(57)【要約】【課題】波動歯車装置の製造方法において、可撓性外歯車の外歯の歯形として所望の歯形を用いつつ許容トルクを向上する。【解決手段】ステップＳ１の外歯歯形決定工程において、可撓性外歯車の外歯の歯形を所望に決定する。次いで、ステップＳ２のシミュレーション工程において、所望の減速比を達成するときの相対回転速度で波動発生器に対して可撓性外歯車を相対回転させるシミュレーションを行って、外歯の歯形の移動軌跡を求める。次いで、ステップＳ３の内歯歯形決定工程において、求められた外歯の歯形の移動軌跡の包絡線と干渉しないように、剛性内歯車の内歯の歯形を決定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に複数の内歯を有する円筒状の剛性内歯車と、外周に複数の外歯を有する円筒状の可撓性外歯車と、前記可撓性外歯車の径方向の内側に配置され、前記可撓性外歯車を非円形に撓めて前記外歯を前記内歯に部分的に噛合させる波動発生器と、を備える波動歯車装置の製造方法であって、
前記外歯の歯形を所望に決定する外歯歯形決定工程と、
所望の減速比が得られるときの相対回転速度で前記波動発生器と前記可撓性外歯車とを相対回転させるシミュレーションにより、前記外歯歯形決定工程で決定された前記外歯の前記歯形の移動軌跡を求めるシミュレーション工程と、
前記シミュレーション工程で求められた前記移動軌跡の包絡線と干渉しないように、前記内歯の歯形を決定する内歯歯形決定工程と、を含む、波動歯車装置の製造方法。
【請求項２】
前記内歯歯形決定工程では、前記内歯の歯先および歯底の少なくとも一方に前記包絡線から逃げる逃げ部を設けるようにして前記内歯の前記歯形を決定する、請求項１に記載の波動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、波動歯車装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１のフラット型波動歯車装置の歯形設定方法では、波動発生器の回転に伴う可撓性外歯車の移動軌跡を剛性内歯車に対するラック近似によって求め、前記移動軌跡の曲率半径の最小極値を求める。次いで、可撓性外歯車の主要部に、前記最小極値以下の円弧半径を有する円弧歯形を採用し、その可撓性外歯車の円弧歯形を用いて、剛性内歯車の被創成歯形の歯形を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５６４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、可撓性外歯車の主要部の歯形が、円弧歯形に限定される。このため、例えば可撓性外歯車の主要部の歯形として、円弧歯形以外の所望の歯形を用いる場合には、噛み合い干渉（meshing interference。内歯と外歯の歯面間に食い込みを生ずるような接触）を起こし、波動歯車装置の許容トルクが低下するおそれがある。
本発明の目的は、可撓性外歯車の外歯の歯形として所望の歯形を用いつつ許容トルクを向上することができる波動歯車装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、内周に複数の内歯（１１）を有する円筒状の剛性内歯車（１０）と、外周に複数の外歯（２１）を有する円筒状の可撓性外歯車（２０）と、前記可撓性外歯車の径方向の内側に配置され、前記可撓性外歯車を非円形に撓めて前記外歯を前記内歯に部分的に噛合させる波動発生器（３０）と、を備える波動歯車装置（１）の製造方法であって、前記外歯の歯形を所望に決定する外歯歯形決定工程（ステップＳ１）と、所望の減速比が得られるときの相対回転速度で前記波動発生器と前記可撓性外歯車とを相対回転させるシミュレーションにより、前記外歯歯形決定工程で決定された前記外歯の前記歯形の移動軌跡（Ｍ）を求めるシミュレーション工程（ステップＳ２）と、前記シミュレーション工程で求められた前記移動軌跡の包絡線（Ｈ）と干渉しないように、前記内歯の歯形（Ｋ）を決定する内歯歯形決定工程（ステップＳ３）と、を含む、波動歯車装置の製造方法を提供する。
【０００６】
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、前記内歯歯形決定工程では、前記内歯の歯先（１１Ｔ）および歯底（１１Ｒ）の少なくとも一方に前記包絡線から逃げる逃げ部（１４，１５）を設けるようにして前記内歯の前記歯形を決定してもよい。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明では、可撓性外歯車の外歯の歯形を所望に決定した後、所望の減速比を達成するときの相対回転速度で波動発生器に対して可撓性外歯車を相対回転させるシミュレーションを行って、外歯の歯形の移動軌跡を求める。次いで、求められた外歯の歯形の移動軌跡の包絡線と干渉しないように、剛性内歯車の内歯の歯形を決定する。これにより、所望の歯形を有する外歯に対して噛み合い干渉が抑制される内歯の歯形が得られる。このため、外歯と内歯との噛み合い干渉を抑制して、外歯に付加される応力を低減することができる。これにより、許容トルクを向上することができる。
