JP2008039037A - 波動歯車装置用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高剛性、低トルク、高耐久性を有し、且つ、コンパクトで軽量化が図られた波動歯車装置用軸受を提供する。
【解決手段】波動歯車装置２０は、剛性内歯歯車２１と、剛性内歯歯車２１の内側に配置される可撓性外歯歯車２２と、可撓性外歯歯車２２の内側に配置され、可撓性外歯歯車２２を半径方向に撓めて剛性内歯歯車２１に対して部分的に噛み合わせ、これら両歯車２１，２２の噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器２３と、を備える。剛性内歯歯車２１と可撓性外歯歯車２２を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受３０は、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であり、一対の外輪軌道面３１ａ，３１ａと、一対の内輪軌道面３２ａ，３２ａと、玉３３，３３の転動面のうちの少なくとも１つには、オイルプレーティング処理により、２０℃における蒸気圧が１×１０^-5Ｐａ以下の潤滑油とフッ素樹脂とを含有する潤滑剤からなる潤滑膜が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空環境下あるいはクリーンルーム等の清浄雰囲気中（以下、「真空環境下等」と記すこともある。）で使用され、波動歯車装置の剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受に関する。

従来、ロボット等の駆動機構における減速機としては、小型且つ軽量で高減速比を有した、バックラッシュの少ない波動歯車装置が使用されている。波動歯車装置は、組み込まれる可撓性外歯歯車の形状によって、カップ型、シルクハット型、フラット型等が考案されており、いずれの動作も同様である（例えば、特許文献１及び２参照）。

図７に示すように、シルクハット型の波動歯車装置１は、環状の剛性内歯歯車２と、剛性内歯歯車２より歯数の少ないシルクハット型の可撓性外歯歯車３と、楕円形の輪郭を有する波動発生器４から主に構成される。可撓性外歯歯車３は剛性内歯歯車２の内側に配置され、可撓性外歯歯車３が波動発生器４により半径方向に撓められて剛性内歯歯車２に対して部分的に噛み合う。そして、モータ等の回転により波動発生器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、歯数差に応じた回転数で両歯車２，３が相対回転する。

また、波動歯車装置１は、モータに接続され、波動発生器４の楕円形の輪郭を有するカム板部分５ａを外周面に有する中空入力軸５まわりに設けられる。中空入力軸５の周囲には、玉軸受６，７を介してそれぞれ支持される第１及び第２の端板８，９が、波動歯車装置１を軸方向間に挟むように配置され、第１の端板８は可撓性外歯歯車３と締結固定され、第２の端板９は剛性内歯歯車２と締結固定される。第１の端板８と第２の端板９の一方は負荷側に接続され、他方が回転しないように固定されているので、負荷側に接続された端板の側から減速回転が出力されて負荷側に伝達される。

さらに、このような波動歯車装置１では、剛性内歯歯車２と可撓性外歯歯車３を相対回転自在に支持する軸受として、モーメント荷重を受けることができるクロスローラ軸受１０（図７参照）や４点接触玉軸受が使用されている。
特開平９−２１７７９８号公報 特開２００５−３０８１３１号公報

ところで、上述のクロスローラ軸受は、円筒ころを軸受中心に対し４５度交互に傾斜させたものであり、ラジアル荷重、アキシアル荷重、モーメント荷重を負荷できるが、モーメント荷重は円筒ころの長さで負荷能力が決まり、軸受寸法上、負荷できるモーメント荷重が制約される。

また、円筒ころ同士が互いに９０度傾斜して回転するため、回転摩擦が大きく、結果として回転トルクが大きい。さらに、その構造上、潤滑剤を封入できるスペース（軸受空間容積）が乏しく、耐久性に問題があった。

加えて、円筒ころは軸受中心に対して４５度傾斜して配置されるので、軸受断面高さが制約を受けて内径に対して外径が大きくなり、また、内輪や外輪の肉厚も厚くなり、軸受重量が大きくなるという問題がある。

また、４点接触玉軸受を適用した場合にも、クロスローラ軸受と同様、負荷できるモーメント荷重を大きくすることができなかった。

さらに、真空環境下等で使用される波動歯車装置は、発塵等による汚染がほとんど許容されない。一般に、このような環境下で使用される軸受では、フッ素系潤滑剤を用いることにより、外部に飛散あるいは蒸発する潤滑剤の量を抑制しているが、潤滑作用の不足や耐久性の低下を余儀なくされる。また、フッ素系高分子固体潤滑剤で転動部位をコーティングすることも考案されているが、比較的大きなアキシャル荷重がかかる状況においては、固体潤滑剤の剥離や欠落が生じたり、摩耗による発塵が多くなるので、耐久性や低発塵性の点で不十分な場合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、真空環境下等で好適に使用でき、高剛性、低トルク、高耐久性を有し、且つ、コンパクトで軽量化が図られた波動歯車装置用軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。即ち、剛性内歯歯車と、該剛性内歯歯車の内側に配置される可撓性外歯歯車と、該可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車に対して部分的に噛み合わせ、これら両歯車の噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、を備える波動歯車装置に使用され、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受であって、前記軸受は、前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の一方、或は該一方が固定されるハウジングに内嵌可能な外輪と、前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の他方、或は該他方が固定される軸部に外嵌可能な内輪と、前記外輪の一対の外輪軌道面と前記内輪の一対の内輪軌道面間に接触角を持って配置される複数の玉と、を備えた背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であり、前記一対の外輪軌道面と、前記一対の内輪軌道面と、前記玉の転動面のうちの少なくとも１つには、オイルプレーティング処理により、２０℃における蒸気圧が１×１０^-5Ｐａ以下の潤滑油とフッ素樹脂とを含有する潤滑剤からなる潤滑膜が形成されることを特徴とする。

