TW202319664A - 諧波齒輪裝置 - Google Patents

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TW202319664A
TW202319664A TW111131439A TW111131439A TW202319664A TW 202319664 A TW202319664 A TW 202319664A TW 111131439 A TW111131439 A TW 111131439A TW 111131439 A TW111131439 A TW 111131439A TW 202319664 A TW202319664 A TW 202319664A
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小林優
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日商和諧驅動系統股份有限公司
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Abstract

諧波齒輪裝置(1)，為了限制外齒齒輪(4)之軸線方向的移動，外齒齒輪(4)的其中一個第1環狀端面(41)與固定側構件亦即裝置外殼(7)之間的接觸，藉由直接使滾動體亦即第1滾珠(13)介存於前述構件之間，而成為滾動接觸。同樣地，外齒齒輪(4)的另一個第2環狀端面(42)與轉動側構件亦即輸出軸(8)之間的接觸，藉由直接使滾動體亦即第2滾珠(23)介存於前述構件之間，而成為滾動接觸。由於在接觸部分不存在滾動接觸以外的接觸，因此能大幅地降低因接觸部分的滑動所衍生的摩擦損耗。藉由「從軸線方向對滾動接觸的部分加壓，消除了軸線方向的晃動」，可確實地抑制外齒齒輪(4)之軸線方向的移動，防止大量的推力產生。

Description

諧波齒輪裝置
本發明關於：具備「用來限制外齒齒輪之軸線方向的移動之機構」的諧波齒輪裝置。
作為諧波齒輪裝置，已知有平板型諧波齒輪裝置。在平板型諧波齒輪裝置中，引發一種被稱為「步行(walking)」的現象，亦即外齒齒輪朝軸線方向(推力方向)移動。通常，為了將「外齒齒輪之軸線方向的移動」限制在容許的可動範圍，而配置用來限制外齒齒輪之移動的限制構件(F/S偏離防止部：板、固定環等)(專利文獻1、2)。此外，也提出了「在外齒齒輪的部位，配置環狀彈簧等(專利文獻3)」、「將外齒齒輪設成人字型齒(Herringbone)」等方案。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2014-199130號公報 [專利文獻2]日本實開平3-119643號公報 [專利文獻3]國際公開第第2016/194066號公報
[發明欲解決之問題]
然而，在用來限制諧波齒輪裝置之外齒齒輪的軸線方向之移動的傳統機構中，存在以下的課題：雖然微小，卻也導致外齒齒輪產生了軸線方向的位移，而使起因於「和限制構件間之接觸部分的滑動」的摩擦損耗(Friction loss)較大。
本發明的目的是提供一種：可抑制外齒齒輪之軸線方向的位移，並且可大幅地降低摩擦損耗的諧波齒輪裝置，該摩擦損耗是起因於：與「用來限制外齒齒輪之軸線方向的移動」的構件間之接觸部分的滑動。 [解決問題之手段]
