(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】
(24)【登録日】2024-01-04
(45)【発行日】2024-01-15
(54)【発明の名称】波動歯車装置
(51)【国際特許分類】
F16H 1/32 20060101AFI20240105BHJP
【ＦＩ】
F16H1/32 B
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019222917
(22)【出願日】2019-12-10
(65)【公開番号】P2021092270
(43)【公開日】2021-06-17
【審査請求日】2022-11-21
(73)【特許権者】
【識別番号】516272490
【氏名又は名称】ＳＫＧ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100175019
【弁理士】
【氏名又は名称】白井 健朗
(74)【代理人】
【識別番号】100195648
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 悠太
(74)【代理人】
【識別番号】100104329
【弁理士】
【氏名又は名称】原田 卓治
(72)【発明者】
【氏名】今川 豊
【審査官】小川 克久
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１８０７９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０５４９８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０５－０７９０８９（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開昭６０－０８４４４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０４４６１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】実公昭４７－０１４５０２（ＪＰ，Ｙ１）
(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】
内周面に沿って形成されたインナギアを有するインターナルギア部と、回転入力に応じて軸線を中心として回転するカム部を有する波動発生部と、
前記インナギアよりも少ない歯数で外周面に沿って形成され、内周側が前記波動発生部に嵌め込まれたリング状のアウタギア、及び、前記軸線に沿う方向において前記アウタギアと隣り合う隣接部を有するフレックスギア部と、
前記軸線を中心とした径方向において前記隣接部と対向する対向部を有し、前記フレックスギア部と共に前記インターナルギア部に対して回転する出力軸部と、
前記対向部に固定され、前記隣接部に向かって延び、前記フレックスギア部の動力を前記出力軸部に伝達する伝達部と、を備え、
前記カム部は、前記軸線を中心とした円周方向において等間隔で位置するＮ（Ｎは、２以上の整数）個の極部を有し、前記アウタギアをＮ箇所で前記インナギアと噛み合わせ、
前記隣接部には、前記伝達部が挿入されるとともに、前記円周方向における前記フレックスギア部と前記出力軸部との相対的な変位を許容する被挿入部が設けられ、
前記伝達部及び前記被挿入部の対は、
８個以上あり、前記円周方向に配列され、
前記カム部が前記軸線を中心として回転している際に、前記伝達部が前記被挿入部の前記円周方向における一端に位置する第１の対、及び、前記伝達部が前記被挿入部の前記円周方向における他端に位置する第２の対を含む、
波動歯車装置。
【請求項2】
内周面に沿って形成されたインナギアを有するインターナルギア部と、回転入力に応じて軸線を中心として回転するカム部を有する波動発生部と、
前記インナギアよりも少ない歯数で外周面に沿って形成され、内周側が前記波動発生部に嵌め込まれたリング状のアウタギア、及び、前記軸線に沿う方向において前記アウタギアと隣り合う隣接部を有するフレックスギア部と、
前記軸線を中心とした径方向において前記隣接部と対向する対向部を有し、前記フレックスギア部と共に前記インターナルギア部に対して回転する出力軸部と、
前記隣接部に固定され、前記対向部に向かって延び、前記フレックスギア部の動力を前記出力軸部に伝達する伝達部と、を備え、
前記カム部は、前記軸線を中心とした円周方向において等間隔で位置するＮ（Ｎは、２以上の整数）個の極部を有し、前記アウタギアをＮ箇所で前記インナギアと噛み合わせ、
前記対向部には、前記伝達部が挿入されるとともに、前記円周方向における前記フレックスギア部と前記出力軸部との相対的な変位を許容する被挿入部が設けられ、
前記伝達部及び前記被挿入部の対は、
８個以上あり、前記円周方向に配列され、
前記カム部が前記軸線を中心として回転している際に、前記伝達部が前記被挿入部の前記円周方向における一端に位置する第１の対、及び、前記伝達部が前記被挿入部の前記円周方向における他端に位置する第２の対を含む、
波動歯車装置。
【請求項3】
前記第１の対と前記第２の対がそれぞれ４個以上あるという条件と、前記伝達部及び前記被挿入部の対が４×Ｎ個以上あるという条件との少なくともいずれかを満たす、
請求項１又は２に記載の波動歯車装置。
【請求項4】
前記対向部は、前記隣接部の内周側と外周側のいずれか一方のみに位置する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波動歯車装置。
【請求項5】
前記伝達部及び前記被挿入部の対は、前記円周方向において等間隔で配列されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の波動歯車装置。
【請求項6】
前記被挿入部は、前記径方向における前記フレックスギア部と前記出力軸部との相対的な変位も許容する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の波動歯車装置。
【請求項7】
前記出力軸部を前記インターナルギア部に対して回転可能に支持する支持部をさらに備え、前記隣接部及び前記対向部は、前記支持部と前記カム部との間に位置する、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の波動歯車装置。
【請求項8】
前記伝達部は、柱状のピンからなり、前記被挿入部は、前記円周方向における口径が前記ピンの外径よりも長い長孔からなる、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の波動歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、波動歯車装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、関節を介してアームが動作するロボットにおいては、任意のアームに内蔵されたモータの回転を減速機により減速し、減速した出力で当該アームと連結されたアームを回転駆動することが行われている。この種の減速機として、波動歯車装置を用いたものが知られている。
【0003】
特許文献１には、円環状のサーキュラスプライン（剛性内歯歯車）と、この内周側に位置する薄肉カップ状のフレクスプライン（可撓性外歯歯車）と、この内周側に嵌められた楕円形のカムを有するウェーブジェネレータ（波動発生器）と、を備えた波動歯車装置が開示されている。フレクスプラインは、ウェーブジェネレータのカムにより楕円形に撓められ、サーキュラスプラインと部分的に噛み合わされている。そして、モータ等の回転入力に応じてウェーブジェネレータのカムが回転すると、両歯車の噛み合い位置が円周方向に移動して、両歯車の歯数差に応じた相対回転運動が両歯車の間に発生する。特許文献１に係る波動歯車装置は、フレクスプラインから減速回転出力を得る構成となっており、具体的には、フレクスプラインの底を形成するダイヤフラムに出力軸が取り付けられる構造を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１２－７２９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
まず、特許文献１に係る波動歯車装置は、その構造上、フレクスプラインが破損しやすいという問題がある。これは次の理由による。ここで、回転するフレクスプラインから出力軸への力の伝達点として、出力軸の回転軸線（以下、軸線と言う。）を中心とした円周方向に配列された複数の仮想点を考える。回転するフレクスプラインから各仮想点に加わる力のベクトルは、フレクスプラインが可撓性を有することや、カムが楕円状であること等により、均一に円周方向に向く訳ではなく、地点によって位相にずれが生じる。特許文献１に係るフレクスプラインは、円筒部分の一端を閉塞するダイヤフラムに出力軸が固定されているため、いわば円筒部分の全周で出力軸に回転力を伝達する構造になっており、上述のように位相ずれを起こした力のベクトルを多分に含んだ状態となる。そうすると、フレクスプラインの円筒部分に、回転軸線を中心として出力軸を回転させるためのトルクに寄与しない無用な応力が生じ、無用なねじれの力が加わる。このように無用なねじれの力が加わることに加えて、フレクスプラインは、その円筒部分が非常に薄肉（例えば、肉厚が０．１ｍｍ程度）で形成されているため、破損しやすいという問題がある。
【0006】
