JP5839524B2 - 中空型波動歯車ユニット - Google Patents

Description

本発明は、カップ形状の可撓性外歯歯車を備えた中空型波動歯車ユニットに関し、特に、中空径が大きく、軸長が短い中空型波動歯車ユニットに関する。

軸線方向に貫通するユニット中空部を備えた中空型波動歯車ユニットとして、カップ形状の可撓性外歯歯車を備えたものが知られている。特許文献１には、カップ形状の可撓性外歯歯車を備えた中空型の波動歯車減速機と中空モータとが軸線方向に一体形成された構成のアクチュエータが記載されている。

カップ形状の可撓性外歯歯車を備えた中空型波動歯車ユニットでは、中空型の波動発生器と、可撓性外歯歯車の円環状のボスとが軸線方向に隣接配置される。可撓性外歯歯車の内側には、ボスの中心貫通穴に固定した軸受ホルダーが配置され、軸受ホルダーに保持した軸受によって、可撓性外歯歯車の内側に位置する中空型波動発生器の軸端部が支持される。

また、波動発生器の中空部と、円環状のボスに固定した軸受ホルダーの中空部とによって、ユニット軸線方向に貫通して延びるユニット中空部が形成される。ボスに形成可能な中心貫通穴の大きさに制約があるので、ボス側の中空部によってユニット中空部の内径が規定される。

さらに、波動発生器と、これに対峙するボスに固定した軸受ホルダーとの間の隙間からユニット中空部内に潤滑油等が漏れ出ることの無いように、この隙間をシールする必要がある。特許文献１に記載されたアクチュエータでは、ユニット中空部の内側に中空軸を配置し、波動発生器の中空部内周面と中空軸外周面の間にシール機構が組み込まれている。

特開２００６−１４４９７１号公報

本発明の課題は、ユニット中空部の内径を大きくするのに適したシール機構を備えた中空型波動歯車ユニットを提案することにある。

また、本発明の課題は、ユニット中空部の内径を大きくし、かつ、その軸長を短くするのに適したシール機構を備えた中空型波動歯車ユニットを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の中空型波動歯車ユニットは、
剛性内歯歯車と、
前記剛性内歯歯車の内側に配置され、前記剛性内歯歯車にかみ合い可能なカップ形状の可撓性外歯歯車と、
前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて前記剛性内歯歯車に部分的にかみ合わせている波動発生器と、
前記可撓性外歯歯車のカップ底面の中心部分を規定しているボスを軸線方向に貫通して延びるボス側中空部と、
前記波動発生器を軸線方向に貫通して延びる波動発生器側中空部と、
前記ボス側中空部と前記波動発生器側中空部によって構成される軸線方向に貫通して延びるユニット中空部の内周面に開口する円環状の隙間をシールする円環状のシール部材と、
を有し、
前記隙間は、前記ボスの側に形成したボス側端面と、当該ボス側端面に軸線方向から対峙する前記波動発生器の側に形成した波動発生器側端面との間に形成され、
前記波動発生器側端面は、円環状の内周側端面と、前記ボス側端面に対して前記内周側端面よりも軸線方向に後退した円環状の外周側端面とを備え、
前記隙間における前記外周側端面と前記ボス側端面との間に形成される円環状の隙間部分に、前記シール部材が装着されていることを特徴としている。

波動発生器側端面に形成した外周側端面は、その内周側端面に対して、ボス側端面から軸線方向に後退している。これによって形成されるボス側端面と外周側端面の間の広幅の円環状の隙間部分に、円環状のシール部材が装着されている。波動発生器側端面とボス側端面の間に、シール部材が軸線方向に隣接配置される。シール部材が波動発生器およびボスの間に半径方向に隣接配置される場合に比べて、大きなユニット中空部を形成することができる。

