WO2018211997A1 - 波動歯車装置 - Google Patents

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WO2018211997A1
WO2018211997A1 PCT/JP2018/017518 JP2018017518W WO2018211997A1 WO 2018211997 A1 WO2018211997 A1 WO 2018211997A1 JP 2018017518 W JP2018017518 W JP 2018017518W WO 2018211997 A1 WO2018211997 A1 WO 2018211997A1
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WO
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external gear
axis
gear
cam
arc surface
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PCT/JP2018/017518
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English (en)
French (fr)
Inventor
憲仕 近江
昌恭 鈴木
Original Assignee
株式会社エンプラス
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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
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/32—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear
    • 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
    • F16H53/00—Cams ; Non-rotary cams; or cam-followers, e.g. rollers for gearing mechanisms
    • F16H53/02—Single-track cams for single-revolution cycles; Camshafts with such cams
    • 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
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/06—Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties

Definitions

  • This invention relates to a wave gear device used for decelerating rotation.
  • wave gear devices have been widely used in humanoid robots, semiconductor manufacturing devices, machine tools, and the like, and the rotation of drive means such as servo motors is greatly reduced and transmitted to the driven means side. Since such a wave gear device is disposed between the driving means and the driven means, it is required to efficiently transmit power by suppressing energy loss caused by friction of the sliding portion.
  • the wave gear device 100 shown in FIG. 14 is elastically deformed into an elliptical shape by fitting a cylindrical external gear 102 to the wave generator 101, and the external gear 102 elastically deformed into this elliptical shape.
  • driving means for example, a servo motor
  • the position of the long axis of the external gear 102 is changed to a wave.
  • the meshing position of the external teeth of the external gear 102 and the internal teeth of the internal gear 103 moves around the rotation center of the wave generator 101 so that the external gear 102 and the internal gear 103 is relatively rotated by the difference in the number of teeth between the external gear 102 and the internal gear 103 (generally, the difference in the number of teeth is 2).
  • the ball bearing 105 is fitted to the outer peripheral surface of the elliptical cam member 104, and the outer race of the ball bearing 105 is the outer peripheral surface of the cam member 104.
  • the elliptical outer race of the ball bearing 105 is fitted to the inner peripheral surface of the external gear 102, so that the outer peripheral surface of the cam member 104 is Compared with the case where the is directly slidably contacted with the inner peripheral surface of the external gear 102, the energy loss generated between the wave generator 101 and the external gear 102 that rotate relative to each other can be reduced (see Patent Document 1).
  • the wave generator 201 has a circular support plate 202 and four rollers 203, and a pair of rollers (main rollers) 203, 203 is another pair of rollers (auxiliary). Roller) 203, 203 is disposed at a position farther from the center of rotation 204 of the circular support plate 202, so that the pair of main rollers 203, 203 and the pair of auxiliary rollers 203, 203 are included in the cylindrical external gear 205.
  • the pair of main rollers 203 and 203 and the pair of auxiliary rollers 203 and 203 elastically deform the external gear 205 into an elliptical shape.
  • the wave generator 301 is configured such that the outer peripheral surface of a cam 302 (a cam 302 having a pair of arc-shaped peripheral surfaces 303) is covered with a thin film 304 of fluororesin.
  • the generator 301 is fitted to the inner peripheral surface of the cylindrical external gear 305, the external gear 305 is elastically deformed into an elliptical shape.
  • the wave gear device 300 shown in FIG. 16 when the wave generator 301 is rotated by driving means (not shown), the position of the long axis 306 of the external gear 305 elastically deformed into an elliptical shape is set to the wave generator.
  • the meshing position of the external gear 305 and the internal gear 308 is also moved around the rotational center 307 of the wave generator 301, and the external gear 305 and the internal gear 308 are connected to the external gear 305.
  • the internal gear 308 rotates relative to the number of teeth.
  • the outer peripheral surface of the cam 302 of the wave generator 301 is brought into contact with the inner peripheral surface of the external gear 305.
  • energy loss generated between the wave generator 301 and the external gear 305 that rotate relative to each other can be reduced (see Patent Document 3).
  • the expensive ball bearing 105 is used for the wave generator 101, and the product price is high, so that the product price is required to be reduced.
  • the wave generator 201 has a configuration in which four rollers 203 are attached to the circular support plate 202, and the wave generator 201 has a large number of parts and a high product price. There was a need to reduce product prices.
  • the wave generator 301 is configured to cover the outer peripheral surface of the cam 302 with the fluororesin thin film 304, and the material cost of the fluororesin is required.
  • a processing cost for covering the outer peripheral surface of the cam 302 with the fluororesin thin film 304 is required, and the product price is high, so that the product price is required to be reduced.
  • the present invention aims to simplify the structure of the wave generator, reduce energy loss that occurs between the wave generator and the external gear that rotate relative to each other, and reduce the product price of the wave gear device. To do.
  • the present invention includes a wave generator 2 that is rotated, a cylindrical external gear 3 that is elastically deformed into an elliptical shape by being fitted to the wave generator 2, and an externally deformed outer shape that is elastically deformed into the elliptical shape.
  • the wave gear device 1 includes an internal gear 4 that meshes with the external gear 3 on the long axis of the gear 3.
  • the wave generator 2 has a cam 8 that is fitted to the inner peripheral surface 3a of the external gear 3 and elastically deforms the external gear 3 into an elliptical shape.
  • the cam 8 is in sliding contact with the inner peripheral surface 3a of the external gear 3, and at least the elliptical arc surface 16 that elastically deforms the external gear 3 into an elliptical shape is symmetrical twice around the rotation center 23a of the cam 8. A pair is formed. Further, on both sides along the circumferential direction of the elliptical arc surface 16 of the cam 8, arc surfaces 17 having the same curvature radius as the curvature radii at both ends along the circumferential direction of the elliptical arc surface 16 are respectively formed.
  • the connecting portion between the elliptical arc surface 16 and the circular arc surface 17 is formed so that the normal direction of the connecting portion side end portion of the elliptical arc surface 16 coincides with the normal direction of the connecting portion side end portion of the circular arc surface 17. Yes.
  • the arcuate surface 17 forms a gap 19a with the inner peripheral surface 3a of the external gear 3, and narrows the gap 19a with the inner peripheral surface 3a of the external gear 3 in a substantially wedge shape as it approaches the elliptical arc surface 16. It is like that.
  • the wave gear device has a simple structure in which the elliptical arc surface of the cam of the wave generator is in sliding contact with the inner peripheral surface of the external gear. Therefore, the energy loss generated between the wave generator and the external gear that rotate relative to each other can be reduced, and the product price of the wave gear device can be reduced.
  • FIG.1 (a) is an external appearance perspective view of a wave gear apparatus
  • FIG.1 (b) is a disassembled perspective view of a wave gear apparatus.
  • FIG. 2 (a) is a front view of a wave gear apparatus
  • FIG.2 (b) is a side view of a wave gear apparatus
  • FIG.2 (c) is FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the wave gear device 1 cut along the line A1-A1 in FIG. 3A is a cross-sectional view of the wave gear device cut along the line A2-A2 in FIG. 2C
  • FIG. 3B is an enlarged view of a portion B1 in FIG. 3A.
  • FIG. 3C is an enlarged view of a portion B2 in FIG. 4A is a cross-sectional view of the wave gear device cut along the line A3-A3 in FIG. 2C, and
  • FIG. 4B is an enlarged view of a portion B3 in FIG. 4A.
  • FIG. 4C is an enlarged view of a portion B4 in FIG.
  • FIG.5 (a) is a front view of a wave generator
  • FIG.5 (b) is a side view of a wave generator
  • FIG.5 (c) Is a cross-sectional view of the wave generator cut along line A4-A4 in FIG. 5A
  • FIG. 5D is a rear view of the wave generator.
  • Fig.7 (a) is a front view of a wave generator
  • FIG.7 (b) is a side view of a wave generator
  • FIG.7 (c) is FIG.7 (a).
  • FIG. 7D is a cross-sectional view of the wave generator cut along the line A5-A5, and FIG. 7D is a rear view of the wave generator. It is a figure which expands and shows the wave generator of Fig.7 (a).
