WO2017134749A1 - 波動歯車装置およびアクチュエータ - Google Patents

波動歯車装置およびアクチュエータ Download PDF

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尚樹 金山
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株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears

Definitions

  • the present invention relates to a wave gear device including a wave generator suitable for realizing a hollow actuator.
  • a hollow actuator having a hollow portion extending through its center is known as an actuator having a configuration in which a wave gear device is assembled to a motor.
  • Patent Document 1 discloses a hollow actuator using a wave gear device including a top hat-shaped external gear.
  • the inner diameter of the hollow portion is regulated by the inner diameter of the central through hole formed in the wave generator disposed on the center side.
  • the wave generator generally includes a rigid cam plate and a wave generator bearing attached to the outer peripheral surface of the wave generator, and a through hole is formed in the rigid cam plate.
  • the wave generator bearing mounted on the outer peripheral surface of the rigid cam plate also needs to be thin. However, there is a limit to reducing the thickness of the wave generator components, and it may not be possible to form a hollow portion having a target size.
  • an object of the present invention is to provide a wave gear device including a wave generator suitable for realizing a large hollow-diameter actuator, and an actuator using the wave gear device. It is in.
  • the wave gear device of the present invention is: A rigid internal gear, A flexible external gear flexed non-circularly and partially meshed with the internal gear; Wave motion that repeatedly flexes each portion in the circumferential direction of the external gear in the radial direction so that the partial meshing position of the external gear with respect to the internal gear moves in the circumferential direction of the internal gear.
  • a wave generator for generating Have includes a plurality of wave generating members arranged at predetermined angular intervals along the circumferential direction of the external gear, When each of the wave generating members rotates about a rotation center line parallel to the central axis of the external gear, the portion of the external gear facing the radial direction is repeatedly bent in the radial direction with a predetermined amplitude.
  • An outer peripheral cam surface is provided.
  • the wave generator of the wave gear device of the present invention is constituted by a plurality of wave generating members arranged along the circumferential direction of the external gear.
  • a wave generating member such as a rigid cam plate having a non-circular contour such as one or more elliptical contours is disposed in the central portion of the wave gear device in a concentric state with the external gear.
  • the hollow portion is formed so as to extend through the component parts of the wave generator.
  • the components of the wave generator are arranged along the circumferential direction of the external gear.
  • the wave generating member only needs to be able to bend the portion of the opposing external gear in the radial direction with a minute amplitude, and therefore may have a smaller diameter than the wave generating member such as a conventional rigid cam plate.
  • each wave generating member arranged along the circumferential direction of the external gear is small in size, so a large diameter is formed in the central part of the device.
  • the hollow portion can be provided.
  • the external gear can be pressed from the outer peripheral side and bent into a non-circular shape by each of the wave generating members.
  • an external gear can be pressed from an inner peripheral side, and can be bent non-circularly. Therefore, the outer peripheral cam surface of the wave generating member is adjacent to the inner peripheral surface portion of the outer tooth forming portion of the external gear and the outer tooth forming portion of the external gear in the direction of the central axis. What is necessary is just to make it oppose or contact
  • each of the rotation center lines of the wave generating member is on the same circle centered on the central axis of the external gear, etc.
  • Each of the wave generating members is arranged so as to be positioned at an angular interval.
  • Wave motion can be generated in the external gear by synchronously rotating each of the wave generating members while maintaining a predetermined phase difference.
  • a member provided with an outer circumferential cam surface that rotates eccentrically can be used as the wave generating member. That is, the outer peripheral cam surface of the wave generating member can be a circular outer peripheral surface that is eccentric with respect to the rotation center line.
  • an actuator of the present invention includes the wave gear device having the above-described configuration and one or a plurality of motors that rotate the wave generating member of the wave gear device around the rotation center line. It is characterized by being.
  • a plurality of wave generating members can be rotationally driven by a single motor.
  • a motor can also be connected to each of a plurality of motors, for example, a wave generating member, one to one.
  • each of the wave generating members When a motor is disposed on each of the wave generating members, for example, the wave generator and the motor are connected coaxially. That is, each of the wave generating members is disposed such that each of the rotation center lines of the wave generating member is located at an equiangular interval on the same circle centered on the central axis of the external gear, The motor is arranged such that the motor center line coincides with the rotation center line with respect to the wave generating member.
  • the wave gear device can be formed with a hollow portion that extends through in the direction of the central axis, and the wave generating member and the motor can be disposed so as to surround the hollow portion.
  • FIG. 2 is a semi-perspective view and a longitudinal sectional view of the hollow actuator of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a perspective view, an end view, a side view, and a longitudinal sectional view showing a wave gear device of the hollow actuator of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a semi-perspective view and a longitudinal sectional view of the hollow actuator of FIG. 5.
  • FIG. 6 is a perspective view, an end view, a side view, and a longitudinal sectional view showing a wave gear device of the hollow actuator of FIG. 5.
