CN117425787A - 谐波齿轮装置 - Google Patents

Abstract

谐波齿轮装置具备：内部齿轮部、谐波产生部、具有外齿轮的柔性齿轮部(20)、以及与柔性齿轮部(20)一起旋转的输出部(40)。柔性齿轮部(20)具有由与外齿轮相同的材料与外齿轮一体地形成的第一环状部(22)。输出部(40)具有在以轴线(AX)为中心的径向上与第一环状部(22)对置的第二环状部(41)。在第二环状部(41)设置有沿着径向突起的传递齿(6a)，在第一环状部(22)设置有供传递齿(6a)插入的凹部(6b)。凹部(6b)的沿圆周方向的宽度比传递齿(6a)的沿圆周方向的宽度宽，允许柔性齿轮部(20)和输出部(40)在圆周方向上的相对位移。作为传递齿(6a)和凹部(6b)的对的传递对有多个，沿圆周方向排列。

Description

谐波齿轮装置

技术领域

本公开涉及一种谐波齿轮装置。

背景技术

作为减速器，有使用谐波齿轮装置的减速器。例如，专利文献1所记载的谐波齿轮装置具备：柔性齿轮部，其嵌合于作为输入旋转元件的谐波产生部；内部齿轮部，其与柔性齿轮部啮合；以及输出板部，其根据柔性齿轮部的旋转而旋转。输出板部是谐波齿轮装置中的减速旋转的输出元件。在该柔性齿轮部设置有沿圆周方向排列的多个传递销部。传递销部具备：传递销主体，其沿着输出元件的旋转轴线延伸；以及传递辊，其以能够旋转的方式支承于传递销主体。在输出板部设置有孔，该孔是供传递辊插入的孔，且在旋转传递时允许传递销部的周向和放射方向的至少任一方向的位移。

另外，在专利文献2中，作为相当于所述内部齿轮部的结构，记载了设置有一对第一内齿齿轮和第二内齿齿轮的双联型谐波齿轮装置。在该装置中，相当于所述柔性齿轮部的外齿齿轮具备：与第一内齿齿轮啮合的第一外齿、与第二内齿齿轮啮合的第二外齿、以及连结两者的轮缘，而一体地形成。第一内齿齿轮是不旋转的固定元件，另一方面，第二内齿齿轮是旋转自如的谐波齿轮装置的输出元件。即，该双联型谐波齿轮装置将外齿齿轮的旋转动力从第二外齿向第二内齿齿轮传递而获得减速旋转输出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-194150号公报

专利文献2：日本专利第6552571号公报

发明内容

(发明要解决的课题)

在此，作为从旋转的柔性齿轮部向输出元件传递力的传递点，考虑在以输出元件的旋转轴线为中心的圆周方向上排列的多个虚拟点。从旋转的柔性齿轮部向各虚拟点施加的力的矢量并不是均匀地朝向圆周方向，而是因柔性齿轮部的可挠性、谐波产生部的凸轮形状等而根据地点在相位上产生偏移。这样，在包括许多这样引起相位偏移的力的矢量的柔性齿轮部中，存在产生无助于用于使输出元件旋转的转矩的无用的应力，施加无用的扭转力的问题。

在专利文献2所记载的结构中，无法完全释放该无用的扭转力，可能柔性齿轮部破损而装置发生故障。另外，在专利文献2所记载的装置中，作为输出元件的第二内齿齿轮与柔性齿轮部的第二外齿的齿数不同。由于该齿数的不同，当谐波产生部旋转时，第二外齿与第二内齿齿轮的啮合位置在圆周方向上移动，因此柔性齿轮部与输出元件的相对位置偏离所期望的位置，也可能装置发生故障。另外，双联型谐波齿轮装置的结构复杂。

另一方面，专利文献1所记载的装置能够抑制产生所述无用的扭转力。然而，该装置的结构也复杂，将传递销部高精度地安装于柔性齿轮部的加工并不容易。另外，由于将传递销部安装于柔性齿轮部的加工，柔性齿轮部也有可能变脆。

本公开的目的在于提供一种能够以简洁的结构减少故障的风险的谐波齿轮装置。

(用于解决课题的技术方案)

为了实现上述目的，本公开所涉及的谐波齿轮装置具备：

内部齿轮部，其具有沿着内周面形成的内齿轮；

谐波产生部，其具有根据旋转输入而以轴线为中心旋转的凸轮部；

柔性齿轮部，其具有环状的外齿轮，所述外齿轮以比所述内齿轮少的齿数沿着外周面形成且内周侧嵌入于所述谐波产生部；以及

输出部，其与所述柔性齿轮部一起相对于所述内部齿轮部旋转，

所述凸轮部具有N个极部，N为2以上的整数，所述N个极部在以所述轴线为中心的圆周方向上位于等间隔的位置，所述凸轮部使所述外齿轮在N个位置与所述内齿轮啮合，

所述柔性齿轮部具有第一环状部，所述第一环状部由与所述外齿轮相同的材料与所述外齿轮一体地形成，在沿着所述轴线的方向上位于比所述外齿轮靠近所述输出部的位置，

所述输出部具有在以所述轴线为中心的径向上与所述第一环状部对置的第二环状部，

在所述第一环状部和所述第二环状部中的一方设置有沿着所述径向突起的传递齿，在所述第一环状部和所述第二环状部中的另一方设置有供所述传递齿插入的凹部，

所述凹部的沿着所述圆周方向的宽度比所述传递齿的沿着所述圆周方向的宽度宽，所述凹部允许所述柔性齿轮部以及所述输出部的在所述圆周方向上的相对位移，

所述传递齿和所述凹部的对即传递对为多个，且沿所述圆周方向排列。

(发明效果)

