TWI690665B - 伴隨著齒面一致的複合嚙合諧波齒輪裝置 - Google Patents

Abstract

諧波齒輪裝置的內齒、外齒的齒冠齒形，是由第1相似曲線(BC)、第2相似曲線(AC)所限定，該第1相似曲線(BC)、第2相似曲線(AC)是根據「以齒條嚙合形成近似的場合中，位於移動軌跡(Mc)的切線與長軸所形成的角度，從θ_A的A點到底點(B)為止的曲線部分」所獲得。內齒的齒根齒形，是由「在外齒的齒冠齒形從移動軌跡的頂點移動至點(A)的過程中，形成於內齒的曲線」所限定。外齒的齒根齒形，是由「在內齒的齒冠齒形從頂點移動至A點時，形成於外齒的曲線」所限定。在兩齒輪的嚙合中，內齒與外齒的齒面形成一致，接著形成兩齒的連續性嚙合。據此，能增加傳遞轉矩，並能達成諧波齒輪裝置的長壽命化。

Description

伴隨著齒面一致的複合嚙合諧波齒輪裝置

本發明關於諧波齒輪裝置中的剛性內齒齒輪及可撓性外齒齒輪之齒形的改良。

一般而言，諧波齒輪裝置具有：剛性內齒齒輪；和在其內側配置成同軸狀的可撓性外齒齒輪；及嵌合於其內側的諧波產生器。(在本說明書中，剛性內齒齒輪及可撓性外齒齒輪，有時分別被簡稱為內齒齒輪及外齒齒輪。)平板型的諧波齒輪裝置，具備「在可撓性的圓筒外周面形成有外齒」的可撓性外齒齒輪。杯型及煙囪型之諧波齒輪裝置的可撓性外齒齒輪，具備：可撓性的圓筒狀本體；和從該圓筒狀本體的後端朝半徑方向延伸的膜片；及形成於圓筒狀本體之前端開口側的外周面部分的外齒。在典型的諧波齒輪裝置中，圓形的可撓性外齒齒輪是被諧波產生器彎折成橢圓形，而被彎折成橢圓形之可撓性外齒齒輪的長軸方向的兩端部，嚙合於剛性內齒齒輪。

諧波齒輪裝置，從創始者C.W.Musser的發明(專利文獻1)以來，截至今日為止，以該創始者為首包含本案發明人的眾多研究者，已發展出本裝置的各種發明創作。即使單就「與其齒形相關的發明」而言，同樣有著各種的發明創作。本案的發明人，在專利文獻2中揭示了一種「將基本齒形設成漸開線齒形(involute tooth profile)」的發明，在專利文獻3、4中揭示了一種：採用以齒條使剛性內齒齒輪與可撓性外齒齒輪之齒的嚙合近似的手法，執行大範圍接觸而導出兩齒輪之齒冠齒形的齒形設計法。

另外，在杯型、煙囪型的諧波齒輪裝置中，被折彎成橢圓形之可撓性外齒齒輪的齒部，沿著其齒交線方向，從膜片側朝向前端開口，增加朝向半徑方向的撓曲量(彎折量)，該撓曲量(彎折量)大致和「從膜片起的距離」成比例。此外，伴隨著諧波產生器的轉動，可撓性外齒齒輪之齒部的各部分，反覆地朝向半徑方向的外側及內側彎折(撓曲、彎曲)。這種諧波產生器所造成之可撓性外齒齒輪的撓曲動作，被稱為「錐進(coning)」。

在此，一旦可撓性外齒齒輪藉由諧波產生器而變形成橢圓形，其外齒的輪緣中立圓將變形成橢圓形的輪緣中立曲線。在該輪緣中立曲線的長軸位置，倘若將相對於變形前之輪緣中立圓的撓曲量設為w，則「輪緣中立圓除以諧波齒輪裝置的減速比」的值，便稱為正規(標準)的撓曲量wo。此外，將上述的比w/wo，稱為偏斜係數κ。將正規撓曲量wo的撓曲稱為「無偏位撓曲」，將較 正規撓曲量wo更大之撓曲量(κ>1)的撓曲稱為「正偏位撓曲」，將較正規撓曲量wo更小之撓曲量(κ<1)的撓曲稱為「負偏位撓曲」。倘若將可撓性外齒齒輪的模數設為m，將可撓性外齒齒輪與剛性內齒齒輪的齒數差設為n(n為正的整數)，則撓曲量w為2κmn。

本案的發明人，在專利文獻5中揭示了一種：具備「考慮了齒的錐進且能連續地嚙合」之齒形的諧波齒輪裝置。該專利文獻5中所揭示的諧波齒輪裝置，將其可撓性外齒齒輪之齒交線方向的任意軸直角剖面定為主剖面，且在主剖面之可撓性外齒齒輪的橢圓形輪緣中立線(rim neutral line)的長軸位置，相對於其撓曲(彎曲)前之輪緣中立圓(rim neutral circle)的撓曲量w=2κmn(κ為撓曲係數，m為模數，n為正的整數)，設定成撓曲為2mn(κ=1)的無偏位狀態。

