JP6580739B2 - 波動歯車システム - Google Patents

Description

本発明は、一般に波動歯車システム並びに図示及び説明されるように波動歯車システムで利用可能であるシーリングシステム及び潤滑システムに対するその他の態様に関する。

波動歯車は、工業、医療、航空宇宙、及び防衛の分野で良く使用されている。一般に、波動歯車はシステムのインプットに楕円形部材を取り付けることによって機能し、楕円形部材は、フレックススプラインとして知られており、外側ハウジングの内歯を１８０度の間隔で歯合すると共に各歯合から９０度の間隔で歯車間に隙間を有する形状の外歯車を形成する。インプットが楕円形部材を回すとき、外歯はサーキュラスプラインとして一般に知られている外側部材の内歯を歯合する。歯車間の相対運動が引き起こされるように、外歯車は内歯車よりも少ない歯を有している。この相対運動は歯車比に従って実現することができる。結局は、動作制御市場で高価値を有する速度／トルクのトレードオフである。

波動歯車技術の特徴の多くを達成するために、中空軸が外歯車（フレックススプライン）に追加される。中空軸は、波動歯車がゼロバックラッシュとなることを可能にし、ベアリング負荷を低下させ、内力を均衡させる。それは、より長い年月に亘り歪を分散させることによって外歯車の歪寿命をも劇的に向上させる。

波動歯車は多数の用途を有している。１つの用途は、特定の目的のために特定の機械で設計された統合歯車システムである。これらのシステムは、特定の用途のために高度に設計されると共にカスタマイズされる。更に、波動歯車セットは、典型的に歯車箱と指称される別のユーザによって利用されるインプットとアウトプットを有するハウジング内に構成することができる。これらの歯車箱は、統合者が機械を組み立てるためにそれを他の部品と組み合わせる一般市場のために更に構成される。波動歯車箱は、多数の形状を採るが、いくつかのものを共通に有している。先ず、それらは、インプット、及び軸、フランジ、又はボアの何れかを有している。それらは同様な３つのオプションの１つにアウトプットを含んでいる。更に、それらはハウジングとベアリングのいくつかの組み合わせとを含む。

フレックススプライン内に、楕円形部材を取り付け、更に波動発生器を呼び出すことは、歯車セットの本来の性能を得ることにおける決定的な進歩がある。取り付けの１つの方法は、インプットに波動発生器を取り付けると共に組立体として取り付けることである。この構成においてはシステムにおける複数の欠点がある。先ず、インプットは、ボルトやステップ等の波動発生器を適切に配置するために慣習の変更が必要である。この慣習の変更はシステムに著しい費用を追加する。次に、最終利用者は、最終利用者に対して危険を引き起こす歯車システムの決定的な部品を適切に配置するための最終的な責任を負う。製造業者が位置調整を済ませることができる場合、システムの正確な位置の管理は最終利用者よりもむしろ製造業者によって引き受けられ、最終的に製品性能を向上させる。

取り付けの他の方法は、波動発生器を押さえ付け、その後にインプットを取り付けることである。一例として、波動発生器は、波動発生器の片面又は両面に配置されたボールベアリングの使用によって押さえ付けられる。この押さえ付ける方法は、製造業者が最終利用者の代わりに波動発生器を適切に配置することを可能にする。これによって、最終利用者は、キー、ボルト締めされた連結部、クランプカラー、又はボルト等の簡素な連結デバイスでシステムに単に連結する必要がある。

この方法は、ボールベアリングを通じてシステムを径方向に押さえ付けるため、不適切な方法でベアリングを装填する、ベアリング又はベアリングが取り付けられている部品の製造における何らかの誤り等の欠点を有している。３つの各ベアリングは、何れかの製造工程における単なる機械加工公差により、異なる中心線を有している。軸が回転するとき、偏芯は、システムにおける偏芯量の作用であるベアリングにおける径方向負荷を引き起こす。

波動歯車の最大の利点の１つは遊星歯車等の他の歯車システムと比較して有利なサイズである。波動歯車は同様の比を有する他の歯車システムよりもサイズが著しく小さい。波動歯車箱のサイズの低減は製品の価値を更に高める。

