(57)【要約】【課題】軽量化を図りつつ、回転精度の低下を抑制可能な歯車装置を提供することを目的とする。【解決手段】歯車装置１００は、内歯歯車１８と、内歯歯車１８と噛合う外歯歯車１４と、を備えた歯車装置であって、内歯歯車１８は、樹脂により構成され、外歯歯車１４は、樹脂よりも線膨張係数が小さい素材により構成され、本歯車装置の使用時における内歯歯車１８と外歯歯車１４の熱膨張量の差によって、ロストモーションが０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下となるように、本歯車装置の使用前における内歯歯車１８と外歯歯車１４のＰＣＤが設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内歯歯車と、前記内歯歯車と噛合う外歯歯車と、を備えた歯車装置であって、
前記内歯歯車は、樹脂により構成され、
前記外歯歯車は、前記樹脂よりも線膨張係数が小さい素材により構成され、
本歯車装置の使用時における前記内歯歯車と前記外歯歯車の熱膨張量の差によって、ロストモーションが０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下となるように、本歯車装置の使用前における前記内歯歯車と前記外歯歯車のＰＣＤが設定されていることを特徴とする歯車装置。
【請求項２】
前記内歯歯車および前記外歯歯車を前記歯車装置として組み立てた状態でかつ本歯車装置の使用前における、前記内歯歯車と前記外歯歯車のＰＣＤが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車装置。
【請求項３】
前記内歯歯車および前記外歯歯車を前記歯車装置として組み立てた状態でかつ本歯車装置の使用前において、前記外歯歯車のＰＣＤが前記内歯歯車のＰＣＤより大きいことを特徴とする請求項２に記載の歯車装置。
【請求項４】
前記内歯歯車および前記外歯歯車を前記歯車装置として組み立てる前の状態において、前記外歯歯車のＰＣＤが前記内歯歯車のＰＣＤより大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の歯車装置。
【請求項５】
内歯歯車と、前記内歯歯車と噛合う外歯歯車と、を備えた歯車装置であって、
前記内歯歯車は、樹脂により構成され、
前記外歯歯車は、前記樹脂よりも線膨張係数が小さい素材により構成され、
本歯車装置の温度が４０℃以上５０℃以下の範囲で、ロストモーションが０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下となるように、本歯車装置の温度が２０℃の状態において、前記外歯歯車のＰＣＤが前記内歯歯車のＰＣＤより大きく設定されていることを特徴とする歯車装置。
【請求項６】
内歯歯車と、前記内歯歯車と噛合う外歯歯車と、を備え、前記内歯歯車は、樹脂により構成され、前記外歯歯車は、前記樹脂よりも線膨張係数が小さい素材により構成された歯車装置を製造する方法であって、
前記内歯歯車に前記外歯歯車を締まり嵌めの状態で嵌入する嵌入ステップを含むことを特徴とする歯車装置の製造方法。
【請求項７】
前記嵌入ステップは、前記内歯歯車を加熱してから嵌入することを特徴とする請求項６に記載の歯車装置の製造方法。
【請求項８】
前記嵌入ステップは、前記外歯歯車を冷却してから嵌入することを特徴とする請求項６または７に記載の歯車装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車装置および歯車装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外歯歯車および内歯歯車を有する歯車装置が知られている。本出願人は、特許文献１において、歯車の発熱対策を図れる歯車装置を開示した。この歯車装置は、撓み変形する外歯歯車と、外歯歯車と噛み合う内歯歯車と、を備えた撓み噛み合い式歯車装置であって、外歯歯車と内歯歯車の一方が樹脂により構成され、他方が樹脂よりも熱伝導率が高い高熱伝導材料により構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１５５３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
