(57)【要約】【課題】構造が簡単で伝達効率の低下を抑制する波動歯車伝達装置を提供する。【解決手段】波動歯車伝達装置１が、第１剛性内歯車２及び第２剛性内歯車３と、可撓性外歯車ユニットＵと、波動発生器６とを含む。可撓性外歯車ユニットＵは、第１剛性内歯車２と噛み合う第１可撓性外歯車４及び第２剛性内歯車３と噛み合う第２可撓性外歯車５を含む単一のユニットとして形成される。波動発生器６は、楕円状の共通カム６２と、共通カム６２の外周面に配置された軸受６１とを含む。波動発生器６は、各前記可撓性外歯車４，５を撓み変形させて、各可撓性外歯車４，５を対応する剛性内歯車２，３に噛合させるとともに噛合位置を周方向に移動させる。【選択図】図１
2017044246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一軸線上に並べて配置された第１剛性内歯車および第２剛性内歯車と、
前記第１剛性内歯車と噛み合う第１可撓性外歯車および前記第２剛性内歯車と噛み合う第２可撓性外歯車を含む単一のユニットとして形成された可撓性外歯車ユニットと、
楕円状の共通カムと前記共通カムの外周面に配置された軸受とを含み、前記軸受を介して各前記可撓性外歯車を撓み変形させて、各可撓性外歯車を対応する剛性内歯車に噛合させるとともに噛合位置を周方向に移動させる共通の波動発生器と、備える波動歯車伝達装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第１剛性内歯車、前記第１可撓性外歯車、前記第２剛性内歯車、および前記第２可撓性外歯車の各歯数が互いに異なっている波動歯車伝達装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第１剛性内歯車および前記第１可撓性外歯車の基準ピッチ円直径の差分Δ１と、前記第２剛性内歯車および前記第２可撓性外歯車の基準ピッチ円直径の差分Δ２とは、下記の関係式を満たす波動歯車伝達装置。
０≦｜Δ１−Δ２｜≦３０μｍ
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項において、前記波動発生器は、回転入力要素であり、
前記第１剛性内歯車は、回転不能に拘束されており、
前記第２剛性内歯車は、減速回転出力要素である波動歯車伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波動歯車伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、１段目および２段目の調和減速機を備え、各段の調和減速機が、剛性内歯車と可撓性外歯車と波動発生器とをそれぞれ含む減速装置が提案されている。
特許文献２では、同軸状に並列配置された第１サーキュラスプラインおよび第２サーキュラスプラインと、両サーキュラスプラインに噛み合い可能な円筒状のフレクススプラインと、フレクススプラインの軸方向の一方の部分を第１サーキュラスプラインに部分的に噛み合わせる第１ウェーブジェネレータと、フレクススプラインの軸方向の他方の部分を第２サーキュラスプラインに部分的に噛み合わせる第２ウェーブジェネレータとを備える減速機が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３４８７９２号公報
【特許文献２】特許第４９４８４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、各段の調和減速機が３つの要素を含むので、構造が複雑である。
特許文献２では、フレクススプライン（可撓性外歯車に相当）において、前記一方の部分と前記他方の部分とが、各別のウェーブジェネレータによって別々に楕円変形される。このため、各部分が精度良く楕円変形できなくり、伝達効率が低下するおそれがある。
