(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内歯が形成された環状の剛性歯車と、前記内歯に噛み合い可能な外歯が形成された環状の可撓性歯車と、この可撓性歯車を半径方向に撓めて、前記外歯を部分的に前記内歯に噛み合わせると共に、これらの外歯および内歯の噛み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、
前記剛性歯車を装置ハウジング等の固定側部材に締結固定するための環状取り付け板を有し、
この環状取り付け板は、その外周側部分および内周側部分のうちの一方に形成した前記剛性歯車の環状支持面と、他方の側に形成した前記固定側部材への環状取り付け面とを備えており、
前記環状取り付け板の外周縁および内周縁の輪郭形状は波形であり、
前記外周縁の波形の各山および各谷は、前記内周縁の波形の各山および各谷と同一角度位置に現れるように形成されており、
各波の山の部分が、締結ボルトによって、それぞれ、前記固定側部材および前記環状支持面に取り付け固定されることを特徴とする波動歯車装置。
【請求項２】
内歯が形成された環状の剛性歯車と、前記内歯に噛み合い可能な外歯が形成された環状の可撓性歯車と、この可撓性歯車を半径方向に撓めて、前記外歯を部分的に前記内歯に噛み合わせると共に、これらの外歯および内歯の噛み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、
前記剛性歯車を装置ハウジング等の固定側部材に締結固定するための環状取り付け板を有し、
この環状取り付け板は、その外周側部分および内周側部分のうちの一方に形成した前記剛性歯車の環状支持面と、他方の側に形成した前記固定側部材への環状取り付け面とを備えており、
前記剛性歯車は鋳鉄製であり、
前記環状取り付け板は鋳鉄よりも靭性の高い金属素材から形成されていることを特徴とする波動歯車装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記環状取り付け板は、アルミニウム合金製あるいは鋼製であることを特徴とする波動歯車装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
前記剛性歯車の外周面には炭素繊維等の繊維素材が巻き付けられて、当該外周面に固着されていることを特徴とする波動歯車装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
前記環状取り付け板の厚さは、前記剛性内歯車の半径方向の厚さの１／５以下であることを特徴とする波動歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波動歯車装置に関し、特に、その剛性歯車の取り付け誤差に起因する角度伝達誤差、振動、歯面摩耗等の増加を抑制可能な波動歯車装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波動歯車装置の組み立て誤差が、その振動特性や角度伝達誤差に及ぼす影響については、「産業用ロボットの旋回駆動部における振動特性に関する研究」（日本機械学会論文集（Ｃ編）、５２ー４８０（１９８６）、２２０７ー２２１２）、「波動歯車装置を有するロボット系の振動の理論解析」（日本機械学会論文集（Ｃ編）、５５ー５１６（１９８９）、１８６４ー１８７１）、「波動歯車装置の回転伝達誤差の関する研究（実験による考察）」（日本機械学会論文集（Ｃ編）、６１ー５９２（１９９５）、２０２ー２１０）、「波動歯車装置の伝達性能に関する研究」（山口大学、学位論文、１９９５）等の研究が知られている。
【０００３】
これらの研究で考慮されている組み立て誤差は、剛性歯車の半径方向の変形と倒れ、波動発生器の倒れと芯ずれ、および可撓性歯車の回転軸の芯ずれの５種類のみである。また、これらの従来の研究によれば、高い回転精度を得るためには波動歯車装置を高精度に組み付ける必要があることが指摘されているのみである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の波動歯車装置の組み立て誤差としては、上記の５種類の組み立て誤差以外にも各種のものがある。しかし、従来においてはそのような組み立て誤差による角度伝達誤差への影響等については考慮されていない。このために、従来の知見に基づくのみでは、実用において角度伝達誤差を効果的に低減するためには、どのような組み立て誤差、加工誤差を低減すればよいのか不明である。
