JP2022536416A - 円形波動ドライブ - Google Patents

Abstract

円形波動ドライブシステムが提供される。一態様では、円形波動ドライブは、入力リングギア内歯を含む内面を有するコンプライアント入力リングギアと、外面を有し、その外面に配置され、入力リングギア内歯と少なくとも部分的に係合する入力サイクロイドディスクギア外歯を含む入力サイクロイドディスクと、一次駆動ギア外歯を含む外面を有するコンプライアント一次駆動ギアと、偏心部分と非偏心部分とを含み、偏心部分と非偏心部分の中心線が互いにオフセットされている偏心運動ジェネレータと、内面を有し、その内面に配置され、一次駆動ギア外歯と少なくとも部分的に係合する出力サイクロイドディスク内歯を含む出力サイクロイドディスクとを備える。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１９年６月１３日出願の米国仮特許出願第６２／８６０，８８７号及び２０２０年２月２５日出願の米国仮特許出願第６２／９８１，１０１号の優先権を主張し、その全内容が参照により本明細書に援用される。

動力を伝達し、モータ出力速度を減少させるためのいくつかの装置が現在知られている。こうした装置は、ハーモニックドライブ（登録商標）及びサイクロイドドライブの２つである。

これらの装置のうちでさらによく知られているものは、１９５０年代に導入され、今も広く用いられている、ハーモニックドライブ（登録商標）である。しかしながら、ハーモニックドライブ（登録商標）は、ハーモニックドライブ（登録商標）の作動中に繰返し意図的に変形される、フレックススプラインの使用を必要とする。このフレックススプラインの変形はフレックススプラインを構成する材料を疲労させ、この疲労は、ハーモニックドライブ（登録商標）で達成され得る減速及びトルク伝達を制限する。

典型的なバージョンのサイクロイドドライブは比較的複雑な構造及び動作である。サイクロイドドライブは多くの可動部を必要とし、そのそれぞれは故障点となり得る。複雑な設計であることに加えて、サイクロイドドライブは通常はバックドライバブルではない。サイクロイドディスクの偏心回転は望ましくない振動も生じ、これは、補償されない場合は入力シャフト及び出力シャフトを通じて伝達されることがある。最後に、出力ローラとサイクロイドディスクにおける受入穴との接触も、両方の構成材の摩耗につながる場合がある。

また、所望の減速比を達成するために歯車がシステムで利用される場合、歯車のバックラッシュを適切に確立することは困難な場合もある。そのため、コンプライアントな（すなわち、弾性的に変形可能な）歯車部分を備えた歯付き要素を含めることにより、歯車の歯の境界面をわずかに偏向させ、機能最適化に必要なバックラッシュが得られるようにしてもよい。

必要とされるのは、公知のハーモニックドライブ（登録商標）及びサイクロイドドライブの前述の欠点に悩まされない動力伝達／減速装置である。こうした装置は、より単純化した構造と長寿命を提供することができる。

一態様では、内面を有し、その内面に配置された入力リングギア内歯を含むコンプライアント入力リングギアと、外面を有し、その外面に配置され、前記入力リングギア内歯と少なくとも部分的に係合する入力サイクロイドディスクギア外歯を含む入力サイクロイドディスクと、外面を有し、その外面に配置された一次駆動ギア外歯を含むコンプライアント一次駆動ギアと、偏心部分と非偏心部分とを含み、偏心部分と非偏心部分の中心線が互いにオフセットされている偏心運動ジェネレータと、内面を有し、その内面に配置され、前記一次駆動ギア外歯と少なくとも部分的に係合する出力サイクロイドディスク内歯を含む出力サイクロイドディスクとを備える円形波動ドライブが提供される。

別の態様では、内面を有し、その内面に配置された入力リングギア内歯を含むコンプライアント入力リングギアであって、前記入力リングギア歯を含む非コンプライアント部分と、入力リングギア取り付けフランジとを含み、前記非コンプライアント部分と前記入力リングギア取り付けフランジとはコンプライアント壁によって接続されている、コンプライアント入力リングギアと、外面を有し、その外面に配置され、前記入力リングギア内歯と少なくとも部分的に係合する入力サイクロイドディスクギア外歯を含む入力サイクロイドディスクと、外面を有し、その外面に配置された一次駆動ギア外歯を含むコンプライアント一次駆動ギアであって、ハブと、そのハブから径方向外方に延在するコンプライアント径方向壁と、第１逃げ溝と第２逃げ溝のうちの少なくとも一つによって形成されるコンプライアントリブとを含み、前記コンプライアントリブは、前記一次駆動ギア外歯と前記コンプライアント径方向壁とを接続する、一次駆動ギアと、偏心部分と非偏心部分とを含み、偏心部分と非偏心部分の中心線が互いにオフセットされている偏心運動ジェネレータと、内面を有し、その内面に配置され、前記一次駆動ギア外歯と少なくとも部分的に係合する出力サイクロイドディスク内歯を含む出力サイクロイドディスクとを備える円形波動ドライブが提供される。

本明細書に組み込まれ、その一部をなす添付図は、種々の例示的なシステム、装置、及び方法を例示し、種々の例示的な態様を単に例示するのに用いられる。図面中、同様の要素は同様の符号を有する。