根据本公开，能够提供一种能够以简洁的结构减少故障的风险的谐波齿轮装置。

附图说明

图1是本公开的一个实施方式所涉及的谐波齿轮装置的主要结构的概略剖视图。

图2是从轴线方向观察上述实施方式所涉及的谐波齿轮装置的主要结构的图，且是表示凸轮部的极数为2的情况的图。

图3是表示图2的柔性齿轮部的外周面的一部分的图。

图4是用于说明上述实施方式所涉及的传递对的配置和功能的图。

图5是从轴线方向观察凸轮部和柔性齿轮部的图，且是表示凸轮部的极数为3的情况的图。

图6是从轴线方向观察凸轮部和柔性齿轮部的图，且是表示凸轮部的极数为4的情况的图。

图7是用于说明变形例1所涉及的传递对的配置和功能的图。

图8是表示变形例2所涉及的传递对的形状的图。

具体实施方式

参照附图对本公开的一个实施方式进行说明。

如图1所示，谐波齿轮装置100组装于工业用的机器人200。机器人200例如由垂直多关节机器人构成。机器人200具备：第一臂211、经由谐波齿轮装置100与第一臂211连结的第二臂212、电动机213、以及未图示的控制器。电动机213由伺服电动机等构成，根据控制器的控制而动作。控制器经由内置于第一臂211的电动机213和谐波齿轮装置100来旋转驱动第二臂212，由此进行第二臂212相对于第一臂211的定位控制、角度控制、以及旋转速度控制。

谐波齿轮装置100具备：谐波产生部10、柔性齿轮部20、内部齿轮部30、输出部40、以及支承部50。

应予说明，在图1中，考虑到易于观察，省略了表示一部分结构的截面的阴影，并且用假想线示出了谐波齿轮装置100以外的结构。以下，在说明谐波齿轮装置100的结构时，有时将图1中的右侧称为输入侧(图示Si)，将左侧称为输出侧(图示So)。

谐波产生部10具备：圆筒轴部11、与圆筒轴部11一体地形成的凸轮部12、以及波形轴承13。

圆筒轴部11的输入侧的端部以能够旋转的方式支承于轴承B1，圆筒轴部11的输出侧的端部以能够旋转的方式支承于轴承B2。轴承B1设置于相对于第一臂211不动的不动部211a。轴承B2设置于输出部40的内周面。轴承B1、B2例如由球轴承构成。由此，圆筒轴部11被支承为能够相对于第一臂211绕轴线AX旋转。电动机213的旋转动力经由公知的传递机构传递至圆筒轴部11。该传递机构只要是齿轮机构、利用了同步带和滑轮的带机构等即可。

凸轮部12设置为从圆筒轴部11的外周面向外径方向突出。凸轮部12在沿着轴线AX的方向(以下，也称为“轴线方向”)上设置于与轴承B1相邻的位置。凸轮部12具有在以轴线AX为中心的圆周方向上位于等间隔的位置的N(N为2以上的整数)个极部。以下，将凸轮部12所具有的极部的数量称为极数。例如，如图2所示，极数为N＝2的情况下的凸轮部12从轴线方向观察呈椭圆状。

如图1和图2所示，波形轴承13具有：固定于凸轮部12的外周面的内圈13i、柔性的外圈13o、以及以能够滚动的状态插入于内圈13i与外圈13o之间的多个滚珠13b。应予说明，内圈13i也可以由包括凸轮部12的外周面在内的部分构成。

柔性齿轮部20由特殊钢等金属材料形成为具有可挠性，具有：外齿轮21、第一环状部22、以及连接部23。外齿轮21、第一环状部22、以及连接部23由相同的材料一体地形成。

外齿轮21具有沿着外周面形成的多个齿21a而形成为环状，内周侧嵌入于谐波产生部10的外圈13o。外齿轮21中的多个齿21a以一定的间距沿着圆周方向排列。外齿轮21的齿21a的数量即齿数t比后述的内齿轮31的齿31a的数量即齿数T少。例如，在凸轮部12的极数为N的情况下，齿数t与齿数T的关系设定为“T＝t+N”成立。例如，在N＝2的情况下，“T＝t+2”的关系成立。

第一环状部22是在外齿轮21的轴线方向上位于比外齿轮21靠近输出部40的位置的环状的部分。如图4所示，在第一环状部22设置有供设置于输出部40的被传递齿6a插入的凹部6b。通过传递齿6a与凹部6b卡合，柔性齿轮部20的动力向输出部40传递。凹部6b设置有与传递齿6a相同的数量，沿着以轴线AX为中心的圆周方向设置有多个。关于传递齿6a和凹部6b，在后面详细叙述。

连接部23将外齿轮21与直径比外齿轮21小的第一环状部22连接。如图1所示，连接部23以从外齿轮21朝向第一环状部22并靠近轴线AX的方式倾斜。

应予说明，在图2、图3中示出了柔性齿轮部20的第一环状部22的一部分。图3是从图2所示的0°的方向观察柔性齿轮部20的外周面的一部分的图。

内部齿轮部30由金属材料形成为具有刚性，且固定于第一臂211的内侧。内部齿轮部30具有与弯曲于凸轮部12的柔性齿轮部20的外齿轮21局部啮合的内齿轮31。内齿轮31具有沿着内周面形成的多个齿31a而形成为环状。内齿轮31的多个齿31a以一定的间距沿圆周方向排列。

内部齿轮部30形成为大致圆筒状。在谐波齿轮装置100的输入侧，内部齿轮部30与设置有轴承B1的不动部211a在轴线方向上对置。在内部齿轮部30与不动部211a对置的部分设有以轴线AX为中心的环状的槽，在该槽中嵌入有O型环71。内部齿轮部30由沿着轴线方向的螺钉81固定于不动部211a。

