WO2020017310A1 - 波動歯車装置 - Google Patents
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- 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
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- F16H55/02—Toothed members; Worms
- F16H55/08—Profiling
Definitions
- the present invention relates to a wave gear device used for reducing rotation, and particularly has a feature in the shape of teeth of an external gear and an internal gear constituting the wave gear device.
- the wave gear device has been widely used in humanoid robots, semiconductor manufacturing devices, machine tools, and the like, and transmits rotation of a servomotor or the like at a greatly reduced speed.
- a wave gear device has a wave generator that is rotated, a cylindrical external gear that is elastically deformed into an elliptical shape by being fitted to the wave generator, and an elastically deformed elliptical shape.
- An internal gear that meshes with the external gear on the long axis of the external gear.
- the external gear and the internal gear of the conventional general wave gear device are configured such that the teeth of the same module and the involute tooth profile having the same reference pressure angle mesh with each other, but the correct meshing has not been performed.
- an object of the present invention is to provide a wave gear device capable of increasing the number of simultaneously meshing teeth of the external gear and the internal gear and increasing the transmittable torque value.
- the present invention provides 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 outer gear that is elastically deformed into the elliptical shape.
- the present invention relates to a wave gear device 1 having an internal gear 4 meshing with the external gear 3 at a position near the major axis of the gear 3.
- the tooth surface shape of the teeth 55 of the external gear 3 and the tooth surface shape of the teeth 57 of the internal gear 4 are the reference pitch circle at the maximum displacement position of the external gear 3 and the reference pitch circle of the internal gear 4. Are determined by the negative deviation setting that does not match.
- the tooth surface shape of the teeth 57 of the internal gear 4 is reduced in a normal direction from a relative movement trajectory curve 67 drawn by a relative movement trajectory of the external gear 4 when the external gear 3 meshes with the internal gear 4.
- the tooth surface shape of the teeth 55 of the external gear 3 is in contact with the tooth profile basic line 73, the second tip side curve 82, and the second tooth tip side curve 82, and And a straight line 81 connected to the tooth end side end.
- the first tooth tip side curve 75 of the teeth 57 of the internal gear 4 is a curve that is convex toward the radially inward side of the internal gear 4.
- the root-side curve 76b of the tooth 57 of the internal gear 4 is a curve that protrudes radially outward of the internal gear 4.
- the tip side curve 82 of the tooth 55 of the external gear 3 is a curve that protrudes radially outward of the external gear 3.
- the wave gear device can increase the number of simultaneously meshing teeth of the teeth of the external gear and the teeth of the internal gear and increase the transmittable torque value.
- FIG. 1A and 1B are diagrams illustrating a wave gear device according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a front view of the wave gear device, FIG. 1B is a side view of the wave gear device, and FIG. It is a sectional view of wave gear device 1 cut and shown along A1-A1 line of (a).
- FIG. 2A is a cross-sectional view of the wave gear device cut along the line A2-A2 in FIG. 1C
- FIG. 2B is an enlarged view of a portion B1 in FIG.
- FIG. 2C is an enlarged view of a portion B2 in FIG.
- FIG. 3A is a cross-sectional view of the wave gear device taken along line A3-A3 in FIG. 1C, and FIG.
- FIG. 3B is a diagram illustrating a first engagement piece and a pair of engagement piece housings.
- FIG. 3C is a diagram of a first state showing a relationship with a recess
- FIG. 3C is a diagram of a second state showing a relationship between a first engagement piece and a pair of engagement piece housing recesses
- FIG. 3E is a diagram illustrating a relationship between the first engagement piece and the pair of engagement piece housing recesses
- FIG. 3E illustrates a relationship between the first engagement piece and the pair of engagement piece housing recesses. It is a figure of the 4th state.
- FIG.4 (a) is a front view of a wave generator
- FIG.4 (b) is a side view of a wave generator
- FIG.4 (c). 4) is a cross-sectional view of the wave generator cut along the line A4-A4 in FIG. 4A
- FIG. 4D is a rear view of the wave generator.
- FIG.5 (a) is a front view of a fixing member
- FIG.5 (b) is a side view of a fixing member
- FIG.5 (c) is a figure.
- FIG. 5A is a cross-sectional view of the fixing member cut along the line A5-A5
- FIG. 5D is a cross-sectional view of the fixing member cut along the line A6-A6 of FIG.
- FIG. 5E is a rear view of the fixing member.
- FIG. 6A is a partially enlarged view of the engagement piece housing recess of the fixing member
- FIG. 6B is a modified example of the engagement piece housing recess shown in FIG. FIG.
- It is a figure which shows the external gear of the wave gear device which concerns on embodiment of this invention
- FIG.7 (a) is a front view of an external gear
- FIG.7 (b) is a side view of an external gear
- FIG.7 (c) is a figure.
- FIG. 7 (a) is a cross-sectional view of the external gear cut along the line A7-A7
- FIG. 7 (d) is a rear view of the external gear
- FIG. 7 (e) is the external gear shown in FIG. 7 (d).
- FIG. 8 (a) is a front view of an internal gear
- FIG.8 (b) is a side view of an internal gear
- FIG.8 (c) is a figure.
- FIG. 8A is a cross-sectional view of the internal gear cut along the line A8-A8, and
- FIG. 8D is a rear view of the internal gear.
- FIG. 9A is a diagram illustrating a cover of the wave gear device according to the embodiment of the present invention
- FIG. 9A is a front view of the cover
- FIG. 9B is a side view of the cover
- FIG. FIG. 9D is a cross-sectional view of the cover cut along the line A9-A9
- FIG. 9D is a rear view of the cover.
- It is a figure explaining the design method of the tooth of the internal gear of the wave gear device concerning the embodiment of the present invention, and is a figure showing the 2nd step of design.
- It is a figure explaining the design method of the tooth of the internal gear of the wave gear device concerning the embodiment of the present invention, and is a figure showing the 2nd step and the 3rd step of design.
- FIG. 1 It is a figure explaining the design method of the tooth of the external gear of the wave gear device concerning the embodiment of the present invention, and is a figure showing the 7th step of design. It is a figure explaining the design method of the tooth of the external gear of the wave gear device concerning the embodiment of the present invention, and is a figure showing the 8th step of design. It is a figure which shows the tooth profile of the tooth of the external gear of the wave gear apparatus which concerns on embodiment of this invention in comparison with the tooth profile of the tooth of the external gear of an involute. It is a figure which shows combining the tooth profile of the tooth of the internal gear of the wave gear apparatus which concerns on embodiment of this invention, the tooth profile of the tooth of an external gear, and a relative movement locus
- FIG. 20A is a diagram showing Modification Example 1 of the fixing member, in which FIG. 20A is a cross-sectional view of the fixing member showing an engagement state of the engagement piece of the external gear and the radial rib, and FIG. 20A is a partially enlarged cross-sectional view of a fixing member showing a B3 portion in an enlarged manner, and FIG. 20C is a partially enlarged cross-sectional view of a fixing member showing a B4 portion in FIG. 21A and 21B are diagrams illustrating Modification Example 2 of the fixing member, in which FIG. 21A is a cross-sectional view of the fixing member showing an engagement state between the engagement piece of the external gear and the radial rib, and FIG.
- FIG. 21A is a partially enlarged cross-sectional view of a fixing member showing a B5 portion in an enlarged manner
- FIG. 21C is a partially enlarged cross-sectional view of a fixing member showing a B6 portion in FIG.
- FIG.23 (a) is a front view of a wave generator
- FIG.23 (b) is a top view of a wave generator
- 23 (c) is a bottom view of the wave generator
- FIG. 23 (d) is a side view of the wave generator
- FIG.23 (a) is a front view of a wave generator
- FIG.23 (b) is a top view of a wave generator
- 23 (c) is a bottom view of the wave generator
- FIG. 23 (d) is a side view of the wave generator
- FIG.23 (a) is a front view of a wave generator
- FIG.23 (b) is a top view of a wave generator
- 23 (c) is a bottom view of the wave generator
- FIG. 23 (e) is a rear view of the wave generator with some parts removed
- FIG. ) Is an external perspective view of the wave generator as viewed from obliquely above
- FIG. 23 (g) is an external perspective view of the wave generator as viewed from obliquely above
- 24A and 24B are diagrams illustrating Modification Example 2 of the wave generator of the wave gear device according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 24A is a front view of the wave generator
- FIG. 24B is a plan view of the wave generator
- 24 (c) is a bottom view of the wave generator
- FIG. 24 (d) is a side view of the wave generator
- FIG. 24 (e) is a rear view of the wave generator with some parts removed
- FIG. 24 is an external perspective view of the wave generator as viewed from obliquely above
- FIG. 24G is an external perspective view of the wave generator as viewed from obliquely above.
- FIG.25 (a) is a front view of a wave generator
- FIG.25 (b) is a top view of a wave generator
- FIG. 25 (c) is a bottom view of the wave generator
- FIG. 25 (d) is a side view of the wave generator
- FIG. 25 (e) is a rear view of the wave generator with some parts removed
- FIG. 25) is an external perspective view of the wave generator as viewed from obliquely above
- FIG. 25 (g) is an external perspective view of the wave generator as viewed from obliquely above.
- FIGS. 1 and 2 are views showing a wave gear device 1 according to a first embodiment of the present invention.
- 1 (a) is a front view of the wave gear device 1
- FIG. 1 (b) is a side view of the wave gear device 1
- FIG. 1 (c) is a line A1-A1 in FIG. 1 (a). It is sectional drawing of the wave gear device 1 cut
- FIG. 2A is a cross-sectional view of the wave gear device 1 taken along a line A2-A2 in FIG. 1C
- FIG. 2B is a sectional view of a portion B1 in FIG.
- FIG. 2C is an enlarged view of a portion B2 in FIG. 2A.
- a wave gear device 1 (Schematic configuration of wave gear device) As shown in FIGS. 1 and 2, a wave gear device 1 according to the present embodiment is fitted with a wave generator 2 that is rotated by driving means such as a servo motor (not shown) and the wave generator 2.
- the external gear 3 is elastically deformed into an elliptical shape thereby, the internal gear 4 meshes with the external gear 3 on the long axis of the external gear 3 deformed into the elliptical shape, and a robot arm (not shown). It has a fixing member (housing) 5 fixed to the mounting object and a cover 6 fixed to the fixing member 5.
- 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), or the like). Is formed.
- the wave generator 2 includes an input shaft 7, an elliptical cam 8 integrally formed on the distal end side of the input shaft 7, and a front surface of the elliptical cam 8. And a support shaft 10 (projecting in a direction opposite to the direction in which the input shaft 7 projects) from the center of rotation of the input shaft 7.
- the input shaft 7 is rotatably supported by the shaft hole 11 of the fixed member 5 and is connected to a driving means (not shown).
- the elliptical cam 8 is composed of the long-axis cam portion 12 and the short-axis cam portion 13, and has a substantially cross shape when viewed from the front side.
- the outer peripheral surface 14 of the long axis side cam portion 12 and the outer peripheral surface 15 of the short axis side cam portion 13 have elliptical peripheral surfaces 16, 18 in contact with the external gear 3 and peripheral surfaces of the elliptical peripheral surfaces 16, 18.
- Arc-shaped peripheral surfaces 17, 20 smoothly connected to both ends in the direction.
- the arc-shaped peripheral surfaces 17 and 20 have the same radius of curvature as the radius of curvature at both ends in the circumferential direction of the elliptical peripheral surfaces 16 and 18, and extend from the connection with the elliptical peripheral surfaces 16 and 18 to the peripheral end.
- the gap between the outer gear 3 supported by the elliptical peripheral surfaces 16 and 18 is formed so as to gradually increase in a wedge-like shape as it goes.
- the arc-shaped peripheral surfaces 17, 20 use the lubricant by the wedge effect to make the elliptical peripheral surfaces 16.18 and the outer gear 3. It functions so as to be guided between the inner peripheral surface 3a.