図１Ａは、円形波動ドライブ１００の一態様例の入力端の斜視図である。 図１Ｂは、円形波動ドライブ１００の一態様例の側面図である。 図１Ｃは、円形波動ドライブ１００の一態様例の出力端の部分分解斜視図である。 図２Ａは、円形波動ドライブ２００の一態様例の入力端の分解斜視図である。 図２Ｂは、円形波動ドライブ２００の一態様例の入力端の部分分解斜視図である。 図２Ｃは、円形波動ドライブ２００の一態様例の入力端の部分分解斜視図である。 図２Ｄは、円形波動ドライブ２００の一態様例の入力端の斜視図である。 図２Ｅは、円形波動ドライブ２００の一態様例の入力端の部分分解斜視図である。 図２Ｆは、円形波動ドライブ２００の一態様例の入力端の断面斜視図である。 図２Ｇは、円形波動ドライブ２００の一態様例の入力端の断面斜視図である。 図２Ｈは、円形波動ドライブ２００の一態様例の入力端の断面斜視図である。 図３Ａは、入力リングギア３０２の一態様例の正面図である。 図３Ｂは、入力リングギア３０２の一態様例の側面図である。 図３Ｃは、入力リングギア３０２の一態様例の側面斜視図である。 図３Ｄは、入力リングギア３０２の一態様例の側断面図である。 図３Ｅは、入力リングギア３０２の一態様例の部分側断面図である。 図４Ａは、一次駆動ギア４２０の一態様例の第１側面図である。 図４Ｂは、一次駆動ギア４２０の一態様例の側面図である。 図４Ｃは、一次駆動ギア４２０の一態様例の第１側面斜視図である。 図４Ｄは、一次駆動ギア４２０の一態様例の第２側面斜視図である。 図４Ｅは、一次駆動ギア４２０の一態様例の側断面図である。 図４Ｆは、一次駆動ギア４２０の弾性変形を示す一次駆動ギア４２０の一態様例の第１側面斜視図である。 図５Ａは、偏心運動ジェネレータ５０６の一態様例の側断面図である。 図５Ｂは、偏心運動ジェネレータ５０６の一態様例の正面図である。 図６は、円形波動ドライブの減速電波を決定する方法の例を示すフローチャートである。

本明細書で開示される例示的な円形波動ドライブの態様は、公知のハーモニックドライブ（登録商標）やサイクロイドドライブよりも単純な構造であり得る。また、本明細書で開示される例示的な円形波動ドライブの態様は、サイズが小さく、広範囲の減速比を実現し、逆駆動可能ではなく、バックラッシュがほとんど又は全くない状態で動作可能である。本明細書で開示される例示的な円形波動ドライブの態様では、一般的にサイクロイドドライブに見られるようなローラを備えていない。

一般的に言えば、本明細書で開示される例示的な円形波動ドライブの態様は、円形チャンバを内部に有するハウジングを含むことができる。ハウジングは、囲まれた円形チャンバを形成するべくハウジング内のキャビティを閉鎖するカバーを含むことができる。ハウジングは、選択的に嵌合される複数の要素で形成されてもよい。チャンバの円形内壁（入力リングギア）に沿って歯が配置されてもよい。リング形ホイール（入力サイクロイドディスク）がチャンバ内に存在してもよい。このリング形ホイールは、ハウジングと一体であってもよいし、ハウジングに対して取り外し可能に装着されていてもよい。ホイールは、ハウジングの円形内壁に沿って配置された歯と噛み合う外歯を含んでもよい。ホイールの直径は、ホイールの歯の一部だけが任意の所与の時点でハウジングの内歯と噛み合うように、チャンバの直径よりも小さくてもよい。ホイールはまた、外歯を有する第２のホイール（一次駆動ギア）に積層することができる。第２のホイールの外歯は、出力ギア要素（出力サイクロイドディスク）の内壁の一部に沿って配置される内歯と噛合可能である。

また、本明細書で開示される例示的な円形波動ドライブの態様は、ウェーブジェネレータ（偏心運動ジェネレータ）を備えていてもよい。このウェーブジェネレータには、偏心運動ジェネレータの回転中に１つ又は複数の要素（例えば、入力サイクロイドディスクや一次駆動ギア）の並進を引き起こすよう構成された偏心部分を有する偏心運動ジェネレータが含まれ得る。このような偏心部分を含む偏心運動ジェネレータは、円形の断面を有し得る。そして、偏心部分は、偏心運動ジェネレータが回転したときに偏心運動ジェネレータと接触する要素に偏心運動を与えるように、偏心運動ジェネレータの残りの部分の中心軸からオフセットされてもよい。ウェーブジェネレータの非偏心部分は、ハウジングの開口部を介して延在することができ、ハウジングに対して取り外し可能に又は一体的に装着された入力リングギアが含まれ得る。

また、例示的な円形波動ドライブの態様は、出力駆動要素を採用することもできる。この出力駆動要素は、円形ディスクを備えていてもよい。また、出力駆動要素は、偏心運動ジェネレータと同軸であってもよい。出力要素部は、円形波動ドライブの偏心運動ジェネレータとは反対側に向けられていてもよく、あるいは、偏心運動ジェネレータと同じ側に向けられていてもよい。これらの偏心運動ジェネレータと出力駆動要素の出力要素部はいずれもベアリングを通ってもよい。

作動時に、ウェーブジェネレータの偏心運動ジェネレータは、電気駆動モータなどの回転を与えるアクチュエータに接続されてもよい。このアクチュエータは、ウェーブジェネレータに回転運動を与えることができ、それによって、その偏心部分を入力サイクロイドディスク及び一次駆動ギア内で回転させることができる。偏心部分が回転すると、入力リングギアの内壁に沿って入力サイクロイドディスクが回転する。偏心部分及び入力サイクロイドディスクが回転することで、出力サイクロイドディスクが回転し、それにより一次駆動ギアが回転し、さらに出力駆動素子が偏心運動ジェネレータの回転速度に対して減速（減速比だけ減速）された速度で回転させることができる。

