WO2013024511A1 - 波動歯車装置の可撓性外歯歯車 - Google Patents

波動歯車装置の可撓性外歯歯車 Download PDF

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ステファニー ムーン
登 滝沢
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    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/19642—Directly cooperating gears

Definitions

  • the present invention relates to a flexible external gear having a new shape capable of increasing the load capacity of the wave gear device.
  • a wave gear device As a wave gear device, there is known a cup-type wave gear device whose flexible external gear has a cup shape, and FIG. 4 shows a longitudinal section of the cup-type wave gear device.
  • a wave gear device 1A includes an annular rigid internal gear 2A, a cup-shaped flexible external gear 3A arranged coaxially inside the rigid internal gear 2A, An elliptical wave generator fitted inside the flexible external gear 3A and flexing the flexible external gear 3A into an elliptical shape and partially meshing with the rigid internal gear 2A 4A.
  • the cup-shaped flexible external gear 3A includes a boss 5A having a constant thickness, which is a disc-shaped rigid body, and a diaphragm that can be bent in an out-of-plane direction extending radially outward from a circular outer peripheral surface of the boss 5A.
  • external teeth 8A formed in the portion.
  • the portion of the cylindrical body 7A where the external teeth 8A are formed in the flexible external gear 3A is bent into an ellipse by the wave generator 4A, and is located at both ends in the major axis direction of the elliptic curve.
  • the rotatably supported gear is greatly decelerated compared to the rotational speed of the wave generator 4A. Rotates at the specified rotation speed.
  • the cylindrical body portion 7A of the cup-shaped flexible external gear 3A that is bent elliptically by the wave generator 4A has a round shape in a state before deformation as shown in FIG. It is.
  • the cylindrical body 7A After being bent into an elliptical shape by the wave generator 4A, on the cross section including the major axis of the elliptical curve, as shown in FIG. 5B, the cylindrical body 7A is located on the diaphragm plate 6A side. From the side toward the opening end 7a.
  • the cylindrical body 7A is in a state of being constricted inward from the diaphragm plate 6A side toward the opening end side. Become.
  • the cylindrical body 7A and the rigid boss 5A are connected via a diaphragm plate 6A in order to bend the part on the opening end 7a side of the cylindrical body 7A in an elliptical shape.
  • the diaphragm plate 6A warps as shown by an arrow with the root portion to the boss 5A as the center.
  • the diaphragm plate 6A slightly falls toward the opening end 7a.
  • the diaphragm plate 6A is repeatedly bent and deformed in the front-rear direction along the center axis 1a of the device when each portion of the cylindrical body 7A on the opening end 7a side is repeatedly bent in the radial direction. Therefore, the bending stress accompanying the bending deformation acts on the diaphragm plate 6A together with the shear stress due to torque transmission.
  • Patent Document 1 Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-173851 proposes a cross-sectional shape for relaxing stress concentration at a joint portion between a boss and a diaphragm plate.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-57684 proposes a method of defining the plate thickness of each part of a diaphragm plate for increasing the load capacity in a cup-type wave gear device with a high reduction ratio. .
  • the plate thickness of the diaphragm plate particularly the plate thickness change of the portion attached to the boss is considered, but other than that of the diaphragm plate is considered.
  • the shape is not considered. That is, as shown in the above Patent Documents 1 to 3, the cross-sectional shape of a typical diaphragm plate is a flat surface extending outward in the radial direction that is continuous with the inner end face of the boss and orthogonal to the apparatus center axis. It is defined by an inner end face and an outer end face that extends radially outward continuously from the circular outer peripheral face of the boss, and extends in a direction (radial direction) perpendicular to the apparatus central axis as a whole.
  • An object of the present invention is to propose a cup-shaped flexible external gear obtained by improving the shape of a diaphragm plate, which has not been considered in the past, in order to increase the load capacity of the wave gear device.
  • a flexible external gear of a wave gear device includes: A boss that is a discoid or annular rigid body, A diaphragm plate extending continuously outward in the radial direction of the boss continuously to the outer peripheral portion of the boss; A cylindrical body that can be bent in the radial direction and extends in the direction of the central axis of the boss continuously to the circular outer periphery of the diaphragm plate; External teeth formed on the outer peripheral surface portion on the opening end side of the cylindrical body, The diaphragm plate is directed to an orthogonal plane orthogonal to the central axis from a diaphragm inner peripheral edge portion continuous with the outer peripheral portion of the boss toward a diaphragm outer peripheral edge portion continuous with the cylindrical body portion. The outer peripheral edge of the diaphragm is inclined in a direction away from the opening end of the cylindrical body.
  • the outer peripheral edge portion of the diaphragm plate is directed from the inner peripheral edge portion on the boss side toward the outer peripheral edge portion on the cylindrical body side with respect to the orthogonal plane orthogonal to the central axis. It is inclined in a direction away from the opening end of the cylindrical body.
  • the length from the boss to the cylindrical body portion of the diaphragm plate can be increased, and the axial length of the cylindrical body portion is also increased. be able to.
  • the axial length of the cylindrical body can be made significantly longer than when the diaphragm plate is inclined in the direction opposite to the case of the present invention with respect to the orthogonal plane orthogonal to the central axis.
  • the length of the diaphragm plate can be increased as compared with the conventional flexible external gear having the same diameter, so that the stress concentration on the diaphragm plate is reduced. it can.
  • both the length dimension of the diaphragm plate and the length dimension in the axial direction of the cylindrical body portion can be increased compared to the conventional flexible external gear having the same diameter and the same axial length,
  • the bearing reaction force by the wave generator that greatly affects the performance of the wave gear device can be greatly reduced.
  • the fatigue strength of the diaphragm plate can be increased, and the load capacity of the wave gear device in which the flexible external gear is incorporated can be increased.
