(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に外歯が形成された円形状の剛体歯車と、
前記剛体歯車の外側に配置され、前記剛体歯車の外周長より大きな内周長を有するとともに、内周面に前記剛体歯車の外歯と噛合可能な内歯が形成された環状の可撓歯車と、
前記可撓歯車を半径方向に撓ませることにより前記可撓歯車の内歯を前記剛体歯車の外歯に噛合させるとともに、前記可撓歯車を撓ませる噛合位置を円周方向に移動させる波動発生手段とを備え、
前記波動発生手段は、モータのロータであり、
前記ロータの外周部に、前記ロータの変形を防ぐ変形拘束部材をさらに備えた
ことを特徴とする減速機付き駆動装置。
【請求項２】
外周面に外歯が形成された円形状の剛体歯車と、
前記剛体歯車の外側に配置され、前記剛体歯車の外周長より大きな内周長を有するとともに、内周面に前記剛体歯車の外歯と噛合可能な内歯が形成された環状の可撓歯車と、
前記可撓歯車を半径方向に撓ませることにより前記可撓歯車の内歯を前記剛体歯車の外歯に噛合させるとともに、前記可撓歯車を撓ませる噛合位置を円周方向に移動させる波動発生手段とを備え、
前記波動発生手段は、前記可撓歯車の外側に前記可撓歯車に対して回転自在に配置され、前記可撓歯車を半径方向に撓ませるべく押圧する押圧部を備えた回転部材であり、
前記回転部材は、モータのロータであり、
前記ロータの外周部に、前記ロータの変形を防ぐ変形拘束部材をさらに備えた
ことを特徴とする減速機付き駆動装置。
【請求項３】
前記ロータの外周側に、ロータを回転させるモータのステータが配置され、
前記剛体歯車は、第１の部材に結合されるとともに、両端部において第２の部材により回転自在に支持される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の減速機付き駆動装置。
【請求項４】
同じ径の筒状部を有する前記可撓歯車を２つ有し、各可撓歯車の一端側を互いに向かい合わせて配置した上、各可撓歯車を前記剛体歯車に噛合させるとともに、各可撓歯車を他端側で支持した
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の減速機付き駆動装置。
【請求項５】
前記ロータは、少なくとも内周が楕円形状をなすとともに複数の磁石が配置され、前記複数の磁石は、前記楕円形状の長軸または短軸を線対称軸として配置された
ことを特徴とする請求の請求項１または請求項２に記載の減速機付き駆動装置。
【請求項６】
前記ロータは、前記モータの回転軸に沿った磁束を発生するように構成され、
前記ロータを回転させるステータは、前記ロータの磁束の発生部分に対面して配置されるとともに、前記回転軸に沿った磁束を発生するように構成された
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の減速機付き駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は減速機付き駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の駆動装置に用いられる減速機としての波動歯車装置は、図１２に示すような構成を有している（特許文献１参照）。すなわち、外周面が楕円形状に形成されたウェーブジェネレータ４０を囲むように可撓ベアリング５０を介してフレクスプライン３０を配置し、フレクスプライン３０の外側に内周面が円形状のサーキュラスプライン２０を配置するように構成されている。
サーキュラスプライン２０の内周面に内歯が形成され、フレクスプライン３０の外周面にはサーキュラスプライン２０の内歯と噛合可能な外歯が形成され、かつフレクスプライン３０が半径方向に撓むことが可能になっている。フレクスプライン３０の歯数はサーキュラスプライン２０の歯数より僅かに少なく設定されている。
ウェーブジェネレータ４０は、長径部分で可撓ベアリング５０を介してフレクスプライン３０を撓ませ、フレクスプライン３０の外歯をサーキュラスプライン２０の内歯と噛合させている。【０００３】
このように構成された波動歯車装置では、例えばウェーブジェネレータ４０を回転させた場合、ウェーブジェネレータ４０の長径部分位置の変化に応じて、フレクスプライン３０の外歯とサーキュラスプライン２０の内歯が噛み合う噛合点が円周方向に移動する。このとき、フレクスプライン３０の歯数はサーキュラスプライン２０のそれより僅かに少ないので、例えばウェーブジェネレータ４０を３６０度回転させた場合、フレクスプライン３０は円周方向にサーキュラスプライン２０との歯数差分回転することになる。すなわち、ウェーブジェネレータ４０を入力端に、フレクスプライン３０を出力端にして前記従来の波動歯車装置を減速機として使用した場合、ウェーブジェネレータ４０の回転速度に対してフレクスプライン３０の回転速度が大きく減速されることになる。【０００４】
