JP6570464B2 - ユニットタイプの波動歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は波動歯車装置に関し、その剛性の内歯歯車とカップ形状をした可撓性の外歯歯車を、相対回転可能な状態で支持しているベアリングを備えたユニットタイプの波動歯車装置に関する。

カップ形状の外歯歯車を備えたユニットタイプの波動歯車装置では、両歯車を相対回転可能な状態で支持しているベアリングの内輪が外歯歯車のボスに固定され、その外輪が、内歯歯車が固定あるいは一体形成されている装置ハウジングに固定される。内輪は、外歯歯車のボスに対して、一般にボルト止めによって固定される。ボルトは、外歯歯車の内部から、当該外歯歯車のボスおよび内輪を軸線方向に貫通する状態に締結される。特許文献１には、ボルト止めによって外歯歯車と内輪が締結された構造の波動歯車ユニットが記載されている。

外歯歯車の内部からのボルト止めによって内輪と外歯歯車を締結固定できない場合には、ネジ止めによる締結固定構造が用いられる。外歯歯車のボスの外周面部分および内輪の内周面部分にネジ加工を行い、両者をネジ止めによって締結している。特許文献２には、内輪が外歯歯車のボスにネジ止めによって締結固定された構造の波動歯車装置ユニットが記載されている。

特開２０１４−７４４５０号公報 特開２００２−２１８６６号公報

ここで、特許文献２の図２に示されているように、段差の付いた内輪の内周面にネジ加工を行うために、段差面から軸線方向に所定の逃げが必要である。このような逃げのための長さ分を省略できれば、軸長の短い扁平なユニットタイプの波動歯車装置にとって有利である。

また、内輪と外歯歯車のボスをネジ止めにより締結固定する場合には、内輪およびボスにネジ加工が必要であると共に、ボスにネジ部を設けるために外歯歯車の形状が異形となる。さらに、ネジ止めのための締結力を、内輪および外歯歯車に掛けるための加工（六角穴加工、ピン穴加工）が必要である。これらを不要にできれば、その分、内輪、外歯歯車の製作が簡単になり、製作コストを低減できるので望ましい。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、軸長の増加を抑制でき、製作の簡略化および製作コストの低減化を図ることのできる、ネジ止め構造によってベアリングの内輪が外歯歯車のボスに締結されたユニットタイプの波動歯車装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、
剛性の内歯歯車とカップ形状をした可撓性の外歯歯車とを相対回転可能に支持するクロスローラベアリング等のベアリングを備えたユニットタイプの波動歯車装置において、
前記ベアリングの内輪に形成された内輪側締結部と、
前記外歯歯車のボスおよび前記内輪側締結部を、装置軸線の方向の両側から挟み込む状態で、締結固定している第１締結部材および第２締結部材と、
を有し、
前記装置軸線の方向に沿って見た場合に、前記ボスに対して、前記第１締結部材は前記外歯歯車の外側に位置し、前記第２締結部材は前記外歯歯車の内側に位置し、
前記第１締結部材はネジ穴を備え、
前記第２締結部材は、前記ボスおよび前記内輪側締結部に形成した中心貫通穴を貫通して、前記ネジ穴にねじ込まれているねじ部を備えていることを特徴としている。

本発明では、外歯歯車のボスと、ベアリングの内輪に形成した内輪側締結部とを、第１、第２締結部材によって挟み、第１、第２締結部材の間をネジ止めして、ボスと内輪側締結部を装置軸線の方向から締結固定している。ベアリングの内輪へのネジ加工が不要となり、内輪にネジ加工のための加工逃げを設けることが不要となる。これにより、内輪の装置軸線の方向の寸法増加を抑制できるので、装置の扁平化に有利である。

また、ベアリングの内輪へのネジ加工および外歯歯車のボスへのネジ加工が不要であるので、これらの部品の製作が容易になる。また、ネジ加工が不要になるので異形の外歯歯車を用いる必要がない。よって、部品の共通化の点で有利であり、装置の製作コストの低減化にも繋がる。

ここで、本発明のユニットタイプの波動歯車装置は、波動発生器にモータなどの回転駆動源からの回転が入力される入力軸を備え、入力軸の一方の軸端部を、前記外歯歯車の内部において支持している支持ベアリングを備えている場合がある。この場合には、外歯歯車のボスとベアリングの内輪を締結固定するために用いる第２締結部材として、支持ベアリングを保持しているベアリングハウジングを用いることができる。

本発明を適用した扁平アクチュエータを示す概略断面図である。 図１の扁平アクチュエータの部分拡大断面図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したユニットタイプの波動歯車装置の実施の形態を説明する。本実施の形態は、ユニットタイプの波動歯車装置を減速機として用いて、モータに組み付けた構成の扁平アクチュエータに関するものであるが、本発明は実施の形態に限定されるものではない。