また、特許文献１に係るフレクスプラインは、円筒部分の一端を閉塞するダイヤフラムに出力軸を固定するという構造上、円筒部分の高さ（軸線に沿う長さ）分だけ、出力軸の位置が入力側の回転体（例えばウェーブジェネレータのカム）から遠ざかってしまう。このため、波動歯車装置が軸線に沿う方向に大きくなり易いという問題もある。
【0007】
本発明は、破損しにくく、装置の大型化を抑制することができる波動歯車装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る波動歯車装置は、
内周面に沿って形成されたインナギアを有するインターナルギア部と、
回転入力に応じて軸線を中心として回転するカム部を有する波動発生部と、
前記インナギアよりも少ない歯数で外周面に沿って形成され、内周側が前記波動発生部に嵌め込まれたリング状のアウタギア、及び、前記軸線に沿う方向において前記アウタギアと隣り合う隣接部を有するフレックスギア部と、
前記軸線を中心とした径方向において前記隣接部と対向する対向部を有し、前記フレックスギア部と共に前記インターナルギア部に対して回転する出力軸部と、
前記対向部に固定され、前記隣接部に向かって延び、前記フレックスギア部の動力を前記出力軸部に伝達する伝達部と、を備え、
前記カム部は、前記軸線を中心とした円周方向において等間隔で位置するＮ（Ｎは、２以上の整数）個の極部を有し、前記アウタギアをＮ箇所で前記インナギアと噛み合わせ、
前記隣接部には、前記伝達部が挿入されるとともに、前記円周方向における前記フレックスギア部と前記出力軸部との相対的な変位を許容する被挿入部が設けられ、
前記伝達部及び前記被挿入部の対は、
８個以上あり、前記円周方向に配列され、
前記カム部が前記軸線を中心として回転している際に、前記伝達部が前記被挿入部の前記円周方向における一端に位置する第１の対、及び、前記伝達部が前記被挿入部の前記円周方向における他端に位置する第２の対を含む。
内周面に沿って形成されたインナギアを有するインターナルギア部と、
回転入力に応じて軸線を中心として回転するカム部を有する波動発生部と、
前記インナギアよりも少ない歯数で外周面に沿って形成され、内周側が前記波動発生部に嵌め込まれたリング状のアウタギア、及び、前記軸線に沿う方向において前記アウタギアと隣り合う隣接部を有するフレックスギア部と、
前記軸線を中心とした径方向において前記隣接部と対向する対向部を有し、前記フレックスギア部と共に前記インターナルギア部に対して回転する出力軸部と、
前記対向部に固定され、前記隣接部に向かって延び、前記フレックスギア部の動力を前記出力軸部に伝達する伝達部と、を備え、
前記カム部は、前記軸線を中心とした円周方向において等間隔で位置するＮ（Ｎは、２以上の整数）個の極部を有し、前記アウタギアをＮ箇所で前記インナギアと噛み合わせ、
前記隣接部には、前記伝達部が挿入されるとともに、前記円周方向における前記フレックスギア部と前記出力軸部との相対的な変位を許容する被挿入部が設けられ、
前記伝達部及び前記被挿入部の対は、
８個以上あり、前記円周方向に配列され、
前記カム部が前記軸線を中心として回転している際に、前記伝達部が前記被挿入部の前記円周方向における一端に位置する第１の対、及び、前記伝達部が前記被挿入部の前記円周方向における他端に位置する第２の対を含む。
【0009】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る波動歯車装置は、
内周面に沿って形成されたインナギアを有するインターナルギア部と、
回転入力に応じて軸線を中心として回転するカム部を有する波動発生部と、
前記インナギアよりも少ない歯数で外周面に沿って形成され、内周側が前記波動発生部に嵌め込まれたリング状のアウタギア、及び、前記軸線に沿う方向において前記アウタギアと隣り合う隣接部を有するフレックスギア部と、
前記軸線を中心とした径方向において前記隣接部と対向する対向部を有し、前記フレックスギア部と共に前記インターナルギア部に対して回転する出力軸部と、
前記隣接部に固定され、前記対向部に向かって延び、前記フレックスギア部の動力を前記出力軸部に伝達する伝達部と、を備え、
前記カム部は、前記軸線を中心とした円周方向において等間隔で位置するＮ（Ｎは、２以上の整数）個の極部を有し、前記アウタギアをＮ箇所で前記インナギアと噛み合わせ、
前記対向部には、前記伝達部が挿入されるとともに、前記円周方向における前記フレックスギア部と前記出力軸部との相対的な変位を許容する被挿入部が設けられ、
前記伝達部及び前記被挿入部の対は、
８個以上あり、前記円周方向に配列され、
前記カム部が前記軸線を中心として回転している際に、前記伝達部が前記被挿入部の前記円周方向における一端に位置する第１の対、及び、前記伝達部が前記被挿入部の前記円周方向における他端に位置する第２の対を含む。
内周面に沿って形成されたインナギアを有するインターナルギア部と、
回転入力に応じて軸線を中心として回転するカム部を有する波動発生部と、
前記インナギアよりも少ない歯数で外周面に沿って形成され、内周側が前記波動発生部に嵌め込まれたリング状のアウタギア、及び、前記軸線に沿う方向において前記アウタギアと隣り合う隣接部を有するフレックスギア部と、
前記軸線を中心とした径方向において前記隣接部と対向する対向部を有し、前記フレックスギア部と共に前記インターナルギア部に対して回転する出力軸部と、
前記隣接部に固定され、前記対向部に向かって延び、前記フレックスギア部の動力を前記出力軸部に伝達する伝達部と、を備え、
前記カム部は、前記軸線を中心とした円周方向において等間隔で位置するＮ（Ｎは、２以上の整数）個の極部を有し、前記アウタギアをＮ箇所で前記インナギアと噛み合わせ、
前記対向部には、前記伝達部が挿入されるとともに、前記円周方向における前記フレックスギア部と前記出力軸部との相対的な変位を許容する被挿入部が設けられ、
前記伝達部及び前記被挿入部の対は、
８個以上あり、前記円周方向に配列され、
前記カム部が前記軸線を中心として回転している際に、前記伝達部が前記被挿入部の前記円周方向における一端に位置する第１の対、及び、前記伝達部が前記被挿入部の前記円周方向における他端に位置する第２の対を含む。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、破損しにくく、装置の大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の一実施形態に係る波動歯車装置が組み込まれるロボットの外観図である。
【図2】同上実施形態に係る波動歯車装置の主要構成の概略断面を含む構成図である。
【図4】同上実施形態に係る波動歯車装置が備える伝達部の配置及び機能を説明するための図である。
【図5】（ａ）～（ｄ）は、同上実施形態に係る波動歯車装置の減速動作を説明するための原理図である。
【図6】カム部とフレックスギア部を軸線方向から見た図であって、（ａ）は、カム部の極数が３である場合を示し、（ｂ）は、カム部の極数が４である場合を示す図である。
【図7】カム部とフレックスギア部を軸線方向から見た図であって、（ａ）は、カム部の極数が５である場合を示し、（ｂ）は、カム部の極数が６である場合を示す図である。
【図8】カム部とフレックスギア部を軸線方向から見た図であって、（ａ）は、カム部の極数が７である場合を示し、（ｂ）は、カム部の極数が８である場合を示す図である。
【図9】（ａ）は、同上実施形態に係る波動歯車装置の主要構成の概略断面図であり、（ｂ）は、従来例に係る波動歯車装置の主要構成の概略断面図である。
【図10】同上実施形態に係る波動歯車装置における一部構成を変形した変形例１を示す図である。
【図11】（ａ）は、同上実施形態に係る波動歯車装置における一部構成を変形した変形例２を示す図であり、（ｂ）は、同上実施形態に係る波動歯車装置における一部構成を変形した変形例３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【0013】
本実施形態に係る波動歯車装置１００は、図１に示すように、産業用のロボット２００に組み込まれる。ロボット２００は、例えば垂直多関節ロボットからなり、基台２０１の上に設置されたロボット本体部２１０と、ロボット本体部２１０を駆動制御するコントローラ２２０と、を備える。ロボット本体部２１０は、第１アーム２１１と、第１アーム２１１と波動歯車装置１００を介して連結された第２アーム２１２と、図２に示すモータ２１３と、を備える。モータ２１３は、サーボモータ等からなり、コントローラ２２０の制御により動作する。コントローラ２２０は、第１アーム２１１に内蔵されたモータ２１３及び波動歯車装置１００を介して第２アーム部２１２を回転駆動することで、第１アーム２１１に対する第２アーム２１２の位置決め制御、角度制御及び回転速度制御を行う。
【0014】
波動歯車装置１００は、図２に示すように、波動発生部１０と、フレックスギア部２０と、インターナルギア部３０と、出力軸部４０と、支持部５０と、伝達部Ｔと、を備える。
【0015】
なお、図２では、見易さを考慮して一部構成の断面を示すハッチングを省略するとともに、第１アーム２１１及び第２アーム２１２を仮想線で示した。また、以下では、波動歯車装置１００の構成を説明する際に、図２における右側を入力側（図示Ｓｉ）と呼び、左側を出力側（図示Ｓｏ）と呼ぶことがある。後述の図９においても同様である。
【0016】
波動発生部１０は、円筒軸部１１と、円筒軸部１１と一体に形成されたカム部１２と、ウェーブベアリング１３と、を備える。
【0017】
