(57)【要約】【課題】従来に比して軸方向に短縮化した撓み噛み合い式歯車装置を提供することを課題とする。【解決手段】入力軸１と、出力軸７と、出力軸７と接続される回転部材６に形成され、回転中心０と同一の回転中心を有する回転歯車６１と、固定される固定部材５に形成され、回転中心０と同一の回転中心を有する固定歯車５１と、回転歯車６１および固定歯車５１に噛合するとともに、可撓性を有する可撓性部材４に形成された可撓性歯車４１と、可撓性歯車４１を撓ませることにより、可撓性歯車４１を部分的に回転歯車６１および固定歯車５１に噛合させ、入力軸１の回転に対応して該噛合の位置を連続的に変化させることにより回転歯車６１を回転させる、入力軸１の一方端に接続される可撓性歯車回転機構と、を備える撓み噛み合い式歯車装置において、回転歯車６１および固定歯車５１が回転中心０に対して垂直な同一平面状に形成されている。【選択図】図３
2011012800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と、
前記入力軸と同一の回転中心を有する出力軸と、
前記入力軸および前記出力軸を回転可能に支持する支持部材と、
前記回転中心と同一の回転中心を有する態様で前記出力軸と接続される回転部材に形成され、前記回転中心と同一の回転中心を有する回転歯車と、
前記支持部材に固定される固定部材に形成され、前記回転中心と同一の回転中心を有する固定歯車と、
前記回転歯車および前記固定歯車に噛合するとともに、可撓性を有する可撓性部材に形成された可撓性歯車と、
前記可撓性歯車を撓ませることにより、前記可撓性歯車を部分的に前記回転歯車および前記固定歯車に噛合させ、前記入力軸の回転に対応して該噛合の位置を連続的に変化させることにより前記回転歯車を回転させるための、前記入力軸の一方端に接続される可撓性歯車回転機構とを備える撓み噛み合い式歯車装置において、
前記回転歯車および前記固定歯車が前記回転中心に対して垂直な同一平面状に形成されていることを特徴とする撓み噛み合い式歯車装置。
【請求項２】
前記可撓性歯車回転機構は転がり軸受を介して前記可撓性歯車を撓ませることを特徴とする請求項１に記載の撓み噛み合い式歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撓み噛み合い式歯車装置に係り、詳しくは軸方向に小型化した撓み噛み合い式歯車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撓み噛み合い式歯車装置を利用した減速機が、小型で高い減速比を必要とする用途に用いられている。撓み噛み合い式歯車装置は金属の弾性変形（撓み）を利用して、歯車を噛み合わせる歯車装置であり（例えば、特許文献１〜３、参照。）、減速機として構成した一例を以下に示す。
【０００３】
図５および図６に示すように、撓み噛み合い式歯車装置を適応した減速機は、入力軸１０１、一般にウェッブジェネレータと呼ばれる筒状可撓性歯車回転機構１０２、フレックススプラインと呼ばれる筒状可撓性歯車１４１、サーキュラ・スプラインと呼ばれる固定歯車１５１および回転歯車１６１、出力軸１０７等から構成されている。
【０００４】
より詳細には入力軸１０１の一方端に円盤状の筒状可撓性歯車回転機構１０２が回転中心１００に対して垂直に取り付けられている。筒状可撓性歯車回転機構１０２は略円盤状であるが、回転中心１００に対して垂直な断面は厳密には円形ではなく、楕円形を成している。そのため筒状可撓性歯車回転機構１０２が入力軸１０１とともに回転すると、長径部と短径部で軌道が異なる。
【０００５】
図５および図６に示すように、この筒状可撓性歯車回転機構１０２が、転がり軸受１０３を介して、外周面に筒状可撓性歯車１４１が形成された可撓性の筒状部材１０４の内周面に嵌め込まれる。転がり軸受１０３は柔軟性を有するとともに筒状可撓性歯車１４１は可撓性を有するため、筒状可撓性歯車回転機構１０２と相似形である楕円形に変形させられる。
【０００６】
