JP2019086137A - 波動歯車減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量な波動歯車減速機を提供する。【解決手段】波動歯車減速機１０は、剛性内歯歯車１６ａを備えるサーキュラスプライン１６と、剛性内歯歯車１６ａと噛合する外歯歯車２６ａを備え、サーキュラスプライン１６の内側に配置されて径方向に可撓性を有する樹脂製のフレックススプライン２６と、フレックススプライン２６の内側でサーキュラスプライン１６と同軸上に配置された楕円形状であるウェブジェネレータ２０と、ウェブジェネレータ２０の外周面に設けられた内輪２２ａとを有する。フレックススプライン２６の内周面２６ｂはベアリング２２の外輪として作用する。内周面２６ｂと内輪２２ａとの間には複数のボール２２ｂが周方向に配列されている。【選択図】図１

Description

本発明は、波動歯車減速機に関する。

波動歯車減速機は小型、軽量、高減速比、高効率、静粛運転という特徴があり多くの用途に用いられている。波動歯車減速機は剛性内歯歯車を備えるサーキュラスプライン、可撓性の外歯歯車を備えるフレックススプライン、楕円形状のウェブジェネレータおよび薄肉ベアリングを基本構成としている。フレックススプラインは薄肉ベアリングを介してウェブジェネレータの外周に設けられて楕円形状となり、その長尺方向両端部で外歯歯車がサーキュラスプラインの剛性内歯歯車と噛合する。フレックススプラインの外歯歯車はサーキュラスプラインの剛性内歯歯車よりも歯数が少なく、ウェブジェネレータが回転すると歯数差に応じてフレックススプラインが減速回転することになる。

薄肉ベアリングの外輪およびフレックススプラインは楕円形状のウェブジェネレータに倣うように可撓性が必要である。このため外輪は薄肉に形成されるが、加工が難しいためコスト高となっている。

特許文献１に記載の波動歯車減速機では、ウェブジェネレータの一部にボールの挿入孔を設け、該挿入孔から内輪と外輪との間の軌道にボールを挿入している。

国際公開第２０１１／００１４７４号

特許文献１に記載の波動歯車減速機では挿入孔からボールを挿入した後に、該挿入孔をプラグで封鎖している。このような機構ではプラグが必要なために部品点数が多く複雑となってしまい、しかもプラグ封鎖工程が増える。また、一般的に波動歯車減速機における薄肉ベアリングの外輪、および外歯を備えるフレックススプラインは金属で構成されており、それぞれ特殊形状であって製造段階での一体化形成は困難である。それにより部品点数が多く、組み立て工程数が多く、コスト高の要因となっている。さらに、外輪やフレックススプラインは回転体であり軽量であることが望ましいが、金属で形成されていることから重い。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、軽量な波動歯車減速機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる波動歯車減速機は、剛性内歯歯車を備えるサーキュラスプラインと、前記剛性内歯歯車と噛合する外歯歯車を備え、前記サーキュラスプラインの内側に配置されて径方向に可撓性を有する樹脂製のフレックススプラインと、前記フレックススプラインの内側で前記サーキュラスプラインと同軸上に配置された楕円体であるウェブジェネレータと、前記フレックススプラインの内周面に設けられて径方向に可撓性を有する樹脂製の外輪と、前記ウェブジェネレータの外周面に設けられた内輪と、前記外輪と前記内輪との間で周方向に配列された複数の転動体と、を有することを特徴とする。

前記フレックススプラインと前記外輪は一体の樹脂製であってもよい。

前記内輪または前記ウェブジェネレータは、径方向に突出するフランジを有してもよい。

本発明にかかる波動歯車減速機では、フレックススプラインおよびベアリングの外輪が可撓性を有する樹脂で形成されており軽量化を図ることができる。また、フレックススプラインと外輪とを一体化することにより、フレックススプラインの内周面がベアリングの外輪としての機能を兼ねることにより部品点数が低減し、廉価となる。

