本发明涉及波动齿轮装置，特别是涉及使得能够在半径方向上挠曲的外齿轮与挠曲成椭圆状的刚性的内齿轮在局部啮合、且伴随着旋转而使得外齿轮与内齿轮的啮合位置在圆周方向上移动的波动齿轮装置的波动发生器。
背景技术：
一般情况下，波动齿轮装置的波动发生器的主流形式如下：使滚珠、滚子等滚动体在椭圆状的插塞的外周侧滚动，从而在外齿轮产生波动(滚动接触式的波动发生器)。滚动接触式的波动发生器具有波动发生器轴承，该波动发生器轴承安装于作为刚体的插塞的椭圆状外周面与挠性的外齿轮的内周面之间。波动发生器相对于外齿轮的内周面以滚动接触状态而旋转，由此使得外齿轮的圆周方向上的各部分在半径方向上以一定的振幅而振动。例如专利文献1、2中记载有这样的波动发生器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-180259号公报
专利文献2：日本特开2009-156461号公报
技术实现要素：
在此，作为波动发生器，考虑使用如下形式的波动发生器：使与外齿轮的内周面直接接触的椭圆状的插塞沿该内周面滑动，由此使得外齿轮产生波动(以下称为“滑动接触式的波动发生器”。)。滑动接触式的波动发生器与滚动接触式的波动发生器相比，由旋转引起的粘性阻力较小，即使输入转速增大，输入扭矩也几乎不发生变化，因此，高速旋转时的效率较好。但是，滑动接触式的波动发生器存在以下问题：用于产生波动的旋转扭矩较大。
鉴于这一问题，本发明的目的在于提供能够以较小的旋转扭矩而使外齿轮产生波动的滑动接触式的波动发生器。
为了解决上述问题，本发明的波动齿轮装置的波动发生器使得能够在半径方向上挠曲的外齿轮挠曲成非圆形状、例如椭圆状而相对于刚性的内齿轮在局部啮合，并伴随着旋转而使得所述外齿轮与所述内齿轮的啮合位置在圆周方向上移动，其特征在于，具有：
刚性的插塞，其具有非圆形状、例如椭圆形状的插塞外周面；以及
环状移位体，其具有呈放射状排列的多个移位部，
所述移位部分别在所述环状移位体的半径方向上成为刚体，并以相对于相邻的所述移位部能够在半径方向上相对地进行弹性移位的状态而连接，
所述移位部分别具有：插塞接触部，其相对于所述插塞的所述插塞外周面处于滑动接触状态；以及外齿轮接触部，其用于使所述外齿轮挠曲成所述非圆形状、例如椭圆形状，
所述插塞接触部相对于所述外齿轮接触部而位于半径方向的内侧。
利用马达等驱动波动发生器的插塞旋转。由于环状移位体的各移位部处于与非圆形状、例如椭圆状的插塞外周面滑动接触的状态，因此，各移位部伴随着插塞的旋转而在半径方向的内外侧反复移位。各移位部在半径方向上实质上作为刚体而发挥功能，因此，因各移位部的外齿轮接触部而使得外齿轮产生波动。即，外齿轮的各外齿沿着圆周方向依次与内齿轮啮合，在两个齿轮之间产生与两个齿轮的齿数差相应的相对旋转。例如，输入至插塞的高速旋转大幅减速、且被从一个齿轮取出。
在波动发生器中，环状移位体的各移位部的插塞接触面相对于旋转侧的插塞的椭圆状的插塞外周面滑动接触。对于各移位部而言，插塞接触部相对于外齿轮接触部而位于半径方向的内侧。因此，与使得非圆形状、例如椭圆状的插塞外周面直接与外齿轮的内周面接触并沿着该内周面滑动接触的情况相比，能够以较小的旋转扭矩使插塞旋转而使得外齿轮产生波动。
本发明中，可以将所述移位部分别设为以等角度间隔排列的、以相同截面且相同长度的直线状而延伸的翅片。此时，所述翅片的半径方向上的内端部是所述插塞接触部，所述翅片的半径方向上的外端部是所述外齿轮接触部。另外，相邻的所述翅片的所述外端部之间由能够在半径方向上挠曲的圆弧板连接而构成环状移位体。
