JP4375656B2 - 波動歯車減速機ユニットおよび駆動機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータと組み合わせて駆動機構として用いる波動歯車減速機ユニットに関し、特に、モータ出力軸の回転角度を検出するためのエンコーダを備えた波動歯車減速機ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波動歯車減速機ユニットは、筒状のユニットケースと、そこに内蔵された波動歯車減速機とを有し、その入力側の端にモータが連結されるようになっている。波動歯車減速機は、剛性内歯歯車と、可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせている波動発生器とを備えている。波動発生器がモータ出力軸に連結されて回転すると、両歯車の歯数差に応じた相対回転が両歯車間に発生する。一般には剛性内歯歯車がユニットケースに固定され、可撓性外歯歯車がユニットケースに回転自在の状態で支持され、可撓性外歯歯車から減速回転が出力される。
【０００３】
この構成の波動歯車減速機ユニットとモータから構成される駆動機構においては、モータ回転角度検出用のセンサであるエンコーダがモータ出力軸に連結される構造が一般的である。エンコーダは、モータ出力軸における後端部分、すなわち波動歯車減速機ユニットに連結されている端とは反対側の端部に取付けられる。このような構成の駆動機構は、例えば、本願人による下記の特許文献に開示されている。
【０００４】
【特許文献】
特開２０００−９１９２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、波動歯車減速機ユニットに組み合わせるモータにエンコーダ付きの仕様のものが無い場合や、モータに取り付けられているエンコーダの仕様に問題がある場合がある。このことは、波動歯車減速機ユニットと組み合わせるモータの選定に大きな制約となっている。また、適切な仕様のエンコーダを後付けでモータに取り付ける場合には、取り付け部分が大掛かりとなり、駆動機構の小型化を図る上で好ましくない。
【０００６】
本発明の課題は、このような問題点を解決するために、モータ出力軸の回転角度を検出するためのエンコーダが一体化された波動歯車減速機ユニットを提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の波動歯車減速機ユニットは、
軸線方向の一方の側が入力側とされ、他方の側が出力側とされている波動歯車減速機と、
前記波動歯車減速機の出力側に配置されたエンコーダとを有し、
前記波動歯車減速機は、剛性内歯歯車と、可撓性外歯歯車と、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせると共に噛み合い位置を円周方向に移動させる波動発生器と、前記剛性内歯歯車あるいは前記可撓性外歯歯車に連結され、前記出力側に突出している中空出力軸とを備え、
前記エンコーダの回転軸は前記中空出力軸の中空部を介して前記波動発生器に連結されており、
前記エンコーダは、前記中空出力軸の前記中空部内に収容された状態で、前記中空出力軸の前記中空部内の先端部分に挿入固定されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の波動歯車減速機ユニットでは、モータ出力軸に連結されて当該モータ出力軸と一体回転する波動発生器に対して、中空出力軸の中空部を利用して、エンコーダの回転軸を連結してある。したがって、エンコーダによりモータ出力軸の回転角度などの回転情報を検出できる。この結果、エンコーダの有無やエンコーダ仕様に起因するモータ選定の制約から解放され、波動歯車減速機ユニットに組み合わせるモータの選定範囲を広げることができる。また、エンコーダを後付けによりモータに取り付ける場合に比べて、駆動機構の小型化に有利である。
【０００９】
ここで、波動歯車減速機ユニットは、一般に、筒状のユニットケースを有しており、この内部に前記波動歯車減速機が組み込まれる。この場合、前記ユニットケースの前記出力側の端から前記中空出力軸を突出させればよい。
【００１０】
また、波動歯車減速機として入力軸付きのものを採用することもできる。この場合には、入力軸は、前記波動発生器に同軸状態に連結され、先端が前記ユニットケースの前記入力側の端から突出した状態になる。
【００１１】
