(57)【要約】【課題】挿入時のスリーブとインナーシャフトの偏心や傾き、スリーブの開口等による軸心のずれが生じ難い嵌合部材、及び波動歯車装置を提供すること。【解決手段】嵌合部材は、概カップ形状のスリーブ６と、円筒形状のインナーシャフト７を備える。スリーブ６とインナーシャフト７の少なくとも一方が形状記憶合金で形成されている。スリーブ６の内径面には、開口端部側に拡開するテーパーを付した溝８が設けられおり、またこれと嵌合するインナーシャフト７は、溝８と嵌合する凸部を有する。スリーブ６とインナーシャフト７との締結力を得るために、スリーブ６の内径はインナーシャフト７の外径よりも小さく作製されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
概カップ形状のスリーブと、円筒形状のインナーシャフトを備える嵌合部材において、
上記インナーシャフト及び上記スリーブの少なくとも一方が形状記憶合金から成り、
上記スリーブの嵌合側の内径面には、その開口端側に拡開するテーパーを付した溝が設けられており、
上記インナーシャフトの外周面には、上記溝と嵌り合う凸部が設けられていることを特徴とする嵌合部材。
【請求項２】
上記溝のテーパーが上記凸部のテーパーよりも緩やかであることを特徴とする請求項１に記載の嵌合部材。
【請求項３】
上記開口部側に拡開するテーパを付した溝がねじ状の溝をなし、且つ上記インナーシャフトの外周面には、上記ねじ状の溝と螺合するねじ状の凸部が設けられている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の嵌合部材。
【請求項４】
少なくとも上記スリーブが形状記憶合金から成り、且つその開口端側の嵌合範囲において内径側にすぼんでいる形状に形状記憶処理されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の嵌合部材。
【請求項５】
上記スリーブ外周面の開口端側の嵌合範囲に、スプライン又は歯形が設けられており、上記スリーブと上記インナーシャフトの締結後に、このスプライン又は歯形がカップ状のスリーブの軸に平行となることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の嵌合部材。
【請求項６】
上記スリーブのスプライン、歯形又は内径側にすぼんでいる開口端部の形状が、鍛造又は転造にて一括形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の嵌合部材。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の嵌合部材を、柔歯車又は波動発生器として用いて成ることを特徴とする波動歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嵌合部材及び波動歯車装置に係り、更に詳細には、偏心や傾き、軸心のずれが生じ難い嵌合部材、及びこれを用いた波動歯車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カップ状部材であるスリーブとインナーシャフトとを確実に嵌合する方法としては焼き嵌めがあり、これは、スリーブを加熱してから挿入することで両者を機械的にホールドする締め付けを起こすものである。
但し、この方法では、スリーブが薄肉である場合には、加熱時に材料強度の低下や塑性変形を起こし易く、また温度差を小さくすると使用中の温度変化によって締結力が低下する懸念がある。
【０００３】
比較的熱を加えない方法としては、形状記憶合金の回復力を利用する方法がある。形状記憶合金とは、一定の形状回復温度以下で塑性歪を与えた後に形状回復温度以上に加熱すると、塑性歪を与える前の初期の形状に回復する合金をいう。形状記憶合金としては、チタンとニッケルの合金であるニチノールが知られており、この場合の形状回復温度温度は概ね合金の相変態温度となる。
【０００４】
こうした特性を利用した締結方法も提案されており、例えば、形状記憶合金を利用した継ぎ手の結合強度を向上させるスリーブ又はシャフト構造が提案されており（例えば、特許文献１参照）。また緩みのないボルトとナットも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
これらの技術では、形状記憶効果によって締結力は向上できるが、嵌合されたスリーブとシャフトの同軸度など嵌合の状態には言及しておらず、形状記憶効果によってそれを積極的に制御しようともしていない。
