TW201604444A

TW201604444A - 中空諧波齒輪裝置及中空致動器

Info

Publication number: TW201604444A
Application number: TW104114283A
Authority: TW
Inventors: Toshiki Maruyama
Original assignee: Harmonic Drive Systems
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2015-05-05
Publication date: 2016-02-01
Also published as: JP6052835B2; US9772020B2; DE112014001512T5; US20170051817A1; WO2015173959A1; JPWO2015173959A1; KR20160009528A; DE112014001512B4; TWI563195B; CN105518345A; KR101757154B1; CN105518345B

Abstract

本發明之中空致動器(1)的杯型中空諧波齒輪裝置(3)，係具有：組裝至杯型外齒齒輪(22)之內側的密封部(40)。密封部(40)係將外齒齒輪(22)的輪轂(25)與諧波產生器(26)的插塞(27)之間予以密封，防止潤滑劑從外齒齒輪(22)側朝向中空部(4)外漏。密封部(40)係使用油封(41)與O形環(45)，所以能以較低的價錢來構成，並可確實防止黏度較低的潤滑劑外漏。

Description

中空諧波齒輪裝置及中空致動器

本發明係關於一種：具有朝向中心軸線方向貫穿並延伸之中空部的中空諧波齒輪裝置、以及具有該中空諧波齒輪裝置與中空馬達的中空致動器。更詳細而言，是關於一種中空諧波齒輪裝置及中空致動器，該中空諧波齒輪裝置係具備：可防止潤滑劑從杯型形狀的可撓性外齒齒輪那一側，朝中空部內漏出的潤滑劑密封構造。

具有杯型形狀之可撓性外齒齒輪的中空諧波齒輪裝置，其諧波產生器係配置在杯型形狀之外齒齒輪的內側，中空部係貫穿外齒齒輪的輪轂與諧波產生器的插塞並繼續延伸。位在外齒齒輪之內側的輪轂與插塞是朝向中心軸線的方向分開，所以，潤滑劑會通過其中間，從外齒齒輪那一側朝向中空部內外漏。因此就必須將這些之間密封。當想要維持較大的中空徑時，就無法將密封構造組裝在中空部的內部。

在專利文獻1、2中，係提案一種潤滑劑密封構造，該潤滑劑密封構造是在具有中空諧波齒輪裝置與中空馬達的中空致動器中，用來防止潤滑劑朝中空部外漏，以及防止外漏的潤滑劑入侵到中空馬達那一側。記載於這些專利文獻的潤滑劑密封構造係具有迷宮式密封(labyrinth seal)。迷宮式密封是形成在：諧波產生器之插塞的內周面或插塞是一體形成於外周面之中空輸入軸的內周面、與貫穿該插塞或中空輸入軸並延伸的套筒(中空軸)之間。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2001-304382號公報

[專利文獻2]日本特開2006-144971號公報

在此，迷宮式密封一般而言成本較高，當潤滑劑的黏度較低時，會有可信度降低等問題發生。

本發明的課題鑑於此點，其目的即為提供一種：具有可信度較高且為低價構造之潤滑劑密封構造的中空諧波齒輪裝置、以及具有該中空諧波齒輪裝置的中空致動器。

為了解決上述課題，本發明的中空諧波齒輪裝置，其特徵為：具有：剛性的內齒齒輪；配置在上述內齒齒輪的內側，可朝向半徑方向彎折之杯型的外齒齒輪；諧波產生器，該諧波產生器是配置在上述外齒齒輪的內側，將該外齒齒輪彎折成非圓形，使其局部嚙合於上述內齒齒輪，使該兩齒輪的嚙合位置朝向圓周方向移動；中空部，該中空部係將決定上述外齒齒輪之杯型之底部的中心部分的輪轂、以及上述諧波產生器的插塞，朝向中心軸線的方向貫穿並延伸；以及防止潤滑劑從上述輪轂與上述插塞之間，朝向上述中空部外漏的密封部。

上述密封部係具備：環狀的油封室，該油封室係在上述外齒齒輪的內側，安裝在上述輪轂；形成在上述插塞之環狀的密封滑動部；環狀的第1油封，該第1油封係被保持在上述油封室，以可自由滑動的狀態抵接於上述密封滑動部；以及環狀的第2油封，該第2油封係將上述輪轂與上述油封室之間密封。

