JPS58196349A

JPS58196349A - 駆動装置

Info

Publication number: JPS58196349A
Application number: JP7930182A
Authority: JP
Inventors: Toshitoki Inoue; 井上　利勅; Hiromasa Ishihara; 石原　陽呂雅; Masato Morimoto; 正人森本; Haruo Kaji; 梶　治夫
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-05-11
Filing date: 1982-05-11
Publication date: 1983-11-15

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】本発明は、駆動装置に関するものであり、特に周知の７
フーモニツクドライブ装置を精度良く芯出しすることを
目的とする。

従来、大きな減速比を得ることを目的として、第１図、
第２図に示すようなハーモニックドライブ装置と呼ばれ
る駆動装置が使用されている。第１図は、その動作原理
を説明する図であり、歯数２１の内歯を有したサーキュ
ラスプライン１と、歯数（Ｚｌ−２）　　の外歯を有し
、かつ、半径方向に多少の可撓性を有したフレキスプラ
イン３と、楕円形の断面を有するジェネレータ２と、こ
のフレキスプラインおよびジェネレータの間に配置され
た鋼球群４とから構成されている。サーキュラスプライ
ン１とフレキスプライン３とは、周上２カ所で噛合っつ
る。今、ジェネレータ２が１回転すると、サーキュラス
プライン１とフレキスプライン３との噛合い点が１周し
、両者は、相対的に２ｌ−（Ｚｌ−２）＝２　　すなわ
ち２歯分のピッチだけ、回転する。結局、ジェネレータ
″１回転に対し、サーキュラスプライン１とフレキスプ
ライン３とは、２／Ｚ１回転相対運動した事になる。以
上が、ハーモニックドライブと呼ばれる駆動装置の動作
原理である。第２図のものは、機器への組込みを容易に
するだめ、２このサーキュラスプライン６および６使用
した応用事例である。同２このサーキュラスプライン６
．６に、１このフレキスプライン７が噛合っており、さ
らに、同サーキュラスプラインと対応して、２この半径
方向に可撓性を有する玉軸受８，９が、装着されており
、さらに、この玉軸受の内輪には楕円形の断面を有する
ウェーブジェネレータ１ｏが装着されている。ここで、
サーキュラスプライン５の歯数２２とサーキュラスプラ
イン６の歯数２３とは、２枚の差があり、フレキスプラ
インの歯数は、サーキュラスプライン６の歯数２２と同
じであると仮定すると、第１図の原理に従って、ジェネ
レータ１ｏが１回転すると、サーキュラスプライン６と
、フレキスプライン７とが、２／Ｚ２だけ回転する。一
方サーキュラスプライン６と、フレキスプラインとは、
歯数が同じであるため、相対関係に変化はない。結局、
サーキュラスプライン６と６とが、相対的に、２／Ｚ２
回転することになる。一般的に、Ｚ２は、２００枚位に
することが可能であり、減速比を２／２００すなわち１
７１００位にすることができる。

このようにして、１個で大きな減速比を得られることが
、ハーモニックドライブ装置の特徴である。

しかしながら第２図の構造のものでは、サーキュラスプ
ライン６．６およびフレキスプライン７等の同芯度を確
実に合わせることが困難であり、その結果、サーキュラ
スプラインとフレキスプラインとの噛合いに、異状をき
たし、破損の原因となる場合がある。こういうトラブル
を解消するため、例えば、第３図に示したような方法が
採用されている。第３図の例は、サーキュラスプライン
５゜６およびフレキスプライン７との同芯度を同一に保
ち、前記トラブルを解消することを目的として考案され
たものであり、サーキュラスプラインとジェネレータ１
０との間に、玉軸受１３とブラケット１２とを介して連
結し、両者が相対回転可能で、かつ、確実に同芯度がで
るべく工夫されている。しかしながら、第３図の構成で
は、図からも判断できるように第２図のものと比較して
、太きくなりすぎるという欠点を有している。

従来品のもつこのような欠点を解消し、コンパクトで正
確な動力伝達が行なえる駆動装置を提供することが、本
発明の第１の目的である。また、本発明の駆動装置は、
後述するように、２こ並列に使うことにより、より一層
大きな効果が発揮され、２こ使いのとき、正確な動力伝
達が行なえるような駆動装置を提供することが、第２の
目的である。

以下、本発明の一実施例を第４図〜第７図により詳細に
説明する。第４図において、サーキュラスプライン１６
，１６．　　フレキスプライン２１゜ジェネレータ２５
および、外輪２２．内輪２４゜鋼球２３とからなるフレ
キシブル玉軸受２８等は、第２図に示しだ従来品と比較
して、基本的構成は同じであるが、各部材の構成を正確
な位置に保持するべく、簡素ではあるが非常に効果的な
対策がほどこされている。次に、その違いについて説明
する。サーキュラスプライン１６．および１６の内側に
は、第５図に示すように、Ｖ形の溝２７か設けられてお
り、両者の溝には、鋼球２０が、溝の全周にわたり装着
されている。かつ、各鋼球が、干渉をしないように、リ
テーナ１９が設けられている。この駆動機構を実際に使
用する場合、詳細は後述するが、矢印２６．２７の方向
に外力が加えられる。

