WO2016027324A1

WO2016027324A1 - 平面対向型波動歯車装置

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Publication number: WO2016027324A1
Application number: PCT/JP2014/071755
Authority: WO
Inventors: 尚樹金山
Original assignee: 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2016-02-25

Abstract

　平面対向型波動歯車装置（１０）は、第１、第２剛性フェースギヤ（１１，１２）と、可撓性フェースギヤ（１３）と、波動発生器（１４）とを備えている。波動発生器（１４）は、可撓性フェースギヤ（１３）を装置軸線方向に撓めて第１、第２剛性フェースギヤ（１１、１２）にかみ合わせる。波動発生器（１４）が回転すると、固定側の第１剛性フェースギヤ（１１）に対して、歯数の異なる可撓性フェースギヤ（１３）が相対回転する。第２剛性フェースギヤ（１２）は、歯数が同一の可撓性フェースギヤ（１３）と一体となって回転する。これにより、第２剛性フェースギヤ（１２）から回転を出力できる。

Description

平面対向型波動歯車装置

　本発明は、剛性フェースギヤに対して軸線方向から対峙する可撓性フェースギヤを部分的に軸線方向に撓めて剛性フェースギヤにかみ合わせる平面対向型波動歯車装置に関する。

　一般的な波動歯車装置は、同心状に配置した剛性内歯歯車および可撓性外歯歯車を備え、可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて剛性内歯歯車に対して部分的にかみ合わせるようにしている。これに対して、特許文献１、２に開示の波動歯車機構においては、剛性フェースギヤおよび可撓性フェースギヤを軸線方向から対峙させ、可撓性フェースギヤを軸線方向に撓めて剛性フェースギヤに対して部分的にかみ合せるようにしている。この形式の波動歯車機構を、「平面対向型波動歯車装置（Facing-type strain wave gearing）」と呼ぶものとする。

　特許文献１、２に開示の平面対向型波動歯車装置では、可撓性フェースギヤの背面を、ボールを介して、軸線方向から剛性カム板によって支持する波動発生器を備えている。剛性カム板の表面に形成したボール溝の底面には凹凸が形成されている。剛性カム板は、ボール溝に装着したボールを介して、可撓性フェースギヤを軸線方向に撓めている。カム板によって撓められた可撓性フェースギヤは円周方向において部分的に剛性フェースギヤにかみ合っている。剛性カム板を回転すると、両ギヤのかみ合い位置が円周方向に移動し、両ギヤの歯数差に対応する相対回転が両ギヤの間に発生する。一方のギヤを回転しないように固定しておくことで、他方のギヤから相対回転が取り出される。

特開昭４８－６９９４７号公報特開昭６０－４０８４５号公報

　本発明の課題は、剛性フェースギヤから回転を取り出すことのできる新たな構成の平面対向型波動歯車装置を提供することにある。

　上記の課題を解決するために、本発明の平面対向型波動歯車装置は、
　剛性フェースギヤと、
　前記剛性フェースギヤに対して装置軸線の方向から対峙し、前記剛性フェースギヤにかみ合い可能な可撓性フェースギヤと、
　前記可撓性フェースギヤを前記装置軸線の方向に撓めて前記剛性フェースギヤに対して部分的にかみ合わせ、両ギヤのかみ合い位置を円周方向に移動させる波動発生器と、
を有しており、
　前記剛性フェースギヤとして、前記装置軸線を中心として同心状に配置された第１剛性フェースギヤおよび第２剛性フェースギヤを備えており、
　前記可撓性フェースギヤの歯数は、少なくとも、前記第１、第２剛性フェースギヤの一方の歯数とは異なることを特徴としている。

　例えば、波動発生器をモーター等によって回転すると、可撓性フェースギヤと第１、第２剛性フェースギヤのそれぞれとのかみ合い位置が円周方向に移動する。可撓性フェースギヤと少なくとも一方の剛性フェースギヤとは歯数が相互に異なるので、波動発生器が１回転する間に、これらのギヤの間には、歯数差分の相対回転が生じる。第１、第２剛性フェースギヤの一方の剛性フェースギヤを回転しないように固定しておくことにより、他方の剛性フェースギヤが歯数差に応じた減速比で減速回転する。すなわち、波動発生器に入力した回転が減速され、減速回転が、回転側の剛性フェースギヤを介して出力される。

