TWI654385B - 諧波產生器及諧波齒輪裝置 - Google Patents

諧波產生器及諧波齒輪裝置

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Abstract

諧波齒輪裝置的諧波產生器(4)係具有：具備橢圓形之外周面(41)的剛性插塞(42)；以及滾子軸承(43)。插塞(42)的外周面(41)係具備：形成在長軸位置(L1)的長軸側外周面部分(41a)；以及形成在短軸位置(L2)的短軸側外周面部分(41b)。長軸側外周面部分(41a)係為沿著中心軸線(42a)，具有傾斜的傾斜面，短軸側外周面部分(41b)係為具有朝向反方向傾斜的反傾斜面。使用具有滾子軸承的諧波產生器，以非部分接觸的方式支承外齒齒輪，將其彎折成橢圓形。

Description

諧波產生器及諧波齒輪裝置
本發明係關於一種諧波齒輪裝置的諧波產生器，特別是有關一種：用於具有杯型或禮帽型之可撓性外齒齒輪之諧波齒輪裝置的諧波產生器。
諧波齒輪裝置的諧波產生器，係具備：剛性的插塞；以及安裝在該插塞之橢圓形外周面的波形軸承。在專利文獻1中，係提案一種使用針型滾子軸承來做為波形軸承的諧波產生器。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2011-190826號公報
以往使用滾子軸承的諧波產生器，係被用於 具有圓筒狀之外齒齒輪，被稱之為扁平型的諧波齒輪裝置。若將此構成的諧波產生器使用於具有杯型或禮帽型之外齒齒輪，被稱之為杯型或禮帽型諧波齒輪裝置的話，會發生以下的問題。
杯型或禮帽型的外齒齒輪，其外齒形成部分一旦被諧波產生器彎折成橢圓形時，就會產生立體(三次元)的彎折狀態。圖3(a)係顯示將杯型之外齒齒輪彎折成橢圓形的狀況，實線為變形前的狀態，單點鎖線為包含橢圓之長軸的剖面上的變形狀態，二點鎖線為包含短軸之剖面上的變形狀態。
如該圖所示，外齒齒輪100之開口端101側的圓筒狀外齒形成部分102，係被諧波產生器彎折成橢圓形。藉由如此，從外齒齒輪100之開口端101側到膜片103側，彎折量的變化是和從開口端101起的距離略呈比例。圓筒狀的外齒形成部分102在橢圓形的長軸側，係如單點鎖線所示般，朝向半徑方向的外側彎折，而在橢圓形的短軸側，則如二點鎖線所示般，朝向半徑方向的內側彎折。
外齒形成部分102，在其圓周方向的各位置，是隨著諧波產生器的旋轉，在從單點鎖線所示的位置一直到二點鎖線所示的位置之間，反覆地朝向半徑方向彎折。隨著諧波產生器之旋轉所產生的外齒齒輪之立體的彎折狀態稱之為「錐進(coning)」，此彎折狀態的形狀稱之為「圓錐形」，相對於產生錐進之部分的中心軸線的彎折角度則稱之為「圓錐角」。
在使用滾珠軸承來做為一般所使用之波形軸承的諧波產生器時，如圖3(e)所示般，支撐外齒齒輪100之外齒形成部分102的諧波產生器104之外周部分(波形軸承的外輪)105，是可隨著錐進而傾斜。相對於此，如圖3(b)~圖3(d)所示般，當使用滾子軸承106時，諧波產生器107的外周部分108，係被各滾子109平行地支撐在中心軸線的方向。因此，如圖3(c)所示，除了長軸位置與短軸位置之間的中間位置，即如圖3(b)之長軸上的位置、以及如圖3(d)之短軸上的位置的情形般，是無法跟隨杯型或禮帽型之外齒齒輪的外齒形成部分的圓錐形。
所以，使用滾子軸承106之諧波產生器107的外周面，在外齒齒輪100之橢圓形的長軸上，如圖3(b)中的箭頭所示般，是強力地接觸到膜片那一側，且在短軸上又如圖3(d)中的箭頭所示般，是強力地與開口側接觸，所以在接觸部位就會產生偏移。如此一來，諧波齒輪裝置之重要特性的角度傳達誤差、定位精度就會變差。此外，也會讓人擔心諧波齒輪裝置的使用壽命變短、以及摩耗。
