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：

作为能够得到高减速比的小型齿轮装置，已知有挠曲啮合式齿轮装置。近年来，随着齿轮装置的用途的多样化，有时要求该种挠曲啮合式齿轮装置轻量化。作为满足该要求的挠曲啮合式齿轮装置，专利文献1中公开了内齿轮及外齿轮均使用了树脂的挠曲啮合式齿轮装置。

专利文献1：日本特开2013-170611号公报

然而，若齿轮使用树脂，则在齿轮的啮合部位发热的情况下，受到热老化的影响，齿轮的寿命会降低。目前，尚未提出解决了该问题的挠曲啮合式齿轮装置，因此期待提出解决了该问题的挠曲啮合式齿轮装置。

技术实现要素：

本发明的一种实施方式是鉴于这种情况而完成的，其目的之一在于提供一种能够实现轻量化并且能够应对齿轮发热的挠曲啮合式齿轮装置。

本发明的一种实施方式涉及一种挠曲啮合式齿轮装置，该挠曲啮合式齿轮装置具备：起振体；外齿轮，其被所述起振体挠曲变形；及内齿轮，其与所述外齿轮啮合，其中，所述内齿轮由树脂制成，所述外齿轮由导热系数比所述树脂的导热系数高的高导热性材料制成，所述起振体轴承具有在所述外齿轮的内周面滚动的滚动体。

根据本发明，能够实现轻量化并且能够应对齿轮发热。

附图说明

图1为表示第1实施方式的齿轮装置的侧面剖视图。

图2为图1的局部放大图。

图3(a)为示意地表示外齿轮与内齿轮的啮合状态的主视剖视图，图3(b)为放大表示3(a)的范围a的一部分的图。

图4为表示第2实施方式的齿轮装置的一部分的侧面剖视图。

图中：10-齿轮装置，12-起振体，12a-空心部，12e-滚动体滚动部，14-外齿轮，16-a、16-b-起振体轴承，16a-滚动体，16c-内圈，18-a、18-b-内齿轮。

具体实施方式

以下，在实施方式及变形例中，对相同的构成要件标注相同的符号，并省略重复说明。并且，在各附图中，为了便于说明，适当省略构成要件的一部分，或者适当放大或缩小表示构成要件的尺寸。

(第1实施方式)

图1为表示第1实施方式的齿轮装置10的侧面剖视图。齿轮装置10为挠曲啮合式齿轮装置，其通过使与内齿轮啮合的外齿轮挠曲变形的同时使外齿轮与内齿轮的啮合位置沿周向变化从而使外齿轮自转，并输出该自转成分。本实施方式的齿轮装置为使用减速用内齿轮18-a及输出用内齿轮18-b来对起振体12的旋转进行减速后进行输出的所谓的筒形的挠曲啮合式齿轮装置。

齿轮装置10主要具备：起振体12；外齿轮14；起振体轴承16-a、16-b；内齿轮18-a、18-b；支承部件20及轴承套22-a、22-b。以下，有时将沿起振体12的旋转中心线la的方向简称为“轴向x”，将围绕该旋转中心线la的周向及径向简称为“周向”及“径向”。

起振体12为具有刚性的筒状部件。在起振体12，经由键等连结有马达等驱动装置的驱动轴(未图示)。起振体12通过驱动轴的驱动以自身的轴心作为旋转中心进行旋转。另外，驱动装置配置在起振体12的轴向x上的一侧(图中为右侧)。以下，将轴向x上的一侧称为输入侧，将轴向x上的另一侧(图中为左侧)称为输入相反侧。

起振体12具有形成于起振体轴承16-a、16-b的径向内侧的空心部12a。空心部12a沿轴向x贯穿起振体12的径向中央部。空心部12a中插通有配线等插通部件(未图示)。由于起振体12形成有空心部12a，因此能够实现齿轮装置10的轻量化。

