WO2017056192A1 - 滑り接触タイプの波動発生器、波動歯車装置および波動発生方法 - Google Patents

滑り接触タイプの波動発生器、波動歯車装置および波動発生方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a wave gear device, and in particular, an external gear that can be bent in a radial direction is bent into a non-circular diameter such as an ellipse and partially meshed with a rigid internal gear, and the external gear is rotated with rotation.
  • the present invention relates to a wave generator and a wave generation method for a wave gear device that move a meshing position of a gear and an internal gear in a circumferential direction.
  • a wave generator of a wave gear device generally generates a wave in an external gear by rolling a rolling element such as a ball or a roller on the outer peripheral side of an elliptical plug (rolling contact type wave generation).
  • the rolling contact type wave generator includes a rolling bearing mounted between an elliptical outer peripheral surface of a rigid plug and an inner peripheral surface of a flexible external gear.
  • the wave generator rotates in a rolling contact state with respect to the inner peripheral surface of the external gear, and vibrates each portion in the circumferential direction of the external gear with a constant amplitude in the radial direction.
  • Such a wave generator is used in, for example, the flat type wave gear device described in Patent Document 1 and the cup type and top hat type wave gear device described in Patent Document 2.
  • a wave generator an elliptical plug that is in direct contact with the inner peripheral surface of the external gear is slid along the inner peripheral surface to generate a wave in the outer gear (hereinafter referred to as “slip”). It is conceivable to use a “contact type wave generator”. Compared with rolling contact type wave generators, sliding contact type wave generators have less viscous resistance due to rotation, and the input torque hardly changes even when the input rotational speed increases. good. However, the sliding contact type wave generator has a problem that the rotational torque for generating the wave is large.
  • a three-dimensional bending state called “corning” occurs in the cup-shaped or top-hat shaped external gear.
  • the elliptical outer peripheral surface of the plug of the wave generator is in a single-contact state with respect to the inner peripheral surface of the external gear. This causes the rotational torque of the wave generator to increase.
  • the cup-shaped external gear 100 includes a cylindrical body 101 that can be bent in the radial direction, external teeth 103 formed on the outer peripheral surface on the opening end 102 side, and a cylindrical body.
  • a diaphragm 104 extending inward from the other end of the portion 101 and a disk-like or annular boss 105 continuing to the inner peripheral edge of the diaphragm 104 are provided.
  • the diaphragm body 104 Since the external tooth forming portion of the cylindrical body 101 is bent elliptically by the wave generator 110 having an elliptical outline, the diaphragm body 104 is directed from the diaphragm 104 side toward the opening end 102 and from the diaphragm 104 side. The amount of bending in the radial direction gradually increases according to the distance.
  • the elliptical long-axis cross section bends outward as shown in FIG. 6 (b), and the short-axis cross-section narrows inward as shown in FIG. 6 (d). Bend.
  • the external tooth forming portion of the external gear 100 is repeatedly bent in the radial direction as described above. This bending state is called “corning” of the external gear 100.
  • the inner peripheral surface 106 of the external tooth forming portion is in a one-sided state at the diaphragm side with respect to the plug outer peripheral surface 111 at the elliptical long axis position, and is open at the short axis position.
  • the end on the end 102 side is in a single-contact state, and only in the middle of these, as shown in FIG. Due to such contact, the rotational torque of the wave generator 110 increases.
  • the problem of the present invention is that a sliding contact type wave generator capable of generating a wave in an external gear with a small rotational torque, a wave gear device including the wave generator, And providing a wave generation method.
  • Another object of the present invention is to generate a sliding contact type wave that can eliminate the one-side contact state of the outer peripheral surface of the plug with respect to the cup-shaped or top-hat shaped external gear and generate a wave in the external gear with a small rotational torque.
  • a wave gear device including the wave generator, and a wave generation method.
  • a radially deflectable external gear is bent into a non-circular shape, for example, an ellipse, and partially meshed with a rigid internal gear, and the meshing position of the external gear and the internal gear is changed with rotation.
  • a wave generator of a wave gear device that moves in a circumferential direction
  • a wave generator bearing mounted on the outer peripheral surface and deflected in a non-circular, e.g.
  • the wave generator bearing includes an inner ring, an outer ring, and an annular body mounted in a sliding contact state between the inner ring and the outer ring,
  • the annular body is made of an endless coil spring, has a rigidity capable of maintaining a constant distance between the inner ring and the outer ring, and a flexibility in the radial direction of the annular body that can bend in a non-circular shape such as an ellipse following the inner ring. It is characterized by having.
  • the outer ring Since the annular body of the wave generator bearing has rigidity capable of maintaining a constant distance between the inner ring and the outer ring, the outer ring is also bent into an elliptical shape corresponding to the elliptical outer peripheral surface of the wave generator plug.
  • the wave generator plug is rotated by a motor or the like. Since the inner ring side sliding contact surface between the annular body and the inner ring is located radially inside than the outer ring side sliding contact surface between the annular body and the outer ring, the frictional resistance generated on the inner ring side sliding contact surface is more It is smaller than the frictional resistance generated on the outer ring side sliding contact surface. Therefore, when the wave generator plug rotates, slip occurs between the annular body and the inner ring on the inner ring side sliding contact surface. Therefore, the wave generator with a smaller rotational torque than the position in the radial direction outside the sliding contact surface on the outer ring side, that is, the case where the wave generator plug is in direct sliding contact with the inner peripheral surface of the outer gear
  • the outer peripheral surface of the inner ring includes an inner ring raceway surface having a concave arc-shaped cross section in which the outer peripheral surface portion of the annular body is in sliding contact, and the inner peripheral surface of the outer ring is an inner peripheral surface of the annular body.
