JP2022183468A - 可撓性外歯歯車、波動歯車装置、およびロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内歯との噛み合い時の外歯に掛かる負荷を軽減しつつ、伝達トルクの大きい波動歯車装置を提供する。【解決手段】可撓性外歯歯車は、筒状の可撓性筒状胴部と、複数の外歯と、フランジ部とを有する。可撓性筒状胴部は、中心軸を中心として軸方向に延びる。複数の外歯は、可撓性筒状胴部の軸方向一方側の端部から径方向外側へ突出する。フランジ部は、可撓性筒状胴部の軸方向他方側の端部から径方向外側へ拡がる。可撓性筒状胴部は、筒状の第１胴部と、筒状の第２胴部とを有する。第１胴部は、軸方向に延びる。第２胴部は、第１胴部よりも軸方向他方側に配置され、軸方向に延びる。外歯は、第１胴部の径方向外側面から径方向外側へ突出する。中心軸に沿う断面において、第１胴部の径方向内側面は、第２胴部の径方向内側面よりも径方向外側に配置される。これにより、第１胴部の径方向内側に、より径の大きな波動発生器を配置することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、可撓性外歯歯車、波動歯車装置、およびロボット装置に関する。

従来、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車とを備える波動歯車装置が知られている。この種の波動歯車装置は、主に減速機として用いられる。従来の波動歯車装置については、例えば、特開２０００－０５５１４７号公報に開示されている。
特開２０００－０５５１４７号公報

特開２０００－０５５１４７号公報のシルクハット型の波動歯車装置（５）は、環状の剛性内歯歯車と、可撓性外歯歯車（５１）と、楕円形の波動発生器とを有する。波動発生器は、可撓性外歯歯車（５１）の内側にはめ込まれる。可撓性外歯歯車（５１）の一部は、剛性内歯歯車の内側に配置される。また、可撓性外歯歯車（５１）は、円筒状歯部（５１０）と、円筒状の胴部（５１１）と、環状のダイヤフラム（５１２）と、環状のボス（５１３）とを備える（段落０００５，図４他）。円筒状歯部（５１０）および胴部（５１１）は、中心軸（図４における一点鎖線）に沿って延びる。円筒状歯部（５１０）には、胴部（５１１）の一端に連続している外歯（５１４）が形成されている。ダイヤフラム（５１２）は、胴部（５１１）の他端開口縁から半径方向の外側に拡がる。ボス（５１３）は、ダイヤフラム（５１２）の外周縁に一体形成される。ボス（５１３）の中心軸に沿った方向の幅は、ダイヤフラム（５１２）の中心軸に沿った方向の幅よりも大きい。

また、可撓性外歯歯車（５１）は、波動発生器によって楕円形に撓められて、その楕円形状の長軸方向の両端の部分に形成された外歯（５１４）が、剛性内歯歯車の内周面に形成された内歯に噛み合う。波動発生器がモータ回転軸等により回転すると、両歯車の噛み合い位置が円周方向に移動する。そして、内歯と外歯（５１４）との歯数差に応じた相対回転が両歯車の間に発生する。ここで、特開２０００－０５５１４７号公報の図４に示すとおり、円筒状歯部（５１０）および胴部（５１１）は、中心軸（図４における一点鎖線）に沿って延びる。このため、これらの部位を含む可撓性外歯歯車の形状を変更することによって、内側により大きな波動発生器を配置でき、かつ、可撓性外歯歯車全体の重量を抑制できるように、改善する余地がある。

本発明の目的は、可撓性外歯歯車の形状を変更し、内側により大きな波動発生器を配置し、かつ、可撓性外歯歯車全体の重量を抑制することを可能にする技術を提供することである。

本発明は、可撓性外歯歯車であって、前記中心軸を中心として軸方向に延びる筒状の可撓性筒状胴部と、前記可撓性筒状胴部の軸方向一方側の端部から径方向外側へ突出する複数の外歯と、前記可撓性筒状胴部の軸方向他方側の端部から径方向外側に拡がるフランジ部と、を有し、前記可撓性筒状胴部は、軸方向に延びる筒状の第１胴部と、前記第１胴部よりも軸方向他方側に配置され、軸方向に延びる筒状の第２胴部と、を有し、前記外歯は、前記第１胴部の径方向外側面から径方向外側へ突出し、前記中心軸に沿う断面において、前記第１胴部の径方向内側面は、前記第２胴部の径方向内側面よりも径方向外側に配置される。

本発明によれば、可撓性外歯歯車のうち、径方向外側面に外歯が形成される第１胴部の径方向内側面は、第１胴部よりも軸方向他方側に位置する第２胴部よりも径方向外側に配置される。これにより、第１胴部の径方向内側に、より径の大きな波動発生器を配置することができる。この結果、外歯に掛かる負荷を軽減しつつ、伝達トルクの大きい波動歯車装置を実現することができる。また、第２胴部の径を小さくすることによって、第２胴部を含む可撓性外歯歯車全体の重量を抑制することができる。

