JP4187331B2 - クロスローラベアリング - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロスローラベアリングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願人は先に、特開平９−２５０６０８号公報において、クロスローラベアリングを用いた小型でコンパクトな波動歯車装置ユニットを提案している。この公開公報に開示されている波動歯車装置ユニットは、ユニット軸線方向の両側に配置した第１および第２の端板と、これらの端板の間に組み込まれたシルクハット型の波動歯車装置と、波動歯車装置の構成要素であるシルクハット型の可撓性外歯歯車および剛性内歯車を相対回転自在の状態で支持しているクロスローラベアリングとを備え、クロスローラベアリングの外輪と、第１および第２の端板とによって装置ハウジングが構成された構造となっている。
【０００３】
また、本願人は、特開平９−３０３４９６号公報においても、カップ型の波動歯車装置を備えた同様な構造の波動歯車装置ユニットを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような波動歯車装置ユニットは小型でコンパクトな構造であるので、ロボットアーム等のような設置場所に制限のある場所に組み込まれるアクチュエータの減速歯車機構として用いるのに適している。
【０００５】
ここで、このような部分に使用する構成要素は一般に軽量であることも必要とされる。波動歯車装置ユニットにおいては、特にクロスローラベアリングおよび剛性内歯歯車の重量が大きい。従って、これらの部品を軽量化できれば波動歯車装置ユニットを軽量化できる。
【０００６】
しかしながら、クロスローラベアリングにおける軌道面の部分、剛性内歯歯車の歯部は、耐久性、耐摩耗性が要求される部分であるので、重量のある鉄系素材を使用せざるを得ない。このために、クロスローラベアリングの軽量化、波動歯車装置ユニットの軽量化を実現することは困難である。
【０００７】
本発明の課題は、この点に鑑みて、ベアリングの軌道面、剛性内歯歯車の歯部の性能を阻害することなく、クロスローラベアリングの軽量化を達成することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、外輪および内輪に、他部材に対する締結用の固定穴あるいはタップが形成されているクロスローラベアリングにおいて、
外輪および内輪に、他部材に対する締結用の固定穴あるいはタップが形成されているクロスローラベアリングにおいて、
前記外輪は、前記固定穴あるいはタップが形成された外輪本体部材と、この外輪本体部材の内周面に固定されていると共に内周面に軌道面が形成されている外輪側軌道面形成部材とを備え、
前記内輪は、前記固定穴あるいはタップが形成された内輪本体部材と、この内輪本体部材の外周面に固定されていると共に外周面に軌道面が形成されている内輪側軌道面形成部材とを備え、
前記外輪側軌道面形成部材および内輪側軌道面形成部材の間に区画形成される軌道内に複数個のコロが挿入されており、
前記外輪側軌道面形成部材および内輪側軌道面形成部材は鉄系素材から形成されており、前記外輪本体部材および内輪本体部材は、前記鉄系素材よりも軽い軽量素材から形成されており、
前記外輪側軌道面形成部材は、前記外輪本体部材の内周面の全体を覆う状態に、当該外輪本体部材の内周面に固定されており、
前記内輪側軌道面形成部材は、前記内輪本体部材の外周面における前記外輪側軌道面形成部材に対峙する外周面部分を覆う状態に、当該外周面部分に固定されており、
前記外輪本体部材の一方の環状端面には鉄系素材からなるボルト座面用の環状板が取り付けられており、
前記ボルト座面用の環状板には、前記外輪および内輪の間を封鎖するオイルシールが取り付けられており、
前記内輪は前記外輪よりも広幅であり、
前記内輪本体部材は、前記外輪における前記ボルト座面用の環状板が取り付けられている側の環状端面から横方に突出した内輪本体部材突出部分を備えており、
前記内輪側軌道面形成部材は、前記内輪本体部材の前記外周面における前記外輪側軌道面形成部材に対峙する外周面部分に連続して、前記内輪本体部材突出部分の外周面部分の少なくとも一部を覆っている内輪側軌道面形成部材突出部分を備えており、
前記内輪側軌道面形成部材突出部分に、前記ボルト座面用の環状板に取り付けた前記オイルシールが接触していることを特徴としている。
【０００９】
ここで、本発明のクロスローラベアリングは、
前記内輪本体部材の前記内輪本体部材突出部分は円形内周面を備えており、
前記円形内周面には、内周面に内歯が形成されている円環状の歯部形成部材が固定されており、
前記歯部形成部材は鉄系素材から形成されており、
前記内輪本体部材突出部分と前記歯部形成部材によって、前記内輪には、波動歯車装置の剛性内歯歯車が一体形成されていることが望ましい。
【００１０】
前記軽量素材は、アルミニウム合金、チタン合金等の軽金属の合金、プラスチック、またはセラミックとすることができる。
【００１１】
ここで、前記外輪本体部材がアルミニウム合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる前記外輪側軌道面形成部材をアルミニウム合金で鋳込むことにより、または、前記外輪本体部材に対して外輪側軌道面形成部材を焼きばめ等による圧入により、当該外輪側軌道面形成部材と前記外輪本体部材を一体化することができる。
【００１２】
前記外輪本体部材がチタン合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる前記外輪側軌道面形成部材に対して、前記外輪本体部材が鍛造により一体化することができる。
【００１３】
前記内輪本体部材がチタン合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる前記内輪側軌道面形成部材をチタン合金で鋳込むことにより、または、前記内輪本体部材に対して内輪側軌道面形成部材を焼きばめ等による圧入により、当該内輪側軌道面形成部材と前記内輪本体部材を一体化することができる。
【００１４】
