JP2014020496A - 波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外歯車の耐久性を向上させ、かつ出力トルクを大きくした波動歯車装置を提供する。
【解決手段】波動歯車装置１０は、内歯車１３と、内歯車の内側に配置され、環状に形成された外歯車１８と、外歯車１８の内側に配置され、外歯車１８を撓ませて、内歯車１３の一部と外歯車１８の一部とを噛み合わせるとともに、回転駆動されることにより内歯車１３と外歯車１８とが噛み合う部分を内歯車１３及び外歯車１８の周方向に移動させる波動発生器１９と、外歯車１８の回転に伴って回転するように外歯車１８に係合する出力軸ＳＯを備える。外歯車１８は、環状に形成されたリムＲ１を有し、リムＲ１の外周に歯が一体的に形成されている。リムＲ１の外周面のうち歯が形成された部分とは反対側の内周面の部分に、歯の歯幅方向に平行に延びる溝部１８ａが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、波動歯車装置に関する。

従来から、例えば下記特許文献１に記載されているように、波動歯車装置は知られている。この波動歯車装置は、通常の波動歯車装置の外歯車から歯を１枚置きに間引いた形状の外歯車を採用している。このようにして外歯車の歯と歯の間隔を広くすることにより、外歯車の歯底部分に応力が集中することが防止される。これにより、外歯車の耐久性が向上する。

特開平１０‐１４８２４０号公報

上記特許文献１に記載の波動歯車装置によれば、外歯車の歯が内歯車に１枚置きに噛み合うので、外歯車及び内歯車の歯のうち同時に噛み合う歯の数が少ない。そのため、波動歯車装置の出力トルクが小さい。

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、外歯車の耐久性を向上させ、かつ出力トルクを大きくした波動歯車装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、内歯車（１３，２５）と、内歯車の内側に配置され、環状に形成された外歯車（１８，２８）と、外歯車の内側に配置され、外歯車を撓ませて、内歯車と外歯車とを部分的に噛み合わせるとともに、回転駆動されることにより内歯車と外歯車とが噛み合う部分を内歯車及び外歯車の周方向に移動させる波動発生器（１９）と、外歯車の回転に伴って回転するように外歯車に係合する出力軸（ＳＯ）と、を備えた波動歯車装置（１０，２０）であって、外歯車は、環状に形成されたリム（Ｒ１，Ｒ２）を有し、リムの外周に歯が一体的に形成され、リムの外周面のうち歯が形成された部分とは反対側の内周面の部分に、歯の歯幅方向に平行に延びる溝部（１８ａ，２８ａ）が形成されていることにある。

一般に、波動歯車装置の外歯車は、内側に配置された波動発生器によって撓められる。この撓み量を大きくするため、外歯車のリムの径方向の肉厚は、その外周面に設けられる歯の歯丈と同等、又は歯丈よりも小さいことが好ましい。したがって、リムの外周面に歯が設けられている部分と歯が設けられていない部分とでは、周方向に垂直な断面の形状及び大きさが大きく異なる。一般に、断面の形状及び大きさが大きく変化する部分（境界）の付近には、応力が集中し易い。本発明によれば、リムの外周面のうち歯が形成された部分とは反対側の内周面の部分に歯幅方向に延びる溝部を設けたので、歯が設けられている部分の径方向の肉厚と、歯が設けられていない部分の径方向の肉厚の差を小さくすることができる。すなわち、外歯車の周方向に垂直な断面の形状及び大きさは、外歯車の周方向に沿って周期的に変化するが、その変化量が小さい。これにより、リムの内周面に溝部が設けられていない場合と比較すると、応力を分散させて、応力集中を緩和できる。したがって、外歯車の耐久性を向上させることができる。また、本発明によれば、従来技術のように歯を間引いていない。よって、高出力で且つ外歯車の耐久性が向上した波動歯車装置が提供される。

また、本発明の他の特徴は、外歯車が、歯幅方向における端部から歯幅方向に沿って突出するとともに、出力軸に係合する突出部（２８ｂ）を有することにある。この場合、出力軸は、軸部（ＳＯ）と、軸部に一体回転可能に形成され外周に歯が形成された出力歯車部（２７１）とを有し、突出部が出力歯車部の歯に係合しているとよい。さらに、出力歯車部が外歯車に隣接して同軸配置されており、突出部が出力歯車の軸方向から出力歯車の歯のうち隣接する歯と歯の間に侵入し、侵入した突出部が出力歯車の歯面に係合するように構成されているとよい。

