CN113319839A - 齿轮装置以及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了齿轮装置以及机器人。齿轮装置的特征在于，具有：内齿齿轮；与所述内齿齿轮局部啮合而旋转，且具有挠性；以及波动产生器，设置于所述外齿齿轮的内侧，使所述内齿齿轮与所述外齿齿轮的啮合位置向绕所述旋转轴的周向移动；所述内齿齿轮的主材料包含黑铅粒子，所述内齿齿轮的内齿的齿面具备凸图案，所述凸图案包括向具有沿所述旋转轴的成分的第一方向延伸且在与所述第一方向交叉的第二方向上排列的第一凸部及第二凸部，在将所述黑铅粒子的平均粒径设为D[μm]、将所述第二方向上的所述第一凸部与所述第二凸部的分离距离设为S[μm]时，满足10≤D≤40以及S‑D≤20。

Description

齿轮装置以及机器人

技术领域

本发明涉及齿轮装置以及机器人。

背景技术

在具备包括至少一个臂的机器人臂的机器人中，例如，通过电机驱动使机器人臂的关节部转动。电机的旋转通过减速机减速而被传递至机器人臂。

作为这样的减速机，已知例如专利文献1中记载的波动齿轮装置。专利文献1中记载的波动齿轮装置通过如下部件构成：呈圆环状的刚性内齿齿轮，配置于其内侧的杯状的挠性外齿齿轮；以及嵌入该外齿齿轮的内侧的具有椭圆形轮廓的波动产生器，作为构成内齿齿轮的材料，使用球状黑铅铸铁。球状黑铅铸铁包含黑铅粒子，能够对内齿齿轮与外齿齿轮的啮合位置赋予基于黑铅粒子的良好的润滑性。由此，能够实现波动齿轮装置的长寿命化。

专利文献1：日本特开2002-307237号公报

然而，即使内齿齿轮包含黑铅粒子，若在内齿与外齿相互摩擦的位置露出的黑铅粒子较少，则无法对内齿齿轮与外齿齿轮的啮合位置赋予足够的润滑性。在该情况下，存在无法实现波动齿轮装置的长寿命化的问题。

发明内容

本发明的应用例所涉及的齿轮装置具有：内齿齿轮；外齿齿轮，与所述内齿齿轮局部啮合而相对于所述内齿齿轮绕旋转轴相对地旋转，且具有挠性；以及波动产生器，设置于所述外齿齿轮的内侧，使所述内齿齿轮与所述外齿齿轮的啮合位置向绕所述旋转轴的周向移动，所述内齿齿轮的主材料包含黑铅粒子，所述内齿齿轮的内齿的齿面具备凸图案，所述凸图案包括向具有沿所述旋转轴的成分的第一方向延伸且在与所述第一方向交叉的第二方向上排列的第一凸部及第二凸部，在将所述黑铅粒子的平均粒径设为D[μm]、将所述第二方向上的所述第一凸部与所述第二凸部的分离距离设为S[μm]时，满足10≤D≤40以及S-D≤20。

附图说明

图1是示出实施方式所涉及的机器人的简要构成的侧视图。

图2是示出第一实施方式所涉及的齿轮装置的纵剖视图。

图3是图2所示的齿轮装置主体的主视图，并且是从轴线a方向观察时的图。

图4是示出图3所示的刚性齿轮的单体的立体图。

图5是图4的局部放大图。

图6是将图3所示的刚性齿轮的内齿与挠性齿轮的外齿的啮合位置局部放大而示出的剖视图。

图7是图6的局部放大图。

图8是示出现有齿轮装置中的与图7相同位置的图。

图9是示出S-D与寿命的关系的图表。

图10是示出针对图9的图表的评价的表。

图11是示出S-D与扭矩传递效率的关系的图表。

图12是示出S-D与起动扭矩的关系的图表。

图13是示出第二实施方式所涉及的齿轮装置的纵剖视图。

附图标记说明

1…齿轮装置主体；1B…齿轮装置主体；2…刚性齿轮；3…挠性齿轮；3B…挠性齿轮；4…波动产生器；5…壳体；5B…壳体；7…凸图案；10…齿轮装置；10B…齿轮装置；11…盖体；11B…盖体；12…主体；13…轴承；14…轴承；15…内轮；16…外轮；17…滚子；18…交叉滚子轴承；21…黑铅粒子；22…基体组织；23…内齿；31…主体部；32…底部；32B…法兰部；33…外齿；36…开口部；41…凸轮；42…轴承；61…轴；62…轴；71…凸部；100…机器人；110…基台；111…内壁面；111B…内壁面；120…第一臂；121…内壁面；130…第二臂；140…作业头；141…花键轴；150…末端执行器；151…内壁面；160…配管；170…电机；190…控制装置；231…齿面；232…齿底；233…齿尖；331…齿面；411…轴部；412…凸轮部；421…内轮；422…滚珠；423…外轮；711…第一凸部；712…第二凸部；A…轴向；C…周向；D…平均粒径；G…润滑剂；J1…第一轴；J2…第二轴；J3…第三轴；La…长轴；Lb…短轴；R…径向；S…分离距离；a…轴线；h…突出高度。

