JP2019019862A - 波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受から可撓性外歯歯車にかかる負荷を軽減する波動歯車装置を提供する。【解決手段】波動歯車装置は、中心軸を中心に回転する非真円カム４１と、非真円カムの外周面に装着され、非真円カムの回転に応じて、径方向の長さが周方向に変化する可撓性のボールベアリング４２と、軸方向に延びる筒状であって、軸方向の下側端部の内周面がボールベアリングの外周面に接し、下側端部の外周面に、一定のピッチで複数の外歯が周方向に沿って設けられた可撓性外歯歯車５と、可撓性外歯歯車の径方向外側に配置され、複数の外歯と異なる歯数の内歯を有し、可撓性外歯歯車と部分的に噛み合う内歯歯車３と、を備える。ボールベアリングの外周面と、可撓性外歯歯車の下側端部５０の内周面とは、面接触する。接触部分であって、ボールベアリングのボールと径方向に対向する位置には、空間５５が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、波動歯車装置に関する。

特許第５７３４１０２号公報には、入力回転を減速して負荷側に伝達する波動歯車装置が開示されている。当該公報に記載の波動歯車装置は、円環状の剛性内歯車と、剛性内歯車の内側に配置された可撓性外歯車と、可撓性外歯車の内側に嵌められた波動発生器とを備えている。可撓性外歯車は、波動発生器によって径方向にたわみが発生し、内歯車と部分的に噛み合う。そして、両歯車の歯数差に応じた相対回転により、入力回転を減速させている。
特許第５７３４１０２号公報

特許第５７３４１０２号公報の波動歯車装置において、波動発生器に径方向の撓みが発生することで、波動発生器のウエーブベアリングには、径方向外側に向かう応力が発生する。これにより、可撓性外歯車が、ウエーブベアリングのボールにより、径方向外側に向かって押圧される。そして、可撓性外歯車における、ボールにより押圧された部分には高い応力がかかり、可撓性外歯車は破壊されるおそれがある。

このような問題を鑑みて、本発明の目的は、軸受から可撓性外歯歯車にかかる負荷を軽減する波動歯車装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は波動歯車装置であって、上下に延びる中心軸を中心に回転する非真円カムと、前記非真円カムの外周面に装着され、前記非真円カムの回転に応じて、径方向の長さが周方向に変化する可撓性のボールベアリングと、軸方向に延びる筒状であって、軸方向の下側端部の内周面が前記ボールベアリングの外周面に接し、前記下側端部の外周面に、一定のピッチで複数の外歯が周方向に沿って設けられた可撓性外歯歯車と、前記可撓性外歯歯車の径方向外側に配置され、前記複数の外歯と異なる歯数の内歯を有し、前記可撓性外歯歯車と部分的に噛み合う内歯歯車と、を備え、前記ボールベアリングの外周面と、前記可撓性外歯歯車の前記下側端部の内周面とは、面接触し、前記ボールベアリングの外周面と、前記可撓性外歯歯車の前記下側端部の内周面との接触部分であって、前記ボールベアリングのボールと径方向に対向する位置には、空間が設けられている。

本発明によれば、ボールベアリングは、非真円カムにより径方向の長さが変化する。この変化において、径方向の長さが長くなるとき、ボールベアリングの外周面は、ボールベアリングのボールにより、径方向外側へ押圧され、湾曲する。この湾曲部分は、ボールベアリングと、可撓性外歯歯車との間に設けられた空間に、入り込む。このため、ボールベアリングからの応力は、可撓性外歯歯車へ伝達され難くい。その結果、ボールベアリングから可撓性外歯歯車への負荷が軽減され、可撓性外歯歯車の損傷を抑制できる。

図１は、本願の例示的な実施形態に係る波動歯車装置の断面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 図３は、可撓性外歯歯車と、内歯歯車との接触部分の拡大図である。 図４は、可撓性外歯歯車と、内歯歯車との接触部分の拡大図である。 図５は、別の例の波動歯車装置の断面図である。

以下、本願の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、波動歯車装置の中心軸と平行な方向を「軸方向」、波動歯車装置の中心軸に直交する方向を「径方向」、波動歯車装置の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、回転入力部に対して回転出力部側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本願に係る波動歯車装置の使用時の向きを限定する意図はない。

また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。

＜１．実施形態１＞
＜１．１．波動歯車装置の構成＞
図１は、本願の例示的な実施形態に係る波動歯車装置１００の断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。

波動歯車装置１００は、中心軸９を中心に回転する波動発生器４を備えている。波動発生器４は、非真円カム４１と、ボールベアリング４２とを有している。

非真円カム４１には、不図示の回転入力部が接続される。回転入力部は、例えば電動機から回転力が伝達されて、中心軸９を中心に周方向に回転する。非真円カム４１は、回転入力部から回転が伝達され、回転入力部と共に、中心軸９を中心に回転する。非真円カム４１は、軸方向から視て楕円形である。

