JP5467019B2

JP5467019B2 - 撓み噛合い式歯車装置

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Publication number: JP5467019B2
Application number: JP2010199878A
Authority: JP
Inventors: 優一黒須; 真司吉田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2030-09-07
Also published as: DE102011082097B4; CN102401090A; JP2012057674A; DE102011082097A1; CN102401090B

Description

本発明は、例えば減速機または増速機として用いられる撓み噛合い式歯車装置に関する。

撓み噛合い式歯車装置は、主に、環状の剛性を有する内歯歯車と、内歯歯車の内側に組み込まれた環状の可撓性を有する外歯歯車と、外歯歯車を半径方向に撓めて内歯歯車に対して部分的に噛合わせるとともに両歯車の噛合い位置を周方向に移動させる楕円形の起振体の３部品で構成されている（例えば、特許文献１参照）。

撓み噛合い式歯車装置では、外周側に軸受を有する起振体が外歯歯車の内側に嵌入されており、起振体を回転させると、軸受の外輪と共に外歯歯車が弾性変形し、その楕円形の長軸部分で内歯歯車と噛合うこととなる。そして、外歯歯車と内歯歯車とに歯数差を設けておくことで、伝達する回転速度をその歯数差に応じて減速させることができる。

特開２００２−３４９６４５号公報

ところで、撓み噛合い式歯車装置では、外歯歯車は絶えず楕円形に撓んで内歯歯車と噛合っているため、広範囲に荷重が負荷された状態になる。このため、起振体が回転すると、互いに接触する軸受の外輪の外周面と外歯歯車の内周面との間でクリープすなわち滑りが生じるおそれがある。このクリープは、負荷されるラジアル荷重が大きいほど顕著に現れやすく、異常磨耗による破損や異音の発生の原因になるおそれがある。

このようなクリープは、起振体の外周に設けられた軸受と外歯歯車の間の締め代が不足している状態で荷重が周方向へ移動する場合に生じやすく、これらの外歯歯車と軸受の間に十分な締め代を与えることにより、ある程度は防止できる。しかし、起振体の外周に設けられた軸受の外輪が楕円形状に変形しているので、起振体及び軸受を外歯歯車に嵌め込んで組み立てる都合上、外歯歯車と軸受の外輪との間に十分な締め代を与えることが難しい。そのため、起振体の外周に設けられた軸受の外輪と外歯歯車との間のクリープを十分に抑制することが困難であった。
また、外歯歯車と軸受の外輪の間の締め代を無理に与えると、軸受が取り付けられた起振体を外歯歯車の内側に嵌め込む際に、外歯歯車に変形が生じてしまい、噛合い状態が変化し動力伝達が円滑に行われなくなるおそれがある。

本発明の目的は、外歯歯車と起振体の外周に設けられた軸受との間でのクリープの発生を防止し、円滑な動力伝達性能を得ることが可能な撓み噛合い式歯車装置を提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明の撓み噛合い式歯車装置は、剛性を有する内歯歯車と、前記内歯歯車に内接して噛合可能な可撓性を有する外歯歯車と、前記外歯歯車の内側に軸受を介して嵌入されるとともに前記外歯歯車を撓み変形させることで前記内歯歯車と前記外歯歯車とを噛合わせる起振体とを有する撓み噛合い式歯車装置であって、
前記外歯歯車の内周面と前記軸受の外周面との間に弾性体が介在されていることを特徴とする。

本発明の撓み噛合い式歯車装置において、前記外歯歯車の内周面及び前記軸受の外周面の少なくとも一方に、前記弾性体を保持する溝部が形成されていることが好ましい。
また、前記溝部は、前記軸受の外周面に設けられていることが好ましい。

本発明の撓み噛合い式歯車装置において、前記弾性体は、前記外歯歯車の内周面と前記軸受の外周面との間における全周に介在されていることが好ましい。

本発明の撓み噛合い式歯車装置において、前記弾性体は、前記外歯歯車の内周面と前記軸受の外周面との間における回転軸方向の複数箇所に介在されていることが好ましい。

本発明の撓み噛合い式歯車装置において、当該撓み噛合い式歯車装置は前記外歯歯車から回転軸方向に延在された延在部を有するカップ型またはシルクハット型であり、それぞれ大きさ、形状または材質の少なくとも何れかが異なる前記弾性体が前記外歯歯車の内周面と前記軸受の外周面との間における回転軸方向の複数箇所に介在されていることが好ましい。
また、前記延在部側の弾性体が、前記延在部と反対側の弾性体よりも、大きさまたは弾性率が小さいことが好ましい。

