JP2003534502A - 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】 高調波駆動部（１２）の星形の内側ホイール（１５）が個別のタペット（２１）から成っており、該タペットがタペット・シャフトのほぼ半分の高さにある環状の保持リング（２８）によって唯一の構成部分として互いに運動可能に結合されている。弾性的に圧縮可能なヘッド（２６）と逆の側で、タペット・シャフトの内側の耐熱性に形成された端部（２８）が滑りシューを備え若しくは少なくとも耐摩耗性に被覆されている。内側ホイール（１５）が多成分法の一体的なプラスチック・射出成形部分として、耐熱性の足部（２３）、形状安定な高強度のタペット・シャフトに一体成形された弾性的な保持リング・アーム（２８）並びに異なるプラスチック材料からなるヘッド壁（２７，３２）と一緒に形成されている。

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する。

【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、この場合、回転速度のさらなる減速が異なる円周（
歯数）に基づき行われてよい。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の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。さ
らに前記実用新案の明細書には、きのこ形若しくはＴ字形の個別のタペットを半
径方向で定位置のケージの通路内へ移動することも記載してある。支持リング内
での転がり過程による循環的な半径方向移動が、タペットの足部を駆動コアの外
周面に支持することによって行われ、駆動コアがケージの同軸的な中央孔内でモ
ータによって駆動回転させられるようになっている。タペットの周方向若しくは
接線方向に広がるヘッドを介して、ホイールリムとしてのフレキシブルベルトが
、該フレキシブルベルトの局所的なかつ循環的な外側への変形に基づき支持リン
グ内を転動させられる。

【０００４】 前記形式の高調波駆動部においては、入力軸の著しく高い回転数が、入力軸と
同軸的な出力軸の相応に高いトルクの低い回転数に転換される。駆動コアとハブ
若しくはタペット・足部との相対回転するプラスチック・周面間の熱の発生する
摩擦を減少させるために、前記公知技術では金属性のスリーブの形の滑り軸受を
挿入するようになっており、該滑り軸受が該滑り軸受内の偏心的な駆動コアの作
用を受けて同じく偏心的に変形させられる。このような滑り軸受を寸法の小さい
高調波駆動部内に組み込むことは、製造コストを著しく増大することになり、そ
れというのは非円形の駆動コアがそれ自体円形の金属スリーブ内に遊びなしに装
着されねばならないからである。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７３３４
９７Ａ１号明細書に記載の高調波駆動部においては、金属性の滑りスリーブを省
略して、その代わりに内側ホイールハブを高い弾性値に設定して、非円形の駆動
コアをできるだけ容易に差し込めるようになっている（第２欄、第１１行）。こ
のことは、軸線平行な凸状の２つの面、即ち駆動コアの外周面と内側ホイール・
セクターの足部とを互いに相対的に支持し、従って面圧の著しく高い線接触を行
う場合（前記明細書に添付の図６）には重要である。この場合にも欠点として、
隣接のセクター間の持続的な摩擦運動に基づき熱が発生する。ドイツ連邦共和国
特許出願第１９８３３２９０Ｃ１号明細書に記載の手段では、スポーク状の内側
ホイール・タペットを駆動コアに支持してあり、フレキシブルなリングベルトに
よって互いに結合されたタペットの足部を分割して、弾性的な曲げによって半径
方向のばね作用を生ぜしめるようになっている。この場合にも、波動発生器によ
る内側ホイールの熱負荷を減少させることができない。

【０００５】 従って本発明の課題は、減速比の著しく大きなプラスチック伝動装置において
組み込まれる摩耗しやすい構成部分の数を減少させ、機能確実にかつ小さい所要
スペースで形成し、制限された容積に関連して摩擦に起因する損失熱の発生を減
少させることであり、それというのは損失熱がプラスチック構成部分を介しては
伝導されにくいからである。

【０００６】 前記課題を解決するために、プラスチック射出成形で製造される小型の伝動装
置において半径方向変形可能な内側ホイールの機能にとって半径方向区分で著し
く異なるかつ互いに相反する材料特性が必要であるという考えから出発する。駆
動コアに沿った転動過程は摩擦による加熱に拘わらず形状安定であらねばならず
、循環的な半径方向の力伝達のためには弾性的に連結されてそれ自体剛性のホイ
ールスポーク若しくはタペット・シャフトを用いて、組立コスト及び摩擦加熱が
減少させられ、支持リング内でのリム若しくはフレキシブルベルトの転動にとっ
ては、外側の大きな半径の凹面状の円弧内への半径方向で弾性的に追随可能な係
合が効果的である。