在本發明中，於杯型外齒齒輪的內側，將油封室安裝在輪轂，藉由保持於該油封室的第1油封、與形成在諧波產生器之插塞的密封滑動部，形成了旋轉密封部。此外，又藉由O形環等的第2油封，將輪轂與油封室之間密封。因此，不須採用迷宮式密封等特殊的密封構造，利用可信度高且低價的密封構造，仍可防止潤滑劑朝中空部外漏。

杯型的外齒齒輪，一般而言係具備：決定杯型之筒體部，且可朝半徑方向彎折的圓筒狀筒體部；膜片，該膜片是從上述圓筒狀筒體部的一端朝向半徑方向的內側延伸，且連接於上述輪轂並決定上述杯型形狀的底部外周側部分；以及形成於上述圓筒狀筒體部之另一端側的外齒形成部分。此時，在上述輪轂中與上述油封室對向的輪轂端面、以及上述油封室中與上述輪轂端面對向的油封室端面之間，係形成了裝設有上述第2油封的環形裝設溝。

杯型之外齒齒輪的圓筒狀筒體部，係隨著諧波產生器的旋轉，藉由該諧波產生器而被反覆朝向半徑方向彎折。隨著圓筒狀筒體部的變形，膜片即以連接於輪轂的連接部分為中心，朝向中心軸線的方向反覆變位。

所以，當上述裝設溝是鄰接著上述輪轂與上述膜片的交界部分來配置時，上述輪轂端面、以及上述油封室端面中鄰接於上述裝設溝之外周側的端面部分，以分離預定空隙，彼此對向為佳。

藉由如此，即可避免在安裝於輪轂端面之油封室的油封室端面，阻礙到朝中心軸線方向反覆變位的膜片。為了確保較大的中空徑，當裝設溝是形成在輪轂端面的外周側時，膜片妨礙油封室的可能性變大。所以，藉由採用相關構成，即可維持較大的中空徑，並可確實防止膜片妨礙到油封室。

在本發明中，當上述裝設溝是形成在上述油封室端面，且為朝向上述輪轂端面側開口，具有預定深度時，只要使上述油封室端面中鄰接於上述裝設溝之外周側的外周側端面部分，隔著上述空隙與上述輪轂端面對向即可。意即，為了不妨礙到反覆變位的膜片，只要形成空隙即可。

在本發明中，當上述油封室具有：形成有上述油封室端面的輪轂側安裝部；以及保持上述油封的圓筒狀密封保持部時，只要將上述密封滑動部同軸地配置在上述密封保持部的內側，且將上述油封裝設在上述密封保持部與上述密封滑動部之間即可。

在本發明中，當具有同軸地被固定在上述諧波產生器之上述插塞的中空輸入軸時，為了不使潤滑劑通過上述諧波產生器與上述中空輸入軸之間，朝向中空部側外漏，以具有將其間密封的第3油封為宜。

此時，可配置貫穿上述輪轂、上述插塞以及上述中空輸入軸並延伸的套筒，由該套筒的內周面來決定中空部。

在本發明中，當具有上述諧波產生器的上述插塞是一體形成在外周面的中空輸入軸時，上述中空部是貫穿上述輪轂與上述中空輸入軸並延伸。

此時，可配置貫穿上述輪轂與上述中空輸入軸並延伸的套筒，由該套筒的內周面來決定上述中空部。

接下來，本發明的中空致動器，其特徵為：具有：具備上述套筒的中空諧波齒輪裝置；以及具有中空馬達軸的中空馬達，該中空馬達軸係連結固定於上述中空諧波齒輪裝置的上述中空輸入軸，或一體形成在上述中空輸入軸，上述套筒係貫穿上述中空馬達軸並延伸，上述中空部係由上述套筒的內周面所決定，貫穿上述中空諧波齒輪裝置與上述中空馬達並延伸。

