JP2019095020A - 波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝達トルクの大きさを小さくすることなく、回転伝達時におけるバックラッシュを抑え、動力伝達効率の低下を抑えることができる波動歯車装置を提供する。【解決手段】波動歯車装置１は、回転させられる波動発生器と、この波動発生器に嵌合されることによって楕円形状に弾性変形させられる円筒状の外歯車３と、この楕円形状に弾性変形させられた外歯車３の長軸上で外歯車３と噛み合う内歯車と、を有している。そして、外歯車３の係合片３０は、外歯車３の周方向に沿った両側の周方向端部３４が隣り合う一対の径方向リブ２６，２６にそれぞれ形成された係合片収容凹所３１に係合され、外歯車３が波動発生器によって楕円形状に弾性変形させられると、周方向端部３４が係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に摺接して、外歯車３と固定部材５との相対回動を阻止する。【選択図】図３

Description

この発明は、回転を減速するために使用される波動歯車装置に関するものである。

従来から、波動歯車装置は、ヒューマノイドロボット、半導体製造装置、及び工作機械等に幅広く使用され、サーボモータ等の回転を大きく減速して伝達するようになっている。そして、この波動歯車装置は、高精度の回転伝達を実現するために回転伝達部分のバックラッシュの低減化が求められている。

（第１従来例）
図１０及び図１１は、第１従来例に係る波動歯車装置１００を示すものである。これらの図に示す波動歯車装置１００は、楕円形状の波動発生器１０１と、この波動発生器１０１の外周面に嵌合される外歯車１０２と、この外歯車１０２と噛み合う内歯車１０３と、を有している。この波動歯車装置１００において、波動発生器１０１は、外周面が楕円形状のカム部材１０４と、このカム部材１０４の外周面に嵌合されることによってカム部材１０４の外周面に倣って楕円形状に変形するボールベアリング１０５と、を有している。また、外歯車１０２は、弾性変形可能な薄肉の円筒部材１０６の外周面に複数の歯が形成されており、波動発生器（ボールベアリング）の楕円形状の外周面に嵌合されると、波動発生器の楕円形状の外周面に倣って楕円形状に変形させられるようになっている。また、この外歯車１０２は、円板状の出力部材１０７の係合突起１０８と係合する係合凹所１１０が円筒部材１０６の一端側の周方向に沿って形成されている。内歯車１０３は、変形し難い剛構造体であり、内歯が楕円形状に変形させられた外歯車１０２の長軸上に位置する外歯と噛み合うようになっている。

この第１従来例に係る波動歯車装置１００は、内歯車１０３の歯数をＺｃとし、外歯車１０２の歯数をＺｆとし、内歯車１０３を固定した場合、波動発生器１０１のＮ回転に対し、外歯車１０２がＮ・（Ｚｃ−Ｚｆ）／Ｚｆ回転するようになっている。なお、第１従来例に係る波動歯車装置１００は、内歯車１０３の歯数（Ｚｃ）と外歯車１０２の歯数（Ｚｆ）との差が２になっている。

図１２に示すように、第１従来例に係る波動歯車装置１００は、外歯車１０２が波動発生器１０１によって円滑に楕円変形させられるようにするため、出力部材１０７の係合突起１０８が外歯車１０２の係合凹所１１０内をスライド移動できるようになっている。しかしながら、このような波動歯車装置１００は、出力部材１０７の係合突起１０８と外歯車１０２の係合凹所１１０との係合部分（回転伝達部分）に隙間が形成されると、その隙間分だけ回転伝達時に回転方向のガタツキ（バックラッシュ）を生じる。

そこで、図１３及び図１４に示すように、第１従来例に係る波動歯車装置１００は、出力部材１０７の係合突起１０８の幅方向両側にばね作用部１１１を設け、そのばね作用部１１１を弾性変形させた状態で円筒部材１０６の係合凹所１１０の両側の壁面１１２に当接させ、回転伝達時の回転方向へのガタツキ（バックラッシュ）を抑えるようになっている。

（第２従来例）
図１５乃至図１７は、第２従来例に係る波動歯車装置２００を示すものである。これらの図に示す第２従来例に係る波動歯車装置２００は、波動発生器２０１、外歯車２０２、、内歯車２０３、及び出力部材２０４からなっている。外歯車２０２は、弾性変形可能な薄肉状の円筒部材２０５の外周面に複数の歯（外歯）が形成されており、波動発生器２０１によって楕円形状に弾性変形させられ、長軸上の２箇所で内歯車２０３と噛み合っている。