偏心運動ジェネレータの偏心部分の外周面と入力サイクロイドディスク内壁の嵌合面はベアリングによって分離することができるので、偏心運動ジェネレータの偏心部分と入力サイクロイドディスク内壁の嵌合面との摩擦係数は極めて低くなり得る。その結果、入力サイクロイドディスクは、偏心運動ジェネレータの偏心部分と連動して回転しないが、むしろ、偏心運動ジェネレータの偏心部分の外周面に沿ってスライドし得る。これは、結果的に偏心運動ジェネレータ及び関連するアクチュエータの回転速度よりも小さい入力サイクロイドディスクの回転速度をもたらすことができる。円形波動ドライブの入力側と出力側との間の全減速は、ウェーブジェネレータの直径、入力サイクロイドディスクの歯数、入力リングギアの歯数、一次駆動ギアの歯数、出力サイクロイドディスクの歯数、のうちの少なくとも一つに依存する場合がある。２つの表面が出会うときに大直径は小直径よりも必ずしも多くの歯を有さなくてもよい。直径と歯の数の種々の組合せにより、減速の大きさは、例えば、８：１～１０，０００：１といった広い範囲をカバーすることができ、これは既存の装置の使用を通じて可能ではないであろう。

図１Ａ～図１Ｃは、円形波動ドライブ１００の一態様例を示す。円形波動ドライブ１００は、ハウジング１０１と出力駆動要素１０４を含むことができる。円形波動ドライブ１００は、偏心運動ジェネレータ１０６を含むことができる。

円形波動ドライブ１００は、回転入力を受け取り、様々な要素間の相互作用を介して、本明細書でさらに説明するように、減速比で減速された回転出力を出力するよう構成することができる。円形波動ドライブ１００は、例えば、鋼や合金などの金属、ポリマー、有機材料などを含む種々の材料から構成されていてもよい。円形波動ドライブ１００は、意図された用途の所望の期間にわたって回転低減を実行するのに十分な強度、硬度、又は耐久性を有する任意の材料で構成することができる。円形波動ドライブ１００の様々な要素のいずれかは、例えば、機械加工、３Ｄ印刷／積層造形、鍛造を含む、様々な方法のいずれかによって形成することができる。

ハウジング１０１及び出力駆動要素１０４は、一方が他方に対して回転することができるように、互いに回転可能に接続することができる。ハウジング１０１及び出力駆動要素１０４は、それらの間に向けられた一次駆動ギア／ハウジングベアリング（図２Ｆ及び図２Ｇに要素２６８として示されている）を用いて、互いに回転可能に接続され得る。

円形波動ドライブ１００は、ハウジング１０１に接続されたエンドプレート１０３を含んでいてもよい。エンドプレート１０３は、１つ又は複数のファスナ１１０を介してハウジング１０１に接続されてもよい。フランジプレート１０５は、１つ又は複数のファスナ１０９を介してエンドプレート１０３に接続されてもよい。

図１Ｂに示すように、円形波動ドライブ１００は、入力リングギア１０２を含んでいてもよい。入力リングギア１０２は、エンドプレート１０３とハウジング１０１との間に向けられていてもよい。入力リングギア１０２は、ハウジング１０１及びエンドプレート１０３の一方又は両方に接続され得る。入力リングギア１０２は、少なくとも一つのファスナ１１０を介してハウジング１０１及びエンドプレート１０３の一方又は両方に接続され得る。入力リングギア１０２は、エンドキャップ１０３とハウジング１０１との間に挟まれ、エンドキャップ１０３の少なくとも一つの開口、少なくとも一つの取り付け開口（図３Ａ及び図３Ｃ～図３Ｅに要素３８４として示される）を通り、ハウジング１０１の少なくとも一つの開口部へと延びる少なくとも一つのファスナ１１０を介して固定されてもよい。ハウジング１０１は、ファスナ１１０を受け入れるための１つ又は複数の止まり穴を含み得る。このファスナ１１０は、例えば、ねじ付きファスナーであってもよい。

出力駆動要素１０４は、一次駆動ギア１２０に接続されてもよい。出力駆動要素１０４は、少なくとも一つのファスナ１８０を介して一次駆動ギア１２０に接続されてもよい。少なくとも一つのファスナ１８０は、少なくとも一つの出力駆動要素１０４を通って、一次駆動ギア１２０の少なくとも一つの開口部へと延在してもよい。

偏心運動ジェネレータ１０６は、ほぼ円形の断面を有するシャフトであってもよい。偏心運動ジェネレータ１０６は、以下により詳しく説明されるように、偏心部分（要素２０７として示される）を含み得る。偏心運動ジェネレータ１０６は、例えば、偏心運動ジェネレータ１０６に回転を与えるよう構成された回転アクチュエータを含む、回転誘導要素に動作可能に接続されてもよい。

偏心運動ジェネレータ１０６は、出力駆動要素１０４に直接接続されていない。すなわち、偏心運動ジェネレータ１０６及び出力駆動要素１０４は、中間の歯車列要素を介してのみ互いに接続されている。偏心運動ジェネレータ１０６及び出力駆動要素１０４は、以下にさらに説明するように、減速比に従って互いに対して回転する。このように、入力回転速度は、円形波動ドライブ１００によって低減され、出力駆動要素１０４を介して出力される。

ハウジング１０１及びエンドプレート１０３のいずれかは、機械的コンポーネントの構造要素、地面、機械などの別の物体に対して、ハウジング１０１及び／又はエンドプレート１０３の取り付けあるいは拘束を可能にする様々な要素から構成されてもよい。

出力駆動要素１０４は、少なくとも一つの出力駆動要素取り付け部１０８を含んでいてもよい。出力駆動要素取り付け部１０８は、開口、穿孔、ボス、ねじ付き止まり穴、ねじなし止まり穴、タブなどから構成されてもよい。出力駆動要素取り付け部１０８は、機械的コンポーネントの構造要素、地面、機械などの別の物体に対して出力駆動要素１０４の取り付けあるいは拘束を可能にする様々な要素から構成されてもよい。

