(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性の内歯歯車、可撓性の外歯歯車、および、前記外歯歯車を非円形に撓めて前記内歯歯車にかみ合わせている波動発生器を有し、
前記外歯歯車と前記内歯歯車のかみ合い位置は、前記外歯歯車における歯筋方向の各軸直角断面上において、これら両歯車の周方向において離れた複数の位置であり、
前記かみ合い位置のそれぞれは、前記歯筋方向に沿って見た場合に、前記周方向に向かって徐々に変化していることを特徴とする波動歯車装置。
【請求項２】
前記波動発生器は前記外歯歯車を楕円状曲線に沿った形状に撓めており、
前記かみ合い位置は前記楕円状曲線の長径位置である請求項１に記載の波動歯車装置。
【請求項３】
前記外歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記楕円状曲線の中心回りに一方向に徐々に変化するように、撓められている請求項２に記載の波動歯車装置。
【請求項４】
前記外歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端までの間において、前記長径位置が、前記中心回りに１８０度以下の角度の範囲内で変化するように、撓められている請求項３に記載の波動歯車装置。
【請求項５】
前記外歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記中心回りに、一方向に徐々に変化した後に逆方向に徐々に変化するように、撓められている請求項２に記載の波動歯車装置。
【請求項６】
前記外歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記中心回りに９０度以下の角度だけ変化した後に逆方向に９０度以下の角度だけ変化するように、撓められている請求項５に記載の波動歯車装置。
【請求項７】
前記外歯歯車は、円筒状胴部と、この円筒状胴部の一端から半径方向に延びているダイヤフラムと、前記円筒状胴部の他方の端の部位の外周面に形成した外歯とを備えたカップ形状あるいはシルクハット形状の外歯歯車であり、
前記波動発生器は、前記円筒状胴部における前記外歯が形成されている外歯形成部分を楕円状曲線に沿った形状に撓めている請求項１ないし６のうちのいずれか一つの項に記載の波動歯車装置。
【請求項８】
剛性の外歯歯車、可撓性の内歯歯車、および、前記内歯歯車を楕円状曲線に沿った形状に撓めて前記外歯歯車にかみ合わせている波動発生器を有し、
前記内歯歯車と前記外歯歯車のかみ合い位置は、前記内歯歯車における歯筋方向の各軸直角断面上において、前記楕円状曲線の長径位置であり、
前記かみ合い位置のそれぞれは、前記内歯歯車の歯筋方向に沿って見た場合に、周方向に徐々に変化していることを特徴とする波動歯車装置。
【請求項９】
前記内歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記楕円状曲線の中心回りに一方向に徐々に変化するように、撓められている請求項８に記載の波動歯車装置。
【請求項１０】
前記内歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端までの間において、前記長径位置が、前記中心回りに１８０度以下の角度の範囲内で変化するように、撓められている請求項９に記載の波動歯車装置。
【請求項１１】
前記内歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記中心回りに、一方向に徐々に変化した後に逆方向に徐々に変化するように、撓められている請求項８に記載の波動歯車装置。
【請求項１２】
前記内歯歯車は、前記長径位置が、前記歯筋方向の一方の端および他方の端では同一の回転位置にあり、これらの端の中間位置では前記回転位置に対して前記中心回りに９０度以下の角度だけ回転した位置にあるように、撓められている請求項１１に記載の波動歯車装置。
【請求項１３】
円形の摩擦係合内周面を備えた剛性部材、
円形の摩擦係合外周面を備えた可撓性部材、および、
前記可撓性部材の前記摩擦係合外周面を楕円状曲線に沿った形状に撓めて前記剛性部材の前記摩擦係合内周面に摩擦係合させている波動発生器を有し、
前記摩擦係合外周面と前記摩擦係合内周面の摩擦係合位置は、前記摩擦係合外周面における装置中心軸線の方向の各軸直角断面上において、前記楕円状曲線の長径位置であり、
前記摩擦係合位置のそれぞれは、前記装置中心軸線に沿って見た場合に、前記摩擦係合外周面の周方向に徐々に変化していることを特徴とする摩擦係合式の波動装置。
【請求項１４】
円形の摩擦係合内周面を備えた可撓性部材、
円形の摩擦係合外周面を備えた剛性部材、および、
前記可撓性部材の前記摩擦係合内周面を楕円状曲線に沿った形状に撓めて前記剛性部材の前記摩擦係合外周面に摩擦係合させている波動発生器を有し、
