TWI545275B - Hollow type harmonic gear device - Google Patents

Description

中空型諧波齒輪裝置

本發明係關於中空型諧波齒輪裝置。詳而言之，係關於一種中空型諧波齒輪裝置，在中空軸一體形成有諧波產生器的插塞，該中空軸是用來界定能貫穿裝置中心軸線方向之中空部，該中空軸之兩側的軸端部是藉由支承軸承予以支承。

習知之中空型諧波齒輪裝置，係具備有中空軸，該中空軸是用來界定貫穿裝置中心軸線方向而延伸之中空部，在中空軸的外周面一體形成有諧波產生器之橢圓狀輪廓的諧波插塞。專利文獻1揭示一種具備有禮帽(silk hat)形狀的可撓性外齒齒輪之中空型諧波齒輪裝置。

上述構造的中空型諧波齒輪裝置，中空軸的兩側之軸端部是藉由支承軸承予以支承。此外，諧波產生器係包含：一體形成於中空軸的外周面之諧波插塞、以及嵌合於該諧波插塞之橢圓狀外周面的諧波軸承。諧波軸承，係具備有可朝半徑方向撓曲之可撓性的內外環之軸 承。

諧波軸承是如下述般組裝。將諧波軸承套在中空軸之一方的軸端，將諧波軸承沿著中空軸外周面移動到諧波插塞，而組裝在該諧波插塞之橢圓狀外周面。中空軸之從一方的軸端到諧波插塞之間的軸部的外徑，必須比諧波軸承之內徑小。一般而言，將軸部的外徑設定成比諧波插塞之橢圓狀外周面的短徑小，以進行諧波軸承的組裝。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平09-291983號公報

中空軸之一方的軸端側之軸部，為了組裝諧波軸承，無法使其軸部外徑增大。對應於此，用來支承中空軸之諧波軸承組裝側的軸端部之支承軸承，因為安裝於小徑的軸部，不得不採用內徑小的軸承。而無法使用支承性能高之大尺寸的支承軸承。此外，因為無法使軸部外徑增大，中空軸的中空徑也無法增大。

本發明的課題，是為了提供一種中空型諧波齒輪裝置，其具備有：內徑比諧波軸承組裝側之中空軸的軸部外徑更大之支承軸承。

本發明的中空型諧波齒輪裝置，其特徵在於，係具備中空軸、諧波產生器、圓筒狀的套環、第1支承軸承以及第2支承軸承，該諧波產生器具備有：形成於前述中空軸的外周面之橢圓狀輪廓的諧波插塞、以及從前述中空軸之一方的第1軸端部側嵌合於前述諧波插塞的橢圓狀外周面之諧波軸承；該套環係組裝於前述第1軸端部的外周面；該第1支承軸承，係將前述中空軸之一方的第1軸端部透過前述套環予以支承；該第2支承軸承，係用來支承前述中空軸之另一方的第2軸端部。

在本發明，在諧波軸承組裝側之第1軸端部的外周面組裝套環，在套環的外周面組裝第1支承軸承。能使用其內徑比第1軸端部的外徑大之第1支承軸承，能提昇中空軸的支承性能。亦即，起因於組裝諧波軸承而對第1支承軸承的軸承尺寸造成的限制消失。如此，可使用其內徑比諧波產生器的諧波插塞之橢圓狀外周面的短徑大之第1支承軸承。

此外，在藉由第1支承軸承支承之中空軸的第1軸端部組裝套環，因此該第1軸端部可利用套環施以補強。如此，能使該第1軸端部的壁厚變薄，藉此能將中 空軸的內徑增大。

本發明的中空型諧波齒輪裝置較佳為，前述套環具備第1內環按壓面以及第2內環按壓面當中至少一方的內環按壓面，該第1內環按壓面，係對於前述諧波軸承的內環從裝置中心軸線方向進行抵接，該第2內環按壓面，係對於前述第1支承軸承的內環從前述裝置中心軸線方向進行抵接。

藉由使用套環作為內環按壓構件，不須另外安裝用來按壓諧波軸承或第1支承軸承的構件。如此，可抑制零件數的增加，有利於降低製造成本。

本發明的中空型諧波齒輪裝置，在以單元的形式使用的情況，係具有第1單元端板、第2單元端板、剛性內齒齒輪、可撓性外齒齒輪以及單元軸承，該第1單元端板，係配置在前述裝置中心軸線方向上之前述第1軸端部側，供安裝前述第1支承軸承；該第2單元端板，係配置在前述裝置中心軸線方向上之前述第2軸端部側，供安裝前述第2支承軸承；該剛性內齒齒輪，係配置在前述第1、第2單元端板間，而與前述第1單元端板成為一體地旋轉；該可撓性外齒齒輪，係在前述第1、第2單元端板之間配置在前述剛性內齒齒輪的內側，而與前述第2單元端板成為一體地旋轉；該單元軸承，係將前述剛性內齒齒輪以及前述可撓性外齒齒輪支承成可相對旋轉。