  • An outer ring raceway surface having a concave arc-shaped cross section in which the portion is in sliding contact is provided.
  • the distance from the rotation center of the wave generator to the sliding contact surface between the annular body and the inner ring can be shortened.
  • Rotational torque can be reduced.
  • an annular body made of an endless coil spring having a coil winding diameter larger than the width of the inner and outer rings can be used.
  • the wave generator bearing may include a plurality of annular bodies mounted between the inner ring and the outer ring.
  • the inner ring of the wave generator bearing can be integrally formed on the non-circular outer peripheral surface of the wave generator plug.
  • the outer ring of the wave generator bearing can be integrally formed on the inner peripheral surface of the external gear.
  • the wave generator of the wave gear device of the present invention is A rigid wave generator plug with a non-circular outer periphery; An annular body mounted on the non-circular outer peripheral surface so as to be in sliding contact; Have The annular body is made of an endless coil spring and has a predetermined rigidity capable of maintaining a constant coil winding diameter. In the radial direction of the annular body, the annular body can be bent into a non-circular shape corresponding to the non-circular outer peripheral surface. It is characterized by having flexibility.
  • a raceway surface on which the annular body is in sliding contact is formed on the non-circular outer peripheral surface.
  • the coil winding diameter of the annular body can be made larger than the width dimension of the non-circular outer peripheral surface.
  • the wave gear device of the present invention is characterized by having the wave generator having the above-described configuration. Although it is a sliding contact type wave generator, it is possible to generate a wave in the external gear with a small rotational torque.
  • the present invention is suitable for use in a wave gear device having a cup-shaped or top hat-shaped external gear.
  • the outer ring of the wave generator bearing can swing around the annular body. Therefore, it is possible to avoid or alleviate that the outer ring hits the inner peripheral surface of the external tooth forming portion of the external gear, and to suppress an increase in rotational torque due to coning.
  • a wave generation method for a wave gear device to be generated in a gear A rigid wave generator plug having a non-circular outer peripheral surface is sandwiched between wave generator bearings, fitted into the inner peripheral surface of the outer gear, and the outer gear is bent into a non-circular shape,
  • the wave generator bearing comprises an inner ring, an outer ring, and an annular body composed of an endless coil spring mounted in a sliding contact state between the inner ring and the outer ring, The wave generator plug is rotated to form a sliding contact state between the inner ring and the annular body, and the wave is generated in the outer gear.
  • the wave generating method of the wave gear device of the present invention is: A rigid wave generator plug having a non-circular outer peripheral surface is sandwiched between annular bodies made of endless coil springs, fitted into the inner peripheral surface of the outer gear, and the outer gear is bent into a non-circular shape, The wave generator plug is rotated to form a sliding contact state between the non-circular outer peripheral surface and the annular body, thereby generating the wave in the external gear.
  • FIG. 1A is a schematic front view and a schematic longitudinal sectional view showing a cup-type wave gear device according to the present embodiment.
  • the wave gear device 1 includes a rigid internal gear 2, a flexible external gear 3 coaxially disposed on the inside thereof, and a wave generator 4 having an elliptical profile fitted inside the inside.
  • the external gear 3 has a cup shape, a cylindrical body 11 that can be bent in the radial direction, a diaphragm 12 that extends radially inward from the rear end of the cylindrical body 11, and an inner peripheral edge of the diaphragm 12.
  • a continuous annular boss 13 having rigidity and external teeth 14 formed on the outer peripheral surface portion of the cylindrical body 11 on the opening end side are provided.
  • the wave generator 4 is fitted inside the external tooth forming portion of the external gear 3 where the external teeth 14 are formed, and the external tooth forming portion is bent in an elliptical shape.
  • the external teeth 14 mesh with the internal teeth 15 of the internal gear 2 on the long axis 5 of the external tooth forming portion bent in an elliptical shape.
  • the wave generator 4 is rotated by a motor (not shown) or the like, the meshing position of both gears 2 and 3 moves in the circumferential direction. In other words, each part of the external gear forming portion of the external gear 3 vibrates in the radial direction in two cycles per rotation of the wave generator.
  • FIG. 2 (a) and 2 (b) are a partial front view and a partial cross-sectional view showing the wave generator 4.
  • FIG. The wave generator 4 includes a rigid wave generator plug 21 and a wave generator bearing 23 fixed to an elliptical outer peripheral surface 22 of the wave generator plug 21.
  • the initial shape of the wave generator bearing 23 is a perfect circle, but is bent by the wave generator plug 21 into an elliptical shape as a whole.
  • the wave generator bearing 23 includes an inner ring 24 that is press-fitted and fixed to the outer peripheral surface 22 of the wave generator plug 21, an outer ring 25 that contacts the inner peripheral surface 16 (see FIG. 1) of the outer gear 3, and the inner and outer rings 24. , 25 and an annular body 26 mounted between them.
  • An inner ring raceway surface 24 a made up of an arcuate recess is formed on the outer circumferential surface of the inner ring 24, and an outer ring raceway surface 25 a made up of an arcuate recess is formed on the inner circumferential surface of the outer ring 25.
  • An annular body 26 is arranged in sliding contact with the inner ring raceway surface 24a and the outer ring raceway surface 25a.
