JP7087075B2 - 中空型波動歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は波動歯車装置に関し、特に、中心部分を軸線方向に貫通して延びる中空部を備えた中空型波動歯車装置に関する。

中空型波動歯車装置は、例えば、特許文献１（国際公開第２０１５／００１５８２号公報）に記載されている。特許文献１に記載の中空型波動歯車装置は、剛性の内歯歯車の内側に同軸に可撓性のシルクハット形状の外歯歯車が配置され、外歯歯車の内側に同軸に波動発生器が配置され、波動発生器の中心部分には、中空回転軸が同軸状態で貫通している。波動発生器は、楕円状外周面を備えた波動発生器プラグと、楕円状外周面と外歯歯車の内周面との間に装着された波動発生器ベアリングとを有している。波動発生器プラグは、入力軸である中空回転軸に一体形成されている。すなわち、中空回転軸の円形外周面の一部に楕円状外周面が形成されており、楕円状外周面が形成されている軸部分が、波動発生器プラグとして機能する。

国際公開第２０１５／００１５８２号公報

中空型波動歯車装置では、装置外径を増加させることなく、その中空部の大径化が要求される場合がある。また、装置の軽量化のために波動発生器プラグの薄肉化が要求される場合がある。このような要求を満たすために、波動発生器プラグが一体形成されている中空部の大径化、中空回転軸あるいは波動発生器プラグの薄肉化を図ると、波動発生器の剛性の低下に起因してトルク性能も低下してしまう。

本発明の目的は、中空部の大径化等のために中空回転軸あるいは波動発生器プラグを薄肉化した場合に、トルク性能の低下を防止あるいは抑制可能な中空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、本発明は、
剛性の内歯歯車と、
前記内歯歯車の内側に同軸に配置され、前記内歯歯車の内歯にかみ合い可能な外歯が形成されている可撓性の円筒部を備えた外歯歯車と、
前記外歯歯車の前記円筒部の内側に同軸に配置され、前記円筒部を楕円状に撓めて前記内歯歯車の内歯に対して円周方向の２か所の位置でかみ合わせ、回転駆動されると、前記内歯に対する前記外歯のかみ合い位置を円周方向に移動させる波動発生器と、
前記波動発生器を、同軸状態で貫通して延びている中空回転軸と、
を有しており、
前記波動発生器は、
楕円状外周面を備えた波動発生器プラグと、
前記波動発生器プラグの剛性を高めるために配置したプラグ補強部と、
前記楕円状外周面と前記外歯歯車の前記円筒部の内周面との間に装着された波動発生器ベアリングと、
を有しており、
前記中空回転軸には、前記波動発生器プラグを規定する軸部分と、前記プラグ補強部を規定する軸部分とが、一体形成されており、
前記プラグ補強部は、前記中空回転軸において、前記波動発生器プラグに対して前記中空回転軸の中心軸線の方向に隣接した位置に形成されており、
前記プラグ補強部の半径方向の肉厚は、前記波動発生器プラグの半径方向の肉厚よりも厚いことを特徴としている。

本発明の中空型波動歯車装置では、中空回転軸における波動発生器プラグに隣接して、この波動発生器プラグよりも厚い肉厚のプラグ補強部が形成されている。波動発生器プラグに隣接してスポット的に形成した剛性の高いプラグ補強部によって、波動発生器プラグが補強される。中空回転軸の中空部を大きくするために中空回転軸が薄い肉厚になっても、波動発生器プラグの剛性の低下を防止あるいは抑制でき、トルク性能（ラチェッティング）の低下を抑制できる。また、厚い肉厚のプラグ補強部は、中空回転軸において、波動発生器プラグの隣接位置に部分的に形成されるだけなので、中空回転軸の重量増加、イナーシャの増加を最小限に抑えることができる。

ここで、中空回転軸における波動発生器プラグおよびプラグ補強部の内周面は、前記中心軸線の方向の各位置において、同一径の円形内周面とされる。この場合、プラグ補強部の外周面は、中心軸線の方向の各位置において、波動発生器プラグの楕円状外周面を規定する楕円形状の長径よりも大きな外径とされる。中空回転軸の外周面の側に肉盛りをして、厚い肉厚のプラグ補強部を形成するので、中空部の径を確保できる。

