WO2011096347A1 - 撓み噛合い式歯車装置 - Google Patents

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WO2011096347A1
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gear
external
teeth
rollers
vibration
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PCT/JP2011/051858
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English (en)
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真司 吉田
史人 田中
正昭 芝
学 安藤
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住友重機械工業株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H49/00Other gearings
    • F16H49/001Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H1/00Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/32Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/38Ball cages

Definitions

  • the present invention relates to a flexure meshing gear device.
  • a ball bearing is used in a conventional flexure-meshing gear device as a vibrator body of a vibrator.
  • the pocket provided in the cage of the vibrator bearing is in the position in the long axis direction, the pocket has an arcuate surface that is substantially centered on the center of the ball held in the pocket. ing.
  • an object of the present invention is to provide a flexure meshing gear device that can improve the transmission torque and extend the life of the vibration generator bearing. .
  • the present invention includes an oscillator, an external gear that is disposed on the outer periphery of the oscillator, and is flexibly deformed by the rotation of the oscillator, and the external gear meshes internally.
  • the vibration body bearing is a rolling element. A load that reduces the load received by the roller from the vibration generator and the external gear within a specific range near the short axis of the vibration generator. The reduction area is provided to solve the above problem.
  • a roller is used as a vibrating body bearing without using a ball as a rolling element. For this reason, it is possible to improve the transmission torque and extend the life of the vibration body bearing.
  • skew that may occur when rollers are used is prevented by paying attention to the relationship between the external gear and the internal gear in a specific range near the short axis of the vibration generator. That is, since the external gear and the internal gear do not mesh with each other in the specific range, a load reduction region in which the load received by the rollers from the vibration generator and the external gear is reduced in that range (non-meshing range). Is provided. Thanks to this, it is possible to virtually eliminate the radial load of the vibrating body on the roller received from the vibrating body and the external gear. Will be almost free and will only revolve. That is, even if the rollers are inclined during the revolution on the outer periphery of the vibration generating body, the rollers are aligned by the cage when the rollers move to the load reducing region, and it is possible to eliminate them. .
  • the present invention begins to protrude from the vibrating body of the vibrating body bearing due to skew, increases the rolling resistance, reduces the torque transmission efficiency, A decrease or the like can be prevented.
  • the transmission torque can be improved and the life of the vibration generator bearing can be extended.
  • Sectional drawing which shows an example of the whole structure of the bending meshing gear apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • the figure which also shows a vibration body The figure which also shows a vibration body Schematic diagram of a combination of a vibrator and a vibrator bearing The figure which similarly shows the relationship between the roller of a vibration body bearing and a cage Similarly, meshing concept diagram of internal gear and virtual external gear Similarly, meshing diagram of external gear and internal gear
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the overall configuration of the flexure meshing gear device according to the first embodiment of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing the same vibrator
  • FIG. 4 is the same.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the roller of the vibration generator bearing and the cage
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of meshing between the internal gear and the virtual external gear
  • FIG. 8 is a diagram showing the meshing of the external gear and the internal gear
  • FIG. 8 is a diagram showing the shape of the vibrator according to the second embodiment of the present invention.
  • the flexure meshing gear device 100 includes a vibrating body 104, external gears 120A and 120B having flexibility that are arranged on the outer periphery of the vibrating body 104 and are bent and deformed by the rotation of the vibrating body 104.
  • the external gears 120A and 120B have internal rigidity for gear reduction 130A and output internal gears 130B having rigidity to be internally meshed with each other, and are arranged between the vibrator 104 and the external gears 120A and 120B.
  • Vibration body bearings 110A and 110B Vibration body bearings 110A and 110B.
  • the vibrating body 104 has a column shape, and an input shaft hole 106 into which an input shaft (not shown) is inserted is formed at the center.
  • a keyway 108 is provided in the input shaft hole 106 so that the vibrator 104 rotates integrally with the input shaft when the input shaft is inserted and rotated.
  • the vibrating body 104 has a shape in which two arc portions (first arc portion FA and second arc portion SA) are connected.
  • the first arc portion FA has a radius of curvature R1 and constitutes an arc portion (also referred to as a meshing range) for meshing the external gear 120A and the reduction internal gear 130A.
  • the second arc portion SA has a radius of curvature R2 and constitutes an arc portion (also referred to as a non-meshing range) in a range where the external gear 120A and the reduction internal gear 130A do not mesh.
  • the length of the first arc portion FA is determined by the angle ⁇ .
  • the curvature radius R1 of the first arc part FA is expressed by the equation (1), where L is the eccentric amount.
  • the R1 RL (1)
  • the tangent line T is common to the connecting portion A between the first arc portion FA and the second arc portion SA.
  • the radius of curvature R2 of the vibrating body 104 has in common with the radius of curvature R1 from the connecting portion A to the point B of the first arc portion FA and the second arc portion SA at the angle ⁇ . It is defined by the length to the intersection C with the extended Y-axis (short axis direction of the vibrator 104). That is, the radius of curvature R2 of the second arc portion SA is expressed by Expression (2).
  • R2 RL ⁇ L / cos ⁇ (2)
  • the curvature radius of the external gear 120A that is bent and deformed by the first arc part FA having the curvature radius R1 is defined as the curvature radius of the virtual external gear 120C.
  • the virtual external gear 120C is a gear temporarily assumed as a gear having a perfect shape and a rigid shape as shown in FIG. 6 in order to ideally mesh the external gear 120A and the reduction internal gear 130A. .
  • the angle ⁇ and the eccentric amount L of the vibration body 104 can be easily determined.
  • the vibration body bearing 110A is a bearing disposed between the outer side (outer periphery) of the vibration body 104 and the inner side of the external gear 120A, and as shown in FIG. 1, the inner ring 112, the cage 114A, and the rolling element. As a roller 116A and an outer ring 118A. The inner side of the inner ring 112 abuts on the vibrating body 104, and the inner ring 112 rotates integrally with the vibrating body 104.