そして、この第２従来例に係る波動歯車装置２００の外歯車２０２は、円筒部材２０５の一側面側に棒状突起２０６を突出形成し、その棒状突起２０６の移動軌跡に沿う内面形状の係合穴２０７を出力部材２０４の円板状部２０８に形成し、棒状突起２０６とこの棒状突起２０６に係合する係合穴２０７とで回転伝達部分を構成して、外歯車２０２の楕円変形を許容しつつ、回転伝達時のバックラッシュを抑え、波動発生器２０１の回転を減速して出力部材２０４の出力軸２１０から出力するようになっている。

特開２０１１−１９６４２３号公報 特開２０１５−１６９２５６号公報

しかしながら、第１従来例に係る波動歯車装置１００は、外歯車１０２が波動発生器１０１によって楕円変形させられる際に、出力部材１０７の係合突起１０８のばね作用部１１１，１１１と円筒部材１０６の係合凹所１１０の壁面１１２，１１２とが常時摺接し、係合突起１０８のばね作用部１１１，１１１と円筒部材１０６の係合凹所１１０の壁面１１２，１１２との摺接部に摩擦抵抗（外歯車１０２の楕円変形を妨げる抵抗）が生じて、動力伝達効率の低下を生じる虞がある。

また、第２従来例に係る波動歯車装置２００は、棒状突起２０６が弾性変形可能な薄肉状の円筒部材２０５の一側面側に突出形成される構成であるため、棒状突起２０６が細く、第１従来例の波動歯車装置１００のような大きさのトルク伝達が困難であった。

そこで、本発明は、伝達トルクの大きさを小さくすることなく、回転伝達時におけるバックラッシュを抑えることができると共に、動力伝達効率の低下を抑えることができる波動歯車装置の提供を目的とする。

本発明は、回転させられる波動発生器２と、この波動発生器２に嵌合されることによって楕円形状に弾性変形させられる円筒状の外歯車３と、この楕円形状に弾性変形させられた外歯車３の長軸上で前記外歯車３と噛み合う内歯車４と、を有する波動歯車装置１に関するものである。本発明において、前記外歯車３の歯幅方向に沿った一端面側には、固定部材５が対向するように配置されている。また、前記固定部材５は、前記外歯車３に対向する面側に、前記波動発生器２の回転中心２３ａに対して放射状に延びる複数の径方向リブ２６が形成されている。また、前記外歯車３は、前記歯幅方向に沿った一端面側に、前記固定部材５へ向かって突出する舌片状の係合片３０が周方向に沿って複数形成されている。また、前記係合片３０は、前記外歯車３の周方向に沿った両側の周方向端部３４が隣り合う一対の径方向リブ２６，２６にそれぞれ形成された係合片収容凹所３１，３１に係合され、前記外歯車３が前記波動発生器２によって楕円形状に弾性変形させられると、前記周方向端部３４が前記係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に摺接して、前記外歯車３と前記固定部材５との相対回動を阻止する。また、前記係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５は、前記外歯車３が前記波動発生器２によって楕円形状に弾性変形された際の前記係合片３の前記周方向端部３４の移動軌跡に沿った曲面に形成されている。また、前記内歯車４は、前記波動発生器２の回転に伴って前記外歯車３及び前記固定部材５に対して回動させられる。

