(57)【要約】  波動歯車装置（３）は、外歯歯車（７）の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させるための波動発生器（８）を有している。波動発生器（８）は、外歯歯車（７）の周方向に沿って所定の角度間隔の位置に配置された複数の波動発生部材（１６（１）〜１６（３））を備えている。波動発生部材のそれぞれは外周カム面（１６ａ）を備え、装置中心軸線（１ａ）に平行な回転中心線（４ｂ）を中心として回転して、外歯歯車（７）の各部分を所定の振幅で半径方向に繰り返し撓める。大きな装置中空部（５）を形成するのに適した波動歯車装置（３）が得られる。
2017134749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性の内歯歯車と、
非円形に撓められて前記内歯歯車に対して部分的にかみ合う可撓性の外歯歯車と、
前記内歯歯車に対する前記外歯歯車の部分的なかみ合い位置が前記内歯歯車の円周方向に移動するように、前記外歯歯車の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させるための波動発生器と、
を有しており、
前記波動発生器は、前記外歯歯車の周方向に沿って所定の角度間隔の位置に配置された複数の波動発生部材を備え、
前記波動発生部材のそれぞれは、前記外歯歯車の中心軸線に平行な回転中心線を中心として回転すると、前記半径方向から対峙する前記外歯歯車の部分を所定の振幅で前記半径方向に繰り返し撓める外周カム面を備えている波動歯車装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記波動発生部材の前記外周カム面は、前記外歯歯車における外歯形成部分の内周面部分、および、前記外歯歯車における前記外歯形成部分に対して前記中心軸線の方向に隣接した外周面部分のうちの少なくとも一方に当接または対峙している波動歯車装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記波動発生部材の前記回転中心線のそれぞれが、前記外歯歯車の前記中心軸線を中心とする同一円上において等角度間隔で位置するように、前記波動発生部材のそれぞれが配置されている波動歯車装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記波動発生部材の前記外周カム面は、前記回転中心線に対して偏心した円形外周面である波動歯車装置。
【請求項５】
請求項１に記載の波動歯車装置と、
前記波動歯車装置の前記波動発生部材を、それぞれ、前記回転中心線回りに回転させる１台あるいは複数台のモータと、
を有しているアクチュエータ。
【請求項６】
請求項５において、
前記波動発生部材のそれぞれに前記モータが配置されているアクチュエータ。
【請求項７】
請求項６において、
前記波動発生部材の前記外周カム面は、前記外歯歯車における外歯形成部分の内周面部分、および、前記外歯歯車における前記外歯形成部分に対して前記中心軸線の方向に隣接した外周面部分のうちの少なくとも一方に当接あるいは対峙しているアクチュエータ。
【請求項８】
請求項７において、
前記波動発生部材の前記回転中心線のそれぞれが、前記外歯歯車の前記中心軸線を中心とする同一円上において等角度間隔で位置するように、前記波動発生部材のそれぞれが配置されており、
前記モータは、前記波動発生部材に対して、前記回転中心線にモータ中心線が一致するように配置されているアクチュエータ。
【請求項９】
請求項８において、
前記波動歯車装置は、前記中心軸線の方向に貫通して延びる中空部を備え、
