JP2019157891A - 波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波動歯車装置において、波動発生器の可撓性軸受に特殊な形状を付与することなく、可撓性軸受の抜けを規制する。【解決手段】波動歯車装置１が、内歯１１を有する剛性内歯歯車１０と、外歯２１を有する可撓性外歯歯車２０と、波動発生器３０とを備える。波動発生器３０が、可撓性外歯歯車２０の径方向内側に配置される可撓性軸受５０を含む。可撓性軸受５０の外輪７０が、可撓性外歯歯車２０の開口端部２５の径方向内側に配置された第１軸方向端部７１と、第１軸方向端部７１の外周面７０ａに配置され第１軸方向端部７１の端面７１ａ側に向かって小径となる第１面取り状部７４とを含む。可撓性外歯歯車２０が、開口端部２５の内周面２０ｂに配置された突出部２６を含む。突出部２６は、第１面取り状部７４側に向けて突出し、外輪７０の抜けを規制する。【選択図】図２

Description

本発明は、波動歯車装置に関する。

特許文献１に提案される撓み噛み合い式歯車装置では、撓み外歯歯車に、内周面側に突出する突出部が設けられている。また、撓み外歯歯車の径方向の内側に配置された、波動発生器のローラ（軸受）の外周に、前記突出部と係合する凹部を設けることにより、撓み外歯歯車とローラとの軸方向の抜け止めが達成される。

特開２０１５−１９０４８８号公報

しかしながら、特許文献１では、ローラ（軸受）の外周の軸方向半部に、凹部を形成したり、ローラの外周の軸方向中間部に凹部を形成したりする等、軸受の外周に特殊な形状を付与する必要がある。
本発明の目的は、波動発生器の可撓性軸受に特殊な形状を付与することなく、可撓性軸受の抜けを規制することができる波動歯車装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、内周面（１０ｂ）に複数の内歯（１１）を有する円筒状の剛性内歯歯車（１０）と、外周面（２０ａ）に複数の外歯（２１）を有し軸方向（Ｘ）の少なくとも一方に開口端部（２５）を有する円筒状の可撓性外歯歯車（２０）と、前記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楕円状に撓めて長径部分の外歯を前記剛性内歯歯車の内歯に対して噛合させて噛合位置を周方向に移動させる波動発生器（３０）と、を備え、前記波動発生器が、楕円カム（４０）と、可撓性軸受（５０）と、を含み、前記可撓性軸受が、前記楕円カムの外周面（４０ａ）に設けられる可撓性の内輪（６０）と、前記可撓性外歯歯車の径方向内側に設けられる可撓性の外輪（７０）と、前記外輪と前記内輪との間に介在するボール（８０）と、を有し、前記外輪が、前記可撓性外歯歯車の前記開口端部の径方向内側に配置された軸方向端部（７１）と、前記軸方向端部の外周面（７０ａ）に配置され前記軸方向端部の端面（７１ａ）側に向かって小径となる面取り状部（７４）と、を含み、前記可撓性外歯歯車が、前記開口端部の内周面（２０ｂ）に配置され前記面取り状部側に向けて突出し前記外輪の抜けを規制する突出部（２６）を含む、波動歯車装置（１）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２に記載の発明のように、請求項１において、前記突出部が、前記開口端部の前記内周面の全周に設けられていてもよい。

請求項３に記載の発明のように、請求項１又は２において、通常時に、前記突出部が、前記面取り状部から離隔しており、前記抜けの規制時に、前記突出部が、前記面取り状部と軸方向に係合するように構成されていてもよい。
請求項４に記載の発明のように、請求項１〜３の何れか一項において、前記可撓性外歯歯車が、前記開口端部を軸方向の一方側のみに含み、前記可撓性外歯歯車の歯溝（Ｇ）の溝底面（ＧＢ）が、前記開口端部側に向かって小径となるクラウニング形状を有していてもよい。