此外，在以齒條嚙合使可撓性外齒齒輪及剛性內齒齒輪的嚙合近似，在包含「可撓性外齒齒輪之齒交線方向的主剖面」之各位置的軸直角剖面中，求出「伴隨著諧波產生器的轉動，可撓性外齒齒輪的齒相對於剛性內齒齒輪的齒之各移動軌跡」，「在主剖面所獲得之無偏位移動軌跡中之頂部的點到下一個底部的點」的曲線部分，是將底部的點作為相似的中心而求出縮小成λ倍(λ<1)的第1相似曲線，並將該第1相似曲線作為剛性內齒齒輪之齒冠的基本齒形而加以採用。

不僅如此，倘若將「第1相似曲線之其中一側 的端點，亦即前述底部的點」之相反側的端點稱為相反側端點，藉由將該相反側端點作為中心並使第1相似曲線轉動180度所獲得的曲線，將該相反側端點作為相似的中心求出形成(1-λ)/λ倍的第2相似曲線，並將該第2相似曲線作為可撓性外齒齒輪之齒冠的基本齒形而加以採用。

除此之外，在彎折成「較主剖面更位於膜片側之負偏位狀態(撓曲係數κ<1)」的各軸直角剖面所獲得的各負偏位側移動軌跡、及在彎折成「較主剖面更位前端開口側之正偏位狀態(撓曲係數κ>1)」的各軸直角剖面所獲得的各正偏位側移動軌跡的雙方，為了描繪出在主剖面之無偏位移動軌跡的底部接觸的曲線，而在可撓性外齒齒輪的齒形處包挾主剖面，並在其齒交線方向兩側的齒形部分施以移位。

形成有上述齒形的諧波齒輪裝置，不僅能遍及「兩齒輪之主剖面的外齒與內齒之齒冠齒形間的廣大範圍」連續地嚙合，也能在齒交線方向的全部範圍中，實現外齒與內齒之齒冠齒形間的有效嚙合。據此，相較於在狹小的齒交線範圍內嚙合之傳統的諧波齒輪裝置，可傳遞更多的扭矩(扭力)。

〔先行技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕：美國第2906143號專利說明書

〔專利文獻2〕：日本特公昭45-41171號公報

〔專利文獻3〕：日本特開昭63-115943號公報

〔專利文獻4〕：日本特開昭64-79448號公報

〔專利文獻5〕：國際公開第2010/070712號

〔發明的揭示〕

現今，期望能提升諧波齒輪裝置之負載扭矩(load torque)性能的市場需求日益提高。為了達到此一需求，相較於以往，諧波齒輪裝置之兩齒輪的齒形，必須是「能以更廣大的範圍連續地嚙合的合理齒形」。

本發明的課題在於提供一種：將齒形設定成「可在從可撓性外齒齒輪之橢圓形輪緣中立曲線的長軸到短軸的整個過程中，確保齒的嚙合」的平板型諧波齒輪裝置。

此外，本發明的課題在於提供一種：將齒形設定成「可在從可撓性外齒齒輪之橢圓形輪緣中立曲線的長軸到短軸的整個過程中，確保齒的嚙合」，並且考慮到錐進，而將齒形設定成「可遍及可撓性外齒齒輪的整個齒交線而嚙合」的杯型或者煙囪型諧波齒輪裝置。

為了解決上述的課題，在本發明的平板型諧波齒輪裝置中，被彎折成橢圓形的可撓性外齒齒輪，是在 偏斜係數κ=1的標準撓曲狀態下，嚙合於剛性內齒齒輪。這些內齒齒輪及外齒齒輪的齒冠齒形，是由第1、第2相似曲線所限定，該第1、第2相似曲線是根據從第1點到移動軌跡的底點(角度π的點)為止的曲線部分所獲得，而該第1點，是在以齒條嚙合形成近似的場合中，從外齒齒輪之其中一齒的移動軌跡的頂點到下一個底點間的曲線部分中靠近頂點的點，亦即其切線與長軸所形成的角度為0~π範圍之間的值(角度θ_A)的點。

第1相似曲線，是擷取從移動軌跡的一個頂點到下一個底點為止的曲線部分，在該曲線部分，將從第1點到第2點為止的第1曲線部分，以前述第2點作為相似的中心，縮小λ倍(0<λ<1)的相似曲線，前述第1點，是前述曲線部分的切線與長軸所形成的角度為從0到π為止間之值的角度的點，前述第2點是前述曲線部分的前述底點。第2相似曲線，是將第3點作為中心並藉由將該第1相似曲線轉動180度而所獲得的曲線，以該第3點作為相似中心而形成(1-λ)/λ倍的相似曲線，前述第3點，是前述第1相似曲線中前述第2點之相反側的端點。

