WO2016135933A1 - 波動歯車装置 - Google Patents

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小林　優
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株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ
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    • F16H55/02—Toothed members; Worms
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    • F16H55/17—Toothed wheels
    • F16H2055/176—Ring gears with inner teeth

Definitions

  • the present invention relates to a wave gear device having no meshing play.
  • the flexible external gear is bent into a non-circular shape, for example, an ellipse, by the wave generator, and partially meshes with the rigid internal gear.
  • the meshing of the internal gear and the external gear is in a state where the meshing PCD of both gears overlaps (meshing in an overlapped state)
  • the starting torque, the tooth surface load suddenly increase, etc.
  • the performance of the wave gear device is greatly reduced, and the assembly of both gears becomes difficult. Therefore, the meshing of both gears in the wave gear device is designed so that the meshing PCD of both gears is in an underlap state with a slight separation.
  • Patent Document 1 proposes a speed reducer that can reduce backlash.
  • the backlash is reduced by assembling the externally deformable external teeth with the preload applied and engaging the internal teeth.
  • Another object of the present invention is to provide a wave gear that uses elastically deformable external teeth, and can suppress or eliminate tooth meshing play without causing sudden increase in starting torque, tooth surface load, difficulty in assembly, etc. To provide an apparatus.
  • the external teeth of the flexible external gear can be elastically deformed in the direction in which the tooth thickness increases or decreases
  • the engagement between the internal teeth and the external teeth is an overlap state in which the external teeth are elastically deformed and engaged in a state without a gap
  • the tooth profile of the internal teeth is in the state of engagement in the overlap state.
  • the tooth profile is modified so that interference does not occur between the tooth tip portion of the inner tooth and the tooth root portion of the outer tooth.
  • the externally deformable external teeth mesh with the internal teeth in an overlapping state. That is, a transition tooth profile obtained by shifting the internal tooth profile or the external tooth profile in the positive direction is set, and the engagement of both teeth is set in an overlapping state.
  • the deflection amount of the external gear by the wave generator to a deflection amount that is larger than the standard deflection amount where the overlap amount is zero.
  • the external teeth can be elastically deformed in the direction in which the thickness of the external teeth increases or decreases, and thus the external teeth move along the tooth surfaces of the internal teeth while elastically deforming.
  • the root portion connected to the root rim of the externally deformable external tooth does not substantially elastically deform in the tooth thickness direction, and may interfere with the tooth tip portion of the internal tooth. Since the tooth profile of the internal teeth is modified so that no interference occurs between these parts, a smooth meshing of both teeth can be formed.
  • the meshing of the overlapping state between the internal teeth and the external teeth is formed by performing a shift on the internal tooth profile or the external tooth profile.
  • the amount of bending of the external gear is increased to form an overlapped mesh, it is necessary to reduce the effective tooth height of the external tooth in order to avoid meshing interference. As a result, the load torque capacity of the wave gear device is reduced. Therefore, the engagement of the overlap state is formed by the dislocation of the external teeth or the internal teeth, so that interference does not occur between the tip portion of the internal teeth and the root portion of the external teeth at the time of the overlap state engagement. It is desirable to modify the tooth profile of the internal teeth.
  • the external teeth are formed such that the amount of elastic deformation gradually decreases from the tip of the external teeth toward the base of the teeth.
  • the external teeth are largely elastically deformed in the tooth thickness direction on the tooth tip side, and hardly elastically deformed on the tooth base side.
  • the outer teeth are formed with slits that extend from the tooth root side to the tooth tip side and open to the tooth tip surface with the tooth center line as the center line.
  • the width of the slot is preferably 15% to 40% of the tooth thickness of the external teeth.
  • the maximum depth of the slit groove is a depth to the root circle of the external gear.
  • the groove bottom surface of the slit groove is defined by an arcuate concave surface.
  • the groove width of the slit groove can be constant from the groove bottom surface to the tooth tip surface. Instead, the groove width of the slit groove may gradually increase from the groove bottom surface toward the tooth tip surface.
  • the shape of the tooth surface portion involved in the meshing in the modified tooth profile adopted as the internal tooth profile can be set as follows. That is, the tooth profile of the internal teeth that can mesh with the external teeth in the state of no overlap is a basic tooth profile, and the overlap amount when the external teeth mesh with the internal teeth is a set overlap amount, and the basic tooth profile On the other hand, the tooth profile obtained by moving the basic tooth profile by a distance of 1 ⁇ 2 of the set overlap amount along the tooth crest center line in a direction approaching the external tooth is a translation tooth profile.
  • the portion of the tooth surface tooth profile curve that defines the tooth surface that is involved in the meshing in the basic tooth profile hits the end of the translation tooth profile on the tooth base side with the end of the tooth tip side of the tooth surface tooth profile curve as the center.
  • a curve obtained by rotating to a position is defined as a rotating tooth surface tooth profile curve.
  • An effective meshing tooth profile surface involved in meshing in the modified tooth profile is defined by the rotating tooth profile tooth profile curve.