具体实施方式

下面，基于附图所示的优选实施方式对本发明的齿轮装置以及机器人进行详细说明。

1.机器人

首先，对机器人进行简单地说明。

图1是示出实施方式所涉及的机器人的简要构成的侧视图。此外，为便于说明，下面将图1中的上侧称为“上”，将下侧称为“下”。另外，将图1中的基台侧称为“基端侧”，将其相反侧即末端执行器侧称为“前端侧”。此外，本说明书中的“方向”包括沿轴的一侧的方向及其相反方向这双方。

图1所示的机器人100例如是用于对精密设备、构成其的部品进行供给、去除、输送以及组装等作业的机器人。如图1所示，该机器人100具有基台110、第一臂120、第二臂130、作业头140、末端执行器150以及配管160。下面，对机器人100的各部依次进行简单地说明。

基台110例如通过螺栓等固定于未图示的地面。在基台110的内部设置有对机器人100进行整体控制的控制装置190。另外，在基台110连结有相对于基台110能够绕沿铅直方向的第一轴J1转动的第一臂120。即，第一臂120相对于基台110相对地转动。

在此，在基台110内设置有产生使第一臂120转动的驱动力的伺服电机等第一电机即电机170(驱动源)以及将电机170的驱动力的旋转进行减速的第一减速机即齿轮装置10。齿轮装置10的输入轴与电机170的旋转轴连结，齿轮装置10的输出轴与第一臂120连结。因此，若电机170进行驱动，且其驱动力经由齿轮装置10被传递至第一臂120，则第一臂120相对于基台110绕第一轴J1而在水平面内相对地转动。即，电机170是向齿轮装置10输出驱动力的驱动源。

在第一臂120的前端部连结有相对于第一臂120能够绕第二轴J2转动的第二臂130。在第二臂130内设置有未图示的产生使第二臂130转动的驱动力的第二电机以及将第二电机的驱动力的旋转进行减速的第二减速机。并且，第二电机的驱动力经由第二减速机被传递至第二臂130，由此，第二臂130相对于第一臂120绕第二轴J2在水平面内转动。

在第二臂130的前端部配置有作业头140。作业头140具有在第二臂130的前端部同轴地配置且插通于未图示的花键螺母以及滚珠丝杠螺母的花键轴141。花键轴141相对于第二臂130能够绕图1所示的第三轴J3旋转，并且能够向上下方向移动。

在第二臂130内配置有未图示的旋转电机以及升降电机。旋转电机的驱动力通过未图示的驱动力传递机构而被传递至花键螺母，若花键螺母进行正反旋转，则花键轴141绕沿铅直方向的第三轴J3进行正反旋转。

另一方面，升降电机的驱动力通过未图示的驱动力传递机构而被传递至滚珠丝杠螺母，若滚珠丝杠螺母进行正反旋转，则花键轴141向上下移动。

在花键轴141的前端部连结有末端执行器150。作为末端执行器150，不受特殊限定，可列举例如把持被输送物的末端执行器、对被加工物进行加工的末端执行器等。

连接于在第二臂130内配置的各电子部件例如第二电机、旋转电机、升降电机等的多个布线穿过连结第二臂130与基台110的管状的配管160内而被牵引至基台110内。进一步，相关的多个布线在基台110内被汇集在一起，与连接于电机170以及未图示的编码器的布线一起被牵引至在基台110内设置的控制装置190。

如上所述，机器人100具备作为第一部件的基台110、作为被设置成相对于基台110能够转动的第二部件的第一臂120、从基台110和第一臂120中的一方向另一方传递驱动力的齿轮装置10以及作为向齿轮装置10输出驱动力的驱动源的电机170。

此外，也可以将第一臂120以及第二臂130一并作为“第二部件”。另外，关于“第二部件”，除了第一臂120以及第二臂130，还可以包括作业头140以及末端执行器150。

另外，在本实施方式中，第一减速机由齿轮装置10构成，但也可以是第二减速机由齿轮装置10构成，另外，也可以是第一减速机以及第二减速机双方由齿轮装置10构成。在第二减速机由齿轮装置10构成时，将第一臂120作为“第一部件”，将第二臂130作为“第二部件”即可。

另外，在本实施方式中，电机170以及齿轮装置10设置于基台110，但也可以将电机170以及齿轮装置10设置于第一臂120。在该情况下，将齿轮装置10的输出轴连结至基台110即可。

2.第一实施方式所涉及的齿轮装置

接下来，对第一实施方式所涉及的齿轮装置进行说明。

图2是示出第一实施方式所涉及的齿轮装置的纵剖视图。图3是图2所示的齿轮装置主体的主视图，并且是从轴线a方向观察时的图。图4是示出图3所示的刚性齿轮的单体的立体图。图5是图4的局部放大图。图6是将图3所示的刚性齿轮的内齿与挠性齿轮的外齿的啮合位置局部放大而示出的剖视图。图7是图6的局部放大图。此外，在各图中，便于说明，各部的尺寸根据需要而被适当夸张地图示，另外，各部间的尺寸比不一定与实际的尺寸比一致。

