特開 2024-20994 波動歯車装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024020994

(43)【公開日】2024-02-15

(54)【発明の名称】波動歯車装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/32 20060101AFI20240207BHJP

【ＦＩ】

F16H1/32 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022123601

(22)【出願日】2022-08-02

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 販売日：令和 ４年 ５月１６日 販売場所：株式会社安川電機

(71)【出願人】

【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】谷岡 望

(72)【発明者】

【氏名】半田 純

【テーマコード（参考）】

3J027

【Ｆターム（参考）】

3J027FA18

3J027GB03

3J027GC07

3J027GC22

3J027GD04

3J027GD08

3J027GD12

(57)【要約】

【課題】部品の組付け状態を維持可能な小型でコンパクトな機構を備え、設置スペースも少なくて済む波動歯車装置を提供すること。
【解決手段】波動歯車装置１は、内歯歯車２、カップ形状の外歯歯車３、波動発生器４の三部品と、仮固定用治具９とを備えている。仮固定用治具９は、仮固定ボルト１０によって、外歯歯車３に固定した出力軸６に締結固定され、仮固定センターボルト１１によって、波動発生器４のカム板４１に固定した入力軸５に締結固定される。仮固定用治具９は、出力軸６および入力軸５に係合して、三部品２、３、４の組付け状態を保持する。波動歯車装置１は、モータへの取付け作業において三部品の位置調整作業が不要である。モータに波動歯車装置１を取り付けた後は、仮固定用治具９が波動歯車装置１から取り外されるので、波動歯車装置１の設置スペースも少なくて済む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

剛性の内歯歯車と、
前記内歯歯車の内側に同軸に配置されたカップ形状をした可撓性の外歯歯車と、
前記外歯歯車の内側に同軸に配置された波動発生器と、
前記外歯歯車を前記内歯歯車に対して相対回転可能な状態に支持する主軸受と
を備え、
前記外歯歯車は、前記内歯歯車の内歯にかみ合い可能な外歯が形成されている半径方向に撓み可能な筒状胴部、当該筒状胴部の一端から半径方向の内方に延びるダイヤフラム、および当該ダイヤフラムの内周縁に形成した剛性のボスを備え、
前記波動発生器は、入力軸を備えた剛性のカム板、および前記カム板の非円形外周面に装着した波動発生器軸受を備え、
前記波動発生器は、前記外歯歯車の前記筒状胴部の内側に嵌め込まれ、当該筒状胴部を半径方向に撓めて前記外歯を前記内歯に対して部分的にかみ合わせており、
前記主軸受は、前記内歯歯車に同軸に固定された外輪と、前記外歯歯車の前記ボスに同軸に固定された出力軸を備えた内輪とを備え、
前記外歯歯車の前記ボスを挟み、軸方向の一方の側である入力側には前記波動発生器が配置され、他方の側である出力側には前記出力軸が配置されている波動歯車装置において、
前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記波動発生器の三部材を所定の組み付け状態に保持する仮固定用治具と、
第１仮固定ボルトおよび第２仮固定ボルトと
を備えており、
前記入力軸は、
取付け対象のモータ軸に締結固定される入力側軸端部と、
前記仮固定用治具に締結固定される出力側軸端部と
を備えており、
前記仮固定用治具は、
前記出力軸に対して前記出力側に位置する円盤状フランジと、
前記円盤状フランジから前記出力軸の中心穴および前記ボスの中心穴を通って前記入力側に突出している円筒部と、
前記円盤状フランジおよび前記円筒部を貫通して延びる中空部と
を備え、
前記円筒部は、前記入力軸の前記出力側軸端部に係合して、前記外歯歯車に対する前記波動発生器の軸方向位置を規定する軸方向位置決め面および回転方向位置を規定する回転方向位置決め面を備えており、
前記仮固定用治具は、
前記出力側から前記円盤状フランジに取り付けた前記第１仮固定ボルトによって、前記出力軸に同軸に締結固定され、
前記出力側から前記中空部に装着した前記第２仮固定ボルトによって、前記入力軸の前記出力側軸端部に同軸に締結固定されていることを特徴とする波動歯車装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記軸方向位置決め面は、前記仮固定用治具の前記中空部の内周面に形成した前記入力側を向く円環状段面であり、
前記円環状段面には、前記中空部に挿入された前記入力軸の前記入力側軸端部の先端面が前記入力側から当接しており、
前記回転方向位置決め面は、前記仮固定用治具の前記中空部の前記入力側の内周面に形成され、円形内周面の一部が半径方向の内側に迫り出した形状をしており、
前記中空部に挿入される前記入力軸の前記入力側軸端部の外周面は、前記回転方向位置決め面と相補的な形状をしている波動歯車装置。

