WO2014181374A1 - 可撓性外歯歯車、波動歯車装置、および可撓性外歯歯車の締結方法 - Google Patents

可撓性外歯歯車、波動歯車装置、および可撓性外歯歯車の締結方法 Download PDF

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小林　優
達郎 保科
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Definitions

  • the present invention relates to a flexible external gear of a wave gear device capable of reliably fastening a member to be fastened, a wave gear device provided with the flexible external gear, and fastens the flexible external gear.
  • the present invention relates to a fastening method for fastening to a target member.
  • FIG. 1 of Patent Document 1 describes a structure in which a flexible external gear is fastened to the side of an output shaft by a fastening bolt.
  • Patent Document 2 proposes a friction sheet used in such a fastening and fixing method.
  • the friction sheet is obtained by plating and coating a surface of a metal elastic sheet with diamond particles capable of biting into a fastening surface of a member to be fastened.
  • a driving pin is used in combination to increase the fastening force between the flexible external gear and the output shaft of the wave gear device to perform large torque transmission. Further, it is conceivable to use the friction sheet disclosed in Patent Document 2 in combination.
  • Another object of the present invention is to propose a wave gear device provided with this new flexible external gear.
  • the object of the present invention is to provide a method of fastening a flexible external gear that can perform necessary torque transmission only by bolt axial force without requiring pin hole processing and without using a friction sheet. It is to propose.
  • the flexible external gear of the wave gear device of the present invention is An annular or disk-like boss fastened to a member to be fastened; A boss side fastening surface formed in the boss and in contact with a member side fastening surface formed in the member to be fastened; A plurality of engagement protrusions of a predetermined size formed at a predetermined pitch on the boss side fastening surface;
  • the engagement protrusion is a protrusion integrally formed by performing a photoetching process on the boss side fastening surface,
  • the hardness of the boss side fastening surface and the engagement projection is characterized by being HRC 45 or more.
  • the typical engagement projection is a tapered projection that projects vertically from the boss side fastening surface, and the tip of the engagement projection is a flat top surface parallel to the boss side fastening surface.
  • the cross-sectional shape of the engaging projection orthogonal to the direction of protrusion is circular, square or triangular.
  • the pitch of the engaging projections disposed adjacent to each other is 0.2 mm to 0.5 mm, and the maximum diameter or maximum width of the top surface of the engaging projections is 0.01 mm to 0.05 mm,
  • the height of the projection is preferably 1.0 to 1.2 times the maximum diameter or width of the top surface of the projection.
  • the biting depth of the engagement protrusion with respect to the member side fastening surface is 0.015 mm to 0.025 mm It is desirable to
  • the engaging projections be disposed at a density of 40 to 250 per 10 mm 2 .
  • the boss side fastening surface of the flexible external gear is coaxially overlapped with the member-side fastening surface of the member to be fastened.
  • the boss and the member to be fastened are fastened by the fastening bolt, and the engagement projection on the boss side fastening surface is made to the member to be fastened by the bolt axial force of the fastening bolt. It is made to bite to a predetermined bite depth from the side fastening surface.
  • the engagement protrusion bites into the member side fastening surface, a large frictional force is generated between the fastening surfaces.
  • the friction between the boss and the member to be fastened The coefficient can be increased. As a result, it is possible to perform the required torque transmission from the flexible external gear to the member to be fastened with only the fastening bolt without using the pin and the friction sheet in combination.
  • the engagement projection is integrally formed on the boss side fastening surface by photo etching, the engagement projection drops out of the boss side fastening surface and intrudes into the rotational sliding portion and the engagement portion of the wave gear device, etc. Can prevent or suppress the harmful effects of
  • the hardness of the member on which the engagement projection is formed may be equal to or higher than the hardness of the other member. It is also possible to form an engagement projection on both the boss side fastening surface and the member side fastening surface. In this case, the hardness of both members may be made equal.
  • a member side fastening surface is formed on a member to be fastened
  • a boss side fastening surface is formed on a boss provided on the flexible external gear to fasten the member to be fastened.
  • the fastening surface of at least one of the member-side fastening surface and the boss-side fastening surface is a projection-side fastening surface
  • On the protrusion side fastening surface a plurality of engagement protrusions of a predetermined size at a predetermined pitch are integrally formed by photo etching,
  • the hardness of the projection side fastening surface is set to be the same as or higher than the hardness of the other of the fastening surfaces
  • the boss side fastening surface of the flexible external gear is coaxially superimposed on the member side fastening surface of the member to be fastened; Fastening the boss and the member to be fastened using a fastening bolt, It is characterized in that the engaging projection of the projection side fastening surface is made to bite to a predetermined biting depth from the other fastening surface by a bolt axial force by the fastening bolt.
  • FIG. 1 It is a perspective view of a cup type wave gear reduction gear to which the present invention is applied. It is a longitudinal cross-sectional view of a wave gear drive. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the fastening part of the boss
  • (A) is a partial expanded sectional view which shows another example of the protrusion for engagement
  • (b) is a partial expanded sectional view
  • (c) is a partial expanded sectional view.
  • (A) is a partial expanded sectional view which shows another example of the protrusion for engagement
  • (b) is a partial expanded sectional view
  • (c) is a partial expanded sectional view.
  • (A) is explanatory drawing which shows the state at the time of pushing conical protrusion into the steel-materials surface
  • (b) is explanatory drawing which shows the state when the protrusion for engagement bites into a boss
  • FIG. 1 is a perspective view showing a wave gear device
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view thereof.
  • the wave gear device 1 bends the ring-shaped rigid internal gear 2, the cup-shaped flexible external gear 3 capable of meshing with the rigid internal gear 2, and the flexible external gear 3 in an elliptical shape.
