JP6921469B2 - コロ軸受式波動発生器を備えた波動歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、コロ軸受式波動発生器を備えたカップ型あるいはシルクハット型の波動歯車装置に関する。

カップ形状の外歯歯車を備えたカップ型の波動歯車装置、あるいは、シルクハット形状の外歯歯車を備えたシルクハット型の波動歯車装置において、外歯歯車は、その外歯形成部分が波動発生器によって楕円状に撓められると、三次元の撓み状態が生じる。図４（ａ）はカップ形状の外歯歯車を楕円状に撓ませた状況を誇張して示す説明図である。この図において、実線は、変形前の状態、一点鎖線は楕円の長軸を含む断面上の変形状態、二点鎖線は短軸を含む断面上の変形状態である。

外歯歯車１００は、その開口端１０１の側の外歯形成部分１０２が波動発生器（図示せず）によって楕円状に撓められる。外歯歯車１００の撓み量は、その開口端１０１からダイヤフラム１０３に掛けて、開口端１０１からの距離に略比例して変化する。円筒形状の外歯形成部分１０２は、楕円形状の長軸側では、一点鎖線で示すように、半径方向の外方に撓み、楕円形状の短軸側では、二点鎖線で示すように、半径方向の内方に撓む。

外歯形成部分１０２は、その円周方向の各位置において、波動発生器の回転に伴って、一点鎖線で示す位置から二点鎖線で示す位置までの間を繰り返し半径方向に撓む。波動発生器の回転に伴って生ずる外歯歯車の三次元の撓み状態は「コーニング」と呼ばれており、この撓み状態の形状は「コーニング形状」と呼ばれている。

波動歯車装置の波動発生器として、コロ軸受を用いた波動発生器が知られている。この場合には、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示すように、波動発生器１０７の外周部分１０８は、各コロ１０９によって中心軸線の方向に平行に支持される。図４（ｂ）は長軸位置の状態を示す説明図であり、図４（ｃ）は長軸位置と短軸位置の間の中間位置の状態を示す説明図であり、図４（ｄ）は短軸位置の状態を示す説明図である。図４（ｃ）の中間位置の場合を除き、図４（ｂ）の長軸位置の場合および図４（ｄ）の短軸位置の場合には、波動発生器１０７の外周部分１０８は、外歯形成部分１０２のコーニング形状に追従できない。

このため、コロ軸受１０６を用いた波動発生器１０７の外周面は、外歯歯車１００の楕円形状の長軸上では図４（ｂ）に矢印で示すようにダイヤフラム側に接触部位が片寄り、短軸上では図４（ｄ）に矢印で示すように開口側に接触部位が片寄る。特に、外歯歯車１００が内歯歯車のかみ合う長軸位置付近においては、ラジアル荷重によって強い押し付け力を伴う片当たり状態が生じる。この結果、波動歯車装置の重要特性である角度伝達誤差、位置決め精度が悪化する。また、波動歯車装置の短寿命、摩耗も懸念される。

本発明者は、特許文献１において、カップ形状あるいはシルクハット形状の外歯歯車の三次元の撓み状態に追従できる、コロ軸受を用いた波動発生器、および当該波動発生器を用いた波動歯車装置を提案している。この波動歯車装置においては、波動発生器の剛性プラグの楕円状外周面の周長を保持したまま、当該楕円状外周面を、長軸位置および短軸位置において、プラグ軸線方向に逆テーパーの付いた形状としている。これにより、コロ軸受の各コロを、外歯歯車の内周面に対して、その撓められた形状に沿った状態で接触させるようにしている。

国際公開第２０１６／０７９８７６号公報

上記のように、コロ軸受を用いた波動発生器の外周面は、外歯歯車１００の楕円形状の長軸上では、図４（ｂ）に矢印で示すように、ダイヤフラム側に片寄った位置において、強い押し付け力で外歯歯車１００の外歯形成部分１０２に接触する。したがって、外歯歯車が内歯歯車にかみ合う長軸位置付近において、波動発生器の外周面と外歯歯車の内周面との間に片当たり状態が生じないようにする必要がある。

