KR20220058926A

KR20220058926A - 3차원 치형을 구비한 파동기어장치

Info

Publication number: KR20220058926A
Application number: KR1020227010776A
Authority: KR
Inventors: 노리오 시로코시
Original assignee: 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-05-10
Also published as: JPWO2022091384A1; US11828356B2; TW202221241A; JP7246840B2; EP4012221A1; CN116194685A; EP4012221B1; US20230349458A1; KR102573214B1; WO2022091384A1; EP4012221A4

Abstract

파동기어장치(1)의 내치(20)의 3차원 치형은, 내치외단(20a)에서는 기본내치치형(20(0))이며, 잇줄방향의 다른 위치에서는, 기본내치치형(20(0))을 가로방향으로만 비례하여 축소한 축소치형이다. 외치(3)의 3차원 치형은, 외치외단(30a)에서는 기본외치치형(30(0))이며, 잇줄방향의 다른 위치에서는, 기본외치치형(30(0))을 가로방향으로만 비례하여 확대한 확대치형이다. 내치(20)의 내치내단(20b)측의 부분의 이끝원을 다른 부분에 비하여 크고, 외치(30)와 간섭하지 않는다. 외치(30)와 내치(20)가 3차원 교합을 하고, 내치내단(20b)측에 있어서 양 톱니가 간섭하지 않고 또한 기어절삭가공이 용이한 외치(30), 내치(20)의 3차원 치형을 실현할 수 있다.

Description

3차원 치형을 구비한 파동기어장치

본 발명은 컵형(cup型) 혹은 실크햇형(silk hat型)의 파동기어장치(波動gear裝置)에 관한 것이다. 더 상세하게는, 내치기어(內齒gear)와 외치기어(外齒gear)가 잇줄방향(tooth trace 方向)의 각 위치에 있어서 교합하는 3차원 교합상태(3次元咬合狀態)를 형성할 수 있는 3차원 치형을 구비하는 파동기어장치에 관한 것이다.

컵형 혹은 실크햇형의 파동기어장치는, 강성(剛性)의 내치기어와, 이 내측에 동축(同軸)으로 배치된 컵형상 혹은 실크햇 형상의 가요성(可撓性)의 외치기어와, 이 내측에 삽입된 파동발생기(波動發生器)를 구비하고 있다. 외치기어는, 가요성의 원통모양 몸통부와, 이 원통모양 몸통부의 후단으로부터 반경방향으로 연장되어 있는 다이어프램과, 원통모양 몸통부의 개구단측의 외주면부분에 형성된 외치를 구비하고 있다. 외치기어는 파동발생기에 의해 타원모양으로 휘어지고, 타원의 장축방향의 양단부에 있어서 내치기어에 맞물려 있다.

파동기어장치의 기본치형으로서, 기어절삭가공이 용이한 기준랙치형(基準rack齒形)(인벌류트 곡선치형(involute 曲線齒形))이 널리 채용되고 있다. 인벌류트 곡선치형의 이용은, 특허문헌1(일본국 공고특허 특공소45-41171호 공보)에 있어서 제안되어 있다.

일반적으로 사용되고 있는 파동기어장치는, 강성의 내치기어와, 가요성의 외치기어와, 외치기어를 타원형상으로 휘게 하여 내치기어에 교합시키는 파동발생기를 구비하고 있다. 외치기어의 각 톱니는, 파동발생기에 의해 반복적으로 반경방향으로 일정한 진폭으로 휘어져서, 내치기어에 대한 교합상태(咬合狀態), 교합이탈상태(咬合離脫狀態)가 반복된다. 내치기어에 대한 외치기어의 교합의 운동궤적은 랙근사(rack 近似)로 나타낼 수 있다. 예를 들면, 특허문헌2(국제공개 제2016/006102호)의 도7에는, 외치기어가 내치기어에 대하여, 교합이탈상태로부터 최심교합상태(最深咬合狀態)에 이르기까지의 이동상태(최심교합상태로부터 교합이탈상태에 이르기까지의 이동상태)가 나타나 있다.

타원모양으로 휘어진 외치기어의 외치는 잇줄방향의 각 위치에 있어서 휨상태가 다르기 때문에, 내치기어의 내치에 대한 교합상태도 다르게 된다. 외치에 있어서의 잇줄방향의 한 곳의 축직각 단면(軸直角斷面)상에 있어서, 내치에 대하여 연속한 교합상태를 형성할 수 있는 외치치형을 설정하더라도, 잇줄방향의 다른 위치에서는 적절한 교합상태가 형성되지 않는다.

특허문헌3(일본국 공개특허 특개2017-44287호 공보)에서는, 내치기어의 치형을 잇줄방향의 각 위치에 있어서 동일한 치형으로 하고 외치치형을 직선치형으로 하고, 또한 그 양측의 치면(齒面)을, 잇줄방향을 따라 다이어프램측의 끝으로부터 외치기어의 개구단측의 끝을 향하여 톱니두께가 점차적으로 증가하도록 경사지게 한 경사면으로 하고 있다. 이에 따라, 외치와 내치의 교합동작에 있어서, 외치의 다이어프램측의 이끝이 내치의 이끝에 간섭하는 것을 방지하고 있다.

