波动齿轮装置的制作方法

本发明涉及波动齿轮装置，尤其涉及能够减少用于使挠性齿轮产生波动的波动发生器的旋转转矩的波动齿轮装置。
背景技术：
：通常，波动齿轮装置通过波动发生器使在刚性的内齿齿轮的内侧配置的挠性的外齿齿轮产生波动运动，在两个齿轮之间产生与齿数差相对应的相对旋转。作为波动发生器，使用了滚动接触类型的波动发生器。滚动接触类型的波动发生器具备在外齿齿轮的内侧经由滚动轴承装配的椭圆状轮廓的被称为插塞或凸轮板的旋转体。外齿齿轮沿着旋转体的椭圆状轮廓挠曲为椭圆状，并与内齿齿轮部分啮合。若使旋转体通过马达等旋转，则啮合位置在圆周方向上移动(在外齿齿轮上产生波动运动)。另外，出于高速旋转时的高效率化等目的，还提出了滑移接触类型的波动发生器。在专利文献1、2中提出了具备滑移接触类型的波动发生器的波动齿轮装置。滑移接触类型的波动发生器使旋转体例如插塞直接接触在外齿齿轮的内周面，使插塞沿着该内周面滑移而在外齿齿轮上产生波动运动。该滑移接触类型的波动发生器虽然存在旋转带来的粘性阻力小且基于输入转速的输入转矩几乎不变这一优点，但也存在用于产生波动运动的旋转转矩大这一缺点。在滑移接触类型的波动发生器中，为了减少该旋转转矩，对于外齿齿轮与插塞的接触部采用了对其形状的改进、表面改性、减小接触部半径的结构等各种方法。然而，并没有得到充分的效果。另外，在滚动接触类型的波动齿轮装置中，也对旋转转矩的进一步降低化有需求。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2016-217391号公报(杯型)专利文献2：日本特开平08-4845号公报(扁平型)技术实现要素：本发明的课题在于提供具备能够减少波动发生器的旋转转矩的结构的波动齿轮装置。本发明的波动齿轮装置具有刚性齿轮、挠性齿轮和波动发生器。挠性齿轮配置为与刚性齿轮同轴，能够绕刚性齿轮的中心轴线相对于该刚性齿轮进行相对旋转。波动发生器配置为与挠性齿轮同轴，能够绕中心轴线相对于挠性齿轮进行相对旋转。另外，波动发生器具备：多个齿轮按压部，该多个齿轮按压部使挠性齿轮在圆周方向的等角度间隔的位置处在半径方向上挠曲而形成与刚性齿轮啮合的多个啮合部分；以及加振部，该加振部使齿轮按压部分别在半径方向上产生超声波振动。波动发生器的齿轮按压部分别在被赋予超声波振动的状态下，在半径方向上按压挠性齿轮而使之挠曲。例如，在滑移接触类型的波动发生器的情况下，超声波振动例如20khz～80khz的超声波振动被施加于齿轮按压部件与挠性齿轮之间的滑移接触部。其结果，通过挤压膜效应，能够大幅度降低滑移接触部的各接触面的表观摩擦系数。另外，由于超声波振动还会传递至挠性齿轮与刚性齿轮之间的啮合部分，所以啮合齿面的表观摩擦系数也能够得到大幅度降低。因而，能够减少波动发生器的旋转转矩。在此，波动发生器具备以中心轴线为旋转中心的被称为插塞或凸轮板的旋转体。作为齿轮按压部，能够使用在旋转体的圆周方向上的等角度间隔的位置处以能够在半径方向上滑动的状态安装的齿轮按压部件。加振部能够使用安装于旋转体的一个或多个能够在单轴方向上发生位移的压电元件。将压电元件以其位移方向与半径方向一致的状态与齿轮按压部件连结即可。波动齿轮装置例如具备：刚性的内齿齿轮；挠性的外齿齿轮；以及波动发生器，其将外齿齿轮挠曲为椭圆状而与内齿齿轮在长轴两端的2处啮合。在该情况下，波动发生器具有刚性的插塞作为旋转体，该刚性的插塞装配在外齿齿轮的内侧且具备椭圆形的外周面。插塞可以由如下部件构成：插塞主体部件，其形成了除椭圆形的长轴方向的两侧端部之外的部分；两个齿轮按压部件，它们分别形成了长轴方向的两侧的端部；以及一个或多个压电元件。