此外，內齒齒輪的齒根齒形，是由「在外齒齒輪的齒冠齒形從移動軌跡的頂點移動至第1點的過程中，形成於內齒齒輪的曲線」所限定。外齒齒輪的齒根齒形，是由「在內齒齒輪的齒冠齒形從頂點移動至第1點時，形成於外齒齒輪的曲線」所限定。

在外齒齒輪與內齒齒輪的嚙合中，外齒齒輪 的齒冠齒形在與內齒齒輪的齒根齒形形成一致後，與內齒齒輪的齒冠齒形執行連續性的嚙合，此外，內齒齒輪的齒冠齒形與外齒齒輪的齒根齒形形成一致地接觸。據此，由於兩齒輪的嚙合範圍變大，因此能進行更多扭矩(扭力)的傳遞。

其次，在本發明之杯型、煙囪型的諧波齒輪裝置中，在外齒齒輪之齒交線方向的途中位置的軸直角剖面，於偏斜係數κ=1的標準撓曲狀態下，外齒齒輪嚙合於內齒齒輪。倘若將產生該標準撓曲狀態的軸直角剖面作為主剖面，與上述的平板型諧波齒輪裝置的場合相同，在該主剖面，設定外齒齒輪的齒冠齒形及齒根齒形、內齒齒輪的齒冠齒形及齒根齒形。在此，將設定於外齒齒輪之主剖面的齒形，作為所謂的基本外齒齒形。

在從外齒齒輪的主剖面到外齒開口端部之齒交線方向的各位置，外齒齒輪於偏斜係數κ>1的正偏位撓曲狀態下，嚙合於內齒齒輪。正偏位撓曲狀態之位置的齒形，為了使在各位置描繪出基本外齒齒形之移動軌跡的頂部附近，接觸於在主剖面描繪出基本外齒齒形之移動軌跡的頂部附近，而設成已對基本外齒齒形實施了移位的移位齒形。

此外，在從外齒齒輪的主剖面到外齒內端部之齒交線方向的各位置，外齒齒輪於偏斜係數κ<1的負偏位撓曲狀態下，嚙合於內齒齒輪。負偏位嚙合狀態之位置的齒形，為了使在各位置描繪出基本外齒齒形之移動軌 跡的底部，接觸於在主剖面描繪出基本外齒齒輪之移動軌跡的底部，而設成已對基本外齒齒形實施了移位的移位齒形。

在如上述設定了齒形的外齒齒輪與內齒齒輪的嚙合中，在被彎折成橢圓形之外齒齒輪的長軸位置，外齒齒輪的齒冠齒形在與內齒齒輪的齒根齒形形成一致後，與內齒的齒冠齒形形成連續性的嚙合。此外，內齒的齒冠齒形，與外齒的齒根齒形一致地形成接觸。不僅如此，即使在主剖面以外之位置的嚙合，也遍及外齒齒輪的整個齒交線，其齒冠齒形與內齒齒輪的齒冠齒形嚙合。如此一來，在兩齒輪的嚙合中，內齒與外齒的齒面形成一致，接著形成兩齒的連續性嚙合。據此，能增加諧波齒輪裝置的傳遞轉矩，此外能達成長壽命化。

1‧‧‧諧波齒輪裝置

2‧‧‧剛性內齒齒輪

3‧‧‧可撓性外齒齒輪

4‧‧‧諧波產生器

31‧‧‧圓筒狀本體

31a‧‧‧開口端

31b‧‧‧後端

32‧‧‧膜片(diaphragm)

33‧‧‧輪轂

34‧‧‧外齒

第1圖：是顯示採用了本發明的諧波齒輪裝置之其中一例的概略前視圖。

第2圖：為顯示杯型及煙囪型之可撓性外齒齒輪的彎折狀態的說明圖，其中(a)顯示變形前的狀態，(b)顯示包含「已變形成橢圓形之可撓性外齒齒輪的長軸」之剖面的狀態，(c)顯示包含「已變形成橢圓形之可撓性外齒齒輪的短軸」之剖面的狀態。

第3圖A：是顯示在以齒條使兩齒輪於「外齒之齒交 線方向的內端部、主剖面及開口端部」之各位置的相對運動形成近似(approximation)的場合中，所獲得之外齒的移動軌跡的圖表。

第3圖B：是顯示利用齒條使兩個齒輪於「外齒之齒交線方向的內端部、主剖面及開口端部」之各位置的相對運動形成近似的場合中，所獲得之「經移位(dislocation)的外齒之移動軌跡」的圖表。

第4圖：是顯示本發明之齒條齒形形成的原理的說明圖。

第5圖：為顯示可撓性外齒齒輪之齒交線的中央附近之形狀的圖表。

第6圖：是顯示「經施以移位之可撓性外齒齒輪之齒的齒交線方向之輪廓」的說明圖。

第7圖：(A)、(B)及(C)顯示由「分別位於開口端部、主剖面及內端部」的可撓性外齒齒輪之齒的移動軌跡；及可撓性外齒齒輪及剛性內齒齒輪的齒條近似(rack approximation)之嚙合(咬合)的說明圖。

