JPH02190646A - 波動歯車の波動発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、波動歯車に係り、特に、波動歯車に用いられ
る波動発生器の改良に係る。

従来の技術 代表的な波動歯車は、剛性材料で成る円形のサーキュラ
スプラインと、このスプラインの内側に設けられ、該ス
プラインの歯数より２に枚（ｋは正の整数である）少な
い歯数にされた可撓性材料で成るフレクスプラインと、
このフレクスプラインの内側に嵌合してそのフレクスプ
ラインを非円形、例えば楕円形に変形させて２個所で噛
み合うようにするとともに、その楕円形を回転させる波
動発生器とから成り、この波動発生器は、内側の楕円形
のカム板と、このカム板の外周に嵌合して楕円形に撓め
られたボールベアリングから成り、該波動発生器の外輪
がフレクスプラインに嵌合している。

このような構成で成る波動歯車は、波動発生器のカム板
に設けられた人力軸を回転させると、フレタスプライン
の楕円形が回転させられ、この楕円形の回転によりサー
キュラスプラインとフレクスプラインがその歯数差に対
応して相対的に回転し、両スプラインの一方を固定し他
方に出力軸を設けると該出力軸は入力軸に対して大きい
減速比で回転する。従って、この波動歯車は少ない要素
で大きな減速比を得ることができ、占有空間が小さく、
またバックラッシも少なく、更に慣性等も少ないので精
密機械等に多用されている。

発明が解決しようとする課題 従来の波動歯車に用いられる波動発生器は、上記のよう
に、内側の楕円形のカム板と外周に嵌合して非円形に撓
められたボールベアリングから成り、機械的にフレクス
プラインを撓め且つその非円形を回転するものであった
ために、ベアリング部分の潤滑が必要であるとか、ベア
リングが可撓性でなければならないのでその材料に制限
があるとかの問題があり、更に、ベアリング部分の寿命
が有限である点でも改良の余地があった。

上記の機械的にフレクスプラインを非円形に撓める波動
発生器とは別に、波動歯車の原理を利用したステップモ
ータが知られている（例えば、特開昭５３−８９９１８
号公報参照）。このステップモータは、フレ久スプライ
ンを非円形に撓める波動発生器を、フレクスプラインの
外周に設けた多数の電磁石によって構成し、前記したカ
ム板とボールベアリングとで成る機械的な構成の波動発
生器をなくしたので、波動発生器における潤滑等の上記
の問題は無くなった。

しかし、このステップモータは、本来モータとして機能
するものであり、減速機等の運動力の機械的伝達手段と
しては高価であり、また、波動発生器を多数の電磁石に
よって構成するため、大きい電力を必要とし、更に、フ
レクスプラインの外周に電磁石が設けられるため、波動
歯車全体の構成が大きくなってしまうという別の問題を
生じてしまった。

従って、本発明の目的は、フレクスプラインを非円形に
撓める波動発生器が、フレクスプラインに対して機械的
に撓めず、しかも電力を必要とせず、更に、装置全体の
大きさを大型化しない構成を有する波動歯車を提供する
ことにある。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するため、本発明によれば、剛性円形
のサーキュラスプラインと、このスプラインの内側に配
置され、該スプラインの歯数とは異なる歯数で成り、可
撓性の材料で成るフレクスプラインと、該フレクスプラ
インを撓ませて非円形に変形させその形状を回転させる
波動発生器とから成り、波動発生器による非円形形状の
回転により両スプラインに相対回転を生じさせる波動歯
車であって、波動発生器が、永久磁石で形成されてフレ
クスプラインを非円形に撓めるようにフレクスプライン
部分を吸引し、該永久磁石にはフレクスプラインの非円
形を回転させるように入力シャフトが取付けられている
ことを特徴とする波動歯車が提供される。

実施例 以下、本発明の詳細な説明する前に、本発明を理解する
上の参考として、一般の波動歯車について、第１図及び
第１図（ａ）〜（６）を参照しながら説明する。第１図
は、波動歯車１の原理を示している。この波動歯車ｌは
、剛性材料で成り円筒に形成され内歯が形成されたサー
キュラスプライン２と、このサーキュラスプライン２の
内側に設けられ、可撓性の材料で成り薄肉のリング部分
に外歯を有するフレクスプライン３と、このフレクスプ
ラインの内側に嵌合して三つ葉形状や楕円形等の非円形
（図示の例では、楕円形）に撓ませる波動発生器４から
成る。波動発生器４は、楕円形形成部材としての内側の
楕円形のカム板５と、このカム板５の外周に嵌合して楕
円形に撓められたボールベアリング６とから成り、波動
発生器４のベアリングの外輪７がフレクスプライン３に
嵌合している。

フレクスプライン３は、波動発生器４によって楕円形に
撓められているので、サーキュラスプライン２に対して
、直径方向に対向する２点を中心としてその両側の一部
で噛み合わない。第１図では矢印Ａ及びＢの方向の２点
が噛み合い点となる。

