JP2024020996A - 波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転中心線に直交する方向に回転を伝達する回転伝達部材を備えた波動歯車装置を扁平でコンパクトに構成でき、回転伝達部材の支持強度も確保できるようにすること。【解決手段】波動歯車装置１では、カップ形状をした外歯歯車４に対して軸方向の第１の側１Ａに、回転中心線１ａに直交する方向に回転を伝達するプーリ２と出力軸８の双方が配置されている。プーリ２から波動発生器５に入力回転を伝達する入力軸７は、プーリ２および波動発生器５の双方の支軸として機能し、第１、第２軸受１１、１２によって両持ち状態で支持されている。プーリ２から波動発生器５への回転伝達機構、その支持機構を、コンパクトに構成でき、支持強度も確保できる。波動歯車装置１の軸方向の第２の側１Ｂはカバープレート９によって覆われシール構造を省略できる。【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 販売日：令和 ４年 ５月１８日 販売場所：株式会社安川電機

本発明は、回転中心線に直交する方向から回転が伝達されるプーリ、平歯車等の回転伝達部材を備えた波動歯車装置に関する。

この種の波動歯車装置では、並列配置されているモータの出力回転が、プーリ・ベルト式回転伝達機構、あるいは減速歯車列を介して伝達されて減速され、減速回転が負荷側に伝達される。あるいは、波動歯車装置から出力される減速回転が、プーリ・ベルト式回転伝達機構、減速歯車列を介して、負荷側に伝達される。例えば、特許文献１には、軸方向の一方の端に回転が入力される従動側プーリが配置され、他方の端に減速回転の出力軸が配置されたフラット型波動歯車装置が記載されている。特許文献２には、軸方向の一方の側に入力軸が突出し、他方の側に減速回転の出力軸に取り付けたプーリが配置されたカップ型波動歯車装置が記載されている。

特開２０２２－７７５６４号公報 特開２０２０－６０１９６号公報

プーリ、平歯車等の回転伝達部材が取り付けられた波動歯車装置は、回転伝達部材およびその支持機構を取り付けるために、装置寸法、特に、軸方向の寸法が大きくなる。寸法増加を回避し、コンパクト化を目的に、プーリ等の支持機構を波動歯車装置の内部に配置しようとすると、軸受のサイズ、配置の制約により、十分な支持強度が得られない場合がある。

本発明の目的は、回転中心線に直交する方向に回転を伝達する回転伝達部材を備えた波動歯車装置であって、その扁平化、コンパクト化に有利な構造を備えた波動歯車装置を提供することにある。また、扁平化、コンパクト化に有利であると共に、回転伝達部材の支持強度を確保できる構造を備えた波動歯車装置を提供することにある。

本発明は、回転中心線に直交する方向に回転を伝達する回転伝達部材を備えた波動歯車装置において、
剛性の内歯歯車と、
前記内歯歯車の内側に同軸に配置したカップ形状をした半径方向に撓み可能な可撓性の外歯歯車と、
前記外歯歯車の内側に嵌め込まれ、前記外歯歯車を非円形に撓めて前記内歯歯車に対して部分的にかみ合わせている波動発生器と、
前記波動発生器から前記回転中心線に沿った軸方向の一方の側である第１の側に同軸に延びる入力軸と、
前記外歯歯車のカップ形状の底部中心部を規定しているボスに対して、前記軸方向の前記第１の側から同軸に取り付けた出力軸と、
前記内歯歯車に対して、前記軸方向における前記第１の側とは反対の第２の側から取り付けられ、前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記波動発生器を前記第２の側から覆っているカバープレートと
を備えており、
前記入力軸の軸先端部は、前記ボスおよび前記出力軸を貫通する中心穴を通って前記第１の側に突出しており、
前記回転伝達部材は、前記入力軸の前記軸先端部に同軸に取り付けられていることを特徴としている。

また、波動歯車装置は、
前記入力軸における前記波動発生器の側の軸端部は、第１軸受を介して、前記外歯歯車の前記ボスあるいは前記カバープレートによって回転自在に支持され、
前記入力軸の前記軸先端部は、第２軸受を介して、前記出力軸によって回転自在に支持されている。