前記摩擦係合内周面と前記摩擦係合外周面の摩擦係合位置は、前記摩擦係合内周面における装置中心軸線の方向の各軸直角断面上において、前記楕円状曲線の長径位置であり、
前記摩擦係合位置のそれぞれは、前記装置中心軸線に沿って見た場合に、前記摩擦係合内周面の周方向に徐々に変化していることを特徴とする摩擦係合式の波動装置。
【請求項１５】
前記可撓性部材は、前記装置中心軸線の方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記楕円状曲線の中心回りに一方向に徐々に変化するように、撓められている請求項１３または１４に記載の摩擦係合式の波動装置。
【請求項１６】
前記可撓性部材は、前記装置中心軸線の方向の一方の端から他方の端までの間において、前記長径位置が、前記中心回りに１８０度以下の角度の範囲内で変化するように、撓められている請求項１５に記載の摩擦係合式の波動装置。
【請求項１７】
前記可撓性部材は、前記装置中心軸線の方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記中心回りに、一方向に徐々に変化した後に逆方向に徐々に変化するように、撓められている請求項１３または１４に記載の摩擦係合式の波動装置。
【請求項１８】
前記可撓性部材は、前記長径位置が、前記装置中心軸線の方向の一方の端および他方の端では同一の回転位置にあり、これらの端の中間位置では前記回転位置に対して前記中心回りに９０度以下の角度だけ回転した位置にあるように、撓められている請求項１７に記載の摩擦係合式の波動装置。
【請求項１９】
波動歯車装置における可撓性の外歯歯車あるいは可撓性の内歯歯車、または、摩擦係合式の波動装置における摩擦係合外周面あるいは摩擦係合内周面を備えた可撓性部材を、楕円状に撓める楕円状周面を備え、
前記楕円状周面は、中心軸線の方向の各位置において、前記中心軸線に直交する平面で切断した場合の輪郭形状が、前記中心軸線を中心とする楕円状曲線によって規定され、
前記楕円状周面は、前記中心軸線の方向における少なくとも所定幅の周面部分を備え、
前記周面部分における前記楕円状曲線の長径位置は、前記中心軸線の方向に沿って、当該中心軸線回りに徐々に変化していることを特徴とする波動歯車装置あるいは摩擦係合式の波動装置の波動発生器。
【請求項２０】
前記周面部分における前記楕円状曲線の長径位置は、前記周面部分の前記中心軸線の方向の一方の端から他方の端までの間において、１８０度以下の角度の範囲内で変化している請求項１９に記載の波動発生器。
【請求項２１】
前記周面部分における前記楕円状曲線の長径位置は、前記中心軸線の方向に沿って、当該中心軸線回りに一方向に徐々に変化した後に、逆方向に徐々に変化している請求項１９に記載の波動発生器。
【請求項２２】
前記周面部分における前記楕円状曲線の前記長径位置は、
前記周面部分における前記中心軸線の方向の一方の端および他方の端において同一の回転位置にあり、
これらの端の中間位置では、前記回転位置に対して９０度以下の角度だけ回転した位置にある請求項２１に記載の波動発生器。
【請求項２３】
前記楕円状曲線の長径寸法は、前記中心軸線の方向に沿って、前記楕円状周面の一方の端から他方の端に向けて漸減している請求項１９ないし２２のうちのいずれか一つの項に記載の波動発生器。
【請求項２４】
前記楕円状周面を備えた剛性の波動発生器プラグと、
前記波動発生器プラグの外周面あるいは内周面に嵌めた波動発生器転がり軸受と、
を有し、
前記波動発生器転がり軸受は、可撓性の外輪および可撓性の内輪を備え、
前記波動発生器転がり軸受の前記外輪あるいは前記内輪は、前記楕円状周面によって楕円状に撓められている請求項１９ないし２３のうちのいずれか一つの項に記載の波動発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、剛性の歯車に同時にかみ合う可撓性の歯車の歯の数が多い波動歯車装置、剛性部材の摩擦係合面に対する可撓性部材の摩擦係合面の係合部分が長い摩擦係合式の波動装置に関する。また、本発明は、可撓性の歯車あるいは可撓性部材を撓めるために用いる波動発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
波動歯車装置は、剛性の内歯歯車、可撓性を備えた（弾性変形可能な）外歯歯車、および波動発生器から構成されており、通常の歯車のようなバックラッシが無く、１段で大きな減速比を得ることができる。典型的な波動歯車装置として、特許文献１に開示のカップ形状の外歯歯車を備えたカップ型波動歯車装置、特許文献２に開示のシルクハット形状の外歯歯車を備えたシルクハット型波動歯車装置、および、特許文献３に開示の円筒状の外歯歯車を備えたフラット型波動歯車装置が知られている。【０００３】
