双联型波动齿轮装置的制作方法

本发明涉及包括一对内齿齿轮、能够在半径方向上弯曲变形的圆筒状的外齿齿轮及波动发生器的波动齿轮装置。

背景技术：

具备圆筒状的外齿齿轮的波动齿轮装置通常包括：被固定而不旋转的静止侧内齿齿轮、作为旋转输入元件的波动发生器、作为减速旋转输出元件的驱动侧内齿齿轮、以及能够与静止侧内齿齿轮及驱动侧内齿齿轮啮合且能够在半径方向上弯曲变形的圆筒状的外齿齿轮。典型的波动齿轮装置中，外齿齿轮被弯曲变形成椭圆状而在椭圆形状的长轴两端的位置与静止侧及驱动侧的内齿齿轮啮合。

专利文献1中记载有一种一般的波动齿轮装置，该波动齿轮装置的静止侧内齿齿轮的齿数比外齿齿轮多2个，驱动侧内齿齿轮的齿数与外齿齿轮相同。外齿齿轮的外齿在其齿线方向的中央部分被分成两个部分，一方的外齿部分能够与静止侧内齿齿轮啮合，另一方的外齿部分能够与驱动侧内齿齿轮啮合。如果波动发生器旋转，则外齿齿轮以对应于与静止侧内齿齿轮的齿数差的速比进行减速旋转。从与外齿齿轮一体旋转的驱动侧内齿齿轮，输出外齿齿轮的减速旋转。

波动齿轮装置具有如下特征：能够获得较大的减速比，没有齿隙，并且，应答性良好。但是，因情形而有时希望得到低减速比的波动齿轮减速器。关于波动齿轮装置，如果减小速比，则外齿齿轮在半径方向上的弯曲量还会增多。考虑到外齿齿轮一边弯曲变形一边与内齿齿轮啮合等情形的波动齿轮减速器的机械特性、机械性能等，则通常是波动齿轮减速器的速比为50以上，很难得到不足30、例如20～15左右的低速比。

专利文献2中记载有一种波动齿轮装置，该波动齿轮装置的静止侧内齿齿轮的齿数比外齿齿轮多2个，驱动侧内齿齿轮的齿数比外齿齿轮少2个。该波动齿轮装置中，如果波动发生器旋转，则外齿齿轮以对应于与静止侧内齿齿轮的齿数差的速比进行减速旋转。外齿齿轮的旋转以对应于该外齿齿轮与驱动侧内齿齿轮之间的齿数差的速比进行加速，而从驱动侧内齿齿轮输出。从驱动侧内齿齿轮输出的旋转成为：以相对于输入给波动发生器的输入旋转而言比速比50要小的速比进行减速的减速旋转。

另一方面，专利文献3、4中记载有一种波动齿轮装置，该波动齿轮装置包括具备2列球轴承的波动发生器。该形式的波动发生器由具备椭圆状轮廓的外周面的刚性插塞和安装于该外周面的2列球轴承构成。柔性外齿齿轮通过被弯曲变形成椭圆状的各球轴承的外圈的外周面的长轴两端的部分而被推向半径方向的外方，从而保持与第一、第二刚性内齿齿轮的啮合。

专利文献

专利文献1：日本特开2011-112214号公报

专利文献2：日本特开平02-275147号公报

专利文献3：日本特开平01-91151号公报

专利文献4：日本特开平02-275147号公报

技术实现要素：

此处，作为外齿齿轮，考虑使用：在能够在半径方向上弯曲变形的圆筒体的外周面形成有能够与一个第一内齿齿轮啮合的第一外齿和能够与另一个第二内齿齿轮啮合且齿数与第一外齿不同的第二外齿的外齿齿轮。这样，与专利文献2中记载的波动齿轮装置同样地，能够实现速比不足50的波动齿轮装置。另外，与专利文献2中记载的波动齿轮装置相比，能够以更高的自由度设计出速比不足50的波动齿轮装置。