  • FIG. 9A is a front view of the wave generator according to the first comparative example
  • FIG. 9B is a front view of the wave generator according to the second comparative example.
  • FIG.10 (a) is a front view of a fixing member
  • FIG.10 (b) is a side view of a fixing member
  • FIG.10 (c) is a side view of a fixing member
  • FIG. 10A is a cross-sectional view of the fixing member cut along the line A6-A6 in FIG. 10A
  • FIG. 10D shows the fixing member cut along the line A7-A7 in FIG. Sectional drawing
  • FIG.10 (e) are rear views of a fixing member.
  • FIG.11 (a) is a front view of an external gear
  • FIG.11 (b) is a side view of an external gear
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the external gear cut along the line A8-A8 in FIG. 11A
  • FIG. 11D is a rear view of the external gear.
  • FIG.12 (a) is a front view of an internal gear
  • FIG.12 (b) is a side view of an internal gear
  • FIG.12 (c) is a sectional view of the internal gear cut along the line A9-A9 in FIG. 12A
  • FIG. 12D is a rear view of the internal gear.
  • Fig.13 (a) is a front view of a cover
  • FIG.13 (b) is a side view of a cover
  • FIG.13 (c) is FIG.
  • FIG. 13 (a) is a front view of a cover
  • FIG.13 (b) is a side view of a cover
  • FIG.13 (c) is FIG.
  • FIG. 13 (a) is a front view of a cover
  • FIG.13 (b) is a side view of a cover
  • FIG.13 (c) is FIG.
  • FIGS. 14A and 14B are views showing a wave gear device according to a first conventional example, in which FIG. 14A is a front view of the wave gear device, and FIG. 14B is cut along line A11-A11 in FIG. It is sectional drawing of the wave gear apparatus shown. It is a front view of the wave gear device concerning the 2nd conventional example. It is a front view of the wave gear apparatus concerning the 3rd conventional example.
  • FIG. 1 to 4 are views showing a wave gear device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • 1A is an external perspective view of the wave gear device 1
  • FIG. 1B is an exploded perspective view of the wave gear device 1 (a perspective view in which the wave gear device 1 is disassembled for each part).
  • 2 (a) is a front view of the wave gear device 1
  • FIG. 2 (b) is a side view of the wave gear device 1
  • FIG. 2 (c) is an A1-A1 line in FIG. 2 (a).
  • 3A is a cross-sectional view of the wave gear device 1 cut along the line A2-A2 of FIG. 2C, and FIG.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of the B1 portion of FIG.
  • FIG. 3C is an enlarged view of a portion B2 in FIG. 4A is a cross-sectional view of the wave gear device 1 cut along the line A3-A3 of FIG. 2C
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of B3 portion of FIG. 4A.
  • FIG. 4C is an enlarged view of a portion B4 in FIG. 4A.
  • a wave gear device 1 (Schematic configuration of wave gear device) As shown in FIGS. 1 to 4, a wave gear device 1 according to this embodiment is fitted to a wave generator 2 that is rotated by driving means such as a servo motor (not shown), and the wave generator 2.
  • a cylindrical external gear 3 that is elastically deformed into an elliptical shape, an internal gear 4 that meshes with the external gear 3 on the major axis of the external gear 3 deformed into an elliptical shape, a robot arm (not shown), etc.
  • a fixing member (housing) 5 fixed to the attachment object and a cover 6 fixed to the fixing member 5 are provided.
  • the wave generator 2, the external gear 3, the internal gear 4, the fixing member 5, and the cover 6 are made of plastic (for example, polyacetal (POM), polyamide (PA), etc.). Is formed.
  • the wave generator 2 includes an input shaft 7, a cam 8 integrally formed on the distal end side of the input shaft 7, and a front surface of the cam 8. And a support shaft 10 projecting from the rotation center (projecting in the direction opposite to the projecting direction of the input shaft 7).
  • the input shaft 7 is supported so as to be able to rotate in the shaft hole 11 of the fixing member 5, and is connected to driving means (not shown).
  • the cam 8 has a long shaft side cam portion 12 and a short shaft side cam portion 13 and has a substantially cross shape when viewed from the front side.
  • the cam 8 is fitted into the inner peripheral surface 3 a of the external gear 3 to elastically deform the external gear 3 into an elliptical shape.
  • the cam 8 has the long shaft side cam portion 12 positioned on the long axis of the external gear 3 elastically deformed into an elliptical shape, and the short shaft on the short axis of the external gear 3 elastically deformed into an elliptical shape.
  • the side cam part 13 is located.
  • the long-axis side cam portion 12 includes a pair of long-axis side elliptical arc surfaces 16, 16 positioned on the long-axis 14, and a long-axis side arc surface formed on both sides along the circumferential direction of the long-axis side elliptical arc surface 16. 17 and 17 constitute an outer peripheral surface.
  • the long-axis side arc surface 17 has a radius of curvature (R1) that is the same as the curvature radius at both ends along the circumferential direction of the long-axis side elliptical arc surface 16 in the shape of the front side of the cam 8.
  • the long-axis-side arc surface 17 forms a gap with the inner peripheral surface 3 a of the external gear 3, and the gap 19 a with the inner peripheral surface 3 a of the external gear 3 approaches the long-axis-side elliptical arc surface 16. It is designed to narrow in a wedge shape.
  • the connecting portion between the long-axis-side elliptical arc surface 16 and the long-axis-side arcuate surface 17 is such that the normal direction of the connecting-portion-side end of the long-axis-side elliptical arc surface 16 is The long-axis-side elliptical arc surface 16 and the long-axis-side arc surface 17 are smoothly connected to each other.
  • the short shaft side cam portion 13 includes a pair of short shaft side elliptical arc surfaces 18, 18 positioned on the short shaft 15, and a short shaft side circular arc surface formed on both sides along the circumferential direction of the short shaft side elliptical arc surface 18. 20 and 20 constitute the outer peripheral surface.
  • the short-axis-side arc surface 20 has a curvature radius (R2) that is the same as the curvature radius at both ends along the circumferential direction of the short-axis-side elliptical arc surface 18 in the shape of the front side of the cam 8.
  • the short-axis-side arc surface 20 forms a gap 19b with the inner peripheral surface 3a of the external gear 3, and the short-axis-side elliptical arc surface 18 has a gap 19b with the inner peripheral surface 3a of the external gear 3. As it gets closer, it narrows in a wedge shape.
  • the connection portion between the short-axis-side elliptical arc surface 18 and the short-axis-side arcuate surface 20 is such that the normal direction of the connection-portion-side end of the short-axis-side elliptical arc surface 18 is The short-axis-side elliptical arc surface 18 and the short-axis-side arc surface 20 are smoothly connected to each other.
  • the cam 8 has a substantially V-shaped recess 21 between the long-axis side cam portion 12 and the short-axis side cam portion 13, and the long-axis side elliptical arc surface 16 of the long-axis side cam portion 12. Since only the short-axis-side elliptical arc surface 18 of the short-shaft side cam portion 13 is in sliding contact with the inner peripheral surface 3a of the external gear 3, it is compared with the case where the entire periphery is in sliding contact with the inner peripheral surface 3a of the external gear 3. Thus, the sliding contact resistance with the external gear 3 can be kept small.
  • the cam 8 has an inner ellipse 29b (an ellipse similar to the outer ellipse 29a) smaller than the outer ellipse 29a including the major-axis-side elliptic arc 16 and the minor-axis-side elliptic arc 18 by a dimension m on the major-axis 14 side and the minor-axis 15 side.
  • the circumferential end of the long-axis-side arc surface 17 and the circumferential end of the short-axis-side arc surface 20 are located above.
  • the cam 8 of the wave generator 2 has a center line (long axis) passing through the rotation center 23a of the wave generator 2 (input shaft 7) and parallel to the Y axis. 14) is symmetrical with respect to the axis of symmetry, and is symmetrical with respect to the center line (short axis 15) parallel to the X axis passing through the rotation center 23a of the wave generator 2 (input shaft 7). It is the shape.
  • the support shaft 10 is fitted in the bearing hole 22 of the internal gear 4.