  • the diaphragm plate is inclined and disposed within a range that fits within a thickness dimension of the boss in the central axis direction. In this way, the load capacity of the wave gear device can be increased without increasing the device size.
  • the thickness of the diaphragm plate is changed from the inner peripheral edge portion to the outer peripheral edge portion. It is desirable to set so as to gradually decrease toward.
  • the diaphragm plate can be extended radially outward from a portion of the circular outer peripheral surface of the boss that is offset toward the opening end.
  • the inner peripheral edge portion of the diaphragm inner end surface on the opening end side of the cylindrical body portion of the diaphragm plate is smoothly continuous with the inner end surface of the boss on the opening end side of the cylindrical body portion.
  • the diaphragm plate is formed so that the inner peripheral edge portion of the diaphragm outer end surface opposite to the opening end of the cylindrical body portion of the diaphragm plate is smoothly continuous with the circular outer peripheral surface of the boss.
  • the shapes of the inner end faces of the boss and the diaphragm plate are defined as follows.
  • the boss inner end surface is defined by an inner straight line orthogonal to the central axis.
  • the inner end face of the diaphragm is defined by an inner convex curve that is smoothly continuous with the end point of the inner straight line, and an inner inclined straight line that is smoothly continuous with the end point of the inner convex curve. .
  • the shape of the outer end face of the boss and the diaphragm plate is defined as follows.
  • a boss outer end surface of the boss opposite to the boss inner end surface is defined by an outer straight line orthogonal to the central axis.
  • a boss circular outer peripheral surface that is continuous with the outer peripheral edge of the boss outer end surface is defined by an outer peripheral straight line that is bent from the end point of the outer straight line toward the boss inner end surface.
  • the diaphragm outer end face has a first concave curve which is concave on the inner side which is smoothly continuous with the end point of the outer peripheral straight line, and an inner concave side which is smoothly continuous on the end point of the first concave curve.
  • the radii of curvature of the first concave curve, the second concave curve, and the third concave curve are set so as to increase in this order.
  • the outer inclined straight line is inclined in the same direction as the inner inclined straight line at a second inclination angle smaller than the first inclination angle.
  • the outer peripheral edge portion of the diaphragm plate extends from the inner peripheral edge portion on the boss side toward the outer peripheral edge portion on the cylindrical body side with respect to the radial direction perpendicular to the central axis. It is inclined in a direction away from the opening end of the cylindrical body. Therefore, the length of the diaphragm plate can be increased as compared with the conventional flexible external gear having the same diameter, and the stress concentration of the diaphragm plate can be reduced. In addition, compared with a conventional flexible external gear having the same diameter and the same axial length, the length of the diaphragm plate and the length of the cylindrical body can be increased, greatly increasing the performance of the wave gear device. The bearing reaction force due to the affected wave generator can be greatly reduced. Therefore, according to the present invention, the fatigue strength of the diaphragm plate can be increased, and the load capacity of the wave gear device incorporating the flexible external gear can be increased.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view and a schematic configuration diagram showing a cup-type wave gear device to which the present invention is applied.
  • (A) is a half sectional view showing a flexible external gear of the cup-type wave gear device of FIG. 1
  • (b) is a half sectional view showing a conventional flexible external gear. It is an expanded partial sectional view which shows the flexible external gear shown to Fig.2 (a). It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the conventional typical cup-type wave gear apparatus.
  • FIG. 1A is a schematic longitudinal sectional view showing a cup-type wave gear device according to the present embodiment
  • FIG. 1B is a schematic configuration diagram when cut along a plane orthogonal to the central axis of the device. .
  • wave gear device 1 The basic configuration of a cup-type wave gear device 1 (hereinafter simply referred to as “wave gear device 1”) is the same as that of the conventional wave gear device 1A shown in FIGS.
  • An annular rigid internal gear 2, a cup-shaped flexible external gear 3 arranged coaxially inside the rigid internal gear 2, and the flexible external gear 3 are fitted inside.
  • a wave generator 4 is provided.
  • the wave generator 4 has an elliptical outline, and the flexible external gear 3 is bent into an elliptical shape and partially meshed with the rigid internal gear 2.
  • the cup-shaped flexible external gear 3 can be bent in an out-of-plane direction extending radially outward from a circular outer peripheral surface 5a of the boss 5 and a boss 5 having a constant thickness which is an annular rigid body.
  • External teeth 8 formed on the outer peripheral surface portion. External teeth 8 meshes at the site of both ends of the long axis L m of the elliptical curve relative to the internal teeth 9 of the rigid internal gear 2.
  • FIG. 2 is a half sectional view showing the cup-shaped flexible external gear 3 in comparison with the conventional flexible external gear 3A.
  • FIG. 3 is a partially enlarged sectional view of the flexible external gear 3. is there.
  • the diaphragm plate 6 of the flexible external gear 3 has a diaphragm continuous from the diaphragm inner peripheral edge portion 6 a that is continuous with the circular outer peripheral surface 5 a of the boss 5 to the cylindrical body portion 7.
  • the diaphragm outer peripheral edge portion 6b is inclined toward the outer peripheral edge portion 6b in a direction away from the opening end 7a of the cylindrical body portion 7 with respect to the orthogonal plane V orthogonal to the device center axis 1a.
  • the diaphragm plate 6 gradually decreases in thickness from the inner peripheral edge portion 6a of the diaphragm toward the outer peripheral edge portion 6b of the diaphragm.
  • the diaphragm plate 6 extends outward from a portion of the circular outer peripheral surface 5a of the boss 5 that is offset toward the opening end 7a. That is, the inner peripheral edge portion of the diaphragm inner end surface 12 on the side of the opening end 7 a in the diaphragm plate 6 is smoothly continuous with the boss inner end surface 11 on the side of the opening end 7 a in the boss 5, and what is the opening end 7 a in the diaphragm plate 6?