  • the retainer 114A is a perfect circular member provided with a pocket 114AA and a pillar 114AB as shown in FIG.
  • the pockets 114AA are holes provided at regular intervals in the circumferential direction so as to rotatably hold the rollers 116A along the outer periphery of the inner ring 112.
  • the pillar 114AB has its pocket 114AA divided in the circumferential direction, and the cage 114A has a perfect circle shape.
  • the roller 116A has a cylindrical shape (including a needle). For this reason, compared with the case where a rolling element is a ball
  • the outer ring 118A is disposed outside the roller 116A.
  • the outer ring 118 ⁇ / b> A is bent and deformed by the rotation of the vibration generator 104 together with the external gear 120 ⁇ / b> A arranged on the outer side thereof.
  • the load reduction area LA is an angular range including an angle in the non-engagement range SA and excluding the radial load of the vibration body 104 with respect to the rollers 116A.
  • the load reduction region LA is set to an angular range that is the same as or narrower than the non-engagement range SA.
  • the roller 116A that enters the non-engagement range SA from the position P1 of the meshing end immediately stalls in a region where the radial gap Gr is formed (load reduction region LA) and becomes free.
  • the rollers 116A are pushed and aligned in the circumferential direction by the pillars 114AB of the cage 114A. Then, the rollers 116A enter the meshing range FA at the meshing end position P3 in an aligned state, and rotate and revolve themselves.
  • the external gear 120A meshes internally with the reduction internal gear 130 ⁇ / b> A.
  • the external gear 120A includes a base member 122 and external teeth 124A.
  • the base member 122 is a flexible cylindrical member that supports the external teeth 124 ⁇ / b> A, and is disposed outside the vibration body bearing 110 ⁇ / b> A.
  • the external teeth 124A are constituted by cylindrical pins, and are held on the base member 122 by a ring member 126A.
  • the external gear 120B meshes internally with the output internal gear 130B.
  • the external gear 120B is comprised from the base member 122 and the external tooth 124B similarly to the external gear 120A.
  • the external teeth 124B have the same number as the external teeth 124A and are configured by the same cylindrical pin, and are held by the base member 122 by the ring member 126B.
  • the base member 122 supports the external teeth 124B together with the external teeth 124A. For this reason, the eccentric amount L of the vibrator 104 is transmitted to the external teeth 124A and the external teeth 124B in the same phase.
  • the internal gear 130A for deceleration is formed of a rigid member as shown in FIG.
  • the reduction internal gear 130A has a number of teeth i (i is 2 or more) larger than the number of teeth of the external teeth 124A of the external gear 120A.
  • a casing (not shown) is fixed to the reduction internal gear 130A via a bolt hole 132A.
  • the internal gear 130A for deceleration reduces the rotation of the vibration body 104 by meshing with the external gear 120A.
  • the output internal gear 130B is also formed of a rigid member, like the reduction internal gear 130A.
  • the output internal gear 130B has the same number of teeth of the internal teeth 128B as the number of teeth of the external teeth 124B of the external gear 120B.
  • an output shaft (not shown) is attached to the output internal gear 130B via a bolt hole 132B, and the same rotation as the rotation of the external gear 120B is output to the outside.
  • a virtual external gear 120C shown in FIG. 6 is determined.
  • the external gear 120A uses a cylindrical pin as the external tooth 124A, the tooth profile is an arc tooth profile.
  • the reference tooth profile of the virtual external gear 120C is an arc tooth profile formed by the external teeth 124A. Therefore, the trochoidal tooth profile is determined as the internal tooth 128A in order to realize a complete theoretical mesh between the external tooth 124A and the internal tooth 128A.
  • the shape of the outer periphery of the vibrating body 104 can be obtained.
  • a trochoidal tooth profile may be applied to the tooth profile of the inner tooth 128B that meshes with the outer tooth 124B, or another tooth profile may be applied.
  • the external gear 120A is bent and deformed via the vibrator bearing 110A according to the rotation state.
  • the external gear 120B is also bent and deformed in the same phase as the external gear 120A via the vibration body bearing 110B.
  • the bending deformation of the external gears 120 ⁇ / b> A and 120 ⁇ / b> B is performed according to the shape of the radius of curvature R ⁇ b> 1 in the major axis direction X of the vibrating body 104. That is, since the curvature is constant at the position of the first circular arc part FA of the radius of curvature R1 on the outer periphery of the vibrator 104 shown in FIG. 4, the bending stress is constant. Since the tangent line T is the same at the position of the first arc part FA and the second arc part SA in the connecting part A, sudden deformation at the connecting part is prevented. At the same time, since there is no abrupt position change of the rollers 116A and 116B in the connecting portion A, the rollers 116A and 116B are less slipped and torque transmission loss is small.
  • the rollers 116A, 116B and the inner peripheral surfaces (outer ring raceway surfaces) 118AA, 118BA of the outer rings 118A, 118B of the vibrator bearings 110A, 110B are brought into contact with the rollers 116A, 116B to the outer rings 118A of the vibrator bearings 110A, 110B.
  • 118B the bending load radially outward is transmitted. Due to the bending load transmitted to the outer ring 118A, the outer teeth 124A move radially outward ( ⁇ Qo) and mesh with the inner teeth 128A of the reduction internal gear 130A.
  • FIG. 7A shows a state where the reduction internal gear 130A and the external gear 120A mesh
  • FIG. 7B shows a state where the output internal gear 130B and the external gear 120B mesh.
  • the external teeth 124A and 124B are rotatable pins, so that loss of transmission torque due to meshing is reduced.
  • the tooth profile of the inner tooth 128A is formed so as to be completely theoretically engaged with the outer tooth 124A, it is meshed with a plurality of teeth simultaneously. For this reason, the surface pressure concerning a tooth surface is disperse
  • rollers 116A and 116B have a cylindrical shape, the load resistance is large, and the life of the vibrator bearings 110A and 110B can be extended and the transmission torque can be improved.