第２の違いは、フレキシブル玉軸受２８とジェネレータ
２６との関係にある。第４図において、フレキ玉軸受２
８は、複列となっており、各列の鋼球のレース而は、サ
ーキュラスプライン１５．１６と対応するようになって
いる。ジェネレータ２５は、その中央部に、円筒部２９
を有し、両何１は、わずかな丸み３０が設けられている
。このように構成することにより、第５図に示したよう
に、サーキュラスプラインとフレキスプラインの噛合い
時に、フレキスプライン２１が受ける反力３１および３
２の力は、その合成力が、それぞれ、鋼球２３を介して
内輪２４に、第７図の力３３．３４となって伝達される
。さらに、この力が、合成されて、ジェネレータ２６０
円筒部に加わり、ジェネレータの反力３６と釣合う。

第８図は、第４図に示したサーキュラスプライン１５．
１６のＶ溝のかわりに、スラストベアリング３６，３７
を装着したものである。このように、ベアリングを別部
品とすることにより、鋼球２ｏのころがり面を、高精度
に加工することができる。

第９図は、本発明の駆動装置°を使って、ロボットアー
ム等を、駆動する場合の実施例を示したものである。こ
れは、アーム３９′とアーム３８とを軸４３のまわりに
回転可能に装着し、モータ４０により、両アームを相対
的に、回転駆動することをねらいとしたものであり、モ
ータ４ｏの回転駆動を減速し、かつ、トルクを増大する
ことを目的として第４図で説明した構造の駆動装置を２
こ採用している。サーキュラスプライン１６が、アーム
３９０両側に、２こ、ビス６１により固着されている。

サーキュラスプライン１６は、７ランジ４７に、ビス６
ｏにより固着されており、このフランジ４７は、スペー
サ４８を介して、アーム３８の両側に、各２組固着され
ている。両側のフランジ４７は、スラストベアリング４
６．ワッシャ４６を介して、軸４３と、ナツト４３とに
より、締付けられている。このような構造にすることに
より、アーム３８に加わるラジアル荷重は、サーキュラ
スプライン１６．鋼球２０．サーキュラスプライン１６
を介して、アーム３９に伝達される。

一方、軸４３は、モータ４０と、このモータの出力軸に
固着されたピニオン４１と、軸４３に固着された歯車４
２とにより、回転駆動される。さらにこの［す］転運転
が、軸４３に固着されだジェネレータ２６に伝達され、
前述した原理にしたかっで、サーキュラスプライン１５
と、サーキュラスプライン１６とに相対回転運動を与え
る。ここで、ナツト４４により、両サーキュラスプライ
ン１６゜１６を締付けた時のスラスト方向の寸法と、ア
ーム３８とフランジ４７とにより定まるスラスト方向寸
法を調整するだめ、スペーサ４８が設けられている。

第１０図の実施例は、２こ使いを前提として、さらに改
良を加えたものである。１このフレキレブライン２１に
、２組のサーキュラスプライン１６、　１６．　１５　
ａ、　　１６　ａが噛合っている。フレキスプライン２
１には、４このフレキ玉軸受２８．２８ａ、２８ｂ、２
８ｃが間に、スペーサ６１．６２を介して装着されてお
り、かつこのフレキ玉軸受の内径で、ジェネレータ（図
示せず）と当接している。内側のサーキュラスプライン
１６．１６ａは、アーム３９の両サイドに固着されてお
り、外側のサーキュラスプライン１６，１６８は、アー
ム３８に固着されている。また、第１０図では省略して
いるが、軸とナツトとスラストベアリング等を使用して
、外側のサーキュラスプライン１５．１６ａをスラスト
方向に締付けることは、第８図で説明した場合と同様で
ある。

第１１図の実施例は、第１０図のものとほぼ回じである
が、第９図における内側のサーキュラスプライン１６，
１６ａを１ケの中央サーキュラスプライン５３により構
成している。

さて、次に以上の各実施例における効果について、順次
説明する。第４図に示したように、■溝を持ったサーキ
ュラスプライン１５．１６を鋼球２０を介して、スラス
ト力２６，２７により加圧することにより、両サーキュ
ラスプラインの同芯度は高精度に保持され、しだがって
、両サーキュラスプライン１５．１６の歯と、フレキス
プライン２１とは、正確な噛合いが、行なわれる。実際
に使用する場合には、サーキュラスプライン１６１６に
半径方向の力が加わるが、前記Ｖ溝と鋼球とにより、高
精度に保持される。第９図の実施例は、この効果を期待
して考案された機構であり、アーム３８に加えられた半
径方向の荷重は、サーキュラスプライン１５，１６．鋼
球２０等を介して、アーム３９に伝達され、フレキスプ
ライン２１゜軸４３等には、全く負荷を与えない構造と
なっている。このため、モータ４ｏにより与えられる回
転運動は、正確に、輔４３．フレキ玉軸受２８゜フレキ
スプライン２１等を駆動し、その結果、両サーキュラス
プライン１５．１６を、正確に相対駆動させることがで
きる。このように、半径方向荷重の伝達系と、回転運動
の伝達系を分離する事により、正確な伝達ができるよう
にしたことが、大きな特徴である。

