WO2023139636A1 - 歯車の歯面潤滑構造 - Google Patents

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教夫 城越
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/32—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/04—Features relating to lubrication or cooling or heating

Definitions

  • the present invention relates to a tooth surface lubrication structure that supplies lubricant to the tooth surfaces of gears.
  • the lubricant may be pushed out and it may not be possible to efficiently supply the lubricant to the tooth surface.
  • the lubricant between the mutually meshing teeth is pushed out to the ends in the tooth trace direction and is difficult to stay on the tooth flanks.
  • Patent Document 1 proposes forming fine protrusions at regular intervals over the entire tooth flanks in order to retain lubricant on the tooth flanks of the internal gear and the external gear of the strain wave gearing.
  • Patent Literature 2 proposes forming grooves on the teeth of the internal gear and the external gear to promote the flow of lubricating oil.
  • An object of the present invention is to provide a gear tooth flank lubrication structure that efficiently supplies lubricant to the tooth flanks of a pair of mutually meshing gears.
  • a plurality of lubricant flow grooves are formed at predetermined intervals along the tooth trace direction on the tip of each tooth of at least one of a pair of mutually meshing gears,
  • Each of the lubricant flow grooves is an inclined groove extending from one tooth surface of each tooth to the other tooth surface in a direction inclined to one side with respect to the tooth trace direction.
  • the one lubricant flow groove formed at the position closest to one tooth trace end in each tooth, or the plurality of lubricant flow grooves counted from the tooth trace end side may be a reverse inclined groove inclined in the opposite direction to the inclined groove with respect to the tooth trace direction.
  • the inclined grooves on the tips of the teeth that mesh with each other promote the flow of lubricant such as grease trapped in the gap between the tops of the teeth, so the lubricant can be efficiently supplied to the tooth flanks.
  • FIG. 1(a) is a schematic longitudinal sectional view showing the overall configuration of a cup-type strain wave gearing to which the present invention is applied
  • FIG. 1(b) is a schematic end view thereof.
  • (a) is an explanatory diagram showing a pair of internal and external teeth in meshing state
  • (b) is an explanatory diagram showing a lubricant flow groove formed in the tooth tip of the external tooth
  • (c) is an explanatory diagram showing an example of a case where an inclined groove and a reverse inclined groove are formed as lubricant flow grooves.
  • a strain wave gearing device 1 is composed of an annular rigid internal gear 2, a cup-shaped flexible external gear 3 coaxially arranged inside thereof, and a wave generator 4 having an elliptical contour fitted inside.
  • the external gear 3 has a body portion 31, a diaphragm 32 and a boss 33, and has a cup shape as a whole.
  • the body portion 31 has a cylindrical shape and is radially flexible.
  • One end of the body portion 31 is an open end 34 , and external teeth 30 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 part for attaching the external gear 3 to another member (not shown).
  • the internal gear 2 is arranged to surround the external teeth 30 of the external gear 3 .
  • External teeth 30 can mesh with the internal teeth 20 formed on the inner peripheral surface of the internal gear 2 .
  • the wave generator 4 is composed of a hollow hub 41, a rigid wave generator plug 43 attached to the outer periphery thereof via an Oldham coupling 42, and a wave generator bearing 45 fitted to the elliptical plug outer peripheral surface 44 of the wave generator plug 43.
  • the portion of the body portion 31 of the external gear 3 where the external teeth 30 are formed is bent from the initial perfect circle shape to an elliptical shape.
  • the external teeth 30 mesh with the internal teeth 20 of the internal gear 2 at both ends of the major axis Lmax of the ellipse.
  • the wave generator bearing 45 comprises a radially flexible circular outer ring 46 and an inner ring 47, and a plurality of balls 48 mounted therebetween in a rollable state.
  • 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.
  • the wave generator plug 43 is connected to a high speed rotating input shaft (not shown).
  • the wave generator 4 rotates around the central axis 1a, the meshing positions of the two gears 2 and 3 rotate in the circumferential direction. Due to this rotation, relative rotation occurs between the external gear 3 and the internal gear 2 according to the difference in the number of teeth between the external teeth 30 and the internal teeth 20 .
  • the external gear 3 serves as a deceleration rotation output element, and a rotation output that is reduced according to the difference in the number of teeth between the two gears 2 and 3 is extracted.
  • FIG. 2(a) is an explanatory diagram showing a pair of internal teeth 20 and external teeth 30 in meshing state
  • FIG. 2(b) is an explanatory diagram showing lubricant flow grooves formed on the tip of the external teeth 30.
  • FIG. The tooth profile of the internal tooth 20 includes left and right meshing tooth flanks 201L and 201R involved in meshing with the external tooth 30, a convex arcuate tooth top surface 202 that connects the apex side ends of the meshing tooth flanks 201L and 201R that do not participate in meshing, and a concave arcuate tooth bottom surface 203 that does not participate in meshing and connects the tooth root side ends of the meshing tooth surfaces 201L and 201R.
  • the tooth profile of the external tooth 30 includes left and right meshing tooth flanks 301L and 301R that participate in meshing with the internal tooth 20, a convex arc-shaped tooth top surface 302 that connects the ends of the meshing tooth surfaces 301L and 301R on the addendum side that does not participate in meshing, and a concave arc-shaped tooth bottom surface 30 that does not participate in meshing that connects the root side ends of the meshing tooth surfaces 301L and 301R. 3.
  • a plurality of fine lubricant flow grooves 204 are formed on the tooth crest 202 of the internal tooth 20 .
  • Lubricant flow grooves 304 are also formed on the tooth crest 302 of the external tooth 30 at regular intervals along the tooth trace direction.
  • the lubricant flow groove 304 formed in the external tooth 30 extends from one meshing tooth flank 301L to the other meshing tooth flank 301R on the tooth crest 302.
  • the lubricant flow grooves 304 of this example are formed at regular intervals along the tooth trace direction, and each lubricant flow groove 304 has the same groove (same width, same depth, and same cross-sectional shape), has the same inclination angle with respect to the tooth trace direction, and extends in a direction parallel to a tangential line passing through the vertex of the tooth crest surface 302.
  • each lubricant flow groove 304 is a groove extending in a direction inclined 45 degrees in the same direction with respect to the tooth trace direction.
  • the lubricant flow grooves 204 of the inner teeth 20 are similarly formed. That is, the lubricant flow groove 204 extends from one meshing tooth flank 201L to the other meshing tooth flank 201R on the tooth crest 202 . Also, the lubricant flow grooves 204 are formed at regular intervals along the tooth trace direction. Each lubricant flow groove 204 has the same groove (same width, same depth, and same cross-sectional shape), has the same inclination angle with respect to the tooth trace direction, and extends in a direction parallel to a tangential line passing through the apex of the tooth crest 202. For example, each lubricant flow groove 204 is a groove extending in a direction inclined 45 degrees in the same direction with respect to the tooth trace direction.
  • the lubricant flow grooves 204, 304 facilitate the movement of the lubricant confined in the top gaps 5, 6 between the internal teeth 20 and the external teeth 30, and efficiently supply the lubricant to the meshing tooth flanks 201L, 201R, 301L, 301R.
  • Such inclined grooves can be formed, for example, in a lathe process before gear cutting of the gear blank.
  • the lubricant flow grooves 204 and 304 are inclined grooves extending in a direction B that is inclined by an angle ⁇ in the same direction with respect to the tooth trace direction A, the lubricant such as grease flows in one direction in the tooth trace direction at the meshing portions of the internal teeth 20 and the external teeth 30.
  • Inversely inclined grooves inclined in the opposite direction can be formed as inclined grooves at the ends of the internal teeth 20 and the external teeth 30 in the tooth trace direction.
  • the lubricant flows toward the ends in the tooth trace direction and is pushed back in the opposite direction by the reverse inclined grooves, so that the lubricant can be retained on the tooth flanks of the internal teeth 20 and the external teeth 30 for a longer time. It is possible to enhance the lubricating effect on the tooth surface.
  • the present invention is applicable not only to strain wave gearing but also to other gear devices.
  • gear devices including strain wave gear devices, such as helical gears, spiral bevel gears, and the like which are provided with gears whose engagement progresses obliquely with respect to the axis-perpendicular direction, the lubricant is discharged toward the ends in the tooth trace direction at the meshing portions, and is difficult to stay on the tooth flanks.
  • the tooth surface lubrication structure of the present invention is effective for such a gear device.

