WO2019049296A1

WO2019049296A1 - 波動歯車装置のウエーブベアリング

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Publication number: WO2019049296A1
Application number: PCT/JP2017/032381
Authority: WO
Inventors: 教夫城越
Original assignee: 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2019-03-14
Also published as: CN111051733A; KR20200032741A; EP3680513A1; EP3680513A4; JPWO2019049296A1; US20200173532A1; TW201920844A

Abstract

波動歯車装置（１）の波動発生器（４）は、剛性カム板（６）と、剛性カム板（６）の楕円状外周面（７）と外歯歯車（３）の内周面との間に装着され、剛性カム板（６）と外歯歯車（３）とを相対回転可能な状態に保持しているウエーブベアリング（８）とを備えている。ウエーブベアリング（８）は、半径方向に撓み可能な内輪（９）・外輪（１０）を備えた総ボール形のボールベアリングからなる。ウエーブベアリング（８）はリテーナが備わっておらず、リテーナの仕切り壁によってボール軌道内に挿入されるボール数が制約を受けることが無く、最大数のボールを装着できる。大きな荷重容量のウエーブベアリング（８）を実現でき、波動歯車装置（１）の高荷重運転時に信頼性が増す。

Description

波動歯車装置のウエーブベアリング

　本発明は波動歯車装置に関し、更に詳しくは、波動歯車装置の波動発生器のウエーブベアリングに関する。

　波動歯車装置のウエーブベアリングとして、半径方向に撓み可能な内外輪の間に、多数個のボールがリテーナによって一定の間隔となるように保持されているボールベアリングが使用されている。特許文献１には、ボールベアリングからなるウエーブベアリングを備えた波動減速機が開示されている。

特開２０１７－３６７４７号公報

　ボールベアリングからなるウエーブベアリングでは、リテーナによって隣接するボールの間隔が一定に保持される。リテーナは円周方向に一定の間隔で所定厚さの仕切り壁を備え、隣接する仕切り壁の間が、１個ずつボールを保持するためのポケットとなっている。したがって、内外輪の間に挿入可能なボール数が、仕切り壁によって制約される。

　特許文献１に開示のウエーブベアリングにおいては、その寿命を延ばすために、ボール間の隙間寸法を小さくして、ボール数を増やして、定格荷重（負荷容量）を高めている。換言すると、リテーナの仕切り壁を薄くして、ボール数を増やしている。しかしながら、リテーナの仕切り壁によって、ボール数が制約されることには変わりがない。

　本発明の目的は、ウエーブベアリングの荷重容量を上げて高荷重運転時の信頼性を高めることのできる波動歯車装置を提供することにある。

　本発明は、波動歯車装置のウエーブベアリングとして、今まで着目されていなかった半径方向に撓み可能な内外輪を備えた総ボール形のボールベアリングを用いることを特徴としている。

　すなわち、本発明は、剛性歯車と、可撓性歯車と、可撓性歯車を非円形に撓めて剛性歯車に部分的にかみ合わせ、可撓性歯車の剛性歯車に対するかみ合い位置を剛性歯車の円周方向に移動させるための波動発生器とを備えた波動歯車装置において、波動発生器は、非円形外周面あるいは非円形内周面を備えた剛性カム板と、非円形外周面と可撓性歯車の内周面との間、あるいは、非円形内周面と可撓性歯車の外周面との間に装着され、剛性カム板と可撓性歯車とを相対回転可能な状態に保持しているウエーブベアリングとを備えており、ウエーブベアリングは、半径方向に撓み可能な内輪・外輪を備えた総ボール形のボールベアリングである。

　本発明の波動歯車装置におけるウエーブベアリングはリテーナが備わっておらず、内外輪の間のボール軌道内において、隣接するボールが相互に接している。隣接するボールが相互に転がり接触しながら、剛性カム板と可撓性歯車とが相対回転する。リテーナの仕切り壁によって、内外輪の間のボール軌道に装着されるボール数が制約を受けることが無く、最大数のボールを装着できる。よって、大きな荷重容量のウエーブベアリングを実現でき、波動歯車装置の高荷重運転時に信頼性が増す。特に、本発明のウエーブベアリングは、低速・高荷重運転を行う波動歯車装置に適している。