本発明の撓み噛合い式歯車装置は、外歯歯車と起振体の外周に設けられた軸受との間でのクリープの発生を防止して、円滑な動力伝達性能を得ることができる。

本発明に係る撓み噛合い式歯車装置の一実施形態例の全体構成を示す正面図である。図１の撓み噛合い式歯車装置の全体構成を示す断面図である。図１の撓み噛合い式歯車装置を構成する外歯歯車及び軸受を示す断面図である。図３の軸受を示す断面図である。図３とは別の外歯歯車及び軸受の実施形態例を示す断面図である。図３とは別の外歯歯車及び軸受の実施形態例を示す断面図である。図６の軸受を示す断面図である。図３とは別の外歯歯車及び軸受の実施形態例を示す断面図である。

以下、本発明に係る撓み噛合い式歯車装置の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１及び図２に示す撓み噛合い式歯車装置１１は、減速機または増速機に用いられるものであり、剛性を有する内歯歯車１２と、内歯歯車１２に内接して噛合可能な可撓性を有する外歯歯車１３と、外歯歯車１３の内側に軸受３１を介して嵌入されるとともに外歯歯車１３を撓み変形させることによって内歯歯車１２と外歯歯車１３とを噛合わせる起振体１４と、を備えている。

外歯歯車１３は、回転軸方向の一端側が開口された筒状の胴部２１を有している。この胴部２１の他端には、半径方向の内方に延びる円環状のダイヤフラム２２が設けられており、ダイヤフラム２２には、その内周縁に円環状のボス２２ａが一体に形成されている。胴部２１の一端側には、その外周部分に、複数の外歯２３が形成されており、この外歯２３が形成された回転軸方向の一端側から他端側へ向かって胴部２１が延在されている。そして、胴部２１における他端側へ向かって回転軸方向の延在された部分が延在部２１ａとされている。
このように、撓み噛合い式歯車装置１１は、胴部２１とダイヤフラム２２とを有するカップ状に形成された外歯歯車１３を有するカップ型の歯車装置である。

内歯歯車１２は、環状に形成されており、その内周部分に、複数の内歯２４が形成されている。また、この内歯歯車１２には、ボルト（図示省略）が挿通可能な複数の取付孔２５が周方向に間隔をあけて形成されており、これらの取付孔２５へ挿通させたボルトを各種の装置のハウジング等のネジ孔へ螺合することにより、内歯歯車１２がそれらの装置のハウジングに固定される。

また、外歯歯車１３は、内歯歯車１２よりも歯数が少なく設定されている。内歯歯車１２と外歯歯車１３との歯数差は、例えば、２枚程度とされている。そして、外歯歯車１３の外歯２３が、内歯歯車１２の内歯２４に噛合い可能となっている。

起振体１４は、その外形が楕円形に形成されたものであり、その外周には軸受３１が設けられている。そして、起振体１４はこの軸受３１を介して外歯歯車１３の内側に嵌入されている。外歯歯車１３の内側に軸受３１が設けられて、その内側に起振体１４が嵌入されていてもよい。起振体１４は、剛性を有するものであり、その中心には、キー２８を有する入力軸２９が挿入される入力軸孔２６が形成されている。入力軸孔２６には、キー２８が係合するキー溝２７が形成されており、入力軸２９が挿入されて回転した際に、起振体１４が入力軸２９と一体で回転する。

図１から図３に示すように、軸受３１は、内側に起振体１４が嵌め込まれる内輪３２と、外歯歯車１３の内側に嵌め込まれる外輪３３と、これらの間に転動可能に配置された複数の球状の転動体３４とから構成されている。内輪３２の外周面及び外輪３３の内周面には、それぞれ断面視円弧状の転動面３２ａ，３３ａが形成されており、これらの転動面３２ａ，３３ａに転動体３４が保持されている。なお、軸受３１は、転動体３４が球体のものに限られず、例えば円柱状のものであってもよい。

また、外歯歯車１３の内周面１５と軸受３１の外輪３３の外周面（軸受の外周面）３５との間には、複数の断面円形の弾性体４１が介在されている。これらの弾性体４１は、例えば、ゴムまたは有機系弾性樹脂等の弾性材料から成形されたものであり、それぞれ軸受３１の円周方向である環状に形成され、所謂Ｏリングの形態をなしている。

図４に示すように、軸受３１の外輪３３の外周面３５には、回転軸方向に間隔をあけた複数箇所（本実施形態では２箇所）に、円周方向へわたって溝部３３ｂが形成されており、これらの溝部３３ｂに、弾性体４１がそれぞれ収容されている。このように、各弾性体４１は、外歯歯車１３の内周面１５と軸受３１の外輪３３の外周面３５との間における回転軸方向の複数箇所に配置されている。各弾性体４１は、外歯歯車１３及び軸受３１の外輪３３によって挟持されて径方向に圧縮されている。これにより、外歯歯車１３の内周面１５と軸受３１の外輪３３の外周面３５とは、内周面１５と外周面３５との接触抵抗（摩擦抵抗）のみならず、弾性体４１の反発力によっても接触抵抗が確保されている。

