(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波動歯車装置の回転入力部材である波動発生器が、減速回転出力部材である可撓性外歯車あるいは剛性内歯車に作用する負荷側トルクによって回転することのないように保持するために必要な入力側保持トルクの低減方法であって、
前記波動歯車装置は、前記減速回転出力部材を回転させて前記波動発生器から増速回転を出力させる増速時に、当該波動発生器にスラスト力が作用するものであり、
モータ軸などの入力側回転軸に固定した前記波動発生器の構成部品を軸線方向に移動可能な可動部品とし、
前記波動発生器の前記可動部品に対して、前記スラスト力の作用方向に隣接した位置に固定部材を配置し、
前記減速回転出力部材に作用する負荷側トルクによって前記波動発生器に作用するスラスト力を利用して、当該波動発生器の前記可動部品を前記固定部材に押し付け、
前記可動部品と前記固定部材の間に発生する摩擦力を、前記入力側保持トルクの一部として利用することを特徴とする波動歯車装置の入力側保持トルクの低減方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記波動歯車装置の前記可撓性外歯車は、カップ形状のもの、あるいは、シルクハット形状のものであることを特徴とする波動歯車装置の入力側保持トルクの低減方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記波動発生器は、軸線方向に移動可能な状態で前記回転入力軸に同軸状に取り付けられた円筒状のハブと、このハブの外周面に同軸状態に取り付けたプラグと、このプラグの外周面に装着した可撓性の軌道輪を備えたベアリングとを備えており、
前記可動部品は、前記ハブおよび／または前記プラグであることを特徴とする波動歯車装置の入力側保持トルクの低減方法。
【請求項４】
請求項１において、
摩擦板を挟み、前記波動発生器の前記可動部品を前記固定部材に押し付けることを特徴とする波動歯車装置の入力側保持トルクの低減方法。
【請求項５】
請求項１において、
バネなどの付勢部材を用いて、前記波動発生器の前記可動部品を前記スラスト力の作用方向とは逆方向に付勢しておくことを特徴とする波動歯車装置の入力側保持トルクの低減方法。
【請求項６】
請求項１において、
前記入力側回転軸はモータ軸であり、
前記固定部材はモータハウジングであることを特徴とする波動歯車装置の入力側保持トルクの低減方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法により入力側保持トルクを低減する回転アクチュエータであって、
モータと、
当該モータの回転を減速して出力する波動歯車装置とを有し、
前記入力側回転軸はモータ軸であり、
前記固定部材はモータハウジングであることを特徴とする回転アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７において、
前記波動歯車装置の前記可撓性外歯車は、カップ形状のもの、あるいは、シルクハット形状のものであることを特徴とする回転アクチュエータ。
【請求項９】
請求項７において、
前記波動発生器は、軸線方向に移動可能な状態で前記回転入力軸に同軸状に取り付けられた円筒状のハブと、このハブの外周面に同軸状態に取り付けたプラグと、このプラグの外周面に装着した可撓性の軌道輪を備えたベアリングとを備えており、
前記可動部品は、前記ハブおよび／または前記プラグであることを特徴とする回転アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項７において、
前記波動発生器の前記可動部品および前記モータハウジングの各当接面のうち、少なくとも一方の当接面に取り付けた摩擦板を有していることを特徴とする回転アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項７において、