- the elliptical cams 16 and 18 have a substantially V-shaped concave portion 21 between the long axis side cam portion 12 and the short axis side cam portion 13, and the elliptical periphery of the long axis side cam portion 12 is formed.
- the support shaft 10 is fitted in the bearing hole 22 of the internal gear 4.
- the rotation center 23c of the support shaft 10 is located coaxially with the rotation center 23a of the input shaft 7 (wave generator 2) and the rotation center 23b of the shaft 24.
- the fixing member (housing) 5 includes one side surface 25 (one end surface along the tooth width direction of the external gear 3, and the right end surface in FIG. 1C).
- the input shaft 7 of the wave generator 2 is rotatably supported by a shaft hole 11 formed in the center portion.
- the fixing member 5 has a plurality of radially extending radially with respect to the rotation center 23 a of the input shaft 7 (wave generator 2) on a surface facing the one side surface 25 of the external gear 3.
- a directional rib 26 is formed.
- the radial rib 26 has a portion having a constant rib width (radial inner rib portion 27) and a portion having a variable rib width (radial 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 a radial inner rib portion 27.
- the radial rib 26 is provided with a pair of engagement piece receiving recesses 31 for engaging the tongue-like engagement pieces 30 of the external gear 3 (see FIG. 3).
- the pair of engagement piece receiving recesses 31, 31 are located on the same circumference, and extend in the width direction center line 32 of the radial rib 26 (the straight line extending radially through the center C 1 of the fixing member 5). ) Is symmetrical with respect to the line.
- the engagement piece receiving recess 31 has a surface facing the external gear 3 of the radial rib 26 so that the tongue-shaped engagement piece 30 of the external gear 3 can be engaged from the front side of the fixing member 5. This is a circumferential groove (groove along the circumferential direction of the fixing member 5) formed on the side and opening toward the front side (see FIG. 6A).
- the engagement piece receiving recess 31 has one end opening in a radial groove 33 formed between the adjacent radial ribs 26, 26, and the other end contacting the circumferential end 34 of the engagement piece 30. It is closed by the engaging piece contact wall 35 (see FIG. 6A).
- the engagement piece abutment wall 35 has a curved surface along the movement trajectory of the circumferential end 34 of the engagement piece 30 formed in an arc shape (FIGS. 3B to 3E and FIG. 6). (A) and FIG. 7 (e)). Further, the groove width w of the engagement piece housing recess 31 of the fixing member 5 is set to a size that allows the movement of the engagement piece 30 of the external gear 3 that is deformed into an elliptical shape (FIG. 3B). (E)).
- FIG. 3 is a view showing the relationship between the engagement piece 30 of the external gear 3 and the engagement piece housing recess 31 of the fixing member 5.
- FIG. 3A is a cross-sectional view of the wave gear device 1 taken along the line A3-A3 in FIG. 1C, and the intersection of the X axis and the Y axis is the center C1 of the fixed member 5.
- one end 36a of the long axis of the wave generator 2 is located on the + Y axis, and one of the engagement pieces 30 (referred to as a first engagement piece 30 for convenience of description) is It is a figure showing the state where it is located on one end 36a of a shaft.
- FIG. 3A is a cross-sectional view of the wave gear device 1 taken along the line A3-A3 in FIG. 1C, and the intersection of the X axis and the Y axis is the center C1 of the fixed member 5.
- one end 36a of the long axis of the wave generator 2 is located on the +
- FIG. 3B shows the first engagement piece 30 and the pair of engagement piece receiving recesses 31, 31 when the first engagement piece 30 is located on one end 36 a of the long axis of the wave generator 2.
- FIG. 5 is a diagram of a first state showing the relationship of FIG. FIG. 3 (c) shows the first engagement piece 30 when the one end 36a of the long axis of the wave generator 2 is rotated clockwise (in the direction indicated by the arrow R) by 45 ° from the position in the first state.
- FIG. 8 is a second state diagram illustrating a relationship between the first and second engagement piece receiving recesses 31; FIG.
- FIG. 3D shows that one end 36 a of the long axis of the wave generator 2 is rotated clockwise by 90 ° from the position in the first state, and the first engagement piece 30 is moved to the short axis of the wave generator 2.
- FIG. 8 is a third state diagram illustrating a relationship between the first engagement piece 30 and a pair of engagement piece housing recesses 31 when the first engagement piece 30 is positioned on one end 37a.
- FIG. 3 (e) shows the first engagement piece 30 when the one end 36a of the long axis of the wave generator 2 rotates 135 ° in the clockwise direction (direction indicated by the arrow R) from the position in the first state.
- FIG. 14 is a diagram of a fourth state showing a relationship between and a pair of engagement piece receiving recesses 31;
- the first engagement piece 30 is moved along the long axis of the wave generator 2. 3b, and returns to the first state shown in FIG. 3 (b).
- the relationship between the first engagement piece 30 and the pair of engagement piece receiving recesses 31 and 31 is such that when the wave generator 2 rotates half a turn, the first state is returned to the first state through the first to fourth states. It has become. Therefore, the relationship between the first engagement piece 30 and the pair of engagement piece housing recesses 31, 31 is that when the wave generator makes one rotation, the cycle of returning to the first state through the first to fourth states is twice. Will be repeated.
- the first engagement piece 30 is provided on the long axis (one end 36a, the other end 36b) and the short axis (one end 37a, the other end 37b) of the wave generator 2.
- both circumferential end portions 34, 34 come into contact with the engagement piece contact walls 35, 35 of the pair of engagement piece housing recesses 31, 31, whereby the external gear 3 is fixed to the fixing member. 5 is stopped.
- the first engagement piece 30 is one of the pair of circumferential ends 34, 34.
- the circumferential end 34 (on the right side in the figure) abuts against the engagement piece contact wall 35 of one of the engagement piece housing recesses 31 (right in the figure) of the pair of engagement piece housing recesses 31.
- the external gear 3 has a pair of engagement pieces 30 of the first quadrant.
- One of the circumferential ends 34, 34 (the circumferential end 34 on the rotation direction side of the wave generator 2) is engaged with the engagement piece housing recess 31 on the rotation direction (R direction) side of the wave generator 2.
- the other of the pair of circumferential ends 34, 34 of the engaging piece 30 in the fourth quadrant (the circumferential end 34 opposite to the rotation direction of the wave generator 2) is in sliding contact with the mating contact wall 35.
- the external gear 3 has a pair of engagement pieces 30 of the third quadrant.
- One of the circumferential ends 34, 34 (the circumferential end 34 on the rotation direction side of the wave generator 2) is engaged with the engagement piece housing recess 31 on the rotation direction (R direction) side of the wave generator 2.
- the other of the pair of circumferential ends 34, 34 of the engaging piece 30 in the second quadrant (the circumferential end 34 on the opposite side to the rotation direction of the wave generator 2) slides on the mating contact wall 35.
- the first engagement piece 30 is provided with the engagement piece receiving recess 31 during the cycle in which the wave generator 2 makes one rotation and returns to the first state through the first to fourth states twice. Is always in sliding contact (sliding contact) with the engagement piece contact wall 35. As a result, the external gear 3 and the fixed member 5 do not rattle with respect to the fixed member 5 (movement in the rotational direction) even if a rotational torque acts on the external gear 3.
- the boss 38 of the fixing member 5 is located at the center of the fixing member 5, the shaft hole 11 is penetrated, and the tip surface 40 is the elliptical cam 8 of the wave generator 2.
- the positioning is performed in the direction along the rotation center 23 a of the wave generator 2 by contacting the positioning surface 41 of the wave generator 2.
- the fixing member 5 has an annular relief groove 42 formed around the boss 38 for reducing contact with the wave generator 2.
- the fixing member 5 is fitted on the outer peripheral surface 43 of the internal gear 4, and the rotation center 23 b of the internal gear 4 (the shaft 24) is moved to the wave generator 2 (the input shaft 7).
- An inner gear positioning inner peripheral surface 44 for positioning the inner gear 4 in the radial direction is formed so as to be coaxial with the rotation center 23a of ()).
- the fixing member 5 is in contact with one end surface 45 of the internal gear 4, and has an internal gear positioning end surface 46 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 48 of the cylindrical portion 47 of the cover 6 and is brought into contact with the inner surface 50 of the cover 6.
- the mating projection 51 is formed at a position radially outward of the inner gear positioning inner peripheral surface 44.
- the fixing member 5 and the cover 6 are fixed by fastening means such as bolts, welding, or clips.
- FIG. 6B is a view showing a modification of the engagement piece receiving recess 31 of the fixing member 5, and is a view corresponding to FIG. 6A.
- the engagement piece housing recess 31 according to the present modification has a pair of groove side walls 52, 52 extending in parallel (with a constant groove width w) along the circumferential direction.
- the groove width is gradually increased from the connection portion with the engagement piece contact wall 35 toward the radial groove 33 (so that wa> w).
- a pair of groove side walls 52, 52 are inclined. That is, the engagement piece housing recess 31 according to the present modification is formed by the engagement piece contact wall 35 and the groove side wall 52.
- the groove side wall 52 functions as a guide for guiding the engagement piece 30, and the engagement piece 30 can smoothly contact the contact wall 35.
- the engagement piece housing recess 31 according to the present modified example surely slides only with the circumferential end 34 of the engagement piece 30, and contacts with a part other than the circumferential end 34 of the engagement piece 30. Can be avoided, and the resistance at the time of sliding contact with the engagement piece 30 can be reduced.
- the external gear 3 has a plurality of teeth (external teeth) 55 formed on an outer peripheral surface 54 of a thin cylindrical member 53 and a wave generator on an inner peripheral surface 3 a.
- teeth external teeth
- the two elliptical cams 8 are fitted, they are elastically deformed by the elliptical cams 8 of the wave generator 2 and are deformed into elliptical shapes following the elliptical peripheral surfaces 16 and 18 of the elliptical cams 8. .
- the external gear 3 has a tongue that is engaged with the engaging piece receiving recesses 31 of the adjacent radial ribs 26 on the side (one side surface 25 side) of the fixing member 5 facing the radial rib 26.
- the same number of one-piece engaging pieces 30 as the radial grooves 33 of the fixing member 5 are formed.
- the engaging piece 30 of the external gear 3 is formed so that the radial rib receiving recess 56 for engaging the radial rib 26 of the fixing member 5 cuts out one side surface 25 of the external gear 3. By forming the same number as the above, it is formed between the adjacent radial rib receiving recesses 56, 56.
- the circumferential length (L) with respect to the thickness (t) is several times larger, and
- the outer gear 3 is fixed by the circumferential end 34 abutting against the engaging piece abutting wall 35 of the engaging piece receiving recess 31 because the outer gear 3 is hardly elastically deformed in the circumferential direction.
- the member 5 can be reliably prevented from rotating.
- the circumferential ends 34, 34 on both sides in the circumferential direction of the engaging piece 30 are formed in an arc shape, and smoothly slide on the engaging piece contacting wall 35 of the engaging piece receiving recess 31 of the fixing member 5. I can do it.
- the external gear 3 has two cycles of returning to the first state through the first to fourth states shown in FIGS. 3B to 3E.
- the rotation is performed, and the circumferential end 34 of the engagement piece 30 is always in sliding contact (sliding contact) with the engagement piece contact wall 35 of the engagement piece housing recess 31.
- the internal gear 4 includes a cylindrical portion 58 having teeth (internal teeth) 57 formed on the inner peripheral surface side, and a radial direction from an end of the cylindrical portion 58. It has a disk-shaped part 60 extending inward and a shaft 24 integrally formed at the center of the outer surface 60 a of the disk-shaped part 60.
- a bearing hole 22 for accommodating the support shaft 10 of the wave generator 2 so as to be relatively rotatable is formed in the center of the inner side surface 60 b of the disc-shaped portion 60.
