滑动接触式的波动发生器、波动齿轮装置以及波动发生方法

摘要

波动齿轮装置(1)的波动发生器(4)具备椭圆状轮廓的波动发生器插塞(21)、以及波动发生器轴承(23)。波动发生器轴承(23)具备以滑动接触状态装配于内外圈(24、25)之间的环状体(26)。环状体(26)由环状螺旋弹簧构成，具备能够将内外圈(24、25)的间隔保持恒定的刚性。另外，环状体(26)整体具备半径方向上的规定的挠性而能够利用波动发生器插塞(11)使其挠曲成椭圆状。当波动发生器插塞(21)旋转时，在环状体(26)与内圈(24)之间产生滑动，因此，能够以较小的旋转扭矩使外齿轮(3)产生波动。

说明书

技术领域

本发明涉及波动齿轮装置，特别是涉及使得能够在半径方向上挠曲的外齿轮挠曲成椭圆状等非圆形而相对于刚性的内齿轮局部啮合、且随着旋转而使得外齿轮和内齿轮的啮合位置在圆周方向上移动的、波动齿轮装置的波动发生器以及波动发生方法。

背景技术

一般情况下，波动齿轮装置的波动发生器的主流类型如下：使滚珠、滚子等滚动体在椭圆状的插塞的外周侧滚动，从而在外齿轮产生波动(滚动接触式的波动发生器)。滚动接触式的波动发生器具备滚动轴承，该滚动轴承装配于作为刚体的插塞的椭圆状外周面与挠性的外齿轮的内周面之间。波动发生器相对于外齿轮的内周面以滚动接触状态旋转，由此使得外齿轮的圆周方向上的各部分在半径方向上以一定的振幅进行振动。这种波动发生器例如用于专利文献1所记载的扁平式的波动齿轮装置、专利文献2所记载的杯式以及礼帽式的波动齿轮装置。

专利文献

专利文献1：日本特开2008-180259号公报

专利文献2：日本特开2006-97861号公报

发明内容

此处，作为波动发生器，考虑使用如下类型的波动发生器：使直接与外齿轮的内周面接触的椭圆状的插塞沿该内周面滑动，由此使得外齿轮产生波动(以下，称为“滑动接触式的波动发生器。)。滑动接触式的波动发生器与滚动接触式的波动发生器相比，因旋转而引起的粘性阻力较小，即使输入转速增大，输入扭矩也几乎不变化，因此，高速旋转时的效率较好。然而，滑动接触式的波动发生器中存在如下课题：用于产生波动的旋转扭矩较大。

另外，对于杯式、礼帽式的波动齿轮装置而言，在杯状或者礼帽状的外齿轮产生被称为锥旋(coning)的三维的挠曲状态。在将滑动接触式的波动发生器用于这种波动齿轮装置的情况下，形成为波动发生器的插塞的椭圆状外周面相对于外齿轮的内周面在一端接触的状态。由于上述原因而使得波动发生器的旋转扭矩增大。

参照图6对杯状的外齿轮的锥旋进行说明。如图6(a)所示，杯状的外齿轮100具备：圆筒状主体部101，其能够在半径方向上挠曲；外齿103，其形成于上述主体部101的开口端102侧的外周面；膜片104，其从圆筒状主体部101的另一端向内侧延伸；以及圆盘状或圆环状的凸台105，其与膜片104的内周缘连续设置。利用椭圆状轮廓的波动发生器110而使得圆筒状主体部101的外齿形成部分挠曲为椭圆状，因此，从圆筒状主体部101的膜片104侧朝向开口端102，半径方向的挠曲量与距膜片104侧的距离相应地逐渐增大。

在外齿形成部分，在椭圆形状的长轴截面中，如图6(b)所示，以向外侧敞开的方式挠曲，在短轴截面中，如图6(d)所示，以向内侧缩窄的方式挠曲。随着波动发生器110的旋转，外齿轮100的外齿形成部分以上述方式反复在半径方向上挠曲。将该挠曲状态称为外齿轮100的锥旋。

由于外齿轮100的锥旋，外齿形成部分的内周面106在椭圆形状的长轴位置处成为膜片侧的端部相对于插塞外周面111而在一端接触的状态，在短轴位置处成为开口端102侧的端部相对于插塞外周面111而在一端接触的状态，如图6(c)所示，仅在上述部位的中间成为均匀地与插塞外周面111抵接的状态。因这样的一端接触而引起波动发生器110的旋转扭矩的增大。