  • the diaphragm plate 6 is formed so that the inner peripheral edge portion of the opposite diaphragm outer end surface 22 smoothly continues to the circular outer peripheral surface 5 a of the boss 5.
  • each part of the flexible external gear 3 when the flexible external gear 3 is cut along a plane including the device central axis 1a is defined as follows.
  • the boss inner end face 11 of the boss 5 is defined by an inner straight line 14 orthogonal to the apparatus center axis 1a.
  • the diaphragm inner end face 12 is defined by an inner convex curve 15 smoothly continuing to the end point 14 a of the inner straight line 14 and an inner inclined straight line 16 smoothly continuing to the end point 15 a of the inner convex curve 15.
  • the inner convex curve 15 is a curve having a radius of curvature R 15 where the center O 15 is located on the outer side.
  • the inner peripheral surface 13 of the cylindrical body 7 has an inner concave curve 17 smoothly continuing to the end point 16 a of the inner inclined straight line 16 and an inner peripheral side smoothly continuing to the end point 17 a of the inner concave curve 17. It is defined by a straight line 18.
  • the inner concave curve 17 is a curve having a radius of curvature R 17 in which the center O 17 is located on the inner side.
  • the inner peripheral straight line 18 is a straight line parallel to the apparatus center axis 1a.
  • the boss outer end face 21 is defined by an outer straight line 24 orthogonal to the apparatus center axis 1a.
  • the circular outer peripheral surface 5a of the boss 5 that is continuous with the outer peripheral edge of the boss outer end surface 21 is formed by an outer peripheral straight line 25 that is bent at a substantially right angle from the end point 24a of the outer straight line 24 toward the boss inner end surface 11 side. It is prescribed.
  • the diaphragm outer end surface 22 has a first concave curve 26 that is smoothly continuous with the end point 25a of the outer peripheral side straight line 25, and a concave inner side that is smoothly continuous with the end point 26a of the first concave curve 26.
  • the second concave curve 27, the third concave curve 28 smoothly connected to the end point 27a of the second concave curve 27, and the outer inclined straight line smoothly connected to the end point 28a of the third concave curve 28. 29.
  • the first concave curve 26 is a curve with a radius of curvature R 26 where the center O 26 is located outside
  • the second concave curve 27 is a curve with a radius of curvature R 27 where the center O 27 is located outside
  • the third concave curve is a curve with a radius of curvature R 27 where the center O 27 is located outside
  • Reference numeral 28 denotes a curve having a radius of curvature R 28 in which the center O 28 is located outside.
  • the curvature radii of these curves have the following relationship.
  • the radius of curvature R 15 of the inner convex curve 15 is greater than the radius of curvature R 28.
  • the outer peripheral surface 23 of the cylindrical body 7 has a convex curve 30 smoothly continuing to the end point 29a of the outer inclined straight line 29, a concave curve 31 smoothly continuing to the end point 30a of the convex curve 30, and this A convex curve 32 smoothly continuing to the end point 31a of the concave curve 31, a straight line 33 smoothly continuing to the end point 32a of the convex curve 32, and a concave smoothly continuing to the end point 33a of the straight line 33 It is defined by a curved line 34 and a contour 35 on the tooth tip side of the external tooth 8 extending from the end point 34 a of the concave curve 34.
  • the convex curve 30 is a curve with a radius of curvature R 30 where the center O 17 is located inside
  • the concave curve 31 is a curve with a radius of curvature R 31 where the center O 31 is located outside
  • the convex curve 32 is the center O 32 is a curve with a radius of curvature R 32
  • the concave curve 34 is a curve with a radius of curvature R 34 where the center O 34 is located outside.
  • the straight line 33 is a straight line parallel to the apparatus center axis 1a.
  • the inner inclined straight line 16 in the diaphragm plate 6 defines the boss inner end face 11 in such a direction that the end point 16a on the cylindrical body side is located on the boss outer end face 21 side with respect to the end point 15a on the boss side.
  • the inner straight line 14 is inclined at a first inclination angle ⁇ 1 .
  • the outer inclined straight line 29 is inclined in the same direction as the inner inclined straight line 16 at a second inclination angle ⁇ 2 smaller than the first inclination angle ⁇ 1 . It is desirable that the diaphragm plate 6 be inclined so as to be within the range of the thickness T 5 of the boss 5.
  • the cross-sectional shapes of the boss 5, the diaphragm plate 6, and the cylindrical body 7 are defined. Accordingly, the thickest plate thickness T 5 of the boss 5, in the inner peripheral edge portion 6a of the diaphragm plate 6 are continuous thereto, the inner convex curve 15, the first to third concave lines 26-28 of the outer The plate thickness gradually decreases from the boss side. Further, the plate thickness is gradually reduced from the inner peripheral edge portion 6a toward the outer peripheral edge portion 6b by the inner inclined straight line 16 and the outer inclined straight line 29 having different inclination angles.
  • the portion connected to the diaphragm plate 6 side in the cylindrical body portion 7 is defined by the curves 17 and 30 having the same center O 17 and the same curvature radius R 17 , they have the same plate thickness.
  • the portion of the cylindrical body 7 connected to the inner side is defined by the inner circumferential straight line 18 and the outer side is defined by the concave curve 31, so that the minimum plate thickness portion 7 b of the cylindrical body 7 is in the middle position. Is formed.
  • the diaphragm plate 6 is generally on the boss 5 side with respect to the orthogonal plane V orthogonal to the device center axis 1 a.
  • the outer peripheral edge portion 6b is inclined from the inner peripheral edge portion 6a toward the outer peripheral edge portion 6b on the cylindrical body 7 side so as to be located on the outer side with respect to the inner peripheral edge portion 6a.