　また、リテーナを備えたウエーブベアリングにおいては、内外輪は剛性カム板によって非円形に撓められるが、内外輪の間のリテーナは円環形状のままである。半径方向に撓められる内外輪がリテーナに干渉しないように、内外輪の撓み量を制限する必要がある。低減速比設計の波動歯車装置の場合には、歯数の少ない剛性歯車および可撓性歯車が使用され、可撓性歯車の半径方向の撓み量が大きくなる。内外輪の撓み量も大きくなり、リテーナに干渉するおそれがある。本発明によれば、リテーナが備わっていないので、内外輪とリテーナとの間の干渉による制約を受けることなく、可撓性歯車の撓み量を大きくできる。よって、本発明は、低減速比設計の波動歯車装置に適用するのに有利である。

　なお、内外輪の間のボール軌道にボールを挿入するために、内外輪の一方あるいは双方に、ボール軌道に内外輪の外側からボールを挿入するための半円状の切り欠きが形成される。

本発明を適用したカップ型の波動歯車装置を示す縦断面図である。図１Ａの波動歯車装置の端面図である。本発明を適応したフラット型の波動歯車装置を示す縦断面図である。図２Ａの波動歯車装置の端面図である。本発明を適用した波動歯車装置を示す説明図である。本発明を適用した波動歯車装置を示す説明図である。本発明を適用した波動歯車装置を示す説明図である。

　図１Ａは本発明を適用したカップ型の波動歯車装置の一例を示す縦断面であり、図１Ｂはその端面図である。本発明は、シルクハット型の波動歯車装置に対しても同様に適用可能である。

　本実施の形態に係る波動歯車装置１は、剛性の内歯歯車２（剛性歯車）と、この内側に配置されているカップ形状をした可撓性の外歯歯車３（可撓性歯車）と、この内側に嵌め込まれている楕円形輪郭の波動発生器４を有している。外歯歯車３における外歯３ａが形成されている円筒状の部分は、波動発生器４によって楕円形に撓められている。外歯３ａにおける楕円形の長軸Ｌｍａｘ方向の両端部分が、円環状の内歯歯車２の内歯２ａに噛み合っている。

　波動発生器４は、回転入力軸５の外周面に固定された剛性カム板６と、剛性カム板６の楕円状外周面７（非円形外周面）に装着したウエーブベアリング８とを備えている。ウエーブベアリング８は、剛性カム板６によって楕円形に撓められた状態で外歯歯車３の内側に嵌め込まれており、外歯歯車３と剛性カム板６とを相対回転可能な状態に保持している。

　ウエーブベアリング８は総ボール形のボールベアリングからなり、例えば、総ボール形の深溝ボールベアリングからなる。すなわち、ウエーブベアリング８は、半径方向に撓み可能な円形の内輪９および半径方向に撓み可能な円形の外輪１０と、これらの間に形成される円環状のボール軌道に転動可能な状態で挿入されている複数個のボール１１とを備えている。隣接するボール１１が相互に接した状態で、各ボール１１がボール軌道溝に挿入されている。内輪９、外輪１０の一方あるいは双方には、ボール１１をボール軌道溝に外側から挿入するための半円形の切り欠き（図示せず）が形成されている。

　波動発生器４の回転入力軸５にはモータ軸などの高速回転入力軸（図示せず）が連結される。波動発生器４が回転すると、両歯車２、３の噛み合い位置が円周方向に移動して、両歯車２、３の間には、それらの歯数差に起因する相対回転が発生する。例えば、内歯歯車２が回転しないように固定され、外歯歯車３が負荷側の部材に連結され、外歯歯車３から減速回転が取り出されて負荷側の部材に伝達される。