- a positioning protrusion 61 which is in contact with the cover 6 is formed at the center of the outer surface 60a of the disc-shaped portion 60.
- the shaft 24 has a large-diameter shaft portion 24 a fitted into a shaft hole 62 of the cover 6 and formed adjacent to the positioning protrusion 61 of the disk-shaped portion 60.
- the outer peripheral surface 43 of the cylindrical portion 58 is fitted to the internal gear positioning inner peripheral surface 44 of the fixed member 5, and one end surface 45 of the cylindrical portion 58 is connected to the internal gear positioning end surface of the fixed member 5. 46 (pressed on the radially inner end side of the cover 6 and brought into contact with the internal gear positioning end surface 46), so that it can rotate relative to the fixed member 5.
- Such an internal gear 4 meshes with the external gear 3 at two places on the long axis of the external gear 3 deformed into an elliptical shape by the elliptical cam 8 of the wave generator 2, and the elliptical cam of the wave generator 2 8, the outer gear 3 is most separated from the outer gear 3 on the short axis of the outer gear 3 deformed into an elliptical shape.
- the cover 6 is formed such that a cylindrical portion 47 is integrally formed at a radially outer end of a disk-shaped portion 63, and the cylindrical portion 47 is engaged with the cover 5 of the fixing member 5.
- a first ring-shaped projection 64 fitted to the projection 51 and located at a radially outer end of the inner side surface 50 of the disk-shaped portion 63 abuts against a distal end surface 51 a of the cover engagement projection 51 of the fixing member 5,
- a second ring-shaped projection 65 located at a radially inner end of the inner side surface 50 of the disk-shaped portion 63 is brought into contact with a positioning projection 61 of the disk-shaped portion 60 of the internal gear 4.
- an inner surface between the first ring-shaped projection 64 and the second ring-shaped projection 65 of the disc-shaped portion 63 is a contact avoiding recess 66 for avoiding contact with the internal gear 4. Therefore, the sliding contact resistance with the relatively rotating internal gear 4 is reduced.
- 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
- FIGS. 10 to 13 are diagrams for explaining a method of designing the teeth 57 of the internal gear 4.
- the relative locus of movement of the external gear (not shown) of the involute tooth profile with respect to the internal gear (not shown) of the involute tooth profile is obtained by a rack meshing approximation method (a method described in Japanese Patent Publication No. 45-041171). 1st step).
- the relative movement locus of the external gear with respect to the internal gear is such that the reference pitch circle at the maximum displacement position (position on the long axis) of the external gear is smaller than the reference pitch circle of the internal gear (the position of the reference pitch circle of the internal gear). (Displaced further inward in the radial direction than the above).
- a relative movement trajectory curve 67 is drawn based on the relative movement trajectory of the external gear obtained in the first step of the above design (second step of design).
- the relative movement trajectory curve 67 connects the trajectory points 68 of the relative movement trajectory of the external gear with a smooth curve, and is drawn based on the reference pitch circle 70 of the internal gear 4.
- the relative movement locus curve 67 of the external gear has an inflection point P on the tip end side (on the top 71 side near the reference pitch circle 70 of the internal gear 4) in order to set a negative deviation.
- a circle 72 (a circle having a diameter of 0.4 mm) having a diameter smaller than the tooth thickness (0.43 mm) of the involute tooth profile is set to each locus point 68 (however, Drawing is performed at the center point (lower side in FIG. 11) of the reference pitch circle 70 from the inflection point P of the movement trajectory curve 67) to obtain the envelope H of each circle 72 (third design step). Steps).
- This envelope H has a shape obtained by reducing the relative movement trajectory curve 67 in the normal direction, and becomes a tooth profile basic line 73 of the teeth 57 of the internal gear 4.
- an addendum circle 74 of the tooth 57 of the internal gear 4 (having the same diameter as the addendum circle of the involute tooth shape) is drawn, and the addendum circle 74 and the tooth form basic line 73 are added to the addendum arc.
- (Tooth end side curve) 75 (a part of a circle having a radius of 0.3 mm) is connected smoothly to determine the tooth flank shape on the tip end side of the teeth 57 of the internal gear 4 (fourth step of design). Note that the tip arc (curve on the tip side) 75 is a curve that protrudes radially inward of the internal gear 4.
- the tooth flank shape on the root side of the teeth 57 of the internal gear 4 is determined.
- the root shape of the teeth 57 of the internal gear 4 is set to a tooth groove shape that does not interfere with the teeth 55 of the external gear 3 with reference to the root shape of the involute tooth profile.
- the center 76 a of the root circle 76 (a circle having a diameter of 0.4 mm) is located on the tooth groove center line 77, and the center 76 a of the root circle 76 is located radially outward with respect to the reference pitch circle 70. Is formed by connecting the root circle 76 and the tooth profile basic line 73 with a smooth curve 78 (fifth design step).
- the tooth surface shape of the tooth root side of the teeth 57 of the internal gear 4 is a part of the root circle 76 (a root-side curve (arc) 76b from the contact point with the curve 78 to the tooth groove center line 77) and a curve 78 and a tooth profile basic line 73.
- the curve 78 may be omitted.
- the tooth surface shape on the root side of the tooth 57 includes a part of the root circle 76 (an arc from the contact point with the end of the tooth profile basic line 73 to the tooth groove center line 77) and the tooth profile basic line 73.
- the root-side curve 76b is a curve protruding radially outward of the internal gear 4.
- the root 76 has its center 76a on the tooth groove center line 77. Although it is located, it is not limited to this, and its center 76 a may be located off the tooth space center line 77.
- FIG. 14 is a diagram showing the tooth profile of the teeth 57 of the internal gear 4 determined as described above in comparison with the tooth profile of the teeth 80a of the internal gear 80 of the involute.
- the tooth shape of the tooth 57 on the tip end side is formed by the tooth shape basic line 73 and the tooth tip arc 75.
- the internal gear 4 according to the present embodiment has the tooth profile on the root side of the tooth 57 as the tooth profile basic line 73, the root bottom curve 76b (part of the root circle 76), and the tooth profile basic line 73 and the tooth profile. It is formed by a smooth curve 78 connecting the bottom curve 76b.
- FIGS. 15 to 17 are diagrams illustrating a method of designing the teeth 55 of the external gear 3.
- the center 72 a of the circle 72 at the inflection point P of the relative movement locus curve 67 (the center 72 a of the circle 72 for finding the envelope) and the tooth profile basic line 73 are set to the top 71 of the relative movement locus curve 67.
- ⁇ a dimension capable of preventing interference with the teeth 57 of the internal gear 4;
- the cut is made at 0.1 mm
- a tangent (straight line) 81 is drawn from the cut end 73b of the tooth profile basic line 73 to the circle 72, and the circle 72 and the tooth profile basic line 73 are connected with this tangent 81 ( 6th step of design).
- a part of the circle 72 where the center 72a is located at the top 71 of the relative movement trajectory curve 67 is formed into a tip arc (a tip side curve) 82 (see FIG. 16).
- the tip arc (tip side curve) 82 is a curve that protrudes radially outward of the external gear 3. Further, the center 72 a of the circle 72 and the tooth profile basic line 73 may be arranged to be shifted upward (upward in FIG. 15) along the tooth thickness center line 90 from the top 71 of the relative movement locus curve 67.
- the teeth 55 of the external gear 3 avoid interference between the tooth tip of the external gear 3 and the root of the internal gear 4 due to a manufacturing error of the internal gear 4 and the external gear 3. Therefore, a portion (hatched portion) 83 unnecessary for meshing of the tooth tip is appropriately cut along the reference pitch circle 70 (seventh step of design). Note that the seventh step of this design can be omitted if a space is secured between the tooth tip of the external gear 3 and the root of the internal gear 4 such that interference does not need to be considered.
- the shape of the teeth 55 of the external gear 3 determines the root circle 84 in consideration of the involute tooth profile, and forms a circle 75A having the same radius as the tip arc 75 of the internal gear 4 inside.
- the gear 4 is slid from the position of the tip arc 75 of the gear 4 in the direction along the reference pitch circle to contact the tooth profile basic line 73 of the external gear 3, and a tangent line 86 at a contact point 85 between the circle 75 A and the tooth profile basic line 73 is formed.
- the tangent line 86 is formed in a tooth shape from the contact point 85 toward the root of the tooth (toward the radially inward side), and the root circle 84 and the tangent line 86 are formed in a root arc (root radius curve) 87 (radius 0). (2nd tooth root arc) to form (8th step of design).
- a shape on the root side of the teeth 55 of the external gear 3 makes it possible to adjust a gap between the root side of the external gear 4 and the end side of the internal gear 4.
- the root arc (root side curve) 87 is a curve that protrudes radially inward of the external gear 3.
- the eighth step of this design can be omitted when it is not necessary to adjust the gap between the root side of the external gear 3 and the end side of the internal gear 4. That is, the shape of the external gear 3 on the tooth root side can be formed only by the tooth profile basic line 73.
- FIG. 18 is a diagram showing the tooth profile of the teeth 55 of the external gear 3 determined as described above in comparison with the tooth profile of the teeth 88a of the involute external gear 88.
- one side tooth surface of the tooth 55 of the external gear 3 according to the present embodiment has a tooth tip arc 82, a tangential line (straight line) 81, and a tooth profile basic line from the ending side to the root side. 73, a tangent line (straight line) 86, and a root arc 87 are formed in this order.
- the tooth surfaces on both sides of the teeth 55 of the external gear 3 are formed by mirror-copying one tooth surface on the tooth thickness center line 90.
- the tooth shape of the teeth 55 of the external gear 3 may be formed only from the tooth tip circular arc 82, the tangent line (straight line) 81, and the tooth shape basic line 73 from the tooth tip side to the tooth bottom side.
- FIG. 19 shows the tooth profile of the teeth 57 of the internal gear 4 formed by the first to fifth steps of the design, the tooth profile of the teeth 55 of the external gear 3 formed by the sixth to eighth steps of the design
- FIG. 9 is a diagram showing the relative movement trajectory curve 67 in combination.
- FIG. 19 is a diagram showing a state in which the tooth groove center line 77 of the teeth 57 of the internal gear 4 and the tooth thickness center line 90 of the teeth 55 of the external gear 3 match.
- the tip side curve 75 and the bottom side curve 76b of the internal gear 4 are illustrated as arcs, but are not limited thereto, and may be curves other than arcs such as Bezier curves.
- the tip side curve 82 and the root side curve 87 of the external gear 3 are illustrated as arcs, but are not limited thereto, and may be curves other than arcs such as Bezier curves.
- the external gear 3 and the internal gear 4 according to the present embodiment have a result that the number of simultaneous meshing teeth is about 1.5 times greater than the number of simultaneous meshing teeth of the involute external gear and the internal gear according to the comparative example. Obtained.
- the gear specifications of the external gear 3 and the internal gear 4 according to the present embodiment are as shown in Table 1. Further, the gear specifications of the external gear and the internal gear according to the comparative example are as shown in Table 2, and in order to avoid interference between the teeth at the time of meshing, the tooth height is reduced, and the tooth tips are modified. is there.
- the wave gear device 1 according to the present embodiment is less likely to cause interference of teeth at the time of meshing, as compared with the case where the external gear and the internal gear of the involute tooth profile according to the comparative example are used.
- the meshing depth is increased, and the number of simultaneously meshing teeth of the teeth 55 of the external gear 3 and the teeth 57 of the internal gear 4 is increased, so that the transmittable torque value can be increased. did it.
- the position of the reference pitch circle at the maximum displacement position of the external gear 3 does not reach the reference pitch circle of the internal gear 4 (is shifted inward in the radial direction). Since the position of the reference gear at the maximum displacement position of the external gear 3 is determined by the position setting, the position of the external gear 3 is larger than that of the case where the position of the reference pitch circle at the maximum displacement position of the external gear 3 matches the reference pitch circle of the internal gear 4.
