(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】本発明に係る撓み噛み合い式歯車装置は、入力軸１と、入力軸１と同一の回転中心０を有する出力軸７と、剛性の環状部材８に形成された環状剛性歯車９と、撓性の環状部材４に形成された環状撓性歯車５と、環状撓性歯車５と出力軸７との間を連絡するとともに柔軟性を有する連絡部６とを備えている。また、環状撓性歯車５を撓ませることにより、環状撓性歯車５を部分的に環状剛性歯車９に噛合させ、入力軸１の回転に対応して該噛合位置を連続的に変化させることにより前記環状撓性歯車５を回転させる、前記入力軸１の一方端に接続される環状撓性歯車回転機構２も備えている。更に、前記連絡部６が回転中心０に対して斜方向に形成され、傘状を成していることを特徴とする。【選択図】図３
2011002084.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、
剛性の環状部材に形成された環状剛性歯車と、
撓性の環状部材に形成された環状撓性歯車と、
該環状撓性歯車と前記出力軸との間を連絡するとともに柔軟性を有する連絡部と、
前記環状撓性歯車を撓ませることにより、前記環状撓性歯車を部分的に前記環状剛性歯車に噛合させ、前記入力軸の回転に対応して該噛合位置を連続的に変化させることにより前記環状撓性歯車を回転させる、前記入力軸の一方端に接続される環状撓性歯車回転機構と、
を有する撓み噛み合い式歯車装置において、
前記連絡部が回転中心に対して斜方向に形成され、傘状を成し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】
前記環状撓性歯車回転機構は転がり軸受を介して前記環状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撓性歯車１０５、サーキュラ・スプラインと呼ばれる筒状剛性歯車１０９、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、外周面に筒状撓性歯車１０５が形成された撓性の筒状部材１０４の内周面に嵌め込まれる。筒状撓性歯車１０５は撓性を有するため、筒状撓性歯車回転機構１０２と相似形である楕円形に変形させられる。この筒状撓性歯車１０５は、略円環状の連絡部１０６を介して略円筒形の出力軸１０７に接続されている。この連絡部１０６は柔軟性を有するため、筒状撓性歯車１０５に生じた楕円形の変形を吸収し、影響が出力軸１０７に及ばないようにする役割を有している。
【０００６】
更に、筒状撓性歯車１０５を取り囲むように、剛性の筒状部材１０８の内周面に形成された筒状剛性歯車１０９が配設される。この筒状剛性歯車１０９は剛性を有し、その形は、筒状撓性歯車回転機構１０２によって変形させられた筒状撓性歯車１０５の長径部分の歯と噛合するように、形成されている。
【０００７】
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）は入力側から見た減速機の状態で、図７（ｅ）〜（ｈ）は軸方向に垂直な方向から見た断面図である。楕円形の筒状撓性歯車回転機構１０２によって転がり軸受１０３を介して筒状撓性歯車１０５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、筒状撓性歯車１０５は筒状剛性歯車１０９と噛合している。なお図７（ａ）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剛性歯車１０９および筒状撓性歯車１０５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、筒状撓性歯車１０５は筒状剛性歯車１０９と噛合している。ここで、筒状撓性歯車回転機構１０２と筒状撓性歯車１０５とは固定されていないため、筒状撓性歯車回転機構１０２、即ち入力軸１の回転運動は直接的に筒状撓性歯車１０５に伝達されるわけではない。一方において、筒状撓性歯車回転機構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撓性歯車１０５を撓ませることにより伝達される。また、筒状撓性歯車１０５は転がり軸受１０３を介して筒状撓性歯車回転機構１０２に押しつけられているため、筒状撓性歯車回転機構１０２と筒状撓性歯車１０５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。
【０００８】
更に、図７（ｃ）および（ｇ）に示すように、筒状撓性歯車回転機構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、筒状撓性歯車１０５は筒状剛性歯車１０９と噛合する。このとき上部において筒状剛性歯車１０９と噛合する筒状撓性歯車１０５の歯は、網掛け目印した歯とは異なっている。例えば、筒状撓性歯車１０５が歯数１００で構成されており、筒状剛性歯車１０９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。従って、図７（ｄ）および（ｈ）に示すように、その後、筒状撓性歯車１０５が１回転、即ち３６０°回転すると、ちょうど２歯分ずれた歯が噛合することとなる。即ち、筒状撓性歯車回転機構１０２が１回転する毎に、筒状撓性歯車回転機構１０２と筒状撓性歯車１０５との噛み合わせは２歯ずつずれることとなる。ここで筒状剛性歯車１０９を固定すれば、筒状撓性歯車回転機構１０２、即ち入力軸１が１回転する毎に筒状撓性歯車１０５と同軸に固定されている出力軸１０７は２／１００回転する。つまり、減速比は２／１００となる。
【０００９】
このように、撓み噛み合い式歯車装置は筒状撓性歯車回転機構１０２によって筒状撓性歯車１０５を撓ませることによって、筒状撓性歯車１０５と筒状剛性歯車１０９との噛み合いを生じさせている。しかし、係る撓みの影響が例えば出力軸１０７にまで及び、回転に悪影響が及ばないように、筒状撓性歯車１０５は連絡部１０６を介して出力軸１０７に接続されている。連絡部１０６は柔軟性を有するため、筒状撓性歯車１０５が撓むことによって生じた歪を吸収し、出力軸１０７に影響が及ぶことを防止することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６０−２１５１３９号公報