图2所示的齿轮装置10是波动齿轮装置，例如被用作减速机。该齿轮装置10具有齿轮装置主体1以及收纳齿轮装置主体1的壳体5，且它们被一体化。在此，在齿轮装置10的壳体5内配置有润滑剂G。以下，对齿轮装置10的各部进行说明。此外，关于壳体5，根据需要设置即可，也可以省略。

2.1.齿轮装置主体

齿轮装置主体1具有作为内齿齿轮的刚性齿轮2、作为配置于刚性齿轮2的内侧的杯型的外齿齿轮的挠性齿轮3以及配置于挠性齿轮3的内侧的波动产生器4。

在本实施方式中，刚性齿轮2经由壳体5与前述的机器人100的基台110(第一部件)连接，挠性齿轮3与前述的机器人100的第一臂120(第二部件)连接，波动产生器4与配置于前述的机器人100的基台110的电机170的旋转轴连接。

若电机170的旋转轴旋转，则波动产生器4以与电机170的旋转轴相同的旋转速度旋转。并且，由于刚性齿轮2与挠性齿轮3的齿数彼此不同，因此，彼此的啮合位置一边向周向移动一边绕轴线a相对地旋转。在本实施方式中，由于刚性齿轮2的齿数比挠性齿轮3的齿数多，因此能够使挠性齿轮3以比电机170的旋转轴的旋转速度低的旋转速度旋转。即，能够实现将波动产生器4作为输入轴侧、将挠性齿轮3作为输出轴侧的减速机。

此外，根据壳体5的形态，即使将挠性齿轮3连接于基台110，且将刚性齿轮2连接于第一臂120，也能够将齿轮装置10用作减速机。另外，即使将电机170的旋转轴连接于挠性齿轮3，也能够将齿轮装置10用作减速机，在该情况下，将波动产生器4连接于基台110，将刚性齿轮2连接于第一臂120即可。另外，在将齿轮装置10用作增速机时，即在使挠性齿轮3以比电机170的旋转轴的旋转速度高的旋转速度旋转时，将前述的输入侧与输出侧的关系颠倒即可。

如图2以及图3所示，刚性齿轮2是由在径向上实质上不挠曲的刚体构成的齿轮，是具有内齿23的环状的内齿齿轮。在本实施方式中，刚性齿轮2是平齿轮。即，内齿23具有与轴线a平行的齿线。此外，内齿23的齿线也可以相对于轴线a倾斜。即，刚性齿轮2可以是斜齿轮或人字齿轮。

如图2以及图3所示，挠性齿轮3插通于刚性齿轮2的内侧。该挠性齿轮3是具有在径向上能够挠曲变形的挠性的齿轮，是具有与刚性齿轮2的内齿23的一部分啮合的外齿33的外齿齿轮。另外，挠性齿轮3的齿数比刚性齿轮2的齿数少。像这样，挠性齿轮3与刚性齿轮2的齿数彼此不同，由此能够实现减速机。

在本实施方式中，挠性齿轮3呈具有轴线a方向的一端即图2中右侧的端部为开口的开口部36的杯状，从该开口部36朝向另一端形成有外齿33。在此，挠性齿轮3具有呈绕轴线a的筒状的主体部31以及与主体部31的轴线a方向上的另一端部连接的底部32。由此，与底部32相比，设置有外齿33的开口部36在径向上容易挠曲，因此能够实现挠性齿轮3相对于刚性齿轮2的良好的挠曲啮合。进一步，能够提高连接有例如成为输出轴的轴62的底部32的刚性。由此，关于齿轮装置10，反冲非常小，适于重复进行反转的用途，另外，同时啮合齿数的比率较大，对1个齿施加的力较小，因此能够得到高扭矩容量。

如图2以及图3所示，波动产生器4配置于挠性齿轮3的内侧，且能够绕轴线a旋转。并且，波动产生器4通过使挠性齿轮3的开口部36的横截面变形为长轴为La以及短轴为Lb的椭圆形或长圆形，从而使挠性齿轮3的外齿33与刚性齿轮2的内齿23啮合。在此，挠性齿轮3与刚性齿轮2以能够绕同一轴线a旋转的方式彼此内外啮合。

在本实施方式中，波动产生器4具有凸轮41以及安装于凸轮41的外周的轴承42。凸轮41具有绕轴线a旋转的轴部411以及从轴部411的一端部向外侧突出的凸轮部412。

轴部411与例如成为输入轴的轴61连接。在从沿轴线a的方向观察时，凸轮部412的外周面呈椭圆形或长圆形。轴承42具有挠性的内轮421及外轮423、以及配置于它们之间的多个滚珠422。在此，内轮421嵌入凸轮41的凸轮部412的外周面，沿凸轮部412的外周面弹性变形为椭圆形或长圆形。随之，外轮423也弹性变形为椭圆形或长圆形。另外，内轮421的外周面以及外轮423的内周面分别具有将多个滚珠422沿周向进行引导且使其滚动的轨道面。另外，多个滚珠422以将彼此在周向上的间隔保持为恒定的方式而被未图示的保持器保持。此外，在轴承42内配置有未图示的润滑脂。该润滑脂可以与后述的润滑剂G相同，也可以不同。