図２Ａ～図２Ｈは、円形波動ドライブ２００の一態様例を示す。円形波動ドライブ２００は、ハウジング２０１、偏心部分２０７を有する偏心運動ジェネレータ２０６、入力サイクロイドディスク２１８、タイプレート２１９、一次駆動ギア２２０、出力サイクロイドディスク２２４、偏心運動ジェネレータ／入力サイクロイドディスク軸受２２６、偏心運動ジェネレータ／出力駆動要素軸受２３０を備えていてもよい。

ハウジング２０１は、前述のすべての要素を収容するよう構成された実質的に中空の内部を有していてもよい。偏心運動ジェネレータ２０６は、実質的に、ハウジング２０１と、前述の要素のそれぞれを通って延在してもよい。

偏心運動ジェネレータ２０６は、偏心運動ジェネレータ２０６の非偏心である残余部から径方向外方に延在する偏心部分２０７を有していてもよい。偏心部分２０７は、偏心運動ジェネレータ２０６の非偏心残余部の中心線からオフセットされた中心線を有し得る。すなわち、偏心部分２０７の中心線は、偏心運動ジェネレータ２０６の非偏心部分の中心線と平行であり、それからオフセットされている。偏心運動ジェネレータ２０６の非偏心部分の中心線は、偏心運動ジェネレータ２０６の回転軸と同一線上にある。

入力リングギア歯２３２、入力サイクロイドディスクギア歯２３４、一次駆動ギア外歯２３６、出力サイクロイドディスク内歯２３８はそれぞれ歯丈を有し得る。

入力サイクロイドディスク２１８は、ディスク２１８が環状の形状となるよう中心部分が中空であってもよい。入力サイクロイドディスク２１８は、その径方向外縁の周りに、入力サイクロイドディスクギア外歯２３４である摩擦要素を含んでいてもよい。

出力サイクロイドディスク２２４は、ディスク２２４が環状の形状となるよう中心部分が中空であってもよい。出力サイクロイドディスク２２４は、その径方向内縁の周りに、出力サイクロイドディスクギア内歯２３８である摩擦要素を含んでいてもよい。

入力サイクロイドディスク２１８及び出力サイクロイドディスク２２４は、同心構成で互いに直接接続することができるため、１：１の比率で一緒に回転することができる。入力サイクロイドディスク２１８及び出力サイクロイドディスク２２４は、同心構成でタイプレート２１９を介して互いに接続することができるため、１：１の比率で一緒に回転することができる。ねじ、ボルト、又はリベットなどのファスナによって、入力サイクロイドディスク２１８を出力サイクロイドディスク２２４に直接又はタイプレート２１９を介して接続することができる。

偏心運動ジェネレータ／入力サイクロイドディスク軸受２２６と、偏心運動ジェネレータ／出力駆動要素軸受２３０のうちの一方又は両方は、転がり軸受であってもよい。偏心運動ジェネレータ／入力サイクロイドディスク軸受２２６の内輪は、偏心運動ジェネレータ２０６の偏心部分２０７に直接接続してそれを取り囲むことができ、一方、偏心運動ジェネレータ／入力サイクロイドディスク軸受２２６の外輪は、入力サイクロイドディスク２１８に直接接続してそれに取り囲まれ得る。偏心運動ジェネレータ／出力駆動要素軸受２３０の内輪は、偏心運動ジェネレータ２０６に直接接続してそれを取り囲むことができ、一方、偏心運動ジェネレータ／出力駆動要素軸受２３０の外輪は、一次駆動ギア２２０に直接接続してそれに取り囲まれ得る。

一次駆動ギア２２０は、一次駆動ギア２２０が環状の形状となるよう中心部分が中空であってもよい。一次駆動ギア２２０は、その径方向外縁の周りに、一次駆動ギア外歯２３６である摩擦要素を含んでいてもよい。

図２Ｃ及び図２Ｄに示すように、入力リングギア２０２をハウジング２０１に取り付けることができる。図２Ｅに示すように、エンドプレート２０３とハウジング２０１との間に入力リングギア２０２挟んで、エンドプレート２０３を入力リングギア２０２に取り付けることができる。

図２Ｆ～図２Ｇは、組み立てられた円形波動ドライブ２００の断面図を示す。図２Ｇは、偏心運動ジェネレータ２０６が反時計回りに約１２０度回転した図を示す。

組み立てられた円形波動ドライブ２００は、少なくとも一つのファスナ２０９を介してエンドプレート２０３に接続されたフランジプレート２０５をさらに含む。エンドプレート２０３は、少なくとも一つのファスナ２１０を介してハウジング２０１に接続することができる。

円形波動ドライブ２００は、偏心運動ジェネレータ軸受２１６を含んでいてもよい。偏心運動ジェネレータ軸受２１６は、転がり軸受であってもよい。偏心運動ジェネレータ軸受２１６の内輪は、偏心運動ジェネレータ２０６に直接接続してそれを取り囲むことができ、一方、偏心運動ジェネレータ軸受２１６の外輪は、エンドプレート２０３に直接接続してそれに取り囲まれ得る。

円形波動ドライブ２００は、一次駆動ギア／ハウジング軸受２６８を含んでいてもよい。一次駆動ギア／ハウジング軸受２６８は、転がり軸受であってもよい。一次駆動ギア／ハウジング軸受２６８の内輪は、一次駆動ギア２２０のハブ部に直接接続してそれを取り囲むことができ、一方、一次駆動ギア／ハウジング軸受２６８の外輪は、ハウジング２０１に直接接続してそれに取り囲まれ得る。

