WO2006003847A1

WO2006003847A1 - 減速機付き駆動装置

Info

Publication number: WO2006003847A1
Application number: PCT/JP2005/011621
Authority: WO
Inventors: Yoshinari Takemura
Original assignee: Honda Motor Co., Ltd.
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2006-01-12
Also published as: JPWO2006003847A1; JP4787753B2; US7409891B2; EP1764530A1; EP1764530B1; EP1764530A4; US20070039414A1

Abstract

　レイアウトの自由度の高い波動歯車装置を提供する。波動歯車装置１０は、外周面に外歯が形成された円形状のサーキュラスプライン１′と、その外側に配置され、内周面にサーキュラスプライン１′の外歯と噛合可能な内歯が形成され、半径方向で変形可能なフレクスプライン２と、フレクスプライン２の外側に配置される波動発生手段としてのロータ１６で構成される。ロータ１６は、内周面の短径部分でフレクスプライン２を撓ませ、フレクスプライン２の内歯をサーキュラスプライン１′の外歯に噛合させ、その噛合点を円周方向に移動させることが可能になっている。

Description

明細書

減速機付き駆動装置

技術分野

[0001] 本発明は減速機付き駆動装置に関する。

背景技術

[0002] 従来の駆動装置に用いられる減速機としての波動歯車装置は、図 12に示すような構成を有している (特許文献 1参照)。すなわち、外周面が楕円形状に形成されたゥエーブジェネレータ 40を囲むように可撓ベアリング 50を介してフレタスプライン 30を配置し、フレタスプライン 30の外側に内周面が円形状のサーキユラスプライン 20を配置するように構成されている。

サーキユラスプライン 20の内周面に内歯が形成され、フレタスプライン 30の外周面にはサーキユラスプライン 20の内歯と嚙合可能な外歯が形成され、かつフレタスプライン 30が半径方向に橈むことが可能になって、る。フレタスプライン 30の歯数はサーキユラスプライン 20の歯数より僅かに少なく設定されている。

ウェーブジェネレータ 40は、長径部分で可撓ベアリング 50を介してフレタスプライン 30を撓ませ、フレタスプライン 30の外歯をサーキユラスプライン 20の内歯と嚙合させている。

[0003] このように構成された波動歯車装置では、例えばウェーブジェネレータ 40を回転させた場合、ウェーブジェネレータ 40の長径部分位置の変化に応じて、フレタスプライン 30の外歯とサーキユラスプライン 20の内歯が嚙み合う嚙合点が円周方向に移動する。このとき、フレタスプライン 30の歯数はサーキユラスプライン 20のそれより僅かに少ないので、例えばウェーブジェネレータ 40を 360度回転させた場合、フレタスプライン 30は円周方向にサーキユラスプライン 20との歯数差分回転することになる。すなわち、ウェーブジェネレータ 40を入力端に、フレタスプライン 30を出力端にして前記従来の波動歯車装置を減速機として使用した場合、ウェーブジェネレータ 40の回転速度に対してフレタスプライン 30の回転速度が大きく減速されることになる。

[0004] このような高減速比を有する波動歯車装置は、例えば脚式移動ロボットにおける足の屈伸動作の発生に利用されている。図 13は脚式移動ロボットにおける足の関節部分を示す図である。

第 1リンク 70と第 2リンク 90とは回動支持機構 91で連結され、互いに回動可能になつている。第 1リンク 70と第 2リンク 90との回転中心に回転軸がくるように波動歯車装置 60が装着されている。すなわち、サーキユラスプライン 20が第 2リンク 90に固定される。そして、フレタスプライン 30が第 1回転軸 30a (出力軸）において複数のボルト 8 0によって第 1リンク 70に固定される。ウェーブジェネレータ 40には第 2回転軸 40aが設けられ、第 2回転軸 40aは、第 1回転軸 30aに対して回転可能に支持され、第 1回転軸 30aを設けてヽな、側に駆動力を伝達するためのプーリ 61が固定されて、る。ここで、ベルト 62によって図示しないモータからの駆動力をプーリ 61に伝えると、ゥエーブジェネレータ 40が駆動され、ウェーブジェネレータ 40の回転にしたがってフレクスプライン 30が減速して回転し、第 1リンク 70が回動される。

[0005] し力しながら、前記波動歯車装置 60では、第 1回転軸 30aにおけるフレタスプライン 30の取付位置は、第 1回転軸 30aの端部に制限されるため、第 1回転軸 30aに対する波動歯車装置 60の配置位置も第 1回転軸 30aの端部に限られる。このため、第 1 回転軸 30aを例えば二列のベアリングで支持する構成では、二列のベアリングの間で波動歯車装置を配置することができないなど、レイアウト上の自由度が低いという問題がある。