在这样的波动产生器4中，随着凸轮41绕轴线a的旋转，凸轮部412的朝向发生变化，随之，外轮423的外周面也发生变形，使刚性齿轮2与挠性齿轮3的彼此的啮合位置向周向移动

另外，刚性齿轮2、挠性齿轮3以及波动产生器4分别由例如铸铁、镍铬钼钢、铬钼钢(SCM)、马氏体时效钢、析出硬化型不锈钢等铁系材料等金属材料构成。

特别是，作为外齿齿轮的挠性齿轮3优选以镍铬钼钢为主材料构成。镍铬钼钢通过适当的热处理而成为强韧的钢，疲劳强度等机械特性优异，因此适于作为重复作用应力的挠性齿轮3的构成材料。

作为镍铬钼钢，例如可列举JIS G 4053：2016中规定的种类的钢材。具体而言，作为JIS规定中规定的符号，可列举SNCM220、SNCM240、SNCM415、SNCM420、SNCM431、SNCM439、SNCM447、SNCM616、SNCM625、SNCM630、SNCM815等钢材。其中，作为挠性齿轮3的构成材料而使用的镍铬钼钢，从机械特性优异的观点来看，特别优选使用SNCM439。

此外，挠性齿轮3的构成材料可以包含镍铬钼钢以外的材料。即，挠性齿轮3可以由镍铬钼钢与其以外的材料复合而成的复合材料构成。然而，优选为，镍铬钼钢比其以外的材料占整体的质量比例多的构成，即镍铬钼钢为主材料。

另一方面，作为内齿齿轮的刚性齿轮2优选为由包含黑铅粒子21的材料构成，更优选为以包含黑铅粒子21和基体组织22的球状黑铅铸铁为主材料构成。球状黑铅铸铁被称为球墨铸铁，例如图7所示，是包含黑铅粒子21和存在于其周围的基体组织22的铸铁。在本实施方式中，在基于JIS G 5505：2013的附属书B中规定的黑铅粒子21的圆度系数的分类中，将基于图像分析的黑铅粒子21的圆度系数在0.56～1.00的范围内的黑铅铸铁作为“球状黑铅铸铁”。即，包含在图像上具有某一定程度以上的圆度的黑铅粒子21的黑铅铸铁为球状黑铅铸铁。此外，该图像分析是指，通过以全自动或半自动求出圆度系数的图像分析装置进行分析。另外，将图像分析的对象区域的面积设为4mm²以上。

在这样的球状黑铅铸铁中，通过黑铅粒子21呈球状，使得黑铅粒子21不容易成为龟裂的起点，因此例如与片状黑铅铸铁相比，能够将基体组织22的强度最大限度地发挥。其结果是，球状黑铅铸铁在强度、韧性上变得优异。因此，能够实现刚性齿轮2的长寿命化。

另外，在球状黑铅铸铁中，由于所包含的黑铅粒子21起到润滑剂的作用，因此刚性齿轮2的内齿23不容易凝结。因此，能够进一步实现刚性齿轮2的低磨损化，从而能够实现刚性齿轮2的长寿命化。

此外，球状黑铅铸铁能够将传来的振动在黑铅粒子21与基体组织22的分界处转换为热能而使其消失。因此，能够降低在刚性齿轮2产生的振动、噪音。

进一步，球状黑铅铸铁的热传导率高，且放热性优异。因此，刚性齿轮2的放热性也变高，能够抑制刚性齿轮2显著地成为高温的情况。

通过如上所述的效果，能够实现齿轮装置10的长寿命化。

此外，齿轮装置10的寿命是指，例如自开始使用齿轮装置10起至齿轮装置10的任意一个部位产生损伤为止的时间。作为相关的损伤，可列举例如刚性齿轮2或挠性齿轮3的断裂。

另外，在将黑铅粒子21的平均粒径设为D[μm]时，刚性齿轮2满足10≤D≤40，优选满足12≤D≤30。这样的刚性齿轮2包含比较大的黑铅粒子21。因此，基于黑铅粒子21的上述效果得到充分地发挥，能够实现有助于齿轮装置10的长寿命化的刚性齿轮2。

此外，黑铅粒子21的粒径通过如下方式求出。首先，对刚性齿轮2的截面实施镜面研磨。接下来，用显微镜观察研磨面，拍摄1.3mm×1.8mm的范围。针对得到的图像，实施图像处理，算出黑铅粒子21的图像的面积。将各图像看作正圆，基于得到的面积算出黑铅粒子21的直径。将这样求出的直径作为黑铅粒子21的粒径。另外，平均粒径D是指，自映现在图像中的黑铅粒子21的粒径较小的黑铅粒子21起对数量进行计数时累计个数成为整体的50％时的粒径。

