特許 6282340 波動歯車装置の波動発生器および波動発生器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6282340

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】波動歯車装置の波動発生器および波動発生器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/32 20060101AFI20180208BHJP

【ＦＩ】

   F16H1/32 B

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-517768(P2016-517768)

(86)(22)【出願日】2014年5月8日

(86)【国際出願番号】JP2014062407

(87)【国際公開番号】WO2015170391

(87)【国際公開日】20151112

【審査請求日】2016年9月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】390040051

【氏名又は名称】株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ

(74)【代理人】

【識別番号】100090170

【弁理士】

【氏名又は名称】横沢 志郎

(72)【発明者】

【氏名】清澤 芳秀

【審査官】 前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１８１６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１９２９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平５−２７３９８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５９−１９０５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９９７８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波動歯車装置の可撓性外歯歯車を非円形に撓める波動発生器であって、
剛体であるプラグと、
前記プラグに形成した非円形外周面と、
前記非円形外周面に装着した３個のウエーブベアリングと、
を有しており、
前記プラグは、その軸線方向に接合された３個のプラグ分割片を備え、
前記非円形外周面は、前記プラグ分割片のそれぞれに形成した分割外周面によって規定され、
前記分割外周面のそれぞれには、１個ずつ前記ウエーブベアリングが装着され、
前記分割外周面は同一サイズの外周面であり、
前記ウエーブベアリングは同一サイズのウエーブベアリングである波動歯車装置の波動発生器。

【請求項2】

前記ウエーブベアリングのそれぞれは、相互に独立した転動体リテーナーを備えている請求項１に記載の波動歯車装置の波動発生器。

【請求項3】

前記プラグ分割片は、ボルト締結、溶接、接着、スプライン結合、ピンによる結合、リベットによる結合のうちのいずれか一つ、あるいは、これらのうちの少なくとも２つを用いて、相互に接合されている請求項１または２に記載の波動歯車装置の波動発生器。

【請求項4】

請求項１ないし３のうちのいずれか一つの項に記載の波動発生器の製造方法であって、
前記プラグ分割片のそれぞれを製造するプラグ片製作工程と、
製作された前記プラグ分割片のそれぞれの前記分割外周面に、１個あるいは２個の前記ウエーブベアリングを装着するベアリング装着工程と、
前記ウエーブベアリングが装着された前記プラグ分割片を同軸に接合するプラグ片接合工程と、
を含む波動発生器の製造方法。

【請求項5】

同軸に並列配置した第１剛性内歯歯車および第２剛性内歯歯車と、
前記第１、第２剛性内歯歯車の内側に同軸に配置した半径方向に撓み可能な円筒形状の可撓性外歯歯車と、
前記可撓性外歯歯車を非円形に撓めて前記第１、第２剛性内歯歯車のそれぞれに対して部分的にかみ合わせている波動発生器と、
を有しており、
前記波動発生器は、請求項１ないし３のうちのいずれか一つの項に記載の波動発生器である波動歯車装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波動歯車装置の波動発生器および、その製造方法に関する。さらに詳しくは、フラット型波動歯車装置と呼ばれる波動歯車装置に用いるのに適した波動発生器および、その製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

フラット型波動歯車装置は、同軸に並列配置された２個の剛性内歯歯車と、これらの内側に同軸に配置された半径方向に撓み可能な円筒形状の可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車を非円形、例えば楕円形に撓めて２個の剛性内歯歯車に部分的に噛み合わせている波動発生器とを備えている。一方の剛性内歯歯車の歯数は可撓性外歯歯車よりも多く、これらの歯車の間では、歯数差に応じた減速動作が行われる。他方の剛性内歯歯車の歯数は可撓性外歯歯車と同一であり、これらの歯車は一体回転する。歯数の多い剛性内歯歯車を固定し、波動発生器をモーター等によって回転すると、可撓性外歯歯車が減速回転し、この減速回転が可撓性外歯歯車と一体回転する歯数の少ない剛性内歯歯車から負荷側に出力される。

