JP2003232411A - ギヤ付モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純で信頼性の高い波動歯車使用のギヤ付モ
ータを実現する。 【解決手段】 サーキュラ・スプライン５をモータハウ
ジングに固定し、サーキュラ・スプライン５とは異なる
歯数を持ち加撓性を有するフレクスプライン４を出力軸
３に固定する。出力軸３には、モータのロータヨーク７
を２個の軸受６ａ，６ｂで回転可能に取り付け、その外
周にロータマグネット８を取り付けて、ステータ９で発
生する回転磁界で回転させる。ロータヨーク７には中心
から対称な位置にローラ軸１０ａ，１０ｂを固定し、先
端にローラ１１ａ，１１ｂを取り付ける。ローラ１１
ａ，１１ｂは、フレクスプライン４にその開口部内側に
当接させて撓みを発生させ、その歯の一部をサーキュラ
・スプライン５に噛み合わせながらこの撓みを回転さ
せ、出力軸３を減速回転させる。以上により、モータの
回転軸や撓み波動発生用の回転軸、及びそれらの継ぎ手
や軸受を不要にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単純な構成で信頼
性の高い、波動歯車を用いたギヤ付モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】波動歯車（調和歯車とも呼ぶ）は、小型
で大きな減速比と高トルクが得られることで知られてい
る。図４に、市販されている波動歯車の構造例を示す。
波動歯車は、歯数のわずかに異なる２つの歯車であるサ
ーキュラ・スプライン１０１及びフレクスプライン１０
２と、ウェーブ・ジェネレータ１０３から構成される。
サーキュラ・スプライン１０１は剛性を有し、円形のリ
ングの内側にフレクスプライン１０２と同じピッチで、
フレクスプライン１０２とわずかに異なる（例えば、２
枚多い）の歯を有している。フレクスプライン１０２は
薄肉、カップ状の金属弾性体の外周に歯を有し、ウェー
ブ・ジェネレータ１０３によって、内側から楕円に撓め
られて（弾性変形されて）、長径方向の２点でサーキュ
ラ・スプライン１０１と噛み合う。ウェーブ・ジェネレ
ータ１０３は、楕円状のカムを内輪とし、弾性変形する
外輪との間に多数のボールが配列されていて、内輪の回
転に従ってボールを介して外輪を楕円に弾性変形させ
る。

【０００３】ここで、例えば、サーキュラ・スプライン
１０１を固定してウェーブ・ジェネレータ１０３を時計
方向に１回転させると、フレクスプライン１０２は歯数
差（２枚）分反時計方向に移動する。よって、ウェーブ
・ジェネレータ１０３をモータで回転させれば、フレク
スプライン１０２の軸から大きく減速された回転出力が
得られる。

【０００４】しかし、図４に示した波動歯車のウェーブ
・ジェネレータ（波動発生器）は高精度の加工技術を必
要とし、複雑、高価であるため、その構造を簡略化した
り、改良したりした例が、実登第２５０４４７３号公報
や実公平７−２５４７９号公報、実開昭４９−１４０５
８３号公報に開示されている。

【０００５】図５にこれらの波動発生器の一例を分解斜
視図で示す。この例では、波動発生器の回転軸１０４に
対して回転板１０５を設け、回転板１０５の回転中心か
ら対称な位置のそれぞれに１個のローラ１０６ａ，１０
６ｂを設け、このローラ１０６ａ，１０６ｂをフレクス
プライン１０２の内周の２カ所に当接させてフレクスプ
ライン１０２を楕円に撓ませることにより、その外歯１
０２ａを、固定したサーキュラ・スプライン１０１の内
歯１０１ａと２カ所で噛み合うように構成している。こ
こで、回転軸１０４をモータ等で回転させると、フレク
スプライン１０２の出力軸１０２ｂから減速された回転
出力が得られる。