歯車装置を軽量化するために外歯歯車と内歯歯車の一方を樹脂製にすると、金属と樹脂との線膨張係数の差により使用時に歯車間の隙間が拡がって回転精度が低下する。
【０００５】
本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、軽量化を図りつつ、回転精度の低下を抑制可能な歯車装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の歯車装置は、内歯歯車と、内歯歯車と噛合う外歯歯車と、を備えた歯車装置であって、内歯歯車は、樹脂により構成され、外歯歯車は、樹脂よりも線膨張係数が小さい素材により構成され、本歯車装置の使用時における内歯歯車と外歯歯車の熱膨張量の差によって、ロストモーションが０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下となるように、本歯車装置の使用前における内歯歯車と外歯歯車のＰＣＤが設定されている。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、軽量化を図りつつ、回転精度の低下を抑制可能な歯車装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る歯車装置を示す側面断面図である。
【図２】図１の歯車装置のロストモーションを説明する図である。
【図３】図１の歯車装置の外歯歯車と内歯歯車のＰＣＤの差とロストモーションの関係を示す図である。
【図４】図１の歯車装置の外歯歯車と内歯歯車のＰＣＤの差と歯面圧の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、本発明に至った経緯を説明する。本発明者は、互いに噛み合う外歯歯車と内歯歯車とを有する歯車装置について検討し、以下の知見を得た。樹脂製の内歯歯車と、その樹脂よりも線膨張係数が小さい素材により構成された外歯歯車とを噛み合わせた歯車装置では、その使用によって温度上昇した状態（以下、「使用時」という）に、熱膨張量の差に起因して、歯車同士の周方向の遊びが増えてロストモーションが増大する。歯車装置において、使用時のロストモーションが大きいと、高精度が要求される用途には対応が難しく用途が限定されることがある。
【００１１】
本発明者らは、使用時における歯車装置のロストモーションが０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下の範囲内であれば、高精度が要求される用途にも対応できることを見出した。
【００１２】
また、本発明者らは、検討を重ね、内歯歯車が樹脂である場合、歯車装置の使用による温度上昇を生じる前の状態（以下、「使用前」という）において内歯歯車と外歯歯車とが締まり嵌めの状態で噛み合っている場合にも、隙間嵌めの場合と遜色なく起動できることを見出した。これは、樹脂製の内歯歯車は柔軟性が高いため、表面が圧縮応力に応じて容易に弾性変形するためと考えられる。このことから、温度上昇前におけるロストモーション（あるいは、噛合い状態とも表現できる）は比較的柔軟に設定可能であるといえる。
【００１３】
また、使用前において内歯歯車と外歯歯車とが締まり嵌めの状態で噛み合っている場合には、使用時のロストモーションを小さくできることが確認された。
【００１４】
これらの知見から、本発明者らは、高精度が要求される用途にも対応可能とするために、使用時のロストモーションを基準にして、歯車装置の使用前における内歯歯車と外歯歯車のＰＣＤを設定する本発明の構成に到達した。以下、本発明を実施するにあたっての具体例を参照して、その内容を説明する。
【００１５】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態、変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１６】