本発明の目的は、構造が簡単で伝達効率の低下を抑制することができる波動歯車伝達装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、同一軸線（２ａ）上に並べて配置された第１剛性内歯車（２）および第２剛性内歯車（３）と、前記第１剛性内歯車と噛み合う第１可撓性外歯車（４）および前記第２剛性内歯車と噛み合う第２可撓性外歯車（５）を含む単一のユニットとして形成された可撓性外歯車ユニット（Ｕ）と、楕円状の共通カム（６２）と前記共通カムの外周面に配置された軸受（６１）とを含み、前記軸受を介して各前記可撓性外歯車を撓み変形させて、各可撓性外歯車を対応する剛性内歯車に噛合させるとともに噛合位置を周方向に移動させる共通の波動発生器（６）と、備える波動歯車伝達装置（１）を提供する。
【０００６】
なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
また、請求項２のように、前記第１剛性内歯車、前記第１可撓性外歯車、前記第２剛性内歯車、および前記第２可撓性外歯車の各歯数（ＺＲ１，ＺＦ１，ＺＲ２，ＺＦ２）が互いに異なっていてもよい。
【０００７】
また、請求項３のように、前記第１剛性内歯車および前記第１可撓性外歯車の基準ピッチ円直径（ＤＲ１，ＤＦ１）の差分Δ１と、前記第２剛性内歯車および前記第２可撓性外歯車の基準ピッチ円直径（ＤＲ２，ＤＦ２）の差分Δ２とは、下記の関係式を満たしていてもよい。
０≦｜Δ１−Δ２｜≦３０μｍ
また、請求項４のように、前記波動発生器は、回転入力要素であり、前記第１剛性内歯車は、回転不能に拘束されており、前記第２剛性内歯車は、減速回転出力要素であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、共通カムを有する共通の波動発生器を用いるので、構造を簡素化することができる。可撓性外歯車ユニットの各可撓性外歯車を共通カムを用いて精度良く楕円変形させることができるので、伝達効率の低下を抑制することができる。
請求項２の発明によれば、各可撓性外歯車が楕円状に撓められる撓み量は、各可撓性外歯車と対応する剛性内歯車との歯数差に、モジュールを乗じた積に相当する。各歯車の歯数を相互に異ならせて、各可撓性外歯車が楕円状に撓められる撓み量を等しくすることにより、可及的に共通カムを用いることが可能となる。
【０００９】
請求項３の発明によれば、各可撓性外歯車と対応する剛性内歯車との基準ピッチ円直径の差分が、各可撓性外歯車が楕円状に撓められる撓み量に相当する。各可撓性外歯車が楕円状に撓められる撓み量を実質的に同一とすることで、両可撓性外歯車を精度良く楕円変形させることが可能となる。可及的に共通カムを用いることが実質的に可能となる。
請求項４の発明によれば、第１剛性内歯車と第１可撓性外歯車との歯数差に基づく減速と、第２剛性内歯車と第２可撓性外歯車との歯数差に基づく減速とを重畳して、高い減速比を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の波動歯車伝達装置の概略断面図である。
【図２】（ａ）は第１可撓性外歯車が円形から楕円形に撓まされて第１剛性内歯車と噛み合うときの模式図である。（ｂ）は第２可撓性外歯車が円形から楕円形に撓まされて第２剛性内歯車と噛み合うときの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態の波動歯車伝達装置の概略断面図である。図１に示すように、波動歯車伝達装置１は、第１剛性内歯車２と、第２剛性内歯車３と、第１可撓性外歯車４と、第２可撓性外歯車５と、波動発生器６と、入力軸７と、第１部材８と、第２部材９と、クロスローラベアリング１０と、第１軸受１１と、第２軸受１２とを備えている。波動歯車伝達装置１は、減速機または増速機に用いられる。