특허문헌4(국제공개 제2013/046274호)에서는, 컵형 혹은 실크햇형의 파동기어장치에 있어서, 강성의 내치기어의 톱니에 대한 가요성의 외치기어의 톱니의 이동궤적에 의거하여 내치 및 외치의 기본치형을 설정하고 있다. 내치기어의 치형을 잇줄방향의 각 위치에 있어서 동일한 내치기본치형을 채용하고 있다. 또한 외치의 치형으로서, 외치기본치형의 잇줄방향의 양측의 부분에 전위(轉位)를 실시함으로써, 잇줄방향에 있어서 개구단측으로부터 다이어프램측을 향하여, 이끝원 직경(tooth tip circle diameter)이 점차적으로 감소하고 있는 테이퍼형의 치형을 채용하고 있다. 잇줄(tooth trace)을 따라 치형이 변화되고 있는 3차원 치형을 채용함으로써, 잇줄방향에 있어서의 하나의 축직각 단면상에서 교합이 형성되는 2차원 교합의 상태뿐만 아니라, 잇줄방향을 따른 넓은 범위에 있어서, 내치에 외치가 교합하는 3차원 교합의 상태를 실현시키고 있다.

특허문헌5(국제공개 제2019/077719호)에 있어서는, 컵형 혹은 실크햇형의 파동기어장치에 있어서, 강성의 내치기어의 내치의 치형을, 그 잇줄방향의 각 위치에 있어서 동일하게 하고 있다. 또한 가요성의 외치기어의 외치의 치형을 다음과 같이 설정하고 있다. 외치의 이끝 톱니두께는, 잇줄방향을 따라 외치기어의 개구단(開口端)측의 외치외단(外齒外端)으로부터 외치기어의 다이어프램측의 외치내단(外齒內端)을 향하여 점차적으로 감소하고 있다. 또한 외치의 피치점에 있어서의 압력각(壓力角)은, 잇줄방향을 따라 외치외단으로부터 외치내단을 향하여 점차적으로 증가하고 있다. 외치의 치형을, 잇줄방향을 따라 변화되고 있는 3차원 치형으로 함으로써 잇줄방향에 있어서 하나의 축직각 단면상에서 교합이 형성되는 2차원 교합의 상태뿐만 아니라, 잇줄방향을 따른 넓은 범위에 있어서 내치에 대하여 외치가 교합하는 3차원 교합의 상태를 형성하고 있다.

일본국 공고특허 특공소45-41171호 공보 국제공개 제2016/006102호 일본국 공개특허 특개2017-44287호 공보 국제공개 제2013/046274호 국제공개 제2019/077719호

일반적으로, 컵형 혹은 실크햇형의 파동기어장치에 있어서는, 3차원 교합상태를 형성하기 위하여, 내치기어의 치형을 그 잇줄을 따라 동일한 치형으로 하고, 외치기어의 외치를 잇줄을 따라 치형형상을 변화시킨 3차원 치형으로 하고 있다.

외치기어를 3차원 교합치형으로서 설계하는 경우에는 다음과 같은 과제가 있다. 기어절삭선반에 의한 기어절삭가공상의 제약에 의하여 톱니두께, 압력각, 톱니높이 등이 잇줄방향을 따라 설계대로에 변화되는 치형을 절삭하는 것이 곤란한 경우가 있다.

본 발명의 목적은, 이 점을 감안하여, 간섭을 일으키지 않고 잇줄방향의 전체에 걸치는 3차원 교합을 용이하게 실현할 수 있고, 또한 기어절삭가공이 용이한 3차원 치형을 외치 및 내치의 치형형상에 채용한 파동기어장치를 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 강성의 내치기어, 컵형상 혹은 실크햇 형상을 한 가요성의 외치기어 및 파동발생기를 구비한 컵형 혹은 실크햇형의 파동기어장치에 있어서, 외치기어의 외치의 잇줄방향의 소정의 위치에 있어서 잇줄방향과 직교하는 직교면으로 절단하였을 경우의 단면을 기준단면으로 하고, 내치기어의 내치의 잇줄방향에 있어서 외치외단에 대응하는 측의 끝을 내치외단, 타방의 끝을 내치내단이라고 하면, 외치 및 내치는, 다음과 같이 3차원 치형으로 설정되어 있다. 기준단면상에 있어서 외치의 치형윤곽형상은 기본외치치형이고, 기준단면에 대응하는 내치의 단면위치에 있어서의 내치의 치형윤곽형상은, 기본외치치형에 교합 가능하게 설정된 기본내치치형이다. 또한 내치의 잇줄방향의 각 위치에 있어서 내치치형윤곽은, 상기 각 위치에 있어서 상기 외치의 휨량에 따른 배율에 의하여, 기본내치치형을 톱니두께방향으로만 비례하여 축소시켜 얻어지는 비례축소치형이다. 외치는, 잇줄방향을 따라서 본 경우에, 외치외단으로부터 외치내단을 향하여 이뿌리원(치저원(齒底圓); root circle)이 점차적으로 증가하고 있고 톱니높이가 일정한 테이퍼 치형(taper 齒形)이며, 외치의 잇줄방향의 각 위치에 있어서 치형윤곽은, 상기 각 위치에 있어서 상기 외치의 휨량에 따른 배율에 의하여, 기본외치치형을 톱니두께방향으로만 비례하여 확대시켜 얻어지는 비례확대치형이다. 이에 추가하여, 본 발명의 파동기어장치에 있어서는, 내치에 있어서 내치외단으로부터 내치내단을 향하여 잇줄방향의 과반부분은, 기본내치치형의 이끝원과 동일한 제1이끌원을 구비한 제1내치부분이다. 이에 대하여 내치에 있어서의 내치내단을 포함하는 나머지 부분은, 기본내치치형의 이끝원보다도 커지게 되도록, 비례축소치형의 이끝부분에 치형수정이 실시되어 있다.

