JP2005188740A - Reduction gear - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撓み噛み合い式歯車装置を用いた減速機に関するものである。 The present invention relates to a reduction gear using a flexure meshing gear device.
従来より、いわゆるハーモニックドライブ機構と呼ばれる撓み噛み合い式歯車装置が知られている。代表的なハーモニックドライブ機構は、剛性のある円形の内歯歯車（サーキュラスプライン）と、この内歯歯車の内側に設けられ、その歯車に２箇所で噛み合うように楕円形に変形され、内歯歯車の歯数より２ｎ枚（ｎは正の整数）少ない歯数に設定された可撓性の有る外歯歯車（フレックススプライン）と、外歯歯車の内側に嵌合して外歯歯車を楕円形に撓ませるウェーブジェネレータとから成る。 Conventionally, a flexure meshing gear device called a so-called harmonic drive mechanism is known. A typical harmonic drive mechanism includes a rigid circular internal gear (circular spline) and an internal gear that is provided inside the internal gear and is deformed into an elliptical shape so as to mesh with the gear at two locations. 2n (n is a positive integer) less than the number of teeth of the flexible external gear (flex spline) set to the number of teeth and the inside of the external gear and the external gear is elliptical It consists of a wave generator that bends.
ウェーブジェネレータは、内側の楕円形のカム板と、カム板の外周に嵌合して楕円形に変形して撓められたボールベアリングとから成り、ウェーブジェネレータのベアリングの外輪が外歯歯車に嵌合している。このような構成のハーモニックドライブ機構は、いわゆる差動型減速機となっており、ウェーブジェネレータに設けられた入力軸を回転させると、外歯歯車の楕円形が回転させられ、この楕円形の回転により両歯車がその歯数差に対応して相対回転し、内歯歯車又は外歯歯車に出力軸を設けると、その出力軸は入力軸に対して大きい減速比で回転するというものである。 The wave generator is composed of an inner elliptical cam plate and a ball bearing that is fitted into the outer periphery of the cam plate and deformed and bent into an elliptical shape. The outer ring of the wave generator bearing is fitted to the external gear. Match. The harmonic drive mechanism having such a configuration is a so-called differential type speed reducer. When the input shaft provided in the wave generator is rotated, the elliptical shape of the external gear is rotated, and this elliptical rotation Thus, when both gears rotate relative to each other according to the difference in the number of teeth and an output shaft is provided on the internal gear or the external gear, the output shaft rotates at a large reduction ratio with respect to the input shaft.
ところが、上述したウェーブジェネレータは、駆動効率向上のため、楕円形のカム板の外周に、可撓性のある特殊なボールベアリングを必要としており、このため装置全体を高価なものにしていた。そこで、安価でしかも確実に長く適正な動作を行うハーモニックドライブ機構を提供するためのウェーブジェネレータが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 However, the above-described wave generator requires a special flexible ball bearing on the outer periphery of the elliptical cam plate in order to improve driving efficiency, which makes the entire apparatus expensive. Therefore, a wave generator has been proposed for providing a harmonic drive mechanism that is inexpensive and surely performs a proper operation for a long time (see, for example, Patent Document 1).
具体的には、外歯歯車の内側で回転することのできる大きさの回転板と、その回転板に自転可能に、且つ楕円形の長軸上又はその付近で直径方向に対向する位置に取り付けられた一対の第１ローラと、各第１ローラの両側に近接し且つ直径方向に対向する位置に自転可能に取り付けられた二対の第２ローラとを備えて成り、負荷がかけられた状態であっても、上記三対のローラによって外歯歯車の長軸及びその付近の形状を、楕円形の輪郭に維持する構成としている。 Specifically, the rotating plate can rotate inside the external gear, and can be rotated on the rotating plate and mounted on the elliptical long axis or in the vicinity of the diametrical direction. A pair of first rollers, and two pairs of second rollers that are rotatably mounted at positions close to both sides of each first roller and facing each other in the diametrical direction, and are loaded Even so, the three pairs of rollers are used to maintain the shape of the major axis of the external gear and the vicinity thereof in an elliptical outline.
また、入力軸と出力軸とを同軸上に配置することができる減速装置を低価格で実現するものが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。具体的には、遊星歯車機構の腕の中心部と出力軸の伸長部との間に軸受を介装配置し、更に腕の外周縁に回転自在なローラを複数組配置し、これをウェーブジェネレータとして兼用する構成としている。そして、これにより、遊星歯車機構の腕とハーモニックドライブ機構のウェーブジェネレータとを簡単な構造で一体的な構成とし、信頼性の高い高精度のウェーブジェネレータによる高減速比，高効率の減速装置を安価に実現できるとしている。 Moreover, what implement | achieves the reduction gear which can arrange | position an input shaft and an output shaft coaxially at low cost is disclosed (for example, refer patent document 2). Specifically, a bearing is interposed between the center part of the arm of the planetary gear mechanism and the extension part of the output shaft, and a plurality of rotatable rollers are arranged on the outer periphery of the arm, and this is used as a wave generator. It is set as the structure which serves as both. As a result, the arm of the planetary gear mechanism and the wave generator of the harmonic drive mechanism are integrated with a simple structure, and a high-reduction ratio and high-efficiency reduction device using a highly reliable and accurate wave generator is inexpensive. It can be realized.
上述した各特許文献に記載の構成においては、ウェーブジェネレータの安定した転回動作を得るための条件である、当該ウェーブジェネレータの楕円形状を維持する手段として、いずれも主ローラの近傍、若しくは略直角に位置する短軸部位に、いわゆる補助ローラを併設している。これは、小径の主ローラのみではウェーブジェネレータの楕円形状が安定して維持されず、フレックススプラインとサーキュラスプラインとが半係合状態を経て正規の係合状態へと、順次安定して推移しないためである。 In the configuration described in each of the above-mentioned patent documents, as a means for maintaining the elliptical shape of the wave generator, which is a condition for obtaining a stable turning operation of the wave generator, both are in the vicinity of the main roller or substantially at right angles. A so-called auxiliary roller is provided along the short axis portion. This is because the elliptical shape of the wave generator is not stably maintained with only the small-diameter main roller, and the flex spline and the circular spline do not transition from the semi-engaged state to the normal engaged state in sequence. It is.