另外，可以将所述环状移位体设为由在圆周方向上连结的多个移位部组件构成的环状体。所述移位部组件分别具有：以规定角度在半径方向上延伸的第1翅片部分、第2翅片部分；以及将所述第1翅片部分、第2翅片部分的半径方向上的外端部彼此连接的圆弧板部分。此时，在圆周方向上相邻的2个所述移位部组件中，一个所述移位部组件的所述第2翅片与另一个所述移位部组件的所述第1翅片层叠而成的结构的层叠翅片作为1个移位部而发挥功能。
此外，还可以利用一个波纹管来制作环状移位体。此时，波纹管的各波状弯曲部分分别作为移位部而发挥功能。即，作为所述移位部而发挥功能的波纹管的各波状弯曲部分分别具有：以规定角度在半径方向上延伸的一对第1平板部分、第2平板部分；将所述第1平板部分、第2平板部分的外端彼此连接的外端圆弧板部分；以及在所述第1平板部分、第2平板部分的内端部形成的第1内端圆弧板部分、第2内端圆弧板部分。另外，在圆周方向上相邻的所述移位部之间，一个所述移位部的所述第1内端圆弧板部分与另一个所述移位部的所述第2内端圆弧板部分彼此连接。此时，所述移位部的所述外端圆弧板部分作为所述外齿轮接触部而发挥功能，所述移位部的所述第1内端圆弧板部分、第2内端圆弧板部分作为所述插塞接触部而发挥功能。
接下来，为了防止环状移位体的插塞接触部从椭圆状的插塞外周面脱离，优选具有移动限制部，该移动限制部将所述环状移位体限制为：不会在插塞的中心轴线方向上移动。
另外，为了通过插塞的旋转而使得环状移位体的各移位部在半径方向上以高精度反复移位，优选所述环状移位体具有保持部，该保持部将所述移位部的所述插塞接触部保持于圆周方向上的规定位置。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1所涉及的扁平式的波动齿轮装置的概要纵向剖视图和概要主视图。
图2是表示图1中的环状移位体的主视图、表示在平面中将环状移位体展开后的状态的主视图、以及表示在平面中将环状移位体展开后的状态的俯视图。
图3是表示图1中的环状移位体的各部分的尺寸等的说明图。
图4是表示本发明实施方式2所涉及的扁平式波动齿轮装置的概要纵向剖视图、概要主视图、表示环状移位体的主视图、表示在平面中将环状移位体展开后的状态的主视图、表示在平面中将环状移位体展开后的状态的俯视图。
图5是表示实施方式2的变形例的概要纵向剖视图、概要主视图。
图6是表示环状移位体的另一例的主视图、表示该移位部组件的主视图、表示将2个移位部组件在圆周方向上连结固定后的状态的主视图、表示将4个移位部组件在圆周方向上连结固定后的状态的主视图。
图7是表示环状移位体的制作次序的说明图。
图8是表示实施方式3的波动齿轮装置的概要主视图和表示环状移位体的另一例的主视图。
具体实施方式
以下，参照附图对应用了本发明的波动齿轮装置的实施方式进行说明。
[实施方式1]
图1(a)、图1(b)是表示本发明实施方式1所涉及的扁平式波动齿轮装置的概要纵向剖视图和概要主视图。波动齿轮装置1具有：2个刚性的内齿轮2、3；圆筒状的挠性的外齿轮4；以及波动发生器5。
内齿轮2、3同轴地并列配置。在作为减速机而使用的情况下，例如，一个内齿轮2设为不旋转地固定的静止侧内齿轮，另一个内齿轮3设为将减速后的旋转输出的驱动侧内齿轮。
外齿轮4能够与内齿轮2、3的双方啮合，并同轴地配置于内齿轮2、3的内侧。波动发生器5安装于外齿轮4的内侧，使外齿轮4挠曲成椭圆状，并使得该外齿轮4在其长轴6的两端的位置处与两个内齿轮2、3啮合。
