TWI550212B - Unit type harmonic gear device - Google Patents

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TWI550212B
TWI550212B TW100124456A TW100124456A TWI550212B TW I550212 B TWI550212 B TW I550212B TW 100124456 A TW100124456 A TW 100124456A TW 100124456 A TW100124456 A TW 100124456A TW I550212 B TWI550212 B TW I550212B
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TW
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roller
harmonic gear
unit type
gear device
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TW100124456A
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TW201248036A (en
Inventor
Masashi Horiuchi
Akihiro Yokoyama
Naomi Shirasawa
Original Assignee
Harmonic Drive Systems
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Description

單元型諧波齒輪裝置
本發明，是有關於單元型諧波齒輪裝置，可減少零件點數且組裝容易，即使從軸線方向的任一側也可與馬達軸連結。
諧波齒輪裝置，已知有諧波齒輪機構被組入外殼內的單元型者，如專利文獻1、2。在這些的專利文獻的單元型諧波齒輪裝置中，組入有：配置於裝置軸線方向的兩側的第1端板及第2端板、及被配置於這些之間的由交叉滾子軸承在所構成的外殼內緞面禮帽型的諧波齒輪機構。且，貫通裝置中心延伸的輸入軸，是在其兩端部，藉由第1端板及第2端板各別透過滾珠軸承在可旋轉自如的狀態下被支撐。
在專利文獻1、2所揭示的單元型諧波齒輪裝置中，同心狀諧波齒輪機構是組入交叉滾子軸承的內側。因此，可以減小裝置軸線方向的尺寸，有利於單元型諧波齒輪裝置的偏平化。又，在專利文獻3中，交叉滾子軸承是被提案多段交叉滾子軸承。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平09-250608號公報
[專利文獻2]日本特開平09-280326號公報
[專利文獻3]WO2003/050428號的小冊子
在此，依據單元型諧波齒輪裝置的用途，與更小型化相比，也有強力要求更削減零件點數並提高組裝性的情況。且，也有需要可以承受大的力矩負荷單元型諧波齒輪裝置的情況。
本發明的課題，是提案可以滿足這種要求的單元型諧波齒輪裝置。
為了解決上述的課題，在本發明的單元型諧波齒輪裝置中，其組件外殼中的軸線方向的一方的端部，是藉由呈同心狀形成內側交叉滾子軸承及外側交叉滾子軸承的2段交叉滾子軸承被限定。在2段交叉滾子軸承中，藉由其內輪、中間輪、及插入形成於這些之間的內側軌道的複數個的內側滾子構成內側交叉滾子軸承，藉由外輪、中間輪、及插入形成於這些之間的外側軌道的複數個的外側滾子構成外側交叉滾子軸承。固定於中間輪的可撓性外齒齒輪，是藉由組件外殼透過外側交叉滾子軸承可旋轉自如地被支撐，固定於內輪的輸入軸及固定於該輸入軸的諧波發生器，是藉由中間輪透過內側交叉滾子軸承可旋轉自如地被支撐。