(諧波齒輪裝置的構造)

第1圖，為本發明之對象的的諧波齒輪裝置的前視圖。第2圖，是顯示諧波齒輪裝置之可撓性外齒齒輪的開口部處於初期形狀的真圓狀態、及將該開口部彎折成橢圓 形狀態的剖面圖。具體地說，第2圖(a)顯示變形前的狀態，第2圖(b)顯示變形後包含橢圓形之長軸的剖面，第2圖(c)顯示變形後包含橢圓之短軸的剖面。而在第2圖(a)~(c)中，實線是表示杯型可撓性外齒齒輪之膜片及輪轂的部分，虛線則表示煙囪型可撓性外齒齒輪之膜片及輪轂的部分。

如同上述的圖面所示，諧波齒輪裝置1具有：圓環狀的剛性內齒齒輪2；和配置於其內側的可撓性外齒齒輪3；及嵌合於其內側之橢圓形輪廓的諧波產生器4。剛性內齒齒輪2、及變形前的可撓性外齒齒輪3，皆為模數m的正齒輪。剛性內齒齒輪2與可撓性外齒齒輪3的齒數差為2n齒(n為正的整數)。初期形狀為真圓的可撓性外齒齒輪3，是由橢圓形輪廓的諧波產生器4彎折成橢圓形。在被彎折成橢圓形之可撓性外齒齒輪3之長軸L1方向的兩端部分，可撓性外齒齒輪3嚙合於剛性內齒齒輪2。

一旦諧波產生器4轉動，兩齒輪2、3的嚙合位置便朝周方向移動，對應於兩齒輪之齒數差的相對轉動在兩齒輪2、3間產生。可撓性外齒齒輪3具備：可撓性的圓筒狀本體31；和連接於圓筒狀本體31之其中一側端的後端31b朝半徑方向擴張的膜片32；和連接於膜片32的輪轂33；及形成於圓筒狀本體31之另一側端的開口端31a側之外周面部分的外齒34。

橢圓形輪廓的諧波產生器4，嵌入圓筒狀本體31之外齒形成部分的內周面部分。藉由諧波產生器4，圓筒狀本體31從其膜片側的後端31b朝向開口端31a，逐漸增加朝向半徑方向之外側或內側的撓曲量。如第2圖(b)所示，在包含橢圓形曲線之長軸L1的剖面，朝向外側的撓曲量是對「從後端31b到開口端31a的距離」成比例地漸增。如第2圖(c)所示，在包含橢圓形曲線之短軸L2的剖面，朝向內側的撓曲量是對「從後端31b到開口端31a的距離」成比例地漸增。形成於開口端31a側之外周面部分的外齒34，也從其齒交線方向的內端部34b朝向開口端部34a，對「來自於後端31b的距離」成比例地使撓曲量漸增。

在外齒齒輪3的外齒34之齒交線方向的任意位置之軸直角剖面中，通過被彎折成橢圓形前之外齒34的齒底輪緣之厚度方向中央的圓，為輪緣中立圓。相對於此，通過被彎折成橢圓形後的齒底輪緣之厚度方向中央的橢圓形曲線，則為輪緣中立曲線。在橢圓形的輪緣中立曲線之長軸L1的位置，相對於該輪緣中立曲線之輪緣中立圓的長軸方向的撓曲量w，是將κ(包含1的實數(real number))作為偏斜係數，而以2κmn表示。

亦即，將可撓性外齒齒輪3之外齒34的齒數設為Z_F，將剛性內齒齒輪2之內齒24的齒數設為Z_C，將諧波齒輪裝置1的減速比設成R(=Z_F/(Z_C-Z_F)=Z_F/2n)，而將「可撓性外齒齒輪3的節距圓直徑mZ_F」除以減速比R的值(mZ_F/R=2mm)作為長軸方向之正規 (標準)的撓曲量wo。諧波齒輪裝置1，一般是設計成在「諧波產生器4之波浪軸承的滾珠中心，位於其可撓性外齒齒輪3之齒交線方向」的部位，以正規的撓曲量wo(=mn)彎折(撓曲)。偏斜係數κ是表示：「在可撓性外齒齒輪3之齒交線方向的各軸直角剖面的撓曲量w」除以正規撓曲量wo的值。因此，在外齒34中，可獲得正規撓曲量wo之位置的偏斜係數為κ=1，在較其更少的撓曲量w之剖面位置的偏斜係數則成為κ<1，在較其更多的撓曲量w之剖面位置的偏斜係數則成為κ>1。