输出部40与柔性齿轮部20一起相对于内部齿轮部30旋转。输出部40以能够相对于内部齿轮部30绕轴线AX旋转的方式被支承部50支承。输出部40例如由金属材料形成为具有刚性的环状。

输出部40在以轴线AX为中心的径向(以下，也简称为“径向”)上具有：第二环状部41，其与第一环状部22对置；以及被支承部42，其位于比第二环状部41靠输出侧的位置，是被支承部50支承的部分。如图4所示，本实施方式的第二环状部41位于柔性齿轮部20的第一环状部22的内周侧。在第二环状部41设置有传递齿6a。

支承部50例如由交叉辊轴承构成，具备：外圈51，其固定于内部齿轮部30；以及内圈52，其固定于输出部40的被支承部42。外圈51通过螺钉82固定于内部齿轮部30。内圈52通过螺钉83固定于被支承部42。螺钉82、83均沿着轴线方向。

在谐波齿轮装置100的输出侧，内部齿轮部30与支承部50的外圈51在轴线方向上对置。内部齿轮部30具备：插入孔32，其沿着轴线方向形成，供螺钉82插入；以及确定部33，其位于插入孔32与第一环状部22之间。确定部33在轴线方向上与外圈51对置的部分具有以轴线AX为中心的环状的槽33a。在环状的槽33a中嵌入有O型环72。O型环72和前述的O型环71防止水从装置的外部浸入、油从装置的内部漏出等。

在该实施方式中，输出部40经由支承部50的内圈52与作为谐波齿轮装置100的负载的第二臂212连接。由此，伴随着输出部40的旋转，第二臂212绕轴线AX旋转。应予说明，能够任意地变更支承部50对输出部40的支承方式、输出部40与负载的连接方法。

如图1所示，柔性齿轮部20的第一环状部22和输出部40的第二环状部41位于轴线方向上的支承部50与凸轮部12之间。第二环状部41的传递齿6a由第一环状部22的凹部6b被向以轴线AX为中心的圆周方向(以下，也简称为“圆周方向”)按压，由此输出部40与柔性齿轮部20一起旋转。

传递齿6a是用于将柔性齿轮部20的动力向输出部40传递的结构。传递齿6a沿着径向从第二环状部41的外周面突起，在第一环状部22插入于凹部6b。

凹部6b设置于第一环状部22的内周面。如图4所示，凹部6b的沿圆周方向的宽度比传递齿6a的沿着圆周方向(图2、图3所示的符号C的方向)的宽度更宽。由此，凹部6b允许在圆周方向上的与传递齿6a的相对位移(即，柔性齿轮部20和输出部40在圆周方向上的相对位移)。传递齿6a和凹部6b各自的在沿着圆周方向上的宽度只要设定为能够作为传递齿6a和凹部6b的对而出现后述的第一对61和第二对62即可。作为传递齿6a和凹部6b的对的传递对沿着圆周方向设置多个，且在圆周方向上等间隔地排列。

(关于减速动作)

接着，对谐波齿轮装置100的减速动作进行说明。凸轮部12的极数N只要是2以上的整数，则根据目的是任意的，但在此，对凸轮部12为N＝2且呈椭圆形状的情况进行说明。

在电动机213根据机器人200的控制器的控制而动作时，电动机213的旋转动力经由未图示的传递机构传递至谐波产生部10的凸轮部12，凸轮部12绕轴线AX以比较高的速度旋转。

在此，为了容易理解说明，如图2所示，旋转开始前的凸轮部12处于其椭圆形状的长轴与通过0°和180°的轴一致的初始位置。处于初始位置的凸轮部12使柔性齿轮部20的外齿轮21在对应于两个极部的0°和180°这两个部位的啮合位置与内部齿轮部30的内齿轮31啮合。应予说明，图示的角度是以轴线AX为中心的角度，将12点的方向设为0°，角度沿顺时针方向增加。另外，凸轮部12设为向顺时针方向旋转。

在凸轮部12从初始位置沿顺时针方向旋转α的角度时，在将柔性齿轮部20相对于内部齿轮部30沿逆时针方向旋转的角度设为θ的情况下，θ＝{360°×(T-t)/T}×α/360°＝(α/T)×N成立。在使用极数为N＝2的凸轮部12时，内齿轮31与外齿轮21的齿数的差为T-t＝N＝2，因此θ＝(α/T)×2成立。例如，在该凸轮部12旋转90°时，柔性齿轮部20向逆时针方向旋转θ＝(90°/T)×2的角度，相当于齿数的差“2”的1/4(＝90°/360°)即1/2齿的量。

这样，柔性齿轮部20根据凸轮部12的旋转而弹性变形，与内部齿轮部30的啮合位置依次移动。而且，在凸轮部12旋转360°时，柔性齿轮部20向逆时针方向旋转θ＝(360°/T)×2的角度，相当于齿数的差“2”的量。由此，与柔性齿轮部20一起旋转移动的输出部40相对于凸轮部12的旋转速度以i＝(T-t)/t的减速比减速。即，根据谐波齿轮装置100，能够利用以上述减速比i减速后的输出高精度地旋转控制与输出部40连接的负载(在本例中为第二臂212)。应予说明，减速比i是任意的，但例如能够设定为1/30～1/320程度。

以上，对极数N为N＝2的情况进行了说明，但对于N≥3的情况，考虑方法也相同，因此在此统一说明。在极数为N≥3的情况下，从轴线方向观察到的凸轮部12的形状呈正N边形，并且例如具有各极部和相邻的极部之间向外周方向平缓地膨胀的曲面状。图5表示极数N为3的情况，图6表示极数N为4的情况。应予说明，虽未图示，但对于N≥5的情况也能够同样地实现。