鉴于上述问题，本发明的课题在于提供能够以较小的旋转扭矩使外齿轮产生波动的滑动接触式的波动发生器、具备该波动发生器的波动齿轮装置以及波动发生方法。

另外，本发明的课题在于，提供能够消除插塞外周面相对于杯状、礼帽状的外齿轮在一端接触的状态而以较小的旋转扭矩使外齿轮产生波动的滑动接触式的波动发生器、具备该波动发生器的波动齿轮装置以及波动发生方法。

为了解决上述课题，本发明的波动齿轮装置的波动发生器使得能够在半径方向上挠曲的外齿轮挠曲成非圆形状、例如椭圆状而相对于刚性的内齿轮局部啮合，并随着旋转而使得所述外齿轮和所述内齿轮的啮合位置在圆周方向上移动，

所述波动齿轮装置的波动发生器的特征在于，具有：

刚性的波动发生器插塞，其具备非圆形、例如椭圆状的外周面；以及

波动发生器轴承，其装配于所述外周面、且挠曲成非圆形例如椭圆状，

所述波动发生器轴承具备：内圈、外圈、以及环状体，该环状体以滑动接触状态装配于所述内圈与所述外圈之间，

所述环状体由环状螺旋弹簧构成，并具备能够将所述内圈与所述外圈之间的间隔保持恒定的刚性、以及能够追随所述内圈而挠曲成非圆形、例如椭圆状的环状体半径方向上的挠性。

波动发生器轴承的环状体具备能够将内圈与外圈之间的间隔保持恒定的刚性，因此，外圈也挠曲成与波动发生器插塞的椭圆状的外周面对应的椭圆形状。利用马达等驱动波动发生器插塞旋转。环状体与内圈之间的内圈侧滑动接触面位于比环状体与外圈之间的外圈侧滑动接触面靠半径方向的内侧的位置，因此，在内圈侧滑动接触面所产生的摩擦阻力小于在外圈侧滑动接触面所产生的摩擦阻力。因而，当波动发生器插塞旋转时，在内圈侧滑动接触面、且在环状体与内圈之间产生滑动。因此，与在比外圈侧滑动接触面更靠半径方向的外侧的位置、即波动发生器插塞直接与外齿轮的内周面滑动接触的情况相比，能够以较小的旋转扭矩使波动发生器旋转。

在借助波动发生器而挠曲成非圆形的、与内齿轮啮合的外齿轮中，通过波动发生器插塞的旋转而使得与内齿轮的啮合位置在圆周方向上移动。由此，在两个齿轮之间产生与两个齿轮的齿数差相应的相对旋转。例如，输入至波动发生器插塞的高速旋转被大幅减速并从一个齿轮输出。

在本发明中，所述内圈的外周面具备与所述环状体的外周面部分滑动接触的凹圆弧状截面的内圈轨道面，所述外圈的内周面具备与所述环状体的内周面部分滑动接触的凹圆弧状截面的外圈轨道面。通过降低环状体、与内圈轨道面、外圈轨道面之间的滑动阻力，能够降低旋转扭矩。

在本发明中，构成环状体的环状螺旋弹簧的弹簧圈直径越大，越能够缩短波动发生器的旋转中心至环状体与内圈之间的滑动接触面的距离，还能够降低所需的旋转扭矩。例如，可以使用由弹簧圈直径大于内外圈的宽度的环状螺旋弹簧构成的环状体。

此外，在本发明中，波动发生器轴承可以具备装配于内圈与外圈之间的多个环状体。

另外，可以使波动发生器轴承的内圈一体形成于波动发生器插塞的非圆形外周面。同样地，还可以使波动发生器轴承的外圈一体形成于外齿轮的内周面。

该情况下的本发明的波动齿轮装置的波动发生器的特征在于，具有：

刚性的波动发生器插塞，其具备非圆形外周面；以及

环状体，其以能够滑动接触的状态而装配于所述非圆形外周面，

所述环状体由环状螺旋弹簧构成，具备能够将其弹簧圈直径保持恒定的规定的刚性，并具备能够在其环状体半径方向上挠曲成与所述非圆形外周面对应的非圆形的规定的挠性。

在该情况下，在所述非圆形外周面形成有与所述环状体滑动接触的轨道面。另外，可以将所述环状体的弹簧圈直径设为大于所述非圆形外周面的宽度尺寸。

接下来，本发明的波动齿轮装置的特征在于，具有上述结构的波动发生器。虽然是滑动接触式的波动发生器，但能够以较小的旋转扭矩使外齿轮产生波动。

特别地，本发明适合用于具有杯状或者礼帽状的外齿轮的波动齿轮装置。波动发生器轴承的外圈能够追随外齿轮的锥旋而以环状体为中心进行摆动。因而，能够避免或缓和外圈相对于外齿轮的外齿形成部分的内周面在一端接触，从而能够抑制因锥旋而引起的旋转扭矩的增大。

