WO1995028583A1 - Dispositif a engrenage du type a engrenement souple dote d'un profil de dents continu - Google Patents

Description

明 細 書 追い越し型歯形の撓み嚙み合い式歯車装置 技術分野

本発明は撓み嚙み合い式歯車装置に関するものである。 さらに詳しく は、 本発明は、 撓み嚙み合い式歯車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。

背景技術

代表的な撓み嚙み合い式歯車装置は、 剛性円形内歯車と、 この内歯車 の内側でこれと例えば 2か所で嗑み合うように楕円状に橈まされ、 内歯 車より も 2 n枚 （nは正の整数） だけ少ない歯数を有する可撓性外歯車 と、 この外歯車の内側に嵌められて当該外歯車を楕円状に撓ませるゥェ ーブ . ジヱネレー夕とから成っている。

両歯車の基本的な歯形は直線であるが （米国特許第 2, 906， 143 号参照） イ ンボリ ユ ー 卜歯形も考案されている （特公昭 4 5 — 4 1 1 1 7 1号） 。 さらに、 当該装置の負荷能力を高めるために、 本発明者は、 両歯車の歯 末面の歯形を、 内歯車に対する外歯車の歯のラ ッ ク近似による移動軌跡 上の嚙み合いの限界点から、 該軌跡の所要の範囲を縮比 1 / 2で相似変 換して得られる曲線とする方式を考案した （特開昭 6 3 — 1 1 5 9 4 3 号） 。 これは両歯車が歯末の歯形同志を連続的に接触させ得るようにし た方式である。

ここに、 撓み嚙み合い式歯車装置と しては、 コップ状の可撓性外歯車 が組み込まれた形式のものが知られている。 この形式の装置では、 楕円 状のウエーブ · ジヱネレ一夕を挿入することによって、 コ ップ状可撓性 外歯車のダイャフラム側から開口部にかけてダイャフラムからの距離に ほぼ比例して撓み量 （楕円の長径と短径との差） が漸増する、 いわゆる コ一ニングという 3次元の現象が発生する。 しかし、 上記の各公報に記 載の歯形はこのコ一二ングを考慮していない。 したがって、 歯筋のある 特定断面 （例えば、 正規の橈み量に対応する無偏位の断面） では両歯車 の歯形の連続的な嚙み合いを実現できるが、 歯筋の他の断面では歯の干 渉等の不具合が生ずる。

その後、 本発明者はコ ップ状可撓性外歯車の全歯筋に渡って、 干渉が 無く 、 より広い範囲の嚙み合いを可能とする撓み嚙み合い式歯車装置を 提案している。 例えば、 特願平 3— 3 5 7 0 3 6号、 特願平 3—

3 5 7 0 3 7号において提案している。

現在、 撓み嚙み合い式歯車装置の性能に対する要求はますます高度化 している。 これに応えるためには、 その強度と耐摩耗性を一層向上させ る必要がある。 特に歯面の耐摩耗性をできるだけ改善することが必要で ある。

前記の諸発明はいずれも歯筋に沿っての連続的な嚙み合いを可能とす るる。 しかし、 その嚙み合いは、 いわゆるすれ違い嚙み合いである。 従 つて、 歯面間の潤滑油膜保持の点からは不利を免れず、 油膜破断からの 歯面摩耗によつて許容伝達 トルクには一定の限界が存在する。 このため、 その改善が強く望まれている。 発明の開示

上記の改善を達成するため、 本発明では、 すれ違い嚙み合いを行う両 凸の歯形を、 潤滑油保持特性の良い追い越し嚙み合いを行う凸と凹との 歯形に変えることを試み、 後述の歯数逆転の手法を考案し、 位相が反転 した移動軌跡から歯形を誘導するようにしている。

すなわち、 本発明は、 剛性内歯車と、 その内側の可撓性外歯車と、 こ の外歯車の横断面を楕円状に撓ませて、 当該外歯車を部分的に前記剛性 内歯車に嚙み合わせ、 これらの嚙み合わせ位置を円周方向に回転させる ウェーブ . ジェネレータとを有し、 ウェーブ . ジェネレータの回転によ り両歯車に相対回転を生じさせる撓み嚙み合い式歯車装置において次の 構成を採用したことを特徴と している。

