(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端部に径方向内側へ突出する円環状の底部を有する筒状のハウジングと、
前記ハウジングの軸方向において前記底部と反対側の端部に設けられ、通電により駆動力を発生するモータと、
前記ハウジングの内側に前記ハウジングと同軸に収容され、前記モータからの駆動力によって回転するウェーブジェネレータと、
前記ウェーブジェネレータの外周側に設けられ、内周側に内歯を有する円筒状に形成され、前記ハウジングに固定されているサーキュラースプラインと、
前記ウェーブジェネレータと前記サーキュラースプラインとの間に挟み込まれ、外周側に前記内歯と噛み合う外歯を有し、前記サーキュラースプラインと噛み合いながら前記ウェーブジェネレータによって回転駆動されることにより、前記ウェーブジェネレータの回転を減速して前記モータと反対側に端部に設けられている出力軸部へ伝達するフレクスプラインと、
前記モータの前記ウェーブジェネレータ側の端部に前記モータと一体に設けられ、径方向外側へ伸び、前記ハウジングの前記ウェーブジェネレータ側を覆うモータフランジと、
前記フレクスプラインと一体に回転する内輪部、前記内輪部の外周側において前記サーキュラースプラインと前記底部との間に挟み込まれて前記ハウジングの内周側に固定され前記内輪部と相対的に回転するとともに軸方向に二つに分割されている外輪部、および二つの前記外輪部の境界と前記内輪部との間に設けられ前記内輪部と前記外輪部との相対的な回転を支持するコロ部材を有するクロスローラベアリングと、
前記モータフランジ、前記サーキュラースプラインおよび前記外輪部を貫いて端部が前記底部にねじ止めされることにより、前記モータフランジと一体の前記モータ、前記サーキュラースプラインおよび前記外輪部を前記ハウジングに固定する固定部材と、
を備える波動歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波動歯車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内歯を有する円筒形状のサーキュラースプラインと、この内歯に噛み合う外歯を有する楕円筒形状のフレクスプラインとを備え、このフレクスプラインをウェーブジェネレータで回転駆動する波動歯車装置が公知である。このような波動歯車装置は、例えばハーモニックドライブ（「ハーモニックドライブ」は登録商標）と称され、サーキュラースプラインとフレクスプラインとが相対的に回転することにより、ウェーブジェネレータに入力したモータの駆動力を減速してフレクスプラインから出力する（特許文献１参照）。サーキュラースプラインとフレクスプラインとの相対的な回転は、ハウジングに固定されている外輪部を有するクロスローラベアリングによって支持されている。
【０００３】
このような配置の波動歯車装置の場合、サーキュラースプラインは、モータと一体のモータフランジとともに第一ボルトによってハウジングに固定されている。具体的には、第一ボルトは、モータフランジおよびサーキュラースプラインを貫いて、ハウジングにねじ止めされている。このとき、サーキュラースプラインおよびモータをハウジングに固定する第一ボルトは、ハウジングの一端側すなわちモータ側からハウジングにねじ込まれている。一方、クロスローラベアリングは、第一ボルトと異なる別の第二ボルトによってハウジングに固定されている。具体的には、第二ボルトは、クロスローラベアリングの外輪部を貫いて、ハウジングにねじ止めされている。このとき、クロスローラベアリングを固定する第二ボルトは、ハウジングの他端側すなわち第一ボルトとは反対側からハウジングにねじ込まれている。これは、波動歯車装置をはじめとするロボットに用いられる装置は、異なる流通経路で入手される複数の部品を組み合わせることによって構成されている。すなわち、波動歯車装置の場合、ハウジング、モータフランジを含むモータ、ウェーブジェネレータ、フレクスプライン、サーキュラースプラインおよびクロスローラベアリングなどは、複数の製造者によって個別に製作されている。そのため、従来の波動歯車装置の場合、組み付けの効率を高めるために、モータおよびサーキュラースプラインはハウジングの一方の端部側から組み付け、クロスローラベアリングはハウジングの他方の端部側から組み付けている。
