TW201928232A - 杯型的諧波齒輪裝置 - Google Patents

Abstract

一種諧波齒輪裝置(1)，具有：剛性的內齒齒輪(2)；可撓性的外齒齒輪(3)：以及諧波產生器(4)。在被諧波產生器(4)彎折前的狀態下，外齒齒輪(3)之圓筒狀筒體部(11)的內徑，其後端內徑D為最小，從後端(11a)朝向開口端(11b)漸增。在被諧波產生器(4)彎折的狀態下，若以圓筒狀筒體部(11)之開口端(11b)的橢圓形內周面的短徑為D1時，則D1≦D。具有錐形之圓筒狀筒體部(11)的外齒齒輪(3)，係適用於鑄造等之模成型的製造，也可緩和波形軸承的過度局部接觸。

Description

杯型的諧波齒輪裝置

本發明係關於諧波齒輪裝置，特別是有關具有杯型之可撓性外齒齒輪之杯型的諧波齒輪裝置。

作為杯型的諧波齒輪裝置，較為人知的是將杯型之外齒齒輪的圓筒狀筒體部設定成錐形者。在專利文獻1中，即提案具有此形狀之外齒齒輪的諧波齒輪裝置。

在專利文獻1所記載的諧波齒輪裝置中，係將外齒齒輪之圓筒狀筒體部的膜片側之後端的半徑，設定為小於旋轉傳達構件(諧波產生器)之橢圓形輪廓的短軸半徑，該旋轉傳達構件(諧波產生器)是用來將該圓筒狀筒體部的開口端部分彎折成橢圓形。在外齒齒輪的開口端部分被彎折成橢圓形的狀態下，形成有外齒的開口端部分係在圓周方向的所有的位置，成為朝向開口端側且朝向半徑方向外側伸展的錐形。

[先前技術文獻]
[專利文獻]

[專利文獻1] 特開2017－137882號公報

[發明所欲解決之課題]

用來將外齒齒輪彎折成橢圓形的諧波產生器，通常是由：具有橢圓形外周面之剛體的插塞、以及波形軸承所構成，該波形軸承係安裝在插塞之橢圓形外周面、與外齒齒輪之圓筒狀筒體部的開口端側部分之間。當在外齒齒輪的圓筒狀筒體部具有朝向該開口端側的大錐角時，波形軸承的外輪、以及圓筒狀筒體部之開口端側的內周面部分之間的接觸，會陷入過度局部接觸的狀態。

在局部接觸的狀態下，一旦形成有外齒的開口端部分受到波形軸承的支承，就會發生不必要的推力作用在各部分，使外齒齒輪對內齒齒輪的嚙合深度在齒交線方向上有極大的差異，而無法形成適當之嚙合狀態等的弊害。為了改善齒交線方向上的嚙合狀態，必須講求使內齒齒輪成為圓錐齒形等的對應方法，但隨之會產生製造成本上揚等的問題。

本發明為著眼於具有以往之錐形圓筒狀筒體部的外齒齒輪者。本發明的目的即為提供一種具有外齒齒輪之杯型的諧波齒輪裝置，該外齒齒輪係適用於衝壓成形、鍛造、鑄造等之模成型的製造，且具有錐形的圓筒狀筒體部，該錐形的圓筒狀筒體部係可緩和波形軸承之局部接觸所引起的弊害。

[用以解決課題之手段]

本發明之杯型的諧波齒輪裝置，具備：剛性的內齒齒輪；可撓性的外齒齒輪；以及諧波產生器。外齒齒輪係具備：可朝向半徑方向彎折的圓筒狀筒體部；膜片，該膜片是從該圓筒狀筒體部之其中一端的後端，朝向該圓筒狀筒體部之中心軸線側延伸；剛體的圓環狀或圓盤狀的輪轂，該輪轂是形成在該膜片之中心側的部分；以及外齒，該外齒是形成在圓筒狀筒體部之另一端的開口端側的外周面部分。此外，諧波產生器，係將圓筒狀筒體部中，形成有外齒之開口端側的部分彎折成橢圓形，在圓周方向上分開的複數個位置，形成嚙合於內齒齒輪嚙合部分。

