JP2007016838A - Silk hat type harmonic drive - Google Patents

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樹庭 李
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    • F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silk hat type harmonic drive of light weight and high moment rigidity, having high allowable moment capacity, and capable of transmitting high torque. <P>SOLUTION: The harmonic drive 10 has a circular spline 20 provided with internal teeth 21, a flexible thin silk hat type flake spline 30 having an external tooth portion 31 provided with external teeth 31 partially engaged with the internal teeth 21, and a wave generator 40 rotated to the circular spline 20 while deflecting the flame spline 30. A thin cross roller bearing 50 axially fixes an inner ring 51 by retaining a retaining ring 60 having the inner ring 51 and an outer ring 52 to a side face of the circular spline 20, and an end plate 80 is fastened to a side face of a case 70 by a bolt 7 penetrating through a boss 32 to axially fix the outer ring 52. The retaining ring 60, the case 70 and an end plate 80 are composed of light-weight materials such as aluminum, nylon and resin. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、軽量化し且つ高負荷容量を持つシルクハット型波動歯車装置に関するものである。   The present invention relates to a top hat wave gear device that is light in weight and has a high load capacity.

従来知られているシルクハット型波動歯車装置では、主軸受の外輪がケースとして使われるとともに主軸受の内輪の内周面に内歯歯車が形成されている。（例えば、特許文献１、２参照）
特開平９−２８０３２５公報 特開平９−２５０６０８公報 In a conventionally known top hat wave gear device, an outer ring of a main bearing is used as a case, and an internal gear is formed on the inner peripheral surface of the inner ring of the main bearing. (For example, see Patent Documents 1 and 2)
JP-A-9-280325 JP-A-9-250608

従来のシルクハット型波動歯車装置においては、主軸受内輪の内周面に内歯歯車を加工するために、内輪の材料は内歯歯車用材の鋳物材に限定されてしまい、同時に外輪も鋳物材となってしまう。
クロスローラーベアリングの内・外輪が鋳物材であると、普通の軸受鋼材ベアリングより強度が弱くなる。このため、クロスロ−ラーベアリングのモーメント剛性や許容モーメント容量も軸受鋼材ベアリングより小さくなることがわかった。
更に、従来のシルクハット型波動歯車装置においては、内・外輪はそれぞれ一体物であり、分割できず、装置全体の重さの中で重要な割合を占め、しかも強度が必要なためこれらの材料としてアルミ、ナイロン、樹脂などの軽量材料を使用することができない。そのため、装置全体の更なる軽量化を図ることが困難である。 In the conventional top hat type wave gear device, since the internal gear is processed on the inner peripheral surface of the main bearing inner ring, the material of the inner ring is limited to the casting material of the material for the internal gear, and at the same time the outer ring is also a casting material. End up.
If the inner and outer rings of the cross roller bearing are cast material, the strength will be weaker than that of ordinary bearing steel material bearings. For this reason, it was found that the moment stiffness and allowable moment capacity of the cross roller bearing are also smaller than that of the bearing steel material bearing.
Furthermore, in the conventional top hat type wave gear device, the inner and outer rings are each an integral part and cannot be divided, and occupy an important proportion in the weight of the entire device, and these materials require strength. As a lightweight material such as aluminum, nylon and resin cannot be used. Therefore, it is difficult to further reduce the weight of the entire apparatus.

本発明は、従来装置より軽量化し且つ高モーメント剛性と高許容モーメント容量を持つ波動歯車装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a wave gear device that is lighter than conventional devices and has high moment rigidity and high allowable moment capacity.