　前記波動発生器によって、前記可撓性フェースギヤを、円周方向における複数の箇所で、前記第１、第２剛性フェースギヤのそれぞれに、かみ合わせるようにしてもよい。

　前記可撓性フェースギヤと前記第１剛性フェースギヤのかみ合い位置と、前記可撓性フェースギヤと前記第２剛性フェースギヤのかみ合い位置とを、円周方向における異なる位置とすることも可能である。

　前記第１剛性フェースギヤの歯数を前記可撓性フェースギヤの歯数と同一とし、前記第２剛性フェースギヤの歯数を前記可撓性フェースギヤの歯数よりも少なくしておくことができる。

　次に、前記可撓性フェースギヤに、第１可撓性歯および第２可撓性歯を形成し、前記第１可撓性歯を、第１剛性フェースギヤに対して前記装置軸線の方向から対峙させて、当該第１剛性フェースギヤにかみ合い可能とし、前記第２可撓性歯を、前記第２剛性フェースギヤに対して前記装置軸線の方向から対峙させて、当該第２剛性フェースギヤにかみ合い可能とすることができる。

　このようにすれば、可撓性フェースギヤにおいて、第１剛性フェースギヤにかみ合う第１可撓性歯と、第２剛性フェースギヤにかみ合う第２可撓性歯とを、異なる歯数に設定できる。この結果、第１剛性フェースギヤと第１可撓性歯の間で変速動作が行われると共に、第２可撓性歯と第２剛性フェースギヤの間で変速動作が行われる。これにより、例えば、低減速比の平面対向型波動歯車装置を容易に実現できる。

　一方、前記剛性フェースギヤとして傘歯車を用いることができる。この場合には、可撓性フェースギヤを円錐状に撓めて傘歯車にかみ合わせることができる。

　次に、前記波動発生器としては、ローラー式の波動発生器を用いることができる。この場合、前記波動発生器は、前記可撓性フェースギヤを部分的に撓めて前記剛性フェースギヤにかみ合わせているローラーと、前記ローラーを、前記装置軸線を中心として、公転させる回転軸と、前記剛性フェースギヤに対して、前記可撓性フェースギヤおよび前記ローラーを挟み、前記装置軸線の方向から対峙する支持部材とを備え、前記ローラーは、前記支持部材によって前記装置軸線の方向から支持された状態で、前記装置軸線回りに公転することが望ましい。

　可撓性フェースギヤに押し付けられるローラーの外周面形状を適切に設定することで、可撓性フェースギヤと剛性フェースギヤのかみ合い状態を適切な状態にできる。また、ローラーは、支持部材によって軸線方向から支持されているので、可撓性フェースギヤの軸線方向の支持剛性が高い。よって、平面対向型波動歯車装置のトルク伝達性能を高めることができる。

　ここで、前記波動発生器は、前記回転軸から半径方向に延びるローラー支軸を備え、前記ローラーは前記ローラー支軸によって自転自在の状態で支持されていることが望ましい。

　また、前記支持部材は、前記装置軸線を中心として回転可能であることが望ましい。

　ローラーは、剛性フェースギヤと支持板の間を、回転軸の回転に伴って、可撓性フェースギヤを軸線方向に撓めながら公転する。ローラーを自転自在に支持することで、ローラーは可撓性フェースギヤの背面に沿って転動する。よって、ローラーと可撓性フェースギヤの間の摺動抵抗を低減できる。また、支持部材を装置軸線回りに回転可能としておくことで、ローラーと剛性支持部材のローラー支持面との間の摺動抵抗を低減できる。

　可撓性フェースギヤは、円周方向の一箇所で剛性フェースギヤにかみ合わせることができる。また、両ギヤのかみ合い位置は円周方向において複数個所であってもよい。このためには、前記波動発生器は、前記ローラーとして、円周方向に所定の角度間隔で配置した複数個のローラーを備え、前記可撓性フェースギヤを、複数個の前記ローラーによって、円周方向における複数の箇所で、前記剛性フェースギヤにかみ合わせるようにすればよい。