  • the rotation center 23 c of the support shaft 10 is located coaxially with the rotation center 23 a of the wave generator 2 (input shaft 7) and the rotation center 23 b of the shaft 24.
  • FIG. 9A is a diagram showing a front view of the wave generator 2 according to the first comparative example.
  • the cam 8 of the wave generator 2 according to the first comparative example has a shape obtained by removing the long-axis-side arc surface 17 and the short-axis-side arc surface 20 of the cam 8 according to this embodiment shown in FIG. It is formed of the same material (plastic) as the cam 8 according to the present embodiment shown in FIG. That is, in the cam 8 of the wave generator 2 according to the first comparative example, the width dimension W1 of the long-axis side cam portion 12 is the long-axis side elliptical arc of the long-axis side cam portion 12 of the wave generator 2 according to the present embodiment.
  • the width dimension W2 of the short shaft side cam portion 13 is the short axis side elliptical arc of the short shaft side cam portion 13 of the wave generator 2 according to the present embodiment. This is the same as the width dimension W2 in the portion where the surface 18 is formed.
  • the wave gear device 1 using the wave generator 2 according to the first comparative example (hereinafter referred to as a first comparative example product) is compared with the starting torque of the wave gear device 1 according to the present embodiment
  • the wave gear device 1 according to the present embodiment can reduce the starting torque by about 24% compared to the first comparative example product. That is, the wave gear device 1 according to the present embodiment can reduce the sliding contact resistance between the inner peripheral surface 3a of the external gear 3 and the cam 8 as compared with the first comparative example product.
  • the wave gear device 1 when the lubricant is filled in the gaps 19 a and 19 b and the recess 21 between the inner peripheral surface 3 a of the outer gear 3 and the cam 8, the inner peripheral surface 3 a of the outer gear 3.
  • the starting torque can be reduced by about 39% compared to the case where the lubricant is not filled in the gaps 19a, 19b and the recess 21 between the cam 8 and the cam 8.
  • the gap (recess 21) between the inner peripheral surface 3a of the outer gear 3 and the cam 8 when the gap (recess 21) between the inner peripheral surface 3a of the outer gear 3 and the cam 8 is filled with a lubricant, the gap between the inner peripheral surface 3a of the outer gear 3 and the cam 8 is filled.
  • the starting torque can be reduced by about 30% compared to the case where the (recess 21) is not filled with the lubricant.
  • the wave gear device 1 according to the present embodiment is filled with the lubricant in the gaps 19a and 19b and the recess 21 between the inner peripheral surface 3a of the outer gear 3 and the cam 8, the inner periphery of the outer gear 3 is obtained.
  • the wedge is generated between the inner peripheral surface 3a of the external gear 3 and the long-axis-side arc surface 17, so that the lubricant is removed from the inner peripheral surface 3a of the external gear 3 and the long shaft.
  • FIG. 7 and 8 are diagrams showing modifications of the wave generator 2.
  • 7 (a) is a front view of the wave generator 2
  • FIG. 7 (b) is a side view of the wave generator 2
  • FIG. 7 (c) is a line A5-A5 in FIG. 7 (a).
  • FIG. 7D is a rear view of the wave generator 2.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the wave generator 2 of FIG.
  • the wave generator 2 according to this modification has the same configuration as that shown in FIGS. 5 and 6 except that the short shaft side cam portion 13 of the wave generator 2 shown in FIGS. 5 and 6 is omitted. This is the same as the wave generator 2 shown in FIG.
  • FIG. 9B is a front view of the wave generator 2 according to the second comparative example.
  • the cam 8 of the wave generator 2 according to the second comparative example has a shape obtained by removing the long-axis-side arc surfaces 17 and 17 of the cam 8 according to this embodiment shown in FIG. It is formed of the same material (plastic) as the cam 8 according to the embodiment. That is, in the cam 8 of the wave generator 2 according to the second comparative example, the width dimension W1 of the long-axis cam portion 12 is the long-axis elliptical arc of the long-axis cam portion 12 of the wave generator 2 according to this embodiment. It is the same as the width dimension W1 in the portion where the surface 16 is formed.
  • the wave generator 2 according to this modification can be used in place of the wave generator 2 according to the second comparative example in order to reduce the starting torque.
  • the fixing member (housing) 5 is one side 25 (one end surface along the tooth width direction of the external gear 3, and FIG.
  • the input shaft 7 of the wave generator 2 is supported by a shaft hole 11 formed in the center portion so as to be able to rotate.
  • the fixing member 5 is formed with a plurality of radial ribs 26 extending radially with respect to the rotation center 23a of the input shaft 7 (wave generator 2) on the surface side facing the one side surface 25 of the external gear 3. ing.
  • the radial rib 26 has a portion with a constant rib width (radial inner rib portion 27) and a portion with a variable rib width (radially outer rib portion 28). That is, the radial rib 26 includes a radial inner rib portion 27 formed with a constant rib width from the radial inner end toward the radial outer end side, and the radial inner rib portion 27.
  • a radially outward rib portion 28 formed so that the rib width gradually increases from the radially outward end toward the radially outward end.
  • a space 31 for engaging the tongue-like engagement piece 30 of the external gear 3 is formed between the adjacent radial ribs 26, 26.
  • the space 31 between the adjacent radial ribs 26, 26 has a radially inner end positioned in the vicinity of the boss 32, and the circumferential space width gradually increases from the radially inner end toward the radially outer side.
  • the circumferential space width gradually decreases from the connecting portion (boundary portion) between the radially inner rib portion 27 and the radially outer rib portion 28 toward the radially outer side.
  • the boss 32 is located at the center of the fixing member 5, the shaft hole 11 passes therethrough, the tip end surface 33 abuts on the positioning surface 34 of the cam 8 of the wave generator 2, and the rotation center of the wave generator 2. Positioning in the direction along 23a is performed.
  • an annular relief groove 35 for reducing contact with the wave generator 2 is formed around the boss 32.
  • the bottom surface of the space 31 formed between the adjacent radial ribs 26 is formed at a position deeper than the bottom surface of the escape groove 35.
  • the fixing member 5 is fitted to the outer peripheral surface 36 of the internal gear 4 so that the rotation center 23b of the internal gear 4 (shaft 24) is positioned coaxially with the rotation center 23a of the wave generator 2 (input shaft 7).
  • an internal gear positioning inner peripheral surface 37 for positioning the internal gear 4 in the radial direction is formed.
  • the fixing member 5 is in contact with one end surface 38 of the internal gear 4 and has an internal gear positioning end surface 40 for positioning the internal gear 4 in a direction along the rotation center 23 b of the internal gear 4.
  • the fixing member 5 is fitted to the inner peripheral surface 42 of the cylindrical portion 41 of the cover 6, and the cylindrical cover engaging protrusion 39 abutted against the inner side surface 43 of the cover 6 has an inner gear positioning inner peripheral surface. It is formed at a position radially outward from 37.
  • the fixing member 5 and the cover 6 are fixed by fastening means such as bolts, welding, or clips.
  • the external gear 3 has a plurality of teeth (external teeth) 46 formed on the outer peripheral surface 45 of a thin cylindrical member 44, and a wave generator on the inner peripheral surface 3a.
  • the second cam 8 When the second cam 8 is fitted, it is elastically deformed by the cam 8 of the wave generator 2 and deformed into an elliptical shape following the long-axis-side elliptical arc surface 16 and the short-axis-side elliptical arc surface 18 of the cam 8. .
  • the external gear 3 has a tongue-like engagement piece that is engaged with a space 31 between adjacent radial ribs 26, 26 on the side (one side 25 side) facing the radial rib 26 of the fixing member 5.
  • 30 is formed in the same number as the space 31 of the fixing member 5.
  • the engagement piece 30 of the external gear 3 has a radial rib 26 so that a radial rib receiving recess 47 for engaging the radial rib 26 of the fixing member 5 cuts out one side 25 of the external gear 3.
  • the engagement piece 30 of this external gear 3 is bent and deformed in the radial direction (plate thickness direction) of the external gear 3, the circumferential length (L) with respect to the plate thickness (t) is several times larger, and the circumferential direction Since it is difficult to be elastically deformed in the circumferential direction, it forms a rotation transmission portion together with the adjacent radial ribs 26, 26 by contacting the side surfaces of the adjacent radial ribs 26, 26.
