JP7832442B2 - 波動減速機用軸受 - Google Patents

Description

本発明は、波動減速機に適用される波動減速機用軸受に関する。

従来から、金属のたわみを応用した波動減速機が知られている。一例として波動減速機は、サーキュラスプラインと、出力軸が取り付けられるフレクスプラインと、入力軸が取り付けられる楕円形状のカムと、軸受とを備える。サーキュラスプラインは、ケーシングに固定され剛性の高い環状の部材であって内歯を有する。フレクスプラインは、薄肉カップ形状の金属弾性体からなる部材であって、サーキュラスプラインの内側に配置されていて、その外周面にサーキュラスプラインの内歯と部分的に噛み合う外歯を有する。また外歯の歯数は、内歯の歯数よりも少ない（例えば２枚）。

軸受は、フレクスプラインと楕円形状のカムとの間に配置される。軸受は、フレクスプラインに固定された外輪と、カムに固定された内輪と、外輪と内輪の間を転動する転動体と、転動体を保持する保持器とを有する。外輪および内輪は、金属製の環状部材であって薄肉であることから径方向に弾性変形可能となっている。

波動減速機は、カムが楕円形状を有しているため、カムの外側に位置する軸受およびフレクスプラインが楕円形にたわむことで、フレクスプラインの外歯をサーキュラスプラインの内歯に、部分的に噛み合わせることができる。つまり波動減速機では、楕円形にたわんだフレクスプラインの長軸方向においてサーキュラスプラインと歯が噛み合い、短軸方向においてサーキュラスプラインと歯が離れた状態となる。

そして、カムを回転させることで、サーキュラスプラインに対して、フレクスプラインの楕円の長軸位置すなわち内歯と噛み合う位置を移動させることができる。この移動に伴って、フレクスプラインは、サーキュラスプラインに部分的に歯が噛み合った状態で回転する。

具体的には、カムを時計回りに１８０°回転させると、フレクスプラインは、外歯と内歯との歯数差の半分である１枚分に相当する距離だけ、反時計回りに移動し、カムをさらに時計回りに１８０°回転させると、歯数差（例えば２枚分）に相当する距離だけ、反時計回りに移動する。したがって波動減速機では、入力軸が取り付けられたカムの入力に対して、出力軸が取り付けられたフレクスプラインの回転が出力として取り出されることによって減速機として機能する。

しかし波動減速機に適用される軸受は、内輪に楕円形状のカムを圧入して固定するため、外輪および内輪が楕円形状に変形するのに対し、保持器は楕円変形せずに円形を維持する。このため軸受では、保持器と内外輪の隙間や保持器と転動体の隙間が小さくなり、保持器に局部的な応力が発生して、保持器が早期に破損してしまう可能がある。

これに対して特許文献１および特許文献２には、波動減速機用の玉軸受が記載されている。この玉軸受は、弾性変形が可能な内側の軌道輪（内輪）と、弾性変形が可能な外側の軌道輪（外輪）と、内外輪の間に設けられている転動体である玉と、保持器とを有する。保持器には、転動体である玉を収容するポケットが周方向に複数形成されている。

特許文献１、２において、保持器は、円環部と、円環部から軸方向に延在している複数の柱部とを有し、周方向で隣り合う柱部の間がポケットとなっている。そして、玉と柱部との間に形成される周方向隙間と、非円形に変形した内外輪と保持器との間に形成される環状空間の径方向隙間とを、内外輪の長軸方向または短軸方向において適宜設定している。これにより特許文献１、２では、保持器に局部的な応力が発生することを防止し、保持器に生じる応力を低減して保持器を安定して回転させることが可能となる、としている。