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。また、共通点のある別々の構成要素には、名称の冒頭に「第１、第２」等と付し、符号の末尾に「−Ａ、−Ｂ」等と付すことで区別し、総称するときはこれらを省略する。
【００１７】
［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る歯車装置１００の全体構成について説明する。図１は、第１実施形態の歯車装置１００を示す側面断面図である。歯車装置１００は、内歯歯車１８−Ａ、１８−Ｂと噛み合う外歯歯車１４を撓み変形させつつ回転させることで外歯歯車１４を自転させ、その自転成分を出力する撓み噛み合い式歯車装置である。本実施形態の歯車装置は、減速用内歯歯車１８−Ａと出力用内歯歯車１８−Ｂを用いて起振体１２の回転を減速して出力する、いわゆる筒型の撓み噛み合い式歯車装置である。
【００１８】
歯車装置１００は、主に、起振体１２と、外歯歯車１４と、起振体軸受１６−Ａ、１６−Ｂと、内歯歯車１８−Ａ、１８−Ｂと、支持部材２０と、軸受ハウジング２２−Ａ、２２−Ｂと、を備える。以下、起振体１２の回転中心線Ｌａに沿う方向を単に「軸方向Ｘ」といい、その回転中心線Ｌａ周りの周方向、径方向に関して、単に「周方向」、「径方向」ということがある。
【００１９】
起振体１２は、剛性を持つ筒状部材であり、回転が入力される入力軸として機能する。起振体１２には、モータ等の駆動装置から回転が入力される。起振体１２の内周側には配線等が挿通される軸孔１２ａが形成される。起振体１２は、駆動軸によって、自らの軸芯を回転中心として回転させられる。なお、駆動装置は、起振体１２より軸方向Ｘの一方側（図中右側）に配置される。以下、軸方向Ｘの一方側を入力側といい、他方側（図中左側）を反入力側という。
【００２０】
起振体１２は、中間軸部１２ｂと、中間軸部１２ｂより入力側にある入力側軸部１２ｃと、中間軸部１２ｂより反入力側にある反入力側軸部１２ｄとを有する。中間軸部１２ｂは、軸方向Ｘに直交する断面の外周形状が楕円状をなす。入力側軸部１２ｃ及び反入力側軸部１２ｄは、その軸方向Ｘに直交する断面の外周形状が円状をなす。本明細書での「楕円」とは、幾何学的に厳密な楕円に限定されず、略楕円も含まれる。
【００２１】
外歯歯車１４は、起振体１２の中間軸部１２ｂの外周側に配置される。外歯歯車１４は、可撓性を持つ筒状部材である。外歯歯車１４は、筒状の基部１４ａと、基部１４ａの外周側に基部１４ａと一体的に形成された第１外歯部１４ｂ及び第２外歯部１４ｃとを有する。第１外歯部１４ｂは軸方向Ｘの入力側に配置され、後述する減速用内歯歯車１８−Ａと噛み合う。第２外歯部１４ｃは、軸方向Ｘの反入力側に配置され、後述する出力用内歯歯車１８−Ｂと噛み合う。第１外歯部１４ｂと第２外歯部１４ｃは、起振体１２の中間軸部１２ｂの長軸方向の両側部分が内歯歯車１８と噛み合う。
【００２２】
外歯歯車１４は、起振体１２が回転したとき、起振体軸受１６を介して起振体１２の中間軸部１２ｂにより楕円状に撓み変形させられる。このとき、外歯歯車１４は、内歯歯車１８−Ａとの噛合位置を周方向に変えつつ、起振体１２の中間軸部１２ｂの形状に合うように撓み変形させられる。
【００２３】
起振体軸受１６は、起振体１２の中間軸部１２ｂと外歯歯車１４の間に配置される。起振体軸受１６には、外歯歯車１４の第１外歯部１４ｂと起振体１２の間に配置される第１起振体軸受１６−Ａと、外歯歯車１４の第２外歯部１４ｃと起振体１２の間に配置される第２起振体軸受１６−Ｂとが含まれる。起振体１２は、起振体軸受１６を介して外歯歯車１４を回転自在に支持する。
【００２４】
各起振体軸受１６のそれぞれは、複数の第１転動体１６ａと、第１内輪１６ｂと、第１外輪１６ｃを有する。本実施形態の第１転動体１６ａは球体であるが、ころ等でもよい。本実施形態の第１内輪１６ｂは起振体１２の中間軸部１２ｂの外周面が構成しているが、起振体１２とは別の部材により構成されてもよい。第１外輪１６ｃは可撓性を持つ。第１外輪１６ｃは、起振体１２が回転したとき、第１転動体１６ａを介して起振体１２の中間軸部１２ｂにより楕円状に撓み変形させられる。