  • the external gear 3 can be reliably prevented from rotating with respect to the fixing member 5.
  • both side surfaces 48 of the engaging pieces 30 near the major axis (Y direction) of the ellipse 48 (both side surfaces 48, 48 along the circumferential direction of the cylindrical member 44) abut on the side surface 50 of the radially outer rib portion 28, and both sides of the engagement piece 30 near the elliptical short axis (X direction).
  • a gap is formed between the surfaces 48 and 48 and the radial ribs 26 and 26.
  • the external gear 3 changes the positions of the major and minor axes of the ellipse according to the rotational position of the cam 8, and smoothly elastically deforms into an elliptical shape. Since the engagement piece 30 near the long axis comes into contact with the adjacent radial ribs 26 and 26 of the fixing member 5, the engagement piece 30 near the long axis can prevent relative rotation with the fixing member 5. The backlash of the rotation transmission portion during rotation transmission can be suppressed.
  • the external gear 3 does not always come into contact with the radial ribs 26 of the fixing member 5 and the outer gear 3 is deformed into an elliptical shape as the cam 8 of the wave generator 2 rotates. Even if it is made, the sliding contact resistance in the direction that prevents the elastic deformation to the elliptical shape hardly occurs at the contact portion between the engagement piece 30 and the radial rib 26 of the fixing member 5.
  • the internal gear 4 includes a cylindrical portion 52 having teeth (inner teeth) 51 formed on the inner peripheral surface side, and a radial direction from the end of the cylindrical portion 52. It has a disk-shaped part 53 that extends inward, and a shaft 24 that is integrally formed at the center of the outer surface 53 a of the disk-shaped part 53.
  • a bearing hole 22 that accommodates the support shaft 10 of the wave generator 2 so as to be relatively rotatable is formed at the center of the inner side surface 53b of the disk-shaped portion 53.
  • a positioning projection 54 that contacts the cover 6 is formed at the center of the outer surface 53 a of the disk-like portion 53.
  • the shaft 24 is formed with a large-diameter shaft portion 24 a fitted in the shaft hole 55 of the cover 6 adjacent to the positioning projection 54 of the disk-shaped portion 53.
  • the outer peripheral side small diameter portion 59 of the cylindrical portion 52 is fitted to the internal gear positioning inner peripheral surface 37 of the fixing member 5, and the one end surface 38 of the cylindrical portion 52 is the internal gear of the fixing member 5. It is brought into contact with the positioning end face 40 (pressed on the radially inner end side of the cover 6 and brought into contact with the internal gear positioning end face 40), and can be rotated relative to the fixing member 5.
  • Such an internal gear 4 meshes with the external gear 3 at two locations on the long axis of the external gear 3 deformed into an elliptical shape by the cam 8 of the wave generator 2, and is elliptically shaped by the cam 8 of the wave generator 2.
  • the outer gear 3 is most separated from the outer gear 3 on the minor axis of the outer gear 3 that has been deformed to the right.
  • the cover 6 has a cylindrical portion 41 integrally formed at the radially outer end of the disc-shaped portion 56, and the cylindrical portion 41 is engaged with the cover of the fixing member 5.
  • a first ring-shaped protrusion 57 that is fitted to the protrusion 39 and is located at the radially outer end of the inner surface 43 of the disk-shaped part 56 is abutted against the front end surface 39a of the cover engaging protrusion 39 of the fixing member 5,
  • the second ring-shaped protrusion 58 positioned at the radially inner end of the inner surface 43 of the disk-shaped part 56 is brought into contact with the positioning protrusion 54 of the disk-shaped part 53 of the internal gear 4.
  • the inner surface between the first ring-shaped protrusion 57 and the second ring-shaped protrusion 58 of the disk-shaped part 56 is a contact avoidance recess 60 for avoiding contact with the internal gear 4.
  • the position of the shaft 14 moves (rotates) around the rotation center 23a of the wave generator 2 as the cam 8 of the wave generator 2 rotates. Since the meshing positions of the external gear 3 and the internal gear 4 are two positions on the long axis 14 of the external gear 3, they move according to the rotational position of the wave generator 2.
  • the wave gear device 1 is a case where the external gear 3 and the fixing member 5 are fixed and the internal gear 4 is configured to be rotatable.
  • the number of teeth of the internal gear 4 is Zc
  • the wave gear device 1 according to the present embodiment is a case where the internal gear 4 is fixed and the external gear 3 and the fixing member 5 are configured to be rotatable.
  • the number of teeth of the internal gear 4 is set to Zc.
  • the external gear 3 and the fixed member for one rotation of the wave generator 2 5 rotates by two teeth in the direction opposite to the rotation direction of the wave generator 2. That is, in the wave gear device 1 according to the present embodiment, when the internal gear 4 is fixed, the rotation of the driving means can be reduced to 2 / Zf and transmitted from the external gear 3 and the fixed member 5 to the rotated body. it can.
  • the wave gear device 1 according to the present embodiment has a simple structure in which the long-axis-side elliptical arc surface 16 and the short-axis-side elliptical arc surface 18 of the cam 8 of the wave generator 2 are in sliding contact with the inner peripheral surface 3a of the external gear 3. Since the sliding contact resistance between the cam 8 and the external gear 3 can be reduced only by devising the shape of the outer peripheral surface of the cam 8, energy loss generated between the wave generator 2 and the external gear 3 that rotate relative to each other can be reduced. In addition, the product price of the wave gear device 1 can be reduced.
  • the entire wave gear device 1 according to the present embodiment is made of plastic, it can be reduced in weight and cost compared to the case where the whole is made of metal.
  • the wave gear apparatus 1 which concerns on this embodiment formed the whole with a plastic was illustrated, it is not limited to this, You may form a part or whole with a metal.
  • SYMBOLS 1 Wave gear apparatus, 2 ... Wave generator, 3 ... External gear, 3a ... Inner peripheral surface, 4 ... Internal gear, 8 ... Cam, 16 ... Elliptical arc surface (long-axis side elliptical arc surface) , 17... Arc surface (major axis side arc surface), 19a... Clearance, 23a.

