JP2022105919A - 撓み噛合い式歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外歯歯車と起振体軸受の外輪との間の摩耗を抑制する。【解決手段】撓み噛合い式歯車装置１は、起振体１０Ａと、起振体１０Ａにより撓み変形する外歯歯車１１と、起振体１０Ａと外歯歯車１１との間に配置される起振体軸受１２とを備える。起振体軸受１２は、外歯歯車１１の内周に嵌合する外輪１２３を有する。外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の外周面１２４とのうち少なくとも一方の面は、軸方向における外側領域の表面粗さが、内側領域の表面粗さよりも小さい。【選択図】図３

Description

本発明は、撓み噛合い式歯車装置に関する。

従来、撓み変形する外歯歯車を備えた撓み噛合い式歯車装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。外歯歯車は、起振体軸受を介して内嵌された起振体が回転することで撓み変形する。

特許第５３３７００８号公報

撓み変形する外歯歯車と起振体軸受の外輪との間では、長軸側で強く接触して界面の潤滑剤が外部に漏れ出し、フレッチング等の摩耗が発生する場合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、外歯歯車と起振体軸受の外輪との間の摩耗を抑制することを目的とする。

本発明は、起振体と、前記起振体により撓み変形する外歯歯車と、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、を備えた撓み噛合い式歯車装置であって、
前記起振体軸受は、前記外歯歯車の内周に嵌合する外輪を有し、
前記外歯歯車の内周面と前記外輪の外周面とのうち少なくとも一方の面は、軸方向外側領域の表面粗さが、軸方向内側領域の表面粗さよりも小さい構成とした。

本発明によれば、外歯歯車と起振体軸受の外輪との間の摩耗を抑制することができる。

実施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１のＥ部を拡大した図である。 外歯歯車と起振体軸受の外輪との嵌合面の状態を模式的に示した図である。 外歯歯車の内周面と外輪の外周面の外側領域及び内側領域に形成する溝の組合せパターン例である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［撓み噛合い式歯車装置の構成］
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１１、第１内歯歯車３１Ｇ及び第２内歯歯車３２Ｇ、２つの起振体軸受１２、ケーシング３３、第１カバー３４、第２カバー３５を備える。

起振体軸１０は、回転軸Ｏ１を中心に回転する中空筒状の軸であり、回転軸Ｏ１に垂直な断面の外形が非円形（例えば楕円状）の起振体１０Ａと、起振体１０Ａの軸方向の両側に設けられた軸部１０Ｂ、１０Ｃとを有する。楕円状は、幾何学的に厳密な楕円に限定されるものではなく、略楕円を含む。軸部１０Ｂ、１０Ｃは、回転軸Ｏ１に垂直な断面の外形が円形の軸である。
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。

外歯歯車１１は、可撓性を有するとともに回転軸Ｏ１を中心とする円筒状の部材であり、外周に歯が設けられている。

第１内歯歯車３１Ｇと第２内歯歯車３２Ｇは、回転軸Ｏ１を中心として起振体軸１０の周囲で回転を行う。これら第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１１と噛合している。具体的には、第１内歯歯車３１Ｇ及び第２内歯歯車３２Ｇの一方が、外歯歯車１１の軸方向の中央より片側の歯部に噛合し、他方が、外歯歯車１１の軸方向の中央よりもう一方の片側の歯部に噛合する。
このうち、第１内歯歯車３１Ｇは、第１内歯歯車部材３１の内周部の該当箇所に内歯が設けられて構成される。一方、第２内歯歯車３２Ｇは、第２内歯歯車部材３２の内周部の該当箇所に内歯が設けられて構成される。