作为球状黑铅铸铁，例如可列举JIS G 5502：2001中规定的种类的材料。具体而言，作为JIS规定中规定的符号，可列举FCD350-22、FCD350-22L、FCD400-18、FCD400-18L、FCD400-15、FCD400-10、FCD450-10、FCD500-7、FCD600-3、FCD700-2、FCD800-2、FCD900等。

另外，根据需要，可以对球状黑铅铸铁实施淬火/回火处理或奥氏体处理。由此，能够提高球状黑铅铸铁的机械强度，能够进一步实现齿轮装置10。

另外，作为球状黑铅铸铁的合金组成，例如可列举以如下方式包含如下成分的组成：Fe(铁)，作为主成分；C(碳)，2.0质量％以上且6.0质量％以下；Si(硅)，0.5质量％以上且3.5质量％以下；以及Mn(锰)，0.4质量％以上且1.0质量％以下。进一步，在球状黑铅铸铁中也可以包含Cu(铜)、Ni(镍)，Cr(铬)，Sn(锡)，Mg(镁)等。

此外，能够根据刚性齿轮2的制造条件来控制黑铅粒子21的粒径。例如，通过将铸造刚性齿轮2时的凝固速度设为较小，能够增大黑铅粒子21的粒径。另一方面，通过将凝固速度设为较大，能够实现与上述相反的控制。

另外，增加添加于球状黑铅铸铁的碳量、在铸造后进行了热处理时减缓冷却速度、在铸型的材料中使用砂型而非金属模具，由此能够增大黑铅粒子21的粒径。而通过减少碳量，或加快冷却速度，或使用金属模具，能够实现与上述相反的控制。

如图7所示，刚性齿轮2的主材料除了黑铅粒子21以外还可以包含基体组织22。

基体组织22是指，刚性齿轮2的主材料中除了黑铅粒子21以外的部分。该基体组织22可以是任何组织，例如包括珠光体组织，或者珠光体组织与铁素体组织的混合组织。

其中，珠光体组织是指，铁素体组织与呈层状的渗碳体组织交替排列的混合组织，在渗碳体组织中包含大量铁炭化物。另外，层状是指，由结晶组织的长径/短径规定的长宽比为例如5以上的状态。另一方面，铁素体组织也是被称为α固溶体的组织。基体组织22中包含这样的珠光体组织，由此能够特别地提高球状黑铅铸铁的疲劳强度。

此外，关于珠光体组织，可以单独地存在，也可以与铁素体组织并存。珠光体组织与铁素体组织的并存组织在珠光体组织中主要使硬度得以提高，在铁素体组织中主要使韧性得以提高，能够同时确保高强度和粘度。

另外，基体组织22除了上述组织以外还可以包括马氏体组织、奥氏体组织、索氏体组织、贝氏体组织等。在该情况下，在基体组织22整体中，珠光体组织与铁素体组织合计所占的面积比例优选为60％以上，更优选为90％以上。由此，使得上述的效果更可靠地发挥。

2.2.壳体

图2所示的壳体5具有经由轴承13支承轴61的大致板状的盖体11以及经由轴承14支承轴62的杯状的主体12。在此，盖体11与主体12连结而构成空间，在该空间收纳有前述的齿轮装置主体1。另外，在盖体11与主体12中的至少一方例如通过螺纹紧固而固定有前述的齿轮装置主体1的刚性齿轮2。

盖体11的内壁面111呈以覆盖挠性齿轮3的开口部36的方式向垂直于轴线a的方向而扩展的形状。另外，主体12的内壁面121呈沿挠性齿轮3的外周面以及底面的形状。这样的壳体5固定于前述的机器人100的基台110。在此，盖体11可以与基台110独立，例如通过螺纹紧固等固定于基台110，也可以与基台110为一体。另外，作为具备盖体11和主体12的壳体5的构成材料，不受特殊限定，例如可列举金属材料、陶瓷材料等。

2.3.润滑剂

润滑剂G例如是润滑脂、即半固体状润滑剂，配置于作为啮合部的刚性齿轮2与挠性齿轮3之间以及作为接触部/滑动部的挠性齿轮3与波动产生器4之间中的至少一方。以下，将这些啮合部、接触部/滑动部称为“润滑对象部”。通过向这样的润滑对象部供给润滑剂G，能够降低该润滑对象部的摩擦。

润滑剂G例如包含基础油、增稠剂、有机钼化合物。

作为基础油，例如可列举石蜡系、环烷系等的矿物油、聚烯烃、酯、有机硅等的合成油，能够单独地使用其中的1种，或组合使用2种以上。另外，作为增稠剂，例如可列举钙皂、钙复合皂、钠皂、铝皂、锂皂、锂复合皂等的皂系、另外聚脲、对苯二甲酸钠、聚四氟乙烯(PTFE)、有机膨润土、硅胶等的非皂系等，能够单独地使用其中的1种，或组合使用2种以上。像这样，关于将基础油以及增稠剂作为组成而包含的润滑剂G，增稠剂所形成的三维结构体复杂地缠绕而保持基础油，通过将该保持的基础油一点点渗出来发挥润滑作用。

