JP6746251B2 - 波動歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は波動歯車装置に関する。更に詳しくは、可撓性の外歯歯車の歯底に生じる応力集中を緩和して歯底疲労強度を上げた波動歯車装置に関する。

波動歯車装置では、半径方向に繰り返し撓められる可撓性の外歯歯車（フレクスプライン）と剛性の内歯歯車（サーキュラスプライン）との間のかみ合い部分を介して、トルク伝達が行われる。外歯歯車としては、カップ形状のもの、シルクハット形状のもの、および、円筒形状のものが知られている。いずれの場合においても、可撓性の外歯歯車の歯底疲労強度を上げることは、波動歯車装置の性能向上につながる。例えば、特許文献１においては、波動発生器による外歯歯車の支持剛性を高めることにより、歯幅方向における外歯の歯面荷重分布を均一化して、外歯歯車の歯底疲労強度を高めている。特許文献２においては、外歯歯車の撓み量に応じて適切な歯底リムの肉厚を設定することにより、外歯歯車の歯底疲労強度を高めて、波動歯車装置の高強度化を図っている。

特開２０１６−１９６８９５号公報 特開２０１０−１９０３７３号公報

外歯歯車の歯底には、内歯歯車とのかみ合いによる応力と、非円形、例えば楕円形に撓められることによる曲げ応力とが作用する。一つの外歯に着目すると、当該外歯に作用する半径方向の力には、歯のかみ合い時に圧力角に応じて生じる力と、半径方向の内側から楕円形状を維持するように波動発生器のウエーブベアリングから作用する力とが含まれている。

本発明の目的は、外歯歯車の歯底疲労強度を上げるために、外歯歯車の歯底に生じる応力集中を緩和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、
可撓性の外歯歯車と、
外歯歯車を半径方向に撓めて、その円周方向における離れた位置において、内歯歯車に対するかみ合い部分を形成し、当該かみ合い部分を円周方向に移動させる波動発生器と、
内歯歯車に対する外歯歯車のかみ合い部分において、その歯筋方向における一部分に形成される非かみ合い領域と
を有しており、
内歯歯車および外歯歯車のそれぞれは平歯車であるか、又は、歯筋が１種類のはすば歯車であり、
波動発生器は、外歯歯車を半径方向の内側から支持しているウエーブベアリングを備え、
非かみ合い領域は、歯筋方向において、ウエーブベアリングによる外歯歯車の支持中心を含む所定幅の領域であることを特徴としている。

内歯歯車に対する外歯歯車のかみ合い部分には、ウエーブベアリングの支持中心を含む歯筋方向の中央部分に、非かみ合い領域が形成される。ウエーブベアリングから作用する半径方向の力が最大となる外歯の歯筋方向の中央部分には、歯のかみ合いによって生じる半径方向の力が作用しない。外歯の歯底における歯筋方向の中央部分に生じる応力集中を緩和できるので、歯底疲労強度を上げることができる。

具体的には、内歯あるいは外歯において、ウエーブベアリングの支持中心を含む歯筋方向の中央部分に、レリービングを施す。または、ウエーブベアリングの支持中心上に位置する外歯あるいは内歯の部分を、歯筋方向に所定幅に亘って除去して、外歯あるいは内歯が形成されていない部分を形成する。

外歯歯車において、外歯が形成されていない歯筋方向の中央部分を、一定の肉厚の円筒部分にすることができる。これにより、外歯における歯筋方向の中央部分の応力集中が一層緩和される。

以上のように、本発明の波動歯車装置では、外歯歯車における歯筋方向の中央部分の歯底に生じる応力集中が緩和される。したがって、外歯歯車の歯底疲労強度を上げることができ、波動歯車装置の性能を高めることができる。

（Ａ）は本発明の実施の形態１に係るカップ型の波動歯車装置の一例を示す斜視図、（Ｂ）はその縦断面図、（Ｃ）はその端面図である。 （Ａ）は図１の内歯歯車を示す説明図、（Ｂ）は外歯歯車と内歯歯車のかみ合い部分を示す説明図である。 図１の内歯歯車の別の例を示す説明図である。 （Ａ）は図１の外歯歯車の別の例を示す説明図、（Ｂ）は外歯歯車と内歯歯車のかみ合い部分を示す説明図である。 （Ａ）は本発明の実施の形態２に係るカップ型の波動歯車装置の一例を示す半縦断面図、（Ｂ）はその外歯歯車の一例を示す説明図である。 図５の外歯歯車の別の例を示す説明図である。 （Ａ）は本発明の実施の形態３に係るカップ型の波動歯車装置の一例を示す説明図であり、（Ｂ）はその外歯歯車の一例を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した波動歯車装置の実施の形態を説明する。