しかしながら、このような主ローラ及び補助ローラを用いた構成では、フレックススプラインの長軸及びその付近の形状を、楕円形の輪郭に維持するために、各ローラを高精度で配置しなくてはならない。そして、各ローラの位置精度やフレックススプラインの寸法精度のバラツキ等が生じると、ウェーブジェネレータの転回動作の際に、主ローラの前後でフレックススプラインが撓むようになり、これが要因となって主ローラで押圧される前後の歯が径方向に遊離した状態を示し、係合が不安定となったり歯の噛み合い音が生じたりする。特に、ウェーブジェネレータの回転速度が急激に変化した場合には、フレックススプラインに強い引っ張り応力が加わり、最悪の場合には、フレックススプラインが瞬時に切断されるいわゆる瞬断が生じる恐れがある。 However, in such a configuration using the main roller and the auxiliary roller, in order to maintain the shape of the long axis of the flex spline and the vicinity thereof in an elliptical outline, each roller must be arranged with high accuracy. . If the positional accuracy of each roller or the dimensional accuracy of the flex spline varies, the flex spline will bend before and after the main roller during the turning operation of the wave generator. This shows a state in which the front and rear teeth are released in the radial direction, and the engagement becomes unstable and the tooth engagement sound is generated. In particular, when the rotation speed of the wave generator changes abruptly, a strong tensile stress is applied to the flex spline, and in the worst case, there is a possibility that a so-called instantaneous interruption occurs in which the flex spline is instantaneously cut.
また、主ローラ及び補助ローラを用いた構成に限らず、従来の一般的なハーモニックドライブ機構では、入力軸と出力軸とはウェーブジェネレータを介して完全に分離された構成となっているため、特に特許文献２のように入力軸と出力軸とを同軸上に配置するものにあっては、入，出力軸の中心位置精度を高精度に維持することが困難で、回転動作が円滑に行われない等で駆動効率を十分に上げられないという不具合もあった。
In addition to the configuration using the main roller and the auxiliary roller, the conventional general harmonic drive mechanism has a configuration in which the input shaft and the output shaft are completely separated via a wave generator. In the case where the input shaft and the output shaft are arranged coaxially as in
また、軽量かつ安価な減速機を提供すべく、減速機を構成する各部材を樹脂材料で形成することが考えられるが、樹脂材料は金属材料に比べ熱伝導性が低いため、駆動時の摩擦によって発生する発熱による材料強度の低下、摩擦力、摩耗の増加などにより寿命が低下する。このため、負荷トルクが長時間連続して作用する運転が要求される場合には、何らかの対策が必要となる。 In order to provide a lightweight and inexpensive reduction gear, it is conceivable that each member constituting the reduction gear is formed of a resin material. However, since the resin material has lower thermal conductivity than a metal material, friction during driving is considered. The life is shortened due to a decrease in material strength, frictional force, increased wear, etc. due to heat generated by. For this reason, some measures are required when an operation in which the load torque acts continuously for a long time is required.
本発明は、このような問題点に鑑み、簡単な構成で、駆動効率及びトルク出力が高く、しかも長寿命の減速機を安価に提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a reduction gear with a simple configuration, high drive efficiency and high torque output, and a long service life at low cost.
上記目的を達成するために、本発明の減速機では以下のように構成される。
（１）、内歯を形成したサーキュラスプライン、入力側ハウジングと、前記入力側ハウジングの内歯とモジュールが等しく且つ歯数が少ない外歯を形成し然も可撓性を有するフレックススプラインと、該フレックススプラインの内側に嵌合して同フレックススプラインを略楕円形に撓ませその長軸部位の二箇所で前記両内歯とフレックススプラインを係合させるウェーブジェネレータとを備えた減速機において、前記ウェーブジェネレータに一体化された入力軸と、出力軸が一体化される前記サーキュラスプラインとを相互に軸受で支持・連繋してなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the speed reducer of the present invention is configured as follows.
(1) a circular spline formed with internal teeth, an input-side housing, a flex spline having a module in which the internal teeth of the input-side housing are the same as the internal teeth and having a small number of teeth, and having flexibility; A speed reducer comprising a wave generator that is fitted inside a flex spline, flexes the flex spline into a substantially elliptical shape, and engages both the internal teeth and the flex spline at two locations of the long axis portion. The input shaft integrated with the generator and the circular spline integrated with the output shaft are mutually supported and connected by a bearing.
（２）、内歯を形成したサーキュラスプライン、入力側ハウジングと、前記入力側ハウジングの内歯とモジュールが等しく且つ歯数が少ない外歯を形成し然も可撓性を有するフレックススプラインと、該フレックススプラインの内側に嵌合して同フレックススプラインを略楕円形に撓ませその長軸部位の二箇所で前記両内歯とフレックススプラインを係合させるウェーブジェネレータとを備えた減速機において、前記ウェーブジェネレータに組み込まれて前記フレックススプラインの内周面を転動するローラの中心とローラ軸の中心を偏心させたことを特徴とする。 (2) a circular spline formed with internal teeth, an input side housing, a flex spline having a module in which the internal teeth of the input side housing are equal to the internal teeth and having a small number of teeth, and having flexibility; A speed reducer comprising a wave generator that is fitted inside a flex spline, flexes the flex spline into a substantially elliptical shape, and engages both the internal teeth and the flex spline at two locations of the long axis portion. The center of the roller incorporated in the generator and rolling on the inner peripheral surface of the flex spline and the center of the roller shaft are made eccentric.
