(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状をした剛性の内歯歯車と、円環状をした可撓性の外歯歯車と、この外歯歯車を半径方向に撓めて前記内歯歯車に対して部分的に噛み合わせると共に両歯車の噛合い位置を円周方向に移動させる波動発生器とを有する波動歯車装置において、
前記波動発生器は、円環状のハブと、このハブの外周に形成された剛性カム板と、この剛性カム板の外周面と前記外歯歯車の内周面の間に嵌め込まれているウエーブベアリングとを備えており、
前記ハブおよび前記剛性カム板のうち、少なくとも前記剛性カム板はチタン合金により形成されており、
当該剛性カム板の両側面の少なくとも一部分は凹凸状の放熱面とされており、
前記剛性カム板の表面には、ショットピーニングによる表面硬化処理が施され、当該表面硬化処理後に、チタン合金よりも熱伝導率の高い放熱用のめっき皮膜が形成されており、
前記めっき皮膜は、厚さが５ないし５０ミクロンの範囲内の銅めっき皮膜であることを特徴とする軽量波動歯車装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記放熱面は、放射状に放熱フィンが形成されたものであることを特徴とする軽量波動歯車装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記ハブと前記剛性カム板は、チタン合金製の単一部品として形成されていることを特徴とする軽量波動歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽量の波動発生器を備えた軽量波動歯車装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロボット等の駆動機構における減速機としては、本願人所有のハーモニック・ドライブという商標名で製造販売されている波動歯車装置が知られている。
【０００３】
典型的な波動歯車装置は、円環状をした剛性の内歯歯車と、この内側に配置されている円環状をした可撓性の外歯歯車と、この外歯歯車の内側に嵌め込まれた波動発生器から構成されている。波動発生器は、楕円形輪郭をした剛性のウエーブプラグと、このウエーブプラグの外周に嵌めたウエーブベアリングから構成されており、外歯歯車を楕円形に撓めて、その長軸方向の両端に位置している外歯部分を剛性内歯歯車の内歯部分に噛み合わせている。波動発生器をモータ等によって回転すると、両歯車の噛合位置が円周方向に移動する。この結果、両歯車の歯数差に起因して両歯車に相対回転が発生する。一般には両歯車の歯数差は２枚とされ、内歯歯車が装置ハウジング等に固定されているので、歯数差に基づき大幅に減速された回転出力が外歯歯車から取出される。
【０００４】
本発明者は、この構成の波動歯車装置の軽量化を実現するために、その剛性内歯歯車および波動発生器をアルミニウム合金等の軽量合金で製造することを提案している。例えば、特開平１０−３１８３３８号公報においてこのような軽量波動歯車装置を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、アルミニウム合金を用いて波動歯車装置の軽量化を図った場合には、アルミニウム合金は放熱性が良いので問題は無い。しかし、アルミニウム合金よりも硬度および強度が高い軽量のチタン合金を用いると、放熱性が悪いので、実用的でない。特に、波動発生器は、モータなどによって高速回転し、そのウエーブベアリングの摩擦摺動部分、波動発生器と外歯歯車の間の摩擦摺動部分が波動歯車装置における最も大きな発熱源となる。したがって、波動発生器を構成しているハブおよび剛性カム板をチタン合金で製造した場合には、これらの部分が過熱状態に陥り、焼きつきなどの弊害が発生してしまう。
【０００６】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、チタン合金製の波動発生器を備えた放熱性の良い波動歯車装置を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、円環状をした剛性の内歯歯車と、円環状をした可撓性の外歯歯車と、この外歯歯車を半径方向に撓めて前記内歯歯車に対して部分的に噛み合わせると共に両歯車の噛合い位置を円周方向に移動させる波動発生器とを有する波動歯車装置において、前記波動発生器は、円環状のハブと、このハブの外周に形成された剛性カム板と、この剛性カム板の外周面と前記外歯歯車の内周面の間に嵌め込まれているウエーブベアリングとを備えており、前記ハブおよび前記剛性カム板のうち、少なくとも前記剛性カム板はチタン合金により形成されており、当該剛性カム板の両側面の少なくとも一部分は凹凸状の放熱面とされていることを特徴としている。
【０００８】
波動発生器（剛性カム板）は入力要素とされ、高速で回転するので、この部分に凹凸状の放熱面を形成しておけば、放熱性を良くすることができる。
【０００９】
ここで、前記放熱面としては、放射状に放熱フィンが形成された構成のものを採用することができる。
【００１０】
また、前記ハブと前記剛性カム板を、チタン合金製の単一部品として形成することもできる。
【００１１】
本発明では、前記剛性カム板の表面に、チタン合金よりも熱伝導率の高い銅などの放熱用のめっき皮膜が形成されている。このように、熱伝導度の良くないチタン合金の表面に熱伝導性の良い金属をめっきすることにより、熱拡散を助け、接触する他の部品との熱伝導速度を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明では、前記めっき皮膜を、厚さが５ないし５０ミクロンの範囲内の銅めっき皮膜としている。
【００１３】
さらに、本発明では、銅めっき皮膜が形成される前記剛性カム板の表面にはショットピーニングによる表面硬化処理を施している。このようにすれば、剛性カム板の表面積を増加させることができるので、熱拡散を促進することができる。この結果、放熱性を改善することができる。