前記内輪本体部材がアルミニウム合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる前記内輪側軌道面形成部材に対して、前記内輪本体部材が鍛造により一体化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した波動歯車装置ユニットについて説明する。
【００１６】
［第１の実施例］
（全体構成）
図１には、シルクハット型波動歯車装置を備えた波動歯車装置ユニットの断面構成を示してある。本例の波動歯車装置ユニット１は、ユニット軸線１ａの方向に一定の間隔を開けて配置した第１の端板２および第２の端板３と、これらの第１および第２の端板２、３の間に配置されたクロスローラベアリング４とを有している。これら第１、第２の端板２、３およびクロスローラベアリング４の外輪４１によって構成されるユニットハウジングの内部に、シルクハット型の波動歯車装置５が組み込まれている。また、第１および第２の端板２、３の中心には軸孔が形成されており、ここには、ボールベアリング６、７によって回転自在に支持された中空入力軸８が貫通している。
【００１７】
クロスローラベアリング４は、外輪４１と内輪４２と、これら内外輪の間に区画形成されている円環状軌道に挿入された複数のコロ４３とを備えている。外輪４１は、円環状の外輪本体部材４１１と、この外輪本体部材の内周面に一体化されていると共に内周面に軌道面が形成されている円環状の外輪側軌道面形成部材４１２とを備えた複合部品である。
【００１８】
内輪４２は、円環状をした広幅の内輪本体部材４２１と、この内輪本体部材４２１の一方の端部側の外周面部分に一体化されていると共に外周面に軌道面が形成されている円環状の内輪側軌道面形成部材４２２とを備えた複合部品である。さらに、本例の内輪４２は、その内輪本体部材４２１の他方の端部側の内周面部分に一体化されていると共に内周面に内歯５１１が形成されている円環状の歯部形成部材５１２を備えている。すなわち、本例の内輪４２は以下に述べるシルクハット型の波動歯車装置５の剛性内歯歯車との兼用部品である。この構成の内輪４２の内輪本体部材４２１は、不図示の締結用ボルトによって、第２の端板３に締結固定されている。
【００１９】
シルクハット型の波動歯車装置５は、円環状の剛性内歯歯車５１と、シルクハット型の可撓性外歯歯車５２と、楕円形輪郭の波動発生器５３とを備えている。剛性内歯歯車５１は上記のようにクロスローラベアリング４の内輪４２と一体物として形成されており、内歯５１１が内周面に形成されている円環状の歯部形成部材５１２のみが別部材から形成され、内歯歯車兼用の内輪４２の内周面に一体化されている。
【００２０】
可撓性外歯歯車５２は円筒状の胴部５２１と、この一端に連続して半径方向の外方に広がっている環状のダイヤフラム５２２と、このダイヤフラム５２２の外周縁に連続している厚肉の環状ボス５２３と、胴部５２１の他端部分の外周面に形成されている外歯５２４とを備え、全体としてシルクハット形状をしたものである。環状ボス５２３は、クロスローラベアリング４の外輪４１の環状端面と第１の端板２の間に挟まれ、締結ボルト（図示せず）によって、これらの部品に締結固定されている。よって、可撓性外歯歯車５２と剛性内歯歯車５１はクロスローラベアリング４を介して相対回転自在の状態となっている。
【００２１】
波動発生器５３は、中空入力軸８の外周面に形成されている楕円形輪郭の剛性カム板部分５３１とボールベアリング５３２とを備え、このボールベアリング５３２は、剛性カム板部分５３１の外周面と可撓性外歯車５２の外歯５２４が形成されている部分の内周面との間に嵌め込まれている。
【００２２】
ここで、外輪４１の外輪本体部材４１１に形成したボルト孔４１４が開口している外輪本体部材の環状端面４１５には、ボルト座面形成用の環状板９が取り付けられ、この環状板９も締結用ボルトによって外輪本体部材４１１の側に締結固定されている。この環状板９の内周縁側の部分には、オイルシール用のシールリング９１が取り付けられており、このシールリング９１によって外輪４１と内輪４２の隙間がシールされている。
【００２３】
この構成のシルクハット型の波動歯車装置ユニット１では、中空入力軸８の第１の端板３から突出している突出部分が、モーター出力軸等の回転源に接続固定される。また、第１の端板２あるいは第２の端板３が、負荷側に接続固定される。中空入力軸８が高速回転すると、楕円形状の波動発生器４３によって楕円形状に撓められて円周方向の２か所で内歯４２４に噛み合っている外歯４１４の噛み合い部分は円周方向に移動する。外歯と内歯の歯数は異なっているので、歯数差に応じた相対回転がこれらの外歯と内歯の間に発生する。この回転は、入力回転数に比べて大幅に減速されたものとなる。第２の端板２および第２の端板３のうちの一方が負荷側に接続され、他方が回転しないように固定されるので、負荷側に接続された端板の側から減速回転が出力されて負荷側に伝達される。
【００２４】
（各部品の素材について）
上述のように、本例では、クロスローラベアリング４の外輪４１は、外輪本体部材４１１と外輪側軌道面形成部材４１２からなる複合部品である。同様に、内輪４２は、内輪本体部材４２１と、内輪側軌道面形成部材４２２と、内周面に内歯５１１が形成されている歯部形成部材５１２からなる複合部品である。
【００２５】
外輪本体部材４１１および内輪本体部材４２１は、鉄系素材よりも軽い軽量素材から形成されており、例えば、アルミニウム合金、チタン合金等の軽金属の合金、プラスチック、またはセラミックを採用することができる。これに対して、軌道面が形成されている外輪側軌道面形成部材４１２、内輪側軌道面形成部材４２２および、内歯が形成されている歯部形成部材５１２は一般的に使用されている鉄系素材から形成されている。
【００２６】
さらに、本例では、中空入力軸８もアルミニウム合金、チタン合金等の軽金属の合金、プラスチック、またはセラミック等の軽量素材から形成されており、その外周面に形成されている波動発生器５３の剛性カム板部分５３１も同一の軽量素材から形成されている。
【００２７】
（複合部品の製造方法）
次に、複合部品である外輪４１および内輪４２の製造方法について説明する。まず、外輪本体部材４１１と外輪側軌道面形成部材４１２との結合は次のようにして行うことができる。