本発明の波動歯車減速機ユニットの前記可撓性外歯歯車は、円筒状胴部と、この円筒状胴部の端から半径方向の内側に延びている円環状ダイヤフラムと、この円環状ダイヤフラムの中心部分に形成された円盤状のボスとを備えたものとし、前記中空出力軸を前記ボスに連結固定した構成を採用できる。
【００１２】
この場合、前記波動発生器と前記エンコーダの前記回転軸とを連結している連結軸を有し、この連結軸が前記ボスに形成した中心貫通孔を貫通して延びている構成を採用できる。
【００１３】
次に、本発明は駆動機構に関するものであり、上記構成の波動歯車減速機ユニットとモータとを有し、前記波動歯車減速機ユニットが備える前記波動歯車減速機の入力軸に、前記モータのモータ出力軸が同軸状態で連結固定されていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した実施の形態を説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は本発明を適用した駆動機構を示す概略縦断面図である。駆動機構１は、波動歯車減速機ユニット２と、この波動歯車減速機ユニット２の入力側の端に同軸状態で連結されているＤＣモータ３とを有している。波動歯車減速機ユニット３は、筒状のユニットケース４と、この内部に組み込まれた波動歯車減速機５と、ユニットケース４の入力側の端面に固定されているモータ取付フランジ６と、ユニットケース４の出力側の端から突出している中空出力軸７と、この中空出力軸７の先端に同軸状態で対峙した状態に配置されているエンコーダ８とを備えている。中空出力軸７の先端部には、被駆動部材として、駆動機構の軸線１ａに直交する方向に延びるスイングアーム９が連結固定されている。
【００１６】
波動歯車減速機５はカップ型のものであり、ユニットケース４の内周面に形成された剛性内歯歯車部分１１と、この内側に配置されているカップ型の可撓性外歯歯車１２と、可撓性外歯歯車１２を楕円状に撓めて、楕円形の長軸方向の２箇所で剛性内歯歯車部分１１に部分的に噛み合わせる波動発生器１３とを備えている。波動発生器１３が回転すると、両歯車の噛み合い位置が周方向に移動して、両歯車の歯数差に応じた相対回転が両歯車間に発生する。本例では剛性内歯歯車部分１１が形成されているユニットケース４が固定側であるので、可撓性外歯歯車１２から減速回転出力が取り出される。
【００１７】
本例の可撓性外歯歯車１２は、円筒状胴部１２ａと、その一端から半径方向の内側に延びている円環状のダイヤフラム１２ｂと、ダイヤフラム１２ｂの中心部分に形成された円盤状のボス１２ｃとを備えている。ボス１２ｃには中心貫通孔１２ｄが形成されていると共にその端面からは小径の中空軸部分１２ｅが出力側に同軸状態で突出している。この中空軸部分１２ｅが中空出力軸７の中空部７ａに圧入固定され、これにより、可撓性外歯歯車１２に中空出力軸７が同軸状態で連結されている。中空出力軸７は、ユニットケース４の出力側端部の内周面に取り付けたボールベアリング１４を介して、ユニットケース４に回転自在の状態で支持されている。
【００１８】
一方、波動発生器１３は、ウエーブプラグ１３ａと、このウエーブプラグ１３ａの外周に固定されたウエーブベアリング１３ｂとを備えている。ウエーブプラグ１３ａには中心貫通孔１３ｃが形成されており、その入力側開口からは、モータ取付フランジ６に形成した中心開口６ａを介してモータ出力軸３ａが差し込まれて、そこに固定されている。
【００１９】
次に、エンコーダ８は、ユニットケース４の出力側の端部に取り付けたブラケット１５によって支持されている。ブラケット１５は、ユニットケース４の端部外周部分に固定された円環状部分１５ａと、この円環状部分１５ａの端面の一部から軸線１ａに平行に出力側に延びている延長部分１５ｂと、この延長部分１５ｂの先端から直角に折れ曲がって延びているエンコーダ取り付け部分１５ｃとを備えている。エンコーダ取り付け部分１５ｃにはエンコーダ８の先端部分をはめ込み可能な開口部１５ｄが形成されており、ここにエンコーダ８の先端部分がはめ込み固定されている。延長部分１５ｂは、ブラケット１５の揺動範囲を外れた位置に配置されているので、ブラケット１５にスイングアーム９が干渉することはない。
【００２０】
ここで、エンコーダ８の回転軸８ａは、連結軸１６によって、波動発生器１３に連結されている。連結軸１６は、中空出力軸７の中空部７ａ、中空軸部分１２ｅ、ボス１２ｃの中心貫通孔１２ｄを貫通して延びており、その入力側の端部１６ａは、波動発生器１３の中心貫通孔１３ｃに差し込まれて、そこに連結固定されている。連結軸１６の出力側の端部１６ｂは中空出力軸７内に位置した大径部分とされており、この端部１６ｂには出力側に開口した差し込み孔１６ｃが形成され、ここに、エンコーダ８の回転軸８ａが差し込み固定されている。
