JP6067112B2 - 中空型波動歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は中空型波動歯車装置に関する。さらに詳しくは、装置中心軸線の方向に貫通する中空部を規定している中空軸にウエーブジェレネータのプラグが一体形成され、当該中空軸の両側の軸端部が支持ベアリングによって支持されている中空型波動歯車装置に関する。

中空型波動歯車装置としては、装置中心軸線の方向に貫通して延びる中空部を規定している中空軸を備え、中空軸の外周面にウエーブジェネレータの楕円状輪郭のウエーブプラグが一体形成された構成のものが知られている。特許文献１には、シルクハット形状の可撓性外歯歯車を備えた中空型波動歯車装置が開示されている。

この構成の中空型波動歯車装置では、中空軸の両側の軸端部が支持ベアリングによって支持される。また、ウエーブジェネレータは、中空軸の外周面に一体形成したウエーブプラグと、このウエーブプラグの楕円状外周面に嵌めたウエーブベアリングから構成される。ウエーブベアリングは半径方向に撓み可能な可撓性の内外輪を備えたベアリングである。

ウエーブベアリングは次のように装着される。ウエーブベアリングに中空軸の一方の軸端を通し、ウエーブベアリングを中空軸外周面に沿ってウエーブプラグまで移動し、当該ウエーブプラグの楕円状外周面に装着する。中空軸における一方の軸端からウエーブプラグまでの間の軸部の外径は、ウエーブベアリングの内径よりも小さくしておく必要がある。一般的には、ウエーブプラグの楕円状外周面の短径よりも軸部の外径を小さくして、ウエーブベアリングの装着を行うことができるようにしている。

特開平０９−２９１９８３号公報

中空軸における一方の軸端側の軸部は、ウエーブベアリングを装着するために、その軸部外径を大きくできない。これに対応して、中空軸におけるウエーブベアリング装着側の軸端部を支持する支持ベアリングは、小径の軸部に取り付けるので、小さな内径のベアリングとせざるを得ない。支持性能の高い大きなサイズの支持ベアリングを用いることができない。また、軸部外径を大きくできないので、中空軸の中空径も大きくできない。

本発明の課題は、ウエーブベアリングが装着される側の中空軸の軸部外径よりも大きな内径の支持ベアリングを備えた中空型波動歯車装置を提案することにある。

本発明の中空型波動歯車装置は、
中空軸と、
前記中空軸の外周面に形成された楕円状輪郭のウエーブプラグ、および、前記中空軸における一方の第１軸端部の側から前記ウエーブプラグの楕円状外周面に嵌めたウエーブベアリングを備えた波動発生器と、
前記第１軸端部の外周面に装着した円筒状のカラーと、
前記中空軸の前記第１軸端部を、前記カラーを介して支持している第１支持ベアリングと、
前記中空軸の他方の第２軸端部を支持している第２支持ベアリングと、
を有しており、
前記第１軸端部の外径は、前記ウエーブプラグの前記楕円状外周面の短径よりも小さく
、
前記第１支持ベアリングの円形内周面の内径は前記ウエーブプラグの前記楕円状外周面の短径よりも大きいことを特徴としている。

本発明では、ウエーブベアリングが装着される側の第１軸端部の外周面にカラーが装着され、カラーの外周面に第１支持ベアリングが装着される。第１軸端部の外径よりも大きな内径の第１支持ベアリングを用いることができ、中空軸の支持性能を高めることができる。すなわち、ウエーブベアリングを装着することに起因する第１支持ベアリングのベアリングサイズに対する制約が無くなる。よって、ウエーブジェネレータのウエーブプラグの楕円状外周面の短径よりも大きな内径の第１支持ベアリングを用いることができる。

また、第１支持ベアリングによって支持される中空軸の第１軸端部にはカラーが装着されているので、当該第１軸端部はカラーによって補強される。よって、当該第１軸端部の肉厚を薄くすることができ、これにより、中空軸の内径を大きくすることが可能である。

本発明の中空型波動歯車装置において、前記カラーは、前記ウエーブベアリングの内輪に対して装置中心軸線の方向から当接する第１内輪押さえ面、および、前記第１支持ベアリングの内輪に対して前記装置中心軸線の方向から当接する第２内輪押さえ面のうちの少なくとも一方の内輪押さえ面を備えていることが望ましい。

