JP5653510B2 - 波動歯車装置の波動発生器 - Google Patents

Description

本発明は波動歯車装置に関し、特に、複数個のローラーによって可撓性外歯歯車を楕円状の形状に撓めて当該可撓性外歯歯車を剛性内歯歯車に噛み合わせるローラータイプの波動発生器に関する。

波動歯車装置の波動発生器として、６ローラータイプのものが知られている。このタイプの波動発生器は波動歯車装置の可撓性外歯歯車を適切な楕円状の形状に撓めるために６個のローラーを備えている。これらのローラーのうち、一対のローラーは、楕円状の形状の長軸上における対称の位置に配置され、残り二対のローラーは、楕円状の形状の短軸の間で長軸に対して線対称となるように配置されている。特許文献１の図３には、このタイプの波動発生器が開示されている。

特開２００３−２３２４１１号公報、段落００２６、図３

ここで、従来における６ローラータイプの波動発生器では、小径の同一サイズのローラー、すなわち、各ローラーの支持ベアリングが同一サイズのものが使用されている。ローラータイプの波動発生器を備えた波動歯車装置の寿命は、ローラーの支持ベアリングのもつ動定格荷重と回転速度で決まる。従来においては、ローラータイプの波動発生器の転動疲労寿命の改善については何ら着目されておらず、そのための対策についても何ら提案されていない。

本発明の課題は、この点に鑑みて、転動疲労寿命の向上を図った波動歯車装置のローラータイプの波動発生器を提案することにある。

本発明者は、波動歯車装置の負荷運転時において波動発生器に生ずる特有な荷重分布に着目し、これに基づき、ローラータイプの波動発生器の転動疲労寿命の向上を実現した。すなわち、波動歯車装置では、その減速比毎に、波動発生器における円周方向の各部分に生ずる荷重の分布状況が変わる。そこで、本発明では、この波動発生器の荷重分布に合わせて各ローラーの支持ベアリングのサイズを決めるようにしている。

すなわち、本発明は、
可撓性外歯歯車を予め定めた楕円状の形状に撓めて剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせた状態を形成し、回転に伴ってこれら両歯車の噛み合い位置を周方向に移動させて、これら両歯車の歯数差に応じた相対回転をこれら両歯車の間に発生させる波動歯車装置の波動発生器において、
前記可撓性外歯歯車の内周面に当接して当該可撓性外歯歯車を前記楕円状の形状に撓める複数個のローラーを備えており、
前記ローラーには、前記楕円状の形状の長軸上に配置されている２個の第１ローラーと、前記長軸上以外の位置に配置されている第２ローラーとが含まれており、
前記波動歯車装置の負荷運転時に前記ローラーのそれぞれに作用する荷重に基づき、前記第１ローラーの支持ベアリングのサイズおよび前記第２ローラーの支持ベアリングのサイズが設定されており、
前記第１ローラーの支持ベアリングのサイズは、前記第２ローラーよりも大きく、
減速比が８０以上の前記波動歯車装置に用いられることを特徴としている。

波動歯車装置の減速比が８０以上の高減速比の場合には、特に、長軸上に位置する一対のローラーに作用する荷重が、他の二対のローラーに作用する荷重に比べて大幅に大きくなる。したがって、本発明の波動発生器は、減速比が８０以上の波動歯車装置に用いると、波動発生器の寿命を従来に比べて大幅に長くすることができるので、特に有効である。

本発明を適用した波動歯車装置を示す概略正面図である。 図１の波動歯車装置の概略縦断面図である。 図１の波動歯車装置の波動発生器を示す斜視図である。 図１に示す波動歯車装置において、減速比を変えた場合における負荷運転時の波動発生器の円周方向の各位置に生ずる荷重の分布状態の測定例を示すグラフである。 長軸からの各角度位置における荷重と長軸位置での荷重との比率（％）を示すグラフであり、（ａ）は減速比が３０の場合であり、（ｂ）は減速比が１００の場合を示す。

以下に、図面を参照して本発明を適用した波動歯車装置の実施の形態を説明する。

図１〜図３を参照して説明すると、本実施の形態に係る波動歯車装置１はカップ型と呼ばれるものであり、円環状の剛性内歯歯車２と、この剛性内歯歯車２の内側に配置されたカップ形状の可撓性外歯歯車３と、この可撓性外歯歯車３の内側に配置された６ローラータイプの波動発生器４とを有している。波動発生器４によって、可撓性外歯歯車３は楕円形状あるいは略楕円形状に撓められて、その長軸Ｌ１上において剛性内歯歯車２と噛み合っている。