波動歯車装置では、波動発生器によって外歯歯車は非円形、典型的には楕円状に撓められ、楕円状の長軸方向の２か所で内歯歯車に噛み合っている。モーター等によって波動発生器を回転すると、両歯車のかみ合い位置が円周方向に移動し、両歯車の間には、両歯車の歯数差に応じた相対回転が発生する。一方の歯車を固定しておくことで、他方の歯車から減速回転出力を取り出すことができる。特許文献４には、外歯歯車を撓める波動発生器の形状が提案されている。【０００４】
また、波動歯車装置としては、剛性の外歯歯車の外周側に可撓性の内歯歯車を配置し、当該内歯歯車の外周側に波動発生器を配置したものが知られている。【０００５】
さらに、特許文献５、６において提案されている摩擦係合式の波動装置も知られている。摩擦係合式の波動装置は、円形の摩擦係合内周面を備えた剛性部材と、この内側に配置した円形の摩擦係合外周面を備えた可撓性部材と、この内側に配置した波動発生器を備えている。波動発生器によって可撓性部材を非円形、例えば楕円状に撓めると、その円形の摩擦係合外周面が楕円状に撓む。これにより、摩擦係合外周面における長径位置に該当する部分が、剛性部材の円形の摩擦係合内周面に対して摩擦係合した状態が形成される。【０００６】
波動発生器を回転すると、両部材の摩擦係合位置が周方向に移動する。摩擦係合内周面に対して摩擦係合外周面の周長は所定量だけ短い。よって、波動発生器が１回転すると、周長分だけ、両部材の間に相対回転が発生する。一方の部材を回転しないように固定しておくことで、他方の部材から、減速回転を取り出すことができる。【０００７】
摩擦係合式の波動装置においても、剛性部材の外側に可撓性部材が配置され、その外側に配置した波動発生器によって可撓性部材を撓めて剛性部材に摩擦係合させる構成のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−０７２９１２号公報
【特許文献２】特開２００９−２５７５１０号公報
【特許文献３】特開２００９−１５６４６２号公報
【特許文献４】特許第４０６７０３７号公報
【特許文献５】特開２００７−７１２４２号公報
【特許文献６】特開平０６−２４１２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、波動歯車装置は、弾性変形を必須とする外歯歯車あるいは内歯歯車を備えているので、剛体の歯車同士を噛み合わせる場合に比べて、保持剛性が不足する場合がある。また、繰り返し弾性変形しながら回転する外歯歯車あるいは内歯歯車に起因する振動騒音を一層低下させるための方策が無い。このため、用途によっては、振動騒音が障害となって波動歯車装置を用いることができない場合もある。【００１０】
また、摩擦係合式の波動装置の場合には摩擦係合部分が少ないので剛性が低い。摩擦係合部分を長くできることが望まれている。【００１１】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、剛性が高く振動騒音を低減可能な波動歯車装置および摩擦係合式の波動装置、並びに、これら波動歯車装置および波動装置に用いる波動発生器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の波動歯車装置では、内歯歯車とのかみ合いに参加する外歯歯車の歯の数を増やすことで、剛性を高めるようにしている。すなわち、外歯歯車の歯筋方向に沿って、外歯歯車と内歯歯車のかみ合い位置が周方向に徐々に変化するように、外歯歯車を撓めている。また、このような両歯車のかみ合い状態を形成できるように、外歯歯車を撓めるための波動発生器の外周面形状を適切な形状に設定している。【００１３】
すなわち、本発明の波動歯車装置は、
剛性の内歯歯車、可撓性の外歯歯車、および、前記外歯歯車を非円形に撓めて前記内歯歯車にかみ合わせている波動発生器を有し、
前記外歯歯車と前記内歯歯車のかみ合い位置は、前記外歯歯車における歯筋方向の各軸直角断面上において、これら両歯車の周方向において離れた複数の位置であり、
前記かみ合い位置のそれぞれは、前記歯筋方向に沿って見た場合には、前記周方向に向かって徐々に変化していることを特徴としている。【００１４】
前記波動発生器は、典型的には、前記外歯歯車を楕円状曲線に沿った形状に撓める。この場合の両歯車の前記かみ合い位置は前記楕円状曲線の長径位置である。【００１５】
従来においては、歯筋方向の各軸直角断面において外歯歯車は同相の楕円状曲線となるように撓められ、各断面において、楕円状曲線の長径位置が同一である。両歯車のかみ合い位置は、楕円状曲線の長径が位置する２か所であり、歯筋方向の各軸直角断面において同一位置である。【００１６】
これに対して、本発明では、外歯歯車は、歯筋方向の各軸直角断面において、楕円状曲線に沿った形状となるように撓められるが、各断面における楕円状曲線は中心軸線回りに位相が異なり、それらの長径位置が周方向の異なる位置となる。換言すると、外歯歯車は、歯筋方向の各断面において、周方向における異なる位置で、内歯歯車にかみ合う。したがって、内歯歯車とのかみ合いに参加する外歯歯車の歯の数が多くなる。よって、波動歯車装置の剛性を高め、ラチェッティングトルク、伝達トルクを高めることができる。【００１７】