【０００７】 解決手段が本発明に基づき、ハブ、スポーク及びリム並びにケージ内で半径方
向に案内された個別のタペットとの間の中間形状に関連してタペット・足部との
組み合わせによって講じられる。放射状に若しくは星形に配置された個別のタペ
ットが、駆動コアに形状安定に支持されてほぼ中央で隣接のタペット間の周方向
に延びるフレキシブルなアームによって結合されている。この場合、タペットの
足部端部がほぼ半径方向で駆動コアの外周面に滑り確実に（熱的に形状安定でか
つ良好に滑りやすい意味で）支えられており、タペットは相対する側に半径方向
で弾性的に圧縮可能なヘッドを有していてよい。該ヘッドは駆動コアの大きな半
径線、即ち長軸の延長線の領域で仮想の円から半径方向外側へ移動させられて、
隣接の同軸的な外側リング（支持リング及び被駆動リング）の中空シリンダー状
の内周面に十分に係合する。形状係合的な転動のために、内側ホイールの外側歯
部が直接に、断続的なホイールリムとしてのタペット・ヘッドの外周面に設けら
れていてよく、若しくはタペット・ヘッドが、タペット・ヘッドに沿って同軸的
に配置された別個の外側歯付きフレキシブルベルトの支持体として役立つように
なっていてよい。

【０００８】 各タペットのヘッドが幾何学的な形状付与によって及び／又は材料選択に基づ
きシャフトの長手方向で弾性的に変形可能である。これに対して足部端部はすで
に述べてあるように、摩擦に起因する加熱下でも耐えるように形成されており、
この場合例えば電気めっきによって施された滑りやすい被覆を備え、及び／又は
耐熱性の硬い材料から成る滑子を装着していてよい（タペットのシャフトが自由
な端面に、駆動コアの周面に対して滑りやすい耐摩耗性の材料で被覆されていて
よい）。

【０００９】 シャフトの両側に設けられたたわみ可能な短いアームが隣接のタペットのアー
ムとのヒンジ連結のための接続成形部を有していてよい。アームは隣接のタペッ
ト・シャフトに統合して形成され、即ち該タペット・シャフトに一体的に射出成
形されていてよい。

【００１０】 費用のかかるかつエラーの発生しやすい組立作業を避けるために、内側ホイー
ルが、材料特性に対する種々の要求を考慮した多成分・射出成形によって、互い
に中央で弾性的にかつ一体的に連結されたタペットから形成されている。特にこ
のようなタペット・冠状体が、１つの射出成形プロセスによって、著しく良好な
滑り特性の材料からなる耐熱性の足部、半径方向の力伝達のための高強度及び剛
性のシャフト並びに、滑り特性の良好なかつ半径方向圧縮可能なヘッドを含むタ
ペットの相互の結合のための高弾性の材料からなる結合アームを伴って製造され
る。このような相反する要求の一部分は壁厚さを種々に設定することによって満
たされてよい。タペット・内側ホイールが本発明に基づき多成分法で特性の異な
る種々の材料を区域毎に使用して１つの射出成形プロセスで製造されてよい。こ
の場合特に、硬い材料がシャフトのために用いられ、弾性的な材料がたわみ可能
な構成部分に用いられる。このような異なる材料間の結合が、形状接続的に若し
くは接合すべき熱可塑性の材料の付着特性に基づき行われる。熱可塑性の互いに
異なる複数（有利には２つ）のプラスチック材料から射出成形によって製造する
ことに加えて、特にシャフトの足部端部のための例えば耐熱性の別の材料のイン
サートを用いることも、本発明を逸脱することなしに可能である。

【００１１】 次に本発明の有利な実施例を図面に示して詳細に説明する。

【００１２】 図１は、高調波駆動部１２の本発明に基づき構成された内側ホイール１５及び
該内側ホイールを取り囲む定位置の支持リング１１を端面側から概略的に示して
いる。実施例では内側ホイール１５は互いに同一の多数のタペット２１から形成
されており、これらのタペットが保持リング４１を用いて一体的に取り扱い可能
な１つの冠体に結合されている。内側ホイール１５は形状安定な波動発生器１４
によって同軸的に貫通されている。波動発生器１４の、内側ホイール１５に対し
て同軸的に回転可能な通常は図示のように横断面で楕円形の駆動コア内に、駆動
軸１６が同軸的にしかしながら相対回動不能に係合している。該駆動軸は直接に
、図示してないものの図平面の上側に例えば電動モータ若しくは液力モータとし
て同軸的に配置された駆動装置の延長されたモータ軸であってよい。

