JP2016196895A - フラット型波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波動発生器による可撓性外歯歯車の支持剛性を高めることのできるフラット型波動歯車装置を提供すること。【解決手段】フラット型波動歯車装置の波動発生器５は、楕円状輪郭の外周面６ａを備えた剛性プラグ６と、外周面６ａに装着されて楕円状に撓められているボールベアリング７とを備えている。ボールベアリング７の外輪１０の幅寸法Ｗ（１０）は、外歯４ａの歯筋方向の幅寸法Ｗ（４ａ）に対して、６０％から１００％の範囲内の値に設定されている。ボールベアリング７のボール中心Ｏ（９）に、外輪１０の幅方向の中心および外歯４ａの歯筋方向の中心が位置している。【選択図】図２

Description

本発明はフラット型波動歯車装置に関する。

波動歯車装置としては、特許文献１、２に記載されたフラット型波動歯車装置が知られている。フラット型波動歯車装置では、同軸状に並列配置された２個の剛性内歯歯車の内側に円筒状の可撓性外歯歯車が配置されている。可撓性外歯歯車は、その内側に装着した楕円状輪郭の波動発生器によって楕円状に撓められ、その楕円形状の長軸両端において双方の剛性内歯歯車にかみ合っている。

可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて剛性内歯歯車にかみ合わせている波動発生器は、一般に、楕円状輪郭の外周面を備えた剛性プラグと、この外周面に装着したボールベアリングとから構成される。楕円状に撓められているボールベアリングの外輪の外周面の長軸両端の部分によって、可撓性外歯歯車が半径方向の外方に押されて、剛性内歯歯車に対するかみ合いが保持される。

特開２００８−１８０２５９号公報 特開２００９−１５６４６１号公報

このように、波動発生器によって可撓性外歯歯車は楕円状に保持されて剛性内歯歯車にかみ合う。従って、薄肉弾性体の可撓性外歯歯車と剛性内歯歯車とのかみ合い状態、特に、それらの歯筋方向のかみ合い状態は、波動発生器の支持剛性に左右される。波動発生器の支持剛性を高めるためには、楕円状輪郭の剛性プラグの剛性を十分に高める必要がある。また、可撓性外歯歯車の歯底疲労強度を上げるためには、歯幅方向における外歯の歯面荷重分布を均一化して、その最大歯面荷重を下げることが必要である。

剛性プラグと可撓性外歯歯車の間には、相対回転できるようにボールベアリングが装着されている。可撓性外歯歯車は、ボールベアリングを介して、剛性プラグによって楕円状に撓められた状態に保持される。すなわち、ボールベアリングの内輪は剛性プラグの楕円状の外周面に直接に装着されて楕円状に撓められており、ボールベアリングの外輪は、ベアリングボールおよび内輪を介して、楕円状に撓められている。可撓性外歯歯車は、ボールベアリングの外輪によって直接に支持され、楕円状に撓められた状態に保持される。

したがって、波動発生器による可撓性外歯歯車の支持剛性を高め、また、外歯の歯幅方向の歯面荷重分布を均一にするためには、波動発生器のボールベアリングの外輪による可撓性外歯歯車の支持状態を適切に設定することが極めて有効である。

しかしながら、従来においては、この点については着目されていない。フラット型波動歯車装置において、波動発生器による可撓性外歯歯車の支持剛性が十分でなく、ボールベアリング外輪による可撓性外歯歯車の支持状態が適切でないと、歯面荷重分布の均一化を図ることができず、可撓性外歯歯車の歯底疲労強度が低下する。また、高負荷トルク時あるいは高回転時において、ラチェティングが発生するおそれもある。波動歯車装置におけるラチェティングとは、高負荷トルクでの回転時に、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車の間
のかみ合い状態にある歯に滑りが発生して、相互にずれてしまい、正常なかみ合いを形成できない現象を言う。

