JPH0460237A - 撓み噛合い式歯車噛合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、小型の減速機、あるいは増速機に適用するの
に好適な、撓み噛合い式の歯車噛合構造、即ちいわゆる
ハーモニックドライブ式と称される歯車噛合構造に関す
る。

【従来の技術】

従来、第３図に示されるような回転原理に基づく撓み噛
合い式の歯車噛合構造が広く知られている。 図において、符号２が入力軸（第１軸）、４が該入力軸
２の回転によって回転する波動発生器、６が該波動発生
器４の外周に摺動可能に取付けられ該波動発生器の外周
で撓み変形回転が可能とされた外歯歯車、８が前記外歯
歯車６が内接噛合する内歯歯車である。 前記波動発生器４は、入力軸２と一体的に設けられた楕
円形のカム体４Ａと、このカム体４Ａの外周に嵌合して
楕円形に撓められた可視性のボールベアリング４Ｂとか
らなる。このボールベアリング４Ｂの外環は外歯歯車６
に嵌合している。 外歯歯車６の歯数は内歯歯車２の歯数より２Ｎ（Ｎは正
の整数）だけ少ない歯数とされている。 なお、内歯歯車８の「内歯」は、第３図の例では内歯歯
車８の本体部分に直接形成されているか、実機において
はこの内歯歯車の「内歯」は凹部に嵌入された略円筒状
の外ピンによって形成されていることが多い。 第３図（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、今、入力軸２
を回転させると波動発生器４のカム体４Ａが回転させら
れ、このカム＃４Ａの回転により可視性のボールベアリ
ング４Ｂを介して外歯歯車６が撓み変形しながら内歯歯
車８の内側で内接回転する。 従って、今、内歯歯車８をケーシングに固定した場合は
、外歯歯車６は内歯歯車８に対して入力軸２の１回転毎
に両歯車６．８の歯数差に依存した分だけ相対回転する
ことになる。その結果、外歯歯車６の撓み成分を吸収し
、自転成分のみを出力として取出すと、該出力部材は入
力軸２に対して極めてゆっくりと回転することになり、
減速比の大きな減速機が実現できる。 又、外歯歯車６の自転成分の方を固定した場合は、内歯
歯車８を出力部材とする減速機が実現できる。 更に、ここで入力部材と出力部材を逆転させると増速比
の大きな増速機が実現できる。 このような撓み噛合い式の歯車噛合構造は、少ない要素
で大きな減速比あるいは増速比を得ることができるため
小型精密機械用の増減速機等に多用されている。 第４図にこの噛合補遺を採用した実際の撓み噛合い式歯
車減速機の従来例を示す。 図中の符号は第３図の符号に対応している。前述したよ
うに、内歯歯車８の「内歯」は外ピン８Ａによって形成
されている。 外歯歯車６は、その撓み成分を吸収した上で自転成分の
みを出力軸１０に伝達する必要があるため、フランジ部
６Ａ、このフランジ部６Ａより大きな径の円環部６Ｂと
から構成されている０円環部６Ｂにはその端部の内周側
にボールベアリング４Ｂのハウジングが形成されており
、その端部の外周側に内歯歯車８の外ビン８Ａと噛合可
能な外歯が形成されている。外歯歯車６は、前述したよ
うに入力軸２の回転により撓み変形しながらゆっくりと
自転するが、この撓み変形成分を円環部６Ｂによって吸
収した上で出力軸１０に自転成分を伝達するようになっ
ている。