本発明の中空型波動歯車ユニットにおいて、
前記波動発生器は、前記波動発生器中空部を規定している中空回転軸を備え、
前記中空回転軸における前記可撓性外歯歯車の開口側に位置する第１軸端部は、第１軸受を介して、前記剛性内歯歯車によって回転自在の状態で支持され、
前記可撓性外歯歯車の内側には、前記ボスに固定した軸受ホルダーに保持した第２軸受が配置され、
前記中空回転軸の他方の第２軸端部は、第２軸受を介して、前記可撓性外歯歯車によって回転自在の状態で支持され、
前記軸受ホルダーは、前記ボスに固定された円環状のボス固定部を備え、当該ボス固定部の中心貫通穴が前記ボス側中空部であり、
前記ボス固定部の端面が前記ボス側端面であり、
前記中空回転軸の前記第２軸端部の軸端面が前記波動発生器側端面であり、
前記シール部材が装着されている前記隙間部分は、その一部が前記第２軸受の内輪の内側に入り込む状態に形成されている。

本発明では、中空回転軸の第２軸端部の軸端面には、第２軸受の内輪の内側に入り込む状態に、シール部材装着用の円環状の隙間部分が形成されている。第２軸受に対して軸線方向に隣接した位置に円環状の隙間部分を形成してシール部材を装着する場合に比べて、ユニット軸長を短くするのに有利である。よって、本発明によれば、ユニット中空径が大きく、かつ、軸長の短い中空型波動歯車ユニットを実現できる。

次に、本発明の中空型波動歯車ユニットにおいて、
前記剛性内歯歯車における前記第１軸端部の側の第１端面には、第１ユニット端板が一体形成されており、
前記第１ユニット端板の内周面と前記第１軸端部の外周面の間に、前記第１軸受が装着されており、
前記第１ユニット端板の内周面と前記第１軸端部の外周面の間の隙間は、前記第１軸受の前記軸線方向の外側に配置した円環状の第１オイルシールによってシールされており、
前記ボスにおける前記軸受ホルダーとは反対側の部位に、第２ユニット端板が固定されており、
前記第２ユニット端板は、ユニット軸受を介して、前記剛性内歯歯車によって回転自在の状態で支持されており、
前記第２ユニット端板に前記ユニット軸受の内外輪のうちの一方が一体形成されており、
前記ユニット軸受の前記内外輪の隙間は、円環状の第２オイルシールによってシールされている。

本発明を適用した中空型波動歯車ユニットの縦断面図である。 図１の一部分を拡大して示す部分拡大断面図である。 図１のIII−III線で切断した部分の横断面図である。 リテーナー押さえを必要としないリテーナーを配置した中空型波動歯車ユニットを示す半断面図である。 半径方向にシール部材を配置した中空型波動歯車ユニットを示す半断面図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した中空型波動歯車ユニットの実施の形態を説明する。図１は本実施の形態に係る中空型波動歯車ユニットの縦断面図であり、図２はその一部を拡大して示す部分拡大断面図であり、図３は図１のIII−III線で切断した部分の横断面図である。

（全体構成）
中空型波動歯車ユニット１（以下、単に「波動歯車ユニット１」と称する場合もある。）は、矩形断面をした環状の剛性内歯歯車２を備えている。剛性内歯歯車２の内側には、カップ形状の可撓性外歯歯車３が同軸に配置されている。可撓性外歯歯車３の内側には、可撓性外歯歯車３を楕円状に撓めて剛性内歯歯車２に部分的にかみ合わせている波動発生器４が配置されている。また、波動歯車ユニット１には、その中心部分を軸線１ａの方向に貫通して延びるユニット中空部５が形成されている。

剛性内歯歯車２における一方の端面２ａには、円盤状の第１ユニット端板６が一体形成されている。これらの部分２、６を別部材として締結固定することも可能である。第１ユニット端板６は軸線１ａに直交する方向に延びている。第１ユニット端板６の中心貫通穴の内周面には第１軸受７が装着され、第１軸受７によって波動発生器４の一方の第１軸端部４ａが回転自在の状態で支持されている。剛性内歯歯車２の他方の端面２ｂの側には、ユニット軸受であるクロスローラーベアリング８が隣接配置されている。

クロスローラーベアリング８の外輪８ａは剛性内歯歯車２の端面２ｂに一体形成されている。これらの部分２、８ａを別部材として締結固定することも可能である。クロスローラーベアリング８の内輪８ｂにおける剛性内歯歯車２とは反対側の端面には、円盤状の第２ユニット端板９が一体形成されている。これらの部分９、８ｂを別部材として締結固定することも可能である。第２ユニット端板９は、軸線１ａに直交する方向に延び、カップ形状の可撓性外歯歯車３のカップ底面の中心部分を規定している円環状のボス３３の外周面に固定されている。

