WO2019044116A1

WO2019044116A1 - 波動歯車減速機、及び内燃機関用リンク機構のアクチュエータ

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Publication number: WO2019044116A1
Application number: PCT/JP2018/022613
Authority: WO
Inventors: 鈴木　健太; 真辺見; 健ブライアン池口; 淳一郎鬼形
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP6909102B2; JP2019039547A

Abstract

本発明による波動歯車減速機は、剛性内歯車（２７）と、剛性内歯車（２７）の内部に配置された可撓性外歯車（３６）と、可撓性外歯車（３６）の内部に配置された波動発生器（３７）と、波動発生器（３７）の中央部に接続された入力軸（４８）と、複数の弾性部材（６０ａ）と、弾性部材（６０ａ）の一端にそれぞれが固定された複数の球状部材（６０ｂ）とを備える。波動発生器（３７）と入力軸（４８）は、波動発生器（３７）と入力軸（４８）との接続面で開口する凹部（４８ａ、３７１ａ）を周方向に複数備える。弾性部材（６０ａ）のそれぞれは、入力軸（４８）の凹部（４８ａ）の中に設置され、凹部（４８ａ）の開口側の一端に球状部材（６０ｂ）が固定されている。球状部材（６０ｂ）のそれぞれは、一部が波動発生器（３７）の凹部（３７１）ａの中に入り込んでいる。

Description

波動歯車減速機、及び内燃機関用リンク機構のアクチュエータ

　本発明は、波動歯車減速機、及び波動歯車減速機を備える内燃機関用リンク機構のアクチュエータに関する。

　大きな減速比を有する小型の波動歯車減速機は、ロボットや産業機械などのアクチュエータの減速機として近年採用されている。波動歯車減速機は、真円の環状部材で内側に内歯を備えた剛性内歯車と、剛性内歯車の内側に配置され外歯を備えた可撓性外歯車と、可撓性外歯車の内側に嵌められた楕円形状の波動発生器を備える。剛性内歯車は、回転しないように固定されている。可撓性外歯車は、撓み変形可能な薄肉の円筒状部材であり、アクチュエータの制御軸に接続されている。波動発生器は、モータ等の駆動源によって回転する。剛性内歯車の歯数は、可撓性外歯車の歯数よりも多い。

　波動発生器が回転すると、可撓性外歯車は、波動発生器によって剛性内歯車の内側で楕円形状に変形する。可撓性外歯車は、変形しながら剛性内歯車と互いの歯が噛み合うことで、剛性内歯車との歯数差に応じて、剛性内歯車に対して相対的に回転する。以上のようなメカニズムにより、入力側（波動発生器）の回転は、剛性内歯車と可撓性外歯車との歯数差に応じて減速される。

　波動歯車減速機は、薄肉の円筒状部材である可撓性外歯車を備え、過大なトルクが生じると歯車の歯が削れる等の破損が起きる恐れがある。この課題に対し、特許文献１に記載の波動歯車減速機は、波動発生器が、波動発生器から可撓性外歯車に伝達されるトルクを制限するトルクリミッタ機構を備え、波動歯車減速機の破損を回避する。特許文献１の波動歯車減速機では、波動発生器は、剛性カム板と、剛性カム板の中心に挿入されたハブと、弾性部材とボールを有するトルクリミッタ機構を備え、トルクリミット機構は、所定値以上のトルクが波動歯車減速機に作用した場合には、剛性カム板とハブの間に回転方向の滑りを発生させることでトルクの伝達を制限し、波動歯車減速機の破損を回避する。

　特許文献２には、内燃機関用リンク機構のアクチュエータの例が記載されている。

特開平１１－１１８００３号公報特開２０１１－１６９１５２号公報

　従来の波動歯車減速機では、トルクリミッタ機構が作用してトルクの伝達を制限すると、このトルクの伝達の制限が解消されるまでに時間がかかり、アクチュエータの制御が不能となる時間が長いという課題がある。例えば特許文献１に記載の波動歯車減速機では、トルクリミッタ機構が作用すると、ボールが弾性部材の弾性力に抗して移動することで剛性カム板とハブの間に回転方向の滑りが発生するが、ボールが初期の位置（トルクリミッタ機構が作用する前の位置）に戻るまではアクチュエータの制御が困難である。波動歯車減速機を内燃機関用リンク機構のアクチュエータに用いた場合、トルクリミッタ機構が作用するような過大なトルクの発生は一瞬である。このため、波動歯車減速機は、トルクリミッタ機構が作用した後、過大なトルクの解消とともに即座にアクチュエータを制御できる状態に戻ることが望ましい。しかし、特許文献１に記載の技術などの従来技術では、この点が考慮されておらず、アクチュエータの制御が可能になるまでに時間がかかることが懸念される。

　本発明の目的は、過大なトルクの発生による破損を防止でき、過大なトルクの解消後にアクチュエータの制御が不能となる時間を短縮できる波動歯車減速機と、この波動歯車減速機を備える内燃機関用リンク機構のアクチュエータを提供することである。