図１は、第１実施形態に係る波動歯車装置の縦断面図である。 図２は、第１実施形態に係る波動歯車装置の横断面図である。 図３は、第１実施形態に係る可撓性外歯歯車の部分縦断面図である。 図４は、第１実施形態に係る可撓性筒状胴部の横断面図である。 図５は、第２実施形態に係る波動歯車装置の縦断面図である。

以下、本願の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、後述する波動歯車装置の中心軸と平行な方向を「軸方向」、波動歯車装置の中心軸に直交する方向を「径方向」、波動歯車装置の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、後述する図１，図３，図５において、軸方向を左右方向とし、右側を「軸方向一方側」、左側を「軸方向他方側」として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この左右方向の定義により、本発明に係る可撓性外歯歯車、波動歯車装置、およびロボット装置の使用時の向きを限定する意図はない。また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。

＜１．第１実施形態＞
以下では、本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置１００の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る波動歯車装置１００の縦断面図である。図２は、図１のＩ－Ｉ位置を軸方向から見たときの波動歯車装置１００の横断面図である。なお、図２では、後述する内歯１１および外歯２３の形状を模式的に表示している。

本実施形態の波動歯車装置１００は、後述する剛性内歯歯車１０と後述する可撓性外歯歯車２０との差動を利用して、入力された回転運動を変速する装置である。本実施形態の可撓性外歯歯車２０を有する波動歯車装置１００は、図示を省略したロボット装置の関節に搭載され、電動機から得られる回転運動を減速して出力させる減速機として用いられる。ただし、本発明の波動歯車装置１００は、アシストスーツ、ターンテーブル、工作機械の割出盤、車椅子、無人搬送車などの他の機器に組み込まれて、各種の回転運動を実現するものであってもよい。

図１および図２に示すように、波動歯車装置１００は、剛性内歯歯車１０と、第１連結部１５１と、第２連結部１５２と、可撓性外歯歯車２０と、波動発生器３０とを有する。また、波動歯車装置１００には、外部から動力を得るための入力部（図示省略）が設けられている。入力部は、例えば、電動機の回転部に接続され、中心軸９を中心として軸方向に円柱状に延びる。また、入力部は、電動機の回転部とともに、中心軸９を中心として回転する。

剛性内歯歯車１０は、中心軸９を中心として円環状に拡がる部材である。剛性内歯歯車１０の剛性は、後述する可撓性筒状胴部２１の剛性よりも、はるかに高い。したがって、剛性内歯歯車１０は、実質的に剛体とみなすことができる。図２に示すように、剛性内歯歯車１０の内周面には、複数の内歯１１が形成されている。複数の内歯１１は、周方向に沿って、一定のピッチで配列される。また、剛性内歯歯車１０には、複数（本実施形態では８つ）の貫通孔１０２が、設けられている。複数の貫通孔１０２は、中心軸９を中心として、周方向に等間隔に並んでいる。また、各貫通孔１０２は、剛性内歯歯車１０を軸方向に貫通する。剛性内歯歯車１０は、８つの貫通孔１０２のそれぞれを貫通するネジを、剛性内歯歯車１０の軸方向他方側に隣接する第１連結部１５１の後述するネジ孔１５３にネジ止めすることにより、第１連結部１５１に固定される。また、剛性内歯歯車１０の軸方向一方側には、減速後の動力を取り出すための出力軸（図示省略）が固定される。

第１連結部１５１は、中心軸９を中心として軸方向に円筒状に延びる部材である。第１連結部１５１の径方向外側には、第２連結部１５２が配置されている。第２連結部１５２は、第１連結部１５１の外径よりも僅かに大きな内径を有し、中心軸９を中心として軸方向に円筒状に延びる部材である。第１連結部１５１および第２連結部１５２は、ともに高い剛性を有する。また、第１連結部１５１には、上記の剛性内歯歯車１０の貫通孔１０２を貫通するネジを挿入するための複数のネジ孔１５３が、設けられている。また、第２連結部１５２には、可撓性外歯歯車２０と接続するために別途設けられたネジ（図示省略）を挿入するための複数の貫通孔１５４が、設けられている。各貫通孔１５４は、第２連結部１５２を軸方向に貫通する。

第１連結部１５１は、第２連結部１５２に対して、軸受１６によって回転可能に接続される。本実施形態の軸受１６には、クロスローラベアリングが用いられる。図１に示すように、軸受１６は、第２連結部１５２の内周面と、第１連結部１５１の外周面との間に、複数の円筒ころ１を有する。複数の円筒ころ１６１は、第２連結部１５２の内周面に設けられた環状のＶ溝と、第１連結部１５１の外周面に設けられた環状のＶ溝との間に、向きを交互に変えながら配置される。これにより、第２連結部１５２に対する第１連結部１５１の回転を許容しながら、第２連結部１５２と第１連結部１５１とが高剛性に接続される。このようなクロスローラベアリングは、ボールベアリングのように一対で用いずとも、軸方向および径方向に、十分な剛性を得ることができる。すなわち、クロスローラベアリングを用いることで、波動歯車装置１００に設けられるベアリング（軸受）の数を減らすことができる。これにより、軸受１６の重量を低減できるとともに、軸受１６の軸方向の寸法を抑えることができる。

