TWI638104B

TWI638104B - Harmonic gear device, friction-locking harmonic device and harmonic generator

Info

Publication number: TWI638104B
Application number: TW103136298A
Authority: TW
Inventors: 清野慧; 保科達郎; 笹原政勝
Original assignee: 和諧驅動系統股份有限公司
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2018-10-11
Also published as: CN106969130A; CN106989144A; CN107237875A; KR101700726B1; US10060517B2; KR20150087375A; CN107166010A; JP5968545B2; CN107165985A; CN107237875B; CN106989144B; JPWO2015075781A1; WO2015075781A1; US20160298746A1; CN107166010B; CN105026792B; TW201537063A; DE112013006221T5; CN105026792A; CN106969130B

Abstract

諧波齒輪裝置(11)的外齒齒輪(13)係被諧波產生器(14)彎折成沿著橢圓形曲線的形狀。外齒齒輪(13)係在橢圓形曲線的長徑位置，嚙合於內齒齒輪(12)。這2個地方的嚙合位置(L1)係沿著齒交線方向(A)，朝向兩齒輪(12、13)的周方向逐漸變化。可增加與內齒齒輪(12)嚙合之外齒齒輪(13)的外齒(13e)的數量。可實現一種剛性較高，且可降低振動噪音的諧波齒輪裝置。

Description

諧波齒輪裝置、摩擦卡合式諧波裝置及諧波產生器

本發明係關於一種：諧波齒輪裝置、以及摩擦卡合式諧波裝置，該諧波齒輪裝置，其同時嚙合於剛性齒輪的可撓性齒輪的齒數較多；該摩擦卡合式諧波裝置，其對於剛性構件的摩擦卡合面的可撓性構件之摩擦卡合面的卡合部分較長。此外，本發明又關於一種用於將可撓性齒輪或可撓性構件彎折的諧波產生器。

諧波齒輪裝置係由：剛性的內齒齒輪、具有可撓性(可彈性變形)的外齒齒輪、以及諧波產生器所構成，不具有一般齒輪的齒隙(backlash)，可得到更大的減速比。典型的諧波齒輪裝置，例如有於專利文獻1所揭示之具有杯型形狀之外齒齒輪的杯型諧波齒輪裝置；專利文獻2所揭示之具有禮帽形狀之外齒齒輪的禮帽型諧波齒輪裝置；以及專利文獻3所揭示之具有圓筒狀之外齒齒輪的扁平型諧波齒輪裝置。

在諧波齒輪裝置中，外齒齒輪係被諧波產生器彎折成非圓形，一般為橢圓形，且在橢圓形之長軸方向的2個位置與內齒齒輪嚙合。當諧波產生器因馬達等而轉動時，兩齒輪的嚙合位置會朝向圓周方向移動，而在兩齒輪之間產生對應於兩齒輪之齒數差的相對旋轉。藉由固定其中一方的齒輪，即可從另一方的齒輪讀取減速旋轉輸出。在專利文獻4中係提案一種彎折外齒齒輪之諧波產生器的形狀。

此外，一種在剛性外齒齒輪的外周側配置有可撓性內齒齒輪，且在該內齒齒輪的外周側配置有諧波產生器的諧波齒輪裝置，係廣為人知。

甚至，在專利文獻5、6中所提案的摩擦卡合式諧波裝置也為人所知。摩擦卡合式諧波裝置係具備：具有圓形之摩擦卡合內周面的剛性構件；具有配置在該內側之圓形摩擦卡合外周面的可撓性構件；以及配置在該內側的諧波產生器。當可撓性構件被諧波產生器彎折成非圓形，例如為橢圓形時，該圓形的摩擦卡合外周面就會被彎折成橢圓形。藉由如此，相當於摩擦卡合外周面之長徑位置的部分，就會形成摩擦卡合於剛性構件之圓形摩擦卡合內周面的狀態。

一旦旋轉諧波產生器，兩構件的摩擦卡合位置就會朝向周方向移動。摩擦卡合外周面的周長僅比摩擦卡合內周面的周長短了預定量而已。因此，當諧波產生器旋轉一圈，在兩構件之間就會產生僅有周長的相對旋轉。藉由事先將其中一方的構件固定成不會旋轉，即可從另一方的構件讀取減速旋轉。

在摩擦卡合式諧波裝置中，在剛性構件的外側配置有可撓性構件，並藉由配置在其外側的諧波產生器將可撓性構件彎折，使其摩擦卡合於剛性構件的構成也廣為人知。

〔先前技術文獻〕〔專利文獻〕

[專利文獻1]日本特開2012-072912號公報

[專利文獻2]日本特開2009-257510號公報

[專利文獻3]日本特開2009-156462號公報

[專利文獻4]日本發明第4067037號公報

[專利文獻5]日本特開2007-71242號公報

[專利文獻6]日本特開平06-241285號公報

在此，因為諧波齒輪裝置具有必須可彈性變形的外齒齒輪或內齒齒輪，所以和使剛體之齒輪彼此嚙合的情形相較，可能有保持剛性不足的情形發生。此外，針對因為反覆一邊彈性變形一邊旋轉的外齒齒輪或內齒齒輪所引起的振動噪音，也沒有進一步的改善方案。因此，依據用途，當振動噪音成為妨礙，也有可能無法使用諧波齒輪裝置。