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Abstract

波動歯車装置（１）は、回転させられる波動発生器（２）と、この波動発生器（２）に嵌合されることによって楕円形状に弾性変形させられる円筒状の外歯車（３）と、この楕円形状に弾性変形させられた外歯車（３）の長軸上で外歯車（３）と噛み合う内歯車（４）と、を有している。波動発生器（２）のカム（８）は、外歯車（３）の内周面（３ａ）に摺接する長軸側楕円弧面（１６）と短軸側楕円弧面（１８）とがそれぞれ一対形成されている。カム（８）の長軸側楕円弧面（１６）の周方向両側には、長軸側円弧面（１７）が滑らかに接続されている。また、カム（８）の短軸側楕円弧面（１８）の周方向両側には、短軸側円弧面（２０）が滑らかに接続されている。両円弧面（１７，２０）は、外歯車（３）の内周面（３ａ）との間に略楔状の隙間を形成する。

Description

波動歯車装置
　この発明は、回転を減速するために使用される波動歯車装置に関するものである。
　従来から、波動歯車装置は、ヒューマノイドロボット、半導体製造装置、及び工作機械等に幅広く使用され、サーボモータ等の駆動手段の回転を大きく減速して被駆動手段側に伝達するようになっている。このような波動歯車装置は、駆動手段と被駆動手段の間に配置されるため、摺動部の摩擦等に起因するエネルギーロスを抑え、効率的に動力伝達することが求められている。
　　（第１従来例）
　例えば、図１４に示す波動歯車装置１００は、円筒状の外歯車１０２が波動発生器１０１に嵌合されることによって楕円形状に弾性変形させられ、この楕円形状に弾性変形させられた外歯車１０２の長軸上の外歯が内歯車１０３の内歯に噛み合い、波動発生器１０１が図外の駆動手段（例えば、サーボモータ）によって回動させられると、外歯車１０２の長軸の位置が波動発生器１０１の回動に伴って回動し、外歯車１０２の外歯と内歯車１０３の内歯の噛み合い位置が波動発生器１０１の回転中心の回りを移動して、外歯車１０２と内歯車１０３とが外歯車１０２と内歯車１０３の歯数差（一般的には、歯数差が２）の分だけ相対回動するようになっている。そして、この図１４に示す波動歯車装置１００の波動発生器１０１は、ボールベアリング１０５が楕円形状のカム部材１０４の外周面に嵌合され、そのボールベアリング１０５のアウターレースがカム部材１０４の外周面の形状に倣って楕円形状に弾性変形されるようになっており、そのボールベアリング１０５の楕円形状のアウターレースが外歯車１０２の内周面に嵌合されているため、カム部材１０４の外周面が外歯車１０２の内周面に直接摺接する場合と比較して、相対回転する波動発生器１０１と外歯車１０２との間で生じるエネルギーロスを低減できる（特許文献１参照）。
　　（第２従来例）
　また、図１５に示す波動歯車装置２００は、波動発生器２０１が円形支持板２０２と４個のローラ２０３とを有し、一対のローラ（主ローラ）２０３，２０３が他の一対のローラ（補助ローラ）２０３，２０３よりも円形支持板２０２の回転中心２０４から遠い位置に配置されているため、これら一対の主ローラ２０３，２０３と一対の補助ローラ２０３，２０３とが円筒状の外歯車２０５の内周面に嵌合されると、一対の主ローラ２０３，２０３と一対の補助ローラ２０３，２０３とが外歯車２０５を楕円形状に弾性変形させる。そして、この図１５に示す波動歯車装置２００は、円形支持板２０２（波動発生器２０１）が図外の駆動手段によって回転させられると、楕円形状に弾性変形させられた外歯車２０５の長軸２０６の位置（主ローラ２０３の位置）が円形支持板２０２の回転中心２０４の回りを移動して、外歯車２０５と内歯車２０７の噛み合い位置も円形支持板２０２の回転中心２０４の回りを移動し、外歯車２０５と内歯車２０７とが外歯車２０５と内歯車２０７の歯数差の分だけ相対回動するようになっている。このような波動歯車装置２００は、外歯車２０５の内周面に４個のローラ２０３が接触するようになっているため、第１従来例に係る波動歯車装置１００と同様に、相対回転する波動発生器２０１と外歯車２０５との間で生じるエネルギーロスを低減できる（特許文献２参照）。
　　（第３従来例）
　また、図１６に示す波動歯車装置３００は、波動発生器３０１がカム３０２（一対の円弧状周面３０３を有するカム３０２）の外周面にフッ素樹脂の薄膜３０４を被覆して構成され、この波動発生器３０１が円筒状の外歯車３０５の内周面に嵌合されると、外歯車３０５を楕円形状に弾性変形させる。そして、この図１６に示す波動歯車装置３００は、波動発生器３０１が図外の駆動手段によって回転させられると、楕円形状に弾性変形させられた外歯車３０５の長軸３０６の位置が波動発生器３０１の回転中心３０７の回りを移動して、外歯車３０５と内歯車３０８の噛み合い位置も波動発生器３０１の回転中心３０７の回りを移動し、外歯車３０５と内歯車３０８とが外歯車３０５と内歯車３０８の歯数差の分だけ相対回動するようになっている。このような波動歯車装置３００は、外歯車３０５の内周面にフッ素樹脂の薄膜が接触するようになっているため、波動発生器３０１のカム３０２の外周面が外歯車３０５の内周面に直接摺接する場合と比較して、相対回転する波動発生器３０１と外歯車３０５との間で生じるエネルギーロスを低減できる（特許文献３参照）。
特開２０１１－１９６４２３号公報 特開２００５－１８８７４０号公報 実開昭４８－０２９２７３号公報
　しかしながら、第１従来例に係る波動歯車装置１００は、高価なボールベアリング１０５が波動発生器１０１に使用されており、製品価格が高いため、製品価格の低廉化が求められていた。
　また、第２従来例に係る波動歯車装置２００は、波動発生器２０１が円形支持板２０２に４個のローラ２０３を取り付ける構成であり、波動発生器２０１の部品点数が多く、製品価格が高いため、製品価格の低廉化が求められていた。
　また、第３従来例に係る波動歯車装置３００は、波動発生器３０１がカム３０２の外周面にフッ素樹脂の薄膜３０４を被覆する構成になっており、フッ素樹脂の材料費が必要となると共に、カム３０２の外周面にフッ素樹脂の薄膜３０４を被覆する加工費が必要になり、製品価格が高いため、製品価格の低廉化が求められていた。
　そこで、本発明は、波動発生器の構造を簡単化し、相対回転する波動発生器と外歯車との間で生じるエネルギーロスを低減すると共に、波動歯車装置の製品価格を低廉化することを目的とする。
　本発明は、回転させられる波動発生器２と、この波動発生器２に嵌合されることによって楕円形状に弾性変形させられる円筒状の外歯車３と、この楕円形状に弾性変形させられた外歯車３の長軸上で外歯車３と噛み合う内歯車４と、を有する波動歯車装置１に関するものである。本発明において、波動発生器２は、外歯車３の内周面３ａに嵌合されて、外歯車３を楕円形状に弾性変形させるカム８を有している。また、カム８は、外歯車３の内周面３ａに摺接して、外歯車３を楕円形状に弾性変形させる楕円弧面１６がカム８の回転中心２３ａの回りに２回対称となるように少なくとも一対形成されている。また、カム８の楕円弧面１６の周方向に沿った両側には、楕円弧面１６の周方向に沿った両端の曲率半径と同一の曲率半径の円弧面１７がそれぞれ形成されている。また、楕円弧面１６と円弧面１７との接続部は、楕円弧面１６の接続部側端部の法線方向が円弧面１７の接続部側端部の法線方向と一致するように形成されている。また、円弧面１７は、外歯車３の内周面３ａとの間に隙間１９ａを形成し、且つ、外歯車３の内周面３ａとの隙間１９ａを楕円弧面１６に近づくに従って略楔状に狭めるようになっている。
　本発明に係る波動歯車装置は、波動発生器のカムの楕円弧面が外歯車の内周面に摺接する簡単な構造であり、カムの外周面の形状を工夫するだけで、カムと外歯車との摺接抵抗を削減できるため、相対回転する波動発生器と外歯車との間で生じるエネルギーロスを低減することができると共に、波動歯車装置の製品価格を低廉化することができる。
