(57)【要約】【課題】撓み噛合い式歯車装置において外歯歯車と起振体軸受けの外輪との間で異常摩耗が生じることを抑制することを目的とする。【解決手段】内歯歯車と、内歯歯車と噛合う外歯歯車（１２）と、外歯歯車を撓み変形させる起振体（１０Ａ）と、起振体と外歯歯車との間に配置される起振体軸受けと、を備えた撓み噛合い式歯車装置であって、起振体軸受けは転動体と外輪とを有し、外歯歯車の最小の内周長が、前記外輪の最大の外周長よりも大きい構成を採用した。【選択図】図２
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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、前記外歯歯車を撓み変形させる起振体と、前記起振体と前記外歯歯車との間に配置される起振体軸受けと、を備えた撓み噛合い式歯車装置であって、
前記起振体軸受けは転動体と外輪とを有し、
前記外歯歯車の最小の内周長が、前記外輪の最大の外周長よりも大きい、
撓み噛合い式歯車装置。
【請求項２】
回転中心から前記起振体の周面までの距離が最も短い短軸位置において前記外歯歯車と前記外輪との間に前記外歯歯車の軸方向全長に渡って隙間が設けられている、
請求項１記載の撓み噛合い式歯車装置。
【請求項３】
前記外輪、前記外歯歯車、又はこれら両方には、前記外輪と前記外歯歯車とが対向する面から凹んだ逃がし部を有し、
回転中心から前記起振体の周面までの距離が最も長い長軸位置における前記外歯歯車と前記外輪との接触部の軸方向長さＡと、回転中心から前記起振体の周面までの距離が最も短い短軸位置における前記外歯歯車と前記外輪との間の隙間の径方向長さＢと、回転中心を通る断面における前記逃がし部の面積Ｃは、
Ａ×Ｂ＜Ｃの関係を満たす、
請求項１又は請求項２に記載の撓み噛合い式歯車装置。
【請求項４】
回転中心に垂直な断面における前記外輪の外周及び前記外歯歯車の内周が真円となるように前記外輪と前記外歯歯車とを同心状に配置し、かつ、前記外輪と同心状に配置され前記起振体の周長を有する円筒の外周面に前記転動体が接触するように配置したとき、
前記外輪と前記外歯歯車との隙間の径方向長さは、前記転動体と前記外輪との隙間の最小の径方向長さよりも大きい、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撓み噛合い式歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撓み噛合い式歯車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、起振体により撓み変形される外歯歯車と、外歯歯車と噛合う内歯歯車とを備えた撓み噛合い式歯車装置がある（例えば特許文献１を参照）。撓み噛合い式歯車装置においては、一般に、外歯歯車と起振体との間に軸受け（起振体軸受け）が配置され、外歯歯車の内周には軸受けの外輪が締まり嵌め等により嵌合している。撓み噛合い式歯車装置は、起振体の回転により軸受けの外輪と外歯歯車とが撓み変形することで、外歯歯車の一部が内歯歯車と噛み合い、減速動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１０６６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
撓み噛合い式歯車装置においては、外歯歯車が撓み変形する際、機構的な作用により外輪と外歯歯車との滑りが発生し、この嵌合面で異常摩耗が発生する場合があった。異常摩耗は、その部位の温度を上昇させ、また、摩耗粉を増加させるといった課題を発生させる。さらに、異常摩耗が進むと歯車の噛合部のガタが誘発するという課題を発生させる。
