CN104285074B - 紧固用摩擦板、波动齿轮装置与输出构件的紧固固定结构 - Google Patents

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Abstract

为了使彼此紧固固定的两个紧固零件间的紧固力增大，在这些紧固零件的紧固面间夹持紧固用摩擦板(10)。紧固用摩擦板(10)具有一定板厚的摩擦板主体(21)，和以一定的间距形成在摩擦板主体(21)的两侧的表面上的大致圆锥台状的卡合用突起(26、27)。通过对一定厚度的钢板原料的两面实施光刻加工，而一体地形成摩擦板主体(21)及卡合用突起(26、27)。紧固用摩擦板(10)具有紧固零件的紧固面的原料硬度以上的原料硬度。

Description

紧固用摩擦板、波动齿轮装置与输出构件的紧固固定结构
技术领域
本发明涉及一种用于将进行扭矩传递的构件紧固固定的紧固用摩擦板，以及使用了该紧固用摩擦板的波动齿轮装置与输出构件的紧固固定结构。
背景技术
作为进行扭矩传递的两个构件的紧固固定结构，公知一种将摩擦板夹在被紧固的两个构件的紧固面之间，利用螺栓等将这两个构件紧固固定的结构。在专利文献1中提出了一种用在这种紧固固定结构中的摩擦片。该摩擦片是通过在金属制的弹性片的表面上电镀涂覆能与紧固对象的构件的紧固面咬合的金刚石颗粒而构成的。
例如在将摩擦片夹在两根轴构件的紧固用端面之间，且利用紧固螺栓将两方的紧固用端面紧固固定时，摩擦片的两面的金刚石颗粒与两方的紧固用端面咬合，在这些紧固用端面间产生较大的摩擦力。由此，两根轴构件的紧固力增大，能够传递大扭矩。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特许第3547645号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在使用了这种摩擦片的紧固固定结构中，担心利用电镀层保持的金刚石粉末发生脱落。当脱落了的金刚石颗粒飞散而进入紧固对象的轴构件的旋转滑动部分等中时，可能使该旋转滑动部分发生磨损和破损等损伤。
例如，为了将波动齿轮减速器的减速旋转输出要素和负荷侧的输出轴紧固固定，考虑使用这种摩擦片。在使用被称为杯型或礼帽型的波动齿轮减速器作为波动齿轮减速器的情况下，一般来说，将杯状的挠性外齿齿轮或礼帽形状的挠性外齿齿轮设定为减速旋转输出要素。将摩擦片夹在挠性外齿齿轮的对杯底面部分进行规定的圆环状的轴套的端面与输出轴的端面之间，利用紧固螺栓将输出轴紧固固定于轴套的端面。
在这种情况下，从摩擦片脱落了的金刚石颗粒可能会进入挠性外齿齿轮与波动产生器之间的滑动动作部分、以及挠性外齿齿轮与刚性内齿齿轮啮合的部分等中。当硬质的金刚石颗粒进入这些部分中时，这些部分可能发生磨损和破损等。
本发明所要解决的技术问题在于，鉴于上述那样的情况，提出一种不会产生异物而损伤紧固对象的构件侧部分的紧固用摩擦板。
另外，本发明所要解决的技术问题在于，提出一种波动齿轮装置与输出构件的紧固固定结构。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述技术问题，本发明的被夹持在紧固固定的两个紧固构件彼此的紧固面间的紧固用摩擦板的特征在于，具有：规定板厚的摩擦板主体；以及规定尺寸的卡合用突起，该规定尺寸的卡合用突起以规定的间距形成在上述摩擦板主体的两侧的表面上，通过对钢板原料的两面实施光刻加工，而一体地形成上述摩擦板主体及上述卡合用突起，上述紧固用摩擦板具有上述紧固零件的紧固面的原料硬度以上的原料硬度。