前述の軸受はそれぞれ、軸受の内輪に接続された要素と、軸受の外輪に接続された要素との互いに相対的な回転を可能にすることがわかる。

円形波動ドライブ２００は、少なくとも一つのファスナ２８０を介して一次駆動ギア２２０に直接接続された出力駆動要素２０４を含むことができる。

円形波動ドライブ２００に組み立てられると、入力リングギア歯２３２は、入力サイクロイドディスクギア歯２３４と係合し、この歯の係合と、入力サイクロイドディスク２１８の偏心運動（偏心部分２０７との係合によって生じる）によって、入力リングギア２０２と入力サイクロイドディスク２１８が偏心運動ジェネレータ２０６の回転軸に平行な軸の周りを互いに相対的に回転する。

円形波動ドライブ２００に組み立てられると、一次駆動ギア外歯２３６は、出力サイクロイドディスク内歯２３８と係合し、この歯の係合と、出力サイクロイドディスク２２４の偏心運動（偏心部分２０７との係合によって生じる）によって、出力サイクロイドドライブ２２０は、偏心運動ジェネレータ２０６の回転軸に平行な軸の周りを出力サイクロイドディスク２２４に対して回転する。

前述の歯の係合によって、偏心運動ジェネレータ２０６が回転することで、偏心部分２０７が回転し、それにより、入力サイクロイドディスク２１８、ひいては出力サイクロイドディスク２２４（互いに接続されている）が回転する。出力サイクロイドディスク２２４が回転することで、一次駆動ギア２２０が回転し、この一次駆動ギア２２０の回転により、両者が少なくとも一つのファスナ２８０を介して互いに直接接続されるので、出力駆動要素２０４が回転する。

別の言い方をすれば、実際には、回転力を偏心運動ジェネレータ２０６に入力することができ、それにより、偏心運動ジェネレータ２０６や偏心部分２０７を回転させることができる。偏心運動ジェネレータ２０６は、偏心運動ジェネレータ軸受２１６を介してエンドプレート２０３内で回転可能としてもよい。偏心運動ジェネレータ２０６の偏心部分２０７は、偏心運動ジェネレータ／入力サイクロイドディスク軸受２２６を介して入力サイクロイドディスク２１８と係合することができ、この偏心回転により、入力サイクロイドディスク２１８が入力リングギア歯２３２と係合し、それに沿って回転することができる。入力サイクロイドディスク２１８が回転することで、出力サイクロイドディスク２２４も同様に偏心回転を行い得る。出力サイクロイドディスク２２４の偏心回転により、一次駆動ギア２２０が出力サイクロイドディスク２２４と係合し、それに沿って回転することができる。一次駆動ギア２２０が回転することで、出力駆動要素２０４が回転し、両者は一次駆動ギア／ハウジング軸受２６８を介してハウジング２０１に対して回転するよう構成されてもよい。出力駆動要素２０４の回転速度は、減速比に従って、偏心運動ジェネレータ２０６の回転速度に比べて減速されてもよい。

円形波動ドライブ２００は、作動及び摩耗の低減を助けるために、油などの潤滑剤がその内部に含まれることを可能にするための様々なシールを含んでいてもよい。

偏心運動ジェネレータ２０６の非偏心部分は、入力リングギア２０２、一次駆動ギア２２０、出力駆動要素２０４と同心であってもよい。偏心部分２０７は、入力サイクロイドディスク２１８、出力サイクロイドディスク２２４、タイプレート２１９と同心であってもよい。

さらに図２Ｈに示すように、入力サイクロイドディスク２１８は、少なくとも一つのファスナ２８２を介してタイプレート２１９に接続されてもよい。

円形波動ドライブ１００及び２００は、例えば、ロボット作動、機械的作動、航空宇宙作動、車両トランスミッションなどを含む種々の作動用途及び／又は歯車減速用途のいずれかで用いられ得ると考えられる。

例えば、円形波動ドライブ１００及び２００を含む、本明細書に記載の円形波動ドライブは、２段以上のサイクロイド歯車を含むことができる。一態様では、円形波動ドライブは、２段のサイクロイド歯車を含み得る。別の態様では、円形波動ドライブは、３段のサイクロイド歯車を含み得る。別の態様では、円形波動ドライブは、２段以上のサイクロイド歯車を含み得る。一態様では、円形波動ドライブは、２段以上のサイクロイド歯車を含むことができ、この２段以上のサイクロイド歯車はサブトラクティブである。円形波動ドライブには、２段のサイクロイド歯車が含まれてもよく、これら２段はサブトラクティブであってもよい。一態様では、サブトラクティブな複数段のサイクロイド歯車を備えることにより、円形波動ドライブが高い減速比を有することが可能となる。

偏心運動ジェネレータ２０６の回転速度と、出力駆動要素２０４の回転速度との減速比は、次の式によって計算することができる。

ここで、ａは入力リングギア２０２の歯数２３２であり、
ｂは入力サイクロイドディスク２１８の歯数２３４であり、
ｃは出力サイクロイドディスク２２４の歯数２３８であり、
ｄは一次駆動ギア２２０の歯数２３６である。

したがって、特定の減速比が望まれる場合、入力リングギア２０２、入力サイクロイドディスク２１８、出力サイクロイドディスク２２４、一次駆動ギア２２０のそれぞれのギア歯数により所望の減速比が得られるように、円形波動ドライブ２００を設計することができる。

前述の歯はいずれも、例えば、正弦波歯形を含む、様々なギア歯形のいずれかを有していればよい。

一態様では、円形波動ドライブ２００は逆駆動可能ではないため、一回転方向にのみ操作可能である。別の態様では、円形波動ドライブ２００は逆駆動可能であるため、複数の回転方向で操作可能である。

偏心運動ジェネレータ２０６及び出力駆動要素２０４は、円形波動ドライブ２００の反対側に向けられてもよい。あるいは、偏心運動ジェネレータ２０６及び出力駆動要素２０４は、円形波動ドライブ２００の同じ側に向けられてもよい。