本発明の目的は、波動発生器のプラグの楕円状外周面をテーパー形状とすることなく、楕円状に撓められた外歯歯車が内歯歯車にかみ合う長軸位置付近において、コロ軸受の各コロを外歯歯車の内周面に対して片当たりの無い状態で適切に接触させることのできるコロ軸受式波動発生器を備えた波動歯車装置を提供することにある。

本発明は、カップ形状あるいはシルクハット形状をした可撓性の外歯歯車が、コロ軸受式波動発生器によって楕円状に撓められて、剛性の内歯歯車に部分的にかみ合っている波動歯車装置において、波動発生器は、楕円状外周面を備えたプラグと、プラグの楕円状外周面と外歯歯車の円筒状胴部の内周面との間に装着され、外歯歯車をプラグに対して相対回転可能な状態で支持しているコロ軸受とを備えており、プラグには、楕円状外周面に沿って円環状あるいは楕円状に延びる凹部（肉盗み）が形成されている。また、凹部は、プラグ軸線方向の両側の端面を第１、第２端面とすると、外歯歯車のダイヤフラムの側を向く第１端面に開口し、プラグの半径方向に所定の幅を有し、第１端面から第２端面に向けて所定の深さを有している。

波動発生器のプラグの楕円状外周面によって、外歯歯車における外歯が形成されている円筒状胴部が楕円状に撓められる。プラグの半径方向の剛性は、プラグ軸線方向において、凹部が開口している第１端面の側が相対的に低く、第２端面の側が相対的に高い。プラグ軸線方向の剛性の違いを利用して、軸線方向に沿って見た場合に、コロ軸受の各コロを、楕円状に撓められた外歯歯車の長軸位置において、片当たり状態とならないように、外歯歯車の内周面に線接触させることができる。

ここで、コロ軸受のコロとして、円筒形状またはカップ形状のコロを用いることができる。カップ形状のコロを用いる場合には、各コロを、そのカップ形状の開口端が外歯歯車のダイヤフラムの側を向く状態に配列する。各コロの直径方向の剛性は、その軸線方向に沿って見た場合に、開口端の側が相対的に低く、反対側の端が相対的に高い。各コロの軸線方向の剛性の違いを利用して、各コロを、楕円状に撓められた外歯歯車の長軸位置において、片当たり状態とならないように、外歯歯車の内周面に線接触させることができる。

なお、コロ軸受に、各コロを周方向において等角度間隔の位置に保持するためのリテーナーが備わっている場合がある。この場合、リテーナーの軸線方向の移動を阻止するためのリテーナー押さえとして、プラグの楕円状外周面の縁端部に大径の鍔部を形成することがある。プラグの楕円状外周面における第１端面の側の縁端部に沿って大径の鍔部を形成する場合には、鍔部を設けたことに起因する第１端面の側の半径方向の剛性の増加を抑えることができるように、鍔部を適切に形成することが望ましい。例えば、鍔部に、円周方向に沿って等角度間隔で円弧状の切り欠き部分を形成して、鍔部の半径方向の剛性を低くする。これにより、プラグに鍔部を設けることに起因するプラグの半径方向の剛性の増加を抑制できる。

（ａ）は本発明の実施の形態に係るカップ型の波動歯車装置の概略端面図であり、（ｂ）はその概略断面図である。 （ａ）は波動発生器のプラグの概略端面図であり、（ｂ）はその概略断面図である。 楕円状に撓められた外歯歯車における長軸位置において、外歯歯車と波動発生器との接触状態を示すための説明図である。 （ａ）はカップ型の波動歯車装置の撓み状態を示す説明図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ波動発生器と外歯歯車の接触状態を示す説明図である。

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（ａ）は実施の形態に係るカップ型の波動歯車装置の概略端面図であり、図１（ｂ）はその概略縦断面図である。カップ型の波動歯車装置１は、環状の剛性の内歯歯車２と、この内側に同心状に配置されたカップ形状をした可撓性の外歯歯車３と、この内側にはめ込まれた楕円形輪郭の波動発生器４とを備えている。

