特許 7362946 波動歯車装置の潤滑方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-06

(45)【発行日】2023-10-17

(54)【発明の名称】波動歯車装置の潤滑方法

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/32 20060101AFI20231010BHJP

【ＦＩ】

F16H1/32 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022562918

(86)(22)【出願日】2021-08-04

(86)【国際出願番号】 JP2021029022

(87)【国際公開番号】W WO2023012949

(87)【国際公開日】2023-02-09

【審査請求日】2022-10-15

(73)【特許権者】

【識別番号】390040051

【氏名又は名称】株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ

(74)【代理人】

【識別番号】100090170

【弁理士】

【氏名又は名称】横沢 志郎

(72)【発明者】

【氏名】小林 優

【審査官】鷲巣 直哉

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２０５８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０８４２３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０３１２５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物の粉体を用いた波動歯車装置の潤滑方法であって、
潤滑対象の接触面に連通する前記波動歯車装置の内部空間に、前記イオン結晶性化合物の粉体として、疎水化していない粉体を封入あるいは充填した状態で、前記波動歯車装置の慣らし運転を行い、
前記慣らし運転により、前記疎水化していない粉体を前記接触面に移着させて、当該接触面に潤滑性被膜を形成し、
前記慣らし運転の後は、前記内部空間に残留している前記疎水化していない粉体を除去し、前記内部空間に、前記イオン結晶性化合物の粉体として、疎水化した粉体を封入あるいは充填し、
負荷運転時には、前記潤滑性被膜と、前記内部空間に封入あるいは充填した前記疎水化した粉体とによって、前記接触面の潤滑状態を維持することを特徴とする波動歯車装置の潤滑方法。

【請求項2】

請求項１において、
前記イオン結晶性化合物は、二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンである波動歯車装置の潤滑方法。

【請求項3】

請求項２において、
前記疎水化していない粉体は、平均粒径が１５μｍ以下であり、モース硬さが１．５以下である波動歯車装置の潤滑方法。

【請求項4】

請求項３において、
前記疎水化した粉体は、平均粒径が５μｍ以下の前記イオン結晶性化合物の粉体を、陽イオン界面活性剤により疎水化したものである波動歯車装置の潤滑方法。

【請求項5】

潤滑対象の接触面に連通している内部空間と、
前記内部空間に封入あるいは充填された固体潤滑剤の粉体と、
前記接触面に形成された潤滑性被膜と、
を備えており、
前記固体潤滑剤の粉体は、疎水化された層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物の粉体であり、
前記潤滑性被膜は、疎水化していない層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物の粉体が前記接触面に移着して形成された被膜である波動歯車装置。

【請求項6】

請求項５において、
前記イオン結晶性化合物は、二硫化モリブデンまたは二流化タングステンである波動歯車装置。

【請求項7】

請求項５において、
前記固体潤滑剤の粉体は、平均粒径が５μｍ以下の前記イオン結晶性化合物の粉体を、陽イオン界面活性剤により疎水化したものである波動歯車装置。

【請求項8】

請求項５において、
剛性の内歯歯車と、
前記内歯歯車の内側に配置した可撓性の外歯歯車と、
前記外歯歯車の内側に装着され、当該外歯歯車を非円形に撓めて前記内歯歯車にかみ合わせ、これら両歯車のかみ合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、
を備えており、
前記内部空間は、前記外歯歯車と前記波動発生器とによって囲まれた空間であり、
前記接触面は、前記外歯歯車と前記波動発生器の間の接触面、および、前記波動発生器の内部の接触面である波動歯車装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は波動歯車装置に関し、特に、固体潤滑剤の粉体として、層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物の粉体を用いた波動歯車装置の潤滑方法に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明者は、特許文献１、２において、固体潤滑剤の粉体を用いた波動歯車装置の潤滑方法を提案している。特許文献１では、波動歯車装置を、層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物の微小紛体を用いて潤滑している。微小紛体は、波動歯車装置の運転時に、潤滑対象の各接触面間で押しつぶされ、双方の接触面に移着して薄い潤滑性被膜を形成すると共に、薄く圧延され、さらに細分化されて接触面の間に進入しやすい形状に変化する。形状変化した微小粉体と接触面に形成された薄い潤滑性被膜とにより潤滑が維持される。移着した薄い潤滑性被膜および圧延され細分化された微小粉末は粘性が無いので、粘性抵抗ロスが発生せず、低負荷域、高速回転域での高効率運転を実現できる。一方、特許文献２では、波動歯車装置の内部に、固体潤滑剤の微小粉体を効率良く潤滑対象の部位に導くための機構が組み込まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１６／０８４２３５号