【０００５】
また、実際の組み立てに当たって、組み立て誤差を低減するためにやみくもに各部品の加工精度等を高めることは、例えば、波動歯車装置を取り付ける装置のコストを増大させることになるので、実用的ではない。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、本発明者が行った研究により初めて明らかになった事項に基づき、剛性歯車の取り付け面の精度を高めることなく、当該取り付け面の加工誤差に起因する剛性歯車の取り付け誤差が原因となって発生する角度伝達誤差、振動、歯面摩耗の増大を抑制することのできる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】
本発明者は、実際の使用状態で起こり得る各種の組み立て誤差に基づき、波動歯車装置の角度伝達誤差を測定し、それぞれの組み立て誤差の影響度を把握した。この結果、次の点が初めて明らかになった。
【０００８】
すなわち、波動歯車装置の波動発生器には一般に調心機構（オルダム機構）が付いているが、この場合、波動歯車装置の構成要素である剛性歯車、可撓性歯車および波動発生器の各種の取り付け誤差の中で、角度伝達誤差に最も大きな影響を及ぼす要因は、剛性歯車に半径方向および軸方向の変形を与える取り付け誤差である。このような変形は、剛性部材が取り付けられる固定側部材の取り付け面の加工精度、当該取り付け面に対する剛性部材の組み付け誤差等が主要な原因となって発生する。
【０００９】
本発明者は、かかる知見に基づき、剛性歯車の取り付け面に加工誤差があったとしても、剛性歯車を半径方向および軸方向に変形させずに組み立てることが可能となった波動歯車装置を実現した。そして、本発明の波動歯車装置によれば、各部品の加工精度を高めることなく、角度伝達誤差、振動、歯面摩耗等を抑制できることが確認された。
【００１０】
詳細に説明すると、本発明は、内歯が形成された環状の剛性歯車と、前記内歯に噛み合い可能な外歯が形成された環状の可撓性歯車と、この可撓性歯車を半径方向に撓めて、前記外歯を部分的に前記内歯に噛み合わせると共に、これらの外歯および内歯の噛み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、前記剛性歯車を装置ハウジング等の固定側部材に締結固定するための環状取り付け板を有し、この環状取り付け板は、その外周側部分および内周側部分のうちの一方に形成した前記剛性歯車の環状支持面と、他方の側に形成した前記固定側部材への環状取り付け面とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
このように構成した本発明の波動歯車装置においては、剛性歯車が環状取り付け板を介して装置ハウジング等に形成した取り付け面に締結固定される。この結果、装置ハウジング等に形成した取り付け面の面精度が悪くても、その誤差は、環状取り付け板の変形によって吸収される。よって、装置ハウジング等に形成した取り付け面に加工誤差がそのまま剛性歯車に伝わり、当該剛性歯車が半径方向あるいは軸線方向に変形してしまうことがない。また、環状取り付け板は、その面外方向（装置軸線方向）の剛性は低いが、接線方向（トルクによるねじり方向）の剛性は高い。このため、環状取り付け板を配置したことにより、波動歯車装置の性能を低下させることなく、角度伝達誤差を低減できる。また、振動発生、歯面摩耗の発生等も抑制できる。
【００１２】
ここで、剛性歯車は一般に加工性および耐摩耗性に優れた鋳鉄から形成される。従って、環状取り付け板は鋳鉄よりも靭性の高い金属素材から形成すれば、装置ハウジング等に形成した取り付け面の加工誤差等が当該環状取り付け板に吸収され、剛性歯車には伝わらない。このような環状取り付け板としては、アルミニウム合金製あるいは鋼製のものを挙げることができる。
【００１３】
また、同様な見地から、環状取り付け板の厚さは、剛性歯車の半径方向の厚さの１／５以下とすることが望ましい。
【００１４】
逆に、剛性歯車の変形、特に半径方向の変形を防止するためには、その半径方向の剛性を高めることが望ましい。このためには、剛性歯車の外周面に、炭素繊維等の繊維素材を巻き付け、これを当該外周面に固着した構造とすればよい。
【００１５】
なお、環状取り付け板の面外方向の剛性を高めるためには、当該環状取り付け板の前記環状支持面と環状取り付け面の間に、面外方向に折れ曲がった折れ曲がり部分を形成すればよい。
【００１６】
