WO2024218967A1

WO2024218967A1 - 波動歯車装置

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Publication number: WO2024218967A1
Application number: PCT/JP2023/015926
Authority: WO
Inventors: 智樹寺島
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2023-04-21
Filing date: 2023-04-21
Publication date: 2024-10-24
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: JPWO2024218967A1; CN121127692A; TW202443048A

Abstract

波動歯車装置（４）は、装置ハウジング（４１）、内歯歯車（４２）、外歯歯車（４３）および主軸受（４６）の間に形成され、外歯歯車（４３）の円筒部（４３ａ）を取り囲む環状の隙間部分（４７）を備えており、この隙間部分（４７）を埋めるために、軽量な樹脂製素材からなる隙間充填リング（４８）が当該隙間部分（４７）に装着されている。隙間充填リング（４８）の輪郭形状を適切に設定し、また、隙間充填リング（４８）を、単位体積重量が小さな素材を用いて形成することで、不要な質量増加を招くことなく、外歯歯車（４３）の外周側に形成される隙間部分（４７）を埋めて、潤滑剤の不要な滞留が生じないようにできる。

Description

波動歯車装置

　本発明は波動歯車装置に関し、更に詳しくは、重量増加を招くことなく、可撓性の外歯歯車の外周側に、潤滑剤の滞留を引き起こす潤滑剤溜まりが出来ないようにした波動歯車装置に関する。

　一般に減速機として用いられる波動歯車装置には、装置ハウジングの内部に、主軸受を介して、剛性の内歯歯車および可撓性の外歯歯車が相対回転可能な状態に組み込まれたユニットタイプの波動歯車装置がある。特許文献１、２には、このタイプの波動歯車装置が記載されている。

特開２０１４－２０６２６５号公報特開２０２２－１０５９３号公報

　ユニットタイプの波動歯車装置では、装置ハウジングの内部において、外歯歯車の外周側に内歯歯車および軸受が軸線方向に所定の間隔を空けて配置される。これら内歯歯車および主軸受の間には、外歯歯車を取り囲む環状の隙間が形成される。この環状の隙間は、内歯歯車と外歯歯車のかみ合い部分に連通している。外歯歯車の円周方向の各部は、繰り返し半径方向に撓められて、内歯歯車にかみ合うかみ合い状態および、かみ合いが解除されるかみ合い解除状態が繰り返される。このような動作によって、かみ合い部分に塗布あるいは充填されるグリス等の潤滑剤が、隙間に流れ出す。隙間は、流れ出した潤滑剤が滞留する潤滑剤溜まりとなり得る。この隙間の内容積が大きいと、不必要に潤滑剤を滞留させてしまい、かみ合い部分等の潤滑が適切に行われなくなる危険性がある。

　このため、大きな隙間ができないように、隙間を取り囲む部材、例えば、アルミニウム製の装置ハウジング、鋳鉄製の内歯歯車などの部材の一部を軸線方向に突出させた形状にして、大きな隙間が出来ないようにする必要がある。しかし、金属部材で隙間を埋めることは質量増加に繋がり、製品の商品性を下げてしまう。

　本発明の目的は、この点に鑑みて、質量増加を伴うことなく、外歯歯車の外周側に潤滑剤溜まりとなるような大きな隙間が出来ないように構成された波動歯車装置を提供することにある。

　本発明の波動歯車装置は、
　装置ハウジングと、
　前記装置ハウジングに取り付けた剛性の内歯歯車と、
　前記装置ハウジングおよび前記内歯歯車の内側に配置された可撓性の外歯歯車と、
　前記外歯歯車を半径方向に撓めて前記内歯歯車に部分的にかみ合わせる波動発生器と、
　前記装置ハウジングおよび前記外歯歯車の間に装着され、前記外歯歯車を前記装置ハウジングに対して回転可能な状態で支持している主軸受と、
　前記装置ハウジング、前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記主軸受の間に形成され、前記外歯歯車を取り囲む環状の隙間部分と、
　前記隙間部分を埋めるために当該隙間部分に挿入され、前記装置ハウジングおよび前記内歯歯車のうちの少なくとも一方に取り付けられている隙間充填部材と、
を備えており、
　前記隙間充填部材は、前記内歯歯車と前記外歯歯車のかみ合い部分、前記主軸受の摺動部分に塗布あるいは供給される潤滑剤を通さない不透過性の素材から形成されていることを特徴としている。

