WO2017098663A1

WO2017098663A1 - フラット型波動歯車装置

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Publication number: WO2017098663A1
Application number: PCT/JP2015/084835
Authority: WO
Inventors: 純半田; 木村　浩明; 崇太郎三宅
Original assignee: 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-06-15
Also published as: KR102084020B1; CN108368919B; TWI703286B; TW201730450A; EP3388713A4; KR20180090868A; US20180363750A1; JP6644447B2; EP3388713B1; JPWO2017098663A1; US11028915B2; EP3388713A1; CN108368919A

Abstract

　フラット型波動歯車装置（１）の可撓性外歯車（４）の軸線方向（１ａ）の移動を規制するための押さえ機構（１０）は、第１凹部（２１）にフローティング状態で装着した第１押さえ部材（１１）と、第２凹部（２２）にフローティング状態で装着した第２押さえ部材（１２）とを有している。可撓性外歯車（４）の軸線方向の動きを実用上支障の無い範囲内に規制できる。また、定まった位置に配置されている部材を用いて可撓性外歯車の移動を規制する場合に比べて、可撓性外歯車（４）と第１、第２押さえ部材（１１、１２）との間に生じる摺動摩耗を低減できる。

Description

フラット型波動歯車装置

　本発明は、２つの剛性内歯車の内側に円筒状の可撓性外歯車が配置されているフラット型波動歯車装置に関する。さらに詳しくは、可撓性外歯車の軸線方向への移動を規制する押さえ機構に関する。

　フラット型波動歯車装置においては、２つの剛性内歯歯車にかみ合っている円筒状の可撓性外歯車は、運転時に作用するスラスト力によって軸線方向に移動する。そのために、可撓性外歯車の軸線方向の動きを抑制する部品が必要である。特許文献１においては、外歯車の両側に、その移動を規制するための規制部材を配置し、この規制部材と、これが摺動する部材との間の摩擦係数を調整して、外歯車の端部の摩耗が少なくなるようにしている。

特開２０１３－１７７９３８号公報

　従来における外歯車の軸線方向の動きを規制するための部品は、軸線方向における定まった位置に配置されている。運転時において回転している外歯車が軸線方向に移動すると、定まった位置に配置されている規制用の部品に当たり、これらの間に摺動摩擦が生じる。規制用の部品との間の摺動に起因する外歯車の端部の摩耗を十分に抑制することが困難である。

　本発明の課題は、この点に鑑みて、外歯車の軸線方向の動きを実用上支障の無い範囲内に規制でき、外歯車の軸線方向の動きを規制することに起因する外歯車の端部の摩耗を十分に抑制することのできるフラット型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、本発明のフラット型波動歯車装置は、
　第１剛性内歯車と、
　第２剛性内歯車と、
　前記第１、第２剛性内歯車にかみ合い可能な円筒形状の可撓性外歯車と、
　前記可撓性外歯車を非円形に撓めて前記第１、第２剛性内歯車のそれぞれに対して部分的にかみ合わせ、これらのかみ合い位置を円周方向に移動させるための波動発生器と、
　前記可撓性外歯車の軸線方向の移動を規制するための押さえ機構と、
を有している。

　また、前記押さえ機構は、
　前記可撓性外歯車の軸線方向の移動を規制するための円環状の第１、第２押さえ部材と、
　前記第１押さえ部材が、前記軸線方向および半径方向に所定量だけ移動可能であり、かつ、回転可能なフローティング状態に装着されている円環状の第１凹部と、
　前記第２押さえ部材が、前記フローティング状態に装着されている円環状の第２凹部と、
を備えている。

　さらに、前記第１押さえ部材は前記可撓性外歯車の前記軸線方向の一方の側の第１外歯車端面に対峙し、前記第２押さえ部材は前記可撓性外歯車の前記軸線方向の他方の側の第２外歯車端面に対峙している。

