JP2771415B2 - 撓み噛合い式歯車噛合構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型の減速機、あるい
は増速機に適用するのに好適な、撓み噛合い式の歯車噛
合構造、即ちいわゆる波動歯車構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、撓み噛合い式歯車噛合構造に関す
る技術として、例えば特開昭６３−１３０９４９号公報
に記載のものが知られている。以下、これについて説明
する。

【０００３】図５はこの従来技術の構造を示す断面図、
図６は図３のVI−VI線断面図である。この構造は一般に
波動歯車構造とも呼ばれている。

【０００４】入力回転軸２１には外スプライン２２Ａが
設けられており、該外スプライン２２Ａが、波動発生器
となる偏心体２３に設けられた内スプライン２２Ｂと結
合している。これらの偏心体２３の外周には偏心体軸受
２４が設けられている。偏心体軸受２４の外周には外歯
歯車２８が設けられており、該外歯歯車２８はフランジ
部２９、円環部３０及び外歯部３１とから構成されてい
る。外歯歯車２８の外歯部３１は偏心体軸受２４の外輪
２７の外周に位置している。

【０００５】前記において、外輪２７、円環部３０及び
外歯部３１は弾性変形可能となっている。外歯部３１に
設けられた外歯３１Ａは、トロコイド歯形等からなって
おり、該外歯３１Ａは、内歯歯車３２に回転可能に支持
されたピンにより構成された内歯３３Ａに噛合してい
る。

【０００６】内歯歯車３２の内歯（ピン）３３Ａの数に
対して、外歯３１Ａの数は２歯だけ少なくなっている。
そして、外歯３１Ａの形状は、転円と基円の半径比が整
数であるエピトロコイド平行曲線を２個、位相をずらせ
て重ね合わせ、重なり合った個々の曲線のうち最も内側
にある曲線部分を歯形曲線としたものであり、この歯形
自体は特公昭５８−４２３８２号（特許第１２０８５４
８号）として公知のものである。

【０００７】入力回転軸２１の回転は波動発生器（偏心
体２３）の回転となり、偏心体２３は偏心体軸受２４を
介して外歯歯車２８の外歯部３１を変形させる。偏心体
２３の凸部により変形させられた外歯部３１は、その外
歯３１Ａが内歯（ピン）３３Ａと噛合し、偏心体２３の
１回転の間に外歯３１Ａとピン３３Ａとの歯数差だけ位
相がずれ、そのずれが外歯歯車２８の回転となって出力
軸３４に伝達される。本例では具体的には外歯３１Ａが
１００歯、内歯（ピン）３３Ａが１０２歯あり、その歯
数差は２であり減速比は（−２／１００＝−１／５０）
となる。なお、「−」は入出力が逆回転の関係となるこ
とを示している。

【０００８】内歯歯車３２はこの実施例では固定されて
いる。しかしながら、外歯歯車２８と内歯歯車３２とは
一方を固定すると他方が出力側となる相対的なものであ
り、又、入力回転軸は出力軸を入力側とすれば増速して
取り出す出力軸ともなる。

【０００９】ところで、この種の撓み噛合い式の歯車装
置では、外歯歯車２８と内歯歯車３２に使用している歯
形は、前述した特公昭５８−４２３８２号公報に開示さ
れたものが理想とされている。この特公昭５８−４２３
８２号公報に開示された歯形は、もともとは、剛性を有
する内歯歯車と剛性を有する外歯歯車とを有する遊星歯
車減速機（出願人所有に係る登録商標「サイクロ減速
機」として周知）に使用する目的で発案されたものであ
る。

【００１０】即ち、撓み噛合い式の歯車装置において
も、外歯歯車２８と内歯歯車３２とを理論的に正確に噛
合させるには、当該外歯歯車２８と内歯歯車３２は、少
なくとも噛合っている部分においては前記剛性を有する
外歯歯車及び内歯歯車の組合せに係る遊星歯車減速機の
噛合状態と同じ状態が形成されなくてはならないという
ことである。

