JP6632341B2 - トラクションドライブ機構を備えた波動歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、低減速比の波動歯車装置に関し、特に、転がり軸受け型のトラクションドライブ機構を用いて低減速比を実現した波動歯車装置に関する。

波動歯車装置は、入出力部材が同軸上に位置し、一段で高減速比が得られ、高トルク容量、優れた位置決め精度および優れた回転精度を備えている。現行の波動歯車装置の減速比は、一般に１／３０〜１／１６０である。

近年、波動歯車装置については、それが組み込まれるアクチュエータの更なる高速動作が求められ、その低速比化の要求が増している。波動歯車装置の低速比化を図るためには、現行の波動歯車装置の速比を利用して、内歯車（サーキュラスプライン）の歯数を、外歯車（フレックスプライン）に対して４枚差、６枚差などにする手法がある。この場合には、内歯車を別に、設計する必要がある。

一方、減速機構としてはトラクションドライブ機構が知られている。トラクションドライブ機構としては、特許文献１に記載されているような遊星ローラ型のトラクションドライブ機構が提案されている。また、転がり軸受け型のトラクションドライブ機構も知られている。

実公平０４−５２５１０号公報

ここで、波動歯車装置の低減速比化を実現するに当たっては、現行の波動歯車装置の内歯車の歯数を変えずに、その優れた特性を維持しつつ、低減速比化を実現できることが望ましい。

本発明の課題は、この点に鑑みて、転がり軸受け型のトラクションドライブ機構を利用して、内歯車の歯数を変えることなく低減速比化を実現可能な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、本発明の波動歯車装置は、
転がり軸受け型のトラクションドライブ機構と、
波動歯車機構と、
を有しており、
前記波動歯車機構は、
剛性の内歯車と、
前記内歯車の内側に同軸に配置されている半径方向に撓み可能な可撓性の外歯車と、
前記外歯車の内側に同軸に装着され、前記外歯車を非円形に撓めて前記内歯車に対して部分的にかみ合わせている波動発生器と、
前記波動発生器の内側に同軸に配置されている回転軸と、
を有しており、
前記波動発生器は、
支持軸受けを介して、前記回転軸によって回転自在の状態に支持されている剛性の波動発生器プラグと、
前記波動発生器プラグの非円形外周面と前記外歯車の外歯形成部分の内周面との間にはめ込まれている波動発生器軸受けと、
を備えており、
前記波動発生器軸受は、前記トラクションドライブ機構であり、
前記波動発生器軸受は、
前記外歯形成部分の内周面に嵌めた外輪と、
前記波動発生器プラグの前記非円形外周面に嵌めた内輪と、
前記外輪および前記内輪の間に転動自在の状態に装着されている転動体と、
前記転動体を転動自在の状態で所定の角度間隔に保持し、前記回転軸と一体回転する転動体保持器と、
を備えている。

転がり軸受け型のトラクションドライブ機構は、一般に、その転動体保持器を出力要素として用いた減速機として利用されている。本発明においては、トラクションドライブ機構を増速機として利用している。すなわち、転動体保持器を回転入力要素とし、内輪を回転出力要素としている。トラクションドライブ機構からの増速回転出力が波動歯車機構の波動発生器に伝達される。増速分だけ、波動歯車機構の減速比が低くなる。

例えば、波動歯車機構として、減速比が１／３０の現行の波動歯車減速機を使用する。トラクションドライブ機構の転動体保持器に、モータなどから高速回転を入力する。トラクションドライブ機構が例えば２．５倍の増速を得る転動体軸受け構造であるとすると、波動歯車機構の波動発生器の回転は、入力回転に対して２．５倍に増速される。この結果、波動歯車装置の全体の減速比は、１／１２となる。よって、低減速比の波動歯車装置が得られる。

本発明によれば、波動歯車機構の構成歯車の歯数を変えることなく、波動歯車機構の特性（高トルク容量、優れた位置きめ精度、優れた回転精度）を維持しつつ、従来に比べて低減速比の波動歯車装置を実現できる。