이와 같이 본 발명의 파동기어장치의 내치의 3차원 치형은, 내치외단에서는 기본내치치형이며, 잇줄방향의 다른 위치에서는 기본내치치형을 가로방향으로만 비례하여 축소한 축소치형이다. 외치의 3차원 치형은, 외치외단에서는 기본외치치형이며, 잇줄방향의 다른 위치에서는 기본외치치형을 가로방향으로만 비례하여 확대한 확대치형이다. 내치의 내치내단측의 부분의 이끝원이 다른 부분에 비하여 크고, 외치와 간섭하지 않는다. 외치와 내치가 3차원 교합을 하고, 내치내단측에 있어서 양 톱니가 간섭하지 않고 또한 기어절삭가공이 용이한 외치, 내치의 3차원 치형을 실현할 수 있다.

[도1] 컵형의 파동기어장치의 종단면도 및 단면도이다.
[도2] 컵형상 및 실크햇 형상의 외치기어의 휨상태를 나타내는 설명도로서, (a)는 변형전의 상태를 나타내고, (b)는 타원모양으로 변형된 외치기어의 장축을 포함하는 단면의 상태를 나타내고, (c)는 타원모양으로 변형된 외치기어의 단축을 포함하는 단면의 상태를 나타낸다.
[도3] 치형의 잇줄방향의 임의의 축직각 단면에 있어서의 내치에 대한 외치의 이동궤적의 3예를 나타내는 설명도이다.
[도4] (a)는 내치 및 외치의 잇줄방향의 치형형상을 나타내는 설명도이며, (b)는 내치의 잇줄방향의 각 단면에 있어서의 치형형상을 나타내는 설명도이며, (c)는 외치의 잇줄방향의 각 단면에 있어서의 치형형상을 나타내는 설명도이며, (d)은 내치의 치형수정 부분을 나타내는 설명도이다.
[도5] 외치에 간섭하지 않도록, 내치에 있어서의 내치내단측의 부분의 이끝측 치면부분에 치형수정을 실시했을 경우의 치형형상을 나타내는 설명도이다.
[도6] (a)는 기어절삭가공전의 내치기어의 블랭크재를 나타내는 설명도이며, (b)는 기어절삭가공후의 블랭크재를 나타내는 설명도이다.
[도7] (a)∼(f)는, 잇줄방향의 각 단면위치에 있어서 내치에 대한 외치의 교합상태를 나타내는 설명도이다.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 파동기어장치를 설명한다. 도1(a)는, 본 발명을 적용한 컵형의 파동기어장치의 일례를 나타내는 종단면도이며, 도1(b)는 그 단면도이다.

파동기어장치(1)는, 원환상(圓環狀)의 강성의 내치기어(2)와, 그 내측에 동축으로 배치된 컵형상을 한 가요성의 외치기어(3)와, 이 내측에 삽입된 타원모양윤곽의 파동발생기(4)를 구비하고 있다. 내치기어(2)와 외치기어(3)는 동일한 모듈(m)의 평기어(平gear)이다. 또한 양 기어의 톱니수 차이는 2n(n은 양의 정수)이며, 내치기어(2)의 내치(20) 쪽이 많다. 외치기어(3)의 외치(30)는, 타원모양윤곽의 파동발생기(4)에 의해 타원모양으로 휘어져서, 타원모양의 장축(L1)의 방향의 양단부분에 있어서 내치기어(2)의 내치(20)에 교합하고 있다. 파동발생기(4)를 회전시키면, 양 톱니(20, 30)의 교합위치가 원주방향으로 이동하여, 양 톱니(20, 30)의 톱니수 차이에 따른 상대회전이 양 기어(2, 3)의 사이에 발생한다.

외치기어(3)는, 가요성의 원통모양 몸통부(31)와, 그 일단(一端)인 후단(3lb)에 연속하여 반경방향으로 연장되는 다이어프램(diaphragm)(32)과, 다이어프램(32))에 연속하고 있는 강성의 원환상의 보스(boss)(33)를 구비하고 있다. 외치(30)는, 원통모양 몸통부(31)의 타단(他端)(전단(前端))인 개구단(31a)측의 외주면부분에 형성되어 있다. 파동발생기(4)는, 외치기어(3)의 원통모양 몸통부(31)의 외치형성부분의 내주면부분에 삽입되어 있다. 타원모양윤곽의 파동발생기(4)에 의하여 외치기어(3)의 원통모양 몸통부(31)는, 그 다이어프램측의 후단(3lb)으로부터 개구단(31a)을 향하여 반경방향의 외측 혹은 내측으로의 휨량이 점차적으로 증가하고 있다.

도2는 컵형상의 외치기어(3)를 타원모양으로 휘게 한 상태를 나타내는 것으로서, 도2(a)는 변형전의 상태를 나타내는 단면도이며, 도2(b)는 변형후에 있어서의 타원모양곡선의 장축위치의 단면도이며, 도2(c)는 변형후에 있어서의 타원모양곡선의 단축위치의 단면도이다. 또한, 도2(a)∼(c)에 있어서의 파선은 실크햇 형상의 외치기어(3A)를 나타낸다. 실크햇 형상의 외치기어(3A)는, 원통모양 몸통부(31)의 후단(3lb)으로부터 반경방향의 외방으로 다이어프램(32A)이 연장되고, 그 외주단에 원환상의 보스(33A)가 형성되어 있다. 외치기어(3A)의 외치형성부분의 휨상태는 컵형상의 외치기어(3)와 같다.