【発明が解法しようとする課題】

しかしながら、このような従来の撓み噛合い式歯車噛合
構遺にあっては、その外歯歯車６の円環部６Ｂの軸方向
長さが短いと円環部端部における撓みを良好に吸収する
ことができず回転負荷が増大してしまうため、これをか
なり長めに設定せざるを得ないという問題があった。こ
の問題を少しでも回避するためには、即ち外歯歯車６の
円環部６Ｂの軸方向の長さを短くするには該外歯歯車自
体を十分に撓み易い素材で形成しなければならず、この
場合伝達可能トルクが小さくなるだけでなく、外歯歯車
６自体のねじれに起因して特に起動時、停止時、逆転時
等において立上がり、立下がり特性が悪くなったり、バ
ックラッシュが発生したり、あるいはラチェッティング
（過大な負荷がかかったときに外歯歯車が撓んで外歯と
内歯が１歯分ずれてしまうこと）を起こし易くなったり
するというような問題が生じてくる。 更に、この種の撓み噛合い式歯車装置を産業用ロボット
の手首等に使う場合にあっては、もう１台の増減速装置
のための入力軸を貫通させる必要があるが、従来の構造
にあっては、外歯歯車６のフランジ部６Ａがかなりのス
ペースをとるためこの入力軸を貫通させるための中空部
分の径（ホロー径）を大きくとれないという問題もあっ
た。 本発明は、このような従来のｌ’Ｌ’１題に鑑みてなさ
れたものであって、外歯歯車を比較的剛性の高い素材で
形成することを可能とし、大きな伝達可能トルクを確保
しながら撓みの抵抗（回転負荷）を小さくして効率を高
め、バックラッシュ性、ラチェッティング性を改善し、
更に軸方向の長さを短くして全体の小型軽量化を実現す
ると共に装置全体を貫通するホロー径を大きくとること
ができるような撓み噛合い式歯車噛合構造を提供するこ
とを目的とする。

【課題を解決するための手段】

本発明は、第１軸と、該第１軸の回転に対応するように
取付けられた波動発生器と、該波動発生器の外周に摺動
可能に取付けられ該波動発生器の外周に沿って撓み変形
が可能な外歯歯車と、核外両歯車が内接噛合する内歯歯
車と、前記外歯歯車の自転成分に対応するように取付け
られた第２軸と、を備えた撓み噛合い式歯車噛合構造に
おいて、前記外歯歯車が略円筒形状とされ、該円筒形状
の外周に前記内歯歯車と噛合する外歯が形成されると共
に、該円筒形状の内周の一部に前記波動発生器への取付
用ハウジングが、他の一部に内スプラインがそれぞれ形
成され、且つ、前記第２軸に、該内スプラインと遊嵌噛
合して前記外歯歯車の撓み成分を吸収可能な外スプライ
ンが形成されたことにより、上記目的を達成したもので
ある。

【作用】

説明の便宜上、今、内歯歯車を固定し、第１軸を入力軸
、第２軸を出力軸とした減速機を例にとって作用を説明
する。 入力軸の回転によってまず波動発生器が回転させられる
。この波動発生器の回転により外歯歯車か該波動発生器
の外周で撓み変形しながら回転しようとする。ところが
、外歯歯車はゲージングに固定された内歯歯車に内接し
ているなめ、自由な自転が拘束され、結局内歯歯車と外
歯歯車の噛合位置のみが入力軸と同一の速度で変化（回
転）していくことになる、従って入力軸が１回転したと
き外歯歯車は内歯歯車に対して該内歯歯車との歯数の差
に依存した分だけ相対回転することとなり、この相対回
転が外歯歯車の内周に形成された内スプラインと出力軸
に形成された外スプラインとの遊嵌噛合を介して撓み成
分が吸収された上で出力軸に伝達されることになる。 外歯歯車は、従来のように該外歯歯車自体によってその
撓みの全てを吸収する必要がなくなるため、比較的削性
の高い素材で形成することが可能となり、且つ軸方向長
を極めて短くすることができるようになる。 又、従来のようなフランジ部がないため、従来より装置
全体の小型軽量化が可能となり、又、大きなホロー径を
実現することができるようになる。 なお、前述したように、全く同じ噛合構造で入出力部材
を逆転し、第２軸を入力軸、第１軸を出力軸とすること
によって増速機が達成できる。 更に、全く同じ噛合構造で内歯歯車を出力部材とする減
速機を実現することもできる。この場合、第１軸（入力
軸）の回転によって波動発生器を介して外歯歯車が撓み
変形回転をするところまでは先の説明と同一である。但
し、この場合は内歯歯車は固定されておらず、その代わ
りに、外歯歯車が内スプライン及び外スプラインを介し
てその自転が全くできないように拘束されることになる
。 従って、外歯歯車の撓みにより内歯歯車との噛合位置が
変化（回転）するため、結局入力軸１回転について内歯
歯車（出力部材）は外歯歯車との歯数差に依存した分だ
け変位することになり減速機が実現できる。 なお、この場合も入出力部材を逆転することにより増速
機を実現することができる。

