TWI624608B - 雙模式諧波齒輪裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於提供一種雙模式諧波齒輪裝置，可將齒數不同的第1、第2外齒予以適切地撓曲而在各內齒齒輪之間形成良好地咬合的狀態。解決手段為一種雙模式諧波齒輪裝置的外齒齒輪，具備齒數相異的第1、第2外齒(7)、(8)。第1、第2外齒(7)、(8)，係藉由諧波產生器以相同的撓曲量而被撓曲成橢圓狀。將齒數較少之第1外齒7之齒形(70)的齒高(h1)設為比齒數較多之第2外齒8之齒形(80)的齒高(h2)還要小。

Description

雙模式諧波齒輪裝置

本發明係關於諧波齒輪裝置，其具備一對內齒齒輪、可於半徑方向撓曲之圓筒狀的外齒齒輪、及諧波產生器。

具備圓筒狀之外齒齒輪的諧波齒輪裝置，一般係具備：固定成不旋轉的靜止側內齒齒輪、旋轉輸入要素的諧波產生器、減速旋轉輸出要素的驅動側內齒齒輪、以及可咬合於靜止側內齒齒輪及驅動側內齒齒輪並在半徑方向可撓曲之圓筒狀的外齒齒輪。典型的諧波齒輪裝置中，外齒齒輪係被撓曲成橢圓狀並對靜止側及驅動側的內齒齒輪在橢圓形狀之長軸兩端的位置咬合。

於專利文獻1、4記載有靜止側內齒齒輪的齒數比外齒齒輪多2齒，且驅動側內齒齒輪的齒數與外齒齒輪相同之一般的諧波齒輪裝置。在此，於專利文獻1中，外齒齒輪的外齒，係在其齒寬方向的中央部分分成二邊，一方的外齒部分為可咬合於靜止側內齒齒輪，另一方的外 齒部分為可咬合於驅動側內齒齒輪。且，於專利文獻4中記載著，外齒齒輪的輪緣厚度，會大幅影響外齒齒輪的齒根疲勞強度。

該等之專利文獻1、4所揭示的諧波齒輪裝置中，當諧波產生器旋轉時，外齒齒輪會以對應於與靜止側內齒齒輪之齒數差的減速比來減速旋轉。由與外齒齒輪一體旋轉的驅動側內齒齒輪，輸出外齒齒輪的減速旋轉。

於專利文獻2記載著，靜止側內齒齒輪的齒數比外齒齒輪多2齒，且驅動側內齒齒輪的齒數比外齒齒輪少2齒的諧波齒輪裝置。該諧波齒輪裝置中，當諧波產生器旋轉時，外齒齒輪會以對應於與靜止側內齒齒輪之齒數差的減速比來減速旋轉。外齒齒輪的旋轉，係以對應該外齒齒輪與驅動側內齒齒輪之間的齒數差的速度比來增速，而從驅動側內齒齒輪輸出。由驅動側內齒齒輪所輸出的旋轉，相對於對諧波產生器的輸入旋轉而言，係成為以比速度比50還小的速度比減速過的減速旋轉。

此外，於專利文獻2、3記載著，具有具備2列滾珠軸承之諧波產生器的諧波齒輪裝置。此形式的諧波產生器，係由具備橢圓狀輪廓之外周面的剛性插塞、以及安裝於該外周面之2列的滾珠軸承所構成。藉由被撓曲成橢圓狀之各滾珠軸承之外輪的外周面之長軸兩端的部分，可撓性外齒齒輪會對半徑方向的外方按壓，來保持對第1、第2剛性內齒齒輪的咬合。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開2011-112214號公報

〔專利文獻2〕日本特開平02-275147號公報

〔專利文獻3〕日本實開平01-91151號公報

〔專利文獻4〕日本特開2008-180259號公報

在此，作為外齒齒輪係使用：在可於半徑方向撓曲之圓筒體的外周面，形成有可與一方之第1內齒齒輪咬合的第1外齒、以及可與另一方之第2內齒齒輪咬合之與第1外齒之齒數不同的第2外齒。如此一來，與專利文獻2所記載的諧波齒輪裝置同樣地，可在第1外齒與第1內齒齒輪之間進行減速或是增速，亦可在第2外齒與第2內齒齒輪之間進行減速或是增速。藉此，可實現速度比未達50的諧波齒輪裝置。且，相較於專利文獻2所記載的諧波齒輪裝置，可以更高的自由度來設計具備未達50之速度比的諧波齒輪裝置。

本說明書中，係將具備：於可撓曲之圓筒體的外周面形成有齒數相異之第1、第2外齒之外齒齒輪的諧波齒輪裝置稱之為「雙模式諧波齒輪裝置」。

雙模式的諧波齒輪裝置中，外齒齒輪的第1 外齒及第2外齒係形成於共通的圓筒體的外周面，且該等的齒根輪緣部係互相聯繋著。當圓筒體藉由諧波產生器而被撓曲成橢圓狀時，齒數相異的第1、第2外齒會分別咬合於不同的內齒齒輪。

