(57)【要約】【課題】波動歯車装置を小型化すること。【解決手段】波動歯車装置１は、フレクスプライン１２がウェーブジェネレーター１３の形状に合わせて変形し、フレクスプライン１２の歯とサーキュラスプライン１１の歯が噛み合う。サーキュラスプライン１１は一対のリング部材１１ａ，１１ｂからなり、第１のリング部材１１ａはフレクスプライン１２に形成された歯数と同数の歯を有し、第２のリング部材１１ｂは第１のリング部材１１ａと異なる歯数を有し、第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂとウェーブジェネレーター１３と、を挟み込むとともに、第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂとウェーブジェネレーター１３に対して回転可能に形成された固定部１７，１８と、第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂの間に配置され、第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂを互いに回転可能にするベアリング１４と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に歯を有する環状の歯車機構であるサーキュラスプラインと、
前記サーキュラスプラインの内周に配置され、外周に歯を有する歯車機構であるフレクスプラインと、
前記フレクスプラインの内周に配置され、楕円状のウェーブジェネレーターと、を備え、
前記ウェーブジェネレーターの回転により、前記フレクスプラインが前記ウェーブジェネレーターの形状に合わせて変形することで、前記フレクスプラインが有する歯と前記サーキュラスプラインが有する歯が噛み合う波動歯車装置であって、
前記サーキュラスプラインは一対のリング部材からなり、第１のリング部材は前記フレクスプラインに形成された歯数と同数の歯を有し、第２のリング部材は前記第１のリング部材と異なる歯数を有し、
前記第１のリング部材と前記第２のリング部材と前記ウェーブジェネレーターと、を挟み込むとともに、前記第１のリング部材と前記第２のリング部材と前記ウェーブジェネレーターに対して回転可能に形成された固定部と、
前記第１のリング部材と前記第２のリング部材の間に配置され、前記第１のリング部材と前記第２のリング部材を互いに回転可能にするベアリングと、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、パンケーキ型の波動歯車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの関節には、その先に繋がる関節やのモータや手先のデバイスに電源などを供給するため、配線や配管が関節を跨いで接続される。ここで、関節の外側に配線や配管を配置した場合には必然的に関節軸の回転中心から遠い位置に配線や配管が配置されるため、関節の回転に伴う配線長の変化が大きくなる。その結果、関節の可動域に応じて大きな遊びをもたせる必要があり、外部環境に配線が引っかかって断線の原因となることや、遊びを工夫する必要が発生する。
【０００３】
このような背景から、近年では中空アクチュエータと中空の減速機を用いてロボットの関節軸を中空にし、軸の内部に配線や配管を通すことが行われている。これにより、関節の回転に伴う配線長の変化は小さくなり、また、配線がフレーム及び軸の中に隠れるため、外部環境との接触によって断線が生じるなどの不具合が防止されている。一方で、関節を中空にすることにより関節の外径が大きくなり、小型のロボットが望まれる環境に適さなくなる場合や、自己干渉により動作範囲が限定される場合がある。したがって、中空にしても外径を小さく抑えられるロボット関節構造が求められている。
【０００４】
このような分野の技術として、特開平０２−２７５１４７号公報がある。この公報に記載された波動歯車装置は、内周に歯をもつ環状のサーキュラスプラインと、サーキュラスプラインの内周に配置され、外周に歯を持つフレクスプラインと、フレクスプラインの内周に配置され楕円状のウェーブジェネレーターと、を備える。サーキュラスプラインは一対のリング状部材からなり、第１のリングと第２のリングとが持つ歯数が異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−２７５１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の波動歯車装置は、一対のリング状部材を固定しておくために外周部を把持するための機構が必要となる。そのため、この把持するための機構を有する波動歯車装置は、大型化するという問題がある。
