WO2014203294A1 - 波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

　中空型の波動歯車ユニット（１）では、カップ形状の可撓性外歯歯車（３）の内側に、波動発生器（４）の中空回転軸（４１）の一方の軸端部（４ｂ）が位置する。軸端部（４ｂ）は、可撓性外歯歯車（３）のボス（３３）に固定した軸受ホルダー（１０）に装着した軸受（１１）によって支持されている。軸受ホルダー（１０）はリテーナー押さえ部（１０７）を備え、波動発生器軸受（４３）のリテーナー（４７）が軸線（１ａ）方向に外れることを防止する。可撓性外歯歯車（３）の内部に、波動発生器軸受（４３）のリテーナー押さえ板を配置する必要がなく、中空型波動歯車ユニット（１）の軸長を短くできる。

Description

波動歯車装置

　本発明は、カップ形状の可撓性外歯歯車を備えた軸長の短い波動歯車装置に関し、特に、軸線方向に貫通する装置中空部を備えた軸長の短い中空型の波動歯車装置に関する。

　軸線方向に貫通する装置中空部を備えた中空型の波動歯車装置としては、カップ形状の可撓性外歯歯車を備えたものが知られている。特許文献１には、カップ形状の可撓性外歯歯車を備えた中空型の波動歯車減速機と中空型のモータが軸線方向に一体形成された構成のアクチュエータが記載されている。

　特許文献１に記載の波動歯車減速機の波動発生器は、中空の回転軸における可撓性外歯歯車の内側に位置する外周面部分に一体形成された楕円状輪郭のカム板（プラグ）と、このカム板の楕円状外周面に装着されたウエーブベアリング（波動発生器軸受）を備えている。また、回転軸には、そのカム板形成部分の隣接位置に、円環状のリテーナー押さえ板が一体形成されている。このリテーナー押さえ板によって、ウエーブベアリングのリテーナーが回転中心軸線の方向に外れないようになっている。さらに、可撓性外歯歯車のボス側に位置する回転軸の軸端部は、ボスに取り付けた軸受ホルダーに装着した軸受によって、外周側から支持されている。

特開２００２－２４３０００号公報

　ここで、カップ形状の可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置として、軸長の短い偏平な波動歯車装置が必要とされる場合がある。特許文献１に開示の波動歯車減速機では、上記のように、可撓性外歯歯車の内側に位置する波動発生器の軸端部（回転軸の軸端部）が、可撓性外歯歯車のボスに取り付けた軸受ホルダーに装着した軸受によって支持されている。可撓性外歯歯車の内部に、軸受ホルダーおよび軸受と、リテーナー押さえ板と、波動発生器とが軸線方向に配置されているので、軸長を短くすることに限界がある。

　リテーナーとして、リテーナー押さえが不要なタイプのリテーナーを使用し、リテーナー押さえ板を省略することが考えられる。しかしながら、この場合には、リテーナーの軸線方向の幅が厚くなり、その分、波動歯車装置の軸長が長くなってしまう。よって、軸長を短くすることが困難である。

　本発明の課題は、このような点に鑑みて、カップ形状の可撓性外歯歯車を備えた軸長の短い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、本発明の波動歯車装置は、
　剛性内歯歯車と、
　前記剛性内歯歯車の内側に配置され、前記剛性内歯歯車にかみ合い可能なカップ形状の可撓性外歯歯車と、
　前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、当該可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて前記剛性内歯歯車に部分的にかみ合わせている波動発生器と、
　前記可撓性外歯歯車のカップ底面の中心部分を規定しているボスと、
　前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記ボスに固定された軸受ホルダーと、
　前記軸受ホルダーに装着され、前記ボスの側に位置する前記波動発生器の軸端部を外周側から回転自在の状態で支持しているボス側軸受と、
　前記軸受ホルダーにおける前記波動発生器の側を向くホルダー端面に形成され、前記波動発生器の波動発生器軸受のリテーナーに対して所定の間隔で対峙するリテーナー押さえ部と、
を有していることを特徴としている。

