CN116214573A - 机器人机械手臂结构和机器人、及挠性外齿轮的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够实现不易产生可靠性下降的机器人机械手臂结构和机器人、及挠性外齿轮的制造方法。机器人机械手臂结构包括机器人用关节装置，该关节装置包括：谐波齿轮装置、第一构件和第二构件，谐波齿轮装置伴随着凸轮的旋转而使挠性外齿轮变形，使外齿的一部分与内齿的一部分啮合，从而使挠性外齿轮根据与刚性内齿轮的齿数差而相对于刚性内齿轮相对进行相对旋转，挠性外齿轮包括：通过使挠性外齿轮以在周向的整周上均匀地扩径的方式弹性变形而使挠性外齿轮产生应力的弹性变形部；和形成于弹性变形部的至少一部分的喷丸硬化部。如此，能够实现不易产生可靠性的下降。

Description

机器人机械手臂结构和机器人、及挠性外齿轮的制造方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及机器人机械手臂结构和机器人、及挠性外齿轮的制造方法。

背景技术

在专利文献日本特开2001-59153号公报中公开了通过渗氮进行谐波齿轮装置（挠曲啮合式齿轮装置）中的挠性外齿轮的表面处理。

谐波齿轮装置具有：环状的刚性内齿轮；配置于其内侧的杯形的挠性外齿轮；和嵌入其内侧的椭圆形的波发生器。挠性外齿轮包括圆筒状的躯体部和形成于躯体部的外周面的外齿。挠性外齿轮通过波发生器而挠曲为椭圆形，位于该椭圆形状的长轴方向的两端的外齿的部分并与形成于刚性内齿轮的内周面的内齿啮合。

当波发生器通过马达等旋转时，2个齿轮的啮合位置沿圆周方向移动，在2个齿轮之间产生与内齿和外齿的齿数差（2N（N为正整数））对应的相对旋转。此处，当刚性内齿轮一侧被固定时，能够从挠性外齿轮一侧得到与2个齿轮的齿数差相应地被大幅减速了的旋转输出。

但是，在上述那样的谐波齿轮装置中，挠性外齿轮反复弹性变形，因此由于金属疲劳等而产生以挠性外齿轮的表面为起点的损伤（破裂等），可能影响谐波齿轮装置的可靠性。另外，由于挠性外齿轮的表面粗糙、或者因磨损粉而引起的生锈的产生等，而产生因磨损粉进入波发生器的内侧而引起的波发生器（的轴承）的损伤等，可能影响谐波齿轮装置的可靠性。

发明内容

本发明正是鉴于上述事由而作出的，其目的在于提供能够实现不易产生可靠性下降的挠性外齿轮的制造方法、挠性外齿轮、谐波齿轮装置和机器人用关节装置。

本发明的一形态的机器人机械手臂结构，包括机器人用关节装置，其中，所述机器人用关节装置包括：谐波齿轮装置，所述谐波齿轮装置包括：环状的刚性内齿轮，具有内齿；环状的挠性外齿轮，具有外齿并配置于所述刚性内齿轮的内侧；和波发生器，具有以旋转轴为中心被旋转驱动的非圆形状的凸轮、和装配于所述凸轮的外侧的轴承，所述波发生器配置于所述挠性外齿轮的内侧，使所述挠性外齿轮产生挠曲；第一构件，固定于所述刚性内齿轮；和第二构件，固定于所述挠性外齿轮。所述谐波齿轮装置伴随着所述凸轮的旋转而使所述挠性外齿轮变形，使所述外齿的一部分与所述内齿的一部分啮合，从而使所述挠性外齿轮根据与所述刚性内齿轮的齿数差而相对于所述刚性内齿轮相对进行相对旋转。所述挠性外齿轮包括：通过使所述挠性外齿轮以在周向的整周上均匀地扩径的方式弹性变形而使所述挠性外齿轮产生应力的弹性变形部；和形成于所述弹性变形部的至少一部分的喷丸硬化部。

本发明的一形态的机器人，包括：所述机器人机械手臂结构，该机器人机械手臂结构包括两个机器人用关节装置，且该两个机器人用关节装置分别设于所述机器人中的两个部位的关节部；以及连杆，所述连杆将所述两个部位的所述两个机器人用关节装置连结。