即，參照說明後述的實施例的話，本發明的單元型諧波齒輪裝置(1)，其特徵為：具有：筒狀的組件外殼(2)；及在前述組件外殼(2)的內部呈同軸狀態配置的諧波齒輪機構(3)；及貫通前述諧波齒輪機構(3)的中心並與該諧波齒輪機構(3)同軸狀態延伸的輸入軸(4)；前述組件外殼(2)，是由：筒狀構件(5)、及固定於該筒狀構件(5)中的軸線(1a)方向的一方的第1端面(5a)的端部托板(6)、及配置於前述筒狀構件(5)中的前述軸線(1a)方向的另一方的第2端面(5b)側的2段交叉滾子軸承(7)所構成，前述2段交叉滾子軸承(7)，具備：固定於前述筒狀構件(5)的前述第2端面(5b)的外輪(11)、及在該外輪(11)的內側呈同心狀態配置的中間輪(12)、及在該中間輪(12)的內側呈同心狀態配置的內輪(13)、及形成於前述外輪(11)及前述中間輪(12)之間的矩形剖面的外側軌道(14)、及在該外側軌道(14)內可轉動自如的狀態下被插入的複數外側滾子(15)、及形成於前述中間輪(12)及前述內輪(13)之間的矩形剖面的內側軌道(16)、及在該內側軌道(16)內可轉動自如的狀態下被插入的複數內側滾子(17)，前述諧波齒輪機構(3)，具備：圓環狀的剛性內齒齒輪(21)、及在該剛性內齒齒輪(21)的內側呈同軸狀態配置的可撓性外齒齒輪(22)、及在該可撓性外齒齒輪(22)的內側呈同軸狀態配置的諧波發生器(23)，前述可撓性外齒齒輪(22)，具備：形成圓筒形狀的可撓性的胴部(22a)、及從該胴部(22a)中的前述2段交叉滾子軸承(7)側的端朝半徑方向的外方擴大的隔膜(22b)、及一體形成於該隔膜(22b)的外周緣的形成圓環形狀的剛性的轂部(22c)、及形成於前述胴部(22a)中的前述端部托板(6)側的端部的外周面部分的外齒(22d)，前述剛性內齒齒輪(21)是被固定於前述筒狀構件(5)，前述轂部(22c)是被固定於前述中間輪(12)，前述諧波發生器(23)是被固定於貫通該諧波發生器(23)的中心部延伸的前述輸入軸(4)，前述輸入軸(4)中的前述2段交叉滾子軸承(7)側的軸端部(4b)是被固定於前述內輪(13)。
在此，在本發明的單元型諧波齒輪裝置中，將輸入軸中的端部托板側的軸端部，作為通過該端部托板的中心貫通孔朝外側突出的突出軸端部較佳。將端板側作為旋轉輸入側的情況時，將該突出軸端部與馬達軸連結即可，將相反側的2段交叉滾子軸承側作為旋轉輸入側的情況時，將該2段交叉滾子軸承的內輪與馬達軸連結即可。
且本發明的單元型諧波齒輪裝置，可以是具備貫通輸入軸及內輪延伸的中空部的中空型者。
依據本發明的單元型諧波齒輪裝置，因為輸入軸是藉由內側交叉滾子軸承被支撐，所以與將輸入軸藉由2個的滾珠軸承支撐並將可撓性外齒齒輪藉由交叉滾子軸承支撐的習知的單元型諧波齒輪裝置相比，可以減少零件點數。且，在事前組裝的2段交叉滾子軸承的內輪，在中間輪及外輪，各別進行組裝輸入軸、可撓性外齒齒輪、筒狀構件之作業即可，因為不需要將滾珠軸承組入2枚端部托板及輸入軸之間的作業，所以組裝性也提高。進一步，因為諧波發生器被固定的輸入軸是藉由交叉滾子軸承被支撐，所以可以負荷與如習知藉由2個滾珠軸承承受支撐的情況同等以上的力矩。
參照第1圖說明適用本發明的單元型諧波齒輪裝置的實施例。單元型諧波齒輪裝置1，具備：筒狀的組件外殼2、及被組入此組件外殼2內部的諧波齒輪機構3、及將此諧波齒輪機構3的中心呈同軸狀態貫通延伸的輸入軸4。組件外殼2，是由：筒狀構件5、及固定於該筒狀構件5中的軸線1a的方向的一方的圓環狀端面5a(相當於第1端面)的圓盤狀的端部托板6、及配置於筒狀構件5中的軸線1a方向的另一方的圓環狀端面5b(相當於第2端面)側的2段交叉滾子軸承7所構成。
