JP7294714B1 - 円周分割カムウェーブジェネレータ - Google Patents

Abstract

【課題】バックラッシュが発生したり摩擦トルクが低下したりする現象を防止することができるように改善されたウェーブジェネレータを提供すること。【解決手段】ハーモニック減速機用ウェーブジェネレータにおいて、複数の長径側分割カム及びこれと同数の短径側分割カムが円周方向に沿って交互に突き合せられて一つのカムを形成し、前記長径側分割カムの外周面は小さい半径の一定の円周面を有し、前記短径側分割カムの外周面は大きい半径の一定の円周面を有し、前記長径側分割カムの円周面と前記短径側分割カムの円周面とが互いに接する地点では共通接線を有する。これにより、ウェーブジェネレータのカム面に対する形状加工が容易である。【選択図】図３

Description

本発明は、主に産業用ロボットの関節に適用されるハーモニック減速機の一構成要素であるウェーブジェネレータに係り、より詳細には、バックラッシュが発生したり摩擦トルクが低下したりする現象を防止することができるように改善されたウェーブジェネレータに関する。

一般に、産業用ロボットに適用されるハーモニック減速機１０は、サーボモーターの高速回転を１：３０～１：３２０の高い減速比で出力軸に伝達するが、減速の核心は、図１に示すように、楕円形ウェーブジェネレータ１１が回転するにつれて、これを取り囲んだフレックススプライン１２が外側のサーキュラスプライン１３に噛み合う地点が円周方向に沿って移動しながら、その歯数差だけ逆方向に回転するようにすることにある。

ところが、このような原理のハーモニック減速機によれば、歯型の設計及び加工誤差、軸受などの部品の摩耗による歯型間空間のためバックラッシュが発生するという問題点があった。

特に、ウェーブジェネレータ１１が楕円形のカム形状であるため、外形の精密加工がかなり困難であるので、量産が難しく、生産コストも高いという問題点があった。また、ウェーブジェネレータ１１のカム形状に対する精密測定にもかなり高価の装備が必要であるという問題点があった。さらに、フレックススプライン１２が弾性変形した状態で前記ウェーブジェネレータ１１に組み立てられなければならないので、熟練技術が必要であり、生産性が低いという問題点があった。

一方、かかる問題点を解決するために、出願人は、特許文献１：韓国特許第１０－２３０３０５０号（公告日：２０２１年９月１６日）、特許文献２：韓国特許第１０－２３４５６４１号（公告日：２０２１年１２月３１日）及び特許文献３：韓国特許公開第１０－２０２１－０１５５５８７号（公開日：２０２１年１２月２３日）に開示されている発明を提案したことがある。

その核心は、図２に示すように、フレックススプライン２２とサーキュラスプライン２３との結合を面対面摩擦構造に転換することにより、歯型の設計及びこれによるバックラッシュ問題を解決することにある。

しかし、この場合でも、カム型ウェーブジェネレータ２１に対する加工の困難さは、依然として存在した。特に、加工誤差、摩擦面の摩耗、軸受の摩耗などにより、ウェーブジェネレータ２１による垂直面圧Ｖがフレックススプライン２２側に十分伝達されない場合、サーキュラスプライン２３との摩擦力ｆが低下して十分な摩擦トルクが発生しないので、減速機としての性能を保障することができなくなるという指摘が提起されてきた。

韓国特許第１０－２３０３０５０号（公告日：２０２１年９月１６日） 韓国特許第１０－２３４５６４１号（公告日：２０２１年１２月３１日） 韓国特許公開第１０－２０２１－０１５５５８７号（公開日：２０２１年１２月２３日）