【請求項3】

請求項１において、更に、
前記第２仮固定ボルトが取り外された後の前記中空部に装着して、前記入力軸の前記入力側軸端部を取付け対象のモータ軸に締結固定する軸締結用ボルトを備えている波動歯車装置。

【請求項4】

請求項１において、更に、
前記内歯歯車に対して前記入力側から固定したエンドプレートと、
入力側オイルシールと、
出力側オイルシールと
を備えており、
前記入力軸の前記入力側軸端部は、前記エンドプレートの中心穴を通って前記入力側に突出し、前記エンドプレートの前記中心穴の内周面と前記入力側軸端部の外周面との間の隙間が、前記入力側オイルシールによってシールされており、
前記主軸受の前記外輪と前記内輪との間に形成される前記出力側に開口する隙間が、出力側オイルシールによってシールされている波動歯車装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内歯歯車、外歯歯車および波動発生器の三部品が組付けられたユニットの状態でユーザーに提供される波動歯車装置に関する。

【背景技術】

【0002】

波動歯車装置は、基本的に、剛性の内歯歯車、可撓性の外歯歯車および波動発生器の三部品から構成される。波動歯車装置の組付け作業には、波動発生器をモータ軸に取り付ける作業、モータ軸に取り付けた波動発生器を、内歯歯車に組み付けた外歯歯車の内側に組み込む作業が含まれる。また、組み込まれた波動発生器の芯出し、軸方向の位置決め等の位置調整作業が必要である。ユーザーの側で波動歯車装置の組付け作業を簡単に行うことができるように、予め、三部品が組付けられて位置調整が行われたユニットの状態で、波動歯車装置がユーザーに提供される場合がある。

【0003】

このようなユニット製品は、例えば、特許文献１、２において提案されている。特許文献１に記載の波動歯車装置ユニットは、モータ等への組付け作業が簡単に行えるように、軸受機構によって支持された入力軸を備えた密閉構造をしている。軸受機構によって、三部品の組付け状態が維持され、製品輸送中等において波動発生器の位置ずれ、それに伴ってオイルシール等の他の部品が損傷するなどの弊害が防止される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４－７４４５０号公報

【特許文献2】実用新案登録第３１８７３６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

予め三部品が組付けられてユニット化された波動歯車装置は、三部品の組付け状態、特に、外歯歯車に対する波動発生器の組付け状態を維持するために、軸受機構等の支持機構が組み込まれている。また、モータ軸等への取付けを簡単に行えるように継手機構等が組み込まれている。支持機構、継手機構等が組み込まれているので、その分、ユニット化された波動歯車装置の寸法、重量が大きくなり設置スペースを多く必要とする、回転ロスが大きくなる、製造コストが高くなる等の解決すべき課題がある。

【0006】

本発明の主な目的は、このような点に鑑みて、部品の組付け状態を維持可能な小型でコンパクトな機構を備え、設置スペースも少なくて済むように構成された波動歯車装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の波動歯車装置は、モータなどの取付け対象の装置へ取付けられるまでの間、仮固定用治具を用いて構成部品の組付け状態を維持し、取付け対象の装置への取付け後に仮固定用治具を取り外すことができるように構成されている。

【0008】

また、本発明の波動歯車装置では、波動歯車装置の軸方向において、波動歯車装置の取付け対象のモータに取り付けられる側を入力側とし、他方の側を出力側とすると、仮固定用治具の取付け、取り外し作業、および、入力軸をモータ軸に取り付ける作業を、全て、出力側から行うことができるように構成されている。