  • the present invention can be applied to a flat wave gear device having a cylindrical external gear that is not preloaded. Moreover, it is applicable also to other wave gear apparatuses, such as a cup type and a top hat type.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view, a schematic vertical cross-sectional view, a partially enlarged cross-sectional view, and an explanatory view showing a meshing state of teeth of a flat type wave gear device to which the present invention is applied.
  • It is explanatory drawing which shows the meshing state of the external tooth and internal tooth provided with the standard tooth profile, and explanatory drawing which shows two examples of the meshing state of the tooth of an overlap state.
  • explanatory drawing which shows the displacement tooth profile of an internal tooth
  • explanatory drawing which shows the method of a tooth profile correction
  • explanatory drawing which shows an example of a correction tooth profile
  • explanatory drawing which shows the meshing state of the tooth profile of an external tooth, and the correction tooth profile of an internal tooth
  • FIG. 1A is a schematic transverse sectional view showing a flat wave gear device according to an embodiment
  • FIG. 1B is a longitudinal sectional view thereof
  • FIG. 1C is a partially enlarged sectional view thereof
  • FIG. 1 (d) is an explanatory view showing the meshing state of teeth at the position of the elliptical long axis.
  • the wave gear device 1 includes a first internal gear 2 and a second internal gear 3 as rigid internal gears.
  • the first and second internal gears 2 and 3 are coaxially arranged in parallel, and a cylindrical flexible external gear 4 is arranged inside them.
  • a wave generator 5 having an elliptical contour is fitted inside the external gear 4.
  • the external gear 4 is bent elliptically by the wave generator 5, and the external teeth 6 are the internal teeth 7 of the first internal gear 2 and the second internal gear 3 at both end portions of the elliptical long axis L ⁇ b> 1. It meshes with both of the internal teeth 8 of the.
  • the number of teeth of the first internal gear 2 is 2n more (n is a positive integer) than the number of teeth of the second internal gear 3, and the number of teeth of the external gear 4 is that of the second internal gear 3. It is the same as the number of teeth.
  • the external teeth 6 mesh with the internal teeth 8 as shown in FIG.
  • the external teeth 6 of the external gear 4 are formed with slits 9 and can be elastically deformed in the direction in which the tooth thickness increases or decreases. Further, the engagement between the external teeth 6 and the internal teeth 7 and 8 of the first and second internal gears 2 and 3 is set to be in an overlapping state. In FIG. 1A, the slot 9 is omitted and the external teeth 6 are shown.
  • modified tooth forms 7C and 8C obtained by modifying the basic tooth form that can mesh with the tooth form 6A of the external tooth 6 are employed as the tooth forms of the internal teeth 7 and 8.
  • the modified tooth profiles 7C and 8C By using the modified tooth profiles 7C and 8C, the overlap between the outer teeth 6 and the inner teeth 7 and 8 is realized, and the tip portion of the inner teeth 7 and 8 and the outer teeth at the time of the engagement are realized. Interference does not occur with the tooth base portion of 6. Below, the external tooth 6 and the one internal tooth 8 are demonstrated.
  • FIGS. 2 (a) and 2 (c) are explanatory views showing the engagement of both teeth 6 and 8, respectively. .
  • a dislocation tooth profile 8 ⁇ / b> B in which the basic tooth profile 8 ⁇ / b> A is displaced in the positive direction according to the overlap amount h is adopted as the tooth profile of the internal teeth 8.
  • the deepest position of the engagement of the tooth profile 6 ⁇ / b> A of the external tooth 6 is a position closer to the root side of the internal tooth 8.
  • a dislocation tooth profile may be used as the tooth profile of the external tooth 6 instead of the internal tooth 8.
  • the tooth profile 6A of the external tooth 6 interferes with the tooth surface of the dislocation tooth profile 8B of the internal tooth 8 from the position closest to the deepest position according to the overlap amount.
  • a portion surrounded by a one-dot chain line indicates the interference region 10.
  • the amount of deflection of the external gear 4 by the wave generator 5 is made larger than the amount of deflection with which the standard meshing shown in FIG. Engagement can also be formed. Also in this case, interference occurs between the tooth forms 6A and 8A of both teeth 6 and 8 as in the case of FIG. As a result, problems such as a sudden increase in the starting torque of the wave gear device 1 and the difficulty in assembling both gears occur.
  • the external teeth 6 are elastically deformed in the tooth thickness direction so that the tooth profile 6A of the external teeth 6 can move smoothly without gaps along the tooth profile of the internal teeth 8, for example, the tooth profile of the dislocation tooth profile 8B.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing the external teeth 6 that can be elastically deformed.
  • the external teeth 6 can be elastically deformed in a direction (circumferential direction) in which the tooth thickness decreases when the teeth are engaged in an overlapped state.
  • the amount of elastic deformation of the tooth tip portion 6a is large, and the structure becomes smaller as it approaches the tooth root portion 6b. Therefore, in this example, a slit 9 is formed in the external tooth 6.
  • the external tooth 6 has a slit 9 extending from the tooth root side to the tooth tip side and opening to the tooth tip surface 6d with the tooth peak center line 6c as the center line when viewed from the tooth width direction. Is formed.