【実施例】

以下図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。 第１図は本発明が適用された撓み噛合い式歯車減速機の
断面図、第２図は各歯車の歯形形状と噛合状態を示す第
１図ＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 この減速機は、入力軸（第１軸）１０２と、該入力軸１
０２の回転によって回転する波動発生器１０４と、該波
動発生器１０４の外周に摺動可能に取付けられ該波動発
生器１０４の外周で撓み変形回転が可能な外歯歯車１０
６と、ゲージング１０９に固定されると共に前記外歯歯
車１０６が内接噛合する内歯歯車１０８と、外歯歯車１
０６の自転成分を受けて回転する出力軸（第２軸）１１
０とを備える。 前記波動発生器１０４は、入力軸１０２と一体化された
楕円形のカム体１０４Ａと該カム体１０４Ａの外周に取
付けられた可視性のボールベアリング１０４Ｂとからな
る。この構成は従来と同様である。 前記内歯歯車１０８は、ゲージング１０９にボルト１１
４を介して固定されており、外ピン１０８Ａによって円
弧歯形の内歯が構成されている。 この内歯歯車１０８の構成も従来と同様である。 前記外歯歯車１０６は、はぼ円筒形状とされ、該円筒形
状の外周に内歯歯車１０８の外ピン（内歯）１０８Ａと
噛合する外歯１０６Ａが形成されている。又、この円筒
形状の内周の一部（図中右半分）に波動発生器１０４の
ボールベアリング１０４Ｂの取付は用ハウジング１０６
Ｂが形成されている。更に、他の一部（図中左半分）に
内スプライン１０６Ｃが形成されている。外歯歯車１０
６の外歯１０６Ａにはトロコイド波形、内スプラインに
はＪＩＳＤ２００１の自動車用インボリュートスプライ
ンが採用されている。しかしながら、本発明では各歯形
はこれらのものに限定されるものではない、なお、外歯
歯車１０６の歯数は内歯歯車１０８の歯数より２だけ少
なくなっている。 前記出力軸１１０は、ケーシング１０９にベアリング１
１４及び１１６を介して回転自在に取付けられている。 この出力軸１１０には、外歯歯車１０６の内スプライン
１０６Ｃと遊嵌噛合可能な外スプライン１１２Ａの形成
された外スプライン板１１２がボルト１１８を介して一
体的に取付けられている。 この外スプライン板１１２の外スプライン１１２Ａの歯
数は外歯歯車１０６の内スプライン１０６Ｃの歯数と同
一である。又この外スプライン１１２Ａは、その歯先円
直径が内スプライン１０６Ｃの歯底円直径よりも外歯歯
車１０６の撓み量のほぼ２倍だけ小径である。更に、こ
の外スプライン１１２１．ｔ、そのピッチ円状の円弧歯
厚が内スプライン１０６Ｃのピッチ円上の歯の空きより
も外歯歯車１０６の撓み量のほぼ２倍だけ小さい大きさ
とされている。これにより、内スプライン１０６Ｃと外
スプライン１１２Ａとで外歯歯車１０４の撓みを支障な
く吸収可能な等速度歯車機構が構成され、外歯歯車１０
６の自転成分のみが出力軸１１０に伝達される。 次にこの実施例の作用を説明する。 入力軸１０２の回転は波動発生器１０４の楕円形のカム
体１０４Ａを回転させ、その外周に設けられたボールベ
アリング１０４Ｂを撓ませる。このボールベアリング１
０４に取付けられている外歯歯車１０６は、ケーシング
に固定された内歯歯車１０８の外ピン（内歯）１０８Ａ
によって自由な自転が拘束されているため、該外歯歯車
１０６は内歯歯車１０８に内接しながらその内接噛合位
置のみを変化（回転）させるようになる。 この内接噛合位置の変化（回転）により、外歯歯車１０
６の歯数と内歯歯車１０８との歯数差が２であることか
ら、結局外歯歯車１０６は、入力軸１０２の１回転毎に
２歯分だけ噛合変位（自転）することになる、この結果
、入力軸１０２の１回転は外歯歯車１０６の歯数分の２
に減速される。 この外歯歯車１０６の動きは、該外歯歯！１０６の内ス
プライン１０６Ｃ及び外スプライン板１１２の外スプラ
イン１１２Ａの遊嵌噛合によってその撓み成分が完全に
吸収され自転成分のみが取出されて出力軸１１２へと伝
達される。 第２図は内歯歯車１０８の外ピン（内歯）１０８Ａ、外
