JP4531439B2 - カップ型波動歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、剛性内歯車とカップ形状の可撓性外歯車を相対回転自在の状態に支持している軸受を備えたカップ型波動歯車装置に関し、特に、小型・コンパクト化に有利な軸受構造を備えたカップ型波動歯車装置に関するものである。

減速機として、剛性内歯車、可撓性外歯車および波動発生器の三部品から構成される波動歯車装置が知られている。波動歯車装置では、剛性内歯車の内側に可撓性外歯車が配置され、この可撓性外歯車は波動発生器により半径方向に撓められて剛性内歯車に対して部分的に噛み合っている。一般に、波動発生器は楕円形輪郭をしており、両歯車の歯数差は２枚である。モータなどにより波動発生器を回転すると、両歯車の噛み合い位置が周方向に移動し、歯数差に応じた回転数で両歯車が相対回転する。一方の歯車を固定しておくことにより、他方の歯車から減速回転出力を得ることができる。

両歯車を相対回転自在の状態に保持するための軸受としてはモーメント荷重を受けることのできるクロスローラベアリングあるいは４点接触ボールベアリングが用いられている。例えば、クロスローラベアリングを備えた波動歯車装置は下記の特許文献１に開示されている。ここに開示されている波動歯車装置は、カップ形状の可撓性外歯車が組み込まれたカップ型波動歯車装置と呼ばれるものである。また、可撓性外歯車のボスには、クロスローラベアリングの内輪がねじ係合および打ち込みピンによって固定され、これらの間の締結トルクを高めている。一方、４点接触ボールベアリングは例えば下記の特許文献２に開示されている。
特開２０００−９１９１号公報 特開２００３−９７５６４号公報

ここで、カップ型波動歯車装置の小型・コンパクト化を図るためには、その構成部品である剛性内歯車、可撓性外歯車および波動発生器の小型化は勿論のこと、軸受の小型化も図る必要がある。例えば、外径が１０〜２０ｍｍ程度の小型の波動歯車装置の場合には、転動体挿入穴を軸受に形成できない。また、外輪や内輪を固定するための止め輪などを取り付けるスペースを確保できない場合もある。

本発明の課題は、小型化・コンパクト化に有利な軸受構造を備えたカップ型波動歯車装置を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の波動歯車装置は、
円筒状の剛性内歯車と、
前記剛性内歯車の内側に配置されたカップ形状の可撓性外歯車と、
前記可撓性外歯車の内側に嵌め込まれ、当該可撓性外歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯車に対して部分的に噛み合わせ、これら両歯車の噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、
前記剛性内歯車および前記可撓性外歯車を相対回転自在の状態に支持している軸受とを有し、
前記軸受は、前記剛性内歯車にねじ込み固定された外輪と、前記可撓性外歯車にねじ込み固定された内輪とを備え、当該内輪は第１および第２の分割輪からなる分割タイプの内輪であることを特徴としている。

また、前記剛性内歯車（２）は、筒状部材（２１）を備え、当該筒状部材（２１）の内周面には内歯（２７）と、前記外輪（５１）をねじ込み固定するための雌ねじ部（２８）が形成されており、
前記可撓性外歯車（３）は、カップ状部材（３１）と、当該カップ状部材（３１）の底面部分に形成したボス（３６）から延びる出力軸（６）とを備え、
前記出力軸（６）には、前記ボス（３６）の側の根元部分に当該ボス（３６）よりも小径の根元側円形外周面部分（６１）が形成され、当該根元側円形外周面部分（６１）に続き、前記第２の分割輪（５５）をねじ込み固定するための雄ねじ部（６２）が形成され、この雄ねじ部（６２）に続き、円環状凹部（６３）を介して、一定外径の円形外周面部分（６４）が形成されており、
前記第２の分割輪（５５）の円形内周面には、その一方の端の側には前記雄ねじ部に螺合可能な雌ねじ部（５５ａ）が形成され、その他方の端の側には前記雌ねじ部（５５ａ）より小径の小径円形内周面部分が形成されており、
前記第２の分割輪（５５）と前記ボス（３６）の間に前記第１の分割輪（５４）を挟んだ状態で、当該第２分割輪（５５）が前記出力軸（６）にねじ込み固定されており、当該第２分割輪（５５）の前記小径円形内周面部分が前記出力軸（６）の前記円形外周面部分（６４）に当接していることを特徴としている。

また、前記軸受として、４点接触ボールベアリングまたはクロスローラベアリングを用いることができる。

本発明のカップ型波動歯車装置では、その両歯車を相対回転自在の状態に支持している軸受の外輪および内輪をそれぞれ剛性内歯車および可撓性外歯車にねじ込み固定可能とすると共に、内輪として分割輪を用いている。したがって、止め輪などの別部材を用いて内外輪を固定する必要がない。また、内輪が分割輪であるので、転動体挿入穴を必要とすることなく転動体を内外輪の間に挿入できる。よって、小さな寸法の軸受構造を実現できる。