在此，理想的是，上述卡合用突起是从上述摩擦板主体的上述表面垂直地突出的前端细形状的突起，上述卡合用突起的前端成为与上述摩擦板主体的上述表面平行的平坦的顶面，上述卡合用突起的与突出方向正交的截面形状是圆形、四边形或三角形。另外，理想的是，上述卡合用突起以一定的间距呈矩阵状排列。
在夹着紧固用摩擦板而将两个紧固零件紧固固定时，形成在紧固用摩擦板的两面上的卡合用突起与紧固面咬合，在紧固面之间产生较大的摩擦力。通过对由钢板构成的摩擦板坯料的表面实施光刻加工，而与摩擦板主体一体地形成紧固用摩擦板的卡合用突起。因而，能够对卡合用突起从摩擦板主体脱落而进入紧固对象的构件侧的滑动部分等不良情况进行防止或抑制。
接着，本发明的波动齿轮装置与输出构件的紧固固定结构的特征在于，波动齿轮装置的减速旋转输出要素和从该减速旋转输出要素传递出减速旋转的输出构件夹着紧固用摩擦板被紧固固定，上述紧固用摩擦板具有以规定的间距形成在规定板厚的摩擦板主体和上述摩擦板主体的两侧的表面上的规定尺寸的卡合用突起，通过对钢板原料的两面实施光刻加工，而一体地形成上述摩擦板主体及上述卡合用突起，上述紧固用摩擦板具有上述减速旋转输出要素及上述输出构件的紧固面的原料硬度以上的原料硬度。
在此，理想的是，上述卡合用突起是从上述摩擦板主体的上述表面垂直地突出的前端细形状的突起，上述卡合用突起的前端成为与上述摩擦板主体的上述表面平行的平坦的顶面，上述卡合用突起的与突出方向正交的截面形状是圆形、四边形或三角形。
另外，上述减速旋转输出要素一般来说是挠性外齿齿轮，上述挠性外齿齿轮的原料硬度一般来说是HRC36～HRC50。在这种情况下，理想的是，上述紧固用摩擦板的原料硬度为HRC55以上。
另外，在这种情况下，理想的是，上述摩擦板主体的板厚为0.1mm～0.5mm，上述卡合用突起的间距为0.2mm～0.5mm，上述卡合用突起的顶面的最大直径或最大宽度为0.01mm～0.05mm，上述卡合用突起的高度为上述突起的顶面的最大直径或最大宽度的1.0倍～1.2倍。
通过基于一般的从挠性外齿齿轮向输出构件的所需传递扭矩、挠性外齿齿轮与输出构件之间的紧固力、以及各紧固构件的原料硬度，如上述那样地设定卡合用突起的大小、形状和间距，能够使卡合用突起以合适的咬合深度与挠性外齿齿轮侧的紧固面及输出构件侧的紧固面咬合。由此，能使挠性外齿齿轮与输出构件之间的紧固部分的摩擦系数增大。因此，能够实现可传递大扭矩的紧固结构。
此外，在如上述那样设定了卡合用突起的大小、形状和间距的情况下，理想的是，上述卡合用突起每10mm2具有40个～250个。
附图说明
图1是应用了本发明的杯型的波动齿轮减速器的立体图。
图2是波动齿轮减速器的纵剖视图。
图3是表示波动齿轮减速器的挠性外齿齿轮的轴套与负荷侧的输出轴的紧固固定结构的纵剖视图。
图4是以分解的状态表示图3的紧固固定结构的构成零件的纵剖视图。
图5是表示紧固用摩擦板的俯视图。
图6(a)是紧固用摩擦板的局部放大俯视图，图6(b)是局部放大剖视图，图6(c)是局部放大剖视图。
图7是表示通过光刻加工来制造卡合用突起的工序的说明图。
图8(a)是表示紧固用摩擦板的卡合用突起的另一例的局部放大剖视图，图8(b)是局部放大剖视图，图8(c)是局部放大剖视图。
图9(a)是表示紧固用摩擦板的卡合用突起的另一例的局部放大剖视图，图9(b)是局部放大剖视图，图9(c)是局部放大剖视图。
图10(a)是表示将圆锥突起压入到钢材表面的情况的状态的说明图，图10(b)是表示卡合用突起与轴套咬合了的情况的状态的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对应用了本发明的波动齿轮减速器与负荷侧的输出轴的紧固固定结构的实施方式进行说明。
(波动齿轮减速器)
