JP6027481B2 - 撓み噛合い式歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、撓み噛合い式歯車装置に関する。

特許文献１に、起振体と、該起振体の回転により撓み変形される可撓性を有した外歯歯車と、該起振体と該外歯歯車との間に配置される起振体軸受と、該外歯歯車が内接噛合する剛性を有した内歯歯車と、を備えた撓み噛合い式歯車装置が開示されている。

特開２００９−２９９７６５号公報

特許文献１で示すような撓み噛合い式歯車装置においては、製造誤差や初期摩耗を考慮し、外歯歯車と内歯歯車との間に与圧が付与されることがあり、当該与圧に起因するロスが発生する。その上、歯車装置の運転開始初期の段階では温度が低く、封入された潤滑剤の粘度が高いため、大きな始動トルクが必要となる。外歯歯車と内歯歯車との間の与圧を小さくする、あるいはゼロとすれば、与圧によるロスを低減して、始動トルクを低減できる。しかし、その場合には、運転開始初期の段階から時間が経過し定常運転となった段階で、外歯歯車と内歯歯車との間の与圧を小さくした結果生じるバックラッシで位置決め精度が悪化してしまうおそれが出てくる。

そこで、本発明は、前記問題点を解決するべくなされたもので、定常運転の段階の位置決め精度の悪化を抑制しつつ、始動トルクを低減可能な撓み噛合い式歯車装置を提供することを課題とする。

本発明は、起振体と、該起振体の回転により撓み変形される可撓性を有した外歯歯車と、該起振体と該外歯歯車との間に配置される起振体軸受と、該外歯歯車が内接噛合する剛性を有した内歯歯車と、を備えた撓み噛合い式歯車装置において、前記起振体の線膨張係数が、前記内歯歯車の線膨張係数よりも大きく、温度上昇に伴って、該外歯歯車と該内歯歯車の間の与圧が大きくなることにより、前記課題を解決したものである。

本発明では、起振体の線膨張係数が、内歯歯車の線膨張係数よりも大きくされている。即ち、温度上昇により生じる内歯歯車の熱膨張量よりも起振体の熱膨張量の方が大きくなり、その結果外歯歯車の膨張量も大きくできる。このため、外歯歯車と内歯歯車との間に付与する与圧を小さく、あるいはゼロとしても、定常運転の段階では運転開始初期の段階に比べて内歯歯車に対して外歯歯車を相対的に径方向外側に押し出すことができ、外歯歯車と内歯歯車との間に適切な与圧を付与できる。このため、運転開始初期の段階においては、外歯歯車と内歯歯車との間の与圧によるロスを低減して始動トルクを低減できる。しかも、定常運転の段階では、外歯歯車と内歯歯車との間に適切な与圧を付与できるので、バックラッシによる位置決め精度の悪化も抑制できる。

本発明によれば、定常運転の段階の位置決め精度の悪化を抑制しつつ、始動トルクを低減することが可能となる。

本発明の実施形態に係る撓み噛合い式歯車装置の全体構成の一例を示す斜視図 図１の軸心を含む断面図 図２の矢視III−III線に沿う起振体及び起振体軸受の断面図 与圧を説明するための模式図 図１の無負荷状態における運転開始初期の噛合状態を示す断面模式図（全体概略図（Ａ）、慣らし運転前の外歯歯車と出力用内歯歯車との噛合い図（Ｂ）、慣らし運転後の外歯歯車と出力用内歯歯車との噛合い図（Ｃ）） 図１の無負荷状態における定常運転の噛合状態を示す断面模式図（全体概略図（Ａ）、慣らし運転後の外歯歯車と出力用内歯歯車との噛合い図（Ｂ））

以下、図１〜図６を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

最初に、本実施形態の全体構成について、概略的に説明する。

撓み噛合い式歯車装置１００は、図１、図２に示す如く、起振体１０４と、起振体１０４の回転により撓み変形される可撓性を有した外歯歯車１２０と、起振体１０４と外歯歯車１２０との間に配置される起振体軸受１１０と、外歯歯車１２０が内接噛合する剛性を有した内歯歯車１３０と、を備える。ここで、起振体１０４の線膨張係数α１は、内歯歯車１３０の線膨張係数α４よりも大きく、撓み噛合い式歯車装置１００の温度上昇に伴って、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０の間の与圧（後述）が大きくなる構成とされている。