また、従来においては、外歯歯車における歯筋方向の各部が、同一の位相で半径方向に繰り返し撓められる。これに対して、本発明では、外歯歯車の歯筋方向の各部は異なる位相で半径方向に繰り返し撓められる。したがって、外歯歯車の弾性変形に起因する振動騒音を低減することができる。【００１８】
ここで、本発明では、前記外歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記楕円状曲線の中心回りに一方向に徐々に変化するように、撓められている。【００１９】
例えば、前記外歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端までの間において、前記長径位置が、前記中心回りに１８０度以下の角度の範囲内で変化するように、撓められている。長径位置が１８０度変化する場合には、外歯歯車の略全ての外歯が同時に内歯歯車とのかみ合いに参加することになる。よって、かみ合い剛性を高めるのに有利である。【００２０】
また、前記外歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記中心回りに、一方向に徐々に変化した後に逆方向に徐々に変化するように、撓められている場合もある。【００２１】
例えば、前記外歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記中心回りに一方向に９０度以下の角度だけ変化した後に逆方向に９０度以下の角度だけ変化するように、撓められている。【００２２】
このようにすると、歯筋方向の途中位置を中心として、両歯車に作用する軸方向スラスト力が左右で逆向きに発生する。したがって、左右の軸方向スラスト力が相互に打ち消し合う。軸方向スラスト力を左右対称の状態で発生させれば、スラスト力を受けるための軸受が不要になる。【００２３】
本発明において、前記外歯歯車は、円筒状胴部と、この円筒状胴部の一端から半径方向に延びているダイヤフラムと、前記円筒状胴部の他方の端の部位の外周面に形成した外歯とを備えたカップ形状あるいはシルクハット形状の外歯歯車である場合には、前記波動発生器は、前記円筒状胴部における前記外歯が形成されている外歯形成部分を前記楕円状曲線に沿った形状に撓めている。【００２４】
次に、本発明は剛性の外歯歯車の外周側に可撓性の内歯歯車が配置されている波動歯車装置に対して適用可能である。本発明の波動歯車装置は、
剛性の外歯歯車、可撓性の内歯歯車、および、前記内歯歯車を楕円状曲線に沿った形状に撓めて前記外歯歯車にかみ合わせている波動発生器を有し、
前記内歯歯車と前記外歯歯車のかみ合い位置は、前記内歯歯車における歯筋方向の各軸直角断面上において、前記楕円状曲線の長径位置であり、
前記かみ合い位置のそれぞれは、前記内歯歯車の歯筋方向に沿って見た場合に、前記周方向に徐々に変化していることを特徴としている。【００２５】
ここで、前記内歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記楕円状曲線の中心回りに一方向に徐々に変化するように、撓められている場合がある。例えば、前記内歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端までの間において、前記長径位置が、前記中心回りに１８０度以下の角度の範囲内で変化するように、撓められている。【００２６】
また、前記内歯歯車は、前記歯筋方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記中心回りに、一方向に徐々に変化した後に逆方向に徐々に変化するように、撓められている場合がある。例えば、前記内歯歯車は、前記長径位置が、前記歯筋方向の一方の端および他方の端では同一の回転位置にあり、これらの端の中間位置では前記回転位置に対して前記中心回りに９０度以下の角度だけ回転した位置にあるように、撓められている。【００２７】
一方、本発明は摩擦係合式の波動装置に対しても適用可能である。本発明の摩擦係合式の波動装置は、
円形の摩擦係合内周面を備えた剛性部材、
円形の摩擦係合外周面を備えた可撓性部材、および、
前記可撓性部材の前記摩擦係合外周面を楕円状曲線に沿った形状に撓めて前記剛性部材の前記摩擦係合内周面に摩擦係合させている波動発生器を有し、
前記摩擦係合外周面と前記摩擦係合内周面の摩擦係合位置は、前記摩擦係合外周面における装置中心軸線の方向の各軸直角断面上において、前記楕円状曲線の長径位置であり、
前記摩擦係合位置のそれぞれは、前記装置中心軸線に沿って見た場合に、前記摩擦係合外周面の周方向に徐々に変化していることを特徴としている。【００２８】
同様に、本発明は剛性部材の外周側に可撓性部材が配置されている波動装置にも適用可能である。この場合の摩擦係合式の波動装置は、
円形の摩擦係合内周面を備えた可撓性部材、