【００２５】
内歯歯車１８は、剛性を持つ環状部材である。内歯歯車１８は、外歯歯車１４の第１外歯部１４ｂや第２外歯部１４ｃの外周側に配置される。本実施形態の内歯歯車１８には、軸方向Ｘの入力側に配置される減速用内歯歯車１８−Ａ（第１内歯歯車）と、軸方向Ｘの反入力側に配置される出力用内歯歯車１８−Ｂ（第２内歯歯車）とが含まれる。
【００２６】
減速用内歯歯車１８−Ａは、外歯歯車１４の第１外歯部１４ｂが噛み合う第１内歯部１８ａを有する。第１内歯部１８ａの内歯数は第１外歯部１４ｂの外歯数より２ｉ（ｉは１以上の自然数）だけ多い。これにより、起振体１２が回転したとき、第１内歯部１８ａと第１外歯部１４ｂの歯数差に応じた減速比で起振体１２の回転が減速されて外歯歯車１４が自転する。なお、減速用内歯歯車１８−Ａは、ボルトＢ１がねじ込まれるボルト穴が形成された連結部１８ｂを有する。このボルトＢ１は、減速用内歯歯車１８−Ａを入力側軸受ハウジング２２−Ａに連結するために用いられる。
【００２７】
出力用内歯歯車１８−Ｂは、外歯歯車１４の第２外歯部１４ｃが噛み合う第２内歯部１８ｃを有する。第２内歯部１８ｃの内歯数は第２外歯部１４ｃの外歯数と同数である。これにより、起振体１２が回転したとき、出力用内歯歯車１８−Ｂには、外歯歯車１４の自転成分と同じ速度の回転が出力される。
【００２８】
支持部材２０は、主軸受２４を介して出力用内歯歯車１８−Ｂを回転自在に支持する外筒部２０ａを有する。外筒部２０ａは、減速用内歯歯車１８−Ａの第１内歯部１８ａより径方向外側に配置される。本実施形態の支持部材２０と減速用内歯歯車１８−Ａは単一の部材の一部を構成しており、互いに一体化されている。外筒部２０ａには、外部部材への連結に用いるボルト（不図示）を挿通するための挿通孔２０ｂが形成される。外部部材は、歯車装置１００の外部に配置され、歯車装置１００を支持する役割を持つ。
【００２９】
主軸受２４は、複数の第２転動体２４ａと、第２内輪２４ｂと、第２外輪２４ｃを有する。本実施形態の第２転動体２４ａは球体であるが、ころ等でもよい。本実施形態の第２内輪２４ｂは出力用内歯歯車１８−Ｂの外周面が構成しているが、出力用内歯歯車１８−Ｂとは別の部材により構成されてもよい。第２外輪２４ｃは支持部材２０の外筒部２０ａの内周面が構成しているが、支持部材２０とは別の部材により構成されてもよい。
【００３０】
軸受ハウジング２２は、起振体１２の軸方向Ｘに間隔を空けて配置される。軸受ハウジング２２には、軸方向Ｘの入力側に配置される入力側軸受ハウジング２２−Ａと、軸方向Ｘの反入力側に配置される反入力側軸受ハウジング２２−Ｂとが含まれる。
【００３１】
入力側軸受ハウジング２２−Ａは、減速用内歯歯車１８−ＡにボルトＢ１により連結されることで一体化される。入力側軸受ハウジング２２−Ａは、減速用内歯歯車１８−Ａに連結されるとともに、外歯歯車１４の入力側端面に当接する第１当接部材として機能する。
【００３２】
反入力側軸受ハウジング２２−Ｂは、出力用内歯歯車１８−ＢにボルトＢ２により連結されることで一体化される。反入力側軸受ハウジング２２−Ｂは、出力用内歯歯車１８−Ｂに連結されるとともに、外歯歯車１４の反入力側端面に当接する第２当接部材として機能する。
【００３３】
入力側軸受ハウジング２２−Ａと起振体１２の入力側軸部１２ｃとの間や、反入力側軸受ハウジング２２−Ｂと起振体１２の反入力側軸部１２ｄとの間には軸受２６が配置される。一対の軸受ハウジング２２−Ａ、２２−Ｂは、軸受２６を介して起振体１２を回転自在に両持ち支持する。各軸受２６は、複数の第３転動体２６ａと、第３内輪２６ｂと、第３外輪２６ｃを有する。
【００３４】
反入力側軸受ハウジング２２−Ｂと出力用内歯歯車１８−Ｂは被駆動装置にボルト（不図示）を用いて連結される。被駆動装置は、起振体１２より軸方向Ｘの反入力側に配置される。反入力側軸受ハウジング２２−Ｂには、ボルト（不図示）の軸部が挿通される挿通孔２２ａが形成される。出力用内歯歯車１８−Ｂには、そのボルトがねじ込まれる雌ねじ孔１８ｄが形成される。
【００３５】