図３Ａ～図３Ｅは、入力リングギア３０２の一態様例を示す。入力リングギアは、非コンプライアント部分３５０上に含まれる入力リングギア歯３３２、少なくとも一つの取り付け開口３８４、コンプライアント壁３５２、入力リングギア取り付けフランジ３５４を含み得る。

コンプライアント壁３５２は、非コンプライアント部分３５０と入力リングギア取り付けフランジ３５４との間に延在し、それらを接続する。コンプライアント壁３５２は、偏心運動ジェネレータ２０６の回転軸とほぼ平行に延在し得る。

例えば、リングギア３０２及び入力サイクロイドディスク２１８（少なくとも図２Ｆに示す）内を含む、本明細書に開示される円形波動ドライブの製造において必要な公差を取得及び維持することは困難であるため、入力リングギア歯３３２と入力サイクロイドディスクギア歯（図２Ｆの２３４）との間で適切なバックラッシュを取得及び維持することは非常に困難である場合がある。このような困難を解消すべく、入力リングギア３０２をコンプライアント要素として設計してもよい。

コンプライアント要素は、本明細書で用いられる限りにおいて、弾性体の変形を通じて、ある点での入力と変位を、別の点での出力と変位に移動させる柔軟な機構を指す。

したがって、コンプライアント壁３５２は、非コンプライアント部分３５０及び入力リングギア歯３３２をユニットとして変位させ、入力サイクロイドディスクギア歯２３４と係合するときに所望のバックラッシュが得られるように、入力リングギア３０２の弾性変形を可能にする。一態様では、コンプライアント壁３５２は、入力リングギア歯３３２を付勢して、入力サイクロイドディスクギア歯２３４との所望の相対的係合を得る。

非コンプライアント部分３５０は、入力リングギア歯３３２を含み、入力リングギア歯３３２の構造的完全性を維持するのに必要な剛性を有する。すなわち、非コンプライアント部分３５０及び入力リングギア歯３３２は、コンプライアント壁３５２が柔軟で弾性的に変形するものであるのに対し、柔軟ではなく、弾性的に変形するものでもない。

入力リングギア３０２の弾性コンプライアンスや、コンプライアント壁３５２の弾性体変形は、例えば、様々な材料強度、形状、厚さを含む、様々な方法で達成することができる。

すなわち、コンプライアント壁３５２は、非コンプライアント部分３５０又は取り付けフランジ３５４の一方又は両方とは別の材料であってもよく、コンプライアント壁３５２の材料は、非コンプライアント部分３５０や取り付けフランジ３５４の材料と比較して、柔軟性が高い。

あるいは、コンプライアント壁３５２は、所望の弾性変形を達成するために特定の寸法で設計され得る。これらの寸法には、図３Ｄの部分拡大図である図３Ｅに示すように、コンプライアント壁３５２の径方向厚さＣＷＲＴと、コンプライアント壁３５２軸方向長さＣＷＡＬが含まれる。取り付けフランジ３５４は、取り付けフランジの軸方向厚さＭＦＡＴを有する。コンプライアント壁３５２の寸法は、コンプライアント壁３５２の曲げモーメントを許容し、その結果、入力リングギア歯３３２の並進／偏向が生じる。

所望の弾性変形を得るには、ＣＷＲＴは、ＣＷＡＬのちょうど又は約２２．７％であればよい。ＣＷＲＴは、ＣＷＡＬのちょうど又は約２０．０％～２５．０％であればよい。ＣＷＲＴは、ＣＷＡＬのちょうど又は約１８．０％～２７．０％であればよい。ＣＷＲＴは、ＣＷＡＬのちょうど又は約１６．０％～２９．０％であればよい。

ＭＦＡＴは、ＣＷＡＬのちょうど又は約１８．２％であればよい。ＭＦＡＴは、ＣＷＡＬのちょうど又は約１６．０％～２０．０％であればよい。ＭＦＡＴは、ＣＷＡＬのちょうど又は約１４．０％～２２．０％であればよい。ＭＦＡＴは、ＣＷＡＬのちょうど又は約１２．０％～２４．０％であればよい。

これらの相対的な寸法は、異なる材料、ひいては異なる材料特性を有する入力リングギア３０２間で異なる場合があることがわかる。

図４Ａ～図４Ｆは、一次駆動ギア４２０の例示的な態様を示す。一次駆動ギア４２０は、一次駆動ギア外歯４３６、コンプライアント径方向壁４６０、コンプライアントリブ４６６、第１逃げ溝４６１、第２逃げ溝４６２、少なくとも一つの取り付け開口４６３、中央ボア４６４、ハブ４６７を含むことができる。

組み立てられた円形波動ドライブ２００に示されるように、ハブ４６７は、一次駆動ギア／ハウジング軸受け２６８によって取り囲まれていてもよい。ハブ４６７は、一次駆動ギア４２０を出力駆動要素２０４に接続するための少なくとも一つのファスナ２８０を受け入れるよう構成された少なくとも一つの取り付け開口４６３を含んでいてもよい。偏心運動ジェネレータ２０６は、組み立てられた円形波動ドライブ２００の中央ボア４６４を通って延在してもよい。

コンプライアント径方向壁４６０は、ハブ４６７から径方向外方に延在してもよい。さらに、一次駆動ギア外歯４３６は、コンプライアント径方向壁４６０に対して少なくとも多少片持ち状態で（すなわち、軸方向にオフセットされて）、コンプライアントリブ４６６によってコンプライアント径方向壁４６０に接続（コンプライアント径方向壁４６０から径方向外方に配向）されてもよい。コンプライアントリブ４６６は、第１逃げ溝４６１と第２逃げ溝４６２によって形成され、それらの横に配置されている。

