JP6910904B2 - 撓み噛合い式歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、撓み噛合い式歯車装置に関する。

従来、起振体と、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、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がある。

特許文献１には、ウェーブジェネレータのウェーブプラグを有する波動歯車装置が開示されている。このウェーブプラグは、ウェーブプラグの外周面が形成された金属製の外側中空体と、ウェーブプラグの内周面が形成された金属製の内側中空体と、外側中空体と内側中空体との間に挟まれた中間中空体とを有する。さらに、中間中空体はＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic）層を備え、ウェーブプラグの軽量化が図られている。

国際公開第２０１５／１５１１４６号

撓み噛合い式歯車装置は、起振体の重量が大きいと、起振体の慣性が増すため、大きな始動トルクが必要となり、また、回転速度を変化させる際に応答性が低下するという課題が生じる。

特許文献１の技術は、ウェーブプラグ（起振体に相当）の軽量化を図るものである。しかし、特許文献１のウェーブプラグは、軸方向の一端から他端までを金属部材が占め、十分な軽量化が得られていない。

本発明は、撓み噛合い式歯車装置の更なる軽量化及び低イナーシャ化を図ることを目的とする。

本発明は、起振体と、前記起振体により撓み変形される外歯歯車と、前記外歯歯車と噛合う内歯歯車と、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、
前記起振体の外周面は、前記起振体軸受けの転動体が転走する転走面を構成し、
前記起振体は、樹脂部材と金属部材とを軸方向に連結して構成され、
前記金属部材は、前記転走面に配置され、
さらに、前記起振体は、
前記起振体軸受けの内側に配置され、断面の外周線が非円形の起振体本体と、
前記起振体本体の軸方向両側に設けられ、断面の外周線が円形の軸部と、
を備え、
前記軸部は前記樹脂部材により構成され軸受けにより支持されている構成とした。

本発明によれば、撓み噛合い式歯車装置の更なる軽量化及び低イナーシャ化を図ることができる。

本発明の実施形態１に係る撓み噛合い式歯車装置を示す断面図（ａ）及びその部分拡大図（ｂ）である。 図１の起振体の詳細を示す説明図である。 本発明の実施形態２に係る撓み噛合い式歯車装置を示す断面図（ａ）及びその部分拡大図（ｂ）である。 本発明の実施形態３に係る撓み噛合い式歯車装置を示す断面図（ａ）及びその部分拡大図（ｂ）である。 図４の起振体の一例を示す分解斜視図である。

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る撓み噛合い式歯車装置を示す断面図（ａ）及びその部分拡大図（ｂ）である。以下、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。

本発明の実施形態１に係る撓み噛合い式歯車装置１は、起振体１０、起振体１０により撓み変形される外歯歯車２１、外歯歯車２１と噛合う２つの内歯歯車２２、２３、及び、起振体１０と外歯歯車２１との間に配置される起振体軸受け３０を備える。また、撓み噛合い式歯車装置１は、第１連結部材４１、第２連結部材４２、ケーシング部材４３、蓋部材４４、４５、主軸受け５１及び軸受け５２、５３を備える。

起振体軸受け３０は、環状の玉軸受けであり、転動体である複数の玉３１と、複数の玉３１の周方向の間隔及び軸方向の位置を保持する図示略の保持器と、外歯歯車２１の内周面と複数の玉３１との間に挟まれる外輪３２とを有する。起振体軸受け３０は、起振体１０の外周面と外歯歯車２１の内周面との間に配置され、起振体１０を外歯歯車２１に対して相対的に回転可能に支持する。複数の玉３１は周方向に列を成し、さらに、この列が軸方向に二列設けられる。なお、外輪３２が省略されて外歯歯車２１の内周面に複数の玉３１が接触する構成としてもよい。

起振体１０は、中空軸状であり、回転軸Ｏ１に垂直な断面の外周線が非円形（楕円状など）である起振体本体１３と、起振体本体１３の軸方向の両側に設けられ、回転軸Ｏ１に垂直な断面の外周線が円形である軸部１１、１２とを有する。起振体本体１３は起振体軸受け３０を挟んで外歯歯車２１の内周側に配置され、回転することで、外歯歯車２１を撓み変形させる。起振体１０の外周面は、起振体軸受け３０の内輪を兼ねており、起振体軸受け３０の玉３１が接触して転走する転走面を有する。