【０００４】
このような従来の波動歯車装置では、第一ボルトをハウジングにねじ込むことにより、ハウジングのタップ部すなわちハウジングのねじ穴の近傍がわずかに変形する。サーキュラースプラインは、モータフランジとハウジングとの間に挟み込まれている。そのため、サーキュラースプラインは、ハウジングと接しており、ハウジングのわずかな変形の影響を受け内歯にも変形を生じる。
【０００５】
ところで、産業用のロボットなどの場合、ハンドの位置や角度について高い動的および静的な精度が要求される。このような産業用のロボットでは、制御上の処理だけで精度を確保するのではなく、各部を構成する部品の精密度すなわち機械的な構造および寸法を精密にすることも精度の確保に利用されている。そのため、波動歯車装置を構成する各種の部品にも高い精度が要求されている。特に、回転をともなう駆動部分における表面の平滑度は振動の低減に影響を与えるとともに、この振動はロボットのハンドの先端における動的な精度に大きな影響を与える。しかしながら、いかに表面の精度を高めたとしても、上述のように第一ボルトのねじ込みによって、ハウジングのねじ穴の近傍にはわずかな変形が生じる。この変形はサーキュラースプラインを変形させ、結果としてサーキュラースプラインの内歯にも影響を与える。その結果、サーキュラースプラインの内歯とフレクスプラインの外歯との噛み合い部分において変形を招き、振動や回転誤差を招くという問題がある。
【０００６】
また、工場における設備の小型化および簡素化は、常に要求されている。そのため、ロボットを用いた設備の肥大化は回避する必要がある。したがって、波動歯車装置から生じる振動を低減させるための新たな振動抑制部材を追加することも困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０５２４９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、新たな部品の追加および大型化を招くことなく、簡単な構造で振動および回転誤差を低減する波動歯車装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明では、クロスローラベアリングは、ハウジングの底部とサーキュラースプラインとの間に配置されている。ここで、クロスローラベアリングは、フレクスプラインとサーキュラースプラインとの相対的な回転を支持するために、外輪部、内輪部およびコロ部材を有している。外輪部は、サーキュラースプラインとともにハウジングに固定されている。一方、内輪部は、外輪部の内周側においてフレクスプラインに固定され、フレクスプラインとともに回転する。外輪部と内輪部との間には、これらの相対的な回転を円滑にするためのコロ部材が挟み込まれている。このコロ部材は、クロスローラベアリングの軸方向の途中に設けられている。このように、コロ部材をクロスローラベアリングの軸方向の途中に設けるために、外輪部は軸方向において二つの部材に分割する必要がある。すなわち、コロ部材は、二つに分割された各外輪部の境界と、この境界に対向する内輪部との間に配置されている。請求項１記載の発明では、このような構成のクロスローラベアリングを底部とサーキュラースプラインとの間に配置することにより、底部に固定部材をねじ止めしたとき、ハウジングの底部に生じた変形は、クロスローラベアリングに伝達される。このクロスローラベアリングは、外輪部と内輪部とに分割されているとともに、軸方向の途中にコロ部材を配置するために、外輪部がさらに軸方向へ二分割されている。ここで、いかに加工精度を高めても二つの外輪部の間に形成される隙間の大きさは、固定部材のねじ止めによってハウジングの底部に生じる変形に比較すると十分に大きい。そのため、固定部材のねじ止めによってハウジングの底部に変形が生じ、その変形が底部側の外輪部に伝達されて底部側の外輪部が傾斜しても、この傾斜は二つの外輪部の間に形成される隙間によって吸収される。その結果、固定部材のねじ止めによって生じた変形は、クロスローラベアリングの外輪部によって吸収され、クロスローラベアリングに接するサーキュラースプラインには伝達されない。これにより、サーキュラースプラインの変形、およびこれにともなう内歯の変形も抑制される。さらに、クロスローラベアリングの二つの外輪部の間に形成される隙間を利用して変形を吸収しているため、新たな部品の追加は必要とせず、大型化を招くこともない。したがって、新たな部品の追加および大型化を招くことなく、簡単な構造でサーキュラースプラインとフレクスプラインとの間における振動および回転誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による波動歯車装置の概略を示す断面図