例えば、従来の一般的なフラット型の波動歯車装置によれば、出力軸と一体的に構成された内歯車又は出力軸に組み付けられた内歯車が外歯車に噛み合っている。すなわち、出力軸と一体的に構成された内歯車又は出力軸に組み付けられた内歯車が外歯車の外周を覆うように構成されている。これに対し、本発明によれば、外歯車の端面（歯幅方向における端面）から歯幅方向に突出した突出部が出力軸に係合する。したがって、出力軸（又は出力軸に連結された部分）が外歯車の外周を覆う必要が無いので、出力軸の外径を外歯車の外径とほぼ同等にすることができる。これにより、波動歯車装置を小型化できる。

本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置の斜視図である。 図１の波動歯車装置を分解して負荷側から見た斜視図である。 図１の波動歯車装置を分解して駆動源側から見た斜視図である。 内歯車の歯の部分を拡大した拡大図である。 外歯車の歯の部分を拡大した拡大図である。 図１の波動歯車装置における内歯車及び外歯車の歯に作用する力の方向を説明するための概念図である。 従来の波動歯車装置における内歯車及び外歯車の歯に作用する力の方向を説明するための概念図である。 本発明の第２実施形態に係る波動歯車装置の斜視図である。 図８の波動歯車装置を分解して負荷側から見た斜視図である。 図８の波動歯車装置を分解して駆動源側から見た斜視図である。 外歯車の突出部を拡大した拡大図である。 図８の波動歯車装置の内歯車と外歯車の噛み合い、及び外歯車とカップリング歯車との係合状態を示す図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置１０について説明する。波動歯車装置１０は、図１に示すように、一般にフラット型と呼ばれるタイプであるが、本発明は、カップ型、シルクハット型と呼ばれるタイプの波動歯車装置にも適用可能である。波動歯車装置１０は、波動歯車装置１０の外郭を構成するハウジング１１を有する。このハウジング１１は、駆動源側に位置する駆動源側ハウジング１２と負荷側に位置する負荷側ハウジング１５を備えている。駆動源側ハウジング１２からは駆動源に接続される入力軸ＳＩが突出し、負荷側ハウジング１５からは負荷に接続される出力軸ＳＯが突出している。駆動源からの駆動力が入力軸ＳＩから波動歯車装置１０に入力され、波動歯車装置１０で減速されるとともに出力軸ＳＯから出力される。入力軸ＳＩと出力軸ＳＯは、同一直線上であってそれぞれ反対の方向に突出する。以下、入力軸ＳＩ及び出力軸ＳＯの突出方向を軸線方向と呼び、入力軸ＳＩが突出する側を駆動源側と呼び、出力軸ＳＯが突出する側を負荷側と呼ぶ。

図２及び図３に示すように、駆動源側ハウジング１２は、リング状に形成されている。駆動源側ハウジング１２の内周面には、内歯車１３が一体的に形成されている。内歯車１３はその回転軸方向が軸線方向に一致するように配置される。また、駆動源側ハウジング１２の駆動源側の端面には、入力軸ＳＩを回転可能に支持する軸受部１４が一体的に形成されており、負荷側の端面は開口している。

次に、内歯車１３の歯の歯形について説明する。図４に示すように、内歯車１３の歯の歯厚は、内歯車１３の径方向（歯の歯丈方向）における外側（歯底側）から内側（歯先側）へ向かうに従って減少している。そして、その歯厚の減少率は、内歯車１３の歯における径方向外側（歯底側）の端部寄りに位置する第１部分１３１においては一定であるが、第１部分１３１の径方向内側（歯先側）の端部に連続する第２部分１３２及び第２部分１３２の径方向内側（歯先側）の端部に連続する第３部分１３３においては径方向外側から内側へ向かうに従って増大している。すなわち、第１部分１３１の歯面は平面であり、第２部分１３２及び第３部分１３３の歯面は凸状の円弧面である。第２部分１３２の歯面の曲率半径は、第３部分１３３の歯面の曲率半径よりも大きい。例えば、第２部分１３２の歯面の曲率半径は、１．５ｍｍであり、第３部分１３３の歯面の曲率半径は、０．３ｍｍである。

