JP6563124B2

JP6563124B2 - 波動歯車減速機を備えた回転アクチュエータ

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Publication number: JP6563124B2
Application number: JP2018516276A
Authority: JP
Inventors: 中川　洋; 洋中川; 大輔矢口
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Filing date: 2016-05-11
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Description

本発明は、１台のモータによって駆動される２台の波動歯車減速機を備えた回転アクチュエータに関する。

波動歯車減速機を用いた回転アクチュエータは、特許文献１、２において提案されているように、一般に１台のモータと１台の波動歯車減速機から構成されている。特許文献１に開示の減速機ユニットでは、１台のモータと１台のカップ型波動歯車減速機とがタンデムに連結された構造をしている。特許文献２に開示のアクチュエータでは、１台の中空モータと１台のシルクハット型波動歯車減速機とがタンデムに連結された構造をしている。

これに対して、特許文献３には、１台のモータによって駆動される２台のカップ型あるいはシルクハット型の波動歯車装置を備えたアクチュエータが提案されている。このアクチュエータでは、２本の出力軸を備えており、各出力軸から、異なる減速比で減速された回転を出力可能である。

特開２００７−３２１８７９号公報特許第４８３３０２８号公報特開平１０−３１１３８５号公報

これらのアクチュエータに用いる波動歯車減速機においては、一般に、波動発生器によって可撓性の外歯歯車が楕円状形状に撓められて、剛性の内歯歯車に対して円周方向の２箇所でかみ合っている。モータによって波動発生器を回転させると、両歯車のかみ合い位置が円周方向に移動し、波動発生器が１回転する毎に、両歯車の歯数差分だけ両歯車の間に相対回転が生じる。楕円状形状に撓められた外歯歯車においては、その円周方向の各部分は、波動発生器の回転に伴って半径方向に一定の振幅で繰り返し撓められる。このような外歯歯車に生じる波動運動は波動発生器１回転につき２周期の振動である。

波動歯車減速機においては、両歯車の歯部の加工誤差、波動発生器および両歯車の芯ずれ、傾きなどの組み付け誤差などに起因して、角度伝達誤差が生じる。外歯歯車が楕円状に撓められる波動歯車減速機においては、角度伝達誤差を表す振動成分には波動発生器１回転につき２周期の振動成分が含まれ、この２次振動成分は他の次数の振動成分よりも大きい。このような振動成分は、波動歯車減速機が組み込まれた装置との共振を引き起こし、駆動系、例えば搬送系の位置決め不良などの原因となる。また、高精度の運動軌跡が要求される用途においては、このような振動成分が原因となって、要求レベルを満たす精度を維持した駆動を実現できないことがある。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、波動発生器１回転につき２周期で発生する角度伝達誤差成分を抑制可能な波動歯車減速機を備えた回転アクチュエータを提供することにある。

本発明の波動歯車減速機を備えた回転アクチュエータは、１台のモータと、このモータの出力回転を同一の減速比で減速して１本の出力軸から負荷側に出力する２台の波動歯車減速機とを有している。波動歯車減速機のそれぞれにおいて、波動発生器によって可撓性の外歯歯車が楕円状形状に撓められ、当該外歯歯車が剛性の内歯歯車に対して部分的にかみ合っている。波動発生器はモータの出力回転が入力される回転入力部材であり、外歯歯車および内歯歯車のうちの一方は、出力軸に減速回転を出力する回転出力部材であり、外歯歯車および内歯歯車のうちの他方は、回転しないように固定されている固定側部材である。また、一方の波動歯車減速機の外歯歯車の楕円状形状と、他方の波動歯車減速機の外歯歯車の楕円状形状とは位相が９０°ずれている。

本発明の回転アクチュエータでは、２台の波動歯車減速機において相互に位相が９０°ずれた状態で外歯歯車が撓められる。これにより、波動歯車減速機のそれぞれにおいて発生する角度伝達誤差に含まれる２次の振動成分は逆位相になる。波動歯車減速機のそれぞれからの減速出力回転は、同一の出力軸を介して負荷側に取り出されるので、波動歯車減速機のそれぞれから出力軸に伝達される角度伝達誤差は出力軸において合成される。角度伝達誤差に含まれている２次の振動成分は逆位相となっているので、出力軸に伝達された２次の振動成分は合成されて相互に相殺されて、その合成振幅が小さくなる。この結果、出力軸から負荷側に取り出される出力回転に含まれる角度伝達誤差を低減できる。

また、２台の波動歯車減速機から１本の出力軸を介して減速回転を出力しているので、大きな出力トルクを確保でき、モーメント容量および剛性の高い回転アクチュエータを実現できる。

本発明において、２台の波動歯車減速機から出力される減速回転を、１本の出力軸を介して負荷側に取り出すためには、次のように、中空型のモータを挟み、２台の波動歯車減速機を左右対称の状態に配列し、モータの中空部を通して１本の出力軸を配置すればよい。

