JP2017223246A - 波動歯車伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用性の高い波動歯車伝達装置を提供する。
【解決手段】波動歯車伝達装置１が、内周に複数の内歯２１，３１を有する剛性内歯車２，３と、外周に複数の外歯４１を有する可撓性外歯車４と、波動発生器６とを備える。波動発生器６は、内輪６１と、可撓性外歯車４に固定された可撓性の外輪６２と、２個の玉６３とを含む遊星伝達機構である。２個の玉６３は、内輪６１と外輪６２との間に径方向Ｙの対向位置に配置された遊星部材を構成する。２個の玉６３に嵌合された外輪６２が、楕円状に撓められている。
【選択図】図１

Description

本発明は波動歯車伝達装置に関する。

剛性内歯車と、可撓性外歯車と、波動発生器とを備える波動歯車減速機では、波動発生器が、可撓性外歯車を楕円状に撓み変形させながらその楕円の長径部分を剛性内歯車に噛合させる。通例、波動減速器としては、楕円状のカムと、カムによって楕円状に撓まされる可撓性のベアリングとを含む構造が用いられる。前記ベアリングは、内輪と、外輪と、２３〜２５個の玉とを含む。しかしながら、部品点数が多く、製造コストが高い。

そこで、波動発生器として、入力軸の外周に配置される２個のローラを含む遊星ローラ機構を用いる技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。遊星ローラ機構では、２個のローラを入力軸に平行に保持するとともに、該ローラを回転方向に略当分保持する保持器が、必須の構成となる。

特開２００５−５４９８１号公報

しかしながら、カップ状やシルクハット状の可撓性外歯車を有するカップ型やシルクハット型の波動歯車減速機に、特許文献１の遊星ローラ機構を適用した場合、可撓性外歯車の軸方向位置によって回転方向の変形量（ねじれ量）が異なるため、可撓性外歯車に固定されている遊星ローラ機構（波動発生器）の外輪が、入力軸に対して傾斜する。
このため、ローラにスキューが発生し、ローラの回転がロックされるおそれがある。したがって、遊星ローラ機構は、カップ型やシルクハット型の波動歯車減速機に適用することは困難であり、汎用性が低い。

本発明の目的は、汎用性の高い波動歯車伝達装置を提供することである。

請求項１の発明は、内周に複数の内歯（２１，３１）を有する剛性内歯車（２，３）と、外周に複数の外歯（４１）を有する可撓性外歯車（４）と、前記可撓性外歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯車を楕円状に撓めて前記剛性内歯車に対して部分的に噛合させて噛合位置を周方向（Ｚ）に移動させる波動発生器（６）と、を備え、前記波動発生器は、内輪（６１）と、前記可撓性外歯車に固定された可撓性の外輪（６２）と、前記内輪と前記外輪との間に径方向（Ｙ）の対向位置に配置された遊星部材としての２個の玉（６３）とを含む遊星伝達機構であり、前記２個の玉に嵌合された前記外輪が、楕円状に撓められている波動歯車伝達装置（１）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２のように、前記２個の玉は、前記内輪および前記外輪に対する接触圧のみによって、前記対向位置に保持されてもよい。

請求項３のように、前記玉の直径（Ｂｄ）は、前記外輪の軸方向幅（Ｗ）と同等または同等以上であってもよい（Ｂｄ≧Ｗ）。

請求項１の発明によれば、遊星部材としての２個の玉を用いるので、遊星部材としてローラを用いる場合のようなスキューによるロックのおそれがない。いわゆるカップ状またはシルクハット状の可撓性外歯車に対しても適用でき、汎用性が高い。
請求項２の発明では、２個の玉が内輪および外輪に対する接触圧のみによって対向位置に自律的に保持される。遊星ローラ機構のように保持器が必須の構成ではなく、構造を簡素化することができる。

請求項３の発明では、外輪の軸方向幅を玉の直径以下にして、軸方向の小型化を達成することができ、汎用性を高くすることができる。

本発明の一実施形態の波動歯車伝達装置の概略断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、２個の玉によって外輪が楕円形に撓まされた状態を示す波動発生器の模式的正面図および模式的側面図である。

本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態の波動歯車伝達装置の概略断面図である。図１に示すように、波動歯車伝達装置１は、第１剛性内歯車２と、第２剛性内歯車３と、可撓性外歯車４と、波動発生器６と、入力軸７と、第１部材８と、第２部材９と、クロスローラベアリング１０と、第１軸受１１と、第２軸受１２とを備えている。波動歯車伝達装置１は、本実施形態では、減速機として用いられる場合に則して説明するが、増速機に用いられてもよい。

