JP4476051B2 - 波動歯車装置の剛性内歯歯車の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は波動歯車装置の剛性内歯歯車の製造方法および、当該製造方法によって製造された剛性内歯歯車に関するものである。さらに詳しくは、強度、耐摩耗性等を損なうことなく軽量化を図った剛性内歯歯車の製造方法、および剛性内歯歯車に関するものである。

波動歯車装置は、一般に、環状の剛性内歯歯車と、この内側に配置された可撓性外歯歯車と、この可撓性外歯歯車の内側に嵌めた波動発生器とを有している。波動発生器は一般に楕円状の輪郭となっており、当該波動発生器により可撓性外歯歯車は楕円状に撓められて、その外周面に形成されている外歯が、剛性内歯歯車の内歯に対して部分的に噛み合っている。波動発生器をモータ等によって回転させると、両歯車の噛み合い位置が周方向に移動する。外歯と内歯には歯数差があるので、歯数差に応じて、両歯車の間には相対回転が発生する。したがって、一方の歯車を固定しておけば、他方の側の歯車から減速回転出力を得ることができる。

ここで、波動歯車装置は、部品点数が少なく、他の形式の減速機と比べて軽量であることが特徴となっている。より一層の軽量化を図るためには、その構成部品である剛性内歯歯車を軽量化する必要がある。すなわち、剛性内歯歯車は、強度および耐摩耗性が要求されるので、鉄系あるいは銅系の重い材料を用いて製造される。このために、構成部品の中での重量比が大きい。特に、モータあるいは出力側の部材に取り付けるための取付けフランジが一体形成されている場合、ハウジングが一体形成されている場合には、相当の重さとなるので、撓み噛み合い式歯車装置の軽量であるという利点が損なわれてしまう。

そこで、剛性内歯歯車のうち、強度および耐摩耗性が要求される内歯が形成されている部分を強度および耐摩耗性の高い鉄系あるいは銅系の材料からなるリングから製造し、その他の歯車本体部分をアルミニウム合金等の軽い材料からなるリングから製造し、これらのリングを相互に接合して一体化することが考えられる。このような構成の剛性内歯歯車は、下記の特許文献１、２に開示されている。
特開２００２−３３９９９０号公報 特開２００２−３０７２３７号公報

この場合、歯車本体部分を形成するためのリングと内歯形成部分を形成するためのリングとの間は、大きなトルクを伝達する必要があるので、確実に接合しておく必要がある。

本発明の課題は、内歯が形成されている内歯形成部分を強度および耐摩耗性の高い素材から形成し、それ以外の歯車本体部分を軽量な素材で形成し、これらの部分を確実に一体化することのできる剛性内歯歯車の製造方法、および当該方法により製造された剛性内歯歯車を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明による波動歯車装置の剛性内歯歯車の製造方法は、第１のアルミニウム合金粉末を用いて、歯車本体部分を形成するための歯車本体用リングをプレ成形し、前記第１のアルミニウム合金粉末に比べて、加工性および靭性が低く、耐磨耗性および硬度が高い第２のアルミニウム合金粉末を用いて、内歯形成部分を形成するための内歯形成用リングあるいは円盤をプレ成形し、前記歯車本体用リングの内側に前記内歯形成用リングあるいは円盤を嵌めた状態でこれらを粉末鍛造して一体化し、得られたリング状あるいは円盤状の鍛造品に歯切り加工を含む後加工を施すことを特徴としている。

ここで、歯車本体用リングおよび内歯形成用リングの双方をプレ成形する代わりに、前記歯車本体用リングのみをプレ成形し、この歯車本体用リングを鍛造型に入れて前記第２のアルミニウム合金粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、当該歯車本体用リングの内側に内歯形成部分が一体化された鍛造品を製造し、この鍛造品に後加工を施すようにしてもよい。

逆に、前記内歯形成用リングあるいは円盤のみをプレ成形し、この内歯形成用リングあるいは円盤を鍛造型に入れて前記第１のアルミニウム合金粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、当該内歯形成用リングあるいは円盤の外側に前記歯車本体部分が一体化された鍛造品を製造し、この鍛造品に前記後加工を施すようにしてもよい。

次に、粉末鍛造の代わりに熱間押し出しを採用してもよい。

本発明では、歯車本体部分と内歯形成部分が粉体鍛造あるいは熱間押し出しにより強固に一体化された状態になる。よって、双方の部分をボルトなどを用いて一体化する必要がないので、軽量で耐久性の高い剛性内歯歯車を実現できる。

以下に、図面を参照して、本発明により製造した剛性内歯歯車を備えた波動歯車装置の例を説明する。

図１は、本例の波動歯車装置を示す概略断面図であり、図２はその概略正面図である。これらの図に示すように、本例の波動歯車装置１は、円環状の剛性内歯歯車２と、この内側に配置されたコップ状の可撓性外歯歯車３と、この内側に嵌めた波動発生器４から構成されている。波動発生器４は楕円形の輪郭をしており、可撓性外歯歯車３を楕円形に撓めて、その楕円形の長軸両端の位置において、外歯３ａを内歯４ａに対して部分的に噛み合わせている。また、波動発生器４がモータ等の高速回転駆動源によって回転駆動されると、両歯車２、３の噛み合い位置が円周方向に移動する。両歯車２、３の歯数差は一般的には２枚とされており、この歯数差に起因して両歯車２、３には相対回転が発生する。一般的には剛性内歯歯車２が固定され、可撓性外歯歯車３から大幅に減速された回転出力が得られる。