【００２８】
外輪本体部材４１１が鉄系素材よりも線膨張係数の大きなアルミニウム合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる外輪側軌道面形成部材４１２をアルミニウム合金で鋳込むことにより、これらの部品を一体化できる。この代わりに、外輪本体部材４１１に対して外輪側軌道面形成部材４１２を焼きばめ等により圧入することにより、これらの部品を一体化できる。鋳込みの場合には、双方の部材を一体化した後に、外輪側軌道面形成部材４１２の内周面（軌道面）に、高周波焼き入れ、またはレーザー焼き入れをし、しかる後に機械加工を施せばよい。
【００２９】
これに対して、外輪本体部材４１１が鉄系素材よりも線膨張係数が小さなチタン合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる外輪側軌道面形成部材４１２に対して、外輪本体部材４１１を鍛造により一体化すればよい。鍛造の際における双方の部材の接合部に接着剤を塗布してもよい。また、外輪側軌道面形成部材４１２の内周面（軌道面）は予め熱処理により硬化させておいてもよいし、双方の部材の接合後に、高周波焼き入れ、またはレーザー焼き入れを施して硬化させてもよい。
【００３０】
なお、外輪本体部材４１１と外輪側軌道面形成部材４１２の線膨張係数の差が５×１０−６以内の場合には、双方の部材は、鋳込み、鍛造、圧入、エポキシ樹脂等の接着剤による接合等により一体化することができる。
【００３１】
次に、内輪４２を構成している三部品の結合方法について説明する。まず、内輪本体部材４２１がチタン合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる内輪側軌道面形成部材４２２をチタン合金で鋳込むことにより、または、内輪本体部材４２１に対して内輪側軌道面形成部材４２２を焼きばめ等により圧入することにより、当該内輪側軌道面形成部材４２１と内輪本体部材４２２を一体化することができる。この場合、内輪側軌道面形成部材４２２の外周面（軌道面）は、高周波焼き入れ、レーザー焼き入れにより硬化させ、しかる後に機械加工を施せば良い。
【００３２】
これに対して、内輪本体部材４２１がアルミニウム合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる内輪側軌道面形成部材４２２に対して、内輪本体部材４２１を鍛造により一体化すればよい。また、焼きばめ等による圧入によって一体化することもできる。鍛造、圧入の際、双方の部材の接合部に接着剤を使用することもできる。また、内輪側軌道面形成部材４２２の外周面（軌道面）には予め熱処理により硬化させておいてもよいし、接合後に、高周波焼き入れ、レーザー焼き入れを施して硬化させてもよい。
【００３３】
なお、内輪本体部材４１１と内輪側軌道面形成部材４１２の線膨張係数の差が５×１０−６以内の場合には、双方の部材は、鋳込み、鍛造、圧入、エポキシ樹脂等の接着剤による接合等により一体化することができる。
【００３４】
次に、内輪本体部材４１１と剛性内歯歯車５１の歯部形成部材５１２との結合も、上記の外輪における場合と同様に行うことができる。
【００３５】
ここで、複合部品である外輪４１、内輪４２の構成部品の結合強度を高めるためには、結合される各部品に対して、軸線方向、円周方向、あるいは双方の方向に対する抜け止め用の凹凸を設けておくことが望ましい。また、軌道面が形成されている外輪側軌道面形成部材４１２および内輪側円環状部材４２２における軌道面が形成されている部分の厚さは、コロ４３の直径の１／５以上の寸法とすることが望ましい。
【００３６】
（ボルト座面用の環状部材について）
本例では、外輪本体部材４１１が締結用ボルトによって第１の端板２の側に締結固定される。締結用ボルトの座面が、軽量素材からなる外輪本体部材４１１の環状端面４１５とされると、ボルトの座面圧が高い場合には軽合金の強度では不足する場合がある。そこで、本例では上記のように、鉄系素材からなる環状板９を予めボルト座面となる外輪本体部材４１１の環状端面４１５に配置し、当該環状板９の表面がボルト座面となるようにしている。
【００３７】
また、本例では、ボルト座面を形成するために配置する環状板９の内周縁にオイルシール９１を取り付けた構成としてある。この結果、環状板９を取り付けることにより同時にオイルシールも形成されるので、オイルシールを取り付けるための作業が不要となり、また、オイルシールを取り付けるための機構も不要となる。
【００３８】
［第２の実施例］
次に、図２は本発明を適用したカップ型波動歯車装置を備えた波動歯車装置ユニットの断面図である。この波動歯車装置ユニット１００は波動歯車装置１１０を有し、この波動歯車装置１１０は、内歯１２３が内周面に形成されている環状の剛性内歯歯車１２０と、この内側に配置されたカップ型の可撓性外歯歯車１３０と、この内側にはめ込まれている波動発生器１４０とを備えている。また、波動歯車装置ユニット１００は、剛性内歯歯車１１０と可撓性外歯歯車１２０を相対回転自在の状態で連結しているクロスローラベアリング１５０を有している。
【００３９】
剛性内歯歯車１２０は、円筒状の歯車本体部材１２１と、この歯車本体部材１２１の一端側の内周面に一体化されている円環状の歯部形成部材１２２とからなる複合部品であり、この歯部形成部材１２２の内周面には内歯１２３が形成されている。
【００４０】
カップ状の可撓性外歯歯車１３０は、円筒状の胴部１３１と、その一方の開口端の外周面に形成した外歯１３２と、胴部１３１の他方の開口端に連続している環状のダイヤフラム１３３と、このダイヤフラム１３３に連続している厚肉の環状ボス１３４とを備えている。
【００４１】
波動発生器１４０は、例えば楕円形の輪郭を備えた剛性カム板１４１と、その外周に嵌めたボールベアリング１４２と、剛性カム板１４１の中心にはモータ出力軸（図示せず）等が連結される軸孔１４３が形成されている。
【００４２】
クロスローラベアリング１５０は、外輪１５１と、内輪１５５と、これらの間に形成された環状の軌道に挿入した複数のコロ１６０とを有している。外輪１５１は、円環状の外輪本体部材１５２と、この内側に結合された円環状の外輪側軌道面形成部材１５３とからなる複合部品であり、外輪側軌道面形成部材１５３の内周面にＶ状の軌道面が形成されている。この構成の外輪１５１は締結用ボルト１５４によって剛性内歯歯車１２０の環状端面に締結固定されている。