第１剛性内歯車２は環状をなし、内周面に複数の第１内歯２１を形成している。第２剛性内歯車３は環状をなし、内周面に複数の第２内歯３１を形成している。第１剛性内歯車２および第２剛性内歯車３は、装置軸線１ａの方向（入力軸７の軸方向Ｘに相当）に離隔している。
可撓性外歯車４は、第１剛性内歯車２および第２剛性内歯車３の内側に配置されたリング状の歯車である。これにより、本実施形態の波動歯車伝達装置１は、いわゆるフラット型の波動歯車伝達装置を構成している。

可撓性外歯車４は、外周４ａの周方向Ｚ（回転方向に相当）に配列された複数の外歯４１を有している。可撓性外歯車４は、ＨＲＣ硬度が４５〜５５程度の鋼または樹脂により形成されている。外歯４１は、第１剛性内歯車２の第１内歯２１および第２剛性内歯車３の第２内歯３１にそれぞれ部分的に噛合されている。
入力軸７は、モータの出力軸等の回転源に接続固定される回転入力要素を構成する。また、第１剛性内歯車２は、固定部材である第１部材８によって回転不能に拘束される回転不能要素を構成する。また、第２剛性内歯車３は、出力部材である第２部材９と一体回転可能に連結されて、減速回転出力要素を構成している。第１部材８および第２部材９は、環状の部材であり、第１部材８および第２部材９の中心軸線は、装置軸線１ａに一致している。

入力軸７は、入力軸本体７０と、中間フランジ７３と、連結リング７４とを含む。入力軸７の入力軸本体７０、中間フランジ７３、および連結リング７４は、単一の材料で一体に形成されている。入力軸本体７０は、軸方向Ｘの一端７１および他端７２を有している。
中間フランジ７３は、入力軸本体７０の軸方向Ｘの中間部の外周から径方向外方に延設された環状フランジである。連結リング７４は、入力軸本体７０と同心で入力軸本体７０よりも大径の円筒リングであり、中間フランジ７３の外周に連結されている。中間フランジ７３は、連結リング７４の軸方向Ｘの中央部に連結されている。

入力軸本体７０は、装置軸線１ａに沿う中心軸線を有する中空軸である。入力軸本体７０は、第１部材８および第２部材９の中心に挿通されている。入力軸本体７０の軸方向Ｘの一端７１および他端７２に、それぞれ、第１軸受１１および第２軸受１２が、嵌合されている。入力軸７は、第１部材８および第２部材９によって、それぞれ、第１軸受１１および第２軸受１２を介して、回転可能に支持されている。第１軸受１１および第２軸受１２は、例えば玉軸受からなる。

第１部材８は、本体８０と、第１筒状突起８１と、第２筒状突起８２と、第３筒状突起８３とを含む。第１筒状突起８１、第２筒状突起８２および第３筒状突起８３は、本体８０と一体に形成され、本体８０から第２部材９側に向けて同心的に延びている。
第１部材８の本体８０は、装置軸線１ａを中心とする中心孔８０ａを有する環状板である。第１筒状突起８１は、本体８０の中心孔８０ａの周囲に配置されている。第３筒状突起８３は、本体８０の外周に配置されている。第２筒状突起８２は、本体８０の径方向Ｙの中間部に配置されている。

第２部材９は、本体９０と、第１筒状突起９１と、第２筒状突起９２とを含む。第１筒状突起９１および第２筒状突起９２は、本体９０と一体に形成され、本体９０から第１部材８側に向けて同心的に延びている。第２部材９の本体９０は、装置軸線１ａを中心とする中心孔９０ａを有する環状板である。第１筒状突起９１は、本体９０の中心孔９０ａの周囲に配置されている。第２筒状突起８２は、本体９０の外周に配置されている。

第１軸受１１は、入力軸本体７０の一端７１の外周７１ａと第１部材８の第１筒状突起８１の内周８１ａとの間に介在している。第２軸受１２は、入力軸本体７０の他端７２の外周７２ａと第２部材９の第１筒状突起９１の内周９１ａとの間に介在している。
第１剛性内歯車２は、第１部材８（固定部材）の第２筒状突起８２の内周８２ａに嵌合固定されている。第１剛性内歯車２は、第１部材８によって回転不能に拘束されている。第２剛性内歯車３は、第２部材９（出力部材）の第２筒状突起９２の内周９２ａに嵌合され、第２部材９に一体回転可能に連結されている。