前記波動発生部材および前記モータは、前記中空部を取り囲む状態に配置されているアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空アクチュエータを実現するのに適した波動発生器を備えた波動歯車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータに波動歯車装置を組み付けた構成のアクチュエータとしては、その中心を貫通して延びる中空部を備えた中空アクチュエータが知られている。特許文献１には、シルクハット形状の外歯歯車を備えた波動歯車装置を用いた中空アクチュエータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１５７０２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
波動歯車装置を用いた中空アクチュエータにおいては、その中空部の内径が、中心側に配置される波動発生器に形成する中心貫通穴の内径によって規制される。波動発生器は一般に、剛性カム板と、その外周面に装着した波動発生器ベアリングとを備えており、剛性カム板に貫通穴が形成される。波動発生器の外径を増加させることなく中空径を大きくするには、剛性カム板に大径の貫通穴を設ける必要があるので、当該剛性カム板の半径方向の厚さを薄くする必要がある。また、剛性カム板の外周面に装着される波動発生器ベアリングも薄肉にする必要がある。しかし、波動発生器の構成部品の薄肉化には限度があり、目標とする寸法の中空部を形成できない場合がある。【０００５】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、大きな中空径のアクチュエータを実現するのに適した波動発生器を備えた波動歯車装置、および、当該波動歯車装置を用いたアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の波動歯車装置は、
剛性の内歯歯車と、
非円形に撓められて前記内歯歯車に対して部分的にかみ合う可撓性の外歯歯車と、
前記内歯歯車に対する前記外歯歯車の部分的なかみ合い位置が前記内歯歯車の円周方向に移動するように、前記外歯歯車の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させるための波動発生器と、
を有しており、
前記波動発生器は、前記外歯歯車の周方向に沿って所定の角度間隔の位置に配置された複数の波動発生部材を備え、
前記波動発生部材のそれぞれは、前記外歯歯車の中心軸線に平行な回転中心線を中心として回転すると、前記半径方向から対峙する前記外歯歯車の部分を所定の振幅で前記半径方向に繰り返し撓める外周カム面を備えていることを特徴としている。【０００７】
本発明の波動歯車装置の波動発生器は、外歯歯車の周方向に沿って配置した複数の波動発生部材によって構成される。従来の波動発生器では、波動歯車装置の中心部分に、外歯歯車と同心状態に、１枚あるいは複数枚の楕円状輪郭などの非円形輪郭をした剛性カム板などの波動発生部材が配置される。装置中心部分を貫通する中空部を設ける場合には、波動発生器の構成部品を貫通して延びる状態に中空部が形成される。本発明では、波動発生器の構成部品が外歯歯車の周方向に沿って配置される。また、波動発生部材は、対峙する外歯歯車の部位を半径方向に微小な振幅で撓めることができればよいので、従来の剛性カム板などの波動発生部材に比べて小径でよい。【０００８】
このように、装置中心部分には波動発生器の構成部品が配置されておらず、外歯歯車の周方向に沿って配置される各波動発生部材はサイズが小さいので、装置中心部分に大きな径の中空部を設けることができる。【０００９】
本発明において、波動発生部材のそれぞれによって、外歯歯車を、外周側から押圧して非円形に撓めることができる。または、外歯歯車を内周側から押圧して非円形に撓めることができる。したがって、前記波動発生部材の前記外周カム面が、前記外歯歯車における外歯形成部分の内周面部分、および、前記外歯歯車における前記外歯形成部分に対して前記中心軸線の方向に隣接した外周面部分のうちの少なくとも一方に対峙あるいは当接するようにすればよい。【００１０】
例えば、同一形状の外周カム面を備えた波動発生部材を用いる場合には、前記波動発生部材の前記回転中心線のそれぞれが、前記外歯歯車の前記中心軸線を中心とする同一円上において等角度間隔で位置するように、前記波動発生部材のそれぞれが配置される。【００１１】
