TWI540272B - Harmonic gear device and output structure of the fixed structure - Google Patents

Description

諧波齒輪裝置與輸出構件的連結固定構造

本發明係有關諧波齒輪裝置與輸出構件的連結固定構造，該連結固定構造係具有：使用於進行扭矩傳達之構件的連結固定的連結用摩擦板。

做為進行扭矩傳達的2個構件之連結固定構造，是在被連結的2個構件的連結面之間夾持著摩擦板，藉由螺栓等將這2個構件予以連結固定，該構造是廣為所知。在專利文獻1中，係提案用於這種連結固定構造的摩擦片。該摩擦片是在金屬製的彈性片的表面，電鍍塗覆上可咬入連結對象之構件的連結面的鑽石粒子。

例如：在2個軸構件的連結用端面之間夾著摩擦片，一旦藉由連結螺栓將雙方的連結用端面予以連結固定，摩擦片之兩面的鑽石粒子就可咬入雙方的連結用端面，在這些連結用端面之間就會產生較大的摩擦力。藉由如此，即可增力2個軸構件的連結力，而可傳達較大的扭矩。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本發明第3547645號公報

在這種使用摩擦片的連結固定構造中，會擔心利用電鍍層來保持的鑽石粉末可能會脫落。一旦脫落的鑽石粒子飛散，入侵到連結對象之軸構件的旋轉滑動部分等的話，該旋轉滑動部分就可能會發生摩耗、破損等損害。

例如，在使用諧波齒輪裝置來做為減速機時，為了連結固定該減速旋轉輸出要素、以及負荷側的輸出軸，可考慮使用這種摩擦片。在使用被稱為杯型或煙囪管帽型的諧波齒輪裝置來做為諧波齒輪裝置時，一般而言，是將杯型的可撓性外齒齒輪或是煙囪管帽型的可撓性外齒齒輪當做減速旋轉輸出要素。在限定可撓性外齒齒輪之杯型底面部分的圓環狀輪轂的端面、以及輸出軸的端面之間夾持摩擦板，藉由連結螺栓將輸出軸連結固定在輪轂的端面。

此時，從摩擦片脫落的鑽石粒子有可能會侵入到可撓性外齒齒輪與諧波產生器之間的滑動部分、或可撓性外齒齒輪與剛性內齒齒輪的嚙合部分等。一旦硬質的鑽石粒子入侵到這些部分，這些部分就有發生摩耗、破損等之虞。

本發明的課題鑑於此點，其目的即為提供一種：使用連結用摩擦板之諧波齒輪裝置與輸出構件的連結固定構造，其即使產生異物，也不會對連結對象之構件的那一側帶來損害。

為了解決上述課題，本發明之諧波齒輪裝置與輸出構件的連結固定構造的特徵為：諧波齒輪裝置的可撓性外齒齒輪與輸出構件係夾著連結用摩擦板而連結固定，上述連結用摩擦板係具有：預定板厚的摩擦板本體、以及預定尺寸的卡合用突起，該卡合用突起係依預定的間距，形成在上述摩擦板本體之兩側的表面，上述摩擦板本體以及上述卡合用突起，係藉由在鋼板素材的兩面施以光蝕刻加工而一體形成，上述卡合用突起係為從上述摩擦板本體的上述表面垂直突出之楔形形狀的突起，上述卡合用突起的前端係成為與上述摩擦板本體之上述表面平行之平坦的頂面，上述卡合用突起，其與該突出方向正交的剖面形狀係為圓形、四角形或三角形，上述可撓性外齒齒輪的素材硬度為HRC36~HRC50，上述連結用摩擦板的素材硬度為HRC55以上，上述摩擦板本體的板厚為0.1mm~0.5mm， 上述卡合用突起的配列間距為0.2mm~0.5mm，上述卡合用突起之頂面的最大直徑或最大寬幅為0.01mm~0.05mm，上述卡合用突起的高度為上述卡合用突起之頂面的最大直徑或最大寬幅的1.0倍~1.2倍。