驱动侧的内齿轮3和外齿轮4具有相同的齿数，静止侧的内齿轮2的齿数比上述这些齿轮的齿数多2n个(n是正整数)。当波动发生器5旋转1周时，外齿轮4相对于静止侧的内齿轮2以与齿数差相应的角度进行相对旋转。外齿轮4和内齿齿轮3一体旋转，减速后的旋转从内齿轮3向被驱动部件侧输出。
波动发生器5具有：作为刚体的一定厚度的插塞11；插塞11的椭圆状的插塞外周面12；以及安装于插塞外周面12和外齿轮4的内周面4a之间的环状移位体13。环状移位体13的外周面14的初始形状为正圆，并因插塞外周面12而挠曲成椭圆状。因挠曲成椭圆状的外周面14而使得外齿轮4挠曲成椭圆状。
环状移位体13具有以放射状排列的多个移位部15。各移位部15作为在环状移位体13的半径方向上具有足够的刚性的刚体而发挥功能。另外，以相对于相邻的移位部能够在半径方向上相对地进行弹性移位的方式将移位部15连接。另外，各移位部15具有：相对于椭圆状的插塞外周面12处于滑动接触状态的插塞接触部16；以及与外齿轮4的内周面4a接触的外齿轮接触部17。
图2(a)是表示环状移位体13的主视图，图2(b)、图2(c)是表示在平面中将环状移位体13展开后的状态的主视图和俯视图。如图1、图2所示，作为本例的环状移位体13的移位部15，具有以相同截面且相同长度的直线状而延伸的翅片15a。翅片15a的半径方向上的内端部是插塞接触部16，其半径方向上的外端部是外齿轮接触部17。各翅片15a的外齿轮接触部17之间由能够在半径方向上挠曲的圆弧板18连接。
可以由图2(b)、图2(c)所示的结构体20来制作环状移位体13。结构体20的各翅片15a以一定的间隔而平行地配置，作为各翅片15a的一端的外齿轮接触部17之间彼此由相同宽度且厚度较薄的平板部分18a连接。
制作与外齿轮4的内周面4a对应的长度l的结构体20，如图2(a)所示，以各翅片15a位于内侧的方式弯曲成圆环状并将两端接合，使得外周面14形成为正圆。由此，各平板部分18a弯曲而形成为圆弧板18，从而得到翅片15a以等角度间隔呈放射状排列的环状移位体13。
当将插塞11以同心状态安装于环状移位体13的中心部分时，如图1(b)所示，由椭圆状的插塞外周面12使得各翅片15a(移位部15)在半径方向上移位。由此，环状移位体13的各翅片15a的外齿轮接触部17的外端位于与插塞外周面12的椭圆形状相似的椭圆状曲线上。因此，环状移位体13的外周面14从正圆弹性变形为由外齿轮接触部17规定的椭圆状曲线。
当插塞11被未图示的马达等旋转驱动时，与插塞外周面12滑动接触的各翅片15a的插塞接触部16在半径方向上反复移位。各翅片15a在半径方向上作为刚体而发挥功能，因此，作为各翅片15a的外端的外齿轮接触部17也同样在半径方向上反复移位。其结果，与一般的滚动接触式的波动发生器同样地发挥功能，从而使得外齿轮4与内齿轮2、3的啮合位置在圆周方向上移动。由此，在静止侧的内齿轮2与外齿轮4之间产生相对旋转。
如图1所示，本例的插塞11具有移动限制部21、22，该移动限制部21、22用于限制环状移位体13在中心轴线1a的方向上移动。移动限制部21是以规定量从插塞11的插塞外周面12的宽度方向上的一个端部朝半径方向的外侧突出的圆环状突起。移动限制部21形成为包含各翅片15a的内端的移动范围的圆形轮廓。另一个移动限制部22为固定于插塞11的相反侧的端面的一定厚度的圆板。移动限制部22的外径尺寸与另一个移动限制部21的外径尺寸相同。由移动限制部21、22限制环状移位体13在中心轴线1a的方向上的移动，从而使得上述翅片15a的内端不会从插塞外周面12脱离。
