JP6685885B2 - 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、図３に示されるような撓み噛合い式歯車装置（波動歯車装置ユニット）が開示されている。

図３において、波動歯車装置ユニット２００は、カップ型の波動歯車装置１１０と、主軸受であるクロスローラベアリング１５０と、を有する。波動歯車装置１１０は、内歯１２３が内周面に形成されている環状の剛性内歯歯車１２０と、この内側に配置されたカップ型の可撓性外歯歯車１３０と、この内側にはめ込まれている波動発生器１４０とを備えている。クロスローラベアリング１５０は、剛性内歯歯車１２０と可撓性外歯歯車１３０を相対回転自在の状態で連結している。

波動発生器１４０が回転すると、可撓性外歯歯車１３０と剛性内歯歯車１２０との間に歯数差に応じた相対回転であって波動発生器１４０の回転に対して大幅に減速された相対回転が生じる。例えば剛性内歯歯車１２０が固定されている場合は可撓性外歯歯車１３０が回転し、そこに接続されたクロスローラベアリング１５０の内輪１５５に大幅に減速された回転が伝達される。

特開２０００−１８６７１８号公報

特許文献１に記載されるような従来の撓み噛合い式歯車装置では、主軸受を介して相対回転する部材間の同軸度ひいては撓み噛合い式歯車装置の回転精度に改善の余地があった。回転精度が改善されれば、撓み噛合い式歯車装置の振動や騒音をより低減できる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、主軸受を介して相対回転する部材間の同軸度を向上できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の撓み噛合い式歯車装置は、ケーシングと、ケーシングと別体とされケーシングに一体化された内歯歯車と、内歯歯車と噛合う外歯歯車と、外歯歯車の自転成分と同期するキャリヤ部材と、ケーシングとキャリヤ部材との間に配置された主軸受と、を備えた撓み噛合い式歯車装置であって、ケーシングは、主軸受の転動体の外輪側転走面を有する。ケーシングと内歯歯車は、一方の外周と他方の内周がインロー嵌合され、かつ締り嵌めとされ、少なくとも、ケーシングと内歯歯車とのインロー嵌合部におけるケーシングの表面硬さが、当該インロー嵌合部における内歯歯車の表面硬さよりも高い。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、主軸受を介して相対回転する部材間の同軸度を向上できる。

実施の形態に係る撓み噛合い式歯車装置を示す断面図である。 図１の内歯歯車とその周辺を拡大して示す拡大断面図である。 従来の波動歯車装置ユニットを示す断面図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施の形態に係る撓み噛合い式歯車装置１００を示す断面図である。撓み噛合い式歯車装置１００は、入力された回転を減速して出力する。撓み噛合い式歯車装置１００は、波動発生器２と、外歯歯車４と、内歯歯車６と、キャリヤ部材８と、ケーシング１０と、第１規制部材１２と、第２規制部材１４と、主軸受１６と、第１軸受ハウジング１８と、第２軸受ハウジング２０と、を備える。

波動発生器２は、起振体軸２２と、複数の第１転動体２４ａと、複数の第２転動体２４ｂと、第１保持器２６ａと、第２保持器２６ｂと、第１外輪部材２８ａと、第２外輪部材２８ｂとを含む。起振体軸２２は、入力軸であり、例えばモータ等の回転駆動源に接続され、回転軸Ｒを中心に回転する。起振体軸２２には、回転軸Ｒに直交する断面が略楕円形状である起振体２２ａが一体に形成されている。

複数の第１転動体２４ａはそれぞれ、略円柱形状を有し、軸方向が回転軸Ｒ方向と略平行な方向を向いた状態で周方向に間隔を空けて設けられる。第１転動体２４ａは、第１保持器２６ａにより転動自在に保持され、起振体２２ａの外周面２２ｂを転走する。第２転動体２４ｂは、第１転動体２４ａと同様に構成される。複数の第２転動体２４ｂは、第１保持器２６ａと軸方向に並ぶように配置された第２保持器２６ｂにより転動自在に保持され、起振体２２ａの外周面２２ｂを転走する。以降では、第１転動体２４ａと第２転動体２４ｂとをまとめて「転動体２４」とも呼ぶ。また、第１保持器２６ａと第２保持器２６ｂとをまとめて「保持器２６」とも呼ぶ