このような高減速比を有する波動歯車装置は、例えば脚式移動ロボットにおける足の屈伸動作の発生に利用されている。図１３は脚式移動ロボットにおける足の関節部分を示す図である。
第１リンク７０と第２リンク９０とは回動支持機構９１で連結され、互いに回動可能になっている。第１リンク７０と第２リンク９０との回転中心に回転軸がくるように波動歯車装置６０が装着されている。すなわち、サーキュラスプライン２０が第２リンク９０に固定される。そして、フレクスプライン３０が第１回転軸３０ａ（出力軸）において複数のボルト８０によって第１リンク７０に固定される。ウェーブジェネレータ４０には第２回転軸４０ａが設けられ、第２回転軸４０ａは、第１回転軸３０ａに対して回転可能に支持され、第１回転軸３０ａを設けていない側に駆動力を伝達するためのプーリ６１が固定されている。
ここで、ベルト６２によって図示しないモータからの駆動力をプーリ６１に伝えると、ウェーブジェネレータ４０が駆動され、ウェーブジェネレータ４０の回転にしたがってフレクスプライン３０が減速して回転し、第１リンク７０が回動される。【０００５】
しかしながら、前記波動歯車装置６０では、第１回転軸３０ａにおけるフレクスプライン３０の取付位置は、第１回転軸３０ａの端部に制限されるため、第１回転軸３０ａに対する波動歯車装置６０の配置位置も第１回転軸３０ａの端部に限られる。このため、第１回転軸３０ａを例えば二列のベアリングで支持する構成では、二列のベアリングの間で波動歯車装置を配置することができないなど、レイアウト上の自由度が低いという問題がある。
また、ウェーブジェネレータ４０に駆動力を伝えるプーリ６１は、ウェーブジェネレータ４０と並んで第２回転軸４０ａに配置されることにより、回転軸方向の大きさが大きくなることが避けられず、用途によっては使用しにくい問題がある。【０００６】
これに対し、ウェーブジェネレータをフレクスプラインの外周側に配置したものも知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−１４１４８５号公報（特許請求の範囲、請求項１、図１）
【特許文献２】特開昭５９−９３３６号公報（第２図）
【発明の開示】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の技術においても、駆動力の付与は、一方の端部から行われており、軸方向の大きさが大きかった。また、駆動力がウェーブジェネレータに伝わるまでの経路を構成する部材は、剛性が低いので、応答性が悪いという問題がある。
本発明は、前記従来の問題点に鑑み、波動歯車装置の軸方向の大きさを小さくし、減速機付き駆動装置のレイアウトの自由度を向上させるとともに、良好な応答性を有する減速機付き駆動装置を提供することを目的とする。
【０００８】
このため、第１の発明は、こ外周面に外歯が形成された円形状の剛体歯車と、前記剛体歯車の外側に配置され、前記剛体歯車の外周長より大きな内周長を有するとともに、内周面に前記剛体歯車の外歯と噛合可能な内歯が形成された環状の可撓歯車と、前記可撓歯車を半径方向に撓ませることにより前記可撓歯車の内歯を前記剛体歯車の外歯に噛合させるとともに、前記可撓歯車を撓ませる噛合位置を円周方向に移動させる波動発生手段とを備え、前記波動発生手段は、モータのロータであり、前記ロータの外周部に、前記ロータの変形を防ぐ変形拘束部材をさらに備えたものとした。
【０００９】
第２の発明は、外周面に外歯が形成された円形状の剛体歯車と、前記剛体歯車の外側に配置され、前記剛体歯車の外周長より大きな内周長を有するとともに、内周面に前記剛体歯車の外歯と噛合可能な内歯が形成された環状の可撓歯車と、前記可撓歯車を半径方向に撓ませることにより前記可撓歯車の内歯を前記剛体歯車の外歯に噛合させるとともに、前記可撓歯車を撓ませる噛合位置を円周方向に移動させる波動発生手段とを備え、前記波動発生手段は、前記可撓歯車の外側に前記可撓歯車に対して回転自在に配置され、前記可撓歯車を半径方向に撓ませるべく押圧する押圧部を備えた回転部材であり、前記回転部材は、モータのロータであり、前記ロータの外周部に、前記ロータの変形を防ぐ変形拘束部材をさらに備えたものとした。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記ロータの外周側に、ロータを回転させるモータのステータが配置され、前記剛体歯車は、第１の部材に結合されるとともに、両端部において第２の部材により回転自在に支持されたものとした。