図１に示すように、扁平アクチュエータ１は、モータ２と、モータ２の回転状態を検出するエンコーダ３と、モータ回転を減速するユニットタイプの波動歯車装置４（以下、「波動歯車減速機４」と呼ぶ。）を有している。

モータ２は、端板部５ａおよび筒状胴部５ｂを備えたモータケース５の内部に、同軸に組み込まれたステータアセンブリ６およびロータアセンブリ７を備えている。ステータアセンブリ６は、モータケース５の内周面に取り付けたステータコア８の各突極に巻回したステータコイル９を備えている。ロータアセンブリ７は、ロータシャフト１０と、ロータシャフト１０と一体回転するロータ円盤１１と、ロータ円盤１１の外周部に取り付けたロータマグネット１２とを備えている。

波動歯車減速機４は、モータケース５に固定された減速機ケース２０と、この減速機ケース２０に一体形成されている剛性の内歯歯車２１と、この内側に同軸に配置されているカップ形状をした可撓性の外歯歯車２２と、この内側に嵌めた楕円状輪郭の波動発生器２
３とを備えている。また、波動歯車減速機４は、波動発生器２３に固定した入力軸部１０Ａと、外歯歯車２２に固定した出力軸部２４とを備えている。入力軸部１０Ａはロータシャフト１０に一体形成されている。

内歯歯車２１と外歯歯車２２の間にはベアリング２７、本例ではクロスローラベアリングが配置されている。ベアリング２７によって、外歯歯車２２は内歯歯車２１に対して相対回転可能な状態で支持されている。外歯歯車２２の内部には、ロータシャフト１０に一体形成されている入力軸部１０Ａを支持する支持ベアリング１３、本例では組合せアンギュラ玉軸受が配置されている。当該支持ベアリング１３によって、入力軸部１０Ａ、したがって、ロータシャフト１０は片持ち状態で支持されている。

本例では支持ベアリング１３として組合せアンギュラ玉軸受を用いている。支持ベアリング１３として他の形式の転がり軸受を用いてもよいことは勿論である。例えば、複列の深溝玉軸受などを用いることができ、支持ベアリング１３は組合せアンギュラ玉軸受に限定されるものではない。

図２は扁平アクチュエータ１の拡大部分断面図である。図１、図２を参照して、各部の構造を説明する。まず、モータ２のロータシャフト１０は、扁平アクチュエータ１の中心軸線１ａ（装置軸線）に沿って配置されている。ロータシャフト１０は、出力側の第１シャフト端部１０ａの側の部分が外歯歯車２２の内部に位置する波動歯車減速機４の入力軸部１０Ａであり、支持ベアリング１３によって回転自在の状態で支持されている。ロータシャフト１０の他方の反出力端（後端）である第２シャフト端部１０ｂの側の部分は、外歯歯車２２の開口端から突出している。第２シャフト端部１０ｂは、モータケース５の後端側の端板部５ａから外方に突出しており、突出部分にエンコーダ３の回転側の部分（図示せず）が同軸状態で固定されている。

ロータシャフト１０における外歯歯車２２の開口端から突出している第２シャフト端部１０ｂの側の部分には、ロータ円盤１１が同軸に固定されている。ロータ円盤１１の外周縁部は波動歯車減速機４の側に延びる円筒部１１ａとなっており、この円筒部１１ａの外周側に、ロータマグネット１２が取り付けられている。ロータマグネット１２は、モータケース５の筒状胴部５ｂの内周面部分に取り付けたステータアセンブリ６のステータコイル９に一定のギャップで対峙している。

一方、波動歯車減速機４において、そのカップ形状の外歯歯車２２は、半径方向に撓み可能な円筒状の胴部２２ａと、この胴部２２ａにおけるモータ２とは反対側の端から半径方向の内側に延びている円盤状のダイヤフラム２２ｂと、ダイヤフラム２２ｂの内周縁に一体形成されている剛性の円環状のボス２２ｃと、胴部２２ａにおけるモータ２の側に開口している開口端の側の外周面部分に形成した外歯２２ｄとを備えている。

外歯歯車２２の内部に位置するロータシャフト１０の入力軸部１０Ａにおいて、支持ベアリング１３に対してモータ側の部分には、波動発生器２３の剛性カム板２３ａが一体形成されている。剛性カム板２３ａは楕円状輪郭の外周面を備え、当該外周面には波動発生器軸受２３ｂが装着されている。波動発生器２３によって外歯歯車２２の開口端の側の外歯２２ｄの部分が楕円状に撓められて、その外周側に配置されている内歯歯車２１の内歯２１ｄに部分的にかみ合っている。