円筒軸部１１は、入力側の端部がベアリングＢ１に回転可能に支持され、出力側の端部がベアリングＢ２に回転可能に支持されている。ベアリングＢ１は、第１アーム２１１に対して不動な不動部２１１ａに設けられている。ベアリングＢ２は、出力軸部４０の内周面に設けられている。ベアリングＢ１，Ｂ２は、例えばボールベアリングから構成されている。これにより、円筒軸部１１は、第１アーム２１１に対して軸線ＡＸ周りに回転可能に支持されている。円筒軸部１１には、モータ２１３の回転動力が公知の伝達機構を介して伝達される。この伝達機構は、ギア機構、タイミングベルトとプーリーを利用したベルト機構などであればよい。
【0018】
カム部１２は、円筒軸部１１の外周面から外径方向に突出して設けられている。カム部１２は、軸線ＡＸに沿う方向（以下、「軸線方向」とも言う。）においてベアリングＢ１と隣り合う位置に設けられている。カム部１２は、軸線ＡＸを中心とした円周方向において等間隔で位置するＮ（Ｎは、２以上の整数）個の極部を有している。以下では、カム部１２が有する極部の数を極数と呼ぶ。例えば、極数がＮ＝２の場合のカム部１２は、図３（ａ）に示すように、軸線方向から見て楕円状をなす。
【0019】
ウェーブベアリング１３は、図２及び図３（ａ）に示すように、カム部１２の外周面に固定された内輪１３ｉと、フレキシブルな外輪１３ｏと、内輪１３ｉ及び外輪１３ｏの間に転動可能な状態で挿入されている複数のボール１３ｂと、を有する。なお、内輪１３ｉは、カム部１２の外周面を含む部分から構成されていてもよい。
【0020】
フレックスギア部２０は、特殊鋼等の金属材によりフレキシブル性を有し、例えば、軸線方向に沿う円筒状に形成されている。フレックスギア部２０は、アウタギア２１と、アウタギア２１と一体に形成された隣接部２２と、を有する。
【0021】
アウタギア２１は、外周面に沿って形成された所定の歯数ｔの歯２１ａを有してリング状に形成され、内周側が波動発生部１０の外輪１３ｏに嵌め込まれている。アウタギア２１における複数の歯２１ａは、一定のピッチで円周方向に沿って配列されている。アウタギア２１の歯数ｔは、後述のインナギア３１の歯数Ｔｉよりも少ない歯数に設定されている。例えば、カム部１２の極数がＮの場合、歯数ｔと歯数Ｔｉの関係は、「Ｔｉ＝ｔ＋Ｎ」が成り立つように設定される。例えば、Ｎ＝２の場合には、「Ｔｉ＝ｔ＋２」の関係が成り立つ。
【0022】
隣接部２２は、アウタギア２１と軸線方向において隣り合い、アウタギア２１よりも出力側に迫り出す部分である。隣接部２２には、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、伝達部Ｔが挿入される被挿入部Ｈが設けられている。フレックスギア部２０の動力は、被挿入部Ｈに挿入された伝達部Ｔを介して、出力軸部４０へ伝達される。被挿入部Ｈは、伝達部Ｔと同数設けられ、軸線ＡＸを中心とした円周方向に沿って複数設けられている。伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈについては、後に詳述する。
【0023】
【0024】
また、隣接部２２の形状は任意であり、全周がリング状にアウタギア２１よりも迫り出していてもよいし、被挿入部Ｈが設けられる部分毎にアウタギア２１よりも出力側に迫り出していてもよい。また、図示しないが、フレックスギア部２０の内周面における、アウタギア２１に形成された複数の歯２１ａのうち隣り合うもの同士の間に対応する位置に、外周側に向かって凹む部分を設け、フレックスギア部２０を良好に撓みやすくしてもよい。
【0025】
インターナルギア部３０は、金属材により剛性を有して形成され、第１アーム２１１の内側に固定される部分であり、カム部１２に撓められたフレックスギア部２０のアウタギア２１と部分的に噛み合うインナギア３１を有する。
【0026】
インナギア３１は、内周面に沿って形成された所定の歯数Ｔｉ（Ｔｉ＞ｔ）の歯３１ａを有してリング状に形成されている。インナギア３１における複数の歯３１ａは、一定のピッチで円周方向に沿って配列されている。
【0027】
出力軸部４０は、フレックスギア部２０と共にインターナルギア部３０に対して回転する。出力軸部４０は、インターナルギア部３０に対して軸線ＡＸ周りに回転可能に支持部５０によって支持されている。出力軸部４０は、例えば、金属材により剛性を有してリング状に形成されている。出力軸部４０は、フレックスギア部２０の隣接部２２と軸線ＡＸを中心とした径方向（以下、単に「径方向」とも言う。）において対向する対向部４１と、対向部４１よりも出力側に位置し、支持部５０に支持される部分である被支持部４２と、を有する。対向部４１には、伝達部Ｔを出力軸部４０に固定するための固定孔４１ａが形成されている。図２に示すように、出力軸部４０の対向部４１は、フレックスギア部２０の隣接部２２の内周側に位置する。
【0028】
支持部５０は、例えばクロスローラーベアリングからなり、外輪５１がインターナルギア部３０に固定され、内輪５２が出力軸部４０の被支持部４２に固定されている。これにより、支持部５０は、出力軸部４０を、インターナルギア部３０に対して軸線ＡＸ周りに回転可能に支持する。
【0029】
この実施形態では、出力軸部４０は、支持部５０の内輪５２を介して、波動歯車装置１００の負荷である第２アーム２１２に接続される。これにより、出力軸部４０の回転に伴って、第２アーム２１２は、軸線ＡＸ周りに回転する。なお、支持部５０による出力軸部４０の支持態様は任意であり、例えば、支持部５０の内輪５２の内周面が出力軸部４０に固定される態様などであってもよい。また、出力軸部４０と負荷（本例では、第２アーム２１２）の接続手法も任意であり、例えば、出力軸部４０に固定された円盤状のプレート部に負荷を接続する態様などであってもよい。
【0030】
図２に示すように、軸線方向における支持部５０とカム部１２との間に、フレックスギア部２０の隣接部２２及び出力軸部４０の対向部４１が位置する。出力軸部４０に固定された伝達部Ｔがフレックスギア部２０によって軸線ＡＸを中心とした円周方向（以下、単に「円周方向」とも言う。）に押されることで、出力軸部４０は、フレックスギア部２０と共に回転する。
【0031】
伝達部Ｔは、フレックスギア部２０の動力を出力軸部４０に伝達するものであり、出力軸部４０の対向部４１に固定されている。伝達部Ｔは、例えば、円柱状のピンによって構成され、対向部４１の固定孔４１ａに挿入されるとともに、螺合、嵌合、固着、溶着等の公知の固定手法で固定されている。伝達部Ｔは、軸線ＡＸを中心とした径方向に沿うとともに、フレックスギア部２０の隣接部２２に向かって延びており、隣接部２２に設けられた被挿入部Ｈに挿入される。
【0032】
被挿入部Ｈは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、伝達部Ｔが挿入されるとともに、円周方向（図示Ｃ）における口径が伝達部Ｔを構成するピンの外径（直径）よりも長い長孔からなる。これにより、被挿入部Ｈは、円周方向におけるフレックスギア部２０と伝達部Ｔとの相対的な変位（つまり、円周方向におけるフレックスギア部２０と出力軸部４０との相対的な変位）を許容する。また、被挿入部Ｈとしての長孔は、軸線ＡＸを中心とした径方向において隣接部２２を貫通する貫通孔である。したがって、被挿入部Ｈは、径方向におけるフレックスギア部２０と伝達部Ｔとの相対的な変位（つまり、径方向におけるフレックスギア部２０と出力軸部４０との相対的な変位）も許容する。被挿入部Ｈの円周方向の長さは、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対として、後述の第１の対及び第２の対が出現可能に設定すればよい。また、被挿入部Ｈの軸線方向の幅は、伝達部Ｔを構成するピンの外径よりも若干大きく、被挿入部Ｈ内での伝達部Ｔの円周方向及び径方向の移動を妨げない大きさであればよい。図４に示すように、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対は、円周方向に沿って複数設けられ、且つ、円周方向において等間隔で配列されている。
【0033】
（減速動作について）
次に、以上の構成からなる波動歯車装置１００の減速動作について、図１～図３を参照しつつ、主に図５（ａ）～（ｄ）に従って説明する。カム部１２の極数Ｎは、２以上の整数であれば目的に応じて任意であるが、まず、カム部１２が、Ｎ＝２で楕円形状をなす場合について説明する。
次に、以上の構成からなる波動歯車装置１００の減速動作について、図１～図３を参照しつつ、主に図５（ａ）～（ｄ）に従って説明する。カム部１２の極数Ｎは、２以上の整数であれば目的に応じて任意であるが、まず、カム部１２が、Ｎ＝２で楕円形状をなす場合について説明する。
【0034】
ロボット２００のコントローラ２２０の制御によりモータ２１３が動作すると、モータ２１３の回転動力が図示しない伝達機構を介して波動発生部１０のカム部１２に伝達され、カム部１２は、軸線ＡＸ周りに比較的高速で回転する。
【0035】
ここで、説明の理解を容易にするため、回転開始前のカム部１２は、図５（ａ）に示すように、その楕円形状の長軸が０°及び１８０°を通る軸に一致した初期位置Ｃｓにあるものとする。なお、図示の角度は、軸線ＡＸを中心とした角度であり、１２時の方向を０°として、時計方向に角度が増加するものとする。また、カム部１２は、時計方向に回転するものとする。
【0036】