　前記可撓性外歯車の前記軸線方向への移動を規制する前記第１、第２押さえ部材はフローティング状態で前記第１、第２凹部に装着されている。したがって、前記可撓性外歯車の前記軸線方向の移動を、実用上において支障の無い範囲内に規制できる。また、前記軸線方向において固定された位置に押さえ部材が配置されている場合に比べて、前記可撓性外歯車と前記第１、第２押さえ部材との間に生じる摺動摩耗を低減できる。

　本発明のフラット型波動歯車装置において、前記第１剛性内歯車が取り付けられている第１ハウジングと、前記第２剛性内歯車が取り付けられている第２ハウジングとを有している場合には、第１凹部は、前記第１ハウジングと、前記第１剛性内歯車における前記第１外歯車端面の側の第１内歯車端面との間に形成することができる。また、前記第２凹部は、前記第２ハウジングと、前記第２剛性内歯車における前記第２外歯車端面の側の第２内歯車端面との間に形成することができる。

　また、前記第１凹部を第１ハウジング自体に形成し、前記第２凹部を第２ハウジング自体に形成することも可能である。

　さらに、別部材を用いて第１、第２凹部を形成することも可能である。例えば、第１ハウジングおよび第１剛性内歯車の少なくとも一方に取り付けた第１部材を備えている場合には、第１凹部を、第１部材自体に形成する、第１部材と第１ハウジングの二部材の間に形成する、第１部材と第１剛性内歯車の二部材の間に形成する、または、第１部材と第１ハウジングと第１剛性内歯車の三部材の間に形成することができる。

　同様に、第２ハウジングおよび第２剛性内歯車の少なくとも一方に取り付けた第２部材を備えている場合には、第２凹部を、第２部材自体に形成する、第２部材と第２ハウジングの二部材の間に形成する、第２部材と第２剛性内歯車の二部材の間に形成する、または、第２部材と第２ハウジングと第２剛性内歯車の三部材の間に形成することができる。

　前記第１凹部を前記第１剛性内歯車における内歯形成部分以外の部分に形成し、前記第２凹部を前記第２剛性内歯車における内歯形成部分以外の部分に形成することも可能である。

　なお、第１、第２凹部を形成するにあたって、上記の形成方法を組み合わせて用いることも可能である。例えば、第１、第２凹部のうちの一方の凹部を剛性内歯車に形成し、他方の凹部をハウジングに形成することが可能である。一方の凹部を剛性内歯車あるいはハウジングに形成し、他方の凹部を剛性内歯車とハウジングの二部材の間に形成することも可能である。

　前記第１、第２凹部は半径方向の内側に開口する凹部とすることが望ましい。第１、第２押さえ部材が装着されている第１、第２凹部は、フラット型波動歯車装置の運転時には、遠心力によって十分な潤滑状態になる。これにより、前記第１、第２押さえ部材に対して摺動する前記可撓性外歯車の前記第１、第２外歯車端面の摩耗を少なくすることができる。

　前記第１、第２押さえ部材の表面硬度は、前記可撓性外歯車の前記第１、第２外歯車端面の表面硬度よりも低いことが望ましい。これにより、前記可撓性外歯車における前記第１、第２押さえ部材に接触する前記第１、第２外歯車端面に生じる摺動摩耗を低減できる。

　たとえば、前記第１、第２押さえ部材の表面硬度は、前記可撓性外歯車の前記第１、第２外歯車端面の表面硬度の９０％～９９％の範囲内の値に設定することができる。

本発明を適用したフラット型波動歯車装置の一例を示す縦断面図および横断面図である。図１のフラット型波動歯車装置における可撓性外歯車の軸線方向の移動を規制する押さえ機構を示す部分拡大縦断面図である。本発明を適用したフラット型波動歯車装置の三例を示す半断面図である。

