CN102734427B - 齿轮结构体的制造方法及齿轮结构体的中间结构体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种齿轮结构体的制造方法及齿轮结构体的中间结构体，其通过塑性流动固定齿轮结构体的齿轮时，即使筒状部件的外形局部变形，也较高地维持形成于该筒状部件的齿轮的形成精确度。一种齿轮结构体(22)的制造方法，该齿轮结构体在空心轴(筒状部件)(24)的外周，在轴向上邻接形成第1齿轮(一个齿轮)(26)和第2齿轮(另一个齿轮)(28)，其中，包括：第1工序，在空心轴(24)的外周形成用于组装第1齿轮(26)的基础齿(槽)(26A)；第2工序，在空心轴(24)的外周将第2齿轮(28)形成为在该第2齿轮(28)的轴向两端部中的齿根圆直径(28d1、28d2)不同；第3工序，在基础齿26A的外周，沿轴向压入第1齿轮(26)的齿轮主体(26B)，并通过塑性流动将该齿轮主体(26B)固定于所述基础齿(26A)的外周，从而形成该第1齿轮(26)。

Description

齿轮结构体的制造方法及齿轮结构体的中间结构体

技术领域

本申请主张基于2011年04月12日申请的日本专利申请第2011-087826号的优先权。其申请的全部内容通过参照援用于本说明书中。

本发明涉及一种齿轮结构体的制造方法及齿轮结构体的中间结构体。

背景技术

在动力传递装置等中，例如为了调整减速比而广泛使用齿轮结构体。这种齿轮结构体，在轴部件的外周，通常轴向邻接而形成有2个齿轮。而且，使一个齿轮与该齿轮结构体的前段侧的齿轮相啮合，并使另一个齿轮与该齿轮结构体的后段侧的齿轮相啮合。通过改变各齿轮的齿数，能够通过该齿轮结构体调整整个动力传递装置的减速比。

作为在齿轮结构体的轴部件固定齿轮的方法之一提出了如下方法：例如在用于工业用机械手的关节驱动的减速装置等，避免间隙的用途中，通过利用了塑性流动的结合(塑性结合)将齿轮固定于轴部件。这种方法是，在轴部件的外周沿轴向形成槽，并对齿轮主体轴向施加荷载的同时压入到该轴部件的外周，由此使该齿轮主体的内周面向槽内塑性流动。

但是，在该方法中，在轴部件轴向邻接而形成有2个齿轮的齿轮结构体时，需要分别实施在轴部件上形成用于塑性结合的槽的工序和与该槽邻接而形成齿轮的工序。因此，专利文献1中，公开了如下技术：通过同步(同时)加工用于进行塑性结合的槽和应邻接形成于其旁边的齿轮，能够实现更高效率的生产。

专利文献1：日本特开2010-167446号公报(权利要求1，[0005]段)

然而，公开于该专利文献1的生产方法，出现了如下的问题：由于必然是在邻接形成的齿轮形成以后，才进行塑性结合，所以轴部件为空心的筒状部件时，该筒状部件在塑性结合时会变形，尤其不能准确地保证(与进行塑性结合的齿轮邻接设置的)齿轮的形成精确度。

该问题有该柱状部件的壁厚相对于外径越薄时越顕著的倾向。换言之，能够通过增加筒状部件的壁厚来某种程度上避免该问题。然而，筒状部件的壁厚增加不仅导致齿轮结构体(以及组装有齿轮结构体的动力传递装置)的重量增加、成本增加，而且还意味着要确保的空心部的空间相应减小，所以缺点较大。

发明内容

本发明是为了消除这种现有问题而完成的，其课题在于提供一种能够高精确度地制造在筒状部件的外周轴向邻接形成有多个齿轮的齿轮结构体的齿轮结构体的制造方法、及用于实施该制造方法的优选的齿轮结构体的中间结构体。