此外，要形成大中空部的情況，作為可撓性外齒齒輪可使用禮帽形狀的可撓性外齒齒輪。禮帽形狀的可撓性外齒齒輪，係具備圓筒狀胴部、連續於前述圓筒狀胴部之前述第2單元端板側的一端且朝半徑方向的外方延伸之膜片、形成為連續於前述膜片的外周緣之圓環狀的凸座、以及形成於前述圓筒狀胴部之前述第1單元端板側的外周面部分之外齒。在此情況，在前述圓筒狀胴部之形成有前述外齒的外齒形成部分的內側組裝前述諧波產生器，而使該外齒形成部分呈橢圓狀撓曲。此外，前述凸座是和前述單元軸承的外環一起固定於前述第2單元端板。前述剛性內齒齒輪，是和前述單元軸承的內環一起固定於前述第1單元端板。或是前述剛性內齒齒輪、前述內環以及前述第1單元端板是成為單一構件而形成為一體。

1‧‧‧中空型諧波齒輪裝置

1a‧‧‧裝置中心軸線

2‧‧‧中空軸

2a‧‧‧第1軸端部

2b‧‧‧第2軸端部

2c‧‧‧軸端

2d‧‧‧圓形外周面

2e‧‧‧圓形外周面

2f‧‧‧凸緣

2g‧‧‧端面

2h‧‧‧圓形外周面

2i‧‧‧圓形外周面

3‧‧‧中空部

4‧‧‧第1支承軸承

4a‧‧‧圓形內周面

4b‧‧‧內環

5‧‧‧第2支承軸承

6‧‧‧殼體

6A‧‧‧第1單元端板

6a‧‧‧中心貫通孔

6b‧‧‧圓形內周面

7‧‧‧第2單元端板

7a‧‧‧圓形貫通孔

8‧‧‧剛性內齒齒輪

9‧‧‧可撓性外齒齒輪

9a‧‧‧圓筒狀胴部

9b‧‧‧膜片

9c‧‧‧凸座

9d‧‧‧外齒

10‧‧‧諧波產生器

11‧‧‧單元軸承

11a‧‧‧外環

11b‧‧‧內環

12‧‧‧諧波插塞

12a‧‧‧橢圓狀外周面

13‧‧‧諧波軸承

13a‧‧‧內環

14‧‧‧套環

14a‧‧‧套環本體部

14b‧‧‧凸緣部

14c、14d‧‧‧圓環狀端面

14e‧‧‧圓形外周面

24‧‧‧套環

24a‧‧‧套環本體部

24b‧‧‧凸緣部

24c、24d‧‧‧圓筒部分

24e‧‧‧中空部

24f、24g‧‧‧圓環狀端面

L‧‧‧長徑

Ls‧‧‧短徑

圖1係顯示運用本發明的中空型諧波齒輪裝置之縱剖面圖。

圖2係顯示圖1的中空型諧波齒輪裝置的各部位的外徑尺寸之說明圖。

圖3係使用與圖1不同形狀的套環的情況之局部剖面圖。

以下，參照圖式，說明運用本發明的中空型諧波齒輪裝置之實施形態。

(整體構造)

圖1係運用本發明的中空型諧波齒輪裝置之縱剖面圖，圖2係顯示各部位的外徑尺寸之說明圖。中空型諧波齒輪裝置1，具備有朝裝置中心軸線1a方向延伸的中空軸2。中空軸2是讓來自馬達等的高速旋轉輸入之輸入軸，在其內部形成有貫穿裝置中心軸線1a方向之圓形剖面的中空部3。中空軸2的一方之第1軸端部2a是藉由第1支承軸承4支承，另一方的第2軸端部2b則是藉由第2支承軸承5支承。第1、第2支承軸承4、5例如為滾珠軸承。第1支承軸承4安裝於圓盤狀的第1單元端板6A，該第1單元端板6A是成為一體地形成於圓筒狀的殼體6之一方的端部。第2支承軸承5安裝於圓盤狀的第2單元端板7。

