JP6490404B2 - 波動歯車装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1による波動歯車装置100の一構成例を示した断面図であり、回転中心軸Jを含む平面により波動歯車装置100を切断した場合の切断面が示されている。
減速機1は、環状の剛性内歯歯車11と、剛性内歯歯車11の径方向内側に配置された環状の可撓性外歯歯車12と、可撓性外歯歯車12の径方向内側に配置された波動発生器13とにより構成される。
剛性内歯歯車11は、内周に歯が形成された歯車であり、金属剛体により形成される。例えば、剛性内歯歯車11は、電動モータと共通のケーシングに固定される。この剛性内歯歯車11には、ケーシングに取り付けるための取付孔111及び112が形成されている。
可撓性外歯歯車12は、外周に歯が形成された歯車であり、金属弾性体により形成される。図1に示した可撓性外歯歯車12は、有底円筒形状の部材であり、軸方向に延びる円筒部121と、円筒部121の出力側の端部から径方向内方へ延びるディスク部122とを有する。可撓性外歯歯車12は、剛性内歯歯車11よりも歯数が少ない。
波動発生器13は、可撓性外歯歯車12を径方向に撓ませることにより、可撓性外歯歯車12を剛性内歯歯車11に対して部分的に噛み合わせる。また、波動発生器13は、電動モータの回転力により、可撓性外歯歯車12と比較して相対的に高速回転し、可撓性外歯歯車12と剛性内歯歯車11との噛み合い位置を周方向に移動させる。この様な波動発生器13の作用により、歯数差を有する剛性内歯歯車11及び可撓性外歯歯車12は、相対的に低速回転する。
低速回転軸2は、回転中心軸Jを中心として低速回転する出力用シャフトであり、剛性内歯歯車11と同軸に配置され、減速機1の回転力を出力する。この低速回転軸2は、トルク伝達部材3よりも入力側の径が出力側に比べて太くなっている。また、低速回転軸2の入力側の端部には、後述する調整ねじ45を螺合させるためのねじ山が形成されている。
トルク伝達部材3は、可撓性外歯歯車12の回転力を低速回転軸2に伝達するための部材であり、可撓性外歯歯車12のディスク部122と軸方向に対向する位置において、低速回転軸2に固定される。例えば、トルク伝達部材3は、低速回転軸2の周面を取り囲む鍔状の板部材により構成され、低速回転軸2と一体的に形成される。
トルク制限装置4は、可撓性外歯歯車12のディスク部122からトルク伝達部材3へのトルクの伝達を制限するトルクリミッタであり、上限値を超えないトルクを伝達する一方、上限値を超えるトルクを遮断する。
摩擦板41及び42は、伝達トルクの上限値を制御するための部材であり、低速回転軸2を取り囲む円環形状を有する。摩擦板41は、トルク伝達部材3とディスク部122との間に配置され、入力側の側面が肉厚部6に接触し、出力側の側面がトルク伝達部材3に接触している。摩擦板42は、ディスク部122と押え板43との間に配置され、出力側の側面が肉厚部6に接触し、入力側の側面が押え板43に接触している。
押え板43は、可撓性外歯歯車12のディスク部122がトルク伝達部材3に対して軸方向に移動するのを制限するための部材であり、低速回転軸2を取り囲む円環形状を有する。この押え板43は、軸方向に移動可能である一方、回り止めピン431により、低速回転軸2に対する周方向への回転が制限される。
皿ばね44は、ディスク部122を低速回転軸2に対して軸方向のトルク伝達部材3側へ付勢する付勢部材であり、低速回転軸2を取り囲む形状を有し、軸方向の応力によって弾性変形する。この皿ばね44は、押え板43と調整ねじ45との間に配置され、押え板43を軸方向出力側へ付勢する。
調整ねじ45は、皿ばね44の付勢力を調整するための付勢力調整部材であり、低速回転軸2と螺合するナットにより構成される。調整ねじ45を軸方向に移動させることにより、皿ばね44の付勢力が調整される。皿ばね44の付勢力を調整することにより、一対の摩擦板41及び42をディスク部122に押し付ける力が調整されるため、伝達トルクの上限値を制御することができる。