ここで、転動体保持器に入力軸部を一体形成して、当該入力軸部にモータ回転軸などの回転軸を連結して、回転を入力すればよい。

この場合、波動歯車機構とトラクションドライブ機構を、それらの軸線の方向に配列する場合には、波動歯車装置の全体の軸長が長くなる。したがって、本発明においては、トラクションドライブ機構を波動歯車機構に一体化した構造を採用している。

すなわち、本発明の波動歯車装置においては、転動体保持器の入力軸部の外周面に、支持軸受けを介して、波動発生器を回転自在の状態で支持する。また、波動発生器を、非円形の外周面を備えた剛性のプラグと、当該プラグの外周面に装着されて非円形に撓められている波動発生器軸受けとから構成する。そして、波動発生器軸受けにおける外輪、内輪、および、転動体を、それぞれ、トラクションドライブ機構の外輪、内輪および転動体として用いる。

波動歯車機構において、波動発生器の波動発生器軸受けは、そのプラグによって非円形に撓められ、外歯車を内歯車に対して部分的にかみ合わせている。両歯車のかみ合い位置に対応する部位に位置する波動発生器軸受けの転動体は、半径方向に予圧が掛かった状態にある。したがって、波動発生器軸受けの転動体保持器を回転入力要素とすることにより、当該波動発生器軸受けを、そのまま、トラクションドライブ機構として機能させることができる。

本発明を適用したトラクションドライブ機構が一体化された構造の波動歯車装置の一例を示す横断面図および縦断面図である。 トラクションドライブ機構を備えた波動歯車装置の参考例を示す縦断面図である。

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（ａ）は実施の形態１に係る波動歯車装置を、その中心軸線に直交する平面で切断した場合の横断面を示す横断面図であり、図１（ｂ）はその中心軸線を含む平面で切断した場合の縦断面を示す縦断面図である。

波動歯車装置１は、波動歯車機構２と、当該波動歯車機構２に組み込まれたトラクションドライブ機構３とから構成されている。波動歯車機構２は、円環形状をしている剛性の内歯車１１と、この内側に同軸に配置したカップ形状をした可撓性の外歯車１２と、この内側に同軸に嵌めた波動発生器１３とを備えている。本例では、波動発生器１３によって外歯車１２は楕円状に撓められ、その楕円形状の長軸Ｌ１の位置において内歯車１１にかみ合っている。

なお、本例では、カップ形状の外歯車１２を備えた波動歯車機構２を用いているが、シルクハット形状の外歯車を備えた波動歯車機構であってもよい。また、２枚の内歯車の内側に円筒状の外歯車が配置され、一方の内歯車から減速回転が出力されるフラット型と呼ばれる波動歯車機構であってもよい。さらに、本例では、波動発生器１３によって外歯車１２を楕円状に撓めて、円周方向の２箇所の位置で両歯車１１、１２をかみ合わせている。外歯車を非円形に撓めて３箇所以上の位置で内歯車にかみ合わせるようにしてもよい。

波動歯車機構２において、波動発生器１３が回転すると、両歯車１１、１２のかみ合い位置が円周方向に移動する。波動発生器１３が１回転すると、両歯車１１、１２の歯数差分だけ両歯車の間に相対回転が生じる。例えば、内歯車１１が回転しないように固定され、外歯車１２が不図示の負荷部材の側に連結される。この場合には、波動発生器１３の回転が歯数差に応じて減速されて、外歯車１２から不図示の負荷部材に出力される。

外歯車１２は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部１４と、この後端から半径方向の内方に延びるダイヤフラム１５と、このダイヤフラム１５の内周縁に連続して形成されている円環形状をした剛性のボス１６を備えている。円筒状胴部１４の前端開口の側の部分は外歯形成部分１７であり、その外周面に外歯１８が形成されている。

