JP5335152B1 - 波動歯車装置の波動発生器 - Google Patents

Abstract

波動歯車装置（１）のカップ形状の可撓性外歯歯車（３）は、その外歯形成部分が６ローラータイプの波動発生器（４）によって楕円状の形状に撓められる。楕円状の形状に撓められた外歯形成部分の内周面（３７）は、その楕円状の形状の長軸Ｌ１上に位置する部位が最も傾きが大きい。この内周面の部位と同一の傾きとなるように、波動発生器（４）の第１ローラー（５１、５２）が配置されている。この内周面の部位に対して、第１ローラー（５１、５２）の円形外周面（５１ｂ）を、外歯歯筋方向において、偏りなく接触させることができるので、波動歯車装置（１）の角度伝達精度を改善できる。

Description

本発明は波動歯車装置に関し、特に、カップ形状あるいはシルクハット形状の可撓性外歯歯車を複数個のローラーによって楕円状に撓めて剛性内歯歯車に噛み合わせるローラータイプの波動発生器に関する。

波動歯車装置の波動発生器としては、ローラータイプの波動発生器が知られている。このローラータイプの波動発生器は、波動歯車装置の可撓性外歯歯車を楕円状に撓めるために、複数個のローラーを備えている。特許文献１、２には２個のローラーによってカップ形状の可撓性外歯歯車を楕円状に撓める２ローラータイプの波動発生器が開示されている。特許文献３には、２ローラータイプの波動発生器、および、楕円状に撓められたカップ形状の可撓性外歯歯車における長軸上に配置された一対のローラーと、長軸と短軸の間に配置された二対のローラーを備えた６ローラータイプの波動発生器が開示されている。

実開平０３−４９５５号公報 実開平０３−４９５６号公報 特開２００３−２３２４１１号公報

ここで、図７に模式的に示すように、カップ形状あるいはシルクハット形状の可撓性外歯歯車は、波動発生器によって楕円状に撓められた状態では、撓み量がダイヤフラムからの距離に応じて増加する。この図において、可撓性外歯歯車１００の中心軸線１０１の方向をｘ軸、その半径方向をｙ軸としてある。

この図に示すように、可撓性外歯歯車１００は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部１０２を備え、その先端側の開口縁１０３の側の外周面部分に外歯１０４が形成されている。円筒状胴部１０２の後端には半径方向の内側に広がっているダイヤフラム１０５が連続しており、ダイヤフラム１０５の内周縁には厚肉の円環状のボス１０６が連続して形成されている。

可撓性外歯歯車１００は外歯１０４が形成されている外歯形成部分が波動発生器（図示せず）によって楕円状に撓められる。波動発生器が回転すると、可撓性外歯歯車１００の円筒状胴部１０２およびダイヤフラム１０５は、図に模式的に示すように、繰り返し撓められる。楕円状に撓められた円筒状胴部１０２における長軸上の部位では、破線Ａで示すように、外歯１０４の歯筋方向に沿って、ダイヤフラム１０５から開口縁１０３に向けてダイヤフラム１０５からの距離に略比例して半径方向外方への撓み量が増加する。短軸上の部位では、想像線Ｂで示すように、ダイヤフラム１０５からの距離に略比例して半径方向の内方への撓み量が増加する。可撓性外歯歯車１００の外歯形成部分の内周面１０７は、長軸位置および短軸位置において、可撓性外歯歯車１００の中心軸線１０１に対して最も大きく傾く。

従来のローラータイプの波動発生器では、各ローラーの中心軸線が可撓性外歯歯車１００の中心軸線と平行となるように支持されている。このため、ローラーの円形外周面（ローラーのベアリング外輪の円形外周面）は、外歯の歯筋方向において、外歯形成部分の内周面１０７に対する接触部位に偏りが生ずる。特に、長軸上に配置されているローラーは外歯形成部分の内周面１０７に対する接触部位に大きな偏りが生ずる。この結果、波動歯車装置の重要特性である角度伝達精度が悪化するおそれがある。

本発明の課題は、この点に鑑みて、カップ形状あるいはシルクハット形状の可撓性外歯歯車との間で接触部位に偏りが生じない構造のローラータイプの波動発生器を提案することにある。

