以下、図面を参照して、本発明の一実施� ��態における揺動歯車装置について説明する� ��

 図1は、本発明の一実施形態における揺動 歯車装置の分解斜視図である。図1に示すよ� �に、揺動歯車装置10は環状の剛性内歯歯車20� ��、弾性変形可能な環状の可撓性外歯歯車30� �、揺動発生器40とから構成されている。

 剛性内歯歯車20は、内周面に形成された� �歯部21と、該剛性内歯歯車20を図示しない固� ��部材に固定するための固定用ボルト孔22と� �備えている。可撓性外歯歯車30は、カップ形 状を有しており、カップの開口側の外周面に 形成された外歯部31と、図示しない出力回転� ��に接続するための出力回転軸取付用ボルト� ��33とを備えている。外歯部31には歯幅WWの外� ��が形成されている。揺動発生器40は、2個の� ��心ローラ41と入力回転軸取付部45とを備えて いる。

 図2は、本発明の一実施形態における揺動 歯車装置の断面図であり、揺動発生器の回転 軸と揺動発生器により撓まされた可撓性外歯 歯車の長軸とを含む平面における断面図であ る。図3は、図2のA-A線断面図である。図2およ び図3に示すように、揺動歯車装置10は、剛性 内歯歯車20の内側に可撓性外歯歯車30を配置� �、可撓性外歯歯車30の内側に揺動発生器40を� ��め込んで可撓性外歯歯車30を撓ませること� �より、剛性内歯歯車20の内歯部21に形成され� ��内歯と、可撓性外歯歯車30の外歯部31に形成 された外歯とが、剛性内歯歯車20の中心を挟� ��対向する2箇所、つまり噛み合い位置Pおよ� �Qで噛み合うように構成されている。

 剛性内歯歯車20は、剛性体で形成されて� �る。可撓性外歯歯車30は、全体が可撓性材料 で形成されたものでもよいが、少なくともカ ップ形状の底面に環状に設けられた出力回転 軸取付部32以外は、可撓性材料で形成され、� ��つ弾性変形可能なように薄肉に形成されて� ��る。出力回転軸取付部32は他の部分より厚� �に形成され、出力回転軸取付用ボルト孔33が 設けられている。なお、外歯部31も弾性変形� ��能に構成されている。

 揺動発生器40は、円形輪郭の偏心ローラ41 を2個有している。偏心ローラ41は、揺動発生 器の回転軸XX回りに所定量偏心して回転する� ��形輪郭の偏心カム42と、偏心カム42の外周に 嵌められた軸受43と、軸受43の外周に配置さ� �たホイール44とを備えている。偏心カム42は� ��入力回転軸取付部45に固定されている。

 図4は、2個の偏心ローラの配置状態を模� �的に示す説明図である。図4に示すように、2 個の偏心ローラ41は、各偏心ローラの円形輪� ��の中心41aが揺動発生器40の回転軸XXから互い に逆方向に所定量(ε)離れて位置するように� �重ねて配置されている。揺動発生器40がこの ような形状を有しているので、可撓性外歯歯 車30の内側に揺動発生器40を嵌め込むと、偏� �ローラ41の外周面が可撓性外歯歯車30の外歯� ��31の内周面と接触して可撓性外歯歯車30が撓 み、可撓性外歯歯車30の外歯が剛性内歯歯車2 0の内歯と、剛性内歯歯車20の中心を挟み対向 する2箇所で噛み合う(図3参照)。

 以上のように、本実施形態の揺動歯車装� ��10は、従来の波動歯車装置の楕形状のカム� �弾性変形可能な外輪を有する軸受を備えた� �動発生器と異なり、2個の円形輪郭の偏心ロ� ��ラ41を有し、各偏心ローラ41の円形輪郭の中 心41aが揺動発生器40の回転軸XXから互いに逆� �向に前記所定量離れて位置するように、重� �て配置された構成の揺動発生器40を備えてい る。それゆえ、本実施形態の揺動歯車装置10� ��は、偏心ローラ41に用いられる偏心カム42は 円形輪郭であり、楕円形の内輪と弾性変形可 能な外輪を有する特殊な軸受を使用する必要 がないため、偏心カム42の外周に嵌める軸受4 3に市販の軸受を使用することができる。ま� �、可撓性外歯歯車30の外歯の裏面に弾性変形 可能な薄肉の外輪を備える軸受を用いる必要 がないため、軸受43の外側にホイール44を設� �ることにより、弾性変形可能な薄肉の外輪� �撓みに起因するラチェッティング現象の発� �を抑制することができる。さらに、偏心カ� �42の直径は、剛性内歯歯車20の直径に対する� ��率が小さくなるので、高速回転側の慣性モ� ��メントを小さくすることができる。

