JP6150892B2 - 波動歯車装置ユニットに被駆動部材を締結する締結方法および波動歯車装置ユニット - Google Patents

Description

本発明は、波動歯車装置ユニットの減速回転出力要素であるカップ形状の可撓性外歯歯車に被駆動部材を締結する締結方法、および、当該締結方法に用いる波動歯車装置ユニットに関する。

波動歯車装置ユニットとして、特許文献１に記載されたカップ形状の可撓性外歯歯車を用いたユニットが知られている。このような波動歯車装置ユニットにおいては、円筒状のハウジングの内周側の部位に剛性内歯歯車が形成され、その内側にカップ形状の可撓性外歯歯車が配置されている。可撓性外歯歯車のカップ底面部分を規定しているボスには出力フランジが同軸に固定されている。

ユーザーは、波動歯車装置ユニットを使用するに当り、その入力側の波動発生器にモーター軸を取付け、その出力フランジの外側端面に被駆動部材を取付ける。モーター軸から波動発生器に入力される高速回転が、出力フランジから減速回転出力として取り出される。減速回転出力によって、出力フランジに取り付けた被駆動部材が駆動される。

特開２００２−３３９９９０号公報

この構造の波動歯車装置ユニットにおいては、締結ボルトによって、カップ形状の可撓性外歯歯車のボスに出力フランジが同軸に締結される。ボスには円周方向に沿って所定の角度間隔でボルト挿通穴（キリ穴）が形成され、出力フランジにはボルト挿通穴に対応する位置に第１タップ穴（ネジ穴）が形成される。締結ボルトはボスの側からボルト挿通穴を介してタップ穴にねじ込まれ、ボスに出力フランジが同軸に締結されている。

また、ユーザーの側において出力フランジに被駆動部材を締結できるように、出力フランジには、円周方向に沿って所定の角度間隔で第２タップ穴も形成される。被駆動部材には、第２タップ穴に対応する位置にボルト挿通穴が形成される。締結ボルトを、被駆動部材の側から、ボルト挿通穴を介して第２タップ穴にねじ込むことで、出力フランジに被駆動部材が締結される。

このように、出力フランジには、円周方向に沿って２種類のタップ穴を所定の角度間隔で形成しておく必要がある。多数個のタップ穴を形成する必要があるので、穴加工に手間が掛かり、締結ボルトの必要本数も多い。また、多数個のタップ穴を配列できるスペースを確保する必要があるので、出力フランジの小型化には不利である。

本発明の課題は、出力フランジの穴加工が容易であり、可撓性外歯歯車のボス、出力フランジおよび被駆動部材の締結に必要な締結ボルトの本数が少なくて済むようにした波動歯車装置ユニットに被駆動部材を締結する締結方法、および、当該締結方法に用いる波動歯車装置ユニットを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の波動歯車装置ユニットに被駆動部材を締結する締結方法では、まず、波動歯車装置ユニットとして、
カップ形状の可撓性外歯歯車のカップ底面部分に形成したボスと、
前記ボスの第１端面に位置決め固定された出力フランジと、
前記ボスにおける前記第１端面とは反対側の第２端面に仮止めされた押さえ部材と、
前記ボスにおいて、ユニット中心軸線回りに所定の角度間隔で形成された複数個のボス側ボルト挿通穴と、
前記出力フランジにおいて、前記ボス側ボルト挿通穴のそれぞれに対応する位置に形成した複数個のフランジ側ボルト挿通穴と、
前記押さえ部材において、前記フランジ側ボルト挿通穴のそれぞれに対応する位置に形成した複数個のタップ穴と、
を有しているものを用意する。

また、前記被駆動部材として、前記フランジ側ボルト挿通穴のそれぞれに対応する位置に形成した複数個の被駆動部材側ボルト挿通穴を有しているものを用意する。

さらに、前記被駆動部材を、前記押さえ部材が仮止めされている前記波動歯車装置ユニットの前記出力フランジにおける前記ボスとは反対側の端面に対して、前記被駆動部材側ボルト挿通穴のそれぞれが前記フランジ側ボルト挿通穴に位置決めされた状態となるように、重ね合わせ、
この状態で、前記被駆動側部材の側から、前記被駆動部材側ボルト挿通穴のそれぞれに、締結ボルトを挿入し、
前記締結ボルトを、前記被駆動部材側ボルト挿入穴から、前記フランジ側ボルト挿通穴、前記ボス側ボルト挿通穴を介して、前記押さえ板に形成した前記タップ穴にねじ込み固定して、
前記締結ボルトによって、前記被駆動部材、前記出力フランジ、前記ボスおよび前記押さえ部材を締結する。