可撓性外歯歯車３の内側には、そのボス３３に固定した軸受ホルダー１０が配置されている。軸受ホルダー１０には第２軸受１１が装着されている。第２軸受１１によって、波動発生器４におけるボス３３の側の第２軸端部４ｂが回転自在の状態で支持されている。

例えば、剛性内歯歯車２が不図示の固定側部材に締結固定され、波動発生器４の第１軸端部４ａが不図示のモータ軸等の高速回転軸に連結され、可撓性外歯歯車３に固定された第２ユニット端板９が不図示の被駆動側部材に締結される。この場合には、剛性内歯歯車２、第１ユニット端板６およびクロスローラーベアリング８の外輪８ａが一体形成されている部品が、波動歯車ユニット１の固定側のユニットハウジング１２になる。また、クロスローラーベアリング８の内輪８ｂおよび第２ユニット端板９が一体形成されている部品が、波動歯車ユニット１の回転側のユニットハウジング１３になる。

波動発生器４を回転すると、剛性内歯歯車２の内歯２ｃに対する可撓性外歯歯車３の外歯３ａのかみ合い位置が周方向に移動する。剛性内歯歯車２の歯数に対して可撓性外歯歯車３の歯数は２ｎ枚（ｎ：正の整数）、通常は２枚（ｎ＝１）少ない。したがって、かみ合い位置が周方向に移動すると、歯数差に応じた相対回転が両歯車２、３に発生する。歯数差に応じて減速された減速回転が、可撓性外歯歯車３から第２ユニット端板９を介して、不図示の被駆動側部材に出力される。

次に、各部の構成を更に詳しく説明する。まず、波動発生器４は、中空回転軸４１と、この中空回転軸４１の外周面に一体形成した楕円状輪郭の一定幅のプラグ４２と、このプラグ４２の楕円状外周面に装着した波動発生器軸受４３とを備えている。中空回転軸４１の中空部が、波動発生器４を軸線１ａの方向に貫通して延びる円形断面の波動発生器側中空部５ａを規定している。また、中空回転軸４１の一方の軸端部が波動発生器４の第１軸端部４ａであり、他方の軸端部が波動発生器４の第２軸端部４ｂである。第２軸端部４ｂは可撓性外歯歯車３のボス３３の側に位置するボス側軸端部である。

波動発生器軸受４３は、半径方向に撓み可能な内輪４４および外輪４５を備えている。内外輪４４、４５の間の円環状の軌道に、複数個のボール４６が転動自在の状態で挿入されている。ボール４６は、円環状のリテーナー４７によって円周方向に一定の角度間隔で保持されている。リテーナー４７は、環状板４７ａと、この環状板４７ａの端面から一定の角度間隔で垂直（軸線１ａの方向）に延びる仕切板４７ｂとを備えている。隣接する仕切板４７ｂの間に、各ボール４６のポケットが形成されている。リテーナー４７は、第２ユニット端板９の側から、軸線１ａの方向に沿って、内外輪４４、４５の間に装着されている。

可撓性外歯歯車３は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部３１と、この円筒状胴部３１の一方の端から半径方向の内側に延びている円盤状のダイヤフラム３２と、このダイヤフラム３２の内周縁に形成した円環状のボス３３とを備えている。円筒状胴部３１の他方の開口端の外周面部分に、外歯３ａが形成されている。ボス３３は第２ユニット端板９の円形内周面に、圧入、接着、溶接等により隙間の無い状態で固定されている。ボス３３の円形の中心貫通穴には、第２ユニット端板９とは反対側から軸受ホルダー１０が、圧入、接着、溶接等により隙間の状態で固定されている。

（軸受ホルダー）
軸受ホルダー１０は、円環状のボス固定部１０１（フランジ部）と、ボス固定部１０１から半径方向の外方に延びている薄い厚さの円盤状の板ばね部１０２と、板ばね部１０２の外周縁部から第１ユニット端板６の方向に向けて軸線方向に延びる円環状のホルダー本体部１０３とを備えている。ボス固定部１０１は、ボス３３の円形内周面３４に固定されている挿入部１０４と、ボス３３の内側の円環状端面３５に沿って延びる円環部１０５とを備えたＬ形断面形状をしている。ホルダー本体部１０３の内側に第２軸受１１が保持されている。これらのボス固定部１０１、板ばね部１０２およびホルダー本体部１０３は単一部材からなる一体形成品である。板ばね部１０２は、ホルダー本体部１０３を軸線１ａの方向に付勢可能なばね性を備えている。