図２は、図１の起振体の詳細を示す説明図である。図２は起振体１０の各部材を軸方向に分離して示した図である。

起振体１０は、図２にも示すように、樹脂部材ｊと金属部材ｍとを軸方向に連結して構成される。金属部材ｍは、径方向において起振体１０の外周面から内周面に渡る範囲を占める。樹脂部材ｊも、径方向において起振体１０の外周面から内周面に渡る範囲を占める。また、径方向に見て、金属部材ｍと樹脂部材ｊとは重ならないように設けられる。

金属部材ｍは、図１（ｂ）に示すように、起振体１０の外周面に形成された玉３１を受けるための溝１５の最小径部に配置され、玉３１と接触する。起振体１０には、二列の玉３１に対応する配置で、二列の溝１５と２つの金属部材ｍとが設けられている。１つの金属部材ｍは、溝１５の幅よりも小さい幅を有する。

樹脂部材ｊは、起振体１０における金属部材ｍの配置箇所以外の部分を構成する。すなわち、樹脂部材ｊは、溝１５における最小径部以外の部分と、溝１５以外の部分と、軸部１１、１２の部分とを構成する。樹脂部材ｊとしては、例えばＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic）又はＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic）など、高い剛性を有する樹脂材料を適用できる。

起振体軸受け３０に大きなスラスト荷重が加わらないことが担保されれば、玉３１は溝１５内で金属部材ｍの外周面に接触して荷重を及ぼし、玉３１は樹脂部材ｊに強く接触することがない。それ故、樹脂部材ｊが玉３１の接触で摩耗するといった不都合が生じない。したがって、この金属部材ｍの配置は、起振体軸受け３０が主にラジアル荷重を受け、大きなスラスト荷重が加わらない場合に適している。

金属部材ｍと樹脂部材ｊとから構成される起振体１０は、金属と樹脂の一体接合技術を用いて製造できる。一例としては、先ず、環状の金属部材ｍを成形し、金属部材ｍの軸方向側面に樹脂を接合可能にする表面処理（プライマー加工等）を行う。その後、金属部材ｍを型に固定し樹脂部材ｊをインサート成形する。これにより、金属部材ｍと樹脂部材ｊとが強固に接合され、起振体１０を製造できる。

或いは、起振体１０は、各樹脂部材ｊと各金属部材ｍとを別々に成形した後、これらを接着剤で接着することで製造することもできる。

その他の構成は、これに制限されないが、以下の通りである。第１連結部材４１は、環状の形態を有し、内周面の一部に一方の内歯歯車２３が設けられている。第２連結部材４２は、環状の形態を有し、内周面の一部に他方の内歯歯車２２が設けられている。内歯歯車２２、２３は、剛性を有し、外歯歯車２１の一部と噛合い、外歯歯車２１の撓み変形により噛合う箇所が変化することで回転運動が伝達される。ケーシング部材４３は、第１連結部材４１に連結されて、第２連結部材４２の外周部を覆う。一方の蓋部材４４は、環状の形態を有し、第１連結部材４１に連結されて、起振体軸受け３０及び外歯歯車２１の軸方向の一方を覆う。また、蓋部材４４は、起振体１０の一方の軸部１２の外周側を覆う。もう一方の蓋部材４５は、環状の形態を有し、第２連結部材４２に連結されて、起振体軸受け３０及び外歯歯車２１の軸方向のもう一方を覆う。また、蓋部材４５は、起振体１０のもう一方の軸部１１の外周側を覆う。主軸受け５１は、ケーシング部材４３と第２連結部材４２との間に配置され、ケーシング部材４３に対して回転可能に第２連結部材４２を支持する。軸受け５２、５３は、蓋部材４４、４５と起振体１０の軸部１１、１２との間にそれぞれ配置され、蓋部材４４、４５に対して回転可能に起振体１０を支持する。第１連結部材４１、第２連結部材４２及び起振体１０は、装置外部のベース部、出力軸及び入力軸がそれぞれ連結される。これらの接続関係は任意である。