  • the cylindrical rollers 116A and 116B bend and deform the base member 122 of the external gears 120A and 120B in parallel to the axial direction O. For this reason, the lifetime of the external teeth 124A and 124B and the internal teeth 128A and 128B is extended and high torque transmission is maintained.
  • the external teeth 124A and 124B are divided in the axial direction O into a portion where the internal gear 130A for reduction is engaged and a portion where the output internal gear 130B is engaged. Therefore, when the external gear 120A and the reduction internal gear 130A mesh with each other, the meshing area that the external teeth 124A and the internal teeth 128A should mesh with each other in the axial direction O is not affected by the external teeth 124B. Engage with. Similarly, when the external gear 120B meshes with the output internal gear 130B, the meshing area that the external teeth 124B and the internal teeth 128B should originally mesh in the axial direction O without being affected by the external teeth 124A. Engage with. That is, by dividing the external teeth 124A and 124B, it is possible to maintain rotational accuracy and prevent a reduction in transmission torque.
  • the vibration body bearings 110A and 110B are bent and deformed inward in the radial direction ( ⁇ Qi) at the position in the short axis direction Y of the vibration body 104 in the second arc portion (non-engagement range) SA. .
  • ⁇ Qi the radial direction
  • SA the radial direction
  • a radial gap Gr is formed between the inner peripheral surfaces (outer ring raceway surfaces) 118AA and 118BA of the outer rings 118A and 118B, and 116A and 116B.
  • the meshing position of the external gear 120 ⁇ / b> A and the reduction internal gear 130 ⁇ / b> A rotates and moves as the vibration body 104 moves in the long axis direction X.
  • the rotation phase of the external gear 120A is delayed by a difference in the number of teeth from the internal gear 130A for deceleration. That is, the reduction ratio by the reduction internal gear 130A can be obtained by ((the number of teeth of the external gear 120A ⁇ the number of teeth of the reduction internal gear 130A) / the number of teeth of the external gear 120A).
  • “ ⁇ ” indicates that the input / output is in a reverse rotation relationship.
  • both the external gear 120B and the output internal gear 130B have the same number of teeth, the external gear 120B and the output internal gear 130B do not move with each other, and the same teeth can move. Will mesh. For this reason, the same rotation as the rotation of the external gear 120B is output from the output internal gear 130B. As a result, an output obtained by reducing the rotation of the vibrating body 104 to ( ⁇ 1/50) can be extracted from the output internal gear 130B.
  • a radial gap Gr (6.5 ⁇ m or more) could be provided at the position in the minor axis direction Y (one side). For this reason, it has been confirmed that the rolling resistance Rt is lower than usual (76.8 mNm ⁇ 36.4 mNm).
  • the rolling resistance Rt of the roller 116A can be effectively reduced by enlarging the inner diameter Doi while maintaining the outer diameter Doo of the outer rings 118A and 118B. That is, since the radial load applied to the rollers 116A and 116B can be eliminated, the skew prevention of the rollers 116A and 116B can be effectively realized.
  • the rollers 116A and 116B are used as the vibrator bearings 110A and 110B without using balls as rolling elements. For this reason, it is possible to improve the transmission torque and extend the life of the vibration body bearings 110A and 110B.
  • a load reduction region LA for reducing the load received by the rollers 116A and 116B from the vibration generator 104 and the external gears 120A and 120B so as to include the minor axis direction Y of the vibration generator 104 in the non-meshing range SA.
  • a radial gap Gr is provided between the rollers 116A and 116B and the outer ring raceway surfaces 118AA and 118BA of the vibration body bearings 110A and 110B in the load reduction region LA. Since the radial gap Gr is provided without deforming the vibrating body 104, the rigidity of the vibrating body 104 is not reduced.
  • the rollers 116A and 116B are in a substantially free state except for the cages 114A and 114B in the load reduction region LA, and only perform revolution. That is, even if the rollers 116A and 116B are inclined during the revolution on the outer periphery of the vibration body 104, when the rollers 116A and 116B move to the load reducing area LA, the rollers 116A and 116B are pushed in the circumferential direction by the cages 114A and 114B. The rollers 116A and 116B are aligned, and the inclined state can be eliminated.
  • the exciter bearings 110A and 110B are caused to protrude from the vibrating body 104 due to skew, the rolling resistance is increased, the torque is increased. It is possible to prevent a decrease in transmission efficiency and a decrease in service life. That is, according to the present invention, it is possible to improve the transmission torque and extend the life of the vibration body bearings 110A and 110B.
  • the shape of the vibrating body 104 is a shape in which two arcs are combined, but the present invention is not limited to this.
  • the portion of the first arc portion FA that defines the meshing range is formed in the vibration generator 304, and the non-meshing range is between the meshing end portions.
  • the inner ring raceway surface of the vibration body bearing can be directly formed on the outer peripheral surface 304A of the vibration body 304.
  • the radial gap Gr in the load reduction region LA can be provided between the roller and the inner ring raceway surface of the vibration body bearing, that is, between the roller and the vibration body 304, and the same effect as in the first embodiment. Can be played.
  • the inner ring can be made unnecessary and the outer ring is not made thinner.
  • the theoretical engagement in FA can be made more complete.
  • a vibration body bearing having an inner ring may be used for the vibration body 304.
  • the radial gap Gr in the load reduction region LA is provided between the inner ring of the vibration generator bearing and the outer peripheral surface 304A of the vibration generator 304, that is, also in this case, between the roller and the vibration generator 304.
  • the radial load applied to the roller from the vibrating body 304 can be appropriately eliminated, the same effect as that of the first embodiment can be appropriately obtained.
  • the gap between the roller and the inner ring of the vibration body bearing is reduced.
  • a radial gap Gr in the load reducing area LA may be provided.
  • the load reducing area LA includes the minor axis direction Y.
