TW201636522A

TW201636522A - 諧波齒輪裝置

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Publication number: TW201636522A
Application number: TW104143603A
Authority: TW
Inventors: 小林優
Original assignee: 和諧驅動系統股份有限公司
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2016-10-16
Also published as: US20170370457A1; US10655721B2; EP3246596A4; KR20170098311A; WO2016113847A1; KR101898008B1; CN107110302A; CN107110302B; JPWO2016113847A1; EP3246596B1; EP3246596A1; JP6261773B2; TWI648485B

Abstract

諧波齒輪裝置(1)之諧波產生器(4)的內部接觸部(11)、諧波產生器(4)和外齒齒輪(3)的接觸部(12)、以及齒面部(13)，是藉由潤滑性微小粉體(10)施以潤滑。潤滑性微小粉體(10)，當諧波齒輪裝置(1)運轉時，藉由與諧波產生器(4)成為一體而進行旋轉的第1粉體導件(20)供應給內部接觸部(11)、接觸部(12)。穿過該等部位後的潤滑性微小粉體(10)，藉由與諧波產生器(4)成為一體而進行旋轉的第2粉體導件(30)供應給齒面部(13)。不論諧波齒輪裝置(1)運轉時的姿勢如何，都能將各部分確實地施以潤滑。

Description

諧波齒輪裝置

本發明係關於藉由填充於內部的潤滑性粉體將各部分施以潤滑之諧波齒輪裝置。

大多數的諧波齒輪裝置是利用油及油脂施以潤滑。在專利文獻1所揭示的諧波齒輪裝置係具備：對於必須潤滑的部分從油脂貯留部供給油脂的機構。在專利文獻2所記載的諧波齒輪裝置，是在杯形的外齒齒輪的內部配置有與外齒齒輪一體地旋轉之油槽，對於必須潤滑的部分利用離心力而從油槽供給油。在專利文獻3所揭示的動力傳遞裝置，為了減少滑動構件間的摩擦及磨耗，是使滑動面成為既定表面粗糙度的面，在該滑動面上被覆碳系皮膜，進一步將被覆有碳系皮膜之滑動面之間實施油脂潤滑。

專利文獻1：日本特開2013-92217號公報

專利文獻2：日本特開2011-64304號公報

專利文獻3：日本特開2009-41747號公報

諧波齒輪裝置一般是作為減速機來使用，諧波產生器是藉由馬達等進行高速旋轉。若將諧波產生器之與外齒齒輪的接觸部分、及諧波產生器內部的接觸部分利用油或油脂施以潤滑，高速旋轉的諧波產生器所造成之黏滯阻力損失會變大。因此，會使諧波齒輪裝置之低負載區、高速旋轉區的效率降低。

本發明人為了解決上述課題而提出一種諧波齒輪裝置，藉由使用潤滑性的微小粉體作為潤滑劑，能使低負載區、高速旋轉區的效率大幅提昇。

在使用微小粉體之諧波齒輪裝置中，若諧波齒輪裝置之運轉時的姿勢不同，或是在運轉時諧波齒輪裝置的姿勢發生改變，可能無法維持微小粉體所進行之各部分的潤滑。

本發明的課題是為了提供一種諧波齒輪裝置，其具備有：不論運轉時的姿勢如何都能維持微小粉體的潤滑性能之機構。

具體而言，本發明的課題是為了提供一種諧波齒輪裝置，其具備有可將微小粉體確實地供應給潤滑部分之機構。此外，本發明的課題是為了提供一種諧波齒輪裝置，其具備有能夠防止或抑制吸濕所造成的微小粉體的凝結、潤滑性能降低。再者，本發明的課題是為了提供一種諧波齒輪裝置，其具備有能夠防止或抑制微小粉體附著在潤滑部分以外的部分之機構。