また、ウェーブジェネレータ 40に駆動力を伝えるプーリ 61は、ウェーブジェネレータ 40と並んで第 2回転軸 40aに配置されることにより、回転軸方向の大きさが大きくなることが避けられず、用途によっては使用しにくい問題がある。

[0006] これに対し、ウェーブジェネレータをフレタスプラインの外周側に配置したものも知られている (特許文献 2参照)。

特許文献 1 :特開平 5— 141485号公報 (特許請求の範囲、請求項 1、図 1) 特許文献 2：特開昭 59— 9336号公報 (第 2図）

発明の開示

[0007] し力しながら、特許文献 2の技術においても、駆動力の付与は、一方の端部から行われており、軸方向の大きさが大きかった。また、駆動力がウェーブジェネレータに伝わるまでの経路を構成する部材は、剛性が低いので、応答性が悪いという問題がある。

本発明は、前記従来の問題点に鑑み、波動歯車装置の軸方向の大きさを小さくし、減速機付き駆動装置のレイアウトの自由度を向上させるとともに、良好な応答性を有する減速機付き駆動装置を提供することを目的とする。

[0008] このため、第 1の発明は、外周面に外歯が形成された円形状の剛体歯車と、前記剛体歯車の外側に配置され、前記剛体歯車の外周長より大きな内周長を有するとともに、内周面に前記剛体歯車の外歯と嚙合可能な内歯が形成された環状の可撓歯車と、前記可撓歯車を半径方向に橈ませることにより前記可撓歯車の内歯を前記剛体歯車の外歯に嚙合させるとともに、前記可撓歯車を橈ませる嚙合位置を円周方向に移動させる波動発生手段とを備え、前記波動発生手段がモータのロータであるものとした。

[0009] 第 2の発明は、外周面に外歯が形成された円形状の剛体歯車と、前記剛体歯車の外側に配置され、前記剛体歯車の外周長より大きな内周長を有するとともに、内周面に前記剛体歯車の外歯と嚙合可能な内歯が形成された環状の可撓歯車と、前記可橈歯車を半径方向に橈ませることにより前記可撓歯車の内歯を前記剛体歯車の外歯に嚙合させるとともに、前記可撓歯車を橈ませる嚙合位置を円周方向に移動させる波動発生手段とを備え、前記波動発生手段は、前記可撓歯車の外側に前記可撓歯車に対して回転自在に配置され、前記可撓歯車を半径方向に橈ませるべく押圧する押圧部を備えた回転部材であり、前記回転部材は、モータのロータであるものとした。

[0010] 第 3の発明は、第 1または第 2の発明において、前記ロータの外周側に、ロータを回転させるモータのステータが配置され、前記剛体歯車は、第 1の部材に結合されるとともに、両端部において第 2の部材により回転自在に支持されたものとした。

[0011] 第 4の発明は、第 1または第 2の発明において、同じ径の筒状部を有する前記可撓歯車を 2つ有し、各可撓歯車の一端側を互いに向かい合わせて配置した上、各可撓歯車を前記剛体歯車に嚙合させるとともに、各可撓歯車を他端側で支持したものとし [0012] 第 5の発明は、第 1または第 2の発明において、前記ロータが、少なくとも内周が楕円形状をなすとともに複数の磁石が配置され、前記複数の磁石は、前記楕円形状の長軸または短軸を線対称軸として配置されたものとした。

[0013] 第 6の発明は、第 1または第 2の発明において、前記ロータの外周部に、前記ロータの変形を防ぐ変形拘束部材をさらに備えたものとした。

[0014] 第 7の発明は、第 1または第 2の発明において、前記ロータが、前記モータの回転軸に沿った磁束を発生するように構成され、前記ロータを回転させるステータが、前記ロータの磁束の発生部分に対面して配置されるとともに、前記回転軸に沿った磁束を発生するように構成されたものとした。

[0015] 第 1の発明によれば、剛体歯車を内側に、剛体歯車の外側に可撓歯車を配置して、波動発生手段が可撓歯車の外側に可撓歯車に対して回転自在に配置されたモータのロータで構成される。このとき、モータのロータで可撓歯車を撓ませ、撓ませた部分で剛体歯車の外歯を可撓歯車の内歯と嚙合させることができる。そして、モータのロータの回転によってその嚙合点を円周方向に移動させることができる。

そして、波動発生手段は、モータのロータであるため、モータの出力を直接波動歯車装置の入力として利用でき、波動歯車装置がコンパクトになるとともに、波動歯車装置の入力部分の剛性が高くなり応答性を良好にすることができる。

