JP2021110349A - 撓み噛合い式歯車装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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第1内歯歯車及び第2内歯歯車と、を備え、
前記第1内歯歯車は前記外歯歯車と歯数が異なり、前記第2内歯歯車は前記外歯歯車と歯数が同じである撓み噛合い式歯車装置であって、
前記第1内歯歯車と前記外歯歯車が噛み合う第1噛合い部は、前記第2内歯歯車と前記外歯歯車が噛み合う第2噛合い部よりも高い耐ピッチング特性を有する構成とした。
図1は、本発明に係る撓み噛合い式歯車装置1を示す断面図である。
この図に示すように、撓み噛合い式歯車装置1は、筒型の撓み噛合い式歯車装置であり、起振体軸10、外歯歯車30、第1内歯歯車31G及び第2内歯歯車32G、起振体軸受12、ケーシング33、第1カバー34、第2カバー35を備える。
なお、以下の説明では、回転軸O1に沿った方向を「軸方向」、回転軸O1に垂直な方向を「径方向」、回転軸O1を中心とする回転方向を「周方向」という。また、軸方向のうち、外部の被駆動部材と連結されて減速された運動を当該被駆動部材に出力する側(図中の左側)を「出力側」といい、出力側とは反対側(図中の右側)を「反出力側」という。
第1内歯歯車31Gと第2内歯歯車32Gは、軸方向に並んで設けられ、外歯歯車30と噛合している。このうち、第1内歯歯車31Gは、外歯歯車30のうち軸方向中央より反出力側の歯部と噛合し、これらの噛合部分が第1噛合い部51を構成している。一方、第2内歯歯車32Gは、外歯歯車30のうち軸方向中央より出力側の歯部と噛合し、これらの噛合部分が第2噛合い部52を構成している。
また、第1内歯歯車31Gは外歯歯車30と歯数が異なり、第2内歯歯車32Gは外歯歯車30と歯数が同じとなっている。
起振体軸受12は、外歯歯車30の内側に嵌入される外輪12aと、複数の転動体(コロ)12bと、複数の転動体12bを保持する保持器12cとを有する。
複数の転動体12bは、第1内歯歯車31Gの径方向内方に配置され、周方向に並ぶ第1群の転動体12bと、第2内歯歯車32Gの径方向内方に配置され、周方向に並ぶ第2群の転動体12bとを有する。これらの転動体12bは、起振体10Aの外周面と外輪12aの内周面とを転走面として転動する。外輪12aは、複数の転動体12bの配列に対応して同形状のものが軸方向に二つ並んで設けられている。なお、起振体軸受12は、起振体10Aとは別体の内輪を有してもよい。
オイルシール43は、軸方向の反出力側の端部で、起振体軸10の軸部10Bと第1カバー34との間に配置され、反出力側への潤滑剤の流出を抑制する。オイルシール44は、軸方向の出力側の端部で、起振体軸10の軸部10Cと第2カバー35との間に配置され、出力側への潤滑剤の流出を抑制する。オイルシール45は、ケーシング33と第2内歯歯車部材32との間に配置され、この部分からの潤滑剤の流出を抑制する。
Oリング46,47,48は、第1内歯歯車部材31と第1カバー34との間、第1内歯歯車部材31とケーシング33との間、第2内歯歯車部材32と第2カバー35との間にそれぞれ設けられ、これらの間で潤滑剤が移動することを抑制する。
つまり、潤滑剤(例えばグリース)は、オイルシール43〜45とOリング46〜48とでシールされた撓み噛合い式歯車装置1内部のシール空間S内に封入される。
続いて、第1噛合い部51と第2噛合い部52の耐ピッチング特性について説明する。
図2は、所定負荷における第1内歯歯車31Gと第2内歯歯車32Gの歯面圧と膜厚比の分布を解析した結果を示す図である。図3は、本実施形態の変形例における第1噛合い部51と第2噛合い部52を拡大した断面図であり、図4〜図6は、本実施形態の他の変形例における第1噛合い部51と第2噛合い部52を拡大した断面図である。
なお、以下では、第1噛合い部51と第2噛合い部52のうち、相手装置の固定部材に連結される側の第1噛合い部51を「固定側」、被駆動部材に連結される側の第2噛合い部52を「出力側」という。
本発明者らは、解析の結果より、このピッチング発生状況の差異は歯面圧と膜厚比の関係に起因すると考えた。膜厚比とは、歯面の表面粗さに対する油膜厚さの比を表す指標である。