在第1、第2單元端板6A、7之間配置有剛性內齒齒輪8、禮帽形狀的可撓性外齒齒輪9以及諧波產生器10。剛性內齒齒輪8是成為殼體6的一部分而形成為一體。可撓性外齒齒輪9是固定於第2單元端板7。此外，剛性內齒齒輪8和可撓性外齒齒輪9，是藉由單元軸承11支承成可相對旋轉自如的狀態。單元軸承11例如為十字滾柱軸承。

可撓性外齒齒輪9是藉由諧波產生器10呈橢 圓狀撓曲，在橢圓狀的長軸方向之兩端的部位與剛性內齒齒輪8嚙合。可撓性外齒齒輪9的齒數比剛性內齒齒輪8的齒數少2n個。n為正整數，通常是少2個。當諧波產生器10旋轉時，兩齒輪8、9之嚙合位置會沿周方向移動，在兩齒輪間產生對應於齒數差之相對旋轉。若將剛性內齒齒輪8固定成無法旋轉，則可撓性外齒齒輪9會旋轉，而能從固定於其之第2單元端板7取出減速旋轉輸出。

(各部位的構造)

諧波產生器10具備有：呈橢圓狀輪廓之一定寬度的諧波插塞12、以及嵌合於該諧波插塞12的橢圓狀外周面12a之諧波軸承13。諧波插塞12，是在位於第1、第2單元端板6A、7間之中空軸2的軸部上之與第1支承軸承4相鄰的部位形成為一體。諧波軸承13，係具備可朝半徑方向撓曲的內外環之滾珠軸承等的軸承。

諧波軸承13，是從中空軸2之第1軸端部2a側組裝於該中空軸2，並嵌合於諧波插塞12之橢圓狀外周面12a。因此，中空軸2之從第1軸端部2a側的軸端2c到諧波插塞12間之軸部的外徑，是比諧波軸承13的內徑(呈橢圓狀撓曲前之圓形狀態的內徑)更小。

在本例，如圖2所示般，第1軸端部2a之圓形外周面2e的外徑是比諧波插塞12之橢圓狀外周面12a的短徑Ls更小。在圓形外周面2e和軸端2c之間成為小 徑的圓形外周面2d。在第1軸端部2a的圓形外周面2e組裝圓筒狀的套環14。套環14係具備：圓筒狀的套環本體部14a、以及形成於套環本體部14a之第2軸端部2b側的端部之大徑圓環狀的凸緣部14b。凸緣部14b的端面，抵接於圓形外周面2e和諧波插塞12的橢圓狀外周面12a間之環狀段差面，藉此使該套環14之軸線方向的位置被定位。

在套環14之套環本體部14a的圓形外周面組裝第1支承軸承4。套環14的凸緣部14b成為被夾在諧波軸承13的內環13a和第1支承軸承4的內環4b間的狀態。因此，該凸緣部14b之兩側的圓環狀端面14c、14d，分別發揮諧波軸承13的內環按壓面以及第1支承軸承4的內環按壓面的作用。

第1支承軸承4是將中空軸2的第1軸端部2a透過套環14予以支承。因此，第1支承軸承4的內徑，是與套環14之套環本體部14a的圓形外周面14e的外徑相同，且比第1軸端部2a的外徑大，該第1軸端部2a的外徑是比諧波插塞12之橢圓狀外周面12a的短徑Ls更小。在本例，如圖2所示般，作為第1支承軸承4是使用滾珠軸承，其圓形內周面4a之內徑是比諧波插塞12之橢圓狀外周面12a的短徑Ls大但比長徑L稍小。

另一方面，在中空軸2之諧波插塞12的第2軸端部2b側，形成有大徑的圓環狀的凸緣2f。凸緣2f之圓環狀的端面2g發揮諧波軸承13之保持具按壓面的作 用。在中空軸2之凸緣2f的鄰接位置，形成有其外徑與諧波插塞12的橢圓狀外周面12a的長徑大致相同之圓形外周面2h。與該圓形外周面2h鄰接之圓形外周面2i為第2軸端部2b的圓形外周面，在此組裝第2支承軸承5。例如，圓形外周面2i的外徑是與套環14的套環本體部14a之外徑相同，作為第2支承軸承5是使用與第1支承軸承4相同尺寸之滾珠軸承。