以下、各構成要素について詳細に説明を行う。

起振体１０４は、図２、図３に示す如く、断面が非円形の略柱形状であり、中央に図示せぬ入力軸が挿入される入力軸孔１０６が形成されている。図３に示す起振体１０４の短軸Ｙ部分では、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との間に隙間が生じ、非噛合状態が実現される。一方で、起振体１０４の長軸Ｘ部分では、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との噛合状態が実現される。入力軸が挿入され回転した際に、起振体１０４が入力軸と一体で回転するように、入力軸孔１０６にはキー溝１０８が設けられている。起振体１０４の素材は、主成分がアルミニウムであり、軽くかつその線膨張係数α１（＝２３×１０^-6／Ｋ）が比較的大きくされている。なお、起振体１０４の素材は、アルミニウムに限定されず、銅、青銅、黄銅（線膨張係数１７×１０^-6／Ｋ）などであってもよいし、一般の鉄系の鋼材（線膨張係数１２×１０^-6／Ｋ以下）に比べて線膨張係数の大きなＳＵＳ３０４（１８×１０^-6／Ｋ）などのステンレスであってもよい。

起振体軸受１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）は、図１、図２に示す如く、軸方向Ｏに２つ並べて配置されている。起振体軸受１１０Ａ、１１０Ｂはともに、同一の構成であり、内輪１１２はどちらにも共通とされている。このため、以下、起振体軸受１１０Ａについて説明し、起振体軸受１１０Ｂについての説明は基本的に省略する。なお、起振体軸受１１０の素材は、鉄系の鋼材であり、その線膨張係数α２は起振体１０４の線膨張係数α１に比べて小さくされている（α２≒１０〜１２×１０^-6／Ｋ＜α１）。

起振体軸受１１０Ａは、図１〜図３に示す如く、内輪１１２と、リテーナ１１４Ａ、転動体としてのころ１１６Ａと、外輪１１８Ａと、から構成される。なお、理論噛合い範囲となる起振体１０４の長軸Ｘ側では、内輪１１２ところ１１６Ａとの間、及びころ１１６Ａと外輪１１８Ａとの間には隙間が存在しない、つまり起振体軸受１１０Ａの内部には隙間がない状態とされている（ただし、起振体１０４の短軸Ｙ側では当該隙間があってもよい）。即ち、起振体軸受１１０Ａが撓んでも、理論噛合い範囲となる起振体１０４の長軸Ｘ側では、少なくともころ１１６Ａは内輪１１２と外輪１１８Ａとに隙間を有することなく当接した状態を保つ。このため、起振体軸受１１０Ａは、内輪１１２が径方向外側に押し広げられると、直接的に内輪１１２に対応して外輪１１８Ａも径方向外側に押し広げられる構成となっている。

内輪１１２は、可撓性の素材で形成されている。内輪１１２は起振体１０４の外側に配置され、内輪１１２の内周面は起振体１０４と当接して、内輪１１２は起振体１０４と一体で回転する。リテーナ１１４Ａは、ころ１１６Ａを収容し、ころ１１６Ａの周方向における位置及び姿勢を規制する。ころ１１６Ａは、円柱形状（ニードル形状を含む）である。このため、転動体が球である場合に比べて、ころ１１６Ａが内輪１１２及び外輪１１８Ａと接触する部分を増加させている。つまり、ころ１１６Ａを用いることにより、起振体軸受１１０Ａの伝達トルクを増大させ、かつ長寿命化させることができる。外輪１１８Ａは、ころ１１６Ａ及びリテーナ１１４Ａの外周に配置される。外輪１１８Ａも、可撓性の素材で形成されている。外輪１１８Ａは、その外周に配置される外歯歯車１２０Ａと共に起振体１０４の回転により撓み変形する。

外歯歯車１２０（１２０Ａ、１２０Ｂ）は、図１、図２に示す如く、起振体軸受１１０Ａ、１１０Ｂに対応して軸方向Ｏに２つ並べて配置されている。なお、外歯歯車１２０の素材も、鉄系の鋼材であり、その線膨張係数α３も起振体１０４の線膨張係数α１に比べて小さくされている（α３≒１０〜１２×１０^-6／Ｋ＜α１）。外歯歯車１２０Ａは、図１、図２に示す如く、減速用内歯歯車１３０Ａと内接噛合する。外歯歯車１２０Ａは、基部材１２２と、外歯１２４Ａとから構成される。基部材１２２は、外歯１２４Ａを支持する可撓性を有した筒状部材であり、起振体軸受１１０の外周に配置され起振体１０４の回転により撓み変形する。外歯１２４Ａは、理論噛合を実現するようにトロコイド曲線に基づいて歯形が決定されている。

