JP2013064425A - 波動歯車減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットに組み込まれる波動歯車減速機の組立誤差を低減可能な技術を提供する。
【解決手段】波動歯車減速機２２は、ウェーブジェネレータ３１とフレクスプライン３２とサーキュラスプライン３３とを備える。サーキュラスプライン３３は、固定プレート２３と筐体２４との間に狭持され、固定プレート２３を筐体２４にボルト３５で締結することで筐体２４に固定される。サーキュラスプライン３３の固定プレート２３に対する接触部と、固定プレート２３のサーキュラスプライン３３に対する接触部とには、それぞれ、周方向に向けて傾斜する傾斜面と該傾斜面の端部に設けられた段差部とを有する傾斜部がサーキュラスプラインの全周に亘って形成されており、それぞれの傾斜部の傾斜面が面接触するとともに、それぞれの傾斜部の段差部が係合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットの筐体に取り付けられる波動歯車減速機に関する。

産業用ロボットには、関節を駆動するためのモータと減速機とが組み込まれる。ロボット用の減速機としては、大きなトルク容量を得るために、例えば、波動歯車減速機が採用される（特許文献１参照）。周知のように、波動歯車減速機は、楕円状カムの外周にボールベアリングを有するウェーブジェネレータと、カップ状の金属弾性体であり開口部の外周に外歯が形成されたフレクスプラインと、剛体環状で内周に内歯が刻まれたサーキュラスプラインと、を主な構成部品として備えている。

一般的に、サーキュラスプラインは、１０本前後のボルトによってロボットの筐体に締結される。しかし、例えば、これらのボルトの座面に面圧ムラがあると、サーキュラスプラインが変形してしまい、組立誤差が生じてしまう。このような組立誤差は、ロボットの振動の原因となるため、そのロボットによって生産される製品の不良率にも影響がおよぶ可能性がある。

特開２００９−２５７４０９号公報

前述の問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、ロボットに組み込まれる波動歯車減速機の組立誤差を低減可能な技術を提供することである。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］ロボットの筐体に取り付けられる波動歯車減速機であって、楕円状のカムを有するウェーブジェネレータと、外周部に外歯が形成され前記ウェーブジェネレータの外側に配置されるカップ状のフレクスプラインと、内周部に前記外歯よりも多い内歯が形成され、該内周部に前記フレクスプラインが配置されるリング状のサーキュラスプラインと、を備え、前記サーキュラスプラインは、固定プレートと前記筐体との間に狭持され、該固定プレートを前記筐体にボルトで締結することで前記筐体に固定され、前記サーキュラスプラインの前記固定プレートに対する接触部と、前記固定プレートの前記サーキュラスプラインに対する接触部とには、それぞれ、周方向に向けて傾斜する傾斜面と該傾斜面の端部に設けられた段差部とを有する傾斜部が、前記サーキュラスプラインの全周に亘って形成されており、前記サーキュラスプラインの傾斜部の傾斜面と前記固定プレートの傾斜部の傾斜面とが面接触するとともに、前記サーキュラスプラインの傾斜部の段差部と前記固定プレートの傾斜部の段差部とが係合する波動歯車減速機。

このような構成であれば、サーキュラスプラインの傾斜部の傾斜面と固定プレートの傾斜部の傾斜面とを面接触させ、サーキュラスプラインの傾斜部の段差部と固定プレートの傾斜部の段差部とを係合させることでサーキュラスプラインをロボットの筐体に固定させる。よって、サーキュラスプラインをボルトで筐体に固定する必要がないため、波動歯車減速機の組立誤差を低減させることができる。この結果、ロボットの振動や騒音の発生を抑制することが可能になる。また、サーキュラスプラインの傾斜部と固定プレートの傾斜部とは、それぞれ、サーキュラスプラインの全周に亘って形成されているため、固定プレートのサーキュラスプラインに対する押圧力が、均等に分散する。そのため、この押圧力によってサーキュラスプラインが変形したとしても、全体として変形することになり、局所的な変形（サーキュラスプラインが波打つような変形）が抑制される。この結果、固定プレート締結時のボルトの締め付けトルクが全体的に高くなった場合に振動や騒音が発生してしまうことを抑制することが可能になる。

