JP2024007784A - 波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中空構造化及び薄型化を図りながら、３０以下の減速比を実現可能であり、簡単な構造で、ラチェッティングの発生を防止可能な波動歯車装置を提供すること。【解決手段】本発明の波動歯車装置１００ａ，１００ｂは、サーキュラスプライン１１０と、ウェーブジェネレータ１２０と、出力部材１３０と、チェーン１４０とを備え、チェーン１４０が、サーキュラスプライン１１０の歯数より少ないリンク数のチェーンユニット１４１ａ，１４１ｂが回転軸方向に並列配置され相互に連結された２列以上のローラチェーンまたは２列以上のブシュチェーンからなり、ウェーブジェネレータ１２０の回転により一のチェーンユニット１４１ａがサーキュラスプライン１１０と部分的に噛み合うと共に他のチェーンユニット１４１ｂが出力部材１３０と部分的に噛み合うように構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、波動歯車装置に関する。

従来、波動歯車装置は、大きな減速比が得られること及びバックラッシが小さいという特徴から、例えば産業ロボットや工作機械あるいは搬送装置の減速機として広く用いられている。
波動歯車装置は、主として、内周に歯が刻まれた環状の剛体からなるサーキュラスプライン（Ｃ／Ｓ）と、楕円形状のカムを備え波動運動を発生させるウェーブジェネレータ（Ｗ／Ｇ）と、外周に歯が刻まれ柔軟に撓む薄肉の金属弾性体からなるフレクスプライン（Ｆ／Ｓ）とにより構成される。
波動歯車装置においては、例えば、サーキュラスプラインを固定し、ウェーブジェネレータを入力として回転させると、ウェーブジェネレータの回転によりフレクスプラインとサーキュラスプラインとの噛み合い位置が順次移動し、これにより、サーキュラスプラインの歯とフレクスプラインの歯との歯数に応じた減速回転出力をフレクスプラインから得ることが可能となっている。サーキュラスプラインの歯数は、通常、フレクスプラインの歯数より２歯以上多くなるように設定される。

波動歯車装置としては、フレクスプラインが薄肉のカップ形状をなす「カップ型」と称される波動歯車装置、フレクスプラインがシルクハット形状をなす「シルクハット型」と称される波動歯車装置、あるいは、フレクスプラインがフラット形状をなす「パンケーキ型」と称される波動歯車装置など、種々の構成のものが提案されている（例えば特許文献１，２参照。）。

特開２０２２－０６５７２７号公報 特開２０１８－０７６８８７号公報

而して、波動歯車装置においては、フレクスプラインを撓ませながらフレクスプラインをサーキュラスプラインに対し部分的に噛み合わせる構造上、運転中に過度なトルクがかかったとき、フレクスプライン等が破損しないで、フレクスプラインの歯とサーキュラスプラインの歯の噛み合いが瞬間的にずれる歯飛び（ラチェッティング）が発生することがある、という問題がある。また、フレクスプラインを撓ませる量には限界があるため、小さい減速比を実現することが困難である。
さらにまた、高精度の回転伝達を実現するために、フレクスプライン、サーキュラスプライン及びウェーブジェネレータのすべてを高精度に作製することが必要となり、高度な加工技術が要求され加工負担が増加する、という問題がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、中空構造化及び薄型化を図りながら、３０以下の減速比を実現可能であり、簡単な構造で、ラチェッティングの発生を防止可能な波動歯車装置を提供することを目的とする。

