JP2011161596A5 - 揺動歯車の加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、揺動歯車の加工装置に関するものである。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、揺動歯車の加工装置として新しい加工装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、
凹歯と凸歯が周方向に連続して形成され、当該凹歯が相手歯車の凸歯に噛合することにより前記相手歯車との間で動力伝達可能な揺動歯車の加工装置であって、
前記加工装置は、
前記凹歯の加工前の前記揺動歯車である円盤状ワークに対して加工工具を相対的に移動可能な、相互に直交する３つの直動軸と１つの回転軸とを備え、
前記相手歯車と前記揺動歯車との間で動力を伝達する際における前記揺動歯車に対する前記相手歯車の凸歯の基準軸の相対動作軌跡を抽出し、抽出された前記相手歯車の凸歯の前記相対動作軌跡に基づいて前記加工工具により前記揺動歯車の凹歯を加工し、
前記基準軸は、前記相手歯車の凸歯の歯厚中心面と基準円錐面との交線に平行な軸である。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記相手歯車の凸歯の数と前記揺動歯車の凹歯の数が異なることである。
請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または２において、前記揺動歯車は、前記相手歯車の回転中心軸に対して交差する交差軸を中心として回転する歯車であることである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項３において、
前記相手歯車の凸歯の外周面における当該凸歯の基準軸直交方向の断面形状は、円弧状に形成され、
前記相手歯車と前記揺動歯車との間で動力を伝達する際における前記揺動歯車に対する前記相手歯車の凸歯の相対動作軌跡は、
前記相手歯車の凸歯の基準位置を、前記円盤状ワークの凹歯形成面に接する面に直交する方向に移動させる第一直動軸と、
前記相手歯車の凸歯の基準位置を、前記円盤状ワークの凹歯形成面に接する面上であって、前記揺動歯車の凹歯の歯溝方向に移動させる第二直動軸と、
前記相手歯車の凸歯の基準位置を、前記円盤状ワークの凹歯形成面に接する面上であって、前記第二直動軸に直交する方向に移動させる第三直動軸と、
前記相手歯車の凸歯の基準位置を前記第一直動軸の回りに回転させる第四回転軸と、
前記相手歯車の凸歯の基準位置を前記第三直動軸の回りに回転させる第五回転軸と、
前記揺動歯車の回転中心軸に一致し前記揺動歯車の回転位相を割り出す第六割出軸と、
により表わされ、
前記第五回転軸における前記相手歯車の凸歯の基準位置の動作を、前記第一直動軸と前記第二直動軸の動作に分解することにより、前記揺動歯車に対する前記相手歯車の凸歯の相対動作軌跡を前記３つの直動軸と前記１つの回転軸とにより表現することで、前記揺動歯車の凹歯の加工を行うことである。

請求項５に係る発明の特徴は、請求項４において、前記第四回転軸を前記第六割出軸に一致させることにより、前記３つの直動軸を前記第一直動軸、前記第二直動軸および前記第三直動軸に対応させ、前記１つの回転軸を前記第六割出軸に対応させて、前記揺動歯車の凹歯の加工を行うことである。

請求項７に係る発明の特徴は、請求項６において、前記円盤状工具の中心軸を前記揺動歯車の凹歯の歯溝方向にずらした複数箇所にて切り込む動作により、前記円盤状工具により前記相手歯車の凸歯を擬似的に表現して、前記揺動歯車の凹歯を前記円盤状工具にて加工することである。

請求項８に係る発明の特徴は、請求項７において、前記円盤状ワークおよび前記加工工具の少なくとも一方を移動させて加工シミュレーションを行うシミュレーション手段と、予め設定された理想形状モデルと前記加工シミュレーションの結果の形状とを比較して、前記円盤状工具の中心軸を前記揺動歯車の凹歯の歯溝方向にずらして切り込み動作の位置を算出する切り込み位置算出手段と、を備え、前記加工装置は、前記切り込み位置算出手段にて算出された切り込み動作の位置に基づいて、前記揺動歯車の凹歯の加工を行うことである。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、ＮＣ工作機械を用いて、揺動歯車の凹歯を加工することが可能となる。つまり、種々の形状の揺動歯車に対して、同一のＮＣ工作機械で加工することができる。具体的には、抽出された相手歯車の凸歯の相対動作軌跡に基づいてＮＣプログラムを生成し、当該ＮＣプログラムを用い用いることで加工工具により加工工程にて揺動歯車の凹歯を加工することができるようになる。このように、非常に容易に揺動歯車の凹歯を加工することができる。