インプット連結部は歯車箱の長さを縮小するために改善することができる機構であり、従って、性能を向上させる。インプット連結部は、キー止めされた連結部、フリクションロック、テーパロック、又はファスナ連結部等の多くの方法を使用することができる。連結部と共にインプットの回転軸と波動発生器の回転軸との間の位置ズレを補正するために使用されるコンプライアンスデバイスが通常ある。いくつかの場合では、コンプライアンスデバイスは波動発生器のベアリングのために提供されないが、連結部のこの方法は偏芯負荷により波動発生器のベアリングを損傷させる虞がある。波動歯車に使用される典型的なコンプライアンス連結部はオルダム型連結部である。オルダム連結部はトルクを伝達するために２つの９０度に向かい合わされた駆動突起を使用する。これらの駆動突起は、有走部材を介して連結され、これにより、軸ズレの補正を可能にする。欠点は、オルダム型連結部がシステムに長さとバックラッシュを追加するということである。バックラッシュは、空間が平行位置ズレを補正するために径方向に滑動することを可能にする必要から生じる。長さは、単にオルダム型連結部が波動発生器に隣接する軸方向に配置されるという事実による。

これらのシステムは、潤滑も必要とし、従って、シーリングされる必要がある。シーリングを提供するために、典型的な設計は、Ｏリング、ガスケット、又は目地材等の方法を使用する。これらの各方法は欠点を有している。具体的には、Ｏリングは大きな空間を必要として大きな製品をもたらし；ガスケットはシステムに長さを増加させると共に２つのジョイントの間の柔軟部材を形成してシステム全体の剛性を低下させ；目地材は、全ての連結部に亘って均一量で施すことが困難であり、ジョイントの間の柔軟部材を形成し、連結部がシーリングされず漏洩を許容する虞がある。

ベアリングの種々はアウトプットを支持するために使用することができる。クロスローラベアリング等の大半のベアリングは、使用前に潤滑される必要があり、定期的に製品寿命が訪れる。クロスローラベアリングは、再グリース塗布のために使用される径方向孔の外形を呈している外輪に配置される。典型的に、再グリース塗布は、歯車箱製造業者によって取り付けられた接手にグリース注入器をあてがうことによって最終利用者によって行われる。しかしながら、利用者は、それが汚く、周辺の機器を汚染するので、グリースを使用することが好きではなく；グリースの適正量が与えられたことを保証するのは困難であり；再グリース塗布点に近づくことが困難である。

従って、先行技術の不備を解消する方法及びシステムが必要である。

動作制御の分野における、この必要と他の問題は、輪歯車と、インプットと共に回転可能である波動発生器とアウトプットと共に回転可能である非円形状のフレックススプラインと、を含み、波動発生器によって輪歯車と歯合する波動歯車システムの提供によって解決される。第１のベアリングはアウトプットの第１のレースとインプットの径方向に延在するディスクの第１の面との中間に配置され、第２のベアリングはアウトプットの第２のレースとインプットの径方向に延在するディスクの第２の面との中間に配置される。図示された形状では、インプットは歪緩和部を更に含む。

更なる態様では、シーリングシステムは、ハウジングと、相互に隣接する第１の軸端をそれぞれ含むと共に同一の径方向距離で軸方向に延在する内表面を含むキャップと、を含む。輪歯車等の要素は、波動発生器では、受け入れられ、内表面を軸方向に延在させて隣接する。キャップとハウジングの一方では、突起が軸方向に延在する内表面に隣接する第１の軸端に形成される。キャップとハウジングの他方では、突起よりも大きな容積を有する空隙が軸方向に延在する内表面に隣接する第１の軸端に形成される。組み立て中に、空隙内に及ぶ突起は、第１の軸端に形成された緩和容量内に空隙から連絡路を通じてシール材を押し付ける。