( a ) 剛性内歯車及び可撓性外歯車を共に平歯車とする。

( b ) 可撓性外歯車の歯数を剛性内歯車の歯数より も 2枚多くする。 ( c ) 可撓性外歯車の歯形を凸歯形と し、 その形状を、 内歯車に対し て当該外歯車の歯が描く、 ラ ッ ク近似による移動軌跡における内歯車に 対して凸の部分を、 この軌跡上の両歯車歯形の接触の限界点を原点と し て、 縮小比； Iで相似変換した曲線とする。

( d ) 剛性内歯車の歯形を凹歯形と し、 その形状を、 前記移動軌跡に おける内歯車に対して凸の前記と同一部分を前記接触の限界点を原点と して、 拡大比 （ 1 + ス） で相似変換した曲線とすることにより、 両歯形 の嚙み合いを連続接触可能でかつ追い越し型とする。

一方、 本発明は、 コ ップ状可撓性外歯車を備えた撓み嚙み合い式歯車 装置において、 次の構成を採用したことを特徴と している。

( a ) 剛性内歯車及びコ ップ状可撓性外歯車を共に平歯車とする。

( b ) コ ップ状可撓性外歯車の歯数を剛性内歯車の歯数より も 2枚多 くする。

( c ) コップ状可撓性外歯車の歯形を凸歯形と し、 その形状を、 内歯 車に対して当該外歯車の歯が歯筋の基準断面で描く 、 ラ ッ ク近似による 移動軌跡における内歯車に対して凸の部分を、 この軌跡上の両歯車歯形 の接触の限界点を原点と して、 縮小比 λで相似変換した曲線とする。

( d ) 剛性内歯車の歯形を凹歯形と し、 その形状を、 前記移動軌跡に おける内歯車に対して凸の前記と同一部分を前記接触の限界点を原点と して、 拡大比 （ 1 + λ ) で相似変換した曲線とすることにより、 両歯形 の嚙み合いを連続接触可能でかつ追い越し型とする。 ( e ) コ ップ状可撓性外歯車の歯筋の基準断面より も開口部側の歯に はレリ一ビングを施こす。

ここで、 両歯車の嚙み合い領域を更に広げるためには、 上記の （ e ) の構成に加えて、 コ ップ状可撓性外歯車の歯筋の基準断面より もダイヤ フラム側の歯には逆レリービングを施すようにすることが好ま しい。 図面の簡単な説明

図 1 は、 コ ップ状可撓性外歯車を備えた撓み嚙み合い式歯車装置の斜 視図である。

図 2 は、 図 1 の装置の概略正面図である。

図 3 は、 コ一ニングによるコ ップ状可撓性外歯車の橈み状況を示す説 明図であり、 （ a ) はその変形前の含軸断面、 （ b ) はウェーブ ' ジェ ネレー夕の長軸を含む含軸断面であり、 （ c ) は短軸を含む含軸断面で ある。

図 4 は、 撓み嚙み合い式歯車装置において、 剛性内歯車に対するコ ッ プ状可撓性外歯車の歯の、 負偏位の場合の基準軸直角断面上の移動軌跡 である。

図 5 は、 本発明の歯形誘導の手法を示す説明図である。

図 6 は、 従来のすれ違い型の歯形の嚙み合いを示す説明図である。 図 7 は、 本発明の基準歯直角断面における歯形の嚙み合いを、 剛性内 歯車の一つの歯溝について相対的に、 時間の経過を追って描いた説明図 である。

図 8 は、 本発明の基準歯直角断面における歯形の嚙み合いを、 剛性内 歯車の半数の歯に渡って空間的に描いた説明図である。

図 9 は、 本発明の基準歯直角断面以外の断面における歯形の嚙み合い を示す説明図であり、 （ a ) は基準歯直角断面から開口部側の断面のも の、 （ b ) はそれにレリ 一ビングを施した場合、 （ c ) は基準歯直角断 面からダイヤフラム側の断面のもの、 （ d ) はそれに逆レリービングを 施した場合のものである。