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Abstract

波動歯車装置（１）の内歯歯車（２）の内歯（２０）、外歯歯車（３）の外歯（３０）の歯先面（２０２、３０２）には、歯筋方向に沿って一定の間隔で潤滑剤流通溝（２０４、３０４）が形成されている。潤滑剤流通溝（２０４、３０４）のそれぞれは、歯筋方向に対して一方の側に傾斜した方向に延びている傾斜溝である。傾斜溝によって、内歯（２０）、外歯（３０）の間の頂隙（５、６）に閉じ込められたグリース等の潤滑剤の流動が促進され、両歯の歯面に効率よく潤滑剤が供給される。

Description

歯車の歯面潤滑構造
　本発明は、歯車の歯面に潤滑剤を供給する歯面潤滑構造に関する。
　歯車のかみ合い部分においては潤滑剤が押し出されて歯面に効率良く潤滑剤を供給できない場合がある。例えば、波動歯車装置、はすば歯車、スパイラルベベルギヤ等のように、歯車のかみ合いが軸直角方向に対して斜めに進行する場合には、相互にかみ合う歯の間の潤滑剤が歯筋方向の端部に押し出され、歯面に留まり難い。特に、グリース潤滑を行う場合には、グリースが歯面に留まり難い。
　しかしながら、一方において、メンテナンス性の良さ、油漏れ信頼性の面から、グリース潤滑、さらには稠度番号の大きいグリースに対する要求がある。グリース潤滑の場合における歯面の潤滑信頼性の確保が課題となる。
　波動歯車装置における潤滑構造としては、特許文献１において、波動歯車装置の内歯歯車と外歯歯車の歯面に潤滑剤を保持するために、歯面の全体に亘って一定の間隔で微細な凸部を形成することが提案されている。特許文献２においては、内歯歯車および外歯歯車の歯に、潤滑油の流通を促進させるための溝を付けることが提案されている。
特開２０２１－１６７６５０号公報 特開２０１７－７２２３４号公報
　本発明の目的は、相互にかみ合う一対の歯車の歯面に効率良く潤滑剤を供給する歯車の歯面潤滑構造を提供することにある。
　本発明は、相互にかみ合う一対の歯車のうち、少なくとも一方の歯車における各歯の歯先に、歯筋方向に沿って所定の間隔で複数の潤滑剤流通溝が形成されており、
　前記潤滑剤流通溝のそれぞれは、各歯の一方の歯面から他方の歯面まで、歯筋方向に対して一方の側に傾斜した方向に延びている傾斜溝であることを特徴としている。
　ここで、各歯における一方の歯筋端に最も近い位置に形成した１本の前記潤滑剤流通溝、または当該歯筋端の側から数えて複数本の前記潤滑剤流通溝は、前記歯筋方向に対して前記傾斜溝とは逆方向に傾斜した逆傾斜溝とする場合がある。
　相互にかみ合う歯の歯先に付けた傾斜溝によって、歯の頂隙に閉じ込められたグリース等の潤滑剤の流動が促進されるので、歯面に効率よく潤滑剤を供給できる。
　また、歯筋方向の端に逆傾斜溝を設けた場合には、歯筋方向の端に向かって流れる潤滑剤の流れ方向を、逆傾斜溝によって歯筋方向の中央側に向けて押し戻すことができるので、歯面に潤滑剤を長く留まらせることができる。
（ａ）は本発明を適用したカップ型波動歯車装置の全体構成を示す概略縦断面図であり、（ｂ）はその概略端面図である。 （ａ）はかみ合い状態にある一対の内歯と外歯を示す説明図であり、（ｂ）は外歯の歯先に形成した潤滑剤流通溝を示す説明図であり、（ｃ）は潤滑剤流通溝として傾斜溝と逆傾斜溝を形成した場合の一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実施の形態に係る波動歯車装置を説明する。図１を参照して説明すると、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３０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３０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２０に、外歯３０が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に嵌めた波動発生器軸受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３０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３０は、楕円形の長軸Ｌｍａｘの両端の位置で、内歯歯車２の内歯２０にかみ合っている。