도2(b)에 나타나 있는 바와 같이, 타원모양곡선의 장축(L1)을 포함하는 단면에서는 외측으로의 휨량이 후단(3lb)으로부터 개구단(31a)까지의 거리에 비례하여 점차적으로 증가하고, 도2(c)에 나타나 있는 바와 같이, 타원모양곡선의 단축(L2)을 포함하는 단면에서는 내측으로의 휨량이 후단(3lb)으로부터 개구단(31a)까지의 거리에 비례하여 점차적으로 증가하고 있다. 개구단(31a)측의 외주면부분에 형성되어 있는 외치(30)는, 그 잇줄방향에 있어서의 각 축직각 단면에 있어서 휨량이 변화되고 있다. 즉 외치(30)의 잇줄방향에 있어서 다이어프램측의 외치내단(30b)으로부터 개구단(31a)측의 외치외단(30a)을 향하여, 후단(3lb)으로부터의 거리에 비례하여 반경방향으로의 휨량이 점차적으로 증가하고 있다.

도3은 파동기어장치(1)에 있어서의 내치기어(2)의 내치(20)에 대한 외치기어(3)의 외치(30)의 이동궤적의 3예를 나타내는 도면이다. 외치기어(3)의 외치(30)의 잇줄방향에 있어서의 임의의 위치의 축직각 단면에 있어서, 외치(30)의 타원모양 림 중립선(rim 中立線)에 있어서 장축(L1)의 위치에서는, 외치(30)가 타원모양으로 휘기 전의 림 중립원(rim 中立圓)에 대한 휨량은 κ를 휨계수라고 하면 2κｍｎ이다.

도3의 ｙ축의 원점은 이동궤적의 진폭의 평균위치이다. 이동궤적 중에 무편위 이동궤적(無偏位移動軌跡)(M1)은, 휨계수 κ = 1인 무편위의 표준의 휨상태의 경우에 얻어지는 것이며, 정편위 이동궤적(正偏位移動軌跡)(Mo)은, 휨계수 κ > 1인 정편위의 휨상태의 경우에 얻어지는 것이며, 부편위 이동궤적(負偏位移動軌跡)(Ｍi)은, 휨계수 κ < 1인 부편위의 휨상태의 경우에 얻어지는 것이다. 잇줄방향의 임의의 위치, 예를 들면, 웨이브베어링의 볼(4a)의 중심을 지나는 지름선(C)의 위치 또는 개구단(31a)측의 외치외단(30a)의 위치(도2 참조)에 있어서 축직각 단면이 기준단면으로서 설정된다. 기준단면에 있어서, 휨계수 κ = 1의 무편위 이동궤적이 얻어지도록 휨량이 설정된다.

(3차원 치형의 예)

본 예에서는, 외치(30)의 잇줄방향의 각 위치에 있어서 외치(30)의 반경방향으로의 휨량에 의거하여 외치(30)의 치형 및 내치(20)의 치형의 쌍방은, 그들의 잇줄방향을 따라 치형형상이 서서히 변화되는 3차원 치형이다. 이하에, 내치(20) 및 외치(30)의 치형형상의 예를 설명한다.

도4(a)는, 내치기어(2)의 내치(20) 및 외치기어(3)의 외치(30)의 각각의 잇줄방향의 윤곽형상을 나타내는 설명도이다. 도4(b)는, 내치(20)의 잇줄방향의 각 단면(잇줄방향과 직교하는 직교단면에서 절단하였을 경우의 단면)의 위치에서 치형윤곽형상을 나타내는 설명도이다. 도4(c)는, 외치(30)의 잇줄방향의 각 단면(잇줄방향과 직교하는 직교단면에서 절단하였을 경우의 단면)의 위치에서 치형윤곽형상을 나타내는 설명도이다. 도4(d)는 내치(20)의 내치내단측의 부분을 확대하여 나타내는 설명도이다. 이들 도면에 있어서, 톱니두께방향을 X, 톱니높이방향을 Y, 잇줄방향을 Z라고 하고, 내치외단(20a)을 Z=0의 단면위치, 내치내단(20b)을 Z=10의 단면위치라고 한다.

내치(20)의 치형윤곽형상은, 잇줄을 따라 치형이 서서히 변화되고 있는 3차원 치형이다. 예를 들면, 그 잇줄방향(Z)에 있어서의 내치외단(20a)의 단면위치(Z=0)에 있어서, 내치(20)의 치형윤곽형상은 기본내치치형(20(0))으로 설정되어 있다. 내치(20)의 잇줄방향에 있어서 다른 단면의 위치의 치형은, 대응하는 외치(30)의 위치에 있어서의 휨량에 대응하여 설정한 축소배율에 의하여, 기본내치치형(20(0))을 가로방향으로만 비례하여 축소한 비례축소치형으로 되어 있다.

도4(b)에는, Z의 값이 「0」의 단면위치(내치외단(20a))의 기본내치치형(20(0))과, Z의 값이 「2.6」, 「4.6」, 「7」, 「8.5」 및 「10」 (내치내단(20b))의 5개의 단면위치에 있어서의 비례축소치형 20(2.6), 20(4.6), 20(7), 20(8.5), 20(10)을 Z=0의 단면상에 포갠 상태로 나타내고 있다. 예를 들면, Z=0의 위치가 휨계수 κ = 1의 위치이다.