クロスローラベアリング１０は、第１部材８の第３筒状突起８３の内周８３ａと、第２部材９の第２筒状突起９２の外周９２ｂとの間に介在している。クロスローラベアリング１０は、外輪１３と、内輪１４と、ローラ１５とを含む。
外輪１３は、第１部材８の第３筒状突起８３の内周８３ａに嵌合されている。外輪１３は、第３筒状突起８３の端面８３ｂに固定される固定部材１６によって、第３筒状突起８３に固定されている。内輪１４は、第２部材９の第２筒状突起９２の外周９２ｂに嵌合されている。内輪１４は、第２筒状突起９２の端面９２ｃに固定される固定部材１７によって、第２筒状突起９２の外周９２ｂに一体回転可能に連結されている。

波動発生器６は、内輪６１と、可撓性の外輪６２と、２個の玉６３とを含む遊星伝達機構である。内輪６１は、入力軸７と一体回転可能に連結されている。
入力軸７の中間フランジ７３は、第１部材８の第１筒状突起８１と第２部材９の第１筒状突起９１との間に挿通されている。連結リング７４は、入力軸７と波動発生器６の内輪６１とを一体回転可能に連結している。内輪６１は連結リング７４の外周７４ａに一体回転可能に嵌合連結されている。可撓性の外輪６２は、可撓性外歯車４の内周４ｂに一体回転可能に嵌合連結されている。

２個の玉６３は、内輪６１と外輪６２との間で内輪６１を挟んだ径方向Ｙの対向位置に配置されており、遊星部材を構成している。各玉６３は、内輪６１の外周６１ａに形成された内輪軌道溝６１ｂと外輪６２の内周６２ａに形成された外輪軌道溝６２ｂとの間に配置されている。遊星部材としての２個の玉６３は、自転および公転可能である。
図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、波動発生器６の模式的正面図および模式的側面図である。図２（ａ）に示すように、２個の玉６３は、内輪６１および外輪６２に対する接触圧のみによって、径方向Ｙの対向位置に保持されている。すなわち、２個の玉６３は、組立時に治具等を用いて位置保持した状態で内輪６１と外輪６２との間に組み込まれた後は、保持器を用いずとも、内輪６１と外輪６２との間で周方向Ｚに等配の位置に自律的に保持される。

弾性変形しない状態で直径Ｄの円形（図示せず）をなす外輪６２と、内輪６１との間に挿入可能な玉の最大直径Ｂｄ０（図示せず）に対して、弾性変形量δだけ大きな直径Ｂｄ（Ｂｄ＝Ｂｄ０＋δ）を有する２個の玉６３が、内輪６１と外輪６２との間に嵌合される。これにより、外輪６２は、長径（Ｄ＋２×δ）を有し、短径（Ｄ−２×δ）を有する楕円状に撓められる。

図２（ｂ）に示すように、玉６３の直径Ｂｄは、外輪６２の軸方向Ｘの幅である軸方向幅Ｗの半分と同等または同等以上である（Ｂｄ≧０．５×Ｗ）。図２（ｂ）の例では、Ｂｄ＝１．２×Ｗとされ、直径Ｂｄが、軸方向幅Ｗよりも大きく設定されている。
内輪６１は入力軸７と一体回転し、遊星部材としての２個の玉６３の自転を伴って公転することにより、外輪６２は、入力軸７（内輪６１）に対して、所定の減速比Ｒ１（例えばＲ１＝２〜１０。好ましくはＲ１＝２〜３）で減速回転される。

また、波動発生器６の外輪６２は、２個の玉６３に嵌合されることによって楕円状に撓められ、その楕円の長径部の２箇所で部分的に、可撓性外歯車４の外歯４１を対応する剛性内歯車２，３の内歯２１，３１に係合させる。そして、波動発生器６は、可撓性外歯車４と各剛性内歯車２，３との噛み合わせ位置を周方向Ｚに移動する。
ここで、回転不能要素である第１剛性内歯車２の第１内歯２１の歯数ｅ１と、減速回転出力要素である第２剛性内歯車３の第２内歯３１の歯数ｅ２と、可撓性外歯車４の外歯４１の歯数ｅ３は、例えば下記のように設定される。

第１剛性内歯車２（回転不能要素）の第１内歯２１の歯数ｅ１は、可撓性外歯車４の外歯４１の歯数ｅ３よりも、所定の歯数差Δｅ分、少ない歯数に設定される（ｅ３−ｅ１＝Δｅ）。
また、第２剛性内歯車３（減速回転出力要素）の第２内歯３１の歯数ｅ２は、可撓性外歯車４の外歯４１の歯数ｅ３と等しく設定される（ｅ２＝ｅ１）。外歯４１の歯数ｅ３と第１内歯２１の歯数ｅ１は異なっているので、歯数差（Δｅ＝２）に応じた相対回転が、これらの外歯４１と第１内歯２１との間に発生する。