  • FIG. 1A is a perspective view showing a hollow actuator according to Embodiment 1 to which the present invention is applied
  • FIG. 1B is a side view thereof
  • FIG. 1C is an end view thereof
  • FIG. 2A is a semi-perspective view showing the hollow actuator cut along a plane including its central axis
  • FIG. 2B is a longitudinal sectional view thereof
  • 3A is a perspective view showing a wave gear device incorporated in a hollow actuator
  • FIG. 3B is an end view thereof
  • FIG. 3C is a side view thereof
  • FIG. D is a longitudinal sectional view thereof.
  • the hollow actuator 1 includes a cylindrical device housing 2, a top hat wave gear device 3 attached to the device housing 2, and a plurality of motors 4 (1) in this example, which are attached to the device housing 2. To 4 (3). In the central portion of the hollow actuator 1, a device hollow portion 5 having a circular cross section extending in the direction of the device center axis 1a is formed.
  • the motors 4 (1) to 4 (3) are, for example, arranged at an angular interval of 120 degrees on the same circle with the apparatus center axis 1a as the center.
  • the motors 4 (1) to 4 (3) are attached to the apparatus housing 2 so that the rotation center line 4b of the motor shaft 4a is parallel to the apparatus center axis 1a.
  • the wave gear device 3 includes a ring-shaped rigid internal gear 6, a silk hat-shaped flexible external gear 7, and wave generating members 16 (1) to 16. And a wave generator 8 having (3).
  • the internal gear 6 is coaxially fixed to the inner peripheral portion of the device housing 2.
  • the external gear 7 is supported in a freely rotatable state by the apparatus housing 2 via a main bearing 9, in this example, a cross roller bearing.
  • the external gear 7 of the wave gear device 3 is non-circularly bent by the wave generating members 16 (1) to 16 (3) constituting the wave generator 8 and partially meshes with the internal gear 6.
  • the external gear 7 is bent in an elliptical shape and meshes with the internal gear 6 at positions on both ends of the major axis of the elliptical shape.
  • the wave generating members 16 (1) to 16 (3) of the wave generator 8 are rotationally driven by the motors 4 (1) to 4 (3), respectively.
  • the wave generating members 16 (1) to 16 (3) are driven to rotate, the partial meshing position of the external gear 7 with respect to the internal gear 6 moves in the circumferential direction of the internal gear 6. Then, a wave motion is generated that repeatedly bends each portion in the circumferential direction of the external gear 7 in the radial direction.
  • the external gear 7 includes a cylindrical body 11 that can be bent in the radial direction, and a disk-shaped diaphragm that extends radially outward from one end of the cylindrical body 11. 12, an annular rigid boss 13 formed continuously on the outer peripheral edge of the diaphragm 12, and external teeth 14 formed on the outer peripheral surface portion of the other end of the cylindrical body 11. Yes.
  • An external tooth forming portion where the external teeth 14 are formed in the cylindrical body 11 is arranged coaxially inside the internal gear 6, and the external teeth 14 are opposed to the internal teeth 15 of the internal gear 6.
  • the boss 13 is fixed to the end face of the inner ring 9 a of the main bearing 9, and the outer ring 9 b of the main bearing 9 is fixed to the end face of the apparatus housing 2.
  • the wave generating members 16 (1) to 16 (3) constituting the wave generator 8 are arranged at equiangular intervals along the circumferential direction of the external gear 7.
  • the wave generating members 16 (1) to 16 (3) are, for example, eccentric cams having a circular outer peripheral surface as the outer peripheral cam surface 16a, and are relative to the motor shafts 4a of the three motors 4 (1) to 4 (3). Each is fixed in an eccentric state by a certain amount.
  • the circular outer peripheral cam surface 16a is a perfect circle centered on a position eccentric from the rotation center line 4b of the motors 4 (1) to 4 (3) by a certain amount.
  • the amount of eccentricity corresponds to the amount of bending in the radial direction required for each part of the external gear 7.
  • the wave generating members 16 (1) to 16 (3) of this example are disposed on the outer peripheral side of the cylindrical body 11 of the external gear 7. Further, the outer peripheral cam surface 16a of the wave generating members 16 (1) to 16 (3) is in the direction of the central axis of the external gear 7 (device central axis 1a) with respect to the external gear forming portion of the external gear 7. It is in contact with the outer peripheral surface portion of the adjacent cylindrical body 11 (the outer peripheral surface portion on the diaphragm 12 side).
  • the motors 4 (1) to 4 (3) are arranged in an annular space surrounded by the outer cover 17 and the inner cover 18 as can be seen from FIG.
  • the outer cover 17 is attached to the apparatus housing 2 and includes a cylindrical cover portion 17a and an annular end surface cover portion 17b.
  • the inner cover 18 defines the device hollow portion 5 and is coaxially attached to the outer cover 17.
  • the motors 4 (1) to 4 (3) are driven in synchronization by a control unit (not shown), and the wave generating members 16 (1) to 16 (16) of the wave generator 8 are driven.
  • 3) Rotate eccentrically.
  • the outer peripheral cam surfaces 16 a of the wave generating members 16 (1) to 16 (3) are in contact with the outer peripheral surface portion of the cylindrical body 11 of the external gear 7.