내치(20)의 잇줄방향(Z)의 각 단면위치에 있어서의 비례축소치형의 가로방향 즉 톱니두께방향(X)의 축소배율은, 내치외단(20a)으로부터 각 단면위치까지의 잇줄방향(Z)의 거리에 대략 비례하여 감소하고 있다. 내치(20)는 잇줄방향에 있어서 톱니높이가 일정하다. 또한 내치외단(20a)으로부터의 잇줄방향의 거리에 대응하여, 톱니두께가 감소하고, 피치점에 있어서 압력각(壓力角)이 점차적으로 증가하고 있다. 예를 들면, 내치내단(20b)의 단면위치(Z=10)에 있어서의 비례축소치형(20(10))은, 내치외단(20a)의 단면위치의 기본내치치형(20(0))의 배율을 「1」이라고 하면, 가로방향으로 배율 1.3으로 비례하여 축소시킨 형상이다.

외치(30)의 치형도, 잇줄을 따라 치형이 서서히 변화되고 있는 3차원 치형이다. 본 예에서는, 그 잇줄방향(Z)에 있어서의 외치외단(30a)의 단면위치(Z=0)에 있어서, 외치(30)의 치형윤곽형상은, 내치(20)의 내치외단(20a)의 기본내치치형(20(0))에 교합 가능한 기본외치치형(30(0))으로 설정되어 있다. 예를 들면, 외치(30)는 톱니높이가 일정한 테이퍼 치형으로서, 외치외단(30a)으로부터 외치내단(30b)을 향하여 이끝원(tooth tip circle)이 점차적으로 증가하고 있다. 이끝원은, 잇줄방향의 각 위치에 있어서의 휨량에 대응하여 증가하고 있다(외치외단(30a)으로부터의 거리에 대응하여 증가하고 있다).

외치외단(30a)은 Z=0의 단면위치, 외치내단(30b)은 Z=10보다도 약간 내측의 단면위치이다. 외치(30)의 잇줄방향(Z)에 있어서 다른 단면의 위치의 치형은, 기본외치치형(30(0))을 가로방향으로만 비례하여 확대시킨 비례확대치형으로 되어 있다. 도4(c)에는, Z의 값이 「0」인 단면위치(외치외단(30a))의 기본외치치형(30(0))과, Z의 값이 「2.6」, 「4.6」, 「7」, 「8.5」 및 「10」인 5개의 단면위치에 있어서 비례확대치형 30(2.6), 30(4.6), 30(7), 30(8.5), 30(10)을 나타내고 있다. 또한, 외치(30)에 있어서의 Ｚ=10의 단면위치는, 외치내단(30b)으로부터 벗어난 위치(유효톱니폭으로부터 벗어난 위치)로서 톱니높이가 낮아져 있다. 가상선으로 나타내는 비례확대치형(30(10))은, 실선(30(10a))로 나타내는 형상이 된다.

외치(30)의 잇줄방향(Z)의 각 단면위치에 있어서 비례확대치형의 가로방향 즉 톱니두께방향(X)의 확대배율은, 외치외단(30a)으로부터 각 단면위치까지의 잇줄방향(Z)의 거리에 대략 비례하여 증가하고 있다. 따라서 외치외단(30a)으로부터의 잇줄방향의 거리에 대응하여 톱니두께가 증가하고, 피치점에 있어서의 압력각이 증가하고 있다. 예를 들면, 외치내단(30b)의 단면위치에 있어서의 비례확대치형(30(10))은, 외치외단(30a)의 단면위치의 기본외치치형(30(0))을 가로방향으로 배율 「1.3」으로 비례하여 확대시킨 형상이다.

여기에서, 내치외단(20a)의 단면위치(기준단면의 위치)에 있어서 기본내치치형(20(0)) 및 외치외단(30a)의 단면위치(기준단면의 위치)에 있어서 기본외치치형(30(0))은, 공지의 치형설정방법에 의해 설치할 수 있다.

내치(20)의 기본내치치형(20(0))의 치형윤곽(치면형상)은, 상대측의 외치기어(3)의 외치(30)에 교합하는 교합치면부분(201)을 구비하고 있다. 교합부분(201)의 이끝측의 끝에는, 볼록곡선 및 직선에 의해 규정되는 이끝측 치면부분(202)의 일단이 매끄럽게 연결되어 있다. 이끝측 치면부분(202)은, 교합치면부분(201)의 이끝측의 끝으로부터 내치(20)의 이끝 정상부(tooth tip 頂上部)(203)까지 연장되어 있다. 한편, 교합치면부분(201)의 디덴덤(deddendum)측의 끝에는, 오목곡선에 의해 규정되는 치저측 치면부분(齒底側齒面部分)(204)의 일단(一端)이 매끄럽게 연결되어 있다. 치저측 치면부분(204)은, 교합치면부분(201)의 디덴덤측의 끝으로부터 내치(20)의 치저최심부(齒底最深部)(205)(톱니홈 중심위치)까지 연장되어 있다.

마찬가지로, 외치(30)의 기본외치치형(30(0))은 상대측의 내치(20)에 교합하는 교합치면부분(咬合齒面部分)(301)을 구비하고 있다. 교합치면부분(301)의 어덴덤(addendum)측의 끝에는, 볼록곡선에 의해 규정되는 이끝측 치면부분(tooth tip側齒面部分)(302)의 일단이 매끄럽게 연결되어 있다. 이끝측 치면부분(302)은, 이끝측의 끝으로부터 외치(30)의 이끝 정상부(303)까지 연장되어 있다. 한편, 교합치면부분(301)의 디덴덤측의 끝에는, 오목곡선 및 직선에 의해 규정되는 치저측 치면부분(304)의 일단이 매끄럽게 연결되어 있다. 치저측 치면부분(304)은, 교합치면부분(301)의 디덴덤측의 끝으로부터 외치(30)의 치저최심부(305)(톱니홈 중심위치)까지 연장되어 있다.