　本発明による波動歯車減速機は、円環状であり、内周面に複数の歯を備える剛性内歯車と、円筒状であり、外周面に複数の歯を備え、前記剛性内歯車の内部に配置されている可撓性外歯車と、外周が楕円形の環状であり、前記可撓性外歯車の内部に配置されており、外周面が前記可撓性外歯車の内周面に沿って摺動可能な波動発生器と、前記波動発生器の中央部に接続され、回転すると前記波動発生器を回転させて前記可撓性外歯車を回転させる入力軸と、複数の弾性部材と、前記弾性部材の一端にそれぞれが固定された複数の球状部材とを備える。前記波動発生器と前記入力軸は、前記波動発生器と前記入力軸との接続面で開口する凹部を周方向に複数備える。前記弾性部材のそれぞれは、前記波動発生器の凹部と前記入力軸の凹部のうち一方の凹部の中に設置され、前記一方の凹部の開口側の前記一端に前記球状部材が固定されている。前記球状部材のそれぞれは、一部が前記波動発生器の凹部と前記入力軸の凹部のうち他方の凹部の中に入り込んでいる。

　本発明によると、過大なトルクの発生による破損を防止でき、過大なトルクの解消後にアクチュエータの制御が不能となる時間を短縮できる波動歯車減速機と、この波動歯車減速機を備える内燃機関用リンク機構のアクチュエータを提供することができる。

本発明によるアクチュエータが設けられる内燃機関用リンク機構の概略図である。本発明の実施例１による、内燃機関用リンク機構のアクチュエータの断面図である。本発明の実施例１による波動歯車減速機の分解等角図である。本発明の実施例１での、波動発生器とモータ出力軸の軸方向断面図である。本発明の実施例１での、波動発生器とモータ出力軸との接続位置における、波動発生器とモータ出力軸の径方向断面図である。本発明の実施例２での、波動発生器とモータ出力軸の軸方向断面図である。本発明の実施例２での、波動発生器とモータ出力軸との接続位置における、波動発生器とモータ出力軸の径方向断面図である。本発明の実施例３での、波動発生器とモータ出力軸との接続位置における、波動発生器とモータ出力軸の径方向断面図である。本発明の実施例３において、波動歯車減速機に過大なトルクが作用していない通常時における、空間の中に設置された弾性部材を示す図である。本発明の実施例３において、波動歯車減速機に過大なトルクが作用したときにおける、空間の中に設置された弾性部材を示す図である。

　本発明による波動歯車減速機は、剛性内歯車と、剛性内歯車の内部に配置されている可撓性外歯車と、可撓性外歯車の内部に配置されている波動発生器と、波動発生器の中央部に接続されている入力軸と、複数の弾性部材と、弾性部材の一端にそれぞれが固定された複数の球状部材とを備える。波動発生器と入力軸は、波動発生器と入力軸との接続面で開口する凹部（実施例で述べる溝部または凹部）を周方向に複数備える。弾性部材のそれぞれは、波動発生器の凹部と入力軸の凹部のうち一方の凹部（実施例で述べる溝部）の中に設置されており、一方の凹部（溝部）の開口側の一端に球状部材が固定されている。球状部材のそれぞれは、一部が波動発生器の凹部と入力軸の凹部のうち他方の凹部（実施例で述べる凹部）の中に入り込んでいる。

　本発明の実施例による波動歯車減速機と、この波動歯車減速機を備える内燃機関用リンク機構のアクチュエータを、図面を用いて説明する。

　図１は、本発明によるアクチュエータが設けられる内燃機関用リンク機構の概略図である。このリンク機構の基本的な構成は、例えば特許文献２（特に図１とその説明）に記載されているので、ここでは簡単に説明する。

　内燃機関のシリンダブロックのシリンダ内を往復運動するピストン１には、ピストンピン２を介してアッパリンク３の上端が回転自在に連結されている。アッパリンク３の下端には、連結ピン６を介してロアリンク５が回転自在に連結されている。ロアリンク５には、クランクピン４ａを介してクランクシャフト４が回転自在に連結されている。また、ロアリンク５には、連結ピン８を介して第１制御リンク７の上端部が回転自在に連結されている。第１制御リンク７の下端部は、複数のリンク部材を有するリンク機構９と連結されている。リンク機構９は、内燃機関のリンク機構であり、第１制御軸１０、第２制御軸（アクチュエータの制御軸）１１、及び第２制御リンク１２を備える。