【0003】

特許文献１には、この構成のフラット型波動歯車装置が記載されている。当該文献に記載された波動歯車装置の波動発生器は、剛体であるプラグの楕円形状の外周面に、ウエーブベアリングとして、並列に圧入された３個のボールベアリングを備えている。両側のボールベアリングは、可撓性外歯歯車の外歯における歯幅方向の両側部分を支持し、中央のボールベアリングは、外歯の歯幅方向の中央部分を支持する。

【0004】

このように、外歯の歯幅方向に配列した複数のボールベアリングを用いて薄肉弾性体からなる円筒形状の可撓性外歯歯車を支持することにより、可撓性外歯歯車の歯幅方向の各部分に作用する応力分布を均一化できる。これにより、可撓性外歯歯車の寿命を延ばすことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−１８１６３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、波動発生器は、楕円形状の外周面を備えた剛体であるプラグと、このプラグの外周面に圧入されたボールベアリングとから構成される。プラグ外周面に圧入されるボールベアリングの個数が増加すると、それらの圧入作業が困難になる。

【0007】

例えば、複数個のボールベアリングを用いる場合には、製造コストの観点から、同一サイズのボールベアリングが使用される。プラグ外周面に、１個目のボールベアリングを圧入した後に、２個目のボールベアリングを圧入する作業は１個目のボールベアリングの圧入作業よりも難しくなり、圧入面に傷が付くこともある。特に、３個以上のボールベアリングを同一のプラグ外周面に圧入する作業は困難であり、圧入面に損傷が発生しやすい。

【0008】

本発明の課題は、このような点に鑑みて、剛体であるプラグの非円形外周面に、作業性よく、廉価に、複数個のウエーブベアリングを装着できる波動発生器、および当該波動発生器の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するために、本発明は、波動歯車装置の可撓性外歯歯車を非円形に撓める波動発生器であって、
剛体であるプラグと、
前記プラグに形成した非円形外周面と、
前記非円形外周面に装着した３個のウエーブベアリングと、
を有しており、
前記プラグは、その軸線方向に接合された３個のプラグ分割片を備え、
前記非円形外周面は、前記プラグ分割片のそれぞれに形成した分割外周面によって規定され、
前記分割外周面のそれぞれには、１個ずつ前記ウエーブベアリングが装着され、
前記分割外周面は同一サイズの外周面であり、
前記ウエーブベアリングは同一サイズのウエーブベアリングであることを特徴としている。

【0010】

本発明の波動発生器では、そのプラグが、軸線方向に分割した複数個のプラグ分割片から構成される。したがって、各プラグ分割片の分割外周面にウエーブベアリングを圧入により装着し、しかる後に、プラグ分割片を軸線方向に接合することができる。よってプラグの非円形外周面に、複数個のウエーブベアリングが並列配置された状態で圧入されている波動発生器を、作業性良く製造することができる。

【0014】

本発明では、複数個のウエーブベアリングを備えた波動発生器の製造コストを下げるためには、前記分割外周面は同一サイズの外周面であり、前記ウエーブベアリングは同一サイズのウエーブベアリングである。

【0015】

この場合、複数のウエーブベアリングのそれぞれには製造バラツキがあり、各ウエーブベアリングにおける転動体の公転速度に差が生じることがある。したがって、複数のウエーブベアリングに共通の転動体リテーナーを用いると、転動体リテーナーが破損する危険性がある。このため、前記ウエーブベアリングのそれぞれは、相互に独立した転動体リテーナーを備えていることが望ましい。

【0016】

前記プラグ分割片は、ボルト締結、溶接、接着、スプライン結合、ピンによる結合、リベットによる結合のうちのいずれか一つ、あるいは、これらのうちの少なくとも２つを用いて、相互に接合することができる。

【0017】

次に、本発明は、上記構成の波動発生器の製造方法であって、
前記プラグ分割片のそれぞれを製造するプラグ片製作工程と、
製作された前記プラグ分割片のそれぞれの前記分割外周面に、１個あるいは２個の前記ウエーブベアリングを装着するベアリング装着工程と、
前記ウエーブベアリングが装着された前記プラグ分割片を同軸に接合するプラグ片接合工程と、
を含むことを特徴としている。

