特開 2023-122657 撓み噛合い式歯車装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023122657

(43)【公開日】2023-09-05

(54)【発明の名称】撓み噛合い式歯車装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/32 20060101AFI20230829BHJP

【ＦＩ】

F16H1/32 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022026282

(22)【出願日】2022-02-24

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】白水 健次

【テーマコード（参考）】

3J027

【Ｆターム（参考）】

3J027FA18

3J027FB40

3J027GB03

3J027GC06

3J027GC08

3J027GC22

3J027GD04

3J027GD07

3J027GD12

3J027GE01

3J027GE22

3J027GE30

(57)【要約】

【課題】起振体と起振体軸受とを好適に嵌合させる。
【解決手段】撓み噛合い式歯車装置１は、起振体１０Ａと、起振体１０Ａにより撓み変形する外歯歯車１２と、外歯歯車１２と噛合う内歯歯車２２ｇ、２３ｇと、起振体１０Ａと外歯歯車１２の間に配置される起振体軸受１５と、を備えている。起振体軸受１５は、起振体１０Ａとは別体で、起振体１０Ａに外嵌される内輪１５Ａを有し、起振体軸受１５の内輪１５Ａの内周長が、起振体１０Ａの外周長よりも大きい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

起振体と、前記起振体により撓み変形する外歯歯車と、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の間に配置される起振体軸受と、を備えた撓み噛合い式歯車装置であって、
前記起振体軸受は、前記起振体とは別体で、前記起振体に外嵌される内輪を有し、
前記起振体軸受の内輪の内周長が、前記起振体の外周長よりも大きい、
撓み噛合い式歯車装置。

【請求項2】

前記起振体の外周は、回転軸に垂直な断面が、互いに直交する長軸と短軸とを有する略楕円状に形成され、
前記起振体軸受の前記内輪の内周と前記起振体の外周とは、前記起振体の長軸位置において互いに当接し、前記起振体の短軸位置において両者の間に隙間が設けられる、
請求項１に記載の撓み噛合い式歯車装置。

【請求項3】

前記起振体軸受の前記内輪の内周と前記起振体の外周とは、少なくとも前記内歯歯車の歯と前記外歯歯車の歯とが噛合う範囲において互いに当接する、
請求項２に記載の撓み噛合い式歯車装置。

【請求項4】

当該撓み噛合い式歯車装置の減速比が５０以下の場合、前記起振体軸受の前記内輪の内周と前記起振体の外周とは、少なくとも前記起振体の長軸位置の±２８度の角度範囲において互いに当接する、
請求項３に記載の撓み噛合い式歯車装置。

【請求項5】

当該撓み噛合い式歯車装置の減速比が８０以下の場合、前記起振体軸受の前記内輪の内周と前記起振体の外周とは、少なくとも前記起振体の長軸位置の±２６．５度の角度範囲において互いに当接する、
請求項３に記載の撓み噛合い式歯車装置。

【請求項6】

当該撓み噛合い式歯車装置の減速比が１００以下の場合、前記起振体軸受の前記内輪の内周と前記起振体の外周とは、少なくとも前記起振体の長軸位置の±２４．５度の角度範囲において互いに当接する、
請求項３に記載の撓み噛合い式歯車装置。

【請求項7】

前記起振体の外周形状は、前記起振体の短軸位置において前記内歯歯車の歯と前記外歯歯車の歯とが接触しないように構成されている、
請求項２から請求項６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、起振体と外歯歯車との間に配置される起振体軸受とを備える撓み噛合い式歯車装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の撓み噛合い式歯車装置では、起振体軸受の内輪も起振体により撓み変形する。起振体軸受の内輪は、一般に全周締り嵌めで起振体に外嵌され、起振体に対する軸方向への移動が抑制されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－９６４５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、起振体軸受の内輪と起振体とを全周締り嵌めとすると、内輪に生じる応力が大きい。また、嵌合作業時に両者をぶつけて傷を付けるおそれがある。焼き嵌めや冷やし嵌め等の適用によりその可能性を低減できるが、その場合には組立工数が増加する。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、起振体と起振体軸受とを好適に嵌合させ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、起振体と、前記起振体により撓み変形する外歯歯車と、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の間に配置される起振体軸受と、を備えた撓み噛合い式歯車装置であって、
前記起振体軸受は、前記起振体とは別体で、前記起振体に外嵌される内輪を有し、
前記起振体軸受の内輪の内周長が、前記起振体の外周長よりも大きい構成とした。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、起振体と起振体軸受とを好適に嵌合させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る撓み噛合い式歯車装置を示す断面図である。