例えば、一次駆動ギア４２０及び出力サイクロイドディスク２２４（少なくとも図２Ｆに示す）内を含む、本明細書に開示される円形波動ドライブの製造において必要な公差を取得及び維持することは困難であるため、一次駆動ギア外歯４３６と出力サイクロイドディスク内歯（図２Ｆの２３８）との間で適切なバックラッシュを取得及び維持することは非常に困難である場合がある。このような困難を解消すべく、一次駆動ギア４２０をコンプライアント要素として設計してもよい。

一次駆動ギア４２０は、コンプライアント径方向壁４６０及びコンプライアントリブ４６６のうちの少なくとも一つを含む２つのコンプライアント要素を含んでいてもよい。コンプライアント径方向壁４６０及びコンプライアントリブ４６６のそれぞれは、それぞれの材料特性、材料の厚さ、形状を介して、一次駆動ギア外歯４３６の弾性変形を可能にする。一態様では、コンプライアント径方向壁４６０及びコンプライアントリブ４６６は、一次駆動ギア外歯４３６を付勢して、出力サイクロイドディスク歯２３８との所望の相対的係合を得る。

コンプライアント径方向壁４６０は、コンプライアント径方向壁４６０における曲げモーメントを可能にするために（軸方向に）厚さを小さくしてもよく、これにより一次駆動ギア外歯４３６の並進／偏向が可能となる。

コンプライアントリブ４６６は、例えば、第１逃げ溝４６１及び／又は第２逃げ溝４６２を含む１つ又は複数の逃げ溝を含むことによって厚みが小さくなり得る。さらに、逃げ溝４６１、４６２の配向によって、一次駆動ギア外歯４３６に印加された力に対して、一次駆動ギア外歯４３６が「揺れる」（すなわち、円筒形から円錐形へと変形する）ことが可能となり、必要なバックラッシュが得られる。

上記のように材料の厚さが減少すると、厚さが減少した領域内の強度が低下することがわかる。

図４Ｆは、一次駆動ギア外歯４３６に引火された力に対して、一次駆動ギア外歯４３６が弾性的にたわむ場合を示している。

図５Ａ及び図５Ｂは、偏心運動ジェネレータ５０６の一態様例を示す。偏心運動ジェネレータ５０６は、偏心部分５０７Ａと非偏心部分５０７Ｂを含む。偏心部分５０７Ａは中心線ＣＬＡを有し、非偏心部分５０７Ｂは中心線ＣＬＢを有する。中心線ＣＬＡと中心線ＣＬＢは、互いに平行であってもよく、互いにオフセットされていてもよい。

一態様では、偏心運動ジェネレータ５０６は、非偏心部分５０７Ｂの中心線ＣＬＢの周りを回転可能なように制約されていてもよい。この態様では、偏心部分５０７Ａは、非偏心部分５０７Ｂと共に回転するが、偏心部分５０７Ａの回転は偏心している。このように、偏心運動ジェネレータ５０６は、回転入力を偏心運動に変換することができる。

図６は、円形波動ドライブの減速比を求めるための例示的な方法６００を示すフローチャートである。この方法６００は、円形波動ドライブの所望の減速比を選択すること（ステップ６１０）を含む。方法６００はさらに、（ａ）ギア内歯を有する入力リングギアと、（ｂ）入力リングギアの歯に少なくとも部分的に係合するギア外歯を有する入力サイクロイドディスクと、（ｄ）ギア外歯を有し、入力サイクロイドディスクに固定された一次駆動ギアと、（ｃ）一次駆動ギアの歯に少なくとも部分的に係合するギア内歯を有する出力サイクロイドディスクと、を備える円形波動ドライブを提供すること（ステップ６２０）を含む。この方法６００はさらに、次の式を用いて減速比を計算すること（ステップ５３０）を含む。

ここで、ａは入力リングギア１０２、２０２の歯数であり、
ｂは入力サイクロイドディスク１１８、２１８の歯数であり、
ｃは出力サイクロイドディスク１２４、２２４の歯数であり、
ｄは一次駆動ギア１２０、２２０の歯数である。

「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ又はｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語が本明細書又は請求項で用いられる限りにおいて、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が請求項で移行語として採用されるときに解釈される場合の該用語と同様に包括的となることを意図される。さらに、「又は」（例えば、Ａ又はＢ）という用語が採用される限りにおいて、「Ａ又はＢ又はこれらの両方」を意味することを意図される。出願人らが「両方ではなくＡ又はＢのみ」を示すことを意図するときには、「両方ではなくＡ又はＢのみ」という用語が採用されることになる。したがって、本明細書での「又は」という用語の使用は、包括的使用であって排他的使用ではない。Ｂｒｙａｎ Ａ．ＧａｒｎｅｒのＡ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｌｅｇａｌ Ｕｓａｇｅ ６２４（第２版、１９９５年）を参照されたい。また、「～における（ｉｎ）」又は「～の中に（ｉｎｔｏ）」という用語が本明細書又は請求項で用いられる限りにおいて、「～上の（ｏｎ）」又は「～上に（ｏｎｔｏ）」をさらに意味することを意図される。「実質的に」という用語が本明細書又は請求項で用いられる限りにおいて、製造において利用可能な又は見込まれる（ｐｒｕｄｅｎｔ）精度を考慮に入れることを意図される。「選択的に」という用語が本明細書又は請求項で用いられる限りにおいて、装置のユーザが装置の使用中に必要な又は望んだとおりに構成材の特徴又は機能をアクティブ化又は非アクティブ化することができる構成材の条件を指すことを意図される。「作動的に接続される」という用語が本明細書又は請求項で用いられる限りにおいて、特定の構成材が指定された機能を果たす様態で接続されることを意味するように意図される。本明細書及び請求項で用いられる場合の単数形（「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」）は複数形を含む。最後に、「約」という用語が数字と併せて用いられる場合、数字の±１０％を含むことを意図される。言い換えれば、「約１０」は、９～１１を意味する場合がある。