図３は、第１実施形態に係る可撓性外歯歯車２０の部分縦断面図である。図１～図３に示すように、可撓性外歯歯車２０は、筒状の可撓性筒状胴部２１と、環状のフランジ部２２と、複数の外歯２３とを有する。可撓性筒状胴部２１は、中心軸９を中心として軸方向に延びる部位である。また、可撓性筒状胴部２１は、可撓性を有し、径方向に撓み可能な円筒状の部位である。可撓性筒状胴部２１の径方向外側面（図３の径方向外側面７１参照）には、複数の外歯２３が形成されている。複数の外歯２３はそれぞれ、可撓性筒状胴部２１の軸方向一方側の端部を含む一部から径方向外側へ突出する。図２に示すように、複数の外歯２３は、周方向に沿って、一定のピッチで配列される。

フランジ部２２は、可撓性筒状胴部２１の軸方向他方側の端部から径方向外側に拡がる部位である。また、フランジ部２２は、可撓性筒状胴部２１よりも撓み難い平板環状の部位である。フランジ部２２における径方向外側の部分には、複数の貫通孔２２０が設けられている。各貫通孔２２０は、フランジ部２２を軸方向に貫通する。そして、フランジ部２２は、第２連結部１５２の貫通孔１５４およびフランジ部２２の貫通孔２２０を貫通するネジを、波動歯車装置１００が配置される筐体にネジ止めすることにより、当該筐体に軸方向に固定される。

可撓性筒状胴部２１は、筒状の第１胴部２１１と、筒状の第２胴部２１２と、接続部２１３とを有する。第１胴部２１１は、可撓性筒状胴部２１における軸方向一方側において、軸方向に延びる。また、第１胴部２１１は、剛性内歯歯車１０の径方向内側に位置する。複数の外歯２３はそれぞれ、第１胴部２１１の径方向外側面７１から、径方向外側へ突出する。すなわち、可撓性外歯歯車２０は、複数の外歯２３を、第１胴部２１１の径方向外側面７１に有する。また、後述のとおり、外歯２３は、可撓性筒状胴部２１が波動発生器３０によって径方向内側から押される際に、剛性内歯歯車１０の複数の内歯１１に対して部分的に噛み合う。

第２胴部２１２は、第１胴部２１１よりも軸方向他方側に配置されつつ、軸方向に延びる。接続部２１３は、第１胴部２１１と第２胴部２１２との軸方向の間に位置し、軸方向一方側へ向かうにつれて径方向外側へ拡がる。なお、本実施形態の接続部２１３の、中心軸９に対する傾斜角度θは、５度以上、かつ、３０度以下である。ただし、接続部２１３の、中心軸９に対する傾斜角度θは、概ね４５度以下であればよい。このような接続部２１３を設けることによって、第１胴部２１１と第２胴部２１２とが垂直な段差を介して繋がっている場合と比べて、可撓性外歯歯車２０を、より撓みやすい構造にすることができる。

また、可撓性外歯歯車２０が上記の構造を有することにより、可撓性外歯歯車２０の中心軸９に沿う断面において、第１胴部２１１の径方向内側面７２は、第２胴部２１２の径方向内側面７３よりも径方向外側に配置される。これにより、第１胴部２１１の内径を大きくすることができるため、第１胴部２１１の径方向内側に、より径の大きな波動発生器３０を配置することができる。この結果、後述のとおり外歯２３と剛性内歯歯車１０の内歯１１とが噛み合う際に、外歯２３に掛かる負荷を軽減しつつ、伝達トルクを大きくすることができる。

また、一方で、第２胴部２１２の径を小さくすることによって、第２胴部２１２を含む可撓性外歯歯車２０全体の重量を抑制することができる。さらに、このように可撓性外歯歯車２０が、第２胴部２１２の付近において径方向に窪んだ形状を有することによって、当該窪んだ箇所にグリス溜まりを設けることができる。この場合、可撓性外歯歯車２０の中心軸９を中心とした回転に伴って、グリスは、遠心力により複数の外歯２３にまで到達する。この結果、外歯２３と剛性内歯歯車１０の内歯１１とが噛み合う際に、外歯２３に掛かる負荷をさらに軽減できる。

また、本実施形態では、可撓性外歯歯車２０の中心軸９に沿う断面において、第１胴部２１１の径方向内側面７２は、さらに第２胴部２１２の径方向外側面７４よりも径方向外側に配置される。これにより、第１胴部２１１の内径をさらに大きくすることができるため、第１胴部２１１の径方向内側に、さらに径の大きな波動発生器３０を配置することができる。