【文献】国際公開第２０１６／１１３８４７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、外歯歯車の内側に充填された固体潤滑剤の微小紛体が、劈開力により接触面の間の隙間に導入され、薄く圧延され、さらに細分化する際に発生するロストルクが原因となって、波動歯車装置には一時的な効率低下が発生することがある。特に、層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物（ＭｏＳ_２、ＷＳ_２など）の微小紛体を使用する場合には、大気中の水分が、この層状結晶の表面に水素結合により配列し、摩擦が増加する。また、微小粉体の凝集性も強くなり、凝集粒子の粗大化が起きる。このように、外歯歯車の内側に充填された微小紛体は、大気中の水分の影響を受け、波動歯車装置の運転時に各接触面間で押しつぶされ、特に高速回転する波動発生器の内部の微小隙間に多量の紛体が導入される際に効率低下が発生し、波動歯車装置の安定的な運転が妨げられる。

【0005】

本発明の目的は、固体潤滑剤の粉体として用いる層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物の粉体に起因する一時的な効率低下を抑制し、安定した高効率運転の状態を維持できるようにした波動歯車装置の潤滑方法を提案することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の波動歯車装置の潤滑方法では、波動歯車装置の慣らし運転（エージング）が終了するまでは、疎水化していない層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物の粉体を用いて、潤滑対象の接触面を潤滑すると共に、接触面に、このイオン結晶化合物の粉体を移着させて、当該接触面に強固な潤滑性被膜を形成する。その後は、波動歯車装置の内部空間に、疎水化した層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物の粉体を封入あるいは充填する。波動歯車装置は、負荷運転時には、接触面に形成された潤滑性被膜と、疎水化した層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物の粉体とによって、接触面の潤滑状態が維持される。

【0007】

使用する層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物は、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどである。慣らし運転（エージング）後に波動歯車装置の内部空間に封入あるいは充填する疎水化した層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物の粉体は、例えば、レーザー解析／錯乱法により測定された平均粒径が５μｍ以下の微小粉体を、アルキルアミン酢酸塩などの陽イオン界面活性剤により疎水化し、再粉砕して得られる。

【発明の効果】

【0008】

波動歯車装置の内部空間に封入あるいは充填するイオン結晶性化合物の粉体として、疎水化した粉体を用いることで、波動歯車装置の効率低下幅を小さくし、その発生頻度を抑制し、長期間に亘って安定的な高効率状態を維持できる。また、損失トルクが小さくなるため発熱も少ない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】波動歯車装置の一例を示す概略縦断面図である。

【図2】本発明を適用した波動歯車装置の潤滑方法の一例を示す概略フローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、図面を参照して本発明の波動歯車装置の潤滑方法の実施の形態を説明する。以下に述べる実施の形態は、本発明をカップ形状の外歯歯車を備えたカップ型波動歯車装置に適用したものであるが、本発明は、カップ型波動歯車装置以外の波動歯車装置にも同様に適用可能である。例えば、シルクハット形状の外歯歯車を備えたシルクハット型波動歯車装置、円筒状の外歯歯車と２枚の内歯歯車を備えたフラット型波動歯車装置に適用可能である。

【0011】

図１はカップ型波動歯車装置の一例を示す概略縦断面図である。カップ型波動歯車装置１（以下、単に「波動歯車装置１」という。）は、円環状の剛性の内歯歯車２と、カップ形状をした可撓性の外歯歯車３と、楕円状輪郭の波動発生器４とを備えている。外歯歯車３は内歯歯車２の内側に同軸に配置されている。波動発生器４は、外歯歯車３の内側に装着されている。波動発生器４によって楕円形状に撓められた外歯歯車３は、楕円形状の長軸両端の位置において、内歯歯車２にかみ合っている。

【0012】

外歯歯車３はカップ形状をしており、半径方向に撓み可能な円筒状胴部３ａの開口端の側の外周面部分に外歯３ｂが形成されている。円筒状胴部３ａの反対側の端からは半径方向の内方に延びるダイヤフラム３ｃが形成されている。ダイヤフラム３ｃの内周縁には円環状の剛性のボス３ｄが形成されている。波動発生器４は、剛性のウエーブプラグ４ａと、この楕円状輪郭の外周面に装着されたウエーブベアリング４ｂ（波動発生器軸受け）とを備えている。波動発生器４は、外歯歯車３における円筒状胴部３ａの外歯３ｂが形成されている部分の内側に装着されている。