【０００８】
請求項２の発明では、加工誤差等による歯形のばらつきがあっても、逃げ部によって噛み合い干渉を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の製造方法により製造された波動歯車装置の模式的正面図である。
【図２】波動歯車装置の概略断面図である。
【図３】波動歯車装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図４】移動軌跡の包絡線と内歯の歯形とを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る製造方法により製造された波動歯車装置１の模式的正面図であり、図２は波動歯車装置１の概略断面図である。図１に示すように、波動歯車装置１は、剛性内歯車１０と、可撓性外歯車２０と、波動発生器３０とを備えている。
剛性内歯車１０は、円筒歯車であり、その内周に複数の内歯１１を有している。剛性内歯車１０は、剛性の高い部材、例えば金属部材で形成されている。
【００１１】
可撓性外歯車２０は、剛性内歯車１０の径方向の内側に配置されている。可撓性外歯車２０は、その外周に複数の外歯２１を有する円筒歯車である。ともに円筒歯車である剛性内歯車１０と可撓性外歯車２０は、共通の中心軸線Ｃを有している。
本実施形態では、可撓性外歯車２０は、薄肉カップ形状の金属製の弾性体からなり、円筒部２２と、フランジ部２３とを含む。外歯２１は、円筒部２２の外周に形成されている。フランジ部２３は、円筒部２２の軸方向の一端から径方向の内側に延びる。フランジ部２３には、図示しない出力軸が取り付けられる。外歯２１の歯数Ｚ２は、内歯１１の歯数Ｚ１よりも少ない。本実施形態では、外歯２１の歯数Ｚ１は、内歯１１の歯数Ｚ２よりも２つ少なく、その歯数差ΔＺ（ΔＺ＝Ｚ２−Ｚ１）は、２である（ΔＺ＝２）。ただし、歯数差ΔＺは任意であり、本発明において特に限定されるものではない。
【００１２】
なお、後に詳述するが、可撓性外歯車２０は、図１に示すように弾性変形することで、楕円形に撓むことができる。そして、楕円形の長軸の両端部分Ｐ１において、外歯２１と内歯１１とが噛み合った状態となり、楕円形の短軸の両端部分Ｐ２で、外歯２１と内歯１１とが離隔した状態となる。
図１および図２に示すように、波動発生器３０は、可撓性外歯車２０の円筒部２２の径方向の内側に配置されている。波動発生器３０は、可撓性軸受４０と、非円形カムとしての楕円カム５０とを含む。可撓性軸受４０は、可撓性を有し円筒部２２の径方向の内側に配置されている。楕円カム５０は、可撓性軸受４０の径方向の内側に配置されている。すなわち、楕円カム５０に、可撓性軸受４０が外嵌され、可撓性軸受４０に、可撓性外歯車２０の円筒部２２が外嵌されている。
【００１３】
可撓性軸受４０は、楕円カム５０に外嵌された内輪４１と、可撓性外歯車２０の円筒部２２に内嵌された外輪４２と、内輪４１と外輪４２との間に介在する複数のボール４３と、リテーナ（図示せず）とを含む。内輪４１の外周および外輪４２の内周には、図示しない軌道溝が形成されており、ボール４３は、内輪４１および外輪４２の軌道溝間に介在している。ボール４３は、リテーナによって互いに離隔された状態で、内輪４１と外輪４２の間に、自転及び公転可能に挟持されている。
【００１４】
可撓性軸受４０の内輪４１および外輪４２は、楕円カム５０に嵌合されていない状態では真円形状になる。楕円カム５０の楕円の長径は、真円時の内輪４１の内径より大きく設定され、楕円カム５０の楕円の短径は、真円時の内輪４１の内径より小さく設定されている。
このため、図１に示すように、内輪４１の径方向の内側に配置された楕円カム５０は、その長径部の２箇所（図２では上下２箇所）で内輪４１を径方向の外側に押圧して内輪４１を楕円形に弾性変形させる。外輪４２は、ボール４３を介して内輪４１により楕円形に弾性変形される。楕円形に弾性変形された内輪４１及び外輪４２は、楕円カム５０が回転することに伴って楕円形の長径部となる箇所が周方向に変位する。
【００１５】
すなわち、波動発生器３０は、可撓性外歯車２０の周方向において１８０度位相が異なる２箇所を外周側に向けて押圧し（図１において黒塗り矢符を参照）、可撓性外歯車２０を楕円形に弾性変形させることにより、可撓性外歯車２０のなす楕円形の長軸の両端部分Ｐ１の外歯２１を内歯１１に噛合させる。そして、波動発生器３０の回転に伴って、可撓性外歯車２０と剛性内歯車１０との噛み合わせ位置が周方向に移動する。これにより、外歯２１と内歯１１の歯数差ΔＺに応じた相対回転が、可撓性外歯車２０と剛性内歯車１０との間に発生する。
【００１６】