又，因為摩擦卡合式諧波裝置的摩擦卡合部分較少，所以剛性較低。可望能夠加長摩擦卡合部分。

本發明的課題鑑於此點，其目的即為提供一種剛性較高，且可降低振動噪音的諧波齒輪裝置及摩擦卡合式諧波裝置、及用於這些諧波齒輪裝置及諧波裝置的諧波產生器。

為了解決上述課題，本發明的諧波齒輪裝置藉由增加與內齒齒輪嚙合之外齒齒輪的齒數，以提高剛性。亦即，將外齒齒輪彎折，使外齒齒輪與內齒齒輪的嚙合位置沿著外齒齒輪的齒交線方向，朝向周方向逐漸變化。此外，又將用來彎折外齒齒輪之諧波產生器的外周面形狀設定成適當的形狀，使其可形成這種兩齒輪的嚙合狀態。

亦即，本發明的諧波齒輪裝置，其特徵為：具有：剛性的內齒齒輪、可撓性的外齒齒輪、以及諧波產生器，該諧波產生器是將上述外齒齒輪彎折成非圓形，而嚙合於上述內齒齒輪，上述外齒齒輪與上述內齒齒輪的嚙合位置，是在上述外齒齒輪之齒交線方向的各軸直角剖面上，在該兩齒輪之周方向上分離的複數個位置，沿著上述齒交線方向來看各個上述嚙合位置時，上述嚙合位置是分別朝向上述周方向逐漸變化。

上述諧波產生器，一般是將上述外齒齒輪彎折成沿著橢圓形曲線的形狀。此時，兩齒輪的上述嚙合位置為上述橢圓形曲線的長徑位置。

以往，在齒交線方向的各軸直角剖面，外齒齒輪是被彎折成相同的橢圓形曲線，在各剖面，橢圓形曲線的長徑位置皆為相同。兩齒輪的嚙合位置為橢圓形曲線之長徑所在的2個位置，在齒交線方向的各軸直角剖面為同一位置。

相對於此，本發明的外齒齒輪在齒交線方向的各軸直角剖面，雖是被彎折成沿著橢圓形曲線的形狀，但是，各剖面的橢圓形曲線在中心軸線周圍的位相不同，各個長徑位置也變成是在周方向的不同位置。換言之，外齒齒輪在齒交線方向的各剖面，是在周方向的不同位置與內齒齒輪嚙合。因此，與內齒齒輪嚙合之外齒齒輪的齒數變多。所以，可提高諧波齒輪裝置的剛性，提昇棘輪扭矩、以及傳達扭矩。

以往，外齒齒輪之齒交線方向的各部係在同一位相，朝向半徑方向反覆被彎折。相對於此，在本發明中，外齒齒輪之齒交線方向的各部則是在不同的位相，朝向半徑方向反覆被彎折。因此，可以降低因為外齒齒輪的彈性變形所引起的振動噪音。

在此，本發明中，上述外齒齒輪係被彎折成：從上述齒交線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述橢圓形曲線的中心周圍，朝向單方向逐漸變化。

例如：上述外齒齒輪是被彎折成：在從上述齒交線方向之其中一方的端部到另一方的端部之間，使上述長徑位置在上述中心周圍，在180度以下的角度範圍內做變化。當長徑位置做180度變化時，外齒齒輪之大約所有的外齒會同時與內齒齒輪嚙合。因此，有利於提昇嚙合剛性。

再者，上述外齒齒輪有時是被彎折成：從上述齒交線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述中心周圍朝向單方向逐漸變化後，又朝向反方向逐漸變化。

例如：上述外齒齒輪是被彎折成：從上述齒交線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述中心周圍僅做90度以下的角度變化後，又朝向反方向僅做90度以下的角度變化。

如此一來，以齒交線方向的中途位置為中心，作用於兩齒輪之軸方向推力會在左右朝反方向產生。因此，左右的軸方向推力就會相互抵銷。若使軸方向推力以左右對稱的狀態產生的話，即不須要具有用來承受推力的軸承。

在本發明中，當上述外齒齒輪係為具有：圓筒狀筒體部；從該圓筒狀筒體部的一端朝向半徑方向延伸的膜片；以及外齒的杯型形狀或禮帽形狀的外齒齒輪時，上述諧波產生器係將上述圓筒狀筒體部之形成有上述外齒的外齒形成部分，彎折成沿著上述橢圓形曲線的形狀，該外齒是形成在上述圓筒狀筒體部之另一端之部位的外周面。

接下來，本發明係可適用於在剛性之外齒齒輪的外周側配置有可撓性內齒齒輪的諧波齒輪裝置。本發明的諧波齒輪裝置，其特徵為：具有：剛性的外齒齒輪；可撓性的內齒齒輪；以及諧波產生器，該諧波產生器係將上述內齒齒輪彎折成沿著橢圓形曲線的形狀，使其嚙合於上述外齒齒輪，上述內齒齒輪與上述外齒齒輪的嚙合位置，是在上述內齒齒輪之齒交線方向的各軸直角剖面上，為上述橢圓形曲線的長徑位置，沿著上述內齒齒輪的齒交線方向來看各個上述嚙合位置時，上述嚙合位置是分別朝向上述周方向逐漸變化。

在此，上述內齒齒輪有時是被彎折成：從上述齒交線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述橢圓形曲線的中心周圍朝向單方向逐漸變化。例如：上述內齒齒輪是被彎折成：在上述齒交線方向之其中一方的端部一直到另一方的端部之間，使上述長徑位置在上述中心周圍，在180度以下的角度範圍內做變化。

此外，上述內齒齒輪有時是被彎折成：從上述齒交線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述中心周圍朝向單方向逐漸變化後，又朝向反方向逐漸變化。例如：上述內齒齒輪是被彎折成：使上述長徑位置在上述齒交線方向之其中一方的端部以及另一方的端部，位在相同的旋轉位置，且在這些端部的中間位置是位在：相對於上述旋轉位置，於上述中心周圍僅旋轉90度以下的位置。