  • the present invention is not limited to this.
  • the minor axis direction Y is not included, and both sides thereof are used as the load reducing area LA. Also good.
  • the external teeth 124A and 124B are configured by cylindrical pins, but the present invention is not limited to this.
  • the external teeth 124A and 124B may be formed directly on the base member 122. That is, the external teeth do not have to be arc teeth, and trochoidal teeth may be used, or other teeth may be used. Even in this case, a tooth profile corresponding to the external tooth can be used as the internal tooth.
  • the output decelerated from the output internal gear 130B is taken out, but the present invention is not limited to this.
  • a so-called cup-type external gear that bends and deforms may be used, and the present invention may be applied to a flexure meshing gear device that extracts only its rotation component from the external gear.
  • bending deformation of the external gear also occurs in the axial direction, but in consideration of this point, a tapered roller may be adopted for the bearing, or the external gear or the vibrator bearing
  • the axial shape may be provided with an inclination for bending deformation in advance.
  • the difference i between the number of teeth of the internal teeth 128A of the internal gear 130A and the number of teeth of the external teeth 124A of the external gear 120A is set to 2, but in the present invention, this difference in the number of teeth. i is not limited to 2.
  • an appropriate number may be used as long as it is an even number 2i of 2 or more.
  • the number of teeth of the virtual external gear 120C may be an appropriate number as long as it is smaller than the actual number of teeth of the external teeth 124A of the external gear 120A, and the virtual external gear 120C is not necessarily assumed.
  • the present invention can be widely applied to a flexure meshing gear device.
  • Internal teeth for deceleration Gear (Internal gear) 130B Internal gears for output 132A, 132B: Bolt hole 304A: Outer peripheral surface of the vibrating body O: Axial direction X: Long axis direction of the vibrating body Y: Short axis direction of the vibrating body FA: First arc portion ( Meshing range) SA ... 2nd circular arc part (non-meshing range) LA: Load reduction region
  • Gr Radial gap
  • R1 Long axis radius of the exciter
  • R1 Radius of curvature of the first arc of the exciter
  • R2 Radius of curvature of the second arc of the exciter

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Retarders (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

 伝達トルクが大きく、且つ起振体軸受の長寿命化が可能となる。起振体104と、起振体104の外周に配置され、起振体104の回転により撓み変形される可撓性を有した外歯歯車120A、120Bと、外歯歯車120A、120Bが内接噛合する剛性を有した内歯歯車130A、130Bと、起振体104と外歯歯車120A、120Bとの間に配置される起振体軸受110A、110Bと、を有する撓み噛合い式歯車装置100において、起振体軸受110A、110Bは、転動体としてのころ116A、116Bと、ころ116A、116Bを保持する保持器114A、114Bと、を備え、起振体104の非噛合い範囲SAに、起振体104及び外歯歯車120A、120Bからころ116A、116Bが受ける荷重を減少させるラジアル隙間Grが形成された荷重減少領域LAを設ける。