  • These components are arranged in the circumferential direction of the external gear 7 so that the partial meshing position of the external gear 7 with respect to the internal gear 6 moves in the circumferential direction of the internal gear 6 with rotation. A wave motion that repeatedly bends in the radial direction is generated.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing the external gear 7 that is bent elliptically by the wave generating members 16 (1) to 16 (3) of the wave generator 8.
  • the external tooth forming portion of the external gear 7 has an initial shape of a perfect circle.
  • the three wave generating members 16 (1) to 16 (3) for example, external teeth of the external gear 7 are formed in an elliptical shape with the major axis extending in the vertical direction as shown in the rotated state of (0 degree) in the figure. The part is bent.
  • the wave generating members 16 (1) to 16 (3) are circumscribed with respect to the elliptical shape at each rotational position.
  • the wave generating members 16 (1) to 16 (3) can be rotated.
  • the wave generating members 16 (1) to 16 (3) are eccentrically rotated with a predetermined synchronization around the rotation center line 4 b, whereby a part of the external gear 7 with respect to the internal gear 6 is partially rotated.
  • a wave motion is generated that repeatedly flexes each portion in the circumferential direction of the external gear 7 in the radial direction so that the meshing positions (both ends of the elliptical long axis) move in the circumferential direction of the internal gear 6. be able to.
  • the wave generator 8 includes three wave generating members 16 (1) to 16 (3).
  • the number of wave generating members is not limited to three. The number can be four or more.
  • the wave generating members 16 (1) to 16 (3) of this example include a circular outer peripheral cam surface 16a, and rotate eccentrically with respect to the respective rotation center lines 4b of the motors 4 (1) to 4 (3).
  • the wave generating members 16 (1) to 16 (3) are not limited to eccentric cams.
  • a cam plate such as an elliptical contour may be rotated about the rotation center line 4 b to generate a wave motion in the external gear 7. It is possible to use outer peripheral cam surfaces of various contours other than the elliptical contour.
  • the wave generating members 16 (1) to 16 (3) of the present example are constituted by a cam plate having a circular contour.
  • the wave generating member can be configured to include a roller.
  • the cam plate is brought into direct contact with the outer peripheral surface portion of the external gear, but a roller or a bearing is mounted on the outer peripheral surface of the cam plate, through which the wave generating member causes the external gear to You may make it push an outer peripheral surface part.
  • the motors 4 (1) to 4 (3) can be individually driven by mounting an encoder on each motor, but the encoder is mounted only on one motor and the other motors are driven synchronously. You may do it. It is also possible to mount a braking brake on each motor.
  • FIG. 5A is a perspective view showing a hollow actuator according to Embodiment 1 to which the present invention is applied
  • FIG. 5B is a side view thereof
  • FIG. 5C is an end view thereof.
  • FIG. 6A is a semi-perspective view showing the hollow actuator cut along a plane including the central axis of the device
  • FIG. 6B is a longitudinal sectional view thereof.
  • 7A is a perspective view showing a wave gear device incorporated in a hollow actuator
  • FIG. 7B is an end view thereof
  • FIG. 7C is a side view thereof
  • FIG. D is a longitudinal sectional view thereof.
  • the basic configuration of the hollow actuator 20 of the second embodiment is the same as that of the hollow actuator 1 of FIG. 1, except that the wave generating member of the wave generator is arranged on the inner peripheral side of the external tooth forming portion of the external gear, and The difference is that five wave generating members are arranged.
  • the hollow actuator 20 includes a cylindrical device housing 22, a top hat wave gear device 23 attached to the device housing 22, and five motors 24 (1) to 24 (5) attached to the device housing 22. It has. At the center of the hollow actuator 20, a device hollow portion 25 having a circular cross section extending in the direction of the device center axis 20a is formed.
  • the motors 24 (1) to 24 (5) are arranged at an angular interval of 72 degrees on the same circle with the apparatus center axis 20a as the center in this example.
  • the motors 24 (1) to 24 (5) are attached to the apparatus housing 22 so that the rotation center line 24b of the motor shaft 24a is parallel to the apparatus center axis 20a.
  • the wave gear device 23 includes a ring-shaped rigid internal gear 26, a silk hat-shaped flexible external gear 27, and five wave generating members 36. And a wave generator 28 having (1) to 36 (5).
  • the internal gear 26 is coaxially fixed to the inner peripheral portion of the device housing 22.
  • the external gear 27 is rotatably supported by the device housing 22 via a main bearing 29, in this example, a cross roller bearing.
  • the external gear 27 of the wave gear device 23 is non-circularly bent by the five wave generating members 36 (1) to 36 (5) constituting the wave generator 28 and partially meshes with the internal gear 26. .
  • the external gear 27 is bent in an elliptical shape and meshes with the internal gear 26 at positions on both ends of the major axis of the elliptical shape.
  • the wave generating members 36 (1) to 36 (5) of the wave generator 28 are rotationally driven by the motors 24 (1) to 24 (5), the external gear 27 partially corresponds to the internal gear 26.
  • a wave motion is generated that repeatedly flexes each portion in the circumferential direction of the external gear 27 in the radial direction so that the engagement position moves in the circumferential direction of the internal gear 26.