本発明の波動歯車装置は、内歯が形成された環状の内歯歯車と、該内歯歯車の内側に配置され、前記内歯に部分的に噛み合う外歯が形成された外歯部を有する可撓性の外歯歯車と、該外歯歯車の内側に配置されて該外歯歯車を撓ませながら前記内歯歯車に対して回転させる波動発生器とを備えており、
前記外歯歯車は、外部部材に固定するためのボス部と、前記外歯部および前記ボス部を接続する接続部とを有し、
前記内歯歯車の半径方向外側位置に軸受鋼材製の内輪と外輪とを有する薄型クロスローラーベアリングが配置され、
前記内歯歯車と別部材の止めリングを前記ベアリング内輪を挟むように配置し、該止めリングをボルトで前記内歯歯車の側面に固定して前記クロスローラーベアリングの内輪を軸方向に固定し、前記クロスローラーベアリングの外輪をケースの軸方向側方に挿入し、該ベアリング外輪を挟むようにして前記外歯車のボス部を通るボルトで端板を前記ケースの側面に固定して前記クロスローラーベアリングの外輪を軸方向に固定したことを特徴とするシルクハット型波動歯車装置により上述した目的を達成する。 The wave gear device of the present invention includes an annular internal gear having internal teeth formed thereon, and an external tooth portion that is disposed inside the internal gear and that has external teeth that partially mesh with the internal teeth. A flexible external gear, and a wave generator disposed inside the external gear and rotating with respect to the internal gear while bending the external gear,
The external gear has a boss part for fixing to an external member, and a connection part for connecting the external tooth part and the boss part,
A thin cross roller bearing having an inner ring and an outer ring made of bearing steel at the radially outer position of the internal gear is arranged,
The internal gear and a separate retaining ring are arranged so as to sandwich the bearing inner ring, and the inner ring of the cross roller bearing is fixed in the axial direction by fixing the retaining ring to a side surface of the internal gear with a bolt. The outer ring of the cross roller bearing is inserted into the side of the case in the axial direction of the case, and the end plate is fixed to the side surface of the case with a bolt passing through the boss portion of the outer gear so as to sandwich the outer ring of the bearing. The above-mentioned object is achieved by a top-hat type wave gear device characterized in that is fixed in the axial direction.

従来の主軸受、内歯歯車およびケースが一体構造であったのに対し、本発明の波動歯車装置においては、止めリング、ケースおよび端板を配置することにより、内歯歯車、止めリング、薄型クロスローラーベアリング、ケースおよび端板に分けられ、分離された止めリング、ケースおよび端板の材料は鋼材や鋳物材にこだわらず、アルミ、ナイロン、樹脂などの軽量材料を使用することにより装置の軽量化を図ることができた。   Whereas the conventional main bearing, the internal gear and the case have an integral structure, in the wave gear device of the present invention, by arranging the stop ring, the case and the end plate, the internal gear, the stop ring, and the thin shape It is divided into a cross roller bearing, case and end plate, and the material of the separated retaining ring, case and end plate is not limited to steel or cast material, but light weight materials such as aluminum, nylon and resin are used to reduce the weight of the device. We were able to plan.

また、この分離構造により、クロスローラーベアリングの内・外輪材料は軸受鋼材のままとすることができたので、従来の鋳物材からなる内・外輪のクロスローラーベアリング波動歯車装置構造の低モーメント剛性や低許容モーメント容量問題を克服し、波動歯車装置により大きいモーメント剛性と大きい許容モーメントを持たせることができた。   In addition, because of this separation structure, the inner and outer ring materials of the cross roller bearing can be kept as bearing steel, so the low moment rigidity of the cross roller bearing wave gear device structure of the inner and outer rings made of a conventional casting material can be reduced. Overcoming the problem of low permissible moment capacity, it was possible to give the wave gear device greater moment stiffness and greater permissible moment.

本発明においては、シール付きタイプの薄型クロスローラーベアリングを使用することができるので、この場合は端板と内歯歯車との間にオイルシールを配置することが不要となる。   In the present invention, a thin cross roller bearing with a seal can be used. In this case, it is not necessary to dispose an oil seal between the end plate and the internal gear.

本発明の外歯車は、外歯車の歯とボス部を円弧で繋ぐ新構造を使用することができるので、この場合には従来よりトルク容量アップすることができる。   Since the external gear of the present invention can use a new structure in which the teeth of the external gear and the boss part are connected by a circular arc, in this case, the torque capacity can be increased as compared with the prior art.

本発明によれば、従来のシルクハット型波動歯車装置よりも軽量化し且つ高モーメント剛性と高許容モーメント容量を持つ波動歯車装置を提供することができるものである。   According to the present invention, it is possible to provide a wave gear device that is lighter than a conventional top hat type wave gear device and has a high moment rigidity and a high allowable moment capacity.

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。本発明の実施形態に係る波動歯車装置の構成について先ず説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, the configuration of the wave gear device according to the embodiment of the present invention will be described.