また、装置ハウジング等に形成した取り付け面の加工誤差等が当該環状取り付け板に吸収されて剛性歯車には伝わらないようにするためには、環状取り付け板の外周縁および内周縁のうちの少なくとも一方の縁を、波形状の輪郭形状とすることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）、（Ｂ）には本発明を適用したカップ型波動歯車装置の例を示してある。これらの図に示すように、波動歯車装置１は、環状の剛性歯車２と、この内側に配置したカップ形の可撓性歯車３と、この可撓性歯車３の内側に嵌めた波動発生器４とを有している。更に、剛性歯車２を、固定側部材である装置ハウジング５に形成した環状取り付け面５１に取り付けるための環状取り付け板６を有している。
【００１８】
波動発生器４は、不図示の入力軸が連結固定されるプラグ４１と、この外周に嵌めた剛性カム板４２と、この剛性カム板４３の外周に嵌めたボールベアリング４４とを備え、さらに、剛性カム板４２は、プラグ４１の外周に対して調心機構４５を介して嵌め込まれており、半径方向に僅かに変位可能である。剛性カム板４３は典型的には楕円形をしており、従って、その外側に嵌めたボールベアリングの外輪の外側に嵌められているカップ形可撓性歯車３は、外周に外歯３１が形成されている部分が楕円形に撓められ、当該楕円形の長軸の両端位置において剛性歯車２に形成されている内歯２１に対して部分的に噛み合っている。  カップ形可撓性歯車３は、外歯３１が形成されている円筒部３２と、この一端に連続して形成されている環状のダイヤフラム３３と、このダイヤフラム３３の中心に一体形成されている厚肉のボス３４とを備えている。ボス３４には、不図示の減速回転出力軸が連結固定される。
【００１９】
剛性歯車２の環状本体２２は矩形断面であり、その一方の環状端面２３は、環状取り付け板６の内周側部分６１の表面側の環状支持面６２に取り付け固定されている。取り付け固定方法としては、図に示すように円周方向に所定のピッチで配置した複数本の締結ボルト７を用いる方法の他に、接着剤を用いる方法や溶接により取り付ける方法を採用することができる。しかしながら、ピンにより位置決めおよび固定を行う方法は採用しないことが望ましい。
【００２０】
環状取り付け板６の外周側部分６３の裏面側の環状取り付け面６４は、装置ハウジング５に形成した環状取り付け面５１に取り付け固定されている。取り付け固定方法としては、剛性歯車２との取り付け固定方法の場合と同様に、図に示すように円周方向に向けて所定のピッチで配列した複数本の締結ボルト８を用いる方法の他に、接着剤を用いる方法や溶接により取り付ける方法を採用することができる。しかしながら、この場合においても、ピンにより位置決めおよび固定を行う方法は採用しないことが望ましい。
【００２１】
ここで、本例では、剛性歯車２は、加工性および耐摩耗性に優れた鋳鉄製のものである。これに対して、環状取り付け板６は、鋳鉄に比べて靭性に優れたアルミニウム合金製あるいは鋼製のものである。
【００２２】
また、本例では、環状取り付け板６の厚さを、剛性歯車２の半径方向の厚さの１／５以下の寸法となるように設定してある。
【００２３】
このように構成した本例の波動歯車装置１においては、その剛性歯車２は環状取り付け板６を介して固定側部材である装置ハウジング５の取り付け面５１に取り付け固定されている。環状取り付け板６は、靭性の高いアルニミウム合金製あるいは鋼製からなる薄板であるので、その面外方向（装置軸線１ａの方向）の剛性は低い。しかし、その接線方向（トルクによるねじり方向）の剛性は高い。
【００２４】
装置ハウジング５の取り付け面５１の精度が悪い場合、あるいはこの取り付け面５１に対する環状取り付け板６の組み付け精度が悪い場合においては、当該環状取り付け板６に取り付けられている剛性歯車２にも組み付け誤差がそのまま現れる。しかるに、この状態で各部品を組み付けた場合、剛性の最も低い環状取り付け板６が変形して、このような組み付け誤差が解消され、剛性歯車２が半径方向あるいは軸線方向に変形してしまうことはない。この結果、装置ハウジング側の取り付け面５１に面精度等に影響されて剛性歯車２の内歯２１の部分に部分的な倒れ等が生じて、角度伝達誤差の増大や、振動、歯面摩耗の増大等といった弊害は発生しない。
【００２５】
また、このような環状取り付け板６を介して剛性歯車２を装置ハウジング５の側に取り付けたとしても、当該環状取り付け板６は上記のように接線方向の剛性は高いので、波動歯車装置１の性能が阻害されることもない。
【００２６】
