WO2019111409A1 - カップ型の波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

波動歯車装置（１）は、剛性の内歯歯車（２）、可撓性の外歯歯車（３）、および波動発生器（４）を有している。波動発生器（４）によって撓められる前の状態において、外歯歯車（３）の円筒状胴部（１１）の内径は、その後端内径Ｄが最小であり、後端（１１ａ）から開口端（１１ｂ）に向けて漸増している。波動発生器（４）によって撓められた状態において、円筒状胴部（１１）の開口端（１１ｂ）の楕円状内周面の短径をＤ１とすると、Ｄ１≦Ｄである。テーパー形状の円筒状胴部（１１）を備えた外歯歯車（３）は、鋳造等の型成形による製造に適し、ウエーブベアリングの過度な片当たりも緩和できる。

Description

カップ型の波動歯車装置

　本発明は波動歯車装置に関し、特に、カップ形状の可撓性の外歯歯車を備えたカップ型の波動歯車装置に関する。

　カップ型の波動歯車装置として、カップ形状の外歯歯車における円筒状胴部をテーパー形状にしたものが知られている。特許文献１には、この形状の外歯歯車を備えた波動歯車装置が提案されている。

　特許文献１に記載の波動歯車装置では、外歯歯車の円筒状胴部におけるダイヤフラム側の後端の半径を、当該円筒状胴部の開口端部分を楕円状に撓めるための回転伝達部材（波動発生器）の楕円状輪郭の短軸半径よりも小さくしている。外歯歯車の開口端部分が楕円状に撓められた状態において、外歯が形成されている開口端部分は、円周方向の全ての位置において、開口端の側に向かって半径方向の外側に広がるテーパー形状になる。

特開２０１７－１３７８８２号公報

　外歯歯車を楕円状に撓めるための波動発生器は、一般に、楕円状外周面を備えた剛体であるプラグと、プラグの楕円状外周面と外歯歯車の円筒状胴部の開口端側の部分との間に装着されるウエーブベアリングとから構成される。外歯歯車の円筒状胴部に、その開口端側に向けて大きなテーパー角が付いている場合には、ウエーブベアリングの外輪と、円筒状胴部の開口端側の内周面部分との間の接触が、過度に片当たりした状態に陥る。

　片当たり状態で、外歯が形成されている開口端部分がウエーブベアリングによって支持されると、各部分に不必要なスラスト力が作用する、内歯歯車に対する外歯歯車のかみ合い深さが歯筋方向において大きく相違して適切なかみ合い状態を形成できない、等の弊害が生じる。歯筋方向のかみ合い状態を改善するためには、内歯歯車を円錐歯形にするなどの対応策を講ずる必要があり、製造コストが上昇するなどの弊害も伴う。

　本発明は、従来におけるテーパー形状の円筒状胴部を備えた外歯歯車に着目してなされたものである。本発明の目的は、プレス成形、鍛造、鋳造等の型成形による製造に適し、かつ、ウエーブベアリングの片当たりに起因する弊害を緩和できるテーパー形状の円筒状胴部を備えた外歯歯車を有する、カップ型の波動歯車装置を提供することにある。

　本発明のカップ型の波動歯車装置は、剛性の内歯歯車、可撓性の外歯歯車、および波動発生器を備えている。外歯歯車は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部、この円筒状胴部の一方の端である後端から円筒状胴部の中心軸線の側に向けて延びるダイヤフラム、このダイヤフラムの中心側の部分に形成された剛体の円環状あるいは円盤状のボス、および、円筒状胴部の他方の端である開口端の側の外周面部分に形成した外歯を備えている。また、波動発生器は、円筒状胴部における外歯が形成されている開口端の側の部分を楕円形状に撓めて、円周方向に離れた複数の位置において内歯歯車にかみ合うかみ合い部分を形成している。

　さらに、外歯歯車の円筒状胴部は以下の条件を満たす形状をしている。すなわち、波動発生器によって撓められる前の状態において、円筒状胴部の内径は、その後端の内径（後端内径）が最小であり、当該後端から開口端に向けて漸増している。円筒状胴部の外径も、その後端の外径が最小であり、当該後端から開口端に向けて漸増している。また、波動発生器によって撓められた状態において、円筒状胴部の開口端の楕円状内周面の短径は、円筒状胴部の後端内径と同一、あるいは当該後端内径よりも小さい。すなわち、最小内径となっている後端内径をＤとし、波動発生器によって撓められた状態において、円筒状胴部の開口端の楕円状内周面の短径をＤ１とすると、
　　Ｄ１≦Ｄ
である。