２つの起振体軸受１２は、例えばコロ軸受であり、起振体１０Ａと外歯歯車１１との間に配置される。起振体１０Ａと外歯歯車１１とは、２つの起振体軸受１２を介して相対回転可能となっている。
各起振体軸受１２は、外歯歯車１１の内周に嵌入される外輪１２３と、複数の転動体（コロ）１２２と、複数の転動体１２２を保持する保持器１２１とを有する。複数の転動体１２２は、周方向に並べられ、起振体１０Ａの外周面と外輪１２３の内周面とを転走面として転動する。本実施形態においては、起振体１０Ａの外周面が内輪側転動面を構成しているが、これに限定されるものではなく、起振体に１０Ａとは別に内輪を有してもよい。
２つの起振体軸受１２は、軸方向に並設されており、第１内歯歯車３１Ｇの径方向内方に配置された第１起振体軸受１２Ａと、第２内歯歯車３２Ｇの径方向内方に配置された第２起振体軸受１２Ｂとを含む。以下、第１起振体軸受１２Ａの構成要素には「Ａ」、第２起振体軸受１２Ｂの構成要素には「Ｂ」の符号を末尾に付してこれらを識別する（図２参照）。

起振体軸受１２及び外歯歯車１１の軸方向の両側には、これらに当接して、これらの軸方向の移動を規制する規制部材４１、４２が設けられている。

ケーシング３３は、ボルト５１により第１内歯歯車部材３１と連結され、第２内歯歯車３２Ｇの外径側を覆う。ケーシング３３は、内周部に形成された主軸受３８（例えばクロスローラ軸受）の外輪部を有しており、当該主軸受３８を介して第２内歯歯車部材３２を回転自在に支持している。撓み噛合い式歯車装置１が外部の相手装置と接続される際、ケーシング３３と第１内歯歯車部材３１は相手装置に共締めにより連結される。

第１カバー３４は、ボルト５２により第１内歯歯車部材３１と連結され、外歯歯車１１と第１内歯歯車３１Ｇとの噛合い箇所を軸方向の反出力側から覆う。第１カバー３４と起振体軸１０の軸部１０Ｂとの間には軸受３６（例えば玉軸受）が配置されており、第１カバー３４は、当該軸受３６を介して起振体軸１０を回転自在に支持している。

第２カバー３５は、ボルト５３により第２内歯歯車部材３２と連結され、外歯歯車１１と第２内歯歯車３２Ｇとの噛合い箇所を軸方向の出力側から覆う。第２カバー３５と起振体軸１０の軸部１０Ｃとの間には軸受３７（例えば玉軸受）が配置されており、第２カバー３５は、当該軸受３７を介して起振体軸１０を回転自在に支持している。撓み噛合い式歯車装置１が外部の相手装置と接続される際、第２カバー３５と第２内歯歯車部材３２は、相手装置の被駆動部材に共締めにより連結され、減速された回転を当該被駆動部材に出力する。

さらに、撓み噛合い式歯車装置１は、シール用のオイルシール４３，４４，４５及びＯリング４６，４７，４８を備える。
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。
これにより、潤滑剤は、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。

［外歯歯車と起振体軸受の外輪との嵌合状態］
図２は、図１のＥ部を拡大した図であり、図３は、外歯歯車１１と起振体軸受１２の外輪１２３との嵌合面の状態を模式的に示した図である。
外歯歯車１１の内周には、起振体軸受１２の外輪１２３が嵌合されている。撓み変形する外歯歯車１１と起振体軸受１２の外輪１２３とは、長軸側で強く接触して界面の潤滑剤が外部に漏れ出し、フレッチング等の摩耗が発生する場合がある。
そこで、本実施形態では、潤滑剤（例えばグリースや潤滑油）が外歯歯車１１と起振体軸受１２の外輪１２３との間から漏れにくくなるように、これらの嵌合面の表面粗さを、軸方向外側領域（以下、単に「外側領域」という。）と、それよりも内側の軸方向内側領域（以下、単に「内側領域」という。）とで異ならせている。