上記のように構成された撓み噛合い式歯車装置１１では、入力軸２９を介して起振体１４が回転されると、外歯歯車１３の外歯２３と内歯歯車１２の内歯２４との噛合位置が円周方向に移動していく。そして、外歯歯車１３と内歯歯車１２の歯数差に起因して外歯歯車１３と内歯歯車１２とが相対回転する。これにより、歯数差に起因して減速された回転出力が外歯歯車１３から取り出される。

その際、撓み噛合い式歯車装置１１では、外歯歯車１３が絶えず楕円形に撓み、また、外歯歯車１３が内歯歯車１２と噛合っているため、広範囲に荷重が負荷された状態になる。本実施形態の撓み噛合い式歯車装置１１では、外歯歯車１３と軸受３１の外輪３３との間に無理に締め代を設けなくても、外歯歯車１３の内周面１５と外輪３３の外周面３５との互いに接触する面間に隙間が生じようとした際に、外歯歯車１３と外輪３３との間に介在された弾性体４１の反発力により外歯歯車１３と外輪３３との間の接触抵抗が確保される。これにより、外歯歯車１３との外輪３３との間に無理に締め代を与えずとも、外歯歯車１３と外輪３３との間でのクリープの発生を防止することができるので、クリープによって生じる異常磨耗による破損や異音の発生を確実に防止することができる。つまり、撓み噛合い式歯車装置１１は、外歯歯車１３と軸受３１の外輪３３との間でのクリープによる不具合を防止して、円滑な動力伝達性能を発揮することができる。

また、外輪３３の外周面３５に溝部３３ｂを形成し、溝部３３ｂに弾性体４１を保持させているので、所定位置に配置された弾性体４１の位置ずれを防ぎ、弾性体４１によるクリープの防止効果を維持させることができる。

なお、上記の撓み噛合い式歯車装置１１では、軸受３１の外輪３３の外周面３５に、弾性体４１を保持する溝部３３ｂを形成したが、図５に示すように、外歯歯車１３の内周面１５に、弾性体４１を保持する溝部１３ａを形成しても良い。この場合も、所定位置に配置された弾性体４１の位置ずれを防ぎ、弾性体４１によるクリープの防止効果を維持させることができる。ただし、外歯歯車１３と比較して外輪３３の強度が大きいので、外輪３３に弾性体４１を保持する溝部３３ｂを設けることが好ましい。

また、弾性体４１が、外歯歯車１３と軸受３１との間における環状方向の全周に介在されているので、起振体１４を回転させた際に、軸受３１の外輪３３と外歯歯車１３との間でのクリープの発生を全周にわたって常に防止することができる。しかも、弾性体４１が、外歯歯車１３と軸受３１との間における回転軸方向の複数箇所に介在されているので、外輪３３と外歯歯車１３との間でのクリープの発生を、回転軸方向の複数箇所でバランス良く防止することができる。

なお、上記実施形態では、カップ型の撓み噛合い式歯車装置１１を例示して説明したが、本発明は、カップ型に限らず、シルクハット型や筒型（フラット型）の撓み噛合い式歯車装置にも同様に適用可能である。なお、シルクハット型や筒型の構造自体は、例えば、特開平０８−１６６０５２号公報や特開平０２−２７５１４７号公報にも記載されている通り周知であるため、説明を省略する。

ところで、有底筒状の外歯歯車１３を有するカップ型またはシルクハット型の撓み噛合い式歯車装置１１の場合、外歯歯車１３は、ダイヤフラム２２を有する延在部２１ａのある側と比較して、延在部２１ａとは反対側である開口側（図２における右側）の方が弾性変形しやすい（外輪３３の延在部２１ａ側を支点として広がりやすい）。そのため、外歯歯車１３へ楕円形状の起振体１４を軸受３１を介して嵌め込むと、外歯歯車１３における延在部２１ａとは反対側において、軸受３１との間に隙間が生じやすい。したがって、外歯歯車１３と軸受３１の外輪３３とは、外歯歯車１３の延在部２１ａとは反対側（開口側）へ向かうに従って隙間が大きくなりやすく、クリープが生じ易くなる。

このことから、回転軸方向へ間隔をあけて複数設ける弾性体４１としては、図６及び図７に示すように、それぞれ力学的に異なるものを設けることが好ましい。ここでいう力学的に異なるとは、弾性体４１が外歯歯車１３と外輪３３との間に生じさせる接触抵抗の大きさが異なることをいう。例えば、延在部２１ａ側の溝部３３ｃを、延在部２１ａと反対側の溝部３３ｄよりも小さくし、延在部２１ａ側の弾性体として延在部２１ａと反対側の弾性体４１ｂよりも大きさが小さい弾性体４１ａを用い、それぞれ溝部３３ｃ，３３ｄに保持させる。すなわち、延在部２１ａと反対側の弾性体４１ｂは延在部２１ａ側の弾性体４１ａよりも反発力が大きく、弾性変形量も大きくなる。