另一方面，本發明亦可適用於摩擦卡合式諧波裝置。本發明的摩擦卡合式諧波裝置，其特徵為：具有：具備圓形之摩擦卡合內周面的剛性構件；具備圓形之摩擦卡合外周面的可撓性構件；以及諧波產生器，該諧波產生器是將上述可撓性構件的上述摩擦卡合外周面彎折成：沿著橢圓形曲線的形狀，使其摩擦卡合於上述剛性構件的上述摩擦卡合內周面，上述摩擦卡合外周面與上述摩擦卡合內周面的摩擦卡合位置，是在上述摩擦卡合外周面之裝置中心軸線方向的各軸直角剖面上，為上述橢圓形狀曲線的長徑位置，沿著上述裝置中心軸線來看各個上述摩擦卡合位置時，上述摩擦卡合位置係分別朝向上述摩擦卡合外周面的周方向逐漸變化。

同樣地，本發明亦可適用於：在剛性構件的外周側配置有可撓性構件的諧波裝置。此時的摩擦卡合式諧波裝置，其特徵為：具有：具備圓形之摩擦卡合內周面的可撓性構件；具備圓形之摩擦卡合外周面的剛性構件；以及諧波產生器，該諧波產生器是將上述可撓性構件的上述摩擦卡合內周面彎折成沿著橢圓形曲線的形狀，使其摩擦卡合於上述剛性構件的上述摩擦卡合外周面，上述摩擦卡合內周面與上述摩擦卡合外周面的摩擦卡合位置，是在上述摩擦卡合內周面之裝置中心軸線方向的各軸直角剖面上，為上述橢圓形曲線的長徑位置，沿著上述裝置中心軸線來看各個上述摩擦卡合位置時，上述摩擦卡合位置係分別朝向上述摩擦卡合內周面的周方向逐漸變化。

在此，在這些摩擦卡合式諧波裝置中，上述可撓性構件係被彎折成：從上述裝置中心軸線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述橢圓形曲線的中心周圍，朝向單方向逐漸變化。例如：上述可撓性構件是被彎折成：在從上述裝置中心軸線方向之其中一方的端部一直到另一方的端部之間，使上述長徑位置在上述中心周圍，在180度以下的角度範圍內做變化。

此外，上述可撓性構件係被彎折成：從上述裝置中心軸線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述中心周圍，朝向單方向逐漸變化後，又朝向反方向逐漸變化。例如：上述可撓性構件是被彎折成：使上述長徑位置在上述裝置中心軸線方向之其中一方的端部以及另一方的端部，位在相同的旋轉位置，且在這些端部的中間位置是位在：相對於上述旋轉位置，於上述中心周圍僅旋轉90度以下的位置。

接下來，本發明的諧波產生器，其特徵為：具有：橢圓形周面，該橢圓形周面是將諧波齒輪裝置之可撓性的外齒齒輪或可撓性的內齒齒輪、或者是可撓性構件彎折成橢圓形，該可撓性構件具備：摩擦卡合式諧波裝置的摩擦卡合外周面或摩擦卡合內周面，上述橢圓形周面，在中心軸線方向的各個位置，被正交於上述中心軸線的平面所切斷時的輪廓形狀，是由以上述中心軸線為中心的橢圓形曲線所決定，上述橢圓形周面係具備：在上述中心軸線方向上，至少有預定寬度的周面部分，上述周面部分之上述橢圓形曲線的長徑位置，係沿著上述中心軸線的方向，在該中心軸線周圍逐漸變化。

例如：上述周面部分之上述橢圓形曲線的長徑位置，是在從上述周面部分之上述中心軸線方向之其中一方的端部一直到另一方的端部之間，於上述中心軸線周圍，在180度以下的角度範圍內做變化。

此外，上述周面部分之上述橢圓形曲線的長徑位置，係沿著上述中心軸線方向，在該中心軸線周圍朝單方向逐漸變化後，又朝向反方向逐漸變化。此時，例如：上述周面部分之上述橢圓形曲線的上述長徑位置，在上述周面部分之上述中心軸線方向之其中一方的端部以及另一方的端部，是位在相同的旋轉位置，且在這些端部的中間位置，是位在：相對於上述旋轉位置僅旋轉90度以下的位置。

在此，例如在杯型形狀的外齒齒輪、或禮帽型形狀的外齒齒輪中，係在其開口端那一側的外周面形成外齒，以大約與膜片那一側的距離為比例，增加朝向半徑方向的彎折量。為了對應這種齒交線方向的彎折量，以改變諧波產生器之橢圓形外周面的長徑長度為宜。亦即，上述橢圓形曲線的長徑尺寸，是以沿著上述中心軸線的方向，從上述橢圓形周面之其中一方的端部朝向另一方的端部逐漸縮小為佳。

此外，典型的諧波產生器，其特徵為：具有：具備上述橢圓形周面之剛性的諧波產生器插塞；以及嵌入於上述諧波產生器插塞的外周面或內周面的諧波產生器滾動軸承，上述諧波產生器滾動軸承係具備：可撓性的外輪以及可撓性的內輪，上述諧波產生器滾動軸承的上述外輪或上述內輪，是被上述橢圓形周面彎折成橢圓形。

一般周知的諧波產生器係利用磁力或壓電效果，將可撓性的外齒齒輪或可撓性的內齒齒輪、或者是具有摩擦卡合內周面或摩擦卡合外周面的可撓性構件，彎折成橢圓形。使用這種形式的諧波產生器，即可將可撓性的外齒齒輪、可撓性的內齒齒輪、具有摩擦卡合內周面或摩擦卡合外周面的可撓性構件，如上述般彎折。