前記波動発生器の前記可動部品を前記スラスト力の作用方向とは逆方向に付勢しているバネなどの付勢部材を有していることを特徴とする回転アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷側から作用するトルクによって波動歯車装置の入力側部材である波動発生器が回転しないように保持するための入力側保持トルクが小さくて済む波動歯車装置の入力側保持トルクの低減方法に関するものである。また、本発明は、かかる方法を採用した回転アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットハンドの関節機構などには、位置決め精度の高い高減速比の波動歯車装置を備えた回転アクチュエータが用いられている。特許文献１、２には、モータ軸に波動歯車装置が連結された構成の回転アクチュエータを備えたロボットハンドが開示されている。
【０００３】
波動歯車装置は、円環状の剛性内歯車の内側に、円環状の可撓性外歯車が同軸状態で配置され、この内側に波動発生器がはめ込まれた構成となっている。波動発生器は一般に楕円形輪郭をしており、波動発生器によって可撓性外歯車が楕円形に撓められ、その楕円形の長軸方向の両端部において両歯車の噛み合い状態が形成されている。一般に、剛性内歯車の歯数に比べて可撓性外歯車の歯数は２枚少なく設定されている。波動発生器をモータによって回転させると、両歯車の噛み合い位置が円周方向に移動し、両歯車の歯数差に応じて両歯車の間の相対回転が発生する。通常は剛性内歯車が回転しないように固定され、可撓性外歯車から減速回転が出力される。
【０００４】
この構成の波動歯車装置の可撓性外歯車としては、カップ形状のものと、シルクハット形状のものが知られている。カップ形状の可撓性外歯車は、円筒状胴部と、この円筒状胴部の一方の端から半径方向の内側に延びている円環状のダイヤフラムと、このダイヤフラムの内周縁に連続している円板状あるいは円環状のボスと、円筒状胴部の他方の端部の外周面部分に形成された外歯とを備えている。シルクハット形状の可撓性外歯車は、円筒状胴部と、この円筒状胴部の一方の端から半径方向の外側に広がっている円環状のダイヤフラムと、このダイヤフラムの外周縁に連続している円環状のボスと、円筒状胴部の他方の端部の外周面部分に形成された外歯とを備えている。
【０００５】
また、フラット形あるいはパンケーキ形と呼ばれる波動歯車装置も知られている。この形式の波動歯車装置では、同軸状に配置した２つの剛性内歯車の内側に円筒状の可撓性外歯車が配置され、この内側に、例えば楕円形輪郭の波動発生器がはめ込まれた構成となっている。一方の剛性内歯車の歯数は可撓性外歯車より２ｎ枚多く、他方の剛性内歯車の歯数は可撓性外歯車と同一とされている。波動発生器を回転させると、２つの剛性内歯車に相対回転が発生し、一方を固定しておくことにより、他方から減速回転出力を得ることができる。
【特許文献１】特開２００４−１８１６１０号公報
【特許文献２】特開２００４−１２２３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、図２には波動歯車装置の回転入力側のトルク（以下、「入力側トルク」と呼ぶ。）と減速回転出力側のトルク（以下、「出力側トルク」或いは「負荷側トルク」と呼ぶ。）の関係を示してある。図のラインＡは、波動発生器を回転させて可撓性外歯車から減速回転を出力する減速時における関係であり、ラインＢは、可撓性外歯車を回転させて波動発生器から高速回転を出力する増速時における関係である。これらのラインＡ、Ｂから分かるように、増速時に比べて減速時の方が、出力側トルクに対する入力側トルクが大きいという性質がある。
【０００７】
ロボットハンドの関節機構などにおいて、波動歯車装置を介してモータ回転を減速しながら大きなトルクを出力し、その出力トルクを維持しようとするような運転パターンでは、出力側トルクが大きくても入力側トルクが小さくて済む。よって、波動歯車装置の波動発生器に連結されているモータ軸が負荷側トルク（出力側トルク）によって回転してしまうことの無い様に保持するための入力側保持トルクが小さくて済む。このため、モータ軸を所定回転位置に保持するためのモータ電流値も小さくて済む。
【０００８】