以上の歯車装置１００の動作を説明する。駆動装置の駆動軸の回転に連れて起振体１２が回転すると、内歯歯車１８との噛合位置を周方向に変えつつ、起振体１２の中間軸部１２ｂの形状に合うように外歯歯車１４が連続的に撓み変形させられる。第１外歯部１４ｂは、起振体１２が一回転するごとに、減速用内歯歯車１８−Ａの第１内歯部１８ａとの歯数差に相当する分、減速用内歯歯車１８−Ａに対して相対回転（自転）する。このとき、起振体１２の回転は、第１内歯部１８ａとの歯数差に応じた減速比で減速されて外歯歯車１４が自転する。出力用内歯歯車１８−Ｂの第２内歯部１８ｃは、第２外歯部１４ｃと歯数が同じである。よって、出力用内歯歯車１８−Ｂは、起振体１２が一回転した前後で第２外歯部１４ｃとの相対的な噛合位置が変わらないまま、第２外歯部１４ｃと同じ自転成分で同期して回転する。この出力用内歯歯車１８−Ｂの回転は出力用内歯歯車１８−Ｂから被駆動装置に伝達される。この結果、起振体１２の回転が減速されて出力用内歯歯車１８−Ｂから被駆動装置に出力される。
【００３６】
ここで、本実施形態の歯車装置１００では、内歯歯車１８は樹脂により構成され、外歯歯車１４は、内歯歯車１８の樹脂よりも線膨張係数が小さい素材（以下、「低膨張素材」）により構成される点に特徴がある。つまり、減速用内歯歯車１８−Ａ、出力用内歯歯車１８−Ｂのそれぞれが樹脂により構成される。なお、本実施形態においては、減速用内歯歯車１８−Ａは、支持部材２０も含め、樹脂により構成されている。一例として、内歯歯車１８用の樹脂としてポリアセタール、ポリアミド、ＰＥＥＫ等の汎用エンジニアプラスチック等を採用でき、また炭素繊維等との複合材やベーク材も採用できる。
【００３７】
また、外歯歯車１４は低膨張素材により構成される。詳しくは、外歯歯車１４の全体、つまり、基部１４ａ、第１外歯部１４ｂ及び第２外歯部１４ｃのそれぞれは低膨張素材により構成される。一例として、外歯歯車１４の低膨張素材として鉄、アルミニウム等の金属を採用できる。外歯歯車１４は、内歯歯車１８の樹脂よりも線膨張係数が小さい他の樹脂等で構成されてもよい。
【００３８】
なお、内歯歯車および外歯歯車以外の部材の素材については、特に限定されないが、本実施形態においては、入力側軸受ハウジング２２−Ａおよび反入力側軸受ハウジング２２−Ｂは樹脂により構成され、起振体１２、各軸受および各ボルトは金属により構成されている。特に、外歯歯車１４に加えて、起振体１２および起振体軸受１６が金属により構成されることで、内歯歯車１８と外歯歯車１４の噛合い部で発生した熱を、熱伝達率の高い外歯歯車１４→起振体軸受１６→起振体１２の順に伝達し、外部に逃がすことができる。
【００３９】
歯車装置１００の使用時に、内歯歯車１８と外歯歯車１４の噛合箇所が発熱したとき、内歯歯車１８の熱膨張量は、外歯歯車１４の熱膨張量より大きくなる。このため、熱膨張量の差によって、内歯歯車１８および外歯歯車１４のＰＣＤ（Pitch Circle Diameter：ピッチ円直径）の差が大きくなる。このＰＣＤの差が大きくなると、内歯歯車１８の歯と外歯歯車１４の歯の間の周方向の隙間が増えてロストモーションが増大する。
【００４０】
内歯歯車１８と外歯歯車１４のＰＣＤを説明する。本明細書において、歯車のＰＣＤは、歯先と歯底の間の中央を通る円の直径と定義される。
【００４１】
歯車装置１００のロストモーションを説明する。図２は、ロストモーションを説明する図である。ロストモーションとは、本明細書において、次のように定義される。歯車装置の起振体１２（高速軸）を固定して反入力側軸受ハウジング２２−Ｂ（低速軸）側より定格トルクまでゆっくり負荷を掛けて、除荷するまでの負荷及び低速軸の変位（ねじれ角）を測定し、その関係を示すと、図２に示すような剛性のヒステリシスカーブが得られる。ロストモーションは、定格トルク±３％点におけるねじれ角と定義される。
【００４２】