円形の摩擦係合外周面を備えた剛性部材、および、
前記可撓性部材の前記摩擦係合内周面を楕円状曲線に沿った形状に撓めて前記剛性部材の前記摩擦係合外周面に摩擦係合させている波動発生器を有し、
前記摩擦係合内周面と前記摩擦係合外周面の摩擦係合位置は、前記摩擦係合内周面における装置中心軸線の方向の各軸直角断面上において、前記楕円状曲線の長径位置であり、
前記摩擦係合位置のそれぞれは、前記装置中心軸線に沿って見た場合に、前記摩擦係合内周面の周方向に徐々に変化していることを特徴としている。【００２９】
ここで、これらの摩擦係合式の波動装置において、
前記可撓性部材は、前記装置中心軸線の方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記楕円状曲線の中心回りに一方向に徐々に変化するように、撓められている。例えば、前記可撓性部材は、前記装置中心軸線の方向の一方の端から他方の端までの間において、前記長径位置が、前記中心回りに１８０度以下の角度の範囲内で変化するように、撓められている。【００３０】
または、前記可撓性部材は、前記装置中心軸線の方向の一方の端から他方の端に向かって、前記長径位置が、前記中心回りに、一方向に徐々に変化した後に逆方向に徐々に変化するように、撓められている。例えば、前記可撓性部材は、前記長径位置が、前記装置中心軸線の方向の一方の端および他方の端では同一の回転位置にあり、これらの端の中間位置では前記回転位置に対して前記中心回りに９０度以下の角度だけ回転した位置にあるように、撓められている。【００３１】
次に、本発明の波動発生器は、
波動歯車装置における可撓性の外歯歯車あるいは可撓性の内歯歯車、または、摩擦係合式の波動装置における摩擦係合外周面あるいは摩擦係合内周面を備えた可撓性部材を、楕円状に撓める楕円状周面を備え、
前記楕円状周面は、中心軸線の方向の各位置において、前記中心軸線に直交する平面で切断した場合の輪郭形状が、前記中心軸線を中心とする楕円状曲線によって規定され、
前記楕円状周面は、前記中心軸線の方向における少なくとも所定幅の周面部分を備え、
前記周面部分における前記楕円状曲線の長径位置は、前記中心軸線の方向に沿って、当該中心軸線回りに徐々に変化していることを特徴としている。【００３２】
例えば、前記周面部分における前記楕円状曲線の長径位置は、前記周面部分の前記中心軸線の方向の一方の端から他方の端までの間において、前記中心軸線回りに１８０度以下の角度の範囲内で変化している。【００３３】
または、前記周面部分における前記楕円状曲線の長径位置は、前記中心軸線の方向に沿って、当該中心軸線回りに一方向に徐々に変化した後に、逆方向に徐々に変化している。この場合、例えば、前記周面部分における前記楕円状曲線の前記長径位置は、前記周面部分における前記中心軸線の方向の一方の端および他方の端において同一の回転位置にあり、これらの端の中間位置では、前記回転位置に対して９０度以下の角度だけ回転した位置にある。【００３４】
ここで、例えば、カップ形状の外歯歯車、シルクハット形状の外歯歯車では、それらの開口端の側の外周面に外歯が形成されており、ダイヤフラムの側からの距離に略比例して半径方向への撓み量が増加する。このような歯筋方向における撓み量の変化に対応するように、波動発生器の楕円状外周面の長径の長さを変化させることが望ましい。すなわち、前記楕円状曲線の長径寸法は、前記中心軸線の方向に沿って、前記楕円状周面の一方の端から他方の端に向けて漸減していることが望ましい。【００３５】
また、典型的な波動発生器は、
前記楕円状周面を備えた剛性の波動発生器プラグと、
前記波動発生器プラグの外周面あるいは内周面に嵌めた波動発生器転がり軸受と、
を有し、
前記波動発生器転がり軸受は、可撓性の外輪および可撓性の内輪を備え、
前記波動発生器転がり軸受の前記外輪あるいは前記内輪は、前記楕円状周面によって楕円状に撓められている。【００３６】
なお、波動発生器としては、磁力、あるいは、圧電効果を利用して、可撓性の外歯歯車あるいは可撓性の内歯歯車、または、摩擦係合内周面あるいは摩擦係合外周面を備えた可撓性部材を、楕円状に撓める形式のものが知られている。このような形式の波動発生器を用いて、可撓性の外歯歯車、可撓性の内歯歯車、摩擦係合内周面あるいは摩擦係合外周面を備えた可撓性部材を、上記のように撓めることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を適用したフラット型波動歯車装置を示す説明図である。
【図２】フラット型波動歯車装置の歯筋方向のかみ合い状態等を示す説明図である。
【図３】フラット型波動歯車装置の外歯歯車のかみ合い位置を示す説明図である。
【図４】本発明を適用したカップ型波動歯車装置を示す説明図である。
【図５】カップ型波動歯車装置の歯筋方向のかみ合い状態等を示す説明図である。