　本発明の波動歯車装置では、カップ形状の可撓性外歯歯車の内側に位置する波動発生器の軸端部が、可撓性外歯歯車のボスに取り付けた軸受ホルダーに装着したボス側軸受によって支持されている。また、軸受ホルダーは、そのホルダー端面にリテーナー押さえ部が形成され、波動発生器軸受のリテーナー押さえとして機能する。したがって、可撓性外歯歯車の内側において、波動発生器軸受のリテーナー押さえ板を配置する必要がなく、その分、波動歯車装置の軸長を短くすることができる。

　本発明は、その装置軸線方向に貫通する装置中空部を備えた中空型の波動歯車装置に適用することができる。この場合の波動歯車装置では、
　前記波動発生器は、中空回転軸と、当該中空回転軸の外周面に一体形成されたプラグと、当該プラグの楕円状外周面に装着された前記波動発生器軸受とを備え、
　前記波動発生器の前記軸端部は、前記中空回転軸における前記ボスの側に位置するボス側軸端部であり、
　前記可撓性外歯歯車の前記ボスは円環状のボスであり、
　前記軸受ハウジングは、前記ボスの中心貫通穴に固定した円環状のボス固定部を備え、
　前記ボス固定部の中心貫通穴と前記中空回転軸の中空部とが同軸に配列されて、装置軸線方向に貫通する装置中空部が形成される。

　また、本発明の波動歯車装置を波動歯車ユニットとして用いる場合には、本発明の波動歯車装置は、
　前記剛性内歯歯車に固定した第１端板と、
　前記可撓性外歯歯車の前記ボスの外周面に固定した第２端板と、
　前記剛性内歯歯車と前記第２端板を相対回転自在の状態で支持している装置軸受と、
　前記第１端板に形成した中心貫通穴の内周面に装着され、前記中空回転軸における前記ボス側軸端部とは反対側の軸端部を外周側から回転自在の状態で支持している軸受と、
を有している。

　この場合、部品点数の削減、組付け工数の削減等の観点から、前記剛性内歯歯車と前記第１端板を単一の部品から形成し、前記装置軸受の一方の軌道輪と前記第２端板を単一の部品から形成することが望ましい。前記剛性内歯歯車、前記第１端板および前記装置軸受の他方の軌道輪を、単一の部品から形成することもできる。

本発明を適用した中空型波動歯車ユニットの縦断面図である。 図１の一部分を拡大して示す部分拡大断面図である。 図１のIII－III線で切断した部分の横断面図である。 リテーナー押さえを必要としないリテーナーを配置した中空型の波動歯車ユニットを示す半断面図である。 半径方向にシール部材を配置した中空型の波動歯車ユニットを示す半断面図である。

　以下に、図面を参照して、本発明を適用した中空型波動歯車ユニットの実施の形態を説明する。図１は本実施の形態に係る波動歯車ユニットの縦断面図であり、図２はその一部を拡大して示す部分拡大断面図であり、図３は図１のIII－III線で切断した部分の横断面図である。

（全体構成）
　中空型波動歯車ユニット１（以下、単に「波動歯車ユニット１」と称する場合もある。）は、矩形断面をした環状の剛性内歯歯車２を備えている。剛性内歯歯車２の内側には、カップ形状の可撓性外歯歯車３が同軸に配置されている。可撓性外歯歯車３の内側には、可撓性外歯歯車３を楕円状に撓めて剛性内歯歯車２に部分的にかみ合わせている波動発生器４が配置されている。また、波動歯車ユニット１には、その中心部分を軸線１ａの方向に貫通して延びるユニット中空部５が形成されている。

　剛性内歯歯車２における一方の端面２ａには、円盤状の第１ユニット端板６が一体形成されている。これらの部分２、６を別部材として締結固定することも可能である。第１ユニット端板６は軸線１ａに直交する方向に延びている。第１ユニット端板６の中心貫通穴の内周面には第１軸受７が装着され、第１軸受７によって波動発生器４の一方の第１軸端部４ａが回転自在の状態で支持されている。剛性内歯歯車２の他方の端面２ｂの側には、ユニット軸受であるクロスローラーベアリング８が隣接配置されている。