- the amount of deformation caused by the generator 2 can be reduced, the sliding contact resistance between the external gear 3 and the elliptical cam 8 of the wave generator 2 can be reduced, and the elliptical cam 8 of the external gear 3 and the wave generator 2 can be reduced. Abrasion of the sliding contact portion with the contact member can be reduced.
- the circumferential end 34 of the engagement piece 30 of the external gear 3 is moved in the radial direction of the fixed member 5. Since the outer gear 3 and the fixed member 5 are prevented from rotating relative to each other, the outer gear 3 and the fixed member 5 are prevented from rotating relative to each other since the outer gear 3 and the fixed member 5 are always in sliding contact with the engagement piece contact wall 35 of the engagement piece receiving recess 31 formed in the rib 26. It is possible to suppress rattling (backlash, which is a shift movement in the rotation direction), and to suppress uneven rotation of the internal gear 4.
- the wave gear device 1 according to the present embodiment is configured such that the external gear 3 is fixed to the fixing member 5, the internal gear 4 is rotated by the external gear 3, and a rotation torque is output from the internal gear 4. Has become.
- the wave gear device 1 according to the present embodiment it is not necessary to install an output member for outputting the rotating torque to the outside, the number of components can be reduced, and the entire structure can be made compact. .
- the wave gear device 1 according to the present embodiment is entirely formed of plastic, the weight and cost can be reduced as compared with the case where the whole is formed of metal.
- the wave gear device 1 according to the present embodiment has been described by way of example in which the whole is formed of plastic.
- the present invention is not limited to this, and a part or the whole may be formed of metal.
- the numerical values shown in the description of the external gear 3 and the internal gear 4 of the wave gear device 1 according to the present embodiment are examples for helping to understand the external gear 3 and the internal gear 4 of the gear specifications shown in Table 1.
- the shape of the external gear 3 and the internal gear 4 of the wave gear device 1 according to the present embodiment is not limited at all.
- FIG. 20 is a diagram illustrating a first modification of the fixing member 5.
- FIG. 20A is a cross-sectional view of the fixing member 5 showing an engagement state between the engagement piece 30 of the external gear 3 and the radial rib 26.
- FIG. 20B is a partially enlarged cross-sectional view of the fixing member 5 showing a portion B3 of FIG. 20A in an enlarged manner.
- FIG. 20C is a partially enlarged cross-sectional view of the fixing member 5 showing a portion B4 of FIG. 20A in an enlarged manner.
- the radial rib 26 of the fixing member 5 includes a radially inner rib portion 27 having a constant rib width and a radially outer rib portion 27 in which the rib width gradually increases radially outward. And a side rib portion 28.
- the fixing member 5 can prevent the rotation of the external gear 3 by engaging the engagement piece 30 of the external gear 3 between the adjacent radial ribs 26, 26.
- the fixing member 5 causes the engaging piece 30 of the external gear 3 to move toward the major axis of the external gear 3.
- the outer gear 3 is brought into contact with the side surface 91 of the outer side rib portion 28 in the direction, thereby preventing the relative rotation of the external gear 3 and suppressing the backlash at the time of transmitting the rotation (see FIG. 20B).
- the fixing member 5 generates a gap between the engagement piece 30 of the external gear 3 and the radial rib 26 at a position near the short axis of the external gear 3 (FIG. 20C). reference).
- FIG. 21 is a diagram illustrating a second modification of the fixing member 5.
- FIG. 21A is a cross-sectional view of the fixing member 5 showing an engagement state between the engagement piece 30 of the external gear 3 and the radial rib 26.
- FIG. 21B is a partially enlarged cross-sectional view of the fixing member 5 showing a portion B5 of FIG. 21A in an enlarged manner.
- FIG. 21C is a partially enlarged cross-sectional view of the fixing member 5 showing a portion B6 of FIG. 21A in an enlarged manner.
- the radial rib 26 of the fixing member 5 has a radially outer rib portion 28 having a constant rib width and a radially inner rib portion 28 in which the rib width gradually increases radially inward. And a side rib portion 27.
- the fixing member 5 can prevent the rotation of the external gear 3 by engaging the engagement piece 30 of the external gear 3 between the adjacent radial ribs 26, 26. Further, when the external gear 3 is elastically deformed into an elliptical shape by the elliptical cam 8 of the wave generator 2, the fixing member 5 causes the engaging piece 30 of the external gear 3 to move toward the short axis of the external gear 3.
- the fixing member 5 By abutting the side surface 92 of the inward rib portion 27 in the direction, the relative rotation of the external gear 3 is prevented, and backlash during rotation transmission can be suppressed (see FIG. 21C). Further, the fixing member 5 generates a gap between the engagement piece 30 of the external gear 3 and the radial rib 26 at a position near the major axis of the external gear 3 (FIG. 21B). reference).
- FIG. 22 is a diagram illustrating a third modification of the fixing member 5, and is a front view of the fixing member 5.
- the radial ribs 26 are formed with a constant rib width from the radial inner end side to the radial outer end side, and are provided between the adjacent radial ribs 26, 26.
- FIG. 23 is a diagram illustrating a first modification of the wave generator 2.
- the wave generator 2 includes an input shaft (rotating shaft) 7, a roller support 93 that rotates integrally with the input shaft 7, and a radially outer end of the roller support 93.
- a plurality of rollers 94 rotatably mounted on the side and a support shaft 10 projecting from the center of rotation at the front of the roller support 93 (projecting in a direction opposite to the direction in which the input shaft 7 projects).
- the input shaft 7 is rotatably supported by a shaft hole 11 of the fixing member 5 via a bearing (not shown), and is connected to a driving means (not shown).
- the roller support 93 is fixed to the main body 93a formed integrally with the input shaft 7, a first roller mounting portion 93b fixed to one side of the main body 93a, and fixed to the other side of the main body 93a.
- a first-row roller accommodating space 95 is formed between the main body 93a and the first roller mounting portion 93b, and between the main body 93a and the second roller mounting portion 93c.
- a roller accommodation space 95 in the second row is formed.
- a plurality of (seven in this embodiment) rollers 94 are accommodated in the roller accommodation space 95 of the first row and the roller accommodation space 95 of the second row, respectively.
- rollers 94 are accommodated in the roller accommodation space 95 of the first row and the roller accommodation space 95 of the second row, respectively.
- the present invention is not limited to this.
- the number of the rollers 94 is appropriately changed according to the size of the external gear 3 and the like.
- the plurality of rollers 94 are brought into contact with the inner peripheral surface 3a of the external gear 3 to elastically deform the external gear 3 into an elliptical shape, and a pair of main rollers 94a, 94a are used to elastically deform the elliptical shape. And a plurality of sub-rollers 94b that are in rolling contact with the inner peripheral surface 3a of the deformed outer gear 3.
- the pair of main rollers 94a are arranged such that the projected image on a virtual plane 96 orthogonal to the input shaft 7 is symmetrical twice around the rotation center 23a of the input shaft 7, and one main roller 94a is elliptical. And the other main roller 94a is arranged at the other end of the long axis of the ellipse.
- One of the pair of main rollers 94a, 94a is housed in one of the roller housing space 95 in the first row and the roller housing space 95 in the second row. The other of them is accommodated in one of the roller accommodation space 95 in the first row and the roller accommodation space 95 in the second row.
- the same number (three in the present embodiment) of sub rollers 94b are arranged on one side of the pair of main rollers 94a, 94a on both sides in the circumferential direction of the main roller 94a.
- the plurality of sub rollers 94b are staggered (zigzag) along the circumferential direction of the inner peripheral surface 3a of the outer gear 3 with respect to the rolling contact position between the main roller 94a and the inner peripheral surface 3a of the outer gear 3. They are arranged so that they are in contact with each other.
- the plurality of sub rollers 94b include a plurality of first sub rollers 94b arranged in the same row as the main roller 94a, and a plurality of second sub rollers 94b arranged in a different row from the main roller 94a.
- the same number (three in the present embodiment) of sub rollers 94b are arranged on both sides in the circumferential direction of the main roller 94a on the other side of the pair of main rollers 94a, 94a.
- the plurality of sub rollers 94b are staggered (zigzag) along the circumferential direction of the inner peripheral surface 3a of the outer gear 3 with respect to the rolling contact position between the main roller 94a and the inner peripheral surface 3a of the outer gear 3. They are arranged so that they are in contact with each other.
- the plurality of sub rollers 94b include a plurality of first sub rollers 94b arranged in the same row as the main roller 94a, and a plurality of second sub rollers 94b arranged in a different row from the main roller 94a.
- the first sub-roller 94b is located at a position symmetrical with respect to a virtual straight line 97 connecting the rotation centers of the projected images of the pair of main rollers 94a, 94a projected on the virtual plane 96, and at a position not in contact with the main roller 94a. Each is arranged.
- the second sub-roller 94b is positioned such that the projected image on the virtual plane 96 is line-symmetric with respect to the virtual straight line 97, and a part of the projected image on the virtual plane 96 is transferred to the virtual plane 96 of the main roller 94a and the first sub-roller 94b. And a part of the projected image on the virtual plane 96 which is disposed at a position not in contact with the adjacent second sub-roller 94b, and which is part of the projected image on the virtual plane 96 of the first sub-roller 94b. And those arranged so as to overlap each other.
- roller 94 a commercially available bearing such as a ball bearing and a roller bearing (for example, a cylindrical roller bearing, a needle roller bearing, or the like), a slide bearing (for example, a self-lubricating bearing), or a resin roller is used. You. In the present embodiment, the same roller is used for the main roller 94a and the sub roller 94b, but the present invention is not limited to this.
- the main roller 94a and the sub roller 94b do not have to be the same.
- the main roller 94a may be a ball bearing
- the sub roller 94b may be a resin roller.
- the support shaft 10 is fitted in a bearing hole 22 of the internal gear 4 via a bearing (not shown).
- the rotation center of the support shaft 10 is coaxial with the rotation center 23a of the input shaft 7 (wave generator 2).
- the plurality of rollers 94 are staggered on the inner peripheral surface 3a of the external gear 3 at one end and the other end of the long axis of the external gear 3 elastically deformed in an elliptical shape. Since the rollers 94 are arranged so as to be in rolling contact with each other, the plurality of rollers 94 can be densely arranged, and the rolling contact position between each roller 94 and the external gear 3 can be made closer.
- FIG. 24 is a diagram illustrating a modification 2 of the wave generator 2, and is a diagram illustrating a modification of the wave generator 2 illustrated in FIG.
- the wave generator 2 according to this modification reduces the number of sub-rollers 94b as compared with the wave generator 2 of FIG. 23, and one sub-roller 94b is provided on each side of the main roller 94a.
- the wave generator 2 according to the present modification is similar to the wave generator 2 in FIG. 23 in that the sub roller 94b and the external gear are positioned with respect to the rolling contact position between the main roller 94a and the inner peripheral surface 3a of the external gear 3. 3 has a zigzag position at the rolling contact with the inner peripheral surface 3a.
- Such a wave generator 2 according to the present modification is effective when the diameter of the inner peripheral surface 3a of the external gear 3 is small.
- FIG. 25 is a diagram illustrating a modification 3 of the wave generator 2, and is a diagram illustrating a modification of the wave generator 2 illustrated in FIG.
- the wave generator 2 according to the present modification includes a space between the main roller 94a and the sub-roller 94b among the projected images of the main roller 94a and the plurality of sub-rollers 94b on the virtual plane 96.
- the external gear support 98 is formed on the roller support 93 such that the external gear support 98 that is in sliding contact with the inner peripheral surface 3a of the external gear 3 is located in the space between the sub rollers 94b and 94b.
- the wave generator 2 according to the present modified example described above makes the inner peripheral surface 3a of the outer gear 3 more in comparison with the case where only the main roller 94a and the plurality of sub-rollers 94b are in rolling contact with the inner peripheral surface 3a of the outer gear 3. It can be supported more densely.