為了解決上述課題，本發明的諧波齒輪裝置，其特徵在於，係具有：剛性的內齒齒輪、可撓性的外齒齒輪、諧波產生器、潤滑性粉體、第1粉體導件以及第2粉體導件；該可撓性的外齒齒輪，是呈同軸地配置在前述內齒齒輪的內側且形成杯狀；該諧波產生器，是裝設在前述外齒齒輪的內側，讓該外齒齒輪呈非圓形地撓曲而與前述內齒齒輪局部地嚙合；該潤滑性粉體，被裝入由前述外齒齒輪和前述諧波產生器所包圍的區劃部內；該第1粉體導件，是在前述區劃部內與前述諧波產生器一體地旋轉，朝向前述諧波產生器的內部接觸部及前述諧波產生器和前述外齒齒輪之間的接觸部的方向引導前述潤滑性粉體；該第2粉體導件，是與前述諧波產生器一體地旋轉，將自前述區劃部穿過前述諧波產生器而移動的前述潤滑性粉體，朝向前述外齒齒輪及前述內齒齒輪之齒面部的方向引導。

當諧波齒輪裝置運轉時，在與潤滑性粉體接觸的狀態下使第1粉體導件與諧波產生器一體地旋轉。藉由旋轉中的第1粉體導件使潤滑性粉體流動，朝向第1潤滑部分(諧波產生器的內部接觸部)及第2潤滑部分(諧波產生器和外齒齒輪的接觸部)的方向將潤滑性粉體進行引導。藉此，能對該等的潤滑部分確實地供給潤滑性粉體。此外，供應給該等潤滑部分之潤滑性粉體的一部分，會穿過該等潤滑部分而往第2粉體導件側移動。第2粉體導件是與諧波產生器一體地旋轉，利用離心力使穿過諧波產生器的潤滑性粉體沿著第2粉體導件而往外周側移動，並將其朝向第3潤滑部分(外齒齒輪和內齒齒輪的齒面部)進行引導。因此，在區劃部內貯留在對應於諧波齒輪裝置的姿勢而成為重力方向下側的部分之潤滑性粉體，可反抗重力而確實供應給各潤滑部分。

在此較佳為，前述第1粉體導件係具備：固定在前述諧波產生器之面對前述區劃部的內側端面部分之固定部、及朝裝置中心軸線的方向呈同軸地延伸之筒狀胴部；前述筒狀胴部，在前述裝置中心軸線的方向之兩端形成有開口，且具有隨著接近前述內側端面部分而朝半徑方向的外側擴大之圓錐台形狀，前述筒狀胴部之內周面及外周面各自之至少一部分，是與前述區劃部內的前述潤滑性粉體接觸。

當具有圓錐台形狀的筒狀胴部旋轉時，利用其離心力沿著筒狀胴部的內周面使潤滑性粉體朝向第1、第2潤滑部分移動。此外，沿著筒狀胴部的外周面朝其圓周方向使潤滑性粉體流動，藉由該外周面和位於其外周側之外齒齒輪的內周面之間的速度差，使流動中的潤滑性粉體沿著外齒齒輪的內周面朝向第1、第2潤滑部分移動。因此，能將潤滑性粉體確實地供應給第1、第2潤滑部分。

當第1粉體導件具備有圓錐台形狀的筒狀胴部的情況較佳為，以頂角成為10deg~30deg的範圍內的角度的方式來規定前述筒狀胴部的前述圓錐台形狀。設定為10deg以上的理由在於，為了使表觀比重小之微小的潤滑性粉體能夠利用離心力而沿著圓錐狀的內周面確實地移動。此外，設定成30deg以下的理由在於，利用微小的潤滑性粉體之安息角，在靜止狀態下，能利用重力而沿著筒狀胴部之圓錐狀的內周面使潤滑性粉體滑落。

此外較佳為，在前述筒狀胴部之外周表面形成有複數個凹部或複數個凸部。例如，在外周表面上，沿圓周方向以既定的節距設置淺溝槽，藉此能使在該外周面和外齒齒輪的內周面之間所形成的潤滑性粉體的流動變激烈。

另一方面，前述諧波產生器一般具備有：剛性的插塞、以及裝設在該插塞之呈非圓形輪廓的插塞外周面之諧波產生器軸承。前述第1潤滑部分(前述諧波產生器的前述內部接觸部)，是前述諧波產生器軸承的構成零件之間的接觸部分。在此情況，作為前述第2粉體導件，可使用呈同軸地固定在前述插塞之圓板狀的構件。這種形狀的前述第2粉體導件可具備有外周側的導板部分及內周側的固定板部分；該外周側的導板部分，是在前述裝置中心軸線的方向上從前述區劃部的相反側與前述諧波產生器軸承對峙；該內周側的固定板部分係固定於前述插塞。