本発明は、サープラスキュラインの外周に把持機構を設けずに、小型化した波動歯車装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる波動歯車装置は、内周に歯を有する環状の歯車機構であるサーキュラスプラインと、前記サーキュラスプラインの内周に配置され、外周に歯を有する歯車機構であるフレクスプラインと、前記フレクスプラインの内周に配置され、楕円状のウェーブジェネレーターと、を備え、前記ウェーブジェネレーターの回転により、前記フレクスプラインが前記ウェーブジェネレーターの形状に合わせて変形することで、前記フレクスプラインが有する歯と前記サーキュラスプラインが有する歯が噛み合う波動歯車装置であって、前記サーキュラスプラインは一対のリング部材からなり、第１のリング部材は前記フレクスプラインに形成された歯数と同数の歯を有し、第２のリング部材は前記第１のリング部材と異なる歯数を有し、前記第１のリング部材と前記第２のリング部材と前記ウェーブジェネレーターと、を挟み込むとともに、前記第１のリング部材と前記第２のリング部材と前記ウェーブジェネレーターに対して回転可能に形成された固定部と、前記第１のリング部材と前記第２のリング部材の間に配置され、前記第１のリング部材と前記第２のリング部材を互いに回転可能にするベアリングと、を備える。
これにより、第１のリング部材と第２のリング部材を、固定部がベアリングを介して挟み込むことで固定することができる。
【発明の効果】
【０００８】
これにより、サープラスキュラインの外周に把持機構を設けずに、小型化した波動歯車装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】波動歯車装置の概観を示す図である。
【図２】波動歯車装置の断面を示す図である。
【図３】波動歯車装置を構成物品ごとに分けた状態を示す図である。
【図４】ボールベアリングを用いた波動歯車装置の概観を示す図である。
【図５】ボールベアリングを用いた波動歯車装置の断面を示す図である。
【図６】ボールベアリングを用いた波動歯車装置を構成物品ごとに分けた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１(ａ)，図１（ｂ）及び図２に示すように、波動歯車装置１は、剛性部材により形成される一対のリング部材１１ａ，１１ｂからなるサーキュラスプライン１１と、サーキュラスプライン１１の径方向の内側に配置されるフレクスプライン１２と、フレクスプライン１２の径方向の内側に配置されるウェーブジェネレーター１３と、一対のサーキュラスプライン１１の間に配置されるクロスローラベアリング１４と、第１のリング部材１１ａに当接する第１のアンギュラベアリング１５と、第２のリング部材１１ｂに当接する第２のアンギュラベアリング１６と、第１の固定部１７と、第２の固定部１８と、を備える。なお、図２は図１（ｂ）に示した波動歯車装置１の断面を正面から見た場合の図である。また図３に示すように、波動歯車装置１において、これらの構成物品の中心軸は同一となるように配置されている。
【００１１】
図２に示すように、一対のサーキュラスプライン１１は、入力軸側に配置されている第１のリング部材１１ａと、出力軸側に配置されている第２のリング部材１１ｂと、により形成されている。第１のリング部材１１ａと、第２のリング部材１１ｂはそれぞれ同様の径で形成された円環状の歯車機構である。第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂは、クロスローラベアリング１４を介して、軸方向に隣接して配置されている。なお以下では、第２のリング部材１１ｂに対して、第１のリング部材１１ａが配置されている方向を前方側として説明する。
【００１２】
第１のリング部材１１ａは、円環状の本体部１１ｃと、本体部１１ｃの内周面の一部から内側に突出する突出部１１ｄを有する。第１のリング部材１１ａの本体部１１ｃの内周面には、複数の内歯が円周方向に等ピッチに形成されている。第１のリング部材１１ａに形成されている内歯の歯数は、フレクスプライン１２の外周に形成されている外歯の歯数と同数である。第１のリング部材１１ａは、内周面の一部が内側に突出する突出部１１ｄを有する。より具体的には、突出部１１ｄは、第１のリング部材１１ａの内周面における軸方向の中央近傍において、周方向に長く形成されている。
【００１３】
第１のリング部材１１ａの径方向内側には、第１のアンギュラベアリング１５が当接している。ここで、第１のアンギュラベアリング１５は、第１のリング部材１１ａの径方向内側かつ軸方向に前方寄りに配置されている。すなわち第１のアンギュラベアリング１５は、突出部１１ｄより前方側に配置されている。また、第１のリング部材１１ａに形成された内歯に対し、突出部１１ｄより後方側において、フレクスプライン１２の外歯が当接する。なお、第１のリング部材１１ａの内歯は、フレクスプライン１２の外歯が当接する位置、すなわち、突出部１１ｄより後方側に形成されている。
【００１４】
第２のリング部材１１ｂは、円環状の本体部１１ｅと、本体部１１ｅの内周面の一部から内側に突出する突出部１１ｆを有する。第２のリング部材１１ｂの本体部１１ｅの内周面には、複数の内歯が円周方向に等ピッチに形成されている。第２のリング部材１１ｂの内歯は、第１のリング部材１１ａの内歯とは異なる歯数で形成されている。すなわち、第２のリング部材１１ｂの内歯の歯数は、フレクスプライン１２の外歯の歯数と異なる。突出部１１ｆは、第２のリング部材１１ｂの内周面における軸方向中央近傍において、周方向に長く形成されている。