本發明鑑於此點，其課題即為提供一種：可追隨杯型或禮帽型之外齒齒輪的立體彎折狀態，使用滾子軸承的諧波產生器、以及使用該諧波產生器的諧波齒輪裝置。
為了解決上述課題，本發明之諧波齒輪裝置的諧波產生器，係為：將杯型或禮帽型之可撓性外齒齒輪彎折成橢圓形，使其局部嚙合於剛性的內齒齒輪，其特徵為：具有：具備橢圓形外周面的剛性插塞；以及安裝在上述插塞之上述外周面的滾子軸承。上述插塞的上述外周面係具備：形成在其長軸位置的長軸側外周面部分；以及形成在其短軸位置的短軸側外周面部分。上述長軸側外周面部分係為：具有朝向沿著上述插塞之中心軸線的第1方向傾斜的傾斜面，上述短軸側外周面部分係為：具有朝向與沿著上述中心軸線之上述第1方向相反方向的第2方向傾斜的反傾斜面。
在此，上述插塞的上述外周面，以在上述中心軸線方向的各軸直角剖面上之橢圓形輪廓線的周長相同為佳。
本發明的諧波產生器，係在插塞之外周面的長軸側外周面部分以及短軸側外周面部分，分別具有朝向反方向的傾斜，以使其對應於被彎折成橢圓形之外齒齒輪的圓錐形。因此，安裝在插塞之外周面的滾子軸承的滾子也會被支撐為朝向相同方向傾斜的狀態。所以，在沒有部分接觸或部分接觸受到控制的狀態下，可使滾子軸承接觸到外齒齒輪的內周面。
如此一來，即可降低外齒齒輪與諧波產生器之接觸部分的摩損，控制其使用壽命的下降。此外，也可降低滾子的偏斜，提高轉動疲勞壽命。甚至，因為外齒齒 輪可確實地被諧波產生器所支撐，所以可防止因為外齒齒輪與諧波產生器之間的部分接觸所引起之諧波齒輪裝置的角度傳達誤差、以及定位精度的惡化。
本發明的諧波產生器，在上述插塞的上述外周面係具有：在其周方向的各位置上，各不相同的傾斜角，當將上述外齒齒輪之外齒形成部分的齒幅方向之預定位置彎折成預先設定的設定橢圓形時，上述傾斜角以對應於：上述外齒形成部分之圓周方向之各位置的圓錐角的角度為宜。藉由如此，即可使滾子軸承在圓周方向的各位置上，不偏移地與外齒齒輪的內周面接觸。
本發明的諧波產生器，上述滾子軸承的內輪也可以是一體形成於上述插塞。此時，上述外周面是具有做為內輪軌道面的功能。
接下來，本發明的諧波齒輪裝置，其特徵為：具有：剛性的內齒齒輪；呈杯型或禮帽型的可撓性外齒齒輪；以及諧波產生器，該諧波產生器是將上述外齒齒輪彎折成橢圓形，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，上述諧波產生器係為上述構成的諧波產生器。
在此，上述諧波產生器之上述滾子軸承的外輪，可一體形成在上述外齒齒輪的外齒形成部分。
1‧‧‧諧波齒輪裝置
2‧‧‧內齒齒輪
3‧‧‧外齒齒輪
4‧‧‧諧波產生器
36‧‧‧外齒形成部分
41‧‧‧外周面
41a‧‧‧長軸側外周面部分
41b‧‧‧短軸側外周面部分
41c‧‧‧外周面部分
42‧‧‧插塞
42a‧‧‧中心軸線
43‧‧‧滾子軸承
44‧‧‧內輪
45‧‧‧外輪
46‧‧‧滾子
L1‧‧‧長軸位置
L2‧‧‧短軸位置
[圖1](a)為適用本發明之杯型諧波齒輪裝置的前視圖，(b)為其概略剖面圖。
[圖2](a)為諧波產生器的概略前視圖，(b)為諧波產生器之長軸位置的概略剖面圖，(c)為諧波產生器之短軸位置的概略剖面圖。
[圖3](a)係顯示諧波齒輪裝置之彎折狀態的說明圖，(b)~(e)係分別為諧波產生器與外齒齒輪之接觸狀態的說明圖。
茲參照圖面，說明適用本發明之諧波齒輪裝置的實施形態如下。
(全體構成)
圖1(a)為杯型諧波齒輪裝置的概略前視圖，圖1(b)為其概略縱剖面圖。杯型諧波齒輪裝置1係具備：環狀的剛性內齒齒輪2；以同心圓狀配置在其內側的杯型的可撓性外齒齒輪3；以及嵌入到其內側之具有橢圓形輪廓的諧波產生器4。
