JP2011190826A - 波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 波動歯車装置の製造の容易化・低コスト化・耐久性の向上を図る。
【解決手段】 波動歯車装置のウエーブジェネレーター４の外周に設けられたラジアル軸受６として、周方向に連続配置された多数のニードルローラー８を有する総ころ形ニードルローラーベアリングを採用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、波動歯車減速機や波動歯車増速機として用いることができる波動歯車装置に関する。

この種従来の波動歯車装置は、特許文献１にも例示されるように、サーキュラスプラインと、このサーキュラスプラインの内側に配置されたフレクスプラインと、該フレクスプラインの内側に嵌め込まれたウエーブジェネレータとを備え、フレクスプラインはウエーブジェネレータによって半径方向に撓められて部分的にサーキュラスプラインに噛み合っており、フレクスプラインは可撓性の筒状部を有し、該筒状部の外周に、サーキュラスプラインの内周に形成された内歯と噛み合う外歯が形成されている。

ウエーブジェネレータが回転すると、サーキュラスプラインとフレクスプラインとの噛み合い位置が円周方向に移動し、両スプラインの歯数差に応じて両スプラインの間に相対回転が発生するようになっており、例えば、ウエーブジェネレータを入力回転軸に固定し、サーキュラスプラインをハウジングに固定すると、入力回転軸の１回転で上記歯数差に応じてフレクスプラインが僅かに回転し、該フレクスプラインを出力軸に固定することで非常に高い減速比が得られるようになっている。

従来のウエーブジェネレータは、特許文献１にも示されるように、楕円形輪郭のウエーブプラグと、ウエーブプラグの外周面およびフレクスプラインの内周面部分の間に嵌め込まれているウエーブベアリングとを備え、この従来のウエーブベアリングとしては、例外なく玉軸受が採用されている。

特開２０１０−１４２１５号公報

ウエーブベアリングは、ウエーブプラグの回転に伴って半径方向に撓められるものであるが、そのような挙動を許容する玉軸受の製造、特に楕円形内外輪への軌道用溝の高精度な成形などが困難であり、コスト高となっていた。また、従来の波動歯車装置の寿命を支配しているのはウエーブベアリングの耐久性であるが、従来の玉軸受の場合には楕円形の長円方向の玉の頂点部に応力が集中し易く、このことが耐久性を低下させる要因となる。

本発明は、波動歯車装置の製造の容易化と低コスト化を図るとともに、耐久性の向上をも図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、次の技術的手段を講じた。

即ち、本発明は、円環状の第１のサーキュラスプラインと、該第１のサーキュラスプラインの内側に配置された可撓性筒状のフレクスプラインと、該フレクスプラインの内側に嵌め込まれたウエーブジェネレータとを備え、前記フレクスプラインは前記ウエーブジェネレータによって半径方向に撓められて部分的に前記第１のサーキュラスプラインに噛み合っており、前記ウエーブジェネレータが回転すると、第１のサーキュラスプラインとフレクスプラインとの噛み合い位置が円周方向に移動し、両スプラインの歯数差に応じて両スプラインの間に相対回転が発生する波動歯車装置において、前記ウエーブジェネレータは、剛性の非円形輪郭のウエーブプラグと、このウエーブプラグの外周面と前記フレクスプラインの筒状部の内周面との間に設けられたラジアル軸受とを備えており、該軸受は、周方向に配置された多数のローラーを有するローラーベアリングであることを特徴とするものである。

かかる本発明の波動歯車装置によれば、軸受をローラーベアリングとすることにより製造の容易化と低コスト化を図ることができる。また、ローラーベアリングとすることで、内外輪に対して各ローラーが点ではなく線で接触するようになるため、半径方向の大きな荷重を支承することができ、応力集中を緩和して耐久性の向上を図りうるとともに、出力軸側から外部ラジアル荷重が作用した場合でも安定した回転が可能となる。さらに、径方向へ繰り返し揺動変形する軸受外輪部に、ころ軌道用溝を形成する必要がない。

かかる本発明の波動歯車装置は、ウエーブジェネレータを入力軸、第１のサーキュラスプライン若しくはフレクスプラインを出力軸とする高減速比の波動歯車減速機として使用してもよく、入力と出力を逆転した高増速比の波動歯車増速機として使用することもできる。サーキュラスプラインを出力軸とする場合はフレクスプラインの回転運動を適宜の手段で固定すればよく、また、フレクスプラインを出力軸とする場合は第１のサーキュラスプラインの回転運動を適宜の手段で固定すればよい。また、フレクスプラインを出力軸とする場合には、筒状のフレクスプラインにカップ状の出力取出部を一体に設け、フレクスプラインの径方向の揺動運動を許容しつつ出力取出部の天面に外部出力軸を取り付け固定できるように構成できる。

