JPH0327781B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は波動歯車装置に関し、特にフラツト形
波動歯車のバツクラツシユを防止する装置に関す
る。

従来技術 フラツト形波動歯車装置はカツプ形波動歯車装
置とともによく知られており、このフラツト形波
動歯車装置の基本構成は、偏平な２つの内歯歯車
と両歯車の内歯に噛み合う外歯歯車とこの外歯歯
車を楕円に撓ませて外歯歯車を回転させることな
く楕円を回転させるウエーブジエネレータとから
成り、内歯歯車の１つの外歯歯車の歯数が同じに
され他の内歯歯車の歯数が例えばそれより２つ多
くされ、ウエーブジエネレータに入力シヤフトが
取付けられ、内歯歯車の一方が固定され、他方の
内歯歯車に出力部材が取付けられて大きな減速比
を得ている。

この使用例の１つとして産業用ロボツトの腕の
関節機構が挙げられる。この関節機構にフラツト
形波動歯車装置を用いた場合、歯車装置全体が薄
く小型であるため関節機構が大きくならず、しか
も出力アームの動きは正確で且つ必要なトルクを
得ることができるので好ましい。しかしながら、
波動歯車装置もまた歯車であり、内歯歯車と外歯
歯車との間に噛み合い遊びがあり、このためバツ
クラツシユが発生してしまう。

このバツクラツシユを防止するため、２組のフ
ラツト形波動歯車装置を用いた関節機構は特開昭
57−114051号公報（昭和57年７月15日出願公開）
により公知である。かかる公知の装置では、２組
のフラツト形波動歯車が並置され各組の内側の内
歯歯車が第２アームに、各組の外側の内歯歯車が
第１アームに固定され、第２アームに固着された
２つの内歯歯車を相対的に回転方向にずらして外
歯歯車との間に生ずる隙間をなくしてバツクラツ
シユを防止している。

かかる公知の装置は内歯歯車と外歯歯車との間
の噛み合い遊びをなくする点で好ましいものであ
るが、フラツト形波動歯車装置を２組必要として
おり、費用が増すだけでなく大形化する欠点があ
る。また出力内歯歯車を回転方向にずらして外歯
歯車との噛み合い遊びをなくしているのである
が、その偏角は1°に満たない小さな角度でありそ
の調整が非常に困難である。

発明の目的 従つて、本発明の目的は、バツクラツシユを防
止するフラツト形波動歯車装置を改良し、寸法を
可能な限り小さくするとともに、外歯歯車と内歯
歯車との噛み合い遊びをなくする際の調整を容易
に行なうことのできる波動歯車装置を提供するこ
とにある。

発明の構成 かかる目的を達成するため、本発明は、従来の
フラツト形波動歯車装置に、第３の剛性内歯歯車
を２つの内歯歯車に並置させ、３つの内歯歯車の
内、外側の２つの歯数を同じにし、また外歯歯車
を第１内歯歯車と第２内歯歯車とに噛み合う第１
外歯歯車部分と、第２内歯歯車と第３内歯歯車と
に噛み合う第２外歯歯部分とに分割し、またウエ
ーブジエネレータを第１外歯歯車を楕円形に撓ま
せる第１部分と第２外歯歯車を同じ楕円形に撓ま
せる第２部分とから構成し、第２のウエーブジエ
ネレータ部分を第１のウエーブジエネレータ部分
に対して楕円の長軸を一定角度ずらすことができ
るように連結している。

発明の作用 かかる構成により、第２ウエーブジエネレータ
部分を第１ウエーブジエネレータ部分に対して回
転して楕円の長軸を一定角度αずらした場合、外
歯歯車の第２部分が第２及び第３内歯歯車に噛み
合う点が角度αだけずれ、たのため、回転させる
前に噛み合つていた第２外歯歯車の歯は当該噛み
合い点より角度βだけずれる。ウエーブジエネレ
ータの回転角と外歯歯車の回転角の比が、波動歯
車装置の減速比を示しているので、角度βは角度
αの減速比分の１となり、第１ウエーブジエネレ
ータ部分を大きい角度αずらした場合に、第１外
歯歯車部分は小さい角度βだけ内歯歯車に対して
ずれることになり、このため、第１外歯歯車部分
と第１及び第２内歯歯車との接点に対して第２外
歯歯車と第３及び第２内歯歯車との接点が見掛上
角度βだけ寄せられた状態でずれ、各歯車の間の
噛み合い遊びが除去される。