起振体12具有中间轴部12b、位于比中间轴部12b更靠输入侧的输入侧轴部12c及位于比中间轴部12b更靠输入相反侧的输入相反侧轴部12d。这些中间轴部12b、输入侧轴部12c及输入相反侧轴部12d设置于空心部12a的径向外侧。中间轴部12b的与轴向x正交的剖面的外周形状呈椭圆状。输入侧轴部12c及输入相反侧轴部12d的与轴向x正交的剖面的外周形状呈圆形。本说明书中的“椭圆”并不只限于几何学上的严格意义上的椭圆，还包括大致椭圆。

外齿轮14配置于起振体12的中间轴部12b的外周侧。外齿轮14为具有挠性的筒状部件。外齿轮14具有筒状的基部14a、在基部14a的外周侧与该基部14a一体形成的第1外齿部14b及第2外齿部14c。第1外齿部14b配置于输入侧，并与后述的减速用内齿轮18-a啮合。第2外齿部14c配置于输入相反侧，并与后述的输出用内齿轮18-b啮合。第1外齿部14b及第2外齿部14c的相当于起振体12的中间轴部12b的长轴方向上的两侧的部分与内齿轮18啮合。

外齿轮14追从起振体12的旋转而变形，并且经由起振体轴承16而被起振体12的中间轴部12b挠曲变形为椭圆状。此时，外齿轮14与内齿轮18-a、18-b的啮合位置沿周向变化的同时挠曲变形为与起振体12的中间轴部12b的形状相对应的形状。

起振体轴承16-a、16-b配置于起振体12的中间轴部12b与外齿轮14之间。起振体轴承16-a、16-b包括配置于外齿轮14的第1外齿部14b与起振体12之间的第1起振体轴承16-a及配置于外齿轮14的第2外齿部14c与起振体12之间的第2起振体轴承16-b。起振体12经由起振体轴承16-a、16-b将外齿轮14支承为旋转自如。多个起振体轴承16-a、16-b与相对于多个起振体轴承16-a、16-b配置于轴向x上的两侧的环状的位移限制部件28抵接，由此限制多个起振体轴承16-a、16-b沿轴向x位移。

以下，针对具有共同点的各个构成要件，在名称的开头标注“第1、第2”且在符号的末尾标注“-a、-b”来进行区别，并在统称时将其省略。例如，将第1起振体轴承16-a及第2起振体轴承16-b统称时记载为“起振体轴承16”。

起振体轴承16具有多个滚动体16a及保持器16b。保持器16b保持多个滚动体16a的相对位置，并且将多个滚动体16a支承为旋转自如。

本实施方式的滚动体16a为滚子。本实施方式的滚动体16a为其外周面沿轴向x设置的圆柱滚子。本实施方式的滚动体16a围绕沿轴向x的旋转轴线进行旋转。

本实施方式的滚动体16a在外齿轮14的内周面滚动。外齿轮14的内周面兼作起振体轴承16的外圈。起振体轴承16构成为，不具有供滚动体16a滚动且能够挠曲变形的外圈。

本实施方式的滚动体16a在起振体12的中间轴部12b的外周面滚动，该起振体12的外周面作为供滚动体16a滚动的内侧滚动面30而发挥功能。起振体12的外周面兼作起振体轴承16-a、16-b的内圈。起振体轴承16构成为，不具有供滚动体16a滚动的内圈。

内齿轮18-a、18-b为具有不会追从起振体12的旋转而变形的程度的刚性的环状部件。内齿轮18-a、18-b配置于外齿轮14的第1外齿部14b及第2外齿部14c的外周侧。本实施方式的内齿轮18-a、18-b包括配置于输入侧的减速用内齿轮18-a(第1内齿轮)及配置于输入相反侧的输出用内齿轮18-b(第2内齿轮)。

减速用内齿轮18-a具有与外齿轮14的第1外齿部14b啮合的第1内齿部18a。第1内齿部18a的内齿数比第1外齿部14b的外齿数多2i(i为1以上的自然数)个。由此，若起振体12进行旋转，则起振体12的旋转以对应于第1内齿部18a与第1外齿部14b的齿数差的减速比进行减速后使外齿轮14自转。