すなわち、本発明の回転アクチュエータにおいて、モータは、その中心軸線の方向に貫通して延びるモータ中空部を規定している中空モータ軸を備えている。２台の波動歯車減速機を第１、第２波動歯車減速機と呼び、第１波動歯車減速機の波動発生器、外歯歯車および内歯歯車を、第１波動発生器、第１外歯歯車および第１内歯歯車と呼び、第２波動歯車減速機の波動発生器、外歯歯車および内歯歯車を、第２波動発生器、第２外歯歯車および第２内歯歯車と呼ぶものとすると、モータに対して当該モータの中心軸線の方向における一方の第１の側に第１波動歯車減速機が配置され、中心軸線の方向における他方の第２の側に第２波動歯車減速機が前記第１波動歯車減速機に対して左右対称な状態に配置されている。出力軸は、モータ中空部を貫通して延びており、モータ中空部から第１の側に突出している第１出力軸端部およびモータ中空部から第２の側に突出している第２出力軸端部を備えている。第１波動発生器は中空モータ軸の一方の第１モータ軸端部に同軸に連結され、第２波動発生器は中空モータ軸の他方の第２モータ軸端部に同軸に連結されている。第１波動歯車減速機の回転出力部材は第１出力軸端部に対して一体回転するように連結されており、第２波動歯車減速機の回転出力部材は第２出力軸端部に対して一体回転するように連結されている。

一般的な波動歯車減速機の波動発生器は、剛性のプラグと、このプラグの楕円状外周面と外歯歯車の内周面との間に装着される波動発生器軸受とを備えている。この場合には、次のように、双方の波動歯車減速機のプラグを、それらの楕円状外周面が中心軸線回りに位相が９０°ずれた状態となるように、モータ軸に取り付ければよい。

すなわち、本発明の回転アクチュエータにおいて、第１波動発生器は、第１モータ軸端部に同軸に固定した剛性の第１プラグ、および、第１プラグの外周面に形成した第１楕円状外周面と第１外歯歯車の内周面との間に装着されている第１波動発生器軸受を備えている。第２波動発生器は、第２モータ軸端部に同軸に固定した剛性の第２プラグ、および、第２プラグの外周面に形成した第２楕円状外周面と第２外歯歯車の内周面との間に装着されている第２波動発生器軸受を備えている。第１楕円状外周面と第２楕円状外周面は同一形状であり、第１、第２楕円状外周面が中心軸線回りに位相が９０°ずれた状態となるように、第１、第２プラグが中空モータ軸に固定されている。

波動歯車減速機には、内歯歯車と外歯歯車を相対回転可能な状態で支持するための軸受が配置される。モータの両側に配置される波動歯車減速機の軸受によって、出力軸の両端を支持することより、回転アクチュエータの剛性を高めることができる。

すなわち、本発明の回転アクチュエータにおいて、第１波動歯車減速機は、第１内歯歯車と第１外歯歯車を相対回転可能な状態で支持している第１軸受を備え、第２波動歯車減速機は、第２内歯歯車と第２外歯歯車を相対回転可能な状態で支持している第２軸受を備えている。第１出力軸端部は第１軸受によって支持され、第２出力軸端部は第２軸受によって支持されている。

この場合、本発明の回転アクチュエータは次の構造を採用することができる。すなわち、第１、第２プラグは中空プラグであり、第１プラグの中空部から第１の側に突出している前記第１出力軸端部には、第１端板が固定されている。第１波動歯車減速機の固定側部材を第１固定側部材と呼び、第２波動歯車減速機の固定側部材を第２固定側部材と呼び、第１軸受の内輪および外輪を第１内輪および第１外輪と呼び、第２軸受の内輪および外輪を第２内輪および第２外輪と呼ぶものとすると、第１端板は第１内輪に固定され、あるいは、第１端板と第１内輪が単一部材から形成されている。第１内輪は第１回転出力部材に対して一体回転するように連結され、あるいは、第１内輪と第１回転出力部材が単一部材から形成されている。第２プラグの中空部から第２の側に突出している第２出力軸端部には、第２端板が固定されており、第２端板は第２内輪に固定され、あるいは、第２端板と第２内輪が単一部材から形成されている。第２内輪は、第２回転出力部材に対して一体回転するように連結され、あるいは、第２内輪と第２回転出力部材が単一部材から形成されている。

本発明において、波動歯車減速機として、カップ型波動歯車減速機、シルクハット型波動歯車減速機およびフラット型波動歯車減速機のいずれかを用いることができる。

本発明を適応した実施の形態１に係る回転アクチュエータを示す概略縦断面図および模式図である。本発明を適応した実施の形態２に係る回転アクチュエータを示す概略縦断面図である。本発明を適応した実施の形態３に係る回転アクチュエータを示す概略縦断面図である。

以下に、図面を参照して本発明を適用した回転アクチュエータの実施の形態を説明する。

［実施の形態１］
図１（Ａ）は実施の形態１に係る回転アクチュータを示す概略縦断面図である。回転アクチュエータ１は、１台の中空型のモータ２と、２台のカップ型の第１、第２波動歯車減速機３、４と、１本の出力軸５とを備えている。第１、第２波動歯車減速機３、４は同一の減速比を備えた同一構造の波動歯車減速機であり、中心軸線１ａの方向において、モータ２を挟み、左右対称に配置されている。出力軸５は第１、第２波動歯車減速機３、４から出力される減速回転を負荷（不図示）側に取り出すための部材である。

第１波動歯車減速機３において、第１波動発生器３１によって、カップ形状をした可撓性の第１外歯歯車３２が楕円状形状に撓められ、当該第１外歯歯車３２が剛性の第１内歯歯車３３に対して部分的にかみ合っている。第１波動発生器３１はモータ２の出力回転が入力される回転入力部材であり、第１内歯歯車３３は回転しないようにハウジング６の側に固定されている固定側部材である。第１外歯歯車３２は、出力軸５に減速回転を出力する回転出力部材であり、第１内歯歯車３３に対して（当該第１内歯歯車３３が固定されているハウジング６に対して）、第１軸受、本例ではクロスローラベアリング７を介して回転自在の状態で支持されている。

