JPH0784896B2 - 撓み噛み合い式歯車装置 - Google Patents

撓み噛み合い式歯車装置

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JPH0784896B2
JPH0784896B2 JP61262930A JP26293086A JPH0784896B2 JP H0784896 B2 JPH0784896 B2 JP H0784896B2 JP 61262930 A JP61262930 A JP 61262930A JP 26293086 A JP26293086 A JP 26293086A JP H0784896 B2 JPH0784896 B2 JP H0784896B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、撓み噛み合い式歯車装置に係り、特に、撓み
噛み合い式歯車装置に用いられる内歯歯車及び外歯歯車
の歯の形状の改良に係る。
従来の技術 代表的な撓み噛み合い式歯車装置は、剛性円形内歯歯車
と、この内歯歯車の内側に設けられ該歯車に例えば２個
所で噛み合うよう楕円形に変形され、更に内歯歯車の歯
数より2n枚（ｎは正の整数である）少ない歯数にされた
可撓性外歯歯車と、該外歯歯車の内側に嵌合して該外歯
歯車を楕円形に撓ませるウエーブ・ジェネレータとから
成り、このウエーブ・ジェネレータは、内側の楕円形の
カム板と、このカム板の外周に嵌合して楕円形に撓めら
れたボールベアリングとから成り、ウエーブ・ジェネレ
ータのベアリングの外輪が外歯歯車に嵌合している。こ
のような構成で成る撓み噛み合い式歯車装置は、ウエー
ブ・ジェネレータのカム板に設けられた入力軸を回転さ
せると、外歯歯車の楕円形が回転させられ、この楕円形
の回転により両歯車がその歯数差に対応して相対回転
し、内歯歯車または外歯歯車に出力軸を設けると該出力
軸は入力軸に対して大きい減速比で回転する。従って、
この撓み噛み合い式歯車装置は、少ない要素で大きな減
速比を得ることができるので精密機械等に多用されてい
る。
従来の撓み噛み合い式歯車装置に用いられる歯車につい
ては、その噛み合いの適性を良好にし、運転性能や負荷
能力を高めるため種々の工夫が提案されている。最も基
本的な歯形については、米国特許第2,906,143号明細書
に詳しく開示されている。この装置の歯車は直線の歯形
にて形成されており、このため楕円形の外歯歯車は長軸
の一点でのみ内歯歯車に噛み合い、許容伝達トルクが低
かった。これに対処して、特公昭45−41171号には、イ
ンボリュート歯形を各歯車に採用することが提案されて
いる。
発明が解決しようとする問題点 しかし、前記の特公昭45−41171号の歯車でも両歯車が
完全に離れてしまうまでの間において、両歯車を全ての
点で連続的に接触させることはできない。更に詳しく
は、同公報の第６図の曲線ａまたはｃに見られるように
零または負の偏位の場合には、剛性の内歯歯車に噛み合
う可撓性の外歯歯車の歯の代表点の運動軌跡（ｃの場合
は頂部のごく一部を除き）が、剛性歯車に対して凹形状
を成しており、連続接触をさせるためには直線歯形やイ
ンボリュート歯形とは異なり剛性歯車の歯形を凸形状に
しなければならない。また、上記公報の第６図の曲線ｂ
に見られるように、可撓性の外歯歯車の歯の代表点の運
動軌跡がループを画く場合（正の偏位の場合）には、可
撓正の外歯歯車の撓みが大きくなり、該歯車の曲げ応力
の増大を招き、また利用できる運動軌跡の部分が短く接
触歯数が少ないので好ましくない。このため前記の公報
記載の撓み噛み合い式歯車装置でも許容伝達トルクの点
において、改良の余地がある。
従って、本発明の目的は、内歯歯車及び外歯歯車がその
噛み合い部分において連続接触を行うことのできる撓み
噛み合い式歯車装置を提供するにある。
問題点を解決するための手段 かかる目的を達成するため、本発明によれば、剛性円形
内歯歯車とその内側の可撓性外歯歯車と該外歯歯車を撓
ませて形成させその形状を回転させるウエーブ・ジェネ
レータとから成り、ウエーブ・ジェネレータの回転によ
り両歯車に相対回転を生じさせるようなった撓み噛み合
い式歯車装置であって、この撓み噛み合い式歯車装置の
特徴は、両歯車の歯末面の歯形が、ウエーブ・ジェネレ
ータの形状によって定まる、内歯歯車に対する外歯歯車
の運動軌跡の、両歯車の接触の限界位置を原点とする縮
比1/2の相似変換による写像曲線によって形成されるこ
とにある。
実施例 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。第１図は、撓み噛み合い式歯車装置１の原理を