上記構成の撓み噛合い式歯車装置１においては、典型的には、起振体１０に入力軸が接続され、一方の内歯歯車２２に出力軸が接続され、他方の内歯歯車２３に支持部材が固定される。さらに、一方の内歯歯車２２の歯数と外歯歯車２１の歯数が同数に設定され、他方の内歯歯車２３の歯数と外歯歯車２１の歯数とが異なるように設定される。このような構成により、入力軸の回転駆動により起振体１０が回転すると、起振体軸受け３０を介して起振体１０の運動が外歯歯車２１に伝わる。外歯歯車２１は、固定された内歯歯車２３に一部が噛合っているので、起振体１０の回転に追従するように外歯歯車２１が回転することはなく、外歯歯車２１に対して起振体１０が相対的に回転する運動が得られる。このとき、外歯歯車２１は起振体本体１３の外周面に沿った形状に規制されているため、外歯歯車２１は起振体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１０の回転周期に比例する。起振体１０の回転により外歯歯車２１が変形すると、起振体本体１３の径が大きい部分が回転方向に移動し、これにより外歯歯車２１と内歯歯車２３との噛合う位置が回転方向に変化する。外歯歯車２１と内歯歯車２３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２１と内歯歯車２３との噛合う歯がずれていき、これにより外歯歯車２１が回転する。例えば、内歯歯車２３の歯数が１０２で、外歯歯車２１の歯数が１００であれば、起振体１０の回転運動は減速比１００：２で減速されて外歯歯車２１に伝達される。一方、外歯歯車２１は内歯歯車２２とも同様に噛合っているため、起振体１０の回転によって外歯歯車２１と内歯歯車２２との噛合う位置も同様に回転方向に変化する。内歯歯車２２の歯数と外歯歯車２１の歯数とは同数であるので、外歯歯車２１と内歯歯車２２とは相対的に回転せずに、外歯歯車２１の回転運動が減速比１：１で内歯歯車２２へ伝達される。これにより、内歯歯車２２が回転して出力軸から減速された回転運動が出力される。なお、減速比は、外歯歯車２１と内歯歯車２３、２２との歯数の設定により変えることができる。また、入力軸と出力軸とに接続される部材、支持部材へ固定される部材は、上記の例に限られず、起振体１０及び一方と他方の内歯歯車２２、２３の間で任意に変更されてもよい。

以上のように、実施形態１の撓み噛合い式歯車装置１によれば、起振体１０が樹脂部材ｊと金属部材ｍとを軸方向に連結して構成される。そして、起振体１０の軸方向の一端から他端までを金属部材が占めない。また、金属部材ｍは起振体軸受け３０の玉３１の転走面に配置される。したがって、起振体１０の大幅な軽量化を図ることができ、かつ、起振体１０の転走面の耐摩耗性を損なうことがない。特に、軸部１１、１２を有するような軸方向に長い起振体１０において、大幅に軽量化できる。これにより、撓み噛合い式歯車装置１が低イナーシャ化し、始動トルクの軽減及び加減速時の応答性の向上を実現できる。撓み噛合い式歯車装置１が、同じ動作を周期的に繰り返す用途で利用される場合には、加減速時の応答性が向上されることから、周期的な動作のサイクルタイムの短縮を図ることができる。

（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２に係る撓み噛合い式歯車装置を示す断面図（ａ）及びその部分拡大図（ｂ）である。

実施形態２の撓み噛合い式歯車装置１Ａは、起振体１０Ａを構成する金属部材ｍの配置及び個数を異ならせたもので、その他の構成要素は実施形態１と同様である。実施形態１と同一の構成要素については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

実施形態２の起振体１０Ａは、樹脂部材ｊ，ｊ１と金属部材ｍとが軸方向に連結されて構成される。金属部材ｍは径方向において起振体１０Ａの外周面から内周面に渡る範囲を占める。樹脂部材ｊ、ｊ１も径方向において起振体１０Ａの外周面から内周面に渡る範囲を占める。また、径方向に見て、金属部材ｍと樹脂部材ｊ、ｊ１とは重ならないように設けられる。

実施形態２では、溝１５の最小径部には樹脂部材ｊ１が配置される。また、最小径部を占める樹脂部材ｊ１の軸方向の両側に金属部材ｍが配置される。樹脂部材ｊ１の外周面は僅かに小径に形成され、玉３１が接触しないように間隙が設けられる。最小径部を占める樹脂部材ｊ１とその両側の金属部材ｍとを足した幅は溝１５の幅以下にするとよい。

樹脂部材ｊ、ｊ１と金属部材ｍとの接合は、実施形態１に示した方法により実現できる。

このような起振体１０Ａによれば、起振体１０Ａが回転し、起振体軸受け３０の玉３１が転走する際、溝１５の軸方向両側から金属部材ｍが玉３１に接触して荷重を受け、溝１５内の樹脂部材ｊは玉３１に接触しない、或いは、強く接触しない。