本発明は、入力する回転運動を減速して出力する波動歯車装置であって、サーキュラスプラインと、前記サーキュラスプラインの内側において前記サーキュラスプラインと同軸に相対回転可能に配置されたウェーブジェネレータと、前記サーキュラスプラインと同軸に相対回転可能に配置され前記サーキュラスプラインと異なる歯数の歯を有する出力部材と、前記ウェーブジェネレータの外側に配置されたチェーンとを備え、前記チェーンは、前記サーキュラスプラインの歯数より少ないリンク数のチェーンユニットが回転軸方向に並列配置され相互に連結された２列以上のローラチェーンまたは２列以上のブシュチェーンからなり、前記ウェーブジェネレータの回転により一のチェーンユニットが前記サーキュラスプラインと部分的に噛み合うと共に他のチェーンユニットが前記出力部材と部分的に噛み合うように構成されることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る発明によれば、ローラチェーンまたはブシュチェーンの多角形運動によって、ローラチェーンまたはブシュチェーンをサーキュラスプライン及び出力部材に対し部分的に噛み合わせることでウェーブジェネレータを介して入力される回転運動が減速されて出力部材に伝達されるため、簡単な構造で、３０以下の減速比が実現可能となると共にラチェッティングの発生を防止することが可能となる。
また、ローラチェーンまたはブシュチェーンを用いることで、波動歯車装置の強度が向上し、許容伝達トルクの向上を図ることができると共に、アライメントを吸収することが可能となるため、サーキュラスプライン及び出力部材に対して高い寸法精度が要求されず、精密な調整が不要となり、加工負担の軽減及び組立性の向上を図ることができる。
しかも、２列以上のローラチェーンまたは２列以上のブシュチェーンを用いることで、サーキュラスプラインと出力部材とを回転軸方向において互いに異なる軸平面に配置することが可能となるため、チェーンからの力をラジアル方向にて受け取り伝達することができる。これにより、波動歯車装置の中空構造化及び薄型化を図ることが可能となると共に減速比の設計を容易に行うことが可能となる。

本請求項２に係る構成、本請求項３に係る構成及び本請求項４に係る構成のいずれか一の構成もしくはこれらを組み合わせた構成によれば、出力部材をサーキュラスプラインの外側に配置してインホイールモータ化することで、波動歯車装置を薄型化し易くなる。

本発明の一実施形態に係る波動歯車装置の一構成例を示す図である。 図１に示す波動歯車装置の構成を概略的に示す、回転軸に沿った断面図である。 サーキュラスプラインの構成を示す斜視図である。 ウェーブジェネレータの構成を示す斜視図である。 出力部材の構成を示す斜視図である。 チェーンの一構成例を概略的に示す斜視図である。 図１に示す波動歯車装置の動作説明図である。 本発明の他の実施形態に係る波動歯車装置の一構成例を示す図である。 図８に示す波動歯車装置の構成を概略的に示す、回転軸に沿った断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る波動歯車装置について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る波動歯車装置の一構成例を示す図、図２は、図１に示す波動歯車装置の構成を概略的に示す、回転軸に沿った断面図である。
この波動歯車装置１００ａは、回転軸Ｏに沿って延びるよう配置されたサーキュラスプライン１１０と、サーキュラスプライン１１０の内側においてサーキュラスプライン１１０と同軸に回転可能に配置されたウェーブジェネレータ１２０と、サーキュラスプライン１１０と同軸にサーキュラスプライン１１０に対し相対回転可能に配置された出力部材１３０と、ウェーブジェネレータ１２０の外側に配置されウェーブジェネレータ１２０の回転によりサーキュラスプライン１１０及び出力部材１３０の各々と部分的に噛み合うチェーン１４０と、ウェーブジェネレータ１２０を回転駆動させる駆動用モータ１５０とを備える。

サーキュラスプライン１１０は、図３にも示すように、内周面に歯１１２が形成された円環板部１１１と、円環板部１１１の外周縁から回転軸方向に延びる筒状部１１３と、筒状部１１３の内周面における開口端部に一体に設けられた平面視十字状の底板部１１４とを有する。

本実施形態におけるウェーブジェネレータ１２０は、チェーン１４０を周方向において等角度間隔の２か所の位置でサーキュラスプライン１１０及び出力部材１３０の各々と噛み合わせるよう構成されている。
具体的には、ウェーブジェネレータ１２０は、図４にも示すように、中央部に貫通孔１２２を有する楕円形状のカム板１２１と、カム板１２１と回転軸方向に対向して位置され駆動用モータ１５０に対し固定される固定板１２４と、カム板１２１と固定板１２４とを連結する筒状の周壁１２３とを有し、駆動用モータ１５０を内部に収容可能に構成されている。
本実施形態においては、ウェーブジェネレータ１２０は、カム板１２１が回転軸方向においてサーキュラスプライン１１０の円環板部１１１と異なる軸平面上に位置されるように、配置される。