外齒齒輪3係具備：圓筒狀的筒體部31；接續於其一端的環狀膜片32；一體形成在該膜片32之中心部分的圓盤狀輪轂33；以及形成在筒體部31之開口部34之外周面的外齒35。外齒齒輪3的外齒形成部分36，係被諧波產生器4彎折成橢圓形，位在該長軸方向之兩端部 分的外齒35係嚙合於內齒齒輪2的內齒25。
當諧波產生器4因馬達等而旋轉時，兩齒輪2、3的嚙合位置會朝向圓周方向移動。將兩齒輪2、3的齒數差設定為2n齒(n為正整數)，在諧波產生器4旋轉一圈當中，在兩齒輪2、3之間即會產生對應於齒數差之角度的相對旋轉。
諧波產生器4係具備：具有橢圓形之外周面41的剛性插塞42；以及安裝在插塞42之外周面41的滾子軸承43。滾子軸承43係具備：嵌入於諧波產生器4之外周面41的內輪44；支撐外齒齒輪3之外齒形成部分36之內周面36a的外輪45；以及多數個滾子46，該滾子46是以可轉動的狀態，被安裝在該內輪44與外輪45之間。滾子46係藉由圓筒狀的保持器47，以等角度間距的位置被保持在圓周方向上。
(插塞外周面的形狀)
圖2(a)為諧波產生器4的概略前視圖，圖2(b)為在該長軸位置切斷時的概略縱剖面圖，圖2(c)為在該短軸位置切斷時的概略縱剖面圖。此外，在圖2(b)、(c)中，係放大顯示插塞42之外周面41的形狀。
參照這些圖式來加以說明的話，插塞42的外周面41係被設定為：在其中心軸線42a之方向的各軸直角剖面上之橢圓形輪廓線的周長為相同。此外，外周面41係具備：包含該長軸位置L1的長軸側外周面部分 41a；包含該短軸位置L2的短軸側外周面部分41b；以及形成在其中間的外周面部分41c。
長軸側外周面部分41a係為：具有朝向沿著插塞42之中心軸線42a的第1方向傾斜之第1傾斜角θ1的傾斜面。意即，其外徑是從外齒齒輪3的開口部34那一側，朝向膜片32(參照圖1(b))那一側漸減。短軸側外周面部分41b係為：具有沿著中心軸線42a，且朝向與第1方向相反方向的第2方向傾斜之第2傾斜角θ2的反傾斜面。也就是說，其外徑是從膜片32那一側，朝向開口部34那一側漸減。通常，θ1與θ2的絕對值為相同。從長軸側外周面部分41a一直到短軸側外周面部分41b之間的外周面部分41c，其傾斜角是從第1傾斜角θ1變成第2傾斜角θ2順暢地切換。
此形狀之插塞42的外周面41，例如可依以下的順序來加以設計。首先，從諧波齒輪裝置1的設定橢圓量，確認滾子軸承43之軸線方向之中心位置的長軸尺寸、短軸尺寸、以及圓周長。接下來，根據諧波齒輪裝置1的設定橢圓量，確認外齒齒輪3之外齒形成部分36的內周面之圓錐角。再來，根據圓錐角，決定插塞42之外周面41之中心軸線42a方向上之各軸直角剖面上的長軸尺寸。然後，在各軸直角剖面上，不改變橢圓形的周長，而決定短軸尺寸。
如此一來，即可獲得：在該周方向的各位置上，形成有不相同之傾斜角之傾斜面的插塞42的外周面 41。當外齒齒輪3之外齒形成部分36被彎折成橢圓形時，各位置的傾斜角即成為：對應於外齒形成部分36之圓周方向之各位置的圓錐角的角度。
如此一來，插塞42的外周面41，即為對應於外齒齒輪3之外齒形成部分36的內周面之圓錐形的立體傾斜面。所以，諧波產生器4之滾子軸承之外輪45的外周面，能以非部分接觸的方式接觸於外齒形成部分36之內周面的狀態下，支撐外齒形成部分36。
在上述例中，可將滾子軸承的內輪44一體形成在諧波產生器4的插塞42。此時，插塞42之立體圓錐形的外周面41成為內輪側軌道面，各個滾子46即直接被支撐在此。
又，在上述例中，也可將滾子軸承的外輪45一體形成在外齒齒輪3之外齒形成部分36的內周面部分。此時，外齒形成部分36的內周面36a是做為外輪側軌道面的功能。
再者，上述的實施例是將本發明用於杯型的諧波齒輪裝置。同樣地，本發明也可適用於禮帽型的諧波齒輪裝置。