本発明の課題は、波動歯車装置の入力側回転部材である波動発生器が負荷側トルクによって回転することの無いように保持するために必要な入力側保持トルクを更に低減可能な波動歯車装置の入力側保持トルクの低減方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明では、カップ形状あるいはシルクハット形状の可撓性外歯車を備えた波動歯車装置において、減速時および増速時において波動発生器に作用するスラスト力の方向の違いを利用して、入力側保持トルクを低減できるようにしている。波動歯車装置において、減速時に、波動発生器には減速回転出力側に向かう方向のスラスト力が作用し、増速時には、反対方向のスラスト力が作用する。本発明では、減速時に作用するスラスト力によって波動発生器の構成部品を移動させ、モータハウジングなどの固定部材に押し付け、これによって発生する摩擦力を利用して波動発生器が回転しないように拘束している。この結果、波動発生器あるいは、そこに連結されているモータ軸などの入力側回転軸が出力側トルク（負荷側トルク）によって回転しないように保持するために必要な入力側保持トルクを低減できる。減速時には摩擦力が発生しないので、摩擦力によって効率が低下することもない。
【００１０】
すなわち、本発明は、波動歯車装置の回転入力部材である波動発生器が、減速回転出力部材である可撓性外歯車あるいは剛性内歯車に作用する負荷側トルクによって回転することのないように保持するために必要な入力側保持トルクの低減方法であって、
前記波動歯車装置は、前記減速回転出力部材を回転させて前記波動発生器から増速回転を出力させる増速時に、当該波動発生器にスラスト力が作用するものであり、
モータ軸などの入力側回転軸に固定した前記波動発生器の構成部品を軸線方向に移動可能な可動部品とし、
前記波動発生器の前記可動部品に対して、前記スラスト力の作用方向に隣接した位置に固定部材を配置し、
前記減速回転出力部材に作用する負荷側トルクによって前記波動発生器に作用するスラスト力を利用して、当該波動発生器の前記可動部品を前記固定部材に押し付け、
前記可動部品と前記固定部材の間に発生する摩擦力を、前記入力側保持トルクの一部として利用することを特徴としている。
【００１１】
ここで、前記波動歯車装置の前記可撓性外歯車としては、一般に、カップ形状のもの、あるいは、シルクハット形状のものが用いられる。勿論、フラット形あるいはパンケーキ形と呼ばれている波動歯車装置であってもよい。
【００１２】
また、前記波動発生器は、軸線方向に移動可能な状態で前記回転入力軸に同軸状に取り付けられた円筒状のハブと、このハブの外周面に同軸状態に取り付けたプラグと、このプラグの外周面に装着した可撓性の軌道輪を備えたベアリングとを備えており、前記可動部品は、前記ハブおよび／または前記プラグであることを特徴としている。
【００１３】
さらに、本発明では、大きな摩擦力を得るためには、摩擦板を挟み、前記波動発生器の前記可動部品を前記固定部材に押し付けることを特徴としている。
【００１４】
さらには、本発明では、バネなどの付勢部材を用いて、前記波動発生器の前記可動部品を前記スラスト力の作用方向とは逆方向に付勢しておくことを特徴としている。
【００１５】
モータと波動歯車装置からなる回転アクチュエータなどの場合には、前記入力側回転軸はモータ軸であり、前記固定部材はモータハウジングである。
【００１６】
次に、本発明は、上記の方法により入力側保持トルクを低減する回転アクチュエータであって、モータと、当該モータの回転を減速して出力する波動歯車装置とを有し、前記入力側回転軸はモータ軸であり、前記固定部材はモータハウジングであることを特徴としている。
【００１７】
ここで、前記波動歯車装置の前記可撓性外歯車はカップ形状あるいはシルクハット形状のものが用いられる。
【００１８】
また、前記波動発生器が、軸線方向に移動可能な状態で前記回転入力軸に同軸状に取り付けられた円筒状のハブと、このハブの外周面に同軸状態に取り付けたプラグと、このプラグの外周面に装着した可撓性の軌道輪を備えたベアリングとを備えている場合には、前記可動部品は、前記ハブおよび／または前記プラグである。
【００１９】
さらに、摩擦力を高めるために、前記波動発生器の前記可動部品および前記モータハウジングの各当接面のうち、少なくとも一方の当接面に取り付けた摩擦板を有している。
【００２０】