1‧‧‧扁平型諧波齒輪裝置

1a‧‧‧旋轉中心軸線

2S、2D‧‧‧內齒齒輪

2a(S)、2a(D)‧‧‧內齒

3‧‧‧外齒齒輪

3a‧‧‧筒體部

3b‧‧‧外齒

4‧‧‧諧波產生器

5‧‧‧橢圓形外周面

6‧‧‧插塞

7‧‧‧諧波產生器軸承

7a(S)、7a(D)‧‧‧外輪

7b(S)、7b(D)‧‧‧內輪

b1~b5‧‧‧齒交線方向的各位置

12‧‧‧內齒齒輪

12a‧‧‧內齒

13‧‧‧外齒齒輪

13a‧‧‧筒體部

13b‧‧‧膜片

13c‧‧‧輪轂

13d‧‧‧外齒形成部分

13e‧‧‧外齒

14‧‧‧諧波產生器

15‧‧‧橢圓形外周面

16‧‧‧插塞

17‧‧‧諧波產生器軸承

17a‧‧‧外輪

17b‧‧‧內輪

A‧‧‧齒交線方向

C‧‧‧橢圓形曲線

L1‧‧‧長徑位置

[圖1]係為顯示適用本發明之扁平型諧波齒輪裝置的說明圖。

[圖2]係為顯示扁平型諧波齒輪裝置之齒交線方向的嚙合狀態等的說明圖。

[圖3]係為顯示扁平型諧波齒輪裝置之外齒齒輪的嚙合位置的說明圖。

[圖4]係為顯示適用本發明之杯型諧波齒輪裝置的說明圖。

[圖5]係為顯示杯型諧波齒輪裝置之齒交線方向的嚙合狀態等說明圖。

[圖6]係為顯示杯型諧波齒輪裝置之外齒齒輪的嚙合位置的說明圖。

以下茲參照圖面來說明適用本發明之諧波齒輪裝置的實施形態。

〔實施形態1〕

圖1(a)以及圖1(b)係為適用本發明之扁平型諧波齒輪裝置的縱剖面圖以及分解立體圖。

扁平型諧波齒輪裝置1係在2個剛性的內齒齒輪，也就是在內齒齒輪2S與內齒齒輪2D的內側，配置1個可撓性的外齒齒輪3。外齒齒輪3呈簡單的形狀，具有：可朝向半徑方向彎折的圓筒狀筒體部3a；以及形成在該圓筒狀筒體部3a之圓形外周面的外齒3b。

外齒齒輪3係被安裝在其內側之橢圓形輪廓的諧波產生器4彎折成橢圓形，且部分分別嚙合於內齒齒輪2S、2D。一旦諧波產生器4旋轉，外齒齒輪3與2個內齒齒輪2S、2D之間的嚙合位置就會分別朝向周方向移動。

其中一方之內齒齒輪2D的齒數係與外齒齒輪3相同，另一方之內齒齒輪2S的齒數係多於外齒齒輪3。一般而言，是多了2n齒(n為正整數)。因此，外齒齒輪3與齒數相同的內齒齒輪2D成為一體而旋轉，在與齒數不同的內齒齒輪2S之間，產生對應於兩齒輪之齒數差的相對旋轉。藉由將其中一方的內齒齒輪2S固定成不會旋轉，即可從另一方的內齒齒輪2D輸出減速旋轉。

諧波產生器4係由：具有橢圓形外周面5之固定厚度的剛性插塞6；以及安裝在該插塞6之橢圓形外周面5的一對諧波產生器軸承7所構成。諧波產生器軸承7係安裝在插塞6外齒齒輪3之間，具備：可朝向半徑方向彎折的外輪7a(S)、7a(D)、內輪7b(S)、以及7b(D)。諧波產生器軸承7全體是被彎折成沿著插塞6之橢圓形外周面5的橢圓形。因此，外齒齒輪3也被彎折成沿著插塞6之橢圓形外周面5的橢圓形，該長徑位置的外齒是嚙合於內齒齒輪2S、2D的內齒。在本實施例中，諧波產生器4之插塞6的橢圓形外周面5的輪廓形狀是適當地被設定為形成以下所述之外齒齒輪3的彎折狀態。

圖2係為齒交線方向之各位置的軸直角剖面上之內齒齒輪2S、2D、與外齒齒輪3之嚙合狀態的說明圖。在圖2中，(a1)係顯示齒交線方向的各位置，(a2)為外齒齒輪3的部分放大剖面圖，(b1)~(b5)係顯示在外齒齒輪3之齒交線方向之各位置b1~b5的軸直角剖面。

外齒齒輪3在該齒交線方向A的各位置b1~b5的軸直角剖面上，是被諧波產生器4彎折成橢圓形。具體而言，是將外齒齒輪3之齒底的齒環中性圓(rim neutral circle)彎折成橢圓形曲線C。此外，外齒齒輪3是被彎折成：齒交線方向A之各位置b1~b5之軸直角剖面上的橢圓形曲線C的長徑位置L，是沿著齒交線方向A，在裝置的旋轉中心軸線1a周圍(橢圓形曲線C的中心周圍)變化。被如此彎折的外齒齒輪3，在齒交線方向A之各位置b1~b5的軸直角剖面上，於橢圓形曲線C的長徑位置L，嚙合於內齒齒輪2S、2D的內齒2a(S)、2a(D)。