  • an elliptical contour wave generator 4 partially meshed with the rigid internal gear 2.
  • the cup-shaped flexible external gear 3 is continuous with the radially deformable cylindrical body 5, the annular diaphragm 6 extending inward from the rear end edge, and the inner peripheral edge of the diaphragm 6. It has an annular boss 7 formed and an external tooth 8 formed on the outer peripheral surface of the cylindrical barrel 5 on the open end side.
  • the top hat-shaped flexible external gear has a cylindrical body which can be bent in the radial direction, an annular diaphragm extending radially outward from the rear end edge, and an outer peripheral edge of the diaphragm. And an outer tooth formed on the outer peripheral surface portion of the open end side of the cylindrical body portion.
  • the wave generator 4 is fitted inside the portion of the cylindrical body 5 in which the external teeth 8 of the flexible external gear 3 are formed.
  • the cylindrical body portion 5 is bent in an elliptical shape by the wave generator 4, and portions of the external teeth 8 located at both ends in the major axis direction of the elliptical shape mesh with the internal teeth 9 of the rigid internal gear 2. There is.
  • the wave generator 4 has a rotary input shaft (not shown) such as a motor shaft connected and fixed, and is rotationally driven by the rotary input shaft.
  • a rotary input shaft such as a motor shaft connected and fixed, and is rotationally driven by the rotary input shaft.
  • the meshing position of the gears 2 and 3 moves in the circumferential direction.
  • relative rotation occurs between the two gears according to the difference in the number of teeth of the two gears.
  • the rigid internal gear 2 is fixed to a fixed member (not shown), and the flexible external gear 3 is a decelerating rotation output element. The decelerated rotation of the flexible external gear 3 is output to the load-side member (member to be fastened).
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the fastening portion of the flexible external gear 3 and the output member to be fastened
  • FIG. 4 is an explanatory view showing the components thereof in an exploded manner.
  • the output member 11 on the load side is fastened and fixed to the annular boss 7 of the flexible external gear 3.
  • An annular mounting flange 12 and a plurality of fastening bolts 13 are used for fastening and fixing.
  • a large diameter member side flange 14 is formed at the rear end portion of the output member 11, and the circular rear end face of the member side flange 14 is a member side fastening surface 15 orthogonal to the central axis.
  • the member side fastening surface 15 is coaxially overlapped with the boss side fastening surface 16 which is the outer end surface of the boss 7.
  • the boss side fastening surface 16 is an end face orthogonal to the device axis 1a.
  • a mounting flange 12 is coaxially stacked on the inner end surface of the boss 7.
  • Bolt holes are formed in the member-side flange 14 at regular intervals in the circumferential direction, and bolt insertion holes are similarly formed in the circumferential direction at regular intervals in the boss 7 and the mounting flange 12.
  • the three members are coaxially stacked in a state where these bolt holes and bolt insertion holes coincide, and these three members are fastened and fixed with a predetermined bolt axial force by the fastening bolts 13 inserted from the side of the mounting flange 12 .
  • 5 (a) to 5 (c) are a partially enlarged plan view showing the surface of the boss side fastening surface 16 in an enlarged manner, a partially enlarged sectional view in the case of cutting along the bb line, and a cutting taken along the cc line It is a partial expanded sectional view of a case.
  • an engagement projection 20 of a predetermined shape is integrally formed at a predetermined pitch by photo etching.
  • the engagement projections 20 are arranged in a matrix at a constant pitch, and the pitches Px and Py of the adjacent engagement projections are both within the range of 0.2 mm to 0.5 mm.
  • the arrangement form of the engagement projections 20 may be an arrangement form other than the matrix form.
  • Each of the engagement protrusions 20 is a tapered protrusion that protrudes vertically from the boss side fastening surface 16.
  • the tip of the engagement projection 20 is a flat top surface parallel to the boss side fastening surface 16.
  • the cross-sectional shape orthogonal to the protrusion direction in the protrusion 20 for engagement is circular. That is, in the present example, the engagement projection 20 is a projection that is generally shaped like a truncated cone, and its central axis 20 a is perpendicular to the boss side fastening surface 16.
  • the outer peripheral surface 20b of the engagement projection 20 is formed of a curved surface that tapers toward the tip.
  • the top surface 20c of the engagement projection 20 is a flat circular surface orthogonal to the central axis 20a.
  • the maximum diameter L of the top surface 20c of the engagement projection 20 is a value within the range of 0.01 mm to 0.05 mm.
  • the height H of the engagement projection 20 is a value within the range of 1.0 times to 1.2 times the maximum diameter L of the top surface 20c. Therefore, the height H is 0.06 mm or less.
  • the engaging projections 20 are formed with a density that is within the range of 40 to 250 per 10 mm 2 .
  • the diameter L of the top surface 20c of the engagement protrusion 20 is 0.05 mm
  • the height H is 0.065 mm
  • the pitches Px and Py are both 0.2 mm.
  • the hardness of the surface portion of the boss side fastening surface 16 and the engaging projection 20 is HRC 45 or more. What has a hardness of HRC 45 or more may be used as the blank of the flexible external gear 3. Alternatively, when the hardness of the blank is less than HRC 45, the boss side fastening surface 16 is heat-treated, carburized, nitrided, etc. at the stage before or after the formation of the engagement projection 20 by photoetching. The hardness of the surface portion of the boss side fastening surface 16 and the engaging projection 20 may be made to be HRC 45 or more.
  • the material hardness of the flexible external gear 3 is generally between HRC 36 and 45, and the material hardness of the output member 11 is also the same. It is desirable that the hardness of the boss side fastening surface 16 and the engaging projection 20 be equal to or higher than the hardness of the fastening side member side fastening surface 15.