ただし、可撓性外歯歯車２０の中心軸９に沿う断面において、第１胴部２１１の径方向内側面７２の径方向位置と、第２胴部２１２の径方向外側面７４の径方向位置とを、互いに略等しくしてもよい。これにより、第１胴部２１１と第２胴部２１２とを径方向の極端に異なる位置に形成しないようにしつつ、可撓性外歯歯車２０の極端な変形を抑制できる。

また、本実施形態の第２胴部２１２は、拡径部２１４を有する。拡径部２１４は、第２胴部２１２の中心軸９に沿う断面における軸方向他方側の端部において、軸方向他方側へ向かうにつれて径方向外側へ曲面状に拡がる。そして、拡径部２１４は、第１胴部２１１の径方向外側面７１の軸方向他方側の端部と、軸方向に対向して配置される。すなわち、拡径部２１４は、第１胴部２１１の径方向外側面７１と、中心軸９に平行な軸線上に重なる。可撓性筒状胴部２１をこのような構造にすることにより、拡径部２１４を含む可撓性外歯歯車２０全体の剛性を高めることができる。

なお、フランジ部２２は、拡径部２１４における軸方向他方側かつ径方向外側の端部に接続される。そして、フランジ部２２は、当該拡径部２１４に接続される径方向内側の端部から、径方向外側の端部まで、軸方向の幅が一定である。これにより、フランジ部２２を含む波動歯車装置１００全体を軸方向に小型化することができる。

本実施形態の可撓性外歯歯車２０の材料には、ステンレスが用いられる。ただし、可撓性外歯歯車２０の材料には、炭素の含有量が比較的少ない鋼鉄、またはアルミ等が用いられてもよい。

また、可撓性外歯歯車２０は、例えば、板状の材料を元に、「プレス加工」によって、筒形状の部材を作成した後、「へらしぼり加工」または「切削加工」によって、最終的な形状に成形することができる。また、外歯２３は、上記の筒形状の部材に、ローラを押し付けつつ転がすことによって、成形することができる。図４は、第１実施形態に係る可撓性筒状胴部２１の横断面図である。ローラを押し付けつつ転がすことによって外歯２３を成形する場合、図４に示すように、第１胴部２１１の径方向内側面７２は、外歯２３の外形に沿う凹凸形状となる。

また、上記の筒形状の部材に、ローラを押し付けつつ、中心軸９と平行にローラを転がすことによって、外歯２３を形成する場合、図３に示すように、外歯２３の歯筋２３０は、中心軸９と平行となる。ただし、上記の筒形状の部材に、ローラを押し付けつつ、軸方向一方側へ向かうにつれて径方向外側へ向かうように、斜めにローラを転がしてもよい。この場合、成形後の外歯２３における径方向外側の部位の歯筋は、軸方向一方側へ向かうにつれて径方向外側へ傾斜する。

図１に示すように、可撓性筒状胴部２１の軸方向一方側の端部を含む一部は、剛性内歯歯車１０の径方向内側に配置される。上記の剛性内歯歯車１０が有する内歯１１の歯数と、可撓性外歯歯車２０が有する外歯２３の歯数とは、僅かに相違する。

波動発生器３０は、可撓性外歯歯車２０を撓み変形させるための機構である。波動発生器３０は、非真円カム３１と、可撓性軸受３２とを有する。波動発生器３０は、剛性内歯歯車１０および第１胴部２１１の径方向内側において、後述のとおり中心軸９を中心として回転する。

非真円カム３１は、中心軸９を中心として環状に拡がる部材である。非真円カム３１の内周面は、波動歯車装置１００の外部から動力を得るための入力部の外周面に、例えば、軸方向に延びる固定部材のキー１０３を用いて、互いに相対回転不能に固定される。これにより、非真円カム３１は、入力部とともに、中心軸９を中心として減速前の回転数で回転する。ただし、非真円カム３１は、入力部に、接着または圧入等の他の方法を用いて固定されてもよい。本実施形態の非真円カム３１は、楕円形のカムプロフィールを有する。つまり、非真円カム３１は、周方向の位置によって異なる外径を有する。

可撓性軸受３２は、剛性内歯歯車１０および第１胴部２１１の径方向内側に位置する、可撓性の軸受である。可撓性軸受３２は、内輪３２１と、複数のボール３２２と、弾性変形可能な外輪３２３とを有する。内輪３２１は、非真円カム３１の外周面に固定される。複数のボール３２２は、内輪３２１と外輪３２３との間に介在し、周方向に沿って配列される。外輪３２３は、回転する非真円カム３１のカムプロフィールを反映するように、内輪３２１およびボール３２２を介して弾性変形（撓み変形）する。また、外輪３２３は、第１胴部２１１の径方向内側面７２に接触する。このように、本実施形態の可撓性軸受３２には、ボールベアリングが用いられる。ただし、ボールベアリングに代えて、ローラベアリング等の他方式の軸受が用いられていてもよい。

