WO2012157022A1 - ユニット型波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

ユニット型波動歯車装置（１）は、そのユニットハウジング（２）の一方の端が２段クロスローラベアリング（７）により規定される。２段クロスローラベアリング（７）では、内輪（１３）、中間輪（１２）、内側軌道（１６）内に挿入した内側ローラ（１７）により内側クロスローラベアリングが構成され、外輪（１１）、中間輪（１２）、外側軌道（１４）内に挿入した外側ローラ（１５）により外側クロスローラベアリングが構成される。中間輪（１２）に固定した可撓性外歯歯車（２２）は、外側クロスローラベアリングを介してユニットハウジング（２）により回転自在に支持され、内輪（１３）に固定した入力軸（４）、入力軸（４）に固定した波動発生器（２３）は、内側クロスローラベアリングを介して中間輪（１２）により回転自在に支持される。部品点数を削減でき、大きなモーメント負荷を受けることが可能なユニット型波動歯車装置を実現できる。

Description

ユニット型波動歯車装置

　本発明は、部品点数が少なく組立が容易であり、軸線方向のいずれの側からでもモータ軸に連結可能なユニット型波動歯車装置に関する。

　波動歯車装置としては、波動歯車機構がハウジング内に組み込まれているユニット型のものが知られており、特許文献１、２に開示されている。これらの特許文献に開示のユニット型波動歯車装置は、装置軸線方向の両側に配置した第１の端板および第２の端板と、これらの間に配置されたクロスローラベアリングとから構成されているハウジング内にシルクハット型の波動歯車機構が組み込まれている。また、装置中心を貫通して延びている入力軸は、その両端部において、それぞれボールベアリングを介して第１の端板および第２の端板によって回転自在の状態で支持されている。

　特許文献１、２に開示のユニット型波動歯車装置は、クロスローラベアリングの内側に同心状に波動歯車機構が組み込まれている。よって、装置軸線方向の寸法を小さくすることができ、ユニット型波動歯車装置の偏平化に有利である。なお、クロスローラベアリングとしては、特許文献３において多段クロスローラベアリングが提案されている。

特開平０９－２５０６０８号公報 特開平０９－２８０３２６号公報 ＷＯ２００３／０５０４２８号のパンフレット

　ここで、ユニット型波動歯車装置の用途によっては、小型化よりも、部品点数を削減して組立性を向上させたいという要求が強い場合がある。また、大きなモーメント負荷を受けることができるユニット型波動歯車装置が必要とされる場合もある。

　本発明の課題は、このような要求を満たすことのできるユニット型波動歯車装置を提案することにある。

　上記の課題を解決するために、本発明のユニット型波動歯車装置では、そのユニットハウジングにおける軸線方向の一方の端部が、同心状に内側クロスローラベアリングおよび外側クロスローラベアリングが形成されている２段クロスローラベアリングによって規定されている。２段クロスローラベアリングにおいては、その内輪、中間輪および、これらの間に形成した内側軌道に挿入した複数個の内側ローラによって内側クロスローラベアリングが構成され、外輪、中間輪および、これらの間に形成した外側軌道に挿入した複数個の外側ローラによって外側クロスローラベアリングが構成されている。中間輪に固定した可撓性外歯歯車は、外側クロスローラベアリングを介してユニットハウジングによって回転自在に支持され、内輪に固定した入力軸および当該入力軸に固定した波動発生器は、内側クロスローラベアリングを介して中間輪によって回転自在に支持されている。