（３）、内歯を形成したサーキュラスプラインと、前記内歯とモジュールが等しく且つ歯数が少ない外歯を形成し然も可撓性を有するフレックススプラインと、該フレックススプラインの内側に嵌合して同フレックススプラインを略楕円形に撓ませその長軸部位の二箇所で前記両スプラインを係合させるウェーブジェネレータとを備えた減速機において、前記ウェーブジェネレータより延び、先端が前記フレックススプラインの内周面に摺動可能に押圧されるテンショナーを備え、該テンショナーの長さを調節して前記フレックススプラインの張力を調節するようにしたことを特徴とする。 (3) a circular spline in which internal teeth are formed, a flex spline in which the internal teeth and the module are equal and the number of teeth is small, yet flexible, and the flexible spline is fitted inside the flex spline. And a wave reducer having a wave generator that bends the flex spline into a substantially elliptical shape and engages the two splines at two locations of the long axis portion thereof, extending from the wave generator, and having a tip at the inner periphery of the flex spline. A tensioner that is slidably pressed on the surface is provided, and the tension of the flex spline is adjusted by adjusting the length of the tensioner.
（４）、（３）の減速機において、前記ウェーブジェネレータの先端に、前記フレックススプラインの内周面を押圧しつつ転がる複数の転動体を配設したことを特徴とする。 (4) In the speed reducer of (3), a plurality of rolling elements that roll while pressing the inner peripheral surface of the flex spline are disposed at the tip of the wave generator.
（５）、（３）又は（４）の減速機において、前記テンショナーの先端に、前記フレックススプラインの内周面を押圧しつつ転がる複数の転動体を配設したことを特徴とする。 (5) In the reduction gear of (3) or (4), a plurality of rolling elements that roll while pressing the inner peripheral surface of the flex spline are disposed at the tip of the tensioner.
（６）、（３），（４）又は（５）の減速機において、前記ウェーブジェネレータの長さを調節して前記サーキュラスプラインと前記フレックススプラインとの間の距離を調整するようにしたことを特徴とする。 (6) In the reduction gear of (3), (4) or (5), the length of the wave generator is adjusted to adjust the distance between the circular spline and the flex spline. Features.
（７）、内歯を形成したサーキュラスプラインと、前記内歯とモジュールが等しく且つ歯数が少ない外歯を形成し然も可撓性を有するフレックススプラインと、該フレックススプラインの内側に嵌合して同フレックススプラインを略楕円形に撓ませその長軸部位の二箇所で前記両スプラインを係合させるウェーブジェネレータとを備えた減速機において、前記フレックススプラインより内方へ延び、出力軸に開けた穴にスライド可能に嵌合するシャフトを備え、該シャフトにより前記フレックススプラインからのトルクを前記出力軸に伝達することを特徴とする。 (7) a circular spline in which internal teeth are formed, an external tooth in which the internal teeth and the module are equal and the number of teeth is small, and a flexible spline that is flexible, and is fitted inside the flex spline. And a wave reducer provided with a wave generator that engages the two splines at two locations on the long axis portion thereof by bending the flex spline into a substantially elliptical shape, extending inward from the flex spline and opening the output shaft. A shaft slidably fitted in the hole is provided, and torque from the flex spline is transmitted to the output shaft by the shaft.
（８）、（１），（２），（３），（４），（５），（６）又は（７）の減速機において、前記減速機を構成する各部材を主として樹脂材料により形成したことを特徴とする。 In the reduction gear of (8), (1), (2), (3), (4), (5), (6) or (7), each member constituting the reduction gear is mainly formed of a resin material. It is characterized by that.
（９）、内歯を形成したサーキュラスプラインと、前記内歯とモジュールが等しく且つ歯数が少ない外歯を形成し然も可撓性を有するフレックススプラインと、該フレックススプラインの内側に嵌合して同フレックススプラインを略楕円形に撓ませその長軸部位の二箇所で前記両スプラインを係合させるウェーブジェネレータとを備えた減速機において、前記減速機を構成する各部材を主として樹脂材料により形成したことを特徴とする減速機。 (9) a circular spline in which internal teeth are formed, an external tooth having the same number of teeth as the internal teeth and a module, and a flexible spline that is still flexible; and a flexible spline that fits inside the flex spline. In the speed reducer provided with a wave generator that bends the flex spline into a substantially oval shape and engages the two splines at two locations on its long axis portion, each member constituting the speed reducer is mainly formed of a resin material. Reducer characterized by that.
（１０）、（８）又は（９）の減速機において、前記ウェーブジェネレータに組み込まれて前記フレックススプラインの内周面を転動する樹脂ローラの外周面に、ローラ軸方向に延びる溝を周方向に所定間隔離間して複数形成したことを特徴とする。 (10) In the speed reducer of (8) or (9), a groove extending in the axial direction of the roller is provided on the outer peripheral surface of the resin roller that is incorporated in the wave generator and rolls on the inner peripheral surface of the flex spline. A plurality of them are formed at predetermined intervals.
（１１）、（８），（９）又は（１０）の減速機において、前記ウェーブジェネレータに組み込まれて前記フレックススプラインの内周面を転動する樹脂ローラの形状を、ローラの端部より中央部の径を小さくしたことを特徴とする。 In the reducer according to (11), (8), (9) or (10), the shape of the resin roller incorporated in the wave generator and rolling on the inner peripheral surface of the flex spline is centered from the end of the roller. The diameter of the part is reduced.
（１２）、（８），（９），（１０）又は（１１）の減速機において、前記フレックススプラインの内周面に金属材料のスリーブを嵌着したことを特徴とする。 (12), (8), (9), (10) or (11), characterized in that a sleeve made of a metal material is fitted to the inner peripheral surface of the flex spline.
