挠曲啮合式齿轮装置的制作方法

本发明涉及一种挠曲啮合式齿轮装置。

背景技术：

作为小型且轻型却能够获得高减速比的齿轮装置，已知有一种挠曲啮合式齿轮装置。以往，提出有一种所谓平坦型的挠曲啮合式齿轮装置，其具备：起振体；筒状的外齿轮，其配置在起振体的外周并且具有通过起振体的旋转而被挠曲变形的挠性；第1内齿轮，其与外齿轮内啮合且具有刚性；及第2内齿轮，其与第1内齿轮并排设置且与外齿轮内啮合并且具有刚性(例如，专利文献1)。

专利文献1：日本特开2011-112214号公报

在专利文献1中记载的挠曲啮合式齿轮装置中，各个齿轮随着使用会被磨损，这会导致空程的增大。若提高各个齿轮的耐磨特性，则能够抑制空程的增大，但是这会导致成本的增加。

技术实现要素：

本发明是鉴于这种状况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制成本的增加并且能够抑制空程的增大的挠曲啮合式齿轮装置。

为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的挠曲啮合式齿轮装置具备：起振体；被起振体挠曲变形的外齿轮；以及与外齿轮啮合的第1内齿轮及第2内齿轮。在该挠曲啮合式齿轮装置中，第1内齿轮的齿数与外齿轮的齿数不同，第2内齿轮的齿数与外齿轮的齿数相同，并且第1内齿轮具有比第2内齿轮的耐磨特性高的耐磨特性。

另外，在方法、装置、系统等之间相互替换以上构成要件的任意组合、本发明的构成要件和表征，也作为本发明的方式而有效。

根据本发明，能够抑制成本的增加，并且能够抑制空程的增大。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的挠曲啮合式齿轮装置的剖视图。

图2(a)是表示垂直于旋转轴的平面上的第1内齿轮的截面的图，图2(b)是表示垂直于旋转轴的平面上的第2内齿轮的截面的图。

图3(a)是图2(a)的a-a线剖视图，图3(b)是图2(b)的b-b线剖视图。

图4(a)是表示第1内齿轮与外齿轮的第1外齿部之间的间隙的图，图4(b)是表示第2内齿轮与外齿轮的第2外齿部之间的间隙的图。

图中：4-外齿轮，6-第1内齿轮，8-第2内齿轮，22a-起振体，100-挠曲啮合式齿轮装置。

具体实施方式

以下，在各附图中，对相同或相等的构成要件、部件、工序标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，为了便于理解，在各附图中，适当放大或缩小表示部件的尺寸。并且，在各附图中，省略对实施方式的说明并不重要的部件的一部分。

实施方式所涉及的挠曲啮合式齿轮装置的概要如下。

实施方式所涉及的挠曲啮合式齿轮装置具备：起振体；被起振体挠曲变形的外齿轮；以及与外齿轮啮合的第1内齿轮及第2内齿轮。第1内齿轮的齿数与外齿轮的齿数不同，第2内齿轮的齿数与外齿轮的齿数相同。

在此，在挠曲啮合式齿轮装置中，各个齿轮随着使用而被磨损，会导致空程(lostmotion)增大。若提高各个齿轮的耐磨特性，则能够抑制各个齿轮的磨损，从而能够抑制空程的增大，但是成本会相应增加。

本发明人等进行了深入研究的结果发现：相比齿数与外齿轮的齿数相同的第2内齿轮，齿数与外齿轮的齿数不同的第1内齿轮更容易磨损。因此，在实施方式所涉及的挠曲啮合式齿轮装置中，使第1内齿轮具有比第2内齿轮的耐磨特性高的耐磨特性。即，第1内齿轮构成为其耐磨特性较高。由此，能够抑制第1内齿轮的磨损，从而能够抑制空程的增大。并且，第2内齿轮构成为耐磨特性较低。由此，例如与将第2内齿轮的耐磨特性设为与第1内齿轮的耐磨特性相同程度的情况相比，能够抑制成本的增加。即，根据本实施方式所涉及的挠曲啮合式齿轮装置，能够抑制成本的增加，并且能够抑制空程的增大。以下，进行具体说明。