Description

撓み噛合い式歯車装置
 本発明は、撓み噛合い式歯車装置に関する。
 従来の撓み噛合い式歯車装置には、特許文献1に示すように、起振体の起振体軸受には玉軸受が用いられている。特許文献1では、起振体軸受の保持器に設けられたポケットが長軸方向の位置にあるとき、ポケットに保持されるボールの中心をほぼ中心とする円弧状の面をポケットに有するようにしている。
特開昭62-72946号公報
 しかしながら、特許文献1に示すような従来の撓み噛合い式歯車装置では、玉軸受を用いているので起振体軸受の寿命が短くなる。
 起振体軸受の寿命を延ばすためには、玉軸受からころ軸受へ変更することが有効な方法である。しかし、単純にボールに代えてころを用いても、スキューの問題が発生するおそれが残る。スキューが発生することにより、たとえころ軸受を用いても、伝達トルクの低下、起振体軸受の短寿命化などを招いてしまう。
 そこで、本発明は、前記問題点を解決するべくなされたもので、伝達トルクを向上させ、且つ起振体軸受の長寿命化が可能な撓み噛合い式歯車装置を提供することを課題とする。
 本発明は、起振体と、該起振体の外周に配置され、該起振体の回転により撓み変形される可撓性を有した外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する剛性を有した内歯歯車と、前記起振体と前記外歯歯車との間に配置される起振体軸受と、を有する撓み噛合い式歯車装置において、前記起振体軸受は、転動体としてのころと、該ころを保持する保持器と、を備え、前記起振体の短軸付近の特定の範囲に、該起振体及び前記外歯歯車から前記ころが受ける荷重を減少させる荷重減少領域が設けられることにより、前記課題を解決したものである。
 本発明は、転動体としてボールを用いずにころを起振体軸受に用いている。このため、伝達トルクを向上できると共に、起振体軸受を長寿命化することが可能となる。
 そして、ころを用いると発生するおそれのあるスキューに対しては、起振体の短軸付近の特定の範囲における外歯歯車と内歯歯車との関係に着目して防止するようにしている。即ち、当該特定の範囲においては外歯歯車と内歯歯車とは噛合わないため、その範囲(非噛合い範囲)に、起振体及び外歯歯車からころが受ける荷重を減少させる荷重減少領域を設けている。そのおかげで、事実上起振体及び外歯歯車から受けるころへの、起振体の半径方向の荷重をほぼ排除することができ、転動体としてのころはその荷重減少領域で保持器以外からはほぼフリーな状態となり、ほぼ公転のみを行うこととなる。即ち、ころが起振体の外周で公転中にたとえ斜めになったとしても、当該荷重減少領域に移動してきた際には、保持器によりころが整列され、それを解消することが可能となる。
 このため、本発明は、転動体としてころを用いても、スキューを原因とする起振体軸受の起振体からのせりだしや、転がり抵抗の増大や、トルクの伝達効率低下や、寿命の低下などを防止することができる。
 本発明によれば、伝達トルクを向上させ、且つ起振体軸受の長寿命化が可能となる。
本発明の第1実施形態に係る撓み噛合い式歯車装置の全体構成の一例を示す断面図 同じく起振体を表す図 同じく起振体を表す図 同じく起振体と起振体軸受を組み合わせた概略図 同じく起振体軸受のころと保持器との関係を示す図 同じく内歯歯車と仮想外歯歯車との噛合い概念図 同じく外歯歯車と内歯歯車との噛合い図 本発明の第2実施形態に係る起振体の形状を表す図
 以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
 図1は本発明の第1実施形態に係る撓み噛合い式歯車装置の全体構成の一例を示す断面図、図2、3は同じく起振体を表す図、図4は同じく起振体と起振体軸受を組み合わせた概略図、図5は同じく起振体軸受のころと保持器との関係を示す図、図6は同じく内歯歯車と仮想外歯歯車との噛合い概念図、図7は同じく外歯歯車と内歯歯車との噛合い図、図8は本発明の第2実施形態に係る起振体の形状を表す図、である。
 最初に、本実施形態の全体構成について、主に図1と図2を用いて概略的に説明する。
 撓み噛合い式歯車装置100は、起振体104と、起振体104の外周に配置され、起振体104の回転により撓み変形される可撓性を有した外歯歯車120A、120Bと、外歯歯車120A、120Bがそれぞれ内接噛合する剛性を有した減速用内歯歯車130A、出力用内歯歯車130Bと、起振体104と外歯歯車120A、120Bとの間に配置される起振体軸受110A、110Bと、を有する。
 以下、各構成要素について詳細に説明を行う。
 起振体104は、図2(A)、図2(B)に示す如く、柱形状であり、中央に図示しない入力軸が挿入される入力軸孔106が形成されている。入力軸が挿入され回転した際に、起振体104が入力軸と一体で回転するように、入力軸孔106にはキー溝108が設けられている。
 起振体104は、図2、3に示す如く、2つの円弧部(第1円弧部FA、第2円弧部SA)を繋ぎ合わせた形状で構成される。第1円弧部FAは、曲率半径R1であり、外歯歯車120Aと減速用内歯歯車130Aとを噛合させるための円弧部分(噛合い範囲とも称する)を構成している。第2円弧部SAは、曲率半径R2であり、外歯歯車120Aと減速用内歯歯車130Aとが噛合しない範囲の円弧部分(非噛合い範囲とも称する)を構成している。第1円弧部FAの長さは角度θで定められる。
 このとき、図3に示す如く、起振体104の長軸方向Xの半径をRとするならば、偏心量をLとして、第1円弧部FAの曲率半径R1は式(1)で表される。
 R1=R-L (1)
 又、図3に示す如く、第1円弧部FAと第2円弧部SAとの繋ぎ部分Aで接線Tが共通とされている。このため、起振体104の曲率半径R2は、角度θにおける第1円弧部FAと第2円弧部SAとの繋ぎ部分Aから点Bまでを曲率半径R1と共通に有し、更に点Bから延長したY軸(起振体104の短軸方向)との交点Cまでの長さで規定される。即ち、第2円弧部SAの曲率半径R2は式(2)で表される。
 R2=R-L+L/cosθ (2)
 ここで、曲率半径R1の第1円弧部FAによって撓み変形された外歯歯車120Aの曲率半径を、仮想外歯歯車120Cの曲率半径とする。仮想外歯歯車120Cは、外歯歯車120Aと減速用内歯歯車130Aとを理想的に噛合させるために、図6に示す基本形状が真円で且つ剛性を有する歯車として仮に想定する歯車である。このような仮想外歯歯車120Cを想定することで、起振体104の角度θと偏心量Lとを容易に定めることができる。