【００１１】これは、具体的には、少なくとも内歯歯車
３２との噛合部分における外歯歯車２８の形状（曲率半
径）が、該外歯歯車２８を撓ませる（変形させる）前の
真円状態での形状（曲率半径）と同一になっていなけれ
ばならないことを意味する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな考え方には以下のような不具合があった。

【００１３】これを図７を用いて説明する。

【００１４】図７は、撓み噛合い式の歯車噛合構造にお
ける外歯歯車の変形状態を概念的に示したものである。
図に示されるように、外歯歯車２８上の点Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄは、変形により点Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２へと移る。
ここで曲線Ａ２−Ｄ２及び曲線Ｂ２−Ｃ２で示される部
分において、外歯歯車２８の外歯３１Ａと内歯歯車３２
の内歯（ピン）３３Ａが理論的に正確に噛合う必要があ
る。

【００１５】ここで、外歯歯車２８の変形前と変形後の
曲線を比較して見ると、曲線Ａ−Ｄ（曲線Ｂ−Ｃ）が曲
線Ａ２−Ｄ２（曲線Ｂ２−Ｃ２）へ平行移動しているた
め、Ａ２−Ｂ２間（Ｃ２−Ｄ２間）がＡ−Ｂ間（Ｃ−Ｄ
間）より広くなっており、その分曲線Ａ２−Ｂ２（曲線
Ｃ２−Ｄ２）は点Ａ２、Ｂ２（点Ｃ２、Ｄ２）での接線
の傾きがＡ、Ｂ（Ｃ、Ｄ）での傾きと等しいままで、曲
線Ａ−Ｂ（曲線Ｃ−Ｄ）をＸ軸方向に引き伸ばされた形
となっている。

【００１６】そのため、変形後の外歯歯車２８の形状
は、点Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２の近傍で急激に曲率半径
が小さくなっていることが分かる。

【００１７】これは、変形前後の全周の長さが一定であ
ること、及び一定の範囲（ここでは曲線Ａ２−Ｄ２及び
曲線Ｂ２−Ｃ２）において、変形後においても変形前の
曲率半径を維持しなければならないために必然的に生じ
る現象である（これにより、偏心体２３Ａの形状も決定
される）。

【００１８】従って、外歯歯車２８には、当該変形によ
り、特に点Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２の付近において大き
な曲げ応力が発生し、これによって伝達可能トルクを制
限せざるを得ない場合が少なくなかった。

【００１９】本発明は、このような従来の問題に鑑みて
成されたものであって、外歯歯車の撓みを必須とする撓
み噛合い式の歯車噛合構造において、当該外歯歯車の変
形による曲げ応力を極力抑え、伝達効率の向上及び伝達
可能トルクの増大を図ることをその目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、剛性を有した
内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合可能な可撓性を有し
た外歯歯車と、該外歯歯車を撓み変形させることによっ
て前記内歯歯車と外歯歯車との内接噛合を実現させる波
動発生器と、を備えた撓み噛合い式歯車噛合構造におい
て、前記内歯歯車と外歯歯車との歯数差をi としたとき
に、前記内歯歯車との歯数差がi より大きなj で（i ＜
j ）、且つ該内歯歯車と内接噛合する剛性を有した仮想
外歯歯車を想定し、前記外歯歯車の歯形を、該外歯歯車
が撓んだ結果、内歯歯車と噛合する部分において前記仮
想外歯歯車の歯形と等しくなる形状に形成すると共に、
該外歯歯車の内歯歯車と噛合する部分における変形曲率
を、前記仮想外歯歯車の曲率と等しく設定したことによ
り、上記課題を解決したものである。

【００２１】

【作用】本発明では、外歯歯車と内歯歯車との歯数差が
i であったときに、当該歯数差i に着目して内歯歯車及
び外歯歯車の歯形や曲率を決定するという従来の設計思
想を改め、この歯数差i よりも大きな歯数差j となるよ
うな外歯歯車を仮想的に想定するようにした。

