TWI668383B - Harmonic gear device lubrication method - Google Patents

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Abstract

除了諧波齒輪裝置(1)之外齒齒輪(3)與內齒齒輪(2)的齒部以外，其他潤滑對象的接觸部(B、C)係分別受到具有層狀之結晶構造的無機系潤滑性粉體所潤滑。潤滑性粉體在諧波齒輪裝置(1)運轉時，是在各接觸部(B、C)的接觸面之間被壓碎，移行附著到接觸面而形成薄薄的表面膜。此外，又被輥軋得更薄，進一步被細分化而變成易於進入到接觸面內的形狀。藉由變化形狀的微粉末、以及表面膜，來維持接觸部的潤滑。微粉末、表面膜都無黏性。這和使用滑脂(grease)、油(oil)來做為潤滑劑的情形相較，可大幅提昇在低負荷區域、高速旋轉區域的效率。

Description

諧波齒輪裝置的潤滑方法
本發明係關於一種諧波齒輪裝置，特別是有關使用潤滑性粉體之諧波齒輪裝置的潤滑方法。
大多數的諧波齒輪裝置是使用油或滑脂來進行潤滑。專利文獻1中所揭示的諧波齒輪裝置是具備：從滑脂儲存部將滑脂供給到須要潤滑之部分的機構。專利文獻2中所記載的諧波齒輪裝置，是在杯型外齒齒輪的內部，配置與外齒齒輪一體旋轉的油槽，利用離心力從油槽將油供給到須要潤滑的部分。在專利文獻3所揭示的動力傳達裝置中，為了降低滑動構件之間的摩擦．損耗，將滑動面設定為具有預定之表面粗度的面，用碳素系皮膜覆蓋該面，進一步用滑脂來潤滑被碳素系皮膜所覆蓋的滑動面之間。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕特開2013-92217號公報
〔專利文獻2〕特開2011-64304號公報
〔專利文獻3〕特開2009-41747號
諧波齒輪裝置一般是作為減速機使用，諧波產生器是藉由馬達等來高速旋轉。如果使用油或滑脂來潤滑與諧波產生器之外齒齒輪的接觸部分、以及與諧波產生器內部之接觸部分的話，由高速旋轉之諧波產生器所引起的抗黏性損失就會變大。因此，諧波齒輪裝置之低負荷區域、高速旋轉區域的效率也會下降。
本發明的課題即提案一種諧波齒輪裝置的潤滑方法，其和使用滑脂或油來做為潤滑劑的情形相較，可大幅提昇在低負荷區域、高速旋轉區域的效率。
此外，本發明的課題又提供一種諧波齒輪裝置，其和使用滑脂或油來做為潤滑劑的情形相較，可大幅提昇在低負荷區域以及高速旋轉區域的效率。
為了解決上述課題，本發明之諧波齒輪裝置的潤滑方法，其特徵為：除了諧波齒輪裝置之外齒齒輪以及內齒齒輪的齒部以外，其他潤滑對象的接觸部係分別使用具有層狀之結晶構造，且具有預定粒徑與預定硬度之無機系潤滑性粉體來進行潤滑。
填充成覆蓋與諧波產生器之其他構件的接觸部、以及其內部之接觸部的狀態的潤滑性粉體，係為：具備層狀的結晶構造，且沿著各層面滑動之構造的固體潤滑劑。潤滑性粉體在諧波齒輪裝置運轉時，是在各接觸面之間被壓碎，移行附著到形成接觸部之雙方的接觸面而形成薄薄的表面膜。此外，又被輥軋得更薄，進一步被細分化而變成易於進入到接觸部之內部(接觸面之間)的形狀。
