WO2020105187A1 - 波動歯車装置の波動発生器 - Google Patents

波動歯車装置の波動発生器

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WO2020105187A1
WO2020105187A1 PCT/JP2018/043253 JP2018043253W WO2020105187A1 WO 2020105187 A1 WO2020105187 A1 WO 2020105187A1 JP 2018043253 W JP2018043253 W JP 2018043253W WO 2020105187 A1 WO2020105187 A1 WO 2020105187A1
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groove
groove pattern
inner ring
raceway surface
wave generator
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PCT/JP2018/043253
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大介 折井
修平 小林
教夫 城越
山崎 宏
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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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    • F16H57/0464Grease lubrication

Definitions

  • the present invention relates to a wave generator of a wave gear device, and more particularly, to a lubricating structure for an inner ring raceway surface and an outer ring raceway surface of a wave generator bearing that is bent in an elliptical shape by a wave generator plug.
  • the wave gear device includes a rigid internal gear, a flexible external gear, and a wave generator.
  • the wave generator causes the external gear to flex radially to partially engage the external gear with the internal gear. By rotating the wave generator, the meshing position of both gears is moved in the circumferential direction, and relative rotation is generated between both gears due to the difference in the number of teeth thereof.
  • a wave generator includes a rigid wave generator plug and a wave generator bearing, and the wave generator bearing is mounted on the elliptical outer peripheral surface of the wave generator plug.
  • the wave generator bearing is provided with an outer ring and an inner ring that can be bent in the radial direction, and rolling elements such as a plurality of balls that are mounted in a rollable manner between them.
  • the wave generator bearing is elliptically deflected by the wave generator plug.
  • the wave generator bearing is fitted inside the external gear, and holds the external gear and the wave generator plug in a relatively rotatable state.
  • the wave generator plug is used as the rotation input element and the internal gear or the external gear is used as the deceleration rotation output element.
  • the wave generator bearing and the external gear repeatedly rotate while being radially displaced.
  • the inner ring of the wave generator bearing rotates at high speed together with the wave generator plug, and its outer ring rotates together with the external gear.
  • the balls inserted between the inner and outer rings roll along the raceways of the outer ring and the inner ring, so that the wave generator plug and the external gear can smoothly rotate relatively with a small torque.
  • Patent Document 1 in a wave generator of a wave gear device, a lubricant is held on an inner ring of a vibration body bearing (wave generator bearing) mounted on an outer peripheral surface of a vibration body (wave generator plug). A lubrication reservoir is provided to prevent the vibrating body bearing from running out of lubricant.
  • Patent Document 2 in order to improve the oil film forming ability between the rolling element and the raceway surface, a fine groove portion is formed on the raceway surface. Further, in Patent Document 3, a groove portion having an oil reservoir function is formed on both sides or one side of a contact passage area where dynamic pressure due to sliding of a rolling element is likely to occur on the raceway surface to form a sufficient oil film. is doing.
  • the wave generator bearing is bent into an elliptical shape by the wave generator plug.
  • the rolling elements located at both ends of the elliptical major axis are sandwiched between the inner and outer races in a tight state, and are in a state of rolling in point contact with the raceways of the inner and outer races.
  • the remaining rolling elements located at the portions other than both ends of the major axis are held in a loose state in which there is a gap between the inner and outer races and are free to roll.
  • the contact state between the raceway surface and the rolling element changes along the circumferential direction.
  • an object of the present invention is to provide a lubricating structure capable of improving the contact state between the raceway surfaces of the inner and outer rings of the wave generator bearing and the rolling elements and reducing the friction coefficient between them.
  • Another object of the present invention is to provide a wave generator of a wave gear device.
  • the wave generator of the wave gear device includes a wave generator plug and a wave generator bearing.
  • the wave generator plug has an elliptical outer peripheral surface, and the wave generator bearing is mounted and fixed on the elliptical outer peripheral surface and bent into an elliptical shape.
  • the wave generator bearing includes an outer ring and an inner ring that can bend in the radial direction, and a plurality of rolling elements that are rotatably inserted between the outer ring and the inner ring.
  • An inner ring lubrication groove pattern including a first lubrication groove and a second lubrication groove is formed on the inner ring raceway surface of the inner ring.
  • the outer ring raceway surface of the outer ring is formed with an outer ring lubrication groove pattern including a third lubrication groove.
  • the first, second, and third lubricating grooves are linear grooves having a width and a depth of several tens of nanometers to several micrometers, and extend linearly, curvilinearly, or wavy.
  • the first lubrication grooves are arranged at a pitch of several tens of nanometers to several micrometers
  • the second lubrication grooves are arranged at a pitch of several tens of nanometers to several micrometers.
  • a second groove pattern is arranged.
  • the outer ring lubrication groove pattern is a pattern in which the third lubrication grooves are arranged at a pitch of several tens of nanometers to several micrometers.
  • the first groove pattern of the inner ring lubrication groove pattern is formed on the minor axis side inner ring raceway surface portion including the elliptical minor axis position, and the major axis inner ring including the elliptical major axis position is formed.
  • a second groove pattern of the inner ring lubrication groove pattern is formed on the raceway surface portion.
  • the first lubricating groove extends so that the orientation direction of the first lubricating groove includes a directional component directed in the circumferential direction of the inner ring raceway surface.
  • the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface of the wave generator bearing are respectively formed with an inner ring lubrication groove pattern and an outer ring lubrication groove pattern in which fine lubrication grooves are arranged at a fine pitch.
  • the fine lubrication groove having a width and a depth of several micrometers or less, it is possible to promote familiarity between the inner and outer races and the rolling elements.
  • the fine lubrication groove of several micrometers or less has good wettability with the lubricant, the lubricant is efficiently retained (carrying effect), a highly rigid oil film is formed, and the oil film thickness also increases (dynamic pressure). effect).
  • the first groove pattern composed of lubricating grooves oriented so as to include a directional component in the circumferential direction at the minor axis side inner ring raceway surface portion where the rolling elements come into contact in a loose state.
  • a first groove pattern made of a lubricant that extends in the circumferential direction is formed.
  • the lubricant in contact with the first groove pattern is guided in the circumferential direction along the lubricating groove.