なお、図１に示すように、本実施形態では、可撓性軸受３２の中心軸９に沿う断面において、外輪３２３の外周面３２４は、可撓性筒状胴部２１の第２胴部２１２の径方向外側面７４よりも僅かに径方向外側に配置される。すなわち、本実施形態では、より径の大きな可撓性軸受３２を使用できるため、入力部の回転時に可撓性軸受３２を撓ませるための回転トルクを抑制することができる。この結果、入力損失をさらに抑制できる。

このような構成の波動歯車装置１００において、上記の入力部が減速前の回転数で回転すると、波動発生器３０の非真円カム３１および可撓性軸受３２が一体的に中心軸９を中心として回転する。上記のとおり、波動発生器３０は、周方向の位置によって異なる外径を有する。このため、可撓性筒状胴部２１は、波動発生器３０の中心軸９を中心とした回転に伴って、第１胴部２１１の径方向内側面７２が、波動発生器３０から押され、径方向に撓みつつ、図２に示すように、軸方向に見て楕円状に変形する。そして、非真円カム３１がなす楕円の長軸の両端の２箇所の径方向外側付近において、可撓性外歯歯車２０の外歯２３と剛性内歯歯車１０の内歯１１とが噛み合う。非真円カム３１がなす楕円の短軸の両端の２箇所の径方向外側付近においては、可撓性外歯歯車２０の外歯２３と剛性内歯歯車１０の内歯１１とが噛み合わない。つまり、本実施形態では、外歯２３と内歯１１とが、互いに周方向において部分的に噛み合う。

非真円カム３１が回転すると、非真円カム３１がなす楕円の長軸の両端の位置が周方向に移動するので、外歯２３と内歯１１との噛み合い位置も周方向に移動する。ここで、上記のように、剛性内歯歯車１０の内歯１１の歯数と、可撓性外歯歯車２０の外歯２３の歯数とは、僅かに相違する。このため、非真円カム３１の１回転ごとに、内歯１１と外歯２３との噛み合い位置が僅かに変化する。一方、本実施形態では、可撓性外歯歯車２０は、第２連結部１５２とともに、波動歯車装置１００が配置される筐体に固定されているため、周方向に回転しない。その結果、可撓性外歯歯車２０に対して、剛性内歯歯車１０、第１連結部１５１、および出力軸（図示省略）が、減速された回転数で回転する。つまり、可撓性外歯歯車２０と、剛性内歯歯車１０および出力軸とは、可撓性外歯歯車２０の第１胴部２１１の径方向内側面７２が波動発生器３０に押されつつ、非真円カム３１の回転に伴って、可撓性外歯歯車２０の外歯２３と剛性内歯歯車１０の内歯１１との噛み合い位置を周方向に移動させながら、外歯２３と内歯１１との歯数の違いによって、互いに相対回転する。

＜２．第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態に係る波動歯車装置１００Ｂの構成について説明する。なお、以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同等の部分については、重複説明を一部省略する。図５は、第２実施形態に係る波動歯車装置１００Ｂの縦断面図である。

図５に示すように、波動歯車装置１００Ｂは、剛性内歯歯車１０Ｂと、第１連結部１５１Ｂと、第２連結部１５２Ｂと、可撓性外歯歯車２０Ｂと、波動発生器３０Ｂと、第１支持部材４１Ｂと、第２支持部材４２Ｂと、第１支持軸受５１Ｂと、第２支持軸受５２Ｂとを有する。また、波動歯車装置１００Ｂには、外部から動力を得るための入力部（図示省略）が設けられている。本実施形態の剛性内歯歯車１０Ｂ、第１連結部１５１Ｂ、第２連結部１５２Ｂ、可撓性外歯歯車２０Ｂ、波動発生器３０Ｂ、および入力部については、第１実施形態に係る剛性内歯歯車１０、第１連結部１５１、第２連結部１５２、可撓性外歯歯車２０、波動発生器３０、および入力部と同等の構成を有するため、重複説明を省略する。

第１支持部材４１Ｂは、剛性内歯歯車１０Ｂの軸方向一方側、かつ、波動発生器３０Ｂの非真円カム３１Ｂの径方向外側において、中心軸９Ｂを中心として円環板状に拡がる部材である。第１支持部材４１Ｂには、複数の貫通孔４１０Ｂが、設けられている。各貫通孔４１０Ｂは、第１支持部材４１Ｂを軸方向に貫通する。また、剛性内歯歯車１０Ｂには、複数の貫通孔１０２Ｂが、設けられている。各貫通孔１０２Ｂは、剛性内歯歯車１０Ｂを軸方向に貫通しつつ、第１支持部材４１Ｂの貫通孔４１０Ｂに連続する。第１支持部材４１Ｂおよび剛性内歯歯車１０Ｂは、貫通孔４１０Ｂおよび貫通孔１０２Ｂを貫通するネジ８１Ｂを、剛性内歯歯車１０Ｂの軸方向他方側に隣接する第１連結部１５１Ｂのネジ孔１５３Ｂにネジ止めすることにより、第１連結部１５１Ｂに固定される。また、第１支持部材４１Ｂの軸方向一方側には、減速後の動力を取り出すための出力軸（図示省略）が固定される。