本実施の形態による波動歯車装置100では、損傷以下のトルクに設定することで低速回転軸2を介して過大な回転力が入力された場合に、トルク制限装置4の作用により、低速回転軸2のトルク伝達部材3と可撓性外歯歯車12のディスク部122との間に滑りが生じる。このため、波動歯車装置100は、低速回転軸2を介して入力される過大な回転力に対して可撓性外歯歯車12が塑性変形し、或いは、破損するのを防止することができる。また、波動歯車装置100は、可撓性外歯歯車12を肉厚にして強度を増す場合に比べ、伝達損失が増大するのを抑制することができる。
本実施の形態による波動歯車装置100では、トルク制限装置4の押え板43、皿ばね44及び調整ねじ45が軸方向において可撓性外歯歯車12の円筒部121と重複させて配置される。このため、波動歯車装置100は、押え板43、皿ばね44及び調整ねじ45を可撓性外歯歯車12のディスク部122よりも出力側に配置する場合や、円筒部121からはみ出して配置する場合に比べ、軸方向のサイズを薄型化することができる。
通常、波動歯車装置100では、可撓性外歯歯車12の円筒部121が剛性による変形抵抗を低下させるため、極力薄い形状に設定される。このため、可撓性外歯歯車12は、低速回転軸2を介して入力される過大な回転力に対して壊れ易い。これに対し、本実施の形態による波動歯車装置100では、可撓性外歯歯車12と低速回転軸2との間にトルク制限装置4を設けることにより、可撓性外歯歯車12の損傷を免れるため、可撓性外歯歯車12をさらに薄型化することができる。このため、波動歯車装置100は、可撓性外歯歯車12の変形抵抗が低下するため、伝達損失を低減させることができる。
本実施の形態による波動歯車装置100では、トルク制限装置4が一対の摩擦板41及び42と、押え板43、皿ばね44及び調整ねじ45とにより構成される。このため、波動歯車装置100は、トルク伝達部材3と可撓性外歯歯車12のディスク部122との間で伝達可能なトルクの上限値を容易に調整することができる。
本実施の形態による波動歯車装置100では、トルク制限装置4が摩擦式クラッチにより構成される。このため、波動歯車装置100は、トルク制限装置4を噛み合い式のクラッチにより構成する場合に比べ、トルク制限装置4が簡素な構造となり、波動歯車装置100の製造が容易である。
本実施の形態による波動歯車装置100では、回り止めピン431により、トルク制限装置4の押え板43が低速回転軸2に対して回転するのが制限される。このため、波動歯車装置100は、トルク伝達部材3と可撓性外歯歯車12のディスク部122との間で伝達可能なトルクの上限値がばらつくのを抑制することができる。
図2は、本発明の実施の形態2による波動歯車装置100の一構成例を示した断面図であり、トルク制限装置4の切断面が示されている。図中には、回転中心軸Jを含む平面により波動歯車装置100を切断した場合の切断面が示されている。また、図2では、回転中心軸Jよりも上側に、可動ピン46の先端部がトルク伝達部材3の凹部31に収容されている状態が示され、回転中心軸Jよりも下側に、可動ピン46が凹部31から外れた位置に移動した状態が示されている。図3は、図2に示したトルク伝達部材3のディスク対向面32を示した図である。
トルク伝達部材3には、可撓性外歯歯車12のディスク部122と対向するディスク対向面32に、後述する可動ピン46の先端部を収容するための凹部31が形成される。ディスク対向面32は、トルク伝達部材3の入力側の側面である。
トルク制限装置4は、噛み合い式のクラッチであり、調整ねじ45、可動ピン46、補助板47、押え板48及び皿ばね49により構成される。調整ねじ45、補助板47、押え板48及び皿ばね49は、軸方向において、可撓性外歯歯車12のディスク部122よりも円筒部121の他端側、すなわち、入力側であって、かつ、円筒部121の他端、すなわち、入力側の端部よりもディスク部122側に配置される。また、調整ねじ45、補助板47、押え板48及び皿ばね49は、円筒部121の径方向内側に配置される。
可動ピン46は、ディスク部122及び補助板47を貫通する棒状の部材であり、ディスク部122及び補助板47に対して軸方向に移動可能に配置される。可動ピン46の先端部は、半球形状である。