　すなわち、後述の実施の形態を参照して説明すると、本発明のユニット型波動歯車装置（１）は、
　筒状のユニットハウジング（２）と、
　前記ユニットハウジング（２）の内部に同軸状態に配置した波動歯車機構（３）と、
　前記波動歯車機構（３）の中心を貫通して当該波動歯車機構（３）と同軸状態に延びる入力軸（４）とを有し、
　前記ユニットハウジング（２）は、筒状部材（５）と、当該筒状部材（５）における軸線（１ａ）方向の一方の第１端面（５ａ）に固定したエンドプレート（６）と、前記筒状部材（５）における前記軸線（１ａ）方向の他方の第２端面（５ｂ）の側に配置した２段クロスローラベアリング（７）から構成されており、
　前記２段クロスローラベアリング（７）は、前記筒状部材（５）の前記第２端面（５ｂ）に固定した外輪（１１）と、当該外輪（１１）の内側に同心状態に配置した中間輪（１２）と、当該中間輪（１２）の内側に同心状態に配置した内輪（１３）と、前記外輪（１１）および前記中間輪（１２）の間に形成されている矩形断面の外側軌道（１４）と、当該外側軌道（１４）内に転動自在の状態で挿入されている複数の外側ローラ（１５）と、前記中間輪（１２）および前記内輪（１３）の間に形成されている矩形断面の内側軌道（１６）と、当該内側軌道（１６）内に転動自在の状態で挿入されている複数の内側ローラ（１７）とを備えており、
　前記波動歯車機構（３）は、円環状の剛性内歯歯車（２１）と、当該剛性内歯歯車（２１）の内側に同軸状態に配置した可撓性外歯歯車（２２）と、当該可撓性外歯歯車（２２）の内側に同軸状態に配置した波動発生器（２３）とを備え、前記可撓性外歯歯車（２２）は円筒形状をした可撓性の胴部（２２ａ）と、当該胴部（２２ａ）における前記２段クロスローラベアリング（７）の側の端から半径方向の外方に広がっているダイヤフラム（２２ｂ）と、当該ダイヤフラム（２２ｂ）の外周縁に一体形成されている円環形状をした剛性のボス（２２ｃ）と、前記胴部（２２ａ）における前記エンドプレート（６）の側の端部の外周面部分に形成した外歯（２２ｄ）とを備え、前記剛性内歯歯車（２１）は前記筒状部材（５）に固定され、前記ボス（２２ｃ）は前記中間輪（１２）に固定され、前記波動発生器（２３）は当該波動発生器（２３）の中心部を貫通して延びている前記入力軸（４）に固定されており、
　前記入力軸（４）における前記２段クロスローラベアリング（７）の側の軸端部（４ａ）が前記内輪（１３）に固定されていることを特徴としている。

　ここで、本発明のユニット型波動歯車装置においては、入力軸におけるエンドプレートの側の軸端部を、当該エンドプレートの中心貫通穴を通って外側に突出させた突出軸端部としておくことが望ましい。端板の側を回転入力側とする場合には、当該突出軸端部をモータ軸に連結すればよく、反対側の２段クロスローラベアリングの側を回転入力側とする場合には、当該２段クロスローラベアリングの内輪をモータ軸に連結すればよい。

　また、本発明のユニット型波動歯車装置は、入力軸および内輪を貫通して延びる中空部を備えた中空型のものとすることができる。

　本発明のユニット型波動歯車装置によれば、入力軸が内側クロスローラベアリングによって支持されているので、入力軸を２個のボールベアリングによって支持し、可撓性外歯歯車をクロスローラベアリングによって支持している従来のユニット型波動歯車装置に比べて、部品点数を減らすことができる。また、事前に組み立てた２段クロスローラベアリングの内輪、中間輪および外輪に、それぞれ、入力軸、可撓性外歯歯車、筒状部材を組み付ける作業を行えば良く、２枚のエンドプレートと入力軸の間にボールベアリングを組み込む作業が不要であるので、組立性も向上する。さらに、波動発生器が固定された入力軸はクロスローラベアリングによって支持されているので、従来のように２個のボールベアリングによって支持されている場合と同等以上のモーメント負荷を受けることができる。