第２支持部材４２Ｂは、可撓性外歯歯車２０Ｂのフランジ部２２Ｂの軸方向他方側、かつ、波動発生器３０Ｂの非真円カム３１Ｂの径方向外側において、中心軸９Ｂを中心として円環板状に拡がる部材である。第２支持部材４２Ｂには、複数の貫通孔４２０Ｂが、設けられている。各貫通孔４２０Ｂは、第２支持部材４２Ｂを軸方向に貫通する。また、フランジ部２２Ｂには、複数の貫通孔２２０Ｂが、設けられている。各貫通孔２２０Ｂは、フランジ部２２Ｂを軸方向に貫通しつつ、第２支持部材４２Ｂの貫通孔４２０Ｂに連続する。さらに、フランジ部２２Ｂの軸方向一方側に隣接する第２連結部１５２Ｂには、複数の貫通孔１５４Ｂが、設けられている。各貫通孔１５４Ｂは、第２連結部１５２Ｂを軸方向に貫通しつつ、フランジ部２２Ｂの貫通孔２２０Ｂに連続する。第２支持部材４２Ｂ、可撓性外歯歯車２０Ｂのフランジ部２２Ｂ、および第２連結部１５２Ｂは、貫通孔４２０Ｂ、貫通孔２２０Ｂ、および貫通孔１５４Ｂを貫通するネジを、波動歯車装置１００Ｂが配置される筐体にネジ止めすることにより、当該筐体に軸方向に固定される。

第１支持軸受５１Ｂは、第１支持部材４１Ｂの径方向内側、かつ、非真円カム３１Ｂの径方向外側に位置する軸受である。第１支持軸受５１Ｂは、内輪５１１Ｂと、複数のボール５１２Ｂと、外輪５１３Ｂとを有する。内輪５１１Ｂは、非真円カム３１Ｂの外周面に固定される。複数のボール５１２Ｂは、内輪５１１Ｂと外輪５１３Ｂとの間に介在し、周方向に沿って配列される。外輪５１３Ｂは、第１支持部材４１Ｂの内周面に固定される。これにより、第１支持部材４１Ｂ、剛性内歯歯車１０Ｂ、および第１連結部１５１Ｂは、非真円カム３１Ｂを含む波動発生器３０Ｂに対して、中心軸９Ｂに対して相対回転可能となる。また、本実施形態では、第１支持部材４１Ｂおよび第１支持軸受５１Ｂを有することにより、第１支持部材４１Ｂ、剛性内歯歯車１０Ｂ、および第１連結部１５１Ｂを、非真円カム３１Ｂを含む波動発生器３０Ｂに対して、より安定して相対回転可能に支持することができる。

第２支持軸受５２Ｂは、第２支持部材４２Ｂの径方向内側、かつ、非真円カム３１Ｂの径方向外側に位置する軸受である。第２支持軸受５２Ｂは、内輪５２１Ｂと、複数のボール５２２Ｂと、外輪５２３Ｂとを有する。内輪５２１Ｂは、非真円カム３１Ｂの外周面に固定される。複数のボール５２２Ｂは、内輪５２１Ｂと外輪５２３Ｂとの間に介在し、周方向に沿って配列される。外輪５２３Ｂは、第２支持部材４２Ｂの内周面に固定される。これにより、非真円カム３１Ｂを含む波動発生器３０Ｂは、第２支持部材４２Ｂ、フランジ部２２Ｂを含む可撓性外歯歯車２０Ｂ、および第２連結部１５２Ｂに対して、回転可能に支持される。また、本実施形態では、第２支持部材４２Ｂおよび第２支持軸受５２Ｂを有することにより、非真円カム３１Ｂを含む波動発生器３０Ｂを、第２支持部材４２Ｂ、フランジ部２２Ｂを含む可撓性外歯歯車２０Ｂ、および第２連結部１５２Ｂに対して、より安定して回転可能に支持することができる。

このような構成の波動歯車装置１００Ｂにおいて、上記の入力部が減速前の回転数で回転すると、波動発生器３０Ｂの非真円カム３１Ｂおよび可撓性軸受３２Ｂが一体的に中心軸９Ｂを中心として回転する。波動発生器３０Ｂは、周方向の位置によって異なる外径を有する。このため、可撓性外歯歯車２０Ｂの可撓性筒状胴部２１Ｂは、波動発生器３０Ｂの中心軸９Ｂを中心とした回転に伴って、径方向内側から押されつつ径方向に撓み、軸方向に見て楕円状に変形する。そして、非真円カム３１Ｂがなす楕円の長軸の両端の２箇所の径方向外側付近において、可撓性外歯歯車２０Ｂの外歯２３Ｂと剛性内歯歯車１０Ｂの内歯１１Ｂとが噛み合う。非真円カム３１Ｂがなす楕円の短軸の両端の２箇所の径方向外側付近においては、可撓性外歯歯車２０Ｂの外歯２３Ｂと剛性内歯歯車１０Ｂの内歯１１Ｂとが噛み合わない。つまり、本実施形態では、外歯２３Ｂと内歯１１Ｂとが、互いに周方向において部分的に噛み合う。

