JPH0571592A - 駆動力変速装置および高減速比減速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハーモニックドライブ変速機を利用した駆動
力変速装置の軸方向の薄型化を図り、狭いスペースでの
利用を可能にすることを目的とする。 【構成】 フレックススプライン３の側壁に連通孔３２
を設けて入力軸２を配設し、フレックススプライン３内
で一対の傘歯車２１、４１により入力軸２の回転をハー
モニックドライブ変速機構のフレックススプライン３を
除く要素に伝達して、フレックススプライン３とサーキ
ュラスプライン６の歯数の差に基づく変速回転トルクを
残りの要素の一方より取り出す駆動力変速装置。フレッ
クススプライン３を固着し、従動部材の傘歯車４１をウ
ェーブジェネレータ５と一体的に形成し、サーキュラス
プライン６を出力部材７と一体に形成するとともに、ア
ウターケース１Ｂに歪検出器１２および回転角センサを
配設した高減速比減速装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、駆動力変速装置に関す
るもので、工業用のロボット、ロボットハンド、工場用
各種自動化装置、その他サーボ装置等の特に省スペース
が要求される分野で広く利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の高変速比の変速装置とし
て実用に供されているものとしては、遊星歯車装置、ト
ロコイド変速機、ハーモニックドライブ（商品名）変速
装置（撓み噛み合い式歯車装置または波動歯車装置が一
般名称である）等がある。

【０００３】特にハーモニックドライブ変速機は、ロボ
ットアームの旋回用に、減速機として用いられた例があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】遊星歯車装置や、トロ
コイド変速機を用いたものは、入力軸と出力軸とが同軸
的に配設されることから、電動機その他の原動機からの
駆動力の入力方法が限定され、装置の薄型化に限界があ
った。

【０００５】ハーモニックドライブ変速機Ｈは、図２に
示すように軸方向に直列に電動機Ｍを配設するため軸方
向の薄型化が困難であった。そのため上述のロボットア
ームのようにスペースに余裕が有る場合は良いが、ロボ
ットハンドの指のようにスペース上の余裕が無く制約が
大きい場所では未だ適用された例は無かった。

【０００６】また、高減速比の減速機では、摩擦が大き
いため、精度良くトルクを検出するためには出力軸側に
トルクセンサを取り付ける必要がある。しかし、減速機
では、出力軸が静止系に対して回転するので、信号を取
り出すためにスリップリング、テレメータ、非接触型ト
ルク検出器および配線等が必要であった。ところが、上
記機器はノイズ、ダイナミックレンジ、コスト、検出精
度および配線の取り廻し等の点で問題があった。

【０００７】本発明は、駆動力変速装置の軸方向の薄型
化を図り、狭いスペースでの利用を可能にすることを目
的とするものである。

【０００８】また本発明は、信号の検出および取り出し
を容易にするとともに、検出精度および信頼性の向上を
図ることを目的とするものである。

【０００９】上記従来技術の問題点および本発明の目的
に鑑み、本発明者は、ハーモニックドライブ変速機に注
目し、フレックススプライン内部の空間を有効利用すれ
ば軸方向の薄型化を図ることができるのではないかとい
うことに着眼した。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の駆動力変速装置
（請求項１に記載の第１発明）は、原動機を固着するア
ウターケースと、アウターケースに固着された可撓性の
薄肉円筒で外周に歯部を刻設するとともに連通孔を形成
したフレックススプラインと、連通孔より介挿されフレ
ックススプライン内に配置された歯部を有し、原動機の
駆動力を入力する入力軸と、フレックススプライン内に
配設され入力軸の歯部と噛合する歯部を有する従動軸
と、従動軸に一体に形成されフレックススプラインの内
周面を摺動して回転する楕円筒状体のウェーブジェネレ
ータと、アウターケース内に相対回転自在に配置された
環状の部材であって内側壁にフレックススプラインの外
周の歯部の歯数より僅かに多い歯数の歯部を形成してフ
レックススプラインの歯部とウェーブジェネレータの楕
円長軸部分の２箇所で噛合するサーキュラスプライン
と、ウェーブジェネレータおよびサーキュラスプライン
の一方が上記従動軸と一体的に形成され、残りとフレッ
クススプラインの一方と一体的に形成され、変速に応じ
た駆動力を出力する出力部材と、から成るものである。