図２に示すように、ホルダー本体部１０３には外輪装着用の円形内周面１０３ａが形成されている。円形内周面１０３ａにおける第２ユニット端板９の側の端には、軸線１ａに直交する一定幅の円環状段面からなる外輪受け面１０３ｂが形成されている。外輪受け面１０３ｂは第１ユニット端板６の側を向く面である。円形内周面１０３ａには第２軸受１１の外輪１１ａが装着され、その円環状端面が外輪受け面１０３ｂに当接する。板ばね部１０２は軸線１ａに直交する方向に延びている。また、板ばね部１０２は、ホルダー本体部１０３における外輪受け面１０３ｂよりも第２ユニット端板９の側の端部と、ボス固定部１０１の円環部１０５の外周面との間を繋いでいる。

一方、中空回転軸４１の第２軸端部４ｂの円形外周面には内輪装着用の円形外周面４ｃが形成されている。円形外周面４ｃにおける第１軸端部４ａの側の端には、軸線１ａに直交する一定幅の円環状段面からなる内輪受け面４ｄが形成されている。内輪受け面４ｄは、第２ユニット端板９の側を向く面である。円形外周面４ｃには第２軸受１１の内輪１１ｂが装着され、その円環状端面が内輪受け面４ｄに当接する。

板ばね部１０２は、第２軸受１１が装着された状態において、僅かに、軸線１ａに沿って第２ユニット端板９の側に変位した状態となる。板ばね部１０２の軸線方向への弾性復帰力によって、第２軸受１１には、軸線方向（内輪１１ｂが内輪受け面４ｄに押し付けられる方向）に、予圧が付与された状態になる。

このように、中空回転軸４１の第２軸端部４ｂを回転自在の状態で支持する軸受機構は、予圧機能を備えた軸受ホルダー１０を用いて構成されている。第２軸受１１に予圧を与える部品を配置する必要がない。予圧機能を備えた軸受機構を少ない部品点数で構成でき、その軸線方向の設置スペースも少なくて済む。よって、本例の軸受機構を用いれば、中空型の波動歯車ユニット１の軸長を短くすることができる。

次に、軸受ホルダー１０は予圧機能に加えて、波動発生器軸受４３のリテーナー押さえ機能も備わっている。すなわち、図２から分かるように、軸受ホルダー１０のホルダー本体部１０３は、波動発生器軸受４３の側を向く円環状のホルダー端面１０６を備えている。ホルダー端面１０６は、波動発生器軸受４３のリテーナー４７の環状板４７ａに対して軸線１ａの方向から対峙する位置に形成されている。このホルダー端面１０６における外周側の部位には、リテーナー４７の側に僅かに突出した円環状突部１０７が形成されている。円環状突部１０７は微小な間隔でリテーナー４７の環状板４７ａの端面に対峙している。

リテーナー４７が内外輪４４、４５の間から、軸線１ａの方向に外れようとすると、当該円環状突部１０７に当る。円環状突部１０７はリテーナー押さえ部として機能する。可撓性外歯歯車３の内側に、波動発生器軸受４３のリテーナー押さえ板を配置する必要がない。よって、中空型の波動歯車ユニット１の軸長を短くできる。

ここで、中空型波動歯車ユニット１に、リテーナー押さえ板を必要としないリテーナーを用いることが考えられる。図４に示すように、この場合のリテーナー４７は、ボール４６の両側に位置する環状板４７ｃ、４７ｄを備え、これらの間に仕切板４７ｅが形成されている。したがって、軸線１ａの方向において、波動発生器４と第１ユニット端板６との間に環状板４７ｄを配置するスペースＬを確保する必要がある。このスペースが必要な分、中空型波動歯車ユニット１の軸長が長くなってしまうので好ましくない。