在此情況較佳為，在前述裝置中心軸線的方向上，在用來固定前述內齒齒輪的固定側構件上所形成的圓環狀端面和前述諧波產生器軸承之間配置前述第2粉體導件的前述導板部分，使前述導板部分的一部分以可滑動的狀態接觸前述圓環狀端面。如此，可抑制潤滑性粉體往外部漏出。例如，當諧波產生器與馬達旋轉軸等的輸入軸連結的情況，可抑制潤滑性粉體朝輸入軸側侵入。

另外，本發明的諧波齒輪裝置較佳為，為了防止或抑制潤滑性粉體因吸濕而造成凝結、及因吸濕而造成潤滑性能降低，在用來貯留潤滑性粉體的前述區劃部內配置潤滑性粉體除濕用的加熱器。

此外較佳為，除了前述內部接觸部、前述接觸部及前述齒面部以外，在與前述潤滑性粉體接觸之表面部分的至少一部分，實施粉體附著防止塗布。

本發明之前述潤滑性粉體，是具有層狀的結晶構造之既定粒徑及既定硬度的無機系潤滑性粉體。潤滑性粉體，當諧波齒輪裝置運轉時，會在各接觸面之間被壓扁，移到形成接觸部分之雙方的接觸面上而形成薄的表面膜。此外，被輥軋成厚度變薄且進一步細化後，變化成容易進入接觸部分之內部(接觸面之間)的形狀。

利用如此般形狀變化後的微粉末、及在雙方的接觸面上所形成之薄的表面膜，可維持接觸部的潤滑。此外，移到接觸面上之薄的表面膜及被輥軋且細化後的微粉末都沒有黏性，因此可實現諧波齒輪裝置之低負載區及高速旋轉區的高效率。再者，如此般運轉條件所造成的效率變化減少，因此諧波齒輪裝置的控制性也提高了。

為了獲得既定的潤滑效果而實現諧波產生器的平順旋轉，作為潤滑性粉體較佳為使用平均粒徑15μm以下的微小粉體。此外，潤滑性粉體較佳為莫氏硬度1.5以下之較軟的粉體。

特別是，為了從諧波齒輪裝置的運轉初期開始就能發揮潤滑效果而實現諧波產生器的平順旋轉，較佳為使用：將潤滑性粉體輥軋而碎裂成鱗片狀所獲得的微粉末。

作為具有層狀的結晶構造之潤滑性粉體，可使用二硫化鉬、二硫化鎢、石墨、氮化硼當中之任一者。二硫化鉬、石墨係具有被稱為六方晶系之層狀的結晶構造，氮化硼則具有鱗片狀的結晶構造。又也能將其等當中的2種以上的潤滑性粉體予以組合來使用。