本発明では、カップ形状あるいはシルクハット形状の可撓性外歯歯車は、その外歯形成部分がローラータイプの波動発生器によって楕円状に撓められる。楕円状に撓められた外歯形成部分を可撓性外歯歯車の歯車中心軸線を含む平面で切断した場合に、当該外歯形成部分の内周面の傾きに合った傾きとなるように、楕円状に撓められた外歯形成部分の長軸上に位置するローラーの外周面の傾きを設定している。同一径の円形外周面を備えているローラーの場合には、そのローラー中心軸線を傾ければよい。ローラー中心軸線を可撓性外歯歯車の中心軸線に平行となるように設定し、ローラーの円形外周面をテーパー面とし、そのテーパー角度を外歯形成部分の内周面の傾きに合わせた角度にしてもよい。

楕円状の形状に撓められた外歯形成部分の内周面において、最も傾きの大きな長軸上に位置する内周面部分に対して、外歯の歯筋方向において、ローラーの外周面を偏りなく接触させることができる。これにより、波動歯車装置の角度伝達精度の悪化を防止あるいは抑制できる。

ここで、楕円状に撓められた外歯形成部分の内周面における長軸位置以外の部位に当接している波動発生器のローラーについても、それぞれの位置における外歯形成部分の内周面の傾きにあった傾きとなるように、ローラーの外周面を傾けることが望ましい。このようにすれば、波動発生器の各ローラーを、可撓性外歯歯車の外歯形成部分の内周面に対して偏りなく接触させることができる。

本発明を適用した波動歯車装置を示す概略正面図である。 図１の波動歯車装置の概略縦断面図である。 図１の波動歯車装置の波動発生器を示す斜視図である。 楕円状に撓められた可撓性外歯歯車の長軸上に位置するローラーの配置状態を示す模式図である。 従来の６ローラータイプの波動発生器の角度伝達誤差を基準とした場合における従来の２ロータータイプの波動発生器および本発明の６ローラータイプの波動発生器を用いた場合における角度伝達誤差の大きさの比率を示すグラフである。 ローラーの別の例を示す説明図である。 カップ状の可撓性外歯歯車の撓み状態を示す説明図である。

以下に、図面を参照して本発明を適用した波動歯車装置の実施の形態を説明する。

図１および図２は、実施の形態に係る波動歯車装置を示す概略正面図および概略縦断面図である。波動歯車装置１はカップ型と呼ばれるものであり、円環状の剛性内歯歯車２と、この剛性内歯歯車２の内側に配置されたカップ形状の可撓性外歯歯車３と、この可撓性外歯歯車３の内側に配置された６ローラータイプの波動発生器４とを有している。波動発生器４によって可撓性外歯歯車３は楕円状に撓められており、楕円状に撓められた可撓性外歯歯車３における長軸Ｌ１上に位置する外歯の部分が剛性内歯歯車２の内歯と噛み合っている。

波動発生器４が不図示のモーターによって高速回転すると、両歯車２、３の噛み合い位置が周方向に移動し、両歯車２、３の歯数差２ｎ枚（ｎは正の整数）に応じた相対回転が両歯車２、３の間に発生する。歯数差は一般的に２枚とされており、例えば、剛性内歯歯車２を回転しないように固定しておくと、可撓性外歯歯車３が波動発生器４の回転（入力回転）に対して大幅に減速された回転数で回転するので、当該可撓性外歯歯車３から減速回転を負荷側に取り出すことができる。

剛性内歯歯車２は円環状の剛性部材２１と、この剛性部材２１の円形内周面に形成されている内歯２２とを備えている。剛性部材２１には、円周方向に沿って所定の間隔でボルト穴２３が形成されており、ボルト穴２３は剛性部材２１を装置中心軸線１ａの方向に貫通している。

カップ形状の可撓性外歯歯車３は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部３１と、当該円筒状胴部３１の後端に連続して半径方向の内方に広がっているダイヤフラム３２と、このダイヤフラム３２の内周縁に連続して形成されている肉厚の円環状のボス３３とを備えている。ボス３３には円周方向に所定の角度間隔で、取付け用のボルト穴３４が形成されている。円筒状胴部３１の開口縁３５の側における当該円筒状胴部３１の外周面部分には外歯３６が形成されている。