負荷側ハウジング１５は、有底円筒状に形成されていて、底面を形成する円板部分の中央には、出力軸ＳＯを回転可能に支持する円筒状の軸受部１６が一体的に形成されている。

上記構成の駆動源側ハウジング１２の開口面と負荷側ハウジング１５の開口面が対面するように両者が付き合わされ、その状態でボルト等の締結部材で両者が締結されることによりハウジング１１が形成される。このようなハウジング１１の内側に、カップリング歯車１７、外歯車１８及び波動発生器１９が収納される。カップリング歯車１７、外歯車１８及び波動発生器１９は回転する部材であり、それぞれの回転中心軸線が同一直線上に位置するように、ハウジング１１内に収納される。

カップリング歯車１７は、円筒状の側周部１７ａと、側周部１７ａの一方の端面を塞ぐように設けられた円板部１７ｂとを有し、側周部１７ａの内周面に歯が形成されている。すなわち、カップリング歯車１７は内歯車であり、その径は内歯車１３と同径である。カップリング歯車１７の円板部１７ｂの負荷側を向いた面の中心部分から出力軸ＳＯが突出して形成されている。このようなカップリング歯車１７は、その開口面を内歯車１３に向かい合わせた状態で、且つその回転軸方向が軸線方向に一致するように、ハウジング１１内に収められている。カップリング歯車１７がハウジング１１に収められた状態では、出力軸ＳＯが軸受部１６に回転可能に支持されるとともに負荷側ハウジング１５から突出する。

外歯車１８は、環状に形成されたリムＲ１を備え、リムＲ１の外周面に歯が一体的に形成されている。この外歯車１８は、その回転軸方向が軸線方向に一致し、且つ内歯車１３の内周側及びカップリング歯車１７の内周側に共に亘るように、これらの内部に収められている。したがって、外歯車１８の歯の負荷側寄りの部分がカップリング歯車１７の歯に噛み合い可能であり、駆動源側の部分が内歯車１３の歯に噛み合い可能である。

次に、外歯車１８の歯の歯形について説明する。図５に示すように、外歯車１８の歯は、歯底面から外歯車１８の径方向（歯の歯丈方向）における外側（歯先側）に向けて形成された第１部分１８１と、第１部分１８１の径方向外側（歯先側）の端部に連続する第２部分１８２とを有する。両部分の接続位置（境界位置）は、外歯車１８の歯の径方向（歯の歯丈方向）における中央部Ｏよりも外側（歯先側）の位置である。したがって、第１部分１８１の歯丈方向長さは第２部分１８２の歯丈方向長さよりも長い。第１部分１８１の歯厚は、外歯車１８の径方向内側（歯底側）から外側（歯先側）へ向かうに従って減少している。そして、その歯厚の減少率は、径方向内側（歯底側）から外側（歯先側）へ向かうに従って減少している。一方、第２部分１８２の歯厚は径方向内側から外側へ向かうに従って減少し、歯厚の減少率は径方向内側（歯底側）から外側（歯先側）へ向かうに従って増大している。第１部分１８１の歯面は、凹状の円弧面であり、その曲率半径は、歯丈に比べて十分に大きい。第１部分１８１の歯面の曲率半径は、歯丈の２倍以上であるとよい。本実施形態においては、外歯車１８の歯の歯丈は３．４ｍｍであり、第１部分１８１の曲率半径は６．８ｍｍである。また、第２部分１８２の歯面は、凸状の円弧面である。第１部分１８１の曲率半径は、内歯車１３の第２部分１３２の曲率半径よりも大きい。

内歯車１３の歯の第１部分１３１の径方向中間部（歯先寄りの部分）から第２部分１３２の径方向中間部（歯元寄りの部分）に亘る領域Ｂ（図４参照）内の部分が、外歯車１８の第１部分１８１の径方向外側の端部側の領域、すなわち第１部分１８１の歯先側の領域Ａ内の部分に当接するように、外歯車１８が内歯車１３に対して設計されている。第１部分１８１が本発明の歯厚減少部に相当する。領域Ａは、第１部分１８１のうち外歯車１８の歯の径方向における中央部（歯丈の中央部）Ｏよりも径方向外側（歯先側）に位置している。内歯車１３の歯の領域Ｂ内の部分が領域Ａ内の部分に当接している状態を内歯車１３の歯と外歯車１８の歯が噛み合っている状態という。外歯車１８の歯と内歯車１３の歯とが噛み合った状態において、外歯車１８の歯の歯底面と内歯車１３の歯の歯先面との間には、比較的大きなクリアランス（例えば、１ｍｍ）が形成される。