波動発生器４が不図示のモーターによって高速回転すると、両歯車２、３の噛み合い位置が周方向に移動し、両歯車２、３の歯数差２ｎ枚（ｎは正の整数）に応じた相対回転が両歯車２、３の間に発生する。歯数差は一般的に２枚とされており、例えば剛性内歯歯車２を回転しないように固定しておくと、可撓性外歯歯車３が波動発生器４の回転（入力回転）に対して大幅に減速された回転数で回転するので、当該可撓性外歯歯車３から減速回転を負荷側に取り出すことができる。

剛性内歯歯車２は円環状の剛性部材２１と、この剛性部材２１の円形内周面に形成されている内歯２２とを備えている。剛性部材２１には、円周方向にそって所定の間隔でボルト穴２３が形成されており、ボルト穴２３は剛性部材２１を装置中心軸線１ａの方向に貫通している。

カップ形状の可撓性外歯歯車３は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部３１と、当該円筒状胴部３１の後端に連続して半径方向の内方に広がっているダイヤフラム３２と、このダイヤフラム３２の内周縁に連続して形成されている肉厚の円環状のボス３３とを備えている。ボス３３には円周方向に所定の角度間隔で、取付け用のボルト穴３４が形成されている。円筒状胴部３１の開口縁３５の側における当該円筒状胴部３１の外周面部分には外歯３６が形成されている。

６ロータータイプの波動発生器４は、中空入力軸４１と、この中空入力軸４１の外周面に同軸に固定、あるいは中空入力軸４１と一体部品として形成されている支持円盤４２と、この支持円盤４２に取り付けられている６個のローラー５１〜５６を備えている。ローラー５１、５２は、可撓性外歯歯車３の中心（装置中心軸線１ａ）に対して点対称の位置にそれぞれ配置されている一対の第１ローラーである。ローラー５３、５４は、同じく可撓性外歯歯車３の中心に対して点対称の位置に配置されている一対の第２ローラーであり、ローラー５５、５６も可撓性外歯歯車３の中心に対して点対称の位置に配置されている一対の第３ローラーである。

一対の第１ローラー５１、５２は、楕円状の形状に撓められた可撓性外歯歯車３の長軸Ｌ１上に位置し、可撓性外歯歯車３における外歯３６が形成されている部分の内周面３７を外方に撓めた状態で、当該内周面３７に当接している。一対の第２ローラー５３、５４は、長軸Ｌ１と短軸Ｌ２の間において長軸Ｌ１から時計回りに所定角度だけ回転した位置に配置されており、可撓性外歯歯車３の外歯形成部分の内周面３７を外方に撓めた状態で、当該内周面３７に当接している。同様に一対の第３ローラー５５、５６は、一対の第２ローラー５３、５４に対して長軸を挟み線対称の位置において、可撓性外歯歯車３の内周面３７を外方に撓めた状態で、当該内周面３７に当接している。

第１ローラー５１、５２は同一サイズであり、それらの支持ベアリング５１ａ、５２ａは同一サイズである。また、第２ローラー５３、５４および第３ローラー５５、５６は同一サイズであり、それらの支持ベアリングが同一サイズである。さらに、第１ローラー５１、５２の支持ベアリング５１ａ、５２ａは、第２、第３ローラー５３〜５６の支持ベアリングよりも大なサイズであり、動定格荷重が大きい。これら第１〜第３ローラー５１〜５６のサイズは、波動歯車装置１の負荷運転時において、各ローラー５１〜５６に作用する荷重に基づき決定されている。

波動歯車装置１では、負荷運転時の波動発生器４の荷重分布に合ったサイズのローラー５１〜５６を用いているので、波動歯車装置１の寿命を効率的に向上させることができる。例えば、図１、図２に示す減速比１００の波動歯車装置１において、その波動発生器４の各ローラー５１〜５６をφ１２の同一サイズのものとした場合に比べて、ローラー５１、５２をφ１４のサイズとし、残りのローラー５３〜５６をφ１２のサイズとした場合には、計算寿命が約２．２倍に伸びることが確認された。

図４は、図１、図２に示す波動歯車装置１において、減速比を変えた場合における負荷運転時の波動発生器４の円周方向の各位置に生ずる荷重の分布状態の測定例を示すグラフである。実線の曲線Ａ、一点鎖線の曲線Ｂおよび破線の曲線Ｃは、それぞれ、減速比が１００、５０および３０の場合の荷重分布曲線である。また、図５は、長軸からの各角度位置における長軸位置で荷重との比率（％）を示すグラフであり、（ａ）は減速比が３０の場合であり、（ｂ）は減速比が１００の場合である。

これらの図から分かるように、減速比が１００の場合には、略長軸位置において荷重のピークが現れる。また、長軸位置に比べて、長軸から離れた角度位置、すなわち、ローラー５３、５４、ローラー５５、５６が配置される３５から４０度の角度位置に対応する位置では荷重が大きく減少する。これに対して、減速比５０、３０の場合には、長軸位置に対して回転方向に１０〜２０度ずれた角度位置の所で荷重のピークが現れる。このため、ローラー５１、５２が配置される長軸位置と、ローラー５３、５４、ローラー５５、５６が配置される角度位置に対応する位置との間では、大きな荷重差が現れず、僅かに、長軸位置の方が大きい。