　さらに、装置中心部を前記装置軸線の方向に貫通して延びる装置中空部を形成しておくことができる。上記構成の波動発生器を備えている場合には、前記剛性フェースギヤ、前記可撓性フェースギヤ、前記回転軸および前記支持部材を、前記装置軸線に沿った方向に貫通して延びる装置中空部を形成しておくことができる。装置中空部は配線等のスペースとして利用できる。

本発明の実施の形態に係る平面対向型波動歯車装置を示す概略側面図、概略正面図および概略分解斜視図である。図１の平面対向型波動歯車装置の変形例１を示す概略側面図、概略正面図および概略斜視図である。図１の平面対向型波動歯車装置の変形例２を示す概略側面図、概略分解斜視図、並びに、その可撓性フェースギヤを示す正面図および部分断面図である。

　以下に、図面を参照して、本発明を適用した平面対向型波動歯車装置の実施の形態を説明する。

　図１は本発明の実施の形態に係る平面対向型波動歯車装置（以下、「波動歯車装置」と呼ぶ場合もある。）を示し、（ａ）はその概略側面図であり、（ｂ）はその概略正面図であり、（ｃ）はその主要部品の概略分解斜視図である。

　波動歯車装置１０は、円環状の第１剛性フェースギヤ１１および第２剛性フェースギヤ１２を備えている。これら第１、第２剛性フェースギヤ１１、１２は、装置軸線１０ａを中心とし、当該装置軸線１０ａに直交する状態に配置されている。本例では、第１剛性フェースギヤ１１の内側に同心状態に第２剛性フェースギヤ１２が配置されている。例えば、第１剛性フェースギヤ１１は不図示の装置ハウジングに回転しないように固定され、第２剛性フェースギヤ１２は不図示の装置ハウジングによって回転自在の状態で支持されている。

　第１剛性フェースギヤ１１は、円環状の剛性円環１１ａにおける装置軸線１０ａの方向の一方の円環状の端面に、その円周方向に沿って第１剛性歯１１ｂが切られている。第１剛性歯１１ｂは、その歯筋方向が、装置軸線１０ａを中心とする半径方向に沿った方向となるように放射状に形成されている。他方の第２剛性フェースギヤ１２も同様であり、円環状の剛性円環１２ａの装置軸線１０ａの方向の一方の円環状の端面に、その円周方向に沿って第２剛性歯１２ｂが切られている。第２剛性歯１２ｂは、その歯筋方向が、装置軸線１０ａを中心とする半径方向に沿った方向となるように放射状に形成されている。本例では、第１剛性歯１１ｂの歯数は第２剛性歯１２ｂの歯数よりも少ない。

　第１、第２剛性フェースギヤ１１、１２の第１、第２剛性歯１１ｂ、１２ｂには、装置軸線１０ａの方向から可撓性フェースギヤ１３が一定の間隔で、同軸状態で対峙している。可撓性フェースギヤ１３は、装置軸線１０ａを中心とし、当該装置軸線１０ａに直交する状態に配置した可撓性の円盤１３ａと、この円盤１３ａにおける第１、第２剛性歯１１ｂ、１２ｂに対峙する側の円環状端面に形成した可撓性歯１３ｄを備えている。

　可撓性歯１３ｄは、その歯筋方向が、装置軸線１０ａを中心とする半径方向に沿った方向となるように放射状に形成されている。可撓性歯１３ｄの歯幅は、第１、第２剛性歯１１ｂ、１２ｂを包含する寸法とされ、これら第１、第２剛性歯１１ｂ、１２ｂにかみ合い可能である。また、可撓性歯１３ｄの歯数は、例えば、第２剛性歯１２ｂと同一である。

　可撓性フェースギヤ１３の背面側、すなわち、装置軸線１０ａの方向における第１、第２剛性フェースギヤ１１、１２とは反対側には、波動発生器１４が配置されている。波動発生器１４は、装置軸線１０ａを中心軸線とする回転軸１５と、回転軸１５の外周面から等角度間隔で半径方向に延びる３本のローラー軸１６と、ローラー軸１６のそれぞれにおける半径方向の外周側の軸端部に回転自在に取り付けたローラー１７と、ローラー１７を可撓性フェースギヤ１３とは反対側から支持している剛性の支持円盤１８とを備えている。