【００１２】
第１剛性内歯車２は環状をなし、内周面に複数の第１内歯２１を形成している。第２剛性内歯車３は環状をなし、内周面に複数の第２内歯３１を形成している。
第１可撓性外歯車４および第２可撓性外歯車５を含む単一のユニットとして、筒状の可撓性外歯車ユニットＵが構成されている。可撓性外歯車ユニットＵは、第１剛性内歯車２および第２剛性内歯車３の内側に配置されている。第１可撓性外歯車４および第２可撓性外歯車５は、装置軸線１ａの方向（入力軸７の軸方向Ｘに相当）に離隔している。
【００１３】
第１可撓性外歯車４は、可撓性外歯車ユニットＵの外周面の周方向に配列された複数の第１外歯４１を有している。第２可撓性外歯車５は、可撓性外歯車ユニットＵの外周面の周方向に配列された複数の第２外歯５１を有している。
入力軸７は、モータの出力軸等の回転源に接続固定される回転入力要素を構成する。また、第１剛性内歯車２は、第１部材８によって回転不能に拘束される回転不能要素を構成する。また、第２剛性内歯車３は、第２部材９と一体に形成されて、減速回転出力要素を構成している。
【００１４】
第１部材８および第２部材９は、環状の部材であり、第１部材８および第２部材９の中心軸線は、装置軸線１ａに一致している。
入力軸７は、第１部材８および第２部材９の中心を、装置軸線１ａの方向に向けて挿通するように延びている。入力軸７は、第１部材８および第２部材９によって、それぞれ、第１軸受１１および第２軸受１２を介して、回転可能に支持されている。第１軸受１１および第２軸受１２は、例えば玉軸受からなる。
【００１５】
第１剛性内歯車２は、内周面に複数の第１内歯２１が形成された環状部２２と、環状部２２の一端から径方向外方に延設された延設部２３とを含む。
第１部材８は、装置軸線１ａの方向に離隔する一対の部材８１，８２を含む。第１剛性内歯車２の延設部２３は、装置軸線１ａの方向に関して、一対の部材８１，８２の間に挟持されている。このため、第１剛性内歯車２は回転不能に拘束されている。
【００１６】
第１部材８の一対の部材８１，８２と第１剛性内歯車２とが、固定ねじ１３によって互いに締結されている。固定ねじ１３は、第１部材８の円周方向に一定の間隔で複数本設けられる。
第１軸受１１は、第１部材８の一方の部材８１の径方向内端に形成されたボス部８３の内周面と入力軸７の軸方向Ｘの一端の外周面７ａとの間に介在している。第２剛性内歯車３は、第１部材８の他方の部材８２の径方向の内方に配置されている。
【００１７】
第２剛性内歯車３は、内周面に複数の第２内歯３１が形成された環状部３２と、環状部３２の一端から径方向内方に延設された延設部３３と、延設部３３の径方向内端に形成されたボス部３４とを含む。
第２軸受１２は、第２剛性内歯車３のボス部３４の内周面と入力軸７の軸方向Ｘの他端の外周面７ｂとの間に介在している。第２剛性内歯車３のボス部３４は、筒状の第２部材９の一端に一体に連結されている。
【００１８】
クロスローラベアリング１０は、径方向に関して、第１部材８の他方の部材８２の内周面８２ａと第２部材９の外周面９ａとの間に介在している。クロスローラベアリング１０は、外輪１４と、内輪１５と、ローラ１６とを含む。
クロスローラベアリング１０の外輪１４は、第１部材８の他方の部材８２の内周面８２ａに固定されている。このため、外輪１４は回転不能に拘束されている。クロスローラベアリング１０の内輪１５は、第２部材９の外周面９ａに、一体回転可能に連結されている。
【００１９】