【図2】起振体と起振体軸受との嵌め合い、及び、内歯と外歯との噛合いを示す模式図である。

【図3】内歯と外歯の噛合い範囲と、減速比との関係を示すグラフである。

【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】

［撓み噛合い式歯車装置の構成］
図１は、本実施形態に係る撓み噛合い式歯車装置１を示す断面図である。
以下では、図中の回転軸Ｏ１に沿った方向を「軸方向」、回転軸Ｏ１から垂直な方向を「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。また、軸方向のうち、外部の被駆動部材と連結される側（図中の左側）を「負荷側」といい、負荷側とは反対側（図中の右側）を「反負荷側」という。

【0011】

図１に示すように、撓み噛合い式歯車装置１は、外歯歯車１２が撓み変形して回転軸Ｏ１回りの回転運動が伝達される筒型の撓み噛合い式歯車装置である。
具体的に、撓み噛合い式歯車装置１は、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と噛合う第１内歯歯車２２ｇ及び第２内歯歯車２３ｇ、並びに、起振体軸受１５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、主軸受３３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（外周）が（互いに直交する長軸と短軸を有する）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、１０Ｃとを有する。なお、楕円状とは、幾何学的に厳密な楕円に限定されるものではなく、略楕円を含む。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。この起振体軸１０は、モータ等の駆動源（図示省略）に連結されて駆動力が入力される入力軸である。また、起振体軸１０は、中実軸であってもよい。

【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】

第１内歯歯車２２ｇと第２内歯歯車２３ｇは、回転軸Ｏ１に軸心を一致させて配置される。
これら第１内歯歯車２２ｇと第２内歯歯車２３ｇは、軸方向に並んで設けられ、外歯歯車１２と噛合している。具体的には、第１内歯歯車２２ｇ及び第２内歯歯車２３ｇの一方が、外歯歯車１２の軸方向の中央より片側の歯部に噛合し、他方が、外歯歯車１２の軸方向の中央よりもう一方の片側の歯部に噛合する。第１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。第２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１５は、例えば複列玉軸受であり、起振体１０Ａと外歯歯車１２との間に配置される。起振体軸受１５は、起振体１０Ａの外周に嵌合される内輪１５Ａと、外歯歯車１２の内周に嵌入される外輪１５Ｂと、複数の転動体１５Ｃと、複数の転動体１５Ｃを保持する保持器１５Ｄとを有する。複数の転動体１５Ｃは、内輪１５Ａの外周面と外輪１５Ｂの内周面とを転動面として転動する。なお、起振体軸受１５は、外輪１５Ｂを有していなくともよい。また、内輪１５Ａの軸方向両側であって後述の入力軸受３１、３２との間には、これらの軸方向の移動を規制するスペーサ３８、３９が配置され、起振体軸１０に外嵌されている。
内輪１５Ａと起振体１０Ａとの嵌め合いの詳細については後述する。

【0016】

外歯歯車１２の軸方向の両側には、これに当接して軸方向の移動を規制する規制部材としてのスペーサリング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、ボルト５７により互いに連結されて、第１内歯歯車２２ｇ、第２内歯歯車２３ｇ及び外歯歯車１２の径方向外側を覆う。このうち、第１ケーシング２２は、上述のように、内周部の一部に内歯が設けられており、第１内歯歯車２２ｇと一体的に構成されている。また、撓み噛合い式歯車装置１が外部の相手装置と接続される際、第１ケーシング２２と第２ケーシング２４は相手装置に共締めにより連結される。

【0018】

内歯歯車部材２３は、第２ケーシング２４の径方向内側でかつ起振体軸１０の径方向外側に、少なくとも一部が配置されている。また、内歯歯車部材２３は、上述のように、内周部の一部に内歯が設けられており、第２内歯歯車２３ｇと一体的に構成されている。