  • the external teeth 6 are separated from the tooth base side into left and right external tooth portions 61 and 62 by the slit groove 9. These outer tooth portions 61 and 62 can be elastically deformed in a direction in which the tooth tip side portion approaches the tooth thickness direction (circumferential direction) according to the overlap amount when meshing with the inner teeth 8. Therefore, at the time of meshing with the internal teeth 8, the external tooth portions 61, 62 on the meshing side are pushed by the tooth surfaces of the internal teeth 8 and move along the tooth surfaces of the internal teeth 8 while being elastically deformed.
  • the groove shape of the slot 9 is appropriately set based on the relationship between the amount of elastic deformation from the tooth root of the external tooth 6 to the tooth tip and the deformation force, the tooth surface contact force by the load torque, the spring constant, etc. Desirable shapes are desirable. If the groove width W is wider, the external teeth 6 are more easily elastically deformed. However, if the groove width W is too large, the spring constant and ratcheting torque are significantly reduced. From such a viewpoint, it is desirable that the groove width W of the slit groove 9 is 15% to 40% of the tooth thickness S of the external teeth 6.
  • the groove width W exceeds 40% of the tooth thickness S, the spring constant and the ratcheting torque are significantly reduced, which is not preferable.
  • the groove width W is less than 15% of the tooth thickness S, the elastic deformation force of the external teeth 6 increases, leading to an increase in starting torque and a decrease in efficiency.
  • the groove width W is constant throughout, as shown by an imaginary line in FIG. 3, the groove opening 9 b opened from the groove bottom surface 9 a of the slot 9 to the tooth tip surface 6 d of the external tooth 6. It may gradually spread toward you.
  • the groove depth D of the slit groove 9 is desirably up to the root circle Cdf of the external gear 4 at the maximum in order to prevent the fatigue strength of the external gear 4 from being lowered. Further, it is desirable that the groove bottom surface 9a be an arc-shaped concave surface in order to alleviate external stress concentration.
  • the groove depth D of the slot 9 is the depth to the root circle Cdf of the external gear. It is also possible to make the groove depth D shallower than this.
  • the bottom surface 9a of the slot 9 is defined by a semicircular concave surface.
  • the tooth profile 6 ⁇ / b> A of the external teeth 6 moves along the tooth surface of the dislocation tooth profile 8 ⁇ / b> B of the internal teeth 8 without a gap when meshing in an overlapped state.
  • the elastically deformable external teeth 6 are employed, in the overlapping state, as shown in FIG. 4, at the deepest engagement position of the external teeth 6 or at the front and back thereof, the root portion of the external teeth 6
  • the interference that occurs between 6b and the tip 8a of the internal tooth 8 cannot be eliminated.
  • the interference region 11 is surrounded by a one-dot chain line.
  • the internal tooth 8 of this example uses a modified tooth profile 8C obtained by correcting the tooth profile of the dislocation tooth profile 8B as the tooth profile of the internal tooth 8 in order to eliminate such interference at the time of meshing.
  • FIG. 5 (a) is an explanatory diagram showing a dislocation tooth profile 8B of the internal tooth 8
  • FIG. 5 (b) is an explanatory diagram showing a method for correcting a tooth profile
  • FIG. 5 (c) is an explanatory diagram showing a modified tooth profile 8C
  • FIG. 5 (d) is an explanatory view showing a meshing state between the modified tooth profile 8 ⁇ / b> C and the tooth profile 6 ⁇ / b> A of the external tooth 6.
  • the tooth profile 6A of the external tooth 6 and the basic tooth profile 8A of the internal tooth 8 are designed, and the design overlap amount considering the elastic deformation of the external tooth 6 is set.
  • FIG. 5 (a) with respect to the basic tooth profile 8A of the inner tooth 8, in the direction of approaching the tooth profile 6A of the outer tooth 6 along the tooth center line by 1/2 of the overlap amount h.
  • a parallel displacement tooth profile (dislocation tooth profile) 8B of the basic tooth profile 8A is drawn at a distant position.
  • the portion of the tooth surface tooth profile curve 81 defining the tooth surface involved in the meshing in the basic tooth profile 8A is the end point a on the tooth tip side of the tooth surface tooth profile curve 81. Is rotated to a position corresponding to the end point b on the tooth base side of the translation tooth 8B.
  • the rotating tooth surface tooth profile curve obtained after the rotation is smoothly extended until it intersects the tooth tip surface of the basic tooth profile 8A, and the point intersecting with the tooth tip surface is defined as an intersection point c.
  • an effective meshing tooth profile surface 82 involved in meshing in the modified tooth profile 8C is defined.
  • the correction tooth profile 8C of the internal tooth 8 is defined by the correction effective meshing tooth profile surface 82 thus obtained, a predetermined tooth tip surface 83, and a predetermined tooth bottom surface 84.
  • interference does not occur in the overlapping state of the internal teeth 8 provided with the modified tooth profile 8C formed in this way and the external teeth 6 provided with the tooth profile 6A.