このように、回転軸方向で見て外歯歯車１３と外輪３３との隙間が小さくなりやすい側には、比較的に接触抵抗が大きくなりにくい弾性体４１ａを設け、回転軸方向で見て外歯歯車１３と外輪３３との隙間が大きくなりやすい側には、より力学的に接触抵抗を大きくしやすい弾性体４１ｂを設けることになり、クリープの発生を回転軸方向でバランス良く防止することができる。
なお、この場合も、図８に示すように、外歯歯車１３の内周面１５に大きさの異なる溝部１３ｂ，１３ｃを形成し、大きさの異なる弾性体４１ａ，４１ｂを保持させても良い。

また、弾性体の大きさは変更せずに材質を変更するなどによりその弾性率を変更することで、あるいは形状を異ならせることで、力学的に異なる弾性体を得ることもできる。例えば、延在部２１ａ側の弾性体４１ａとして延在部２１ａと反対側の弾性体４１ｂよりも弾性率の小さいものを用いることで、そのクリープの発生を、回転軸方向でバランス良く防止することができる。

弾性体４１を保持する軸受３１の外輪３３の溝部３３ｂまたは外歯歯車１３の溝部１３ａは、設けなくてもよい。
また、弾性体４１は、外歯歯車１３と軸受３１の外輪３３との間における環状方向全域にわたって設けるのが好ましいが、外歯歯車１３と軸受３１との間における環状方向で弾性体４１が間欠的に設けられていたり、環状方向の一部のみ欠けた弾性体４１であってもよい。

さらに、弾性体４１の材質や形状は、上記実施形態に例示したものに限らない。例えば、弾性体４１として、歯車装置の回転軸方向の断面で見て円形以外（例えば四角形）のものでも良く、弾性体４１の内部は中実または中空の何れであっても良い。例えば、弾性体４１を中空とした場合、その中空部に環状方向にわたってコイルばねなどが入っていても良い。また、弾性体４１の形状は、外歯歯車１３と軸受３１の外輪３３との間における回転軸方向全域または一部に介在されるシート状のものでもよい。また、弾性体４１の材質についても樹脂に限定されず、弾性を有するものであればよく、例えば金属の板ばね等でもよい。

また、上記実施形態では何れも、弾性体４１が外歯歯車１３の内周面１５と軸受３１の外輪３３の外周面３５との間における回転軸方向の２箇所に配置されている場合を例示して説明したが、２箇所の形態に限らない。例えば、回転軸方向の１箇所のみ、または３箇所以上に弾性体が設けられていてもよい。

１１：撓み噛合い式歯車装置、１２：内歯歯車、１３：外歯歯車、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ：溝部、１４：起振体、１５：外歯歯車の内周面、３１：軸受、３５：軸受の外周面、４１，４１ａ，４１ｂ：弾性体

Claims

剛性を有する内歯歯車と、前記内歯歯車に内接して噛合可能な可撓性を有する外歯歯車と、前記外歯歯車の内側に軸受を介して嵌入されるとともに前記外歯歯車を撓み変形させることで前記内歯歯車と前記外歯歯車とを噛合わせる起振体とを有する撓み噛合い式歯車装置であって、
前記外歯歯車の内周面と前記軸受の外周面との間に弾性体が介在されており、
前記弾性体は、前記外歯歯車の内周面と前記軸受の外周面との間における回転軸方向の複数箇所に介在されていることを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
請求項１に記載の撓み噛合い式歯車装置であって、
前記外歯歯車の内周面及び前記軸受の外周面の少なくとも一方に、前記弾性体を保持する溝部が形成されていることを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
請求項２に記載の撓み噛合い式歯車装置であって、
前記溝部は、前記軸受の外周面に設けられていることを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
請求項１から３の何れか一項に記載の撓み噛合い式歯車装置であって、
前記弾性体は、前記外歯歯車の内周面と前記軸受の外周面との間における全周に介在されていることを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
請求項１に記載の撓み噛合い式歯車装置であって、
当該撓み噛合い式歯車装置は前記外歯歯車から回転軸方向に延在された延在部を有するカップ型またはシルクハット型であり、それぞれ大きさ、形状または材質の少なくとも何れかが異なる前記弾性体が前記外歯歯車の内周面と前記軸受の外周面との間における回転軸方向の複数箇所に介在されていることを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
請求項５に記載の撓み噛合い式歯車装置であって、
前記延在部側の弾性体が、前記延在部と反対側の弾性体よりも、大きさまたは弾性率が小さいことを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。