【００１１】本発明の高減速比減速装置（請求項２に記
載の第２発明）は、前記アウターケースおよびフレック
ススプラインを静止系に固定し、従動軸の傘歯車をウェ
ーブジェネレータと一体的に形成し、サーキュラスプラ
インを出力部材と一体に形成して出力を取り出すように
するとともに、フレックススプラインとアウターケース
との固着部近傍のアウターケースに歪検出器を配置し
て、入力軸の一部に近接したアウターケースに回転角セ
ンサを装着したものである。

【００１２】

【作用】上記構成の第１発明の駆動力変速装置は、原動
機の回転が入力軸によってフレックススプラインの連通
孔を通過してその内部の歯部に伝達されこの歯部に噛合
する従動軸の歯部により向きを変えられ、従動軸を介し
てウェーブジェネレータ、サーキュラスプラインのうち
の一方を回転駆動する。ウェーブジェネレータが、フレ
ックススプラインの内周面上を摺動すると、フレックス
スプラインが弾性変形し、その楕円長軸部分のフレック
ススプラインとサーキュラスプラインの各歯部が噛合
し、その噛合位置が除々に移動し一回転したとき、歯数
の差の分だけサーキュラスプラインが相対的に回転す
る。

【００１３】上記構成の第２発明の高減速比減速装置
は、フレックススプラインが静止系に固着されるので、
サーキュラスプラインがフレックススプラインの歯数と
の差に基づき、相対的に回転するとともに、フレックス
スプラインの固着部近傍のアウターケースに作用したト
ルクを歪検出器で検出し、入力軸の回転角を検出する。

【００１４】

【効果】上記構成および作用を奏する第１発明は、所定
の変速を可能にするとともに、従来軸方向に直列に配置
していた原動機をアウターケース外に配置して、その回
転をフレックススプライン内の空間を利用して伝える構
造としたため、軸方向の薄型化を実現するという効果を
奏する。

【００１５】上記構成および作用を奏する第２発明は、
効率の良い減速を可能にするとともに、静止しているア
ウターケースに必要なセンサを配置し信号線を引き廻す
ので、検出精度および信頼性が高いという効果を奏す
る。

【００１６】

【実施例】上記第１および第２発明の第１実施例の高減
速比減速装置について、図１を用いて説明する。

【００１７】（第１実施例の構成）第１実施例の高減速
比減速装置は、有底の環状部材であって軸に対し直角に
原動機としての電動機Ｍを固着したアウターケース１
と、モータの回転軸に固着されモータの回転を伝達する
アウターケース１の図１中下部で軸支され、傘歯車２１
を備えた入力軸２と、入力軸２を通過させる２個の連通
孔３２、３３を有し傘歯車２１を内包するフレックスス
プライン３と、アウターケース１の軸心に配置され入力
軸２の傘歯車２１と噛合する傘歯車４１を備えた従動軸
４と、従動軸４の傘歯車４１と一体的に形成されフレッ
クススプラインの開放端側内周面を摺動するウェーブジ
ェネレータ５と、アウターケース１に相対回転自在に支
持された縦断面コ字状のサーキュラスプライン６と、サ
ーキュラスプライン６と一体的に形成された出力部材７
と、アウターケース１の底部１Ｂに配設された複数個の
歪検出器８と、アウターケース１の図１中側壁下部に配
設した回転角センサ９とから成る。

【００１８】アウターケース１は、機台に対して固定さ
れた縦断面コ字状の部材であって、底部１Ｂ中央に開口
１１を有し、フレックススプライン３を固着する固着部
１２を有するとともに、入力軸２を通過させる２個の連
通孔１３、１４を有する。

【００１９】入力軸２は、モータＭの回転軸と固着する
ための縦断面コ字状の固着部２２とフレックススプライ
ン３内の位置でネジにより傘歯車２１を固着し、アウタ
ーケース１の下側壁の通過孔１４を通過して延在する延
在部２３とを有する。

