JP2003526061A - 高調波駆動部及び該高調波駆動部のための内側ホイール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、高調波駆動部（１２）に関し、該高調波駆動部が内側ホイール（１５）のトルク若しくは回転方向に依存して変形可能なスポーク（２１）によって構造的に容易に調節可能な過負荷防止及びフリーホイール機能を備えている。このために、伝動装置軸線（２４）に対して横方向若しくはこれに関して半径方向で分割されている。分離部（４５）が内側ホイールの半径方向でたわみ可能にブリッジされて、所定の曲げ負荷の発生に際してシャフトの折れ曲がりによってスポークの有効な半径方向の長さを減少させて、内側ホイール・リム（１３）と外側の支持リング（１１）との間の歯部噛み合いを解除するようになっている。スポーク分離部のブリッジが両方の回転方向にとって、例えば半径方向に関して右ポークシャフトの非対称的な形状によって異なって形成されていて、異なる応働特性を設定して、回転方向に依存したフリーホイール機能を達成するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、独立請求項の上位概念に記載の形式の高調波駆動部及び、該高調波
駆動部のための独立請求項の上位概念に記載の形式の内側ホイールに関し、この
種の高調波駆動部は過負荷防止手段を備えた偏心体伝動装置としてドイツ連邦共
和国特許出願第１９６５０７１６Ｃ１号明細書により公知である。

【０００２】 ハーモニックドライブ若しくはリングベルト・伝動装置としても公知の偏心体
伝動装置若しくは高調波駆動部は、互いに同軸的な駆動軸及び被駆動軸を備えた
減速比の大きなセルフロック式の機構として機能し、回転するいわゆる波動・発
生器が、フレキシブルベルトとも呼ばれる内側ホイール・リムを循環的に半径方
向に変形させ、これによて外周面を部分的にかつ循環的に外側へ定位置の形状安
定な支持リングの周囲のわずかに大きな内周面に押圧する。その結果、内側ホイ
ール自体、若しくは内側ホイール上に回転可能に支承されたホイールリムが摩擦
面を介した摩擦接続的に若しくは歯部を介した形状接続的に支持リング内を転動
し、これによってホイール若しくはリムが円周差異に応じて波動発生器のモータ
駆動可能な駆動コアよりも著しく低速で回転する。該回転運動が有利にはホイー
ルリムの外側歯部を介して、同軸的な別の外側リングの内側歯部に伝達される。
波動・発生器の駆動が通常は同軸的にフランジ結合された高回転数の経済的な低
圧直流モータによって行われ、該モータの回転が低速にかつ相応に高いトルクに
変速される。

【０００３】 ドイツ連邦共和国実用新案第２９６１４７３８号明細書により公知で、H.Hin(
KEM Antriebstechnik Heft 11/1996)の「Genial eifach」なるタイトルの論文に
詳細に記載してある高調波駆動部においては、波動発生器として例えば非円形（
軸線横断面で例えば三角形若しくは有利には楕円形）の駆動コアが内側ホイール
のハブ内を同軸的に回転させられる。半径方向変形可能なハブと内側ホイールの
同じく半径方向変形可能なリムとの間で半径方向に向けられたタペットとして用
いられた形状安定なスポークによって、リムの外側の歯部が所定の円弧区分を介
して支持リングの内側歯部に係合させられる。

【０００４】 スポークの形状安定性が、特に半径方向で保証されて、ハブの循環的な半径方
向変形をリム（いわゆる外側ホイール）に伝達できるようになっていなければな
らない。支持リング内でのリムの負荷下の転動過程に際して、セグメントの周方
向でフレキシブルなスポークが両側の端部で曲げ負荷を受ける。スポークが周方
向で半径方向線から先行している場合には、リムの直径がリムと支持リングとの
係合を解除するまで減少される。従って、スポークが高調波駆動部の過負荷防止
手段として機能する。

【０００５】 本発明の課題は、先行技術の利点を維持した状態で、先行技術の高調波駆動部
若しくは内側ホイールを改善して、過負荷防止手段の応働の際の運動条件を考慮
して著しくフレキシブルに構成でき、これによって広範に使用できるようにする
ことである。