本発明を適用したユニット型波動歯車装置の実施の形態を示す縦断面図である。 図１の２段クロスローラベアリングを示す端面図および縦断面図である。

　図１を参照して本発明を適用したユニット型波動歯車装置の実施の形態を説明する。ユニット型波動歯車装置１は、筒状のユニットハウジング２と、このユニットハウジング２の内部に組み込まれている波動歯車機構３と、この波動歯車機構３の中心を同軸状態に貫通して延びている入力軸４を備えている。ユニットハウジング２は、筒状部材５、当該筒状部材５における軸線１ａの方向の一方の円環状端面５ａに固定した円盤状のエンドプレート６、および、筒状部材５における軸線１ａ方向の他方の円環状端面５ｂの側に配置した２段クロスローラベアリング７から構成されている。

　２段クロスローラベアリング７は、ユニットハウジング２の筒状部材５の円環状端面５ｂに固定された外輪１１と、当該外輪１１の内側に同心状態に配置した中間輪１２と、当該中間輪１２の内側に同心状態に配置した内輪１３を備えている。外輪１１と中間輪１２の間には矩形断面の円環状の外側軌道１４が形成されており、ここには、中心軸線が交互に交差する状態に複数個の外側ローラ１５が転動自在の状態で挿入されている。これら外輪１１、中間輪１２、外側軌道１４および外側ローラ１５によって、外側クロスローラベアリングが構成されている。同様に、中間輪１２と内輪１３の間には矩形断面の円環状の内側軌道１６が形成されており、ここには、中心軸線が交互に交差する状態に複数個の内側ローラ１７が転動自在の状態で挿入されている。これら中間輪１２、内輪１３、内側軌道１６および内側ローラ１７によって、内側クロスローラベアリングが構成されている。

　ユニットハウジング２内の波動歯車機構３は、円環状の剛性内歯歯車２１と、当該剛性内歯歯車２１の内側に同軸状態に配置した可撓性外歯歯車２２と、当該可撓性外歯歯車２２の内側に同軸状態に配置した波動発生器２３とを備えている。可撓性外歯歯車２２は円筒形状をした半径方向に撓み可能な可撓性の胴部２２ａと、当該胴部２２ａにおける２段クロスローラベアリング７の側の端から半径方向の外方に広がっているダイヤフラム２２ｂと、当該ダイヤフラム２２ｂの外周縁に一体形成されている円環形状をした剛性のボス２２ｃを備えている。胴部２２ａにおけるエンドプレート６の側の端部の外周面部分には外歯２２ｄが形成されている。

　波動発生器２３は可撓性外歯歯車２２における外歯２２ｄが形成されている部分に嵌め込まれており、入力軸４に同軸状態に締結固定した楕円形輪郭の剛性プラグ２３ａと、この剛性プラグ２３ａの外周面に嵌めたウエーブベアリング２３ｂとを備えている。ウエーブベアリング２３ｂの内外輪は可撓性のものである。可撓性外歯歯車２２の外歯２２ｄが形成されている部分は楕円形に撓められており、その楕円の長軸の両端部分に位置する外歯２２ｄの部分が、剛性内歯歯車２１の内歯２１ａの部分に噛み合っている。

　この構成の波動歯車機構３において、その剛性内歯歯車２１はユニットハウジング２の筒状部材５に締結固定されている。筒状部材５は、その外周側の部位が広幅部分５ｃとなっており、この内周側には幅の狭い中幅部分５ｄが形成され、この内周側にはより幅の狭い細幅部分５ｅが形成された断面形状をしている。剛性内歯歯車２１の円環状端面２１ｂは、細幅部分５ｅの円環状端面に締結固定されている。可撓性外歯歯車２２は、その円環状のボス２２ｃの円環状端面が、２段クロスローラベアリング７の中間輪１２における内側の円環状端面１２ｇの外周側に形成した円環状段差面１２ａに締結固定されている。また、波動発生器２３は先に述べたように入力軸４の外周面４ａに締結固定されている。

　入力軸４は２段クロスローラベアリング７の内輪１３に同軸状態に締結固定されている。すなわち、内輪１３の内側の円環状端面１３ａの内周縁部に形成した円環状凹部１３ｂに、入力軸４の内側の軸端部４ｂが嵌め込まれた状態で、当該軸端部４ｂが内輪１３に締結固定されている。入力軸４の中心貫通孔４ｃと内輪１３の中心貫通孔部１３ｃとは同一内径であり、これらによって、ユニット型波動歯車装置１の中心を貫通して延びる中空部が形成されている。