具体的には、図２及び図３に示すように、２つの起振体軸受１２の外輪１２３（第１外輪１２３Ａ、第２外輪１２３Ｂ）の各外周面１２４（１２４Ａ、１２４Ｂ）は、両端部の外側領域１２４ａ、１２４ｂの表面粗さが内側領域１２４ｃの表面粗さよりも小さい。内側領域１２４ｃは、両外側領域１２４ａ、１２４ｂの間の領域をいう。一方の外側領域１２４ａは２つの外輪１２３全体における外側の端部であり、他方の外側領域１２４ｂは２つの外輪１２３全体における内側の端部である。
一方、外歯歯車１１の内周面１１０は、第１外輪１２３Ａの両外側領域１２４ａ、１２４ｂに対応する領域１１０ａ、１１０ｂと、第２外輪１２３Ｂの両外側領域１２４ａ、１２４ｂに対応する領域１１０ａ、１１０ｂとの表面粗さが、第１外輪１２３Ａの内側領域１２４ｃに対応する内側領域１１０ｃと、第２外輪１２３Ｂの内側領域１２４ｃに対応する内側領域１１０ｃとの表面粗さよりも小さい。外歯歯車１１の領域１１０ａは、外歯歯車１１の内周面１１０における外側領域である。
なお、本実施形態における「表面粗さ」とは、軸方向に測定した粗さに基づいて算出したＲａ（算術平均粗さ）をいう。ただし、算出するパラメータはＲａに限定されず、例えばＲｚ（最大高さ粗さ）、Ｒｓｋ（スキューネス（歪度））、Ｒｋｕ（クルトシス（尖度））等であってもよい。つまり、これらの粗さ指標のいずれかについて、上述した外側領域の粗さが内側領域の粗さより小さければよい

また、外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の各外周面１２４のうち、相対的に表面粗さの小さい外側領域１２４ａ、１２４ｂ、１１０ａ及び領域１１０ｂは、外輪１２３の軸方向への移動可能寸法よりも軸方向寸法が大きい。本実施形態では、各外輪１２３は、最大で、規制部材４１、４２の間の軸方向距離Ｄと２つの外輪１２３の軸方向長さＬとの差分寸法（Ｄ－Ｌ）だけ移動可能となっており、外側領域１２４ａ、１２４ｂ、１１０ａ及び領域１１０ｂは軸方向寸法がこの差分寸法よりも大きい。
これにより、外輪１２３が軸方向に最も移動した場合でも、外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の外周面１２４とで、相対的に表面粗さの小さい外側領域１２４ａ、１２４ｂ、１１０ａ及び領域１１０ｂの少なくとも一部は、互いの軸方向位置が必ず重なる。

また、外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の各外周面１２４には、微細な溝が形成されていてもよい。図４にこの溝等の組合せパターン例を示す。
この図に示すように、外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の各外周面１２４のうち、相対的に表面粗さの小さい外側領域１２４ａ、１２４、１１０ａ（領域１１０ｂを含む）と、相対的に表面粗さの大きい内側領域１２４ｃ、１１０ｃとには、所定の方向に沿った多数の溝等を配列してもよい。ここで、「溝」とは、例えば数十μｍ以下の微細な溝をいい、「梨地」とは、微細な凹凸（面）をいう。
図４の組合せパターンのうち、外側領域と内側領域のいずれにも周方向に沿った溝を設けるパターン１が、界面に潤滑剤を保持する点において最も望ましい。ここでの「周方向」とは、正確に回転軸Ｏ１回りの円周方向でなくともよく、例えばその±３０度の範囲内であればよい（周方向に対して傾いていてもよい）。
また、外側領域と内側領域の全てに図４に示す溝等を形成しなくともよく、これらの少なくとも一部に当該溝等が形成されればよい。

なお、外歯歯車１１と起振体軸受１２の外輪１２３との嵌合面の状態は、上記構成に限定されず、外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の外周面１２４とのうち少なくとも一方の面において、軸方向における外側領域の表面粗さが、その内側領域の表面粗さよりも小さければよい。したがって、例えば、外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の外周面１２４とのいずれか一方だけが上記構成であってもよいし、２つの外輪１２３のいずれか一方だけが上記構成であってもよいし、外歯歯車１１の内周面１１０のうちの外側領域１１０ａがそれ以外の領域よりも表面粗さが小さい構成であってもよい（つまり、領域１１０ｂは、領域１１０ｃと同様に表面粗さが大きい構成であってもよい）。また、この場合における相対的な表面粗さの小さい外側領域と、相対的な表面粗さの大きい内側領域とに、図４に示す溝等を形成してもよい。また、この場合でも、相対的に表面粗さの小さい外側領域は、軸方向寸法が外輪１２３の軸方向への移動可能寸法よりも大きいことが望ましい。また、外輪１２３の領域１２４ｂは、内側領域１２４ｃと同様に表面粗さが大きい構成であってもよい。
また、起振体軸受１２の外輪１２３は軸方向に分割されていなくともよく、２つの外輪１２３が一体的であってもよい。