歯車１０６の外歯１０６Ａ、及び内スプライン１０６Ｃ
１外スプライン１１２Ａの噛合い状態を示している。波
動発生器１０４により外歯歯車１０６が楕円状に変形す
ることにより、外歯歯車１０６は内歯歯車１０８の外ピ
ン１０８Ａと楕円の長径側の２ｇＩＩｐｆｒＣ１部、０
２部で噛合し、一方外スプライン板１１２の外スプライ
ン１１２Ａとは長径と短径の中間部、即ち第２図におけ
るＡ１−Ａ４の４個所で突張りながら噛合することにな
る。 この実施例によれば、■Ｃ１，０２部での噛合及びＡ１
−Ａ４での噛合が共に突張りながらの噛合であるなめ、
バックラッシュがない、■外スプライン１１２Ａと内ス
プライン１０６Ｃとが４個所で噛合するため噛合歯数が
多く動力伝達上有利であり、これにより外歯歯車１０６
は軸方向に短くても十分な強度が得られる、■ＣＩ　、
Ｃ２部での噛合及びＡ＋〜Ａ４での噛合により（多くの
噛合があるため）ラチェッティング性に優れる、■内歯
歯車１０８の内歯が外ビン１０８Ａで形成されているた
め外歯歯車１０６と転がり接触し、摩耗が少ない、等の
利点を得ることができる。 なお、上記実施例と全く同一の噛合構造において入出力
軸を逆転することにより増速機が実現できる。 又、上記実施例では内歯歯車１０８を固定する例が示さ
れていたが、全く同一の噛合構造で出力軸１１０を固定
し、且つ内歯歯車１０８を回転自在とすることにより、
該内歯歯車１０８を出力軸（あるいは入力軸）とする増
減速機を容易に実現することができる。 又、上記実施例では出力軸１１０が中実とされていたが
、これを中空とし、相手部材の入力軸を挿入するだけで
済むいわゆるホローシャフト型の減速機に設計変更する
のは極めて容易である。この実施例では、外歯歯車１０
６が従来に比べ非常にコンパクト化されているなめ、こ
のような場合でもそのホロー径を大きく取れるという利
点が得られる。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、特に外歯歯車の軸
方向長を短くすることができるため、装置全体の小型軽
量化を図ることができるようになり、且つ則性、バック
ラッシュ性、ラチェッティング性等に優れた増減速機を
得ることができるようになる。 又、本発明に係る撓み噛合い式歯車噛合構造をいわゆる
ホローシャフト型の増減速機に適用する場合、そのホロ
ー径を非常に大きくとることがきるようにもなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が適用された撓み噛合い式歯車減速機
の縦断面図、 第２図は、第１図Ｕ−ＩＩ線に沿う断面図、第３図（Ａ
）〜（Ｃ）は、撓み噛合い式歯車噛合構造の回転原理を
説明するためのスケルトン図、第４図は、従来の撓み噛
合い式歯車噛合構造が適用された減速機の例を示す第１
図相当の縦断面図である。 ２・・・入力軸（第１軸）、 ４・・・波動発生器、 ６・・・外歯歯車、 ６Ａ・・・外歯、 ６Ｂ・・・ハウジング、 ６Ｃ・・・内スプライン、 ８・・・内歯歯車、 ８Ａ・・・外ビン（内歯）、 ９・・・ゲージング、 ０・・・出力軸（第２軸）。 復代理人 牧野閘博 松山圭佑 高矢 諭

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１軸と、該第１軸の回転に対応するように取付
   けられた波動発生器と、該波動発生器の外周に摺動可能
   に取付けられ該波動発生器の外周に沿って撓み変形が可
   能な外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と
   、前記外歯歯車の自転成分に対応するように取付けられ
   た第２軸と、を備えた撓み噛合い式歯車噛合構造におい
   て、前記外歯歯車が略円筒形状とされ、該円筒形状の外
   周に前記内歯歯車と噛合する外歯が形成されると共に、
   該円筒形状の内周の一部に前記波動発生器への取付用ハ
   ウジングが、他の一部に内スプラインがそれぞれ形成さ
   れ、且つ、 前記第２軸に、該内スプラインと遊嵌噛合して前記外歯
   歯車の撓み成分を吸収可能な外スプラインが形成された
   ことを特徴とする撓み噛合い式歯車噛合構造。