同様に、第２波動歯車減速機４において、第２波動発生器４１によって、カップ形状をした可撓性の第２外歯歯車４２が楕円状形状に撓められ、当該第２外歯歯車４２が剛性の第２内歯歯車４３に対して部分的にかみ合っている。第２波動発生器４１はモータ２の出力回転が入力される回転入力部材であり、第２内歯歯車４３は回転しないようにハウジング６の側に固定されている固定側部材である。第２外歯歯車４２は、出力軸５に減速回転を出力する回転出力部材であり、第２内歯歯車４３に対して（当該第２内歯歯車４３が固定されているハウジング６に対して）、第２軸受、本例ではクロスローラベアリング８を介して回転自在の状態で支持されている。

回転アクチュエータ１の各部の構造を更に説明する。以下の説明において、中心軸線１ａの方向において、第１波動歯車減速機３の側を第１の側と呼び、第２波動歯車減速機４の側を第２の側と呼ぶ。

中空型のモータ２は、ハウジング６の円筒部６１の内周に取り付けたステータ２１と、この内側に同軸に配置された中空ロータ２２とを備えている。中空ロータ２２には中空モータ軸２３が一体形成されている。中空モータ軸２３の中心部には、中心軸線１ａの方向に貫通して延びるモータ中空部２４が形成されている。中空モータ軸２３には、中空ロータ２２から第１の側に延びている第１中空モータ軸部２５と、第２の側に延びている第２中空モータ軸部２６とが形成されている。

出力軸５は、中空モータ軸２３と同軸状態で、モータ中空部２４を貫通して延びている。出力軸５の第１出力軸端部５１は、第１中空モータ軸部２５の側において、モータ中空部２４から第１の側に突出しており、当該第１出力軸端部５１には大径の第１出力フランジ５２が一体形成されている。出力軸５の第２出力軸端部５３は、第２中空モータ軸部２６の側において、モータ中空部２４から第２の側に突出している。この第２出力軸端部５３には、大径の円環状の第２出力フランジ５４が取り付けられている。

第１波動歯車減速機３において、第１波動発生器３１は、中空モータ軸２３における第１中空モータ軸部２５の側の軸端部である第１モータ軸端部２５ａに、同軸に固定されている。第１波動発生器３１は、第１モータ軸端部２５ａの端面に同軸に固定した剛性の第１プラグ３１ａと、この第１プラグ３１ａの外周面に形成した第１楕円状外周面３１ｂに装着した波動発生器軸受３１ｃとを備えている。

カップ形状をした第１外歯歯車３２は、円筒状胴部３２ａと、円筒状胴部３２ａの第１の側の端から半径方向の内方に延びるダイヤフラム３２ｂと、ダイヤフラム３２ｂの内周縁に形成されている剛性の円環状のボス３２ｃと、円筒状胴部３２ａの他方の端の外周面部分に形成した外歯３２ｄとを備えている。第１外歯歯車３２における外歯３２ｄが形成されている部分の内側に第１波動発生器３１が装着されている。

第１外歯歯車３２のボス３２ｃは、クロスローラベアリング７の内輪７１の内周部に一体形成した円環部７２と、円環状の押さえ部材９との間に挟まれており、この状態で、三部材が締結ボルトによって締結固定されている。また、内輪７１の円環部７２は、出力軸５の第１出力軸端部５１の第１出力フランジ５２に締結ボルトによって締結固定されている。これにより、第１外歯歯車３２が出力軸５の第１出力軸端部５１に対して、一体回転するように連結されている。

第１内歯歯車３３は、第１外歯歯車３２の外歯３２ｄの部分を取り囲む状態に配置されている。第１内歯歯車３３の外周側の部分は、クロスローラベアリング７の外輪７３とハウジング６の間に挟まれており、これらの固定側の部材に対して締結固定されている。

第２波動歯車減速機４の側も同様に構成されている。すなわち、第２波動発生器４１は、中空モータ軸２３における第２中空モータ軸部２６の側の軸端部である第２モータ軸端部２６ａに、同軸に固定されている。第２波動発生器４１は、第２モータ軸端部２６ａの端面に同軸に固定した剛性の第２プラグ４１ａと、この第２プラグ４１ａの外周面に形成した第２楕円状外周面４１ｂに装着した波動発生器軸受４１ｃとを備えている。

カップ形状をした第２外歯歯車４２は、円筒状胴部４２ａと、円筒状胴部４２ａの第２の側の端から半径方向の内方に延びるダイヤフラム４２ｂと、ダイヤフラム４２ｂの内周縁に形成されている剛性の円環状のボス４２ｃと、円筒状胴部４２ａの他方の端の外周面部分に形成した外歯４２ｄとを備えている。第２外歯歯車４２における外歯４２ｄが形成されている部分の内側に第２波動発生器４１が装着されている。

第２外歯歯車４２のボス４２ｃは、クロスローラベアリング８の内輪８１の内周部に一体形成した円環部８２と、円環状の押さえ部材１１との間に挟まれており、この状態で、三部材が締結ボルトによって締結固定されている。また、内輪８１の円環部８２は、出力軸５の第２出力軸端部５３に取り付けた第２出力フランジ５４に締結ボルトによって締結固定されている。これにより、第２外歯歯車４２が出力軸５の第２出力軸端部５３に対して一体回転するように連結されている。

第２内歯歯車４３は、第２外歯歯車４２の外歯４２ｄの部分を取り囲む状態に配置されている。第２内歯歯車４３の外周側の部分は、クロスローラベアリング８の外輪８３とハウジング６の間に挟まれており、外輪８３およびハウジング６に締結固定されている。