発明の効果 従つて本発明によれば、２組の波動歯車を使用
することなく、１つの公知の波動歯車装置に内歯
歯車を１つ追加し外歯歯車とウエーブジエネレー
タとを２つに分割するだけでバツクラツシユのな
い波動歯車装置が提供されるので、装置が小型に
なり、ロボツトの関節等の小さな部分にもその占
有空間を小さくして組込むことができ、また部品
数も２つの波動歯車装置を使用するものに比べて
少なく経済的である。また、噛み合い遊びをなく
する場合の調整は、上記のようにウエーブジエネ
レータ部分を回転させるので、調整範囲が減速比
分だけ大きくなるとともに回転させるための力は
減速比分だけ小さくなり、極めて容易に行なえ
る。しかも、内歯歯車はハウジングに固定された
り、出力アームに取付けられてこれらの部材に包
囲されるのに対し、入力シヤフトの反対側のウエ
ーブジエネレータ側面は露出させることができる
ので、装置の組立後に簡単に調整できる利点もあ
る。

実施態様 本発明においては、第２の内歯歯車を外歯歯車
の歯数と同じにしてもよく、あるいは第１及び第
３の内歯歯車を、外歯歯車の歯数と同じにしても
よい。これにより、外歯歯車と同じ歯数の内歯歯
車は外歯歯車に対し相対回転せず、異なる歯数の
内歯歯車が相対回転することになる。第１外歯歯
車部分と第２外歯歯車とを仕切板によつて仕切
り、両部分の相互接触をなくするのも好ましい。
また、第２ウエーブジエネレータ部分を第１ウエ
ーブジエネレータ部分に対して回転可能に取付け
たフランジとして構成するのが好ましく、これに
よりウエーブジエネレータ部分の回転を極めて容
易に行なうことができる。更に、ウエーブジエネ
レータに入力シヤフトを、第２内歯歯車に出力部
材を取付け、第１及び第３内歯歯車を固定しても
よく、これにより関節機構等へ適用できる。

実施例 以下本発明の実施例について図面を参照しなが
ら発明する。先ず、本発明の実施例の説明に先立
つて、波動歯車装置の原理について一般的な説明
をする。第１図に示すように波動歯車装置は、剛
性の円形内歯歯車１と、この歯車１の内側に設け
られた可撓性の外歯歯車２と、この外歯歯車２の
内側に設けられ、外歯歯車２を楕円形に撓める楕
円形状のウエーブジエネレータ３とから成り、ウ
エーブジエネレータ３は外歯歯車を回転させるこ
となく楕円形状を回転させるようにボールベアリ
ング４を備えている。外歯歯車２が楕円形に撓め
られるため、その歯は内歯歯車１に対し矢印Ａ，
Ｂの２点でしか噛合わない。なお内歯歯車１の歯
数は、外歯歯車２の歯数とは異なつており、例え
ば、内歯は外歯より２枚多く形成される。

第２図ａ〜ｄにおいて、ウエーブジエネレータ
３を時計方向に回転させた場合の内歯歯車１と外
歯歯車２との関係が示されている。ウエーブジエ
ネレータ３が、第２図ａの矢印Ｄで示す位置にあ
るとき、内歯歯車１の１つの歯５は外歯歯車２の
１つの歯６に噛み合つている。ウエーブジエネレ
ータ３を第２図ｂに示すように90°回転させると、
外歯歯車２はベアリング４により回転することな
くその楕円形状が回転し、内歯歯車１と外歯歯車
２の噛み合う位置が、楕円形状のウエーブジエネ
レータ３の長軸の移動に従つて移動する。第２図
ｃに示すように、ウエーブジエネレータ３が180°
回転すると歯５と歯６とが再び噛み合うが、その
位置は歯数１枚分だけて回転方向とは反対の方向
にずれる。そして、第２図ｄに示すように、ウエ
ーブジエネレータ３が360°回転すると歯５と歯６
とは歯数２枚分だけ回転方向とは反対の方向にず
れる。このように、噛合い位置が順次ずれる動き
を出力としてとり出せば、大きな減速比を得るこ
とができる。