【図２】比較例として従来の波動歯車装置の概略を示す断面図
【図３】図１に示す波動歯車装置の要部を拡大した模式図
【図４】図３に示す要部における外輪部の傾斜を説明するための模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、一実施形態による波動歯車装置を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、一実施形態による波動歯車装置１０は、例えば多関節ロボットの駆動力を伝達する機構として用いられる。波動歯車装置１０は、ハウジング１１、モータ１２、ウェーブジェネレータ１３、サーキュラースプライン１４、フレクスプライン１５、モータフランジ１６、クロスローラベアリング１７および固定部材としてのボルト１８を備えている。ハウジング１１は、筒状に形成されており、底部２１を有する。底部２１は、ハウジング１１の軸方向において一方の端部から径方向内側へ突出している。図１の場合、底部２１は、ハウジング１１の下端側に設けられている。モータ１２は、ハウジング１１の軸方向において底部２１と反対側の端部に設けられている。モータ１２は、例えばサーボモータなどであり、通電することにより駆動力を発生する。モータ１２は、底部２１側の端部に回転軸部材２２を有している。
【００１２】
ウェーブジェネレータ１３は、ハウジング１１の内側にハウジング１１と同軸に収容されている。ウェーブジェネレータ１３は、モータ１２の回転軸部材２２に固定され、回転軸部材２２と一体に回転する。ボルト２３は、ウェーブジェネレータ１３をモータ１２の回転軸部材２２に固定している。ウェーブジェネレータ１３は、長径および短径を有する楕円形のカム状に形成されている。ウェーブジェネレータ１３は、その外周側の縁部に薄肉のベアリング２４を有している。ベアリング２４は、内輪部材２５、外輪部材２６およびボール部材２７を有している。内輪部材２５は、ウェーブジェネレータ１３の外壁に固定されている。外輪部材２６は、薄肉状に形成され、ボール部材２７を経由してフレクスプライン１５を径方向外側へ押し付ける。
【００１３】
サーキュラースプライン１４は、ウェーブジェネレータ１３の外周側に設けられ、ハウジング１１の内周側に固定されている。サーキュラースプライン１４は、円筒状に形成されており、内周側に内歯３１を有している。サーキュラースプライン１４は、ウェーブジェネレータ１３と異なり、真円の筒状に形成されている。サーキュラースプライン１４は、軸方向すなわち板厚方向へ貫く穴３２を有している。
【００１４】
フレクスプライン１５は、ウェーブジェネレータ１３とサーキュラースプライン１４との間に挟み込まれている。すなわち、フレクスプライン１５の外周側にはサーキュラースプライン１４が位置し、フレクスプライン１５の内周側にはウェーブジェネレータ１３が位置している。フレクスプライン１５は、ダイヤフラム３４および筒部３５を有するカップ状に形成されている。フレクスプライン１５は、薄肉の金属によって弾性変形可能に形成されている。筒部３５は、筒状に形成され、軸方向の一方の端部すなわちモータ１２と反対側の端部にダイヤフラム３４が一体に接続している。筒部３５は、このダイヤフラム３４と反対側の端部において外周側に外歯３６を有している。この外歯３６は、サーキュラースプライン１４の内歯３１と噛み合う。ダイヤフラム３４は、出力軸部３７と一体に接続している。出力軸部３７は、内周側に図示しない出力軸が取り付けられる円筒状に形成されている。
【００１５】