為了解決上述的課題，本發明的諧波齒輪裝置，其特徵為：具有： 固定側的第1內齒齒輪及轉動側的第2內齒齒輪，其同軸地排列並配置於軸線方向； 圓筒狀的外齒齒輪，其同軸地配置於前述第1、第2內齒齒輪的內側，且可朝半徑方向撓曲； 諧波產生器，其將前述外齒齒輪朝半徑方向撓曲而分別局部地嚙合於第1、第2內齒齒輪，並促使嚙合位置朝圓周方向移動； 第1限制部及第2限制部，為了限制外齒齒輪在軸線方向上的移動，而隔著外齒齒輪，將該第1限制部配置於軸線方向中的第1內齒齒輪側，並將該第2限制部配置於第2內齒齒輪側， 第1限制部具有：第1軌道溝，其形成於「外齒齒輪之軸線方向中的第1內齒齒輪側的第1環狀端面」；固定側軌道溝，其形成於固定側構件，該固定側構件在軸線方向上面向該第1軌道溝；複數個第1滾動體，其以可滾動的狀態被夾設於第1軌道溝與固定側軌道溝之間， 第2限制部具有：第2軌道溝，其形成於「外齒齒輪之軸線方向中的第2內齒齒輪側的第2環狀端面」；轉動側軌道溝，其形成於轉動側構件，該轉動側構件與「在軸線方向上面向該第2軌道溝的第2內齒齒輪」一體轉動；複數個第2滾動體，其以可滾動的狀態被夾設於第2軌道溝與轉動側軌道溝之間。
在此，最好是在第1限制部的第1軌道溝與固定側軌道溝之間，以預定的加壓狀態，將第1滾動體保持於軸線方向上。在此，最好是在第2限制部的第2軌道溝與轉動側軌道溝之間，以預定的加壓狀態，將第2滾動體保持於軸線方向上。
藉由加厚外齒齒輪的輪緣厚度，使其軸線方向兩端的第1、第2環狀端面，成為可形成「可供滾動體滾動之第1、第2軌道溝」的寬度，並可設置第1、第2限制部。 [發明的效果]
在本發明的諧波齒輪裝置中，藉由使滾動體直接介存於外齒齒輪與「用來限制外齒齒輪之軸線方向的移動」之兩側的固定側構件及轉動側構件之間，而使外齒齒輪與固定側構件及轉動側構件之間的接觸，成為滾動接觸。由於在接觸部分不存在滾動接觸以外的接觸，因此能大幅地降低因接觸部分的滑動所衍生的摩擦損耗。此外，藉由「從軸線方向對滾動接觸的部分加壓，消除了軸線方向的晃動」，可確實地抑制外齒齒輪之軸線方向的移動，防止大量的推力產生。其結果，能提高諧波齒輪裝置的效率。
以下，參考圖面說明採用了本發明之諧波齒輪裝置的實施形態。以下所述的實施形態為本發明的其中一例，並無將本發明侷限於該實施形態的意圖。
圖1(A)為顯示實施形態之平板型諧波齒輪裝置的概略縱剖面圖，圖1(B)為顯示內齒齒輪與外齒齒輪之咬合(嚙合)狀態的說明圖。平板型諧波齒輪裝置1(以下，簡稱為「諧波齒輪裝置1」)具有：同軸地排列並配置於軸線方向之固定側的第1內齒齒輪2及轉動側的第2內齒齒輪3；同軸地配置於第1、第2內齒齒輪2、3的內側，且能朝半徑方向撓曲之圓筒狀的外齒齒輪4；同軸地配置於外齒齒輪之內側的諧波產生器5。諧波產生器5具備：剛性栓塞5a；波浪軸承5c，被安裝於該剛性栓塞5a的橢圓形外周面5b。本例之固定側的第1內齒齒輪2，被連結固定於作為固定側構件的裝置外殼7，轉動側的第2內齒齒輪3，則被連結固定於作為轉動側構件之圓盤狀的輸出軸8。輸出軸8，隔著軸承9而由裝置外殼7支承成自由轉動的狀態。
如圖1(B)所示，外齒齒輪4被諧波產生器5撓曲成橢圓形，在橢圓形之長軸Lmax的兩端部分，分別咬合(嚙合)於第1、第2內齒齒輪2、3。固定側之第1內齒齒輪2的齒數，比外齒齒輪4的齒數更多2n齒(n為正整數)，轉動側之第2內齒齒輪3的齒數，與外齒齒輪4的齒數相同。一旦諧波產生器5藉由馬達等而轉動，固定側的第1內齒齒輪2與外齒齒輪4之間的嚙合位置將朝圓周方向移動，且外齒齒輪4以「對應於齒數差的轉數」形成轉動。齒數與外齒齒輪4相同的第2內齒齒輪3，與外齒齒輪4一體轉動，而使外齒齒輪4的轉動透過第2內齒齒輪3從輸出軸8輸出。