  • the internal teeth 7 of the other first internal gear 2 are also defined by a modified tooth profile, like the internal teeth 8.
  • the external gear 4 is engaged with the internal gears 2 and 3 in an overlapping state. Further, external teeth that can be elastically deformed in a direction in which the tooth thickness decreases are used as the external teeth 6 of the external gear 4. Further, as the internal teeth 7 and 8 of the internal gears 2 and 3, a correction tooth profile 7 ⁇ / b> C that has been corrected in consideration of the elastic deformation of the external teeth 6 due to the set overlap amount is used.
  • the meshing in the overlap state is formed by applying dislocations to the tooth profile of the internal teeth.
  • the meshing of the overlapped state is formed by increasing the amount of bending of the external gear by the wave generator, it is necessary to reduce the effective tooth height of the external tooth profile in order to avoid tooth meshing interference. is there. As a result, the load torque capacity of the wave gear device is reduced, which may be undesirable.
  • dislocation is applied to the tooth profile to form an overlapped mesh, it is preferable because the meshing interference can be avoided without reducing the effective tooth length of the external tooth profile.

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Abstract

　波動歯車装置（１）では、可撓性の外歯歯車（４）の外歯（６）は、その歯厚が減少する方向に弾性変形可能である。剛性の第１、第２内歯歯車（２、３）の内歯（７、８）と外歯（６）との間のかみ合いは、外歯（６）が弾性変形して間隙の無い状態でかみ合うオーバーラップ状態のかみ合いに設定してある。内歯（７、８）の歯形は、オーバーラップ状態のかみ合い時における内歯（７、８）の歯先部分と外歯（６）の歯元部分との間に干渉が生じないように修正された修正歯形（７Ｃ、８Ｃ）である。歯のかみ合いガタを抑制あるいは無くすことができる波動歯車装置を実現できる。

Description

波動歯車装置
　本発明は、かみ合いガタの無い波動歯車装置に関する。
　波動歯車装置においては、波動発生器によって可撓性の外歯歯車が非円形、例えば楕円状に撓められて、剛性の内歯歯車に対して部分的にかみ合う。内歯歯車と外歯歯車のかみ合いが、両歯車のかみ合いＰＣＤがオーバーラップする状態（オーバーラップ状態のかみ合い）になると、歯のかみ合い干渉に起因して、起動トルク、歯面荷重の急上昇などが起こり、波動歯車装置の性能が大きく低下し、両歯車の組み付けも困難になる。したがって、波動歯車装置における両歯車のかみ合いは、両歯車のかみ合いＰＣＤが僅かに離れたアンダーラップ状態となるように設計されている。
　このアンダーラップ設計では、当然、楕円形状に撓められた外歯歯車の長軸付近においてかみ合う両歯車の歯の間に隙間が生じ、これが、歯のガタとして現れる。カップ型の波動歯車装置では、外歯歯車がカップ形状をしているので、長軸付近の歯かみ合い部における歯幅方向の開口側にプリロ－ドが作用し、これが、かみ合いガタの発生をある程度は抑制している。これに対して、プリロードが掛からないフラット型の波動歯車装置における歯のかみ合いガタは、カップ型の波動歯車装置に比べ大きくなってしまう。