柔性齿轮部20的外齿轮21经由波形轴承13在具有N个极部的凸轮部12弯曲，在N个位置与内部齿轮部30的内齿轮31啮合。在凸轮部12的极数为N的情况下，外齿轮21的齿数t(以下，也称为柔性齿轮部20的齿数t。)与内齿轮31的齿数T(以下，也称为内部齿轮部30的齿数T。)的关系设定为“T＝t+N”成立。

而且，例如，在凸轮部12向顺时针方向旋转360°时，柔性齿轮部20向逆时针方向移动N齿的量。即，在凸轮部12的极数为N的情况下，在凸轮部12旋转(360°/N)的角度时，柔性齿轮部20相对于内部齿轮部30移动1个齿的量。在凸轮部12的极数为N的情况下，固定于柔性齿轮部20的输出部40相对于凸轮部12的旋转速度以i＝(T-t)/t＝N/t的减速比减速。

如上所述，谐波齿轮装置100无论在将凸轮部12的极数N设定为N＝2的情况下，还是设定为N≥3的情况下，在谐波产生部10的凸轮部12根据来自电动机213的旋转输入而旋转时，柔性齿轮部20和内部齿轮部30这两个齿轮的啮合位置沿圆周方向移动，并且根据两个齿轮的齿数差，柔性齿轮部20相对于内部齿轮部30向与凸轮部12相反的方向旋转。

(关于传递齿6a和凹部6b)

下面，对传递齿6a和凹部6b进行说明。图4表示在凸轮部12的极数为N＝2的情况下优选的传递齿6a和凹部6b的配置例。

应予说明，在图4中，从轴线方向观察的柔性齿轮部20和输出部40的图的外周侧所示的图是，在极数N＝2的凸轮部12根据电动机213的动作而以轴线AX为中心旋转时，以图示0°～180°的范围表示传递齿6a和凹部6b的相对位移的图(以下，称为相对位移图。)。

观察图4的相对位移图可知，在设置有传递齿6a的各位置，传递齿6a相对于凹部6b的位置不一样。这是因为发生了前述课题中所述的相位偏移。本实施方式所涉及的谐波齿轮装置100通过以下所述的传递齿6a和凹部6b的作用，降低由所述相位偏移引起的无助于输出部40的旋转的无用的应力的产生，以良好的传递效率使输出部40旋转。

在图4所示的例子中，在输出部40的第二环状部41设置有在圆周方向上以等间隔排列的16个传递齿6a。另外，在柔性齿轮部20的第一环状部22设置有供16个传递齿6a的各齿插入的16个凹部6b。即，在图4的例子中，传递齿6a和凹部6b的对即传递对有16(＝8×N)个，在圆周方向上每隔360°/16(＝22.5°)排列。

如图4的相对位移图所示，在位于0°方向的传递对中传递齿6a位于凹部6b的在圆周方向的中央的状态下，位于90°方向的传递齿6a和位于180°方向的传递齿6a位于各自对应的凹部6b的在圆周方向的中央。位于0°、90°、180°的各方向的传递齿6a在圆周方向上不与各自对应的凹部6b接触，因此无助于输出部40的旋转。

以下，将像图4的位于0°、90°、180°的各方向的传递对那样的、传递齿6a位于在圆周方向上的凹部6b的中央的传递对称为第一状态的传递对。即，第一状态的传递对无助于输出部40的旋转。

另一方面，在第一状态的传递对位于0°、90°、180°的各方向的状态下，位于45°的方向的传递齿6a位于所插入的凹部6b的一端(图中的顺时针方向的端)。另外，在该状态下，位于135°方向的传递齿6a位于所插入的凹部6b的在圆周方向上的另一端(图中的逆时针方向的端)。在凸轮部12向顺时针方向旋转的情况下，位于45°方向的传递齿6a与向逆时针方向移动的柔性齿轮部20的凹部6b在圆周方向上抵接，因此有助于输出部40的旋转。在凸轮部12向逆时针方向旋转的情况下，位于135°方向的传递齿6a与向顺时针方向移动的柔性齿轮部20的凹部6b在圆周方向上抵接，因此有助于输出部40的旋转。

以下，将像图4的位于45°、135°的各方向的传递对那样的、传递齿6a在圆周方向上与凹部6b抵接的传递对称为第二状态的传递对。即，第二状态的传递对有助于输出部40的旋转。

另外，位于22.5°、67.5°、112.5°、157.5°的各方向的传递对是从第一状态和第二状态中的一方向另一方转变的中途状态的传递对。该中途状态的传递对也由于传递齿6a与凹部6b在圆周方向上不接触，所以无助于输出部40的旋转。

应予说明，180°～360°的各范围内的传递齿6a和凹部6b的行为与0°～180°的范围内的传递齿6a和凹部6b的行为相同。即，在相对于轴线AX的中心角为45°的每个位置，第一状态的传递对和第二状态的传递对交替出现。另外，图4的相对位移图是静态地示出，但根据柔性齿轮部20的旋转，第一状态的传递对经由中途状态向第二状态的传递对转变。相反，第二状态的传递对经由中途状态向第一状态的传递对转变。

以下总结图4所例示的传递对。

在凸轮部12的极数为N＝2的情况下，在凸轮部12旋转(360°/2)的角度时，柔性齿轮部20相对于内部齿轮部30移动一个齿的量。这样，在用于使柔性齿轮部20相对于内部齿轮部30移动一个齿的量的凸轮部12的旋转角度即180°的范围内，每隔180°/4＝45°，第一状态的传递对和第二状态的传递对交替出现。该180°的范围内的传递对包含：第一对61，其传递齿6a位于凹部6b的在圆周方向上的一端；以及第二对62，其传递齿6a位于凹部6b的在圆周方向上的另一端。