そして、本発明の加工装置は、３つの直動軸と１つの回転軸のみで、揺動歯車の凹歯を加工することができる。ここで、３つの直動軸と１つの回転軸を有する加工装置としては、マシニングセンタや研削盤をベースにした工作機械を適用できる。つまり、本発明によれば、既存の工作機械を、揺動歯車の凹歯の加工装置として適用することができる。

請求項２に係る発明によれば、相手歯車の歯数と揺動歯車の歯数が異なるため、相手歯車と揺動歯車とが差動回転しながら動力伝達可能な構成となる。そして、両者の歯数が異なるため、揺動歯車の凹歯の形状が非常に複雑な形状となる。このような場合であっても、本発明を適用することで、確実に揺動歯車の凹歯を加工することができる。なお、相手歯車の歯数と揺動歯車の歯数が同一である場合、すなわち同じ回転数で回転しながら動力伝達する場合にも、本発明の加工方法を適用できることは言うまでもない。

ここで、相手歯車に対して交差軸を中心として回転する揺動歯車（以下、「交差軸を有する揺動歯車」とも称する）において、相手歯車と揺動歯車との噛み合い率は高くなる。そのため、小型化、高強度化および静粛性を図ることが可能となる。一方で、良好な歯当たりを実現するためには、非常に高い精度の歯面形状を形成する必要があり、歯面形状の加工が容易ではないという問題がある。これに対して、請求項３に係る発明によれば、交差軸を有する揺動歯車の凹歯を、容易にかつ高精度に形成することができる。その結果、本発明によれば、従来と同程度の精度にする場合には加工コストを低減することができる。

請求項４に係る発明によれば、３つの回転軸のうち第五回転軸の動作を省略することができる。また、請求項５に係る発明によれば、３つの回転軸のうち第四回転軸の動作を省略することができる。つまり、第四回転軸および第五回転軸の動作を省略することができることで、３つの直動軸と１つの回転軸（第六割出軸）の機械構成により、揺動歯車の凹歯を加工することができる。

請求項６に係る発明によれば、加工工具として円盤状工具を用いている。円盤状工具を用いることで、回転軸の動作を擬似的に表現することができるようになる。つまり、円盤状工具を用いることで、第五回転軸の動作を省略した場合であっても、揺動歯車の凹歯を高精度に加工することができるようになる。この円盤状工具としては、例えば、トロイダル砥石などが該当する。

請求項７に係る発明によれば、円盤状工具を用いて相手歯車の凸歯を擬似的に表現することができる。つまり、円盤状工具を用いて、確実に揺動歯車の凹歯を加工できる。さらに、円盤状工具を用いることで、工具剛性を高めることができ、高精度な加工が可能となる。ただし、円盤状工具を用いる場合には、加工に際して、円盤状工具の中心軸を揺動歯車の凹歯の歯溝方向にずらした複数箇所にて切り込む動作により、円盤状工具により相手歯車の凸歯を擬似的に表現することによって、揺動歯車の凹歯を円盤状工具にて加工することになる。

請求項８に係る発明によれば、理想形状モデルとシミュレーションモデルを比較によって得られた切り込み動作の位置に基づいて加工を行うことで、高精度な揺動歯車の凹歯を形成することができる。
請求項９に係る発明によれば、加工精度を許容値以内に確保しつつ、最短時間の加工条件を算出することができる。

