JP2000055147A - 波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波動歯車装置の可撓性外歯歯車の疲労強度を
高めると同時に脆性破壊が起きないようにすること。 【解決手段】 波動歯車装置１の可撓性外歯歯車３のダ
イヤフラム３２にはその両面から軟窒化処理が施され、
それぞれの窒化層深さはｄ１、ｄ２とされている。軟窒
化処理が施された部分の厚さｔに対して、窒化層深さの
合計（ｄ１＋ｄ２）を、４５パーセント以下に制御する
ことにより、ダイヤフラム３２の静的強度および疲労強
度を高めることができると同時に、脆性破壊による破断
が起きないようにすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脆性破壊による破
断の起きない可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】波動歯車装置は、そこに組み込まれてい
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、およびフラット型のものに分類できる。

【０００３】図１および図２には、カップ型の波動歯車
装置の代表的な例を示してある。これらの図に示すよう
に、カップ型の波動歯車装置１は、環状の剛性内歯歯車
２と、この内側に配置されたカップ形の可撓性外歯歯車
３と、この内側にはめ込まれた楕円形の波動発生器４と
を有している。カップ形の可撓性外歯歯車３は、円筒状
の胴部３１と、この胴部３１の一端に連続している外歯
３４が形成された円筒状歯部３０と、胴部３１の他端を
封鎖している環状のダイヤフラム３２と、このダイヤフ
ラム３２の中心に一体形成されているボス３３とを備え
ている。

【０００４】可撓性外歯歯車３は、波動発生器４によっ
て楕円形に撓められて、その楕円形状の長軸方向の両端
の部分の外歯３４が、内歯歯車２の内周面に形成した内
歯２１に噛み合っている。波動発生器４がモータ回転軸
等により回転すると、両歯車の噛み合い位置が円周方向
に移動する。内歯２１と外歯３４の歯数は２Ｎ（Ｎは正
の整数）だけ差があるので、この歯数差に応じた相対回
転が両歯車の間に発生する。一般的には、内歯歯車２の
側が固定されるので、カップ形の可撓性外歯歯車３の側
から、両歯車の歯数差に応じて大幅に減速された回転が
出力される。

【０００５】一方、図４には、シルクハット型の波動歯
車装置５の典型例を示してある。この図に示すように、
シルクハット型の波動歯車装置５では、その可撓性外歯
歯車５１が、円筒状の胴部５１１と、この胴部５１１の
一端に連続している外歯５１４が形成された円筒状歯部
５１１と、胴部５１１の他端開口縁から半径方向の外側
に広がっている環状のダイヤフラム５１２と、このダイ
ヤフラムの外周縁に一体形成された環状のボス５１３と
を備えたシルクハット形をしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、例えば、図
１、２に示すカップ型の波動歯車装置１においては、波
動発生器４によって可撓性外歯歯車３の開口端の部分で
ある外歯３４が形成されている円筒状歯部３０の部分は
繰り返し半径方向に撓められる。すなわち、図３に示す
ように、楕円形状の長軸側では半径方向の外側に撓めら
れ、短軸側では半径方向の内側に撓められる。これに伴
い、歯部３０に繋がっている円筒状胴部３１、この胴部
３１に繋がっているダイヤフラム３２の部分も繰り返し
変形する。このような歯部３０、胴部３１およびダイヤ
フラム３２の撓み動作、すなわち、コーニングが発生す
るので、これらの部分の疲労強度を高める必要がある。
特に、肉厚の薄い円筒状胴部３１およびダイヤフラム３
２の部分の疲労強度を高める必要がある。

【０００７】このことは、シルクハット型の波動歯車装
置におけるシルクハット形の可撓性外歯歯車５１につい
ても同様に当てはまる。すなわち、図５に示すようにシ
ルクハット形の可撓性外歯歯車５１は繰り返し撓められ
るので、円筒状胴部５１１、ダイヤフラム５１２の部分
の疲労強度を高める必要がある。