本発明の波動歯車装置では、カップ形状をした外歯歯車に対して、軸方向の一方の側である入力軸の軸先端部の側に、回転伝達部材および出力軸が配置されている。軸方向の他方の側はカバープレートによって覆われており、波動歯車装置の内部から外部へのオイル漏れを防止するためのオイルシール等のシール構造を省略できる。よって、波動歯車装置の小型化、扁平化に有利である。

回転伝達部材から波動発生器に入力回転を伝達する入力軸は、回転伝達部材および波動発生器の双方の支軸としても機能し、第１、第２軸受によって両持ち状態で支持されている。よって、回転伝達部材から波動発生器への回転伝達機構、これらの支持機構を、コンパクトに構成でき、また、回転伝達部材および波動発生器の支持強度を確保できる。

（Ａ）は実施の形態１に係る波動歯車装置を示す概略縦断面図、（Ｂ）は波動歯車装置の内部構造を示す説明図である。 実施の形態２に係る波動歯車装置を示す概略縦断面図である。 実施の形態３に係る波動歯車装置を示す概略縦断面図である。 実施の形態４に係る波動歯車装置を示す概略縦断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、波動歯車装置とモータを備えたアクチュエータの構成例を示す説明図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態に係る波動歯車装置を説明する。実施の形態のそれぞれは、本発明の一例を示すものであり、本発明を実施の形態の構造に限定することを意図したものでない。

（実施の形態１）
図１、図５を参照して本発明の実施の形態に係る波動歯車装置を説明する。波動歯車装置１は、回転中心線１ａに直交する方向に回転を伝達する回転伝達部材であるプーリ２を備えている。図５（Ａ）に示すように、プーリ２には、波動歯車装置１の隣接位置に並列配置したモータＭからプーリ・ベルト式の回転伝達機構１００を介して回転が伝達される。図５（Ｂ）に示すように、回転伝達機構として、歯車列１００Ａを用いることもできる。この場合には、波動歯車装置１には、プーリ２の代わりに従動側の歯車２Ａが取り付けられる。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、波動歯車装置１は、剛性の内歯歯車３と、内歯歯車３の内側に同軸に配置したカップ形状をした半径方向に撓み可能な可撓性の外歯歯車４と、外歯歯車４の内側に嵌め込まれ、外歯歯車４を非円形に撓めて内歯歯車３に対して部分的にかみ合わせている波動発生器５とを備えている。内歯歯車３と外歯歯車４は、クロスローラベアリングからなる主軸受６によって、相対回転自在の状態で支持されている。波動発生器５には、同軸に、入力軸７が取り付けられており、入力軸７にプーリ２が取り付けられている。内歯歯車３は不図示の固定側部材に取り付けた静止側部材であり、外歯歯車４は被駆動側部材であり、外歯歯車４には、同軸に、出力軸８が取り付けられている。出力軸８は主軸受６の内輪６１に一体形成されているが、これらを別部材として制作して同軸に固定してもよい。波動歯車装置１におけるプーリ２とは反対側の端には、カバープレート９が配置されている。

外部からプーリ２に伝達される入力回転が、入力軸７を介して、波動発生器５に伝達される。波動発生器５が回転すると、内歯歯車３に対する外歯歯車４のかみ合い位置が円周方向に移動し、両歯車の歯数差に応じた相対回転が、両歯車の間に生じる。外歯歯車４が、入力回転に対して大幅に減速された回転数で回転する。外歯歯車４に取り付けた出力軸８には、想像線で示すように負荷側部材１０が連結されており、出力軸８から負荷側部材１０に減速回転が出力される。負荷側部材１０が、モータ、プーリ・ベルト式伝達機構を構成する部材に干渉しない有限角度の範囲内で回動するように、モータＭおよび波動発生器５を備えたアクチュエータの駆動制御が行われる。

波動歯車装置１の内歯歯車３は、円環形状をしており、その内周面に内歯３１が形成されている。外歯歯車４は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部４１と、この円筒状胴部４１の一方の端から半径方向の内方に延びるダイヤフラム４２と、ダイヤフラム４２の内周縁に一体形成された円環形状をした剛性のボス４３とを備えている。円筒状胴部４１における他方の端である開口端の外周面部分には、内歯歯車３の内歯３１にかみ合い可能な外歯４４が形成されている。波動発生器５は、剛性のカム板５１と、このカム板５１の非円形外周面に装着した波動発生器軸受５２とを備えている。非円形外周面は、例えば楕円状外周面であり、波動発生器軸受５２の外周面は楕円状の撓められた状態で、外歯歯車４の円筒状胴部４１の開口端の側に嵌め込まれている。これにより、外歯歯車４の外歯４４が形成されている部分は楕円形状に撓められ、楕円形状の長軸の両端に位置する外歯４４の部分が内歯３１にかみ合った状態が形成されている。波動発生器５を回転すると、両歯車３、４のかみ合い位置が円周方向に移動する。