　隙間充填部材は、装置ハウジングおよび内歯歯車の素材よりも単位体積重量が小さな樹脂等の軽量素材から形成される。また、質量を更に低減するために、隙間充填部材として中空部材あるいは中空部を備えた部材を用いてもよい。

　本発明では、外歯歯車を取り囲む環状の隙間部分に、潤滑剤を通さない不透過性の素材からなる隙間充填部材が装着される。隙間充填部材の輪郭形状を適切に設定し、また、隙間充填部材を、単位体積重量が小さな素材を用いて形成することで、不要な質量増加を招くことなく隙間部分を埋めて、潤滑剤の不要な滞留が生じないようにすることができる。

本発明の実施の形態に係る回転アクチュエータを示す概略縦断面図である。隙間充填部材である隙間充填リングの別の例を示す説明図である。

　以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下に述べる実施の形態は本発明の一例を示すものであり、本発明を実施の形態の構成に限定することを意図したものではない。

　図１は、本発明の実施の形態に係る回転アクチュエータを示す概略縦断面図である。回転アクチュエータ１は、筒状のアクチュエータハウジング２と、この内部に組み込まれたモータ３および波動歯車装置４とから構成されている。アクチュエータハウジング２におけるモータ側の端にはエンコーダケース５が取り付けられ、この内部にはモータエンコーダ６が組み込まれている（図においては想像線のボックスで示す。）。モータ３は一般的な構成であり、モータ軸３１と、このモータ軸３１に取り付けたモータロータ３２と、アクチュエータハウジング２のモータ側内周面部分に取り付けたモータステータ３３とを備えている。

　波動歯車装置４は、アクチュエータハウジング２の一部として形成されている装置ハウジング４１と、この装置ハウジング４１に取り付けた剛性の内歯歯車４２と、この内歯歯車の内側に同軸に配置された可撓性の外歯歯車４３と、この外歯歯車４３の内側に嵌め込まれた波動発生器４４と、この波動発生器４４に同軸に取り付けた入力軸４５とを備えている。入力軸４５は、本例では、モータ軸３１に一体形成されている。外歯歯車４３は、主軸受４６を介して、回転可能な状態で装置ハウジング４１によって支持されている。また、装置ハウジング４１、内歯歯車４２、外歯歯車４３および主軸受４６の間には、外歯歯車４３を取り囲む環状の隙間部分４７が形成されている。この隙間部分４７には、当該隙間部分４７を実質的に埋めるために、隙間充填リング４８（隙間充填部材）が装着されている。

　更に説明すると、筒状の装置ハウジング４１は、モータ３の側から、軸線方向に沿って、最も小径の内歯歯車取付け用の内周面部分４１ａ、これよりも大きな内径の隙間形成用の内周面部分４１ｂ、これにより大きな内径の主軸受取付け用の内周面部分４１ｃが形成されている。

　本例の内歯歯車４２は矩形断面をした円環状部品であり、その外周面部分が装置ハウジング４１の内周面部分４１ａに、鋳包みにより接合されて装置ハウジング４１に一体化されており、内歯歯車４２の円形内周面に内歯４２ａが形成されている。また、内歯歯車４２には、波動歯車装置４の内部空間とモータ３の内部空間を仕切る円盤状の仕切り板４２ｂが一体形成されている。仕切り板４２ｂは、内歯歯車４２のモータ側の端面から延びており、その内周縁部にはモータ側に延びる軸受ホルダ４２ｃが形成されている。軸受ホルダ４２ｃに装着された軸受７によって、波動発生器４４からモータ側に延びる入力軸４５の軸部分が支持されている。

