JP2017125596A - 波動歯車伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性外歯車の応力を緩和することができる波動歯車伝達装置を提供する。【解決手段】波動歯車伝達装置１が、内周に複数の内歯２１，３１を有する一対の剛性内歯車２，３と、外周に複数の外歯４１を有する可撓性外歯車４とを備える。可撓性外歯車４の内側に配置された波動発生器５，６が、可撓性外歯車４を楕円状に撓めて一対の剛性内歯車２，３に対して部分的に噛合させる。可撓性外歯車４が、周方向に並び外歯４１を形成する複数のエレメント５０と、外歯４１の歯底部で複数のエレメント５０を連結し支持する可撓性の環状連結部材６０とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、フラット型（パンケーキ型）の波動歯車伝達装置に関する。

互いに歯数差を有する一対の剛性内歯車に対して、いわゆるフラット型（パンケーキ型）の可撓性外歯車を噛み合わせる、フラット型（パンケーキ型）の波動歯車伝達装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特開平２−２２１７４０号公報

可撓性外歯車の内側には、歯動発生器が配置されている。可撓性外歯車は、波動発生器によって、楕円状に撓ませられる。楕円状に撓ませるために、可撓性外歯車は薄肉に形成されている。このような薄肉の可撓性外歯車では、内歯に対して噛み合う外歯の歯底部分が、噛み合い圧力を受けて、伸ばされるように弾性変形する。このため、歯底部分に高い応力が発生する。

本発明の目的は、可撓性外歯車の応力を緩和することができる波動歯車伝達装置を提供することである。

請求項１の発明は、同軸上に並び、内周に複数の内歯（２１，３１）を有する一対の剛性内歯車（２，３）と、外周に複数の外歯（４１）を有する可撓性外歯車（４）と、前記可撓性外歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯車を楕円状に撓めて前記一対の剛性内歯車に対して部分的に噛合させて噛合位置を周方向に移動させる波動発生器（５，６）と、を備え、前記可撓性外歯車は、当該可撓性外歯車の周方向に並び外歯を形成する複数のエレメント（５０）と、前記外歯の歯底部で前記複数のエレメントを連結し支持する可撓性の環状連結部材（６０）と、を含む波動歯車伝達装置（１）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２のように、各前記エレメントは、前記外歯の歯底部（４１ａ）において歯幅方向（Ｗ）の両端の開放端（７０ａ）から前記歯幅方向の途中部の閉塞端（７０ｂ）まで延びて歯厚方向（Ｔ）に挿通する一対の挿通溝（７０）を含み、前記環状連結部材は、前記一対の挿通溝にそれぞれ挿通された一対の環状連結部材を含んでいてもよい。

請求項３のように、各前記エレメントは、互いに歯厚方向（Ｔ）に組み合わされて単一の外歯を形成する一対の分割エレメント（５１，５２）を含み、前記一対の分割エレメントの一対の合わせ面（７３，７４）が、凹凸係合により連結されていてもよい。
請求項４のように、前記一対の分割エレメントは、互いに逆向きに傾斜する一対の歯面（７１，７２）を含み、前記凹凸係合は、前記歯底部において前記一対の合わせ面を連結しており、前記一対の分割エレメントは、歯先部側で前記一対の合わせ面が離隔するように弾性変形可能であってもよい。

請求項５のように、前記エレメントは、樹脂製であり、前記環状連結部材は、積層配置された複数の環状鋼板（６１）により形成されていてもよい。

請求項１の発明では、可撓性外歯車の外歯が内歯に対する噛み合いの反力を受けたときに、可撓性の環状連結部材を撓むことで、外歯を形成するエレメントが変位し易くなる。このため、可撓性外歯車の応力を緩和することができる。
請求項２の発明では、可撓性外歯車において、各エレメントの一対の挿通溝に挿入された一対の環状連結部材によって、複数のエレメントを安定して連結し支持することができる。

請求項３の発明では、可撓性外歯車において、一対の分割エレメントを凹凸係合により連結して単一の外歯を形成することができる。
請求項４の発明では、外歯の各歯面を有する一対の分割エレメントが、歯先部側で互いの合わせ面が離隔するように弾性変形することで、内歯に対する外歯の噛み合い率を向上することができる。