本発明に係る波動歯車装置は、伝達トルクの大きさを小さくすることなく、回転伝達時におけるバックラッシュを抑えることができることはもちろんのこと、動力伝達効率の低下を抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置を示す図であり、図１（ａ）は波動歯車装置の正面図、図１（ｂ）は波動歯車装置の側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ１−Ａ１線に沿って切断して示す波動歯車装置１の断面図である。 図２（ａ）は図１（ｃ）のＡ２−Ａ２線に沿って切断して示す波動歯車装置の断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ１部の拡大図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ２部の拡大図である。 図３（ａ）は図１（ｃ）のＡ３−Ａ３線に沿って切断して示す波動歯車装置の断面図であり、図３（ｂ）は第１係合片と一対の係合片収容凹所との関係を示す第１状態の図、図３（ｃ）は第１係合片と一対の係合片収容凹所との関係を示す第２状態の図、図３（ｄ）は第１係合片と一対の係合片収容凹所との関係を示す第３状態の図、図３（ｅ）は第１係合片と一対の係合片収容凹所との関係を示す第４状態の図である。 本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置の波動発生器を示す図であり、図４（ａ）は波動発生器の正面図、図４（ｂ）は波動発生器の側面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＡ４−Ａ４線に沿って切断して示す波動発生器の断面図、図４（ｄ）は波動発生器の背面図である。 本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置の固定部材を示す図であり、図５（ａ）は固定部材の正面図、図５（ｂ）は固定部材の側面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＡ５−Ａ５線に沿って切断して示す固定部材の断面図、図５（ｄ）は図５（ａ）のＡ６−Ａ６線に沿って切断して示す固定部材の断面図、図５（ｅ）は固定部材の背面図である。 図６（ａ）は固定部材の係合片収容凹所を部分的に拡大して示す図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示した係合片収容凹所の変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置の外歯車を示す図であり、図７（ａ）は外歯車の正面図、図７（ｂ）は外歯車の側面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＡ７−Ａ７線に沿って切断して示す外歯車の断面図、図７（ｄ）は外歯車の背面図、図７（ｅ）は図７（ｄ）に示した外歯車の係合片を拡大して示す図である。 本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置の内歯車を示す図であり、図８（ａ）は内歯車の正面図、図８（ｂ）は内歯車の側面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＡ８−Ａ８線に沿って切断して示す内歯車の断面図、図８（ｄ）は内歯車の背面図である。 本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置のカバーを示す図であり、図９（ａ）はカバーの正面図、図９（ｂ）はカバーの側面図、図９（ｃ）は図９（ａ）のＡ９−Ａ９線に沿って切断して示すカバーの断面図、図９（ｄ）はカバーの背面図である。 第１従来例に係る波動歯車装置を示す正面図である。 第１従来例に係る波動歯車装置を示す図であり、図１０（ａ）のＡ１０−Ａ１０線に沿って切断して示す波動歯車装置の断面図である。 第１従来例に係る波動歯車装置の出力部材と外歯車との関係を示す図である。 第１従来例に係る波動歯車装置の出力部材の変形例を示す図である。 図１３に示した出力部材と外歯車との係合部を示す図である。 第２従来例に係る波動歯車装置の縦断面図である。 第２従来例に係る波動歯車装置の外歯車を示す図であり、図１６（ａ）は外歯車の縦断面図（図１６（ｂ）のＡ１１−Ａ１１線に沿って切断して示す断面図）、図１６（ｂ）は外歯車の正面図である。 第２従来例に係る波動歯車装置における外歯車の棒状突起と出力部材の係合穴との係合状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。

図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置１を示す図である。なお、図１（ａ）は波動歯車装置１の正面図であり、図１（ｂ）は波動歯車装置１の側面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ１−Ａ１線に沿って切断して示す波動歯車装置１の断面図である。また、図２（ａ）は図１（ｃ）のＡ２−Ａ２線に沿って切断して示す波動歯車装置１の断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ１部の拡大図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ２部の拡大図である。

（波動歯車装置の概略構成）
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る波動歯車装置１は、図外のサーボモータ等の駆動手段によって回転させられる波動発生器２と、この波動発生器２に嵌合されることによって楕円形状に弾性変形させられる円筒状の外歯車３と、この楕円形状に変形させられた外歯車３の長軸上で外歯車３と噛み合う内歯車４と、図外のロボットアーム等の取付対象物に固定される固定部材（ハウジング）５と、固定部材５に固定されるカバー６と、を有している。そして、本実施形態に係る波動歯車装置１は、波動発生器２、外歯車３、内歯車４、固定部材５、及びカバー６がプラスチック（例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）等）で形成されている。

（波動発生器）
図１、図２、及び図４に示すように、波動発生器２は、入力軸７と、この入力軸７の先端側に一体に形成された楕円状カム８と、楕円状カム８の正面の回転中心部から突出する（入力軸７の突出方向とは逆の方向に突出する）支持軸１０と、を有している。