  • the annular body 26 is composed of an endless coil spring in which both ends of a coil spring 27 are connected as shown in FIG.
  • the annular body 26 substantially functions as a rigid body in the coil winding radial direction indicated by the arrow 28 in this figure.
  • the annular body 26 functions as a flexible body having a predetermined flexibility in the radial direction as a whole. Therefore, the distance between the inner ring 24 and the outer ring 25 on both sides of the annular body 26 is kept constant in each circumferential portion.
  • the wave generator bearing 23 is bent in an elliptical shape as a whole by the wave generator plug 21.
  • the mechanical characteristics of the annular body 26 are set by changing the material of the coil spring 27, the inner diameter D1, the coil winding diameter D2, the wire diameter D3, and the number of turns of the annular body 26.
  • the rigidity in the coil winding diameter direction (the direction of the arrow 28) can be increased by increasing the number of turns of the coil spring 27 (by increasing the winding density).
  • the maximum value is a state in which the coil windings on the inner peripheral side of the annular body 26 are in close contact with each other.
  • the annular body 26 is easily deformed in the radial direction and easily bent due to uniform stress from the inner and outer peripheral sides. In addition, sufficient rigidity in the coil winding diameter direction is required. Therefore, the annular body 26 is designed in consideration of these. For example, it is desirable to use a garter spring, a diagonally wound radial spring or the like in which both ends of a coil spring are connected to form a ring.
  • the wave generator 4 is assembled as follows. First, an annular body 26 made of an endless coil spring is mounted between the inner ring 24 and the outer ring 25 in a perfect circle state, and the wave generator bearing 23 is assembled. Next, the wave generator plug 21 having an elliptical contour is mounted and fixed inside the inner ring 24 of the wave generator bearing 23. When the wave generator plug 21 is attached, the wave generator bearing 23 is bent in an elliptical shape as a whole, and the outer peripheral surface 29 of the outer ring 25 becomes an elliptical shape corresponding to the elliptical shape of the wave generator plug 21.
  • each coil winding portion of the annular body 26 made of an endless coil spring has many points in the circumferential direction with respect to the inner ring raceway surface 24 a and the outer ring raceway surface 25 a of the inner and outer rings 24 and 25. Contact with.
  • a motor not shown
  • slip occurs between the annular body 26 and the inner ring raceway surface 24a, and the wave generator 4 is rotated by a small rotational torque to cause the external gear 3 to wave. Can be generated.
  • the sliding contact surface of the wave generator bearing 23 is between the inner ring raceway surface 24a and the inner peripheral side portion of the annular body 26, and between the outer ring raceway surface 25a and the annular body 26. It is between the outer peripheral side parts.
  • the distance from the rotation center O to the outer ring raceway surface 25a is radius r0
  • the distance from the rotation center O to the inner ring raceway surface 24a is radius r1
  • the friction coefficient of each sliding contact surface is ⁇
  • the radial load acting on the major axis position is P.
  • T1 2 ⁇ r1 ⁇ ⁇ ⁇ P
  • the ball diameter D5 is larger than the width of the inner and outer rings 44, 45. Is small.
  • the upper limit is limited by the raceway radii of the inner and outer rings 24 and 25, but as shown in FIG.
  • An annular body 26 made of an endless coil spring having a larger coil diameter D2 can be used. As a result, the radius r1 can be greatly reduced, so that the rotational torque can be greatly reduced.
  • the followability of the external gear 3 to the coning is also improved.
  • the outer ring 25 of the wave generator bearing 23 is supported by an annular body 26 made of an endless coil spring, so that the annular body 26 follows the coning shape of the external gear 3. It can swing as a center. Thereby, a rotational torque can be reduced and the partial wear resulting from a piece contact can be reduced.
  • FIG. 4A is a graph showing an example of test results showing the influence of coning on running torque in different types of sliding contact type wave generators.
  • FIGS. 4B, 4C and 4D are explanatory views showing a sliding contact type wave generator used in the test.
  • the broken line connecting the points indicated by “x” uses a general rolling contact type (ball bearing type) wave generator (W / G) in a cup-type wave gear device. Represents the change in running torque (rotational torque) with respect to the input rotational speed.
  • the points indicated by squares are the measurement results when the elliptical outer peripheral surface of the plug (W / P) is in direct sliding contact with the inner peripheral surface of the external gear as shown in FIG.
  • the point indicated by the triangle is when the elliptical outer peripheral surface of the plug is in direct sliding contact with the inner peripheral surface of the external gear as shown in FIG. 4 (c). It is a measurement result when sex is given.
  • the points indicated by circles are the measurement results when the rolling contact type wave generator bearing (ball bearing) is locked so as not to roll with an adhesive to make the sliding contact type as shown in FIG. 4 (d). .
  • the wave generator of the present invention has followability to the coning shape of the external gear (see FIG. 2D), as in the configuration shown in FIG. 4D, FIGS. It can be seen that the increase in rotational torque caused by coning can be suppressed as compared to the sliding contact type wave generator shown in FIG.
  • the wave generator 4 includes one annular body, but a plurality of annular bodies may be used.
  • a flat wave gear device 1A for example, a cylindrical flexible external gear 3A is arranged inside two rigid internal gears 2A and 2B, and a wave A generator 4A is arranged.
  • the first annular body 26A is disposed at a position corresponding to the engagement center between the internal gear 2A and the external gear 3A
  • the second annular body 26B is disposed at a position corresponding to the engagement center between the internal gear 2B and the external gear 3A. Can be arranged.