本発明の実施形態に係る波動歯車装置を示す図であり、図１（ａ）は波動歯車装置の外観斜視図、図１（ｂ）は波動歯車装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る波動歯車装置を示す図であり、図２（ａ）は波動歯車装置の正面図、図２（ｂ）は波動歯車装置の側面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＡ１－Ａ１線に沿って切断して示す波動歯車装置１の断面図である。 図３（ａ）は図２（ｃ）のＡ２－Ａ２線に沿って切断して示す波動歯車装置の断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ１部の拡大図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ２部の拡大図である。 図４（ａ）は図２（ｃ）のＡ３－Ａ３線に沿って切断して示す波動歯車装置の断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ３部の拡大図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ４部の拡大図である。 本発明の実施形態に係る波動歯車装置の波動発生器を示す図であり、図５（ａ）は波動発生器の正面図、図５（ｂ）は波動発生器の側面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＡ４－Ａ４線に沿って切断して示す波動発生器の断面図、図５（ｄ）は波動発生器の背面図である。 図５（ａ）の波動発生器を拡大して示す図である。 波動発生器の変形例を示す図であり、図７（ａ）は波動発生器の正面図、図７（ｂ）は波動発生器の側面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＡ５－Ａ５線に沿って切断して示す波動発生器の断面図、図７（ｄ）は波動発生器の背面図である。 図７（ａ）の波動発生器を拡大して示す図である。 図９（ａ）は第１比較例に係る波動発生器の正面図であり、図９（ｂ）は第２比較例に係る波動発生器の正面図である。 本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置の固定部材を示す図であり、図１０（ａ）は固定部材の正面図、図１０（ｂ）は固定部材の側面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＡ６－Ａ６線に沿って切断して示す固定部材の断面図、図１０（ｄ）は図１０（ａ）のＡ７－Ａ７線に沿って切断して示す固定部材の断面図、図１０（ｅ）は固定部材の背面図である。 本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置の外歯車を示す図であり、図１１（ａ）は外歯車の正面図、図１１（ｂ）は外歯車の側面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＡ８－Ａ８線に沿って切断して示す外歯車の断面図、図１１（ｄ）は外歯車の背面図である。 本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置の内歯車を示す図であり、図１２（ａ）は内歯車の正面図、図１２（ｂ）は内歯車の側面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）のＡ９－Ａ９線に沿って切断して示す内歯車の断面図、図１２（ｄ）は内歯車の背面図である。 本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置のカバーを示す図であり、図１３（ａ）はカバーの正面図、図１３（ｂ）はカバーの側面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）のＡ１０－Ａ１０線に沿って切断して示すカバーの断面図、図１３（ｄ）はカバーの背面図である。 第１従来例に係る波動歯車装置を示す図であり、図１４（ａ）は波動歯車装置の正面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＡ１１－Ａ１１線に沿って切断して示す波動歯車装置の断面図である。 第２従来例に係る波動歯車装置の正面図である。 第３従来例に係る波動歯車装置の正面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。
　図１乃至図４は、本発明の実施形態に係る波動歯車装置１を示す図である。なお、図１（ａ）は波動歯車装置１の外観斜視図であり、図１（ｂ）は波動歯車装置１の分解斜視図（波動歯車装置１を各部品毎に分解して示す斜視図）である。また、図２（ａ）は波動歯車装置１の正面図であり、図２（ｂ）は波動歯車装置１の側面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＡ１－Ａ１線に沿って切断して示す波動歯車装置１の断面図である。また、図３（ａ）は図２（ｃ）のＡ２－Ａ２線に沿って切断して示す波動歯車装置１の断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ１部の拡大図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ２部の拡大図である。また、図４（ａ）は図２（ｃ）のＡ３－Ａ３線に沿って切断して示す波動歯車装置１の断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ３部の拡大図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ４部の拡大図である。
　　（波動歯車装置の概略構成）
　図１乃至図４に示すように、本実施形態に係る波動歯車装置１は、図外のサーボモータ等の駆動手段によって回転させられる波動発生器２と、この波動発生器２に嵌合されることによって楕円形状に弾性変形させられる円筒状の外歯車３と、この楕円形状に変形させられた外歯車３の長軸上で外歯車３と噛み合う内歯車４と、図外のロボットアーム等の取付対象物に固定される固定部材（ハウジング）５と、固定部材５に固定されるカバー６と、を有している。そして、本実施形態に係る波動歯車装置１は、波動発生器２、外歯車３、内歯車４、固定部材５、及びカバー６がプラスチック（例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）等）で形成されている。
　　（波動発生器）
　図１乃至図３、図５、及び図６に示すように、波動発生器２は、入力軸７と、この入力軸７の先端側に一体に形成されたカム８と、カム８の正面の回転中心部から突出する（入力軸７の突出方向とは逆の方向に突出する）支持軸１０と、を有している。
　入力軸７は、固定部材５の軸穴１１で回動できるように支持され、図外の駆動手段に接続される。
　カム８は、長軸側カム部１２と短軸側カム部１３とを有し、正面側から見た形状が略十字状になっている。このカム８は、外歯車３の内周面３ａに嵌合されることにより、外歯車３を楕円形状に弾性変形させる。そして、カム８は、楕円形状に弾性変形させられた外歯車３の長軸上に長軸側カム部１２が位置し、楕円形状に弾性変形させられた外歯車３の短軸上に短軸側カム部１３が位置するようになっている。
　長軸側カム部１２は、長軸１４上に位置する一対の長軸側楕円弧面１６，１６と、長軸側楕円弧面１６の周方向に沿った両側にそれぞれ形成された長軸側円弧面１７，１７と、で外周面を構成している。長軸側円弧面１７は、カム８の正面側の形状において、曲率半径（Ｒ１）が長軸側楕円弧面１６の周方向に沿った両端の曲率半径と同一の曲率半径になっている。また、長軸側円弧面１７は、外歯車３の内周面３ａとの間に隙間を形成し、且つ、外歯車３の内周面３ａとの隙間１９ａを長軸側楕円弧面１６に近づくに従って略楔状に狭めるようになっている。そして、長軸側楕円弧面１６と長軸側円弧面１７との接続部は、長軸側楕円弧面１６の接続部側端部の法線方向が長軸側円弧面１７の接続部側端部の法線方向と一致するように形成されており、長軸側楕円弧面１６と長軸側円弧面１７とが滑らかに接続されている。
　短軸側カム部１３は、短軸１５上に位置する一対の短軸側楕円弧面１８，１８と、短軸側楕円弧面１８の周方向に沿った両側にそれぞれ形成された短軸側円弧面２０，２０と、で外周面を構成している。短軸側円弧面２０は、カム８の正面側の形状において、曲率半径（Ｒ２）が短軸側楕円弧面１８の周方向に沿った両端の曲率半径と同一の曲率半径になっている。また、短軸側円弧面２０は、外歯車３の内周面３ａとの間に隙間１９ｂを形成し、且つ、外歯車３の内周面３ａとの隙間１９ｂを短軸側楕円弧面１８に近づくに従って略楔状に狭めるようになっている。そして、短軸側楕円弧面１８と短軸側円弧面２０との接続部は、短軸側楕円弧面１８の接続部側端部の法線方向が短軸側円弧面２０の接続部側端部の法線方向と一致するように形成されており、短軸側楕円弧面１８と短軸側円弧面２０とが滑らかに接続されている。
　また、カム８は、長軸側カム部１２と短軸側カム部１３との間が略Ｖ字形状の凹所２１になっており、長軸側カム部１２の長軸側楕円弧面１６と短軸側カム部１３の短軸側楕円弧面１８のみが外歯車３の内周面３ａに摺接するようになっているため、全周が外歯車３の内周面３ａと摺接する場合と比較して、外歯車３との摺接抵抗が小さく抑えられる。
