WO2020095447A1

WO2020095447A1 - 波動歯車装置の潤滑方法

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Publication number: WO2020095447A1
Application number: PCT/JP2018/041707
Authority: WO
Inventors: 教夫城越
Original assignee: 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2018-11-09
Publication date: 2020-05-14
Also published as: JPWO2020095447A1; JP6837729B2; EP3712464A4; KR102409625B1; US20210222769A1; EP3712464A1; US11320041B2; TW202018211A; CN112912644A; TWI818083B; KR20200088450A

Abstract

波動歯車装置（１）を、起動／停止を繰り返す運転の用途で用いる場合には、異なる種類のグリースによって潤滑される外側潤滑部分（１１）と内側潤滑部分（１２）との間を、シール部材等を用いて仕切ることなく、連通状態のままとする。外側潤滑部分（１１）には、定常運転等の用途で使用される場合に必要とされる量よりも大幅に少ない量のグリースを供給する。同様に、内側潤滑部分（１２）にも、定常運転等の用途で使用される場合に必要とされる量よりも大幅に少ない量のグリースを供給する。実質的に、異なる種類のグリースが混合することなく、外側潤滑部分（１１）、内側潤滑部分（１２）を適切にグリース潤滑できる。

Description

波動歯車装置の潤滑方法

　本発明は波動歯車装置に関し、特に、外歯歯車の外側の歯かみ合い部分に供給される潤滑剤と、外歯歯車の内側の波動発生器の部分に供給される潤滑剤として、相互に異なる種類のグリースを用いる波動歯車装置の潤滑方法に関する。

　波動歯車装置の潤滑部分には、外歯歯車の内側に位置する内側潤滑部分、および外歯歯車の外側に位置する外側潤滑部分がある。内側潤滑部分は、波動発生器の摺動部分および波動発生器の外周面と外歯歯車の内周面との間の摺動部分であり、外側潤滑部分は、外歯歯車と内歯歯車の間の歯かみ合い部分である。内側潤滑部分と外側潤滑部分では、最適潤滑剤が異なるので、異なる潤滑特性の潤滑剤をそれぞれ供給することが望ましい。しかし、内側潤滑部分と外側潤滑部分とは、外歯歯車の内外において接近した位置にあり、双方の潤滑剤が混ざる。

　潤滑剤の混合を防止するために、特許文献１～３においては、内側潤滑部分と外側潤滑部分の間を仕切り、これらの間の潤滑剤の流通を阻止することが提案されている。しかしながら、一般的に使用されている波動歯車装置においては、双方の潤滑部分に同一種類の潤滑剤を用いている場合が多く、効率の低下、高荷重時の歯かみ合い部分の摩耗等の課題が依然としてある。

特開２０１７－９６３４３号公報特開平９－２９１９８５号公報特開平９－２５０６０９号公報

　ここで、波動歯車装置において、その運転条件によっては、内側潤滑部分および外側潤滑部分の潤滑に必要な潤滑剤の量を少なくすることが可能である。本発明者は、運転条件と潤滑剤の必要量との関係に着目し、シール部材を用いて内側潤滑部分と外側潤滑部分との間に仕切り状態を形成しなくても、特定の運転条件の下では、双方の潤滑部分に塗布あるいは充填されるグリースの混合を、実用上支障のない程度に、回避できることを見出した。

　本発明は、この知見に基づき、運転状態に応じて適切に潤滑剤の混合を回避した形態で、内側潤滑部分および外側潤滑部分をグリース潤滑できる波動歯車装置の潤滑方法を提案することにある。

　本発明の波動歯車装置の潤滑方法では、外歯歯車の内側に位置する内側潤滑部分および外歯歯車の外側に位置する外側潤滑部分を、それぞれ、グリースを用いて潤滑する。内側潤滑部分は、波動発生器の摺動部分、および、波動発生器と外歯歯車の内周面の間の接触部分であり、外側潤滑部分は、外歯歯車と内歯歯車の間の歯かみ合い部分である。内側潤滑部分に供給される内側潤滑剤および外側潤滑部分に供給される外側潤滑剤として、相互に異なる種類のグリースを使用する。