［適用例２］適用例１に記載の波動歯車減速機であって、前記サーキュラスプラインと前記固定プレートとには、それぞれ、前記傾斜部が１つずつ設けられている波動歯車減速機。

傾斜部は、サーキュラスプラインと固定プレートとに対してそれぞれ複数設けることも可能である。しかし、上記構成のように、傾斜部が１つであれば、サーキュラスプラインおよび固定プレートの加工精度が向上するため、組立誤差をより低減させることができる。

［適用例３］適用例１または適用例２に記載の波動歯車減速機であって、前記サーキュラスプラインと、前記固定プレートとは、同じ素材で形成されている波動歯車減速機。

このように、サーキュラスプラインと固定プレートとを同じ素材で形成すれば、熱膨張率を同一にすることができるため、固定プレートがモータ等の熱によって熱膨張したとしても、その熱膨張にサーキュラスプラインを追従させることができる。そのため、振動や騒音をより低減させることができる。

なお、本発明は、上述した波動歯車減速機としての構成に限られず、例えば、波動歯車減速機の製造方法としても構成することが可能である。

波動歯車減速機の概略構成を示す説明図である。 固定プレートを上面側から見た斜視図である。 サーキュラスプラインを下面側から見た斜視図である。 複数の傾斜部を有する固定プレートの例を示す図である。 複数の傾斜部を有するサーキュラスプラインの例を示す図である。

Ａ．装置構成：
図１は、本発明の一実施形態としての波動歯車減速機の概略構成を示す説明図である。波動歯車減速機２２は、モータ２１とともにロボットの関節を駆動するための装置であり、ウェーブジェネレータ３１と、フレクスプライン３２と、サーキュラスプライン３３と、を備えている。以下では、図１の上下方向を、波動歯車減速機２２の上下方向として説明する。

波動歯車減速機２２は、ロボットの筐体２４に設けられた中空の筒状部２５内に配置される。筒状部２５内には、上方から下方にかけて第１段部２５ａ、第２段部２５ｂ、第３段部２５ｃが、形成されており、この順に径が大きくなるように形成されている。第１段部２５ａと第２段部２５ｂとの間には環状の第１平面部２４ａが形成され、第２段部２５ｂと第３段部２５ｃとの間には環状の第２平面部２４ｂが形成されている。

ウェーブジェネレータ３１は、楕円状のカム１３ａの外周にボールベアリング３１ｂが組み付けられて構成されている。フレクスプライン３２は、薄肉のカップ状の形状を呈した金属弾性体であり、その下部の開口部が、ウェーブジェネレータ３１の外側に配置される。サーキュラスプライン３３は、剛体環状の部材であり、フレクスプライン３２の開口部の外側に配置される。フレクスプライン３２の開口部の外周には多数の外歯３２ａが形成され、サーキュラスプライン３３の内周にはフレクスプライン３２の外歯３２ａよりも所定数（例えば２つ）だけ歯数が多い内歯３３ａが形成されている。これら外歯３２ａと内歯３３ａとは、楕円状のウェーブジェネレータ３１の長軸の部分で噛み合う。

ウェーブジェネレータ３１は、筒状部２５の第２段部２５ｂ内に配置される。ウェーブジェネレータ３１にはモータ２１の出力軸２１ａがボルト２１ｂにより連結されている。ウェーブジェネレータ３１は、このモータ２１の回転軸２１ａを入力軸としてモータ２１の回転軸２１ａとともに回転する。

フレクスプライン３２は、外歯３２ａの形成された下部の開口部が筒状部２５の第２段部２５ｂ内に配置され、それよりも上方部分が、筒状部２５の第１段部２５ａ内に配置される。フレクスプライン３２のカップ状の底部３２ｂには、厚肉のボス部３２ｃが形成されている。ボス部３２ｃには、取り付け部材３７を介してボルト３８により出力軸（図示せず）が締結される。

