JP2007225035A - 多段式波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実質的に一台分の設置スペースに設置可能な多段式波動歯車装置を提案すること。
【解決手段】二段式波動歯車装置１は、同心状に配置された内側の前段波動歯車装置１０と外側の後段波動歯車装置２０を有し、前段波動歯車装置１０の剛性内歯歯車１１は、後段波動歯車装置２０の可撓性外歯歯車２２を半径方向に撓めている波動発生器２３の楕円形輪郭のプラグ２３ｂとして用いられており、その内周面には内歯１１ｂが形成され、その外周面１１ｃが楕円形輪郭となっている。後段波動歯車装置２０のカップ形状の可撓性外歯歯車２２の内部スペースを利用して、前段波動歯車装置１０を組み込むことができるので、実質的に外側の後段波動歯車装置２０の設置スペースに、超高減速比の二段式波動歯車装置１を設置することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は多段式波動歯車装置に関し、特に、実質的に一台分の装置寸法で多段化を図った多段式波動歯車装置に関するものである。

高減速比の減速機を実現するために、減速機を直列あるいは並列に組み合わせて多段化する方法が広く採用されている。特許文献１、２には二段構成の遊星歯車装置が開示されている。

減速機としては、位置決め精度の高い高減速比の波動歯車装置が知られている。波動歯車装置では、円環状の剛性内歯歯車の内側に可撓性外歯歯車が配置されており、可撓性外歯歯車は、波動発生器によって半径方向に撓められて部分的に剛性内歯歯車に噛み合った状態となっている。波動発生器をモータなどによって回転させると、両歯車の噛み合い位置が円周方向に移動し、両歯車の歯数差に応じて両歯車は相対回転する。一方の歯車を固定することにより、他方の歯車から減速回転が出力される。特許文献３には２台の波動歯車装置を同軸状に配置した構成の増減速装置が開示されている。
特開平０９−３０３４９４号公報 特開平１１−８２６９７号公報 特開平１０−３１１３８５号公報

ここで、超高減速比の減速装置を実現するためには波動歯車装置を多段に連結する必要がある。この場合には、基本的に連結する台数分の設置スペースが必要となる。設置スペースを確保できない場合にはこのような多段化した減速装置を組み込むことができない場合もある。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、実質的に一台分の設置スペースに設置可能な多段式波動歯車装置を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の多段式波動歯車装置は、同心状に配置された前段波動歯車装置および後段波動歯車装置を有し、前段波動歯車装置の剛性内歯歯車は、後段波動歯車装置の可撓性外歯歯車を半径方向に撓めている波動発生器の非円形輪郭の剛性部材として用いられていることを特徴としている。

ここで、前段波動歯車装置では、可撓性外歯歯車を固定側部材し、剛性内歯歯車を減速回転出力部材とし、後段波動歯車装置では、剛性内歯歯車を固定側部材とし、可撓性外歯歯車を減速回転出力部材とすることができる。このようにすれば、超高減速比の減速装置を実現できる。

本発明の多段式波動歯車装置では、前段波動歯車装置の剛性内歯歯車の外周面が非円形輪郭とされ、当該剛性内歯歯車が後段波動歯車装置の波動発生器の剛性部材に兼用されている。したがって、後段波動歯車装置の波動発生器の設置スペースを利用して、前段波動歯車装置を組み込むことができる。このため、実質的に後段波動歯車装置の設置スペースに、多段化した波動歯車装置を設置することができる。

図１は本発明を適用した超高減速の二段式波動歯車装置を示す縦断面図であり、図２は前段波動歯車装置および後段波動歯車装置のみを取り出して示す縦断面図である。これらの図から分かるように、本例の二段式波動歯車装置１は、同心状に配置された前段波動歯車装置１０および後段波動歯車装置２０を有している。

前段波動歯車装置１０は、剛性内歯歯車１１と、この内側に同心状に配置されている可撓性外歯歯車１２と、この内側に嵌め込まれている波動発生器１３を備えている。後段波動歯車装置２０も、剛性内歯歯車２１と、この内側の同心状に配置されている可撓性外歯歯車２２と、この内側に嵌め込まれている波動発生器２３を備えている。本例では、前段波動歯車装置１０は、その波動発生器１３から入力された回転を減速して剛性内歯歯車１１から出力する。後段波動歯車装置２０では、前段側の剛性内歯歯車１１から入力された回転を更に減速して、可撓性外歯歯車２２から出力する。