　クロスローラーベアリング８の外輪８ａは剛性内歯歯車２の端面２ｂに一体形成されている。これらの部分２、８ａを別部材として締結固定することも可能である。クロスローラーベアリング８の内輪８ｂにおける剛性内歯歯車２とは反対側の端面には、円盤状の第２ユニット端板９が一体形成されている。これらの部分９、８ｂを別部材として締結固定することも可能である。第２ユニット端板９は、軸線１ａに直交する方向に延び、カップ形状の可撓性外歯歯車３のカップ底面の中心部分を規定している円環状のボス３３の外周面に固定されている。

　可撓性外歯歯車３の内側には、そのボス３３に固定した軸受ホルダー１０が配置されている。軸受ホルダー１０には第２軸受１１が装着されている。第２軸受１１によって、波動発生器４におけるボス３３の側の第２軸端部４ｂが回転自在の状態で支持されている。

　例えば、剛性内歯歯車２が不図示の固定側部材に締結固定され、波動発生器４の第１軸端部４ａが不図示のモータ軸等の高速回転軸に連結され、可撓性外歯歯車３に固定された第２ユニット端板９が不図示の被駆動側部材に締結される。この場合には、剛性内歯歯車２、第１ユニット端板６およびクロスローラーベアリング８の外輪８ａが一体形成されている部品が、波動歯車ユニット１の固定側のユニットハウジング１２になる。また、クロスローラーベアリング８の内輪８ｂおよび第２ユニット端板９が一体形成されている部品が、波動歯車ユニット１の回転側のユニットハウジング１３になる。

　波動発生器４を回転すると、剛性内歯歯車２の内歯２ｃに対する可撓性外歯歯車３の外歯３ａのかみ合い位置が周方向に移動する。剛性内歯歯車２の歯数に対して可撓性外歯歯車３の歯数は２ｎ枚（ｎ：正の整数）、通常は２枚（ｎ＝１）少ない。したがって、かみ合い位置が周方向に移動すると、歯数差に応じた相対回転が両歯車２、３に発生する。歯数差に応じて減速された減速回転が、可撓性外歯歯車３から第２ユニット端板９を介して、不図示の被駆動側部材に出力される。

　次に、各部の構成を更に詳しく説明する。まず、波動発生器４は、中空回転軸４１と、この中空回転軸４１の外周面に一体形成した楕円状輪郭の一定幅のプラグ４２と、このプラグ４２の楕円状外周面に装着した波動発生器軸受４３とを備えている。中空回転軸４１の中空部が、波動発生器４を軸線１ａの方向に貫通して延びる円形断面の波動発生器側中空部５ａを規定している。また、中空回転軸４１の一方の軸端部が波動発生器４の第１軸端部４ａであり、他方の軸端部が波動発生器４の第２軸端部４ｂである。第２軸端部４ｂは可撓性外歯歯車３のボス３３の側に位置するボス側軸端部である。

　波動発生器軸受４３は、半径方向に撓み可能な内輪４４および外輪４５を備えている。内外輪４４、４５の間の円環状の軌道に、複数個のボール４６が転動自在の状態で挿入されている。ボール４６は、円環状のリテーナー４７によって円周方向に一定の角度間隔で保持されている。リテーナー４７は、環状板４７ａと、この環状板４７ａの端面から一定の角度間隔で垂直（軸線１ａの方向）に延びる仕切板４７ｂとを備えている。隣接する仕切板４７ｂの間に、各ボール４６のポケットが形成されている。リテーナー４７は、第２ユニット端板９の側から、軸線１ａの方向に沿って、内外輪４４、４５の間に装着されている。

　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、この円筒状胴部３１の一方の端から半径方向の内側に延びている円盤状のダイヤフラム３２と、このダイヤフラム３２の内周縁に形成した円環状のボス３３とを備えている。円筒状胴部３１の他方の開口端の外周面部分に、外歯３ａが形成されている。ボス３３は第２ユニット端板９の円形内周面に、圧入、接着、溶接等により隙間の無い状態で固定されている。ボス３３の円形の中心貫通穴には、第２ユニット端板９とは反対側から軸受ホルダー１０が、圧入、接着、溶接等により隙間の状態で固定されている。

