JPH09273610A - シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置にお
いて、長さおよび外径が小さい可撓性外歯歯車を用いた
場合の応力集中を緩和させること。 【解決手段】 撓み噛み合い式歯車装置のシルクハット
型可撓性外歯歯車１３は、胴部２２とダイヤフラム２３
とボス２５から構成される。胴部２２とダイヤフラム２
３の間は湾曲部分２６によって滑らかに連続している。
胴部２２はテーパ付きの胴部本体部分２２Ａを有し、こ
の湾曲部分２６の側の端の厚みｔ（２６ｃ）に対して歯
部側の端の厚みｔ（２２ｃ）が小さくなっており、これ
らの間の厚みは湾曲部分の側から漸減している。この可
撓性外歯歯車１３を使用すれば、ここに発生する応力を
全体的に緩和することができる。したがって、従来に比
べて、軸長および外径寸法を格段に小さくした可撓性外
歯歯車を使用可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシルクハット形状の
可撓性外歯歯車が組み込まれたシルクハット型撓み噛み
合い式歯車装置に関するものである。さらに詳しくは、
本発明は、シルクハット形状の可撓性外歯歯車の応力集
中を緩和して、その軸長および外径寸法を小さくできる
ようにしたシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】撓み噛み合い式歯車装置としては、その
可撓性外歯歯車がシルクハット形状をした形式のものが
知られている。本明細書では、この形式の装置をシルク
ハット型撓み噛み合い式歯車と呼ぶものとする。図６に
は、シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外
歯歯車を、その装置軸線を含む平面で切断した縦断面
（含軸断面）を示してある。この図に示すように、可撓
性外歯歯車１は、円筒状の胴部２と、この基端側開口端
に連続した環状のダイヤフラム３と、このダイヤフラム
３の外周端部に連続している環状の厚肉のボス５を備え
ている。胴部４の先端側開口端の外周部分には周方向に
向けて外歯４が一体成形されている。

【０００３】この形式の装置は、装置を貫通させて回転
部材、各種配線を配置する場合等に都合がよい。すなわ
ち、可撓性外歯歯車のダイヤフラム３が胴部２の端から
半径方向の外側に広がっているので、胴部３の内側空間
を有効利用できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、近年において
は、ロボット等の小型化の要求から、それらに組み込ま
れる減速機等の機構の小型化に対する要求が益々高まっ
ている。この要求に応えるために、シルクハット型撓み
噛み合い式歯車装置においてもその軸長を短くすること
が考えられる。そのためには、装置の寸法を規定してい
る構成要素であるシルクハット形状の可撓性外歯歯車の
軸長を短くする必要がある。

【０００５】この外歯歯車の軸長と、その外歯のピッチ
円直径との比率は、従来において一般的に使用されてい
る外歯歯車では約１：１である。これ以上に軸長を短く
すると、それに伴って外歯歯車のコーニング角も増加し
てしまう。図５には、軸長に応じて可撓性外歯歯車１の
コーニング角θが増加する様子を示してある。この結
果、ダイヤフラム３の内端部分３ａ、その外端部分３ｂ
等に過剰な応力集中が発生する場合がある。

【０００６】一方、ダイヤフラム３の内端部分３ａおよ
び外端部分３ｂには、伝達トルクによる剪断応力も発生
する。さらには、各部品の取付け誤差に起因する応力の
発生する。

【０００７】したがって、可撓性外歯歯車の軸長を短く
すると、ダイヤフラム３の部分に過剰な応力集中が起き
やすい。応力集中を緩和するためには、ダイヤフラムの
外径を大きくする必要がある。しかし、シルクハット型
撓み噛み合い式歯車装置では、その外径寸法も、その可
撓性外歯歯車の外径寸法によって決まる。このため、ダ
イヤフラムの外径寸法を大きくすると、その分、装置の
外径寸法が大きくなってしまう。これでは、装置の小
型、コンパクト化の障害となってしまう。