图1是表示能够应用本发明的杯型的波动齿轮减速器的立体图，图2是上述波动齿轮减速器的纵剖视图。波动齿轮减速器1包括圆环状的刚性内齿齿轮2、与该刚性内齿齿轮2同轴地配置在该刚性内齿齿轮2的内侧的杯状的挠性外齿齿轮3、以及嵌合在该挠性外齿齿轮3的内侧的椭圆状轮廓的波动产生器4。
杯状的挠性外齿齿轮3包括能沿半径方向挠曲的圆筒状本体部5、从圆筒状本体部5的后端缘向内侧延伸的圆环状的膜片6、与膜片6的内周缘连续形成的圆环状的轴套7、以及形成在圆筒状本体部5的开口端侧的外周面部分上的外齿8。在挠性外齿齿轮3的形成有外齿8的圆筒状本体部5的部分的内侧嵌入有波动产生器4。由此，圆筒状本体部5挠曲为椭圆状，位于椭圆形状的长轴方向的两端的外齿8的部分与刚性内齿齿轮2的内齿9啮合。
波动产生器4与马达轴等的旋转输入轴(未图示)连接固定而被驱动旋转。当波动产生器4旋转时，两个齿轮2、3的啮合位置沿周向移动。其结果是，与两个齿轮的齿数差对应地，在两个齿轮间发生相对旋转。在本例中，刚性内齿齿轮2固定于未图示的固定侧的构件，挠性外齿齿轮3形成为减速旋转输出要素，从挠性外齿齿轮3将减速旋转输出。
图3是表示挠性外齿齿轮3与负荷侧的输出轴的紧固固定结构的纵剖视图，图4是将该紧固固定结构的构成零件分解表示的说明图。在挠性外齿齿轮3的圆环状的轴套7上夹设圆盘状的紧固用摩擦板10而紧固固定于负荷侧的输出轴11。为了进行紧固固定，使用圆环状的安装用凸缘12及多根紧固螺栓13。
在输出轴11的后端部形成有大径的轴侧凸缘14，轴侧凸缘14的圆形的后端面是轴侧紧固面15。轴侧紧固面15夹持紧固用摩擦板10而与轴套7的外侧端面、即轴套侧紧固面16同轴地叠合。安装用凸缘12与轴套7的内侧端面同轴地叠合。在轴侧凸缘14上，沿圆周方向以一定的间隔形成有螺栓孔，在紧固用摩擦板10、轴套7及安装用凸缘12上，同样沿圆周方向以一定的间隔形成有螺栓通孔。在这些螺栓孔与螺栓通孔一致的状态下，四个构件同轴地叠合，利用从安装用凸缘12一侧插入的紧固螺栓13以规定的螺栓轴向力将这四个构件紧固固定。
图5是表示紧固用摩擦板10的俯视图，图6(a)～图6(c)分别是将该紧固用摩擦板10的一部分放大表示的局部放大俯视图、沿b-b线进行了剖切的情况下的局部放大剖视图、以及沿c-c线进行了剖切的情况下的局部放大剖视图。
紧固用摩擦板10形成为如下结构：在形成为与轴套侧紧固面16(参照图4)对应的形状的一定板厚的摩擦板主体21上，形成有圆形的中心通孔22、以及沿圆周方向以一定的间隔形成的多个螺栓通孔23。例如形成有八个螺栓通孔。
摩擦板主体21的一个表面是与轴套侧紧固面16叠合的轴套侧表面24，另一个表面是与轴侧紧固面15叠合的轴侧表面25。通过光刻加工在这些轴套侧表面24及轴侧表面25上，以规定的间距一体形成有规定形状的卡合用突起26、27。
本例的摩擦板主体21的板厚T是0.1mm～0.5mm的范围内的值。另外，卡合用突起26、27以一定的间距呈矩阵状排列，相邻的卡合用突起的间距Pa(x)、Pa(y)、Pb(x)、Pb(y)均为0.2mm～0.5mm的范围内的值。卡合用突起26、27也可以是除矩阵状的排列形态以外的排列形态。另外，也可以将轴套侧表面24的突起排列形态和轴侧表面25的突起排列形态形成为不同的形态。
卡合用突起26、27是整体近似于圆锥台状的形状的突起，卡合用突起26、27的中心轴线26a、27a与摩擦板主体21垂直。各卡合用突起26、27的外周面26b、27b由朝向前端而变细的弯曲面形成，它们的顶面26c、27c是与中心轴线26a、27a正交的圆形面。