更に、固定される剛性の筒状部材１０５の内周面に形成された固定歯車１５１と、回転可能な剛性の筒状部材１０６の内周面に形成された回転歯車１６１とが、筒状可撓性歯車１４１を取り囲むように配設される。固定歯車１５１および回転歯車１６１は剛性を有し、その形は、筒状可撓性歯車回転機構１０２によって変形させられた筒状可撓性歯車１４１の長径部分の歯と噛合するように、いずれも形成されている。
【０００７】
回転可能な剛性の筒状部材１０６には出力軸１０７が固定されているため、回転歯車１６１が回転することにより出力軸１０７も回転する。また固定歯車１５１と回転歯車１６１とは互いに歯数が変えてあり、その歯数の差により減速比が決定される。
【０００８】
この撓み噛み合い式歯車装置を適応した減速機の動作時の状態を図７に示す。図７（ａ）〜（ｄ）はＡ−Ａ断面から見た入力側から見た図であって、主として筒状可撓性歯車１４１と固定歯車１５１との関係を説明する図である。一方、図７（ｅ）〜（ｈ）はＢ−Ｂ断面から見た入力側から見た図であって、主として筒状可撓性歯車１４１と回転歯車１６１との関係を説明する図である。
【０００９】
楕円形の筒状可撓性歯車回転機構１０２によって転がり軸受１０３を介して筒状可撓性歯車１４１が楕円形に変形させられているため、例えば、図７（ａ）および（ｅ）に示すように、図中の上部と下部において、筒状可撓性歯車１４１は固定歯車１５１および回転歯車１６１、と噛合している。なお図７（ａ）および（ｅ）において、矢印で示された箇所において互いに噛合している筒状可撓性歯車１４１、固定歯車１５１および回転歯車１６１のそれぞれ１歯を、目印のためドットによる網掛け表示をしている。次に図７（ｂ）および（ｆ）に示すように、筒状可撓性歯車回転機構１０２が１／４回転、即ち９０°回転すると、図中の左部と右部において、筒状可撓性歯車１４１は固定歯車１５１および回転歯車１６１、と噛合している。ここで、筒状可撓性歯車回転機構１０２と筒状可撓性歯車１４１とは固定されていないため、筒状可撓性歯車回転機構１０２、即ち入力軸１の回転運動は直接的に筒状可撓性歯車１４１および回転歯車１６１に伝達されるわけではない。一方において、筒状可撓性歯車回転機構１０２は楕円形であるため、長径部と短径部との軌道の差によって生ずる波動は筒状可撓性歯車１４１を撓ませることにより伝達される。また、筒状可撓性歯車１４１は転がり軸受１０３を介して筒状可撓性歯車回転機構１０２に押しつけられているため、筒状可撓性歯車回転機構１０２と筒状可撓性歯車１４１との間に生ずる摩擦を小さくすることができる。従って、摩擦によるエネルギーロスを減ずることができるとともに、騒音の発生を抑制できる。
【００１０】
更に、図７（ｃ）および（ｇ）に示すように、筒状可撓性歯車回転機構１０２が１／２回転、即ち１８０°回転すると、再び図中の上部と下部において、筒状可撓性歯車１４１は固定歯車１５１、と噛合する。このとき上部において固定歯車１５１、と噛合する筒状可撓性歯車１４１の歯は、網掛け目印した歯とは異なっている。一方、回転歯車１６１、と噛合する筒状可撓性歯車１４１の歯は、網掛け目印した歯と同一である。
【００１１】
かかる結果は筒状可撓性歯車１４１、固定歯車１５１、回転歯車１６１の歯数により生じている。例えば、筒状可撓性歯車１４１が歯数１００で構成されており、固定歯車１５１が歯数１０２で構成されているとともに、回転歯車１６１が歯数１００で構成されているとする。この場合、筒状可撓性歯車回転機構１０２が半回転するごとに筒状可撓性歯車１４１と固定歯車１５１とは歯数の差である２の１／２である１歯のずれが生ずるが、筒状可撓性歯車１４１と回転歯車１６１とは歯数の差がないためずれが生じない。従って、図７（ｄ）および（ｈ）に示すように、その後、筒状可撓性歯車回転機構１０２が１回転、即ち３６０°回転すると、筒状可撓性歯車１４１と固定歯車１５１とはちょうど２歯分ずれた歯が噛合することとなる。この場合においても筒状可撓性歯車１４１と回転歯車１６１とはずれが生じない。結果として、固定歯車１５１と回転歯車１６１とは２歯分ずれることになる。ここで固定歯車１５１を固定すれば、筒状可撓性歯車回転機構１０２、即ち入力軸１が１回転する毎に、回転歯車１６１および回転歯車１６１に同軸に固定されている出力軸７は２／１００回転する。つまり、減速比は２／１００となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−２９５０８号公報