在圖示例中，齒交線方向A之各位置b1~b5的軸直角剖面上的橢圓形曲線C的長徑位置L，是從齒交線方向A之其中一側之端部的位置b1，朝向另一方之端部的位置b2，在旋轉中心軸線1a周圍，朝向單方向連續地逐漸變化。也可以使其沿著齒交線方向A，每間隔固定的距離，即階段性地朝向同一方向做固定角度的逐漸變化。此外，相對於齒交線方向A之其中一方的端部位置 b1的橢圓形曲線C，橢圓形曲線C在位置b2，是位於朝向順時針方向旋轉45度的位置，在位置b3(齒交線方向的中央)橢圓形曲線C是位於朝向順時針方向旋轉90度的位置，在位置b4橢圓形曲線C是位於朝向順時針方向旋轉135度的位置，在位置b5橢圓形曲線C是位於朝向順時針方向旋轉180度的位置。

在各位置b1~b5，外齒齒輪3的外齒3b是在橢圓形曲線C的長徑位置L，嚙合於內齒齒輪2S、2D的內齒2a(S)、2a(D)。因此，外齒齒輪3對於內齒齒輪2S、2D的嚙合位置，是從齒交線方向之其中一方之端部的位置b1朝向齒交線方向A，朝周方向逐漸移動。亦即，如圖3中的曲線3c所示般，當沿著齒交線方向A來看時，雖然只是每個外齒3b的一部份，但幾乎所有的外齒3b是同時嚙合於內齒2a(S)、2a(D)。

在以往，外齒齒輪3係被彎折成：橫跨整個齒交線方向，成為相同位相的橢圓形曲線，其與內齒齒輪2S、2D的嚙合位置只有在長徑方向的2個地方。但是，若與以往相較，雖然兩齒輪的嚙合區域幾乎相同，但因大約所有的外齒3b是同時加入嚙合，所以兩齒輪的嚙合剛性變大，可實踐較大傳達扭矩容量的諧波齒輪裝置1。

此外，外齒齒輪3在齒交線方向A的各個位置，其周方向的不同部分是朝向半徑方向的外側或內側被彎折。因此，這和周方向的同一位置是一邊朝向半徑方向的外側與內側被彎折，一邊旋轉之以往的諧波齒輪裝置相較，可抑制因為外齒齒輪3之彈性變形所引起的振動噪音。

〔實施形態2〕

圖4(a)以及圖4(b)是顯示適用本發明之杯型諧波齒輪裝置的縱剖面圖以及分解立體圖。在杯型諧波齒輪裝置11中，配置在剛性內齒齒輪12之內側的外齒齒輪13，是呈杯型形狀。外齒齒輪13具備：可朝向半徑方向彎折的圓筒狀筒體部13a；從該後端朝向半徑方向內側延伸的膜片13b；以及輪轂13c，該輪轂13c是連續形成在膜片13b之內周緣，為厚層的圓環狀或圓盤狀。圓筒狀筒體部13a之前端開口側的部分為外齒形成部分13d，在其外周面部分形成有外齒13e。

外齒齒輪13的圓筒狀筒體部13a是被安裝在其外齒形成部分13d之內側的橢圓形輪廓的諧波產生器14彎折成橢圓形，外齒13e係部分嚙合於內齒齒輪12的內齒12a。一旦諧波產生器14旋轉，兩齒輪12、13的嚙合位置就會朝向周方向移動，而在兩齒輪之間產生對應於兩齒輪12、13之齒數差的相對旋轉。藉由將其中一方的齒輪，例如將內齒齒輪12固定成不會旋轉，而從另一方之杯型形狀的外齒齒輪13輸出減速旋轉。

諧波產生器14具備：呈圓環狀，且具有固定厚度之剛性的插塞16；以及安裝在該插塞16之橢圓形外周面15的諧波產生器軸承17。諧波產生器軸承17係具有：可朝向半徑方向彎折的外輪17a、內輪17b，被安裝在插塞16與外齒齒輪13之間。諧波產生器軸承17全體係被彎折成沿著插塞16之橢圓形外周面15的橢圓形。因此，外齒齒輪13也被彎折成沿著插塞16之橢圓形外周面15的橢圓形，其長徑位置之兩端的外齒13e即嚙合於內齒齒輪12的內齒12a。在本例中，是將諧波產生器14之插塞16的橢圓形外周面15的輪廓形狀做適當設定，以形成如下所述之外齒齒輪13的外齒形成部分13d的彎折狀態。

圖5係為齒交線方向之各位置的軸直角剖面上的內齒齒輪12與外齒齒輪13之嚙合狀態的說明圖。在圖5中，(a1)係顯示齒交線方向的各個位置，(a2)為外齒齒輪13之部分放大剖面圖，(b11)~(b13)係顯示在外齒齒輪13之齒交線方向的各位置b11~b13的軸直角剖面。

外齒齒輪13的外齒形成部分13d在該齒交線方向A之各位置b11~b13的軸直角剖面上，係被諧波產生器14彎折成橢圓形。具體而言，外齒齒輪13之齒底的齒環中性圓是被彎折成橢圓形曲線C1。再者，外齒齒輪13是被彎折成：齒交線方向A之各位置b11~b13之軸直角剖面上的橢圓形曲線C1的長徑位置L1，是沿著齒交線方向A，在裝置之旋轉中心軸線11a周圍逐漸變化。被如此彎折的外齒齒輪13，在齒交線方向A之各位置b11~b13的軸直角剖面上，於橢圓形曲線C1的長徑位置L1，與內齒齒輪12的內齒12a嚙合。