上記本発明の波動歯車装置において、ウエーブプラグが前記軸受の内輪として機能し、前記ローラーはウエーブプラグの外周面を転動することが好ましい。これによれば、非円形輪郭のローラー転動面を比較的容易に高精度で成形することができるとともに、部品点数の削減によるコスト低減をも図ることができる。

また、前記軸受は、多数のローラーが周方向に隣接配置された総ころ形ローラーベアリングであることが好ましい。これによれば、ローラーのリテーナ（保持器）を設ける必要がなく、径方向に撓む揺動運動を行うこの種波動歯車装置の一層の構造の簡素化とコスト低減とを図ることができる。

さらに、前記軸受は、ウエーブプラグの軸方向両側面にそれぞれ設けられたサポートフランジを備え、該サポートフランジはウエーブプラグの外周面よりも径方向外方に突出し、該フランジの内側面に前記ローラーの軸方向端部が摺接されているものとすることができる。このようにウエーブプラグ側にローラーの案内構造を設けることで、回転によって波動的に径方向に変形される軸受外輪側の構造を簡素化でき、軸受外輪の変形抵抗の低減やコスト低減などを図ることができる。なお、軸受の外輪は、上記フレクスプライン自体によって構成されていてもよく、また、フレクスプラインとは別体の外輪を設けてもよい。

また、前記ローラーはニードルローラーであることが好ましい。ニードルローラーは断面高さが小さく、小スペースで大きなラジアル荷重を負荷することができるとともに、高剛性で慣性力が小さいという利点がある。さらに、コロ本数も多数となることにより径方向に撓む揺動運動にも適している。

また、前記ウエーブプラグは楕円形輪郭であり、その長径と短径との寸法差が前記ローラーの直径よりも小さいことが好ましく、例えば、長径に対する短径の比は０．９０以上０．９８未満とすることができる。これによれば、ウエーブプラグの回転に伴う各コロの径方向への揺動が大きくなりすぎず、円滑な揺動運動を行わせることができる。

また、第１のサーキュラスプラインに並設された第２のサーキュラスプラインをさらに備え、前記フレクスプラインは第２のサーキュラスプラインにも部分的に噛み合っており、ウエーブジェネレータが回転すると第２のサーキュラスプラインとフレクスプラインとの噛み合い位置も円周方向に移動し、第１のサーキュラスプラインの内歯と第２のサーキュラスプラインの内歯との歯数差に応じてこれら第１及び第２のサーキュラスプラインの間に相対回転が発生するように構成されており、前記ローラー及びフレクスプラインは、第１及び第２のサーキュラスプラインの内歯の径方向内方の領域にわたって軸方向に延びているものとすることができる。

かかる構造によれば、第２のサーキュラスプラインをハウジングなどに固定することで、第１のサーキュラスプラインを出力軸として用いることができ、フレクスプラインの構造を非常に簡素化できるため、波動歯車装置全体の小型化が図られる。そして、ローラーを第１及び第２のサーキュラスプラインの内歯の径方向内方の領域にわたって軸方向に延びるように配設することで、各ローラーにより両サーキュラスプラインとの間のラジアル荷重を確実に支承することができ、各部材のねじれを抑えて円滑な回転揺動運動を行わせることができる。より好ましくは、前記ローラー及びフレクスプラインは、各サーキュラスプラインの内歯の軸方向中央部を超えて軸方向に延びているものとするのが良い。

本発明によれば、ウエーブジェネレータのウエーブベアリングとしてローラーベアリングを採用することにより、波動歯車装置の製造の容易化・低コスト化・耐久性の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る波動歯車装置の縦断面図である。 同装置の正面図である。 同装置のウエーブジェネレータの正面図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、本発明の波動歯車装置の一実施形態に係る波動歯車減速機を示し、円環状の剛体からなる２つのサーキュラスプライン１，２と、装置軸線方向に隣接して並設された２つのサーキュラスプライン１，２の内側に配設された可撓性筒状のフレクスプライン３と、フレクスプライン３の内側に嵌め込まれた楕円形輪郭のウエーブジェネレータ４とを備えている。