  • the formation of the engagement protrusions 20 can be performed by a general photoetching process.
  • the photoresist film 31 is formed so as to cover the outer end face 16A of the boss 7 (FIG. 6 (a), (B).
  • the photoresist film 31 is exposed and developed to form a masking pattern on the photoresist film (FIG. 6C).
  • wet etching is performed on the exposed surface portion of the outer end face 16A to form the engagement projection 20 (FIG. 6D).
  • the masking pattern of the photoresist film 31 is peeled and removed, and post-treatments such as cleaning and drying are performed (FIG.
  • the substantially frusto-conical engagement projection 20 is integrally formed on the boss side fastening surface 16.
  • engaging projections in the shape of a quadrangular frustum or triangular frustum are formed.
  • FIG. 7 and 8 show another shape of the engagement projection 20.
  • FIG. The engagement projection 20A shown in FIG. 7 has a substantially square frustum shape as a whole.
  • the top surface of the engagement projection 20A is a square, and the width L is 0.05 mm, the height H is 0.06 mm, and the pitch P is 0.2 mm.
  • the engaging projection 20B shown in FIG. 8 has a substantially triangular frustum shape as a whole.
  • the top surface of the engagement protrusion 20B is an equilateral triangle, and the width L of the equilateral triangle is 0.06 mm.
  • the height H of the engagement projection 20B is 0.06 mm, and the pitch P is 0.2 mm.
  • the direction of the triangle is reversed every other one.
  • the boss side fastening surface 16 is coaxially superimposed on the member side fastening surface 15 to be fastened.
  • the mounting flange 12 is superimposed on the opposite side of.
  • the fastening bolt 13 is inserted from the side of the mounting flange 12, and the three members of the output member 11, the boss 7 and the mounting flange 12 are fastened and fixed. Due to the bolt axial force of the fastening bolt 13, the engaging projection 20 of the boss side fastening surface 16 bites from the member side fastening surface 15 to be fastened to a predetermined bite depth. When the engagement projection 20 bites into the member-side fastening surface 15, a large frictional force is generated between the fastening surfaces.
  • FIG. 9 (b) shows the case where the truncated cone-shaped engaging projection 20 of this example is inserted into the member-side fastening surface 15.
  • the transmission torque of the fastening portion is greatly influenced by the coefficient of friction of the fastening surface when the engaging projection 20 is made to bite into the member-side fastening surface 15.
  • the coefficient of friction can be defined by the bite projected area AT and the indentation area AR as described above. That is, the coefficient of friction is mainly determined by the shape and size of the engagement projection 20, the biting depth, and the hardness difference between the boss side fastening surface 16 and the member side fastening surface 15.
  • a fastening surface having a target coefficient of friction In the present example, a truncated conical engagement protrusion 20 is formed by photo etching. A large friction coefficient can be obtained by setting the size L, height H, and hardness of the top surface of the engagement projection 20 having such a shape as described above.
  • the number of protrusions n is limited by the shear strength of the material according to the total indentation area (AR ⁇ n).
  • the number n of projections is set to a value within the range of 40 to 250 per 10 mm 2 .
  • the biting depth x of the engagement protrusion differs depending on the shape of the top surface of the protrusion. If the shape of the top surface of the engagement projection is circular, square or triangular, the other case is the same condition, the triangular case is the most easy to bite, and the circular case is the most difficult to bite. Moreover, the biting depth x becomes larger in the fastening surface having a lower hardness than in the fastening surface having a high hardness. Furthermore, the biting depth x of the engagement protrusion differs depending on the area of the top surface of the engagement protrusion, and the smaller the area, the more easily bite.
  • the arrangement pitch and the number per unit area, and the hardness of each part may be set appropriately.
  • FIG. 10 is a graph showing an example of the relationship between the penetration depth (push-in depth) and the approximate friction coefficient when the diameter of the circular top surface is changed in the case of the frusto-conical engagement projection 20.
  • the engagement projections 20 are arranged in a matrix, and the pitch P of the adjacently arranged engagement projections 20 is 0.2 mm to 0.5 mm, and the maximum diameter L of the top surface of the engagement projections 20 is 0.03 mm, 0. 0.2 mm.
  • Three types of 04 mm and 0.05 mm were used, and the height of the engagement projection 20 was 1.0 times to 1.2 times the maximum diameter L of the top surface of the projection.
  • the approximate friction coefficient is 0.35 or more if the biting depth is 0.01 mm to 0.025 mm. it can.
  • the maximum diameter L of the top surface is 0.04 mm
  • the approximate friction coefficient can be 0.35 or more by setting the biting depth to 0.015 mm to 0.035 mm.
  • the maximum diameter L of the top surface is 0.05 mm
  • the approximate friction coefficient can be 0.35 or more by setting the biting depth to 0.020 mm to 0.040 mm.
  • the approximate friction coefficient can be set to about 0.35 or more by setting the biting depth to about 0.015 mm to 0.025 mm.
  • the fastening method of the flexible external gear according to the present invention it is possible to form an engagement projection on the member-side fastening surface of the member to be fastened.
  • the hardness of the member on which the engagement projection is formed may be equal to or higher than the hardness of the other member. It is also possible to form an engagement projection on both the boss side fastening surface and the member side fastening surface. In this case, the hardness of both members may be made equal.