2.4.刚性齿轮的凸图案

如图4所示，刚性齿轮2是具有多个内齿23的环状的齿轮。如图5所示，该内齿23具有齿面231、与齿面231连续的齿底232以及齿尖233。其中，如图6以及图7所示，至少齿面231与挠性齿轮3的外齿33的齿面331接触，且相互摩擦。由此，在刚性齿轮2与挠性齿轮3之间传递扭矩。

如图5至图7所示，内齿23的齿面231具有沿轴向A(第一方向)延伸的多个凸部71。各凸部71几乎彼此平行地延伸，且在齿面231内在具有径向R的成分的方向(第二方向)上排列。通过这样的多个凸部71构成图5所示的凸图案7。

此外，凸部71之间也可以不是完全地平行。另外，也可以具有凸部71之间局部交叉、分支的部分。进一步，凸部71延伸的第一方向只要是具有轴向A的方向成分的方向即可。由此，凸部71延伸的第一方向不限于图5所示的与轴向A平行的方向，也可以是相对于轴向A倾斜的方向。进一步，多个凸部71排列的第二方向只要是与凸部71的延伸方向交叉的方向，则不受特殊限定。另外，凸部71也可以具有中途弯曲、中断的部分。

凸部71是指比其周围突出的部分。在图5中，通过直线示出沿轴向A以线状延伸的凸部71。这样的凸部71也被称为凸条。多个凸部71以预定的间隔排列。在图7中，将多个凸部71中相邻的2个凸部设为第一凸部711及第二凸部712。

在本实施方式中，将凸部71排列的方向(第二方向)上的第一凸部711与第二凸部712的分离距离设为S[μm]。在此，分离距离S是第一凸部711的前端部与第二凸部712的前端部间的距离。另外，如前述，刚性齿轮2的主材料是包含黑铅粒子21的材料，将其平均粒径设为D[μm]。此时，关于刚性齿轮2，除了满足前述的10≤D≤40，还满足S-D≤20。

根据这样的构成，如图7所示，在刚性齿轮2的内齿23的齿面231，黑铅粒子21露出的概率变高。另外，由于分离距离S与平均粒径D的差在前述的上限值以下，与黑铅粒子21的粒径相比，凸图案7中的凸部71的宽度相对地变窄。由此，在凸部71中，特别是露出于顶部的黑铅粒子21的比率变大。由于凸部71的顶部是与挠性齿轮3的外齿33的齿面331相互摩擦的概率最高的部位，通过在该部位使得黑铅粒子21露出，能够提高内齿23与外齿33之间的润滑性。其结果是，能够实现齿轮装置10的长寿命化。

图8是示出现有齿轮装置中的与图7相同位置的图。此外，便于说明，在图8中，标注与图7相同的附图标记。

图8所示的齿轮装置满足S-D＞20。具体而言，图8中的分离距离S相比于图7所示的分离距离S变长。因此，图8所示的设置于齿面231的单位面积的凸部71的数量比图7所示的齿面231少。由此，露出于凸部71的顶部的黑铅粒子21的比率也变小。其结果是，在图8所示的凸部71的顶部，与图7所示的凸部71相比，与挠性齿轮3的外齿33的齿面331的摩擦变大。

如上所述，齿轮装置10具有作为内齿齿轮的刚性齿轮2、作为外齿齿轮的挠性齿轮3以及波动产生器4。挠性齿轮3具有挠性，且与刚性齿轮2局部啮合而相对于刚性齿轮2绕旋转轴(轴线a)相对地旋转。波动产生器4设置于挠性齿轮3的内侧，使刚性齿轮2与挠性齿轮3的啮合位置向绕旋转轴的周向C移动。

另外，刚性齿轮2的主材料是包含黑铅粒子21的材料。进一步，刚性齿轮2的内齿23的齿面231具备包含第一凸部711以及第二凸部712的凸图案7。第一凸部711以及第二凸部712向轴向A(具有沿轴线a的成分的第一方向)，且在与轴向A交叉的方向(与第一方向交叉的第二方向)上排列。并且，刚性齿轮2满足10≤D≤40以及S-D≤20。

根据这样的构成，在刚性齿轮2的内齿23的齿面231中，能够使黑铅粒子21以较高的概率露出在与挠性齿轮3的外齿33相互摩擦的位置。由此，黑铅粒子21与外齿33接触的概率变高，黑铅粒子21逐渐被刮削，由此能够提高内齿23与外齿33之间的润滑性。其结果是，能够实现齿轮装置10的长寿命化。

另外，由于凸部71之间成为凹部，因此润滑剂G容易积存于凹部。由此，抑制润滑剂G流出，通过润滑剂G也能够提高润滑性。

此外，在齿面231中，只要其至少一部分满足10≤D≤40以及S-D≤20即可，优选为齿面231的整体面积中的30％以上的区域满足，更优选为50％以上的区域满足，进一步优选为65％以上的区域满足。由此，能够更可靠地得到上述的效果。