在本發明中，是將可撓性外齒齒輪3之外齒34的齒交線方向的中央位置或者中央附近的軸直角剖面34c，作為產生無偏位撓曲(κ=1)的剖面。將該基準軸直角剖面稱為「主剖面34c」。如此一來，在可撓性外齒齒輪3的外齒34，較主剖面34c更位於齒交線方向之內端部34b側的部分，產生負偏位撓曲(κ<1)，較主剖面34c更位於開口端部34a側的部分，產生正偏位撓曲(κ>1)。

第3圖A，是顯示利用齒條使諧波齒輪裝置1的兩齒輪2、3的相對運動近似時所獲得之「可撓性外齒齒輪3的外齒34相對於剛性內齒齒輪2的內齒24之移動軌跡」的圖。在圖面中，x軸表示齒條的平移方向，y軸表示對平移方向呈直角的方向。y軸的原點是作為移動軌跡之振幅的平均位置。曲線Ma，是在外齒34之開口端部34a所獲得的移動軌跡，曲線Mb，是在內端部34b所獲得的 移動軌跡。曲線Mc，是在齒交線方向上從開口端部34a到內端部34b間的任意位置所獲得的移動軌跡，在本例中是於齒交線方向的中央附近的主剖面34c所獲得。可撓性外齒齒輪3的外齒34相對於剛性內齒齒輪2的內齒24的移動軌跡，由以下的算式所表示。

x=0.5mn(θ-κsinθ)

y=κmncosθ

倘若為了能簡單地說明，而設成模數m=1、n=1(齒數差2n=2)時，上述的算式則能以下述的算式1表示。

(算式1)x=0.5(θ-κsinθ) y=κcosθ

(主剖面處之齒形的形成方法)

第4圖，是顯示「作為主剖面處之外齒34、內齒24的齒形所採用之齒條齒形形成的原理」的說明圖。在本發明中，為了限定「位於主剖面34c的齒冠齒形」，而利用在可撓性外齒齒輪3的主剖面34c所獲得的移動軌跡Mc。

首先，在第4圖所示的移動軌跡Mc中，取出該移動曲線Mc中從頂點移動至下一個底點為止的曲線部分。該曲線部分中，將「移動軌跡Mc的切線與長軸(第4圖的縱軸)所形成的角」為θ_A(0<θ_A<π)的點及π的點，分別作為A點(第1點)及B點(第2點)。B點為 移動軌跡Mc中的底點。將移動軌跡Mc中從A點到B點為止之範圍的部分，作為第1曲線AB。

以其中一側的端點，亦即以B點作為相似中心，對第1曲線AB進行λ倍(0<λ<1)的相似變換(縮小)，而獲得第1相似曲線BC。採用第1相似曲線BC作為剛性內齒齒輪2之內齒24的齒冠齒形。在第4圖中，顯示λ=0.55的場合。

接著，以「第1相似曲線BC中，B點之相反側端點的C點(第3點)」作為中心，將第1相似曲線BC轉動180度，而獲得曲線B₁C。以C點作為相似中心，對該曲線B₁C進行(1-λ)/λ倍的相似變換，而獲得第2相似曲線CA。採用該第2相似曲線CA作為可撓性外齒齒輪3之外齒34的齒冠齒形。

如上述說明所設定的剛性內齒齒輪及可撓性外齒齒輪之齒冠齒形的基本式，如以下所示。

<剛性內齒齒輪之齒冠齒形的基本式>

(算式2)x(θ)=0.5{(1-λ)π+λ(θ-sinθ)} y(θ)=λ(1+cosθ)-1 θ_A≦θ≦π

<可撓性外齒齒輪之齒冠齒形的基本式>

(算式3) x(θ)=0.5{(1-λ)(π-θ+sinθ)+θ_A-sinθ_A} y(θ)=cosθ_A-(1-λ)(1+cosθ) θ_A≦θ≦π

其次，將「如上述說明所設定之可撓性外齒齒輪3的齒冠齒形，在從移動軌跡Mc之頂點，亦即從長軸上的D點移動至上述A點的過程中，形成於剛性內齒輪2的曲線」，制定為剛性內齒齒輪2的齒根齒形。另外，將「剛性內齒齒輪2的齒冠齒形從同一個D點移動至A點時，形成於可撓性外齒齒輪3的曲線」，制定為可撓性外齒齒輪3的齒根齒形。

亦即，剛性內齒齒輪2之齒根齒形的主部，在齒的底部與可撓性外齒齒輪的齒冠齒形形成一致，由「從算式3所求出」的後述算式4所賦予。

(算式4)x(θ)=0.5(1-λ)(π-θ+sinθ) y(θ)=λ-(1-λ)cosθ θ_A≦θ≦π

朝向該齒形的端點與剛性內齒齒輪之齒冠齒形移行的曲線，是由「從算式1與算式3所求出」的後述算式5所賦予。

(算式5)x(θ)=0.5{θ-sinθ+(1-λ)(π-θ_A+sinθ_A)} y(θ)=cosθ-(1-λ)(1+cosθ_A) θ_A≦θ≦π

同樣地，將「在剛性內齒齒輪2的齒冠齒形從移動軌跡Mc之長軸上的D點移動至A點的過程中，形成於可撓性外齒齒輪3的曲線」，制定為可撓性外齒齒輪的齒根齒形。該齒根齒形的主部，在齒的底部與剛性內齒齒輪的齒冠齒形形成一致，由「從算式2所求出」的後述算式6所賦予。