［実施の形態１］
図１（Ａ）は本発明を適用したカップ型の波動歯車装置の一例を示す斜視図であり、図１（Ｂ）はその縦断面図であり、図１（Ｃ）はその端面図である。波動歯車装置１は、円環状の剛性の内歯歯車２と、この内側に装着されているカップ形状の外歯歯車３と、この内側にはめ込まれている楕円状輪郭の波動発生器４とを備えている。内歯歯車２および外歯歯車３は、相互にかみ合い可能な平歯車である。

外歯歯車３は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部３１を備えている。円筒状胴部３１の一端からは、半径方向の内側に向けて、円環状のダイヤフラム３２が延びている。ダイヤフラム３２の内周縁には、円環状の剛性のボス３３が一体形成されている。円筒状胴部３１の他方の端部の外周面部分には、外歯３４が形成されている。

波動発生器４は、円筒状のハブ４１と、オルダム継手４２と、剛性プラグ４３と、ウエーブベアリング４４とを備えている。ハブ４１は、モータシャフト等の回転入力軸（図示せず）に同軸に連結固定される。剛性プラグ４３は、ハブ４１の外周面に、オルダム継手４２を介して装着されている。ウエーブベアリング４４は、剛性プラグ４３の楕円状外周面と、外歯歯車３における外歯３４が形成されている円筒状胴部３１の内周面部分との間に装着されている。本例のウエーブベアリング４４は、可撓性の外輪および可撓性の内輪を備えたボールベアリングである。

外歯歯車３の外歯３４が形成されている部分は、波動発生器４によって楕円形に撓められている。これにより、外歯歯車３の円周方向において、楕円形の長軸Ｌ１上、および、その両側に位置する複数枚の外歯３４が、内歯歯車２の各内歯２１にかみ合っているかみ合い部分５が形成されている。波動発生器４が回転すると、両歯車２、３のかみ合い部分５が円周方向に移動する。本例の場合、両歯車２、３の歯数差は２ｎ枚（ｎは正の整数）である。例えば、内歯歯車２が回転しないように固定され、外歯歯車３から減速回転が取り出される。

図２（Ａ）は内歯歯車２を示す説明図であり、図２（Ｂ）は、内歯歯車２と外歯歯車３とのかみ合い部分５を示す説明図である。

内歯歯車２の内歯２１は、その歯筋方向の中央部分に、内歯が形成されていない溝部分２１ａを備えている。円周方向に延びる溝部分２１ａの両側には、円周方向に向けて一定のピッチで内歯部分２１ｂ、２１ｃが形成されている。例えば、内歯が形成されていない溝部分２１ａの溝底面は円形内周面であり、その内径は、両側の内歯部分２１ｂ、２１ｃの歯底円直径と同一である。内歯部分２１ｂから溝部分２１ａの溝底面までの部分は、平面または曲面からなる傾斜面によって規定され、内歯部分２１ｂの歯たけが漸減している。他方の内歯部分２１ｃから溝部分２１ａの溝底面までの部分も、平面または曲面からなる傾斜面によって規定され、内歯部分２１ｃの歯たけが漸減している。

溝部分２１ａは、歯筋方向において、ウエーブベアリング４４の支持中心４５を含む所定幅の領域である。支持中心４５は、ウエーブベアリング４４のボール中心である。例えば、支持中心４５は、外歯３４の有効歯幅の中心に位置する。

かみ合い部分５においては、図２（Ｂ）に示すように、外歯３４における歯筋方向の中央部分に、溝部分２１ａによって、内歯２１にはかみ合わない非かみ合い領域６が形成される。外歯３４の歯筋方向の中央部分には、ウエーブベアリング４４の側から半径方向の力が作用する。外歯３４の歯筋方向の中央部分は、内歯２１の溝部分２１ａに対峙しており、内歯２１とのかみ合いによって生じる半径方向の力が作用しない。外歯３４の歯底において、その歯筋方向の中央部分に生じる応力集中が緩和されるので、外歯歯車３の歯底疲労強度を上げることができる。

（内歯歯車の別の例）
図３は内歯歯車２の別の例を示す説明図である。この図に示す内歯歯車２Ａの内歯２２は、その歯筋方向の中央部分に、レリービングが施されている。内歯２２のレリービング部分２２ａは、外歯３４とのかみ合い状態が形成されない部分である。内歯２２におけるレリービング部分２２ａの両側の部分が、外歯３４にかみ合う内歯部分２２ｂ、２２ｃである。レリービング部分２２ａでは、内歯２２に対して、その歯丈方向あるいは歯厚方向の寸法が小さくなるように、レリービングが施されている。