在此，中空軸2的中空部3是在軸線方向上具有相同內徑之中空部。藉由第1支承軸承4支承之中空軸2的第1軸端部2a之圓形外周面2e的外徑，為了穿過諧波軸承13而成為小徑，因此該第1軸端部2a的壁厚是比第2軸端部2b的壁厚薄。然而，因為在第1軸端部2a組裝有套環14，縱使是形成相同內徑的中空部3，第1軸端部2a可利用套環14施以補強，而能確保充分的強度、剛性。如此，相較於必須使小徑的第1軸端部2a具有充分厚度之習知的中空型諧波齒輪裝置，能使中空徑增大。

其次，禮帽形狀的可撓性外齒齒輪9係具有：可朝半徑方向撓曲之圓筒狀胴部9a、連續於圓筒狀胴部9a之第2單元端板7側的一端且朝半徑方向的外方延伸之膜片9b、形成為連續於膜片9b的外周緣之圓環狀的凸座9c、以及形成於圓筒狀胴部9a之第1單元端板6A側的外周面部分之外齒9d。在圓筒狀胴部9a之形成有外齒9d的外齒形成部分的內側組裝諧波產生器10，而使該外齒形成部分呈橢圓狀撓曲。

凸座9c被夾在第2單元端板7和單元軸承11的外環11a之間。在此狀態下，利用未圖示之複數根緊固螺栓將三構件予以緊固固定。

在殼體6上，在剛性內齒齒輪8之與第1單元端板6A相反側的部位，使單元軸承11的內環11b形成為一體。殼體6之剛性內齒齒輪8，是包圍可撓性外齒齒輪9之外齒9d，內環11b則是包圍可撓性外齒齒輪9之圓筒狀胴部9a中之除外齒9d以外的部分。在本例，第1單元端板6A、剛性內齒齒輪8以及內環11b是由單一零件之殼體6所形成。也能取代此，將第1單元端板6A、剛性內齒齒輪8以及內環11b以個別零件的方式製造，再將其等使用螺栓等進行緊固固定。

其次，在第1單元端板6A的中心部形成有圓形的中心貫通孔6a，從該中心貫通孔6a使中空軸2之第1軸端部2a側的一端露出。在中心貫通孔6a的內側，形成有內徑更大的圓形內周面6b，在此安裝第1支承軸承4。另一方面，在第2單元端板7的中心部形成有圓形貫通孔7a，在其內側安裝第2支承軸承5。藉由第2支承軸承5支承之中空軸2的第2軸端部2b的端部分是從第2單元端板7往外方突出。在該中空軸2的端部分將馬達軸等透過聯結器(coupling)進行連結固定。

圖3係顯示安裝有不同形狀的套環之中空型諧波齒輪裝置的局部剖面圖。本圖所示的中空型諧波齒輪裝置20之整體構造是與圖1的中空型諧波齒輪裝置1相 同，對於對應的部位賦予同一符號而省略其等的說明。

在中空型諧波齒輪裝置20中，安裝於中空軸2的第1軸端部2a之套環24係具備：圓筒狀的套環本體部24a、以及形成於套環本體部24a之第2軸端部2b側的端部之大徑圓環狀的凸緣部24b。

套環本體部24a係具備：組裝於第1軸端部2a的圓形外周面之圓筒部分24c、以及從第1軸端部2a的軸端2c呈同軸地延伸之圓筒部分24d。圓筒部分24d的中空部24e是與中空軸2的中空部3具有相同的內徑，利用中空部3和中空部24e來形成中空型諧波齒輪裝置20的中空部。圓筒部分24c的圓環狀端面24f以及凸緣部24b的圓環狀端面24g，分別發揮諧波軸承13的內環按壓面以及第1支承軸承4的內環按壓面之作用。

1‧‧‧中空型諧波齒輪裝置

1a‧‧‧裝置中心軸線

2‧‧‧中空軸

2a‧‧‧第1軸端部

2b‧‧‧第2軸端部

2c‧‧‧軸端

2d‧‧‧圓形外周面

2e‧‧‧圓形外周面

2f‧‧‧凸緣

2g‧‧‧端面

2h‧‧‧圓形外周面

2i‧‧‧圓形外周面

3‧‧‧中空部

4‧‧‧第1支承軸承

4a‧‧‧圓形內周面

4b‧‧‧內環

5‧‧‧第2支承軸承

6‧‧‧殼體

6A‧‧‧第1單元端板

6a‧‧‧中心貫通孔

6b‧‧‧圓形內周面

7‧‧‧第2單元端板

7a‧‧‧圓形貫通孔

8‧‧‧剛性內齒齒輪

9‧‧‧可撓性外齒齒輪

9a‧‧‧圓筒狀胴部

9b‧‧‧膜片

9c‧‧‧凸座

9d‧‧‧外齒

10‧‧‧諧波產生器

11‧‧‧單元軸承

11a‧‧‧外環

11b‧‧‧內環

12‧‧‧諧波插塞

12a‧‧‧橢圓狀外周面

13‧‧‧諧波軸承

13a‧‧‧內環

14‧‧‧套環

14a‧‧‧套環本體部

14b‧‧‧凸緣部

14c、14d‧‧‧圓環狀端面

14e‧‧‧圓形外周面

Claims (4)