２つのサーキュラスプライン１，２は実質的に同じ大きさとされ、それぞれの内周には同径の内歯１ａ，２ａが形成されているが、内歯１ａ，２ａの歯数には差が設けられている。一般にはフレクスプライン３はサーキュラスプライン１よりも２ｎ枚（ｎは正の整数）少ない歯数とされ、一実施例において第１サーキュラスプライン１の内歯の歯数は２０２、第２サーキュラスプラインの内歯の歯数は２００とすることができる。第１サーキュラスプライン１は回転軸に取付固定され、第２サーキュラスプライン２は外部ハウジング（図示せず）に取付固定される。

上記フレクスプライン３は可撓性の円筒状部材からなり、このフレクスプライン３は、半径方向に撓むことのできるように構成されている。フレクスプライン３の外周には外歯３ａが形成されており、一実施例において該外歯の歯数は第２サーキュラスプラインの内歯の歯数と同一とすることができる。この外歯３ａが形成されている部分は、ウエーブジェネレータ４によって楕円形に撓められ、その楕円形状の長軸方向の両端部分に位置する外歯３ａが、両サーキュラスプライン１，２の内歯１ａ，２ａに噛み合っており、楕円形状の短軸方向の両端部分に位置する外歯３ａは、両サーキュラスプライン１，２の内歯１ａ，２ａから径方向に離反するようになっている。また、フレクスプライン３の内周面は平滑な円筒面とされている。

ウエーブジェネレータ４は、図３にも示すように、楕円形輪郭をした剛性のウエーブプラグ５とラジアル軸受６とを備えている。該軸受６は、ウエーブプラグ５の外周面とフレクスプライン３の内周面との間に設けられている。なお、図３において、上下方向が楕円の長軸方向とされ、左右方向が楕円の短軸方向とされている。

本実施形態のラジアル軸受６は総ころ形ニードルローラーベアリングにより構成されており、半径方向に撓むことのできる外輪７と、周方向に隣接して連続配置された多数のニードルローラー８とを備えていて、ウエーブプラグ５が内輪として機能するように構成されている。すなわち、各ニードルローラー８はウエーブプラグ５の楕円形外周面を転動し、ウエーブプラグ５の回転に伴って各ローラー８が径方向に揺動し、該ローラー８の揺動に伴って外輪７が径方向に撓むようになっている。なお、他の実施形態において、外輪７をフレクスプライン３と一体のものとすることができる。また、ニードルローラーは、その端面形状が平面のものであってもよく、軸方向外方に突出する球面であってもよく、クランクピン形状のものであってもよい。ウエーブプラグ５の外周面の長径と短径との寸法差は、ニードルローラー８の直径よりも小さい。

好ましくは、軸受６として、グリス封入型総ころニードルベアリングを採用することができるが、開放型のものや、オイル潤滑型のものを採用してもよい。また、ローラー８として針状ではないローラーを用いることもできる。

各ローラー８の軸線はウエーブプラグ５の軸線と平行とされ、該ローラー８の軸方向移動を規制するために、ウエーブプラグ５の軸方向両側面にサポートフランジ９（図３において仮想線で示す。）がそれぞれ取付ビス１０により取付固定されており、ローラー８及び軸受外輪７の軸方向端部がフランジ９の内側面に摺接しながらプラグ５に対して相対回転できるように構成されている。フランジ９は、ウエーブプラグ５の外周面よりも径方向外方に突出し、その外周は正円形状とされている。該フランジ９の外径は、楕円形状に撓められた軸受外輪７の短軸側における外周面の短径よりも小さく且つ内周面の短径よりも大きい寸法とされ、これにより、外輪７もフランジ９によって案内されるように構成されている。

また、各ローラー８及びフレクスプライン３は、第１及び第２のサーキュラスプライン１，２の内歯１ａ，２ａの径方向内方の領域にわたって軸方向に延びており、これらローラー８及びフレクスプライン３によって両サーキュラスプライン１，２を長軸方向の径方向内方から確実に支承するように構成されている。特に図示実施例においては、ローラー８及びフレクスプライン３は、各サーキュラスプライン１，２の内歯１ａ，２ａの軸方向中央部を超えて軸方向外方に延びているが、両サーキュラスプライン１，２の外側面よりも内側に位置するように配設されている。