前段波動歯車装置１０の剛性内歯歯車１１は、環状本体１１ａと、この円形内周面に沿って形成された内歯１１ｂとを備えている。また、環状本体１１ａの外周面１１ｃは楕円形輪郭とされている。可撓性外歯歯車１２はカップ形状のものであり、円筒状胴部１２ａと、この一方の端から内方に延びている円環状のダイヤフラム１２ｂと、この内周縁に連続している厚肉のボス１２ｃと、円筒状胴部１２ａの他方の開口端の外周面部分に形成された外歯１２ｄとを備えている。ボス１２ｃには中心孔１２ｅが形成されている。

波動発生器１３は、回転入力軸２が連結固定される円筒状ハブ１３ａと、この外周面に取り付けたプラグ１３ｂと、この外周面に装着した転がり軸受け１３ｃを備えている。プラグ１３ｂは、外周面が楕円形輪郭をした剛性板から形成されている。転がり軸受け１３ｃは可撓性の内外輪を備えており、プラグ１３ｂの外周面に対応した楕円形状に撓められている。

可撓性外歯歯車１２の外歯形成部分には、楕円形輪郭の波動発生器１３が嵌め込まれて楕円形に撓められており、その楕円形の長軸方向の両端部において剛性内歯歯車１１に噛み合っている。波動発生器１３が回転すると、両歯車１１、１２の噛み合い位置が円周方向に移動する。剛性内歯歯車１１の歯数は可撓性外歯歯車１２の歯数より２ｎ枚（ｎは正の整数）だけ多い。一般的には２枚だけ多い。したがって、噛み合い位置が円周方向に移動すると、歯数差に応じて減速された回転が剛性内歯歯車１１から出力される。

次に、後段波動歯車装置２０は基本的に前段波動歯車装置１０と同様に構成されている。その剛性内歯歯車２１は、環状本体２１ａと、この円形内周面に沿って形成された内歯２１ｂとを備えている。環状本体２１ａの外周面２１ｃは円形外周面のままである。可撓性外歯歯車２２はカップ形状のものであり、円筒状胴部２２ａと、この一方の端から内方に延びている円環状のダイヤフラム２２ｂと、この内周縁に連続している厚肉のボス２２ｃと、円筒状胴部２２ａの他方の開口端の外周面部分に形成された外歯２２ｄとを備えている。ボス２２ｃには中心孔２２ｅが形成されている。可撓性外歯歯車２２は、内側の可撓性外歯歯車１２と同一の向きとなるように配置されている。

ここで、後段波動歯車装置の波動発生器２３は、プラグ２３ｂと転がり軸受け２３ｃから構成されている。プラグ２３ｂは前段波動歯車装置１０の剛性内歯歯車１１と同一部品からなり、その外周面１１ｃは楕円形輪郭となっている。

可撓性外歯歯車２２の外歯形成部分には、この構成の波動発生器２３が嵌め込まれて楕円形に撓められており、その楕円形の長軸方向の両端部において剛性内歯歯車２１に噛み合っている。波動発生器２３が回転すると、両歯車２１、２２の噛み合い位置が円周方向に移動する。剛性内歯歯車２１の歯数は可撓性外歯歯車２２の歯数より２ｎ枚（ｎは正の整数）だけ多い。一般的には２枚だけ多い。したがって、噛み合い位置が円周方向に移動すると、歯数差に応じて減速された回転が可撓性外歯歯車２２から出力される。

次に、これら前段波動歯車装置１０および後段波動歯車装置２０は、例えば、固定側の垂直支持腕３、４によって水平に支持されている。前側の垂直支持腕３には、後段波動歯車装置２０の剛性内歯歯車２１が固定されている。後側の垂直支持腕４には、円環状の取り付けフランジ５が固定されており、この取り付け用フランジ５には、同軸状態で、連結部材６が固定されている。連結部材６は、後段側の可撓性外歯歯車２２におけるボス２２ｃの中心孔２２ｅを通ってその内側に延びている円筒部６ａと、この円筒部６ａの端から外側に広がっている大径の円環部６ｂとを備えている。円筒部６ａの端面部分には前段側の可撓性外歯歯車１２におけるボス１２ｃが同軸状態で固定されている。また、当該円筒部６ａの外周面と、ボス２２ｃの中心孔２２ｅの内周面の間には軸受け７が装着されており、後段側の可撓性外歯歯車２２が回転自在の状態で当該円筒部６ａによって支持されている。