本実施形態のロストモーションを説明する。上述したように、使用時における歯車装置１００のロストモーションが０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下の範囲内であれば、高精度が要求される用途にも対応できる。このため、本実施形態では、使用時のロストモーションが０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下となるように、歯車装置１００の使用前の内歯歯車１８と外歯歯車１４のＰＣＤの差ΔＤを設定している。なお、差ΔＤは、内歯歯車１８のＰＣＤから外歯歯車１４のＰＣＤを引いた差であり、正の場合は、内歯歯車１８のＰＣＤが外歯歯車１４のＰＣＤより大きく、負の場合は、内歯歯車１８のＰＣＤが外歯歯車１４のＰＣＤより小さいことを意味する。
【００４３】
以下、使用時のロストモーションを所定範囲にするために内歯歯車１８と外歯歯車１４のＰＣＤの差ΔＤを設定するプロセスの一例を説明する。なお、使用時のロストモーションが０ｍｉｎより小さいと、歯車装置１００のトルクロスが大きくなるので、使用時のロストモーションは０ｍｉｎ以上としている。なお、本実施形態におけるＰＣＤは、内歯歯車１８および外歯歯車１４を歯車装置１００として組み立てる前の状態（部品単体の状態）におけるＰＣＤである。
【００４４】
図３は、使用前の内歯歯車１８と外歯歯車１４のＰＣＤの差ΔＤと、使用時のロストモーションＲＭの関係を示す図である。このグラフは、ＰＣＤの差ΔＤとロストモーションＲＭとをシミュレーションにより求めたものである。このグラフの横軸は、使用前（本実施形態では２０℃）における内歯歯車１８と外歯歯車１４のＰＣＤの差ΔＤを内歯歯車１８のＰＣＤであるＤｔで除した比率ΔＤ／Ｄｔを示す。このグラフの縦軸は、使用時（本実施形態では５０℃）における歯車装置１００のロストモーションＲＭの大きさを示している。図３から、使用前において比率ΔＤ／Ｄｔが０以下の場合に使用時のロストモーションが１５ｍｉｎ以下になることが判る。
【００４５】
なお、使用前の比率ΔＤ／Ｄｔは、内歯歯車および外歯歯車の設計値から特定できる。使用時の温度上昇量は、実験により求めることができる。なお、本実施形態においては、歯車装置１００の温度は、内歯歯車と一体化された部材の外周の温度を測定している。具体的には、支持部材２０の外周の温度を測定している。この点は、他の実施形態においても同様である。この例では、温度上昇量は２０℃〜３０℃であり、シミュレーションは３０℃を用いている。
【００４６】
同様に、使用時のロストモーションを０ｍｉｎ以上にするための使用前の比率ΔＤ／Ｄｔを求めることができる。この例では、使用前の比率ΔＤ／Ｄｔは−０．００１１以上と特定された。また、使用時のロストモーションを１５ｍｉｎ以下にするための使用前の比率ΔＤ／Ｄｔを求めることができ、この例では、使用前の比率ΔＤ／Ｄｔは０以下と特定された。これらから、使用前の比率ΔＤ／Ｄｔを−０．００１１〜０の範囲に設定することにより、使用時のロストモーションを０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下にすることができる。この設定プロセスは一例であり、使用時のロストモーションを０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下にできるものであれば、別のプロセスによって使用前の比率ΔＤ／Ｄｔを設定してもよい。
【００４７】
上述のように、外歯歯車１４のＰＣＤに対して内歯歯車１８のＰＣＤを小さくする（＝比率ΔＤ／Ｄｔを小さくする）ことにより、使用時におけるロストモーションを小さくできる。しかし、比率ΔＤ／Ｄｔによっては、歯面に受ける歯面圧Ｐｆが過大になり、歯車装置１００の信頼性が低下することも考えられる。このため、本発明者らは比率ΔＤ／Ｄｔと歯面圧Ｐｆの関係について検討を行った。
【００４８】
図４は、内歯歯車１８と外歯歯車１４のＰＣＤの差ΔＤと歯面に受ける歯面圧Ｐｆの関係を示すグラフである。このグラフは、使用前の温度を２０℃とし、そのときの比率ΔＤ／Ｄｔと歯面圧Ｐｆとをシミュレーションにより求めたものである。このグラフの横軸は比率ΔＤ／Ｄｔを示す。このグラフの縦軸は、内歯歯車１８の歯面に受ける歯面圧Ｐｆの大きさを示しており、上に行くほど歯面圧Ｐｆが高く、下に行くほど歯面圧Ｐｆが低いことを表している。
【００４９】