　以下に、図面を参照して、本発明を適用したフラット型波動歯車装置の実施の形態を説明する。

　図１（ａ）は本実施の形態に係るフラット型波動歯車装置の縦断面図であり、図１（ｂ）はその横断面図である。フラット型波動歯車装置１は、第１剛性内歯車２、第２剛性内歯車３、これらの内側に同軸に配置されている円筒形状の可撓性外歯車４、および、可撓性外歯車４の内側にはめ込まれている楕円状輪郭の波動発生器５とを備えている。可撓性外歯車４は、波動発生器５によって楕円状に撓められ、その楕円形状の長軸Ｌ上の位置において第１、第２剛性内歯車２、３のそれぞれにかみ合っている。

　たとえば、第１剛性内歯車２は回転しないように固定側ハウジング（第１ハウジング）６に固定されている。第２剛性内歯車３は回転側ハウジング７に固定されている。回転側ハウジングは、不図示の軸受けを介して、固定側ハウジング６によって回転自在の状態に支持されている。第１剛性内歯車２の歯数に対して、第２剛性内歯車３の歯数は２ｎ枚（ｎは正の整数）少ない。可撓性外歯車４の歯数は第２剛性内歯車３の歯数と同一である。また、波動発生器５はモータなどによって回転駆動される。

　波動発生器５が回転すると、第１、第２剛性内歯車２、３と可撓性外歯車４との間のかみ合い位置が円周方向に移動する。第１剛性内歯車２の歯数は可撓性外歯車４の歯数よりも２ｎ枚多いので、可撓性外歯車４には固定側の第１剛性内歯車２に対して歯数差に応じた相対回転が生じる。他方の第２剛性内歯車３は可撓性外歯車４と歯数が同一であるので、可撓性外歯車４と一体となって回転する。この第２剛性内歯車３は駆動対象の負荷側の部材（図示せず）に連結されており、第２剛性内歯車３の出力回転が、回転側ハウジング７（出力軸）を介して、負荷側に取り出される。

　ここで、フラット型波動歯車装置１には、運転時における可撓性外歯車４の軸線方向１ａへの移動を規制するための押さえ機構１０が付設されている。押さえ機構１０は、第１押さえ部材１１および第２押さえ部材１２を備えており、これらは円環形状をしている。

　図２はフラット型波動歯車装置１の押さえ機構１０の部分を示す部分拡大縦断面図である。この図を参照して説明すると、押さえ機構１０は、円環状の板からなる第１、第２押さえ部材１１、１２と、第１、第２押さえ部材１１、１２がフローティング状態で装着されている第１、第２凹部２１、２２とを備えている。

　第１押さえ部材１１は、可撓性外歯車４における軸線方向１ａの一方の端面である第１外歯車端面４ａに対して、軸線方向１ａから対峙している。第２押さえ部材１２は、可撓性外歯車４の軸線方向１ａの他方の端面である第２外歯車端面４ｂに対して軸線方向１ａから対峙している。

　第１凹部２１は半径方向の内方に開口している円環状凹部であり、固定側ハウジング６と第１剛性内歯車２との間に形成されている。固定側ハウジング６は矩形断面の円環状突部６ａを備えている。円環状突部６ａは、第１剛性内歯車２における第２剛性内歯車３とは反対側の第１内歯車端面２ａに沿って半径方向の内方に突出している。円環状突部６ａの円形内周面６ｂは可撓性外歯車４の第１外歯車端面４ａよりも半径方向の内側に位置している。この円形内周面６ｂにおける第１内歯車端面２ａの側の部分には、第１内歯車端面２ａおよび半径方向の内方に開口する円環状溝６ｃが形成されている。この円環状溝６ｃと、この円環状溝６ｃに対峙している第１内歯車端面２ａの内周側の端面部分とによって、矩形断面をした円環状の第１凹部２１が規定されている。