次いで、図３は、波動歯車装置１の製造工程を示すフローチャートである。図３を参照して、まず、ステップＳ１の外歯歯形決定工程では、可撓性外歯車２０の外歯２１の歯形を所望に決定する。外歯２１の歯形としては、インボリュート歯形の他、円弧歯形やトロコイド歯形等、任意の歯形を用いることができる。以下では、ステップＳ１で決定された外歯２１の歯形を決定歯形と言う。
【００１７】
次いで、ステップＳ２のシミュレーション工程では、波動発生器３０の楕円カム５０と可撓性外歯車２０とを所望の減速比Ｊを達成するときの相対回転速度で相対回転させるシミュレーションを行い、ステップＳ１の外歯歯形決定工程で決定された外歯２１の決定歯形の移動軌跡Ｍを求める（図４の実線を参照）。前記シミュレーションは、ＦＥＭ解析により可撓性外歯車２０の弾性変形を考慮して行われる。
【００１８】
出力側の外歯２１の歯数Ｚ１、および入力側の内歯１１の歯数Ｚ２に対して、減速比ＪがＪ＝−Ｚ１／（Ｚ２−Ｚ１）となるので、楕円カム５０を回転角速度θ１［θ１＝２π／（Ｚ２−Ｚ１）］で回転させつつ、可撓性外歯車２０を回転角速度θ２［θ２＝−２π／Ｚ１］で回転させて、シミュレーションが行われる。例えば、減速比Ｊが５０であれば、波動発生器３０の楕円カム５０を１回転させる間に、可撓性外歯車２０を楕円カム５０の回転方向とは逆方向に１／５０回転させて、外歯２１の決定歯形の移動軌跡Ｍを求めるシミュレーションが行われる。
【００１９】
次いで、ステップＳ３の内歯歯形決定工程では、ステップＳ２のシミュレーション工程で求められた移動軌跡Ｍの包絡線Ｈと干渉しないように、剛性内歯車１０の内歯１１の歯形Ｋ（図４の一点鎖線を参照）を決定する。決定される歯形Ｋの少なくとも一部は、包絡線Ｈに一致する形状を含んでいてもよい。また、ステップＳ３の内歯歯形決定工程では、内歯１１の歯先１１Ｔに包絡線Ｈから逃げる逃げ部１４を設け、内歯１１の歯底１１Ｒに包絡線Ｈから逃げる逃げ部１５を設けるようにして内歯１１の歯形Ｋを決定する。
【００２０】
本実施形態では、可撓性外歯車２０の外歯２１の歯形を所望の決定歯形に決定した後、所望の減速比Ｊを達成するときの相対回転速度で波動発生器３０に対して可撓性外歯車２０を相対回転させるシミュレーションを行って、外歯２１の決定歯形の移動軌跡Ｍを求める。次いで、求められた移動軌跡Ｍの包絡線Ｈと干渉しないように、剛性内歯車１０の内歯１１の歯形を決定する。
【００２１】
これにより、所望の歯形を有する外歯２１に対して噛み合い干渉が抑制される内歯１１の歯形が得られる。このため、外歯２１と内歯１１との噛み合い干渉を抑制して、外歯２１に付加される応力を低減することができる。これにより、波動歯車装置１の許容トルクを向上することができる。
外歯２１と内歯１１との噛み合い干渉を抑制する最適な歯形が得られるので、振動や騒音を抑制することができる。また、噛み合い干渉の抑制により、外歯２１と内歯１１の噛み合い歯数を増加（すなわち接触歯面間の接触面積を増加）することができ、この点からも許容トルクを向上することができる。
【００２２】
また、外歯２１の歯形として所望の歯形を用いることのできる本実施形態では、外歯２１の歯形として非インボリュート歯形を用いることで、楕円形の長径と短径との径差の小さい楕円カム５０を用いることが可能となる。その場合、外歯２１や可撓性外歯車２０に負荷される応力を低減して、許容トルクの向上に寄与することができる。
また、ステップＳ３の内歯歯形決定工程では、歯先１１Ｔおよび歯底１１Ｒに包絡線Ｈから逃げる逃げ部１４，１５を設けるようにして内歯１１の歯形を決定する。このため、加工誤差等により、外歯２１や内歯１１の歯形のばらつきがあっても、逃げ部１４，１５によって噛み合い干渉を抑制することができる。なお、逃げ部は、歯先１１Ｔおよび歯底１１Ｒの少なくとも一方に設ければよい。
【００２３】
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、非円形カムとして、楕円カムに代えて、多角形カム（図示せず）を用いることができる。また、前記実施形態では、いわゆるカップ型の可撓性外歯車２０を用いる場合に則して説明したが、可撓性外歯車２０として、フランジ部２３が円筒部２２の径方向の外側に延びる、いわゆるシルクハット型や、円筒部２２のみで構成される、いわゆるフラット型のものを用いる場合にも、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１…波動歯車装置、１０…剛性内歯車、１１…内歯、１１Ｒ…歯底、１１Ｔ…歯先、１４…逃げ部、１５…逃げ部、２０…可撓性外歯車、２１…外歯、２２…円筒部、２３…フランジ部、３０…波動発生器、４０…可撓性軸受、４１…内輪、４２…外輪、４３…ボール、５０…楕円カム（非円形カム）、Ｈ…包絡線、Ｋ…（内歯の）歯形、Ｍ…移動軌跡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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