JP2008025687A - Bearing for wave gear device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波動歯車装置の剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受に関する。 The present invention relates to a wave gear device bearing that supports a rigid internal gear and a flexible external gear of a wave gear device in a relatively rotatable manner.
従来、ロボット等の駆動機構における減速機としては、小型且つ軽量で高減速比を有した、バックラッシュの少ない波動歯車装置が使用されている。波動歯車装置は、組み込まれる可撓性外歯歯車の形状によって、カップ型、シルクハット型、フラット型等が考案されており、いずれの動作も同様である(例えば、特許文献1及び2参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a wave gear device with a small backlash and a low reduction ratio has been used as a speed reducer in a drive mechanism such as a robot. As the wave gear device, a cup type, a top hat type, a flat type, and the like have been devised depending on the shape of the flexible external gear to be incorporated, and all operations are the same (for example, see Patent Documents 1 and 2). .
図7に示すように、シルクハット型の波動歯車装置1は、環状の剛性内歯歯車2と、剛性内歯歯車2より歯数の少ないシルクハット型の可撓性外歯歯車3と、楕円形の輪郭を有する波動発生器4から主に構成される。可撓性外歯歯車3は剛性内歯歯車2の内側に配置され、可撓性外歯歯車3が波動発生器4により半径方向に撓められて剛性内歯歯車2に対して部分的に噛み合う。そして、モータ等の回転により波動発生器4が回転すると、両歯車2,3の噛み合い位置が円周方向に移動し、歯数差に応じた回転数で両歯車2,3が相対回転する。
As shown in FIG. 7, the top hat type wave gear device 1 includes an annular rigid
また、波動歯車装置1は、モータに接続され、波動発生器4の楕円形の輪郭を有するカム板部分5aを外周面に有する中空入力軸5まわりに設けられる。中空入力軸5の周囲には、玉軸受6,7を介してそれぞれ支持される第1及び第2の端板8,9が、波動歯車装置1を軸方向間に挟むように配置され、第1の端板8は可撓性外歯歯車3と締結固定され、第2の端板9は剛性内歯歯車2と締結固定される。第1の端板8と第2の端板9の一方は負荷側に接続され、他方が回転しないように固定されているので、負荷側に接続された端板の側から減速回転が出力されて負荷側に伝達される。
The wave gear device 1 is connected to a motor and is provided around a
さらに、このような波動歯車装置1では、剛性内歯歯車2と可撓性外歯歯車3を相対回転自在に支持する軸受として、モーメント荷重を受けることができるクロスローラ軸受10(図7参照)や4点接触玉軸受が使用されている。
ところで、上述のクロスローラ軸受は、円筒ころを軸受中心に対し45度交互に傾斜させたものであり、ラジアル荷重、アキシアル荷重、モーメント荷重を負荷できるが、モーメント荷重は円筒ころの長さで負荷能力が決まり、軸受寸法上、負荷できるモーメント荷重が制約される。 By the way, the above-mentioned cross roller bearing is a cylindrical roller that is alternately inclined by 45 degrees with respect to the center of the bearing, and can be loaded with radial load, axial load, and moment load. The capacity is determined, and the moment load that can be applied is limited by the bearing dimensions.
また、円筒ころ同士が互いに90度傾斜して回転するため、回転摩擦が大きく、結果として回転トルクが大きい。さらに、その構造上、潤滑剤を封入できるスペース(軸受空間容積)が乏しく、耐久性に問題があった。 Further, since the cylindrical rollers are rotated at an angle of 90 degrees with each other, the rotational friction is large, resulting in a large rotational torque. Furthermore, due to its structure, there is a short space (bearing space volume) in which the lubricant can be enclosed, and there is a problem in durability.
加えて、円筒ころは軸受中心に対して45度傾斜して配置されるので、軸受断面高さが制約を受けて内径に対して外径が大きくなり、また、内輪や外輪の肉厚も厚くなり、軸受重量が大きくなるという問題がある。 In addition, since the cylindrical roller is inclined at 45 degrees with respect to the center of the bearing, the outer diameter of the inner ring and the outer ring is increased due to the restriction of the bearing cross-section height and the outer diameter becomes larger than the inner diameter. Therefore, there is a problem that the weight of the bearing is increased.
また、4点接触玉軸受を適用した場合にも、クロスローラ軸受と同様、負荷できるモーメント荷重を大きくすることができなかった。 Also, when a four-point contact ball bearing is applied, the moment load that can be applied cannot be increased as in the case of the cross roller bearing.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高剛性、低トルク、高耐久性を有し、且つ、コンパクトで軽量化が図られた波動歯車装置用軸受を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a bearing for a wave gear device that has high rigidity, low torque, and high durability, and is compact and lightweight. There is to do.