- the wave generator 2 shown in FIGS. 23, 24, and 25 is configured such that one and the other of the pair of main rollers 94a, 94a are arranged in different rows, but the pair of main rollers 94a, 94a is different. May be arranged in the same row.
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Abstract
【課題】外歯車の歯と内歯車の歯の同時噛み合い歯数を多くし、伝達可能なトルク値を大きくすることが可能な波動歯車装置を提供する。 【解決手段】波動歯車装置1は、波動発生器2で楕円形状に弾性変形させられる外歯車3と、外歯車3の長軸寄りの位置で外歯車3と噛み合う内歯車4と、を有している。外歯車3と内歯車4との歯の歯面形状は、外歯車3の最大変位位置における基準ピッチ円と内歯車4の基準ピッチ円とが一致しない負偏位設定で決定されている。内歯車4の歯の歯面形状及び外歯車3の歯の歯面形状は、外歯車3と内歯車4とのかみ合い時における外歯車4の相対移動軌跡によって描かれる相対移動軌跡曲線を法線方向に縮小した形状の歯形基本線を有している。
Description
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し、特に、波動歯車装置を構成する外歯車及び内歯車の歯の形状に特徴を有するものである。
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、サーボモータ等の回転を大きく減速して伝達するようになっている。このような波動歯車装置は、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外歯車と噛み合う内歯車と、を有している。そして、従来の一般的な波動歯車装置の外歯車と内歯車は、同一モジュール、同一基準圧力角のインボリュート歯形の歯同士が噛み合うようになっていたが、正しい噛み合いが行われていなかった。
このような従来の波動歯車装置の不具合を解消するため、外歯車の歯と内歯車の歯をモジュールと基準圧力角が異なるインボリュート歯形にした波動歯車装置が案出された(特許文献1参照)。
しかしながら、外歯車の歯と内歯車の歯をモジュールと基準圧力角が異なるインボリュート歯形にした波動歯車装置は、外歯車の歯と内歯車の歯とが理論的に正しい噛み合いを行うことができるものの、同時噛み合い歯数が少なく、伝達可能なトルク値が小さく抑えられるという問題を有していた。
そこで、本発明は、外歯車の歯と内歯車の歯の同時噛み合い歯数を多くし、伝達可能なトルク値を大きくすることが可能な波動歯車装置の提供を目的とする。
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の長軸寄りの位置で前記外歯車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、前記外歯車3の歯55の歯面形状と前記内歯車4の歯57の歯面形状は、前記外歯車3の最大変位位置における基準ピッチ円と前記内歯車4の基準ピッチ円とが一致しない負偏位設定で決定されている。前記内歯車4の歯57の歯面形状は、前記外歯車3と前記内歯車4とのかみ合い時における前記外歯車4の相対移動軌跡によって描かれる相対移動軌跡曲線67を法線方向に縮小した形状の歯形基本線73と、この歯形基本線73の一端と前記内歯車4の歯57の歯先円74とを滑らかに接続する第1の歯先側曲線75と、前記歯形基本線73の他端に接続される歯底側曲線76bと、を有している。前記外歯車3の歯55の歯面形状は、前記歯形基本線73と、第2の歯先側曲線82と、前記第2の歯先側曲線82に接し、且つ、前記歯形基本線73の歯末側端部に接続される直線81と、を有している。そして、前記内歯車4の歯57の前記第1の歯先側曲線75は、前記内歯車4の径方向内方側へ向かって凸の曲線である。また、前記内歯車4の歯57の前記歯底側曲線76bは、前記内歯車4の径方向外方側へ向かって凸の曲線である。また、前記外歯車3の歯55の前記歯先側曲線82は、前記外歯車3の径方向外方側へ向かって凸の曲線である。
本発明に係る波動歯車装置は、外歯車の歯と内歯車の歯の同時噛み合い歯数を多くし、伝達可能なトルク値を大きくすることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。
図1及び図2は、本発明の第1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の正面図であり、図1(b)は波動歯車装置1の側面図であり、図1(c)は図1(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2(a)は図1(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2(b)は図2(a)のB1部の拡大図であり、図2(c)は図2(a)のB2部の拡大図である。
(波動歯車装置の概略構成)
図1及び図2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。
図1及び図2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、図2、及び図4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楕円状カム8と、楕円状カム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。
図1、図2、及び図4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楕円状カム8と、楕円状カム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。
楕円状カム8は、長軸側カム部12と短軸側カム部13とによって構成されており、正面側から見た形状が略十字状になっている。そして、長軸側カム部12の外周面14及び短軸側カム部13の外周面15は、外歯車3に接触する楕円状周面16,18と、この楕円状周面16,18の周方向両端側に滑らかに接続された円弧状周面17,20と、を有している。円弧状周面17,20は、曲率半径が楕円状周面16,18の周方向両端の曲率半径と同一になっており、楕円状周面16,18との接続部から周方向端部に向かうに従って、楕円状周面16,18に支持された外歯車3との間の隙間が楔状に漸増するように形成されている。そして、円弧状周面17,20は、楕円状周面16,18が外歯車3の内周面3aと摺接する際に、潤滑剤を楔効果によって楕円状周面16.18と外歯車の内周面3aとの間に導き入れるように機能する。また、楕円状カム16,18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の楕円状周面16と短軸側カム部13の楕円状周面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。
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、入力軸7(波動発生器2)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。
(固定部材)
図1乃至図3、及び図5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1(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。
図1乃至図3、及び図5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1(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、図5に示すように、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、径方向リブ26には、外歯車3の舌片状の係合片30を係合するための係合片収容凹所31,31が一対形成されている(図3参照)。この一対の係合片収容凹所31,31は、同一円周上に位置し、且つ、径方向リブ26の幅方向の中心線32(固定部材5の中心C1を通り、径方向へ延びる直線)に対して線対称の形状になっている。係合片収容凹所31は、外歯車3の舌片状の係合片30を固定部材5の正面側から係合させることができるように、径方向リブ26の外歯車3に対向する面側に形成されており、正面側に向けて開口する周方向溝(固定部材5の周方向に沿った溝)である(図6(a)参照)。また、この係合片収容凹所31は、一端側が隣り合う径方向リブ26,26間に形成される径方向溝33に開口し、他端側が係合片30の周方向端部34と接触する係合片当接壁35によって閉じられている(図6(a)参照)。係合片当接壁35は、係合片30の円弧形状に形成された周方向端部34の移動軌跡に沿うような曲面になっている(図3(b)~(e)、図6(a)、及び図7(e)参照)。また、固定部材5の係合片収容凹所31の溝幅wは、楕円状に変形させられる外歯車3の係合片30の動きを許容する寸法になっている(図3(b)~(e)参照)。
図3は、外歯車3の係合片30と固定部材5の係合片収容凹所31との関係を示す図である。なお、図3(a)は、図1(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、X軸とY軸の交点が固定部材5の中心C1と一致し、波動発生器2の長軸の一端36aが+Y軸上に位置し、係合片30の一つ(説明の便宜上、第1係合片30と称する)が波動発生器2の長軸の一端36a上に位置している状態を示す図である。そして、図3(b)は、第1係合片30が波動発生器2の長軸の一端36a上にある場合の第1係合片30と一対の係合片収容凹所31,31との関係を示す第1状態の図である。また、図3(c)は、波動発生器2の長軸の一端36aが第1状態の位置から時計回り方向(矢印Rで示す方向)に45°回動した場合の第1係合片30と一対の係合片収容凹所31,31との関係を示す第2状態の図である。また、図3(d)は、波動発生器2の長軸の一端36aが第1状態の位置から時計回り方向に90°回動し、第1係合片30が波動発生器2の短軸の一端37a上に位置する場合の第1係合片30と一対の係合片収容凹所31,31との関係を示す第3状態の図である。また、図3(e)は、波動発生器2の長軸の一端36aが第1状態の位置から時計回り方向(矢印Rで示す方向)に135°回動した場合の第1係合片30と一対の係合片収容凹所31,31との関係を示す第4状態の図である。また、波動発生器2の長軸の一端36aが第1状態の位置から時計回り方向(矢印Rで示す方向)に180°回動すると、第1係合片30が波動発生器2の長軸の他端36b上に位置することになり、図3(b)で示す第1状態に戻る。このように、第1係合片30と一対の係合片収容凹所31,31との関係は、波動発生器2が半回転すると、第1~第4状態を経て第1状態に戻るようになっている。したがって、第1係合片30と一対の係合片収容凹所31,31との関係は、波動発生器が1回転すると、第1~第4状態を経て第1状態に戻るサイクルが2回繰り返されることになる。
図3(b)及び図3(d)に示すように、第1係合片30は、波動発生器2の長軸(一端36a、他端36b)上及び短軸(一端37a、他端37b上に位置する場合、両周方向端部34,34が一対の係合片収容凹所31,31の係合片当接壁35,35に接触する。これにより、外歯車3は、固定部材5に対して回り止めされる。
また、第1係合片30は、波動発生器2の長軸の一端36aが第1状態から第1象限を時計回り方向に回動すると、一対の周方向端部34,34のうちの一方(図中右側)の周方向端部34が一対の係合片収容凹所31,31のうちの一方(図中右側)の係合片収容凹所31の係合片当接壁35に当接する。また、第1係合片30は、波動発生器2の長軸の一端36aが第3状態から第4象限を時計回り方向に回動すると、他方(図中左側)の周方向端部34が他方(図中左側)の係合片収容凹所31の係合片当接壁35に当接する。
すなわち、外歯車3は、波動発生器2の長軸がY軸上に位置し、波動発生器2の短軸がX軸上に位置すると仮定すると、第1象限の係合片30の一対の周方向端部34,34の一方(波動発生器2の回動方向側の周方向端部34)が波動発生器2の回動方向(R方向)側の係合片収容凹所31の係合片当接壁35に摺接し、第4象限の係合片30の一対の周方向端部34,34の他方(波動発生器2の回動方向と逆側の周方向端部34)が波動発生器2の回動方向(R方向)と逆側の係合片収容凹所31の係合片当接壁35に摺接する結果、固定部材5に対する相対回動が阻止される。
また、外歯車3は、波動発生器2の長軸がY軸上に位置し、波動発生器2の短軸がX軸上に位置すると仮定すると、第3象限の係合片30の一対の周方向端部34,34の一方(波動発生器2の回動方向側の周方向端部34)が波動発生器2の回動方向(R方向)側の係合片収容凹所31の係合片当接壁35に摺接し、第2象限の係合片30の一対の周方向端部34,34の他方(波動発生器2の回動方向と逆側の周方向端部34)が波動発生器2の回動方向(R方向)と逆側の係合片収容凹所31の係合片当接壁35に摺接する結果、固定部材5に対する相対回動が阻止される。