  • the major axis side inner ring raceway surface portion with which the rolling elements contact in a tight state is adjacent.
  • the lubricant is positively supplied from the portion where the first groove pattern is formed toward the second groove pattern formed in the major axis side inner ring raceway surface portion, and is retained in the lubricating groove of the second groove pattern. It As a result, in the tight state of the rolling element, sufficient lubricant is supplied to the contact portion in contact with the inner and outer raceway surfaces, and retained therein. As a result, a good lubrication state is formed on the inner surface of the raceway surface on the long axis side.
  • the contact state of each part in the circumferential direction of the wave generator bearing that is rotated in an elliptical bent state can be maintained in a good state, and seizure due to oil film shortage can be prevented.
  • the improvement of the oil film retention capability can reduce the amount of lubricant applied, and the attendant effect of reducing the risk of lubricant leakage can be obtained.
  • (A) is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a wave gear device to which the present invention is applied, and (b) is a schematic end view thereof.
  • (A) is a schematic end view showing a wave generator bearing
  • (b) is an explanatory view showing a groove pattern formed on the inner ring raceway surface
  • (c) is an explanatory view showing a groove pattern formed on the outer ring raceway surface. is there.
  • (A)-(g) is explanatory drawing which shows the groove pattern of the fine groove in a groove formation surface.
  • FIG. 1 (a) is a schematic vertical sectional view showing the overall configuration of a cup-type wave gear device (hereinafter, simply referred to as "wave gear device"), and FIG. 1 (b) is a schematic end view thereof.
  • the wave gear device 1 includes a ring-shaped rigid internal gear 2, a cup-shaped flexible external gear 3 coaxially arranged inside the ring-shaped internal gear 2, and an elliptical contour wave generator fitted inside the cup-shaped flexible external gear 3. It is composed of 4.
  • the external gear 3 includes a body portion 31, a diaphragm 32, and a boss 33, and has an overall cup shape.
  • the body portion 31 has a cylindrical shape and can bend in the radial direction.
  • One end of the body portion 31 is an open end 34, and external teeth 35 are formed on the outer peripheral surface portion of the body portion on the side of the open end 34.
  • a diaphragm 32 extends radially inward continuously from the other end of the body portion 31.
  • An annular boss 33 is formed continuously with the inner peripheral edge of the diaphragm 32.
  • the boss 33 is a rigid portion for attaching the external gear 3 to another member (not shown).
  • the internal gear 2 is arranged so as to surround the external teeth 35 of the external gear 3.
  • the outer teeth 35 can mesh with the inner teeth 21 formed on the inner peripheral surface of the inner gear 2.
  • the wave generator 4 includes a hollow hub 41, a rigid wave generator plug 43 mounted on the outer circumference of the hollow hub 41 via an Oldham coupling 42, and an elliptical plug outer peripheral surface 44 (non-circular outer circumference) of the wave generator plug 43. It is composed of a wave generator bearing 45 fitted on the surface.
  • the portion of the body 31 of the external gear 3 where the external teeth 35 are formed by the wave generator 4 is bent from a perfect circle having an initial shape to an elliptical shape.
  • the external teeth 35 mesh with the internal teeth 21 of the internal gear 2 at positions of both ends of the elliptical long axis Lmax.
  • the wave generator bearing 45 is provided with a circular inner ring 46 and an outer ring 47 that can be bent in the radial direction, and a plurality of balls 48 that are rotatably mounted between them.
  • the wave generator bearing 45 is fitted inside the external gear 3 while being bent into an elliptical shape by the wave generator plug 43, and holds the external gear 3 and the wave generator plug 43 in a relatively rotatable state. is doing.
  • the wave generator plug 43 is connected to a high speed rotation input shaft (not shown).
  • the ball 48 inserted between the elliptical inner ring 46 and the outer ring 47 makes rolling motion along the inner ring raceway surface 46a and the outer ring raceway surface 47a, and the wave generator plug 43 and the external gear 3 Can rotate relatively smoothly with a small torque.
  • the inner peripheral surface 46b of the inner ring 46 of the wave generator bearing 45 is fixed to the elliptical outer peripheral surface 44 of the wave generator plug 43 by press fitting and an adhesive.
  • the plurality of balls 48 located at both ends of the elliptical long axis Lmax are tightly arranged between the inner and outer rings 46 and 47. It is sandwiched between the inner ring raceway surface 46a and the outer ring raceway surface 47a, and is in a state of rolling motion with point contact.
  • the remaining balls 48, which are located at portions other than both ends of the long axis Lmax, have a gap between the inner ring raceway surface 46a and the outer ring raceway surface 47a and are held in a loose state in which rolling movement is freely performed.
  • the portion where the loose ball 10 is located is roughly as follows.
  • the counterclockwise direction is the positive direction and the clockwise direction is the negative direction with respect to the short axis Lmin.
  • it is a portion in the angular range from about ⁇ 75 ° to about + 75 ° about the short axis Lmin.
  • it is a portion in the angular range of about ⁇ 40 ° to about + 40 ° about the short axis Lmin.
  • the larger the reduction ratio the wider the angular range.
  • the angle range is wider when the speed reducer is 160 than when the reduction ratio is 30.
  • the wave generator 4 rotates about the central axis 1a, the meshing positions of the gears 2 and 3 rotate in the circumferential direction. Due to this rotation, relative rotation is generated between the external gear 3 and the internal gear 2 in accordance with the difference in the number of teeth between the external teeth 35 and the internal teeth 21.
  • the external gear 3 becomes a deceleration rotation output element, and the rotation decelerated according to the difference in the number of teeth of both gears 2 and 3. The output is retrieved.
  • FIG. 2A is an end view showing the wave generator plug 43 and the wave generator bearing 45 of the wave generator 4, and FIG. 2B is an explanatory view showing an inner ring lubrication groove pattern formed on the inner ring 46 thereof.
  • FIG. 2C is an explanatory diagram showing an outer ring lubrication groove pattern formed on the outer ring 47.
  • an inner ring raceway surface 46a having a circular arc-shaped cross section is formed.
  • An inner ring lubrication groove pattern 5 is formed on the inner ring raceway surface 46a.