  • the wave generator bearing 23 of the wave generator 4 includes an inner ring 24 and an outer ring 25. It is also possible to integrally form the inner ring 24 on the elliptical outer peripheral surface 22 of the wave generator plug 21. Similarly, the outer ring 25 can be integrally formed on the inner peripheral surface of the external gear 3.
  • the external gear is bent into an elliptical shape using a wave generator having an elliptical outline, and meshed with the internal gear at two positions in the circumferential direction. It is also possible to make the contour shape of the wave generator non-circular, such as a three-lobe shape, and mesh the external gear with the internal gear at three or more positions.
  • the difference in the number of teeth between the external gear and the internal gear is kn (n is a positive integer) where k is the meshing location (k is an integer of 2 or more).

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Abstract

　波動歯車装置（１）の波動発生器（４）は、楕円状輪郭の波動発生器プラグ（２１）と、波動発生器ベアリング（２３）とを備えている。波動発生器ベアリング（２３）は、内外輪（２４、２５）の間に、滑り接触状態で装着されている環状体（２６）を備えている。環状体（２６）はエンドレスコイルばねからなり内外輪（２４、２５）の間隔を一定に保持可能な剛性を備えている。また、環状体（２６）は、波動発生器プラグ（１１）によって楕円状に撓めることができるように、全体として半径方向への所定の可撓性とを備えている。波動発生器プラグ（２１）が回転すると、環状体（２６）と内輪（２４）との間に滑りが生じるので、小さな回転トルクで外歯車（３）に波動を発生させることができる。

Description

滑り接触タイプの波動発生器、波動歯車装置および波動発生方法
　本発明は波動歯車装置に関し、特に、半径方向に撓み可能な外歯車を、楕円状等の非円径に撓めて剛性の内歯車に対して部分的にかみ合わせ、回転に伴って、外歯車と内歯車のかみ合い位置を円周方向に移動させる、波動歯車装置の波動発生器および波動発生方法に関する。
　波動歯車装置の波動発生器は、一般的に、楕円状のプラグの外周側において、ボール、コロ等の転動体を転動させて、外歯車に波動を発生するタイプ（転がり接触タイプの波動発生器）が主流である。転がり接触タイプの波動発生器は、剛体であるプラグの楕円状外周面と可撓性の外歯車の内周面との間に装着される転がり軸受を備えている。波動発生器は外歯車の内周面に対して転がり接触状態で回転して、外歯車の円周方向の各部分を半径方向に一定の振幅で振動させる。このような波動発生器は例えば特許文献１に記載のフラット型の波動歯車装置、特許文献２に記載のカップ型およびシルクハット型の波動歯車装置に用いられている。
特開２００８－１８０２５９号公報 特開２００６－９７８６１号公報
　ここで、波動発生器として、外歯車の内周面に直接、接触している楕円状のプラグを、当該内周面に沿って滑らせて外歯車に波動を発生させるタイプ（以下、「滑り接触タイプの波動発生器」と呼ぶ。）を用いることが考えられる。滑り接触タイプの波動発生器は、転がり接触タイプの波動発生器と比較して、回転による粘性抵抗が小さく、入力回転数が増加しても入力トルクは殆ど変化しないので、高速回転時の効率が良い。しかしながら、滑り接触タイプの波動発生器には、波動を発生させるための回転トルクが大きいという課題がある。
　また、カップ型、シルクハット型の波動歯車装置は、カップ形状あるいはシルクハット形状の外歯車に、コーニングと呼ばれる三次元の撓み状態が発生する。このような波動歯車装置に滑り接触タイプの波動発生器を用いた場合には、外歯車の内周面に対して波動発生器のプラグの楕円状外周面が片当り状態になる。これが原因となって、波動発生器の回転トルクが増加してしまう。
　図６を参照してカップ形状の外歯車のコーニングを説明する。カップ形状の外歯車１００は、図６（ａ）に示すように、半径方向に撓み可能な円筒状胴部１０１と、この開口端１０２側の外周面に形成した外歯１０３と、円筒状胴部１０１の他方の端から内側に延びるダイヤフラム１０４と、ダイヤフラム１０４の内周縁に連続している円盤状あるいは円環状のボス１０５とを備えている。円筒状胴部１０１の外歯形成部分が楕円状輪郭の波動発生器１１０によって楕円状に撓められるので、円筒状胴部１０１のダイヤフラム１０４側から開口端１０２に向けて、ダイヤフラム１０４側からの距離に応じて半径方向の撓み量が漸増する。
