波动齿轮装置用滚珠轴承的制作方法

本实用新型涉及一种波动齿轮装置用滚珠轴承。

背景技术：

在控制机器人等的臂的位置的机构中，为了准确地决定臂的位置，使用能够准确地减速马达的旋转速度的变速装置。作为为此的变速装置，公知有波动齿轮装置(参照专利文献1)。

波动齿轮装置具备刚轮、柔轮以及波发生器(旋转体)。刚轮呈环状，具有内齿。柔轮呈环状，设置于刚轮的内侧，具有与内齿啮合的外齿。波发生器具有用于使柔轮变形为非圆形的凸轮和外嵌于凸轮的滚珠轴承，滚珠轴承嵌合于柔轮的内周。

滚珠轴承具有：外圈；内圈；多个滚珠，它们能够滚动地配置于上述的外圈与内圈之间；以及环状保持器，其在圆周方向上大致等间隔地保持滚珠。

凸轮具有椭圆形的外周。滚珠轴承的外圈以及内圈在安装于凸轮之前的状态下呈真圆形状，但在安装至凸轮之后，沿着凸轮弹性变形为椭圆形。由此，滚珠轴承以及柔轮挠曲成椭圆形，柔轮的外齿与刚轮的内齿局部地啮合。

通过使凸轮旋转，刚轮与柔轮的啮合位置在周向上移动。在波动齿轮装置中，外齿的齿数设定得比内齿的齿数少。在凸轮旋转一圈时，柔轮的相位相对于刚轮偏移内齿与外齿的齿数之差。由此，能够将凸轮的旋转速度减速，并取出为柔轮的旋转。

专利文献1：日本特开2016-121724号公报

在波动齿轮装置中，需要柔轮根据凸轮的旋转角度准确地旋转。因此，刚轮的内齿与柔轮的外齿必须准确地啮合。因此，缩小内圈以及外圈的壁厚，缩小弯曲刚度，使滚珠轴承沿着凸轮的形状可靠地变形。

然而，若过度缩小内圈以及外圈的壁厚，则无法确保轨道深度，因此存在滚珠脱落、骑肩之类的问题。肩是指与轨道槽相连并形成于轴向两外侧的圆筒面，轨道深度是指从肩至轨道的底为止的径向的尺寸。

技术实现要素：

因此，本实用新型的目的在于提供一种不存在滚珠脱落、骑肩的情况、定位精度高的波动齿轮装置用滚珠轴承。

本实用新型的一个方式是一种波动齿轮装置用滚珠轴承，其具备：刚轮，其具有环状内齿；柔轮，其设置于上述刚轮的内侧，具有与上述内齿啮合的环状外齿；以及凸轮，其设置于上述柔轮的内侧，用于使上述柔轮挠曲成非圆形来使上述外齿与上述内齿局部地啮合，所述波动齿轮装置用滚珠轴承的特征在于，其具有：能够弹性变形的内圈，其在外周具有内侧轨道槽，外嵌于上述凸轮；能够弹性变形的外圈，其在内周具有外侧轨道槽，内嵌于上述柔轮；以及多个滚珠，它们在上述内侧轨道槽与上述外侧轨道槽之间沿周向配置，当仅在上述滚珠中的在周向上相邻的任一组滚珠A与滚珠B之间设置间隙、使其他上述滚珠相互在圆周方向上紧贴时，上述滚珠A与滚珠B在不包括上述间隙的一侧绕旋转轴所成的角度为190°以上且小于276°的值、或为大于277°且350°以下的值，上述外圈的径向的板厚h1以及上述内圈的径向的板厚h2分别位于由式(1)、式(2)决定的范围内，

0.015×D≤h1≤0.035×D···(1)

0.015×D≤h2≤0.035×D···(2)

其中，D为上述外圈的外径尺寸。

根据本实用新型，能够提供一种不存在滚珠脱落、骑肩的情况、定位精度高的波动齿轮装置用滚珠轴承。

附图说明

图1是作为本实用新型的一个实施方式的波动齿轮装置的主视图。

图2是波动齿轮装置的轴向剖视图。

图3是安装于波动齿轮装置的滚珠轴承的轴向剖视图。

图4是对安装于滚珠轴承的滚珠的干涉角进行说明的说明图。

附图标记说明：

10...波动齿轮装置；12...刚轮；14...柔轮；16...波发生器；18...内齿；20...外齿；22...圆筒部；24...底部；26...凸轮；28...滚珠轴承；30...外圈；32...内圈；34...滚珠；36...保持器；38...外侧轨道槽；38a...肩；40...内侧轨道槽；40a...肩。