2段交叉滾子軸承7，具備：被固定於組件外殼2的筒狀構件5的圓環狀端面5b之外輪11、及在該外輪11的內側呈同心狀態配置的中間輪12、及在該中間輪12的內側呈同心狀態配置的內輪13。外輪11及中間輪12之間形成有矩形剖面的圓環狀的外側軌道14，在此中，在中心軸線交互地 交叉的狀態使複數個的外側滾子15在可轉動自如的狀態下被插入。藉由這些外輪11、中間輪12、外側軌道14及外側滾子15，構成外側交叉滾子軸承。同樣地，中間輪12及內輪13之間形成有矩形剖面的圓環狀的內側軌道16，在此中，在中心軸線交互地交叉的狀態使複數個的內側滾子17在可轉動自如的狀態下被插入。藉由這些中間輪12、內輪13、內側軌道16及內側滾子17，構成內側交叉滾子軸承。
組件外殼2內的諧波齒輪機構3，具備：圓環狀的剛性內齒齒輪21、及在該剛性內齒齒輪21的內側呈同軸狀態配置的可撓性外齒齒輪22、及在該可撓性外齒齒輪22的內側呈同軸狀態配置的諧波發生器23。可撓性外齒齒輪22，具備：形成圓筒形狀可朝半徑方向撓曲的可撓性的胴部22a、及從該胴部22a中的2段交叉滾子軸承7側的端朝半徑方向的外方擴大的隔膜22b、及在該隔膜22b的外周緣被一體形成的圓環形狀的剛性的轂部22c。在胴部22a中的端部托板6側的端部的外周面部分形成有外齒22d。
諧波發生器23是嵌入可撓性外齒齒輪22中的形成有外齒22d的部分，具備：呈同軸狀態結合固定於輸入軸4的橢圓形輪廓的剛性管塞23a、及嵌合於此剛性管塞23a外周面的波軸承23b。波軸承23b的內外輪是可撓性者。可撓性外齒齒輪22的形成有外齒22d的部分是被撓曲成橢圓形，位於其橢圓的長軸的兩端部分的外齒22d的部分，是與剛性內齒齒輪21的內齒21a的部分嚙合。
在此構成的諧波齒輪機構3中，其剛性內齒齒輪21是被結合固定於組件外殼2的筒狀構件5。筒狀構件5，其外周側的部位是成為廣寬度部分5c，在此內周側中形成有寬度狹窄的中寬度部分5d，在此內周側形成剖面形狀為寬度更狹窄的細寬度部分5e。剛性內齒齒輪21的圓環狀端面21b，是被結合固定於細寬度部分5e的圓環狀端面。可撓性外齒齒輪22，是其圓環狀的轂部22c的圓環狀端面，是被結合固定於2段交叉滾子軸承7的中間輪12中的形成於內側的圓環狀端面12g的外周側的圓環狀段差面12a。且，諧波發生器23是如前述被結合固定於輸入軸4的外周面4a。
輸入軸4是呈同軸狀態被結合固定於2段交叉滾子軸承7的內輪13。即，在形成於內輪13內側的圓環狀端面13a的內周緣部的圓環狀凹部13b，在輸入軸4的內側的軸端部4b被嵌入的狀態下，該軸端部4b是被結合固定於內輪13。輸入軸4的中心貫通孔4c及內輪13的中心貫通孔部13c是同一內徑，藉由這些形成貫通單元型諧波齒輪裝置1的中心延伸的中空部。
在此，輸入軸4中的端部托板6側的軸端部，是成為通過該端部托板6的中心貫通孔6a朝外側突出的突出軸端部4d，在此突出軸端部4d的圓環狀端面中，為了將馬達軸等的旋轉輸入構件連結而使用的螺孔4e是由一定的角度間隔形成。且，在相反側的2段交叉滾子軸承7的內輪13中的外側的圓環狀端面，為了將馬達軸等的旋轉輸入構件連結而使用的螺孔13d也由一定的角度間隔形成。
另一方面，在2段交叉滾子軸承7的外輪11中的外側的圓環狀端面11b中，為了與旋轉輸出側構件(負荷側構件)或固定側的構件連結固定而使用的螺孔11c，是由一定的角度間隔形成。且，在中間輪12中的外側的圓環狀端面12b，同樣地，為了與旋轉輸出側構件(負荷側構件)或固定側的構件連結固定而使用的螺孔12c也由一定的角度間隔形成。