　本発明の波動歯車装置において、外歯歯車の円筒状胴部の初期形状（撓められる前の形状）は、その開口端の側に向かって僅かに広がるテーパー形状である。外歯歯車を、鍛造、鋳造、プレス成形などの型成形によって製造する場合における抜き代を持った形状にできる。

　また、楕円状に撓められた状態の円筒状胴部は次のようになる。外歯が形成されている開口端の側の部分の楕円形状の長軸位置では、開口端に向かって半径方向の外方に僅かに広がるテーパー状態になる。これに対して、短軸位置では、開口端に向かって傾きの無い状態、あるいは半径方向の内方に僅かに窄まる逆テーパー状態が形成される。円筒状胴部のテーパー角は僅かであるので、両歯車のかみ合い状態が形成される長軸位置において、開口端の部分の傾きに起因するウエーブベアリングの片当たりも緩和される。

　ここで、ダイヤフラムとして、円筒状胴部の後端から中心軸線に直交する直交方向に延びる所定厚さの円盤状ダイヤフラムを用いることができる。

　また、ダイヤフラムとして、後端から中心軸線に直交する方向に対して所定の角度で傾斜する方向に延びる円錐台状ダイヤフラムを用いることもできる。例えば、ダイヤフラムとして、円筒状胴部の後端から、中心軸線に沿って開口端とは反対側に向けて内径および内径が漸減している所定厚さの先細り形状のダイヤフラムを用いることができる。

　いずれの形状のダイヤフラムにおいても、円筒状胴部の後端に繋がっている部分が最大外径、最大内径となり、ボスに繋がっている部分が最小外径、最小内径になる。

（ａ）は本発明を適用した波動歯車装置を示す概略縦断面図、（ｂ）はその概略端面図である。 （ａ）は楕円状に撓められる前の外歯歯車を示す縦断面図であり、（ｂ）は楕円状に撓められた状態における長軸を含む断面を示す縦断面図であり、（ｃ）は楕円状に撓められた状態における短軸を含む断面を示す縦断面図である。 （ａ）はカップ形状の外歯歯車の円筒状胴部のテーパー形状を示す説明図であり、（ｂ）は、その後端の円形内周面形状、開口端の円形内周面形状、および開口端の楕円状内周面形状を示す説明図である。 異なる形状のダイヤフラムを備えた外歯歯車の例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カップ型の波動歯車装置の実施の形態を説明する。図１（ａ）は本発明を適用したカップ型の波動歯車装置を示す概略縦断面図であり、（ｂ）はその概略端面図である。カップ型の波動歯車装置１（以下、単に、「波動歯車装置１」という。）は、円環状の剛性の内歯歯車２と、この内側に同軸に配置されたカップ形状の可撓性の外歯歯車３と、この内側に嵌めた波動発生器４とを備えている。

　カップ形状の外歯歯車３は、円筒状胴部１１と、この一方の端である後端１１ａから半径方向の内方に延びている円盤状のダイヤフラム１２と、ダイヤフラム１２の内周縁に繋がっている円環状の剛体であるボス１３と、円筒状胴部１１の他方の端である開口端１１ｂの側の外周面部分に形成した外歯３ａとを備えている。円筒状胴部１１の初期形状は、後端１１ａから開口端１１ｂに向かって僅かに広がっているテーパー形状である。

　ダイヤフラム１２は、円筒状胴部１１の後端１１ａに滑らかに繋がり中心軸線１ａの側に直角に湾曲している湾曲部分１２ａと、湾曲部分１２ａの端から半径方向に直線状に延びているダイヤフラム本体部分１２ｂと、ダイヤフラム本体部分１２ｂの内周縁に連続して厚みが漸増してボス１３に繋がっているボス側付け根部分１２ｃとを備えている。