図５（ａ）に示すように、初期位置Ｃｓにあるカム部１２は、２つの極部に対応した、０°及び１８０°の２箇所の噛合位置Ｅでフレックスギア部２０（具体的には、図５では符号を省略したアウタギア２１）をインターナルギア部３０（具体的には、図５では符号を省略したインナギア３１）に噛み合わせる。この状態において、インターナルギア部３０の固定点Ｘｏを０°の位置に設定し、フレックスギア部２０における基準点Ｘｆも０°の位置にあるものとする。
【0037】
図５（ｂ）は、カム部１２が初期位置Ｃｓから９０°回転し、その長軸方向が９０°及び２７０°を通る軸に一致する位置Ｃ１にある状態を示している。
カム部１２が初期位置Ｃｓから位置Ｃ１に変位すると、フレックスギア部２０及びインターナルギア部３０の噛合位置Ｅが９０°及び２７０°の位置に移動する。この際、アウタギア２１の歯数はｔ、インナギア３１の歯数はＴｉ＝ｔ＋２であり、歯数の差は、Ｔｉ－ｔ＝２であるため、フレックスギア部２０の基準点Ｘｆは、固定点Ｘｏに対して、歯数の差「２」の１／４（＝９０°／３６０°）である１／２歯分だけ反時計方向に回転する。この反時計方向の回転角度をθ１とすると、θ１＝｛（３６０°／Ｔｉ）×２｝／４で表される。
カム部１２が初期位置Ｃｓから位置Ｃ１に変位すると、フレックスギア部２０及びインターナルギア部３０の噛合位置Ｅが９０°及び２７０°の位置に移動する。この際、アウタギア２１の歯数はｔ、インナギア３１の歯数はＴｉ＝ｔ＋２であり、歯数の差は、Ｔｉ－ｔ＝２であるため、フレックスギア部２０の基準点Ｘｆは、固定点Ｘｏに対して、歯数の差「２」の１／４（＝９０°／３６０°）である１／２歯分だけ反時計方向に回転する。この反時計方向の回転角度をθ１とすると、θ１＝｛（３６０°／Ｔｉ）×２｝／４で表される。
【0038】
図５（ｃ）は、カム部１２が初期位置Ｃｓから１８０°回転し、その長軸方向が１８０°及び０°を通る軸に一致する位置Ｃ２にある状態を示している。
カム部１２が初期位置Ｃｓから位置Ｃ２に変位すると、フレックスギア部２０及びインターナルギア部３０の噛合位置Ｅが１８０°及び０°の位置に移動する。この際、フレックスギア部２０の基準点Ｘｆは、固定点Ｘｏに対して、歯数の差「２」の１／２（＝１８０°／３６０°）である１歯分だけ反時計方向に回転する。この反時計方向の回転角度をθ２とすると、θ２＝｛（３６０°／Ｔｉ）×２｝／２で表される。
カム部１２が初期位置Ｃｓから位置Ｃ２に変位すると、フレックスギア部２０及びインターナルギア部３０の噛合位置Ｅが１８０°及び０°の位置に移動する。この際、フレックスギア部２０の基準点Ｘｆは、固定点Ｘｏに対して、歯数の差「２」の１／２（＝１８０°／３６０°）である１歯分だけ反時計方向に回転する。この反時計方向の回転角度をθ２とすると、θ２＝｛（３６０°／Ｔｉ）×２｝／２で表される。
【0039】
図５（ｄ）は、カム部１２が初期位置Ｃｓから３６０°回転し、その長軸方向が０°及び１８０°を通る軸に一致する位置Ｃ３にある状態を示している。
カム部１２が初期位置Ｃｓから位置Ｃ３に変位すると（つまり、３６０°回転すると）、フレックスギア部２０及びインターナルギア部３０の噛合位置Ｅは、０°及び１８０°の位置に復帰する。この際、フレックスギア部２０の基準点Ｘｆは、固定点Ｘｏに対して、歯数の差「２」の分だけ反時計方向に回転する。この反時計方向の回転角度をθ３とすると、θ３＝（３６０°／Ｔｉ）×２で表される。
カム部１２が初期位置Ｃｓから位置Ｃ３に変位すると（つまり、３６０°回転すると）、フレックスギア部２０及びインターナルギア部３０の噛合位置Ｅは、０°及び１８０°の位置に復帰する。この際、フレックスギア部２０の基準点Ｘｆは、固定点Ｘｏに対して、歯数の差「２」の分だけ反時計方向に回転する。この反時計方向の回転角度をθ３とすると、θ３＝（３６０°／Ｔｉ）×２で表される。
【0040】
以上のように、カム部１２を回転させると、フレックスギア部２０が弾性変形し、インターナルギア部３０との噛合位置Ｅが順次移動していく。そして、カム部１２が時計方向に１回転すると、フレックスギア部２０は、歯数２（＝Ｔｉ－ｔ）だけ反時計方向に移動する。これにより、複数の伝達部Ｔを介して、フレックスギア部２０とともに回転移動する出力軸部４０は、カム部１２の回転速度に対して、減速比ｉ＝（Ｔｉ－ｔ）／ｔで減速される。つまり、波動歯車装置１００によれば、出力軸部４０に接続される負荷（本例では、第２アーム２１２）を、上記の減速比ｉで減速した出力で、高精度で回転制御することができる。なお、減速比ｉは任意であるが、例えば、１／３０～１／３２０程度で設定されている。
【0041】
以上では、極数ＮがＮ＝２の場合について説明したが、Ｎ≧３の場合についても考え方は同様であるため、ここで纏めて説明する。極数がＮ≧３の場合、軸線方向から見たカム部１２の形状は、正Ｎ角形状をなすとともに、例えば、各極部、及び、隣り合う極部の間が外周方向に緩やかに膨らむ曲面状を有する。図６～図８に、極数Ｎが３～８の場合を示す。なお、図示しないが、Ｎ≧９の場合についても同様に実現することができる。
【0042】
フレックスギア部２０のアウタギア２１は、Ｎ個の極部を有するカム部１２にウェーブベアリング１３を介して撓められ、Ｎ箇所でインターナルギア部３０のインナギア３１と噛み合う。カム部１２の極数がＮの場合、アウタギア２１の歯数ｔ（以下、フレックスギア部２０の歯数ｔとも言う。）とインナギア３１の歯数Ｔｉ（以下、インターナルギア部３０の歯数Ｔｉとも言う。）の関係は、「Ｔｉ＝ｔ＋Ｎ」が成り立つように設定される。
そして、例えば、カム部１２が時計方向に３６０°回転すると、フレックスギア部２０がＮ歯分、反時計方向に移動する。つまり、カム部１２の極数がＮの場合、カム部１２が（３６０°／Ｎ）の角度を回転すると、１歯分、インターナルギア部３０に対してフレックスギア部２０が移動する。カム部１２の極数がＮの場合、フレックスギア部２０に固定された出力軸部４０は、カム部１２の回転速度に対して、減速比ｉ＝（Ｔｉ－ｔ）／ｔ＝Ｎ／ｔで減速される。
そして、例えば、カム部１２が時計方向に３６０°回転すると、フレックスギア部２０がＮ歯分、反時計方向に移動する。つまり、カム部１２の極数がＮの場合、カム部１２が（３６０°／Ｎ）の角度を回転すると、１歯分、インターナルギア部３０に対してフレックスギア部２０が移動する。カム部１２の極数がＮの場合、フレックスギア部２０に固定された出力軸部４０は、カム部１２の回転速度に対して、減速比ｉ＝（Ｔｉ－ｔ）／ｔ＝Ｎ／ｔで減速される。
【0043】
以上のように、波動歯車装置１００は、カム部１２の極数ＮをＮ＝２に設定した場合であっても、Ｎ≧３に設定した場合であっても、モータ２１３からの回転入力に応じて波動発生部１０のカム部１２が回転すると、フレックスギア部２０及びインターナルギア部３０の両歯車の噛合位置Ｅが円周方向に移動していくとともに、両歯車の歯数差に応じて、フレックスギア部２０がインターナルギア部３０に対してカム部１２とは逆方向に回転する。
【0044】
（伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈについて）
ここからは、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈについて説明する。図４は、カム部１２の極数ＮがＮ＝４（つまり、図６（ｂ）に示す形状）の場合に好適な、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの配置例を示している。
ここからは、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈについて説明する。図４は、カム部１２の極数ＮがＮ＝４（つまり、図６（ｂ）に示す形状）の場合に好適な、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの配置例を示している。
【0045】
なお、図４において、軸線方向から見たフレックスギア部２０及び出力軸部４０の図の外周側に示した図は、極数がＮ＝４のカム部１２がモータ２１３の動作に応じて軸線ＡＸを中心に回転している際における、図示０°～９０°の範囲で、フレックスギア部２０を外周側から見た際の伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの相対変位を示す図（以下、相対変位図と言う。）である。図４の相対変位図を見ると、伝達部Ｔが設けられた各位置において、被挿入部Ｈに対する伝達部Ｔの位置が一様では無いことが分かる。これは、前述の課題で述べたような位相ずれが生じることによる。本実施形態に係る波動歯車装置１００は、以下に述べる伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの作用により、前記の位相ずれに起因して出力軸部４０の回転に寄与しない無用な応力が生じることを低減し、良好な伝達効率で出力軸部４０を回転させる。
【0046】
図４に示す例では、出力軸部４０の対向部４１には、円周方向において等間隔で配列された１６個の伝達部Ｔが固定されている。また、フレックスギア部２０の隣接部２２には、１６個の伝達部Ｔの各々が挿入される、１６個の被挿入部Ｈが設けられる。つまり、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対は、３６０°／１６（＝２２．５°）毎に円周方向に配列されている。
【0047】