在此，藉由諧波產生器將外齒齒輪撓曲成橢圓狀的情況，形成於外齒齒輪的第1、第2外齒係於半徑方向以相同量來撓曲。第1、第2外齒的齒數不同，模組亦不同。可讓第1外齒以良好的狀態咬合於第1內齒齒輪的內齒之撓曲量，與可讓第2外齒以良好的狀態咬合於第2內齒齒輪的內齒之撓曲量，互相不同。

因此，即使一方的外齒可對內齒以良好的狀態咬合，另一方的外齒對內齒的咬合量會不足，或是對內齒的咬合量成為過剩。當外齒對內齒的咬合量不足時，傳達轉矩容量會降低，使諧波齒輪裝置的負載容量降低。且，當外齒對內齒的咬合量過剩時，雙方的齒會干涉，導致該等的耐磨耗性降低。且，第1、第2外齒與內齒的咬合狀態成為相異時，第1、第2外齒的齒根疲勞強度平衡會惡化。此外，諧波產生器中，支撐第1、第2外齒的第1、第2諧波軸承之軸承滾珠荷重分布的變動幅度會變大，有著諧波軸承的壽命惡化之虞。

以往並未針對雙模式諧波齒輪裝置提出任何提案。因此，並未著眼於將齒數相異之左右的第1、第2外齒以相同的撓曲量來撓曲的情況中與內齒齒輪的咬合狀態，以及起因於咬合狀態的弊害。

本發明的課題，係有鑑於上述觀點，而提供一種雙模式諧波齒輪裝置，係將第1、第2外齒的齒形做適當設定，可將齒數不同的第1、第2外齒予以適切地撓曲而在各內齒齒輪之間形成良好地咬合的狀態。

為了解決上述課題，本發明的雙模式諧波齒輪裝置，具有：剛性的第1內齒齒輪，其形成有第1內齒；剛性的第2內齒齒輪，係與前述第1內齒齒輪同軸地並列配置，且形成有第2內齒；可撓性的外齒齒輪，係於前述第1、第2內齒齒輪的內側同軸地配置，且在可朝半徑方向撓曲之圓筒體的外周面，形成有可與前述第1內齒咬合的第1外齒以及可與前述第2內齒咬合之與前述第1外齒齒數不同的第2外齒；以及諧波產生器，係將前述外齒齒輪撓曲成橢圓狀，使前述第1外齒部分咬合於前述第1內齒，並使前述第2外齒部分咬合於前述第2內齒，將前述第1外齒的齒數設為Zf1、將前述第2外齒的齒數設為Zf2、並將n設為正整數時，Zf1=Zf2-2n

將前述第1外齒的模組設為m₁、將前述第2外齒的模組設為m₂， 將n₁、n₂設為正整數、將前述第1外齒與前述第1內齒的齒數差設為2n₁、將前述第2外齒與前述第2內齒的齒數差設為2n₂，將在撓曲成橢圓狀之前述第1外齒的長軸位置之半徑方向撓曲量的理論值d₁及前述第2外齒之半徑方向撓曲量的理論值d₂，分別設為：d₁=m₁n₁ d₂=m₂n₂來表示，且將藉由前述諧波產生器所撓曲之前述第1、第2外齒的半徑方向撓曲量設為d時，該半徑方向撓曲量d為：d<d1 d>d2

將前述第1外齒齒形的齒高設為第1齒高h1、將前述第2外齒齒形的齒高設為第2齒高h2時，設定成：h1>h2

在此，前述第1齒高h1與前述第2齒高h2，係滿足：1.0<h1/h2<1.42的關係為佳。

本發明中，將齒數相異的第1、第2外齒以相同的撓曲量撓曲成橢圓狀，並分別咬合於第1、第2內齒。在齒數較少的第1外齒側，其撓曲量成為比理論值還要少。藉由將第1外齒的齒高設為比第2外齒的齒高還要 大，可消解咬合時之進入量較少的第1外齒與第1內齒之間的咬合不足，可形成良好的咬合狀態。且，可增加第1外齒與第1內齒之間的同時咬合齒數。

相對於此，齒數較多的第2外齒側，其撓曲量成為比理論值還要多。藉由將第2外齒的齒高設為比第1外齒的齒高還要小，可消解咬合時之進入量較多的第2外齒與第2內齒之間的干涉，可形成良好的咬合狀態。

其結果，可解決起因於第1外齒與第1內齒的咬合狀態、以及第2外齒與第2內齒的咬合狀態惡化所導致之諧波齒輪裝置的負載容量降低、第1、第2外齒之間的齒根疲勞強度平衡的惡化、外齒齒輪及內齒齒輪的耐磨耗性降低等缺點。且，可整體提高第1、第2外齒與第1、第2內齒之間的棘輪扭力(ratcheting torque)。此外，支撐第1、第2外齒的諧波產生器中，可抑制該第1、第2諧波軸承之軸承滾珠荷重分布的變動幅度，可防止諧波軸承的壽命降低。