入力軸７は、固定部材５の軸穴１１で回動できるように支持され、図外の駆動手段に接続される。

楕円状カム８は、長軸側カム部１２と短軸側カム部１３とによって構成されており、正面側から見た形状が略十字状になっている。そして、長軸側カム部１２の外周面１４及び短軸側カム部１３の外周面１５は、外歯車３に接触する楕円状周面１６，１８と、この楕円状周面１６，１８の周方向両端側に滑らかに接続された円弧状周面１７，２０と、を有している。円弧状周面１７，２０は、曲率半径が楕円状周面１６，１８の周方向両端の曲率半径と同一になっており、楕円状周面１６，１８との接続部から周方向端部に向かうに従って、楕円状周面１６，１８に支持された外歯車３との間の隙間が楔状に漸増するように形成されている。そして、円弧状周面１７，２０は、楕円状周面１６，１８が外歯車３の内周面３ａと摺接する際に、潤滑剤を楔効果によって楕円状周面１６．１８と外歯車の内周面３ａとの間に導き入れるように機能する。また、楕円状カム１６，１８は、長軸側カム部１２と短軸側カム部１３との間が略Ｖ字形状の凹所２１になっており、長軸側カム部１２の楕円状周面１６と短軸側カム部１３の楕円状周面１８のみが外歯車３の内周面３ａに摺接するようになっているため、全周が外歯車３の内周面３ａと摺接する場合と比較して、外歯車３との摺接抵抗が小さく抑えられる。

支持軸１０は、内歯車４の軸受け穴２２に嵌合されている。そして、支持軸１０の回転中心２３ｃは、入力軸７（波動発生器２）の回転中心２３ａ及び軸２４の回転中心２３ｂと同軸上に位置している。

（固定部材）
図１乃至図３、及び図５に示すように、固定部材（ハウジング）５は、外歯車３の一側面２５（歯幅方向に沿った一端面であって、図１（ｃ）の右側端面）に対向するように配置され、中心部に形成された軸穴１１で波動発生器２の入力軸７を回転できるように支持している。

また、図５に示すように、固定部材５は、外歯車３の一側面２５に対向する面側に、入力軸７（波動発生器２）の回転中心２３ａに対して放射状に延びる複数の径方向リブ２６が形成されている。この径方向リブ２６は、リブ幅が一定の部分（径方向内方側リブ部分２７）とリブ幅が変化する部分（径方向外方側リブ部分２８）とがある。すなわち、径方向リブ２６は、径方向内方端から径方向外方端側へ向けて一定のリブ幅で形成された径方向内方側リブ部分２７と、径方向内方側リブ部分２７の径方向外方端から径方向外方へ向かうに従ってリブ幅を漸増するように形成された径方向外方側リブ部分２８とがある。そして、径方向リブ２６には、外歯車３の舌片状の係合片３０を係合するための係合片収容凹所３１，３１が一対形成されている（図３参照）。この一対の係合片収容凹所３１，３１は、同一円周上に位置し、且つ、径方向リブ２６の幅方向の中心線３２（固定部材５の中心Ｃ１を通り、径方向へ延びる直線）に対して線対称の形状になっている。係合片収容凹所３１は、外歯車３の舌片状の係合片３０を固定部材５の正面側から係合させることができるように、径方向リブ２６の外歯車３に対向する面側に形成されており、正面側に向けて開口する周方向溝（固定部材５の周方向に沿った溝）である（図６（ａ）参照）。また、この係合片収容凹所３１は、一端側が隣り合う径方向リブ２６，２６間に形成される径方向溝３３に開口し、他端側が係合片３０の周方向端部３４と接触する係合片当接壁３５によって閉じられている（図６（ａ）参照）。係合片当接壁３５は、係合片３０の円弧形状に形成された周方向端部の移動軌跡に沿うような曲面になっている（図３（ｂ）〜（ｅ）、図６（ａ）、及び図７（ｅ）参照）。また、固定部材５の係合片収容凹所３１の溝幅ｗは、楕円状に変形させられる外歯車３の係合片３０の動きを許容する寸法になっている（図３（ｂ）〜（ｅ）参照）。