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Abstract

　波動歯車装置（１）の可撓性外歯歯車（３）のボス（７）に形成したボス側締結面（１６）を、締結対象の出力部材（１１）の部材側締結面（１５）に同軸に重ね合わせ、締結ボルト（１３）によってボス（７）と出力部材（１１）を締結し、締結ボルト（１３）のボルト軸力によって、ボス側締結面（１６）の係合用突起（２０）を、部材側締結面（１５）に所定の食い込み深さまで食い込ませる。この構成の可撓性外歯歯車（３）と出力部材（１１）の締結部分は、大きな摩擦力が発生するので、締結ボルトに、打ち込みピン、摩擦シートを併用することなく、ボルト軸力のみで必要なトルク伝達が可能である。

Description

可撓性外歯歯車、波動歯車装置、および可撓性外歯歯車の締結方法
　本発明は、締結対象の部材を確実に締結可能な波動歯車装置の可撓性外歯歯車、当該可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置、および、当該可撓性外歯歯車を締結対象の部材に締結するための締結方法に関する。
　波動歯車装置は、減速機として用いられる場合には、一般にその可撓性外歯歯車から減速回転出力が負荷側の出力軸に伝達される。可撓性外歯歯車と出力軸は締結ボルトによって締結固定される。特許文献１の図１には締結ボルトによって可撓性外歯歯車が出力軸の側に締結された構造が記載されている。
　一方、トルク伝達を行う２つの部材の締結固定構造として、締結される２つの部材の締結面の間に摩擦板を挟み、これら２つの部材をボルト等によって締結固定する構造が知られている。特許文献２には、このような締結固定方法に用いる摩擦シートが提案されている。この摩擦シートは、金属製の弾性シートの表面に、締結対象の部材の締結面に食い込み可能なダイヤモンド粒子をメッキコーティングしたものである。
　例えば、２本の軸部材の締結用端面の間に摩擦シートを挟み、締結ボルトによって双方の締結用端面を締結固定すると、摩擦シートの両面のダイヤモンド粒子が双方の締結用端面に食い込み、これらの締結用端面の間に大きな摩擦力が発生する。これにより、２本の軸部材の締結力が増加し、大きなトルクを伝達可能になる。
特開２００２－３３９９９０号公報 特許第３５４７６４５号公報
　ここで、波動歯車装置の可撓性外歯歯車と出力軸の締結力を高めて大きなトルク伝達を行うために、打ち込みピンが併用されている。また、特許文献２に開示の摩擦シートを併用することが考えられる。
　しかしながら、打ち込みピンを併用する場合には、締結対象の部材に締結される可撓性外歯歯車のボスに、締結ボルト用のボルト穴に加えて、ピン穴を加工する必要がある。また、摩擦シートを用いた締結固定構造では、メッキ層によって保持されているダイヤモンド粉末の脱落が懸念される。摩擦シートから脱落したダイヤモンド粒子が、可撓性外歯歯車と波動発生器の間の摺動部分、可撓性外歯歯車と剛性内歯歯車のかみ合い部分等に侵入するおそれがある。これらの部分に硬質のダイヤモンド粒子が侵入すると、これらの部分に摩耗、破損等が発生するおそれがある。
　本発明の課題は、このような点に鑑みて、ピン穴加工を必要とせず、また、摩擦シートを使用することなく、ボルト軸力のみで必要なトルク伝達を行うことのできる波動歯車装置の可撓性外歯歯車を提案することにある。
　また、本発明の課題は、この新しい可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置を提案することにある。
　さらに、本発明の課題は、ピン穴加工を必要とせず、また、摩擦シートを使用することなく、ボルト軸力のみで必要なトルク伝達を行うことのできる可撓性外歯歯車の締結方法を提案することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明の波動歯車装置の可撓性外歯歯車は、
　締結対象の部材に締結される円環状あるいは円盤状のボスと、
　前記ボスに形成され、前記締結対象の部材に形成した部材側締結面に当接するボス側締結面と、
　前記ボス側締結面に所定ピッチで形成された所定サイズの複数の係合用突起と、
を有し、
　前記係合用突起は、前記ボス側締結面にフォトエッチング加工を施すことにより、一体形成された突起であり、
　前記ボス側締結面および前記係合用突起の硬度はＨＲＣ４５以上であることを特徴としている。
　典型的な前記係合用突起は、前記ボス側締結面から垂直に突出している先細り形状の突起であり、前記係合用突起の先端は、前記ボス側締結面に平行な平坦な頂面となっており、前記係合用突起における、その突出方向に直交する断面形状は、円形、四角形あるいは三角形である。
　この場合、隣接配置された前記係合用突起のピッチは０．２ｍｍ～０．５ｍｍであり、前記係合用突起の頂面の最大径あるいは最大幅は０．０１ｍｍ～０．０５ｍｍであり、前記係合用突起の高さは、前記突起の頂面の最大径あるいは最大幅の１．０倍から１．２倍であることが望ましい。
　前記係合用突起の頂面の最大径あるいは最大幅が０．０３ｍｍ～０．０５ｍｍの場合には、例えば、前記係合用突起の前記部材側締結面に対する食い込み深さを０．０１５ｍｍ～０．０２５ｍｍにすることが望ましい。
　また、前記係合用突起は、１０ｍｍ２当り４０～２５０個の密度で配置されていることが望ましい。