以上のように、実施形態２の撓み噛合い式歯車装置１Ａによれば、起振体１０Ａが樹脂部材ｊ、ｊ１と金属部材ｍとを軸方向に連結して構成される。そして、起振体１０の軸方向の一端から他端までを金属部材が占めない。また、金属部材ｍは起振体軸受け３０の玉３１の転走面に配置される。したがって、起振体１０の大幅な軽量化を図ることができ、かつ、起振体１０の転走面の耐摩耗性を損なうことがない。これにより、撓み噛合い式歯車装置１Ａが低イナーシャ化し、始動トルクを軽減し、また、加減速時の応答性を向上できる。

さらに、実施形態２の撓み噛合い式歯車装置１Ａによれば、溝１５において２つの金属部材ｍが軸方向両側から玉３１に接触して荷重を受ける。したがって、起振体軸受け３０にラジアル荷重及びスラスト荷重が加わる場合にも、高い耐摩耗性を維持することができる。

（実施形態３）
図４は、本発明の実施形態３に係る撓み噛合い式歯車措置を示す断面図（ａ）及びその部分拡大図（ｂ）である。

実施形態３の撓み噛合い式歯車装置１Ｂは、起振体軸受け３０Ｂの転動体としてコロ３１Ｂを採用し、起振体１０Ｂの金属部材ｍ１をこれに対応させたものであり、その他の構成要素については実施形態１と同様である。同様の構成要素については、実施形態１と同一符号を付して詳細な説明を省略する。

実施形態３の起振体軸受け３０Ｂは、環状のコロ軸受けであり、転動体である複数のコロ３１Ｂと、複数のコロ３１Ｂに対して周方向の間隔及び軸方向の位置を保持する図示略の保持体と、外輪３２Ｂとを有する。複数のコロ３１Ｂは周方向に列を成し、さらに、この列が軸方向に二列設けられる。コロ３１Ｂは、起振体１０Ｂの外周面に接触して転走する。

実施形態３の起振体１０Ｂは、樹脂部材ｊ、ｊ２と金属部材ｍ１とが軸方向に連結されて構成される。金属部材ｍ１は径方向において起振体１０Ｂの外周面から内周面に渡る範囲を占める。樹脂部材ｊ、ｊ２も径方向において起振体１０Ｂの外周面から内周面に渡る範囲を占める。また、径方向に見て、金属部材ｍ１と樹脂部材ｊ、ｊ２とは重ならないように設けられる。

図４（ｂ）に示すように、金属部材ｍ１の軸方向の幅寸Ｌ１は、コロ３１Ｂの接触面の幅寸Ｌ２（コロ３１Ｂが転走面に接触する部分における軸方向の幅寸を意味する）よりも大きい。具体的には、幅寸Ｌ１は、コロ３１Ｂの接触面の幅寸Ｌ２に、コロ３１Ｂがクリアランスにより軸方向に動ける長さを加えた長さ以上、かつ、この長さとほぼ同等に設定するとよい。金属部材ｍ１は、コロ３１Ｂの接触面の軸方向の全域と重なるように配置される。二列のコロ３１Ｂに対応して、２つの金属部材ｍ１が設けられる。なお、金属部材ｍ１の幅寸Ｌ１は、コロ３１Ｂの軸方向長さよりも大きくしてもよい。

図５は、図４の起振体の一例を示す分解斜視図である。

樹脂部材ｊ、ｊ２と金属部材ｍ１との接合は、実施形態１に示した方法により実現できる。或いは、起振体１０Ｂは、図５に示すような部材同士の嵌合により、樹脂部材ｊ、ｊ２と金属部材ｍ１とを接合することもできる。図５の例では、金属部材ｍ１、ｍ１の軸方向の側部、及び、樹脂部材ｊ、ｊ２の軸方向の側部に、軸方向に延びる複数の嵌合孔ｄを設ける一方、これらの嵌合孔ｄにそれぞれ嵌合する複数の棒材ｆを用意する。棒材ｆは、軽量化の点から樹脂により構成するとよいが、これに限られない。そして、金属部材ｍ１、ｍ１及び樹脂部材ｊ、ｊ２を通すように、複数の嵌合孔ｄに複数の棒材ｆを嵌合させることで、金属部材ｍ１、ｍ１と樹脂部材ｊ、ｊ２とを接合することができる。また、このような嵌合構造と接着剤による接合とを併合してもよい。このような嵌合構造により強固な接合を容易な製造工程で達成できる。