（軸受ホルダー）
　軸受ホルダー１０は、円環状のボス固定部１０１（フランジ部）と、ボス固定部１０１から半径方向の外方に延びている薄い厚さの円盤状の板ばね部１０２と、板ばね部１０２の外周縁部から第１ユニット端板６の方向に向けて軸線方向に延びる円環状のホルダー本体部１０３とを備えている。ボス固定部１０１は、ボス３３の円形内周面３４に固定されている挿入部１０４と、ボス３３の内側の円環状端面３５に沿って延びる円環部１０５とを備えたＬ形断面形状をしている。ホルダー本体部１０３の内側に第２軸受１１が保持されている。これらのボス固定部１０１、板ばね部１０２およびホルダー本体部１０３は単一部材からなる一体形成品である。板ばね部１０２は、ホルダー本体部１０３を軸線１ａの方向に付勢可能なばね性を備えている。

　図２に示すように、ホルダー本体部１０３には外輪装着用の円形内周面１０３ａが形成されている。円形内周面１０３ａにおける第２ユニット端板９の側の端には、軸線１ａに直交する一定幅の円環状段面からなる外輪受け面１０３ｂが形成されている。外輪受け面１０３ｂは第１ユニット端板６の側を向く面である。円形内周面１０３ａには第２軸受１１の外輪１１ａが装着され、その円環状端面が外輪受け面１０３ｂに当接する。板ばね部１０２は軸線１ａに直交する方向に延びている。また、板ばね部１０２は、ホルダー本体部１０３における外輪受け面１０３ｂよりも第２ユニット端板９の側の端部と、ボス固定部１０１の円環部１０５の外周面との間を繋いでいる。

　一方、中空回転軸４１の第２軸端部４ｂの円形外周面には内輪装着用の円形外周面４ｃが形成されている。円形外周面４ｃにおける第１軸端部４ａの側の端には、軸線１ａに直交する一定幅の円環状段面からなる内輪受け面４ｄが形成されている。内輪受け面４ｄは、第２ユニット端板９の側を向く面である。円形外周面４ｃには第２軸受１１の内輪１１ｂが装着され、その円環状端面が内輪受け面４ｄに当接する。

　板ばね部１０２は、第２軸受１１が装着された状態において、僅かに、軸線１ａに沿って第２ユニット端板９の側に変位した状態となる。板ばね部１０２の軸線方向への弾性復帰力によって、第２軸受１１には、軸線方向（内輪１１ｂが内輪受け面４ｄに押し付けられる方向）に、予圧が付与された状態になる。

　このように、中空回転軸４１の第２軸端部４ｂを回転自在の状態で支持する軸受機構は、予圧機能を備えた軸受ホルダー１０を用いて構成されている。第２軸受１１に予圧を与える部品を配置する必要がない。予圧機能を備えた軸受機構を少ない部品点数で構成でき、その軸線方向の設置スペースも少なくて済む。よって、本例の軸受機構を用いれば、中空型の波動歯車ユニット１の軸長を短くすることができる。

　次に、軸受ホルダー１０は予圧機能に加えて、波動発生器軸受４３のリテーナー押さえ機能も備わっている。すなわち、図２から分かるように、軸受ホルダー１０のホルダー本体部１０３は、波動発生器軸受４３の側を向く円環状のホルダー端面１０６を備えている。ホルダー端面１０６は、波動発生器軸受４３のリテーナー４７の環状板４７ａに対して軸線１ａの方向から対峙する位置に形成されている。このホルダー端面１０６における外周側の部位には、リテーナー４７の側に僅かに突出した円環状突部１０７が形成されている。円環状突部１０７は微小な間隔でリテーナー４７の環状板４７ａの端面に対峙している。