出力部材１３０は、図５にも示すように、内周面に歯１３２が形成された円環板部１３１と、円環板部１３１の外周縁から回転軸方向に延びるよう形成されサーキュラスプライン１１０の周囲を囲む筒状部１３３とを有する。
出力部材１３０の歯１３２は、サーキュラスプライン１１０の歯１１２の歯数と異なる歯数で形成され、例えば、サーキュラスプライン１１０の歯１１２の歯数より少なくとも２歯数以上少ない歯数で形成される。
本実施形態における出力部材１３０は、円環板部１３１が回転軸方向においてカム板１２１と同一軸平面上に位置されるよう配置されている。
出力部材１３０における筒状部１３３の内周面と、サーキュラスプライン１１０の筒状部１１３の外周面との間にはベアリング１３５が配置されており、出力部材１３０は、サーキュラスプライン１１０に対し相対回転可能に設けられている。

チェーン１４０は、例えば図６に示すように、２つのチェーンユニット１４１ａ，１４１ｂが回転軸方向に並列配置され相互に連結された２列のローラチェーンからなり、ウェーブジェネレータ１２０の回転により一方のチェーンユニット１４１ａがサーキュラスプライン１１０と部分的に噛み合うと共に他方のチェーンユニット１４１ｂが出力部材１３０と部分的に噛み合うように構成される。なお、図２においては、一方のチェーンユニット１４１ａの中心線Ｃ１、他方のチェーンユニット１４１ｂの中心線Ｃ２のみが示してある。

一方のチェーンユニット１４１ａ及び他方のチェーンユニット１４１ｂの各々は、サーキュラスプライン１１０の歯数より２以上少ないリンク数となるよう構成されており、サーキュラスプライン１１０の歯数と一方のチェーンユニット１４１ａ及び他方のチェーンユニット１４１ｂのリンク数との差に応じた減速比が得られるようになっている。本実施形態では、一方のチェーンユニット１４１ａ及び他方のチェーンユニット１４１ｂは、出力部材１３０の歯数と同じリンク数で構成されているが、一方のチェーンユニット１４１ａ及び他方のチェーンユニット１４１ｂのリンク数は、出力部材１３０の歯数と異なっていてもよい。

以下、本実施形態に係る波動歯車装置１００ａの動作を図７に基づいて説明する。
図７は、サーキュラスプライン１１０を固定し、ウェーブジェネレータ１２０を周方向半時計方向に回転させたときの、サーキュラスプライン１１０と一方のチェーンユニット１４１ａとの噛み合い位置の経時的変化を（ａ）から（ｆ）の順で示しており、理解を容易にするために、一方のチェーンユニット１４１ａの所定位置にマーカＭを付してある。なお、図７においては、サーキュラスプライン１１０の歯数及び一方のチェーンユニット１４１ａのリンク数を図１に示すものより少なくし、波動歯車装置１００ａの要部の構成を簡略化して示してある。
本実施形態の波動歯車装置１００ａにおいては、サーキュラスプライン１１０を固定し、ウェーブジェネレータ１２０を周方向半時計方向に回転させると、サーキュラスプライン１１０と一方のチェーンユニット１４１ａとの噛み合い位置が周方向半時計方向に順次に移動する。
図７（ｇ）に示すように、ウェーブジェネレータ１２０が周方向に半回転した状態では、一方のチェーンユニット１４１ａは、サーキュラスプライン１１０に対しサーキュラスプライン１１０の１歯分、周方向時計方向に移動した状態となる。

従って、他方のチェーンユニット１４１ｂは、一方のチェーンユニット１４１ａと一体に移動するので、他方のチェーンユニット１４１ｂと周方向に等角度間隔の２か所の位置で噛み合う出力部材１３０は、他方のチェーンユニット１４１ｂからの力を受けてサーキュラスプライン１１０の歯数と一方のチェーンユニット１４１ａ及び他方のチェーンユニット１４１ｂのリンク数との差に応じた減速比で周方向時計方向に回転することとなる。図７に示した例においては、サーキュラスプライン１１０の歯数が１２であり、一方のチェーンユニット１４１ａ及び他方のチェーンユニット１４１ｂのリンク数が１０であることから、波動歯車装置１００ａの減速比は５となる。

