WO2024024115A1

WO2024024115A1 - 波動歯車装置

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Publication number: WO2024024115A1
Application number: PCT/JP2022/029395
Authority: WO
Inventors: 健太滝澤
Original assignee: 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ
Priority date: 2022-07-29
Filing date: 2022-07-29
Publication date: 2024-02-01
Also published as: TW202405322A

Abstract

波動歯車装置（１）は中空入力軸（５）を備えており、外歯歯車（３）を半径方向に撓めて内歯歯車（２）にかみ合わせている波動発生器（４）は、ボール保持器（４７）を有するウエーブベアリング（４３）を備えている。中空入力軸（５）における外歯歯車（３）の内側に位置する入力軸外周面部分は、撥油被覆（１４）で覆われている。ボール保持器（４７）の表面も、撥油被膜（１５）で覆われている。撥油被膜（１４，１５）によって、中空入力軸（５）、ボール保持器（４７）のグリース撹拌抵抗が小さくなり、波動歯車装置（１）のロストルクを低減できる。

Description

波動歯車装置

　本発明は入力軸を備えた波動歯車装置に関する。

　波動歯車装置は減速機として広く用いられており、モータ等からの高速回転を波動発生器に伝達する入力軸を備えたものが知られている。波動歯車装置への要求の１つとしてロストルク低減がある。波動歯車装置が動作すると、歯車のかみ合い部の摩擦抵抗、ベアリングの転がり抵抗、グリース（潤滑剤）の撹拌抵抗などによりロストルクが生じ、入力軸を回転させるエネルギーの一部が熱に変換される。これを低減することで低発熱化や駆動モータの低容量化が可能になる等のメリットがある。

　グリースの撹拌抵抗は撹拌が高速なほど大きいため、数千回転／分という高速で使用される波動歯車装置の入力軸の付近の撹拌抵抗は、ロストルク全体の中での大きな割合を占める。また、入力軸およびウエーブベアリング付近には長期的な潤滑性維持のためグリースを多く塗布するため、ウエーブベアリングのボール近傍のみでなく、入力軸にもグリースが接触し、撹拌抵抗増大の一因となっている。

　撹拌抵抗を低減する手段として、グリース基油の低粘度化と、塗布量低減が考えられる。しかし、両者とも潤滑性との間にトレードオフの関係があり、既存製品においてロストルクと潤滑性のバランスを考慮した設計がなされている場合はそれ以上の改善は難しい。

　なお、波動歯車装置において、内歯歯車と外歯歯車のかみ合い部からの潤滑剤の流出を低減することを目的として、外歯歯車の胴部の表面に、外歯歯車の歯部の表面よりも撥油性が高い撥油部を形成することが提案されている（特許文献１）。

特開２０１８－５３９１２号公報

　波動歯車装置においては、入力軸の付近、ウエーブベアリングのボール近傍に位置するグリースが、入力軸、ウエーブベアリングの保持器などに接触あるいは付着する。このようなグリース接触によって撹拌抵抗が増大し、波動歯車装置のロストルクが増大する。

　本発明の目的は、潤滑剤に起因する入力軸付近、ウエーブベアリング付近の撹拌抵抗の増大に起因するロストルクの増加を抑制できるようにした波動歯車装置を提供することにある。

　本発明の波動歯車装置は、
　剛性の内歯歯車と、
　前記内歯歯車の内側に同軸に配置された可撓性の外歯歯車と、
　ウエーブプラグおよび当該ウエーブプラグの非円形外周面と前記外歯歯車の内周面との間に装着されたウエーブベアリングを備えた波動発生器と、
　前記ウエーブプラグに同軸に取り付けられた入力軸と、
　前記入力軸における前記外歯歯車の内側に位置する入力軸外周面部分と、
　前記入力軸外周面部分を覆っており、前記ウエーブベアリングに塗布あるいは供給される潤滑剤に対する撥油性を有しているフッ素樹脂被膜等の第１撥油被膜と、
を備えている。

　また、本発明の波動歯車装置において、
　前記ウエーブベアリングは、
　内輪および外輪と、
　前記内輪および前記外輪の間に形成される円環状の軌道溝に転動可能な状態で挿入されている複数の転動体と、
　前記転動体を円周方向に一定の間隔を開けた位置に保持している保持器と、
　前記保持器の表面を覆っており、前記潤滑剤に対する撥油性を有しているフッ素樹脂被膜等の第２撥油被膜と、
を備えている。

　本発明の波動歯車装置では、次の作用効果が得られ、これにより、波動歯車装置のロストルクを低減できる。
（１）潤滑剤付着量の低減：撥油被膜により潤滑剤が遠心力で振り切られやすくなり、潤滑剤付着量が少なくなることで、撹拌抵抗が小さくなる。
（２）潤滑剤せん断速度の低減：撥油被膜により潤滑剤と接触する面と潤滑剤の間に滑りが生じ、潤滑剤せん断速度が低くなることで、撹拌抵抗が小さくなる。