さらに、ロータの回転速度に対して剛体歯車の回転速度が大きく減速されるため、例えば剛体歯車の回転軸を中空構造にし、そこに電気ハーネスなどを通しても電気ハーネスと回転軸の摺動速度が小さぐハーネスが損傷される恐れも少なくなる。

[0016] 第 2の発明によれば、モータのロータが最も外側にあるため、従来に比べて、軸方向の大きさを小さくできる。

また、モータのロータは、可撓歯車より外周側にあるため、駆動力の入力のために、回転軸の一端または両端を用いる必要が無ぐ回転軸両端付近のレイアウトの自由度が向上する。

さらに、波動発生手段はモータのロータであり押圧部で可撓歯車を機械的に橈ませるため、剛体歯車の外歯と可撓歯車の内歯とを確実に嚙合させることができる。

[0017] 第 3の発明によれば、高トルクのトルク伝達を可能にしつつ、リンクの関節の小型化を図ることができる。

[0018] 第 4の発明によれば、可撓歯車を幅広に構成でき、さらに高トルクのトルク伝達が可會になる。

[0019] 第 5の発明によれば、トルク変動の幅 (リップル)が低減する。また、磁路が対称に形成され、適正な磁路となるので磁気抵抗が低くなり、モータの最大トルクが向上する。

[0020] 第 6の発明によれば、変形拘束部材により、ロータの変形が抑制される。また、ゥェーブジェネレータの剛'性を高くすることができる。

[0021] 第 7の発明によれば、ベアリング、フレタスプラインまたはサーキユラスプラインなどにより磁束が乱れることがない。その結果、磁束の乱れにより発生する熱を抑えることができる。また、ステータの配置を気にすることなくロータの外径を大きくしうるため、ゥエーブジェネレータの剛性を高く保つことができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]減速機付き駆動装置の基礎的形態としての波動歯車装置の構成を示す図である。

[図 2]波動歯車装置の分解斜視図である。

[図 3]図 1における A— A断面を概念的に示す図である。

[図 4]フレタスプラインを固定した状態で、プーリに駆動力を与えることにより、サーキユラスプラインを駆動する場合の動作を示す図である。

[図 5]減速機付き駆動装置の構成を示す断面図である。

[図 6]図 5の B— B断面を概念的に示した図である。

[図 7]減速機付き駆動装置の配置レイアウトを説明する図である。

[図 8]ロータの変形例を説明する図である。

[図 9]減速機付き駆動装置の他の変形例を示す断面図である。

[図 10]フラットモータを利用した場合の減速機付き駆動装置の断面図である。

[図 11]脚式移動ロボットにおける足の関節部分を示す断面図である。

[図 12]従来の波動歯車装置を示す図である。

[図 13]従来の波動歯車装置を用いた脚式移動ロボットにおける足の関節部分を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

[0023] 以下、本発明の実施形態について説明する。まず最初に、本発明の減速機付き駆動装置の基礎的形態として、剛体歯車の外側に可撓歯車が位置し、可撓歯車の外側にあるプーリを入力とする形態を説明する。図 1は、減速機付き駆動装置の基礎的形態としての波動歯車装置の構成を示す図で、図 2は、その分解斜視図である。図 3 は、図 1における A— A断面を概念的に示す図である。

波動歯車装置 10は主として、剛体歯車としてのサーキユラスプライン 1と、サーキュラスプライン 1の外側に配置される可撓歯車としてのフレタスプライン 2と、フレタスプライン 2の外側に配置された波動発生手段としてのプーリ 3で構成されている。

サーキユラスプライン 1は、図 2に示すように小径部の端部側の外周面に外歯 laが形成され、その中心部に貫通孔が設けられている。

フレタスプライン 2は、半径方向に変形可能な可撓性を有する円筒状の部材で、その内周面に外歯 laと嚙合可能な内歯 2aが形成され、内歯 2aを設けていない側の端部には剛性のフランジ 2bが形成されている。サーキユラスプライン 1の外歯 laはフレクスプライン 2の内歯 2aより歯数が少なく設定されている。

[0024] プーリ 3は、円形状の外周面にベルト 9を装着するための溝が形成され、内周面が図 3に示すように外周面と同じ中心で楕円形状に形成され、可撓ベアリング 4を介してフレタスプライン 2を撓ませ、短径部分でフレタスプライン 2の内歯 2aとサーキュラスプライン 1の外歯 laとを嚙合させている。すなわち、短径部分はフレタスプライン 2を半径方向に押圧する押圧部として機能することによってフレタスプライン 2を橈ませている。このように、プーリ 3は駆動力を伝えるためのプーリとしての機能だけでなぐ波動歯車装置におけるウェーブジェネレータとしての機能をも果たす。