図１は、本実施の形態にかかる波動歯車減速機の断面側面図である。 図２は、本実施の形態にかかる波動歯車減速機の一部の部品を省略した平面図である。 図３は、フレックススプライン体の斜視図である。 図４は、ボールを挿入する初期状態で偏心配置されたウェブジェネレータとフレックススプラインを示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面側面図である。 図５は、ベアリングの変形例を示す図であり、（ａ）は外輪を外歯歯車と別体にした変形例を示す図であり、（ｂ）は内輪をウェブジェネレータと一体にした変形例を示す図であり、（ｃ）はフランジを内輪に設けた変形例を示す図である。

以下に、本発明にかかる波動歯車減速機の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施の形態にかかる波動歯車減速機１０の断面側面図であり、図２は第１ハウジング２４を省略した波動歯車減速機１０の平面図である。波動歯車減速機１０は入力軸１２の回転を減速して出力軸１４に伝達するものである。説明の便宜上、図１における下方をＸ１方向、上方をＸ２方向とする。

図１および図２に示すように、波動歯車減速機１０は、サーキュラスプライン（Circular spline）１６と、フレックススプライン体１８と、ウェブジェネレータ（Wave generator）２０と、ベアリング２２と、第１ハウジング２４と、第２ハウジング２５とを有する。フレックススプライン体１８におけるＸ１方向端部にはフレックススプライン（Flex spline）２６が設けられている。

サーキュラスプライン１６は筒形状であって真円形状の内周面に剛性内歯歯車１６ａを備える。ウェブジェネレータ２０は楕円形状であって、フレックススプライン２６の内側でサーキュラスプライン１６と同軸上に配置されている。ウェブジェネレータ２０のＸ１方向の面には入力軸１２が一体的に設けられ、Ｘ２方向の面からは円柱状の軸支部２０ａが突出している。ウェブジェネレータ２０のＸ２方向端には径方向に突出するフランジ２０ｂが設けられている。

図１および図３に示すように、フレックススプライン体１８は、Ｘ１方向端部に設けられたフレックススプライン２６と、フレックススプライン２６からＸ２方向に延在する筒体１８ａと、筒体１８ａのＸ２方向の面を塞ぐ底板１８ｂと、底板１８ｂからＸ２方向に突出する円柱状の軸支部１８ｃと、底板１８ｂからＸ１方向に突出する支持筒１８ｄとを有する。軸支部１８ｃのＸ２方向の面には出力軸１４が一体的に設けられている。支持筒１８ｄの外周面はＸ２方向からＸ１方向に向かって縮径する円錐台形状となっている。フレックススプライン２６は外周面に剛性内歯歯車１６ａと噛合する外歯歯車２６ａを有する。外歯歯車２６ａは剛性内歯歯車１６ａよりも歯数がやや少ない。フレックススプライン２６の内周面（外輪）２６ｂはベアリング２２の外輪として作用する部分であり、換言すればベアリング２２の外輪がフレックススプライン２６の内側に一体的に設けられている。内周面２６ｂには外輪軌道溝２６ｃが設けられている。

フレックススプライン体１８は樹脂製（例えば、熱可塑性樹脂）で一体成型されており、フレックススプライン２６は十分に薄くて径方向に可撓性を有する。底板１８ｂの外周側と筒体１８ａは薄肉構造であり、フレックススプライン２６の可撓性を阻害しないとともに、フレックススプライン２６の回転トルクを効率的に軸支部１８ｃに伝達できる捩じり剛性を備えている。出力軸１４は回転トルクを確実に伝達できる強度を有する。フレックススプライン体１８は、例えばプラスチック射出成形や切削加工により製作される。

ベアリング２２は、内輪２２ａと、複数のボール（転動体）２２ｂと、リテーナ２２ｃとを有する。また、上記の通りフレックススプライン２６の内周面２６ｂはベアリング２２の外輪を兼ねている。内輪２２ａは薄肉構造でありウェブジェネレータ２０の外周面に設けられており、その外周面には内輪軌道溝２２ｄが設けられている。内輪２２ａをウェブジェネレータ２０の外周面に設ける手段としては、例えば例えば圧入、接着、溶着、締結が挙げられる。また、後述するように一体形成として設けてもよい（図５（ｂ）参照）。ボール２２ｂは例えば鋼球であり、内輪２２ａと外輪としての内周面２６ｂとの間で周方向に複数配列されている。ボール２２ｂは外輪軌道溝２６ｃおよび内輪軌道溝２２ｄによって案内されて転動可能になっており、フレックススプライン２６をスムーズに回転させることができる。リテーナ２２ｃは複数のボール２２ｂを等間隔に支持している。