　ここで、入力軸４におけるエンドプレート６の側の軸端部は、当該エンドプレート６の中心貫通穴６ａを通って外側に突出した突出軸端部４ｄとなっており、この突出軸端部４ｄの円環状端面には、モータ軸などの回転入力部材を連結するために用いるねじ孔４ｅが一定の角度間隔で形成されている。また、反対側の２段クロスローラベアリング７の内輪１３における外側の円環状端面にも、モータ軸などの回転入力部材を連結するために用いるねじ孔１３ｄが一定の角度間隔で形成されている。

　一方、２段クロスローラベアリング７の外輪１１における外側の円環状端面１１ｂには、回転出力側部材（負荷側部材）あるいは固定側の部材に連結固定するために用いるねじ孔１１ｃが、一定の角度間隔で形成されている。また、中間輪１２における外側の円環状端面１２ｂにも、同様に、回転出力側部材（負荷側部材）あるいは固定側の部材に連結固定するために用いるねじ孔１２ｃが一定の角度間隔で形成されている。

　なお、エンドプレート６の側において、入力軸４の突出軸端部４ｄの外周面とエンドプレート６の内周面の間がオイルシール３１によって封鎖されている。反対側の２段クロスローラベアリング７においては、その外輪１１と中間輪１２の間、および、中間輪１２と内輪１３の間が、それぞれ、オイルシール３２、３３によって封鎖されている。

　この構成のユニット型波動歯車装置１においては、入力軸４の突出軸端部４ｄに連結固定された回転入力部材（図示せず）によって入力軸４が回転駆動される。あるいは、反対側の内輪１３を介して入力軸４に連結固定された回転入力部材（図示せず）によって入力軸が回転駆動される。入力軸４が回転すると、そこに固定されている波動発生器２３も一体回転する。波動発生器２３が回転すると、波動発生器２３によって噛み合っている可撓性外歯歯車２２と剛性内歯歯車２１の噛み合い位置が円周方向に移動する。この結果、両歯車の歯数差２ｎ枚（ｎは正の整数）に応じた相対回転がこれら両歯車の間に発生する。剛性内歯歯車２１が回転しないように固定されている場合には、可撓性外歯歯車２２が回転し、これが連結固定されている中間輪１２を介して減速回転が出力される。可撓性外歯歯車２２が回転しないように固定されている場合には、剛性内歯歯車２１が回転し、これが連結固定されている外輪１１を介して減速回転が出力される。

　ここで、クロスローラベアリングを同心状に多段に配置した構造の多段クロスローラベアリングにおいては、外側のクロスローラベアリングの内輪および内側のクロスローラベアリングの外輪として機能する中間輪に予圧変形が生じ、内側および外側のクロスローラベアリングの円滑な回転を確保することが困難になるという問題がある。しかしながら、本例の２段クロスローラベアリング７は以下に述べるように構成されているので、このような問題を解消することができる。

　図２を参照して説明すると、本例の２段クロスローラベアリング７では、内側クロスローラベアリングのローラサイズ、すなわち、内側ローラ１７のサイズが、外側クロスローラベアリングのローラサイズ、すなわち、外側ローラ１５のサイズよりも小さい。また、内側ローラ１７のローラ中心Ｌ２は、外側ローラ１５のローラ中心Ｌ１に対して、これらクロスローラベアリングの軸線１ａに沿った方向にオフセットした位置にある。

　このように、２段クロスローラベアリング７では、小径の内側クロスローラベアリングのローラサイズが小さく、大径の外側クロスローラベアリングのローラサイズが大きいので、２段クロスローラベアリング７を組み立てた状態において、中間輪１２に対して内側および外側から作用する予圧応力の均衡化を図ることができる。また、外側クロスローラベアリングのローラ中心Ｌ１と内側クロスローラベアリングのローラ中心Ｌ２を、それらの中心軸線の方向にオフセットさせた位置としてあるので、これらが半径方向において同一平面状に位置する場合に比べて、中間輪１２に生ずる予圧変形を小さくすることができる。この結果、２段クロスローラベアリング７を組み立てた状態における中間輪１２の予圧変形を抑制でき、各クロスローラベアリングの円滑な回転を確保できる。