【００１３】 波動発生器１４によって循環的に軸線・横断面で非円形に変形させられる内側
ホイール１５は、波動発生器１４の大きな半径線の延長線の領域で、内側ホイー
ルの外周面１７の十分に半径方向外側へ移された円弧区分３２に沿って力伝達可
能に、例えば摩擦力接続的に若しくは、図示のように半径方向の歯部１９／２０
を介して形状接続的に、外側の定位置の支持リング１１の形状安定な中空シリン
ダー状の内周面１８に回転結合されている。内側ホイール１５並びに波動発生器
１４は軸線方向で図平面の下側へ、図面で見える支持リング１１に軸線方向で隣
接した別の外側リング内に延びており、該外側リングが減速比の著しく大きな伝
動装置１２の同軸的な出力リングとして内側ホイール１５の外側・歯部１９によ
って連行回転可能に支承されている。

【００１４】 軸線方向で長くかつ半径方向で広くかつ半径方向に変形可能な内側ホイール１
５は、放射状に並べて配置されかつ互いに運動可能に結合された個別の同一の多
数のタペット２１によって構成されている。ほぼＴ字形の各タペット２１はとり
わけ、波動発生器１４の軸線方向の長さにわたって延びる直方体状のシャフト２
２から成っており、該シャフトの足部２３が母面に沿って伝動装置軸線２４に関
して半径方向で、横断面非円形の波動発生器１４の周面４０に支えられている。
シャフト２２は足部２３の自由な端部と逆の側で、シャフトに対して特に半径方
向に弾性的に圧縮可能なヘッド２６内に終わっている。該ヘッドが実質的に、シ
ャフト２２の足部２３と逆の側の端部に接続する側壁２７及びたわみ可能な移行
部を備えていて波動発生器１４の長さにわたって、ひいてはシャフト２２の軸線
平行な長さにわたって軸線平行に延びる中空シリンダー・区分の横断面形状を有
している。側壁は、半径方向の壁対２７−２７を端部側で結合する湾曲壁３２が
外側リング１１への接触に基づき半径方向に圧縮され（即ち平らにされ）、歯部
１９／２０が互いに確実に係合されるとほぼ周方向に弾性的に拡開される。内側
ホイール１５の主平面内を、従って伝動装置・軸線２４に対して横方向に延びて
いてヘッド２６の壁２７−３６−２７間の空間に張設されたフィルム状の壁４３
が、原理的に半径方向で弾性的なヘッド２６の構造的に調整可能な補強として作
用している。

【００１５】 環状に（即ち内側ホイール１５の周方向で）互いに隣接するタペット２１の、
原理的に互いに自由に運動可能な円形若しくは冠体状の一体の内側ホイール１５
への位置決め及び結合が、側方で相対してシャフト２２に有利には一体的に成形
された弾性的な短いアーム２８−２８を用いて行われており、該連なるアームが
１つの保持リング４１に接続されている。それぞれ互いに隣接する２つのタペッ
ト・シャフト２２間で当接するアーム２８−２８が互いにヒンジ的に結合可能で
あって、リンクチェーン状に互いに連結可能な多数のタペット２１を軸線横断面
平面内で限定的に変形可能な１つの内側ホイール１５に組み立てできるようにな
っていてもよい。この場合には、内側ホイールの周囲が、所定の支持リング１１
の内周面１８の直径への適合のために、内側ホイール１５として互いに結合され
るタペット２１の数によって調節され得る。タペット・ヘッド２６の外側湾曲部
が内周面１８と同軸的な円弧上に常に位置していないことは不都合ではなく、そ
れというのは歯部噛み合い１９−２０の領域でヘッド２６が端部側の湾曲壁３２
の変形に基づきホイールリム（フレキシブルベルト１３）の介在下で半径方向に
支持リング１１の内周面１８内に押し込まれて、これによって常に良好な連行接
続を生ぜしめるからである。