請求項５の発明では、エレメントを樹脂製として軽量化を達成しつつ、環状連結部材として積層配置された複数の環状鋼板を用いることで、耐久性を向上することができる。

本発明の一実施形態の波動歯車伝達装置の概略断面図である。 可撓性外歯車が円形から楕円形に撓まされて対応する剛性内歯車と噛み合うときの模式図である。 可撓性外歯車の側面図である。 可撓性外歯車の外歯を形成するエレメントの分解斜視図である。 可撓性外歯車の要部の模式的側面図である。 可撓性外歯車の要部の模式的側面図である。

本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態の波動歯車伝達装置の概略断面図である。図１に示すように、波動歯車伝達装置１は、第１剛性内歯車２と、第２剛性内歯車３と、可撓性外歯車４と、第１波動発生器５と、第２波動発生器６と、入力軸７と、第１部材８と、第２部材９と、クロスローラベアリング１０と、第１軸受１１と、第２軸受１２とを備えている。波動歯車伝達装置１は、減速機または増速機に用いられる。

第１剛性内歯車２は環状をなし、内周面に複数の第１内歯２１を形成している。第２剛性内歯車３は環状をなし、内周面に複数の第２内歯３１を形成している。
可撓性外歯車４は、フラット型（パンケーキ型）である。可撓性外歯車４は、第１剛性内歯車２および第２剛性内歯車３の内側に配置されている。可撓性外歯車４は、外周の周方向に配列されて第１内歯２１および第２内歯３１に噛み合う複数の外歯４１を有している。

入力軸７は、モータの出力軸等の回転源に接続固定される回転入力要素を構成する。また、第１剛性内歯車２は、第１部材８によって回転不能に拘束される回転不能要素を構成する。また、第２剛性内歯車３は、第２部材９と一体に形成されて、減速回転出力要素を構成している。
第１部材８および第２部材９は、環状の部材であり、第１部材８および第２部材９の中心軸線は、装置軸線１ａに一致している。

入力軸７は、第１部材８および第２部材９の中心を、装置軸線１ａの方向に向けて挿通するように延びている。入力軸７は、第１部材８および第２部材９によって、それぞれ、第１軸受１１および第２軸受１２を介して、回転可能に支持されている。第１軸受１１および第２軸受１２は、例えば玉軸受からなる。
第１剛性内歯車２は、内周面に複数の第１内歯２１が形成された環状部２２と、環状部２２の一端から径方向外方に延設された延設部２３とを含む。

第１部材８は、装置軸線１ａの方向に離隔する一対の部材８１，８２を含む。第１剛性内歯車２の延設部２３は、装置軸線１ａの方向に関して、一対の部材８１，８２の間に挟持されている。このため、第１剛性内歯車２は回転不能に拘束されている。
第１部材８の一対の部材８１，８２と第１剛性内歯車２とが、固定ねじ１３によって互いに締結されている。固定ねじ１３は、第１部材８の円周方向に一定の間隔で複数本設けられる。

第１軸受１１は、第１部材８の一方の部材８１の径方向内端に形成されたボス部８３の内周面と入力軸７の軸方向Ｘの一端の外周面７ａとの間に介在している。第２剛性内歯車３は、第１部材８の他方の部材８２の径方向の内方に配置されている。
第２剛性内歯車３は、内周面に複数の第２内歯３１が形成された環状部３２と、環状部３２の一端から径方向内方に延設された延設部３３と、延設部３３の径方向内端に形成されたボス部３４とを含む。

第２軸受１２は、第２剛性内歯車３のボス部３４の内周面と入力軸７の軸方向Ｘの他端の外周面７ｂとの間に介在している。第２剛性内歯車３のボス部３４は、筒状の第２部材９の一端に一体に連結されている。
クロスローラベアリング１０は、径方向に関して、第１部材８の他方の部材８２の内周面８２ａと第２部材９の外周面９ａとの間に介在している。クロスローラベアリング１０は、外輪１４と、内輪１５と、ローラ１６とを含む。