【０００５】
本発明は、撓み噛合い式歯車装置において外歯歯車と外輪との間で異常摩耗が生じることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
内歯歯車と、前記内歯歯車と噛み合う外歯歯車と、前記外歯歯車を撓み変形させる起振体と、前記起振体と前記外歯歯車との間に配置される起振体軸受けと、を備えた撓み噛合い式歯車装置であって、
前記起振体軸受けは転動体と外輪とを有し、
前記外歯歯車の最小の内周長が、前記外輪の最大の外周長よりも大きい構成を採用した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、撓み噛合い式歯車装置において外歯歯車と外輪との間で異常摩耗が生じることを抑制できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る撓み噛合い式歯車装置の断面図である。
【図２】図１の外歯歯車、起振体及び起振体軸受けを軸方向から見た概念図である。
【図３】図３（Ａ）は隙間寸法を示すために外歯歯車及び起振体軸受けを真円状態に配置した図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の一部の拡大図である。
【図４】図４（Ａ）は長軸位置における外歯歯車及び起振体軸受けの断面図であり、図４（Ｂ）は短軸位置における外歯歯車及び起振体軸受けの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る撓み噛合い式歯車装置の断面図である。図２は、図１の外歯歯車、起振体及び起振体軸受けを軸方向から見た概念図である。本明細書では、撓み噛合い式歯車装置１の回転軸Ｏ１に沿った方向を軸方向、回転軸Ｏ１に直交する方向を径方向、回転軸Ｏ１を中心とする回転方向を周方向と定義する。回転軸Ｏ１は、本発明に係る回転中心に相当する。
【００１１】
本実施形態に係る撓み噛合い式歯車装置１は、図１に示すように、起振体軸１０、起振体軸１０により撓み変形される外歯歯車１２、外歯歯車１２と噛合う２つの内歯歯車２２ｇ、２３ｇ、及び、起振体軸受け３０を備える。さらに、撓み噛合い式歯車装置１は、第１ケーシング２２、内歯歯車部材２３、第２ケーシング２４、第１カバー２６、第２カバー２７、軸受け３１、３２及び主軸受け３４を備える。
【００１２】
起振体軸１０は、中空軸状であり、回転軸Ｏ１に垂直な断面の外形が楕円状である起振体１０Ａと、起振体１０Ａの軸方向の両側に設けられ回転軸Ｏ１に垂直な断面の外形が円形である軸部１０Ｂ、１０Ｂとを有する。ここで、楕円状とは、幾何学的に厳密な楕円に限られず、略楕円も含まれる。起振体軸１０は、回転軸Ｏ１を中心に回転し、起振体１０Ａの回転軸Ｏ１に垂直な断面の外形形状の中心は回転軸Ｏ１と一致する。
【００１３】
外歯歯車１２は、可撓性を有する円筒状の金属であり、外周に歯が設けられている。
【００１４】
２つの内歯歯車２２ｇ、２３ｇは、一方が、外歯歯車１２の軸方向における中央より一端側の歯部と噛合し、他方が、外歯歯車１２の軸方向における中央より他端側の歯部と噛合する。内歯歯車２２ｇは、第１ケーシング２２の内周部の該当箇所に内歯が設けられて構成される。内歯歯車２３ｇは、内歯歯車部材２３の内周部の該当箇所に内歯が設けられて構成される。
【００１５】
