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KR20140044254A - 중공 파동 기어 유닛 - Google Patents

중공 파동 기어 유닛 Download PDF

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KR20140044254A
KR20140044254A KR1020120132918A KR20120132918A KR20140044254A KR 20140044254 A KR20140044254 A KR 20140044254A KR 1020120132918 A KR1020120132918 A KR 1020120132918A KR 20120132918 A KR20120132918 A KR 20120132918A KR 20140044254 A KR20140044254 A KR 20140044254A
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KR
South Korea
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hollow
bearing
input shaft
end plate
wave gear
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KR1020120132918A
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요시카즈 야지마
카오리 타카미네
마사노리 스즈키
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가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
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Abstract

본 발명의 과제는, 내경이 큰 중공부가 형성되어 있는 중공 파동 발생기를 구비한 파동 기어 유닛을 제안하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 파동 기어 유닛(1)에서는, 파동 발생기(16)의 중공 입력축(6)이, 제 1, 제 2 입력 베어링(7, 9)에 의해 양측 지지 상태로 지지되어 있다. 중공 입력축(6)에 큰 굽힘 응력 등이 작용하지 않기 때문에, 중공 입력축(6)을 얇게 하여, 그 원형 중공부(6c)의 내경을 크게 할 수 있다. 또한, 제 2 입력 베어링(9)이 장착되어 있는 베어링 하우징(8)에 시일 부재(17)를 장착하여, 중공 입력축(6)의 축단부(6a)와 베어링 하우징(8)의 틈새(19)를 시일하고 있다. 유닛 중공부(18)의 내부에 윤활유 누출 방지 기구를 배치하는 일 없이, 틈새(19)로부터 유닛 중공부(18)의 내부로 윤활유가 누출하는 것이 방지된다. 따라서, 내경이 큰 유닛 중공부(18)를 구비한 파동 기어 유닛(1)을 실현할 수 있다.

Description

중공 파동 기어 유닛{HOLLOW WAVE GEAR UNIT}
본 발명은, 내경(內徑)이 큰 유닛 중공부를 구비한 중공 파동 기어 유닛에 관한 것이다.
파동 기어 유닛으로서는, 파동 발생기가 입력 베어링에 의해 양측 지지 상태로 지지된 것이 알려져 있다. 특허문헌 1에 개시된 유닛형 파동 기어 장치에서는, 파동 발생기의 강성 캠판의 일방의 단면에 입력축이 형성되고, 강성 캠판의 타방의 단면에 축부가 형성되어 있다. 입력축은, 유닛 케이스 단판에 부착된 제 1 입력 베어링에 의해 지지되며, 반대측의 축부 선단은, 가요성 외부 톱니 기어의 링 형상의 보스에 부착된 제 2 입력 베어링에 의해 지지되어 있다.
이들 한 쌍의 입력 베어링에 의해, 파동 발생기는 축방향의 위치가 고정되어 있으며, 강성 내부 톱니 기어와 파동 발생기는 축방향으로 위치 결정된 상태로 되어 있다. 모터의 모터축에 유닛형 파동 기어 장치를 연결하여 액추에이터를 구성할 때에는, 입력축에 모터축을 연결 고정하기만 하면 되므로, 조립 작업이 용이하다.
특허문헌 2에는, 중공부를 구비한 파동 기어 감속기가 중공 모터와 일체화된 구조의 중공형 액추에이터가 개시되어 있다. 이 중공형 액추에이터의 파동 기어 감속기는 중공 파동 발생기를 구비하고 있다. 중공 파동 발생기는, 모터축이 일체 형성되어 있는 중공 회전축과, 이 중공 회전축의 외주면에 형성한 강성 플러그와, 이 강성 플러그의 외주면에 장착한 웨이브 베어링을 구비하고 있다. 중공 회전축은, 파동 기어 감속기와 모터를 구분하고 있는 칸막이 벽에 부착된 제 1 입력 베어링에 의해 지지되어 있다. 또한, 중공 회전축에서의 파동 기어 감속기측의 축단부는, 상기 파동 기어 감속기의 내측에 배치되어 있는 제 2 입력 베어링에 의해 지지되어 있다.