クロスローラベアリング１０の外輪１４は、第１部材８の他方の部材８２の内周面８２ａに固定されている。このため、外輪１４は回転不能に拘束されている。クロスローラベアリング１０の内輪１５は、第２部材９の外周面９ａに、一体回転可能に連結されている。
第１波動発生器５および第２波動発生器６は、同軸的に並び軸方向に離隔して配置されている。第１波動発生器５は、第１剛性内歯車２の内側で可撓性外歯車４の内側に配置されている。第２波動発生器６は、第２剛性内歯車３の内側で可撓性外歯車４の内側に配置されている。

第１波動発生器５および第２波動発生器６は、可撓性外歯車４の対応する軸方向領域を楕円形に撓ませると共に、楕円の長径部の２箇所で部分的に、可撓性外歯車４を対応する剛性内歯車２，３に係合させる。第１波動発生器５および第２波動発生器６は、同じ構成である。
図２は、可撓性外歯車４が円形から楕円形に撓まされて対応する剛性内歯車２，３と噛み合うときの模式図である。図２および図３に示すように、各波動発生器５，６は、軸受９１と、楕円状のカム９２とを含む。軸受９１は、可撓性を有している。カム９２は、軸受９１の内周側に配置されている。カム９２は、軸受９１を外周側に弾性変形させる。

軸受９１は、内輪９３と、外輪９４と、複数のボール９５と、リテーナ（図示せず）とを含む。内輪９３および外輪９４は、可撓性を有している。ボール９５は、内輪９３と外輪９４の間に、自転及び公転可能に挟持されている。
前記リテーナは、ボール９５を互いに離隔して保持するようになっている。軸受９１は、カム９２が設けられていない状態では真円形状になっている。

カム９２は、入力軸７の軸方向Ｘの中間部の外周面７ｃに一体に形成されている。カム９２は、入力軸７の軸方向Ｘの中間部の外周面７ｃにねじ止め等により固定されるものであってもよい。
カム９２の長径は、軸受９１の内輪９３の内径より大きく設定され、カム９２の短径は、内輪９３の内径より小さく設定されている。このため、カム９２が内輪９３の内周側に配置されることにより、長径部の２箇所で内輪９３を外周側に押圧して内輪９３を楕円形に弾性変形させる。カム９２が回転することに伴って長径部が回転し、弾性変形した内輪９３は、カム９２と一体回転する。

外輪９４は、可撓性外歯車４の内周側に固定されており、可撓性外歯車４と一体回転する。内輪９３と外輪９４とは独立して回転可能であるので、内輪９３はカム９２の回転と一体回転し、外輪９４は内輪９３により楕円形に撓められる。
図３は、可撓性外歯車の側面図である。図３に示すように、可撓性外歯車４は、複数のエレメント５０と、複数のエレメント５０を連結する一対の可撓性の環状連結部材６０とを含む。エレメント５０は樹脂製である。各環状連結部材６０は、積層配置された複数の環状鋼板６１により形成されている。

環状連結部材６０として、単一の環状鋼板を用いる場合と比較して、複数の環状鋼板６１のそれぞれが薄肉となるため、環状連結部材６０が、径方向に撓み易くなっている。また、複数の環状鋼板６１の全体としての周方向Ｙの引っ張り強度は、単一の環状鋼板の引っ張り強度と同等である。
エレメント５０は、可撓性外歯車４の周方向Ｙに並び、それぞれ単一の外歯４１を形成している。環状連結部材６０は、外歯４１の歯底部４１ａで複数のエレメント５０を連結し支持している。

図４はエレメント５０の分解斜視図である。図３および図４に示すように、各エレメント５０は、互いに歯厚方向Ｔに組み合わされて単一の外歯４１を形成する一対のブロック状の分割エレメント５１，５２を含む。
各エレメント５０（すなわち分割エレメント５１，５２）は、歯厚方向Ｔに挿通する一対の挿通溝７０を含む。一対の挿通溝７０は、外歯４１の歯底部４１ａにおいて、歯幅方向Ｗの両端の開放端７０ａから歯幅方向Ｗの途中部の閉塞端７０ｂまで延びている。一対の挿通溝７０に、それぞれ対応する環状連結部材６０が、挿通されている。