第１ハウジング２４はサーキュラスプライン１６、ウェブジェネレータ２０およびベアリング２２のＸ１方向面を覆うとともに、中心孔からは入力軸１２が突出している。この中心孔と入力軸１２との間にはベアリング２８が介在している。第２ハウジング２５はサーキュラスプライン１６および底板１８ｂのＸ２方向面を覆うとともに中心孔からは出力軸１４が突出している。この中心孔と軸支部１８ｃとの間にはベアリング３０が介在している。支持筒１８ｄと軸支部２０ａとの間にはベアリング３２が介在している。波動歯車減速機１０は細部に関しては種々の形態をとることができ、例えばベアリング３２および軸支部２０ａを省略してもよい。

このように構成される波動歯車減速機１０では、図２に示すようにウェブジェネレータ２０が楕円形状であることから、ベアリング２２を介してその外側に設けられるフレックススプライン２６もウェブジェネレータ２０に沿った楕円形状となる。図２ではウェブジェネレータ２０およびフレックススプライン２６は横方向に長尺な楕円形状である。一方、サーキュラスプライン１６の内面は真円形状であることから、剛性内歯歯車１６ａと外歯歯車２６ａは長尺方向両端で噛合し、短尺方向両端では離間する。そして、入力軸１２とともにウェブジェネレータ２０が回転すると、フレックススプライン２６はベアリング２２が介在することからウェブジェネレータ２０とは同期せず、剛性内歯歯車１６ａと外歯歯車２６ａとの歯数差に応じて差動回転する。すなわち、入力軸１２とウェブジェネレータ２０が１回転すると、フレックススプライン２６は剛性内歯歯車１６ａと外歯歯車２６ａとの歯数差に応じた小角度だけ回転する。出力軸１４はフレックススプライン２６と一体的に回転し、入力軸１２の回転が減速されることになる。

また、従来技術にかかる波動歯車減速機では、薄肉ベアリングの外輪とフレックススプラインは金属で構成されていて、薄肉形状や歯を備える特殊形状であることから製造段階での一体化形成は困難であったが、本実施形態にかかる波動歯車減速機１０では、樹脂化により製造段階からの一体化が可能となっている。

さらに、波動歯車減速機１０ではフレックススプライン２６の内周面２６ｂがベアリング２２の外輪を兼ねていることから部品点数が低減し、組立工程が簡略化され、低廉化を図ることができる。フレックススプライン体１８は樹脂で成形されておりフレックススプライン２６を可撓性を有するとともに軽量に形成することができ、全体としての波動歯車減速機１０も軽量になる。特に、フレックススプライン２６およびベアリング２２の外輪に相当する内周面２６ｂは回転する部分であり、樹脂化で軽量化されることにより動特性が改善される。

次に波動歯車減速機１０の組み立て方法について図４を参照しながら説明する。なお、図４（ａ）では、楕円形状のウェブジェネレータ２０の向きは図２と同様に横方向に長尺となっている。また、以下の組み立て例の対象となる波動歯車減速機１０はベアリング３２および軸支部２０ａが省略された形態として説明する。

図４に示すように、筒体１８ａの開口が水平向きとなるようにフレックススプライン体１８を配置する。筒体１８ａの開口はある程度上向きとしてもよい。そして、内輪２２ａが外周面に設けられたウェブジェネレータ２０をフレックススプライン２６の内側に配置する。このときウェブジェネレータ２０とフレックススプライン２６は偏心配置させて隙間３４を確保する。また、ウェブジェネレータ２０を偏心させる方向は短尺方向（図４の縦方向）とし、隙間３４と逆側（図４の下方）ではフランジ２０ｂがフレックススプライン２６または筒体１８ａに当接するまで偏心させ、隙間３４が最大幅となるようにする。