　波動歯車装置の運転条件が、定常運転あるいは準定常運転の場合には、内側潤滑剤と外側潤滑剤とが混合しないように、内側潤滑部分と外側潤滑部分との間を仕切った仕切り状態を形成し、この仕切り状態で、内側潤滑部分に予め設定した第１の量の内側潤滑剤を供給し、外側潤滑部分に予め設定した第２の量の外側潤滑剤を供給する。定常運転は、回転数、回転方向、および負荷トルクが一定の連続運転であり、準定常運転は、回転数および回転方向が一定で、負荷トルクが変化する連続運転である。なお、仕切り状態は、内側潤滑部分と外側潤滑部分との間をシール部材によって仕切ることにより形成できる。また、外歯歯車の円筒状の開口縁を延長させてシール部分として利用して、仕切り状態を形成することも可能である。

　これに対して、波動歯車装置の運転条件が、起動／停止を繰り返す運転の場合には、仕切り状態を形成せずに、内側潤滑部分に第１の量よりも少ない量の内側潤滑剤を供給し、外側潤滑部分に第２の量よりも少ない外側潤滑剤を供給する。起動／停止を繰り返す運転は、回転数、回転方向および負荷トルクが変化する間欠運転である。

　ここで、起動／停止を繰り返す運転において、内側潤滑剤の供給量を定常運転等の場合に必要とされる第１の量の１／３以下、好ましくは１／５以下の量とすることが望ましい。また、外側潤滑剤の供給量を、定常運転等の場合に必要とされる第２の量の１／３以下、好ましくは１／５以下の量とすることが望ましい。

　本発明の潤滑方法によれば、波動歯車装置を、起動／停止を繰り返す運転の用途に用いる場合に、内側潤滑部分と外側潤滑部分との間に仕切り状態を形成することなく、内側潤滑分および外側潤滑部分を、異なる種類のグリースで潤滑でき、同時に、異なる種類のグリースが相互に混合することが実用上支障のない程度に回避できる。仕切り状態を形成するためのシール部材等の仕切り機構が不要になるので構造を簡略化でき、コストも削減できる。また、シール機構に起因する摩擦損失も回避できる。特に、波動歯車装置は、ロボット、搬送機等に組み込まれ、起動／停止を繰り返す運転が行われる場合が多いので、本発明の潤滑方法は実用上において極めて有利である。

本発明の潤滑方法を適用可能なカップ型の波動歯車装置を示す概略断面図である。起動／停止を繰り返す運転の具体的なパターンを示すグラフである。定常運転等で使用する場合における波動歯車装置の潤滑剤混合防止のための仕切り状態を示す概略断面図である。波動歯車装置の仕切り状態の一例を示す概略断面図である。波動歯車装置の仕切り状態の一例を示す概略半断面図である。波動歯車装置の仕切り状態の一例を示す概略半断面図である。

　以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に述べる実施の形態は、本発明の方法をカップ型の波動歯車装置に適用したものである。本発明は、カップ型の波動歯車装置の場合と同様に、シルクハット型の波動歯車装置およびフラット型の波動歯車装置にも適用可能である。

　図１は実施の形態に係るカップ型の波動歯車装置を示す概略断面図である。波動歯車装置１は、円環形状をした剛性の内歯歯車２と、この内側に配置したカップ形状の可撓性の外歯歯車３と、この内側に配置した波動発生器４とを備えている。内歯歯車２は、円筒状の装置ハウジング５の内周部分に同軸に固定されている。

　外歯歯車３は、円筒状胴部３１と、円筒状胴部３１の一端から半径方向の内方に延びるダイヤフラム３２と、ダイヤフラムの内周縁に連続して形成した剛性の円環状のボス３３とを備えている。また、外歯歯車３は、円筒状胴部３１において、その他端である開口端３４の側には、外歯３５が形成されている外歯形成部分３６が形成されている。円筒状胴部３１において、外歯形成部分３６の端３６ａから開口端３４までは、外歯が形成されていない円筒状延長部分３７となっている。外歯形成部分３６を取り囲む状態に、内歯歯車２が配置されている。外歯形成部分３６の内側に、波動発生器４が配置されている。外歯歯車３のボス３３には、円盤状の出力軸６が連結固定されている。