　また、カム８は、長軸側楕円弧１６及び短軸側楕円弧１８を含む外側楕円２９ａよりも長軸１４側及び短軸１５側に寸法ｍだけ小さい内側楕円２９ｂ（外側楕円２９ａと相似形の楕円）上に、長軸側円弧面１７の周方向端部と短軸側円弧面２０の周方向端部とが位置している。
　このような波動発生器２のカム８は、図５（ａ）及び図６に示すように、波動発生器２（入力軸７）の回転中心２３ａを通りＹ軸に平行な中心線（長軸１４）を対称軸とする線対称の形状であり、また、波動発生器２（入力軸７）の回転中心２３ａを通りＸ軸に平行な中心線（短軸１５）を対称軸とする線対称の形状である。
　支持軸１０は、内歯車４の軸受け穴２２に嵌合されている。そして、支持軸１０の回転中心２３ｃは、波動発生器２（入力軸７）の回転中心２３ａ及び軸２４の回転中心２３ｂと同軸上に位置している。
　図９（ａ）は、第１比較例に係る波動発生器２の正面図を示す図である。この第１比較例に係る波動発生器２のカム８は、図６に示す本実施形態に係るカム８の長軸側円弧面１７及び短軸側円弧面２０を取り除いた形状になっており、図６に示す本実施形態に係るカム８と同一の材料（プラスチック）で形成されている。すなわち、第１比較例に係る波動発生器２のカム８において、長軸側カム部１２の幅寸法Ｗ１は、本実施形態に係る波動発生器２の長軸側カム部１２の長軸側楕円弧面１６が形成された部分における幅寸法Ｗ１と同一である。また、第１比較例に係る波動発生器２のカム８において、短軸側カム部１３の幅寸法Ｗ２は、本実施形態に係る波動発生器２の短軸側カム部１３の短軸側楕円弧面１８が形成された部分における幅寸法Ｗ２と同様である。
　このような第１比較例に係る波動発生器２を使用した波動歯車装置１（以下、第１比較例品と略称する）と本実施形態に係る波動歯車装置１の起動トルクとを比較すると、本実施形態に係る波動歯車装置１は第１比較例品よりも起動トルクを約２４％低減できる。すなわち、本実施形態に係る波動歯車装置１は、第１比較例品よりも外歯車３の内周面３ａとカム８との摺接抵抗を低減できる。
　また、本実施形態に係る波動歯車装置１は、外歯車３の内周面３ａとカム８との隙間１９ａ，１９ｂ及び凹所２１に潤滑剤を充填した場合、外歯車３の内周面３ａとカム８との隙間１９ａ，１９ｂ及び凹所２１に潤滑剤を充填しない場合と比較し、起動トルクを約３９％低減できる。一方、第１比較例品は、外歯車３の内周面３ａとカム８との隙間（凹所２１）に潤滑剤を充填した場合、外歯車３の内周面３ａとカム８との隙間（凹所２１）に潤滑剤を充填しない場合と比較し、起動トルクを約３０％低減できる。このように、本実施形態に係る波動歯車装置１は、外歯車３の内周面３ａとカム８との隙間１９ａ，１９ｂ及び凹所２１に潤滑剤を充填した場合、外歯車３の内周面３ａとカム８とが摺接する際に、外歯車３の内周面３ａと長軸側円弧面１７との間に生じる楔効果によって、潤滑剤を外歯車３の内周面３ａと長軸側楕円弧面１６との間に導き入れることができ、また、外歯車３の内周面３ａと短軸側円弧面２０との間に生じる楔効果によって、潤滑剤を外歯車３の内周面３ａと短軸側楕円弧面１８との間に導き入れることができるため、第１比較例品よりも大きな起動トルクの低減効果を期待できる。
　　（波動発生器の変形例）
　図７及び図８は、波動発生器２の変形例を示す図である。なお、図７（ａ）は波動発生器２の正面図であり、図７（ｂ）は波動発生器２の側面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）のＡ５－Ａ５線に沿って切断して示す波動発生器２の断面図であり、図７（ｄ）は波動発生器２の背面図である。また、図８は図７（ａ）の波動発生器２を拡大して示す図である。
　本変形例に係る波動発生器２は、図５及び図６に示した波動発生器２の短軸側カム部１３を省略した形状になっている点を除き、他の構成部分が図５及び図６に示した波動発生器２と同様である。
　図９（ｂ）は、第２比較例に係る波動発生器２の正面図を示す図である。この第２比較例に係る波動発生器２のカム８は、図８に示す本実施形態に係るカム８の長軸側円弧面１７，１７を取り除いた形状になっており、図８に示す本実施形態に係るカム８と同一の材料（プラスチック）で形成されている。すなわち、第２比較例に係る波動発生器２のカム８において、長軸側カム部１２の幅寸法Ｗ１は、本実施形態に係る波動発生器２の長軸側カム部１２の長軸側楕円弧面１６が形成された部分における幅寸法Ｗ１と同一である。
　本変形例に係る波動発生器２は、起動トルクを低減するために、第２比較例に係る波動発生器２に代えて使用することができる。
　　（固定部材）
　図１、図２、図４、及び図１０に示すように、固定部材（ハウジング）５は、外歯車３の一側面２５（歯幅方向に沿った一端面であって、図２（ｃ）の右側端面）に対向するように配置され、中心部に形成された軸穴１１で波動発生器２の入力軸７を回転できるように支持している。
　また、この固定部材５は、外歯車３の一側面２５に対向する面側に、入力軸７（波動発生器２）の回転中心２３ａに対して放射状に延びる複数の径方向リブ２６が形成されている。この径方向リブ２６は、リブ幅が一定の部分（径方向内方側リブ部分２７）とリブ幅が変化する部分（径方向外方側リブ部分２８）とがある。すなわち、径方向リブ２６は、径方向内方端から径方向外方端側へ向けて一定のリブ幅で形成された径方向内方側リブ部分２７と、径方向内方側リブ部分２７の径方向外方端から径方向外方へ向かうに従ってリブ幅を漸増するように形成された径方向外方側リブ部分２８とがある。そして、隣り合う径方向リブ２６，２６間には、外歯車３の舌片状の係合片３０を係合するためのスペース３１が形成されている。この隣り合う径方向リブ２６，２６間のスペース３１は、径方向内方端がボス３２の近傍に位置し、その径方向内方端から径方向外方へ向かうに従って周方向のスペース幅が漸増し、径方向内方側リブ部分２７と径方向外方側リブ部分２８との接続部（境界部）から径方向外方へ向かうに従って周方向のスペース幅が漸減している。
　ボス３２は、固定部材５の中央部に位置し、軸穴１１が貫通しており、先端面３３が波動発生器２のカム８の位置決め面３４に当接して、波動発生器２の回転中心２３ａに沿った方向の位置決めを行うようになっている。そして、固定部材５は、波動発生器２との接触を少なくするための環状の逃げ溝３５がボス３２の周囲に形成されている。なお、隣り合う径方向リブ２６，２６間に形成されるスペース３１の底面は、逃げ溝３５の底面よりも深い位置に形成されている。
　また、固定部材５は、内歯車４の外周面３６に嵌合して、内歯車４（軸２４）の回転中心２３ｂが波動発生器２（入力軸７）の回転中心２３ａと同軸上に位置するように、内歯車４を径方向に位置決めする内歯車位置決め内周面３７が形成されている。また、固定部材５は、内歯車４の一端面３８に当接して、内歯車４の回転中心２３ｂに沿った方向に、内歯車４を位置決めする内歯車位置決め端面４０が形成されている。
　また、固定部材５は、カバー６の円筒部４１の内周面４２に嵌合され、且つ、カバー６の内側面４３に突き当てられる円筒状のカバー係合突起３９が内歯車位置決め内周面３７よりも径方向外方側の位置に形成されている。なお、固定部材５とカバー６とは、ボルト等の締結手段、溶着、又はクリップ等で固定される。
　　（外歯車）
　図１乃至図４、及び図１１に示すように、外歯車３は、薄肉の円筒状部材４４の外周面４５に複数の歯（外歯）４６が形成され、内周面３ａに波動発生器２のカム８が嵌合されることにより、波動発生器２のカム８によって弾性変形させられ、カム８の長軸側楕円弧面１６及び短軸側楕円弧面１８に倣って楕円形状に変形させられる。
　この外歯車３は、固定部材５の径方向リブ２６に対向する側（一側面２５側）に、隣り合う径方向リブ２６，２６間のスペース３１に係合される舌片状の係合片３０が固定部材５のスペース３１と同数形成されている。この外歯車３の係合片３０は、固定部材５の径方向リブ２６を係合するための径方向リブ収容凹所４７が外歯車３の一側面２５側を切り欠くように径方向リブ２６と同数形成されることにより、隣り合う径方向リブ収容凹所４７，４７間に形成されている。そして、この外歯車３の係合片３０は、外歯車３の径方向（板厚方向）に撓み変形するものの、板厚（ｔ）に対する周方向長さ（Ｌ）が数倍大きく、周方向に対する強度が大きくて、周方向に弾性変形し難くなっているため、隣り合う径方向リブ２６，２６の側面に当接することにより、隣り合う径方向リブ２６，２６と共に回転伝達部分を構成し、外歯車３を固定部材５に対して確実に回り止めすることができる。