また、波動発生器４はボールベアリング６を有するので
、波動発生器４のカム板５が回転すると、フレクスプラ
イン３はその楕円形状が回転させられるだけで、カム板
によって直接回転させられることはない。なお、フレク
スプライン３は、サーキュラスプラインの歯数より２ｋ
（ｋは正の整数）枚少ない歯数（第１図ではサーキュラ
スプラインより４枚少ない）にされている。

この波動歯車ｌの動作について、第２図（ａ）〜（社）
を用いて説明する。波動発生器４のカム板５が第２図（
ａ）の位置にあるとき、フレクスプライン３の楕円形の
長軸において、サーキュラスプライン２の歯溝８がフレ
クスプライン３の歯９に噛み合っている。カム板５を第
２図υに示すように９０度回転させると、フレクスプラ
イン３はその楕円形が回転し、フレクスプライン３の噛
み合い点が楕円の長軸の移動に従って移動して歯溝８が
歯９から離れる。第２図（Ｃ）に図示のように、カム板
５が１８０度回転すると歯溝８と歯９とが再び噛み合う
が、その位置は歯数差（図示の例では４枚すなわちに＝
２）の半分だけすなわちに部分（図示の例では２枚分）
だけずれる。そして第２図（６）に示すように、カム板
５が３６０度回転すると、歯溝８と歯９とは歯数差（４
枚）だけずれる。このように噛み合い位置が順次ずれる
動きを出力として取り出せば大きな減速比を得ることが
できる。

上記のフレクスプライン３を、第１図の紙面に直角な方
向に且つ一方の側に延長させたカップ形状に形成したも
のがある。これがいわゆるカップ形波動歯車であり、簡
単な構造であるという利点がある。しかし、フレクスプ
ラインがカップ形状に形成されるため、装置全体がどう
しても大型となり、占有空間が大きくなるという欠点を
持っている。

かかる欠点をなくするため、第１のサーキュラスプライ
ンと、このスプラインに共軸に並置され、異なる歯数に
された第２のサーキュラスプラインと、両す−キニラス
プラインの内側に共軸に配置され、且つ第１サーキニ°
ラスプラインと同じ歯数のリング形状のフレクスプライ
ンと、このフレクスプラインを楕円形等の非円形に変形
させ、両す−キニラスプラインの各内歯に部分的に噛み
合わせるとともに、非円形に変形したフレクスプライン
の楕円形を回転させる波動発生器とを備えた波動歯車が
知られている。この波動歯車は、環状の２つのサーキュ
ラスプラインが並置され、また、フレクスプラインもカ
ップ形状でなく、環状に形成され、全体が偏平に且つ薄
く形成されることから、フラット型波動歯車と呼ばれて
いる。

本発明は上記したカップ型波動歯車にもフラット型波動
歯車にも適用できるものであり、かかる波動歯車の波動
発生器を改良するものである。この波動発生器を使用し
た本発明に係る波動歯車について、第３図〜第５図を参
照しながら説明する。

第３図において、本発明に係る波動歯車は、第１図の波
動歯車と同様に、剛性円形のサーキュラスプライン１１
と、このサーキュラスプラインの内側に配置され、該ス
プラインの歯数とは異なる歯数で成り、可撓性の材料で
成るフレクスプライン１２と、このフレクスプラインを
非円形に撓ませてその形状を回転させる波動発生器とか
ら構成され、波動発生器による非円形形状の回転により
両歯車に相対回転を生じさせる。かかる点では、一般の
波動歯車と同じである。

しかしながら、本発明においては、波動発生器が、箪３
図に示すように、フレクスプライン１２を非円形（例え
ば楕円形）に撓めるため、両端に磁極１３及び１４を有
する棒形状の永久磁石部材１５で構成されている。他方
、フレクスプライン１２も、永久磁石部材１５の各磁極
によって変形される程に吸引できるように、磁性材料で
構成されたり、あるいは磁性材料が貼付されたりして成
る。特に、フレクスプライン１２は、永久磁石部材１５
で吸引されたとき、十分に楕円形等の非円形に撓むよう
に、非常に薄く形成されるのが好ましい。しかし、この
薄さは、楕円形への変形力によってフレクスプライン部
分が座屈することがない程度に抑えられるべきである。

また、このように薄く形成してサーキュラスプラインの
内歯に噛合うフレクスプライン１２の外歯が十分な歯た
けを有しない場合には、サーキュラスプライン１１の内
側とフレクスプライン１２の外側の面には、スプライン
に替えて、それぞれ、相補形状の凹凸の歯を形成して噛
合わせるようにしてもよい。勿論、この場合にも、サー
キュラスプラインとフレクスプラインとは一定の歯数差
を有するように形成される。また、フラット型波動歯車
である場合にも一方のサーキュラスプラインとフレクス
プラインとには歯数差が設けられる。