本发明的一形态的挠性外齿轮的制造方法为所述谐波齿轮装置的所述挠性外齿轮的制造方法，其具有应力产生工序和喷丸硬化工序。所述谐波齿轮装置包括刚性内齿齿轮、挠性外齿轮和波发生器。所述刚性内齿轮是具有内齿的环状的部件。所述挠性外齿轮是具有外齿且配置于所述刚性内齿轮的内侧的环状的部件。所述波发生器具有以旋转轴为中心被旋转驱动的非圆形状的凸轮、和装配于所述凸轮的外侧的轴承。所述波发生器配置于挠性外齿轮的内侧，并使所述挠性外齿轮产生挠曲。所述谐波齿轮装置伴随着所述凸轮的旋转而使所述挠性外齿轮变形，使所述外齿的一部分与所述内齿的一部分啮合，从而使所述挠性外齿轮根据与所述刚性内齿轮的齿数差而相对于所述刚性内齿轮相对进行相对旋转。在所述应力产生工序中，通过使所述挠性外齿轮弹性变形而使所述挠性外齿轮产生应力。在所述喷丸硬化工序中，对产生所述应力的所述挠性外齿轮的表面的至少一部分实施喷丸硬化。

本发明的一形态的挠性外齿轮，应用于谐波齿轮装置，所述挠性外齿轮包括：通过使所述挠性外齿轮以在周向的整周上均匀地扩径的方式弹性变形而使所述挠性外齿轮产生应力的弹性变形部；和形成于所述弹性变形部的至少一部分的喷丸硬化部。

本发明的一形态的谐波齿轮装置包括所述挠性外齿轮、还包括所述刚性内齿齿轮和所述波发生器，所述刚性内齿轮具有内齿；所述挠性外齿轮具有外齿并配置于所述刚性内齿轮的内侧；所述波发生器具有以旋转轴为中心被旋转驱动的非圆形状的凸轮和装配于所述凸轮的外侧的轴承，所述波发生器配置于所述挠性外齿轮的内侧，使所述挠性外齿轮产生挠曲；所述谐波齿轮装置伴随着所述凸轮的旋转而使所述挠性外齿轮变形，使所述外齿的一部分与所述内齿的一部分啮合，从而使所述挠性外齿轮根据与所述刚性内齿轮的齿数差而相对于所述刚性内齿轮相对进行相对旋转。

本发明的一形态的机器人用关节装置包括所述谐波齿轮装置、固定于所述刚性内齿齿轮的第一构件和固定于所述挠性外齿轮的第二构件。

根据本发明，具有能够提供能够实现不易产生可靠性的下降的谐波齿轮装置的挠性外齿轮的制造方法、挠性外齿轮、谐波齿轮装置和包括机器人用关节装置的机械人机械手臂结构、以及机器人的优点。

附图说明

图1A是实施方式一的谐波齿轮装置的概略结构的剖视图；

图1B是图1A的区域Z1的放大图；

图2A是从旋转轴的输入侧观察到的上述谐波齿轮装置的概略图；

图2B是图2A的区域Z2的放大图；

图3A是从旋转轴的输出侧观察到的上述谐波齿轮装置的概略的分解立体图；

图3B是从旋转轴的输入侧观察到的上述谐波齿轮装置的概略的分解立体图；

图4是包含上述谐波齿轮装置的执行器的概略结构的剖视图；

图5是上述谐波齿轮装置的挠性外齿轮的概略结构的剖视图；

图6是表示上述谐波齿轮装置的挠性外齿轮的压缩残余应力的一例的图表；

图7是说明上述谐波齿轮装置的挠性外齿轮的制造方法的概略剖视图；

图8是说明上述谐波齿轮装置的挠性外齿轮的制造方法的、从旋转轴的输入侧观察到的概略图一；

图9是说明上述谐波齿轮装置的挠性外齿轮的制造方法的、从旋转轴的输入侧观察到的概略图二；

图10是使用了上述谐波齿轮装置的机器人的一例的剖视图；

图11是说明实施方式二的谐波齿轮装置的挠性外齿轮的制造方法的、从旋转轴的输入侧观察到的概略图。

附图标记说明

1谐波齿轮装置；2刚性内齿轮；3挠性外齿轮；4波发生器；21内齿；31外齿；41凸轮；42轴承；9机器人；130机器人用关节装置；131第一构件；132第二构件；304弹性变形部；305喷丸硬化部；Ax1旋转轴；J1、J2夹具。

