JP5833480B2 - 波動歯車装置および歩行補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、波動歯車装置および歩行補助装置に関し、特に、一つの回転入力から異なる速度での複数の回転出力を同時に得ることができる波動歯車装置およびこの波動歯車装置を用いた歩行補助装置に関する。

従来、波動歯車装置として、１つの回転入力に対して２自由度の回転出力を得るために、４つの剛性内歯車と、２つの可撓性外歯車と、２つの波動発生器とを備え、１つの波動発生器を入力軸に対しクラッチにより係合・離脱可能としたものが知られている（特許文献１）。特許文献１の波動歯車装置は、同文献の図２のようにドグクラッチ機構１０を１段目の調和減速機３に係合させると、２自由度出力部材５のみが回転し、同文献の図３のようにドグクラッチ機構１０を１段目の調和減速機３に係合させると、２自由度出力部材５は停止し、１自由度出力部材６が回転するようになっている（発明の効果など参照）。

このような動作を実現するため、２つの第１剛性内歯車３１，４１は、可撓性外歯車３３，４３と同じ歯数であり、２つの第２剛性内歯車３２，４２は、互いに同じ歯数とされている。

特許第３３４８７９２号公報

ところで、特許文献１に記載の構成では、１つの入力軸の回転に対し、同時には１つの回転出力しか得ることができない。しかし、波動歯車装置が適用される装置によっては、１つの入力軸の回転に対し複数の異なる速度の回転出力を得たい場合があり、特許文献１に記載の発明ではこのような要求を満たすことができなかった。

そこで、本発明は、１つの回転入力から、異なる速度（減速比）の複数の回転出力を同時に得ることができる波動歯車装置を提供することを目的とする。

前記した課題を解決する本発明は、内周に第１内スプラインを有する第１剛性歯車と、内周に第２内スプラインを有する第２剛性歯車と、前記第１剛性歯車および前記第２剛性歯車の内側に配置され、１つの可撓性円筒部の外周に前記第１内スプラインと係合可能な第１外スプライン、および、前記第２内スプラインと係合可能な第２外スプラインを一体に有する可撓性歯車と、前記可撓性歯車の内側に配置され、前記可撓性歯車を径方向に撓ませながら回転する波動発生器であって、前記第１内スプラインと前記第１外スプラインを部分的に噛み合わせる第１波動発生部と、前記第２内スプラインと前記第２外スプラインを部分的に噛み合わせる第２波動発生部とを一体に有する波動発生器と備え、前記第１内スプラインと前記第１外スプライン、前記第２内スプラインと前記第２外スプライン、および、前記第１内スプラインと前記第２内スプラインは、互いに歯数が異なり、前記第１波動発生部と前記第２波動発生部が一体に回転することで、前記第１剛性歯車および前記第２剛性歯車が前記可撓性歯車に対し相対的に回転し、かつ同時に、前記第１剛性歯車と前記第２剛性歯車が、相対的に回転するように構成され、前記可撓性歯車は、軸方向の一端において剛性部材に固定され、前記可撓性円筒部の軸方向の他端が自由端とされ、前記第１波動発生部および前記第２波動発生部は、前記一端から軸方向に遠い方が短軸／長軸の値が小さいことを特徴とする。

このような構成によれば、第１内スプラインと第１外スプライン、および、第２内スプラインと第２外スプラインは、互いに歯数が異なるため、波動発生器を回転させれば、第１内スプラインと第１外スプラインの噛み合いにより、可撓性歯車に対して第１剛性歯車が相対的に回転するとともに、第２剛性歯車が可撓性歯車に対して相対的に回転する。また、第１内スプラインと第２内スプラインは、互いに歯数が異なるため、第１剛性歯車と第２剛性歯車も相対的に回転する。したがって、回転入力として波動発生器を回転させると、第１剛性歯車、第２剛性歯車および可撓性歯車がすべて相対的に回転する。
そのため、例えば、可撓性歯車を固定すれば、第１剛性歯車と第２剛性歯車が異なる速度で回転して２つの異なる速度の回転出力を得ることができ、第１剛性歯車を固定すれば、第２剛性歯車と可撓性歯車が異なる速度で回転して２つの異なる速度の回転出力を得ることができる。
そして、可撓性歯車は、剛性部材に固定された軸方向の一端において変形しないので円形に近い断面となる。すると、円筒の片方の端のみを潰したときの形を考えれば分かるように、波動発生器によって可撓性歯車が楕円断面に変形されるとき、軸方向の一端から遠ざかるほど円形から大きく潰れた楕円断面となるのが自然な変形となる。したがって、短軸／長軸の値が、前記一端から軸方向に遠ざかるほど小さいことで、可撓性歯車の自然な変形を可能にして、可撓性歯車にかかる応力を小さくし、スムーズな回転を実現することができる。