フレクスプライン１５の内周側には、ウェーブジェネレータ１３が設けられている。この楕円形状のウェーブジェネレータ１３は、長径側の両端部においてフレクスプライン１５をサーキュラースプライン１４側へ押し付ける。これにより、フレクスプライン１５は、楕円環状に変形し、長径方向の両端部がサーキュラースプライン１４の内周側に接する。その結果、フレクスプライン１５の外歯３６は、長径方向の両端部においてサーキュラースプライン１４の内歯３１と噛み合った状態となる。一方、楕円環状に変形したフレクスプライン１５は、短径方向の両端部がウェーブジェネレータ１３から離間する。そのため、フレクスプライン１５の外歯３６は、短径方向においてサーキュラースプライン１４の内歯３１と離れた状態となる。
【００１６】
モータ１２の回転軸部材２２から入力された回転は、ウェーブジェネレータ１３に伝達される。これにより、ウェーブジェネレータ１３は、モータ１２の回転軸部材２２とともに回転する。フレクスプライン１５は、上述の通りウェーブジェネレータ１３で楕円状に撓められている。そのため、フレクスプライン１５は、長径方向の両端部において外歯３６がサーキュラースプライン１４の内歯３１と噛み合い、短径方向において外歯３６がサーキュラースプライン１４の内歯３１から離れている。ここで、サーキュラースプライン１４は、ハウジング１１に固定されている。そのため、入力側であるウェーブジェネレータ１３が回転すると、フレクスプライン１５は、弾性変形しつつ、サーキュラースプライン１４との噛み合い位置が順次移動する。その結果、ウェーブジェネレータ１３が一回転すると、フレクスプライン１５は、外歯３６と内歯３１との歯数の差だけウェーブジェネレータ１３の回転方向と反対側へ相対的に回転する。これにより、モータ１２の回転軸部材２２から入力された回転は、減速されてフレクスプライン１５と一体の出力軸部３７へ伝達される。
【００１７】
モータフランジ１６は、モータ１２のウェーブジェネレータ１３側の端部にモータ１２と一体に設けられている。モータフランジ１６は、モータ１２から径方向外側へ伸びている。これにより、モータフランジ１６は、ハウジング１１の底部２１と反対側、すなわちハウジング１１のウェーブジェネレータ１３側において内周側を覆っている。なお、モータフランジ１６は、円板状に形成してハウジング１１の底部２１と反対側の全体を覆う構成としてもよく、扇状や翼状に形成してハウジング１１の底部２１と反対側の一部を覆う構成としてもよい。モータフランジ１６は、軸方向すなわち板厚方向へ貫く穴３９を有している。
【００１８】
クロスローラベアリング１７は、内輪部４１、外輪部４２およびコロ部材４３を有している。内輪部４１は、フレクスプライン１５の外側を覆っており、フレクスプライン１５と一体に回転する。具体的には、内輪部４１は、フレクスプライン１５のダイヤフラム３４および出力軸部３７と一体に固定されている。ボルト４４は、出力軸部３７と内輪部４１との間にダイヤフラム３４を挟み込んだ状態で出力軸部３７、ダイヤフラム３４および内輪部４１を固定している。これにより、内輪部４１は、フレクスプライン１５および出力軸部３７と一体に回転する。
【００１９】
外輪部４２は、内輪部４１の外周側においてハウジング１１の内周側に固定されている。これにより、内輪部４１と外輪部４２とは相対的に回転する。外輪部４２は、軸方向において二つに分割され、第一外輪部４５および第二外輪部４６から構成されている。第一外輪部４５および第二外輪部４６から構成される外輪部４２は、サーキュラースプライン１４とハウジング１１の底部２１との間に挟み込まれている。コロ部材４３は、内輪部４１と外輪部４２との間に回転可能に設けられ、内輪部４１と外輪部４２との相対的な回転を補助する。すなわち、内輪部４１と外輪部４２との間にコロ部材４３を設けることにより、内輪部４１と外輪部４２とは相対的な回転が円滑になる。このコロ部材４３は、クロスローラベアリング１７の軸方向において第一外輪部４５と第二外輪部４６との境界部に設けられている。上述のようにコロ部材４３は、内輪部４１と外輪部４２との間に設けられる。そのため、外輪部４２を軸方向において第一外輪部４５および第二外輪部４６に分割することにより、コロ部材４３はクロスローラベアリング１７の軸方向の中間部分において内輪部４１と外輪部４２との間に設けることができる。第一外輪部４５は軸方向すなわち板厚方向に貫く穴４７を有し、第二外輪部４６は板厚方向へ貫く穴４８を有している。