例えば、Δｅ＝２として、ｅ１＝２０２、ｅ２＝２００、ｅ３＝２００と設定される場合、可撓性外歯車４、第１剛性内歯車２および第２剛性内歯車３を含む歯車伝達部の減速比Ｒ２は、下記となる。
Ｒ２＝｛（ｅ１×ｅ３）／（ｅ３×ｅ２）｝−１
Ｒ２＝（２０２×２００）／２００×２００｝−１
Ｒ２＝１／１００
波動歯車伝達装置１の全体としての減速比Ｒは、波動発生器６（遊星伝達機構）の減速比Ｒ１と歯車伝達部の減速比Ｒ２とを乗じたものとなる（Ｒ＝Ｒ１×Ｒ２）。

例えば減速比Ｒ１＝２で、Ｒ２＝１００の場合、Ｒ＝１となる。
本実施形態によれば、遊星部材としての２個の玉６３を用いるので、遊星部材としてローラを用いる場合のようなスキューによるロックのおそれがない。したがって、図示していないが、いわゆるカップ状またはシルクハット状の可撓性外歯車を用いるカップ型やシルクハット型の波動歯車伝達装置に対しても適用でき、汎用性が高い。

また、波動発生器６（遊星伝達機構）の２個の玉６３が内輪６１および外輪６２に対する接触圧のみによって内輪６１を挟んで径方向Ｙに対向する対向位置（すなわち周方向Ｚの等配位置）に自律的に保持される。遊星ローラ機構のように保持器が必須の構成ではなく、構造を簡素化することができる。
また、外輪６２の軸方向幅Ｗの半分と同等または同等以上の直径Ｂｄ（Ｂｄ≧０．５×Ｗ）を持つ２個の大きな玉６３を用いることで、外輪６２を楕円状に撓み変形させることが実質的に可能となる。

また、玉６３を用いる本実施形態では、遊星ローラ機構のようにローラを用いる場合と違って、外輪６２の軸方向幅Ｗを玉６３の直径Ｂｄ同等または同等以下とすることが可能である（Ｂｄ≧Ｗ）。これにより、軸方向Ｘの小型化を達成することができ、汎用性を高くすることができる。
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、波動発生器６の内輪６１が入力軸７と単一の材料で一体に形成されていてもよい。

また、波動発生器６において、２個の玉６３を周方向に等配に保持する保持器（図示せず）が用いられてもよい。
また、第１剛性内歯車、第２剛性内歯車および波動発生器の何れか１つが回転不能に拘束され、残りの２つのうちの一方が回転入力要素であり、他方が回転出力要素であればよい。その他、本発明は特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…波動歯車伝達装置、１ａ…装置軸線、２…第１剛性内歯車（回転不能要素）、３…第２剛性内歯車（減速回転出力要素）、４…可撓性外歯車、６…波動発生器、７…入力軸（回転入力要素）、８…第１部材（固定部材）、９…第２部材（出力部材）、１０…クロスローラベアリング、２１…第１内歯、３１…第２内歯、４１…外歯、６１…内輪、６２…外輪、６３…玉、７０…入力軸本体、７１…一端、７２ａ…他端、７１ａ，７２ａ…外周、７３…中間フランジ、７４…連結リング、８０…本体、８１…第１筒状突起、８２…第２筒状突起、８３…第３筒状突起、９０…本体、９１…第１筒状突起、９２…第２筒状突起、Ｂｄ…（玉の）直径、Ｃ１…装置軸線、Ｗ…（外輪の）軸方向幅、Ｘ…軸方向、Ｙ…径方向、Ｚ…周方向

Claims (3)

1. 内周に複数の内歯を有する剛性内歯車と、
   外周に複数の外歯を有する可撓性外歯車と、
   前記可撓性外歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯車を楕円状に撓めて前記剛性内歯車に対して部分的に噛合させて噛合位置を周方向に移動させる波動発生器と、を備え、
   前記波動発生器は、内輪と、前記可撓性外歯車に固定された可撓性の外輪と、前記内輪と前記外輪との間に径方向の対向位置に配置された遊星部材としての２個の玉とを含む遊星伝達機構であり、前記２個の玉に嵌合された前記外輪が、楕円状に撓められている波動歯車伝達装置。
2. 請求項１において、前記２個の玉は、前記内輪および前記外輪に対する接触圧のみによって、前記対向位置に保持される波動歯車伝達装置。
3. 請求項１または２において、前記玉の直径は、前記外輪の軸方向幅と同等または同等以上である波動歯車伝達装置。

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