上記のように、本願はその態様の説明によって例示されており、態様がかなり詳細に説明されているが、付属の請求項の範囲をこうした詳細に制約する又は多少なりとも限定することは出願人らの意図ではない。本願の恩恵に浴する当業者にはさらなる利点及び修正がすぐに分かるであろう。したがって、本願は、そのより広い態様において、具体的な詳細、示される例示的な例、又は言及されるどの装置にも限定されない。発明の一般概念の精神又は範囲から逸脱せずにこうした詳細、例、及び装置からの逸脱がなされ得る。

Claims (18)

1. 内面を有し、その内面に配置された入力リングギア内歯を含むコンプライアント入力リングギアと、
   外面を有し、その外面に配置され、前記入力リングギア内歯と少なくとも部分的に係合する入力サイクロイドディスクギア外歯を含む入力サイクロイドディスクと、
   外面を有し、その外面に配置された一次駆動ギア外歯を含むコンプライアント一次駆動ギアと、
   偏心部分と非偏心部分とを含み、偏心部分と非偏心部分の中心線が互いにオフセットされている偏心運動ジェネレータと、
   内面を有し、その内面に配置され、前記一次駆動ギア外歯と少なくとも部分的に係合する出力サイクロイドディスク内歯を含む出力サイクロイドディスクと、
   を備えることを特徴とする円形波動ドライブ。
2. 前記一次駆動ギアに接続された出力駆動要素をさらに備える、請求項１に記載の円形波動ドライブ。
3. 前記入力サイクロイドディスクが前記出力サイクロイドディスクに接続されている、請求項１に記載の円形波動ドライブ。
4. 前記入力リングギア内歯と入力サイクロイドディスクギア外歯はそれぞれ、正弦波歯形を有する、請求項１に記載の円形波動ドライブ。
5. 前記一次駆動ギア外歯と、前記出力サイクロイドディスク内歯はそれぞれ、正弦波歯形を有する、請求項１に記載の円形波動ドライブ。
6. 前記偏心運動ジェネレータは、偏心運動ジェネレータ／入力サイクロイドディスク軸受けを介して前記入力サイクロイドディスクに回転可能に接続されている、請求項１に記載の円形波動ドライブ。
7. 前記コンプライアント入力リングギアは、前記入力リングギア歯を含む非コンプライアント部分と、入力リングギア取り付けフランジとを含み、前記非コンプライアント部分と前記入力リングギア取り付けフランジとはコンプライアント壁によって接続されている、請求項１に記載の円形波動ドライブ。
8. 前記コンプライアント壁は径方向厚さと軸方向長さを有し、前記径方向厚さが前記軸方向長さの約１６．０％～２９．０％である、請求項７に記載の円形波動ドライブ。
9. 前記一次駆動ギアは、ハブと、そのハブから径方向外方に延在するコンプライアント径方向壁と、第１逃げ溝と第２逃げ溝のうちの少なくとも一つによって形成されるコンプライアントリブとを含み、前記コンプライアントリブは、前記一次駆動ギア外歯と前記コンプライアント径方向壁とを接続する、請求項１に記載の円形波動ドライブ。
10. 前記コンプライアントリブは、第１逃げ溝と第２逃げ溝の両方によって形成される、請求項９に記載の円形波動ドライブ。
11. 内面を有し、その内面に配置された入力リングギア内歯を含むコンプライアント入力リングギアであって、前記入力リングギア歯を含む非コンプライアント部分と、入力リングギア取り付けフランジとを含み、前記非コンプライアント部分と前記入力リングギア取り付けフランジとはコンプライアント壁によって接続されている、コンプライアント入力リングギアと、
    外面を有し、その外面に配置され、前記入力リングギア内歯と少なくとも部分的に係合する入力サイクロイドディスクギア外歯を含む入力サイクロイドディスクと、
    外面を有し、その外面に配置された一次駆動ギア外歯を含むコンプライアント一次駆動ギアであって、ハブと、そのハブから径方向外方に延在するコンプライアント径方向壁と、第１逃げ溝と第２逃げ溝のうちの少なくとも一つによって形成されるコンプライアントリブとを含み、前記コンプライアントリブは、前記一次駆動ギア外歯と前記コンプライアント径方向壁とを接続する、一次駆動ギアと、
    偏心部分と非偏心部分とを含み、偏心部分と非偏心部分の中心線が互いにオフセットされている偏心運動ジェネレータと、
    内面を有し、その内面に配置され、前記一次駆動ギア外歯と少なくとも部分的に係合する出力サイクロイドディスク内歯を含む出力サイクロイドディスクと、
    を備えることを特徴とする円形波動ドライブ。
12. 前記一次駆動ギアに接続された出力駆動要素をさらに備える、請求項１１に記載の円形波動ドライブ。
13. 前記入力サイクロイドディスクは、前記出力サイクロイドディスクに接続されている、請求項１１に記載の円形波動ドライブ。
14. 前記入力リングギア内歯と前記入力サイクロイドディスクギア外歯はそれぞれ、正弦波歯形を有する、請求項１１に記載の円形波動ドライブ。
15. 前記一次駆動ギア外歯と前記出力サイクロイドディスク内歯はそれぞれ、正弦波歯形を有する、請求項１１に記載の円形波動ドライブ。
16. 前記偏心運動ジェネレータは、偏心運動ジェネレータ／入力サイクロイドディスク軸受けを介して前記入力サイクロイドディスクに回転可能に接続されている、請求項１１に記載の円形波動ドライブ。
17. 前記コンプライアント壁は、径方向厚さと軸方向長さを有し、前記径方向厚さは、前記軸方向長さの約１６．０％～２９．０％である、請求項１１に記載の円形波動ドライブ。
18. 前記コンプライアントリブは、第１逃げ溝と第２逃げ溝の両方によって形成される、請求項１１に記載の円形波動ドライブ。

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