フレクスプライン１２の磁性材料も、永久磁石部材１５
からの磁力を効率良く受は取るように、珪素鋼板等の高
透ｉａ率を有する材料で成るのが好ましい。これに対応
して、本発明の波動発生器を構成する永久磁石部材１５
も、各磁極から出る磁束の密度が高くなるように、例え
ば、希土類磁石材料等で構成されるのが好ましい。この
ように、フレクスプライン１２及び永久磁石部材１５を
構成することにより、第４図に示す磁気回路が形成され
て、永久磁石部材１５の各磁極１３．１４がフレクスプ
ライン１２の部分を磁気吸引して、第３図に図示のよう
に、フレクスプライン１２を楕円形に変形させ、その長
軸上の交点を中心とする２箇所で、フレクスプライン１
２がサーキュラスプライン１１に噛合う。な右、サーキ
ュラスプライン１１の材料について、フレクスプライン
１２へ向かうべき磁束を吸引してフレクスプラインへの
磁束を減らさないものであるのが好ましく、このため、
一定の剛性を有する非磁性材料が用いられるのが好まし
い。

第３図に図示のように、永久磁石部材１５にはその中心
に入力シャフト１６が設けられ、該入力シャフト１６を
回転させると、永久磁石部材１５が回転し、これにより
、フレクスプライン１２の楕円形が回転し、カップ型波
動歯車の場合には両スプラインの一方を固定し、また、
フラット型波動歯車の場合にはサーキュラスプラインの
一方を固定すると、固定されないスプラインが、サーキ
ュラスプライン１１との歯数差に対応した減速比で回転
する。また、この回転の際に、永久磁石部材１５がフレ
クスプライン１２の内側壁面に摩擦接触しないようにす
べきである。このため、一定の内径を有するサーキュラ
スプライン１１に対して永久磁石部材１５によりフレク
スプライン１２を変形させても、永久磁石部材がフレク
スプラインに摩擦接触しないように、該フレクスプライ
ンはその変形前の直径が一定に選択されるのが好ましい
。すなわち、フレクスプライン１２の直径は、咳フレク
スプラインが永久磁石部材１５によって吸引されても、
楕円形の長袖上での噛合い部分すなわちサーキュラスプ
ライン１１の直径によって制限されて、短軸の直径が永
久磁石部材１５の長さより長くなるように選択されるの
が好ましい。

また、これに限らず、摩擦接触しない限り、他の任意の
方法を用いてもよい。

更に、第５図に図示のように、波動発生器を構成する永
久磁石部材１５は、回転軸の軸芯方向に複数の磁石部材
１７．１８．１９（個数に制限はない）を並置したもの
で構成してもよく、これによれば、フレクスプライン１
２の磁気吸引力が更に強力になり、楕円形等の非円形へ
の変形が更に確実になる。

なお、以上の例では、サーキュラスプラインとフレクス
プラインとが２箇所で噛み合う形式の波動歯車について
説明したが、本発明はこのような波動歯車に限定されな
い。例えば、両スプラインの歯数差を３に枚として３箇
所で噛み合う形式すなわち三つ葉形の波動歯車にも、本
発明を適用することができ、他の類似の歯車装置にもま
た適用することができる。

発明の効果 本発明によれば、波動発生器が、永久磁石で形成されて
フレクスプラインを非円形に撓めるようにフレクスプラ
イン部分を吸引し、該永久磁石にはフレクスプラインの
非円形を回転させるように入力シャフトが取付けられて
いるので、フレクスプラインに対して機械的に撓めず、
しかも電力を必要とせず、更に、装置全体の大きさを大
型化しない。特に、ボールベアリングの潤滑等の厄介な
問題や、機械的な摩耗の問題や電力の消費もなくなる。

更に、ボールベアリングの回転の際の騒音や、電磁石を
使用した場合め唸り等の騒音もなくなる。本発明による
波動歯車は、回転等の運動を大きい減速比で伝達するの
に特に適しており、高い精度でその運動を伝達すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の波動歯車の概略正面図、第２図（ａ）〜
（ｄ）は第１図の波動歯車動作説明図、第３図は本発明
による波動歯車の正面図、第４図は第３図の波動歯車の
等価磁気回路を示す図、第５図は本発明の波動歯車の変
形例を示す、第３図の■−■線より見た部分断面図であ
る。 符号の説明 ｌ・・・・・・波動歯車 ２・・・・・・サーキュラスプライン ３・・・・・・フレクスプライン ４・・・・・・波動発生器 １１・・・・・・サーキュラスプライン１２・・・・・
・フレクスプライン １３．１４・・・・・・磁極　　■５・・・・・・永久
磁石部材１６・・・・・・入力シャフト 第 図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　剛性円形のサーキュラスプラインと、このスプライン
   の内側に配置され、該スプラインの歯数とは異なる歯数
   で成り、可撓性の材料で成るフレクスプラインと、該フ
   レクスプラインを撓ませて非円形に変形させその形状を
   回転させる波動発生器とから成り、波動発生器による非
   円形形状の回転により両スプラインに相対回転を生じさ
   せる波動歯車において、 前記波動発生器が、永久磁石で形成されてフレクスプラ
   インを非円形に撓めるようにフレクスプライン部分を吸
   引し、該永久磁石にはフレクスプラインの非円形を回転
   させるように入力シャフトが取付けられていることを特
   徴とする波動歯車。