　外歯形成部分では、楕円形状の長軸断面では、図６（ｂ）に示すように、外に開くように撓み、短軸断面では、図６（ｄ）に示すように、内側に窄まるように撓む。波動発生器１１０の回転に伴って、外歯車１００の外歯形成部分は上記のように繰り返し半径方向に撓められる。この撓み状態を外歯車１００のコーニングと呼んでいる。
　外歯車１００のコーニングによって、外歯形成部分の内周面１０６は、楕円形状の長軸位置では、プラグ外周面１１１に対して、ダイヤフラム側の端が片当たり状態となり、短軸位置では、開口端１０２側の端が片当たり状態になり、これらの中間においてのみ、図６（ｃ）に示すように、プラグ外周面１１１に均等に当接した状態になる。このような片当たりに起因して、波動発生器１１０の回転トルクが増加する。
　本発明の課題は、このような点に鑑みて、小さな回転トルクで外歯車に波動を発生させることができるようにした滑り接触タイプの波動発生器、当該波動発生器を備えた波動歯車装置、および波動発生方法を提供することにある。
　また、本発明の課題は、カップ形状、シルクハット形状の外歯車に対するプラグ外周面の片当たり状態を解消して、小さな回転トルクで外歯車に波動を発生させることのできる滑り接触タイプの波動発生器、当該波動発生器を備えた波動歯車装置、および波動発生方法を提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明は、
　半径方向に撓み可能な外歯車を、非円形状、例えば、楕円状に撓めて剛性の内歯車に対して部分的にかみ合わせ、回転に伴って、前記外歯車と前記内歯車のかみ合い位置を円周方向に移動させる、波動歯車装置の波動発生器であって、
　非円形、例えば楕円状の外周面を備えた剛性の波動発生器プラグと、
　前記外周面に装着されて非円形、例えば楕円状に撓められている波動発生器ベアリングと、
を有し、
　前記波動発生器ベアリングは、内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に、滑り接触状態で装着されている環状体とを備え、
　前記環状体はエンドレスコイルばねからなり、前記内輪と前記外輪の間隔を一定に保持可能な剛性と、前記内輪に追従して非円形、例えば楕円状に撓み可能な環状体半径方向の可撓性とを備えていることを特徴としている。
　波動発生器ベアリングの環状体は内輪と外輪の間隔を一定に保持可能な剛性を備えているので、外輪も波動発生器プラグの楕円状の外周面に対応した楕円形状に撓められている。波動発生器プラグはモータ等によって回転駆動される。環状体と内輪の間の内輪側滑り接触面は、環状体と外輪の間の外輪側滑り接触面よりも半径方向の内側に位置するので、内輪側滑り接触面に生じる摩擦抵抗の方が、外輪側滑り接触面に生じる摩擦抵抗よりも小さい。よって、波動発生器プラグが回転すると、内輪側滑り接触面において、環状体と内輪の間に滑りが生じる。したがって、外輪側滑り接触面よりも半径方向の外側の位置、すなわち、波動発生器プラグが直接に、外歯車の内周面に滑り接触している場合に比べて、小さな回転トルクで波動発生器を回転させることができる。
　波動発生器によって非円形に撓められた内歯車にかみ合っている外歯車においては、波動発生器プラグの回転により、内歯車とのかみ合い位置が円周方向に移動する。これにより、両歯車の歯数差に応じた相対回転が両歯車の間に生じる。例えば、波動発生器プラグに入力された高速回転が大幅に減速されて、一方の歯車から取り出される。
　本発明において、前記内輪の外周面は、前記環状体の外周面部分が滑り接触している凹円弧状断面の内輪軌道面を備え、前記外輪の内周面は、前記環状体の内周面部分が滑り接触している凹円弧状断面の外輪軌道面を備えている。環状体と、内輪軌道面、外輪軌道面との間の滑り抵抗を低減することにより、回転トルクを低減することができる。
　本発明において、環状体を構成しているエンドレスコイルばねのコイル巻き径が大きい程、波動発生器の回転中心から環状体と内輪との間の滑り接触面までの距離を短くでき、必要とされる回転トルクも低減できる。例えば、内外輪の幅よりもコイル巻き径が大きなエンドレスコイルばねからなる環状体を用いることができる。
　なお、本発明において、波動発生器ベアリングは、内輪および外輪の間に装着された複数本の環状体を備えていてもよい。
　また、波動発生器ベアリングの内輪を波動発生器プラグの非円形外周面に一体形成することが可能である。同様に、波動発生器ベアリングの外輪を、外歯車の内周面に一体形成することも可能である。
　この場合の本発明の波動歯車装置の波動発生器は、
　非円形外周面を備えた剛性の波動発生器プラグと、
　前記非円形外周面に、滑り接触可能な状態に装着されている環状体と、
を有し、
　前記環状体はエンドレスコイルばねからなり、そのコイル巻き径を一定に保持可能な所定の剛性を備え、その環状体半径方向には前記非円形外周面に対応した非円形に撓み可能な所定の可撓性を備えていることを特徴としている。
　この場合には、前記非円形外周面に、前記環状体が滑り接触する軌道面が形成される。また、前記環状体のコイル巻き径を、前記非円形外周面の幅寸法よりも大きくすることができる。
　次に、本発明の波動歯車装置は、上記構成の波動発生器を有していることを特徴としている。滑り接触タイプの波動発生器でありながら、小さな回転トルクで外歯車に波動を発生させることができる。