【００１５】
第２のリング部材１１ｂの径方向内側には、第２のアンギュラベアリング１６が当接している。ここで第２のアンギュラベアリング１６は、第２のリング部材１１ｂの径方向内側かつ軸方向に後方寄りに配置されている。すなわち第２のアンギュラベアリング１６は、突出部１１ｆより後方側に配置されている。また、第２のリング部材１１ｂに形成された内歯に対し、突出部１１ｆより前方側において、フレクスプライン１２の外歯が当接する。なお、第２のリング部材１１ｂの内歯は、フレクスプライン１２の外歯が当接する位置、すなわち、突出部１１ｆより前方側に形成されている。なお、第２のリング部材１１ｂは、出力軸に連結される。
【００１６】
フレクスプライン１２は略円環状の歯車機構である。フレクスプライン１２の外周面には、複数の外歯が円周方向に等ピッチに形成されている。フレクスプライン１２は、ウェーブジェネレーター１３が動作した際に、ウェーブジェネレーター１３の形状に合わせて弾性変形する。
【００１７】
ウェーブジェネレーター１３は、楕円形状の本体部１３ａと、本体部１３ａの外周に形成されたベアリング１３ｂと、を備える。本体部１３ａは入力軸に連結され、入力軸の回転に応じて回動を行う。また、ベアリング１３ｂの内周側には本体部１３ａが当接し、外周側にはフレクスプライン１２の内周が当接している。これにより、楕円形状のウェーブジェネレーター１３の本体部１３ａが回転することにより、フレクスプライン１２は弾性変形し、第１のリング部材１１ａ及び第２のリング部材１１ｂの夫々の内歯に対して、フレクスプライン１２の外歯が噛み合う位置が変化する。より具体的には、回転する本体部１３ａの楕円の長軸方向において、フレクスプライン１２の外歯は、第１のリング部材１１ａ及び第２のリング部材１１ｂの内歯に当接し、本体部１３ａの短軸方向において、第１のリング部材１１ａ及び第２のリング部材１１ｂの内歯から完全に離れた状態になる。
【００１８】
クロスローラベアリング１４は、軸方向に隣接する第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂの間に挟まれるように配置されている。これにより、クロスローラベアリング１４は、第２のリング部材１１ｂが第１のリング部材１１ａに対して相対的に回転する際に、回転しやすくなるように補助する。なお、クロスローラベアリング１４は、溝の内部に、複数の円筒状のコロの向きが交互となるように配置されたベアリングであり、曲げモーメント荷重や、ラジアル荷重、軸の長手方向の力のいずれに対して強く、必要な剛性を確保する。
【００１９】
第１のアンギュラベアリング１５は、円環状に形成されている。第１のアンギュラベアリング１５は、内径部１５ａと、外径部１５ｂと、内径部１５ａと外径部１５ｂとの間に配置された複数のコロ１５ｃと、を備える。内径部１５ａは、径方向の内側面である第１の当接部２１がウェーブジェネレーター１３に当接しており、軸方向前方面である第２の当接部２２が第１の固定部１７に当接している。外径部１５ｂは、外周面である第３の当接部２３が、第１のリング部材１１ａの内側面に当接している。また、外径部１５ｂの径方向後方面である第４の当接部２４が、第１のリング部材１１ａの突出部１１ｄの前方側に当接している。
【００２０】
第２のアンギュラベアリング１６は、円環状に形成されている。第２のアンギュラベアリング１６は、内径部１６ａと、外径部１６ｂと、内径部１６ａと外径部１６ｂとの間に配置された複数のコロ１６ｃと、を備える。内径部１６ａは、径方向の内側面である第１の当接部３１がウェーブジェネレーター１３に当接しており、軸方向後方面である第２の当接部３２が第２の固定部１８に当接している。また、外径部１６ｂは、外周面である第３の当接部３３が、第２のリング部材１１ｂの内側面に当接している。また、外径部１６ｂの径方向前方面である第４の当接部３４が、第２のリング部材１１ｂの突出部１１ｆの後方側に当接している。
【００２１】
第１の固定部１７及び第２の固定部１８は、サーキュラスプライン１１より径がやや小さい円環状である。第１の固定部１７及び第２の固定部１８は、径方向に厚みを有している。第１の固定部１７は、第１のリング部材１１ａより軸方向前方側に配置されている。第２の固定部１８は、第２のリング部材１１ｂより軸方向後方側に配置されている。すなわち、第１の固定部１７及び第２の固定部１８は、第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂとウェーブジェネレーター１３を軸方向に挟み込むように配置されている。第１の固定部１７及び第２の固定部１８は、第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂとウェーブジェネレーター１３のそれぞれに対して、回転可能に形成されている。
【００２２】
波動歯車装置１が動作を行う際には、第１の固定部１７は後方側の面により、後方に向かって第１のアンギュラベアリング１５の内径部１５ａを押圧する。これにより第１のアンギュラベアリング１５の外径部１５ｂの第４の当接部２４が、第１のリング部材１１ａの突出部１１ｄを後方側に押圧する。
【００２３】