本发明是通过如下解决上述课题的：一种在所述筒状部件的外周轴向邻接形成至少2个齿轮的齿轮结构体的制造方法，包括：第1工序，在所述筒状部件的外周形成用于组装所述2个齿轮中的一个齿轮的槽；第2工序，在所述筒状部件的外周，将所述2个齿轮中的另一个齿轮形成为在该另一个齿轮的轴向两端部中的齿根圆直径不同；及第3工序，在所述槽的外周沿轴向压入所述一个齿轮的齿轮主体，并通过塑性流动将该齿轮主体固定于所述槽的外周，从而形成该一个齿轮。

根据发明人的观察，在筒状部件的外周轴向邻接形成2个(以上)齿轮的齿轮结构体中，通过塑性结合形成至少一个齿轮时，尤其是与塑性结合的齿轮邻接的齿轮(另一个齿轮)有受到该筒状部件变形的影响而相对于筒状部件的轴心倾斜的倾向。

本发明根据此见解，至少将该邻接的齿轮(另一个齿轮)形成为在其轴向两端部的齿根圆直径不同。换言之，这意味着将该另一个齿轮形成为(基准间距及模块不变但是)节圆在轴向的一端侧与另一端侧不同。即在本发明中，考虑到另一个齿轮因该筒状部件的变形而倾斜的情况，将该另一个齿轮相对于筒状部件反而以预先倾斜的状态形成。

由此，通过将齿轮主体以较强荷载压入筒状部件的外周的槽来塑性结合时，即使筒状部件局部变形，结果另一个齿轮在“变形后”，也能够维持正确的固定状态(形成状态)，从而能够制造高精确度的齿轮结构体。

发明效果

根据本发明，在通过塑性流动固定齿轮结构体的齿轮时，即使筒状部件的外形局部变形，也能够较高地维持形成于该筒状部件的齿轮的形成精确度。

附图说明

图1(A)至图1(C)是表示本发明的实施方式的一例所涉及的齿轮结构体的制造方法中的制造工序的图，图1(A)是表示切齿前的齿轮毛坯的截面图，图1(B)是切齿后且压入齿轮主体前的中间结构体的截面图，图1(C)是压入齿轮主体后的齿轮结构体的截面图。

图2(A)至图2(D)是表示组装有欲通过上述制造方法制造的齿轮结构体的减速装置的结构的图，图2(A)是整体截面图，图2(B)是图2(A)的IIB-IIB截面图，图2(C)是图2(A)的IIC-IIC截面图，图2(D)是图2(A)的IID部分的放大截面图。

图3(A)及图3(B)是表示在现有的齿轮结构体的制造方法中的制造工序的图，图3(A)是切齿后且压入齿轮主体前的截面图，图3(B)是压入齿轮主体后的截面图。

图中：G1-减速装置，12-输入部，14-减速比调整部，16-主减速机构部，18-输入轴，20-小齿轮，22-齿轮结构体，24-空心轴(筒状部件)，26-第1齿轮，26A-槽，26B-齿轮主体，28-第2齿轮，28d1、28d2-第2齿轮的轴向端部的齿根圆直径。

具体实施方式

以下根据附图详细说明本发明的实施方式的一例。

图2(A)至图2(D)表示组装有欲通过本发明的实施方式的一例所涉及的齿轮结构体的制造方法制造的齿轮结构体的工业用机械手的关节驱动用的减速装置。

图2(A)是其整体截面图，图2(B)是图2(A)的IIB-IIB截面图，图2(C)是图2(A)的IIC-IIC截面图，图2(D)是图2(A)的IID部分的放大截面图。

减速装置G1具备输入部12、减速比调整部14及主减速机构部16。

所述输入部12是从未图示的马达接受旋转的部分，该实施方式中具有输入轴18及与该输入轴18成一体化的小齿轮20。

所述减速比调整部14包括齿轮结构体22。

该齿轮结构体22，在空心轴(筒状部件)24的外周轴向邻接而形成有第1齿轮26及第2齿轮28共2个齿轮。关于该齿轮结构体22的更具体的结构，在后面说明该齿轮结构体22的制造方法时详述。