進一步，外齒齒輪的圓筒狀筒體部係呈滿足以下條件的形狀。亦即，在被諧波產生器彎折前的狀態下，圓筒狀筒體部的內徑，在該後端的內徑(後端內徑)為最小，從該後端朝向開口端漸增。圓筒狀筒體部的外徑，也是在該後端的外徑為最小，從該後端朝向開口端漸增。此外，在被諧波產生器彎折的狀態下，圓筒狀筒體部之開口端的橢圓形內周面的短徑，係相同或小於圓筒狀筒體部的後端內徑。亦即，若以成為最小內徑的後端內徑為D，在被諧波產生器彎折的狀態下，當圓筒狀筒體部之開口端的橢圓形內周面的短徑為D1時，
D1≦D。

在本發明的諧波齒輪裝置中，外齒齒輪之圓筒狀筒體部的初期形狀(被彎折前的形狀)，是朝向該開口端側稍微伸展的錐形。可形成：利用鍛造、鑄造、衝壓成形等之模成型來製造外齒齒輪時，具有切削裕度(machining allowance)的形狀。

此外，被彎折成橢圓形之狀態的圓筒狀筒體部變成如下所述。在形成有外齒之開口端側之部分的橢圓形的長軸位置，成為朝向開口端且朝向半徑方向外側僅稍微伸展的錐形狀態。相對於此，在短軸位置，則形成朝向開口端但沒有傾斜的狀態、或者是朝向半徑方向內側僅稍微變窄的倒錐形狀態。因為圓筒狀筒體部的錐角極小，所以在形成有兩齒輪之嚙合狀態的長軸位置，可緩和因為開口端之部分的傾斜所引起的波形軸承的局部接觸。

在此，係可使用具有預定厚度的圓盤狀膜片來作為膜片，該圓盤狀膜片是從圓筒狀筒體部的後端，朝向與中心軸線正交的正交方向延伸。

此外，還可以使用截圓錐狀膜片來作為膜片，該截圓錐狀膜片係從後端，以預定角度對著與中心軸線正交之方向傾斜的方向延伸。例如：可使用具有預定厚度之前端尖細狀的膜片來作為膜片，該前端尖細狀的膜片，其內徑與外徑是從圓筒狀筒體部的後端沿著中心軸線，朝向開口端的相反側漸減。

不管是任何形狀的膜片，與圓筒狀筒體部之後端連接的部分都為最大外徑、最大內徑，而與輪轂連接的部分則為最小外徑、最小內徑。

參照圖面，說明適用本發明之杯型諧波齒輪裝置的實施形態如下。圖1(a)為適用本發明之杯型諧波齒輪裝置的概略縱剖面圖，(b)為其概略端面圖。杯型的諧波齒輪裝置1(以下簡稱為「諧波齒輪裝置1」)，具備：圓環狀之剛性的內齒齒輪2；同軸地配置在其內側之杯型的可撓性外齒齒輪3；以及嵌入其內側的諧波產生器4。

杯型的外齒齒輪3，具備：圓筒狀筒體部11；圓盤狀的膜片12，該圓盤狀的膜片12是從上述圓筒狀筒體部之其中一端的後端11a，朝向半徑方向的內側延伸；剛體之圓環狀的輪轂13，該輪轂13是連接於膜片12的內周緣；以及外齒3a，該外齒3a是形成在圓筒狀筒體11之另一端的開口端11b側的外周面部分。圓筒狀筒體部11的初期形狀是從後端11a朝向開口端11b，僅稍微伸展的錐形。

膜片12，具備：彎曲部分12a，該彎曲部分12a係平順地連接於圓筒狀筒體部11的後端11a，朝向中心軸線1a側呈直角地彎曲；膜片本體部分12b，該膜片本體部分12b 是從彎曲部分12a的端部朝向半徑方向，呈直線狀延伸；以及輪轂側接合根部部分12c，該輪轂側接合根部部分12c是連接於膜片本體部分12b的內周緣，且厚度漸增而連接於輪轂13。

諧波產生器4，具備：圓筒狀的凸出部(hub)21；透過歐丹接頭22安裝在其外周面的插塞23；以及安裝在該插塞23之橢圓形外周面24的波形軸承25。本例的波形軸承25係由滾珠軸承所構成。諧波產生器4係嵌入到外齒齒輪3的圓筒狀筒體部11中，形成有外齒3a之部分的內側。正圓之圓筒狀筒體部11之開口端11b側的部分，係被諧波產生器4彎折成橢圓形。被彎折成橢圓形的外齒3a，係在橢圓形之長軸Lmax的兩端，嚙合於內齒齒輪2的內齒2a。

當諧波產生器4旋轉，外齒齒輪3對內齒齒輪2的嚙合位置會朝向圓周方向移動。如此一來，即如大眾所知，在兩齒輪之間會產生對應於兩齒輪2、3之齒數差的相對旋轉，可將其中一個齒輪固定，從另一個齒輪讀取減速旋轉。

