WO2013175531A1 - 波動歯車装置および可撓性外歯歯車 - Google Patents

Abstract

　波動歯車装置（１）のカップ形状の可撓性外歯歯車（３）は円筒状胴部（３１）を備え、その外歯形成部分（３７）は、波動発生器（４）によって半径方向の外方に押圧される被押圧部分（３８ａ）と、被押圧部分（３８ａ）に対してダイヤフラム（３３）の側に隣接した位置に形成した溝（３８ｄ）とを備えている。外歯（３６）の歯底強度に影響を与えない部分に溝（３８ｄ）を形成して部分的に薄くしてあるので、波動発生器（４）の反力を低減できる。外歯（３６）の歯底を厚くした場合の歯底応力の増加を抑制でき、歯底強度を効果的に高めることができる。これにより、波動歯車装置（１）の負荷トルクを高めることができる。

Description

波動歯車装置および可撓性外歯歯車

　本発明は波動歯車装置に関し、特に、その構成部品の一つである可撓性外歯歯車の改良に関する。

　波動歯車装置では、波動発生器によって、カップ形状あるいはシルクハット形状の可撓性外歯歯車における外歯形成部分が非円形、例えば楕円状に撓めることによって、可撓性外歯歯車の外歯を、円環状の剛性内歯歯車の内歯に対して部分的に噛み合わせている。波動発生器をモーターによって回転させると、両歯車の噛み合い位置が円周方向に移動して、両歯車の歯数差に応じた相対回転が両歯車の間に発生する。波動歯車装置を減速機として用いる場合には、一般に、剛性内歯歯車は回転しないように固定され、モーターから波動発生器に入力された高速回転が大幅に減速されて可撓性外歯歯車の側から出力される。

　特許文献１にはカップ形状の可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置が提案されている。ここに開示の波動歯車装置では、剛性内歯歯車に対する可撓性外歯歯車の噛み合い不良を抑制することを目的として、カップ形状およびシルクハット形状の可撓性外歯歯車の外歯の歯幅を狭くすることで、可撓性外歯歯車と剛性内歯歯車の噛み合い状態を適正な状態に維持できるようにしている。また、外歯形成部分を容易に撓めることができるようにするために、可撓性外歯歯車の円筒状胴部における外歯形成部分に隣接する部分に薄肉部分を形成して、外歯形成部分の全体を適切に撓めることができるようにし、これによって両歯車の噛み合い状態を改善している。

特開平１０－１５９９１７号公報

　ここで、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車の噛み合い部分を介してトルク伝達が行われる。このため、可撓性外歯歯車の外歯における歯底強度は、伝達トルクを決定する上で重要な要因となる。外歯の歯底強度を高めるためには、歯底の厚さを厚くして、歯底に発生する応力を下げればよい。しかしながら、歯底を厚くすると、その分、可撓性外歯歯車の外歯形成部分を撓めにくくなり、当該外歯形成部分を撓めている波動発生器に作用する応力が増加する。特に、カップ形状およびシルクハット形状の可撓性外歯歯車の場合には、それらの円筒状胴部の開口端側の外歯形成部分が波動発生器によって非円形に撓められるので、当該外歯形成部分は三次元的に複雑に変形し、波動発生器に作用する応力も大きい。この結果、外歯形成部分に作用する波動発生器の反力も増加し、これに伴って外歯の歯底に発生する応力も増加して、歯底の厚さを増したことによる歯底強度の向上の効果が損なわれてしまう。

　本発明の課題は、可撓性外歯歯車における外歯の歯底に作用する波動発生器の反力を、より効果的に低減して、外歯の歯底に発生する応力を緩和できるようにした波動歯車装置を提案することにある。