又，在端部托板6側，輸入軸4的突出軸端部4d的外周面及端部托板6的內周面的間是藉由油封31被封鎖。在相反側的2段交叉滾子軸承7中，其外輪11及中間輪12之間、及中間輪12及內輪13之間，是各別藉由油封32、33被封鎖。
在此構成的單元型諧波齒輪裝置1中，藉由與輸入軸4的突出軸端部4d連結固定的旋轉輸入構件(無圖示)使輸入軸4被旋轉驅動。或是藉由透過相反側的內輪13與輸入軸4連結固定的旋轉輸入構件(無圖示)使輸入軸被旋轉驅動。輸入軸4若旋轉的話，被固定於那的諧波發生器23也會一體旋轉。諧波發生器23若旋轉的話，藉由諧波發生器23嚙合的可撓性外齒齒輪22及剛性內齒齒輪21的嚙合位置會朝圓周方向移動。此結果，對應兩齒輪的齒數差2n枚(n是正的整數)的相對旋轉會在這些兩齒輪之間發生。剛性內齒齒輪21無法旋轉的方式被固定的情況時，可撓性外齒齒輪22會旋轉，透過其所連結固定的中間輪12使減速旋轉被輸出。可撓性外齒齒輪22無法旋轉的方式被固定的情況時，剛性內齒齒輪21會旋轉，透過其所連結固定的外輪11使減速旋轉被輸出。
在此，在將交叉滾子軸承呈同心狀配置於多段的構造的多段交叉滾子軸承中，在作為外側的交叉滾子軸承的內輪及內側的交叉滾子軸承的外輪功能的中間輪會產生預壓變形，而有將內側及外側的交叉滾子軸承的圓滑的旋轉確保困難的問題。但是，本例的2段交叉滾子軸承7因為是由以下敘述的方式所構成，所以可以消解這種問題。
參照第2圖說明的話，在本例的2段交叉滾子軸承7中，內側交叉滾子軸承的滾子尺寸，即，內側滾子17的尺寸，是比外側交叉滾子軸承的滾子尺寸，即，外側滾子15的尺寸更小。且，內側滾子17的滾子中心L2，是對於外側滾子15的滾子中心L1，位於沿著這些交叉滾子軸承的軸線1a的方向偏移的位置。
如此，在2段交叉滾子軸承7中，因為小徑的內側交叉滾子軸承的滾子尺寸較小，大徑的外側交叉滾子軸承的滾子尺寸較大，所以在將2段交叉滾子軸承7組裝的狀態下，可以達成從內側及外側作用於中間輪12的預壓應力的均衡化。且，將外側交叉滾子軸承的滾子中心L1及內側交叉滾子軸承的滾子中心L2，因為是位於朝那些的中心軸線的方向偏移的位置，所以與這些在半徑方向位於同一平面狀的情況時相比，可以減小發生於中間輪12的預壓變形。此結果，可以抑制將2段交叉滾子軸承7組裝的狀態中的中間輪12的預壓變形，可以確保各交叉滾子軸承的圓滑的旋轉。
在此，對於內側滾子17的滾子中心L2的外側滾子15的滾子中心L1的偏移量△，是從內側軌道16的軌道寬度w(16)的1/2，直到該軌道寬度w(16)及外側軌道14的軌道寬度w(14)的加算值的1/2為止的範圍內的值較佳。偏移量是比此範圍內的值更少的話，因為無法充分地抑制中間輪的預壓變形，所以有可能無法確保交叉滾子軸承的圓滑的旋轉。且，偏移量即使比此範圍內的值更多，因為無法獲得由偏移所產生的中間輪的預壓變形抑制效果的更改善，且2段交叉滾子軸承的中心軸線的方向的寬度尺寸會變大，所以對於2段交叉滾子軸承的偏平化不佳。
w(16)/2<△<{w(16)+w(14)}/2
在本例中，為了可有效地抑制中間輪12的預壓變形，且使2段交叉滾子軸承7成為偏平，而使偏移量△成為外側軌道14的軌道寬度w(14)的1/2，而使滾子中心L2成為對於滾子中心L1偏向圓環狀端面12g側的位置。
且在本例中，為了確實地防止中間輪12的預壓變形，將從該中間輪12中的圓形內周面12d直到圓形外周面12e為止之間的半徑方向的厚度t(12)，設定成從外輪11的圓形內周面11d直到圓形外周面11e為止之間的半徑方向的厚度t(11)的2倍以上。