また、中空回転軸において、波動発生器プラグに隣接してスポット的に形成した厚い肉厚のプラグ補強部を、波動発生器プラグのカウンタウエイトとして利用している。すなわち、プラグ補強部の外周面を、波動発生器プラグの楕円状外周面に対して、中心軸線を中心として、９０度の位相差のある楕円状外周面としている。

さらに、カップ型あるいはシルクハット型の波動歯車装置の場合には、カップ形状あるいはシルクハット形状の外歯歯車の円筒部の内周面と中空回転軸の外周面との間に、デッドスペースができる。このデッドスペースを利用して、厚い肉厚のプラグ補強部を配置すれば、波動歯車装置の他の部分の設計変更などが不要になる。

本発明を適用した中空型波動歯車装置を示す概略縦断面図、概略横断面図、および各部の輪郭形状を示す説明図である。 プラグ補強部を備えた中空型波動歯車装置の例を示す概略縦断面図および概略横断面図である。 プラグ補強部を備えた中空型波動歯車装置の別の例を示す概略縦断面図である。 プラグ補強部を備えたカップ型波動歯車装置の例を示す概略縦断面図および概略横断面図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る中空型波動歯車装置の実施の形態を説明する。

図１（ａ）は実施の形態に係る中空型波動歯車装置を示す概略縦断面図であり、図１（ｂ）はその概略横断面図である。中空型波動歯車装置１は、円環形状をした剛性の内歯歯車２を備えている。内歯歯車２の内側には、同軸状態で、シルクハット形状をした可撓性の外歯歯車３が配置されている。外歯歯車３の外歯３ａは、内歯歯車２の内歯２ａにかみ合い可能である。内歯歯車２と外歯歯車３は、軸受、本例ではクロスローラベアリング４によって、相対回転自在の状態に保持されている。外歯歯車３の内側には、同軸状態で、波動発生器５が配置されている。波動発生器５の中心部分には、中空回転軸６（中空入力軸）が、同軸状態で貫通している。中空回転軸６の中空部は、中心軸線１ａの方向に貫通して延びる装置中空部７である。

中空型波動歯車装置１において、波動発生器５によって、外歯歯車３は楕円状に撓められ、その長軸Ｌ１の両端において内歯歯車２にかみ合っている。中空回転軸６を介して伝達される回転力によって、波動発生器５が回転すると、両歯車２、３のかみ合い位置が円周方向に移動し、両歯車２、３の歯数差に応じた相対回転が両歯車２、３の間に生じる。内歯歯車２を固定しておくと、外歯歯車３から減速回転が出力される。

以下に、各部の構造を説明する。内歯歯車２は、クロスローラベアリング４の内輪４ａの端面に、不図示のボルトによって同軸に締結固定されている。外歯歯車３は、半径方向に撓み可能な円筒部３ｂと、円筒部３ｂの一方の端から半径方向の外方に延びるダイヤフラム３ｃと、ダイヤフラム３ｃの外周縁に一体形成された円環形状をした剛性のボス３ｄとを備えている。円筒部３ｂにおける他方の端の外周面部分に、外歯３ａが形成されている。クロスローラベアリング４は、ボス３ｄと内歯歯車２との間に配置されている。外歯歯車３のボス３ｄは、クロスローラベアリング４の外輪４ｂに、不図示のボルトによって同軸に締結固定されている。

波動発生器５は、剛性の波動発生器プラグ５ａと、波動発生器ベアリング５ｂとを備えている。波動発生器プラグ５ａの外周面は楕円状外周面５ｃとなっている。波動発生器ベアリング５ｂは、楕円状外周面５ｃと外歯歯車３の円筒部３ｂの内周面との間に装着されている。また、波動発生器５には、波動発生器プラグ５ａの剛性を高めるために、プラグ補強部５ｄが備わっている。

中空回転軸６は、波動発生器５の中心部分を貫通して中心軸線１ａの方向の両側に延びている。中空回転軸６の一方の軸端部６ａには、モータ回転軸などの不図示の回転軸が同軸に連結固定される。本例では、中空回転軸６には、波動発生器プラグ５ａを規定するプラグ軸部分と、プラグ補強部５ｄを規定するプラグ補強軸部分とが、一体形成されている。