所述主减速机构部16包括摆动内啮合型行星齿轮机构。主减速机构部16将与齿轮结构体22的第1齿轮26相啮合的第3齿轮30作为输入齿轮而具备。第3齿轮30固定于偏心体轴32。在图2(A)至图2(D)中，虽然只描绘出了1组第3齿轮30及偏心体轴32，但是该第3齿轮30及偏心体轴32实际上配备有3组。偏心体轴32上一体地形成有2个偏心体34，且通过滚子36可偏心(摆动)旋转地装配有外齿轮38。外齿轮38内啮合于内齿轮40。内齿轮40与外壳42成一体化，其齿数比外齿轮38的齿数稍多一些(例如只多1个)。所述偏心体轴32通过圆锥滚子轴承46、47旋转自如地支承于一对第1、第2轮架体43、44。第1、第2轮架体43、44通过螺栓48成一体化，并通过一对角接触球轴承50、51旋转自如地支承于外壳42。

简单说明主减速机构部16的作用，例如，当固定有外壳42(内齿轮40)时，外齿轮38通过偏心体轴32的旋转一边与内齿轮40内接一边缓慢自转，该自转作为以偏心体轴32的轴心O1为中心的公转，即第1轮架体43(及第2轮架体44)的旋转(自转)而被取出。另一方面，当固定有第1轮架体43(及第2轮架体44)时，由于偏心体轴32的公转受到限制，外齿轮38不会(无法)自转。因此，外齿轮38通过公转被限制的偏心体轴32的旋转(自转)一边与内齿轮40内接一边只进行摆动。通过该摆动，内齿轮40进行旋转，与该内齿轮40成一体化的外壳42进行旋转(所谓框旋转)。

该实施方式所涉及的减速装置G1组装于工业用机械手作为其关节驱动用，外壳42及第1轮架体43中的一方固定于前段臂侧的部件，另一方固定于后段臂侧的部件(均省略图示)。由此，能够使后段臂相对于前段臂相对地旋转。

另外，在本发明中对组装有齿轮结构体的装置(该实施方式中为组装有齿轮结构体22的减速装置G1)的具体结构没有特别限定。

下面，说明齿轮结构体22的详细结构。

如前所述，齿轮结构体22是在空心轴(筒状部件)24的外周轴向邻接形成有第1齿轮26及第2齿轮28的结构体。其中，第1齿轮26是通过对基础齿(槽)26A塑性结合齿轮主体26B而形成的。在此，在本实施方式中，由于通过与第2齿轮28使用相同的工具进行切齿来形成用于组装第1齿轮26的“槽”，所以称为“基础齿26A”，但是该基础齿26A无需是所谓齿轮的齿，只要是第1齿轮26的内周能够塑性流动的槽即可。齿轮主体26B是在外周具有齿部26B1，并且在半径方向中央部具有空心部26B2的环状部件。第2齿轮28一体地形成于空心轴24。空心轴24通过一对轴承25、27旋转自如地支承于第2轮架体44及前段侧的部件上(省略图示)。

该实施方式所涉及的齿轮结构体22中，第2齿轮28与输入部12的小齿轮20相啮合，第1齿轮26与主减速机构部16的输入轴即第3齿轮30相啮合。小齿轮20与第2齿轮28的啮合为“减速”，第1齿轮26与第3齿轮30的啮合为“增速”。通过调整各齿轮，尤其是第1齿轮26的齿数(及与该第1齿轮26相啮合的第3齿轮30的齿数)，可调整整个减速装置G1的减速比。