波動発生器６は、軸受６１と、楕円状の共通カム６２とを含む。軸受６１は、可撓性を有している。共通カム６２は、軸受６１の内周側に配置されている。共通カム６２は、軸受６１を外周側に弾性変形させる。
軸受６１は、内輪６３と、外輪６４と、複数のボール６５と、リテーナ（図示せず）とを含む。内輪６３および外輪６４は、可撓性を有している。ボール６５は、内輪６３と外輪６４の間に、自転及び公転可能に挟持されている。ボール６５は、図示のような複列に配列されてもよいし、単列に配列されてもよい。
【００２０】
前記リテーナは、ボール６５を互いに離隔して保持するようになっている。軸受６１は、楕円状の共通カム６２が設けられていない状態では真円形状になっている。
共通カム６２は、入力軸７の軸方向Ｘの中間部の外周面７ｃに一体に形成されている。共通カム６２は、入力軸７の軸方向Ｘの中間部の外周面７ｃにねじ止め等により固定されるものであってもよい。
【００２１】
共通カム６２の長径は、軸受６１の内輪６３の内径より大きく設定され、共通カム６２の短径は、内輪６３の内径より小さく設定されている。このため、共通カム６２が内輪６３の内周側に配置されることにより、長径部の２箇所で内輪６３を外周側に押圧して内輪６３を楕円形に弾性変形させる。共通カム６２が回転することに伴って長径部が回転し、弾性変形した内輪６３は、共通カム６２と一体回転する。
【００２２】
外輪６４は、可撓性外歯車ユニットＵの内周側に固定されており、可撓性外歯車ユニットＵと一体回転する。内輪６３と外輪６４とは独立して回転可能であるので、内輪６３は共通カム６２の回転と一体回転し、外輪６４は内輪６３により楕円形に撓められる。
これにより、波動発生器６は、可撓性外歯車ユニットＵの第１可撓性外歯車４および第２可撓性外歯車５を略楕円形に撓ませると共に、その長径部の２箇所で部分的に、各可撓性外歯車４，５を対応する剛性内歯車２，３に係合させる。
【００２３】
すなわち、模式図である図２（ａ）に示すように、第１可撓性外歯車４が、実線で示される円形から一点鎖線で示される楕円形に撓まされて、第１剛性内歯車２に噛み合う。
また、模式図である図２（ｂ）に示すように、第２可撓性外歯車５が、実線で示される円形から一点鎖線で示される楕円形に撓まされて、第２剛性内歯車３に噛み合う。
ここで、各歯車２〜５の歯数を下記で表す。
【００２４】
ＺＲ１：第１剛性内歯車２の歯数
ＺＲ２：第２剛性内歯車３の歯数
ＺＦ１：第１可撓性外歯車４の歯数
ＺＦ２：第２可撓性外歯車５の歯数
第１剛性内歯車２の基準ピッチ円直径ＤＲ１、および第１可撓性外歯車４の基準ピッチ円直径ＤＦ１は、両歯車２，４のモジュールをＭ１として、下記式（１），（２）で表される。
【００２５】
ＤＲ１＝ＺＲ１・Ｍ１                …（１）
ＤＦ１＝ＺＦ１・Ｍ１                …（２）
下記式（３）で示される両基準ピッチ円直径ＤＲ１，ＤＦ１の差分Δ１が、第１可撓性外歯車４を楕円形に撓める撓み量ｅ１［図２（ａ）では、長径方向の両側で片側ｅ１／２ずつとなる。］に相当する（Δ１＝ｅ１）ので、下記式（４）が成立する。
【００２６】
Δ１＝ＤＲ１−ＤＦ１                …（３）
ｅ１＝（ＺＲ１−ＺＦ１）・Ｍ１      …（４）
すなわち、撓み量ｅ１は、第１可撓性外歯車４および第１剛性内歯車２の歯数差（ＺＲ１−ＺＦ１）に、モジュールＭ１を乗じた積に相当する。
また、第２剛性内歯車３の基準ピッチ円直径ＤＲ２、および第２可撓性外歯車５の基準ピッチ円直径ＤＦ２は、両歯車３，５のモジュールをＭ２として、下記式（５），（６）で表される。
【００２７】
ＤＲ２＝ＺＲ２・Ｍ２                …（５）
ＤＦ２＝ＺＦ２・Ｍ２                …（６）