具体实施方式

实施方式一

1．概要

以下，对于本实施方式所涉及的谐波齿轮装置1的概要，参照图1A~图5进行说明。本发明中所参照的附图均为示意图，图中的各结构要素的大小和厚度各自的比不一定限于反映实际的尺寸比。例如，图2A~图3B中的、内齿21和外齿31的齿形、尺寸和齿数等均仅是为了说明而示意性地表示，其主旨并不是限定于图示的形状。

本实施方式所涉及的谐波齿轮装置1是包括刚性内齿轮2、挠性外齿轮3和波发生器4的齿轮装置。该谐波齿轮装置1中，在环状的刚性内齿轮2的内侧配置有环状的挠性外齿轮3，进一步在挠性外齿轮3的内侧配置有波发生器4。波发生器4通过使挠性外齿轮3挠曲为非圆形状，从而使挠性外齿轮3的外齿31局部性地与刚性内齿轮2的内齿21啮合。当波发生器4旋转时，内齿21与外齿31的啮合位置沿刚性内齿轮2的圆周方向移动，并在2个齿轮（刚性内齿轮2和挠性外齿轮3）之间产生使挠性外齿轮3按照与刚性内齿轮2的齿数差进行的相对旋转。此处，如果刚性内齿轮2被固定，则挠性外齿轮3伴随着2个齿轮的相对旋转而旋转。其结果是，可从挠性外齿轮3获得与2个齿轮的齿数差相应地、按照比较高的减速比进行了减速的旋转输出。

另外，使挠性外齿轮3产生挠曲的波发生器4具有以输入侧的旋转轴Ax1（参照图1A）为中心被旋转驱动的非圆形状的凸轮41、和轴承42。轴承42配置于凸轮41的外周面411与挠性外齿轮3的内周面301之间。轴承42的内圈422固定于凸轮41的外周面411，轴承42的外圈421通过滚珠状的滚动体423被凸轮41按压而产生弹性变形。此处，通过滚动体423滚动，外圈421能够相对于内圈422相对旋转，因此当非圆形状的凸轮41旋转时，内圈422的旋转不传递至外圈421，而是在被凸轮41按压的挠性外齿轮3的外齿31发生波动运动。由于发生外齿31的波动运动，所以如上所述内齿21与外齿31的啮合位置沿刚性内齿轮2的圆周方向移动，从而在挠性外齿轮3与刚性内齿轮2之间发生相对旋转。

总之，在这种谐波齿轮装置1中，具有轴承42的波发生器4一边使挠性外齿轮3挠曲一边实现通过内齿21与外齿31的啮合而进行的动力传递。

在这种谐波齿轮装置1中，特别是如果长期使用，挠性外齿轮3反复弹性变形，因此由于金属疲劳等而产生以挠性外齿轮3的表面为起点的损伤（破裂等），可能影响谐波齿轮装置1的可靠性。另外，由于挠性外齿轮3的表面粗糙、或者因磨损粉而引起的生锈的产生等，而产生因磨损粉进入波发生器4的内侧而引起的波发生器4（的轴承42）的损伤等，可能影响谐波齿轮装置1的可靠性。

作为一例，若因以挠性外齿轮3的表面为起点的损伤、挠性外齿轮3的表面粗糙、或者生锈而阻碍挠性外齿轮3的变形追随性，波发生器4的旋转需要额外的能量，从而导致动力传递效率的下降、或者因施加于轴承42的负载增加而引起的寿命的缩短等。另外，当磨损粉进入轴承42时，以磨损粉向轴承42的外圈421或内圈422与滚动体423之间的咬入而产生的压痕为起点，外圈421、内圈422和滚动体423的任一表面可能产生损伤。这样的损伤（表面起点型的剥落）导致谐波齿轮装置1的品质和特性等的恶化，因此结果会导致谐波齿轮装置1的可靠性的下降。因此，在本实施方式中，通过以下的结构，能够实现不易产生可靠性的下降的谐波齿轮装置1。