更なる態様では、ハウジングとマウントとの間に提供されるベアリングのための潤滑システムは、制御された方法でハウジングの外周からベアリングに延在するボアに受け入れられた摺動可能であるプランジャを含む。プランジャがボア内で摺動するとき、ボア内のグリースはベアリング内のボアから追い出される。

実例となる実施の形態は図面に関連する以下の詳細な説明に照らしてより明確になる。

実例となる実施の形態は添付図面に対する参照によって説明される：

波動歯車システムの分解斜視図を示す。 図１の波動歯車システムの断面図を示す。 図１の波動歯車システムの部分拡大断面図を示す。 図１の波動歯車システムの部分拡大断面図を示す。 図１の波動歯車システムの部分拡大断面図を示す。

全ての図は基本的な教示のみの説明の容易のために描かれる；実例となる実施の形態を形成する部品の数、位置、関係、及び寸法に関しての図の拡張は説明されるか、又は以下の説明が読まれて理解された後の技術の技量内にある。更に、以下の説明が読まれて理解された後、特定の力、錘、強度、及び同様の要求に準拠する正確な寸法と寸法の比率は、同様に技術の技量内にある。

図面の種々の図に使用される場合は、同一の数字は同一又は類似の部品を指し示す。更に、ここで使用される、「上」、「下」、「第１」、「第２」、「前」、「後」、「裏」、「表」、「背」、「高さ」、「幅」、「長さ」、「端」、「側」、「水平」、「垂直」の用語、及び同様の用語は、図面を考察する者に対して図面に表現された構造のみに関連し、実例となる実施の形態の説明を容易にするためだけに利用されることが理解される。

波動歯車システムは図面に示されると共に一般に１０で指し示される。一般に、歯車システム１０は、通常は円筒形状であると共に第１の軸端１４と第２の軸端１６とを有するハウジング１２を含む。軸方向に延在する内表面１８は、端１６から軸方向内側に延在し、案内部を定義するために径方向に延在する面２０で終わる。輪歯車２２は、ハウジング１２の案内部に配置され、輪歯車２２を通じて延在すると共にハウジング１２内に螺合されるボルト２３や端１６に隣接する軸端２６を有する環状のベアリングキャップ２４等によって固定される。キャップ２４は、２つの目的を果たすようなモータアダプタとしても知られている。キャップ２４は、通常は面１８と同一の径方向範囲又は距離で端２６から軸方向内側に延在する内表面２８を含む。面２８は径方向に延在する面３０で終わり、面２８、３０は輪歯車２２のための案内部を定義する。キャップ２４は、図示されるようなボルト３３等によってハウジング１２に適切に固定される。輪歯車２２は複数の内スプライン歯３２を含む。

突起３４は端２６と面２８の相互連結に隣接する端２６に形成される。図示された形状では、突起３４は、端２６における基部と、基部と平行に延在するがより短い上部と、上部と基部との間で垂直に延在すると共に通常は面２８と同一空間に広がる第１の端と、基部と上部との間で通常は４５°に延在する第２の端と、を有する四角形断面を有しているが、他の形状や配置でも良い。空隙３６は、端１６と面１８の相互連結に形成され、突起３４よりも容積が大きく、突起３４を受け入れ、第１の端の長さよりも深さが大きく、突起３４の基部の長さよりも高さが大きい。図示された形状では、空隙３６は、正四角形断面を有しているが、他の形状でも良い。緩和容量３８は面１８と空隙３６から離間された端１６に形成される。図示された形状では、容量３８は、正四角形断面を有しているが、他の形状でも良い。連絡路４０は、端１６に形成され、空隙３６と容量３８を相互連結し、流路４０の端１６における空隙３６と容量３８よりも浅い深さを有している。

組み立ての１つの方法では、輪歯車２２はハウジング１２に定義された案内部に配置され、シール材４２は通常は流路４０まで空隙３６に充填される。その後、輪歯車２２が面１８、２８に隣接すると共に重なるように、キャップ２４は端２６が端１６に隣接するまで輪歯車２２が案内される。その際に、突起３４は、空隙３６に入り、シール材４２が流路４０を通じて容量３８に流入させるように排出される。容量３８のサイズは、シール材４２が端１６、２６との間に入り込まないことを保証するために突起３４によって排出された空隙３６のシール材４２を全て受け入れるように突起３４のサイズよりも大きくなければならない。従って、シール材４２がハウジング１２とキャップ２４の隣接する端１６、２６間に入り込まないことを保証するだけでなく、シール材４２とハウジング１２、輪歯車２２、及びモータアダプタ２４との確実な連結が保証される。