중공 회전축의 내측에는 중공축이 회전 가능한 상태로 배치되어 있다. 고무링이, 중공축의 외주면과 회전축의 내주면 사이에 배치되어 있다. 고무링에 의해 윤활유 배리어가 형성되어 있다. 윤활유 배리어에 의해, 파동 기어 감속기의 제 2 입력 베어링의 부분으로부터 중공부측으로 누출된 윤활유가 모터의 로터리 엔코더측으로 침입하는 것이 방지된다.
일본국 공개특허공보 제2002-21948호 일본국 공개특허공보 제2006-144971호
여기서, 파동 기어 유닛에, 축선 방향으로 관통하여 연장되는 유닛 중공부를 형성하여, 유닛 중공부를 배선 등의 스페이스로서 이용하는 경우가 있다. 이러한 구성의 중공 파동 기어 유닛은, 예를 들면, 특허문헌 2에 개시된 중공부를 구비한 파동 기어 감속기를, 중공 모터와 분리함으로써 얻어진다.
이 경우에는, 사용자측에서, 중공 파동 기어 유닛을 모터에 조립하여 이용한다. 또한, 사용자측에서, 윤활유 누출 방지 기구를 배치하며, 파동 기어 감속기의 제 2 입력 베어링측으로부터 윤활유가 중공부 내로 누출하여 모터측으로 침입하는 것을 방지할 필요가 있다.
모터를 나중에 부착하는 경우에는, 특허문헌 2에 개시된 중공축, 고무링을 이용한 윤활유 배리어는, 조립 작업이 번잡하여, 적합하지 않다. 또한, 중공 회전축의 중공부 내에 중공축을 더 배치하면, 그만큼, 중공부의 내경이 작아져 버리므로, 내경이 큰 중공부를 구비한 파동 기어 유닛에는 적합하지 않다.
본 발명의 과제는, 이러한 점을 감안하여, 내경이 큰 유닛 중공부를 구비한 중공 파동 기어 유닛을 제안하는 것에 있다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 중공 파동 기어 유닛은,
통 형상 케이싱과,
이 통 형상 케이싱의 입력측 개구단에 고정한 단판(端板)과,
상기 통 형상 케이싱의 출력측 개구단에 회전 가능한 상태로 부착된 출력용 원반(圓盤)과,
상기 통 형상 케이싱의 내측에 조립되어 있는 파동 기어 기구와,
상기 단판에 형성한 단판 관통 구멍을 관통하여 연장되는 중공(中空) 입력축과,
상기 단판에 형성한 단판 관통 구멍의 내주면(內周面)에 부착되어, 상기 중공 입력축을 지지하는 제 1 입력 베어링과,
상기 파동 기어 기구의 컵 형상의 가요성 외부 톱니 기어의 링 형상 보스에 부착된 베어링 하우징과,
상기 베어링 하우징에 부착되어, 상기 중공 입력축을 지지하는 제 2 입력 베어링을 구비하고 있으며,
상기 파동 기어 장치의 파동 발생기는, 상기 중공 입력축과, 이 중공 입력축의 외주면(外周面)에 형성한 강성(剛性) 플러그와, 이 강성 플러그의 외주면에 장착한 웨이브 베어링을 구비한 중공 파동 발생기이고,
상기 가요성 외부 톱니 기어의 상기 링 형상 보스는, 상기 출력용 원반에 형성한 원반 관통 구멍에 대해, 유닛 축선 방향을 따라 상기 단판측으로부터 동축으로 고정되며,
상기 베어링 하우징은, 상기 링 형상 보스에 형성한 보스 관통 구멍에 대해, 상기 유닛 축선 방향을 따라 상기 단판측으로부터 동축으로 고정되는 원통부와, 이 원통부의 단으로부터 반경 방향 외측으로 넓어지는 원환부(圓環部)와, 이 원환부의 외주 가장자리로부터 상기 단판측으로 돌출되어 있는 베어링 장착용 원통부를 구비하고,
상기 베어링 하우징의 상기 베어링 장착용 원통부와, 상기 중공 입력축의 상기 출력용 원반측의 축단부의 외주면 사이는, 상기 제 2 입력 베어링에 대해 상기 출력용 원반측에 인접 배치한 시일 부재에 의해 시일되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 파동 기어 유닛에서는, 중공 입력축의 중공부, 베어링 하우징의 중공부, 보스 관통 구멍 및 단판 관통 구멍에 의해, 유닛 축선 방향으로 관통하는 유닛 중공부가 형성되어 있다. 파동 발생기의 중공 입력축은, 제 1, 제 2 입력 베어링에 의해 양측 지지 상태로 지지되어 있다. 따라서, 중공 입력축이 편측 지지 상태로 지지되어 있는 경우와는 달리, 중공 입력축에 큰 굽힘 응력 등이 작용하지 않는다. 중공 입력축을 얇게 하여, 그 중공부의 내경을 크게 할 수 있다. 따라서, 내경이 큰 중공부를 구비한 파동 기어 유닛을 실현할 수 있다.