  • the external gear 27 includes a cylindrical body 31 that can be bent in the radial direction, and an outer side in the radial direction from one end of the cylindrical body 31.
  • a disc-shaped diaphragm 32 extending to the outer periphery, an annular rigid boss 33 formed continuously on the outer peripheral edge of the diaphragm 32, and an outer peripheral surface formed at the other end of the cylindrical body 31.
  • Teeth 34 An external tooth forming portion where the external teeth 34 are formed in the cylindrical body 31 is arranged coaxially inside the internal gear 26, and the external teeth 34 are opposed to the internal teeth 35 of the internal gear 26.
  • the boss 33 is fixed to the end face of the inner ring 29 a of the main bearing 29, and the outer ring 29 b of the main bearing 29 is fixed to the end face of the device housing 22.
  • the wave generating members 36 (1) to 36 (5) of the wave generator 28 are arranged at equiangular intervals along the circumferential direction of the external gear 27.
  • the wave generating members 36 (1) to 36 (5) are, for example, eccentric cams having a circular outer peripheral surface as the outer peripheral cam surface 36a, and the motor shafts 24a of the five motors 24 (1) to 24 (5) Each is fixed in an eccentric state by a certain amount.
  • the circular outer peripheral cam surface 36a is a perfect circle centered at a position eccentric by a certain amount with respect to the rotation center line 24b of the motors 24 (1) to 24 (5).
  • the amount of eccentricity corresponds to the amount of radial deflection required for each portion of the external gear 27.
  • the wave generating members 36 (1) to 36 (5) of this example are disposed on the inner peripheral side of the cylindrical body 31 of the external gear 27. That is, the outer peripheral cam surface 36 a of the wave generating members 36 (1) to 36 (5) is in contact with the inner peripheral surface portion of the external gear forming portion of the external gear 27.
  • the motors 24 (1) to 24 (5) are arranged in an annular space surrounded by the outer cover 37 and the inner cover 38, as can be seen from FIG.
  • the outer cover 37 is attached to the apparatus housing 22 and includes a cylindrical cover portion 37a and an annular end surface cover portion 37b.
  • the inner cover 38 defines the device hollow portion 25 and is attached to the outer cover 37 coaxially.
  • the motors 24 (1) to 24 (5) are driven in synchronization by a control unit (not shown), and the wave generating members 36 (1) to 36 ( 5) Rotate eccentrically.