（１３）、（８），（９），（１０），（１１）又は（１２）の減速機において、少なくとも前記フレックススプラインの外歯の周方向に複数のスリットを形成したことを特徴とする。 (13), (8), (9), (10), (11) or (12), characterized in that a plurality of slits are formed at least in the circumferential direction of the external teeth of the flexspline. .
（１４）、（８），（９），（１０）又は（１１）の減速機において、前記フレックススプラインを金属材料で形成したことを特徴とする。 (14), (8), (9), (10) or (11), wherein the flex spline is formed of a metal material.
（１）の発明によれば、入，出力軸の中心位置制度が高精度に維持できるので、回転動作が滑らかになり駆動効率が向上する。 According to the invention of (1), since the center position system of the input and output shafts can be maintained with high accuracy, the rotational operation becomes smooth and the driving efficiency is improved.
（２）の発明によれば、ローラ軸の取り付け角度を変えることで、ローラのフレックススプラインへの押し付け量を調整することができ、歯の噛み合わせを最適にすることができるので、駆動効率の向上、歯面圧適正化による寿命の向上が図れる。 According to the invention of (2), the pressing amount of the roller against the flex spline can be adjusted by changing the mounting angle of the roller shaft, and the meshing of the teeth can be optimized. Improvement of life due to improvement and optimization of tooth surface pressure can be achieved.
（３）の発明によれば、フレックススプラインに適宜の張力を与え、ウェーブジェネレータの転回動作時におけるフレックススプラインの撓みを抑制し、いわゆる瞬断を防止して寿命の向上が図れる。また、ウェーブジェネレータで押圧される前後の歯が径方向に遊離した状態となることも抑制されるので、フレックススプラインの外歯とサーキュラスプラインの内歯との噛み合い歯数を多くすることができ、各歯への負荷が軽減されて長寿命と高い出力トルクが得られる。 According to the invention of (3), an appropriate tension is applied to the flex spline, the flex spline is prevented from being bent during the turning operation of the wave generator, so-called instantaneous interruption is prevented, and the life can be improved. In addition, since it is suppressed that the teeth before and after being pressed by the wave generator are released in the radial direction, the number of meshing teeth between the outer teeth of the flex spline and the inner teeth of the circular spline can be increased. The load on each tooth is reduced, and a long life and high output torque are obtained.
（４）の発明によれば、フレックススプラインとの摩擦を低減して、低コストで駆動効率を向上させることができる。 According to the invention of (4), the friction with the flex spline can be reduced, and the driving efficiency can be improved at low cost.
（５）の発明によれば、フレックススプラインとの摩擦を低減して、摺動によるトルク損失を軽減し、更に駆動効率を向上させることができる。 According to the invention of (5), friction with the flex spline can be reduced, torque loss due to sliding can be reduced, and driving efficiency can be further improved.
（６）の発明によれば、フレックススプラインの外歯とサーキュラスプラインの内歯との噛み合い歯数を多くし、バックラッシュの低減，より高いトルク伝達，及び長寿命を実現することができる。 According to the invention of (6), the number of meshing teeth between the external teeth of the flex spline and the internal teeth of the circular spline can be increased, and backlash can be reduced, higher torque transmission, and longer life can be realized.
（７）の発明によれば、フレックススプラインが略楕円形に変形する際の、出力軸側の変形歪を吸収しつつ出力軸にトルク伝達することで、疲労破断を防止することができる。 According to the invention of (7), fatigue breakage can be prevented by transmitting torque to the output shaft while absorbing deformation strain on the output shaft side when the flex spline is deformed into a substantially elliptical shape.
（８）の発明によれば、所望の性能を有する減速機を軽量でしかも安価に提供することができる。 According to the invention of (8), a reduction gear having desired performance can be provided at a light weight and at a low cost.
（９）の発明によれば、撓み噛み合い式歯車装置を用いた減速機を軽量でしかも安価に提供することができる。 According to the invention of (9), it is possible to provide a reduction gear using a flexure meshing gear device that is lightweight and inexpensive.
（１０）の発明によれば、フレックススプラインと樹脂ローラの間に隙間ができるので放熱性が改善され、また、溝に潤滑剤が流入するので冷却性が向上し、長時間の連続運転が可能になる。 According to the invention of (10), since a gap is formed between the flex spline and the resin roller, the heat dissipation is improved, and since the lubricant flows into the groove, the cooling performance is improved and continuous operation for a long time is possible. become.
（１１）の発明によれば、樹脂ローラが動作時の発熱により膨張したときに端部と中央部の径が同じになり、ローラ幅全面が接触するので、歯の噛み合い率が向上し、歯に作用する面圧を低減できるので寿命向上に繋がる。 According to the invention of (11), when the resin roller expands due to heat generated during operation, the diameter of the end portion and the center portion become the same, and the entire roller width comes into contact with each other. Since the surface pressure acting on the surface can be reduced, the service life is improved.
（１２）の発明によれば、フレックススプラインに発生した熱が熱伝導性の高い金属材料のスリーブを介して放熱されて放熱性が向上し、長時間の連続運転が可能となる。また、フレックススプラインの疲労強度が向上し寿命向上に繋がる。 According to the invention of (12), the heat generated in the flex spline is dissipated through the sleeve made of a metal material having high heat conductivity, so that the heat dissipating property is improved and a continuous operation for a long time becomes possible. In addition, the fatigue strength of the flex spline is improved, leading to an improvement in life.
（１３）の発明によれば、スリットにより放熱性が向上すると共にスリット部への潤滑剤流入により潤滑性が向上するので歯の温度上昇を抑制でき、温度上昇による材料強度低下を防ぎ、摩擦、摩耗の低減が図れるので寿命向上に繋がる。 According to the invention of (13), the heat dissipation is improved by the slit and the lubricity is improved by the inflow of the lubricant into the slit portion, so that the temperature rise of the teeth can be suppressed, the material strength drop due to the temperature rise is prevented, the friction, Wear can be reduced, leading to improved life.
