(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性内歯車と、その内側に配置された可撓性外歯車と、この可撓性外歯車を楕円状に撓ませてその楕円長軸両端位置で当該可撓性外歯車を前記剛性内歯車にかみ合わせると共に、当該噛み合い位置を円周方向に移動させる波動発生器とを有する撓みかみ合い式歯車装置において、
前記剛性内歯車および前記可撓性外歯車の基本を共に平歯車として、可撓性外歯車の歯数を剛性内歯車の歯数より２ｎ（ｎは正の整数）枚少なくし、
前記可撓性外歯車の歯筋方向における任意の個所に選んだ軸直角断面を主断面とし、当該主断面における前記可撓性外歯車の楕円状リム中立線の長軸より４５°以下の任意に選んだ偏角だけ離れた位置を歯のかみ合いの中心位置とし、
両歯車のかみ合いの主部を形成する歯形の基本形を共にインボリュート曲線とし、
かみ合い中心位置において接触する、該インボリュート曲線の接触点における一方の曲率円を、変速比歯車の歯形の接触点において歯形曲率間に成立するオイラー・サバリ式を満たす歯形曲率円の一方に一致させ、該式の他方の歯形曲率円を他方のインボリュート曲線の曲率円の近傍に設定したことを特徴とする撓みかみ合い式歯車装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記可撓性外歯車は、円筒状胴部と、この円筒状胴部の一端から半径方向に広がっているダイヤフラムと、前記円筒状胴部の他端側開口部に形成された外歯とを備えたコップ状ないしシルクハット状をしており、前記波動発生器によって、当該可撓性外歯車の軸直角断面が前記ダイヤフラム側から開口部にかけてダイヤフラムからの距離に比例した撓み量を生ずるように楕円状に撓むようになっていることを特徴とする撓みかみ合い式歯車装置。
【請求項３】
請求項１において、
両歯車に歯先修整を施こすことにより、前記可撓性外歯車の軸直角断面において、長軸を離れた位置での歯の連続的なかみ合い状態を形成することを特徴とする撓みかみ合い式歯車装置
【請求項４】
請求項２において、
両歯車に歯先修整を施し、および／または、前記可撓性外歯車の前記主断面から前記開口部および前記ダイヤフラム側の内端部の双方にかけて歯にレリービングを施すことにより、前記可撓性外歯車の前記主断面を中心とする近傍の軸直角断面で、長軸を離れた位置で歯の連続的なかみ合い状態を形成することを特徴とする撓みかみ合い式歯車装置
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
前記剛性内歯車の歯形の主部をインボリュート曲線とし、
前記可撓性外歯車の歯形を、前記主断面の主かみ合い位置で、変速比歯車において成立するオイラー・サバリ式によって定まる曲率円としたことを特徴とする撓みかみ合い式歯車装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撓みかみ合い式歯車装置に関するものであり、更に詳しくは、当該装置に用いられる剛性内歯車と可撓性外歯車の歯の形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
撓みかみ合い式歯車装置については、創始者マッサー氏（Ｃ．Ｗ．Ｍｕｓｓｅｒ氏）の発明（米国特許２９０６１４３号）以来、今日まで同氏を始め、本願発明者を含む多くの研究者によって各種の発明考案がなされており、その歯形に関する発明に限っても、各種のものがある。
【０００３】
撓みかみ合い式歯車装置の歯形に関して、本願発明者は、剛性内歯車と可撓性外歯車の歯のかみ合いをラックで近似する手法で、双方の広域接触を行う歯末歯形を導く歯形設計法を提案している（特公昭４５−４１１７１号）。これに対し、ラック近似で生ずる歯形干渉を回避する発明（特開平７−１６７２２８）も出願されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在、撓みかみ合い式歯車装置の性能向上と低価格を望む市場の強い要求がある。性能面では特に負荷能力の向上が望まれている。撓みかみ合い式歯車装置の負荷能力を支配する主な要素は、可撓性外歯車の歯底のリムと、波動発生器の内輪転動面、特にその長軸付近の個所である。
【０００５】