【００１１】
第４の発明は、第１または第２の発明において、同じ径の筒状部を有する前記可撓歯車を２つ有し、各可撓歯車の一端側を互いに向かい合わせて配置した上、各可撓歯車を前記剛体歯車に噛合させるとともに、各可撓歯車を他端側で支持したものとした。
【００１２】
第５の発明は、第１または第２の発明において、前記ロータが、少なくとも内周が楕円形状をなすとともに複数の磁石が配置され、前記複数の磁石は、前記楕円形状の長軸または短軸を線対称軸として配置されたものとした。
【００１４】
第６の発明は、第１または第２の発明において、前記ロータが、前記モータの回転軸に沿った磁束を発生するように構成され、前記ロータを回転させるステータが、前記ロータの磁束の発生部分に対面して配置されるとともに、前記回転軸に沿った磁束を発生するように構成されたものとした。
【００１５】
第１の発明によれば、剛体歯車を内側に、剛体歯車の外側に可撓歯車を配置して、波動発生手段が可撓歯車の外側に可撓歯車に対して回転自在に配置されたモータのロータで構成される。このとき、モータのロータで可撓歯車を撓ませ、撓ませた部分で剛体歯車の外歯を可撓歯車の内歯と噛合させることができる。そして、モータのロータの回転によってその噛合点を円周方向に移動させることができる。
そして、波動発生手段は、モータのロータであるため、モータの出力を直接波動歯車装置の入力として利用でき、波動歯車装置がコンパクトになるとともに、波動歯車装置の入力部分の剛性が高くなり応答性を良好にすることができる。
さらに、ロータの回転速度に対して剛体歯車の回転速度が大きく減速されるため、例えば剛体歯車の回転軸を中空構造にし、そこに電気ハーネスなどを通しても電気ハーネスと回転軸の摺動速度が小さく、ハーネスが損傷される恐れも少なくなる。
また、第１の発明によれば、変形拘束部材により、ロータの変形が抑制される。また、ウェーブジェネレータの剛性を高くすることができる。
【００１６】
第２の発明によれば、モータのロータが最も外側にあるため、従来に比べて、軸方向の大きさを小さくできる。
また、モータのロータは、可撓歯車より外周側にあるため、駆動力の入力のために、回転軸の一端または両端を用いる必要が無く、回転軸両端付近のレイアウトの自由度が向上する。
さらに、波動発生手段はモータのロータであり押圧部で可撓歯車を機械的に撓ませるため、剛体歯車の外歯と可撓歯車の内歯とを確実に噛合させることができる。
また、第１の発明によれば、変形拘束部材により、ロータの変形が抑制される。また、ウェーブジェネレータの剛性を高くすることができる。
【００１７】
第３の発明によれば、高トルクのトルク伝達を可能にしつつ、リンクの関節の小型化を図ることができる。
【００１８】
第４の発明によれば、可撓歯車を幅広に構成でき、さらに高トルクのトルク伝達が可能になる。
【００１９】
第５の発明によれば、トルク変動の幅（リップル）が低減する。また、磁路が対称に形成され、適正な磁路となるので磁気抵抗が低くなり、モータの最大トルクが向上する。
【００２１】
第６の発明によれば、ベアリング、フレクスプラインまたはサーキュラスプラインなどにより磁束が乱れることがない。その結果、磁束の乱れにより発生する熱を抑えることができる。また、ステータの配置を気にすることなくロータの外径を大きくしうるため、ウェーブジェネレータの剛性を高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】減速機付き駆動装置の基礎的形態としての波動歯車装置の構成を示す図である。
【図２】波動歯車装置の分解斜視図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ断面を概念的に示す図である。
【図４】フレクスプラインを固定した状態で、プーリに駆動力を与えることにより、サーキュラスプラインを駆動する場合の動作を示す図である。
【図５】減速機付き駆動装置の構成を示す断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面を概念的に示した図である。
【図７】減速機付き駆動装置の配置レイアウトを説明する図である。