図４に示すように、比率ΔＤ／Ｄｔが大きくなると、その分だけ噛合い歯数が減るので１歯で負担する圧力が増えて歯面圧Ｐｆは高くなる。比率ΔＤ／Ｄｔが小さくなると、その分だけ噛合い歯数が増えるので１歯で負担する圧力が減り歯面圧Ｐｆは低くなる。しかし、比率ΔＤ／Ｄｔがマイナスの領域では、内歯歯車１８と外歯歯車１４とが締まり嵌めになり、絞め代が増えることにより歯面圧Ｐｆが高くなることが判った。
【００５０】
したがって、比率ΔＤ／Ｄｔは、歯面圧Ｐｆが過大にならない範囲に設定することが望ましい。この歯面圧Ｐｆの観点から、内歯歯車１８と外歯歯車１４のＰＣＤの差ΔＤは、使用前における歯面圧Ｐｆが所定の値を超えない範囲に設定されてもよい。一例として、使用前における比率ΔＤ／Ｄｔは−０．００１５〜０の範囲に設定できる。なお、この範囲が、使用時のロストモーションの観点から設定された範囲と異なる場合は、これらの範囲が重複する範囲に比率ΔＤ／Ｄｔを設定してもよい。
【００５１】
本実施形態は、使用前の内歯歯車１８と外歯歯車１４のＰＣＤがこのように設定されたことにより、歯車装置１００の使用により温度上昇しても、ロストモーションを０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下の範囲内に抑えることができる。この場合、高精度が要求される用途への対応が可能になる。
【００５２】
上述のように構成された歯車装置１００では、使用前において、外歯歯車１４のＰＣＤが内歯歯車１８のＰＣＤより大きくてもよい。外歯歯車１４のＰＣＤが内歯歯車１８のそれより大きい場合にも、隙間嵌めの場合と遜色なく歯車装置として動作可能であることが確認されている。この構成では、外歯歯車１４と内歯歯車１８とは、使用前は締まり嵌めの状態になるため、使用時に温度上昇してもロストモーションを所定の範囲内に抑制できる。
【００５３】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る歯車装置１００を説明する。第２実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略する。
【００５４】
本実施形態の歯車装置１００は、内歯歯車１８と、内歯歯車１８と噛合う外歯歯車１４と、を備えた歯車装置であって、内歯歯車１８は、樹脂により構成され、外歯歯車１４は、当該樹脂よりも線膨張係数が小さい素材により構成され、歯車装置１００の温度が４０℃以上５０℃以下の範囲で、ロストモーションが０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下となるように、歯車装置１００の温度が２０℃の状態において、外歯歯車１４のＰＣＤが内歯歯車１８のＰＣＤより大きく設定されている。
【００５５】
例えば、外歯歯車１４と内歯歯車１８の素材の線膨張係数と、２０℃（低温時）と４０℃以上５０℃以下（高温時）との温度差と、歯車装置１００の高温時のロストモーション（０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下）とに基づいて、低温時の外歯歯車１４と内歯歯車１８のＰＣＤを決定する。この場合、低温時における外歯歯車１４のＰＣＤが内歯歯車１８のＰＣＤより大きくなるように設定する。外歯歯車１４と内歯歯車１８のＰＣＤとロストモーションの関係は、図３の例のようにシミュレーションや実験により特定することができる。
【００５６】
本実施形態によれば、外歯歯車１４と内歯歯車１８とは２０℃では締まり嵌めの状態にあるので、使用時に４０℃以上５０℃以下に温度上昇しても、ロストモーションを０ｍｉｎ以上１５ｍｉｎ以下の範囲内に抑えることができる。この場合、汎用的な用途への対応が可能になる。
以上が、第２実施形態の説明である。
【００５７】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る歯車装置の製造方法Ｓ２００を説明する。第３実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略する。本実施形態の製造方法Ｓ２００は、上述の歯車装置１００を製造する方法であって、内歯歯車１８に外歯歯車１４を締まり嵌めの状態で嵌入する嵌入ステップを含む。