外歯歯車１２０Ｂは、図１、図２に示す如く、出力用内歯歯車１３０Ｂと内接噛合する。そして、外歯歯車１２０Ｂは、外歯歯車１２０Ａと同様に、基部材１２２と、外歯１２４Ｂとから構成される。外歯１２４Ｂは、外歯１２４Ａとは軸方向Ｏで分離されているものの、外歯１２４Ａと同一の数、同一の形状で構成されている。ここで、基部材１２２は、外歯１２４Ａと外歯１２４Ｂとを共通に支持する。このため、起振体１０４の偏心量は、同位相で外歯１２４Ａと外歯１２４Ｂに伝えられる。

内歯歯車１３０を構成する減速用内歯歯車１３０Ａ、出力用内歯歯車１３０Ｂは、図１、図２に示す如く、起振体軸受１１０Ａ、１１０Ｂそれぞれに対応して軸方向Ｏに並べて配置されている。内歯歯車１３０は剛性を有した部材で形成され、その素材も、鉄系の鋼材であり、その線膨張係数α４も起振体１０４の線膨張係数α１に比べて小さくされている（α４≒１０〜１２×１０^-6／Ｋ＜α１）。減速用内歯歯車１３０Ａは、外歯歯車１２０Ａの外歯１２４Ａの歯数よりもｉ（ｉは２以上）多い歯数の内歯１２８Ａを備える。内歯１２８Ａは、トロコイド曲線に基づいた外歯１２４Ａに理論噛合するように成形されている（内歯１２８Ｂも同様）。減速用内歯歯車１３０Ａは、外歯歯車１２０Ａと噛合することによって、起振体１０４の回転を減速する。なお、減速用内歯歯車１３０Ａは、例えば図示せぬ固定壁にボルト孔１３２Ａを介して固定されている。

一方、出力用内歯歯車１３０Ｂは、外歯歯車１２０Ｂの外歯１２４Ｂの歯数と同一の歯数の内歯１２８Ｂを備える。出力用内歯歯車１３０Ｂからは、外歯歯車１２０Ｂの自転と同一の回転が外部に出力される。なお、出力用内歯歯車１３０Ｂは、例えば図示せぬ出力装置にボルト孔１３２Ｂを介して固定されている。

なお、撓み噛合い式歯車装置１００には、潤滑剤が封入されている。そして、その潤滑剤は、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との噛合う部分などを潤滑している。

次に、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０の間の与圧について説明する。

本実施形態における与圧（与圧量ともいう）は、内歯歯車１３０に拘束されない状態で、外歯歯車１２０の内歯歯車１３０への「めり込み量」に対応して求められる。図４で詳しく説明するならば、与圧量は、外歯歯車１２０の外歯１２４が本来の噛合位置（本実施形態では理論噛合位置）Ｐｂｔよりも内歯歯車１３０側の位置Ｐｂｓへ設置されたときに、内歯歯車１３０の内歯１２８の実体がないと仮定した場合の内歯歯車１３０への「めり込み量」で規定する。このため、例えば「与圧量がゼロ」とは、外歯歯車１２０が内歯歯車１３０にめり込まずにゼロタッチして理論噛合をしている状態をいう。当該「めり込み量（最大でも１０μｍ程度）」が大きければ、与圧量は大きな値となる。「めり込み量」は、例えば、図４に示す径方向の量Ａで定義しても良いし、歯面の法線方向の量Ｂで定義しても良い。

本実施形態においては、撓み噛合い式歯車装置１００の温度上昇に伴って、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０の間の与圧が大きくなるようにされている。即ち、起振体１０４、起振体軸受１１０、外歯歯車１２０、及び内歯歯車１３０の素材の線膨張係数α１、α２、α３、α４の関係（α１＞α２〜α４）を考慮して、温度が低い（例えば室温レベル）運転開始初期の段階では外歯歯車１２０と内歯歯車１３０の間の歯面間に相応の隙間を設けておく。そして、温度が高くなる定常運転の際には必ず理論噛合の状態とする。即ち、定常運転が５０度（７０〜８０度）で行われる際には、その５０度（７０〜８０度）の手前の温度で理論噛合、即ち与圧がゼロとなるように調整され、５０度（７０〜８０度）で若干の与圧がかかるように設定する。なお、定常運転で５０度となるのは、例えばロボットアームなどの用途では、溶接などを行う比較的にゆっくりした動作が想定できる。また、定常運転で７０〜８０度となるのは、例えばロボットアームなどの用途では、連続して高速に動く動作が想定できる。