具体实施方式

以下，根据附图对本实用新型的实施方式进行说明。

图1是从轴向观察具备作为本实用新型的一个方式(以下称为“本实施方式”)的滚珠轴承28的波动齿轮装置10的主视图。图2是波动齿轮装置10的轴向剖视图。波动齿轮装置10具备刚轮12、柔轮14以及波发生器16。

刚轮12是高刚度环状部件，在其内周面具有内齿18。内周面呈以旋转轴C为中心的圆形状。刚轮12固定于未图示的壳体，其不旋转。

柔轮14设置于刚轮12的径向内侧，在其外周面具有与内齿18局部地啮合的外齿20。如图2所示，本实施方式的柔轮14由薄壁杯形状的金属弹性体构成，具有圆筒部22和底部24。外齿20设置于圆筒部22的外周面，在底部24安装有未图示的输出轴。

波发生器16设置于柔轮14的圆筒部22的径向内侧，具有凸轮26与滚珠轴承28。凸轮26呈平板状，在与旋转轴C正交的方向的剖面中，其外周形状为非圆形。在本实施方式中，凸轮26的外周形状为椭圆形。

滚珠轴承28外嵌于凸轮26，并且内嵌于柔轮14的圆筒部22。另外，在凸轮26安装有未图示的输入轴。

图3是滚珠轴承28的轴向剖视图。

滚珠轴承28具有：薄壁的外圈30；薄壁的内圈32；多个滚珠34，它们设置于上述的外圈30与内圈32之间；以及环状保持器36。

外圈30以及内圈32例如是轴承钢等金属制环状部件。在外圈30的内周面形成有轴向剖面呈圆弧形状的外侧轨道槽38，在内圈32的外周面形成有轴向剖面呈圆弧形状的内侧轨道槽40。在比各轨道槽38、40更靠轴向的两外侧的位置分别形成有圆筒形状的肩38a、40a。

外圈30的板厚h1以及内圈32的板厚h2分别为由式(1)、式(2)决定的范围的大小。D为外圈的外径尺寸。

0.015×D≤h1≤0.035×D···(1)

0.015×D≤h2≤0.035×D···(2)

这里，外圈30的板厚h1是指外径30a与肩38a的径向的尺寸，内圈32的板厚h2是指内径32a与肩40a的径向的尺寸。这样一来，在本实施方式中，外圈30以及内圈32的径向的板厚h1、h2小于一般的滚珠轴承。

此外，在波动齿轮装置10中，一般使用外圈30的外径尺寸大体为34mm～76mm、内圈32的内径尺寸大体为25mm～56mm的轴承。其中，该尺寸是例示，本实用新型并不限定于此。

滚珠34为轴承钢等金属制，能够沿外侧轨道槽38以及内侧轨道槽40滚动。

保持器36为树脂制，具备环状部36a和多个柱部36b，该多个柱部36b与环状部36a设置为一体并沿轴向延伸。柱部36b在圆周方向上以相等的间隔保持各滚珠34。

再次根据图1、图2对波发生器16的方式进行说明。

内圈32以过盈配合的状态外嵌于凸轮26。由于板厚h2小，所以内圈32能够在径向上容易地弹性变形。内圈32沿凸轮26的外周准确地弹性变形，成为椭圆形。

外圈30被滚珠34大致遍及整周地在径向上支承。由于板厚h1小，所以外圈30与内圈32同样地弹性变形，成为与凸轮26的外周等同的椭圆形。

柔轮14的圆筒部22以过盈配合的状态外嵌于外圈30。圆筒部22比外圈30进一步薄壁，与外圈30同样地弹性变形。这样一来，在波发生器16中，柔轮14的圆筒部22挠曲成与凸轮26的外周等同的椭圆形。

在柔轮14组装于刚轮12的内周时，在成为该椭圆形的长轴的部分S1，外齿20与内齿18处于啮合的状态，在成为短轴的部分S2，外齿20与内齿18处于分离的状态。

这样一来，能够使柔轮14的外齿20与刚轮12的内齿18局部地啮合。

接下来，对波动齿轮装置10的动作进行说明。

在波发生器16中，内圈32与凸轮26一体旋转，柔轮14与外圈30一体旋转。

在柔轮14挠曲成椭圆形的状态下，若使凸轮26以旋转轴C为中心顺时针旋转，则柔轮14的外齿20与刚轮12的内齿18啮合的长轴的部分S1的位置沿周向移动。

柔轮14的外齿20的齿数比刚轮12的内齿18的齿数少。在本实施方式中，外齿20的齿数比内齿18的齿数少两个。此外，该齿数差任意。

在凸轮26从图1的状态旋转了一圈时，柔轮14相对于刚轮12向与凸轮26的旋转方向相反的方向(逆时针的方向)沿周向移动和外齿20与内齿18的齿数差即两个齿相当的距离。这样一来，在波动齿轮装置10中，能够将输入至凸轮26的旋转速度减速，并取出为柔轮14的旋转。