波動発生器１３は外歯車１２の外歯形成部分１７の内側にはめ込まれている。波動発生器１３は、筒形状をした剛性の波動発生器プラグ２１と、この波動発生器プラグ２１の楕円状外周面２２に装着して楕円状に撓められている波動発生器軸受け２３とを備えている。また、波動発生器１３は、波動発生器プラグ２１の中空部に同軸に配置した中空回転軸（保持器入力軸）２４を備えており、中空回転軸２４は、その外周面に取り付けたボール軸受けからなる支持軸受け２５を介して、波動発生器プラグ２１を回転自在の状態で支持している。

波動発生器軸受け２３は、外歯車１２の外歯形成部分１７の内周面１９に嵌めた外輪２６と、波動発生器プラグ２１の楕円状外周面２２に嵌めた内輪２７と、これら外輪２６および内輪２７の間の軌道に転動自在の状態で装着されている複数個の転動体２８と、転動体２８を円周方向において一定の角度間隔で回転自在に保持している転動体保持器３０とを備えている。

転動体保持器３０は、中空回転軸２４の外側の軸端部２４ａに一体形成されており、当該軸端部２４ａから半径方向の外方に広がる円盤状の腕部３１（あるいは放射状に延びる複数本の腕部３１）と、腕部３１の外周端部から直角に折れ曲がって、各転動体２８の間に差し込まれている複数の転動体保持部３２とを備えている。隣接する転動体保持部３２の間に、各転動体２８が回転自在の状態に保持されるので、各転動体２８は、外輪２６、内輪２７の軌道面に沿って転動自在である。

本例では、波動発生器軸受け２３としてボール軸受けを用いている。波動発生器軸受け２３としては、ローラ軸受けなどの各種の軸受けを用いることができる。

波動歯車機構２において、その波動発生器軸受け２３は波動発生器プラグ２１によって楕円状に撓められており、楕円形状の長軸Ｌ１の付近に位置する転動体２８は半径方向に予圧が掛かった状態になる。したがって、波動発生器軸受け２３の転動体保持器３０を回転入力要素とすることで、波動発生器軸受け２３はそのままトラクションドライブ機構３として機能する。

波動歯車装置１において、転動体保持器３０が一体形成されている中空回転軸２４を回転させると、トラクションドライブ機構３として機能する波動発生器軸受け２３の内輪２７が増速回転する。したがって、内輪２７が装着されている楕円状の波動発生器プラグ２１も増速回転する。例えば、波動発生器軸受け２３の構成部品の寸法を設定して、増速比が２．５のトラクションドライブ機構３を構成しておく。

２．５倍の速度で回転する波動発生器プラグ２１によって、波動歯車機構２の両歯車１１、１２のかみ合い位置が円周方向に移動して、両歯車１１、１２の間に生じる相対回転が、外歯車１２から不図示の負荷側に出力される。波動歯車機構２の減速比を現行の波動歯車装置で実現可能な１／３０であるとする。この場合には、中空回転軸２４に入力される回転は、トラクションドライブ機構３によって２．５倍に増速された後に、１／３０に減速される。減速回転出力要素である外歯車１２からは、入力回転が１／１２に減速された回転が取り出される。よって、１／１２の低減速比の波動歯車装置を実現できる。

（参考例）
図２は、トラクションドライブ機構を備えた波動歯車装置の参考例を示す縦断面図である。波動歯車装置１００は、波動歯車機構１１０とトラクションドライブ機構１２０とが、中心軸線１００ａの方向にタンデムに連結されている。波動歯車装置１００の軸長は大きくなるが、トラクションドライブ機構１２０の増速比の設計が容易である。

波動歯車機構１１０は、一般的な波動歯車機構と同様であり、剛性の内歯車１１１と、この内側に同軸に配置した可撓性の外歯車１１２と、外歯車１１２の内側に嵌めた楕円状輪郭の波動発生器１１３とを備えている。外歯車１１２は例えばカップ形状をしており、その外歯形成部分１１４の内側に波動発生器１１３が装着されている。

波動発生器１１３は、円筒状のハブ１１５と、このハブ１１５の外周面にオルダム継ぎ手を介して装着されている波動発生器プラグ１１６と、波動発生器プラグ１１６の楕円状外周面に装着した波動発生器軸受け１１７とを備えている。