なお、本発明において、「相対的に回転する」というときは、外から見たときに、どの部材が停止し、どの部材が回転しているかは問わない意味であり、例えば、外から見たときに第１剛性歯車が停止して、第２剛性歯車が回転している場合と、第１剛性歯車が回転して、第２剛性歯車が停止している場合の両方を含めて、単に「相対的に回転する」と表現することとする。

前記した装置において、前記可撓性歯車は、軸方向の一端に底部を有するカップ状に形成され、前記底部において前記剛性部材に固定され、前記第１外スプラインが設けられた部分および前記第２外スプラインが設けられた部分は、前記一端から軸方向に遠い方が周長が大きいことが望ましい。

可撓性歯車は、停止させるために動かない物に固定されるか、回転出力として利用するために、軸方向の一端が何らかの高い剛性の部材（剛性部材）に固定される。
そして、可撓性歯車が、軸方向の一端に底部を有し、この底部において剛性部材に固定されるときは、可撓性歯車の内側に波動発生器を組み合わせるときに、底部と反対側の他端から波動発生器を組み合わせていくために、この他端の方が広がっている方が波動発生器を組合せやすい。そして、他端の方が広がっている場合、可撓性歯車の外側に第１剛性歯車と第２剛性歯車を組み合わせるには、可撓性歯車の直径が小さい一端側から第１剛性歯車と第２剛性歯車を組み合わせればよい。
したがって、一端から軸方向に離れて他端に近づくにつれて可撓性歯車の周長を大きくすれば、波動発生器、第１剛性歯車および第２剛性歯車の可撓性歯車への組み付けが容易となる。

前記した装置において、前記可撓性歯車は、軸方向の一端に底部を有するカップ状に形成され、当該底部において前記剛性部材に固定され、前記第１波動発生部および前記第２波動発生部は、前記一端から軸方向に遠い方が長軸が大きいことが望ましい。

前記したように、可撓性歯車が、軸方向の一端に底部を有し、この底部において剛性部材に固定されるときは、可撓性歯車は、内側に波動発生器を組み合わせるときに、底部と反対側の他端から組み合わせていくためこの他端が広がっている方が組みやすい。このような他端側が広がっている可撓性歯車に合わせて、第１波動発生部および第２波動発生部の長軸は、一端から軸方向に遠い方が大きいことが望ましい。

前記した装置において、前記可撓性歯車は、軸方向の一端に、径方向外側に広がるフランジを有し、当該フランジにおいて前記剛性部材に固定され、前記第１外スプラインが設けられた部分および前記第２外スプラインが設けられた部分は、前記一端から軸方向に遠い方が周長が小さいことが望ましい。

可撓性歯車が、軸方向の一端に径方向外側に広がるフランジを有し、このフランジにおいて剛性部材に固定されるときは、可撓性歯車の外側に第１剛性歯車および第２剛性歯車を組み合わせるときに、フランジと反対側の他端から組み合わせていくため、この他端の方が狭まっている方が第１剛性歯車および第２剛性歯車を組合せやすい。そして、他端の方が狭まっている場合、可撓性歯車の内側に波動発生器を組み合わせるには、可撓性歯車の直径が大きい一端側から波動発生器を組み合わせればよい。
したがって、一端から軸方向に離れて他端に近づくにつれて可撓性歯車の周長を小さくすれば、波動発生器、第１剛性歯車および第２剛性歯車の可撓性歯車への組み付けが容易となる。