另一方面，本发明是一种波动齿轮装置的波动发生方法，为了使相对于刚性的内齿轮的啮合位置在圆周方向上移动，使外齿轮产生使得挠曲成非圆形的挠性的外齿轮的各部分反复在半径方向上挠曲这样的波动，

所述波动齿轮装置的波动发生方法的特征在于，

使具备非圆形外周面的刚性的波动发生器插塞隔着波动发生器轴承而嵌入于所述外齿轮的内周面，由此形成使所述外齿轮挠曲成非圆形的状态，

所述波动发生器轴承构成为包括：内圈、外圈、以及环状体，该环状体由以滑动接触状态装配于所述内圈与所述外圈之间的环状螺旋弹簧构成，

使所述波动发生器插塞旋转，在所述内圈与所述环状体之间形成滑动接触状态而使得所述外齿轮产生所述波动。

在使得波动发生器轴承的内圈一体形成于波动发生器插塞的非圆形外周面的情况下，本发明的波动齿轮装置的波动发生方法的特征在于，

使具备非圆形外周面的刚性的波动发生器插塞隔着由环状螺旋弹簧构成的环状体而嵌入于所述外齿轮的内周面，由此形成使所述外齿轮挠曲成非圆形的状态，

使所述波动发生器插塞旋转，在所述非圆形外周面与所述环状体之间形成滑动接触状态而使得所述外齿轮产生所述波动。

附图说明

图1是示出应用了本发明的波动齿轮装置的概要主视图以及概要纵向剖视图。

图2是示出图1中的波动发生器的局部主视图、其局部剖视图、示出环状体的主视图、以及示出外圈追随外齿轮的锥旋的动作的说明图。

图3是示出波动发生器的两个例子的说明图。

图4是示出表示锥旋对不同形式的滑动接触式的波动发生器的旋转力矩的影响的试验结果的一个例子的曲线图。

图5是示出应用了本发明的波动发生器的其他例子的说明图。

图6是示出杯式波动齿轮装置的外齿轮的锥旋的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图，对具备应用了本发明的滑动接触式的波动发生器的波动齿轮装置的实施方式进行说明。虽然以下实施方式涉及杯式的波动齿轮装置，但本发明也同样可以应用于礼帽式的波动齿轮装置、扁平式的波动齿轮装置。

图1(a)是示出本实施方式所涉及的杯式的波动齿轮装置的概要主视图以及概要纵向剖视图。波动齿轮装置1具备：刚性的内齿轮2；挠性的外齿轮3，其同轴地配置于上述内齿轮2的内侧；以及椭圆状轮廓的波动发生器4，其嵌入于上述外齿轮3的内侧。

外齿轮3呈杯状，具备：圆筒状主体部11，其能够在半径方向上挠曲；膜片12，其从上述圆筒状主体部11的后端向半径方向的内侧延伸；刚性的圆环状的凸台13，其与膜片12的内周缘连续设置；以及外齿14，其形成于圆筒状主体部11的开口端侧的外周面部分。

波动发生器4嵌入于外齿轮3的形成有外齿14的外齿形成部分的内侧，外齿形成部分挠曲成椭圆状。在挠曲成椭圆状的外齿形成部分的长轴5上，外齿14与内齿轮2的内齿15啮合。当利用马达(未图示)等使得波动发生器4旋转时，两个齿轮2、3的啮合位置在圆周方向上移动。换言之，每当波动发生器1旋转时，外齿轮3的外齿形成部分的各部分以2个周期而在半径方向上振动。

这样，在外齿轮3产生波动而使得两个齿轮的啮合位置在圆周方向上移动，从而在两个齿轮之间产生与齿数差相应的相对旋转。在作为减速器而使用波动齿轮装置的情况下，预先将一个齿轮、例如内齿轮2固定而不使其旋转，从外齿轮3将相对于波动发生器4的旋转大幅减速后的旋转输出。