【0019】

第１カバー２６は、ボルト５１により第１ケーシング２２に連結され、外歯歯車１２と第１内歯歯車２２ｇとの噛合い箇所を反負荷側から覆う。第１カバー２６と起振体軸１０の軸部１０Ｂとの間には入力軸受３１（例えば玉軸受）が配置され、第１カバー２６は当該入力軸受３１を介して起振体軸１０を回転自在に支持している。

【0020】

第２カバー２７は、ボルト５２により内歯歯車部材２３と連結され、外歯歯車１２と第２内歯歯車２３ｇとの噛合い箇所を負荷側から覆う。第２カバー２７と起振体軸１０の軸部１０Ｃとの間には入力軸受３２（例えば玉軸受）が配置され、第２カバー２７は当該入力軸受３２を介して起振体軸１０を回転自在に支持している。撓み噛合い式歯車装置１が外部の相手装置と接続される際、第２カバー２７と内歯歯車部材２３は、相手装置の被駆動部材に共締めにより連結され、減速された回転を当該被駆動部材に出力する。

【0021】

主軸受３３は、例えば玉軸受であり、内歯歯車部材２３と第２ケーシング２４との間に配置される。第２ケーシング２４は、主軸受３３を介して内歯歯車部材２３を回転自在に支持する。なお、主軸受３３は、玉軸受に限定されず、例えばクロスローラ軸受等であってもよい。また、主軸受３３は、専用の内輪や外輪を有していなくともよい。また、主軸受３３は、内部に潤滑剤が封入されたシール付きの軸受であってもよい。

【0022】

［動作説明］
上記構成の撓み噛合い式歯車装置１にあっては、モータ等の駆動源により起振体軸１０の回転駆動が行われると、起振体１０Ａの運動が起振体軸受１５を介して外歯歯車１２に伝わる。このとき、外歯歯車１２は、起振体１０Ａの外周面に沿った形状に規制され、軸方向から見て、長軸部分と短軸部分とを有する楕円形状に撓んでいる。さらに、外歯歯車１２は、固定された第１内歯歯車２２ｇと起振体１０Ａの長軸位置で噛合っているので、起振体１０Ａと等速で回転することはなく、撓み変形により起振体１０Ａの長軸位置が移動する。
例えば、外歯歯車１２の歯数が１００で、第１内歯歯車２２ｇの歯数が１０２である場合、噛合う位置が一周するごとに、外歯歯車１２は、第１内歯歯車２２ｇとの歯数差分だけ回転（自転）する。上記の歯数であれば、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。
一方、外歯歯車１２は、第２内歯歯車２３ｇとも噛合っているため、例えば、第２内歯歯車２３ｇの歯数と外歯歯車１２の歯数とが同数であるとすると、外歯歯車１２と第２内歯歯車２３ｇとは等速で回転する。これらにより、起振体軸１０の回転運動が減速比１００：２で減速されて、内歯歯車部材２３及び第２カバー２７へ伝達され、この回転運動が被駆動部材に出力される。

【0023】

［各部材の素材］
各部材の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態においては、以下のように構成されている。
起振体軸１０、外歯歯車１２、スペーサリング３６、３７は、鉄鋼素材等の金属素材から構成される。特に制限されないが、より具体的には、起振体軸１０が、クロムモリブデン鋼などの鉄鋼素材から構成される。なお、起振体軸１０は、アルミニウム合金により構成されてもよい。外歯歯車１２は、ニッケルクロムモリブデン鋼などの鉄鋼素材から構成される。スペーサリング３６、３７は、高炭素クロム軸受鋼鋼材等の鉄鋼素材から構成される。

【0024】

また、入力軸受３１，３２及び主軸受け３３は、内外輪及び転動体が金属（例えば、高炭素クロム軸受鋼等）から構成される。
また、起振体軸受１５は、内輪１５Ａ、外輪１５Ｂ、転動体１５Ｃ及び保持器１５Ｄが金属（例えば、高炭素クロム軸受鋼等）から構成される。なお、保持器１５Ｄは樹脂により構成されてもよい。
また、各ボルト５１、５２、５７は、金属（例えば、一般構造用圧延鋼材、冷間圧造用炭素鋼線、機械構造用炭素鋼鋼材等）から構成される。