【特許文献２】特開昭６１−１９７８４１号公報
【特許文献３】特開２００３−１７６８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述のように連絡部１０６はその柔軟性によって、歪を吸収し、出力軸１０７に影響が及ぶことを防止しているのであるから、歪を吸収するために、一定の距離ａが必要となる。そのため、この距離ａは撓みの大きさ、連絡部６の材質や厚み等の条件によって異なるが、無条件に短くすることはできない。そのため軸方向の短縮化に限界があり、例えば、身体に装着する補助器具など、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。
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、剛性の環状部材に形成された環状剛性歯車と、撓性の環状部材に形成された環状撓性歯車と、該環状撓性歯車と前記出力軸との間を連絡するとともに柔軟性を有する連絡部とを備えている。また、前記環状撓性歯車を撓ませることにより、前記環状撓性歯車を部分的に前記環状剛性歯車に噛合させ、前記入力軸の回転に対応して該噛合位置を連続的に変化させることにより前記環状撓性歯車を回転させる、前記入力軸の一方端に接続される環状撓性歯車回転機構も備えている。更に、前記連絡部が回転中心に対して斜方向に形成され、傘状を成していることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によると、連絡部が回転中心に対して斜方向に形成され、傘状を成しているため、同連絡部が回転中心に対して平行な方向に形成されていた上記従来に比して、同じ長さを得るために、軸方向の長さを小さくすることが可能となる。従って、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。
【００１５】
本発明に係る撓み噛み合い式歯車装置は、前記環状撓性歯車回転機構は転がり軸受を介して前記環状撓性歯車を撓ませることが好ましい。
上記構成によると、環状撓性歯車回転機構は転がり軸受を介して環状撓性歯車を撓ませるため、環状撓性歯車回転機構が直接的に環状撓性歯車を撓ませる場合に比して、環状撓性歯車回転機構と環状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】
【００１６】
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】
【００１７】
【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）は軸方向入力軸側から見た図であり、（ｅ）〜（ｈ）は軸方向断面図である。
【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）は軸方向入力軸側から見た図であり、（ｅ）〜（ｈ）は軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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環状撓性歯車回転機構２、フレックススプラインと呼ばれる環状撓性歯車５、サーキュラ・スプラインと呼ばれる環状剛性歯車９、出力軸７等から構成されている。
【００１９】
なお、撓性の環状部材４が、機能的には上記従来の撓性の筒状部材１０４に対応し、環状撓性歯車５が、機能的には上記従来の筒状撓性歯車１０５に対応する。剛性の環状部材８と剛性の筒状部材１０８との関係、および環状剛性歯車９と筒状剛性歯車１０９との関係についても同様である。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。
【００２０】
本実施形態においては、連絡部６が回転中心０に対して斜方向に形成され、傘状を成していることを特徴とする。また、連絡部６を介して出力軸７に接続される撓性の環状部材４に形成された環状撓性歯車５もまた同様に回転中心０に対して斜方向に形成され、傘状を成している。そのため、環状撓性歯車５に部分的に噛合する剛性の環状部材８に形成された環状剛性歯車９も同様に回転中心０に対して斜方向に形成され、傘状を成す。
【００２１】
一方、円筒状の部材である環状撓性歯車回転機構２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。軸方向おいて出力側（以下、単に「出力側」と記載する。）の端面２２は、回転中心０に対して斜方向であるとともに、軸方向に波形に形成されている。係る端面２２が、やはり回転中心０に対して斜方向に傾いた略円環状の柔軟性を有する滑り軸受３を介して、軸方向入力側から環状撓性歯車５に押付けられる。環状撓性歯車５は撓性を有するため、環状撓性歯車回転機構２の端面２２と相似形である波形に変形させられる。
【００２２】
一方、環状撓性歯車５の出力側には、上述した環状の環状剛性歯車９が配設される。この環状剛性歯車９は剛性を有し、その形は、環状撓性歯車回転機構２によって波形に変形させられた環状撓性歯車５の出力側の波頂点部分の歯と噛合するように、形成されている。
【００２３】