在此，諧波齒輪裝置1，為了限制外齒齒輪4之軸線方向的移動，而具備第2限制部20，該第2限制部20隔著外齒齒輪4，配置在「已配置於軸線方向中的第1內齒齒輪2側」的第1限制部10及第2內齒齒輪3側。
圖2(A)為顯示外齒齒輪的概略局部縱剖面圖，圖2(B1)為顯示第1限制部之剖面形狀及其軌道溝的說明圖，(B2)為顯示第1限制部之軌道溝的說明圖，(C1)為顯示第2限制部之剖面形狀及其軌道溝的說明圖，(C2)為顯示第2限制部之軌道溝的說明圖。
如圖2(B1)所示，第1限制部10具有：第1軌道溝11，其形成在「外齒齒輪4之軸線方向中的第1內齒齒輪2側的第1環狀端面41」；固定側軌道溝12，其形成在裝置外殼7的環狀端面71，該裝置外殼7是從軸線方向面向該第1軌道溝11的固定側構件；複數個第1滾珠13(第1滾動體)，其以可滾動的狀態，被包夾於第1軌道溝11與固定側軌道溝12之間；保持器14，其以預定的間隔，將第1滾珠13保持於圓周方向上。從固定側軌道溝12側朝軸線方向施加預定的加壓，而將第1滾珠13包夾於「形成在外齒齒輪4之第1環狀端面41的第1軌道溝11」。為了形成適當的加壓狀態，而設定：固定側軌道溝12對第1軌道溝11之軸線方向的位置。
如圖2(C1)所示，第2限制部20具有：第2軌道溝21，其形成在「外齒齒輪4之軸線方向中的第2內齒齒輪3側的第2環狀端面42」；轉動側軌道溝22，其形成在輸出軸8的環狀端面81，該輸出軸8是從軸線方向面向該第2軌道溝21的轉動側構件；複數個第2滾珠23(第2滾動體)，其以可滾動的狀態，被包夾於第2軌道溝21與轉動側軌道溝22之間。從轉動側軌道溝22側朝軸線方向施加預定的加壓，而將第2滾珠23包夾於「形成在外齒齒輪4之第2環狀端面42的第2軌道溝21」。為了形成適當的加壓狀態，而設定：轉動側軌道溝22對第2軌道溝21之軸線方向的位置。
第1限制部10被配置在：在諧波齒輪裝置1的運轉狀態中，形成減速轉動的外齒齒輪4、與固定側的裝置外殼7之間。參考圖2(B1)、(B2)進行說明，外齒齒輪4側的第1軌道溝11及裝置外殼7側的固定側軌道溝12，分別是以軸線1a作為中心的圓環狀軌道溝，並形成：從軸線方向起，以一定(恆定)的間隔形成對峙(相對向)的對稱形狀。相對於在圖2(B2)中以粗的實線表示的固定側軌道溝12，被撓曲成橢圓形之外齒齒輪4側的第1軌道溝11，則如同細的一點鏈線所示，從圓環狀被撓曲成橢圓形。伴隨著諧波產生器5的轉動，第1軌道溝11之圓周方向的各部分，以一定(恆定)的振幅(df)反覆朝向半徑方向形成位移。為了將第1滾珠13以自由滾動的狀態保持在「圓環狀的固定側軌道溝12」與「各部分反覆朝半徑方向形成位移的第1軌道溝11」之間，而形成這些軌道溝。此外，在這些軌道溝之間，嵌入有4個以上的第1滾珠13，這些第1滾珠13，由保持器14在圓周方向上保持等角度間隔。舉例來說，如圖2(B2)所示，嵌入有4個第1滾珠13。
第1限制部10的第1軌道溝11及固定側軌道溝12，具有：平坦的溝底面11a、12a；外周側溝側面11b、12b及內周側溝側面11c、12c，其由連接於該溝底面11a、12a之半徑方向的外周緣及內周緣的圓弧狀凹面所形成。倘若將第1滾珠13的直徑設為D1時，第1軌道溝11、固定側軌道溝12的溝深度H1可形成0.07D1~0.09D1。 0.07D1≦H1≦0.09D1