フレタスプライン 2のフランジ 2bの両側には図 1に示すように、プーリ支持リング 6とリンク 8が配置され、プーリ支持リング 6とリンク 8は、フランジを挟んで円周方向に並んだ複数のボルト 8aによって連結されている。フレタスプライン 2は、フランジ 2bを固定端として内歯 2aが設けられた側を半径方向へ橈ませることができる。プーリ支持リング 6は、図 1に示すように第 1ベアリング 5を介してプーリ 3を支持し、リンク 8は第 2ベアリング 7を介してサーキユラスプライン 1を支持して、る。 [0025] これによつて、フレタスプライン 2に対してサーキユラスプライン 1は相対的に回転することができる。一方、プーリ 3は可撓ベアリング 4を介してフレタスプライン 2の外周面でフレタスプライン 2を撓ませながら回転することができる。すなわち、プーリ 3、フレタスプライン 2、サーキユラスプライン 1がそれぞれ所定の関係を保ちながら独立に相対回転することができる。この三つの回転要素のうち、いずれかの一つを入力端側に、一つを出力端側にして減速機または増速機として使用することができる。また、一つの回転要素を出力端側にし、他の二つの回転要素を入力端側にすれば、差動機構として機會させることちできる。

[0026] 次に、波動歯車装置 10の動作について説明する。図 4は、フレタスプラインを固定した状態で、プーリに駆動力を与えて、サーキユラスプラインを駆動する場合の動作を示す図である。

図 4 (a)では、プーリ 3の内周面における短径部分で、サーキユラスプライン 1の歯 m とフレタスプライン 2の歯 nが嚙み合っている。この嚙み合い位置を嚙合点 aとして、プーリ 3を反時計方向に 90度回転させた場合、（b)に示すように、嚙合点 aがプーリ 3の内周面における短径部分と同様に 90度回転することになる。このとき、嚙合点がずれることによって、歯 mと歯 nが嚙み合わなくなる。そして、プーリ 3をさらに 90度、すなわち（a)の位置力も反時計方向に 180度回転させると、嚙合点 aも同様に 180度回転することになる。このとき、フレタスプライン 2の歯 n力サーキユラスプライン 1の歯と再び嚙み合うことになる力サーキユラスプライン 1の歯数がフレタスプライン 2のそれより少ないため、サーキユラスプライン 1の歯 mが歯 nからずれることになる。したがって、フレクスプライン 2を固定した場合、プーリ 3の回転速度に対して、サーキユラスプライン 1 の回転速度が大きく減速されることになり、波動歯車装置 10を減速機として使用する場合、大きな減速比が得られる。

[0027] 波動歯車装置 10は以上のように構成され、プーリ 3を最外周に配置し、プーリ 3に対して回転速度が減速されるサーキユラスプライン 1を中心部に配置したため、例えばサーキユラスプライン 1の回転軸を中空構造にし、そこに電気ハーネスを通して使用することができる。この場合、サーキユラスプライン 1の回転が低速であるため回転軸とハーネスの摺動速度が小さぐハーネスが損傷される恐れが少ない。また波動歯車装置 10を潤滑するため回転軸を介して流体を流した場合でも、遠心力で流体が目的の部位に届かな、ようなこともな!/、。

[0028] また、減速機として使用する場合、最外周にあるプーリ 3に駆動力を与え、中央部にあるサーキユラスプライン 1から駆動力を出力することができる。このとき、サーキュラスプライン 1は図 1に示すように最も内側にあり、かつ軸方向には従来のように駆動力を伝達するためのプーリが存在しないため、出力軸におけるサーキユラスプライン 1 の配置位置が自由に設定することができるとともに、出力軸の両側から駆動力を出力することができる。

すなわち、出力軸に対する波動歯車装置 10の配置位置は出力軸の端部だけでなく内側にも設定することもでき、そして内側に設定した場合には、波動歯車装置の両側から伸びた出力軸力駆動力を出力することもできる。

[0029] 次に、駆動用のモータのロータを波動発生手段として用いた本発明の減速機付き駆動装置について説明する。図 5は、減速機付き駆動装置の構成を示す断面図であり、図 6は、図 5の B— B断面を概念的に示した図である。

前記した基礎的形態としての波動歯車装置 10を減速機として使用する場合、ブーリ 3をモータのロータとして形成し、モータの駆動力を減速してサーキユラスプライン 1 力も直接に出力することで、駆動源と減速機を一体にしつつコンパクトにした装置を構成することができる。