【０００６】以上のような波動歯車とモータを接続した
ギヤ付モータとしては、実開平１−９８３５３号公報に
開示された例がある。この例では、モータの回転軸と波
動歯車の回転軸を直結している。しかし、実用的には、
モータの回転中心と波動歯車の回転中心を高精度に整合
させる必要があるため、実登第２５３５４９５号公報に
開示されているようなオルダム継ぎ手等を用いて波動歯
車とモータとを接続し、モータと波動歯車の芯ずれを吸
収する構造が必要であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、波動歯
車を用いた従来のギヤ付モータは、上述のように、実用
的にはモータの回転軸と波動歯車の回転軸とを継ぎ手で
接続して構成されるため、大型であるという問題があ
る。継ぎ手を省いて、その分だけでも小型化を図ろうと
すると、モータの回転中心と波動歯車の回転中心を高精
度に整合させる構造が必要があるため、複雑で高価にな
るという問題がある。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、波動歯車を用いて減速機
能を持たせたモータにおいて、単純な構成で信頼性が高
く、小型化を容易にしたギヤ付モータを提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によるギヤ付モータは、サーキュラ・スプラ
インと該サーキュラ・スプラインとは異なる歯数を持ち
加撓性を有するフレクスプラインとを備え、該フレクス
プラインの一部に撓みを発生させて歯の一部を該サーキ
ュラ・スプラインに噛み合わせながらこの撓みを回転さ
せる波動発生用のローラを設け、該ローラをモータのロ
ータに直接取り付けた、ことを特徴とする。

【００１０】あるいは、前記ロータを２個の軸受により
スパンを設けて出力軸に取り付ける、ことを特徴とす
る。

【００１１】あるいは、前記ローラを撓みの発生方向に
のみ複数個設ける、ことを特徴とする。

【００１２】本発明では、波動歯車を構成するフレクス
プラインに撓みを発生させる撓み発生用のローラをモー
タのロータに直接取り付けることで、波動発生器の回転
軸やモータの回転軸、及びそれらの回転軸の軸受や継ぎ
手を不要とし、回転出力と同軸上でモータと波動歯車を
組み立てができるようにして中心からの位置精度を良好
にするとともに、部品数の少ない単純な構成として、信
頼性を高め、小型化を可能とし、コストを低減させる。
また、ローラを撓みの発生方向にのみ複数個設けること
により、サーキュラ・スプラインとフレクスプラインと
の噛み合う歯数を多くして、その噛み合いを強固にし、
信頼性を高めるとともに、伝達トルクを大きくする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施形態例を示すギヤ
付モータの構成図であり、（ａ）はその横断面図、
（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。本例は、インナー
ロータ型のモータに波動発生用のローラを直接取り付け
た構造の例である。

【００１５】モータハウジングは、円筒状部１ａと蓋部
１ｂからなる。円筒状部１ａの端面の軸受２ａと、蓋部
１ｂの軸受２ｂにより出力軸３が支持されている。出力
軸３には、カップ状のフレクスプライン４の端面（撓み
の支点側）が円筒状部１ａ内において固定されている。
フレクスプライン４は、カップ状の開口部の外周に歯を
有している。フレクスプライン４の歯に対抗する位置の
円筒状部１ａの内周には、フレクスプライン４の歯数よ
り僅かに多い内歯を有するサーキュラ・スプライン５が
固定されている。

【００１６】円筒状部１ａ内の出力軸３の軸方向のフレ
クスプライン４の隣には、ロータヨーク７が出力軸３に
軸受６ａ，６ｂで回転自在に取り付けられている。ロー
タヨーク７の外周にはロータマグネット８が固定され、
ギャップを開けてステータ９が円筒状部１ａの内側に固
定されている。ロータヨーク７は、ステータ９で発生さ
れる回転磁界とロータマグネット８の作用によりモータ
として回転される。

【００１７】ロータヨーク７の中心から対称な位置に
は、先端がフレクスプライン４の内側に延びた２つのロ
ーラ軸１０ａ，１０ｂが固定され、その先端にローラ１
１ａ，１１ｂが取り付けられている。ローラ１１ａ，１
１ｂは、汎用のボールベアリングが使用可能であり、図
８のウェーブ・ジェネレータに比べて、格段に保守性が
向上し、大幅にコストダウンになる。ローラ１１ａ，１
１ｂはフレクスプライン４の外歯の位置、または開口部
付近を内側から押し広げるように、フレクスプライン４
に当接され、フレクスプライン４は楕円状に撓む。この
撓みにより、フレクスプライン４の外歯の一部がサーキ
ュラ・スプライン５の内歯に噛み合う。

【００１８】このような構成のギヤ付モータの動作につ
いて説明する。フレクスプライン４は、常に、ローラ１
１ａ，１１ｂによって外側に押し広げられため、この方
向の直交方向では反作用で内側に狭められ、フレクスプ
ライン４の開口部付近は楕円状に撓められる。フレクス
プライン４が楕円状に撓むことで、楕円状の長径方向の
２カ所ではフレクスプライン４の外歯がサーキュラ・ス
プライン７の内歯と、常に噛み合う。ここで、ステータ
９の発生磁界でロータヨーク７が１回転すると、歯数差
分だけフレクスプライン４が逆方向に移動し、出力軸３
から減速した回転出力が得られる。

