WO2014181375A1 - 波動歯車装置の波動発生器 - Google Patents

Abstract

　中空型波動歯車装置（１）の波動発生器（３）は、剛性プラグ（１１）とニードルローラーベアリング（１３）を備えている。ニードルローラーベアリング（１３）は、プラグ外周面（１２）に形成した内輪軌道面（３１）と、可撓性の外輪（３２）と、外輪（３２）の内周面に形成した外輪軌道面（３３）と、ニードルローラー（３４）を備えている。プラグ外周面（１２）には内輪軌道溝（３６）が形成され、内輪軌道溝（３６）の溝底面には内輪軌道面（３１）が形成されている。内輪軌道溝（３６）の両側の溝側面には、ニードルローラー（３４）がその中心軸線方向に移動しないように規制する内輪側規制面（４７、４８）が形成されている。波動歯車装置の中空径を大きくするのに適した波動発生器が得られる。

Description

波動歯車装置の波動発生器

　本発明は波動歯車装置の波動発生器に関し、特に、ニードルローラーベアリングを備えた波動発生器に関する。

　波動歯車装置の波動発生器では、一般に、剛性プラグの楕円状外周面に、半径方向に撓み可能な可撓性の内外輪を備えたボールベアリングが装着されている。部品点数の削減、小型・コンパクト化の観点から、剛性プラグの楕円状外周面に直接に内輪軌道面を形成して内輪を省略した波動歯車装置が提案されている。特許文献１には、この構成の波動歯車装置が組み込まれた土木建設機械用ウインチが提案されている。また、特許文献２には、剛性プラグの楕円状外周面に直接に内輪軌道面を形成し、かつ、可撓性外歯歯車の内周面に直接に外輪軌道面を形成して、内外輪を省略した波動歯車装置が提案されている。

　ここで、特許文献１に開示の波動歯車装置は、フラット型波動歯車装置と呼ばれ、歯数の異なる２個の剛性内歯歯車の内側に、円筒状の可撓性外歯歯車が配置され、可撓性外歯歯車の内側に配置した波動発生器によって可撓性外歯歯車が楕円状に撓められて双方の剛性内歯歯車にかみ合っている。

特開平０５－１３２２９２号公報 実開平０３－９９２５７号公報

　フラット型波動歯車装置は、その中心部を装置軸線方向に貫通する中空部を備えた中空型波動歯車装置として用いられる場合がある。このような中空型波動歯車装置には、中心貫通穴が形成された剛性プラグを備えた波動発生器が用いられる。装置の外径寸法を増加させることなく中空部の内径寸法を大きくするためには、剛性プラグに大きな内径の中空貫通穴を形成する必要がある。このためには、ボールベアリングに比べて半径方向の厚さが薄いローラーベアリング、特に、ニードルローラーベアリングを波動発生器に用いることが望ましい。

　本発明の課題は、この点に鑑みて、波動歯車装置の中空径を大きくするのに適した構造の波動発生器、および、当該波動発生器を備えた中空型波動歯車装置を提案することにある。

　上記の課題を解決するために、本発明は、可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせると共に、両歯車のかみ合い位置を円周方向に移動させる波動歯車装置の波動発生器であって、
　剛性プラグ、および、当該剛性プラグの楕円状のプラグ外周面に装着したニードルローラーベアリングを備え、
　前記ニードルローラーベアリングは、前記プラグ外周面に形成した楕円状の内輪軌道面と、半径方向に撓み可能な外輪と、前記外輪の内周面に形成した外輪軌道面と、前記内輪軌道面および前記外輪軌道面の間に転動可能な状態で装着された複数個のニードルローラーとを備え、
　前記プラグ外周面には、その円周方向に延びる内輪軌道溝が形成され、
　前記内輪軌道溝の溝底面には前記内輪軌道面が形成され、
　前記内輪軌道溝の両側の溝側面には、前記ニードルローラーをその軸線方向に移動しないように規制する内輪側規制面が形成されていることを特徴としている。

　本発明の波動歯車装置の波動発生器はニードルローラーベアリングを備え、当該ニードルローラーベアリングの内輪軌道面を剛性プラグの楕円状外周面に直接に形成して内輪を省略してある。したがって、軸受の半径方向の厚みを薄くでき、波動発生器に大きな内径の中空貫通穴を形成できる。よって、本発明の波動発生器を用いれば、大中空径の中空型波動歯車装置を実現可能である。