　この構成の可撓性外歯歯車を締結対象の部材に締結する場合には、当該可撓性外歯歯車の前記ボス側締結面を、前記締結対象の部材の部材側締結面に同軸に重ね合わせる。この状態で、締結ボルトによって前記ボスと前記締結対象の部材を締結し、前記締結ボルトのボルト軸力によって、前記ボス側締結面の前記係合用突起を、前記締結対象の部材に対して前記部材側締結面から所定の食い込み深さまで食い込ませる。係合用突起が部材側締結面に食い込むことにより、大きな摩擦力が締結面の間に発生する。
　ボルト軸力、ボスの強度および硬度、締結対象の部材の硬度、係合用突起の形状・サイズ、係合用突起の食い込み深さを適切に設定することにより、ボスと締結対象の部材の間の摩擦係数を大きくできる。これにより、ピン、摩擦シートを併用することなく、締結ボルトのみで、可撓性外歯歯車から締結対象の部材に対して必要とされるトルク伝達を行うことが可能になる。
　よって、可撓性外歯歯車のボスにピン穴加工を行う必要がなくなり、摩擦シートを併用する必要がなくなる。また、係合用突起はフォトエッチング加工によってボス側締結面に一体形成されているので、係合用突起がボス側締結面から脱落して、波動歯車装置の回転摺動作部分、かみ合い部分に侵入する等の弊害を防止あるいは抑制できる。
　本発明の可撓性外歯歯車の締結方法において、締結対象の部材の部材側締結面に係合用突起を形成しておくことも可能である。この場合には、係合用突起が形成されている部材の硬度を他方の部材の硬度以上としておけばよい。また、ボス側締結面および部材側締結面の双方に係合用突起を形成しておくことも可能である。この場合には、双方の部材の硬度を同程度としておけばよい。
　すなわち、本発明による可撓性外歯歯車の締結方法は、
　締結対象の部材には部材側締結面が形成され、
　前記締結対象の部材を締結するために前記可撓性外歯歯車に設けたボスには、ボス側締結面が形成され、
　前記部材側締結面および前記ボス側締結面のうちの少なくとも一方の締結面は突起側締結面であり、
　当該突起側締結面には、所定ピッチで所定サイズの複数の係合用突起が、フォトエッチング加工により、一体形成され、
　前記突起側締結面の硬度は、他方の前記締結面の硬度と同一あるいはそれ以上の硬度とされており、
　前記可撓性外歯歯車の前記ボス側締結面を、前記締結対象の部材の前記部材側締結面に同軸に重ね合わせ、
　締結ボルトを用いて前記ボスと前記締結対象の部材を締結し、
　前記締結ボルトによるボルト軸力によって、前記突起側締結面の前記係合用突起を、他方の前記締結面から所定の食い込み深さまで食い込ませることを特徴としている。
本発明を適用したカップ型の波動歯車減速機の斜視図である。 波動歯車減速機の縦断面図である。 波動歯車減速機の可撓性外歯歯車のボスと負荷側の出力軸の締結部分を示す縦断面図である。 図３の締結部分の構成部品を分解した状態で示す縦断面図である。 （ａ）はボス側締結面の一部を示す部分拡大平面図、（ｂ）は部分拡大断面図、（ｃ）は部分拡大断面図である。 係合用突起のケミカルエッチングにより製造する工程を示す説明図である。 （ａ）は係合用突起の別の例を示す部分拡大断面図、（ｂ）は部分拡大断面図、（ｃ）は部分拡大断面図である。 （ａ）は係合用突起の別の例を示す部分拡大断面図、（ｂ）は部分拡大断面図、（ｃ）は部分拡大断面図である。 （ａ）は円錐突起が鋼材表面に押し込まれた場合の状態を示す説明図であり、（ｂ）は係合用突起がボスに食い込んだ場合の状態を示す説明図である。 頂面の径の異なる係合用突起における食い込み深さと近似摩擦係数の関係を示すグラフである。
　以下に、図面を参照して、本発明を適用したカップ形状の可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置の実施の形態を説明する。なお、本発明は、シルクハット形状の可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置にも適用可能である。
（波動歯車装置）
　図１は波動歯車装置を示す斜視図であり、図２はその縦断面図である。波動歯車装置１は、円環状の剛性内歯歯車２と、剛性内歯歯車２にかみ合い可能なカップ形状の可撓性外歯歯車３と、可撓性外歯歯車３を楕円状に撓めて剛性内歯歯車２に対して部分的にかみ合わせている楕円形輪郭の波動発生器４とを備えている。
　カップ形状の可撓性外歯歯車３は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部５と、この後端縁から内方に延びる円環状のダイヤフラム６と、ダイヤフラム６の内周縁に連続して形成した円環状のボス７と、円筒状胴部５の開口端側の外周面部分に形成した外歯８とを備えている。なお、シルクハット形状の可撓性外歯歯車は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部と、この後端縁から半径方向の外方に延びる円環状のダイヤフラムと、ダイヤフラムの外周縁に連続して形成した円環状のボスと、円筒状胴部の開口端側の外周面部分に形成した外歯とを備えている。
　可撓性外歯歯車３における外歯８が形成された円筒状胴部５の部分の内側に、波動発生器４が嵌め込まれている。波動発生器４によって、円筒状胴部５は楕円状に撓められ、楕円状形状における長軸方向の両端に位置する外歯８の部分が、剛性内歯歯車２の内歯９にかみ合っている。