输出用内齿轮18-b具有与外齿轮14的第2外齿部14c啮合的第2内齿部18c。第2内齿部18c的内齿数与第2外齿部14c的外齿数相同。由此，若起振体12进行旋转，则与外齿轮14的自转成分相同大小的旋转输出至输出用内齿轮18-b。

支承部件20配置于输出用内齿轮18-b的径向外侧，并经由主轴承24将该输出用内齿轮18-b支承为旋转自如。本实施方式的支承部件20通过过盈配合、过渡配合等与减速用内齿轮18-a一体化。在本实施方式中，支承部件20与减速用内齿轮18-a是分体部件，但是，也可以将其构成为单一部件的一部分。

轴承套22沿轴向x隔着间隔而配置。轴承套22包括配置于输入侧的输入侧轴承套22-a及配置于输入相反侧的输入相反侧轴承套22-b。输入侧轴承套22-a通过螺栓b1等与减速用内齿轮18-a一体化。输入相反侧轴承套22-b通过螺栓b3等与输出用内齿轮18-b一体化。

在输入侧轴承套22-a与起振体12的输入侧轴部12c之间以及在输入相反侧轴承套22-b与起振体12的输入相反侧轴部12d之间配置有轴承26。一对轴承套22-a、22-b经由轴承26将起振体12双支承为旋转自如。

下面，对以上齿轮装置10的动作进行说明。若驱动装置的驱动轴进行旋转，则起振体12与驱动轴一同旋转。若起振体12进行旋转，则外齿轮14与内齿轮18的啮合位置沿周向变化，并且外齿轮14对应于起振体12的中间轴部12b的形状而连续挠曲变形。由此，起振体12每旋转一次，第1外齿部14b相对于减速用内齿轮18-a旋转(自转)相当于第1外齿部14b与减速用内齿轮18-a的第1内齿部18a的齿数差的量。此时，起振体12的旋转以对应于第1外齿部14b与第1内齿部18a的齿数差的减速比进行减速后使外齿轮14自转。输出用内齿轮18-b的第2内齿部18c与第2外齿部14c的齿数相同。因此，输出用内齿轮18-b与第2外齿部14c的相对啮合位置在起振体12旋转一次前后不变，输出用内齿轮18-b以与外齿轮14相同的自转成分与外齿轮14同步旋转。该输出用内齿轮18-b的旋转从输出用内齿轮18-b传递至被驱动装置。其结果，起振体12的旋转被减速后从输出用内齿轮18-b输出至被驱动装置。

在此，第1实施方式的齿轮装置10的特征之一在于，内齿轮18由树脂制成，外齿轮14由高导热性材料制成。制作该内齿轮18的树脂(以下，称为齿轮用树脂)例如有聚缩醛、聚酰胺等通用工程塑料等。本发明的“树脂”还包括树脂与其它材料的复合材料。作为该复合材料，例如有碳纤维增强树脂或玻璃纤维增强树脂等。在本实施方式中，减速用内齿轮18-a及输出用内齿轮18-b这两者均由齿轮用树脂制成。另外，也可以由齿轮用树脂制成减速用内齿轮18-a及输出用内齿轮18-b中的一个。

外齿轮14的整体(即，基部14a、第1外齿部14b及第2外齿部14c)均由高导热性材料制成。高导热性材料是指导热系数[w/(m·k)]比齿轮用树脂的导热系数高的材料，即，比齿轮用树脂更容易传热的材料。在本实施方式中，作为该高导热性材料，使用铁、铝等金属，但是，也可以使用导热系数比齿轮用树脂的导热系数更高的其它树脂等。

由此，在内齿轮18与外齿轮14的啮合部位发热的情况下，从其啮合部位通过高导热性材料的外齿轮14朝向其它部位的传热得到促进，在其它部位上的散热得到促进。此处的其它部位除了包括外齿轮14的除了啮合部位以外的外齿轮14的一部分部位以外，还包括除了外齿轮14以外的部件(例如，起振体轴承16)。因此，能够抑制因内齿轮18与外齿轮14的啮合部位的发热而引起的内齿轮18及外齿轮14的高温化。其结果，能够防止内齿轮18及外齿轮14受到热老化的影响而导致其寿命降低，内齿轮18及外齿轮14能够得到良好的耐久性。因此，由齿轮用树脂制成内齿轮18能够实现轻量化，并且能够应对齿轮的发热。