【０００６】 前記課題が本発明に基づき、冒頭に述べた形式の高調波駆動部若しくは内側ホ
イールにおいて独立請求項に記載の構成を設けることによって達成される。スポ
ークが周方向での臨界の応力に際してもはや形状安定でなくなるようになってお
り、この場合、過負荷を防止するための、トルク及び／又は回転方向に依存した
応働値が、特に本発明に基づく形状付与若しくは材料組合せによって多くのパラ
メータに関連して構造的に調整可能である。戻し可能な変形は、スポークの曲げ
剛性に応じて、ホイールリムの半径方向に向けられたセグメントがちょうど支持
リングと係合していて、かつ転動過程に際してスポークの構造的に設定された臨
界の曲げ応力が越えられる場合に生ぜしめられる。

【０００７】 スポークの変形可能性は、ホイールハブ内での駆動コアの回転方向に左右され
ずに構成されていてよく、これによって両方の作業方向で有効な過負荷防止手段
若しくは滑りクラッチの機能が得られる。このような機能は、回転方向に依存し
て設定されていてもよく、このためにスポークがスポークの幾何学形状に基づき
若しくは材料組合せによって他方の方向でよりも一方の回転方向で異なる曲げ剛
性を有している。過負荷下で若しくは逆回転方向でたわむスポークシャフトの変
形が内側ホイールに対する有効なスポーク長さを短くして、ひいてはホイール・
リムの局所的な半径方向変形を生ぜしめず、従って歯部噛み合いが解除され、こ
れによって高調波駆動部を介した力及び運動伝達が中断される。

【０００８】 本発明に基づく手段によって、即ち歯部噛み合いに影響を及ぼすことによって
、ホイールリム（フレキシブルベルト）の歯部パラメータが変えられ、その結果
、最大に設定されたトルクの越えられる際に歯部の滑り外れが生じる。このよう
なモーメント制限は、フリーホイール機能の生じるまで折り曲がるスポークによ
って、高調波駆動部に付加的な機能構成ユニットを装備することないし達成され
る。

【０００９】 次に本発明の有利な実施例を図面に示して、本発明の詳細を説明する。

【００１０】 図面は、ケーシングに固定された形状安定な中空円筒形の支持リング１１及び
該支持リング内にそれぞれ配置されていて互いに同一の複数のスポーク２１を備
えた種々の内側ホイール１５から成る高調波駆動部（ハーモニックドライブ）１
２を端面側から見た部分図である。

【００１１】 図示の各高調波駆動部１２において、非円形（有利な図示の実施例では断面で
楕円形）の形状安定な駆動コア１４が、半径方向変形可能な内側ホイール１５を
同軸的に貫通しており、さらに、内側ホイール１５内に同軸的にかつ回転可能に
配置された駆動コア１４自体が同じく、伝動装置軸線２４に対して同軸的に駆動
軸１６によって相対回動不能に係合されており、該駆動軸は駆動機構の延長され
たモータ軸であってよい（駆動機構は図面には描かれていないものの、例えば電
動モータ若しくは液力モータとして同軸的に図平面上に設置される）。

【００１２】 内側ホイールの断面で非円形に循環していて、半径方向のスポーク２１を介し
て駆動コア１４によって変形させられるホイールリム１３が、駆動コア１４の大
きな半径線（長軸）の延長線の領域で外周面１７の、十分に半径方向外側へ移さ
れた円弧区分に沿って、力伝達可能に若しくは図面に示してあるように、半径方
向の歯部１９／２０を介して形状接続的に、定位置の支持リング１１の形状安定
な中空円筒形の内周面１８に回転結合している。駆動コア１４の回転に伴って、
循環的に半径方向変形可能な外歯部１９が支持リング１１内を転動して、円周の
短いことに基づき駆動コア１４の回転毎にわずかな回転を行う。この場合、リム
１３が内側ホイール１５に対して相対的に回動可能であってよく、内側ホイール
１５が完全に止まっていてもよい。