具体的に、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との間の相応の隙間及び与圧の一例を算出する。例えば、仮に、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との噛合ピッチ円を５０ｍｍとし、温度上昇を５０度（運転開始初期が室温２５度とする場合には、温度上昇で定常運転が７５度となる）とすると、鉄系の鋼材を素材とする起振体軸受１１０、外歯歯車１２０、及び内歯歯車１３０（線膨張係数α２、α３、α４＝１１×１０^-6／Ｋ）は、熱膨張することによって噛合ピッチ円が径方向に２７．５μｍ膨らむこととなる（５０ｍｍ×５０度×０．００００１１=０．０２７５ｍｍ）。一方、起振体１０４の長軸Ｘ部分（噛合部）の径方向直径を３０ｍｍとし、起振体１０４の素材をアルミニウム（α１＝２３×１０^-6／Ｋ）とすると、起振体１０４は周りの部材（起振体軸受１１０、外歯歯車１２０、内歯歯車１３０）より１８μｍ膨らむ（３０ｍｍ×５０度×（０．００００２３−０．００００１１）＝０．０１８ｍｍ）。従って、径方向の量Ａで例えば５μｍの与圧を付与しようとすると、径方向の量Ａで４μｍ（＝１８−５×２）／２の隙間（相応の隙間）を外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との間に最初に与えておくことができる。

次に、撓み噛合い式歯車装置１００の動作について、主に図１、図２を用いて説明する。

図示しない入力軸の回転により、起振体１０４が回転すると、その回転状態に応じて、起振体軸受１１０Ａを介して、外歯歯車１２０Ａが撓み変形する。このとき、外歯歯車１２０Ｂも、起振体軸受１１０Ｂを介して、外歯歯車１２０Ａと同位相で撓み変形する。

外歯歯車１２０Ａ、１２０Ｂが起振体１０４で撓み変形することにより、外歯歯車１２０Ａの外歯１２４Ａが減速用内歯歯車１３０Ａの内歯１２８Ａに噛合する。同様に、外歯歯車１２０Ｂの外歯１２４Ｂが出力用内歯歯車１３０Ｂの内歯１２８Ｂに噛合する。

外歯歯車１２０Ａと減速用内歯歯車１３０Ａとの噛合位置は、起振体１０４の長軸Ｘ部分の移動に伴い、回転移動する。ここで、起振体１０４が１回転すると、外歯歯車１２０Ａは減速用内歯歯車１３０Ａとの歯数差だけ、回転位相が遅れる。つまり、減速用内歯歯車１３０Ａによる減速比は（（外歯歯車１２０Ａの歯数−減速用内歯歯車１３０Ａの歯数）／外歯歯車１２０Ａの歯数）で求めることができる。具体的な数値による減速比は（（１００−１０２）／１００＝−１／５０）となる。ここで、「−」は入出力が逆回転の関係となることを示している。

外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂとは共に歯数が同一であるので、外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂとは互いに噛合する部分が移動することなく、同一の歯同士で噛合することとなる。このため、出力用内歯歯車１３０Ｂから外歯歯車１２０Ｂの自転と同一の回転が出力される。結果として、出力用内歯歯車１３０Ｂからは起振体１０４の回転を（−１／５０）に減速した出力を取り出すことができる。