【0018】

本発明の波動発生器は、円筒形状の可撓性外歯歯車を備えた波動歯車装置に用いるのに適している。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明を適用した波動発生器を備えた波動歯車装置を示す端面図および縦断面図である。

【図2】図１の波動発生器の製造方法を示す説明図である。

【図3】本発明を適用した波動発生器の別の例を示す半縦断面図である。

【図4】本発明を適用した波動発生器の更に別の例を示す半縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、図面を参照して、本発明を適用した波動発生器を備えた波動歯車装置の実施の形態を説明する。

【0021】

（全体構成）
図１（ａ）は、本実施の形態に係る波動歯車装置を示す端面図であり、図１（ｂ）はそのｂ−ｂ線で切断した部分を示す縦断面図である。波動歯車装置１は、所謂、フラット型波動歯車装置と呼ばれる形式のものであり、同軸に並列配置された第１、第２剛性内歯歯車２、３と、これらの内側に同軸に配置した薄肉弾性体からなる円筒形状の可撓性外歯歯車４と、この内側に嵌めた楕円状輪郭の波動発生器５とを備えている。

【0022】

可撓性外歯歯車４は、波動発生器５によって楕円形状に撓められて、第１、第２剛性内歯歯車２、３に対して部分的にかみ合っている。波動発生器５がモーターなどによって回転駆動されると、可撓性外歯歯車４と、第１、第２剛性内歯歯車２、３との間のかみ合い位置が円周方向に移動する。

【0023】

第１剛性内歯歯車２の歯数は可撓性外歯歯車４よりも２ｎ枚（ｎは正の整数）だけ多く、これらの歯車２、４の間では、歯数差に応じた減速動作が行われる。他方の第２剛性内歯歯車３の歯数は可撓性外歯歯車４と同一であり、これらの歯車３、４は一体回転する。歯数の多い第１剛性内歯歯車２を固定し、波動発生器５をモーター等によって回転すると、可撓性外歯歯車４が減速回転し、この減速回転が可撓性外歯歯車４と一体回転する第２剛性内歯歯車３から負荷側に出力される。

【0024】

波動発生器５は、剛体であるプラグ６と、このプラグ６の楕円状外周面７に装着（圧入）した３個のウエーブベアリング８、９、１０とを備えている。プラグ６の中心部分には、装置軸線１ａを中心とするプラグ軸穴６ａが形成されており、ここに、モーター軸等の回転入力軸（図示せず）が同軸に通されて連結固定される。プラグ６の楕円状外周面７は軸線方向の各位置において同一径であり、ここに装着されているウエーブベアリング８〜１０は同一サイズのボールベアリングである。

【0025】

ウエーブベアリング８〜１０は、プラグ６の楕円状外周面７に装着されて、それらの外輪８ａ〜１０ａの外周面が楕円状に撓められている。よって、外輪８ａ〜１０ａによって支持されている可撓性外歯歯車４も、楕円状に撓められた状態となっている。

【0026】

ここで、本例では、可撓性外歯歯車４の外歯１１は、第１剛性内歯歯車２の内歯２ａに対峙する第１外歯部分１１ａと、第２剛性内歯歯車３の内歯３ａに対峙する第２外歯部分１１ｂと、これらの間に形成したレリービング部分１１ｃとを備えている。レリービング部分１１ｃの歯幅方向の長さ、歯丈方向のレリービング量を適切に設定することにより、外歯１１の歯幅方向の歯面荷重分布を平坦化でき、歯幅方向において内歯２ａ、３ａとの間に良好な歯当りが形成される。これにより、波動歯車装置１の負荷容量を高めることができる。