波動発生部材のそれぞれを、所定の位相差を保った状態で同期回転させることで、外歯歯車に波動運動を発生させることができる。【００１２】
例えば、波動発生部材として偏心回転する真円の外周カム面を備えた部材を用いることができる。すなわち、前記波動発生部材の前記外周カム面を、前記回転中心線に対して偏心した円形外周面とすることができる。【００１３】
次に、本発明のアクチュエータは、上記構成の波動歯車装置と、前記波動歯車装置の前記波動発生部材を、それぞれ、前記回転中心線回りに回転させる１台あるいは複数台のモータとを有していることを特徴としている。【００１４】
この場合、１台のモータで複数の波動発生部材を回転駆動することができる。または、複数台のモータ、例えば、波動発生部材のそれぞれに一対一でモータを連結することもできる。【００１５】
波動発生部材のそれぞれにモータを配置する場合には、例えば、波動発生器とモータを同軸に連結する。すなわち、前記波動発生部材の前記回転中心線のそれぞれが、前記外歯歯車の前記中心軸線を中心とする同一円上において等角度間隔で位置するように、前記波動発生部材のそれぞれが配置され、前記モータは、前記波動発生部材に対して、前記回転中心線にモータ中心線が一致するように配置される。【００１６】
この場合において、前記波動歯車装置に、前記中心軸線の方向に貫通して延びる中空部を形成し、前記波動発生部材および前記モータを、前記中空部を取り囲む状態に配置することができる。【００１７】
このようにすれば、装置中心部分に波動発生部材が配置されている場合に比べて、大きな中空径を備えたアクチュエータを実現するのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用した中空アクチュエータの一例を示す斜視図、側面図および端面図である。
【図２】図１の中空アクチュエータの半斜視図および縦断面図である。
【図３】図１の中空アクチュエータの波動歯車装置を示す斜視図、端面図、側面図および縦断面図である。
【図４】波動発生部材による外歯歯車の撓み状態を示す説明図である。
【図５】本発明を適用した中空アクチュエータの別の例を示す斜視図、側面図および端面図である。
【図６】図５の中空アクチュエータの半斜視図および縦断面図である。
【図７】図５の中空アクチュエータの波動歯車装置を示す斜視図、端面図、側面図および縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施の形態１）
図１〜図４には本発明を適用した実施の形態１に係る中空アクチュエータを示してある。図１（Ａ）は本発明を適用した実施の形態１に係る中空アクチュエータを示す斜視図であり、図１（Ｂ）はその側面図であり、図１（Ｃ）はその端面図である。図２（Ａ）は中空アクチュエータをその中心軸線を含む平面で切断した状態で示す半斜視図であり、図２（Ｂ）はその縦断面図である。図３（Ａ）は中空アクチュエータに組み込まれている波動歯車装置を示す斜視図であり、図３（Ｂ）はその端面図であり、図３（Ｃ）はその側面図であり、図３（Ｄ）はその縦断面図である。
【００２０】
中空アクチュエータ１は、円筒形状をした装置ハウジング２と、装置ハウジング２に取り付けたシルクハット型の波動歯車装置３と、装置ハウジング２に取り付けた複数台、本例では３台のモータ４（１）〜４（３）とを備えている。中空アクチュエータ１の中心部分には、装置中心軸線１ａの方向に貫通して延びる円形断面の装置中空部５が形成されている。
【００２１】
モータ４（１）〜４（３）は、例えば、装置中心軸線１ａを中心として同一円上において１２０度の角度間隔で配置されている。また、各モータ４（１）〜４（３）は、それらのモータ軸４ａの回転中心線４ｂが装置中心軸線１ａに平行となるように装置ハウジング２に取り付けられている。
【００２２】
波動歯車装置３は、図３から分かるように、円環形状をした剛性の内歯歯車６と、シルクハット形状をした可撓性の外歯歯車７と、波動発生部材１６（１）〜１６（３）を備えた波動発生器８とを備えている。内歯歯車６は装置ハウジング２の内周部に同軸に固定されている。外歯歯車７は、主軸受９、本例ではクロスローラベアリングを介して、装置ハウジング２によって回転自在の状態で支持されている。