起振体軸受け３０は、起振体１０Ａの外周面と外歯歯車１２の内周面との間に配置される。起振体軸受け３０は、複数の転動体（コロ）３１と、円筒状で可撓性を有する金属部材である外輪３２と、複数の転動体３１の軸方向の位置及び周方向の間隔を保持する保持器３３とを有する。複数の転動体３１は、一方の内歯歯車２２ｇの径方向内方に周方向に並んで配置される第１群の転動体３１と、他方の内歯歯車２３ｇの径方向内方に周方向に並んで配置される第２群の転動体３１とを有する。複数の転動体３１は、起振体１０Ａの外周面と外輪３２の内周面とを転動面として転動する。外輪３２は、本実施形態においては、軸方向における外歯歯車１２の中央部から一端側の部位に対向する部分と、外歯歯車１２の中央部から他端側の部位に対向する部分とに分割されているが、一体に構成されてもよい。なお、起振体軸受け３０は専用の内輪を有してもよい。
【００１６】
外歯歯車１２、外輪３２及び保持器３３の軸方向の両側には、これらに当接して、これらが軸方向に変位することを抑止するスペーサリング３６、３７が設けられている。
【００１７】
第１ケーシング２２及び第２ケーシング２４は互いに連結されて、内歯歯車２２ｇ、２３ｇ及び外歯歯車１２の径方向外方を覆う。第１カバー２６は、第１ケーシング２２と連結されて、起振体軸１０の一端側における外周部を覆う。第２カバー２７は、内歯歯車部材２３と連結されて起振体軸１０の他端側における外周部を覆う。第１カバー２６は軸受け４１を介して起振体軸１０を回転自在に支持し、第２カバー２７は軸受け４２を介して起振体軸１０を回転自在に支持する。内歯歯車部材２３と第２ケーシング２４とは、主軸受け４３を介して相対的に回転自在に互いを支持する。
【００１８】
＜外歯歯車１２及び外輪３２の寸法関係＞
図２に示すように、外輪３２の外周面の最大周長は、外歯歯車１２の内周面の最小周長よりも短い。外輪３２の外周面の最大周長を比較しているのは、例えば外輪３２の外周エッジ部に面取りが形成されている場合、面取り部分の周長を比較対象とせずに、外輪３２の外歯歯車１２と接触する部位の周長を比較対象としているからである。同様に、外歯歯車１２の内周面の最小周長を比較しているのは、例えば外歯歯車１２の内周エッジ部に面取りが形成されているような場合には、面取り部分の周長を比較対象とせずに、外歯歯車１２の外輪３２と接触する部位の周長を比較対象としているからである。
【００１９】
このような外輪３２の外周長と外歯歯車１２の内周長との関係により、外歯歯車１２の短軸位置の周辺では、外歯歯車１２と外輪３２との間に隙間ｇが生じる。隙間ｇは、外輪３２と外歯歯車１２との接触する部位における軸方向全長にかけて現れる。ここで、短軸位置とは、回転軸Ｏ１を中心として、回転軸Ｏ１から起振体１０Ａの周面までの距離が最も短くなる角度位置を示す（図２では回転軸Ｏ１を中心とする左右の方向位置）。長軸位置とは、回転軸Ｏ１を中心として、回転軸Ｏ１から起振体１０Ａの周面までの距離が最も長くなる角度位置を示す（図２では回転軸Ｏ１を中心とする上下の方向位置）。外歯歯車１２及び外輪３２の短軸位置と長軸位置とは、起振体１０Ａの短軸位置と長軸位置と同一の角度位置に相当する。
【００２０】
起振体軸受け３０は内部隙間を有する。内部隙間は、図３に示すように、外歯歯車１２及び起振体軸受け３０を真円に配置し、さらに内輪に相当する円筒８１を仮定した場合に、転動体３１において円筒８１の外周面と転動体３１との間、あるいは、転動体３１と外輪３２の内周面との間、もしくはその両方に隙間を発生させる。
【００２１】
図３（Ａ）は、隙間寸法を示すために外歯歯車及び起振体軸受けを真円状態に配置した図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の一部の拡大図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の円筒８１は、寸法定義のために用意された仮部材であり、起振体１０Ａの外周長と同一の外周長を有し、断面外形が真円の部材である。
【００２２】