本發明中，以前述第1外齒的節圓為中心，將位在該第1外齒齒形之全齒高的50%之範圍內的齒面之各部分所拉出的齒形切線、與齒形中心線所夾角度的平均設為第1平均壓力角α1，以前述第2外齒的節圓為中心，將位在前述第2外齒齒形之全齒高的50%之範圍內的齒面之各部分所拉出的齒形切線、與前述第2外齒的齒形中心線所夾角度的平均設為第2平均壓力角α2時，以設定成： α1>α2為佳。

在此，前述第1、第2平均壓力角α1、α2，係滿足：0.29α1<α2<0.75α1的關係為佳。

本發明中，將齒數相異的第1、第2外齒以相同的撓曲量撓曲成橢圓狀，並分別咬合於第1、第2內齒。在齒數較少的第1外齒側，其撓曲量成為比理論值還要少。相對於第2外齒的齒形，將第1外齒的齒形的齒高設為較大，使其平均壓力角變大。藉此，可消解咬合時之進入量較少的第1外齒與第1內齒之間的咬合不足，可形成良好的咬合狀態。

相對於此，齒數較多的第2外齒側，其撓曲量成為比理論值還要多。使第2外齒的齒形，相對於第1外齒的齒形，將其齒高設為較小，並使其平均壓力角變小。藉此，可消解咬合時之進入量較多的第2外齒與第2內齒之間的干涉，可形成良好的咬合狀態。

本發明中，將前述第1外齒之齒根輪緣的輪緣厚度設為第1輪緣厚度t(1)、將第2外齒之齒根輪緣的輪緣厚度設為第2輪緣厚度t(2)時，該等第1、第2輪緣厚度t(1)、t(2)為：t(1)<t(2)為佳。

如上述般，將齒數較多之第2外齒的輪緣厚度，設為比另一方之齒數較少之第1外齒的輪緣厚度還要厚。藉此，可取得第1、第2外齒之齒根疲勞強度的平衡。

接著，本發明中，前述諧波產生器，具備：剛性的插塞；於前述插塞之外周面所形成之橢圓狀輪廓的外周面；安裝在前述外周面，由支撐前述第1外齒之滾珠軸承所構成的第1諧波軸承；以及安裝在前述外周面，由支撐前述第2外齒之滾珠軸承所構成的第2諧波軸承為佳。

且，雙模式諧波齒輪裝置中，可將各齒的齒數關係如下設定。亦即，前述第1外齒的齒數係與前述第1內齒的齒數相異，且前述第2外齒的齒數係與前述第2內齒的齒數相異。

具體來說，前述第1外齒的齒數係比前述第1內齒的齒數還少，前述第1內齒的齒數係與前述第2內齒的齒數相同。

此外，雙模式諧波齒輪裝置一般係作為減速機來使用。此情況時，例如，前述諧波產生器係旋轉輸入要素，前述第1內齒齒輪及前述第2內齒齒輪之中，一方為固定成不旋轉的靜止側內齒齒輪，另一方為減速旋轉輸出要素的驅動側內齒齒輪。

1‧‧‧諧波齒輪裝置

1a‧‧‧中心軸線

2‧‧‧第1內齒齒輪

2a‧‧‧第1內齒

3‧‧‧第2內齒齒輪

3a‧‧‧第2內齒

4‧‧‧外齒齒輪

5‧‧‧諧波產生器

6‧‧‧圓筒體

6a‧‧‧中央位置

7‧‧‧齒數較少之側的第1外齒

7a‧‧‧內側端面

7b‧‧‧內側端

7c‧‧‧外端

7d‧‧‧齒冠面

8‧‧‧齒數較多之側的第2外齒

8a‧‧‧內側端面

8b‧‧‧內側端

8c‧‧‧外端

8d‧‧‧齒冠面

9‧‧‧間隙

9a‧‧‧最深部

10‧‧‧輸入旋轉軸

11‧‧‧剛性插塞

11a‧‧‧第1外周面

11b‧‧‧第2外周面

11c‧‧‧軸孔

12‧‧‧第1諧波軸承

12a‧‧‧軸承滾珠中心

13‧‧‧第2諧波軸承

13a‧‧‧軸承滾珠中心

70‧‧‧第1外齒的齒形

80‧‧‧第2外齒的齒形

Lo‧‧‧軸承滾珠中心間距離

L‧‧‧寬度

L1‧‧‧最大寬度

h1‧‧‧第1齒高

h2‧‧‧第2齒高

t1‧‧‧深度

t2‧‧‧深度

C‧‧‧輪緣中立圓

C1‧‧‧橢圓狀輪緣中立曲線

t(1)‧‧‧第1外齒之齒根輪緣的輪緣厚度

t(2)‧‧‧第2外齒之齒根輪緣的輪緣厚度

α1‧‧‧第1平均壓力角

α2‧‧‧第2平均壓力角

A1‧‧‧第1外齒之齒形的主要齒面領域

A2‧‧‧第2外齒之齒形的主要齒面領域

Lmax‧‧‧長軸

圖1為適用本發明之雙模式諧波齒輪裝置的端面圖及縱剖面圖。

圖2為圖1之雙模式諧波齒輪裝置的模式圖。

圖3為圖1之諧波齒輪裝置的部分擴大剖面圖。

圖4為表示圖1之外齒齒輪的撓曲狀態的說明圖。

圖5為表示圖1之外齒齒輪之第1、第2外齒之齒形的說明圖。

以下，參照圖式來說明適用本發明之雙模式諧波齒輪裝置的實施形態。

〔諧波齒輪裝置的整體構成〕

圖1為表示本發明之實施形態的雙模式諧波齒輪裝置(以下，僅稱作「諧波齒輪裝置」)的端面圖及縱剖面圖，圖2為其模式圖。諧波齒輪裝置1，係例如作為減速機來使用，具備：圓環狀之剛性的第1內齒齒輪2、圓環狀之剛性的第2內齒齒輪3、由可於半徑方向撓曲之薄彈性體所構成之圓筒形狀的可撓性外齒齒輪4、以及橢圓狀輪廓的諧波產生器5。