ここで、第１波動歯車減速機３において第１波動発生器３１によって撓められる第１外歯歯車３２の楕円状形状と、他方の第２波動歯車減速機４において第２波動発生器４１によって撓められる第２外歯歯車４２の楕円状形状とは同一とされている。また、これらの楕円状形状は、相互に、中心軸線１ａ回りに、位相が９０°ずれている。

このように第１、第２外歯歯車３２、４２を撓めるために、第１、第２波動発生器３１、４１は次のように構成されている。図１（Ｂ）に模式図を示すように、第１波動発生器３１の第１楕円状外周面３１ｂと、第２波動発生器４１の第２楕円状外周面４１ｂとは、同一形状である。また、第１、第２楕円状外周面３１ｂ、４１ｂが、中心軸線１ａ回りに、位相が９０°ずれた状態となるように、第１、第２プラグ３１ａ、４１ａが中空モータ軸２３の第１モータ軸端部２５ａおよび第２モータ軸端部２６ａにそれぞれ固定されている。

回転アクチュエータ１において、モータ２を駆動して中空モータ軸２３を回転させると、両側の第１、第２波動歯車減速機３、４の第１、第２波動発生器３１、４１が中空モータ軸２３と一体回転する。第１、第２波動発生器３１、４１の回転により、第１外歯歯車３２と第１内歯歯車３３の間、および、第２外歯歯車４２と第２内歯歯車４３の間に、それぞれ相対回転が発生する。第１、第２内歯歯車３３、４３は固定側部材であるので、回転出力部材である第１、第２外歯歯車３２、４２から、同一回転数の減速回転が出力されて、共通の出力軸５に伝達される。出力軸５の回転は、その両端の第１出力フランジ５２および第２出力フランジ５４から不図示の負荷側に出力可能である。

第１、第２波動歯車減速機３、４の第１、第２波動発生器３１、４１は、その第１、第２楕円状外周面３１ｂ、４１ｂの位相が９０°ずれた状態で中空モータ軸２３に取り付けられている。したがって、第１、第２波動歯車減速機３、４において発生する角度伝達誤差に含まれている２次の振動成分は、相互に逆位相の状態で発生する。これらの角度伝達誤差が共通の出力軸５に伝達されて合成されるので、角度伝達誤差に含まれている２次の振動成分が相殺される。よって、出力軸５から負荷側に伝達される減速回転に含まれる角度伝達誤差を低減できる。

［実施の形態２］
図２は実施の形態２に係る回転アクチュエータを示す概略縦断面図である。回転アクチュエータ１０１は、１台の中空型のモータ１２０と、２台のシルクハット型の第１、第２波動歯車減速機１３０、１４０と、１本の出力軸１５０とを備えている。第１、第２波動歯車減速機１３０、１４０は同一の減速比を備えた同一構造の波動歯車減速機であり、中心軸線１０１ａの方向において、モータ１２０を挟み、左右対称に配置されている。出力軸１５０は第１、第２波動歯車減速機１３０、１４０から出力される減速回転を負荷（不図示）側に取り出すための部材である。

第１波動歯車減速機１３０において、第１波動発生器１３１によって、シルクハット形状をした可撓性の第１外歯歯車１３２が楕円状形状に撓められ、当該第１外歯歯車１３２が剛性の第１内歯歯車１３３に対して部分的にかみ合っている。第１波動発生器１３１はモータ１２０の出力回転が入力される回転入力部材であり、第１外歯歯車１３２は回転しないようにハウジング１６０の側に固定されている固定側部材である。第１内歯歯車１３３は、出力軸１５０に減速回転を出力する回転出力部材であり、第１外歯歯車１３２に対して（当該第１外歯歯車１３２が固定されているハウジング１６０に対して）、第１軸受、本例ではクロスローラベアリング１７０を介して回転自在の状態で支持されている。

第２波動歯車減速機１４０において、第２波動発生器１４１によって、シルクハット形状をした可撓性の第２外歯歯車１４２が楕円状形状に撓められ、当該第２外歯歯車１４２が剛性の第２内歯歯車１４３に対して部分的にかみ合っている。第２波動発生器１４１はモータ２の出力回転が入力される回転入力部材であり、第２外歯歯車１４２は回転しないようにハウジング１６０の側に固定されている固定側部材である。第２内歯歯車１４３は、出力軸１５０に減速回転を出力する回転出力部材であり、第２外歯歯車１４２に対して（当該第２外歯歯車１４２が固定されているハウジング１６０に対して）、第２軸受、本例ではクロスローラベアリング１８０を介して回転自在の状態で支持されている。

各部の構造を説明する。以下、中心軸線１０１ａの方向において、第１波動歯車減速機１３０の側を第１の側と呼び、第２波動歯車減速機１４０の側を第２の側と呼ぶ。

中空型のモータ１２０は、ハウジング１６０の円筒部１６１の内周に取り付けたステータ１２１と、この内側に同軸に配置された中空ロータ１２２とを備えている。中空ロータ１２２には中空モータ軸１２３が一体形成されている。中空モータ軸１２３の中心部には、中心軸線１０１ａの方向に貫通して延びるモータ中空部１２４が形成されている。中空モータ軸１２３には、中空ロータ１２２から第１の側に延びている第１中空モータ軸部１２５と、第２の側に延びている第２中空モータ軸部１２６とが形成されている。