卡合用突起26、27的顶面26c、27c的最大直径La、Lb是0.01mm～0.05mm的范围内的值。卡合用突起26、27的高度Ha、Hb(距摩擦板主体21的轴套侧表面24和轴侧表面25的高度)为0.06mm以下，且为卡合用突起26、27的顶面26c、27c的最大直径L的1.0倍～1.2倍的范围内的值。高度Ha、Hb能够设定为相同，但也可以设定为不同的高度。另外，以每10mm2具有40个～250个的范围内的值的密度形成卡合用突起26、27。
在图示的例子中，摩擦板主体21的板厚T为0.1mm，卡合用突起26、27的顶面26c、27c的直径La、Lb为0.05mm，高度Ha、Hb为0.065mm，间距Pa(x)、Pa(y)、Pb(x)、Pb(y)为0.2mm。
另外，摩擦板主体21及卡合用突起26、27的原料硬度为HRC55以上。作为紧固用摩擦板制造用的坯料，使用硬度为HRC55以上的坯料即可。或者，在坯料的硬度低于HRC55的情况下，也可以在通过光刻加工形成卡合用突起26、27之前或之后的阶段，实施热处理、渗碳处理和氮化处理等表面处理，使摩擦板主体21的两侧的表面部分及卡合用突起26、27的硬度达到HRC55以上。挠性外齿齿轮3的原料硬度一般来说在HRC36～HRC50之间，输出轴11的原料硬度也在HRC36～HRC50之间。由于将紧固用摩擦板10的硬度设定为比这些构件的硬度高的值，因此能够利用由紧固螺栓13产生的紧固力(轴向力)，使卡合用突起26、27可靠地与轴套侧紧固面16及轴侧紧固面15咬合。
在此，可以通过一般的光刻加工来形成卡合用突起26、27。例如如图7所示，准备钢板制的坯料10A(图7(a))，在坯料10A的两面上形成光致抗蚀膜31(图7(b))。接着，对光致抗蚀膜31进行曝光及显影而在光致抗蚀膜上形成掩模图案(图7(c))。随后，对坯料10A的露出面进行例如湿刻而形成卡合用突起26、27(图7(d))。并且，将光致抗蚀膜31的掩模图案剥离去除，进行冲洗、干燥工序等后处理(图7(e))。由此，在掩模图案为圆形的情况下，在摩擦板主体21的两面上一体地形成大致圆锥台状的卡合用突起26、27。在掩模图案为四边形或三角形的情况下，形成四方锥台状或三角锥台状的卡合用突起26、27。一般来说，当在坯料10A的一个面上形成了卡合用突起后，在另一个面上形成卡合用突起。
在图8和图9中表示了卡合用突起26、27的另一形状。图8所示的卡合用突起26A、27A整体形成为大致四方锥台的形状。例如，卡合用突起26A、27A的顶面为正四边形，该正四边形的宽度D为0.05mm，高度H为0.06mm，间距P为0.2mm。另外，图9所示的卡合用突起26B、27B整体形成为大致三角锥台的形状。例如，卡合用突起26B、27B的顶面为正三角形，该正三角形的宽度D为0.06mm。卡合用突起26B、27B的高度H为0.06mm，间距P为0.2mm。另外，在呈矩阵状排列的卡合用突起26B、27B的一个列中，每隔一个卡合用突起，三角形的朝向翻转。
在这样构成的挠性外齿齿轮3与负荷侧的输出轴11的紧固固定结构中，使紧固用摩擦板10的卡合用突起26、27与轴套侧紧固面16和轴侧紧固面15进行了咬合(压入)的情况下的紧固力能够近似于随着将钢掘起而发生的磨损。参照图10(a)进行说明，设想将圆锥突起压入到紧固面的情况。n个圆锥突起与紧固面接触。用粗箭头表示的前进方向的圆锥突起的投影面积(三角形)At用下述算式来表示。
At＝n·r·d＝n·r·r·cotθ＝n·r2·(1/tanθ)
其中，r：由圆锥突起产生的压痕的平均半径
θ：圆锥突起的半顶角
d：深度
由圆锥突起产生的压痕面积能够近似于下述算式。
由圆锥突起产生的压痕面积≈真实接触面积Ar＝P/Pm＝n·πr2
P：全部载荷
Pm：真实接触面积的平均表面压力
因而，在将F设定为掘起阻力(摩擦力)时，摩擦系数μ能够用下述算式表示。