　本発明における波動歯車装置のカップ形状あるいはシルクハット形状の可撓性外歯歯車は、円筒状胴部と、この円筒状胴部の一方の端に連続して形成されているダイヤフラムと、円筒状胴部の他方の端の側の部位における外周面部分に形成した外歯とを備えている。可撓性外歯歯車の外歯形成部分（外歯が形成されている円筒状胴部の部分）は、波動発生器によって半径方向の外方に押圧される被押圧部分と、当該被押圧部分に対してダイヤフラムの側にオフセットした位置に形成した溝とを備えている。溝は、外歯形成部分の内周面に沿って、その全周に亘って形成されており、外歯形成部分における溝が形成されている溝形成部分は、外歯形成部分における溝形成部分以外の部位に比べて薄肉となっている。また、溝の断面形状は凹曲線によって規定されている。

　したがって、外歯形成部分において、波動発生器によって半径方向に押圧される被押圧部分は十分な歯底厚さが確保されており、これに隣接する部位は溝によって厚さが薄くなっている。

　本発明では、可撓性外歯歯車の外歯形成部分において、波動発生器によって押圧される被押圧部分から外れた部位、すなわち、外歯の歯底強度に影響を与えない部位に溝を形成して、部分的に薄くしてある。よって、波動発生器に作用する反力を低減できる。この結果、外歯の歯底を厚くした場合における歯底に発生する応力の増加を抑制でき、歯底強度を効果的に高めることができる。これにより、波動歯車装置の伝達負荷トルクを高めることができる。

本発明を適用した波動歯車装置の概略正面図である。 図１の波動歯車装置の縦断面図である。 図２の波動歯車装置のカップ形状の可撓性外歯歯車における溝が形成されている部分を拡大して示す部分拡大断面図である。

　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および図２を参照して本実施の形態に係る波動歯車装置の全体構成を説明する。波動歯車装置１は、円環状の剛性内歯歯車２と、この剛性内歯歯車２の内側に配置された可撓性外歯歯車３と、この可撓性外歯歯車３の内側に配置された波動発生器４とを有している。

　剛性内歯歯車２は全体として矩形断面形状の剛性の円環部材２１を備えている。この円環部材２１の内周縁側の部分は、一方の端面２２から一定厚さで円筒状に突出した円筒部分２３が形成されて、広幅の部分となっている。この広幅の部分の円形内周面に、内歯２４が形成されている。円環部材２１には、その円周方向に沿って所定の角度間隔で、取り付け用のボルト穴２５が形成されている。ボルト穴２５は、円環部材２１を、歯車中心軸線１ａに平行な方向に貫通して延びている。

　可撓性外歯歯車３は、全体としてカップ形状をしており、半径方向に撓み可能な円筒状胴部３１と、円筒状胴部３１の後端縁３２に連続して半径方向の内方に広がっているダイヤフラム３３と、このダイヤフラム３３の内周縁に連続して形成されている肉厚の円環状のボス３４とを備えている。ボス３４には円周方向に沿って所定の角度間隔で、取付け用のボルト穴３４ａが形成されている。円筒状胴部３１の他方の開口縁３５の側の部位は、その外周面部分に外歯３６が形成された外歯形成部分３７となっている。

　波動発生器４は、可撓性外歯歯車３の円筒状胴部３１における外歯形成部分３７の内周面部分３８を半径方向の外方に押圧している外歯押圧面４１を備えている。可撓性外歯歯車３の外歯形成部分３７は外歯押圧面４１によって非円形に撓められて、外歯３６が剛性内歯歯車２の内歯２４に対して円周方向に離れた複数の部位において噛み合っている。波動発生器４を回転させると、外歯３６および内歯２４の噛み合い位置も周方向に移動して、外歯３６および内歯２４の歯数差に応じた相対回転が可撓性外歯歯車３および剛性内歯歯車２の間に発生する。

　波動発生器４は、中空入力軸４２と、この中空入力軸４２の円形外周面に同軸に固定した非円形、例えば楕円状の外周面４３を備えたプラグ４４と、半径方向に撓み可能な内輪４５および外輪４６を備えたウエーブベアリング４７とを備えている。ウエーブベアリング４７は、楕円状に撓められた状態でプラグ４４の外周面４３に装着されている。ウエーブベアリング４７の外輪４６の外周面が、外歯形成部分３７を半径方向の外方に押圧している外歯押圧面４１である。