第1、第2內齒齒輪2、3，係在中心軸線1a 的方向，空出既定的間隙，同軸地並列配置。本例中，第1內齒齒輪2為固定成不旋轉的靜止側內齒齒輪，該第1內齒2a的齒數為Zc1。第2內齒齒輪3為以旋轉自如的狀態被支撐的驅動側內齒齒輪，該第2內齒3a的齒數為Zc2。第2內齒齒輪3為諧波齒輪裝置1的減速旋轉輸出要素。

圓筒形狀的外齒齒輪4，係在第1、第2內齒齒輪2、3的內側同軸地配置。外齒齒輪4，具備：可於半徑方向撓曲的薄彈性體亦即圓筒體6、形成於該圓筒體6之圓形外周面的第1外齒7及第2外齒8、以及形成於該等之間之作為剪切迴避部發揮功能的間隙9(參照圖3)。第1外齒7，係在圓筒體6的圓形外周面處，形成於中心軸線1a之方向的一方側，第2外齒8係形成於另一方的第2內齒3a側。該等第1、第2外齒7、8，係形成為使中心軸線1a的方向成為齒寬方向。

亦即，第1外齒7係形成在與第1內齒2a對峙之側，其齒數為Zf1，可咬合於第1內齒2a。第2外齒8係形成在與第2內齒3a對峙之側，其齒數為Zf2，可咬合於第2內齒3a。該等之齒數Zf1、Zf2為不同。

諧波產生器5，具備：橢圓狀輪廓的剛性插塞11、以及安裝在該剛性插塞11之橢圓狀外周面的第1諧波軸承12及第2諧波軸承13。第1、第2諧波軸承12、13係由滾珠軸承所形成。

諧波產生器5係嵌入至外齒齒輪4之圓筒體6 的內周面，將圓筒體6撓曲成橢圓狀。因此，第1、第2外齒7、8亦被撓曲成橢圓狀。被撓曲成橢圓狀的外齒齒輪4，係在該橢圓形狀之長軸Lmax的兩端位置與第1、第2內齒齒輪2、3咬合。亦即，第1外齒7是在橢圓形狀之長軸的兩端位置與第1內齒2a咬合，第2外齒8是在長軸的兩端位置與第2內齒3a咬合。

諧波產生器5係諧波齒輪裝置1的輸入旋轉要素。諧波產生器5的剛性插塞11具備軸孔11c，在此，輸入旋轉軸10(參照圖2)是被同軸地固定連結。例如，固定連結有馬達輸出軸。當諧波產生器5旋轉時，外齒齒輪4之第1外齒7與靜止側之第1內齒2a的咬合位置，以及，外齒齒輪4之第2外齒8與驅動側之第2內齒3a的咬合位置朝圓周方向移動。

第1外齒7的齒數Zf1與第2外齒8的齒數Zf2不同，本例之中係第2外齒的齒數Zf2比較多。且，第1內齒2a的齒數Zc1係與第1外齒7的齒數Zf1不同，本例之中係第1內齒2a的齒數Zc1比較多。第2內齒3a的齒數Zc2與第2外齒8的齒數Zf2不同，本例之中係第2內齒3a的齒數Zc2比較少。

本例之中，外齒齒輪4係被撓曲成橢圓狀而在圓周方向的2處與內齒齒輪2、3咬合。因此，第1外齒7的齒數Zf1與第2外齒8的齒數Zf2之差，若將n₀設為正整數時，為2n₀齒。同樣地，第1內齒2a的齒數Zc1與第1外齒7的齒數Zf1之差，若將n₁設為正整數 時，為2n₁齒。第2內齒3a的齒數Zc2與第2外齒8的齒數Zf2之差，若將n₂設為正整數時，為2n₂齒。

Zf1=Zf2+2n₀ Zc1=Zf1+2n₁ Zc2=Zf2-2n₂

作為具體例，各齒數係如以下設定(n₀=n₁=n₂=1)。

Zc1=62 Zf1=60 Zc2=62 Zf2=64

第1內齒齒輪2與第1外齒7之間的速度比R1、第2內齒齒輪3與第2外齒8之間的速度比R2，分別如以下。

i1=1/R1=(Zf1-Zc1)/Zf1=(60-62)/60=-1/30i2=1/R2=(Zf2-Zc2)/Zf2=(64-62)/64=1/32

因此，得到R1=-30、R2=32。

i1、i2分別為R1、R2的倒數，係表示相對於輸入之輸出的速度比，正符號表示輸入與輸出的旋轉為同方向，負符號表示輸入與輸出的旋轉為反方向。

諧波齒輪裝置1的速度比R，係使用速度比R1、R2，以下式表示。因此，根據本發明，可實現大幅低速度比(低減速比)的諧波齒輪裝置。(且，速度比的負符號，係表示輸出旋轉的方向與輸入旋轉的方向為反方向。)