波動発生器５のカム板５１には入力軸７が一体形成されている。入力軸７は、カム板５１から、外歯歯車４のカップ形状のカップ底部の中心部分を規定しているボス４３の側に同軸に延びている。換言すると、入力軸７は、カム板５１から、回転中心線１ａに沿った軸方向の一方の側である第１の側１Ａに向けて延びている。入力軸７を別部材として制作して、カム板５１に締結固定することもできる。入力軸７は、外歯歯車４のカップ形状の底部中心部を規定している円環形状のボス４３の中心穴４５を通って第１の側１Ａに延びている。外歯歯車４のボス４３の中心穴４５から第１の側１Ａに突出している入力軸７の軸先端部７１に、同軸に、回転伝達部材であるプーリ２が締結ボルト１５によって締結固定されている。

内歯歯車３と外歯歯車４を相対回転可能な状態で支持する主軸受６は、内歯歯車３に対して軸方向の第１の側１Ａに配置されている。主軸受６の外輪６２は内歯歯車３に同軸に締結固定される。主軸受６の内輪６１には、先に述べたように、出力軸８が一体形成されている。出力軸８は、外歯歯車４のボス４３に対して、第１の側１Ａから、同軸に固定されている。本例では、出力軸８は、その中心穴８１の内周縁部分が外歯歯車４のボス４３の外周縁部分に対して、全周溶接によって接合されている。締結ボルト等を用いて接合することもできる。

カバープレート９は、軸方向における第１の側１Ａとは反対の第２の側１Ｂから、内歯歯車３の端面に締結固定されている。カバープレート９は、内歯歯車３、外歯歯車４および波動発生器５を、第２の側１Ｂから覆っている。

ここで、入力軸７における波動発生器５の側の軸端部７２は、ボールベアリングからなる第１軸受１１を介して、外歯歯車４のボス４３によって回転自在に支持されている。本例においては、外歯歯車４のボス４３には、第２の側１Ｂから、第１軸受ホルダ１３が同軸に固定されている。第１軸受１１は、第１軸受ホルダ１３と入力軸７の軸端部７２の外周面との間に装着されている。

また、入力軸７におけるプーリ２の側の軸先端部７１は、ボールベアリングからなる第２軸受１２を介して、出力軸８によって回転自在に支持されている。プーリ２には、その端面から第２の側１Ｂに突出しているプーリ軸部２２が形成されており、このプーリ軸部２２の中心穴２３に同軸に入力軸７の軸先端部７１が嵌め込まれており、この状態で、締結ボルト１５によって、プーリ２が入力軸７に同軸に締結固定されている。プーリ軸部２２の円形外周面には軸受装着面２４が形成されている。出力軸８における第１の側１Ａの端面には、同軸に、第２軸受ホルダ１４が締結固定されている。第２軸受１２は、プーリ２の側の軸受装着面２４と出力軸８の側の第２軸受ホルダ１４との間に装着されている。

また、入力軸７に取り付けたプーリ２と、出力軸８（外歯歯車４のボス４３）との間には、軸方向に予圧を与えるウエーブワッシャ１６が挟み込まれている。予圧によって、第１、第２軸受１１、１２によって支持されている波動発生器５の軸方向のガタ付きを無くした状態が形成され、この状態で各部品が接着等によって固定されている。これにより、波動発生器５の軸方向の位置調整作業等が不要になる。

このように構成した波動歯車装置１においては、カップ形状をした外歯歯車４に対して、軸方向の一方の側である入力軸７の軸先端部７１の側に、プーリ２および出力軸８が配置されている。また、プーリ２から波動発生器５に入力回転を伝達する入力軸７は、プーリ２および波動発生器５の双方の支軸として機能し、第１、第２軸受１１、１２によって両持ち状態で支持されている。よって、プーリ２から波動発生器５への回転伝達機構および、これらの支持機構を、コンパクトに構成でき、プーリ２および波動発生器５の支持強度を確保できる。また、波動歯車装置１の軸方向の第２の側１Ｂはカバープレート９によって覆われており、波動歯車装置１の内部から第２の側１Ｂへのオイル漏れを防止するためのオイルシール等のシール構造を省略できる。よって、波動歯車装置１の小型化、扁平化に有利である。