　波動発生器４は、円筒状のハブ４１と、この外周面にオルダム継手機構４２を介して同軸に取り付けた剛性カム板４３と、ウエーブベアリング４４とを備えている。ウエーブベアリング４４は、外歯歯車３の外歯形成部分３６の内周面と、剛性カム板４３の楕円状外周面４３ａとの間に装着されている。波動発生器４によって、外歯形成部分３６は楕円状に撓められている。これにより、楕円形状の長軸両端において、外歯歯車３は内歯歯車２にかみ合っている。ハブ４１には、モータ回転軸などの回転入力軸７が同軸に連結固定されている。

　回転入力軸７によって波動発生器４が回転すると、両歯車２、３のかみ合い位置が円周方向に移動し、両歯車の歯数差に応じた相対回転が両歯車２、３の間に生じる。本例では、内歯歯車２が固定されているので、外歯歯車３から出力軸６を介して、減速回転が出力される。

　装置ハウジング５の端面５ａには、モータなどの回転入力側の部品との間を仕切る端板８が固定されている。端板８は、外歯歯車３の開口端３４に対峙する対峙面８ａを備えており、その内周面と回転入力軸７との間はシール部材によってシールされている。

　波動歯車装置１において、外歯歯車３の外側に位置する内歯歯車２と外歯歯車３の歯かみ合い部分は、潤滑剤によって潤滑される外側潤滑部分１１である。外歯歯車３の内側の位置する波動発生器４の摺動部分および波動発生器４と外歯歯車３の間の接触部分は、歯かみ合い部分に供給される潤滑剤とは異なる種類の潤滑剤によって潤滑される内側潤滑部分１２である。外側潤滑部分１１および内側潤滑部分１２には、異なる種類の潤滑剤が供給される。本例では、必要量のグリースが事前に塗布あるいは充填されている。

　この構成の波動歯車装置１は、ロボット、搬送機、各種の自動機などの産業機械に組み込まれて使用される。波動歯車装置１の組み込み先の機械の用途に応じて、波動歯車装置１は所定の運転条件で使用される。波動歯車装置１の運転条件は、次の３種類に大きく分類できる。

＜起動／停止を繰り返す運転＞
　回転数、回転方向および負荷トルクが変化する間欠運転（ロボット、搬送機、各種の自動機など、市場の多くの用途）
＜定常運転＞
　回転数、回転方向、および負荷トルクが一定の連続運転
＜準定常運転＞
　回転数および回転方向が一定で、負荷トルクが変化する連続運転（シート巻き取り機等の用途）

　運転条件に応じて、必要とされる潤滑剤が、外側潤滑部分１１および内側潤滑部分１２のそれぞれに供給される。本例では、外側潤滑部分１１および内側潤滑部分１２に、それぞれ、必要量のグリースが塗布あるいは充填された状態で、波動歯車装置１が、組み込み先の機械に取り付けられる。

　波動歯車装置１の用途が、上記の起動／停止を繰り返す運転の場合には、上記の定常運転および準定常運転の場合に比べて、必要とされる潤滑剤の量が少なく済む。すなわち、起動／停止を繰り返す運転を行う用途では、回転方向の切り替わり毎に、減速機として用いられる波動歯車装置のかみ合い部分の潤滑状態が変化すると想像され、少量の潤滑剤でも耐久性が比較的あると言われている。

　本例においては、波動歯車装置１を、起動／停止を繰り返す運転を行う用途で使用する場合には、外側潤滑部分１１のグリース塗布量（あるいはグリース充填量）を、定常運転あるいは準定常運転において必要とされる外側潤滑部分１１のグリース塗布量（あるいはグリース充填量）である第１の量に比べて少なくする。例えば、グリース塗布量を、第１の量に比べて１／３程度以下、好ましくは１／５以下となるように少なくする。同様に、内側潤滑部分１２のグリース塗布量を、（１）定常運転あるいは（２）準定常運転において必要とされる内側潤滑部分１２のグリース塗布量である第２の量に比べて少なくする。例えば、グリース塗布量を、第２の量に比べて１／３程度以下、好ましくは１／５以下となるように少なくする。