내치(20), 외치(30)의 교합치면부분(201, 301)을 규정하는 치형형상은, 종래에 있어서 채용되고 있는 인벌류트 곡선치형 등의 치형곡선에 의해 규정된다. 또한 내치(20)에 대한 외치(30)의 이동궤적을 구하고, 이 이동궤적을 나타내는 곡선의 일부를 이용하여 내치 및 외치의 교합치면부분의 치형을 설정하더라도 좋다. 예를 들면, 일본국 공개특허공보 특개소63-115943호 공보, 일본국 공개특허공보 특개소64-79448호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 치형곡선을 규정할 수 있다. 이들의 공보에 있어서는, 내치(20)에 대한 외치(30)의 교합을 랙교합(rack咬合)으로 근사하였을 경우에 얻어지는 외치(30)의 이동궤적상의 교합의 한계점으로부터, 소정 범위의 곡선부분을 추출하고, 이 곡선부분의 상사곡선(相似曲線)에 의거하여 내치 및 외치의 교합치면부분의 치형곡선을 설정하고 있다.

한편, 기본내치치형(20(0)), 기본외치치형(30(0))의 이끝측 치면부분(202, 302) 및 치저측 치면부분(204, 304)은 교합에 관여하지 않는 부분이다. 기본적으로는, 상대측의 톱니와 간섭하지 않는 임의의 볼록곡선, 오목곡선, 직선에 의해 규정할 수 있다.

(내치내단측 부분의 치형수정)

여기에서 도5(a)는, 상기한 바와 같이 잇줄방향의 각 위치에 있어서 치형형상이 설정된 내치(20) 및 외치(30)에 있어서의 내치내단(20b)측의 교합상태를 나타내는 설명도이다. 이 도면은 Z=8.5의 단면위치에서 교합상태를 나타내고 있다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 내치(20)의 이동궤적(κ<1)은 외치(30)에 대한 진입각도가 작아지게 된다. 이 때문에 내치내단(20b)측에 있어서의 교합에 있어서, 내치(20)의 이끝측 치면부분(202)에, 외치(30)의 이끝측 치면부분(302)이 간섭할 우려가 있다.

외치(30)의 외치내단(30b)측에 있어서 잇줄방향의 각 단면위치에 있어서의 이동곡선이 내치(20)에 간섭하지 않도록, 외치(30)의 외치내단(30b)측의 이끝측 치면부분의 형상을 규정할 필요가 있다. 도5(b)는, 잇줄방향의 각 단면위치에 있어서, 내치(20)에 대하여 외치(30)가 간섭을 일으키지 않도록 설정된 외치(30)의 각 단면위치에서의 치형형상을 나타내는 설명도이다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 외치내단(30b)측의 단면위치(Z=8.5, Z=10)에 있어서는, 이끝측 치면부분을 규정하는 곡선은, 2단꺽임 곡선과 같은 복잡한 곡선이 되어 가공이 용이하지 않다.

여기에서 본 예의 파동기어장치(1)에 있어서는, 외치(30)의 이끝부분의 간섭을 회피하기 위하여, 상기한 바와 같이 비례축소치형으로서 설정하는 내치(20)의 치형의 이끝측 치면부분(202)을 외치(30)로부터 떨쳐놓고 있다(분리되어 있다). 즉, 도4(d)를 참조하여 설명하면 내치(20)에 있어서 잇줄방향의 Ｚ=0로부터 Z=7까지의 각 단면위치에 있어서의 이끝원을 기본내치치형(20(0))과 동일한 그대로의 제1이끌원으로 하고 있다. 이에 대하여 내치내단(20b)인 Ｚ=10로부터 Z=8.5까지의 단면위치에서는, 내치(20)의 치형의 이끝측 치면부분을 수정하여 다소 큰 이끝원(제2이끌원)이 되도록 하고 있다. 또한 잇줄방향에 있어서, Z=7로부터 Z=8.5까지의 사이의 단면위치에 있어서는, 이끝원이 제1이끌원이거나 제2이끌원으로 서서히 증가하고 있다.

이와 같이 이끝원이 변화되는 내치기어(2)의 기어절삭가공은, 예를 들면 도6에 나타내는 형상의 내치기어의 블랭크재(blank材)를 사용하여 실시할 수 있다. 도6(a)에 나타나 있는 바와 같이, 블랭크재(100)는 전체로서 원통모양의 부재로서, 그 축선방향(내치의 잇줄방향)을 따라 일방의 끝에서 타방의 끝을 향하여, 내경치수가, 제1이끌원의 내경에 대응하는 제1원통부분(101), 내경치수가 제1이끌원의 내경으로부터 제2이끌원의 내경으로 점차적으로 증가하고 있는 테이퍼 모양 내주면을 구비한 제2원통부분(102), 및 내경치수가 제2이끌원의 내경에 대응하는 제3원통부분(103)을 구비하고 있다. 이 블랭크재의 원형내주면에 기어절삭가공을 실시함으로써 도6(b)에 나타나 있는 바와 같이, 내치내단(20b)측의 부분에 있어서 외치(30)의 이끝과의 간섭을 회피하기 위한 치형수정이 실시된 내치치형을 간단하게 제작할 수 있다.