前段側の剛性内歯歯車１１（外側の波動発生器２３のプラグ２３ｂ）の内側端面には同軸状態で円環状連結部材８が固定されている。この円環状連結部材８と、上記の連結部材６の円環部６ｂの間に軸受け９が装着されており、これにより、前段側の剛性内歯歯車１１が回転自在の状態で支持されている。

一方、回転入力軸２は、前段側の波動発生器１３のハブ１３ａに固定され、ここから、連結部材６の円筒部６ａを貫通して延び、後側の垂直支持腕４を貫通してその後側に突出している。この回転入力軸２は、軸受け３１、３２を介して、後側の垂直支持腕４および、ここに取り付けた連結部材６の円筒部６ａによって回転自在の状態で支持されている。

この構成の二段式波動歯車装置１では、モータなどによって回転駆動される回転入力軸２によって前段側の波動発生器１３が回転すると、可撓性外歯歯車１２が固定されているので、回転自在の状態で支持されている剛性内歯歯車１１が減速回転する。剛性内歯歯車１１は、後段波動歯車装置２０の波動発生器２３のプラグ２３ｂである。

したがって、剛性内歯歯車１１の回転は後段側の波動発生器２３の回転であり、当該波動発生器２３が回転すると、後段波動歯車装置２０の可撓性外歯歯車２２と剛性内歯歯車２１の噛み合い位置が円周方向に移動し、これらの間の相対回転が発生する。剛性内歯歯車２１が固定されているので、可撓性外歯歯車２２が減速回転する。可撓性外歯歯車２２のボス２２ｃには負荷側の部材が連結されており（図示せず）、当該部材が入力回転に比べて大幅に減速された回転数で回転駆動される。

以上説明したように、本例の二段式波動歯車装置１では、同心状に二台の波動歯車装置１０、２０を配置し、内側に配置されている前段波動歯車装置１０の剛性内歯歯車１１を、外側に配置されている後段波動歯車装置２０の波動発生器におけるプラグ２３ｂとして用いている。したがって、後段波動歯車装置２０におけるカップ形状の可撓性外歯歯車２２の内部スペースを利用して、前段波動歯車装置１０を組み込むことができる。よって、外側の後段波動歯車装置２０の設置ペースに、超高減速比の二段式波動歯車装置１を設置することができる。このため、かかる二段式波動歯車装置１が組み込まれたロボットハンドの関節機構などの小型・コンパクト化に有利である。

（その他の実施の形態）
上記の例は二段式の減速機であるが、波動歯車装置を同心状に三段以上組み合わせた多段式のものとすることも可能である。

また、上記の例は減速機であるが、入力と出力を逆にすれば、超高増速比の多段式増速機を実現できることは勿論である。

本発明を適用した二段式波動歯車装置の縦断面図である。 図１の二段式波動歯車装置の前段波動歯車装置および後段波動歯車装置を取り出して示す縦断面図である。

符号の説明

１ 二段式波動歯車装置
２ 回転入力軸
３、４ 垂直支持腕
５ 取り付けフランジ
６ 連結部材
６ａ 円筒部
６ｂ 円環部
７、９ 軸受け
８ 円環状連結部材
１０ 前段波動歯車装置
１１ 剛性内歯歯車（プラグ）
１２ 可撓性外歯歯車
１３ 波動発生器
１３ａ ハブ
１３ｂ プラグ
１３ｃ 転がり軸受け
２０ 後段波動歯車装置
２１ 剛性内歯歯車
２２ 可撓性外歯歯車
２３ 波動発生器
２３ｂ プラグ（剛性内歯歯車）
２３ｃ 転がり軸受け

Claims (2)

1. 同心状に配置された前段波動歯車装置および後段波動歯車装置を有し、
   前段波動歯車装置の剛性内歯歯車は、後段波動歯車装置の可撓性外歯歯車を半径方向に撓めている波動発生器の非円形輪郭の剛性部材として用いられていることを特徴とする多段式波動歯車装置。
2. 請求項１において、
   前段波動歯車装置では、可撓性外歯歯車が固定側部材とされ、剛性内歯歯車が減速回転出力部材とされており、
   後段波動歯車装置では、剛性内歯歯車が固定側部材とされ、可撓性外歯歯車が減速回転出力部材とされていることを特徴とする多段式波動歯車装置。

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