図３は、外歯車３の係合片３０と固定部材５の係合片収容凹所３１との関係を示す図である。なお、図３（ａ）は、図１（ｃ）のＡ３−Ａ３線に沿って切断して示す波動歯車装置１の断面図であり、Ｘ軸とＹ軸の交点が固定部材５の中心Ｃ１と一致し、波動発生器２の長軸の一端３６ａが＋Ｙ軸上に位置し、係合片３０の一つ（説明の便宜上、第１係合片３０と称する）が波動発生器２の長軸の一端３６ａ上に位置している状態を示す図である。そして、図３（ｂ）は、第１係合片３０が波動発生器２の長軸の一端３６ａ上にある場合の第１係合片３０と一対の係合片収容凹所３１，３１との関係を示す第１状態の図である。また、図３（ｃ）は、波動発生器２の長軸の一端３６ａが第１状態の位置から時計回り方向（矢印Ｒで示す方向）に４５°回動した場合の第１係合片３０と一対の係合片収容凹所３１，３１との関係を示す第２状態の図である。また、図３（ｄ）は、波動発生器２の長軸の一端３６ａが第１状態の位置から時計回り方向に９０°回動し、第１係合片３０が波動発生器２の短軸の一端３７ａ上に位置する場合の第１係合片３０と一対の係合片収容凹所３１，３１との関係を示す第３状態の図である。また、図３（ｅ）は、波動発生器２の長軸の一端３６ａが第１状態の位置から時計回り方向（矢印Ｒで示す方向）に１３５°回動した場合の第１係合片３０と一対の係合片収容凹所３１，３１との関係を示す第４状態の図である。また、波動発生器２の長軸の一端３６ａが第１状態の位置から時計回り方向（矢印Ｒで示す方向）に１８０°回動すると、第１係合片３０が波動発生器２の長軸の他端３６ｂ上に位置することになり、図３（ｂ）で示す第１状態に戻る。このように、第１係合片３０と一対の係合片収容凹所３１，３１との関係は、波動発生器２が半回転すると、第１〜第４状態を経て第１状態に戻るようになっている。したがって、第１係合片３０と一対の係合片収容凹所３１，３１との関係は、波動発生器が１回転すると、第１〜第４状態を経て第１状態に戻るサイクルが２回繰り返されることになる。

図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すように、第１係合片３０は、波動発生器２の長軸（一端３６ａ、他端３６ｂ）上及び短軸（一端３７ａ、他端３７ｂ上に位置する場合、両周方向端部３４，３４が一対の係合片収容凹所３１，３１の係合片当接壁３５，３５に接触する。これにより、外歯車３は、固定部材５に対して回り止めされる。

また、第１係合片３０は、波動発生器２の長軸の一端３６ａが第１状態から第１象限を時計回り方向に回動すると、一対の周方向端部３４，３４のうちの一方（図中右側）の周方向端部３４が一対の係合片収容凹所３１，３１のうちの一方（図中右側）の係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に当接する。また、第１係合片３０は、波動発生器２の長軸の一端３６ａが第３状態から第４象限を時計回り方向に回動すると、他方（図中左側）の周方向端部３４が他方（図中左側）の係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に当接する。

すなわち、外歯車３は、波動発生器２の長軸がＹ軸上に位置し、波動発生器２の短軸がＸ軸上に位置すると仮定すると、第１象限の係合片３０の一対の周方向端部３４，３４の一方（波動発生器２の回動方向側の周方向端部３４）が波動発生器２の回動方向（Ｒ方向）側の係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に摺接し、第４象限の係合片３０の一対の周方向端部３４，３４の他方（波動発生器２の回動方向と逆側の周方向端部３４）が波動発生器２の回動方向（Ｒ方向）と逆側の係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に摺接する結果、固定部材５に対する相対回動が阻止される。

また、外歯車３は、波動発生器２の長軸がＹ軸上に位置し、波動発生器２の短軸がＸ軸上に位置すると仮定すると、第３象限の係合片３０の一対の周方向端部３４，３４の一方（波動発生器２の回動方向側の周方向端部３４）が波動発生器２の回動方向（Ｒ方向）側の係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に摺接し、第２象限の係合片３０の一対の周方向端部３４，３４の他方（波動発生器２の回動方向と逆側の周方向端部３４）が波動発生器２の回動方向（Ｒ方向）と逆側の係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に摺接する結果、固定部材５に対する相対回動が阻止される。

このように、第１係合片３０は、波動発生器２が１回転し、第１乃至第４状態を経て第１状態に戻るサイクルが２回行われる間に、係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に常時摺接（滑り接触）することになる。その結果、外歯車３と固定部材５は、外歯車３に回動トルクが作用しても、外歯車３が固定部材５に対してガタツキ（回動方向のずれ動き）を生じることがない。