중공 입력축의 축단부와 베어링 하우징의 틈새는, 베어링 하우징에 장착한 시일 부재에 의해 시일되어 있다. 제 2 입력 베어링측으로부터, 이 틈새를 통해, 중공부의 내측으로 윤활유가 누출하는 것이 방지된다. 따라서, 파동 기어 유닛에 모터를 조립한 경우에, 이 틈새로부터 중공부 내로 누출된 윤활유가, 중공부 내주면 등을 지나 모터측으로 침입하여, 모터에 내장된 로터리 엔코더 등을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
윤활유 누출 방지 기구로서, 중공부의 내측에 중공축, 고무링 등을 배치하여, 윤활유 누출 방지 기구를 구성하는 경우와는 달리, 중공부의 내부에 윤활유 누출 방지 기구의 구성 부품을 배치할 필요가 없다. 따라서, 배선용 스페이스 등으로서 유효 이용 가능한 직경이 큰 중공부를 구비한 파동 기어 유닛을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 파동 기어 유닛을 도시하는 종단면도, 입력측의 단면도 및 출력측의 단면도이다.
이하에, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 관한 파동 기어 유닛을 설명한다. 도 1의 (a)는, 본 실시형태에 관한 파동 기어 유닛을 도시하는 종단면도이고, 도 1의 (b)는 그 입력측의 단면도이며, 도 1의 (c)는 그 출력측의 단면도이다.
파동 기어 유닛(1)은, 원통형 케이싱(2)과, 이 원통형 케이싱(2)의 입력측 개구단(2a)에 고정한 단판(3)과, 원통형 케이싱(2)의 반대측의 출력측 개구단(2b)에 회전 가능한 상태로 부착된 출력용 원반(4)을 구비하고 있다.
이들 원통형 케이싱(2), 단판(3) 및 출력용 원반(4)의 내부에는, 컵형 파동 기어 기구(5)가 조립되어 있다. 단판(3)에는 동심 형상으로 단판 관통 구멍(3a)이 형성되어 있으며, 이 단판 관통 구멍(3a)에는, 중공 입력축(6)이 동축 상태로 관통되어 있다.
중공 입력축(6)은, 단판 관통 구멍(3a)의 내주면에 장착한 제 1 입력 베어링(7)에 의해 회전 가능한 상태로 지지되어 있다. 또한, 중공 입력축(6)은 제 2 입력 베어링(9)에 의해 회전 가능한 상태로 지지되어 있다. 제 2 입력 베어링(9)은, 파동 기어 기구(5)의 내부에서, 베어링 하우징(8)에 장착되어 있다. 중공 입력축(6)은, 단판 관통 구멍(3a)으로부터 입력측으로 돌출되어 있는 축단부(6a)를 구비하고 있다. 이 축단부(6a)의 외주면과, 단판 관통 구멍(3a)의 내주면 사이는, 시일링(10)에 의해 시일되어 있다. 또한, 축단부(6a)에는, 도시하지 않은 모터의 모터축이 동축으로 연결 고정된다.
중공 입력축(6)이 모터에 의해 회전하면, 상기 중공 입력축(6)의 회전이 파동 기어 기구(5)에 의해 감속되어, 출력용 원반(4)으로부터 감속 회전이 생성된다. 감속 회전하는 출력용 원반(4)에 의해, 상기 출력용 원반(4)에 연결 고정되는 부하측의 부재(미도시)가 회전 구동된다.
