JP4744989B2 - 波動歯車装置および摩擦係合式波動装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子から構成した波動発生器を用いて、円周方向において部分的に噛み合っている剛性内歯歯車および可撓性外歯歯車の間に相対回転運動を発生させるように構成された波動歯車装置に関するものである。また、本発明は、圧電素子から構成した波動発生器を用いて、円周方向において部分的に摩擦係合している剛性リングおよび可撓性リングの間に相対回転運動を発生させるように構成された摩擦係合式波動装置に関するものである。

一般的な波動歯車装置は、剛性内歯歯車と、この内側に配置された可撓性外歯歯車と、この可撓性外歯歯車の内側に嵌めた楕円形輪郭の波動発生器とを備えている。波動発生器によって可撓性外歯歯車は楕円状に撓められ、その楕円形状の長軸方向の両端に位置する部位が剛性内歯歯車に対して噛み合い状態に保持される。波動発生器をモータによって高速回転させると、両歯車の噛み合い位置が円周方向に移動し、この移動に伴って、両歯車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、特許文献１には、この構成の波動歯車装置において波動発生器に圧電素子を利用することが提案されている。圧電素子を用いて可撓性外歯歯車の各部分を円周方向に沿って順次に半径方向に撓めることにより、両歯車の間に相対回転運動を発生させることができる。圧電素子を用いれば、剛体からなる波動発生器をモータにより高速回転させる必要が無いので、イナーシャを低減でき、高速回転に伴う発熱が無くなるなどの利点がある。

一方、噛み合い係合ではなく、剛性リングと可撓性リングを円周方向において部分的に摩擦係合状態に保持し、摩擦係合位置を円周方向に移動させることにより、両リングの間に相対回転運動が発生する摩擦係合式波動装置も知られている。この場合においても、可撓性リングを撓めるための波動発生器として圧電素子を用いることができる。
特開平０１−１５８２５０号公報

従来の圧電素子を用いた波動発生器は、円板の外周面に沿って一定の角度間隔で圧電素子が埋め込まれた構造となっている。この構造では、圧電素子の変形量に制限があるので、可撓性外歯歯車に十分な変形を与えることができない場合がある。また、可撓性外歯歯車に十分な押圧力を与えることができず、両歯車の噛み合い剛性を十分なものにできない場合がある。一方、摩擦係合式波動装置の波動発生器に圧電素子を用いた場合においても、同様な問題が発生する。

本発明の課題は、圧電素子を用いた波動発生器を備えた波動歯車装置であって、可撓性外歯歯車に対して十分な変形および押圧力を与えることのできるものを提案することにある。

また、本発明の課題は、圧電素子を用いた波動発生器を備えた摩擦係合式波動装置であって、可撓性リングに対して十分な変形および押圧力を与えることができるものを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、剛性内歯歯車と、この剛性内歯歯車の内側の同心状に配置されている可撓性外歯歯車と、この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、両歯車の噛み合い位置を円周方向に移動させるための波動発生器とを有する波動歯車装置において、前記波動発生器は、可撓性の駆動用リングと、この駆動用リングの内側に同心状に配置されている剛体の芯軸と、これら駆動用リングおよび芯軸の間の環状空所に組み込まれている複数の圧電素子とを備え、前記圧電素子は、前記芯軸を中心とする半径方向に伸縮可能であり、当該半径方向に多層に配列されていることを特徴としている。

本発明では、圧電素子が半径方向に多層に配列されているので、可撓性外歯歯車に対して十分な変形を与えることができ、また、可撓性外歯歯車に対する押圧力を十分なものとして、両歯車の噛み合い剛性も確保できる。

本発明では、上記構成に加えて、前記圧電素子は、前記芯軸を中心として複数の同心円が形成される状態に配列されており、前記圧電素子のそれぞれは、個別に電圧が印加されて個別に前記半径方向に伸縮することを特徴としている。また、隣接している内外の同心円を構成している圧電素子の数を、外側が内側の２倍となるようにしたことを特徴としている。このようにすれば、可撓性外歯歯車の各部分を円周方向に沿って順次に効率良く半径方向に撓めることができる。

次に、本発明は、円形内周面が摩擦係合面とされている剛性リングと、この剛性リングの内側に同心状に配置され、円形外周面が摩擦係合面とされている可撓性リングと、この可撓性リングを半径方向に撓めて前記剛性リングに部分的に摩擦係合させ、両リングの摩擦係合位置を円周方向に移動させるための波動発生器とを有する摩擦係合式波動装置において、前記波動発生器は、半径方向に撓むことのできる一定厚さの駆動用リングと、この駆動用リングの内側に同心状に配置されている剛体の芯軸と、これら駆動用リングおよび芯軸の間の環状空所に組み込まれている複数の圧電素子とを備え、前記圧電素子は、前記芯軸を中心とする半径方向に伸縮可能であり、当該半径方向に多層に配列されていることを特徴としている。