本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
(1) 剛性内歯歯車と、該剛性内歯歯車の内側に配置される可撓性外歯歯車と、該可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車に対して部分的に噛み合わせ、これら両歯車の噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、を備える波動歯車装置に使用され、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受であって、
前記軸受は、
前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の一方、或は該一方が固定されるハウジングに内嵌可能な外輪と、
前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の他方、或は該他方が固定される軸部に外嵌可能な内輪と、
前記外輪の一対の外輪軌道面と前記内輪の一対の内輪軌道面間に接触角を持って配置される複数の玉と、
を備えた背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であることを特徴とする波動歯車装置用軸受。
(2) 前記背面組合せ型のアンギュラ玉軸受には、前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の他方、或は該他方が固定される前記軸部に押圧部材をボルト固定して、前記内輪の端面を押圧することで、予圧が付与されることを特徴とする(1)に記載の波動歯車装置用軸受。
(3) 前記内輪の外端面は、前記外輪の外端面より軸方向外側に突出することを特徴とする(1)又は(2)に記載の波動歯車装置用軸受。
(4) 前記背面組合せ型のアンギュラ玉軸受は、前記複列の玉をそれぞれ保持するポケットを有する冠型保持器を備え、
前記冠型保持器の柱部は、基部から先端部に向けて径方向外方に傾斜することを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の波動歯車装置用軸受。
(5) 前記内輪の内輪軌道面より軸方向外方には鍔部が形成され、該鍔部は、前記玉のピッチ円近傍まで延出する高さを有することを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の波動歯車装置用軸受。
The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) A rigid internal gear, a flexible external gear arranged inside the rigid internal gear, and a radius inside the flexible external gear arranged inside the flexible external gear A wave generator comprising: a wave generator that is bent in a direction and partially meshed with the rigid internal gear and moves the meshing position of both gears in the circumferential direction; A wave gear device bearing that supports a flexible external gear so as to be relatively rotatable,
The bearing is
One of the rigid internal gear and the flexible external gear, or an outer ring that can be fitted in a housing to which the one is fixed,
The other of the rigid internal gear and the flexible external gear, or an inner ring that can be fitted onto a shaft portion to which the other is fixed,
A plurality of balls arranged with a contact angle between a pair of outer ring raceway surfaces of the outer ring and a pair of inner ring raceway surfaces of the inner ring;
It is a back combination type angular contact ball bearing provided with a wave gear device bearing.
(2) In the back combination type angular contact ball bearing, the other of the rigid internal gear and the flexible external gear, or a pressing member is bolted to the shaft portion to which the other is fixed, The wave gear device bearing according to (1), wherein a preload is applied by pressing an end face of the inner ring.
(3) The wave gear device bearing according to (1) or (2), wherein the outer end surface of the inner ring protrudes outward in the axial direction from the outer end surface of the outer ring.
(4) The back combination type angular contact ball bearing includes a crown type cage having pockets for holding the double row balls,
The bearing for a wave gear device according to any one of (1) to (3), wherein the pillar portion of the crown-shaped cage is inclined radially outward from the base portion toward the tip portion.
(5) A flange is formed axially outward from the inner ring raceway surface of the inner ring, and the flange has a height extending to the vicinity of the pitch circle of the ball. (4) The bearing for wave gear devices in any one of.
本発明の波動歯車装置用軸受によれば、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車の一方、或は該一方が固定されるハウジングに内嵌可能な外輪と、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車の他方、或は該他方が固定される軸部に外嵌可能な内輪と、外輪の一対の外輪軌道面と内輪の一対の内輪軌道間に接触角を持って配置される複列の玉と、を備えた背面組合せ型のアンギュラ玉軸受としたので、高剛性、低トルク、高耐久性を有し、且つ、コンパクトで軽量化を図ることができる。 According to the bearing for the wave gear device of the present invention, one of the rigid internal gear and the flexible external gear, or the outer ring that can be fitted in the housing to which the one is fixed, the rigid internal gear and the flexible gear. A plurality of external gears, or an inner ring that can be fitted onto a shaft portion to which the other is fixed, a pair of outer ring raceway surfaces of the outer ring and a pair of inner ring raceways of the inner ring with a contact angle. Since it is a back combination type angular contact ball bearing provided with a row of balls, it has high rigidity, low torque and high durability, and can be compact and lightweight.