 次に、図5を用いて揺動歯車装置10の動作� ��ついて説明する。図5は、本発明の一実施形 態における揺動歯車装置の動作の説明図であ る。

 本実施形態の揺動発生装置10は、揺動発� �器40の入力回転軸取付部45に入力回転軸が取� ��付けられ、モータ等により駆動されると、� ��動発生器40が回転を開始する。

 図5に示したように、回転前は剛性内歯歯 車20の斜線で示した内歯と、可撓性外歯歯車3 0の黒で示した外歯が噛み合っている。揺動� �生器40が90度回転すると、噛み合い位置は円� ��方向に90度移動する。本実施形態の揺動歯� �装置10は剛性内歯歯車20の内歯の歯数と可撓� ��外歯歯車30の外歯の歯数の差が2枚なので、� ��動発生器40が噛み合い位置を円周方向に移� �させながら360度回転し、噛み合い位置が剛� �内歯歯車20の斜線で示した内歯に戻るために は、可撓性外歯歯車30は外歯の歯数プラス2枚 分回転しなければならない。つまり、揺動発 生器40が360度回転したときに、斜線で示した� ��歯と噛み合うのは、黒で示した外歯の2枚隣 の外歯である。その結果、可撓性外歯歯車30� ��、2枚の歯数分だけ揺動発生器40の回転方向� ��逆方向に相対回転する。本実施形態の揺動� ��生装置10は、剛性内歯歯車20が相対回転しな いように固定されているので、可撓性外歯歯 車30から、内歯と外歯の歯数差に応じて大幅� ��減速された回転を出力することができる。

 ここで、可撓性外歯歯車30の内側に揺動発� �器40を嵌め込み、偏心ローラ41の外周面が可� ��性外歯歯車30の内周面と接触することによ� �、可撓性外歯歯車30と剛性内歯歯車20とが2箇 所で部分的に噛み合うように、可撓性外歯歯 車30を撓ませたとき、可撓性外歯歯車30の噛� �合い位置の曲率半径Rは、下記式(1)、(2)を満� ��す。
(1) 2×(ε+R)=m×Zc
(2) 2×π×R+4×ε=π×m×Zf
ただし、Rは可撓性外歯歯車30の噛み合い位置 の曲率半径、εは偏心ローラ41の偏心量、mは� ��性内歯歯車20および可撓性外歯歯車30のモジ ュール、Zcは剛性内歯歯車20の歯数、Zfは可撓 性外歯歯車30の歯数である。

 上記式(1)について、図6を用いて説明する 。図6は、本発明の一実施形態における揺動� �車装置の剛性内歯歯車のピッチ円と変形後� �可撓性外歯歯車の噛み合い位置の輪郭との� �係を示す説明図である。図6に示すように、� ��性内歯歯車20のピッチ円211は円形であり、� �の直径は、上記式(1)の右辺に示すように、� �性内歯歯車20の歯数Zcにこの歯車のモジュー� ��mを乗じて求めることができる。

 一方、可撓性外歯歯車30の内側に揺動発� �器40が嵌め込まれ、可撓性外歯歯車30の外歯� ��剛性内歯歯車20の内歯とが、噛み合い位置P� ��よび噛み合い位置Qの2箇所で噛み合ってい� �状態における可撓性外歯歯車30の噛み合い位 置の輪郭は、図6において変形後の可撓性外� �歯車30の噛み合い位置の輪郭312として示され ている。図6から明らかなように、変形後の� �撓性外歯歯車30の噛み合い位置の輪郭312の長 軸の長さ、つまり噛み合い位置PおよびQ間の� ��離は、剛性内歯歯車20のピッチ円211の直径� �等しい。そして、このPQ間の距離は、噛み合 い位置の曲率半径Rおよび偏心量εを用いて上 記式(1)の左辺のように求めることができる。 したがって、可撓性外歯歯車30の噛み合い位� ��の曲率半径Rは、上記式(1)を満たす。