  • the outer peripheral cam surfaces 36a of the wave generating members 36 (1) to 36 (5) are in contact with the inner peripheral surface portion of the external gear 27, and the portion of the external gear 27 with respect to the internal gear 26 as the rotation occurs.
  • a wave motion is generated that repeatedly flexes each portion in the circumferential direction of the external gear 27 in the radial direction so that the meshing position moves in the circumferential direction of the internal gear 26.

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Abstract

　波動歯車装置（３）は、外歯歯車（７）の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させるための波動発生器（８）を有している。波動発生器（８）は、外歯歯車（７）の周方向に沿って所定の角度間隔の位置に配置された複数の波動発生部材（１６（１）～１６（３））を備えている。波動発生部材のそれぞれは外周カム面（１６ａ）を備え、装置中心軸線（１ａ）に平行な回転中心線（４ｂ）を中心として回転して、外歯歯車（７）の各部分を所定の振幅で半径方向に繰り返し撓める。大きな装置中空部（５）を形成するのに適した波動歯車装置（３）が得られる。

Description

波動歯車装置およびアクチュエータ
　本発明は、中空アクチュエータを実現するのに適した波動発生器を備えた波動歯車装置に関する。
　モータに波動歯車装置を組み付けた構成のアクチュエータとしては、その中心を貫通して延びる中空部を備えた中空アクチュエータが知られている。特許文献１には、シルクハット形状の外歯歯車を備えた波動歯車装置を用いた中空アクチュエータが開示されている。
国際公開第２０１２／１５７０２０号
　波動歯車装置を用いた中空アクチュエータにおいては、その中空部の内径が、中心側に配置される波動発生器に形成する中心貫通穴の内径によって規制される。波動発生器は一般に、剛性カム板と、その外周面に装着した波動発生器ベアリングとを備えており、剛性カム板に貫通穴が形成される。波動発生器の外径を増加させることなく中空径を大きくするには、剛性カム板に大径の貫通穴を設ける必要があるので、当該剛性カム板の半径方向の厚さを薄くする必要がある。また、剛性カム板の外周面に装着される波動発生器ベアリングも薄肉にする必要がある。しかし、波動発生器の構成部品の薄肉化には限度があり、目標とする寸法の中空部を形成できない場合がある。
　本発明の課題は、このような点に鑑みて、大きな中空径のアクチュエータを実現するのに適した波動発生器を備えた波動歯車装置、および、当該波動歯車装置を用いたアクチュエータを提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明の波動歯車装置は、
　剛性の内歯歯車と、
　非円形に撓められて前記内歯歯車に対して部分的にかみ合う可撓性の外歯歯車と、
　前記内歯歯車に対する前記外歯歯車の部分的なかみ合い位置が前記内歯歯車の円周方向に移動するように、前記外歯歯車の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させるための波動発生器と、
を有しており、
　前記波動発生器は、前記外歯歯車の周方向に沿って所定の角度間隔の位置に配置された複数の波動発生部材を備え、
　前記波動発生部材のそれぞれは、前記外歯歯車の中心軸線に平行な回転中心線を中心として回転すると、前記半径方向から対峙する前記外歯歯車の部分を所定の振幅で前記半径方向に繰り返し撓める外周カム面を備えていることを特徴としている。
　本発明の波動歯車装置の波動発生器は、外歯歯車の周方向に沿って配置した複数の波動発生部材によって構成される。従来の波動発生器では、波動歯車装置の中心部分に、外歯歯車と同心状態に、１枚あるいは複数枚の楕円状輪郭などの非円形輪郭をした剛性カム板などの波動発生部材が配置される。装置中心部分を貫通する中空部を設ける場合には、波動発生器の構成部品を貫通して延びる状態に中空部が形成される。本発明では、波動発生器の構成部品が外歯歯車の周方向に沿って配置される。また、波動発生部材は、対峙する外歯歯車の部位を半径方向に微小な振幅で撓めることができればよいので、従来の剛性カム板などの波動発生部材に比べて小径でよい。
　このように、装置中心部分には波動発生器の構成部品が配置されておらず、外歯歯車の周方向に沿って配置される各波動発生部材はサイズが小さいので、装置中心部分に大きな径の中空部を設けることができる。
　本発明において、波動発生部材のそれぞれによって、外歯歯車を、外周側から押圧して非円形に撓めることができる。または、外歯歯車を内周側から押圧して非円形に撓めることができる。したがって、前記波動発生部材の前記外周カム面が、前記外歯歯車における外歯形成部分の内周面部分、および、前記外歯歯車における前記外歯形成部分に対して前記中心軸線の方向に隣接した外周面部分のうちの少なくとも一方に対峙あるいは当接するようにすればよい。
　例えば、同一形状の外周カム面を備えた波動発生部材を用いる場合には、前記波動発生部材の前記回転中心線のそれぞれが、前記外歯歯車の前記中心軸線を中心とする同一円上において等角度間隔で位置するように、前記波動発生部材のそれぞれが配置される。
　波動発生部材のそれぞれを、所定の位相差を保った状態で同期回転させることで、外歯歯車に波動運動を発生させることができる。