第1滾珠13，在「圓環狀的固定側軌道溝12」、與「以被撓曲成橢圓形的狀態，周方向的各部分反覆朝半徑方向形成位移的第1軌道溝11」之間，如同圖2(B1)之一點鏈線的箭號13A所示，諧波產生器5每轉動1圈，便沿著預定振幅的波浪狀軌跡，朝半徑方向滾動。為了不妨礙上述第1滾珠13的動作，倘若將「被撓曲成橢圓形的外齒齒輪4的長軸Lmax之位置處的半徑方向撓曲量」設為df時，溝底面11a、12a的寬度W1則至少被設定成df。 W1≧df
此外，為了不對「來回滾動於溝內的第1滾珠13」形成干涉，用來限制外周側溝側面11b、12b及內周側溝側面11c、12c的圓弧狀凹面的曲率半徑R1，被設定成0.52D1~0.7D1。 0.52D1≦R1≦0.7D1
另外，第2限制部20被配置在：以軸線1a作為中心並以相同速度轉動的外齒齒輪4與輸出軸8之間。參考圖2(C1)、(C2)進行說明，外齒齒輪4側的第2軌道溝21及輸出軸8側的轉動側軌道溝22，分別是以軸線1a作為中心且被配置成等角度間隔之圓形的分離軌道溝(軌道凹袋)。作為「從軸線方向以一定(恆定)的間隔形成對峙(相對向)的一對分離軌道溝」的第2軌道溝21及轉動側軌道溝22，在以軸線1a作為中心的同一個圓上，以等角度間隔形成於4個以上的位置。在各位置，於第2軌道溝21與轉動側軌道溝22之間，分別以自由滾動的狀態保持1個第2滾珠23。舉例來說，如圖2(C2)所示，在4個位置形成有：已各自保持1個第2滾珠23的分離軌道溝。相對於在圖2(C2)中以粗的實線表示之形成於4個位置的轉動側軌道溝22，被撓曲成橢圓形的外齒齒輪側之4個位置的第2軌道溝21，則如同細的一點鏈線所示，伴隨著諧波產生器5的轉動，以一定(恆定)的振幅朝半徑方向形成位移。為了將第2滾珠23以自由滾動的狀態保持在位於同一個圓上的「圓形的轉動側軌道溝22」與「反覆朝半徑方向形成位移之圓形的第2軌道溝21」之間，而形成這些軌道溝。
作為「圓形輪廓之分離軌道溝」的第2軌道溝21及轉動側軌道溝22，具有：預定尺寸之平坦的溝底面21a、22a；內周側面21b、22b，其由圍繞該溝底面21a、22a的圓弧狀凹面所形成。倘若將第2滾珠23的直徑設為D2時，第2軌道溝21、轉動側軌道溝22的溝深度H2可形成0.07D2~0.09D2。 0.07D2≦H2≦0.09D2
滾動於第2軌道溝21、轉動側軌道溝22之間的第2滾珠23，諧波產生器5每轉動1圈，便如同圖2(C1)中的一點鏈線的箭號23A所示，在溝內形成橢圓形移動。為了不妨礙上述第2滾珠23的動作，溝底面21a、22a的直徑W2則至少被設定成df。 W2≧df
此外，為了不對「來回滾動於溝內的第2滾珠23」形成干涉，用來限制第2軌道溝21、轉動側軌道溝22之內周側面21c、22c的圓弧狀凹面的曲率半徑R2，被設定成0.52D2~0.7D2。 0.52D2≦R2≦0.7D2
在本例中，採用直徑相同的滾珠作為第1、第2滾珠13、23，D1=D2=D。也可以採用直徑不同的滾珠。
接著，外齒齒輪4是將輪緣厚度加厚，藉此，兩側的第1環狀端面41、第2環狀端面42成為：具備可形成上述第1、第2軌道溝11、21之寬度的端面。鋼製的外齒齒輪一旦將輪緣厚度加厚，將導致疲勞強度下降，因此，為了將輪緣厚度加厚，有必要選擇外齒齒輪的材質，以獲得必要的疲勞強度。舉例來說，可採用鋁素材、樹脂素材來製作外齒齒輪4。