从向其它部位传递在齿轮的啮合部位产成的热量的观点考虑，高导热性材料的导热系数比齿轮用树脂的导热系数越大越好。从该观点考虑，优选将高导热性材料的导热系数设定为例如齿轮用树脂的导热系数的10.0倍以上。

通常，在挠曲啮合式齿轮装置10中，配置于外齿轮14的径向外侧的内齿轮18的体积比外齿轮14的体积更大。在本实施方式中，该体积更大的内齿轮18由齿轮用树脂制成，因此与由齿轮用树脂制成体积更小的外齿轮14相比，能够更有效地实现轻量化。

在实现挠曲啮合式齿轮装置的传递效率的高效率化的方面，为了降低挠曲变形部位的能量损失而削减挠曲变形部位的体积较为有效。在此，起振体轴承16构成为，具有在外齿轮14的内周面滚动的滚动体16a，但不具有供滚动体16a滚动且能够挠曲变形的外圈。因此，由于不存在与外齿轮14一同挠曲变形的外圈，因而能够避免伴随该外圈的挠曲变形的能量损失，能够实现齿轮装置10的高传递效率化。

并且，在作为滚动体16a使用了球体的情况下，若省略起振体轴承16的外圈，则外齿轮14的内周面与滚动体16a之间的轴向x上的接触面积会变小。随之，从滚动体16a传递至外齿轮14的荷载的轴向分布变得不均，从外齿轮14传递至外齿轮14与内齿轮18的啮合部位的荷载在齿向(轴向x)上的分布变得不均。对此，在作为滚动体16a使用了滚子的情况下，即使省略了起振体轴承16的外圈，外齿轮14的内周面与滚动体16a之间的轴向x上的接触面积也会变大。由此，从滚动体16a传递至外齿轮14的荷载的轴向分布得到均匀化，从而能够使从外齿轮14传递至外齿轮14与内齿轮18的啮合部位的荷载的齿向(轴向x)上的分布均匀化，能够使这些齿轮的齿接触状态稳定化。

并且，本实施方式的高导热性材料使用弹性常数[pa]比齿轮用树脂的弹性常数大的材料。高导热性材料的弹性常数例如设定为齿轮用树脂的弹性常数的10倍以上。这例如可以通过上述通用工程塑料与金属的组合来实现。

如此，高导热性材料的弹性常数比齿轮用树脂的弹性常数大意味着：为了使高导热性材料弹性变形而需施加的荷载比齿轮用树脂大，并且伴随弹性变形的能量损失比齿轮用树脂大。因此，在外齿轮14使用了这种弹性常数的高导热性材料的情况下，与使用了弹性常数与齿轮用树脂的弹性常数相同或小的高导热性材料的情况相比，齿轮装置10的传递效率变得容易降低。即使采用这种齿轮装置10的传递效率变得容易降低的结构，如上所述，通过去除起振体轴承16的外圈，也能够实现齿轮装置10的高传递效率化。

下面，对齿轮装置10的其它特征进行说明。图2为图1的局部放大图。如上所述，起振体轴承16的滚动体16a在起振体12的中间轴部12b的外周面滚动。该中间轴部12b构成使滚动体16a在其外周面滚动的滚动体滚动部12e。

外齿轮14的径向上的壁厚ta设定为比滚动体滚动部12e的径向上的壁厚tb小。外齿轮14的壁厚ta及滚动体滚动部12e的壁厚tb均指其整周范围中的最薄的部位的壁厚。具体而言，外齿轮14的壁厚ta是指：从外齿轮14的齿根14d到外齿轮14的内周面14e为止的径向上的尺寸。该外齿轮14的壁厚ta在从起振体12卸下外齿轮14并使其成为圆形的状态下进行测定。在图2中，为了方便说明，在安装于起振体12的状态下表示了壁厚ta。下面，对其优点进行说明。