藉由如此變化形狀的微粉末、以及形成在雙方之接觸面的薄表面膜，來維持接觸部的潤滑。又，因為移行附著到接觸面的薄表面膜、以及被輥軋．細分化的微粉末都沒有黏性，所以可實踐諧波齒輪裝置在低負荷區域與高速旋轉區域的高效率。甚至，因為如此運轉條件的效率變化變少，所以也可提昇諧波齒輪裝置的控制性。
為了獲得預定的潤滑效果、實踐諧波產生器的順利旋轉，以使用平均粒徑在15μm以下的微小粉體來做為潤滑性粉體為佳。此外，潤滑性粉體又以莫氏硬度在1.5以下的軟性粉體為佳。
特別是，為了能從諧波齒輪裝置的運轉初期即能發揮潤滑效果，讓諧波產生器順利旋轉，以使用將潤滑性粉體予以輥軋，粉碎成鱗片狀所得的微粉末為佳。
具有層狀之結晶構造的潤滑性粉體，可使用：二硫化鉬、二硫化鎢、石墨、氮化硼中的其中任一種。二硫化鉬、石墨係具有稱之為六方晶的層狀結晶構造，氮化硼則是具有鱗片狀的結晶構造。此外，也可以將 這些當中的2種類以上的潤滑性粉體予以組合使用。
接下來，本發明的諧波齒輪裝置係具備：剛性的內齒齒輪；同軸地配置在該內齒齒輪之內側的可撓性外齒齒輪；以及諧波產生器，該諧波產生器是同軸地安裝在該外齒齒輪的內側，將該外齒齒輪彎折成非圓形，使其嚙合於上述內齒齒輪，並使該兩齒輪的嚙合位置朝向周方向移動，在上述外齒齒輪的內側與上述諧波產生器的內部，係填充了上述的潤滑性粉體。此外，在內齒齒輪與外齒齒輪的齒部，係塗佈或填充了油潤滑劑或滑脂潤滑劑。
1‧‧‧諧波齒輪裝置
2‧‧‧內齒齒輪
3‧‧‧外齒齒輪
4‧‧‧諧波產生器
A‧‧‧接觸部
B‧‧‧接觸部
C‧‧‧接觸部
〔圖1〕(a)、(b)係為顯示諧波齒輪裝置之一例的概略緃剖面圖、以及概略前視圖。
〔圖2〕(a)~(d)係顯示粉體潤滑與滑脂潤滑時之減速機效率的比較結果表。
〔圖3〕(a)、(b)係顯示運轉後，變成微粉末狀態之潤滑性微小粉體的顯微鏡相片。
〔圖4〕(a)、(b)、(c)係顯示經輥軋，變成薄鱗片狀之潤滑性微小粉體的顯微鏡相片。
以下，茲參照圖式來說明本發明之諧波齒輪裝置的潤滑方法。
圖1(a)、(b)係為顯示可適用本發明之諧波齒輪裝置之一例的概略縱剖面圖以及概略前視圖。諧波齒輪裝置1被稱之為杯型，具備：圓環狀的剛性內齒齒輪2；呈杯型的可撓性外齒齒輪3；以及橢圓形輪廓的諧波產生器4。外齒齒輪3是同軸地配置在內齒齒輪2的內側。諧波產生器4是安裝在外齒齒輪3之圓筒狀外齒形成部分3a的內側。形成在被諧波產生器4彎折成橢圓形之外齒形成部分3a之外周的外齒，係在橢圓形之長軸L的兩端位置，嚙合於內齒齒輪2的內齒。
在使用諧波齒輪裝置1來做為減速機時，諧波產生器4是藉由無圖示的馬達等而高速旋轉。例如：內齒齒輪2被固定在無圖示的外殼等，外齒齒輪3進行減速旋轉。減速旋轉是從無圖示的輸出軸輸出，該輸出軸是同軸地連結在形成於外齒齒輪3的剛性輪轂3b。