（中空部のシール機構）
再び、図１、図２を参照して説明する。ユニット中空部５は、波動発生器４の中空回転軸４１の中空部によって規定される波動発生器側中空部５ａと、可撓性外歯歯車３のボス３３に固定した軸受ホルダー１０の挿入部１０４の中心貫通穴によって規定されるボス側中空部５ｂとから構成される。したがって、ユニット中空部５の内周面には円環状の隙間ができる。この隙間は、Ｖ形断面をした円環状のシール部材１４によってシールされている。

シール部材１４は、軸受ホルダー１０のボス固定部１０１と波動発生器４の第２軸端部４ｂとの間に形成した隙間１５に装着されている。隙間１５は、ユニット中空部５の円形内周面に開口する微小幅の円環状の隙間部分１５ａと、この外周側に形成されている広幅の円環状の隙間部分１５ｂとを備えている。隙間部分１５ｂに円環状のシール部材１４が装着されている。これにより、隙間１５がシールされ、ユニット中空部５に潤滑オイル等が漏れ出ないようになっている。

微小幅の隙間部分１５ａと広幅の隙間部分１５ｂを備えた隙間１５は次のようにして形成されている。波動発生器４の側を向く軸受ホルダー１０の端面部分１０８（ボス側端面）は軸線１ａに直交する平坦な端面である。この端面部分１０８に対峙する波動発生器４の側の端面は、第２軸端部４ｂの軸端面４８である。この軸端面４８は、円環状の内周側端面４８ａと、軸受ホルダー１０の端面部分１０８に対して内周側端面４８ａよりも軸線１ａの方向に後退した円環状の外周側端面４８ｂとを備えている。外周側端面４８ｂと、軸受ホルダー１０の端面部分１０８との間が広幅の円環状の隙間部分１５ｂとなっている。内側の内周側端面４８ａと端面部分１０８との間が微小幅の隙間部分１５ａとなっている。

このように、中空回転軸４１の第２軸端部４ｂの軸端面４８が段状に形成され、内周側端面４８ａに対して外周側端面４８ｂが軸線１ａの方向に後退している。これにより、外周側端面４８ｂと、これに対峙している軸受ホルダー１０の側の端面部分１０８との間に、シール部材装着用の広幅の隙間部分４８ｂが形成される。したがって、シール部材１４を、軸線１ａの方向に沿って、ボス固定部１０１と波動発生器側の中空回転軸４１との間に配置することができる。

ここで、図５に示すように、シール部材１４Ａを、ボス固定部１０１の挿入部１０４の内周面１０９と、この内側に挿入した中空回転軸４１の軸端部４ｂの外周面部分４１Ａとの間に装着することが考えられる。すなわち、シール部材１４Ａを、半径方向に沿って、ボス固定部１０１の挿入部１０４と波動発生器側の中空回転軸４１の軸端部４ｂとの間に配置する。半径方向にシール部材１４Ａを配置すると、ユニット中空部５Ａの内径が、ボス固定部１０１の挿入部１０４の内側に挿入される中空回転軸４１の中空径によって規定される。よって、大きな内径のユニット中空部を形成するには適さない。これに対して、図１〜図３に示す本例の波動歯車ユニット１によれば、このような弊害を解消でき、大きな内径のユニット中空部５を形成可能である。

また、本例では、図１、図２に示すように、第２軸受１１の内輪１１ｂの内側に入り込む状態にシール部材装着用の隙間部分１５ｂが形成されている。したがって、図５に示す半径方向にシール部材１４を配置する場合と同様なユニット軸長のままで、シール部材１４を配置できる。よって、本例によれば、カップ形状の可撓性外歯歯車３を用いて、大きなユニット中空部５を備えた軸長の短い中空型波動歯車ユニット１を実現できる。

なお、本例では、図１に示すように、第１ユニット端板６の内周面と第１軸端部４ａの外周面の間の隙間は、第１軸受７の外側の部位に装着した第１オイルシール１６によってシールされている。また、第２ユニット端板９の側において、クロスローラーベアリング８の内輪８ｂと外輪８ａの隙間は、円環状の第２オイルシール１７によってシールされている。

Claims (3)

