(57)【要約】【課題】高剛性、低トルク、高耐久性を有し、且つ、コンパクトで軽量化が図られた波動歯車装置用軸受を提供する。【解決手段】波動歯車装置２０は、剛性内歯歯車２１と、剛性内歯歯車２１の内側に配置される可撓性外歯歯車２２と、可撓性外歯歯車２２の内側に配置され、可撓性外歯歯車２２を半径方向に撓めて剛性内歯歯車２１に対して部分的に噛み合わせ、これら両歯車２１，２２の噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器２３と、を備える。剛性内歯歯車２１と可撓性外歯歯車２２を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受３０は、可撓性外歯歯車２２が固定されるハウジング２７に内嵌可能な外輪３１，３１と、剛性内歯歯車２１に外嵌可能な内輪３２，３２と、外輪３１，３１の一対の外輪軌道面３１ａ，３１ａと内輪３２，３２の一対の内輪軌道面３２ａ，３２ａ間に接触角αを持って配置される複数の玉３３と、を備えた背面組合せ型のアンギュラ玉軸受である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性内歯歯車と、該剛性内歯歯車の内側に配置される可撓性外歯歯車と、該可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車に対して部分的に噛み合わせ、これら両歯車の噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、を備える波動歯車装置に使用され、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受であって、
前記軸受は、
前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の一方、或は該一方が固定されるハウジングに内嵌可能な外輪と、
前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の他方、或は該他方が固定される軸部に外嵌可能な内輪と、
前記外輪の一対の外輪軌道面と前記内輪の一対の内輪軌道面間に接触角を持って配置される複数の玉と、
を備えた背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であることを特徴とする波動歯車装置用軸受。
【請求項２】
前記背面組合せ型のアンギュラ玉軸受には、前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の他方、或は該他方が固定される前記軸部に押圧部材をボルト固定して、前記内輪の端面を押圧することで、予圧が付与されることを特徴とする請求項１に記載の波動歯車装置用軸受。
【請求項３】
前記内輪の外端面は、前記外輪の外端面より軸方向外側に突出することを特徴とする請求項１又は２に記載の波動歯車装置用軸受。
【請求項４】
前記背面組合せ型のアンギュラ玉軸受は、前記複列の玉をそれぞれ保持するポケットを有する冠型保持器を備え、
前記冠型保持器の柱部は、基部から先端部に向けて径方向外方に傾斜することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の波動歯車装置用軸受。
【請求項５】
前記内輪の内輪軌道面より軸方向外方には鍔部が形成され、該鍔部は、前記玉のピッチ円近傍まで延出する高さを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の波動歯車装置用軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波動歯車装置の剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボット等の駆動機構における減速機としては、小型且つ軽量で高減速比を有した、バックラッシュの少ない波動歯車装置が使用されている。波動歯車装置は、組み込まれる可撓性外歯歯車の形状によって、カップ型、シルクハット型、フラット型等が考案されており、いずれの動作も同様である（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
図７に示すように、シルクハット型の波動歯車装置１は、環状の剛性内歯歯車２と、剛性内歯歯車２より歯数の少ないシルクハット型の可撓性外歯歯車３と、楕円形の輪郭を有する波動発生器４から主に構成される。可撓性外歯歯車３は剛性内歯歯車２の内側に配置され、可撓性外歯歯車３が波動発生器４により半径方向に撓められて剛性内歯歯車２に対して部分的に噛み合う。そして、モータ等の回転により波動発生器４が回転すると、両歯車２，３の噛み合い位置が円周方向に移動し、歯数差に応じた回転数で両歯車２，３が相対回転する。
【０００４】
また、波動歯車装置１は、モータに接続され、波動発生器４の楕円形の輪郭を有するカム板部分５ａを外周面に有する中空入力軸５まわりに設けられる。中空入力軸５の周囲には、玉軸受６，７を介してそれぞれ支持される第１及び第２の端板８，９が、波動歯車装置１を軸方向間に挟むように配置され、第１の端板８は可撓性外歯歯車３と締結固定され、第２の端板９は剛性内歯歯車２と締結固定される。第１の端板８と第２の端板９の一方は負荷側に接続され、他方が回転しないように固定されているので、負荷側に接続された端板の側から減速回転が出力されて負荷側に伝達される。
【０００５】
さらに、このような波動歯車装置１では、剛性内歯歯車２と可撓性外歯歯車３を相対回転自在に支持する軸受として、モーメント荷重を受けることができるクロスローラ軸受１０（図７参照）や４点接触玉軸受が使用されている。
【特許文献１】特開平９−２１７７９８号公報