　特許文献１には、バックラッシを低減できる減速機が提案されている。当該減速機では、弾性変形可能な外歯を、予圧を掛けた状態で組み付けて内歯にかみ合わせることで、バックラッシを低減している。
特開２０１２－２１９９０８号公報
　ここで、アンダーラップ状態のかみ合いが形成される波動歯車装置に、特許文献１に記載されている弾性変形可能な外歯を用いて、歯のかみ合いのガタを無くすことが考えられる。しかしながら、外歯に予圧あるいは負荷を掛けて弾性変形させた状態で内歯にかみ合わせないと、かみ合いガタを無くすことができない。例えば、無負荷運転時には、外歯は弾性変形しないので、かみ合いガタを無くすことができない。
　本発明の課題は、弾性変形可能な外歯を用いて、予圧あるいは負荷の無い状態においても、歯のかみ合いガタを抑制あるいは無くすことのできる波動歯車装置を提供することにある。
　また、本発明の課題は、弾性変形可能な外歯を用いて、起動トルク・歯面荷重の急上昇、組み付けの困難さ等を伴うことなく、歯のかみ合いガタを抑制あるいは無くすことのできる波動歯車装置を提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明の波動歯車装置においては、可撓性の外歯歯車の外歯は、その歯厚が増減する方向に弾性変形可能であり、剛性の内歯歯車の内歯と前記外歯との間のかみ合いは、前記外歯が弾性変形して間隙の無い状態でかみ合うオーバーラップ状態のかみ合いであり、前記内歯の歯形は、前記オーバーラップ状態のかみ合い時における前記内歯の歯先部分と前記外歯の歯元部分との間に干渉が生じないように修正された歯形であることを特徴としている。
　本発明では、弾性変形可能な外歯が内歯とオーバーラップ状態でかみ合う。すなわち、内歯歯形あるいは外歯歯形を正方向に転位させた転移歯形とし、両歯のかみ合いをオーバーラップ状態に設定している。この代わりに、波動発生器による外歯歯車の撓み量を、オーバーラップ量が零の標準の撓み量よりも多い撓み量に設定することも可能な場合がある。外歯と内歯のオーバーラップ状態のかみ合いにおいては、外歯がその歯厚が増減する方向に弾性変形可能であるので、外歯は弾性変形しながら内歯の歯面に沿って移動する。
　よって、予圧あるいは負荷の無い状態においても、歯のかみ合いのガタツキを抑制あるいは無くすことができる。また、外歯の弾性変形によって、オーバーラップ状態のかみ合いでも、起動トルク等の急上昇が起きず、組み付けの困難さも解消される。さらに、弾性変形可能な外歯における歯底リムに繋がっている歯元部分は、実質的に歯厚方向には弾性変形せず、内歯の歯先部分に干渉するおそれがある。これらの部位の間に干渉が生じないように内歯の歯形には修正が施されているので、両歯の円滑なかみ合いを形成できる。
　本発明において、内歯と外歯の間のオーバーラップ状態のかみ合いは、内歯の歯形あるいは外歯の歯形に転位を施すことによって形成されていることが望ましい。
　外歯歯車の撓み量を大きくしてオーバーラップ状態のかみ合いを形成した場合には、かみ合い干渉を回避するために外歯の有効歯丈を小さくする必要がある。この結果、波動歯車装置の負荷トルク容量が低下してしまう。よって、外歯あるいは内歯の転位によってオーバーラップ状態のかみ合いを形成し、オーバーラップ状態のかみ合い時における内歯の歯先部分と外歯の歯元部分との間に干渉が生じないように、内歯の歯形を修正することが望ましい。
　本発明において、外歯は、当該外歯の歯先から歯元に向かって弾性変形量が漸減するように形成されている。これにより、外歯は、歯先側において大きく歯厚方向に弾性変形し、歯元側では殆ど弾性変形しない。
　例えば、外歯には、歯幅方向から見た場合に、歯山中心線を中心線として歯元側から歯先側に延びて歯先面に開口するすり割り溝が形成されている。この場合、すり割り溝の幅は、外歯の歯厚の１５％から４０％であることが望ましい。また、すり割り溝の最大深さは、外歯歯車の歯底円までの深さとすることが望ましい。さらに、すり割り溝の溝底面は、円弧状の凹面によって規定されていることが望ましい。すり割り溝の溝幅は、溝底面から歯先面まで一定とすることができる。この代わりに、すり割り溝の溝幅は、溝底面から歯先面に向かって徐々に広がっていてもよい。
　本発明において、内歯歯形として採用する修正歯形におけるかみ合いに関与する歯面の部分の形状は、次のように設定することができる。すなわち、オーバーラップ無しの状態で前記外歯にかみ合い可能な前記内歯の歯形を基本歯形とし、前記外歯と前記内歯のかみ合い時のオーバーラップ量を設定オーバーラップ量とし、前記基本歯形に対して、当該基本歯形を前記設定オーバーラップ量の１／２だけ、歯山中心線に沿って、前記外歯に接近する方向に離れた位置に移動して得られる歯形を平行移動歯形とし、前記基本歯形におけるかみ合いに関与する歯面を規定している歯面歯形曲線の部分を、当該歯面歯形曲線における歯先側の端を中心に、前記平行移動歯形の歯元側の端に当る位置まで回転して得られる曲線を回転歯面歯形曲線とする。前記修正歯形におけるかみ合いに関与する有効かみ合い歯形面を、前記回転歯面歯形曲線によって規定する。