摩擦系数μ＝F/P＝At·Pm/Ar·Pm＝At/Ar
＝1/(π·tanθ)
在圆锥突起的θ为45deg的情况下，μ＝0.3183。
在图10(b)中表示使本例的圆锥台状的卡合用突起26、27与轴套侧紧固面16和轴侧紧固面15进行了咬合的情况。在这种情况下，能够如下这样近似各值。
咬合深度x≈d
咬合投影面积AT≈At
压痕面积AR≈Ar
近似摩擦系数M＝AT/AR
在使用了紧固用摩擦板20的紧固固定结构中，传递扭矩对使该紧固用摩擦板20的卡合用突起26、27与轴套侧紧固面16及轴侧紧固面15同时进行了咬合(压入)的情况下的两个面的摩擦系数产生大幅影响。该摩擦系数如上所述，能够根据咬合投影面积AT及压痕面积AR来规定。即，摩擦系数主要由卡合用突起26、27的形状、咬合(压入)深度、紧固用摩擦板20与轴套侧紧固面16及轴侧紧固面15之间的硬度差来决定。
因而，通过合适地设定卡合用突起26、27的形状、尺寸和紧固用摩擦板20的硬度，能够获得目标的摩擦系数的紧固面。在本例中，通过光刻加工(化学蚀刻加工)形成圆锥台状的卡合用突起26、27。通过如上述这样地设定这种形状的卡合用突起26、27的顶面的大小D、突起高度H及原料硬度，能够获得较大的摩擦系数。
另外，突起数量n受到由整个压痕面积(AR×n)决定的原料的剪切强度的限制。在本例中，考虑紧固用摩擦板20的剪切强度而将突起数量n设定为每10mm2具有40个～250个的范围内的值。
此外，在施加了相同的轴向力的情况下，卡合用突起的咬合深度x根据突起的顶面的形状的不同而不同。在将顶面的形状设定为圆形或四边形或三角形，且除此以外形成为相同条件的卡合突起的情况下，在顶面的形状为三角形的情况下，最容易咬合，在顶面的形状为圆形的情况下，最不易咬合。另外，与硬度高的紧固面相比，硬度低的紧固面的咬合深度x较大。此外，卡合突起的咬合深度x根据卡合突起的顶面的面积的不同而不同，面积小的卡合突起的咬合深度x较深。同样，在卡合突起的顶面的总面积较小的情况下，与总面积较大的情况相比，咬合深度x较深。因而，依据紧固对象的挠性外齿齿轮的大小、所需传递扭矩以及被施加的轴向力，合适地设定卡合用突起26、27的大小、形状(顶面的形状、面积、突起高度)、卡合用突起26、27的排列间距及每单位面积内的个数、各部分的硬度较佳。

Claims (2)

1.一种波动齿轮装置与输出构件的紧固固定结构，作为波动齿轮装置的减速旋转输出要素的挠性外齿齿轮和从该挠性外齿齿轮传递减速旋转的输出构件夹着紧固用摩擦板被紧固固定，其特征在于，
所述紧固用摩擦板具有规定板厚的摩擦板主体和在所述摩擦板主体的两侧的表面上以规定间距形成的规定尺寸的卡合用突起，
所述摩擦板主体及所述卡合用突起是通过对钢板原料的两面实施光刻加工而一体形成的，
所述卡合用突起是从所述摩擦板主体的所述表面垂直地突出的前端细形状的突起，
所述卡合用突起的前端成为与所述摩擦板主体的所述表面平行的平坦的顶面，
所述卡合用突起的与突出方向正交的截面形状是圆形、四边形或三角形，
所述挠性外齿齿轮的原料硬度为HRC36～HRC50，
所述紧固用摩擦板的原料硬度为HRC55以上，
所述摩擦板主体的板厚为0.1mm～0.5mm，
所述卡合用突起的间距为0.2mm～0.5mm，
所述卡合用突起的顶面的最大直径或最大宽度为0.01mm～0.05mm，
所述卡合用突起的高度为所述突起的顶面的最大直径或最大宽度的1.0倍～1.2倍。
2.如权利要求1所述的波动齿轮装置与输出构件的紧固固定结构，其特征在于，
每10mm2具有40个～250个所述卡合用突起。
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