【特許文献２】特開２００５−３０８１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のクロスローラ軸受は、円筒ころを軸受中心に対し４５度交互に傾斜させたものであり、ラジアル荷重、アキシアル荷重、モーメント荷重を負荷できるが、モーメント荷重は円筒ころの長さで負荷能力が決まり、軸受寸法上、負荷できるモーメント荷重が制約される。
【０００７】
また、円筒ころ同士が互いに９０度傾斜して回転するため、回転摩擦が大きく、結果として回転トルクが大きい。さらに、その構造上、潤滑剤を封入できるスペース（軸受空間容積）が乏しく、耐久性に問題があった。
【０００８】
加えて、円筒ころは軸受中心に対して４５度傾斜して配置されるので、軸受断面高さが制約を受けて内径に対して外径が大きくなり、また、内輪や外輪の肉厚も厚くなり、軸受重量が大きくなるという問題がある。
【０００９】
また、４点接触玉軸受を適用した場合にも、クロスローラ軸受と同様、負荷できるモーメント荷重を大きくすることができなかった。
【００１０】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高剛性、低トルク、高耐久性を有し、且つ、コンパクトで軽量化が図られた波動歯車装置用軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１）  剛性内歯歯車と、該剛性内歯歯車の内側に配置される可撓性外歯歯車と、該可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車に対して部分的に噛み合わせ、これら両歯車の噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、を備える波動歯車装置に使用され、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受であって、
前記軸受は、
前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の一方、或は該一方が固定されるハウジングに内嵌可能な外輪と、
前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の他方、或は該他方が固定される軸部に外嵌可能な内輪と、
前記外輪の一対の外輪軌道面と前記内輪の一対の内輪軌道面間に接触角を持って配置される複数の玉と、
を備えた背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であることを特徴とする波動歯車装置用軸受。
（２）  前記背面組合せ型のアンギュラ玉軸受には、前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の他方、或は該他方が固定される前記軸部に押圧部材をボルト固定して、前記内輪の端面を押圧することで、予圧が付与されることを特徴とする（１）に記載の波動歯車装置用軸受。
（３）  前記内輪の外端面は、前記外輪の外端面より軸方向外側に突出することを特徴とする（１）又は（２）に記載の波動歯車装置用軸受。
（４）  前記背面組合せ型のアンギュラ玉軸受は、前記複列の玉をそれぞれ保持するポケットを有する冠型保持器を備え、
前記冠型保持器の柱部は、基部から先端部に向けて径方向外方に傾斜することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の波動歯車装置用軸受。
（５）  前記内輪の内輪軌道面より軸方向外方には鍔部が形成され、該鍔部は、前記玉のピッチ円近傍まで延出する高さを有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の波動歯車装置用軸受。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の波動歯車装置用軸受によれば、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車の一方、或は該一方が固定されるハウジングに内嵌可能な外輪と、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車の他方、或は該他方が固定される軸部に外嵌可能な内輪と、外輪の一対の外輪軌道面と内輪の一対の内輪軌道間に接触角を持って配置される複列の玉と、を備えた背面組合せ型のアンギュラ玉軸受としたので、高剛性、低トルク、高耐久性を有し、且つ、コンパクトで軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の各実施形態に係る波動歯車装置用軸受について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の波動歯車装置用軸受が適用されるシルクハット型の波動歯車装置を示す断面図である。波動歯車装置２０は、内歯２１ａが内周面に形成される環状の剛性内歯歯車２１と、この内側に配置されるシルクハット型の可撓性外歯歯車２２と、この歯車２２の内側にはめ込まれる波動発生器２３とを備える。
【００１５】
可撓性外歯歯車２２は、円筒状の胴部２２ａと、胴部２２ａの一端に連続して半径方向の外側に直角に延びる環状のダイヤフラム２２ｂと、ダイヤフラム２２ｂと一体形成されている円環状のボス２２ｃと、胴部２２ａの外周面に形成された円筒状の外歯２２ｄとを備える。外歯２２ｄの歯数は、内歯２１ａの歯数より少なく（本実施形態では、内歯２１ａより２枚少ない）設定されている。
【００１６】