（１４）の発明によれば、各部材に発生した熱が熱伝導性の高い金属材料のフレックススプラインを介して放熱されて放熱性が向上し、長時間の連続運転が可能となる。 According to the invention of (14), the heat generated in each member is dissipated through the flex spline made of a metal material having high heat conductivity, so that the heat dissipating property is improved, and continuous operation for a long time becomes possible.
以下、本発明に係る減速機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, a reduction gear according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明の実施例１に係る減速機の断面図、図２は図１のII−II線断面図である。
1 is a cross-sectional view of a reduction gear according to
本実施例の減速機は、図示のように、内歯１ａを形成したサーキュラスプライン（内歯歯車）１と、前記内歯１ａとモジュールが等しく且つ歯数が同じ外歯２ａを形成し然も可撓性を有するフレックススプライン（外歯歯車）２と、該フレックススプライン２の外歯２ａの歯数より２ｎ枚（ｎは正の整数）、例えば２枚多く設定された内歯８ａが形成される入力側ハウジング８と、同フレックススプライン２の内側に嵌合して同フレックススプライン２を略楕円形に撓ませその長軸部位の二箇所で前記サーキュラスプライン１，入力側ハウジング８とフレックススプライン２を係合させるウェーブジェネレータ３とを備えたいわゆるハーモニックドライブ機構を用いてなる。
As shown in the figure, the speed reducer of this embodiment forms a circular spline (internal gear) 1 having an
前記サーキュラスプライン１の中央部には出力軸４が一体形成され、出力側ハウジング５に左右一対の軸受６ａ，６ｂで回転自在に支持されている。前記ウェーブジェネレータ３には、入力軸７が一体的に組み付けられ、入力側ハウジング８に軸受９で回転自在に支持されている。前記出力軸４と入力軸７とは、両ハウジング５，８内において、同軸上に配置される。
An
前記ウェーブジェネレータ３は、前記入力軸７の軸心と直交する点対称位置に一対の主ローラ１０が、入力軸７に一体形成された左右一対の円形支持板１１間に位置して、該円形支持板１１間に架設されたローラ軸１２上を左右一対の軸受１３を介して回転自在に支持されてなり、この主ローラ１０によってフレックススプライン２の内側の２点を押圧し、その押圧ポイントで内歯１ａ、８ａと外歯２ａを噛み合わせ、入力側のウェーブジェネレータ３の回転に追随させて押圧ポイントを移動させ、フレックススプライン２を回転させることでサーキュラスプライン１と一体の出力軸４を前述した内歯８ａと外歯２ａとの歯数差で決まる減速比で減速回転させるようになっている。
In the
また、前記円形支持板１１間には、主ローラ１０と略９０°位相を異ならせて一対の補助ローラ１４が主ローラ１０と同様の構成で回転自在に支持されている。この補助ローラ１４によってフレックススプライン２の楕円形状が安定して維持され、フレックススプライン２とサーキュラスプライン１とが半係合状態を経て正規の係合状態へと、順次安定して推移し得るようになっている。
A pair of
そして、本実施例では、前記入力軸７の一端（図中左端）が出力軸４の一端（図中右端：サーキュラスプライン１の中心部）に嵌入され、両者は相互に軸受１５を介して相対回転自在に支持・連繋されている。
In this embodiment, one end (the left end in the figure) of the
このようにして本実施例では、補助ローラ１４によりフレックススプライン２に適宜の張力を与え、ウェーブジェネレータ３の転回動作時におけるフレックススプライン２の撓みを抑制し、いわゆる瞬断を防止して寿命を向上させている。また、主ローラ１０で押圧される前後の歯が径方向に遊離した状態となることも抑制されるので、フレックススプライン２の外歯２ａとサーキュラスプライン１の内歯１ａ、入力側ハウジング８の内歯８ａとの噛み合い歯数を多くすることができ、各歯への負荷が軽減されて長寿命或いは高い出力トルクが得られる。
In this way, in this embodiment, the
加えて、同軸上に配置された入力軸７と出力軸４側とを相互に軸受１５を介して相対回転自在に支持・連繋したことにより、特に入力軸７がいわゆる両持支持となり、入，出力軸７，４の中心位置制度が高精度に維持できるので、回転動作が滑らかになり駆動効率が向上する。換言すれば、入力軸７が片持ち支持されることにより発生するいわゆるすりこぎ運動が未然に回避されるのである。
In addition, the
これらの結果、減速機を構成する各部材（サーキュラスプライン１及び出力軸４，フレックススプライン２，主ローラ１０，補助ローラ１４，入力軸７及び円形支持板１１，出力側ハウジング５，入力側ハウジング８等）を金属材料に代えて樹脂材料で形成しても、駆動時の摩擦によって発生する発熱による材料強度の低下、摩擦力、摩耗の増加が抑制され、負荷トルクが長時間連続して作用する運転も可能となる。この場合、少なくともフレックススプライン２のみを金属材料で形成しても良い。これによれば、各部材に発生した熱が熱伝導性の高い金属材料のフレックススプライン２を介して放熱されて放熱性が向上し、長時間の連続運転が可能となる。勿論、減速機を構成する各部材の大半を金属材料で形成しても上述した効果は当然得られる。
As a result, each member constituting the speed reducer (
図３は、本発明の実施例２に係る減速機のローラの正面（同図（ａ））及びローラ周囲の断面図（同図（ｂ））である。 FIG. 3 is a front view of the roller of the speed reducer according to the second embodiment of the present invention (FIG. 3A) and a sectional view around the roller (FIG. 3B).