トラクションドライブ機構１２０は、転がり軸受け型の機構であり、その転がり軸受け部１２１は、外輪１２２と、内輪１２３と、これらの間に転動自在の状態で装着されている複数個の転動体１２４と、転動体１２４を円周方向に等角度間隔で回転自在の状態に保持している転動体保持器１２５とを備えている。転動体保持器１２５には同軸に保持器入力軸１２６が一体形成されている。

トラクションドライブ機構１２０の転がり軸受け部１２１における波動歯車機構１１０の側には支持軸受け１２７が同軸に配置されている。転がり軸受け部１２１の内輪１２３および支持軸受け１２７の内輪１２８には、出力軸１３０がはめ込まれている。転がり軸受け部１２１の外輪１２２および支持軸受け１２７の外輪１２９は、不図示の装置ハウジングなどの固定側部材に固定されており、出力軸１３０は、転がり軸受け部１２１および支持軸受け１２７を介して、回転自在の状態で、不図示の固定側部材によって支持されている。

トラクションドライブ機構１２０の出力軸１３０における波動歯車機構１１０の側に軸端面には同軸に小径の軸連結部１３１が延びている。軸連結部１３１は、波動歯車機構１１０のハブ１１５の中心軸穴に装着されて、ハブ１１５と一体回転するように同軸に連結されている。

波動歯車装置１００において、トラクションドライブ機構１２０の保持器入力軸１２６を回転させると、出力軸１３０が増速回転する。増速回転は、出力軸１３０に連結されている波動歯車機構１１０の波動発生器１１３に入力される。波動発生器１１３が回転すると、両歯車１１１、１１２のかみ合い位置が円周方向に移動し、両歯車の間に歯数差に応じた相対回転が生じる。例えば、内歯車１１１が固定され、外歯車１１２から減速回転が不図示の負荷側に出力される。

トラクションドライブ機構１２０によって増速された回転が波動歯車機構１１０によって減速されて、負荷側に出力される。したがって、現行の波動歯車機構を用いて、低速比の波動波動歯車減速装置を実現できる。

１ 波動歯車装置
２ 波動歯車機構
３ トラクションドライブ機構
１１ 内歯車
１２ 外歯車
１３ 波動発生器
１４ 円筒状胴部
１５ ダイヤフラム
１６ ボス
１７ 外歯形成部分
１８ 外歯
１９ 内周面
２１ 波動発生器プラグ
２２ 楕円状外周面
２３ 波動発生器軸受け
２４ 中空回転軸（保持器入力軸）
２４ａ 軸端部
２５ 支持軸受け
２６ 外輪
２７ 内輪
２８ 転動体
３０ 転動体保持器
３１ 腕部
３２ 転動体保持部
Ｌ１ 長軸

Claims (1)

1. 転がり軸受け型のトラクションドライブ機構と、
   波動歯車機構と、
   を有しており、
   前記波動歯車機構は、
   剛性の内歯車と、
   前記内歯車の内側に同軸に配置されている半径方向に撓み可能な可撓性の外歯車と、
   前記外歯車の内側に同軸に装着され、前記外歯車を非円形に撓めて前記内歯車に対して部分的にかみ合わせている波動発生器と、
   前記波動発生器の内側に同軸に配置されている回転軸と、
   を有しており、
   前記波動発生器は、
   支持軸受けを介して、前記回転軸によって回転自在の状態に支持されている剛性の波動発生器プラグと、
   前記波動発生器プラグの非円形外周面と前記外歯車の外歯形成部分の内周面との間にはめ込まれている波動発生器軸受けと、
   を備えており、
   前記波動発生器軸受は、前記トラクションドライブ機構であり、
   前記波動発生器軸受は、
   前記外歯形成部分の内周面に嵌めた外輪と、
   前記波動発生器プラグの前記非円形外周面に嵌めた内輪と、
   前記外輪および前記内輪の間に転動自在の状態に装着されている転動体と、
   前記転動体を転動自在の状態で所定の角度間隔に保持し、前記回転軸と一体回転する転動体保持器と、
   を備えている波動歯車装置。

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