請求項１に記載の発明では、可撓性外歯歯車の開口端部の内周面に配置された突出部が、波動発生器の可撓性軸受の外輪の軸方向端部の外周面に配置された面取り状部側に向けて突出している。このため、外輪が軸方向の抜け側へ移動しようとすると、可撓性外歯歯車の突出部が、外輪の面取り状部に対して係合することで、外輪を含む可撓性軸受の抜けが規制される。外輪に通例設けられる面取り状部を用いることで、外輪に特殊な形状を付与する必要がなく、前記抜けを規制することができる。

請求項２に記載の発明では、可撓性外歯歯車の開口端部において歯底側を全周にわたって肉厚を増加することができる。このため、拡径によって応力が高くなる傾向にある開口端部に発生する応力を低減することができる。
請求項３に記載の発明では、突出部と面取り状部とが軸方向に係合される抜け規制時以外の通常時では、突出部と面取り状部との干渉が抑制される。このため、前記干渉に起因して可撓性外歯歯車の開口端部の応力が増加されることを抑制することができる。

請求項４に記載の発明では、可撓性外歯歯車が、開口端部を軸方向の一方のみに含む、いわゆるカップ型又はシルクハット型であり、回転時に、開口端部が最も引き伸ばされて引張応力が高くなる傾向にある。また、可撓性外歯歯車の歯溝の溝底面が、開口端部側に向かって小径となるクラウニング形状を有している。仮に、前記突出部を設けない場合、可撓性外歯歯車の開口端部において、歯溝の溝底面と開口端部の内周面との間の部分の肉厚が薄くなるため、前記部分での引張応力がさらに高くなる。これに対して、本発明では、開口端部の内周面に突出部を設けて開口端部の前記部分の肉厚を増大し、引張応力を低減して寿命を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る波動歯車装置の模式的正面図である。 波動歯車装置の概略断面図である。 波動歯車装置の可撓性外歯歯車及び波動発生器の要部の概略拡大断面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る製造方法により製造された波動歯車装置１の模式的正面図であり、図２は、波動歯車装置１の概略断面図である。図１に示すように、波動歯車装置１は、剛性内歯歯車１０と、可撓性外歯歯車２０と、波動発生器３０とを備えている。

剛性内歯歯車１０は、外周面１０ａと内周面１０ｂとを有する円筒状の歯車であり、内周面１０ｂに、複数の内歯１１を有している。剛性内歯歯車１０は、剛性の高い部材、例えば金属部材で形成されている。
可撓性外歯歯車２０は、剛性内歯歯車１０の径方向の内側に配置されている。可撓性外歯歯車２０は、外周面２０ａと内周面２０ｂとを有する円筒状の歯車であり、外周面２０ａに、複数の外歯２１を有している。剛性内歯歯車１０と可撓性外歯歯車２０は、共通の中心軸Ｃを有している。

図２に示すように、可撓性外歯歯車２０は、薄肉カップ形状の金属製の弾性体からなり、円筒部２２と、フランジ部２３とを含む。すなわち、可撓性外歯歯車２０は、いわゆるカップ型である。円筒部２２は、一方の軸方向端部２４と、他方の軸方向端部としての開口端部２５を有している。
また、円筒部２２は、外周面２２ａ（可撓性外歯歯車２０の外周面２０ａに相当）と、内周面２２ｂ（可撓性外歯歯車２０の内周面２０ｂに相当）とを有している。外歯２１は、円筒部２２の外周面２２ａにおいて、一方の軸方向端部２４から開口端部２５まで延びている。すなわち、外歯２１は、円筒部２２の軸方向Ｘの全長にわたって円筒部２２の外周面２２ａに配置されている。また、一方の軸方向端部２４の周縁部は、Ｃ面状又はＲ面状に面取りされている。