出力軸１５０は、中空モータ軸１２３と同軸状態で、モータ中空部１２４を貫通して延びている。出力軸１５０の第１出力軸端部１５１は、第１中空モータ軸部１２５の側において、モータ中空部１２４から第１の側に突出しており、当該第１出力軸端部１５１には大径の第１出力フランジ１５２が同軸に固定されている。出力軸１５０の第２出力軸端部１５３は、第２中空モータ軸部１２６の側において、モータ中空部１２４から第２の側に突出している。この第２出力軸端部１５３には、大径の第２出力フランジ１５４が取り付けられている。

第１波動歯車減速機１３０において、第１波動発生器１３１は、中空モータ軸１２３における第１中空モータ軸部１２５の側の軸端部である第１モータ軸端部１２５ａに、同軸に固定されている。第１波動発生器１３１は、第１モータ軸端部１２５ａの端面に同軸に固定した剛性の第１プラグ１３１ａと、この第１プラグ１３１ａの外周面に形成した第１楕円状外周面１３１ｂに装着した波動発生器軸受１３１ｃとを備えている。第１プラグ１３１ａは中空プラグであり、この中空部を通って、出力軸１５０の第１出力軸端部１５１が第１の側に突出している。

シルクハット形状をした第１外歯歯車１３２は、円筒状胴部１３２ａと、円筒状胴部１３２ａの第２の側の端から半径方向の外方に延びるダイヤフラム１３２ｂと、ダイヤフラム１３２ｂの外周縁に形成されている剛性の円環状のボス１３２ｃと、円筒状胴部１３２ａの他方の端の外周面部分に形成した外歯１３２ｄとを備えている。第１外歯歯車１３２における外歯１３２ｄが形成されている部分の内側に第１波動発生器１３１が装着されている。

固定側部材である第１外歯歯車１３２のボス１３２ｃは、クロスローラベアリング１７０の外輪１７１の端面とハウジング１６０の端面との間に挟まれている。この状態で、三部材が締結ボルトによって締結固定されている。

回転出力部材である第１内歯歯車１３３は、第１外歯歯車１３２の外歯１３２ｄの部分を取り囲む状態に配置されている。第１内歯歯車１３３は、クロスローラベアリング１７０の内輪１７３の内周部に一体形成されている。内輪１７３の第１の側の端面には、同軸に、第１出力フランジ１５２が締結ボルトによって固定されている。

第２波動発生器１４１は、中空モータ軸１２３における第２中空モータ軸部１２６の側の軸端部である第２モータ軸端部１２６ａに、同軸に固定されている。第２波動発生器１４１は、第２モータ軸端部１２６ａの端面に同軸に固定した剛性の第２プラグ１４１ａと、この第２プラグ１４１ａの外周面に形成した第２楕円状外周面１４１ｂに装着した波動発生器軸受１４１ｃとを備えている。第２プラグ１４１ａは中空プラグであり、この中空部を通って、出力軸１５０の第２出力軸端部１５３が第２の側に突出している。

シルクハット形状をした第２外歯歯車１４２は、円筒状胴部１４２ａと、円筒状胴部１４２ａの第１の側の端から半径方向の外方に延びるダイヤフラム１４２ｂと、ダイヤフラム１４２ｂの外周縁に形成されている剛性の円環状のボス１４２ｃと、円筒状胴部１４２ａの他方の端の外周面部分に形成した外歯１４２ｄとを備えている。第２外歯歯車１４２における外歯１４２ｄが形成されている部分の内側に第２波動発生器１４１が装着されている。

固定側部材である第２外歯歯車１４２のボス１４２ｃは、クロスローラベアリング１８０の外輪１８１の端面とハウジング１６０の端面との間に挟まれており、この状態で、三部材が締結ボルトによって締結固定されている。回転出力部材である第２内歯歯車１４３は、第２外歯歯車１４２の外歯１４２ｄの部分を取り囲む状態に配置されている。第２内歯歯車１４３は、クロスローラベアリング１８０の内輪１８３の内周部に一体形成されている。内輪１８３の第２の側の端面には、同軸に、第２出力フランジ１５４が締結ボルトによって固定されている。

ここで、第１波動歯車減速機１３０において第１波動発生器１３１によって撓められる第１外歯歯車１３２の楕円状形状と、他方の第２波動歯車減速機１４０において第２波動発生器１４１によって撓められる第２外歯歯車１４２の楕円状形状とは同一である。また、これらの楕円状形状は、相互に、中心軸線１０１ａ回りに、位相が９０°ずれている。

本例では、第１波動発生器１３１の第１楕円状外周面１３１ｂと、第２波動発生器１４１の第２楕円状外周面１４１ｂとは、同一形状である。また、第１、第２楕円状外周面１３１ｂ、１４１ｂが、中心軸線１０１ａ回りに、位相が９０°ずれた状態となるように、第１、第２プラグ１３１ａ、１４１ａが中空モータ軸１２３の第１モータ軸端部１２５ａおよび第２モータ軸端部１２６ａにそれぞれ固定されている。

回転アクチュエータ１０１において、モータ１２０を駆動して中空モータ軸１２３を回転させると、両側の第１、第２波動歯車減速機１３０、１４０の第１、第２波動発生器１３１、１４１が中空モータ軸１２３と一体回転する。第１、第２波動発生器１３１、１４１の回転により、第１外歯歯車１３２と第１内歯歯車１３３の間、および、第２外歯歯車１４２と第２内歯歯車１４３の間に、それぞれ相対回転が発生する。第１、第２外歯歯車１３２、１４２は固定側部材であるので、回転出力部材である第１、第２内歯歯車１３３、１４３から、同一回転数の減速回転が出力されて、共通の出力軸１５０に伝達される。出力軸１５０の回転は、その両端の第１出力フランジ１５２および第２出力フランジ１５４から不図示の負荷側に出力可能である。