1. 一種中空型諧波齒輪裝置(1、20)，其特徵在於，係具備中空軸(2)、諧波產生器(10)、圓筒狀的套環(14、24)、第1支承軸承(4)以及第2支承軸承(5)，該諧波產生器(10)具備有：形成於前述中空軸(2)的外周面之橢圓狀輪廓的諧波插塞(12)、以及從前述中空軸(2)之一方的第1軸端部(2a)側嵌合於前述諧波插塞(12)的橢圓狀外周面(12a)之諧波軸承(13)；該套環(14、24)係組裝於前述第1軸端部(2a)的外周面；該第1支承軸承(4)，係將前述中空軸(2)的前述第1軸端部(2a)透過前述套環(14、24)予以支承；該第2支承軸承(5)，係用來支承前述中空軸(2)之另一方的第2軸端部(2b)；前述套環(14、24)具備第1內環按壓面(14c、24f)以及第2內環按壓面(14d、24g)當中至少一方的內環按壓面，該第1內環按壓面(14c、24f)，係對於前述諧波軸承(13)的內環從裝置中心軸線(1a)的方向進行抵接，該第2內環按壓面(14d、24g)，係對於前述第1支承軸承(4)的內環從前述裝置中心軸線(1a)的方向進行抵接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之中空型諧波齒輪裝置(1、20)，其中，前述第1支承軸承(4)之圓形內周面(4a)的內徑比前述諧波插塞(12)之前述橢圓狀外周面(12a)的短徑(Ls)更大。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之中空型諧波齒輪裝置(1、20)，其中，係具有第1單元端板(6A)、第2單元端板(7)、剛性內齒齒輪(8)、可撓性外齒齒輪(9)以及單元軸承(11)，該第1單元端板(6A)，係配置在前述裝置中心軸線(1a)方向上之前述第1軸端部(2a)側，供安裝前述第1支承軸承(4)；該第2單元端板(7)，係配置在前述裝置中心軸線(1a)方向上之前述第2軸端部(2b)側，供安裝前述第2支承軸承(5)；該剛性內齒齒輪(8)，係配置在前述第1、第2單元端板(6A、7)間，而與前述第1單元端板成為一體地旋轉；該可撓性外齒齒輪(9)，係在前述第1、第2單元端板(6A、7)之間配置在前述剛性內齒齒輪(8)的內側，而與前述第2單元端板(7)成為一體地旋轉；該單元軸承(11)，係將前述剛性內齒齒輪(8)以及前述可撓性外齒齒輪(9)支承成可相對旋轉；前述可撓性外齒齒輪(9)，係藉由前述諧波產生器 (10)撓曲成橢圓狀，而與前述剛性內齒齒輪(8)局部地嚙合。
4. 如申請專利範圍第3項所述之中空型諧波齒輪裝置(1、20)，其中，前述可撓性外齒齒輪(9)係具備：圓筒狀胴部(9a)、連續於前述圓筒狀胴部(9a)之前述第2單元端板(7)側的一端且朝半徑方向的外方延伸之膜片(9b)、形成為連續於前述膜片(9b)的外周緣之圓環狀的凸座(9c)、以及形成於前述圓筒狀胴部(9a)之前述第1單元端板(6A)側的外周面部分之外齒(9d)；在前述圓筒狀胴部(9a)之形成有前述外齒(9d)的外齒形成部分的內側組裝前述諧波產生器(10)，而使該外齒形成部分呈橢圓狀撓曲；前述凸座(9c)是和前述單元軸承(11)的外環(11a)一起固定於前述第2單元端板(7)；前述剛性內齒齒輪(8)，是和前述單元軸承(11)的內環(11b)一起固定於前述第1單元端板(6A)，或是前述剛性內齒齒輪(8)、前述內環(11b)以及前述第1單元端板(6A)是成為單一構件而形成為一體。