押え板48は、可撓性外歯歯車12のディスク部122がトルク伝達部材3に対して軸方向に移動するのを制限するための部材であり、低速回転軸2を取り囲む円環形状を有する。この押え板48は、軸方向に移動可能である。
皿ばね49は、可動ピン46を低速回転軸2に対して軸方向のトルク伝達部材3側へ付勢する付勢部材であり、低速回転軸2を取り囲む形状を有し、軸方向の応力によって弾性変形する。この皿ばね49は、押え板48と調整ねじ45との間に配置され、押え板48を介して可動ピン46を軸方向出力側へ付勢する。
図4は、本発明の実施の形態3による波動歯車装置100の一構成例を示した断面図であり、トルク制限装置4の切断面が示されている。図中には、回転中心軸Jを含む平面により波動歯車装置100を切断した場合の切断面が示されている。また、図4では、回転中心軸Jよりも上側に、トルク伝達ボール50の一部がトルク伝達部材3の凹部31に収容されている状態が示され、回転中心軸Jよりも下側に、トルク伝達ボール50が凹部31から外れた位置に移動した状態が示されている。
トルク伝達ボール50は、可撓性外歯歯車12のディスク部122からトルク伝達部材3へ回転力を伝達するための球状の部材であり、ディスク部122を軸方向に貫通するボール収容孔123内に収容される。このトルク伝達ボール50は、ディスク部122に対して軸方向に移動可能に配置される。
図5は、本発明の実施の形態4による波動歯車装置100の一構成例を示した断面図であり、トルク制限装置4の切断面が示されている。図中には、回転中心軸Jを含む平面により波動歯車装置100を切断した場合の切断面が示されている。
図6は、本発明の実施の形態5による波動歯車装置100の一構成例を示した断面図であり、トルク制限装置4の切断面が示されている。図中には、回転中心軸Jを含む平面により波動歯車装置100を切断した場合の切断面が示されている。また、図6の回転中心軸Jよりも上側には、ディスク部122の凸部124がトルク伝達部材3の凹部31に収容されている状態が示され、回転中心軸Jよりも下側には、凸部124が凹部31から外れた位置に移動し、ディスク部122の内周縁部が入力側へ弾性変形した状態が示されている。
図8は、本発明の実施の形態6による波動歯車装置100の一構成例を示した断面図であり、回転中心軸Jを含む平面により波動歯車装置100を切断した場合の切断面が示されている。図8では、紙面の右側を入力側とし、左側を出力側として、トルク制限装置4を出力側に配置した波動歯車装置100が描画されている。
トルク伝達部材3は、可撓性外歯歯車12の回転力を低速回転軸8に伝達するための部材であり、低速回転軸8の内周面から径方向内方へ延びる円環形状を有し、可撓性外歯歯車12のディスク部122と軸方向に対向する位置において、低速回転軸8に固定される。例えば、トルク伝達部材3は、鍔状の板部材により構成され、低速回転軸8のフランジ側部材81と一体的に形成される。
このトルク制限装置4は、摩擦式のクラッチであり、ディスク部122を軸方向両側より保持する一対の摩擦板41及び42と、押え板43及び皿ばね44とにより構成される。押え板43及び皿ばね44は、軸方向において、ディスク部122よりも円筒部121の他端側、すなわち、入力側であって、かつ、円筒部121の他端、すなわち、入力側の端部よりもディスク部122側に配置される。また、押え板43及び皿ばね44は、円筒部121の径方向外側に配置される。
摩擦板41及び42は、伝達トルクの上限値を制御するための部材であり、円環形状を有する。摩擦板41は、トルク伝達部材3とディスク部122との間に配置され、入力側の側面が肉厚部6に接触し、出力側の側面がトルク伝達部材3に接触している。摩擦板42は、ディスク部122と押え板43との間に配置され、出力側の側面が肉厚部6に接触し、入力側の側面が押え板43に接触している。摩擦板41及び42は、低速回転軸8と周方向の位置がずれないように、軸方向に貫通する回り止めピン85によってトルク伝達部材3に固定される。
押え板43は、可撓性外歯歯車12のディスク部122がトルク伝達部材3に対して軸方向に移動するのを制限するための部材であり、可撓性外歯歯車12の円筒部121を取り囲む円環形状を有する。