另外，通过在第一方向的一部分测量第二方向上的第一凸部711的顶部与第二凸部712的顶部的距离来求出分离距离S。或者，在以遍及第一方向的全长的方式分布且以等间隔排列的10个以上的点测量第二方向上的第一凸部711的顶部与第二凸部712的顶部的距离，求出该测量值的平均值作为分离距离S。

在此，图9是示出S-D与寿命的关系的图表。此外，图9的横轴为S-D，纵轴为齿轮装置10的寿命。另外，图10是示出相对于图9的图表的评价的表。此外，在图10中，将图9所示的寿命分为4个等级而进行评价。评价的等级由A～D符号表示，评价A相当于最好的评价，评价D相当于最差的评价。

如图9所示，在S-D大于20μm的范围内存在如下趋势：若减小S-D则齿轮装置10的寿命变长。另一方面，在图9中示出了，通过将S-D设为20μm以下，使得齿轮装置10的寿命以比S-D大于20μm的范围内的上述趋势的外插更急剧的方式变长。由此，在从实现齿轮装置10的长寿命化的观点来看，S-D这一要素特别有意义。

另外，刚性齿轮2优选满足S-D≤10。在图9中示出了，通过将S-D设为10μm以下，使得齿轮装置10的寿命急剧地变长。由此，能够进一步实现齿轮装置10的长寿命化。

进一步，刚性齿轮2优选满足S-D≤-10。在图9中示出了，通过将S-D设为-10μm以下，使得齿轮装置10的寿命急剧地变长。由此，能够进一步实现齿轮装置10的长寿命化。

此外，可以不特别设定S-D的下限值，但优选为-30μm，更优选为-20μm。由此，能够抑制黑铅粒子21的粒径过大而引起的不良情况，例如，能够抑制刚性齿轮2的机械强度下降。

在图10中示出了基于图9所示的图表的评价。

在S-D大于20μm的范围内，如图10所示，寿命的评价为D评价。在该范围，存在齿轮装置10的寿命较短的趋势。

在S-D大于10μm且为20μm以下的范围内，如图10所示，寿命的评价为评价C。在该范围，齿轮装置10具有最低限度的寿命。

在S-D大于-10μm且为10μm以下的范围内，如图10所示，寿命的评价为评价B。在该范围，由于凸部71相对于黑铅粒子21的相对数量变多，因此能够使黑铅粒子21在凸部71的顶部更高的概率露出。

在S-D为-10μm以下的范围内，如图10所示，寿命的评价为A。在该范围，齿轮装置10的寿命变得特别长。

此外，齿轮装置10的寿命例如通过以下方式求出。

首先，对齿轮装置10的输入轴输入旋转数为3000rpm、平均负荷扭矩为50Nm、峰值扭矩为60Nm的扭矩，进行连续运行。并且，将直至齿轮装置10损坏为止的输入轴的旋转数作为齿轮装置10的寿命。

图11是示出S-D与扭矩传递效率的关系的图表。图12是示出S-D与起动扭矩的关系的图表。图11的横轴以及图12的横轴分别为S-D，图11的纵轴以及图12的纵轴分别为齿轮装置10的寿命。

如图11所示，在S-D大于20μm的范围内，扭矩传递效率为65％以下，较低，在S-D为20μm以下的范围内，能够得到足够高的扭矩传递效率。特别是，在S-D为10μm以下的范围内，能够得到69％以上的良好的扭矩传递效率。

如图12所示，在S-D大于20μm的范围内，起动扭矩为0.03Nm以上，较高，在S-D为20μm以下的范围内，以足够低的起动扭矩起动。

此外，扭矩传递效率是从输出轴输出的扭矩与以旋转数2000rpm输入于齿轮装置10的输入轴的扭矩的比例。另外，起动扭矩是处于停止的输入轴移动1°所需的扭矩。

这样的凸图案7可以通过任何方法形成。作为凸图案7的形成方法，例如可列举如切削、磨削这样的机械加工、如滚花加工这样的滚轧加工、如喷砂、喷丸这样的研磨加工、如铸造这样的成型加工等。其中，通过机械加工，能够形成精度高的凸图案7。

另外，凸部71的突出高度h不受特殊限定，但优选为0.01μm以上且30μm以下，更优选为0.10μm以上且10μm以下。由此，能够将内齿23与外齿33的接触面积最优化。其结果是，能够提高刚性齿轮2与挠性齿轮3之间的润滑性，能够抑制凸部71产生显著的缺损等变形，能够抑制扭矩传递特性产生较大的变化。此外，如图7所示，凸部71的突出高度h是指凸部71的顶部与底部的距离。

另一方面，与内齿23啮合的外齿33的齿面331不受特殊限定，可以是图7所示的平坦面，也可以具有包括多个凸部的凸图案、包括多个凹部的凹图案、或包括多个凸部和凹部双方的凹凸图案。

另外，本实施方式所涉及的机器人100具有：作为第一部件的基台110；作为相对于基台110转动的第二部件的第一臂120；传递使第一臂120相对于基台110相对地转动的驱动力的齿轮装置10；以及作为向齿轮装置10输出驱动力的驱动源的电机170。