第１外輪部材２８ａは、複数の第１転動体２４ａを環囲する。第１外輪部材２８ａは、可撓性を有し、複数の第１転動体２４ａを介して起振体２２ａにより楕円状に撓められる。第１外輪部材２８ａは、起振体２２ａ（すなわち起振体軸２２）が回転すると、起振体２２ａの形状に合わせて連続的に撓み変形する。第２外輪部材２８ｂは、第１外輪部材２８ａと同様に構成される。第２外輪部材２８ｂは、第１外輪部材２８ａとは別体として形成される。なお、第２外輪部材２８ｂは、第１外輪部材２８ａと一体に形成されてもよい。以降では、第１外輪部材２８ａと第２外輪部材２８ｂとをまとめて「外輪部材２８」とも呼ぶ。

外歯歯車４は、可撓性を有する環状の部材であり、その内側には起振体２２ａ、転動体２４および外輪部材２８が嵌まる。外歯歯車４は、起振体２２ａ、転動体２４および外輪部材２８が嵌まることによって楕円状に撓められる。外歯歯車４は、起振体２２ａが回転すると、起振体２２ａの形状に合わせて連続的に撓み変形する。外歯歯車４は、第１外歯部４ａと、第２外歯部４ｂと、基材４ｃと、を含む。第１外歯部４ａと第２外歯部４ｂとは単一の基材である基材４ｃに形成されており、同歯数である。

内歯歯車６は、剛性を有する環状の部材である。内歯歯車６の第１内歯部６ａは、楕円状に撓められた外歯歯車４の第１外歯部４ａを環囲し、起振体２２ａの長軸近傍の所定領域で第１外歯部４ａと噛み合う。第１内歯部６ａは、第１外歯部４ａよりも多くの歯を有する。

キャリヤ部材８は、剛性を有する円筒状の部材である。本実施の形態では、キャリヤ部材８の内周に第２内歯部８ａが形成されている。キャリヤ部材８の第２内歯部８ａは、楕円状に撓められた外歯歯車４の第２外歯部４ｂを環囲し、起振体２２ａの長軸方向の２領域で第２外歯部４ｂと噛み合う。第２内歯部８ａは、第２外歯部４ｂと同数の歯を有する。したがって、キャリヤ部材８は、第２外歯部４ｂひいては外歯歯車４の自転と同期して回転する。

第１規制部材１２は、平たいリング状の部材であり、外歯歯車４、第１外輪部材２８ａおよび第１保持器２６ａの各軸方向端面に対向するように、外歯歯車４、第１外輪部材２８ａおよび第１保持器２６ａと第１軸受ハウジング１８との間に配置される。第２規制部材１４は、平たいリング状の部材であり、外歯歯車４、第２外輪部材２８ｂおよび第２保持器２６ｂの各軸方向端面に対向するように、外歯歯車４、第２外輪部材２８ｂおよび第２保持器２６ｂと第２軸受ハウジング２０との間に配置される。第１規制部材１２および第２規制部材１４は、外歯歯車４、外輪部材２８および保持器２６の軸方向の移動を規制する。

ケーシング１０は、略円筒状の部材であり、キャリヤ部材８を環囲する。ケーシング１０には、内歯歯車６が後述のように連結されて一体化される。ケーシング１０とキャリヤ部材８との間には主軸受１６が配置される。主軸受１６は、本実施の形態ではクロスローラ軸受であり、周方向に間隔を空けて設けられる複数のローラ（転動体）４６を含む。複数のローラ４６は、キャリヤ部材８の転走面８ｂおよびケーシング１０の転走面１０ａを転走する。つまり、キャリヤ部材８の外周側は主軸受１６の内輪として機能し、ケーシング１０の内周側は主軸受１６の外輪として機能する。ケーシング１０は、主軸受１６を介して、キャリヤ部材８を相対回転自在に支持する。

第１軸受ハウジング１８は、環状の部材であり、起振体軸２２を環囲する。同様に、第２軸受ハウジング２０は、環状の部材であり、起振体軸２２を環囲する。第１軸受ハウジング１８と第２軸受ハウジング２０とは、外歯歯車４、転動体２４、保持器２６、外輪部材２８、第１規制部材１２および第２規制部材１４を軸方向に挟むよう配置される。第１軸受ハウジング１８は、内歯歯車６に対してインロー嵌合される。第２軸受ハウジング２０は、キャリヤ部材８に対してインロー嵌合される。第１軸受ハウジング１８の内周には軸受３０が組み込まれ、第２軸受ハウジング２０の内周には軸受３２が組み込まれており、起振体軸２２は、軸受３０および軸受３２を介して、第１軸受ハウジング１８および第２軸受ハウジング２０に対して回転自在に支持される。