　第１凹部２１に装着されている第１押さえ部材１１は矩形断面の円環状の板であり、その一方の円環状端面１１ａが可撓性外歯車４の第１外歯車端面４ａに対して軸線方向１ａから対峙している。第１押さえ部材１１は固定側ハウジング６および第１剛性内歯車２には固定されておらず、また、その幅（軸線方向１ａの厚さ）が第１凹部２１の幅よりも狭く、その高さも第１凹部２１の深さより小さい。したがって、第１押さえ部材１１はフローティング状態で第１凹部２１に装着されている。すなわち、第１押さえ部材１１は第１凹部２１内において、軸線方向１ａおよび半径方向に所定量だけ移動可能な状態で第１凹部２１に装着されており、また、回転可能な状態で第１凹部２１に装着されている。

　ここで、第１押さえ部材１１の円環状端面１１ａの表面硬度は、可撓性外歯車４の第１外歯車端面４ａの摺動摩耗を抑えるために、当該第１外歯車端面４ａの表面硬度に対して、９０％～９９％程度に設定されている。すなわち、第１押さえ部材１１の表面硬度が可撓性外歯車４の表面硬度よりも低く、当該可撓性外歯車４の表面硬度に近い表面硬度となるように、当該第１押さえ部材１１の材料が選定されている。あるいは、第１押さえ部材１１の円環状端面１１ａに、熱処理などの表面処理が施されて、その表面硬度が調整されている。

　他方の第２押さえ部材１２および第２凹部２２は、第１押さえ部材１１、第１凹部２１に対して、軸線方向１ａにおいて左右対称な構造となっている。すなわち、第２凹部２２は半径方向の内方に開口している円環状凹部であり、回転側ハウジング７と第２剛性内歯車３との間に形成されている。回転側ハウジング７は矩形断面の円環状突部７ａを備えている。円環状突部７ａは、第２剛性内歯車３における第１剛性内歯車２とは反対側の第２内歯車端面３ａに沿って半径方向の内方に突出している。円環状突部７ａの円形内周面７ｂは可撓性外歯車４の第２外歯車端面４ｂよりも半径方向の内側に位置している。この円形内周面７ｂにおける第２内歯車端面３ａの側の部分には、第２内歯車端面３ａおよび半径方向の内方に開口する円環状溝７ｃが形成されている。この円環状溝７ｃと、この円環状溝７ｃに対峙している第２内歯車端面３ａの内周側の端面部分とによって、矩形断面をした円環状の第２凹部２２が規定されている。

　第２凹部２２に装着されている第２押さえ部材１２は矩形断面の円環状の板であり、その一方の円環状端面１２ａが可撓性外歯車４の第２外歯車端面４ｂに対して軸線方向１ａから対峙している。第２押さえ部材１２は回転側ハウジング７および第２剛性内歯車３には固定されておらず、また、その幅（軸線方向１ａの厚さ）が第２凹部２２の幅よりも狭く、その高さも第２凹部２２の深さより小さい。したがって、第２押さえ部材１２はフローティング状態で第２凹部２２に装着されている。すなわち、第２押さえ部材１２は第２凹部２２内において、軸線方向１ａおよび半径方向に所定量だけ移動可能な状態で第２凹部２２に装着されており、また、回転可能な状態で第２凹部２２に装着されている。

　また、第２押さえ部材１２の円環状端面１２ａの表面硬度は、可撓性外歯車４の第２外歯車端面４ｂの摺動摩耗を抑えるために、当該第２外歯車端面４ｂの表面硬度に対して、９０％～９９％程度に設定されている。すなわち、第２押さえ部材１２の表面硬度が可撓性外歯車４の表面硬度よりも低く、当該可撓性外歯車４の表面硬度に近い表面硬度となるように、当該第２押さえ部材１２の材料が選定されている。あるいは、第２押さえ部材１２の円環状端面１２ａに、熱処理などの表面処理が施されて、その表面硬度が調整されている。