R=(R1‧R2-R1)/(-R1+R2)=(-30×32+30)/(30+32) =-930/62=-15

如上述般，根據本例的諧波齒輪裝置1，可得到未達50，例如比30還要大幅地低的速度比。且，與以往不同，作為外齒齒輪的外齒，係形成齒數、模組不同的第1外齒7及第2外齒8。因此，用來設定速度比的設計自由度變高，與以往相比，可容易地實現低速度比的諧波齒輪裝置。

〔外齒齒輪的構造〕

圖3為圖1之諧波齒輪裝置1的部分放大剖面圖。主要參照該圖，針對在外齒齒輪4所形成的第1、第2外齒7、8進行詳細說明。本例之中，第1、第2外齒7、8與可咬合的第1、第2內齒2a、3a的齒寬係實質相同。因此，將圓筒體6之齒寬方向的中央位置6a作為中心，以對稱的狀態形成相同齒寬的第1外齒7及第2外齒8。在第1內齒2a、第2內齒3a的齒寬為互相相異的情況，對應於此，使第1外齒7、第2外齒8亦成為相異齒寬。

於第1、第2外齒7、8之間，形成有在齒寬方向具備既定寬度的間隙9。間隙9，係發揮作為咬合用裁刀之裁刀迴避部的功能，該咬合用裁刀係用來咬合第1、第2外齒7、8。

(第1、第2外齒的輪緣厚度)

第1外齒7及第2外齒8之齒根輪緣的輪緣厚度係如以下設定。將第1外齒7的輪緣厚度設為第1輪緣厚度t(1)、將第2外齒8的輪緣厚度設為第2輪緣厚度t(2)時，將齒數較多的第2外齒8的第2輪緣厚度t(2)設定成比齒數較少的第1外齒7的第1輪緣厚度t(1)還要厚。

t(1)<t(2)

(第1、第2外齒的撓曲量)

本例之外齒齒輪4的第1、第2外齒7、8，係藉由具備2列諧波軸承12、13的諧波產生器5而被撓曲成共通的橢圓形狀。將第1外齒7的模組設為m₁，將第2外齒8的模組設為m₂。第1外齒7與第1內齒2a的齒數差為2n₁，第2外齒8與第2內齒3a的齒數差為2n₂。因此，可將被撓曲成橢圓狀之第1外齒7之長軸位置Lmax之半徑方向撓曲量的理論值d₁及前述第2外齒8之半徑方向撓曲量的理論值d₂，分別以：d₁=m₁n₁

d₂=m₂n₂來表示。

於相同圓筒體6的外周面形成齒數相異之第1、第2外齒7、8的情況，雙方的節圓直徑為幾乎相同。因此，一般來說，半徑方向撓曲量的理論值mn係齒數多的那方較小。

本例之中，將藉由諧波產生器5所撓曲之第1、第2外齒7、8的半徑方向撓曲量作為共通的撓曲量d。該半徑方向撓曲量d為：d<d1

d>d2

圖4為將外齒齒輪4之撓曲狀態誇張表示的說明圖。參照該圖4進行說明時，在將外齒齒輪4撓曲成橢圓狀之前的正圓的狀態中，將通過該圓筒體(齒根輪緣)6之厚度中央的圓，設為輪緣中立圓C。該輪緣中立圓C，係藉由將外齒齒輪4撓曲成橢圓狀而變形成橢圓狀。將此稱為橢圓狀輪緣中立曲線C1。

外齒齒輪4的半徑方向撓曲量d，係橢圓狀輪緣中立曲線C1之長軸Lmax的半徑與輪緣中立圓C的半徑之差。將外齒齒輪的模組設為m，將2n(n：正整數)設為與內齒齒輪的齒數差、將κ設為偏位係數，而表示成κmn。κ=1時的半徑方向撓曲量mn，係將外齒齒輪的節圓直徑，除以固定剛性內齒輪之情況的減速比所得的值，此為半徑方向撓曲量的理論值(標準偏位的撓曲量)。

本例之中，如上述般，齒數較少之第1外齒7的撓曲狀態，係設定成比理論值少的撓曲量(κ<1之負偏位的撓曲量)。反之，齒數較多之第2外齒8的撓曲狀態，係設定成比理論值多的撓曲量(κ>1之正偏位的撓曲量)。

(第1、第2外齒的平均壓力角)