【０００８】本発明の課題は、この点に鑑みて、可撓性
外歯歯車の軸長および外径寸法を増加させることなく、
可撓性外歯歯車に発生する応力を緩和させることのでき
る構造を提案することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、本発明のシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置
は、環状の剛性内歯歯車と、この内側の可撓性外歯歯車
と、この内側に配置されて当該外歯歯車を半径方向に撓
めて前記剛性内歯歯車と部分的に噛み合わせると共に、
これらの噛み合わせ位置を円周方向に移動させる波動発
生器とを有し、前記可撓性外歯歯車は、一方の開口端側
の外周面に外歯が形成された円筒状の胴部と、この胴部
の他方の開口端に対して、湾曲部分を介して、内周端部
が連続している環状のダイヤフラムと、このダイヤフラ
ムの外周端部に連続して形成されている環状のボスとを
備えたシルクハット形状をしている。そして、前記可撓
性外歯歯車の前記胴部を、前記湾曲部分に連続している
部分の厚みが、前記外歯が形成された歯部に連続する外
歯側部分の厚みよりも厚くなるように設定されている。

【００１０】一般には、前記湾曲部分に連続している部
分から前記外歯側部分に向けて、厚みが漸減するよう
に、当該胴部の厚みを設定すればよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態を説明する。

【００１２】図１および図２には、本発明を適用可能な
シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置の全体構成を示
してある。これらの図に示すように、撓み噛み合い式歯
車装置１１は、環状の剛性内歯歯車１２と、この内側に
配置されたシルクハット形状の可撓性外歯歯車１３と、
この内側にはめ込まれた楕円状の波動発生器１４から構
成されている。

【００１３】可撓性外歯歯車１３は、円筒状の胴部２２
と、その基端開口に湾曲部分２６を介して滑らかに連続
している内周端部２３Ａを備えた環状のダイヤフラム２
３と、このダイヤフラム２３の外周端部２３Ｂに連続し
て一体形成された厚肉の環状ボス２５を備えている。胴
部２２の先端側開口端の外周部分には周方向に向けて外
歯２４が一体形成されている。環状のボス２５は、他の
部材（図示せず）への取付けのためのものであり、この
ボス２５によって胴部２２およびダイヤフラム２３は片
持ち状態で支持される。

【００１４】一方、波動発生器１４は、中空ハブ１４ａ
と、その外周に嵌めた楕円形の剛性カム板１４ｂと、こ
の外周に嵌めたボールベアリング１４ｃから構成されて
いる。波動発生器１４によって、可撓性外歯歯車の外歯
２４が形成されている胴部２２の部分が楕円形に撓めら
れ、楕円形の長軸両端に位置する２箇所の外歯部分が剛
性内歯歯車１２の内歯１２ａに噛み合わされる。

【００１５】この状態で波動発生器１４が装置軸線１１
ａを中心として回転すると、これらの噛み合い位置が円
周方向に回転する。この回転によって、外歯と内歯の歯
数差に応じて、これらの可撓性外歯歯車１３と剛性内歯
歯車１２の間には相対回転が発生する。したがって、例
えば、剛性内歯歯車１２を固定し、波動発生器１４を高
速回転入力要素とすれば、外歯歯車１３は減速回転出力
要素となり、ここから減速された回転出力が得られるこ
とになる。

【００１６】図３には、可撓性外歯歯車１３のダイヤフ
ムラ２３および胴部２２を装置軸線１１ａを含む平面で
切断して見た場合の断面形状を示してある。この図に示
すように、軸線方向に延びている胴部２２と、軸線に直
交する方向に延びているダイヤフラム２３の間は、湾曲
部分２６によって、滑らかに連続している。

【００１７】胴部２２は、その内周面側が軸線１１ａと
平行に延びる直線２２ｂによって規定されている。これ
に対して、その外周面側は、湾曲部分２６の側から外歯
２４が形成された歯部２４Ａに向けて傾斜した直線２２
ａによって規定されている。これらの２本の直線２２
ａ、２２ｂにより規定されている胴部２２の部分の厚み
は、歯部２４Ａの側に向けて漸減している。

【００１８】ここで、内周面側の直線２２ａの端２２ｃ
は、歯部２４Ａを規定している円弧２４ａに滑らかに連
続している。外周面側の直線２２ｂはそのまま歯部２４
Ａに延長して当該歯部２４Ａの内周面側を規定してい
る。一方、内周面側の直線２２ａの他方の端２６ｃは湾
曲部分２６の内周面側を規定している円弧２６ａに滑ら
かに連続している。外周面側の直線２２ｂの他方の端２
６ｅは、湾曲部分２６の外周面側を規定している円弧２
６ｂに滑らかに連続している。