在本例中，為了可以在外齒齒輪4兩側的第1、第2環狀端面41、42形成前述的第1軌道溝11及第2軌道溝21，而將第1環狀端面41之半徑方向的寬度T1(厚度)設為(df+0.65D1)以上，並將第2環狀端面42之半徑方向的寬度T2(厚度)設為(df+0.65D2)以上。在本例中，由於D1=D2=D，因此，遍及外齒齒輪4的整個齒寬方向，將其輪緣厚度T設定成(df+0.65D)以上。 T≧df+0.65D
如同以上所說明，在諧波齒輪裝置1中，為了限制外齒齒輪4之軸線方向的移動，而將第1限制部10配置於外齒齒輪4之軸線方向的其中一側，並將第2限制部20配置於另一側。第1限制部10成為：使第1滾珠13直接介存於「外齒齒輪4之其中一個第1環狀端面41」與「形成在作為固定側構件的裝置外殼7」的固定側端面之間的構造。同樣地，第2限制部20成為：使第2滾珠23直接介存於「外齒齒輪4之另一個第2環狀端面42」與「形成在作為轉動側構件的輸出軸8」的轉動側端面之間的構造。作為用來限制外齒齒輪4之軸線方向移動的接觸部分，由於不存在滾動接觸以外的接觸，因此能大幅地降低因接觸部分的滑動所衍生的摩擦損耗。此外，藉由「從軸線方向對滾動接觸的部分加壓，消除了軸線方向的晃動」，可確實地抑制外齒齒輪4之軸線方向的移動，並防止大量的推力產生，能大幅地提高諧波齒輪裝置的效率。
1:平板型諧波齒輪裝置(諧波齒輪裝置) 1a:軸線 2:第1內齒齒輪 3:第2內齒齒輪 4:外齒齒輪 5:諧波產生器 5a:剛性栓塞 5b:橢圓形外周面 5c:波浪軸承 7:裝置外殼 8:輸出軸 9:軸承 10:第1限制部 11:第1軌道溝 11a:溝底面 11b:外周側溝側面 11c:內周側溝側面 12:固定側軌道溝 12a:溝底面 12b:外周側溝側面 12c:內周側溝側面 13:第1滾珠 14:保持器 20:第2限制部 21:第2軌道溝 21a:溝底面 21b:內周側面 21c:內周側面 22:轉動側軌道溝 22a:溝底面 22b:內周側面 22c:內周側面 23:第2滾珠 23A:箭號 41:第1環狀端面 42:第2環狀端面 71:環狀端面 81:環狀端面 Lmax:長軸 df:撓曲量(振幅) D1:直徑 D2:直徑 H1:溝深度 H2:溝深度 R1:曲率半徑 R2:曲率半徑 T:輪緣厚度 T1:寬度(厚度) T2:寬度(厚度) W1:寬度 W2:直徑
[圖1](A)為顯示採用了本發明之諧波齒輪裝置的概略縱剖面圖，(B)為顯示內齒齒輪與外齒齒輪之咬合(嚙合)狀態的說明圖。 [圖2](A)為顯示外齒齒輪的概略局部縱剖面圖，(B1)為顯示第1限制部的說明圖，(B2)為顯示第1限制部之軌道溝的說明圖，(C1)為顯示第2限制部的說明圖，(C2)為顯示第2限制部之軌道溝的說明圖。
1:平板型諧波齒輪裝置(諧波齒輪裝置)
2:第1內齒齒輪
3:第2內齒齒輪
4:外齒齒輪
5:諧波產生器
5a:剛性栓塞
5b:橢圓形外周面
5c:波浪軸承
7:裝置外殼
8:輸出軸
9:軸承
10:第1限制部
20:第2限制部
Lmax:長軸

Claims (7)

  1. 一種諧波齒輪裝置，具有： 固定側的第1內齒齒輪及轉動側的第2內齒齒輪，其同軸地排列並配置於軸線方向； 圓筒狀的外齒齒輪，其同軸地配置於前述第1、第2內齒齒輪的內側，且可朝半徑方向撓曲； 諧波產生器，其將前述外齒齒輪朝半徑方向撓曲而分別局部地嚙合於前述第1、第2內齒齒輪，並促使嚙合位置朝圓周方向移動； 第1限制部及第2限制部，為了限制前述外齒齒輪在前述軸線方向上的移動，而隔著前述外齒齒輪，將該第1限制部配置於前述軸線方向中的前述第1內齒齒輪側，並將該第2限制部配置於前述第2內齒齒輪側， 