【００２１】
このように構成した駆動機構１では、波動歯車減速機ユニット２の出力側にエンコーダ８を配置し、その回転軸８ａを連結軸１６によって、モータ出力軸３ａに連結されている波動発生器１３に連結してある。したがって、モータ３とは反対側に配置したエンコーダ８により、モータ出力軸３ａの回転角度を検出できる。よって、波動歯車減速機ユニット２に組み合わせるモータ３にエンコーダ付きの仕様のものがない場合においても、そのようなモータを組み合わせることができる。また、エンコーダを後付けする必要がないので、駆動機構全体をコンパクトに構成できる。
【００２２】
（実施の形態２）
図２は本発明を適用したエンコーダ一体型の波動歯車減速機ユニットを示す概略縦断面図である。波動歯車減速機ユニット２０は、筒状のユニットケース２１と、この内部に組み込まれているカップ型の波動歯車減速機２２と、ユニットケース２１の入力側の端から軸線２０ａの方向に突出している入力軸２３と、ユニットケース２１の出力側の端から軸線２０ａの方向に突出している中空出力軸２４と、中空出力軸２４に取り付けたエンコーダ２５を有している。
【００２３】
波動歯車減速機２２は、ユニットケース２１の入力側の端部内周面に固定された円環状の剛性内歯歯車３１と、この内側に配置されたカップ型の可撓性外歯歯車３２と、この内側に嵌めた楕円形輪郭の波動発生器３３を備えている。可撓性外歯歯車３２は、円筒状胴部３２ａと、この円筒状胴部３２ａの端から半径方向の内側に延びている円環状のダイヤフラム３２ｂと、ダイヤフラム３２ｂの中心部分に形成されたボス３２ｃとを備えている。
【００２４】
波動発生器３３はウエーブプラグ３３ａとその外周面に嵌めたウエーブベアリング３３ｂとを備え、ウエーブプラグ３３ａの入力側の端面からは同軸状態で入力軸２３が突出している。入力軸２３は、ユニットケース２１の入力側の端面に取り付けた端板２６の中心開口部２６ａを貫通して延びており、この中心開口部２６ａの内周面に取り付けたボールベアリング２７を介して端板２６によって回転自在の状態で支持されている。
【００２５】
一方、波動歯車減速機２２の可撓性外歯歯車３２におけるボス３２ｃは、中空出力軸２４の中空部２４ａに嵌め込まれ、当該中空出力軸２４に連結固定されている。中空出力軸２４は、ユニットケース２１の出力側の端部内周面に取り付けたボールベアリング２８を介して、当該ユニットケース２１によって回転自在の状態で支持されている。本例では、ボールベアリング２８の外輪２８ａはユニットケース２１の内周面にはめ込み固定された部材であるが、その内輪２８ｂは中空出力軸２１の外周面に形成した軌道溝とされている。ボールベアリング２８の隣接位置にはオイルシール２９が取り付けられている。
【００２６】
中空出力軸２４の中空部２４ａは、先端側（出力側）の部分が大径部分２４ｂとされ、ここにエンコーダ２５が挿入固定されている。エンコーダ２５の回転軸２５ａは中空部２４ａの中を波動歯車減速機２２の側に向けて延びている。波動歯車減速機２２の波動発生器３３における出力側の端面からは同軸状態で連結軸４０が出力側に向けて延びている。この連結軸４０は、ボス３２ｃの中心貫通孔３２ｄの内部まで延びており、ボールベアリング４１を介して、ボス３２ｃの中心貫通孔３２ｄの内周面に対して回転自在の状態で支持されている。また、この連結軸４０とエンコーダ回転軸２５ａは、中空出力軸２４の中空部２４ａの内部において、カップリング部材４２によって連結固定されている。
【００２７】
このように構成した波動歯車減速機ユニット２０の入力軸２３にモータを連結固定することにより駆動機構が構成される。モータを回転すると、入力軸２３に連結されている波動発生器３３が回転して、両歯車３１、３２の噛み合い位置が周方向に移動する。この結果、両歯車３１、３２の歯数差に応じて大幅に減速された回転が可撓性外歯歯車３２に発生する。この回転は、可撓性外歯歯車３２に連結されている中空出力軸２４から取り出される。
【００２８】