圖2(a)為被彎折成橢圓形之前的初期狀態的外齒齒輪3之縱剖面圖，圖2(b)為被彎折成橢圓形之狀態下，包含長軸Lmax之剖面的縱剖面圖，圖2(c)為被彎折成橢圓形的狀態下，包含短軸Lmin之剖面的縱剖面圖。圖3(a)為顯示杯型之外齒齒輪的圓筒狀筒體部之錐形的說明圖，圖3(b)為其後端11a之彎折前的圓形內周面形狀、開口端11b之彎折前的圓形內周面形狀、以及開口端11b之彎折後的橢圓形內周面形狀的說明圖。

圖2(a)係顯示外齒齒輪3之圓筒狀筒體部11的初期狀態，意即，是諧波產生器4未嵌入到內部，未被彎折成橢圓形之前的狀態。在此狀態下，中心軸線1a方向上之各位置的內周面形狀係為正圓。此外，圓筒狀筒體部11係呈：從後端11a朝向開口端11b伸展的錐形。具體而言，初期狀態之圓筒狀筒體部11的內徑，其後端11a之後端內徑D為最小，從該後端11a朝向開口端11b漸增，開口端11b的開口端內徑Do成為最大。

在本例中，在以包含中心軸線1a的剖面來看時，圓筒狀筒體部11的內周面11c係從後端11a一直到開口端11b為止，是以固定的錐角朝向半徑方向外側呈直線狀伸展。又，圓筒狀筒體部11幾乎為相同的厚度，即使是在圓筒狀筒體部11的外周面11d，其外徑也是從後端11a朝向開口端11b側的外齒3a，以固定的錐角呈直線狀漸增。整體而言，外齒齒輪3係呈：在利用鍛造、鑄造、衝壓成形等模成型來製造時，係具有切削裕度的形狀。

如圖2(b)、圖2(c)、以及圖3所示，在被諧波產生器4彎折成橢圓形後的狀態下，圓筒狀筒體部11的開口端11b成為橢圓形內周面。以決定橢圓形內周面的橢圓為C(D1，D2)、其短徑為D1、其長徑為D2。再者，以決定彎折前之圓筒狀筒體部11的後端11a的後端內周面之正圓為C(D)，其內徑(後端內徑)為D，決定開口端11b之開口端內周面的正圓為C(Do)、其內徑為Do。短徑D1、長徑D2、後端11a的後端內徑D、以及開口端11b的開口端內徑Do，係滿足以下關係。
D1≦D＜Do＜D2

在被彎折成橢圓形的狀態下，圓筒狀筒體部11之形成有外齒3a的部分，在橢圓形之長軸Lmax的位置，變成朝向開口端11b，且朝向半徑方向外側僅稍微伸展的錐形狀態。相對於此，在短軸Lmin的位置中，形成有外齒3a的部分則是變成朝向開口端11b但沒有傾斜的狀態、或者是朝向半徑方向內側僅稍微變窄的倒錐形狀態。因為圓筒狀筒體部11的錐角極小，所以在形成有內齒2a與外齒3a之嚙合狀態的長軸Lmax的位置，可緩和因為開口端11b之部分的傾斜所引起的波形軸承25的局部接觸。

又，在錐形的圓筒狀筒體部11中，當以包含中心軸線1a的剖面來看時，有可能從後端11a朝向開口端11b是由凸曲線或凹曲線來決定內周面11c以及外周面11d。此外，也可以在內周面11c與外周面11d加上不同的錐角。

圖4(a)～(d)係為具有不同形狀之膜片的外齒齒輪之各例的說明圖。在這些圖中，對應於上述外齒齒輪3之各部的部位，係使用相同的符號。

在圖4(a)中所示之外齒齒輪3A的膜片12A，係呈截圓錐狀，該膜片12A係從圓筒狀筒體部11的後端11a，對著與該中心軸線1a正交的方向，以預定的角度朝向開口端11b之相反側傾斜的方向延伸。相反地，圖4(b)中所示的外齒齒輪3B的膜片12B，則是呈從圓筒狀筒體部11的後端11a，以極小的角度朝向開口端11b側傾斜的扁平截圓錐狀。