图1是表示实施方式所涉及的挠曲啮合式齿轮装置100的剖视图。挠曲啮合式齿轮装置100将输入过来的旋转进行减速后输出。挠曲啮合式齿轮装置100具备波动发生器2、外齿轮4、第1内齿轮6、第2内齿轮8、外壳10、第1限制部件12、第2限制部件14、主轴承16、第1轴承壳体18及第2轴承壳体20。啮合式齿轮装置100中封入有润滑剂(例如润滑脂)。润滑剂对外齿轮4与第1内齿轮6的啮合部、外齿轮4与第2内齿轮8的啮合部以及各个轴承等进行润滑。

波动发生器2包括起振体轴22、多个第1滚动体24a、多个第2滚动体24b、第1保持器26a、第2保持器26b、第1外圈部件28a及第2外圈部件28b。起振体轴22为输入轴，其例如与电机等旋转驱动源连接，并以旋转轴r为中心进行旋转。在起振体轴22一体地形成有与旋转轴r正交的截面为大致椭圆形状的起振体22a。

多个第1滚动体24a分别具有大致圆柱形形状，并以其轴向朝向与旋转轴r方向大致平行的方向的状态沿周向隔着间隔而设置。第1滚动体24a被第1保持器26a保持为转动自如，第1滚动体24a在起振体22a的外周面22b上滚动。第2滚动体24b的结构与第1滚动体24a的结构相同。多个第2滚动体24b被以与第1保持器26a在轴向上并排的方式配置的第2保持器26b保持为转动自如，第2滚动体24b在起振体22a的外周面22b上滚动。以下，将第1滚动体24a与第2滚动体24b统称为“滚动体24”。并且，将第1保持器26a与第2保持器26b统称为“保持器26”。

第1外圈部件28a环绕于多个第1滚动体24a。第1外圈部件28a具有挠性，其经由多个第1滚动体24a而被起振体22a挠曲成椭圆状。若起振体22a(即起振体轴22)旋转，则第1外圈部件28a随着起振体22a的形状而连续挠曲变形。第2外圈部件28b的结构与第1外圈部件28a的结构相同。第2外圈部件28b与第1外圈部件28a分体形成。另外，第2外圈部件28b也可以与第1外圈部件28a形成为一体。以下，将第1外圈部件28a与第2外圈部件28b统称为“外圈部件28”。

外齿轮4为具有挠性的环状部件，在其内侧嵌入有起振体22a、滚动体24及外圈部件28。由于在外齿轮4内嵌入有起振体22a、滚动体24及外圈部件28，因此外齿轮4能够挠曲成椭圆状。若起振体22a旋转，则外齿轮4随着起振体22a的形状而连续挠曲变形。外齿轮4包括位于第1外圈部件28a的外侧的第1外齿部4a、位于第2外圈部件28b的外侧的第2外齿部4b及基材4c。第1外齿部4a与第2外齿部4b形成于单一的基材(即基材4c)上，且齿数相同。

第1内齿轮6为具有刚性的环状部件，在其内周形成有第1内齿部6a。第1内齿部6a环绕于挠曲成椭圆状的外齿轮4的第1外齿部4a，并且在起振体22a的长轴附近的规定区域(两个区域)与第1外齿部4a啮合。第1内齿部6a的齿数多于第1外齿部4a的齿数。

第2内齿轮8为具有刚性的圆筒状部件，在其内周形成有第2内齿部8a。第2内齿部8a环绕于挠曲成椭圆状的外齿轮4的第2外齿部4b，并且在起振体22a的长轴附近的规定区域(两个区域)与第2外齿部4b啮合。第2内齿部8a的齿数与第2外齿部4b的齿数相同。因此，第2内齿轮8与第2外齿部4b(甚至外齿轮4)的自转同步旋转。