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断面図である。楕円形の環状撓性歯車回転機構２によって転がり軸受３を介して環状撓性歯車５が波形に変形させられているため、例えば、図４（ａ）および（ｅ）に示すように、図中の上部と下部において、噛合している環状撓性歯車５は環状剛性歯車９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互いに噛合している環状剛性歯車９および環状撓性歯車５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、環状撓性歯車回転機構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、環状撓性歯車５は環状剛性歯車９と噛合している。ここで、環状撓性歯車回転機構２と環状撓性歯車５とは固定されていないため、環状撓性歯車回転機構２、即ち入力軸１の回転運動は直接的に環状撓性歯車５に伝達されるわけではない。一方において、環状撓性歯車回転機構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環状撓性歯車５を撓ませることにより伝達される。また、環状撓性歯車５は転がり軸受３を介して環状撓性歯車回転機構２に押しつけられているため、環状撓性歯車回転機構２と環状撓性歯車５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。
【００２４】
更に、図４（ｃ）および（ｇ）に示すように、環状撓性歯車回転機構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、環状撓性歯車５は環状剛性歯車９と噛合する。このとき上部において環状剛性歯車９と噛合する環状撓性歯車５の歯は、網掛け目印した歯とは異なっている。例えば、環状撓性歯車５が歯数１００で構成されており、環状剛性歯車９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。従って、図４（ｄ）および（ｈ）に示すように、その後、環状撓性歯車５が１回転、即ち３６０°回転すると、ちょうど２歯分ずれた歯が噛合することとなる。即ち、環状撓性歯車回転機構２が１回転する毎に、環状撓性歯車回転機構２と環状撓性歯車５との噛み合わせは２歯ずつずれることとなる。ここで環状剛性歯車９を固定すれば、環状撓性歯車回転機構２、即ち入力軸１が１回転する毎に環状撓性歯車５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。
【００２５】
このように、撓み噛み合い式歯車装置は環状撓性歯車回転機構２によって環状撓性歯車５を撓ませることによって、環状撓性歯車５と環状剛性歯車９との噛み合いを生じさせている。しかし、係る撓みの影響が例えば出力軸７にまで及び、回転に悪影響が及ばないように、環状撓性歯車５は連絡部６を介して出力軸７に接続されている。連絡部６は柔軟性を有するため、環状撓性歯車５が撓むことによって生じた歪を吸収し、出力軸７に影響が及ぶことを防止することが可能である。
【００２６】
ところで、上述のように連絡部６はその柔軟性によって、歪を吸収し、出力軸７に影響が及ぶことを防止しているのであるから、歪を吸収するために、図３に示すように、一定の距離ａが必要となる。この距離ａは撓みの大きさ、連絡部６の材質や厚み等の条件によって異なるが、従来と同様、無条件に短くすることはできない。
【００２７】
しかし、本実施形態においては、連絡部６が回転中心０に対して斜方向に形成されているため、上記従来に比して、他の条件が同じである場合において、軸方向の大きさを小さくすることが可能となる。従って、撓み噛み合い式歯車装置全体としても軸方向の大きさを小さくすることが可能となる。
【００２８】
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、連絡部６が回転中心０に対して斜方向に形成され、傘状を成しているため、同連絡部が回転中心に対して平行な方向に形成されていた上記従来の連絡部１０６に比して、同じ長さａ得るために、軸方向の長さを小さくすることが可能となる。従って、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】
（２）上記実施形態では、環状撓性歯車回転機構２は転がり軸受３を介して環状撓性歯車５を撓ませるため、環状撓性歯車回転機構２が直接的に環状撓性歯車５を撓ませる場合に比して、環状撓性歯車回転機構２と環状撓性歯車５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。
【００３０】
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。
【００３１】
・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。
【００３２】
・上記実施形態においては、環状撓性歯車５および環状剛性歯車９が傘状歯車であるが、他の構成であっても良い。要は、連絡部６が回転中心０に対して斜方向に形成されていれば軸方向の長さを小さくできるのであるから、環状撓性歯車５および環状剛性歯車９の形状は限定されない。形成に問題がなければ、例えば、環状撓性歯車５および環状剛性歯車９を回転中心０に対して垂直な噛合面を持つフェースギアとすることにより、更に軸方向の長さを小さくできる。また、環状撓性歯車５および環状剛性歯車９を回転中心０に対して略平行な噛合面を持つ円筒型ギアとすることにより、従来の技術を援用しうる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
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】
【００３４】
０・・・回転中心、１・・・入力軸、２・・・環状撓性歯車回転機構、３・・・転がり軸受、４・・・撓性の環状部材、５・・・環状撓性歯車、６・・・連絡部、７・・・出力軸、８・・・剛性の環状部材、９・・・環状剛性歯車、２１・・・端面、２２・・・端面、１００・・・回転中心、１０１・・・入力軸、１０２・・・筒状撓性歯車回転機構、１０３・・・転がり軸受、１０４・・・撓性の筒状部材、１０５・・・筒状撓性歯車、１０６・・・連絡部、１０７・・・出力軸、１０８・・・剛性の筒状部材、１０９・・・環状剛性歯車、ａ・・・距離。
【図１】
2011002084.tif 000003
【図２】
2011002084.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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