第一実施形態の加工装置の斜視図である。 揺動型歯車装置の軸方向断面図である。（ａ）は凸歯ピンが固定軸本体および出力軸本体に対して別体に形成されている場合を示し、（ｂ）は凸歯ピンが固定軸本体および出力軸本体に対して一体に形成されている場合を示す。 凸歯ピン（凸歯）と揺動歯車の噛み合い部の拡大図であって、凸歯ピンの軸方向から見た図である。（ａ）は凸歯ピンが固定軸に対して別体形成されている場合を示し、（ｂ）は凸歯ピンが固定軸に対して一体形成されている場合を示す。 揺動凹歯の斜視図である。 （ａ）は、揺動凹歯を揺動歯車の径方向外方から見た図である。（ｂ）は、揺動凹歯を揺動歯車の回転中心軸方向から見た図である。 第一実施形態における処理を示すフローチャートである。 揺動歯車の揺動凹歯と凸歯ピン（凸歯）との相対的な動作を示す図である。（ａ１）は、凸歯ピンが揺動凹歯に噛み合う前の状態の両者の相対位置における揺動歯車の回転中心軸方向から見た図である。（ａ２）は、（ａ１）の右側から見た図である。（ｂ１）は、凸歯ピンが揺動凹歯に噛み合っている状態の両者の相対位置における揺動歯車の回転中心軸方向から見た図である。（ｂ２）は、（ｂ１）の右側から見た図である。（ｃ１）は、凸歯ピンが揺動凹歯に対して噛み合い状態から離れた時の状態の両者の相対位置における揺動歯車の回転中心軸方向から見た図である。（ｃ２）は、（ｃ１）の右側から見た図である。図５において、凸歯ピンの基準軸（凸歯ピンの長手方向の一点鎖線）および凸歯ピンの中心位置（黒丸）を示す。 （ａ）は、揺動歯車の回転中心軸方向から見た場合における、揺動歯車に対する凸歯ピンの基準軸および凸歯ピンの中心位置の動作軌跡を示す図である。（ｂ）揺動歯車の径方向から見た場合における、揺動歯車に対する凸歯ピンの基準軸および凸歯ピンの中心位置の動作軌跡を示す図である。丸の中の数字は、軸番号に一致する。 第四回転軸の動作を第六割出軸と第三直動軸に分解する場合の説明図である。つまり、凸歯ピンの中心位置を第三直動軸の上に移動させる場合の図である。 トロイダル砥石（円盤状工具）を示す図である。（ａ）は、トロイダル砥石を当該回転軸方向から見た図であり、（ｂ）は、径方向から見た図である。 第一直動軸と第二直動軸に平行な平面において、トロイダル砥石の回転軸の移動を示す図である。 必要とする工作機械の軸構成を説明する図である。（ａ）は第二直動軸および第三直動軸に平行な平面における工作機械の軸構成を示し、（ｂ）は、第一直動軸および第二直動軸に平行な平面における工作機械の軸構成を示す。丸の中の数字は、軸番号に一致する。 トロイダル砥石を揺動凹歯の歯溝方向に対して１箇所の切り込み位置にて切り込み動作を行った場合における揺動凹歯の加工形状を示す図である。（ａ）は、揺動歯車の回転中心軸方向から見た図であり、（ｂ）は、（ａ）の右側から見た図である。 トロイダル砥石を揺動凹歯の歯溝方向に対して３箇所の切り込み位置にて切り込み動作を行う場合の説明図である。 第二実施形態において、第四回転軸の動作を第六割出軸と第二直動軸に分解する場合の説明図である。つまり、凸歯ピンの中心位置を第二直動軸の上に移動させる場合の図である。 第三実施形態の加工装置の斜視図である。 第四実施形態の加工装置の斜視図である。 第六実施形態において、交差軸を有する揺動歯車により構成される動力伝達装置の断面図である。（ａ）は凸歯ピンが入力軸本体に対して別体に形成されている場合を示し、（ｂ）は凸歯ピンが入力軸本体に対して一体に形成されている場合を示す。 その他の変形態様における凸歯を示す図である。

以下、本発明の揺動歯車の加工装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。ここで、揺動歯車の回転中心軸と相手歯車の回転中心軸とが交差する場合における揺動歯車と相手歯車との関係を２組有するものが、揺動歯車装置となる。本実施形態においては、揺動型歯車装置の揺動歯車の加工装置を例に挙げて説明する。なお、以下の説明において、固定軸１２および出力軸１３が本発明の「相手歯車」に相当する。

揺動型歯車装置は、減速機として用いられ、非常に大きな減速比を得ることができる減速機として注目されている。この揺動型歯車装置は、図２（ａ）に示すように、主として、入力軸１１と、固定軸１２（本発明の「相手歯車」に相当）と、出力軸１３（本発明の「相手歯車」に相当）と、外輪１４と、内輪１５（本発明の「揺動歯車」に相当）と、転動体１６とを備えている。

内輪１５（本発明の「揺動歯車」に相当する）は、ほぼ円筒状に形成されている。この内輪１５の外周面には、転動面１５ａが形成されている。さらに、内輪１５の軸方向一方（図２（ａ）の右側）の端面には、周方向に等間隔に複数（Ｇ２）個の揺動凹歯１５ｂが形成されている。また、内輪１５の軸方向他方（図２（ａ）の左側）の端面には、周方向に等間隔に複数（Ｇ３）個の揺動凹歯１５ｃが形成されている。