図１に示すように、本実施の形態に係るシルクハット型波動歯車装置１０は、内歯２１が形成された環状の内歯歯車からなる厚肉のサーキュラスブライン２０と、サーキュラスプライン２０の内側に配置され、内歯２１に部分的に噛み合う外歯３１が形成された外歯部３１を有する可撓性の外歯歯車からなる薄肉のシルクハット状のフレクスプライン３０と、フレクスプライン３０の内側に配置されてフレクスプライン３０を撓ませながらサーキュラスプライン２０に対して回転させる波動を発生するウェーブジェネレータ４０とを備えている。   As shown in FIG. 1, the top hat wave gear device 10 according to the present embodiment includes a thick-circular brine 20 formed of an annular internal gear with internal teeth 21 and a circular spline 20. A thin-walled top hat-shaped flexspline 30 comprising a flexible external gear having an external tooth portion 31 formed with external teeth 31 that are arranged and partially meshed with the internal teeth 21, and inside the flexspline 30 And a wave generator 40 that generates a wave that rotates relative to the circular spline 20 while flexing the flexspline 30.

フレクスプライン３０は、外部部材（図示せず）に固定するためのボス部３２並びにボス部３２および外歯部３１を接続する接続部３３を有している。   The flexspline 30 has a boss portion 32 for fixing to an external member (not shown) and a connection portion 33 for connecting the boss portion 32 and the external tooth portion 31.

ウェーブジェネレータ４０は、楕円形状のカム４１と、カム４１の外周部に組み込まれた薄肉ベアリング４２とからなっている。   The wave generator 40 includes an elliptical cam 41 and a thin bearing 42 incorporated in the outer peripheral portion of the cam 41.

サーキュラスプライン２０の半径方向外側位置に内輪５１と外輪５２とからなる薄型クロスローラーベアリング５０が配置されている。サーキュラスプライン２０の軸方向側方に、止めリング６０を配置し、ボルト６１で止めリング６０を内歯歯車２０の側面に止めてクロスローラーベアリング５０の内輪５１を軸方向に固定している。
また、ベアリングの外輪５２を軸方向に固定するために、フレクスプライン３０のボス部３２の側方にケース７０および端板８０を配置し、ベアリング外輪５２をケース７０の内側凹部に挿入し、ボス３２を貫通したボルト７１により端板８０をケース７０の側面に締結してクロスローラーベアリング５０の外輪５２を軸方向に固定する。
クロスローラーベアリング５０として内・外輪の両側、または片側にシール５３が付いているシール付ベアリングを用いてもよく、このようにすると、端板８０とサーキュラスプライン２０との間にオイルシールを配置する必要がなくなる。 A thin cross roller bearing 50 composed of an inner ring 51 and an outer ring 52 is disposed at a radially outer position of the circular spline 20. A stop ring 60 is arranged on the side of the circular spline 20 in the axial direction, and the stop ring 60 is fixed to the side surface of the internal gear 20 with a bolt 61 to fix the inner ring 51 of the cross roller bearing 50 in the axial direction.
Further, in order to fix the outer ring 52 of the bearing in the axial direction, the case 70 and the end plate 80 are arranged on the side of the boss part 32 of the flexspline 30, the bearing outer ring 52 is inserted into the inner recess of the case 70, and the boss The end plate 80 is fastened to the side surface of the case 70 by a bolt 71 penetrating the pin 32 to fix the outer ring 52 of the cross roller bearing 50 in the axial direction.
As the cross roller bearing 50, a bearing with a seal having seals 53 on both sides or one side of the inner and outer rings may be used. In this way, an oil seal is disposed between the end plate 80 and the circular spline 20. There is no need.

本発明の波動歯車装置１０では、従来装置のようにクロスローラーベアリング５０の内・外輪を機械加工しないので、クロスローラーベアリング５０として軸受鋼材製の内輪５１および外輪５２を使用できる。このため、内・外輪を鋳物材とした従来装置に比較し、より大きいモーメント剛性と大きな許容モーメント容量を持たせることが可能となる。また、内・外輪以外の止めリング６０、ケース７０および端板８０の材料をアルミ、ナイロン、樹脂などの軽量材料を使用することにより、従来よりかなり軽量化することが可能である。   In the wave gear device 10 of the present invention, since the inner and outer rings of the cross roller bearing 50 are not machined as in the conventional device, the inner ring 51 and the outer ring 52 made of bearing steel can be used as the cross roller bearing 50. For this reason, it is possible to have a larger moment rigidity and a larger allowable moment capacity compared to the conventional device in which the inner and outer rings are cast materials. Further, by using lightweight materials such as aluminum, nylon, and resin for the materials of the retaining ring 60, the case 70, and the end plate 80 other than the inner and outer rings, it is possible to reduce the weight considerably.

更に本発明の波動歯車装置１０は円弧状接続部３３を有するフレクスプライン３０を使用し、この円弧状接続部３３の形状寸法や肉厚さの分布に対して最適化設計を行うことにより、従来より大きいトルクを伝達することができる。   Furthermore, the wave gear device 10 of the present invention uses a flexspline 30 having an arc-shaped connection portion 33 and optimizes the distribution of the shape and thickness of the arc-shaped connection portion 33, so that Greater torque can be transmitted.