本実施形態の波動歯車減速機においては、ウエーブジェネレータ４のウエーブプラグ５の軸穴５ａに高速回転軸が連結固定され、ウエーブジェネレータ４が高速回転すると、第１及び第２のサーキュラスプライン１、２とフレクスプライン３との噛み合い位置が円周方向に移動する。固定側の第２サーキュラスプライン２の内歯とフレクスプライン３の外歯の歯数が同一であれば、フレクスプライン３は径方向に撓む揺動運動をするが回転運動はせず、出力軸側の第１サーキュラスプライン１とフレクスプライン３の歯数差に応じて、ウエーブプラグ５の１回転に伴い第１サーキュラスプライン１が歯数差分だけ回転する。

本実施形態によれば、隣接して並設された２枚のサーキュラスプライン１，２の軸方向幅の範囲内に軸受６及びフレクスプライン３を配設することで装置の小型化・軽量化を図ることができるとともに、ニードルローラー８及びフレクスプライン３を両サーキュラスプライン１，２の径方向内方の領域にわたるように配設することにより、多数のニードルローラー８によりフレクスプライン３及び両サーキュラスプライン１，２を捻れなどがなく確実に支承することができ、動作の円滑性と耐久性の向上とを図ることができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更することができる。例えば、上記実施形態では第１のサーキュラスプライン１を出力軸としたが、第２サーキュラスプラインを省いて第１サーキュラスプライン１を外部ハウジングに固定するとともに、フレクスプライン３にカップ状乃至シルクハット状の出力取出部を一体に設けて、フレクスプライン３を出力とすることもできる。

１ 第１のサーキュラスプライン
１ａ 内歯
２ 第２のサーキュラスプライン
２ａ 内歯
３ フレクスプライン
３ａ 外歯
４ ウエーブジェネレータ
５ ウエーブプラグ
５ａ 軸孔
６ 軸受
７ 外輪
８ ローラー
９ フランジ
１０ 取付ビス

Claims (8)

1. 円環状の第１のサーキュラスプラインと、該第１のサーキュラスプラインの内側に配置された可撓性筒状のフレクスプラインと、該フレクスプラインの内側に嵌め込まれたウエーブジェネレータとを備え、
   前記フレクスプラインは前記ウエーブジェネレータによって半径方向に撓められて部分的に前記第１のサーキュラスプラインに噛み合っており、
   前記ウエーブジェネレータが回転すると、第１のサーキュラスプラインとフレクスプラインとの噛み合い位置が円周方向に移動し、両スプラインの歯数差に応じて両スプラインの間に相対回転が発生する波動歯車装置において、
   前記ウエーブジェネレータは、剛性の非円形輪郭のウエーブプラグと、このウエーブプラグの外周面と前記フレクスプラインの内周面との間に設けられたラジアル軸受とを備えており、該軸受は、周方向に配置された多数のローラーを有するローラーベアリングであることを特徴とする波動歯車装置。
2. ウエーブプラグが前記軸受の内輪として機能し、前記ローラーはウエーブプラグの外周面を転動することを特徴とする請求項１に記載の波動歯車装置。
3. 前記軸受は、多数のローラーが周方向に隣接配置された総ころ形ローラーベアリングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の波動歯車装置。
4. 前記軸受は、ウエーブプラグの軸方向両側面にそれぞれ設けられたサポートフランジを備え、該サポートフランジはウエーブプラグの外周面よりも径方向外方に突出し、該フランジの内側面に前記ローラーの軸方向端部が摺接されていることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の波動歯車装置。
5. 前記ローラーはニードルローラーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の波動歯車装置。
6. 前記ウエーブプラグは楕円形輪郭であり、その長径と短径との寸法差が前記ローラーの直径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の波動歯車装置。
7. 第１のサーキュラスプラインに並設された第２のサーキュラスプラインをさらに備え、前記フレクスプラインは第２のサーキュラスプラインにも部分的に噛み合っており、ウエーブジェネレータが回転すると第２のサーキュラスプラインとフレクスプラインとの噛み合い位置も円周方向に移動し、第１のサーキュラスプラインの内歯と第２のサーキュラスプラインの内歯との歯数差に応じてこれら第１及び第２のサーキュラスプラインの間に相対回転が発生するように構成されており、
   前記ローラー及びフレクスプラインは、第１及び第２のサーキュラスプラインの内歯の径方向内方の領域にわたって軸方向に延びていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の波動歯車装置。
8. 前記ローラー及びフレクスプラインは、各サーキュラスプラインの内歯の軸方向中央部を超えて軸方向に延びていることを特徴とする請求項７に記載の波動歯車装置。

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