ここで、オイルプレーティング処理とは、外輪軌道面、内輪軌道面、あるいは、玉の転動面に、薄膜を付着させるための処理をいう。例えば、後述のように、希釈した潤滑剤を転動面等に付着させ、熱処理により希釈溶媒を除去することにより、本発明にかかる潤滑膜を形成可能である。

従って、本発明の波動歯車装置用軸受を背面組合せ型の複列アンギュラ玉軸受としたので、高剛性、低トルク、高耐久性を有し、且つ、コンパクトで軽量化を図ることができる。

また、２０℃における蒸気圧が１×１０^-5Ｐａ以下の潤滑油とフッ素樹脂とを含有する潤滑剤で潤滑膜を形成すれば、軌道面には潤滑剤が常に供給されて軌道面と転動面とが直接的に接触することなく、かつ、余分な潤滑油がフッ素樹脂によりトラップされるため、低発塵及び低アウトガスで潤滑作用が安定的に維持される。また、固体潤滑膜とは異なり流動性が保たれることから、固体潤滑膜において発生した剥離や欠落、摩耗による発塵が抑制される。さらに、オイルプレーティング処理によって潤滑膜を形成させることから、通常のグリース潤滑などに比べ回転抵抗がきわめて小さくなるために、高精度な回転性能が得られる。

上記のように、本発明における潤滑油は２０℃における蒸気圧が１×１０^-5Ｐａ以下であり、蒸気圧が低いものであるほどアウトガスが少なく好ましい。一方、２０℃における蒸気圧が１×１０^-5Ｐａを超えると、フッ素樹脂を添加してもアウトガス抑制の効果が十分に得られない。
さらに、従来においては潤滑膜を薄く形成することにより発塵及びアウトガスの抑制を行わなければならなかったが、本発明においてはフッ素樹脂の添加により発塵及びアウトガスの抑制効果が得られることから、潤滑膜を若干厚く形成することができ、このため耐久性の向上も図ることができる。すなわち、潤滑膜は、前記潤滑膜を形成すべき面における粗さの山をそれぞれ覆うことができる程度にまで形成させることが望ましい。これよりも潤滑膜が薄くなると、一部の上記山が容易に露出してしまい、接触する相手側の油膜をかきとりやすくなる境界潤滑状態となって局部的な焼き付きが容易に発生するなど、耐久性が不十分となるからである。逆にあまりに潤滑膜が厚くなると、余分な潤滑剤が飛散しやすくなるため、発塵やアウトガスの抑制効果が低下する。このような潤滑膜の厚さの調整は、例えば後述するオイルプレーティング処理において、潤滑膜を形成すべき面に付着させる潤滑剤の希釈溶液の希釈濃度を調節することなどによって、行うことができる。
従って、本発明の波動歯車装置用軸受は、発塵量及びアウトガスの量が非常に低量であるので、真空中や精密機械製造工場等のクリーンルーム等での使用に好適である。

また、フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(以下、ＰＴＦＥと略称する）のほか、四フッ化エチレンパーフルオロビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、フッ化エチレンプロピレン共重合体(ＦＥＰ）などを好適に使用できる。

加えて、潤滑油としてフッ素系潤滑油を用いれば、揮発性が極めて低いのでアウトガスが少ない。
この場合、潤滑剤中のフッ素樹脂の含有量を５質量％以上４０質量％以下とすることが好ましい。フッ素樹脂の含有量が５質量％より低い場合には、発塵抑制効果が劣化し、４０質量％よりも高い場合には、潤滑油の含有量が低くなるため、潤滑性が劣化する。より望ましくは、１０質量％以上３０質量％以下である。

また、フッ素系潤滑油は、分子構造中に官能基を有しないフッ素系潤滑油１０質量％以上９８質量％以下と、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油９０質量％以下２質量％以上と、で構成することが好ましい。このように、フッ素系潤滑油として、上記軌道面等を構成する材料との親和性が高い、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油を用いて、軌道面等に強固に付着する潤滑膜を形成させることにより、耐久性や発塵抑制効果を向上することができる。
一方、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油は、一般に蒸気圧が高くアウトガスが発生しやすいことから、材料への強固な付着によりもたらされる効果を維持しつつ、使用される環境の条件に応じたアウトガス量となるように、その含有量を調節することが望ましい。