非真円カム３１Ｂが回転すると、非真円カム３１Ｂがなす楕円の長軸の両端の位置が周方向に移動するので、外歯２３Ｂと内歯１１Ｂとの噛み合い位置も周方向に移動する。ここで、剛性内歯歯車１０Ｂの内歯１１Ｂの歯数と、可撓性外歯歯車２０Ｂの外歯２３Ｂの歯数とは、僅かに相違する。このため、非真円カム３１Ｂの１回転ごとに、内歯１１Ｂと外歯２３Ｂとの噛み合い位置が僅かに変化する。一方、本実施形態では、可撓性外歯歯車２０Ｂは、第２連結部１５２Ｂおよび第２支持部材４２Ｂとともに、波動歯車装置１００Ｂが配置される筐体に固定されているため、周方向に回転しない。その結果、可撓性外歯歯車２０Ｂに対して、剛性内歯歯車１０Ｂ、第１連結部１５１Ｂ、第１支持部材４１Ｂ、および出力軸（図示省略）が、減速された回転数で回転する。つまり、可撓性外歯歯車２０Ｂと、剛性内歯歯車１０Ｂおよび出力軸とは、可撓性筒状胴部２１Ｂが波動発生器３０Ｂから押されつつ、非真円カム３１Ｂの回転に伴って、可撓性外歯歯車２０Ｂの外歯２３Ｂと剛性内歯歯車１０Ｂの内歯１１Ｂとの噛み合い位置を周方向に移動させながら、外歯２３Ｂと内歯１１Ｂとの歯数の違いによって、互いに相対回転する。

＜３．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

上記の第１実施形態において、可撓性外歯歯車２０および第２連結部１５２は、波動歯車装置１００が配置される筐体に固定され、周方向に回転しない構成を有していた。しかしながら、このような構成の代わりに、剛性内歯歯車１０および第１連結部１５１が、波動歯車装置１００が配置される筐体に固定され、周方向に回転しない構成を有していてもよい。そして、可撓性外歯歯車２０のフランジ部２２に、減速後の動力を取り出すための出力軸（図示省略）が固定されればよい。

この場合も、まず、非真円カム３１が回転すると、非真円カム３１がなす楕円の長軸の両端の位置が周方向に移動するので、外歯２３と内歯１１との噛み合い位置も周方向に移動する。また、剛性内歯歯車１０の内歯１１の歯数と、可撓性外歯歯車２０の外歯２３の歯数とは、僅かに相違する。このため、非真円カム３１の１回転ごとに、内歯１１と外歯２３との噛み合い位置が僅かに変化する。一方、剛性内歯歯車１０および第１連結部１５１は、波動歯車装置１００が配置される筐体に固定されているため、周方向に回転しない。この結果、剛性内歯歯車１０および第１連結部１５１に対して、可撓性外歯歯車２０、第２連結部１５２、および出力軸が、減速された回転数で回転する。つまり、可撓性外歯歯車２０、第２連結部１５２、および出力軸は、可撓性外歯歯車２０の外歯２３と剛性内歯歯車１０の内歯１１との噛み合い位置を周方向に移動させながら、外歯２３と内歯１１との歯数の違いによって、剛性内歯歯車１０に対して、相対回転する。

上記の実施形態では、可撓性外歯歯車の可撓性筒状胴部に、軸方向一方側へ向かうにつれて径方向外側へ拡がる１つの接続部が設けられていた。しかしながら、可撓性筒状胴部に設けられる接続部の数は、２つ以上であってもよい。

また、可撓性外歯歯車、波動歯車装置、およびロボット装置の細部の形状については、上記の実施形態の各図に示された形状と相違していてもよい。

本願は、可撓性外歯歯車、波動歯車装置、およびロボット装置に利用できる。

９，９Ｂ 中心軸
１０，１０Ｂ 剛性内歯歯車
１１，１１Ｂ 内歯
１６ 軸受
２０，２０Ｂ 可撓性外歯歯車
２１，２１Ｂ 可撓性筒状胴部
２２，２２Ｂ フランジ部
２３，２３Ｂ 外歯
３０，３０Ｂ 波動発生器
３１，３１Ｂ 非真円カム
３２，３２Ｂ 可撓性軸受
７１ （第１胴部２１１の）径方向外側面
７２ （第１胴部２１１の）径方向内側面
７３ （第２胴部２１２の）径方向内側面
７４ （第２胴部２１２の）径方向外側面
１００，１００Ｂ 波動歯車装置
２１１ 第１胴部
２１２ 第２胴部
２１３ 接続部
２１４ 拡径部
２３０ 歯筋
３２４ （可撓性軸受３２の外輪３２３の）外周面
θ （中心軸９に対する接続部２１３の）傾斜角度