　第１制御軸１０は、内燃機関の内部の気筒列方向に延在するクランクシャフト４と平行に延在する。第１制御軸１０は、第１ジャーナル部１０ａ、制御偏心軸部１０ｂ、偏心軸部１０ｃ、第１アーム部１０ｄ、及び第２アーム部１０ｅを有する。第１ジャーナル部１０ａは、内燃機関本体に回転自在に支持される。制御偏心軸部１０ｂは、第１制御リンク７の下端部が回転自在に連結され、第１ジャーナル部１０ａに対して所定量偏心した位置に設けられている。偏心軸部１０ｃは、第２制御リンク１２の一端部１２ａが回転自在に連結され、第１ジャーナル部１０ａに対して所定量偏心した位置に設けられている。第１アーム部１０ｄは、一端が第１ジャーナル部１０ａと連結され、他端が第１制御リンク７の下端部と連結されている。第２アーム部１０ｅは、一端が第１ジャーナル部１０ａと連結され、他端が第２制御リンク１２の一端部１２ａと連結されている。

　第２制御リンク１２の他端部１２ｂは、アームリンク１３の一端が回転自在に連結されている。アームリンク１３の他端には、第２制御軸１１が相対移動不能に連結されている。アームリンク１３は、第２制御軸１１とは別体の部材である。

　第２制御軸１１は、後述するハウジング２０内に、複数のジャーナル部を介して回転自在に支持されている。

　第２制御リンク１２は、第１制御軸１０と第２制御軸１１を連結する。第２制御リンク１２は、レバー形状であり、偏心軸部１０ｃに連結された一端部１２ａが略直線形状で、アームリンク１３に連結された他端部１２ｂが湾曲形状である。一端部１２ａの先端部には、偏心軸部１０ｃが回動自在に挿通されている挿通孔を備える。

　第２制御軸１１は、内燃機関用リンク機構のアクチュエータが備える波動歯車減速機を介して電動モータから伝達されたトルクにより回転する。第２制御軸１１が回転すると、アームリンク１３が第２制御軸１１を中心に回転し、第２制御リンク１２を介して第１制御軸１０が回転し、第１制御リンク７の下端部の位置が変更される。これにより、ロアリンク５の姿勢が変化し、ピストン１のシリンダ内におけるストローク位置やストローク量が変化し、これに伴って機関圧縮比が変更される。

　次に、本発明の実施例１による、内燃機関用リンク機構のアクチュエータの構成を、図２を用いて説明する。

　図２は、本発明の実施例１による、内燃機関用リンク機構のアクチュエータ１００の断面図である。内燃機関用リンク機構のアクチュエータ１００は、電動モータ２２、波動歯車減速機２１、ハウジング２０、及び第２制御軸１１を備える。

　電動モータ２２は、例えばブラシレスモータであり、モータケーシング４５、コイル４６、ロータ４７、及びモータ出力軸４８を備える。モータケーシング４５は、有底の円筒状部材である。コイル４６は、モータケーシング４５の内周面に固定されている。ロータ４７は、コイル４６の内側に回転自在に設けられている。モータ出力軸４８は、ロータ４７の中心に固定されており、一端部がモータケーシング４５の底部に設けられたボールベアリング５２により回転可能に支持されている。

　波動歯車減速機２１は、モータ出力軸４８の回転速度を減速して、モータ出力軸４８のトルクを第２制御軸１１に伝達する。

　第２制御軸１１は、ハウジング２０に回転自在に支持されており、制御軸２３、及び固定用フランジ２４を有する。制御軸２３は、アクチュエータ１００の軸方向に延在する。固定用フランジ２４は、制御軸２３の一端部に位置し、制御軸２３の径方向外側に向かって延在する。制御軸２３と固定用フランジ２４は、一体になって、鉄系金属材料で形成された第２制御軸１１を構成する。固定用フランジ２４は、外周部の円周方向に等間隔に形成された複数のボルト挿通孔を備える。このボルト挿通孔に挿通されたボルトにより、第２制御軸１１の固定用フランジ２４は、波動歯車減速機２１の可撓性外歯車３６のフランジ部３６ｂと結合する。

　図３は、本発明の実施例１による波動歯車減速機２１の分解等角図である。

　次に、本発明の実施例１による波動歯車減速機２１の構成を、図２と図３を用いて説明する。

　波動歯車減速機２１は、電動モータ２２の一端部に取り付けられ、ハウジング２０の内部に設けられている。波動歯車減速機２１は、ハウジング２０の開口溝部２０ａの内部にボルトで固定されている。開口溝部２０ａの内部で、波動歯車減速機２１の重力方向上方には、図２に示していない油圧源から潤滑油を供給する供給孔２０ｂが開口する。潤滑油は、供給孔２０ｂに供給されると、下方の波動歯車減速機２１に滴下し、波動歯車減速機２１の各回転要素間を潤滑する。

　波動歯車減速機２１は、剛性内歯車２７、剛性内歯車２７の内部に配置された可撓性外歯車３６、可撓性外歯車３６の内部に配置された波動発生器３７、及び波動発生器３７の中央部に接続された入力軸を備える。この入力軸は、電動モータ２２のモータ出力軸４８である。また、可撓性外歯車３６には、出力軸が接続される。この出力軸は、アクチュエータ１００の第２制御軸１１である。