図１及び図５に示すように、固定部材５のボス３８は、固定部材５の中央部に位置し、軸穴１１が貫通しており、先端面４０が波動発生器２の楕円状カム８の位置決め面４１に当接して、波動発生器２の回転中心２３ａに沿った方向の位置決めを行うようになっている。そして、固定部材５は、波動発生器２との接触を少なくするための環状の逃げ溝４２がボス３８の周囲に形成されている。

また、図１及び図５に示すように、固定部材５は、内歯車４の外周面４３に嵌合して、内歯車４（軸２４）の回転中心２３ｂが波動発生器２（入力軸７）の回転中心２３ａと同軸上に位置するように、内歯車４を径方向に位置決めする内歯車位置決め内周面４４が形成されている。また、固定部材５は、内歯車４の一端面４５に当接して、内歯車４の回転中心２３ｂに沿った方向に、内歯車４を位置決めする内歯車位置決め端面４６が形成されている。

また、図１及び図５に示すように、固定部材５は、カバー６の円筒部４７の内周面４８に嵌合され、且つ、カバー６の内側面５０に突き当てられる円筒状のカバー係合突起５１が内歯車位置決め内周面４４よりも径方向外方側の位置に形成されている。なお、固定部材５とカバー６とは、ボルト等の締結手段、溶着、又はクリップ等で固定される。

なお、図６（ｂ）は、固定部材５の係合片収容凹所３１の変形例を示す図であり、図６（ａ）に対応する図である。この図６（ｂ）に示すように、本変形例に係る係合片収容凹所３１は、一対の溝側壁５２，５２が周方向に沿って平行に（一定の溝幅ｗで）延びる図６（ａ）の係合片収容凹所３１と異なり、溝幅を係合片当接壁３５との接続部から径方向溝３３に向けて漸増するように（ｗａ＞ｗとなるように）一対の溝側壁５２，５２が傾斜している。すなわち、本変形例に係る係合片収容凹所３１は、係合片当接壁３５及び溝側壁５２で形成されている。このような係合片収容凹所３１に、溝側壁５２が設けられることで、溝側壁５２が係合片３０を導くガイドのような役割を果たし、係合片３０がスムーズに当接壁３５に接触するようになる。このような本変形例に係る係合片収容凹所３１は、係合片３０の周方向端部３４のみと確実に摺接し、係合片３０の周方向端部３４以外の部分との接触を回避し、係合片３０との摺接時の抵抗を低減することが可能になる。

（外歯車）
図１乃至図３、及び図７に示すように、外歯車３は、薄肉の円筒状部材５３の外周面５４に複数の歯（外歯）５５が形成され、内周面３ａに波動発生器２の楕円状カム８が嵌合されることにより、波動発生器２の楕円状カム８によって弾性変形させられ、楕円状カム８の楕円状周面１６，１８に倣って楕円形状に変形させられる。

この外歯車３は、固定部材５の径方向リブ２６に対向する側（一側面２５側）に、隣り合う径方向リブ２６，２６の係合片収容凹所３１，３１に係合される舌片状の係合片３０が固定部材５の径方向溝３３と同数形成されている。この外歯車３の係合片３０は、固定部材５の径方向リブ２６を係合するための径方向リブ収容凹所５６が外歯車３の一側面２５側を切り欠くように径方向リブ２６と同数形成されることにより、隣り合う径方向リブ収容凹所４７，４７間に形成されている。そして、この外歯車３の係合片３０は、外歯車３の径方向（板厚方向）に撓み変形するものの、板厚（ｔ）に対する周方向長さ（Ｌ）が数倍大きく、周方向に対する強度が大きくて、周方向に弾性変形し難くなっているため、周方向端部３４が係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に当接することにより、外歯車３を固定部材５に対して確実に回り止めすることができる。また、係合片３０の周方向両側の周方向端部３４，３４は、円弧状に形成され、固定部材５の係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に滑らかに摺接できるようになっている。

このような外歯車３は、波動発生器２の楕円状カム８が１回転すると、図３（ｂ）〜（ｅ）に示した第１乃至第４状態を経て第１状態に戻るサイクルが２回行われ、係合片３０の周方向端部３４が係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に常時摺接（滑り接触）する。