其特徵為： 前述第1限制部具有：第1軌道溝，其形成於前述外齒齒輪之前述軸線方向中的前述第1內齒齒輪側的第1環狀端面；固定側軌道溝，其形成於固定側構件，該固定側構件在前述軸線方向上面向前述第1軌道溝；複數個第1滾動體，其以可滾動的狀態被夾設於前述第1軌道溝與前述固定側軌道溝之間， 前述第2限制部具有：第2軌道溝，其形成於前述外齒齒輪之前述軸線方向中的前述第2內齒齒輪側的第2環狀端面；轉動側軌道溝，其形成於轉動側構件，該轉動側構件與在前述軸線方向上面向前第2軌道溝的前述第2內齒齒輪一體轉動；複數個第2滾動體，其以可滾動的狀態被夾設於前述第2軌道溝與前述轉動側軌道溝之間。
  2. 如請求項1所記載的諧波齒輪裝置，其中， 前述第1滾動體在被施加了朝軸線方向之預定壓力的加壓狀態下，被保持於前述第1限制部的前述第1軌道溝與前述固定側軌道溝之間， 前述第2滾動體在被施加了朝軸線方向之預定壓力的加壓狀態下，被保持於前述第2限制部的前述第2軌道溝與前述轉動側軌道溝之間。
  3. 如請求項2所記載的諧波齒輪裝置，其中， 前述第1限制部的前述第1軌道溝及前述固定側軌道溝，分別是以軸線作為中心之連續的圓環狀軌道溝， 在前述圓環狀軌道溝之間，在已於圓周方向上保持間隔的狀態下，由保持器保持前述第1滾動體亦即第1滾珠， 前述第2限制部的前述第2軌道溝及前述轉動側軌道溝，分別是以前述軸線作為中心且以特定的角度間隔所配置的複數個分離軌道溝， 在前述軸線方向上形成對峙的前述分離軌道溝之間，分別各自保持1個前述第2滾動體亦即第2滾珠。
  4. 如請求項3所記載的諧波齒輪裝置，其中， 在前述第1限制部的前述圓環狀軌道溝之間，於前述圓周方向之等角度間隔的位置，至少保持有4個前述第1滾動體， 前述第2限制部的前述分離軌道溝，在同一個圓上以等角度間隔至少形成於4個部位，在各分離軌道溝各自保持1個前述第2滾動體。
  5. 如請求項3所記載的諧波齒輪裝置，其中， 前述圓環狀軌道溝具有：半徑方向上預定寬度之平坦的溝底面；外周側溝側面及內周側溝側面，其由連接於該溝底面之半徑方向的外周緣及內周緣的圓弧狀凹面所形成， 前述分離軌道溝具有：預定尺寸之平坦的溝底面；內周側面，其由圍繞該溝底面的圓弧狀凹面所形成。
  6. 如請求項5所記載的諧波齒輪裝置，其中， 前述外齒齒輪，被前述諧波產生器撓曲成橢圓形，而在該橢圓形之長軸上的位置嚙合於前述第1、第2內齒齒輪， 倘若將前述第1滾珠的直徑設為D1時，前述圓環狀軌道溝的溝深度，為0.07D1~0.09D1， 倘若將被撓曲成橢圓形的前述外齒齒輪之長軸位置處的撓曲量設為df時，前述圓環狀軌道溝之前述溝底面的寬度，至少是0.5df， 用來限制前述外周側溝側面及前述內周側溝側面之前述圓弧狀凹面的曲率半徑，為0.52D1~0.7D1， 倘若將前述第2滾珠的直徑設為D2時，前述分離軌道溝的溝深度，為0.07D2~0.09D2， 前述分離軌道溝之前述溝底面的尺寸，是至少將前述撓曲寬度df作為直徑或者長徑的圓形底面或者橢圓形底面， 用來限制前述分離軌道溝的前述內周側面之前述圓弧狀凹面的曲率半徑，為0.52D2~0.7D2。
  7. 如請求項6所記載的諧波齒輪裝置，其中， 前述外齒齒輪之前述第1環狀端面的半徑方向的寬度，至少為df+0.65D1， 前述第2環狀端面之半徑方向的寬度，至少為df+ 0.65D2。
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