図３は波動発生器４を示す斜視図である。図１〜図３を参照して説明すると、波動発生器４は、中空入力軸４１と、この中空入力軸４１の外周面に同軸に固定、あるいは中空入力軸４１と一体部品として形成されている支持円盤４２と、この支持円盤４２に取り付けられている６個のローラー５１〜５６を備えている。これらのローラーのうち、ローラー５１、５２は、可撓性外歯歯車３の中心に対して点対称の位置にそれぞれ配置されている一対の第１ローラーである。ローラー５３、５４は、同じく可撓性外歯歯車３の中心に対して点対称の位置に配置されている一対の第２ローラーであり、ローラー５５、５６も可撓性外歯歯車３の中心に対して点対称の位置に配置されている一対の第３ローラーである。

一対の第１ローラー５１、５２は、楕円状の形状に撓められた可撓性外歯歯車３の長軸Ｌ１上に位置し、可撓性外歯歯車３における外歯３６が形成されている部分の内周面３７を外方に撓めた状態で、当該内周面３７に当接している。一対の第２ローラー５３、５４は、長軸Ｌ１と短軸Ｌ２の間において長軸Ｌ１から時計回りに所定角度だけ回転した位置に配置されており、可撓性外歯歯車３の外歯形成部分の内周面３７を外方に撓めた状態で、当該内周面３７に当接している。同様に一対の第３ローラー５５、５６は、一対の第２ローラー５３、５４に対して長軸Ｌ１を挟み線対称の位置において、可撓性外歯歯車３の内周面３７を外方に撓めた状態で、当該内周面３７に当接している。

図２に示すように、第１ローラー５１は支持円盤４２の端面４２ａに固定された支軸６１と、この支軸６１の外周面に取り付けた支持ベアリング６２とを備えており、本例の支持ベアリング６２は深溝玉軸受である。支持ベアリング６２は支軸６１に固定された内輪６３と、可撓性外歯歯車３の外歯形成部分の内周面３７に当接している外輪６４と、これら内輪６３および外輪６４の間に形成されている円環状の軌道に転動可能な状態で挿入されている複数個のボール６５を備えている。他のローラー５２〜５６も同一の構造であるので、それらの説明を省略する。

第１ローラー５１、５２は同一サイズであり、それらの支持ベアリングは同一サイズである。また、第２ローラー５３、５４および第３ローラー５５、５６は同一サイズであり、それらの支持ベアリングは同一サイズである。さらに、第１ローラー５１、５２の支持ベアリングは、第２ローラー５３、５４および第３ローラー５５、５６の支持ベアリングよりも大なサイズであり、動定格荷重が大きい。これら第１〜第３ローラー５１〜５６のサイズは、波動歯車装置１の負荷運転時において、各ローラー５１〜５６に作用する荷重に基づき決定されている。

図４は楕円状に撓められた可撓性外歯歯車３を、その歯車中心軸線および波動発生器４の長軸Ｌ１上に位置する第１ローラー５１の中心軸線５１ａを含む平面で切断した場合の模式図である。

この図に示すように、第１ローラー５１の円形外周面５１ｂは、楕円状の形状に撓められた可撓性外歯歯車３の外歯形成部分の内周面３７に沿った方向に延びている。そのために、第１ローラー５１の支軸６１は内周面３７と平行となるように、支持円盤４２に固定されている。すなわち、装置中心軸線１ａ（歯車中心軸線）に対する長軸上の内周面３７の傾きθと同一の傾きとなるように、第１ローラー５１の中心軸線５１ａの方向が設定されている。他方の第１ローラー５２の中心軸線５２ａの方向も同様に設定されている。

同様に、第２ローラー５３においても、当該第２ローラー５３が接している外歯形成部分の内周面３７と同一の方向に延びるように、第２ローラー５３の中心軸線５３ａの方向が設定されている。他方の第２ローラー５４の中心軸線５４ａも同様に設定されている。さらに、第３ローラー５５、５６においてもそれらの中心軸線５５ａ、５６ａの方向が同様に設定されている。

このように構成した波動歯車装置１では、波動発生器４の第１〜第３ローラー５１〜５６のそれぞれの円形外周面を、可撓性外歯歯車３の外歯形成部分の内周面３７に対して、外歯３６の歯筋方向において、偏り無く接触させることができる。よって、波動歯車装置１の角度伝達精度を改善することができる。