【特許文献２】特開２００６−４６３６９号公報
【特許文献３】特開２００６−３４９０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように、撓み噛み合い式歯車装置は筒状可撓性歯車回転機構１０２を介して歯数の異なる固定歯車１５１と回転歯車１６１とを噛合させるため、小型で高い減速比を得ることができる。しかし、固定歯車１５１の軸方向の幅と回転歯車１６１の軸方向の幅と両者が直接接触することを防止するための隙間とを併せた距離ａが軸方向に必要となる。そのため軸方向の小型化に限界があり、軸方向の大きさを非常に小さくすることが求められる用途に使用することが困難となる。
【００１４】
本発明は、係る状況に鑑みてなされたもので、上記従来に比して軸方向に小型化した撓み噛み合い式歯車装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る撓み噛み合い式歯車装置は、入力軸と、前記入力軸と同一の回転中心を有する出力軸と、前記入力軸および前記出力軸を回転可能に支持する支持部材とを備える。また、前記回転中心と同一の回転中心を有する態様で前記出力軸と接続される回転部材に形成され、前記回転中心と同一の回転中心を有する回転歯車と、前記支持部材に固定される固定部材に形成され、前記回転中心と同一の回転中心を有する固定歯車と、前記回転歯車および前記固定歯車に噛合するとともに、可撓性を有する可撓性部材に形成された可撓性歯車とを備える。更に、前記可撓性歯車を撓ませることにより、前記可撓性歯車を部分的に前記回転歯車および前記固定歯車に噛合させ、前記入力軸の回転に対応して該噛合の位置を連続的に変化させることにより前記回転歯車を回転させる、前記入力軸の一方端に接続される可撓性歯車回転機構とを有する撓み噛み合い式歯車装置である。ここで、前記回転歯車および前記固定歯車が前記回転中心に対して垂直な同一平面状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によると、回転歯車および固定歯車が回転中心に対して垂直な同一平面状に形成されているため、回転歯車および固定歯車の幅にかかわらず、撓み噛み合い式歯車装置の軸方向の長さを決定することができる。従って、回転歯車の軸方向の幅と、固定歯車の幅と、両者が直接接触することを防止するための隙間とを合わせた距離以下に軸方向の長さを小型化できなかった上記従来に比して、撓み噛み合い式歯車装置の軸方向の長さを小さくすることが可能となる。
【００１７】
本発明に係る撓み噛み合い式歯車装置は、前記可撓性歯車回転機構は転がり軸受を介して前記可撓性歯車を撓ませることが好ましい。
上記構成によると、可撓性歯車回転機構は転がり軸受を介して可撓性歯車を撓ませるため、可撓性歯車回転機構が直接的に可撓性歯車を撓ませる場合に比して、可撓性歯車回転機構と可撓性歯車との間に生ずる摩擦を小さくすることができる。従って、摩擦によるエネルギーロスを減ずることができるとともに、騒音の発生を抑制できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、上記従来に比して、軸方向に小型化した撓み噛み合い式歯車装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る撓み噛み合い式歯車装置の一実施形態について説明する図面であって、撓み噛み合い式歯車装置の分解斜視図である。
【図２】本発明に係る撓み噛み合い式歯車装置の一実施形態について説明する図面であって、撓み噛み合い式歯車装置の斜視図である。