上記の外歯歯車２をカツプ形に成形したものが
カツプ形波動歯車装置として知られており、簡単
な構造で好ましいのであるが寸法が大きくなると
いう短所がある。寸法を小さくするため、外歯歯
車２と同じ歯数の内歯歯車を内歯歯車１と共軸的
に並置したフラツト形歯車装置であり、この装置
では、外歯歯車２は中間的な部材として形成され
全体の寸法が薄くなつており、内歯歯車の相対的
な回転によつて大きな減速比を得ている。

このフラツト形歯車装置においては、第１の内
歯歯車と外歯歯車との噛み合い遊びと、外歯歯車
と第２の内歯歯車との噛み合い遊びとによつてバ
ツクラツシユが発生する。このバツクラツシユを
防止するのが本発明の波動歯車装置である。

第３図は本発明による波動歯車装置を示してい
る。この歯車装置１０は、前記したフラツト形波
動歯車装置であるが、第１内歯歯車１１及び第２
内歯歯車１２の外に、第３の内歯歯車１３が第２
内歯歯車１２に隣接して共軸的に並置されてい
る。これらの内歯歯車はいずれも剛性の円形内歯
歯車であり、第１及び第３内歯歯車１１及び１３
は同じ歯数で成り、第２内歯歯車１２は歯車１１
及び１３より、例えば２枚だけ少なくされてい
る。この歯数の差は通常では偶数であり、異なる
限り、多くても少なくてもよいことは勿論であ
る。

次に外歯歯車は、可撓性のスプラインとして形
成され、また、第１内歯歯車１１及び第２内歯歯
車１２に噛み合う第１外歯歯車部分１４と、第２
内歯歯車１２及び第３内歯歯車１３に噛み合う第
２外歯歯車部分１５とに分割されている。第２内
歯歯車１２は両方の外歯歯車部分に噛み合うため
やや厚くするのが好ましいが、十分に噛み合うこ
とができるのであれば薄くてもよく、また薄い方
が寸法を小さくできるので好ましい。外歯歯車部
分１４，１５の半径方向内側には該外歯歯車を楕
円形に撓ませる楕円形のウエーブジエネレータ１
６が同軸的に設けられている。

ウエーブジエネレータ１６は、第１外歯歯車部
分１４を楕円形に撓ませる楕円カム状の本体部分
１７と、第２外歯歯車部分１５を同じ楕円形に撓
ませるフランジ部分１８とから成り、本体部分１
７と第１外歯歯車部１４との間、及びフランジ部
分１８との間には第２外歯歯車部分１５との間に
はそれぞれボールベヤリング１９及び２０が設け
られている。従つて、第１外歯歯車部分１４と第
２外歯歯車部分１５とは楕円形に撓められ、その
楕円の長軸上の２点で対応する内歯歯車に噛み合
うが、ウエーブジエネレータ１６を回転させても
外歯歯車は共に回転することはなく内歯歯車との
噛み合い点が移動する。

ウエーブジエネレータ１６の回転のため、本体
部分１７の中心にはモータ２２から延びる入力シ
ヤフト２３がキー止めされている。なお、入力シ
ヤフト２３は図示のようにモータに直結してもよ
いが、ベルト等の伝達手段を介して駆動してもよ
いことは勿論である。フランジ部分１８は、本体
部分１７に対して回転可能に取付けられて本体部
分１７の楕円の長軸に対してフランジ部分１８の
楕円の長軸を一定角度ずらすことができるように
なつており、該フランジ部分１８は本体部分１７
に対して複数本のねじ２４により固定されるよう
になつている。第４図に示すようにフランジ部分
１８にはねじ２４を通すための円弧状の長孔２５
が設けられ、また、該フランジ部分１８を回転さ
せる治具（図示せず）の足を係合させるための穴
２６を設けるのが好ましい。

本実施例においては、第１及び第３内歯歯車１
１及び１３は、フレーム等の固定部材２８及び２
９にねじ止め等により取付けられて固定されてお
り、モータ２２のフレーム３０は固定部材２８に
固定されている。固定部材２８は固定部材２９に
対しねじ止め等により相互に固定されており、固
定部材２９の側面の中央には窓３１が設けられ、
ウエーブジエネレータのハブ部分１８が露出する
ようになつている。なお、この窓３１には蓋３２
が設けられるのが好ましい。