下記式（７）で示される両基準ピッチ円直径ＤＲ２，ＤＦ２の差分Δ２が、第２可撓性外歯車５を楕円形に撓める撓み量ｅ２［図２（ｂ）では、長径方向の両側で片側ｅ２／２ずつとなる。］に相当する（Δ２＝ｅ２）ので、下記式（８）が成立する。
【００２８】
Δ２＝ＤＲ２−ＤＦ２                …（７）
ｅ２＝（ＺＲ２−ＺＦ２）・Ｍ２      …（８）
すなわち、撓み量ｅ２は、第２可撓性外歯車５および第２剛性内歯車３の歯数差（ＺＲ２−ＺＦ２）に、モジュールＭ２を乗じた積に相当する。
共通カム６２を用いて、すなわち１つの楕円形状を用いて、第１可撓性外歯車４および第２可撓性外歯車５を楕円変形させる場合、第１可撓性外歯車４および第２可撓性外歯車５の撓み量ｅ１，ｅ２を等しくする必要がある。仮に、両撓み量ｅ１，ｅ２が等しくされていないと、可撓性外歯車ユニットＵに無理な変形が生じるため振動が発生したりして、トルク伝達の効率が低下するからである。
【００２９】
そこで、両撓み量ｅ１，ｅ２を等しくするために、前記の式（４）、（８）において、各歯車２〜５の歯数ＺＲ１，ＺＲ２，ＺＦ１，ＺＦ２を相互に異ならせるとともに、各モジュールＭ１，Ｍ２の値を調整する。これにより、第１可撓性外歯車４が楕円状に撓められる撓み量ｅ１と第２可撓性外歯車５が楕円状に撓められる撓み量ｅ２とを概ね等しくすることが容易に達成される。可及的に共通カム６２を用いることが可能となる。
【００３０】
例えば、第１可撓性外歯車４の基準ピッチ円直径ＤＦ１が６３．５ｍｍであり、第１剛性内歯車２の基準ピッチ円直径ＤＲ１を６４．１３５ｍｍであるときに、第１可撓性外歯車４の歯数ＺＦ１を２００とし、第１剛性内歯車２の歯数ＺＲ１を２０２とし、両歯車４，２のモジュールＭ１を０．３１７５ｍｍとすることで、撓み量ｅ１を０．３１７５ｍｍに設定することができる。
【００３１】
また、第２可撓性外歯車５の基準ピッチ円直径ＤＦ２が６３．５ｍｍであり、第２剛性内歯車３の基準ピッチ円直径ＤＲ１を６４．００８ｍｍであるときに、第２可撓性外歯車５の歯数ＺＦ１を２５０とし、第２剛性内歯車３の歯数ＺＲ２を２５２とし、両歯車５，３のモジュールＭ１を０．２５４ｍｍとすることで、撓み量ｅ２を０．３１７５ｍｍに設定して、両撓み量ｅ１，ｅ２を等しくすることができる。
【００３２】
ただし、両撓み量ｅ１，ｅ２に相当する差分Δ１，Δ２は、実質的に等しくされていればよい。具体的には、下記式（９）が満足されればよい。
０≦｜Δ１−Δ２｜≦３０μｍ          …（９）
波動発生器６は、各可撓性外歯車４，５の径方向反対側の２箇所を外周側に向けて押圧し楕円形に弾性変形させることにより、各可撓性外歯車４，５の長径部の外歯４１，５１をそれぞれ対応する内歯２１，３１に噛合させる。
【００３３】
そして、波動発生器６は、各可撓性外歯車４，５とそれぞれ対応する剛性内歯車２，３との噛み合わせ位置を周方向に移動することにより、各可撓性外歯車４，５と対応する剛性内歯車２，３とを差動させる。
モータの出力軸等の回転源（図示せず）に連結された入力軸７が高速回転すると、楕円形状の波動発生器６によって楕円形状に撓められて円周方向の２か所で第１内歯２１に噛み合っている第１外歯４１の噛合部分は円周方向に移動する。また、楕円形状の波動発生器６によって楕円形状に撓められて円周方向の２か所で第２内歯３１に噛み合っている第２外歯５１の噛合部分は円周方向に移動する。
【００３４】
第１外歯４１および第１内歯２１の歯数ＺＦ１，ＺＲ１は異なっているので、歯数差に応じた相対回転が第１可撓性外歯車４と第１剛性内歯車２との間に発生する。また、第２外歯５１と第２内歯３１の歯数ＺＦ２，ＺＲ２は異なっているので、歯数差に応じた相対回転がこれらの第２可撓性外歯車５と第２剛性内歯車３との間に発生する。