サーキュラスプライン３３は、筒状部２５の第２段部２５ｂ内に配置され、上面が、第１平面部２４ａに接している。サーキュラスプライン３３の下面には、螺旋状の第１傾斜部３３１がサーキュラスプライン３３の全周に亘って形成されている。この第１傾斜部３３１の下面は、後述する固定プレート２３の上面に形成された第２傾斜部２３１に接している。

固定プレート２３は、モータ２１を筐体２４に固定するための部材であり、モータ２１の上端面に配置されている。固定プレート２３は、筒状部２５内の第３段部２５ｃ内に配置されており、その外周部が、複数のボルト３５によって、第２平面部２４ｂに締結される。固定プレート２３とサーキュラスプライン３３とは、同一の素材（例えば、鉄）によって形成されている。

図２は、固定プレート２３を上面側から見た斜視図である。固定プレート２３には、サーキュラスプライン３３と接触する接触部に螺旋状の第２傾斜部２３１がサーキュラスプライン３３の全周に亘るように形成されている。第２傾斜部２３１は、周方向ＣＤ１に向けて一定角度で傾斜する傾斜面２３２と、この傾斜面２３２の端部に設けられた段差部２３３とを有する。本実施形態では、段差部２３３は、固定プレート２３の下面に対して垂直に形成されている。傾斜部２３１の外径Ｗ１は、筒状部２５の第２段部２５ｂの内径と同じであり、例えば、１００ｍｍとすることができる。段差部２３３の高さＨ１は、例えば、５ｍｍとすることができる。なお、固定プレート２３の環状の外周部２３ａには、固定プレート２３を筐体２４に固定するためのボルト３５が挿入されるボルト固定孔３５ｂが形成されている。固定プレート２３の外周部２３ａの外径は、筒状部２５の第３段部２５ｃの内径よりも小さく形成されている。

図３は、サーキュラスプライン３３を下面側から見た斜視図である。前述のように、サーキュラスプライン３３の内周には、内歯３３ａが形成されている。このサーキュラスプライン３３には、固定プレート２３と接触する接触部に螺旋状の第１傾斜部３３１が形成されている。第１傾斜部３３１は、周方向ＣＤ２に向けて固定プレート２３の傾斜面２３２と同一の角度で傾斜する傾斜面３３２と、この傾斜面３３２の端部に設けられた段差部３３３とを有する。本実施形態では、段差部３３３は、サーキュラスプライン３３の上面（図３では下面）に対して垂直に形成されている。傾斜部３３２の外径Ｗ２は、固定プレート２３の傾斜部２３１の外径と同じであり、例えば、１００ｍｍとすることができる。段差部３３３の高さＨ２は、固定プレート２３の段差部２３２の高さと同じであり、例えば、５ｍｍとすることができる。傾斜部３３１を除いたサーキュラスプライン３３の高さＨ３は、例えば、１０ｍｍとすることができる。図２に示した固定プレート２３とは異なり、サーキュラスプライン３３には、ボルトを通すための孔は空けられていない。

図１には、図２に示した固定プレート２３の傾斜面２３２と、図３に示したサーキュラスプライン３３の傾斜面３３２とが、筒状部２５の第２段部２５ｂ内で面接触するとともに、固定プレート２３の段差部２３３と、サーキュラスプライン３３の段差部３３３とが互いにかみ合っている様子（係合している様子）が示されている。本実施形態では、このように、サーキュラスプライン３３の第１傾斜部３３１と固定プレート２３の第２傾斜部２３１とが隙間無く接触することで、サーキュラスプライン３３が筐体２４に対して固定される。