本発明の第１の目的は、形状加工が容易となるように改善されたウェーブジェネレータを提供することにある。

本発明の第２の目的は、歯型減速機の場合にバックラッシュが発生しないようにし、無歯型減速機の場合には伝達される垂直面圧が低下しないようにすることができるウェーブジェネレータを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、ハーモニック減速機用ウェーブジェネレータにおいて、複数の長径側分割カム及びこれと同数の短径側分割カムが円周方向に沿って交互に突き合せられて一つのカムを形成し、前記長径側分割カムの外周面は小さい半径の一定の円周面を有し、前記短径側分割カムの外周面は大きい半径の一定の円周面を有し、前記長径側分割カムの円周面と前記短径側分割カムの円周面とが互いに接する地点では共通接線を有することを特徴とする、ウェーブジェネレータを提供する。

ここで、前記長径側分割カムの円周面と前記短径側分割カムの円周面にはＶ溝が円周方向に互いに連結されるように形成されることにより、一つの軌道を成し、前記軌道に沿って多数のボールが装着されてもよい。
又は、前記長径側分割カムの円周面と前記短径側分割カムの円周面上には多数のローラーが転がり接触してもよい。

このとき、前記長径側分割カムの円周面と前記短径側分割カムの円周面には、両側に前記ローラーが軌道を離脱しないようにガイドする隔壁が円周方向に互いに連結されるように形成されることにより、一つの軌道を成し、前記多数のローラーは、前記軌道に沿って装着されてもよい。

又は、前記複数の長径側分割カムの円周面と前記複数の短径側分割カムの円周面上には、一つのフレキシブル軸受内輪が結合し、前記フレキシブル軸受内輪上には、多数のボール又はローラーが装着されてもよい。
このとき、前記多数のボール又はローラー上には、一つのフレキシブル軸受外輪が結合してもよい。

一方、前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムの内側には、中心軸が設置され、前記複数の長径側分割カム及び短径側分割カムの内周面と前記中心軸の外周面との間には、軸方向に傾いたテーパー溝が円周方向に延設され、前記テーパー溝に多数のボールが挿入され、前記中心軸の外周面に結合するロックナットを介して前記多数のボールを前記軸方向に加圧することにより、前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムの位置を外側に微調整することもできる。

このとき、前記長径側分割カムは、前記長径側分割カムの円周面に隣接して円周方向に延設される長孔を有し、前記軸方向に加圧される多数のボールによって前記長孔の幅が狭くなる弾性変形を介して半径方向に加圧力を発揮することもできる。

又は、前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムの内側には、中心軸が設置され、前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムの内周面には、それぞれ軸方向に傾いたテーパー溝が設けられ、前記テーパー溝にボールが挿入され、前記中心軸の外周面に結合するロックナットを介して前記ボールを前記軸方向に加圧することにより、前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムの位置を外側に微調整することもできる。

このとき、前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムを軸方向に支持するフランジが、前記中心軸の一端部から半径方向に延設され、前記フランジは、前記ボールによって加圧される前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムによって前記軸方向に弾性変形することにより、過剰な力が前記複数の長径側分割カムと短径分割カムを介して半径方向に伝達されることを防止することもできる。

以上のように、本発明に係るウェーブジェネレータによれば、長径側分割カムと短径側分割カムの各外周面がいずれも一定の半径の円周面を有するので、単純回転による旋盤加工又は研削加工によって容易かつ迅速かつ正確に分割カムの外周面を精密加工することができるという利点がある。

また、分割カムと中心軸との間のテーパー溝にボールを挿入してロックナットで加圧する構成から、前記分割カムを外側に微調整することにより、外側に結合するフレックススプラインとサーキュラスプラインとの間を密着させることができるので、歯型結合の場合にはバックラッシュが発生しないようにし、無歯型結合の場合には伝達される垂直面圧の低下を防止することができる。

従来技術による歯型ハーモニック減速機の正面図及び詳細図である。 従来技術による無歯型ハーモニック減速機の正面図及び詳細図である。 本発明の実施形態によるウェーブジェネレータの正面図である。 図３のウェーブジェネレータの変形例を示す正面図である。 図３のウェーブジェネレータの左側面図である。 図５のウェーブジェネレータの変形例を示す左側面図である。 図５のウェーブジェネレータの変形例を示す左側面図である。 図５のウェーブジェネレータの変形例を示す左側面図である。 図５の断面図である。 図９の変形例を示す断面図である。 図１０の他の変形例を示す部分分解斜視図である。 本発明の他の実施形態によるウェーブジェネレータの正面図である。 図１２の長径側分割カムの弾性部を説明するための正面図である。 図１２のウェーブジェネレータの切断された様子を示す斜視図である。 図３のウェーブジェネレータが適用された無歯型ハーモニック減速機の正面図及び断面図である。 図１２のウェーブジェネレータが適用された歯型ハーモニック減速機の正面図及び断面図である。