　剛性内歯車２７は、剛体の円環状部材であり、内周面に複数の歯２７ａを備える。剛性内歯車２７は、ハウジング２０に固定されている。

　可撓性外歯車３６は、剛性内歯車２７の径方向内側に配置されており、外周面に複数の歯３６ａを備える。歯３６ａは、剛性内歯車２７の歯２７ａと噛み合うことができる。可撓性外歯車３６は、金属材料によって形成され、底面部を有する薄肉の円筒状部材であり、撓み変形が可能である。可撓性外歯車３６の歯３６ａの歯数は、剛性内歯車２７の歯２７ａの歯数より２つ少ない。可撓性外歯車３６の底面部は、フランジ部３６ｂである。フランジ部３６ｂは、径方向内側に、第２制御軸１１が貫通する挿通孔３６ｃを備える。

　可撓性外歯車３６は、アクチュエータ１００の第２制御軸１１に接続されている。第２制御軸１１は、可撓性外歯車３６の挿通孔３６ｃを貫通する。可撓性外歯車３６のフランジ部３６ｂは、第２制御軸１１の固定用フランジ２４とボルトで結合している。このため、可撓性外歯車３６は、挿通孔３６ｃで第２制御軸１１を支持することができるとともに、底部の剛性を確保できる。

　波動発生器３７は、外周が楕円形の環状部材であり、可撓性外歯車３６の径方向内側に配置されており、外周面が可撓性外歯車３６の内周面に沿って摺動可能である。波動発生器３７は、波動生成プラグ３７１、及び深溝玉軸受３７２を備え、中央部に入力軸（モータ出力軸４８）が接続される。波動生成プラグ３７１は、外周が楕円形であり、その中央部にモータ出力軸４８が圧入によって固定されている。深溝玉軸受３７２は、波動生成プラグ３７１の外周と可撓性外歯車３６の内周との間に位置する可撓性の薄肉内外輪を備え、この薄肉内外輪が波動生成プラグ３７１と可撓性外歯車３６の間の相対回転を許容する。

　電動モータ２２のモータ出力軸４８が回転すると、波動生成プラグ３７１が回転する。波動生成プラグ３７１の回転により、可撓性外歯車３６が回転し、アクチュエータ１００の第２制御軸１１が回転する。このように、モータ出力軸４８のトルクは、波動歯車減速機２１を介して第２制御軸１１に伝達される。第２制御軸１１が波動歯車減速機２１を介して電動モータ２２から伝達されたトルクにより回転すると、アームリンク１３は、第２制御軸１１を中心に回転する（図１参照）。

　次に、本発明の実施例１による波動歯車減速機２１が備えるトルクリミッタ機構について、図４と図５を用いて説明する。トルクリミッタ機構は、電動モータ２２のモータ出力軸４８に過大なトルクが発生したときに、この過大なトルクによって波動歯車減速機２１が破損するのを防止するために、波動発生器３７から可撓性外歯車３６に伝達されるトルクを制限する。

　図４は、本発明の実施例１による波動歯車減速機２１の波動発生器３７とモータ出力軸４８の軸方向断面図である。図５は、波動発生器３７とモータ出力軸４８との接続位置における、波動発生器３７とモータ出力軸４８の径方向断面図である。なお、軸方向とは、アクチュエータ１００の軸方向、すなわち、モータ出力軸４８や第２制御軸１１の軸方向のことであり、径方向とは、軸方向に垂直な方向である。上述したように、波動発生器３７の波動生成プラグ３７１は、外周が楕円形であり、その中央部にモータ出力軸４８が固定されている。

　モータ出力軸４８は、周方向に複数のトルクリミッタ機構６０を備える。トルクリミッタ機構６０は、ばね等の弾性部材６０ａと鋼球等の球状部材６０ｂとを備え、モータ出力軸４８の周方向に等間隔に配置される。モータ出力軸４８は、波動生成プラグ３７１との接続面に溝部４８ａを備える。溝部４８ａは、径方向に延伸し、径方向外側が開口し（すなわち、モータ出力軸４８の波動生成プラグ３７１との接続面で開口し）、中に弾性部材６０ａが設置される。弾性部材６０ａは、径方向外側（すなわち、溝部４８ａの開口側）の一端に球状部材６０ｂが固定され、他端が溝部４８ａの底部に当接し、弾性力が主に径方向に作用する。

　なお、モータ出力軸４８は、図４では波動生成プラグ３７１との接続部分の径が他の部分の径よりも大きい形状を持つが、このような形状を持たなくてもよく、例えば径の大きさが一定である形状を持ってもよい。

　波動生成プラグ３７１は、内周面（すなわち、モータ出力軸４８との接続面）に、径方向外側に凹んだ凹部３７１ａを備える。波動歯車減速機２１に過大なトルクが作用していない通常時では、溝部４８ａと凹部３７１ａは、周方向の位置が互いに同じであり、溝部４８ａの開口部分と凹部３７１ａの開口部分は、互いに対向している。