【００１９】図１の構成では、フレクスプライン４とロ
ーラ１１ａ，１１ｂの位置精度が重要であるが、これら
は、出力軸３の同軸上で組み立てできるため、これらの
位置精度は良好になる。ローラ軸１０ａ，１０ｂを固定
するロータヨーク７は、出力軸３の軸方向にスパンを設
けて取り付けできるため、ローラ１１ａ，１１ｂの剛性
を高くすることができ（軸受スパンが長いほど剛性が高
くなる）、動作の信頼性が高まる。さらに、モータ回転
をロータヨーク７からダイレクトに波動発生用のローラ
１１ａ，１１ｂに伝える構造であるため、従来のモータ
回転軸や波動歯車の回転軸、及びそれらの軸受や継ぎ手
が不要となり、部品点数が少なくなり、構造が極めて単
純化されるとともに、低コスト化され、高信頼性化され
る。

【００２０】図２は、本発明の別の実施形態例を示すギ
ヤ付モータの断面を示す構成図である。本例は、アウタ
ーロータ型のモータに波動発生用のローラを直接取り付
けた構造の例である。

【００２１】モータハウジングは、円筒状部１ａと蓋部
１ｂからなる。円筒状部１ａの端面の軸受２ａと、蓋部
１ｂの軸受２ｂにより出力軸３が支持されている。出力
軸３にはフランジ部３ａがあり、これに筒状のフレクス
プライン４の撓みの支点側が円筒状部１ａ内において固
定されている。フレクスプライン４は、開口部の外周に
歯を有し、この外歯に対抗する位置の円筒状部１ａの内
周には、フレクスプライン４の歯数より僅かに多い内歯
を有するサーキュラ・スプライン５が固定されている。
フレクスプライン４の出力軸３への取り付けは、図１と
同じであっても良いし、逆に、図１のフレクスプライン
４の出力軸３への取り付けが図２と同じであっても良
い。

【００２２】円筒状部１ａ内の出力軸３の軸方向のフレ
クスプライン４の隣には、ロータ７が出力軸３に軸受６
ａ，６ｂで回転自在に取り付けられている。ロータ７の
外周には蓋部１ｂに向けて開口した円筒部７ａが固定さ
れ、円筒部７ａの開口部内側にロータマグネット８が固
定され、ギャップを開けてステータ９が蓋部１ｂから突
き出た円筒部外周に固定されている。ロータ７は、ステ
ータ９で発生される回転磁界とロータマグネット８の作
用によりモータとして回転される。

【００２３】ロータ７の中心から対称な位置には、先端
がフレクスプライン４の内側に延びた２つのローラ軸１
０ａ，１０ｂが固定され、その先端にローラ１１ａ，１
１ｂが取り付けられている。ローラ１１ａ，１１ｂとし
ては、汎用のボールベアリング等の軸受そのものを使用
可能であり、図８のウェーブ・ジェネレータに比べて、
格段に保守性が向上し、大幅にコストダウンになる。ロ
ーラ１１ａ，１１ｂはフレクスプライン４の外歯の位
置、または開口部付近を内側から押し広げるように、フ
レクスプライン４に当接され、フレクスプライン４は楕
円状に撓む。この撓みにより、フレクスプライン４の外
歯の一部がサーキュラ・スプライン５の内歯に噛み合
う。

【００２４】このような構成のギヤ付モータの動作につ
いて説明する。フレクスプライン４は、常に、ローラ１
１ａ，１１ｂによって外側に押し広げられため、この方
向の直交方向では反作用で内側に狭められ、フレクスプ
ライン４の開口部付近は楕円状に撓められる。フレクス
プライン４が楕円状に撓むことで、楕円状の長径方向の
２カ所ではフレクスプライン４の外歯がサーキュラ・ス
プライン７の内歯と、常に噛み合う。ここで、ステータ
９の発生磁界でロータ７が１回転すると、歯数差分だけ
フレクスプライン４が逆方向に移動し、出力軸３から減
速した回転出力が得られる。