　また、内輪軌道面を、剛性プラグの楕円状外周面に形成した内輪軌道溝の底面に形成してある。したがって、内側軌道溝の左右の溝側面がニードルローラーの軸線方向への移動を規制する内輪側規制面として機能する。ニードルローラーの軸線方向への移動を規制するために別部材を配置する必要がないので、波動発生器の小型・コンパクト化を図ることができる。

　内輪側規制面（溝側面）は、ニードルローラーの両端部の形状に対応した側面とすればよい。ニードルローラーの両端面がニードルローラー中心軸線に直交する平坦な端面の場合には、内輪側規制面を、溝底面に直交する直交側面とすればよい。ニードルローラーの両端部が軸線方向の外方に向かって先細りの円錐台形状をしている場合には、内輪側規制面を、ニードルローラーの両端部の円錐面に対応する角度で傾斜している傾斜側面とすればよい。

　外輪の内周面に、その円周方向に延びる外輪軌道溝を形成し、外輪軌道溝の溝底面を外輪軌道面としてもよい。この場合には、外輪軌道溝の両側の溝側面を、ニードルローラーをその軸線方向に移動しないように規制する外輪側規制面として用いることができる。

　次に、本発明の中空型波動歯車装置は、
　剛性内歯歯車と、
　前記剛性内歯歯車の内側に配置され、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の内側に配置され、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部分的にかみ合わせると共に、これら両歯車のかみ合い位置を円周方向に移動させる波動発生器と、
　中空軸からなる回転入力軸と、
を有し、
　前記波動発生器は、上記構成のニードルローラーベアリングを備えた波動発生器であり、
　前記波動発生器の前記剛性プラグは、前記回転入力軸の外周面に一体形成されていることを特徴としている。

　本発明の中空型波動歯車装置では、その波動発生器の半径方向の厚さを薄くできるので、その中空部の中空径を大きくすることができる。

　ここで、本発明の中空型波動歯車装置を、剛性内歯歯車として、装置軸線の方向に配置された歯数の異なる第１内歯歯車および第２内歯歯車を備え、可撓性外歯歯車は、半径方向に撓み可能な円筒体と、円筒体の外周面に形成した外歯とを備えたフラット型波動歯車装置とすることができる。

本発明を適用した中空型波動歯車装置を示す縦断面図である。 図１の波動発生器を含む部分を取り出して示す部分断面図である。 図２の波動発生器を示す部分斜視図および部分断面図である。 図２の波動発生器の別の例を示す部分斜視図および部分断面図である。

　以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る中空型波動歯車装置を説明する。

（全体構成）
　図１は本実施の形態に係る中空型波動歯車装置を示す縦断面図である。中空型波動歯車装置１は、中空入力軸２と、中空入力軸２と一体回転する波動発生器３と、可撓性外歯歯車４と、第１剛性内歯歯車５および第２剛性内歯歯車６と、円環状の出力フランジ７とを備えている。中空入力軸２の円形断面の中空部２ａは、中空型波動歯車装置１を装置軸線１ａの方向に貫通して延びている。

　中空入力軸２は、ボールベアリング８を介して、第１剛性内歯歯車５によって回転自在の状態で支持されている。第２剛性内歯歯車６は、クロスローラーベアリング９を介して、第１剛性内歯歯車５によって回転自在の状態で支持されている。なお、波動歯車装置１において、その装置軸線１ａの方向における出力フランジ７の側を回転出力側と呼び、反対側を回転入力側と呼ぶ。

　中空入力軸２の回転入力側の軸端部２ｂには、カップリング等を介して、モーターの出力軸（図示せず）が固定される。中空入力軸２における装置軸線１ａの方向の中程の外周部分に、波動発生器３が配置されている。波動発生器３は、中空入力軸２の外周面部分に一体形成した剛性プラグ１１と、この剛性プラグ１１の楕円状のプラグ外周面１２に装着したニードルローラーベアリング１３とを備えている。

　波動発生器３の外周側には円筒状の可撓性外歯歯車４が配置されている。可撓性外歯歯車４は、半径方向に撓み可能な円筒体４ａと、この円筒体４ａの外周面に形成した外歯４ｂとを備えている。可撓性外歯歯車４の外周側には、装置軸線１ａの方向に、第１剛性内歯歯車５および第２剛性内歯歯車６が同軸状態で隣接配置されている。第１剛性内歯歯車５は回転入力側に配置され、第２剛性内歯歯車６は回転出力側に配置されている。可撓性外歯歯車４は波動発生器３によって楕円状に撓められている。楕円状に撓められた可撓性外歯歯車４の長軸両端の外歯４ｂが、第１、第２剛性内歯歯車５、６の第１内歯５ａおよび第２内歯６ａにそれぞれかみ合っている。