また、外歯車１８のリムＲ１の内周面には、リムＲ１の外周面に形成された歯の歯幅方向に延びる溝１８ａが形成されている。この溝１８ａは、リムＲ１の外周面のうち歯が形成されている部分とは反対側の内周面の部分に形成されている。したがって、外歯車１８の歯数と同数の溝１８ａが形成されている。このような外歯車１８の内側に波動発生器１９が嵌め込まれる。外歯車１８は可撓性を有しており、次に説明するように、波動発生器１９によって楕円状に撓められる。

波動発生器１９は、円板状に形成された回転板１９ａを有する。回転板１９ａはその回転軸方向が軸線方向に一致するように配置される。回転板１９ａの駆動源側を向いた面の中央部には、入力軸ＳＩが形成されている。入力軸ＳＩは軸受部１４に回転可能に支持される。入力軸ＳＩを回転させると回転板１９ａが回転する。また、回転板１９ａの負荷側を向いた面には、軸１９ｂ，１９ｂが設けられている。軸１９ｂ，１９ｂは、回転板１９ａの中心を挟むような位置に設けられていて、回転板１９ａから各軸１９ｂまでの距離は等しい。したがって、回転板１９ａが回転したときに、これらの軸１９ｂ，１９ｂは同一軌跡上を回転する。軸１９ｂ，１９ｂには、ローラ１９ｃ，１９ｃが組み付けられている。ローラ１９ｃ，１９ｃは、軸１９ｂ，１９ｂ周りに回転可能である。ローラ１９ｃ，１９ｃの一部が回転板１９ａの外周面よりも外側に少し突出している。

外歯車１８に波動発生器１９が嵌め込まれていない状態では、外歯車１８は円環状である。外歯車１８に波動発生器１９が嵌め込まれると、ローラ１９ｃ，１９ｃにおける回転板１９ａの外周面よりも外側に突出した部分が外歯車１８の内周面に当接し、外歯車１８は楕円状に撓められる。楕円状に撓められた外歯車１８の長軸上に位置する歯及びその周辺に位置するいくつかの歯が、内歯車１３及びカップリング歯車１７の歯に噛み合う。

外歯車１８の歯数とカップリング歯車１７の歯数は同一である。これに対して、内歯車１３の歯数は外歯車１８の歯数よりも２×ｎ枚（ｎは正の整数）多い。

上記構成の波動歯車装置１０において、駆動源からの回転駆動力により入力軸ＳＩが回転すると、回転板１９ａも回転する。回転板１９ａの回転によって、回転板１９ａに軸１９ｂ，１９ｂを介して取り付けられているローラ１９ｃ，１９ｃが、回転板１９ａの中心回りを回転する。ローラ１９ｃ，１９ｃがこのように回転することによって、楕円状に撓められている外歯車１８の長軸部分が移動（回転）する。これにより、外歯車１８と内歯車１３との噛み合い部、及び、外歯車１８とカップリング歯車１７との噛み合い部が周方向に移動する。このとき内歯車１３の歯は、外歯車１８の歯の第１部分１８１のうち径方向外側（歯先側）に位置する領域Ａに噛み合う。そして、外歯車１８と内歯車１３の歯数差に基づいて外歯車１８が内歯車１３に対して回転する。一方、外歯車１８の歯数はカップリング歯車１７の歯数と同一であるので、カップリング歯車１７は外歯車１８に対して回転しない。つまり、内歯車１３に対して外歯車１８及びカップリング歯車１７が相対回転する。このため、入力軸ＳＩの回転が減速されるとともにその回転がカップリング歯車１７に接続された出力軸ＳＯに伝達される。本実施形態においては、外歯車１８及びカップリング歯車１７の歯数は７０枚であり、内歯車１３の歯数は７２枚である。したがって、波動歯車装置１０の減速比は、１：３５である。