　波動発生器軸受４５は、半径方向に撓み可能な円形の外輪４６および内輪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。波動発生器軸受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。
　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３０と内歯２０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）はかみ合い状態にある一対の内歯２０と外歯３０を示す説明図であり、図２（ｂ）は外歯３０に歯先に形成した潤滑剤流通溝を示す説明図である。内歯２０の歯形は、外歯３０とのかみ合いに関与する左右のかみ合い歯面２０１Ｌ、２０１Ｒと、かみ合い歯面２０１Ｌ、２０１Ｒの歯末側の端の間を繋ぐかみ合いに関与しない凸円弧状の歯先面２０２と、かみ合い歯面２０１Ｌ、２０１Ｒの歯元側の端の間を繋ぐかみ合いに関与しない凹円弧状の歯底面２０３とによって規定されている。同様に、外歯３０の歯形は、内歯２０とのかみ合いに関与する左右のかみ合い歯面３０１Ｌ、３０１Ｒと、かみ合い歯面３０１Ｌ、３０１Ｒの歯末側の端の間を繋ぐかみ合いに関与しない凸円弧状の歯先面３０２と、かみ合い歯面３０１Ｌ、３０１Ｒの歯元側の端の間を繋ぐかみ合いに関与しない凹円弧状の歯底面３０３とによって規定されている。
　内歯２０の歯先面２０２には、複数本の微細な潤滑剤流通溝２０４が形成されている。また、外歯３０の歯先面３０２にも、歯筋方向に沿って一定の間隔で、潤滑剤流通溝３０４が形成されている。
　図２（ｂ）に示すように、外歯３０に形成された潤滑剤流通溝３０４は、歯先面３０２において、一方のかみ合い歯面３０１Ｌの側から他方のかみ合い歯面３０１Ｒまで延びている。本例の潤滑剤流通溝３０４は、歯筋方向に沿って一定の間隔で形成されており、各潤滑剤流通溝３０４は同一の溝（同一幅、同一深さ、同一の断面形状）であり、歯筋方向に対する傾斜角も同一であり、歯先面３０２の頂点を通る接線に平行な方向に延びている。例えば、各潤滑剤流通溝３０４は、歯筋方向に対して、同一方向に４５度傾いた方向に延びる溝である。
　本例では、内歯２０の潤滑剤流通溝２０４も同様に形成されている。すなわち、潤滑剤流通溝２０４は、歯先面２０２において、一方のかみ合い歯面２０１Ｌの側から他方のかみ合い歯面２０１Ｒまで延びている。また、潤滑剤流通溝２０４は、歯筋方向に沿って一定の間隔で形成されている。各潤滑剤流通溝２０４は、同一の溝（同一幅、同一深さ、同一の断面形状）であり、歯筋方向に対する傾斜角も同一であり、歯先面２０２の頂点を通る接線に平行な方向に延びている。例えば、各潤滑剤流通溝２０４は、歯筋方向に対して、同一方向に４５度傾いた方向に延びる溝である。
　潤滑剤流通溝２０４、３０４によって、内歯２０と外歯３０の間の頂隙５、６に閉じ込められた潤滑剤が移動しやすくなり、かみ合い歯面２０１Ｌ、２０１Ｒ、３０１Ｌ、３０１Ｒに効率良く潤滑剤を供給できる。なお、このような傾斜溝は、例えば、歯車素材の歯切り前の旋盤工程において形成することができる。
　ここで、潤滑剤流通溝２０４、３０４として、歯筋方向Ａに対して同一方向に角度θだけ傾斜した方向Ｂに延びる傾斜溝が形成されている場合、内歯２０と外歯３０のかみ合い部分において、グリース等の潤滑剤に、歯筋方向の一方に向かう流れが生じる。内歯２０、外歯３０における歯筋方向の端の部分に、傾斜溝として、逆方向に傾斜した逆傾斜溝を形成しておくことができる。
　例えば、図２（ｃ）に示すように、外歯３０において、潤滑剤流通溝３０４として、歯筋方向の一方の端３０ａから他方の端３０ｂに向かって一定の間隔で同一方向に傾斜した傾斜溝３０４ａを形成し、端３０ｂの側においては、一定の間隔で逆傾斜溝３０４ｂを複数本形成しておく。内歯２０においても同様に潤滑剤流通溝２０４を形成することができる。
　このようにすれば、歯筋方向の端に向かう潤滑剤の流れ、逆傾斜溝によって逆方向に押し戻され、内歯２０、外歯３０の歯面に潤滑剤をより長く留めることができる。歯面に対する潤滑効果を高めることができる。
（その他の実施の形態）
　なお、本発明は、波動歯車装置に限らず、それ以外の歯車装置にも適用可能である。特に、波動歯車装置を含め、はすば歯車、スパイラルベベルギヤ等のように、かみ合いが軸直角方向に対して斜めに進行する歯車を備えた歯車装置においては、潤滑剤がかみ合い部分において歯筋方向の端に向かって排出され、歯面に留まり難い。このような歯車装置に対して本発明の歯面潤滑構造が有効である。