 起振体軸受110Aは、起振体104の外側(外周)と外歯歯車120Aの内側との間に配置される軸受であり、図1に示す如く、内輪112と、保持器114A、転動体としてのころ116Aと、外輪118Aと、から構成される。内輪112の内側は起振体104と当接して、内輪112は起振体104と一体で回転する。
 保持器114Aは、図4に示す如く、ポケット114AAと柱114ABとが設けられた真円形状の部材である。ポケット114AAは、内輪112の外周に沿ってころ116Aを回転可能に保持するために周方向に一定間隔に設けられた孔である。柱114ABは、そのポケット114AAを周方向で区切り、保持器114Aを真円形状としている。ころ116Aは、円柱形状(ニードルを含む)である。このため、転動体が球である場合に比べて、ころ116Aが内輪112及び外輪118Aと接触する部分を増加させている。つまり、ころ116Aを用いることにより、起振体軸受110Aの伝達トルクを増大させ、かつ長寿命化させることができる。
 外輪118Aは、ころ116Aの外側に配置される。外輪118Aは、その外側に配置される外歯歯車120Aと共に起振体104の回転により撓み変形する。
 ここで、外輪118Aの外径(直径)Dooを変化させずに、その内径(直径)Doiのみを通常よりも大きくする(即ち、外輪118Aの半径方向の厚みToを薄くする)。すると、起振体104に起振体軸受110Aを装着した際(起振体104の外周に起振体軸受110Aを配置した際)には、起振体104の短軸付近の特定の範囲である非噛合い範囲SAに、起振体104及び外歯歯車120Aからころ116Aが受ける荷重を減少させる荷重減少領域LAを設けることができる。具体的には、図4に示す如く、その非噛合い範囲SAにおいて、ころ116Aと外輪118Aの内周面(外輪軌道面と称する)118AAとの間にラジアル隙間Grを設けることで、ころ116Aが受ける起振体104の半径方向の荷重を排除することができる。即ち、ここでの「荷重を減少させる」とは、起振体104及び外歯歯車120Aからころ116Aが受ける起振体104の半径方向の荷重を排除する(若しくはなくす)ことである。そして、荷重減少領域LAとは、非噛合い範囲SAにあって、ころ116Aに対して起振体104の半径方向の荷重を排除している角度を含む角度範囲をいうものである。本実施形態では、図4に示す如く、荷重減少領域LAは、非噛合い範囲SAと同程度又は非噛合い範囲SAより狭い角度範囲とされる。
 ここで、図5で示されるころ116Aと保持器114Aの運動について説明する。噛合い端部の位置P1から非噛合い範囲SA内に入ったころ116Aは、ラジアル隙間Grが形成された領域(荷重減少領域LA)で直ちに失速してフリーな状態となる。そして、短軸方向Yの位置P2付近ではころ116Aは保持器114Aの柱114ABに周方向に押されて整列させられる。そして、ころ116Aは整列された状態で、噛合い端部の位置P3で噛合い範囲FAに入り、自ら自転と公転を行う。
 外歯歯車120Aは、図1に示す如く、減速用内歯歯車130Aと内接噛合する。外歯歯車120Aは、基部材122と、外歯124Aとから構成される。基部材122は、外歯124Aを支持する可撓性を有した筒状部材であり、起振体軸受110Aの外側に配置されている。外歯124Aは、円筒形状のピンで構成されて、リング部材126Aで基部材122に保持されている。
 外歯歯車120Bは、図1に示す如く、出力用内歯歯車130Bと内接噛合する。そして、外歯歯車120Bは、外歯歯車120Aと同様に、基部材122と、外歯124Bとから構成される。外歯124Bは、外歯124Aと同数で、同一の円筒形状のピンで構成されて、リング部材126Bで基部材122に保持されている。ここで、基部材122は、外歯124Aと共に外歯124Bを共通に支持する。このため、起振体104の偏心量Lは、同位相で外歯124Aと外歯124Bに伝えられる。
 減速用内歯歯車130Aは、図1に示す如く、剛性を有した部材で形成されている。減速用内歯歯車130Aは、外歯歯車120Aの外歯124Aの歯数よりもi(iは2以上)多い歯数を備える。減速用内歯歯車130Aには、図示しないケーシングがボルト孔132Aを介して固定される。そして、減速用内歯歯車130Aは、外歯歯車120Aと噛合することによって、起振体104の回転を減速する。
 一方、出力用内歯歯車130Bも、減速用内歯歯車130Aと同様に、剛性を有した部材で形成されている。出力用内歯歯車130Bは、外歯歯車120Bの外歯124Bの歯数と同一の内歯128Bの歯数を備える。なお、出力用内歯歯車130Bには、図示しない出力軸がボルト孔132Bを介して取り付けられて、外歯歯車120Bの自転と同一の回転が外部に出力される。
 ここで、噛合する歯形を決めるために、図6に示す仮想外歯歯車120Cを定める。外歯歯車120Aの外歯124Aの歯数(100)に対して減速用内歯歯車130Aの内歯128Aの歯数(102)を2歯多くする。即ち歯数差i=2である。そこで、減速用内歯歯車130Aの歯数(102)よりも、例えば4歯少ない(j=4、j>i)仮想外歯歯車120Cを想定して、その歯形を基準とする。本実施形態では、外歯歯車120Aは外歯124Aとして円筒形状のピンを使用するので、その歯形は円弧歯形となる。即ち、仮想外歯歯車120Cの基準となる歯形は、外歯124Aによる円弧歯形となる。このため、外歯124Aと内歯128Aとの完全な理論噛合を実現するために、トロコイド歯形を内歯128Aとして決定する。
 仮想外歯歯車120Cを決定すると、起振体104の外周の形状を求めることができる。なお、外歯124Bと噛合する内歯128Bの歯形にはトロコイド歯形を適用してもよいし、他の歯形を適用してもよい。
 次に、撓み噛合い式歯車装置100の動作について、主に図1を用いて説明する。
 図示しない入力軸の回転により、起振体104が回転すると、その回転状態に応じて、起振体軸受110Aを介して、外歯歯車120Aが撓み変形する。なお、このとき、外歯歯車120Bも、起振体軸受110Bを介して、外歯歯車120Aと同位相で撓み変形する。
 外歯歯車120A、120Bの撓み変形は、起振体104の長軸方向Xの曲率半径R1の形状に応じてなされる。即ち、図4に示す起振体104の外周の曲率半径R1の第1円弧部FAの部分における位置では、曲率が一定であるので、撓み応力は一定となる。第1円弧部FAと第2円弧部SAの繋ぎ部分Aにおける位置では、接線Tが同一なので、繋ぎ部分での急激な撓み変形が防止されている。同時に、繋ぎ部分Aにおいて、ころ116A、116Bの急激な位置変動はないので、ころ116A、116Bの滑りが少なく、トルクの伝達ロスが少ない。