特許第６４３２３３７号 特許第６４３２３３８号

しかし特許文献１、２では、単に、玉と柱部との間に形成される周方向隙間を、非円形に変形した内外輪と保持器との間に形成される環状空間の径方向隙間以上とし、さらに内外輪の長軸方向または短軸方向において、周方向隙間と径方向隙間の大小関係を規定しているに過ぎない。そして特許文献１、２では、所定の隙間を広くすることで保持器が玉によって拘束され難くして保持器の自由度を大きくしている。しかし保持器の自由度が大きくなると、玉や保持器が自由に揺動可能となるため、振動や音が発生してしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、保持器の振動や音を抑制することができる波動減速機用軸受を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる波動減速機用軸受の代表的な構成は、内歯を有するサーキュラスプラインと、サーキュラスプラインの内側に配置され内歯と噛み合う外歯を有するフレクスプラインと、楕円状のカムとを備えた波動減速機に適用される波動減速機用軸受であって、フレクスプラインの内側に配置される外輪と、カムの外側に配置される内輪と、外輪と内輪の間を転動する転動体と、転動体を収容する内面が球形のポケットを複数有する保持器とを備え、上記の波動減速機用軸受は、カムの短軸方向におけるポケットの内輪側の開口と転動体との第１隙間と、カムの短軸方向における保持器と内輪との第２隙間と、カムの短軸方向における保持器と外輪との第３隙間と、カムの長軸方向におけるポケットの外輪側の開口と転動体との第４隙間と、カムの長軸方向における保持器と内輪との第５隙間と、カムの長軸方向における保持器と外輪の第６隙間とを有し、各隙間のうち、第１隙間または第４隙間が最小であることを特徴とする。

上記構成では、波動減速機に適用される波動減速機用軸受において、楕円状のカムの短軸方向における保持器のポケットの内輪側の開口と転動体との第１隙間、または、カムの長軸方向におけるポケットの外輪側の開口と転動体との第４隙間は、カムの短軸方向における保持器と内外輪との第２隙間、第３隙間、カムの長軸方向における保持器と内外輪との第５隙間、第６隙間よりも小さい。

このため、保持器は、カムの短軸方向におけるポケットの内輪側の開口と転動体とが干渉するか、または、カムの長軸方向におけるポケットの外輪側の開口と転動体とが干渉することになり、内輪および外輪に接触することがない。つまり保持器は、回転する際に、径方向で転動体（ボール）と干渉することになり、常にボールガイドとなる。したがって上記構成によれば、保持器のがたつきを抑えることができるため、振動や音を抑制することができる。

また上記構成では、保持器のポケットを内面が球形である球形ポケットにしたことにより、ポケット内の潤滑剤の保持量が円筒穴よりも多くなる。さらに保持器が内輪ガイドではないため、内輪と保持器の間に隙間が確保されることにより、保持器の内径側への潤滑剤の封入量が円筒穴よりも多くなる。このため、保持器を円滑に回転させることができる。

本発明によれば、保持器の振動や音を抑制することができる波動減速機用軸受を提供することができる。

本発明の実施形態における波動減速機用軸受が適用される波動減速機の概略構成を示す図である。 図１の波動減速機用軸受の保持器を示す図である。 図１の波動減速機用軸受の要部を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本発明の実施形態における波動減速機用軸受１００が適用される波動減速機１０２の概略構成を示す図である。図１（ａ）は、波動減速機１０２を軸方向から見た状態を模式的に示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の波動減速機１０２の縦断面図である。

波動減速機１０２は、金属のたわみを応用した減速機であって、図１（ａ）に示すようにサーキュラスプライン１０４と、出力軸が取り付けられるフレクスプライン１０６と、入力軸が取り付けられる楕円形状のカム１０８と、波動減速機用軸受（以下、玉軸受１００）とを備える。なお出力軸および入力軸は図示を省略している。

サーキュラスプライン１０４は、ケーシング（不図示）に固定され剛性の高い環状の部材であって、その内周面に内歯１１０を有する。なおサーキュラスプライン１０４の内周面は、軸心Ｏを中心とする円形となっている。

フレクスプライン１０６は、サーキュラスプライン１０４の内側に配置されている。フレクスプライン１０６は、薄肉カップ形状の金属弾性体からなる部材であって、径方向に弾性変形可能な円筒部１１２と、出力軸が取り付けられる底部１１４（図１（ｂ）参照）とを有する。円筒部１１２は、その外周面にサーキュラスプライン１０４の内歯１１０と部分的に噛み合う外歯１１６を有する。また外歯１１６の歯数は、内歯１１０の歯数よりも例えば２枚少ない。なお外歯１１６と内歯１１０の歯数差は任意である。

玉軸受１００は、フレクスプライン１０６とカム１０８との間に配置される。玉軸受１００は、外輪１１８と、内輪１２０と、転動体としての玉１２２と、玉１２２を保持する保持器１２４（図２参照）とを有する。外輪１１８は、フレクスプライン１０６の内側に配置されこれに固定される。内輪１２０は、カム１０８の外側に配置されこれに固定される。