　図４に詳細を示すように、外歯車３は、波動発生器２のカム８によって楕円状に弾性変形させられると、楕円の長軸（Ｙ方向）寄りの係合片３０の両側面４８，４８（円筒状部材４４の周方向に沿った両側面４８，４８）が径方向外方側リブ部分２８の側面５０に当接し、楕円の短軸（Ｘ方向）寄りの係合片３０の両側面４８，４８が径方向リブ２６，２６との間に隙間を生じるようになっている。すなわち、外歯車３は、波動発生器２のカム８が回動すると、カム８の回動位置に応じて楕円の長軸と短軸の位置が変化し、円滑に楕円状に弾性変形して、長軸寄りの係合片３０が固定部材５の隣り合う径方向リブ２６，２６に当接し、長軸寄りの係合片３０で固定部材５との相対回動を阻止することができるため、回転伝達時における回転伝達部分のバックラッシを抑えることができる。このような、外歯車３は、係合片３０が固定部材５の径方向リブ２６に常時当接するようになっておらず、波動発生器２のカム８の回動に伴って楕円形状に変形させられたとしても、係合片３０と固定部材５の径方向リブ２６との当接部に楕円形状への弾性変形を妨げる方向の摺接抵抗が生じにくい。
　　（内歯車）
　図１乃至図３、及び図１２に示すように、内歯車４は、歯（内歯）５１が内周面側に形成された円筒状部５２と、円筒状部５２の端部から径方向内方へ延びる円板状部５３と、円板状部５３の外側面５３ａの中心部分に一体に形成された軸２４と、を有している。また、円板状部５３の内側面５３ｂの中心部には、波動発生器２の支持軸１０を相対回動可能に収容する軸受け穴２２が形成されている。また、円板状部５３の外側面５３ａの中心部には、カバー６と当接する位置決め突起５４が形成されている。また、軸２４は、カバー６の軸穴５５に嵌合される大径軸部２４ａが円板状部５３の位置決め突起５４に隣接して形成されている。
　また、この内歯車４は、円筒状部５２の外周側小径部５９が固定部材５の内歯車位置決め内周面３７に嵌合され、円筒状部５２の一端面３８が固定部材５の内歯車位置決め端面４０に当接させられ（カバー６の径方向内方端側で押されて内歯車位置決め端面４０に当接させられ）、固定部材５に対して相対回動できるようになっている。
　このような内歯車４は、波動発生器２のカム８によって楕円形状に変形させられた外歯車３の長軸上の２箇所で外歯車３と噛み合い、波動発生器２のカム８によって楕円形状に変形させられた外歯車３の短軸上で外歯車３と最も大きく離間するようになっている。
　　（カバー）
　図１、図２、及び図１３に示すように、カバー６は、円板状部５６の径方向外方端に円筒部４１が一体に形成され、円筒部４１が固定部材５のカバー係合突起３９に嵌合され、円板状部５６の内側面４３の径方向外方端に位置する第１リング状突起５７が固定部材５のカバー係合突起３９の先端面３９ａに突き当てられ、円板状部５６の内側面４３の径方向内方端に位置する第２リング状突起５８が内歯車４の円板状部５３の位置決め突起５４に当接させられるようになっている。なお、カバー６は、円板状部５６の第１リング状突起５７と第２リング状突起５８との間の内側面が内歯車４との接触を避けるための接触回避凹所６０になっており、相対回動する内歯車４との摺接抵抗を削減するようになっている。
　　（波動歯車装置の作動状態）
　以上のように構成された本実施形態に係る波動歯車装置１は、波動発生器２が駆動手段（例えば、サーボモータ）によって回転させられると、楕円形状に弾性変形させられた外歯車３の長軸１４の位置が波動発生器２のカム８の回動に伴って波動発生器２の回転中心２３ａの回りを移動（回動）する。そして、外歯車３と内歯車４の噛み合い位置は、外歯車３の長軸１４上の２箇所であるため、波動発生器２の回動位置に応じて移動する。ここで、波動歯車装置１は、外歯車３及び固定部材５が固定され、内歯車４が回転可能に構成されている場合であって、例えば、内歯車４の歯数をＺｃとし、外歯車３の歯数をＺｆ（Ｚｆ＝Ｚｃ－２）とすると（内歯車４よりも歯数を２だけ少なくすると）、波動発生器２の１回転に対し、内歯車４が波動発生器２の回転方向と同一方向に２歯分だけ回動する。すなわち、本実施形態に係る波動歯車装置１は、外歯車３及び固定部材５が固定された場合、駆動手段の回転を２／Ｚｃに減速して内歯車４の軸２４から被回転体に伝達することができる。
　また、本実施形態に係る波動歯車装置１は、内歯車４が固定され、外歯車３及び固定部材５が回転可能に構成されている場合であって、例えば、内歯車４の歯数をＺｃとし、外歯車３の歯数をＺｆ（Ｚｆ＝Ｚｃ－２）とすると（内歯車４よりも歯数を２だけ少なくすると）、波動発生器２の１回転に対し、外歯車３及び固定部材５が波動発生器２の回転方向と逆方向に２歯分だけ回動する。すなわち、本実施形態に係る波動歯車装置１は、内歯車４が固定された場合、駆動手段の回転を２／Ｚｆに減速して外歯車３及び固定部材５から被回転体に伝達することができる。
　　（本実施形態に係る波動歯車装置の効果）
　本実施形態に係る波動歯車装置１は、波動発生器２のカム８の長軸側楕円弧面１６及び短軸側楕円弧面１８が外歯車３の内周面３ａに摺接する簡単な構造であり、カム８の外周面の形状を工夫するだけで、カム８と外歯車３との摺接抵抗を削減できるため、相対回転する波動発生器２と外歯車３との間で生じるエネルギーロスを低減することができると共に、波動歯車装置１の製品価格を低廉化することができる。
　本実施形態に係る波動歯車装置１は、全体をプラスチックで形成するようになっているため、全体を金属で形成する場合と比較し、軽量化、低コスト化を図ることができる。
　なお、本実施形態に係る波動歯車装置１は、全体をプラスチックで形成する場合を例示したが、これに限定されず、一部又は全体を金属で形成してもよい。
　１……波動歯車装置、２……波動発生器、３……外歯車、３ａ……内周面、４……内歯車、８……カム、１６……楕円弧面（長軸側楕円弧面）、１７……円弧面（長軸側円弧面）、１９ａ……隙間、２３ａ……回転中心

Claims (4)

  1. 　回転させられる波動発生器と、この波動発生器に嵌合されることによって楕円形状に弾性変形させられる円筒状の外歯車と、この楕円形状に弾性変形させられた外歯車の長軸上で前記外歯車と噛み合う内歯車と、を有する波動歯車装置において、
    　前記波動発生器は、前記外歯車の内周面に嵌合されて、前記外歯車を楕円形状に弾性変形させるカムを有し、
    　前記カムは、前記外歯車の内周面に摺接して、前記外歯車を楕円形状に弾性変形させる楕円弧面がカムの回転中心の回りに２回対称となるように少なくとも一対形成され、
    　前記カムの前記楕円弧面の周方向に沿った両側には、前記楕円弧面の周方向に沿った両端の曲率半径と同一の曲率半径の円弧面がそれぞれ形成され、
    　前記楕円弧面と前記円弧面との接続部は、前記楕円弧面の接続部側端部の法線方向が前記円弧面の接続部側端部の法線方向と一致するように形成され、
    　前記円弧面は、前記外歯車の内周面との間に隙間を形成し、且つ、前記外歯車の内周面との隙間を前記楕円弧面に近づくに従って略楔状に狭める、
    　ことを特徴とする波動歯車装置。
  2. 　前記カムは、楕円形状の前記外歯車の長軸上に位置する一対の長軸側楕円弧面と、楕円形状の前記外歯車の短軸上に位置する一対の短軸側楕円弧面と、を有し、
    　前記カムの前記長軸側楕円弧面の周方向に沿った両側には、前記長軸側楕円弧面の周方向に沿った両端の曲率半径と同一の曲率半径の長軸側円弧面がそれぞれ形成され、
      前記カムの前記短軸側楕円弧面の周方向に沿った両側には、前記短軸側楕円弧面の周方向に沿った両端の曲率半径と同一の曲率半径の短軸側円弧面がそれぞれ形成され、
    　前記長軸側円弧面は、前記外歯車の内周面との間に隙間を形成し、且つ、前記外歯車の内周面との隙間を前記長軸側楕円弧面に近づくに従って略楔状に狭め、
      前記短軸側円弧面は、前記外歯車の内周面との間に隙間を形成し、且つ、前記外歯車の内周面との隙間を前記短軸側楕円弧面に近づくに従って略楔状に狭める、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の波動歯車装置。
  3. 　前記隙間には、潤滑剤が充填された、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の波動歯車装置。
  4. 　前記カム、前記外歯車、及び前記内歯車がプラスチックで形成された、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の波動歯車装置。
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