本発明の課題は、これら２要素に生ずる応力を軽減して性能向上という目的を果たし、同時に、歯形の基本をインボリュート曲線とすることにより、工具経費を含む加工費の低減を果たすことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するため、本発明では、可撓性歯車の撓みを標準より小さくする負偏位を採用し、歯のかみ合い領域の主部を楕円の長軸近傍から離すことにより、長軸近傍における可撓性外歯車のリムの楕円変形による曲げ応力と歯面荷重によるリムの引張り応力との重畳を防ぐとともに、波動発生器の球荷重分布を平均化している。
【０００７】
また、これと同時に、加工費低減のために、歯形の基本にインボリュート歯形を採用し、変速比歯車において歯のかみ合いに関して成立するオイラー・サバリ式を適用して、かみ合いの連続性を確保し得るように、該歯形の設計諸元を設定している。
【０００８】
すなわち、本発明は、剛性内歯車と、その内側に配置された可撓性外歯車と、この可撓性外歯車を楕円状に撓ませてその楕円長軸両端位置で当該可撓性外歯車を前記剛性内歯車にかみ合わせると共に、当該噛み合い位置を円周方向に移動させる波動発生器とを有する撓みかみ合い式歯車装置において、
前記剛性内歯車および前記可撓性外歯車の基本を共に平歯車として、可撓性外歯車の歯数を剛性内歯車の歯数より２ｎ（ｎは正の整数）枚少なくし、
前記可撓性外歯車の歯筋方向における任意の個所に選んだ軸直角断面を主断面とし、当該主断面における前記可撓性外歯車の楕円状リム中立線の長軸より４５°以下の任意に選んだ偏角だけ離れた位置を歯のかみ合いの中心位置とし、
両歯車のかみ合いの主部を形成する歯形の基本形を共にインボリュート曲線とし、
かみ合い中心位置において接触する、該インボリュート曲線の接触点における一方の曲率円を、変速比歯車の歯形の接触点において歯形曲率間に成立するオイラー・サバリ式を満たす歯形曲率円の一方に一致させ、該式の他方の歯形曲率円を他方のインボリュート曲線の曲率円の近傍に設定したことを特徴としている。
【０００９】
ここで、両歯車に歯先修整を施こすことにより、前記可撓性外歯車の軸直角断面における長軸を離れた位置での歯の連続的なかみ合い状態を形成することが望ましい。
【００１０】
また、可撓性外歯車としては、円筒状胴部と、この円筒状胴部の一端から半径方向に広がっているダイヤフラムと、前記円筒状胴部の他端側開口部に形成された外歯とを備えたコップ状ないしシルクハット状をしたものが知られており、この形状の可撓性外歯歯車では、前記波動発生器によって、当該可撓性外歯車の軸直角断面が前記ダイヤフラム側から開口部にかけてダイヤフラムからの距離に比例した撓み量を生ずるように楕円状に撓む。
【００１１】
この場合には、両歯車に歯先修整を施し、および／または、前記可撓性外歯車の前記主断面から前記開口部および前記ダイヤフラム側の内端部の双方にかけて歯にレリービングを施すことにより、前記可撓性外歯車の前記主断面を中心とする近傍の軸直角断面で、長軸を離れた位置で歯の連続的なかみ合い状態を形成することが望ましい。
【００１２】
本発明の実施の形態では、前記剛性内歯車の歯形の主部はインボリュート曲線とされ、前記可撓性外歯車の歯形は、前記主断面の主かみ合い位置で、変速比歯車において成立するオイラー・サバリ式によって定まる曲率円とされる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、剛性内歯車と可撓性外歯車の歯数差が２ｎ（ｎは正の整数）で、可撓性外歯車のリム中立線の形状を、半径がｒnの真円に全振幅２κｍ（κは撓み係数、ｍはモジュール）、波長が半円周に等しい正弦波を重畳して、近似の楕円形状とした実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、公知の歯数差２（ｎ＝１）の場合の撓みかみ合い式歯車装置の正面図であり、当該装置１は、環状の剛性内歯車２と、この内側に配置された可撓性外歯車３と、この内側にはめ込まれた楕円形輪郭の波動発生器４を備えている。
【００１５】