【００２０】フレックススプライン３は、金属弾性材よ
り成る縦断面コ字状の部材３０で構成され、底部中央部
３１は厚肉であるアウターケース１の固着部１２に固着
され、図１中上下の薄肉の側壁底部寄りの部分に連通孔
３２、３３が形成されているとともに、開放端側外周の
歯部３４にはインボリュート歯形が刻設されている。

【００２１】従動軸４は、入力軸２の傘歯車２１と噛合
し、サーキュラスプライン５の底部中央に固着したシャ
フト４０上を摺動する傘歯車４１で構成される。

【００２２】ウェーブジェネレータ５は、シャフト４０
上に軸支され、傘歯車４１と一体的に形成された楕円状
のカム５１のその外周に嵌合したボールベアリング（図
２において５２で示すように）で構成され、ベアリング
の内輪は楕円カム５１に固定され、外輪はボールを介し
て弾性変形する。

【００２３】サーキュラスプライン６は、側壁中央で２
分割され、開放端側の第１部材６１が剛体のリング状部
材で内周の歯部６３にはフレックススプライン３と同じ
ピッチのインボリュート歯形が２枚だけ多く刻設される
とともに開放端外周をアウターケースによりベアリング
支持されており、底部側の第２部材６２がビスにより第
１部材に固着され底部より外周をアウターケース１によ
りベアリング支持されている。

【００２４】出力部材７は、円形リング状の部材７０で
構成され、複数の皿ビスでサーキュラスプライン６の第
２部材６２の底部に固着されている。

【００２５】歪検出器８は、アウターケース１の底部１
Ｂのフレックススプライン３の底部を固定した部分の近
傍に複数個貼付され、出力軸に作用しているトルクに応
じて生じているアウターケースの歪の計測を可能にして
いる。

【００２６】回転角センサ９は、入力軸２のアウターケ
ース１の外部に延在した延在部２５にネジにより円板９
１を固着し、円板９１にスリット９Ｓを形成し、アウタ
ーケースにネジにより固着したケース９２に対向配置し
た光学センサ９３により非接触で入力軸２の回転角を検
出して、結果的に出力軸の回転角を検出するものであ
る。

【００２７】（第１実施例の作用）上述の構成より成る
第１実施例の高減速比減速装置は、電動機Ｍの回転トル
クが入力軸２によりフレックススプライン３の内部の傘
歯車２１より従動軸４の傘歯車４１を介してウェーブジ
ェネレータ５に伝達され、ウェーブジェネレータ５が回
転するとその長軸の両端部分に相当するフレックススプ
ライン３の外周に刻設した歯部３４とサーキュラスプラ
イン６の内周歯部６３と噛合するがフレックススプライ
ン３はアウターケース１に固着され回転しないので、両
者の歯数の差に対応する減速された回転がサーキュラス
プライン６に付与され、サーキュラスプライン６の第２
部材６２と一体に形成された出力部材７０から出力回転
トルクが取り出される。

【００２８】第１実施例装置は、出力部材７０から出力
回転トルクが作用しているときの出力トルクを、アウタ
ーケース１の底部に固着した歪検出器８によりアウター
ケース１に生じている歪により検出するとともに、電動
機Ｍの回転軸と一体に回転する入力軸２の回転角を回転
角センサ９によって検出することにより出力部材７０の
回転角を検出している。

【００２９】（第１実施例の効果）上記構成および作用
を奏する第１実施例装置は、電動機Ｍをアウターケース
１の外部に配置して固着するとともに、電動機Ｍの回転
トルクの伝達をフレックススプライン３の内部に配置し
た一対の傘歯車２１、４１によって行うので、変速機と
電動機および傘歯車を直列に配置していた従来の装置に
比べ軸方向長さを大幅に減少して、薄型化を可能にする
とともに、設計の自由度が増大し、ロボットハンドの指
への適用も可能にするという作用効果を奏する。