第２内歯歯車１２は出力部材として作用し、こ
の歯車１２の突出部３４には出力アーム３５がね
じ止め等により固着されており、出力アーム３５
の肩部３６と固定部材２８の肩部３７との間には
ベアリング３８が設けられている。従つて第２内
歯歯車１２が第１内歯歯車１１に対して回転する
と出力アーム３５は固定部材２８上を回転するこ
とになる。また、第２内歯歯車１２の半径方向内
側には、中心に向けて延びる仕切板４０が設けら
れるのが好ましく、これにより第１外歯歯車部分
１４と第２外歯歯車部分１５とが相互に接触しな
くなる。

説明の便宜上、第１及び第３内歯歯車１１，１
３は第２内歯歯車１２より例えば２枚多い歯数を
有し、第１及び第２外歯歯車１４，１５は第２内
歯歯車１と同じ歯数を有しているものとする。ウ
エーブジエネレータ１６を回転させると、第１及
び第３内歯歯車１１及び１３が固定されているた
め第１及び第２外歯歯車部分１４及び１５がウエ
ーブジエネレータ１６の回転の方向と逆の方向に
歯数の差の分だけ回転し、このため第２内歯歯車
１２も外歯歯車と同じに回転し、出力アーム３５
が歯数差分だけ減速してゆつくりとではあるが強
い力で回転する。

モータ２２を逆転させると出力アーム３５が逆
転するまでの間に遅れが出る。これは外歯歯車と
内歯歯車との間の噛み合い遊びによるものであ
る。本実施例の場合、噛み合い遊びは、第１内歯
歯車１１と第１外歯歯車部分１４との間、第１外
歯歯車部分１４と第２内歯歯車１２との間、第２
内歯歯車１２と第２外歯歯車部分１５との間、及
び第２外歯歯車部分１５と第３内歯歯車１３との
間の４個所において現われる。これらの噛み合い
遊びをなくするには、ウエーブジエネレータ１６
のフランジ部分１８を本体部分１７に対して回転
させねばならない。この様子を第５図及び第６図
ａ〜ｄを用いて説明する。

ウエーブジエネレータ１６において、フランジ
部分１８を本体部分１７に対して回転させるため
に、蓋３２を外して窓３１を開放し、ねじ２４を
緩め、また入力シヤフト２３はモータ２２の励磁
等により固定しておく。次に治具また直接手でフ
ランジ部分１８を回転させて本体部分１７に対し
て楕円形の長軸位置をずらすと、第２外歯歯車部
分１５の歯が減速比分だけほんの僅かに移動して
第６図ａに示すように、第２外歯歯車１５の右側
の歯面と第３内歯歯車１３の左側の歯面が密接し
て該部分における噛み合い遊びがなくなる。そし
て、第２内歯歯車１２と第２外歯歯車１５との関
係においても、第６図ｂに示すように、第２外歯
歯車１５左側の歯面と第２内歯歯車１２の右側の
歯面とが密接し両者の噛み合い遊びをなくしてい
る。更に、ウエーブジエネレータ１６のフランジ
部分１８を本体部分１７に対して回転させると前
記のように、第２外歯歯車部分１５をフランジ部
分１８の回転角の減速比分だけ小さく回転させる
ので、その回転は第２内歯歯車１２に伝えられ、
更に第１外歯歯車部分１４をも同じように回転さ
せようとする。このため、第６図ｃに示すよう
に、第２内歯歯車１２の左側の歯面と第１外歯歯
車１４の右側の歯面とが密接して噛み合い遊びを
なくし、また、第６図ｄに示すように、第１外歯
歯車１４の左側の歯面と第１内歯歯車１１の右側
の歯面とが密接し、この部分における噛み合い遊
びも除去されている。

従つて、第５図に示したように、ウエーブジエ
ネレータ１６のフランジ部分部分１８を一定角度
回転させて本体部分１７の楕円の長軸に対してフ
ランジ部分１８の楕円の長軸を角度αだけ移動さ
せると、該角度の減速比分の小さい角度βだけ第
２外歯歯車部分１５が逆方向に移動して第３及び
第２内歯歯車１３及び１２の間の噛み合い遊びを
除去し、更に、第２内歯歯車１２を介して該歯車
１２と第１外歯歯車部分１４との間及び該外歯歯
車部分１４と第１内歯歯車１１との間の噛み合い
遊びも除去し、これによりバツクラツシユは完全
に除去される。噛み合い遊びの除去後、ねじ２４
を締めてフランジ部分１８を本体部分１７に固定
し、蓋３２を固着すればよい。なお、歯車の滑ら
かな回転のため、歯車間の遊びの調整を任意に行
なうことができる。また、フランジ部分１８の回
転は外歯歯車を減速比分だけ回転させるのでその
回転角が広く調整範囲が広い利点があり、更に、
回転するための力は減速比に応じて弱い力でも十
分であり、このため、極めて容易で且つ簡単にバ
ツクラツシユを防止できる。