また、揺動歯車１５は、相手歯車（固定軸１２または出力軸１３）に対して交差軸を中心として回転する揺動歯車である。このような構成であるため、両者の歯車の噛み合い率は高くなる。そのため、小型化、高強度化および静粛性を図ることが可能となる。一方で、良好な歯当たりを実現するためには、非常に高い精度の歯面形状を形成する必要があり、歯面形状の加工が容易ではないという問題がある。これに対して、本実施形態の加工方法を適用することにより、交差軸を有する揺動歯車１５の揺動凹歯１５ｂ、１５ｃを、容易にかつ高精度に形成することができる。その結果、従来と同程度の精度にする場合には加工コストを低減することができる。

＜第五実施形態＞
上記第一〜第四実施形態においては、揺動型歯車装置の揺動歯車を加工対象としての加工方法について説明した。揺動型歯車装置は、それぞれの回転中心軸が交差する揺動歯車と相手歯車との関係を２組有する構成である。このような揺動歯車と相手歯車との関係を１組有する構成からなる動力伝達装置について図１８（ａ）（ｂ）を参照して説明する。

出力軸１１５（本発明の「揺動歯車」に相当する）は、第一実施形態における内輪（揺動歯車）１５のうち一方の端面形状がほぼ共通する。つまり、出力軸１１５の軸方向一方（図１８（ａ）（ｂ）の左側）の端面には、周方向に等間隔に複数（Ｇ２）個の凹歯１１５ｂが形成されている。この出力軸１１５は、回転中心軸Ａに対して傾斜した回転中心軸Ｂを中心に回転可能となるように、軸受を介して図示しないハウジングに支持されている。そして、出力軸１１５の軸方向他方（図１８（ａ）（ｂ）の右側）は、他の動力伝達部材に連結される。

１１：入力軸、 １１ａ：傾斜面
１２：固定軸、 １２ａ：固定軸本体、 １２ｂ：凸歯ピン
１２Ｃ：ピン中心点、 １２Ｘ：基準軸
１３：出力軸、 １３ａ：出力軸本体、 １３ｂ：凸歯ピン
１４：外輪
１５：内輪（揺動歯車）、 １５ａ：転動面、 １５ｂ，１５ｃ：揺動凹歯
１５Ｘ：歯溝方向
１６：転動体
１４０，２４０，３５０：トロイダル砥石

Claims (12)