Claims (4)

  1. 　相互にかみ合う一対の歯車のうち、少なくとも一方の歯車における各歯の歯先に、歯筋方向に沿って所定の間隔で複数の潤滑剤流通溝が形成されており、
    　前記潤滑剤流通溝のそれぞれは、各歯の一方の歯面から他方の歯面まで、歯筋方向に対して一方の側に傾斜した方向に延びている傾斜溝であることを特徴とする歯車の歯面潤滑構造。
  2. 　請求項１において、
    　各歯における一方の歯筋端に最も近い位置に形成した１本の前記潤滑剤流通溝、または当該歯筋端の側から数えて複数本の前記潤滑剤流通溝は、前記歯筋方向に対して前記傾斜溝とは逆方向に傾斜した逆傾斜溝である歯車の歯面潤滑構造。
  3. 　請求項１において、
    　前記一対の歯車は、波動歯車装置の剛性の内歯歯車および半径方向に撓み可能な可撓性の外歯歯車である歯車の歯面潤滑構造。
  4. 　請求項３において、
    　前記外歯歯車はカップ形状あるいはシルクハット形状をしており、半径方向の撓み可能な円筒状胴部と、この円筒状胴部の一端から半径方向に延びるダイヤフラムと、このダイヤフラムの内周縁あるいは外周縁に形成した剛性の円環状のボスと、前記円筒状胴部の他端の側に形成した外歯とを備えている歯車の歯面潤滑構造。
     
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