内歯歯車２Ａを備えた波動歯車装置１のかみ合い部分５においては、外歯３４の歯筋方向の中央部分が、内歯２２のレリービング部分２２ａに対峙する。レリービング部分２２ａによって、内歯２２とのかみ合い状態が形成されない非かみ合い領域６が形成される。よって、内歯歯車２を用いた場合と同様に、外歯３４の歯筋方向の中央部分の歯底に生じる応力集中を緩和でき、外歯歯車３の歯底疲労強度を上げることができる。

（外歯歯車の別の例）
図４（Ａ）は外歯歯車３の別の例を示す説明図であり、図４（Ｂ）は外歯歯車と内歯歯車のかみ合い部分を示す説明図である。これらの図に示す外歯歯車３Ａは、図１、図２に示す内歯歯車２を備えた波動歯車装置１に用いることができる。

外歯歯車３Ａの外歯３５は、内歯歯車２の内歯２１の溝部分２１ａに対峙する部分に、円周方向に延びる台形状断面のリブ３５ａを備えている。リブ３５ａの両側には、内歯歯車２の内歯２１の内歯部分２１ｂ、２１ｃにかみ合い可能な外歯部分３５ｂ、３５ｃが形成されている。リブ３５ａの肉厚は、外歯部分３５ｂ、３５ｃの歯底リム厚よりも厚い。例えば、リブ３５ａは、その外径が、外歯部分３５ｂ、３５ｃの歯先円直径と同一であり、外歯部分３５ｂ、３５ｃの歯溝が形成されずに、肉厚の厚い状態のまま残った部分である。

外歯歯車３Ａでは、ウエーブベアリング４４の支持中心４５に対応する歯筋方向の中央部分が、肉厚の厚いリブ３５ａとなっている。よって、外歯３５の歯筋方向の中央部分の歯底に生じる応力集中を緩和でき、外歯歯車３Ａの歯底疲労強度を上げることができる。

［実施の形態２］
図５（Ａ）は、本発明を適用したカップ型の波動歯車装置の別の例を示す半縦断面図であり、図５（Ｂ）はカップ形状の外歯歯車を示す説明図である。波動歯車装置１Ｂの基本構成は図１に示すカップ型の波動歯車装置１と同一である。本例の波動歯車装置１Ｂの内歯歯車２Ｂは、歯筋方向に連続している内歯２３を備えている。カップ形状の外歯歯車３Ｂは、歯筋方向の中央部分において分断されている外歯３６を備えている。波動発生器４Ｂは上記の波動発生器４と同一構成である。

外歯歯車３Ｂの外歯３６は、歯筋方向の中央部分に、外歯が形成されていない、あるいは、外歯が除去された溝部分３６ａを備えている。溝部分３６ａの歯筋方向の両側に、円周方向に向けて一定のピッチで外歯部分３６ｂ、３６ｃが形成されている。例えば、溝部分３６ａは、一定の肉厚の円筒部分である。溝部分３６ａの溝底面を規定している円形外周面の外径は、両側の外歯部分３６ｂ、３６ｃの歯底円直径と同一である。外歯部分３６ｂから溝底面までの部分は、平面または曲面からなる傾斜面によって規定され、外歯部分３６ｂの歯たけが漸減している。他方の外歯部分３６ｃから溝底面までの部分も、平面または曲面からなる傾斜面によって規定され、外歯部分３６ｃの歯たけが漸減している。

外歯が形成されていない溝部分３６ａは、歯筋方向において、ウエーブベアリング４４の支持中心４５を含む所定幅の領域である。支持中心４５は、ウエーブベアリング４４のボール中心である。例えば、支持中心４５は、外歯３６の有効歯幅の中心に位置する。

かみ合い部分５Ｂ（楕円形に撓められた外歯歯車３Ｂの長軸上の部分）においては、外歯３６の溝部分３６ａによって、歯筋方向の中央部分に、内歯２３とのかみ合い状態が形成されない非かみ合い領域６Ｂが形成される。非かみ合い領域６Ｂは、歯筋方向において、ウエーブベアリング４４の支持中心４５を含む所定幅の領域である。外歯３６において、支持中心４５に対応する歯底の部分（歯筋方向の中央部分）の応力集中が緩和されるので、外歯歯車３Ｂの歯底疲労強度を上げることができる。