即，如图1A~图3B所示，本实施方式的谐波齿轮装置1包括具有内齿21的环状的刚性内齿轮2、具有外齿31的环状的挠性外齿轮3和波发生器4。挠性外齿轮3配置于刚性内齿轮2的内侧。波发生器4配置于挠性外齿轮3的内侧，并使挠性外齿轮3产生挠曲。波发生器4具有：非圆形的凸轮41，以旋转轴Ax1为中心被旋转驱动；和轴承42，装配于凸轮41的外侧。谐波齿轮装置1伴随着凸轮41的旋转而使挠性外齿轮3变形，使外齿31的一部分与内齿21的一部分啮合，从而使挠性外齿轮3按照与刚性内齿轮2的齿数差而相对于刚性内齿轮2进行相对旋转。此处，本实施方式的谐波齿轮装置1的挠性外齿轮3的制造方法具有应力产生工序和喷丸硬化工序。在应力产生工序中，通过使挠性外齿轮3产生弹性变形而使挠性外齿轮3产生应力。在喷丸硬化工序中，对（在应力产生工序中）产生应力的挠性外齿轮3的表面的至少一部实施喷丸硬化。

根据该形态，通过使挠性外齿轮3弹性变形而使挠性外齿轮3产生应力，且同时对产生该应力的挠性外齿轮3的表面至少一部分实施喷丸硬化。因此，在挠性外齿轮3的表面的至少一部分处，通过喷丸硬化来赋予比较大的压缩残余应力，由此能够期待基于压缩残余应力的龟裂扩展的抑制、以及因表面硬度上升而带来的耐磨损性提高等效果。

而且，通过使挠性外齿轮3产生应力，不会使挠性外齿轮3的表面粗糙度恶化，且即使在挠性外齿轮3中的从表面到比较深的位置也能够赋予大的压缩残余应力。因此，抑制挠性外齿轮3的表面粗糙度的恶化，不易产生因挠性外齿轮3的表面的粗糙、或者因磨损粉而导致的生锈的产生等而引起的波发生器4（的轴承42）的损伤等。结果是，能够提供不易产生可靠性的下降的谐波齿轮装置1。并且，本实施方式的谐波齿轮装置1特别是即使在长期使用之际也不易产生可靠性的下降，因此还带来谐波齿轮装置1的传递效率的改善、长寿命化和高性能化。

另外，如图4所示，本实施方式所涉及的谐波齿轮装置1与驱动源101和输出部102一起构成执行器100。换言之，本实施方式的执行器100包括谐波齿轮装置1、驱动源101和输出部102。驱动源101使波发生器4旋转。输出部102将刚性内齿轮2和挠性外齿轮3的任一者的旋转力作为输出取出。

另外，如图4所示，本实施方式的谐波齿轮装置1与第一构件131和第二构件132一起构成机器人用关节装置130。换言之，本实施方式的机器人用关节装置130包括谐波齿轮装置1、第一构件131和第二构件132。第一构件131固定于刚性内齿轮2。第二构件132固定于挠性外齿轮3。由此，在谐波齿轮装置1中，在挠性外齿轮3与刚性内齿轮2之间产生相对旋转，由此机器人用关节装置130中的第一构件131与第二构件132进行相对旋转。

根据本实施方式的机器人用关节装置130，具有不易产生谐波齿轮装置1的可靠性的下降的优点。

2．定义

本发明中所说的“环状”是指至少在俯视时如在内侧形成包围而成的空间（区域）的圈（环）那样的形状，并不限于在俯视时为正圆的圆形状（圆环状），例如也可以是椭圆形状和多边形状等。进一步，例如也可以是如杯状的挠性外齿轮3那样具有底部322之类的形状，若其躯体部321为环状，则称为“环状”的挠性外齿轮3。

本发明中所提及的“刚性”是指在对物体施加外力而物体要变形时，物体抵抗该变形的性质。换言之，拥有刚性的物体即使施加外力也难以变形。另外，本发明中所提及的“挠性”是指在对物体施加外力时，物体发生弹性变形（挠曲）的性质。换言之，拥有挠性的物体在被施加外力时容易发生弹性变形。因此，“刚性”和“挠性”是相反的意思。

特别在本发明中，刚性内齿轮2的“刚性”和挠性外齿轮3的“挠性”按相对的意思来使用。即，刚性内齿轮2的“刚性”是指至少与挠性外齿轮3相比，刚性内齿轮2拥有相对高的刚性，也就是说即使对刚性内齿轮2施加外力也难以变形。同样，挠性外齿轮3的“挠性”是指至少与刚性内齿轮2相比，挠性外齿轮3具有相对高的挠性，也就是说挠性外齿轮3在被施加外力时容易弹性变形。