【００１３】 少なくともリム１３が、該リムの外側の歯部１９で以て、図平面の下側で軸線
方向に支持リング１１から、軸線方向で該支持リング１１に隣接して配置された
形状安定な中空円筒形の外側リング内へ延びており、該外側リングが、減速比の
著しく大きな伝動装置１２の同軸的な被駆動リング若しくは出力リングとしてリ
ム１３の歯部１９によって連行回転可能に支承されている。内側ホイール１５と
同様に通常はプラスチック射出成形で製造される外側リング（支持リング１１及
び出力リング）が、負荷下で半径方向に広げられず、従って歯部がリム１３に噛
み合わされるために、外側リングは有利には、後から施された若しくは好ましく
は同時に設けられた例えば金属製の補強リング（図平面には現れておらず）によ
って形状安定化されている。

【００１４】 軸線方向に長く、半径方向に広くかつ半径方向に変形可能な内側ホイール１５
は、互いに放射状に配列されかつ互いに相対運動可能に連結されたプッシュロッ
ド状の同一の多数のスポーク２１によって構成されている。それ自体形状安定な
各スポーク２１は特に、駆動コア１４、ひいては内側ホイール１５及びリム１３
のほぼ軸線方向長さにわたって延びる直方体状のシャフト２２から成っており、
該シャフトが図１に示してあるよう足部２３で以て直接に、母面に沿って伝動装
置軸線２４に関して半径方向で、断面非円形の駆動コア１４の外周面に支えられ
ており、若しくは足部２３が図３に示してあるように、半径方向変形可能なホイ
ール・ハブ２５から半径方向に外側へ延びている。各足部２３の接触領域若しく
はハブ２５の内周面が有利には、駆動コア・周面の材料に対して滑りやすく、形
状安定な、耐摩耗性及び耐熱性のコーティング４２若しくは挿入体（インサート
）を備えている。

【００１５】 Ｔ字形の形状安定なスポーク・シャフト２２が、足部２３と逆の側で有利には
ほぼ半径方向に弾性的に圧縮可能なヘッド２６を成しており、該ヘッドがリム１
３を相対回動不能に保持しており、若しくはヘッド上をリム１３が良好な滑り特
性で摺動するようになっている。ヘッド２６が実質的に、駆動コア１４の長さ、
ひいてはシャフト２２の軸線平行な方向での長さにわたって軸線平行に延びるシ
リンダー・セクター若しくは中空シリンダー・セクターの横断面形状を有してい
る。別の実施態様では内側ホイール１５によって、局所的にかつ循環的に半径方
向へ押し広げ可能な別個のリム１３を支持するのではなく、周方向に間隔を置い
て続くヘッド２６が直接に、一体的なリム（１３）を備えた内側ホイール１５の
、周方向で断続的に延びて外歯部１９を備えていて循環的に半径方向で支持リン
グ１１の内周面１８内に押し込まれるようになっている外周面１７として用いら
れてよい。

【００１６】 周方向に続くスポーク２１の側方の相互の支持、ひいては周方向の位置決め、
並びに組み合わされた内側ホイール１５への運動可能な結合が、各シャフト２２
の側方に有利には一体的に成形された短いアーム２８によって行われ（図１）、
若しくは該アームの代わりに、或いは該アームに加えて、ホイール・ハブ２５に
よるスポーク２１間の周方向での相互の結合によって行われる（図３、参照）。