これは、実施例１において、減速機を構成する各部材を樹脂材料で形成した場合に、主ローラ１０（及び補助ローラ１４）の外周面に、ローラ軸方向に延びる溝１６を周方向に所定間隔離間して複数形成した例である。
In the first embodiment, when each member constituting the speed reducer is formed of a resin material, a
これによれば、フレックススプライン２と主ローラ１０（及び補助ローラ１４）の間に隙間ができるので放熱性が改善され、また、溝１６に潤滑剤が流入するので冷却性が向上し、長時間の連続運転が可能になる。
According to this, since a gap is formed between the
図４は、本発明の実施例３に係る減速機のローラ周囲の断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view around the roller of the speed reducer according to the third embodiment of the present invention.
これは、実施例１において、減速機を構成する各部材を樹脂材料で形成した場合に、主ローラ１０（及び補助ローラ１４）の形状を、ローラの端部より中央部の径を小さくした例である。 This is an example in which the diameter of the central portion of the main roller 10 (and auxiliary roller 14) is made smaller than the end portion of the roller when each member constituting the speed reducer is formed of a resin material in the first embodiment. It is.
これによれば、主ローラ１０（及び補助ローラ１４）が動作時の発熱により膨張したときに端部と中央部の径が同じになり、ローラ幅全面が接触するので、歯の噛み合い率が向上し、歯に作用する面圧を低減できるので寿命向上に繋がる。これは、動作時の発熱による温度勾配はローラ端部より中央部が高いので、中央部の膨張量が大きくなることによる不具合を解消するものである。 According to this, when the main roller 10 (and the auxiliary roller 14) expands due to heat generated during operation, the diameter of the end portion and the center portion become the same, and the entire roller width comes into contact with each other, so that the tooth engagement rate is improved In addition, since the surface pressure acting on the teeth can be reduced, the life is improved. This is because the temperature gradient due to heat generation during operation is higher in the central portion than in the roller end portion, so that the problem due to an increase in the expansion amount in the central portion is solved.
図５は、本発明の実施例４に係る減速機のフレックススプラインの正面図である。 FIG. 5 is a front view of a flex spline of a reduction gear according to a fourth embodiment of the present invention.
これは、実施例１において、減速機を構成する各部材を樹脂材料で形成した場合に、フレックススプライン２の内周面に金属製スリーブ１７を適宜の嵌め合い手段等で相対回転不能に嵌着した例である。
In the first embodiment, when each member constituting the speed reducer is formed of a resin material, the
これによれば、フレックススプライン２に発生した熱が熱伝導性の高い金属製スリーブ１７を介して放熱されて放熱性が向上し、長時間の連続運転が可能となる。また、フレックススプライン２の疲労強度が向上し寿命向上に繋がる。
According to this, the heat generated in the
図６は、本発明の実施例５に係る減速機のフレックススプラインの要部斜視図である。 FIG. 6 is a perspective view of main parts of a flex spline of a reduction gear according to a fifth embodiment of the present invention.
これは、実施例１において、減速機を構成する各部材を樹脂材料で形成した場合に、フレックススプライン２の外歯２ａ（及びサーキュラスプライン１の内歯１ａ，入力側ハウジング８の内歯８ａ）の周方向に複数のスリット１８を形成した例である。スリット１８の深さは外歯２ａ（及び内歯１ａ、８ａ）の歯元まで達しなくても良い。
This is because the
これによれば、スリット１８により放熱性が向上すると共にスリット１８部への潤滑剤流入により潤滑性が向上するので外歯２ａ（及び内歯１ａ、８ａ）の温度上昇を抑制でき、温度上昇による材料強度低下を防ぎ、摩擦、摩耗の低減が図れるので寿命向上に繋がる。
According to this, since the heat dissipation is improved by the
図７は、本発明の実施例６に係る減速機のローラの正面（同図（ａ））及びローラ周囲の断面図（同図（ｂ））である。 FIG. 7 is a front view (FIG. 7A) of a roller of a reduction gear according to a sixth embodiment of the present invention and a sectional view around the roller (FIG. 7B).
これは、実施例１において、減速機を構成する各部材が金属材料であるか樹脂材料であるかを問わず、ウェーブジェネレータ３（図１参照）に組み込まれてフレックススプライン２の内周面を転動する主ローラ１０の中心（ローラ中心Ｃ1参照）とローラ軸１２の中心（ローラ軸中心Ｃ2参照）を偏心させた例である。
This is because the inner peripheral surface of the
これによれば、ローラ軸１２の取り付け角度を変えることで、主ローラ１０のフレックススプライン２への押し付け量を調整することができ、歯の噛み合わせを最適にすることができるので、駆動効率の向上、歯面圧適正化による寿命の向上が図れる。尚、本実施例を補助ローラ１４（図２参照）に適用してフレックススプライン２のテンションを調整可能にしても良いことはいうまでもない。
According to this, by changing the mounting angle of the