在图4的相对位移图中，第一对61是位于45°方向的传递对，第二对62是位于135°方向的传递对。当在360°的范围内考虑这一点时，16个传递对包含在圆周方向上等间隔地排列的2个第一对61和在圆周方向上等间隔地排列的2个第二对62。在360°的范围内，第一对61和第二对62每隔90°交替地存在。

在图4中，示出了设置有8×N＝16个传递对的例子，但也可以省略图4中相当于中途状态的传递对的部位，将传递对设为(4×N)个。

上述的想法不限于N＝2的情况，能够一般化。因此，对凸轮部12的极数为N(2以上的整数)、传递对有(4×N)个的情况进行说明。在此，为了容易理解说明，选定了(4×N)个作为省略中途状态的传递对后的个数。传递对在圆周方向上等间隔地排列。

当极数为N的凸轮部12旋转(360°/N)的角度时，柔性齿轮部20相对于内部齿轮部30移动一个齿的量。这样，在用于使柔性齿轮部20相对于内部齿轮部30移动一个齿的量的凸轮部12的旋转角度即(360°/N)的范围内，每隔360°/(4×N)，第一状态的传递对和第二状态的传递对交替出现。该(360°/N)的范围内的传递对包含第一对61和第二对62。当在360°的范围内考虑这一点时，(4×N)个传递对包含在圆周方向上等间隔地排列的N个第一对61和在圆周方向上等间隔地排列的N个第二对62。进而，第一对61和第二对62每隔360°/(2×N)交替地存在。

如上所述，通过第一状态的传递对和第二状态的传递对交替出现，能够通过所谓的凸轮方式吸收在圆周方向上的传递齿6a和凹部6b的相对位移。因此，根据谐波齿轮装置100，能够降低分别在柔性齿轮部20和输出部40中无助于用于使输出部40旋转的转矩的无用的应力的产生，能够降低无用的扭转力向柔性齿轮部20的施加。

另外，当在凸轮部12弯曲的柔性齿轮部20相对于内部齿轮部30旋转移动时，柔性齿轮部20与内部齿轮部30啮合的同时移动，因此伴随径向的脉动。

在此，图4与如下状态对应：在与凸轮部12的极部对应的0°和180°这两个部位，使柔性齿轮部20与内部齿轮部30啮合。即，图2和图4分别所示的柔性齿轮部20相对应。在凸轮部12的极部位于0°和180°的情况下，在位于0°和180°的方向的传递对中，传递齿6a与凹部6b在径向上分离。此时，在90°和270°方向的传递对中，在径向上传递齿6a与凹部6b最接近。应予说明，在径向上传递齿6a与凹部6b最接近时，传递齿6a与凹部6b可以在径向上接触，也可以不接触。

在0°～90°之间的传递对中，随着接近90°，传递齿6a与凹部6b的径向的间隔逐渐变窄。在90°～180°之间的传递对中，随着接近180°，传递齿6a与凹部6b的径向的间隔逐渐变宽。该关系在180°～360°的范围中也相同。

如上所述，至少在位于与凸轮部12的极部对应的位置的两个传递对中，传递齿6a与凹部6b在径向上分离。而且，第一环状部22允许相对于第二环状部41的径向的位移。上述想法不限于N＝2时，能够一般化。在具有N个凸轮部12的极部的谐波齿轮装置100中，至少在位于与凸轮部12的极部对应的位置的N个传递对中，传递齿6a与凹部6b在径向上分离。而且，第一环状部22允许相对于第二环状部41的径向的位移。

在本实施方式的谐波齿轮装置100中，能够允许第一环状部22相对于第二环状部41的径向的位移，因此能够吸收前述的径向的脉动。根据该结构，也能够降低前述的无用的应力。应予说明，多个传递对分别设定为在第一状态、第二状态以及中途状态中的任一状态下传递齿6a都不会从凹部6b脱离的形状。

另外，第二状态的传递对包含在圆周方向上等间隔地排列的第一对61和第二对62。由此，能够从柔性齿轮部20向输出部40高效地传递圆周方向的力。

其结果是，根据本实施方式的谐波齿轮装置100，能够大幅降低在将柔性齿轮部20和输出部40完全固定的情况下产生的机械损耗，能够实现良好的传递效率。另外，能够抑制柔性齿轮部20破损。

另外，能够使从柔性齿轮部20向输出部40传递力的输出点(即，设置有传递对的位置)在圆周方向上均等分散，因此能够减轻柔性齿轮部20与内部齿轮部30的啮合部位中的每一个部位的负荷，其结果是，能够以高转矩使输出部40旋转。

应予说明，传递对的个数不限于(4×N)个。根据N的数量，能够任意地变更传递对的个数。

例如，在凸轮部12的极数N为N＝8的情况下，在将传递对设为(4×N)＝32个时，在用于使柔性齿轮部20相对于内部齿轮部30移动一个齿的量的凸轮部12的旋转角度即(360°/N)＝45°的范围内，每隔{360°/(4×N)}＝11.25°，第一状态的传递对和第二状态的传递对交替出现。当在360°的范围内考虑这一点时，32个传递对包含在圆周方向上等间隔地排列的8个第一对61和在圆周方向上等间隔地排列的8个第二对62。

然而，当第一对61和第二对62分别为4个时，认为足以使输出部40稳定地旋转，因此也可以将传递对设为(2×N)＝16个。另外，认为不仅在N＝8的情况下也能够实现如下结构：将传递对设定为(2×N)的个数，并且分别各设置N个第一对61和第二对62，由此所有的传递齿6a都有助于输出部40的旋转。进而，也可以与N的数量无关地设定传递对的个数。例如，当在圆周方向上等间隔地排列16个传递对，并且将第一对61和第二对62分别设置至少4个以上时，能够与N的数量无关地使输出部40稳定地旋转。这样，能够与凸轮部12的极数N无关地共用设置有传递齿6a的输出部40，因此也能够实现制造的高效化。