　ここで、内側ローラ１７のローラ中心Ｌ２の外側ローラ１５のローラ中心Ｌ１に対するオフセット量Δは、内側軌道１６の軌道幅ｗ（１６）の１／２から、当該軌道幅ｗ（１６）と外側軌道１４の軌道幅ｗ（１４）の加算値の１／２までの範囲内の値としておくことが望ましい。この範囲内の値よりもオフセット量が少ないと、中間輪の予圧変形を十分に抑制できないのでクロスローラベアリングの円滑な回転を確保できないおそれがある。また、この範囲内の値よりもオフセット量を多くしても、オフセットさせることによる中間輪の予圧変形抑制効果の更なる改善が得られず、２段クロスローラベアリングの中心軸線の方向の幅寸法が大きくなり、２段クロスローラベアリングの偏平化にとって望ましくない。
　　ｗ（１６）／２＜Δ＜｛ｗ（１６）＋ｗ（１４）｝／２

　本例では、中間輪１２の予圧変形を効果的に抑制しつつ、２段クロスローラベアリング７を偏平にするために、オフセット量Δが、外側軌道１４の軌道幅ｗ（１４）の１／２になっており、ローラ中心Ｌ１に対してローラ中心Ｌ２が円環状端面１２ｇの側に片寄った位置となっている。

　また、本例では、中間輪１２の予圧変形を確実に防止するために、当該中間輪１２における円形内周面１２ｄから円形外周面１２ｅまでの間の半径方向の厚さｔ（１２）が、外輪１１の円形内周面１１ｄから円形外周面１１ｅまでの間の半径方向の厚さｔ（１１）の２倍以上に設定されている。

　さらに、本例では、外輪１１、中間輪１２および内輪１３における内側の円環状端面がほぼ同一面上に位置しており、外側軌道１４が外輪１１、中間輪１２における内側の端面に近い側にあり、内側軌道１６も、中間輪１２および内輪１３における内側の端面に近い側にある。そして、中間輪１２および内輪１３における内側の端面にローラ挿入用の挿入孔１２ｆ、１３ｆが形成され、これらが栓１８、１９によって封鎖されている。このように、外側軌道１４、内側軌道１６を、ベアリング中心軸線１ａの方向において、ローラ挿入側の端面に近い側に寄せてある。したがって、２段クロスローラベアリング７の組立性を向上させることができる。

Claims (8)