示している。この撓み噛み合い式歯車装置１は、剛性円
形内歯歯車２と、この内歯歯車の内側に設けられた可撓
性のリング形状の外歯歯車３と、この外歯歯車の内側に
嵌合して該外歯歯車を楕円形に撓ませるウエーブ・ジェ
ネレータ４とから成る。ウエーブ・ジェネレータ４は、
内側の楕円形のカム板５と、このカム板５の外周に嵌合
して楕円形に撓められたボールベアリング６とから成
り、ウエーブ・ジェネレータのベアリングの外輪７が外
歯歯車に嵌合している。外歯歯車３は、ウエーブ・ジェ
ネレータ４によって楕円形に撓められているので、円形
の剛性内歯歯車２に対して、直径方向に対向する２点を
中心としてその両側で噛み合う。第１図では矢印Ａ及び
Ｂの方向の２点が噛み合い点となる。また、ウエーブ・
ジェネレータ４はボールベアリング６を有するので、ウ
エーブ・ジェネレータ４のカム板５が回転すると、外歯
歯車３はその楕円形状が回転させられるだけで、カム板
によって直接回転させられることはない。なお、外歯歯
車２は、内歯歯車の歯数より2n（ｎは正の整数）枚少な
い歯数（第１図では内歯歯車より４枚少ない）にされて
いる。
この撓み噛み合い式歯車装置１の動作について第２図
（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。ウエーブ・ジェネレ
ータ４のカム板５が第２図（ａ）の位置にあるとき、外
歯歯車３の楕円形の長軸において、内歯歯車２の１つの
歯溝８が外歯歯車３の１つの歯９に噛み合っている（歯
溝８及び歯９を中心としてその両側でもいくつかの歯が
噛み合っている）。カム板５を第２図（ｂ）に示すよう
に90度回転させると、外歯歯車３はその楕円形が回転
し、外歯歯車３の噛み合い点が楕円の長軸の移動に従っ
て移動して歯溝８と歯９とは離れる。第２図（ｃ）に示
すように、カム板６が180度回転すると歯溝８と歯９と
が再び噛み合うが、その位置は歯数差（図示の例では４
枚すなわちｎ＝２）の半分だけすなわちｎ枚分（図示の
例では２枚分）だけずれる。そして第２図（ｄ）に示す
ように、カム板５が360度回転すると、歯溝８と歯９と
は歯数差（４枚）だけずれる。このように噛み合い位置
が順次ずれる動きを出力として取り出せば大きな減速比
を得ることができる。
本発明はこのような撓み噛み合い式歯車装置の内歯歯車
及び外歯歯車の歯の形状を改良し、その噛み合い点を中
心としてその両側の噛み合い部分における各歯の殆ど全
てを噛み合い接触（本書では、この噛み合い部分におけ
る歯の連続的な噛み合い接触を、連続接触と表現する）
させんとするものである。ちなみに従来のものは噛み合
い点を中心とする両側の一部で噛み合うだけである。
このため、本発明では、連続接触を行わせることができ
るように、歯車の歯形を、ウエーブ・ジェネレータの形
状に依存する歯の運動軌跡から導く。この運動軌跡に対
応して連続接触する歯形を厳密に理論的に作り出すのは
非常に困難なことであり、これまでこのような試みが成
された例は知らない。本発明はこのような課題をラック
に近似させた手法によって解決せんとするものである。
すなわち、本発明では、内歯歯車と外歯歯車の噛み合い
を、ラックの歯の噛み合いに近似したものとして取り扱
い、用いるウエーブ・ジェネレータによって生成される
運動軌跡を、縮比1/2の相似変換による写像曲線を得
て、これによって剛性の内歯歯車及び可撓性の外歯歯車
の各々の歯車の歯末面の歯形曲線を与える。この近似方
法は、撓み噛み合い式歯車装置の歯車の歯数が最少値で
100、通常160以上であるので、誤差は十分に許容できる
範囲にある。
第３図は上記の近似の程度を示す一例で、曲線ａはラッ
クの場合の運動軌跡、曲線ａ′は歯数が100の場合の撓
み噛み合い式歯車装置の運動軌跡であり（特公昭45−41
171号の第６図に相当する図であるが、第３図のグラフ
とは上下が逆になっている）、その差は殆どないことが
理解される筈である。第３図の曲線ｂ及び曲線ｃは後述
の内歯歯車及び外歯歯車の歯末面の歯形の一例である。
ちなみに、第３図は無偏位の場合の運動軌跡で、座標値
ｘ及びｙは次式で与えられる。
ｘ＝1/2m（２θ−sin2θ） ｙ＝ｍ（１−cos2θ） ここで、θは媒介変数、ｍは歯のモジュールである。
第４図は、上記の歯形曲線を求める場合の説明図であ
る。この図において、点10は可撓性の外歯歯車の歯先点
が噛み合いの一方の限界に達したときの位置を示してお
り、曲線11は用いられたウエーブ・ジェネレータのカム
板の形状によって定まる歯先点の運動軌跡を示してい
る。次に点12は両歯車が最も離れて接触する位置すなわ