（実施の形態２）
図２は実施の形態２に係る波動歯車装置２００を示す概略縦断面図である。波動歯車装置２００の基本構成は波動歯車装置１と同一であるので、対応する部位には同一の符号を使用し、それらの部位の説明は省略する。

波動歯車装置２００では、波動発生器５を支持している第１軸受１１が、波動発生器５に対して軸方向の第２の側１Ｂに配置されており、カバープレート９に第１軸受１１が装着されている。入力軸７は、波動発生器５のカム板５１から軸方向の第２の側１Ｂに同軸に突出した軸突出部７３を備えている。カバープレート９には、軸方向の第１の側１Ａに開口する軸受装着部９１が形成されている。軸受装着部９１に装着された第１軸受１１によって、入力軸７の軸突出部７３が支持されている。

また、波動歯車装置２００においては、主軸受６の内輪６１に一体形成されている出力軸８が外歯歯車４のボス４３に対して、溶接ではなく、締結ボルト１７によって締結固定されている。

（実施の形態３）
図３は、実施の形態３に係る波動歯車装置３００を示す概略縦断面図である。波動歯車装置３００の基本構成は波動歯車装置１と同一であるので、対応する部位には同一の符号を使用し、それらの部位の説明は省略する。

波動歯車装置３００では、波動発生器５を支持している第１軸受１１が、波動発生器５に対して軸方向の第２の側１Ｂに配置されており、カバープレート９には第１軸受１１が装着されている。入力軸７は、波動発生器５のカム板５１から軸方向の第２の側１Ｂに同軸に突出した軸突出部７３を備えている。カバープレート９には、軸方向の第１の側１Ａに開口する軸受装着部９１が形成されている。軸受装着部９１に装着された第１軸受１１によって、入力軸７の軸突出部７３が支持されている。

また、波動歯車装置３００においては、主軸受６の内輪６１に一体形成されている出力軸８が外歯歯車４のボス４３に対して、溶接ではなく、締結ボルト１７によって締結固定されている。

さらに、波動歯車装置３００においては、第２軸受１２は、入力軸７の軸先端部７１と第２軸受ホルダ１４との間に装着されている。すなわち、第２軸受１２は、プーリ２に対して軸方向の第２の側１Ｂに位置し、入力軸７の軸先端部７１を支持している。

（実施の形態４）
図４は、実施の形態４に係る波動歯車装置４００を示す概略縦断面図である。波動歯車装置４００の基本構成は波動歯車装置１と同一であるので、対応する部位には同一の符号を使用し、それらの部位の説明は省略する。

波動歯車装置４００では、波動発生器５を支持している第１軸受１１が、波動発生器５に対して軸方向の第２の側１Ｂに配置されており、カバープレート９には第１軸受１１が装着されている。入力軸７は、波動発生器５のカム板５１から軸方向の第２の側１Ｂに同軸に突出した軸突出部７３を備えている。カバープレート９には、軸方向の第１の側１Ａに開口する軸受装着部９１が形成されている。軸受装着部９１に装着された第１軸受１１によって、入力軸７の軸突出部７３が支持されている。

また、波動歯車装置４００においては、主軸受６の内輪６１に一体形成されている出力軸８が外歯歯車４のボス４３に対して、溶接ではなく、締結ボルト１７によって締結固定されている。

さらに、波動歯車装置４００においては、内輪６１に一体形成されている出力軸８の中心穴内周面に軸受装着面８２が形成されている。第２軸受１２は、出力軸８の軸受装着面８２に装着され、入力軸７の軸先端部７１を支持している。