【００２０】
固定部材としてのボルト１８は、先端すなわち図１における下端に雄ねじ部５１を有している。ボルト１８は、先端の雄ねじ部５１がハウジング１１の底部２１に形成されている雌ねじ部５２にねじ止めされる。モータフランジ１６の穴３９、サーキュラースプライン１４の穴３２、第一外輪部４５の穴４７および第二外輪部４６の穴４８は、ハウジング１１の雌ねじ部５２と同軸上に配置されている。これにより、ボルト１８は、図１の上方からモータフランジ１６の穴３９、サーキュラースプライン１４の穴３２、第一外輪部４５の穴４７および第二外輪部４６の穴４８を貫いて、雄ねじ部５１が雌ねじ部５２にねじ止めされる。ボルト１８をハウジング１１の底部２１にねじ止めすることにより、モータフランジ１６と一体のモータ１２、サーキュラースプライン１４およびクロスローラベアリング１７の外輪部４２は、ハウジング１１に固定される。なお、モータフランジ１６の穴３９、サーキュラースプライン１４の穴３２、第一外輪部４５の穴４７および第二外輪部４６の穴４８は、雌ねじ５２が形成されていない。そのため、ボルト１８は、モータフランジ１６、サーキュラースプライン１４、第一外輪部４５および第二外輪部４６にねじ止めされない。
【００２１】
次に、上記の構成による本実施形態の波動歯車装置１０の特徴について、従来例と比較しながら説明する。
本実施形態の波動歯車装置１０は、モータフランジ１６と底部２１との間にサーキュラースプライン１４およびクロスローラベアリング１７の外輪部４２が挟み込まれている。そして、モータ１２と一体のモータフランジ１６、サーキュラースプライン１４およびクロスローラベアリング１７の外輪部４２をハウジング１１に固定するボルト１８は、ハウジング１１の底部２１にのみねじ止めされている。
【００２２】
ところで、図２に示すような従来の波動歯車装置１１０は、ハウジング１１１、モータ１１２、ウェーブジェネレータ１１３、サーキュラースプライン１１４、フレクスプライン１１５、モータフランジ１１６、クロスローラベアリング１１７、ならびに固定部材としてのボルト１１８およびボルト１１９を備えている。クロスローラベアリング１１７は、内輪部１４１、二分割された外輪部１４２、およびコロ部材１４３を有している。モータフランジ１１６と一体のモータ１１２およびサーキュラースプライン１１４は、ボルト１１８によって軸方向の一方側、すなわち図２の上方からハウジング１１１の底部１２１に固定されている。一方、クロスローラベアリング１１７の外輪部１４２は、ボルト１１８の取付方向と反対側である図２の下方からボルト１１９によってハウジング１１１の底部１２１に固定されている。これは、波動歯車装置１１０を構成するモータ１１２、ウェーブジェネレータ１１３、サーキュラースプライン１１４、フレクスプライン１１５およびクロスローラベアリング１１７は、既に説明したようにそれぞれ複数の製造者によって個別に製作されている。そのため、従来の波動歯車装置１１０の場合、モータ１１２およびサーキュラースプライン１１４はハウジング１１１の一方の端部である上方側から組み付け、クロスローラベアリング１１７はハウジング１１１の他方の端部である下方側から組み付けることにより、組み付けの効率を高めている。
【００２３】
このような従来の波動歯車装置１１０の場合、ボルト１１８の締め付けによってハウジング１１１の底部１２１に生じたわずかな変形は、サーキュラースプライン１１４に直接作用する。そのため、サーキュラースプライン１１４は、中心軸に対しわずかな傾きを生じる。その結果、サーキュラースプライン１１４の内歯１３１とフレクスプライン１１５の外歯１３６との間に微少なずれを生じさせ、この微少なずれは騒音や振動の原因となる。このサーキュラースプライン１１４の傾き、およびこれにともなう騒音や振動は、ボルト１１８をハウジング１１１の底部１２１に締め付ける際に生じる。そのため、ハウジング１１１の底部１２１のサーキュラースプライン１１４側の端面、およびサーキュラースプライン１１４の底部１２１側の端面の平滑度をいかに向上させても、回避することが困難である。
【００２４】