　例えば、波動発生部材として偏心回転する真円の外周カム面を備えた部材を用いることができる。すなわち、前記波動発生部材の前記外周カム面を、前記回転中心線に対して偏心した円形外周面とすることができる。
　次に、本発明のアクチュエータは、上記構成の波動歯車装置と、前記波動歯車装置の前記波動発生部材を、それぞれ、前記回転中心線回りに回転させる１台あるいは複数台のモータとを有していることを特徴としている。
　この場合、１台のモータで複数の波動発生部材を回転駆動することができる。または、複数台のモータ、例えば、波動発生部材のそれぞれに一対一でモータを連結することもできる。
　波動発生部材のそれぞれにモータを配置する場合には、例えば、波動発生器とモータを同軸に連結する。すなわち、前記波動発生部材の前記回転中心線のそれぞれが、前記外歯歯車の前記中心軸線を中心とする同一円上において等角度間隔で位置するように、前記波動発生部材のそれぞれが配置され、前記モータは、前記波動発生部材に対して、前記回転中心線にモータ中心線が一致するように配置される。
　この場合において、前記波動歯車装置に、前記中心軸線の方向に貫通して延びる中空部を形成し、前記波動発生部材および前記モータを、前記中空部を取り囲む状態に配置することができる。
　このようにすれば、装置中心部分に波動発生部材が配置されている場合に比べて、大きな中空径を備えたアクチュエータを実現するのに有利である。
本発明を適用した中空アクチュエータの一例を示す斜視図、側面図および端面図である。 図１の中空アクチュエータの半斜視図および縦断面図である。 図１の中空アクチュエータの波動歯車装置を示す斜視図、端面図、側面図および縦断面図である。 波動発生部材による外歯歯車の撓み状態を示す説明図である。 本発明を適用した中空アクチュエータの別の例を示す斜視図、側面図および端面図である。 図５の中空アクチュエータの半斜視図および縦断面図である。 図５の中空アクチュエータの波動歯車装置を示す斜視図、端面図、側面図および縦断面図である。
（実施の形態１）
　図１～図４には本発明を適用した実施の形態１に係る中空アクチュエータを示してある。図１（Ａ）は本発明を適用した実施の形態１に係る中空アクチュエータを示す斜視図であり、図１（Ｂ）はその側面図であり、図１（Ｃ）はその端面図である。図２（Ａ）は中空アクチュエータをその中心軸線を含む平面で切断した状態で示す半斜視図であり、図２（Ｂ）はその縦断面図である。図３（Ａ）は中空アクチュエータに組み込まれている波動歯車装置を示す斜視図であり、図３（Ｂ）はその端面図であり、図３（Ｃ）はその側面図であり、図３（Ｄ）はその縦断面図である。
　中空アクチュエータ１は、円筒形状をした装置ハウジング２と、装置ハウジング２に取り付けたシルクハット型の波動歯車装置３と、装置ハウジング２に取り付けた複数台、本例では３台のモータ４（１）～４（３）とを備えている。中空アクチュエータ１の中心部分には、装置中心軸線１ａの方向に貫通して延びる円形断面の装置中空部５が形成されている。
　モータ４（１）～４（３）は、例えば、装置中心軸線１ａを中心として同一円上において１２０度の角度間隔で配置されている。また、各モータ４（１）～４（３）は、それらのモータ軸４ａの回転中心線４ｂが装置中心軸線１ａに平行となるように装置ハウジング２に取り付けられている。
　波動歯車装置３は、図３から分かるように、円環形状をした剛性の内歯歯車６と、シルクハット形状をした可撓性の外歯歯車７と、波動発生部材１６（１）～１６（３）を備えた波動発生器８とを備えている。内歯歯車６は装置ハウジング２の内周部に同軸に固定されている。外歯歯車７は、主軸受９、本例ではクロスローラベアリングを介して、装置ハウジング２によって回転自在の状態で支持されている。
　波動歯車装置３の外歯歯車７は、波動発生器８を構成する波動発生部材１６（１）～１６（３）によって非円形撓められて内歯歯車６に対して部分的にかみ合う。本例では、外歯歯車７は楕円状に撓められて、楕円形状の長軸両端の位置で内歯歯車６にかみ合う。また、波動発生器８の波動発生部材１６（１）～１６（３）は、モータ４（１）～４（３）によって、それぞれ回転駆動される。波動発生部材１６（１）～１６（３）は、回転駆動されると、内歯歯車６に対する外歯歯車７の部分的なかみ合い位置が、内歯歯車６の円周方向に移動するように、外歯歯車７の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させる。
　外歯歯車７は、図３（Ｄ）から分かるように、半径方向に撓み可能な円筒状胴部１１と、円筒状胴部１１の一方の端から半径方向の外方に延びる円盤状のダイヤフラム１２と、ダイヤフラム１２の外周縁に連続して形成された円環形状をした剛性のボス１３と、円筒状胴部１１の他方の端の外周面部分に形成された外歯１４とを備えている。円筒状胴部１１における外歯１４が形成されている外歯形成部分が内歯歯車６の内側に同軸状態に配置され、外歯１４が内歯歯車６の内歯１５に対峙している。ボス１３は、図２から分かるように、主軸受９の内輪９ａの端面に固定されており、主軸受９の外輪９ｂは装置ハウジング２の端面に固定されている。
　波動発生器８を構成する波動発生部材１６（１）～１６（３）は、外歯歯車７の周方向に沿って等角度間隔の位置に配置されている。波動発生部材１６（１）～１６（３）は、例えば外周カム面１６ａとして円形外周面を備えた偏心カムであり、３台のモータ４（１）～４（３）のモータ軸４ａに対して、それぞれ、一定量だけ偏心した状態で固定されている。すなわち、円形の外周カム面１６ａはモータ４（１）～４（３）の回転中心線４ｂに対して一定量だけ偏心した位置を中心とする真円である。偏心量は、外歯歯車７の各部分に必要とされる半径方向撓み量に対応している。
　ここで、図３から分かるように、本例の波動発生部材１６（１）～１６（３）は、外歯歯車７の円筒状胴部１１の外周側に配置されている。また、波動発生部材１６（１）～１６（３）の外周カム面１６ａは、外歯歯車７の外歯形成部分に対して、外歯歯車７の中心軸線（装置中心軸線１ａ）の方向に隣接した円筒状胴部１１の外周面部分（ダイヤフラム１２の側の外周面部分）に当接している。