　波動歯車減速機２１に過大なトルクが作用していない通常時では、弾性部材６０ａの弾性力により、球状部材６０ｂは、溝部４８ａの開口部分から一部が突出し、この一部が凹部３７１ａの中に入り込んでいる。このため、波動生成プラグ３７１がモータ出力軸４８とともに回転し、モータ出力軸４８のトルクは、波動生成プラグ３７１に伝達される。

　モータ出力軸４８のトルクが所定のトルク以上になって波動歯車減速機２１に過大なトルクが作用すると、この過大なトルクによって、球状部材６０ｂが凹部３７１ａから出るように働く力が、球状部材６０ｂの一部が凹部３７１ａの中に留まるように働く弾性部材６０ａの弾性力よりも大きくなり、球状部材６０ｂは、凹部３７１ａの中から外に抜け出る。球状部材６０ｂが凹部３７１ａから抜け出ることで、モータ出力軸４８と波動生成プラグ３７１との間に滑りが生じ、モータ出力軸４８から波動生成プラグ３７１に伝達されるトルクが制限される（球状部材６０ｂと波動生成プラグ３７１との摩擦によって、通常時よりも小さいトルクが伝達される）。このため、過大なトルクの発生による波動歯車減速機２１の破損を防止できる。

　なお、弾性部材６０ａの弾性力、球状部材６０ｂの大きさ、溝部４８ａと凹部３７１ａの深さ、及び凹部３７１ａの形状など、トルクリミッタ機構６０と溝部４８ａと凹部３７１ａの特性や構造は、上記の所定のトルクが生じたら、球状部材６０ｂが凹部３７１ａから抜け出るように定めることができる。この所定のトルクは、波動歯車減速機２１が破損しないような大きさのトルクであり、波動歯車減速機２１の構成により予め定めることができる。

　トルクリミッタ機構６０が作用し、球状部材６０ｂが凹部３７１ａから抜け出た状態では、モータ出力軸４８は、いわゆる空回り状態となり、波動歯車減速機２１に伝達されるトルクが制限され、アクチュエータ１００の制御が不能となる。アクチュエータ１００の制御が可能になるのは、球状部材６０ｂが再び凹部３７１ａの中に入り込んだときである。内燃機関用リンク機構のアクチュエータ１００では、トルクリミッタ機構６０が作用するような過大なトルクが波動歯車減速機２１に発生するのは一瞬であるので、過大なトルクの解消とともに即座にアクチュエータ１００を制御できることが望ましい。すなわち、アクチュエータ１００の制御が不能となる時間は、できるだけ短いのが望ましい。

　本実施例による波動歯車減速機２１では、複数のトルクリミッタ機構６０がモータ出力軸４８の周方向に等間隔で設けられている。このため、球状部材６０ｂが凹部３７１ａから抜け出た後、モータ出力軸４８のトルクが上記の所定のトルクより小さくなり過大なトルクが解消すると、モータ出力軸４８の回転によって球状部材６０ｂが凹部３７１ａに再び入り込み、モータ出力軸４８のトルクが波動生成プラグ３７１に伝達され、アクチュエータ１００の制御が可能になる。本実施例による波動歯車減速機２１では、このようにして、アクチュエータ１００の制御が不能となる時間を短縮する。

　トルクリミッタ機構６０の数は、複数であるのが望ましく、多いほど望ましい。トルクリミッタ機構６０の数が多いと、凹部３７１ａの周方向の間隔が短くなり、凹部３７１ａから抜け出た球状部材６０ｂが、過大なトルクが解消した後に再び凹部３７１ａに入り込むまでの時間（すなわち、アクチュエータ１００が制御不能となる時間）を短縮できる。従って、トルクリミッタ機構６０の数が多いほど、過大なトルクの解消後、即座にアクチュエータ１００を制御できる。

　本実施例による波動歯車減速機２１は、過大なトルクの発生による破損を防止でき、過大なトルクの解消後にアクチュエータ１００の制御が不能となる時間を短縮できるので、高い信頼性を有する。

　本発明の実施例２による波動歯車減速機２１について、図６と図７を用いて説明する。本実施例による波動歯車減速機２１は、実施例１による波動歯車減速機２１と同様の構成を備えるが、トルクリミッタ機構６０の構成が異なる。以下、本実施例でのトルクリミッタ機構６０の構成について説明する。なお、実施例１による波動歯車減速機２１と共通の構成については、説明を省略する。

　図６は、本発明の実施例２による波動歯車減速機２１の波動発生器３７とモータ出力軸４８の軸方向断面図である。図７は、波動発生器３７とモータ出力軸４８との接続位置における、波動発生器３７とモータ出力軸４８の径方向断面図である。

　波動生成プラグ３７１は、周方向に複数のトルクリミッタ機構６０を備える。トルクリミッタ機構６０は、ばね等の弾性部材６０ａと鋼球等の球状部材６０ｂとを備え、波動生成プラグ３７１の周方向に等間隔に配置される。波動生成プラグ３７１は、モータ出力軸４８との接続面に溝部３７１ｂを備える。溝部３７１ｂは、径方向に延伸し、径方向内側が開口し（すなわち、波動生成プラグ３７１のモータ出力軸４８との接続面で開口し）、中に弾性部材６０ａが設置される。弾性部材６０ａは、径方向内側（すなわち、溝部３７１ｂの開口側）の一端に球状部材６０ｂが固定され、他端が溝部３７１ｂの底部に当接し、弾性力が主に径方向に作用する。