内歯車１３と外歯車１８とが噛み合っているときには、図６に示すように、内歯車１３及び外歯車１８の接点Ｐにて外歯車１８の歯の径方向軸Ｃと平行な方向に押し付け力Ｆが作用する。押し付け力Ｆは、接点Ｐにおける外歯車１８の接線Ｌに垂直な方向に作用する力Ｆｈと、径方向軸Ｃに垂直な方向に作用する力Ｆｒとの合力とみなすことができる。出力軸ＳＯから取り出される波動歯車装置１０の出力トルクは、外歯車１８の歯のうち内歯車１３に噛み合っている各歯に作用している力Ｆｒと出力軸ＳＯから接点Ｐまでの距離との積の総和に比例する。力Ｆｒは、押し付け力Ｆを、接点Ｐにおける接線Ｌと外歯車１８の歯の歯丈方向に沿った径方向軸Ｃとのなす角αの正接で除すことにより求められる（Ｆｒ＝Ｆ／ｔａｎα）。したがって、前記各歯における角度αが小さいほど、波動歯車装置１０の出力トルクが大きい。

図７に示す従来の外歯車のように、内歯車の歯に当接する部分の歯面が凸面状に形成されている場合には、内歯車の歯と外歯車の歯との接点Ｐが外歯車の歯底面に近いほど、径方向軸Ｃに対する歯面の傾斜角度が小さくなるため角度αは小さくなる。つまり、上記従来の波動歯車装置によれば、外歯車の歯の歯底面に近い部分に内歯車の歯を当接させなければ大きなトルクを得ることができない。これに対し、本実施形態の波動歯車装置１０によれば、外歯車１８の歯のうち第１部分１８１の歯厚は、外歯車１８の径方向内側（歯底側）から外側（歯先側）へ向かうに従って減少し、その減少率は、径方向内側から外側へ向かうに従って減少している。すなわち、第１部分１８１の歯面は凹面状に形成されている。そのため、内歯車１３の歯と外歯車１８の歯との接点Ｐが外歯車１８の歯先側に近いほど、径方向軸Ｃに対する歯面の傾斜角度が小さくなるため角度αは小さくなる。つまり、内歯車１３の歯と外歯車１８の歯との接点Ｐが第１部分１８１のうち歯先寄りの部分である領域Ａに位置していれば、角度αは十分に小さい。したがって、本実施形態のように、領域Ａにて内歯車１３の歯を当接させることにより大きな出力トルクを得ることができる。

また、領域Ａの歯面の曲率半径は、外歯車１８の歯の歯丈よりも十分に大きい。そのため、領域Ａにおける接点Ｐの位置が多少変化しても、角度αの変化量が小さい。したがって、領域Ａにおける径方向内側端部に内歯車１３の歯が当接したときであっても、領域Ａにおける径方向外側端部に内歯車１３の歯が当接したときとほぼ同等の大きさの力Ｆｒを外歯車１８の歯に作用させることができる。

また、領域Ａが、外歯車１８の歯の径方向中央部（歯丈の中央部）Оよりも外周側（歯先側）に形成されているので、外歯車１８の撓み量が小さくても、外歯車１８の歯が内歯車１３の歯を跨ぐ際に両者が干渉することを防止できる。したがって、本実施形態によれば、高出力で、且つ外歯車１８の耐久性を向上させた波動歯車装置１０を提供することができる。

また、上記のように、波動歯車装置１０においては角度αが小さいので、仮令内歯車１３及び外歯車１８の製造精度が低く、角度αの大きさが設計値とは多少異なっても、力Ｆｒ（＝Ｆ／ｔａｎα）の大きさに与える影響が少ない。したがって、角度αが大きい場合に比べて、出力トルクにバラつきが生じ難い。そのため、内歯車１３及び外歯車１８が比較的軟質の材料（樹脂、硬質ゴムなど）で構成されていて、それらの製造精度を高く保つことが困難であっても、出力トルクのバラつきを抑制できる。

また、内歯車１３の歯の第２部分１３２及び第３部分１３３、並びに外歯車１８の歯の第１部分１８１の歯面は円弧面である。このように、内歯車１３及び外歯車１８の歯の歯面の形状は比較的単純であるので、内歯車１３及び外歯車１８を簡単に製造できる。