【特許文献１】特公平２−２５０７４号公報
【特許文献２】特公平２−５０３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、嵌合部材には、例えばシャフト付き歯車のように、シャフトとスリーブの嵌合範囲や同軸度が要求されるものも多い。特にスリーブが薄肉である場合、締結力を上げるためにシャフトを押し込むと、スリーブの開口端側が口を開いてしまい、開口端部とシャフトの同軸度が得られなくなってしまう。
【０００６】
かかる現象が問題となる装置としては、例えば波動歯車装置がある。
波動歯車装置の構造は、図１に示すように、内歯２を備えた剛歯車１と、剛歯車１より歯数が僅かに少ない外歯４を備えた弾性変形可能なカップ状スリーブからなる柔歯車３と、これを変形させながら内歯２に対する外歯４の噛み合い位置を順次移動させるインナーシャフトである波動発生器５とを備え、波動発生器５は柔歯車３の外歯４を備えた範囲まで挿入され、摩擦力により締結される。
【０００７】
ここで、上記の締結を確実なものにしようとして波動発生器５を強く挿入しすぎると、柔歯車３の開口端側が開き、使用時に剛歯車１と噛み合わせると、開口端側が強く当たる結果、開口端側の歯元に偏荷重が作用して寿命が大幅に低下してしまう。
また、波動発生器５の挿入時に均等に押し込まないと剛歯車１と柔歯車３の偏心、傾き等による軸心のずれが生じ、噛み合い誤差が現われ回転伝達精度を低下させてしまう。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、挿入時のスリーブとインナーシャフトの偏心や傾き、スリーブの開口等による軸心のずれが生じ難い嵌合部材、及び波動歯車装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、スリーブやインナーシャフトを形状記憶合金で形成することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明の嵌合部材は、概カップ形状のスリーブと、円筒形状のインナーシャフトを備える嵌合部材において、
上記インナーシャフト及び上記スリーブの少なくとも一方が形状記憶合金から成り、
上記スリーブの嵌合側の内径面には、その開口端側に拡開するテーパーを付した溝が設けられており、
上記インナーシャフトの外周面には、上記溝と嵌り合う凸部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の嵌合部材の好適形態は、概カップ形状のスリーブと、円筒形状のインナーシャフトを備える嵌合部材において、
上記インナーシャフト及び上記スリーブの少なくとも一方が形状記憶合金から成り、
上記スリーブの嵌合側の内径面には、ねじ状の溝が設けられており、且つ上記インナーシャフトの外周面には、上記ねじ状の溝と螺合するねじ状の凸部が設けられている、ことを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明の波動歯車装置は、上述の如き嵌合部材を、柔歯車又は波動発生器として用いて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スリーブやインナーシャフトを形状記憶合金で形成することなどとしたため、挿入時のスリーブとインナーシャフトの偏心や傾き、スリーブの開口等による軸心のずれが生じ難い嵌合部材、及び波動歯車装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の嵌合部材及び波動歯車装置につき詳細に説明する。なお、本明細書において、濃度、充填量及び含有量などについての「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１５】
（実施形態１）
図２は、本発明の嵌合部材の一実施形態を示す断面図である。
同図において、この嵌合部材は、概カップ形状のスリーブ６と、円筒形状のインナーシャフト７を備えるが、スリーブ６とインナーシャフト７の少なくとも一方が形状記憶合金で形成されている。
【００１６】
そして、スリーブ６の内径面には、開口端部側に拡開するテーパーを付した溝８が設けられおり、また、これと嵌合するインナーシャフト７は、溝８と嵌合する凸部を有している。更に、スリーブ６とインナーシャフト７との締結力を得るために、スリーブ６の内径はインナーシャフト７の外径よりも小さく作製されている。