　モータ出力軸４８は、外周面（すなわち、波動生成プラグ３７１との接続面）に、径方向内側に凹んだ凹部４８ｂを備える。波動歯車減速機２１に過大なトルクが作用していない通常時では、溝部３７１ｂと凹部４８ｂは、周方向の位置が互いに同じであり、溝部３７１ｂの開口部分と凹部４８ｂの開口部分は、互いに対向している。

　なお、溝部３７１ｂは、底部（径方向外側の端部）が開口しており、この開口部分を塞ぐようにプラグねじ６０ｃが溝部３７１ｂの底部に設けられる構成を備えてもよい。この構成では、弾性部材６０ａの他端は、溝部３７１ｂの底部に設けられたプラグねじ６０ｃに当接する。この構成では、トルクリミッタ機構６０を波動生成プラグ３７１に設置するときに、初めに、トルクリミッタ機構６０を波動生成プラグ３７１の外周部から溝部３７１ｂに挿入し、その後、プラグねじ６０ｃを波動生成プラグ３７１の外周部から溝部３７１ｂにねじ込んで、プラグねじ６０ｃでトルクリミッタ機構６０を固定することができる。弾性部材６０ａの弾性力が大きい場合には、このような構造の方がトルクリミッタ機構６０を波動生成プラグ３７１に設置しやすい。

　波動歯車減速機２１に過大なトルクが作用していない通常時と、波動歯車減速機２１に過大なトルクが作用したときの、トルクリミッタ機構６０の動作は、実施例１で説明したものとほぼ同様である。すなわち、通常時では、球状部材６０ｂは、一部が凹部４８ｂの中に入り込んでいる。波動歯車減速機２１に過大なトルクが作用したときは、球状部材６０ｂが凹部４８ｂの中から外に抜け出ることで、モータ出力軸４８と波動生成プラグ３７１との間に滑りが生じ、モータ出力軸４８から波動生成プラグ３７１に伝達されるトルクが制限され（球状部材６０ｂとモータ出力軸４８との摩擦によって、通常時よりも小さいトルクが伝達され）、過大なトルクの発生による波動歯車減速機２１の破損を防止できる。

　また、球状部材６０ｂが凹部４８ｂから抜け出た後、モータ出力軸４８のトルクが所定のトルクより小さくなると、モータ出力軸４８の回転によって球状部材６０ｂが凹部４８ｂに再び入り込み、モータ出力軸４８のトルクが波動生成プラグ３７１に伝達され、アクチュエータ１００の制御が可能になる。

　本実施例による波動歯車減速機２１は、実施例１による波動歯車減速機２１と同様に、過大なトルクの発生による破損を防止でき、過大なトルクの解消後にアクチュエータ１００の制御が不能となる時間を短縮できるので、高い信頼性を有する。

　本発明の実施例３による波動歯車減速機２１について、図８と図９と図１０を用いて説明する。以下では、実施例１による波動歯車減速機２１の構成に基づいて、本実施例による波動歯車減速機２１の構成を説明する。本実施例による波動歯車減速機２１の構成は、実施例２による波動歯車減速機２１の構成に基づいて得ることもできる。

　内燃機関用リンク機構のアクチュエータ１００は、内燃機関の動作中は常に動作しており、トルクリミッタ機構６０が作用するような過大なトルクが波動歯車減速機２１に発生するのは一瞬である。例えば、このような過大なトルクは、ピストン１に瞬間的にかかる衝撃力によって発生する。アクチュエータ１００を継続して動作させるため、過大なトルクが解消したらできるだけ速やかにトルクリミッタ機構６０を作用前の状態に戻し、即座にアクチュエータ１００を制御できるようにすることが求められている。

　実施例１、２による波動歯車減速機２１では、複数のトルクリミッタ機構６０がモータ出力軸４８または波動生成プラグ３７１の周方向に等間隔で設けられているので、アクチュエータ１００の制御が不能となる時間を短縮することができる。本実施例による波動歯車減速機２１では、過大なトルクが解消したときにさらに早くトルクリミッタ機構６０を作用前の状態に戻し、アクチュエータ１００の制御が不能となる時間をさらに短縮するための構成を備える。

　図８は、本発明の実施例３による波動歯車減速機２１の波動発生器３７とモータ出力軸４８との接続位置における、波動発生器３７とモータ出力軸４８の径方向断面図である。

　波動生成プラグ３７１は、内周面（すなわち、モータ出力軸４８との接続面）に、周方向に延伸する溝部６２を備える。溝部６２は、径方向内側が開口する（すなわち、波動生成プラグ３７１のモータ出力軸４８との接続面で開口する）。