すなわち、入力軸７からの回転が、２段減速により大幅に減速され、その減速回転が、第２部材９から出力される。
【００３５】
具体的には、第２剛性内歯車３（減速回転出力要素）の回転数に対する入力軸７（入力回転要素）の回転数の比である減速比ｉは、下記の式（１０）で表される。
ｉ＝１／｛１−（ＺＲ２／ＺＦ２）・（ＺＦ１／ＺＲ１）｝        …（１０）
例えば、第１剛性内歯車２の歯数ＺＲ１が２０２であって第１可撓性外歯車４の歯数ＺＦ１が２００であり、第２剛性内歯車３の歯数ＺＲ２が２５２であって第２可撓性外歯車５の歯数ＺＦ２が２５０である場合、減速比ｉは、式（１０）を用いて、ｉ＝５０５となり、高減速比を得ることができる。
【００３６】
本実施形態によれば、共通カム６２を有する共通の波動発生器６を用いるので、構造を簡素化することができる。可撓性外歯車ユニットＵの各可撓性外歯車４，５を共通カム６２を用いて精度良く楕円変形させることができるので、伝達効率の低下を抑制することができる。
また、各可撓性外歯車４，５が楕円状に撓められる撓み量ｅ１，ｅ２は、前記の式（４）、（８）に示されるように、各可撓性外歯車４，５と対応する剛性内歯車２，３との歯数差に、対応するモジュールＭ１，Ｍ２を乗じた積に相当する。したがって、各歯車２，３，４，５の歯数ＺＲ１，ＺＲ２，ＺＦ１，ＺＦ２を相互に異ならせて、第１可撓性外歯車４が楕円状に撓められる撓み量ｅ１と第２可撓性外歯車５が楕円状に撓められる撓み量ｅ２とを等しくすることにより、可及的に共通カム６２を用いることが可能となる。
【００３７】
両撓み量ｅ１，ｅ２は、完全に一致していてもよいし、完全に一致していなくても両撓み量ｅ１，ｅ２の差分の絶対値｜ｅ１−ｅ２｜に相当する前記差分Δ１，Δ２の差分の絶対値｜Δ１−Δ２｜が、式（９）に示すように所定の誤差範囲内にあればよい。
すなわち、第１可撓性外歯車４が楕円状に撓められる撓み量ｅ１（差分Δ１に相当）と第２可撓性外歯車５が楕円状に撓められる撓み量ｅ２（差分Δ２に相当）とが実質的に同一であればよい。これにより、共通カム６２を用いて、両可撓性外歯車４，５を精度良く楕円変形させることが可能となる。可及的に共通カム６２を用いることが実質的に可能となる。
【００３８】
また、第１剛性内歯車２と第１可撓性外歯車４との歯数差に基づく減速と、第２剛性内歯車３と第２可撓性外歯車５との歯数差に基づく減速とを重畳して、高い減速比を得ることができる。
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、第１剛性内歯車、第２剛性内歯車および波動発生器の何れか１つが回転不能に拘束され、残りの２つのうちの一方が回転入力要素であり、他方が回転出力要素であればよい。
【００３９】
その他、本発明は特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…波動歯車伝達装置、１ａ…装置軸線、２…第１剛性内歯車（回転不能要素）、３…第２剛性内歯車（減速回転出力要素）、４…第１可撓性外歯車、５…第２可撓性外歯車、６…波動発生器、７…入力軸（回転入力要素）、７ａ，７ｂ，７ｃ…外周面、８…第１部材、９…第２部材、１０…クロスローラベアリング、２１…第１内歯、３１…第２内歯、４１…第１外歯、５１…第２外歯、６１…軸受、６２…共通カム、６３…内輪、６４…外輪、６５…ボール、ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＦ１，ＤＦ２…基準ピッチ円直径、Δ１，Δ２…差分、ｅ１，ｅ２…撓み量、ｉ…減速比、Ｍ１，Ｍ２…モジュール、Ｕ…可撓性外歯車ユニット、ＺＲ１，ＺＲ２，ＺＦ１，ＺＦ２…歯数
【図１】
2017044246.tif 000003
【図２】
2017044246.tif 000004