本発明の課題は、波動発生器によって可撓性外歯歯車を適切な状態で支持可能なフラット型波動歯車装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のフラット型波動歯車装置は、
第１剛性内歯歯車と、
前記第１剛性内歯歯車に同軸に並列配置した第２剛性内歯歯車と、
前記第１、第２剛性内歯歯車の内側に配置され、前記第１、第２剛性内歯歯車にかみ合い可能な可撓性外歯歯車と、
前記可撓性外歯歯車の内側に装着され、当該可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて前記剛性内歯歯車に対して部分的にかみ合わせている波動発生器と、
を有し、
前記可撓性外歯歯車は、半径方向に撓み可能な円筒と、前記円筒の外周面に形成された外歯とを備え、
前記波動発生器は、楕円状輪郭の外周面を備えた剛性プラグと、前記剛性プラグの前記外周面に装着されて楕円状に撓められているボールベアリングとを備え、
前記ボールベアリングの外輪の幅寸法は、前記外歯の歯筋方向の幅寸法に対して、６０％から１００％の範囲内の値に設定されており、
前記ボールベアリングのボール中心に、前記外輪の幅方向の中心および前記外歯の歯筋方向の中心が位置していることを特徴としている。

従来における波動発生器のボールベアリングの場合には、可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて剛性内歯歯車にかみ合わせる力（かみ合わせ力）が、可撓性外歯歯車における幅方向の中心部分の狭い領域に集中する。フラット型波動歯車装置では、可撓性外歯歯車が、並列配置された２個の剛性内歯歯車にかみ合っているので、外歯の歯幅が広い。よって、従来の波動発生器では、広幅の可撓性外歯歯車を、歯幅方向の全体において均一に支持できず、支持剛性が不足し、歯幅方向の歯面荷重分布の均一化を図ることができない。

これに対して、本発明の場合には、可撓性外歯歯車に直接に接触しているボールベアリングの外輪の幅を、歯幅の６０％から１００％までの範囲内の値に設定している。これにより、可撓性外歯歯車の歯幅方向の各部分を、均一で十分な力で、剛性内歯歯車の側に押し付けて、確実なかみ合い状態を形成できる。この結果、可撓性外歯歯車の歯幅方向の歯面荷重の均一化を達成でき、これにより、可撓性外歯歯車の歯底疲労強度を高めることができる。また、フラット型波動歯車装置におけるラチェティングが発生する負荷トルクを高めることも可能である。

ここで、波動発生器のボールベアリングの内輪の幅は、一般的には、剛性プラグの幅に対応して設定され、外輪よりも狭い寸法に設定される。

本発明を適用したフラット型波動歯車装置の概略縦断面図である。 図１のフラット型波動歯車装置における各部の寸法の関係を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したフラット型波動歯車装置の実施の形態を説明する。図１に示すように、フラット型波動歯車装置１は、同軸状に配列配置された第１剛性内歯歯車２および第２剛性内歯歯車３と、これらの歯車２、３の内側に同軸に配置さ
れた円筒状の可撓性外歯歯車４と、この歯車４の内側に装着した波動発生器５とを備えている。

可撓性外歯歯車４は、楕円状輪郭の波動発生器５によって楕円状に撓められ、その楕円形状の長軸両端に位置する外歯４ａが、双方の第１、第２剛性内歯歯車２、３の内歯２ａ、３ａにかみ合っている。第２剛性内歯歯車３は可撓性外歯歯車４と同一の歯数を有している。これらの歯車３、４に対して、第１剛性内歯歯車２は、２ｎ枚（ｎ：正の整数）だけ多い歯数、例えば２枚多い歯数を有している。

例えば、歯数の多い第１剛性内歯歯車２を回転しないように固定される。波動発生器５を回転すると、第１、第２剛性内歯歯車２、３と可撓性外歯歯車４との間のかみ合い位置が円周方向に移動する。これにより、波動発生器１回転当り、歯数の多い第１剛性内歯歯車２に対して、歯数の少ない可撓性外歯歯車４が歯数差に応じた分だけ相対回転する。この回転が、可撓性外歯歯車４と一体回転する同一歯数の第２剛性内歯歯車３から不図示の負荷部材の側に出力される。

