JP3800659B2 - シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシルクハット形状の可撓性外歯歯車が組み込まれたシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、シルクハット形状の可撓性外歯歯車の応力集中を緩和して外径寸法を小さくできるようにしたシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
撓み噛み合い式歯車装置としては、その可撓性外歯歯車がシルクハット形状をした形式のものが知られている。本明細書では、この形式の装置をシルクハット型撓み噛み合い式歯車と呼ぶものとする。図５には、シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯車を、その装置軸線を含む平面で切断した縦断面（含軸断面）を示してある。この図に示すように、可撓性外歯歯車１は、円筒状の胴部２と、この基端側開口端に連続した内周端部を備えた環状のダイヤフラム３と、このダイヤフラム３の外周端部に連続している環状の厚肉のボス５を備えている。胴部４の先端側開口端の外周部分には周方向に向けて外歯４が一体成形されている。
【０００３】
この形式の装置は、装置を貫通させて回転部材、各種配線を配置する場合等に都合がよい。すなわち、可撓性外歯歯車のダイヤフラム３が胴部２の端から半径方向の外側に広がっているので、胴部３の内側空間を有効利用できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、近年においては、ロボット等の小型化の要求から、それらに組み込まれる減速機等の機構の小型化に対する要求が益々高まっている。この要求に応えるために、シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置においてもその軸長を短くすることが考えられる。そのためには、シルクハット形状の可撓性外歯歯車の軸長を短くする必要がある。この外歯歯車の軸長と、その外歯のピッチ円直径との比率は、従来において一般的に使用されている外歯歯車では約１：１である。これ以上に軸長を短くすると、それに伴って外歯歯車のコーニング角も増加してしまう。図４には、軸長に応じて可撓性外歯歯車１のコーニング角θが増加する様子を示してある。この結果、ダイヤフラム３の内端部分３ａ、その外端部分３ｂ等に過剰な応力集中が発生する場合がある。
【０００５】
一方、ダイヤフラム３の内端部分３ａおよび外端部分３ｂには、伝達トルクによる剪断応力も発生する。さらには、各部品の取付け誤差に起因する応力の発生する。
【０００６】
したがって、可撓性外歯歯車の軸長を短くすると、ダイヤフラム３の部分に過剰な応力集中が起きやすい。応力集中を緩和するためには、ダイヤフラムの外径を大きくする必要がある。しかし、シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置では、その外径寸法は、その可撓性外歯歯車の外径寸法によって決まる。このため、ダイヤフラムの外径寸法を大きくすると、その分、装置の外径寸法が大きくなってしまう。これでは、装置の小型、コンパクト化の障害となってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、この点に鑑みて、可撓性外歯歯車のダイヤフラムの外径寸法を増加させることなく、可撓性外歯歯車のダイヤフラムに発生する応力を緩和させることのできる構造を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、本発明は、環状の剛性内歯歯車と、この内側の可撓性外歯歯車と、この内側に配置されて当該外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車と部分的に噛み合わせると共に、これらの噛み合わせ位置を円周方向に移動させる波動発生器とを有し、前記可撓性外歯歯車は、一方の開口端側の外周面に外歯が形成された円筒状の胴部と、この胴部の他方の開口端に内周端部が連続している環状のダイヤフラムと、このダイヤフラムの外周端部に連続して形成されている環状のボスとを備えたシルクハット形状をしているシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置において、可撓性外歯歯車のダイヤフラムの含軸断面形状を次のように規定している。
【０００９】
すなわち、可撓性外歯歯車のダイヤフラムの含軸断面形状は、一方の側を装置軸線に対して直交する方向に延びる直線により規定し、他方の側を、前記ボスの側に滑らかに連続している第１の凸状円弧と、この第１の凸状円弧に滑らかに連続した凹状円弧と、この凹状円弧に滑らかに連続した第２の凸状円弧から規定する。そして、当該第２の凸状円弧を前記胴部に滑らかに連続させる。
【００１０】
本発明の好適な実施の形態では、前記円弧のうち、前記第１の凸状円弧の曲率を最も小さくし、前記凹状円弧の曲率を最も大きくなるように設定する。また、前記凹状円弧を前記ダイヤフラムの中央部分に位置させる。
【００１１】