ボールベアリング４２は、非真円カム４１の径方向外側に配置され、非真円カム４１の外周面に装着されている。ボールベアリング４２は、可撓性を有し、非真円カム４１に装着されると、軸方向から視て、非真円カム４１の外周面に沿った楕円形に撓む。

波動歯車装置１００は内歯歯車３を備えている。内歯歯車３は、中心軸９を囲む円筒状であって、軸方向から視て、真円形である。内歯歯車３は、ボールベアリング４２の径方向外側に配置されている。また、内歯歯車３は、例えば、波動歯車装置１００の不図示のカバーなどに、回転不可に固定されている。内歯歯車３の内周面には、複数の内歯３１が、一定のピッチで周方向に沿って設けられている。

波動歯車装置１００は可撓性外歯歯車５を備えている。可撓性外歯歯車５は、中心軸９を囲み、軸方向に延びる筒状部材である。可撓性外歯歯車５の軸方向の下側端部５０は、ボールベアリング４２と、内歯歯車３との間に配置されている。下側端部５０の内周面は、ボールベアリング４２の外周面と接している。下側端部５０の外周面には、内歯歯車３の複数の内歯３１と異なる歯数の複数の外歯５０１が、一定のピッチで周方向に沿って設けられている。

可撓性外歯歯車５の下側端部５０は、ボールベアリング４２に装着されている。ボールベアリング４２は、前記のように、楕円形に撓む。このため、ボールベアリング４２に装着された可撓性外歯歯車５の下側端部５０も、楕円形に撓む。楕円形に撓んだ下側端部５０の短軸は、真円形の内歯歯車３の内径よりも短い。また、下側端部５０の長軸は、内歯歯車３の内径と略同じである。したがって、下側端部５０の長軸部分において、可撓性外歯歯車５の外歯５０１と、内歯歯車３の内歯３１とが噛み合っている。

非真円カム４１が回転すると、可撓性外歯歯車５の径方向の長さが周方向に変位する。これにより、可撓性外歯歯車５と、内歯歯車３との噛み合わせ位置が周方向に移動する。また、内歯歯車３は回転不可に固定されている。その結果、歯数が異なる可撓性外歯歯車５と内歯歯車３とが相対回転するとき、可撓性外歯歯車５は、非真円カム４１より小さい回転数で回転する。

可撓性外歯歯車５の軸方向の上側端部は、径方向内側に向かって拡がっている。図示しないが、波動歯車装置１００は、中心軸９を中心に回転可能で、負荷に接続される出力軸を備えている。可撓性外歯歯車５の軸方向の上側端部は、出力軸に固定される。これにより、可撓性外歯歯車５が、中心軸９を中心に回転すると、出力軸も回転する。そして、負荷へ回転が伝達される。前記のように、可撓性外歯歯車５は、非真円カム４１より小さい回転数で回転する。つまり、可撓性外歯歯車５と共に回転する出力軸も、非真円カム４１より小さい回転数で回転する。このように、不図示の電動機から非真円カム４１へ入力された回転は、減速されて、出力軸を介して負荷へ出力される。

＜１．２．ボールベアリング４２の応力について＞
ボールベアリング４２は、非真円カム４１により楕円形に撓む。この際、ボールベアリング４２の長軸となる部分には、径方向外側に向かう応力が生じる。そして、ボールベアリング４２の外周面（外輪の外周面）は、ボールにより径方向外側に押圧されて、押圧された部分が湾曲する。従来のように、ボールベアリング４２の外周面の湾曲部分が、可撓性外歯歯車５の内周面に当接すると、点接触による高い応力が可撓性外歯歯車５に発生し、可撓性外歯歯車５が損傷する可能性がある。このため、本実施形態では、可撓性外歯歯車５は、ボールベアリング４２からの応力が伝達され難い構成となっている。

図３は、可撓性外歯歯車５と、内歯歯車３との接触部分の拡大図である。

可撓性外歯歯車５の下側端部５０の内周面は、ボールベアリング４２の外周面と接している。下側端部５０の内周面には、径方向外側に凹む凹部５１が設けられている。凹部５１は、ボールベアリング４２のボール中心点と、径方向に対向する位置に、図２に示すように、周方向に沿って設けられている。凹部５１の軸方向の長さは、ボールベアリング４２のボールの直径の２０％〜１２０％である。ただし、より好ましくは、凹部５１の軸方向の長さは、ボールベアリング４２のボールの直径の８０％〜１００％である。凹部５１により、下側端部５０の内周面と、ボールベアリング４２の外周面との間に、空間５５が設けられる。

前記のように、ボールベアリング４２の外周面は、ボールからの押圧により、径方向外側へ湾曲する。そして、ボールベアリング４２の外周面の湾曲部分は、空間５５に入り込む。このため、湾曲部分の径方向の頂点付近は、可撓性外歯歯車５の内周面に当接しない。これにより、ボールベアリング４２から可撓性外歯歯車５への負荷が軽減され、可撓性外歯歯車５の損傷を抑制できる。