すなわち、図2に示すように、固定側の第1内歯歯車31Gと出力側の第2内歯歯車32Gとで歯面圧と膜厚比の分布を対比すると、出力側の第2内歯歯車32Gでは、歯面圧の数値は大きいものの、その部位では膜厚比が比較的に大きい。対して、固定側の第1内歯歯車31Gでは、歯面圧が高い部位の膜厚比が比較的に小さい。このような固定側と出力側における歯面圧と膜厚比の分布の違いは、内歯と外歯の歯数差の有無(固定側は歯数差があり、出力側は歯数差が無い)に起因すると考えられる。その結果、固定側の第1内歯歯車31G(第1噛合い部51)の方が、出力側の第2内歯歯車32G(第2噛合い部52)よりも相対的にピッチングが発生しやすいと考えられる。
具体的には、第1噛合い部51の第1内歯歯車31Gが、第2噛合い部52の第2内歯歯車32Gよりも高い耐ピッチング特性を有している。
このような構成としては、例えば、第1内歯歯車31Gと第2内歯歯車32Gとで歯面の表面粗さを異ならせ、第1内歯歯車31Gを第2内歯歯車32Gよりも歯面の表面粗さを小さくすればよい。これは、第1内歯歯車31Gと第2内歯歯車32Gとで仕上げ加工を変えるか、仕上げ加工の精度を変えればよい。例えばショットピーニング等の仕上げ加工の有無や処理時間の長さで差を付ければよい。具体的には、第1内歯歯車31Gにはショットピーニングを施す一方、第2内歯歯車32Gにはショットピーニングを施さなかったり、第1内歯歯車31Gの仕上げ加工処理時間を第2内歯歯車32Gよりも長くしたりする。これにより、第1内歯歯車31Gのピッチングを抑制しつつ、第2内歯歯車32Gの仕上げ加工コストを抑制できる。
あるいは、第1内歯歯車31Gと第2内歯歯車32Gとで歯車精度を異ならせ、第1内歯歯車31Gを第2内歯歯車32Gよりも高精度に加工(すなわち噛合いを良好に)してもよい。異ならせる歯車精度の種類は特に限定はされないが、例えば単一ピッチ誤差が挙げられる。これは、第1内歯歯車31Gと第2内歯歯車32Gとで、例えば、加工機を変えるか、加工機の設定(速度重視か、精度重視か)を変えるか、又は歯切工具の寿命管理(新しい工具の方が加工精度高)を変えるなどすればよい。これにより、第1内歯歯車31Gのピッチングを抑制しつつ、第2内歯歯車32Gの加工コストを抑制できる。
しかし、外歯歯車30の耐ピッチング特性をアレンジすることで、第1噛合い部51が第2噛合い部52よりも高い耐ピッチング特性を有するように構成してもよい。すなわち、例えば図3に示すように、外歯歯車30の軸方向中央の外周面上に全周に亘る凹溝301を形成し、この凹溝301よりも反出力側の歯部の第1外歯歯車部30Aと、出力側の歯部の第2外歯歯車部30Bとで、異なる耐ピッチング特性に形成すればよい。つまり、上述した第1内歯歯車31G及び第2内歯歯車32Gと同様にして、第1内歯歯車31Gと噛合う第1外歯歯車部30Aを、第2内歯歯車32Gと噛合う第2外歯歯車部30Bよりも高い耐ピッチング特性を有するように形成すればよい。具体的には、第1外歯歯車部30Aと第2外歯歯車部30Bとで、歯面の表面粗さ及び歯車精度の少なくとも一方を異ならせればよい。
この場合、第1内歯歯車31Gと第2内歯歯車32Gの耐ピッチング特性は、上述のとおり第1噛合い部51の方が高くてもよいし、同じでもよい。
この場合、図4に示すように、第1噛合い部51と第2噛合い部52との間に、潤滑剤の流通を抑制するVリング(端面シール)60を配置するのが好ましい。具体的には、外歯歯車30の軸方向中央の外周面上に全周に亘る凹溝302を形成し、この凹溝301よりも反出力側の歯部の第1外歯歯車部30Aが第1内歯歯車31Gと噛合し、出力側の歯部の第2外歯歯車部30Bが第2内歯歯車32Gと噛合するようにする。そして、凹溝302内にVリング60を配置する。Vリング60は、その内周部が周方向の全周に亘って凹溝302の底部に密着し、リップ61が第2内歯歯車部材32の端面(反出力側の側面)と接触している。これにより、第1噛合い部51と第2噛合い部52との間での潤滑剤の流通を抑制し、第1噛合い部51と第2噛合い部52とで異なる潤滑剤を使用できる。
なお、Vリング60は、第1噛合い部51と第2噛合い部52との間で潤滑剤の流通を抑制できればよく、リップ61により封止する側は特に限定されない。例えば、図5に示すように、リップ61が第1内歯歯車部材31の端面に接触していてもよいし、図6に示すように、リップ61が第1内歯歯車部材31の端面と第2内歯歯車部材32の端面の双方に接触していてもよい。
また、潤滑剤を異ならせる構成は、上述した第1内歯歯車31Gと第2内歯歯車32Gで耐ピッチング特性を異ならせる構成や、外歯歯車30(第1外歯歯車部30Aと第2外歯歯車部30B)で耐ピッチング特性を異ならせる構成と併用してもよい。
続いて、撓み噛合い式歯車装置1の減速動作について説明する。