如下制造该齿轮结构体22。

如图1(A)所示，首先，准备一体地形成有第1凸部、第2凸部54、56的齿轮毛坯(切齿前的材料)58。第1凸部54具有与第1齿轮26的基础齿26A的齿高26h相当的高度54h，并且具有与该基础齿26A的齿宽26w相当的轴向宽度54w。其中，“基础齿26A的齿高”相当于基础齿(槽)26A的峰部的高度，具体地意味着空心轴24的内周与基础齿26A的齿尖(槽的峰部的顶点)之间的距离。另外，该“基础齿26A的齿高”可以定义为空心轴24的轴心到齿尖的距离。而且，第2凸部56在具有与第2齿轮28的齿高28h相当的高度56h，并且具有与该第2齿轮28的齿宽28w相当的轴向宽度56w。另外，与前面相同，“第2齿轮28的齿高”相当于第2齿轮28的峰部的高度，具体地意味着空心轴24的内周与第2齿轮28的齿尖之间的距离。另外，关于该“第2齿轮28的齿高”也可以定义为空心轴24的轴心到齿尖的距离。第1凸部54与第2凸部56之间设置有间隙δ1。该第1凸部、第2凸部54、56之间的间隙δ1会作为切齿后第1齿轮26的基础齿26A与第2齿轮28之间的间隙δ2而残留。

如从图1(A)明确可知，在该实施方式中，第1凸部、第2凸部54、56的高度54h、56h中插入齿轮主体26B的一侧的高度变高，在轴向上不固定。其结果，第1、第2齿轮26、28的齿高26h、28h也形成为插入齿轮本体26B的一侧的高度较高。但是，该第1凸部、第2凸部54、56的高度54h、56h的倾斜，与后述的“齿根圆直径在轴向上不固定”没有直接的关系。

接着，如图1(B)所示，对第1凸部54形成第1齿轮26的基础齿26A(第1工序)，并且原封不动地通过相同的工具对第2凸部56连续形成第2齿轮28的齿部(第2工序)。

此时，至少第2齿轮28的齿部形成为在轴向两端部中的齿根圆直径28d不同。即，第2齿轮28的第1齿轮侧的齿根圆直径为28d1，第1齿轮相反侧的齿根圆直径为28d2，第1齿轮侧的齿根圆直径28d1较大(28d1＞28d2)。这意味着虽然基准间距及模块相同，但是节圆28p越靠第1齿轮侧越变大。

另外，该实施方式中，关于第1齿轮26的基础齿26A也形成为在其轴向两端部中的齿根圆直径(槽的底部的直径：即，空心轴24的轴心与槽的底部的距离)26d不同。即，在该实施方式中，第1齿轮26的基础齿26A的第2齿轮相反侧的齿根圆直径为26d1，第2齿轮侧的齿根圆直径为26d2，第2齿轮相反侧的齿根圆直径26d1较大(26d1＞26d2)。

而且，如前所述，在该实施方式中，第1凸部、第2凸部54、56的高度54h、56h在轴向上不固定，因此，第1齿轮26的基础齿26A的齿高26h及第2齿轮28的齿高28h也在轴向上不固定，分别具有沿齿根圆直径26d、28d的倾斜的倾斜。

而且，在该实施方式中，第1齿轮26的基础齿26A的第2齿轮28侧的齿高26h形成为比第2齿轮28的第1齿轮26侧的齿高28h低Δh的量。以该齿高差Δh为原因而产生的阶梯差部60作为将第1齿轮26的齿轮主体26B压入到基础齿26A时的“阻止部”发挥作用。

该图1(B)的状态的齿轮结构体22的“中间结构体62”，可将其本身作为齿轮结构体22的半成品而成为库存管理(或者物流)的对象。这是因为，以该中间结构体62作为底座，并适当地选择压入的齿轮主体(26B)，由此能够容易地制造可调整减速比的各种齿轮结构体22。

最后，如图1(C)所示，在第1齿轮26的基础齿26A的外周，沿轴向压入该第1齿轮26的齿轮主体26B并施加荷载，直到与第2齿轮28的阶梯差部60相抵接(第3工序)。由此，能够以通过基于塑性流动的结合将齿轮主体26B在基础齿26A的外周无间隙地固定，从而完成基于塑性结合的第1齿轮26的形成。

