JP2005036937A - 波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 剛性内歯歯車用のピニオンカッタの寿命、強度を低下させることなく、しかも、可撓性外歯歯車の疲労強度を低下させることなく、高減速比の波動歯車装置のラチェッティングトルクを向上させることのできる波動歯車装置の歯形を提案すること。
【解決手段】 波動歯車装置１は、剛性内歯歯車２と可撓性外歯歯車３と波動発生器４とを有している。剛性内歯歯車２および可撓性外歯歯車３の基本歯形はそれぞれ基準ラック歯形曲線Ｃ１に基づき形成されている。これらの歯形における歯元側の部分は、基準ラック歯形曲線Ｃ１の基準圧力角α１よりも小さな圧力角α２、α３を有する曲線Ｃ２、Ｃ３により規定されている。歯丈を高くし、歯溝歯幅比を変えて歯幅を大きくしても、歯元の幅の増加を抑制できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は高減速比の波動歯車装置に関し、特に、ラチェッティングトルクを高めるのに有利な高歯丈歯形の波動歯車装置に関するものである。

波動歯車装置の歯形として、下記の特許文献１においてインボリュート曲線歯形を利用可能なことが提案されて以来、歯切り加工が容易な基準ラック歯形（インボリュート曲線歯形）がその基本歯形として広く採用されている。図２には、波動歯車装置の円環状の剛性内歯歯車および可撓性外歯歯車に採用されている基準ラック歯形の例を、従来Ｃ／Ｓ歯形および従来Ｆ／Ｓ歯形として、破線により示してある。この図から分かるように、基準ラック歯形では、歯車の噛み合い領域を規定している部分から歯元および歯先に向かうに伴って圧力角が増加している。

ここで、高減速比の波動歯車装置では歯のモジュールが小さくなり、それに伴って歯丈も小さくなるので、ラチェッティングトルクが低下してしまう。ラチェッティングトルクを低下させることなく高減速比の波動歯車装置を実現するために、歯丈を伸ばした歯形を採用することが考えられる。しかし、歯丈を伸ばすためには、剛性内歯歯車用のピニオンカッタとして歯先が尖ったものを使用する必要があり、ピニオンカッタの寿命、強度が低下するという新たな弊害が発生する。この対策として、両歯車の歯形における歯幅歯溝比を変え、歯幅を大きくすることが考えられる。しかしながら、歯幅を大きくすると、歯元部分に曲げ応力が集中し、特に、可撓性外歯歯車の疲労強度が低下してしまう。
特公昭４５−４１１７１号公報

本発明の課題は、剛性内歯歯車用のピニオンカッタの寿命、強度を低下させることなく、しかも、可撓性外歯歯車の疲労強度を低下させることなく、高減速比の波動歯車装置のラチェッティングトルクを向上させることのできる波動歯車装置の歯形形状を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の波動歯車装置は、
円環状の剛性内歯歯車と、
前記剛性内歯歯車の内側に同軸状態に配置された可撓性外歯歯車と、
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部分的に噛み合わせると共に、両歯車の噛み合い位置を円周方向に移動させるための波動発生器とを有し、
前記剛性内歯歯車および前記可撓性外歯歯車の歯形形状はそれぞれ基準ラック歯形曲線を基本としており、
少なくとも一方の歯車の歯形における歯元側の部分の形状は、前記基準ラック歯形の基準圧力角よりも小さな圧力角を有する形状となるように修正されていることを特徴としている。

また、本発明は波動歯車装置の前記剛性内歯歯車に関するものであり、その歯形形状が基準ラック歯形曲線を基本としており、その歯元側の部分の形状が基準圧力角よりも小さな圧力角を有する形状となるように修正されていることを特徴としている。

さらに、本発明は波動歯車装置の剛性内歯歯車に関するものであり、その歯形形状が基準ラック歯形曲線を基本としており、その歯元側の部分の形状が基準圧力角よりも小さな圧力角を有する形状となるように修正されていることを特徴としている。

本発明の波動歯車装置の剛性内歯歯車および／または可撓性外歯歯車では、それらの歯形が基準ラック歯形を基本として形成され、その歯元側の部分の圧力角が基準圧力角よりも小さくなるように、当該歯元側の部分の歯形形状に修正が施されている。このように歯形形状を設定すると、ラチェッティングトルクを高めるためにその歯丈を大きくし、ピニオンカッタの寿命、強度の低下を抑制するためにその歯幅を大きくした場合に、歯元の幅の増加を小さく抑えることができる。この結果、歯元部分への応力集中を緩和することができ、可撓性外歯歯車の疲労強度の低下を防止できる。よって、本発明によれば、剛性内歯歯車のピニオンカッタの寿命、強度を低下させることなく、しかも、可撓性外歯歯車の疲労強度を低下させることなく、高減速比の波動歯車装置の歯形として高歯丈歯形を採用できる。これにより、高減速比の波動歯車装置のラチェッティングトルクを高めることができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した波動歯車装置の実施の形態を説明する。