　本発明は、プリロードが掛からない円筒形状の外歯歯車を備えたフラット型の波動歯車装置に適用することができる。また、カップ型、シルクハット型などのその他の波動歯車装置にも適用可能である。
本発明を適用したフラット型の波動歯車装置の概略横断面図、概略縦断面図、部分拡大断面図、および、歯のかみ合い状態を示す説明図である。 標準の歯形を備えた外歯と内歯のかみ合い状態を示す説明図、および、オーバーラップ状態の歯のかみ合い状態の二例を示す説明図である。 弾性変形可能な外歯を示す説明図である。 外歯の歯元部と内歯の歯先部との間に生じる干渉を示す説明図である。 内歯の転位歯形を示す説明図、歯形修正の方法を示す説明図、修正歯形の一例を示す説明図、および、外歯の歯形と内歯の修正歯形とのかみ合い状態を示す説明図である。
　以下に、図面を参照して本発明を適用した波動歯車装置の実施の形態を説明する。
　図１（ａ）は実施の形態に係るフラット型の波動歯車装置を示す概略横断面図であり、図１（ｂ）はその縦断面図であり、図１（ｃ）はその部分拡大断面図であり、図１（ｄ）は楕円形状の長軸の位置における歯のかみ合い状態を示す説明図である。
　波動歯車装置１は、図１（ａ）～（ｃ）に示すように、剛性の内歯歯車として第１内歯歯車２および第２内歯歯車３を備えている。第１、第２内歯歯車２、３は同軸に並列配置され、これらの内側には、円筒形状の可撓性の外歯歯車４が配置されている。外歯歯車４の内側には楕円状輪郭の波動発生器５が嵌め込まれている。波動発生器５によって、外歯歯車４は楕円状に撓められ、楕円形状の長軸Ｌ１の両端部分において、外歯６が第１内歯歯車２の内歯７および第２内歯歯車３の内歯８の双方にかみ合っている。例えば、第１内歯歯車２の歯数は、第２内歯歯車３の歯数よりも２ｎ枚（ｎは正の整数）多く、外歯歯車４の歯数は第２内歯歯車３の歯数と同一である。
　外歯歯車４の楕円形状の長軸Ｌ１の位置において、図１（ｄ）に示すように、外歯６は内歯８にかみ合う。外歯歯車４の外歯６は、すり割り溝９が形成され、その歯厚が増減する方向に弾性変形可能である。また、外歯６と、第１、第２内歯歯車２、３の内歯７、８との間のかみ合いはオーバーラップ状態のかみ合いに設定されている。なお、図１（ａ）においては、すり割り溝９を省略して外歯６を示してある。
　例えば、外歯６が最深かみ合い位置（長軸Ｌ１上の位置）に移動するのに伴って、図１（ｄ）において実線６（１）、一点鎖線６（２）および二点鎖線６（３）で示すように、外歯６は、歯厚が減少する方向に弾性変形しながら、間隙の無い状態で内歯８の歯面に沿って移動する。さらに、後述するように、内歯７、８の歯形として、外歯６の歯形６Ａにかみ合い可能な基本歯形に修正を施した修正歯形７Ｃ、８Ｃを採用している。修正歯形７Ｃ、８Ｃを用いることにより、外歯６と内歯７、８との間に、オーバーラップ状態のかみ合いを実現し、また、かみ合い時における内歯７、８の歯先部分と外歯６の歯元部分との間に干渉が生じないようにしている。以下に、外歯６と一方の内歯８について説明する。
　図２（ａ）は両歯６、８の標準のかみ合いを示す説明図であり、図２（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ両歯６、８のオーバーラップ状態のかみ合いを示す説明図である。
　両歯車３、４のかみ合いピッチ円直径（ＰＣＤ）を一致させたラップ量が零のかみ合い状態では、内歯８に対する外歯６の最深かみ合い位置において内歯８と外歯６は間隙なくかみ合う。通常は、両歯車３、４は、図２（ａ）に示すように、僅かに隙間が形成されるアンダーラップ状態のかみ合いとされる。内歯８の歯形（基本歯形）８Ａおよび外歯６の歯形６Ａは干渉なくかみ合う。
　内歯８と外歯６のオーバーラップ状態のかみ合いを形成するために、内歯８の歯形として基本歯形８Ａを正方向にオーバーラップ量ｈに応じて転位させた転位歯形８Ｂを採用している。図２（ｂ）に示すように、外歯６の歯形６Ａのかみ合いの最深位置は、内歯８の歯底側により接近した位置となる。両歯６、８のオーバーラップ状態のかみ合いを形成するために、内歯８の代わりに、外歯６の歯形として転位歯形を用いてもよい。
　オーバーラップ状態のかみ合いでは、外歯６の歯形６Ａは最深位置の手前から、オーバーラップ量に応じて、内歯８の転位歯形８Ｂの歯面に干渉する。一点鎖線で囲った部分は干渉領域１０を示している。この結果、波動歯車装置１の起動トルク等の急上昇、両歯車の組み付けの困難さが増す等の弊害が生じる。
　なお、図２（ｃ）に示すように、波動発生器５による外歯歯車４の撓み量を図２（ａ）に示す標準のかみ合いが得られる撓み量よりも大きくして、オーバーラップ状態のかみ合いを形成することもできる。この場合においても、図２（ｂ）の場合と同様に両歯６、８の歯形６Ａ、８Ａの間に干渉が生じる。この結果、波動歯車装置１の起動トルク等の急上昇、両歯車の組み付けの困難さが増す等の弊害が生じる。