１ 波動歯車装置
１ａ 回転中心線
１Ａ 第１の側
１Ｂ 第２の側
２ プーリ
２Ａ 歯車
３ 内歯歯車
４ 外歯歯車
５ 波動発生器
６ 主軸受
７ 入力軸
８ 出力軸
９ カバープレート
１０ 負荷側部材
１１ 第１軸受
１２ 第２軸受
１３ 第１軸受ホルダ
１４ 第２軸受ホルダ
１５ 締結ボルト
１６ ウエーブワッシャ
１７ 締結ボルト
２２ プーリ軸部
２３ 中心穴
２４ 軸受装着面
３１ 内歯
４１ 円筒状胴部
４２ ダイヤフラム
４３ ボス
４４ 外歯
４５ 中心穴
５１ カム板
５２ 波動発生器軸受
６１ 内輪
６２ 外輪
７１ 軸先端部
７２ 軸端部
７３ 軸突出部
８１ 中心穴
８２ 軸受装着面
９１ 軸受装着部
１００ 回転伝達機構
１００Ａ 歯車列
２００ 波動歯車装置
３００ 波動歯車装置
４００ 波動歯車装置
Ｍ モータ

Claims (9)

1. 回転中心線に直交する方向に回転を伝達する回転伝達部材を備えた波動歯車装置において、
   剛性の内歯歯車と、
   前記内歯歯車の内側に同軸に配置したカップ形状をした半径方向に撓み可能な可撓性の外歯歯車と、
   前記外歯歯車の内側に嵌め込まれ、前記外歯歯車を非円形に撓めて前記内歯歯車に対して部分的にかみ合わせている波動発生器と、
   前記波動発生器から前記回転中心線に沿った軸方向の一方の側である第１の側に同軸に延びている入力軸と、
   前記外歯歯車のカップ形状の底部中心部を規定しているボスに対して、前記軸方向の前記第１の側から同軸に取り付けられている出力軸と、
   前記内歯歯車に対して、前記軸方向における前記第１の側とは反対の第２の側から取り付けられ、前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記波動発生器を前記第２の側から覆っているカバープレートと
   を備えており、
   前記入力軸の軸先端部は、前記ボスおよび前記出力軸を貫通する中心穴を通って前記第１の側に突出しており、
   前記回転伝達部材は、前記入力軸の前記軸先端部に同軸に取り付けられていることを特徴としている波動歯車装置。
2. 請求項１において、
   前記入力軸における前記波動発生器の側の軸端部は、第１軸受を介して、前記外歯歯車の前記ボスあるいは前記カバープレートによって回転自在に支持され、
   前記入力軸の前記軸先端部は、第２軸受を介して、前記出力軸によって回転自在に支持されている波動歯車装置。
3. 請求項２において、
   前記内歯歯車と前記外歯歯車を相対回転可能な状態で支持する主軸受を備えており、
   前記主軸受は、前記内歯歯車に対して前記第１の側に配置され、
   前記主軸受の外輪は前記内歯歯車に同軸に取り付けられ、
   前記主軸受の内輪には、前記出力軸が同軸に取り付けられ、あるいは、前記内輪に前記出力軸が一体形成されている波動歯車装置。
4. 請求項２において、
   前記回転伝達部材が取り付けられた入力側部材と、出力軸が取り付けられた出力側部材との間に前記軸方向の予圧を与えて、前記波動発生器の前記軸方向のガタ付きを取るウエーブワッシャを備えている波動歯車装置。
5. 請求項３において、
   前記外歯歯車の前記ボスに対して前記第２の側から同軸に取り付けられた第１軸受ホルダを備えており、
   前記第１軸受は、前記第１軸受ホルダと前記入力軸の前記軸端部の間に装着されている波動歯車装置。
6. 請求項３において、
   前記入力軸の前記軸端部は、前記波動発生器から前記第２の側に突出した軸突出部を備えており、
   前記カバープレートは、前記第１の側に開口する軸受装着部を備えており、
   前記第１軸受は、前記軸受装着部と前記軸突出部との間に装着されている波動歯車装置。
7. 請求項３において、
   前記回転伝達部材の外周面に形成した軸受装着面と、
   前記出力軸に対して前記第１の側から同軸に取り付けた第２軸受ホルダと
   を備えており、
   前記第２軸受は、軸受装着面と前記第２軸受ホルダとの間に装着されている波動歯車装置。
8. 請求項３において、
   前記出力軸に対して前記第１の側から同軸に取り付けた第２軸受ホルダを備えており、
   前記第２軸受は、前記入力軸の前記軸先端部と、第２軸受ホルダとの間に装着されている波動歯車装置。
9. 請求項３において、
   前記出力軸の内周面に形成した軸受装着面を備えており、
   前記第２軸受は、前記入力軸の前記軸先端部と、前記出力軸の前記軸受装着面との間に装着されている波動歯車装置。