第1内齿轮6(尤其是第1内齿部6a)具有比第2内齿轮8(尤其是第2内齿部8a)的耐磨特性高的耐磨特性。实现该特性的结构将后述。

第1限制部件12为平坦的环状部件，其配置于外齿轮4、第1外圈部件28a及第1保持器26a与第1轴承壳体18之间。第2限制部件14也为平坦的环状部件，且其配置于外齿轮4、第2外圈部件28b及第2保持器26b与第2轴承壳体20之间。第1限制部件12及第2限制部件14限制外齿轮4、外圈部件28及保持器26沿轴向移动。

外壳10为大致圆筒状的部件，其环绕于第2内齿轮8。第1内齿轮6通过锁扣嵌合与外壳10一体化。在外壳10与第2内齿轮8之间配置有主轴承16。在本实施方式中，主轴承16为交叉滚子轴承，其包括沿周向隔着间隔而设置的多个滚子(滚动体)46。多个滚子46在第2内齿轮8的滚动面8b及外壳10的滚动面10a上滚动。即，第2内齿轮8的外周侧作为主轴承16的内圈而发挥作用，外壳10的内周侧作为主轴承16的外圈而发挥作用。外壳10经由主轴承16将第2内齿轮8支承为相对于外壳10旋转自如。

第1轴承壳体18为环状的部件，且其环绕于起振体轴22。相同地，第2轴承壳体20也为环状的部件，且其环绕于起振体轴22。第1轴承壳体18与第2轴承壳体20配置成，在轴向上夹持外齿轮4、滚动体24、保持器26、外圈部件28、第1限制部件12及第2限制部件14。第1轴承壳体18锁扣嵌合并螺栓固定于第1内齿轮6。第2轴承壳体20锁扣嵌合并螺栓固定于第2内齿轮8。在第1轴承壳体18的内周组装有轴承30，在第2轴承壳体20的内周组装有轴承32，第1轴承壳体18及第2轴承壳体20经由轴承30及轴承32将起振体轴22支承为相对于第1轴承壳体18及第2轴承壳体20旋转自如。

在起振体轴22与第1轴承壳体18之间配置有油封40，在第1轴承壳体18与第1内齿轮6之间配置有o型环34，在第1内齿轮6与外壳10之间配置有o型环36，在外壳10与第2内齿轮8之间配置有油封42，在第2内齿轮8与第2轴承壳体20之间配置有o型环38，在第2轴承壳体20与起振体轴22之间配置有油封44。由此，能够抑制挠曲啮合式齿轮装置100内的润滑剂泄漏。

下面，对上述结构的挠曲啮合式齿轮装置100的动作进行说明。在此，举例说明第1外齿部4a的齿数为100、第2外齿部4b的齿数为100、第1内齿部6a的齿数为102、第2内齿部8a的齿数为100的情况。并且，举例说明第2内齿轮8及第2轴承壳体20连结于被驱动部件上的情况。

在第1外齿部4a在椭圆形状的长轴方向上的两个部位与第1内齿部6a啮合的状态下，若起振体轴22旋转，则第1外齿部4a与第1内齿部6a的啮合位置也随之沿周向移动。由于第1外齿部4a的齿数与第1内齿部6a的齿数不同，因此，此时第1外齿部4a相对于第1内齿部6a进行旋转。由于第1内齿轮6及第1轴承壳体18处于固定状态，因此第1外齿部4a自转相当于齿数差的量。即，起振体轴22的旋转被大幅减速后输出至第1外齿部4a。其减速比如下。

减速比＝(第1外齿部4a的齿数-第1内齿部6a的齿数)/第1外齿部4a的齿数

＝(100-102)/100

＝-1/50

由于第2外齿部4b与第1外齿部4a形成为一体，因此第2外齿部4b与第1外齿部4a一体地旋转。由于第2外齿部4b的齿数与第2内齿部8a的齿数相同，因此不发生相对旋转，第2外齿部4b与第2内齿部8a一体地旋转。因此，与第1外齿部4a的自转相同的旋转输出至第2内齿部8a。其结果，能够从第2内齿部8输出将起振体轴22的旋转减速到-1/50的输出。