一旦夾著連結用摩擦板，將2個連結構件的可撓性外齒齒輪與輸出構件予以連結固定的話，形成在連結用摩擦板之兩面的卡合用突起會咬入這些構件的連結面，在連結面之間產生較大的摩擦力。連結用摩擦板的卡合用突起是藉由在由鋼板所構成之摩擦板毛胚的表面施以光蝕刻加工，而一體形成在摩擦板本體。因此，可抑制卡合用突起從摩擦板本體脫落，入侵到連結對象之構件那一側的滑動部分等問題發生。

此外，只要根據從一般的可撓性外齒齒輪對輸出構件的必要傳達扭矩、這些之間的連結力、各連結構件的素材硬度，如上述般來設定卡合用突起的大小、形狀、間距，即可使卡合用突起咬入可撓性外齒齒輪之側的連結面、以及輸出構件之側的連結面，一直到適當的咬入深度。如此一來，即可增加可撓性外齒齒輪與輸出構件之間的連結部分的摩擦係數。故可實現可傳達較大扭矩的連結構造。

再者，在如上述般設定卡合用突起的大小、形狀、間距時，上述卡合用突起以每10mm²為40~250個為佳。又，上述卡合用突起以一定的間距被配列成矩陣 狀為佳。

1‧‧‧諧波齒輪裝置

2‧‧‧剛性內齒齒輪裝置

3‧‧‧可撓性外齒齒輪

4‧‧‧諧波產生器

5‧‧‧圓筒狀筒體部

6‧‧‧膜片

7‧‧‧輪轂

8‧‧‧外齒

9‧‧‧內齒

10‧‧‧連結用摩擦板

11‧‧‧輸出軸

12‧‧‧安裝用凸緣

13‧‧‧連結螺栓

14‧‧‧軸側凸緣

15‧‧‧軸側連結面

16‧‧‧輪轂側連結面

21‧‧‧摩擦板本體

22‧‧‧中心貫通孔

23‧‧‧螺栓插通孔

24‧‧‧輪轂側表面

25‧‧‧軸側表面

26、27‧‧‧卡合用突起

26a、27a‧‧‧中心軸線

26b、27b‧‧‧外周面

26c、27c‧‧‧頂面

31‧‧‧光阻膜

[圖1]係適用本發明之杯型諧波齒輪裝置的立體圖。

[圖2]係諧波齒輪裝置的縱剖面圖。

[圖3]為顯示諧波齒輪裝置之可撓性外齒齒輪的輪轂與負荷側之輸出軸的連結固定構造的縱剖圖。

[圖4]係在分解圖3之連結固定構造的構成零件的狀態下所示的縱剖面圖。

[圖5]係顯示連結用摩擦板的平面圖。

[圖6](a)係連結用摩擦板的部分放大平面圖、(b)係部分放大剖面圖、(c)係部分放大剖面圖。

[圖7]係為顯示藉由光蝕刻加工來製造卡合用突起之步驟的說明圖。

[圖8](a)係顯示連結用摩擦板之卡合用突起的其他實施例的部分放大平面圖、(b)為部分放大剖面圖、(c)為部分放大剖面圖。

[圖9](a)係顯示連結用摩擦板之卡合用突起的其他實施例的部分放大平面圖、(b)為部分放大剖面圖、(c)為部分放大剖面圖。

[圖10](a)係顯示將圓錐突起壓入鋼材表面之狀態的說明圖、(b)為顯示卡合用突起咬入輪轂之狀態的說明圖。

以下茲參照圖面來說明適用本發明之諧波齒輪裝置與負荷側之輸出軸的連結固定構造之實施方式。

圖1係為可適用本發明之杯型的諧波齒輪裝置的立體圖，圖2為該縱剖面圖。諧波齒輪裝置1例如可做為減速機來使用，具有：圓環狀的剛性內齒齒輪2、同軸地配置在該內側的杯型之可撓性外齒齒輪3、以及嵌在該內側的橢圓狀輪廓的諧波產生器4。

杯型的可撓性外齒齒輪3係具有：可朝向半徑方向彎曲的圓筒狀的筒體部5；從該後端緣朝向內方延伸之圓環狀的膜片6；連續形成於膜片6之內周緣的圓環狀輪轂7；以及形成在圓筒狀筒體部5之開口端側之外周面部分的外齒8。諧波產生器4係嵌入於：形成有可撓性外齒齒輪3之外齒8的圓筒狀筒體部5之部分的內側。藉由如此，圓筒狀筒體部5被彎折成橢圓形，位在橢圓形之長軸方向兩端的外齒8的部分就會嚙合於剛性內齒齒輪2的內齒9。