【００２３】
波動歯車装置３の外歯歯車７は、波動発生器８を構成する波動発生部材１６（１）〜１６（３）によって非円形撓められて内歯歯車６に対して部分的にかみ合う。本例では、外歯歯車７は楕円状に撓められて、楕円形状の長軸両端の位置で内歯歯車６にかみ合う。また、波動発生器８の波動発生部材１６（１）〜１６（３）は、モータ４（１）〜４（３）によって、それぞれ回転駆動される。波動発生部材１６（１）〜１６（３）は、回転駆動されると、内歯歯車６に対する外歯歯車７の部分的なかみ合い位置が、内歯歯車６の円周方向に移動するように、外歯歯車７の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させる。
【００２４】
外歯歯車７は、図３（Ｄ）から分かるように、半径方向に撓み可能な円筒状胴部１１と、円筒状胴部１１の一方の端から半径方向の外方に延びる円盤状のダイヤフラム１２と、ダイヤフラム１２の外周縁に連続して形成された円環形状をした剛性のボス１３と、円筒状胴部１１の他方の端の外周面部分に形成された外歯１４とを備えている。円筒状胴部１１における外歯１４が形成されている外歯形成部分が内歯歯車６の内側に同軸状態に配置され、外歯１４が内歯歯車６の内歯１５に対峙している。ボス１３は、図２から分かるように、主軸受９の内輪９ａの端面に固定されており、主軸受９の外輪９ｂは装置ハウジング２の端面に固定されている。
【００２５】
波動発生器８を構成する波動発生部材１６（１）〜１６（３）は、外歯歯車７の周方向に沿って等角度間隔の位置に配置されている。波動発生部材１６（１）〜１６（３）は、例えば外周カム面１６ａとして円形外周面を備えた偏心カムであり、３台のモータ４（１）〜４（３）のモータ軸４ａに対して、それぞれ、一定量だけ偏心した状態で固定されている。すなわち、円形の外周カム面１６ａはモータ４（１）〜４（３）の回転中心線４ｂに対して一定量だけ偏心した位置を中心とする真円である。偏心量は、外歯歯車７の各部分に必要とされる半径方向撓み量に対応している。
【００２６】
ここで、図３から分かるように、本例の波動発生部材１６（１）〜１６（３）は、外歯歯車７の円筒状胴部１１の外周側に配置されている。また、波動発生部材１６（１）〜１６（３）の外周カム面１６ａは、外歯歯車７の外歯形成部分に対して、外歯歯車７の中心軸線（装置中心軸線１ａ）の方向に隣接した円筒状胴部１１の外周面部分（ダイヤフラム１２の側の外周面部分）に当接している。
【００２７】
なお、モータ４（１）〜４（３）は、図２から分かるように、外側カバー１７および内側カバー１８によって囲まれた円環状の空間内に配置されている。外側カバー１７は装置ハウジング２に取り付けられており、円筒状カバー部分１７ａと円環状の端面カバー部分１７ｂとを備えている。内側カバー１８は装置中空部５を規定しており、外側カバー１７に同軸に取り付けられている。
【００２８】
この構成の中空アクチュエータ１においては、不図示の制御ユニットによって、モータ４（１）〜４（３）を同期させて駆動させて、波動発生器８の各波動発生部材１６（１）〜１６（３）を偏心回転させる。波動発生部材１６（１）〜１６（３）の外周カム面１６ａは、外歯歯車７の円筒状胴部１１の外周面部分に当接している。これらは、回転に伴って、内歯歯車６に対する外歯歯車７の部分的なかみ合い位置が、内歯歯車６の円周方向に移動するように、外歯歯車７の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させる。
【００２９】
図４は波動発生器８の各波動発生部材１６（１）〜１６（３）によって楕円状に撓められる外歯歯車７を示す説明図である。この図において一点鎖線で示すように外歯歯車７の外歯形成部分は、初期形状が真円の状態にある。３つの波動発生部材１６（１）〜１６（３）によって、例えば、図において（０度）の回転状態で示すように、上下方向に長軸が延びる楕円形状に外歯歯車７の外歯形成部分が撓められる。