 なお、可撓性外歯歯車30と剛性内歯歯車20 との噛み合い位置では、可撓性外歯歯車30が� ��形した状態、つまり内歯に対して外歯が傾� ��した状態で噛み合うため、通常、図1に示さ れる可撓性外歯歯車30の歯幅WWの中央で、両� �車は噛み合うことができる。したがって、� �形後の可撓性外歯歯車30の噛み合い位置の輪 郭312は、通常、変形後の可撓性外歯歯車30の� ��幅WWの中央部の輪郭に一致する。

 続いて、上記式(2)について図7を用いて説 明する。図7は、本発明の一実施形態におけ� �揺動歯車装置の可撓性外歯歯車の変形前後� �噛み合い位置の輪郭を示す説明図である。� �7に示すように、可撓性外歯歯車30は本来カ� �プ形状であるので、変形前の可撓性外歯歯� �30のピッチ円311は円形であり、この輪郭の長 さ(円周)は、上記式(2)の右辺に示すように、� ��撓性外歯歯車30の歯数Zfと、この歯車のモジ ュールmを用いて求めることができる。

 一方、変形後の可撓性外歯歯車30の噛み� �い位置の輪郭312は図7に示されるとおりであ� ��が、可撓性外歯歯車30の噛み合い位置の輪� �の長さは、変形前後で変化することはない� �で、変形後の可撓性外歯歯車30の噛み合い位 置の輪郭312の長さを噛み合い位置の曲率半径 Rおよび偏心量εを用いて表した式(2)の左辺と 、変形前の可撓性外歯歯車30のピッチ円311の� ��周を歯数Zfとモジュールmを用いて表した式( 2)の右辺とは、当然に等しくなる。したがっ� ��、可撓性外歯歯車30の噛み合い位置の曲率� �径Rは、上記式(2)を満たす。

 以上のように、本発明の揺動歯車装置10� �、可撓性外歯歯車30の噛み合い位置の曲率半 径Rが上記式(1)、(2)を満足する。

[規則91に基づく訂正 04.06.2009] 
 また、可撓性外歯歯車30の内側に揺動発生� �40を嵌め込み、偏心ローラ41の外周面が可撓� ��外歯歯車30の内周面と接触することにより� �可撓性外歯歯車30の歯幅WWの中央部と剛性内� ��歯車20とが2箇所で部分的に噛み合うように� ��可撓性外歯歯車30を撓ませたとき、剛性内� �車を噛み合さない状態での該可撓性外歯歯� �30の仮想開口部の曲率半径R ₀ および偏心量ε ₀ は、下記式(3)、(4)を満たす。
(3) 2×(ε ₀ +R ₀ )=m×{Zc+(Zc-Zf)×0.5×b/S}
(4) 2×π×R ₀ +4×ε ₀ =π×m×Zf
ただし、R ₀ は可撓性外歯歯車30の仮想開口部の曲率半径� ��ε ₀ は仮想開口部の偏心量、mは剛性内歯歯車20お よび可撓性外歯歯車30のモジュール、Zcは剛� �内歯歯車20の歯数、Zfは可撓性外歯歯車30の� �数、bは可撓性外歯歯車30の歯幅WWの長さ、S� �可撓性外歯歯車30の底面から歯幅WWの中央ま� ��の長さである。

[規則91に基づく訂正 04.06.2009] 
 換言すると、可撓性外歯歯車30の内側に揺� �発生器40を嵌め込み、偏心ローラ41の外周面� ��可撓性外歯歯車30の内周面と接触すること� �より、可撓性外歯歯車30が剛性内歯歯車20と� ��分的に噛み合うように可撓性外歯歯車30を� �ませ、可撓性外歯歯車30の噛み合い位置の曲 率半径Rが、上記式(1)、(2)を満たすとき、こ� �変形状態の可撓性外歯歯車30に剛性内歯歯車 20を噛み合わせていないと仮定した場合の可� ��性外歯歯車30の仮想開口部の曲率半径R ₀ および偏心量ε ₀ は、上記式(3)、(4)を満たすことを意味する。