【００１７】
ここで、上述の如き溝及び凸部が無い場合、インナーシャフト７の挿入は作業者の目視によるものとなり、両者の軸が傾いた状態となり易い。
これに対して、本実施形態の嵌合部材は、上記の溝及び凸部を有するため、これが挿入時のガイドとなるのでインナーシャフト７を真直ぐに挿入し易くなる。
【００１８】
また、締結を形状記憶合金の回復力によらない場合には、摩擦力及び弾性力で締結されるまで深くインナーシャフトを挿入しなければならないが、本実施形態では、締結力をその後の加熱による形状回復力で得るので、所望の深さまで軽く挿入してあればよい。
【００１９】
以上のように、本実施形態では、インナーシャフト７及びスリーブ６の少なくとも一方を形状記憶合金製とし、その回復力により締結力を発生させるので、従来のように十分な摩擦力が得られるまでインナーシャフトを強く押し込む必要がなく、使用時に発熱して膨張しても緩むこともない。
【００２０】
また、スリーブ６の嵌合側の内径面に開口端側が広くなるようにテーパーを付した溝８を設け、インナーシャフト７の外周面にはこの溝８と嵌り合う凸部を設けたので、締結力が、溝８の底面と凸部の頂面に加えて、溝８の側面と凸部側面でも行われ、強固に締結される。更に、この溝８と凸部は挿入時にはガイドとして機能するので偏心や傾きがない。
【００２１】
（実施形態２）
図３は、本発明の嵌合部材の他の実施形態を示す断面図である。
上述の実施形態１と同様の構成を有するが、スリーブ９に設けられた溝１１及びインナーシャフト１０の凸部の形状が螺合するねじ状となっている。
インナーシャフト１０を回転させながら溝１１に沿って挿入できるので、更に軸が傾かずに挿入し易く、締結及び挿入時のガイドとしての機能が一層強化されている上、形状回復による締結が一層強固となる。
【００２２】
（実施形態３）
図４は、本発明の嵌合部材の他の実施形態における部分断面図であり、スリーブに設けた溝とインナーシャフトに設けた凸部の近傍を示している。
同図に示すように、スリーブに設けられた溝１２のテーパーがインナーシャフト１３の凸部のテーパーよりも緩やかに形成されているため、インナーシャフトのスリーブへの挿入時には、両者の側面が接触するまで挿入させれば的確な深さまでの嵌合が行える。
また、形状記憶合金の形状回復温度以上では、溝が収縮し又は凸部が拡大し、スリーブの開口端側の溝側面とインナーシャフトの凸部側面に締結力が作用する。
【００２３】
（実施形態４）
図５〜７は、本発明の嵌合部材の更に他の実施形態を示すもので、本実施形態の嵌合部材の製造手順を示している。
まず、図５に示すように、スリーブ１４の開口部側１５をすぼませた形状に加工した後、形状記憶処理を行う。その後、図６に示すように、開口部側１６を広げてインナーシャフト１７を挿入する。しかる後、形状回復温度以上に加熱処理すると、スリーブ１４は図５の形状に戻ろうとするが、スリーブ１４よりも肉厚で剛性が高いインナーシャフト１７があるので、図７に示すように、スリーブの開口端部１８はインナーシャフト１７の外周にならい、スリーブ１４とインナーシャフト１７との同軸が確保される（芯合わせが行われる）。
【００２４】
このように、本実施形態では、スリーブ１４の開口端側１６が内径側にすぼんでいる形状に形状記憶処理されているので、形状回復温度以上になるとスリーブ１４の開口端側１６ほど大きな締結力が作用して緩まない。更に、スリーブ１４はより肉厚で剛性が高いインナーシャフト１７の形状にならって変形するので両者の良好な同軸度が得られる。
【００２５】
（実施形態５）
図８は、本発明の嵌合部材の他の実施形態を示す断面図である。
スリーブ１９の開口端部を外周面が傾斜した冶具２０で支持し、歯形又はスプラインの型２１にて鍛造又は転造することで、スリーブ１９の開口端部の外周面に歯形又はスプラインを一括形成する。
一括成形により工程を簡略化でき、また歯形又はスプラインを成形してからスリーブを塑性加工してすぼませるよりも歯形が狂い難い。
【００２６】
このように、スリーブ１９の外周面の、開口端側の嵌合範囲にスプライン又は歯形を設け、スリーブとインナーシャフトとの締結後にこのスプライン又は歯形がカップ状のスリーブの軸に平行となるようにしたので、この嵌合部材をスリーブ及びインナーシャフトの軸を中心に回転する歯車装置として利用できる。
また、スリーブ１９の開口端側がすぼむような冶具で支持しながら、上記スリーブ外周面のスプライン又は歯形を鍛造又は転造にて一括形成するので、所望の形状が効率よく製造できる。