【0009】

さらに、本発明の波動歯車装置では、仮固定用治具を波動歯車装置の入力軸に締結固定する仮固定ボルトの装着部を利用して、仮固定ボルトに代えて軸締結固定ボルトを装着して、波動歯車装置の入力軸を、取り付け対象の装置の回転軸（モータ軸）に締結固定できるように構成されている。

【0010】

本発明の波動歯車装置においては、仮固定用治具によって、波動歯車装置の構成部品、特に、内歯歯車、外歯歯車および波動発生器の三部品の組付け状態が維持される。波動歯車装置の輸送等において、三部品に位置ずれが生じることがなく、位置ずれに起因してオイルシール等の他の構成部品に不要な負荷が掛かるなどの弊害も回避される。

【0011】

また、波動歯車装置を取付け対象の装置に取り付ける作業においては基本的に三部品の位置調整作業が不要となり、取付作業が簡単になる。取付け対象の装置に取り付けられた波動歯車装置からは、三部品の組付け状態を維持するための仮固定用治具が取り外される。設置スペースが少なくて済み、装置全体の小型化、コンパクト化に有利である。また、波動歯車装置の取り付け作業、仮固定用治具の取り外し作業を一方向から行うことができるので便利である。

【0012】

さらに、仮固定用治具を波動歯車装置の入力軸に締結固定している仮固定ボルトに代えて、入力軸を取付け対象のモータ軸に締結固定するために用いる軸締結ボルトを装着できる。入力軸をモータ軸に取り付けるための継手機構を小型でコンパクトにできる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】（Ａ）は本発明を適用した波動歯車装置を示す概略縦断面図、（Ｂ）は内歯歯車と外歯歯車のかみ合い状態を示す説明図である。

【図2】（Ａ）は仮固定用治具を取り外した状態の波動歯車装置を示す概略縦断面図、（Ｂ）は入力軸を示す斜視図である。

【図3】（Ａ）～（Ｄ）は、仮固定用治具の取り外し手順を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１および図２を参照して、本発明を適用した波動歯車装置の実施の形態を説明する。波動歯車装置１は、剛性の内歯歯車２と、内歯歯車２の内側に同軸に配置されたカップ形状をした可撓性の外歯歯車３と、外歯歯車３の内側に同軸に配置された波動発生器４と、波動発生器４に同軸に固定した入力軸５と、外歯歯車３に同軸に固定した出力軸６と、出力軸６（外歯歯車３）を内歯歯車２に対して相対回転可能な状態で支持する主軸受７と、エンドプレート８とを備えている。また、波動歯車装置１は、組み付けられて相互に位置決めされた状態の内歯歯車２、外歯歯車３および波動発生器４を、位置決め状態に保持するための仮固定用治具９を備えている。仮固定用治具９は、複数本の仮固定ボルト１０によって出力軸６に締結固定されていると共に、１本の仮固定センターボルト１１によって入力軸５に締結固定されている。なお、以下の説明において、波動歯車装置１の中心軸線１ａに沿った方向である軸方向において、エンドプレート８が位置している側を軸方向の入力側と呼び、仮固定用治具９が位置している側を軸方向の出力側と呼ぶ。

【0015】

内歯歯車２は矩形断面の円環状部材であり、その円形内周面に内歯２１が形成されている。外歯歯車３は、内歯歯車２の内歯２１にかみ合い可能な外歯３１が形成されている半径方向に撓み可能な筒状胴部３２、当該筒状胴部３２の後端から半径方向の内方に延びるダイヤフラム３３、および当該ダイヤフラム３３の内周縁に形成した円環形状をした剛性のボス３４を備えている。波動発生器４は、円環形状をした剛性のカム板４１および、このカム板４１の楕円状外周面（非円形外周面）に装着した波動発生器軸受４３を備えている。波動発生器４は、外歯歯車３の筒状胴部３２の内側に嵌め込まれ、当該筒状胴部３２を楕円形状に撓めて、外歯３１を内歯２１に対して部分的にかみ合わせている。