本说明书中，将具备在能够弯曲变形的圆筒体的外周面形成有齿数不同的第一、第二外齿的外齿齿轮的波动齿轮装置称为“双联型(dual type)波动齿轮装置”。关于双联型波动齿轮装置，存在如下所述的应该解决的课题。

首先，外齿齿轮的第一外齿及第二外齿形成于共通的圆筒体的外周面，它们的齿底轮缘部彼此连结在一起。齿数不同的第一、第二外齿分别与不同的内齿齿轮啮合，因与一方的内齿齿轮的内齿的啮合而作用于第一外齿的力与因与另一方的内齿齿轮的内齿的啮合而作用于第二外齿的力之间有很大不同。即，与将外齿在齿线方向上分成两个部分而形成第一、第二外齿部分的情形不同，由于第一、第二外齿的齿数不同，所以各自的齿廓形状也不同。

因此，在形成于由薄弹性体构成的柔性的圆筒体的外周面的第一、第二外齿之间的部分，产生较大的应力集中、较大的扭曲。其结果，第一、第二外齿的各自齿线方向的各位置上的相对于各内齿的齿接触均发生变化，作用于齿线方向各部分的齿面载荷分布大幅变动。

如果齿接触发生变化，且齿面载荷分布的变动较大，则无法提高外齿齿轮的齿底疲劳强度及传送负载扭矩。为了提高外齿齿轮的齿底疲劳强度及传送负载扭矩，需要使齿面载荷分布变得均匀而降低最大齿面载荷，将在齿线方向的各位置上的齿接触维持在良好的状态。

另外，第一、第二外齿相对于各内齿的啮合状态、特别是它们在齿线方向上的啮合状态被波动发生器的支撑刚性所影响。如果在齿线方向的各位置上的啮合状态不适当，则导致传送负载扭矩降低。

因此，为了提高外齿齿轮的齿底疲劳强度及传送负载扭矩，需要使齿面载荷分布变得均匀而降低最大齿面载荷，将在齿线方向的各位置上的齿接触维持在良好的状态。另外，需要提高波动发生器的支撑刚性，以便在齿线方向的各位置形成适当的啮合状态。

此外，如果波动发生器支撑外齿齿轮的状态不适当，则波动发生器的2列球轴承所产生的轴承球载荷分布就不均匀，导致它们的寿命降低。因此，为了使轴承球载荷分布变得均匀而提高其耐久性，还需要适当地支撑：第一外齿与一方的内齿齿轮的内齿的啮合部分以及第二外齿与另一方的内齿齿轮的内齿的啮合部分。

本发明的课题鉴于这一点，提供一种能够容易地实现低速比、柔性的外齿齿轮的齿底疲劳强度较高、且负载容量较大的双联型波动齿轮装置。

另外，本发明的课题除上述的课题以外，还提供一种外齿齿轮的支撑刚性较高、具备耐久性较高的波动发生器的负载容量较大的双联型波动齿轮装置。

为了解决上述的课题，本发明的双联型波动齿轮装置的特征在于，包括：

刚性的第一内齿齿轮，所述刚性的第一内齿齿轮形成有第一内齿；

刚性的第二内齿齿轮，所述刚性的第二内齿齿轮与所述第一内齿齿轮同轴地并列配置，且形成有第二内齿；

柔性的外齿齿轮，所述柔性的外齿齿轮同轴地配置于所述第一、第二内齿齿轮的内侧，且在能够在半径方向上弯曲变形的圆筒体的外周面形成有能够与所述第一内齿啮合的第一外齿以及能够与所述第二内齿啮合且齿数与所述第一外齿不同的第二外齿；以及

波动发生器，所述波动发生器使所述外齿齿轮在半径方向上弯曲变形，从而，使所述第一外齿与所述第一内齿局部啮合，使所述第二外齿与所述第二内齿局部啮合，

在所述第一外齿的齿线方向的内侧端面与所述第二外齿的齿线方向的内侧端面之间形成有间隙，该间隙在齿线方向上具有规定宽度，且在齿线方向的中央部分具有在齿高方向上最深的最深部，