　本例では、外歯６の歯形６Ａが内歯８の歯形、例えば転位歯形８Ｂの歯面に沿って隙間のない状態で円滑に移動できるように、外歯６として、歯厚方向に弾性変形可能な歯を用いている。
　図３は弾性変形可能な外歯６を示す説明図である。外歯６は、オーバーラップ状態での歯のかみ合い時に、その歯厚が減少する方向（円周方向）に弾性変形可能である。本例では、その歯先部６ａの弾性変形量が大きく、歯元部６ｂに近づくに従って小さくなる構造としてある。そのために、本例では、外歯６にすり割り溝９が形成されている。
　詳しく説明すると、外歯６には、歯幅方向から見た場合に、歯山中心線６ｃを中心線として歯元側から歯先側に延びて歯先面６ｄに開口するすり割り溝９が形成されている。すり割り溝９によって、外歯６は歯元側から左右の外歯部分６１、６２に分離している。これらの外歯部分６１、６２は、内歯８とのかみ合い時には、オーバーラップ量に応じて、歯先側の部分が歯厚方向（円周方向）に接近する方向に弾性変形可能である。したがって、内歯８とのかみ合い時には、かみ合い側の外歯部分６１、６２が内歯８の歯面によって押されて弾性変形しながら内歯８の歯面に沿って移動する。
　ここで、すり割り溝９の溝形状は、外歯６の歯元から歯先までの弾性変形量と変形力との関係に基づき、負荷トルクによる歯面接触力、ばね定数等を適切に設定可能な形状とすることが望ましい。溝幅Ｗが広い方が外歯６の弾性変形がし易くなるが、溝幅Ｗを広くし過ぎると、ばね定数、ラチェッティングトルクが大幅に低下してしまう。このような観点から、すり割り溝９の溝幅Ｗは、外歯６の歯厚Ｓの１５％から４０％とすることが望ましい。
　すなわち、溝幅Ｗが歯厚Ｓの４０％を超える場合には、ばね定数、ラチェティングトルクの大幅な低下を招くので好ましくない。また、溝幅Ｗが歯厚Ｓの１５％未満では、外歯６の弾性変形力が大きくなり、起動トルクの増加、効率低下を招くので好ましくない。
　なお、溝幅Ｗは全体に一定としてあるが、図３において想像線で示すように、すり割り溝９の溝底面９ａから外歯６の歯先面６ｄに開口している溝開口部９ｂに向かって徐々に広がっていてもよい。
　すり割り溝９の溝深さＤは、外歯歯車４の疲労強度の低下を防止するために、最大でも外歯歯車４の歯底円Ｃｄｆまでとすることが望ましい。また、溝底面９ａは、外歯応力集中を緩和させるために、円弧形状の凹面とすることが望ましい。本例では、すり割り溝９の溝深さＤは、外歯歯車の歯底円Ｃｄｆまでの深さとしてある。これよりも溝深さＤを浅くすることも可能である。また、すり割り溝９の底面９ａは半円形の凹面によって規定されている。
　次に、弾性変形可能な外歯６を用いることにより、オーバーラップ状態でのかみ合い時に、外歯６の歯形６Ａを、内歯８の転位歯形８Ｂの歯面に沿って隙間のない状態で移動させることができる。しかしながら、弾性変形可能な外歯６を採用しても、オーバーラップ状態でのかみ合いにおいては、図４に示すように、外歯６の最深かみ合い位置あるいはその前後において、外歯６の歯元部６ｂと内歯８の歯先部８ａとの間に生じる干渉を解消できない。図４においては、一点鎖線で干渉領域１１を囲ってある。
　本例の内歯８は、このようなかみ合い時の干渉を解消するために、内歯８の歯形として転位歯形８Ｂに歯形修正を施して得られる修正歯形８Ｃを用いている。
　図５（ａ）は内歯８の転位歯形８Ｂを示す説明図であり、図５（ｂ）は歯形修正の方法を示す説明図であり、図５（ｃ）は修正歯形８Ｃを示す説明図であり、図５（ｄ）は修正歯形８Ｃと外歯６の歯形６Ａとのかみ合い状態を示す説明図である。
　まず、外歯６の歯形６Ａおよび内歯８の基本歯形８Ａを設計し、外歯６の弾性変形を考慮した設計オーバーラップ量を設定する。図５（ａ）に示すように、内歯８の基本歯形８Ａに対して、オーバーラップ量ｈの１／２だけ、歯山中心線に沿って、外歯６の歯形６Ａに接近する方向に離れた位置に、当該基本歯形８Ａの平行移動歯形（転位歯形）８Ｂを描く。
　次に、基本歯形８Ａにおけるかみ合いに関与する歯面を規定している歯面歯形曲線８１の部分を、図５（ｂ）に示すように、当該歯面歯形曲線８１における歯先側の端点ａを中心に、平行移動歯形８Ｂの歯元側の端点ｂに当る位置まで回転する。回転後に得られる回転歯面歯形曲線を基本歯形８Ａの歯先面に交差するまで滑らかに延長し、当該歯先面と交差する点を交点ｃとする。端点ａから交点ｃまでの歯形曲線を用いて、修正歯形８Ｃにおけるかみ合いに関与する有効かみ合い歯形面８２を規定する。
　内歯８の修正歯形８Ｃは、図５（ｃ）に示すように、このようにして得られた修正有効かみ合い歯形面８２と、所定の歯先面８３および所定の歯底面８４とによって規定される。歯先面８３、歯底面８４は、歯のかみ合いに関与しないので、外歯６の歯形６Ａとの間に所定の頂隙を確保可能な適宜の直線あるいは曲線を用いて規定できる。