　なお、モータ４（１）～４（３）は、図２から分かるように、外側カバー１７および内側カバー１８によって囲まれた円環状の空間内に配置されている。外側カバー１７は装置ハウジング２に取り付けられており、円筒状カバー部分１７ａと円環状の端面カバー部分１７ｂとを備えている。内側カバー１８は装置中空部５を規定しており、外側カバー１７に同軸に取り付けられている。
　この構成の中空アクチュエータ１においては、不図示の制御ユニットによって、モータ４（１）～４（３）を同期させて駆動させて、波動発生器８の各波動発生部材１６（１）～１６（３）を偏心回転させる。波動発生部材１６（１）～１６（３）の外周カム面１６ａは、外歯歯車７の円筒状胴部１１の外周面部分に当接している。これらは、回転に伴って、内歯歯車６に対する外歯歯車７の部分的なかみ合い位置が、内歯歯車６の円周方向に移動するように、外歯歯車７の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させる。
　図４は波動発生器８の各波動発生部材１６（１）～１６（３）によって楕円状に撓められる外歯歯車７を示す説明図である。この図において一点鎖線で示すように外歯歯車７の外歯形成部分は、初期形状が真円の状態にある。３つの波動発生部材１６（１）～１６（３）によって、例えば、図において（０度）の回転状態で示すように、上下方向に長軸が延びる楕円形状に外歯歯車７の外歯形成部分が撓められる。
　この状態から、楕円形状を装置中心軸線１ａ回りに回転させた場合に、各回転位置における楕円形状に対して、波動発生部材１６（１）～１６（３）のそれぞれが外接するように、これら波動発生部材１６（１）～１６（３）を回転させることができる。換言すると、波動発生部材１６（１）～１６（３）を、回転中心線４ｂを中心として、所定の同期を取って偏心回転させることにより、内歯歯車６に対する外歯歯車７の部分的なかみ合い位置（楕円形状の長軸両端部分）が、内歯歯車６の円周方向に移動するように、外歯歯車７の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させることができる。
　ここで、波動発生器８は３個の波動発生部材１６（１）～１６（３）を備えている。波動発生部材の数は３個に限定されるものではない。４個以上の個数とすることもできる。
　また、本例の波動発生部材１６（１）～１６（３）は円形の外周カム面１６ａを備え、モータ４（１）～４（３）のそれぞれの回転中心線４ｂに対して偏心回転する。波動発生部材１６（１）～１６（３）は、偏心カムに限定されるものではない。例えば、楕円状輪郭などのカム板を、回転中心線４ｂを中心として回転させて外歯歯車７に波動運動を発生させるようにしてもよい。楕円状輪郭以外の各種の輪郭の外周カム面を用いることが可能である。
　さらに、本例の波動発生部材１６（１）～１６（３）は円形輪郭のカム板から構成されている。この代わりに、波動発生部材を、ローラを備えた構成とすることも可能である。また、カム板を直接に外歯歯車の外周面部分に当接させているが、カム板の外周面にローラ、あるいはベアリングなどを装着し、これらを介して、波動発生部材によって外歯歯車の外周面部分を押すようにしてもよい。
　一方、モータ４（１）～４(３)については、各モータにエンコーダを搭載して個別に駆動させることができるが、エンコーダを１台のモータにのみ搭載し、他のモータを同期駆動させるようにしてもよい。また、各モータに制動用のブレーキを搭載することも可能である。
（実施の形態２）
　図５～図７には本発明を適用した実施の形態２に係る中空アクチュエータを示してある。図５（Ａ）は本発明を適用した実施の形態１に係る中空アクチュエータを示す斜視図であり、図５（Ｂ）はその側面図であり、図５（Ｃ）はその端面図である。図６（Ａ）は中空アクチュエータをその装置中心軸線を含む平面で切断した状態で示す半斜視図であり、図６（Ｂ）はその縦断面図である。図７（Ａ）は中空アクチュエータに組み込まれている波動歯車装置を示す斜視図であり、図７（Ｂ）はその端面図であり、図７（Ｃ）はその側面図であり、図７（Ｄ）はその縦断面図である。
　実施の形態２の中空アクチュエータ２０の基本構成は図１の中空アクチュエータ１と同一であるが、波動発生器の波動発生部材を外歯歯車の外歯形成部分の内周側に配置した点、および、５個の波動発生部材を配置した点が相違している。
　中空アクチュエータ２０は、円筒形状をした装置ハウジング２２と、装置ハウジング２２に取り付けたシルクハット型の波動歯車装置２３と、装置ハウジング２２に取り付けた５台のモータ２４（１）～２４（５）とを備えている。中空アクチュエータ２０の中心部分には、装置中心軸線２０ａの方向に貫通して延びる円形断面の装置中空部２５が形成されている。
　モータ２４（１）～２４（５）は、図７から分かるように、本例では、装置中心軸線２０ａを中心として同一円上において７２度の角度間隔で配置されている。また、各モータ２４（１）～２４（５）は、それらのモータ軸２４ａの回転中心線２４ｂが装置中心軸線２０ａに平行となるように装置ハウジング２２に取り付けられている。
　波動歯車装置２３は、図６、図７に示すように、円環形状をした剛性の内歯歯車２６と、シルクハット形状をした可撓性の外歯歯車２７と、５つの波動発生部材３６（１）～３６（５）を備えた波動発生器２８とを備えている。内歯歯車２６は装置ハウジング２２の内周部に同軸に固定されている。外歯歯車２７は、主軸受２９、本例ではクロスローラベアリングを介して、装置ハウジング２２によって回転自在の状態で支持されている。
　波動歯車装置２３の外歯歯車２７は、波動発生器２８を構成する５つの波動発生部材３６（１）～３６（５）によって非円形撓められて内歯歯車２６に対して部分的にかみ合う。本例では、外歯歯車２７は楕円状に撓められて、楕円形状の長軸両端の位置で内歯歯車２６にかみ合う。また、波動発生器２８の波動発生部材３６（１）～３６（５）は、モータ２４（１）～２４（５）によって回転駆動されると、内歯歯車２６に対する外歯歯車２７の部分的なかみ合い位置が、内歯歯車２６の円周方向に移動するように、外歯歯車２７の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させる。