对外圈30的变形状态进一步详细地进行说明。图4是对安装于滚珠轴承28的滚珠34的干涉角进行说明的说明图。

在图4中，示出从图1的滚珠轴承28取下保持器36、使安装于滚珠轴承28的全部滚珠34相互在圆周方向上紧贴配置的状态。若设圆周方向上相连的滚珠列的两端的滚珠34分别为滚珠A、滚珠B，则如图4所示，在一组滚珠A与滚珠B之间形成有间隙S。

在本实施方式中，滚珠A与滚珠B绕旋转轴C所成的角度θ为190°以上且小于276°的值、或为大于277°且350°以下的值。将该角度θ称为“干涉角”。这里，干涉角是不包括间隙S的一侧的滚珠A与滚珠B所成的角度。

在一般的滚珠轴承中，干涉角大体为180°左右。在本实施方式中，安装有比一般的滚珠轴承多的数量的滚珠，由此干涉角变大。

另外，在滚珠轴承28中，通过在外圈30与内圈32之间插入夹具(省略图示)使外圈30以及内圈32弹性变形来安装滚珠34。在本实施方式中，将干涉角设定为350°以下，由此能够插入夹具并安装滚珠34。

外圈30在与滚珠34接触的点处沿内圈32变形。然而，当滚珠34与滚珠34的间隔大时，外圈30成为以被滚珠34支承的点为顶点的多边形状，成为与内圈32的形状不同的形状。在本实施方式中，安装有比一般的滚珠轴承多的数量的滚珠34，因此滚珠34与滚珠34的间隔小。由此，外圈30变形为与内圈32同样的椭圆形状。

这样一来，外嵌于外圈30的柔轮14的圆筒部22成为与凸轮26的形状等同的椭圆形状。

在本实施方式中，柔轮14的圆筒部22成为椭圆形状，因此伴随着凸轮26的旋转，内齿18与外齿20沿圆周方向依次顺利地啮合。因此，柔轮14根据凸轮26的旋转角度准确地旋转。由此，在将波动齿轮装置10使用在机器人的臂等时，能够准确地控制臂等的位置。

在假如假定通过使干涉角为小于190°的值来使安装的滚珠34的数量减少、将滚珠34与滚珠34的间隔设定得较大的情况下，柔轮14的圆筒部22成为多边形状，因此内齿18与外齿20难以一样地啮合。此时，相对于凸轮26的旋转角度而言柔轮14的旋转角度偏移，因此无法准确地控制机器人的臂等的位置。

另外，滚珠34的直径尺寸E被设定为由式(3)决定的范围。其中，D为外圈30的外径尺寸，d为内圈32的内径尺寸。

(D－d)/2/1.60≤E≤(D－d)/2/1.20···(3)

一般地，在波动齿轮装置10中，预先设定柔轮14的内径尺寸以及凸轮26的外径尺寸。

因此，若假如假定根据式(1)以及式(2)将外圈30以及内圈32的板厚h1、h2设定得较小并且将滚珠34的直径尺寸E设定得小于(D－d)/2/1.60(即，E＜(D－d)/2/1.60)，则外侧轨道槽38的轨道深度G1以及内侧轨道槽40的轨道深度G2变得极浅。因此，产生滚珠34脱落、骑上肩(骑肩)38a、40a之类的问题。骑肩是指：在轴向载荷作用时，滚珠34与肩38a、40a接触，由此划伤滚珠34的表面、产生压痕的现象。另外，若假定与上述相反地将滚珠34的直径尺寸E设定得大于(D－d)/2/1.20(即，E＞(D－d)/2/1.20)，则外侧轨道槽38以及内侧轨道槽40的底的板厚变得极薄。因此，产生如下问题，即在伴随着凸轮26的旋转而变形为椭圆形时，在各轨道槽的底产生裂痕。

在本实施方式中，滚珠34的直径尺寸E被设定为由式(3)决定的范围，因此能够充分确保外侧轨道槽38的轨道深度G1以及内侧轨道槽40的轨道深度G2。因此，不会产生滚珠34脱落、骑上肩(骑肩)38a、40a之类的问题。而且，由于充分确保外侧轨道槽38以及内侧轨道槽40的底的板厚，所以即便在伴随着凸轮26的旋转而导致外圈30反复变形为椭圆形的情况下，也能够防止在各轨道槽的底产生裂痕。

像以上说明过的那样，通过使用本实施方式的滚珠轴承28，能够提供一种不存在滚珠34脱落、骑上肩(骑肩)38a、40a的情况、定位精度高的波动齿轮装置用滚珠轴承。