前記した装置において、前記可撓性歯車は、軸方向の一端に、径方向外側に広がるフランジを有し、当該フランジにおいて前記剛性部材に固定され、前記第１波動発生部および前記第２波動発生部は、前記一端から軸方向に遠い方が長軸が小さいことが望ましい。

前記したように、可撓性歯車が、軸方向の一端に径方向外側に広がるフランジを有し、このフランジにおいて剛性部材に固定されるときは、可撓性歯車は、外側に第１剛性歯車および第２剛性歯車を組み合わせるときに、フランジと反対側の他端から組み合わせていくためこの他端が狭まっている方が組みやすい。このような他端側が狭まっている可撓性歯車に合わせて、第１波動発生部および第２波動発生部の長軸は、一端から軸方向に遠い方が小さいことが望ましい。

前記した各波動歯車装置を用いた歩行補助装置は、本体部と、前記本体部に対して回動可能に連結された第１リンクと、前記第１リンクに対して回動可能に連結された第２リンクとを備え、前記可撓性歯車は、前記本体部に軸方向の一端が固定され、前記第１剛性歯車および前記第２剛性歯車のうち、前記一端から遠い方は、前記第２リンクの駆動に適用され、前記一端から近い方は、前記第１リンクの駆動に適用されることが望ましい。

前記したように、可撓性歯車は、剛性の高い部材（本体部）に固定された軸方向の一端において変形しないので円形に近い断面になる一方、波動発生器の回転により、この一端から遠いほど、大きく潰れた楕円断面となるのが自然な変形となる。
このとき、大きく潰れた位置ほど、波動発生器の短軸位置において剛性歯車の内周と可撓性歯車の外周が離れる距離（可撓性歯車の自然状態の直径に対する割合）が大きくなる。そのため、波動発生器の短軸位置において剛性歯車の内周のスプラインの歯と可撓性歯車の外周のスプラインとの歯とがすれ違う（一方が他方を乗り越える）必要があることを考慮すると、可撓性歯車が大きく潰れた位置においては、可撓性歯車の外周のスプラインと、剛性歯車の内周のスプラインの歯の高さを大きく（モジュールを大きく）することができ、これらの歯数を少なくできるので、減速比を小さく（速度を大きく）することができる。

そして、歩行補助装置の本体部に回動可能に連結される第１リンクは、人の上腿の動きに対応し、第１リンクに回動可能に連結される第２リンクは、人の下腿の動きに対応するので、本体部に対する第１リンクの回動速度に比較して第１リンクに対する第２リンクの回動速度は速い。そこで、本体部に軸方向の一端を固定して、第１剛性歯車および第２剛性歯車を第１リンクおよび第２リンクの駆動に適用する場合には、第１剛性歯車および第２剛性歯車のうち、本体部に固定された一端から遠い方は、第２リンクの駆動に適用され、一端から近い方は、第１リンクの駆動に適用されることで、波動発生器の短軸位置において剛性歯車の内周のスプラインの歯と可撓性歯車の外周のスプラインとの歯が容易にすれ違うことを可能にしつつ、第１リンクと第２リンクの速度の差を実現することができる。このため、波動歯車装置をコンパクトにして、歩行補助装置の軽量化を図ることができる。

なお、ここでの歯の大きさは、絶対的な大きさというよりも、可撓性歯車の自然状態の直径に対する割合的な大きさである。

本発明によれば、波動発生器において、１つの回転入力から、異なる速度の複数の回転出力を同時に得ることができる。また、歩行補助装置において、波動歯車装置をコンパクトにして、軽量化を図ることができる。

第１実施形態に係る波動歯車装置の断面図である。 （ａ）図１のＸ−Ｘ断面図、（ｂ）図１のＹ−Ｙ断面図、および（ｃ）図１のＺ−Ｚ断面図である。 第２実施形態に係る波動歯車装置の断面図である。 第３実施形態に係る波動歯車装置の断面図である。 歩行補助装置の全体図である。 歩行補助装置における、波動歯車装置が設けられた部分の断面図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、第１実施形態に係る波動歯車装置１００は、第１剛性歯車１１０と、第２剛性歯車１２０と、可撓性歯車１３０と、波動発生器１４０とを備えて構成されている。