以上の実施例においては、第１及び第３内歯歯
車を第２内歯歯車より歯数を多くして説明した
が、勿論、歯数を逆にして第２内歯歯車の数を多
くしてもよく、また外歯歯車の歯数を、第２内歯
歯車ではなく、第１及び第３内歯歯車と同じにし
てもよい。また第２内歯歯車を固定し、第３内歯
歯車を出力部材としてもよい。更に、第２ウエー
ブジエネレータ部分は、フランジ構造ではなくウ
エーブジエネレータを２分割する構造のものでも
よく、要は第１及び第２ウエーブジエネレータ部
分が相対的に回転しうるものであればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般の波動歯車装置の概略正面図、第
２図ａ〜ｄは波動歯車装置の動作説明図、第３図
は本発明の１実施例による波動歯車装置の１部破
断した側面図、第４図はウエーブジエネレータの
フランジ部分の部分正面図、第５図は第３図の装
置の動作原理図、第６図ａ〜ｄは第５図の動作状
態における各歯車の関係を示す説明図である。 １……内歯歯車、２……外歯歯車、３……ウエ
ーブジエネレータ、１０……本発明による波動歯
車装置、１１……第１内歯歯車、１２……第２内
歯歯車、１３……第３内歯歯車、１４……第１外
歯歯車部分、１５……第２外歯歯車部分、１６…
…ウエーブジエネレータ、１７……本体部分、１
８……フランジ部分、１９，２０，３８……ベア
リング、２２……モータ、２３……入力シヤフ
ト、２４……止めねじ、２８，２９……固定部
材、３５……出力アーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 歯数が異なる第１及び第２の剛性円形内歯歯
   車が共軸的に並置され、両内歯歯車の半径方向内
   側に該歯車と同軸的に可撓性外歯歯車が配置さ
   れ、この外歯歯車の半径方向内側に楕円形状のウ
   エーブジエネレータが配置されており、該ウエー
   ブジエネレータは、前記外歯歯車を楕円形に撓ま
   せて外歯歯車を楕円の長軸上の２点で第１及び第
   ２の内歯歯車の各々に噛み合わせており、ウエー
   ブジエネレータの回転により外歯歯車を回転させ
   ることなく楕円形状が回転するようになつたフラ
   ツト形波動歯車装置において、第３の剛性円形内
   歯歯車が前記第２の内歯歯車に共軸的に隣接して
   並置され、両側の第１及び第３内歯歯車は同じ歯
   数を有しており、外歯歯車は、第１内歯歯車と第
   ２内歯歯車とに噛み合う第１外歯歯車部分と、第
   ２内歯歯車と第３内歯歯車とに噛み合う第２外歯
   歯車部分とに分割され、またウエーブジエネレー
   タは第１外歯歯車部分を楕円形に撓ませる第１部
   分と第２外歯歯車部分を同じ楕円形に撓ませる第
   ２部分とから成り、第２のウエーブジエネレータ
   部分は第１のウエーブジエネレータ部分に対して
   楕円の長軸を一定角度ずらすことができるように
   連結されていることを特徴とする波動歯車装置。 ２ 第２の内歯歯車の歯数と外歯歯車の歯数とが
   同じである特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 第１及び第３の内歯歯車の歯数と外歯歯車の
   歯数とが同じである特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 ４ 第１外歯歯車部分と第２外歯歯車部分とは第
   ２内歯歯車から半径方向内方に延びる仕切板によ
   つて仕切られている特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 ５ 第２ウエーブジエネレータ部分は、第１ウエ
   ーブジエネレータ部分に対して回転可能に取付け
   られたフランジであり、該フランジは第１ウエー
   ブジエネレータ部分にねじにより固定されるよう
   になつている特許請求の範囲第１項記載の装置。 ６ ウエーブジエネレータに入力シヤフトが取付
   けられ、第１及び第３内歯歯車が固定され、第２
   内歯歯車が出力部材として作用するようになつた
   特許請求の範囲第１項記載の装置。