カラーを内輪押さえ部材として用いることにより、ウエーブベアリングあるいは第１支持ベアリングを押さえるための部材を別途取り付ける必要がない。よって、部品点数の増加を抑制でき、製造コストの低減化に有利である。

本発明の中空型波動歯車装置は、ユニットとして用いる場合には、
前記装置中心軸線の方向における前記第１軸端部の側に配置され、前記第１支持ベアリングが取り付けられている第１ユニット端板と、
前記装置中心軸線の方向における前記第２軸端部の側に配置され、前記第２支持ベアリングが取り付けられている第２ユニット端板と、
前記第１、第２ユニット端板の間に配置され、前記第１ユニット端板と一体回転する剛性内歯歯車と、
前記第１、第２ユニット端板の間において前記剛性内歯歯車の内側に配置され、前記第２ユニット端板と一体回転する可撓性外歯歯車と、
前記剛性内歯歯車および前記可撓性外歯歯車を相対回転可能に支持しているユニットベアリングと、
を備えている。

また、大きな中空部を形成する場合には、可撓性外歯歯車として、シルクハット形状の可撓性外歯歯車が用いられている。シルクハット形状の可撓性外歯歯車は、円筒状胴部と、前記円筒状胴部における前記第２ユニット端板の側の端に連続して半径方向の外方に延びるダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの外周縁に連続して形成した円環状のボスと、前記円筒状胴部における前記第１ユニット端板の側の外周面部分に形成した外歯とを備えている。この場合、前記円筒状胴部における前記外歯が形成されている外歯形成部分の内側に前記波動発生器が装着され、当該外歯形成部分が楕円状に撓められる。また、前記ボスは、前記ユニットベアリングの外輪と共に、前記第２ユニット端板に固定される。前記剛性内歯歯車は、前記ユニットベアリングの内輪と共に、前記第１ユニット端板に固定される。あるいは、前記剛性内歯歯車、前記内輪および前記第１ユニット端板は単一部品として一体形成される。

本発明を適用した中空型波動歯車装置を示す縦断面図である。 図１の中空型波動歯車装置の各部の外径寸法を示す説明図である。 図１とは異なる形状のカラーを用いた場合の部分断面図である。

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装置の実施の形態を説明する。

（全体構成）
図１は本発明を適用した中空型波動歯車装置の縦断面図であり、図２は各部の外径寸法を示す説明図である。中空型波動歯車装置１は、装置中心軸線１ａの方向に延びる中空軸２を備えている。中空軸２はモーター等から高速回転が入力される入力軸であり、その内部には、装置中心軸線１ａの方向に貫通する円形断面の中空部３が形成されている。中空軸２の一方の第１軸端部２ａは第１支持ベアリング４によって支持され、他方の第２軸端部２ｂは第２支持ベアリング５によって支持されている。第１、第２支持ベアリング４、５は例えばボールベアリングである。第１支持ベアリング４は、円筒状のハウジング６における一方の端部に一体形成されている円盤状の第１ユニット端板６Ａに取り付けられている。第２支持ベアリング５は円盤状の第２ユニット端板７に取り付けられている。

第１、第２ユニット端板６Ａ、７の間には、剛性内歯歯車８、シルクハット形状の可撓性外歯歯車９およびウエーブジェネレータ１０が配置されている。剛性内歯歯車８はハウジング６の一部として一体形成されている。可撓性外歯歯車９は第２ユニット端板７に固定されている。また、剛性内歯歯車８と可撓性外歯歯車９は、ユニットベアリング１１によって、相対回転自在の状態で支持されている。ユニットベアリング１１は例えばクロスローラーベアリングである。

可撓性外歯歯車９はウエーブジェネレータ１０によって楕円状に撓められ、楕円状の長軸方向の両端の部位において剛性内歯歯車８にかみ合っている。可撓性外歯歯車９の歯数は剛性内歯歯車８の歯数よりも２ｎ枚少ない。ｎは正の整数であり、通常は２枚少ない。ウエーブジェネレータ１０が回転すると、両歯車８、９のかみ合い位置が周方向に移動し、両歯車の間に歯数差に応じた相対回転が発生する。剛性内歯歯車８を回転しないように固定しておくと、可撓性外歯歯車９が回転し、ここに固定されている第２ユニット端板７から減速回転出力を取り出すことができる。