諧波產生器4係連結固定在馬達軸等的旋轉輸出軸(無圖示)，而被旋轉驅動。一旦諧波產生器4旋轉，兩齒輪2、3的嚙合位置就會朝周方向移動。如此一來，就會根據兩齒輪的齒數差，在兩齒輪之間產生相對旋轉。在本實例中，剛性內齒齒輪2是固定在無圖示的固定側之構件，可撓性外齒齒輪3成為減速旋轉輸出要素，從這裡輸出減速旋轉。

圖3為顯示可撓性外齒齒輪3與負荷側之輸出軸的連結固定構造的縱剖面圖，圖4為分解該構成零件所示的說明圖。負荷側的輸出軸11係夾著圓盤狀的連結用摩擦板10，連結固定在可撓性外齒齒輪3之圓環狀的輪轂7。為了連結固定，係使用圓環狀的安裝用凸緣12以及複數個連結螺栓13。

在輸出軸11的後端部係形成有大直徑的軸側凸緣14，軸側凸緣14之圓形的後端面為軸側連結面15。軸側連結面15係夾著連結用摩擦板10，而同軸地重疊在輪轂7之外側端面的輪轂側連結面16。安裝用凸緣12係同軸地重疊在輪轂7的內側端面。螺栓孔係在圓周方向，依一定間距形成在軸側凸緣14，而螺栓插通孔也同樣在圓周方向，依一定間距形成在連結用摩擦板10、輪轂7以及安裝用凸緣12。在這些螺栓孔、螺栓插通孔對齊的狀態下，4個構件係同軸地重疊，藉由從安裝用凸緣12的那一側所插入的連結螺栓13，即可藉由預定的螺栓軸力將該4個構件連結固定。

圖5係為連結用摩擦板10的平面圖，圖6(a)為將其一部分放大後所示的部分放大平面圖，圖6(b)為被b-b線所切斷時的部分放大剖面圖，以及圖6(c)為被c-c線所切斷時的部分放大剖面圖。

連結用摩擦板10係為在有一定板厚的摩擦板本體21形成有圓形的中心貫通孔22、以及沿著圓周方向，依一定間隔所形成的複數個螺栓插通孔23的構成， 該摩擦板本體21是呈對應於輪轂側連結面16(參照圖4)的形狀。例如：形成了8個螺栓插通孔。

摩擦板本體21之一側的表面係為重疊於輪轂側連結面16的輪轂側表面24，另一側的表面則為重疊於軸側連結面15的軸側表面25。預定形狀的卡合用突起26、27係以預定間距，利用光蝕刻加工而一體形成在這些輪轂側表面24以及軸側表面25。

本實施例之摩擦板本體21的板厚T之值是在0.1mm~0.5mm的範圍內。此外，卡合用突起26、27是依一定的間距配置成矩陣狀，相鄰之卡合用突起的間距Pa(x)、Pa(y)、Pb(x)、Pb(y)之值都是在0.2mm~0.5mm的範圍內。卡合用突起26、27可以配列成矩陣狀以外的形態。又，也可將輪轂側表面24的突起配列形態與軸側表面25的突起配列形態設定為不同。

卡合用突起26、27全體為近似圓錐台形狀的突起，其中心軸線26a、27a是與摩擦板本體21垂直。各卡合用突起26、27的外周面26b、27b是由朝向前端之楔形的彎曲面所形成，這些頂面26c、27c是為與中心軸線26a、27a正交的圓形面。

卡合用突起26、27之頂面26c、27c的最大直徑La、Lb之值是在0.01mm~0.05mm的範圍內。卡合用突起26、27的高度Ha、Hb(從摩擦板本體21的輪轂側表面24、軸側表面25起算的高度)為0.06mm以下，並且為卡合用突起26、27之頂面26c、27c的最大直徑La、 Lb的1.0倍~1.2倍的範圍內。高度Ha、Hb可設定為相同或不同。此外，卡合用突起26、27是以每10mm²為40~250個的密度來形成。