　このように、起動／停止を繰り返す運転を行う用途で波動歯車装置１を用いる場合に、外側潤滑部分１１および内側潤滑部分１２に対して、他の運転を行う用途に用いる場合に比べて潤滑剤の量を少なく設定する。この状態で、波動歯車装置１を、起動／停止を繰り返す運動を行うように駆動した。動作中において、外側潤滑部分１１に塗布あるいは供給した潤滑剤と、内側潤滑部分１２に塗布あるいは供給した潤滑剤との混合が殆どなく、実用上において問題のないことが確認された。また、起動／停止を繰り返す運転を行う具体的な用途に応じて、塗布あるいは供給する潤滑剤の量を適切に設定することで、潤滑切れ、それに起因する弊害を回避できる。さらに、潤滑剤の量が少なくて済むので、波動歯車装置からの潤滑剤の漏洩の危険性も低下するので、そのためのシール構造を簡略化でき、摩擦損失を低減できるという付随効果も得られる。

　図２には、減速機として用いる波動歯車装置１における起動／停止を繰り返す運転の具体的な運転パターンの一例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は波動歯車装置の入力回転数を表す。このグラフに示すように、停止から時点ｔ１までの間（例えば、０．０８ｓｅｃの間）で、所定の回転数（例えば、６０００ｒ／ｍｉｎ）まで加速する。そのまま、時点ｔ２までの間（例えば、０．０５０ｓｅｃの間）、同一回転数（例えば、６０００ｒ／ｍｉｎ）で回転する。時点ｔ２から時点ｔ３までの間（例えば、０．０８ｓｅｃの間）で減速して、停止する。時点ｔ３から時点ｔ４まで（例えば、０．５３１ｓｅｃ）の停止時間を経て、今度は、逆回転方向に同じ動作を行い、開始位置に戻る。この動作を繰り返す。なお、負荷トルクは、加減速時に、慣性を駆動する際に、波動歯車装置１の減速回転出力部材に加わる。ロボットの運転を模擬した運転パターンで、外側潤滑部分１１、内側潤滑部分１２に対する少量潤滑状態での波動歯車装置１の耐久性および潤滑剤分離状態を確認した。

　一方、波動歯車装置１を、定格運転あるいは準定格運転の用途で用いる場合には、製品カタログ、製品仕様書等において採用されている量の潤滑剤を、外側潤滑部分１１および内側潤滑部分１２に供給する。この場合には、外側潤滑部分１１に供給される潤滑剤と、内側潤滑部分１２に供給される潤滑剤とが混合するおそれがある。この場合には、外側潤滑部分１１と内側潤滑部分１２との間で潤滑剤が流通しないように、双方の間を、シール部材によって仕切った仕切り状態を形成すればよい。

　図３には、外側潤滑部分１１と内側潤滑部分１２との間が仕切られた状態に設定された波動歯車装置１を示してある。図示の例は仕切り状態の一例を示すものであり、各種のシール部材を用いた仕切り状態を採用できる。

　この図に示すように、波動歯車装置１には、外側潤滑部分１１に供給される潤滑剤と、内側潤滑部分１２に供給される潤滑剤とが、相互に混ざり合うことを防止するための潤滑剤混合防止部を設けてある。本例の潤滑剤混合防止部は、外歯歯車３に形成した円筒状延長部分３７に接触する状態に配置した円環状のオイルシール１３から構成される。

　円筒状延長部分３７は、外歯歯車３において、その外歯形成部分３６における外歯の歯筋方向の端３６ａから開口端３４までの間の部分である。オイルシール１３は、内歯歯車２の内周縁側の部分に固定されている。オイルシール１３のシールリップ１３ａは、円筒状延長部分３７の外周面に当接している。オイルシール１３によって、外側潤滑部分１１と内側潤滑部分１２との間がシールされている。オイルシール１３は、外歯歯車３の円筒状延長部分３７の変形に追従可能な変形性を備え、円周方向の各部分が常に円筒状延長部分３７に当接状態に維持される。

　外側潤滑部分１１に供給される潤滑剤は、オイルシール１３によって開口端３４の側に流出することが阻止される。内側潤滑部分１２に供給される潤滑剤は、円筒状延長部分３７と端板８との間の隙間部分を通って、外歯歯車３の外周側に流れ出る。円筒状延長部分３７によって、外歯歯車３の外周側への流出が抑制される。また、外周側に流出した潤滑剤は、オイルシール１３によって、外側潤滑部分１１に流入することが阻止される。双方の潤滑剤が混じり合うことを確実に防止でき、外側潤滑部分１１および内側潤滑部分１２の双方を、適切な潤滑状態に維持できる。