すなわち、潤滑剤へのフッ素樹脂の添加により、従来よりもアウトガスを抑制することができるが、よりアウトガス抑制の要求が厳しい環境においては、前記のような組成、すなわち、分子構造中に官能基を有しないフッ素系潤滑油１０質量％以上９８質量％以下と、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油９０質量％以下２質量％以上と、でフッ素系潤滑油を構成することが望ましい。また、アウトガス抑制の要求がさらに厳しい環境においては、分子構造中に官能基を有しないフッ素系潤滑油５０質量％以上９８質量％以下と、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油５０質量％以下２質量％以上と、でフッ素系潤滑油を構成することが望ましい。さらに、アウトガス抑制の要求がもっとも厳しい環境においては、フッ素系潤滑油として、分子構造中に官能基を有しないフッ素系潤滑油のみを用い、フッ素樹脂を添加することにより、アウトガスを抑制することが望ましい。

また、潤滑油は、アルキル化シクロペンタン又はポリフェニルエーテルを主成分として含有するものであってもよく、このような潤滑油は、２０℃における蒸気圧が１×１０^-5Ｐａ以下であるので真空中においてもアウトガスの抑制効果がある。加えて、これら炭化水素系の潤滑油はフッ素系潤滑油と比べると潤滑性に優れており、波動歯車装置用軸受を長寿命にする。

この場合、潤滑剤中のフッ素樹脂の含有量を５質量％以上６０質量％以下とすることが好ましい。フッ素樹脂の含有量が５質量％より低い場合には、発塵抑制効果が劣化し、６０質量％よりも高い場合には、潤滑油の含有量が低くなるため、潤滑性が劣化し、トルクが増加する。より望ましくは、５質量％以上４０質量％以下である。

また、本発明の波動歯車装置用軸受では、潤滑膜は、潤滑剤０．５質量％以上１０質量％以下と希釈溶媒９９．５質量％以下９０質量％以上とからなる潤滑剤希釈溶液を、該潤滑膜を形成すべき面に付着させて、５０℃以上２５０℃以下で、１５分間以上３００分間以下加熱し、前記希釈溶媒を除去することにより形成してもよく、このようなオイルプレーティング処理により、前記作用、効果を発揮する潤滑膜の形成が可能である。
この場合において、潤滑剤の含有量が０．５質量％より低い場合には、軌道面及び転動面に付着する潤滑膜が薄くなり過ぎるため、上述のように耐久性が不十分となる。一方、１０質量％より高いと潤滑剤希釈溶液がべとつき、均一な付着や作業性に悪影響を及ぼすと共に、潤滑膜が厚くなり過ぎるため、上述のように発塵やアウトガスの抑制効果についての劣化を招くこととなる。

また、加熱温度及び加熱時間については、上記の上限温度及び上限加熱時間を超える場合には、潤滑膜を構成する潤滑剤の潤滑性が劣化し、また、内方部材及び外方部材の軌道面や転動体の転動面の硬度低下及び寸法変化の原因となる。逆に、あまりに低い温度や短い加熱時間に設定すると、希釈溶媒を完全に除去することができない。このため、実際のオイルプレーティング処理の際には、上記の範囲内であって、かつ、用いた希釈溶媒の種類や含有量に応じて該希釈溶媒を除去するのに十分な加熱温度及び加熱時間を設定する。また、軌道面等を構成する材料についても考慮し、例えば焼入れ・焼き戻し処理した鋼を用いる場合には、上記硬度低下及び寸法変化をもたらさないような加熱温度及び加熱時間を設定する。

ここで、潤滑剤希釈溶液の付着方法としては、例えば、塗布や、噴霧等が挙げられる。あるいは、前記潤滑剤希釈溶液中に浸漬後、引き上げる方法も用いることができる。この場合は、組み立てた転動装置を浸漬してもよいし、転動装置の部品を浸漬して潤滑膜を形成した後に組み立ててもよい。
また、前記希釈溶媒は、潤滑油及びフッ素樹脂双方の溶媒として用いることができるものであり、具体例としては、代替フロン系の希釈溶媒、パーフロオロカーボン（ＰＦＣ）、フッ素系不活性溶液のノベック（住友スリーエム株式会社製）、バートレル（デュポン株式会社製）、及び、ガルデン（アウジモント株式会社製）などが挙げられる。炭化水素系の潤滑油を用いる場合には、希釈溶媒としてヘキサンなども用いることができる。

さらに、本発明の波動歯車装置用軸受は、外輪軌道面及び内輪軌道面の中心線平均粗さＲａをそれぞれ０．０２μｍ以上０．２μｍ以下とし、転動体の転動面の中心線平均粗さＲａを０．００２μｍ以上０．０１μｍ以下としてもよい。
このような表面粗さに設定することにより、接触面の面圧を抑制して耐久性を向上させることができる。これとともに、上述のような表面粗さに設定することにより、潤滑膜を少量に抑えられるため、余分な潤滑油の飛散を防止し、発塵及びアウトガスの抑制効果についても高めることができる。