如上所述，通过将传递对的个数设定为(2×N)个、或者设定为与N的数量无关的固定值(例如16个)的谐波齿轮装置100，也能够由与前述同样的作用，降低无用的应力，实现良好的传递效率。

应予说明，在第一对61中，所谓“传递齿6a位于凹部6b的在圆周方向上的一端”只要是传递齿6a与凹部6b的在圆周方向上的一端抵接或接近的方式即可。同样地，在第二对62中，所谓“传递齿6a位于凹部6b的在圆周方向上的另一端”只要是传递齿6a与凹部6b的在圆周方向上的另一端抵接或接近的方式即可。即，第一对61、第二对62只要是在柔性齿轮部20朝向传递齿6a移动的情况下，能够直接通过凹部6b在圆周方向上按压传递齿6a的方式即可。

另外，多个传递对所谓“在圆周方向上以等间隔排列”，只要是在圆周方向上以等间隔排列的多个传递齿6a被插入到分别对应的多个凹部6b中的状态即可。例如，所谓“位于0°、90°、180°的各方向的传递对”是指传递齿6a位于0°、90°、180°的各方向的传递对。该关系在其他角度中也相同。应予说明，凹部6b设置于具有可挠性的柔性齿轮部20，因此根据传递对的状态，相对于对应的传递齿6a在-2度～+2度的范围内产生偏移。

另外，只要能够创造出第一对61和第二对62，多个传递对也可以不在圆周方向上以等间隔排列。在该情况下，从使输出部40稳定地旋转的观点出发，优选使设置有多个传递齿6a的输出部40的整体的重心与轴线AX一致，实现绕轴线AX的惯性力矩的最小化。

另外，在谐波齿轮装置100中，柔性齿轮部20的第一环状部22和输出部40的第二环状部41位于支承部50与凸轮部12之间。由此，能够缩短从旋转的输入元件到输出元件在轴线方向上的距离。其结果是，能够使各结构在轴线方向上紧凑，能够小型地构成谐波齿轮装置100。另外，当从旋转的输入元件到输出元件在轴线方向上的距离短时，难以对相互啮合的柔性齿轮部20和内部齿轮部30施加相对于轴线AX倾斜的方向的应力。其结果是，能够使柔性齿轮部20和内部齿轮部30中的一方的齿顶与另一方的齿底沿着轴线方向接触，能够抑制彼此的齿轮的磨损。

另外，在谐波齿轮装置100中，不仅凸轮部12，柔性齿轮部20和输出部40也是从轴线方向观察呈环状的中空状。因此，能够在装置的内部确保供配线等通过的空间。另外，柔性齿轮部20的输出侧的端部未被封闭，因此能够在一定程度上确保柔性齿轮部20的壁厚的同时，保持柔性齿轮部20的可挠性。因此，能够使柔性齿轮部20对压曲的耐性良好，不易破损。应予说明，柔性齿轮部20的壁厚没有限定，但例如能够设定为0.5～1mm程度。另外，柔性齿轮部20为无底筒状，因此容易加工。应予说明，根据谐波齿轮装置100，原理上当然能够消除间隙、能够使空转极小。

另外，根据谐波齿轮装置100，凸轮部12的极数不仅为N＝2，还能够提供N≥3的变化，因此还具有以下优点。首先，考虑谐波产生部10的凸轮部12设定为椭圆状(N＝2)的情况。当将内部齿轮部30的节圆直径设为D，将柔性齿轮部20的节圆直径设为d时，减速比i能够认为是“i＝(T-t)/t＝2/t”或“i＝(D-d)/d”。于是，为了减小减速比i的值(获得进一步减速后的旋转输出)，需要增加齿数t、或增大柔性齿轮部20的直径d相对于内部齿轮部30的直径D的比例。另一方面，为了增大减速比i的值(抑制旋转输出的减速程度)，需要减少齿数t、或减小柔性齿轮部20的直径d相对于内部齿轮部30的直径D的比例。这样，当仅依赖于椭圆状的凸轮部12时，装置的大小、条件产生各种制约，难以实现所有减速比。

另一方面，根据凸轮部12的极数为N≥3的变化，即使假设将内部齿轮部30的齿数T和柔性齿轮部20的齿数t中的至少任一方保持为一定，根据减速比i＝N/t可知，也能够仅通过增加极数来增大减速比的值，能够仅通过减少极数来减小减速比的值。除了极数的变化之外，进一步通过设定齿数T、齿数t、变更柔性齿轮部20、内部齿轮部30的口径，能够实现大致无数变化的减速比。

应予说明，本公开并不限于以上的实施方式和附图。在不变更本公开的主旨的范围内，能够适当施加变更(也包含构成元件的删除)。以下，对将谐波齿轮装置100的一部分结构变形后的变形例进行叙述。

(变形例1)

也可以如图7所示的变形例1那样，使输出部40位于柔性齿轮部20的外周侧。在该情况下，输出部40的第二环状部41位于柔性齿轮部20的第一环状部22的外周侧。而且，固定于第二环状部41的传递齿6a朝向轴线AX延伸，并插入设置于第一环状部22的凹部6b。应予说明，在图7中，从轴线方向观察的柔性齿轮部20和输出部40的图的外周侧所示的图是表示，在极数为N＝2的凸轮部12根据电动机213的动作而以轴线AX为中心旋转时，图示0°～180°的范围内的传递齿6a和凹部6b的相对位移的图。在变形例1中，作为一对传递齿6a和凹部6b的传递对的个数和功能也能够与前述的实施方式同样地考虑。

(变形例2)