本発明の実施形態によるウェーブジェネレータ１００は、図３に示すように、２つの長径側分割カム１１１と２つの短径側分割カム１１２が円周方向に交互に突き合せられて一つのカム１１０を形成する。

長径側分割カム１１１と短径側分割カム１１２はそれぞれ一定の半径の円周面１１１ａ、１１２ａ、すなわち正円の円周面を有するので、長径側分割カム１１１は小さい半径ｒ１の円周面１１１ａを有し、短径側分割カム１１２は大きい半径ｒ２の円周面１１２ａを有する。

このとき、長径側分割カム１１１と短径側分割カム１１２は、互いに異なる中心Ｏ１、Ｏ２を有し、各円周面１１１ａと円周面１１２ａとが接する地点Ｐで互いに共通接線Ｌを持つようにして円周面１１１ａ、１１２ａ間を滑らかに連結させる。こうすることにより、４つの分割カム１１１、１１２からなる一つのカムの外周面を実現することができる。

このように分割カムの組み合わせを用いたカムは、図４に示すように、６つの分割カム、すなわち３つの長径側分割カム１１１′と３つの短径側分割カム１１２′との組み合わせによっても実現することができ、同じ原理で８つの分割カムなどから適用することもできる。

また、全ての分割カムの組み合わせにおいて、長径側分割カム１１１、１１１′の円周面１１１ａ、１１１ａ′が外側のフレックススプライン（図１の１２参照）又はサーキュラスプライン１３に対する作用面となる。

長径側分割カム１１１と短径側分割カム１１２の円周面１１１ａ、１１２ａに沿って多数のボール１２０が転がり接触する。このために、前記円周面１１１ａ、１１２ａには、図５に示すように、Ｖ溝１１１ｂ、１１２ｂが円周方向に連結されるように形成されることにより、ボール１２０がその軌道に沿って装着されるようにすることができる。

又は、図６に示すように、円周面１１１ａ、１１２ａ上にフレキシブル軸受内輪１３０が結合してボール１２０がその上に装着される構成を取ってもよく、図７に示すように、フレキシブル軸受外輪１４０がさらに結合する構成を取ってもよい。一方、図６及び図７において、ボール１２０とフレキシブル軸受内外輪１３０、１４０は、ローラー（図示せず）及びそれに合ったフレキシブル軸受内外輪（図示せず）に置き換えられることができる。

他の変形例として、図８に示すように、長径側分割カム１１１と短径側分割カム１１２の円周面１１１ａ、１１２ａ上に多数のローラー１５０が転がり接触する構成を取ってもよい。このために、前記円周面１１１ａ、１１２ａには、ローラー１５０の円滑な軌道循環のために一定の幅の隔壁１１１ｃが円周方向に連結されるように形成され、前記ローラー１５０が円周面１１１ａ、１１２ａ上の軌道を離脱せずに装着されるようにすることもできる。

一方、ウェーブジェネレータ１００の加工誤差、減速機への設置誤差、使用による摩耗発生などを考慮して、分割カム１１１、１１２とその中心軸１６０との間には図９に示すようにボール１７０が介在することにより、分割カム１１１、１１２の半径方向の位置を微調整することができるように構成される。

具体的には、中心軸１６０の外周面が傾いたテーパー面１６１をなすことにより、分割カム１１１、１１２の内周面１１１ｄとの間にテーパー溝Ｈが設けられるようにして、前記ボール１７０が挿入されるようにする。そして、中心軸１６０の外周面にはロックナット１８０が螺合されて座金１８１を介してボール１７０をテーパー溝Ｈの内側に加圧するようにする。これにより、テーパー溝Ｈの内側に挿入されようとするボール１７０によって、分割カム１１１、１１２が外側、すなわち半径方向に位置調整されることができる。