【００３０】歪検出器８および回転角センサ９は、いず
れも静止しているアウターケース１およびそれに固着し
たケース９２に配置されているため、角度、トルク、ス
ティフネスの制御を可能にするとともに、従来のように
回転体内で検出するのに比べ、信号の伝送にスリップリ
ングその他の装置を用いる必要がなく信号線の引き廻し
も楽になるので、精度および信頼性の向上に加え費用、
工数の低減という実用上の効果を奏する。

【００３０】上述の実施例は、説明のために一例として
示したもので、本発明としてはそれらに限定されるもの
では無く、特許請求の範囲に記載の精神に反しない限り
変更および付加が可能である。

【００３２】上述の第１実施例では、フレックススプラ
イン３およびアウターケース１を機台に固着したが、サ
ーキュラスプライン６を固着してアウターケース１およ
びフレックススプライン３の減速回転を出力部材７によ
り取り出しても良い。

【００３３】また入力軸２に配設した傘歯車２１と噛合
する傘歯車４１を第１実施例ではウェーブジェネレータ
に一体的に固着して減速回転トルクを取り出したが、図
３に示すように傘歯車４１を従動軸４Ａを介してサーキ
ュラスプライン６Ａと一体的に形成し、フレックススプ
ライン３Ａをアウターケースとともに機台に固定し、入
力軸上に相対回転可能に配設され、ウェーブジェネレー
タ５Ａの傘歯と噛合した第２の中間傘歯車７Ｂを介して
第１の中間傘歯車７Ａを固着した出力部材７Ａからウェ
ーブジェネレータ５Ａの４０〜５０倍の増速回転トルク
を取り出す実施例も可能である。

【００３４】上記図３に示す例においてウェーブジェネ
レータ５Ａに連絡する出力部材７Ａを機台に固定し、フ
レックススプライン３Ａおよびアウターケースを出力部
材として差動回転すなわち入力軸に対してわずかな回転
速度差（数％）の回転トルクを取り出す実施例も可能で
ある。

【００３５】上述の実施例では傘歯車２１および４１に
よりトルク伝達と回転軸の方向の変換を行ったが、ウォ
ームギアおよびフェースギアその他用途に応じて適宜変
更し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の高減速比減速装置の縦断
面図である。

【図２】従来の高減速比減速装置の縦断面図である。

【図３】本発明の他の実施例装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１ アウターケース ２ 入力軸 ３ フレックススプライン ４ 従動軸 ５ ウェーブジェネレータ ６ サーキュラスプライン ７ 出力部材 ８ 歪検出器 ９ 回転角センサ ２１、４１ 傘歯車 ３２、３３ 連通孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原動機を固着するアウターケースと、ア
   ウターケースに固着された可撓性の薄肉円筒で外周に歯
   部を刻設するとともに連通孔を形成したフレックススプ
   ラインと、 連通孔より介挿されフレックススプライン内に配置され
   た歯部を有し、原動機の駆動力を入力する入力軸と、 フレックススプライン内に配設され入力軸の歯部と噛合
   する歯部を有する従動軸と、 フレックススプライン内に同軸的に配設されフレックス
   スプラインの内周面を摺動して回転する楕円筒状体のウ
   ェーブジェネレータと、 アウターケース内に相対回転自在に配置された環状の部
   材であって内側壁にフレックススプラインの外周の歯部
   の歯数より僅かに多い歯数の歯部を形成してフレックス
   スプラインの歯部とウェーブジェネレータの楕円長軸部
   分の２箇所で噛合するサーキュラスプラインと、 ウェーブジェネレータおよびサーキュラスプラインの一
   方が上記従動軸と一体的に形成され、 残りとフレックススプラインの一方と一体的に形成さ
   れ、変速に応じた駆動力を出力する出力部材と、 から成ることを特徴とする駆動力変速装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記アウターケース
   およびフレックススプラインを静止系に固定し、従動軸
   の傘歯車をウェーブジェネレータと一体的に形成し、サ
   ーキュラスプラインを出力部材と一体に形成して出力を
   取り出すようにするとともに、フレックススプラインと
   アウターケースとの固着部近傍のアウターケースに歪検
   出器を配置して、入力軸の一部に近接したアウターケー
   スに回転角センサを装着した角度、トルク、スティフネ
   スの制御を可能にしたことを特徴とする高減速比減速装
   置。