ここで、無負荷の状態における運転開始初期の噛合状態を図５に示す。なお、外歯歯車１２０Ａと減速用内歯歯車１３０Ａの噛合状態は、外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂの噛合状態と同様なので、外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂの噛合状態のみを図５に示す。そして、外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂの関係について主に説明する（図６も同様）。なお、図５は外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂの噛合状態を模式的に示したにすぎず、実際の歯形、歯数、及び歯の位置を忠実に示したものではない（図６も同様）。図５（Ａ）は、起振体１０４の軸方向Ｏに垂直な断面を想定した際の外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂの全体概略図を示している。このとき、外歯歯車１２０Ｂの歯形と出力用内歯歯車１３０Ｂの歯形との位置関係は、長軸Ｘと短軸Ｙのそれぞれに対して対称となる。即ち、図５（Ａ）の第１〜第４象限で示す破線で囲まれた領域は、互いに外歯歯車１２０Ｂの歯形と出力用内歯歯車１３０Ｂの歯形とが等しい位置関係を示している。このため、図５（Ａ）の第１、第４象限については省略し、第２、第３象限の破線で囲まれた領域の互いの歯形の位置関係を図５（Ｂ）、（Ｃ）に示す（図６（Ｂ）も同様）。図５（Ｃ）に示す如く、運転開始初期では、低い温度（第１の温度）とされているので起振体１０４が熱膨張しておらず、外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂの歯面間には相応の隙間がある。このため、出力用内歯歯車１３０Ｂに対して外歯歯車１２０Ｂが時計回りと反時計回りの両方向に、その相応の隙間に応じて自由に回転可能（バックラッシの存在）とされている。しかし、図５（Ｃ）に示す如く、起振体１０４の断面における第２象限では反時計回りで外歯１２４Ｂから内歯１２８Ｂまでの距離が近く、第３象限では時計回りで外歯１２４Ｂから内歯１２８Ｂまでの距離が近くされている。即ち、図５（Ｃ）において、運転開始初期では、出力用内歯歯車１３０Ｂに対して外歯歯車１２０Ｂが時計回りに回転すると、第３象限だけで外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂとが接触する（第３象限で外歯１２４Ｂの右歯面が内歯１２８Ｂと接触する）構成となっている。つまり、図５（Ａ）から明らかなように、第１象限と第３象限のみで外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂとが接触する（噛合う）構成となっている（このとき、外歯歯車１２０Ａと減速用内歯歯車１３０Ａとは、外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂとの関係とは異なり、逆の歯面で接触する。即ち、第２象限と第４象限のみで外歯歯車１２０Ａと減速用内歯歯車１３０Ａとが接触する（噛合う）構成となっている）。なお、この場合は、外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂとが「正面側」のみで噛合う状態ともいう。

なお、図５（Ｂ）は、撓み噛合い式歯車装置１００を組み立てて出荷時点などで初めて行う運転（慣らし運転と称する）の運転開始初期の状態を示したものである。この慣らし運転では、外歯歯車１２０Ｂや出力用内歯歯車１３０Ｂの出来や組み合わせによるばらつきなどを均一化するために、負荷をかけて運転を行い（定格回転数で運転することで負荷をかけずに運転してもよい）、あえて初期摩耗（慣じみ）をさせるようにしている。このときには、運転開始初期でも、第２象限では反時計回りで外歯１２４Ｂから内歯１２８Ｂまでの間の隙間がなく（第２象限で外歯１２４Ｂの左歯面が内歯１２８Ｂと接触する）、第３象限では時計回りで外歯１２４Ｂから内歯１２８Ｂまでの間の隙間がない（第３象限で外歯１２４Ｂの右歯面が内歯１２８Ｂと接触する）。このため、出力用内歯歯車１３０Ｂに接触させずに外歯歯車１２０Ｂが回転することはできない状態とされている（なお、慣じみを考慮して、適宜、外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂの間に与圧を与えるようにする）。なお、この慣らし運転における定常運転の際には、一旦は運転開始初期の際の噛合数よりも増加する。つまり、慣らし運転においても、温度上昇に伴って、外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂの噛合数が増加するようにされている。そして、慣らし運転終了時には、図５（Ｃ）の実線で示すように、歯面が摩耗することで、歯面間に相応の隙間ができバックラッシも可能となる（即ち、図５（Ｃ）で示す破線は慣らし運転前の歯形を示している）。なお、図５（Ｂ）で示される状態は、第１〜第４象限の全てで外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂとが接触する構成を示している（同様に、第１〜第４象限の全てで外歯歯車１２０Ａと減速用内歯歯車１３０Ａとが接触する構成となっている）。このため、この場合は、外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂとが「正面側」と「背面側」の両方で噛合う状態（単に、「背面側」でも噛合う状態ともいう）ともいう。