図３は、可撓性外歯歯車２０及び波動発生器３０の要部の概略拡大断面図である。図３に示すように、可撓性外歯歯車２０において、外歯２１と周方向に隣接する歯溝Ｇの溝底面ＧＢが、軸方向Ｘのクラウニング形状を有している。
具体的には、溝底面ＧＢは、軸方向Ｘの中間部に配置されて軸方向Ｘにストレートに延びる非クラウニング領域である大径のストレート領域ＧＢ０と、軸方向Ｘに関してストレート領域ＧＢ０を挟んで配置されるクラウニング領域である第１傾斜領域ＧＢ１及び第２傾斜領域ＧＢ２とを含む、台形状に形成されている。

第１傾斜領域ＧＢ１は、ストレート領域ＧＢ０から開口端部２５側に向かって小径となるように傾斜している。第２傾斜領域ＧＢ２は、ストレート領域ＧＢ０から一方の軸方向端部２４側に向かって小径となるように傾斜している。
前記クラウニング形状があることで、可撓性外歯歯車２０の開口端部２５側が拡径されるように変形された状態でも、可撓性外歯歯車２０の外歯２１が、剛性内歯歯車１０の内歯１１に対して適正に接触され得る。

図２に示すように、フランジ部２３は、円筒部２２の一方の軸方向端部２４から径方向の内側に延びる。フランジ部２３には、図示しない出力軸が取り付けられる。外歯２１の歯数は、内歯１１の歯数よりも少なくされている。外歯２１の歯数と内歯１１の歯数との差（歯数差）は、例えば２である。
可撓性外歯歯車２０は、図１に示すように弾性変形することで、楕円形に撓むことができる。そして、楕円形の長軸の両端部分Ｐ１において、外歯２１と内歯１１とが噛み合った状態となり、楕円形の短軸の両端部分Ｐ２で、外歯２１と内歯１１とが離隔した状態となる。

図１および図２に示すように、波動発生器３０は、可撓性外歯歯車２０の円筒部２２の径方向の内側に配置されている。波動発生器３０は、非円形カムとしての楕円カム４０と、可撓性軸受５０とを含む。可撓性軸受５０は、可撓性を有し円筒部２２の径方向の内側に配置されている。楕円カム４０は、可撓性軸受５０の径方向の内側に配置されている。すなわち、楕円カム４０に、可撓性軸受５０が外嵌され、可撓性軸受５０に、可撓性外歯歯車２０の円筒部２２が外嵌されている。

可撓性軸受５０は、楕円カム４０の外周面４０ａに外嵌された内輪６０と、可撓性外歯歯車２０の円筒部２２に内嵌された外輪７０と、内輪６０と外輪７０との間に介在する複数のボール８０と、リテーナ９０とを含む。ボール８０は、内輪６０の外周に形成された外周軌道溝６６と外輪７０の内周に形成された内周軌道溝７６との間に介在している。ボール８０は、リテーナ９０によって互いに離隔された状態で、内輪６０と外輪７０の間に、自転及び公転可能に挟持されている。

外輪７０は、外周面７０ａと、内周面７０ｂと、第１軸方向端部７１と、第２軸方向端部７２とを含む。外輪７０の外周面７０ａは、軸方向Ｘの中央部に配置された円筒面部７３と、第１軸方向端部７１に配置された第１面取り状部７４と、第２軸方向端部７２に配置された第２面取り状部７５とを含む。
第１軸方向端部７１は、可撓性外歯歯車２０の開口端部２５の径方向内側に配置されている。第１面取り状部７４は、第１軸方向端部７１における外周面７０ａにおいて、第１軸方向端部７１の端面７１ａ側に向かって小径となる面取り状部である。第２軸方向端部７２は、第２軸方向端部７２における外周面７０ａにおいて、第２軸方向端部７２の端面７２ａ側に向かって小径となる面取り状部である。

円筒面部７３と第１面取り状部７４とは、可撓性外歯歯車２０の歯溝Ｇの溝底面ＧＢの第１傾斜領域ＧＢ１の径方向内側に配置されている。
可撓性外歯歯車２０は、円筒部２２の開口端部２５における内周面２２ｂに設けられ、外輪７０の第１面取り状部７４側に向けて突出する突出部２６を含む。突出部２６は、開口端部２５における内周面２２ｂの全周に設けられている。突出部２６は、開口端部２５の端面２５ａ側に向かって小径となる傾斜状に縮径されている。