また、エンコーダ２５の回転軸２５ａは、連結軸４０を介して波動発生器３３に連結されているので、波動発生器３３と一体回転する。すなわち、エンコーダ回転軸２５ａは波動発生器３３に連結されたモータ出力軸と一体回転する。したがって、エンコーダ２５によってモータ出力軸の回転角度を検出できる。この場合、エンコーダ２５の本体側も中空出力軸２４と共に回転する。よって、中空出力軸２４の動作角度がエンコーダ２５のエンコーダ線の許容範囲内であることが必要である。また、このように、エンコーダ２５の本体側も回転するので、見かけ上のエンコーダ分解能も変わることになる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波動歯車減速機ユニットでは、その出力側に突出している中空出力軸の側にエンコーダが取り付けられ、中空出力軸の中空部内に配置した連結軸によってエンコーダの回転軸を波動歯車減速機の入力要素である波動発生器に連結固定してある。したがって、エンコーダによって波動発生器に連結されるモータ出力軸の回転角度などの回転情報を検出できる。
【００３０】
よって、本発明によれば、波動歯車減速機ユニットに組み合わせるモータを選定する場合において、エンコーダの有無やエンコーダ仕様に起因するモータ選定の制約から解放され、波動歯車減速機ユニットに組み合わせるモータの選定範囲を広げることができる。また、エンコーダを後付けによりモータに取り付ける場合に比べて、駆動機構の小型化に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した駆動機構を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明を適用した波動歯車減速機ユニットを示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１ 駆動機構
１ａ 軸線
２、２０ 波動歯車減速機ユニット
２０ａ 軸線
３ モータ
４、２１ ユニットケース
５、２２ 波動歯車減速機
６ モータ取付フランジ
７、２４ 中空出力軸
７ａ、２４ａ 中空部
８、２５ エンコーダ
８ａ、２５ａ エンコーダ回転軸
９ スイングアーム
１１、３１ 剛性内歯歯車部分
１２、３２ 可撓性外歯歯車
１２ｃ、３２ｃ ボス
１２ｄ、３２ｄ 中心貫通孔
１３、３３ 波動発生器
１３ｃ 中心貫通孔
１５ ブラケット
１６、４０ 連結軸
２３ 入力軸
４２ カップリング部材

Claims (6)

1. 軸線方向の一方の側が入力側とされ、他方の側が出力側とされている波動歯車減速機と、
   前記波動歯車減速機の出力側に配置されたエンコーダとを有し、
   前記波動歯車減速機は、剛性内歯歯車と、可撓性外歯歯車と、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせると共に噛み合い位置を円周方向に移動させる波動発生器と、前記剛性内歯歯車あるいは前記可撓性外歯歯車に連結され、前記出力側に突出している中空出力軸とを備え、
   前記エンコーダの回転軸は前記中空出力軸の中空部を介して前記波動発生器に連結されており、
   前記エンコーダは、前記中空出力軸の前記中空部内に収容された状態で、前記中空出力軸の前記中空部内の先端部分に挿入固定されている波動歯車減速機ユニット。
2. 請求項１において、
   筒状のユニットケースを有し、
   前記ユニットケースに前記波動歯車減速機が内蔵されており、
   前記ユニットケースの前記出力側の端から前記中空出力軸が突出している波動歯車減速機ユニット。
3. 請求項２において、
   前記波動歯車減速機は、前記波動発生器に同軸状態に連結固定されている入力軸を備え、
   当該入力軸が、前記ユニットケースの前記入力側の端から突出している波動歯車減速機ユニット。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   前記可撓性外歯歯車は、円筒状胴部と、この円筒状胴部の端から半径方向の内側に延びている円環状ダイヤフラムと、この円環状ダイヤフラムの中心部分に形成された円盤状のボスとを備えており、
   前記中空出力軸は前記ボスに連結固定されている波動歯車減速機ユニット。
5. 請求項４において、
   前記波動発生器と前記エンコーダの前記回転軸とを連結している連結軸を有し、
   この連結軸は前記ボスに形成した中心貫通孔を貫通して延びている波動歯車減速機ユニット。
6. 請求項１ないし５のうちのいずれかの項に記載の波動歯車減速機ユニットと、
   モータとを有し、
   前記波動歯車減速機ユニットが備える前記波動歯車減速機の前記入力軸に、前記モータのモータ出力軸が同軸状態で連結固定されている駆動機構。

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