ち両歯車の接触の限界位置（噛み合い中心から最も外側
の噛み合い位置）を示している。曲線13は剛性の内歯歯
車の歯末面の歯形を示している。この曲線13は、接触の
限界位置12を基準点として曲線11の点10と12との間の曲
線部分を縮比1/2で相似変換して得られた写像曲線であ
り、ここで点14は点10の変換によって得られた点であ
る。点14と点10の間の曲線15は、曲線13を点14の回りに
180度回転して得られたもので、この曲線15は可撓性の
外歯歯車の歯末面の歯形を示している。また、曲線16
は、可撓性の外歯歯車の歯元面の歯形を示しており、曲
線17は、剛性の内歯歯車の歯元面の歯形を示している。
これらの歯元面の歯形は、各歯車の歯形の干渉を生じな
い限り、任意の歯形にすることができる。
第５図は、第１図の装置において両歯車が無偏位（特公
昭45−41171号の第６図のλ＝１）の特別の場合を示し
ている。すなわち、内歯歯車と外歯歯車との最深の噛み
合い位置（第１図のＡ及びＢの方向の位置）で両歯車の
歯形が全面で接触している状態である。すなわち第５図
の曲線13（内歯歯車の歯末面の歯形）が曲線16（外歯歯
車の歯元面の歯形）に一致し、同図の曲線15（外歯歯車
の歯末面の歯形）が曲線17（内歯歯車の歯元面の歯形）
に一致している。このことは、剛性の内歯歯車の歯末面
が可撓性の外歯歯車の歯元面に、また内歯歯車の歯元面
が外歯歯車の歯末面にぴったりと接触していることを意
味する。
第４図によって得た剛性の内歯歯車及び可撓性の外歯歯
車の歯末面の歯形は、両歯車が歯数無限大のラックと見
做して得られるものである。しかしながら、撓み噛み合
い式歯車装置の場合、その歯数は有限であるが一般の歯
車に比べてその歯数は極めて多く160以上であるのが普
通であるから、第３図の例からも類推されるように、十
分に許容できる近似であり、実用上の精度は十分であ
る。すなわち、本発明によれば、上記のような近似によ
って、従来実現が困難であるとされた連続接触をできる
歯形を、比較的簡単に作れることが理解されよう。
第４図のようにして得た歯末面の形状が、撓み噛み合い
式歯車装置の噛み合い部分において連続的に接触するも
のであることを、第６図を用いて説明する。第６図にお
いて、第４図における曲線11、13及び15、また点10、12
及び14はそのまま用いられる。外歯歯車の運転軌跡を示
す曲線11上の点20は、運動軌跡の任意の点とする。曲線
13上の点21は、前記の相似変換した場合の点２に対応す
る点であり、曲線15上の点22は、曲線13の180度回転に
よって得た点21（ひいては点20）に対応する点である。
第６図において、点10と22との線分23と点12と21との線
分24と点20と21との線分25とは、曲線13及び曲線15が点
対称であること、及び曲線13が曲線11の相似変換曲線で
あることから相互に等しく、線分23の線分25とは平行に
なる。また、点21及び点22における歯形の接線も平行で
ある。従って、可撓性の外歯歯車の歯末面の歯形曲線10
−22−14（これは曲線15に等しい）を平行変位させて点
10が点20に到達したとすると、点22は点21に一致し、こ
の一致点における両歯形の接線も一致する。すなわち、
曲線15及び曲線13は、噛み合い部分で連続接触させるこ
とのできる両歯車の歯末面の適正な形状を示しているこ
とが理解されよう。
この歯末面の形状を得るに当たって、可撓性の外歯歯車
の運動軌跡のどの範囲までを変換するかは、任意に設定
することができる。また、本発明においては、撓み噛み
合い式歯車装置の両歯車を連続接触させるには、歯末面
の歯形だけが重要なものとされ、歯元面の歯形は、両歯
が相互に干渉しないかぎり任意の形状でよい。例えば、
無偏位で最深の噛み合い部から利用する場合、歯末面の
歯形のピッチ点に関して対称の歯形を歯元面に適用すれ
ば、第５図に示すように、噛み合いの最深での両歯形の
全面での接触も可能になる。
なお、以上の例では、内歯歯車と外歯歯車とが２箇所で
噛み合う形式の撓み噛み合い式歯車装置について説明し
たが、本発明はこのような撓み噛み合い式歯車装置に限
定されない。例えば、両歯車の歯数差を3n枚として３箇
所で噛み合う形式の撓み噛み合い式歯車装置にも、本発
明を適用することができる、他の類似の歯車装置にもま
た適用することができる。
発明の効果 本発明によれば、内歯歯車及び外歯歯車の両歯車の歯末
面の歯形が、ウエーブ・ジェネレータの形状によって定
まる、内歯歯車に対する外歯歯車のラック近似による運
動軌跡の、両歯車の接触の限界位置を原点とする縮比1/
2の相似変換による写像曲線によって形成されているの