圖4(c)中所示之外齒齒輪3C的膜片12C，係呈前端尖細的形狀，該膜片12C的內徑與外徑是從圓筒狀筒體部11的後端11a，沿著中心軸線1a朝向開口端11b的相反側漸減。膜片12C的外周面係由凸曲面所決定，其內周面係由凹曲面所決定。圖4(d)中所示之外齒齒輪3D的膜片12D也是呈前端尖細的形狀，該膜片12D的內徑與外徑也是從圓筒狀筒體部11的後端11a，沿著中心軸線1a朝向開口端11b的相反側漸減。膜片12D的外周面係由凸曲面以及凹曲面所決定，其內周面係由凹曲面以及凸曲面所決定。

無論是任何形狀的外齒齒輪3A～3D，都具有錐形的圓筒狀筒體部11。此外，在膜片12A～12D中，與圓筒狀筒體部11之後端11a連接的部分係為最大外徑、最大內徑，與輪轂13連接的部分則為最小外徑、最小內徑。可使用具有這些膜片12A～12D的外齒齒輪3A～3D，來取代上述的外齒齒輪3。

1‧‧‧諧波齒輪裝置

1a‧‧‧中心軸線

2‧‧‧內齒齒輪

2a‧‧‧內齒

3、3A、3B、3C、3D‧‧‧外齒齒輪

3a‧‧‧外齒

4‧‧‧諧波產生器

11‧‧‧圓筒狀筒體部

11a‧‧‧後端

11b‧‧‧開口端

11c‧‧‧內周面

11d‧‧‧外周面

12、12A、12B、12C、12D‧‧‧膜片

12a‧‧‧彎曲部分

12b‧‧‧膜片本體部分

12c‧‧‧膜片接合根部部分

13‧‧‧輪轂

21‧‧‧凸出部

22‧‧‧歐丹接頭

23‧‧‧插塞

24‧‧‧橢圓形外周面

25‧‧‧波形軸承

D‧‧‧後端內徑

D1‧‧‧短徑

D2‧‧‧長徑

Do‧‧‧開口端內徑

Lmax‧‧‧長軸

Lmin‧‧‧短軸

C(D1，D2)‧‧‧決定橢圓形內周面的橢圓

C(D)‧‧‧決定後端內周面的正圓

C(Do)‧‧‧決定開口端內周面的正圓

[圖1] (a)為適用本發明之諧波齒輪裝置的概略縱剖面圖、(b)為其概略端面圖。

[圖2] (a)為被彎折成橢圓形之前的外齒齒輪的縱剖面圖，(b)為被彎折成橢圓形之狀態下，包含長軸之剖面的縱剖面圖，(c)為被彎折成橢圓形的狀態下，包含短軸之剖面的縱剖面圖。

[圖3] (a)為杯型之外齒齒輪的圓筒狀筒體部之錐形的說明圖，(b)為其後端的圓形內周面形狀、開口端的圓形內周面形狀、以及開口端之橢圓形內周面形狀的說明圖。

[圖4] 為具有不同形狀之膜片的外齒齒輪之實施例的說明圖。

Claims (2)

1. 一種杯型的諧波齒輪裝置，其特徵為： 具備：剛性的內齒齒輪；可撓性的外齒齒輪；以及諧波產生器， 上述外齒齒輪，具備：可朝向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之其中一端的後端，朝向上述圓筒狀筒體部之中心軸線側延伸；剛體的圓環狀或圓盤狀的輪轂，該輪轂是形成在上述膜片之中心側的部分；以及外齒，該外齒是形成在上述圓筒狀筒體部之另一端的開口端側的外周面部分， 上述諧波產生器，係將上述圓筒狀筒體部中，上述開口端側的部分彎折成橢圓形，在圓周方向上分開的複數個位置，形成上述外齒齒輪之外齒嚙合於上述內齒齒輪之內齒的嚙合部分， 在被上述諧波產生器彎折前的狀態下，上述圓筒狀筒體部的內徑，在上述後端的後端內徑為最小，從該後端朝向上述開口端漸增，上述圓筒狀筒體部的外徑，在上述後端為最小，從該後端朝向上述開口端漸增， 在被上述諧波產生器彎折的狀態下，上述圓筒狀筒體部之上述開口端的橢圓形內周面的短徑，係相同或小於上述圓筒狀筒體部之上述後端的內徑。
2. 如申請專利範圍第1項之杯型的諧波齒輪裝置，其中， 上述膜片， 係為固定厚度的圓盤狀的膜片，該圓盤狀的膜片係從上述圓筒狀筒體部的上述後端，朝向與上述中心軸線正交的正交方向延伸，或者是 截圓錐狀的膜片，該截圓錐狀的膜片係從上述後端，朝向以預定角度對著上述正交方向傾斜的方向延伸。