図４の相対変位図に示すように、ある伝達部Ｔが０°方向に位置するとともに、当該伝達部Ｔに対応する被挿入部Ｈの円周方向における中央に位置している状態では、４５°方向に位置する伝達部、及び、９０°方向に位置する伝達部Ｔは、各々に対応する被挿入部Ｈの円周方向における中央に位置する。０°、４５°、９０°の各方向に位置する伝達部Ｔは、当該伝達部Ｔが挿入される被挿入部Ｈと円周方向で接していないため、出力軸部４０の回転に寄与しない。
【0048】
一方で、ある伝達部Ｔが０°方向に位置するとともに、当該伝達部Ｔに対応する被挿入部Ｈの円周方向における中央に位置している状態では、２２．５°方向に位置する伝達部Ｔは、挿入される被挿入部Ｈの一端（図中における時計方向の端）に位置する。また、当該状態では、６７．５°方向に位置する伝達部Ｔは、挿入される被挿入部Ｈの円周方向における他端（図中における反時計方向の端）に位置する。２２．５°方向に位置する伝達部Ｔは、カム部１２が時計方向に回転している場合に反時計方向に移動するフレックスギア部２０の被挿入部Ｈと、円周方向で当接するため、出力軸部４０の回転に寄与する。６７．５°方向に位置する伝達部Ｔは、カム部１２が反時計方向に回転している場合に時計方向に移動するフレックスギア部２０の被挿入部Ｈと、円周方向で当接するため、出力軸部４０の回転に寄与する。
【0049】
なお、９０°～１８０°、１８０°～２７０°、２７０°～３６０°の各範囲での伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの挙動は、４５°～９０°の範囲での伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈと同様である。つまり、軸線ＡＸに対する中心角が２２．５°となる位置毎に、出力軸部４０の回転に寄与する伝達部Ｔ（つまり、フレックスギア部２０から円周方向に向く力を受ける伝達部Ｔ）と、回転に寄与しない伝達部Ｔとが交互に出現する。また、図４の相対変位図は、静的に示したが、出力軸部４０が２２．５°だけ回転する過程において、出力軸部４０の回転に寄与していなかった伝達部Ｔは、フレックスギア部２０と円周方向で当接して出力軸部４０の回転に寄与する伝達部Ｔへと、被挿入部Ｈに対して変位していく。逆に、フレックスギア部２０と円周方向で当接して出力軸部４０の回転に寄与していた伝達部Ｔは、出力軸部４０の回転に寄与しない伝達部Ｔへと、被挿入部Ｈに対して変位していく。
【0050】
以上のように、カム部１２の極数がＮ＝４で、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対が１６（４×Ｎ）個ある場合について纏める。
カム部１２の極数がＮ＝４の場合、カム部１２が（３６０°／４）の角度だけ回転すると、１歯分、インターナルギア部３０に対してフレックスギア部２０が移動する。このように、インターナルギア部３０に対してフレックスギア部２０を１歯分移動させるためのカム部１２の回転角度である９０°の範囲内においては、９０°／４＝２２．５°毎に、出力軸部４０の回転に寄与する伝達部Ｔと、回転に寄与しない伝達部Ｔとが交互に出現する。当該９０°の範囲内における伝達部Ｔと被挿入部Ｈの対は、伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における一端に位置する対（以下、「第１の対」と言う。）と、伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における他端に位置する対（以下、「第２の対」と言う。）と、を含む。第１の対は、図４の相対変位図で、２２．５°方向に位置する伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対に相当する。また、第２の対は、図４の相対変位図で、６７．５°方向に位置する伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対に相当する。これを、３６０°の範囲内で考えれば、１６個ある伝達部Ｔと被挿入部Ｈの対は、円周方向で等間隔に配列された４個の第１の対と、円周方向で等間隔に配列された４個の第２の対とを含む。
カム部１２の極数がＮ＝４の場合、カム部１２が（３６０°／４）の角度だけ回転すると、１歯分、インターナルギア部３０に対してフレックスギア部２０が移動する。このように、インターナルギア部３０に対してフレックスギア部２０を１歯分移動させるためのカム部１２の回転角度である９０°の範囲内においては、９０°／４＝２２．５°毎に、出力軸部４０の回転に寄与する伝達部Ｔと、回転に寄与しない伝達部Ｔとが交互に出現する。当該９０°の範囲内における伝達部Ｔと被挿入部Ｈの対は、伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における一端に位置する対（以下、「第１の対」と言う。）と、伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における他端に位置する対（以下、「第２の対」と言う。）と、を含む。第１の対は、図４の相対変位図で、２２．５°方向に位置する伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対に相当する。また、第２の対は、図４の相対変位図で、６７．５°方向に位置する伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対に相当する。これを、３６０°の範囲内で考えれば、１６個ある伝達部Ｔと被挿入部Ｈの対は、円周方向で等間隔に配列された４個の第１の対と、円周方向で等間隔に配列された４個の第２の対とを含む。
【0051】
上記の考え方は、Ｎ＝４の場合に限られず、一般化することができる。したがって、カム部１２の極数がＮ（２以上の整数）で、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対が（４×Ｎ）個ある場合について説明する。伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対は、円周方向において等間隔に配列される。
極数がＮのカム部１２が（３６０°／Ｎ）の角度だけ回転すると、１歯分、インターナルギア部３０に対してフレックスギア部２０が移動する。このように、インターナルギア部３０に対してフレックスギア部２０を１歯分移動させるためのカム部１２の回転角度である（３６０°／Ｎ）の範囲内においては、｛３６０°／（４×Ｎ）｝毎に、出力軸部４０の回転に寄与する伝達部Ｔと、回転に寄与しない伝達部Ｔとが交互に出現する。当該（３６０°／Ｎ）の範囲内における伝達部Ｔと被挿入部Ｈの対は、伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における一端に位置する第１の対と、伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における他端に位置する第２の対と、を含む。これを、３６０°の範囲内で考えれば、（４×Ｎ）個ある伝達部Ｔと被挿入部Ｈの対は、円周方向で等間隔に配列されたＮ個の第１の対と、円周方向で等間隔に配列されたＮ個の第２の対とを含む。
極数がＮのカム部１２が（３６０°／Ｎ）の角度だけ回転すると、１歯分、インターナルギア部３０に対してフレックスギア部２０が移動する。このように、インターナルギア部３０に対してフレックスギア部２０を１歯分移動させるためのカム部１２の回転角度である（３６０°／Ｎ）の範囲内においては、｛３６０°／（４×Ｎ）｝毎に、出力軸部４０の回転に寄与する伝達部Ｔと、回転に寄与しない伝達部Ｔとが交互に出現する。当該（３６０°／Ｎ）の範囲内における伝達部Ｔと被挿入部Ｈの対は、伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における一端に位置する第１の対と、伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における他端に位置する第２の対と、を含む。これを、３６０°の範囲内で考えれば、（４×Ｎ）個ある伝達部Ｔと被挿入部Ｈの対は、円周方向で等間隔に配列されたＮ個の第１の対と、円周方向で等間隔に配列されたＮ個の第２の対とを含む。
【0052】
以上のように、波動歯車装置１００に伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対を（４×Ｎ）個設ければ、｛３６０°／（４×Ｎ）｝毎に、出力軸部４０の回転に寄与する伝達部Ｔと、回転に寄与しない伝達部Ｔとが交互に出現する。これにより、円周方向における伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの相対変位を、いわばカム方式により吸収できる。したがって、波動歯車装置１００によれば、出力軸部４０を軸線ＡＸ周りに回転させるためのトルクに寄与しない無用な応力がフレックスギア部２０及び出力軸部４０の各々に生じることを低減し、無用なねじれの力がフレックスギア部２０に加わることを低減することができる。
【0053】
また、カム部１２に撓められたフレックスギア部２０が、インターナルギア部３０に対して回転移動する際には、フレックスギア部２０及びインターナルギア部３０の両歯車が噛み合いつつ移動するため、径方向の脈動を伴う。しかしながら、本実施形態に係る被挿入部Ｈは、径方向におけるフレックスギア部２０と伝達部Ｔとの相対的な変位も許容するため、径方向における伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの相対変位も吸収することができる。これによっても、前述した無用な応力を低減することができる。
