JP2019105314A - 撓み噛合い式歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フレッティングの発生を抑止できる撓み噛合い式歯車装置する。【解決手段】撓み噛合い式歯車装置は、起振体２２ａと、起振体２２ａにより撓み変形される外歯歯車４と、外歯歯車４と噛合う内歯歯車と、起振体２２ａと外歯歯車４との間に配置される起振体軸受２１と、を備える。起振体軸受２１は、外歯歯車４に内嵌される外輪２８を有する。本撓み噛合い式歯車装置はさらに、外歯歯車４および外輪２８と軸方向に対向する規制部材１２を備える。規制部材１２は、外歯歯車４と外輪２８との境界に潤滑剤を誘導する誘導部６０を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、撓み噛合い式歯車装置に関する。

小型かつ軽量で高減速比が得られる歯車装置として、撓み噛合い式歯車装置が知られている。従来では、起振体と、起振体により撓み変形される外歯歯車と、外歯歯車と噛み合う内歯歯車と、起振体と外歯歯車との間に配置される起振体軸受と、を備える撓み噛合い式歯車装置が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２０１５−１５８２１８号公報

従来の撓み噛合い式歯車装置では、起振体軸受の外輪と外歯歯車との間で生じる滑りにより、フレッティングが発生する場合がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、フレッティングの発生を抑止できる撓み噛合い式歯車装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の撓み噛合い式歯車装置は、起振体と、起振体により撓み変形される外歯歯車と、外歯歯車と噛合う内歯歯車と、起振体と外歯歯車との間に配置される起振体軸受と、を備える撓み噛合い式歯車装置であって、起振体軸受は、外歯歯車に内嵌される外輪を有する。本撓み噛合い式歯車装置はさらに、外歯歯車および外輪と軸方向に対向する規制部材を備える。規制部材は、外歯歯車と外輪との境界に潤滑剤を誘導する誘導部を有する。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、フレッティングの発生を抑止できる撓み噛合い式歯車装置を提供できる。

実施の形態に係る撓み噛合い式歯車装置を示す断面図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、規制部材を示す図である。 起振体軸受の外輪と外歯歯車との境界と、潤滑溜り部との位置関係を示す図である。 変形例に係る撓み噛合い式歯車装置を示す断面図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

まず概要を説明する。起振体と、起振体により撓み変形される外歯歯車と、外歯歯車と噛み合う内歯歯車と、起振体と外歯歯車との間に配置される起振体軸受と、を備える撓み噛合い式歯車装置が知られている。従来の撓み噛合い式歯車装置では、起振体軸受の外輪と外歯歯車との間で生じる滑りにより、フレッティングが発生する場合がある。

ところで、起振体軸受の外輪と外歯歯車とは剛性が異なり、したがって変形モードが異なる。このため、回転時に、短軸位置では、起振体軸受の外輪と外歯歯車との間に隙間が生じる。

そこで、本実施の形態では、撓み噛合い式歯車装置は、起振体軸受の外輪および外歯歯車と軸方向に対向する規制部材をさらに備え、その規制部材は、起振体軸受の外輪と外歯歯車との境界に、撓み噛合い式歯車装置に封入されている潤滑剤を誘導する誘導部を有する。これにより、誘導部から上述の隙間に潤滑剤が供給される。その結果、例え起振体軸受の外輪と外歯歯車との間で滑りが生じても、フレッティングが発生するのが抑止される。以下、具体的に説明する。

図１は、第１の実施の形態に係る撓み噛合い式歯車装置１００を示す断面図である。撓み噛合い式歯車装置１００は、入力された回転を減速して出力する。本実施の形態の撓み噛合い式歯車装置１００は、筒型の撓み噛合い式歯車装置であり、波動発生器２と、波動発生器２により撓み変形される外歯歯車４と、外歯歯車４と噛み合う第１内歯歯車６と、第１内歯歯車６と軸方向に隣接して（並んで）配置され、外歯歯車４と噛み合う第２内歯歯車８と、ケーシング１０と、２つの規制部材１２と、主軸受１６と、第１軸受ハウジング１８と、第２軸受ハウジング２０と、を備える。撓み噛合い式歯車装置１００には、潤滑剤（例えばグリース）が封入されている。潤滑剤は、外歯歯車４と第１内歯歯車６および第２内歯歯車８との噛み合い部や各軸受等を潤滑する。