本発明の波動歯車装置用軸受によれば、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車の一方、或は該一方が固定されるハウジングに内嵌可能な外輪と、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車の他方、或は該他方が固定される軸部に外嵌可能な内輪と、外輪の一対の外輪軌道面と内輪の一対の内輪軌道間に接触角を持って配置される複列の玉と、を備えた背面組合せ型の複列アンギュラ玉軸受としたので、高剛性、低トルク、高耐久性を有し、且つ、コンパクトで軽量化を図ることができる。また、一対の外輪軌道面と、一対の内輪軌道面と、玉の転動面のうちの少なくとも１つには、オイルプレーティング処理により、２０℃における蒸気圧が１×１０^-5Ｐａ以下の潤滑油とフッ素樹脂とを含有する潤滑剤からなる潤滑膜が形成されるので、真空環境下等で好適に使用できる。

以下、本発明の各実施形態に係る波動歯車装置用軸受について図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の波動歯車装置用軸受が適用されるシルクハット型の波動歯車装置を示す断面図である。波動歯車装置２０は、真空中やクリーンルーム等で使用されるものであり、内歯２１ａが内周面に形成される環状の剛性内歯歯車２１と、この内側に配置されるシルクハット型の可撓性外歯歯車２２と、この歯車２２の内側にはめ込まれる波動発生器２３とを備える。

可撓性外歯歯車２２は、円筒状の胴部２２ａと、胴部２２ａの一端に連続して半径方向の外側に直角に延びる環状のダイヤフラム２２ｂと、ダイヤフラム２２ｂと一体形成されている円環状のボス２２ｃと、胴部２２ａの外周面に形成された円筒状の外歯２２ｄとを備える。外歯２２ｄの歯数は、内歯２１ａの歯数より少なく（本実施形態では、内歯２１ａより２枚少ない）設定されている。

波動発生器２３は、例えば、楕円形の輪郭を備えた環状の剛性カム板２４と、この剛性カム板２４の外周面と可撓性外歯歯車の外歯２２ｄが形成されている部分との間に嵌めこまれる玉軸受２５と、を備える。剛性カム板２４の中心にはモータ出力軸（図示せず）等が連結される中空入力軸２６が形成されている。

波動歯車装置２０は、モータ出力軸に接続された剛性カム板２４が回転すると、この楕円形の剛性カム板２４によって玉軸受２５を介して可撓性外歯歯車２２が楕円形状に撓められ、円周方向の２カ所で噛み合っている内歯２１ａと外歯２２ｄの噛み合い位置が周方向に移動する。内歯２１ａと外歯２２ｄの歯数が異なっているので、歯数差に応じた相対回転がこれら内歯２１ａと外歯２２ｄとの間に発生し、入力回転数に比べて大幅に減速される。そして、剛性内歯歯車２１と可撓性外歯歯車２２の一方を固定しておくことで、他方の歯車から減速回転出力が得られる。

ここで、剛性内歯歯車２１の外周面と、可撓性外歯歯車２２とボルト固定されるハウジング２７の内周面との間には、剛性内歯歯車２１と可撓性外歯歯車２２を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受３０が配置されている。

この軸受３０は、図２に示すように、ハウジング２７に内嵌可能な一対の外輪３１，３１と、剛性内歯歯車２１に外嵌可能な一対の内輪３２，３２と、外輪３１，３１の一対の外輪軌道面３１ａ，３１ａと内輪３２，３２の一対の内輪軌道面３２ａ，３２ａ間に接触角αを持って複列に配置される複数の玉３３，３３と、各列の玉３３，３３をそれぞれ保持するポケットを有する保持器３４，３４と、を備えた背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であり、各列の玉３３，３３の接触角αは、互いに逆方向に向いている。

一対の外輪３１，３１は、ハウジング２７に形成された内向き段部２７ａと、ハウジング２７の軸方向端面にボルト４０で固定されるカバー部材４１によって軸方向に固定されている。一方、一対の内輪３２，３２は、剛性内歯歯車２１に形成された外向き段部２１ｂと、剛性内歯歯車２１の軸方向端面にボルト４２で固定される押圧部材４３によって、軸方向に固定されると共に、剛性内歯歯車２１と押圧部材４３の寸法を管理して、押圧部材４３のボルト締結によって内輪３２の端面を押圧することで、軸受に適切な予圧を付与している。

また、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受３０の接触角αは、２５〜４０度の範囲で適宜設定されており、接触角αの延長線Ｌは、内輪３２，３２の軸方向端面より軸方向内側で、内輪３２，３２の内周面と交差するように設定されている。

このように、波動歯車装置２０に背面組合せ型のアンギュラ玉軸受３０を使用することで、背面組合せによって作用点距離が大きくなり、耐モーメント荷重を向上させると共に、剛性内歯歯車２１によって確実にモーメント荷重を負荷できるように構成されている。