中空回転軸６は、その入力側の軸端部６ａから反対側の軸端部６ｄまで、実質的に同一の内径の円形内周面６ｅを備えており、円形内周面６ｅによって装置中空部７が規定されている。中空回転軸６は、その入力側の軸端部６ａの側から反対側の軸端部６ｄに向かう途中の軸部分に、波動発生器プラグ５ａとプラグ補強部５ｄとが一体形成されている。中空回転軸６における波動発生器プラグ５ａおよびプラグ補強部５ｄが形成されている軸部分以外の軸部分は、実質的に同一の外径の円形外周面６ｇとなっている。

中空回転軸６において、波動発生器プラグ５ａに対して中心軸線１ａの方向に隣接した位置に、プラグ補強部５ｄが形成されている。プラグ補強部５ｄは、半径方向の肉厚が波動発生器プラグ５ａの半径方向の肉厚よりも厚い。図１（ｃ）には、プラグ補強部５ｄ、波動発生器プラグ５ａ、およびこれらの部分以外の中空回転軸６の輪郭形状を示してある。この図に示すように、本例では、プラグ補強部５ｄは円形外周面６ｆを備えており、この円形外周面６ｆの外径は、波動発生器プラグ５ａの楕円状外周面５ｃを規定する楕円形状の長径よりも大きい。また、波動発生器プラグ５ａは、外歯歯車３の円筒部３ｂの内部において、外歯３ａに対応する位置に配置され、プラグ補強部５ｄは、円筒部３ｂの内部に位置するように、波動発生器プラグ５ａに対して軸端部６ｄの側に隣接した位置に形成されている。

中空型波動歯車装置１では、中空回転軸６における波動発生器プラグ５ａに隣接して、この波動発生器プラグ５ａよりも厚い肉厚のプラグ補強部５ｄが形成されている。波動発生器プラグ５ａに隣接してスポット的に形成した剛性の高いプラグ補強部５ｄによって、波動発生器プラグ５ａが補強される。装置中空部７を大径化するために、中空回転軸６を薄い肉厚にしても、プラグ補強部５ｄによって波動発生器プラグ５ａの剛性の低下を防止あるいは抑制できる。また、波動発生器プラグ５ａの隣接位置にスポット的に厚い肉厚のプラグ補強部５ｄが形成されるので、波動発生器プラグ５ａに、必要とされる剛性を付与できると共に、中空回転軸６の重量増加、イナーシャの増加を最小限に抑えることができる。よって、中空型波動歯車装置１のラチェッティングトルクの低下を抑制できる。

また、本例では、プラグ補強部５ｄは、中空回転軸６の外周面においてスポット的に肉盛りした部分であり、中空回転軸６の内周面は、中心軸線１ａの方向の各位置において、同一径の円形内周面６ｅとされる。中空回転軸６の円形外周面の側に肉盛りをして、厚い肉厚のプラグ補強部５ｄを形成しているので、中空回転軸６の装置中空部７を大きな内径にできる。

さらに、シルクハット形状の外歯歯車３の円筒部３ｂの内周面と中空回転軸６の外周面との間に形成されるデッドスペースを利用して、厚い肉厚のプラグ補強部５ｄが形成されている。中空型波動歯車装置１の他の部分の形状等の設計変更が不要である。

ここで、中空回転軸６において、波動発生器プラグ５ａに隣接してスポット的に形成した厚い肉厚のプラグ補強部５ｄを、波動発生器プラグ５ａのカウンタウエイトとして利用できる。この場合には、例えば、プラグ補強部５ｄの円形外周面６ｆを、波動発生器プラグ５ａの楕円状外周面５ｃに対して、中心軸線１ａを中心として、９０度の位相差のある楕円状外周面にする等して、波動発生器プラグ５ａとプラグ補強部５ｄとの間で、中空回転軸６の回転時の重量バランスを取ればよい。