所述间隙是作为所述第一、第二外齿的切齿用刀具的退避部起作用的间隙，

当所述第一外齿的齿线方向的外端至所述第二外齿的齿线方向的外端为止的宽度为L，所述间隙在齿线方向上的最大宽度为L1时，设定为：

0.1L<L1<0.3L，

当所述第一外齿的齿高为h1，所述第二外齿的齿高为h2，所述第一外齿的齿顶齿面至所述最深部为止的齿高方向的深度为t1，所述第二外齿的齿顶齿面至所述最深部为止的齿高方向的深度为t2时，设定为

0.9h1<t1<1.3h1，

0.9h2<t2<1.3h2。

本发明的双联型波动齿轮装置中，与第一内齿啮合的第一外齿和与第二内齿啮合的第二外齿虽然齿底轮缘部彼此连结在一起，但是，齿数、模数不同，因此，齿廓形状也不同。

当第一内齿的齿数为Zc1，第二内齿的齿数为Zc2，第一外齿的齿数为Zf1，第二外齿的齿数为Zf2时，第一内齿齿轮与具备第一外齿的外齿齿轮之间的速比R1、第二内齿齿轮与具备第二外齿的外齿齿轮之间的速比R2及波动齿轮装置的速比R分别如下表示。

R1＝1/{(Zf1-Zc1)/Zf1}

R2＝1/{(Zf2-Zc2)/Zf2}

R＝(R1*R2-R1)/(-R1+R2)

根据本发明的双联型波动齿轮装置，能够得到不足50、例如比30低很多的速比。另外，与以往不同，作为外齿齿轮的外齿，形成有齿数、模数不同的第一外齿及第二外齿。因此，与以往相比，能够容易地实现用于设定速比的设计的自由度较高、且速比较低的波动齿轮装置。

另外，本发明的双联型波动齿轮装置的外齿齿轮中，用于将第一、第二外齿切齿的切齿用刀具也不同。因此，本发明中，在外齿齿轮的齿线方向的中央部分亦即第一外齿与第二外齿之间形成有作为刀具退避部起作用的间隙。

通过如何形成该间隙，能够对齿线方向上的第一外齿相对于第一内齿的齿接触及齿面载荷分布造成较大的影响。同样地，对齿线方向上的第二外齿相对于第二内齿的齿接触及齿面载荷分布也造成较大的影响。

本发明中，着眼于这一点，将间隙的最大宽度L1设定在外齿齿轮的宽度L的0.1倍～0.3倍的范围内，将其最大深度t1、t2设定在第一、第二外齿的齿高h1、h2的0.9倍～1.3倍的范围内。通过像这样地形成间隙，确认到了：能够将第一、第二外齿的齿线方向的齿面载荷分布均匀化，齿接触也能够在第一、第二外齿相对于第一、第二内齿的齿线方向的各位置维持在良好的状态。

因此，根据本发明，能够容易地实现速比为30以下的波动齿轮装置，并且，能够实现外齿齿轮的齿底疲劳强度较高、且负载容量较大的波动齿轮装置。

接下来，优选为，本发明的双联型波动齿轮装置的波动发生器包括：

由支撑所述第一外齿的球轴承构成的第一波动轴承和由支撑所述第二外齿的球轴承构成的第二波动轴承，

所述第一、第二波动轴承各自的球中心位于：在齿线方向上距所述间隙在齿线方向上的中心的距离相等的位置，

当所述第一、第二波动轴承的球中心间距离为Lo时，

所述球中心间距离Lo随着所述间隙的最大宽度L1的增加而增加，且设定为：

0.35L<Lo<0.7L。

以往，为了增大外齿齿轮的支撑面积，使用了具备2列球轴承的波动发生器。没有对球中心间距离作任何考虑，2列球轴承配置成靠近外齿齿轮的齿宽方向上的中央部分。

本发明中，扩大2列波动轴承的球中心间距离Lo，以便提高齿数不同的第一、第二外齿的支撑刚性，能够使相对于内齿的齿接触在各外齿的齿线方向的各位置得到改善。即，随着形成于第一、第二外齿之间的作为刀具退避部起作用的间隙的齿线方向的最大宽度L1的增加，而扩大(增加)球中心间距离Lo。另外，使球中心间距离Lo的增减范围相对于外齿齿轮的宽度L而言在0.35倍～0.7倍的范围。