Claims (17)

1. 可撓性外歯歯車であって、
   中心軸を中心として軸方向に延びる筒状の可撓性筒状胴部と、
   前記可撓性筒状胴部の軸方向一方側の端部から径方向外側へ突出する複数の外歯と、
   前記可撓性筒状胴部の軸方向他方側の端部から径方向外側に拡がるフランジ部と、
   を有し、
   前記可撓性筒状胴部は、
   軸方向に延びる筒状の第１胴部と、
   前記第１胴部よりも軸方向他方側に配置され、軸方向に延びる筒状の第２胴部と、
   を有し、
   前記外歯は、前記第１胴部の径方向外側面から径方向外側へ突出し、
   前記中心軸に沿う断面において、前記第１胴部の径方向内側面は、前記第２胴部の径方向内側面よりも径方向外側に配置される、可撓性外歯歯車。
2. 請求項１に記載の可撓性外歯歯車であって、
   前記中心軸に沿う断面において、前記第１胴部の径方向内側面は、前記第２胴部の径方向外側面よりも径方向外側に配置される、可撓性外歯歯車。
3. 請求項１または請求項２に記載の可撓性外歯歯車であって、
   前記中心軸に沿う断面において、前記第１胴部の径方向内側面の径方向位置と、前記第２胴部の径方向外側面の径方向位置とは、互いに等しい、可撓性外歯歯車。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の可撓性外歯歯車であって、
   前記第２胴部は、前記中心軸に沿う断面における軸方向他方側の端部において、軸方向他方側へ向かうにつれて径方向外側へ拡がる拡径部を有し、
   前記第１胴部の径方向外側面は、前記拡径部と軸方向に対向して配置される、可撓性外歯歯車。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の可撓性外歯歯車であって、
   前記可撓性筒状胴部は、
   前記第１胴部と前記第２胴部との軸方向の間に位置し、軸方向一方側へ向かうにつれて径方向外側へ拡がる接続部
   をさらに有する、可撓性外歯歯車。
6. 請求項５に記載の可撓性外歯歯車であって、
   前記接続部の前記中心軸に対する傾斜角度は、４５度以下である、可撓性外歯歯車。
7. 請求項５または請求項６に記載の可撓性外歯歯車であって、
   前記接続部の前記中心軸に対する傾斜角度は、３０度以下である、可撓性外歯歯車。
8. 請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の可撓性外歯歯車であって、
   前記接続部の前記中心軸に対する傾斜角度は、５度以上である、可撓性外歯歯車。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の可撓性外歯歯車であって、
   前記外歯の歯筋は前記中心軸と平行である、可撓性外歯歯車。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の可撓性外歯歯車であって、
    前記外歯における径方向外側の部位の歯筋は軸方向一方側へ向かうにつれて径方向外側へ傾斜する、可撓性外歯歯車。
11. 請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の可撓性外歯歯車であって、
    前記第１胴部の径方向内側面は、前記外歯の外形に沿う凹凸形状を有する、可撓性外歯歯車。
12. 請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の可撓性外歯歯車であって、
    前記可撓性外歯歯車の材料はステンレス、鋼鉄、またはアルミである、可撓性外歯歯車。
13. 請求項４に記載の可撓性外歯歯車であって、
    前記フランジ部は、前記拡径部に接続される径方向内側の端部から、径方向外側の端部まで、軸方向の幅が一定である、可撓性外歯歯車。
14. 内周面に複数の内歯を有し、前記中心軸を中心として円環状に拡がる剛性内歯歯車と、
    前記剛性内歯歯車の径方向内側において、前記中心軸を中心として回転し、周方向の位置によって異なる外径を有する波動発生器と、
    前記剛性内歯歯車の前記複数の内歯に対して部分的に噛み合う前記外歯を有する、請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の可撓性外歯歯車と、
    を有し、
    前記波動発生器は、
    前記中心軸を中心として回転し、周方向の位置によって異なる外径を有する非真円カムと、
    内輪に前記非真円カムが固定され、外輪が前記可撓性外歯歯車と接触する可撓性軸受と、
    を有し、
    前記可撓性外歯歯車と、前記剛性内歯歯車は、前記可撓性外歯歯車の前記第１胴部の径方向内側面が前記波動発生器から押されつつ、前記非真円カムの回転に伴って、前記内歯と前記外歯との噛み合い位置を周方向に移動させながら、前記内歯と前記外歯との歯数の違いによって互いに相対回転する、波動歯車装置。
15. 請求項１４に記載の波動歯車装置であって、
    前記中心軸に沿う断面において、前記可撓性軸受の前記外輪の外周面は、前記第２胴部の径方向外側面よりも径方向外側に配置される、波動歯車装置。
16. 請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の可撓性外歯歯車を搭載した、ロボット装置。
17. 請求項１４または請求項１５に記載の波動歯車装置を搭載した、ロボット装置。

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