【０００８】ここで、鋼材の静的強度及び疲労強度を高
めるための一般的な表面硬化処理を可撓性外歯歯車３、
５１の円筒状胴部３１、５１１およびダイヤフラム３
２、５１２に適用すると、これらの部分の疲労強度自体
は増すものの、これらの部分の脆性が低下して、割れ等
が発生しやすくなる。特に、肉厚の薄い円筒状胴部３
１、５１１と、厚い円筒状歯部３０、５１０の境界部分
に割れが発生しやすくなるので、望ましくない。

【０００９】本発明の課題は、この点に鑑みて、脆性破
壊による破断を起こすことが無く、しかも疲労強度が高
い可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置を提案すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、環状の剛性内歯歯車と、この内側に配
置された可撓性外歯歯車と、この内側に配置された波動
発生器とを有し、前記可撓性外歯歯車が、半径方向に変
形可能な可撓性の筒状胴部と、この筒状胴部の一端に連
続している外歯が形成された筒状歯部と、前記筒状胴部
の他端に連続して半径方向に延びている環状のダイヤフ
ラムと、このダイヤフラムに連続しているボスとを備え
た構成となっている波動歯車装置において、前記ダイヤ
フラムおよび前記筒状胴部の両面に表面硬化処理を施す
ことにより、これらの部分の静的強度および疲労強度を
高めるようにすると共に、当該表面硬化処理による硬化
層深さの合計を、当該表面硬化処理が施されている部分
の厚さに対して４５パーセント以下の割合となるように
している。

【００１１】本発明者等の実験によれば、このように表
面硬化処理の硬化層深さを制御することにより、ダイヤ
フラムおよび円筒状胴部の静的強度および疲労強度を向
上させることができると共に、次のような特性が得られ
ることが確認された。すなわち、このように表面硬化処
理が施された部分では、脆性破壊よりも先に座屈が発生
するので、脆性破壊による破断が発生しない。

【００１２】ここで、前記表面硬化処理による硬化深さ
は、当該表面硬化処理が施されている部分の両面におい
て同一の深さとすることができる。

【００１３】また、前記表面硬化処理としては、軟窒化
またはレーザービーム焼き入れを採用することができ
る。

【００１４】一方、本発明を適用可能な前記可撓性外歯
歯車には、前記筒状胴部の他端から半径方向の内方に延
びる円環状の前記ダイヤフラムを備えたカップ形の可撓
性外歯歯車、および前記筒状胴部の他端から半径方向の
外方に延びる円環状の前記ダイヤフラムを備えたシルク
ハット形の可撓性外歯歯車が含まれる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１、２に示す（ピッチ円直径が
４インチの）カップ型の波動歯車装置１のカップ形の可
撓性外歯歯車３における円筒状胴部３１、ダイヤフラム
３２の両面に軟窒化を施した。

【００１６】図６に示すように、軟窒化処理を施したダ
イヤフラム３２の部分の全体厚さをｔ、その外側の表面
から形成した窒化層深さをｄ１、その内側の表面から形
成した窒化層深さをｄ２とし、実質的にｄ１＝ｄ２とな
る条件下で、窒化層深さ割合を変えて、その部分の破壊
強度の増加割合、および破壊形態（座屈破壊あるいは脆
性破壊）を測定した。

【００１７】図７は、この測定により得られた結果を示
すグラフである。このグラフの曲線Ａは一連の測定結果
をプロットしたものであり、窒化層割合を増加させる
と、それに伴って破壊トルク増加割合（軟窒化処理を施
さない場合の破壊トルクに対する増加割合）が増加す
る。ここで、窒化層割合が４５パーセント以下の場合に
は表面硬化処理部分は座屈破壊が優勢であるのに対し
て、この割合が４５パーセントを超えると、脆性破壊が
優勢となることが見出された。