【００１７】 伝動装置１２の運転に際して、駆動コア１４からの循環する半径方向の変形力
をプッシュロッド式にリム１３に伝達するスポーク２１も、駆動コア１４の回転
方向に応じて曲げ負荷を受ける。伝動装置１２に伝達される該トルクが、本発明
に基づきスポーク２１の曲げ剛性を意図的に低くすることによって制限される。
図１及び図２では、スポーク２１の直方体状のシャフト２２がほぼ中央で、即ち
半径方向の長さのほぼ半分の所で伝動装置軸線２４に対して平行に分割されてお
り、両方の部分・シャフトが分離ギャップ４５を介してフレキシブルなカップリ
ング（連結部）４６を用いて互いに結合されている。図２の(ａ)若しくは(ｂ)で
は、弾性的に伸張可能なカップリング(coupling)４６がブリッジのために設けら
れており、２つのカップリングが分離ギャップ４５の両方の端部に配置されてお
り、若しくは１つのカップリングが分離ギャップ４５の経路内（領域内）に配置
されている。これによって図面に矢印で示すように、シャフト２２の両方の部分
シャフトは、駆動コア１４と支持リング１１との間のトルク負荷が構造的に規定
された応働値を超えた場合に、分離ギャップ４５の相対する端面を相互に支持し
た状態で互いに相対的に旋回できるようになっている。前記応働値は、シャフト
２２内の分離ギャップ４５の長さ、方向及び幾何学形状、並びにカップリング４
６の伸張特性（ａ）、若しくは分離ギャップ４５内でのカップリングの位置（ｂ
）によって影響される。従って、一方の回転方向での負荷制限を他方の回転方向
での負荷制限と異なって構成することが可能であり、これによって装置の運転に
際して作業負荷を機能にとって危険でない値に制限し、しかしながら支障の発生
に際しては逆回転を全出力状態で保証することができる。純然たるフリーホイー
ル機能(free-wheeling functioning)にとっては、図２の（ｃ）に示すように、
分離ギャップ４５の回転方向に位置する端部に弾性のない１つのカップリング、
即ち単純なたわみヒンジを形成するだけで十分であり、該たわみヒンジが逆方向
運動（図に示す矢印と逆方向の運動）に際して分離ギャップ４５の端面間の開き
旋回を可能にし、これによってスポーク２１の半径方向の有効な長さの減少に基
づき歯部１９／２０間の噛み合いを解除させる。分離ギャップ４５をブリッジす
るための弾性的な若しくはもっぱらたわみ可能なカップリング４６は、別個の構
成エレメントとして形成されてよく、またカップリングは簡単に、射出成形時に
部分・シャフト２２間のフィルムストリップとして組み込まれていてもよい。

【００１８】 図３の変化例では、スポーク２１のシャフト２２が図１及び図２（ａ，ｂ，ｃ
）と異なって、半径方向の長さの一部分にわたって、両側の２つの枝部分（分岐
部分）４７に縦割りされて、ほぼシャフト２２の中央領域に規定されたたわみ特
性の区域を形成している。該区域は例えば、縦割りされたシャフト２２の並列的
（パラレル）な両方の枝部分４７の互いに異なる厚さによって、両方の回転方向
で互いに異なって構成されていてよい。

【００１９】 極端な場合には、並列枝部分４７のうちの１つが完全に省略されており、シャ
フト２２の幾何学形状が図４に示してあり、かつスポーク２１の作業回転方向で
前方へ先行するように湾曲する形状が図５に示してある。これによって内側ホイ
ール１５が、逆の回転方向でフリーホイール機能を有していて、外周面１７の半
径方向の拡開、即ち支持リング１１内へのリム１３の局所的な係合を生ぜしめる
ものではない。スポーク２１の前方へ先行する幾何学形状のほかに、スポーク２
１間の周方向の結合・アーム２８の、装置横断面で見て半径方向の位置及び剛性
に基づき構造的に、逆方向のトルクの作用時のフリーホイール機能の応働特性を
規定することも可能である。

【００２０】 本発明により、高調波駆動部１２が内側ホイール１５のトルクに依存して若し
くは回転方向に依存して変形可能な、即ちたわみ可能なスポーク２１によって構
造的に容易に調整可能な過負荷防止機能及びフリーホイール特性を持って形成で
きる。このために、スポーク・シャフト２２が該シャフトに対して横方向に分割
され、若しくは伝動装置軸線２４に関して半径方向に分割されている。該分割部
が内側ホイール１５の周方向でたわみ可能にブリッジされていて、相応の曲げ負
荷の発生に際してシャフト２２の折れ曲がりにより伝動装置軸線２４に関して半
径方向でのスポーク２１の有効な長さを減少させ、その結果、内側歯車・リム１
３と外側の支持リング１１との間の局所的な歯部噛み合い１９／２０を中止させ
る。スポーク・分割部のブリッジのためのカップリング４６若しくは枝部分４７
が、両方の回転方向で互いに異なって構成されていて、例えばスポーク・シャフ
ト２２の半径方向に関して著しく非対称てきな経過に基づき、スポーク２１の負
荷方向で異なる応働特性を達成するようになっていてよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に基づく内実の直方体状のスポークから成る内側ホイールを備えた高調
波駆動部の部分端面図。