Ｂ．製造方法：
以上で説明した本実施形態の波動歯車減速機２２は、例えば、次のような手順（１）〜（４）によって製造することができる。

（１）フレクスプライン３２と出力軸とを、取り付け部材３７とボルト３８とによって一体化して出力側アセンブリを組み立てる。さらに、固定プレート２３を有するモータ２１の回転軸２１ａにウェーブジェネレータ３１をボルト２１ｂによって固定して入力側アセンブリを組み立てる。

（２）サーキュラスプライン３３を、筐体２４の第２段部２５ｂ内に挿入し、サーキュラスプライン３３の第１傾斜部３３１と固定プレート２３の第２傾斜部２３１とが図１に示すように隙間無く接触するように、入力側アセンブリの固定プレート２３を筒状部２５の第３段部２５ｃ内に挿入する。

（３）固定プレート２３をボルト３５で筐体２４の第２平面部２４ｂに締結することで、入力側アセンブリとともにサーキュラスプライン３３を筐体２４に固定する。

（４）サーキュラスプライン３３の内歯３３ａとその内側に配置されたウェーブジェネレータ３１の外周との隙間に、出力側アセンブリのフレクスプライン３２の外歯３２ａを差し入れ、出力側アセンブリを筐体２４の第１段部２５ａ側に固定する。

Ｃ．効果：
以上で説明した本実施形態の波動歯車減速機２２では、サーキュラスプライン３３は、ボルトを用いることなく、モータ２１を固定するための固定プレート２３と筐体２４の第１平面部２４ａとの間に狭持され、これらによって両面が面接触されることで固定される。そのため、従来のようにボルトの座面の面圧ムラによってサーキュラスプライン３３が変形してしまうおそれが無い。よって、波動歯車減速機２２の組立誤差を低減することが可能となり、この結果、ロボットの振動や騒音の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、サーキュラスプライン３３の第２傾斜部３３１および固定プレート２３の第１傾斜部２３１が、それぞれ、サーキュラスプライン３３の全周に亘って形成されているため、固定プレート２３のサーキュラスプライン３３に対する押圧力が、均等に分散する。そのため、この押圧力によってサーキュラスプライン３３が、（例えば、その内側に向かって）変形したとしても、全体として変形することになり、局所的な変形（サーキュラスプライン３３の内面が波打つような変形）が抑制される。この結果、固定プレート２３締結時のボルト３５の締め付けトルクが全体的に高くなった場合に振動や騒音が発生してしまうことを抑制することが可能になる。

また、サーキュラスプライン３３には、ウェーブジェネレータ３１の回転に伴って、周方向へ回転しようとする力が働くが、本実施形態では、サーキュラスプライン３３に図１の上面から見て時計回りの力が働いたとしても、その力は、サーキュラスプライン３３の段差部３３３と固定プレート２３の段差部２３２のかみ合いによって規制される。また、反時計回りの力が働いた場合には、その力は、サーキュラスプライン３３の傾斜面３３２と固定プレート２３の傾斜面２３２との面接触により固定プレート２３をモータ２１側に押す力に変換される。しかし、本実施形態では、固定プレート２３は、ボルト３５で筐体２４に固定されているため、この力（固定プレート２３をモータ２１側に押す力）は、固定プレート２３によって規制されることになる。従って、本実施形態によれば、サーキュラスプライン３３は、ボルトによる固定を行わなくても、ロボットの関節を駆動するためのトルクを十分に伝達することが可能になる。

また、本実施形態では、サーキュラスプライン３３を筐体２４に固定するボルトが不要になるため、波動歯車減速機２２を小型化することが可能となり、また、組立工数を削減することが可能になる。よって、波動歯車減速機２２の製造コストを大幅に低減することが可能になる。

また、本実施形態では、サーキュラスプライン３３と固定プレート２３とを同じ素材で形成することとしたため、これらを同じ熱膨張率とすることができる。そのため、モータ２１が発熱して固定プレート２３が熱膨張したとしても、その熱膨張にサーキュラスプライン３３を追従させることができる。よって、騒音や振動の発生をより低減させることが可能になる。