【００１６】 タペット２１及び保持リング４１から成る一体的な内側ホイール１５としてま
とめられた互いに隣接のタペット２１間の全体的にたわみ可能な結合部が、簡単
にかつ製造技術的に良好に自動化して形成される。このために、各タペット２１
が両側に、隣接のタペット２１へ直接に接続されたアーム２８を備えている。図
１から明らかなように、タペット２１を、一体成形されたアームによる代わりに
プラスチック若しくはばね鋼から成る弾性的なリング４１によって互いに結合す
ることも可能である。有利には個別のタペット２１が、図１から明らかなように
、交互に一方の軸線方向と他方の軸線方向とで保持リング４１に力伝達可能及び
形状接続的に装着されている。

【００１７】 各タペット２１は弾性的なヘッド２６と逆の側で、熱作用下でも形状安定な足
部２３を備えており、該足部は有利には、特に耐熱性の材料から多成分射出成形
によって形状接続的なあり溝継ぎの形式、溝・キーの形式若しくは類似の断面形
状でシャフト２２の半径方向内側の端部に成形されている。これの代わりに若し
くは付加的に、例えば電気めっきで施された耐摩耗性の被覆４２がシャフト２２
若しくは射出成形された足部２３の内側の端部に設けられていてよい。

【００１８】 図２は、タペット２１を拡大して示している。図３の軸線方向断面から明らか
なように、個別のタペット２１の受容のためのプラスチックから射出成形された
若しくはばね鋼帯材から成形された保持リング４１は、タペット２１のシャフト
２２の軸線方向の長さの一部分にわたってのみ延びている。静粛な走行に関連し
たモーメント補償のために、有利には偶数のタペット２１が交互に保持リング４
１の両側から該保持リングに軸線平行に装着される。

【００１９】 いずれの場合にも高調波駆動部１２の内側ホイール１５を形成する個別のタペ
ット２１が、タペット・シャフト２２のほぼ半分の高さを環状に延びる保持リン
グによって一体的な構成部分として互いに運動可能に結合されている。タペット
・シャフト２２の、ヘッド２６と逆の側の耐熱性に形成された端部が、滑りシュ
ー（足部２３）を備えていて、若しくは少なくとも耐摩耗に被覆されている。内
側ホイール１５が、多成分法で一体的なプラスチック・射出成形品として、熱作
用に対して形状安定な足部２３、及び形状安定な高強度のタペット・シャフト２
２に弾性的に一体成形された保持リング・アーム２８並びに異なる熱可塑性のプ
ラスチック製のヘッド壁２７，３２と一緒に形成されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 高調波駆動部の支持リング内に組み込まれた多成分・タペット冠体の端面図。

【図２】 図１のタペット・冠体の１つのタペットの拡大端面図。

【図３】 図２のタペットの縦断面図。

【符号の説明】

１１ 支持リング、 １２ 高調波駆動部、 １３ フレキシブルベルト、
１４ 波動発生器（駆動コア）、 １５ 内側ホイール、 １６ 駆動軸、 １
７ 外周面、 １８ 内周面、 １９，２０ 半径方向の歯部、 ２１ タペッ
ト、 ２２ シャフト、 ２３ 足部、 ２４ 伝動装置軸線、 ２６ ヘッド
、 ３２ 円弧区分、 ４１ 保持リング、 ４２ 被覆