　図２Ａは、本発明を適用可能なフラット型の波動歯車装置の一例を示す縦断面図であり、図２Ｂはその端面図である。

　波動歯車装置２０は、剛性の内歯歯車（剛性歯車）として、第１内歯歯車２１および第２内歯歯車２２を備えている。第１、第２内歯歯車２１、２２は同軸に並列配置され、これらの内側には、円筒形状の可撓性の外歯歯車２３（可撓性歯車）が配置されている。外歯歯車２３の内側には楕円状輪郭の波動発生器２４が嵌め込まれている。波動発生器２４によって、外歯歯車２３は楕円状に撓められ、楕円形状の長軸Ｌｍａｘの両端部分において、外歯２３ａが第１内歯歯車２１の内歯２１ａおよび第２内歯歯車２２の内歯２２ａの双方にかみ合っている。例えば、第１内歯歯車２１の歯数は、第２内歯歯車２２の歯数よりも２ｎ枚（ｎは正の整数）多く、外歯歯車２３の歯数は第２内歯歯車２２の歯数と同一である。外歯歯車２３の楕円形状の長軸Ｌｍａｘの位置において、外歯２３ａは内歯２１ａ、２２ａにかみ合う。

　波動発生器２４は、剛性プラグ２５と、この楕円状外周面２６に装着したウエーブベアリング２７とを備えている。ウエーブベアリング２７は、総ボール形のボールベアリングからなり、剛性プラグ２５の楕円状外周面に形成した内輪軌道面２９と、半径方向に撓み可能な円形の外輪３０と、内輪軌道面２９と外輪３０の間に形成される円環状のボール軌道に挿入された複数個のボール３１とを備えている。隣接するボール３１が相互に接した状態で、各ボール３１はボール軌道内に挿入されている。

　図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、それぞれ、本発明を適用可能な波動歯車装置の例を示す説明図である。以下の説明は、これらの図に示す波動歯車装置を、カップ型あるいはシルクハット型の波動歯車装置として用いた場合であるが、フラット型の波動歯車装置として用いることもできる。

　図３Ａに示す波動歯車装置４０は、最も内側に剛性の外歯歯車４２（剛性歯車）が配置されている。外歯歯車４２を同心状に取り囲む状態に、円環状の可撓性の内歯歯車４３（可撓性歯車）が配置されている。内歯歯車４３を同心状に取り囲む状態に、環状の波動発生器４４が配置されている。内歯歯車４３は、波動発生器４４によって、楕円状に撓められている。波動発生器４４によって撓められた内歯歯車４３には、楕円形状の短軸Ｌｍｉｎの両端の２か所に、外歯歯車４２に対するかみ合い部分４５ａ、４５ｂが形成される。

　波動発生器４４は円環状の剛性カム板４６と、この内側に装着されたウエーブベアリング４７とを備えている。ウエーブベアリング４７は、総ボール形の深溝ボールベアリングからなる。図示の例では、ウエーブベアリング４７の外輪は剛性カム板４６に一体形成されている。例えば、波動発生器４４をモータなどの回転駆動源によって回転し、外歯歯車４２を回転しないように固定すると、両歯車４２、４３のかみ合い位置が周方向に移動し、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。この回転を内歯歯車４３から取り出すことができる。

　図３Ｂに示す波動歯車装置５０は、剛性の内歯歯車５２（剛性歯車）と、この内側に配置されている可撓性の外歯歯車５３（可撓性歯車）と、この内側に嵌め込まれている非円形輪郭の波動発生器５４を有している。外歯歯車５３における外歯が形成されている部分は、波動発生器５４によって非円形に撓められている。

　波動発生器５４は、非円形輪郭の剛性カム板５６と、この外周に装着したウエーブベアリング５７とを備えている。ウエーブベアリング５７は、総ボール形の深溝ボールベアリングからなる。剛性カム板５６の非円形外周面５６ａは、真円に対して、その円周方向に沿って等間隔の複数箇所において内接可能な閉曲線によって規定されている。本例では、非円形外周面５６ａは、三つ葉形状（３ローブ形状）であり、真円に対して、その円周方向に沿って等間隔の３箇所において内接可能な閉曲線によって規定されている。真円に対して、その円周方向に沿って等間隔の４か所以上の複数箇所において内接可能な閉曲線によって非円形外周面を規定することも可能である。

　この形状の波動発生器５４によって、外歯歯車５３は、当該波動発生器５４の非円形輪郭に沿った形状に撓められて、１２０°の角度間隔の３か所で、内歯歯車５２に対するかみ合い部分５５ａ、５５ｂ、５５ｃが形成されている。