　外歯歯車４３はカップ形状をしており、半径方向に撓み可能な円筒部４３ａと、この円筒部４３ａの一方の端である開口端の側の外周面部分に形成された外歯４３ｂと、円筒部４３ａの他方の端から半径方向の内方に延びるダイヤフラム４３ｃと、このダイヤフラム４３ｃの内周縁に一体形成された円環形状をした剛性のボス４３ｄとを備えている。円筒部４３ａの内部において、ボス４３ｄには円筒状の軸受ホルダ８が取り付けられており、この軸受ホルダ８に装着された軸受９によって、波動発生器４４からモータとは反対側に延びる入力軸４５の軸部分が支持されている。

　波動発生器４４は、入力軸４５に一体形成された楕円状輪郭のカム板４４ａと、このカム板４４ａの楕円状外周面に装着した波動発生器軸受４４ｂとを備えている。波動発生器４４によって、外歯歯車４３の外歯４３ｂが形成されている部分は楕円形状に撓められて、楕円形状の長軸両端の位置する外歯４３ｂが内歯４２ａにかみ合っている。波動発生器４４のカム板４４ａが回転すると、両歯車のかみ合い位置が円周方向に移動し、両歯車の間には、両歯車の歯数差に応じた相対回転が生じる。本例では、内歯歯車４２が装置ハウジング４１に取り付けられた固定側部材であり、外歯歯車４３が回転する。外歯歯車４３の回転が、減速回転として、不図示の負荷側に出力される。

　主軸受４６は、装置ハウジング４１の内周面部分４１ｃに取り付けた外輪４６ａと、外歯歯車４３のボス４３ｄに取り付けた内輪４６ｂと、これらの間に装着された複数の転動体４６ｃとを備えている。

　隙間部分４７は、外歯歯車４３の円筒部４３ａと、当該円筒部４３ａを取り囲む装置ハウジング４１の内周面部分４１ｂとの間において、軸線方向から対向する内歯歯車４２と主軸受４６との間に形成されている。この隙間部分４７は、内歯歯車４２と外歯歯車４３のかみ合い部分４０に連通していると共に、主軸受４６の外輪４６ａおよび内輪４６ｂの間に形成される転動体４６ｃの軌道部に連通している。

　隙間部分４７に装着した隙間充填リング４８は、装置ハウジング４１、内歯歯車４２、主軸受４６の素材のいずれよりも単位体積重量が小さな軽量素材から形成されている。本例では、矩形断面をした樹脂製リングを用いている。隙間充填リング４８は、内歯歯車４２と外歯歯車４３のかみ合い部分４０、主軸受４６の摺動部分（軌道部内部）に塗布あるいは供給される潤滑剤を通さない不透過性のリングである。したがって、隙間充填リング４８が潤滑剤を吸収保持することはない。また、隙間充填リング４８は、装置ハウジング４１の内周面部分４１ｂに接着剤等によって固定される。接着剤以外の固定手段を用いることもできる。また、隙間充填リング４８は、半径方向に撓められる外歯歯車４３の円筒部４３ａに干渉することの無いように、円筒部４３ａの外周面との間に所定の間隔が得られるように配置される。円筒部４３ａに接した状態で配置する場合、あるいは、接触する可能性がある場合には、隙間充填リング４８を、円筒部４３ａの撓みに追従して撓み変形可能な素材から形成すればよい。

　モータ３によって波動歯車装置４が駆動されると、波動発生器４４の回転に伴って、内歯歯車４２に対する外歯歯車４３のかみ合い位置が円周方向に移動し、両歯車４２、４３の歯数差に応じた減速回転が、外歯歯車４３から取り出される。外歯歯車４３の減速回転は、出力軸として機能する主軸受４６の内輪４６ｂから、不図示の負荷側に出力される。