在以上的实施方式和变形例1中，示出了传递齿6a以一样的宽度突起、凹部6b也以一样的宽度凹陷的例子，但传递部6a和凹部6b的形状没有限定，能够任意地变更。例如，如图8所示的变形例2那样，传递齿6a可以是朝向凹部6b而前端变细的锥状，凹部6b也可以由与传递部6a对应的锥状的凹陷形成。

以上，示出了在第二环状部41设置传递齿6a，在第一环状部22设置凹部6b的例子，但该关系也可以相反。即，当将相邻的凹部6b之间的元件理解为传递齿，将相邻的传递齿6a之间的元件理解为凹部时，也能够表现为在第二环状部41设置凹部，在第一环状部22设置传递齿。使用该表现，传递齿和凹部的对的个数、功能也能够与前述的实施方式同样地考虑。在该表现中，多个传递对所谓“在圆周方向上以等间隔排列”只要是例如在圆周方向上以等间隔排列的多个凹部中插入有分别对应的多个传递齿部的状态即可。

以上，示出了谐波齿轮装置100组装于包括垂直多关节机器人的机器人200的例子，但不限于此。谐波齿轮装置100能够组装于水平多关节机器人、Delta型机器人等各种机器人。另外，组装有谐波齿轮装置100的装置不限于机器人，是任意的，只要是以得到相对于旋转输入以所希望的减速比减速后的旋转输出为目的而使用的装置即可。谐波齿轮装置100例如也可以组装于机器人以外的精密机械、趣味用品、家电、车载部件等。

另外，柔性齿轮部20的齿数t和内部齿轮部30的齿数T只要T＞t则是任意的。但是，在凸轮部12的极数为N的情况下，优选将齿数t与齿数T的关系设定为“T＝t+N”。

另外，构成谐波齿轮装置100的构件的材料是任意的，不限于金属，能够根据目的适当选择工程塑料、树脂、陶瓷等。

(1)以上说明的谐波齿轮装置100作为将柔性齿轮部20的动力向输出部40传递的结构，具备成对的传递齿6a和凹部6b即传递对。凹部6b的沿着圆周方向的宽度比传递齿6a的沿着圆周方向的宽度更宽，允许柔性齿轮部20和输出部40在圆周方向上的相对位移。根据该结构，如前所述，能够抑制主要施加于柔性齿轮部20的无用的应力，因此谐波齿轮装置100不易破损。

另外，柔性齿轮部20具有由与外齿轮21相同的材料与外齿轮21一体地形成的第一环状部22。因此，结构简单。另外，能够通过例如切削加工一次性地制造柔性齿轮部20，该柔性齿轮部20不仅具备外齿轮21，还具备作为向输出部40传递力的部分的第一环状部22，因此制造容易。

另外，在本公开的谐波齿轮装置100中，柔性齿轮部20和输出部40一起旋转。即，即使凸轮部12旋转，插入于某个凹部6b中的传递齿6a也不会向其相邻的凹部6b移动，构成1个传递对的传递齿6a与凹部6b的卡合关系被保持。本公开的柔性齿轮部20构成如下的齿轮机构：外齿轮21相对于内部齿轮部30在与内齿轮31的啮合位置偏移的同时旋转，另一方面，第一环状部22在与输出部40的第二环状部41卡合的同时旋转。这是相当于柔性齿轮部20的外齿齿轮与设置于输出元件的齿轮的啮合位置偏移的、与前述双联型谐波齿轮装置的较大差异。如上所述，通过保持传递齿6a与凹部6b的卡合关系的谐波齿轮装置100，与双联型谐波齿轮装置相比，产生柔性齿轮部20与输出元件的相对位置偏离所期望的位置的问题的可能性较小。

另外，当任意地设定极数的N时，能够以简易的结构实现各种减速比。

(2)传递对也可以为2×N个以上，在圆周方向上等间隔地排列。根据该结构，能够使从柔性齿轮部20向输出部40传递力的输出点在圆周方向上均等分散，因此能够以高转矩使输出部40旋转。应予说明，传递对可以是4×N以上，也可以是与极数N无关的固定数量(例如16个)。

(3)多个传递对包含在凸轮部12以轴线AX为中心旋转时满足第一对61和第二对62的条件的传递对。根据该结构，如前所述，能够从柔性齿轮部20向输出部40高效地传递圆周方向的力。

(4)优选地，第一对61为N个，第二对62为N个。

(5)优选地，第一对61和第二对62在以轴线AX为中心的角度上，每隔360°/(2×N)交替地存在。

(6)在多个传递对中的、至少位于与凸轮部12的极部对应的位置的N个传递对中，传递齿6a与凹部6b在径向上分离。而且，第一环状部22允许相对于第二环状部41的径向的位移。根据该结构，也能够吸收柔性齿轮部20与输出部40在径向上的相对位移，因此能够更良好地降低前述的无用的应力。

(7)第一环状部22的直径比外齿轮21的直径小。而且，柔性齿轮部20具有连接部23，该连接部23将外齿轮21与第一环状部22连接，并且由与所述外齿轮21和第一环状部22相同的材料与所述外齿轮21和第一环状部22一体地形成。通过该结构，能够有效利用存在于第一环状部22的外周侧的空间。另外，能够通过例如切削加工一次性地制造柔性齿轮部20，该柔性齿轮部20具备外齿轮21、第一环状部22以及连接部23，因此制造容易。

(8)如图4所示，根据第二环状部41位于第一环状部22的内周侧的结构，能够抑制谐波齿轮装置100在径向上大型化。

(9)如图7所示，根据第二环状部41位于第一环状部22的外周侧的结构，能够在谐波齿轮装置100的轴线AX近旁确保供配线等通过的空间。

(10)第一环状部22和第二环状部41位于支承部50与凸轮部12之间。根据该结构，如前所述，能够抑制从凸轮部12到柔性齿轮部20的输出点的轴线方向的长度，能够使各结构在轴线方向上紧凑，而小型地构成谐波齿轮装置100。