【図８】ロータの変形例を説明する図である。
【図９】減速機付き駆動装置の他の変形例を示す断面図である。
【図１０】フラットモータを利用した場合の減速機付き駆動装置の断面図である。
【図１１】脚式移動ロボットにおける足の関節部分を示す断面図である。
【図１２】従来の波動歯車装置を示す図である。
【図１３】従来の波動歯車装置を用いた脚式移動ロボットにおける足の関節部分を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について説明する。まず最初に、本発明の減速機付き駆動装置の基礎的形態として、剛体歯車の外側に可撓歯車が位置し、可撓歯車の外側にあるプーリを入力とする形態を説明する。図１は、減速機付き駆動装置の基礎的形態としての波動歯車装置の構成を示す図で、図２は、その分解斜視図である。図３は、図１におけるＡ−Ａ断面を概念的に示す図である。
波動歯車装置１０は主として、剛体歯車としてのサーキュラスプライン１と、サーキュラスプライン１の外側に配置される可撓歯車としてのフレクスプライン２と、フレクスプライン２の外側に配置された波動発生手段としてのプーリ３で構成されている。
サーキュラスプライン１は、図２に示すように小径部の端部側の外周面に外歯１ａが形成され、その中心部に貫通孔が設けられている。
フレクスプライン２は、半径方向に変形可能な可撓性を有する円筒状の部材で、その内周面に外歯１ａと噛合可能な内歯２ａが形成され、内歯２ａを設けていない側の端部には剛性のフランジ２ｂが形成されている。サーキュラスプライン１の外歯１ａはフレクスプライン２の内歯２ａより歯数が少なく設定されている。【００２４】
プーリ３は、円形状の外周面にベルト９を装着するための溝が形成され、内周面が図３に示すように外周面と同じ中心で楕円形状に形成され、可撓ベアリング４を介してフレクスプライン２を撓ませ、短径部分でフレクスプライン２の内歯２ａとサーキュラスプライン１の外歯１ａとを噛合させている。すなわち、短径部分はフレクスプライン２を半径方向に押圧する押圧部として機能することによってフレクスプライン２を撓ませている。このように、プーリ３は駆動力を伝えるためのプーリとしての機能だけでなく、波動歯車装置におけるウェーブジェネレータとしての機能をも果たす。
フレクスプライン２のフランジ２ｂの両側には図１に示すように、プーリ支持リング６とリンク８が配置され、プーリ支持リング６とリンク８は、フランジを挟んで円周方向に並んだ複数のボルト８ａによって連結されている。フレクスプライン２は、フランジ２ｂを固定端として内歯２ａが設けられた側を半径方向へ撓ませることができる。プーリ支持リング６は、図１に示すように第１ベアリング５を介してプーリ３を支持し、リンク８は第２ベアリング７を介してサーキュラスプライン１を支持している。【００２５】
これによって、フレクスプライン２に対してサーキュラスプライン１は相対的に回転することができる。一方、プーリ３は可撓ベアリング４を介してフレクスプライン２の外周面でフレクスプライン２を撓ませながら回転することができる。すなわち、プーリ３、フレクスプライン２、サーキュラスプライン１がそれぞれ所定の関係を保ちながら独立に相対回転することができる。この三つの回転要素のうち、いずれかの一つを入力端側に、一つを出力端側にして減速機または増速機として使用することができる。また、一つの回転要素を出力端側にし、他の二つの回転要素を入力端側にすれば、差動機構として機能させることもできる。【００２６】
次に、波動歯車装置１０の動作について説明する。図４は、フレクスプラインを固定した状態で、プーリに駆動力を与えて、サーキュラスプラインを駆動する場合の動作を示す図である。
図４（ａ）では、プーリ３の内周面における短径部分で、サーキュラスプライン１の歯ｍとフレクスプライン２の歯ｎが噛み合っている。この噛み合い位置を噛合点ａとして、プーリ３を反時計方向に９０度回転させた場合、（ｂ）に示すように、噛合点ａがプーリ３の内周面における短径部分と同様に９０度回転することになる。このとき、噛合点がずれることによって、歯ｍと歯ｎが噛み合わなくなる。そして、プーリ３をさらに９０度、すなわち（ａ）の位置から反時計方向に１８０度回転させると、噛合点ａも同様に１８０度回転することになる。このとき、フレクスプライン２の歯ｎが、サーキュラスプライン１の歯と再び噛み合うことになるが、サーキュラスプライン１の歯数がフレクスプライン２のそれより少ないため、サーキュラスプライン１の歯ｍが歯ｎからずれることになる。したがって、フレクスプライン２を固定した場合、プーリ３の回転速度に対して、サーキュラスプライン１の回転速度が大きく減速されることになり、波動歯車装置１０を減速機として使用する場合、大きな減速比が得られる。【００２７】