【図６】カップ型波動歯車装置の外歯歯車のかみ合い位置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した波動歯車装置の実施の形態を説明する。
【００３９】
［実施の形態１］
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明を適用したフラット型波動歯車装置を示す縦断面図および分解斜視図である。
【００４０】
フラット型波動歯車装置１では、２枚の剛性の内歯歯車、すなわち、内歯歯車２Ｓおよび内歯歯車２Ｄの内側に１枚の可撓性の外歯歯車３が配置されている。外歯歯車３は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部３ａと、この円筒状胴部３ａの円形外周面に形成された外歯３ｂとを備えたシンプルな形状をしている。
【００４１】
外歯歯車３は、その内側に装着されている楕円状輪郭の波動発生器４によって、楕円状に撓められて、内歯歯車２Ｓ、２Ｄのそれぞれに対して部分的に噛み合っている。波動発生器４を回転すると、外歯歯車３と２枚の内歯歯車２Ｓ、２Ｄとの間のかみ合い位置がそれぞれ周方向に移動する。
【００４２】
一方の内歯歯車２Ｄの歯数は外歯歯車３と同一であり、他方の内歯歯車２Ｓの歯数は外歯歯車３よりも多い。一般に、２ｎ枚多い（ｎ：正の整数）。したがって、外歯歯車３は歯数が同一の内歯歯車２Ｄと一体となって回転し、歯数の異なる内歯歯車２Ｓとの間には、両歯車の歯数差に応じた相対回転が発生する。一方の内歯歯車２Ｓを回転しないように固定しておくことで、他方の内歯歯車２Ｄから減速回転が出力される。
【００４３】
波動発生器４は、楕円状外周面５を備えた一定厚さの剛性のプラグ６と、このプラグ６の楕円状外周面５に装着した一対の波動発生器軸受け７から構成されている。波動発生器軸受け７は、半径方向に撓み可能な外輪７ａ（Ｓ）、７ａ（Ｄ）、内輪７ｂ（Ｓ）、７ｂ（Ｄ）を備えており、プラグ６と外歯歯車３の間に装着されている。波動発生器軸受け７は全体として、プラグ６の楕円状外周面５に沿った楕円状に撓められている。よって、外歯歯車３もプラグ６の楕円状外周面５に沿った楕円状に撓められ、その長径位置の外歯が内歯歯車２Ｓ、２Ｄの内歯に噛み合っている。本例では、以下に述べる外歯歯車３の撓み状態が形成されるように、波動発生器４のプラグ６の楕円状外周面５の輪郭形状が適切に設定されている。
【００４４】
図２は、歯筋方向の各位置の軸直角断面上における内歯歯車２および外歯歯車３のかみ合い状態を示す説明図である。図２において、（ａ１）は歯筋方向の各位置を示し、（ａ２）は外歯歯車３の部分拡大断面図であり、（ｂ１）〜（ｂ５）は外歯歯車３の歯筋方向の各位置ｂ１〜ｂ５での軸直角断面を示す。
【００４５】
外歯歯車３は、その歯筋方向Ａの各位置ｂ１〜ｂ５の軸直角断面上において、波動発生器４によって楕円状に撓められている。具体的には、外歯歯車３の歯底のリム中立円が楕円状曲線Ｃとなるように撓められている。また、外歯歯車３は、歯筋方向Ａの各位置ｂ１〜ｂ５の軸直角断面上の楕円状曲線Ｃの長径位置Ｌが、歯筋方向Ａに沿って、装置の回転中心軸線１ａ回り（楕円状曲線Ｃの中心回り）に変化するように、撓められている。このように撓められた外歯歯車３は、歯筋方向Ａの各位置ｂ１〜ｂ５の軸直角断面上において、楕円状曲線Ｃの長径位置Ｌにおいて内歯歯車２Ｓ、２Ｄの内歯２ａ（Ｓ）、２ａ（Ｄ）に噛み合っている。
【００４６】
図示の例では、歯筋方向Ａの一方の端の位置ｂ１から他方の端の位置ｂ５に向かって、歯筋方向Ａの各位置ｂ１〜ｂ５の軸直角断面上の楕円状曲線Ｃの長径位置Ｌが、回転中心軸線１ａ回りに同一方向に連続して徐々に変化している。歯筋方向Ａに沿って、一定の距離毎に一定の角度ずつ段階的に同一方向に徐々に変化させてもよい。また、歯筋方向Ａの一方の端の位置ｂ１の楕円状曲線Ｃに対して、位置ｂ２では楕円状曲線Ｃが時計回りに４５度回転した位置にあり、位置ｂ３（歯筋方向の中央）では楕円状曲線Ｃが時計回りに９０度回転した位置にあり、位置ｂ４では楕円状曲線Ｃが時計回りに１３５度回転した位置にあり、位置ｂ５では楕円状曲線Ｃが時計回りに１８０度回転した位置にある。
【００４７】
各位置ｂ１〜ｂ５では、楕円状曲線Ｃの長径位置Ｌにおいて外歯歯車３の外歯３ｂが内歯歯車２Ｓ、２Ｄの内歯２ａ（Ｓ）、２ａ（Ｄ）に噛み合っている。したがって、外歯歯車３の内歯歯車２Ｓ、２Ｄに対するかみ合い位置は、歯筋方向の一方の端の位置ｂ１から歯筋方向Ａに向かって、周方向に徐々に移動している。すなわち、図３に曲線３ｃで示すように、歯筋方向Ａに沿って見た場合には、ほぼ全ての外歯３ｂのそれぞれが、それぞれの一部ではあるが、内歯２ａ（Ｓ）、２ａ（Ｄ）に対して同時に噛み合っている。
【００４８】
従来では、外歯歯車３は歯筋方向の全体に亘って同一位相の楕円状曲線となるように撓められ、内歯歯車２Ｓ、２Ｄに対するかみ合い位置は、長径方向の２か所のみである。したがって、従来に比べて、両歯車のかみ合い領域はほぼ同様であるが、同時に略全ての外歯３ｂがかみ合いに参加するので、両歯車のかみ合い剛性が高まり、大きな伝達トルク容量の波動歯車装置１を実現できる。