在圖示例中，從齒交線方向A之其中一方之端部的位置b11朝向另一方之端部的位置b13，齒交線方向之各位置b11~b13之軸直角剖面上的橢圓形曲線C1的長徑位置L1，是在旋轉中心軸線11a周圍(橢圓形曲線C1的中心周圍)朝向單方向連續地逐漸變化。也可以使其沿著齒交線方向，每間隔固定的距離，階段地的以固定角度朝向相同方向逐漸變化。此外，相對於齒交線方向A之其中一方之端部的位置b11的橢圓形曲線C1，橢圓形曲線C1在位置b12(齒交線方向的中央)，是位在朝向順時針方向旋轉45度的位置，橢圓形曲線C1在另一方之端部的位置b13，則是位在朝向順時針方向旋轉90度的位置。

在各位置b11~b13，外齒齒輪13的外齒13e係在橢圓形曲線C1的長徑位置L1嚙合於內齒齒輪12的內齒12a。因此，外齒齒輪13對於內齒齒輪12的嚙合位置，是從齒交線方向之其中一方之端部的位置b11朝向齒交線方向，在周方向上連續移動。亦即，如圖6的曲線13C所示般，沿著齒交線方向A來看時，雖然只有各個外齒13e的一部分，但幾乎半周左右的各個外齒13e，是同時嚙合於內齒12a。

在此，杯型形狀之外齒齒輪13的圓筒狀筒體部13a，會對應於其與膜片13b那一側的距離，增加朝向半徑方向的彎折量。在該齒交線方向A，將外齒形成部分 13d彎折成相同的橢圓形曲線C1，即在外齒形成部分13d作用多餘的應力。

在本例中，外齒齒輪13的外齒形成部分13d是設定成：從齒交線方向A之內側端部的位置b13，朝向另一側之開口端那一方的位置b11，齒交線方向A之各位置的軸直角剖面上的橢圓形曲線C1的長徑長度是逐漸增加。藉由如此，即不會伴隨過多的應力，而可將外齒齒輪13彎折。

在以往的杯型諧波齒輪裝置中，外齒齒輪13是被彎折成：橫跨整個齒交線方向，成為相同位相的橢圓形曲線，其與內齒齒輪12的嚙合位置只有在長徑方向的2個地方。因此，本實施例的杯型諧波齒輪裝置與以往相較，雖然兩齒輪12、13的嚙合區域幾乎相同，但是大約有半周左右的外齒13e同時會加入嚙合。所以，兩齒輪12、13的嚙合剛性變高，可實踐較傳達扭矩容量的諧波齒輪裝置。

此外，外齒齒輪13在齒交線方向A的各位置，其周方向的不同部分是朝向半徑方向的外側或內側被彎折。因此，和周方向的相同位置是一邊朝向半徑方向的外側與內側被彎折，一邊旋轉之以往的諧波齒輪裝置相較，可抑制因為外齒齒輪13之彈性變形所引起的振動噪音。

〔其他實施形態〕

(1)上述的實施例是將本發明用於扁平型諧波齒輪裝置以及杯型諧波齒輪裝置時的例子。和杯型諧波齒輪裝置的情形相同，本發明亦可適用於禮帽型諧波齒輪裝置。

(2)在上述的實施例中，外齒齒輪是被彎折成：兩齒輪的嚙合位置是沿著齒交線方向，在周方向的同一方向上移動。除此之外，也可以將外齒齒輪彎折成：從齒交線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，齒交線方向之各位置的軸直角剖面上的橢圓形曲線的長徑位置，在周方向的同一方向逐漸變化後，又從齒交線方向的中途位置朝向周方向的反方向逐漸變化。

如此一來，以齒交線方向的中途位置為中心，在嚙合部分作用反方向的軸方向推力。因為左右之軸方向推力會相互抵消，所以可省略用來承受推力的軸承。

(3)在上述的實施例中，彎折成橢圓形之可撓性外齒齒輪的嚙合位置(橢圓形曲線的長徑位置)是橫跨整個齒交線方向，在周方向上逐漸變化。例如，圖1所示的扁平型諧波齒輪裝置，其嚙合於其中一方之內齒齒輪2S的外齒齒輪3的部分，在沿著齒交線方向來看時，其嚙合位置是在周方向上移動，而嚙合於另一方之內齒齒輪2D的外齒齒輪3的部分，其嚙合位置可設定為不會在周方向上移動。為此，只要使橢圓形曲線之長徑位置沿著軸線方向逐漸變化，並針對內齒齒輪2D那一側的外周面部分，將其長徑位置設定在周方向的既定位置即可，該橢圓形曲線是決定諧波產生器4之橢圓形外周面5的內齒齒輪 2S那一側的外周面部分。

(4)在上述的實施例中，係將外齒齒輪彎折成橢圓形，使其嚙合於內齒齒輪。此時，外齒齒輪與內齒齒輪之間的齒數差是設定為2n齒。除此之外，亦可將外齒齒輪彎折成非圓形，使其在周方向的3個位置嚙合於內齒齒輪。此時，兩齒輪之間的齒數差是設定為3n齒。

在此情況下，於外齒齒輪之齒交線方向的各軸直角剖面上，將該外齒齒輪朝向半徑方向彎折，使該外齒齒輪之齒底的齒環中性圓變成非圓形曲線，使該外齒齒輪在離開周方向的複數個位置與內齒齒輪嚙合。換言之，可將諧波產生器的外周面形狀做適當設定，以便可如此來彎折外齒齒輪。

在此，非圓形曲線為：在複數個位置與圓內接的曲線，外齒齒輪係在內接位置與內齒齒輪嚙合。外齒齒輪是被彎折成：齒交線方向之各軸直角剖面上的非圓形曲線的內接位置，是沿著齒交線方向，在周方向上變化。