【図２】 図１のスポークの３つの実施例を示す図であり、（ａ）が両側で弾性的に連結
されたスポークを示し、（ｂ）が片側で弾性的に連結されたスポークを示し、か
つ（ｃ）が片側で旋回可能に連結されたスポークを示している。

【図３】 別の実施例の内側ホイールを備えた高調波駆動部の部分端面図。

【図４】 図３若しくは図４に対する変化例の内側ホイールを備えた高調波駆動部の部分
端面図。

【図５】 図３若しくは図４に対する別の変化例の内側ホイールを備えた高調波駆動部の
部分端面図。

【符号の説明】

１１ 支持リング、１２ 高調波駆動部、 １３ ホイールリム、 １４ 駆
動コア、 １５ 内側ホイール、 １６ 駆動軸、 １７ 外周面、 １８ 内
周面、 １９ 外歯部、 ２１ スポーク、 ２２ シャフト、 ２３ 足部、
２４ 伝動装置軸線、 ２５ ホイール・ハブ、 ４６ カップリング、 ４
７ 枝部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J027 FA08 GB02 GB03 GC06 GC22 GD03 GD08 GD12 GE01 GE11 GE14 5H607 AA01 BB01 BB04 CC03 DD19 EE02 EE33 EE35 【要約の続き】

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高調波駆動部（１２）であって、軸線（２４）を中心として
   回転する横断面非円形の駆動コア（１４）を備えており、該駆動コアが、半径方
   向変形可能なスポークホイール状の内側ホイール（１５）のホイールリム（１３
   ）を直径のわずかに大きな形状安定な支持リング（１１）内で同軸的に転動させ
   るために役立っており、内側ホイール（１５）がトルク制限のためにトルクに依
   存して非たわみ剛性のスポーク（２１）を備えている形式のものにおいて、スポ
   ーク（２１）がスポークのシャフト（２２）の長手方向に対して横方向に、たわ
   み可能にブリッジされた分離ギャップ（４５）によって分割されていることを特
   徴とする高調波駆動部。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の高調波駆動部（１２）のための内側ホイー
   ル（１５）において、シャフト（２２）の長手方向に対して横方向に、たわみ可
   能にブリッジされた分離ギャップ（４５）によって分割されたスポーク（２１）
   を備えていることを特徴とする内側ホイール。
3. 【請求項３】 ブリッジが、弾性的に伸張可能な少なくとも１つのカップリ
   ング（４６）を有している請求項２記載の内側ホイール。
4. 【請求項４】 ブリッジが、分離ギャップ（１５）の経路内に弾性的に伸張
   可能な少なくとも１つのカップリング（４６）を有している請求項２又は３記載
   の内側ホイール。
5. 【請求項５】 ブリッジが、分離ギャップ（１５）の少なくとも１つの端部
   に弾性的に伸張可能な少なくとも１つのカップリング（４６）を有している請求
   項２から４のいずれか１項記載の内側ホイール。
6. 【請求項６】 カップリング（４６）が回転方向に依存して応働するように
   なっている請求項２から５のいずれか１項記載の内側ホイール。
7. 【請求項７】 ブリッジが、分離ギャップ（１５）の両方の端部にそれぞれ
   、ホイールリム（１３）の回転方向若しくは該回転方向と逆方向に弾性的に伸張
   可能な１つのカップリング（４６）を有しており、両方のカップリングが互いに
   異なって形成されている請求項２記載の内側ホイール。
8. 【請求項８】 ブリッジがプラスチック・フィルムである請求項２から７の
   いずれか１項記載の内側ホイール。
9. 【請求項９】 請求項１に記載の高調波駆動部（１２）のための内側ホイー
   ル（１５）において、スポーク（２１）がシャフト（２２）の長手方向へ、互い
   に並列的な少なくとも２つの枝部分（４７）に分割されていることを特徴とする
   内側ホイール。
10. 【請求項１０】 請求項１に記載の高調波駆動部（１２）のための内側ホイ
    ール（１５）において、スポーク（２１）が軸線（２４）に関する半径方向線か
    ら、ホイールリム（１３）の回転方向に及び／又は該回転方向と逆方向に湾曲し
    て延びていることを特徴とする内側ホイール。