在此，对本例的波动发生器5的旋转扭矩进行说明。对于波动发生器5而言，使正圆状的环状移位体13的各翅片15a的插塞接触部16与插塞外周面12接触而变形为椭圆状。另外，当插塞11旋转时，各插塞接触部16沿插塞外周面12滑动，能够以较小的旋转扭矩使外齿轮4产生波动。
即，如图3所示，进行如下设定，
r0：环状移位体13的与外齿轮4的内周面4a接触的接触位置处的半径(从中心o至各翅片15a的外齿轮接触部17与内周面4a之间的接触位置为止的距离)，
r1：环状移位体13的与插塞外周面12接触的接触位置处的半径(从中心o至各翅片15a的插塞接触部16与插塞外周面12之间的接触位置为止的距离)，
p:长轴6的位置处的径向载荷，
t：圆弧板18的板厚，
t’：翅片15a的板厚，
b：翅片15a的板宽。
另外，μ设为接触部分的摩擦系数。
此时，在环状移位体13与外齿轮4之间产生的旋转扭矩t0、插塞11与环状移位体13之间的旋转扭矩t1分别以下述方式来表示。
t0＝2·r0·μ·p
t1＝2·r1·μ·p
r0＝r1+h，因此，t0>t1。因此，在摩擦系数相同的情况下，与沿着外齿轮4的内周面4a使插塞滑动接触的情况下所需的旋转扭矩t0相比，使插塞11沿着环状移位体13的各插塞接触部16滑动接触的情况下所需的旋转扭矩t1较小。因此，通过预先将接触部分的摩擦系数设定为实质上相同，本例的波动发生器5能够以较小的旋转扭矩而使外齿轮4产生波动。
(环状移位体的材质、形状)
优选地，环状移位体13整体上为容易挠曲成椭圆状的形状。环状移位体13的材料的杨氏模量越小、且将翅片15a连结的圆弧板18的板厚t越薄，环状移位体13越容易挠曲。
优选地，环状移位体13的各翅片15a设为具有半径方向上的足够的刚性的形状，以便在半径方向上作为刚体而发挥功能。平板的纵弯曲载荷计算中，纵弯曲载荷与材料的杨氏模量以及泊松比有较大关系，翅片15a的宽度b与长度h之比b/h的影响较小，因此，可以将翅片15a设为足够的长度。另外，纵弯曲载荷受翅片15a的板厚t'的影响较大，因此需要适当地设定板厚t’。
环状移位体13可以由钢、铜合金、不锈钢、塑料等各种材质制作。选择成型加工性优异、且能够获得所需的易挠曲性和半径方向上的足够的刚性的材质。
优选地，翅片15a的板厚t’设为圆弧板18的板厚t的2～4倍。由此，容易获得所需的易挠曲性和半径方向上的足够的刚性。
优选地，考虑外齿轮4与内齿轮2、3之间的啮合部分的齿宽方向上的齿面载荷分布而将翅片15a的板宽b设定为适当的尺寸。
翅片15a的长度h(高度)例如为现有的波动齿轮装置的半径r0的1/3以上。由此，与现有的滚动接触式波动发生器的情况相比，旋转扭矩能够减少30％以上。长度h取决于翅片15a的板厚t’和所需椭圆量。在翅片15a的内端部分(插塞接触部16附近)，在不与相邻的翅片15a发生干涉的范围内，可以加大翅片15a的长度h。
接下来，优选地，翅片15a的数量为17个以上，以便能够将插塞外周面12的椭圆形状准确地传递给外齿轮4。
[实施方式2]
图4(a)、图4(b)是表示实施方式2所涉及的扁平式波动齿轮装置的概要纵向剖视图、概要主视图。另外，图4(c)是表示该环状移位体的主视图，图4(d)、图4(e)是表示在平面中将环状移位体展开后的状态的主视图和俯视图。