　波動発生器４は、モーター軸等の回転入力軸（図示せず）が連結固定され、当該回転入力軸によって回転駆動される。波動発生器４が回転すると、両歯車２、３のかみ合い位置が周方向に移動する。この結果、両歯車の歯数差に応じて、両歯車の間に相対回転が発生する。本例では、剛性内歯歯車２が不図示の固定側の部材に固定されており、可撓性外歯歯車３が減速回転出力要素となっている。可撓性外歯歯車３の減速回転が、負荷側の部材（締結対象の部材）に出力される。
　図３は可撓性外歯歯車３と締結対象の出力部材の締結部分を示す縦断面図であり、図４はその構成部品を分解して示す説明図である。可撓性外歯歯車３の円環状のボス７には、負荷側の出力部材１１が締結固定される。締結固定のために、円環状の取付け用フランジ１２および複数本の締結ボルト１３が用いられる。
　出力部材１１の後端部には大径の部材側フランジ１４が形成されており、部材側フランジ１４の円形の後端面は、その中心軸線に直交する部材側締結面１５である。部材側締結面１５は、ボス７の外側端面であるボス側締結面１６に同軸に重ねられる。ボス側締結面１６は装置軸線１ａに直交する端面である。ボス７の内側端面には取付け用フランジ１２が同軸に重ねられる。部材側フランジ１４にはボルト穴が円周方向に一定の間隔で形成され、ボス７および取付け用フランジ１２にはボルト挿通穴が同じく円周方向に一定の間隔で形成されている。これらのボルト穴、ボルト挿通穴が一致する状態に３部材が同軸に重ねられ、取付け用フランジ１２の側から挿入した締結ボルト１３によって、これら３部材が所定のボルト軸力で締結固定されている。
　図５（ａ）～（ｃ）はボス側締結面１６の表面を拡大して示す部分拡大平面図、ｂ－ｂ線で切断した場合の部分拡大断面図、および、ｃ－ｃ線で切断した場合の部分拡大断面図である。
　ボス側締結面１６には、フォトエッチング加工によって、所定ピッチで所定形状の係合用突起２０が一体形成されている。係合用突起２０は一定のピッチでマトリックス状に配列されており、隣接する係合用突起のピッチＰｘ、Ｐｙは共に０．２ｍｍ～０．５ｍｍの範囲内の値である。係合用突起２０の配列形態はマトリックス状の配列形態以外の配列形態であってもよい。
　係合用突起２０のそれぞれは、ボス側締結面１６から垂直に突出している先細り形状の突起である。係合用突起２０の先端は、ボス側締結面１６に平行な平坦な頂面となっている。また、係合用突起２０における、その突出方向に直交する断面形状は円形である。すなわち、本例では、係合用突起２０は、全体として円錐台形状に近似した形状の突起であり、その中心軸線２０ａはボス側締結面１６に垂直である。係合用突起２０の外周面２０ｂは先端に向けて先細りの湾曲面から形成されている。係合用突起２０の頂面２０ｃは中心軸線２０ａに直交する平坦な円形面となっている。
　係合用突起２０における頂面２０ｃの最大径Ｌは０．０１ｍｍ～０．０５ｍｍの範囲内の値である。係合用突起２０の高さＨは、頂面２０ｃの最大径Ｌの１．０倍から１．２倍の範囲内の値である。したがって、高さＨは０．０６ｍｍ以下である。また、係合用突起２０は、１０ｍｍ２当り４０～２５０個の範囲内の値となる密度で形成されている。
　図示の例においては、係合用突起２０の頂面２０ｃの径Ｌが０．０５ｍｍ、高さＨが０．０６５ｍｍ、ピッチＰｘ、Ｐｙが共に０．２ｍｍである。
　また、ボス側締結面１６の表面部分および係合用突起２０の硬度はＨＲＣ４５以上である。可撓性外歯歯車３のブランクとして硬度がＨＲＣ４５以上のものを用いればよい。あるいは、ブランクの硬度がＨＲＣ４５未満の場合には、フォトエッチング加工によって係合用突起２０を形成する前の段階あるいは後の段階において、ボス側締結面１６に対して、熱処理、浸炭処理、窒化処理等の表面処理を施して、ボス側締結面１６の表面部分および係合用突起２０の硬度をＨＲＣ４５以上にしてもよい。可撓性外歯歯車３の素材硬度は一般にＨＲＣ３６～４５の間であり、出力部材１１の素材硬度も同様である。ボス側締結面１６、係合用突起２０の硬度を、締結側の部材側締結面１５の硬度以上にしておくことが望ましい。
　ここで、係合用突起２０の形成は、一般的なフォトエッチング加工によって行うことができる。例えば、図６に示すように、可撓性外歯歯車３に歯切加工を行った後に、そのボス７の外側端面１６Ａを覆う状態にフォトレジスト膜３１を形成する（図６（ａ）、（ｂ））。次に、フォトレジスト膜３１に露光および現像を行ってフォトレジスト膜にマスキングパターンを形成する（図６（ｃ））。この後は、外側端面１６Ａの露出面部分に例えばウエットエッチングを行って、係合用突起２０を形成する（図６（ｄ））。そして、フォトレジスト膜３１のマスキングパターンを剥離除去し、洗浄・乾燥工程等の後処理を行う（図６（ｅ））。これにより、マスキングパターンが円形の場合には略円錐台状の係合用突起２０が、ボス側締結面１６に一体形成される。マスキングパターンが四角形、三角形の場合には、四角錐台状、三角錐台状の係合用突起が形成される。