また、外歯車１８は、環状に形成されたリムＲ１を有し、このリムＲ１の外周に歯が一体的に形成され、リムＲ１の外周面のうち歯が形成されている部分と反対側の内周面の部分に、歯の歯幅方向に平行に延びる溝部１８ａが形成されている。本実施形態において溝１８ａの断面は半円形であり、最も深い部位が、外歯車の中心から歯先の中心を結ぶ線上に位置するように、溝１８ａが形成されている。すなわち、リムＲ１の外周に形成された歯の中心と、リムＲ１の内周に形成された溝部１８ａの中心が、外歯車１８の径方向に沿うように、歯と溝部１８ａとの位置関係が定められている。

一般に、断面形状及び大きさが大きく変化する部分（境界）の付近には、応力が集中し易い。本実施形態においては上記のような溝部１８ａを外歯車１８に形成したので、外歯車１８の周方向に沿った肉厚（径方向における長さ）の変化量が少なくなる。すなわち、外歯車１８の周方向に垂直な断面の形状及び大きさが、外歯車１８の周方向に沿って緩やかに変化している。したがって、外歯車１８が波動発生器１９により撓められた際に、応力が分散されて、応力集中が緩和される。それゆえ、外歯車１８の耐久性が向上する。また、本実施形態の外歯車１８は従来技術のように歯を間引いていない。よって、本実施形態によって、高出力で且つ外歯車の耐久性が向上した波動歯車装置が提供される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る波動歯車装置２０について説明する。波動歯車装置２０も、第１実施形態の波動歯車装置１０と同様に、一般にフラット型と呼ばれるタイプである。図８に示すように、波動歯車装置２０は、その外郭を構成するハウジング２１を有する。ハウジング２１は、駆動源側に位置する駆動源側ハウジング２２と負荷側に位置する負荷側ハウジング２４を備えている。駆動源側ハウジング２２からは駆動源に接続される入力軸ＳＩが突出し、負荷側ハウジング２４からは負荷に接続される出力軸ＳＯが突出している。駆動源からの駆動力が入力軸ＳＩから波動歯車装置２０に入力され、波動歯車装置２０で減速されるとともに出力軸ＳＯから出力される。入力軸ＳＩと出力軸ＳＯは、同一直線上であってそれぞれ反対の方向に突出する。以下、入力軸ＳＩ及び出力軸ＳＯの突出方向を軸線方向と呼び、入力軸ＳＩが突出する側を駆動源側と呼び、出力軸ＳＯが突出する側を負荷側と呼ぶ。

図９及び図１０に示すように、駆動源側ハウジング２２は、有底円筒状に形成されていて、底面を形成する円板部分の中央には、入力軸ＳＩを回転可能に支持する軸受部２３が一体的に形成されている。駆動源側ハウジング２２の負荷側の端面には、径外方に広がるフランジ部が設けられている。

負荷側ハウジング２４は、リング状に形成されている。負荷側ハウジング２４の内周面には、内歯車２５が一体的に形成されている。内歯車２５の歯の歯形は、第１実施形態で説明した内歯車１３の歯の歯形と同様である。負荷側ハウジング２４の負荷側の端面には、出力軸ＳＯを回転可能に支持する軸受部２６が一体的に形成されており、駆動源側の端面は開口している。

上記構成の負荷側ハウジング２４の開口面が駆動源側ハウジング２２のフランジ部に対面するように両者が付き合わされ、その状態でボルト等の締結部材で両者が締結されることにより、ハウジング２１が形成される。このようなハウジング２１内には、出力歯車２７、外歯車２８及び波動発生器１９が収納される。出力歯車２７、外歯車２８及び波動発生器１９は回転する部材であり、それぞれの回転中心軸線が、同一直線上に位置するようにハウジング２１内に収納される。以下、出力歯車２７及び外歯車２８の構成について説明する。波動発生器１９の構成は、第１実施形態において説明した通りである。