第１剛性歯車１１０は、円形断面の内周を有する高い剛性の歯車であり、この内周に第１内スプライン１１１を有している。
第２剛性歯車１２０は、円形断面の内周を有する高い剛性の歯車であり、この内周に第２内スプライン１２１を有している。
第１内スプライン１１１と第２内スプライン１２１とは、歯数が異なっており、例えば、第１内スプライン１１１の歯数は５２、第２内スプライン１２１の歯数は１０２である。この歯数の違いから分かるように、第１内スプライン１１１の歯の大きさは、第２内スプライン１２１の歯の大きさより大きく、歯の高さも同様である。

可撓性歯車１３０は、撓み変形可能な薄い円筒からなる可撓性円筒部１３５を有する歯車であり（図２（ａ）も参照）、第１剛性歯車１１０および第２剛性歯車１２０の内側に配置されている。可撓性円筒部１３５は、軸方向の位置によらず一定の周長を有している。すなわち、波動発生器１４０により変形させられる前においては、軸方向の位置によらず一定の直径を有している。可撓性円筒部１３５の外周には、第１内スプライン１１１と係合可能な第１外スプライン１３１が設けられているとともに第２内スプライン１２１と係合可能な第２外スプライン１３２が設けられている。すなわち、可撓性歯車１３０は、第１外スプライン１３１と第２外スプライン１３２を一体に有している。

第１外スプライン１３１の歯数と第２外スプライン１３２の歯数は互いに異なっており、例えば、第１外スプライン１３１の歯数は５０、第２外スプライン１３２の歯数は１００である。この歯数の違いから分かるように、第１外スプライン１３１の歯の大きさは、第２外スプライン１３２の歯の大きさより大きく、歯の高さも同様である。
また、第１内スプライン１１１と第１外スプライン１３１の歯数は互いに異なっているとともに、第２内スプライン１２１と第２外スプライン１３２の歯数は互いに異なっている。

可撓性円筒部１３５の、軸方向における第２外スプライン１３２が設けられた方の一端には、径方向外側に広がるフランジ１３８が設けられ、可撓性歯車１３０は、このフランジ１３８において高い剛性を有する剛性部材１８０にボルト１９０により固定されている。

波動発生器１４０は、可撓性歯車１３０の径方向内側に配置され、可撓性歯車１３０を径方向に撓ませながら回転することで第１内スプライン１１１と第１外スプライン１３１を部分的に噛み合わせるとともに、第２内スプライン１２１と第２外スプライン１３２を部分的に噛み合わせる部材である。このため、波動発生器１４０は、第１内スプライン１１１および第１外スプライン１３１に対応した第１波動発生部１４１と、第２内スプライン１２１および第２外スプライン１３２に対応した第２波動発生部１４２とを有している。この第１波動発生部１４１と第２波動発生部１４２とは、入力軸１４５により一体に繋がれている。すなわち、入力軸１４５をモータの出力軸に接続するなどして回転させると、第１波動発生部１４１と第２波動発生部１４２とを同時に一体に回転させることが可能となっている。

第１波動発生部１４１および第２波動発生部１４２は、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、ともに楕円形の断面を有し、それぞれ、外周に撓み変形しながら作動可能なベアリング１４１Ａ，１４２Ａを有している。第１波動発生部１４１は、第２波動発生部１４２よりも、円形から大きく潰れた楕円断面となっている。これは、可撓性歯車１３０のフランジ１３８が剛性部材１８０に固定されていることから、フランジ１３８側の一端が円形断面に維持され、可撓性円筒部１３５を波動発生器１４０により径方向に撓ませると、フランジ１３８から遠くなるほど可撓性円筒部１３５の円形からの潰れ具合が大きくなることに対応している。このように、可撓性円筒部１３５の自然な変形に合わせて第１波動発生部１４１と第２波動発生部１４２の楕円形状が形成されていることで、波動発生器１４０が回転したときに、可撓性円筒部１３５に過大な応力が掛からないとともに、波動発生器１４０をスムーズに回転させることができる。