進一步，在本例中，外輪11、中間輪12及內輪13中的內側的圓環狀端面是位於幾乎相同面上，外側軌道14是位於外輪11、中間輪12中的接近內側的端面側，內側軌道16也位於中間輪12及內輪13中的接近內側的端面側。且，在中間輪12及內輪13中的內側的端面形成有滾子插入用的插入孔12f、13f，這些是藉由栓18、19被封鎖。如此，外側軌道14、內側軌道16，是在軸承中心軸線1a的方向，靠近接近滾子插入側的端面側。因此，可以提高2段交叉滾子軸承7的組裝性。
1‧‧‧單元型諧波齒輪裝置
1a‧‧‧軸承中心軸線
2‧‧‧組件外殼
3‧‧‧諧波齒輪機構
4‧‧‧輸入軸
4a‧‧‧外周面
4b‧‧‧軸端部
4c‧‧‧中心貫通孔
4d‧‧‧突出軸端部
4e‧‧‧螺孔
5‧‧‧筒狀構件
5a‧‧‧一方的圓環狀端面(第1端面)
5b‧‧‧另一方的圓環狀端面(第2端面)
5c‧‧‧廣寬度部分
5d‧‧‧中寬度部分
5e‧‧‧細寬度部分
6‧‧‧端部托板
6a‧‧‧中心貫通孔
7‧‧‧2段交叉滾子軸承
11‧‧‧外輪
11b‧‧‧圓環狀端面
11c‧‧‧螺孔
11d‧‧‧圓形內周面
11e‧‧‧圓形外周面
12‧‧‧中間輪
12a‧‧‧圓環狀段差面
12b‧‧‧圓環狀端面
12c‧‧‧螺孔
12d‧‧‧圓形內周面
12e‧‧‧圓形外周面
12f，13f‧‧‧插入孔
12g‧‧‧圓環狀端面
13‧‧‧內輪
13a‧‧‧圓環狀端面
13b．．．圓環狀凹部
13c．．．中心貫通孔部
13d．．．螺孔
14．．．外側軌道
15．．．外側滾子
16．．．內側軌道
17．．．內側滾子
18，19．．．栓
21．．．剛性內齒齒輪
21a．．．內齒
21b．．．圓環狀端面
22．．．可撓性外齒齒輪
22a．．．胴部
22b．．．隔膜
22c．．．轂部
22d．．．外齒
23．．．諧波發生器
23a．．．剛性管塞
23b．．．波軸承
31．．．油封
32，33．．．油封
[第1圖]顯示適用本發明的單元型諧波齒輪裝置的實施例的縱剖面圖。
[第2圖]顯示第1圖的2段交叉滾子軸承的端面圖及縱剖面圖。
1．．．單元型諧波齒輪裝置
1a．．．軸承中心軸線
2．．．組件外殼
3．．．諧波齒輪機構
4．．．輸入軸
4a．．．外周面
4b．．．軸端部
4c．．．中心貫通孔
4d．．．突出軸端部
4e．．．螺孔
5．．．筒狀構件
5a．．．圓環狀端面
5b．．．圓環狀端面
5c．．．廣寬度部分
5d．．．中寬度部分
5e．．．細寬度部分
6．．．端部托板
6a．．．中心貫通孔
7．．．2段交叉滾子軸承
11．．．外輪
11b．．．圓環狀端面
11c．．．螺孔
12．．．中間輪
12a．．．圓環狀段差面
12b．．．圓環狀端面
12c．．．螺孔
12g．．．圓環狀端面
13．．．內輪
13a．．．圓環狀端面
13b．．．圓環狀凹部
13c．．．中心貫通孔部
13d．．．螺孔
14．．．外側軌道
15．．．外側滾子
16．．．內側軌道
17．．．內側滾子
21．．．剛性內齒齒輪
21a．．．內齒
21b．．．圓環狀端面
22．．．可撓性外齒齒輪
22a．．．胴部
22b．．．隔膜
22c．．．轂部
22d．．．外齒
23．．．諧波發生器
23a．．．剛性管塞
23b．．．波軸承
31．．．油封
32，33．．．油封

Claims (8)