諧波齒輪裝置1的主要潤滑部分為：內齒齒輪2與外齒齒輪3之間的接觸部(齒部)A；外齒齒輪3之外齒形成部分3a的內周面與諧波產生器4之外周面間的接觸部B；以及諧波產生器4之內部的接觸部C。諧波產生器4之內部的接觸部C為：波形插塞4a與波形軸承4b之間的接觸部分；以及波形軸承4b的構成零件之間的接觸部分等。在這些當中，針對接觸部(齒部)A是進行一般所施行的油潤滑或滑脂潤滑。
相對地，針對接觸部B以及接觸部C則是進行微小粉體潤滑。意即，使用具有層狀結晶構造的柔軟無 機系潤滑性微小粉體來進行潤滑。根據本案發明者等的實驗，確認了以下結果：為了得到預定的潤滑效果、實現諧波產生器4順暢旋轉，潤滑性微小粉體，以使用平均粒徑在15μm以下的微小粉體為佳，且莫氏硬度為1.5以下的柔軟微小粉體為宜。
具有層狀結晶構造的潤滑性微小粉體，可使用：二硫化鉬、二硫化鎢、石墨、氮化硼中的其中任一種。也可以將這些中的2種類以上的潤滑性粉體加以組合來使用。
圖2為顯示使用滑脂來潤滑諧波齒輪裝置時、以及除了齒部以外，使用潤滑性微小粉體來潤滑時之減速機效率的比較結果之一例的圖表。圖2(a)與圖2(b)係分別顯示：使用滑脂來潤滑圖1中所示的諧波齒輪裝置1(型態A)時、以及使用潤滑性微小粉體來進行潤滑時之各旋轉數的輸出扭矩與效率的關係。圖2(c)與圖2(d)則是分別顯示：使用滑脂來潤滑與諧波齒輪裝置1不同形狀之杯型諧波齒輪裝置(型態B)時、以及使用潤滑性微小粉體來進行潤滑時的關係。
從這些圖表即可得知，使用微小粉體潤滑時，和使用滑脂潤滑時的情形相較，在低負荷區域的效率提昇，並且，因為輸入旋轉數所引起的效率差也幾乎不會發生。甚至，幾乎在所有的運轉區域，效率都顯示大約為90%(是幾乎接近諧波齒輪裝置的齒輪嚙合效率之值)。因此，藉由使用本發明的微小粉體潤滑，可減少因為運轉 條件所引起的效率變化，故可提昇控制性。
接下來，本案發明者等觀察了諧波齒輪裝置在運轉後的潤滑性微小粉體的狀態，確認了以下舉動。
意即，被填充的潤滑性微小粉體在諧波齒輪裝置運轉時，是在各接觸部的接觸面之間被壓碎，移行附著到雙方的接觸面而形成薄薄的表面膜。此外，再被輥軋得更薄，進一步被細分化而變成易於進入到接觸面內的微粉末。圖3(a)係顯示在運轉後，於各接觸部所產生的微粉末的顯微鏡照片(x100)，圖3(b)為顯示其中一部分的放大顯微鏡照片(x1000)。
藉由如此形狀改變的微粉末、以及形成在雙方之接觸面的薄表面膜，即可有效維持接觸部的潤滑，並降低各摩擦部的抗摩擦。此外，因為移行附著到接觸面的薄表面膜、以及經輥軋．細分化的微粉末均沒有黏性，所以沒有顯示抗黏性損失。
再者，若根據使用具有層狀結晶構造之潤滑性微小粉體的潤滑方法，經確認可獲得如下的效果。
(a)從低溫(-75℃)到高溫(250℃：即使是微粉末的氧化溫度較低之二硫化鉬，也不會產生氧化的溫度)的大範圍使用溫度下，仍可進行潤滑。
(b)和使用油、滑脂之潤滑相較，使用潤滑性微小粉體的潤滑，其發熱較少。例如：根據本案發明者等的實驗，和使用滑脂潤滑時之諧波齒輪裝置的內部溫度相比，使用潤滑性微小粉體來潤滑時，經確認：其內部溫度大約 低15~18℃。
(c)使用油、滑脂來進行潤滑時，在靜荷重時，潤滑劑會從接觸面冒出，但是使用潤滑性微小粉體來進行潤滑時，在靜荷重時，潤滑劑不會從接觸面冒出來。因此，即使是在停止期間較長、低頻度的動作時，接觸部仍可確實地潤滑。