  • the length of the diaphragm plate 6 from the boss 5 to the cylindrical body 7 can be made larger than that in the case where the diaphragm plate 6 extends in a direction orthogonal to the apparatus center axis 1a, and the cylinder plate
  • the axial length of the cylindrical body 7 can also be increased.
  • the axial length of the cylindrical body 7 is greatly increased as compared with the case where the diaphragm plate 6 is inclined in the direction opposite to the case of the present invention with respect to the orthogonal plane V orthogonal to the apparatus center axis 1a. be able to.
  • the flexible external gear 3 of this example shown in FIG. 2A is compared with the conventional flexible external gear 3A having the same diameter D and the same axial length L shown in FIG. with the length L 6 of the diaphragm plate 6 can be increased as compared with the conventional length L 6A, greater than the axial length L 7 of the cylindrical barrel 7 of the conventional length L 7A can do.
  • the stress concentration generated in the diaphragm plate 6 can be relieved to reduce the generated stress, and the bearing reaction force F (see FIG. 5B) by the wave generator 4 that greatly affects the performance of the wave gear device 1 can be obtained.

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Abstract

　波動歯車装置（１）のカップ形状の可撓性外歯歯車（３）において、そのダイヤフラム板（６）は、ボス（５）に連続しているダイヤフラム内周縁部分（６ａ）から円筒状胴部（７）に連続しているダイヤフラム外周縁部分（６ｂ）に向けて、装置中心軸線（１ａ）に直交する直交平面Ｖに対して、ダイヤフラム外周縁部分（６ａ）が円筒状胴部（７）の開口端（７ａ）から遠ざかる方向に傾斜している。ダイヤフラム板（６）の長さ寸法および円筒状胴部（７）の軸線方向の長さ寸法を大きくできるので、ダイヤフラム板（６）の疲労強度を高め、可撓性外歯歯車３が組み込まれた波動歯車装置（１）の負荷容量を高めることができる。

Description

波動歯車装置の可撓性外歯歯車
　本発明は、波動歯車装置の負荷容量を高めることのできる新たな形状の可撓性外歯歯車に関する。
　波動歯車装置としては、その可撓性外歯歯車がカップ形状をしているカップ型の波動歯車装置が知られており、図４にはカップ型の波動歯車装置の縦断面を示してある。この図に示すように、波動歯車装置１Ａは、円環状の剛性内歯歯車２Ａと、剛性内歯歯車２Ａの内側に同軸状態に配置されているカップ形状の可撓性外歯歯車３Ａと、可撓性外歯歯車３Ａの内側に嵌め込まれ、当該可撓性外歯歯車３Ａを楕円状に撓めて剛性内歯歯車２Ａに対して部分的に噛み合わせている楕円状輪郭の波動発生器４Ａとを有している。
　カップ形状の可撓性外歯歯車３Ａは、円盤状の剛体である一定厚さのボス５Ａと、ボス５Ａの円形外周面から半径方向の外方に延びている面外方向に撓み可能なダイヤフラム板６Ａと、ダイヤフラム板６Ａの円形外周縁に連続して装置中心軸線の方向に延びている半径方向に撓み可能な円筒状胴部７Ａと、円筒状胴部７Ａにおける開口端の側の外周面部分に形成した外歯８Ａとを備えている。
　可撓性外歯歯車３Ａにおける外歯８Ａが形成されている円筒状胴部７Ａの部分は、波動発生器４Ａによって楕円状に撓められ、その楕円状曲線の長軸方向の両端に位置する外歯８Ａが剛性内歯歯車２Ａの内歯９Ａに噛み合っている。両歯車２Ａ、３Ａには２ｎ（ｎは正の整数、一般的にはｎ＝１）の歯数差があるので、波動発生器４Ａが回転すると、両歯車の噛み合い位置が周方向に移動して、両歯車２Ａ、３Ａの間には歯数差に応じた相対回転が発生する。一方の歯車を回転しないように固定し、他方の歯車を回転自在の状態に支持しておくことにより、回転自在に支持されている歯車が波動発生器４Ａの回転速度に比べて大幅に減速された回転速度で回転する。