次に、本実施例のシルクハット型波動歯車装置１０の動作について説明する。   Next, operation | movement of the top hat type wave gear apparatus 10 of a present Example is demonstrated.

例えば、シルクハット型波動歯車装置１０、サーキュラスプライン２０、フレクスプライン３０のボス部３２、ウェーブジェネレータ４０のカム４１がそれぞれ産業ロボットのケーシング、出力軸、入力軸に固定された状態で、ウェーブジェネレータ４０のカム４１に入力軸から回転運動が入力されると、ウェーブジェネレータ４０のカム４１に入力された回転運動をシルクハット型波動歯車装置の内部で減速しフレクスブライン３０のボス部３２から出力軸に出力する。   For example, in the state where the top hat wave gear device 10, the circular spline 20, the boss part 32 of the flex spline 30 and the cam 41 of the wave generator 40 are fixed to the casing, output shaft and input shaft of the industrial robot, respectively, the wave generator 40 When the rotational motion is input to the cam 41 of the wave generator 40 from the input shaft, the rotational motion input to the cam 41 of the wave generator 40 is decelerated inside the top hat type wave gear device, and the output shaft is output from the boss portion 32 of the flex brine 30. Output to.

また、産業ロボットのアームから負荷モーメントが出力軸であるケース７０に掛けられると想定すると、この負荷モーメントはクロスローラーベアリング５０を通して、内歯歯車２０に伝えられる。内歯歯車は側面にあるタップ穴でケーシングに固定されているので、負荷モーメントはケーシングに掛けられるようになる。   Further, assuming that the load moment is applied from the arm of the industrial robot to the case 70 which is the output shaft, this load moment is transmitted to the internal gear 20 through the cross roller bearing 50. Since the internal gear is fixed to the casing by a tapped hole on the side surface, the load moment is applied to the casing.

シルクハット型波動歯車装置１０は、ウェーブジェネレータ４０のカム４１に入力された回転運動を内部で減速しフレクスプライン３０のボス部３２から出力するとき、サーキュラスプライン２０からフレクスプライン３０にトルクが伝達される。本実施例においては、図１および図２に示すように、フレクスプライン３０の回転軸３０ａを通る平面で切断したときのフレクスプライン３０の接続部３３の断面形状は、大きな半径の曲線からなる略１／４得んの長さとなっており、外歯部３１およびボス部３２側から略中央に向けて厚みが漸減する円弧状としている。これにより、サーキュラースプライン２０からフレクスプライン３０に伝達されたトルクによってフレクスプライン３０の一部に応力が集中することが従来装置より抑制することができる。   When the top hat wave gear device 10 decelerates the rotational motion input to the cam 41 of the wave generator 40 and outputs it from the boss portion 32 of the flex spline 30, torque is transmitted from the circular spline 20 to the flex spline 30. The In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the cross-sectional shape of the connection portion 33 of the flexspline 30 when cut along a plane passing through the rotation axis 30 a of the flexspline 30 is an approximately curved line having a large radius. It has a length of 1/4, and has an arc shape in which the thickness gradually decreases from the outer tooth portion 31 and the boss portion 32 side toward the center. Thereby, it can suppress from a conventional apparatus that stress concentrates on a part of flexspline 30 by the torque transmitted to the flexspline 30 from the circular spline 20. FIG.

クロスローラーベアリング５０にかけられる負荷モーメントはクロスローラーベアリング５０のモーメント剛性により受けられるが、本発明のクロスローラーベアリング５０の内・外輪５１と５２の材料は軸受鋼材であるので、鋳物材を用いた従来構造よりかなり高い接触強度とモーメント剛性を持つので、従来より大きい負荷モーメントを受けることができる。   Although the load moment applied to the cross roller bearing 50 is received by the moment rigidity of the cross roller bearing 50, since the material of the inner and outer rings 51 and 52 of the cross roller bearing 50 of the present invention is a bearing steel material, a conventional casting material is used. Since it has much higher contact strength and moment rigidity than the structure, it can receive a larger load moment than before.

以上のように、本発明に係る波動歯車装置は、従来のものより軽量・高モーメント剛性で且つ大きい負荷トルクと大きい許容モーメントを伝達できる効果を有し、産業ロボット分野、航空宇宙分野、半導体分野、医療機器分野等に使用される波動歯車装置として有用である。   As described above, the wave gear device according to the present invention is lighter and has higher moment rigidity than conventional ones, and has an effect of transmitting a large load torque and a large allowable moment, and is suitable for industrial robot field, aerospace field, semiconductor field. It is useful as a wave gear device used in the medical device field.