起振体軸２２と第１軸受ハウジング１８の間にはオイルシール４０が配置され、第１軸受ハウジング１８と内歯歯車６の間にはＯリング３４が配置され、内歯歯車６とケーシング１０との間にはＯリング３６が配置され、ケーシング１０とキャリヤ部材８との間にはオイルシール４２が配置され、キャリヤ部材８と第２軸受ハウジング２０との間にはＯリング３８が配置され、第２軸受ハウジング２０と起振体軸２２との間にはオイルシール４４が配置される。これにより、撓み噛合い式歯車装置１００内の潤滑剤が漏れるのを抑止できる。

以上のように構成された撓み噛合い式歯車装置１００の動作を説明する。ここでは、第１外歯部４ａの歯数が１００、第２外歯部４ｂの歯数が１００、第１内歯部６ａの歯数が１０２、第２内歯部８ａの歯数が１００の場合を例に説明する。また、内歯歯車６および第１軸受ハウジング１８が固定状態にある場合を例に説明する。

第１外歯部４ａが楕円形状の長軸方向の２箇所で第１内歯部６ａと噛み合っている状態で、起振体軸２２が回転すると、これに伴って第１外歯部４ａと第１内歯部６ａとの噛み合い位置も周方向に移動する。第１外歯部４ａと第１内歯部６ａとは歯数が異なるため、この際、第１内歯部６ａに対して第１外歯部４ａが相対的に回転する。内歯歯車６および第１軸受ハウジング１８が固定状態にあるため、第１外歯部４ａは、歯数差に相当する分だけ自転することになる。つまり、起振体軸２２の回転が大幅に減速されて第１外歯部４ａに出力される。その減速比は以下のようになる。
減速比＝（第１外歯部４ａの歯数−第１内歯部６ａの歯数）／第１外歯部４ａの歯数
＝（１００−１０２）／１００
＝−１／５０

第２外歯部４ｂは、第１外歯部４ａと一体的に形成されているため、第１外歯部４ａと一体に回転する。第２外歯部４ｂと第２内歯部８ａは歯数が同一であるため、相対回転は発生せず、第２外歯部４ｂと第２内歯部８ａとは一体に回転する。このため、第１外歯部４ａの自転と同一の回転が第２内歯部８ａに出力される。結果として、第２内歯部８ａからは起振体軸２２の回転を−１／５０に減速した出力を取り出すことができる。

続いて、内歯歯車６とケーシング１０および第１軸受ハウジング１８との連結構造について詳細に説明する。

図２は、内歯歯車６とその周辺を拡大して示す拡大断面図である。内歯歯車６は、第１内歯部６ａが形成された内側部分６ｂと、内側部分６ｂの径方向外側に位置する外側部分６ｃと、有する。外側部分６ｃの軸方向端面６ｇにはケーシング１０の軸方向端面１０ｃが当接している。内側部分６ｂの軸方向端面６ｈは外側部分６ｃの軸方向端面６ｇよりも軸方向においてキャリヤ部材８側（図２では左側）に突出し、内側部分６ｂの外周６ｄはケーシング１０の内周１０ｂと嵌合している。すなわち、内歯歯車６の内側部分６ｂの外周６ｄとケーシング１０の内周１０ｂとがインロー嵌合されている。特に、内側部分６ｂの外周６ｄとケーシング１０の内周１０ｂとは、締り嵌めにてインロー嵌合されている。

内側部分６ｂには、軸方向端面６ｈからキャリヤ部材８とは反対側（図２では右側）に凹む凹部６ｅが形成される。凹部６ｅは、好ましくは、無端リング状の凹部となるよう形成される。また、凹部６ｅは、軸方向における最大深さＤが、インロー嵌合部４８の軸方向における長さＨよりも大きくなるよう形成される。また、凹部６ｅは、インロー嵌合部４８の径方向内側に設けられ、凹部６ｅとインロー嵌合部４８は、径方向から見て重なる。