Ｄ．変形例：
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。例えば、以下のような変形が可能である。

上記実施形態では、固定プレート２３の第２傾斜部２３１の数、および、サーキュラスプライン３３の第１傾斜部３３１の数は、それぞれ１つとした。これに対して、図４，５に示すように、固定プレート２３ｂおよびサーキュラスプライン３３ｂには、それぞれ、複数の傾斜部２３１ｂ，３３１ｂを設けることとしてもよい。なお、傾斜部は、数が少ないほど、固定プレート２３およびサーキュラスプライン３３の加工精度を高めることができるので、組立誤差を低減することが可能である。

上記実施形態におけるサーキュラスプライン３３の外径の寸法や段差部の高さは、上述した値に限られず、任意に設定可能である。例えば、段差部３３３，２３３の高さは、サーキュラスプライン３３の定格トルクに応じて適宜設定可能である。

上記実施形態では、波動歯車減速機２２は、ロボットに用いられるものとしたが、ロボット以外の産業機器や生産設備、車両、輸送機器等に用いられるものとしてもよい。

上記実施形態では、サーキュラスプライン３３と固定プレート２３とは同一の素材で形成されることとしたが、異なる素材によって形成されることとしてもよい。

上記実施形態では、固定プレート２３をボルト３５によって直接的に筐体２４に固定している。これに対して、例えば、サーキュラスプライン３３と固定プレート２３とを略同径とし、サーキュラスプライン３３および固定プレート２３の外周部に両者を貫く貫通孔を設ける。そして、この貫通孔にボルトを通して固定プレート２３を筐体２４に締結することで、サーキュラスプライン３３を介して固定プレート２３を筐体２４に固定してもよい。

２１…モータ
２１ａ…出力軸
２２…波動歯車減速機
２３…固定プレート
２４…筐体
２４ａ，２４ｂ…水平面
２５…筒状部
２５ａ…第１段部
２５ｂ…第２段部
２５ｃ…第３段部
３１…ウェーブジェネレータ
３２…フレクスプライン
３２ａ…外歯
３２ｂ…上面部
３２ｃ…ボス部
３３…サーキュラスプライン
３３ａ…内歯
３５，３８…ボルト
３５ｂ…ボルト固定孔
３７…取り付け部材
２３１…第１傾斜部
３３１…第２傾斜部
２３２，３３２…傾斜面
２３３，３３３…段差部

Claims (3)

1. ロボットの筐体に取り付けられる波動歯車減速機であって、
   楕円状のカムを有するウェーブジェネレータと、
   外周部に外歯が形成され前記ウェーブジェネレータの外側に配置されるカップ状のフレクスプラインと、
   内周部に前記外歯よりも多い内歯が形成され、該内周部に前記フレクスプラインが配置されるリング状のサーキュラスプラインと、を備え、
   前記サーキュラスプラインは、固定プレートと前記筐体との間に狭持され、該固定プレートを前記筐体にボルトで締結することで前記筐体に固定され、
   前記サーキュラスプラインの前記固定プレートに対する接触部と、前記固定プレートの前記サーキュラスプラインに対する接触部とには、それぞれ、周方向に向けて傾斜する傾斜面と該傾斜面の端部に設けられた段差部とを有する傾斜部が、前記サーキュラスプラインの全周に亘って形成されており、
   前記サーキュラスプラインの傾斜部の傾斜面と前記固定プレートの傾斜部の傾斜面とが面接触するとともに、前記サーキュラスプラインの傾斜部の段差部と前記固定プレートの傾斜部の段差部とが係合する、
   波動歯車減速機。
2. 請求項１に記載の波動歯車減速機であって、
   前記サーキュラスプラインと前記固定プレートとには、それぞれ、前記傾斜部が１つずつ設けられている、波動歯車減速機。
3. 請求項１または請求項２に記載の波動歯車減速機であって、
   前記サーキュラスプラインと、前記固定プレートとは、同じ素材で形成されている、波動歯車減速機。

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