齿轮按压部件分别以能够在长轴方向上滑动的状态安装于插塞主体部件。另外，在齿轮按压部件之间的位置上，压电元件以其位移方向成为与长轴方向一致的朝向的方式安装于插塞主体部件。在该情况下，齿轮按压部件能够组装于插塞主体部件，使得形成将来自挠曲为椭圆状的外齿齿轮的反作用力作为预负载施加于压电元件的状态。由此，能够实现不将拉伸力作为外力施加于压电元件的结构。在椭圆状的刚性插塞中，可以使长轴方向的两端的齿轮按压部件的外周面的周向长度为以长轴为中心向左右张开30度～40度、优选为覆盖35度的角度的长度。若考虑到波动齿轮装置有负载时的径向载荷分布，则较大的径向载荷作用于如下部分：以长轴为中心的左右约35度的角度范围内的部分。对于径向载荷较大的部分，能够在长轴方向上赋予超声波振动，由此能够有效降低波动发生器的旋转转矩。另外，在将齿轮按压部件支承为能够滑动的插塞主体部件侧，还能够确保用于将齿轮按压部件在长轴方向上可靠地引导的充分的引导部。此外，本发明还能够适用于具备与挠性齿轮滚动接触的波动发生器的波动齿轮装置。例如，将挠性的外齿齿轮挠曲为椭圆状而与刚性的内齿齿轮部分啮合的波动发生器具备在其旋转体(插塞或凸轮板)的椭圆状的外周面与外齿齿轮的内周面之间装配的滚动轴承。在该情况下，波动齿轮装置的长轴方向上的各部分在无负载时及有负载时均与各结构部进行接触，因此长轴方向上的超声波振动传递到各部(波动发生器的滚动轴承的轨道部、滚动轴承的外圈和内齿齿轮的内周面、齿面)。因而，在具有滚动接触类型的波动发生器的波动齿轮装置中，也能够降低波动发生器的旋转转矩，该波动发生器是通过在旋转体的椭圆状的外周面使滚珠、滚子滚动而产生波动的波动发生器。附图说明图1的(a)是具有具备两个压电元件的滑移接触类型的波动发生器的波动齿轮装置的示意性纵剖视图，图1的(b)是其示意性端面图。图2的(a)是具有具备两个压电元件的滚动接触类型的波动发生器的波动齿轮装置的示意性纵剖视图，图2的(b)是其示意性端面图。图3a是具有具备一个压电元件的滑移接触类型的波动发生器的波动齿轮装置的示意性端面图。图3b是具备了具有一个压电元件的滚动接触类型的波动发生器的波动齿轮装置的示意性端面图。图4a是具备滑移接触类型的波动发生器的波动齿轮装置的另一示例的说明图。图4b是具备滑移接触类型的波动发生器的波动齿轮装置的另一示例的说明图。图4c是具备滑移接触类型的波动发生器的波动齿轮装置的另一示例的说明图。具体实施方式下面，参照附图对应用了本发明的波动齿轮装置的实施方式进行说明。以下的各实施方式是涉及杯型波动齿轮装置。本发明对于礼帽型波动齿轮装置和扁平型波动齿轮装置也同样适用。图1的(a)是本发明实施方式所涉及的波动齿轮装置的示意性纵剖视图，图1的(b)是其示意性端面图。波动齿轮装置1具备：圆环状的刚性的内齿齿轮2(刚性齿轮)、在该内齿齿轮2的内侧配置为与内齿齿轮2同轴的杯形状的挠性的外齿齿轮3(挠性齿轮)、以及在该外齿齿轮3的内侧以与外齿齿轮3同轴的方式嵌入的波动发生器4。内齿齿轮2和外齿齿轮3通过未图示的支承部件被支承为能够以装置中心轴线1a为中心进行相对旋转的状态。在外齿齿轮3中的形成有外齿3a的圆筒状主体部的内周面3b，波动发生器4以滑移接触的状态嵌入。外齿齿轮3和波动发生器4也能够以装置中心轴线1a为中心进行相对旋转。波动发生器4将外齿齿轮3挠曲为沿着椭圆形的形状而使外齿齿轮3在椭圆形的长轴lmax的两端位置处与内齿齿轮2啮合。若波动发生器4旋转，则外齿齿轮3的与内齿齿轮2啮合的2处啮合部分5a、5b在内齿齿轮2的圆周方向上移动。由此，在两个齿轮2、3之间产生与两个齿轮2、3的齿数差相对应的相对旋转。