　図７、図８には係合用突起２０の別の形状を示してある。図７に示す係合用突起２０Ａは全体として略四角錐台の形状をしている。例えば、係合用突起２０Ａの頂面は正四角形であり、その幅Ｌは０．０５ｍｍ、高さＨは０．０６ｍｍ、ピッチＰは０．２ｍｍである。また、図８に示す係合用突起２０Ｂは全体として略三角錐台の形状をしている。例えば、係合用突起２０Ｂの頂面は正三角形であり、その正三角形の幅Ｌは０．０６ｍｍである。係合用突起２０Ｂの高さＨは０．０６ｍｍ、ピッチＰは０．２ｍｍである。また、マトリックス状に配列されている係合用突起２０Ｂの一方の列においては、一つ置きに、三角形の向きが反転している。
　この構成の可撓性外歯歯車３のボス７に締結対象の出力部材１１を締結する場合には、ボス側締結面１６を、締結対象の部材側締結面１５に同軸に重ねあわせ、ボス７の反対側に取付け用フランジ１２を重ね合わせる。この状態で、締結ボルト１３を取付けフランジ１２の側から挿入して、出力部材１１、ボス７および取付けフランジ１２の３部材を締結固定する。締結ボルト１３のボルト軸力によって、ボス側締結面１６の係合用突起２０が、締結対象の部材側締結面１５から所定の食い込み深さまで食い込む。係合用突起２０が部材側締結面１５に食い込むことにより、大きな摩擦力が締結面の間に発生する。
　可撓性外歯歯車３と出力部材１１の締結部分において、ボス側締結面１６の係合用突起２０が部材側締結面１５に食い込んだ場合の締結力は、鋼の掘り起しに伴う摩耗に近似できる。図９（ａ）を参照して説明すると、円錐突起が鋼材の締結面に押し込まれた場合を想定する。ｎ個の円錐突起が締結面に接触しているとする。太線矢印で示す進行方向の円錐突起の投影面積（三角形）Ａｔは次式で表される。
Ａｔ＝ｎ・ｒ・ｄ＝ｎ・ｒ・ｒ・ｃｏｔθ＝ｎ・ｒ２・（１／ｔａｎθ）
　但し、ｒ：円錐突起による圧痕の平均半径
　　　　θ：円錐突起の半頂角
　　　　ｄ：深さ
　円錐突起による圧痕面積は次式のように近似できる。
　　円錐突起による圧痕面積≒真実接触面積Ａｒ＝Ｐ／Ｐｍ＝ｎ・πｒ２
　　　　Ｐ：全荷重
　　　　Ｐｍ：真実接触面積の平均面圧
　したがって、Ｆを掘り起し抵抗力（摩擦力）とすると、摩擦係数μは次式で表すことができる。
摩擦係数μ＝Ｆ／Ｐ＝Ａｔ・Ｐｍ／Ａｒ・Ｐｍ＝Ａｔ／Ａｒ
　　　　　＝１／（π・ｔａｎθ）
円錐突起のθが４５ｄｅｇの場合には、μ＝０．３１８３になる。
　図９（ｂ）には、本例の円錐台状の係合用突起２０を部材側締結面１５に食い込ませた場合を示してある。この場合には、次のように各値を近似することができる。
　食い込み深さｘ≒ｄ
　食い込み投影面積ＡＴ≒Ａｔ
　圧痕面積ＡＲ≒Ａｒ
　近似摩擦係数Μ＝ＡＴ／ＡＲ
　ここで、締結部分の伝達トルクは、係合用突起２０を部材側締結面１５に食い込ませた場合における締結面の摩擦係数に大きく影響される。摩擦係数は、上記のように、食い込み投影面積ＡＴおよび圧痕面積ＡＲによって規定できる。すなわち、摩擦係数は、主として、係合用突起２０の形状・サイズ、食い込み深さ、ボス側締結面１６と部材側締結面１５の間の硬度差により決まる。
　したがって、係合用突起２０の形状・サイズ、ボス７の側の硬度および出力部材１１の側の硬度を適切に設定することにより、目標とする摩擦係数の締結面を得ることができる。本例ではフォトエッチング加工によって円錐台状の係合用突起２０が形成される。このような形状の係合用突起２０の頂面の大きさＬ、突起高さＨ、および硬度を上記のように設定することで、大きな摩擦係数を得ることができる。
　また、突起数ｎは、全圧痕面積（ＡＲ×ｎ）による素材のせん断強さで制限される。本例では、ボス７のせん断強さを考慮して、突起数ｎを、１０ｍｍ２当り４０～２５０個の範囲内の値としている。
　さらに、同一のボルト軸力を与えた場合に、係合用突起の食い込み深さｘは突起の頂面の形状により異なる。係合突起の頂面の形状が円形、四角形、三角形の場合には、それ以外が同一条件とすると、三角形の場合が最も食い込み易く、円形の場合が最も食い込みにくい。また、硬度の高い締結面よりも硬度の低い締結面の方が食い込み深さｘが大きくなる。さらに、係合突起の食い込み深さｘは、係合突起の頂面の面積により異なり、面積が小さい方が食い込み易い。同様に、係合突起の頂面の総面積が小さい方が、総面積の大きい場合に比べて、食い込み易い。したがって、ボス側締結面１６の大きさ、必要伝達トルク、加えられるボルト軸力に応じて、係合用突起２０の大きさ、形状（頂面の形状、面積、突起高さ）、係合用突起２０の配列ピッチおよび単位面積当たりの個数、並びに、各部の硬度を適切に設定すればよい。
　図１０は、円錐台形状の係合用突起２０の場合において、円形の頂面の径を変えた場合における食い込み深さ（押し込み深さ）と近似摩擦係数の関係の一例を示すグラフである。係合用突起２０をマトリックス状に配置し、隣接配置された係合用突起２０のピッチＰを０．２ｍｍ～０．５ｍｍとし、係合用突起２０の頂面の最大径Ｌを０．０３ｍｍ、０．０４ｍｍおよび０．０５ｍｍの３種類とし、係合用突起２０の高さを突起の頂面の最大径Ｌの１．０倍から１．２倍とした。
　このグラフから分かるように、係合用突起２０の頂面の最大径Ｌが０．０３ｍｍの場合には、食い込み深さを０．０１ｍｍ～０．０２５ｍｍとすれば近似摩擦係数を０．３５以上にできる。頂面の最大径Ｌが０．０４ｍｍの場合には、食い込み深さを０．０１５ｍｍ～０．０３５ｍｍにすれば近似摩擦係数を０．３５以上にできる。頂面の最大径Ｌが０．０５ｍｍの場合には、食い込み深さを０．０２０ｍｍ～０．０４０ｍｍにすれば近似摩擦係数を０．３５以上にできる。また、０．０３ｍｍ～０．０５ｍｍの場合には、食い込み深さを略０．０１５ｍｍ～０．０２５ｍｍにすれば、近似摩擦係数を略０．３５以上にすることができる。