도7(a)∼(f)는, 외치(30)의 잇줄방향의 각 단면위치에 있어서 내치(20)에 대한 외치(30)의 교합상태를 나타내는 설명도이다. 이들 도면에서는, 내치(20)에 대한 외치(30)의 교합상태를 알기 쉽게 표시하기 위하여, 내치(20)를 나타내는 치형곡선으로서, 외치(30)와의 교합 백래쉬(咬合 backlash)가 0인 내치(20)의 치형을 나타내는 곡선과, 이 치형을 반경방향으로 외치로부터 멀어지는 방향으로 약간 시프트(shift)시킨 곡선의 2개의 곡선을 나타내고 있다.

이들의 도면에 나타나 있는 바와 같이, 잇줄방향의 각 단면위치에 있어서, 내치(20)에 대하여 외치(30)가 교합하는 3차원 교합상태가 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한 내치(20)는, 잇줄방향에 있어서의 내치내단(20b)측의 부분(Z=8.5∼10)에 있어서 이끝원이 커지게 되도록 치형수정을 실시하고 있어, 외치(30)와의 간섭이 회피되고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 앞에서 설명한 바와 같이, 내치내단(20b)의 위치(Z=10)는, 외치(30)의 유효톱니폭으로부터 벗어난 위치(외치내단(30b)보다도 다이어프램측의 위치)로서, 외치(30)의 이끝이 낮아지는 곳이며, 도7(f)에 나타나 있는 바와 같이 톱니가 형성되지 않고, 따라서 외치(30)와의 사이에서 간섭이 일어나는 경우는 없다.

이상에서 설명한 바와 같이 파동기어장치(1)에 있어서는, 내치(20) 및 외치(30)의 치형으로서 잇줄을 따라 치형(톱니두께, 압력각)이 서서히 변화되고 있는 3차원 치형을 채용하고 있다. 양 기어의 사이에 3차원 교합을 실현시키기 위하여 외치의 치형만을 3차원 치형으로 하는 경우에 비하여, 쌍방의 치형을 3차원 치형으로 함으로써 각 3차원 치형에 있어서 잇줄방향의 변화량(톱니두께, 압력각, 톱니높이, 이끝원 직경 등의 변화량)이 적어도 좋다. 따라서 외치만을 3차원 치형으로 하는 경우에 비하여, 기어절삭가공상의 제약이 완화되어, 3차원 교합이 실현될 수 있는 외치 및 내치의 기어절삭가공이 용이하게 된다.

또한 내치 및 외치는, 잇줄방향의 소정의 위치에 설정한 기준단면에 있어서 서로 교합 가능한 기본내치치형 및 기본외치치형을 설정하고, 잇줄방향의 다른 위치에서는 이들의 치형을, 잇줄방향의 각 위치에 있어서 외치의 휨량에 따른 배율에 의하여, 가로방향(톱니두께방향)으로만 비례하여 축소시키거나, 비례하여 확대시킨 치형을 채용하고 있다.

예를 들면, 내치의 기어절삭가공은 스카이빙 가공(skiving 加工)에 의하여 이루어질 수 있다. 이 경우에는, 기본치형을 구비한 공구치형의 워크에 대한 교차각을 잇줄방향의 이동에 따라 서서히 변화시키도록 하면 좋다. 또한 외치의 기어절삭가공은 호브가공(hob 加工)에 의하여 이루어질 수 있다. 이 경우에는, 잇줄방향에 두께가 연속하여 변화되는 공구치형을 제작하고, 기어절삭가공 시에는 잇줄방향으로의 이동에 따라 호브를 시프트시킨다. 동시에, 잇줄방향의 이동에 따라 서서히 워크와 호브의 거리를 변경함으로써, 이끝원이 잇줄방향을 따라 점차적으로 증가하는 테이퍼 치형을 실현시킬 수 있다. 따라서 종래에 있어서 외치에 채용되고 있었던 3차원 치형에 비하여, 외치 및 내치의 3차원 치형의 가공이 용이하게 된다.

또한 내치에 있어서 내치외단으로부터 내치내단을 향하여 잇줄방향의 과반부분(過半部分)은, 기본내치치형의 이끝원과 동일한 제1이끌원을 구비한 제1내치부분이다. 내치에 있어서 내치내단을 포함하는 나머지 부분은, 기본내치치형의 이끝원보다도 커지게 되도록 비례축소치형의 이끝부분에 치형수정이 실시되어 있다. 원통모양의 내치기어의 내치에 대한, 컵형상 혹은 실크햇 형상의 외치기어의 외치의 교합에 있어서는, 외치내단측의 외치의 부분(다이어프램에 가까운 쪽의 외치의 부분)의 이동궤적은, 내치에 대한 진입각도가 작아지게 되어, 외치의 이끝부분이 내치의 이끝부분에 간섭하여버린다. 본 발명에서는, 내치내단측에 있어서 내치의 이끝원을 잇줄방향의 다른 부분보다도 크게 하고 있으므로, 내치의 이끝이 외치의 이끝에 간섭하지 않도록 분리할 수 있다. 이에 따라 양 톱니의 간섭을 확실하게 회피할 수 있다.

또한 내치내단의 부분에 있어서 이끝원을 크게 하는 것만으로 좋으므로, 내치 이끝부분을 규정하는 곡선에 수정을 실시할 경우와 비교하여, 간섭회피를 위한 치형수정을 간단하게 실시할 수 있다. 예를 들면, 내치기어용의 원통모양의 블랭크재로서, 내치의 잇줄방향을 따라 내경이 변화되고 있는 원통체를 준비하고, 이 블랭크재의 내주면에 기어절삭가공을 실시함으로써, 간단하게 이끝원이 잇줄방향을 따라 변화되는 3차원 치형의 내치를 구비한 내치기어를 가공할 수 있다.