根据这样的构成，在齿轮装置10中，能够实现长寿命化，从而能够实现不花费维护工夫且操作性良好的机器人100。

3.第二实施方式所涉及的齿轮装置

接下来，对第二实施方式所涉及的齿轮装置进行说明。

图13是示出第二实施方式所涉及的齿轮装置的纵剖视图。

本实施方式除了外齿齿轮的构成以及与其相伴的壳体的构成与第一实施方式不同以外，其他与前述的第一实施方式相同。此外，在以下的说明中，关于本实施方式，以与前述的实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同事项，省略其说明。另外，在图13中，对于与前述的实施方式相同的构成，标注相同的附图标记。

图13所示的齿轮装置10B具有齿轮装置主体1B以及收纳齿轮装置主体1B的壳体5B。此外，也可以省略壳体5B。

齿轮装置10B具有配置于刚性齿轮2的内侧的檐帽型即带檐的帽子型的外齿齿轮即挠性齿轮3B。该挠性齿轮3B具有与筒状的主体部31的一端部连接且向与轴线a相反的一侧突出的法兰部32B。在法兰部32B安装有未图示的输出轴。并且，挠性齿轮3B的构成材料等与第一实施方式所涉及的挠性齿轮3相同。

壳体5B具有经由轴承13支承例如成为输入轴的轴61的大致板状的盖体11B以及安装于前述的挠性齿轮3B的法兰部32B的交叉滚子轴承18。

盖体11B例如通过螺纹紧固等固定于刚性齿轮2的一侧即图13中右侧的侧面。交叉滚子轴承18具有内轮15、外轮16、配置于它们之间的多个滚子17。内轮15沿挠性齿轮3的主体部31的外周设置，例如通过螺纹紧固等固定于刚性齿轮2的另一侧即图13中左侧的侧面。外轮16例如通过螺纹紧固等固定于前述的挠性齿轮3B的法兰部32B。

另外，盖体11B的内壁面111B呈以覆盖挠性齿轮3B的开口部36的方式向垂直于轴线a的方向扩展的形状。另外，交叉滚子轴承18的内轮15的内壁面151呈沿挠性齿轮3B的主体部31的外周面的形状。

在如上所述的第二实施方式中也能够得到与第一实施方式相同的效果。

以上，基于图示的实施方式对本发明的齿轮装置以及机器人进行了说明，但本发明不限于此，所述实施方式的各部的构成能够被具有相同的功能的任意构成替换。另外，也可以在所述实施方式附加其他任意的构成物。

另外，在前述的实施方式中，对机器人所具备的基台为“第一部件”、第一臂为“第二部件”、从第一部件向第二部件传递驱动力的齿轮装置进行了说明，但本发明不限于此，也能够应用于第n臂为“第一部件”、第(n+1)臂为“第二部件”、从第n臂和第(n+1)臂中的一方向另一方传递驱动力的齿轮装置。此外，n为1以上的整数。另外，也能够应用于从第二部件向第一部件传递驱动力的齿轮装置。

另外，在前述的实施方式中，对水平多关节机器人进行了说明，但本发明的机器人不限于此，例如，机器人的关节数是任意的，另外也能够应用于垂直多关节机器人。

另外，在前述的实施方式中，以将齿轮装置组装于机器人的情况为例进行了说明，但本发明的齿轮装置能够组装于具有从彼此转动的第一部件和第二部件中的一方向另一方传递驱动力的构成的各种设备而使用。

Claims (5)

1.一种齿轮装置，其特征在于，具有：

内齿齿轮；

外齿齿轮，与所述内齿齿轮局部啮合而相对于所述内齿齿轮绕旋转轴相对地旋转，且具有挠性；以及

波动产生器，设置于所述外齿齿轮的内侧，使所述内齿齿轮与所述外齿齿轮的啮合位置向绕所述旋转轴的周向移动，

所述内齿齿轮的主材料包含黑铅粒子，

所述内齿齿轮的内齿的齿面具备凸图案，所述凸图案包括向具有沿所述旋转轴的成分的第一方向延伸且在与所述第一方向交叉的第二方向上排列的第一凸部及第二凸部，

在将所述黑铅粒子的平均粒径设为D[μm]、将所述第二方向上的所述第一凸部与所述第二凸部的分离距离设为S[μm]时，满足10≤D≤40以及S-D≤20。

2.根据权利要求1所述的齿轮装置，其特征在于，

所述内齿齿轮满足S-D≤10。

3.根据权利要求2所述的齿轮装置，其特征在于，

所述内齿齿轮满足S-D≤-10。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的齿轮装置，其特征在于，

所述外齿齿轮的主材料为镍铬钼钢。

5.一种机器人，其特征在于，具备：

第一部件；

第二部件，相对于所述第一部件转动；

权利要求1至4中任一项所述的齿轮装置，传递使所述第二部件相对于所述第一部件相对地转动的驱动力；以及

驱动源，向所述齿轮装置输出所述驱动力。

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