このように、第1係合片30は、波動発生器2が1回転し、第1乃至第4状態を経て第1状態に戻るサイクルが2回行われる間に、係合片収容凹所31の係合片当接壁35に常時摺接(滑り接触)することになる。その結果、外歯車3と固定部材5は、外歯車3に回動トルクが作用しても、外歯車3が固定部材5に対してガタツキ(回動方向のずれ動き)を生じることがない。
図1及び図5に示すように、固定部材5のボス38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40が波動発生器2の楕円状カム8の位置決め面41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42がボス38の周囲に形成されている。
また、図1及び図5に示すように、固定部材5は、内歯車4の外周面43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44が形成されている。また、固定部材5は、内歯車4の一端面45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46が形成されている。
また、図1及び図5に示すように、固定部材5は、カバー6の円筒部47の内周面48に嵌合され、且つ、カバー6の内側面50に突き当てられる円筒状のカバー係合突起51が内歯車位置決め内周面44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。
なお、図6(b)は、固定部材5の係合片収容凹所31の変形例を示す図であり、図6(a)に対応する図である。この図6(b)に示すように、本変形例に係る係合片収容凹所31は、一対の溝側壁52,52が周方向に沿って平行に(一定の溝幅wで)延びる図6(a)の係合片収容凹所31と異なり、溝幅を係合片当接壁35との接続部から径方向溝33に向けて漸増するように(wa>wとなるように)一対の溝側壁52,52が傾斜している。すなわち、本変形例に係る係合片収容凹所31は、係合片当接壁35及び溝側壁52で形成されている。このような係合片収容凹所31に、溝側壁52が設けられることで、溝側壁52が係合片30を導くガイドのような役割を果たし、係合片30がスムーズに当接壁35に接触するようになる。このような本変形例に係る係合片収容凹所31は、係合片30の周方向端部34のみと確実に摺接し、係合片30の周方向端部34以外の部分との接触を回避し、係合片30との摺接時の抵抗を低減することが可能になる。
(外歯車)
図1乃至図3、及び図7に示すように、外歯車3は、薄肉の円筒状部材53の外周面54に複数の歯(外歯)55が形成され、内周面3aに波動発生器2の楕円状カム8が嵌合されることにより、波動発生器2の楕円状カム8によって弾性変形させられ、楕円状カム8の楕円状周面16,18に倣って楕円形状に変形させられる。
図1乃至図3、及び図7に示すように、外歯車3は、薄肉の円筒状部材53の外周面54に複数の歯(外歯)55が形成され、内周面3aに波動発生器2の楕円状カム8が嵌合されることにより、波動発生器2の楕円状カム8によって弾性変形させられ、楕円状カム8の楕円状周面16,18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の係合片収容凹所31,31に係合される舌片状の係合片30が固定部材5の径方向溝33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56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56,56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、周方向端部34が係合片収容凹所31の係合片当接壁35に当接することにより、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。また、係合片30の周方向両側の周方向端部34,34は、円弧状に形成され、固定部材5の係合片収容凹所31の係合片当接壁35に滑らかに摺接できるようになっている。
このような外歯車3は、波動発生器2の楕円状カム8が1回転すると、図3(b)~(e)に示した第1乃至第4状態を経て第1状態に戻るサイクルが2回行われ、係合片30の周方向端部34が係合片収容凹所31の係合片当接壁35に常時摺接(滑り接触)する。
(内歯車)
図1、図2、及び図8に示すように、内歯車4は、歯(内歯)57が内周面側に形成された円筒状部58と、円筒状部58の端部から径方向内方へ延びる円板状部60と、円板状部60の外側面60a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60の内側面60b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60の外側面60aの中心部には、カバー6と当接する位置決め突起61が形成されている。また、軸24は、カバー6の軸穴62に嵌合される大径軸部24aが円板状部60の位置決め突起61に隣接して形成されている。
図1、図2、及び図8に示すように、内歯車4は、歯(内歯)57が内周面側に形成された円筒状部58と、円筒状部58の端部から径方向内方へ延びる円板状部60と、円板状部60の外側面60a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60の内側面60b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60の外側面60aの中心部には、カバー6と当接する位置決め突起61が形成されている。また、軸24は、カバー6の軸穴62に嵌合される大径軸部24aが円板状部60の位置決め突起61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58の外周面43が固定部材5の内歯車位置決め内周面44に嵌合され、円筒状部58の一端面45が固定部材5の内歯車位置決め端面46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46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の楕円状カム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の楕円状カム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9に示すように、カバー6は、円板状部63の径方向外方端に円筒部47が一体に形成され、円筒部47が固定部材5のカバー係合突起51に嵌合され、円板状部63の内側面50の径方向外方端に位置する第1リング状突起64が固定部材5のカバー係合突起51の先端面51aに突き当てられ、円板状部63の内側面50の径方向内方端に位置する第2リング状突起65が内歯車4の円板状部60の位置決め突起61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63の第1リング状突起64と第2リング状突起65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66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。
図1、図2、及び図9に示すように、カバー6は、円板状部63の径方向外方端に円筒部47が一体に形成され、円筒部47が固定部材5のカバー係合突起51に嵌合され、円板状部63の内側面50の径方向外方端に位置する第1リング状突起64が固定部材5のカバー係合突起51の先端面51aに突き当てられ、円板状部63の内側面50の径方向内方端に位置する第2リング状突起65が内歯車4の円板状部60の位置決め突起61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63の第1リング状突起64と第2リング状突起65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66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。
(第1実施形態に係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の長軸位置が波動発生器2の楕円状カム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の複数の歯55と内歯車4の複数の歯57とが同時噛み合いしている範囲(同時噛み合い位置)は、外歯車3の長軸寄りの位置の2箇所であり、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。
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の長軸位置が波動発生器2の楕円状カム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の複数の歯55と内歯車4の複数の歯57とが同時噛み合いしている範囲(同時噛み合い位置)は、外歯車3の長軸寄りの位置の2箇所であり、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。
(内歯車の歯形形状)
図10から図13は、内歯車4の歯57の設計方法を説明する図である。
図10から図13は、内歯車4の歯57の設計方法を説明する図である。
先ず、インボリュート歯形の内歯車(図示せず)に対するインボリュート歯形の外歯車(図示せず)の相対移動軌跡をラックかみ合い近似法(特公昭45-041171号公報に記載の方法)で求める(設計の第1ステップ)。なお、この内歯車に対する外歯車の相対移動軌跡は、外歯車の最大変位位置(長軸上の位置)における基準ピッチ円が内歯車の基準ピッチ円よりも小さい(内歯車の基準ピッチ円の位置よりも径方向内方側にずれて位置する)負偏位設定で求める。
次ぎに、図10及び図11に示すように、上述の設計の第1ステップで求めた外歯車の相対移動軌跡に基づいて相対移動軌跡曲線67を描画する(設計の第2ステップ)。この相対移動軌跡曲線67は、外歯車の相対移動軌跡の軌跡点68を滑らかな曲線で接続したものであり、内歯車4の基準ピッチ円70を基準にして描画したものである。なお、外歯車の相対移動軌跡曲線67は、負偏位設定のため、先端側(内歯車4の基準ピッチ円70寄りの頂部71側)に変曲点Pを有している。
次ぎに、図11に示すように、インボリュート歯形の歯厚(0.43mm)よりも小さな直径の円72(直径0.4mmの円)を相対移動軌跡曲線67の各軌跡点68(ただし、相対移動軌跡曲線67の変曲点Pから基準ピッチ円70の中心側(図11の下方側)に位置する各軌跡点68)において描画し、各円72の包絡線Hを求める(設計の第3ステップ)。この包絡線Hは、相対移動軌跡曲線67を法線方向に縮小した形状であり、内歯車4の歯57の歯形基本線73になる。
次ぎに、図12に示すように、内歯車4の歯57の歯先円74(インボリュート歯形の歯先円と同一径)を描画し、歯先円74と歯形基本線73とを歯先円弧(歯先側曲線)75(半径0.3mmの円の一部)で滑らかに接続し、内歯車4の歯57の歯末側の歯面形状を決定する(設計の第4ステップ)。なお、歯先円弧(歯先側曲線)75は、内歯車4の径方向内方側へ向かって凸の曲線である。
次ぎに、図13に示すように、内歯車4の歯57の歯元側の歯面形状を決定する。この図13に示すように、内歯車4の歯57の歯元側の形状は、インボリュート歯形の歯元側の形状を参考にし、外歯車3の歯55と干渉しない歯溝形状となるように、歯底円76(直径0.4mmの円)の中心76aが歯溝中心線77上に位置し且つ歯底円76の中心76aが基準ピッチ円70よりも径方向外方側に位置するように歯底円76を描画し、その歯底円76と歯形基本線73とを滑らかな曲線78で接続して形成する(設計の第5ステップ)。すなわち、内歯車4の歯57の歯元側の歯面形状は、歯底円76の一部(曲線78との接点から歯溝中心線77までの歯底側曲線(円弧)76bと、曲線78と、歯形基本線73と、を有している。なお、歯形基本線73と歯底円76とが交差する場合には、曲線78を省略してもよい。この場合、内歯車4の歯57の歯元側の歯面形状は、歯底円76の一部(歯形基本線73の端部との接点から歯溝中心線77までの円弧)と、歯形基本線73と、を有している。また、歯底側曲線76bは、内歯車4の径方向外方側へ向かって凸の曲線である。また、歯底円76は、その中心76aが歯溝中心線77上に位置するようになっているが、これに限定されず、その中心76aが歯溝中心線77からずれて位置してもよい。
図14は、以上のようにして決定した内歯車4の歯57の歯形形状をインボリュートの内歯車80の歯80aの歯形形状と対比して示す図である。この図14に示すように、本実施形態に係る内歯車4は、歯57の歯末側の歯形形状を歯形基本線73と歯先円弧75とで形作っている。また、本実施形態に係る内歯車4は、歯57の歯元側の歯形形状を歯形基本線73、歯底側曲線76b(歯底円76の一部)、及びこれら歯形基本線73と歯底側曲線76bとを接続する滑らかな曲線78とで形作っている。
(外歯車の歯形形状)
図15から図17は、外歯車3の歯55の設計方法を説明する図である。
図15から図17は、外歯車3の歯55の設計方法を説明する図である。
外歯車3の歯55の歯末側の形状は、以下に説明する設計の第6ステップ及び第7ステップによって形作る。