出力歯車２７は、軸部としての出力軸ＳＯと、出力歯車部としての歯車部２７１とを有する外歯車である。出力歯車２７は、内歯車２５の内側に配置されている。出力歯車２７の歯車部２７１の負荷側を向いた面の中心部に出力軸ＳＯが一体的に形成されている。図１２に示すように、歯車部２７１の歯底面は凹状の円弧面である。歯車部２７１の歯の歯面は、歯底面の両端から径方向外方に延び、径方向に平行に形成される。出力歯車２７は、その回転軸方向が軸線方向に一致し、且つ、内歯車２５に干渉しないように、ハウジング２１に収められている。つまり、出力歯車２７の歯車部２７１の歯先円径が、内歯車２５の歯先円径よりも小さい。出力歯車２７がハウジング２１に収められた状態では、出力軸ＳＯが軸受部２６に回転可能に支持されるとともに、負荷側ハウジング２４から突出する。

外歯車２８も、出力歯車２７と共に内歯車２５の内側に配置されている。具体的には、出力歯車２７の歯車部２７１と外歯車２８が隣接して同軸配置するように、内歯車２５の内側に収められている。外歯車２８は、環状に形成されたリムＲ２を備え、リムＲ２の外周面に歯が一体的に形成されている。この外歯車２８は、その回転軸方向が軸線方向に一致するように内歯車２５の内側に収められている。外歯車２８の歯の歯形は、第１実施形態で説明した外歯車１８の歯の歯形と同様である。また、外歯車２８の内周面には、外歯車１８の溝部１８ａと同様の溝部２８ａが設けられている。また、図１１及び図１２に示すように、外歯車２８の歯の歯幅方向における一方の端面（外歯車２８が波動歯車装置２に組み付けられている状態では負荷側の端面）には、負荷側に突出した突出部２８ｂが形成されている。

突出部２８ｂは、外歯車２８を部分的に外歯車２８の回転軸方向（歯幅方向）に延ばしたように構成されている。突出部２８ｂは、重複しないように選択された周方向に隣り合う２つの歯のそれぞれの歯厚方向中央部間の領域を負荷側に突出させたように構成されている。したがって、突出部２８ｂの突出方向に垂直な断面形状は、図１２に示すように、略Ｖ字型を呈する。このような形状の突出部２８ｂが、外歯車２８の周方向に亘り間隔をおいて複数個設けられている。隣り合う突出部２８ｂの間隔は、外歯車２８の１歯分の長さに相当する。したがって、突出部２８ｂの総数は、外歯車２８の歯数の半分である。

突出部２８ｂは、出力歯車２７の隣り合う歯と歯の間に、駆動源側から負荷側へ向かって侵入し、出力歯車２７の歯面に係合する。これにより、外歯車２８と出力歯車２７が噛み合っており、外歯車２８が出力軸ＳＯに連結されている。また、外歯車２８の内側には波動発生器１９が嵌め込まれる。外歯車２８は、可撓性を有しており、外歯車１８と同様に、波動発生器１９によって楕円状に撓められる。そして、楕円状に撓められた外歯車２８の長軸上に位置する歯及びその周辺に位置するいくつかの歯が、内歯車２５に噛み合う。

出力歯車２７の歯数は、外歯車２８の歯数の半分である。内歯車２５の歯数は外歯車２８の歯数よりも２ｎ枚（ｎは正の整数）多い。

上記構成の波動歯車装置２０において、駆動源からの回転駆動力により入力軸ＳＩが回転すると、回転板１９ａも回転する。回転板１９ａの回転によって、回転板１９ａに軸１９ｂ，１９ｂを介して取り付けられているローラ１９ｃ，１９ｃが、回転板１９ａの中心回りを回転する。ローラ１９ｃ，１９ｃがこのように回転することによって、楕円状に撓められている外歯車２８の長軸部分が移動（回転）する。これにより、外歯車２８と内歯車２５との噛み合い部が周方向に移動する。このとき外歯車２８と内歯車２５の歯数差に基づいて、外歯車２８が内歯車２５に対して相対的に回転する。