【0027】

波動発生器５のウエーブベアリング８は第１外歯部分１１ａを支持し、ウエーブベアリング１０は第２外歯部分１１ｂを支持している。ウエーブベアリング８、１０の間に配置されているウエーブベアリング９は、レリービング部分１１ｃと、これに連続する第１、第２外歯部分１１ａ、１１ｂの部分を支持している。また、ウエーブベアリング８〜１０のそれぞれは、相互に独立したボールリテーナー８ｂ〜１０ｂを備えている。

【0028】

（波動発生器のプラグ）
波動発生器５のプラグ６は、軸線方向に接合した３個の環状のプラグ分割片１２、１３、１４から構成されている。各プラグ分割片１２〜１４の外周面は、楕円状外周面７を分割した分割外周面１２ａ〜１４ａとなっている。プラグ分割片１２〜１４は、それらの円周方向に所定間隔で取り付けた複数本の締結ボルト１５によって同軸に接合されてプラグ６を形成し、それらの分割外周面１２ａ〜１４ａはプラグ６の楕円状外周面７を形成している。

【0029】

なお、プラグ分割片１２〜１４は、ボルト締結、溶接、接着、スプライン結合、ピンによる結合、リベットによる結合等を用いて、相互に接合することができる。また、これらの接合方法を併用して、接合強度を高めることも可能である。

【0030】

中央に位置するプラグ分割片１３は、一定幅の円盤部分１３ｂと、この内周部分に形成した円筒状のボス部分１３ｃとを備えている。円盤部分１３ｂの外周面が分割外周面１３ａとなっており、ここにウエーブベアリング９が装着されている。また、ボス部分１３ｃの内周面によってプラグ軸穴６ａが規定されている。円盤部分１３ｂの両側の端面１３ｄ、１３ｅは装置軸線１ａに直交する平坦面となっており、ボス部分１３ｃの外周面は、装置軸線１ａを中心とする円形外周面１３ｆとなっている。

【0031】

プラグ分割片１３の両側に位置するプラグ分割片１２、１４は、左右対称な形状をしており、広幅の外周側円盤部分１２ｂ、１４ｂと、細幅の内周側円盤部分１２ｃ、１４ｃと、内周側円盤部分１２ｃ、１４ｃの中心部分を貫通する円形貫通穴１２ｄ、１４ｄとを備えている。プラグ分割片１２、１４におけるプラグ分割片１３に対峙する側の端面１２ｅ、１４ｅは、装置軸線１ａに直交する平坦面となっている。

【0032】

プラグ分割片１２、１４の円形貫通穴１２ｄ、１４ｄを中央のプラグ分割片１３のボス部分１３ｃに装着し、端面１２ｅ、１４ｅをプラグ分割片１３の端面１３ｄ、１３ｅに当接する。これにより、３個のプラグ分割片１２〜１４が同軸に重ね合わされた状態になる。この状態で、締結ボルト１５によって、プラグ分割片１２〜１４が締結固定されている。

【0033】

（波動発生器の製造手順）
図２は波動発生器５の製造手順を示す説明図である。まず、プラグ分割片１２〜１４のそれぞれを製作する（プラグ片製作工程ＳＴ１）。次に、プラグ分割片１２〜１４のそれぞれの分割外周面１２ａ〜１４ａに、ウエーブベアリング８〜１０を圧入する（ベアリング装着工程ＳＴ２）。しかる後に、ウエーブベアリング８〜１０が装着されたプラグ分割片１２〜１４を同軸に軸線方向に重ね合わせ、締結ボルト１５によって締結固定する。これにより、プラグ６の楕円状外周面７に３個のウエーブベアリング８〜１０が圧入された波動発生器５が得られる。

【0034】

（作用効果）
このように、波動発生器５は、単一部品のプラグの楕円状外周面に、３個のウエーブプラグを圧入固定する必要がない。よって、剛体であるプラグ６の楕円状外周面７に複数個のウエーブベアリング８〜１０が圧入固定された構成の波動発生器を、作業性良く、楕円状外周面７に損傷を生じさせることなく、製造することができる。