(算式6)x(θ)=0.5{(1-λ)π+λ(θ-sinθ)+θ_A-sinθ_A} y(θ)=λ(1+cosθ)-2+cosθ_A θ_A≦θ≦π

朝向該齒形的端點與可撓性外齒齒輪之齒冠齒形移行的曲線，是由「從算式1與算式2所求出」的後述算式7所賦予。

(算式7)x(θ)=0.5{θ-sinθ+(1-λ)π+λ(θ_A-sinθ_A)} y(θ)=cosθ-2+λ(1+cosθ_A) θ_A≦θ≦π

第4圖所示的曲線BCD，是表示具備「以上述說明所設定之齒冠齒形與齒根齒形」的內齒24的基本齒形形狀，曲線ACE則表示具備「以上述說明所設定之齒冠齒形與齒根齒形」的外齒34的基本齒形形狀。兩齒輪2、3之實際的齒冠齒形，為了確保與「所對應之齒輪的齒根齒形」之間的頂部間隙，相對於齒前緣齒形，實施了「使齒前緣形成若干下降」修正。舉例來說，如第4圖所示，實施 了以直線F1、F2所示的修正。

在此，剛性內齒齒輪2的齒形，在其齒交線方向上為相同的形狀，是由上述齒根齒形；與為了確保與外齒的齒根齒形之間的頂部間隙，而對上述齒根齒形實施了「使齒前緣形成若干下降之修正」的修正齒冠齒形所限定。

對於可撓性外齒齒輪3的齒形，在諧波齒輪裝置之基準軸直角剖面的場合中，與剛性內齒齒輪的場合相同，是由上述齒根齒形；與對如上述方式所訂定的齒冠齒形實施了「用來確保與內齒的齒根齒形之間的頂部間隙」之修正的修正齒冠齒形所限定。齒交線方向上之各位置的齒形形狀皆相同。

相對於此，在應用於杯型、煙囪型諧波齒輪裝置的杯型、煙囪型之可撓性外齒齒輪的場合中，在基準軸直角剖面，亦即在主剖面34c的位置，是由上述齒根齒形；與為了確保與內齒的齒根齒形之間的頂部間隙，而對「如上述說明所設定的齒冠齒形」實施了「使齒前緣形成若干下降之修正」之修正的修正齒根齒形所限定。倘若將主剖面34c的齒形當作「被稱為基本外齒齒形」的齒形，在主剖面34c以外的各軸直角剖面，便如同以下所述地，形成「對基本外齒齒形，施以對應於撓曲量之移位」的移位齒形。

(位於主剖面以外的位置之外齒齒形的形成方法)

在可撓性外齒齒輪3的齒形，從外齒34的主剖面34c到開口端部34a、及從主剖面34c到內端面34b，施以對應於偏斜係數κ之值的移位。倘若將對外齒34之齒形實施的移位量設為mnh時，在m=1、n=1之場合中的移位量成為h。在主剖面34c，由於偏斜係數κ=1，在移位齒形之齒交線方向的各位置處的移動軌跡及移位量，是以下述的算式1A所表示。

(算式1A)x=0.5(θ-κsinθ) y=κcosθ+h h=-| 1-κ | -π≦θ≦π

根據該移位，第3圖A所示之開口端部34a處的移動軌跡Ma及內端部34b處的移動軌跡Mb，分別變化成第3圖B所示的移動軌跡Ma1、Mb1。亦即，從主剖面34c到開口端部34a，在外齒34的各位置，移動軌跡之頂部的鄰域，在主剖面34c處之移動軌跡Mc的頂部鄰域形成一致。此外，從主剖面34c到內端部34b，在外齒34的各位置處之移動軌跡的底部，在主剖面34c處之移動軌跡Mc的底部形成一致。

如此一來，在可撓性外齒齒輪3中，於齒交線方向中，其主剖面34c以外之位置的齒形，形成：對主剖面34c處的基本外齒齒形，施以「由算式1A的第3算式所賦予的移位量h之移位」的移位齒形。

第5圖，為顯示可撓性外齒齒輪3之齒交線方向的中央附近之移位量的其中一例的圖表。該圖面中的橫軸，表示從外齒34之齒交線方向的中央(主剖面)起的距離，縱軸則表示移位量h。移位量h，是以相同傾斜的移位直線La、Lb所表示。移位直線La，表示從主剖面34c到開口端部34a的移位量，移位直線Lb，表示從主剖面34c到內端部34b的移位量。