  • an outer ring raceway surface 47a curved in an arc shape is formed on the inner peripheral surface of the outer ring 47.
  • the outer ring lubrication groove pattern 6 is formed on the outer ring raceway surface 47a.
  • the inner ring lubrication groove pattern 5 is composed of linear lubrication grooves extending in a linear shape, a curved shape, or a wavy shape.
  • the lubricating grooves have a width and a depth of several tens of nanometers to several micrometers, and are arranged at a pitch of several tens of nanometers to several micrometers.
  • the inner ring lubrication groove pattern 5 includes a first groove pattern 51 and a second groove pattern 52.
  • the first groove pattern 51 includes a first lubricating groove 53.
  • the first groove pattern 51 is formed in each of the minor axis side inner ring raceway surface portions 46A1 and 46A2 including the position of the elliptical minor axis Lmin in the circumferential direction of the inner raceway surface 46a.
  • the second groove pattern 52 is formed on the remaining portion of the inner ring raceway surface 46a, that is, on each of the long-axis side inner ring raceway surface portions 46B1 and 46B2 including the position of the long axis Lmax.
  • the second groove pattern 52 is composed of a second lubricating groove 54.
  • each of the minor axis side inner ring raceway surface portions 46A1 and 46A2 of the inner ring raceway surface 46a has an elliptical minor axis in the circumferential direction of the inner ring raceway surface 46a.
  • portions ⁇ (A1) and ⁇ (A2) are in the angular range of 40 ° to 75 °, respectively.
  • the remaining angle range portions ⁇ (B1) and ⁇ (B2) are the major axis side inner ring raceway surface portions 46B1 and 46B2 in which the second groove patterns 52 are formed.
  • FIG. 2B schematically shows a part of the first groove pattern 51 and a part of the second groove pattern 52 in an enlarged manner.
  • the first groove pattern 51 is composed of a first lubricating groove 53 for holding the lubricant and guiding the lubricant in the circumferential direction of the inner ring raceway surface 46a.
  • the first lubrication groove 53 extends so that the orientation direction of the first lubrication groove 53 includes a directional component directed in the circumferential direction of the inner ring raceway surface 46a. There is.
  • the first lubricating groove 53 is a groove that extends linearly in the circumferential direction of the inner ring raceway surface 46a, as schematically shown in FIG.
  • the first lubrication groove 53 may be oriented in a direction inclined with respect to the circumferential direction.
  • the first lubricating groove 53 is not limited to a linear groove, but may be a groove extending in a curved shape or a wave shape.
  • the first groove pattern 51 is formed over the entire width direction and circumferential direction of the minor axis inner ring raceway surface portions 46A1 and 46A2.
  • the groove width, groove depth, and groove interval (pitch) of the first lubricating groove 53 of the first groove pattern 51 can be made the same in each part. It is also possible to gradually increase or decrease the groove width, groove depth, and groove interval of the first lubricating groove 53 along the length direction. As an example, at least one of the groove width and the groove depth of the first lubrication groove 53 is minimized at the position of the short axis Lmin, and gradually increased toward the long axis Lmax. As a result, a larger amount of lubricant can be supplied and held in the portion on the long axis Lmax side where the ball 48 in the tight state is located, compared to the portion on the short axis Lmin side.
  • the second groove pattern 52 of the major axis side inner ring raceway surface portions 46B1 and 46B2 is composed of a second lubricating groove 54 for holding a lubricant.
  • the orientation direction of the second lubricating groove 54 is the width direction of the inner ring raceway surface 46a (direction along the bearing center axis line), as schematically shown in FIG. ..
  • the second groove pattern 52 may be a pattern in which the second lubricating groove 54 is oriented in the circumferential direction and in a direction inclined with respect to the circumferential direction.
  • the second lubricating groove 54 is not limited to a linear groove, but may be a groove extending in a curved shape or a wave shape.
  • the second lubricating grooves 54 oriented in different directions may be formed in a mesh shape so as to intersect with each other. It is also possible to gradually increase or decrease the groove width, groove depth, and groove interval of the second lubricating groove 54 along the length direction thereof.
  • the second groove pattern 52 can be formed in the major axis side inner ring raceway surface portions 46B1 and 46B2 over the entire width direction and circumferential direction.
  • a groove processed region in which the second groove pattern 52 is formed and a groove unprocessed region in which the second groove pattern 52 is not formed may be alternately formed along the width direction or the circumferential direction.
  • a groove unprocessed region having a constant width extending in the circumferential direction is formed at the center in the width direction, and the groove having the second groove pattern 52 formed on both sides thereof. A processing area is formed.
  • the outer ring lubrication groove pattern 6 is composed of a linear third lubrication groove 60 extending linearly, curvilinearly or wavy.
  • the third lubrication grooves 60 have a width and a depth of several tens of nanometers to several micrometers, and are arranged at a pitch of several tens of nanometers to several micrometers.
  • the third lubrication groove 60 extends linearly in the width direction of the outer ring raceway surface 47a, as schematically shown in FIG. 2 (c).
  • the third lubrication groove 60 may be oriented in a direction inclined with respect to the circumferential direction.
  • the third lubricating groove 60 is not limited to a linear groove, but may be a groove extending in a curved shape or a wave shape.
  • the second lubricating grooves 54 oriented in different directions may be formed in a mesh shape so as to intersect with each other.
  • the outer ring lubrication groove pattern 6 can be formed on the outer ring raceway surface 47a over the entire width direction and circumferential direction. Instead of this, along the width direction or the circumferential direction, a grooved region where the outer ring lubrication groove pattern 6 is formed and a groove unprocessed region where the outer ring lubrication groove pattern is not formed may be alternately formed. .. In this example, as shown in FIG. 2 (c), a groove unmachined region having a constant width extending in the circumferential direction is formed in the center of the width direction, and groove machining in which the outer ring lubrication groove pattern 6 is formed on both sides thereof is formed. The area is formed.
  • the groove width, groove depth, and groove interval (pitch) of the third lubricating groove 60 can be made the same in each part. It is also possible to gradually increase or decrease the groove width, groove depth, and groove interval of the third lubricating groove 60 along the length direction thereof. As an example, at least one of the groove width and the groove depth of the third lubricating groove 60 is maximized at the position of the long axis Lmax, and gradually decreased toward the short axis Lmin. As a result, more lubricant can be retained in the portion of the long axis Lmax where the tight balls 48 are located.