この説明から分かるように、剛性部材１８０に固定された一端から軸方向に遠い第１波動発生部１４１は、第２波動発生部１４２よりも、長軸の大きさが大きく、短軸／長軸の値が小さい。なお、図１は、長軸における断面を示しているが、長軸の大きさの違いは示さずに表現している。

以上のように構成された波動歯車装置１００は、第１波動発生部１４１および第２波動発生部１４２の長軸部分が可撓性歯車１３０を径方向外側に撓ませることで、第１外スプライン１３１と第１内スプライン１１１、および、第２外スプライン１３２と第２内スプライン１２１がそれぞれ噛み合う。そして、入力軸１４５を回転させると、第１波動発生部１４１および第２波動発生部１４２が一体に回転し、噛み合い位置が、周方向に移動していく。

このとき、図２（ｂ）に示すように、第２剛性歯車１２０に対応した断面では、可撓性歯車１３０の潰れ具合は小さく、第２剛性歯車１２０の内周と可撓性円筒部１３５の外周との隙間は小さいが、第２内スプライン１２１と第２外スプライン１３２は、歯数が多く、歯の高さが小さいので、小さな隙間であっても、第２内スプライン１２１の歯と第２外スプライン１３２の歯は容易にすれ違うことができる。

一方、図２（ｃ）に示すように、第１剛性歯車１１０に対応した断面では、可撓性歯車１３０の潰れ具合は大きく、第１剛性歯車１１０の内周と可撓性円筒部１３５の外周との隙間は大きい。そのため、第１内スプライン１１１と第１外スプライン１３１は、歯数が少なく、歯の高さが大きいけれども、隙間が大きいことから第１内スプライン１１１の歯と第１外スプライン１３１の歯は容易にすれ違うことができる。

そして、第１内スプライン１１１と第１外スプライン１３１、および、第２内スプライン１２１と第２外スプライン１３２は、互いに歯数が異なるため、波動発生器１４０を回転させれば、第１内スプライン１１１と第１外スプライン１３１の噛み合いにより、可撓性歯車１３０に対して第１剛性歯車１１０が相対的に回転する。また、同時に、第２剛性歯車１２０が可撓性歯車１３０に対して相対的に回転する。そして、第１内スプライン１１１と第２内スプライン１２１は、互いに歯数が異なるため、第１剛性歯車１１０と第２剛性歯車１２０も相対的に回転する。したがって、回転入力として波動発生器１４０を回転させると、第１剛性歯車１１０、第２剛性歯車１２０および可撓性歯車１３０がすべて相対的に回転する。

このような動作が可能となることで、例えば、可撓性歯車１３０を固定すれば、第１剛性歯車１１０と第２剛性歯車１２０が異なる速度で回転して２つの異なる速度の回転出力を得ることができ、第１剛性歯車１１０を固定すれば、第２剛性歯車１２０と可撓性歯車１３０が異なる速度で回転して２つの異なる速度の回転出力を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る波動歯車装置について説明する。第２実施形態の波動歯車装置２００は、第１実施形態１００の一部を変更したものなので、ここでは、その変更した部分についてのみ説明し、その他の実質的な変更が無い部分は、図面に第１実施形態と同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図３に示すように、波動歯車装置２００は、第１実施形態の波動歯車装置１００に対し、可撓性歯車２３０の可撓性円筒部２３５が一定直径の断面ではなく、フランジ１３８から遠ざかるほど直径が小さく（周長が小さく）なっている。具体的には、可撓性円筒部２３５の第１外スプライン２３１が設けられた円筒部分の直径は、第２外スプライン２３２が設けられた円筒部分の直径よりも小さく、この２つの円筒部分がテーパー形状部２３５Ａにより接続されている。

そして、図２（ｂ）、（ｃ）と同様であるので、図示は省略するが、第１実施形態と同様に、波動発生器２４０の第１波動発生部２４１の短軸／長軸の値は、第２波動発生部２４２の短軸／長軸の値よりも小さい。また、第１外スプライン２３１の歯数は第２外スプライン２３２の歯数よりも少なく、例えば、第１外スプライン２３１の歯数は５０であり、第２外スプライン２３２の歯数は１００である。そして、例えば、第１内スプライン２１１の歯数は５２であり、第２内スプライン２２１の歯数は１０２である。これは、第１実施形態と同様に、固定されたフランジ１３８側の一端から遠いほど、作動時の可撓性円筒部２３５の潰れ具合が大きい（波動発生部の短軸／長軸の値が小さい）からである。