以下、本発明の各実施形態に係る波動歯車装置用軸受について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the bearing for wave gear devices concerning each embodiment of the present invention is explained in detail with reference to drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の波動歯車装置用軸受が適用されるシルクハット型の波動歯車装置を示す断面図である。波動歯車装置20は、内歯21aが内周面に形成される環状の剛性内歯歯車21と、この内側に配置されるシルクハット型の可撓性外歯歯車22と、この歯車22の内側にはめ込まれる波動発生器23とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a top hat type wave gear device to which the wave gear device bearing of the first embodiment is applied. The
可撓性外歯歯車22は、円筒状の胴部22aと、胴部22aの一端に連続して半径方向の外側に直角に延びる環状のダイヤフラム22bと、ダイヤフラム22bと一体形成されている円環状のボス22cと、胴部22aの外周面に形成された円筒状の外歯22dとを備える。外歯22dの歯数は、内歯21aの歯数より少なく(本実施形態では、内歯21aより2枚少ない)設定されている。
The flexible
波動発生器23は、例えば、楕円形の輪郭を備えた環状の剛性カム板24と、この剛性カム板24の外周面と可撓性外歯歯車の外歯22dが形成されている部分との間に嵌めこまれる玉軸受25と、を備える。剛性カム板24の中心にはモータ出力軸(図示せず)等が連結される中空入力軸26が形成されている。
The
波動歯車装置20は、モータ出力軸に接続された剛性カム板24が回転すると、この楕円形の剛性カム板24によって玉軸受25を介して可撓性外歯歯車22が楕円形状に撓められ、円周方向の2カ所で噛み合っている内歯21aと外歯22dの噛み合い位置が周方向に移動する。内歯21aと外歯22dの歯数が異なっているので、歯数差に応じた相対回転がこれら内歯21aと外歯22dとの間に発生し、入力回転数に比べて大幅に減速される。そして、剛性内歯歯車21と可撓性外歯歯車22の一方を固定しておくことで、他方の歯車から減速回転出力が得られる。
In the
ここで、剛性内歯歯車21の外周面と、可撓性外歯歯車22とボルト固定されるハウジング27の内周面との間には、剛性内歯歯車21と可撓性外歯歯車22を相対回転自在に支持する波動歯車装置用軸受30が配置されている。
Here, between the outer peripheral surface of the rigid
この軸受30は、図2に示すように、ハウジング27に内嵌可能な一対の外輪31,31と、剛性内歯歯車21に外嵌可能な一対の内輪32,32と、外輪31,31の一対の外輪軌道面31a,31aと内輪32,32の一対の内輪軌道面32a,32a間に接触角αを持って複列に配置される複数の玉33,33と、各列の玉33,33をそれぞれ保持するポケットを有する保持器34,34と、を備えた背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であり、各列の玉33,33の接触角αは、互いに逆方向に向いている。
As shown in FIG. 2, the
一対の外輪31,31は、ハウジング27に形成された内向き段部27aと、ハウジング27の軸方向端面にボルト40で固定されるカバー部材41によって軸方向に固定されている。一方、一対の内輪32,32は、剛性内歯歯車21に形成された外向き段部21bと、剛性内歯歯車21の軸方向端面にボルト42で固定される押圧部材43によって、軸方向に固定されると共に、剛性内歯歯車21と押圧部材43の寸法を管理して、押圧部材43のボルト締結によって内輪32の端面を押圧することで、軸受に適切な予圧を付与している。
The pair of
また、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受30の接触角αは、25〜40度の範囲で適宜設定されており、接触角αの延長線Lは、内輪32,32の軸方向端面より軸方向内側で、内輪32,32の内周面と交差するように設定されている。
Further, the contact angle α of the back combination type angular ball bearing 30 is appropriately set in the range of 25 to 40 degrees, and the extension line L of the contact angle α is axially inward from the axial end surfaces of the
このように、波動歯車装置20に背面組合せ型のアンギュラ玉軸受30を使用することで、背面組合せによって作用点距離が大きくなり、耐モーメント荷重を向上させると共に、剛性内歯歯車21によって確実にモーメント荷重を負荷できるように構成されている。
Thus, by using the back combination type
また、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受30は、両軌道面31a,32aと玉33とが点接触であるので、回転トルクが小さい。一方、保持器34により適切に玉33を配置しており、軸受空間容積も充分に確保することができ、グリース寿命を延長できる。このため、従来、クロスローラ軸受を適用した波動歯車装置ではグリース補給のためのメンテナンスが行なわれていたが、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受30を用いた波動歯車装置では、グリース補給をせずに、波動歯車装置の耐久時間に到達するまで使用することができる。
Further, the rear combination
さらに、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受30は、クロスローラ軸受と比して、軸受断面高さを低くすることができ、肉厚も低減できて軽量化することができる。
Furthermore, the back combination type angular
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る波動歯車装置用軸受について図3及び図4を参照して詳細に説明する。なお、第1実施形態と同等部分については同一符号を付して、説明を省略或は簡略化する。
(Second Embodiment)
Next, a wave gear device bearing according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about a part equivalent to 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted or simplified.