ベアリング４８の外輪４６は環状のベアリングキャップ５０とハウジング１２との間に挟み込まれ、ベアリングキャップ５０はボルト５２等によってハウジング１２に適切に固定される。ベアリング４８の内輪４９はアウトプット５４に形成された案内部内の保持環５６によって環状のマウント又はアウトプット５４に係止される等して固定される。アウトプット５４は中心軸方向ボア５８を含む。

フレックススプライン６０は、通常はカップ状であり、ボア５８に対応するサイズ及び形状の中心軸方向ボア６２を含む。フレックススプライン６０は、輪歯車２２の歯３２と歯合関係にある外側に向けられた歯６４を含む。

フレックススプライン６０はボルト６７等で適切に固定されたリテーナ６６によりアウトプット５４との間に挟み込まれることによってアウトプット５４に対して回転可能に固定される。図示された形状では、径方向の位置調整はアウトプット５４とフレックススプライン６０のボア５８、６２に対して摺動可能に受け入れられるリテーナ６６のスピンドル６８によって達成される。

波動歯車システム１０は、ハブ又は連結部７０の形状のインプットと、連結部７０から延在すると共に径方向に指向された平らなディスク７４で終わるコレット又は径方向に延在するフランジ７２と、を含む。図示された形状では、連結部７０は連結部７０から素材を切除したスロットとして示される螺旋状の歪緩和部７６を含む。連結部７０がバックラッシュを犠牲にせずに平行ズレと角度ズレとを補正することができるように連結部７０から素材を切除した他の方法を利用することができることが理解されるべきである。

アウトプット５４に対して連結部７０を軸方向に拘束するため、フレックススプライン６０とリテーナ６６は径方向ではなく、ボールベアリング８０、８２の第１のセットと第２のセットは平らなディスク７４の反対の軸面又は側に配置される。ボールベアリング８０の第１のセットはリテーナ６６の径方向に延在するフランジ８４に形成された環状溝８３によって収容される。従って、ボールベアリング８０の第１のセットは平らなディスク７４の第１の面とフランジ８４を径方向に延在することによって形成された第１のレースの中間に配置される。ボールベアリング８２の第２のセットはボルト９０等によって平らなディスク７４の径方向外側のリテーナ６６のフランジ８４に固定された環状リティナ板８８に形成される環状溝８６によって収容される。従って、ボールベアリング８２の第２のセットは平らなディスク７４の第２の面と第１のレースから軸方向に離間された環状リティナ板８８によって形成された第２のレースの中間に配置される。溝８３、８６にボールベアリング８０、８２を格納することは、動作中にボールベアリング８０、８２のボールが径方向又は軸方向に移動しないことを保証し、回転運動のみが行われる。ボールベアリング８０、８２として図示されたが、素材がゼロドラグトルク駆動動作を除く動作中に摩耗するときに更なる利点を有する銅又はＰＴＦＥ等の固体潤滑ベアリングを使用することができる。

波動歯車システム１０は、通常は連結部７０に対して同心であり、ボルト９６等によってフランジ７２に固定されて図示された波動発生器９４を含む。波動発生器９４は、その外周、連結部７０の径方向外側、及び歯３２、６４の径方向内側に沿って少なくとも２つの正反対ローブを有する非円形状又は通常は楕円形状である。波動歯車システム１０に長さ又はバックラッシュを追加することを伴わずに対応させるために、歪緩和部７６は、径方向内側に配置され、且つ、歯３２、６４、及び波動発生器９４に対して同心に配置されることが理解されるべきである。特に、波動発生器９４はフランジ７２に連結され、歪緩和部７６を含む連結部７０は波動発生器９４を背後に重ねられる。