【図３】本発明に係る撓み噛み合い式歯車装置の一実施形態について説明する図面であって、撓み噛み合い式歯車装置の軸方向断面図である。
【図４】本発明に係る撓み噛み合い式歯車装置の一実施形態について説明する図面であって、撓み噛み合い式歯車装置の動作状態を示す模式図である。（ａ）〜（ｄ）は入力側から固定歯車および回転歯車を俯瞰した模式図であり、（ｅ）〜（ｈ）はそれぞれに対応する正面図である。
【図５】従来の撓み噛み合い式歯車装置について説明する図面であって、撓み噛み合い式歯車装置の分解斜視図である。
【図６】従来の撓み噛み合い式歯車装置について説明する図面であって、撓み噛み合い式歯車装置の軸方向断面図である。
【図７】従来の撓み噛み合い式歯車装置について説明する図面であって、撓み噛み合い式歯車装置の動作状態を示す模式図である。（ａ）〜（ｄ）は図６におけるＡ−Ａ断面から見た模式図であり、（ｅ）〜（ｈ）は図６におけるＢ−Ｂ断面から見た模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した撓み噛み合い式歯車装置を適応した減速機の一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１〜３に示すように、撓み噛み合い式歯車装置を適応した減速機は、入力軸１、一般にウェッブジェネレータと呼ばれる可撓性歯車回転機構２、フレックススプラインと呼ばれる可撓性歯車４１、サーキュラ・スプラインと呼ばれる固定歯車５１および回転歯車６１、出力軸７等から構成されている。
【００２１】
なお、可撓性を有する可撓性歯車４１が、機能的には上記従来の可撓性の筒状可撓性歯車１４１に対応し、固定歯車５１および回転歯車６１が、機能的には上記従来の固定歯車１５１および回転歯車１６１に対応する。固定される剛性の固定部材５と固定される剛性の筒状部材１０５との関係、および回転可能な剛性の回転部材６と回転可能な剛性の筒状部材１０６との関係についても同様である。また、その他の構成部材の基本的機能についても、概要において上記従来と同様であるため、共通する部分については説明を一部省略し、異なる部分のみ詳説する。
【００２２】
本実施形態においては、回転歯車６１および固定歯車５１が回転中心に対して垂直な同一平面状に配置されていることを特徴とする。具体的には図１に示すように、環状の回転部材６の軸方向において入力側（以下、単に「入力側」と記載する。）の端面に回転歯車６１が形成されている。また、環状の固定部材５の入力側の端面に固定歯車５１が形成されている。図３に示すように、回転歯車６１の長径Ｌ６は固定歯車５１の短径Ｌ５より小さいため、回転歯車６１および固定歯車５１は回転中心０に対して垂直な同一平面状に同心円を成すような態様で配置することができる。
【００２３】
回転歯車６１および固定歯車５１に噛合する可撓性歯車４１は略環状の可撓性を有する可撓性部材４の軸方向において出力側（以下、単に「出力側」と記載する。）の端面に形成されている。可撓性歯車４１は回転歯車６１および固定歯車５１の両者に噛合する幅を少なくとも備えている。また、回転歯車６１および固定歯車５１に撓んだ状態で噛合するように、可撓性部材４は略円環状であるが僅かに傘型となっている。
【００２４】
一方、円板型の部材である可撓性歯車回転機構２の入力側の端面２１には、入力軸１が、互いの中心軸が一致する状態で固定されている。出力側の端面２２は、軸方向に波形に形成されている。係る端面２２が、やはり略円環状の柔軟性を有する滑り軸受３を介して、軸方向入力側から可撓性部材４に押付けられる。可撓性部材４は可撓性を有するため、可撓性歯車回転機構２の端面２２と相似形である波形に変形させられる。その為、可撓性部材４の出力側に形成された可撓性歯車４１も出力側に波頂点を有した波型に変形させられる。従って、図２および図３に示すように、波形に変形させられた可撓性歯車４１が、滑り軸受３を介して、同一平面所にある回転歯車６１および固定歯車５１に押し付けられるため、可撓性歯車４１の波頂点部分の歯と回転歯車６１および固定歯車５１の歯の一部が噛合する。なお、入力軸１、出力軸７は図示しない支持部材に回転可能に支持され、固定部材５は同じく支持部材に固定される。