　回転軸１５は不図示の装置ハウジングによって回転自在の状態で支持されている。ローラー１７のそれぞれは、ローラー軸１６を中心軸線とする所定長さのローラーである。ローラー１７は、例えば同一外径の円形外周面を備えている。

　ローラー１７の外周面１７ａによって、微小ギャップで第１、第２剛性フェースギヤ１１、１２の第１、第２剛性歯１１ｂ、１２ｂに対峙している可撓性フェースギヤ１３の可撓性歯１３ｄの部分は、装置軸線１０ａの方向に撓められて、第１、第２剛性歯１１ｂ、１２ｂにそれぞれかみ合っている。円周方向における可撓性歯１３ｄの他の部分は、第１、第２剛性歯１１ｂ、１２ｂに対して微小ギャップのまま対峙している。

　ローラー１７を装置軸線１０ａの方向から支持している支持円盤１８は、剛性円盤１８ａと、この剛性円盤１８ａにおけるローラー１７の側の円環状端面に形成した円環状のローラー支持面１８ｂとを備えている。支持円盤１８は、装置軸線１０ａを中心として、当該装置軸線１０ａに直交する状態に配置されている。支持円盤１８は、例えば、不図示の装置ハウジングによって、装置軸線１０ａの方向には移動しないように支持され、装置軸線１０ａを中心として回転可能に支持されている。

　ここで、ローラー１７は、回転軸１５から延びる剛性のローラー軸１６に取り付けられ、可撓性歯１３ｄを装置軸線１０ａの方向に撓めて第１、第２剛性歯１１ｂ、１２ｂにかみ合わせた位置に保持されている。また、ローラー１７は、支持円盤１８のローラー支持面１８ｂによって、可撓性フェースギヤ１３とは反対側から、装置軸線１０ａの方向に移動しないように支持されている。したがって、波動発生器１４は、高い支持剛性で、装置軸線１０ａの方向から可撓性歯１３ｄを支持しており、可撓性歯１３ｄは第１、第２剛性歯１１ｂ、１２ｂに対して適切なかみ合い状態が維持される。

　この構成の波動歯車装置１０は一般に減速機として用いられる。この場合には、例えば、波動発生器１４の回転軸１５がモーター等から高速回転が入力される入力軸とされ、第２剛性フェースギヤ１２が減速回転の出力軸とされる。

　波動発生器１４の回転軸１５が高速回転すると、これと一体となってローラー１７が装置軸線１０ａを中心として公転する。ローラー１７は、剛性のローラー軸１６に取り付けられ、また、装置軸線１０ａの方向に移動しないように支持円盤１８によって支持されている。よって、ローラー１７が公転すると、それに伴って、第１、第２剛性フェースギヤ１１、１２と、可撓性フェースギヤ１３とのかみ合い位置も円周方向に移動する。第２剛性フェースギヤ１２と可撓性フェースギヤ１３の歯数が同一であり、一体となって回転する。これに対して、第１剛性フェースギヤ１１と可撓性フェースギヤ１３の間には、両ギヤの歯数差に応じた相対回転が生じる。

　第１剛性フェースギヤ１１は不図示の装置ハウジングに対して回転しないように固定されているので、相対回転が第２剛性フェースギヤ１２から出力される。すなわち、入力回転が歯数差に応じて大幅に減速され、減速された後の回転が第２剛性フェースギヤ１２から不図示の負荷側に伝達される。

　本例の波動発生器１４は、ローラー１７によって可撓性歯１３ｄを撓めて第１、第２剛性歯１１ｂ、１２ｂにかみ合わせている。ローラー１７の外周面形状を適切に設定することで、歯筋方向の全体に亘って適切な状態で可撓性歯１３ｄを第１、第２剛性歯１１ｂ、１２ｂのそれぞれに、かみ合わせることができる。また、ローラー１７は、装置軸線１０ａの方向から、支持円盤１８によって支持されているので、ローラー１７による可撓性歯１３ｄの支持剛性が高い。よって、波動歯車装置１０の伝達トルクを向上させることができる。