また、第９図において、両側に第４図の駆動機構を２こ
使用し、両者のジェネレータを１本の軸４３により駆動
しているが、両ジェネレータの回転中心は、フレキスプ
ラインの回転中心により定まってくると同時に、軸受４
６により支持されている軸４３の回転中心からも定めら
れる。ここで、前述したように、軸受４６にはスラスト
軸受を採用しているため、スラスト方向に対しては、非
常に、高い剛性を持っているが、ラジアル方向に対して
は、多少のフレキシビリティを有しており、フレキスプ
ラインにより定まる回転中心に、ある程度適応する事が
できる。

さらに、第６図、第７図で説明したように、サーキュラ
スプラインからうける力、３１．３２をジェネレータの
中央部１カ所で受けることにより、サーキュラスプライ
ン１５．１６の歯面の回転中心の誤差が吸収されるよう
になり、結果として、歯面に過負荷を与えないようにす
ることができる。

第１０図の実施例においては、アームに加わる半径方向
の荷重は、サーキュラスプライン１６゜１６ａ、鋼球２
０．サーキュラスプライン１６゜１６ａを介してアーム
３９に伝達され、両側で確実に支持される。一方、回転
運動は、前述したように一本のジェネレータで、４この
フレキ玉軸受３８．２８ａ、２８ｂ、２８ｃを介して、
１このフレキスプラインを駆動している。このように、
１このジェネレータと、１このフレキスプラインとによ
り、２組のサーキュラスプラインを駆動しているため、
２組の駆動機構の位相を同一にすることが容易にできる
。

第１１図の実施例も、第１０図と同じ効果を期待して考
案されたものであるが、内側のサーキュラスプライン６
３が一体になっているため、第１０図と比較して、内側
のサーキュラスプライン１６゜′　　４、図面の簡単な
説明第１図はハーモニックドライブ機構の断面図、第２図は
象このサーキュラスプラインを使用した従来の駆動装置
の断面図、第３図は含このサーキュラスプラインの同芯
度を保持した従来の駆動装置の半断面図、第４図は本発
明の一実施例における駆動装置の断面図、第６図はＶ溝
を有したサーキュラスプラインの斜視図、第６図は本発
明の一実施例における駆動装置において南面よりうける
力がジェネレータに伝達される状況を説明する模式図、
第７図は第６図にて説明した力の釣合い状況の説明図、
第８図は専用のベアリングを設けたす〜キュラスプライ
ンの断面図、第９図は本発明の一実施例における駆動装
置を２個使用したロボットのアームの関節部の断面図、
第１０図は１個のツーレキスプラインに対し２組の駆動
装置を構成した装置の断面図、第１１図は第１０図の装
置の内側の２個のサーキュラスプラインを１個に構成し
た装置の断面図である。

１５．１６・・・・・・サーキュラスプライン、２０・
・・・・鋼球、２１・・・・・・フレキスプライン、２
６・・・・・・ジエネレータ、２９・・・・・・溝、４
３・・・・・・軸、４６・・・・・・軸受。

代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図　　１第２図第３図第６図第７図第８図第９図第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】（１）回転可能で、かつ回転力が与えられた原動軸と、
楕円状でかつ回転可能であり前記原動軸の回転力を伝達
するジェネレータと、外周面に複数の歯を有し、内周面
で前記ジェネレータ外周面と接触し、前記ジェネレータ
の回転にともなって弾性変形可能なフレキスプラインと
、内面に前記フレキスプラインと同ピツチで歯数が各々
フレキスプラインと同一およびフレキスプラインより多
い歯を有し、フレキスプライン外周の歯と噛合可能で、
かつ軸方向に対する垂直面が互いに相対向し、相対向し
た面の同芯円ヒに各々溝を有した２つのサーキュラスプ
ラインと、このサーキュラスプラインの各々の溝に嵌合
可能に設けられた球とからなる駆動装置。（２）前記溝を有したサーキュラスプラインは、溝およ
びこの溝に嵌合可能な球を有した部品を装脱可能に有し
た特許請求の範囲第１項記載の駆動装置０（３）前記サーキュラスプラインは２組設けられ、前記
フレキスプラインはこの２組のサーキュラスプラインと
噛合可能に１つ設けられた特許請求の範囲第１項記載の
駆動装置。（４）前記２組のサーキュラスプラインにおいて、内側
のサーキュラスプラインを同一とした特許請求の範囲第
３項記載の駆動装置。（６）前記ジェネレータ、フレキスプライン、サーキュ
ラスプライン、球を各々２組同芯でかつ所定の距離を有
して設け、かつ前記原動軸は軸方向に締付は可能で、か
つ軸中心に回転可能な軸受を２個有し、この２個の軸受
が互いに近接するよう締付けられて前記２組の外側のサ
ーキュラスプラインが押圧されて設けられた特許請求の
範囲第１項記載の駆動装置。