파동 기어 유닛(1)의 각 부의 구성을 상세하게 설명한다. 원통형 케이싱(2)은, 그 입력측 개구단(2a)의 부위가 직경이 큰 플랜지부로 되어 있으며, 이 링 형상 단면(端面)에, 원반 형상 단판(3)의 외주측 부위가, 체결 볼트(11)에 의해 고정되어 있다. 원통형 케이싱(2)의 출력측 개구단(2b)에는, 크로스 롤러 베어링(12)을 통해, 출력용 원반(4)이 회전 가능한 상태로 부착되어 있다. 크로스 롤러 베어링(12)의 외륜(12a)은, 원통형 케이싱(2)의 출력측 개구단(2b)의 링 형상 단면에 대해, 체결 볼트(13)에 의해 고정되어 있다. 외륜(12a)의 내측에 동축으로 배치되어 있는 출력용 원반(4)의 외주 가장자리 부분이, 크로스 롤러 베어링(12)의 내륜으로서 기능한다. 즉, 출력용 원반(4)의 원형 외주면에는 롤러(12b)의 내륜측 궤도면(12c)이 형성되어 있다.
파동 기어 기구(5)는, 링 형상의 강성 내부 톱니 기어(14)와, 컵 형상의 가요성 외부 톱니 기어(15)와, 중공 파동 발생기(16)를 구비하고 있다. 강성 내부 톱니 기어(14)는, 원통형 케이싱(2)의 입력측 개구단(2a)의 내주면 부분에 고정되어 있다. 가요성 외부 톱니 기어(15)는, 원통형 몸통부(15a)와, 이 원통형 몸통부(15a)의 일단으로부터 반경 방향 내측으로 연장되어 있는 링 형상의 다이어프램(15b)과, 이 다이어프램(15b)의 내주 가장자리에 연속하여 내측으로 연장되어 있는 링 형상 보스(15c)를 구비하고 있다. 원통형 몸통부(15a)의 타단은 개구단으로 되어 있으며, 이 개구단의 외주면 부분에 외부 톱니(15d)가 형성되어 있다.
가요성 외부 톱니 기어(15)는, 외부 톱니(15d)가 형성되어 있는 개구단측이 입력측(모터 조립측)을 향하는 상태로 배치되어 있다. 외부 톱니(15d)는, 강성 내부 톱니 기어(14)의 내부 톱니(14a)에 대치한 위치에 있으며, 내부 톱니(14a)에 서로 맞물릴 수 있다.
중공 파동 발생기(16)는, 중공 입력축(6)과, 이 중공 입력축(6)의 원형 외주면에 일체 형성되어 있는 강성 플러그(16a)와, 이 강성 플러그(16a)의 외주면에 장착한 웨이브 베어링(16b)을 구비하고 있다. 웨이브 베어링(16b)은, 반경 방향으로 휘어질 수 있는 외륜 및 내륜을 구비한 볼 베어링이다. 본 예의 강성 플러그(16a)는 타원형 윤곽의 것으로, 웨이브 베어링(16b)은, 강성 플러그(16a)와, 가요성 외부 톱니 기어(15)의 원통형 몸통부(15a)에서의 외부 톱니 형성 부분의 내주면 사이에 장착되어 있다. 따라서, 가요성 외부 톱니 기어(15)의 외부 톱니 형성 부분은 타원 형상으로 휘어져 있어, 타원 형상의 장축 방향의 양단에 위치하는 외부 톱니(15d)의 부분이, 강성 내부 톱니 기어(14)의 내부 톱니(14a)의 부분에 서로 맞물려 있다.
가요성 외부 톱니 기어(15)는 출력용 원반(4)에 동축으로 고정되어 있다. 가요성 외부 톱니 기어(15)의 링 형상 보스(15c)의 원형 외주면에는 수나사부가 형성되어 있으며, 출력용 원반(4)의 원반 관통 구멍(4a)의 내주면에는 암나사부가 형성되어 있다. 링 형상 보스(15c)는, 출력용 원반(4)의 원반 관통 구멍(4a)에 대해, 유닛 축선(1a) 방향을 따라, 단판(3)측으로부터 나사 고정되어 있다. 링 형상 보스(15c)의 보스 관통 구멍(15e)은, 출력용 원반(4)측의 부위가, 중공 입력축(6)의 원형 중공부(6c)보다 더 큰 정육각형을 하고 있다. 이 정육각형의 보스 관통 구멍(15e)에 공구를 걸림결합시켜, 링 형상 보스(15c)를 출력용 원반(4)에 나사 고정하는 작업을 간단하게 할 수 있도록 되어 있다.