1. 剛性内歯歯車（２）と、
   前記剛性内歯歯車（２）の内側に配置され、前記剛性内歯歯車（２）にかみ合い可能なカップ形状の可撓性外歯歯車（３）と、
   前記可撓性外歯歯車（３）の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車（３）を楕円状に撓めて前記剛性内歯歯車（２）に部分的にかみ合わせている波動発生器（４）と、
   前記可撓性外歯歯車（３）のカップ底面の中心部分を規定しているボス（３３）を軸線方向に貫通して延びるボス側中空部（５ｂ）と、
   前記波動発生器（４）を軸線（１ａ）方向に貫通して延びる波動発生器側中空部（５ａ）と、
   前記ボス側中空部（５ｂ）と前記波動発生器側中空部（５ａ）によって構成される軸線（１ａ）方向に貫通して延びるユニット中空部（５）の内周面に開口する円環状の隙間（１５）をシールする円環状のシール部材（１４）と、
   を有し、
   前記隙間（１５）は、前記ボス（３３）の側に形成したボス側端面（１０８）と、当該ボス側端面（１０８）に軸線（１ａ）方向から対峙する前記波動発生器（４）の側に形成した波動発生器側端面（４８）との間に形成され、
   前記波動発生器側端面（４８）は、円環状の内周側端面（４８ａ）と、前記ボス側端面（１０８）に対して前記内周側端面（４８ａ）よりも軸線（１ａ）方向に後退した円環状の外周側端面（４８ｂ）とを備え、
   前記隙間（１５）における前記外周側端面（４８ｂ）と前記ボス側端面（１０８）との間に形成される円環状の隙間部分（１５ｂ）に、前記シール部材（１４）が装着されていることを特徴とする中空型波動歯車ユニット（１）。
2. 前記波動発生器（４）は、前記波動発生器側中空部を規定する中空回転軸（４１）を備え、
   前記中空回転軸（４１）における前記可撓性外歯歯車（３）の開口側に位置する第１軸端部（４ａ）は、第１軸受（７）を介して、前記剛性内歯歯車（２）によって回転自在の状態で支持され、
   前記可撓性外歯歯車の内側には、前記ボス（３３）に固定した軸受ホルダー（１０）に保持した第２軸受が配置され、
   前記中空回転軸（４１）の他方の第２軸端部は、前記第２軸受を介して、前記可撓性外
   歯歯車（３）によって回転自在の状態で支持され、
   前記軸受ホルダー（１０）は、前記ボス（３３）に固定された円環状のボス固定部（１０１）を備え、当該ボス固定部（１０１）の中心貫通穴が前記ボス側中空部（５ｂ）であり、
   前記ボス固定部の端面が前記ボス側端面（１０８）であり、
   前記中空回転軸（４１）の前記第２軸端部（４ｂ）の軸端面が前記波動発生器側端面（４８）であり、
   前記シール部材（１４）が装着されている前記隙間部分（１５ｂ）は、その一部が前記第２軸受（１１）の内輪（１１ｂ）の内側に入り込む状態に形成されている請求項１に記載の中空型波動歯車ユニット（１）。
3. 前記剛性内歯歯車（２）における前記第１軸端部（４ａ）の側の第１端面（２ａ）には、第１ユニット端板（６）が一体形成されており、
   前記第１ユニット端板（６）の内周面と前記第１軸端部（４ａ）の外周面の間に、前記第１軸受（７）が装着されており、
   前記第１ユニット端板（６）の内周面と前記第１軸端部（４ａ）の外周面の間の隙間は、前記第１軸受（７）の前記軸線（１ａ）方向の外側に配置した円環状の第１オイルシール（１６）によってシールされており、
   前記ボス（３３）における前記軸受ホルダー（１０）とは反対側の部位に、第２ユニット端板（９）が固定されており、
   前記第２ユニット端板（９）は、ユニット軸受（８）を介して、前記剛性内歯歯車（２）によって回転自在の状態で支持されており、
   前記第２ユニット端板（９）に前記ユニット軸受（８）の内外輪（８ａ、８ｂ）のうちの一方が一体形成されており、
   前記ユニット軸受（８）の前記内外輪（８ａ、８ｂ）の隙間は、円環状の第２オイルシール（１７）によってシールされている請求項２に記載の中空型波動歯車ユニット（１）。

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