根据本发明，可以配置第一、第二波动轴承，以使得根据所形成的间隙的宽度，分别相对于第一、第二外齿，球中心位于齿线方向上的适当位置。由此，在第一、第二外齿各自的齿宽方向的各位置，能够通过第一、第二波动轴承，来可靠地支撑第一、第二外齿(能够提高波动发生器的支撑刚性。)。

其结果，能够使第一、第二外齿的齿宽方向的各位置的齿接触得到改善，能够提高这些外齿的齿底疲劳强度。另外，能够使波动发生器的各波动轴承处的轴承球载荷分布平均化，能够降低其最大载荷，因此，能够使波动发生器的寿命得到改善。

此处，本发明的双联型波动齿轮装置中，通常，第一外齿的齿数Zf1与第一内齿的齿数Zc1不同，第二外齿的齿数Zf2与第二内齿的齿数Zc2不同。例如可以使第一外齿的齿数Zf1比第一内齿的齿数Zc1要少，使第一内齿的齿数Zc1与第二内齿的齿数Zc2相同。

另外，波动发生器是旋转输入元件，第一内齿齿轮及第二内齿齿轮中的一方是被固定而不旋转的静止侧内齿齿轮，另一方是作为减速旋转输出元件的驱动侧内齿齿轮。

此外，外齿齿轮的第一、第二外齿通过波动发生器而弯曲变形成椭圆状、三瓣状等非圆形。由此，外齿齿轮与刚性的内齿齿轮则在圆周方向上离开的多个位置啮合。通常，外齿齿轮被弯曲变形成椭圆状，在圆周方向上距离180度的2处(椭圆形状的长轴的两端位置)啮合。在这种情况下，当n为整数时，第一外齿的齿数Zf1与第二外齿的齿数Zf2的差值为2n个。

附图说明

图1是应用了本发明的双联型波动齿轮装置的端面图及纵向截面图。

图2是图1的双联型波动齿轮装置的示意图。

图3是图1的波动齿轮装置的局部放大截面图。

具体实施方式

以下，参照附图，对应用了本发明的双联型波动齿轮装置的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的实施方式所涉及的双联型(dual type)波动齿轮装置(以下、仅称为“波动齿轮装置”。)的端面图及纵向截面图，图2是其示意图。波动齿轮装置1用作例如减速器，包括：圆环状的刚性的第一内齿齿轮2、圆环状的刚性的第二内齿齿轮3、由能够在半径方向上弯曲变形的薄弹性体构成的圆筒形状的柔性的外齿齿轮4、以及椭圆状轮廓的波动发生器5。

第一、第二内齿齿轮2、3在中心轴线1a的方向上以具有规定的间隙的方式同轴地并列配置。本例中，第一内齿齿轮2是被固定而不旋转的静止侧内齿齿轮，其第一内齿2a的齿数为Zc1。第二内齿齿轮3是被支撑为能够自由旋转的状态的驱动侧内齿齿轮，其第二内齿3a的齿数为Zc2。第二内齿齿轮3是波动齿轮装置1的减速旋转输出元件。

圆筒形状的外齿齿轮4同轴地配置于第一、第二内齿齿轮2、3的内侧。外齿齿轮4包括：能够在半径方向上弯曲变形的薄弹性体亦即圆筒体6、形成于该圆筒体6的圆形外周面的第一外齿7及第二外齿8、以及形成于这些外齿之间的作为刀具退避部起作用的间隙9(参照图3)。第一外齿7在圆筒体6的圆形外周面形成于中心轴线1a的方向上的一侧，第二外齿8形成于另一方的第二内齿3a这一侧。这些第一、第二外齿7、8形成为以中心轴线1a的方向为齿线方向。