　特に、本発明は、カップ形状あるいはシルクハット形状の外歯車を有している波動歯車装置に用いるのに適している。外歯車のコーニングに追従して波動発生器ベアリングの外輪が環状体を中心として揺動可能である。よって、外輪が外歯車の外歯形成部分の内周面に対して片当たりすることを回避あるいは緩和でき、コーニングに起因する回転トルクの増加を抑制できる。
　一方、本発明は、剛性の内歯車に対するかみ合い位置を円周方向に移動させるために、非円形に撓めた可撓性の外歯車における各部分が繰り返し半径方向に撓むような波動を当該外歯車に発生させる波動歯車装置の波動発生方法であって、
　非円形外周面を備えた剛性の波動発生器プラグを、波動発生器ベアリングを挟み、前記外歯車の内周面に嵌め込み、前記外歯車を非円形に撓めた状態を形成し、
　前記波動発生器ベアリングを、内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に、滑り接触状態で装着されているエンドレスコイルばねからなる環状体とから構成し、
　前記波動発生器プラグを回転させて、前記内輪と前記環状体の間に滑り接触状態を形成して、前記外歯車に前記波動を発生させることを特徴としている。
　波動発生器ベアリングの内輪を波動発生器プラグの非円形外周面に一体形成した場合には、本発明の波動歯車装置の波動発生方法は、
　非円形外周面を備えた剛性の波動発生器プラグを、エンドレスコイルばねからなる環状体を挟み、前記外歯車の内周面に嵌め込み、前記外歯車を非円形に撓めた状態を形成し、
　前記波動発生器プラグを回転させて、前記非円形外周面と前記環状体の間に滑り接触状態を形成して、前記外歯車に前記波動を発生させることを特徴としている。
本発明を適用した波動歯車装置を示す概略正面図および概略縦断面図である。 図１の波動発生器を示す部分正面図、その部分断面図、環状体を示す正面図、および、外歯車のコーニングに追従する外輪の動きを示す説明図である。 波動発生器の二例を示す説明図である。 異なる形式の滑り接触タイプの波動発生器におけるランニングトルクに対するコーニングの影響を示す試験結果の一例を示すグラフである。 本発明を適用した波動発生器の別の例を示す説明図である。 カップ型波動歯車装置における外歯車のコーニングを示す説明図である。
　以下に、図面を参照して、本発明を適用した滑り接触タイプの波動発生器を備えた波動歯車装置の実施の形態を説明する。以下の実施の形態はカップ型の波動歯車装置に関するものであるが、本発明は、シルクハット型の波動歯車装置、フラット型の波動歯車装置にも同様に適用可能である。
　図１（ａ）は本実施の形態に係るカップ型の波動歯車装置を示す概略正面図および概略縦断面図である。波動歯車装置１は、剛性の内歯車２と、この内側に同軸に配置した可撓性の外歯車３と、この内側に嵌め込まれている楕円状輪郭の波動発生器４とを備えている。
　外歯車３は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１１と、この円筒状胴部１１の後端から半径方向の内側に延びるダイヤフラム１２と、ダイヤフラム１２の内周縁に連続する剛性の円環状のボス１３と、円筒状胴部１１の開口端の側の外周面部分に形成した外歯１４とを備えている。
　波動発生器４は、外歯車３における外歯１４が形成されている外歯形成部分の内側に嵌め込まれており、外歯形成部分が楕円状に撓められている。楕円状に撓められている外歯形成部分の長軸５上において、外歯１４が内歯車２の内歯１５にかみ合っている。波動発生器４をモータ（図示せず）等によって回転すると、両歯車２、３のかみ合い位置が円周方向に移動する。換言すると、外歯車３の外歯形成部分の各部は、波動発生器１回転につき、２周期で半径方向に振動する。
　このように、外歯車３に波動を発生させて、両歯車のかみ合い位置を円周方向に移動させることにより、両歯車の間には歯数差に応じた相対回転が生じる。波動歯車装置を減速機として用いる場合には、一方の歯車、例えば内歯車２を回転しないように固定しておき、外歯車３から、波動発生器４の回転に対して大幅に減速された回転を取り出す。
　図２（ａ）、（ｂ）は波動発生器４を示す部分正面図および部分断面図である。波動発生器４は、剛性の波動発生器プラグ２１と、波動発生器プラグ２１の楕円状の外周面２２に固定されている波動発生器ベアリング２３とを備えている。波動発生器ベアリング２３は、その初期形状は真円であるが、波動発生器プラグ２１によって全体として楕円状に撓められている。
　波動発生器ベアリング２３は、波動発生器プラグ２１の外周面２２に圧入固定されている内輪２４と、外歯車３の内周面１６（図１参照）に当接する外輪２５と、これら内外輪２４、２５の間に装着されている環状体２６とを備えている。内輪２４の外周面には円弧状の凹部からなる内輪軌道面２４ａが形成されており、外輪２５の内周面には円弧状の凹部からなる外輪軌道面２５ａが形成されている。内輪軌道面２４ａおよび外輪軌道面２５ａに対して、それぞれ滑り接触状態で環状体２６が配置されている。
　環状体２６は、図２（ｃ）に示すように、コイルばね２７の両端を繋げたエンドレスコイルばねからなる。環状体２６は、この図において矢印２８で示すコイル巻き径方向において、実質的に剛体として機能する。これに対して、環状体２６は全体として、その半径方向には所定の撓み性を備えた可撓体として機能する。したがって、環状体２６の両側の内輪２４、外輪２５の間の間隔は、円周方向の各部分において一定に保持される。また、波動発生器プラグ２１によって、波動発生器ベアリング２３は全体として楕円状に撓められる。