圖5(a)為表示規定第1外齒7之齒形的說明圖，圖5(b)為表示規定第2外齒8之齒形的說明圖。參照該等圖，針對本例之第1、第2外齒7、8的齒形進行說明。

首先，針對第1、第2外齒7、8之齒形壓力角的關係進行說明。圖5(a)中，於第1外齒7的一個齒形70，將其節圓PC1作為中心，將規定齒形70之全齒高h1之50%之範圍的齒面領域作為主要齒面領域A1。求出該主要齒面領域A1內之齒面的各部分所畫出的齒形切線、與齒形70之齒形中心線所夾之角度的平均值，並將其作為第1平均壓力角α1。

同樣地，於圖5(b)中，於第2外齒8的一個齒形80，將其節圓PC2作為中心，將規定齒形80之全齒高h2之50%之範圍的齒面領域作為主要齒面領域A2。求出規定該主要齒面領域A2之齒面的各部分所畫出的齒形切線、與齒形80之齒形中心線所夾之角度的平均值，並將其作為第2平均壓力角α2。

本例之中，齒數較少之第1外齒7的第1平均壓力角α1，係設定成比齒數較多之第2外齒8的第2平均壓力角α2還大(α1>α2)。例如，第1、第2平均壓力角α1、α2的關係係如以下設定。

α2≒0.31α1

依據本發明者等的實驗，確認出將第1、第2 平均壓力角α1、α2的關係如以下設定為佳。

0.29α1<α2<0.75α1

(第1、第2外齒的齒高)

接著，針對第1、第2外齒7、8之齒高h1、h2的關係進行說明。本例之中，齒數較少之第1外齒7的齒高亦即第1齒高h1，係設定成比齒數較多之第2外齒8的齒高亦即第2齒高h2還要大(h1>h2)。例如，第1、第2齒高h1、h2的關係係如以下設定。

h2≒0.86h1

依據本發明者等的實驗，確認第1、第2齒高h1、h2以滿足h1>h2的關係為佳。

本例的諧波齒輪裝置1中，將齒數不同的第1、第2外齒7、8以相同的撓曲量撓曲成橢圓狀，且分別與第1、第2內齒2a、3a咬合。齒數較少的第1外齒7側，其撓曲量比理論值少。相對於第2外齒8的齒形80而言，將第1外齒7的齒形70設定成其齒高h1較大，且將該平均壓力角α1設為較大。藉此，可消解咬合時之進入量較少之第1外齒7與第1內齒2a之間的咬合不足，可形成良好的咬合狀態。

相對於此，齒數較多的第2外齒8側，其撓曲量比理論值多。相對於第1外齒7的齒形70而言，將 第2外齒8的齒形80設定成其齒高h2較小，且將該平均壓力角α2設為較小。藉此，可消解咬合時之進入量較多的第2外齒8與第2內齒3a之間的干涉，可形成良好的咬合狀態。

其結果，可將第1外齒7與第1內齒2a的咬合狀態、以及第2外齒8與第2內齒3a的咬合狀態，維持在雙方都良好的狀態。藉此，可防止諧波齒輪裝置之負載容量的降低，可維持第1、第2外齒7、8之間的齒根疲勞強度平衡，並可維持外齒齒輪4及內齒齒輪2、3的耐磨耗性。且，可整體提高第1、第2外齒7、8與第1、第2內齒2a、3a之間的棘輪扭力。此外，在支撐第1、第2外齒7、8的諧波產生器5中，可抑制該第1、第2諧波軸承12、13之軸承滾珠荷重分布的變動幅度，可防止諧波軸承的壽命降低。

(間隙：裁刀迴避部)

接著，再次參照圖3，針對形成於第1、第2外齒7、8之間的間隙9進行說明。該間隙9係如先前所述般，係發揮作為咬合用裁刀之裁刀迴避部的功能，該咬合用裁刀係用來咬合第1、第2外齒7、8。

間隙9，係於齒寬方向具有既定寬度，且在齒寬方向的中央部分具有在齒高方向成為最深的最深部。本例之中，在從齒厚方向觀看的情況，齒寬方向的中央部分係成為藉由往齒寬方向平行地延伸的直線所規定的最深部 9a。於最深部9a之齒寬方向的兩端，平滑地連接有：規定第1外齒7之齒寬方向之內側端面7a的凹圓弧曲線、及規定第2外齒8之齒寬方向之內側端面8a的凹圓弧曲線。可藉由凹曲面來規定最深部9a，並藉由傾斜直線來規定兩側的內側端面7a、8a。且，亦可藉由直線來規定最深部9a，並藉由傾斜直線來規定兩側的內側端面7a、8a。

本例之間隙9的齒寬方向寬度，係從最深部9a朝向齒高方向漸增。該齒寬方向的最大寬度L1，係從第1外齒7之齒冠圓之齒寬方向的內側端7b，到第2外齒8之齒冠圓之齒寬方向的內側端8b為止之齒寬方向的距離。

在此，將從第1外齒7之齒寬方向的外端7c到第2外齒8之齒寬方向的外端8c為止的寬度側設為L，並將間隙9之齒寬方向的最大寬度設為L1時，設定成：0.1L<L1<0.3L。

且，間隙9之最深部9a的深度，係如以下設定。將第1外齒7的齒高設為h1、將第2外齒8的齒高設為h2、將從第1外齒7的齒冠面7d到最深部9a為止之齒高方向的深度設為t1、將從第2外齒8的齒冠面8d到最深部9a為止之齒高方向的深度設為t2時，設定成：0.9h1<t1<1.3h1