在该实施方式中，能够通过这种制造方法制造这种结构的齿轮结构体22，来得到如下作用效果。另外，在进行该说明之前，为了便于理解，首先，参照图3(A)及图3(B)对作为比较例的现有的齿轮结构体，或者在其制造方法中发生过的不良情况进行说明。在图3(A)及图3(B)中，为了方便，在与图1(A)至图1(C)相同的号码的末尾标上附加有r的符号。

参照图3(A)就现有的齿轮结构体22r的制造方法而言，第1齿轮26r的基础齿26Ar及第2齿轮28r的齿高26Ahr、28hr、节圆26Apr、28pr、及齿根圆直径26Adr、28dr等在各自的轴向的各个位置相同。因此，若在该状态下，在第1齿轮26r的基础齿26Ar的外周沿轴向压入该第1齿轮26的齿轮主体26Br并施加荷载，则形成如图3(B)中夸张所示的状态。即，尤其是(非塑性结合的)邻接形成的第2齿轮28r会直接受空心轴24r变形的影响，在轴向上应相同的节圆26Apr、28pr等会相对于轴心O 1倾斜。结果该状态会导致在第2齿轮28r与其对象齿轮(上述实施方式中为小齿轮20)的啮合中产生所谓一端接触，阻碍顺畅的动力传递。

与此相对，根据上述实施方式中的齿轮结构体22的制造方法，如图1(A)及图1(B)所示，预先设想塑性结合時的空心轴24的变形，以在齿轮结构体22的中间结构体62中的第2齿轮28的轴向两端部中的齿根圆直径28d1、28d2不同(28d1＞28d2)的方式形成该第2齿轮28。因此，如图1(C)所示，在塑性结合以后，其结果除第2齿轮28的节圆28p以外，还能够使齿根圆直径28d及齿高28h等也在轴向的各个位置相同，并能够防止一端接触。

而且，在第1齿轮26中，(即使空心轴24有若干变形)也能够根据齿轮主体26B持有的刚性，将节圆26Bp在轴向的各个位置维持成相同，其结果，第1、第2齿轮26、28双方相对于空心轴24(的轴心O1)也均能维持精密的形成精确度。

如从该作用效果明确可知，本发明的第2工序中的“形成为另一个齿轮(实施方式中为第2齿轮28)在轴向两端部中的齿根圆直径不同”，终归，意在在塑性结合第1齿轮的齿轮主体之后，最终使第2齿轮的尤其是节圆在轴向的各位置相同。

通过利用这样制造出的齿轮结构体22，并通过分别适当地选择第1齿轮26的齿轮主体26B、及与该齿轮主体26B相啮合的主减速机构部16的第3齿轮30的齿数，能够(在某一范围内)任意地调整减速装置G1的减速比。由于第1齿轮26及第2齿轮28一同与空心轴24无间隙地完全成一体化，因此本齿轮结构体22特别适于例如在该实施方式中例示的工业用机械手的减速装置G1的避免间隙的用途。

另外，在本发明中，关于用于组装塑性结合齿轮主体的“一个齿轮(实施方式中为第1齿轮26)”的“槽”，并不一定要求在中间结构体的阶段预先制造为齿根圆直径在轴向两端部不同。这是因为，被塑性结合的齿轮由于能够利用齿轮主体本身的刚性，因此即使在塑性结合后，在轴向的各位置能够维持某种程度上精确度较高的节圆。然而，如上述实施方式所示，在本发明中，对于被塑性结合的齿轮的槽，也并没有禁止采用预料到这种变形的结构，此时，如从图3(B)及图1(C)的描绘的比较明确可知，可以得到能够更加良好地进行槽与齿轮主体的塑性结合这种效果。