　更に説明すると、環状体２６の機械的特性は、コイルばね２７の材質、環状体２６の内径Ｄ１、コイル巻き径Ｄ２、線径Ｄ３、巻き数を変えることにより設定される。例えば、コイル巻き径方向（矢印２８の方向）の剛性は、コイルばね２７の巻き数を増加することにより（巻き密度を高めることにより）、上げることができる。その最大値は、環状体２６の内周側のコイル巻線が相互に密着する状態である。
　また、組立易さ、外歯車への正確な楕円形状の伝達などの観点から、環状体２６には、半径方向の変形のし易さ、内周側および外周側からの均一な応力による撓み易さ、コイル巻き径方向の十分な剛性等が必要とされる。したがって、環状体２６は、これらを考慮して設計する。例えば、コイルばねの両端を連結して円環にしたガータースプリング、斜め巻ラジアルスプリングなどを用いることが望ましい。
　波動発生器４は次のように組み付けられる。まず、真円状態の内輪２４および外輪２５の間に、エンドレスコイルばねからなる環状体２６を装着して、波動発生器ベアリング２３を組み立てる。次に、楕円状輪郭の波動発生器プラグ２１を、波動発生器ベアリング２３の内輪２４の内側に装着して固定する。波動発生器プラグ２１を装着すると、波動発生器ベアリング２３は全体として楕円状に撓められ、その外輪２５の外周面２９が、波動発生器プラグ２１の楕円形状に対応した楕円形状になる。
　上記構成の波動発生器４が内側に装着された外歯車３は、先に述べたように、楕円状に撓められて内歯車２に対して長軸５の位置でかみ合う。波動発生器４においては、エンドレスコイルばねからなる環状体２６の各コイル巻線の部分は、内外輪２４、２５の内輪軌道面２４ａ、外輪軌道面２５ａに対して、円周方向において多数の点で接触する。波動発生器４をモータ（図示せず）等によって回転させると、環状体２６と内輪軌道面２４ａとの間に滑りが生じ、小さな回転トルクによって波動発生器４を回転させて外歯車３に波動を発生させることができる。
　図２（ａ）を参照して説明すると、波動発生器ベアリング２３における滑り接触面は、内輪軌道面２４ａと環状体２６の内周側部分との間、および、外輪軌道面２５ａと環状体２６の外周側部分との間である。回転中心Ｏから外輪軌道面２５ａまでの距離を半径ｒ０、回転中心Ｏから内輪軌道面２４ａまでの距離を半径ｒ１、各滑り接触面の摩擦係数をμ、長軸位置に作用するラジアル荷重をＰとする。外輪軌道面側の回転トルクＴ０（摩擦抵抗）、内輪軌道面側の回転トルクＴ１（摩擦抵抗）は次のように表される。
　　Ｔ０＝２・ｒ０・μ・Ｐ
　　Ｔ１＝２・ｒ１・μ・Ｐ
　半径ｒ１＜ｒ０であるので、滑り接触面の摩擦係数μが同一であれば、内輪軌道面側において、環状体２６と内輪２４との間に滑りが生じる。したがって、外歯車３の内周面に対して、直接に波動発生器プラグの外周面が滑り接触する場合に比べて、回転トルクを低減できる。
　ここで、半径ｒ１が小さい程、換言すると、同一径の波動発生器の場合には、コイル径Ｄ２が大きい程、回転トルクの低減効果を高めることができる。例えば、図３（ａ）に示すように、一般的に用いられているボールベアリングを備えた転がり接触タイプの波動発生器４０においては、内外輪４４、４５の幅寸法に対して、ボール径Ｄ５は小さい。これに対して、本発明の滑り接触タイプの波動発生器４においては、内外輪２４、２５の軌道面半径により上限が制限されるが、図３（ｂ）に示すように、内外輪の幅よりも大きなコイル径Ｄ２のエンドレスコイルばねからなる環状体２６を用いることができる。これにより、半径ｒ１を大幅に小さくできるので、回転トルクを大きく低減できる。
　また、本発明の波動発生器４によれば、外歯車３のコーニングへの追従性も改善される。図２（ｄ）に示すように、波動発生器ベアリング２３の外輪２５は、エンドレスコイルばねからなる環状体２６によって支持されているので、外歯車３のコーニング形状に追従して、環状体２６を中心として揺動可能である。これにより、回転トルクを低減でき、また、片当たりに起因する偏摩耗を低減できる。
（参考試験例）
　図４（ａ）は、異なる形式の滑り接触タイプの波動発生器におけるランニングトルクに対するコーニングの影響を示す試験結果の一例を示すグラフである。図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は試験に用いた滑り接触タイプの波動発生器を示す説明図である。
　図４（ａ）のグラフにおいて、「×」で示す点を結ぶ破線は、カップ型の波動歯車装置において、一般的な転がり接触タイプ（ボールベアリングタイプ）の波動発生器（Ｗ／Ｇ）を用いた場合の入力回転数に対するランニングトルク（回転トルク）の変化を表す。
　四角で示す点は、図４（ｂ）に示すようにプラグ（Ｗ／Ｐ）の楕円状外周面が直接に外歯車の内周面に滑り接触する場合の測定結果である。三角で示す点は、図４（ｃ）に示すように、プラグの楕円状外周面が直接に外歯車の内周面に滑り接触する場合であって、その両側に環状溝を形成して撓み性を与えた場合の測定結果である。丸で示す点は、図４（ｄ）に示すように転がり接触タイプの波動発生器ベアリング（ボールベアリング）を接着剤によって転動しないようにロックして滑り接触タイプにした場合の測定結果である。
　グラフから分かるように、転がり接触タイプの波動発生器の場合には入力回転数に応じてランニングトルクが増加するが、滑り接触タイプの波動発生器は入力回転数による影響が殆どない。
　また、ランニングトルクの実測値では、図４（ｄ）に示す構成（グラフにおける丸の点で示す値）が小さく（逆算摩擦係数μ＝０．１０）、図４（ｃ）に示す溝付きの構成（三角の点で示す値）はこれよりも大きく（逆算摩擦係数μ＝０．２２）、図４（ｂ）に示す構成（四角の点で示す値）が最も大きい（逆算摩擦係数μ＝０．２６）。この結果から、外歯車のコーニング形状に追従できるか否かが、ランニングトルクに影響することが分かる。