第１、第２波動歯車減速機１３０、１４０の第１、第２波動発生器１３１、１４１は、その第１、第２楕円状外周面１３１ｂ、１４１ｂの位相が９０°ずれた状態で中空モータ軸１２３に取り付けられている。したがって、第１、第２波動歯車減速機１３０、１４０において発生する角度伝達誤差の振動成分に含まれている２次の振動成分は、相互に逆位相の状態で発生する。これらの角度伝達誤差が共通の出力軸１５０に伝達されて合成されるので、角度伝達誤差に含まれている２次の振動成分が相殺される。よって、出力軸１５０から出力される減速回転に含まれる角度伝達誤差を低減できる。

［実施の形態３］
図３は実施の形態３に係る回転アクチュエータを示す概略縦断面図である。回転アクチュエータ２０１は、１台の中空型のモータ２２０と、２台のフラット型の第１、第２波動歯車減速機２３０、２４０と、１本の出力軸２５０とを備えている。第１、第２波動歯車減速機２３０、２４０は同一の減速比を備えた同一構造の波動歯車減速機であり、中心軸線２０１ａの方向において、モータ２２０を挟み、左右対称に配置されている。出力軸２５０は第１、第２波動歯車減速機２３０、２４０から出力される減速回転を負荷（不図示）側に取り出すための部材である。

第１波動歯車減速機２３０において、第１波動発生器２３１によって、円筒形状の可撓性の第１外歯歯車２３２が楕円状形状に撓められ、当該第１外歯歯車２３２が剛性の第１静止側内歯歯車２３３および第１駆動側内歯歯車２３４の双方に対して部分的にかみ合っている。第１波動発生器２３１はモータ２２０の出力回転が入力される回転入力部材である。第１外歯歯車２３２は減速回転出力部材であり、第１静止側内歯歯車２３３とは歯数が２ｎ枚（ｎ：正の整数）相違し、第１駆動側内歯歯車２３４とは歯数が同一である。よって、第１外歯歯車２３２は第１駆動側内歯歯車２３４と一体となって回転する。第１静止側内歯歯車２３３は固定側部材である。一体回転する第１外歯歯車２３２および第１駆動側内歯歯車２３４は、第１静止側内歯歯車２３３に対して（当該第１静止側内歯歯車２３３が固定されているハウジング２６０に対して）、第１軸受、本例ではクロスローラベアリング２７０を介して回転自在の状態で支持されている。

同様に、第２波動歯車減速機２４０において、第２波動発生器２４１によって、円筒形状の可撓性の第２外歯歯車２４２が楕円状形状に撓められ、当該第２外歯歯車２４２が剛性の第２静止側内歯歯車２４３および第２駆動側内歯歯車２４４の双方に対して部分的にかみ合っている。第２波動発生器２４１はモータ２２０の出力回転が入力される回転入力部材である。第２外歯歯車２４２は減速回転出力部材であり、第２駆動側内歯歯車２４４と一体となって回転する。第２静止側内歯歯車２４３は固定側部材である。一体回転する第２外歯歯車２４２および第２駆動側内歯歯車２４４は、第２静止側内歯歯車２４３に対して（当該第２静止側内歯歯車２４３が固定されているハウジング２６０に対して）、第２軸受、本例ではクロスローラベアリング２８０を介して回転自在の状態で支持されている。

各部の構造を説明する。中心軸線２０１ａの方向において、第１波動歯車減速機２３０の側を第１の側と呼び、第２波動歯車減速機２４０の側を第２の側と呼ぶ。

まず、中空型のモータ２２０は、ハウジング２６０の円筒部２６１の内周に取り付けたステータ２２１と、この内側に同軸に配置された中空ロータ２２２とを備えている。中空ロータ２２２には中空モータ軸２２３が一体形成されている。中空モータ軸２２３の中心部には、中心軸線２０１ａの方向に貫通して延びるモータ中空部２２４が形成されている。中空モータ軸２２３には、中空ロータ２２２から第１の側に延びている第１中空モータ軸部２２５と、第２の側に延びている第２中空モータ軸部２２６とが形成されている。

出力軸２５０は、中空モータ軸２２３と同軸状態で、モータ中空部２２４を貫通して延びている。出力軸２５０の第１出力軸端部２５１は、第１中空モータ軸部２２５の側において、モータ中空部２２４から第１の側に突出しており、当該第１出力軸端部２５１には大径の第１出力フランジ２５２が一体形成されている。出力軸２５０の第２出力軸端部２５３は、第２中空モータ軸部２２６の側において、モータ中空部２２４から第２の側に突出している。この第２出力軸端部２５３には、大径の第２出力フランジ２５４が取り付けられている。

第１波動歯車減速機２３０において、第１波動発生器２３１は、中空モータ軸２２３における第１中空モータ軸部２２５の側の軸端部である第１モータ軸端部２２５ａに、同軸に固定されている。第１波動発生器２３１は、第１モータ軸端部２２５ａの端面に同軸に固定した剛性の第１プラグ２３１ａと、この第１プラグ２３１ａの外周面に形成した第１楕円状外周面２３１ｂに装着した波動発生器軸受２３１ｃとを備えている。第１プラグ２３１ａは中空プラグであり、この中空部を通って、出力軸２５０の第１出力軸端部２５１が第１の側に突出している。