【００２７】
以上に説明からも明らかなように、本発明は波動歯車装置の柔歯車及び波動発生器に適用するのに特に好適である。また、波動減速機にも好適に適用することができる。
【００２８】
次に、上述の嵌合部材に用いる部材の材質等について説明する。
スリーブやインナーシャフトを構成する形状記憶合金としては、形状記憶効果を発現する限り特に限定されるものではなく、従来公知の形状記憶合金を使用することができる。
具体的には、形状記憶合金として、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金及びＴｉ−Ｎｉ−Ｆｅ合金などを挙げることができる。
【００２９】
また、形状記憶処理を行う温度は、使用する形状記憶合金に応じて適宜変更できるが、代表的にＴｉ−Ｎｉ合金（Ｔｉ−５０Ｎｉ）の場合、形状記憶処理を４００〜５００℃程度で３０分〜２時間行うのが好ましい。
この場合、形状回復温度は０〜１００℃程度である。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１及び２）
以下に示すように、波動歯車装置を作成し、歯車単体試験にて疲労強度を調べた。
実施例１及び実施例２では、形状記憶合金として知られているニチノールを用い、スリーブである柔歯車を作成した。これをカップ形状に加工し、その内径面に、下記の表１に示す形状の溝を形成した後、開口端側を約１０°内径側にすぼめるよう塑性加工を行った。
また、外周面にモジュール１．６、歯数１６０の歯形を加工して柔歯車とした後、４００℃×１時間の形状記憶処理を行った。
【００３２】
更に、アウターレースの外周面に、各例の柔歯車内径面に設けた溝に対応する凸部を形成し、波動発生器と柔歯車を嵌合した後、８０℃に加熱して両者を締結し、各例の波動歯車装置を得た。得られた各例の波動歯車装置の仕様を表１に示す。
【００３３】
（比較例１〜３）
内径側への曲げ塑性加工や形状記憶処理をしない以外は、実施例１と同諸元のものを用意した。インナーシャフトである波動発生器及び相手の剛歯車の材質は、インナーシャフトである波動発生器はアウターレースをＪＩＳ  ＳＵＪ２とし、剛歯車は減速比８０とした。得られた各例の波動歯車装置の仕様を表１に示す。
【００３４】
［性能評価］
強度評価のため、各例の歯車装置を動力循環式歯車試験機にて、トルク４０００Ｎｍ、回転数１２００ｒｐｍとして評価した。
得られた結果を結果を表１に併記する。本発明の範囲に属する実施例１及び２では、いずれも１０８サイクルまで破断しなかったのに対して、比較例１〜３では柔歯車が歯元から疲労破壊した。
【００３５】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の波動歯車装置の一例の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の嵌合部材の一実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の嵌合部材の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の嵌合部材の他の実施形態における部分断面図である。
【図５】本発明の嵌合部材の更に他の実施形態を示し、嵌合部材の製造手順を示す断面説明図である。
【図６】本発明の嵌合部材の更に他の実施形態を示し、嵌合部材の製造手順を示す断面説明図である。
【図７】本発明の嵌合部材の更に他の実施形態を示し、嵌合部材の製造手順を示す断面説明図である。
【図８】本発明の嵌合部材の他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    剛歯車
２    内歯
３    柔歯車
４    外歯
５    波動発生器
６、９、１４    スリーブ
７、１０、１３、１７    インナーシャフト
８、１１、１２    溝
１５、１６    開口部側
１８    開口端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007285338.tif 000009
【図７】
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【図８】
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