また同様に、第２の固定部１８は前方側の面により、前方に向かって第２のアンギュラベアリング１６の内径部１６ａを押圧する。これにより第２のアンギュラベアリング１６の外径部１６ｂの第４の当接部３４が、第２のリング部材１１ｂの突出部１１ｆを後方側に押圧する。
【００２４】
これにより、第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂが、軸方向に押し付けられた状態となる。ここで、第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂの接点は、クロスローラベアリング１４を介して軸方向に持った状態である。したがって、第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂは、軸周りに相対的に回転動作を行うことが可能となる。
【００２５】
より具体的には、入力軸に連結されたウェーブジェネレーター１３が回転動作した場合には、フレクスプライン１２が弾性変形する。これにより、フレクスプライン１２の外歯の一部が、第１のリング部材１１ａ及び第２のリング部材１１ｂの内歯に当接する。ここで、第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂの内歯の歯数が異なるため、第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂは相対的に回転する。
【００２６】
例えば、第２のリング部材１１ｂの内歯の歯数が、第１のリング部材１１ａの内歯の歯数より２つ多く形成されている状態、すなわち、フレクスプライン１２の外歯の歯数より２つ多く形成されている場合には、ウェーブジェネレーター１３が一回転すると、第２のリング部材１１ｂはウェーブジェネレーター１３の回転方向と逆方向に、歯数差である２つ分だけ回転する。出力軸では、この第２のリング部材１１ｂの動きを出力として取り出すことで、入力軸の回転動作を減速して取り出す。
【００２７】
このようにして、第１のリング部材１１ａ及び第２のリング部材１１ｂからなるサーキュラスプライン１１について、外周側に把持機構を備えることなく、固定することができる。言い換えると、第１のリング部材１１ａと第２のリング部材１１ｂの接点を、クロスローラベアリング１４を介して軸方向に持たせるとともに、固定側である第１のリング部材１１ａと出力側である第２のリング部材１１ｂとを、２つのアンギュラベアリング１５，１６を介して固定部１７，１８により軸方向に拘束している。これにより、波動歯車装置１に大きな中空径を形成しながら、波動歯車装置１の外径をサーキュラスプライン１１の外径の寸法に抑えることができる。したがって、波動歯車装置１を小型化することができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば図４乃至図６に示すように、クロスローラベアリングに代えて、ボールベアリングを用いることができる。また、このボールベアリングには、４点接触型ボールベアリングを利用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１            波動歯車装置
１１            サーキュラスプライン
１１ａ            リング部材
１１ｂ            リング部材
１１ｃ            本体部
１１ｄ            突出部
１１ｅ            本体部
１１ｆ            突出部
１２            フレクスプライン
１３            ウェーブジェネレーター
１３ａ            本体部
１３ｂ            ベアリング
１４            クロスローラベアリング
１５            第１のアンギュラベアリング
１５ａ            内径部
１５ｂ            外径部
１５ｃ            コロ
１６            第２のアンギュラベアリング
１６ａ            内径部
１６ｂ            外径部
１６ｃ            コロ
１７            第１の固定部
１８            第２の固定部
２１            第１の当接部
２２            第２の当接部
２３            第３の当接部
２４            第４の当接部
３１            第１の当接部
３２            第２の当接部
３３            第３の当接部
３４            第４の当接部
【図１】
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【図２】
2018076887.tif 000004
【図３】
2018076887.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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