外輪１１８および内輪１２０は、金属製の環状部材であって薄肉であることから径方向に弾性変形可能となっている。玉１２２は、外輪１１８と内輪１２０の間を転動する。保持器１２４は、玉１２２の間隔を保ち、玉１２２同士がこすれないようにする役割を有している。

波動減速機１０２では、カム１０８が楕円形状を有しているため、カム１０８の外側に位置する玉軸受１００およびフレクスプライン１０６の円筒部１１２が楕円形にたわむことで、フレクスプライン１０６の外歯１１６をサーキュラスプライン１０４の内歯１１０に、部分的に噛み合わせることができる。

すなわち波動減速機１０２では、図１（ａ）に示すように楕円形にたわんだフレクスプライン１０６の長軸方向において、フレクスプライン１０６の外歯１１６とサーキュラスプライン１０４の内歯１１０とが噛み合い（矢印Ａ、Ｃ参照）、短軸方向において外歯１１６と内歯１１０が離れた状態となる（矢印Ｂ、Ｄ参照）。

そして波動減速機１０２において、カム１０８を、軸心Ｏを中心として回転させることにより、サーキュラスプライン１０４に対して、フレクスプライン１０６の楕円の長軸位置すなわち外歯１１６と内歯１１０とが噛み合う位置を移動させることができる。この移動に伴って、フレクスプライン１０６は、サーキュラスプライン１０４に部分的に外歯１１６と内歯１１０が噛み合った状態で回転する。

具体的には、カム１０８を時計回りに１８０°回転させると、フレクスプライン１０６は、外歯１１６と内歯１１０との歯数差の半分である１枚分に相当する距離だけ、反時計回りに移動する。カム１０８をさらに時計回りに１８０°回転させると（つまり１回転させると）、フレクスプライン１０６は、歯数差（例えば２枚分）に相当する距離だけ、反時計回りに移動する。

したがって波動減速機１０２は、入力軸が取り付けられたカム１０８の入力に対して、出力軸が取り付けられたフレクスプライン１０６の回転が出力として取り出されることによって減速機として機能する。

図２は、図１の玉軸受１００の保持器１２４を示す図である。保持器１２４は、樹脂製の一体成型の部品であって、図示のように冠型である。保持器１２４は、玉軸受１００の軸心を中心とした円環部１２６と、円環部１２６から軸方向に突出する基部１２８と、基部１２８の周方向両側に突出する爪部１３０とを有する。

また保持器１２４は、図示のように隣接する基部１２８の間に形成され軸方向に開口した複数のポケット１３２を有する。ポケット１３２は、玉１２２（図１参照）を収容し、内面が球形である球形ポケットである。

図３は、図１の玉軸受１００の要部を示す図である。なお図中では、保持器１２４の複数のポケット１３２のうち、楕円状のカム１０８（図１参照）の短軸方向と長軸方向に位置し、玉１２２を収容した状態の２つのポケット１３２を代表的に示している。

玉軸受１００はさらに、カム１０８の短軸方向における第１隙間１３４、第２隙間１３６および第３隙間１３８と、カム１０８の長軸方向における第４隙間１４０、第５隙間１４２および第６隙間１４４とを有する。

第１隙間１３４は、カム１０８の短軸方向におけるポケット１３２の内輪１２０側の開口１４６（図２参照）と玉１２２との隙間であって、その大きさは寸法Ｌａとなっている。

第２隙間１３６は、カム１０８の短軸方向における保持器１２４と内輪１２０との隙間であって、その大きさは寸法Ｌｂとなっている。第３隙間１３８は、カム１０８の短軸方向における保持器１２４と外輪１１８との隙間であって、その大きさは寸法Ｌｃとなっている。

第４隙間１４０は、カム１０８の長軸方向におけるポケット１３２の外輪１１８側の開口１５０（図２参照）と玉１２２との隙間であって、その大きさは寸法Ｌｄとなっている。

第５隙間１４２は、カム１０８の長軸方向における保持器１２４と内輪１２０との隙間であって、その大きさは寸法Ｌｅとなっている。第６隙間１４４は、カム１０８の長軸方向における保持器１２４と外輪１１８との隙間であって、その大きさは寸法Ｌｆとなっている。