　オイルシールを内側潤滑部分１２の側に配置することもできる。図４は、この構成の潤滑剤混合防止部の一例を示す概略半断面図である。円環状のオイルシール１４は、端板８の内周縁部分に形成した円筒部８ｂの外周面に固定されている。オイルシール１４のシールリップ１４ａは、外歯歯車３の円筒状延長部分３７の内周面に当接している。この場合においても、オイルシール１４は、外歯歯車３の円筒状延長部分３７の変形に追従可能な変形性を備え、円周方向の各部分が常に円筒状延長部分３７の内周面に当接状態に維持される。

　なお、オイルシール１３、１４を省略可能な場合もある。図５Ａは、オイルシールを使用しない仕切り状態の形成例を示す概略半断面図である。この場合には、円筒状延長部分３７の長さを適切に設定して、その開口端３４と端板８との間の隙間寸法を適切に設定しておく。これにより、実用上、障害とならない程度に、潤滑剤が混ざり合うことを抑制できる。きわめて簡単な潤滑剤混合防止のための仕切り機構によって、双方の潤滑剤が混ざり合うことを実質的に防止できる。

　図５Ｂは、仕切り機構としてラビリンスシールを利用した場合の一例を示す概略半断面図である。外歯歯車３の円筒状延長部分３７の開口端３４に対峙する端板８の対峙面８ａに、円環状の矩形断面の溝８ｃを形成する。溝８ｃに、円筒状延長部分３７の開口端３４の部分が挿入された状態を形成する。溝８ｃの幅は、開口端３４の部分が変形しても、当該部分に干渉しない寸法に設定されている。溝８ｃの内周面と円筒状延長部分３７の開口端３４の部分の外周面部分との間に、ラビリンスシールが形成される。円筒状延長部分３７と、ラビリンスシールとから構成される潤滑剤混合防止のための仕切り機構によって、潤滑剤が相互に混ざり合うことを確実に防止できる。

Claims

　剛性の内歯歯車と、前記内歯歯車の内側に同軸に配置した可撓性の外歯歯車と、前記外歯歯車の内側に同軸に配置され、当該外歯歯車を非円形に撓めて前記内歯歯車に部分的にかみ合わせている波動発生器とを備えた波動歯車装置の潤滑方法であって、
　前記外歯歯車の内側に位置する内側潤滑部分、および、前記外歯歯車の外側に位置する外側潤滑部分を、それぞれ、グリース潤滑し、
　前記内側潤滑部分は、前記波動発生器の摺動部分、および、前記波動発生器と前記外歯歯車の内周面の間の接触部分であり、前記外側潤滑部分は、前記外歯歯車と前記内歯歯車の間の歯かみ合い部分であり、
　前記内側潤滑部分に供給される内側潤滑剤および前記外側潤滑部分に供給される外側潤滑剤として、相互に異なる種類のグリースを使用し、
　前記波動歯車装置を、定常運転あるいは準定常運転を行う用途で用いる場合には、
　前記内側潤滑剤と前記外側潤滑剤とが混合しないように、前記内側潤滑部分と前記外側潤滑部分との間を仕切った仕切り状態を形成し、
　この仕切り状態で、前記内側潤滑部分に予め設定した第１の量の前記内側潤滑剤を供給し、前記外側潤滑部分に予め設定した第２の量の前記外側潤滑剤を供給し、
　前記波動歯車装置を、起動／停止を繰り返す運転を行う用途で用いる場合には、
　前記仕切り状態を形成せずに、前記内側潤滑部分に前記第１の量よりも少ない量の前記内側潤滑剤を供給し、前記外側潤滑部分に前記第２の量よりも少ない前記外側潤滑剤を供給し、
　前記定常運転は、回転数、回転方向、および負荷トルクが一定の連続運転であり、前記準定常運転は、回転数および回転方向が一定で、負荷トルクが変化する連続運転であり、前記起動／停止を繰り返す運転は、回転数、回転方向および負荷トルクが変化する間欠運転である、
波動歯車装置の潤滑方法。
　請求項１において、
　前記起動／停止を繰り返す運転において、前記内側潤滑剤の供給量を前記第１の量の１／３以下の量とし、前記外側潤滑剤の供給量を前記第２の量の１／３以下の量とする波動歯車装置の潤滑方法。