外歯歯車１２と起振体軸受け３０とを、図３（Ａ）のように、同心状にかつ真円状態に配置したとき、外歯歯車１２と外輪３２との隙間の径方向長さＬ１と、起振体軸受け３０の内部隙間の径方向長さＬ２とは、Ｌ１＞Ｌ２の関係にある。内部隙間の径方向長さＬ２とは、転動体３１を起振体１０Ａと同じ外周長を有する円筒８１に接触させたときに、転動体３１と外輪３２との隙間の最小の径方向長さに相当する。
【００２３】
撓み噛合い式歯車装置１に加わる外部荷重によっては、外輪３２に作用する荷重に偏りが生じることがある。ここで、本実施形態の構成とは逆に、Ｌ１（外歯歯車１２と外輪３２との隙間長）＜Ｌ２（起振体軸受け３０の内部隙間長）の関係にあったとする。この場合、荷重の偏りにより、外輪３２が２つの短軸方向のうち片側に寄ってしまい、この片側において外輪３２と外歯歯車１２との隙間ｇが無くなり、こちら側の面で摩耗が発生する恐れがある。一方、本実施形態のように、Ｌ１（外歯歯車１２と外輪３２との隙間長）＞Ｌ２（起振体軸受け３０の内部隙間長）とすることで、荷重の偏りにより外輪３２が２つの短軸方向の片側によっても、この片側において外輪３２と外歯歯車１２との隙間ｇが無くならない。よって、上記のような不都合を回避できる。
【００２４】
＜潤滑剤の蓄積構成＞
図４（Ａ）は、長軸位置における外歯歯車及び起振体軸受けの断面図であり、図４（Ｂ）は、短軸位置における外歯歯車及び起振体軸受けの断面図である。
【００２５】
各外輪３２の外周部の軸方向両端部には、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、軸方向の端部に進むほど内周側に近づく方向に傾斜した逃がし部ｅが設けられている。逃がし部ｅは、外輪３２の周方向の全周にかけて設けられている。図４の例では、外輪３２は軸方向中央で分割されているため、外輪３２は、外歯歯車１２の軸方向の中央部と対向する部位においても逃がし部ｅを有する。なお、逃がし部ｅは、傾斜している必要はなく、外輪３２と外歯歯車１２とか対向する面より凹んでいればよい。あるいは、逃がし部ｅは、外歯歯車１２に設けられていてもよい。外輪３２に逃がし部ｅが設けられている場合には、逃がし部ｅは径方向内方に凹んでいればよく、外歯歯車１２に逃がし部ｅが設けられている場合には、逃がし部ｅは径方向外方に凹んでいればよい。また、逃がし部ｅは、外歯歯車１２の軸方向の中央になく、両側のみに設けられていてもよい。あるいは、両側にはなく中央にのみ設けられていてもよい。
【００２６】
回転軸Ｏ１を通る平らな断面において、外歯歯車１２と外輪３２との長軸位置における接触部の軸方向長さＡ＝Ｌ１＋Ｌ２と、短軸方向における隙間ｇの径方向長さＢと、長軸位置における逃がし部ｅの総面積（断面積）Ｃ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４とは、Ａ×Ｂ＜Ｃの関係を満たす。逃がし部ｅの面積Ｓ１〜Ｓ４とは、仮に逃がし部ｅの部分が面取りの無いエッジであった場合と比較して、逃がし部ｅにより確保される空間の面積を意味する。逃がし部ｅの総面積Ｃとは、軸方向両側と中央の４つの逃がし部ｅの面積の総和である。ここで、隙間ｇの径方向長さＢは、撓み噛合い式歯車装置１が無負荷でかつ回転していないときに生じる隙間ｇの径方向長さと定義する。
【００２７】
外歯歯車１２と外輪３２との間に隙間ｇが生じる場合、起振体軸１０が回転することで、短軸方向に生じた隙間ｇには潤滑剤が浸入する一方（図４（Ｂ）を参照）、長軸方向で隙間ｇが無くなる範囲では隙間ｇから潤滑剤が押し出される（図４（Ａ）を参照）。潤滑剤の一部は、隙間ｇが周方向へ移動するのに伴って、周方向へ移動するが、潤滑剤の多くは、隙間ｇが周方向へ移動するのに伴って軸方向に押し出されたり、軸方向に吸引されたりする。
【００２８】