【0013】

外歯歯車３の円筒状胴部３ａおよびボス３ｄと、外歯歯車３の開口端の側に装着された波動発生器４との間に形成される内部空間９には、固体潤滑剤の粉体１０が封入あるいは充填される。後述のように、固体潤滑剤の粉体１０として、疎水化していない層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物の粉体１０Ａ（以下、「疎水化していない粉体１０Ａ」という。）と疎水化したイオン結晶性化合物の粉体１０Ｂ（以下、「疎水化した粉体１０Ｂ」という。）が用いられる。ボス３ｄの中心開口部３ｅはキャップ１２によって封鎖されており、波動発生器４の中心開口部４ｃは、ここに想像線で示す入力軸を固定するために用いるボルト１３の頭部および平座金１４によって封鎖されている。これらの中心開口部３ｅ、４ｃを通って、固体潤滑剤の粉体１０が外部に漏れ出ないようになっている。

【0014】

波動歯車装置１の主要な潤滑対象部位は、内歯歯車２および外歯歯車３の間の接触部（歯部）Ａ、外歯歯車３の円筒状胴部３ａの内周面３ｆと波動発生器４の外周面４ｄとの接触部Ｂ、および、波動発生器４の内部の接触部Ｃである。波動発生器４の内部の接触部Ｃは、ウエーブプラグ４ａとウエーブベアリング４ｂとの間の接触部分、ウエーブベアリング４ｂの構成部品（内輪、外輪、ボール）の間の接触部分等である。接触部Ｂの各接触面（内周面３ｆ、外周面４ｄ）および波動発生器４の内部の接触部Ｃにおける各接触面は、内部空間９に連通している。これらの接触部Ｂ、Ｃの各接触面は、内部空間９に、封入あるいは充填した固体潤滑剤の粉体１０によって潤滑される。なお、接触部（歯部）Ａの潤滑は、一般的なオイル潤滑あるいはグリース潤滑によって行われる。

【0015】

波動歯車装置１を減速機として用いる場合には、波動発生器４が不図示のモーター等によって高速回転する。例えば、内歯歯車２がケーシング５に固定され、外歯歯車３が減速回転する。減速回転が、外歯歯車３に形成されている剛性のボス３ｄに同軸に連結される回転出力部材６に取り出される。

【0016】

本発明者等の実験によれば、所定の潤滑効果が得られ、波動発生器４のスムーズな回転を実現するために、固体潤滑剤の粉体１０として、平均粒径が１５μｍ以下で、モース硬さが１．５以下の柔らかい微小粉体を用いることが望ましいことが確認された。

【0017】

また、固体潤滑剤の粉体１０として、層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物、例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、窒化ホウ素などを用いることができる。これらのうちの２種類以上の固体潤滑剤の粉体を組み合わせて使用することも可能である。特に、二硫化モリブデン、二硫化タングステンを用いることができる。

【0018】

図２は、本発明を適用した波動歯車装置１の潤滑方法の一例を示す概略フローチャートである。本例の潤滑方法では、波動歯車装置１の慣らし運転（エージング）が終了するまでは、固体潤滑剤の粉体１０として、疎水化していない粉体１０Ａを用いて、接触部Ｂ、Ｃを潤滑し、以後の負荷運転時には、固体潤滑剤の粉体１０として、疎水化した粉体１０Ｂを用いて接触部Ｂ、Ｃを潤滑する。

【0019】

図２を参照して説明する。まず、波動歯車装置１における接触部Ｂ、Ｃを構成する構成部品である外歯歯車３、波動発生器４を用意し（ＳＴ１）、これらの表面に、疎水化していない粉体１０Ａ（疎水化していない二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の粉体あるいは疎水化していない二硫化タングステン（ＷＳ_２）の粉体）をショットピーニングする（ＳＴ１１）。これにより、構成部品における接触部Ｂ、Ｃを構成する接触面となる表面部分に、疎水化していない粉体１０Ａを移着させて潤滑性被膜を形成する。ショットピーニングの代わりに、あるいは、これと共に、疎水化していない粉体１０Ａを構成部品の表面に、軟質の皮革バフ等によって擦り付けることで、接触部Ｂ、Ｃを構成する接触面に、疎水化していない粉体１０Ａを移着させて、潤滑性被膜を形成してもよい（ＳＴ１２）。これらの工程（ＳＴ１１、ＳＴ１２）は省略することも可能である。