而且，在上述实施方式中，构成为第1齿轮的基础齿(槽)的第2齿轮侧端部的齿高比第2齿轮的第1齿轮侧端部的齿高较低地形成，使由此产生的阶梯差部作为第3工序的塑性结合时的齿轮主体的阻止部发挥作用，但在本发明中，例如，能够利用作为阻止部发挥作用的其他的部件等，则该结构并不是一定需要的。

而且，在上述实施方式中，通过相同的工具连续地加工，第1工序的基础齿(槽)与第2工序的第2齿轮的齿部，但是在本发明中，无需一定要通过相同的工具连续地加工，第1工序的槽与第2工序的第2齿轮的齿部，例如，可使用其它加工工具在独立的工序中分别进行加工。如此若在独立的工序中分别形成齿部，则能够更准确地反映筒状部件的变形机理，其结果能够得到具有更高形成精确度的齿轮结构体。

而且，对于第2齿轮，在上述实施方式中，将形成于筒状部件的齿轮原封不动地直接用作第2齿轮，但是在本发明中，可将该第2齿轮作为槽通过塑性流动结合第2齿轮的齿轮主体，或者还可通过其他方法固定。即，在本发明中的“形成齿轮”不仅包括在筒状部件上直接形成的结构，还包括将分体的齿轮主体固定于筒状部件的结构。此时，也能够得到形成(固定)第2齿轮后能够降低塑性结合第1齿轮的齿轮主体后的第2齿轮的倾斜度这样的相同的效果。而且，对于槽(基础齿26A)，也并不限于在筒状部件直接形成的槽，也可通过在筒状部件固定形成有槽的圈状部件来形成。

而且，在上述实施方式中，示有在筒状部件仅形成第1、第2齿轮这2个齿轮的例子，但是在本发明中，在筒状部件上进一步轴向邻接而形成有其他齿轮时也能够应用。此时，可在脱离本发明的范畴内设计该其他齿轮，而且，也可使该其他齿轮也作为“本发明的第2齿轮”以考虑了齿根圆直径的设计来形成。

Claims (5)

1.一种齿轮结构体的制造方法，该齿轮结构体在筒状部件的外周轴向邻接而形成至少2个齿轮，其特征在于，包括：

第1工序，在所述筒状部件的外周形成用于组装所述2个齿轮中的第1齿轮的齿轮主体的槽；

第2工序，在所述筒状部件的外周，将所述2个齿轮中的第2齿轮形成为：在该第2齿轮的轴向两端部的齿根圆直径中，第1齿轮侧的端部的齿根圆直径大于第1齿轮相反侧的端部的齿根圆直径；及

第3工序，在所述槽的外周沿轴向压入所述第1齿轮的所述齿轮主体，并通过塑性流动将该齿轮主体固定于所述槽的外周，从而形成该第1齿轮。

2.如权利要求1所述的齿轮结构体的制造方法，其特征在于，

所述第1工序中的槽中，在该槽的轴向两端部中的该槽底部直径形成为：第2齿轮侧的端部小于第2齿轮相反侧的端部。

3.如权利要求1或2所述的齿轮结构体的制造方法，其特征在于，

所述槽在所述第2齿轮侧的端部中的峰部高度形成为低于该第2齿轮在所述第1齿轮侧的端部的齿高。

4.如权利要求1～3中任一项所述的齿轮结构体的制造方法，其特征在于，

通过相同工具连续加工所述第1工序的所述槽和所述第2工序的所述第2齿轮的齿部。

5.一种齿轮结构体的中间结构体，其为了制造齿轮结构体而使用，该齿轮结构体在设置于筒状部件的外周的槽中具有齿轮主体通过塑性流动结合的第1齿轮和与该第1齿轮轴向邻接而形成的第2齿轮，其中，

所述槽和所述第2齿轮在轴向上邻接而形成，所述第2齿轮形成为：在本身的轴向两端部的齿根圆直径中，第1齿轮侧的端部的齿根圆直径大于第1齿轮相反侧的端部的齿根圆直径。