即，第一外齿7形成于与第一内齿2a对置的一侧，其齿数为Zf1，能够与第一内齿2a啮合。第二外齿8形成于与第二内齿3a对置的一侧，其齿数为Zf2，能够与第二内齿3a啮合。这些齿数Zf1、Zf2不同。另外，第一外齿7和第二外齿8在齿线方向上分离开。

波动发生器5包括：椭圆状轮廓的刚性插塞11、安装于该刚性插塞11的椭圆状外周面的第一波动轴承12及第二波动轴承13。第一、第二波动轴承12、13由球轴承构成。

波动发生器5嵌入于外齿齿轮4的圆筒体6的内周面，将圆筒体6弯曲变形成椭圆状。因此，第一、第二外齿7、8也弯曲变形成椭圆状。弯曲变形成椭圆状的外齿齿轮4在其椭圆形状的长轴Lmax的两端位置能够与第一、第二内齿齿轮2、3啮合。即，第一外齿7在椭圆形状的长轴的两端位置能够与第一内齿2a啮合，第二外齿8在长轴的两端位置能够与第二内齿3a啮合。

波动发生器5是波动齿轮装置1的输入旋转元件。波动发生器5的刚性插塞11具备轴孔11c，在此，同轴地连结固定有输入旋转轴10(参照图2)。例如连结固定有马达输出轴。如果波动发生器5旋转，则外齿齿轮4的第一外齿7与静止侧的第一内齿2a的啮合位置以及外齿齿轮4的第二外齿8与驱动侧的第二内齿3a的啮合位置在圆周方向上发生移动。

第一外齿7的齿数Zf1与第二外齿8的齿数Zf2不同，本例中，第二外齿Zf2的齿数较多。另外，第一内齿2a的齿数Zc1与第一外齿7的齿数Zf1不同，本例中，第一内齿2a的齿数Zc1较多。第二内齿3a的齿数Zc2与第二外齿8的齿数Zf2不同，本例中，第二内齿3a的齿数Zc2较少。

本例中，外齿齿轮4弯曲变形成椭圆状而在圆周方向的2处与内齿齿轮2、3啮合。因此，当i为正整数时，第一外齿7的齿数Zf1与第二外齿8的齿数Zf2的差值为2i个。同样地，当j为正整数时，第一内齿2a的齿数Zc1与第一外齿7的齿数Zf1的差值为2j个。当k为正整数时，第二内齿3a的齿数Zc2与第二外齿8的齿数Zf2的差值为2k个。

Zf1＝Zf2+2i

Zc1＝Zf1+2j

Zc2＝Zf2-2k

作为具体例，各齿数如下设定(i＝j＝k＝1)。

Zc1＝62

Zf1＝60

Zc2＝62

Zf2＝64

第一内齿齿轮2与第一外齿7之间的速比R1、第二内齿齿轮3与第二外齿8之间的速比R2分别如下。

i1＝1/R1＝(Zf1-Zc1)/Zf1＝(60-62)/60＝-1/30

i2＝1/R2＝(Zf2-Zc2)/Zf2＝(64-62)/64＝1/32

因此，得到R1＝-30、R2＝32。

波动齿轮装置1的速比R使用了速比R1、R2并用下式表示。因此，根据本发明，能够实现速比非常小(低减速比)的波动齿轮装置。(另外，速比的负号表示输出旋转的方向是与输入旋转的方向相反的方向。)

R＝(R1*R2-R1)/(-R1+R2)

＝(-30×32+30)/(30+32)

＝-930/62

＝-15

(间隙：刀具退避部)

图3是波动齿轮装置1的局部放大截面图，示出外齿齿轮4及波动发生器5的第一、第二波动轴承12、13。形成在第一、第二外齿7、8之间的间隙9作为用于将第一、第二外齿7、8切齿的切齿用刀具的刀具退避部起作用。