다음으로, 제 2 입력 베어링(9)이 장착되어 있는 베어링 하우징(8)은 압입용 원통부(8a)와, 이 압입용 원통부(8a)에서의 단판(3)측의 단으로부터 반경 방향 외측으로 넓어지는 원환부(8b))와, 이 원환부(8b)의 외주 가장자리로부터 단판(3)측으로 돌출되어 있는 베어링 장착용 원통부(8c)를 구비하고 있다. 링 형상 보스(15c)의 보스 관통 구멍(15e)에서의 단판(3)측에 형성되어 있는 원형 내주면은, 압입용 원통부(8a)의 압입부로 되어 있다. 압입용 원통부(8a)는, 상기 압입부에 대해, 유닛 축선(1a) 방향을 따라, 단판(3)측으로부터 동축으로 압입되어 접착제에 의해 고정된다.
제 2 입력 베어링(9)은, 베어링 장착용 원통부(8c)와, 중공 입력축(6)의 출력용 원반(4)측의 축단부(6b)의 원형 외주면 사이에 장착되어 있다. 베어링 장착용 원통부(8c)와 축단부(6b)의 원형 외주면 사이는, 링 형상의 시일 부재(17)에 의해 시일되어 있다. 시일 부재(17)는, 제 2 입력 베어링(9)에 대해, 출력용 원반(4)측에 인접 배치되어 있다.
이러한 구성의 파동 기어 유닛(1)에서는, 중공 입력축(6)의 원형 중공부(6c), 베어링 하우징(8)의 압입용 원통부(8a)의 원형 중공부(8d), 링 형상 보스(15c)의 보스 관통 구멍(15e) 및 원반 관통 구멍(4a)에 의해, 유닛 축선(1a) 방향으로 관통하는 유닛 중공부(18)가 형성되어 있다.
여기서, 중공 파동 발생기(16)의 중공 입력축(6)은, 제 1, 제 2 입력 베어링(7, 9)에 의해 양측 지지 상태로 지지되어 있다. 중공 입력축(6)에 큰 굽힘 응력 등이 작용하지 않기 때문에, 중공 입력축(6)을 얇게 하여, 그 원형 중공부의 내경을 크게 할 수 있다. 따라서, 내경이 큰 유닛 중공부(18)를 구비한 파동 기어 유닛(1)을 얻을 수 있다.
또한, 중공 입력축(6)의 축단부(6b)와 베어링 하우징(8)의 틈새(19)는, 베어링 하우징(8)에 장착한 시일 부재(17)에 의해 시일되어 있다. 따라서, 제 2 입력 베어링(9)측으로부터, 이 틈새(19)를 통해, 유닛 중공부(18)의 내측으로 윤활유가 누출하는 것이 방지된다. 또한, 링 형상 보스(15c)에 베어링 하우징(8)의 압입용 원통부(8a)가 접착 고정되어 있으므로, 이들 부재 사이를 통해, 유닛 중공부(18)로 윤활유가 누출하는 것이 방지된다. 예를 들면, 파동 기어 유닛(1)에 모터를 조립한 경우에, 파동 기어 기구(5)측으로부터, 틈새(19) 등을 통해, 유닛 중공부(18) 내로 누출된 윤활유가, 중공부 내주면 등을 지나 모터 측으로 침입하여, 모터에 내장된 로터리 엔코더 등을 오염시켜 버리는 것을 방지할 수 있다.
유닛 중공부(18)의 내부에는, 틈새(19)로부터의 윤활유 누출 방지 기구의 구성 부품은 배치되어 있지 않다. 따라서, 배선용 스페이스 등으로서 유효 이용 가능한 직경이 큰 유닛 중공부(18)를 구비한 파동 기어 유닛(1)을 얻을 수 있다.