另外，在本发明中，有时将旋转轴Ax1的一方侧（图1A的右侧）称为“输入侧”，并将旋转轴Ax1的另一侧（图1A的左侧）称为“输出侧”。也就是说，在图1A的例子中，挠性外齿轮3在旋转轴Ax1的“输入侧”具有开口面35。但是，“输入侧”和“输出侧”只不过是为了说明而赋予的标签，其主旨并不是限定从谐波齿轮装置1观察到的、输入和输出的位置关系。

本发明中所提及的“非圆形状”是指不是正圆的形状，例如包含椭圆形状和长圆形状等。作为本实施方式中一例，波发生器4的非圆形状的凸轮41为椭圆形状。也就是说，在本实施方式中，波发生器4使挠性外齿轮3挠曲为椭圆形状。

在本发明中所说的“椭圆形状”是指正圆被压扁而使彼此正交的长轴与短轴的交点位于中心这样的形状全体，并不限于由与一个平面上的某2个定点的距离之和为恒定的点的集合构成的曲线即数学上的“椭圆”。也就是说，本实施方式中的凸轮41也可以是如数学上的“椭圆”那样由与一个平面上的某2个定点的距离之和为恒定的点的集合构成的曲线状，也可以不是数学上的“椭圆”而是像长圆那样的椭圆形状。如上所述，本发明中所参照的附图均为示意图，图中的各结构要素的大小和厚度各自的比不一定限于反映实际的尺寸比。因此，例如在图2A中，将波发生器4的凸轮41的形状设为稍大的椭圆形状，但是并不意旨限定实际的凸轮41的形状。

在本发明中所说的“旋转轴”是指成为旋转体的旋转运动的中心的虚拟的轴（直线）。也就是说，旋转轴Ax1是不伴有实体的虚拟轴。波发生器4以旋转轴Ax1为中心进行旋转运动。

在本发明中所说的“内齿”和“外齿”分别是指多个“齿”的集合（组）而不是单体的“齿”。也就是说，刚性内齿轮2的内齿21包括形成于刚性内齿轮2的内周面的多个齿的集合。同样，挠性外齿轮3的外齿31包括形成于挠性外齿轮3的外周面303（参照图1A）的多个齿的集合。

在本发明中所说的“平行”是指只要是一平面上的两条直线延长至任何位置也不相交的情况，也就是说除二者间的角度严格为0度（或180度）的情况之外，二者间的角度处于相对于0度收敛在几度（例如小于10度）左右的误差范围的关系。同样，本发明所说的“正交”是指除二者间的角度严格地以90度相交的情况之外，二者间的角度相对于90度收敛在几度（例如小于10度）左右的误差范围的关系。

3．构成

以下，参照图1A~图4来说明本实施方式的谐波齿轮装置1、执行器100和机器人用关节装置130的详细结构。

图1A是谐波齿轮装置1的概略结构的剖视图，图1B是图1A的区域Z1的放大图。图2A是从旋转轴Ax1的输入侧（图1A的右侧）观察到的谐波齿轮装置1的概略图，图2B是图2A的区域Z2的放大图。图3A从旋转轴Ax1的输出侧（图1A的左侧）观察到的、谐波齿轮装置1的概略的分解立体图。图3B是从旋转轴Ax1的输入侧观察到的、谐波齿轮装置1的概略的分解立体图。图4是包含谐波齿轮装置1的执行器100和机器人用关节装置130的概略结构的剖视图。

3.1．谐波齿轮装置

如上所述，本实施方式的谐波齿轮装置1包括刚性内齿轮2、挠性外齿轮3和波发生器4。在本实施方式中，谐波齿轮装置1的结构要素即刚性内齿轮2、挠性外齿轮3和波发生器4的材质为不锈钢、铸铁、机械结构用碳素钢、铬钼钢、磷青铜或铝青铜等金属。此处所说的金属包含实施了氮化处理等表面处理的金属。

另外，在本实施方式中，作为谐波齿轮装置1的一例，例示杯型的波动减速装置。也就是说，在本实施方式的谐波齿轮装置1中使用形成为杯状的挠性外齿轮3。波发生器4以被收容于杯状的挠性外齿轮3内的方式与挠性外齿轮3进行组合。