  • the inner ring lubrication groove pattern 5 and the outer ring lubrication groove pattern 6 can be formed by laser processing using, for example, a femtosecond laser. It is also possible to form these patterns by a processing method such as mechanical processing or etching. Further, each of the first, second, and third lubricating grooves 53, 54, and 60 can have various cross-sectional shapes such as a rectangular cross section, a semicircular cross section, and a V groove.
  • FIG. 3 is an explanatory view schematically showing an arrangement pattern example that can be adopted as the inner ring lubrication groove pattern 5 and the outer ring lubrication groove pattern 6.
  • the inner ring raceway surface 46a in which the first and second lubricating grooves 53 and 54 are formed and the outer ring raceway surface 47a in which the third lubricating groove 60 is formed are described as groove forming surfaces, and the first and second The third lubricating grooves 53, 54, 60 will be described as fine grooves.
  • FIG. 3 exemplifies a typical array pattern, and the array pattern that can be adopted in the present invention is not limited to each example shown in FIG.
  • Micro-grooves are formed on the groove formation surface in an array pattern that extends linearly or curvedly in a predetermined direction at a predetermined pitch.
  • the fine grooves are linearly arranged at a constant pitch in the circumferential direction of the groove forming surface (the circumferential direction of the inner ring raceway surface 46 a, the outer ring raceway surface 47 a).
  • An array pattern extending in a line shape can be used.
  • FIG. 3B it is also possible to use an array pattern in which the fine grooves extend in a wavy shape in the circumferential direction at a constant pitch on the groove forming surface.
  • the fine grooves are arranged at a constant pitch in the width direction orthogonal to the circumferential direction of the groove forming surface (the width direction of the inner ring raceway surface 46a, the width direction of the outer ring raceway surface 47a).
  • An array pattern that extends linearly can be formed on the groove forming surface. Since the fine groove extending in the width direction is a groove that does not include a component directed in the circumferential direction, the first groove pattern 51 formed in the minor axis side inner ring raceway surface portions 46A1 and 46A2 is formed. 1 Not used for the lubrication groove 53. As shown in FIG.
  • the fine grooves are formed in a slanting array pattern that linearly extends at a constant pitch in an oblique direction that is slanted with respect to the circumferential direction and the width direction of the groove forming surface. Can be formed on the surface.
  • the fine grooves have a first direction arrangement pattern extending in the first direction at a constant pitch and a first direction array pattern at a constant pitch. It is possible to form an intersecting arrangement pattern in which second direction arrangement pattern grooves extending in a second direction different from the direction intersect with each other.