本実施形態の減速機付き駆動装置 10' は、図 5に示すように外歯 1 が形成されたサーキユラスプライン!/ の外側に、内歯 2 が形成されたフレタスプライン 2' が配置され、フレタスプライン 2' の外側には可撓ベアリング 4を介してモータの回転軸の一例としてのロータ 16が配置されている。ここでのロータとは、同軸上に固定して配置されたステータとの間で互、に吸弓 I力または反発力などの磁力が作用されて回転されるものである。ロータには、永久磁石または電磁石が配置され、これらの永久磁石または電磁石は、対向するステータと電磁石または永久磁石との間で相互に力を及ぼし合う。

ロータ 16は、内周面が楕円形状に形成され、その短径部分でフレタスプライン ^ を撓ませ、フレタスプライン 2' の内歯 2a' をサーキユラスプライン!/ の外歯 la' に嚙合させている。すなわち、このロータ 16は前記波動歯車装置 10におけるプーリ 3と同様にウェーブジェネレータとしての機能を発揮するものである。

[0030] サーキユラスプライン！/ は、第 2ベアリングを介してリンク^ に回転可能に支持され、フレタスプライン ^ は、そのフランジがリンク^ とケーシング 15の壁面に挟まれた状態でボルト 8aによって固定される。

ロータ 16は、 2つの第 1ベアリング 5によってケーシング 15に回転可能に支持されている。ロータ 16の外側に、ケーシング 15に固定され、円周方向に形成された複数の突極にコイル 17aが巻かれたステータ 17が配置されている。このコイル 17aに順次に通電することによって、ロータ 16を挟んだ回転磁場を形成することができる。

図 7に示すように、ロータ 16には円周方向に等間隔に複数の永久磁石 16aが配置され、したがって、ステータ 17との磁気吸引または反発でロータ 16が駆動力を得て回転することができる。

サーキユラスプライン：^ の端部側にロータ 16の回転速度を検出するエンコーダ 18 が設けられ、その回転円盤 18aは、第 3ベアリング 19を介してケーシング 15に回転可能に支持されるとともに、ロータ 16と連結されている。

[0031] 減速機付き駆動装置 1( は以上のように構成され、ステータ 17の各コイル 17aに順次に通電することによってロータ 16が駆動され、その回転でサーキユラスプライン 1 ' とフレタスプライン ^ との嚙合点が円周方向に移動され、サーキユラスプライン 1 ' が減速駆動される。

そして、ロータ 16が回転するとき、エンコーダ 18で回転円盤 18aの回転角を示す情報が作成されるので、その情報を用いてロータ 16の回転速度を検出することができるこのように、ロータ 16はウェーブジェネレータとしての機能をもっと同時に、ステータ 17とでモータを構成し、モータにおける駆動力を出力する出力軸の機能も果たすので、駆動力を直接に減速して出力することができる。

[0032] 以上のような減速機付き駆動装置 10' によれば、次のような効果を奏する。

まず、モータを軸の端部に設けることなぐ外周側に配置して扁平型にしたので、軸方向の長さを短くすることができる。なお、従来の外歯を備えた可撓歯車で構成される波動歯車装置において、ウェーブジェネレータとロータ（アウターロータ）とを一体化した場合には、波動歯車装置の出力に比較してモータが小さすぎるため、実用的な装置とはならない。

そして、モータの回転を制御する場合に、モータから回転体までの間の剛性が低いと、制御を安定させるため速度ループゲインを大きくするのが難しいが、本実施形態では、ロータとウェーブジェネレータを軸で結合するのではなぐロータ自体がゥエーブジェネレータとなって、ることから回転体までの弾性要素が無、とみなすことができ、速度ループゲインを高くして応答性を良好にすることができる。し力も、ロータが中空形状で径が大きいことから、ロータ自体の捩り剛性も高ぐこれによつても応答性が良好になる。

また、減速機付き駆動装置 10' は、モータが中空構造となり、表面積が大きくなるため、冷却性能に優れ、高トルクを持続することが期待できる。

さらに、モータ、ウェーブジェネレータおよびフレタスプラインの 3つが一体となっているので、サーキユラスプラインを備えたリンクにこの一体ィ匕された装置を挿入し、締結するだけで組立が可能であるので、部品点数'組立工数が削減され、低コスト化が可能となる。

また、従来は、モータとウェーブジェネレータのシャフト同士の締結で回り止めのキ一を使用していたが、減速機付き駆動装置 1(/ では、キーを使用する必要がないので、キー溝の疲労によるガタが発生することがない。したがって、ロータからウェーブジェネレータまでの運動の伝達経路においてガタを 0にでき、前記したとおりウェーブジェネレータの応答性が良好になる上、騒音の低下や耐久性の向上も期待できる。また、従来は、モータとウェーブジェネレータのシャフト同士の結合において、精度を要するテーパシャフトとテーパハウジングによる結合を行って、たが、減速機付き駆動装置 ic では、そのようなテーパ加工は不要となり、加工工数の削減と低コスト化を実現することができる。