減速機ケース２０は、図１に示すように、モータケース５の筒状胴部５ｂの内周面に固定されている外周側円筒部２０ａと、外周側円筒部２０ａにおけるモータ側の端から半径方向の内側に延びている外周側円盤部２０ｂと、外周側円盤部２０ｂの内周縁部からモータ側に延びている内周側円筒部２０ｃと、内周側円筒部２０ｃのモータ側の端から半径方
向の内側に延びている内周側円盤部２０ｄとを備えている。

減速機ケース２０の内周側円盤部２０ｄの中心部分を貫通してロータシャフト１０が延びている。また、内周側円盤部２０ｄは、波動発生器２３と、モータ２のロータ円盤１１との間に位置している。この内周側円盤部２０ｄとロータシャフト１０の間は、オイルシール２６によってシールされている。これにより、波動歯車減速機４の側からグリースがモータ２およびエンコーダ３の側に漏れ出ることが防止される。

波動歯車減速機４の内歯歯車２１と外歯歯車２２は、図１に示すように、ベアリング２７を介して、相対回転可能な状態に支持されている。ベアリング２７の外輪２８は、モータケース５の開口部５ｃの側から減速機ケース２０の外周側円筒部２０ａの内側に装着固定されている。ベアリング２７の内輪２９は、モータケース５の開口部５ｃの側から装着されており、出力軸部２４の外周部に一体形成されている。

（外歯歯車と内輪の締結固定構造）
ここで、ベアリング２７の内輪２９における内周面には、半径方向の内側に延びる所定幅の円盤状の内輪側締結部２４ａが形成されている。内輪側締結部２４ａと外歯歯車２２のボス２２ｃとが同軸に締結固定されている。これらの締結固定構造を以下に説明する。

図２に示すように、締結固定構造は、ボス２２ｃと内輪側締結部２４ａを、中心軸線１ａの方向の両側から挟み込む状態で、締結固定している第１締結部材としてのナット１５と、第２締結部材としてのベアリングハウジング１４とから構成されている。ベアリングハウジング１４は、支持ベアリング１３を保持している。

円盤状の内輪側締結部２４ａの内周側の部位は、円盤状のボス２２ｃに対して、中心軸線1ａの方向において、モータ２とは反対側（外歯歯車２２の外側）から当接している。ナット１５（第１締結部材）は、内輪側締結部２４ａに対して、中心軸線1ａの方向において、ボス２２ｃとは反対側から当接している。ベアリングハウジング１４（第２締結部材）は、ボス２２ｃに対して、中心軸線１ａの方向において、内輪側締結部２４ａとは反対側（外歯歯車２２の内側）当接している。ベアリングハウジング１４は、ボス２２ｃおよび内輪側締結部２４ａに形成した中心貫通穴を貫通して、ナット１５にねじ込まれている。

ベアリングハウジング１４は、支持ベアリング１３が装着されているハウジング本体部１４ａと、このハウジング本体部１４ａにおけるモータ２とは反対側の端部から同軸に延びている小径の取付用円筒部１４ｂとを備えている。ハウジング本体部１４ａと取付用円筒部１４ｂの間には円環状段部１４ｃが形成されている。

取付用円筒部１４ｂは、外歯歯車２２のボス２２ｃの中心貫通穴と、ベアリング２７の内輪２９の内輪側締結部２４ａの内周面によって規定される中心貫通穴とを、貫通して延びている。取付用円筒部１４ｂにおける内輪２９の中心貫通穴からモータ２とは反対に突出している部分は外周面に雄ネジが切られたオネジ部１４ｄとなっている。このオネジ部１４ｄは、ナット１５のネジ穴１５ａにねじ込み固定されている。

したがって、ベアリング２７の内輪２９の内輪側締結部２４ａと、外歯歯車２２のボス２２ｃとが、ベアリングハウジング１４の円環状段部１４ｃとナット１５の間に挟まれた状態で、中心軸線１ａの方向から締結固定されている。

なお、図２に示すように、支持ベアリング１３の外輪は、ベアリングハウジング１４におけるハウジング本体部１４ａの両側の円環状段部１４ｃ、１４ｅの内側端面の間に保持
されている。また、支持ベアリング１３の内輪は、入力軸部１０Ａの外周面に形成した内輪止め用の段差面１０ｃと円環状のベアリング内輪押さえ３１との間に保持されている。