上述したテーパー溝Ｈは、図１０に示すように、中心軸１６０′の外周面を一定の半径の円周面に形成し、分割カム１１１、１１２の内周面１１１ｅがテーパー面をなすようにことにより形成されることもできる。

又は、図１１に示すように、分割カム１１１、１１２の内周面に軸方向に傾いたテーパー溝１１１ｆ、１１２ｆが形成されて各テーパー溝１１１ｆ、１１２ｆにボール１７０′が挿入されるようにすることにより、ロックナット（図１０の１８０′を参照）で加圧する構成を取ってもよい。

一方、図３において、分割カム１１１、１１２の円周面１１１ａ、１１２ａ上で循環回転するボール１２０又はローラー及びその軸受の摩耗により、及び／又はウェーブジェネレータ１００の外側に結合するフレックススプライン（図１の１２を参照）又はサーキュラースプライン（１３を参照）の摩耗により、垂直面圧が低下したりバックラッシュが発生したりする場合に、これを自動的に補償することができる構成として、図１２～図１４に示すように、長径側分割カム１１１の円周面１１１ａに隣接した内側の地点に、円周方向に延設される長孔１１１ｇを備えることができる。

図１４において、ロックナット１８０により加圧されるボール１７０によって外側に力を受ける分割カム１１１は、長孔１１１ｇの幅が狭くなる弾性変形を介して円周面１１１ａ上のボール１２０に加圧力を発揮する。これにより、ボール１２０が外側のフレックススプライン（図１の１２を参照）とサーキュラスプライン１３にさらに密着することにより、伝達される垂直面圧の低下やバックラッシュの発生を防止することができる。

このとき、分割カム１１１、１１２を支持するために中心軸１６０の一端部から半径方向に延設されるフランジ１６２には、その基端部にノッチ１６２ａが形成されることにより、ロックナット１８０によってボール１７０が加圧される力が過剰な場合にフランジ１６２が軸方向（図１４では、左方向）に弾性変形するようにして、過剰な力がそのまま分割カム１１１、１１２に伝達されることを防止することができる。

本実施形態では、フランジ１６２の軸方向弾性変形のためにノッチ１６２ａが形成される構成を取ったが、本発明は、このような構成に限定されず、フランジ１６２の厚さを薄くして弾性変形がより容易に行われるようにする方法など、様々な他の方案を適用して前記構成を代替することができる。
そして、このようにフランジ１６０が弾性変形する構成は、分割カム１１１に長孔１１１ｇが設けられていない、図１０に示すような構造にも適用可能である。

図１５は、図３及び図１０のウェーブジェネレータ１００が適用された無歯型ハーモニック減速機２００であって、分割カム１１１、１１２の外側のボール１２０による垂直面圧でフレックススプライン２１０がサーキュラスプライン２２０の内周面上で転がり運動しながらその直径差による逆回転を行うことにより、駆動軸（すなわち、中心軸１６０）に比べて大きい減速比で被動軸２３０を回転させる。

図１６は、図１２及び図１４のウェーブジェネレータが適用された歯型ハーモニック減速機３００であって、やはり分割カム１１１、１１２の外側のボール１２０の加圧によってフレックススプライン３１０がサーキュラスプライン３２０に密着するように噛み合った状態で、その噛み合い地点が円周方向に沿って移動しながら歯数差だけ逆回転することにより、大きい減速比で被動軸３３０を回転させる。

一方、上述したウェーブジェネレータは、本発明の理解を助けるための一実施形態に過ぎないので、後述する請求の範囲によって定義される本発明の権利範囲乃至技術的範囲は、上述したところに限定されない。