【００２５】
この撓み噛み合い式歯車装置を適応した減速機の動作時の状態を図４に示す。図４（ａ）〜（ｄ）は入力側からみた減速機の状態で、図４（ｅ）〜（ｈ）は軸方向に垂直な方向から見た模式図である。楕円形の可撓性歯車回転機構２によって転がり軸受３を介して可撓性歯車４１が波形に変形させられているため、例えば、図４（ｅ）に示すように、図中の上部と下部において、可撓性歯車４１は回転歯車６１および固定歯車５１と噛合している。なお図４（ａ）において、矢印で示された箇所において可撓性歯車４１の波頂点部分の歯と噛合している回転歯車６１および固定歯車５１のそれぞれ１歯を目印のためドットによる網掛け表示をしている。次に図４（ｂ）および（ｆ）に示すように、可撓性歯車回転機構２が１／４回転、即ち９０°回転すると、図中の左部と右部において、可撓性歯車４１は回転歯車６１および固定歯車５１と噛合している。ここで、可撓性歯車回転機構２と可撓性部材４とは固定されていないため、可撓性歯車回転機構２、即ち入力軸１の回転運動は直接的に可撓性歯車４１に伝達されるわけではない。一方において、可撓性歯車回転機構２の出力側の端面２２は出力側に一部突出した波型であるため、かかる波型の出力側の端面２２が回転することによって生ずる波動は可撓性部材４を撓ませることにより伝達される。また、可撓性部材４は転がり軸受３を介して可撓性歯車回転機構２に押しつけられているため、可撓性歯車回転機構２と可撓性歯車４１との間に生ずる摩擦を小さくすることができる。従って、摩擦によるエネルギーロスを減ずることができるとともに、騒音の発生を抑制できる。
【００２６】
更に、図４（ｃ）および（ｇ）に示すように、可撓性歯車回転機構２が１／２回転、即ち１８０°回転すると、再び図中の上部と下部において、可撓性歯車４１は回転歯車６１および固定歯車５１と噛合する。このとき上部において固定歯車５１と噛合する可撓性歯車４１の歯は、網掛け目印した歯とは異なっている。例えば、可撓性歯車４１が歯数１００で構成されており、固定歯車５１が歯数１０２で構成されていれば、ちょうど１歯分ずれた歯が噛合することとなる。一方で、上部において回転歯車６１と噛合する可撓性歯車４１の歯は、網掛け目印した歯と同じである。同じく、可撓性歯車４１が歯数１００で構成されており、回転歯車６１も歯数１００で構成されていれば、ずれは生じないこととなる。従って、回転歯車６１と固定歯車５１との間にずれが生ずる結果となる。
【００２７】
更に、図４（ｄ）および（ｈ）に示すように、可撓性歯車４１が１回転、即ち３６０°回転すると、回転歯車６１と固定歯車５１との間のずれはちょうど２歯分となる。即ち、可撓性歯車回転機構２が１回転する毎に、回転歯車６１と固定歯車５１とは２歯ずつずれることとなる。ここで固定歯車５１を固定すれば、可撓性歯車回転機構２、即ち入力軸１が１回転する毎に回転歯車６１と同軸に固定されている出力軸７は２／１００回転する。つまり、減速比は２／１００となる。
【００２８】
上記説明したように、本実施形態においても、上記従来と同様に小型で高い減速比が得られる減速装置を構成することができる。上記従来においては固定歯車１５１の軸方向の幅と、回転歯車１６１の軸方向の幅と、両者が直接接触することを防止するための隙間とを合わせた距離ａが必要となるため、軸方向の小型化が困難であった。これに比して、本実施形態においては、回転歯車６１および固定歯車５１が回転中心０に対して垂直な同一平面状に形成されているため、回転歯車６１および固定歯車５１の幅が軸方向の大きさに影響を与えることはない。従って、回転歯車６１および固定歯車５１と、可撓性歯車４１との噛み合い強度に影響を与えることなく、撓み噛み合い式歯車装置の軸方向の長さａを決定することができる。従って、回転歯車の軸方向の幅と、固定歯車の幅と、両者が直接接触することを防止するための隙間とを合わせた距離以下に軸方向の長さを小型化できなかった上記従来に比して、撓み噛み合い式歯車装置の軸方向の長さを小さくすることが可能となる。