图3(a)为示意地表示外齿轮14与内齿轮18的啮合状态的主视剖视图，图3(b)为放大表示图3(a)的范围a的一部分的图。在外齿轮14挠曲变形为椭圆状的情况下，通常，外齿轮14的相当于长轴方向上的两侧的部分14f与内齿轮18啮合，除了该长轴方向上的两侧部分14f以外的部位则不与内齿轮18接触。此时，与多个滚动体16a接触的外齿轮14的接触点彼此之间的部分(以下，称为接触点之间部分14h)基于伴随外齿轮14的挠曲变形而产生的复原力fa而欲朝向径向内侧变形。

在此，在外齿轮14的壁厚ta比起振体12的壁厚tb大的情况下，与不满足该条件的情况相比，外齿轮14的接触点之间部分14h更难以朝向径向内侧变形。若参考图3(b)的例子进行说明，则外齿轮14的接触点之间部分14h难以变形至实线部位，而更容易位于双点划线的部位。其结果，在外齿轮14的长轴方向上两侧部分14f的附近，尽管接触点之间部分14h本不应与内齿轮18接触，但容易出现接触点之间部分14h意外地与该内齿轮18接触的情形。

(a)对此，若将外齿轮14的壁厚ta设为比起振体12的壁厚tb小，则与不满足该条件的情况相比，基于伴随挠曲变形而产生的复原力fa容易使外齿轮14的接触点之间部分14h朝向径向内侧变形。由此，与不满足外齿轮14的壁厚ta比起振体12的壁厚tb小的条件的情况相比，容易避免出现在外齿轮14的长轴方向上的两侧部分14f的附近接触点之间部分14h意外地与内齿轮18接触的情形。

(b)并且，在滚动体16a使用了球体的情况下，在沿轴向x的剖面中，能够将供滚动体16a滚动的内侧滚动面30设为凹面状，从而能够加大滚动体16a与内侧滚动面30之间的接触面积。另一方面，在滚动体16a使用了滚子的情况下，如图1所示，在沿轴向x的剖面中，滚动体16a及内侧滚动面30呈直线状。其结果，与滚动体16a使用球体并且内侧滚动面30设为凹面状的情况相比，滚动体16a与内侧滚动面30之间的接触面积减小，滚动体16a与内侧滚动面30之间的表面压力升高，对具有内侧滚动面30的部件(起振体12)所要求的强度变大。在此，在本实施方式中，由于起振体12的壁厚tb比外齿轮14的壁厚ta大，因此，与不满足该条件的情况相比，容易确保起振体12的要求强度。

另外，在本实施方式中，从实现轻量化的观点考虑，支承部件20及轴承套22由齿轮用树脂等树脂制成。并且，从确保抵抗伴随滚动体的滚动的磨损的强度的观点考虑，起振体轴承16、主轴承24及轴承26由金属构成。从同样的观点考虑，具有供起振体轴承16的滚动体16a滚动的内侧滚动面30的起振体12也由金属制成。在此，在轴承具有滚动体、外圈及内圈的情况下，其全部可以由金属制成，但是，也可以由金属制成其一部分，由齿轮用树脂等树脂制成剩余部分。

(第2实施方式)

图4为表示第2实施方式的齿轮装置10的一部分的侧面剖视图。本实施方式的齿轮装置10与第1实施方式的不同点在于起振体轴承16。本实施方式的起振体轴承16除了具有多个滚动体16a及保持器16b以外，还具有内圈16c。内圈16c与多个滚动体16a及起振体12是分体部件。内圈16c配置于多个滚动体16a与起振体12的中间轴部12b之间。内圈16c的与轴向x正交的剖面的外周形状呈椭圆状。内圈16c设置成能够与起振体12的中间轴部12b一体地旋转。在本实施方式中，第1起振体轴承16-a及第2起振体轴承16-b共用一个内圈16c。