【００２２】この仮想外歯歯車は、基本形状が真円で且
つ剛性を有するもので、従って、タイプとしては従来公
知の遊星歯車減速機（サイクロ減速機：登録商標）の外
歯歯車に相当するものと考えてよい。

【００２３】図３は、本発明に係る外歯歯車の変形形状
について、図７（従来例）と対応して示した図である。

【００２４】図３及び図７において、点Ｐと点Ｑは同一
である。即ち、変形前の真円の状態でＸ軸上で点Ｐの位
置にあった外歯歯車の外歯部分が噛合時に点Ｑの位置に
まで移動することになる。

【００２５】又、図３の曲線Ａ１−Ｄ１（曲線Ｂ１−Ｃ
１）の曲率半径は、図７の曲線Ａ２−Ｄ２（曲線Ｂ２−
Ｃ２）の曲率半径（＝曲線Ａ−Ｄ（曲線Ｂ−Ｃ）の曲率
半径）よりも小さく、その割合は「仮想外歯歯車の歯数
／外歯歯車の歯数」に相当する。

【００２６】従って、点Ａ→点Ａ２（点Ｂ→点Ｂ２、点
Ｃ→点Ｃ２、点Ｄ→点Ｄ２）へのＸ軸方向の移動距離よ
りも、Ａ→Ａ１（Ｂ→Ｂ１、Ｃ→Ｃ１、Ｄ→Ｄ１）への
Ｘ軸方向の移動距離の方が短くなる。しかも、θ1 は
（外歯歯車の歯数／仮想外歯歯車の歯数）×θであるた
め、θ1 ＞θである。そのため曲線Ａ−Ｂ→曲線Ａ１−
Ｂ１（曲線Ｃ−Ｄ→曲線Ｃ１−Ｄ１）への変形は、Ａ
−Ａ１間とＡ−Ａ２間のＸ軸方向の距離の差、及び点
Ａ１、Ｂ１での曲線Ａ１−Ｂ１の接線の傾きと、点Ａ
２、Ｂ２での曲線Ａ２−Ｂ２の接線の傾きの差、によっ
て曲線Ａ−Ｂ→曲線Ａ２−Ｂ２（曲線Ｃ−Ｄ→曲線Ｃ２
−Ｄ２）への変形よりも容易に行うことができる。

【００２７】従って、外歯歯車の変形による曲げ応力が
その分低減され、ひいては外歯歯車の曲げ応力により制
限されていた伝達可能トルクを増大させることができる
ようになる。

【００２８】しかも噛合部分では、外歯歯車は仮想外歯
歯車の曲率半径に変形すると共に、その噛合部分の歯形
が仮想外歯歯車の歯形と同一形状となるように予め形成
されているため、内歯歯車と外歯歯車は、（歯数差が実
際はi でありながら）あたかも歯数差がj であるかのよ
うに完全に理論噛合することになる。

【００２９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００３０】本実施例の歯車噛合構造では、外歯歯車１
２８の形状及びこれに対応して偏心体１２３の形状が図
５、図６に示した従来技術（特開昭６３−１３０９４
９）と異なるだけで、基本的な構造は該従来技術と同一
である。よって重複説明は省略し、当該異なる部分のみ
符号を置き換えて説明する。

【００３１】図１は、本実施例の構造の主要部断面図で
あり、図５のVI−VI線断面に相当するものである。又、
図２は、内歯歯車１３２及び仮想外歯歯車１３４との噛
合関係を示したものである。

【００３２】なお、図８は、本発明と従来例との差を分
り易くするために、図１と同一の減速比を有する従来技
術を比較例として図示したものである。

【００３３】外歯歯車１２８、内歯歯車１３２、及び仮
想外歯歯車１３４の関係は、以下のようになっている。

【００３４】まず、外歯歯車１２８の外歯１３１Ａの歯
数（５８）に対して、内歯歯車１３２の内歯（ピン）１
３３Ａの歯数（６０）は２歯多い。即ち、歯数差i ＝６
０−５８＝２である。