　波動発生器４は、円筒状のハブ２１と、その外周面にオルダム継手２２を介して取り付けたプラグ２３と、このプラグ２３の楕円状外周面２４に装着したウエーブベアリング２５とを備えている。本例のウエーブベアリング２５はボールベアリングからなる。波動発生器４は、外歯歯車３の円筒状胴部１１における外歯３ａが形成されている部分の内側に嵌め込まれている。波動発生器４によって真円の円筒状胴部１１の開口端１１ｂの側の部分が楕円形状に撓められている。楕円形状に撓められた外歯３ａは、楕円形状の長軸Ｌｍａｘの両端において内歯歯車２の内歯２ａにかみ合っている。

　波動発生器４が回転すると、内歯歯車２に対する外歯歯車３のかみ合い位置が円周方向に移動する。この結果、公知のように、両歯車２、３の歯数差に応じた相対回転が両歯車の間に発生し、一方の歯車を固定し、他方の歯車から減速回転を取り出すことができる。

　図２（ａ）は楕円状に撓められる前の初期状態の外歯歯車３を示す縦断面図であり、図２（ｂ）は楕円状に撓められた状態における長軸Ｌｍａｘを含む断面を示す縦断面図であり、図２（ｃ）は楕円状に撓められた状態における短軸Ｌｍｉｎを含む断面を示す縦断面図である。図３（ａ）はカップ形状の外歯歯車の円筒状胴部のテーパー形状を示す説明図であり、図３（ｂ）は、その後端１１ａの撓み前の円形内周面形状、開口端１１ｂの撓み前の円形内周面形状、および開口端１１ｂの撓み後の楕円状内周面形状を示す説明図である。

　図２（ａ）は、外歯歯車３の円筒状胴部１１の初期状態、すなわち、波動発生器４が内部に嵌め込まれて楕円状に撓められる前の状態を示してある。この状態では、中心軸線１ａの方向における各位置の内周面形状は真円である。また、円筒状胴部１１は、後端１１ａから開口端１１ｂに向かって広がるテーパー形状をしている。具体的には、初期状態の円筒状胴部１１の内径は、その後端１１ａにおける後端内径Ｄが最小であり、当該後端１１ａから開口端１１ｂに向けて漸増しており、開口端１１ｂの開口端内径Ｄｏが最大となっている。

　本例では、中心軸線１ａを含む断面で見た場合に、円筒状胴部１１の内周面１１ｃは、後端１１ａから開口端１１ｂまで、一定のテーパー角で直線状に半径方向の外方に広がっている。また、円筒状胴部１１はほぼ同一の板厚であり、円筒状胴部１１の外周面１１ｄにおいても、その外径が、後端１１ａから開口端１１ｂの側の外歯３ａに向けて、一定のテーパーで直線状に漸増している。外歯歯車３は、全体として、鍛造、鋳造、プレス成形などの型成形によって製造する場合における抜き代を持った形状となっている。

　図２（ｂ）、図２（ｃ）、図３に示すように、波動発生器４によって楕円状に撓められた後の状態では、円筒状胴部１１の開口端１１ｂは楕円状内周面となる。楕円状内周面を規定する楕円をＣ（Ｄ１，Ｄ２）、その短径をＤ１、その長径をＤ２とする。また、撓み前の円筒状胴部１１の後端１１ａの後端内周面を規定する真円をＣ（Ｄ）、その内径（後端内径）をＤとし、開口端１１ｂの開口端内周面を規定する真円をＣ（Ｄｏ）、その内径をＤｏとする。短径Ｄ１、長径Ｄ２、後端１１ａの内径Ｄ、および開口端１１ｂの内径Ｄｏは、次の関係を満たしている。
　　Ｄ１≦Ｄ＜Ｄｏ＜Ｄ２

　楕円状に撓められた状態では、円筒状胴部１１における外歯３ａが形成されている部分は、楕円形状の長軸Ｌｍａｘの位置では、開口端１１ｂに向かって半径方向の外方に僅かに広がるテーパー状態になる。これに対して、短軸Ｌｍｉｎの位置では、外歯３ａが形成されている部分は、開口端１１ｂに向かって傾きの無い状態、あるいは半径方向の内方に僅かに窄まる逆テーパー状態になる。円筒状胴部１１のテーパー角は僅かであるので、内歯２ａと外歯３ａのかみ合い状態が形成される長軸Ｌｍａｘの位置において、開口端１１ｂの部分の傾きに起因するウエーブベアリング２５の片当たりが緩和される。