　第１剛性内歯歯車５には、その外周側の部分が、回転入力側および回転出力側にそれぞれ円環状に突出して、入力側円環部５ｂおよび出力側円環部５ｃが形成されている。入力側円環部５ｂと、中空入力軸２における剛性プラグ１１に対して回転入力側の円形外周面部分との間に、ボールベアリング８が装着されている。

　第１剛性内歯歯車５の出力側円環部５ｃにおける円環状端面には、同軸に、クロスローラーベアリング９の外輪９ａが締結固定されている。外輪９ａの内側には、第１剛性内歯歯車５に一体形成された円環状の内輪９ｂが配置されている。外輪９ａおよび内輪９ｂの間には矩形断面の円環状の軌道が形成されており、ここに、複数個のローラー９ｃが転動自在の状態で装着されている。内輪９ｂには、回転出力側に向けて円環状に突出した出力フランジ７が一体形成されている。出力フランジ７には、負荷側の部材（図示せず）が締結固定される。

　中空型波動歯車装置１には、その回転出力側から円筒状カバー２１が取り付けられている。円筒状カバー２１は、クロスローラーベアリング９の外輪９ａおよび第１剛性内歯歯車５を覆っている。円筒状カバー２１の回転出力側の端部の内側にはオイルシール２２が装着され、クロスローラーベアリング９の回転出力側の端面をシールしている。また、第１剛性内歯歯車５の入力側円環部５ｂの回転入力側の端面には、円環状の外輪止め２３が締結固定されている。中空入力軸２の軸端部２ｂの外周には、円環状の内輪止め２４が取り付けられている。

　この構成の中空型波動歯車装置１において、第１剛性内歯歯車５の歯数は、第２剛性内歯歯車６の歯数よりも２ｎ枚多い（ｎは正の整数）。一般的には２枚多い。第２剛性内歯歯車６の歯数と可撓性外歯歯車４の歯数は同一である。第１剛性内歯歯車５は回転しないように固定側の部材（図示せず）に固定される。モーター等によって波動発生器３を高速回転すると、外歯４ｂと第１、第２内歯５ａ、６ａとのかみ合い位置が円周方向に移動する。この結果、第１剛性内歯歯車５と可撓性外歯歯車４の歯数差に応じて減速された回転速度で可撓性外歯歯車４が回転する。可撓性外歯歯車４と同一歯数の第２剛性内歯歯車６は当該可撓性外歯歯車４と一体回転する。したがって、出力フランジ７から減速回転が負荷側の部材に出力される。

（波動発生器）
　図２は中空型波動歯車装置１の波動発生器３を含む部分を取り出して示す部分断面図である。図３（ａ）および（ｂ）は、波動発生器３を示す部分斜視図および部分断面図である。これらの図に示すように、波動発生器３は、剛性プラグ１１と、剛性プラグ１１の楕円状のプラグ外周面１２に装着したニードルローラーベアリング１３とを備えている。ニードルローラーベアリング１３は、楕円状のプラグ外周面１２に形成した楕円状の内輪軌道面３１と、半径方向に撓み可能な外輪３２と、外輪３２の内周面に形成した外輪軌道面３３と、内輪軌道面３１および外輪軌道面３３の間に装着された複数個のニードルローラー３４とを備えている。ニードルローラー３４は、円筒状のリテーナー３５によって円周方向において一定の間隔で転動自在の状態に保持されている。

　剛性プラグ１１の楕円状のプラグ外周面１２には、その円周方向に延びる一定幅で一定深さの内輪軌道溝３６が形成されている。内輪軌道溝３６の溝底面に内輪軌道面３１が形成されている。内輪軌道溝３６の両側の溝側面は、ニードルローラー３４が、その中心軸線方向に移動しないように規制する内輪側規制面３７、３８として機能する。本例では、ニードルローラー３４の両端面は、ローラー中心軸線に直交する直交端面である。これに対応させて、内輪軌道溝３６の両側の内輪側規制面３７、３８は、内輪軌道面３１に直交する直交側面となっている。

　外輪３２の内周面にも外輪軌道溝を形成し、当該外輪軌道溝の底面を外輪軌道面としてもよい。この場合には、外輪軌道溝の両側の溝側面を、ニードルローラー３４が、その中心軸線方向に移動しないように規制する外輪側規制面として利用することができる。