１００ ウェーブジェネレータ
１１０ カム
１１１ 長径側分割カム
１１１ａ 円周面
１１１ｂ Ｖ溝
１１１ｃ 隔壁
１１１ｄ 内周面
１１１ｅ 内周面（テーパー面）
１１１ｆ テーパー溝
１１１ｇ 長孔
１１２ 短径側分割カム
１１２ａ 円周面
１１２ｂ Ｖ溝
１１２ｆ テーパー溝
１２０ ボール
１３０ フレキシブル軸受内輪
１４０ フレキシブル軸受外輪
１５０ ローラー
１６０ 中心軸
１６１ テーパー面
１６２ フランジ
１６２ａ ノッチ
１７０ ボール
１８０ ロックナット

Claims (10)

1. ハーモニック減速機用ウェーブジェネレータにおいて、
   複数の長径側分割カム及びこれと同数の短径側分割カムが円周方向に沿って交互に突き合せられて一つのカムを形成し、
   前記長径側分割カムの外周面は小さい半径の一定の円周面を有し、
   前記短径側分割カムの外周面は大きい半径の一定の円周面を有し、
   前記長径側分割カムの円周面と前記短径側分割カムの円周面とが互いに接する地点では共通接線を有する
   ことを特徴とするウェーブジェネレータ。
2. 前記長径側分割カムの円周面と前記短径側分割カムの円周面にはＶ溝が円周方向に互いに連結されるように形成されることにより、一つの軌道を成し、
   前記軌道に沿って多数のボールが装着される
   請求項１に記載のウェーブジェネレータ。
3. 前記長径側分割カムの円周面と前記短径側分割カムの円周面上には多数のローラーが転がり接触する
   請求項１に記載のウェーブジェネレータ。
4. 前記長径側分割カムの円周面と前記短径側分割カムの円周面には、両側に前記ローラーが軌道を離脱しないようにガイドする隔壁が円周方向に互いに連結されるように形成されることにより、一つの軌道を成し、
   前記多数のローラーは、前記軌道に沿って装着される
   請求項３に記載のウェーブジェネレータ。
5. 前記複数の長径側分割カムの円周面と前記複数の短径側分割カムの円周面上には、一つのフレキシブル軸受内輪が結合し、
   前記フレキシブル軸受内輪上には、多数のボール又はローラーが装着される
   請求項１に記載のウェーブジェネレータ。
6. 前記多数のボール又はローラー上には、一つのフレキシブル軸受外輪が結合する
   請求項５に記載のウェーブジェネレータ。
7. 前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムの内側には、中心軸が設置され、
   前記複数の長径側分割カム及び短径側分割カムの内周面と前記中心軸の外周面との間には、軸方向に傾いたテーパー溝が円周方向に延設され、
   前記テーパー溝に多数のボールが挿入され、
   前記中心軸の外周面に結合するロックナットを介して前記多数のボールを前記軸方向に加圧することにより、前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムの位置を外側に微調整する
   請求項１に記載のウェーブジェネレータ。
8. 前記長径側分割カムは、
   前記長径側分割カムの円周面に隣接して円周方向に延設される長孔を有し、前記軸方向に加圧される多数のボールによって前記長孔の幅が狭くなる弾性変形を介して半径方向に加圧力を発揮する
   請求項７に記載のウェーブジェネレータ。
9. 前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムの内側には、中心軸が設置され、
   前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムの内周面には、それぞれ軸方向に傾いたテーパー溝が設けられ、
   前記テーパー溝にボールが挿入され、
   前記中心軸の外周面に結合するロックナットを介して前記ボールを前記軸方向に加圧することにより、前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムの位置を外側に微調整する
   請求項１に記載のウェーブジェネレータ。
10. 前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムを軸方向に支持するフランジが、前記中心軸の一端部から半径方向に延設され、
    前記フランジは、前記ボールによって加圧される前記複数の長径側分割カムと短径側分割カムによって前記軸方向に弾性変形することにより、過剰な力が前記複数の長径側分割カムと短径分割カムを介して半径方向に伝達されることを防止する
    請求項７に記載のウェーブジェネレータ。
    
    

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