波動発生器５は、楕円状輪郭の外周面６ａを備えた剛性プラグ６と、この外周面６ａに装着したボールベアリング７とから構成される。ボールベアリング７の外輪１０は、楕円状の外周面６ａに嵌められて楕円状に撓められている。ベアリングボール９を挟み、楕円状に撓められているボールベアリング７の外輪１０は、その長軸両端の外周面部分によって、可撓性外歯歯車４を半径方向の外方に押している。これにより、可撓性外歯歯車４と第１、第２剛性内歯歯車２、３とのかみ合いが保持される。

図２は、可撓性外歯歯車４の外歯４ａおよびボールベアリング７の各部の寸法関係および位置関係を示す説明図である。可撓性外歯歯車４の外歯４ａの歯筋方向の長さ寸法である歯幅寸法をＷ（４ａ）とし、外輪１０の中心軸線１ａの方向の外輪幅寸法をＷ（１０）とする。本例では、外輪幅Ｗ（１０）を歯幅Ｗ（４ａ）の６０％〜１００％の範囲内の値に設定してある。また、ボール９の中心に、外輪１０の幅方向の中心位置および外歯４ａの歯筋方向の中心が一致するように、これらの部位９、１０、４ａが配置されている。また、内輪８の幅寸法をＷ（８）とすると、内輪幅寸法Ｗ（８）は外輪幅寸法Ｗ（１０）よりも小さい。

フラット型波動歯車装置において一般的に使用されている波動発生器のボールベアリングの外輪幅は、外歯の歯幅の５０％程度と狭い。本発明では幅広の外輪１０をもつ波動発生器５を使用している。これにより、外輪１０による可撓性外歯歯車４の支持剛性を全体として高めることができる。

また、波動発生器５のベアリングボール９の中心位置は、歯面荷重を分担する歯の歯筋方向の領域を左右する。この歯面荷重を分担する歯筋方向の領域は、歯底強度だけではなく、可撓性外歯歯車４のねじれ剛性にも影響を及ぼす。本例では、ベアリングボール９の中心に、幅方向の中心が位置するように外輪１０を配置し、また、歯筋方向の中心が位置するように外歯４ａを配置してある。よって、歯筋方向における外歯４ａの歯面荷重の分布を均一化でき、歯底疲労強度を高め、また、可撓性外歯歯車４のねじれ剛性も高めることができる。

さらに、可撓性外歯歯車４と、第１、第２剛性内歯歯車２、３との間における歯筋方向のかみ合いの改善も期待できる。すなわち、可撓性外歯歯車４と第１、第２剛性内歯歯車２、３との間のかみ合い部分において、歯のねじれが小さくなり、歯先干渉が起こりにくくなり、ラチェティング負荷トルクの向上が期待できる。

１ 波動歯車装置
２ 第１剛性内歯歯車
２ａ 内歯
３ 第２剛性内歯歯車
３ａ 内歯
４ 可撓性外歯歯車
４ａ 外歯
５ 波動発生器
６ 剛性プラグ
６ａ 外周面
７ ボールベアリング
８ 内輪
９ ベアリングボール
１０ 外輪
Ｗ（４ａ） 外歯の歯筋方向の幅
Ｗ（１０） 外輪の幅
Ｏ（９） ボール中心

Claims (2)

1. 第１剛性内歯歯車と、
   前記第１剛性内歯歯車に同軸に並列配置した第２剛性内歯歯車と、
   前記第１、第２剛性内歯歯車の内側に配置され、前記第１、第２剛性内歯歯車にかみ合い可能な可撓性外歯歯車と、
   前記可撓性外歯歯車の内側に装着され、当該可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて前記剛性内歯歯車に対して部分的にかみ合わせている波動発生器と、
   を有し、
   前記可撓性外歯歯車は、半径方向に撓み可能な円筒と、前記円筒の外周面に形成された外歯とを備え、
   前記波動発生器は、楕円状輪郭の外周面を備えた剛性プラグと、前記剛性プラグの外周面に装着されて楕円状に撓められているボールベアリングとを備え、
   前記ボールベアリングの外輪の幅寸法は、前記外歯の歯筋方向の幅寸法に対して、６０％から１００％の範囲内の値に設定されていることを特徴とするフラット型波動歯車装置。
2. 前記ボールベアリングの内輪の幅寸法は、前記外輪の幅寸法よりも小さい請求項１に記載のフラット型波動歯車装置。

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