【００４３】
内輪１５５は、厚肉の円板状の内輪本体部材１５６と、この外周面に結合した円環状の内輪側軌道面形成部材１５７とからなる複合部品であり、この内輪側軌道面形成部材１５７の外周面にＶ状の軌道面が形成されている。この構成の内輪１５５は、締結ボルト１５８によって、可撓性外歯歯車１３０のボス１３４に締結固定されており、また、当該内輪の内輪本体部材１５６の外側端面に被駆動側部材（図示せず）が連結されるようになっている。
【００４４】
また、本例においても、外輪本体部材１５２の環状端面にはボルト座面を形成するための環状板１７０が配置されている。さらに、当該環状板１７０の内周縁にはオイルシール１７１が取り付けられており、このオイルシール１７１によって、外輪と内輪の間がシール状態とされている。
【００４５】
本例の波動歯車装置ユニット１００においても、複合部品である外輪１５１、内輪１５５、および剛性内歯歯車１２０は、前述の実施例と同様な素材からなる部品によって構成されている。すなわち、耐久性、耐摩耗性等が必要とされる外輪側軌道面形成部材１５３、内輪側軌道面形成部材１５７、剛性内歯歯車の歯部形成部材１２２は鉄系素材から形成された部品である。これに対して、外輪本体部材１５２、内輪本体部材１５６、歯車本体部材１２１は軽合金等の軽量素材から形成された部品である。これらの各部品の結合方法は上記の第１の実施例と同様な方法を採用することができる。また、波動発生器１４０の剛性カム板１４１の部分も軽量素材から形成することができる。
【００４６】
［その他の実施の形態］
なお、上記の例は波動歯車装置ユニットに関するものであるが、本発明は、クロスローラベアリング単体に対しても同様に適用できる。すなわち、上記の各例におけるクロスローラベアリングにおいて、歯部形成部材が無いものを、波動歯車装置ユニット以外のユニット、例えば、遊星歯車減速機ユニット等における軸受けとして用いれば、ユニット全体の軽量化を実現できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のクロスローラベアリングでは、その外輪本体部分および内輪本体部分を軽量素材から形成し、強度が必要とされる外輪側軌道面および内輪側軌道面の部分のみを鉄系素材から形成し、これらの部材を結合して一体化した構成を採用している。従って、本発明によれば、非常に軽量なクロスローラベアリングを実現できる。
【００４８】
一方、本発明のクロスローラベアリングを用いた波動歯車装置ユニットでは、その重量の過半部分を占有しているクロスローラベアリングの外輪本体部分および内輪本体部分を軽量素材から形成し、強度が必要とされる外輪側軌道面および内輪側軌道面の部分のみを鉄系素材から形成し、これらの部材を結合して一体化した構成を採用している。従って、本発明によれば、小型でコンパクトであると共に、非常に軽量な波動歯車装置ユニットを実現できる。
【００４９】
また、上記の構成に加えて、波動歯車装置の重量の過半部分を占めている剛性内歯歯車の歯車本体部分を軽量素材により形成し、強度が必要とされる内歯部分のみを鉄系の素材から形成し、これらの部材を結合して一体化した構成を採用している。従って、極めて軽量な波動歯車装置ユニットを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したシルクハット型の波動歯車装置ユニットの概略断面図である。
【図２】 本発明を適用したカップ型の波動歯車装置ユニットの概略断面図である。
【符号の説明】
１、１００ 波動歯車装置ユニット
２、３ 端板
４、１５０ クロスローラベアリング
４１、１５１ 外輪
４１１、１５２ 外輪本体部材
４１２、１５３ 外輪側軌道面形成部材
４２、１５５ 内輪
４２１、１５６ 内輪本体部材
４２２、１５７ 内輪側軌道面形成部材
４３、１６０ コロ
５、１１０ 波動歯車装置
５１、１２０ 剛性内歯歯車
５１１、１２３ 内歯
５１２、１２２ 歯部形成部材
５２、１３０ 可撓性外歯歯車
８ 中空入力軸
９、１７０ 環状板
９１、１７１ オイルシール
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロスローラベアリングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願人は先に、特開平９−２５０６０８号公報において、クロスローラベアリングを用いた小型でコンパクトな波動歯車装置ユニットを提案している。この公開公報に開示されている波動歯車装置ユニットは、ユニット軸線方向の両側に配置した第１および第２の端板と、これらの端板の間に組み込まれたシルクハット型の波動歯車装置と、波動歯車装置の構成要素であるシルクハット型の可撓性外歯歯車および剛性内歯車を相対回転自在の状態で支持しているクロスローラベアリングとを備え、クロスローラベアリングの外輪と、第１および第２の端板とによって装置ハウジングが構成された構造となっている。
【０００３】
また、本願人は、特開平９−３０３４９６号公報においても、カップ型の波動歯車装置を備えた同様な構造の波動歯車装置ユニットを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような波動歯車装置ユニットは小型でコンパクトな構造であるので、ロボットアーム等のような設置場所に制限のある場所に組み込まれるアクチュエータの減速歯車機構として用いるのに適している。
【０００５】
ここで、このような部分に使用する構成要素は一般に軽量であることも必要とされる。波動歯車装置ユニットにおいては、特にクロスローラベアリングおよび剛性内歯歯車の重量が大きい。従って、これらの部品を軽量化できれば波動歯車装置ユニットを軽量化できる。
【０００６】
しかしながら、クロスローラベアリングにおける軌道面の部分、剛性内歯歯車の歯部は、耐久性、耐摩耗性が要求される部分であるので、重量のある鉄系素材を使用せざるを得ない。このために、クロスローラベアリングの軽量化、波動歯車装置ユニットの軽量化を実現することは困難である。