波動歯車装置１０は以上のように構成され、プーリ３を最外周に配置し、プーリ３に対して回転速度が減速されるサーキュラスプライン１を中心部に配置したため、例えばサーキュラスプライン１の回転軸を中空構造にし、そこに電気ハーネスを通して使用することができる。この場合、サーキュラスプライン１の回転が低速であるため回転軸とハーネスの摺動速度が小さく、ハーネスが損傷される恐れが少ない。また波動歯車装置１０を潤滑するため回転軸を介して流体を流した場合でも、遠心力で流体が目的の部位に届かないようなこともない。【００２８】
また、減速機として使用する場合、最外周にあるプーリ３に駆動力を与え、中央部にあるサーキュラスプライン１から駆動力を出力することができる。このとき、サーキュラスプライン１は図１に示すように最も内側にあり、かつ軸方向には従来のように駆動力を伝達するためのプーリが存在しないため、出力軸におけるサーキュラスプライン１の配置位置が自由に設定することができるとともに、出力軸の両側から駆動力を出力することができる。
すなわち、出力軸に対する波動歯車装置１０の配置位置は出力軸の端部だけでなく内側にも設定することもでき、そして内側に設定した場合には、波動歯車装置の両側から伸びた出力軸から駆動力を出力することもできる。【００２９】
次に、駆動用のモータのロータを波動発生手段として用いた本発明の減速機付き駆動装置について説明する。図５は、減速機付き駆動装置の構成を示す断面図であり、図６は、図５のＢ−Ｂ断面を概念的に示した図である。
前記した基礎的形態としての波動歯車装置１０を減速機として使用する場合、プーリ３をモータのロータとして形成し、モータの駆動力を減速してサーキュラスプライン１から直接に出力することで、駆動源と減速機を一体にしつつコンパクトにした装置を構成することができる。
本実施形態の減速機付き駆動装置１０′は、図５に示すように外歯１ａ′が形成されたサーキュラスプライン１′の外側に、内歯２ａ′が形成されたフレクスプライン２′が配置され、フレクスプライン２′の外側には可撓ベアリング４を介してモータの回転軸の一例としてのロータ１６が配置されている。ここでのロータとは、同軸上に固定して配置されたステータとの間で互いに吸引力または反発力などの磁力が作用されて回転されるものである。ロータには、永久磁石または電磁石が配置され、これらの永久磁石または電磁石は、対向するステータと電磁石または永久磁石との間で相互に力を及ぼし合う。
ロータ１６は、内周面が楕円形状に形成され、その短径部分でフレクスプライン２′を撓ませ、フレクスプライン２′の内歯２ａ′をサーキュラスプライン１′の外歯１ａ′に噛合させている。すなわち、このロータ１６は前記波動歯車装置１０におけるプーリ３と同様にウェーブジェネレータとしての機能を発揮するものである。【００３０】
サーキュラスプライン１′は、第２ベアリング７′を介してリンク８′に回転可能に支持され、フレクスプライン２′は、そのフランジがリンク８′とケーシング１５の壁面に挟まれた状態でボルト８ａによって固定される。
ロータ１６は、２つの第１ベアリング５によってケーシング１５に回転可能に支持されている。ロータ１６の外側に、ケーシング１５に固定され、円周方向に形成された複数の突極にコイル１７ａが巻かれたステータ１７が配置されている。このコイル１７ａに順次に通電することによって、ロータ１６を挟んだ回転磁場を形成することができる。
図７に示すように、ロータ１６には円周方向に等間隔に複数の永久磁石１６ａが配置され、したがって、ステータ１７との磁気吸引または反発でロータ１６が駆動力を得て回転することができる。
サーキュラスプライン１′の端部側にロータ１６の回転速度を検出するエンコーダ１８が設けられ、その回転円盤１８ａは、第３ベアリング１９を介してケーシング１５に回転可能に支持されるとともに、ロータ１６と連結されている。【００３１】
減速機付き駆動装置１０′は以上のように構成され、ステータ１７の各コイル１７ａに順次に通電することによってロータ１６が駆動され、その回転でサーキュラスプライン１′とフレクスプライン２′との噛合点が円周方向に移動され、サーキュラスプライン１′が減速駆動される。
そして、ロータ１６が回転するとき、エンコーダ１８で回転円盤１８ａの回転角を示す情報が作成されるので、その情報を用いてロータ１６の回転速度を検出することができる。