【００３０】
この状態から、楕円形状を装置中心軸線１ａ回りに回転させた場合に、各回転位置における楕円形状に対して、波動発生部材１６（１）〜１６（３）のそれぞれが外接するように、これら波動発生部材１６（１）〜１６（３）を回転させることができる。換言すると、波動発生部材１６（１）〜１６（３）を、回転中心線４ｂを中心として、所定の同期を取って偏心回転させることにより、内歯歯車６に対する外歯歯車７の部分的なかみ合い位置（楕円形状の長軸両端部分）が、内歯歯車６の円周方向に移動するように、外歯歯車７の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させることができる。
【００３１】
ここで、波動発生器８は３個の波動発生部材１６（１）〜１６（３）を備えている。波動発生部材の数は３個に限定されるものではない。４個以上の個数とすることもできる。
【００３２】
また、本例の波動発生部材１６（１）〜１６（３）は円形の外周カム面１６ａを備え、モータ４（１）〜４（３）のそれぞれの回転中心線４ｂに対して偏心回転する。波動発生部材１６（１）〜１６（３）は、偏心カムに限定されるものではない。例えば、楕円状輪郭などのカム板を、回転中心線４ｂを中心として回転させて外歯歯車７に波動運動を発生させるようにしてもよい。楕円状輪郭以外の各種の輪郭の外周カム面を用いることが可能である。
【００３３】
さらに、本例の波動発生部材１６（１）〜１６（３）は円形輪郭のカム板から構成されている。この代わりに、波動発生部材を、ローラを備えた構成とすることも可能である。また、カム板を直接に外歯歯車の外周面部分に当接させているが、カム板の外周面にローラ、あるいはベアリングなどを装着し、これらを介して、波動発生部材によって外歯歯車の外周面部分を押すようにしてもよい。
【００３４】
一方、モータ４（１）〜４(３)については、各モータにエンコーダを搭載して個別に駆動させることができるが、エンコーダを１台のモータにのみ搭載し、他のモータを同期駆動させるようにしてもよい。また、各モータに制動用のブレーキを搭載することも可能である。
【００３５】
（実施の形態２）
図５〜図７には本発明を適用した実施の形態２に係る中空アクチュエータを示してある。図５（Ａ）は本発明を適用した実施の形態１に係る中空アクチュエータを示す斜視図であり、図５（Ｂ）はその側面図であり、図５（Ｃ）はその端面図である。図６（Ａ）は中空アクチュエータをその装置中心軸線を含む平面で切断した状態で示す半斜視図であり、図６（Ｂ）はその縦断面図である。図７（Ａ）は中空アクチュエータに組み込まれている波動歯車装置を示す斜視図であり、図７（Ｂ）はその端面図であり、図７（Ｃ）はその側面図であり、図７（Ｄ）はその縦断面図である。
【００３６】
実施の形態２の中空アクチュエータ２０の基本構成は図１の中空アクチュエータ１と同一であるが、波動発生器の波動発生部材を外歯歯車の外歯形成部分の内周側に配置した点、および、５個の波動発生部材を配置した点が相違している。
【００３７】
中空アクチュエータ２０は、円筒形状をした装置ハウジング２２と、装置ハウジング２２に取り付けたシルクハット型の波動歯車装置２３と、装置ハウジング２２に取り付けた５台のモータ２４（１）〜２４（５）とを備えている。中空アクチュエータ２０の中心部分には、装置中心軸線２０ａの方向に貫通して延びる円形断面の装置中空部２５が形成されている。
【００３８】
モータ２４（１）〜２４（５）は、図７から分かるように、本例では、装置中心軸線２０ａを中心として同一円上において７２度の角度間隔で配置されている。また、各モータ２４（１）〜２４（５）は、それらのモータ軸２４ａの回転中心線２４ｂが装置中心軸線２０ａに平行となるように装置ハウジング２２に取り付けられている。
【００３９】