在圖示例中，摩擦板本體21的板厚T為0.1mm，卡合用突起26、27之頂面26c、27c的最大直徑La、Lb為0.05mm，高度Ha、Hb為0.065mm，間距Pa(x)、Pa(y)、Pb(x)、Pb(y)為0.2mm。

再者，摩擦板本體21與卡合用突起26、27的素材硬度為HRC55以上。只要使用硬度為HRC55以上者來做為連結用摩擦板製造用的毛胚即可。或者，當毛胚的硬度未達HRC55時，可在利用光蝕刻加工來形成卡合用突起26、27之前的階段或之後的階段，施以熱處理、浸炭處理、氮化處理等的表面處理，即可使摩擦板本體21之兩側表面部分、以及卡合用突起26、27的硬度變成HRC55以上。可撓性外齒齒輪3的素材硬度一般是在HRC36~50之間，輸出軸11的素材硬度亦相同。因為將連結用摩擦板10的硬度設定成高於這些構件的硬度，所以，可藉由連結螺栓13的連結力(軸力)，使卡合用突起26、27確實地咬入輪轂側連結面16以及軸側連結面15。

在此，可利用一般的光蝕刻加工來形成卡合用突起26、27。例如，如圖7所示般，準備鋼板製的毛胚10A(圖7(a))，在毛胚10A的兩面形成光阻膜31(圖7(b))。

接下來，在光阻膜31進行曝光以及顯像，在光阻膜 形成遮罩圖案(圖7(c))。之後，在毛胚10A的露出面進行例如為濕蝕刻，而形成卡合用突起26、27(圖7(d))。然後，剝離去除光阻膜31的遮罩圖案，進行洗淨.乾燥步驟等的後置處理(圖7(e))。藉由如此，當遮罩圖型為圓形時，略圓錐台狀的卡合用突起26、27即一體形成在摩擦板本體21的兩面。而當遮罩圖型為四角形、三角形時，就會形成四角錐台狀、三角錐台狀的卡合用突起26、27。一般而言，在毛胚10A之一側的那一面形成卡合用突起後，在另一側的那一面也會形成卡合用突起。

在圖8、圖9中係顯示卡合用突起26、27的其他形狀。圖8所示的卡合用突起26A、27A全體係呈略四角錐台的形狀。例如：卡合用突起26、27A的頂面為正四方形，該寬幅為0.05mm、高度為0.06mm、間距為0.2mm。又，圖9所示的卡合用突起26B、27B全體係呈略三角錐台的形狀。例如：卡合用突起26B、27B的頂面為正三角形，該正三角形的寬幅為0.06mm。卡合用突起26B、27B的高度為0.06mm、間距為0.2mm。再者，在配列成矩陣狀的卡合用突起26B、27B之一方的列，其三角形的方向是每隔一個就反轉。

在如此構成的可撓性外齒齒輪3與負荷側之輸出軸11的連結固定構造中，連結用摩擦板10的卡合用突起26、27咬入(壓入)輪轂側連結面16與軸側連結面15時的連結力，可近似於伴隨鋼之擦刻(scratching)的摩耗。參照圖10(a)來說明的話，則假設圓錐突起壓入到連結面 的情形。有n個圓錐突起接觸到連結面。以粗線箭頭所示之行進方向的圓錐突起的投影面積(三角形)At如下式所示。

At=n‧r‧d=n‧r‧r‧cotθ=n‧r²‧(1/tanθ)

但是，r：圓錐突起所引起之壓痕的平均半徑

θ：圓錐突起的半頂角

d：深度

圓錐突起所引起之壓痕面積可近似於下式。

圓錐突起所引起之壓痕面積≒實際接觸面積

Ar=P/Pm=n‧πr²

P：全荷重

Pm：實際接觸面積的平均面壓

因此，若以F為擦刻阻力(摩擦力)時，則摩擦係數μ可以下式來表示。

摩擦係數μ=F/P=Ar‧Pm/Ar‧Pm=At/Ar=1/(π‧tanθ)