　波動歯車装置４の駆動状態において、潤滑剤が隙間部分４７を流通する。隙間部分４７は、軽量素材からなる隙間充填リング４８によって実質的に埋められている。これにより、隙間部分４７に潤滑剤が滞留して、かみ合い部等の潤滑対象部分の潤滑が適切に行われなくなるという弊害を回避できる。また、隙間充填リング４８は軽量な樹脂製部材であるので、装置ハウジング４１の内周面部分４１ｂを内方に延長させて大きな内容積の隙間部分４７ができないようにする場合等と異なり、質量増加を招くことがない。

　なお、隙間部分４７の形状、内容積は、外歯歯車４３、主軸受４６等に要求される機械的特性、形状、レイアウト等に応じて変化する。例えば、外歯歯車４３の円筒部４３ａの軸長、外歯の歯幅、主軸受のサイズ、軸線方向の配置位置に応じて、隙間の軸線方向の幅寸法、半径方向の高さ寸法が変動する。これに応じて、隙間部分４７を埋めるための隙間充填部材４８の形状、素材も適切に設定すればよい。

　また、本例では隙間充填リング４８として矩形形状をした中実部材を用いている。隙間充填部材４８の軽量化を図るために、中空部材あるいは中空部を備えた部材を用いることもできる。例えば、図２に示すように、隙間充填リング４８として、矩形の筒状断面をした樹脂製の中空リング４８Ａを用いることができる。

　さらに、本例では単一の隙間充填リング４８を配置している。場合によっては、同一形状あるいは異なる形状の２つ以上の複数の隙間充填リングを装着することも可能である。

Claims

　装置ハウジングと、
　前記装置ハウジングに取り付けた剛性の内歯歯車と、
　前記装置ハウジングおよび前記内歯歯車の内側に配置された可撓性の外歯歯車と、
　前記外歯歯車を半径方向に撓めて前記内歯歯車に部分的にかみ合わせる波動発生器と、
　前記装置ハウジングおよび前記外歯歯車の間に装着され、前記外歯歯車を前記装置ハウジングに対して回転可能な状態で支持している主軸受と、
　前記装置ハウジング、前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記主軸受の間に形成され、前記外歯歯車を取り囲む環状の隙間部分と、
　前記隙間部分を埋めるために当該隙間部分に挿入され、前記装置ハウジングおよび前記内歯歯車のうちの少なくとも一方に取り付けられている隙間充填部材と、
を備えており、
　前記隙間充填部材は、前記内歯歯車と前記外歯歯車のかみ合い部分、前記主軸受の摺動部分に塗布あるいは供給される潤滑剤を通さない不透過性の素材から形成されている波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記隙間充填部材は、前記装置ハウジングおよび前記内歯歯車の素材よりも単位体積重量が小さな軽量素材から形成されている波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記隙間充填部材は中空部材または中空部を備えた部材である波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記隙間充填部材は、樹脂素材から形成されている波動歯車装置。
　請求項１において、
　前記隙間充填部材は、前記外歯歯車の半径方向の撓みに追従可能な撓み性を備えている波動歯車装置。
　請求項３ないし５のうちのいずれか一つの項において、
　前記外歯歯車は、半径方向に撓み可能な円筒部と、この円筒部の外周面に形成された外歯と、前記円筒部の一端から半径方向の内方に延びるダイヤフラムと、このダイヤフラムの内周縁に形成された剛性のボスとを備えており、
　前記内歯歯車は、前記装置ハウジングの内周側の部位に鋳包みにより接合されたハウジング一体化部品であり、
　前記主軸受は、前記装置ハウジングに取り付けた外輪と、前記外歯歯車の前記ボスに取り付けた内輪とを備えており、
　前記隙間部分は、前記外歯歯車の前記円筒部と、当該円筒部を取り囲む前記装置ハウジングの内周面部分との間において、軸線方向から対向する前記内歯歯車と前記主軸受との間に形成されており、
　前記隙間充填部材は、前記装置ハウジングおよび前記内歯歯車のうちの少なくとも一つに取り付けられ、前記装置ハウジング、前記内歯歯車および前記主軸受の素材のいずれよりも単位体積重量が小さな軽量素材から形成されている波動歯車装置。