波動歯車装置２３は、図６、図７に示すように、円環形状をした剛性の内歯歯車２６と、シルクハット形状をした可撓性の外歯歯車２７と、５つの波動発生部材３６（１）〜３６（５）を備えた波動発生器２８とを備えている。内歯歯車２６は装置ハウジング２２の内周部に同軸に固定されている。外歯歯車２７は、主軸受２９、本例ではクロスローラベアリングを介して、装置ハウジング２２によって回転自在の状態で支持されている。
【００４０】
波動歯車装置２３の外歯歯車２７は、波動発生器２８を構成する５つの波動発生部材３６（１）〜３６（５）によって非円形撓められて内歯歯車２６に対して部分的にかみ合う。本例では、外歯歯車２７は楕円状に撓められて、楕円形状の長軸両端の位置で内歯歯車２６にかみ合う。また、波動発生器２８の波動発生部材３６（１）〜３６（５）は、モータ２４（１）〜２４（５）によって回転駆動されると、内歯歯車２６に対する外歯歯車２７の部分的なかみ合い位置が、内歯歯車２６の円周方向に移動するように、外歯歯車２７の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させる。
【００４１】
外歯歯車２７は、図６（Ｂ）、図７（Ｄ）から分かるように、半径方向に撓み可能な円筒状胴部３１と、円筒状胴部３１の一方の端から半径方向の外方に延びる円盤状のダイヤフラム３２と、ダイヤフラム３２の外周縁に連続して形成された円環形状をした剛性のボス３３と、円筒状胴部３１の他方の端の外周面部分に形成された外歯３４とを備えている。円筒状胴部３１における外歯３４が形成されている外歯形成部分が内歯歯車２６の内側に同軸状態に配置され、外歯３４が内歯歯車２６の内歯３５に対峙している。ボス３３は主軸受２９の内輪２９ａの端面に固定されており、主軸受２９の外輪２９ｂは装置ハウジング２２の端面に固定されている。
【００４２】
波動発生器２８の波動発生部材３６（１）〜３６（５）は、外歯歯車２７の周方向に沿って等角度間隔の位置に配置されている。波動発生部材３６（１）〜３６（５）は、例えば外周カム面３６ａとして円形外周面を備えた偏心カムであり、５台のモータ２４（１）〜２４（５）のモータ軸２４ａに対して、それぞれ、一定量だけ偏心した状態で固定されている。すなわち、円形の外周カム面３６ａはモータ２４（１）〜２４（５）の回転中心線２４ｂに対して一定量だけ偏心した位置を中心とする真円である。偏心量は、外歯歯車２７の各部分に必要とされる半径方向撓み量に対応している。
【００４３】
ここで、本例の波動発生部材３６（１）〜３６（５）は、外歯歯車２７の円筒状胴部３１の内周側に配置されている。すなわち、波動発生部材３６（１）〜３６（５）の外周カム面３６ａは、外歯歯車２７の外歯形成部分の内周面部分に当接している。
【００４４】
モータ２４（１）〜２４（５）は、図６から分かるように、外側カバー３７および内側カバー３８によって囲まれた円環状の空間内に配置されている。外側カバー３７は装置ハウジング２２に取り付けられており、円筒状カバー部分３７ａと円環状の端面カバー部分３７ｂとを備えている。内側カバー３８は装置中空部２５を規定しており、外側カバー３７に同軸に取り付けられている。
【００４５】
この構成の中空アクチュエータ２０においても、不図示の制御ユニットによって、モータ２４（１）〜２４（５）を同期させて駆動させて、波動発生器２８の各波動発生部材３６（１）〜３６（５）を偏心回転させる。波動発生部材３６（１）〜３６（５）の外周カム面３６ａは、外歯歯車２７の内周面部分に当接しており、回転に伴って、内歯歯車２６に対する外歯歯車２７の部分的なかみ合い位置が、内歯歯車２６の円周方向に移動するように、外歯歯車２７の周方向の各部分を半径方向に繰り返し撓める波動運動を発生させる。
【図１】
2017134749.tif 000003
【図２】
2017134749.tif 000004
【図３】
2017134749.tif 000005
【図４】
2017134749.tif 000006
【図５】
2017134749.tif 000007
【図６】
2017134749.tif 000008
【図７】
2017134749.tif 000009
【国際調査報告】
2017134749.tif 000010
2017134749.tif 000011