波動発生器２３は、例えば、楕円形の輪郭を備えた環状の剛性カム板２４と、この剛性カム板２４の外周面と可撓性外歯歯車の外歯２２ｄが形成されている部分との間に嵌めこまれる玉軸受２５と、を備える。剛性カム板２４の中心にはモータ出力軸（図示せず）等が連結される中空入力軸２６が形成されている。
【００１７】
波動歯車装置２０は、モータ出力軸に接続された剛性カム板２４が回転すると、この楕円形の剛性カム板２４によって玉軸受２５を介して可撓性外歯歯車２２が楕円形状に撓められ、円周方向の２カ所で噛み合っている内歯２１ａと外歯２２ｄの噛み合い位置が周方向に移動する。内歯２１ａと外歯２２ｄの歯数が異なっているので、歯数差に応じた相対回転がこれら内歯２１ａと外歯２２ｄとの間に発生し、入力回転数に比べて大幅に減速される。そして、剛性内歯歯車２１と可撓性外歯歯車２２の一方を固定しておくことで、他方の歯車から減速回転出力が得られる。
【００１８】
ここで、剛性内歯歯車２１の外周面と、可撓性外歯歯車２２とボルト固定されるハウジング２７の内周面との間には、剛性内歯歯車２１と可撓性外歯歯車２２を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受３０が配置されている。
【００１９】
この軸受３０は、図２に示すように、ハウジング２７に内嵌可能な一対の外輪３１，３１と、剛性内歯歯車２１に外嵌可能な一対の内輪３２，３２と、外輪３１，３１の一対の外輪軌道面３１ａ，３１ａと内輪３２，３２の一対の内輪軌道面３２ａ，３２ａ間に接触角αを持って複列に配置される複数の玉３３，３３と、各列の玉３３，３３をそれぞれ保持するポケットを有する保持器３４，３４と、を備えた背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であり、各列の玉３３，３３の接触角αは、互いに逆方向に向いている。
【００２０】
一対の外輪３１，３１は、ハウジング２７に形成された内向き段部２７ａと、ハウジング２７の軸方向端面にボルト４０で固定されるカバー部材４１によって軸方向に固定されている。一方、一対の内輪３２，３２は、剛性内歯歯車２１に形成された外向き段部２１ｂと、剛性内歯歯車２１の軸方向端面にボルト４２で固定される押圧部材４３によって、軸方向に固定されると共に、剛性内歯歯車２１と押圧部材４３の寸法を管理して、押圧部材４３のボルト締結によって内輪３２の端面を押圧することで、軸受に適切な予圧を付与している。
【００２１】
また、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受３０の接触角αは、２５〜４０度の範囲で適宜設定されており、接触角αの延長線Ｌは、内輪３２，３２の軸方向端面より軸方向内側で、内輪３２，３２の内周面と交差するように設定されている。
【００２２】
このように、波動歯車装置２０に背面組合せ型のアンギュラ玉軸受３０を使用することで、背面組合せによって作用点距離が大きくなり、耐モーメント荷重を向上させると共に、剛性内歯歯車２１によって確実にモーメント荷重を負荷できるように構成されている。
【００２３】
また、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受３０は、両軌道面３１ａ，３２ａと玉３３とが点接触であるので、回転トルクが小さい。一方、保持器３４により適切に玉３３を配置しており、軸受空間容積も充分に確保することができ、グリース寿命を延長できる。このため、従来、クロスローラ軸受を適用した波動歯車装置ではグリース補給のためのメンテナンスが行なわれていたが、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受３０を用いた波動歯車装置では、グリース補給をせずに、波動歯車装置の耐久時間に到達するまで使用することができる。
【００２４】
さらに、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受３０は、クロスローラ軸受と比して、軸受断面高さを低くすることができ、肉厚も低減できて軽量化することができる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る波動歯車装置用軸受について図３及び図４を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同等部分については同一符号を付して、説明を省略或は簡略化する。
【００２６】
本実施形態の波動歯車装置用軸受５０は、第１実施形態と同様、シルクハット型の波動歯車装置２０に組み込まれる背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であり、ハウジング２７に内嵌可能な一対の外輪５１，５１と、剛性内歯歯車２１に外嵌可能な一対の内輪５２，５２と、外輪５１，５１の一対の外輪軌道面５１ａ，５１ａと内輪５２，５２の一対の内輪軌道面５２ａ，５２ａ間に接触角αを持って複列に配置される複数の玉５３，５３と、各列の玉５３，５３をそれぞれ保持するポケットを有する保持器５４，５４と、を備える。また、第１実施形態と同様、一対の内輪５２，５２は、ボルト４２によって押圧部材４３を介して軸方向に押圧され、軸受に適切な予圧を付与している。
【００２７】
ここで、本実施形態の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受５０では、一対の内輪５２，５２の両外端面５２ｂ，５２ｂは、一対の外輪５１，５１の両外端面５１ｂ，５１ｂより軸方向外側に突出している。また、一対の内輪５２，５２の内輪軌道面５２ａ，５２ａより軸方向外方には鍔部５２ｃ、５２ｃが形成され、鍔部５２ｃ、５２ｃは、玉５３，５３のピッチ円ＰＣＤ近傍、具体的に、ピッチ円ＰＣＤより若干低い位置まで延出する高さを有する。これにより、荷重点を広げて、モーメント剛性をより向上することができ、また、ハウジング２７や押圧部材４３の寸法における制約を緩和できる。