波动发生器4具有具备椭圆形的外周面的刚性的插塞6(旋转体)。插塞6由如下部件构成：插塞主体部件7，其形成了除椭圆形的长轴lmax方向上的两侧端部之外的部分；和两个齿轮按压部件8，它们分别形成了长轴lmax方向上的两侧端部。另外，插塞6具备使齿轮按压部件8在长轴lmax方向上产生超声波振动的两个压电元件9(加振部)。从压电元件9引出了用于供电的线10a、10b。通过未图示的控制部来控制压电元件9的驱动。插塞主体部件7具有相对于长轴lmax、短轴lmin分别为线对称的形状，在插塞主体部件7的中心形成有用于将马达轴等输入轴连结固定的轴孔11。在插塞主体部件7中，在相对于轴孔11的长轴lmax方向上的两侧分别形成有用于装配压电元件9和齿轮按压部件8的装配用凹部12。在插塞主体部件7中，装配用凹部12的两侧的外周面部分13规定了椭圆状的外周面。在装配用凹部12分别形成有宽度较宽的外周侧凹部12a和宽度较窄的中心侧凹部12b。在各中心侧凹部12b分别装配有压电元件9。压电元件9产生单轴的超声波振动(振动频率为20khz～80khz)。例如，是呈四棱柱、圆柱、环形状的层叠类型的压电元件。压电元件9以振动方向与长轴lmax的方向一致的状态装配于中心侧凹部12b，通过凹部底面12f得到支承。齿轮按压部件8在外周侧凹部12a和中心侧凹部12b的一部分呈能够嵌入的形状，其外周面8a规定了插塞6的椭圆形的外周面在长轴lmax方向上的端部分。在齿轮按压部件8的侧面呈与装配用凹部12的阶梯状侧面互补的形状。齿轮按压部件8的在长轴lmax方向上延伸的左右的侧面部分8b、8c与装配用凹部12的左右的阶梯状侧面中的侧面部分12c、12d抵接。这些侧面部分8b、8c、12c、12d作为使齿轮按压部件8仅在长轴lmax方向上进行位移(滑动)的引导部来发挥作用。通过装配用凹部12的左右的阶梯状侧面上的朝向外侧的阶梯面部分12e，规定了齿轮按压部件8的长轴lmax方向上的位置。在本例中，形成如下状态：从挠曲为椭圆状的外齿齿轮3作用于齿轮按压部件8的反作用力作为预负载施加于压电元件9。在齿轮按压部件8的左右的颚部分8e抵到阶梯面部分12e的状态下，其外周面8a与插塞主体部件7侧的外周面部分13顺滑地相连，成为通过齿轮按压部件8的底面8f按压了压电元件9的顶端面9a的状态。齿轮按压部件8的外周面8a的周向长度被设定为以长轴lmax为中心向左右张开35度的角度θ的长度。若考虑到波动齿轮装置1有负载时的径向载荷分布，则有较大的径向载荷作用于该角度范围内的部分。对于径向载荷较大的部分，能够在长轴lmax方向上赋予超声波振动。另外，在将齿轮按压部件8支承为能够滑动的插塞主体部件7侧，能够确保用于沿长轴方向可靠地引导齿轮按压部件8的充分的引导部。在波动齿轮装置1中，通过位于波动发生器4的插塞6中的长轴lmax的两端的齿轮按压部件8，外齿齿轮3被挠曲为椭圆状，且形成有与内齿齿轮2啮合的2处啮合部分5a、5b。若插塞6通过马达等旋转，则与外齿齿轮3的内周面3b滑移接触的齿轮按压部件8也会一起旋转，从而啮合部分5a、5b在圆周方向上移动。若啮合部分5a、5b旋转1周，则在两个齿轮2、3之间产生与两个齿轮2、3的齿数差相对应的相对旋转。内齿齿轮2与外齿齿轮3之间的齿数差为2n齿(n为正整数)。例如，若将内齿齿轮2固定为不发生旋转，则能从外齿齿轮3得到减速旋转。在波动齿轮装置1运转时，对压电元件9进行供电而产生超声波振动。超声波振动施加于与压电元件9接触的齿轮按压部件8。其结果为，通过挤压膜效应，在齿轮按压部件8的外周面8a与外齿齿轮3的内周面3b之间的接触部，各接触面的表观摩擦系数大幅度下降。