【0035】

また、プラグ６の楕円状外周面７に３個のウエーブベアリング８〜１０を容易に圧入固定できるように、ウエーブベアリング８〜１０のそれぞれのサイズを変更する必要がない。同一サイズのウエーブベアリング８〜１０を用いることにより、波動発生器５の製造コストを下げることができる。

【0036】

さらに、本例では、３個のプラグ分割片１２〜１４を接合してプラグ６を形成しているので、ウエーブベアリング８〜１０のそれぞれに、相互に独立したボールリテーナー８ｂ〜１０ｂを配置してある。すなわち、プラグ分割片１２〜１４の製造バラツキに起因して、隣接するプラグ分割片に圧入したウエーブベアリングの間において、ボールの公転速度に差が生じる。隣接するボールベアリングのボールリテーナーを繋げて使用すると、ボールリテーナーが破損する危険がある。本例では独立したボールリテーナー８ｂ〜１０ｂを使用しているので、それらがプラグ分割片１２〜１４の製造バラツキに起因して破損する危険を回避できる。

【0037】

（波動発生器の別の例）
図３は、波動発生器５の別の例を示す半縦断面図である。この図に示す波動発生器２０は、ウエーブベアリングの個数がプラグ分割片の個数よりも多い場合の例である。この場合には、少なくとも一つのプラグ分割片の分割外周面に２個のウエーブベアリングが装着される。

【0038】

図３の波動発生器２０では、２個のプラグ分割片２１、２２からプラグ２３が構成され、これらのプラグ分割片２１、２２の楕円状外周面２１ａ、２２ａからプラグ２３の楕円状外周面２３ａが形成されている。プラグ２３の楕円状外周面２３ａには３個のウエーブベアリング２４、２５、２６が装着されている。具体的には、一方のプラグ分割片２１の楕円状外周面２１ａに、２個のウエーブベアリング２４、２５が装着され、他方のプラグ分割片２２の楕円状外周面２２ａに、１個のウエーブベアリング２６が装着されている。

【0039】

剛体であるプラグ分割片２１の楕円状外周面２１ａには単一のウエーブベアリングを装着することが最も簡単であるが、２個のウエーブベアリングであれば比較的容易に楕円状外周面２１ａに圧入により装着可能である。したがって、図１、２に示す波動発生器５の代わりに、図３に示す波動発生器２０を用いることも可能である。

【0040】

次に、図４は波動発生器５の更に別の例を示す半縦断面図である。この図に示す波動発生器３０は、軸線方向の中央に配置されるウエーブベアリング３２として、両側のウエーブベアリング３１、３３よりも小さなサイズのものを使用している。プラグ３４は２個のプラグ分割片３５、３６から構成される。一方のプラグ分割片３５の外周面には、ウエーブベアリング３１を支持する楕円状外周面３５ａと、負荷容量の小さなウエーブベアリング３２を支持する楕円状外周面３５ｂが形成されている。他方のプラグ分割片３６の外周面には、楕円状外周面３５ａと同一寸法の楕円状外周面３６ａが形成されている。

【0041】

可撓性外歯歯車４における歯幅方向の中央部分は、両側部分に比べて小さな支持力で支持することができる。よって、図１、図２に示す波動発生器５の代わりに、図４に示す波動発生器３０を用いることも可能である。

【0042】

（その他の実施の形態）
上記の実施の形態では、第２剛性内歯歯車３と可撓性外歯歯車４の歯数を同一としてある。これらの歯車３、４を異なる歯数として、これらの歯車３、４の間においても減速動作を行うようにすることも可能である。

【0043】

可撓性外歯歯車を楕円形状以外の非円形に撓めることも可能である。例えば、３ローブ形状に可撓性外歯歯車を撓めて、剛性内歯歯車に対して円周方向の３箇所でかみ合わせることができる。この場合には、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車の歯数差は、３ｎ枚（ｎ＝０、１、２・・・）とされる。

【0044】

上記の可撓性外歯歯車４では、その歯幅方向の中央部分にレリービング部分を形成してある。レリービング部分を省略することも可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】