 外歯歯車120A、120Bが起振体104で撓み変形されることにより、第1円弧部(噛合い範囲)FAの部分で、起振体軸受110A、110Bの内輪112の外周面(内輪軌道面)ところ116A、116Bとの接触により、内輪112を介して起振体104からころ116A、116Bに半径方向外側への撓み荷重が伝えられる。同時にころ116A、116Bと起振体軸受110A、110Bの外輪118A、118Bの内周面(外輪軌道面)118AA、118BAとの接触により、ころ116A、116Bから起振体軸受110A、110Bの外輪118A、118Bに半径方向外側への撓み荷重が伝えられる。外輪118Aに伝えられた撓み荷重により、外歯124Aが半径方向外側に移動(ΔQo)して、減速用内歯歯車130Aの内歯128Aに噛合する。同様に、外輪118Bに伝えられた撓み荷重により、外歯124Bが出力用内歯歯車130Bの内歯128Bに噛合する。ここで、図7(A)に減速用内歯歯車130Aと外歯歯車120Aとが噛合する様子、図7(B)に出力用内歯歯車130Bと外歯歯車120Bとが噛合する様子、をそれぞれ示す。噛合する際に、外歯124A、124Bは回転可能なピンなので、噛合による伝達トルクのロスを低減している。又、内歯128Aの歯形は、外歯124Aと完全に理論噛合するように形成されているので、複数の歯で同時に噛合する。このため、歯面にかかる面圧が分散されて、大きなトルクを伝達することができる。
 又、ころ116A、116Bは円柱形状であるので、耐荷重が大きく、起振体軸受110A、110Bを長寿命化及び伝達トルクを向上させることができる。同時に、円柱形状のころ116A、116Bは、外歯歯車120A、120Bの基部材122を軸方向Oに平行に撓み変形させる。このため、外歯124A、124Bと内歯128A、128Bの寿命を延ばすと共に、高いトルク伝達を維持させる。
 更に、外歯124A、124Bは、軸方向Oにおいて、減速用内歯歯車130Aの噛合する部分と出力用内歯歯車130Bの噛合する部分に分割したものである。このため、外歯歯車120Aと減速用内歯歯車130Aとが噛合する際に、外歯124Bに影響されることなく、軸方向Oにおいて外歯124Aと内歯128Aとが本来噛合すべき噛合面積で噛合する。同様に、外歯歯車120Bと出力用内歯歯車130Bとが噛合する際に、外歯124Aに影響されることなく、軸方向Oにおいて外歯124Bと内歯128Bとが本来噛合すべき噛合面積で噛合する。つまり、外歯124A、124Bを分割しておくことで、回転精度を保つことができ、伝達トルクの低下を防ぐことができる。
 撓み変形により、第2円弧部(非噛合い範囲)SAにある起振体104の短軸方向Yの位置では、起振体軸受110A、110Bが半径方向の内側(ΔQi)に撓み変形される。このとき、外輪118A、118Bの内径Doiを大きくしていることから、外輪118A、118Bの内周面(外輪軌道面)118AA、118BAところ116A、116Bとの間にラジアル隙間Grが形成されて、非接触となる。即ち、短軸付近の特定の範囲(非噛合い範囲SA)内であって、ラジアル隙間Grが形成されている領域(荷重減少領域LA)では、ころ116A、116Bに起振体104の半径方向の荷重がかからず、ほぼフリーな状態となる。このため、噛合い範囲FAでころ116A、116Bが傾いた状態となっても、非噛合い範囲SAにおける荷重減少領域LAでは、ころ116A、116Bの傾いた状態を保持しようとする起振体104の半径方向の力がなくなる。そのため、保持器114A、114Bに周方向に押されることで、ころ116A、116Bが傾きのない状態に戻る(整列される)。
 外歯歯車120Aと減速用内歯歯車130Aとの噛合位置は、起振体104の長軸方向Xの移動に伴い、回転移動する。ここで、起振体104が1回転すると、外歯歯車120Aは減速用内歯歯車130Aとの歯数差だけ、回転位相が遅れる。つまり、減速用内歯歯車130Aによる減速比は((外歯歯車120Aの歯数-減速用内歯歯車130Aの歯数)/外歯歯車120Aの歯数)で求めることができる。具体的な数値による減速比は((100-102)/100=-1/50)となる。ここで、「-」は入出力が逆回転の関係となることを示している。
 外歯歯車120Bと出力用内歯歯車130Bとは共に歯数が同一であるので、外歯歯車120Bと出力用内歯歯車130Bとは互いに噛合する部分が移動することなく、同一の歯同士で、噛合することとなる。このため、出力用内歯歯車130Bから外歯歯車120Bの自転と同一の回転が出力される。結果として、出力用内歯歯車130Bからは起振体104の回転を(-1/50)に減速した出力を取り出すことができる。
 本実施形態に係る撓み噛合い式歯車装置100を試作した結果を説明する。試作では、起振体軸受110A、110Bの外輪118A、118Bの外径Doo=49.41mmのときの外輪118A、118Bの内径Doiを、通常よりも大きな値(47mm→47.01mm)とした。装着すると、短軸方向Yの位置において(片側)ラジアル隙間Gr(6.5μm以上)を設けることができた。このため、転がり抵抗Rtを通常よりも低くすることが確認できた(76.8mNm→36.4mNm)。即ち、本実施形態で示すように、外輪118A、118Bの外径Dooをそのままとして、内径Doiを拡大させることで、ころ116Aの転がり抵抗Rtを効果的に低減できる。つまり、ころ116A、116Bにかかる半径方向の荷重を排除できることから、ころ116A、116Bのスキュー防止を効果的に実現することが可能である。
 本実施形態では、転動体としてボールを用いずにころ116A、116Bを起振体軸受110A、110Bに用いている。このため、伝達トルクを向上できると共に、起振体軸受110A、110Bを長寿命化することが可能となる。
 そして、非噛合い範囲SAで、起振体104の短軸方向Yを含むように、起振体104及び外歯歯車120A、120Bからころ116A、116Bが受ける荷重を減少させる荷重減少領域LAを設けている。具体的には、その荷重減少領域LAにおいて、ころ116A、116Bと起振体軸受110A、110Bの外輪軌道面118AA、118BAとの間にラジアル隙間Grを設けている。ラジアル隙間Grは、起振体104を変形することなく設けられているので、起振体104の剛性を低下させていない。そして、事実上起振体104及び外歯歯車120A、120Bから受けるころ116A、116Bへの起振体104の半径方向の荷重をほぼ排除している。このため、ころ116A、116Bはその荷重減少領域LAで保持器114A、114B以外からはほぼフリーな状態となり、ほぼ公転のみ行うこととなる。即ち、ころ116A、116Bが起振体104の外周で公転中にたとえ斜めになったとしても、荷重減少領域LAに移動してきた際には、保持器114A、114Bに周方向に押されることにより、ころ116A、116Bが整列され、その斜めになった状態を解消することができる。