【0020】

次に、波動歯車装置１の構成部品の組み立て工程において、カップ形状の外歯歯車３の内部空間９に、疎水化していない粉体１０Ａとして二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の粉体あるいは二硫化タングステン（ＷＳ_２）の粉体を封入あるいは充填する（ＳＴ２）。

【0021】

疎水化していない粉体１０Ａを内部空間９に封入あるいは充填した状態で、波動歯車装置１の慣らし運転（エージング）を行う（ＳＴ３）。内部空間９に封入あるいは充填された疎水化していない粉体１０Ａは、波動歯車装置１の慣らし運転時に、各接触部Ｂ、Ｃにおける接触面の間で押しつぶされ、これらの接触面に移着して強固な薄い潤滑性被膜を形成する。また、疎水化していない粉体１０Ａは、薄く圧延され、さらに細分化されて接触面間に進入しやすい形状をした微粉末に変化する。

【0022】

このように形状変化した疎水化していない粉体１０Ａの微粉末と、接触部Ｂ、Ｃの各接触面に形成された薄い潤滑性被膜とによって、接触部Ｂ、Ｃの潤滑が維持される。また、接触面に移着した薄い潤滑性被膜および圧延され細分化された疎水化していない粉体１０Ａの微粉末は粘性が無いので、粘性抵抗ロスを示さない。

【0023】

波動歯車装置１の運転初期から、潤滑効果およびスムーズな動きを得るためには、低負荷で慣らし運転（エージング）を行うことが望ましい。また、外歯歯車３の内部空間９に封入あるいは充填される疎水化していない粉体１０Ａを、あらかじめ圧延し薄い鱗片形状にしておいてもよい。特に運転初期の波動発生器４のスムーズな回転を実現できるという効果がある。

【0024】

慣らし運転が終わった後は、波動歯車装置１を一旦、分解する。分解して、カップ形状の外歯歯車３の内部空間９に残留している疎水化していない粉体１０Ａを除去して回収する（ＳＴ４）。

【0025】

この後は、波動歯車装置１の構成部品を再度、組み立てる。再組立工程において、外歯歯車３の内部空間９に、疎水化していない粉体１０Ａに代えて、疎水化した粉体１０Ｂである疎水化した二硫化モリブデンの粉体あるいは疎水化した二硫化タングステンの粉体を封入あるいは充填する（ＳＴ５）。例えば、疎水化していない粉体１０Ａおよび疎水化した粉体１０Ｂとして、共に、二硫化モリブデンの粉体を用いる。この代わりに、固体潤滑剤の粉体１０として、異なる種類の固体潤滑剤の粉体を用意し、一方の粉体をそのまま疎水化していない粉体１０Ａとして用い、他方の粉体を疎水化処理して疎水化した粉体１０Ｂとして用いることもできる。

【0026】

固体潤滑剤の粉体１０（層状の結晶構造を持つイオン結晶性化合物の粉体）の疎水化処理では、陽イオン界面活性剤、例えば、アルキルアミン酢酸塩などを、溶媒によって１：１００～１：２００程度の比率で希釈する。この希釈液の中に、平均粒径が５μｍ以下の固体潤滑剤の粉体１０を投入し、攪拌することで疎水化する。これにより、疎水化した粉体１０Ｂが得られる。陽イオン界面活性剤としては、アルキルアミン酢酸塩でＣ＝１０～１５が望ましい。また、固体潤滑剤の粉体１０と陽イオン界面活性剤は、モル比で、１：０．０６～０．０７の割合で混合することが望ましい。

【0027】

以上のようにして、内部空間９に、疎水化した粉体１０Ｂが封入あるいは充填された波動歯車装置１が得られる。波動歯車装置１の負荷運転状態（ＳＴ６）においては、疎水化した粉体１０Ｂと、慣らし運転時（ＳＴ３）及びその前の工程（ＳＴ１１、ＳＴ１２）において接触面に形成された潤滑性被膜とによって、接触部Ｂ、Ｃの潤滑状態が維持される。

【0028】

このように、負荷運転時における波動歯車装置１の内部空間９に封入あるは充填する固体潤滑剤の粉体１０（イオン結晶性層状化合物の粉体）を、疎水化した粉体１０Ｂとしている。疎水化していない粉体１０Ａをそのまま用いる場合に比べて、波動歯車装置１の効率低下幅を小さくでき、その発生頻度を抑制できる。よって、長期間に亘って、波動歯車装置１の安定的な高効率状態を維持できる。また、損失トルクが小さくなるため発熱も抑制できる。

【図1】

【図2】