【0025】

一方、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及び第２カバー２７は、特に限定はされないが、樹脂によって構成されている。

【0026】

第２ケーシング２４、第１カバー２６及び第２カバー２７に使用される樹脂としては、本実施形態においては樹脂の母材に強化用の繊維が含有されるものが使用される。なお、強化用の繊維を含有しない樹脂を使用してもよい。
母材の樹脂は、例えば、50～60℃程度の耐熱性を持つエンジニアリングプラスチック（汎用エンジニアリングプラスチック）が使用される。具体的には、ポリアミド（PA）、ポリカーボネート（PC）、ポリアセタール（POM）、変性ポリフェニレンエーテル（m-PPE）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）等が挙げられる。ここでいう耐熱性とは、静的に形状が維持できる温度ではなく、歯車としての性能を維持できる温度のことを示す。
強化用の繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ザイロン繊維、ボロン繊維等が挙げられる。

【0027】

第１ケーシング２２、内歯歯車部材２３に使用される樹脂としては、本実施形態においては、樹脂の母材に強化用の繊維が含有されるものが使用される。
母材の樹脂は、70℃以上の耐熱性を持つ樹脂が好ましく、例えば、100℃以上の耐熱性を持つスーパーエンジニアリングプラスチック（特種エンジニアリングプラスチック）が使用される。具体的には、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリアミドイミド（PAI）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、芳香族ポリアミド（PPA）、液晶ポリマー（LCP）、ポリスルホン（PSU）、ポリエーテルスルホン（PES）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリアリレート（PAR）、熱可塑性ポリイミド（TPI）等が挙げられる。
強化用の繊維としては、前述した強化用の繊維よりも熱伝導性の高い繊維（例えば、カーボン繊維等）が挙げられる。

【0028】

なお、第１ケーシング２２、内歯歯車部材２３に使用される樹脂及び強化用の繊維については、排熱を考慮して、第２ケーシング２４、第１カバー２６及び第２カバー２７よりも熱伝導率や耐熱性が高いものが好ましいが、第２ケーシング２４、第１カバー２６及び第２カバー２７について例示したものと同一としても良い。

【0029】

［起振体と起振体軸受との嵌め合い］
図２は、起振体１０Ａと起振体軸受１５（の内輪１５Ａ）との嵌め合い、及び、内歯（第１内歯歯車２２ｇ又は第２内歯歯車２３ｇの歯）と外歯（外歯歯車１２の歯）との噛合いを示す模式図である。図２では、分かり易さのために、これらの嵌め合い及び噛合いを誇張して図示している。
この図に示すように、起振体１０Ａと起振体軸受１５の内輪１５Ａとは、全周に亘って接触していた従来と異なり、周方向に部分的に接触している。より詳しくは、起振体軸受１５の内輪１５Ａの内周長が、起振体１０Ａの外周長よりも大きく（長く）形成されている。そして、起振体軸受１５の内輪１５Ａの内周と起振体１０Ａの外周とは、起振体１０Ａの長軸位置（ｘ軸上の位置）において互いに当接し、起振体１０Ａの短軸位置（ｙ軸上の位置）において両者の間に隙間が設けられている。また、本実施形態においては、起振体１０Ａの外周形状は、起振体軸受１５の内輪１５Ａの内周と起振体１０Ａの外周との間の短軸位置での隙間量を予測した上で、起振体１０Ａの短軸位置において内歯と外歯が接触しないように（歯先干渉しないように）構成されている。