また、出力歯車２７は、外歯車２８の回転駆動力を受けて、外歯車２８と同じ様に内歯車２５に対して相対回転する。なお、波動歯車装置２０の作動中に楕円状に撓められた外歯車２８の長軸付近に位置する突出部２８ｂは、出力歯車２７の歯車部２７１の歯に対して歯先側に位置し、歯車部２７１の歯の歯面に対面していない。このため、この部分の突出部２８ｂは歯車部２７１に噛み合っていない。しかしながら、それ以外の部位に位置する突出部２８ｂ（特に、楕円状に撓められた外歯車２８の短軸付近に位置する突出部２８ｂ）は、出力歯車２７の歯車部２７１の歯の歯面に対面している。したがって、大部分の突出部２８ｂが出力歯車２７の歯車部２７１の歯に噛み合う。この噛み合いにより出力歯車２７が内歯車２５に対して相対回転する。

出力歯車２７の相対回転により、入力軸ＳＩの回転が減速されて出力軸ＳＯに伝達される。本実施形態においては、出力歯車２７の歯数は３５枚であり、外歯車２８の歯数は７０枚である。また、内歯車２５の歯数は７２枚である。したがって、波動歯車装置２０の減速比は、１：３５である。

上記のように構成した波動歯車装置２０によっても、波動歯車装置１０と同様の効果が得られる。特に、外歯車２８のリムＲ２の内周面には、溝２８ａが形成されているので、外歯車２８が波動発生器１９により撓められた際に応力が分散され、応力集中が緩和される。このため外歯車２８の耐久性が向上する。よって、高出力で且つ外歯車の耐久性が向上した波動歯車装置２０が提供される。

さらに、波動歯車装置２０によれば、次のような効果も得られる。第１実施形態の波動歯車装置１０のカップリング歯車１７は外歯車１８に噛み合う内歯車であるので、その外径は外歯車１８の外径（長軸）よりも大きい。これに対し、波動歯車装置２０の出力歯車２７は外歯車である。また外歯車２８は突出部２８ｂを有し、突出部２８ｂが出力歯車２７の歯と歯の間に、駆動源側から負荷側に向かって侵入することにより、外歯車２８と出力歯車２７が噛み合っている。つまり、外歯車同士が突出部２８ｂを介して係合（噛合）している。そのため、出力歯車２７の外径を外歯車２８の外径とほぼ同等にすることができる。したがって、これらの歯車を収容するハウジングの径、特に本実施形態では負荷側ハウジング２４の外径を、上記第１実施形態で示した負荷側ハウジング１５の外径よりも小さくすることができる。

１０，２０・・・波動歯車装置、１１，２１・・・ハウジング、１３，２５・・・内歯車、１７・・・カップリング歯車、１８，２８・・・外歯車、１８ａ，２８ａ・・・溝部、２８ｂ・・・突出部、１９・・・波動発生器、２７・・・出力歯車、２７１・・・歯車部、Ｒ１，Ｒ２・・・リム、ＳＩ・・・入力軸、ＳＯ・・・出力軸

Claims (4)

1. 内歯車と、
   前記内歯車の内側に配置され、環状に形成された外歯車と、
   前記外歯車の内側に配置され、前記外歯車を撓ませて、前記内歯車と前記外歯車とを部分的に噛み合わせるとともに、回転駆動されることにより前記内歯車と前記外歯車とが噛み合う部分を前記内歯車及び前記外歯車の周方向に移動させる波動発生器と、
   前記外歯車の回転に伴って回転するように前記外歯車に係合する出力軸と、を備えた波動歯車装置であって、
   前記外歯車は、環状に形成されたリムを有し、前記リムの外周に歯が一体的に形成され、
   前記リムのうち前記歯が形成された部分とは反対側の内周面に、前記歯の歯幅方向に平行に延びる溝部が形成されている、波動歯車装置。
2. 請求項１に記載の波動歯車装置において、
   前記外歯車は、歯幅方向における端部から歯幅方向に沿って突出するとともに前記出力軸に係合する突出部を有する、波動歯車装置。
3. 請求項２に記載の波動歯車装置において、
   前記出力軸は、軸部と、前記軸部に一体回転可能に形成され外周に歯が形成された出力歯車部とを有し、前記突出部が前記出力歯車部の歯に係合する、波動歯車装置。
4. 請求項３に記載の波動歯車装置において、
   前記出力歯車部が前記外歯車に隣接して同軸配置されており、
   前記突出部が前記出力歯車の軸方向から前記出力歯車の隣接する歯と歯の間に侵入し、
   前記侵入した突出部が前記出力歯車の歯面に係合する、波動歯車装置。

Images