また、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受３０は、両軌道面３１ａ，３２ａと玉３３とが点接触であるので、回転トルクが小さい。一方、保持器３４により適切に玉３３を配置しており、軸受空間容積も充分に確保することができ、グリース寿命を延長できる。このため、従来、クロスローラ軸受を適用した波動歯車装置ではグリース補給のためのメンテナンスが行なわれていたが、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受３０を用いた波動歯車装置では、グリース補給をせずに、波動歯車装置の耐久時間に到達するまで使用することができる。

さらに、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受３０は、クロスローラ軸受と比して、軸受断面高さを低くすることができ、肉厚も低減できて軽量化することができる。

また、外輪３１，３１、内輪３２，３２、玉３３，３３、及び、保持器３４，３４は、一般的に軸受用として使用されている金属材料で形成される他、例えば耐食性を有する金属材料により形成される。この種の金属材料としては、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの軸受鋼、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃなどのマルテンサイト系ステンレス鋼、ＪＩＳ規格ＳＵＳ６３０などの析出硬化型ステンレス鋼、及び、これらの金属材料に浸炭処理、窒化処理や、ダイヤモンドライクカーボンの皮膜処理などの適当な硬化熱処理を施したものなどが挙げられる。また、軽荷重用途であれば、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレス鋼や、チタン合金に表面硬化処理を施したものを用いることができる。なお、玉３３，３３には、上記金属材料のほかに窒化けい素、アルミナ、ジルコニア等のセラミックを用いることができる。

上記に列挙した金属材料及びセラミックの中でも、耐食性を有する材料を用いることが好ましく、特に、外輪３１，３１及び内輪３２，３２にはマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、玉３３，３３にはマルテンサイト系ステレンス鋼及びセラミックを用いることが望ましい。その理由は以下の通りである。通常、軸受に耐食性を持たせるために、潤滑剤中に防錆剤を添加するという方法が取られる。ところが、この防錆剤は本発明の潤滑膜を構成するフッ素系潤滑剤の成分と比べ蒸発しやすいことから、防錆剤の添加は発塵やアウトガスを増加させる要因となってしまう。そこで、外輪３１，３１、内輪３２，３２等に耐食性の材料を用いれば、耐食性を実現するとともに、潤滑剤の使用量を低減できるので本発明が目的とする発塵及びアウトガスの抑制も達成することができる。

また、保持器３４，３４には、上記金属材料の他、黄銅、チタン材などが好適に用いられるが、合成樹脂材料を用いることもできる。この合成樹脂材料としては、例えばＰＴＦＥ、エチレンテトラフルオロエチレン(ＥＴＦＥ）などのフッ素樹脂や、ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ）、ポリエーテルサルフォン(ＰＥＳ）、ナイロン４６等のエンジニアリングプラスチックなどの使用も可能である。これらの合成樹脂材料には、ガラス繊維などの強化繊維が添加されていてもよい。

そして、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受３０には、外輪３１，３１の外輪軌道面３１ａ，３１ａ、内輪３２，３２の内輪軌道面３２ａ，３２ａ、及び、玉３３，３３の転動面に、オイルプレーティング処理により、フッ素系潤滑剤からなる潤滑膜Ｆが形成されている。図３は、外輪軌道面３１ａ、内輪軌道面３２ａ、あるいは、玉３３，３３の転動面に対する潤滑膜の形成状態を示す拡大模式図である。潤滑膜Ｆは、潤滑膜Ｆを形成すべき面Ｄにおける粗さの山頂線（同図中では、一点鎖線Ｂにより示されている）を越える程度に（同図中では実線Ｅで示される位置まで）形成されている。このように、面Ｄを粗さの山がそれぞれ露出しない程度に潤滑膜で覆うことにより、耐久性を向上させることができる。なお、潤滑膜Ｆは、粗さの山頂線を越える程度に軌道面等を潤滑膜で覆うことが望ましいが、山頂線と同等程度の位置まで形成させてもよい。この場合には潤滑膜の量が少ないので発塵及びアウトガスがより少ない。また、潤滑膜Ｆは、図３に示されるように軌道面等に連続的に形成されることが望ましいが、不連続的、例えば島状に形成されていてもよい。

また、本実施形態における外輪軌道面３１ａ、及び、内輪軌道面３２ａの中心線平均粗さＲａはそれぞれ０．０２μｍ以上０．２μｍ以下に、玉３３，３３の転動面の中心線平均粗さＲａは０．００２μｍ以上０．０１μｍ以下に、設定されている。このような表面粗さに設定することにより、形成すべき潤滑膜Ｆの量を抑えて、発塵抑制効果を向上させることができる。
潤滑膜Ｆを形成するフッ素系潤滑剤は、フッ素樹脂としてＰＴＦＥパウダーと、フッ素系潤滑油と、を含有するものであり、いわゆるゲル状になっている。