さらに、環状取り付け板６はプレス加工により簡単に製造できるので、装置の製造コストが大幅に増加することも無い。
【００２７】
（剛性歯車の別の例）
ここで、波動歯車装置１の小型化、軽量化を図るための有効な方法の一つには、剛性歯車２の半径方向の厚さを薄くする方法がある。単純に剛性歯車２を薄くすると、その剛性が低下してしまうので、半径方向の変位、軸線方向の変位が増加して、装置の角度伝達誤差が低下するおそれがある。
【００２８】
上記構成の環状取り付け板６を介して剛性歯車２を装置ハウジング５の側に取り付けるようにすれば、剛性歯車２の変形を抑制できるので、その厚さを薄くできる。しかしながら、この場合においても剛性歯車自体の剛性は高い方が望ましいことは言うまでもない。
【００２９】
剛性内歯歯車を薄くできると共にその剛性を高めるためには、図２に示すように、半径方向の厚さを薄くした剛性歯車２Ａの外周面２３に炭素繊維等の繊維素材２４を巻き付けてそこに固着することが望ましい。例えば、エポキシ樹脂を含浸させた繊維素材２４を外周面２３に巻き付ければ、エポキシ樹脂によって繊維素材２４を剛性歯車２Ａに固着できる。この構成の剛性歯車２Ａを環状取り付け板６を介して装置ハウジング５の取り付け面５１に取り付け固定する構成を採用すれば、小型軽量で、しかも、装置ハウジング５の取り付け面５１の精度にかかわらず角度伝達誤差等の少ない波動歯車装置を実現できる。
【００３０】
（環状取り付け板の別の例）
図３（Ａ）、（Ｂ）には環状取り付け板６の別の例を示してある。これらは環状取り付け板に面外方向に折り曲げ部分を形成して、その軸線方向の剛性を高めたものである。
【００３１】
図３（Ａ）に示す環状取り付け板６Ａは、剛性内歯歯車が取り付けられる内周側部分６１と、装置ハウジングの側の取り付け面５１に取り付けられる外周側部分６３の間に、装置軸線方向に直角に折れ曲がった折れ曲がり部６６が備わっている。
【００３２】
図３（Ｂ）に示す環状取り付け板６Ｂは、その内周側部分６１と外周側部分６３の間に直角よりも小さな角度で折り曲げた折れ曲がり部６７が備わっている。
【００３３】
図４（Ａ）、（Ｂ）には、環状取り付け板のさらに別の例を示してある。図４（Ａ）に示す環状取り付け板６Ｃは、その外周縁６８および内周縁６９の輪郭形状が波形となっており、各波の山の部分が、締結ボルト８、７によって、それぞれ、装置ハウジング５の取り付け面５１および剛性歯車の環状端面２２に取り付け固定されるようになっている。
【００３４】
これに対して図４（Ｂ）に示す環状取り付け多６Ｄでは、その外周縁６８が波形となっているのみであり、内周縁７０は円形輪郭のままである。
【００３５】
【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、剛性歯車を環状取り付け板を介して固定側部材に形成した取り付け面に取り付け固定している。従って、固定側部材の取り付け面に誤差があったとしても、その影響は環状取り付け面の変形によって補正され、剛性歯車が半径方向あるいは軸線方向に変形することを回避できる。よって、本発明によれば、取り付け面精度に影響されて剛性歯車が半径方向あるいは軸線方向に変形することに起因した角度伝達誤差の増大、振動や歯面摩耗の増大を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明を適用した波動歯車装置の概略断面構成図であり、（Ｂ）はその主要部品の側面構成図である。
【図２】図１の剛性歯車の別の例を示す構成図である。
【図３】図１の環状取り付け板の二例を示す説明図である。
【図４】図１の環状取り付け板の更に別の二例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  波動歯車装置
２  剛性歯車
２１  内歯
２２  環状端面
２３  外周面
３  カップ形可撓性歯車
３１  外歯
４  波動発生器
５  装置ハウジング（固定側部材）
５１  環状取り付け面
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ  環状取り付け板
６１  内周側部分
６２  環状支持面
６３  外周側部分
６４  環状取り付け面
６６、６７  折れ曲がり部
６８  波形輪郭の外周縁
６９  波形輪郭の内周縁
７、８  締結ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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