　図３も参照して説明すると、可撓性外歯歯車３の円筒状胴部３１における外歯形成部分３７の幅（歯車中心軸線１ａの方向の幅）は、外輪４６の外周面である外歯押圧面４１の幅よりも長い。すなわち、外歯形成部分３７は、外歯押圧面４１によって半径方向の外方に押圧されている被押圧部分３８ａと、当該被押圧部分３８ａから、外歯３６におけるダイヤフラム３３の側の歯筋方向の端３６ａまで延びている隣接部分３８ｂ、被押圧部分３８ａにおけるダイヤフラム３３とは反対側の端から開口縁３５まで延びている先端側部分３８ｃとを備えている。

　被押圧部分３８ａに隣接する隣接部分３８ｂの部位には、一定幅の一条の溝３８ｄが形成されている。すなわち、被押圧部分３８ａに対してダイヤフラム３３の側にオフセットした位置、本例では隣接した位置に、溝３８ｄが形成されている。溝３８ｄは、外歯形成部分３７の内周面３７ａの全周に亘って延びている。また、外歯形成部分３７を歯車中心軸線１ａを含む平面で切断した場合における溝３８ｄの断面形状は、凹曲線、本例では、同一半径の円弧３８ｅによって規定されている。これにより、外歯形成部分３７における溝形成部分の肉厚が、被押圧部分３８ａの側から漸減した後に漸増しており、応力集中が発生しないようになっている。

　このように、本例では、外歯３６の歯底３６ｂは、波動発生器４のウエーブベアリング４７の外輪４６からダイヤフラム側に隣接した位置において、厚さが部分的に薄くなっている。したがって、外歯３６の歯底３６ｂに発生する応力を緩和することができ、波動発生器４の反力（ウエーブベアリング反力）を低減できる。このため、歯底３６ｂの厚さを厚くして歯底強度を効率良く高め、波動歯車装置１の負荷トルクを高めることが容易になる。

　ここで、先に引用した特許文献１（特開平１０－１５９９１７号公報）では、剛性内歯歯車に対する可撓性外歯歯車の噛み合い不良を抑制することを目的として、可撓性外歯歯車の外歯の歯幅を小さくしている。また、外歯形成部分から外れた位置に溝を形成し、外歯形成部分の全体を適切に撓めることができるようにして、両歯車の噛み合いを改善している。これに対して、本発明では、外歯形成部分を厚くして外歯の歯底強度を効率良く高めることを目的としており、そのために、外歯形成部分におけるウエーブベアリングによって押圧される部位から外れた位置に溝を形成して、波動発生器のウエーブベアリング反力を低減している。本発明によれば、外歯の歯幅を小さくすることなくウエーブベアリングへの応力緩和が図れるという利点がある。

　なお、上記の例はカップ形状の可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置に関するものであるが、シルクハット形状の可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置に対しても同様に適用可能である。

　また、上記の例は楕円状の輪郭の波動発生器によって可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて、円周方向の二か所の部位で外歯を内歯に噛み合わせるようにしており、両歯車の歯数差は２ｎ枚（ｎは正の整数）に設定されている。この代わりに、両歯車を円周方向の３箇所で噛み合わせるように可撓性外歯歯車を非円形に撓めることも可能である。

　さらに、上記の例は波動発生器として非円形の外周面を備えた剛性のプラグを備えたものを用いている。プラグの代わりに、例えば一対のローラによって可撓性外歯歯車を楕円状に撓める構成の波動発生器を用いることもできる。

Claims (5)