皿ばね44は、ディスク部122を低速回転軸8に対して軸方向のトルク伝達部材3側へ付勢する付勢部材であり、可撓性外歯歯車12の円筒部121を取り囲む形状を有し、軸方向の応力によって弾性変形する。この皿ばね44は、円筒部121の径方向外側に配置される。また、皿ばね44は、軸方向においてクロスローラベアリング9よりもディスク部122側に配置される。具体的に説明すれば、皿ばね44は、押え板43と減速機側部材82の出力側側面との間に配置され、押え板43を軸方向出力側へ付勢する。
実施の形態6では、トルク制限装置4が摩擦式クラッチにより構成される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、トルク制限装置4が噛み合い式クラッチにより構成される場合について説明する。
1 波動歯車式の減速機
11 剛性内歯歯車
12 可撓性外歯歯車
121 円筒部
122 ディスク部
123 ボール収容孔
124,126 凸部
13 波動発生器
131 可撓性軸受
132 剛性カム板
2 低速回転軸
3 トルク伝達部材
31 凹部
32 ディスク対向面
4 トルク制限装置
41,42 摩擦板
43,48,53,56 押え板
431 回り止めピン
44,49 皿ばね
45 調整ねじ
46 可動ピン
47,52 補助板
50 トルク伝達ボール
51,57 コイルばね
55 止め輪
5 外歯形成領域
6 肉厚部
7 連結ピン
8 低速回転軸
81 フランジ側部材
82 減速機側部材
821 ばね収容穴
9 クロスローラベアリング
J 回転中心軸
Claims (7)
- 環状の剛性内歯歯車と、
前記剛性内歯歯車の径方向内側に配置された環状の可撓性外歯歯車と、
前記可撓性外歯歯車の径方向内側に配置され、前記可撓性外歯歯車と比較して相対的に高速回転する波動発生器とを有し、
前記波動発生器が、前記可撓性外歯歯車を径方向に撓ませて前記剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせ、かつ、噛み合い位置を周方向に移動させることにより、歯数差を有する前記剛性内歯歯車及び前記可撓性外歯歯車を相対的に低速回転させ、
前記可撓性外歯歯車は、軸方向に延びる円筒部と、前記円筒部の一端から径方向に延びるディスク部とを有する波動歯車装置において、
低速回転軸と、
前記ディスク部と軸方向に対向する位置において、前記低速回転軸に固定されるトルク伝達部材と、
前記ディスク部から前記トルク伝達部材へのトルクの伝達を制限するトルク制限装置とを有し、
前記ディスク部は、軸方向の厚さが他の領域よりも厚い環状の肉厚部を有し、
前記トルク制限装置は、前記肉厚部を前記トルク伝達部材に向けて軸方向に付勢する付勢部材を有することを特徴とする波動歯車装置。 - 前記トルク制限装置は、前記ディスク部を軸方向両側より保持する一対の摩擦板を有することを特徴とする請求項1に記載の波動歯車装置。
- 前記付勢部材は、軸方向において前記ディスク部よりも前記円筒部の他端側に配置されることを特徴とする請求項2に記載の波動歯車装置。
- 前記ディスク部は、前記円筒部の一端から径方向内方へ延びる円環形状を有し、
前記トルク制限装置の前記付勢部材は、前記円筒部の径方向内側に配置されることを特徴とする請求項2又は3に記載の波動歯車装置。 - 前記ディスク部は、前記円筒部の一端から径方向外方へ延びる円環形状を有し、
前記トルク制限装置の前記付勢部材は、前記円筒部の径方向外側に配置されることを特徴とする請求項2又は3に記載の波動歯車装置。 - 前記剛性内歯歯車の径方向外側に配置され、前記剛性内歯歯車に対して前記低速回転軸を回転可能に支持するクロスローラベアリングを有し、
前記トルク伝達部材は、前記低速回転軸の内周面から径方向内方へ延びる円環形状を有し、
前記付勢部材は、軸方向において前記クロスローラベアリングよりもディスク部側に配置されることを特徴とする請求項5に記載の波動歯車装置。 - 前記付勢部材は、皿ばね又はコイルばねにより構成されることを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の波動歯車装置。
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