【００２９】
上記実施形態の撓み噛み合い式歯車装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、回転歯車６１および固定歯車５１が回転中心０に対して垂直な同一平面状に形成されているため、回転歯車６１および固定歯車５１の幅にかかわらず、撓み噛み合い式歯車装置の軸方向の長さａを決定することができる。従って、回転歯車の軸方向の幅と、固定歯車の幅と、両者が直接接触することを防止するための隙間とを合わせた距離以下に軸方向の長さを小型化できなかった上記従来に比して、撓み噛み合い式歯車装置の軸方向の長さを小さくすることが可能となる。
【００３０】
（２）上記実施形態では、可撓性歯車回転機構２は転がり軸受３を介して可撓性部材４を撓ませるため、可撓性歯車回転機構２が直接的に可撓性部材４を撓ませる場合に比して、可撓性歯車回転機構２と可撓性部材４との間に生ずる摩擦を小さくすることができる。従って、摩擦によるエネルギーロスを減ずることができるとともに、騒音の発生を抑制できる。
【００３１】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、転がり軸受３として、針状ころ軸受を使用しているが、他の構成であっても良い。例えば、円すいころ軸受や玉軸受であっても良く、更には滑り軸受であっても良い。当該箇所に掛かる付加や回転速度に対応して、適切なものを用いることができる。
【００３２】
・上記実施形態では、転がり軸受３として、針状ころ軸受を使用しているが、係る箇所でのエネルギーロスや騒音の発生が問題とならないのであれば、転がり軸受３を割愛し、コストダウンを図っても良い。転がり軸受３を割愛した場合には、一層軸方向の小型化が可能となる。
【００３３】
・上記実施形態において、可撓性歯車回転機構２の出力側の端面２２は、軸方向に波形に形成されており、波頂点は２つであるが、他の構成であっても良い。例えば、３以上であっても良い。要は、可撓性歯車４１の波頂点部分の歯と回転歯車６１および固定歯車５１の歯の一部が噛合すれば良いのであるから、波頂点の数は結合強度や可撓性の程度により合目的的に決定すればよい。
【００３４】
・上記実施形態において、回転歯車６１は固定歯車５１の径方向において内方に配設されているが、固定歯車５１が回転歯車６１の径方向において内方に配設されていても良い。回転歯車６１は固定歯車５１が回転中心０に対して垂直な同一平面状に形成されていれば良いのであるから、構造上の問題がなければ、径方向における位置関係はいずれであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、撓み噛み合い式歯車装置に係り、詳しくは軸方向に小型化した撓み噛み合い式歯車装置に関するため、小型かつ高減速比が必要な分野において広く利用が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
０・・・回転中心、１・・・入力軸、２・・・可撓性歯車回転機構、３・・・転がり軸受、４・・・可撓性部材、５・・・固定部材、６・・・回転部材、７・・・出力軸、２１・・・端面、２２・・・端面、４１・・・可撓性歯車、５１・・・固定歯車、６１・・・回転歯車、１００・・・回転中心、１０１・・・入力軸、１０２・・・筒状可撓性歯車回転機構、１０３・・・転がり軸受、１０４・・・可撓性の筒状部材、１０５・・・筒状部材、１０６・・・筒状部材、１０７・・・出力軸。
【図１】
2011012800.tif 000003
【図２】
2011012800.tif 000004
【図３】
2011012800.tif 000005
【図４】
2011012800.tif 000006
【図５】
2011012800.tif 000007
【図６】
2011012800.tif 000008
【図７】
2011012800.tif 000009