波動発生器２は、起振体軸２２と、起振体軸２２と外歯歯車４（の第１外歯部４ａ）との間に配置される第１起振体軸受２１ａと、起振体軸２２と外歯歯車４（の第２外歯部４ｂ）との間に配置される第２起振体軸受２１ｂと、を有する。第１起振体軸受２１ａは、複数の第１転動体２４ａと、複数の第１転動体２４ａを保持する第１保持器２６ａと、外歯歯車４に内嵌される第１外輪２８ａと、を含む。第２起振体軸受２１ｂは、複数の第２転動体２４ｂと、複数の第２転動体２４ｂを保持する第２保持器２６ｂと、外歯歯車４に内嵌される第２外輪２８ｂと、を含む。起振体軸２２は、入力軸であり、例えばモータ等の回転駆動源に接続され、回転軸Ｒを中心に回転する。起振体軸２２には、回転軸Ｒに直交する断面が略楕円形状である起振体２２ａが一体に形成されている。

複数の第１転動体２４ａはそれぞれ、略円柱形状を有し、軸方向が回転軸Ｒ方向と略平行な方向を向いた状態で周方向に間隔を空けて設けられる。第１転動体２４ａは、第１保持器２６ａにより転動自在に保持され、起振体２２ａの外周面２２ｂを転走する。つまり、第１起振体軸受２１ａの内輪は、起振体２２ａの外周面２２ｂと一体的に構成されているが、これに限らず、起振体２２ａとは別体の専用の内輪を備えてもよい。第２転動体２４ｂは、第１転動体２４ａと同様に構成される。複数の第２転動体２４ｂは、第１保持器２６ａと軸方向に並ぶように配置された第２保持器２６ｂにより転動自在に保持され、起振体２２ａの外周面２２ｂを転走する。つまり、第２起振体軸受２１ｂの内輪は、起振体２２ａの外周面２２ｂと一体的に構成されているが、これに限らず、起振体２２ａとは別体の専用の内輪を備えてもよい。

以降では、第１起振体軸受２１ａと第２起振体軸受２１ｂとをまとめて「起振体軸受２１」とも呼ぶ。また、第１転動体２４ａと第２転動体２４ｂとをまとめて「転動体２４」とも呼ぶ。また、第１保持器２６ａと第２保持器２６ｂとをまとめて「保持器２６」とも呼ぶ。

第１外輪２８ａは、複数の第１転動体２４ａを環囲する。第１外輪２８ａは、可撓性を有し、複数の第１転動体２４ａを介して起振体２２ａにより楕円状に撓められる。第１外輪２８ａは、起振体２２ａ（すなわち起振体軸２２）が回転すると、起振体２２ａの形状に合わせて連続的に撓み変形する。第２外輪２８ｂは、第１外輪２８ａと同様に構成される。第２外輪２８ｂは、第１外輪２８ａとは別体として形成される。なお、第２外輪２８ｂは、第１外輪２８ａと一体に形成されてもよい。以降では、第１外輪２８ａと第２外輪２８ｂとをまとめて「外輪２８」とも呼ぶ。

外歯歯車４は、可撓性を有する環状の部材であり、その内側には起振体２２ａ、転動体２４および外輪２８が嵌まる。外歯歯車４は、起振体２２ａ、転動体２４および外輪２８が嵌まることによって楕円状に撓められる。外歯歯車４は、起振体２２ａが回転すると、起振体２２ａの形状に合わせて連続的に撓み変形する。外歯歯車４は、第１外輪２８ａの外側に位置する第１外歯部４ａと、第２外輪２８ｂの外側に位置する第２外歯部４ｂと、基材４ｃと、を含む。第１外歯部４ａと第２外歯部４ｂとは単一の基材である基材４ｃに形成されており、同歯数である。

第１内歯歯車６は、剛性を有する環状の部材であり、その内周に第１内歯部６ａが形成されている。第１内歯部６ａは、楕円状に撓められた外歯歯車４の第１外歯部４ａを環囲し、起振体２２ａの長軸近傍の所定領域（２領域）で第１外歯部４ａと噛み合う。第１内歯部６ａは、第１外歯部４ａよりも多くの歯を有する。

第２内歯歯車８は、第１内歯歯車６と軸方向に隣接して（並んで）配置される。第２内歯歯車８は、剛性を有する円筒状の部材であり、その内周に第２内歯部８ａが形成されている。第２内歯部８ａは、楕円状に撓められた外歯歯車４の第２外歯部４ｂを環囲し、起振体２２ａの長軸方向の所定領域（２領域）で第２外歯部４ｂと噛み合う。第２内歯部８ａは、第２外歯部４ｂと同数の歯を有する。したがって、第２内歯歯車８は、第２外歯部４ｂひいては外歯歯車４の自転と同期して回転する。