（プラグ補強部を備えた中空型波動歯車装置の例）
図２（ａ）はプラグ補強部を備えた中空型波動歯車装置の別の例を示す概略縦断面図であり、図２（ｂ）はその概略横断面図である。中空型波動歯車装置２１の基本構成は、上記の実施の形態の中空型波動歯車装置１と同一であるので、対応する部位には同一の符号を使用し、それらの説明は省略する。以下に、相違する部分について説明する。

中空型波動歯車装置２１においても、波動発生器２５は、剛性の波動発生器プラグ２５ａと、波動発生器ベアリング２５ｂとを備えている。波動発生器プラグ２５ａの外周面は楕円状外周面２５ｃとなっている。波動発生器ベアリング２５ｂは、楕円状外周面２５ｃと外歯歯車３の円筒部３ｂの内周面との間に装着されている。また、波動発生器２５には、波動発生器プラグ２５ａの剛性を高めるために、プラグ補強部２５ｄが備わっている。

波動発生器プラグ２５ａは、中空回転軸２６の外周面側の部分に一体形成されている。すなわち、中空回転軸２６の円形外周面２６ｆの一部が、半径方向の外方に一定幅で突出して、楕円状外周面２５ｃが形成されている。プラグ補強部２５ｄは、中空回転軸２６の内周面側の部分に一体形成されている。すなわち、中空回転軸２６における波動発生器プラグ２５ａが一体形成されている軸部分において、その円形内周面２６ｅが、全周に亘って一定幅で半径方向の内方に突出して、内周面肉盛り部分であるプラグ補強部２５ｄが形成されている。プラグ補強部２５ｄは、中心軸線２１ａの方向の幅が、波動発生器プラグ２５ａが形成されている部分を包含する寸法に設定されている。

中空型波動歯車装置２１では、中空回転軸２６における波動発生器プラグ２５ａが形成されている軸部分には、内周面肉盛り部分によって規定されるプラグ補強部２５ｄが形成されている。中空回転軸２６の内周面にスポット的に形成した内周面肉盛り部分からなるプラグ補強部２５ｄによって、波動発生器プラグ２５ａが補強される。中空回転軸２６を全体として薄肉にしてその軽量化を図る場合に、プラグ補強部２５ｄによって、薄い肉厚となった波動発生器プラグ２５ａの剛性の低下を、防止あるいは抑制できる。また、プラグ補強部２５ｄを中空回転軸２６の一部に設けているので、中空回転軸２６の重量増加、イナーシャの増加を最小限に抑えることができる。よって、波動発生器プラグ２５ａが一体成形されている中空回転軸２６を薄肉にして軽量化を図る場合における、中空型波動歯車装置２１のラチェッティングトルクの低下を抑制できる。

（プラグ補強部を備えた中空型波動歯車装置の別の例）
図３は、プラグ補強部を備えた中空型波動歯車装置の別の例を示す縦断面図である。中空型波動歯車装置３１の基本構成は、前述の実施の形態の中空型波動歯車装置１の場合と同一であるので、対応する部分には同一の符号を使用し、それらの説明は省略する。以下に、相違する部分について説明する。

中空型波動歯車装置３１において、波動発生器３５は、波動発生器プラグ３５ａと、波動発生器ベアリング３５ｂとを備えている。波動発生器プラグ３５ａは、中空回転軸３６の一部に一体形成されている。波動発生器プラグ３５ａの外周面には楕円状外周面３５ｃが形成されている。波動発生器ベアリング３５ｂは、楕円状外周面３５ｃと外歯歯車３の円筒部３ｂの内周面との間に装着されている。また、中空回転軸３６には、波動発生器プラグ３５ａの剛性を高めるためのプラグ補強部３５ｄが一体形成されている。

詳しく説明すると、本例の中空回転軸３６は、小径の円筒形状をした波動発生器プラグ３５ａ（プラグ円筒部）と、この波動発生器プラグ３５ａにおける一方の側に同軸状態で繋がっている大径の円筒形状をしたプラグ補強部３５ｄとから形成されている。波動発生器プラグ３５ａの円形外周面３５ｅに、外方に突出した一定幅の楕円状外周面３５ｃが形成されている。