一対の分割エレメント５１，５２は、歯たけ方向Ｈに対して互いに逆向きに傾斜する一対の歯面７１，７２と、互いに突き合わされる一対の合わせ面７３，７４を有している。一対の合わせ面７３，７４は、歯厚方向Ｔに対向している。
一対の合わせ面７３，７４が凹凸係合により連結されることにより、一対の分割エレメント５１，５２が、互いに連結されている。具体的には、一方の分割エレメント５１の合わせ面７３に、凸部７５ａと凹部７５ｂとが設けられている。他方の分割エレメント５２の合わせ面７４に、凸部７５ａと凹凸嵌合する凹部７６ａと、凹部７５ｂと凹凸嵌合する凸部７６ｂが設けられている。

一対の合わせ面７３，７４で凹凸係合を達成する凸部７５ａ，７６ｂと凹部７５ｂ，７６ａは、歯底部４１ａに配置されている。このように歯底部４１ａで互いの合わせ面７３，７４が連結された一対の分割エレメント５１，５２は、図５に示すように、歯先部側で互いの合わせ面７３，７４を離隔するように弾性変形可能である。これにより、内歯２１（３１）に対する外歯４１の噛み合い率を向上することができる。また、噛み合いのバックラッシをゼロに近づけることができる。

また、図４に示すように、エレメント５０は、当該エレメント５０の両側に隣接する図示しないエレメント５０とそれぞれ連結するための構造を有している。具体的には、一方の分割エレメント５１は、合わせ面７３の反対側面７３ａに、凸部７７ａおよび凹部７７ｂを有している。また、他方の分割エレメント５２は、合わせ面７４の反対側面７４ａに、凹部７８ａおよび凸部７８ｂを有している。

一方の分割エレメント５１の反対側面７３ａ（の凸部７７ａおよび凹部７７ｂ）は、反対側面７３ａに隣接する図示しないエレメント５０の他方の分割エレメント５２の反対側面７４ａ（の凹部７８ａおよび凸部７８ｂ）と凹凸係合する。これにより、一方の分割エレメント５１の反対側面７３ａが、図示しない隣接するエレメント５０の他方の分割エレメント５２の反対側面７４ａと連結される。

他方の分割エレメント５２の反対側面７４ａ（の凹部７８ａおよび凸部７８ｂ）は、反対側面７４ａに隣接する図示しないエレメント５０の一方の分割エレメント５１の反対側面７３ａ（の凸部７７ａおよび凹部７７ｂ）と凹凸係合する。これにより、他方の分割エレメント５２の反対側面７４ａが、図示しない隣接するエレメント５０の一方の分割エレメント５１の反対側面７３ａと連結される。

一対の分割エレメント５１，５２は、同じ形状で形成されて、部品の共通化が図られている。すなわち、一方の分割エレメント５１の凸部７７ａおよび凹部７７ｂは、歯幅方向Ｗの一方側に、この順で並び、他方の分割エレメント５１の凹部７８ａおよび凸部７８ｂは、歯幅方向Ｗの一方側に、この順で並んでいる。一方の分割エレメント５１の向きを変えて、一方の分割エレメント５１を他方の分割エレメント５２として用いるときに、一方の分割エレメント５１の凸部７７ａおよび凹部７７ｂは、他方の分割エレメント５２の凸部７８ｂおよび凹部７８ａとして用いられる。一方の分割エレメント５１の凸部７５ａおよび凹部７５ｂと、他方の分割エレメント５２の凸部７６ｂおよび凹部７６ａとの関係についても同様である。