图2(a)、图2(b)是示出波动发生器4的局部主视图以及局部剖视图。波动发生器4具备：刚性的波动发生器插塞21；以及波动发生器轴承23，其固定于波动发生器插塞21的椭圆状的外周面22。波动发生器轴承23的初始形状为正圆，利用波动发生器插塞21而使得波动发生器轴承23的整体挠曲成椭圆状。

波动发生器轴承23具备：内圈24，其压装固定于波动发生器插塞21的外周面22；外圈25，其与外齿轮3的内周面16(参照图1)抵接；以及环状体26，其装配于上述内外圈24、25之间。在内圈24的外周面形成有由圆弧状的凹部构成的内圈轨道面24a，在外圈25的内周面形成有由圆弧状的凹部构成的外圈轨道面25a。环状体26配置为相对于内圈轨道面24a以及外圈轨道面25a分别滑动接触的状态。

如图2(c)所示，环状体26由将螺旋弹簧27的两端连结而成的环状螺旋弹簧构成。在该图中由箭头28所示的弹簧圈径向上，环状体26实质上作为刚体而发挥功能。与此相对，整个环状体26在其半径方向上作为具备规定的挠性的挠性体而发挥功能。因此，环状体26的两侧的内圈24、外圈25之间的间隔在圆周方向的各部分保持恒定。另外，利用波动发生器插塞21而使得波动发生器轴承23整体挠曲成椭圆状。

进一步说明，通过改变螺旋弹簧27的材质、环状体26的内径D1、弹簧圈直径D2、线径D3、卷绕圈数而设定环状体26的机械特性。例如，通过增加螺旋弹簧27的卷绕圈数(提高卷绕密度)而能够提高弹簧圈直径方向(箭头28的方向)上的刚性。在其最大值时形成为环状体26的内周侧的弹簧绕线相互密接的状态。

另外，根据容易组装性、椭圆形状向外齿轮精准传递等观点，对于环状体26，需要半径方向上的变形的容易性、因来自内周侧以及外周侧的均匀的应力而引起的容易挠曲性、弹簧圈径向上的足够的刚性等。因此，考虑上述因素而设计环状体26。例如，优选采用将螺旋弹簧的两端连结而形成为圆环的环状螺旋弹簧(garter spring)、斜圈径向弹簧等。

以如下方式对波动发生器4进行组装。首先，将由环状螺旋弹簧构成的环状体26装配于正圆状态的内圈24以及外圈25之间而组装波动发生器轴承23。接下来，将椭圆状轮廓的波动发生器插塞21装配固定于波动发生器轴承23的内圈24的内侧。当对波动发生器插塞21进行装配时，使整个波动发生器轴承23挠曲成椭圆状，并使得其外圈25的外周面29形成为与波动发生器插塞21的椭圆形状对应的椭圆形状。

在内侧装配有上述结构的波动发生器4的外齿轮3，如前所述那样挠曲成椭圆状而在长轴5的位置处相对于内齿轮2啮合。在波动发生器4中，由环状螺旋弹簧构成的环状体26的各螺旋绕线的部分在圆周方向上的多点处与内外圈24、25的内圈轨道面24a、外圈轨道面25a接触。当利用马达(未图示)等使波动发生器4旋转时，在环状体26与内圈轨道面24a之间产生滑动，从而能够利用较小的旋转扭矩使波动发生器4旋转而使得外齿轮3产生波动。

参照图2(a)进行说明，波动发生器轴承23的滑动接触面处于内圈轨道面24a与环状体26的内周侧部分之间、以及外圈轨道面25a与环状体26的外周侧部分之间。将旋转中心O至外圈轨道面25a的距离设为半径r0，将旋转中心O至内圈轨道面24a的距离设为半径r1，将各滑动接触面的摩擦系数设为μ，将作用于长轴位置的径向载荷设为P。以如下方式表达外圈轨道面侧的旋转扭矩T0(摩擦阻力)、内圈轨道面侧的旋转扭矩T1(摩擦阻力)。

T0＝2·r0·μ·P

T1＝2·r1·μ·P

由于半径r1＜r0，因此，若滑动接触面的摩擦系数μ相同，则在内圈轨道面侧、且在环状体26与内圈24之间产生滑动。因此，与波动发生器插塞的外周面直接与外齿轮3的内周面滑动接触的情况相比，能够降低旋转扭矩。