突出部２６は、可撓性外歯歯車２０の円筒部２２からの外輪７０の抜けを規制する機能を果たす。具体的には、突出部２６は、通常時は、第１面取り状部７４から離隔しており、外輪７０の抜けを規制するときに、第１面取り状部７４と軸方向Ｘに係合するように構成されている。
可撓性軸受５０の内輪６０および外輪７０は、楕円カム４０に嵌合されていない状態では真円形状になる。楕円カム４０の楕円の長径は、真円時の内輪６０の内径より大きく設定され、楕円カム４０の楕円の短径は、真円時の内輪６０の内径より小さく設定されている。

このため、図１に示すように、内輪６０の径方向の内側に配置された楕円カム４０は、その長径部の２箇所（図２では上下２箇所）で内輪６０を径方向の外側に押圧して内輪６０を楕円形に弾性変形させる。外輪７０は、ボール８０を介して内輪６０により楕円形に弾性変形される。楕円形に弾性変形された内輪６０及び外輪７０は、楕円カム４０が回転することに伴って楕円形の長径部となる箇所が周方向に変位する。

すなわち、波動発生器３０は、可撓性外歯歯車２０の周方向において１８０度位相が異なる２箇所を外周側に向けて押圧し（図１において黒塗り矢符を参照）、可撓性外歯歯車２０を楕円形に弾性変形させることにより、可撓性外歯歯車２０のなす楕円形の長軸の両端部分Ｐ１の外歯２１を内歯１１に噛合させる。
そして、波動発生器３０の回転に伴って、可撓性外歯歯車２０と剛性内歯歯車１０との噛み合わせ位置が周方向に移動する。これにより、外歯２１と内歯１１の歯数差に応じた相対回転が、可撓性外歯歯車２０と剛性内歯歯車１０との間に発生する。

本実施形態によれば、可撓性外歯歯車２０の開口端部２５の内周面２０ｂに設けられた突出部２６が、波動発生器３０の可撓性軸受５０の外輪７０の第１軸方向端部７１の外周面７０ａに配置された第１面取り状部７４側に向けて突出している。このため、外輪７０が、第１軸方向端部７１の端面７１ａ側へ移動しようとすると、可撓性外歯歯車２０の突出部２６が、外輪７０の第１面取り状部７４に対して軸方向Ｘに係合することで、外輪７０を含む可撓性軸受５０の抜けが規制される。外輪７０に通例設けられる面取り状部７４，７５を用いることで、外輪７０に特殊な形状を付与する必要がなく、前記抜けを規制することができる。

また、突出部２６が、可撓性外歯歯車２０の開口端部２５の内周面２０ｂの全周に配置されている。このため、可撓性外歯歯車２０の開口端部２５において歯底側を全周にわたって肉厚を増加することができる。このため、拡径によって応力が高くなる傾向にある開口端部２５に発生する応力を低減することができる。
また、可撓性外歯歯車２０の突出部２６と外輪７０の第１面取り状部７４とが軸方向Ｘに係合される抜け規制時を除く通常時では、突出部２６と第１面取り状部７４との干渉が抑制される。このため、前記干渉に起因して可撓性外歯歯車２０の開口端部２５の応力が増加されることを抑制することができる。

また、可撓性外歯歯車２０が、開口端部２５を軸方向Ｘの一方のみに含む、いわゆるカップ型であり、回転時に、開口端部２５が最も引き伸ばされて引張応力が高くなる傾向にある。また、可撓性外歯歯車２０の歯溝Ｇの溝底面ＧＢが、開口端部２５側に向かって小径となるクラウニング形状（第１傾斜領域ＧＢ１）を有している。仮に、可撓性外歯歯車２０の開口端部２５の内周面２０ｂに、突出部２６を設けない場合、可撓性外歯歯車２０の開口端部２５において、歯溝Ｇの溝底面ＧＢと開口端部２５の内周面２０ｂとの間の部分Ｑの肉厚が薄くなるため、部分Ｑでの引張応力がさらに高くなる。これに対して、本実施形態では、開口端部２５の内周面２０ｂに突出部２６を設けて開口端部２５の部分Ｑの肉厚を増大し、引張応力を低減して寿命を向上することができる。