また、ケーシング１０および内歯歯車６は、少なくとも、インロー嵌合部４８におけるケーシング１０の表面硬さが、インロー嵌合部４８における内歯歯車６の表面硬さよりも高くなるよう形成される。例えば、インロー嵌合部４８に対応するケーシング１０の表面に浸炭熱処理や高周波熱処理などの熱処理を施すことにより、これを実現できる。本実施の形態では、ケーシング１０は主軸受１６の転走面１０ａを有するため、転走面としての硬度を確保するためにケーシング１０には熱処理が施されている。その結果インロー嵌合部４８におけるケーシング１０の表面硬さも転走面１０ａと同様に確保されている。

なお、「表面硬さ」とは、例えば高周波熱処理を施した場合はＪＩＳ Ｇ０５５９に規定される測定方法によりビッカース硬さ試験のくぼみの対角線長さの２．５倍に相当する深さ位置で測定した硬さをいい、例えば浸炭熱処理を施した場合はＪＩＳ Ｂ０５５７に規定される測定方法によりビッカース硬さ試験のくぼみの対角線長さの２．５倍に相当する深さ位置で測定した硬さをいう。ケーシング１０および内歯歯車６は、好ましくは、インロー嵌合部４８におけるケーシング１０の表面硬さが、インロー嵌合部４８における内歯歯車６の表面硬さよりも、ビッカース硬さの値で５０以上となるよう形成される。

また、内歯歯車６の内側部分６ｂの内周６ｆは、第１軸受ハウジング１８の外周１８ａと嵌合している。すなわち、内歯歯車６の内側部分６ｂの内周６ｆと第１軸受ハウジング１８の外周１８ａとがインロー嵌合されている。本実施の形態では特に、内歯歯車６の内側部分６ｂの内周６ｆと第１軸受ハウジング１８の外周１８ａとは、中間嵌めにてインロー嵌合されている。なお、内歯歯車６と第１軸受ハウジング１８とのインロー嵌合部５０の締め代が、内歯歯車６とケーシング１０とのインロー嵌合部４８の締め代よりも小さくなるよう構成されれば、内歯歯車６と第１軸受ハウジング１８との嵌め合いの種類は問わない。

以上説明した実施の形態に係る撓み噛合い式歯車装置１００によれば、内歯歯車６とケーシング１０とはインロー嵌合される。これにより、内歯歯車６とケーシング１０とを連結する際の芯出しを精度よく行うことが可能となる。また、撓み噛合い式歯車装置１００によれば、締り嵌めにてインロー嵌合される。これにより、内歯歯車６とケーシング１０とを中間嵌めや隙間嵌めにより連結する場合に比べて芯ずれが生じにくくなる。さらに撓み噛合い式歯車装置１００によれば、インロー嵌合部４８におけるケーシング１０の表面硬さが、インロー嵌合部４８における内歯歯車６の表面硬さよりも高くなるよう構成される。これにより、締り嵌めにてインロー嵌合する際に、かじりが生じるのを抑止できる。以上より、本実施の形態に係る撓み噛合い式歯車装置１００によれば、内歯歯車６とケーシング１０との同軸度を向上させることができ、その結果、主軸受１６を介して相対回転する内歯歯車６とキャリヤ部材８との同軸度が向上する。

また、実施の形態に係る撓み噛合い式歯車装置１００によれば、内歯歯車６の内側部分６ｂに、軸方向端面６ｈからキャリヤ部材８とは反対側に凹む凹部６ｅが形成される。好ましくは、凹部６ｅは無端リング状となるよう形成される。また、好ましくは、凹部６ｅは、その軸方向における最大深さＤがインロー嵌合部４８の軸方向における長さＨより大きくなるよう形成される。これにより、内歯歯車６の内側部分６ｂをケーシング１０に嵌め込む際にインロー嵌合部４８に過度な力が掛かっても、内側部分６ｂの一部（すなわちインロー嵌合部４８近傍の部分）が変形するだけで済み、ケーシング１０や内歯歯車６の内側部分６ｂの全体が変形するのを抑止できる。その結果、ケーシング１０の転走面１０ａの変形を抑制できる。