另外，作为本实施方式中的一例，谐波齿轮装置1在刚性内齿轮2固定于输入侧壳体111（参照图4）和输出侧壳体112（参照图4）等的状态下被使用。由此，伴随着刚性内齿轮2与挠性外齿轮3的相对旋转，挠性外齿轮3相对于固定构件（输入侧壳体111等）进行相对旋转。

进一步，在本实施方式中，在将谐波齿轮装置1用于执行器100的情况下，通过向波发生器4施加作为输入的旋转力，从而能够从挠性外齿轮3取出作为输出的旋转力。也就是说，谐波齿轮装置1将波发生器4的旋转作为输入旋转，并将挠性外齿轮3的旋转作为输出旋转而动作。由此，在谐波齿轮装置1中，能够得到相对于输入旋转按照较高的减速比进行了减速的输出旋转。

进一步，在本实施方式的谐波齿轮装置1中，输入侧的旋转轴Ax1和输出侧的旋转轴Ax2在同一直线上。换言之，输入侧的旋转轴Ax1和输出侧的旋转轴Ax2为同轴。此处，输入侧的旋转轴Ax1是施加有输入旋转的波发生器4的旋转中心，输出侧的旋转轴Ax1是产生输出旋转的挠性外齿轮3的旋转中心。也就是说，在谐波齿轮装置1中，在同轴上，能够得到相对于输入旋转按照较高的减速比进行了减速的输出旋转。

刚性内齿轮2也称为刚轮（circular spline），其为具有内齿21的环状的部件。在本实施方式中，刚性内齿轮2具有至少内周面在俯视时为正圆的圆环状。在圆环状的刚性内齿轮2的内周面，沿着刚性内齿轮2的圆周方向形成有内齿21。构成内齿21的多个齿为全部相同的形状，且以等间隔设置在刚性内齿轮2的内周面的圆周方向的整个区域。也就是说，内齿21的节圆在俯视观察下为正圆。另外，刚性内齿轮2在旋转轴Ax1的方向上具有规定的厚度。内齿21均形成于刚性内齿轮2的厚度方向的整个长度上。内齿21的齿向都与旋转轴Ax1平行。

如上所述，刚性内齿轮2固定于输入侧壳体111（参照图4）和输出侧壳体112（参照图4）等。因此，在刚性内齿轮2形成有固定用的多个固定孔22（参照图3A和图3B）。

挠性外齿轮3也称为柔轮（flex spline），其为具有外齿31的环状的部件。在本实施方式中，挠性外齿轮3是使用比较薄壁的金属弹性体（金属板）形成为杯状的部件。也就是说，挠性外齿轮3由于其厚度比较小（薄）而拥有挠性。挠性外齿轮3具有杯状的主体部32。主体部32具有躯体部321和底部322。在挠性外齿轮3未产生弹性变形的状态下，躯体部321的至少内周面301具有在俯视时为正圆的圆筒状。躯体部321的中心轴与旋转轴Ax1一致。底部322配置于躯体部321的一方的开口面，并具有在俯视时为正圆的圆盘状。底部322配置于躯体部321的一对开口面中的、靠旋转轴Ax1的输出侧的开口面。根据上述内容，主体部32通过躯体部321和底部322的整体实现向旋转轴Ax1的输入侧开放的、有底的圆筒状即杯状的形状。换言之，在挠性外齿轮3的旋转轴Ax1的方向上的与底部322相反一侧的端面形成有开口面35。也就是说，挠性外齿轮3是在齿向方向D1的一侧（此处为旋转轴Ax1的输入侧）具有开口面35的筒状。在本实施方式中，躯体部321和底部322由一个金属构件一体形成，由此能够实现无缝的主体部32。

此处，以在躯体部321的内侧嵌入非圆形状（椭圆形状）的波发生器4的方式使波发生器4与挠性外齿轮3组合。由此，挠性外齿轮3从内侧朝向外侧地、从波发生器4受到径向方向（与旋转轴Ax1正交的方向）的外力，由此弹性变形为非圆形状。在本实施方式中，通过使波发生器4与挠性外齿轮3组合，从而挠性外齿轮3的躯体部321弹性变形为椭圆形状。也就是说，挠性外齿轮3未产生弹性变形的状态是指波发生器4未与挠性外齿轮3组合的状态。相反，挠性外齿轮3产生弹性变形的状态是指波发生器4与挠性外齿轮3组合好的状态。