0.9h2<t2<1.3h2

於雙模式諧波齒輪裝置1的外齒齒輪4，用來進行第1、第2外齒7、8之咬合的咬合用裁刀亦不同。因此，外齒齒輪4之齒寬方向的中央部分，亦即，第1外齒7與第2外齒8之間，形成有作為裁刀迴避部來發揮功能的間隙9。

因該間隙9的形成方式，會大幅影響齒寬方向之第1外齒7對第1內齒2a的齒接觸、及齒面荷重分布。同樣地，會大幅影響齒寬方向之第2外齒8對第2內齒3a的齒接觸，及齒面荷重分布。

著眼於此點，如上述般，將間隙9的最大寬度L1設定在外齒齒輪4之寬度L的0.1倍到0.3倍的範圍內，並將該最大深度t1、t2設定在第1、第2外齒7、8之齒高h1、h2的0.9倍到1.3倍的範圍內。藉由如上述般地形成間隙9，確認可將第1、第2外齒7、8之齒寬方向的齒面荷重分布均一化，且第1、第2外齒7、8對第1、第2內齒2a、3a之齒寬方向各位置的齒接觸亦可維持在良好的狀態。

〔諧波產生器之軸承滾珠的中心間距離〕

接著，參照圖3針對第1、第2諧波軸承12、13的軸承滾珠的中心間距離進行說明。

諧波產生器5的剛性插塞11，係在其中心軸線之方向的一方側，形成有一定寬度之橢圓形輪廓的第1外周面11a，並於另一方側，形成有一定寬度之橢圓狀輪 廓的第2外周面11b。第1外周面11a與第2外周面11b，為相同形狀且相同相位之橢圓形狀的外周面。

於第1外周面11a，以被撓曲成橢圓狀的狀態安裝有第1諧波軸承12，於第2外周面11b，以被撓曲成橢圓狀的狀態安裝有第2諧波軸承13。第1、第2諧波軸承12、13為相同尺寸的軸承。

第1諧波軸承12及第2諧波軸承13的軸承滾珠中心12a、13a，係位在距外齒齒輪4之齒寬方向的中央位置6a，於齒寬方向中等距離的位置。且，軸承滾珠中心間距離，係設定成隨著間隙9之最大寬度L1的增加而增加。此外，將軸承滾珠中心間距離設為Lo時，該滾珠中心間距離Lo係設定成下式所示之範圍內的值。

0.35L<Lo<0.7L

以往來說，為了使外齒齒輪的支撐面積變寬廣，係使用具備2列滾珠軸承的諧波產生器。針對滾珠中心間距離沒有任何考慮，2列的滾珠軸承係靠往外齒齒輪之齒寬方向的中央部分來配置。

本例之中，係將2列之諧波軸承12、13的滾珠中心間距離Lo予以擴開，而可提高齒數相異之第1、第2外齒7、8的支撐剛性，並可改善各外齒7、8之齒寬方向的各位置中，對內齒2a、3a的齒接觸。亦即，如上述般，作為在第1、第2外齒7、8之間所形成的裁刀迴避部而發揮功能的間隙9，伴隨著該間隙9之齒寬方向之最大寬度L1的增加，來擴展(增加)滾珠中心間距離 Lo。且，將滾珠中心間距離Lo的增減範圍，設為相對於外齒齒輪4的寬度L而言為0.35倍到0.7倍的範圍。

藉此，可因應所形成之間隙9的寬度來配置第1、第2諧波軸承12、13，而分別相對於第1、第2外齒7、8，使滾珠中心位在齒寬方向之適切的位置。藉此，於第1、第2外齒7、8之各自齒寬方向的各位置，可確實地藉由第1、第2諧波軸承12、13來支撐第1、第2外齒7、8(可提高諧波產生器5的支撐剛性)。

其結果，可改善第1、第2外齒7、8之齒寬方向之各位置中的齒接觸，且可提高該等的齒根疲勞強度。且，可使諧波產生器5之各諧波軸承12、13的軸承滾珠荷重分布平均化，可減低其最大荷重，故可改善諧波產生器5的壽命。

〔其他實施形態〕

且，上述的例子中，係將第1內齒齒輪2設為靜止側內齒齒輪、將第2內齒齒輪3設為驅動側內齒齒輪(減速旋轉輸出構件)。反之，亦可將第1內齒齒輪2設為驅動側內齒齒輪(減速旋轉輸出構件)、將第2內齒齒輪3設為靜止側內齒齒輪。

Claims (11)