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年２月７日（２００２．２．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【０００５】 ヨーロッパ特許０９７４７７３Ａ２号明細書に記載の技術においては、内側ホ
イールと駆動コアとの間のタペットの半径方向の弾性的な締め付けがタペットの
端部に設けられたばね材料によって、若しくは少なくとも部分的に弾性可能な材
料からなる二成分・射出成形部分によって行われており、ドイツ連邦共和国特許
出願公開第１９９１２７６１Ａ１号明細書は、モータ及び高調波駆動部からなる
操作駆動部を開示するものであるものの、この場合、耐用年数を高めるために金
属から成るフレキシブルな内側ホイールを用いて、長時間の停止の後の変形を避
けるようになっており、加熱の問題はほとんど解決されていない。プラスチック
は経済的な要求にとって有利である。プラスチックと金属との摩擦にとって有利
な組合せに関連して、金属製の駆動コアが考慮され、該駆動コアの直径は通常は
半径方向に変形可能な内側ホイールの直径よりも著しく小さくなっており、従っ
て駆動コアからの変形力が半径方向のスポーク状のタペットを介して内側ホイー
ルに伝達されるようになっており、タペットが内側ホイールに向かって一様な変
形のために細い分岐部分に区分けしてある。これによって良好な走行特性に関連
してタペットの足部端部を十分な剛性にして、半径方向の運動を駆動コアから内
側ホイールに確実に伝達し、かつ他方で内側ホイールを支持リングに向けて十分
に変形させて係合させようとするものである。タペットの直径が駆動コアへの接
触のための足部端部でいわゆる滑りシューに拡大されていて、駆動コアの外周面
に大きな面で接触して、偏心的な駆動コアから内側ホイールへの半径方向運動の
衝撃のない伝達を行うようになっているものの、滑りシューの側方領域を先細に
し、かつ周方向に連続する滑りシューの側方領域間の間隔に潤滑媒体を導入する
必要がある。ここでは、摩擦問題はタペットの足部端部を拡大されて潤滑された
横断面で金属若しくはプラスチック製の駆動コアの周面に接触させることについ
てしか述べられていない。 従って本発明の課題は、減速比の著しく大きなプラスチック伝動装置において
組み込まれる摩耗しやすい構成部分の数を減少させ、機能確実にかつ小さい所要
スペースで形成し、制限された容積に関連して摩擦に起因する損失熱の発生を減
少させることであり、それというのは損失熱がプラスチック構成部分を介しては
伝導されにくいからである。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年５月２８日（２００２．５．２８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【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に関し、この種
の高調波駆動部はドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１２７６１Ａ１号明細
書により公知である。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高調波駆動部（１２）であって、波動発生器（１４）として
   同軸的に回転可能に配置された非円形の駆動コア及び循環的に半径方向変形可能
   な内側ホイール（１５）を備えており、該内側ホイールが半径方向でタペット（
   ２１）を介して波動発生器（１４）に滑り案内可能に支持されている形式のもの
   において、周方向で、シャフト（２２）に接続された、たわみ可能なアーム（２
   ８−２８）を介して互いに運動可能に結合されたタペット（２１）が、シャフト
   （２２）の足部端部を熱に対して形状安定に、かつ波動発生器・周面（４０）に
   関して良好に滑り可能に形成されていることを特徴とする高調波駆動部。
2. 【請求項２】 波動発生器（１４）として同軸的に回転可能に配置された非
   円形の駆動コアによって循環的に半径方向変形可能な高調波駆動部・内側ホイー
   ル（１５）であって、高調波駆動部・内側ホイールが半径方向でタペット（２１
   ）を介して波動発生器（１４）に滑り案内可能に支持されている形式のものにお
   いて、周方向で、シャフト（２２）に接続された、たわみ可能なアーム（２８−
   ２８）を介して互いに運動可能に結合されたタペット（２１）が、シャフト（２
   ２）の足部端部を熱に対して形状安定に、かつ波動発生器・周面（４０）に関し
   て良好に滑り可能に形成されていることを特徴とする高調波駆動部・内側ホイー
   ル。
3. 【請求項３】 足部端部が滑りやすく被覆されている請求項１記載の内側ホ
   イール。
4. 【請求項４】 足部端部が滑りやすく装着されている請求項１記載の内側ホ
   イール。
5. 【請求項５】 シャフト（２２）が滑り・足部（２３）を備えている請求項
   １から４のいずれか１項記載の内側ホイール。
6. 【請求項６】 シャフト（２２）がたわみ可能に周方向に向けられたアーム
   （２８）を備えており、該アームが隣接の２つのタペット（２１−２１）間で互
   いに結合されている請求項１から５のいずれか１項記載の内側ホイール。
7. 【請求項７】 アーム（２８）が互いに結合されてタペット（２１）のため
   の環状の１つの保持リング（４１）を形成している請求項１から６のいずれか１
   項記載の内側ホイール。
8. 【請求項８】 タペット（２１）が剛性の高強度のシャフト（２２）に、半
   径方向及び周方向で弾性的に変形可能なヘッド（２６）を保持している請求項１
   から７のいずれか１項記載の内側ホイール。
9. 【請求項９】 ヘッド（２６）が、シャフト（２２）にたわみ可能に接続す
   る側壁（２７−２７）を備えた軸線平行な中空シリンダー・セクターとして形成
   されており、前記側壁が湾曲壁（３２）によってブリッジされている請求項１か
   ら８のいずれか１項記載の内側ホイール。
10. 【請求項１０】 ヘッド（２６）の内室が少なくとも部分的に、装置・軸線
    （２４）に対して横方向にフイルム壁（４３）によって張設されている請求項１
    から９のいずれか１項記載の内側ホイール。
11. 【請求項１１】 内側ホイールが多成分・射出成形で異なる強度及び弾性の
    プラスチックから一体的に成形されている請求項１から１０のいずれか１項記載
    の内側ホイール。