  1. 一種單元型諧波齒輪裝置(1)，其特徵為：具有：筒狀的組件外殼(2)；及在前述組件外殼(2)的內部呈同軸狀態配置的諧波齒輪機構(3)；及貫通前述諧波齒輪機構(3)的中心並與該諧波齒輪機構(3)同軸狀態延伸的輸入軸(4)；前述組件外殼(2)，是由：筒狀構件(5)、及固定於該筒狀構件(5)中的軸線(1a)方向的一方的第1端面(5a)的端部托板(6)、及配置於前述筒狀構件(5)中的前述軸線(1a)方向的另一方的第2端面(5b)側的2段交叉滾子軸承(7)所構成，前述2段交叉滾子軸承(7)，具備：固定於前述筒狀構件(5)的前述第2端面(5b)的外輪(11)、及在該外輪(11)的內側呈同心狀態配置的中間輪(12)、及在該中間輪(12)的內側呈同心狀態配置的內輪(13)、及形成於前述外輪(11)及前述中間輪(12)之間的矩形剖面的外側軌道(14)、及在該外側軌道(14)內可轉動自如的狀態下被插入的複數外側滾子(15)、及形成於前述中間輪(12)及前述內輪(13)之間的矩形剖面的內側軌道(16)、及在該內側軌道(16)內可轉動自如的狀態下被插入的複數內側滾子(17)，前述諧波齒輪機構(3)，具備：圓環狀的剛性內齒齒輪(21)、及在該剛性內齒齒輪(21)的內側呈同軸狀態配置的可撓性外齒齒輪(22)、及在該可撓性外齒齒輪(22)的內側呈同軸狀態配置的諧波發生器(23)，前述可撓性外齒齒輪(22)，具備：形成圓筒形狀的可撓性的胴部(22a)、及從該胴部(22a)中的前述2段交叉滾子軸承(7)側的端朝半徑方向的外方擴大的隔膜(22b)、及一體形成於該隔膜(22b)的外周緣的形成圓環形狀的剛性的轂部(22c)、及形成於前述胴部(22a)中的前述端部托板(6)側的端部的外周面部分的外齒(22d)，前述剛性內齒齒輪(21)是被固定於前述筒狀構件(5)，前述轂部(22c)是被固定於前述中間輪(12)，前述諧波發生器(23)是被固定於貫通該諧波發生器(23)的中心部延伸的前述輸入軸(4)，前述輸入軸(4)中的前述2段交叉滾子軸承(7)側的軸端部(4b)是被固定於前述內輪(13)。
  2. 如申請專利範圍第1項的單元型諧波齒輪裝置(1)，其中，前述輸入軸(4)中的前述端部托板(6)側的軸端部是通過該端部托板(6)的中心貫通孔(6a)朝外側突出的突出軸端部(4d)，可將前述突出軸端部(4d)及前述內輪(13)連結固定於旋轉輸入構件側。
  3. 如申請專利範圍第2項的單元型諧波齒輪裝置(1)，其中，具備貫通前述輸入軸(4)及前述內輪(13)地延伸的中空部(4c、13c)。
  4. 如申請專利範圍第1項的單元型諧波齒輪裝置(1)，其中，前述內側滾子(17)的滾子尺寸，是比前述外側滾子(15)的滾子尺寸更小，前述內側滾子(17)的滾子中心(L2)，是對於前述外側滾子(15)的滾子中心(L1)，位於沿著前述軸線(1a)的方向偏移的位置。
  5. 如申請專利範圍第4項的單元型諧波齒輪裝置(1)，其中，對於前述內側滾子(17)的滾子中心(L2)的前述外側滾子(15)的滾子中心(L1)的偏移量(△)，是從前述內側軌道(16)的軌道寬度的1/2，直到該軌道寬度及前述外側軌道(14)的軌道寬度的加算值的1/2為止的範圍內的值。
  6. 如申請專利範圍第5項的單元型諧波齒輪裝置(1)，其中，前述偏移量(△)，是前述外側軌道(14)的軌道寬度的1/2。
  7. 如申請專利範圍第4項的單元型諧波齒輪裝置(1)，其中，從前述中間輪(12)中的圓形內周面直到圓形外周面為止之間的半徑方向的厚度，至少是從前述外輪(11)的圓形內周面直到圓形外周面為止之間的半徑方向的厚度的2倍。
  8. 如申請專利範圍第4至7項中任一項的單元型諧波齒輪裝置(1)，其中，前述外側軌道(14)及前述內側軌道(16)，是在前述外輪(11)、前述中間輪(12)及前述內輪(13)中，形成於接近那些的一方的端面的位置，在前述中間輪(12)及前述內輪(13)中的前述端面中，各別形成有滾子插入用的插入孔(12f、13f)，這些的插入孔是藉由栓(18、19)被封鎖。
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