図15に示すように、相対移動軌跡曲線67の変曲点Pにおける円72の中心72a(包絡線を求めるための円72の中心72a)及び歯形基本線73を相対移動軌跡曲線67の頂部71に移動させ、歯形基本線73と円72との接点73a(歯形基本線73の開始位置)から歯形基本線73を任意の寸法Δ(内歯車4の歯57との干渉を防止し得る寸法、例えば、本実施形態では0.1mm)で切除し、歯形基本線73の切除端部73bから円72に接線(直線)81を引き、この接線81で円72と歯形基本線73を接続する(設計の第6ステップ)。ここで、相対移動軌跡曲線67の頂部71に中心72aが位置する円72の一部を歯先円弧(歯先側曲線)82にする(図16参照)。なお、歯先円弧(歯先側曲線)82は、外歯車3の径方向外方側へ向かって凸の曲線である。また、円72の中心72a及び歯形基本線73は、相対移動軌跡曲線67の頂部71よりも歯厚中心線90に沿った上方(図15における上方)にずらして配置してもよい。
次ぎに、図16に示すように、外歯車3の歯55は、内歯車4と外歯車3の製造誤差等に起因する外歯車3の歯先と内歯車4の歯底との干渉を避けるため、歯先のかみ合いに不要な部分(斜線部分)83を基準ピッチ円70に沿って適宜切除する(設計の第7ステップ)。なお、この設計の第7ステップは、外歯車3の歯先と内歯車4の歯底との間に干渉を考慮する必要がない程度のスペースが確保されている場合、省略することができる。
次ぎに、図17に示すように、外歯車3の歯55の形状は、インボリュート歯形を考慮して歯底円84を決定し、内歯車4の歯先円弧75と同一半径の円75Aを内歯車4の歯先円弧75の位置から基準ピッチ円に沿った方向へスライドさせて外歯車3の歯形基本線73に接触させ、その円75Aと歯形基本線73との接触点85における接線86を引き、その接線86を接触点85から歯底側へ向かう(径方向内方側へ向かう)歯形形状とし、歯底円84と接線86とを歯元円弧(歯元側曲線)87(半径0.2mmの歯元円弧)で接続することにより形作る(設計の第8ステップ)。このような外歯車3の歯55の歯元側の形状は、外歯車4の歯元側と内歯車4の歯末側との隙間を調整することが可能になる。歯元円弧(歯元側曲線)87は、外歯車3の径方向内方側へ向かって凸の曲線である。なお、この設計の第8ステップは、外歯車3の歯元側と内歯車4の歯末側との隙間を調整する必要がない場合に省略することできる。すなわち、外歯車3の歯元側の形状は、歯形基本線73のみで形作ることができる。
図18は、以上のようにして決定した外歯車3の歯55の歯形形状をインボリュートの外歯車88の歯88aの歯形形状と対比して示す図である。この図18に示すように、本実施形態に係る外歯車3の歯55の片側歯面は、歯末側から歯元側へ向かって、歯先円弧82、接線(直線)81、歯形基本線73、接線(直線)86、及び歯元円弧87の順で形作っている。そして、この外歯車3の歯55の両側歯面は、歯厚中心線90に対して片側歯面を鏡像コピーすることにより形作られる。なお、外歯車3の歯55の歯形形状は、歯先側から歯底側に向かって、歯先円弧82、接線(直線)81、及び歯形基本線73のみで形作ってもよい。
図19は、設計の第1ステップから第5ステップによって形作った内歯車4の歯57の歯形形状と、設計の第6ステップから第8ステップによって形作った外歯車3の歯55の歯形形状と、相対移動軌跡曲線67と、を組み合わせて示す図である。なお、この図19は、内歯車4の歯57の歯溝中心線77と外歯車3の歯55の歯厚中心線90とが合致した状態を示す図である。なお、本実施形態において、内歯車4の歯先側曲線75及び歯底側曲線76bは、円弧を例示したが、これに限られず、ベジェ曲線等の円弧以外の曲線にしてもよい。また、外歯車3の歯先側曲線82及び歯元側曲線87は、円弧を例示したが、これに限られず、ベジェ曲線等の円弧以外の曲線にしてもよい。
(同時噛み合い歯数のCAE解析結果)
本実施形態に係る外歯車3及び内歯車4の同時噛み合い歯数と比較例(インボリュート歯形)に係る外歯車(図示せず)及び内歯車(図示せず)の同時噛み合い歯数とを、CAE解析によって求めた。その結果、本実施形態に係る外歯車3及び内歯車4の同時噛み合い歯数は19枚であるのに対し、比較例に係る外歯車及び内歯車の同時噛み合い歯数は13枚であった。このように、本実施形態に係る外歯車3及び内歯車4は、同時噛み合い歯数が比較例に係るインボリュート歯形の外歯車及び内歯車の同時噛み合い歯数の約1.5倍多いという結果を得た。なお、本実施形態に係る外歯車3及び内歯車4の歯車諸元は、表1に示すとおりである。また、比較例に係る外歯車及び内歯車の歯車諸元は、表2に示すとおりであり、噛み合い時における歯同士の干渉を避けるために歯たけを低くし、且つ、歯先修整を施してある。
本実施形態に係る外歯車3及び内歯車4の同時噛み合い歯数と比較例(インボリュート歯形)に係る外歯車(図示せず)及び内歯車(図示せず)の同時噛み合い歯数とを、CAE解析によって求めた。その結果、本実施形態に係る外歯車3及び内歯車4の同時噛み合い歯数は19枚であるのに対し、比較例に係る外歯車及び内歯車の同時噛み合い歯数は13枚であった。このように、本実施形態に係る外歯車3及び内歯車4は、同時噛み合い歯数が比較例に係るインボリュート歯形の外歯車及び内歯車の同時噛み合い歯数の約1.5倍多いという結果を得た。なお、本実施形態に係る外歯車3及び内歯車4の歯車諸元は、表1に示すとおりである。また、比較例に係る外歯車及び内歯車の歯車諸元は、表2に示すとおりであり、噛み合い時における歯同士の干渉を避けるために歯たけを低くし、且つ、歯先修整を施してある。
(伝達可能なトルクの測定)
表1に示した歯車諸元の外歯車3及び内歯車4を組み込んだ本実施形態に係る波動歯車装置1の伝達可能な最大トルクと、表2に示した歯車諸元の外歯車及び内歯車を組み込んだ比較例に係る波動歯車装置1の伝達可能な最大トルクは、図1に示した波動歯車装置1の入力軸7の回転数を300rpmとし、軸(出力軸)24に作用する負荷を徐々に上げて、歯飛び(ラチェッティング)等によって動力伝達出来なくなった時点のトルクを最大トルクとして記録した。
表1に示した歯車諸元の外歯車3及び内歯車4を組み込んだ本実施形態に係る波動歯車装置1の伝達可能な最大トルクと、表2に示した歯車諸元の外歯車及び内歯車を組み込んだ比較例に係る波動歯車装置1の伝達可能な最大トルクは、図1に示した波動歯車装置1の入力軸7の回転数を300rpmとし、軸(出力軸)24に作用する負荷を徐々に上げて、歯飛び(ラチェッティング)等によって動力伝達出来なくなった時点のトルクを最大トルクとして記録した。
その結果、比較例に係る波動歯車装置1は、軸(出力軸)24に作用するトルクが1.8Nm時に歯飛び(ラチェッティング)し、動力伝達が不可能になった。これに対し、本実施形態に係る波動歯車装置1は、軸(出力軸)24に作用するトルクが4.0Nm時においても歯飛び等の異常を生じることがなく、円滑に動力伝達が可能であることが確認できた。すなわち、本実施形態に係る波動歯車装置1は、比較例に係る波動歯車装置1と比較し、2倍以上のトルク伝達が可能であることが実験で確認できた。
(本実施形態に係る波動歯車装置の効果)
以上のような本実施形態に係る波動歯車装置1は、比較例に係るインボリュート歯形の外歯車及び内歯車を使用した場合と比較し、噛み合い時の歯の干渉が起きにくく、低歯化や歯先修整などが不要となることで、かみ合い深さが深くなると共に、外歯車3の歯55と内歯車4の歯57の同時噛み合い歯数が多くなり、伝達可能なトルク値を大きくすることができた。
以上のような本実施形態に係る波動歯車装置1は、比較例に係るインボリュート歯形の外歯車及び内歯車を使用した場合と比較し、噛み合い時の歯の干渉が起きにくく、低歯化や歯先修整などが不要となることで、かみ合い深さが深くなると共に、外歯車3の歯55と内歯車4の歯57の同時噛み合い歯数が多くなり、伝達可能なトルク値を大きくすることができた。
また、本実施形態に係る波動歯車装置1は、外歯車3の最大変位位置における基準ピッチ円の位置が内歯車4の基準ピッチ円に届かない(径方向内方にずれて位置する)負偏位設定で決められているため、外歯車3の最大変位位置における基準ピッチ円の位置が内歯車4の基準ピッチ円に合致する無偏位設定で決められる場合と比較し、外歯車3が波動発生器2によって変形させられる量を少なくすることができ、外歯車3と波動発生器2の楕円状カム8との摺接抵抗を低減でき、外歯車3と波動発生器2の楕円状カム8との摺接部の摩耗を低減できる。
本実施形態に係る波動歯車装置1は、外歯車3が波動発生器2によって楕円形状に弾性変形させられると、外歯車3の係合片30の周方向端部34が固定部材5の径方向リブ26に形成された係合片収容凹所31の係合片当接壁35に常時摺接するため、外歯車3と固定部材5の相対回動が阻止され、外歯車3と固定部材5のガタツキ(回動方向のずれ動きであるバックラッシ)を抑えることができ、内歯車4の回転ムラを抑えることができる。
また、本実施形態に係る波動歯車装置1は、外歯車3が固定部材5に固定され、内歯車4が外歯車3によって回動させられ、内歯車4から回動トルクが出力されるようになっている。その結果、本実施形態に係る波動歯車装置1は、回動トルクを外部に出力するための出力部材を設置する必要がなく、部品点数を削減でき、全体構造をコンパクト化することが可能になる。
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。
また、本実施形態に係る波動歯車装置1の外歯車3及び内歯車4の説明において示した数値は、表1に示した歯車諸元の外歯車3及び内歯車4の理解を助けるための例示であり、本実施形態に係る波動歯車装置1の外歯車3及び内歯車4の形状を何ら限定するものではない。
(固定部材の変形例1)
図20は、固定部材5の変形例1を示す図である。なお、図20(a)は、外歯車3の係合片30と径方向リブ26との係合状態を示す固定部材5の断面図である。また、図20(b)は、図20(a)のB3部を拡大して示す固定部材5の一部拡大断面図である。また、図20(c)は、図20(a)のB4部を拡大して示す固定部材5の一部拡大断面図である。
図20は、固定部材5の変形例1を示す図である。なお、図20(a)は、外歯車3の係合片30と径方向リブ26との係合状態を示す固定部材5の断面図である。また、図20(b)は、図20(a)のB3部を拡大して示す固定部材5の一部拡大断面図である。また、図20(c)は、図20(a)のB4部を拡大して示す固定部材5の一部拡大断面図である。
この図20に示すように、固定部材5の径方向リブ26は、リブ幅が一定の径方向内方側リブ部分27と、リブ幅が径方向外方側に向かって漸増する径方向外方側リブ部分28と、を有している。そして、この固定部材5は、隣り合う径方向リブ26,26間に外歯車3の係合片30が係合されることにより、外歯車3の回り止めをすることができる。また、固定部材5は、外歯車3が波動発生器2の楕円状カム8で楕円状に弾性変形させられると、外歯車3の長軸寄りの位置で外歯車3の係合片30を径方向外方側リブ部分28の側面91に当接させ、外歯車3の相対回動を阻止し、回転伝達時におけるバックラッシを抑えることができる(図20(b)参照)。また、固定部材5は、外歯車3の短軸寄りの位置において、外歯車3の係合片30と径方向リブ26との間に隙間を生じさせるようになっている(図20(c)参照)。
(固定部材の変形例2)
図21は、固定部材5の変形例2を示す図である。なお、図21(a)は、外歯車3の係合片30と径方向リブ26との係合状態を示す固定部材5の断面図である。また、図21(b)は、図21(a)のB5部を拡大して示す固定部材5の一部拡大断面図である。また、図21(c)は、図21(a)のB6部を拡大して示す固定部材5の一部拡大断面図である。
図21は、固定部材5の変形例2を示す図である。なお、図21(a)は、外歯車3の係合片30と径方向リブ26との係合状態を示す固定部材5の断面図である。また、図21(b)は、図21(a)のB5部を拡大して示す固定部材5の一部拡大断面図である。また、図21(c)は、図21(a)のB6部を拡大して示す固定部材5の一部拡大断面図である。
この図21に示すように、固定部材5の径方向リブ26は、リブ幅が一定の径方向外方側リブ部分28と、リブ幅が径方向内方側に向かって漸増する径方向内方側リブ部分27と、を有している。そして、この固定部材5は、隣り合う径方向リブ26,26間に外歯車3の係合片30が係合されることにより、外歯車3の回り止めをすることができる。また、固定部材5は、外歯車3が波動発生器2の楕円状カム8で楕円状に弾性変形させられると、外歯車3の短軸寄りの位置で外歯車3の係合片30を径方向内方側リブ部分27の側面92に当接させ、外歯車3の相対回動を阻止し、回転伝達時におけるバックラッシを抑えることができる(図21(c)参照)。また、固定部材5は、外歯車3の長軸寄りの位置において、外歯車3の係合片30と径方向リブ26との間に隙間を生じさせるようになっている(図21(b)参照)。
(固定部材の変形例3)
図22は、固定部材5の変形例3を示す図であり、固定部材5の正面図である。この図22に示すように、固定部材5は、径方向リブ26が径方向内方端側から径方向外方端側まで一定のリブ幅で形成され、隣り合う径方向リブ26,26間に外歯車3の係合片30が係合されることにより、外歯車3の回り止めを行う。
図22は、固定部材5の変形例3を示す図であり、固定部材5の正面図である。この図22に示すように、固定部材5は、径方向リブ26が径方向内方端側から径方向外方端側まで一定のリブ幅で形成され、隣り合う径方向リブ26,26間に外歯車3の係合片30が係合されることにより、外歯車3の回り止めを行う。
(波動発生器の変形例1)
図23は、波動発生器2の変形例1を示す図である。この図23に示すように、波動発生器2は、入力軸(回転軸)7と、この入力軸7と一体に回動するローラ支持体93と、このローラ支持体93の径方向外方端側に回動自在に取り付けられた複数のローラ94と、ローラ支持体93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。