第１外歯歯車２３２は、円筒状胴部２３２ａと、円筒状胴部２３２ａの外周面部分に形成した外歯２３２ｄとを備えている。第１外歯歯車２３２の内側に第１波動発生器２３１が装着されている。

固定側部材である第１静止側内歯歯車２３３は、第１外歯歯車２３２の第２の側の部分を取り囲む状態に配置されている。第１静止側内歯歯車２３３は、クロスローラベアリング２７０の外輪２７１の端面とハウジング２６０の端面との間に挟まれている。この状態で、三部材が締結ボルトによって締結固定されている。

回転出力部材である第１駆動側内歯歯車２３４は、第１外歯歯車２３２の第１の側の部分を取り囲む状態に配置されている。第１駆動側内歯歯車２３４は、クロスローラベアリング２７０の内輪２７３に一体形成されている。また、内輪２７３には内周側に延びる円環部２７４が一体形成されており、この円環部２７４が、第１出力フランジ２５２に締結ボルトによって同軸に固定されている。

第２波動歯車減速機２４０の側も同様に構成されている。すなわち、第２波動発生器２４１は、中空モータ軸２２３における第２中空モータ軸部２２６の側の軸端部である第２モータ軸端部２２６ａに、同軸に固定されている。第２波動発生器２４１は、第２モータ軸端部２２６ａの端面に同軸に固定した剛性の第２プラグ２４１ａと、この第２プラグ２４１ａの外周面に形成した第２楕円状外周面２４１ｂに装着した波動発生器軸受２４１ｃとを備えている。第２プラグ２４１ａは中空プラグであり、この中空部を通って、出力軸２５０の第２出力軸端部２５３が第２の側に突出している。

第２外歯歯車２４２は、円筒状胴部２４２ａと、円筒状胴部２４２ａの外周面部分に形成した外歯２４２ｄとを備えている。第２外歯歯車２４２の内側に第２波動発生器２４１が装着されている。

固定側部材である第２静止側内歯歯車２４３は、第２外歯歯車２４２の第１の側の部分を取り囲む状態に配置されている。第２静止側内歯歯車２４３は、クロスローラベアリング２８０の外輪２８１の端面とハウジング２６０の端面との間に挟まれ、この状態で、三部材が締結ボルトによって締結固定されている。

回転出力部材である第２駆動側内歯歯車２４４は、第２外歯歯車２４２の第２の側の部分を取り囲む状態に配置されている。第２駆動側内歯歯車２４４は、クロスローラベアリング２８０の内輪２８３に一体形成されている。また、内輪２８３には内周側に延びる円環部２８４が一体形成されており、この円環部２８４が、第２出力フランジ２５４に締結ボルトによって同軸に固定されている。

ここで、第１波動歯車減速機２３０において第１波動発生器２３１によって撓められる第１外歯歯車２３２の楕円状形状と、他方の第２波動歯車減速機２４０において第２波動発生器２４１によって撓められる第２外歯歯車２４２の楕円状形状とは同一であり、また、それらの楕円状形状は、相互に、中心軸線２０１ａ回りに、位相が９０°ずれている。

本例では、第１波動発生器２３１の第１楕円状外周面２３１ｂと、第２波動発生器２４１の第２楕円状外周面２４１ｂとは、同一形状である。また、第１、第２楕円状外周面２３１ｂ、２４１ｂが、中心軸線２０１ａ回りに、位相が９０°ずれた状態となるように、第１、第２プラグ２３１ａ、２４１ａが中空モータ軸２２３の第１モータ軸端部２２５ａおよび第２モータ軸端部２２６ａにそれぞれ固定されている。

回転アクチュエータ２０１において、モータ２２０を駆動して中空モータ軸２２３を回転させると、両側の第１、第２波動歯車減速機２３０、２４０の第１、第２波動発生器２３１、２４１が中空モータ軸２２３と一体回転する。第１、第２波動発生器２３１、２４１の回転により、第１外歯歯車２３２（第１駆動側内歯歯車２３４）と第１静止側内歯歯車２３３の間、および、第２外歯歯車２４２（第２駆動側内歯歯車２４４）と第２静止側内歯歯車２４３の間に、それぞれ相対回転が発生する。回転出力部材である第１、第２駆動側内歯歯車２３４、２４４から、同一回転数の減速回転が出力されて、共通の出力軸２５０に伝達される。出力軸２５０の回転は、その両端の第１出力フランジ２５２および第２出力フランジ２５４から不図示の負荷側に出力可能である。

第１、第２波動歯車減速機２３０、２４０の第１、第２波動発生器２３１、２４１は、その第１、第２楕円状外周面２３１ｂ、２４１ｂの位相が９０°ずれた状態で中空モータ軸２２３に取り付けられている。したがって、第１、第２波動歯車減速機２３０、２４０において発生する角度伝達誤差の振動成分に含まれている２次の振動成分は、相互に逆位相の状態で発生する。これらの角度伝達誤差が共通の出力軸２５０に伝達されて合成されるので、角度伝達誤差に含まれている２次の振動成分が相殺される。よって、出力軸２５０から出力される減速回転に含まれる角度伝達誤差を低減できる。