　リテーナー４７が内外輪４４、４５の間から、軸線１ａの方向に外れようとすると、当該円環状突部１０７に当る。円環状突部１０７はリテーナー押さえ部として機能する。可撓性外歯歯車３の内側に、波動発生器軸受４３のリテーナー押さえ板を配置する必要がない。よって、中空型の波動歯車ユニット１の軸長を短くできる。

　ここで、中空型波動歯車ユニット１に、リテーナー押さえ板を必要としないリテーナーを用いることが考えられる。図４に示すように、この場合のリテーナー４７Ａは、ボール４６の両側に位置する環状板４７ｃ、４７ｄを備え、これらの間に仕切板４７ｅが形成されている。したがって、軸線１ａの方向において、波動発生器４と第１ユニット端板６との間に環状板４７ｄを配置するスペースＬを確保する必要がある。このスペースが必要な分、中空型の波動歯車ユニット１の軸長が長くなってしまうので好ましくない。

（中空部のシール機構）
　再び、図１、図２を参照して説明する。ユニット中空部５は、波動発生器４の中空回転軸４１の中空部によって規定される波動発生器側中空部５ａと、可撓性外歯歯車３のボス３３に固定した軸受ホルダー１０の挿入部１０４の中心貫通穴によって規定されるボス側中空部５ｂから構成される。したがって、ユニット中空部５の内周面には円環状の隙間ができる。この隙間は、Ｖ形断面をした円環状のシール部材１４によってシールされている。

　シール部材１４は、軸受ホルダー１０のボス固定部１０１と波動発生器４の第２軸端部４ｂとの間に形成した隙間１５に装着されている。隙間１５は、ユニット中空部５の円形内周面に開口する微小幅の円環状の隙間部分１５ａと、この外周側に形成されている広幅の円環状の隙間部分１５ｂとを備えている。隙間部分１５ｂに円環状のシール部材１４が装着されている。これにより、隙間１５がシールされ、ユニット中空部５に潤滑オイル等が漏れ出ないようになっている。

　微小幅の隙間部分１５ａと広幅の隙間部分１５ｂを備えた隙間１５は次のようにして形成されている。波動発生器４の側を向く軸受ホルダー１０の端面部分１０８（ボス側端面）は軸線１ａに直交する平坦な端面である。この端面部分１０８に対峙する波動発生器４の側の端面は、第２軸端部４ｂの軸端面４８である。この軸端面４８は、円環状の内周側端面４８ａと、軸受ホルダー１０の端面部分１０８に対して内周側端面４８ａよりも軸線１ａの方向に後退した円環状の外周側端面４８ｂとを備えている。外周側端面４８ｂと、軸受ホルダー１０の端面部分１０８との間が広幅の円環状の隙間部分１５ｂとなっている。内側の内周側端面４８ａと端面部分１０８との間が微小幅の隙間部分１５ａとなっている。

　このように、中空回転軸４１の第２軸端部４ｂの軸端面４８が段状に形成され、内周側端面４８ａに対して外周側端面４８ｂが軸線１ａの方向に後退している。これにより、外周側端面４８ｂと、これに対峙している軸受ホルダー１０の側の端面部分１０８との間に、シール部材装着用の広幅の隙間部分１５ｂが形成される。したがって、シール部材１４を、軸線１ａの方向に沿って、ボス固定部１０１と波動発生器側の中空回転軸４１との間に配置することができる。

　ここで、図５に示すように、シール部材１４Ａを、ボス固定部１０１の挿入部１０４の内周面１０９と、この内側に挿入した中空回転軸４１の軸端部４ｂの外周面部分４１Ａとの間に装着することが考えられる。すなわち、シール部材１４Ａを、半径方向に沿って、ボス固定部１０１の挿入部１０４と波動発生器側の中空回転軸４１の軸端部４ｂとの間に配置する。半径方向にシール部材１４Ａを配置すると、ユニット中空部５Ａの内径が、ボス固定部１０１の挿入部１０４の内側に挿入される中空回転軸４１の中空径によって規定される。よって、大きな内径のユニット中空部を形成するには適さない。これに対して、図１～図３に示す本例の波動歯車ユニット１によれば、このような弊害を解消でき、大きな内径のユニット中空部５を形成可能である。