図23は、波動発生器2の変形例1を示す図である。この図23に示すように、波動発生器2は、入力軸(回転軸)7と、この入力軸7と一体に回動するローラ支持体93と、このローラ支持体93の径方向外方端側に回動自在に取り付けられた複数のローラ94と、ローラ支持体93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、図示しない軸受を介して固定部材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。
ローラ支持体93は、入力軸7と一体に形成された本体部93aと、本体部93aの一側面側に固定される第1ローラ取付部93bと、本体部93aの他側面側に固定される第2ローラ取付部93cと、を有している。そして、このローラ支持体93は、本体部93aと第1ローラ取付部93bとの間に第1列目のローラ収容空間95が形成され、本体部93aと第2ローラ取付部93cとの間に第2列目のローラ収容空間95が形成されている。そして、第1列目のローラ収容空間95と第2列目のローラ収容空間95には、複数(本実施形態においては7個)のローラ94がそれぞれ収容されている。なお、本実施形態に係る波動発生器2は、第1列目のローラ収容空間95と第2列目のローラ収容空間95にそれぞれ7個のローラ94が収容されているが、これに限られず、外歯車3の大きさ等に応じて、ローラ94の配置個数が適宜変更される。
複数のローラ94は、外歯車3の内周面3aに転接して外歯車3を楕円状に弾性変形させる一対のメインローラ94a,94aと、この一対のメインローラ94a,94aによって楕円状に弾性変形させられた外歯車3の内周面3aに転接する複数のサブローラ94bと、で構成されている。
一対のメインローラ94aは、入力軸7に直交する仮想平面96への投影像が入力軸7の回転中心23aの回りに2回対称となるように配置されており、一方のメインローラ94aが楕円の長軸の一端側に配置され、他方のメインローラ94aが楕円の長軸の他端側に配置されている。そして、一対のメインローラ94a,94aのうちの一方は、第1列目のローラ収容空間95と第2列目のローラ収容空間95のいずれか一方に収容され、一対のメインローラ94a,94aのうちの他方は、第1列目のローラ収容空間95と第2列目のローラ収容空間95のいずれか他方に収容されるようになっている。
サブローラ94bは、一対のメインローラ94a,94aの一方側において、メインローラ94aの周方向両側に同数(本実施形態においては3個づつ)配置されている。そして、複数のサブローラ94bは、メインローラ94aと外歯車3の内周面3aとの転接位置に対して、外歯車3の内周面3aの周方向に沿って千鳥状(ジグザグ状)に転接するように配置されている。また、これら複数のサブローラ94bは、メインローラ94aと同列に配置される複数の第1サブローラ94bと、メインローラ94aと異なる列に配置される複数の第2サブローラ94bと、で構成されている。
また、サブローラ94bは、一対のメインローラ94a,94aの他方側において、メインローラ94aの周方向両側に同数(本実施形態においては3個づつ)配置されている。そして、複数のサブローラ94bは、メインローラ94aと外歯車3の内周面3aとの転接位置に対して、外歯車3の内周面3aの周方向に沿って千鳥状(ジグザグ状)に転接するように配置されている。また、これら複数のサブローラ94bは、メインローラ94aと同列に配置される複数の第1サブローラ94bと、メインローラ94aと異なる列に配置される複数の第2サブローラ94bと、で構成されている。
第1サブローラ94bは、仮想平面96に投影した一対のメインローラ94a,94aの投影像の回転中心同士を結ぶ仮想直線97に対して線対称の位置で、且つ、メインローラ94aに接触しない位置にそれぞれ配置されている。
第2サブローラ94bは、仮想平面96への投影像が仮想直線97に対して線対称の位置で、仮想平面96への投影像の一部がメインローラ94a及び第1サブローラ94bの仮想平面96への投影像と重なり合うものと、隣り合う他の第2サブローラ94bに接触しない位置に配置され、且つ、仮想平面96への投影像の一部が第1サブローラ94bの仮想平面96への投影像と重なり合うように配置されたものと、で構成されている。
なお、ローラ94は、ボールベアリング及びころ軸受(例えば、円筒ころ軸受、針状ころ軸受等)のような市販の軸受、すべり軸受(例えば、自己潤滑性軸受)、又は樹脂製のローラが使用される。
また、本実施形態において、メインローラ94aとサブローラ94bは、同一物が使用されるが、本発明はこれに限定されない。メインローラ94aとサブローラ94bは、同一物でなくてもよい。例えば、メインローラ94aをボールベアリングとし、サブローラ94bを樹脂製のローラとしてもよい。
また、本実施形態において、メインローラ94aとサブローラ94bは、同一物が使用されるが、本発明はこれに限定されない。メインローラ94aとサブローラ94bは、同一物でなくてもよい。例えば、メインローラ94aをボールベアリングとし、サブローラ94bを樹脂製のローラとしてもよい。
支持軸10は、内歯車4の軸受け穴22に図示しない軸受を介して嵌合されている。そして、支持軸10の回転中心は、入力軸7(波動発生器2)の回転中心23aと同軸上に位置している。
以上のような構成の波動発生器2は、楕円状に弾性変形した外歯車3の長軸の一端側及び他端側において、複数のローラ94が外歯車3の内周面3aに千鳥状に転接するように配置されるため、複数のローラ94を密に配置することができ、各ローラ94と外歯車3との転接位置を近づけることが可能である。
(波動発生器の変形例2)
図24は、波動発生器2の変形例2を示す図であり、図23に示した波動発生器2の変形例を示す図である。この図24に示すように、本変形例に係る波動発生器2は、図23の波動発生器2と比較し、サブローラ94bの数を削減し、メインローラ94aの両側にそれぞれ1個づつサブローラ94bを配置するようになっている(特に、図24(a)及び図24(e)参照)。そして、本変形例に係る波動発生器2は、図23の波動発生器2と同様に、メインローラ94aと外歯車3の内周面3aとの転接位置に対して、サブローラ94bと外歯車3の内周面3aとの転接位置が千鳥状になっている。このような本変形例に係る波動発生器2は、外歯車3の内周面3aの直径が小さい場合に有効である。
図24は、波動発生器2の変形例2を示す図であり、図23に示した波動発生器2の変形例を示す図である。この図24に示すように、本変形例に係る波動発生器2は、図23の波動発生器2と比較し、サブローラ94bの数を削減し、メインローラ94aの両側にそれぞれ1個づつサブローラ94bを配置するようになっている(特に、図24(a)及び図24(e)参照)。そして、本変形例に係る波動発生器2は、図23の波動発生器2と同様に、メインローラ94aと外歯車3の内周面3aとの転接位置に対して、サブローラ94bと外歯車3の内周面3aとの転接位置が千鳥状になっている。このような本変形例に係る波動発生器2は、外歯車3の内周面3aの直径が小さい場合に有効である。
(波動発生器の変形例3)
図25は、波動発生器2の変形例3を示す図であり、図23に示した波動発生器2の変形例を示す図である。この図25に示すように、本変形例に係る波動発生器2は、仮想平面96へのメインローラ94a及び複数のサブローラ94bの投影像のうちで、メインローラ94aとサブローラ94bとの間のスペース、及びサブローラ94b,94b間のスペースに、外歯車3の内周面3aとすべり接触する外歯車支持部98が位置するように、外歯車支持部98がローラ支持体93に形成されている。このような本変形例に係る波動発生器2は、メインローラ94a及び複数のサブローラ94bのみが外歯車3の内周面3aに転接する場合と比較し、外歯車3の内周面3aをより一層密に支持することができる。
図25は、波動発生器2の変形例3を示す図であり、図23に示した波動発生器2の変形例を示す図である。この図25に示すように、本変形例に係る波動発生器2は、仮想平面96へのメインローラ94a及び複数のサブローラ94bの投影像のうちで、メインローラ94aとサブローラ94bとの間のスペース、及びサブローラ94b,94b間のスペースに、外歯車3の内周面3aとすべり接触する外歯車支持部98が位置するように、外歯車支持部98がローラ支持体93に形成されている。このような本変形例に係る波動発生器2は、メインローラ94a及び複数のサブローラ94bのみが外歯車3の内周面3aに転接する場合と比較し、外歯車3の内周面3aをより一層密に支持することができる。
(波動発生器の他の変形例)
図23、図24、及び図25に示す波動発生器2は、一対のメインローラ94a,94aの一方と他方とが異なる列に配置されるようになっているが、一対のメインローラ94a,94aが同じ列に配置されるように構成してもよい。
図23、図24、及び図25に示す波動発生器2は、一対のメインローラ94a,94aの一方と他方とが異なる列に配置されるようになっているが、一対のメインローラ94a,94aが同じ列に配置されるように構成してもよい。
1……波動歯車装置、2……波動発生器、3……外歯車、4……内歯車、55,57……歯、67……相対移動軌跡曲線、73……歯形基本曲線、74……歯先円、75……歯先円弧(歯先側曲線)、76b……歯底側曲線、81……接線(直線)、82……歯先円弧(歯先側曲線)
Claims (3)
- 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寄りの位置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、
前記外歯車の歯の歯面形状と前記内歯車の歯の歯面形状は、前記外歯車の最大変位位置における基準ピッチ円と前記内歯車の基準ピッチ円とが一致しない負偏位設定で決定されており、
前記内歯車の歯の歯面形状は、前記外歯車と前記内歯車とのかみ合い時における前記外歯車の相対移動軌跡によって描かれる相対移動軌跡曲線を法線方向に縮小した形状の歯形基本線と、この歯形基本線の一端と前記内歯車の歯の歯先円とを滑らかに接続する第1の歯先側曲線と、前記歯形基本線の他端に接続される歯底側曲線と、を有し、
前記外歯車の歯の歯面形状は、前記歯形基本線と、第2の歯先側曲線と、前記第2の歯先側曲線に接し、且つ、前記歯形基本線の歯末側端部に接続される直線と、を有し、
前記内歯車の歯の前記歯先側曲線は、前記内歯車の径方向内方側へ向かって凸の曲線であり、
前記内歯車の歯の前記歯底側曲線は、前記内歯車の径方向外方側へ向かって凸の曲線であり、
前記外歯車の歯の前記歯先側曲線は、前記外歯車の径方向外方側へ向かって凸の曲線である、
ことを特徴とする波動歯車装置。 - 前記内歯車の歯の前記歯底側曲線は、前記内歯車の歯の歯溝中央線上に中心が位置する円の一部である、
ことを特徴とする請求項1に記載の波動歯車装置。 - 前記内歯車の歯の前記歯先側曲線は、前記歯形基本線と前記歯先円に滑らかに接する円の一部であり、
前記外歯車の歯の歯面形状は、前記内歯車の歯の前記歯先側曲線を形作る前記円と前記外歯車の前記歯形基本線との接点における接線であって、且つ、前記接点から前記外歯車の歯底側へ向かう前記接線と、前記接線と前記外歯車の歯底円とを滑らかに接続する歯元側曲線と、を有する、
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。
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JP2018135938A JP2020012532A (ja) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | 波動歯車装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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WO2020017310A1 true WO2020017310A1 (ja) | 2020-01-23 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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PCT/JP2019/026202 WO2020017310A1 (ja) | 2018-07-19 | 2019-07-02 | 波動歯車装置 |
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WO2023170934A1 (ja) * | 2022-03-11 | 2023-09-14 | テクファ・ジャパン株式会社 | 波動歯車装置およびその波動歯車装置を備えた製品 |
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WO2016006102A1 (ja) * | 2014-07-11 | 2016-01-14 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | 円弧歯形を用いて形成した連続接触歯形を有する波動歯車装置 |
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2019
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