本例の剛性内歯歯車２は、円環状の歯車本体部分１１と、内周面に内歯３ａが形成されている内歯形成部分１２から構成されている。歯車本体部分１１は第１のアルミニウム合金から形成されており、内歯形成部分１２は第２のアルミニウム合金から形成されている。第２のアルミニウム合金は、第１のアルミニウム合金に比べて、加工性および靭性は低いが、耐磨耗性および硬度が高い。双方の部分１１、１２は、以下に述べるように、粉体鍛造あるいは熱間押し出しにより一体化されている。

図３は、本例の剛性内歯歯車２の製造工程を示す概略フローチャートである。この図に従って説明すると、まず、成分Ａの第１のアルミニウム合金粉末および成分Ｂの第２のアルミニウム合金粉末を製造する（工程ＳＴ１、ＳＴ２）。次に、第１のアルミニウム合金粉末を用いて、歯車本体部分１１を形成するための歯車本体用リング１１Ａをプレ成形する（工程ＳＴ３）。例えば、圧粉成形、または圧粉成形および焼結により、成形する。同様に、第２のアルミニウム合金粉末を用いて、内歯形成部分１２を形成するための内歯形成用リング１２Ａをプレ成形する（工程ＳＴ４）。内歯形成用リング１２Ａの代わりに、内歯形成用円盤をプレ成形してもよい。

次に、歯車本体用リング１１Ａの内側に内歯形成用リング１２Ａを嵌めた状態でこれらを粉末鍛造して一体化して、リング状の鍛造品を製造する（矢印ａ、工程ＳＴ５）。得られた鍛造品に対して、内周面への歯切り加工を含む所定の後加工を施して、剛性内歯歯車２が得られる（工程ＳＴ６）。

ここで、歯車本体用リング１１Ａおよび内歯形成用リング１２Ａの双方をプレ成形する代わりに、歯車本体用リング１１Ａのみをプレ成形し、この歯車本体用リング１２Ａを鍛造型に入れて第２のアルミニウム合金粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、当該歯車本体用リングの内側に内歯形成部分１２が一体化された鍛造品を製造してもよい（矢印ｂ、工程ＳＴ５）。逆に、内歯形成用リング１２Ａのみをプレ成形し、この内歯形成用リング１２Ａを鍛造型に入れて第１のアルミニウム合金粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、当該内歯形成用リング１２Ａ外側に歯車本体部分１１が一体化された鍛造品を製造してもよい（矢印ｃ、工程ＳＴ５）。

また、粉末鍛造（工程ＳＴ５）の代わりに、熱間押し出しにより、歯車本体用リング１１Ａと内歯形成用リング１２Ａの一体化、歯車本体用リング１１Ａに対する第２のアルミニウム合金粉末からなる内歯形成部分１２の一体化、あるいは、内歯形成用リング１２Ａに対する第１のアルミニウム合金粉末からなる歯車本体部分１１の一体化を行うようにしてもよい。

本例の波動歯車装置の剛性内歯歯車の製造方法では、剛性内歯歯車２を軽量なアルミニウム合金からなる歯車本体部分１１と耐摩耗性および強度のあるアルミニウム合金からなる内歯形成部分１２から構成し、粉末鍛造あるいは熱間押し出しにより、これらの部分１１、１２を一体化している。従って、剛性内歯歯車の耐久性およびトルク伝達特性を阻害することなく、当該剛性内歯歯車の軽量化を図ることができる。また、この方法により製造した剛性内歯歯車２を用いることにより、軽量で、耐久性が高く、しかもトルク伝達特性の良い波動歯車装置を実現できる。

本発明を適用した波動歯車装置の一例を示す概略断面図である。 図１の波動歯車装置の概略正面図である。 図１の波動歯車装置の剛性内歯歯車の製造方法を示す概略フローチャートである。

符号の説明

１ 波動歯車装置
２ 剛性内歯歯車
２ａ 内歯
３ 可撓性外歯歯車
３ａ 外歯
４ 波動発生器
１１ 歯車本体部分
１１Ａ 歯車本体用リング
１２ 内歯形成部分
１２Ａ 内歯形成用リング

Claims (5)

1. 第１のアルミニウム合金粉末を用いて、歯車本体部分を形成するための歯車本体用リングをプレ成形し、
   前記第１のアルミニウム合金粉末に比べて、耐磨耗性および硬度が高い第２のアルミニウム合金粉末を用いて、内歯形成部分を形成するための内歯形成用リングあるいは円盤をプレ成形し、
   前記歯車本体用リングの内側に前記内歯形成用リングあるいは円盤を嵌めた状態でこれらを粉末鍛造して一体化し、
   得られたリング状あるいは円盤状の鍛造品に歯切り加工を含む後加工を施すことを特徴とする波動歯車装置の剛性内歯歯車の製造方法。
2. 請求項１において、
   前記歯車本体用リングのみをプレ成形し、
   この歯車本体用リングを鍛造型に入れて前記第２のアルミニウム合金粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、当該歯車本体用リングの内側に内歯形成部分が一体化された鍛造品を製造し、
   前記鍛造品に前記後加工を施すことを特徴とする波動歯車装置の剛性内歯歯車の製造方法。
3. 請求項１において、
   前記内歯形成用リングあるいは円盤のみをプレ成形し、
   この内歯形成用リングあるいは円盤を鍛造型に入れて前記第１のアルミニウム合金粉末を用いて粉末鍛造を行うことにより、当該内歯形成用リングあるいは円盤の外側に前記歯車本体部分が一体化された鍛造品を製造し、
   前記鍛造品に前記後加工を施すことを特徴とする波動歯車装置の剛性内歯歯車の製造方法。
4. 請求項１、２または３において、
   前記粉末鍛造の代わりに熱間押し出しを行い、
   得られたリング状あるいは円盤状の部品に前記後加工を施すことを特徴とする波動歯車装置の剛性内歯歯車の製造方法。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれかの方法により製造されたことを特徴とする波動歯車装置の剛性内歯歯車。

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