　波動発生器５４にはモータ軸などの高速回転入力軸が連結される。波動発生器５４が回転すると、両歯車５２、５３の噛み合い位置が円周方向に移動して、両歯車５２、５３の間には、それらの歯数差に起因する相対回転が発生する。例えば、内歯歯車５２が回転しないように固定され、外歯歯車５３が負荷側の部材に連結され、外歯歯車５３から減速回転が取り出されて負荷側の部材に伝達される。この場合の両歯車５２、５３の歯数差は３ｎ枚（ｎは正の整数）に設定される。

　図３Ｃに示す波動歯車装置６０は、可撓性の内歯歯車６３（可撓性歯車）が剛性の外歯歯車６２（剛性歯車）の外側に配置されており、内歯歯車６３の外周側に、非円形輪郭の内周面を備えた波動発生器６４が配置されている。

　波動発生器６４は、非円形内周面６６ａを備えた剛性カム板６６と、この非円形内周面６６ａに装着したウエーブベアリング６７とを備えている。ウエーブベアリング６７は、総ボール形の深溝ボールベアリングである。剛性カム板６６の非円形内周面６６ａは、真円に対して、その円周方向に沿って等間隔の複数箇所において外接可能な閉曲線によって規定されている。本例では、非円形内周面６６ａは、三つ葉形状（３ローブ形状）であり、真円に対して、その円周方向に沿って等間隔の３箇所において外接可能な閉曲線によって規定されている。真円に対して、その円周方向に沿って等間隔の４か所以上の複数箇所において外接可能な閉曲線によって非円形内周面を規定することも可能である。

　この形状の波動発生器６４によって、内歯歯車６３は、当該波動発生器６４の非円形輪郭に沿った形状に撓められて、１２０°の角度間隔の３か所で、外歯歯車６２に対するかみ合い部分６５ａ、６５ｂ、６５ｃが形成される。例えば、波動発生器６４をモータなどの回転駆動源によって回転し、外歯歯車６２を回転しないように固定しておくと、両歯車６２、６３のかみ合い位置が周方向に移動し、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。この回転を内歯歯車６３から取り出すことができる。この場合の両歯車６２、６３の歯数差は３ｎ枚（ｎは正の整数）に設定される。

Claims

　剛性歯車と、可撓性歯車と、前記可撓性歯車を非円形に撓めて前記剛性歯車に部分的にかみ合わせ、前記可撓性歯車の前記剛性歯車に対するかみ合い位置を前記剛性歯車の円周方向に移動させるための波動発生器とを備えた波動歯車装置において、
　前記波動発生器は、非円形外周面あるいは非円形内周面を備えた剛性カム板と、前記非円形外周面と前記可撓性歯車の内周面との間、あるいは、前記非円形内周面と前記可撓性歯車の外周面との間に装着され、前記剛性カム板と前記可撓性歯車とを相対回転可能な状態に保持しているウエーブベアリングとを備えており、
　前記ウエーブベアリングは、半径方向に撓み可能な内輪・外輪の間に、隣接するボールが相互に接した状態で挿入されている総ボール形のボールベアリングである波動歯車装置。
　剛性の内歯歯車と、可撓性の外歯歯車と、前記外歯歯車を楕円状に撓めて前記内歯歯車に部分的にかみ合わせ、前記外歯歯車の前記内歯歯車に対するかみ合い位置を前記内歯歯車の円周方向に移動させるための波動発生器とを備えた波動歯車装置において、
　前記波動発生器は、楕円形外周面を備えた剛性カム板と、前記楕円形外周面と前記外歯歯車の内周面との間に装着され、前記剛性カム板と前記外歯歯車とを相対回転可能な状態に保持しているウエーブベアリングとを備えており、
　前記ウエーブベアリングは、半径方向に撓み可能な内輪・外輪の間に、隣接するボールが相互に接した状態で挿入されている総ボール形のボールベアリングである波動歯車装置。
　請求項２において、
　前記内輪および前記外輪のうち、少なくとも一方には、前記ボールを前記内輪および前記外輪の間に形成されるボール軌道内に挿入するための半円形の切り欠きが形成されている波動歯車装置。