而して、上記構成の波動歯車装置１００ａによれば、ローラチェーンの多角形運動によって、ローラチェーンをサーキュラスプライン１１０及び出力部材１３０に対し部分的に噛み合わせることでウェーブジェネレータ１２０を介して入力される回転運動が減速されて出力部材１３０に伝達されるため、簡単な構造で、３０以下の低減速比を実現可能となると共にラチェッティングが発生することを防止することが可能となる。

また、ローラチェーンを用いることで、波動歯車装置１００ａの強度が向上し、許容伝達トルクの向上を図ることができると共に、アライメントを吸収することが可能となるため、サーキュラスプライン１１０及び出力部材１３０に対して高い寸法精度が要求されず、精密な調整が不要となり、加工負担の軽減及び組立性の向上を図ることが可能となる。

しかも、２列のローラチェーンを用いることで、サーキュラスプライン１１０と出力部材１３０とを回転軸方向において互いに異なる軸平面上に配置することが可能となるため、チェーン１４０からの力をラジアル方向にて受け取り伝達することができる。これにより、波動歯車装置１００ａの中空構造化及び薄型化を図ることが可能となると共に減速比の設計を容易に行うことが可能となる。

以上、本発明の一実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。
例えば、上記の実施形態においては、入力する回転動力を所定の減速比に減速して出力として取り出す出力部材１３０が、サーキュラスプライン１１０の外側に配置された構成（外輪出力モデル）のものについて説明したが、出力部材１３０がチェーン１４０の内側に配置された構成（内輪出力モデル）であってもよい。

図８は、本発明の他の実施形態に係る波動歯車装置の一構成例を示す図、図９は、図８に示す波動歯車装置の構成を概略的に示す、回転軸に沿った断面図である。
この波動歯車装置１００ｂにおいては、カム板１２１が回転軸方向においてサーキュラスプライン１１０の円環板部１１１と同一軸平面上に位置されるようにウェーブジェネレータ１２０が配置されている。
本実施形態における出力部材１３０は、外歯車により構成され、回転軸方向においてカム板１２１と異なる軸平面上に位置されるように、ウェーブジェネレータ１２０に対しベアリング１３５を介して相対回転可能に配置されている。出力部材１３０の歯１３２は、サーキュラスプライン１１０の歯１１２より少なくとも２つ以上少ない歯数で形成されている。
チェーン１４０は、例えば２列のローラチェーンからなり、ウェーブジェネレータ１２０の回転により一方のチェーンユニットがサーキュラスプライン１１０と部分的に噛み合うと共に他方のチェーンユニットが出力部材１３０と部分的に噛み合うように構成されている。図９におけるＣ１は、一方のチェーンユニットの中心線、Ｃ２は他方のチェーンユニットの中心線である。

本実施形態の波動歯車装置１００ｂにおいては、ウェーブジェネレータ１２０を介して入力される回転動力が所定の減速比で減速されてチェーン１４０の内側に配置された出力部材１３０により取り出される。
このような構成の波動歯車装置１００ｂにおいても、上記実施形態に係る波動歯車装置１００ａと同様の効果を得ることができる。

また、上記の実施形態においては、チェーンとして２列のローラチェーンを用いた構成について説明したが、チェーンはローラチェーンに限定されず、ブシュチェーンであってもよい。また、チェーンは、３つ以上のチェーンユニットが回転軸方向に並列配置され相互に連結された３列以上のローラチェーンまたは３列以上のブシュチェーンであってもよい。
さらにまた、上記の実施形態においては、ウェーブジェネレータがチェーンをサーキュラスプライン及び出力部材に対し２か所の位置で噛み合わせるよう楕円形状のカム板を備えた構成とされたものについて説明したが、ウェーブジェネレータは、チェーンをサーキュラスプライン及び出力部材に対し周方向において等角度間隔の３か所以上の位置で噛み合わせるよう構成されていてもよい。また、上記の実施形態においては、ウェーブジェネレータのカム板が一方のチェーンユニットのみを押し付けるよう配置された構成のものについて説明したが、カム板は、楕円状カム板が２つのチェーンユニットの各々を押し付けるよう配置された構成とされていてもよい。