【0030】

ここで、外歯歯車１２と内歯歯車２２ｇ、２３ｇとは、上述のとおり起振体１０Ａの長軸位置で噛合っている。そのため、起振体軸受１５の内輪１５Ａの内周と起振体１０Ａの外周とは、少なくとも内歯（第１内歯歯車２２ｇ又は第２内歯歯車２３ｇの歯）と外歯（外歯歯車１２の歯）とが噛合う範囲において互いに当接するのが好ましい。これにより、内歯と外歯の噛合いへの影響を抑制できる。
図３は、内歯と外歯の噛合い範囲と、減速比との関係を示すグラフである。内歯と外歯の噛合い範囲は、長軸位置からの周方向の角度αで表す（図２参照）。
この図に示すように、内歯と外歯とは長軸位置を略中心として噛合い、その噛合い範囲（角度α）は、高減速比になるほど小さくなる。起振体軸受１５の内輪１５Ａの内周と起振体１０Ａの外周とは、この噛合い範囲に対応して互いに当接するのが好ましい。具体的には、起振体軸受１５の内輪１５Ａの内周と起振体１０Ａの外周とは、減速比が５０以下の場合には、少なくとも起振体１０Ａの長軸位置の±２８度の角度範囲において互いに当接するのが好ましく、減速比が８０以下の場合には、少なくとも起振体１０Ａの長軸位置の±２６．５度の角度範囲において互いに当接するのが好ましく、減速比が１００以下の場合には、少なくとも起振体１０Ａの長軸位置の±２４．５度の角度範囲において互いに当接するのが好ましい。

【0031】

なお、起振体１０Ａと起振体軸受１５の内輪１５Ａとは、全周に亘って接触していた従来と異なり、周方向に部分的にしか接触していないため、相互の保持力は小さくなる。そのため、この保持力が、トルク等によって発生するスラスト力に負けないように（つまり、これらが互いに軸方向に移動しないように）、互いの接触範囲等を適宜設計する必要がある。

【0032】

［本実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態の撓み噛合い式歯車装置１によれば、起振体軸受１５は、起振体１０Ａとは別体で、起振体１０Ａに外嵌される内輪１５Ａを有しており、この内輪１５Ａの内周長が起振体１０Ａの外周長よりも大きい。
これにより、起振体軸受１５の内輪１５Ａと起振体１０Ａとが全周に亘って締り嵌めされていた従来に比べ、内輪１５Ａに生じる応力を低減できる。また、これらの嵌合が容易（圧入、焼き嵌め、冷し嵌めが不要）になり、組立性が向上する。したがって、従来に比べ、起振体１０Ａと起振体軸受１５とを好適に嵌合させることができる。

【0033】

また、本実施形態の撓み噛合い式歯車装置１によれば、起振体軸受１５の内輪１５Ａの内周と起振体１０Ａの外周とは、起振体１０Ａの長軸位置において互いに当接し、起振体１０Ａの短軸位置において両者の間に隙間が設けられる。
これにより、内歯と外歯の噛合い（すなわちトルク伝達）への影響を抑制しつつ、起振体１０Ａと起振体軸受１５とを好適に嵌合させることができる。

【0034】

また、本実施形態の撓み噛合い式歯車装置１によれば、起振体軸受１５の内輪１５Ａの内周と起振体１０Ａの外周とは、少なくとも内歯と外歯とが噛合う範囲において互いに当接する。
これにより、内歯と外歯の噛合い（すなわちトルク伝達）への影響をより確実に抑制しつつ、起振体１０Ａと起振体軸受１５とを好適に嵌合させることができる。

【0035】

また、本実施形態の撓み噛合い式歯車装置１によれば、起振体１０Ａの外周形状は、起振体１０Ａの短軸位置において内歯と外歯とが接触しないように構成されているので、短軸位置における歯先干渉の発生を抑制できる。

【0036】

＜その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
例えば、起振体軸受１５は、少なくとも内輪１５Ａの内周長が起振体１０Ａの外周長よりも大きく形成されていればよい。

【0037】

また、上記実施形態では、撓み噛合い式歯車装置１として、所謂筒型のものを例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば所謂カップ型又はシルクハット型の撓み噛合い式歯車装置にも適用可能である。
その他、上記実施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】

【0038】

１ 撓み噛合い式歯車装置
１０Ａ 起振体
１２ 外歯歯車
１５ 起振体軸受
１５Ａ 内輪
１５Ｂ 外輪
２２ｇ 第１内歯歯車
２３ｇ 第２内歯歯車
Ｏ１ 回転軸
α 角度

【図1】

【図2】

【図3】