　なお、波動歯車装置１０において、第１、第２剛性フェースギヤ１１、１２として、傘歯車を用いることができる。また、波動発生器１４として、単一のローラーを備えた構成の波動発生器を用いることができる。さらに、波動発生器１４として、円周方向にカム面が形成されている回転カムを用いて可撓性フェースギヤ１３を撓めるカム式の波動発生器を用いてもよい。

　また、本例では、第２剛性フェースギヤ１２と可撓性フェースギヤ１３の歯数を同一としてある。この代わりに、第２剛性フェースギヤ１２と可撓性フェースギヤ１３を異なる歯数とすることも可能である。この場合には、第１剛性フェースギヤ１１と可撓性フェースギヤ１３の間で変速動作が行われ、可撓性フェースギヤ１３と第２剛性フェースギヤ１２との間においても変速動作が行われる。歯数差（変速比）を適切に設定しておくことにより、高減速比から低減速比までの間の所望の減速比を備えた平面対向型波動歯車装置を実現できる。

（変形例１）
　図２は、波動歯車装置１０の変形例１を示し、（ａ）はその概略側面図であり、（ｂ）はその概略正面図であり、（ｃ）はその概略斜視図である。

　変形例１の波動歯車装置１０Ａでは、上記の波動歯車装置１０の波動発生器１４の代わりに、中空型波動発生器１４Ａが組み込まれている。中空型波動発生器１４Ａは、中空回転軸１５Ａと、この外周面から等角度間隔で半径方向に延びる３本のローラー軸１６Ａと、ローラー軸１６Ａのそれぞれにおける半径方向の外周側の軸端部に回転自在に取り付けたローラー１７Ａと、ローラー１７Ａを可撓性フェースギヤ１３とは反対側から支持している支持円盤１８Ａとを備えている。

　中空回転軸１５Ａは不図示の装置ハウジングによって回転自在の状態で支持されている。ローラー１７Ａのそれぞれは、ローラー軸１６Ａを中心軸線とする所定長さのローラーである。ローラー１７Ａは、例えば同一外径の円形外周面を備えている。支持円盤１８Ａは、中空回転軸１５Ａの外周面に同軸に固定されている。中空回転軸１５Ａと支持円盤１８Ａとを単一部品として製作することも可能である。

　この構成の波動歯車装置１０Ａでは、その中心部を装置軸線１０ａの方向に貫通して延びる大径の装置中空部１９が形成されている。この装置中空部１９の内径寸法は、半径方向の最も内側に配置される中空回転軸１５Ａの中空部の内径寸法によって規定される。波動歯車装置１０Ａは大きな内径寸法の装置中空部を形成する場合に有利である。

（変形例２）
　図３は波動歯車装置１０の変形例２を示し、（ａ）はその概略側面図であり、（ｂ）はその概略分解斜視図であり、（ｃ）および（ｄ）は、その可撓性フェースギヤを示す正面図および部分断面図である。

　変形例２に係る波動歯車装置１０Ｂの基本構成は上記の波動歯車装置１０と同様である。相違点は、可撓性フェースギヤ１３Ｂに、半径方向の外側に第１可撓性歯１３ｄ１が形成され、内側に第２可撓性歯１３ｄ２が形成されている点である。これ以外の構成は波動歯車装置１０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。

　本例の可撓性フェースギヤ１３Ｂは、装置軸線１０ａを中心とし、当該装置軸線１０ａに直交する状態に配置した可撓性の円盤１３ａと、この円盤１３ａにおける第１、第２剛性歯１１ｂ、１２ｂに対峙する側の円環状端面に形成した第１可撓性歯１３ｄ１および第２可撓性歯１３ｄ２を備えている。第１可撓性歯１３ｄ１は第１剛性フェースギヤ１１の第１剛性歯１１ｂに対峙し、当該第１剛性歯１１ｂにかみ合い可能である。第２可撓性歯１３ｄ２は第２剛性フェースギヤ１２の第２剛性歯１２ｂに対峙し、当該第２剛性歯１２ｂにかみ合い可能である。