一対の分割エレメント５１，５２の共通化により、部品を管理し易く、また、可撓性外歯車４の組み立てが簡単で、製造し易くなる。
本実施形態によれば、図６に示すように、可撓性外歯車４の外歯４１が、内歯２１または３１に対する噛み合いの反力を受けたときに、可撓性の環状連結部材６０が撓むことで、外歯４１を形成するエレメント５０が変位し易くなる。このため、可撓性外歯車４の応力を緩和することができる。これにより、可撓性外歯車４の耐久寿命を長くする、ひいては、波動歯車伝達装置１の耐久寿命を長くすることができる。

図４に示すように、各エレメント５０が、外歯４１の歯底部４１ａにおいて歯幅方向Ｗの両端から歯幅方向Ｗの途中部まで延びて歯厚方向Ｔに挿通する一対の挿通溝７０を有している。このため、各エレメント５０（分割エレメント５１，５２）の一対の挿通溝７０に、歯幅方向Ｗの両側から挿入された一対の環状連結部材６０によって、図３に示すように、複数のエレメント５０を安定して連結し支持することができる。

また、一対の分割エレメント５１，５２の合わせ面７３，７４を凹凸係合（凹凸嵌合）により連結して、単一の外歯４１を形成することができる。
また、エレメント５０を樹脂製とすることで、可撓性外歯車４ひいては波動歯車伝達装置１の軽量化を達成することができる。また、環状連結部材６０を積層配置された複数の環状鋼板６１で構成することで、樹脂製のエレメント５０の変位を許容しつつ耐久性を向上することができる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、分割エレメントを用いずに、単一のエレメントによって単一の外歯を形成していてもよい。また、単一のエレメントによって、隣接する２つの外歯が形成されてもよい。その他、本発明は、特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…波動歯車伝達装置、２…第１剛性内歯車、３…第２剛性内歯車、４…可撓性外歯車、５…第１波動発生器、６…第２波動発生器、２１…第１内歯、３１…第２内歯、４１…外歯、４１ａ…歯底部、５０…エレメント、５１，５２…分割エレメント、６０…環状連結部材、６１…環状鋼板、７０…挿通溝、７０ａ…開放端、７０ｂ…閉塞端、７１，７２…歯面、７３，７４…合わせ面、７５ａ…凸部、７５ｂ…凹部、７６ａ…凹部、７６ｂ…凸部、９１…軸受、９２…カム、９３…内輪、９４…外輪、９５…ボール、Ｈ…歯たけ方向、Ｔ…歯厚方向、Ｗ…歯幅方向、Ｘ…軸方向、Ｙ…周方向

Claims (5)

1. 同軸上に並び、内周に複数の内歯を有する一対の剛性内歯車と、
   外周に複数の外歯を有する可撓性外歯車と、
   前記可撓性外歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯車を楕円状に撓めて前記一対の剛性内歯車に対して部分的に噛合させて噛合位置を周方向に移動させる波動発生器と、を備え、
   前記可撓性外歯車は、当該可撓性外歯車の周方向に並び外歯を形成する複数のエレメントと、前記外歯の歯底部で前記複数のエレメントを連結し支持する可撓性の環状連結部材と、を含む波動歯車伝達装置。
2. 請求項１において、各前記エレメントは、前記外歯の歯底部において歯幅方向の両端の開放端から前記歯幅方向の途中部の閉塞端まで延びて歯厚方向に挿通する一対の挿通溝を含み、
   前記環状連結部材は、前記一対の挿通溝にそれぞれ挿通された一対の環状連結部材を含む波動歯車伝達装置。
3. 請求項１または２において、各前記エレメントは、互いに歯厚方向に組み合わされて単一の外歯を形成する一対の分割エレメントを含み、
   前記一対の分割エレメントの一対の合わせ面が、凹凸係合により連結されている波動歯車伝達装置。
4. 請求項３において、前記一対の分割エレメントは、互いに逆向きに傾斜する一対の歯面を含み、
   前記凹凸係合は、前記歯底部において前記一対の合わせ面を連結しており、
   前記一対の分割エレメントは、歯先部側で前記一対の合わせ面が離隔するように弾性変形可能である波動歯車伝達装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項において、前記エレメントは、樹脂製であり、
   前記環状連結部材は、積層配置された複数の環状鋼板により形成されている波動歯車伝達装置。

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