図２は、コップ状（実線）乃至シルクハット状（破線）の可撓性外歯車の開口部を楕円状に撓ませた状況を含軸断面で示したものであり、（ａ）は変形前の姿、（ｂ）は楕円状曲線の長軸を含む断面、（ｃ）は短軸を含む断面である。これらの図において実線で示すコップ状可撓性外歯車３は、円筒状胴部３１と、この一端から半径方向の内側に延びる円環状のダイヤフラム３２と、このダイヤフラム３２の中心に一体形成された厚肉のボス３３と、円筒状胴部３１の他端側の開口部３４の外周面に形成された外歯３５を備えている。これに対して、破線で示すシルクハット状可撓性外歯車３Ａは、円筒状胴部３１、その開口部３４の外周面に形成された外歯３５は同一であるが、ダイヤフラム３２Ａが円筒状胴部３１の一端から半径方向の外側に広がった円環状をしており、その外周縁に連続して円環状のボス３３Ａが形成されている。
【００１６】
いずれの形状の可撓性外歯車３、３Ａにおいても、その軸３ａに直交する軸直角断面は、その内側にはめ込まれた楕円形輪郭の波動発生器４によって、ダイヤフラム側の内端側から開口端３４にかけて、ダイヤフラム側内端部からの距離にほぼ比例して撓み量が増加している。
【００１７】
図３は、両歯車の歯筋方向における任意の位置に設定した軸直角断面である主断面において、本発明の歯形形成の基となる、主かみ合い領域における両歯車の相対運動と歯形の関係を示す説明図である。この図を参照して、歯形設定の手順を説明すると、次のようにする。
【００１８】
先ず主かみ合い領域をリム中立線上で接線の傾斜角θで定める。θは０°から４５°の範囲に取る。このときθの位置に該当する可撓性外歯車の一歯ｔに、リム中立線と歯山中心線（これはリム中立線への法線ｌRと一致する）の交点ＯFを原点とする直角座標軸ｘF，ｙFを、ｘF軸がリム中立線の接線となるように設ける。法線ｌR上にある点ＯFでのリム中立線の曲率中心をＣとする。
【００１９】
運動の解析は、波動発生器を固定し、両歯車に歯数比の逆比に当たる回転速度を与えて行う。上記の点Ｃは図の瞬間における可撓性外歯車の一歯ｔの瞬間回転中心である。このときの一歯ｔの瞬間回転速度は、可撓性外歯車の定常回転速度から定まるリム中立線の周速を曲率半径ＣＯFで除して求められる。剛性内歯車の回転中心は原点Ｏである。
【００２０】
従って可撓性外歯車の一歯ｔと剛性内歯車の相対運動の瞬間中心は線分ＯＣの延長線上にあり、これを点Ｑとする。点Ｑは線分ＯＣを両者の瞬間回転速度の逆比に外分する位置にある。可撓性外歯車の歯のかみ合いの接触点として点Ｐを選び、直線ＱＰを引く。このときカミュの定理から、直線ＱＰが歯形の法線となる。
【００２１】
次に点Ｑで接している可撓性外歯車の一歯ｔと剛性内歯車の両者のピッチ曲線（通常の歯車のピッチ円に相当する曲線）を考え、点Ｑでのピッチ曲線への接線ｌと線分ＯＱとのなす角をψとし、ＱＰと角ψをなす直線ｓを引く。このｓ上に点Ｒを取り、ＲをそれぞれＣ、Ｏと結び、その延長線と歯形法線ＱＰとの交点をそれぞれＡ、Ｂとする。このとき、点Ａ、Ｂが点Ｐにおける可撓性外歯車と剛性内歯車の歯形の両曲率円（ここでは共役曲率円と呼ぶ）の曲率中心となることが、変速比歯車で成立する歯形の曲率に関する公知のオイラー・サバリの定理の図形的内容である。
【００２２】
本願の方式は点Ａ、Ｂがともに点Ｐの片側にあるように点Ｒを選ぶ。即ち可撓性外歯車の歯形を凸歯形、剛性内歯車の歯形を凹歯形とする。ここで、点Ｐで歯形法線を共有するインボリュート曲線を改めて両歯車の歯形として採用する。本図で、ＯFＣ’＝ｒnとなるように点Ｃ’を取り、点Ｃ’と点Ｏから法線ＱＰに垂線を下し、その足をそれぞれＡ’、Ｂ’とし、この２点がそれぞれ点Ｐでの曲率中心となるように、点Ｐを通るインボリュート曲線を設定する。本発明は、この点Ａ’、Ｂ’を先の点Ａ、Ｂの近傍に設定することを主内容とするものである。特に点ＢとＢ’を一致させる設定を基本とする。
【００２３】
図４は、図３に示す手法による両歯車の歯形設定の一例を示し、併せて全歯数のかみ合いの様相を示したものである。本図は、剛歯車と可撓性歯車に与えるインボリュート歯形において、剛歯形の主かみ合い点Ｐにおけるインボリュート歯形の曲率円を、オイラー・サバリ式による共役曲率円に一致させ、可撓性歯車の共役曲率円を主かみ合い点Ｐにおけるそのインボリュート歯形の曲率円の近傍に設定したものである。図中の符号は図３の符号に対応している。
【００２４】