そこで、上記のような寸法関係の逃がし部ｅがあることで、隙間ｇが無し又は隙間ｇが小さい角度範囲では、逃がし部ｅに潤滑剤を溜めておくことができる。そして、隙間ｇが生じる角度範囲では、逃がし部ｅに溜まっていた潤滑剤を張力で隙間ｇに移動させて、隙間ｇの部分に不足なく潤滑剤を供給することができる。また、このような潤滑剤の流れによって、外歯歯車１２と外輪３２との間で僅かに生じた摩耗粉を逃がし部ｅへ排出する作用が得られる。
【００２９】
なお、潤滑剤の過不足を議論する場合には、潤滑剤が溜まる部位の体積が問題となるが、周方向の一箇所に注目すれば、その箇所で逃がし部ｅと隙間ｇとの間を潤滑剤が移動する現象が生じるので、断面の面積の大小によって潤滑剤の過不足を表わすことができる。
【００３０】
＜減速動作＞
実施形態の撓み噛合い式歯車装置１においては、一例として、起振体軸１０が入力軸となり、第１ケーシング２２及び第２ケーシング２４が支持され、内歯歯車部材２３及び第２カバー２７が出力軸とされる。また、一方の内歯歯車２３ｇと外歯歯車１２との歯数が同数にされ、他方の内歯歯車２２ｇと外歯歯車１２との歯数が異なるように設定される。
【００３１】
このような構成により、起振体軸１０が回転すると、起振体軸受け３０を介して起振体軸１０の運動が外歯歯車１２に伝わる。このとき、外歯歯車１２は、固定された内歯歯車２２ｇと長軸位置で噛合っているので、起振体軸１０と同じ回転速度で外歯歯車１２が回転することはなく、起振体軸１０は起振体軸受け３０を介して外歯歯車１２の内側で相対的に回転する。さらに、外歯歯車１２は、起振体１０Ａの長軸位置近傍の範囲に内周面の一部が沿うように規制されるため、起振体軸１０の回転に従って撓み変形する。この変形の周期は、起振体軸１０の回転周期に比例する。
【００３２】
起振体軸１０の回転により外歯歯車１２が変形する際、起振体１０Ａの長軸位置が回転方向に移動することで、外歯歯車１２と内歯歯車２２ｇとの噛合う位置が回転方向に変化する。外歯歯車１２と内歯歯車２２ｇとの歯数に違いがあるため、噛合う位置が一周するごとに、外歯歯車１２と内歯歯車２２ｇとの噛合う歯がずれていき、これにより外歯歯車１２が回転（自転）する。例えば、内歯歯車２２ｇの歯数が１０２で、外歯歯車１２の歯数が１００であれば、起振体軸１０の回転運動は減速比１００：２で減速されて外歯歯車１２に伝達される。
【００３３】
一方、外歯歯車１２は内歯歯車２３ｇとも噛合っているため、起振体軸１０の回転によって外歯歯車１２と内歯歯車２３ｇとの噛合う位置も回転方向に変化する。内歯歯車２３ｇの歯数と外歯歯車１２の歯数とは同数であるので、外歯歯車１２と内歯歯車２３ｇとは相対的に回転せず、外歯歯車１２の回転運動が減速比１：１で内歯歯車２３ｇへ伝達される。これらによって、起振体軸１０の回転運動が減速されて、出力軸である内歯歯車部材２３及び第２カバー２７へ出力される。
【００３４】
なお、減速比は、外歯歯車１２と内歯歯車２２ｇ、２３ｇとの歯数の設定により変えることができる。また、入力軸、出力軸及び支持部とする構成要素は、起振体軸１０、第２ケーシング２４、内歯歯車部材２３の間で任意に変更されてもよい。
【００３５】
起振体軸１０の回転により外歯歯車１２が撓み変形する際、起振体１０Ａの短軸方向において外歯歯車１２と外輪３２との隙間ｇに潤滑剤が浸入する。さらに、外歯歯車１２の周方向の一箇所に注目すると、外歯歯車１２と外輪３２との短軸位置及び長軸位置の移動に伴い、隙間ｇが大小に変化する。さらに、隙間ｇが有る状態から、隙間ｇが無くなって外歯歯車１２の内周面と外輪３２の外周面との間に圧力が生じる状態へと変化する。これらの際、隙間ｇに侵入していた潤滑剤には、外歯歯車１２と外輪３２との間に引き込まれつつ圧縮されるというクサビ作用が働き、外歯歯車１２と外輪３２との間に油膜が形成され、摩擦力を大きく低減することができる。