【００１９】胴部２２と湾曲部分２６の境界は点２６ｃ
の位置である。また、胴部２２において、歯部２４Ａの
開始位置は点２２ｃの位置である。したがって、本例で
は、直線２２ａおよび２２ｂによって規定される点２６
ｃから点２２ｃまでの胴部本体部分２２Ａにおいて、そ
の一方の端（点２６ｃ）から他方の端（点２２ｃ）に向
けて厚みが漸減している。すなわち、点２６ｃでの厚み
ｔ（２６ｃ）が、他方の側の点２２ｃでは小さくなり、
厚みｔ（２２ｃ）となっている。

【００２０】次に、湾曲部分２６は、上記のようにその
内周面側および外周面側共に、外側に凸の円弧２６ａ、
２６ｂによって規定されている。内周面側の円弧２６ａ
の端２６ｄは、ダイヤフラム２３の内周側を規定してい
る直線２３ａに滑らかに連続している。同様に、外周側
の円弧２６ｂの端２６ｆは、ダイヤフラム２３の外周側
を規定している直線２３ｂに対して滑らかに連続してい
る。

【００２１】ここで、本例においては、湾曲部分２６の
中央において最大厚みとなり、両側に向けて厚みが漸減
するように規定されている。また、最大厚みｔ（２６）
と、胴部側の端部分（点２６ｃ）の厚みｔ（２６ｃ）お
よびダイヤフラム側の端部分（点２６ｄ）の厚みｔ（２
６ｄ）の関係が次のように規定されている。

【００２２】ｔ（２６）＞ ｔ（２６ｃ） ｔ（２６）＞ ｔ（２６ｄ） このように、本例では、胴部本体部分２２Ａの厚みを、
湾曲部分２６の側から歯部２４Ａの側に向けて漸減させ
てある。この構成の可撓性外歯歯車１３が組み込まれた
シルクハット型撓み合い式歯車装置１１について実験を
行なったところ、可撓性外歯歯車１３に発生する応力
（波動発生器による曲げ応力、トルク伝達に伴う剪断応
力、取付け誤差に起因して発生する応力）を緩和できる
ことが確認された。

【００２３】また、本例では、湾曲部分２６の厚みを上
記のように設定してある。このために、可撓性外歯歯車
１３に発生する応力が一層緩和されていることが確認さ
れた。さらに、このように湾曲部分２６の厚みを規定し
たことにより、可撓性外歯歯車１３の疲労強度および座
屈強度が高まったことが確認された。

【００２４】したがって、本例の構成を採用すれば、軸
長が短く、しかも外径寸法も小さい可撓性外歯歯車を実
現できる。この可撓性外歯歯車を使用すれば、小型・コ
ンパクトの撓み噛み合い式歯車装置を製造できる。

【００２５】なお、本例では、胴部本体部分２２Ａの外
周面側にテーパを付けた。この代わりに、内周面側にテ
ーパを付けてもよい。また、本例では、胴部本体部分２
２Ａの軸線方向に切断した場合の断面形状を２本の直線
２２ａ、２２ｂにより規定している。この代わりに、滑
らかに連続する曲線を用いて胴本体部分２２Ａの厚み
が、歯部の側に向けて漸減させてもよい。

【００２６】（その他の実施の形態）図４には、可撓性
外歯歯車１３の別の例を示してある。この外歯歯車１３
Ａの胴部２２、湾曲部分２６の形状は上記の可撓性外歯
歯車１３と同一である。異なる点は、ダイヤフラム２３
の断面形状である。

【００２７】詳細に説明すると、湾曲部分２６の内周側
に連続しているダイヤフラム２３の側は、装置軸線１１
ａに直交する方向（半径方向）に延びる直線２３１によ
って規定されている。この直線２３１の半径方向の内端
２６ｆには、湾曲部分２６の外周側を規定している円弧
２６ｂが滑らかに連続している。一方、直線２３１の半
径方向の外端２３５は、円弧２３６に滑らかに連続して
おり、この円弧２３６はボス２５の側に滑らかに連続し
てい。