　外歯歯車２７は、図６（Ｂ）、図７（Ｄ）から分かるように、半径方向に撓み可能な円筒状胴部３１と、円筒状胴部３１の一方の端から半径方向の外方に延びる円盤状のダイヤフラム３２と、ダイヤフラム３２の外周縁に連続して形成された円環形状をした剛性のボス３３と、円筒状胴部３１の他方の端の外周面部分に形成された外歯３４とを備えている。円筒状胴部３１における外歯３４が形成されている外歯形成部分が内歯歯車２６の内側に同軸状態に配置され、外歯３４が内歯歯車２６の内歯３５に対峙している。ボス３３は主軸受２９の内輪２９ａの端面に固定されており、主軸受２９の外輪２９ｂは装置ハウジング２２の端面に固定されている。
　波動発生器２８の波動発生部材３６（１）～３６（５）は、外歯歯車２７の周方向に沿って等角度間隔の位置に配置されている。波動発生部材３６（１）～３６（５）は、例えば外周カム面３６ａとして円形外周面を備えた偏心カムであり、５台のモータ２４（１）～２４（５）のモータ軸２４ａに対して、それぞれ、一定量だけ偏心した状態で固定されている。すなわち、円形の外周カム面３６ａはモータ２４（１）～２４（５）の回転中心線２４ｂに対して一定量だけ偏心した位置を中心とする真円である。偏心量は、外歯歯車２７の各部分に必要とされる半径方向撓み量に対応している。
　ここで、本例の波動発生部材３６（１）～３６（５）は、外歯歯車２７の円筒状胴部３１の内周側に配置されている。すなわち、波動発生部材３６（１）～３６（５）の外周カム面３６ａは、外歯歯車２７の外歯形成部分の内周面部分に当接している。
　モータ２４（１）～２４（５）は、図６から分かるように、外側カバー３７および内側カバー３８によって囲まれた円環状の空間内に配置されている。外側カバー３７は装置ハウジング２２に取り付けられており、円筒状カバー部分３７ａと円環状の端面カバー部分３７ｂとを備えている。内側カバー３８は装置中空部２５を規定しており、外側カバー３７に同軸に取り付けられている。
　この構成の中空アクチュエータ２０においても、不図示の制御ユニットによって、モータ２４（１）～２４（５）を同期させて駆動させて、波動発生器２８の各波動発生部材３６（１）～３６（５）を偏心回転させる。波動発生部材３６（１）～３６（５）の外周カム面３６ａは、外歯歯車２７の内周面部分に当接しており、回転に伴って、内歯歯車２６に対する外歯歯車２７の部分的なかみ合い位置が、内歯歯車２６の円周方向に移動するように、外歯歯車２７の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させる。
 

Claims (9)

  1. 　剛性の内歯歯車と、
    　非円形に撓められて前記内歯歯車に対して部分的にかみ合う可撓性の外歯歯車と、
    　前記内歯歯車に対する前記外歯歯車の部分的なかみ合い位置が前記内歯歯車の円周方向に移動するように、前記外歯歯車の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させるための波動発生器と、
    を有しており、
    　前記波動発生器は、前記外歯歯車の周方向に沿って所定の角度間隔の位置に配置された複数の波動発生部材を備え、
    　前記波動発生部材のそれぞれは、前記外歯歯車の中心軸線に平行な回転中心線を中心として回転すると、前記半径方向から対峙する前記外歯歯車の部分を所定の振幅で前記半径方向に繰り返し撓める外周カム面を備えている波動歯車装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記波動発生部材の前記外周カム面は、前記外歯歯車における外歯形成部分の内周面部分、および、前記外歯歯車における前記外歯形成部分に対して前記中心軸線の方向に隣接した外周面部分のうちの少なくとも一方に当接または対峙している波動歯車装置。
  3. 　請求項１において、
    　前記波動発生部材の前記回転中心線のそれぞれが、前記外歯歯車の前記中心軸線を中心とする同一円上において等角度間隔で位置するように、前記波動発生部材のそれぞれが配置されている波動歯車装置。
  4. 　請求項１において、
    　前記波動発生部材の前記外周カム面は、前記回転中心線に対して偏心した円形外周面である波動歯車装置。
  5. 　請求項１に記載の波動歯車装置と、
    　前記波動歯車装置の前記波動発生部材を、それぞれ、前記回転中心線回りに回転させる１台あるいは複数台のモータと、
    を有しているアクチュエータ。
  6. 　請求項５において、
    　前記波動発生部材のそれぞれに前記モータが配置されているアクチュエータ。
  7. 　請求項６において、
    　前記波動発生部材の前記外周カム面は、前記外歯歯車における外歯形成部分の内周面部分、および、前記外歯歯車における前記外歯形成部分に対して前記中心軸線の方向に隣接した外周面部分のうちの少なくとも一方に当接あるいは対峙しているアクチュエータ。
  8. 　請求項７において、
    　前記波動発生部材の前記回転中心線のそれぞれが、前記外歯歯車の前記中心軸線を中心とする同一円上において等角度間隔で位置するように、前記波動発生部材のそれぞれが配置されており、
    　前記モータは、前記波動発生部材に対して、前記回転中心線にモータ中心線が一致するように配置されているアクチュエータ。
  9. 　請求項８において、
    　前記波動歯車装置は、前記中心軸線の方向に貫通して延びる中空部を備え、
    　前記波動発生部材および前記モータは、前記中空部を取り囲む状態に配置されているアクチュエータ。
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