このように含軸断面形状が規定されたダイヤフラムを備えた可撓性外歯歯車を用いれば、ダイヤフラムの軸長を短くしても、ダイヤフラムに発生する応力を大幅に緩和できる。したがって、ダイヤフラムの外径を増加させる必要がない。よって、本発明によれば、偏平で、しかも、外径寸法の小さいシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置を実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１および図２には、本発明を適用可能なシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の全体構成を示してある。これらの図に示すように、撓み噛み合い式歯車装置１１は、環状の剛性内歯歯車１２と、この内側に配置されたシルクハット形状の可撓性外歯歯車１３と、この内側にはめ込まれた楕円状の波動発生器１４から構成されている。可撓性外歯歯車１３は、円筒状の胴部２２と、その基端開口に連続した内周端部２３Ａを備えた環状のダイヤフラム２３と、このダイヤフラム２３の外周端部２３Ｂに連続して一体形成された厚肉の環状ボス２５を備えている。胴部２２の先端側開口端の外周部分には周方向に向けて外歯２４が一体形成されている。環状のボス２５は、他の部材（図示せず）への取付けのためのものであり、このボス２５によって胴部２２およびダイヤフラム２３は片持ち状態で支持される。
【００１４】
一方、波動発生器１４は、中空ハブ１４ａと、その外周に嵌めた楕円形の剛性カム板１４ｂと、この外周に嵌めたボールベアリング１４ｃから構成されている。波動発生器１４によって、可撓性外歯歯車の外歯２４が形成されている胴部２２の部分が楕円形に撓められ、楕円形の長軸両端に位置する２箇所の外歯部分が剛性内歯歯車１２の内歯１２ａに噛み合わされる。この状態で波動発生器１４が装置軸線１１ａを中心として回転すると、これらの噛み合い位置が円周方向に回転する。この回転によって、外歯と内歯の歯数差に応じて、これらの可撓性外歯歯車１３と剛性内歯歯車１２の間には相対回転が発生する。したがって、例えば、剛性内歯歯車１２を固定し、波動発生器１４を高速回転入力要素とすれば、外歯歯車１３は減速回転出力要素となり、ここから減速された回転出力が得られることになる。
【００１５】
図３には、可撓性外歯歯車１３のダイヤフムラ２３および胴部２２を装置軸線１１ａを含む平面で切断して見た場合の断面形状を示してある。
【００１６】
ダイヤフラム２３の断面形状は次のように規定されている。まず、胴部２２の内周面に連続している側は、装置軸線１１ａに直交する方向（半径方向）に延びる直線２３１によって規定されている。この直線２３１の半径方向の内端２３２には円弧２３３が滑らかに連続している。円弧２３３の他方の端は点２３４において胴部２２の内周側を規定する装置軸線１１ａの方向の延びる直線２２１に滑らかに連続している。一方、直線２３１の半径方向の外端２３５は、円弧２３６に滑らかに連続しており、この円弧２３６はボス２５の側に滑らかに連続している。
【００１７】
これに対して、ダイヤフラム２３における胴部２２の外周面に連続している側は、第１の凸状円弧２４０、凹状円弧２５０および第２の凸状円弧２６０によって基本的に規定されている。詳細に説明すると、第１の凸状円弧２４０は点Ｏ１を中心とする円弧であり、その半径方向の外端２４１は滑らかに直線２４２に連続している。この直線２４２の他端はボス２５の側に連続している。
【００１８】
第１の凸状円弧２４０の半径方向の内端２４３は、滑らかに凹状円弧２５０に連続している。凹状円弧２５０は点Ｏ２を中心とする円弧である。この凹状円弧２５０の半径方向の内端２５１は第２の凸状円弧２６０に滑らかに連続している。この第２の凸状円弧２６０は点Ｏ３を中心とする円弧である。この凸状円弧２６０の半径方向の内端２６１は、円弧２６２に滑らかに連続している。円弧２６２の他端は、胴部２２の外周側を規定している装置軸線１１ａの方向に延びる直線２２２に滑らかに連続している。
【００１９】
ここで、第１の凸状円弧２４０の曲率は、第２の凸状円弧２６０に比べて僅かに小さい。これに対して、凹状円弧２５０の曲率は、凸状円弧２４０、２６０に比べて大幅に大きい。
【００２０】
このように構成したシルクハット型撓み合い式歯車装置１１について実験を行なったところ、ダイヤフラム２３に発生する応力、特に、その内周端２３ａおよび外周端２３ｂに発生する応力を大幅に緩和できることが確認された。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置においては、そのシルクハット形状の可撓性外歯歯車におけるダイヤフラムの断面形状を適切に定めることにより、ダイヤフラムの内周端部、外周端部での応力集中が緩和され、全体としてなだらかな応力分布が得られる。このように、本発明によれば、従来よりも短かく、しかも外径寸法を大きくする必要のない可撓性外歯歯車が得られる。したがって、本発明による可撓性外歯歯車を用いれば、シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置を小型でコンパクトに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の概略縦断面図である。
【図２】図１の装置を矢印の方向から見た概略正面図である。
【図３】図１の装置のシルクハット形状の可撓性外歯歯車におけるダイヤフラムの部分の含軸断面図である。