（内歯車）
図１、図２、及び図８に示すように、内歯車４は、歯（内歯）５７が内周面側に形成された円筒状部５８と、円筒状部５８の端部から径方向内方へ延びる円板状部６０と、円板状部６０の外側面６０ａの中心部分に一体に形成された軸２４と、を有している。また、円板状部６０の内側面６０ｂの中心部には、波動発生器２の支持軸１０を相対回動可能に収容する軸受け穴２２が形成されている。また、円板状部６０の外側面６０ａの中心部には、カバー６と当接する位置決め突起６１が形成されている。また、軸２４は、カバー６の軸穴６２に嵌合される大径軸部２４ａが円板状部６０の位置決め突起６１に隣接して形成されている。

また、この内歯車４は、円筒状部５８の外周面４３が固定部材５の内歯車位置決め内周面４４に嵌合され、円筒状部５８の一端面４５が固定部材５の内歯車位置決め端面４６に当接させられ（カバー６の径方向内方端側で押されて内歯車位置決め端面４６に当接させられ）、固定部材５に対して相対回動できるようになっている。

このような内歯車４は、波動発生器２の楕円状カム８によって楕円形状に変形させられた外歯車３の長軸上の２箇所で外歯車３と噛み合い、波動発生器２の楕円状カム８によって楕円形状に変形させられた外歯車３の短軸上で外歯車３と最も大きく離間するようになっている。

（カバー）
図１、図２、及び図９に示すように、カバー６は、円板状部６３の径方向外方端に円筒部４７が一体に形成され、円筒部４７が固定部材５のカバー係合突起５１に嵌合され、円板状部６３の内側面５０の径方向外方端に位置する第１リング状突起６４が固定部材５のカバー係合突起５１の先端面５１ａに突き当てられ、円板状部６３の内側面５０の径方向内方端に位置する第２リング状突起６５が内歯車４の円板状部６０の位置決め突起６１に当接させられるようになっている。なお、カバー６は、円板状部６３の第１リング状突起６４と第２リング状突起６５との間の内側面が内歯車４との接触を避けるための接触回避凹所６６になっており、相対回動する内歯車４との摺接抵抗を削減するようになっている。

（第１実施形態に係る波動歯車装置の作動状態）
以上のように構成された本実施形態に係る波動歯車装置１は、波動発生器２が駆動手段（例えば、サーボモータ）によって回転させられると、楕円形状に弾性変形させられた外歯車３の長軸位置が波動発生器２の楕円状カム８の回動に伴って波動発生器２の回転中心２３ａの回りを移動（回動）する。そして、外歯車３と内歯車４の噛み合い位置は、外歯車３の長軸上の２箇所であるため、波動発生器２の回動位置に応じて移動する。ここで、波動歯車装置１は、外歯車３及び固定部材５が固定され、内歯車４が回転可能に構成されている場合であって、例えば、内歯車４の歯数をＺｃとし、外歯車３の歯数をＺｆ（Ｚｆ＝Ｚｃ−２）とすると（内歯車４よりも歯数を２だけ少なくすると）、波動発生器２の１回転に対し、内歯車４が波動発生器２の回転方向と同一方向に２歯分だけ回動する。すなわち、本実施形態に係る波動歯車装置１は、外歯車３及び固定部材５が固定された場合、駆動手段の回転を２／Ｚｃに減速して内歯車４の軸２４から被回転体に伝達することができる。

（本実施形態に係る波動歯車装置の効果）
本実施形態に係る波動歯車装置１は、外歯車３が波動発生器２によって楕円形状に弾性変形させられると、外歯車３の係合片３０の周方向端部３４が固定部材５の径方向リブ２６に形成された係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に常時摺接するため、外歯車３と固定部材５の相対回動が阻止され、外歯車３と固定部材５のガタツキ（回動方向のずれ動きであるバックラッシ）を抑えることができる。その結果、本実施形態に係る波動歯車装置１は、内歯車４の回転ムラを抑えることができ、高精度の回転伝達が可能になる。

また、本実施形態に係る波動歯車装置１は、外歯車３が固定部材５に固定され、内歯車４が外歯車３によって回動させられ、内歯車４から回動トルクが出力されるようになっている。その結果、本実施形態に係る波動歯車装置１は、回動トルクを外部に出力するための出力部材を設置する必要がなく、部品点数を削減でき、全体構造をコンパクト化することが可能になる。