２つの規制部材１２は、平たいリング状の部材であり、外歯歯車４を軸方向に挟み込むように配置される。したがって、２つの規制部材１２はそれぞれ、外歯歯車４および起振体軸受２１と軸方向に対向する。２つの規制部材１２により、外歯歯車４および起振体軸受２１の軸方向の移動が規制される。

ケーシング１０は、略円筒状の部材であり、第２内歯歯車８を環囲する。ケーシング１０には、第１内歯歯車６がインロー嵌合され、ボルト（不図示）により一体化される。ケーシング１０と第２内歯歯車８との間には主軸受１６が配置される。主軸受１６は、本実施の形態ではクロスローラ軸受であり、周方向に間隔を空けて設けられる複数のローラ（転動体）４６を含む。複数のローラ４６は、第２内歯歯車８の転走面８ｂおよびケーシング１０の転走面１０ａを転走する。つまり、第２内歯歯車８の外周側は主軸受１６の内輪として機能し、ケーシング１０の内周側は主軸受１６の外輪として機能する。ケーシング１０は、主軸受１６を介して、第２内歯歯車８を相対回転自在に支持する。なお、主軸受１６の軸受の種類は特に限定されるものではなく、例えば４点接触ボール軸受であってもよい。

第１軸受ハウジング１８は、環状の部材であり、起振体軸２２を環囲する。同様に、第２軸受ハウジング２０は、環状の部材であり、起振体軸２２を環囲する。第１軸受ハウジング１８と第２軸受ハウジング２０とは、外歯歯車４、転動体２４、保持器２６、外輪２８、２つの規制部材１２を軸方向に挟むよう配置される。第１軸受ハウジング１８は、第１内歯歯車６に対してインロー嵌合されボルト固定される。第２軸受ハウジング２０は、第２内歯歯車８に対してインロー嵌合されボルト固定される。第１軸受ハウジング１８の内周には軸受３０が組み込まれ、第２軸受ハウジング２０の内周には軸受３２が組み込まれており、起振体軸２２は、軸受３０および軸受３２を介して、第１軸受ハウジング１８および第２軸受ハウジング２０に対して回転自在に支持される。

起振体軸２２と第１軸受ハウジング１８の間にはオイルシール４０が配置され、第１軸受ハウジング１８と第１内歯歯車６の間にはＯリング３４が配置され、第１内歯歯車６とケーシング１０との間にはＯリング３６が配置され、ケーシング１０と第２内歯歯車８との間にはオイルシール４２が配置され、第２内歯歯車８と第２軸受ハウジング２０との間にはＯリング３８が配置され、第２軸受ハウジング２０と起振体軸２２との間にはオイルシール４４が配置される。これにより、撓み噛合い式歯車装置１００内の潤滑剤が漏れるのを抑止できる。

以上のように構成された撓み噛合い式歯車装置１００の動作を説明する。ここでは、第１外歯部４ａの歯数が１００、第２外歯部４ｂの歯数が１００、第１内歯部６ａの歯数が１０２、第２内歯部８ａの歯数が１００の場合を例に説明する。また、第２内歯歯車８および第２軸受ハウジング２０が被駆動部材に連結される場合を例に説明する。

第１外歯部４ａが楕円形状の長軸方向の２箇所で第１内歯部６ａと噛み合っている状態で、起振体軸２２が回転すると、これに伴って第１外歯部４ａと第１内歯部６ａとの噛み合い位置も周方向に移動する。第１外歯部４ａと第１内歯部６ａとは歯数が異なるため、この際、第１内歯部６ａに対して第１外歯部４ａが相対的に回転する。第１内歯部材７および第１軸受ハウジング１８が固定状態にあるため、第１外歯部４ａは、歯数差に相当する分だけ自転することになる。つまり、起振体軸２２の回転が大幅に減速されて第１外歯部４ａに出力される。その減速比は以下のようになる。
減速比＝（第１外歯部４ａの歯数−第１内歯部６ａの歯数）／第１外歯部４ａの歯数
＝（１００−１０２）／１００
＝−１／５０

第２外歯部４ｂは、第１外歯部４ａと一体的に形成されているため、第１外歯部４ａと一体に回転する。第２外歯部４ｂと第２内歯部８ａは歯数が同一であるため、相対回転は発生せず、第２外歯部４ｂと第２内歯部８ａとは一体に回転する。このため、第１外歯部４ａの自転と同一の回転が第２内歯部８ａに出力される。結果として、第２内歯部材９からは起振体軸２２の回転を−１／５０に減速した出力を取り出すことができる。