　フラット型波動歯車装置１の運転時には、可撓性外歯車４にスラスト力が作用し、当該可撓性外歯車４が軸線方向１ａに移動する。可撓性外歯車４の両側には第１、第２押さえ部材１１、１２が配置されている。たとえば、可撓性外歯車４が第１剛性内歯車２の側に移動すると、その第１外歯車端面４ａが第１押さえ部材１１の円環状端面１１ａに当たり、その移動が規制される。

　第１押さえ部材１１はフローティング状態で第１凹部２１に装着されているので、第１外歯車端面４ａが過剰な力で第１押さえ部材１１に押し付けられ、この状態で双方の部材が摺動してしまうことを防止できる。また、第１外歯車端面４ａの表面硬度よりも第１押さえ部材１１の円環状端面１１ａの表面硬度を低くしてあるので、第１外歯車端面４ａの側に生じる摺動摩耗を抑制できる。さらには、高速回転する波動発生器５による遠心力で潤滑剤が外周側に移動して、半径方向の内方に開口している第１、第２凹部２１、２２に入り込み、これら第１、第２凹部２１、２２が潤滑剤溜りとして機能する。したがって、この中に装着されている第１、第２押さえ部材１１、１２と他の部材との間の摺動部分は十分に潤滑された状態になり、それらに生じる摺動摩耗を低減できる。

　なお、可撓性外歯車４と接触する第１、第２押さえ部材１１、１２の円環状端面１１ａ、１２ａは、表面硬度を調整するために熱処理等の表面処理を施す必要がある。これらの円環状端面１１ａ、１２ａはわずかな面積であるので、熱処理などの表面処理のためのコストアップを最小限に抑えることができる。

　本例においては、第１、第２押さえ部材１１、１２として矩形断面の円環状の板を用いている。第１、第２押さえ部材１１、１２は、矩形断面以外の断面形状、たとえば、円形、楕円状などの断面形状であってもよい。また、第１、第２凹部２１、２２の断面形状も矩形断面以外の断面形状、たとえば、半円形の断面形状であってもよい。

（その他の実施の形態）
　上記の例では、固定側ハウジングと第１剛性内歯車の間、回転側ハウジングと第２剛性内歯車の間に、それぞれ第１、第２凹部を形成している。例えば、図３（ａ）に示すように、第１剛性内歯車２おける内歯形成部分以外の部位に第１押さえ部材１１を装着するための第１凹部２１を形成し、第２剛性内歯車３における内歯形成部分以外の部位に第２押さえ部材１２を装着するための第２凹部２２を形成することも可能である。

　また、図３（ｂ）に示すように、固定側ハウジング６に第１押さえ部材１１を装着するための第１凹部２１を形成し、回転側ハウジング７に第２押さえ部材１２を装着するための第２凹部２２を形成することも可能である。

　さらに、剛性内歯車２、３、ハウジング６、７以外の部材を用いて第１、第２凹部２１、２２を形成することも可能である。例えば、図３（ｃ）に示すように、第１部材３１を固定側ハウジング６に装着して、当該第１部材３１と第１剛性内歯車２の二部材の間に第１凹部２１を形成し、第２部材３２を回転側ハウジング７に装着して当該第２部材３２と第２剛性内歯車３の二部材の間に第２凹部２２を形成することも可能である。

　一方、上記のフラット型波動歯車装置においては、可撓性外歯車を楕円状に撓めているが、楕円状以外の非円形に可撓性外歯車を撓めて剛性内歯車にかみ合わせる構成のフラット型波動歯車装置に対しても、本発明を同様に適用可能である。