以上のように、本発明に係る波動歯車装置は、中空構造化及び薄型化が図られたものであり、他の回転体との同心配置が可能であるので、例えば減速機付インホイールモータを構成する場合にはホイール内部の空間を効率よく利用することが可能である。また、例えば、遊星歯車機構と組み合わせることで２段階の減速機として構成することが可能となる。
また、本発明に係る波動歯車装置は、バックドライブしないため、例えばテニスポールのハンドル部分といった動力なしの滑車に代えて利用される場合や、昇降体向けのパワードライブなどに利用される場合に、極めて有用である。本発明に係る波動歯車装置を例えば昇降体向けのパワードライブに利用した場合には、電源消失時にブレーキされ昇降体の落下を防ぐことが可能となり、昇降体の駆動モータに電磁ブレーキを設けることが不要となる。

１００ａ ・・・ 波動歯車装置
１００ｂ ・・・ 波動歯車装置
１１０ ・・・ サーキュラスプライン
１１１ ・・・ 円環板部
１１２ ・・・ 歯
１１３ ・・・ 筒状部
１１４ ・・・ 底板部
１２０ ・・・ ウェーブジェネレータ
１２１ ・・・ カム板
１２２ ・・・ 貫通孔
１２３ ・・・ 周壁
１２４ ・・・ 固定板
１３０ ・・・ 出力部材
１３１ ・・・ 円環板部
１３２ ・・・ 歯
１３３ ・・・ 筒状部
１３５ ・・・ ベアリング
１４０ ・・・ チェーン
１４１ａ ・・・ 一方のチェーンユニット
１４１ｂ ・・・ 他方のチェーンユニット
１５０ ・・・ 駆動用モータ
Ｃ１ ・・・ 一方のチェーンユニットの中心線
Ｃ２ ・・・ 他方のチェーンユニットの中心線
Ｏ ・・・ 回転軸

Claims (4)

1. 入力する回転運動を減速して出力する波動歯車装置であって、
   サーキュラスプラインと、
   前記サーキュラスプラインの内側において前記サーキュラスプラインと同軸に相対回転可能に配置されたウェーブジェネレータと、
   前記サーキュラスプラインと同軸に相対回転可能に配置され前記サーキュラスプラインと異なる歯数の歯を有する出力部材と、
   前記ウェーブジェネレータの外側に配置されたチェーンと
   を備え、
   前記チェーンは、前記サーキュラスプラインの歯数より少ないリンク数のチェーンユニットが回転軸方向に並列配置され相互に連結された２列以上のローラチェーンまたは２列以上のブシュチェーンからなり、前記ウェーブジェネレータの回転により一のチェーンユニットが前記サーキュラスプラインと部分的に噛み合うと共に他のチェーンユニットが前記出力部材と部分的に噛み合うように構成されることを特徴とする波動歯車装置。
2. 前記ウェーブジェネレータは、前記チェーンにおける少なくとも一のチェーンユニットを前記サーキュラスプラインまたは前記出力部材に押し付けるカム板を備え、
   前記カム板は、前記チェーンを前記サーキュラスプライン及び前記出力部材に対し２か所以上の位置で噛み合わせるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の波動歯車装置。
3. 前記出力部材は、内周面に歯が形成された円環板部と、前記円環板部の外周縁から回転軸方向に延びるよう形成され前記サーキュラスプラインの周囲を囲む筒状部とを有し、
   前記カム板は、回転軸方向において前記出力部材の円環板部と同一軸平面上に位置されていることを特徴とする請求項２に記載の波動歯車装置。
4. 前記ウェーブジェネレータが、前記カム板と、前記カム板と回転軸方向に対向して位置され前記カム板を回転させる駆動用モータに対し固定される固定板と、前記カム板と前記固定板とを連結する筒状の周壁とを有し、
   前記カム板は、中央部に貫通孔を有し、
   前記ウェーブジェネレータは、前記駆動用モータを内部に収容可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の波動歯車装置。
   
   

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