さらに、本実施形態によれば、減速機付き駆動装置のレイアウトの自由度が向上する。図 7は、波動歯車装置の配置レイアウトを説明する図である。従来の波動歯車装置 60は、横側に駆動力を伝達するベルトがあるため、図 7に示すように、その配置位置が出力軸 24 (第 1回転軸 30a)の端部に限られる。すなわち、片側にしか出力軸が設けられない構成である。これに対して、本実施形態の減速機付き駆動装置 1( は、両側に出力軸を設けることができるため、従来のように出力軸の端部に配置できることはもちろん、図 7に示すように、出力軸 24 (サーキユラスプライン 1の回転軸）を支持するベアリング 21 22 23の間でも配置することができ、レイアウトの自由度が向上する。

[0034] なお、本実施形態ではロータ 16の内周面を楕円形状にして、その短径部分でフレクスプライン 2を橈ませたが、内周面は必ずしも楕円形状である必要はなぐ例えば図 8に示すように円形状の内周面に対向するニケ所に押圧部として突起 16b' , 16b ' を形成し、突起 161/ , 16b' によってフレタスプライン 2を橈ませることもできる。この場合、本実施形態と同様にロータ 16' を回転させると、突起 161/ , 16b' カ^レクスプライン 2とサーキユラスプライン 1との嚙合点を移動させ、サーキユラスプライン 1 の回転速度を減速させることができる。なお、この場合、突起 161/ , 16b' の先端面は、円形の一部でもよぐ楕円形の一部でもよい。もちろん、突起 161/ を一つのみ形成しても構わない。

[0035] 次に、図 5の減速機付き駆動装置の変形例を説明する。図 9は、減速機付き駆動装置の変形例の断面図である。

図 9に示す減速機付き駆動装置 10〃は、図 5の減速機付き駆動装置 10' のサーキユラスプライン：^ を、片持ち支持から両持ち支持に変更し、フレタスプライン ^ を両側から配置したものである。このような両持ち支持は、波動発生手段をフレタスプライン 2' の外周側に配置したことにより可能になつて、る。

減速機付き駆動装置 10 は、幅広の外歯 la〃が形成されたサーキユラスプライン 1" の外周側に、内歯 2a„ が形成されたフレタスプライン 2,, が配置され、フレタスプライン 2,, の外周側には幅広の可撓ベアリング 4を介してロータ 16,, が配置されている。

ロータ 16 は、内周面が楕円形状に形成され、その短径部分でフレタスプライン 2 " を撓ませ、フレタスプライン 2 の内歯 2a" がサーキユラスプライン!/ の外歯 la に嚙合されている。つまり、ロータ 16 は図 5のロータ 16と同様にウェーブジエネレータとしての機能を有する。

[0036] サーキユラスプライン 1 は、後述するフレタスプライン 2 の内周側に入り込む筒部 101と、筒部 101の図 9における右側に連続し、筒部 101より一回り太い筒状のリンク結合部 102とから構成されている。リンク結合部 102の右端部には、ネジ穴 109 が設けられており、このネジ穴 109に、第 1の部材である第 1リンク 107がボルト 8aにより結合されている。同様に、筒部 101aの左端にもネジ穴 109が形成され、このネジ穴 109に、左側から第 1の部材である第 1リンク 107がボルト 8aにより結合されている。筒部 101aの外周には、前記した外歯 la" が形成されている。このように、筒部 10 laは、左側の一端がフレタスプライン 2 の内径より小さいため、フレタスプライン 2 へ挿入して組み付けるのが容易である。

サーキユラスプライン 1 は、一端側、図 9においては右側が第 2ベアリングを介して第 2の部材の一部である第 2リンク 106に回転可能に支持され、他端側、図 9においては左側も第 2ベアリングを介して第 2リンク 106に回転可能に支持されている。このようにサーキユラスプライン 1" が両側で回転支持されることにより、減速機付き駆動装置 10 をロボットの関節などの高トルクを要する関節として利用することができる。