続いて、規制部材１２の構成をさらに詳細に説明する。

図２（ａ）、（ｂ）は、規制部材１２を示す図である。図２（ａ）は規制部材１２の斜視図であり、図２（ｂ）は規制部材１２を軸方向内側（規制部材１２に対し、第１外歯部４ａと第２外歯部４ｂの間の中央と同じ側）から見た側面図である。図３は、起振体軸受２１の外輪２８と外歯歯車４との境界と、潤滑溜り部６２との位置関係を示す図である。

規制部材１２は、外歯歯車４と起振体軸受２１の外輪２８との境界に、撓み噛合い式歯車装置１００に封入されている潤滑剤を誘導するための８つの誘導部６０を有する。なお、誘導部６０の数は特に限定されない。

各誘導部６０は、潤滑溜り部６２と、２つの誘導通路６４と、を有する。なお、誘導通路６４の数は特に限定されない。

潤滑溜り部６２は、本実施の形態では、規制部材１２の軸方向内側の面（外歯歯車４および外輪２８に対向する面）１２ａに設けられた凹部（溝）であり、軸方向から見て円弧状に延在している。潤滑溜り部６２は特に、起振体２２ａの短軸方向Ｐと重なる位置にあるときに、言い換えると起振体２２ａの短軸Ａｘの延長線と重なる位置にあるときに、起振体軸受２１の外輪２８と外歯歯車４との境界に対向するように設けられる（図３参照）。８つの潤滑溜り部６２は、例えば等間隔に間隔を空けて周方向に並んでいる。つまり、８つの潤滑溜り部６２は、周方向に間欠的に設けられている。これにより、規制部材１２が誘導部６０を１つだけ備え、その誘導部６０の潤滑溜り部６２が中心軸を環囲するようにリング状に設けられる場合と比べ、外歯歯車４や外輪２８を規制するための規制部材１２の受け面を大きく保つことができる。

潤滑溜り部６２には、誘導通路６４を通じて進入した潤滑剤が溜まる。潤滑溜り部６２に溜まった潤滑剤は、潤滑溜り部６２が起振体２２ａの短軸方向Ｐと重なる位置にあるときに外歯歯車４と外輪２８との隙間に供給される。

誘導通路６４は、規制部材１２の軸方向内側の面１２ａに設けられた凹部（溝）であり、規制部材１２の径方向外端１２ｂおよび径方向内端１２ｃの少なくとも一方から潤滑溜り部６２に連通する。好ましくは、各誘導部６０において、誘導通路６４は、規制部材１２の径方向外端１２ｂおよび径方向内端１２ｃの一方のみから潤滑溜り部６２に連通する。つまり、誘導通路６４は、図示のように規制部材１２の径方向外端１２ｂのみから潤滑溜り部６２に連通してもよいし、規制部材１２の径方向内端１２ｃのみから潤滑溜り部６２に連通してもよい。なお、ある誘導部６０の誘導通路６４は規制部材１２の径方向外端１２ｂのみから潤滑溜り部６２に連通し、別の誘導部６０の誘導通路６４は規制部材１２の径方向内端１２ｃのみから潤滑溜り部６２に連通してもよい。いずれにせよ、各誘導通路６４において誘導通路６４が径方向外端１２ｂおよび径方向内端１２ｃの一方のみから潤滑溜り部６２に連通することで、径方向外端１２ｂおよび径方向内端１２ｃの一方側から潤滑溜り部６２に進入した潤滑剤が径方向外端１２ｂおよび径方向内端１２ｃの他方側から抜けないため、潤滑溜り部６２に潤滑剤が溜まりやすくなる。

２つの誘導通路６４は、規制部材１２の径方向に対して傾斜する方向に延在している。周方向の一方側（図２（ｂ）では右側）に位置する誘導通路６４は、規制部材１２の径方向に対して周方向の一方側に傾斜している。一方、周方向の他方側（図２（ｂ）では左側）に位置する誘導通路６４は、規制部材１２の径方向に対して周方向の他方側に傾斜している。これにより、規制部材１２が他の部材の回転に伴って周方向の一方側に回転するときに、周方向一方側の誘導通路６４から潤滑剤が入りやすくなる。また、規制部材１２が他の部材の回転に伴って周方向の他方側に回転するときに、周方向他方側の誘導通路６４から潤滑剤が入りやすくなる。