図 1 0 は、 コ ップ状可撓性外歯車の歯に施す修正の説明図で、 （ a ) は基準歯直角断面から開口部側に施すレリービングを示す図、 （ b ) は 更に基準歯直角断面からダイヤフラム側に施す逆レリ一ビングを示す図 である。 発明を実施するための最良の形態

以下に、 本発明の実施例について、 図面を参照しながら説明する。 図 1 および図 2 は、 本発明を適用可能な公知の撓み嚙み合い式歯車装 置の斜視図および正面図である。 この橈み嚙み合い式歯車装置 1 は、 円 筒状の剛性内歯車 2 と、 この内側に配置されたコ ップ状可撓性外歯車 3 と、 この内側に装着された楕円状のウエーブ · ジェネレータ 4から構成 されている。 コ ップ状の可撓性外歯車 3 は、 楕円状のウェーブ · ジエネ レータ 4 によつて楕円状に撓められた状態にある。

図 3 は、 コ ップ状の可撓性外歯車 3の開口部を楕円状に撓ませること による、 いわゆるコーニングによる可撓性外歯車の撓み状況を含軸断面 で示すものある。 図 3 ( a ) は変形前の状態を示す図であり、 （ b ) は ウェーブ ' ジェネレータ 4の長軸を含む含軸断面であり、 （ c ) はその 短軸を含む含軸断面である。 これらの図から分かるように、 コ ップ状可 撓性外歯車 3 は、 コーニングによって、 その開口部 3 aにおいて橈み量 が最大であり、 そのダイヤフラム 3 bの側に向けて撓み量が漸減してい る。

本発明が従来の撓み嚙み合い式歯車装置と基本的に異なる点は、 可撓 性外歯車の歯数が剛性内歯車の歯数より も 2枚多いことである。 このよ うに歯数差を従来の装置とは逆となるように設定しているので、 本発明 を適用した可撓性外歯車の移動軌跡は図 4 に示すようになる。 すなわち、 図 4 は、 コ ップ状可撓性外歯車の基準歯直角断面 （歯形を 誘導する移動軌跡を考える軸直角断面で、 通常、 歯筋中央の断面をとる） における該外歯車の歯の剛性内歯車に対する移動軌跡 Lであり、 撓み量 (可撓性外歯車のピツチ円が楕円状に変形したときの長径と短径の差） が正規の値 d (可撓性外歯車のピッチ円直径を減速比で割った値） の / c ( < 1 ) 倍、 即ち / dの場合を示す。 これはいわゆる負偏位の状態で ある。 また従来の同種装置における外歯車の移動軌跡とは上下の位相が 反転している。

なお、 撓み嚙み合い式歯車装置では歯数が多く 嚙み合いを近似的にラ ッ クとみなすことができる。 したがって、 本図を始めと し、 以下ラ ッ ク 近似と して取り扱つている。

図 5 は、 本発明の歯形誘導の手法を示す説明図である。 A点は移動軌 跡 L上の嚙み合いの上部 （剛性内歯車の歯溝の奥の部分） の限界点であ る。 B点は該軌跡の剛性内歯車に対して凸となっている曲線部分に取つ た下部の限界点である。 A点を原点 （相似の中心） と して軌跡の A B間 の曲線を縮小比 Iで相似変換した曲線 A Cを求め、 この曲線 A Cを、 可 撓性外歯車の歯形と して採用する。 したがつてこれは凸歯形である。 次に同じく 、 A点を原点 （相似の中心） と して、 曲線 A Bを拡大比 ( 1 + A ) で相似変換した曲線 A Dを求め、 この曲線 A Dを、 剛性内歯 車の歯形と して採用する。 したがって、 これは凹歯形である。 ただし、 反対側の歯形と交差することの無いような範囲に、 予め B点を設定する。 なお、 このままでは、 可撓性外歯車の歯は歯先が尖点となるため、 実 際は図に示したように、 若干歯たけを低く し、 頂部にラン ドを持たせる。 さて、 上記の両歯形が正しく 嚙み合う ことは、 以下のように示される。 剛性内歯車の歯形 A D上の任意の点を Rと し、 直線 A Rを引 く。 この 直線 A Rが可撓性外歯車の歯形 A C及び移動軌跡 A Bと交わる点を、 そ れぞれ P、 0とする。 このとき、 歯形設定の経緯から、 次の関係が成立 する。