本発明では、上記構成に加えて、前記圧電素子は、前記芯軸を中心として複数の同心円が形成される状態に配列されており、前記圧電素子のそれぞれは、個別に電圧が印加されて前記半径方向に伸縮することを特徴としている。また、隣接している内外の同心円を構成している圧電素子の数を、外側が内側の２倍となるようにしたことを特徴としている。

本発明の波動発生器は、その中心から外側に向けて圧電素子が多層に配列されている。したがって、可撓性外歯車あるいは可撓性リングに対して十分な押圧力で十分な変形を与えることができる。また、中心側から外側に向けて圧電素子の数が多くなるように階層状に配置することにより、可撓性外歯歯車あるいは可撓性リングの各部分を、円周方向に沿って順次に効率良く半径方向に撓めることができる。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明を適用した波動歯車装置を示す概略縦断面図であり、図２はその概略正面図である。波動歯車装置１の基本構成は従来のものと同様であり、剛性内歯歯車２と、この内側に同心状に配置された可撓性外歯歯車３と、この内側に同心状に嵌めた波動発生器４とを備えている。可撓性外歯歯車３は波動発生器４によって楕円形に撓められており、その楕円形の長軸Ｙの方向の両端部分に位置する外歯５の部分が剛性内歯歯車２の内歯６の対応する部分に噛み合っている。両歯車２、３の二箇所の噛み合い位置が波動発生器４によって円周方向に移動させられ、これによって、両歯車２、３の歯数差に応じた相対回転がこれらの間に生ずる。一般的には剛性内歯歯車２が固定側とされ、可撓性外歯歯車３から回転が出力される。

波動発生器４は、剛体からなる円柱状の芯軸１１と、この芯軸１１と同心状に配置されている可撓性の駆動用リング１２と、これら芯軸１１および駆動用リング１２の間に組み込まれている多数個の圧電素子１３（１３（１）〜１３（４））、１４（１４（１）〜１４（８））、１５（１５（１）〜１５（１６））から構成されている。圧電素子１３（１）〜１３（４）、１４（１）〜（８）、１５（１）〜１５（１６）は、芯軸１１および駆動用リング１２の間の円環状空所において、同心状に三重の同心円を構成するように配列されている。

最も内側の同心円を構成している圧電素子リング１３には、９０度の角度を張る４個の円弧状圧電素子１３（１）〜１３（４）が含まれており、それらの内周面が芯軸１１の外周面に密着している。中間の同心円を構成している圧電素子リング１４には、４５度の角度を張る８個の円弧状圧電素子１４（１）〜１４（８）が含まれており、それらの内周面が内側の圧電素子リング１３の外周面に密着している。また、円弧状圧電素子１４（１）〜１４（８）の厚さは内側の円弧状圧電素子１３（１）〜１３（４）より薄い。

最も外側の同心円を構成している圧電素子１５には、２２．５度の角度を張る１６個の円弧状圧電素子１５（１）〜１５（１６）が含まれており、それらの内周面が内側の圧電素子リング１４の外周面に密着していると共に、それらの外周面が駆動用リング１２の内周面に密着している。また、円弧状圧電素子１５（１）〜１５（１６）の厚さは、内側の円弧状圧電素子１４（１）〜１４（８）より薄い。

この構成の波動歯車装置１では、その波動発生器４の圧電素子１３（１）〜１３（４）、１４（１）〜１４（８）および１５（１）〜１５（１６）に対して、圧電素子ドライバ１６によって個別に電圧が印加される。本例では、駆動用リング１２が楕円形となるように、圧電素子に対する電圧印加が制御される。そして、楕円形が装置軸線１ａを中心として回転する状態が形成されるように、各圧電素子に対して所定のシーケスで電圧印加が繰り返し行われる。

楕円形に変形した駆動用リング１２によって可撓性外歯歯車３が楕円形に撓み、その楕円形の長軸Ｙの方向の両端部分において両歯車２、３が噛み合い状態になり、また、当該噛み合い位置が円周方向に移動する。この結果、従来における場合と同様に、両歯車の間に相対回転が発生し、駆動用リング１２の楕円形状が回転する速度に比べて大幅に減速された回転が一方の歯車から出力される。

なお、本例では、波動発生器によって可撓性外歯歯車３を楕円形に撓めているが、三つ葉状などように、円周方向において３箇所以上で両歯車が噛み合うように、可撓性外歯歯車３を撓めるようにしてもよい。