このように、ロータ１６はウェーブジェネレータとしての機能をもつと同時に、ステータ１７とでモータを構成し、モータにおける駆動力を出力する出力軸の機能も果たすので、駆動力を直接に減速して出力することができる。【００３２】
以上のような減速機付き駆動装置１０′によれば、次のような効果を奏する。
まず、モータを軸の端部に設けることなく、外周側に配置して扁平型にしたので、軸方向の長さを短くすることができる。なお、従来の外歯を備えた可撓歯車で構成される波動歯車装置において、ウェーブジェネレータとロータ（アウターロータ）とを一体化した場合には、波動歯車装置の出力に比較してモータが小さすぎるため、実用的な装置とはならない。
そして、モータの回転を制御する場合に、モータから回転体までの間の剛性が低いと、制御を安定させるため速度ループゲインを大きくするのが難しいが、本実施形態では、ロータとウェーブジェネレータを軸で結合するのではなく、ロータ自体がウェーブジェネレータとなっていることから回転体までの弾性要素が無いとみなすことができ、速度ループゲインを高くして応答性を良好にすることができる。しかも、ロータが中空形状で径が大きいことから、ロータ自体の捩り剛性も高く、これによっても応答性が良好になる。
また、減速機付き駆動装置１０′は、モータが中空構造となり、表面積が大きくなるため、冷却性能に優れ、高トルクを持続することが期待できる。
さらに、モータ、ウェーブジェネレータおよびフレクスプラインの３つが一体となっているので、サーキュラスプラインを備えたリンクにこの一体化された装置を挿入し、締結するだけで組立が可能であるので、部品点数・組立工数が削減され、低コスト化が可能となる。
また、従来は、モータとウェーブジェネレータのシャフト同士の締結で回り止めのキーを使用していたが、減速機付き駆動装置１０′では、キーを使用する必要がないので、キー溝の疲労によるガタが発生することがない。したがって、ロータからウェーブジェネレータまでの運動の伝達経路においてガタを０にでき、前記したとおりウェーブジェネレータの応答性が良好になる上、騒音の低下や耐久性の向上も期待できる。
また、従来は、モータとウェーブジェネレータのシャフト同士の結合において、精度を要するテーパシャフトとテーパハウジングによる結合を行っていたが、減速機付き駆動装置１０′では、そのようなテーパ加工は不要となり、加工工数の削減と低コスト化を実現することができる。【００３３】
さらに、本実施形態によれば、減速機付き駆動装置のレイアウトの自由度が向上する。図７は、波動歯車装置の配置レイアウトを説明する図である。従来の波動歯車装置６０は、横側に駆動力を伝達するベルトがあるため、図７に示すように、その配置位置が出力軸２４（第１回転軸３０ａ）の端部に限られる。すなわち、片側にしか出力軸が設けられない構成である。これに対して、本実施形態の減速機付き駆動装置１０′は、両側に出力軸を設けることができるため、従来のように出力軸の端部に配置できることはもちろん、図７に示すように、出力軸２４（サーキュラスプライン１の回転軸）を支持するベアリング２１、２２、２３の間でも配置することができ、レイアウトの自由度が向上する。【００３４】
なお、本実施形態ではロータ１６の内周面を楕円形状にして、その短径部分でフレクスプライン２を撓ませたが、内周面は必ずしも楕円形状である必要はなく、例えば図８に示すように円形状の内周面に対向する二ヶ所に押圧部として突起１６ｂ′，１６ｂ′を形成し、突起１６ｂ′，１６ｂ′によってフレクスプライン２を撓ませることもできる。この場合、本実施形態と同様にロータ１６′を回転させると、突起１６ｂ′，１６ｂ′がフレクスプライン２とサーキュラスプライン１との噛合点を移動させ、サーキュラスプライン１の回転速度を減速させることができる。なお、この場合、突起１６ｂ′，１６ｂ′の先端面は、円形の一部でもよく、楕円形の一部でもよい。もちろん、突起１６ｂ′を一つのみ形成しても構わない。【００３５】
次に、図５の減速機付き駆動装置の変形例を説明する。図９は、減速機付き駆動装置の変形例の断面図である。
図９に示す減速機付き駆動装置１０″は、図５の減速機付き駆動装置１０′のサーキュラスプライン１′を、片持ち支持から両持ち支持に変更し、フレクスプライン２′を両側から配置したものである。このような両持ち支持は、波動発生手段をフレクスプライン２′の外周側に配置したことにより可能になっている。