図５は本発明による効果を示すグラフであり、従来の６ローラータイプの波動発生器の角度伝達誤差を基準とした場合における従来の２ロータータイプの波動発生器および本発明の６ローラータイプの波動発生器を用いた場合における角度伝達誤差の大きさの比率を示してある。従来の６ローラータイプの波動発生器を用いた場合の角度伝達誤差を１００％とした場合に、従来の２ローラータイプの波動発生器ではその８０％強の角度伝達誤差が観測された。これに対して、本発明による６ローラータイプの波動発生器４を用いた場合には、角度伝達誤差を従来の６０％弱に低減できることが確認された。

なお、波動発生器４は、負荷運転時の波動発生器４の荷重分布に合ったサイズのローラー５１〜５６を用いているので、波動歯車装置１の寿命を効率的に向上させることもできる。

（その他の実施の形態）
上記の波動発生器４では、各ローラー５１〜５６の中心軸線５１ａ〜５６ａを傾けている。各ローラー５１〜５６の中心軸線５１ａ〜５６ａを波動歯車装置１の中心軸線１ａに平行となるように設定し、ローラー外周面形状をテーパー面とすることも可能である。

例えば、図６に示すように、波動発生器の各ローラー７０の円形外周面７０ｂを、外歯形成部分の内周面３７に沿ったテーパー面とし、ローラー７０の支軸中心軸線７０ａを装置中心軸線に平行に延びる状態で波動発生器の支持円盤（図示せず）に固定する。この場合においても、各ローラー７０の円形外周面７０ｂを可撓性外歯歯車３の外歯形成部分の内周面３７に対して偏りなく接触させることができる。

次に、上記の例は、カップ型の波動歯車装置に６ロータータイプの波動発生器を用いた場合のものである。本発明は、シルクハット形状の可撓性外歯歯車を備えたシルクハット型と呼ばれる波動歯車装置に対しても同様に適用可能である。

また、本発明は、６個以外の個数のローラーを備えたローラータイプの波動発生器に対しても同様に適用できる。すなわち、一対のローラーを備えた波動発生器、６個のローラーよりも多い個数のローラーを備えた波動発生器に対して適用できる。例えば、長軸上の一対のローラーに加えて四対のローラーを備えた合計１０個のローラーからなる波動発生器にも本発明を適用可能である。

Claims (8)