（その他の実施の形態）
　なお、本発明の可撓性外歯歯車の締結方法では、締結対象の部材の部材側締結面に、係合用突起を形成しておくことも可能である。この場合には、係合用突起が形成されている部材の硬度を他方の部材の硬度以上としておけばよい。また、ボス側締結面および部材側締結面の双方に係合用突起を形成しておくことも可能である。この場合には、双方の部材の硬度を同程度としておけばよい。

Claims (10)

  1. 　締結対象の部材に締結されるボスと、
    　前記ボスに形成され、前記締結対象の部材の部材側締結面に当接するボス側締結面と、
    　前記ボス側締結面に所定ピッチで形成された所定サイズの複数の係合用突起と、
    を有し、
    　前記係合用突起は、前記ボス側締結面にフォトエッチング加工を施すことにより、一体形成された突起であり、
    　前記ボス側締結面および前記係合用突起の硬度はＨＲＣ４５以上であることを特徴とする波動歯車装置の可撓性外歯歯車。
  2. 　前記係合用突起は、前記ボス側締結面から垂直に突出している先細り形状の突起であり、
    　前記係合用突起の先端は、前記ボス側締結面に平行な平坦な頂面となっており、
    　前記係合用突起における、その突出方向に直交する断面形状は、円形、四角形あるいは三角形である請求項１に記載の波動歯車装置の可撓性外歯歯車。
  3. 　隣接配置された前記係合用突起のピッチは０．２ｍｍ～０．５ｍｍであり、
    　前記係合用突起の頂面の最大径あるいは最大幅は０．０１ｍｍ～０．０５ｍｍであり、
    　前記係合用突起の高さは、前記突起の頂面の最大径あるいは最大幅の１．０倍から１．２倍である請求項２に記載の波動歯車装置の可撓性外歯歯車。
  4. 　前記係合用突起は、１０ｍｍ２当り４０～２５０個の密度で配置されている請求項３に記載の波動歯車装置の可撓性外歯歯車。
  5. 　剛性内歯歯車と、
    　前記剛性内歯歯車にかみ合い可能な可撓性外歯歯車と、
    　前記可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて前記剛性内歯歯車に対して部分的にかみ合わせており、回転に伴って両歯車のかみ合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、
    を有し、
    　前記可撓性外歯歯車は、請求項１ないし４のうちのいずれか一つの項に記載の可撓性外歯歯車であることを特徴とする波動歯車装置。
  6. 　波動歯車装置の可撓性外歯歯車を締結対象の部材に締結する可撓性外歯歯車の締結方法であって、
    　請求項１ないし４のうちのいずれか一つの項に記載の前記可撓性外歯歯車の前記ボス側締結面を、前記締結対象の部材の部材側締結面に同軸に重ね合わせ、
    　締結ボルトを用いて前記ボスと前記締結対象の部材を締結し、
    　前記締結ボルトのボルト軸力によって、前記ボス側締結面の前記係合用突起を、前記締結対象の部材に対して前記部材側締結面から所定の食い込み深さまで食い込ませることを特徴とする可撓性外歯歯車の締結方法。
  7. 　波動歯車装置の可撓性外歯歯車を締結対象の部材に締結する可撓性外歯歯車の締結方法であって、
    　前記締結対象の部材には部材側締結面が形成され、
    　前記締結対象の部材を締結するために前記可撓性外歯歯車に設けたボスには、ボス側締結面が形成され、
    　前記部材側締結面および前記ボス側締結面のうちの少なくとも一方の締結面は突起側締結面であり、
    　当該突起側締結面には、所定ピッチで所定サイズの複数の係合用突起が、フォトエッチング加工により、一体形成され、
    　前記突起側締結面の硬度は、他方の前記締結面の硬度と同一あるいはそれ以上の硬度であり、
    　前記可撓性外歯歯車の前記ボス側締結面を、前記締結対象の部材の前記部材側締結面に同軸に重ね合わせ、
    　締結ボルトを用いて前記ボスと前記締結対象の部材を締結し、
    　前記締結ボルトによるボルト軸力によって、前記突起側締結面の前記係合用突起を、他方の前記締結面から所定の食い込み深さまで食い込ませることを特徴とする可撓性外歯歯車の締結方法。
  8. 　前記係合用突起は、前記突起側締結面から垂直に突出している先細り形状の突起であり、
    　前記係合用突起の先端は、前記突起側締結面に平行な平坦な頂面となっており、
    　前記係合用突起における、その突出方向に直交する断面形状は、円形、四角形あるいは三角形である請求項７に記載の可撓性外歯歯車の締結方法。
  9. 　隣接配置された前記係合用突起のピッチは０．２ｍｍ～０．５ｍｍであり、
    　前記係合用突起の頂面の最大径あるいは最大幅は０．０１ｍｍ～０．０５ｍｍであり、
    　前記係合用突起の高さは、前記突起の頂面の最大径あるいは最大幅の１．０倍から１．２倍である請求項８に記載の可撓性外歯歯車の締結方法。
  10. 　前記係合用突起は、１０ｍｍ２当り４０～２５０個の密度で配置されている請求項９に記載の可撓性外歯歯車の締結方法。
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