フッ素系潤滑油としては、例えば、フルオロポリエーテル重合体又はポリフルオロアルキル重合体が用いられる。このフルオロポリエーテル重合体としては、-Ｃ_XＦ_2X-Ｏ-という一般式(Ｘは１〜４の整数）で示される単位を主要な繰り返し単位とする重合体で、数平均分子量が１０００〜５００００であるものが挙げられる。また、ポリフルオロアルキル重合体は、Ｒ₁−（ＣＦ₂）_n−Ｒ₂という式（ｎは自然数）で表されるものであり、Ｒ₁及びＲ₂としては下記化学式１に示すものが挙げられる。なお、Ｒ₁及びＲ₂は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

また、フッ素系潤滑油には、分子構造中に官能基を有しないものに加え、分子構造中に官能基を有するものを一定量添加させても良い。この官能基については、金属に対して親和性の高いもの、例えばエポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、メルカプト基、スルフォン基又はエステル基などが好ましく、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油の例としては、下記化学式２，３に示すものが挙げられる。

上述のフッ素系潤滑油として、より詳しくは、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）あるいはその誘導体との混合物、例えばアウジモント株式会社の商品名フォンブリン(ＦＯＮＢＬＩＮ）Ｙスタンダード、フォンブリンエマルジョン（ＦＥ２０，ＥＭ０４など）又はフォンブリンＺ誘導体（ＦＯＮＢＬＩＮ Ｚ ＤＥＡＬ，ＦＯＮＢＬＩＮ Ｚ ＤＩＡＣ，ＦＯＮＢＬＩＮ Ｚ ＤＩＳＯＣ，ＦＯＮＢＬＩＮ Ｚ ＤＯＬ，ＦＯＮＢＬＩＮ Ｚ ＤＯＬＴＸ２０００，ＦＯＮＢＬＩＮ Ｚ ＴＥＴＲＡＯＬなど）が好適に用いられる。

フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥのほか、四フッ化エチレンパーフルオロビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、フッ化エチレンプロピレン共重合体(ＦＥＰ）などを用いることができる。
上記フッ素系潤滑油と上記ＰＴＦＥパウダーを混合したものを、フッ素系潤滑剤として用いる。しかし、上記例示したフッ素系潤滑油にＰＴＦＥパウダーを混合したままでは、いずれも濃度が高いので、後述するように適当な希釈溶媒で希釈したフッ素系潤滑剤希釈溶液を、オイルプレーティング処理に用いることが好ましい。

次に、オイルプレーティング処理の一例を説明する。
まず、外輪３１，３１、内輪３２，３２、玉３３，３３、及び、保持器３４，３４をそれぞれ組み立てて背面組合せ型アンギュラ玉軸受３０を完成状態としてから、脱脂洗浄後この外輪３１，３１及び内輪３２，３２間で玉３３，３３の存在する箇所に、用意したフッ素系潤滑剤希釈溶液をスポイドなどにより必要量だけ注入する。その後、軸受３０を数回回転させることにより、フッ素系潤滑剤希釈溶液を外輪３１，３１、内輪３２，３２、玉３３，３３、及び、保持器３４，３４の転動部位、摺動部位に付着させる。このフッ素系潤滑剤希釈溶液の供給は、塗布により行ってもよいし、スプレーを用いた噴霧により行ってもよい。あるいは、フッ素系潤滑剤希釈溶液の貯留槽に組み立てた軸受３０を浸漬後に引き上げることにより、フッ素系潤滑剤希釈溶液の供給を行ってもよい。

ここで用意したフッ素系潤滑油は、例えば、フォンブリンＺ ２５（分子構造中に官能基を有しないフッ素系潤滑油）９０質量％と、フォンブリンＺ ＤＯＬ（分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油）１０質量％と、から構成されるものである。また、付着させたフッ素系潤滑剤希釈溶液は、このフッ素系潤滑油８０質量％と粒径１μｍ以下のＰＴＦＥパウダー２０質量％とを混在させてなるフッ素系潤滑剤を調整し、これを１質量％となるまで希釈溶媒アサヒクリンＡＫ−２２５（旭硝子株式会社製）で希釈して得たものである。

この後、フッ素系潤滑剤希釈溶液を付着させた背面組合せ型アンギュラ玉軸受３０の全体を１２０〜１４０℃で約３０分間加熱し、付着したフッ素系潤滑剤希釈溶液中に含まれる希釈溶媒を除去する。このようにして、フッ素系潤滑剤からなる潤滑膜を形成することができる。

なお、潤滑膜Ｆを構成する潤滑油としては、フッ素系潤滑油の代わりに、炭化水素系の潤滑油を用いてもよい。この場合、外輪軌道面３１ａ、及び、内輪軌道面３２ａの中心線平均粗さＲａはそれぞれ０．０２μｍ以上０．２μｍ以下であり、より好ましくは０．０２μｍ以上０．０８μｍ以下である。また、玉３３，３３の転動面の中心線平均粗さＲａは０．００２μｍ以上０．０１μｍ以下であり、より好ましくは０．００２μｍ以上０．００５μｍ以下である。
この潤滑膜Ｆを形成する潤滑剤は、フッ素樹脂パウダーと、アルキル化シクロぺンタン又はポリフェニルエーテルを主成分として含有する潤滑油と、を含有するものであり、いわゆるゲル状になっている。