當圓錐突起的θ為45deg時，μ=0.3183。

圖10(b)係顯示使本例的圓錐台狀之卡合用突起26、27咬入輪轂側連結面16、軸側連結面15的情形。此時，可如下述般使各數值近似。

咬入深度x≒d

咬入投影面積AT≒At

壓痕面積AR≒Ar

近似摩擦係數M=AT/AR

在使用連結用摩擦板20的連結固定構造中，傳達扭矩受到：使該連結用摩擦板20的卡合用突起26、27同時咬入(壓入)輪轂側連結面16以及軸側連結面15時之雙方的面之摩擦係數的很大影響。該摩擦係數如上述般，可由咬入投影面積AT以及壓痕面積AR來規定。亦即，摩擦係數主要是由：卡合用突起26、27的形狀、咬入(壓入)深度、連結用摩擦板20與輪轂側連結面16以及軸側連結面15之間的硬度差來決定。

所以，藉由將卡合用突起26、27的形狀、尺寸、以及連結用摩擦板20的硬度做適當的設定，即可得到做為目標之摩擦係數的連結面。在本例中，是利用光蝕刻加工(化學蝕刻加工)來形成圓錐台狀的卡合用突起26、27。藉由將這種形狀之卡合用突起26、27的頂面的大小D、突起高度H、以及素材硬度如上述般加以設定，即可得到較大的摩擦係數。

又，突起數n是被根據全壓痕面積(ARxn)之素材的剪斷強度所限制。在本例中，考量到連結用摩擦板20的剪斷強度，所以將突起數n之值設定在每10mm²為40~250個的範圍內。

甚至，在施以同一軸力時，卡合用突起的咬入深度x是依據卡合用突起之頂面的形狀而有所不同。當頂面形狀為圓形、四角形、三角形，除此以外皆為同一條件時，以三角形最容易咬入，而以圓形最不易咬入。此外，硬度較低之連結面的咬入深度x又大於硬度較高的連 結面。再者，卡合用突起的咬入深度x是依據卡合用突起之頂面的面積而有所不同，面積較小者其咬入深度x較深。同樣地，當卡合用突起之頂面的總面積較小時，和總面積較大者相比，其咬入深度x較深。所以，只要根據連結對象之可撓性外齒齒輪的大小、必要傳達扭矩、施加的軸力，對卡合用突起26、27的大小、形狀(頂面的形狀、面積、突起高度)、卡合用突起26、27的配列間距以及每單位面積的個數、以及各部分的硬度做適當設定即可。

3‧‧‧可撓性外齒齒輪

5‧‧‧圓筒狀筒體部

6‧‧‧膜片

7‧‧‧輪轂

8‧‧‧外齒

10‧‧‧連結用摩擦板

11‧‧‧輸出軸

12‧‧‧安裝用凸緣

13‧‧‧連結螺栓

14‧‧‧軸側凸緣

15‧‧‧軸側連結面

16‧‧‧輪轂側連結面

Claims (3)

1. 一種諧波齒輪裝置與輸出構件的連結固定構造，其特徵為：諧波齒輪裝置的可撓性外齒齒輪與輸出構件，係夾著連結用摩擦板而被連結固定，上述連結用摩擦板係具有：預定板厚的摩擦板本體、以及預定尺寸的卡合用突起，該卡合用突起係依預定的間距，形成在上述摩擦板本體之兩側的表面，上述摩擦板本體以及上述卡合用突起，係藉由在鋼板素材的兩面施以光蝕刻加工而一體形成，上述卡合用突起係為從上述摩擦板本體之上述表面垂直突出之楔形形狀的突起，上述卡合用突起的前端係成為與上述摩擦板本體之上述表面平行之平坦的頂面，上述卡合用突起，其與該突出方向正交的剖面形狀係為圓形、四角形或三角形，上述可撓性外齒齒輪的素材硬度為HRC36~HRC50，上述連結用摩擦板的素材硬度為HRC55以上，上述摩擦板本體的板厚為0.1mm~0.5mm，上述卡合用突起的配列間距為0.2mm~0.5mm，上述卡合用突起之頂面的最大直徑或最大寬幅為0.01mm~0.05mm，上述卡合用突起的高度為上述卡合用突起之頂面的最大直徑或最大寬幅的1.0倍~1.2倍。
2. 如申請專利範圍第1項所述的諧波齒輪裝置與輸出構件的連結固定構造，其中，上述卡合用突起，每10mm²有40~250個。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述的諧波齒輪裝置與輸出構件的連結固定構造，其中，上述卡合用突起係依一定的間距，配列成矩陣型。