与第1实施方式不同，多个滚动体16a不在起振体12的中间轴部12b的外周面滚动，而是在内圈16c的外周面滚动。供滚动体16a滚动的内侧滚动面30设置于内圈16c的外周面。此时，外齿轮14的径向上的壁厚ta设定为比内圈16c的径向上的壁厚tc小。此处的外齿轮14的壁厚ta的定义如同上述。并且，与上述同样，内圈16c的壁厚tc是指：其整周范围中最薄的部位的壁厚。

由此，能够得到与上述(a)相同的效果。即，若将外齿轮14的壁厚ta设为比内圈16c的壁厚tc小，则与不满足该条件的情况相比，基于伴随挠曲变形而产生的复原力fa更容易使外齿轮14的接触点之间部分14h(参考图3)朝向径向内侧变形。由此，与不满足外齿轮14的壁厚ta比内圈16c的壁厚tc小的条件的情况相比，更容易避免出现在外齿轮14的长轴方向上的两侧部分14f的附近接触点之间部分14h与内齿轮18接触的情形。

并且，能够得到与上述(b)相同的效果。即，在滚动体16a使用了滚子的情况下，与滚动体16a使用球体并且内侧滚动面30设为凹面状的情况相比，滚动体16a与内侧滚动面30之间的表面压力升高，对具有内侧滚动面30的部件(内圈16c)所要求的强度变大。在此，由于内圈16c的壁厚tc比外齿轮14的壁厚ta大，因此，与不满足该条件的情况相比，容易确保内圈16c的要求强度。

并且，第2实施方式的起振体12由树脂(详细而言，由齿轮用树脂)制成。内圈16c由金属制成。该金属例如为钢材等铁系材料。下面，对其优点进行说明。

在起振体12由树脂制成的情况下，与起振体12由金属制成的情况相比，容易实现轻量化，进而通过该轻量化能够降低惯性矩。因此，具有如下优点：针对比齿轮装置10的其它旋转要件更高速旋转的起振体12进行加减速时，能够减轻驱动装置应施加的转矩。

以上，对本发明的实施方式的例子进行了详细说明。上述实施方式只不过是用于实施本发明的具体例。实施方式的内容并不限定本发明的技术范围，在不脱离权利要求书中所规定的发明的思想的范围内，能够进行构成要件的变更、追加、删除等多种的设计变更。在上述实施方式中，对于能够进行这种设计变更的内容，附加了“实施方式的”、“在实施方式中”等标记来进行了说明，但是，这并不意味着没有这种标记的内容就不允许设计变更。并且，在附图的截面标注的阴影线并不用于限定标注有阴影线的对象的材质。

就齿轮装置10的构成要件而言，只要内齿轮18由树脂制成且外齿轮14由高导热性材料制成，则其它构成要件的材料则并不受特别限定。例如，作为其它构成要件，有起振体12、起振体轴承16、轴承套22、主轴承24及轴承26等。这些构成要件与外齿轮14及内齿轮18的材料无关地可以使用树脂及高导热性材料中的任意材料。

挠曲啮合式齿轮装置的种类并不受特别限定。例如，除了筒形的挠曲啮合式齿轮装置以外，还可以使用礼帽形、杯形等挠曲啮合式齿轮装置。

以上，对起振体轴承16的滚动体16a为圆柱滚子的例子进行了说明，但是，起振体轴承16的滚动体16a可以为圆锥滚子等其它滚子，也可以为球体。

以上，对高导热性材料的弹性常数比齿轮用树脂的弹性常数大的例子进行了说明，但是，高导热性材料的弹性常数可以与齿轮用树脂的弹性常数相同或比齿轮用树脂的弹性常数小。

第1实施方式的外齿轮14的壁厚ta也可以与起振体12的滚动体滚动部12e的壁厚tb相同或比该壁厚tb大。并且，第2实施方式的外齿轮14的壁厚ta也可以与起振体轴承16的内圈16c的壁厚tc相同或比该壁厚tc大。