此外，在第5圖中，是將主剖面34c作為頂點，並顯示連接於移位直線La、Lb的4次曲線C1。倘若依據該4次曲線C1來決定各位置處的移位量時，由於在包含外齒34之主剖面34c的齒交線方向的中央部分，形成實質上的平坦部，因此能保證移位的順暢變化，可撓性外齒齒輪3之齒切製(gear cutting)時的尺寸管理也變得容易。

第6圖，是顯示沿著外齒34及內齒24的齒交線方向之齒形輪廓的說明圖。在該圖中，是顯示在「包含兩齒輪之嚙合狀態中的長軸」之剖面處的狀態(最深度嚙合的狀態)。外齒34之齒交線方向的齒形輪廓，在包含其主剖面34c之齒交線方向的中央部分，是由上述的4次曲線C1所規定，在從該中央部分到開口端部34a之間的部分，是由移位直線La所規定，在從中央部分到內端部34b之間的部分，則由移位直線Lb所規定。

第7圖(A)、(B)、(C)，是以齒條近似來表示「以上述說明設定齒形的外齒34與內齒24間之 咬合態樣」的說明圖。第7圖(A)是在外齒34之開口端部34a的位置所獲得，第7圖(B)是在外齒34的主剖面位置所獲得，第7圖(C)是在外齒34之內端部34b的位置所獲得。從這些移動軌跡可得知，在形成近似的同時，可撓性外齒齒輪3的外齒34，在從其開口端部34a經由主剖面34c到達內端部34b的所有位置，對內齒24進行了充分的接觸。

如同以上的說明，諧波齒輪裝置1，能在其可撓性外齒齒輪3之齒交線的整個範圍中，實現兩齒輪的有效嚙合。如此一來，可以實現能傳遞更多的扭矩的諧波齒輪裝置。

A‧‧‧點(第1點)

B‧‧‧點(第2點、底點)

B1‧‧‧點

C‧‧‧點(第3點)

D‧‧‧點

E‧‧‧點

F1、F2‧‧‧直線

Mc‧‧‧移動軌跡

Claims (4)