【００２８】これに対して、ダイヤフラム２３における
湾曲部分２６の外周側に連続している側は、第１の凸状
円弧２４０、凹状円弧２５０および第２の凸状円弧２６
０によって基本的に規定されている。第１の凸状円弧２
４０は点Ｏ１を中心とする円弧であり、その半径方向の
外端２４１は滑らかに直線２４２に連続している。この
直線２４２の他端はボス２５の側に連続している。

【００２９】第１の凸状円弧２４０の半径方向の内端２
４３は、滑らかに凹状円弧２５０に連続している。凹状
円弧２５０は点Ｏ２を中心とする円弧である。この凹状
円弧２５０の半径方向の内端２５１は第２の凸状円弧２
６０に滑らかに連続している。この第２の凸状円弧２６
０は点Ｏ３を中心とする円弧である。この凸状円弧２６
０の半径方向の内端２６１は、湾曲部分２６の内周側を
規定している円弧２６ａに滑らかに連続している。

【００３０】ここで、第１の凸状円弧２４０の曲率は、
第２の凸状円弧２６０に比べて僅かに小さい。これに対
して、凹状円弧２５０の曲率は、凸状円弧２４０、２６
０に比べて大幅に大きい。

【００３１】このような形状をした可撓性外歯歯車１３
Ａを用いた場合には、前述した可撓性外歯歯車１３と同
様な効果を得ることができると共に、ダイヤフラム２３
に発生する応力、特に、その内周端部分２３Ａおよび外
周端部分２３Ｂに発生する応力を大幅に緩和できること
が確認された。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のシルクハ
ット型撓み噛み合い式歯車装置においては、そのシルク
ハット形状の可撓性外歯歯車の断面形状を適切に定める
ことにより、可撓性外歯歯車に発生する応力を緩和で
き、全体としてなだらかな応力分布が得られる。

【００３３】したがって、本発明によれば、従来よりも
短かく、しかも外径寸法を大きくする必要のない可撓性
外歯歯車が得られる。よって、本発明による可撓性外歯
歯車を用いれば、シルクハット型撓み噛み合い式歯車装
置を従来に比べて格段に小型でコンパクトに構成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるシルクハット型撓み噛
み合い式歯車装置の概略縦断面図である。

【図２】図１の装置を矢印の方向から見た概略正面図で
ある。

【図３】図１の装置のシルクハット形状の可撓性外歯歯
車の一部分の含軸断面図である。

【図４】可撓性外歯歯車の別の例を示す部分含軸断面図
である。

【図５】可撓性外歯車の軸長を短くすることによるコー
ニング角の増加を示す説明図である。

【図６】従来のシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置
の問題点を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１１・・・シルクハット型撓み噛み合い式歯車装置 １１ａ・・装置軸線 １２・・・剛性内歯歯車 １３・・・シルクハット形状の可撓性外歯歯車 １４・・・波動発生器 ２２・・・胴部 ２３・・・ダイヤフラム ２４・・・外歯 ２５・・・ボス ２６・・・湾曲部分 ｔ（２６ｃ）・・胴部本体部分の湾曲部分の側の厚み ｔ（２２ｃ）・・胴部本体部分の歯部側の厚み ｔ（２６）・・湾曲部分の厚み

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状の剛性内歯歯車と、この内側の可撓
   性外歯歯車と、この内側に配置されて当該外歯歯車を半
   径方向に撓めて前記剛性内歯歯車と部分的に噛み合わせ
   ると共に、これらの噛み合わせ位置を円周方向に移動さ
   せる波動発生器とを有し、前記可撓性外歯歯車は、一方
   の開口端側の外周面に外歯が形成された円筒状の胴部
   と、この胴部の他方の開口端に対して、湾曲部分を介し
   て、内周端部が連続している環状のダイヤフラムと、こ
   のダイヤフラムの外周端部に連続して形成されている環
   状のボスとを備えたシルクハット形状をしており、 前記可撓性外歯歯車の前記胴部は、前記湾曲部分に連続
   している部分の厚みが、前記外歯が形成された歯部に連
   続する外歯側部分の厚みよりも厚くなるように設定され
   ていることを特徴とするシルクハット型撓み噛み合い式
   歯車装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記湾曲部分に連続
   している部分から前記外歯側部分に向けて、厚みが漸減
   するように、当該胴部の厚みが設定されていることを特
   徴とするシルクハット型撓み噛み合い式歯車装置。