接着，对外齿轮4、第1内齿轮6及第2内齿轮8的结构进行更加详细的说明。图2(a)是表示在垂直于旋转轴r的平面上的第1内齿轮6的截面的图，图2(b)是表示在垂直于旋转轴r的平面上的第2内齿轮8的截面的图。图3(a)是图2(a)的a-a线剖视图，图3(b)是图2(b)的b-b线剖视图。图4(a)是表示第1内齿轮6与外齿轮4的第1外齿部4a之间的间隙的图，图4(b)是表示第2内齿轮8与外齿轮4的第2外齿部4b之间的间隙的图。

首先，对几个术语的定义进行说明。

“齿高”是指：内齿轮的齿顶圆筒在垂直于旋转轴r的平面上的的截面(即齿顶圆)与齿根圆筒的截面(即齿根圆)之间的半径方向上的距离。具体而言，第1内齿轮6的齿高h1是指：第1内齿轮6的齿顶圆筒在垂直于旋转轴r的平面上的截面(即齿顶圆ca1)与齿根圆筒的截面(即齿根圆cb1)之间的半径方向上的距离(参考图2(a))。并且，第2内齿轮的齿高h2是指：第2内齿轮8的齿顶圆筒在垂直于旋转轴r的平面上的截面(即齿顶圆ca2)与齿根圆筒的截面(即齿根圆cb2)之间的半径方向上的距离(参考图2(b))。

“齿宽”是指：内齿轮的齿顶与齿根之间的中央处的轴向距离。具体而言，第1内齿轮的齿宽w1是指：第1内齿轮的齿顶ta1与齿根tb1之间的中央处的轴向距离(参考图3(a))。并且，第2内齿轮的齿宽w2是指：第2内齿轮的齿顶ta2与齿根tb2之间的中央处的轴向距离(参考图3(b))。

“啮合间隙”是指：内齿轮与外齿轮4之间的长轴位置上的径向间隙(参考图4(a)及图4(b))。具体而言，啮合间隙由下式1来确定。

啮合间隙gi＝(第i内齿轮的bbd的误差-外齿轮的第i齿轮部的长轴obd的误差)/2(i为1或2)……(式1)

其中，bbd为内齿轮的球棒间距(betweenballdiameter)，长轴obd为被起振体22a挠曲变形的外齿轮4的最大跨球棒径(overpindiameter)，误差是从测定值减去设计值的差。另外，bbd的设计值、长轴obd的设计值分别是啮合间隙gi为0mm时的obd、bbd。

接着，对使第1内齿轮6具有比第2内齿轮8的耐磨特性高的耐磨特性的外齿轮4、第1内齿轮6及第2内齿轮8的结构进行说明。另外，以下对(1)～(5)这五个结构进行说明，但这些结构可以单独使用，也可以任意组合使用。

(1)第1内齿轮6及第2内齿轮8构成为，第1内齿部6a的齿面s1的表面硬度高于第2内齿部8a的齿面s2的表面硬度。这可以通过用比第2内齿轮8的材料硬的材料来形成第1内齿轮6来实现，也可以通过对第1内齿轮6实施比第2内齿轮8的表面处理更加提高表面硬度的表面处理来实现，还可以并用它们来实现。优选地，第1内齿轮6及第2内齿轮8构成为，第1内齿部6a的齿面s1的表面硬度比第2内齿部8a的齿面s2的表面硬度高布氏硬度20[hb]以上。作为一例，第1内齿轮6的第1内齿部6a的齿面s1的表面硬度设为布氏硬度hb400，第2内齿轮8的第2内齿部8a的齿面s2的表面硬度设为布氏硬度hb300。布氏硬度是通过基于jisz2243的方法来测定的。