1‧‧‧諧波齒輪裝置

1a‧‧‧裝置中心軸線

2‧‧‧內齒齒輪

3‧‧‧外齒齒輪

3a‧‧‧圓筒狀胴部

3b‧‧‧外齒

3c‧‧‧隔膜

3d‧‧‧突座

3e‧‧‧圓形內周面

4‧‧‧諧波產生器

4a‧‧‧插塞

4b‧‧‧諧波產生器軸承

4c‧‧‧內側端面

4d‧‧‧外側端面

5‧‧‧裝置殼體

5a‧‧‧圓環狀端面

6‧‧‧輸入軸

7a‧‧‧輸出軸

7b‧‧‧緊壓構件

7c‧‧‧緊固用螺栓

8‧‧‧帽蓋

9‧‧‧區劃部

10‧‧‧潤滑性微小粉體

11‧‧‧內部接觸部

12‧‧‧接觸部

13‧‧‧齒面部

20‧‧‧第1粉體導件

21‧‧‧固定板部分

22‧‧‧筒狀胴部

23‧‧‧連結板部分

24‧‧‧上端開口部

25‧‧‧下端開口部

26‧‧‧內周面

27‧‧‧外周面

27a‧‧‧溝槽

28‧‧‧中心軸線

30‧‧‧第2粉體導件

31‧‧‧導板部分

32‧‧‧固定板部分

圖1係顯示運用本發明之諧波齒輪裝置的一例之概略縱剖面圖，是顯示裝置中心軸線朝垂直方向且諧波產生器位於上側之垂直姿勢的狀態。

圖2(a)(b)(c)係顯示圖1的第1粉體導件之一例的前視圖、縱剖面圖及側視圖。

圖3係顯示圖1的第1粉體導件之頂角的說明圖。

圖4係顯示圖1之諧波齒輪裝置成為裝置中心軸線朝向水平方向的水平姿勢狀態之概略縱剖面圖。

圖5係顯示運用本發明的諧波齒輪裝置之一例的概略半縱剖面圖。

圖6係顯示運用本發明的諧波齒輪裝置之一例的概略半縱剖面圖。

以下，參照圖式來說明運用本發明之諧波齒輪裝置的各實施形態。

圖1係顯示運用本發明的諧波齒輪裝置之一例的概略縱剖面圖。諧波齒輪裝置1被稱為杯型，其具備有：圓環狀之剛性的內齒齒輪2、呈杯形之可撓性的外齒齒輪3、以及橢圓狀輪廓的諧波產生器4。外齒齒輪3是呈同軸地配置在內齒齒輪2的內側。諧波齒輪裝置1設置成：使其裝置中心軸線1a朝向垂直方向且諧波產生器4位於上側之垂直姿勢。例如，內齒齒輪2是固定在位於上側之固定側構件、即裝置殼體5，諧波產生器4連結固定在位於上側的馬達旋轉軸等的輸入軸6，外齒齒輪3呈同軸地連結固定在位於下側的輸出軸7a。

外齒齒輪3具有杯形狀，在可沿其半徑方向撓曲之圓筒狀胴部3a之開口端側的外周面部分形成有外齒3b。從圓筒狀胴部3a之相反側的一端形成有：朝半徑方向的內側延伸之隔膜3c。在隔膜3c之內周緣形成有圓環狀之剛性的突座3d。以在圓環狀之緊壓構件7b和輸出軸7a之間夾住突座3d的狀態藉由複數根緊固用螺栓7c將三構件呈同軸地予以緊固固定。

諧波產生器4係具備：剛性的插塞4a、以及裝設在其橢圓狀輪廓的外周面之諧波產生器軸承4b。諧波產生器4裝設在外齒齒輪3之圓筒狀胴部3a之形成有外齒3b的部分之內側。

外齒齒輪3之圓筒狀胴部3a的內部空間成為，藉由裝設於其開口端側之諧波產生器4及安裝在突座3d側之帽蓋8予以閉封之區劃部9。在區劃部9填充有：用來潤滑諧波齒輪裝置1的各潤滑部分之潤滑性微小粉體10。在靜止狀態下，如圖所示般，潤滑性微小粉體10是利用重力而貯留在區劃部9的下側。

潤滑性微小粉體10所進行之諧波齒輪裝置1的主要潤滑部分包含三處。亦即，諧波產生器4的內部接觸部11(諧波產生器軸承4b之構成零件的接觸部)、諧波產生器4和外齒齒輪3的接觸部12(諧波產生器軸承4b的外環外周面和外齒齒輪3之圓筒狀胴部3a的內周面之接觸部)、以及內齒齒輪2和外齒齒輪3的齒面部13。

在此，在諧波產生器4安裝有第1粉體導件20。第1粉體導件20，是在區劃部9的內部與該諧波產生器4一體地旋轉，朝向應潤滑部分之內部接觸部11及接觸部12的方向，將潤滑性微小粉體10進行引導。此外，在諧波產生器4安裝有第2粉體導件30。第2粉體導件30是與諧波產生器4一體地旋轉，將自區劃部9穿過諧波產生器4而往上側移動的潤滑性微小粉體10，朝向應潤滑部分之齒面部13的方向進行引導。

圖2(a)係顯示第1粉體導件20的前視圖，圖2(b)係沿其2b-2b線切斷後的部分之縱剖面圖，圖2(c)係其側視圖。圖3係第1粉體導件20之圓錐台形狀的說明圖。

參照圖1及圖2作說明，諧波產生器4的插塞4a係具備：面對下側的區劃部9之內側端面4c、以及朝向上側之段狀的外側端面4d。第1粉體導件20係具備：呈同軸地固定在插塞4a之內側端面4c的外周側端面部分之圓環狀的固定板部分21、以及沿裝置中心軸線1a的方向呈同軸地延伸之筒狀胴部22。自固定板部分21之外周緣起，複數個連結板部分23以既定的角度間隔朝外側延伸且與筒狀胴部22相連。在本例，是以90度的角度間隔形成有4片的連結板部分23。