【００５８】
この形態によれば、外歯歯車１４と内歯歯車１８とを締まり嵌めの状態で嵌入するので、使用時に熱膨張してもロストモーションを小さく抑えることができる。
【００５９】
上述の嵌入ステップは、内歯歯車１８を加熱してから嵌入してもよい。この場合、内歯歯車１８が加熱されると、熱膨張により内歯歯車１８のＰＣＤが大きくなり、嵌入が容易になる。また、容易に嵌入できるため、嵌入時に内歯歯車１８および外歯歯車１４が損傷することを防ぐことができる。内歯歯車１８の加熱には、ドライヤやオーブンを用いることができる。内歯歯車１８の加熱温度はシミュレーションまたは実験により設定できる。
【００６０】
上述の嵌入ステップは、外歯歯車１４を冷却してから嵌入してもよい。この場合、外歯歯車１４が冷却されると、収縮によって外歯歯車１４のＰＣＤが小さくなり、嵌入が容易になる。また、容易に嵌入できるため、嵌入時に内歯歯車１８および外歯歯車１４が損傷することを防ぐことができる。外歯歯車１４の冷却には、液体窒素やドライアイスを用いることができる。外歯歯車１４の冷却温度はシミュレーションまたは実験により設定できる。
以上が、第３実施形態の説明である。
【００６１】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。
【００６２】
以下、変形例を説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
【００６３】
［変形例］
第１実施形態の説明では、組み立て前（単品状態）の外歯歯車のＰＣＤが内歯歯車のＰＣＤよりも大きい例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、主軸受２４が内輪を有する場合、組み立て前の外歯歯車のＰＣＤを内歯歯車のＰＣＤよりも小さくしてもよい。この場合、出力側の内歯歯車１８−Ｂに主軸受２４の内輪を締まり嵌めで外嵌し、内歯歯車１８−Ｂを径方向内側に変形させ、歯車装置として組み立てた後の外歯歯車のＰＣＤを内歯歯車のＰＣＤよりも大きくすることができる。
【００６４】
第１実施形態の説明では、歯車装置が筒型の外歯歯車を有する撓み噛み合い式減速装置（波動歯車装置と称されることがある）である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、歯車装置は、カップ型やシルクハット型の撓み噛み合い式減速装置であってもよい。
【００６５】
第１実施形態の説明では、歯車装置が撓み噛み合い式減速装置である例を示したが、本発明はこれに限定されず、互いに噛み合う内歯歯車と外歯歯車を有する様々な歯車装置に適用できる。例えば、歯車装置は、いわゆるセンタークランクタイプの偏心揺動型歯車装置や、内歯歯車の軸心からオフセットした位置に複数のクランク軸が配置されるいわゆる振り分けタイプの偏心揺動型減速装置や、単純遊星歯車装置などであってもよい。
【００６６】
第３実施形態では、外歯歯車１４を冷却してから嵌入する方法と、内歯歯車１８を加熱してから嵌入する方法とを説明したが、加熱した内歯歯車１８に冷却した外歯歯車１４を嵌入してもよい。この場合、一層容易に嵌入できる。
【００６７】
上述の各変形例は上述の実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【００６８】
上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
【符号の説明】
【００６９】
１２・・・起振体、１４・・・外歯歯車、１６・・・第１起振体軸受、１８・・・内歯歯車、２０・・・支持部材、２２・・・軸受ハウジング、２４・・・主軸受、２６・・・軸受、１００・・・歯車装置、Ｓ２００・・・製造方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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