モータ等の駆動源により起振体軸10の回転駆動が行われると、起振体10Aの運動が外歯歯車30に伝わる。このとき、外歯歯車30は、起振体10Aの外周面に沿った形状に規制され、軸方向から見て、長軸部分と短軸部分とを有する楕円形状に撓んでいる。さらに、外歯歯車30は、固定された第1内歯歯車31Gと長軸部分で噛合っている。このため、外歯歯車30は起振体10Aと同じ回転速度で回転することはなく、外歯歯車30の内側で起振体10Aが相対的に回転する。そして、この相対的な回転に伴って、外歯歯車30は長軸位置と短軸位置とが周方向に移動するように撓み変形する。この変形の周期は、起振体軸10の回転周期に比例する。
以上のように、本実施形態によれば、第1内歯歯車31Gと外歯歯車30とが異なる歯数で噛み合う第1噛合い部51が、第2内歯歯車32Gと外歯歯車30とが同じ歯数で噛み合う第2噛合い部52よりも、高い耐ピッチング特性を有している。
これにより、第2噛合い部52よりもピッチングが発生しやすい第1噛合い部51において、ピッチングの発生を好適に抑制できる。したがって、歯数差の異なる第1噛合い部51と第2噛合い部52とにおけるピッチングの発生しやすさを平準化することができる。ひいては、耐ピッチング特性に関して無駄の少ない設計とすることができる。つまり、ピッチングの発生可能性が相対的に低い第2噛合い部52をオーバースペックにすることなく、加工処理を省略したり、処理時間を短縮したり、安価な潤滑剤を使用したりして、コストの増大を抑制できる。
以上、本発明の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限られない。
例えば、上記実施形態では、固定側の第1噛合い部51が出力側の第2噛合い部52よりもピッチングが発生しやすいものとした。しかし、上述したように、ピッチングの発生しやすさは歯数の関係に依ると考えられる。つまり、異なる歯数で噛み合う噛合い部の方が、同じ歯数で噛み合う噛合い部よりもピッチングが発生しやすいと考えられる。したがって、仮に、出力側の噛合い部が異なる歯数で噛み合い、固定側の噛合い部が同じ歯数(または、より少ない歯数差)で噛み合う場合には、出力側の噛合い部の方がピッチングが発生しやすくなると考えられる。よって、この場合には、出力側の噛合い部の耐ピッチング特性を固定側よりも高くする必要がある。
10 起振体軸
10A 起振体
30 外歯歯車
30A 第1外歯歯車部
30B 第2外歯歯車部
31 第1内歯歯車部材
31G 第1内歯歯車
32 第2内歯歯車部材
32G 第2内歯歯車
51 第1噛合い部
52 第2噛合い部
60 Vリング
61 リップ
302 凹溝
O1 回転軸
Claims (8)
- 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第1内歯歯車及び第2内歯歯車と、を備え、
前記第1内歯歯車は前記外歯歯車と歯数が異なり、前記第2内歯歯車は前記外歯歯車と歯数が同じである撓み噛合い式歯車装置であって、
前記第1内歯歯車と前記外歯歯車が噛み合う第1噛合い部は、前記第2内歯歯車と前記外歯歯車が噛み合う第2噛合い部よりも高い耐ピッチング特性を有する、
撓み噛合い式歯車装置。 - 前記第1内歯歯車は、前記第2内歯歯車よりも高い耐ピッチング特性を有する、
請求項1に記載の撓み噛合い式歯車装置。 - 前記第1内歯歯車と前記第2内歯歯車は、歯面の表面粗さが異なる、
請求項2に記載の撓み噛合い式歯車装置。 - 前記第1内歯歯車と前記第2内歯歯車は、歯車精度が異なる、
請求項2又は請求項3に記載の撓み噛合い式歯車装置。 - 前記外歯歯車は、前記第1内歯歯車に噛合う第1外歯歯車部と、前記第2内歯歯車に噛合う第2外歯歯車部とを有し、
前記第1外歯歯車部と前記第2外歯歯車部の耐ピッチング特性が同じである、
請求項2から請求項4の何れか一項に記載の撓み噛合い式歯車装置。 - 前記外歯歯車は、前記第1内歯歯車に噛合う第1外歯歯車部と、前記第2内歯歯車に噛合う第2外歯歯車部とを有し、
前記第1外歯歯車部は、前記第2外歯歯車部よりも高い耐ピッチング特性を有する、
請求項1から請求項4の何れか一項に記載の撓み噛合い式歯車装置。 - 前記第1噛合い部と前記第2噛合い部で、塗布する潤滑剤を異ならせる、
請求項1から請求項6の何れか一項に記載の撓み噛合い式歯車装置。 - 前記第2内歯歯車から減速された回転が出力され、前記第2内歯歯車が被駆動部材に連結される、
請求項1から請求項7の何れか一項に記載の撓み噛合い式歯車装置。
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