【0016】

入力軸５は、波動発生器４のカム板４１の中心穴を貫通して延びている。入力軸５は、中空軸であり、その外周面には円盤状フランジ５１が一体形成されている。円盤状フランジ５１の外周縁部に、波動発生器４のカム板４１が同軸に締結固定されている。なお、本例では、入力軸５は、カム板４１とは別部材であるが、カム板４１と入力軸５とが一体化された単一部品を用いることもできる。

【0017】

出力軸６は、外歯歯車３の円環状のボス３４に対して出力側から同軸に締結固定されている。出力軸６は、ボス３４の中心穴３５と同一径の中心穴６１を備えた円盤形状をした部材である。主軸受７は、出力軸６の外周側に配置されている。主軸受７はクロスローラベアリングからなり、その内輪７１は出力軸６に一体形成されている。内輪７１を出力軸６とは別個の部品として制作し、出力軸６の外周部に同軸に締結固定することもできる。主軸受７の外輪７２は、内歯歯車２の出力側に位置し、内歯歯車２に同軸に締結固定されている。内輪７１（出力軸６）と外輪７２の間に形成される軌道溝にはローラが転動可能な状態で挿入されている。出力側に開口している内輪７１（出力軸６）と外輪７２の間の隙間は、出力側オイルシール１２によってシールされている。エンドプレート８は、内歯歯車２の入力側に位置し、内歯歯車２に締結固定されている。エンドプレート８の中心穴８１を貫通して、入力軸５の入力側軸端部５２が入力側に突出している。入力軸５の外周面とエンドプレート８の中心穴内周面との間の隙間は、入力側オイルシール１３によってシールされている。

【0018】

仮固定用治具９は、出力軸６に対して出力側に配置されている。仮固定用治具９は、出力軸６の中心穴６１に差し込み可能な大きさの円筒部９１と、この円筒部９１における出力側の端部から半径方向の外方に広がる円盤状のフランジ９２とを備えている。フランジ９２の外径は出力軸６の外径とほぼ同一である。フランジ９２における出力軸６に面する端面は、内周側の部分が出力軸６の側に突出した段差端面９３となっている。この段差端面９３は、出力軸６の出力側の段差端面６２と相補的な形状をしている。

【0019】

仮固定用治具９のフランジ外周縁部分には、仮固定ボルト１０を取り付けるためのボルト穴９４が形成されている。ボルト穴９４は、円周方向に一定の角度間隔で配置され、フランジ外周縁部分を軸方向に貫通している。本例では、２か所にボルト穴９４が形成されている。出力軸６の段差端面６２の外周縁部には、ボルト穴９４に対応する部位に、軸方向に延びるボルトねじ込み穴６３が開口している。仮固定用治具９は、その出力側からボルト穴９４を介してボルトねじ込み穴６３にねじ込み固定した仮固定ボルト１０によって、出力軸６に同軸に締結固定されている。

【0020】

仮固定用治具９の円筒部９１の円形中心穴９５は、出力側から、仮固定センターボルト１１を挿入可能なボルト穴である。この円形中心穴９５は、その軸方向の途中が小径の円形内周面部分とされて、出力側を向く円環状段差面９６および入力側を向く円環状段差面９７が形成されている。円環状段差面９６には仮固定センターボルト１１の頭部が係合可能である。また、円形中心穴９５には、その入力側から、入力軸５の出力側軸端部５３が同軸に挿入されている。この出力側軸端部５３の中心穴部分は、仮固定センターボルト１１をねじ込み固定可能なボルトねじ込み穴５５となっている。仮固定用治具９は、その出力側から円形中心穴９５を介してボルトねじ込み穴５５にねじ込み固定した仮固定センターボルト１１によって、入力軸５に同軸に締結される。