(기타의 실시형태)

또한 이상의 설명은, 본 발명을 컵형의 파동기어장치에 적용하였을 경우의 예이다. 본 발명은 실크햇형의 파동기어장치에 대하여도 동일하게 적용이 가능하다.

Claims

강성(剛性)의 내치기어(內齒gear), 이 내치기어의 내측에 동축(同軸)으로 배치된 가요성(可撓性)의 외치기어(外齒gear), 및 이 외치기어의 내측에 삽입된 파동발생기(波動發生器)를 구비하고,
상기 외치기어는, 가요성의 원통모양 몸통부와, 이 원통모양 몸통부의 후단(後端)으로부터 반경방향으로 연장되어 있는 다이어프램(diaphragm)과, 상기 원통모양 몸통부의 전단(前端)인 개구단(開口端)측의 외주면부분에 형성된 외치를 구비하고 있고,
상기 외치기어의 상기 원통모양 몸통부는 상기 파동발생기에 의해 타원형상으로 휘어져서, 상기 타원형상의 장축(長軸)의 방향의 양단부에 있어서 상기 외치가 상기 내치기어의 내치에 교합하고 있고,
상기 타원형상으로 휘어진 상태의 상기 외치기어의 상기 외치는, 중심축선 및 상기 타원형상의 장축을 포함하는 평면으로 절단하였을 경우에, 상기 다이어프램측의 외치내단(外齒內端)으로부터 상기 개구단측의 외치외단(外齒外端)을 향하여, 잇줄방향(tooth trace 方向)을 따라 상기 다이어프램으로부터의 거리에 비례하여 상기 반경방향의 외방으로의 휨량이 증가하고 있는 파동기어장치에 있어서,
상기 외치의 잇줄방향의 소정의 위치에 있어서 잇줄방향과 직교하는 직교면으로 절단하였을 경우의 단면(斷面)을 기준단면으로 하고, 상기 내치의 잇줄방향에 있어서 상기 외치외단에 대응하는 측의 끝을 내치외단(內齒外端), 타방(他方)의 끝을 내치내단(內齒內端)이라고 하면,
상기 기준단면상에 있어서 상기 외치의 치형윤곽형상은 기본외치치형이고,
상기 기준단면에 대응하는 상기 내치의 단면위치에 있어서 상기 내치의 치형윤곽형상은, 상기 기본외치치형에 교합 가능한 기본내치치형이고,
상기 내치의 잇줄방향의 각 위치에 있어서의 내치치형윤곽은, 상기 각 위치에 있어서의 상기 외치의 상기 휨량에 대응하여 설정한 배율에 의하여, 상기 기본내치치형을 톱니두께방향으로만 비례하여 축소시켜 얻어지는 비례축소치형이고,
상기 외치는, 잇줄방향을 따라서 본 경우에 상기 외치외단으로부터 상기 외치내단을 향하여 이뿌리원(치저원(齒底圓); root circle)이 점차적으로 증가하고 있고 톱니높이가 일정한 테이퍼 치형(taper 齒形)이고,
상기 외치의 잇줄방향의 각 위치에 있어서의 치형윤곽은, 상기 각 위치에 있어서 상기 휨량에 대응하여 설정한 배율에 의하여, 상기 기본외치치형을 톱니두께방향으로만 비례하여 확대시켜 얻어지는 비례확대치형이고,
상기 내치에 있어서 상기 내치외단으로부터 상기 내치내단을 향하여 상기 잇줄방향의 과반부분(過半部分)은, 상기 기본내치치형의 이끝원과 동일한 제1이끌원을 구비한 제1내치부분이며,
상기 내치에 있어서 상기 내치내단을 포함하는 나머지 부분은, 상기 기본내치치형의 상기 이끝원보다도 커지게 되도록, 상기 비례축소치형의 이끝부분에 치형수정이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 파동기어장치.
제1항에 있어서,
상기 기본내치치형 및 상기 기본외치치형은, 각각,
상대측의 기어의 치면(齒面)에 교합하는 교합치면부분(咬合齒面部分)과,
상기 교합치면부분의 어덴덤(addendum)측의 끝으로부터 이끝 정상부(tooth tip 頂上部)까지 연장되어 있는 이끝측 볼록치면부분과,
상기 교합치면부분의 디덴덤(deddendum)측의 끝으로부터 치저최심부(齒底最深部)까지 연장되어 있는 치저측　오목치면부분을
구비하고 있고,
상기 교합치면부분을 규정하는 치형곡선은, 인벌류트 곡선(involute 曲線), 또는 상기 기준단면의 위치에 있어서 상기 내치에 대한 상기 외치의 교합을 랙교합(rack咬合)으로 근사하였을 경우에 얻어지는 이동곡선의 일부를 상사변환(相似變換) 하여 얻어지는 상사곡선(相似曲線)인 파동기어장치.
제1항에 있어서,
상기 내치에 있어서 상기 내치내단을 포함하는 부분은, 상기 제1이끌원보다도 큰 제2이끌원을 구비한 제2내치부분이며,
상기 내치에 있어서 상기 제1내치부분으로부터 상기 제2내치부분의 사이의 부분은, 상기 이끝원이, 상기 제1이끌원으로부터 상기 제2이끌원으로 점차적으로 증가하고 있는 테이퍼 모양　내치부분인 파동기어장치.
제3항에 있어서,
상기 내치의 제1내치부분은, 상기 내치의 유효톱니폭의 7/10배의 길이의 부분이며,
상기 제2내치부분 및 상기 테이퍼 모양　내치부분은 각각, 상기 유효톱니폭의 1.5/10배의 길이의 부분인 파동기어장치.