【００４９】
また、外歯歯車３は、歯筋方向Ａにおける各位置において、周方向の異なる部分が半径方向の外方あるいは内方に撓められる。したがって、周方向の同一位置が半径方向の外方および内方に撓められながら回転する従来の波動歯車装置に比べて、外歯歯車３の弾性変形に起因する振動騒音の発生を抑制することができる。
【００５０】
［実施の形態２］
図４（ａ）および（ｂ）は、本発明を適用したカップ型波動歯車装置を示す縦断面図および分解斜視図である。カップ型波動歯車装置１１では、剛性の内歯歯車１２の内側に配置された外歯歯車１３がカップ形状をしている。外歯歯車１３は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部１３ａと、この後端から半径方向の内方に延びているダイヤフラム１３ｂと、ダイヤフラム１３ｂの内周縁に連続して形成されている厚肉の円環状あるいは円盤状のボス１３ｃとを備えている。円筒状胴部１３ａの前端開口側の部分が外歯形成部分１３ｄであり、その外周面部分に外歯１３ｅが形成されている。
【００５１】
外歯歯車１３の円筒状胴部１３ａは、その外歯形成部分１３ｄの内側に装着されている楕円状輪郭の波動発生器１４によって楕円状に撓められており、外歯１３ｅは内歯歯車１２の内歯１２ａに対して部分的に噛み合っている。波動発生器１４を回転すると、両歯車１２、１３のかみ合い位置が周方向に移動し、両歯車１２、１３の歯数差に応じた相対回転が両歯車の間に発生する。一方の歯車、例えば内歯歯車１２を回転しないように固定しておくことで、他方のカップ形状の外歯歯車１３から減速回転が出力される。
【００５２】
波動発生器１４は、円環状をした一定厚さの剛性のプラグ１６と、このプラグ１６の楕円状外周面１５に装着された波動発生器軸受け１７を備えている。波動発生器軸受け１７は、半径方向に撓み可能な外輪１７ａ、内輪１７ｂを備えており、プラグ１６と外歯歯車１３の間に装着されている。波動発生器軸受け１７は全体として、プラグ１６の楕円状外周面１５に沿った楕円状に撓められている。よって、外歯歯車１３もプラグ１６の楕円状外周面１５に沿った楕円状に撓められ、その長径位置の両端の外歯１３ｅが内歯歯車１２の内歯１２ａに噛み合っている。本例では、以下に述べる外歯歯車１３の外歯形成部分１３ｄの撓み状態が形成されるように、波動発生器１４のプラグ１６の楕円状外周面１５の輪郭形状が適切に設定されている。
【００５３】
図５は、歯筋方向の各位置の軸直角断面上における内歯歯車１２および外歯歯車１３のかみ合い状態を示す説明図である。図５において、（ａ１）は歯筋方向の各位置を示し、（ａ２）は外歯歯車１３の部分拡大断面図であり、（ｂ１１）〜（ｂ１３）は外歯歯車１３の歯筋方向の各位置ｂ１１〜ｂ１３での軸直角断面を示す。
【００５４】
外歯歯車１３の外歯形成部分１３ｄは、その歯筋方向Ａの各位置ｂ１１〜ｂ１３の軸直角断面上において、波動発生器１４によって楕円状に撓められている。具体的には、外歯歯車１３の歯底のリム中立円が楕円状曲線Ｃ１となるように撓められている。また、外歯歯車１３は、歯筋方向Ａの各位置ｂ１１〜ｂ１３の軸直角断面上の楕円状曲線Ｃ１の長径位置Ｌが、歯筋方向Ａに沿って、装置の回転中心軸線１１ａ回りに徐々に変化するように、撓められている。このように撓められた外歯歯車１３は、歯筋方向Ａの各位置ｂ１１〜ｂ１３の軸直角断面上において、楕円状曲線Ｃ１の長径位置Ｌ１において内歯歯車１２の内歯１２ａに噛み合っている。
【００５５】
図示の例では、歯筋方向Ａの一方の端の位置ｂ１１から他方の端の位置ｂ１３に向かって、歯筋方向の各位置ｂ１１〜ｂ１３の軸直角断面上の楕円状曲線Ｃ１の長径位置Ｌ１が、回転中心軸線１１ａ回り（楕円状曲線Ｃ１の中心回り）に同一方向に連続して徐々に変化している。歯筋方向に沿って、一定の距離毎に一定の角度ずつ段階的に同一方向に徐々に変化させてもよい。また、歯筋方向Ａの一方の端の位置ｂ１１の楕円状曲線Ｃ１に対して、位置ｂ１２（歯筋方向の中央）では楕円状曲線Ｃ１が時計回りに４５度回転した位置にあり、他方端の位置ｂ１３では楕円状曲線Ｃ１が時計回りに９０度回転した位置にある。
【００５６】
各位置ｂ１１〜ｂ１３では、楕円状曲線Ｃ１の長径位置Ｌ１において外歯歯車１３の外歯１３ｅが内歯歯車１２の内歯１２ａに噛み合っている。したがって、外歯歯車１３の内歯歯車１２に対するかみ合い位置は、歯筋方向の一方の端の位置ｂ１１から歯筋方向に向かって、周方向に連続して移動している。すなわち、図６に曲線１３Ｃで示すように、歯筋方向Ａに沿って見た場合には、ほぼ半周分の外歯１３ｅのそれぞれが、それぞれの一部ではあるが、内歯１２ａに対して同時に噛み合っている。
【００５７】
ここで、カップ形状の外歯歯車１３では、その円筒状胴部１３ａは、ダイヤフラム１３ｂの側からの距離に応じて半径方向への撓み量が増加している。外歯形成部分１３ｄを、その歯筋方向Ａにおいて同一の楕円状曲線Ｃ１となるように撓めることは、外歯形成部分１３ｄに無理な応力が作用する。