ベアリング内輪押さえ３１は、入力軸部１０Ａの第１シャフト端部１０ａに取り付けた円筒ナット３２によって、支持ベアリング１３の内輪に当接状態に保持されている。すなわち、ベアリングハウジング１４の取付用円筒部１４ｂの内側には、入力軸部１０Ａの第１シャフト端部１０ａが位置し、ここに、円環状のベアリング内輪押さえ３１が装着されている。第１シャフト端部１０ａには円筒ナット３２がねじ込み固定され、当該円筒ナット３２によってベアリング内輪押さえ３１が支持ベアリング１３の内輪に当接状態に保持される。円筒ナット３２には緩み止め用の止めネジ３３がねじ込み固定されている。

この構成の扁平アクチュエータ１において、モータ２を駆動してロータシャフト１０が回転すると、これと一体形成されている波動歯車減速機４の波動発生器２３が回転する。波動発生器２３が回転すると、内歯歯車２１に対する外歯歯車２２のかみ合い位置（楕円形状の長軸両端の位置）が円周方向に移動する。例えば、外歯歯車２２の歯数は内歯歯車２１に対して２枚少ないので、波動発生器２３が一回転する間に、外歯歯車２２は内歯歯車２１に対して歯数差分だけ相対回転する。内歯歯車２１は固定されているので、外歯歯車２２の出力軸部２４から減速回転（アクチュエータ出力）が取り出される。

波動歯車減速機４の側において、外歯歯車２２のボス２２ｃとベアリング２７の内輪２９の締結構造を従来のネジ止め式の場合に比べて中心軸線の方向において短くできる。また、入力軸部１０Ａが一体形成されているロータシャフト１０は、カップ形状の外歯歯車２２の内部に配置した支持ベアリング１３によって片持ち状態で支持されている。外歯歯車２２の内部空間を利用してロータシャフト１０を支持しているので、外歯歯車２２から突出しているロータシャフト１０に沿って、これを支持するためのベアリングを配置するスペースを確保する必要がない。したがって、軸長さの短い扁平アクチュエータ１を実現できる。

１ 扁平アクチュエータ
１ａ 軸線
２ モータ
３ エンコーダ
４ 波動歯車減速機
５ モータケース
５ａ 端板部
５ｂ 筒状胴部
５ｃ 開口部
６ ステータアセンブリ
７ ロータアセンブリ
８ ステータコア
９ ステータコイル
１０ ロータシャフト
１０ａ 第１シャフト端部
１０ｂ 第２シャフト端部
１０ｃ 段差面
１０Ａ 入力軸部
１１ ロータ円盤
１１ａ 円筒部
１２ ロータマグネット
１３ 支持ベアリング
１４ ベアリングハウジング（第２締結部材）
１４ａ ハウジング本体部
１４ｂ 取付用円筒部
１４ｃ 円環状段部
１４ｄ オネジ部
１４ｅ 円環状段部
１５ ナット（第１締結部材）
１５ａ ネジ穴
２０ 減速機ケース
２０ａ 外周側円筒部
２０ｂ 外周側円盤部
２０ｃ 内周側円筒部
２０ｄ 内周側円盤部
２１ 内歯歯車
２１ｄ 内歯
２２ 外歯歯車
２２ａ 胴部
２２ｂ ダイヤフラム
２２ｃ ボス
２２ｄ 外歯
２３ 波動発生器
２３ａ 剛性カム板
２３ｂ 波動発生器軸受
２４ 出力軸部
２４ａ 内輪側締結部
２６ オイルシール
２７ ベアリング
２８ 外輪
２９ 内輪
３１ ベアリング内輪押さえ
３２ 円筒ナット
３３ 止めネジ

Claims (3)

1. 剛性の内歯歯車とカップ形状をした可撓性の外歯歯車とを相対回転可能に支持するベアリングを備えたユニットタイプの波動歯車装置において、
   前記ベアリングの内輪に形成された内輪側締結部と、
   前記外歯歯車のボスおよび前記内輪側締結部を、装置軸線の方向の両側から挟み込む状態で、締結固定している第１締結部材および第２締結部材と、
   を有しており、
   前記装置軸線の方向に沿って見た場合に、前記ボスに対して、前記第１締結部材は前記外歯歯車の外側に位置し、前記第２締結部材は前記外歯歯車の内側に位置し、
   前記第１締結部材はネジ穴を備え、
   前記第２締結部材は、前記ボスおよび前記内輪側締結部に形成した中心貫通穴を貫通して、前記ネジ穴にねじ込まれているねじ部を備えているユニットタイプの波動歯車装置。
2. 請求項１において、
   入力軸と、
   前記入力軸の一方の軸端部を、前記外歯歯車の内部において支持している支持ベアリングと、
   を有しており、
   前記第２締結部材は、前記支持ベアリングを保持しているベアリングハウジングであるユニットタイプの波動歯車装置。
3. 請求項１または２において、
   前記ベアリングはクロスローラベアリングであるユニットタイプの波動歯車装置。