　ここで、波動発生器４Ａによって楕円状に撓められるカップ形状の可撓性外歯歯車３Ａの円筒状胴部７Ａは、図５（ａ）に示すように変形前の状態の断面は真円である。波動発生器４Ａによって楕円状に撓められた後においては、その楕円状曲線の長軸を含む断面上では、図５（ｂ）に示すように、円筒状胴部７Ａはダイヤフラム板６Ａの側から開口端７ａの側に向けて外側に徐々に広がった状態になる。逆に楕円状曲線の短軸を含む断面上では、図５（ｃ）に示すように、円筒状胴部７Ａはダイヤフラム板６Ａの側から開口端の側に向けて内側に窄まった状態になる。
　円筒状胴部７Ａの開口端７ａの側の部分を楕円状に撓めるために、円筒状胴部７Ａと剛性のボス５Ａの間がダイヤフラム板６Ａを介して繋がっている。図５（ｂ）に示すように、楕円状曲線の長軸を含む断面上では、ダイヤフラム板６Ａがボス５Ａへの付け根部分を中心として矢印で示すように反り返る。これに対して、短軸を含む断面上では、図５（ｃ）に示すように、ダイヤフラム板６Ａが開口端７ａの側に僅かに倒れる。ダイヤフラム板６Ａには、円筒状胴部７Ａの開口端７ａの側の各部分が半径方向に繰り返し撓められる際に装置中心軸線１ａに沿った前後方向に繰り返し曲げ変形が生ずる。よって、ダイヤフラム板６Ａには、トルク伝達によるせん断応力と共に曲げ変形に伴う曲げ応力が作用する。
　このため、ダイヤフラム板６Ａに生ずる上記の応力の組み合わせ応力を小さくでき、大きなトルク伝達を行うことができるように、ダイヤフラム板６Ａの断面形状には工夫が施されている。特許文献１（実開昭６１－１７３８５１号公報）にはダイヤフラム板におけるボスとのつなぎ目部分における応力集中を緩和させるための断面形状が提案されている。特許文献２（特開平６－１７８８８号公報）には、ダイヤフラム板におけるボスとの付け根部分の厚さをダイヤフラム板の最小肉厚の３倍以上とすると共に、ボスとの付け根部分から半径方向の外周縁に向けて肉厚が漸減するようにして、軸長の短いカップ形状の可撓性外歯歯車に過剰な応力集中が発生しないようにしている。特許文献３（特開２００６－５７６８４号公報）においては、高減速比のカップ型の波動歯車装置において、負荷容量を高めるためのダイヤフラム板の各部分の板厚を規定する方法が提案されている。
実開昭６１－１７３８５１号公報 特開平６－１７８８８号公報 特開２００６－５７６８４号公報
　ここで、従来におけるカップ形状の可撓性外歯歯車においては、そのダイヤフラム板の板厚、特にボスに取り付けられている部分の板厚変化については考慮されているが、ダイヤフラム板のそれ以外の形状については考慮されていない。すなわち、上記の特許文献１～３に示されているように、典型的なダイヤフラム板の断面形状は、ボスにおける内側端面に連続して装置中心軸線に直交する半径方向の外方に延びる平坦な内側端面と、ボスにおける円形外周面に連続して半径方向の外方に延びる外側端面とによって規定されており、全体として、装置中心軸線に直交する方向（半径方向）に延びている。
　本発明の課題は、波動歯車装置の負荷容量を高めるために、従来において考慮されていなかったダイヤフラム板の形状に改良を加えたカップ形状の可撓性外歯歯車を提案することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明による波動歯車装置の可撓性外歯歯車は、
　円盤状あるいは円環状の剛体であるボスと、
　前記ボスの外周部分に連続して当該ボスの半径方向の外方に広がっているダイヤフラム板と、
　前記ダイヤフラム板の円形外周縁部分に連続して前記ボスの中心軸線の方向に延びている半径方向に撓み可能な円筒状胴部と、
　前記円筒状胴部の開口端の側の外周面部分に形成した外歯とを備えており、
　前記ダイヤフラム板は、前記ボスの前記外周部分に連続しているダイヤフラム内周縁部分から前記円筒状胴部に連続しているダイヤフラム外周縁部分に向けて、前記中心軸線に直交する直交平面に対して、前記ダイヤフラム外周縁部分が前記円筒状胴部の前記開口端から遠ざかる方向に傾斜していることを特徴としている。
　本発明の可撓性外歯歯車では、そのダイヤフラム板が中心軸線に直交する直交平面に対して、ボス側の内周縁部分から円筒状胴部側の外周縁部分に向けて、外周縁部分が円筒状胴部の開口端から遠ざかる方向に傾斜している。ダイヤフラム板が中心軸線に直交する方向に延びている場合に比べて、ダイヤフラム板におけるボスから円筒状胴部までの長さを長くとることができ、かつ、円筒状胴部の軸長も長くとることができる。また、ダイヤフラム板が中心軸線に直交する直交平面に対して本発明の場合とは逆方向に傾斜している場合に比べて、円筒状胴部の軸長を大幅に長くとることができる。
　すなわち、本発明の可撓性外歯歯車では、従来と同一径の可撓性外歯歯車と比較すると、ダイヤフラム板の長さ寸法を大きくすることができるので、当該ダイヤフラム板の応力集中を緩和できる。また、従来の同一径および同一軸長の可撓性外歯歯車と比較すると、ダイヤフラム板の長さ寸法と円筒状胴部の軸線方向の長さ寸法の双方を共に大きくすることができるので、波動歯車装置の性能に大きく影響する波動発生器によるベアリング反力を大幅に小さくすることができる。この結果、ダイヤフラム板の疲労強度を高めることができると共に、当該可撓性外歯歯車が組み込まれている波動歯車装置の負荷容量を高めることができる。
　ここで、前記ダイヤフラム板は、前記ボスの前記中心軸線方向の厚さ寸法内に収まる範囲内で傾斜配置されていることが望ましい。このようにすれば、装置寸法を増加させることなく、波動歯車装置の負荷容量を高めることができる。