なお、本実施形態においても、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受５０の接触角αは、２５〜４０度の範囲で適宜設定されており、接触角αの延長線Ｌは、内輪５２，５２の軸方向外端面５２ｂ，５２ｂより軸方向内側で、内輪５２，５２の内周面と交差するように設定されている。
【００２８】
また、本実施形態の保持器５４，５４は、合成樹脂製の冠型保持器であり、内輪５２，５２の鍔部５２ｃ，５２ｃとの干渉を防止するように、柱部５４ａ，５４ａは、基部から先端部に向けて径方向外方に傾斜して形成される。
なお、保持器５４，５４は、合成樹脂製の冠型保持器の代わりに、図５に示すような金属製のもみ抜き保持器５４´，５４´によって構成されてもよい。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００２９】
なお、本発明は、上記の実施形態のものに限定されるものでなく、適宜、変更、改良等が可能である。
【００３０】
本実施形態のシルクハット型の波動歯車装置では、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受の外輪は、可撓性外歯歯車が固定されるハウジングに内嵌され、内輪は、剛性内歯歯車に外嵌されているが、外輪は、可撓性外歯歯車に内嵌されてもよく、内輪は、剛性内歯歯車が固定される軸部に外嵌されてもよい。また、本発明の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受は、図７に示したシルクハット型の波動歯車装置にも適用可能である。
【００３１】
本実施形態では、波動歯車装置はシルクハット型についてのみ説明したが、本発明の波動歯車装置用軸受は、カップ型やフラット型にも適用可能である。
例えば、カップ型の波動歯車装置用軸受では、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受の外輪は、剛性内歯歯車、或は剛性内歯歯車が固定されるハウジングに内嵌され、内輪は、可撓性外歯歯車、或は可撓性外歯歯車が固定される軸部に外嵌される。
【００３２】
また、本実施形態では、一対の外輪と一対の内輪は、それぞれ互いに隣接して配置されているが、スペースに余裕がある場合に、一対の外輪間及び一対の内輪間にそれぞれスペーサを配置することで、軸受スパンを大きくすることができ、より剛性を向上することができる。
【００３３】
さらに、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受の構成は、適宜改良可能であり、一対の外輪は一体に形成されてもよいし、シール部材を備える構成であってもよい。
【実施例】
【００３４】
ここで、図３に示した本発明の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受と従来のクロスローラ軸受とを用い、外径寸法を等しくしてモーメント剛性の比較を行なった。表１は、各軸受の主要寸法、基本定格荷重及びモーメント剛性を示し、図６は、本発明の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受の予圧荷重に対するモーメント剛性を示したグラフである。
【００３５】
【表１】
2008025687.tif 000003
【００３６】
表１及び図６に示されるように、従来のクロスローラ軸受では、予圧荷重を簡単に増減することができないため、モーメント剛性の向上は困難であるが、本発明の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受では、予圧荷重の調整を容易に行うことができ、予圧荷重を増加することでモーメント剛性が向上されることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る波動歯車装置用軸受が適用される波動歯車装置の断面図である。
【図２】図１の波動歯車装置用軸受の拡大断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る波動歯車装置用軸受が適用される波動歯車装置の断面図である。
【図４】図３の波動歯車装置用軸受の拡大断面図である。
【図５】第２実施形態の変形例に係る波動歯車装置用軸受の拡大断面図である。
【図６】本発明の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受の予圧荷重に対するモーメント剛性を示したグラフである。
【図７】従来のクロスローラ軸受を用いた波動歯車装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
２０  波動歯車装置
２１  剛性内歯歯車
２２  可撓性外歯歯車
２３  波動発生器
２７  ハウジング
３０  背面組合せ型のアンギュラ玉軸受
３１  外輪
３１ａ  外輪軌道面
３２  内輪
３２ａ  内輪軌道面
３３  玉
α  接触角
【図１】
2008025687.tif 000004
【図２】
2008025687.tif 000005
【図３】
2008025687.tif 000006
【図４】
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【図５】
2008025687.tif 000008
【図６】
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【図７】
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