　例えば、第１、第２剛性フェースギヤ１１、１２の歯数は同一である。第１、第２可撓性歯１３ｄ１、１３ｄ２の歯数は異なる。また、第１剛性フェースギヤ１１の歯数は第１可撓性歯１３ｄ１よりも少なく、第２剛性フェースギヤ１２の歯数は第２可撓性歯１３ｄ２よりも少ない。これらのギヤの歯数の大小関係は、各種の関係とすることが可能である。

　第１剛性フェースギヤ１１と可撓性フェースギヤ１３Ｂの第１可撓性歯１３ｄ１との間で変速動作が行われる。また、可撓性フェースギヤ１３の第２可撓性歯１３ｄ２と第２剛性フェースギヤ１２との間においても変速動作が行われる。歯数差（変速比）を適切に設定しておくことにより、高減速比から低減速比までの間の所望の減速比を備えた平面対向型波動歯車装置を実現できる。

Claims

　剛性フェースギヤと、
　前記剛性フェースギヤに対して装置軸線の方向から対峙し、前記剛性フェースギヤにかみ合い可能な可撓性フェースギヤと、
　前記可撓性フェースギヤを前記装置軸線の方向に撓めて前記剛性フェースギヤに対して部分的にかみ合わせ、両ギヤのかみ合い位置を円周方向に移動させる波動発生器と、
を有しており、
　前記剛性フェースギヤとして、前記装置軸線を中心として同心状に配置された第１剛性フェースギヤおよび第２剛性フェースギヤを備え、
　前記可撓性フェースギヤの歯数は、少なくとも、前記第１、第２剛性フェースギヤの一方の歯数とは異なる平面対向型波動歯車装置。
　前記波動発生器は、前記可撓性フェースギヤを、円周方向における複数の箇所で、前記第１、第２剛性フェースギヤのそれぞれに、かみ合わせている請求項１に記載の平面対向型波動歯車装置。
　前記可撓性フェースギヤと前記第１剛性フェースギヤのかみ合い位置と、前記可撓性フェースギヤと前記第２剛性フェースギヤのかみ合い位置とは、円周方向における異なる位置である請求項１に記載の平面対向型波動歯車装置。
　前記第１剛性フェースギヤの歯数は前記可撓性フェースギヤの歯数と同一であり、
　前記第２剛性フェースギヤの歯数は前記可撓性フェースギヤの歯数より少ない請求項１に記載の平面対向型波動歯車装置。
　前記可撓性フェースギヤは、第１可撓性歯および第２可撓性歯を備え、
　前記第１可撓性歯は、第１剛性フェースギヤに対して前記装置軸線の方向から対峙し、当該第１剛性フェースギヤにかみ合い可能であり、
　前記第２可撓性歯は、前記第２剛性フェースギヤに対して前記装置軸線の方向から対峙し、当該第２剛性フェースギヤにかみ合い可能である請求項１に記載の平面対向型波動歯車装置。
　前記剛性フェースギヤは傘歯車である請求項１に記載の平面対向型波動歯車装置。
　装置中心部を前記装置軸線の方向に貫通して延びる装置中空部を有している請求項１に記載の平面対向型波動歯車装置。
　前記波動発生器は、
　前記可撓性フェースギヤを部分的に撓めて前記剛性フェースギヤにかみ合わせているローラーと、
　前記ローラーを、前記装置軸線を中心として、公転させる回転軸と、
　前記剛性フェースギヤに対して、前記可撓性フェースギヤおよび前記ローラーを挟み、前記装置軸線の方向から対峙する支持部材と、
を備えており、
　前記ローラーは、前記支持部材によって前記装置軸線の方向から支持された状態で、前記装置軸線回りに公転する、
請求項１に記載の平面対向型波動歯車装置。
　前記波動発生器は、前記回転軸から半径方向に延びるローラー支軸を備え、
　前記ローラーは前記ローラー支軸によって自転自在の状態で支持されている請求項８に記載の平面対向型波動歯車装置。
　前記支持部材は、前記装置軸線を中心として回転自在である請求項８に記載の平面対向型波動歯車装置。
　装置中空部を有し、
　前記装置中空部は、前記剛性フェースギヤ、前記可撓性フェースギヤ、前記回転軸および前記支持部材を、前記装置軸線に沿った方向に貫通して延びている請求項８に記載の平面対向型波動歯車装置。