【0054】
また、無用な応力を低減するだけでなく、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対は、伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における一端に位置する第１の対と、伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における他端に位置する第２の対と、を含む。これにより、フレックスギア部２０から出力軸部４０に円周方向の力を効率良く伝達することができる。
【0055】
結果として、本実施形態の波動歯車装置１００によれば、フレックスギア部２０と出力軸部４０の連結によるメカロスを大幅に低減することができ、良好な伝達効率を実現することができる。また、フレックスギア部２０が破損することを抑制することができる。
【0056】
また、フレックスギア部２０から出力軸部４０へ力を伝達する出力点（つまり、伝達部Ｔが設けられた位置）を円周方向に均等分散できるため、フレックスギア部２０とインターナルギア部３０の噛合箇所Ｅの１箇所あたりの負荷が軽減され、結果として高トルクで出力軸部４０を回転させることができる。
【0057】
なお、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対の個数は、（４×Ｎ）個に限られない。Ｎの数によっては、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対の個数を任意に変更可能である。
例えば、カム部１２の極数ＮがＮ＝８（つまり、図８（ｂ）に示す形状）の場合、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対を（４×Ｎ）＝３２個とすると、インターナルギア部３０に対してフレックスギア部２０を１歯分移動させるためのカム部１２の回転角度である（３６０°／Ｎ）＝４５°の範囲内においては、｛３６０°／（４×Ｎ）｝＝１１．２５°毎に、出力軸部４０の回転に寄与する伝達部Ｔと、回転に寄与しない伝達部Ｔとが交互に出現する。これを、３６０°の範囲内で考えれば、３２個ある伝達部Ｔと被挿入部Ｈの対は、円周方向で等間隔に配列された８個の第１の対と、円周方向で等間隔に配列された８個の第２の対とを含む。
しかしながら、第１の対と第２の対は、それぞれ、４個ずつあれば、出力軸部４０を安定して回転させるに充分であると考えられるため、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対を（２×Ｎ）＝１６個としてもよい。また、Ｎ＝８の場合だけでなく、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対を（２×Ｎ）に設定し、且つ、第１の対と第２の対をそれぞれＮ個ずつ設けることで、全ての伝達部Ｔが出力軸部４０の回転に寄与する構成も可能であると考えられる。さらに、Ｎの数によらず、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対の個数を設定してもよい。例えば、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対を円周方向に等間隔で１６個配列するとともに、第１の対の第２の対のそれぞれを少なくとも４個以上設ければ、Ｎの数によらず、出力軸部４０を安定して回転させることができる。こうすれば、伝達部Ｔを固定した出力軸部４０を、カム部１２の極数Ｎによらず、共用することができるため、製造の効率化を図ることもできる。
例えば、カム部１２の極数ＮがＮ＝８（つまり、図８（ｂ）に示す形状）の場合、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対を（４×Ｎ）＝３２個とすると、インターナルギア部３０に対してフレックスギア部２０を１歯分移動させるためのカム部１２の回転角度である（３６０°／Ｎ）＝４５°の範囲内においては、｛３６０°／（４×Ｎ）｝＝１１．２５°毎に、出力軸部４０の回転に寄与する伝達部Ｔと、回転に寄与しない伝達部Ｔとが交互に出現する。これを、３６０°の範囲内で考えれば、３２個ある伝達部Ｔと被挿入部Ｈの対は、円周方向で等間隔に配列された８個の第１の対と、円周方向で等間隔に配列された８個の第２の対とを含む。
しかしながら、第１の対と第２の対は、それぞれ、４個ずつあれば、出力軸部４０を安定して回転させるに充分であると考えられるため、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対を（２×Ｎ）＝１６個としてもよい。また、Ｎ＝８の場合だけでなく、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対を（２×Ｎ）に設定し、且つ、第１の対と第２の対をそれぞれＮ個ずつ設けることで、全ての伝達部Ｔが出力軸部４０の回転に寄与する構成も可能であると考えられる。さらに、Ｎの数によらず、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対の個数を設定してもよい。例えば、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対を円周方向に等間隔で１６個配列するとともに、第１の対の第２の対のそれぞれを少なくとも４個以上設ければ、Ｎの数によらず、出力軸部４０を安定して回転させることができる。こうすれば、伝達部Ｔを固定した出力軸部４０を、カム部１２の極数Ｎによらず、共用することができるため、製造の効率化を図ることもできる。
【0058】
以上のように、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対の個数を、（２×Ｎ）個に設定したり、Ｎの数によらない固定値（例えば、１６個）に設定した波動歯車装置１００によっても、前述と同様な作用により、無用な応力を低減し、良好な伝達効率を実現することができる。
【0059】
なお、「第１の対」における「伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における一端に位置する」とは、伝達部Ｔが、被挿入部Ｈの円周方向における一端と当接又は近接している態様であればよく、フレックスギア部２０が伝達部Ｔに向かって移動した場合に、直ちに、被挿入部Ｈの一端によって伝達部Ｔを円周方向に押すことができる態様であればよい。同様に、「第２の対」における「伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における他端に位置する」とは、伝達部Ｔが、被挿入部Ｈの円周方向における他端と当接又は近接している態様であればよく、フレックスギア部２０が伝達部Ｔに向かって移動した場合に、直ちに、被挿入部Ｈの他端によって伝達部Ｔを円周方向に押すことができる態様であればよい。
【0060】
また、「複数の伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対が円周方向において等間隔で配列される」とは、円周方向において等間隔で配列された複数の伝達部Ｔが、それぞれに対応する複数の被挿入部Ｈに挿入されている状態であればよい。
【0061】
また、第１の対と第２の対とを創出できる限りにおいては、複数の伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対は、円周方向において等間隔で配列されていなくともよい。この場合、出力軸部４０を安定して回転させる観点から、出力軸部４０及びこれに固定された複数の伝達部Ｔの全体の重心を軸線ＡＸと一致させ、軸線ＡＸ周りの慣性モーメントの最小化を図ることが好ましい。
【0062】
ここからは、本実施形態に係る波動歯車装置１００が有する更なる利点を、図９（ａ）と図９（ｂ）を比較して説明する。図９（ａ）は、図２から本実施形態に係る波動歯車装置１００を抜き出した図であり、図９（ｂ）は、前述の特許文献に開示されたような従来例に係る波動歯車装置１００ｐを示す図である。
【0063】
従来例に係る波動歯車装置１００ｐにおいては、本実施形態に係る波動歯車装置１００の各構成に対応する構成について、符号末尾に「ｐ」を付加して図示した。従来例と本実施形態の主な対応関係を説明すると、ウェーブジェネレータ１０ｐは波動発生部１０に対応し、フレクスプライン２０ｐはフレックスギア部２０に対応し、サーキュラスプライン３０ｐはインターナルギア部３０に対応する。
【0064】
図９（ｂ）に示すように、従来例に係るフレクスプライン２０ｐは、その円筒部分の出力側の端部を閉塞するダイヤフラムに出力軸４０ｐが固定部材Ｔｐにより固定されているため、円筒部分の高さに応じた長さＬｐだけ、出力軸４０ｐの位置が入力側の回転体（例えばウェーブジェネレータ１０ｐのカム）から遠ざかってしまう。
【0065】
一方、図９（ａ）に示すように、本実施形態に係る波動歯車装置１００では、フレックスギア部２０の隣接部２２から伝達部Ｔを介して出力軸部４０に力を伝達する構造となっているとともに、フレックスギア部２０の隣接部２２及び出力軸部４０の対向部４１は、支持部５０とカム部１２との間に位置する。これにより、カム部１２からフレックスギア部２０の出力点（つまり、フレックスギア部２０から出力軸部４０へ力を伝達する伝達部Ｔの位置）までを長さＬとすることができ、結果的に、各構成を軸線方向にコンパクトにして、波動歯車装置１００を小型に構成することができる。