更详细地说，波发生器4嵌入躯体部321的内周面301中的与底部322相反一侧（旋转轴Ax1的输入侧）的端部。换言之，波发生器4嵌入挠性外齿轮3的躯体部321中的、旋转轴Ax1的方向上的开口面35侧的端部。因此，在挠性外齿轮3产生弹性变形的状态下，挠性外齿轮3在旋转轴Ax1的方向上的开口面35侧的端部处变形得比底部322侧的端部大，成为更接近椭圆形状的形状。根据这样的在旋转轴Ax1的方向上的变形量的不同，在挠性外齿轮3产生弹性变形的状态下，挠性外齿轮3的躯体部321的内周面301包含相对于旋转轴Ax1倾斜的渐缩面。

另外，在躯体部321的外周面303（参照图1A）中的至少与底部322相反的一侧（旋转轴Ax1的输入侧）的端部沿着躯体部321的圆周方向形成有外齿31。换言之，外齿31设于挠性外齿轮3的躯体部321中的、至少在旋转轴Ax1的方向上的开口面35侧的端部。构成外齿31的多个齿为全部相同的形状，且以等间隔设置在挠性外齿轮3的外周面303的圆周方向的整个区域。也就是说，外齿31的节圆在挠性外齿轮3未产生弹性变形的状态下，在俯视时为正圆。外齿31仅形成于从躯体部321的开口面35侧（旋转轴Ax1的输入侧）的端缘起的一定宽度的范围内。具体而言，在躯体部321中的、在旋转轴Ax1的方向上至少供波发生器4嵌入的部分（开口面35侧的端部）且在挠性外齿轮的躯体部的外周面303形成有外齿31。外齿31的齿向均与旋转轴Ax1平行。

总之，在本实施方式的谐波齿轮装置1中，刚性内齿轮2的内齿21和挠性外齿轮3的外齿31的任一齿向均与旋转轴Ax1平行。由此，在本实施方式中，“齿向方向D1”为与旋转轴Ax1平行的方向。并且，内齿21的齿向方向D1的尺寸是内齿21的齿宽，同样，外齿31的齿向方向D1的尺寸是外齿31的齿宽，因此齿向方向D1与齿宽方向同义。

如上所述，在本实施方式中，挠性外齿轮3的旋转作为输出旋转被取出。因此，在挠性外齿轮3安装有执行器100的输出部102（参照图4）。在挠性外齿轮3的底部322形成有用于安装作为输出部102的轴的多个安装孔33。进一步，在底部322的中央部形成有穿透孔34。底部322中的穿透孔34的周围比底部322的其他部位壁厚。

如此构成的挠性外齿轮3配置于刚性内齿轮2的内侧。此处，挠性外齿轮3以仅躯体部321的外周面303中的与底部322相反的一侧（旋转轴Ax1的输入侧）的端部插入于刚性内齿轮2的内侧的方式与刚性内齿轮2进行组合。也就是说，挠性外齿轮3的躯体部321中的、旋转轴Ax1的方向上、供波发生器4嵌入的部分（开口面35侧的端部）插入于刚性内齿轮2的内侧。此处，在挠性外齿轮3的外周面303形成有外齿31，并在刚性内齿轮2的内周面形成有内齿21。因此，在挠性外齿轮3配置于刚性内齿轮2的内侧的状态下，外齿31与内齿21彼此相对。

此处，刚性内齿轮2中的内齿21的齿数比挠性外齿轮3的外齿31的齿数多2N（N为正整数）。作为本实施方式的一例，N为“1”，挠性外齿轮3的（外齿31的）齿数比刚性内齿轮2的（内齿21的）齿数多“2”。这种挠性外齿轮3与刚性内齿轮2的齿数差对在谐波齿轮装置1中的、相对于输入旋转的输出旋转的减速比进行规定。