また、可撓性外歯歯車２０において外歯２１が円筒部２２の軸方向Ｘの全長に設けられているため、回転時に各外歯２１の歯面が受ける面圧を抑制することができる。このため、耐久性を向上することができる。また、可及的に、外歯２１の歯たけを低くすることが可能となり、小型化を達成することができる。
本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、可撓性外歯歯車２０は、いわゆるシルクハット型（フランジ部２３が円筒部２２から径方向外側に延びるタイプ）であってもよい。また、可撓性外歯歯車２０は、軸方向Ｘの一対の端部の双方が開口端部２５とされる、いわゆるパンケーキ型であってもよい。

また、歯溝Ｇの溝底面ＧＢにおいて、非クラウニング領域であるストレート領域ＧＢ０が無くされて、溝底面ＧＢの軸方向Ｘの全体にクラウニング（いわゆるフルクラウニング）が設けられてもよい。
また、突出部２６として、開口端部２５における内周面２０ｂの周方向に等間隔で離隔する複数の突出部が設けられてもよい。その他、本発明は、特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…波動歯車装置、１０…剛性内歯歯車、１０ｂ…内周面、１１…内歯、２０…可撓性外歯歯車、２０ａ…外周面、２０ｂ…内周面、２１…外歯、２５…開口端部、２６…突出部、３０…波動発生器、４０…楕円カム、４０ａ…外周面、５０…可撓性軸受、６０…内輪、７０…外輪、７０ａ…外周面、７１…第１軸方向端部、７１ａ…端面、７４…第１面取り状部、８０…ボール、Ｇ…歯溝、ＧＢ…溝底面、ＧＢ１…第１傾斜領域（クラウニング領域）、ＧＢ２…第２傾斜領域（クラウニング領域）、Ｘ…軸方向

Claims (4)

1. 内周面に複数の内歯を有する円筒状の剛性内歯歯車と、
   外周面に複数の外歯を有し軸方向の少なくとも一方に開口端部を有する円筒状の可撓性外歯歯車と、
   前記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楕円状に撓めて長径部分の外歯を前記剛性内歯歯車の内歯に対して噛合させて噛合位置を周方向に移動させる波動発生器と、を備え、
   前記波動発生器が、楕円カムと、可撓性軸受と、を含み、
   前記可撓性軸受が、前記楕円カムの外周面に設けられる可撓性の内輪と、前記可撓性外歯歯車の径方向内側に設けられる可撓性の外輪と、前記外輪と前記内輪との間に介在するボールと、を有し、
   前記外輪が、前記可撓性外歯歯車の前記開口端部の径方向内側に配置された軸方向端部と、前記軸方向端部の外周面に配置され前記軸方向端部の端面側に向かって小径となる面取り状部と、を含み、
   前記可撓性外歯歯車が、前記開口端部の内周面に配置され前記面取り状部側に向けて突出し前記外輪の抜けを規制する突出部を含む、波動歯車装置。
2. 請求項１に記載の波動歯車装置において、前記突出部が、前記開口端部の前記内周面の全周に設けられている、波動歯車装置。
3. 請求項１又は２に記載の波動歯車装置において、通常時に、前記突出部が、前記面取り状部から離隔しており、前記抜けの規制時に、前記突出部が、前記面取り状部と軸方向に係合するように構成されている、波動歯車装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の波動歯車装置において、前記可撓性外歯歯車が、前記開口端部を軸方向の一方のみに含み、
   前記可撓性外歯歯車の歯溝の溝底面が、前記開口端部側に向かって小径となるクラウニング形状を有している、波動歯車装置。

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