1. 　円環状の剛性内歯歯車（２）と、当該剛性内歯歯車（２）の内側に配置された可撓性外歯歯車（３）と、当該可撓性外歯歯車（３）の内側に配置された波動発生器（４）とを有し、
   　前記可撓性外歯歯車（３）は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部（３１）と、当該円筒状胴部（３１）の一方の縁（３２）に連続して半径方向の内方あるいは外方に広がっているダイヤフラム（３３）と、前記円筒状胴部（３１）の他方の開口縁（３５）の側における当該円筒状胴部（３１）の外周面部分に形成した外歯（３６）とを備え、
   　前記波動発生器（４）は、前記円筒状胴部（３１）における前記外歯（３６）が形成されている外歯形成部分（３７）の内周面部分を半径方向の外方に押圧している外歯押圧面（４１）を備えており、
   　前記可撓性外歯歯車（３）の前記外歯形成部分（３７）は、前記外歯押圧面（４１）によって非円形に撓められて、前記外歯（３６）が前記剛性内歯歯車（２）の内歯（２４）に対して円周方向に離れた複数の部位において噛み合っており、前記波動発生器（４）を回転させると、前記外歯（３６）および前記内歯（２４）の噛み合い位置も周方向に移動して、前記外歯（３６）および前記内歯（２４）の歯数差に応じた相対回転が前記可撓性外歯歯車（３）および前記剛性内歯歯車（２）の間に発生する波動歯車装置（１）において、
   　前記円筒状胴部（３１）における前記外歯形成部分（３７）は、前記外歯押圧面（４１）によって半径方向の外方に押圧される被押圧部分（３８ａ）と、当該被押圧部分（３８ａ）に対して前記ダイヤフラム（３３）の側に隣接している隣接部分（３８ｂ）と、当該隣接部分（３８ｂ）に形成した溝（３８ｄ）とを備えており、
   　前記溝（３８ｄ）は、前記外歯形成部分（３７）の内周面に沿って、その全周に亘って延びている溝であることを特徴とする波動歯車装置（１）。
2. 　請求項１において、
   　前記外歯形成部分（３７）を歯車中心軸線（１ａ）を含む平面で切断した場合における前記溝（３８ｄ）の断面形状は、凹曲線（３８ｅ）によって規定されていることを特徴とする波動歯車装置（１）。
3. 　請求項１または２において、
   　前記波動発生器（４）は、非円形の外周面（４３）を備えた剛性部材（４４）と、半径方向に撓み可能な外輪（４６）および内輪（４５）を備えたウエーブベアリング（４７）とを備え、前記ウエーブベアリング（４７）が非円形に撓められた状態で前記剛性部材（４４）の前記外周面（４３）に装着されており、
   　前記外輪（４６）の外周面が前記外歯押圧面（４１）であることを特徴とする波動歯車装置（１）。
4. 　波動歯車装置の可撓性外歯歯車（３）であって、
   　半径方向に撓み可能な円筒状胴部（３１）と、当該円筒状胴部（３１）の一方の縁（３２）に連続して半径方向の内方あるいは外方に広がっているダイヤフラム（３３）と、前記円筒状胴部（３１）の他方の開口縁（３５）の側における当該円筒状胴部（３１）の外周面部分に形成した外歯（３６）とを備え、
   　前記円筒状胴部（３１）における外歯形成部分（３７）は、外歯押圧面（４１）によって半径方向の外方に押圧される被押圧部分（３８ａ）と、当該被押圧部分（３８ａ）に対して前記ダイヤフラム（３３）の側に隣接している隣接部分（３８ｂ）と、当該隣接部分（３８ｂ）に形成した溝（３８ｄ）とを備えており、
   　前記溝（３８ｄ）は、前記外歯形成部分（３７）の内周面に沿って、その全周に亘って延びている溝であることを特徴とする波動歯車装置の可撓性外歯歯車（３）。
5. 　請求項４において、
   　歯車中心軸線（１ａ）を含む平面で切断した場合における前記溝（３８ｄ）の断面形状は、凹曲線（３８ｅ）によって規定されていることを特徴とする波動歯車装置の可撓性外歯歯車（３）。

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