【０００７】
本発明の課題は、この点に鑑みて、ベアリングの軌道面、剛性内歯歯車の歯部の性能を阻害することなく、クロスローラベアリングの軽量化を達成することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、外輪および内輪に、他部材に対する締結用の固定穴あるいはタップが形成されているクロスローラベアリングにおいて、
外輪および内輪に、他部材に対する締結用の固定穴あるいはタップが形成されているクロスローラベアリングにおいて、
前記外輪は、前記固定穴あるいはタップが形成された外輪本体部材と、この外輪本体部材の内周面に固定されていると共に内周面に軌道面が形成されている外輪側軌道面形成部材とを備え、
前記内輪は、前記固定穴あるいはタップが形成された内輪本体部材と、この内輪本体部材の外周面に固定されていると共に外周面に軌道面が形成されている内輪側軌道面形成部材とを備え、
前記外輪側軌道面形成部材および内輪側軌道面形成部材の間に区画形成される軌道内に複数個のコロが挿入されており、
前記外輪側軌道面形成部材および内輪側軌道面形成部材は鉄系素材から形成されており、前記外輪本体部材および内輪本体部材は、前記鉄系素材よりも軽い軽量素材から形成されており、
前記外輪側軌道面形成部材は、前記外輪本体部材の内周面の全体を覆う状態に、当該外輪本体部材の内周面に固定されており、
前記内輪側軌道面形成部材は、前記内輪本体部材の外周面における前記外輪側軌道面形成部材に対峙する外周面部分を覆う状態に、当該外周面部分に固定されており、
前記外輪本体部材の一方の環状端面には鉄系素材からなるボルト座面用の環状板が取り付けられており、
前記ボルト座面用の環状板には、前記外輪および内輪の間を封鎖するオイルシールが取り付けられており、
前記内輪は前記外輪よりも広幅であり、
前記内輪本体部材は、前記外輪における前記ボルト座面用の環状板が取り付けられている側の環状端面から横方に突出した内輪本体部材突出部分を備えており、
前記内輪側軌道面形成部材は、前記内輪本体部材の前記外周面における前記外輪側軌道面形成部材に対峙する外周面部分に連続して、前記内輪本体部材突出部分の外周面部分の少なくとも一部を覆っている内輪側軌道面形成部材突出部分を備えており、
前記内輪側軌道面形成部材突出部分に、前記ボルト座面用の環状板に取り付けた前記オイルシールが接触していることを特徴としている。
【０００９】
ここで、本発明のクロスローラベアリングは、
前記内輪本体部材の前記内輪本体部材突出部分は円形内周面を備えており、
前記円形内周面には、内周面に内歯が形成されている円環状の歯部形成部材が固定されており、
前記歯部形成部材は鉄系素材から形成されており、
前記内輪本体部材突出部分と前記歯部形成部材によって、前記内輪には、波動歯車装置の剛性内歯歯車が一体形成されていることが望ましい。
【００１０】
前記軽量素材は、アルミニウム合金、チタン合金等の軽金属の合金、プラスチック、またはセラミックとすることができる。
【００１１】
ここで、前記外輪本体部材がアルミニウム合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる前記外輪側軌道面形成部材をアルミニウム合金で鋳込むことにより、または、前記外輪本体部材に対して外輪側軌道面形成部材を焼きばめ等による圧入により、当該外輪側軌道面形成部材と前記外輪本体部材を一体化することができる。
【００１２】
前記外輪本体部材がチタン合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる前記外輪側軌道面形成部材に対して、前記外輪本体部材が鍛造により一体化することができる。
【００１３】
前記内輪本体部材がチタン合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる前記内輪側軌道面形成部材をチタン合金で鋳込むことにより、または、前記内輪本体部材に対して内輪側軌道面形成部材を焼きばめ等による圧入により、当該内輪側軌道面形成部材と前記内輪本体部材を一体化することができる。
【００１４】
前記内輪本体部材がアルミニウム合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる前記内輪側軌道面形成部材に対して、前記内輪本体部材が鍛造により一体化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した波動歯車装置ユニットについて説明する。
【００１６】
［第１の実施例］
（全体構成）
図１には、シルクハット型波動歯車装置を備えた波動歯車装置ユニットの断面構成を示してある。本例の波動歯車装置ユニット１は、ユニット軸線１ａの方向に一定の間隔を開けて配置した第１の端板２および第２の端板３と、これらの第１および第２の端板２、３の間に配置されたクロスローラベアリング４とを有している。これら第１、第２の端板２、３およびクロスローラベアリング４の外輪４１によって構成されるユニットハウジングの内部に、シルクハット型の波動歯車装置５が組み込まれている。また、第１および第２の端板２、３の中心には軸孔が形成されており、ここには、ボールベアリング６、７によって回転自在に支持された中空入力軸８が貫通している。
【００１７】
クロスローラベアリング４は、外輪４１と内輪４２と、これら内外輪の間に区画形成されている円環状軌道に挿入された複数のコロ４３とを備えている。外輪４１は、円環状の外輪本体部材４１１と、この外輪本体部材の内周面に一体化されていると共に内周面に軌道面が形成されている円環状の外輪側軌道面形成部材４１２とを備えた複合部品である。
【００１８】
内輪４２は、円環状をした広幅の内輪本体部材４２１と、この内輪本体部材４２１の一方の端部側の外周面部分に一体化されていると共に外周面に軌道面が形成されている円環状の内輪側軌道面形成部材４２２とを備えた複合部品である。さらに、本例の内輪４２は、その内輪本体部材４２１の他方の端部側の内周面部分に一体化されていると共に内周面に内歯５１１が形成されている円環状の歯部形成部材５１２を備えている。すなわち、本例の内輪４２は以下に述べるシルクハット型の波動歯車装置５の剛性内歯歯車との兼用部品である。この構成の内輪４２の内輪本体部材４２１は、不図示の締結用ボルトによって、第２の端板３に締結固定されている。