次に、図３は本発明を適用した摩擦係合式波動装置を示す概略構成図である。摩擦係合式波動装置２１は、円形内周面が摩擦係合面２２ａとされている剛性リング２２と、この剛性リング２２の内側に同心状に配置され、円形外周面が摩擦係合面２３ａとされている可撓性リング２３と、この可撓性リング２３を半径方向に撓めて剛性リング２２に部分的に摩擦係合させ、両リング２２、２３の摩擦係合位置を円周方向に移動させるための波動発生器２４とを有している。

波動発生器２４は、半径方向に撓むことのできる一定厚さの駆動用リング２５と、この駆動用リング２５の中心に同心状に配置されている剛体の芯軸２６と、これら駆動用リング２５よび芯軸２６の間に組み込まれている複数の圧電素子２７とを備えている。圧電素子２７は、上記の波動発生器４の場合と同様な配列構造となっている。

この構成の摩擦係合式波動装置２１では、その波動発生器２４の圧電素子２７に対して、圧電素子ドライバ（図示せず）によって個別に電圧が印加され、駆動用リング２５が、例えば楕円形に変形する。そして、楕円形が装置軸線を中心として回転する状態が形成されるように、各圧電素子に対して所定のシーケスで電圧印加が繰り返し行われる。

この結果、楕円形に変形した駆動用リング２５によって可撓性リング２３が楕円形に撓み、その楕円形の長軸方向の両端部分において両リング２２、２３が摩擦係合状態になり、また、当該摩擦係合位置が円周方向に移動する。この結果、従来における場合と同様に、両リングの間には、それらの摩擦係合面の周長差に応じた相対回転が発生し、駆動用リング２５の楕円形状が回転する速度に比べて大幅に減速された回転が一方の歯車から出力される。

本発明を適用した波動歯車装置の概略縦断面図である。 図１の波動歯車装置の概略正面図である。 本発明を適用した摩擦係合式波動装置の概略正面図である。

符号の説明

１ 波動歯車装置
２ 剛性内歯歯車
３ 可撓性外歯歯車
４ 波動発生器
５ 外歯
６ 内歯
１１ 芯軸
１２ 駆動用リング
１３、１４、１５、１３（１）〜１３（４）、１４（１）〜１４（８）、１５（１）〜１５（１６） 圧電素子
１６ 圧電素子ドライバ
２１ 摩擦係合式波動装置
２２ 剛性リング
２３ 可撓性リング

Claims (4)

1. 剛性内歯歯車と、
   この剛性内歯歯車の内側に同心状に配置されている可撓性外歯歯車と、
   この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、両歯車の噛み合い位置を円周方向に移動させるための波動発生器とを有する波動歯車装置において、
   前記波動発生器は、可撓性の駆動用リングと、この駆動用リングの内側に同心状に配置されている剛体の芯軸と、これら駆動用リングおよび芯軸の間の環状空所に組み込まれている複数の圧電素子とを備え、
   前記圧電素子は、前記芯軸を中心とする半径方向に伸縮可能であり、当該半径方向に多層に配列されており、
   前記圧電素子は、前記芯軸を中心として複数の同心円が形成される状態に配列されており、
   隣接している内外の同心円を構成している圧電素子の数は、外側が内側の２倍であり、
   前記圧電素子のそれぞれは、個別に電圧が印加されて、個別に前記半径方向に伸縮することを特徴とする波動歯車装置。
2. 請求項１において、
   隣接している内外の同心円を構成している圧電素子は、外側の圧電素子の厚さが内側の圧電素子の厚さよりも薄いことを特徴とする波動歯車装置。
3. 円形内周面が摩擦係合面とされている剛性リングと、
   この剛性リングの内側に同心状に配置され、円形外周面が摩擦係合面とされている可撓性リングと、
   この可撓性リングを半径方向に撓めて前記剛性リングに部分的に摩擦係合させ、両リングの摩擦係合位置を円周方向に移動させるための波動発生器とを有する摩擦係合式波動装置において、
   前記波動発生器は、可撓性の駆動用リングと、この駆動用リングの内側に同心状に配置されている剛体の芯軸と、これら駆動用リングおよび芯軸の間の環状空所に組み込まれている複数の圧電素子とを備え、
   前記圧電素子は、前記芯軸を中心とする半径方向に伸縮可能であり、当該半径方向に多層に配列されており、
   前記圧電素子は、前記芯軸を中心として複数の同心円が形成される状態に配列されており、
   隣接している内外の同心円を構成している圧電素子の数は、外側が内側の２倍であり、
   前記圧電素子のそれぞれは、個別に電圧が印加されて、個別に前記半径方向に伸縮することを特徴とする摩擦係合式波動装置。
4. 請求項３において、
   隣接している内外の同心円を構成している圧電素子は、外側の圧電素子の厚さが内側の圧電素子の厚さよりも薄いことを特徴とする摩擦係合式波動装置。

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