【0066】
また、本実施形態に係る波動歯車装置１００では、フレックスギア部２０が無底筒状（軸線方向から見てリング状）であり、従来例に係るフレクスプライン２０ｐのように出力側の端部がダイヤフラムで閉塞されていないため、フレックスギア部２０の肉厚をある程度確保しつつも、フレックスギア部２０の可撓性を保つことができる。したがって、フレックスギア部２０の座屈に対する耐性を良好とすることができ、破損しにくい。なお、フレックスギア部２０の肉厚は限定されるものではないが、例えば、０．５ｍｍ～１ｍｍ程度に設定することが可能である。また、フレックスギア部２０は、無底筒状であり、従来例に係るフレクスプライン２０ｐのように有底筒状のものと比べ、加工し易い。
【0067】
また、従来例においては、構造上、フレクスプライン２０ｐの円筒部分が軸線方向にある程度の長さが必要であり、出力軸４０ｐを支持する支持部５０ｐがフレクスプライン２０ｐとサーキュラスプライン３０ｐの噛合位置から遠ざかる。このような従来例の構造では、フレクスプライン２０ｐとサーキュラスプライン３０ｐの両者に、軸線ＡＸに対して斜めの方向の応力が加わり易く、互いの歯車が摩耗し易い。
一方、本実施形態に係る波動歯車装置１００では、支持部５０とカム部１２との間に、フレックスギア部２０の隣接部２２及び出力軸部４０の対向部４１が位置しているため、互いに噛み合うフレックスギア部２０及びインターナルギア部３０に、軸線ＡＸに対して斜めの方向の応力が加わりにくい。結果として、フレックスギア部２０及びインターナルギア部３０における一方の歯山と他方の歯底を軸線方向に沿って接触させることができ、互いの歯車の摩耗を抑制することができる。
一方、本実施形態に係る波動歯車装置１００では、支持部５０とカム部１２との間に、フレックスギア部２０の隣接部２２及び出力軸部４０の対向部４１が位置しているため、互いに噛み合うフレックスギア部２０及びインターナルギア部３０に、軸線ＡＸに対して斜めの方向の応力が加わりにくい。結果として、フレックスギア部２０及びインターナルギア部３０における一方の歯山と他方の歯底を軸線方向に沿って接触させることができ、互いの歯車の摩耗を抑制することができる。
【0068】
また、本実施形態に係る波動歯車装置１００では、カム部１２だけでなく、フレックスギア部２０及び出力軸部４０も、軸線方向から見てリング状をなす中空状であるため、配線等を通す空間を内部に確保することができる。なお、本実施形態に係る波動歯車装置１００によれば、原理上バックラッシをなくすことができることや、ロストモーションを極小にできることは勿論である。
【0069】
また、本実施形態に係る波動歯車装置１００によれば、カム部１２の極数がＮ＝２だけでなく、Ｎ≧３のバリエーションを提供することができることから、以下の利点も有する。まず、従来例に係る波動歯車装置１００ｐのように、ウェーブジェネレータ１０ｐのカムが楕円状に設定されている場合を考える（従来例の符号は図９（ｂ）に準拠）。サーキュラスプライン３０ｐの歯数をＴｉ、ピッチ円直径をＤとし、フレクスプライン２０ｐの歯数をｔ、ピッチ円直径をｄとすれば、減速比ｉは、「ｉ＝（Ｔｉ－ｔ）／ｔ＝２／ｔ」あるいは、「ｉ＝（Ｄ－ｄ）／ｄ」と考えることができる。そうすると、減速比ｉの値を小さくする（より減速した回転出力を得る）には、歯数ｔを増やしたり、サーキュラスプライン３０ｐの直径Ｄに対するフレクスプライン２０ｐの直径ｄの割合を大きくする必要がある。一方、減速比ｉの値を大きくする（回転出力の減速度合いを抑える）には、歯数ｔを減らしたり、サーキュラスプライン３０ｐの直径Ｄに対するフレクスプライン２０ｐの直径ｄの割合を小さくする必要がある。このように、従来例のように楕円状のカムにだけ頼ると、装置の大きさや条件に様々な制約が生じ、あらゆる減速比の実現が困難である。
【0070】
一方で、カム部１２の極数がＮ≧３のバリエーションによれば、仮に、インターナルギア部３０の歯数Ｔｉとフレックスギア部２０の歯数ｔとの少なくともいずれかを一定に保ったとしても、減速比ｉ＝Ｎ／ｔから分かるように、極数を増やすだけで減速比の値を大きくする（回転出力の減速度合いを抑える）ことができ、極数を減らすだけで減速比の値を小さくする（より減速した回転出力を得る）ことができる。極数のバリエーションに加えて、さらに、歯数Ｔｉや歯数ｔの設定や、フレックスギア部２０やインターナルギア部３０の口径を変更することで、ほぼ無数のバリエーションの減速比を実現することができる。
【0071】
なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に、波動歯車装置１００の一部構成を変形した変形例を述べる。
【0072】
（変形例１）
図１０に示す変形例１のように、出力軸部４０をフレックスギア部２０の外周側に位置させてもよい。この場合、出力軸部４０の対向部４１は、フレックスギア部２０の隣接部２２の外周側に位置する。そして、対向部４１に固定された伝達部Ｔは、軸線ＡＸに向かって延び、隣接部２２に設けられた被挿入部Ｈに挿入される。なお、図１０において、軸線方向から見たフレックスギア部２０及び出力軸部４０の図の外周側に示した図は、極数がＮ＝４のカム部１２がモータ２１３の動作に応じて軸線ＡＸを中心に回転している際における、図示０°～９０°の範囲で、フレックスギア部２０を内周側から見た際の伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの相対変位を示す図である。変形例１においても、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対の個数や機能は、前述の実施形態と同様に設定することができる。
図１０に示す変形例１のように、出力軸部４０をフレックスギア部２０の外周側に位置させてもよい。この場合、出力軸部４０の対向部４１は、フレックスギア部２０の隣接部２２の外周側に位置する。そして、対向部４１に固定された伝達部Ｔは、軸線ＡＸに向かって延び、隣接部２２に設けられた被挿入部Ｈに挿入される。なお、図１０において、軸線方向から見たフレックスギア部２０及び出力軸部４０の図の外周側に示した図は、極数がＮ＝４のカム部１２がモータ２１３の動作に応じて軸線ＡＸを中心に回転している際における、図示０°～９０°の範囲で、フレックスギア部２０を内周側から見た際の伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの相対変位を示す図である。変形例１においても、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対の個数や機能は、前述の実施形態と同様に設定することができる。
【0073】
（変形例２、３）
図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、フレックスギア部２０に伝達部Ｔを固定し、出力軸部４０に被挿入部Ｈを設けてもよい。こうした場合、図１１（ａ）に示す変形例２のように、出力軸部４０をフレックスギア部２０の内周側に位置させてもよいし、図１１（ｂ）に示す変形例３のように、出力軸部４０をフレックスギア部２０の外周側に位置させてもよい。
変形例２、３に係る伝達部Ｔは、フレックスギア部２０の隣接部２２に固定されている。この伝達部Ｔは、軸線ＡＸを中心とした径方向に沿うとともに、出力軸部４０の対向部４１に向かって延びており、対向部４１に設けられた被挿入部Ｈに挿入される。
変形例２、３に係る被挿入部Ｈは、伝達部Ｔが挿入されるとともに、円周方向における口径が伝達部Ｔを構成するピンの外径（直径）よりも長い長孔からなる。これにより、被挿入部Ｈは、円周方向における出力軸部４０と伝達部Ｔとの相対的な変位（つまり、円周方向における出力軸部４０とフレックスギア部２０との相対的な変位）を許容する。また、被挿入部Ｈは、径方向における出力軸部４０と伝達部Ｔとの相対的な変位（つまり、径方向における出力軸部４０とフレックスギア部２０との相対的な変位）を許容することができれば、図１１（ａ）、（ｂ）に示す有底孔であってもよいし、図示しない貫通孔であってもよい。変形例２、３においても、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対の個数や機能は、前述の実施形態と同様に設定することができる。
図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、フレックスギア部２０に伝達部Ｔを固定し、出力軸部４０に被挿入部Ｈを設けてもよい。こうした場合、図１１（ａ）に示す変形例２のように、出力軸部４０をフレックスギア部２０の内周側に位置させてもよいし、図１１（ｂ）に示す変形例３のように、出力軸部４０をフレックスギア部２０の外周側に位置させてもよい。
変形例２、３に係る伝達部Ｔは、フレックスギア部２０の隣接部２２に固定されている。この伝達部Ｔは、軸線ＡＸを中心とした径方向に沿うとともに、出力軸部４０の対向部４１に向かって延びており、対向部４１に設けられた被挿入部Ｈに挿入される。