で、両歯車の噛み合い点における連続接触が可能にな
る。この様子が第７図に示されている。第７図におい
て、従来の歯形（直線歯形で示されているが、インボリ
ュート歯形もこれに非常に近い歯形である）では、早く
も点Ｃで示す両歯車の噛み合い部分が少なくなる時点か
ら内歯歯車と外歯歯車の噛み合い接触がなくなっている
のがはっきりと分かる。これに対して、本発明の歯形に
よれば、両歯車の歯の噛み合い部分が少なくなっても完
全に噛み合っており、その噛み合い部分が完全に離れる
まで両歯車の歯末面が相互に接触している。すなわち、
本発明の撓み噛み合い式歯車装置では、内歯歯車と外歯
歯車の歯の噛み合い部分全体に渡って、本書でいう連続
接触が得られている。
この連続接触により、歯面荷重や、可撓性の歯車のリム
部の応力や、ウエーブ・ジェネレータの軸受荷重を、よ
り一層平均化することができ、ウエーブ・ジェネレータ
の負荷容量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、撓み噛み合い式歯車装置の概略正面図であ
る。 第２図（ａ）〜（ｄ）は撓み噛み合い式歯車装置の動作
説明図である。 第３図は、ラック近似の手法による撓み噛み合い式歯車
装置の運動軌跡の近似の程度を示す説明図である。 第４図は、本発明の歯車装置の両歯車の連続接触をなす
歯形を示す説明図である。 第５図は、第４図の歯形の無偏位の状態を示す説明図で
ある。 第６図は、第４図に示された歯形の歯末面が連続接触を
していることを示す説明図である。 第７図は、本発明の連続接触歯形の噛み合い状態を、従
来の歯形と対比して示す説明図である。 符号の説明 １……撓み噛み合い式歯車装置 ２……剛性の内歯歯車 ３……可撓性の外歯歯車 ４……ウエーブ・ジェネレータ ５……ウエーブ・ジェネレータのカム板 ６……ボールベアリング 11……外歯歯車の運動軌跡を示す曲線 12……噛み合い接触の限界位置 13……内歯歯車の歯末面の歯形曲線 15……外歯歯車の歯末面の歯形曲線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】剛性円形内歯歯車と、その内側の可撓性外
    歯歯車と、該外歯歯車を撓ませて変形させその形状を回
    転させるウエーブ・ジェネレータとから成り、ウエーブ
    ・ジェネレータの回転により両歯車に相対回転を生じさ
    せるようになった撓み噛み合い式歯車装置において、 両歯車の歯末面の歯形が、ウエーブ・ジェネレータの形
    状によって定まる、内歯歯車に対する外歯歯車のラック
    近似による運動軌跡の、両歯車の接触の限界位置を原点
    とする縮比1/2の相似変換による写像曲線によって形成
    されることを特徴とする撓み噛み合い式歯車装置。
JP61262930A 1986-11-05 1986-11-05 撓み噛み合い式歯車装置 Expired - Lifetime JPH0784896B2 (ja)

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JP61262930A JPH0784896B2 (ja) 1986-11-05 1986-11-05 撓み噛み合い式歯車装置
US07/114,119 US4823638A (en) 1986-11-05 1987-10-27 Tooth profile of spline of strain wave gearing
EP87309586A EP0266972B1 (en) 1986-11-05 1987-10-29 Tooth profile of spline of strain wave gearing
ES198787309586T ES2038992T3 (es) 1986-11-05 1987-10-29 Perfil de los dientes de una tira de un engranaje de ondas de deformacion.
DE8787309586T DE3784839T2 (de) 1986-11-05 1987-10-29 Zahnform der rille eines wellengetriebes.
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KR1019870012388A KR920007996B1 (ko) 1986-11-05 1987-11-04 파형식 맞물림변형기어장치

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