另外，内部齿轮部30具备：插入孔32，其供螺钉82插入；以及确定部33，其位于插入孔32与第一环状部22之间。确定部33在轴线方向上与外圈51对置的部分具有以轴线AX为中心的环状的槽33a。在环状的槽33a中嵌入有O型环72。在此，在谐波齿轮装置100中，采用通过第一环状部22与第二环状部41的啮合将柔性齿轮部20的动力向输出部40传递的结构，而未设置用于将柔性齿轮部20固定于输出部40的销、螺钉等固定部件。在径向上设置该固定部件的情况下，确定部33在径向上变窄。然而，根据以上的谐波齿轮装置100，无需设置该固定部件，因此能够确保嵌入有O型环72的确定部33的配置空间。因此，不会损害密封功能。

应予说明，支承部50不限于交叉辊轴承，也可以是球轴承、将输出部40支承为能够滑动旋转的轴承等。

本发明能够在不脱离本发明的广义的精神和范围的情况下进行各种实施方式和变形。另外，上述的实施方式是用于说明本发明的例示，并不限定本发明的范围。即，本发明的范围不是由实施方式表示，而是由专利请求的范围表示。而且，在专利请求的范围内以及与其同等的发明的意义的范围内实施的各种变形被视为本发明的范围内。

在以上的说明中，为了容易理解本公开，适当省略了公知的技术事项的说明。

(符号说明)

100…谐波齿轮装置

10…谐波产生部、AX…轴线

11…圆筒轴部、12…凸轮部、13…波形轴承

20…柔性齿轮部

21…外齿轮、22…第一环状部、23…连接部

30…内部齿轮部

31…内齿轮、32…插入孔、33…确定部、33a…环状的槽

40…输出部

41…第二环状部、42…被支承部

50…支承部

51…外圈、52…内圈

6a…传递齿、6b…凹部、61…第一对、62…第二对

72…O型环。

Claims (10)

1.一种谐波齿轮装置，其特征在于，所述谐波齿轮装置具备：

内部齿轮部，其具有沿着内周面形成的内齿轮；

谐波产生部，其具有根据旋转输入而以轴线为中心旋转的凸轮部；

柔性齿轮部，其具有环状的外齿轮，所述外齿轮以比所述内齿轮少的齿数沿着外周面形成且内周侧嵌入于所述谐波产生部；以及

输出部，其与所述柔性齿轮部一起相对于所述内部齿轮部旋转，

所述凸轮部具有N个极部，N为2以上的整数，所述N个极部在以所述轴线为中心的圆周方向上位于等间隔的位置，所述凸轮部使所述外齿轮在N个位置与所述内齿轮啮合，

所述柔性齿轮部具有第一环状部，所述第一环状部由与所述外齿轮相同的材料与所述外齿轮一体地形成，在沿着所述轴线的方向上位于比所述外齿轮靠近所述输出部的位置，

所述输出部具有在以所述轴线为中心的径向上与所述第一环状部对置的第二环状部，

在所述第一环状部和所述第二环状部中的一方设置有沿着所述径向突起的传递齿，在所述第一环状部和所述第二环状部中的另一方设置有供所述传递齿插入的凹部，

所述凹部的沿着所述圆周方向的宽度比所述传递齿的沿着所述圆周方向的宽度宽，所述凹部允许所述柔性齿轮部以及所述输出部的在所述圆周方向上的相对位移，

所述传递齿和所述凹部的对即传递对为多个，且沿所述圆周方向排列。

2.根据权利要求1所述的谐波齿轮装置，其中，

所述传递对为2×N个以上，且在所述圆周方向上等间隔地排列。

3.根据权利要求1或2所述的谐波齿轮装置，其中，

多个所述传递对包括：

在所述凸轮部以所述轴线为中心旋转时，所述传递齿位于所述凹部的在所述圆周方向上的一端的第一对、以及所述传递齿位于所述凹部的在所述圆周方向上的另一端的第二对。

4.根据权利要求3所述的谐波齿轮装置，其中，

所述第一对为N个，所述第二对为N个。

5.根据权利要求4所述的谐波齿轮装置，其中，

所述第一对和所述第二对在以所述轴线为中心的角度上，每隔360°/(2×N)交替地存在。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的谐波齿轮装置，其中，

在多个所述传递对中的、至少位于与所述凸轮部的极部对应的位置的N个传递对中，所述传递齿与所述凹部在所述径向上分离，

所述第一环状部允许相对于所述第二环状部的所述径向的位移。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的谐波齿轮装置，其中，

所述第一环状部的直径比所述外齿轮的直径小，

所述柔性齿轮部具有连接部，所述连接部将所述外齿轮与所述第一环状部连接，并且由与所述外齿轮和所述第一环状部相同的材料与所述外齿轮和所述第一环状部一体地形成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的谐波齿轮装置，其中，

所述第二环状部位于所述第一环状部的内周侧。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的谐波齿轮装置，其中，

所述第二环状部位于所述第一环状部的外周侧。

10.根据权利要求8所述的谐波齿轮装置，其中，

所述谐波齿轮装置还具备支承部，所述支承部将所述输出部支承为能够相对于所述内部齿轮部旋转，

所述第一环状部以及所述第二环状部位于所述支承部与所述凸轮部之间，

所述支承部具备：外圈，其通过沿着所述轴线方向的螺钉而与所述内部齿轮部固定；以及内圈，其与所述输出部固定，

所述内部齿轮部具备：

插入孔，其沿着所述轴线方向形成，供所述螺钉插入；以及

确定部，其位于所述插入孔与所述第一环状部之间，

所述确定部在所述轴线方向上与所述外圈对置的部分具有以所述轴线为中心的环状的槽，

在所述环状的槽中嵌入有O型环。