1. カップ形状あるいはシルクハット形状の可撓性外歯歯車を予め定めた楕円状の形状に撓めて剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせた状態を形成し、回転に伴ってこれら両歯車の噛み合い位置を周方向に移動させて、これら両歯車の歯数差に応じた相対回転をこれら両歯車の間に発生させる波動歯車装置の波動発生器において、
   前記可撓性外歯歯車の内周面に当接して当該可撓性外歯歯車を前記楕円状の形状に撓める複数個のローラーを備えており、
   前記ローラーには、少なくとも、前記楕円状の形状の長軸上に配置されている２個の第１ローラーが含まれており、
   前記楕円状の形状に撓められた前記可撓性外歯歯車を、その歯車中心軸線および前記長軸を含む平面で切断した場合において、前記可撓性外歯歯車における前記第１ローラーの外周面に当接している前記内周面の部位の前記歯車中心軸線に対する傾きと同一の傾きとなるように、前記第１ローラーの円形外周面が前記歯車中心軸線に対して傾斜していることを特徴とする波動歯車装置の波動発生器。
2. 請求項１において、
   前記第１ローラーは同一径の円形外周面を備えており、
   当該第１ローラーのローラー中心軸線が前記歯車中心軸線に対して傾斜していることを特徴とする波動歯車装置の波動発生器。
3. 請求項２において、
   前記ローラーには、前記第１ローラーの他に、複数個の第２ローラーが含まれており、
   前記楕円状の形状に撓められた前記可撓性外歯歯車を、前記歯車中心軸線と前記第２ローラーのローラー中心軸線を含む平面で切断した場合において、前記可撓性外歯歯車における前記第２ローラーの外周面に当接している前記内周面の部位の前記歯車中心軸線に対する傾きと同一の傾きとなるように、前記第２ローラーのローラー中心軸線が前記歯車中心軸線に対して傾斜していることを特徴とする波動歯車装置の波動発生器。
4. 請求項２において、
   前記ローラーには、前記第１ローラーの他に、少なくとも、２個の第２ローラーと２個の第３ローラーが含まれており、
   前記第２ローラーのそれぞれは、前記楕円状の形状の中心に対して点対称の位置であって、前記楕円状の形状の長軸と短軸の間に配置されており、
   前記第３ローラーのそれぞれは、前記長軸を中心として、前記第２ローラーのそれぞれに対して線対称の位置に配置されており、
   前記楕円状の形状に撓められた前記可撓性外歯歯車を、前記歯車中心軸線と前記第２ローラーのローラー中心軸線を含む平面で切断した場合において、前記可撓性外歯歯車における前記第２ローラーの外周面に当接している前記内周面の部位の前記歯車中心軸線に対する傾きと同一の傾きとなるように、前記第２ローラーのローラー中心軸線が前記歯車中心軸線に対して傾斜しており、
   前記第３ローラーのローラー中心軸線は、前記歯車中心軸線に対して、前記第２ローラーのローラー中心軸線と同一角度で傾斜していることを特徴とする波動歯車装置の波動発生器。
5. 剛性内歯歯車と、前記剛性内歯歯車の内側に同軸に配置した半径方向に撓み可能な可撓性外歯歯車と、前記可撓性外歯歯車を楕円形状に撓めて当該可撓性外歯歯車を前記楕円形状の長軸上の部位において前記剛性内歯歯車に噛み合わせている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、前記可撓性外歯歯車の内周面に当接して当該可撓性外歯歯車を前記楕円状の形状に撓める複数個のローラーを備えており、
   前記ローラーには、少なくとも、前記楕円状の形状の長軸上に配置されている２個の第１ローラーが含まれており、
   前記楕円状の形状に撓められた前記可撓性外歯歯車を、その歯車中心軸線および前記長軸を含む平面で切断した場合において、前記可撓性外歯歯車における前記第１ローラーの外周面に当接している前記内周面の部位の前記歯車中心軸線に対する傾きと同一の傾きとなるように、前記第１ローラーの円形外周面が前記歯車中心軸線に対して傾斜していることを特徴とする波動歯車装置。
6. 請求項５に記載の波動歯車装置において、
   前記第１ローラーは同一径の円形外周面を備えており、
   当該第１ローラーのローラー中心軸線が前記歯車中心軸線に対して傾斜していることを特徴とする波動歯車装置。
7. 請求項６に記載の波動歯車装置において、
   前記ローラーには、前記第１ローラーの他に、複数個の第２ローラーが含まれており、
   前記楕円状の形状に撓められた前記可撓性外歯歯車を、前記歯車中心軸線と前記第２ローラーのローラー中心軸線を含む平面で切断した場合において、前記可撓性外歯歯車における前記第２ローラーの外周面に当接している前記内周面の部位の前記歯車中心軸線に対する傾きと同一の傾きとなるように、前記第２ローラーのローラー中心軸線が前記歯車中心軸線に対して傾斜していることを特徴とする波動歯車装置。
8. 請求項６に記載の波動歯車装置において、
   前記ローラーには、前記第１ローラーの他に、少なくとも、２個の第２ローラーと２個の第３ローラーが含まれており、
   前記第２ローラーのそれぞれは、前記楕円状の形状の中心に対して点対称の位置であって、前記楕円状の形状の長軸と短軸の間に配置されており、
   前記第３ローラーのそれぞれは、前記長軸を中心として、前記第２ローラーのそれぞれに対して線対称の位置に配置されており、
   前記楕円状の形状に撓められた前記可撓性外歯歯車を、前記歯車中心軸線と前記第２ローラーのローラー中心軸線を含む平面で切断した場合において、前記可撓性外歯歯車における前記第２ローラーの外周面に当接している前記内周面の部位の前記歯車中心軸線に対する傾きと同一の傾きとなるように、前記第２ローラーのローラー中心軸線が前記歯車中心軸線に対して傾斜しており、
   前記第３ローラーのローラー中心軸線は、前記歯車中心軸線に対して、前記第２ローラーのローラー中心軸線と同一角度で傾斜していることを特徴とする波動歯車装置。