　本発明のダイヤフラム板において、ボス側に連続している部分に最も大きな応力が発生するので、応力集中を緩和するためには、前記ダイヤフラム板の板厚を、前記内周縁部分から前記外周縁部分に向けて漸減するように設定することが望ましい。
　ここで、前記ボスの前記円形外周面における前記開口端の側に片寄った部位から前記ダイヤフラム板を半径方向の外方に延ばすことができる。一般的には、前記ダイヤフラム板における前記円筒状胴部の開口端の側のダイヤフラム内側端面の内周縁部分が、前記ボスにおける前記円筒状胴部の開口端の側の内側端面に滑らかに連続し、前記ダイヤフラム板における前記円筒状胴部の開口端とは反対側のダイヤフラム外側端面の内周縁部分が、前記ボスの前記円形外周面に滑らかに連続するように、ダイヤフラム板が形成される。
　この場合、中心軸線を含む平面で切断した場合におけるボスおよびダイヤフラム板の断面形状を次のように規定すれば、これらの部分における応力集中を緩和できるので望ましい。すなわち、ボスおよびダイヤフラム板の内側端面の形状を次のように規定する。
（ａ１）前記ボス内側端面を前記中心軸線に直交する内側直線によって規定する。
（ａ２）前記ダイヤフラム内側端面を、前記内側直線の端点に滑らかに連続している内側に凸の内側凸曲線と、この内側凸曲線の端点に滑らかに連続している内側傾斜直線とによって規定する。
（ａ３）前記内側傾斜直線を、その円筒状胴部側の端点がそのボス側の端点に対して前記ボス内側端面から離れる方向に、前記ボス内側端面を規定している前記内側直線に対して第１の傾斜角度で傾斜させる。
　また、ボスおよびダイヤフラム板の外側端面の形状を次のように規定する。
（ｂ１）前記ボスにおける前記ボス内側端面とは反対側のボス外側端面を前記中心軸線に直交する外側直線によって規定する。
（ｂ２）前記ボス外側端面の外周縁に連続しているボス円形外周面を、前記外側直線の端点から前記ボス内側端面の側に向けて折れ曲がって延びている外周側直線によって規定する。
（ｂ３）前記ダイヤフラム外側端面を、前記外周側直線の端点に滑らかに連続している内側に凹の第１凹曲線と、この第１凹曲線の端点に滑らかに連続している内側に凹の第２凹曲線と、この第２凹曲線の端点に滑らかに連続している第３凹曲線と、この第３凹曲線の端点に滑らかに連続している外側傾斜直線とによって規定する。
（ｂ４）前記第１凹曲線、前記第２凹曲線および前記第３凹曲線の曲率半径を、この順序に大きくなるように設定する。
（ｂ５）前記外側傾斜直線を、前記内側傾斜直線と同一方向に、前記第１の傾斜角度よりも小さな第２の傾斜角度で傾斜させる。
　本発明の可撓性外歯歯車では、そのダイヤフラム板が中心軸線に直交する半径方向に対して、ボス側の内周縁部分から円筒状胴部側の外周縁部分に向けて、外周縁部分が円筒状胴部の開口端から遠ざかる方向に傾斜している。したがって、従来と同一径の可撓性外歯歯車と比較すると、ダイヤフラム板の長さを長くとることができるので、当該ダイヤフラム板の応力集中を緩和できる。また、従来の同一径および同一軸長の可撓性外歯歯車と比較すると、ダイヤフラム板の長さ、および円筒状胴部の長さを長くすることができるので、波動歯車装置の性能に大きく影響する波動発生器によるベアリング反力を大幅に小さくすることができる。よって、本発明によれば、ダイヤフラム板の疲労強度を高めることができると共に、当該可撓性外歯歯車が組み込まれている波動歯車装置の負荷容量を高めることができる。
本発明を適用したカップ型の波動歯車装置を示す概略縦断面図および概略構成図である。 （ａ）は図１のカップ型の波動歯車装置の可撓性外歯歯車を示す半断面図であり、（ｂ）は従来の可撓性外歯歯車を示す半断面図である。 図２（ａ）に示す可撓性外歯歯車を示す拡大部分断面図である。 従来における典型的なカップ型の波動歯車装置を示す概略縦断面図である。 カップ形状の可撓性外歯歯車の撓み状態を示す説明図であり、（ａ）は変形前の状態を示す縦断面図であり、（ｂ）は楕円状に変形した後における長軸を含む断面上の変形状態を示す説明図であり、（ｃ）は楕円状に変形した後における短軸を含む断面上の変形状態を示す説明図である。
　以下に、図面を参照して本発明を適用したカップ型の波動歯車装置の実施の形態を説明する。
　図１（ａ）は本実施の形態に係るカップ型の波動歯車装置を示す概略縦断面図であり、図１（ｂ）は装置中心軸線に直交する面で切断した場合の概略構成図である。
　カップ型の波動歯車装置１（以下、単に「波動歯車装置１」と呼ぶ。）の基本構成は図４、図５に示す従来における波動歯車装置１Ａと同様であり、波動歯車装置１は、円環状の剛性内歯歯車２と、剛性内歯歯車２の内側に同軸状態に配置されているカップ形状の可撓性外歯歯車３と、可撓性外歯歯車３の内側に嵌め込まれている波動発生器４を有している。波動発生器４は楕円状輪郭をしており、可撓性外歯歯車３を楕円状に撓めて剛性内歯歯車２に対して部分的に噛み合わせている。
　カップ形状の可撓性外歯歯車３は、円環状の剛体である一定厚さのボス５と、ボス５の円形外周面５ａから半径方向の外方に延びている面外方向に撓み可能なダイヤフラム板６と、ダイヤフラム板６の円形外周縁に連続して装置中心軸線１ａの方向に延びている半径方向に撓み可能な円筒状胴部７と、円筒状胴部７における開口端７ａの側の外周面部分に形成した外歯８とを備えている。外歯８は剛性内歯歯車２の内歯９に対して楕円状曲線の長軸Ｌｍの両端側の部位で噛み合っている。