本実施形態の波動歯車装置用軸受50は、第1実施形態と同様、シルクハット型の波動歯車装置20に組み込まれる背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であり、ハウジング27に内嵌可能な一対の外輪51,51と、剛性内歯歯車21に外嵌可能な一対の内輪52,52と、外輪51,51の一対の外輪軌道面51a,51aと内輪52,52の一対の内輪軌道面52a,52a間に接触角αを持って複列に配置される複数の玉53,53と、各列の玉53,53をそれぞれ保持するポケットを有する保持器54,54と、を備える。また、第1実施形態と同様、一対の内輪52,52は、ボルト42によって押圧部材43を介して軸方向に押圧され、軸受に適切な予圧を付与している。
Similar to the first embodiment, the wave gear device bearing 50 of the present embodiment is a back combination angular ball bearing incorporated into the top hat type
ここで、本実施形態の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受50では、一対の内輪52,52の両外端面52b,52bは、一対の外輪51,51の両外端面51b,51bより軸方向外側に突出している。また、一対の内輪52,52の内輪軌道面52a,52aより軸方向外方には鍔部52c、52cが形成され、鍔部52c、52cは、玉53,53のピッチ円PCD近傍、具体的に、ピッチ円PCDより若干低い位置まで延出する高さを有する。これにより、荷重点を広げて、モーメント剛性をより向上することができ、また、ハウジング27や押圧部材43の寸法における制約を緩和できる。
なお、本実施形態においても、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受50の接触角αは、25〜40度の範囲で適宜設定されており、接触角αの延長線Lは、内輪52,52の軸方向外端面52b,52bより軸方向内側で、内輪52,52の内周面と交差するように設定されている。
Here, in the back combination type angular
Also in this embodiment, the contact angle α of the back combination type angular
また、本実施形態の保持器54,54は、合成樹脂製の冠型保持器であり、内輪52,52の鍔部52c,52cとの干渉を防止するように、柱部54a,54aは、基部から先端部に向けて径方向外方に傾斜して形成される。
なお、保持器54,54は、合成樹脂製の冠型保持器の代わりに、図5に示すような金属製のもみ抜き保持器54´,54´によって構成されてもよい。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
In addition, the
The
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
なお、本発明は、上記の実施形態のものに限定されるものでなく、適宜、変更、改良等が可能である。 In addition, this invention is not limited to the thing of said embodiment, A change, improvement, etc. are possible suitably.
本実施形態のシルクハット型の波動歯車装置では、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受の外輪は、可撓性外歯歯車が固定されるハウジングに内嵌され、内輪は、剛性内歯歯車に外嵌されているが、外輪は、可撓性外歯歯車に内嵌されてもよく、内輪は、剛性内歯歯車が固定される軸部に外嵌されてもよい。また、本発明の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受は、図7に示したシルクハット型の波動歯車装置にも適用可能である。 In the top hat type wave gear device of the present embodiment, the outer ring of the back combination type angular ball bearing is fitted in the housing to which the flexible external gear is fixed, and the inner ring is fitted in the rigid internal gear. However, the outer ring may be fitted into the flexible external gear, and the inner ring may be fitted to the shaft portion to which the rigid internal gear is fixed. The back combination type angular contact ball bearing of the present invention can also be applied to the top hat type wave gear device shown in FIG.
本実施形態では、波動歯車装置はシルクハット型についてのみ説明したが、本発明の波動歯車装置用軸受は、カップ型やフラット型にも適用可能である。
例えば、カップ型の波動歯車装置用軸受では、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受の外輪は、剛性内歯歯車、或は剛性内歯歯車が固定されるハウジングに内嵌され、内輪は、可撓性外歯歯車、或は可撓性外歯歯車が固定される軸部に外嵌される。
In the present embodiment, the wave gear device has been described only for the top hat type, but the bearing for the wave gear device of the present invention can also be applied to a cup type or a flat type.