【図４】可撓性外歯車の軸長を短くすることによるコーニング角の増加を示す説明図である。
【図５】従来のシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１１・・・シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置
１１ａ・・装置軸線
１２・・・剛性内歯歯車
１３・・・シルクハット形状の可撓性外歯歯車
１４・・・波動発生器
２２・・・胴部
２３・・・ダイヤフラム
２４・・・外歯
２５・・・ボス
２４０・・第１の凸状円弧
２５０・・凹状円弧
２６０・・第２の凸状円弧
【発明の属する技術分野】
本発明はシルクハット形状の可撓性外歯歯車が組み込まれたシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、シルクハット形状の可撓性外歯歯車の応力集中を緩和して外径寸法を小さくできるようにしたシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
撓み噛み合い式歯車装置としては、その可撓性外歯歯車がシルクハット形状をした形式のものが知られている。本明細書では、この形式の装置をシルクハット型撓み噛み合い式歯車と呼ぶものとする。図５には、シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯車を、その装置軸線を含む平面で切断した縦断面（含軸断面）を示してある。この図に示すように、可撓性外歯歯車１は、円筒状の胴部２と、この基端側開口端に連続した内周端部を備えた環状のダイヤフラム３と、このダイヤフラム３の外周端部に連続している環状の厚肉のボス５を備えている。胴部４の先端側開口端の外周部分には周方向に向けて外歯４が一体成形されている。
【０００３】
この形式の装置は、装置を貫通させて回転部材、各種配線を配置する場合等に都合がよい。すなわち、可撓性外歯歯車のダイヤフラム３が胴部２の端から半径方向の外側に広がっているので、胴部３の内側空間を有効利用できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、近年においては、ロボット等の小型化の要求から、それらに組み込まれる減速機等の機構の小型化に対する要求が益々高まっている。この要求に応えるために、シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置においてもその軸長を短くすることが考えられる。そのためには、シルクハット形状の可撓性外歯歯車の軸長を短くする必要がある。この外歯歯車の軸長と、その外歯のピッチ円直径との比率は、従来において一般的に使用されている外歯歯車では約１：１である。これ以上に軸長を短くすると、それに伴って外歯歯車のコーニング角も増加してしまう。図４には、軸長に応じて可撓性外歯歯車１のコーニング角θが増加する様子を示してある。この結果、ダイヤフラム３の内端部分３ａ、その外端部分３ｂ等に過剰な応力集中が発生する場合がある。
【０００５】
一方、ダイヤフラム３の内端部分３ａおよび外端部分３ｂには、伝達トルクによる剪断応力も発生する。さらには、各部品の取付け誤差に起因する応力の発生する。
【０００６】
したがって、可撓性外歯歯車の軸長を短くすると、ダイヤフラム３の部分に過剰な応力集中が起きやすい。応力集中を緩和するためには、ダイヤフラムの外径を大きくする必要がある。しかし、シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置では、その外径寸法は、その可撓性外歯歯車の外径寸法によって決まる。このため、ダイヤフラムの外径寸法を大きくすると、その分、装置の外径寸法が大きくなってしまう。これでは、装置の小型、コンパクト化の障害となってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、この点に鑑みて、可撓性外歯歯車のダイヤフラムの外径寸法を増加させることなく、可撓性外歯歯車のダイヤフラムに発生する応力を緩和させることのできる構造を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、本発明は、環状の剛性内歯歯車と、この内側の可撓性外歯歯車と、この内側に配置されて当該外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車と部分的に噛み合わせると共に、これらの噛み合わせ位置を円周方向に移動させる波動発生器とを有し、前記可撓性外歯歯車は、一方の開口端側の外周面に外歯が形成された円筒状の胴部と、この胴部の他方の開口端に内周端部が連続している環状のダイヤフラムと、このダイヤフラムの外周端部に連続して形成されている環状のボスとを備えたシルクハット形状をしているシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置において、可撓性外歯歯車のダイヤフラムの含軸断面形状を次のように規定している。
【０００９】