【００５８】
本例では、外歯歯車１３の外歯形成部分１３ｄは、歯筋方向Ａの内側の端の位置ｂ１３から他方の開口端の側の位置ｂ１１に向かって、歯筋方向Ａの各位置における軸直角断面上の楕円状曲線Ｃ１の長径の長さが漸増するようにしている。これにより、外歯歯車１３を、過剰な応力を伴うことなく、撓めることができる。
【００５９】
従来のカップ型波動歯車装置では、外歯歯車１３は歯筋方向の全体に亘って同一位相の楕円状曲線となるように撓められ、内歯歯車１２に対するかみ合い位置は、長径方向の２か所のみである。したがって、本例のカップ型波動歯車装置は、従来に比べて、両歯車１２、１３のかみ合い領域はほぼ同様であるが、同時に略半周分の外歯１３ｅがかみ合いに参加する。よって、両歯車１２、１３のかみ合い剛性が高まり、大きな伝達トルク容量の波動歯車装置を実現できる。
【００６０】
また、外歯歯車１３は、歯筋方向Ａにおける各位置において、周方向の異なる部分が半径方向の外方あるいは内方に撓められる。したがって、周方向の同一位置が半径方向の外方および内方に撓められながら回転する従来の波動歯車装置に比べて、外歯歯車１３の弾性変形に起因する振動騒音の発生を抑制することができる。
【００６１】
［その他の実施の形態］
（１）上記の例は、本発明をフラット型波動歯車装置およびカップ型波動歯車装置に適用した場合の例である。本発明は、カップ型波動歯車装置の場合と同様に、シルクハット型波動歯車装置に適用できる。
【００６２】
（２）上記の例では、歯筋方向に沿って、両歯車のかみ合い位置が、周方向の同一方向に移動するように、外歯歯車を撓めている。この代わりに、外歯歯車を、歯筋方向の一方の端から他方の端に向かって、歯筋方向の各位置の軸直角断面上の楕円状曲線の長径位置が、周方向の同一方向に徐々に変化した後に、歯筋方向の途中位置から、周方向の逆方向に徐々に変化するように、撓めるようにしてもよい。
【００６３】
このようにすれば、歯筋方向の途中位置を中心として、かみ合い部分においては、逆向きの軸方向スラスト力が作用する。したがって、左右の軸方向スラスト力が相互に打ち消し合うので、スラスト力を受けるための軸受けを省略することも可能になる。
【００６４】
（３）上記の例では、楕円状に撓めた可撓性の外歯歯車のかみ合い位置（楕円状曲線の長径位置）が、その歯筋方向の全体に亘って、周方向に徐々に変化している。例えば、図１に示すフラット型の波動歯車装置において、一方の内歯歯車２Ｓにかみ合う外歯歯車３の部分については、かみ合い位置が歯筋方向に沿って見た場合に周方向に移動し、他方の内歯歯車２Ｄにかみ合う外歯歯車３の部分については、かみ合い位置が周方向に移動しないようにしてもよい。このためには、波動発生器４の楕円状外周面５における内歯歯車２Ｓの側の外周面部分を規定している楕円状曲線の長径位置を軸線方向に沿って徐々に変化させ、内歯歯車２Ｄの側の外周面部分については長径位置を周方向において定まった位置にしておけばよい。
【００６５】
（４）上記の例では、外歯歯車を楕円状に撓めて内歯歯車に噛み合せている。この場合には、外歯歯車と内歯歯車の歯数差は２ｎ枚に設定される。この代わりに、外歯歯車を、周方向の３箇所で内歯歯車にかみ合うように、非円形に撓めることも可能である。この場合には、両歯車の歯数差は３ｎ枚に設定される。
【００６６】
この場合には、外歯歯車における歯筋方向の各軸直角断面上において、当該外歯歯車の歯底のリム中立円が非円形曲線となるように、当該外歯歯車を半径方向に撓めて、当該外歯歯車を、周方向に離れた複数の位置で内歯歯車に噛み合わせる。換言すると、このように外歯歯車を撓めることができるように、波動発生器の外周面形状を適切に設定する。
【００６７】
ここで、非円形曲線は複数の箇所で円に内接する曲線であり、内接位置において外歯歯車が内歯歯車にかみ合う。そして、外歯歯車は、歯筋方向の各軸直角断面上の非円形曲線の内接位置が、歯筋方向に沿って、周方向に変化するように、撓められる。
【００６８】
（５）本発明は、剛性の外歯歯車の外周側に可撓性の内歯歯車が配置され、内歯歯車を波動発生器によって撓めて外歯歯車にかみ合わせる構成の波動歯車装置に対しても適用可能である。
【００６９】
（６）本発明は、特許文献５、６に提案されている摩擦係合式の波動装置に対しても同様に適用可能である。
【００７０】
（７）本発明は、特許文献５に提案されている圧電素子を用いた波動発生器等に対しても同様に適用可能である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図２】
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【図５】
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