(5)本發明係可適用於以下構成的諧波齒輪裝置，其可撓性的內齒齒輪係配置在剛性之外齒齒輪的外周側，藉由諧波產生器將內齒齒輪彎折，使其嚙合於外齒齒輪。

(6)本發明又可適用於專利文獻5、6中所提案之摩擦卡合式的諧波裝置。

(7)本發明也可適用於專利文獻5中所提案之使用壓電元件的諧波產生器等。

Claims

一種諧波齒輪裝置，其特徵為：具有：剛性的內齒齒輪、可撓性的外齒齒輪、以及諧波產生器，該諧波產生器係將上述外齒齒輪彎折成非圓形，而嚙合於上述內齒齒輪，上述外齒齒輪與上述內齒齒輪的嚙合位置，是在上述外齒齒輪之齒交線方向的各軸直角剖面上，在該兩齒輪之周方向上分離的複數個位置，沿著上述齒交線方向來看各個上述嚙合位置時，上述嚙合位置是分別朝向上述周方向連續地逐漸變化。
如申請專利範圍第1項所述的諧波齒輪裝置，其中，上述諧波產生器是將上述外齒齒輪彎折成沿著橢圓形曲線的形狀，上述嚙合位置為上述橢圓形曲線的長徑位置。
如申請專利範圍第2項所述的諧波齒輪裝置，其中，上述外齒齒輪被彎折成：從上述齒交線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述橢圓形曲線的中心周圍朝向單方向逐漸變化。
如申請專利範圍第3項所述的諧波齒輪裝置，其中，上述外齒齒輪被彎折成：在從上述齒交線方向之其中一方的端部一直到另一方的端部之間，使上述長徑位置在上述中心周圍，在180度以下的角度範圍內做變化。
一種諧波齒輪裝置，其特徵為：具有：剛性的內齒齒輪、可撓性的外齒齒輪、以及諧波產生器，該諧波產生器係將上述外齒齒輪彎折成沿著橢圓形曲線的形狀，而嚙合於上述內齒齒輪，上述外齒齒輪與上述內齒齒輪的嚙合位置，是在上述外齒齒輪之齒交線方向的各軸直角剖面上，在該兩齒輪之周方向上分離的複數個位置，沿著上述齒交線方向來看各個上述嚙合位置時，上述嚙合位置是分別朝向上述周方向逐漸變化，上述嚙合位置為上述橢圓形曲線的長徑位置，上述外齒齒輪被彎折成：從上述齒交線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述中心周圍朝向單方向逐漸變化後，又朝向反方向逐漸變化。
如申請專利範圍第5項所述的諧波齒輪裝置，其中，上述外齒齒輪被彎折成：從上述齒交線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述中心周圍僅做90度以下的角度變化後，又朝向反方向僅做90度以下的角度變化。
一種諧波齒輪裝置，其特徵為：具有：剛性的內齒齒輪、可撓性的外齒齒輪、以及諧波產生器，該諧波產生器係將上述外齒齒輪彎折成沿著橢圓形曲線的形狀，而嚙合於上述內齒齒輪，上述外齒齒輪與上述內齒齒輪的嚙合位置，是在上述外齒齒輪之齒交線方向的各軸直角剖面上，在該兩齒輪之周方向上分離的複數個位置，沿著上述齒交線方向來看各個上述嚙合位置時，上述嚙合位置是分別朝向上述周方向逐漸變化，上述嚙合位置為上述橢圓形曲線的長徑位置，上述外齒齒輪係為杯型形狀或禮帽型形狀的外齒齒輪，其具有：圓筒狀筒體部；從該圓筒狀筒體部的一端朝向半徑方向延伸的膜片；以及外齒，該外齒是形成在上述圓筒狀筒體部之另一端之部位的外周面，上述諧波產生器係將上述圓筒狀筒體部之形成有上述外齒的外齒形成部分，彎折成沿著上述橢圓形曲線的形狀。
一種諧波齒輪裝置，其特徵為：具有：剛性的外齒齒輪、可撓性的內齒齒輪、以及諧波產生器，該諧波產生器係將上述內齒齒輪彎折成沿著橢圓形曲線的形狀，而嚙合於上述外齒齒輪，上述內齒齒輪與上述外齒齒輪的嚙合位置，是在上述內齒齒輪之齒交線方向的各軸直角剖面上，在上述橢圓形曲線的長徑位置，沿著上述內齒齒輪的齒交線方向來看各個上述嚙合位置時，上述嚙合位置是分別朝向上述周方向逐漸變化。
如申請專利範圍第8項所述的諧波齒輪裝置，其中，上述內齒齒輪被彎折成：從上述齒交線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述橢圓形曲線的中心周圍朝向單方向逐漸變化。
如申請專利範圍第9項所述的諧波齒輪裝置，其中，上述內齒齒輪被彎折成：在從上述齒交線方向之其中一方的端部一直到另一方的端部之間，使上述長徑位置在上述中心周圍，在180度以下的角度範圍內做變化。
如申請專利範圍第8項所述的諧波齒輪裝置，其中，上述內齒齒輪被彎折成：從上述齒交線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述中心周圍朝向單方向逐漸變化後，又朝向反方向逐漸變化。
如申請專利範圍第11項所述的諧波齒輪裝置，其中，上述內齒齒輪被彎折成：使上述長徑位置在上述齒交線方向之其中一方的端部以及另一方的端部，位在相同的旋轉位置，且在這些端部的中間位置是位在：相對於上述旋轉位置，於上述中心周圍僅旋轉90度以下的位置。