すなわち、可撓性外歯歯車のダイヤフラムの含軸断面形状は、一方の側を装置軸線に対して直交する方向に延びる直線により規定し、他方の側を、前記ボスの側に滑らかに連続している第１の凸状円弧と、この第１の凸状円弧に滑らかに連続した凹状円弧と、この凹状円弧に滑らかに連続した第２の凸状円弧から規定する。そして、当該第２の凸状円弧を前記胴部に滑らかに連続させる。
【００１０】
本発明の好適な実施の形態では、前記円弧のうち、前記第１の凸状円弧の曲率を最も小さくし、前記凹状円弧の曲率を最も大きくなるように設定する。また、前記凹状円弧を前記ダイヤフラムの中央部分に位置させる。
【００１１】
このように含軸断面形状が規定されたダイヤフラムを備えた可撓性外歯歯車を用いれば、ダイヤフラムの軸長を短くしても、ダイヤフラムに発生する応力を大幅に緩和できる。したがって、ダイヤフラムの外径を増加させる必要がない。よって、本発明によれば、偏平で、しかも、外径寸法の小さいシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置を実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１および図２には、本発明を適用可能なシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の全体構成を示してある。これらの図に示すように、撓み噛み合い式歯車装置１１は、環状の剛性内歯歯車１２と、この内側に配置されたシルクハット形状の可撓性外歯歯車１３と、この内側にはめ込まれた楕円状の波動発生器１４から構成されている。可撓性外歯歯車１３は、円筒状の胴部２２と、その基端開口に連続した内周端部２３Ａを備えた環状のダイヤフラム２３と、このダイヤフラム２３の外周端部２３Ｂに連続して一体形成された厚肉の環状ボス２５を備えている。胴部２２の先端側開口端の外周部分には周方向に向けて外歯２４が一体形成されている。環状のボス２５は、他の部材（図示せず）への取付けのためのものであり、このボス２５によって胴部２２およびダイヤフラム２３は片持ち状態で支持される。
【００１４】
一方、波動発生器１４は、中空ハブ１４ａと、その外周に嵌めた楕円形の剛性カム板１４ｂと、この外周に嵌めたボールベアリング１４ｃから構成されている。波動発生器１４によって、可撓性外歯歯車の外歯２４が形成されている胴部２２の部分が楕円形に撓められ、楕円形の長軸両端に位置する２箇所の外歯部分が剛性内歯歯車１２の内歯１２ａに噛み合わされる。この状態で波動発生器１４が装置軸線１１ａを中心として回転すると、これらの噛み合い位置が円周方向に回転する。この回転によって、外歯と内歯の歯数差に応じて、これらの可撓性外歯歯車１３と剛性内歯歯車１２の間には相対回転が発生する。したがって、例えば、剛性内歯歯車１２を固定し、波動発生器１４を高速回転入力要素とすれば、外歯歯車１３は減速回転出力要素となり、ここから減速された回転出力が得られることになる。
【００１５】
図３には、可撓性外歯歯車１３のダイヤフムラ２３および胴部２２を装置軸線１１ａを含む平面で切断して見た場合の断面形状を示してある。
【００１６】
ダイヤフラム２３の断面形状は次のように規定されている。まず、胴部２２の内周面に連続している側は、装置軸線１１ａに直交する方向（半径方向）に延びる直線２３１によって規定されている。この直線２３１の半径方向の内端２３２には円弧２３３が滑らかに連続している。円弧２３３の他方の端は点２３４において胴部２２の内周側を規定する装置軸線１１ａの方向の延びる直線２２１に滑らかに連続している。一方、直線２３１の半径方向の外端２３５は、円弧２３６に滑らかに連続しており、この円弧２３６はボス２５の側に滑らかに連続している。
【００１７】
これに対して、ダイヤフラム２３における胴部２２の外周面に連続している側は、第１の凸状円弧２４０、凹状円弧２５０および第２の凸状円弧２６０によって基本的に規定されている。詳細に説明すると、第１の凸状円弧２４０は点Ｏ１を中心とする円弧であり、その半径方向の外端２４１は滑らかに直線２４２に連続している。この直線２４２の他端はボス２５の側に連続している。
【００１８】
第１の凸状円弧２４０の半径方向の内端２４３は、滑らかに凹状円弧２５０に連続している。凹状円弧２５０は点Ｏ２を中心とする円弧である。この凹状円弧２５０の半径方向の内端２５１は第２の凸状円弧２６０に滑らかに連続している。この第２の凸状円弧２６０は点Ｏ３を中心とする円弧である。この凸状円弧２６０の半径方向の内端２６１は、円弧２６２に滑らかに連続している。円弧２６２の他端は、胴部２２の外周側を規定している装置軸線１１ａの方向に延びる直線２２２に滑らかに連続している。
【００１９】
ここで、第１の凸状円弧２４０の曲率は、第２の凸状円弧２６０に比べて僅かに小さい。これに対して、凹状円弧２５０の曲率は、凸状円弧２４０、２６０に比べて大幅に大きい。
【００２０】
このように構成したシルクハット型撓み合い式歯車装置１１について実験を行なったところ、ダイヤフラム２３に発生する応力、特に、その内周端２３ａおよび外周端２３ｂに発生する応力を大幅に緩和できることが確認された。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置においては、そのシルクハット形状の可撓性外歯歯車におけるダイヤフラムの断面形状を適切に定めることにより、ダイヤフラムの内周端部、外周端部での応力集中が緩和され、全体としてなだらかな応力分布が得られる。このように、本発明によれば、従来よりも短かく、しかも外径寸法を大きくする必要のない可撓性外歯歯車が得られる。したがって、本発明による可撓性外歯歯車を用いれば、シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置を小型でコンパクトに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の概略縦断面図である。