1‧‧‧中空致動器

1a‧‧‧中心軸線

2‧‧‧中空馬達

3‧‧‧中空諧波齒輪裝置

4‧‧‧中空部

5‧‧‧馬達本體部

6‧‧‧馬達編碼部

7‧‧‧中空馬達軸

7a‧‧‧軸前端部

8‧‧‧馬達凸緣

9‧‧‧滾子軸承

10‧‧‧油封

11‧‧‧殼體

12‧‧‧連結螺栓

13‧‧‧O形環

14‧‧‧交叉滾子軸承

14a‧‧‧外輪

15‧‧‧輸出軸

16‧‧‧連結螺栓

17‧‧‧O形環

18‧‧‧油封

21‧‧‧內齒齒輪

21a‧‧‧內齒

22‧‧‧外齒齒輪

22a‧‧‧外齒

23‧‧‧圓筒狀筒體部

24‧‧‧膜片

24b‧‧‧接觸部分

24a‧‧‧內側端面

25‧‧‧輪轂

25a‧‧‧內周面

25b‧‧‧輪轂端面

25c‧‧‧交界

26‧‧‧諧波產生器

27‧‧‧插塞

27a‧‧‧圓筒部

27b‧‧‧圓環部

28‧‧‧諧波產生器軸承

30‧‧‧O形環

31‧‧‧套筒

31a‧‧‧前端部

31b‧‧‧後端部

31c‧‧‧圓形內周面

40‧‧‧密封部

41‧‧‧油封

42‧‧‧油封室

43‧‧‧密封滑動部

44‧‧‧連結螺栓

45‧‧‧O形環

46‧‧‧輪轂安裝部

47‧‧‧密封保持部

48‧‧‧油封室端面

48a‧‧‧外周側端面部分

48b‧‧‧端面部分

49‧‧‧裝設溝

50‧‧‧圓錐面

[圖1]係為具備適用本發明之中空諧波齒輪裝置的中空致動器之說明圖。

[圖2]為圖1之中空致動器的局部放大的部分放大剖面圖。

以下茲參照圖面，說明具備適用本發明之中空諧波齒輪裝置的中空致動器的實施形態。

(全體構成)

圖1為本實施形態之中空致動器的說明圖，以剖面來顯示該中空諧波齒輪裝置。中空致動器1係具備：中空馬達2；以及同軸地連結於該中空馬達2的杯型中空諧波齒輪裝置3。在中空致動器1的中心部分，中空部4係朝中心軸線1a的方向並延伸。

中空馬達2係具備：馬達本體部5；安裝在該馬達本體部5之後端的馬達編碼部6；以及將馬達中心部分朝向中心軸線1a的方向貫穿並延伸的中空馬達軸7。

在中空馬達2的前端係配置了馬達凸緣8，該馬達凸緣8是具有將馬達本體部5與中空諧波齒輪裝置3之間予以分隔之分隔板的功能。馬達凸緣8是藉由滾子軸承9，以可自由旋轉的狀態支撐著中空馬達軸7。中空馬達軸7之前端側的軸前端部7a是從馬達凸緣8朝向中空諧波齒輪裝置3側突出。中空馬達軸7具有做為中空諧波齒輪裝置3之中空輸入軸的功能。中空馬達軸與中空輸入軸也可以配置成不同的零件，再將其連結固定。中空馬達軸7與馬達凸緣8之間是被油封10所密封。

中空諧波齒輪裝置3具有筒狀的殼體11，殼體11之馬達側的後端面是藉由連結螺栓12，同軸地被連結並固定於馬達凸緣8之前端面的外周側的部分。殼體11與馬達凸緣8之間是被O形環13所密封。致動器輸出構件的圓環狀輸出軸15，係隔著交叉滾子軸承14，同軸地安裝在殼體11之相反側的前端面。

在本例中，交叉滾子軸承14的外輪14a係藉由連結螺栓16，同軸地固定在殼體11的前端面。殼體11與外輪14a之間係被O形環17所密封。交叉滾子軸承14的內輪是一體形成在輸出軸15的外周面。亦即，單一零件的輸出軸15是做為內輪。輸出軸15與外輪14a之間是被油封18所密封。

圓環狀之剛性的內齒齒輪21係在殼體11的內周部與殼體11一體形成。杯型之可撓性的外齒齒輪22是同軸地配置在內齒齒輪21的內側。外齒齒輪22配置在朝向馬達側開口的方向，且具備：可朝半徑方向彎折的圓筒狀筒體部23；連接於該圓筒狀筒體部23之輸出軸15側的端部，朝向半徑方向內側延伸的膜片24；以及連接於膜片24之內周緣的圓環狀之剛性的輪轂25。輸出軸15係同軸地連結固定於輪轂25的外周面。