Claims

１台のモータと、
前記モータの出力回転を同一の減速比で減速して１本の出力軸から負荷側に出力する２台の波動歯車減速機と、
を有しており、
前記波動歯車減速機のそれぞれにおいて、波動発生器によって可撓性の外歯歯車が楕円状形状に撓められ、当該外歯歯車が剛性の内歯歯車に対して部分的にかみ合っており、前記波動発生器は前記モータの出力回転が入力される回転入力部材であり、前記外歯歯車および前記内歯歯車のうちの一方は前記出力軸に減速回転を出力する回転出力部材であり、前記外歯歯車および前記内歯歯車のうちの他方は回転しないように固定されている固定側部材であり、
一方の前記波動歯車減速機の前記外歯歯車の楕円状形状と、他方の前記波動歯車減速機の前記外歯歯車の楕円状形状とは、位相が９０°ずれており、
前記モータは、その中心軸線の方向に貫通して延びるモータ中空部を規定している中空モータ軸を備えており、
２台の前記波動歯車減速機を第１、第２波動歯車減速機と呼び、前記第１波動歯車減速機の前記波動発生器、前記外歯歯車および前記内歯歯車を、第１波動発生器、第１外歯歯車および第１内歯歯車と呼び、前記第２波動歯車減速機の前記波動発生器、前記外歯歯車および前記内歯歯車を、第２波動発生器、第２外歯歯車および第２内歯歯車と呼ぶものとすると、
前記モータに対して当該モータの前記中心軸線の方向における一方の第１の側に前記第１波動歯車減速機が配置され、前記中心軸線の方向における他方の第２の側に前記第２波動歯車減速機が前記第１波動歯車減速機に対して左右対称な状態に配置されており、
前記出力軸は、前記モータ中空部を貫通して延びており、前記モータ中空部から前記第１の側に突出している第１出力軸端部および前記モータ中空部から前記第２の側に突出している第２出力軸端部を備えており、
前記第１波動発生器は前記中空モータ軸の一方の第１モータ軸端部に同軸に連結され、前記第２波動発生器は前記中空モータ軸の他方の第２モータ軸端部に同軸に連結されており、
前記第１波動歯車減速機の前記回転出力部材は前記第１出力軸端部に対して一体回転するように連結されており、
前記第２波動歯車減速機の前記回転出力部材は前記第２出力軸端部に対して一体回転するように連結されている回転アクチュエータ。
請求項２において、
前記第１波動発生器は、前記第１モータ軸端部に同軸に固定した剛性の第１プラグ、および、前記第１プラグの外周面に形成した第１楕円状外周面と前記第１外歯歯車の内周面との間に装着されている第１波動発生器軸受を備え、
前記第２波動発生器は、前記第２モータ軸端部に同軸に固定した剛性の第２プラグ、および、前記第２プラグの外周面に形成した第２楕円状外周面と前記第２外歯歯車の内周面との間に装着されている第２波動発生器軸受を備えており、
前記第１楕円状外周面と前記第２楕円状外周面は同一形状であり、
前記第１、第２楕円状外周面が前記中心軸線回りに位相が９０°ずれた状態となるように、前記第１、第２プラグが前記中空モータ軸に固定されている回転アクチュエータ。
請求項３において、
前記第１波動歯車減速機は、前記第１内歯歯車と前記第１外歯歯車を相対回転可能な状態で支持している第１軸受を備え、
前記第２波動歯車減速機は、前記第２内歯歯車と前記第２外歯歯車を相対回転可能な状態で支持している第２軸受を備え、
前記第１出力軸端部は前記第１軸受によって支持され、前記第２出力軸端部は前記第２軸受によって支持されている回転アクチュエータ。
請求項４において、
前記第１、第２プラグは中空プラグであり、
前記第１プラグの中空部から前記第１の側に突出している前記第１出力軸端部には、第１端板が固定されており、
前記第１波動歯車減速機の前記固定側部材を第１固定側部材と呼び、前記第２波動歯車減速機の前記固定側部材を第２固定側部材と呼び、
前記第１軸受の内輪および外輪を第１内輪および第１外輪と呼び、前記第２軸受の内輪および外輪を第２内輪および第２外輪と呼ぶものとすると、
前記第１端板は、前記第１内輪に固定され、あるいは、前記第１端板と前記第１内輪が単一部材から形成されており、
前記第１内輪は、第１回転出力部材に対して一体回転するように連結され、あるいは、前記第１内輪と前記第１回転出力部材が単一部材から形成されており、
前記第２プラグの中空部から前記第２の側に突出している前記第２出力軸端部には、第２端板が固定されており、
前記第２端板は前記第２内輪に固定され、あるいは、前記第２端板と前記第２内輪が単一部材から形成されており、
前記第２内輪は、第２回転出力部材に対して一体回転するように連結され、あるいは、前記第２内輪と前記第２回転出力部材が単一部材から形成されている回転アクチュエータ。
請求項５において、
前記第１、第２波動歯車減速機は、カップ形状の前記第１、第２外歯歯車を備えたカップ型波動歯車減速機であり、前記中心軸線の方向において、左右対称に配置されており、
前記第１、第２外歯歯車がそれぞれ前記第１、第２回転出力部材であり、
前記第１、第２内歯歯車がそれぞれ前記第１、第２固定側部材である回転アクチュエータ。
請求項５において、
前記第１、第２波動歯車減速機は、シルクハット形状の前記第１、第２外歯歯車を備えたシルクハット型波動歯車減速機であり、前記中心軸線の方向において、左右対称に配置されており、
前記第１、第２外歯歯車がそれぞれ前記第１、第２固定側部材であり、
前記第１、第２内歯歯車がそれぞれ前記第１、第２回転出力部材である回転アクチュエータ。
請求項５において、
前記第１、第２波動歯車減速機は、円筒形状の前記第１、第２外歯歯車を備えたフラット型波動歯車減速機であり、前記中心軸線の方向において左右対称に配置されている回転アクチュエータ。