さらには、前記波動発生器の前記可動部品を前記スラスト力の作用方向とは逆方向に付勢しているバネなどの付勢部材を有している。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、負荷側トルクによって、波動歯車装置の波動発生器に作用するスラスト力を利用して、波動発生器の構成部品であるハブあるいはプラグを軸線方向に移動させて固定部材に押し付け、これによって発生する摩擦力を波動発生器の回転拘束力として利用している。したがって、負荷側トルクによって波動発生器が回転することのないように保持するために必要とされる入力側保持トルクをその分、低減することができる。
【００２２】
例えば、モータおよび波動歯車装置からなる回転アクチュエータによって駆動されるロボットアームなどにおいて、トルクの掛かっているアームを或る位置に固定する場合、大きなトルクを伝達している状態において出力側から更に大きなトルクが加わる場合、モータを所定回転位置に拘束するための電磁ブレーキのブレーキ力が弱い場合などおいて、モータ電流を上げてモータ保持トルクを上げる必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、図面を参照して本発明の方法を適用した回転アクチュエータの実施の形態を説明する。
【００２４】
（全体構成）
図１は本例の回転アクチュエータの主要部分を示す部分断面図である。回転アクチュエータ１は、モータ２と、このモータ２に同軸状態で連結されている波動歯車装置１０とを有している。波動歯車装置１０は、円環状の剛性内歯車１１と、この内側の配置されているカップ形状の可撓性外歯車２０と、この内側にはめ込まれている楕円形輪郭の波動発生器３０を備えている。
【００２５】
剛性内歯車１１は、一点鎖線で示す締結ボルト１２によってモータハウジング３の前端部に形成された大径のモータフランジ４の前面に同軸状態に固定されている。この内側に配置されているカップ形状の可撓性外歯車２０は、円筒状胴部２１と、この円筒状胴部２１の一方の端から半径方向の内側に延びている円環状のダイヤフラム２２と、このダイヤフラム２２の内周縁に連続して形成されている厚肉の円環状のボス２３とを備えている。ボス２３が負荷側の部材（図示せず）に連結固定される。円筒状胴部２１の他方の端部における外周面部分には外歯２４が形成されており、外歯２４は、剛性内歯車１１の内歯１３と噛み合い可能である。可撓性外歯車２０は、その円筒状胴部２１の開口側の端部がモータハウジング３の前面５に対峙する向きに配置されている。
【００２６】
波動発生器３０は、モータハウジング３の前面５の中心から前方に突出しているモータ軸６に同軸状態に固定されている円筒状ハブ３１と、この円筒状ハブ３１の外周面に同軸状態で取り付けた楕円形輪郭のプラグ３２と、このプラグ３２の外周面に装着されたボールベアリング３３とを備えている。ボールベアリング３３の内外輪は可撓性のものであり、その外輪はプラグ３２によって楕円形に撓められている。
【００２７】
波動発生器３０は、カップ形状の可撓性外歯車２０における外歯２４が形成されている円筒状胴部２１の開口端側の部位に嵌め込まれている。円筒状胴部２１の外歯２４が形成されている部位は波動発生器３０によって楕円形に撓められており、その楕円形の長軸方向の両端に位置する外歯２４の部分が円環状の剛性内歯車１１の内歯１３の部分に噛み合っている。
【００２８】
ここで、楕円形輪郭のプラグ３２は装置軸線１０ａの方向に移動可能な状態で円筒状ハブ３１に取り付けられている。円筒状ハブ３１におけるモータ２から離れている側の端部には大径のフランジ３４が形成されており、モータ２側の端部の外周面部分には止め輪３５が装着されており、これらフランジ３４と止め輪３５の間にプラグ３２が配置されている。また、止め輪３５とプラグ３２の間には皿バネ３６が装着されており、当該皿バネ３６によって、プラグ３２は常時、フランジ３４の側に付勢されている。
【００２９】
プラグ３２におけるモータ側の端面３２ａに対峙しているモータハウジング３の前面５の部分には、円環状の摩擦板７が取り付けられている。プラグ３２が装置軸線１０ａに沿ってモータ側にスライドすると、その端面３２ａが摩擦板７に押し付けられた状態が形成される。