外歯歯車３は、円筒状胴部３１と、円筒状胴部３１の軸線方向の一方の端に連続している環状のダイヤフラム３２と、このダイヤフラム３２の中心部分に一体形成されている円盤状のボス３３と、円筒状胴部３１の軸線方向の他方の端である開口端３４の側の外周面部分に形成された外歯３５を備えている。円筒状胴部３１における外歯３５が形成されている外歯形成部分３６は、波動発生器４によって楕円状に撓められ、その長軸Ｌｍａｘ上および、長軸付近に位置する外歯３５が、内歯歯車２の内歯２５にかみ合っている。

波動発生器４は、剛性のプラグ４０と、このプラグ４０の楕円状外周面４２に装着されたコロ軸受５０とを備えている。プラグ４０は、コロ軸受５０を介して、外歯歯車３の外歯形成部分３６を相対回転可能な状態で支持している。モーター等によって波動発生器４を回転すると、両歯車２、３のかみ合い位置が円周方向に移動する。両歯車２、３の歯数差は２ｎ枚（ｎは正の整数）とされ、波動発生器４が１回転する間に、両歯車２、３の間には歯数差分に対応する角度の相対回転が生じる。

図２（ａ）は波動発生器４のプラグ４０を示す概略端面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線で切断した部分の概略断面図である。図１、図２を参照して説明すると、波動発生器４のプラグ４０は、円環状のプラグ本体部４１を備えており、プラグ本体部４１の外周面に楕円状外周面４２が形成されている。プラグ本体部４１には、楕円状外周面４２に沿って延びる円環状あるいは楕円状の凹部４３(肉盗み部)が形成されている。

ここで、プラグ本体部４１におけるプラグ軸線４ａの方向の一方の端面を第１端面４４、他方の端面を第２端面４５とする。第１端面４４は、外歯歯車３に波動発生器４を装着した状態において、ダイヤフラム３２の側を向く端面である。凹部４３は、第１端面４４において、楕円状外周面４２から半径方向の内側に離れた位置に開口している。凹部４３は半径方向に一定の幅を備え、第１端面４４から第２端面４５に向かって一定の深さを備えている。プラグ本体部４１は、凹部４３によって、第１端面４４の側の部分が半径方向において分断されており、第２端面４５の側の部分は半径方向に繋がったままとなっている。したがって、楕円状外周面４２が形成されているプラグ外周側部分において、第１端面４４の側の部分４４ａは凹部４３によって半径方向の厚さが薄い薄肉部分となっており、第２端面４５の側の部分４５ａは厚肉部分となっている。換言すると、プラグ本体部４１の半径方向の剛性は、プラグ軸線４ａの方向において、薄肉部分４４ａが形成されている第１端面４４の側が相対的に低く、厚肉部分４５ａが形成されている第２端面４５の側が相対的に高い。

プラグ本体部４１の楕円状外周面４２に装着されているコロ軸受５０は、多数個のコロ５１と、リテーナー５２と、リテーナー押さえ４６とを備えている。コロ５１は、プラグ４０の楕円状外周面４２と外歯歯車３の外歯形成部分３６の内周面３６ａとの間に転動自在の状態で装着されている。各コロ５１は、コロ軸線方向の一方の端が封鎖され、他方の端が開口端５１ａとなっている円筒形状のコロ、すなわち、カップ形状のコロである。各コロ５１は、開口端５１ａが外歯歯車３のダイヤフラムの側を向くように配列されている。コロ５１として両端が封鎖された円筒形状のコロを用いることもできる。

リテーナー５２は、各コロ５１を円周方向において等角度間隔の位置に保持している。リテーナー５２は、一般的な構造のものであり、円環部５２ａと、円環部５２ａの円環状端面から等角度間隔で軸線方向に延びる仕切り部５２ｂとを備え、隣接する仕切り部５２ｂの間にコロ挿入用のポケットが形成されている。リテーナー押さえ４６は、リテーナー５２がコロ５１から軸線方向に外れないように、その軸線方向の移動を規制する。

本例のリテーナー押さえ４６は、プラグ本体部４１の楕円状外周面４２における第１端面４４の側の縁端部に一体形成した鍔部である。リテーナー押さえ４６には、縁端部に沿って等角度間隔で切り欠き部４７が付いている。切り欠き部４７は、一定幅で一定深さの円弧形状をしている。切り欠き部４７を設けることで、リテーナー押さえ４６をプラグ本体部４１に一体形成したことに起因して、プラグの第１端面４４の側における半径方向の剛性の増加が抑制される。