以上、実施の形態に係る撓み噛合い式歯車装置について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

（変形例１）
潤滑溜り部６２には、外歯歯車と内歯歯車の噛み合い部の潤滑剤よりも粘度の高い潤滑剤が封入されていてもよい。例えば、潤滑溜り部６２に粘度の高い潤滑剤をあらかじめ封入した上で、規制部材１２を撓み噛合い式歯車装置１００に組み込めばよい。これにより、潤滑溜り部６２内の潤滑剤が誘導通路６４から抜けるのを抑止できる。また、潤滑溜り部６２に潤滑剤をあらかじめ封入する場合、誘導部６０は誘導通路６４を有しなくても、すなわち規制部材１２の径方向外端１２ｂおよび径方向内端１２ｃと潤滑溜り部６２とを連通する通路を有しなくてもよい。

（変形例２）
図４は、変形例に係る撓み噛合い式歯車装置１００を示す断面図である。図４は図１に対応する。本変形例では、誘導部６０の潤滑溜り部６２は、規制部材１２を軸方向に貫通するように形成されている。軸方向外側（規制部材１２に対し、第１外歯部４ａと第２外歯部４ｂの間の中央と反対側）の潤滑溜り部６２の開口は、軸受ハウジングによって塞がれている。ここで「塞ぐ」とは、軸受ハウジングが潤滑溜り部６２の開口の周縁に密着している場合のほか、潤滑溜り部６２に溜まっている潤滑剤が漏れでない程度の隙間がある場合も含む。このように、軸方向外側の開口が塞がれていれば、潤滑溜り部６２は軸方向に貫通する貫通孔であってもよい。

（変形例３）
実施の形態では、規制部材１２が第１軸受ハウジング１８や第２軸受ハウジング２０とは別体である場合について説明したが、規制部材１２はこれらと一体に形成されてもよい。

（変形例４）
実施の形態では、撓み噛合い式歯車装置１００が筒型の撓み噛合い式歯車装置である場合について説明したが、撓み噛合い式歯車装置の種類は特に限定されない。撓み噛合い式歯車装置１００は、例えばカップ型、シルクハット型の撓み噛合い式歯車装置であってもよい。

（変形例５）
実施の形態では、規制部材１２が外輪２８および保持器２６と軸方向に対向する場合について説明したが、これに限られず、転動体２４の軸方向の移動が別途規制されていれば、規制部材１２は、外輪２８のみと軸方向に対向して、外輪２８の軸方向の移動を規制してもよい。

１２ 規制部材、 ２２ａ 起振体、 ４ 外歯歯車、 ６ 第１内歯歯車、 ８ 第２内歯歯車、 ２１ａ 第１起振体軸受、 ２１ｂ 第２起振体軸受、 ２８ 外輪、 ６０ 誘導部、 １００ 撓み噛合い式歯車装置。

Claims (7)

1. 起振体と、前記起振体により撓み変形される外歯歯車と、前記外歯歯車と噛合う内歯歯車と、前記起振体と前記外歯歯車との間に配置される起振体軸受と、を備える撓み噛合い式歯車装置であって、
   前記起振体軸受は、前記外歯歯車に内嵌される外輪を有し、
   本撓み噛合い式歯車装置はさらに、前記外歯歯車および前記外輪と軸方向に対向する規制部材を備え、
   前記規制部材は、前記外歯歯車と前記外輪との境界に潤滑剤を誘導する誘導部を有することを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
2. 前記誘導部は、前記起振体の短軸方向において前記境界と軸方向に対向する潤滑溜り部と、前記規制部材の径方向外端および径方向内端の少なくとも一方から潤滑溜り部に連通する誘導通路と、を有することを特徴とする請求項１に記載の撓み噛合い式歯車装置。
3. 前記誘導通路は、前記規制部材の径方向外端および径方向内端の一方のみから設けられていることを特徴とする請求項２に記載の撓み噛合い式歯車装置。
4. 前記潤滑溜り部は、前記規制部材の周方向に間欠的に設けられていることを特徴とする 請求項２または３に記載の撓み噛合い式歯車装置。
5. 前記誘導通路は、前記規制部材の径方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の撓み噛合い式歯車装置。
6. 前記誘導部は、前記起振体の短軸方向において前記境界と軸方向に対向する潤滑溜り部を有し、
   前記潤滑溜り部には、外歯歯車と内歯歯車の噛み合い部の潤滑剤よりも粘度の高い潤滑剤が封入されていることを特徴とする請求項１に記載の撓み噛合い式歯車装置。
7. 前記規制部材は、径方向外端および径方向内端と潤滑溜り部とを連通する通路を有さないことを特徴とする請求項６に記載の撓み噛合い式歯車装置。

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