波動発生器プラグ３５ａの端に繋がっているプラグ補強部３５ｄは、外歯歯車３の円筒部３ｂから中心軸線３１ａに沿って外側に突出しており、波動発生器ベアリング３５ｂに対して中心軸線３１ａの方向に隣接した位置にある。プラグ補強部３５ｄは、波動発生器プラグ３５ａの肉厚よりも厚い肉厚を備えており、その円形内周面３５ｆは、波動発生器プラグ３５ａの外径とほぼ同一の内径となっている。この円形内周面３５ｆの端には、波動発生器プラグ３５ａの円環状端面３５ｇが位置している。プラグ補強部３５ｄは、モータ回転軸等の回転軸を挿入固定するための軸孔部分となっており、挿入される回転軸（図示せず）は、円環状端面３５ｇに当接して、その軸線方向の位置決めが行われる。

波動発生器プラグ３５ａが一体形成されている中空回転軸３６の中空部の内径を大きくし、また、その軽量化、イナーシャの低減化を図るために、中空回転軸３６の肉厚を薄くする場合がある。中空回転軸３６を薄い肉厚にすると、波動発生器プラグ３５ａも薄い肉厚となり、その剛性が低下し、外歯歯車３を楕円状に撓めて内歯歯車２に確実にかみ合わせるために必要な剛性を確保できない場合がある。

本例では、中空回転軸３６には、波動発生器プラグ３５ａを補強するためのプラグ補強部３５ｄが形成されている。このプラグ補強部３５ｄによって、装置中空部７の内径を大きくでき、また、波動発生器プラグ３５ａに、必要とされる剛性が付与される。波動発生器プラグ３５ａが形成されている中空回転軸３６の軽量化を図ることができ、同時に、その剛性を確保して、ラチェッティングトルクの低下を防止あるいは抑制できる。

（プラグ補強部を備えたカップ型波動歯車装置の例）
図４（ａ）は、プラグ補強部を備えたカップ型波動歯車装置を示す概略縦断面図であり、図４（ｂ）はその概略横断面図である。カップ型波動歯車装置４１は、剛性の内歯歯車４２の内側に同軸に配置されたカップ形状の可撓性の外歯歯車４３を備えている。外歯歯車４３は、内歯歯車４２の内歯４２ａにかみ合い可能な外歯４３ａが形成されている可撓性の円筒部４３ｂを備えている。外歯歯車４３の円筒部４３ｂの内側には、同軸に、波動発生器４４が配置されている。波動発生器４４は、外歯歯車４３の円筒部４３ｂを楕円状に撓めて内歯歯車４２の内歯４２ａに対して、楕円の長軸両端の２か所の位置で部分的にかみ合わせる。波動発生器４４が回転すると、内歯４２ａに対する外歯４３ａのかみ合い位置を円周方向に移動し、両歯車４２、４３の間に、両歯車４２、４３の歯数差に応じた相対回転が発生する。

外歯歯車４３は、円筒部４３ｂの一方の第１の端から半径方向に延びるダイヤフラム４３ｃ、および、ダイヤフラム４３ｃの内周縁に形成した剛性の環状のボス４３ｄを備えている。円筒部４３ｂの他方の第２の端の側の部分に外歯４３ａが形成されている。

波動発生器４４は、楕円状外周面４５ａを備えた波動発生器プラグ４５と、波動発生器プラグ４５の剛性を高めるために配置したプラグ補強部４６と、楕円状外周面４５ａと外歯歯車４３の円筒部４３ｂの内周面との間に装着された波動発生器ベアリング４７とを有している。

波動発生器プラグ４５は、楕円状外周面４５ａが形成されているプラグ円筒部４５ｂと、プラグ円筒部４５ｂの内周面から半径方向の内側に延びる円盤状のリブ４５ｃと、リブ４５ｃの中心部分に同軸に形成した内側円筒部４５ｄとを備えている。この内側円筒部４５ｄには、ここを貫通して延びる軸孔４５ｅが形成されている。

プラグ補強部４６は、プラグ円筒部４５ｂにおける外歯歯車４３のダイヤフラム４３ｃの側の端に連続して形成した環状部分である。このプラグ補強部４６の半径方向の肉厚は、プラグ円筒部４５ｂの肉厚よりも厚い。本例では、プラグ補強部４６は、プラグ円筒部４５ｂと同一径の円形内周面４６ａを備えている。また、プラグ補強部４６は、プラグ円筒部４５ｂの楕円状外周面４５ａを規定している楕円形状の長軸よりも大きな外径の円形外周面４６ｂを備えている。