【００３５】一方、仮想外歯歯車１３４の歯数（５６）
は、内歯歯車１３２の歯数（６０）よりも４歯少ない。
即ち、j ＝６０−５６＝４である（i ＜j ）。

【００３６】前記外歯歯車１２８は、内歯歯車１３２の
内歯（ピン）１３３Ａの歯数（６０）に対して４歯だけ
少ない歯を持つ前記仮想外歯歯車１３４の「歯形」を基
準とし、これに同一形状の２歯を足して内歯歯車１３２
との歯数差を２にしたものである。

【００３７】このような関係を有する外歯歯車１２８の
外歯１３１Ａと内歯歯車１３２の内歯１３３Ａとは理論
的に正確な噛合を行うためには、該噛合部分での外歯歯
車１２８の曲率半径は、前記仮想外歯歯車１３４の曲率
半径に等しくなる必要がある。従って、この実施例で
は、図３に示されるように、外歯歯車１２８の噛合範囲
Ａ１〜Ｄ１、Ｂ１〜Ｃ１の曲率半径を、外歯歯車１２８
の外歯１３１Ａより更に２歯だけ少ない仮想外歯歯車１
３４の曲率半径と同一に設定してある。この仮想外歯歯
車の曲率半径は、従来の外歯歯車１２８の曲率半径に対
し、仮想外歯歯車の歯数（５６）／外歯歯車の歯数（５
８）だけ小さくなっている。

【００３８】この仮想外歯歯車１３４の具体的な形状
は、転円と基円の半径比が整数であるエピトロコイド平
行曲線を、４個位相をずらせて重ね合わせ、この重なり
合った個々の曲線のうち、最も内側にある曲線部分を歯
形曲線としたものであり、前述したように特公昭５８−
４２３８２号公報により公知のものである。

【００３９】即ち、この仮想外歯歯車１３４の形状は、
これを内接噛合遊星歯車装置（例：サイクロ減速機（登
録商標））に使用する場合、内歯歯車１３２の内歯１３
３Ａを歯数差４の（剛性を有した）外歯歯車として理論
噛合を行える形状となっている（図２参照）。

【００４０】この実施例に係る減速機及び図８に示した
比較例に係る減速機の減速比は、前述したように、双方
ともその外歯歯車１２８、１２８′の外歯１３１Ａ、１
３１Ａ′が５８、内歯歯車１３２、１３２′の内歯（ピ
ン）１３３Ａ、１３３Ａ′が６０であるため、その歯数
差が２であり、従って両減速機共−２／５８＝−１／２
９となる。なお「−」は入出力が逆回転の関係になるこ
とを示している。

【００４１】ところが、本実施例に係る減速機は、その
外歯の噛合範囲における変形後の形状が、現実には内歯
歯車１３２の歯数６０より４歯少ない外歯歯車の変形後
のそれと同一とされている。従って、その分比較例に係
る減速機に対して外歯歯車１２８の変形されたときの全
体形状が長方形に近い形からより真円に近い形に変更さ
れている。このように、現実の歯数差（減速比）を変更
することなく、歯数差のより大きな組合せに係る歯形と
それに合せた変形曲線を採用することで変形抵抗を減じ
ることができる。しかも前述したように内歯歯車１３２
と外歯歯車１２８とは、あたかも歯数差j の組合せに係
る両者が噛合するように完全に理論噛合することにな
る。

【００４２】次に、図４に、本発明の第２実施例を示
す。この第２実施例との前記実施例との違いは、内歯歯
車の内歯としてピンを採用するのではなく、本体に直接
的に内歯を切削したものとしたことにある。この場合の
内歯は、前記仮想外歯歯車と理論噛合するように設定さ
れる。具体的には、この場合の内歯歯車２３２の内歯２
３３Ａ及び仮想外歯歯車の外歯（即ち現実の外歯歯車２
２８の噛合部分における外歯２３１Ａ）として、特願平
４−２０２２９５号（未公知）にて提案された歯形を採
用することができる。