なお、サーキユラスプライン 1 は、第 2リンクと一体になつている部材、例えばケーシング 15により回転自在に支持されて、てもよ!/、。

[0037] フレタスプライン 2 は、半径方向に可撓性を有する薄い筒状部 2b" と筒状部 2b " の端部から半径方向に延びるフランジ部 2c〃力なっている。筒状部 2b〃の内面には、前記した内歯 2a が形成されている。フレタスプライン 2 は、筒状部 21 の端部（一端側）を互いに向き合わせた状態で同じ物が 2つ配置されている。両端 (他端側）に位置したフランジ部 2 は、右側については、右側の第 2リンク 106とケーシング 15の間に挟まれた上、ボルト 8aで固定され、左側については、左側の第 2リンク 106とケーシング 15の間に挟まれた上、ボルト 8aで固定されている。このように、 2つのフレタスプライン 2 をその筒状部 2b を一端で向かい合わせて、内歯 2a" の幅を広くとっているため、減速機付き駆動装置 10〃は、高トルクのトルク伝達が可能となる。 [0038] ロータ 16 およびステータ 17の機能および構造は図 5のロータ 16およびステータ 17の機能と同様であり、ステータ 17のコイル 17aへの通電によりロータ 16 が回転させられる。また、ロータ 16の他端側の外周には回転円盤 18aが固定され、エンコーダ 18で回転円盤 18aの回転を検出することでロータ 16 の回転速度、回転角が検出される。

[0039] 減速機付き駆動装置 10 は以上のように構成され、ステータ 17の各コイル 17aに順次に通電することによって、ロータ 16〃が駆動され、その回転で、サーキュラスプライン 1 とフレタスプライン 2 との嚙合点が円周方向に移動され、サーキュラスプライン 1" が減速駆動される。

そして、ロータ 16 が回転するとき、エンコーダ 18で回転円盤 18aの回転角を示す情報が作成されるので、その情報を用いてロータ 16 の回転速度を検出することができる。

このように、サーキユラスプライン 1〃およびフレタスプライン 2 を両側で支持したことにより、図 5の減速機付き駆動装置 10' が有する利点に加え、高トルクの回転伝達が可能となる。また、同じトルク伝達力にしょうとした場合には、減速機付き駆動装置 10"の半径方向の大きさを小さくすることができる。

[0040] 次に、図 5の減速機付き駆動装置 1( の他の変形例について説明する。図 10は、フラットモータを利用した場合の減速機付き駆動装置の断面図である。

図 10に示す減速機付き駆動装置 10〃は、図 5の減速機付き駆動装置 1( におけるステータ 17に比べ、若干内径側に寄せて配置されたステータ 171を有して、る。ステータ 171は、コイル 171aを有し、コイル 171aへの通電により、モータの回転軸、すなわち第 1リンク 107と第 2リンク 106の互いの回転軸の方向に磁束を発生する。ステータ 171の図 10における左右両側には、ステータ 171を両側から囲む形で口ータ 161が配置されている。ロータ 161は、ステータ 171の両側に、永久磁石 162, 1 63を有している。永久磁石 162, 163も、前記回転軸に沿った磁束を発生しており、ステータ 171への通電により、ロータ 161が回転するように、ステータ 171とロータ 16 1とで、わゆるフラットモータを構成して!/、る。

ロータ 161の永久磁石 162, 163は、フレタスプライン 2 の内歯 2a" と、サーキュラスプライン 1 の外歯 1 が嚙み合う部分の外周に配置されている。

[0041] このような構成の減速機付き駆動装置 10〃によれば、磁束が延びる方向と、ベアリング、フレタスプラインまたは中空サーキユラスプラインなどとの位置関係上、ステータ 171や永久磁石 162が発生する磁束力これらの部材に乱されることがない。そのため、磁束の乱れによる渦電流の発生が抑えられ、渦電流による不要な熱の発生を抑えることができる。

そして、ロータ 161は、フレタスプライン 2 の内歯 2a" と、サーキユラスプライン 1 の外歯 la〃が嚙み合う部分の外周に位置する部分が厚く形成されているので、永久磁石 162, 163の岡 IJ性により、外歯 la と内歯 2a" とを、しつ力りと嚙み合わせることができる。また、第 1ベアリング 5, 5は、ロータ 161の両端付近の外周に嵌合されているので、ロータ 161がフレタスプライン 2" を押圧した反力として半径方向外側に広げられたとしても、第 1ベアリング 5, 5が変形を拘束する変形拘束部材として機能するので、ロータ 161の見かけ上の剛性が高ぐ外歯 1 と内歯 2a" の確実な嚙合を実現できる。さらに、第 1ベアリング、 5, 5を、ロータ 161の外周の中でも各永久磁石 162, 163の外周に嵌合させれば、ロータ 161の見かけ上の剛性をさらに向上し、外歯 la " と内歯 2a〃の確実な嚙合を実現できる。特に、本実施形態のように永久磁石 162 , 163が外歯 la〃と内歯 2a〃の外周部分に配置されているときは、効果的である。なお、変形拘束部材は、必ずしもベアリングである必要はなぐ永久磁石 162, 163 の外周に、リング状の部材を嵌合させてもよい。