次に、無負荷の状態における定常運転の噛合状態を図６に示す。図６（Ａ）は、起振体１０４の軸方向Ｏに垂直な断面を想定した際の外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂの全体概略図を示している。図６（Ｂ）に示す如く、定常運転では、高い温度（第２の温度）とされているので起振体１０４が熱膨張して、白抜き矢印で示す如く、起振体軸受１１０を介して出力用内歯歯車１３０Ｂに比べて相対的に外歯歯車１２０Ｂが径方向外側に押し広げられる。このため、バックラッシが存在せず、第２象限では反時計回りで外歯１２４Ｂから内歯１２８Ｂまでの間の隙間がなく、第３象限では時計回りで外歯１２４Ｂから内歯１２８Ｂまでの間の隙間がなくなり、第２象限と第３象限の両方で噛合が実現される。従って、図６（Ａ）から明らかなように、定常運転の状態では、第１〜第４象限の全てで外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂとが接触する構成となっている（同様に、第１〜第４象限の全てで外歯歯車１２０Ａと減速用内歯歯車１３０Ａとが接触する構成となっている）。この場合も、外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂとが「正面側」と「背面側」の両方で噛合う状態とされている。つまり、温度上昇に伴って、第１、第３象限のみであった外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂの噛合が第１〜第４象限の全てで行われるようになり、その噛合数が増加する構成とされている。なお、図６（Ｂ）の破線で示す出力用内歯歯車１３０Ｂの歯形は、慣じみのよる摩耗および熱膨張で径方向外側に移動する前の状態を示している。

このように、本実施形態では、起振体１０４の線膨張係数α１が、内歯歯車１３０の線膨張係数α４よりも大きくされている。即ち、温度上昇により生じる内歯歯車１３０の熱膨張量よりも起振体１０４の熱膨張量の方が大きくなり、その結果外歯歯車１２０の膨張量も大きくできる。このため、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との間に付与する与圧を小さく、あるいはゼロとしても、定常運転の段階では運転開始初期の段階に比べて内歯歯車１３０に対して外歯歯車１２０を相対的に径方向外側に押し出すことができ、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との間には適切な与圧を付与できる。このため、運転開始初期の段階においては、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との間の与圧によるロスを低減して始動トルクを低減することができる。しかも、定常運転の段階では、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との間に適切な与圧を付与できるので、バックラッシによる位置決め精度の悪化も抑制することができる。

また、本実施形態では、起振体１０４の線膨張係数α１が、内歯歯車１３０の線膨張係数α４よりも大きくされている。そして、起振体１０４自体が起振体軸受１１０や外歯歯車１２０に比べても大きく熱膨張する。つまり、熱膨張については起振体１０４が担うので、起振体軸受１１０や外歯歯車１２０は線膨張係数に制限されない。即ち、起振体軸受１１０や外歯歯車１２０に対しては自身にかかる荷重を最適に受け止め得る素材を選択し設計できる。一方、起振体１０４に対しては、起振体軸受１１０や外歯歯車１２０に比べて素材に対する制約が少ない。このため、起振体１０４の線膨張係数α１を最適化することができる。なお、本発明はこれに限らず、内歯歯車の内側にある外歯歯車および起振体軸受の線膨張係数α２、α３が、内歯歯車の線膨張係数α４よりも大きくされていてもよい。そのような構成であれば、外歯歯車を熱膨張で径方向外側により効果的に押し広げることができ、外歯歯車と内歯歯車の間の与圧を大きくすることが可能となる。

また、本実施形態においては、温度上昇に伴って、外歯歯車１２０と内歯歯車１３０の噛合数が増加するようにされている。このため、定常運転の段階の外歯歯車１２０及び内歯歯車１３０に対するねじり剛性を高くでき、且つバックラッシを排除し、伝達トルクを増大させることができる。なお、これに限らず、温度上昇が生じても、外歯歯車と内歯歯車の噛合数が増加せずに、一定であってもよい。

また、本実施形態においては、慣らし運転以降で、起振体１０４の軸方向Ｏに垂直な断面を想定したとき、無負荷の状態において、運転開始初期の段階の低い温度においては起振体１０４の断面における第１象限と第３象限のみで外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂとが接触し（噛合い）、定常運転の段階の高い温度においては第１〜第４象限の全てで外歯歯車１２０Ｂと出力用内歯歯車１３０Ｂとが接触して（噛合って）いる。このため、運転開始初期の際には、確実に歯面間の摩擦損失を低減できる。そして、定常運転の段階の外歯歯車１２０及び内歯歯車１３０に対するねじり剛性を周方向に偏りなく高くでき、且つバックラッシを排除し、伝達トルクを安定して増大させることができる。なお、これに限らず、慣らし運転以降であっても、第１〜第４象限の全てで外歯歯車と内歯歯車とが噛合う構成であってもよい。