被駆動部材を出力フランジに締結するために用いる締結ボルトを用いて、被駆動部材、出力フランジ、ボスおよび押さえ板が締結される。したがって、出力フランジをボスに締結する締結ボルトと、出力フランジに被駆動部材を締結する締結ボルトが必要とされた従来の締結方法に比べて、必要な締結ボルトの本数を少なくできる。

また、出力フランジにはタップ穴を形成する必要がなく、ボルト挿通穴を形成すればよい。しかも、ボルト挿通穴の個数は、従来のように２種類のタップ穴を形成しておく場合に比べて少なくて済む。よって、出力フランジの穴加工が容易になり、また、その小型・軽量化を図ることができる。

なお、押さえ部材はボスに仮止めされている。したがって、仮止めのために例えばボルトを用いる場合には、仮止め用のボルトの本数が少なくて済み、また、そのサイズも小さくて済む。

したがって、本発明によれば、波動歯車装置ユニットと被駆動部材の締結構造を、少ない部品点数、かつ、少ない設置スペースで実現できる。よって、波動歯車装置ユニットの小型・軽量化、および、当該波動歯車装置ユニットが組み込まれる機構の小型・軽量化に有利である。

本発明を適用した波動歯車装置ユニットの出力側の端面図および縦断面図である。 図１の波動歯車装置ユニットに被駆動部材を締結する方法を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した波動歯車装置ユニットに被駆動部材を締結する締結構造の実施の形態を説明する。

図１（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態に係る締結構造に用いる波動歯車装置ユニットの出力側の端面図および縦断面図である。波動歯車装置ユニット１は、円筒状のユニットハウジング２を備えている。ユニットハウジング２におけるユニット中心軸線１ａの一方の側の入力側ＩＮの端部には、一定幅の大径の円環状フランジ２ａが形成されている。円環状フランジ２ａには剛性内歯歯車３が一体形成されており、その円形内周面には内歯３ａが形成されている。剛性内歯歯車３をユニットハウジング２とは別部材とし、ユニットハウジング２に締結固定することも可能である。

剛性内歯歯車３が一体形成されているユニットハウジング２の内側に、カップ形状をした可撓性外歯歯車４が同軸に配置されている。可撓性外歯歯車４は開口端が入力側ＩＮを向く状態に配置されている。可撓性外歯歯車４は、半径方向に撓み可能な円筒状胴部４ａと、円筒状胴部４ａにおける出力側ＯＵＴの端に連続して半径方向の内方に延びるダイヤフラム４ｂと、ダイヤフラム４ｂの内周縁に連続して形成した円環状のボス４ｃと、円筒状胴部４ａの開口端の側の外周面部分に形成した外歯４ｄを備えている。ダイヤフラム４ｂおよびボス４ｃによって、カップ形状の底面部分が規定されている。

円筒状胴部４ａにおける外歯４ｄが形成されている部分の内側には、楕円状輪郭の波動発生器５が嵌め込まれている。波動発生器５は、中空入力軸５ａと、この外周面に取り付けた楕円状輪郭の剛性プラグ５ｂと、この外周面に装着したウエーブベアリング５ｃとを備えている。ウエーブベアリング５ｃは半径方向に撓み可能な内輪および外輪を備えたボールベアリングである。波動発生器５によって可撓性外歯歯車４は楕円状に撓められ、その長軸の両端部分に位置する外歯４ｄが剛性内歯歯車３の内歯３ａにかみ合っている。

可撓性外歯歯車のボス４ｃの入力側ＩＮの端面４ｅには、円環状の押さえ板６が同軸に取り付けられている。押さえ板６の内周縁部分には出力側ＯＵＴに突出した円環部６ａが形成されている。円環部６ａはボス４ｃの中空部に嵌め込まれている。ボス４ｃの出力側ＯＵＴの端面４ｆには、円環状の出力フランジ７が同軸に取り付けられている。押さえ板６はボス４ｃに仮止めされている。押さえ板６をボス４ｃに仮止めするための手段としては、ビス、ボルト、ピン、接着剤等を用いることができる。