波动齿轮装置30的基本结构与实施方式1的波动齿轮装置1相同，具有：刚性的内齿齿轮32、33；挠性的外齿轮34；以及波动发生器35。波动发生器35具有：具有椭圆状的插塞外周面42的、作为刚体的插塞41；以及环状移位体43。
本例的环状移位体43由图4(d)、图4(e)所示的形状的结构体50制作。结构体50通过对一定宽度且一定厚度的一块带状板材以一定间隔在与板面正交的方向上进行折弯加工而制作。结构体50具有多个层叠有2块板材而得到的结构的层叠翅片45a，相邻的层叠翅片45a的作为上端部的外齿轮接触部47借助平板部分48a而彼此连接。
通过使结构体50成型为圆环状并将两端接合，如图4(c)所示，能够获得如下环状移位体43：平板部分48a形成为圆弧板部分48，具有由圆弧板部分48规定的正圆状的外周面44。通过在环状移位体43的中心部分同轴地安装具有椭圆状的插塞外周面42的插塞41，能够获得图4(a)、图4(b)所示的波动发生器35。波动发生器35安装于外齿轮4的内侧。
环状移位体43的各层叠翅片45a的作为内端部的插塞接触部46形成为与椭圆状的插塞外周面42滑动接触的状态。各层叠翅片45a在半径方向上以与相对于插塞外周面42接触的接触位置相应的量而移位。由此，使得各层叠翅片45a的作为外端部的外齿轮接触部47位于与插塞外周面42的椭圆形状对应的椭圆状曲线上，且使得环状移位体43的外周面44变形为与插塞外周面42的椭圆形状对应的椭圆形状。
因此，外周面44(外齿轮接触部47)与内周面34a接触的外齿轮43挠曲为与插塞外周面42a对应的椭圆形状。当插塞41旋转时，环状移位体43的各层叠翅片45a与之相伴地在半径方向上反复移位，因此，外齿轮34产生波动。
此外，本例中的插塞41也具有用于限制环状移位体43在中心轴线40a的方向上的移动的一对移动限制部51、52。
(层叠翅片的保持部)
图5(a)、图5(b)是表示上述波动齿轮装置30的变形例的概要纵向剖视图、概要主视图。本例的波动齿轮装置30a具有保持部53，以便通过插塞41的旋转而使环状移位体43的各层叠翅片45a(移位部)在半径方向上以高精度而反复移位。
保持部53将各层叠翅片45的插塞接触部46侧的部分保持于圆周方向上的规定位置。保持部53具有：位于层叠翅片45的两侧的保持部环状部54、55；以及架设于上述保持部环状部54、55之间的多个保持部分隔板56。保持部分隔板56以一定的角度间隔而配置，各保持部分隔板56位于各层叠翅片45a之间。由各保持部分隔板56以一定的角度间隔对各层叠翅片45a的内端侧的部位进行保持。
此外，波动齿轮装置30a的保持部53以外的部分与波动齿轮装置30相同，因此省略其说明。
另外，不言而喻，保持部53也可以用于图1所示的波动齿轮装置1的波动发生器5。
[环状移位体的例子]
图6(a)是表示环状移位体的另一例的主视图，图6(b)是表示其移位部组件的主视图，图6(c)是表示2个移位部组件在圆周方向上连结固定后的状态的主视图，图6(d)是表示4个移位部组件在圆周方向上连结固定后的状态的主视图。
本例的环状移位体43a是由在圆周方向上连结的多个移位部组件60构成的环状体。对一定宽度且一定厚度的平板以使其形成为张开规定角度的扇形的方式进行弯折加工而制作移位部组件60。或者，通过对塑料等进行注塑成型而对移位部组件60进行一体成型。