　このように形成した修正歯形８Ｃを備えた内歯８と歯形６Ａを備えた外歯６とのオーバーラップ状態のかみ合いでは、図５（ｄ）に示すように、干渉が生じることがない。なお、他方の第１内歯歯車２の内歯７も、内歯８と同様に、修正歯形によって規定されている。
　以上説明したように、本例の波動歯車装置１では、内歯歯車２、３に対して外歯歯車４をオーバーラップ状態でかみ合わせるようにしている。また、外歯歯車４の外歯６として歯厚が減少する方向に弾性変形可能な外歯を用いている。さらに、内歯歯車２、３の内歯７、８として、設定されたオーバーラップ量による外歯６の弾性変形を考慮した修正が施された修正歯形７Ｃを用いている。
　したがって、本例によれば、予圧あるいは負荷の無い状態においても、歯のかみ合いガタを抑制あるいは無くすことのできる波動歯車装置を実現できる。また、起動トルク等の急上昇、組み付けの困難さを招くことなく、歯のかみ合いガタを抑制あるいは無くすことができる波動歯車装置を実現できる。
　また、オーバーラップ状態のかみ合いを、内歯の歯形に転位を施すことによって形成している。オーバーラップ状態のかみ合いを、波動発生器による外歯車の撓み量を大きくすることによって形成した場合には、歯のかみ合い干渉を回避するために、外歯の歯形の有効歯丈を小さくする必要がある。この結果、波動歯車装置の負荷トルク容量が低下してしまい、望ましくない場合がある。本例では、歯形に転位を施してオーバーラップ状態のかみ合いを形成しているので、外歯の歯形の有効歯丈を小さくすることなく、かみ合い干渉を回避できるので好ましい。

Claims (10)

  1. 　可撓性の外歯歯車の外歯は歯厚が増減する方向に弾性変形可能であり、
    　剛性の内歯歯車の内歯と前記外歯との間のかみ合いは、前記外歯が弾性変形して間隙の無い状態でかみ合うオーバーラップ状態のかみ合いであり、
    　前記内歯の歯形は、前記オーバーラップ状態のかみ合い時における前記内歯の歯先部分と前記外歯の歯元部分との間に干渉が生じないように修正された修正歯形である波動歯車装置。
  2. 　前記内歯と前記外歯の間の前記オーバーラップ状態のかみ合いは、前記内歯の歯形あるいは前記外歯の歯形に転位を施すことによって形成されている請求項１に記載の波動歯車装置。
  3. 　前記外歯は、当該外歯の歯先から歯元に向かって弾性変形量が漸減するように形成されている請求項１に記載の波動歯車装置。
  4. 　前記外歯には、歯幅方向から見た場合に、歯山中心線を中心線として歯元側から歯先側に延びて歯先面に開口するすり割り溝が形成されている請求項３に記載の波動歯車装置。
  5. 　前記すり割り溝の幅は、前記外歯の歯厚の１５％から４０％であり、
    　前記すり割り溝の幅は一定であるか、あるいは、当該すり割り溝の溝底面から前記歯先面に向かって徐々に広がっている請求項４に記載の波動歯車装置。
  6. 　前記すり割り溝の最大深さは、前記外歯歯車の歯底円までの深さである請求項４に記載の波動歯車装置。
  7. 　前記すり割り溝の前記溝底面は、円弧状の凹面によって規定されている請求項４に記載の波動歯車装置。
  8. 　オーバーラップ無しの状態で前記外歯にかみ合い可能な前記内歯の歯形を基本歯形とし、
    　前記外歯と前記内歯のかみ合い時のオーバーラップ量を設計オーバーラップ量とし、
    　前記基本歯形に対して、当該基本歯形を前記設計オーバーラップ量の１／２だけ、歯山中心線に沿って、前記外歯に接近する方向に離れた位置に移動して得られる歯形を平行移動歯形とし、
    　前記基本歯形におけるかみ合いに関与する歯面を規定している歯面歯形曲線の部分を、当該歯面歯形曲線における歯先側の端を中心に、前記平行移動歯形の歯元側の端に当る位置まで回転して得られる曲線を回転歯面歯形曲線とすると、
    　前記修正歯形におけるかみ合いに関与する有効かみ合い歯形面は、前記回転歯面歯形曲線によって規定されている請求項１に記載の波動歯車装置。
  9. 　前記内歯と前記外歯の間の前記オーバーラップ状態のかみ合いは、前記内歯の歯形あるいは前記外歯の歯形に転位を施すことによって形成されており、
    　前記外歯には、歯幅方向から見た場合に、歯山中心線を中心線として歯元側から歯先側に延びて歯先面に開口するすり割り溝が形成されており、
    　前記すり割り溝の幅は、前記外歯の歯厚の１５％から４０％であり、
    　前記すり割り溝の最大深さは、前記外歯歯車の歯底円までの深さであり、
    　前記すり割り溝の溝底面は、円弧状の凹面によって規定されている請求項８に記載の波動歯車装置。
  10. 　前記内歯歯車として、同軸に並列配置された第１内歯歯車および第２内歯歯車を有し、
    　前記外歯歯車は、前記第１、第２内歯歯車の内歯にそれぞれかみ合い可能な前記外歯と、前記外歯が外周面に形成されている半径方向に撓み可能な円筒とを備えている請求項１に記載の波動歯車装置。
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