また、ステータ 171とロータ 161とを、フラットモータの構成としたことで、ステータ 17 1の外径が小さくなり、減速機付き駆動装置 10〃を小型にすることができる。

[0042] 次に、応用例として前記した減速機付き駆動装置 10' を脚式移動ロボットに使用した場合を説明する。

図 11は、脚式移動ロボットにおける足の関節部分を示す断面図である。図 11に示すように、減速機付き駆動装置 10' は、サーキユラスプライン：^ の両端力ボルト 8aにより第 2リンク 12に結合されている。すなわち、第 2リンク 12はサーキュラスプライン！/ と一体になつている。そして、第 1リンク 13は、図 11における右側において、第 2ベアリング^ によりサーキユラスプライン：^ に回動可能に支持され、左側において、第 2ベアリングにより第 2リンク 12に回動可能に支持されている。なお、左右の第 2リンク 12, 12は、上方で一体になつており、左右の第 1リンク 13, 13 は、下方で一体になつている。

ここで、減速機付き駆動装置 10' を動作させて、ロータ 16を回転させれば、前記したように、フレタスプライン 2' の内歯 2a' とサーキユラスプライン！/ の外歯 la' 力 S 嚙合してサーキユラスプライン：^ が減速回転する。その結果、第 1リンク 13に対して第 2リンク 12がゆっくりと回動されることになる。

このように、減速機付き駆動装置 10' が動作する場合、サーキユラスプライン：^ の両側で均等に駆動力を出力することができるので、第 1リンク 13と第 2リンク 12バランスよく回動させることができる。また、ロータ 16自体がウェーブジェネレータとしての機能を有するため、ロータ 16を高速で回転させ、応答性良く第 1リンク 13と第 2リンク 12 とを互いに回動させることができる。

また、サーキユラスプライン：^ の回転速度が低速であるため、その中央の貫通孔にハーネスを通しても、サーキユラスプライン！/ との摺動で、ハーネスが損傷される恐れは少なぐロボットの信頼性を向上させることができる。また、例えば減速機付き駆動装置 10' を潤滑するための流体を流した場合でも、大きな遠心力で流体が貫通孔の壁面に付着して目的の部分に届かないという不具合もない。

Claims

請求の範囲

[1] 外周面に外歯が形成された円形状の剛体歯車と、

前記剛体歯車の外側に配置され、前記剛体歯車の外周長より大きな内周長を有するとともに、内周面に前記剛体歯車の外歯と嚙合可能な内歯が形成された環状の可橈歯車と、

前記可撓歯車を半径方向に橈ませることにより前記可撓歯車の内歯を前記剛体歯車の外歯に嚙合させるとともに、前記可撓歯車を橈ませる嚙合位置を円周方向に移動させる波動発生手段とを備え、

前記波動発生手段がモータのロータであることを特徴とする減速機付き駆動装置。

[2] 外周面に外歯が形成された円形状の剛体歯車と、

前記波動発生手段は、前記可撓歯車の外側に前記可撓歯車に対して回転自在に配置され、前記可撓歯車を半径方向に橈ませるべく押圧する押圧部を備えた回転部材であり、前記回転部材がモータのロータであることを特徴とする減速機付き駆動装置。

[3] 前記ロータの外周側に、ロータを回転させるモータのステータが配置され、

前記剛体歯車は、第 1の部材に結合されるとともに、両端部において第 2の部材により回転自在に支持されることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の減速機付き駆動装置。

[4] 同じ径の筒状部を有する前記可撓歯車を 2つ有し、各可撓歯車の一端側を互いに向かい合わせて配置した上、各可撓歯車を前記剛体歯車に嚙合させるとともに、各可撓歯車を他端側で支持したことを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の減速機付き駆動装置。

[5] 前記ロータは、少なくとも内周が楕円形状をなすとともに複数の磁石が配置され、前記複数の磁石は、前記楕円形状の長軸または短軸を線対称軸として配置されたことを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の減速機付き駆動装置。

[6] 前記ロータの外周部に、前記ロータの変形を防ぐ変形拘束部材をさらに備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の減速機付き駆動装置。

[7] 前記ロータは、前記モータの回転軸に沿った磁束を発生するように構成され、前記ロータを回転させるステータは、前記ロータの磁束の発生部分に対面して配置されるとともに、前記回転軸に沿った磁束を発生するように構成されたことを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の減速機付き駆動装置。