例えば、複数本の仮止め用のビス８によってボス４ｃに仮止めされている。本例では、押さえ板６に９０度間隔で４個のビス挿通穴９が形成されている。ボス４ｃにも４本のビス挿通穴１０が形成され、出力フランジ７には４本のビス穴１１が形成されている。ビス８を押さえ板６の側からねじ込むことによって、押さえ板６がボス４ｃの側に仮止めされている。

ボス４ｃには複数個の位置決め用のピン穴１２が形成され、出力フランジ７にも同一個数のピン穴１３が形成されている。本例では９０度間隔で４個のピン穴１２、１３がそれぞれ形成されている。対応するピン穴１２、１３に位置決めピンが打ち込まれて、ボス４ｃと出力フランジ７が同軸状態で位置決め固定されている。

また、押さえ板６には、所定の角度間隔で、複数個のタップ穴１４が形成されている。本例では、等角度間隔で、８個のタップ穴１４が形成されている。ボス４ｃには、タップ穴１４に対応する位置に、それぞれボス側ボルト挿通穴１５が形成されている。同様に、出力フランジ７にもボス側ボルト挿通穴１５に対応する位置に、それぞれフランジ側ボルト挿通穴１６が形成されている。

次に、出力フランジ７はクロスローラーベアリング１７を介して、ユニットハウジング２によって回転自在の状態で支持されている。本例のクロスローラーベアリング１７の内輪１７ａは、出力フランジ７の外周面に一体形成されている。その外輪１７ｂは、ユニットハウジング２の出力側ＯＵＴの端部に一体形成されている。内輪１７ａを出力フランジ７とは別部材とし、出力フランジ７に締結固定することもできる。同様に、外輪１７ｂをユニットハウジング２とは別部材とし、ユニットハウジング２に締結固定することもできる。

この構成の波動歯車装置ユニット１は、例えば、水平多関節型ロボットのアーム駆動機構に組み込まれて使用される。この場合には、図１（ｂ）において想像線で示すように、波動発生器５の中空入力軸５ａに駆動モーター２０のモーター軸２０ａが連結固定される。ユニットハウジング２はアーム駆動機構の固定側の第１アーム２１に固定される。出力フランジ７には被駆動部材が固定される。図示の例では、出力フランジ７の出力側ＯＵＴの円形端面７ａに、被駆動部材である第２アーム２２における後端部の円形端面２２ａが重ね合わされ、この状態で、出力フランジ７に第２アーム２２が固定される。

駆動モーター２０によって波動発生器５が高速回転すると、剛性内歯歯車３に対する可撓性外歯歯車４のかみ合い位置が円周方向に移動する。これにより、両歯車３、４の歯数差に応じて、両歯車３、４の間に相対回転が発生する。剛性内歯歯車３は第１アーム２１の側に固定されており、回転しない。可撓性外歯歯車４が回転し、そのボス４ｃに固定した出力フランジ７を介して、減速回転出力が取り出される。減速回転出力によって、第２アーム２２がユニット中心軸線１ａ回りに旋回する。

図２は波動歯車装置ユニット１を第２アーム２２に取り付ける手順を示す説明図である。波動歯車装置ユニット１は波動発生器５が取り外された状態で、ユーザーの側に出荷される。また、押さえ板６はボス４ｃの側に仮止めされた状態となっている。

一方、被駆動部材である第２アーム２２の後端部２２ｂには、その旋回中心線回りに、一定の角度間隔で、ボルト挿通穴２３が形成されている。本例では、波動歯車装置ユニット１の出力フランジ７のフランジ側ボルト挿通穴１６に対応して８個のボルト挿通穴２３が形成されている。

第２アーム２２の後端部２２ｂにおける円形端面２２ａと、波動歯車装置ユニット１の出力フランジ７の端面７ａを位置決めして重ね合わせる。この状態で、第２アーム２２の側から各ボルト挿通穴２３に締結ボルト２４を挿入する。締結ボルト２４はボルト挿入穴２３、フランジ側ボルト挿通穴１６、ボス側ボルト挿通穴１５を介して、押さえ板６に形成したタップ穴１４にねじ込まれる。８本の締結ボルト２４をねじ込み固定することによって、出力フランジ７が被駆動部材である第２アーム２２に締結される。すなわち、第２アーム２２と押さえ板６の間に、出力フランジ７およびボス４ｃが挟まれた状態で、これらの４部材が締結ボルト２４によって共締めされる。また、仮止め状態の押さえ板６がボス４ｃに本締結された状態になる。