 このため、本発明は、転動体としてころ116A、116Bを用いても、スキューを原因とする起振体軸受110A、110Bの起振体104からのせりだしや、転がり抵抗の増大や、トルクの伝達効率低下や、寿命の低下などを防止することができる。即ち、本発明によれば、伝達トルクを向上させ、且つ起振体軸受110A、110Bの長寿命化が可能となる。
 本発明について第1実施形態を挙げて説明したが、本発明は第1実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでも無い。
 例えば、第1実施形態においては、起振体104の形状は、2つの円弧を組み合わせた形状であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、図8に示す第2実施形態で示す如く、噛合い範囲を規定する第1円弧部FAの部分だけを起振体304に形成して、非噛合い範囲については噛合い端部間、若しくはそれよりも狭い範囲で直線的(直線に近い曲線等を含む)に成形することで、荷重減少領域LAを設けてもよい。その場合には、起振体304の外周面304Aに起振体軸受の内輪軌道面を直接形成することができる。すると、荷重減少領域LAにおけるラジアル隙間Grをころと起振体軸受の内輪軌道面との間、即ち、ころと起振体304との間に設けることができ、第1実施形態と同様な効果を奏することができる。その際には、第1実施形態で示した起振体の場合に比べて、内輪を不要とすることができ、更に外輪を薄くすることがないので、内歯と外歯との噛合い範囲FAにおける理論噛合いをより完全にすることができる。
 なお、起振体304に対して、内輪を備える起振体軸受を用いていてもよい。その場合には、荷重減少領域LAにおけるラジアル隙間Grは起振体軸受の内輪と起振体304の外周面304Aとの間、即ち、この場合もころと起振体304との間に設けられる。この場合にも、起振体304からころにかかる半径方向の荷重を相応に排除できるので、第1実施形態と同様な効果を相応に奏することができる。
 又、第1実施形態で示す起振体104の形状の場合に、起振体軸受の内輪の内径を変えずに外径を小さくすることで、ころと起振体軸受の内輪との間に荷重減少領域LAにおけるラジアル隙間Grを設けてもよい。
 又、上記実施形態においては、荷重減少領域LAは短軸方向Yを含んでいたが、本発明はこれに限定されずに、例えば短軸方向Yを含まず、その両側を荷重減少領域LAとしてもよい。
 又、第1実施形態においては、外歯124A、124Bを円筒形状のピンで構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、基部材122上に直接外歯124A、124Bを形成しても構わない。即ち、外歯は、円弧歯形である必要はなく、トロコイド歯形を用いてもよいし、その他の歯形を用いてもよい。その際においても、内歯として外歯に対応した歯形を用いることができる。
 又、第1実施形態では、出力用内歯歯車130Bから減速された出力を取り出していたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、出力用内歯歯車を用いずに、いわゆるカップ型の撓み変形する外歯歯車を用いて、当該外歯歯車からその自転成分のみを取り出す撓み噛合い式歯車装置に適用しても構わない。この場合には、外歯歯車の撓み変形が軸方向にも生ずるが、その点を考慮して、軸受にテーパのついたころを採用してもよいし、外歯歯車や起振体軸受の軸方向形状に撓み変形分の傾斜を予め持たせておいてもよい。
 又、第1実施形態においては内歯歯車130Aの内歯128Aの歯数と外歯歯車120Aの外歯124Aの歯数の差iを2に設定していたが、本発明ではこの歯数差iが2に限定されるものではない。例えば2以上の偶数2iであれば適宜の数で良い。又、仮想外歯歯車120Cの歯数も、外歯歯車120Aの外歯124Aの実際の歯数よりも少なければ適宜の数で良いし、必ずしも仮想外歯歯車120Cを想定する必要はない。
 本発明は、撓み噛合い式歯車装置に広く適用することができる。
 2010年2月3日に出願された日本国出願番号2010-022503の明細書、図面及び特許請求の範囲における開示は、その全体がこの明細書中に参照により援用されている。
 100…撓み噛合い式歯車装置
 104、304…起振体
 110A、110B…起振体軸受
 112…内輪
 114A、114B…保持器
 114AA、114BA…保持器のポケット
 114AB、114BB…保持器の柱
 116A、116B…ころ
 118A、118B…外輪
 118AA、118BA…外輪軌道面
 120A、120B…外歯歯車
 122…基部材
 124A、124B…外歯
 126A、126B…リング部材
 128A、128B…内歯
 130A…減速用内歯歯車(内歯歯車)
 130B…出力用内歯歯車
 132A、132B…ボルト孔
 304A…起振体の外周面
 O…軸方向
 X…起振体の長軸方向
 Y…起振体の短軸方向
 FA…第1円弧部(噛合い範囲)
 SA…第2円弧部(非噛合い範囲)
 LA…荷重減少領域
 Gr…ラジアル隙間
 R…起振体の長軸半径
 R1…起振体の第1円弧部の曲率半径
 R2…起振体の第2円弧部の曲率半径

Claims (3)

  1.  起振体と、該起振体の外周に配置され、該起振体の回転により撓み変形される可撓性を有した外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する剛性を有した内歯歯車と、前記起振体と前記外歯歯車との間に配置される起振体軸受と、を有する撓み噛合い式歯車装置において、
     前記起振体軸受は、転動体としてのころと、該ころを保持する保持器と、を備え、
     前記起振体の短軸付近の特定の範囲に、該起振体及び前記外歯歯車から前記ころが受ける荷重を減少させる荷重減少領域が設けられる
     ことを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
  2.  請求項1において、
     前記荷重減少領域において、前記起振体軸受の外輪と前記ころとの間、若しくは該起振体と該ころとの間にラジアル隙間が形成される
     ことを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
  3.  請求項1において、
     前記荷重減少領域において、前記起振体軸受の外輪と前記ころとの間、若しくは該起振体軸受の内輪と該ころとの間にラジアル隙間が形成される
     ことを特徴とする撓み噛合い式歯車装置。
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