［撓み噛合い式歯車装置の減速動作］
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１１に伝わる。このとき、外歯歯車１１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１１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１１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１１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１１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。

外歯歯車１１が撓み変形する際、その長軸位置が移動することで、外歯歯車１１と第１内歯歯車３１Ｇとの噛合う位置が回転方向に変化する。ここで、例えば、外歯歯車１１の歯数が１００で、第１内歯歯車３１Ｇの歯数が１０２だとすると、噛合う位置が一周するごとに、外歯歯車１１と第１内歯歯車３１Ｇとの噛合う歯がずれていき、これにより外歯歯車１１が回転（自転）する。上記の歯数であれば、起振体軸１０の回転運動は減速比１００：２で減速されて外歯歯車１１に伝達される。この場合、減速比は「５０」となる。

一方、外歯歯車１１は第２内歯歯車３２Ｇとも噛合っているため、起振体軸１０の回転によって外歯歯車１１と第２内歯歯車３２Ｇとの噛合う位置も回転方向に変化する。ここで、第２内歯歯車３２Ｇの歯数と外歯歯車１１の歯数とが同数であるとすると、外歯歯車１１と第２内歯歯車３２Ｇとは相対的に回転せず、外歯歯車１１の回転運動が減速比１：１で第２内歯歯車３２Ｇへ伝達される。これらによって、起振体軸１０の回転運動が減速比１００：２で減速されて、第２内歯歯車部材３２及び第２カバー３５へ伝達され、この回転運動が被駆動部材に出力される。

ここで、本実施形態の撓み噛合い式歯車装置１では、外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の外周面１２４とのうち少なくとも一方の面において、軸方向における外側領域の表面粗さが、その内側領域の表面粗さよりも小さくなっている。
そのため、外歯歯車１１と起振体軸受１２の外輪１２３との間の界面からの潤滑剤の軸方向（外側）への移動が抑制され、当該界面に潤滑剤が保持されやすくなる。これにより、外歯歯車１１と起振体軸受１２の外輪１２３との間でのフレッチング等の摩耗を抑制できる。

［本実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態によれば、外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の外周面１２４とのうち少なくとも一方の面は、軸方向における外側領域の表面粗さが、内側領域の表面粗さよりも小さい。
これにより、外歯歯車１１と起振体軸受１２の外輪１２３との間の界面に潤滑剤が保持されやすくなり、外歯歯車１１と起振体軸受１２の外輪１２３との間の摩耗を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の外周面１２４との双方は、軸方向における外側領域の表面粗さが、内側領域の表面粗さよりも小さい。
これにより、外歯歯車１１と起振体軸受１２の外輪１２３との間の摩耗をさらに抑制することができる。

また、本実施形態によれば、外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の外周面１２４とのうち少なくとも一方の面には、外側領域及び内側領域に、周方向に沿った溝が設けられる。
これにより、外歯歯車１１と起振体軸受１２の外輪１２３との間での潤滑剤の軸方向への移動をより好適に抑制し、外歯歯車１１と起振体軸受１２の外輪１２３との間の摩耗をより一層抑制することができる。