Claims

　第１剛性内歯車と、
　第２剛性内歯車と、
　前記第１、第２剛性内歯車にかみ合い可能な円筒形状の可撓性外歯車と、
　前記可撓性外歯車を非円形に撓めて前記第１、第２剛性内歯車のそれぞれに対して部分的にかみ合わせ、これらのかみ合い位置を円周方向に移動させるための波動発生器と、
　前記可撓性外歯車の軸線方向の移動を規制するための押さえ機構と、
を有しており、
　前記押さえ機構は、
　前記可撓性外歯車の軸線方向の移動を規制するための円環状の第１、第２押さえ部材と、
　前記第１押さえ部材が、前記軸線方向および半径方向に所定量だけ移動可能であり、かつ、その円周方向に移動可能なフローティング状態で装着されている円環状の第１凹部と、
　前記第２押さえ部材が、前記フローティング状態で装着されている円環状の第２凹部と、
　前記第１凹部が形成されている第１部材と、
　前記第２凹部が形成されている第２部材と、
を備えており、
　前記第１押さえ部材は前記可撓性外歯車の前記軸線方向の一方の側の第１外歯車端面に対峙し、前記第２押さえ部材は前記可撓性外歯車の前記軸線方向の他方の側の第２外歯車端面に対峙しているフラット型波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記第１剛性内歯車が取り付けられている第１ハウジングと、
　前記第２剛性内歯車が取り付けられている第２ハウジングと、
を有しており、
　前記第１凹部は、前記第１ハウジングと、前記第１剛性内歯車における前記第１外歯車端面の側の第１内歯車端面との間に形成されており、
　前記第２凹部は、前記第２ハウジングと、前記第２剛性内歯車における前記第２外歯車端面の側の第２内歯車端面との間に形成されているフラット型波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記第１剛性内歯車が取り付けられている第１ハウジングと、
　前記第２剛性内歯車が取り付けられている第２ハウジングと、
を有しており、
　前記第１凹部は、前記第１ハウジングに形成されており、
　前記第２凹部は、前記第２ハウジングに形成されているフラット型波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記第１剛性内歯車が取り付けられている第１ハウジングと、
　前記第２剛性内歯車が取り付けられている第２ハウジングと、
　前記第１ハウジングおよび前記第１剛性内歯車の少なくとも一方に取り付けた第１部材と、
　前記第２ハウジングおよび前記第２剛性内歯車の少なくとも一方に取り付けた第２部材と、
を有しており、
　前記第１凹部は、前記第１部材に形成されているか、前記第１部材と前記第１ハウジングの二部材の間に形成されているか、前記第１部材と前記第１剛性内歯車の二部材の間に形成されているか、または、前記第１部材と第１ハウジングと前記第１剛性内歯車の三部材の間に形成されており、
　前記第２凹部は、第２部材に形成されているか、前記第２部材と前記第２ハウジングの二部材の間に形成されているか、前記第２部材と前記第２剛性内歯車の二部材の間に形成されているか、または、前記第２部材と前記第２ハウジングと前記第２剛性内歯車の三部材の間に形成されているフラット型波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記第１凹部は、第１剛性内歯車における内歯形成部分以外の部位に形成されており、
　前記第２凹部は、前記第２剛性内歯車における内歯形成部分以外の部位に形成されているフラット型波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記第１、第２凹部は、半径方向の内方に開口しているフラット型波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記第１、第２押さえ部材の表面硬度は、前記可撓性外歯車の前記第１、第２外歯車端面の表面硬度よりも低いフラット型波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記第１、第２押さえ部材の表面硬度は、前記可撓性外歯車の前記第１、第２外歯車端面の表面硬度の９０％～９９％の範囲内の値であるフラット型波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記第１剛性内歯車が取り付けられている第１ハウジングと、
　前記第２剛性内歯車が取り付けられている第２ハウジングと、
を有しており、
　前記第１凹部は半径方向に内方に開口し、前記第１ハウジングと、前記第１剛性内歯車における前記第１外歯車端面の側の第１内歯車端面との間に形成されており、
　前記第２凹部は半径方向の内方に開口し、前記第２ハウジングと、前記第２剛性内歯車における前記第２外歯車端面の側の第２内歯車端面との間に形成されており、
　前記第１、第２押さえ部材の表面硬度は、前記可撓性外歯車の前記第１、第２外歯車端面の表面硬度の９０％～９９％の範囲内の値であるフラット型波動歯車装置。