[規則91に基づく訂正 04.06.2009] 
 上記式(3)および(4)について、図8(a)、(b)を用 いて説明する。図8(a)は、本発明の一実施形� �における揺動歯車装置の変形後の可撓性外� �歯車の噛み合い位置および開口部の輪郭と� �性内歯歯車のピッチ円との関係を示す説明� �であり、(b)は、変形後の可撓性外歯歯車の� �面図である。図8(a)に示すように、変形後の� ��撓性外歯歯車30の開口部の輪郭313の長軸の� �さは、剛性内歯歯車20のピッチ円211の直径よ り長くなる。したがって、変形後の可撓性外 歯歯車30の開口部の輪郭313の曲率半径R ₀ は噛み合い位置の曲率半径Rより小さくなり� �偏心量ε ₀ は、噛み合い位置の偏心量εより大きくなる� ��そこで、変形後の可撓性外歯歯車30の開口� �の輪郭313の長軸の長さは、R ₀ およびε ₀ から式(3)の左辺のように求めることができる 。また、変形後の可撓性外歯歯車30の開口部� ��輪郭313の長軸の長さは、剛性内歯歯車20の� �ッチ円211から変形後の可撓性外歯歯車30の開 口部の輪郭313がはみ出す部分の長さを、剛性 内歯歯車20のピッチ円211の直径に加えること� ��、式(3)の右辺のように求めることができる� ��このはみ出す長さ(片側分)は、図8(b)に示さ� ��るb/2(図1に示される可撓性外歯歯車30の歯幅 WWの半分の長さ)を斜辺とする直角三角形の高 さに等しくなる。したがって、変形後の可撓 性外歯歯車30の開口部の輪郭313の曲率半径R ₀ および偏心量ε ₀ は、式(3)を満たす。

[規則91に基づく訂正 04.06.2009] 
 また、可撓性外歯歯車30の噛み合い位置の� �郭の長さは、変形前後で変化することはな� �ので、変形後の可撓性外歯歯車30の開口部の 輪郭313の長さをR ₀ およびε ₀ を用いて表した式(4)の左辺と、変形前の可撓 性外歯歯車30のピッチ円311の円周を歯数Zfと� �ジュールmを用いて表した式(4)の右辺とは、� ��然に等しくなる。したがって、変形後の可� ��性外歯歯車30の開口部の輪郭313の曲率半径R ₀ および偏心量ε ₀ は、式(4)を満たす。

[規則91に基づく訂正 04.06.2009] 
 なお、上記式(3)、(4)を満たす変形後の可撓� ��外歯歯車30の開口部は、上述のように、変� �状態の可撓性外歯歯車30に剛性内歯歯車20を� ��み合わせていないと仮定した場合の仮想開� ��部であり、実際には剛性内歯歯車20を噛み� �わせるので、変形後の可撓性外歯歯車30の開 口部の輪郭313が剛性内歯歯車20のピッチ円211� ��らはみ出す部分、つまり図8(a)で噛み合い分 岐点212として示した2点間の円弧部分は干渉� �態となり、可撓性外歯歯車30の開口部では、 この部分全体が剛性内歯歯車20と噛み合うの� ��、可撓性外歯歯車30はさらに変形させられ� �。ここで、噛み合い分岐点212と可撓性外歯� �車30の中心(剛性内歯歯車20の中心と一致する )とを結ぶ直線と、変形後の可撓性外歯歯車30 の開口部の輪郭313の長軸を含む直線とのなす 角θ(図8(a)参照)は、以下の式(5)で求めること� ��できる。
(5) θ=cos ^-1 [{(m×Zc/2) ² -R ₀ ² +ε ₀ ² }/(m×Zc×ε ₀ )]
したがって、実際の揺動歯車装置10の内歯と� ��歯の噛み合い位置では、変形後の可撓性外� ��歯車30の開口部の輪郭313のうち、角度2θに� �応する範囲の円弧部分が剛性内歯歯車20と噛 み合っていることになる。

 以上、本発明の実施形態について説明した� ��、本発明は上記の実施形態のみに限定され� ��ものではなく、特許請求の範囲に示した範� ��内で種々の変更が可能であることは言うま� ��もない。