　モータ出力軸４８は、外周面（すなわち、波動生成プラグ３７１との接続面）に、周方向に延伸する溝部６３を備える。溝部６３は、径方向外側が開口する（すなわち、モータ出力軸４８の波動生成プラグ３７１との接続面で開口する）。

　波動歯車減速機２１に過大なトルクが作用していない通常時、すなわち、球状部材６０ｂの一部が凹部３７１ａの中に入り込んでいるときには、溝部６２と溝部６３は、周方向の位置が互いに同じであり、溝部６２の開口部分と溝部６３の開口部分は、互いに対向している。溝部６２の開口部分と溝部６３の開口部分が互いに対向することで、波動生成プラグ３７１とモータ出力軸４８との接続部分には、空間６４が形成される。従って、波動歯車減速機２１は、通常時には、波動生成プラグ３７１とモータ出力軸４８との接続部分（摺接部）に空間６４を備える。

　空間６４は、溝部６２と溝部６３とで形成され、溝部６２、６３と同様に周方向に延伸する。空間６４の中には、弾性力が主に周方向に作用するように、ばね等の弾性部材６１が設置される。

　図９は、波動歯車減速機２１に過大なトルクが作用していない通常時における、空間６４の中に設置された弾性部材６１を示す図である。空間６４は、周方向の一端に溝部６２の一端６２ａを備え、周方向の他端に溝部６３の一端６３ａを備える（溝部６３の一端６３ａは、溝部６２の一端６２ａとは、周方向の逆側に位置する）。弾性部材６１は、一端が溝部６２の一端６２ａに当接し、他端が溝部６３の一端６３ａに当接する。

　モータ出力軸４８のトルクが所定のトルク以上になって波動歯車減速機２１に過大なトルクが作用すると、球状部材６０ｂが凹部３７１ａの中から外に抜け出てトルクリミッタ機構６０が作動し、モータ出力軸４８は、波動生成プラグ３７１との間に滑りが生じ、波動生成プラグ３７１に対して周方向に回転する。

　図１０は、波動歯車減速機２１に過大なトルクが作用したときにおける、空間６４の中に設置された弾性部材６１を示す図である。モータ出力軸４８が、波動生成プラグ３７１に対して周方向（図１０では、時計回りの方向）に回転すると、溝部６２と溝部６３は、周方向の位置が互いに異なるようになり、溝部６２の一端６２ａと溝部６３の一端６３ａとが互いに接近する。すなわち、空間６４は、周方向の長さが短くなる。

　弾性部材６１は、空間６４の周方向の長さが短くなると縮み、過大なトルクが解消すると、弾性力で波動生成プラグ３７１及びモータ出力軸４８の少なくとも一方を回転させ、溝部６２と溝部６３との周方向の位置を互いに同じにさせる。すなわち、過大なトルクが解消すると、波動生成プラグ３７１とモータ出力軸４８との周方向の相対的な位置は、弾性部材６１の弾性力により、波動歯車減速機２１に過大なトルクが作用していない通常時の位置（図９）に自動で（強制的に）戻る。すると、球状部材６０ｂが凹部３７１ａに再び入り込み、モータ出力軸４８のトルクが波動生成プラグ３７１に伝達され、アクチュエータ１００の制御が可能になる。

　溝部６２と溝部６３と弾性部材６１の数は、１つまたは複数である。溝部６２と溝部６３と弾性部材６１の数、弾性部材６１の弾性力、及び溝部６２と溝部６３の周方向の長さなど、溝部６２と溝部６３と弾性部材６１の特性や構造は、モータ出力軸４８のトルクが実施例１で述べた所定のトルク以上になっても、溝部６２の一端６２ａと溝部６３の一端６３ａとが互いに非常に接近し、弾性部材６１が限界まで縮まないように（すなわち、弾性部材６１がいわゆる底突きを起こさないように）定めることができる。

　内燃機関用リンク機構のアクチュエータ１００は、内燃機関の動作中は常に動作しているので、波動歯車減速機２１に発生した過大なトルクが解消したら（特に一瞬だけ発生した過大なトルクが解消したら）、できるだけ速やかに制御可能にすることが求められている。本実施例による波動歯車減速機２１は、弾性部材６１を備え、弾性部材６１の弾性力を利用することで、凹部３７１ａから抜け出た球状部材６０ｂが、過大なトルクが解消した後に再び凹部３７１ａに入り込むまでの時間を大幅に短縮でき、過大なトルクの解消後、さらに早くアクチュエータ１００を制御できるようにすることができる。このように、本実施例による波動歯車減速機２１は、アクチュエータ１００の制御が不能となる時間を大幅に短縮することができ、高い信頼性を有する。

　なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

　１…ピストン、２…ピストンピン、３…アッパリンク、４…クランクシャフト、４ａ…クランクピン、５…ロアリンク、６…連結ピン、７…第１制御リンク、８…連結ピン、９…リンク機構、１０…第１制御軸、１０ａ…第１ジャーナル部、１０ｂ…制御偏心軸部、１０ｃ…偏心軸部、１０ｄ…第１アーム部、１０ｅ…第２アーム部、１１…第２制御軸、１２…第２制御リンク、１２ａ…第２制御リンクの一端部、１２ｂ…第２制御リンクの他端部、１３…アームリンク、２０…ハウジング、２０ａ…開口溝部、２０ｂ…供給孔、２１…波動歯車減速機、２２…電動モータ、２３…制御軸、２４…固定用フランジ、２７…剛性内歯車、２７ａ…歯、３６…可撓性外歯車、３６ａ…歯、３６ｂ…フランジ部、３６ｃ…挿通孔、３７…波動発生器、４５…モータケーシング、４６…コイル、４７…ロータ、４８…モータ出力軸、４８ａ…溝部、４８ｂ…凹部、５２…ボールベアリング、６０…トルクリミッタ機構、６０ａ…弾性部材、６０ｂ…球状部材、６０ｃ…プラグねじ、６１…弾性部材、６２…溝部、６２ａ…溝部の一端、６３…溝部、６３ａ…溝部の一端、６４…空間、１００…内燃機関用リンク機構のアクチュエータ、３７１…波動生成プラグ、３７１ａ…凹部、３７１ｂ…溝部、３７２…深溝玉軸受。

Claims

　円環状であり、内周面に複数の歯を備える剛性内歯車と、
　円筒状であり、外周面に複数の歯を備え、前記剛性内歯車の内部に配置されている可撓性外歯車と、
　外周が楕円形の環状であり、前記可撓性外歯車の内部に配置されており、外周面が前記可撓性外歯車の内周面に沿って摺動可能な波動発生器と、
　前記波動発生器の中央部に接続され、回転すると前記波動発生器を回転させて前記可撓性外歯車を回転させる入力軸と、
　複数の弾性部材と、
　前記弾性部材の一端にそれぞれが固定された複数の球状部材と、
を備え、
　前記波動発生器と前記入力軸は、前記波動発生器と前記入力軸との接続面で開口する凹部を周方向に複数備え、
　前記弾性部材のそれぞれは、前記波動発生器の凹部と前記入力軸の凹部のうち一方の凹部の中に設置され、前記一方の凹部の開口側の前記一端に前記球状部材が固定され、
　前記球状部材のそれぞれは、一部が前記波動発生器の凹部と前記入力軸の凹部のうち他方の凹部の中に入り込んでいる、
ことを特徴とする波動歯車減速機。
　前記入力軸は、前記凹部として、径方向に延伸して前記波動発生器との接続面で開口する溝部を前記波動発生器との接続面に備え、
　前記波動発生器は、前記入力軸との接続面で開口する前記凹部を前記入力軸との接続面に備え、
　前記弾性部材のそれぞれは、前記溝部の中に設置され、前記溝部の開口側の前記一端に前記球状部材が固定され、
　前記球状部材のそれぞれは、一部が前記波動発生器の前記凹部の中に入り込んでいる、請求項１に記載の波動歯車減速機。
　前記波動発生器は、前記凹部として、径方向に延伸して前記入力軸との接続面で開口する溝部を前記入力軸との接続面に備え、
　前記入力軸は、前記波動発生器との接続面で開口する前記凹部を前記波動発生器との接続面に備え、
　前記弾性部材のそれぞれは、前記溝部の中に設置され、前記溝部の開口側の前記一端に前記球状部材が固定され、
　前記球状部材のそれぞれは、一部が前記入力軸の前記凹部の中に入り込んでいる、
請求項１に記載の波動歯車減速機。
　前記波動発生器は、周方向に延伸して前記入力軸との接続面で開口する溝部を前記入力軸との接続面に少なくとも１つ備え、
　前記入力軸は、周方向に延伸して前記波動発生器との接続面で開口する溝部を前記波動発生器との接続面に少なくとも１つ備え、
　前記波動発生器と前記入力軸との接続部分には、前記波動発生器の周方向に延伸する前記溝部の開口部分と前記入力軸の周方向に延伸する前記溝部の開口部分とが互いに対向することで形成された空間が備えられ、
　前記空間は、周方向の一端に、前記波動発生器の周方向に延伸する前記溝部の一端を備え、周方向の他端に、前記入力軸の周方向に延伸する前記溝部の一端を備え、
　前記波動歯車減速機は、前記空間の中に設置された弾性部材を備え、
　前記空間の中に設置された前記弾性部材は、一端が前記波動発生器の周方向に延伸する前記溝部の前記一端に当接し、他端が前記入力軸の周方向に延伸する前記溝部の前記一端に当接する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の波動歯車減速機。
　請求項１から４のいずれか１項に記載の波動歯車減速機と、
　モータ出力軸を備える電動モータと、
　内燃機関のリンク機構に備えられた制御軸と、
を備え、
　前記モータ出力軸は、前記入力軸であり、
　前記制御軸は、前記可撓性外歯車に接続されている、
ことを特徴とする内燃機関用リンク機構のアクチュエータ。