如此一來，外齒齒輪22之杯型的底部內周側部分即由輪轂25所決定，底部的外周側部分由膜片24所決定。圓筒狀筒體部23之開口端側的部分係為：形成有外齒22a的外齒形成部，該外齒22a是從內側與內齒齒輪21的內齒21a對向。

諧波產生器26係同軸地嵌入於外齒齒輪22之外齒形成部分的內側。諧波產生器26係具備：環狀的剛性插塞27；以及嵌入於該插塞27之橢圓形輪廓之外周面的諧波產生器軸承28。外齒齒輪22的外齒形成部分係被諧波產生器26彎折成橢圓形，外齒22a係在該橢圓形之長軸位置的兩端嚙合於內齒21a。

插塞27係具備：圓筒部27a；以及從該圓筒部27a之輸出軸15側的端部朝向內側突出的圓環部27b。中空馬達軸7的軸前端部7a係插入到圓筒部27a，該軸前端面是抵接到圓環部27b的圓環狀端面。在此狀態下，藉由從輸出軸15側安裝的連結螺栓29，將圓環部 27b與軸前端部7a連結固定。圓環部27b的內徑尺寸幾乎是和中空馬達軸7的內徑尺寸相同。圓筒部27a與軸前端部7a之間，是被O形環30(第3油封)所密封。

圓筒形的套筒31係以可旋轉的狀態，同軸地貫穿中空馬達軸7的內側並延伸。套筒31的前端部31a係固定在外齒齒輪22之輪轂25的圓形中空部。套筒31的後端部31b則是從中空馬達2的後端朝向後方開口。中空部4係由：套筒31的圓形內周面31c；以及其前端的輪轂25的內周面，例如為多角形的內周面25a所決定，該中空部4是朝中心軸線1a的方向貫穿中空致動器1的中心部並延伸。

在此，在杯型外齒齒輪22的內側，插塞27與杯型外齒齒輪22的輪轂25，係朝向中心軸線1a的方向分開。在其之間的空隙是被密封部40所密封。藉由密封部40，即可防止杯型外齒齒輪22之內部的潤滑劑通過空隙，朝中空部4側外漏；或通過中空馬達軸7與套筒31之間，朝向中空馬達2側外漏。

(密封部的構成)

圖2為密封部40的部分放大剖面圖。若參照圖1、圖2來說明的話，密封部40係具備：油封41(第1油封)；保持該油封41的油封室42；以及油封41以可自由滑動的狀態所抵接到的密封滑動部43。

油封室42係配置在外齒齒輪22之圓筒狀筒體部23的內側，藉由連結螺栓44，同軸地連結固定於輪轂25。油封室42與輪轂25之間是被O形環45(第2油封)所密封。密封滑動部43係一體形成於諧波產生器26的插塞27，並朝向輪轂25側突出成圓筒狀。

更詳細而言，外齒齒輪22的輪轂25係具備：連接於膜片24之內側端面24a的圓環狀輪轂端面25b。在本例中，內側端面24a與輪轂端面25b係為與中心軸線1a(參照圖1)正交的平面。在圖2中，係以單點鎖線來表示輪轂25與膜片24的交界25c。

固定於輪轂25的油封室42係具備：圓錐梯狀的輪轂安裝部46；以及密封保持部47，該密封保持部47是從該輪轂安裝部46之外周側的部位，朝向插塞27側突出成圓筒狀。輪轂安裝部46係具備：與輪轂端面25b抵接的油封室端面48。油封室端面48係為：大致對應於輪轂端面25b之大小的圓環狀端面。在油封室端面48之外周側的部分係形成有O形環45的裝設溝49。裝設溝49係為：朝向輪轂端面25b側開口，呈矩形剖面的圓環狀凹部。

在此，於輪轂安裝部46的油封室端面48，裝設溝49之外周側的外周側端面部分48a係與連接於輪轂25之膜片24的接觸部分24b對向。該外周側端面部分48a，與油封室端面48之其他的端面部分48b相較，是從輪轂端面25b僅後退預定距離的平面。在形成有與輪轂端面25b抵接之端面部分48b的部位，係設有連結螺栓 44。在輪轂安裝部46之外周側端面部分48a的外周緣，係連接了朝向從膜片24分開之方向傾斜的圓錐面50。