【００１９】
シルクハット型の波動歯車装置５は、円環状の剛性内歯歯車５１と、シルクハット型の可撓性外歯歯車５２と、楕円形輪郭の波動発生器５３とを備えている。剛性内歯歯車５１は上記のようにクロスローラベアリング４の内輪４２と一体物として形成されており、内歯５１１が内周面に形成されている円環状の歯部形成部材５１２のみが別部材から形成され、内歯歯車兼用の内輪４２の内周面に一体化されている。
【００２０】
可撓性外歯歯車５２は円筒状の胴部５２１と、この一端に連続して半径方向の外方に広がっている環状のダイヤフラム５２２と、このダイヤフラム５２２の外周縁に連続している厚肉の環状ボス５２３と、胴部５２１の他端部分の外周面に形成されている外歯５２４とを備え、全体としてシルクハット形状をしたものである。環状ボス５２３は、クロスローラベアリング４の外輪４１の環状端面と第１の端板２の間に挟まれ、締結ボルト（図示せず）によって、これらの部品に締結固定されている。よって、可撓性外歯歯車５２と剛性内歯歯車５１はクロスローラベアリング４を介して相対回転自在の状態となっている。
【００２１】
波動発生器５３は、中空入力軸８の外周面に形成されている楕円形輪郭の剛性カム板部分５３１とボールベアリング５３２とを備え、このボールベアリング５３２は、剛性カム板部分５３１の外周面と可撓性外歯車５２の外歯５２４が形成されている部分の内周面との間に嵌め込まれている。
【００２２】
ここで、外輪４１の外輪本体部材４１１に形成したボルト孔４１４が開口している外輪本体部材の環状端面４１５には、ボルト座面形成用の環状板９が取り付けられ、この環状板９も締結用ボルトによって外輪本体部材４１１の側に締結固定されている。この環状板９の内周縁側の部分には、オイルシール用のシールリング９１が取り付けられており、このシールリング９１によって外輪４１と内輪４２の隙間がシールされている。
【００２３】
この構成のシルクハット型の波動歯車装置ユニット１では、中空入力軸８の第１の端板３から突出している突出部分が、モーター出力軸等の回転源に接続固定される。また、第１の端板２あるいは第２の端板３が、負荷側に接続固定される。中空入力軸８が高速回転すると、楕円形状の波動発生器４３によって楕円形状に撓められて円周方向の２か所で内歯４２４に噛み合っている外歯４１４の噛み合い部分は円周方向に移動する。外歯と内歯の歯数は異なっているので、歯数差に応じた相対回転がこれらの外歯と内歯の間に発生する。この回転は、入力回転数に比べて大幅に減速されたものとなる。第２の端板２および第２の端板３のうちの一方が負荷側に接続され、他方が回転しないように固定されるので、負荷側に接続された端板の側から減速回転が出力されて負荷側に伝達される。
【００２４】
（各部品の素材について）
上述のように、本例では、クロスローラベアリング４の外輪４１は、外輪本体部材４１１と外輪側軌道面形成部材４１２からなる複合部品である。同様に、内輪４２は、内輪本体部材４２１と、内輪側軌道面形成部材４２２と、内周面に内歯５１１が形成されている歯部形成部材５１２からなる複合部品である。
【００２５】
外輪本体部材４１１および内輪本体部材４２１は、鉄系素材よりも軽い軽量素材から形成されており、例えば、アルミニウム合金、チタン合金等の軽金属の合金、プラスチック、またはセラミックを採用することができる。これに対して、軌道面が形成されている外輪側軌道面形成部材４１２、内輪側軌道面形成部材４２２および、内歯が形成されている歯部形成部材５１２は一般的に使用されている鉄系素材から形成されている。
【００２６】
さらに、本例では、中空入力軸８もアルミニウム合金、チタン合金等の軽金属の合金、プラスチック、またはセラミック等の軽量素材から形成されており、その外周面に形成されている波動発生器５３の剛性カム板部分５３１も同一の軽量素材から形成されている。
【００２７】
（複合部品の製造方法）
次に、複合部品である外輪４１および内輪４２の製造方法について説明する。まず、外輪本体部材４１１と外輪側軌道面形成部材４１２との結合は次のようにして行うことができる。
【００２８】
外輪本体部材４１１が鉄系素材よりも線膨張係数の大きなアルミニウム合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる外輪側軌道面形成部材４１２をアルミニウム合金で鋳込むことにより、これらの部品を一体化できる。この代わりに、外輪本体部材４１１に対して外輪側軌道面形成部材４１２を焼きばめ等により圧入することにより、これらの部品を一体化できる。鋳込みの場合には、双方の部材を一体化した後に、外輪側軌道面形成部材４１２の内周面（軌道面）に、高周波焼き入れ、またはレーザー焼き入れをし、しかる後に機械加工を施せばよい。
【００２９】
これに対して、外輪本体部材４１１が鉄系素材よりも線膨張係数が小さなチタン合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる外輪側軌道面形成部材４１２に対して、外輪本体部材４１１を鍛造により一体化すればよい。鍛造の際における双方の部材の接合部に接着剤を塗布してもよい。また、外輪側軌道面形成部材４１２の内周面（軌道面）は予め熱処理により硬化させておいてもよいし、双方の部材の接合後に、高周波焼き入れ、またはレーザー焼き入れを施して硬化させてもよい。
【００３０】
なお、外輪本体部材４１１と外輪側軌道面形成部材４１２の線膨張係数の差が５×１０−６以内の場合には、双方の部材は、鋳込み、鍛造、圧入、エポキシ樹脂等の接着剤による接合等により一体化することができる。
【００３１】
次に、内輪４２を構成している三部品の結合方法について説明する。まず、内輪本体部材４２１がチタン合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる内輪側軌道面形成部材４２２をチタン合金で鋳込むことにより、または、内輪本体部材４２１に対して内輪側軌道面形成部材４２２を焼きばめ等により圧入することにより、当該内輪側軌道面形成部材４２１と内輪本体部材４２２を一体化することができる。この場合、内輪側軌道面形成部材４２２の外周面（軌道面）は、高周波焼き入れ、レーザー焼き入れにより硬化させ、しかる後に機械加工を施せば良い。