(d)使用潤滑性微小粉體來進行潤滑，也可適用於低速輸入旋轉的情形。
在此，經確認：為了從諧波齒輪裝置的運轉初期開始，即能實現充分的潤滑效果，且使諧波產生器更為順暢地旋轉，進行低負荷的運轉(時效(aging))是有效的。
再者，經確認：在諧波齒輪裝置組裝前，只要在每個各接觸部的接觸面，藉由在較低的面壓下的滑動、轉動運動，使潤滑性微小粉體移行附著到各接觸面，即可省略試轉。並也確認了：利用進行珠擊(shot peening)，也可有效地使潤滑性微小粉體移行附著到各接觸面。
更進一步，也可事先將填充於外齒齒輪之內側與諧波產生器之內部的潤滑性微小粉體予以輥軋，做成薄鱗片形狀的微小粉體。圖4(a)以及(b)係為顯示輥軋成薄鱗片形狀之微小粉體的顯微鏡照片(x100)，圖4(c)為其一部分的顯微鏡照片(x1000)。一旦填充了這種鱗片形狀的微小粉體，特別是為了能在諧波產生器之運 轉初期，即可順暢旋轉者，更具有效果。
如以上的說明，根據本發明，在利用潤滑性微小粉體來潤滑接觸部的諧波齒輪裝置中，諧波產生器不會有抗黏性損失，可實現在低負荷區域、高速旋轉區域的高效率。

Claims (4)

  1. 一種諧波齒輪裝置的潤滑方法，除了諧波齒輪裝置之外齒齒輪與內齒齒輪的齒部以外，其他潤滑對象的接觸部係分別使用具有層狀之結晶構造，且具有預定粒徑以及預定硬度之無機系潤滑性粉體來進行潤滑，其特徵為：上述潤滑性粉體，是莫氏硬度為1.5以下、平均粒徑為15μm以下且經過輥軋將其破碎成鱗片狀所得的鱗片狀粉體；填充於上述接觸部的上述潤滑性粉體，當上述諧波齒輪裝置運轉時，是在上述接觸部的接觸面之間被壓碎，其一部分移行附著到上述接觸面而形成表面膜，其一部分被輥軋而較填充時的上述潤滑性粉體更被細分化而變成易於進入到上述接觸面之間的微粉末；上述微粉末，藉由形成於上述接觸面的上述表面膜，來維持上述接觸部的潤滑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之諧波齒輪裝置的潤滑方法，其中，上述潤滑性粉體至少為二硫化鉬、二硫化鎢、及石墨中的其中任一種。
  3. 一種諧波齒輪裝置，其特徵為：具備：剛性的內齒齒輪；同軸地配置在該內齒齒輪之內側的可撓性外齒齒輪；以及諧波產生器，該諧波產生器是同軸地安裝在該外齒齒輪的內側，將該外齒齒輪彎折成非圓形，使其嚙合於上述內齒齒輪，並使該兩齒輪的嚙合位置朝向周方向移動，在上述外齒齒輪的內側與上述諧波產生器的內部，係以粉體狀態填充了做為潤滑劑的無機系之潤滑性粉體，該潤滑性粉體係具有層狀的結晶構造；上述潤滑性粉體，是莫氏硬度為1.5以下、平均粒徑為15μm以下且經過輥軋而壓碎成鱗片狀態的鱗片狀粉體。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的諧波齒輪裝置，其中，上述潤滑性粉體至少為二硫化鉬、二硫化鎢、及石墨中的其中任一種。
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