接下來，針對油封41的裝設部分來加以說明。插塞27側的圓筒狀密封滑動部43，係同軸地配置在油封室42之圓筒狀的密封保持部47的內側。在密封保持部47與密封滑動部43之間係裝設了油封41。油封41是被密封保持部47所保持，其圓形內周面41a係以可以滑動的狀態被壓向密封滑動部43的圓形外周面43a，而形成旋轉密封部。

如此構成的中空致動器1，一旦驅動中空馬達2，中空馬達軸7就會高速旋轉，固定於中空馬達軸7的諧波產生器26也會跟著高速旋轉。一旦諧波產生器26旋轉，外齒齒輪22與內齒齒輪21的嚙合位置就會朝向圓周方向移動。外齒齒輪22的齒數只比內齒齒輪21少2n齒(n為正整數)。通常是減少2齒。所以，在兩齒輪之間即產生對應於兩齒輪之齒數差的相對旋轉。在本例中，是將內齒齒輪21設定為固定側，使外齒齒輪22旋轉。從固定於此的輸出軸15讀取外齒齒輪22的旋轉，再傳達到驅動對象的負荷構件(無圖示)。

密封部40係被組入中空諧波齒輪裝置3之杯型外齒齒輪22的內側，利用密封部40將輪轂25與插塞27之間密封。如此一來，潤滑劑就不會從外齒齒輪22側朝中空部4外漏。因為密封部40係使用油封41與O形環45，這和使用迷宮式密封等之密封構造的情形相比，可以更低價來構成。此外，即使是低黏度的潤滑劑，也可確實防止其外漏，所以密封部40的信賴度較高。

在此，若為使用杯型外齒齒輪22之杯型中空諧波齒輪裝置3時，為了形成較大的中空部4，必須在外齒齒輪22的輪轂25形成較大的中空部。而一旦在輪轂25形成較大的中空部，安裝了「保持著油封41之油封室42」的輪轂端面25b就會變小。若要確保將油封室42連結固定在輪轂25之連結螺栓44的安裝部，就不得不把密封油封室42與輪轂25之間的O形環45的安裝位置，設在輪轂端面25b的外周緣(與膜片24的交界25c)。換言之，就不得不將O形環45的裝設溝49形成在油封室端面48之外周緣側的部分。如此一來，裝設溝49之外周側的油封室端面48的部分，就會與膜片24連接於輪轂25的接觸部分24b對向。

膜片24隨著諧波產生器26的旋轉，以連接於輪轂25的接觸部分24b為中心，反覆朝向中心軸線1a的方向變位。一旦膜片24變位，就可能會對油封室42之油封室端面48的外周緣側的部分造成阻礙。在本例中，係使油封室端面48的外周側端面部分48a從膜片24往後退。所以，朝向中心軸線1a方向變位的膜片24，就不會阻礙到固定在輪轂25之油封室42的油封室端面48。

在此，一旦使油封室端面48的外周側端面部分48a面對輪轂端面25b向後退的話，O形環45的裝設溝49即可在外周側端面部分48a側形成空隙49a。但是，在中空諧波齒輪裝置3的動作狀態下，杯型外齒齒輪22之內側的內壓會因為溫度上昇而昇高。如此一來，O形環45就會在裝設溝49的內部，朝向貼著該半徑方向之內側的內周面部分的方向變形。藉由如此，即可防止O形環的密封效果因為形成空隙49a而降低的情形發生。

再者，在上述的中空致動器1中，諧波產生器26的插塞27係藉由連結螺栓29而連結固定在中空馬達軸(中空輸入軸)7。除此之外，也可以是在中空馬達軸7的外周面部分一體形成插塞27，由單一零件來形成中空馬達軸7與插塞27。上述的中空致動器1雖配置有套筒31，但依據情況亦可省略套筒31。

又，在上述的實施例中，係藉由連結螺栓44將油封室42固定在外齒齒輪22的輪轂25。也可以利用黏著劑將油封室42固定在輪轂25。此時，必須確實管理黏著劑的塗佈量。塗佈量若太少的話，黏著固定部分的信賴度就會降低。而若塗佈量過多時，又必須將多餘的黏著劑擦拭掉。在難以確保用來擦拭黏著劑的作業空間時，很難進行黏著劑的擦拭作業。