【００３６】
また、起振体軸１０の回転により外歯歯車１２と外輪３２とが撓み変形する際、これらの間に潤滑剤が浸入していることで、長軸位置においても、外歯歯車１２に対して外輪３２が滑ることがある。しかしながら、この滑りが生じる箇所では、外歯歯車１２と外輪３２との間に厚く潤滑剤が挟まれており、金属同士の直接的な接触が生じない。したがって、外歯歯車１２の内周面又は外輪３２の外周面に異常摩耗が生じることが抑制される。
【００３７】
また、起振体軸１０の回転により外歯歯車１２と外輪３２とが撓み変形する際、潤滑剤は、外輪３２の逃がし部ｅと隙間ｇとの間を往復して、他へ流出していくことが抑制される。したがって、起振体軸１０の長期の回転によっても、潤滑剤が隙間ｇに不足なく供給され、外歯歯車１２の内周面又は外輪３２の外周面に異常摩耗が生じることが抑制される。
【００３８】
以上、本発明の実施形態の撓み噛合い式歯車装置１によれば、外歯歯車１２の最小の内周長が、外輪３２の最大の外周長よりも大きい。したがって、短軸方向において外歯歯車１２と外輪３２との間に潤滑剤が浸入する隙間ｇが生じ、これにより、外歯歯車１２の外周面と外輪３２の内周面とに異常摩耗が生じることを抑制できる。
【００３９】
また、本発明の実施形態の撓み噛合い式歯車装置１によれば、上記の隙間ｇは、外歯歯車１２の軸方向の全長に渡って設けられている。これにより、軸方向の全域において、外歯歯車１２の外周面と外輪３２の内周面とに異常摩耗が生じることを抑制できる。
【００４０】
また、本発明の実施形態の撓み噛合い式歯車装置１によれば、外輪３２に逃がし部ｅが設けられ、逃がし部ｅの断面総面積Ｃが、外歯歯車１２と外輪３２との短軸位置での隙間部分の面積（Ａ×Ｂ）よりも大きい（図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照）。したがって、起振体軸１０の長期の回転によって潤滑剤が他へ流出して、隙間ｇに供給される潤滑剤が不足するという事態を減らすことができる。
【００４１】
また、本発明の実施形態の撓み噛合い式歯車装置１によれば、図３に示したように、外歯歯車１２と外輪３２との隙間の径方向長さＬ１よりも、起振体軸受け３０の内部隙間の径方向長さＬ２の方が小さい。したがって、外輪３２に偏った荷重が生じても、短軸方向において外歯歯車１２と外輪３２との間の隙間ｇが無くなってしまうことが回避され、これにより、外歯歯車１２の外周面と外輪３２の内周面とに異常摩耗が生じることを抑制できる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、二列の転動体を有する起振体軸受けを例にとって説明したが、転動体は一列の構成でもよいし、三列以上の構成であってもよい。また、上記実施形態では、筒型で可撓性を有する外歯歯車を備えたフラット型の撓み噛合い式歯車装置を例にとって説明した。しかし、本発明の撓み噛合い式歯車装置は、例えばカップ型、シルクハット型の可撓性を有する歯車を備えた、様々な形式の撓み噛合い式歯車装置に適用できる。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  撓み噛合い式歯車装置
１０  起振体軸
１０Ａ  起振体
１２  外歯歯車
２２ｇ、２３ｇ  内歯歯車
３０  起振体軸受け
３１  転動体
３２  外輪
３３  保持器
ｇ  隙間
ｅ  逃がし部
【図１】
2019184013.tif 000003
【図２】
2019184013.tif 000004
【図３】
2019184013.tif 000005
【図４】
2019184013.tif 000006