図１（ａ）は波動歯車装置の断面図であり、図１（ｂ）は当該波動歯車装置の歯車の噛み合い状態を示す説明図である。波動歯車装置１は、円環状の剛性内歯歯車２と、この内側の同軸状態に配置された可撓性外歯歯車３と、この内側に嵌めた波動発生器４とを備えている。可撓性外歯歯車３はカップ形状をしており、円筒状の胴部３１と、その一端から半径方向の内側に延びている円環状ダイヤフラム３２と、円環状ダイヤフラム３２の内周縁に連続している円盤状ボス３３とを備えており、胴部３１の開口端側の外周面部分に外歯３４が形成されている。

波動発生器４は、楕円形輪郭の剛性カム４１と、この剛性カム４１の外周面に嵌めた可撓性の軌道輪を備えたウエーブベアリング４２とを備えている。図１（ｂ）に示すように、波動発生器４によって可撓性外歯歯車３の胴部３１における開口端側の部分が楕円形に撓められ、外歯３４における楕円形の長軸方向の両端に位置している部分が、剛性内歯歯車２の内歯２４に噛み合っている。

一般に、剛性内歯歯車２が不図示の固定側部材に固定され、波動発生器４がモータなどによって回転駆動される。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する。両歯車の歯数差は２ｎ枚（ｎは正の整数）とされており、この歯数差により、波動発生器４の回転に対して大幅に減速された相対回転が両歯車の間に発生する。剛性内歯歯車２が固定されているので、可撓性外歯歯車３が回転し、そこに接続された不図示の負荷側に回転が伝達される。

図２には、剛性内歯歯車２の内歯２４および可撓性外歯歯車３の外歯３４の歯形形状（Ｃ／Ｓ歯形およびＦ／Ｓ歯形）を実線により示してある。これらの歯形形状は基準ラック歯形曲線Ｃ１を基本として形成されており、それらの基準ピッチ線における基準圧力角はα１である。剛性内歯歯車２の歯形形状は、基準ラック歯形曲線Ｃ１における歯元側の部分が基準圧力角α１よりも小さな圧力角α２となるように、曲線Ｃ２により規定されている。曲線Ｃ１、Ｃ２は点Ｐ２において滑らかに連続している。

可撓性外歯歯車３の歯形形状は、ピッチ点Ｐ１に対してほぼ回転対称の形状をしており、基準ラック歯形曲線Ｃ１と、歯元側の曲線Ｃ３とにより規定されており、これらの曲線Ｃ１、Ｃ３は点Ｐ３において滑らかに連続している。曲線Ｃ３における圧力角α３は基準圧力角α１よりも小さい。

このように、両歯車２、３の歯形形状は、それらの歯元側の圧力角が基準圧力角α１よりも小さい。したがって、歯丈を大きくし、また、歯溝歯幅比を変更して歯幅を大きくしても、歯元の幅の増加を抑制できる。

なお、上記の例は、カップ形状をした可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置に本発明を適用した場合のものである。可撓性外歯歯車がシルクハット形状のものや、円環状のものについても、本発明を同様に適用可能である。

本発明を適用可能な波動歯車装置の断面図およびその両歯車の噛み合い状態を示す説明図である。 本発明による歯形と、従来の基準ラック歯形を示す説明図である。

符号の説明

１ 波動歯車装置
２ 剛性内歯歯車
２４ 内歯
３ 可撓性外歯歯車
３４ 外歯
４ 波動発生器
Ｃ１ 基準ラック歯形曲線
Ｃ２、Ｃ３ 歯元部分の曲線
Ｐ１ ピッチ点
Ｐ２、Ｐ３ 点
α１ 基準圧力角
α２、α３ 歯元部分の圧力角

Claims (3)

1. 円環状の剛性内歯歯車と、
   前記剛性内歯歯車の内側に同軸状態に配置された可撓性外歯歯車と、
   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部分的に噛み合わせると共に、両歯車の噛み合い位置を円周方向に移動させるための波動発生器とを有し、
   前記剛性内歯歯車および前記可撓性外歯歯車の歯形形状はそれぞれ基準ラック歯形曲線を基本としており、
   少なくとも一方の歯車の歯形における歯元側の部分の形状は、前記基準ラック歯形の基準圧力角よりも小さな圧力角を有する形状となるように修正されている波動歯車装置。
2. 請求項１に記載の波動歯車装置の前記剛性内歯歯車であって、
   歯形形状は基準ラック歯形曲線を基本としており、その歯元側の部分の形状が基準圧力角よりも小さな圧力角を有する形状となるように修正されている波動歯車装置の剛性内歯歯車。
3. 請求項１に記載の波動歯車装置の前記可撓性外歯歯車であって、
   歯形形状は基準ランク歯形曲線を基本としており、その歯元側の部分の形状が基準圧力角よりも小さな圧力角を有する形状となるように修正されている波動歯車装置の可撓性外歯歯車。

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