首先，对第一、第二外齿7、8进行说明。本例的第一、第二内齿2a、3a的齿宽实质上是相同的。因此，以圆筒体6的齿线方向的中央位置6a为中心，以对称的状态来形成齿宽相同的第一外齿7及第二外齿8。在第一内齿2a、第二内齿3a的齿宽彼此不同的情况下，与此对应地，第一外齿7、第二外齿8的齿宽也不相同。

间隙9在齿线方向上具有规定的宽度，在齿线方向的中央部分具有在齿高方向上最深的最深部。本例中，在从齿厚方向观察的情况下，齿线方向的中央部分成为通过在齿线方向上平行延伸的直线而被确定的最深部9a。确定第一外齿7的齿线方向的内侧端面7a的凹圆弧曲线、以及确定第二外齿8的齿线方向的内侧端面8a的凹圆弧曲线平滑地连结于最深部9a的齿线方向的两端。也可以将最深部9a确定为凹曲面，并将两侧的内侧端面7a、8a确定为倾斜直线。另外，还可以将最深部9a确定为直线，并将两侧的内侧端面7a、8a确定为倾斜直线。

本例的间隙9的齿线方向的宽度是随着从最深部9a朝向齿高方向而渐渐增加的。其齿线方向上的最大宽度L1是：从第一外齿7的齿顶圆的齿线方向的内侧端7b至第二外齿8的齿顶圆的齿线方向的内侧端8b为止的齿线方向的距离。

此处，当第一外齿7的齿线方向的外端7c至第二外齿8的齿线方向的外端8c为止的宽度为L，间隙9在齿线方向上的最大宽度为L1时，设定为：

0.1L<L1<0.3L。

另外，间隙9的最深部9a的深度如下设定。当第一外齿7的齿高为h1，第二外齿8的齿高为h2，第一外齿7的齿顶齿面7d至最深部9a为止的齿高方向的深度为t1，第二外齿8的齿顶齿面8d至最深部9a为止的齿高方向的深度为t2时，设定为：

0.9h1<t1<1.3h1

0.9h2<t2<1.3h2。

(轴承球中心间距离)

接下来，参照图3，对第一、第二波动轴承12、13的轴承球中心间距离进行说明。

波动发生器5的刚性插塞11构成为：在其中心轴线的方向上的一侧形成有一定宽度的椭圆形轮廓的第一外周面11a，在另一侧形成有一定宽度的椭圆状轮廓的第二外周面11b。第一外周面11a和第二外周面11b是形状相同且相位相同的椭圆形状的外周面。还可以使第一、第二外周面11a、11b与第一、第二外齿7、8的弯曲量的差异对应而成为不同的椭圆形状。

在第一外周面11a上，以弯曲变形成椭圆状的状态安装有第一波动轴承12，在第二外周面11b上，以弯曲变形成椭圆状的状态安装有第二波动轴承13。第一、第二波动轴承12、13是尺寸相同的轴承。

第一波动轴承12及第二波动轴承13的轴承球中心12a、13a位于：在齿宽方向上距外齿齿轮4的齿宽方向的中央位置6a的距离相等的位置。另外，轴承球中心间距离设定为：随着间隙9的最大宽度L1的增加而增加。此外，当轴承球中心间距离为Lo时，该球中心间距离Lo设定为下式所示的范围内的值。

0.35L<Lo<0.7L

(其它实施方式)

另外，上述的例子中，使第一内齿齿轮2为静止侧内齿齿轮，使第二内齿齿轮3为驱动侧内齿齿轮。反之，还可以使第一内齿齿轮2为驱动侧内齿齿轮，使第二内齿齿轮3为静止侧内齿齿轮。

另外，外齿齿轮4可以通过波动发生器5而弯曲变形成椭圆状以外的非圆形形状、例如三瓣状等非圆形形状。当弯曲变形成非圆形的外齿齿轮与内齿齿轮的啮合部位的数量为h(h：2以上的正整数)时，两个齿轮的齿数差只要设定为h*p(p：正整数)即可。