(2)第1内齿轮6及第2内齿轮8构成为，第1内齿部6a具有耐磨特性比第2内齿部8a高的表面处理层。例如，可以只有第1内齿部6a具有耐磨特性高的表面处理层。并且，例如第1内齿部6a可以具有第1表面处理层，第2内齿部8a可以具有耐磨特性低于第1表面处理层的耐磨特性的第2表面处理层。所谓耐磨特性高的表面处理层，可以是实施了提高表面硬度的表面处理的层，也可以是实施了提高润滑性的表面处理的层(例如，实施了形成用于提高润滑剂的保持性能的微小凹凸(microdimple)的表面处理的层。在图2(a)及图2(b)的例子中，仅第1内齿轮6的第1内齿部6a具有实施了喷丸硬化的表面处理层l。通过实施喷丸硬化，第1内齿部6a的齿面s1的表面硬度提高，并且润滑剂的保持性能也提高使得第1内齿部6a的润滑性提高。

(3)第1内齿轮6及第2内齿轮8构成为，第1内齿部6a的齿宽w1大于第2内齿部8a的齿宽w2(参考图3(a)及图3(b))。由此，第1内齿部6a的面压下降，即，第1内齿轮6的耐磨特性提高。优选地，第1内齿轮6及第2内齿轮8构成为，第1内齿部6a的齿宽w1与第2内齿部8a的齿宽w2之差大于0.2mm。

(4)外齿轮4、第1内齿轮6及第2内齿轮8构成为，第1内齿部6a与第1外齿部4a之间的啮合间隙g1大于第2内齿部8a与第2外齿部4b之间的啮合间隙g2(参考图4(a)及图4(b))。此时，基于第1内齿部6a与第1外齿部4a的啮合而产生的发热量减少，因此能够抑制润滑剂的温度上升，进而能够抑制基础油粘度的下降，其结果，能够减少第1内齿部6a的磨损。即，第1内齿轮6的耐磨特性变高。优选地，外齿轮4、第1内齿轮6及第2内齿轮8构成为满足下式2。

[数式1]

其中，m为外齿轮4的模数。模数为节圆直径除以齿数的值，节圆直径为根据“节圆直径＝(齿顶圆直径+齿根圆直径)/2”计算出的值。

(5)第1内齿轮6及第2内齿轮8构成为，第1内齿部6a的齿高h1小于第2内齿部8a的齿高h2(参考图2(a)及图2(b))。此时，在第1内齿部6a中，滑动速度高的齿顶比较短，因此基于摩擦而引起的发热量减少，从而能够抑制润滑剂的温度上升，进而能够抑制润滑剂的基础油粘度的下降，其结果，能够减少第1内齿部6a的磨损。即，第1内齿轮6的耐磨特性变高。优选地，第1内齿轮6及第2内齿轮8构成为，第2内齿部8a的齿高h2与第1内齿部6a的齿高h1之差大于0.01mm。

根据上述本实施方式所涉及的挠曲啮合式齿轮装置100，第1内齿轮6及第2内齿轮8构成为，第1内齿部6a的耐磨特性高于第2内齿部8a的耐磨特性。即，比较容易磨损的第1内齿轮6的耐磨特性设为较高。由此，能够抑制第1内齿轮6的磨损，从而能够抑制空程的增大。并且，比较难磨损的第2内齿轮8的耐磨特性设为较低。由此，例如与将第2内齿轮8的耐磨特性设为与第1内齿轮6的耐磨特性相同程度的情况相比，能够抑制成本的增加。即，根据本实施方式所涉及的挠曲啮合式齿轮装置100，能够抑制成本的增加，并且能够抑制空程的增大。

以上，对实施方式所涉及的挠曲啮合式齿轮装置进行了说明。该实施方式为例示，本领域技术人员应当理解，这些各构成要件或各处理程序的组合可以存在各种变形例，而且这种变形例也在本发明的范围内。