（外歯歯車の別の例）
図６は外歯歯車３Ｂの別の例を示す説明図である。この図に示す外歯歯車３Ｃの外歯３７は、その歯筋方向の中央部分に、レリービングが施されている。外歯３７のレリービング部分３７ａは、内歯２３とのかみ合い状態が形成されない部分である。外歯３７におけるレリービング部分３７ａの両側の部分が、内歯２３にかみ合う外歯部分３７ｂ、３７ｃである。レリービング部分３７ａでは、外歯３７に対して、その歯丈方向あるいは歯厚方向の寸法を小さくするように、レリービングが施されている。

外歯歯車３Ｃを備えた波動歯車装置１Ｂのかみ合い部分５Ｂにおいては、外歯３７の歯筋方向の中央部分に、内歯２３とのかみ合い状態が形成されない非かみ合い領域６Ｂが形成される。よって、外歯歯車３Ｂを用いた場合と同様に、外歯３７の歯筋方向の中央部分の歯底に生じる応力集中を緩和でき、外歯歯車３Ｃの歯底疲労強度を上げることができる。

［実施の形態３］
上記の実施の形態は、内歯歯車および外歯歯車として平歯車を用いた場合である。内歯歯車および外歯歯車として、はすば歯車を用いることができる。本発明を適応した実施の形態３に係る波動歯車装置では、内歯歯車および外歯歯車に、はすば歯車を用いている。図７（Ａ）は、実施の形態３の波動歯車装置における両歯車のかみ合い部分を、歯筋に沿って切断した状態で示す説明である。図７（Ｂ）は、そのカップ形状の外歯歯車を示す説明図である。

波動歯車装置１Ｄの基本構成は図１に示すカップ型の波動歯車装置１と同一である。本例の波動歯車装置１Ｄの内歯歯車２Ｄは、はすば歯車であり、所定のねじれ角、ねじれ方向の歯筋を備えた内歯２４を備えている。カップ形状の外歯歯車３Ｄもはすば歯車であり、内歯歯車２Ｄと同一のねじれ角、ねじれ方向の歯筋を備えた外歯３８を備えている。本例の外歯３８は、歯筋方向の中央部分において分断されている。波動発生器４Ｄは上記の波動発生器４と同一構成である。

外歯歯車３Ｄの外歯３８は、歯筋方向の中央部分に、外歯が形成されていない、あるいは、外歯が除去された溝部分３８ａを備えている。溝部分３８ａの歯筋方向の両側に、円周方向に向けて一定のピッチで外歯部分３８ｂ、３８ｃが形成されている。両側の外歯部分３８ｂ、３８ｃは、歯筋方向が同一の外歯部分である。したがって、外歯歯車３Ｄは、歯筋が１種類のはすば歯車（歯筋が同一の歯のみを備えたはすば歯車）である。例えば、溝部分３８ａは、一定の肉厚の円筒部分である。溝部分３８ａの溝底面を規定している円形外周面の外径は、両側の外歯部分３８ｂ、３８ｃの歯底円直径と同一である。外歯部分３８ｂから溝底面までの部分は、平面または曲面からなる傾斜面によって規定され、外歯部分３８ｂの歯たけが漸減している。他方の外歯部分３８ｃから溝底面にまでの部分も、平面または曲面からなる傾斜面によって規定され、外歯部分３８ｃの歯たけが漸減している。

外歯が形成されていない溝部分３８ａは、歯筋方向において、ウエーブベアリング４４の支持中心４５を含む所定幅の領域である。支持中心４５は、ウエーブベアリング４４のボール中心である。例えば、支持中心４５は、外歯３８の有効歯幅の中心に位置する。

かみ合い部分５Ｄ（楕円形に撓められた外歯歯車３Ｄの長軸上の部分）においては、外歯３８の溝部分３８ａによって、歯筋方向の中央部分に、内歯２４とのかみ合い状態が形成されない非かみ合い領域６Ｄが形成される。非かみ合い領域６Ｄは、歯筋方向において、ウエーブベアリング４４の支持中心４５を含む所定幅の領域である。外歯３８において、支持中心４５に対応する歯底の部分（歯筋方向の中央部分）の応力集中が緩和されるので、外歯歯車３Ｄの歯底疲労強度を上げることができる。

なお、外歯歯車３Ｄの外歯３８に、溝部分３８ａを形成する代わりに、レリービングを施した部分を形成することもできる。また、内歯歯車２Ｄの内歯２４に、内歯が形成されていない溝部分を形成することができ、溝部分の代わりにレリービングを施した部分を形成することもできる。

［その他の実施の形態］
上記の実施の形態は、本発明を、カップ形状の外歯歯車を備えた波動歯車装置に適用した場合である。本発明は、シルクハット形状の外歯歯車を備えた波動歯車装置、および、円筒形状の外歯歯車を備えた波動歯車装置に対しても、同様に適用可能である。