可撓性円筒部２３５の直径がフランジ１３８から遠ざかるのに従い小さくなっているのに応じて、第１波動発生部２４１の長軸は、第２波動発生部２４２の長軸よりも小さくなっている。
また、可撓性円筒部２３５の直径がフランジ１３８から遠ざかるのに従い小さくなっているのに応じて、第１剛性歯車２１０の直径は、第２剛性歯車２２０の直径よりも小さくなっている。

以上のような構成によると、第１剛性歯車２１０および第２剛性歯車２２０を可撓性歯車２３０に組み付けるときに、直径の大きな第２剛性歯車２２０を、フランジ１３８と反対側の端部から組み付け、その後、同じくフランジ１３８と反対側の端部から直径の小さな第１剛性歯車２１０を組み付ければ、容易に組み付けることができる。また、波動発生器２４０を可撓性歯車２３０に組み付けるときには、可撓性円筒部２３５の直径が大きい端部から挿入していけば、容易に組み付けることができる。

次に、本発明の第３施形態に係る波動歯車装置について説明する。第３実施形態の波動歯車装置３００は、第１実施形態１００の一部を変更したものなので、ここでは、その変更した部分についてのみ説明し、その他の実質的な変更が無い部分は、図面に第１実施形態と同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図４に示すように、波動歯車装置３００は、第１実施形態の波動歯車装置１００に対し、可撓性歯車３３０が、底部３３８を有するカップ状に形成され、この底部３３８において、剛性部材１８０に固定されている。そして、可撓性円筒部３３５は、一定直径の断面ではなく、底部３３８から遠ざかるほど直径が大きく（周長が大きく）なっている。具体的には、可撓性円筒部３３５の第１外スプライン３３１が設けられた円筒部分の直径は、第２外スプライン３３２が設けられた円筒部分の直径よりも大きく、この２つの円筒部分がテーパー形状部３３５Ａにより接続されている。

そして、図２（ｂ）、（ｃ）と同様であるので、図示は省略するが、第１実施形態と同様に、波動発生器３４０の第１波動発生部３４１の短軸／長軸の値は、第２波動発生部３４２の短軸／長軸の値よりも小さい。また、第１外スプライン３３１の歯数は第２外スプライン３３２の歯数よりも少なく、例えば、第１外スプライン３３１の歯数は５０であり、第２外スプライン３３２の歯数は１００である。そして、例えば、第１内スプライン３１１の歯数は５２であり、第２内スプライン３２１の歯数は１０２である。これは、第１実施形態と同様に、固定された底部３３８側の一端から遠いほど、作動時の可撓性円筒部３３５の潰れ具合が大きい（波動発生部の短軸／長軸の値が小さい）からである。

可撓性円筒部３３５の直径が底部３３８から遠ざかるのに従い大きくなっているのに応じて、第１波動発生部３４１の長軸は、第２波動発生部３４２の長軸よりも大きくなっている。
また、可撓性円筒部３３５の直径が底部３３８から遠ざかるのに従い大きくなっているのに応じて、第１剛性歯車３１０の直径は、第２剛性歯車３２０の直径よりも大きくなっている。

以上のような構成によると、第１剛性歯車３１０および第２剛性歯車３２０を可撓性歯車３３０に組み付けるときに、直径の大きな第１剛性歯車３１０を、底部３３８側の端部または底部３３８と反対側の端部から組み付け、その後、直径の小さな第２剛性歯車３２０を底部３３８側の端部から組み付ければ、容易に組み付けることができる。また、波動発生器３４０を可撓性歯車３３０に組み付けるときには、可撓性円筒部３３５の直径が大きい端部から挿入していけば、容易に組み付けることができる。