【００１４】
本発明の軽量波動歯車装置では、その最も大きな発熱源となる波動発生器の剛性カム板の側面に放熱面を形成してある。波動発生器は高速回転するので、当該部分からの放熱が効率良く行われ、当該部分が過熱状態に陥ることを防止できる。また、放熱性の良い銅めっき皮膜が形成されているので、当該部分の放熱性をさらに高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した軽量波動歯車装置を説明する。
【００１６】
図１および図２は、本例のコップ型の波動歯車装置の一例を示す縦断面図および正面図である。これらの図に示すように、コップ型の波動歯車装置１は、円環状をした剛性の内歯歯車２と、この内側に配置されているコップ状の可撓性の外歯歯車３と、この外歯歯車３の内側に嵌め込まれた楕円形輪郭の波動発生器４から構成されている。
【００１７】
コップ状の外歯歯車３は、円筒状胴部３１と、この胴部３１の一端開口縁から半径方向の内方に伸びている円環状のダイヤフラム３２と、このダイヤフラム３２の内周縁に一体形成された円環状のボス３３と、胴部３１の他端側開口の外周部分に形成された外歯３４を備えている。外歯３４は、内歯歯車２の内歯２１に噛合い可能となっている。
【００１８】
波動発生器４は、円環状のハブ部分４１と、このハブ部分４１の外周面に一体形成された楕円形輪郭の剛性カム板部分４２と、この剛性カム板４２の外周面に嵌めたウエーブベアリング４３から構成されている。
【００１９】
波動発生器４は、外歯歯車３の外歯形成部分を楕円形に撓めて、その長軸方向の両端に位置している外歯３４の部分を内歯歯車２の内歯２１の部分に噛み合わせている。波動発生器をモータ等によって回転すると、両歯車２、３の噛合位置が円周方向に移動する。この結果、両歯車２、３の歯数差に起因して両歯車に相対回転が発生する。一般には両歯車の歯数差は２枚とされ、内歯歯車２が装置ハウジング等に固定されているので、歯数差に基づき大幅に減速された回転出力が外歯歯車３から取出される。
【００２０】
上記構成のコップ型の波動歯車装置１において、その波動発生器の構成部品である、円環状のハブ部分４１と剛性カム板部分４２は、チタン合金製の単一部品である。波動発生器４は、波動歯車装置１における重量の過半部分を占めているので、この部分をチタン合金とすることにより、当該波動歯車装置１の重量を大幅に低減できる。また、アルミニウム合金を用いる場合に比べて、強度および耐久性のある波動発生器を実現できる。
【００２１】
ここで、図３に示すように、本例の剛性カム板部分４２の円環状の両側側面４５、４６には、等しい角度間隔で放射状に延びる凹凸状の放熱フィン４５ａ、４６ａが形成された放熱面とされている。
【００２２】
また、ハブ部分４１および剛性カム板部分４２からなる単一部品の表面は、５ないし５０ミクロンの厚さの銅めっき皮膜４７によって覆われている。めっき皮膜４７は、チタン合金よりも熱伝導率の高いものとすればよい。
【００２３】
さらに、本例では、ハブ部分４１および剛性カム板部分４２の表面に、ショットピーニングによる表面積増加処理を施した後に、銅めっき皮膜４７が形成されている。
【００２４】
このように、構成した本例の波動歯車装置１では、その波動発生器４のハブ４１および剛性カム板４２が軽いチタン合金で形成されているので、波動歯車装置を軽量化できる。また、剛性カム板４２の両側面４５、４６には凹凸状の放熱フィン４５ａ、４６ａが形成され、さらに、その表面には熱伝導率の高い銅のめっき皮膜４７が形成されている。したがって、チタン合金製の剛性カム板４２の放熱性を改善でき、この部分が過熱状態に陥ることを回避できる。
【００２５】
なお、表１には、本例で使用したチタン合金および銅の熱伝導度などの特性を、アルミニウム製の波動歯車装置に使用可能なアルミニウム合金の熱伝導度などの特性と対比して示してある。
【００２６】
【表１】
0004795562.tif 000002
【００２７】
（その他の実施の形態）
上記の説明はコップ型の波動歯車装置に本発明を適用した場合である。本発明は、外歯歯車がシルクハット形状をした波動歯車装置に対しても同様に適用できる。シルクハット形状の外歯歯車は、円筒状の胴部と、この一端に連続して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厚肉のボスを備えた形状をしている。
【００２８】
また、波動発生器に形成する放熱面は上記の実施例に限定されるものではなく、その他の構造の放熱面であってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波動歯車装置においては、その装置重量の過半部分を占めると共に最も高温状態になる波動発生器の部分を、軽いチタン合金から形成すると共に、当該部分の表面に凹凸状の放熱面を形成してある。
【００３０】
したがって、本発明によれば、チタン合金からなる放熱性の良い波動発生器を備えた軽い波動歯車装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したコップ型の波動歯車装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の波動歯車装置の正面図である。
【図３】図１の波動歯車装置における波動発生器の剛性カム板およびハブの部分を取り出して示す部分断面図および部分正面図である。
【符号の説明】
１    波動歯車装置
２    内歯歯車
２１  内歯
３    外歯歯車
３１  胴部
３２  ダイヤフラム
３３  ボス
３４  外歯
４    波動発生器
４１  ハブ
４２  剛性カム板
４３  ウエーブベアリング
４５、４６  剛性カム板の両側面
４５ａ、４６ａ  放熱フィン
４７  めっき皮膜
【図１】
0004795562.tif 000003
【図２】
0004795562.tif 000004
【図３】
0004795562.tif 000005