1. 凹歯と凸歯が周方向に連続して形成され、当該凹歯が相手歯車の凸歯に噛合することにより前記相手歯車との間で動力伝達可能な揺動歯車の加工装置であって、
   前記加工装置は、
   前記凹歯の加工前の前記揺動歯車である円盤状ワークに対して加工工具を相対的に移動可能な、相互に直交する３つの直動軸と１つの回転軸とを備え、
   前記相手歯車と前記揺動歯車との間で動力を伝達する際における前記揺動歯車に対する前記相手歯車の凸歯の基準軸の相対動作軌跡を抽出し、抽出された前記相手歯車の凸歯の前記相対動作軌跡に基づいて前記加工工具により前記揺動歯車の凹歯を加工し、
   前記基準軸は、前記相手歯車の凸歯の歯厚中心面と基準円錐面との交線に平行な軸であることを特徴とする揺動歯車の加工装置。
2. 請求項１において、
   前記相手歯車の凸歯の数と前記揺動歯車の凹歯の数が異なることを特徴とする揺動歯車の加工装置。
3. 請求項１または２において、
   前記揺動歯車は、前記相手歯車の回転中心軸に対して交差する交差軸を中心として回転する歯車であることを特徴とする揺動歯車の加工装置。
4. 請求項３において、
   前記相手歯車の凸歯の外周面における当該凸歯の基準軸直交方向の断面形状は、円弧状に形成され、
   前記相手歯車と前記揺動歯車との間で動力を伝達する際における前記揺動歯車に対する前記相手歯車の凸歯の相対動作軌跡は、
   前記相手歯車の凸歯の基準位置を、前記円盤状ワークの凹歯形成面に接する面に直交する方向に移動させる第一直動軸と、
   前記相手歯車の凸歯の基準位置を、前記円盤状ワークの凹歯形成面に接する面上であって、前記揺動歯車の凹歯の歯溝方向に移動させる第二直動軸と、
   前記相手歯車の凸歯の基準位置を、前記円盤状ワークの凹歯形成面に接する面上であって、前記第二直動軸に直交する方向に移動させる第三直動軸と、
   前記相手歯車の凸歯の基準位置を前記第一直動軸の回りに回転させる第四回転軸と、
   前記相手歯車の凸歯の基準位置を前記第三直動軸の回りに回転させる第五回転軸と、
   前記揺動歯車の回転中心軸に一致し前記揺動歯車の回転位相を割り出す第六割出軸と、
   により表わされ、
   前記第五回転軸における前記相手歯車の凸歯の基準位置の動作を、前記第一直動軸と前記第二直動軸の動作に分解することにより、前記揺動歯車に対する前記相手歯車の凸歯の相対動作軌跡を前記３つの直動軸と前記１つの回転軸とにより表現することで、前記揺動歯車の凹歯の加工を行うことを特徴とする揺動歯車の加工装置。
5. 請求項４において、
   前記第四回転軸を前記第六割出軸に一致させることにより、前記３つの直動軸を前記第一直動軸、前記第二直動軸および前記第三直動軸に対応させ、前記１つの回転軸を前記第六割出軸に対応させて、前記揺動歯車の凹歯の加工を行うことを特徴とする揺動歯車の加工装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項において、
   前記相手歯車は、前記凸歯を一体形成する相手歯車本体、または、前記凸歯と別体形成され前記凸歯を支持する前記相手歯車本体を備え、
   前記相手歯車の凸歯の外周面における当該凸歯の基準軸直交方向の断面形状は、円弧状に形成され、
   前記加工工具は、円盤状工具であることを特徴とする揺動歯車の加工装置。
7. 請求項６において、
   前記円盤状工具の中心軸を前記揺動歯車の凹歯の歯溝方向にずらした複数箇所にて切り込む動作により、前記円盤状工具により前記相手歯車の凸歯を擬似的に表現して、前記揺動歯車の凹歯を前記円盤状工具にて加工することを特徴とする揺動歯車の加工装置。
8. 請求項７において、
   前記円盤状ワークおよび前記加工工具の少なくとも一方を移動させて加工シミュレーションを行うシミュレーション手段と、
   予め設定された理想形状モデルと、前記加工シミュレーションの結果の形状とを比較して、前記円盤状工具の中心軸を前記揺動歯車の凹歯の歯溝方向にずらして切り込み動作の位置を算出する切り込み位置算出手段と、
   を備え、
   前記加工装置は、前記切り込み位置算出手段にて算出された切り込み動作の位置に基づいて、前記揺動歯車の凹歯の加工を行うことを特徴とする揺動歯車の加工装置。
9. 請求項８において、
   前記切り込み位置算出手段は、前記加工シミュレーションの結果の形状と前記理想形状モデルとの誤差が設定された許容値以内にしつつ、加工時間が最も短くなるような前記切り込み動作の位置を算出することを特徴とする揺動歯車の加工装置。
10. 請求項１〜９の何れか一項において、
    前記円盤状ワークを保持するワーク保持部を、前記３つの直動軸のうち何れか１つと、前記１つの回転軸とに動作させるワーク動作手段と、
    前記加工工具を、前記３つの直動軸のうち残りの２つに動作させる工具動作手段と、
    を備え、
    前記ワーク動作手段が動作させる１つの前記直動軸は、ベッドの上面にて前記ワーク保持部を水平方向に動作させる軸であることを特徴とする揺動歯車の加工装置。
11. 請求項１〜９の何れか一項において、
    前記円盤状ワークを保持するワーク保持部を、前記３つの直動軸のうち何れか１つと、前記１つの回転軸とに動作させるワーク動作手段と、
    前記加工工具を、前記３つの直動軸のうち残りの２つに動作させる工具動作手段と、
    を備え、
    前記ワーク動作手段が動作させる１つの前記直動軸は、ベッドの上面にて前記ワーク保持部を鉛直方向に動作させる軸であることを特徴とする揺動歯車の加工装置。
12. 請求項１〜９の何れか一項において、
    前記円盤状ワークを保持するワーク保持部を、前記１つの回転軸に動作させるワーク動作手段と、
    前記加工工具を、前記３つの直動軸に動作させる工具動作手段と、
    を備えることを特徴とする揺動歯車の加工装置。