一種摩擦卡合式諧波裝置，其特徵為：具有：具備圓形之摩擦卡合內周面的剛性構件；具備圓形之摩擦卡合外周面的可撓性構件；以及諧波產生器，該諧波產生器是將上述可撓性構件的上述摩擦卡合外周面彎折成沿著橢圓形曲線的形狀，使其摩擦卡合於上述剛性構件的上述摩擦卡合內周面，上述摩擦卡合外周面與上述摩擦卡合內周面的摩擦卡合位置，是在上述摩擦卡合外周面之裝置中心軸線方向的各軸直角剖面上，為上述橢圓形狀曲線的長徑位置，沿著上述裝置中心軸線來看各個上述摩擦卡合位置時，上述摩擦卡合位置係分別朝向上述摩擦卡合外周面的周方向連續地逐漸變化。
一種摩擦卡合式諧波裝置，其特徵為：具有：具備圓形之摩擦卡合內周面的可撓性構件；具備圓形之摩擦卡合外周面的剛性構件；以及諧波產生器，該諧波產生器是將上述可撓性構件的上述摩擦卡合內周面彎折成沿著橢圓形曲線的形狀，使其摩擦卡合於上述剛性構件的上述摩擦卡合外周面，上述摩擦卡合內周面與上述摩擦卡合外周面的摩擦卡合位置，在上述摩擦卡合內周面之裝置中心軸線方向的各軸直角剖面上，為上述橢圓形曲線的長徑位置，沿著上述裝置中心軸線來看各個上述摩擦卡合位置時，上述摩擦卡合位置係分別朝向上述摩擦卡合內周面的周方向逐漸變化。
如申請專利範圍第14項所述的摩擦卡合式諧波裝置，其中，上述可撓性構件被彎折成：從上述裝置中心軸線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述橢圓形曲線的中心周圍，朝向單方向逐漸變化。
如申請專利範圍第15項所述的摩擦卡合式諧波裝置，其中，上述可撓性構件被彎折成：在從上述裝置中心軸線方向之其中一方的端部一直到另一方的端部之間，使上述長徑位置在上述中心周圍，在180度以下的角度範圍內做變化。
如申請專利範圍第14項所述的摩擦卡合式諧波裝置，其中，上述可撓性構件被彎折成：從上述裝置中心軸線方向之其中一方的端部朝向另一方的端部，使上述長徑位置在上述中心周圍，朝向單方向逐漸變化後，又朝向反方向逐漸變化。
如申請專利範圍第17項所述的摩擦卡合式諧波裝置，其中，上述可撓性構件被彎折成：使上述長徑位置在上述裝置中心軸線方向之其中一方的端部以及另一方的端部，位在相同的旋轉位置，且在這些端部的中間位置是位在：相對於上述旋轉位置，於上述中心周圍僅旋轉90度以下的位置。
一種諧波齒輪裝置或摩擦卡合式諧波裝置的諧波產生器，其特徵為：具有：橢圓形周面，該橢圓形周面是將諧波齒輪裝置之可撓性的外齒齒輪或可撓性的內齒齒輪、或者可撓性構件彎折成橢圓形，該可撓性構件係具備：摩擦卡合式諧波裝置的摩擦卡合外周面或摩擦卡合內周面，上述橢圓形周面，在中心軸線方向的各個位置被正交於上述中心軸線的平面所切斷時的輪廓形狀，是由以上述中心軸線為中心的橢圓形曲線所決定，上述橢圓形周面係具備：在上述中心軸線方向上，至少有預定寬度的周面部分，上述周面部分之上述橢圓形曲線的長徑位置，係沿著上述中心軸線的方向，在該中心軸線周圍逐漸變化。
如申請專利範圍第19項所述的諧波產生器，其中，上述周面部分之上述橢圓形曲線的長徑位置，是在從上述周面部分之上述中心軸線方向之其中一方的端部一直到另一方的端部之間，在180度以下的角度範圍內做變化。
如申請專利範圍第19項所述的諧波產生器，其中，上述周面部分之上述橢圓形曲線的長徑位置，係沿著上述中心軸線方向，在該中心軸線周圍朝單方向逐漸變化後，又朝向反方向逐漸變化。
如申請專利範圍第21項所述的諧波產生器，其中，上述周面部分之上述橢圓形曲線的上述長徑位置，在上述周面部分之上述中心軸線方向之其中一方的端部以及另一方的端部，是位在相同的旋轉位置，且在這些端部的中間位置，是位在：相對於上述旋轉位置僅旋轉90度以下的位置。
如申請專利範圍第19、20、21或22項所述的諧波產生器，其中，上述橢圓形曲線的長徑尺寸是沿著上述中心軸線的方向，從上述橢圓形周面之其中一方的端部朝向另一方的端部逐漸縮小。
如申請專利範圍第19、20、21或22項所述的諧波產生器，其中，具有：具備上述橢圓形周面之剛性的諧波產生器插塞；以及嵌入於上述諧波產生器插塞之外周面或內周面的諧波產生器滾動軸承，上述諧波產生器滾動軸承係具備：可撓性的外輪以及可撓性的內輪，上述諧波產生器滾動軸承的上述外輪或上述內輪，是被上述橢圓形周面彎折成橢圓形。
如申請專利範圍第23項所述的諧波產生器，其中，具有：具備上述橢圓形周面之剛性的諧波產生器插塞；以及嵌入於上述諧波產生器插塞之外周面或內周面的諧波產生器滾動軸承，上述諧波產生器滾動軸承係具備：可撓性的外輪以及可撓性的內輪，上述諧波產生器滾動軸承的上述外輪或上述內輪，是被上述橢圓形周面彎折成橢圓形。