また、撓み噛合い式歯車装置１００では、サイズの異なる外歯歯車４を組み換えながら最適な噛合いが得られる外歯歯車４を選択するので、第１軸受ハウジング１８は着脱の機会が多く、したがって内歯歯車６と第１軸受ハウジング１８との締め代は小さい方が望ましい。これに対し、実施の形態に係る撓み噛合い式歯車装置１００によれば、内歯歯車６と第１軸受ハウジング１８とのインロー嵌合部５０の締め代は、内歯歯車６とケーシング１０とのインロー嵌合部４８の締め代よりも小さくなるよう構成される。すなわち、内歯歯車６と第１軸受ハウジング１８とのインロー嵌合部５０の締め代は、比較的小さく構成される。これにより、組立性が向上する。

以上、実施の形態に係る撓み噛合い式歯車装置について説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下変形例を示す。

（変形例１）
実施の形態では、ケーシング１０の内周１０ｂと内歯歯車６の外周６ｄがインロー嵌合される場合、すなわちケーシング１０の径方向内側にインロー嵌合部４８が設けられる場合について説明したが、これに限られない。図３のごとく、ケーシング１０（すなわち主軸受１６の外輪として機能する部材）の径方向外側にインロー嵌合部が設けられてもよい。すなわち、ケーシング１０の外周と内歯歯車６の内周とが締り嵌めにてインロー嵌合されてもよい。

（変形例２）
実施の形態では、２つの内歯部（第１内歯部６ａ、第２内歯部８ａ）を有し、外歯歯車４が筒型であるフラット型の撓み噛合い式歯車装置について説明したが、これに限られない。本実施の形態の技術思想は、内歯部が１つのカップ型、シルクハット型、その他のタイプの撓み噛合い式歯車装置にも適用できる。

例えば、図３に示されるようなカップ型の撓み噛合い式歯車装置において、剛性内歯歯車１２０の内周１２０ａとケーシングに相当する外輪１５１の外周１５１ａとが締り嵌めにてインロー嵌合され、かつ、剛性内歯歯車１２０および外輪１５１が、剛性内歯歯車１２０と外輪１５１とのインロー嵌合部１４８における外輪１５１の表面硬さ（すなわち外周１５１ａの表面硬さ）がインロー嵌合部１４８における剛性内歯歯車１２０の表面硬さ（すなわち内周１２０ａの表面硬さ）よりも高くなるよう形成されてもよい。この場合、剛性内歯歯車１２０と外輪１５１との同軸度を向上させることができ、その結果、主軸受であるクロスローラベアリング１５０を介して相対回転する剛性内歯歯車１２０と内輪１５５との同軸度が向上する。

上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

４ 外歯歯車、 ６ 内歯歯車、 ６ｄ 外周、 ８ キャリヤ部材、 １０ ケーシング、 １０ａ 転走面、 １０ｂ 内周、 １６ 主軸受、 ４８，１００ 撓み噛合い式歯車装置。

Claims (5)

1. ケーシングと、前記ケーシングと別体とされ前記ケーシングに一体化された内歯歯車と、前記内歯歯車と噛合う外歯歯車と、前記外歯歯車の自転成分と同期するキャリヤ部材と、前記ケーシングと前記キャリヤ部材との間に配置された主軸受と、を備えた撓み噛合い式歯車装置であって、
   前記ケーシングは、前記主軸受の転動体の外輪側転走面を有し、
   前記ケーシングと前記内歯歯車は、一方の外周と他方の内周がインロー嵌合され、かつ締り嵌めとされ、
   少なくとも、前記ケーシングと前記内歯歯車とのインロー嵌合部における前記ケーシングの表面硬さが、当該インロー嵌合部における前記内歯歯車の表面硬さよりも高いことを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
2. 前記ケーシングの内周と前記内歯歯車の外周がインロー嵌合され、
   前記内歯歯車には、前記ケーシングと前記内歯歯車とのインロー嵌合部の径方向内側に、凹部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の撓み噛合い式歯車装置。
3. 前記凹部は、無端リング状であることを特徴とする請求項２に記載の撓み噛合い式歯車装置。
4. 前記ケーシングと前記内歯歯車とのインロー嵌合部の軸方向長さより、前記凹部の軸方向深さの方が大きいことを特徴とする請求項２または３に記載の撓み噛合い式歯車装置。
5. 前記内歯歯車にインロー嵌合され、前記外歯歯車を撓み変形させる起振体軸を支持する軸受が組み込まれた軸受ハウジングをさらに備え、
   前記内歯歯車と前記軸受ハウジングとのインロー嵌合部の締め代は、前記内歯歯車と前記ケーシングとのインロー嵌合部の締め代より小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の撓み噛合い式歯車装置。

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