  • the first direction array pattern is composed of fine grooves linearly extending in the circumferential direction
  • the second direction array pattern is composed of fine grooves linearly extending in the width direction. ..
  • the first direction arrangement pattern is an inclined arrangement pattern formed of linear fine grooves extending in a direction inclined by 45 degrees with respect to the circumferential direction and the width direction
  • the second direction arrangement pattern is an inclined arrangement pattern formed by linear fine grooves extending in a direction inclined by 45 degrees in the opposite direction to the circumferential direction and the width direction.

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Abstract

波動歯車装置(1)の波動発生器ベアリング(45)の外輪軌道面(47a)に形成した外輪潤滑溝パターン(6)および内輪軌道面(46a)に形成した内輪潤滑溝パターン(5)は、数マイクロメートル以下の微細な幅および深さの線状の潤滑溝(53、54、60)が、数マイクロメートル以下の微細なピッチで配列されたパターンである。内輪潤滑溝パターン(5)は、潤滑剤を保持するために長軸側内輪軌道面部分(46B1、46B2)に形成した第2溝パターン(52)と、潤滑剤を保持し、第2溝パターン(52)に向けて案内するために短軸側内輪軌道面部分(46A1、46A2)に形成した第1溝パターン(51)とを備えている。波動発生器ベアリング(45)の内外輪軌道面(46a、47a)とボール(48)の接触状態を改善して、これらの間の摩擦係数を低減できる。

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、更に詳しくは、波動発生器プラグによって楕円状に撓められている波動発生器ベアリングにおける内輪軌道面および外輪軌道面の潤滑構造に関する。
 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。波動発生器によって外歯歯車を半径方向に撓めて、外歯歯車を内歯歯車に部分的に噛み合わせる。波動発生器を回転させることにより、両歯車の噛み合い位置を円周方向に移動させて、両歯車の間に、それらの歯数差に起因する相対回転を発生させる。波動発生器として、剛性の波動発生器プラグと波動発生器ベアリングを備え、波動発生器ベアリングは、波動発生器プラグの楕円状外周面に装着されたものが知られている。
 波動発生器ベアリングは、半径方向に撓み可能な外輪および内輪と、これらの間に転動可能な状態で装着されている複数個のボールなどの転動体とを備えている。波動発生器ベアリングは、波動発生器プラグによって楕円形に撓められている。波動発生器ベアリングは、外歯歯車の内側にはめ込まれ、外歯歯車と波動発生器プラグを、相対回転可能な状態に保持している。
 波動歯車装置を減速機として用いる場合には、例えば、波動発生器プラグが回転入力要素とされ、内歯歯車あるいは外歯歯車が減速回転出力要素とされる。波動発生器ベアリングおよび外歯歯車は、繰り返し半径方向に変位しながら回転する。波動発生器ベアリングの内輪が波動発生器プラグと共に高速回転し、その外輪が外歯歯車と一体となって回転する。内外輪の間に挿入されているボールが、外輪および内輪の軌道面に沿って転動することにより、波動発生器プラグおよび外歯歯車が小さなトルクでスムーズに相対回転可能である。
 高負荷での運転、低速回転での運転、波動発生器ベアリングの潤滑に低粘度油を用いた場合の運転などのように、特定の条件下での運転時には、内外輪の軌道面とボールとの間の接触状態が混合潤滑となり、摩擦力が増えることがある。また、これらの間の潤滑状態に応じて、摩擦力が不安定となり、回転ムラなどが発生する。このような弊害を解消するためには、内外輪の軌道面とボールとの間を適切な潤滑状態に維持する必要がある。
 特許文献1には、波動歯車装置の波動発生器において、起振体(波動発生器プラグ)の外周面に装着される起振体ベアリング(波動発生器ベアリング)の内輪に、潤滑剤を保持する潤滑溜まりを設け、起振体軸受が潤滑剤不足になることを抑制している。特許文献2においては、転動体と軌道面との間の油膜形成能力を向上させるために、軌道面に、微細な凹条部を形成している。また、特許文献3においては、軌道面において、転動体の滑りによる動圧が発生しやすい接触通過領域の両側あるいは片側に、油溜まり機能を有する凹条部を形成して、十分な油膜を形成している。
特開2015-190600号公報 特開2005-321048号公報 特開2009-108901号公報
 波動歯車装置の波動発生器において、波動発生器ベアリングは波動発生器プラグによって楕円形に撓められている。楕円形の長軸両端に位置している転動体は、内外輪の間にタイト状態で挟まれ、内外輪の軌道面と点接触し転動する状態になっている。長軸両端以外の部分に位置している残りの転動体は、内外輪の間において隙間があり転動自在のルーズ状態に保持される。このように、楕円形に撓められた状態の波動発生器ベアリングにおいては、円周方向に沿って、軌道面と転動体との間の接触状態が変化する。内外輪の間においてルーズ状態で転動体が保持されている接触部分において良好な潤滑状態を形成できても、転動体がタイト状態にある接触部分では、潤滑不足が生じやすい。接触状態に応じて、円周方向の各部分を適切な潤滑状態にできることが望ましい。
 本発明の課題は、この点に鑑みて、波動発生器ベアリングの内外輪の軌道面と転動体との間の接触状態を改善して、これらの間の摩擦係数を低減可能な潤滑構造を備えた波動歯車装置の波動発生器を提供することにある。