【００３０】
（作用効果）
この構成の回転アクチュエータ１の作用効果を説明する。剛性内歯車１１の歯数は可撓性外歯車２０の歯数より２ｎ（ｎは正の整数）枚だけ多く、通常は２枚だけ多い。モータ２を駆動してモータ軸６を回転すると、波動歯車装置１０の回転入力部材である波動発生器３０が回転する。波動発生器３０が回転すると、両歯車１１、２０の噛み合い位置が円周方向に移動し、両歯車１１、２０の間に相対回転が発生する。剛性内歯車１１が固定されているので、負荷側に連結されている減速回転出力部材である可撓性外歯車２０が歯数差に応じた減速比で減速回転して不図示の負荷側の部材を回転駆動する。
【００３１】
このような減速時には、波動発生器３０には、減速回転出力側に向かうスラスト力、本例では、モータ２から離れる方向に向かうスラスト力Ｆ１が可撓性外歯車２０の側から作用する。したがって、そのプラグ３２の端面３２ａがモータ２の側の摩擦板７に当って回転が阻害される状態にはならない。
【００３２】
ここで、所定の回転位置でモータ２を停止させ、その回転位置に保持するためには、モータ２に所定の電流を流して、所定のモータ保持トルクを発生させる必要がある。例えば、回転アクチュエータによってロボットアームが所定位置まで移動し、その位置において所定のトルクが掛かった状態でアームを保持する場合には、波動歯車装置１０の可撓性外歯車２０に負荷側トルクが作用する。この状態は、可撓性外歯車２０を回転させて増速回転を波動発生器３０の側から出力する場合と同様である。この状態では、図２のラインＢで示すように、減速時に比べて、波動発生器３０に作用する入力側トルクが低くなる。
【００３３】
また、このような増速状態では、波動発生器３０には減速時とは逆向きのスラスト力Ｆ２が可撓性外歯車２０の側から作用する。波動発生器３０のプラグ３２は軸線１０ａの方向に移動可能であり、このスラスト力Ｆ２が皿バネ３６による付勢力を上回ると、プラグ３２がモータハウジング３の摩擦板７に向けて押され、摩擦板７に押し付けられる。これにより発生する摩擦力が波動発生器３０の回転拘束力として機能する。
【００３４】
したがって、本例の回転アクチュエータ１では、負荷側からトルクの掛かっている状態において所定の回転位置に保持する場合、大きなトルクを伝達しているときに負荷側から更に大きなトルクが加わる場合などにおいては、波動発生器３０が摩擦板７に押し付けられ、それにより発生する摩擦力を、回転アクチュエータ１を所定の回転位置に保持するための保持力として利用できる。したがって、このような場合におけるモータ保持トルクが小さくて済むという効果が得られる。
【００３５】
なお、本例はカップ形状の可撓性外歯車を備えた波動歯車装置を用いた場合の例であるが、シルクハット形状の可撓性外歯車を備えた波動歯車装置を用いた場合も同様に本発明を適用できる。また、フラット形あるいはパンケーキ形と呼ばれる波動歯車装置を用いた場合にも本発明を適用できる。
【００３６】
さらに、波動発生器のハブを移動させてモータハウジングの側に押し付けて摩擦力を発生させるようにしてもよい。
【００３７】
さらには、摩擦板をモータハウジングの側に取り付ける代わりに、波動発生器の端面に取り付けても良く、双方に取り付けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用した回転アクチュエータの主要部分を示す部分断面図である。
【図２】波動歯車装置における増速時と減速時の入力側トルクと出力側トルクの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    回転アクチュエータ
２    モータ
３    モータハウジング
４    フランジ
５    前面
６    モータ軸
７    摩擦板
１０  波動歯車装置
１１  剛性内歯車
１３  内歯
２０  可撓性外歯車
２１  円筒状胴部
２２  ダイヤフラム
２３  ボス
２４  外歯
３０  波動発生器
３１  ハブ
３２  プラグ
３３  ベアリング
３６  皿バネ
Ｆ１  減速時のスラスト力
Ｆ２  増速時のスラスト力
【図１】
0004646233.tif 000002
【図２】
0004646233.tif 000003