このようなアルキル化シクロペンタンとしては、トリ（２−オクチルドデシル）シクロペンタンがあげられる。なお、トリ(２−オクチルドデシル）シクロペンタンとしては、例えば、Ｎｙｅ Ｌｕｂｉｃａｎｔｓ社製のＳｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｏｉｌ ２００１Ａ（商品名）が市販されている。また、トリ−ｎ−オクチルシクロペンタン、テトラ−ｎ−オクチルシクロペンタン、ペンタ−ｎ−オクチルシクロペンタン、トリ−ｎ−ノニルシクロペンタン、ペンタ−ｎ−ノニルシクロペンタン、ペンタ−ｎ−デシルシクロペンタン、ペンタ−ｎ−ドデシルシクロペンタン、テトラ−２−エチルヘキシルシクロペンタン等のようなアルキル化シクロペンタンは、蒸気圧が２０℃で１×１０^-5Ｐａ以下(例えば、１×１０^-7〜１×１０^-8Ｐａ）と低いので、潤滑油として用いることができる。このようなアルキル化シクロペンタンを用いれば、本発明の背面組合せ型アンギュラ玉軸受は真空中において使用しても潤滑剤が蒸発することがほとんどない。

ポリフェニルエーテルとしては、例えば、株式会社松村石油研究所のフェニルエーテル型合成油を用いることができ、このうちペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル、モノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテルが好適に使用できる。これらのポリフェニルエーテルは蒸気圧が低く、耐熱性にも優れるため真空中や高温環境下においてもアウトガスが少ない。

次に、炭化水素系の潤滑油を用いた場合のオイルプレーティング処理の一例を説明する。
まず、外輪３１，３１、内輪３２，３２、玉３３，３３、及び、保持器３４，３４をそれぞれ組み立てて背面組合せ型アンギュラ玉軸受３０を完成状態としてから、脱脂洗浄後この外輪３１，３１及び内輪３２，３２間で玉３３，３３の存在する箇所に、用意した潤滑剤の希釈溶液をスポイドなどにより必要量だけ注入する。その後、軸受３０を数回回転させることにより、希釈溶液を外輪３１，３１、内輪３２，３２、玉３３，３３、及び、保持器３４，３４の転動部位、摺動部位に付着させる。この希釈剤の供給は、塗布により行ってもよいし、スプレーを用いた噴霧により行ってもよい。あるいは、希釈溶液の貯留槽に組み立てた軸受３０を浸漬後に引き上げることにより、希釈溶液の供給を行ってもよい。

ここで用意した潤滑剤は、例えばＮｙｅ Ｌｕｂｉｃａｎｔｓ社製のＳｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｏｉｌ ２００１Ａ（商品名）６０質量％と、粒径１μｍ以下のＰＴＦＥパウダー４０質量％と、からなるものである。この潤滑剤の希釈溶液は、へキサンやアサヒクリンＡＫ−２２５（旭硝子株式会社製）等の希釈溶媒で潤滑剤を１質量％になるまで希釈して得たものである。フッ素樹脂としては、溶媒中にＰＴＦＥが分散したデュポン株式会社製ドライフィルムＲＡ／ＩＰＡを使用した。

この後、希釈溶液を付着させた背面組合せ型アンギュラ玉軸受３０の全体を１００〜１４０℃で約３０分間加熱し、付着した希釈溶液中に含まれる希釈溶媒を除去する。このようにして、潤滑膜Ｆを形成することができ、真空環境下等で好適に使用できる波動歯車装置用軸受を構成することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る波動歯車装置用軸受について図４及び図５を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同等部分については同一符号を付して、説明を省略或は簡略化する。

本実施形態の波動歯車装置用軸受５０は、第１実施形態と同様、シルクハット型の波動歯車装置２０に組み込まれる背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であり、ハウジング２７に内嵌可能な一対の外輪５１，５１と、剛性内歯歯車２１に外嵌可能な一対の内輪５２，５２と、外輪５１，５１の一対の外輪軌道面５１ａ，５１ａと内輪５２，５２の一対の内輪軌道面５２ａ，５２ａ間に接触角αを持って複列に配置される複数の玉５３，５３と、各列の玉５３，５３をそれぞれ保持するポケットを有する保持器５４，５４と、を備える。また、第１実施形態と同様、一対の内輪５２，５２は、ボルト４２によって押圧部材４３を介して軸方向に押圧され、軸受に適切な予圧を付与している。