 本発明による、波動歯車装置の波動発生器は、波動発生器プラグと波動発生器ベアリングとを備えている。波動発生器プラグは楕円状外周面を備えており、波動発生器ベアリングは楕円状外周面に装着固定されて楕円形に撓められている。波動発生器ベアリングは、半径方向に撓み可能な外輪および内輪と、外輪および内輪の間に、転動可能な状態で挿入されている複数個の転動体とを備えている。内輪の内輪軌道面には、第1潤滑溝および第2潤滑溝から構成される内輪潤滑溝パターンが形成されている。外輪の外輪軌道面には、第3潤滑溝から構成される外輪潤滑溝パターンが形成されている。第1、第2および第3潤滑溝は、数十ナノメートルから数マイクロメートルの幅および深さの線状の溝であり、直線状、曲線状あるいは波状に延びている。内輪潤滑溝パターンには、第1潤滑溝が数十ナノメートルから数マイクロメートルのピッチで配列された第1溝パターンと、第2潤滑溝が数十ナノメートルから数マイクロメートルのピッチで配列された第2溝パターンとが含まれている。外輪潤滑溝パターンは、第3潤滑溝が、数十ナノメートルから数マイクロメートルのピッチで配列されたパターンである。内輪軌道面において、楕円形の短軸位置を含む短軸側内輪軌道面部分には、内輪潤滑溝パターンの第1溝パターンが形成されており、楕円形の長軸位置を含む長軸側内輪軌道面部分には、内輪潤滑溝パターンの第2溝パターンが形成されている。第1溝パターンでは、第1潤滑溝の配向方向が、内輪軌道面の円周方向に向かう方向成分を含むように、第1潤滑溝が延びている。
 本発明では、波動発生器ベアリングの内輪軌道面および外輪軌道面には、それぞれ、微細な潤滑溝が微細なピッチで配列された内輪潤滑溝パターンおよび外輪潤滑溝パターンを形成してある。数マイクロメートル以下の幅および深さの微細な潤滑溝を形成することにより、内外輪と転動体の間の馴染みを促進させることができる。また、数マイクロメートル以下の微細な潤滑溝は潤滑剤との濡れ性が良く、効率良く潤滑剤が保持され(担持効果)、高剛性な油膜が形成され、その油膜厚さも増加する(動圧効果)。
 また、内輪軌道面において、転動体がルーズ状態で接触する短軸側内輪軌道面部分には、その円周方向に向かう方向成分を含むように配向された潤滑溝から構成される第1溝パターンが形成されている。例えば、円周方向に延びる潤滑剤から構成される第1溝パターンが形成される。第1溝パターンに接した潤滑剤は、潤滑溝に沿って円周方向に案内される。短軸側内輪軌道面部分に対して円周方向の両側には、転動体がタイト状態で接触する長軸側内輪軌道面部分が隣接している。第1溝パターンが形成されている部分から、長軸側内輪軌道面部分に形成されている第2溝パターンに向けて積極的に潤滑剤が供給され、第2溝パターンの潤滑溝に保持される。これにより、転動体がタイト状態で内外輪軌道面に接している接触部分に十分な潤滑剤が供給され、そこに保持される。この結果、長軸側内輪軌道面部分において良好な潤滑状態が形成される。
 よって、楕円形に撓められた状態で回転する波動発生器ベアリングにおける円周方向の各部分の接触状態を良好な状態に維持でき、油膜切れによる焼き付きを防止できる。また、油膜保持能力の向上により、潤滑剤塗布量を削減でき、潤滑剤漏れのリスクが少なくなるという付随効果も得られる。
(a)は本発明を適用した波動歯車装置の一例を示す概略縦断面図、(b)はその概略端面図である。 (a)は波動発生器ベアリングを示す概略端面図、(b)はその内輪軌道面に形成した溝パターンを示す説明図、(c)はその外輪軌道面に形成した溝パターンを示す説明図である。 (a)~(g)は、溝形成面における微細溝の溝パターン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波動発生器の実施の形態を説明する。以下の説明は、本発明をカップ型波動歯車装置の波動発生器に適用した例である。本発明は、シルクハット型波動歯車装置、フラ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。
 図1(a)はカップ型波動歯車装置(以下、単に、「波動歯車装置」と呼ぶ。)の全体構成を示す概略縦断面図であり、図1(b)はその概略端面図である。波動歯車装置1は、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、この内側にはめ込まれた楕円状輪郭の波動発生器4から構成されている。
 外歯歯車3は、胴部31、ダイヤフラム32およびボス33を備え、全体としてカップ形状をしている。胴部31は円筒形状をしており、半径方向に撓み可能である。胴部31の一方の端は開口端34となっており、開口端34の側における胴部外周面部分に、外歯35が形成されている。胴部31の他方の端に連続して、ダイヤフラム32が半径方向の内側に延びている。ダイヤフラム32の内周縁に連続して、円環状のボス33が形成されている。ボス33は、外歯歯車3を他の部材(図示せず)に取り付けるための剛体部分である。内歯歯車2は、外歯歯車3の外歯35を取り囲む状態に配置されている。内歯歯車2の内周面に形成されている内歯21に、外歯35はかみ合い可能である。
 波動発生器4は、中空ハブ41と、その外周に、オルダム継手42を介して、装着した剛性の波動発生器プラグ43と、波動発生器プラグ43の楕円形のプラグ外周面44(非円形外周面)に嵌めた波動発生器ベアリング45から構成されている。波動発生器4によって、外歯歯車3の胴部31における外歯35が形成されている部分は、初期形状の真円から楕円形に撓められている。外歯35は、楕円形の長軸Lmaxの両端の位置で、内歯歯車2の内歯21にかみ合っている。
 波動発生器ベアリング45は、半径方向に撓み可能な円形の内輪46および外輪47と、これらの間に転動可能な状態で装着されている複数個のボール48とを備えている。波動発生器ベアリング45は、波動発生器プラグ43によって楕円形に撓められた状態で外歯歯車3の内側に嵌め込まれ、外歯歯車3と波動発生器プラグ43を相対回転可能な状態で保持している。波動発生器プラグ43は高速回転入力軸(図示せず)に連結される。楕円形に撓められた内輪46および外輪47の間に挿入されているボール48が、内輪軌道面46aおよび外輪軌道面47aに沿って転がり運動を行い、波動発生器プラグ43および外歯歯車3が小さなトルクでスムーズに相対回転可能である。波動発生器プラグ43の楕円状輪郭のプラグ外周面44に、波動発生器ベアリング45の内輪46の内周面46bが、圧入および接着剤により固定されている。
 波動発生器プラグ43によって楕円形に撓められている波動発生器ベアリング45において、その楕円形の長軸Lmaxの両端に位置する複数個のボール48は内外輪46、47の間にタイト状態に挟まれ、内輪軌道面46a、外輪軌道面47aと点接触し転がり運動する状態になっている。長軸Lmaxの両端以外の部分に位置している残りのボール48は内輪軌道面46a、外輪軌道面47aの間において、隙間があり、転がり運動が自在なルーズ状態に保持されている。波動歯車装置1の運転条件に応じて変動するが、ルーズ状態のボール10が位置する部分は、凡そ、次の通りである。角度の正負を、短軸Lminに対して、反時計回りを正方向、時計回りを負方向とする。最大で、短軸Lminを中心として、約-75°から約+75°までの角度範囲の部分である。最小で、短軸Lminを中心として、約-40°から約+40°までの角度範囲の部分である。減速比が大きい程、角度範囲も広くなる。例えば、減速比が30の場合の角度範囲に比べて、減速機が160の場合の方が、角度範囲が広い。
 波動発生器4が中心軸線1aを中心として回転すると、両歯車2、3のかみ合い位置が円周方向に回転する。この回転によって、外歯35と内歯21の歯数差に応じて、外歯歯車3と内歯歯車2の間には相対回転が発生する。例えば、内歯歯車2を固定し、波動発生器4を高速回転入力要素とすれば、外歯歯車3は減速回転出力要素となり、両歯車2、3の歯数差に応じて減速された回転出力が取り出される。