　本発明の波動発生器は、図４（ｄ）に示す構成と同様に、外歯車のコーニング形状に対する追従性を備えているので（図２（ｄ）参照）、図４（ｂ）、（ｃ）に示す滑り接触タイプの波動発生器に比べて、コーニングに起因する回転トルクの上昇を抑制できることが分かる。
［その他の実施の形態］
　上記の波動発生器４は１本の環状体を備えているが、複数本の環状体を用いることも可能である。図５に示すように、例えば、フラット型の波動歯車装置１Ａにおいては、２個の剛性の内歯車２Ａ、２Ｂの内側に円筒状の可撓性の外歯車３Ａが配置され、その内側に波動発生器４Ａが配置される。波動発生器４Ａにおいて、内歯車２Ａと外歯車３Ａのかみ合い中心に対応する位置に第１環状体２６Ａを配置し、内歯車２Ｂと外歯車３Ａのかみ合い中心に対応する位置に第２環状体２６Ｂを配置することができる。
　また、上記の波動発生器４の波動発生器ベアリング２３は、内輪２４および外輪２５を備えている。内輪２４を、波動発生器プラグ２１の楕円状の外周面２２に一体形成することも可能である。同様に、外輪２５を外歯車３の内周面に一体形成することも可能である。
　さらに、上記の例は、楕円状輪郭の波動発生器を用いて外歯車を楕円状に撓めて、内歯車に対して円周方向の２か所の位置でかみ合わせている。波動発生器の輪郭形状をスリーローブ形状等の非円形にして、外歯車を内歯車に対して３箇所以上の位置でかみ合わせることも可能である。一般に、外歯車と内歯車の歯数差は、かみ合い箇所をｋ（ｋは２以上の整数）とすると、ｋｎ（ｎは正の整数）とされる。

Claims (11)

  1. 　非円形外周面を備えた剛性の波動発生器プラグと、
    　前記非円形外周面に、滑り接触可能な状態に装着されている環状体と、
    を有し、
    　前記環状体はエンドレスコイルばねからなり、そのコイル巻き径を一定に保持可能な所定の剛性を備え、その環状体半径方向には前記非円形外周面に対応した非円形に撓み可能な所定の可撓性を備えている波動歯車装置の波動発生器。
  2. 　請求項１において、
    　前記非円形外周面には、前記環状体が滑り接触する軌道面が形成されている波動歯車装置の波動発生器。
  3. 　請求項１において、
    　前記環状体のコイル巻き径は、前記非円形外周面の幅よりも大きい波動歯車装置の波動発生器。
  4. 　非円形外周面を備えた剛性の波動発生器プラグと、
    　前記非円形外周面に装着されて非円形に撓められている波動発生器ベアリングと、
    を有し、
    　前記波動発生器ベアリングは、内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に、滑り接触状態で装着されている環状体とを備え、
    　前記環状体はエンドレスコイルばねからなり、前記内輪と前記外輪の間隔を一定に保持可能な剛性と、前記内輪に追従して非円形に撓み可能な環状体半径方向の可撓性とを備えている波動歯車装置の波動発生器。
  5. 　請求項４において、
    　前記内輪の外周面は、前記環状体の外周面部分が滑り接触している凹円弧状断面の内輪軌道面を備え、
    　前記外輪の内周面は、前記環状体の内周面部分が滑り接触している凹円弧状断面の外輪軌道面を備えている波動歯車装置の波動発生器。
  6. 　請求項４において、
    　前記環状体の前記エンドレスコイルばねのコイル巻き径は、前記外輪および前記内輪の幅よりも大きい波動歯車装置の波動発生器。
  7. 　請求項４において、
    　前記波動発生器ベアリングは、前記内輪および前記外輪の間に装着された複数本の前記環状体を備えている波動歯車装置の波動発生器。
  8. 　請求項１に記載の波動発生器を有している波動歯車装置。
  9. 　請求項８において、
    　カップ形状あるいはシルクハット形状の外歯車を有している波動歯車装置。
  10. 　剛性の内歯車に対するかみ合い位置を円周方向に移動させるために、非円形に撓めた可撓性の外歯車における各部分が繰り返し半径方向に撓むような波動を当該外歯車に発生させる波動歯車装置の波動発生方法であって、
    　非円形外周面を備えた剛性の波動発生器プラグを、エンドレスコイルばねからなる環状体を挟み、前記外歯車の内周面に嵌め込み、前記外歯車を非円形に撓めた状態を形成し、
    　前記波動発生器プラグを回転させて、前記非円形外周面と前記環状体の間に滑り接触状態を形成して、前記外歯車に前記波動を発生させる波動歯車装置の波動発生方法。
  11. 　剛性の内歯車に対するかみ合い位置を円周方向に移動させるために、非円形に撓めた可撓性の外歯車における各部分が繰り返し半径方向に撓むような波動を当該外歯車に発生させる波動歯車装置の波動発生方法であって、
    　非円形外周面を備えた剛性の波動発生器プラグを、波動発生器ベアリングを挟み、前記外歯車の内周面に嵌め込み、前記外歯車を非円形に撓めた状態を形成し、
    　前記波動発生器ベアリングを、内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に、滑り接触状態で装着されているエンドレスコイルばねからなる環状体とから構成し、
    　前記波動発生器プラグを回転させて、前記内輪と前記環状体の間に滑り接触状態を形成して、前記外歯車に前記波動を発生させる波動歯車装置の波動発生方法。
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