如图6(b)所示，移位部组件60具有：以一定角度在半径方向上延伸的第1翅片部分、第2翅片部分65a、65b；以及将第1翅片部分、第2翅片部分65a、65b的半径方向上的外端部彼此连接的圆弧板部分68。如图6(c)、(d)所示，移位部组件60以同心状在圆周方向上连结，由此构成图6(a)所示的环状移位体43a。对于移位部组件60的接合方法或者连结方法，只要根据其材质而采用适当的方法(粘接、焊接、熔敷等)即可。
环状移位体43a的相邻的移位部组件60的第1翅片部分、第2翅片部分65a、65b层叠而形成为一个层叠翅片65(移位部)。各层叠翅片65的内端部是插塞接触部66，其外端部是外齿轮接触部67。
[环状移位体的制作次序]
图7是表示上述环状移位体13、43、43a的制作次序的说明图。如该图所示，在环状移位体13、43的情况下，制作结构体20、50(步骤st1a、1b)，将其裁切为规定长度(步骤st2)，实施预弯曲(步骤st3)而成型为环状，然后，将其两端接合(步骤st4)。在环状移位体43a的情况下，制作移位部组件60(步骤st1c)，以同心状将其在圆周方向上接合(步骤st4)。
[实施方式3]
图8(a)是表示实施方式3所涉及的波动齿轮装置的说明图。波动齿轮装置70a的基本结构与图1所示的波动齿轮装置1相同，具有刚性的内齿轮72、73、挠性的外齿轮74、以及波动发生器75。
波动发生器75具有：具有椭圆状的插塞外周面82的刚性的插塞81；以及环状移位体83。环状移位体83是波纹管状的环状体，具有呈放射状排列的多个移位部85。各移位部85作为在环状移位体83的半径方向上具有足够的刚性的刚体而发挥功能。另外，以相对于相邻的移位部能够在半径方向上相对地进行弹性移位的方式将移位部85连接。另外，各移位部85具有：处于相对于椭圆状的插塞外周面82滑动接触的状态的插塞接触部86；以及与外齿轮74的内周面74a接触的外齿轮接触部87。
具体进行说明，使一定宽度且一定厚度的一个波纹管成型为环状、且将其两端接合而制作环状移位体83。波纹管的各波状弯曲部分分别作为移位部85而发挥功能。
即，作为各移位部85而发挥功能的波纹管的各波状弯曲部分分别具有：以一定角度在半径方向上延伸的一对第1平板部分、第2平板部分91、92；将第1平板部分、第2平板部分91、92的外端彼此连接的近似半圆形的外端圆弧板部分93；以及在第1平板部分、第2平板部分91、92的内端部形成的第1内端圆弧板部分、第2内端圆弧板部分94、95。另外，在圆周方向上相邻的移位部85之间，一个移位部85的第1内端圆弧板部分94与另一个移位部85的第2内端圆弧板部分95彼此连接。
对于该形状的环状移位体83而言，移位部85的外端圆弧板部分93作为外齿轮接触部87而发挥功能，移位部83的第1内端圆弧板部分、第2内端圆弧板部分94、95作为插塞接触部86而发挥功能。
(波纹管状的环状移位体的另一例子)
图8(b)是表示环状移位体83的另一例子的说明图。环状移位体83a的基本结构与上述环状移位体83相同。不同点在于：构成环状移位体83a的移位部85a的数量较多。通过增加移位部85a，能够将插塞外周面的椭圆形状更加准确地传递给外齿轮74。
[其他实施方式]
上述各例是将本发明的波动发生器应用于扁平式波动齿轮装置的例子。本发明的波动发生器还能够应用于外齿轮呈杯状的杯型波动齿轮装置、外齿轮呈礼帽状的礼帽型波动齿轮装置。
另外，上述各例涉及具有椭圆状的插塞的波动发生器。在使外齿轮在圆周方向上的3处部位与内齿轮啮合的情况下，作为插塞的轮廓形状，采用三叶形状。即使在插塞外周面的形状为椭圆形状以外的非圆形状的情况下，当然也可以同样应用本发明。