筒狀胴部22具有從下側朝向上側往外側擴大的圓錐台形狀。亦即具有：沿著裝置中心軸線1a的方向隨著接近插塞4a之內側端面4c而往外側擴大的圓錐台形狀。此外，筒狀胴部22之上端開口部24的內徑比插塞4a之內側端面4c的外徑更大，透過連結板部分23而安裝於上端開口部24之固定板部分21的外徑，是與內側端面 4c的外徑大致相同。此外，筒狀胴部22之下端開口部25的內徑比帽蓋8及緊壓構件7b的外徑更大。如此，筒狀胴部22，是在區劃部9的內部於上下形成有開口。

再者，從圖1可看出，圓錐台形狀的筒狀胴部22之下半部分，埋沒在貯留於區劃部9之潤滑性微小粉體10中。因此，第1粉體導件20之筒狀胴部22的一部分始終維持與潤滑性微小粉體10接觸的狀態。

在此，圓錐台形狀的筒狀胴部22之內周面26成為平滑面。其外周面27，可如圖2(c)之下半部分所示般成為平滑面，亦可如上半部分所示般成為凹凸面。在本例，是沿圓周方向，以一定的節距形成有一定寬度、一定長度之長圓形的淺溝槽27a。

此外，如圖3所示般，圓錐台形狀的筒狀胴部22之內周面26及外周面27之相對於中心軸線28的傾斜角度、亦即筒狀胴部22之圓錐台形狀的頂角θ，較佳為設定成10deg~30deg的範圍內之角度。

再度參照圖1作說明，第2粉體導件30，是呈同軸地固定在諧波產生器4的插塞4a之段狀的外側端面4d之外周側的端面部分之圓板狀構件。該第2粉體導件30的外周側部分，係從區劃部9的相反側與諧波產生器軸承4b對峙之導板部分31；其內周側部分則是固定在外側端面4d之外周側的端面部分之固定板部分32。在此，在裝置殼體5形成有：與諧波產生器軸承4b對峙之圓環狀端面5a。第2粉體導件30的外周側之導板部分 31，是位於諧波產生器軸承4b和圓環狀端面5a之間。

在本例的諧波齒輪裝置1，當高速運轉時，與諧波產生器4成為一體的第1粉體導件20及第2粉體導件30會進行高速旋轉。利用第1粉體導件20的旋轉所產生之離心力，使該第1粉體導件20的內側之潤滑性微小粉體10，沿著圓錐狀的內周面26朝向應潤滑部分之內部接觸部11及接觸部12上昇。

此外，第1粉體導件20的外側之潤滑性微小粉體10，藉由高速旋轉之第1粉體導件20的圓錐狀的外周面27而沿圓周方向流動。特別是如圖2(c)的上半部分所示般，當外周面27成為設有溝槽27a等的凹凸面的情況，能夠使潤滑性微小粉體10激烈地流動。

在此，相對於進行高速旋轉的第1粉體導件20，包圍其之外齒齒輪3則進行減速旋轉。因此，在第1粉體導件20之圓錐狀的外周面27和外齒齒輪3之圓筒狀胴部3a的圓形內周面3e之間會產生極大的速度差。利用該速度差，使沿圓周方向流動的潤滑性微小粉體10，沿著圓形內周面3e而朝向內部接觸部11、接觸部12上昇。

結果，貯留於區劃部9的潤滑性微小粉體10會供應給內部接觸部11(諧波產生器軸承4b)及接觸部12(諧波產生器4和外齒齒輪3的接觸部)，而將該等部分施以潤滑。

再者，供給到諧波產生器軸承4b之潤滑性微小粉體10的一部分，會穿過該諧波產生器軸承4b的軌道部而往上側移動。此外，供給到諧波產生器4和外齒齒輪3之間的潤滑性微小粉體10的一部分，會穿過其等間而往上側移動。

在諧波產生器軸承4b的上側配置有：與諧波產生器4成為一體之高速旋轉的第2粉體導件30。因此，穿過上側後的潤滑性微小粉體10，藉由高速旋轉的第2粉體導件30之外周側的導板部分31往外周側引導，而供應給應潤滑部分之外齒及內齒的齒面部13。