A P =ス - A Q

A R = ( 1 +ス） - A Q

従って、

Q R = A R - A Q = A - A Q = A P

また、 相似の性質から、 P、 Q、 Rの 3点におけるそれぞれの曲線へ の接線は互いに平行である。

この二つのことから、 凸歯形 A Cの A点が Q点に位置したとき、 凸歯 形 A Cが R点で凹歯形 A Dに接することが分かる。 すなわち、 凸歯形 A Cと凹歯形 A Dとの連続的な嚙み合いが保証される。 かつ、 その嚙み合 いは、 C点が D点と接する位置 （Q点が Bの位置にある状態） から始ま り、 A点における嚙み合い （Q点が Aの位置にある状態） に終わる。 し たがって、 いわゆる追い越し型の嚙み合いである。

なお、 図 6 は、 これに対し、 参考までに、 本発明者による既発明の、 すれ違い型の嚙み合いの例を示したものである。 潤滑油保持の観点から は、 追い越し型が優れていることは良く知られている。

本発明の歯形の嚙み合いを、 剛性内歯車の一つの歯溝について相対的 に、 時間の経過を追って描いたものが図 7である。 また、 歯の半数に渡 つて空間的に描いたものが図 8である。 図 8からは、 更に歯の嚙み合い 領域が長軸付近を除外していることが分かる。 このことは、 楕円状の変 形に伴う曲げ応力が長軸で最大になることを考えると、 リ ム強度を確保 する上でも本歯形が優れていることを示している。

次に、 可撓性外歯車のコ一二ングに対する性質について考える。 本発 明の歯形は、 基準断面の移動軌跡から誘導されたものであり、 この歯形 が他の断面にはそのまま適合しない。 これを示したものが図 9である。 図 9 ( a ) は基準断面より開口部側の断面における嚙み合いを示し、 ( c ) は基準断面よりダイャフラム側の断面における嚙み合いを示す。 これにより基準断面よりダイヤフラム側の断面では、 両歯形に隙間が 生じ干渉の危険が無いことが分かる。 これに対して、 基準断面より開口 部側の断面では歯が互いに干渉していることが分かる。 このため、 本発 明では、 図 1 0 ( a ) に示すように、 基準断面より開口部側の歯の干渉 量に見合うだけのレリ一ビングを施し、 干渉を避けて正常な嚙み合いに 近づける手法を併用する。 図 9 ( ) はこのレリービングを施した場合 の開口部側断面における嚙み合いを示している。

基準断面よりダイヤフラム側の断面では、 このままでも差し支えない が、 図 1 0 ( b ) に示すように、 更に基準断面よりダイヤフラム側の歯 に隙間に見合うだけの逆レリ一ビングを施し、 積極的に嚙み合い領域を 広げること も可能である。 図 9 ( d ) はこの場合の該断面の嚙み合いを 示すものである。

以上、 本発明をコップ状可撓性外歯車が組み込まれた撓み嚙み合い式 歯車装置の歯形に適用した例を説明した。 しかし、 本発明は、 コーニン グを考慮する必要のない、 所謂フラ ッ 卜型の環状をした可撓性外歯車が 組み込まれた撓み嚙み合い式歯車装置の歯形にも適用できる。 この場合 には、 コ一ニングによる両歯車の千渉等を考慮する必要がないので、 上 記のようなレリービングは不要である。 産業上の利用可能性