Claims (4)

1. 剛性の内歯歯車と、
   可撓性の外歯歯車と、
   前記外歯歯車を半径方向に撓めて、その円周方向における離れた位置において、前記内歯歯車に対するかみ合い部分を形成し、当該かみ合い部分を前記円周方向に移動させる波動発生器と、
   前記かみ合い部分において、その歯筋方向における一部分に形成される非かみ合い領域と
   を有しており、
   前記内歯歯車および前記外歯歯車のそれぞれは平歯車であるか、または、前記内歯歯車および前記外歯歯車のそれぞれは、歯筋が１種類のはすば歯車であり、
   前記波動発生器は、前記外歯歯車を半径方向の内側から支持しているウエーブベアリングを備え、
   前記非かみ合い領域は、前記歯筋方向において、前記ウエーブベアリングによる前記外歯歯車の支持中心を含む所定幅の領域であり、
   前記非かみ合い領域は、前記歯筋方向において、前記内歯歯車の内歯が形成されていない部分によって規定されており、
   前記外歯歯車は、
   前記内歯が形成されていない部分に対峙する部位に形成されているリブと、
   前記歯筋方向において、前記リブの両側に形成されている外歯と
   を備えており、
   前記リブの肉厚は、前記外歯の歯底リム厚よりも厚い波動歯車装置。
2. 剛性の内歯歯車と、
   可撓性の外歯歯車と、
   前記外歯歯車を半径方向に撓めて、その円周方向における離れた位置において、前記内歯歯車に対するかみ合い部分を形成し、当該かみ合い部分を前記円周方向に移動させる波動発生器と、
   前記かみ合い部分において、その歯筋方向における一部分に形成される非かみ合い領域と
   を有しており、
   前記内歯歯車および前記外歯歯車のそれぞれは平歯車であるか、または、前記内歯歯車および前記外歯歯車のそれぞれは、歯筋が１種類のはすば歯車であり、
   前記波動発生器は、前記外歯歯車を半径方向の内側から支持しているウエーブベアリングを備え、
   前記非かみ合い領域は、前記歯筋方向において、前記ウエーブベアリングによる前記外歯歯車の支持中心を含む所定幅の領域であり、
   前記非かみ合い領域は、前記歯筋方向において、前記内歯歯車の内歯に対して、歯たけ寸法あるいは歯厚寸法が小さくなるようにレリ−ビングを施したレリービング部分によって規定されている波動歯車装置。
3. 剛性の内歯歯車と、
   可撓性の外歯歯車と、
   前記外歯歯車を半径方向に撓めて、その円周方向における離れた位置において、前記内歯歯車に対するかみ合い部分を形成し、当該かみ合い部分を前記円周方向に移動させる波動発生器と、
   前記かみ合い部分において、その歯筋方向における一部分に形成される非かみ合い領域と
   を有しており、
   前記内歯歯車および前記外歯歯車のそれぞれは平歯車であるか、または、前記内歯歯車および前記外歯歯車のそれぞれは、歯筋が１種類のはすば歯車であり、
   前記波動発生器は、前記外歯歯車を半径方向の内側から支持しているウエーブベアリングを備え、
   前記非かみ合い領域は、前記歯筋方向において、前記ウエーブベアリングによる前記外歯歯車の支持中心を含む所定幅の領域であり、
   前記非かみ合い領域は、前記歯筋方向において、前記外歯歯車の外歯が形成されていない部分によって規定されている波動歯車装置。
4. 剛性の内歯歯車と、
   可撓性の外歯歯車と、
   前記外歯歯車を半径方向に撓めて、その円周方向における離れた位置において、前記内歯歯車に対するかみ合い部分を形成し、当該かみ合い部分を前記円周方向に移動させる波動発生器と、
   前記かみ合い部分において、その歯筋方向における一部分に形成される非かみ合い領域と
   を有しており、
   前記内歯歯車および前記外歯歯車のそれぞれは平歯車であるか、または、前記内歯歯車および前記外歯歯車のそれぞれは、歯筋が１種類のはすば歯車であり、
   前記波動発生器は、前記外歯歯車を半径方向の内側から支持しているウエーブベアリングを備え、
   前記非かみ合い領域は、前記歯筋方向において、前記ウエーブベアリングによる前記外歯歯車の支持中心を含む所定幅の領域であり、
   前記非かみ合い領域は、前記歯筋方向において、前記外歯歯車の外歯に対して、歯たけ寸法あるいは歯厚寸法が小さくなるようにレリービングを施したレリービング部分によって規定されている波動歯車装置。

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