＜２．実施形態２＞
以下に実施形態２について説明する。実施形態２は、ボールベアリング４２から可撓性外歯歯車５への応力を伝達し難くするための構成が、実施形態１と相違する。

図４は、可撓性外歯歯車５と、内歯歯車３との接触部分の拡大図である。

この例では、ボールベアリング４２の外周面の軸方向中央部に、径方向内側に凹む凹部４３が設けられている。凹部４３は、ボールベアリング４２のボール中心点と、径方向に対向する位置に設けられている。また、凹部４３は、実施形態１の凹部５１と同様に、周方向に沿って設けられている。凹部４３の軸方向の長さは、ボールベアリング４２のボールの直径の２０％〜１２０％である。ただし、より好ましくは、凹部５１の軸方向の長さは、ボールベアリング４２のボールの直径の８０％〜１００％である。凹部４３により、ボールベアリング４２の外周面と、可撓性外歯歯車５の下側端部５０の内周面との間に、空間４５が設けられる。

実施形態１と同様、ボールベアリング４２の外周面が、ボールからの押圧により径方向外側へ湾曲すると、凹部４３の表面に生じる湾曲部分は、空間４５に入り込む。このため、湾曲部分の径方向の頂点付近は、可撓性外歯歯車５の内周面に当接しない。これにより、ボールベアリング４２から可撓性外歯歯車５への負荷が軽減され、可撓性外歯歯車５の損傷を抑制できる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。

図５は、別の例の波動歯車装置１００Ａの断面図である。波動歯車装置１００Ａが備える可撓性外歯歯車５Ａの軸方向の上側端部は、径方向外側に向かって拡がっている。この構成の場合、負荷に接続される出力軸を、図１の場合よりも径方向外側に、配置させることができる。

実施形態１、２では、空間４５、５５の軸方向の長さは、ボールベアリング４２のボールの直径の２０％〜１２０％、より好ましくは、８０％〜１００％としたが、これに限定されることはない。また、空間４５、５５の径方向の長さ（深さ）は、ボールベアリング４２の外周面の撓み度合に応じて、適宜変更可能である。また、可撓性外歯歯車５の内周面と、ボールベアリング４２の外周面との両方に凹部を設け、空間を設けるようにしてもよい。

また、波動歯車装置１００の細部の形状については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。また、上記の実施形態または変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本願は、波動歯車装置に利用できる。

３ ：内歯歯車
４ ：波動発生器
５ ：可撓性外歯歯車
５Ａ ：可撓性外歯歯車
９ ：中心軸
３１ ：内歯
４１ ：非真円カム
４２ ：ボールベアリング
４３ ：凹部
４５ ：空間
５０ ：下側端部
５１ ：凹部
５５ ：空間
１００ ：波動歯車装置
１００Ａ ：波動歯車装置
５０１ ：外歯

Claims (8)

1. 上下に延びる中心軸を中心に回転する非真円カムと、
   前記非真円カムの外周面に装着され、前記非真円カムの回転に応じて、径方向の長さが周方向に変化する可撓性のボールベアリングと、
   軸方向に延びる筒状であって、軸方向の下側端部の内周面が前記ボールベアリングの外周面に接し、前記下側端部の外周面に、一定のピッチで複数の外歯が周方向に沿って設けられた可撓性外歯歯車と、
   前記可撓性外歯歯車の径方向外側に配置され、前記複数の外歯と異なる歯数の内歯を有し、前記可撓性外歯歯車と部分的に噛み合う内歯歯車と、
   を備え、
   前記ボールベアリングの外周面と、前記可撓性外歯歯車の前記下側端部の内周面とは、面接触し、
   前記ボールベアリングの外周面と、前記可撓性外歯歯車の前記下側端部の内周面との接触部分であって、前記ボールベアリングのボールと径方向に対向する位置には、空間が設けられている、
   波動歯車装置。
2. 請求項１に記載の波動歯車装置であって、
   前記可撓性外歯歯車の前記下側端部の内周面は、軸方向の中央部分が、径方向外側に凹んでいる、
   波動歯車装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の波動歯車装置であって、
   前記ボールベアリングの外周面は、軸方向の中央部分が、径方向内側に凹んでいる、
   波動歯車装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の波動歯車装置であって、
   前記空間は、前記ボールベアリングのボール中心点と、径方向に対向する位置に設けられている、
   波動歯車装置。
5. 請求項４に記載の波動歯車装置であって、
   軸方向における前記空間の長さは、前記ボールベアリングのボールの直径の２０％〜１２０％である、
   波動歯車装置。
6. 請求項５に記載の波動歯車装置であって、
   軸方向における前記空間の長さは、前記ボールベアリングのボールの直径の８０％〜１００％である、
   波動歯車装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載の波動歯車装置であって、
   前記可撓性外歯歯車の軸方向上側端部は、径方向内側に拡がっている、
   波動歯車装置。
8. 請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載の波動歯車装置であって、
   前記可撓性外歯歯車の軸方向上側端部は、径方向外側に拡がっている、
   波動歯車装置。
   

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