（各部の構成）
ウエーブジェネレータ１０は、楕円状輪郭をした一定幅のウエーブプラグ１２と、このウエーブプラグ１２の楕円状外周面１２ａに嵌めたウエーブベアリング１３を備えている。ウエーブプラグ１２は、第１、第２ユニット端板６Ａ、７の間に位置する中空軸２の軸部における第１支持ベアリング４の隣の部位に一体形成されている。ウエーブベアリング１３は、半径方向に撓み可能な内外輪を備えたボールベアリング等のベアリングである。

ウエーブベアリング１３は、中空軸２における第１軸端部２ａの側から当該中空軸２に装着されて、ウエーブプラグ１２の楕円状外周面１２ａに嵌められている。したがって、中空軸２における第１軸端部２ａの側の軸端２ｃからウエーブプラグ１２までの間の軸部の外径は、ウエーブベアリング１３の内径（楕円状に撓められる前の円形状態での内径）よりも小さい。

本例では、図２に示すように、ウエーブプラグ１２の楕円状外周面１２ａの短径Ｌｓよりも、第１軸端部２ａの円形外周面２ｅの外径が小さい。円形外周面２ｅと軸端２ｃの間は更に小径の円形外周面２ｄとなっている。第１軸端部２ａの円形外周面２ｅには、円筒状のカラー１４が装着されている。カラー１４は、円筒状のカラー本体部１４ａと、カラー本体部１４ａにおける第２軸端部２ｂの側の端部に形成した大径の円環状のフランジ部１４ｂとを備えている。フランジ部１４ｂの端面が、円形外周面２ｅとウエーブプラグ１２の楕円状外周面１２ａの間の環状段差面に当接して、当該カラー１４の軸線方向の位置決めがなされている。

カラー１４のカラー本体部１４ａの円形外周面に、第１支持ベアリング４が装着されている。カラー１４のフランジ部１４ｂは、ウエーブベアリング１３の内輪１３ａと、第１支持ベアリング４の内輪４ｂとの間に挟まれた状態となっている。したがって、当該フランジ部１４ｂの両側の円環状端面１４ｃ、１４ｄが、それぞれ、ウエーブベアリング１３の内輪押さえ面および第１支持ベアリング４の内輪押さえ面として機能する。

第１支持ベアリング４は、中空軸２の第１軸端部２ａを、カラー１４を介して支持している。したがって、第１支持ベアリング４の内径は、カラー１４のカラー本体部１４ａの円形外周面１４ｅの外径と同一であり、かつ、ウエーブプラグ１２の楕円状外周面１２ａの短径Ｌｓよりも小さい第１軸端部２ａの外径よりも大きい。本例では、図２に示すように、第１支持ベアリング４として、ウエーブプラグ１２の楕円状外周面１２ａの短径Ｌｓより大きく、長径Ｌよりも僅かに小さな内径の円形内周面４ａを備えたボールベアリングを用いている。

一方、中空軸２におけるウエーブプラグ１２の第２軸端部２ｂの側には、大径の円環状のフランジ２ｆが形成されている。フランジ２ｆの円環状の端面２ｇが、ウエーブベアリング１３のリテーナー押さえ面として機能する。中空軸２におけるフランジ２ｆの隣接位置にはウエーブプラグ１２の楕円状外周面１２ａの長径とほぼ同一の外径の円形外周面２ｈが形成されている。この円形外周面２ｈに隣接する円形外周面２ｉが第２軸端部２ｂの円形外周面であり、ここに、第２支持ベアリング５が装着されている。例えば、円形外周面２ｉの外径はカラー１４のカラー本体部１４ａの外径と同一であり、第２支持ベアリング５として、第１支持ベアリング４と同一サイズのボールベアリングを用いている。