1. 　筒状のユニットハウジング（２）と、
   　前記ユニットハウジング（２）の内部に同軸状態に配置した波動歯車機構（３）と、
   　前記波動歯車機構（３）の中心を貫通して当該波動歯車機構（３）と同軸状態に延びる入力軸（４）とを有し、
   　前記ユニットハウジング（２）は、筒状部材（５）と、当該筒状部材（５）における軸線（１ａ）方向の一方の第１端面（５ａ）に固定したエンドプレート（６）と、前記筒状部材（５）における前記軸線（１ａ）方向の他方の第２端面（５ｂ）の側に配置した２段クロスローラベアリング（７）から構成されており、
   　前記２段クロスローラベアリング（７）は、前記筒状部材（５）の前記第２端面（５ｂ）に固定した外輪（１１）と、当該外輪（１１）の内側に同心状態に配置した中間輪（１２）と、当該中間輪（１２）の内側に同心状態に配置した内輪（１３）と、前記外輪（１１）および前記中間輪（１２）の間に形成されている矩形断面の外側軌道（１４）と、当該外側軌道（１４）内に転動自在の状態で挿入されている複数の外側ローラ（１５）と、前記中間輪（１２）および前記内輪（１３）の間に形成されている矩形断面の内側軌道（１６）と、当該内側軌道（１６）内に転動自在の状態で挿入されている複数の内側ローラ（１７）とを備えており、
   　前記波動歯車機構（３）は、円環状の剛性内歯歯車（２１）と、当該剛性内歯歯車（２１）の内側に同軸状態に配置した可撓性外歯歯車（２２）と、当該可撓性外歯歯車（２２）の内側に同軸状態に配置した波動発生器（２３）とを備え、前記可撓性外歯歯車（２２）は円筒形状をした可撓性の胴部（２２ａ）と、当該胴部（２２ａ）における前記２段クロスローラベアリング（７）の側の端から半径方向の外方に広がっているダイヤフラム（２２ｂ）と、当該ダイヤフラム（２２ｂ）の外周縁に一体形成されている円環形状をした剛性のボス（２２ｃ）と、前記胴部（２２ａ）における前記エンドプレート（６）の側の端部の外周面部分に形成した外歯（２２ｄ）とを備え、前記剛性内歯歯車（２１）は前記筒状部材（５）に固定され、前記ボス（２２ｃ）は前記中間輪（１２）に固定され、前記波動発生器（２３）は当該波動発生器（２３）の中心部を貫通して延びている前記入力軸（４）に固定されており、
   　前記入力軸（４）における前記２段クロスローラベアリング（７）の側の軸端部（４ｂ）が前記内輪（１３）に固定されていることを特徴とするユニット型波動歯車装置（１）。
2. 　請求項１において、
   　前記入力軸（４）における前記エンドプレート（６）の側の軸端部は当該エンドプレート（６）の中心貫通穴（６ａ）を通って外側に突出している突出軸端部（４ｄ）であり、
   　前記突出軸端部（４ｄ）および前記内輪（１３）を回転入力部材の側に連結固定可能となっていることを特徴とするユニット型波動歯車装置（１）。
3. 　請求項２において、
   　前記入力軸（４）および前記内輪（１３）を貫通して延びる中空部（４ｃ、１３ｃ）を備えていることを特徴とするユニット型波動歯車装置（１）。
4. 　請求項１において、
   　前記内側ローラ（１７）のローラサイズは、前記外側ローラ（１５）のローラサイズよりも小さく、
   　前記内側ローラ（１７）のローラ中心（Ｌ２）は、前記外側ローラ（１５）のローラ中心（Ｌ１）に対して、前記軸線（１ａ）に沿った方向にオフセットした位置にあることを特徴とするユニット型波動歯車装置（１）。
5. 　請求項４において、
   　前記内側ローラ（１７）のローラ中心（Ｌ２）の前記外側ローラ（１５）のローラ中心（Ｌ１）に対するオフセット量（Δ）は、前記内側軌道（１６）の軌道幅の１／２から、当該軌道幅と前記外側軌道（１４）の軌道幅との加算値の１／２までの範囲内の値であることを特徴とするユニット型波動歯車装置（１）。
6. 　請求項５において、
   　前記オフセット量（Δ）は、前記外側軌道（１４）の軌道幅の１／２であることを特徴とするユニット型波動歯車装置（１）。
7. 　請求項４において、
   　前記中間輪（１２）における円形内周面から円形外周面までの間の半径方向の厚さは、少なくとも、前記外輪（１１）の円形内周面から円形外周面までの間の半径方向の厚さの２倍であることを特徴とするユニット型波動歯車装置（１）。
8. 　請求項４ないし７のうちのいずれかの項において、
   　前記外側軌道（１４）および前記内側軌道（１６）は、前記外輪（１１）、前記中間輪（１２）および前記内輪（１３）において、それらの一方の端面に近い位置に形成されており、
   　前記中間輪（１２）および前記内輪（１３）における前記端面には、それぞれ、ローラ挿入用の挿入孔（１２ｆ、１３ｆ）が形成され、これらの挿入孔が栓（１８、１９）によって封鎖されていることを特徴とするユニット型波動歯車装置（１）。

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