なお、ベアリング３２および軸支部２０ａ（図１参照）が設けられている場合には、ウェブジェネレータ２０に対してフレックススプライン体１８を全体として偏心させることはできないが、筒体１８ａおよびフレックススプライン２６を適度に弾性変形させながら偏心させておくとよい。

次いで、図４（ｂ）に示すように、隙間３４にボール２２ｂを挿入する。挿入されたボール２２ｂはフランジ２０ｂによって支持され筒体１８ａ内に落下してしまうことがない。隙間３４は最大幅となっておりボール２２ｂを挿入しやすい。

この後、隙間３４に挿入されたボール２２ｂをフランジ２０ｂによって支持されながら内輪軌道溝２２ｄに沿って周方向に自重で転動滑落させる。ボール２２ｂはフレックススプライン２６の外輪軌道溝２６ｃに接触して停止する。このようにしてボール２２ｂを隙間３４から順次挿入していく。

ボール２２ｂを規定数だけ挿入した後、図２に示すように、挿入されたボール２２ｂをリテーナ２２ｃによって保持し、フレックススプライン２６をサーキュラスプライン１６の内側に嵌めこむ。さらに図１に示すようにベアリング２８，３０、第１ハウジング２４、第２ハウジング２５を取り付ける。

図５を参照しながらベアリング２２の変形例について説明する。図５（ａ）に示すように、ベアリング２２は樹脂製の外輪３６を備えていてもよい。すなわち、ベアリング２２の外輪３６はフレックススプライン２６における外歯歯車２６ａとは別体に形成しておき、組立工程のいずれかのタイミングで外歯歯車２６ａの内周側に設けてもよい。外輪３６を外歯歯車２６ａの内周側に設ける手段としては、例えば圧入、接着、溶着、締結が挙げられる。外輪３６を外歯歯車２６ａに設けるタイミングは、ウェブジェネレータ２０との間にボール２２ｂを挿入する工程の前でもよいし後でもよい。外輪３６は可撓性を有する樹脂製であるが、必ずしも外歯歯車２６ａと同一材質である必要はない。

図５（ｂ）に示すように、ウェブジェネレータ２０の外周面２０ｃをベアリング２２の内輪部として作用させてもよい。つまり、内輪２２ａはウェブジェネレータ２０と一体的に構成してもよい。図５（ｃ）に示すように、フランジ２０ｂは内輪２２ａに設けてもよい。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０ 波動歯車減速機
１６ サーキュラスプライン
１６ａ 剛性内歯歯車
１８ フレックススプライン体
１８ａ 筒体
２０ ウェブジェネレータ
２０ｂ フランジ
２２，２８，３０，３２ ベアリング
２２ａ 内輪
２２ｂ ボール（転動体）
２２ｃ リテーナ
２６ フレックススプライン
２６ａ 外歯歯車
２６ｂ 内周面
３４ 隙間
３６ 外輪

Claims (3)

1. 剛性内歯歯車を備えるサーキュラスプラインと、
   前記剛性内歯歯車と噛合する外歯歯車を備え、前記サーキュラスプラインの内側に配置されて径方向に可撓性を有する樹脂製のフレックススプラインと、
   前記フレックススプラインの内側で前記サーキュラスプラインと同軸上に配置された楕円体であるウェブジェネレータと、
   前記フレックススプラインの内周面に設けられて径方向に可撓性を有する樹脂製の外輪と、
   前記ウェブジェネレータの外周面に設けられた内輪と、
   前記外輪と前記内輪との間で周方向に配列された複数の転動体と、
   を有することを特徴とする波動歯車減速機。
2. 請求項１に記載の波動歯車減速機において、
   前記フレックススプラインと前記外輪は一体の樹脂製であることを特徴とする波動歯車減速機。
3. 請求項１または２に記載の波動歯車減速機において、
   前記内輪または前記ウェブジェネレータは、径方向に突出するフランジを有することを特徴とする波動歯車減速機。

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