【００１８】この知見に基づき、条件を変えて同様な測
定を行ったところ、同様な結果が得られた。すなわち、
図７において窒化層割合が４５パーセント以下の領域
（座屈領域）に入るように、窒化層割合を制御すると、
ダイヤフラムの疲労強度を向上できると共に、脆性破壊
も回避できることが確認された。４５パーセントを超え
る領域（脆性破壊領域）では、ダイヤフラムの疲労強度
は向上するものの、割れ等が発生するので、実用上では
好ましくない。

【００１９】次に、図４に示すシルクハット形の可撓性
外歯歯車５１に対する表面硬化処理の場合においても同
様な結果が得られることが確認された。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、波動
歯車装置の可撓性外歯歯車における円筒状胴部、ダイヤ
フラムの両面に形成する硬化層深さの合計を、その部分
の厚さの４５パーセント以下に制御するようにしてい
る。

【００２１】本発明による表面硬化処理が施された可撓
性外歯歯車によれば、その円筒状胴部およびダイヤフラ
ムの静的強度および疲労強度を高めることができる共
に、その部分が脆性破壊により破断することも回避でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能なカップ型の波動歯車装置の
概略断面構成図である。

【図２】図１の装置の概略正面図である。

【図３】図１の装置のカップ形の可撓性外歯歯車の撓み
状態の説明図である。

【図４】本発明を適用可能なシルクハット型の波動歯車
装置の概略断面構成図である。

【図５】図４の装置のシルクハット形の可撓性外歯歯車
の撓み状態の説明図である。

【図６】図１のカップ形の可撓性外歯歯車のダイヤフラ
ムに施こす窒化層の深さの割合を示すための説明図であ
る。

【図７】窒化層割合に対する破壊トルク増加割合及び破
壊形態を示すグラフである。

【符号の説明】

１ カップ型の波動歯車装置 ２ 内歯歯車 ２１ 内歯 ３ 可撓性外歯歯車 ４ 波動発生器 ３０ 歯部 ３１ 胴部 ３２ ダイヤフラム ３３ ボス ３４ 外歯 ５ シルクハット型の波動歯車装置 ５１０ 歯部 ５１１ 胴部 ５１２ ダイヤフラム ５１３ ボス ５１４ 外歯 ｔ 軟窒化処理が施されたダイヤフラムの部分の厚さ ｄ１ 外側表面からの窒化層深さ ｄ２ 内側表面からの窒化層深さ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状の剛性内歯歯車と、この内側に配置
   された可撓性外歯歯車と、この内側に配置された波動発
   生器とを有する波動歯車装置において、 前記可撓性外歯歯車は、半径方向に変形可能な可撓性の
   筒状胴部と、この筒状胴部の一端に連続している外歯が
   形成された筒状歯部と、前記筒状胴部の他端に連続して
   半径方向に延びている環状のダイヤフラムと、このダイ
   ヤフラムに連続しているボスとを備えており、 前記ダイヤフラムおよび前記筒状胴部の両面には表面硬
   化処理が施されており、 当該表面硬化処理による硬化層深さの合計は、当該表面
   硬化処理が施されている部分の厚さに対して４５パーセ
   ント以下の割合であることを特徴とする波動歯車装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記表面硬化処理による硬化深さは、当該表面硬化処理
   が程されている部分の両面において同一の深さであるこ
   とを特徴とする波動歯車装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記表面硬化処理は、軟窒化またはレーザービーム焼き
   入れであることを特徴とする波動歯車装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のうちのいずれかの項
   において、 前記可撓性外歯歯車は、前記筒状胴部の他端から半径方
   向の内方に延びる円環状の前記ダイヤフラムを備えたカ
   ップ形の可撓性外歯歯車であることを特徴とする波動歯
   車装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし３のうちのいずれかの項
   において、 前記可撓性外歯歯車は、前記筒状胴部の他端から半径方
   向の外方に延びる円環状の前記ダイヤフラムを備えたシ
   ルクハット形の可撓性外歯歯車であることを特徴とする
   波動歯車装置。