に撓めて剛性内歯歯車（２、３）にかみ合わせ、両歯車（２、３）のかみ合い位置を円周方向に移動させる。波動発生器（５）の剛性プラグ（６）の内側には、プラグサポートリング（１１）が固定されて一体化されている。剛性プラグ（６）は鉄系素材から形成され、プラグサポートリング（１１）は鉄系素材よりも剛性の高い高剛性素材から形成されている。剛性プラグ（６）の変形を抑えて大きな中空部（９）を備えた波動発生器（５）が得られる。

Description

波動歯車装置の波動発生器
　本発明は、可撓性外歯歯車を非円形に撓めて剛性内歯歯車にかみ合わせ、両歯車のかみ合い位置を円周方向に移動させる、波動歯車装置の波動発生器に関する。
　波動歯車装置としては、半径方向に撓み可能な可撓性外歯歯車がカップ形状をしたカップ型波動歯車装置、シルクハット形状をしたシルクハット型波動歯車装置、および、円筒形状をしたフラット型波動歯車装置が知られている。また、これらの波動歯車装置においては、その中心部分を貫通して延びる中空部を備えた中空型波動歯車装置が知られている。
　一般的な波動歯車装置では、剛性内歯歯車の内側に、半径方向に撓み可能な可撓性外歯歯車が同軸に配置され、この内側に、波動発生器が装着されている。したがって、中空型波動歯車装置の中空部の大きさは、一般に、最も内側に配置されている波動発生器に形成される中空部の径によって規定される。波動発生器は、剛体からなるプラグと、このプラグの外周面に装着された波動発生器軸受けとを備えており、プラグに中空部が形成される。
　一方、波動歯車装置の波動発生器は一般に鉄系素材（鋼材）から製造されている。特許文献１には、軽量化を図るためにアルミニウム合金製の波動発生器が提案されており、特許文献２には、軽量化および放熱性を図るためにチタン合金製の波動発生器が提案されている。
特開平１０－３１８３３８号公報 特開２００２－３３３０５５号公報
　ここで、中空型波動歯車装置において、その中空径を大きくするためには、波動発生器のプラグを貫通して延びる中空部の内径を大きくする必要がある。中空部の内径を大きくすると、プラグの半径方向の厚さが減少し、プラグの剛性が低下する。
　この結果、波動歯車装置の製作時に、プラグの外周面に波動発生器軸受けを圧入する際に、プラグが半径方向に変形するおそれがある。例えば、プラグに形成されている他部品取付け用の円形外周面が楕円状に変形するおそれがある。また、波動歯車装置の運転時に、大きな負荷が作用した際に、プラグが半径方向に変形して、当該プラグによって規定される外歯歯車の撓み形状が変化し、外歯歯車と内歯歯車との間の正常なかみ合いを維持できないおそれがある。
　本発明の課題は、プラグの変形を抑えて大きな中空部を形成可能な波動歯車装置の波動発生器を提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明は、可撓性外歯歯車を非円形に撓めて剛性内歯歯車にかみ合わせ、両歯車のかみ合い位置を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、
　非円形の外周面を備えた筒状の剛性プラグと、
　前記外周面に装着した波動発生器軸受けと、
　前記剛性プラグの内周面に同軸に固定したプラグサポートリングと
を有しており、
　前記剛性プラグは鉄系素材から形成され、
　前記プラグサポートリングは、前記鉄系素材よりも剛性の高い高剛性素材から形成されていることを特徴としている。
　本発明の波動発生器では、筒状の剛性プラグ、すなわち、中空部を備えた剛性プラグの内周面に、当該剛性プラグよりも剛性の高いプラグサポートリングを固定してある。プラグサポートリングによって、鉄系素材（鋼材）からなる剛性プラグが、波動発生器の製作時に変形することを防止あるいは抑制でき、また、運転時の負荷によって変形することを防止あるいは抑制できる。
　ここで、前記高剛性素材として、超硬合金、セラミックス、または、複合材料を用いることができる。複合材料としては、金属基複合材（ＭＭＣ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、繊維強化金属（ＦＲＭ）、セラミックス複合素材がある。
　また、前記プラグサポートリングを、圧入または焼嵌めによって、前記剛性プラグの内周面に固定することができる。
　さらに、前記プラグサポートリングの高剛性素材の線膨張係数を、前記剛性プラグの鉄系素材の線膨張率と同一あるいは、それよりも高くしておくことが望ましい。