Claims (6)

  1. 一種諧波齒輪裝置的諧波產生器，係為：將杯型或禮帽型的可撓性外齒齒輪彎折成橢圓形，使其局部嚙合於剛性內齒齒輪，其特徵為：具有：具備橢圓形之外周面的剛性插塞；以及安裝在上述插塞之上述外周面的滾子軸承，上述插塞的上述外周面，在上述外周面的長軸位置，係為：具有朝向沿著上述插塞之中心軸線的第1方向傾斜的傾斜面，在上述外周面的短軸位置，係為：具有朝向與沿著上述中心軸線之上述第1方向相反方向的第2方向傾斜的反傾斜面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之諧波齒輪裝置的諧波產生器，其中，上述插塞的上述外周面，在上述中心軸線之方向的各軸直角剖面上之橢圓形輪廓線的周長為相同。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之諧波齒輪裝置的諧波產生器，其中，在上述插塞的上述外周面具有：在其周方向的各位置上，各不相同的傾斜角(taper angle)，在將上述外齒齒輪之外齒形成部分的齒幅方向之預定位置，彎折成預定的設定橢圓形時，上述傾斜角是對應於：上述外齒形成部分之圓周方向之各位置的圓錐角(coning angle)的角度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之諧波齒輪裝置的諧波產生器，其中，上述滾子軸承的內輪係一體形成於上述插塞，上述外周面係為內輪軌道面。
  5. 一種諧波齒輪裝置，其特徵為：具有：剛性的內齒齒輪；呈杯型或禮帽型的可撓性外齒齒輪；以及諧波產生器，該諧波產生器係將上述外齒齒輪彎折成橢圓形，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，上述諧波產生器係為如申請專利範圍第1至第4項中之任一項所述的諧波產生器。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之諧波齒輪裝置，其中，上述諧波產生器之上述滾子軸承的外輪，係一體形成在上述外齒齒輪的外齒形成部分。
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