ハウジング１２は、ベアリング４８の径方向外側に配置された径方向に延在するステップ１００と、軸端１４、１６と、を含む。複数の軸方向ボア１０２は、端１４から離間されるが、ステップ１００から延在し、相互から円周に沿ってベアリング４８の径方向外側に離間される。複数の径方向ボア１０４は、外周１０６から延在し、複数の軸方向ボア１０２に交差し、ベアリング４８の外輪４６に形成された複数の径方向孔４７に対して通路が位置調整される。複数の径方向ボア１０４のそれぞれは、外周１０６に隣接すると共に圧入等によってそこに適切に固定されたプラグ１０８によって閉じられる。複数の軸方向ボア１０２のそれぞれは、螺合される等の方法で規制されてステップ１００に隣接して摺動可能に受け入れられるプランジャ１１０を含む。

組み立て中に、グリース１１２は、プランジャ１１０をそれぞれ有する複数のボア１０２、１０４におけるストロークの最外位置に充填される。波動歯車システム１０の取り付けや使用後、並びに再グリース塗布の間隔を満たす場合は、最終利用者は、図示されるように工具を回転させる等してストロークが底に達するまで複数のプランジャ１１０の１つを単に内側に移動させる。従って、グリース１１２は、対応するボア１０２、１０４から径方向孔４７に押し出され、ボア１０２、１０４のグリース１１２の量がベアリング４８の製造業者によって推奨された正確なグリースの量となる。従って、ベアリング４８は波動歯車システム１０に含まれる複数のプランジャ１１０の数と同じだけ再グリース塗布され、提供されるプランジャ１１０の数に対してベアリング４８の耐用寿命のための再グリース塗布を提供することができる。

ここで基本的な教示が説明されたため、技術分野における通常の技量を有する者によって多くの拡張や変更が容易に理解される。例えば、図示された形状の波動歯車システム１０は相乗効果を得るために考えられた特有の特徴やシステムのいくつかの組み合わせを含むが、それらの特徴を単独又は他の組み合わせで含んでシステムを構成することができる。

従って、ここに開示された本発明は、精神又はその通常の特徴から外れずに他の特定の形態で具現されるため、ここに説明された実施の形態は、全ての実例となる点で考慮され限定的ではない。本発明の範囲は、前述の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって表され、特許請求の範囲の同等の意味や範囲内で行われる全ての変更は、その中に包含されるように意図される。

Claims (2)

1. ハウジング（１２）と、
   マウント（５４）であって、前記ハウジング（１２）に対して前記マウント（５４）を回転自在に取り付けるベアリング（４８）を含む、マウント（５４）と、
   前記ハウジング（１２）の外周から前記ベアリング（４８）に延在する径方向ボア（１０４）と、
   前記ハウジング（１２）の前記外周から前記径方向ボア（１０４）に延在する軸方向ボア（１０２）と、
   前記径方向ボア（１０４）に配置されたプラグ（１０８）と、
   制御された方法で前記軸方向ボア（１０２）に対して摺動可能に受け入れられたプランジャ（１１０）と、
   前記軸方向ボア（１０２）と前記径方向ボア（１０４）に充填されると共に前記プランジャ（１１０）と前記ベアリング（４８）との間に配置されたグリース（１１２）であって、前記軸方向ボア（１０２）内における前記プランジャ（１１０）の内側に向かう摺動は前記ベアリング（４８）内に前記グリース（１１２）の所定量を追い出す、グリース（１１２）と、
   を含み、
   前記プラグ（１０８）は、前記ハウジング（１２）の外周と前記軸方向ボア（１０２）との間に配置され、前記軸方向ボア（１０２）内に延在するが、前記軸方向ボア（１０２）を越えて前記径方向ボア（１０４）に延在されない潤滑システム。
2. 前記プランジャ（１１０）は前記軸方向ボア（１０２）に対して螺合可能に受け入れられ、
   径方向孔（４７）は前記径方向ボア（１０４）と連絡するベアリング（４８）に形成される請求項１に記載の潤滑システム。

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