【００２５】図２の構成においても、フレクスプライン
４とローラ１１ａ，１１ｂの位置精度は、これらを出力
軸３の同軸上で組み立てできるため、良好になる。同様
に、ローラ軸１０ａ，１０ｂを固定するロータ７は、出
力軸３の軸方向にスパンを設けて取り付けできるため、
ローラ１１ａ，１１ｂの剛性を高くすることができ（軸
受スパンが長いほど剛性は高くなる）、動作の信頼性が
高まる。さらに、モータ回転をロータ７からダイレクト
に波動発生用のローラ１１ａ，１１ｂに伝える構造であ
るため、従来のモータ回転軸や波動歯車の回転軸、及び
それらの軸受や継ぎ手が不要となり、部品点数が少なく
なり、構造が極めて単純化されるとともに、低コスト化
され、高信頼性化が図れる。

【００２６】図３は、本発明における波動発生用のロー
ラの他の配置例を示す図である。本例では、波動発生用
のローラとして楕円の長径方向の対称な位置の２個のロ
ーラ１１ａ−１，１１ｂ−１に加えて、その両隣の楕円
又は円の軌道上に沿った位置にローラ１１ａ−２，１１
ａ−３、及び１１ｂ−２，１１ｂ−３を配置する。この
ように、ローラを撓みの発生方向にのみ複数個設けるこ
とにより、サーキュラ・スプラインとフレクスプライン
とが噛み合う歯数を多くして、その噛み合いを強固に
し、信頼性を高めるとともに、伝達トルクを大きくする
ことができる。

【００２７】なお、上記の例では、サーキュラ・スプラ
インを固定し、フレクスプラインを回転する例を示した
が、例えば、フレクスプラインをモータハウジングに固
定し、サーキュラ・スプラインから減速された回転出力
を取り出す場合にも適用可能である。この場合、フレク
スプラインの狭く撓んだ部分の内歯に、回転軸に固定し
たサーキュラ・スプラインの外歯を噛み合わせる構造と
するか、あるいは、フレクスプラインの広く撓んだ部分
の外歯に、モータハウジングに回転可能に取り付けたサ
ーキュラ・スプラインの内歯を噛み合わせ、このサーキ
ュラ・スプラインの回転出力をギヤ等で取り出す構造等
とする。

【００２８】

【発明の効果】以上で明らかなように、本発明によれ
ば、フレクスプラインとローラの組み立てを出力軸の同
軸上で組み立てできるため、その位置精度が良好にな
る。また、ローラ軸を固定するロータを、出力軸の軸方
向にスパンを設けて取り付けた場合には、ローラの剛性
を高くすることができ、動作の信頼性が高まる。さら
に、モータ回転をロータからダイレクトに波動発生用の
ローラに伝える構造であるため、従来のモータ回転軸や
波動歯車の回転軸、及びそれらの軸受や継ぎ手が不要と
なり、部品点数が少なくなり、構造が極めて単純化され
るため、低コスト化され、高信頼性化が図れる。また、
ローラを撓みの発生方向にのみ複数個設けた場合には、
サーキュラ・スプラインとフレクスプラインとの噛み合
う歯数が多くなるため、その噛み合いが強固になり、信
頼性が高まるとともに、伝達トルクを大きくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態例を示
すギヤ付モータの構成図である。

【図２】本発明の別の実施形態例を示すギヤ付モータの
構成図である。

【図３】本発明における波動発生用のローラの他の配置
例を示す図である。

【図４】市販されている波動歯車の構造例を示す図であ
る。

【図５】構造を簡略化した従来の波動発生器の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１ａ…円筒状部 １ｂ…蓋部 ２ａ，２ｂ…軸受 ３…出力軸 ３ａ…フランジ部 ４…フレクスプライン ５…サーキュラ・スプライン ６ａ，６ｂ…軸受 ７…ロータヨーク又はロータ ７ａ…円筒部 ８…ロータマグネット ９…ステータ １０ａ，１０ｂ…ローラ軸 １１ａ，１１ｂ…ローラ １１ａ−１〜３，１１ｂ−１〜３…ローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーキュラ・スプラインと該サーキュラ
   ・スプラインとは異なる歯数を持ち加撓性を有するフレ
   クスプラインとを備え、 該フレクスプラインの一部に撓みを発生させて歯の一部
   を該サーキュラ・スプラインに噛み合わせながらこの撓
   みを回転させる波動発生用のローラを設け、 該ローラをモータのロータに直接取り付けた、 ことを特徴とするギヤ付モータ。
2. 【請求項２】 前記ロータを２個の軸受によりスパンを
   設けて出力軸に取り付ける、 ことを特徴とする請求項１に記載のギヤ付モータ。
3. 【請求項３】 前記ローラを撓みの発生方向にのみ複数
   個設ける、 ことを特徴とする請求項１に記載のギヤ付モータ。