これに対し、図１に示すように本実施形態では、ボルト１８は、モータフランジ１６、サーキュラースプライン１４およびクロスローラベアリング１７の外輪部４２を貫いてハウジング１１の底部２１にねじ止めされている。そのため、ボルト１８をハウジング１１の底部２１にねじ止めすると、図３に示すように底部２１は雌ねじ部５２の周囲において外輪部４２側の端面にわずかな変形６０を生じる。なお、図３は、本実施形態を説明を簡単にするために底部２１とクロスローラベアリング１７との接触部分を拡大して模式的に示した図であり、実際の寸法を示すものではない。
【００２５】
ハウジング１１の底部２１のわずかな変形６０は、底部２１に接するクロスローラベアリング１７の外輪部４２に伝わる。具体的には、底部２１のわずかな変形６０は、底部２１に接する第二外輪部４６に伝えられる。この第二外輪部４６は、底部２１と反対側において第一外輪部４５に接している。一方、クロスローラベアリング１７の外輪部４２は、軸方向の中間部分で内輪部４１との間にコロ部材４３を保持している。そのため、第一外輪部４５と第二外輪部４６との間には、微視的には微少な隙間６１が形成される。この第一外輪部４５と第二外輪部４６との間の微少な隙間６１は、いかに加工精度を高めても、ボルト１８のねじ止めによってハウジング１１の底部２１に生じる変形６０に比較すると十分に大きくなる。すなわち、ハウジング１１の底部２１の変形６０によって生じる変形量が１／１０μｍ程度であるのに対し、第一外輪部４５と第二外輪部４６との間に生じる微少な隙間６１は数μｍ程度となる。これにより、ボルト１８のねじ止めによってハウジング１１の底部２１が変形し、この底部２１の変形６０によって底部２１に接する第二外輪部４６がわずかに傾いても、この第二外輪部４６の傾きは、図４に示すように第一外輪部４５と第二外輪部４６との間の微少な隙間６１によって吸収される。図４では、ボルト１８をねじ止めする前の第二外輪部４６の初期的な状態を実線で示し、ボルト１８をねじ止めした後の第二外輪部４６の傾斜した状態を破線で示している。このように、第二外輪部４６の傾斜を微少な隙間６１で吸収することにより、底部２１の変形６０による第二外輪部４６の傾きは、第一外輪部４５に伝達されない。したがって、第一外輪部４５に接するサーキュラースプライン１４も、ボルト１８のねじ止めによる底部２１の変形６０の影響を受けない。よって、サーキュラースプライン１４の内歯３１とフレクスプライン１５の外歯３６との噛み合いに、ボルト１８のねじ止めにともなう微少なずれが生じることもない。なお、図４も、図３と同様に本実施形態を説明するための模式図であり、実際の寸法を示すものではない。
【００２６】
以上説明したように、一実施形態では、ボルト１８をハウジング１１の底部２１にねじ止めする場合でも、サーキュラースプライン１４の変形、およびこれにともなうサーキュラースプライン１４の内歯３１とフレクスプライン１５の外歯３６との噛み合い部分における変形は抑制される。また、ボルト１８のねじ止めによって生じるハウジング１１の変形、およびこの変形にともなう第二外輪部４６の傾きは、第一外輪部４５と第二外輪部４６との間に形成される加工上避けることができない微少な隙間６１を利用して吸収している。そのため、新たな部品の追加は必要とせず、ハウジング１１など各種の部品の大型化を招くこともない。したがって、新たな部品の追加および大型化を招くことなく、簡単な構造でサーキュラースプライン１４とフレクスプライン１５との間における振動および回転誤差を低減することができる。
【００２７】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
図面中、１０は波動歯車装置、１１はハウジング、１２はモータ、１３はウェーブジェネレータ、１４はサーキュラースプライン、１５はフレクスプライン、１６はモータフランジ、１７はクロスローラベアリング、１８はボルト（固定部材）、２１は底部、３１は内歯、３６は外歯、３７は出力軸部、４１は内輪部、４２は外輪部、４３はコロ部材を示す。
【図１】
0005494383.tif 000002
【図２】
0005494383.tif 000003
【図３】
0005494383.tif 000004
【図４】
0005494383.tif 000005