本発明の実施の形態に係る波動歯車装置の概略縦断面図である。図１の波動歯車装置のグリース潤滑部分を示す説明図である。

　以下に、図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係る波動歯車装置を説明する。波動歯車装置１は、剛性の内歯歯車２と、シルクハット形状をした可撓性の外歯歯車３と、波動発生器４と、中空入力軸５と、内歯歯車２に対して外歯歯車３を相対回転自在の状態に支持しているクロスローラベアリングからなる主軸受６とを備えている。また、波動歯車装置１は、内歯歯車２に一体形成された固定側エンドプレート７と、外歯歯車３に同軸に締結固定した出力軸である出力側エンドプレート８とを備えている。中空入力軸５の一方の軸端部５１は、軸受９ａを介して、固定側エンドプレート７によって回転自在の状態に支持されており、中空入力軸５の他方の軸端部５２は、軸受９ｂを介して、出力側エンドプレート８によって回転自在の状態に支持されている。

　内歯歯車２は円環形状をしており、その円形内周面に内歯２１が形成されている。内歯歯車２において、軸方向における軸端部５１の側の端面部分に、固定側エンドプレート７が一体形成されている。内歯歯車２における軸方向の他方の側には、同軸に、主軸受６の内輪６１が締結固定されている。

　外歯歯車３は、外歯３１が形成された筒状胴部３２と、筒状胴部３２の端から半径方向の外方に広がるダイヤフラム３３と、ダイヤフラム３３の外周縁に一体形成されている円環状のボス３４とを備えている。筒状胴部３２は、内歯歯車２および主軸受６の内輪６１の内側に同軸に配置されており、外歯３１が内歯２１に対峙しており、内歯２１にかみ合い可能である。ボス３４は、軸方向において、主軸受６の外輪６２と出力側エンドプレート８との間に位置している。外輪６２、ボス３４および出力側エンドプレート８の三部材は、同軸に、締結固定されている。

　波動発生器４は、中空入力軸５の外周面に一体形成されている一定幅の楕円状外周面４１を備えたウエーブプラグ４２と、ウエーブベアリング４３とを備えている。ウエーブベアリング４３は、ウエーブプラグ４２の楕円状外周面４１と、外歯歯車３における外歯３１が形成されている筒状胴部３２の内周面３５との間に装着されている。ウエーブベアリング４３は、可撓性の内輪４４、可撓性の外輪４５、これらの間に転動可能な状態で挿入されている複数個のボール４６、および、ボール４６を円周方向に一定の間隔に保持している円環状のボール保持器４７を備えている。

　波動歯車装置１の内部において、外歯歯車３の外側には、主軸受６の内輪６１、外歯歯車３、および内歯歯車２によって囲まれた外周側隙間部分１１が形成されている。この外周側隙間部分１１は、外歯歯車３の筒状胴部３２の外周面に沿って延び、内歯２１と外歯３１とのかみ合い部分に繋がっている。また、外歯歯車３の内側には、外歯歯車３、中空入力軸５、固定側エンドプレート７および出力側エンドプレート８によって囲まれた内周側隙間部分１２が形成されている。この内周側隙間部分１２に、ウエーブベアリング４３が位置している。

　波動歯車装置１の内部の潤滑対象部位には潤滑剤が塗布あるいは供給される。主な潤滑対象部位は、内歯２１と外歯３１のかみ合い部分、波動発生器４のウエーブベアリング４３の部分、および、ウエーブベアリング４３の外輪４５と外歯歯車３の内周面との間の摺動部分である。例えば、図２に網掛け部分Ｇで示すように、内周側隙間部分１２において、ウエーブベアリング４３の内部および周辺には、グリースが塗布あるいは充填される。

　先に述べたように、グリースの撹拌抵抗は撹拌が高速なほど大きいため、数千回転／分という高速で使用される中空入力軸５の付近の撹拌抵抗は、波動歯車装置１のロストルク全体の中での大きな割合を占める。また、中空入力軸５およびウエーブベアリング４３の付近には長期的な潤滑性維持のために、グリースが多く塗布される。このため、ウエーブベアリング４３のボール４６の近傍のみでなく、中空入力軸５にもグリースが接触し、撹拌抵抗増大の一因となる。