変形例２、３に係る被挿入部Ｈは、伝達部Ｔが挿入されるとともに、円周方向における口径が伝達部Ｔを構成するピンの外径（直径）よりも長い長孔からなる。これにより、被挿入部Ｈは、円周方向における出力軸部４０と伝達部Ｔとの相対的な変位（つまり、円周方向における出力軸部４０とフレックスギア部２０との相対的な変位）を許容する。また、被挿入部Ｈは、径方向における出力軸部４０と伝達部Ｔとの相対的な変位（つまり、径方向における出力軸部４０とフレックスギア部２０との相対的な変位）を許容することができれば、図１１（ａ）、（ｂ）に示す有底孔であってもよいし、図示しない貫通孔であってもよい。変形例２、３においても、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対の個数や機能は、前述の実施形態と同様に設定することができる。
【0074】
（他の変形例）
以上では、波動歯車装置１００が垂直多関節ロボットからなるロボット２００に組み込まれる例を示したが、これに限られない。波動歯車装置１００は、水平多関節ロボット、デルタ型ロボットなど種々のロボットに組み込むことが可能である。また、波動歯車装置１００が組み込まれる装置はロボットに限定されず任意であり、回転入力に対して所望の減速比で減速した回転出力を得る目的で使用されるものであればよい。波動歯車装置１００は、例えば、ロボット以外の精密機械、ホビー用品、家電、車載部品等に組み込まれるものであってもよい。
以上では、波動歯車装置１００が垂直多関節ロボットからなるロボット２００に組み込まれる例を示したが、これに限られない。波動歯車装置１００は、水平多関節ロボット、デルタ型ロボットなど種々のロボットに組み込むことが可能である。また、波動歯車装置１００が組み込まれる装置はロボットに限定されず任意であり、回転入力に対して所望の減速比で減速した回転出力を得る目的で使用されるものであればよい。波動歯車装置１００は、例えば、ロボット以外の精密機械、ホビー用品、家電、車載部品等に組み込まれるものであってもよい。
【0075】
また、フレックスギア部２０の歯数ｔと、インターナルギア部３０の歯数Ｔｉは、Ｔｉ＞ｔであれば任意である。ただし、カム部１２の極数がＮの場合、歯数ｔと歯数Ｔｉの関係を「Ｔｉ＝ｔ＋Ｎ」と設定することが好ましい。
【0076】
以上では、１つの伝達部Ｔが１つのピンで構成される例を示したが、１つの伝達部Ｔが軸線方向に並ぶ複数のピンで構成されていてもよい。こうした場合、伝達部Ｔに対応する被挿入部Ｈを、伝達部Ｔを構成する複数のピンが挿入可能な大きさに設ければよい。被挿入部Ｈは、円周方向及び径方向におけるフレックスギア部２０と出力軸部４０との相対的な変位を許容することができればよい。
【0077】
また、波動歯車装置１００を構成する部材の材料は、任意であり、金属に限られず、エンジニアリングプラスチック、樹脂、セラミック等、目的に応じて適宜選択することができる。
【0078】
（１）以上に説明した波動歯車装置１００は、フレックスギア部２２の動力を出力軸部４０に伝達する伝達部Ｔを備える。上記実施形態や変形例１において、伝達部Ｔは、出力軸部４０の対向部４１に固定され、フレックスギア部２０の隣接部２２に向かって延びている。隣接部２２には、伝達部Ｔが挿入されるとともに、円周方向におけるフレックスギア部２０と出力軸部４０との相対的な変位を許容する被挿入部Ｈが設けられている。
（２）また、図１１（ａ）、（ｂ）に示した変形例２、３に係る波動歯車装置１００において、伝達部Ｔは、フレックスギア部２０の隣接部２２に固定され、出力軸部４０の対向部４１に向かって延びている。対向部４１には、伝達部Ｔが挿入されるとともに、円周方向におけるフレックスギア部２０と出力軸部４０との相対的な変位を許容する被挿入部Ｈが設けられている。
上記（１）、（２）に記載のいずれの構成においても、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対は、複数あり、円周方向に配列されている。また、カム部１２は、円周方向において等間隔で位置するＮ（Ｎは、２以上の整数）個の極部を有し、アウタギア２１をＮ箇所でインナギア３１と噛み合わせる。なお、アウタギア２１の歯数ｔは、インナギア３１の歯数ＴｉよりもＮ個少ない（ｔ＝Ｔｉ－Ｎ）ことが好ましい。
（２）また、図１１（ａ）、（ｂ）に示した変形例２、３に係る波動歯車装置１００において、伝達部Ｔは、フレックスギア部２０の隣接部２２に固定され、出力軸部４０の対向部４１に向かって延びている。対向部４１には、伝達部Ｔが挿入されるとともに、円周方向におけるフレックスギア部２０と出力軸部４０との相対的な変位を許容する被挿入部Ｈが設けられている。
上記（１）、（２）に記載のいずれの構成においても、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対は、複数あり、円周方向に配列されている。また、カム部１２は、円周方向において等間隔で位置するＮ（Ｎは、２以上の整数）個の極部を有し、アウタギア２１をＮ箇所でインナギア３１と噛み合わせる。なお、アウタギア２１の歯数ｔは、インナギア３１の歯数ＴｉよりもＮ個少ない（ｔ＝Ｔｉ－Ｎ）ことが好ましい。
【0079】
上記（１）、（２）の構成によれば、前述の通り、主にフレックスギア部２０に加わる無用な応力を抑制することができるため、波動歯車装置１００が破損しにくい。また、フレックスギア部２０から出力軸部４０に力を伝達する部分を、アウタギア２１と隣り合う隣接部２２としたため、主に軸線方向に波動歯車装置１００が大型化することを抑制することができる。また、極数のＮを任意に設定すれば、種々の減速比を簡易な構成で実現することができる。
【0080】
（３）また、複数の伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対は、前記円周方向において等間隔で配列されていてもよい。この構成によれば、フレックスギア部２０から出力軸部４０へ力を伝達する出力点を円周方向に均等分散できるため、高トルクで出力軸部４０を回転させることができる。
【0081】
（４）また、複数の伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対は、カム部１２が軸線ＡＸを中心として回転している際に、伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における一端に位置する第１の対、及び、伝達部Ｔが被挿入部Ｈの円周方向における他端に位置する第２の対を含んでいてもよい。この構成によれば、前述の通り、フレックスギア部２０から出力軸部４０に円周方向の力を効率良く伝達することができる。
【0082】
（５）好ましくは、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対は、２×Ｎ個以上あればよい。なお、伝達部Ｔ及び被挿入部Ｈの対は、４×Ｎ以上あってもよいし、極数Ｎに関わらない固定数（例えば、１６個）あってもよい。
【0083】
（６）また、被挿入部Ｈは、径方向におけるフレックスギア部２０と出力軸部４０との相対的な変位も許容する。この構成によれば、径方向におけるフレックスギア部２０と出力軸部４０の相対変位も吸収することができるため、前述した無用な応力をより良好に低減することができる。
【0084】
（７）波動歯車装置１００は、出力軸部４０をインターナルギア部３０に対して回転可能に支持する支持部５０をさらに備え、隣接部２２及び対向部４１は、支持部５０とカム部１２との間に位置する。この構成によれば、前述の通り、カム部１２からフレックスギア部２０の出力点（つまり、フレックスギア部２０から出力軸部４０へ力を伝達する伝達部Ｔの位置）までの軸線方向の長さを抑えることができ、各構成を軸線方向にコンパクトにして、波動歯車装置１００を小型に構成することができる。このように出力点までの長さを抑えることができれば、フレックスギア部２０及びインターナルギア部３０における一方の歯山と他方の歯底を軸線方向に沿って接触させることができ、互いの歯車の摩耗を抑制することもできる。なお、支持部５０は、クロスローラーベアリングに限られず、ボールベアリングや出力軸部４０を摺動させて回転可能に支持する軸受などであってもよい。
【0085】
（８）好ましくは、伝達部Ｔは、柱状のピンからなり、被挿入部Ｈは、円周方向における口径がピンの外径よりも長い長孔からなる。
【0086】
【0087】
（１０）図１０や図１１（ｂ）に示すように、出力軸部４０の対向部４１がフレックスギア部２０の隣接部２２の外周側に位置する構成とすれば、波動歯車装置１００の軸線ＡＸ周りに、配線等を通す空間を内部に確保することができる。
【0088】
以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。
【符号の説明】
【0089】
１００…波動歯車装置
１０…波動発生部
１１…円筒軸部、１２…カム部、１３…ウェーブベアリング
２０…フレックスギア部
２１…アウタギア、２２…隣接部、Ｈ…被挿入部
３０…インターナルギア部
３１…インナギア
４０…出力軸部
４１…対向部、４２…被支持部
５０…支持部
Ｔ…伝達部
２００…ロボット、２０１…基台
２１０…ロボット本体部
２１１…第１アーム、２１２…第２アーム、２１３…モータ
２２０…コントローラ
１０…波動発生部
１１…円筒軸部、１２…カム部、１３…ウェーブベアリング
２０…フレックスギア部
２１…アウタギア、２２…隣接部、Ｈ…被挿入部
３０…インターナルギア部
３１…インナギア
４０…出力軸部
４１…対向部、４２…被支持部
５０…支持部
Ｔ…伝達部
２００…ロボット、２０１…基台
２１０…ロボット本体部
２１１…第１アーム、２１２…第２アーム、２１３…モータ
２２０…コントローラ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