由此，能够减少波动发生器4的旋转转矩。此外，通过使用层叠压电陶瓷元件作为压电元件9，对于插塞6的刚性的提高，还有该插塞6的轻量化也是有效的。根据本发明者的试验，如下表所示，确认到能够大幅度降低在齿轮按压部件8与波动发生器4之间的接触面的摩擦系数。另外，在使齿轮按压部件8发生超声波振动时，也就是使齿轮按压部件8发生20khz以上的振动频率时，还确认到对于波动齿轮装置1的振动、噪音并没有产生妨碍到实用性这样的影响。＜摩擦系数比率和振动频率(试验例)＞频率无润滑状态润滑状态无1128khz0.130.345khz0.150.2100khz0.460.68[其他实施方式]本发明对于具备滚动接触类型的波动发生器的波动齿轮装置也是有效的。图2的(a)是具有具备两个压电元件的滚动接触类型的波动发生器的波动齿轮装置的示意性纵剖视图，图2的(b)是其示意性端面图。波动齿轮装置1a具备：刚性的内齿齿轮2a、挠性的外齿齿轮3a和滚动接触类型的波动发生器4a。波动发生器4a具有：具备椭圆形的外周面的刚性的插塞6a(旋转体)和装配在该外周面的滚动轴承16。滚动轴承16例如为滚珠轴承。还能够使用滚子轴承。插塞6a由如下部件构成：插塞主体部件7a，其形成了除椭圆形的长轴lmax方向上的两侧端部之外的部分；和两个齿轮按压部件8a，其分别形成了长轴lmax方向上的两侧端部。另外，插塞6a具备使齿轮按压部件8a在长轴lmax方向上产生超声波振动的两个压电元件9a(加振部)。齿轮按压部件8a被安装为仅能够在长轴lmax方向上相对于插塞主体部件7a进行滑动。在该情况下，波动齿轮装置1a的长轴方向上的各部分在无负载时和有负载时各结构部相接触，因此长轴lmax方向上的超声波振动传递到各部(波动发生器的滚动轴承的轨道部、滚动轴承的外圈和内齿齿轮的内周面、齿面)。因而，在具有滚动接触类型的波动发生器4a的波动齿轮装置1a中，也能够降低波动发生器4a的旋转转矩，该波动发生器4a是通过在插塞6a的椭圆状的外周面使滚珠、滚子滚动而产生波动的波动发生器。在图1、图2所示的波动齿轮装置1、1a中，使用了两个压电元件9或两个压电元件9a。压电元件也可以是一个。例如，图3a所示的波动齿轮装置1b具备：刚性的内齿齿轮2b、挠性的外齿齿轮3b和滑移接触类型的波动发生器4b。波动发生器4b具备刚性的插塞6b，该插塞6b在插塞主体部件7b形成有沿着长轴lmax的方向而穿过中心的连续的装配用凹部12b。在装配用凹部12b中，在宽度较窄的部分装配有一个压电元件9b，在两侧的宽度较宽的部分装配有齿轮按压部件8b。形成以下状态：齿轮按压部件8b隔着压电元件9b而配置在压电元件9b的两侧。图3b所示的波动齿轮装置1c具有：刚性的内齿齿轮2c、挠性的外齿齿轮3c、以及具备一个压电元件的滚动接触类型的波动发生器4c。波动发生器4c具备：刚性的插塞6c、以及装配在插塞6c的椭圆形的外周面的滚动轴承16c。插塞6c在插塞主体部件7c形成有沿着长轴lmax方向而穿过中心的连续的装配用凹部12c。在装配用凹部12c的宽度较窄的部分装配有一个压电元件9c，在两侧的宽度较宽的部分装配有齿轮按压部件8c。形成以下状态：齿轮按压部件8c隔着压电元件9c而配置在压电元件9c的两侧。接下来，图4a是示出应用了本发明的波动齿轮装置的另一示例的说明图。在波动齿轮装置100a中，在最内侧配置有刚性的外齿齿轮122(刚性齿轮)。圆环状的挠性的内齿齿轮123(挠性齿轮)以将外齿齿轮122同轴状地包围的状态配置。环状的波动发生器124以将内齿齿轮123同轴状地包围的状态配置。