　なお、テーパー形状の円筒状胴部１１において、内周面１１ｃおよび外周面１１ｄを、中心軸線１ａを含む断面で見た場合に、後端１１ａから開口端１１ｂに向けて、凸曲線あるいは凹曲線によって規定することも可能である。また、内周面１１ｃと外周面１１ｄとに、異なるテーパー角を付けることも可能である。

　図４（ａ）～（ｄ）は、異なる形状のダイヤフラムを備えた外歯歯車の各例を示す説明図である。これらの図において、上記の外歯歯車３の各部に対応する部位には同一の符号を付してある。

　図４（ａ）に示す外歯歯車３Ａのダイヤフラム１２Ａは、円筒状胴部１１の後端１１ａから、その中心軸線１ａに直交方向に対して、開口端１１ｂとは反対側に所定の角度で傾斜する方向に延びる円錐台形状をしている。図４（ｂ）に示す外歯歯車３Ｂのダイヤフラム１２Ｂは、逆に、円筒状胴部１１の後端１１ａから、僅かな角度で、開口端１１ｂの側に傾斜する扁平円錐台形状をしている。

　図４（ｃ）に示す外歯歯車３Ｃのダイヤフラム１２Ｃは、円筒状胴部１１の後端１１ａから、中心軸線１ａに沿って開口端１１ｂとは反対側に向けて内径および内径が漸減している先細り形状をしている。ダイヤフラム１２Ｃの外周面は凸曲面によって規定され、その内周面は凹曲面によって規定されている。図４（ｄ）に示す外歯歯車３Ｄのダイヤフラム１２Ｄも、円筒状胴部１１の後端１１ａから、中心軸線１ａに沿って開口端１１ｂとは反対側に向けて内径および内径が漸減している所定厚さの先細り形状をしている。ダイヤフラム１２Ｄの外周面は凸曲面および凹曲面によって規定され、その内周面は凹曲面および凸曲面によって規定されている。

　いずれの形状の外歯歯車３Ａ～３Ｄにおいても、テーパー形状の円筒状胴部１１を備えている。また、ダイヤフラム１２Ａ～１２Ｄにおいて、円筒状胴部１１の後端１１ａに繋がっている部分が最大外径、最大内径となり、ボス１３に繋がっている部分が最小外径、最小内径になる。これらのダイヤフラム１２Ａ～１２Ｄを備えた外歯歯車３Ａ～３Ｄを、上記の外歯歯車３の代わりに用いることができる。
 

Claims (2)

1. 　剛性の内歯歯車、可撓性の外歯歯車、および波動発生器を備え、
   　前記外歯歯車は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部、この円筒状胴部の一方の端である後端から前記円筒状胴部の中心軸線の側に向けて延びるダイヤフラム、このダイヤフラムの中心側の部分に形成された剛体の円環状あるいは円盤状のボス、および、前記円筒状胴部の他方の端である開口端の側の外周面部分に形成した外歯を備えており、
   　前記波動発生器は、前記円筒状胴部における前記開口端の側の部分を楕円形状に撓めて、円周方向に離れた複数の位置において、前記外歯歯車の外歯が前記内歯歯車の内歯にかみ合うかみ合い部分を形成しており、
   　前記波動発生器によって撓められる前の状態において、前記円筒状胴部の内径は、前記後端における後端内径が最小であり、当該後端から前記開口端に向けて漸増しており、前記円筒状胴部の外径は、前記後端において最小であり、当該後端から前記開口端に向けて漸増しており、
   　前記波動発生器によって撓められた状態において、前記円筒状胴部の前記開口端の楕円状内周面の短径は、前記円筒状胴部の前記後端の内径と同一、あるいは当該後端の内径よりも小さいカップ型の波動歯車装置。
2. 　請求項１において、
   　前記ダイヤフラムは、
   　前記円筒状胴部の前記後端から前記中心軸線に直交する直交方向に延びる所定厚さの円盤状のダイヤフラム、または、
   　前記後端から前記直交方向に対して所定の角度で傾斜する方向に延びる円錐台状のダイヤフラムであるカップ型の波動歯車装置。
    

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