此处，半径r1越小，换言之，在同一直径的波动发生器的情况下，弹簧直径D2越大，越能够提高旋转扭矩的降低效果。例如，如图3(a)所示，在具备一般使用的滚珠轴承的滚动接触式的波动发生器40中，与内外圈44、45的宽度尺寸相比，滚珠直径D5较小。与此相对，在本发明的滑动接触式的波动发生器4中，上限受到内外圈24、25的轨道面半径的限制，但如图3(b)所示，可以使用由弹簧直径D2大于内外圈的宽度的环状螺旋弹簧构成的环状体26。由此，能够大幅减小半径r1，因此，能够大幅降低旋转扭矩。

另外，根据本发明的波动发生器4，对外齿轮3的锥旋的追随性也得到改善。如图2(d)所示，利用由环状螺旋弹簧构成的环状体26对波动发生器轴承23的外圈25进行支承，因此，能够追随外齿轮3的锥旋形状而以环状体26为中心进行摆动。由此，能够降低旋转扭矩，另外，能够减弱因在一端接触而引起的不均匀磨损。

(参考试验例)

图4(a)是示出表示不同形式的滑动接触式的波动发生器中锥旋对旋转力矩的影响的试验结果的一个例子的曲线图。图4(b)、图4(c)、图4(d)是示出试验中所使用的滑动接触式的波动发生器的说明图。

在图4(a)的曲线图中，由“×”所示的点连结而成的虚线表示在杯式的波动齿轮装置中，使用一般的滚动接触式(滚珠轴承式)的波动发生器(W/G)的情况下的旋转力矩(旋转扭矩)相对于输入转速的变化。

四边形所示的点表示插塞(W/P)的椭圆状外周面如图4(b)所示那样直接与外齿轮的内周面滑动接触的情况下的测定结果。三角形所示的点表示插塞的椭圆状外周面如图4(c)所示那样直接与外齿轮的内周面滑动接触的情况下、且在其两侧形成环状槽而具有挠性的情况下的测定结果。圆形所示的点表示如图4(d)所示那样利用粘接剂将滚动接触式的波动发生器轴承(滚珠轴承)锁止而不使其滚动的滑动接触式的情况下的测定结果。

根据曲线图可知，在滚动接触式的波动发生器的情况下，旋转力矩与输入转速相应地增大，但对于滑动接触式的波动发生器而言，输入转速几乎不会造成影响。

另外，对于旋转力矩的实际测量值而言，图4(d)所示的结构的结果(曲线图中由圆点所示的值)较小(反算摩擦系数μ＝0.10)，图4(c)所示的带沟的结构的结果(三角形点所示的值)大于上述值(反算摩擦系数μ＝0.22)，图4(b)所示的结构的结果(四边形的点所示的值)最大(反算摩擦系数μ＝0.26)。根据该结果可知，能否追随外齿轮的锥旋形状对旋转力矩造成影响。

本发明的波动发生器的结构与图4(d)所示的结构相同，具备对外齿轮的锥旋形状的追随性(参照图2(d))，因此，与图4(b)、图4(c)所示的滑动接触式的波动发生器相比，能够抑制因锥旋而引起的旋转扭矩的升高。

[其他实施方式]

上述波动发生器4具备1个环状体，但也可以使用多个环状体。如图5所示，例如，在扁平式的波动齿轮装置1A中，在2个刚性的内齿轮2A、2B的内侧配置有圆筒状的挠性的外齿轮3A，在该外齿轮3A的内侧配置有波动发生器4A。在波动发生器4A中，可以在与内齿轮2A和外齿轮3A的啮合中心对应的位置处配置第一环状体26A，并在与内齿轮2B和外齿轮3A的啮合中心对应的位置处配置第二环状体26B。

另外，上述波动发生器4的波动发生器轴承23具备内圈24以及外圈25。也可以使内圈24一体形成于波动发生器插塞21的椭圆状的外周面22。同样地，还可以使外圈25一体形成于外齿轮3的内周面。

并且，在上述例子中，利用椭圆状轮廓的波动发生器使得外齿轮挠曲成椭圆状，并使得外齿轮在圆周方向上的2处位置与内齿轮啮合。也可以将波动发生器的轮廓形状设为三叶形状等非圆形而使得外齿轮在3处以上的位置与内齿轮啮合。一般情况下，若啮合部位数量设为k(k为2以上的整数)，则将外齿轮和内齿轮的齿数差设为kn(n为正整数)。