【図２】図１の装置を矢印の方向から見た概略正面図である。
【図３】図１の装置のシルクハット形状の可撓性外歯歯車におけるダイヤフラムの部分の含軸断面図である。
【図４】可撓性外歯車の軸長を短くすることによるコーニング角の増加を示す説明図である。
【図５】従来のシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１１・・・シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置
１１ａ・・装置軸線
１２・・・剛性内歯歯車
１３・・・シルクハット形状の可撓性外歯歯車
１４・・・波動発生器
２２・・・胴部
２３・・・ダイヤフラム
２４・・・外歯
２５・・・ボス
２４０・・第１の凸状円弧
２５０・・凹状円弧
２６０・・第２の凸状円弧
Claims (3)
- 環状の剛性内歯歯車と、この内側の可撓性外歯歯車と、この内側に配置されて当該外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車と部分的に噛み合わせると共に、これらの噛み合わせ位置を円周方向に移動させる波動発生器とを有し、前記可撓性外歯歯車は、一方の開口端側の外周面に外歯が形成された円筒状の胴部と、この胴部の他方の開口端に内周端部が連続している環状のダイヤフラムと、このダイヤフラムの外周端部に連続して形成されている環状のボスとを備えたシルクハット形状をしており、
前記可撓性外歯歯車のダイヤフラムの含軸断面形状は、一方の側が装置軸線に対して直交する方向に延びる直線により規定されており、他方の側が、前記ボスの側に滑らかに連続している第１の凸状円弧と、この第１の凸状円弧に滑らかに連続した凹状円弧と、この凹状円弧に滑らかに連続した第２の凸状円弧から規定され、当該第２の凸状円弧は前記胴部に滑らかに連続していることを特徴とするシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置。 - 請求項１において、前記円弧のうち、前記第１の凸状円弧の曲率が最も小さく、前記凹状円弧の曲率が最も大きいことを特徴とするシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置。
- 請求項１または２において、前記凹状円弧が前記ダイヤフラムの中央部分に位置していることを特徴とするシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置。
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|---|---|---|---|
| JP08228196A JP3800659B2 (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08228196A JP3800659B2 (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09273608A JPH09273608A (ja) | 1997-10-21 |
| JP3800659B2 true JP3800659B2 (ja) | 2006-07-26 |
Family
ID=13770138
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP08228196A Expired - Lifetime JP3800659B2 (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置 |
Country Status (1)
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Families Citing this family (3)
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| US9003924B2 (en) | 2012-05-23 | 2015-04-14 | Harmonic Drive Systems Inc. | Wave gear device and flexible externally toothed gear |
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1996
- 1996-04-04 JP JP08228196A patent/JP3800659B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| JPH09273608A (ja) | 1997-10-21 |
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