図８は、本発明の実施例７に係る減速機の構成を模式的に示す図であり、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）〜（ｄ）は各構成例の横断面図である。本発明の減速機は、いわゆるハーモニックドライブ機構を用いており、同図に示すように、固定したリング状のサーキュラスプライン１に、出力軸４に接続したカップ状のフレックススプライン２を嵌合するとともに、入力軸７に接続したウェーブジェネレータ３をフレックススプライン２に内在させた構成となっている。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating the configuration of a reduction gear according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 8A is a longitudinal sectional view, and FIGS. FIG. The speed reducer of the present invention uses a so-called harmonic drive mechanism, and as shown in the figure, a cup-shaped
フレックススプライン２の外周には、トルク伝達用の外歯２ａが形成されている。一方サーキュラスプライン１の内周には、前記フレックススプライン２の外歯２ａと噛み合う内歯１ａが形成されている。そして、フレックススプライン２の外歯２ａの歯数が、サーキュラスプライン１の内歯１ａの歯数より２ｎ枚（ｎは正の整数）、例えば２枚少なく形成されている。
On the outer periphery of the
また、フレックススプライン２の内側に内在するウェーブジェネレータ３は、同図（ｂ）の場合、入力軸４の軸心と直交する点対称位置に一対の主ローラ１０を有する支持体１１ａから成り、主ローラ１０によってフレックススプライン２の内側の２点を押圧し、その押圧ポイントで内歯１ａと外歯２ａを噛み合わせ、入力側のウェーブジェネレータ３の回転に追随させて押圧ポイントを移動させ、フレックススプライン２を回転させて出力軸４を前述した内歯１ａと外歯２ａとの歯数差で決まる減速比で減速回転させるように構成されている。
Further, the
さて、支持体１１ａの中央部からは、入力軸７の軸心及び支持体１１ａと略直交するようにテンショナー２０が径方向に延びている。テンショナー２０の両端には扇形状部２０ａが設けられており、それぞれその外周面が、フレックススプライン２の短軸及びその付近に形成される略楕円形の輪郭内周面に沿うようにして摺動可能に押圧される。また、各扇形状部２０ａは図示しないネジ機構等により径方向に伸縮可能であり、これによりテンショナー２０の長さを調節し、ひいてはフレックススプライン２の張力を調節した上で固定されるようになっている。
The
このようにして、フレックススプライン２に適宜の張力を与え、ウェーブジェネレータ３の転回動作時におけるフレックススプライン２の撓みを抑制し、いわゆる瞬断を防止して寿命を向上させている。またこのとき、主ローラ１０で押圧される前後の歯が径方向に遊離した状態となることも抑制されるので、フレックススプライン２の外歯２ａとサーキュラスプライン１の内歯１ａとの噛み合い歯数を多くすることができ、各歯への負荷が軽減されて長寿命或いは高い出力トルクが得られる。
In this way, an appropriate tension is applied to the
また、同図（ｃ）では、上記主ローラ１０の代わりにベアリング２１を設けている。ベアリング２１は、玉軸受或いはコロ軸受若しくはニードル軸受の構成をしており、これによりフレックススプライン２との摩擦を更に低減して、低コストで駆動効率を向上させている。なお、上記ベアリング２１に相当するものとして、いわゆるカムフォロアを代わりに用いても良い。
In FIG. 2C, a
また、同図（ｄ）では、上記主ローラ１０の代わりに扇形状部２２を設け、その外周面に沿って複数の転動体２３、即ち回転可能な玉或いはコロ若しくはニードル等を配設している。そして、これらによりフレックススプライン２の内周面を押圧しつつ転がる構成としている。これにより、フレックススプライン２との摩擦を低減して、低コストで駆動効率を向上させている。
In FIG. 4D, a fan-shaped
扇形状部２２の外周面は、上記主ローラ１０やベアリング２１よりも曲率半径を大きくしている。具体的には、フレックススプライン２の長軸及びその付近に形成される略楕円形の輪郭に沿った形状とするか、さらにはサーキュラスプライン１の円形の輪郭に沿った形状若しくはそれに近い形状としている。これにより、フレックススプライン２の外歯２ａとサーキュラスプライン１の内歯１ａとの噛み合い歯数を多くすることができ、各歯への負荷が軽減されて長寿命或いは高い出力トルクが得られる。
The outer peripheral surface of the fan-shaped
図９は、本発明の実施例８に係る減速機の構成を模式的に示す図であり、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）〜（ｄ）は各構成例の横断面図である。本実施例では、上記テンショナー２０の扇形状部２０ａの外周面に沿って複数の転動体２３、即ち回転可能な玉或いはコロ若しくはニードル等を配設している。そして、これらによりフレックススプライン２の内周面を押圧しつつ転がる構成としている。これにより、フレックススプライン２との摩擦を低減して、摺動によるトルク損失を軽減し、更に駆動効率を向上させている。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of a reduction gear according to an eighth embodiment of the present invention, where FIG. 9A is a longitudinal sectional view, and FIGS. 9B to 9D are cross sections of the respective configuration examples. FIG. In the present embodiment, a plurality of rolling
図１０は、本発明の実施例９に係る減速機の構成を模式的に示す図であり、同図（ａ），（ｃ）を各構成例の横断面図とし、同図（ｂ），（ｄ）をそれぞれの要部拡大縦断面図としている。本実施例では、支持体１１ａやテンショナー２０の長さを調節することで、サーキュラスプライン１，フレックススプライン２間の距離を調整する構成としている。これにより、フレックススプライン２の外歯２ａとサーキュラスプライン１の内歯１ａとの噛み合い歯数を多くし、バックラッシュの低減，より高いトルク伝達，及び長寿命を実現することができる。
FIG. 10 is a diagram schematically showing the configuration of the reduction gear according to the ninth embodiment of the present invention. FIGS. 10A and 10C are cross-sectional views of the respective configuration examples, and FIG. (D) is an enlarged longitudinal sectional view of a main part of each. In this embodiment, the distance between the
具体的には、例えば同図（ａ），（ｂ）に示すように、支持体１１ａ中央近傍の孔２５とテンショナー２０内側端部の長孔２４とを貫通するテーパ付きネジ２６を設け、これを回転させ挿抜することにより、テンショナー２０をテーパ付きネジ２６の側面に沿って矢印のようにスライドさせその長さを調節することで、サーキュラスプライン１，フレックススプライン２間の距離を調整する。そして、最後に例えば接着固定する。これは、支持体１１ａの長さを調節する場合も同様である。
Specifically, for example, as shown in FIGS. 4A and 4B, a tapered
或いは、例えば同図（ｃ），（ｄ）に示すように、支持体１１ａ中央部とテンショナー２０との間に楔２７を設け、これを軸方向両側よりリング状のプレート２８で挟み込み、プレート２８同士をボルト２９及びナット３０で締め付けたり緩めたりして、楔２７を挿抜することにより、楔２７の斜面に沿ってテンショナー２０を矢印のようにスライドさせその長さを調節することで、サーキュラスプライン１，フレックススプライン２間の距離を調整する。そして、最後に例えば接着固定する。