1. 一種諧波齒輪裝置，其特徵為具有：剛性的第1內齒齒輪，其形成有第1內齒；剛性的第2內齒齒輪，係與前述第1內齒齒輪同軸地並列配置，且形成有第2內齒；可撓性的外齒齒輪，係於前述第1、第2內齒齒輪的內側同軸地配置，且在可朝半徑方向撓曲之圓筒體的外周面，形成有可與前述第1內齒咬合的第1外齒以及可與前述第2內齒咬合之與前述第1外齒齒數不同的第2外齒；以及諧波產生器，係將前述外齒齒輪撓曲成橢圓狀，使前述第1外齒部分咬合於前述第1內齒，並使前述第2外齒部分咬合於前述第2內齒，將前述第1外齒的齒數設為Zf1、將前述第2外齒的齒數設為Zf2、並將n設為正整數時，Zf1=Zf2-2n將前述第1外齒的模組設為m₁、將前述第2外齒的模組設為m₂，將n₁、n₂設為正整數、將前述第1外齒與前述第1內齒的齒數差設為2n₁、將前述第2外齒與前述第2內齒的齒數差設為2n₂，將撓曲成橢圓狀之前述第1外齒的長軸位置之半徑方向撓曲量的理論值d₁及前述第2外齒之半徑方向撓曲量的理論值d₂，分別設為：d₁=m₁n₁ d₂=m₂n₂藉由前述諧波產生器所撓曲之前述第1、第2外齒的半徑方向撓曲量，係被設定成相同的半徑方向撓曲量d，該半徑方向撓曲量d為：d<d₁ d>d₂將前述第1外齒齒形的齒高設為第1齒高h1、將前述第2外齒齒形的齒高設為第2齒高h2時，設定成：h1>h2。
2. 如請求項1所述之諧波齒輪裝置，其中，前述第1齒高h1與前述第2齒高h2，係滿足以下關係：1.0<h1/h2<1.42。
3. 如請求項1所述之諧波齒輪裝置，其中，將前述第1外齒的節圓作為中心，將位在該第1外齒齒形之全齒高的50%之範圍內的齒面之各部分所拉出的齒形切線、與齒形中心線所夾角度的平均設為第1平均壓力角α1，將前述第2外齒的節圓作為中心，將位在該第2外齒齒形之全齒高的50%之範圍內的齒面之各部分所拉出的齒形切線、與齒形中心線所夾角度的平均設為第2平均壓力角α2時，設定成：α1>α2。
4. 如請求項3所述之諧波齒輪裝置，其中，前述第1、第2平均壓力角α1、α2，係滿足以下關係：0.29α1<α2<0.75α1。
5. 如請求項1所述之諧波齒輪裝置，其中，將前述第1外齒之齒根輪緣的輪緣厚度設為第1輪緣厚度t(1)、將第2外齒之齒根輪緣的輪緣厚度設為第2輪緣厚度t(2)時，該等第1、第2輪緣厚度t(1)、t(2)為：t(1)<t(2)。
6. 如請求項1所述之諧波齒輪裝置，其中，前述諧波產生器，具備：剛性的插塞；於前述插塞之外周面形成之橢圓狀輪廓的外周面；安裝在前述外周面，由支撐前述第1外齒之滾珠軸承所構成的第1諧波軸承；以及安裝在前述外周面，由支撐前述第2外齒之滾珠軸承所構成的第2諧波軸承。
7. 如請求項1所述之諧波齒輪裝置，其中，於前述第1外齒之齒寬方向的內側端面與前述第2外齒之齒寬方向的內側端面之間，形成有：在齒寬方向具有既定寬度，並在齒寬方向的中央部分具有在齒高方向成為最深之最深部的間隙，將從前述第1外齒之齒寬方向的外端到前述第2外齒之齒寬方向的外端為止的寬度設為L，並將前述間隙之齒寬方向的最大寬度設為L1時，係設定成：0.1L<L1<0.3L將前述第1外齒的齒高設為h1、將前述第2外齒的齒高設為h2、將從前述第1外齒的齒冠面到前述最深部為止之齒高方向的深度設為t1、將從前述第2外齒的齒冠面到前述最深部為止之齒高方向的深度設為t2時，係設定成：0.9h1<t1<1.3h1 0.9h2<t2<1.3h2。
8. 如請求項7所述之諧波齒輪裝置，其中，前述諧波產生器，具備：由支撐前述第1外齒之滾珠軸承所構成的第1諧波軸承、以及由支撐前述第2外齒之滾珠軸承所構成的第2諧波軸承，前述第1、第2諧波軸承之各自的滾珠中心，係在齒寬方向位於與前述間隙之齒寬方向中心相等的距離，將前述第1、第2諧波軸承的滾珠中心間距離設為Lo時，前述滾珠中心間距離Lo會隨著前述間隙之最大寬度L1的增加而增加，且設定成：0.35L<Lo<0.7L。
9. 如請求項1所述之諧波齒輪裝置，其中，前述第1外齒的齒數與前述第1內齒的齒數相異，前述第2外齒的齒數與前述第2內齒的齒數相異。
10. 如請求項1所述之諧波齒輪裝置，其中，前述第1外齒的齒數比前述第1內齒的齒數還少，前述第1內齒的齒數與前述第2內齒的齒數相同。
11. 如請求項1所述之諧波齒輪裝置，其中，前述諧波產生器為旋轉輸入要素，前述第1內齒齒輪及前述第2內齒齒輪之中，一方為固定成不旋轉的靜止側內齒齒輪，另一方為減速旋轉輸出要素的驅動側內齒齒輪。