For example, in a cup-type wave gear device bearing, the outer ring of the back combination type angular ball bearing is fitted into a rigid internal gear or a housing to which the rigid internal gear is fixed, and the inner ring is flexible. The external gear or the flexible external gear is fitted on the shaft portion to which the external gear is fixed.
また、本実施形態では、一対の外輪と一対の内輪は、それぞれ互いに隣接して配置されているが、スペースに余裕がある場合に、一対の外輪間及び一対の内輪間にそれぞれスペーサを配置することで、軸受スパンを大きくすることができ、より剛性を向上することができる。 In the present embodiment, the pair of outer rings and the pair of inner rings are arranged adjacent to each other. However, when there is a space, a spacer is arranged between the pair of outer rings and between the pair of inner rings. As a result, the bearing span can be increased and the rigidity can be further improved.
さらに、背面組合せ型のアンギュラ玉軸受の構成は、適宜改良可能であり、一対の外輪は一体に形成されてもよいし、シール部材を備える構成であってもよい。 Furthermore, the configuration of the back combination type angular ball bearing can be improved as appropriate, and the pair of outer rings may be formed integrally or may include a seal member.
ここで、図3に示した本発明の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受と従来のクロスローラ軸受とを用い、外径寸法を等しくしてモーメント剛性の比較を行なった。表1は、各軸受の主要寸法、基本定格荷重及びモーメント剛性を示し、図6は、本発明の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受の予圧荷重に対するモーメント剛性を示したグラフである。 Here, using the back combination type angular contact ball bearing of the present invention shown in FIG. 3 and a conventional cross roller bearing, the outer diameter dimensions were made equal and the moment stiffness was compared. Table 1 shows the main dimensions, basic rated load and moment stiffness of each bearing, and FIG. 6 is a graph showing the moment stiffness with respect to the preload of the back combination angular ball bearing of the present invention.
表1及び図6に示されるように、従来のクロスローラ軸受では、予圧荷重を簡単に増減することができないため、モーメント剛性の向上は困難であるが、本発明の背面組合せ型のアンギュラ玉軸受では、予圧荷重の調整を容易に行うことができ、予圧荷重を増加することでモーメント剛性が向上されることがわかる。 As shown in Table 1 and FIG. 6, in the conventional cross roller bearing, it is difficult to increase / decrease the moment load because the preload cannot be easily increased / decreased, but it is difficult to improve the moment rigidity. Then, it can be seen that the preload can be easily adjusted, and that the moment stiffness can be improved by increasing the preload.
20 波動歯車装置
21 剛性内歯歯車
22 可撓性外歯歯車
23 波動発生器
27 ハウジング
30 背面組合せ型のアンギュラ玉軸受
31 外輪
31a 外輪軌道面
32 内輪
32a 内輪軌道面
33 玉
α 接触角
20
Claims (5)
前記軸受は、
前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の一方、或は該一方が固定されるハウジングに内嵌可能な外輪と、
前記剛性内歯歯車と前記可撓性外歯歯車の他方、或は該他方が固定される軸部に外嵌可能な内輪と、
前記外輪の一対の外輪軌道面と前記内輪の一対の内輪軌道面間に接触角を持って配置される複数の玉と、
を備えた背面組合せ型のアンギュラ玉軸受であることを特徴とする波動歯車装置用軸受。 A rigid internal gear, a flexible external gear disposed inside the rigid internal gear, and a flexible external gear disposed inside the flexible external gear, bending the flexible external gear in the radial direction. A wave generator that partially meshes with the rigid internal gear and moves the meshing position of both gears in the circumferential direction. A wave gear bearing that supports an external gear so as to be relatively rotatable,
The bearing is
One of the rigid internal gear and the flexible external gear, or an outer ring that can be fitted in a housing to which the one is fixed,
The other of the rigid internal gear and the flexible external gear, or an inner ring that can be fitted onto a shaft portion to which the other is fixed,
A plurality of balls arranged with a contact angle between a pair of outer ring raceway surfaces of the outer ring and a pair of inner ring raceway surfaces of the inner ring;
It is a back combination type angular contact ball bearing provided with a wave gear device bearing.
前記冠型保持器の柱部は、基部から先端部に向けて径方向外方に傾斜することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の波動歯車装置用軸受。 The back combination type angular contact ball bearing includes a crown type cage having pockets for holding the double row balls,
The bearing for a wave gear device according to any one of claims 1 to 3, wherein the pillar portion of the crown-shaped cage is inclined radially outward from the base portion toward the tip portion.
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