Alternatively, for example, as shown in FIGS. 3C and 3D, a
これは、支持体１１ａの長さを調節する場合も同様である。なお、テンショナー２０内側端部の長孔２４にボルト２９が貫通している。また、各楔２７の斜面の傾きを異ならせることにより、サーキュラスプライン１，フレックススプライン２間の距離の調整度合いを異なったものとすることができる。例えば、支持体１１ａの長さ調節を微調整とし、テンショナー２０の長さ調節を粗調整として使い分けることにより、正確で迅速に調整を行うことができる。
This is the same when the length of the
図１１は、本発明の実施例１０に係る減速機の構成を模式的に示す図であり、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は横断面図である。本実施例では、フレックススプライン２をカップ状ではなく略円筒状とし、その出力軸側端部内周より径方向内側へ向かって延び放射状を成す複数のシャフト３１設けている。これは、トルク伝達の強度さえあれば柱状でも板状やその他の形状でも良い。そして、サーキュラスプライン１内に出力軸４の大径部４ａを形成し、これに出力軸４の軸心と直交し放射状を成すスライド穴４ｂを開けて、ここに前記シャフト３１を嵌合させる構成となっている。シャフト３１はスライド穴４ｂ中を径方向にスライド可能となっており、これによりスライド機構を構成している。
FIG. 11 is a diagram schematically illustrating the configuration of a speed reducer according to a tenth embodiment of the present invention, where FIG. 11 (a) is a longitudinal sectional view and FIG. 11 (b) is a transverse sectional view. In the present embodiment, the
さて、フレックススプライン２は、その横断面が略楕円形に変形しながら、外歯２ａがサーキュラスプライン１の内歯１ａと噛み合いつつ、回転する。このとき、フレックススプライン２が従来のカップ状であると、根元部に応力集中箇所が発生し、ここが疲労破断する恐れがある。そこで、本実施例のようなスライド機構を設けて、フレックススプライン２が略楕円形に変形する際の、出力軸側の変形歪を吸収しつつ出力軸４にトルク伝達することで、疲労破断を防止している。
Now, the
また、上述したように、出力軸４の大径部４ａにスライド穴４ｂを設けたことにより、スライド穴４ｂとシャフト３１との嵌合長さＬを長く取ることができ、これにより周方向のガタを低減している。また、スライド穴４ｂとシャフト３１との嵌合部に直動ベアリングを設けることにより、摺動摩擦を低減して駆動効率を高くすることができる。
Further, as described above, by providing the
その他、本実施例では同図（ｂ）に示すように、スライド穴４ｂが４個で十字状となっているが、これに限定されるものでは勿論なく、個数や配置は必要に応じて任意に設定される。また、各スライド穴４ｂを出力軸４の軸心方向にずらして配設することにより、各スライド穴４ｂを長く、ひいてはスライド穴４ｂとシャフト３１との嵌合長さＬを長く取ることができ、これにより周方向のガタを更に低減することが可能となる。
In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 4B, the
尚、以上説明した実施例７乃至１０においても減速機を構成する各部材を、主として樹脂材料により形成することができる。樹脂材料の種類としては、例えばエンジニアリングプラスチックとして、耐熱性や耐摩擦・摩耗性に優れたポリアセタールやポリエーテルエーテルケトン、若しくはポリカーボネートやポリアミド系材料が用いられる。その他、汎用プラスチックとしてナイロン系の材料も有望である。これらの樹脂材料には機械加工を一切施さず、上述した各調節機構等により精度良く組み立てることができるので、所望の性能を有する減速機を軽量でしかも安価に提供することができる。 In the seventh to tenth embodiments described above, each member constituting the speed reducer can be mainly formed of a resin material. Examples of the resin material include, for example, engineering plastics such as polyacetal, polyether ether ketone, polycarbonate, or polyamide-based material having excellent heat resistance, friction resistance, and wear resistance. In addition, nylon-based materials are also promising as general-purpose plastics. Since these resin materials are not machined at all and can be assembled with high precision by the above-described adjusting mechanisms and the like, a reduction gear having desired performance can be provided at a light weight and at a low cost.
１ サーキュラスプライン、１ａ 内歯、２ フレックススプライン、２ａ 外歯、３ ウェーブジェネレータ、４ 出力軸、４ａ 大径部、４ｂ スライド穴、５ 出力側ハウジング、６ａ，６ｂ 軸受、７ 入力軸、８ 入力側ハウジング、８ａ 内歯、９ 軸受、１０ 主ローラ、１１ 円形支持板、１１ａ 支持体、１２ ローラ軸、１３ 軸受、１４ 補助ローラ、１５ 軸受、１６ 溝、１７ 金属製スリーブ、１８ スリット、２０ テンショナー、２０ａ 扇形状部、２１ ベアリング、２２ 扇形状部、２３ 転動体、２４ 長孔、２５ 孔、２６ テーパ付きネジ、２７ 楔、２８ プレート、２９ ボルト、３０、ナット、３１ シャフト。 1 Circular spline, 1a internal tooth, 2 flex spline, 2a external tooth, 3 wave generator, 4 output shaft, 4a large diameter, 4b slide hole, 5 output housing, 6a, 6b bearing, 7 input shaft, 8 input side Housing, 8a Internal tooth, 9 Bearing, 10 Main roller, 11 Circular support plate, 11a Support, 12 Roller shaft, 13 Bearing, 14 Auxiliary roller, 15 Bearing, 16 Groove, 17 Metal sleeve, 18 Slit, 20 Tensioner, 20a Fan-shaped part, 21 Bearing, 22 Fan-shaped part, 23 Rolling element, 24 Long hole, 25 hole, 26 Tapered screw, 27 Wedge, 28 Plate, 29 Bolt, 30, Nut, 31 Shaft.
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