ここで、中空軸２の中空部３は軸線方向において同一内径の中空部である。第１支持ベアリング４によって支持されている中空軸２の第１軸端部２ａの円形外周面２ｅの外径は、ウエーブベアリング１３を通すために小径とされているので、当該第１軸端部２ａの肉厚は、第２軸端部２ｂの肉厚よりも薄い。しかしながら、第１軸端部２ａにはカラー１４が装着されているので、同一内径の中空部３を形成しても、第１軸端部２ａはカラー１４によって補強されているので、十分な強度、剛性が確保される。よって、小径の第１軸端部２ａを十分な厚さとしておく必要がある従来の中空型波動歯車装置に比べて、中空径を大きくすることが可能である。

次に、シルクハット形状の可撓性外歯歯車９は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部９ａと、円筒状胴部９ａにおける第２ユニット端板７の側の端に連続して半径方向の外方に延びるダイヤフラム９ｂと、ダイヤフラム９ｂの外周縁に連続して形成した円環状のボス９ｃと、円筒状胴部９ａにおける第１ユニット端板６Ａの側の外周面部分に形成した外歯９ｄとを備えている。円筒状胴部９ａにおける外歯９ｄが形成されている外歯形成部分の内側にウエーブジェネレータ１０が装着され、当該外歯形成部分が楕円状に撓められている。

ボス９ｃは、第２ユニット端板７とユニットベアリング１１の外輪１１ａの間に挟まれている。この状態で、不図示の複数本の締結ボルトによって、三部材が締結固定されている。

ハウジング６には、剛性内歯歯車８における第１ユニット端板６Ａとは反対側の部位に、ユニットベアリング１１の内輪１１ｂが一体形成されている。ハウジング６の剛性内歯歯車８は、可撓性外歯歯車９における外歯９ｄを取り囲んでおり、内輪１１ｂは、可撓性外歯歯車９の円筒状胴部９ａにおける外歯９ｄを除く部分を取り囲んでいる。本例では、第１ユニット端板６Ａ、剛性内歯歯車８および内輪１１ｂを単一部品であるハウジング６によって形成されている。この代わりに、第１ユニット端板６Ａ、剛性内歯歯車８および内輪１１ｂを別個の部品として製造し、これらをボルト等を用いて締結固定することもできる。

次に、第１ユニット端板６Ａの中心部には円形の中心貫通穴６ａが形成されており、当該中心貫通穴６ａから中空軸２の第１軸端部２ａの側の端が露出している。中心貫通穴６ａの内側には、それよりも大きな内径の円形内周面６ｂが形成されており、ここに、第１支持ベアリング４が取り付けられている。一方、第２ユニット端板７の中心部には円形貫通穴７ａが形成されており、この内側に第２支持ベアリング５が取り付けられている。第２支持ベアリング５によって支持されている中空軸２の第２軸端部２ｂの端部分は第２ユニット端板７から外方に突出している。この中空軸２の端部分にモーター軸等がカップリングを介して連結固定される。

図３は、異なる形状のカラーを取り付けた中空型波動歯車装置を示す部分断面図である。この図に示す中空型波動歯車装置２０の全体的な構成は図１の中空型波動歯車装置１と同一であるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。

中空型波動歯車装置２０において、中空軸２の第１軸端部２ａに取り付けたカラー２４は、円筒状のカラー本体部２４ａと、カラー本体部２４ａにおける第２軸端部２ｂの側の端部に形成した大径の円環状のフランジ部２４ｂを備えている。

カラー本体部２４ａは、第１軸端部２ａの円形外周面に装着される円筒部分２４ｃと、第１軸端部２ａの軸端２ｃから同軸に延びる円筒部分２４ｄとを備えている。円筒部分２４ｄの中空部２４ｅは、中空軸２の中空部３と同一内径であり、中空部３と中空部２４ｅによって中空型波動歯車装置２０の中空部が形成されている。円筒部分２４ｃの円環状端面２４ｆおよびフランジ部２４ｂの円環状端面２４ｇは、それぞれ、ウエーブベアリング１３の内輪押さえ面および第１支持ベアリング４の内輪押さえ面として機能する。

Claims (5)