このような起振体１０Ｂによれば、起振体１０Ｂが回転し、起振体軸受け３０Ｂのコロ３１Ｂが転走する際、金属部材ｍ１がコロ３１Ｂに接触して荷重を受け、樹脂部材ｊ、ｊ２はコロ３１Ｂに接触しない。

以上のように、実施形態３の撓み噛合い式歯車装置１Ｂによれば、起振体１０Ｂが樹脂部材ｊ、ｊ２と金属部材ｍ１とを軸方向に連結して構成され、起振体１０の軸方向の一端から他端までを金属部材が占めない。また、金属部材ｍ１は起振体軸受け３０Ｂのコロ３１Ｂの転動面に配置される。したがって、起振体１０Ｂの大幅な軽量化を図ることができ、かつ、起振体１０Ｂの転動面の耐摩耗性を損なうことがない。これにより、撓み噛合い式歯車装置１Ｂが低イナーシャ化し、始動トルクの軽減及び加減速時の応答性の向上を実現できる。

さらに、実施形態３の撓み噛合い式歯車装置１Ｂによれば、コロ３１Ｂの外周面のうち軸方向の全域と重なるように金属部材ｍ１が配置され、コロ３１Ｂから荷重を受ける。したがって、起振体軸受け３０に非常に大きなラジアル荷重が加わる場合にも、円滑な起振体１０Ｂの回転を実現でき、さらに、起振体１０Ｂの転動面において高い耐摩耗性を維持することができる。

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、軸部１１、１２と起振体本体１３とを有する起振体１０を例にとって説明したが、起振体は軸部１１、１２を有さない構成であってもよい。また、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、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が、本発明の撓み噛合い式歯車装置は、例えばカップ型、シルクハット型など、様々な形式の撓み噛合い式歯車装置に適用可能である。また、起振体の樹脂部材と金属部材との接合は、突起とこれと嵌合する溝とを対向する一対の接合面に設けて両者を接合するインロー構造により実現してもよい。この場合、径方向から見たときに、樹脂部材と金属部材の一部同士が重なるが、樹脂部材と金属部材とのうち一方の軸方向の全範囲が他方に重なることはない。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。

１、１Ａ、１Ｂ 撓み噛合い式歯車装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ 起振体
１１、１２ 軸部
１３ 起振体本体
１５ 溝
２１ 外歯歯車
２２、２３ 内歯歯車
３０、３０Ｂ 起振体軸受け
３１ 玉（転動体）
３１Ｂ コロ（転動体）
５２、５３ 軸受け
ｊ、ｊ１、ｊ２ 樹脂部材
ｍ、ｍ１ 金属部材
ｆ 棒材
ｄ 嵌合孔

Claims (6)

1. 起振体と、前記起振体により撓み変形される外歯歯車と、前記外歯歯車と噛合う内歯歯車と、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、
   前記起振体の外周面は、前記起振体軸受けの転動体が転走する転走面を構成し、
   前記起振体は、樹脂部材と金属部材とを軸方向に連結して構成され、
   前記金属部材は、前記転走面に配置され、
   さらに、前記起振体は、
   前記起振体軸受けの内側に配置され、断面の外周線が非円形の起振体本体と、
   前記起振体本体の軸方向両側に設けられ、断面の外周線が円形の軸部と、
   を備え、
   前記軸部は前記樹脂部材により構成され軸受けにより支持される、
   撓み噛合い式歯車装置。
2. 前記金属部材は、前記起振体の内周面から外周面に渡る範囲に設けられる、
   請求項１記載の撓み噛合い式歯車装置。
3. 前記転動体は玉であり、
   前記金属部材は、前記玉が嵌る溝の最小径部に配置されている、
   請求項１又は請求項２記載の撓み噛合い式歯車装置。
4. 前記転動体は玉であり、
   前記金属部材は、前記玉が嵌る溝の最小径部に配置された樹脂部材の両側に配置され、
   前記最小径部に配置された樹脂部材は前記玉に接触しない径を有する、
   請求項１又は請求項２記載の撓み噛合い式歯車装置。
5. 前記転動体はコロであり、前記金属部材の外周面の前記軸方向における長さは前記コロの接触面の前記軸方向における長さより大きい、
   請求項１又は請求項２記載の撓み噛合い式歯車装置。
6. 前記樹脂部材と前記金属部材とは嵌合孔を有し、
   前記樹脂部材の前記嵌合孔と前記金属部材の前記嵌合孔とに棒材が嵌合して前記樹脂部材と前記金属部材とが連結している、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の撓み噛合い式歯車装置。

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