 図2(a)は波動発生器4の波動発生器プラグ43および波動発生器ベアリング45を示す端面図であり、図2(b)はその内輪46に形成された内輪潤滑溝パターンを示す説明図であり、図2(c)はその外輪47に形成された外輪潤滑溝パターンを示す説明図である。内輪46の外周面には、円弧状に湾曲した断面形状の内輪軌道面46aが形成されている。内輪軌道面46aには内輪潤滑溝パターン5が形成されている。同様に外輪47の内周面には円弧状に湾曲した外輪軌道面47aが形成されている。外輪軌道面47aには、外輪潤滑溝パターン6が形成されている。
 内輪潤滑溝パターン5は、直線状、曲線状あるいは波状に延びる線状の潤滑溝から構成されている。潤滑溝は、数十ナノメートルから数マイクロメートルの幅および深さであり、数十ナノメートルから数マイクロメートルのピッチで配列されている。内輪潤滑溝パターン5には、第1溝パターン51および第2溝パターン52が含まれている。第1溝パターン51は第1潤滑溝53から構成されている。第1溝パターン51は、内輪軌道面46aの円周方向において、その楕円形の短軸Lminの位置を含む短軸側内輪軌道面部分46A1、46A2のそれぞれに形成されている。第2溝パターン52は、内輪軌道面46aにおける残りの部分、すなわち、長軸Lmaxの位置を含む長軸側内輪軌道面部分46B1、46B2のそれぞれに形成されている。第2溝パターン52は、第2潤滑溝54から構成されている。
 図2(a)、図2(b)に示すように、内輪軌道面46aにおける短軸側内輪軌道面部分46A1、46A2のそれぞれは、内輪軌道面46aの円周方向において、楕円形の短軸Lminの位置を中心として、時計回り、および反時計回りに、それぞれ、40°~75°の角度範囲の部分θ(A1)、θ(A2)である。内輪軌道面46aにおいて、残りの角度範囲の部分θ(B1)、θ(B2)は、第2溝パターン52が形成されている長軸側内輪軌道面部分46B1、46B2である。
 図2(b)には、第1溝パターン51の一部および第2溝パターン52の一部を、それぞれ拡大して模式的に示してある。第1溝パターン51は、潤滑剤を保持すると共に潤滑剤を内輪軌道面46aの円周方向に案内するための第1潤滑溝53から構成されている。潤滑剤を円周方向に案内できるようにするために、第1潤滑溝53の配向方向が、内輪軌道面46aの円周方向に向かう方向成分を含むように、第1潤滑溝53が延びている。本例では、図2(b)に模式的に拡大して示すように、第1潤滑溝53は、内輪軌道面46aの円周方向に向けて直線状に延びる溝である。第1潤滑溝53は、円周方向に対して傾斜した方向に配向されていてもよい。また、第1潤滑溝53は直線状の溝に限らず、曲線状あるいは波状に延びる溝とすることができる。また、第1溝パターン51は、短軸側内輪軌道面部分46A1、46A2において、その幅方向および円周方向の全体に亘って形成されている。
 ここで、第1溝パターン51の第1潤滑溝53の溝幅、溝深さ、溝間隔(ピッチ)を各部分において同一とすることができる。また、第1潤滑溝53の溝幅、溝深さ、溝間隔を、その長さ方向に沿って漸増あるいは漸減させることも可能である。一例として、第1潤滑溝53の溝幅、溝深さのうちの少なくとも一つを、短軸Lminの位置において、最も小さくし、長軸Lmaxに向うに連れて漸増させる。これにより、短軸Lminの側の部分に比べて、タイト状態のボール48が位置する長軸Lmaxの側の部分に、より多くの潤滑剤を供給して保持させることができる。
 次に、長軸側内輪軌道面部分46B1、46B2の第2溝パターン52は、潤滑剤を保持するための第2潤滑溝54から構成されている。第2潤滑溝54の配向方向は、本例では、図2(b)において模式的に拡大して示すように、内輪軌道面46aの幅方向(ベアリング中心軸線に沿った方向)とされている。第2溝パターン52として、第2潤滑溝54が円周方向、円周方向に対して傾斜する方向に配向されたパターンであってもよい。
 また、第2潤滑溝54は、直線状の溝に限らず、曲線状あるいは波状に延びる溝とすることができる。また、異なる方向に配向された第2潤滑溝54が交差する状態に形成された網目状に形成することもできる。第2潤滑溝54の溝幅、溝深さ、溝間隔を、その長さ方向に沿って、漸増あるいは漸減させることも可能である。
 さらに、第2溝パターン52は、長軸側内輪軌道面部分46B1、46B2において、その幅方向および円周方向の全体に亘って形成することができる。この代わりに、幅方向あるいは円周方向に沿って、第2溝パターン52が形成されている溝加工領域と第2溝パターン52が形成されていない溝未加工領域とを交互に形成してもよい。本例においては、図2(b)に示すように、幅方向の中央に円周方向に延びる一定幅の溝未加工領域を形成し、その両側に、第2溝パターン52が形成された溝加工領域を形成してある。
 次に、外輪47に形成されている外輪潤滑溝パターン6を説明する。図2(c)には、外輪潤滑溝パターン6の一部を拡大して模式的に示してある。外輪潤滑溝パターン6は、直線状、曲線状あるいは波状に延びる線状の第3潤滑溝60から構成されている。第3潤滑溝60は、数十ナノメートルから数マイクロメートルの幅および深さであり、数十ナノメートルから数マイクロメートルのピッチで配列されている。
 外輪潤滑溝パターン6では、本例では、図2(c)において模式的に拡大して示すように、第3潤滑溝60が、外輪軌道面47aの幅方向に直線状に延びている。第3潤滑溝60は、円周方向に対して傾斜した方向に配向されていてもよい。また、第3潤滑溝60は直線状の溝に限らず、曲線状あるいは波状に延びる溝とすることができる。また、異なる方向に配向された第2潤滑溝54が交差する状態に形成された網目状に形成することもできる。
 外輪潤滑溝パターン6は、外輪軌道面47aにおいて、その幅方向および円周方向の全体に亘って形成することができる。この代わりに、幅方向あるいは円周方向に沿って、外輪潤滑溝パターン6が形成されている溝加工領域と外輪潤滑溝パターンが形成されていない溝未加工領域とを交互に形成してもよい。本例では、図2(c)に示すように、幅方向の中央に円周方向に延びる一定幅の溝未加工領域を形成し、その両側に、外輪潤滑溝パターン6が形成された溝加工領域を形成してある。
 ここで、第3潤滑溝60の溝幅、溝深さ、溝間隔(ピッチ)を各部分において同一とすることができる。また、第3潤滑溝60の溝幅、溝深さ、溝間隔を、その長さ方向に沿って漸増あるいは漸減させることも可能である。一例として、第3潤滑溝60の溝幅、溝深さのうちの少なくとも一つを、長軸Lmaxの位置において、最大とし、短軸Lminに向うに連れて漸減させる。これにより、タイト状態のボール48が位置する長軸Lmaxの部分により多くの潤滑剤を保持できる。
 なお、上記の内輪潤滑溝パターン5、外輪潤滑溝パターン6は、例えば、フェムト秒レーザーなどを用いたレーザー加工により形成できる。機械加工、エッチングなどの加工法によってこれらのパターンを形成することも可能である。また、第1、第2、第3潤滑溝53、54、60のそれぞれは、矩形断面、半円形断面、V溝など、各種の断面形状とすることができる。