　図２はカップ形状の可撓性外歯歯車３を従来の可撓性外歯歯車３Ａと比較して示す半断面図であり、図３は可撓性外歯歯車３の部分拡大断面図である。これらの図に示すように、可撓性外歯歯車３のダイヤフラム板６は、ボス５の円形外周面５ａに連続しているダイヤフラム内周縁部分６ａから円筒状胴部７に連続しているダイヤフラム外周縁部分６ｂに向けて、装置中心軸線１ａに直交する直交平面Ｖに対して、ダイヤフラム外周縁部分６ｂが円筒状胴部７の開口端７ａから遠ざかる方向に傾斜している。また、ダイヤフラム板６は、ダイヤフラム内周縁部分６ａからダイヤフラム外周縁部分６ｂに向けて肉厚が漸減している。
　ダイヤフラム板６は、ボス５の円形外周面５ａにおける開口端７ａの側に片寄った部位から外方に延びている。すなわち、ダイヤフラム板６における開口端７ａの側のダイヤフラム内側端面１２の内周縁部分が、ボス５における開口端７ａの側のボス内側端面１１に滑らかに連続し、ダイヤフラム板６における開口端７ａとは反対側のダイヤフラム外側端面２２の内周縁部分が、ボス５の円形外周面５ａに滑らかに連続するように、ダイヤフラム板６が形成されている。
　さらに詳しく説明すると、可撓性外歯歯車３の装置中心軸線１ａを含む平面で切断した場合における可撓性外歯歯車３の各部の断面形状は次のように規定されている。
　まず、ボス５におけるボス内側端面１１は装置中心軸線１ａに直交する内側直線１４によって規定されている。ダイヤフラム内側端面１２は、内側直線１４の端点１４ａに滑らかに連続している内側凸曲線１５と、この内側凸曲線１５の端点１５ａに滑らかに連続している内側傾斜直線１６によって規定されている。内側凸曲線１５は、外側に中心Ｏ１５が位置する曲率半径Ｒ１５の曲線である。円筒状胴部７の内周面１３は、内側傾斜直線１６の端点１６ａに滑らかに連続している内側凹曲線１７と、この内側凹曲線１７の端点１７ａに滑らかに連続している内周側直線１８によって規定されている。内側凹曲線１７は、内側に中心Ｏ１７が位置する曲率半径Ｒ１７の曲線である。内周側直線１８は装置中心軸線１ａに平行な直線である。
　これに対して、ボス外側端面２１は装置中心軸線１ａに直交する外側直線２４によって規定されている。ボス外側端面２１の外周縁に連続しているボス５の円形外周面５ａは、外側直線２４の端点２４ａからボス内側端面１１の側に向けてほぼ直角に折れ曲がって延びている外周側直線２５によって規定されている。
　ダイヤフラム外側端面２２は、外周側直線２５の端点２５ａに滑らかに連続している内側に凹の第１凹曲線２６と、この第１凹曲線２６の端点２６ａに滑らかに連続している内側に凹の第２凹曲線２７と、この第２凹曲線２７の端点２７ａに滑らかに連続している第３凹曲線２８と、この第３凹曲線２８の端点２８ａに滑らかに連続している外側傾斜直線２９によって規定されている。第１凹曲線２６は外側に中心Ｏ２６が位置する曲率半径Ｒ２６の曲線であり、第２凹曲線２７は外側に中心Ｏ２７が位置する曲率半径Ｒ２７の曲線であり、第３凹曲線２８は外側に中心Ｏ２８が位置する曲率半径Ｒ２８の曲線である。これらの曲線の曲率半径は次の関係となっている。また、内側凸曲線１５の曲率半径Ｒ１５は曲率半径Ｒ２８よりも大きい。
　　Ｒ２６＜Ｒ２７＜Ｒ２８
　円筒状胴部７の外周面２３は、外側傾斜直線２９の端点２９ａに滑らかに連続している凸曲線３０と、この凸曲線３０の端点３０ａに滑らかに連続している凹曲線３１と、この凹曲線３１の端点３１ａに滑らかに連続している凸曲線３２と、この凸曲線３２の端点３２ａに滑らかに連続している直線３３と、この直線３３の端点３３ａに滑らかに連続している凹曲線３４と、この凹曲線３４の端点３４ａから延びている外歯８の歯先側の輪郭線３５によって規定されている。凸曲線３０は内側に中心Ｏ１７が位置する曲率半径Ｒ３０の曲線であり、凹曲線３１は外側に中心Ｏ３１が位置する曲率半径Ｒ３１の曲線であり、凸曲線３２は内側の中心Ｏ３２が位置する曲率半径Ｒ３２の曲線であり、凹曲線３４は外側に中心Ｏ３４が位置する曲率半径Ｒ３４の曲線である。また、直線３３は装置中心軸線１ａに平行な直線である。
　ここで、ダイヤフラム板６における内側傾斜直線１６は、その円筒状胴部側の端点１６ａがそのボス側の端点１５ａに対してボス外側端面２１の側に位置する方向に、ボス内側端面１１を規定している内側直線１４に対して第１の傾斜角度θ１で傾斜している。これに対して、外側傾斜直線２９は、内側傾斜直線１６と同一方向に、第１の傾斜角度θ１よりも小さな第２の傾斜角度θ２で傾斜している。なお、ダイヤフラム板６は、ボス５の厚さＴ５の範囲内に収まるように傾斜させることが望ましい。
　このようにボス５、ダイヤフラム板６および円筒状胴部７の断面形状が規定されている。したがって、ボス５の板厚Ｔ５が最も厚く、これに連続しているダイヤフラム板６の内周縁部分６ａにおいては、内側凸曲線１５と、外側の第１～第３凹曲線２６～２８とによって、ボス側から板厚が漸減している。また、内周縁部分６ａから外周縁部分６ｂに向けて、傾斜角度の異なる内側傾斜直線１６と外側傾斜直線２９によって、板厚が漸減している。
　円筒状胴部７におけるダイヤフラム板６の側に接続している部分は、同一中心Ｏ１７、同一曲率半径Ｒ１７の曲線１７、３０によって規定されているので、同一の板厚となっている。これに繋がっている円筒状胴部７の部分は内側が内周側直線１８によって規定され、外側が凹曲線３１によって規定されているので、途中位置に円筒状胴部７における最小板厚部分７ｂが形成されている。
　以上説明したように、波動歯車装置１のカップ形状の可撓性外歯歯車３では、そのダイヤフラム板６が装置中心軸線１ａに直交する直交平面Ｖに対して、全体として、ボス５の側の内周縁部分６ａから円筒状胴部７の側の外周縁部分６ｂに向けて、外周縁部分６ｂが内周縁部分６ａに対して外側に位置するように傾斜している。