【００３２】
これに対して、内輪本体部材４２１がアルミニウム合金から形成されている場合には、鉄系素材からなる内輪側軌道面形成部材４２２に対して、内輪本体部材４２１を鍛造により一体化すればよい。また、焼きばめ等による圧入によって一体化することもできる。鍛造、圧入の際、双方の部材の接合部に接着剤を使用することもできる。また、内輪側軌道面形成部材４２２の外周面（軌道面）には予め熱処理により硬化させておいてもよいし、接合後に、高周波焼き入れ、レーザー焼き入れを施して硬化させてもよい。
【００３３】
なお、内輪本体部材４１１と内輪側軌道面形成部材４１２の線膨張係数の差が５×１０−６以内の場合には、双方の部材は、鋳込み、鍛造、圧入、エポキシ樹脂等の接着剤による接合等により一体化することができる。
【００３４】
次に、内輪本体部材４１１と剛性内歯歯車５１の歯部形成部材５１２との結合も、上記の外輪における場合と同様に行うことができる。
【００３５】
ここで、複合部品である外輪４１、内輪４２の構成部品の結合強度を高めるためには、結合される各部品に対して、軸線方向、円周方向、あるいは双方の方向に対する抜け止め用の凹凸を設けておくことが望ましい。また、軌道面が形成されている外輪側軌道面形成部材４１２および内輪側円環状部材４２２における軌道面が形成されている部分の厚さは、コロ４３の直径の１／５以上の寸法とすることが望ましい。
【００３６】
（ボルト座面用の環状部材について）
本例では、外輪本体部材４１１が締結用ボルトによって第１の端板２の側に締結固定される。締結用ボルトの座面が、軽量素材からなる外輪本体部材４１１の環状端面４１５とされると、ボルトの座面圧が高い場合には軽合金の強度では不足する場合がある。そこで、本例では上記のように、鉄系素材からなる環状板９を予めボルト座面となる外輪本体部材４１１の環状端面４１５に配置し、当該環状板９の表面がボルト座面となるようにしている。
【００３７】
また、本例では、ボルト座面を形成するために配置する環状板９の内周縁にオイルシール９１を取り付けた構成としてある。この結果、環状板９を取り付けることにより同時にオイルシールも形成されるので、オイルシールを取り付けるための作業が不要となり、また、オイルシールを取り付けるための機構も不要となる。
【００３８】
［第２の実施例］
次に、図２は本発明を適用したカップ型波動歯車装置を備えた波動歯車装置ユニットの断面図である。この波動歯車装置ユニット１００は波動歯車装置１１０を有し、この波動歯車装置１１０は、内歯１２３が内周面に形成されている環状の剛性内歯歯車１２０と、この内側に配置されたカップ型の可撓性外歯歯車１３０と、この内側にはめ込まれている波動発生器１４０とを備えている。また、波動歯車装置ユニット１００は、剛性内歯歯車１１０と可撓性外歯歯車１２０を相対回転自在の状態で連結しているクロスローラベアリング１５０を有している。
【００３９】
剛性内歯歯車１２０は、円筒状の歯車本体部材１２１と、この歯車本体部材１２１の一端側の内周面に一体化されている円環状の歯部形成部材１２２とからなる複合部品であり、この歯部形成部材１２２の内周面には内歯１２３が形成されている。
【００４０】
カップ状の可撓性外歯歯車１３０は、円筒状の胴部１３１と、その一方の開口端の外周面に形成した外歯１３２と、胴部１３１の他方の開口端に連続している環状のダイヤフラム１３３と、このダイヤフラム１３３に連続している厚肉の環状ボス１３４とを備えている。
【００４１】
波動発生器１４０は、例えば楕円形の輪郭を備えた剛性カム板１４１と、その外周に嵌めたボールベアリング１４２と、剛性カム板１４１の中心にはモータ出力軸（図示せず）等が連結される軸孔１４３が形成されている。
【００４２】
クロスローラベアリング１５０は、外輪１５１と、内輪１５５と、これらの間に形成された環状の軌道に挿入した複数のコロ１６０とを有している。外輪１５１は、円環状の外輪本体部材１５２と、この内側に結合された円環状の外輪側軌道面形成部材１５３とからなる複合部品であり、外輪側軌道面形成部材１５３の内周面にＶ状の軌道面が形成されている。この構成の外輪１５１は締結用ボルト１５４によって剛性内歯歯車１２０の環状端面に締結固定されている。
【００４３】
内輪１５５は、厚肉の円板状の内輪本体部材１５６と、この外周面に結合した円環状の内輪側軌道面形成部材１５７とからなる複合部品であり、この内輪側軌道面形成部材１５７の外周面にＶ状の軌道面が形成されている。この構成の内輪１５５は、締結ボルト１５８によって、可撓性外歯歯車１３０のボス１３４に締結固定されており、また、当該内輪の内輪本体部材１５６の外側端面に被駆動側部材（図示せず）が連結されるようになっている。
【００４４】
また、本例においても、外輪本体部材１５２の環状端面にはボルト座面を形成するための環状板１７０が配置されている。さらに、当該環状板１７０の内周縁にはオイルシール１７１が取り付けられており、このオイルシール１７１によって、外輪と内輪の間がシール状態とされている。
【００４５】
本例の波動歯車装置ユニット１００においても、複合部品である外輪１５１、内輪１５５、および剛性内歯歯車１２０は、前述の実施例と同様な素材からなる部品によって構成されている。すなわち、耐久性、耐摩耗性等が必要とされる外輪側軌道面形成部材１５３、内輪側軌道面形成部材１５７、剛性内歯歯車の歯部形成部材１２２は鉄系素材から形成された部品である。これに対して、外輪本体部材１５２、内輪本体部材１５６、歯車本体部材１２１は軽合金等の軽量素材から形成された部品である。これらの各部品の結合方法は上記の第１の実施例と同様な方法を採用することができる。また、波動発生器１４０の剛性カム板１４１の部分も軽量素材から形成することができる。
【００４６】
［その他の実施の形態］