接著，圖4顯示諧波齒輪裝置1自圖1所示的垂直姿勢改變成水平姿勢的情況之概略縱剖面圖。在裝置中心軸線1a朝向水平方向之水平姿勢的靜置狀態下，藉由重力，使潤滑性微小粉體10成為貯留於區劃部9內之位於下側的外齒齒輪3之圓筒狀胴部3a上的狀態。

在水平姿勢下的運轉時，利用第1粉體導件20的旋轉所產生之離心力，使該第1粉體導件20的內側之潤滑性微小粉體10，沿著圓錐狀的內周面26朝圓周方向移動，且朝向應潤滑部分之內部接觸部11、接觸部12移動。

藉由高速旋轉的第1粉體導件20之圓錐狀的外周面27，使第1粉體導件20的外側之潤滑性微小粉體10沿圓周方向流動，而移動到圖4中的上側。此外，利用第1粉體導件20之圓錐狀的外周面27和外齒齒輪3之圓筒狀胴部3a的圓形內周面3e之間的極大速度差，使沿圓周方向流動的潤滑性微小粉體10，沿著圓形內周面3e朝向應潤滑部分之內部接觸部11、接觸部12移動。

更詳細地說，圓錐狀的外周面27和圓形內周面3e之間隔，是朝向應潤滑部分之內部接觸部11、接觸部12的方向而逐漸縮小。因此，利用外周面27和內周面3e的速度差，使潤滑性微小粉體10當中之相對微細的粉體往圖中的右側(諧波產生器4側)、相對粗大的粉體則往左側進行粒度分離。結果，將相對微細的粉體優先供應給應潤滑部分之內部接觸部11、接觸部12。

此外，穿過該等內部接觸部11、接觸部12而移動的潤滑性微小粉體10，是藉由與諧波產生器4成為一體而高速旋轉的第2粉體導件30，被供應給應潤滑部分之外齒及內齒的齒面部13。

如此般，縱使諧波齒輪裝置1運轉時的姿勢改變，貯留在區劃部9的潤滑性微小粉體10可藉由第1粉體導件20進行攪拌而朝向潤滑部分進行供給。因此，可防止潤滑性微小粉體的再凝結，而能將各部分確實地施以潤滑。

(其他實施形態)

圖5係顯示運用本發明的諧波齒輪裝置之其他例的概略半縱剖面圖。圖5所示的諧波齒輪裝置1A之基本構造是與前述諧波齒輪裝置1相同，因此圖中對於相對應的部位是賦予相同符號而省略其等的說明。

諧波齒輪裝置1A具備有除濕用的加熱器41、42。藉由加熱器41、42，可防止或抑制區劃部9內的潤滑性微小粉體10因吸濕而造成凝結、潤滑性能降低。加熱器41是安裝在外齒齒輪3的隔膜3c的內側端面之圓環狀加熱器，加熱器42是安裝在帽蓋8的中心部分之圓盤狀加熱器。也能僅使用其中一方的加熱器，加熱器的安裝場所也可以是其他部分。

此外，在諧波齒輪裝置1A，使第2粉體導件30A之外周側的導板部分31之外周緣部分33可滑動地接觸裝置殼體5之圓環狀端面5a。如此，能更確實地防止或抑制：潤滑性微小粉體10通過第2粉體導件30A和裝置殼體5間的間隙而侵入輸入軸(未圖示)側。

接下來，圖6顯示運用本發明的諧波齒輪裝置之其他例的概略半縱剖面圖。圖6所示之諧波齒輪裝置1B的基本構造也是與前述諧波齒輪裝置1相同，因此圖中對於相對應的部位是賦予相同符號而省略其等的說明。

在本例的諧波齒輪裝置1B，除了應潤滑部分的內部接觸部11、接觸部12、齒面部13以外，在面對區劃部9之部分的表面實施粉體附著防止塗布。例如實施氟塗布。在本例，實施有塗布的表面是用二點鏈線表示。亦即包括：外齒齒輪3的圓形內周面3e、第1粉體導件20的固定板部分21之內側表面21a、圓錐台形狀的筒狀胴部22之表面全體、帽蓋8的表面、緊固螺栓51及制動板52的表面等。