次に、本発明の波動発生装置を歩行補助装置に適用した例について、図５および図６を参照しながら説明する。なお、図５および図６においては、第１実施形態の波動歯車装置１００を搭載した例を示すが、第２実施形態の波動歯車装置２００または第３実施形態の波動歯車装置３００を同じように搭載することもできる。

図５に示すように、歩行補助装置１は、本体部１０と、本体部１０に対して回動可能に連結された第１リンク２０と、第１リンク２０に対して回動可能に連結された第２リンク３０とを備えて構成されている。
本体部１０は、フレーム１１と、フレーム１１のスライダ１１Ａと係合した円弧状に延びるレール１２とを備えてなる。レール１２は、図示しない、人が跨がって乗る着座部が固定される。本体部１０のフレーム１１と、第１リンク２０との結合部分には、波動歯車装置１００が設けられ、後述するように波動歯車装置１００の１つの回転出力部分が第１リンク２０に結合され、もう一つの回転出力が、ロッド５２を介して回転リンク５３に伝えられている。ロッド５２は、回転リンク５３の外周付近と回動可能に結合され、回転リンク５３は、第１リンク２０と第２リンク３０の結合部分に設けられており、回転リンク５３は第２リンク３０と一体に動作するようになっている。

図６に示すように、波動歯車装置１００は、入力軸１４５がモータＭの出力軸に直結されている。可撓性歯車１３０は、軸方向の一端にあるフランジ１３８において、モータＭのステータにボルト１９０により固定されている。モータＭのステータは、ボルト１９１によりフレーム１１に固定されている。すなわち、可撓性歯車１３０は、一端が、モータＭのステータを介して本体部１０に固定されている。
そして、フランジ１３８に近い第２剛性歯車１２０は、第１リンク２０に一体に結合されており、フランジ１３８から遠い第１剛性歯車１１０は、外周付近にロッド５２が回動可能に結合されている（図５参照）。

このような歩行補助装置１は、モータＭの出力軸を回転させると、この出力軸に直結している波動発生器１４０が回転し、第１剛性歯車１１０と第２剛性歯車１２０が互いに異なる速度で同時に回転する。詳しくは、第１実施形態で説明したような歯数（減速比）の違いから、第２剛性歯車１２０に比較して第１剛性歯車１１０は速く回転する。第１剛性歯車１１０の回転は、ロッド５２、回転リンク５３を介して第２リンク３０に伝えられ、本体部１０に対する第１リンク２０の回動に比較して、第２リンク３０は、第１リンク２０に対して速く回動する。

このような第１リンク２０の回動速度と第２リンク３０の回動速度の関係は、人の脚の動きに合っており、本実施形態の歩行補助装置１では、前記したように、可撓性歯車１３０の固定された一端から遠い方を、近い方に比較して小さな減速比とするのが、波動歯車装置１００の構成上（歯のすれ違いを考慮すると）有利であることをうまく利用している。つまり、第２剛性歯車１２０を第１リンク２０の駆動に適用し、第１剛性歯車１１０を第２リンク３０の駆動に適用することで、コンパクトに波動歯車装置１００を構成することができ、歩行補助装置１を軽量化することが可能である。また、波動歯車装置１００の軽量化は、単に歩行補助装置１全体を軽量化するだけでなく、レール１２に対するフレーム１１の慣性を小さくして、動作に軽快感を出すことができる。

以上に本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されることなく適宜変形して実施することができる。
例えば、前記実施形態においては、１つの回転入力から２つの回転出力を得る場合についてのみ説明したが、第１剛性歯車と第２剛性歯車に加えて、第３内スプラインを有する第３剛性歯車を設けるとともに、可撓性歯車には第３剛性歯車に対応する第３外スプラインを設け、波動発生器は、第３内スプラインと第３外スプラインとを噛み合わせるように構成することができる。これによれば、１つの回転入力から、３つの回転出力を得ることができる。同様に、１つの回転入力から４つ以上の回転出力を得るように構成することもできる。

また、本発明の波動歯車装置は、歩行補助装置だけでなく、１つの回転入力から、大きく減速された異なる速度の複数の回転出力を利用する他の装置、例えば産業用ロボットの関節などに適用することができる。