したがって、カップ型波動歯車装置の小型・コンパクト化を実現できる。また、内外輪をねじ込むことにより、軸受を両歯車の間に装着できるので、軸受の組付け作業も簡単になる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したカップ型波動歯車装置を説明する。

図１は本発明を適用したカップ型波動歯車装置の縦断面図であり、図２はその入力側の端面図であり、図３はその出力側の端面図である。これらの図を参照して説明すると、カップ型波動歯車装置１は、剛性内歯車２と、この内側に同軸状態に配置されているカップ形状の可撓性外歯車３と、この内側に嵌め込まれている楕円形輪郭の波動発生器４とを有している。剛性内歯車２と可撓性外歯車３は、軸受５を介して、相対回転が自在となっている。また、可撓性外歯車３には同軸状態で出力軸６が一体形成されている。

各構成部品の構造を詳細に説明する。まず、剛性内歯車２は、筒状部材２１を備えており、この筒状部材２１は外形が矩形であり、中心には装置軸線１ａの方向に延びる中空穴が形成されている。この筒状部材２１の中空穴内周面は装置出力側の端面２２から所定長さの部分が大径内周面部分２３とされ、それ以外の部分が小径内周面部分２４とされ、これらの間には、出力側に向く円環状端面２５が形成されている。小径内周面部分２４における装置入力側の端面２６に近い側の部位には円周方向に沿って内歯２７形成されている。また、大径内周面部分２３における装置出力側の端面２２から所定長さの範囲には雌ねじが切られた雌ねじ部２８が形成されている。さらに、筒状部材２１の端面２２、２６には、それらの四隅に取付用のねじ穴２２ａ、２６ａが形成されている。

カップ形状の可撓性外歯車３は、入力側に向けて開口している可撓性のカップ状部材３１を備え、このカップ状部材３１における円筒状胴部の開口端側の外周面部分に外歯３３が形成され、カップ状部材３１の底面部分は、その外周側の部分が薄肉の円環状のダイヤフラム３５とされ、中心部分が厚肉のボス３６とされている。このボス３６の出力側の端面３６ａから同軸状態に延びる出力軸６が一体形成されており、この出力軸６は、円筒部材２１の端面２２を超えて延びている。この構成の可撓性外歯車３は、その外歯３３が内歯２７に対峙する状態で内歯車２の内側に同軸状態で配置されている。

ここで、出力軸６は、ボス３６の側の根元部分が当該ボス３６よりも小径の円形外周面部分６１とされ、これにより、ボス３６の装置出力側の端面３６ａは円環状の端面となっている。本例では、この端面３６ａの装置軸線１ａの方向の位置が、内歯車２の円筒状部材２１に形成されている円環状端面２５の位置に一致している。この円形外周面部分６１に続き、僅かに小径の円形外周面部分が形成されており、ここが雄ねじが形成された雄ねじ部６２とされている。この雄ねじ部６２に続き、円環状凹部６３を介して、一定外径の円形外周面部分６４が形成されている。

波動発生器４は、可撓性外歯車３の外歯形成部分の内側に嵌め込まれており、外歯形成部分を楕円形に撓めて、その楕円形の長軸方向の両端の部分に位置する外歯３３の部分を内歯２７の部分に噛み合わせている。波動発生器４は、楕円形輪郭をしたカム板４１と、このカム板４１が同軸状態に固定されたプラグ４２と、カム板４１の外周面に装着したウエーブベアリング４３とを備えている。ウエーブベアリング４３は可撓性の内外輪と、これらの間に挿入されたボールを備えている。プラグ４２の中心には入力軸（図示せず）をはめ込み固定可能な軸穴４２ａが形成されている。この構成の波動発生器４が回転すると、内歯２７と外歯３３の噛み合い位置が円周方向に移動する。内歯２７と外歯３３の歯数差は２ｎ（ｎは正の整数）であり、本例では２枚とされている。したがって、波動発生器４が回転すると、両歯車２、３の間に歯数差に対応する回転数の相対回転運動が発生する。

一方、本例の軸受５は４点接触ボールベアリングであり、外輪５１と、内輪５２と、これらの間に転動自在の状態で挿入されたボール５３を備えている。外輪５１の円形外周面は雄ねじが形成された雄ねじ部５１ａとされている。雄ねじ部５１ａは内歯車２の円筒状部材２１に形成した雌ねじ部に螺合可能である。外輪５１を円筒状部材２１にねじ込むと、その円環状端面２５に当たり、その取り付け位置が規定される。

内輪５２は分割輪であり、装置入力側に位置する第１分割輪５４と、装置出力側に位置する第２分割輪５５から構成されている。第１分割輪５４の円形内周面５４ａは、出力軸６の根元側の円形外周面部分６１を嵌め込み可能な内径寸法とされ、この円形外周面部分６１に装着されている。第２分割輪５５の円形内周面には、その装置入力側の端から所定長さの部分が、雌ねじが形成された雌ねじ部５５ａとされ、装置出力側の端に連続した部分が小径の円形内周面部分となっている。雌ねじ部５５ａは出力軸６の雄ねじ部６２に螺合可能である。