(溝の配列パターン)
 図3は、内輪潤滑溝パターン5、外輪潤滑溝パターン6として採用可能な配列パターン例を模式的に示す説明図である。以下においては、第1、第2潤滑溝53、54が形成される内輪軌道面46a、第3潤滑溝60が形成される外輪軌道面47aを、溝形成面として説明し、第1、第2、第3潤滑溝53、54、60を、微細溝として説明する。なお、図3は代表的な配列パターンを例示したものであり、本発明において採用可能な配列パターンが図3に示す各例に限定されるものではない。
 溝形成面には、微細溝が、所定のピッチで所定の方向に、直線状あるいは曲線状に延びる配列パターンで形成される。例えば、図3(a)に示すように、微細溝が、一定のピッチで、溝形成面の円周方向(内輪軌道面46aの円周方向、外輪軌道面47aの円周方向)に、直線状に延びる配列パターンを用いることができる。図3(b)に示すように、溝形成面において、微細溝が、一定のピッチで、円周方向に波状に延びる配列パターンを用いることもできる。
 図3(c)に示すように、微細溝が、一定のピッチで、溝形成面の円周方向に直交する幅方向(内輪軌道面46aの幅方向、外輪軌道面47aの幅方向)に、直線状に延びる配列パターンを、溝形成面に形成できる。なお、幅方向に延びる微細溝は、円周方向に向かう方向成分が含まれていない溝であるので、短軸側内輪軌道面部分46A1、46A2に形成される第1溝パターン51を構成する第1潤滑溝53には使用されない。図3(d)に示すように、微細溝が、一定のピッチで、溝形成面の円周方向に直交する幅方向に波状に延びる配列パターンを、溝形成面に形成できる。また、図3(e)に示すように、微細溝が、一定のピッチで、溝形成面の円周方向および幅方向に対して傾斜する斜め方向に直線状に延びる傾斜配列パターンを、溝形成面に形成できる。
 また、図3(f)、(g)に示すように、同一の溝形成面において、微細溝が、一定のピッチで第1の方向に延びる第1方向配列パターンと、一定のピッチで第1方向とは異なる第2の方向に延びる第2方向配列パターン溝とが交差している交差配列パターンを形成できる。図3(f)に示す交差配列パターンでは、第1方向配列パターンは、円周方向に直線状に延びる微細溝からなり、第2方向配列パターンは、幅方向に直線状に延びる微細溝からなる。図3(g)に示す交差配列パターンでは、第1方向配列パターンは、円周方向および幅方向に対して45度傾斜した方向に延びる直線状の微細溝から形成される傾斜配列パターンであり、第2方向配列パターンは、円周方向および幅方向に対して逆方向に45度傾斜した方向に延びる直線状の微細溝から形成される傾斜配列パターンである。さらに、溝形成面に、図3(a)に示す配列パターンと、図3(b)に示す配列パターンとが重なった状態の交差配列パターンを形成することも可能である。

Claims (7)

  1.  波動歯車装置の波動発生器であって、
     楕円状外周面を備えた剛性の波動発生器プラグ、および、前記楕円状外周面に装着固定されて楕円形に撓められている波動発生器ベアリングを有しており、
     前記波動発生器ベアリングは、半径方向に撓み可能な外輪および内輪、および、前記外輪および前記内輪の間に転動可能な状態で挿入されている複数個の転動体を備え、
     前記内輪の内輪軌道面には、第1潤滑溝および第2潤滑溝から構成される内輪潤滑溝パターンが形成され、
     前記外輪の外輪軌道面には、第3潤滑溝から構成される外輪潤滑溝パターンが形成されており、
     前記第1、第2および第3潤滑溝は、直線状、曲線状あるいは波状に延びる線状の溝であり、数十ナノメートルから数マイクロメートルの幅および深さであり、
     前記内輪潤滑溝パターンには、前記第1潤滑溝が数十ナノメートルから数マイクロメートルのピッチで配列された第1溝パターンと、前記第2潤滑溝が数十ナノメートルから数マイクロメートルのピッチで配列された第2溝パターンとが含まれており、
     前記外輪潤滑溝パターンは、前記第3潤滑溝が、数十ナノメートルから数マイクロメートルのピッチで配列されたパターンであり、
     前記内輪軌道面において、前記楕円形の短軸位置を含む短軸側内輪軌道面部分には、前記内輪潤滑溝パターンの前記第1溝パターンが形成されており、前記楕円形の長軸位置を含む長軸側内輪軌道面部分には、前記内輪潤滑溝パターンの前記第2溝パターンが形成されており、
     前記第1溝パターンは、前記第1潤滑溝の配向方向が、前記内輪軌道面の円周方向に向かう方向成分を含むように、形成されている波動歯車装置の波動発生器。
  2.  請求項1において、
     前記第1溝パターンが形成されている前記短軸側内輪軌道面部分は、前記内輪軌道面において、前記楕円形の短軸位置を中心として、時計回りおよび反時計回りに、それぞれ、40°から75°の角度範囲の部分である波動歯車装置の波動発生器。
  3.  請求項2において、
     前記短軸側内輪軌道面部分においては、その幅方向および円周方向の全体に、前記第1溝パターンが形成されており、
     前記長軸側内輪軌道面部分においては、その幅方向および円周方向の全体に、前記第2溝パターンが形成あれているか、または、前記幅方向あるいは前記円周方向に沿って、前記第2溝パターンが形成されている溝加工領域と前記第2溝パターンが形成さていない溝未加工領域とが交互に形成されている
    波動歯車装置の波動発生器。
  4.  請求項3において、
     前記外輪軌道面において、その幅方向あるいは円周方向の全体に前記外輪潤滑溝パターンが形成されているか、あるいは、
     前記幅方向あるいは前記円周方向に沿って、前記外輪潤滑溝パターンが形成されている溝加工領域と前記外輪潤滑溝パターンが形成されていない溝未加工領域とが交互に形成されている
    波動歯車装置の波動発生器。
  5.  請求項4において、
     前記内輪潤滑溝パターンの前記第1溝パターンは、前記内輪軌道面の円周方向に延びる前記第1潤滑溝によって構成されており、
     前記第2溝パターンは、前記内輪軌道面の幅方向に延びる前記第2潤滑溝によって構成されており、
     前記外輪潤滑溝パターンは、前記外輪軌道面の幅方向に延びる前記第3潤滑溝によって構成されている波動歯車装置の波動発生器。
  6.  請求項5において、
     前記第1溝パターンの前記第1潤滑溝は、前記短軸位置から前記長軸位置に向かうに連れて、溝幅および溝深さのうちの一方あるいは双方が、漸増しており、
     前記第2溝パターンの前記第2潤滑溝は、前記長軸位置から前記短軸位置に向かうに連れて、溝幅および溝深さのうちの一方あるいは双方が漸減しており、
     前記外輪潤滑溝パターンの前記第3潤滑溝は、前記短軸位置から前記長軸位置に向かうに連れて、溝幅および溝深さのうちの一方あるいは双方が、漸増している波動歯車装置の波動発生器。
  7.  剛性の内歯歯車と、
     可撓性の外歯歯車と、
     請求項1に記載の波動発生器と
    を有している波動歯車装置。
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