いずれの場合においても、両方向回転において、長軸位置のローラー５１、５２に作用する荷重の平均値が、残りのローラー５３〜５６の位置において発生する荷重の平均値よりも大きいので、長軸位置にあるローラー５１、５２のサイズを残りのローラー５３〜５６よりも大きくすることは有効である。また、高減速比１００の場合には、ほぼ長軸位置において荷重のピークが現れ、長軸位置から外れた角度位置では荷重が小さいので、長軸位置においてサイズの大きなローラー５１、５２を配置し、長軸位置から外れた位置に配置されているローラー５３〜５６のサイズを小さくすることは、波動発生器４の寿命を向上させる上で極めて有効である。

本発明者の実験によれば、減速比が８０以上の高減速比の波動歯車装置において、ほぼ長軸位置において荷重のピークが現れ、長軸位置から外れた角度位置では荷重が小さいので、長軸位置においてサイズの大きなローラーを配置し、長軸位置から外れた位置に配置されているローラーのサイズを小さくすることが波動発生器の寿命を向上させる上で有効であることが確認された。

（その他の実施の形態）
上記の例は、カップ型の波動歯車装置に６ロータータイプの波動発生器を用いた場合のものである。本発明は、シルクハット形状の可撓性外歯歯車を備えたシルクハット型と呼ばれる波動歯車装置に対しても同様に適用可能である。また、２個の剛性内歯歯車の内側に円筒状の可撓性外歯歯車が同軸に配置された構成のフラット型と呼ばれる波動歯車装置に対しても同様に適用可能である。

また、ローラータイプの波動発生器として、６個のローラーよりも多い個数のローラーを備えたものであっても、同様に本発明を適用可能である。例えば、長軸上の一対のローラーに加えて四対のローラーを備えた合計１０個のローラーからなる波動発生器にも本発明を適用可能である。この場合には、長軸上の一対のローラーを最も大きなサイズとし、この一対のローラーの両側に配置されている二対のローラーを長軸上のローラーよりも小さなサイズとし、これら二対のローラーの両側に配置されている残りの二対のローラーを最も小さなサイズとすればよい。

Claims (2)

1. 可撓性外歯歯車を予め定めた楕円状の形状に撓めて剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせた状態を形成し、回転に伴ってこれら両歯車の噛み合い位置を周方向に移動させて、これら両歯車の歯数差に応じた相対回転をこれら両歯車の間に発生させる波動歯車装置の波動発生器において、
   前記可撓性外歯歯車の内周面に当接して当該可撓性外歯歯車を前記楕円状の形状に撓める複数個のローラーを備えており、
   前記ローラーには、前記楕円状の形状の長軸上に配置されている２個の第１ローラーと、前記長軸上以外の位置に配置されている２個の第２ローラーと、前記長軸上以外の位置に配置されている２個の第３ローラーとが含まれており、
   前記第２ローラーのそれぞれは、前記楕円状の形状の中心に対して対称の位置であって、前記楕円状の形状の長軸と短軸の間に配置されており、
   前記波動歯車装置の負荷運転時に前記ローラーのそれぞれに作用する荷重に基づき、前記第１、第２および第３ローラーのそれぞれの支持ベアリングのサイズ、および、前記第２、第３ローラーの位置が設定されており、
   前記第１ローラーの支持ベアリングは、前記第２ローラーの支持ベアリングに比べて、大きなサイズであり、動定格荷重が大きく、
   前記第２ローラーおよび前記第３ローラーは同一サイズの支持ベアリングを備えたローラーであり、
   前記第２ローラーのそれぞれは、前記楕円状の形状の中心の回りに、前記長軸から３５度〜４０度の角度範囲内に位置し、
   前記第３ローラーのそれぞれは、前記長軸を中心として、前記第２ローラーのそれぞれに対して線対称の位置に配置されており、
   減速比が８０以上の前記波動歯車装置に用いられることを特徴とする波動歯車装置の波動発生器。
2. 剛性内歯歯車と、
   前記剛性内歯歯車の内側に同軸に配置した半径方向に撓み可能な可撓性外歯歯車と、
   前記可撓性外歯歯車を楕円状の形状に撓めて当該可撓性外歯歯車を前記楕円状の形状の長軸上の部位において前記剛性内歯歯車に噛み合わせている波動発生器と、
   を有し、
   ８０以上の減速比を備え、
   前記波動発生器は、請求項１に記載の波動発生器であることを特徴とする波動歯車装置。