減速機付き駆動装置１０″は、幅広の外歯１ａ″が形成されたサーキュラスプライン１″の外周側に、内歯２ａ″が形成されたフレクスプライン２″が配置され、フレクスプライン２″の外周側には幅広の可撓ベアリング４を介してロータ１６″が配置されている。
ロータ１６″は、内周面が楕円形状に形成され、その短径部分でフレクスプライン２″を撓ませ、フレクスプライン２″の内歯２ａ″がサーキュラスプライン１″の外歯１ａ″に噛合されている。つまり、ロータ１６″は図５のロータ１６と同様にウェーブジェネレータとしての機能を有する。【００３６】
サーキュラスプライン１″は、後述するフレクスプライン２″の内周側に入り込む筒部１０１と、筒部１０１の図９における右側に連続し、筒部１０１より一回り太い筒状のリンク結合部１０２とから構成されている。リンク結合部１０２の右端部には、ネジ穴１０９が設けられており、このネジ穴１０９に、第１の部材である第１リンク１０７がボルト８ａにより結合されている。同様に、筒部１０１ａの左端にもネジ穴１０９が形成され、このネジ穴１０９に、左側から第１の部材である第１リンク１０７がボルト８ａにより結合されている。筒部１０１ａの外周には、前記した外歯１ａ″が形成されている。このように、筒部１０１ａは、左側の一端がフレクスプライン２″の内径より小さいため、フレクスプライン２″へ挿入して組み付けるのが容易である。
サーキュラスプライン１″は、一端側、図９においては右側が第２ベアリング７′を介して第２の部材の一部である第２リンク１０６に回転可能に支持され、他端側、図９においては左側も第２ベアリング７′を介して第２リンク１０６に回転可能に支持されている。このようにサーキュラスプライン１″が両側で回転支持されることにより、減速機付き駆動装置１０″をロボットの関節などの高トルクを要する関節として利用することができる。
なお、サーキュラスプライン１″は、第２リンクと一体になっている部材、例えばケーシング１５により回転自在に支持されていてもよい。【００３７】
フレクスプライン２″は、半径方向に可撓性を有する薄い筒状部２ｂ″と筒状部２ｂ″の端部から半径方向に延びるフランジ部２ｃ″からなっている。筒状部２ｂ″の内面には、前記した内歯２ａ″が形成されている。フレクスプライン２″は、筒状部２ｂ″の端部（一端側）を互いに向き合わせた状態で同じ物が２つ配置されている。両端（他端側）に位置したフランジ部２ｃ″は、右側については、右側の第２リンク１０６とケーシング１５の間に挟まれた上、ボルト８ａで固定され、左側については、左側の第２リンク１０６とケーシング１５の間に挟まれた上、ボルト８ａで固定されている。このように、２つのフレクスプライン２″をその筒状部２ｂ″を一端で向かい合わせて、内歯２ａ″の幅を広くとっているため、減速機付き駆動装置１０″は、高トルクのトルク伝達が可能となる。【００３８】
ロータ１６″およびステータ１７の機能および構造は図５のロータ１６およびステータ１７の機能と同様であり、ステータ１７のコイル１７ａへの通電によりロータ１６″が回転させられる。また、ロータ１６の他端側の外周には回転円盤１８ａが固定され、エンコーダ１８で回転円盤１８ａの回転を検出することでロータ１６″の回転速度、回転角が検出される。【００３９】
減速機付き駆動装置１０″は以上のように構成され、ステータ１７の各コイル１７ａに順次に通電することによって、ロータ１６″が駆動され、その回転で、サーキュラスプライン１″とフレクスプライン２″との噛合点が円周方向に移動され、サーキュラスプライン１″が減速駆動される。
そして、ロータ１６″が回転するとき、エンコーダ１８で回転円盤１８ａの回転角を示す情報が作成されるので、その情報を用いてロータ１６″の回転速度を検出することができる。
このように、サーキュラスプライン１″およびフレクスプライン２″を両側で支持したことにより、図５の減速機付き駆動装置１０′が有する利点に加え、高トルクの回転伝達が可能となる。また、同じトルク伝達力にしようとした場合には、減速機付き駆動装置１０″の半径方向の大きさを小さくすることができる。【００４０】
次に、図５の減速機付き駆動装置１０′の他の変形例について説明する。図１０は、フラットモータを利用した場合の減速機付き駆動装置の断面図である。
図１０に示す減速機付き駆動装置１０″は、図５の減速機付き駆動装置１０′におけるステータ１７に比べ、若干内径側に寄せて配置されたステータ１７１を有している。ステータ１７１は、コイル１７１ａを有し、コイル１７１ａへの通電により、モータの回転軸、すなわち第１リンク１０７と第２リンク１０６の互いの回転軸の方向に磁束を発生する。