　このような弊害を回避するために、波動歯車装置１においては、中空入力軸５における外歯歯車３の内側に位置する入力軸外周面部分は、グリースに対する撥油性を備えたフッ素被膜等の撥油被膜で覆われている。本例では、図２に示すように、ウエーブプラグ４２の両側の入力軸外周面部分５３、５６と、ウエーブプラグ４２の両側の端面部分５４、５５が、撥油被膜１４で覆われている。また、本例においては、ウエーブベアリング４３のボール保持器４７の表面全体も、フッ素被膜等の撥油被膜１５で覆われている。撥油被膜１４と撥油被膜１５は、同一種類の撥油被膜とすることができる。これらの撥油被膜１４、１５を異なる種類の撥油被膜とすることもできる。また、これらの撥油被膜１４、１５は同一被膜厚さ、異なる被膜厚さとすることができる。中空入力軸５の材質、ボール保持器４７の材質、使用するグリースの種類などに応じて、適切な素材および厚さの撥油被膜１４、１５が形成される。

　波動歯車装置１では、楕円状輪郭の波動発生器４が内側に嵌め込まれている外歯歯車３は、外歯３１が形成されている部分が楕円形状に撓められて、楕円形状の長軸位置およびその近傍に位置する外歯３１の部分が内歯２１にかみ合っている。不図示のモータ等の出力軸に中空入力軸５が連結され、中空入力軸５が高速で回転駆動される。中空入力軸５と一体となって波動発生器４のウエーブプラグ４２が高速回転すると、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。内歯歯車２の歯数は、外歯歯車３の歯数よりも２ｎ枚（ｎ：正の整数）だけ多い。この歯数差に応じた相対回転が、両歯車２、３の間に生じる。内歯歯車２は固定側であり、外歯歯車３から出力側エンドプレート８を介して、入力回転が大幅に減速された減速回転が不図示の負荷側に取り出される。

　ここで、高速回転する中空入力軸５の入力軸外周面部分５３、５６、ウエーブプラグ４２の両側の端面部分５４、５５は、撥油被膜１４で覆われている。また、中空入力軸５の高速回転に伴って所定の速度でボール４６と共に回転するボール保持器４７の表面も、撥油被膜１５で覆われている。中空入力軸５が高速回転すると、撥油被膜１４により、グリースが遠心力で振り切られ易くなり、中空入力軸５に対するグリース付着量が少なくなり、グリース撹拌抵抗が小さくなる。同様に、所定速度で回転するボール保持器４７においても、撥油被膜１５により、グリースが遠心力で振り切られ易くなり、ボール保持器４７に対するグリース付着量が少なくなる。グリース付着量が低減されるので、中空入力軸５、ボール保持器４７に作用するグリース撹拌抵抗が小さくなる。

　また、撥油被膜１４により、グリースに接触する中空入力軸５の入力軸外周面部分５３、５６、ウエーブプラグ４２の両側の端面５４、５５と、グリースとの間に滑りが生じ、グリースせん断速度が低くなり、中空入力軸５に作用するグリース撹拌抵抗が小さくなる。同様に、撥油被膜１５により、グリースに接触するボール保持器４７の表面と、グリースとの間に滑りが生じ、グリースせん断速度が低くなり、ボール保持器４７に作用するグリース撹拌抵抗が小さくなる。

　このように、撥油被膜１４、１５によって、中空入力軸５、ボール保持器４７に作用するグリース撹拌抵抗を小さくできるので、波動歯車装置１のロストルクを低減することができる。

（その他の実施の形態）
　上記の実施の形態は、シルクハット形状の外歯歯車を備えたシルクハット型波動歯車装置に本発明を適用したものである。本発明はその他の形式の波動歯車装置にも同様に適用可能である。例えば、カップ形状の外歯歯車を備えたカップ型波動歯車装置にも適用可能であり、駆動側内歯歯車、静止側内歯歯車および円筒形状の外歯歯車を備えたフラット型波動歯車装置にも適用可能である。

Claims

　剛性の内歯歯車と、
　前記内歯歯車の内側に同軸に配置された可撓性の外歯歯車と、
　ウエーブプラグおよび当該ウエーブプラグの非円形外周面と前記外歯歯車の内周面との間に装着されたウエーブベアリングを備えた波動発生器と、
　前記ウエーブプラグに同軸に取り付けられた入力軸と、
　前記入力軸における前記外歯歯車の内側に位置する入力軸外周面部分と、
　前記入力軸外周面部分を覆っており、前記ウエーブベアリングに塗布あるいは供給される潤滑剤に対する撥油性を有している第１撥油被膜と、
を備えている波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記ウエーブベアリングは、
　内輪および外輪と、
　前記内輪および前記外輪の間に形成される円環状の軌道溝に転動可能な状態で挿入されている複数の転動体と、
　前記転動体を円周方向に一定の間隔を開けた位置に保持している保持器と、
　前記保持器の表面を覆っており、前記潤滑剤に対する撥油性を有している第２撥油被膜と、
を備えている波動歯車装置。
　請求項２において、
　前記第１、第２撥油被膜は、フッ素樹脂被膜である波動歯車装置。