1. 一種伴隨著齒面一致的複合嚙合諧波齒輪裝置，具有剛性內齒齒輪、同軸地配置於該內齒齒輪內側之可撓性的外齒齒輪、及嵌合於該外齒齒輪內側的諧波產生器，前述可撓性外齒齒輪被前述諧波產生器彎折成橢圓形，該可撓性外齒齒輪的外齒，在前述橢圓形之長軸方向的兩端部，嚙合於前述剛性內齒齒輪的內齒，倘若將n設成正的整數，前述可撓性外齒齒輪的齒數，便較前述剛性內齒齒輪的齒數少2n齒，前述剛性內齒齒輪、及變形前的前述可撓性外齒齒輪，皆為模數m的正齒輪，在前述外齒之齒交線方向的任意位置之軸直角剖面中，於前述可撓性外齒齒輪之橢圓形的輪緣中立曲線上的長軸位置，相對於其彎折前之輪緣中立圓的撓曲量，倘若將κ設為偏斜係數，便為2κmn，倘若將設定於前述外齒的齒交線方向之途中的位置的軸直角剖面作為主剖面，在該主剖面中的前述偏斜係數被設定為1，前述內齒，其齒冠齒形由第1相似曲線所限定，其齒根齒形則由第1齒形曲線所限定，前述外齒，其齒冠齒形由第2相似曲線所限定，其齒根齒形則由第2齒形曲線所限定，前述第1、第2相似曲線，在前述外齒與前述內齒的嚙合是以齒條嚙合形成近似的場合中，是依據在前述外齒 之齒交線方向的各位置，前述外齒伴隨著前述諧波產生器的轉動而相對於前述內齒的移動軌跡所獲得的曲線，前述第1相似曲線，是擷取從前述移動軌跡的一個頂點到下一個底點為止的曲線部分，在該曲線部分，將從第1點到第2點為止的第1曲線部分，以前述第2點作為相似的中心，縮小λ倍(0<λ<1)的相似曲線，前述第1點，是前述曲線部分的切線與前述輪緣中立曲線的長軸所形成的角度為從0到π為止間之值的角度θ_A的點，前述第2點是前述曲線部分的前述底點，前述第2相似曲線，是將第3點作為中心並藉由將該第1相似曲線轉動180度而所獲得的曲線，以該第3點作為相似中心而形成(1-λ)/λ倍的相似曲線，前述第3點，是前述第1相似曲線中前述第2點之相反側的端點，前述第1齒形曲線，是在由前述第2相似曲線所限定之前述外齒的齒冠齒形，從前述移動軌跡的前述頂點移動至前述第1點的過程中，形成於前述內齒的曲線，前述第2齒形曲線，是在由前述第1相似曲線所限定之前述內齒的齒冠齒形，從前述移動軌跡的前述頂點移動至前述第1點時，形成於前述外齒的曲線；前述可撓性外齒齒輪，具備可撓性的圓筒狀本體、和從該圓筒狀本體的後端朝半徑方向延伸的膜片，並在前述圓筒狀本體之前端開口側的外周面部分，形成前述外齒，前述外齒的前述撓曲量，是沿著其齒交線方向，從前述膜片側的內端部朝向前述前端開口側的開口端部，對從 前述膜片起的距離成比例地增加，在前述外齒，從前述主剖面到前述前端開口側的外齒開口端部為止之各軸直角剖面的撓曲狀態，是偏斜係數κ>1的正偏位撓曲，從前述齒交線方向的前述主剖面到前述膜片側之外齒內端部為止的各軸直角剖面的撓曲狀態，是偏斜係數κ<1的負偏位撓曲，前述外齒之齒交線方向上的前述主剖面以外之位置的齒形，是對基本外齒齒形施以對應於前述撓曲量之移位的移位齒形，前述基本外齒齒形是由前述主剖面的前述第2相似曲線及前述第2齒形曲線所規定，從前述外齒的前述主剖面到前述外齒開口端部之齒交線方向的各軸直角剖面的位置的齒形形狀，是為了使在各位置描繪出前述基本外齒齒形的前述移動軌跡之頂點的鄰域，接觸於位在前述主剖面描繪出前述基本外齒齒形的前述移動軌跡之頂點的鄰域，而藉由對前述基本外齒齒形施以移位所獲得的齒形，從前述外齒的前述主剖面到前述外齒內端部之齒交線方向的各軸直角剖面的位置的齒形形狀，是為了使在各位置描繪出前述基本外齒齒形的前述移動軌跡的底部，接觸於位在前述主剖面描繪出前述基本外齒齒形的前述移動軌跡的底部，而藉由對前述基本外齒齒形施以移位所獲得的齒形。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之伴隨著齒面一致的複合嚙合諧波齒輪裝置，其中分別在前述內齒的齒冠齒 形及前述外齒的齒冠齒形，對齒深實施使齒前緣形成若干下降的修正，以確保與相對應之齒根齒形間所需的頂部間隙。
3. 如申請專利範圍第1項所記載之伴隨著齒面一致的複合嚙合諧波齒輪裝置，其中前述移動軌跡，在前述模數m為1、前述齒數差為2的場合中，在將x軸作為齒條的平移方向、將y軸作為對平移方向呈直角的方向的平面座標中，一旦將θ作為前述諧波產生器的轉動角，則由以下的算式1所賦予，(算式1)x=0.5(θ-κsinθ) y=κcosθ前述主剖面之前述內齒的齒冠齒形則由以下的算式2所賦予，(算式2)x(θ)=0.5{(1-λ)π+λ(θ-sinθ)} y(θ)=λ(1+cosθ)-1但是，θ_A≦θ≦π前述主剖面之前述外齒的齒冠齒形則由以下的算式3所賦予，(算式3)x(θ)=0.5{(1-λ)(π-θ+sinθ)+θ_A-sinθ_A} y(θ)=cosθ_A-(1-λ)(1+cosθ)但是，θ_A≦θ≦π 前述內齒之齒根齒形的主部，在該內齒的底部與前述外齒的齒冠齒形形成一致，由從算式3所求出下述算式4所賦予，(算式4)x(θ)=0.5(1-λ)(π-θ+sinθ) y(θ)=λ-(1-λ)cosθ但是，θ_A≦θ≦π朝向由前述算式4所賦予的齒根齒形之主部的端點、與由前述算式2所賦予的前述內齒之齒冠齒形移行的曲線，是由從算式1與算式3所求出的下述算式5所賦予，(算式5)x(θ)=0.5{θ-sinθ+(1-λ)(π-θ_A+sinθ_A)} y(θ)=cosθ-(1-λ)(1+cosθ_A)但是，θ_A≦θ≦π前述外齒之齒根齒形的主部，在該外齒的底部與前述內齒的齒冠齒形形成一致，由從算式2所求出下述算式6所賦予，(算式6)x(θ)=0.5{(1-λ)π+λ(θ-sinθ)+θ_A-sinθ_A} y(θ)=λ(1+cosθ)-2+cosθ_A但是，θ_A≦θ≦π朝向由前述算式6所賦予的齒根齒形的端點、與由前述算式3所賦予的前述外齒之齒冠齒形移行的曲線，是由從算式1與算式2所求出的下述算式7所賦予， (算式7)x(θ)=0.5{θ-sinθ+(1-λ)π+λ(θ_A-sinθ_A)} y(θ)=cosθ-2+λ(1+cosθ_A)但是，θ_A≦θ≦π。
4. 如申請專利範圍第3項所記載之伴隨著齒面一致的複合嚙合諧波齒輪裝置，其中分別在前述內齒的齒冠齒形及前述外齒的齒冠齒形，對齒深實施了修正，以確保與相對應之齒根齒形間所需的頂部間隙。

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