【0021】

ここで、入力軸５の出力側軸端部５３の先端面５４が仮固定用治具９の円形中心穴９５の円環状段差面９７（軸方向位置決め面）に当接することで、入力軸５の軸方向の位置が固定されている。また、入力軸５の出力側軸端部５３の外周面５６は、図２（Ｂ）に示すように、円形外周面の直径方向の両側の部分が平面となるようにカットされたＤカット形状をしている。仮固定用治具９の円形中心穴９５の入力側の内周面９８（回転方向位置決め面）は、入力軸５の外周面５６と相補的なＤカット形状の内周面であり、円形内周面の直径方向の両側の部分が内側に迫り出して平面となっている。これらによって構成される回り止め機構によって、入力軸５の回転方向の位置が固定されている。

【0022】

このように、仮固定用治具９を入力軸５および出力軸６に締結固定することで、出力軸６に取り付けた外歯歯車３に対する入力軸５に取り付けた波動発生器４の組み込み状態が保持され、波動発生器４による外歯歯車３と内歯歯車２とのかみ合い状態も保持される。よって、波動歯車装置１の輸送時などにおいて、これらの三部品の組付け状態が維持され、軸方向の位置ずれ、芯ずれ、倒れ等によって、入力側オイルシール１３等の部品に過剰な負荷が掛かる等の弊害を回避できる。また、組付け状態が維持されるので、モータ等の取付け対象の装置への取付け作業において、部品の位置調整作業が不要なので、簡単に行うことができる。

【0023】

（治具取り外し手順）
図３（Ａ）～（Ｄ）は、仮固定用治具９が取り付けられた状態で設置場所に搬入された波動歯車装置１を、取り付け対象の装置、例えば、モータに取り付ける際の仮固定用治具９の取り外し手順を示す説明図である。

【0024】

まず、図３（Ａ）に示すように、仮固定用治具９が取り付けられた状態の波動歯車装置１を、取付け対象のモータ１００のモータハウジング１０１に取り付ける。波動歯車装置１の入力側端面を規定しているエンドプレート８を、モータハウジング１０１（モータ側取付けフランジ）に位置決めする。波動歯車装置１の装置ハウジングを構成している内歯歯車２、主軸受７の外輪７２およびエンドプレート８を貫通して延びるボルト穴１５に不図示の締結用ボルトを通して、モータハウジング１０１に波動歯車装置１を取り付ける。波動歯車装置１の入力軸５の入力側軸端部５２の中心穴に、モータ軸１０２の軸先端部が同軸に挿入された状態になる。モータ軸１０２の軸先端部の先端面には、モータ軸１０２を波動歯車装置１の入力軸５に締結固定するための軸締結用センターボルト１０４をねじ込み可能なボルトねじ込み穴１０５が開口している。

【0025】

波動歯車装置１の出力側において、仮固定センターボルト１１の頭部は、波動歯車装置１に出力側に取り付けた仮固定用治具９の円形中心穴９５内において、出力側に露出している。図３（Ｂ）に示すように、仮固定センターボルト１１を外して、仮固定用治具９と入力軸５との締結固定を解除する。

【0026】

次に、仮固定センターボルト１１に代えて、軸締結用センターボルト１０４を用いて、波動歯車装置１の入力軸５をモータ軸１０２に締結固定する。図３（Ｃ）に示すように、波動歯車装置１の出力側において、軸締結用センターボルト１０４を、波動歯車装置１の出力側から、仮固定用治具９の円形中心穴９５を介して、モータ軸１０２の軸先端部に形成されているボルトねじ込み穴１０５にねじ込む。波動歯車装置１の入力軸５がモータ軸１０２に同軸に締結固定される。この結果、波動歯車装置１は、仮固定用治具９によって三部品の組付け状態が維持されたまま、モータ１００に取り付けられる。取付け作業において、外歯歯車３、波動発生器４の位置調整作業が不要である。

【0027】

この後は、図３（Ｄ）に示すように、波動歯車装置１の出力側において、仮固定用治具９を出力軸６に締結固定している仮固定ボルト１０を緩め、仮固定用治具９を出力軸６から出力側に取り外す。なお、波動歯車装置１の出力軸６の出力側の段差端面６２には、Ｏリング溝６６が形成されており、ここに、Ｏリング６７が組み込まれる。Ｏリング６７を挟み、出力軸６の出力側端面６５には、不図示の負荷側部材が取り付けられる。