なお、第２アーム２２の取付けに先立って、ユニットハウジング２を第１アーム２１に取り付ける作業、および、波動発生器５をモーター軸２０ａに取り付け、可撓性外歯歯車の内側に装着する作業が行われる。

Claims (2)

1. 波動歯車装置ユニット（１）に被駆動部材（２２）を締結する締結方法であって、
   カップ形状の可撓性外歯歯車（４）のカップ底面部分に形成したボス（４ｃ）と、
   前記ボス（４ｃ）の第１端面（４ｆ）に位置決め固定された出力フランジ（７）と、
   前記ボス（４ｃ）における前記第１端面（４ｆ）とは反対側の第２端面に仮止めされた押さえ部材（６）と、
   前記ボス（４ｃ）において、ユニット中心軸線回りに所定の角度間隔で形成された複数個のボス側ボルト挿通穴（１５）と、
   前記出力フランジ（７）において、前記ボス側ボルト挿通穴（１５）のそれぞれに対応する位置に形成した複数個のフランジ側ボルト挿通穴（１６）と、
   前記押さえ部材（６）において、前記フランジ側ボルト挿通穴（１６）のそれぞれに対応する位置に形成した複数個のタップ穴（１４）と、
   を有している前記波動歯車装置ユニット（１）を用意し、
   前記フランジ側ボルト挿通穴（１６）のそれぞれに対応する位置に形成した複数個の被駆動部材側ボルト挿通穴（２３）を有している前記被駆動部材（２２）を用意し、
   前記被駆動部材（２２）を、前記押さえ部材（６）が仮止めされている前記波動歯車装置ユニット（１）の前記出力フランジ（７）における前記ボス（４ｃ）とは反対側の端面（７ａ）に対して、前記被駆動部材側ボルト挿通穴（２３）のそれぞれが前記フランジ側ボルト挿通穴（１６）に位置決めされた状態となるように、重ね合わせ、
   この状態で、前記被駆動部材（２２）の側から、前記被駆動部材側ボルト挿通穴（２３）のそれぞれに、締結ボルト（２４）を挿入し、
   前記締結ボルト（２４）を、前記被駆動部材側ボルト挿通穴（２３）から、前記フランジ側ボルト挿通穴（１６）、前記ボス側ボルト挿通穴（１５）を介して、前記押さえ板（６）に形成した前記タップ穴（１４）にねじ込み固定して、
   前記締結ボルト（２４）によって、前記被駆動部材（２２）、前記出力フランジ（７）、前記ボス（４ｃ）および前記押さえ部材（６）を締結することを特徴とする波動歯車装置ユニット（１）に被駆動部材（２２）を締結する締結方法。
2. 請求項１に記載の締結方法に用いる波動歯車装置ユニット（１）であって、
   カップ形状の可撓性外歯歯車（４）のカップ底面部分に形成したボス（４ｃ）と、
   前記ボス（４ｃ）の第１端面（４ｆ）に位置決め固定された出力フランジ（７）と、
   前記ボス（４ｃ）における前記第１端面（４ｆ）とは反対側の第２端面に仮止めされた押さえ部材（６）と、
   前記ボス（４ｃ）において、ユニット中心軸線回りに所定の角度間隔で形成された複数個のボス側ボルト挿通穴（１５）と、
   前記出力フランジ（７）において、前記ボス側ボルト挿通穴（１５）のそれぞれに対応する位置に形成した複数個のフランジ側ボルト挿通穴（１６）と、
   前記押さえ部材（６）において、前記フランジ側ボルト挿通穴（１６）のそれぞれに対応する位置に形成した複数個のタップ穴（１４）と、
   前記前記ボス（４ｃ）の前記第２端面に前記押さえ部材（６）を仮止めしている複数本の仮止め用のビスと、
   を有していることを特徴とする波動歯車装置ユニット（１）。

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