本発明の波動歯車装置の側面断面図である。It is side surface sectional drawing of the wave gear apparatus of this invention. 本発明の波動歯車装置の主軸受部の拡大図である。It is an enlarged view of the main bearing part of the wave gear apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ シルクハット型波動歯車装置
２０ サーキュラスプライン（内歯歯車）
２１ 内歯
３０ フレクスプライン（外歯歯車）
３０ａ 回転軸
３１ 外歯部
３２ ボス部
３３ 接続部
４０ ウェーブジェネレータ（波動波生器）
４１ カム
４２ 玉軸受
５０ クロスローラーベアリング
５１ クロスローラーベアリングの内輪
５２ クロスローラーベアリングの外輪
５３ クロスローラーベアリングのシール
６０ 止めリング
６１ ボルト
７０ ケース
７１ ボルト
８０ 端板 10 Top hat wave gear device 20 Circular spline (internal gear)
21 Internal teeth 30 Flex spline (external gear)
30a Rotating shaft 31 External tooth portion 32 Boss portion 33 Connection portion 40 Wave generator (wave wave generator)
41 Cam 42 Ball Bearing 50 Cross Roller Bearing 51 Cross Roller Bearing Inner Ring 52 Cross Roller Bearing Outer Ring 53 Cross Roller Bearing Seal 60 Retaining Ring 61 Bolt 70 Case 71 Bolt 80 End Plate

Claims (3)

内歯が形成された環状の内歯歯車と、該内歯歯車の内側に配置され、前記内歯に部分的に噛み合う外歯が形成された外歯部を有する可撓性の外歯歯車と、該外歯歯車の内側に配置されて該外歯歯車を撓ませながら前記内歯歯車に対して回転させる波動発生器とを備えており、
前記外歯歯車は、外部部材に固定するためのボス部と、前記外歯部および前記ボス部を接続する接続部とを有し、
前記内歯歯車の半径方向外側位置に軸受鋼材製の内輪と外輪とを有する薄型クロスローラーベアリングが配置され、
前記内歯歯車と別部材の止めリングを前記ベアリング内輪を挟むように配置し、該止めリングをボルトで前記内歯歯車の側面に固定して前記クロスローラーベアリングの内輪を軸方向に固定し、前記クロスローラーベアリングの外輪をケースの軸方向側方に挿入し、該ベアリング外輪を挟むようにして前記外歯車のボス部を通るボルトで端板を前記ケースの側面に固定して前記クロスローラーベアリングの外輪を軸方向に固定したことを特徴とするシルクハット型波動歯車装置。 An annular internal gear having internal teeth formed thereon, and a flexible external gear having an external tooth portion formed inside the internal gear and formed with external teeth partially meshed with the internal teeth A wave generator disposed inside the external gear and rotating with respect to the internal gear while bending the external gear,
The external gear has a boss part for fixing to an external member, and a connection part for connecting the external tooth part and the boss part,
A thin cross roller bearing having an inner ring and an outer ring made of bearing steel at the radially outer position of the internal gear is arranged,
The internal gear and a separate retaining ring are arranged so as to sandwich the bearing inner ring, and the inner ring of the cross roller bearing is fixed in the axial direction by fixing the retaining ring to a side surface of the internal gear with a bolt. The outer ring of the cross roller bearing is inserted into the side of the case in the axial direction of the case, and the end plate is fixed to the side surface of the case with a bolt passing through the boss portion of the outer gear so as to sandwich the outer ring of the bearing. A top-hat type wave gear device characterized in that is fixed in the axial direction. 分離された前記止めリング、前記ケースおよび前記端板の材料として、アルミ、ナイロン、樹脂などの軽量材料を使用したことを特徴とする請求項１に記載のシルクハット型波動歯車装置。   2. The top hat wave gear device according to claim 1, wherein a light weight material such as aluminum, nylon, or resin is used as the material of the separated retaining ring, the case, and the end plate. 前記薄型クロスローラーベアリングとして、少なくとも片側シール付きタイプのクロスロ−ラーペアリングを使用したことを特徴とする請求項１または２に記載のシルクハット型波動歯車装置。   The top hat type wave gear device according to claim 1 or 2, wherein at least one side seal type cross roller pairing is used as the thin cross roller bearing.
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