玉軸受１００では、上記の各隙間の各寸法のうち、第１隙間１３４の寸法Ｌａまたは第４隙間１４０の寸法Ｌｄが最小となっている。これにより、保持器１２４が内輪１２０および外輪１１８に接触することがない。第１隙間１３４と第４隙間１４０が同じくらい狭いというよりは、一方の隙間が狭いときは、他方の隙間はゆるい方が好ましい。

第１隙間１３４の寸法Ｌａが最小であるときは、保持器１２４は、カム１０８の短軸方向におけるポケット１３２の内輪１２０側の開口１４６と玉１２２とが干渉する。このとき長軸方向においては玉１２２が保持器１２４に対して外輪１１８側に移動するが、第４隙間１４０の方が第１隙間１３４より大きいため、保持器１２４は内輪１２０側の開口１４６でボールガイドとなる。

第４隙間１４０の寸法Ｌｄが最小であるときは、保持器１２４は、カム１０８の長軸方向におけるポケット１３２の外輪１１８側の開口１５０と玉１２２とが干渉する。このとき短軸方向においては玉１２２が保持器１２４に対して内輪１２０側に移動するが、第１隙間１３４の方が第４隙間１４０より大きいため、保持器１２４は外輪１１８側の開口１５０でボールガイドとなる。

つまり保持器１２４は、回転する際に、径方向で玉１２２（ボール）と干渉することになり、常にボールガイドとなる。したがって玉軸受１００によれば、保持器１２４のがたつきを抑えることができるため、振動や音を抑制することができる。

また玉軸受１００では、保持器１２４のポケット１３２を内面が球形である球形ポケットにしたことにより、ポケット１３２内の潤滑剤の保持量が円筒穴よりも多くなる。さらに玉軸受１００では、保持器１２４が内輪ガイドではないため、内輪１２０と保持器１２４の間に隙間が確保されることにより、保持器１２４の内径側への潤滑剤の封入量が円筒穴よりも多くなる。したがって玉軸受１００によれば、保持器１２４を円滑に回転させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、波動減速機に適用される波動減速機用軸受として利用することができる。

１００…波動減速機用軸受、１０２…波動減速機、１０４…サーキュラスプライン、１０６…フレクスプライン、１０８…カム、１１０…サーキュラスプラインの内歯、１１２…フレクスプラインの円筒部、１１４…フレクスプラインの底部、１１６…フレクスプラインの外歯、１１８…外輪、１２０…内輪、１２２…玉、１２４…保持器、１２６…円環部、１２８…基部、１３０…爪部、１３２…ポケット、１３４…第１隙間、１３６…第２隙間、１３８…第３隙間、１４０…第４隙間、１４２…第５隙間、１４４…第６隙間、１４６、１５０…開口

Claims (1)

1. 内歯を有するサーキュラスプラインと、該サーキュラスプラインの内側に配置され該内歯と噛み合う外歯を有するフレクスプラインと、楕円状のカムとを備えた波動減速機に適用される波動減速機用軸受であって、
   前記フレクスプラインの内側に配置される外輪と、
   前記カムの外側に配置される内輪と、
   前記外輪と前記内輪の間を転動する転動体と、
   前記転動体を収容する内面が球形のポケットを複数有する保持器とを備え、
   当該波動減速機用軸受は、
   前記カムの短軸方向における前記ポケットの前記内輪側の開口と前記転動体との第１隙間と、
   前記カムの短軸方向における前記保持器と前記内輪との第２隙間と、
   前記カムの短軸方向における前記保持器と前記外輪との第３隙間と、
   前記カムの長軸方向における前記ポケットの前記外輪側の開口と前記転動体との第４隙間と、
   前記カムの長軸方向における前記保持器と前記内輪との第５隙間と、
   前記カムの長軸方向における前記保持器と前記外輪の第６隙間とを有し、
   前記各隙間のうち、前記第１隙間または前記第４隙間が最小であり、
   前記保持器は、
   前記第１隙間が最小であるときは、前記カムの短軸方向における前記ポケットの前記内輪側の開口と前記転動体とが干渉し、前記内輪側の開口で前記転動体によってガイドされ、
   前記第４隙間が最小であるときは、前記カムの長軸方向における前記ポケットの前記外輪側の開口と前記転動体とが干渉し、前記外輪側の開口で前記転動体によってガイドされることを特徴とする波動減速機用軸受。