この構成の第２分割輪５２は出力軸６にねじ込み固定されている。第１分割輪５４を出力軸６に装着し、ボール５３を挿入した後に、第２分割輪５５を出力軸６にねじ込み固定すると、ボスの円環状端面と当該第２分割輪５５の間に第１分割輪５４が挟まれた状態で、これら第１および第２分割輪５４、５５が出力軸６に固定された状態が形成される。第２分割輪５５の装置出力側の端面には２個の工具穴５５ｂが形成されており、これらの工具穴５５ｂを利用して、第２分割輪５５をねじ込むことができる。また、工具穴５５ｂに代えて第２分割輪５５を凸形状とすることによっても、レンチなどの工具を用い、第２分割輪５５をねじ込むことができる。

このように構成した本例のカップ型波動歯車装置１においては、両歯車２、３を回転自在の状態に支持している軸受構造を小型でコンパクトに構成できる。すなわち、外輪５１および内輪５２をそれぞれ内歯車２および可撓性外歯車のボスに一体形成されている出力軸にねじ込み固定しているので、外輪５１および内輪５２を固定するための部材が不要である。また、内輪５２として分割輪５４、５５を採用しているので、ボール挿入穴が不要となり、軸受６を小型にできる。よって、本例によれば、最大外径が１０〜２０ｍｍ程度の小さなカップ型波動歯車装置を製造することが可能になる。このような小さなカップ型波動歯車装置は、作業用ロボットなどの指関節の駆動機構に用いる減速機などとして用いるのに適している。

なお、本例では、４点接触ボールベアリング６を用いているが、この代わりに、クロスローラベアリングを用いることもできる。この場合においても、内外輪を内歯車および外歯車にねじ込み固定し、内輪を分割輪とすればよい。

本発明を適用したカップ型波動歯車装置の縦断面図である。 図１の装置の入力側の端面図である。 図１の装置の出力側の端面図である。

符号の説明

１ カップ型波動歯車装置
１ａ 装置軸線
２ 内歯車
２１ 筒状部材
２７ 内歯
２８ 雌ねじ部
３ 可撓性外歯車
３１ カップ状部材
３３ 外歯
３６ ボス
４ 波動発生器
５ 軸受
５１ 外輪
５１ａ 雄ねじ部
５２ 内輪
５３ ボール
５４ 第１分割輪
５５ 第２分割輪
５５ａ 雌ねじ部
６ 出力軸
６１ 円形外周面部分
６２ 雄ねじ部

Claims (2)

1. 剛性内歯車（２）と、
   前記剛性内歯車（２）の内側に配置されたカップ形状の可撓性外歯車（３）と、
   前記可撓性外歯車（３）の内側に嵌め込まれ、当該可撓性外歯車（３）を半径方向に撓めて前記剛性内歯車（２）に対して部分的に噛み合わせ、これら両歯車（２、３）の噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器（４）と、
   前記剛性内歯車（２）および前記可撓性外歯車（３）を相対回転自在の状態に支持している軸受（５）とを有し、
   前記軸受（５）は、前記剛性内歯車（２）にねじ込み固定された外輪（５１）と、前記可撓性外歯車（３）にねじ込み固定された内輪（５２）とを備え、当該内輪（５２）は第１および第２の分割輪（５４、５５）からなる分割タイプの内輪であり、
   前記剛性内歯車（２）は、筒状部材（２１）を備え、当該筒状部材（２１）の内周面には内歯（２７）と、前記外輪（５１）をねじ込み固定するための雌ねじ部（２８）が形成されており、
   前記可撓性外歯車（３）は、カップ状部材（３１）と、当該カップ状部材（３１）の底面部分に形成したボス（３６）から延びる出力軸（６）とを備え、
   前記出力軸（６）には、前記ボス（３６）の側の根元部分に当該ボス（３６）よりも小径の根元側円形外周面部分（６１）が形成され、当該根元側円形外周面部分（６１）に続き、前記第２の分割輪（５５）をねじ込み固定するための雄ねじ部（６２）が形成され、この雄ねじ部（６２）に続き、円環状凹部（６３）を介して、一定外径の円形外周面部分（６４）が形成されており、
   前記第２の分割輪（５５）の円形内周面には、その一方の端の側には前記雄ねじ部に螺合可能な雌ねじ部（５５ａ）が形成され、その他方の端の側には前記雌ねじ部（５５ａ）より小径の小径円形内周面部分が形成されており、
   前記第２の分割輪（５５）と前記ボス（３６）の間に前記第１の分割輪（５４）を挟んだ状態で、当該第２の分割輪（５５）が前記出力軸（６）にねじ込み固定されており、当該第２の分割輪（５５）の前記小径円形内周面部分が前記出力軸（６）の前記円形外周面部分（６４）に当接しているカップ型波動歯車装置（１）。
2. 請求項１において、
   前記軸受（５）は４点接触ボールベアリングまたはクロスローラベアリングであるカップ型波動歯車装置（１）。

Images