１ 歩行補助装置
１０ 本体部
１１ フレーム
２０ 第１リンク
３０ 第２リンク
１００ 波動歯車装置
１１０ 第１剛性歯車
１１１ 第１内スプライン
１２０ 第２剛性歯車
１２１ 第２内スプライン
１３０ 可撓性歯車
１３１ 第１外スプライン
１３２ 第２外スプライン
１３５ 可撓性円筒部
１３８ フランジ
１４０ 波動発生器
１４１ 第１波動発生部
１４２ 第２波動発生部
１４５ 入力軸
１８０ 剛性部材
３３８ 底部
Ｍ モータ

Claims (7)

1. 内周に第１内スプラインを有する第１剛性歯車と、
   内周に第２内スプラインを有する第２剛性歯車と、
   前記第１剛性歯車および前記第２剛性歯車の内側に配置され、１つの可撓性円筒部の外周に前記第１内スプラインと係合可能な第１外スプライン、および、前記第２内スプラインと係合可能な第２外スプラインを一体に有する可撓性歯車と、
   前記可撓性歯車の内側に配置され、前記可撓性歯車を径方向に撓ませながら回転する波動発生器であって、前記第１内スプラインと前記第１外スプラインを部分的に噛み合わせる第１波動発生部と、前記第２内スプラインと前記第２外スプラインを部分的に噛み合わせる第２波動発生部とを一体に有する波動発生器と備え、
   前記第１内スプラインと前記第１外スプライン、前記第２内スプラインと前記第２外スプライン、および、前記第１内スプラインと前記第２内スプラインは、互いに歯数が異なり、
   前記第１波動発生部と前記第２波動発生部が一体に回転することで、前記第１剛性歯車および前記第２剛性歯車が前記可撓性歯車に対し相対的に回転し、かつ同時に、前記第１剛性歯車と前記第２剛性歯車が、相対的に回転するように構成され、
   前記可撓性歯車は、軸方向の一端において剛性部材に固定され、前記可撓性円筒部の軸方向の他端が自由端とされ、
   前記第１波動発生部および前記第２波動発生部は、前記一端から軸方向に遠い方が短軸／長軸の値が小さいことを特徴とする波動歯車装置。
2. 前記可撓性歯車は、軸方向の一端に底部を有するカップ状に形成され、前記底部において前記剛性部材に固定され、前記第１外スプラインが設けられた部分および前記第２外スプラインが設けられた部分は、前記一端から軸方向に遠い方が周長が大きいことを特徴とする請求項１に記載の波動歯車装置。
3. 前記可撓性歯車は、軸方向の一端に底部を有するカップ状に形成され、当該底部において前記剛性部材に固定され、
   前記第１波動発生部および前記第２波動発生部は、前記一端から軸方向に遠い方が長軸が大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の波動歯車装置。
4. 前記可撓性歯車は、軸方向の一端に、径方向外側に広がるフランジを有し、当該フランジにおいて前記剛性部材に固定され、前記第１外スプラインが設けられた部分および前記第２外スプラインが設けられた部分は、前記一端から軸方向に遠い方が周長が小さいことを特徴とする請求項１に記載の波動歯車装置。
5. 前記可撓性歯車は、軸方向の一端に、径方向外側に広がるフランジを有し、当該フランジにおいて前記剛性部材に固定され、
   前記第１波動発生部および前記第２波動発生部は、前記一端から軸方向に遠い方が長軸が小さいことを特徴とする請求項１または請求項４に記載の波動歯車装置。
6. 前記第１外スプラインおよび前記第２外スプラインは、前記一端から軸方向に遠い方が歯数が少なく、かつ、歯の高さが大きいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の波動歯車装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の波動歯車装置を用いた歩行補助装置であって、
   本体部と、
   前記本体部に対して回動可能に連結された第１リンクと、
   前記第１リンクに対して回動可能に連結された第２リンクとを備え、
   前記可撓性歯車は、前記本体部に軸方向の一端が固定され、
   前記第１剛性歯車および前記第２剛性歯車のうち、前記一端から遠い方は、前記第２リンクの駆動に適用され、前記一端から近い方は、前記第１リンクの駆動に適用されることを特徴とする歩行補助装置。

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