また、本実施形態においては、理論噛合い範囲となる起振体１０４の長軸Ｘ側では、起振体軸受１１０の内部に隙間が存在しない。このため、起振体１０４の熱膨張で直接的に外歯歯車１２０を径方向外側に押し広げることができる。即ち、起振体１０４の線膨張係数α１に基づいて結果的に外歯歯車１２０の膨張量を正確に見積もることができ、定常運転の段階の外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との間の与圧を正確に定めることができる。なお、これに限らず、起振体が熱膨張することで外歯歯車と内歯歯車の間に与圧を与える構成において、起振体軸受の内部に隙間があっても、起振体の熱膨張が外歯歯車に相応に伝えることが可能であれば、そのような隙間は存在してもよい。

従って、本実施形態においては、定常運転の段階の位置決め精度の悪化を抑制しつつ、始動トルクを低減することが可能である。

本発明について上記実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでも無い。

上記実施形態においては、起振体軸受１１０が内輪１１２及び外輪１１８を有していたが、本発明はこれに限定されず、起振体の外周部分が内輪とされていてもよい。また、外輪を有する必要もなく、例えば、ころが直接的に外歯歯車を回転可能に支持して外歯歯車の内周部分が外輪とされていてもよい。

また、上記実施形態においては、外歯をトロコイド曲線に基づいた歯形としたが、本発明はこれに限定されない。外歯は、円弧歯形でもよいし、その他の歯形を用いてもよい。

また、上記実施形態では、対象が出力用内歯歯車１３０Ｂから減速された出力を取り出す筒型の撓み噛合い式歯車装置１００であったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、起振体軸受と外歯歯車とがそれぞれ１つとされ、出力用内歯歯車を用いずに、当該外歯歯車の軸方向片側の側部が解放されたいわゆるカップ型（若しくはシルクハット型）の撓み変形する外歯歯車を有する撓み噛合い式歯車装置に適用しても構わない。

上記実施形態では、（慣らし運転後には）外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との間に予め隙間を設けておき（与圧ゼロ）、運転後（定常運転の段階）の温度上昇により外歯歯車１２０と内歯歯車１３０との間に与圧が発生するようにした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、運転開始初期の段階から外歯歯車と内歯歯車との間に隙間がない状態（与圧ゼロでも与圧が付与されていてもよい）とし、運転後の温度上昇により、適切な与圧が付与されるようにしてもよい。

本発明は、筒型、カップ型、若しくはシルクハット型の外歯歯車を備える撓み噛合い式歯車装置に対して広く適用可能である。

１００…撓み噛合い式歯車装置
１０４…起振体
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ…起振体軸受
１１２…内輪
１１４Ａ、１１４Ｂ…リテーナ
１１６Ａ、１１６Ｂ…ころ
１１８Ａ、１１８Ｂ…外輪
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ…外歯歯車
１２２…基部材
１２４、１２４Ａ、１２４Ｂ…外歯
１２８、１２８Ａ、１２８Ｂ…内歯
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ…内歯歯車
Ｏ…軸方向
Ｘ…起振体の長軸
Ｙ…起振体の短軸
α１〜α４…線膨張係数

Claims (5)

1. 起振体と、該起振体の回転により撓み変形される可撓性を有した外歯歯車と、該起振体と該外歯歯車との間に配置される起振体軸受と、該外歯歯車が内接噛合する剛性を有した内歯歯車と、を備えた撓み噛合い式歯車装置において、
   前記起振体の線膨張係数は、前記内歯歯車の線膨張係数よりも大きく、
   温度上昇に伴って、該外歯歯車と該内歯歯車の間の与圧が大きくなる
   ことを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
2. 請求項１において、
   前記外歯歯車および前記起振体軸受の線膨張係数が、前記内歯歯車の線膨張係数よりも大きい
   ことを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
3. 請求項１または２において、
   温度上昇に伴って、前記外歯歯車と前記内歯歯車の噛合数が増加する
   ことを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記起振体の軸方向に垂直な断面を想定したとき、
   無負荷の状態において、第１の温度においては前記断面における第１象限と第３象限のみで前記外歯歯車と前記内歯歯車とが噛合い、前記第１の温度よりも高い第２の温度においては前記断面における第１〜第４象限の全てで前記外歯歯車と前記内歯歯車とが噛合う
   ことを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記起振体軸受の内部に隙間が存在しない
   ことを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。