本発明によれば、 歯面間の潤滑油膜保持力を大き く高めることができ、 歯面摩耗に基づく撓み嚙み合い式歯車装置の許容伝達 トルクを大幅に向 上することができる。 また、 可撓性外歯車の長軸付近を嚙み合いの範囲 から除く ことにより、 可撓性外歯車のリム強度の向上も計られる。

更に、 本発明をコ ップ状可撓性外歯車を備えた装置に適用する場合に は、 可撓性外歯車のコ一ニングの角度によらず適用できる。 よって、 コ ップ状可撓性外歯車の胴長の短い夕イブのものにも、 本発明はそのまま 適用できるという利点がある

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 剛性内歯車と、 その内側の可撓性外歯車と、 この外歯車の横断 面を楕円状に撓ませて、 当該外歯車を部分的に前記剛性内歯車に嚙み合 わせ、 これらの嚙み合わせ位置を円周方向に回転させるウェーブ . ジェ ネレー夕とを有し、 ゥヱ一ブ ' ジヱネレー夕の回転により両歯車に相対 回転を生じさせる橈み嚙み合い式歯車装置であつて以下の構成を備えた ことを特徵とする追い越し型歯形の撓み嚙み合い式歯車装置。

( a ) 剛性内歯車及び可撓性外歯車を共に平歯車とする。

( b ) 可撓性外歯車の歯数を剛性内歯車の歯数より も 2枚多くする。 ( c ) 可撓性外歯車の歯形を凸歯形と し、 その形状を、 内歯車に対し て当該外歯車の歯が描く 、 ラ ッ ク近似による移動軌跡における内歯車に 対して凸の部分を、 この軌跡上の両歯車歯形の接触の限界点を原点と し て、 縮小比 λで相似変換した曲線とする。

( d ) 剛性内歯車の歯形を凹歯形と し、 その形状を、 前記移動軌跡に おける内歯車に対して凸の前記と同一部分を前記接触の限界点を原点と して、 拡大比 （ 1 + λ ) で相似変換した曲線とすることにより、 両歯形 の嚙み合いを連続接触可能でかつ追い越し型とする。

2 . 剛性内歯車と、 その内側のコ ップ状可撓性外歯車と、 この外歯 車をその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 ほぼ比例した撓み量を生ずるように、 当該外歯車の横断面を楕円状に撓 ませて、 当該外歯車を部分的に前記剛性内歯車に嚙み合わせ、 これらの 嚙み合わせ位置を円周方向に回転させるウェーブ ' ジェネレータとを有 し、 ウェーブ · ジヱネレー夕の回転により両歯車に相対回転を生じさせ る撓み嚙み合い式歯車装置であって以下の構成を備えたことを特徴とす る追い越し型歯形の撓み嚙み合い式歯車装置。 ( a ) 剛性内歯車及びコ ップ状可撓性外歯車を共に平歯車とする。

( b ) コ ップ状可撓性外歯車の歯数を剛性内歯車の歯数より も 2枚多 くする。

( c ) コ ップ状可撓性外歯車の歯形を凸歯形と し、 その形状を、 内歯 車に対して当該外歯車の歯が歯筋の基準断面で描く 、 ラ ッ ク近似による 移動軌跡における内歯車に対して凸の部分を、 この軌跡上の両歯車歯形 の接触の限界点を原点と して、 縮小比 λで相似変換した曲線とする。

( d ) 剛性内歯車の歯形を凹歯形と し、 その形状を、 前記移動軌跡に おける内歯車に対して凸の前記と同一部分を前記接触の限界点を原点と して、 拡大比 （ 1 + λ ) で相似変換した曲線とすることにより、 両歯形 の嚙み合いを連続接触可能でかつ追い越し型とする。

( e ) コ ップ状可撓性外歯車の歯筋の基準断面より も開口部側の歯に はレリ一ビングを施こす。

3 . 請求項 2 において、 更に、 コ ップ状可撓性外歯車の歯筋の基準 断面より もダイヤフラム側の歯には逆レリービングを施すことを特徴と する追い越し型歯形の撓み嚙み合い式歯車装置。