　また、本例では、図１、図２に示すように、第２軸受１１の内輪１１ｂの内側に入り込む状態にシール部材装着用の隙間部分１５ｂが形成されている。したがって、図５に示す半径方向にシール部材１４を配置する場合と同様なユニット軸長のままで、シール部材１４を配置できる。よって、本例によれば、カップ形状の可撓性外歯歯車３を用いて、大きなユニット中空部５を備えた軸長の短い中空型波動歯車ユニット１を実現できる。

　なお、本例では、図１に示すように、第１ユニット端板６の内周面と第１軸端部４ａの外周面の間の隙間は、第１軸受７の外側の部位に装着した第１オイルシール１６によってシールされている。また、第２ユニット端板９の側において、クロスローラーベアリング８の内輪８ｂと外輪８ａの隙間は、円環状の第２オイルシール１７によってシールされている。

Claims (4)

1. 　剛性内歯歯車（２）と、
   　前記剛性内歯歯車（２）の内側に配置され、前記剛性内歯歯車（２）にかみ合い可能なカップ形状の可撓性外歯歯車（３）と、
   　前記可撓性外歯歯車（３）の内側に配置され、当該可撓性外歯歯車（３）を楕円状に撓めて前記剛性内歯歯車（２）に部分的にかみ合わせている波動発生器（４）と、
   　前記可撓性外歯歯車（３）のカップ底面の中心部分を規定しているボス（３３）と、
   　前記可撓性外歯歯車（３）の内側に配置され、前記ボス（３３）に固定された軸受ホルダー（１０）と、
   　前記軸受ホルダー（１０）に装着され、前記波動発生器（４）における前記ボス（３３）の側の軸端部（４ｂ）を外周側から回転自在の状態で支持しているボス側軸受（１１）と、
   　前記軸受ホルダー（１０）における前記波動発生器（４）の側を向くホルダー端面（１０６）に形成され、前記波動発生器（４）の波動発生器軸受（４３）のリテーナー（４７）に対して所定の間隔で対峙するリテーナー押さえ部（１０７）と、
   を有していることを特徴とする波動歯車装置（１）。
2. 　前記波動発生器（４）は、中空回転軸（４１）と、当該中空回転軸（４１）の外周面に一体形成されたプラグ（４２）と、当該プラグ（４２）の楕円状外周面に装着された前記波動発生器軸受（４３）とを備え、
   　前記波動発生器（４）の前記軸端部（４ｂ）は、前記中空回転軸（４１）における前記ボス（３３）の側のボス側軸端部であり、
   　前記可撓性外歯歯車（３）の前記ボス（３３）は円環状のボスであり、
   　前記軸受ホルダー（１０）は、前記ボス（３３）の中心貫通穴に固定した円環状のボス固定部（１０１）を備え、
   　前記ボス固定部（１０１）の中心貫通穴と前記中空回転軸（４１）の中空部とが同軸に配列されて、装置軸線（１ａ）方向に貫通する装置中空部（５）が形成されている請求項１に記載の波動歯車装置（１）。
3. 　前記剛性内歯歯車（２）に固定した第１端板（６）と、
   　前記可撓性外歯歯車（３）の前記ボス（３３）に固定した第２端板（９）と、
   　前記剛性内歯歯車（２）と前記第２端板（９）を相対回転自在の状態で支持している装置軸受（８）と、
   　前記第１端板（６）に形成した中心貫通穴の内周面に装着され、前記中空回転軸（４１）における前記ボス側軸端部（４ｂ）とは反対側の軸端部（４ａ）を外周側から回転自在の状態で支持している軸受（７）と、
   を有している請求項２に記載の波動歯車装置（１）。
4. 　前記剛性内歯歯車（２）と前記第１端板（６）は単一の部品からなり、
   　前記装置軸受（８）の一方の軌道輪（８ｂ）と前記第２端板（９）は単一の部品からなる請求項３に記載の波動歯車装置（１）。

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