　図４（ａ）および（ｂ）は、ニードルローラーベアリング１３の別の例を示す部分斜視図および部分断面図である。図示のニードルローラーベアリング１３Ａは、楕円状のプラグ外周面１２に形成した楕円状の内輪軌道面４１と、半径方向に撓み可能な外輪４２と、外輪４２の内周面に形成した外輪軌道面４３と、内輪軌道面４１および外輪軌道面４３の間に転動可能な状態で装着された複数個のニードルローラー４４とを備えている。

　剛性プラグ１１の楕円状のプラグ外周面１２には、その円周方向に延びる一定幅で一定深さの内輪軌道溝４６が形成されている。内輪軌道溝４６の溝底面に内輪軌道面４１が形成されている。内輪軌道溝４６の両側の溝側面は、ニードルローラー４４が、その中心軸線方向に移動しないように規制する内輪側規制面４７、４８として機能する。ニードルローラー３４の両端面は、外方に向けて先細りの円錐台形状をしている。これに対応させて、内輪軌道溝４６の両側の内輪側規制面４７、４８は、内輪軌道面４１に直交する面に対して９０度未満の角度で外方に傾斜した傾斜側面となっている。

　外輪４２の内周面には、その円周方向に延びる一定幅で一定深さの外輪軌道溝５６が形成されている。外輪軌道溝５６の溝底面に外輪軌道面４３が形成されている。外輪軌道溝５６の両側の溝側面は、ニードルローラー４４がその中心軸線方向に移動しないように規制する外輪側規制面５７、５８として機能する。外輪側規制面５７、５８は、ニードルローラー４４の両端部の円錐面に対応する角度で傾斜した傾斜側面となっている。

　上記の例は、本発明をフラット型波動歯車装置の波動発生器に適用したものである。本発明は、カップ型波動歯車装置あるいはシルクハット型波動歯車装置の波動発生器に対しても同様に適用可能である。

Claims (5)

1. 　可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせると共に、両歯車のかみ合い位置を円周方向に移動させる波動歯車装置の波動発生器であって、
   　楕円形輪郭の剛性プラグと、前記剛性プラグの楕円状のプラグ外周面に装着したニードルローラーベアリングとを備え、
   　前記ニードルローラーベアリングは、前記プラグ外周面に形成した楕円状の内輪軌道面と、半径方向に撓み可能な外輪と、前記外輪の内周面に形成した外輪軌道面と、前記内輪軌道面および前記外輪軌道面の間に転動可能な状態で装着された複数個のニードルローラーとを備え、
   　前記プラグ外周面には、その円周方向に延びる内輪軌道溝が形成され、
   　前記内輪軌道溝の溝底面には前記内輪軌道面が形成され、
   　前記内輪軌道溝の両側の溝側面には、前記ニードルローラーがその軸線方向に移動しないように規制する内輪側規制面が形成されていることを特徴とする波動歯車装置の波動発生器。
2. 　前記溝側面は、前記溝底面に直交する直交側面、あるいは、前記溝底面に直交する面に対して９０度未満の角度だけ傾斜した傾斜側面である請求項１に記載の波動歯車装置の波動発生器。
3. 　前記外輪の内周面には、その円周方向に延びる外輪軌道溝が形成され、
   　前記外輪軌道溝の溝底面には前記内輪軌道面が形成され、
   　前記外輪軌道溝の両側の溝側面には、前記ニードルローラーがその軸線方向に移動しないように規制する外輪側規制面が形成されている請求項１または２に記載の波動歯車装置の波動発生器。
4. 　剛性内歯歯車と、
   　前記剛性内歯歯車の内側に配置され、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の内側に配置され、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部分的にかみ合わせると共に、これら両歯車のかみ合い位置を円周方向に移動させる波動発生器と、
   　中空軸からなる回転入力軸と、
   を有し、
   　前記波動発生器は、請求項１ないし３のうちのいずれか一つの項に記載の波動発生器であり、
   　前記波動発生器の前記剛性プラグは、前記回転入力軸の外周面に一体形成されていることを特徴とする中空型波動歯車装置。
5. 　前記剛性内歯歯車として、装置軸線の方向に配置された歯数の異なる第１内歯歯車および第２内歯歯車を備え、
   　前記可撓性外歯歯車は、半径方向に撓み可能な円筒体と、前記円筒体の外周面に形成した外歯とを備えている請求項４に記載の中空型波動歯車装置。

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