なお、上記の例は波動歯車装置ユニットに関するものであるが、本発明は、クロスローラベアリング単体に対しても同様に適用できる。すなわち、上記の各例におけるクロスローラベアリングにおいて、歯部形成部材が無いものを、波動歯車装置ユニット以外のユニット、例えば、遊星歯車減速機ユニット等における軸受けとして用いれば、ユニット全体の軽量化を実現できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のクロスローラベアリングでは、その外輪本体部分および内輪本体部分を軽量素材から形成し、強度が必要とされる外輪側軌道面および内輪側軌道面の部分のみを鉄系素材から形成し、これらの部材を結合して一体化した構成を採用している。従って、本発明によれば、非常に軽量なクロスローラベアリングを実現できる。
【００４８】
一方、本発明のクロスローラベアリングを用いた波動歯車装置ユニットでは、その重量の過半部分を占有しているクロスローラベアリングの外輪本体部分および内輪本体部分を軽量素材から形成し、強度が必要とされる外輪側軌道面および内輪側軌道面の部分のみを鉄系素材から形成し、これらの部材を結合して一体化した構成を採用している。従って、本発明によれば、小型でコンパクトであると共に、非常に軽量な波動歯車装置ユニットを実現できる。
【００４９】
また、上記の構成に加えて、波動歯車装置の重量の過半部分を占めている剛性内歯歯車の歯車本体部分を軽量素材により形成し、強度が必要とされる内歯部分のみを鉄系の素材から形成し、これらの部材を結合して一体化した構成を採用している。従って、極めて軽量な波動歯車装置ユニットを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したシルクハット型の波動歯車装置ユニットの概略断面図である。
【図２】 本発明を適用したカップ型の波動歯車装置ユニットの概略断面図である。
【符号の説明】
１、１００ 波動歯車装置ユニット
２、３ 端板
４、１５０ クロスローラベアリング
４１、１５１ 外輪
４１１、１５２ 外輪本体部材
４１２、１５３ 外輪側軌道面形成部材
４２、１５５ 内輪
４２１、１５６ 内輪本体部材
４２２、１５７ 内輪側軌道面形成部材
４３、１６０ コロ
５、１１０ 波動歯車装置
５１、１２０ 剛性内歯歯車
５１１、１２３ 内歯
５１２、１２２ 歯部形成部材
５２、１３０ 可撓性外歯歯車
８ 中空入力軸
９、１７０ 環状板
９１、１７１ オイルシール
Claims (7)
- 外輪および内輪に、他部材に対する締結用の固定穴あるいはタップが形成されているクロスローラベアリングにおいて、
前記外輪は、前記固定穴あるいはタップが形成された外輪本体部材と、この外輪本体部材の内周面に固定されていると共に内周面に軌道面が形成されている外輪側軌道面形成部材とを備え、
前記内輪は、前記固定穴あるいはタップが形成された内輪本体部材と、この内輪本体部材の外周面に固定されていると共に外周面に軌道面が形成されている内輪側軌道面形成部材とを備え、
前記外輪側軌道面形成部材および内輪側軌道面形成部材の間に区画形成される軌道内に複数個のコロが挿入されており、
前記外輪側軌道面形成部材および内輪側軌道面形成部材は鉄系素材から形成されており、前記外輪本体部材および内輪本体部材は、前記鉄系素材よりも軽い軽量素材から形成されており、
前記外輪側軌道面形成部材は、前記外輪本体部材の内周面の全体を覆う状態に、当該外輪本体部材の内周面に固定されており、
前記内輪側軌道面形成部材は、前記内輪本体部材の外周面における前記外輪側軌道面形成部材に対峙する外周面部分を覆う状態に、当該外周面部分に固定されており、
前記外輪本体部材の一方の環状端面には鉄系素材からなるボルト座面用の環状板が取り付けられており、
前記ボルト座面用の環状板には、前記外輪および内輪の間を封鎖するオイルシールが取り付けられており、
前記内輪は前記外輪よりも広幅であり、
前記内輪本体部材は、前記外輪における前記ボルト座面用の環状板が取り付けられている側の環状端面から横方に突出した内輪本体部材突出部分を備えており、
前記内輪側軌道面形成部材は、前記内輪本体部材の前記外周面における前記外輪側軌道面形成部材に対峙する外周面部分に連続して、前記内輪本体部材突出部分の外周面部分の少なくとも一部を覆っている内輪側軌道面形成部材突出部分を備えており、
前記内輪側軌道面形成部材突出部分に、前記ボルト座面用の環状板に取り付けた前記オイルシールが接触していることを特徴とするクロスローラベアリング。 - 請求項１において、
前記内輪本体部材の前記内輪本体部材突出部分は円形内周面を備えており、
前記円形内周面には、内周面に内歯が形成されている円環状の歯部形成部材が固定されており、
前記歯部形成部材は鉄系素材から形成されており、
前記内輪本体部材突出部分と前記歯部形成部材によって、前記内輪には、波動歯車装置の剛性内歯歯車が一体形成されていることを特徴とするクロスローラベアリング。 - 請求項１または２において、
前記軽量素材は、アルミニウム合金、チタン合金等の軽金属の合金、プラスチック、またはセラミックであることを特徴とするクロスローラベアリング。 - 請求項１または２において、
前記外輪本体部材はアルミニウム合金から形成されており、
鉄系素材からなる前記外輪側軌道面形成部材をアルミニウム合金で鋳込むことにより、または、前記外輪本体部材に対して外輪側軌道面形成部材を焼きばめ等による圧入により、当該外輪側軌道面形成部材と前記外輪本体部材が一体化されていることを特徴とするクロスローラベアリング。 - 請求項１または２において、
前記外輪本体部材はチタン合金から形成されており、
鉄系素材からなる前記外輪側軌道面形成部材に対して、前記外輪本体部材が鍛造により一体化されていることを特徴とするクロスローラベアリング。 - 請求項１または２において、
前記内輪本体部材はチタン合金から形成されており、
鉄系素材からなる前記内輪側軌道面形成部材をチタン合金で鋳込むことにより、または、前記内輪本体部材に対して内輪側軌道面形成部材を焼きばめ等による圧入により、当該内輪側軌道面形成部材と前記内輪本体部材が一体化されていることを特徴とするクロスローラベアリング。 - 請求項１または２において、
前記内輪本体部材はアルミニウム合金から形成されており、
鉄系素材からなる前記内輪側軌道面形成部材に対して、前記内輪本体部材が鍛造により一体化されていることを特徴とするクロスローラベアリング。
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