　したがって、ダイヤフラム板６が装置中心軸線１ａに直交する方向に延びている場合に比べて、ダイヤフラム板６におけるボス５から円筒状胴部７までの長さ寸法を大きくとることができ、かつ、円筒状胴部７の軸長も大きくとることができる。また、ダイヤフラム板６が装置中心軸線１ａに直交する直交平面Ｖに対して本発明の場合とは逆方向に傾斜している場合に比べて、円筒状胴部７の軸長を大幅に大きくとることができる。
　すなわち、図２（ａ）に示す本例の可撓性外歯歯車３を、図２（ｂ）に示す従来の同一径Ｄ、同一軸長Ｌの可撓性外歯歯車３Ａと比較すると、ダイヤフラム板６の長さ寸法Ｌ６を従来の長さ寸法Ｌ６Ａに比べて大きくできると共に、円筒状胴部７の軸線方向の長さ寸法Ｌ７を従来の長さ寸法Ｌ７Ａに比べて大きくすることができる。この結果、ダイヤフラム板６に発生する応力集中を緩和して発生応力を低減できると共に、波動歯車装置１の性能に大きく影響する波動発生器４によるベアリング反力Ｆ（図５（ｂ）参照）を小さくすることができる。したがって、ダイヤフラム板６の疲労強度を高めることができると共に、当該可撓性外歯歯車３が組み込まれている波動歯車装置１の負荷容量を従来に比べて高めることができる。

Claims (6)

  1. 　波動歯車装置の可撓性外歯歯車であって、
    　円盤状あるいは円環状の剛体であるボスと、
    　前記ボスの外周部分に連続して当該ボスの半径方向の外方に広がっているダイヤフラム板と、
    　前記ダイヤフラム板の円形外周縁部分に連続して前記ボスの中心軸線の方向に延びている半径方向に撓み可能な円筒状胴部と、
    　前記円筒状胴部の開口端の側の外周面部分に形成した外歯とを備えており、
    　前記ダイヤフラム板は、前記ボスの前記外周部分に連続しているダイヤフラム内周縁部分から前記円筒状胴部に連続しているダイヤフラム外周縁部分に向けて、前記中心軸線に直交する直交平面に対して、前記ダイヤフラム外周縁部分が前記円筒状胴部の前記開口端から遠ざかる方向に傾斜していることを特徴とする波動歯車装置の可撓性外歯歯車。
  2. 　請求項１において、
    　前記ダイヤフラム板は、前記ボスの前記中心軸線の方向の厚さ寸法内に収まる範囲内で傾斜配置されていることを特徴とする波動歯車装置の可撓性外歯歯車。
  3. 　請求項１において、
    　前記ダイヤフラム板は、前記ダイヤフラム内周縁部分から前記ダイヤフラム外周縁部分に向けて肉厚が漸減していることを特徴とする波動歯車装置の可撓性外歯歯車。
  4. 　請求項１において、
    　前記ダイヤフラム板における前記開口端の側のダイヤフラム内側端面は、前記ボスにおける前記開口端の側のボス内側端面に滑らかに連続しており、
    　前記ダイヤフラム板における前記開口端とは反対側のダイヤフラム外側端面は、前記ボスの円形外周面に滑らかに連続していることを特徴とする波動歯車装置の可撓性外歯歯車。
  5. 　請求項４において、
    　前記中心軸線を含む平面で切断した場合に、
    　前記ボス内側端面は前記中心軸線に直交する内側直線によって規定されており、
    　前記ダイヤフラム内側端面は、前記内側直線の端点に滑らかに連続している内側に凸の内側凸曲線と、この内側凸曲線の端点に滑らかに連続している内側傾斜直線とによって規定されており、
    　前記内側傾斜直線は、その円筒状胴部側の端点がそのボス側の端点に対して前記ボス内側端面から離れる方向に、前記ボス内側端面を規定している前記内側直線に対して第１の傾斜角度で傾斜しており、
    　前記ボスにおける前記ボス内側端面とは反対側のボス外側端面は、前記中心軸線に直交する外側直線によって規定されており、
    　前記ボス外側端面の外周縁に連続しているボス円形外周面は、前記外側直線の端点から前記ボス内側端面の側に向けて折れ曲がって延びている外周側直線によって規定されており、
    　前記ダイヤフラム外側端面は、前記外周側直線の端点に滑らかに連続している内側に凹の第１凹曲線と、この第１凹曲線の端点に滑らかに連続している内側に凹の第２凹曲線と、この第２凹曲線の端点に滑らかに連続している第３凹曲線と、この第３凹曲線の端点に滑らかに連続している外側傾斜直線とによって規定されており、
    　前記第１凹曲線、前記第２凹曲線および前記第３凹曲線の曲率半径は、この順序に大きくなるように設定されており、
    　前記外側傾斜直線は、前記内側傾斜直線と同一方向に、前記第１の傾斜角度よりも小さな第２の傾斜角度で傾斜していることを特徴とする波動歯車装置の可撓性外歯歯車。
  6. 　剛性内歯歯車と、
    　前記剛性内歯歯車の内側に同軸状態に配置されている可撓性外歯歯車と、
    　前記可撓性外歯歯車の内側に嵌め込まれ、当該可撓性外歯歯車を非円形に撓めて、前記剛性内歯歯車に対して部分的に噛み合わせている波動発生器とを有し、
    　前記波動発生器の回転に伴って、前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の噛み合い位置が周方向に移動して、これら両歯車の歯数差に応じた相対回転が両歯車の間に発生する波動歯車装置において、
    　前記可撓性外歯歯車は請求項１ないし５のうちのいずれかの項に記載の可撓性外歯歯車であることを特徴とする波動歯車装置。
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