1. 中空軸（２）と、
   前記中空軸（２）の外周面に形成された楕円状輪郭のウエーブプラグ（１２）、および、前記中空軸（２）における一方の第１軸端部（２ａ）の側から前記ウエーブプラグ（１２）の楕円状外周面（１２ａ）に嵌めたウエーブベアリング（１３）を備えた波動発生器（１０）と、
   前記第１軸端部（２ａ）の外周面に装着した円筒状のカラー（１４、２４）と、
   前記中空軸（２）の前記第１軸端部（２ａ）を、前記カラー（１４、２４）を介して支持している第１支持ベアリング（４）と、
   前記中空軸（２）の他方の第２軸端部（２ｂ）を支持している第２支持ベアリング（５）と、
   を有しており、
   前記第１軸端部（２ａ）の外径は、前記ウエーブプラグ（１２）の前記楕円状外周面（１２ａ）の短径（Ｌｓ）よりも小さく、
   前記第１支持ベアリング（４）の円形内周面（４ａ）の内径は前記ウエーブプラグ（１２）の前記楕円状外周面（１２ａ）の短径（Ｌｓ）よりも大きい中空型波動歯車装置（１、２０）。
2. 前記カラー（１４、２４）は、前記ウエーブベアリング（１３）の内輪に対して装置中心軸線（１ａ）の方向から当接する第１内輪押さえ面（１４ｃ、２４ｆ）、および、前記第１支持ベアリング（４）の内輪に対して前記装置中心軸線（１ａ）の方向から当接する第２内輪押さえ面（１４ｄ、２４ｇ）を備えている請求項１に記載の中空型波動歯車装置（１、２０）。
3. 前記カラー（１４、２４）は、前記ウエーブベアリング（１３）の内輪に対して装置中心軸線（１ａ）の方向から当接する第１内輪押さえ面（１４ｃ、２４ｆ）、および、前記第１支持ベアリング（４）の内輪に対して前記装置中心軸線（１ａ）の方向から当接する第２内輪押さえ面（１４ｄ、２４ｇ）のうちの少なくとも一方の内輪押さえ面を備えている請求項１に記載の中空型波動歯車装置（１、２０）。
4. 装置中心軸線（１ａ）の方向における前記第１軸端部（２ａ）の側に配置され、前記第１支持ベアリング（４）が取り付けられている第１ユニット端板（６Ａ）と、
   前記装置中心軸線（１ａ）の方向における前記第２軸端部（２ｂ）の側に配置され、前記第２支持ベアリング（５）が取り付けられている第２ユニット端板（７）と、
   前記第１、第２ユニット端板（６Ａ、７）の間に配置され、前記第１ユニット端板と一体回転する剛性内歯歯車（８）と、
   前記第１、第２ユニット端板（６Ａ、７）の間において前記剛性内歯歯車（８）の内側に配置され、前記第２ユニット端板（７）と一体回転する可撓性外歯歯車（９）と、
   前記剛性内歯歯車（８）および前記可撓性外歯歯車（９）を相対回転可能に支持しているユニットベアリング（１１）と、
   を有し、
   前記可撓性外歯歯車（９）は、前記波動発生器（１０）によって楕円状に撓められて、前記剛性内歯歯車（８）に部分的にかみ合っている請求項１または２に記載の中空型波動歯車装置（１、２０）。
5. 前記可撓性外歯歯車（９）は、
   円筒状胴部（９ａ）と、
   前記円筒状胴部（９ａ）における前記第２ユニット端板（７）の側の端に連続して半径方向の外方に延びるダイヤフラム（９ｂ）と、
   前記ダイヤフラム（９ｂ）の外周縁に連続して形成した円環状のボス（９ｃ）と、
   前記円筒状胴部（９ａ）における前記第１ユニット端板（６Ａ）の側の外周面部分に形成した外歯（９ｄ）と、
   を備え、
   前記円筒状胴部（９ａ）における前記外歯（９ｄ）が形成されている外歯形成部分の内側に前記波動発生器（１０）が装着され、当該外歯形成部分が楕円状に撓められており、
   前記ボス（９ｃ）は、前記ユニットベアリング（１１）の外輪（１１ａ）と共に、前記第２ユニット端板（７）に固定され、
   前記剛性内歯歯車（８）は、前記ユニットベアリング（１１）の内輪（１１ｂ）と共に、前記第１ユニット端板（６Ａ）に固定されているか、または、前記剛性内歯歯車（８）、前記内輪（１１ｂ）および前記第１ユニット端板（６Ａ）は単一部材として一体形成されている請求項４に記載の中空型波動歯車装置（１、２０）。

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