また、本実施形態によれば、第１外輪１２３Ａ及び第２外輪１２３Ｂの各外周面１２４は、外側領域１２４ａ、１２４ｂの表面粗さが内側領域１２４ｃの表面粗さよりも小さい。また、外歯歯車１１の内周面１１０は、第１外輪１２３Ａの外側領域１２４ａ、１２４ｂに対応する領域１１０ａ、１１０ｂと、第２外輪１２３Ｂの外側領域１２４ａ、１２４ｂに対応する領域１１０ａ、１１０ｂとの表面粗さが、第１外輪１２３Ａの内側領域１２４ｃに対応する内側領域１１０ｃと、第２外輪１２３Ｂの内側領域１２４ｃに対応する内側領域１１０ｃとの表面粗さよりも小さい。
これにより、２つの外輪１２３の各外周面１２４において、外歯歯車１１との間に潤滑剤が保持されやすくなり、２つの外輪１２３の間への潤滑剤の漏れを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の外周面１２４とのうち少なくとも一方の面のうち、相対的に表面粗さの小さい外側領域は、軸方向寸法が外輪１２３の軸方向への移動可能寸法よりも大きい。
これにより、外輪１２３が軸方向に最も移動した場合でも、外歯歯車１１の内周面１１０と外輪１２３の外周面１２４とで、相対的に表面粗さの小さい外側領域の少なくとも一部は互いの軸方向位置が必ず重なる。したがって、外歯歯車１１と起振体軸受１２の外輪１２３との間の摩耗をより確実に抑制することができる。

［その他］
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、撓み噛合い式歯車装置１として筒型の噛合い式歯車装置を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、これに限定されず、例えばカップ型又はシルクハット型の撓み噛合い式歯車装置などにも好適に適用できる。
その他、上記実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 撓み噛合い式歯車装置
１０ 起振体軸
１０Ａ 起振体
１１ 外歯歯車
１１０ 内周面
１１０ａ 外側領域
１１０ｂ 領域
１１０ｃ 内側領域
１２ 起振体軸受
１２Ａ 第１起振体軸受
１２Ｂ 第２起振体軸受
１２３ 外輪
１２３Ａ 第１外輪
１２３Ｂ 第２外輪
１２４ 外周面
１２４ａ、１２４ｂ 外側領域
１２４ｃ 内側領域
４１、４２ 規制部材
Ｄ 規制部材の間の軸方向距離
Ｌ ２つの外輪の軸方向長さ
Ｏ１ 回転軸

Claims (6)

1. 起振体と、前記起振体により撓み変形する外歯歯車と、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、を備えた撓み噛合い式歯車装置であって、
   前記起振体軸受は、前記外歯歯車の内周に嵌合する外輪を有し、
   前記外歯歯車の内周面と前記外輪の外周面とのうち少なくとも一方の面は、軸方向外側領域の表面粗さが、軸方向内側領域の表面粗さよりも小さい、
   撓み噛合い式歯車装置。
2. 前記外歯歯車の内周面と前記外輪の外周面との双方は、軸方向外側領域の表面粗さが、軸方向内側領域の表面粗さよりも小さい、
   請求項１に記載の撓み噛合い式歯車装置。
3. 前記少なくとも一方の面には、軸方向外側領域及び軸方向内側領域に、周方向に沿った溝が設けられる、
   請求項１又は請求項２に記載の撓み噛合い式歯車装置。
4. 前記外輪は、軸方向に分割された第１外輪と第２外輪を有し、
   前記第１外輪及び前記第２外輪の各外周面は、軸方向両外側領域の表面粗さが、軸方向内側領域の表面粗さよりも小さい、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の撓み噛合い式歯車装置。
5. 前記外輪は、軸方向に分割された第１外輪と第２外輪を有し、
   前記外歯歯車の内周面は、前記第１外輪の軸方向両外側領域に対応する領域と、前記第２外輪の軸方向両外側領域に対応する領域との表面粗さが、前記第１外輪の軸方向内側領域に対応する領域と、前記第２外輪の軸方向内側領域に対応する領域との表面粗さよりも小さい、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の撓み噛合い式歯車装置。
6. 前記外輪は、所定寸法だけ軸方向に移動可能に構成され、
   前記少なくとも一方の面のうち、相対的に表面粗さの小さい軸方向外側領域は、軸方向寸法が前記所定寸法よりも大きい、
   請求項１から請求項５のいずれかに記載の撓み噛合い式歯車装置。

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