本発明を適用したフラット型波動歯車装置を示す正面図および縦断面図である。 図１のフラット型波動歯車装置の波動発生器を示す模式図である。
　以下に、図面を参照して、本発明を適用した波動発生器を備えた波動歯車装置の実施の形態を説明する。
　図１（ａ）は本実施の形態に係るフラット型波動歯車装置の正面図であり、図１（ｂ）はその縦断面図である。図２はフラット型波動歯車装置の波動発生器を示す模式図である。フラット型波動歯車装置１は、同軸に並列配置された静止側の剛性内歯歯車２と、駆動側の剛性内歯歯車３とを備えている。剛性内歯歯車２、３の内側には同軸に、円筒形状をした半径方向に撓み可能な可撓性外歯歯車４が配置され、この内側に楕円状輪郭の波動発生器５が装着されている。
　波動発生器５は、剛性プラグ６と、この剛性プラグ６と、その楕円状輪郭の外周面６ａに装着された波動発生器軸受け７と、剛性プラグ６の内側に同軸に固定したプラグサポートリング８とを備えている。プラグサポートリング８の円形内周面８ａによって、波動発生器５の中心を貫通して延びる中空部９が規定されている。
　一般的には、駆動側の剛性内歯歯車３および可撓性外歯歯車４は同一の歯数を備えており、静止側の剛性内歯歯車２の歯数は可撓性外歯歯車４よりも２枚多い。波動発生器５によって可撓性外歯歯車４は楕円状に撓められて、楕円形状の長軸Ｌ１の両端の位置において、可撓性外歯歯車４を剛性内歯歯車２、３にかみ合わせている。モーターなどの回転駆動手段（図示せず）によって波動発生器５が回転すると、かみ合い位置が円周方向に移動して、静止側の剛性内歯歯車２に対して可撓性外歯歯車４が回転し、可撓性外歯歯車４と一体回転する駆動側の剛性内歯歯車３から不図示の負荷側に減速回転が出力される。
　ここで、波動発生器５の剛性プラグ６は、鉄系素材（鋼材）から形成されている。プラグサポートリング８は鉄系素材よりも剛性の高い（ヤング率の高い）素材から形成されている。例えば、超硬合金、セラミックス、あるいは複合材料から形成されている。
　剛性プラグ６とプラグサポートリング８とは、例えば、プラグサポートリング８を剛性プラグ６の円形内周面に圧入あるいは焼嵌めすることによって、相互に固定されて一体化されている。
　波動発生器５の剛性プラグ６の半径方向への変形は、その内周面に固定したプラグサポートリング８によって防止あるいは抑制される。よって、製造時および運転時に剛性プラグ６に不所望な変形が生じることを防止あるいは抑制でき、大きな中空部９を備えた波動発生器５を実現できる。
（その他の実施の形態）
　上記の例は、本発明をフラット型波動歯車装置に適用した場合のものである。本発明は、カップ型波動歯車装置あるいはシルクハット型波動歯車装置の波動発生器に対しても同様に適用可能である。
　また、上記の例では、波動発生器５は楕円状輪郭のものであり、可撓性外歯歯車４を楕円状に撓めている。波動発生器５の輪郭形状をスリーローブ状にして、円周方向における等角度間隔の３箇所で、可撓性外歯歯車を剛性内歯歯車にかみ合わせるようにしてもよい。

Claims (4)

  1. 　可撓性の外歯歯車を非円形に撓めて剛性の内歯歯車にかみ合わせ、両歯車のかみ合い位置を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、
    　非円形の外周面を備えた筒状の剛性プラグと、
    　前記外周面に装着した波動発生器軸受けと、
    　前記剛性プラグの内周面に同軸に固定したプラグサポートリングと
    を有しており、
    　前記剛性プラグは鉄系素材から形成され、
    　前記プラグサポートリングは、前記鉄系素材よりも剛性の高い高剛性素材から形成されている波動歯車装置の波動発生器。
  2. 　前記高剛性素材は、超硬合金、セラミックス、または、複合材料である請求項１に記載の波動歯車装置の波動発生器。
  3. 　前記プラグサポートリングは、圧入または焼嵌めによって、前記剛性プラグの内周面に固定されている請求項１に記載の波動歯車装置の波動発生器。
  4. 　前記プラグサポートリングの高剛性素材の線膨張係数は、前記剛性プラグの鉄系素材の線膨張率と同一あるいは、それよりも高い請求項１に記載の波動歯車装置の波動発生器。
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