また、本実施形態に係る波動歯車装置１は、外歯車３の係合片３０の周方向端部３４が摺接する固定部材５の係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５を係合片３０の周方向端部３４の移動軌跡に沿った形状に形成してあるため、外歯車３が楕円形状に変形させられる際に、係合片３０の周方向端部３４が係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に円滑に案内され、外歯車３の楕円変形を妨げる摩擦抵抗が生じにくい。その結果、本実施形態に係る波動歯車装置１は、第１従来例に係る波動歯車装置１００と比較した場合、動力伝達効率の低下を抑えることができる。

また、本実施形態に係る波動歯車装置１は、外歯車３の係合片３０が舌片状に形成され、板厚（ｔ）に対する周方向長さ（Ｌ）が数倍大きく、周方向に対する強度が大きくて、周方向に弾性変形し難くなっているため、周方向端部３４が係合片収容凹所３１の係合片当接壁３５に当接することにより、外歯車３を固定部材５に対して確実に回り止めすることができる。その結果、本実施形態に係る波動歯車装置１は、第２従来例に係る波動歯車装置２００と比較した場合、大きな回動トルクの伝達が可能になる。

本実施形態に係る波動歯車装置１は、全体をプラスチックで形成するようになっているため、全体を金属で形成する場合と比較し、軽量化、低コスト化を図ることができる。

なお、本実施形態に係る波動歯車装置１は、全体をプラスチックで形成する場合を例示したが、これに限定されず、一部又は全体を金属で形成してもよい。

１……波動歯車装置、２……波動発生器、３……外歯車、４……内歯車、５……固定部材、２３ａ……回転中心、２６……径方向リブ、３０……係合片、３１……係合片収容凹所、３４……周方向端部、３５……係合片当接壁

Claims (5)

1. 回転させられる波動発生器と、この波動発生器に嵌合されることによって楕円形状に弾性変形させられる円筒状の外歯車と、この楕円形状に弾性変形させられた外歯車の長軸上で前記外歯車と噛み合う内歯車と、を有する波動歯車装置において、
   前記外歯車の歯幅方向に沿った一端面側には、固定部材が対向するように配置され、
   前記固定部材は、前記外歯車に対向する面側に、前記波動発生器の回転中心に対して放射状に延びる複数の径方向リブが形成され、
   前記外歯車は、前記歯幅方向に沿った一端面側に、前記固定部材へ向かって突出する舌片状の係合片が周方向に沿って複数形成され、
   前記係合片は、前記外歯車の周方向に沿った両側の周方向端部が隣り合う一対の径方向リブにそれぞれ形成された係合片収容凹所に係合され、前記外歯車が前記波動発生器によって楕円形状に弾性変形させられると、前記周方向端部が前記係合片収容凹所の係合片当接壁に摺接して、前記外歯車と前記固定部材との相対回動を阻止し、
   前記係合片収容凹所の係合片当接壁は、前記外歯車が前記波動発生器によって楕円形状に弾性変形された際の前記係合片の前記周方向端部の移動軌跡に沿った曲面に形成され、
   前記内歯車は、前記波動発生器の回転に伴って前記外歯車及び前記固定部材に対して回動させられる、
   ことを特徴とする波動歯車装置。
2. 前記外歯車が前記波動発生器によって楕円形状に弾性変形させられ、前記係合片が前記外歯車の長軸上及び短軸上に位置した場合に、前記両側の周方向端部が一対の前記係合片収容凹所の係合片当接壁にそれぞれ当接し、
   前記外歯車が前記波動発生器によって楕円形状に弾性変形させられ、前記係合片が前記外歯車の長軸上及び短軸上に位置しない場合に、前記両側の周方向端部の一方が一対の前記係合片収容凹所の一方の前記係合片当接壁に摺接するか、又は前記両側の周方向端部の他方が一対の前記係合片収容凹所の他方の前記係合片当接壁に摺接する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の波動歯車装置。
3. 前記係合片収容凹所は、前記径方向リブの前記外歯車に対向する面側に形成された周方向溝であり、前記周方向溝の一端が隣り合う径方向リブ間の径方向溝に開口し、前記周方向溝の他端が前記係合片当接壁によって閉じられた、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の波動歯車装置。
4. 前記係合片収容凹所は、前記係合片当接壁から前記径方向溝に向けて溝幅を漸増させるように形成された、
   ことを特徴とする請求項３に記載の波動歯車装置。
5. 前記係合片は、周方向長さＬが板厚ｔと比較して大きい、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の波動歯車装置。

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