ここで、本実施形態の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受５０では、一対の内輪５２，５２の両外端面５２ｂ，５２ｂは、一対の外輪５１，５１の両外端面５１ｂ，５１ｂより軸方向外側に突出している。また、一対の内輪５２，５２の内輪軌道面５２ａ，５２ａより軸方向外方には鍔部５２ｃ、５２ｃが形成され、鍔部５２ｃ、５２ｃは、玉５３，５３のピッチ円ＰＣＤ近傍、具体的に、ピッチ円ＰＣＤより若干低い位置まで延出する高さを有する。これにより、荷重点を広げて、モーメント剛性をより向上することができ、また、ハウジング２７や押圧部材４３の寸法における制約を緩和できる。
なお、本実施形態においても、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受５０の接触角αは、２５〜４０度の範囲で適宜設定されており、接触角αの延長線Ｌは、内輪５２，５２の軸方向外端面５２ｂ，５２ｂより軸方向内側で、内輪５２，５２の内周面と交差するように設定されている。

また、本実施形態の保持器５４，５４は、合成樹脂製の冠型保持器であり、内輪５２，５２の鍔部５２ｃ，５２ｃとの干渉を防止するように、柱部５４ａ，５４ａは、基部から先端部に向けて径方向外方に傾斜して形成される。
なお、保持器５４，５４は、合成樹脂製の冠型保持器の代わりに、図６に示すような金属製のプレス保持器５４´，５４´によって構成されてもよく、また、金属製のもみ抜き保持器によって構成されてもよい。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

なお、本発明は、上記の実施形態のものに限定されるものでなく、適宜、変更、改良等が可能である。

本実施形態のシルクハット型の波動歯車装置では、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受の外輪は、可撓性外歯歯車が固定されるハウジングに内嵌され、内輪は、剛性内歯歯車に外嵌されているが、外輪は、可撓性外歯歯車に内嵌されてもよく、内輪は、剛性内歯歯車が固定される軸部に外嵌されてもよい。また、本発明の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受は、図７に示したシルクハット型の波動歯車装置にも適用可能である。

本実施形態では、波動歯車装置はシルクハット型についてのみ説明したが、本発明の波動歯車装置用軸受は、カップ型やフラット型にも適用可能である。
例えば、カップ型の波動歯車装置用軸受では、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受の外輪は、剛性内歯歯車、或は剛性内歯歯車が固定されるハウジングに内嵌され、内輪は、可撓性外歯歯車、或は可撓性外歯歯車が固定される軸部に外嵌される。

また、本実施形態では、一対の外輪と一対の内輪は、それぞれ互いに隣接して配置されているが、スペースに余裕がある場合に、一対の外輪間及び一対の内輪間にそれぞれスペーサを配置することで、軸受スパンを大きくすることができ、より剛性を向上することができる。

さらに、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受の構成は、適宜改良可能であり、一対の外輪は一体に形成されてもよいし、シール部材を備える構成であってもよい。

また、本実施形態では、潤滑膜Ｆは、一対の外輪軌道面３１ａ，３１ａ、一対の内輪軌道面３２ａ，３２ａ、及び玉３３，３３の転動面に形成されているが、一対の外輪軌道面３１ａ，３１ａと、一対の内輪軌道面３２ａ，３２ａと、玉３３，３３の転動面のうちの少なくとも１つに形成されればよく、玉３３，３３の転動面のみに形成されてもよい。

本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置用軸受が適用される波動歯車装置の断面図である。 図１の波動歯車装置用軸受の拡大断面図である。 潤滑膜の形成状態を示す拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る波動歯車装置用軸受が適用される波動歯車装置の断面図である。 図４の波動歯車装置用軸受の拡大断面図である。 第２実施形態の変形例に係る波動歯車装置用軸受の拡大断面図である。 従来のクロスローラ軸受を用いた波動歯車装置の断面図である。

符号の説明

２０ 波動歯車装置
２１ 剛性内歯歯車
２２ 可撓性外歯歯車
２３ 波動発生器
２７ ハウジング
３０ 背面組合せ型のアンギュラ玉軸受
３１ 外輪
３１ａ 外輪軌道面
３２ 内輪
３２ａ 内輪軌道面
３３ 玉
α 接触角
Ｆ 潤滑膜

Claims (1)

1. 剛性内歯歯車と、該剛性内歯歯車の内側に配置される可撓性外歯歯車と、該可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車に対して部分的に噛み合わせ、これら両歯車の噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、を備える波動歯車装置に使用され、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受であって、
   前記軸受は、前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の一方、或は該一方が固定されるハウジングに内嵌可能な外輪と、前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の他方、或は該他方が固定される軸部に外嵌可能な内輪と、前記外輪の一対の外輪軌道面と前記内輪の一対の内輪軌道面間に接触角を持って配置される複数の玉と、を備えた背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であり、
   前記一対の外輪軌道面と、前記一対の内輪軌道面と、前記玉の転動面のうちの少なくとも１つには、オイルプレーティング処理により、２０℃における蒸気圧が１×１０^-5Ｐａ以下の潤滑油とフッ素樹脂とを含有する潤滑剤からなる潤滑膜が形成されることを特徴とする波動歯車装置用軸受。
   

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