ステータ１７１の図１０における左右両側には、ステータ１７１を両側から囲む形でロータ１６１が配置されている。ロータ１６１は、ステータ１７１の両側に、永久磁石１６２，１６３を有している。永久磁石１６２，１６３も、前記回転軸に沿った磁束を発生しており、ステータ１７１への通電により、ロータ１６１が回転するように、ステータ１７１とロータ１６１とでいわゆるフラットモータを構成している。
ロータ１６１の永久磁石１６２，１６３は、フレクスプライン２″の内歯２ａ″と、サーキュラスプライン１″の外歯１ａ″が噛み合う部分の外周に配置されている。【００４１】
このような構成の減速機付き駆動装置１０″によれば、磁束が延びる方向と、ベアリング、フレクスプラインまたは中空サーキュラスプラインなどとの位置関係上、ステータ１７１や永久磁石１６２が発生する磁束がこれらの部材に乱されることがない。そのため、磁束の乱れによる渦電流の発生が抑えられ、渦電流による不要な熱の発生を抑えることができる。
そして、ロータ１６１は、フレクスプライン２″の内歯２ａ″と、サーキュラスプライン１″の外歯１ａ″が噛み合う部分の外周に位置する部分が厚く形成されているので、永久磁石１６２，１６３の剛性により、外歯１ａ″と内歯２ａ″とを、しっかりと噛み合わせることができる。また、第１ベアリング５，５は、ロータ１６１の両端付近の外周に嵌合されているので、ロータ１６１がフレクスプライン２″を押圧した反力として半径方向外側に広げられたとしても、第１ベアリング５，５が変形を拘束する変形拘束部材として機能するので、ロータ１６１の見かけ上の剛性が高く、外歯１ａ″と内歯２ａ″の確実な噛合を実現できる。さらに、第１ベアリング、５，５を、ロータ１６１の外周の中でも各永久磁石１６２，１６３の外周に嵌合させれば、ロータ１６１の見かけ上の剛性をさらに向上し、外歯１ａ″と内歯２ａ″の確実な噛合を実現できる。特に、本実施形態のように永久磁石１６２，１６３が外歯１ａ″と内歯２ａ″の外周部分に配置されているときは、効果的である。なお、変形拘束部材は、必ずしもベアリングである必要はなく、永久磁石１６２，１６３の外周に、リング状の部材を嵌合させてもよい。
また、ステータ１７１とロータ１６１とを、フラットモータの構成としたことで、ステータ１７１の外径が小さくなり、減速機付き駆動装置１０″を小型にすることができる。【００４２】
次に、応用例として前記した減速機付き駆動装置１０′を脚式移動ロボットに使用した場合を説明する。
図１１は、脚式移動ロボットにおける足の関節部分を示す断面図である。
図１１に示すように、減速機付き駆動装置１０′は、サーキュラスプライン１′の両端が、ボルト８ａにより第２リンク１２に結合されている。すなわち、第２リンク１２はサーキュラスプライン１′と一体になっている。そして、第１リンク１３は、図１１における右側において、第２ベアリング７′によりサーキュラスプライン１′に回動可能に支持され、左側において、第２ベアリング７′により第２リンク１２に回動可能に支持されている。なお、左右の第２リンク１２，１２は、上方で一体になっており、左右の第１リンク１３，１３は、下方で一体になっている。【００４３】
ここで、減速機付き駆動装置１０′を動作させて、ロータ１６を回転させれば、前記したように、フレクスプライン２′の内歯２ａ′とサーキュラスプライン１′の外歯１ａ′が噛合してサーキュラスプライン１′が減速回転する。その結果、第１リンク１３に対して第２リンク１２がゆっくりと回動されることになる。
このように、減速機付き駆動装置１０′が動作する場合、サーキュラスプライン１′の両側で均等に駆動力を出力することができるので、第１リンク１３と第２リンク１２バランスよく回動させることができる。また、ロータ１６自体がウェーブジェネレータとしての機能を有するため、ロータ１６を高速で回転させ、応答性良く第１リンク１３と第２リンク１２とを互いに回動させることができる。
また、サーキュラスプライン１′の回転速度が低速であるため、その中央の貫通孔にハーネスを通しても、サーキュラスプライン１′との摺動で、ハーネスが損傷される恐れは少なく、ロボットの信頼性を向上させることができる。また、例えば減速機付き駆動装置１０′を潤滑するための流体を流した場合でも、大きな遠心力で流体が貫通孔の壁面に付着して目的の部分に届かないという不具合もない。
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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