【００４３】即ち、仮想外歯歯車と内歯歯車２３２との
歯数差をＮ（図４の例では２）とした場合、仮想外歯歯
車の歯形はＮ個のエピトロコイド平行曲線を位相をずら
せて重ね合わせたときにできる最も内側の曲線を基準に
して構成し、又内歯歯車２３２の歯形は、前記エピトロ
コイド平行曲線と噛合うＮ個のトロコイド内包絡線を、
前記仮想外歯歯車と同じだけ位相をずらせて重ね合せた
ときにできる最も内側の曲線を基準に構成したものであ
る。

【００４４】その他の構成については、前記実施例と基
本的に全く同一であるため、図中で同一部分に同一符号
を付すに止どめ、重複説明を省略する。

【００４５】なお、本発明を実施する場合は、例えば設
定する歯数差等によっては、外歯歯車が仮想外歯歯車と
同じ曲率半径の部分以外の部分で、内歯歯車と干渉し合
う場合が生ずることも考えられる。この場合は、この干
渉を防止するために、外歯歯車の歯先を適当に丸める等
の歯形修正を行うとよい。

【００４６】又、上記２つの実施例ではいずれも内歯歯
車の内歯の歯数と外歯歯車の外歯の歯数の差i を２に設
定していたが、本発明ではこの歯数差i は２に限定され
るものではなく、１以上であれば適宜の数でよい。又、
前記仮想外歯歯車の歯数についても、本発明において
は、外歯歯車の外歯の実際の歯数よりも少なければ適宜
の数でよい。

【００４７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、現
実の歯数差を少なく維持しながら、即ち減速比を大きく
確保しながら、実際の外歯歯車の形状をより歯数差の大
きな場合の形状とほぼ同じくすることができ、その分外
歯歯車の変形抵抗を小さくできるため、従来耐久性上こ
の変形抵抗によって制限されていた伝達可能トルクをよ
り増大させることができるようになるという優れた効果
が得られる。

【００４８】又、変形抵抗を少なくした分、外歯歯車に
おける発熱をより少なくすることができ、伝達効率をよ
り向上させることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された撓み噛合い式歯車噛合構造
の主要部を示す図６、あるいは図８相当の断面図

【図２】上記実施例における内歯歯車と仮想外歯歯車と
の噛合図

【図３】上記実施例における外歯歯車の変形前（撓み
前）及び変形後（撓み後）の関係を示す線図

【図４】本発明の他の実施例を示す図１相当の断面図

【図５】従来の撓み噛合い式歯車噛合構造の一例の全体
構造を示す断面図（本実施例も歯数、歯形等を除けば基
本構造は同じ）

【図６】図５の矢示VI−VI線に沿う断面図

【図７】従来の外歯歯車の変形前（撓み前）及び変形後
（撓み後）の関係を示す図３相当の線図

【図８】図１に示す本発明の実施例と同一の減速比を有
する従来例（比較例）を示す断面図

【符号の説明】

１２３…偏心体（波動発生器） １２８、２２８…外歯歯車 １３１Ａ…外歯 １３２、２３２…内歯歯車 １３３Ａ…内歯 １３４…仮想外歯歯車 １４０Ａ…仮想外歯歯車の外歯

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】剛性を有した内歯歯車と、該内歯歯車に内
   接噛合可能な可撓性を有した外歯歯車と、該外歯歯車を
   撓み変形させることによって前記内歯歯車と外歯歯車と
   の内接噛合を実現させる波動発生器と、を備えた撓み噛
   合い式歯車噛合構造において、 前記内歯歯車と外歯歯車との歯数差をi としたときに、
   前記内歯歯車との歯数差がi より大きなj で（i ＜j
   ）、且つ該内歯歯車と内接噛合する剛性を有した仮想
   外歯歯車を想定し、 前記外歯歯車の歯形を、該外歯歯車が撓んだ結果、内歯
   歯車と噛合する部分において前記仮想外歯歯車の歯形と
   等しくなる形状に形成すると共に、 該外歯歯車の内歯歯車と噛合する部分における変形曲率
   を、前記仮想外歯歯車の曲率と等しく設定したことを特
   徴とする撓み噛合い式歯車噛合構造。