なお、プラグ補強部４６を、波動発生器プラグ４５のカウンタウエイトとして利用できる。この場合には、例えば、プラグ補強部４６の外周面を、円形外周面ではなく、波動発生器プラグ４５の楕円状外周面４５ａに対して、中心軸線４１ａを中心として、９０度の位相差のある楕円状外周面にする。

波動発生器プラグ４５の軽量化、イナーシャの低減化のために、その構成部分であるプラグ円筒部４５ｂ、リブ４５ｃ等の肉厚を薄くする場合がある。これらの部分を薄い肉厚にすると、波動発生器プラグ４５の剛性が低下し、外歯歯車４３を楕円状に撓めて内歯歯車４２に確実にかみ合わせるために必要な剛性を確保できない場合がある。本例では、波動発生器プラグ４５を補強するために、そのプラグ円筒部４５ｂの端を中心軸線４１ａの方向に延長させ、延長させた部分を、厚い肉厚のプラグ補強部４６としてある。プラグ補強部４６によって、波動発生器プラグ４５に、必要とされる剛性が付与される。プラグ補強部４６による重量増加、イナーシャの増加を最小限にすることで、波動発生器プラグ４５の軽量化を図ることができ、同時に、その剛性を確保して、ラチェッティングトルクの低下を防止あるいは抑制できる。

Claims (2)

1. 剛性の内歯歯車と、
   前記内歯歯車の内側に同軸に配置され、前記内歯歯車の内歯にかみ合い可能な外歯が形成されている可撓性の円筒部を備えた外歯歯車と、
   前記外歯歯車の前記円筒部の内側に同軸に配置され、前記円筒部を楕円状に撓めて前記内歯歯車の内歯に対して円周方向の２か所の位置で部分的にかみ合わせ、回転駆動されると、前記内歯に対する前記外歯のかみ合い位置を円周方向に移動させる波動発生器と、
   前記波動発生器を、同軸状態で貫通して延びている中空回転軸と、
   を有しており、
   前記波動発生器は、
   楕円状外周面を備えた波動発生器プラグと、
   前記波動発生器プラグの剛性を高めるために配置したプラグ補強部と、
   前記楕円状外周面と前記外歯歯車の前記円筒部の内周面との間に装着された波動発生器ベアリングと、
   を有しており、
   前記中空回転軸には、前記波動発生器プラグを規定する軸部分と、前記プラグ補強部を規定する軸部分とが、一体形成されており、
   前記プラグ補強部は、前記中空回転軸において、前記波動発生器プラグに対して前記中空回転軸の中心軸線の方向に隣接した位置に形成されており、
   前記プラグ補強部の半径方向の肉厚は、前記波動発生器プラグの半径方向の肉厚よりも厚く、
   前記波動発生器プラグおよび前記プラグ補強部の内周面は、前記中心軸線の方向の各位置において、同一径の円形内周面であり、
   前記プラグ補強部の外周面は、前記中心軸線の方向の各位置において、前記波動発生器プラグの前記楕円状外周面を規定する楕円形状の長径よりも大きな外径を備えており、
   更に、前記プラグ補強部の外周面は、前記波動発生器プラグの前記楕円状外周面に対して、前記中心軸線を中心として、９０度の位相差のある楕円状外周面である中空型波動歯車装置。
2. 請求項１において、
   前記外歯歯車はカップ形状あるいはシルクハット形状の外歯歯車であり、
   前記外歯歯車は、前記円筒部の一方の第１の端から半径方向に延びるダイヤフラム、および、前記ダイヤフラムの外周縁あるいは内周縁に形成した剛性の環状のボスを備え、前記円筒部の他方の第２の端の側の部分に前記外歯が形成されており、
   前記波動発生器プラグは、前記円筒部の内部において、前記外歯に対応する位置に配置され、
   前記プラグ補強部は、前記円筒部の内部において、前記波動発生器プラグに対して前記第１の端の側に隣接した位置に配置されている中空型波動歯車装置。

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