【0028】

以上説明したように、本例の波動歯車装置１は、モータ１００に取り付けられるまで、仮固定用治具９によって、内歯歯車２、外歯歯車３および波動発生器４の三部品を含む構成部品の組み付け状態が保持される。よって、モータ１００に波動歯車装置１を取り付ける際の三部品の位置調整が不要となり、取付け作業が簡単になる。

【0029】

波動歯車装置１には、外歯歯車３に対する波動発生器４の組付け位置を保持するための軸受機構等を組み込む必要がないので、入力軸５の低慣性化が容易なユニット構造が得られる。組み付け状態を保持するための仮固定用治具９は、波動歯車装置１をモータ１００に取り付けた後には取り外される。よって、波動歯車装置１の設置スペースが少なくて済み、当該波動歯車装置１が取り付けられた装置全体の小型化、コンパクト化、軽量化に有利である。

【0030】

例えば、図２（Ｂ）に示す波動発生器４のカム板４１（ウエーブプラグ）が取り付けられている入力軸５において、その出力側に突出している出力側軸端部５３を無くすことで入力軸５を一層、扁平、軽量（低慣性）にできる。この場合には、入力軸５の出力側端面に、所定深さのＤカット形状の内周面を備えた凹部を形成する。仮固定用治具９の円筒部９１を、この凹部に嵌め込み可能なＤカット形状の外周面を備えた部分とすればよい。

【0031】

また、本例の波動歯車装置１において、入力軸５とモータ軸１０２とは、仮固定センターボルト１１に代えて配置した軸締結用センターボルト１０４によって締結固定される。軸カップリング、スプライン軸等の軸継手機構が組み込まれている場合に比べて、波動歯車装置１の小型化、コンパクト化に有利である。

【0032】

さらに、波動歯車装置１をモータ１００に取り付ける作業および仮固定用治具９を取り外す作業を、波動歯車装置１に対して同一の側（出力側）から行うことができる。よって、波動歯車装置１をモータ１００に取り付ける作業が容易であり、また、ユーザーの側における波動歯車装置１の自動組み立てを容易に実現できる。

【0033】

これに加えて、本例の波動歯車装置１は、入力側オイルシール１３および出力側オイルシール１２を備えた密閉ユニットとして構成されている。取付け対象のモータ１００の側に密閉用の部品（オイルシール等）を配置する必要がない。また、モータ軸１０２の側の軸締結構造に合わせて、波動歯車装置１の波動発生器４の入力軸５の側の構造を設定することができる。

【符号の説明】

【0034】

１ 波動歯車装置
１ａ 中心軸線
２ 内歯歯車
３ 外歯歯車
４ 波動発生器
５ 入力軸
６ 出力軸
７ 主軸受
８ エンドプレート
９ 仮固定用治具
１０ 仮固定ボルト
１１ 仮固定センターボルト
１２ 出力側オイルシール
１３ 入力側オイルシール
１５ ボルト穴
２１ 内歯
３１ 外歯
３２ 筒状胴部
３３ ダイヤフラム
３４ ボス
３５ 中心穴
４１ カム板
４３ 波動発生器軸受
５１ 円盤状フランジ
５２ 入力側軸端部
５３ 出力側軸端部
５４ 先端面
５５ ボルトねじ込み穴
５６ 外周面
６１ 中心穴
６２ 段差端面
６３ ボルトねじ込み穴
６５ 出力側端面
６６ リング溝
６７ リング
７１ 内輪
７２ 外輪
８１ 中心穴
９１ 円筒部
９２ フランジ
９３ 段差端面
９４ ボルト穴
９５ 円形中心穴
９６ 円環状段差面
９７ 円環状段差面
９８ 内周面
１００ モータ
１０１ モータハウジング
１０２ モータ軸
１０４ 軸締結用センターボルト
１０５ ボルトねじ込み穴

【図1】

【図2】

【図3】