内齿齿轮123通过波动发生器124被挠曲为例如椭圆形。在通过波动发生器124挠曲的内齿齿轮123，在椭圆形的短轴lmin的两端的2处形成有与外齿齿轮122啮合的啮合部分。在图4a中，用单点划线围住的部分是啮合部分125a、125b。波动发生器124具备圆环状的刚性的凸轮板126(旋转体)。凸轮板126的内周面126a呈椭圆形。凸轮板126由如下部件构成：凸轮板主体部件127；齿轮按压部件128，其装配在凸轮板主体部件127的短轴lmin方向上的两侧部分；以及压电元件129(加振部)，其对齿轮按压部件128赋予短轴lmin方向上的超声波振动。通过对齿轮按压部件128赋予超声波振动，能够降低滑移接触类型的波动发生器124的旋转转矩。此外，本发明还能够适用于在波动齿轮装置100a中具备滚动接触类型的波动发生器的情况。该情况下的波动发生器被构成为具备圆环状的刚性的凸轮板(旋转体)和装配在该凸轮板的内侧的滚动轴承。另外，本发明对于挠性齿轮在3处以上与刚性齿轮啮合的波动齿轮装置也同样能够适用。例如，还能够适用于在内齿齿轮与外齿齿轮之间在3处形成齿的啮合的波动齿轮装置。图4b所示的波动齿轮装置100b具有：刚性的内齿齿轮142(刚性齿轮)；挠性的外齿齿轮143(挠性齿轮)，其配置在该内齿齿轮142的内侧；以及非圆形轮廓的波动发生器144，其嵌入在该挠性的外齿齿轮143的内侧。外齿齿轮143的形成有外齿的部分通过波动发生器144被挠曲为非圆形。波动发生器144具备非圆形轮廓的刚性的插塞146。插塞146的非圆形外周面146a由与正圆在沿着其圆周方向为等间隔的多处能够内接的封闭曲线来规定。在本例中，非圆形外周面146a为3叶形形状，由与正圆在沿着其圆周方向为等间隔的3处能够内接的封闭曲线来规定。通过该形状的插塞146，外齿齿轮143挠曲为非圆形，在120°的角度间隔的3处形成与内齿齿轮142啮合的啮合部分145a、145b145c。插塞146由如下部件构成：形成了除3处的叶形部分之外的部分的插塞主体部件147和分别形成了叶形部分的3个齿轮按压部件148。另外，波动发生器144具备使齿轮按压部件148在半径方向上产生超声波振动的压电元件149(加振部)。通过对齿轮按压部件148赋予超声波振动，能够降低滑移接触类型的波动发生器144的旋转转矩。另外，本发明还能够适用于图4c所示的波动齿轮装置。在图4c所示的波动齿轮装置100c中，挠性的内齿齿轮163(挠性齿轮)配置在刚性的外齿齿轮162(刚性齿轮)的外侧，在内齿齿轮163的外周侧配置有具备非圆形轮廓的内周面的波动发生器164。波动发生器164具有具备非圆形内周面166a的刚性的凸轮板166。凸轮板166的非圆形内周面166a由与正圆在沿着其圆周方向为等间隔的3处能够外接的封闭曲线来规定。通过该形状的波动发生器164，内齿齿轮163被挠曲为沿着该波动发生器164的非圆形轮廓的形状，在120°的角度间隔的3处形成有与外齿齿轮162啮合的啮合部分165a、165b、165c。凸轮板166由如下部件构成：形成了除3处的叶形部分之外的部分的凸轮板主体部件167和分别形成了叶形部分的3个齿轮按压部件168。另外，凸轮板166具备使齿轮按压部件168在半径方向上产生超声波振动的压电元件169(加振部)。通过对齿轮按压部件168赋予超声波振动，能够降低滑移接触类型的波动发生器164的旋转转矩。此外，本发明还能够应用于在4处以上使挠性齿轮与刚性齿轮啮合的波动齿轮装置。在该情况下，只要由与正圆在沿着其圆周方向为等间隔的4处以上的多处能够内接或外切的封闭曲线来规定非圆形外周面或非圆形内周面即可。当前第1页1 2 3