図３は、楕円状に撓められた外歯歯車３における長軸Ｌｍａｘ（図１参照）の位置において、外歯歯車３と波動発生器４との接触状態を示す説明図である。長軸Ｌｍａｘの位置においては、外歯歯車３はコーニングにより、コロ軸受５０のコロ５１に対して、そのダイヤフラム３２側の部分が強く押し付けられる。コロ５１を支持しているプラグ本体部４１には凹部４３が形成されている。プラグ本体部４１の楕円状外周面４２が形成されている外周側部分は、プラグ軸線４ａの方向における第１端面４４の側の部分の剛性が相対的に低い。

外歯歯車３の側からの負荷トルクに起因するラジアル荷重によって、プラグ本体部４１の外周側部分における第１端面４４の側（ダイヤフラム３２の側）の薄肉部分４４ａが半径方向の内方に僅かに変形する。外歯歯車３の外歯形成部分３６の撓み形状に沿った形状となるように、プラグ本体部４１の楕円状外周面４２も変形する。外歯歯車３の外歯形成部分３６とプラグ本体部４１の楕円状外周面４２との間において、外歯歯車３の内周面３６ａおよびプラグ４０の楕円状外周面４２の双方に対して、コロ５１は、片当たり状態に陥ることなく、線接触状態になる。

また、長軸付近においては、コロ５１に接触しているプラグ４０の楕円状外周面４２が変形して、当該楕円状外周面４２におけるコロ５１に線接触する部分の等価曲率半径が大きくなる。これにより、ヘルツ応力の低下も望める。

なお、プラグ本体部４１、コロ５１は、鋼、非鉄金属、プラスチック等の各種の材料から製造できる。プラグ本体部４１に形成する凹部４３の形状、コロ５１のカップ形状は、これらの材料の機械的特性、外歯歯車と波動発生器の間に生じるラジアル荷重等に応じて、適切に設定すればよい。

Claims (4)

1. 剛性の内歯歯車と、
   前記内歯歯車の内側に同軸に配置した可撓性の外歯歯車と、
   前記外歯歯車の内側に同軸に配置され、前記外歯歯車を楕円状に撓めて前記内歯歯車に部分的にかみ合わせている波動発生器と
   を備えており、
   前記外歯歯車は、
   半径方向に撓み可能な円筒状胴部と、
   前記円筒状胴部の一方の端から半径方向の外方あるいは内方に延びるダイヤフラムと、
   前記円筒状胴部の他方の端の側の外周面部分に形成した外歯と
   を備えており、
   前記波動発生器は、
   楕円状外周面を備えたプラグと、
   前記プラグの前記楕円状外周面と前記外歯歯車の前記円筒状胴部の内周面との間に装着され、前記外歯歯車を前記プラグに対して相対回転可能な状態で支持しているコロ軸受と、
   を備えており、
   前記プラグには、前記楕円状外周面に沿って円環状あるいは楕円状に延びる凹部が形成されており、
   前記凹部は、プラグ軸線方向の両側の端面を第１、第２端面とすると、前記ダイヤフラムの側を向く第１端面に開口し、前記プラグの半径方向に所定の幅を有し、前記第１端面から前記第２端面に向けて所定の深さを有している波動歯車装置。
2. 前記コロ軸受はカップ形状のコロを備えており、
   前記コロは、前記カップ形状の開口端が前記ダイヤフラムの側を向く状態に配列されている請求項１に記載の波動歯車装置。
3. 前記コロ軸受のコロは、前記プラグの前記楕円状外周面および前記外歯歯車の前記円筒状胴部の内周面のそれぞれに直接に接触する状態に配列されている請求項１に記載の波動歯車装置。
4. 前記コロ軸受は、前記コロを一定の角度間隔に保持するリテーナーを備えており、
   前記プラグには、前記楕円状外周面の縁端部に沿って、前記リテーナーの軸線方向の移動を拘束する鍔部が一体形成されており、
   前記鍔部には、前記縁端部に沿って等角度間隔で切り欠き部が形成されている請求項３に記載の波動歯車装置。

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