上記のことから、可撓性外歯車と剛性内歯車の歯形として、それぞれＰＡ’，ＰＢ’を点Ｐにおける曲率半径とするインボリュート曲線を採用すれば、変速比歯車で成立するオイラー・サバリの定理を満たす曲率半径に近く、Ｐ点近傍のかみ合いの条件が近似的に満たされることになる。Ｐ点を離れた個所に関しては、長軸に近寄る側と短軸に近寄る側で若干の隙間を生ずる場合と、若干の干渉を生ずる場合がある。後者の場合は適宜歯先に修整を施すことにより円滑なかみ合いが得られる。
【００２５】
図４で見られるように、かみ合いは長軸を離れた個所（予め与えた傾斜角θを有するリム中立線の接線の個所）を中心として行われる。従って可撓性外歯車のリムの楕円状変形による曲げ応力が最大となる長軸の個所に、歯のかみ合いによるリムの最大応力が重畳されることはなく、歯のかみ合いによるリムの最大応力は、楕円状変形による曲げ応力が減少する個所に現われ、可撓性外歯車の負荷能力を高めることとなる。
【００２６】
更に撓みかみ合い歯車装置では、歯にかかる荷重の半径方向の成分がその歯の下部にある波動発生器の球にかかるので、本発明は、波動発生器の球荷重の分布にも好影響を与える。即ち楕円状変形による長軸での最大曲げ応力の生起は、波動発生器の内輪についても同様であり、内輪の長軸近傍における球荷重の軽減に寄与できるからである。
【００２７】
上記の説明は可撓性外歯車の主断面に関するものである。主断面より開口部側とダイヤフラム側に離れた断面については、歯の干渉を回避するため、必要に応じ図５に示すようにレリービングを施すことが望ましい。なお、フラット型の撓みかみ合い歯車装置の場合は、その必要はない。
【００２８】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、撓みかみ合い式歯車装置における両歯車の歯のかみ合いの主領域を楕円状可撓性外歯車の長軸を離れた位置に設定している。よって、該歯車のリムに生ずる、楕円変形による長軸近傍の曲げ応力と歯のかみ合いによる引張り応力との重畳を避けることができる。同時に、波動発生器の球荷重分布も、長軸近傍を避けた位置で最大応力状態となる分布にできる。従って、本発明によれば、撓みかみ合い式歯車装置の負荷能力を大幅に高めることができる。
【００２９】
また、変速比歯車で成立するオイラー・サバリの定理を採用して、主かみ合い点を含む近傍での連続接触を可能とし、かつ凹凸両歯形の基本形を、共にインボリュート曲線としている。よって、加工費の低減、引いては低価格の撓みかみ合い式歯車装置を提供でき、併せて歯面の潤滑機能を高め、同装置の耐久性を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】撓みかみ合い式歯車装置の一例における概略正面図である。
【図２】コップ状乃至シルクハット状可撓性外歯車の撓み状況を含軸断面で示す説明図であり、（ａ）は変形前の状態、（ｂ）は該歯車の長軸を含む断面であり、（ｃ）は短軸を含む断面である。
【図３】本発明の一実施例について、歯形形成のもととなる可撓性外歯車と剛性内歯車における歯のかみ合いの機構学的関係を示す説明図である。
【図４】撓みかみ合い式歯車装置の主断面における図３の方式による両歯車の歯形の設定例と全体の歯のかみ合いの様相を示す説明図である。
【図５】歯に施すレリービングの説明図である。
【符号の説明】
１    撓みかみ合い式歯車装置
２    剛性内歯車
３、３Ａ    可撓性外歯車
３１  円筒状胴部
３２、３２Ａ  ダイヤフラム
３３、３３Ａ  ボス
３４  開口部
３５  外歯
θ    リム中立線上での接線の傾斜角
ｔ    可撓性外歯車の一歯
ＯF    リム中立線と歯山中心線の交点
ｌR    リム中立線への法線
Ｃ    法線ｌR上にある点ＯFでのリム中立線の曲率中心
Ｑ    可撓性外歯車の一歯ｔと剛性内歯車の相対運動の瞬間中心
Ｐ    可撓性外歯車の歯のかみ合いの接触点
ＱＰ  歯形の法線
ｌ    点Ｑで接している可撓性外歯車の一歯ｔと剛性内歯車の両者のピッチ曲線上における点Ｑでのピッチ曲線への接線
ψ    接線ｌと線分ＯＱとのなす角
ｓ    ＱＰと角ψをなす直線
Ａ，Ｂ    点Ｐにおける可撓性外歯車と剛性内歯車の歯形の両曲率円（共役曲率円）の曲率中心
【図１】
0004392771.tif 000002
【図２】
0004392771.tif 000003
【図３】
0004392771.tif 000004
【図４】
0004392771.tif 000005
【図５】
0004392771.tif 000006