1 : 파동 기어 유닛
1a : 유닛 축선
2 : 원통형 케이싱
2a : 입력측 개구단
2b : 출력측 개구단
3 : 단판
3a : 단판 관통 구멍
4 : 출력용 원반
4a : 원반 관통 구멍
5 : 파동 기어 기구
6 : 중공 입력축
6a, 6b : 축단부
6c : 원형 중공부
7 : 제 1 입력 베어링
8 : 베어링 하우징
8a : 압입용 원통부
8b : 원환부
8c : 베어링 장착용 원통부
8d : 원형 중공부
9 : 제 2 입력 베어링
10 : 시일링
11 : 체결 볼트
12 : 크로스 롤러 베어링
12a : 외륜
12b : 롤러
12c : 내륜측 궤도면
13 : 체결 볼트
14 : 강성 내부 톱니 기어
14a : 내부 톱니
15 : 가요성 외부 톱니 기어
15a : 원통형 몸통부
15b : 다이어프램
15c : 링 형상 보스
15d : 외부 톱니
15e : 보스 관통 구멍
16 : 중공 파동 발생기
16a : 강성 플러그
16b : 웨이브 베어링
17 : 시일 부재
18 : 유닛 중공부
19 : 틈새

Claims (2)

  1. 통 형상 케이싱(2)과,
    이 통 형상 케이싱(2)의 입력측 개구단(2a)에 고정한 단판(3; 端板)과,
    상기 통 형상 케이싱(2)의 출력측 개구단(2b)에 회전 가능한 상태로 부착된 출력용 원반(4; 圓盤)과,
    상기 통 형상 케이싱(2)의 내측에 조립되어 있는 파동 기어 기구(5)와,
    상기 단판(3)에 형성한 단판 관통 구멍(3a)을 관통하여 연장되는 중공(中空) 입력축(6)과,
    상기 단판(3)에 형성한 단판 관통 구멍(3a)의 내주면(內周面)에 부착되어, 상기 중공 입력축(6)을 지지하는 제 1 입력 베어링(7)과,
    상기 파동 기어 기구(5)의 컵 형상의 가요성 외부 톱니 기어(15)의 링 형상 보스(15c)에 부착된 베어링 하우징(8)과,
    상기 베어링 하우징(8)에 부착되어, 상기 중공 입력축(6)을 지지하는 제 2 입력 베어링(9)을 가지고 있으며,
    상기 파동 기어 기구(5)의 파동 발생기(16)는, 상기 중공 입력축(6)과, 이 중공 입력축(6)의 외주면(外周面)에 형성한 강성(剛性) 플러그(16a)와, 이 강성 플러그(16a)의 외주면에 장착한 웨이브 베어링(16b)을 구비한 중공 파동 발생기이고,
    상기 가요성 외부 톱니 기어(15)의 상기 링 형상 보스(15c)는, 상기 출력용 원반(4)에 형성한 원반 관통 구멍(4a)에 대해, 유닛 축선(1a) 방향을 따라, 상기 단판(3)측으로부터 고정되며,
    상기 베어링 하우징(8)은, 상기 링 형상 보스(15c)에 형성한 보스 관통 구멍(15e)에 대해, 상기 유닛 축선(1a) 방향을 따라, 상기 단판(3)측으로부터 고정되는 원통부(8a)와, 이 원통부(8a)의 단으로부터 반경 방향 외측으로 넓어지는 원환부(圓環部; 8b)와, 이 원환부(8b)의 외주 가장자리로부터 상기 단판(3)측으로 돌출되어 있는 베어링 장착용 원통부(8c)를 구비하고,
    상기 베어링 하우징(8)의 상기 베어링 장착용 원통부(8c)와, 상기 중공 입력축(6)의 상기 출력용 원반(4)측의 축단부(6b)의 외주면 사이는, 상기 제 2 입력 베어링(9)에 대해 상기 출력용 원반(4)측에 인접 배치한 시일 부재(17)에 의해 시일되어 있는 것을 특징으로 하는 중공 파동 기어 유닛(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 링 형상 보스(15c)의 상기 보스 관통 구멍(15e)의 내주면에, 상기 베어링 하우징(8)의 상기 원통부(8a)가 압입되며, 접착 고정되어 있는, 중공 파동 기어 유닛(1).
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