此处，在本实施方式中作为一例，如图1A和图1B所示，以外齿31的齿向方向D1的中心与内齿21的齿向方向D1的中心相对的方式设定旋转轴Ax1的方向上的挠性外齿轮3与刚性内齿轮2的相对位置。也就是说，在挠性外齿轮3的外齿31与刚性内齿轮2的内齿21中，齿向方向D1的中心的位置对准旋转轴Ax1的方向的同一位置。另外，在本实施方式中，外齿31的齿向方向D1的尺寸（齿宽）比内齿21的齿向方向D1的尺寸（齿宽）大。因此，在与旋转轴Ax1平行的方向上，内齿21收敛于外齿31的齿向的范围内。换言之，外齿31相对于内齿21向齿向方向D1的至少一侧突出。在本实施方式中，外齿31相对于内齿21向齿向方向D1的两侧（旋转轴Ax1的输入侧和输出侧）突出。

此处，在挠性外齿轮3未产生弹性变形的状态（挠性外齿轮3未与波发生器4组合的状态）下，描绘正圆的外齿31的节圆设定为比同样描绘正圆的内齿21的节圆小一圈。也就是说，在挠性外齿轮3未产生弹性变形的状态下，外齿31与内齿21隔着间隙相对，而彼此未啮合。

另一方面，在挠性外齿轮3产生弹性变形的状态（波发生器4与挠性外齿轮3组合好的状态）下，由于躯体部321挠曲为椭圆形状（非圆形状），所以挠性外齿轮3的外齿31与刚性内齿轮2的内齿21局部地啮合。也就是说，如图2A所示，挠性外齿轮3的躯体部321（的至少开口面35侧的端部）弹性变形为椭圆形状，由此位于椭圆形状的长轴方向的两端的外齿31与内齿21啮合。换言之，椭圆形状的外齿31的节圆的长径与正圆形状的内齿21的节圆的直径一致，椭圆形状的外齿31的节圆的短径比正圆形状的内齿21的节圆的直径小。如此，当挠性外齿轮3产生弹性变形时，构成外齿31的多个齿中的一部分齿与构成内齿21的多个齿中的一部分齿啮合。从结果来看，在谐波齿轮装置1中，能够使外齿31的一部分与内齿21的一部分啮合。

波发生器4也称为波形发生器（wave generator），其是使挠性外齿轮3产生挠曲，从而使挠性外齿轮3的外齿31产生波动运动的部件。在本实施方式中，波发生器4是俯视时外周形状为非圆形状、具体而言为椭圆形状的部件。

波发生器4具有非圆形状（此处为椭圆形状）的凸轮41和装配于凸轮41的外周的轴承42。也就是说，凸轮41与轴承42组合成在轴承42的内圈422的内侧嵌入有非圆形状（椭圆形状）的凸轮41。由此，轴承42从内圈422的内侧朝向外侧受到来自凸轮41的径向方向（与旋转轴Ax1正交的方向）的外力，从而弹性变形为非圆形状。也就是说，轴承42未产生弹性变形的状态是指凸轮41未与轴承42组合的状态。相反，轴承42产生弹性变形的状态是指凸轮41与轴承42组合好的状态。

凸轮41是以输入侧的旋转轴Ax1为中心被旋转驱动的、非圆形状（此处为椭圆形状）的部件。凸轮41具有外周面411（参照图1B），至少凸轮的外周面411由在俯视时为椭圆形状的金属板构成。凸轮41在旋转轴Ax1的方向（也就是说齿向方向D1）上拥有规定的厚度。由此，凸轮41具有与刚性内齿轮2同等程度的刚性。但是，凸轮41的厚度与刚性内齿轮2的厚度相比小（薄）。如上所述，在本实施方式中，将波发生器4的旋转作为输入旋转。因此，在波发生器4安装有执行器100的输入部103（参照图4）。在波发生器4的凸轮41的中央部形成有用于安装作为输入部103的轴的凸轮孔43。

轴承42具有外圈421、内圈422和多个滚动体423。在本实施方式中作为一例，轴承42由使用球体状的滚珠作为滚动体423的深沟球轴承构成。

外圈421和内圈422均为环状的部件。外圈421和内圈422均是使用壁较薄的金属弹性体（金属板）形成为环状的部件。也就是说，外圈421和内圈422由于其厚度比较小（薄）而均拥有挠性。在本实施方式中，外圈421和内圈422在轴承42未产生弹性变形的状态（凸轮41未与轴承42组合的状态）下，均具有俯视时为正圆的、圆环状。内圈422比外圈421小一圈并配置于外圈421的内侧。此处，外圈421的内径比内圈422的外径大，因此在外圈421的内周面425与内圈422的外周面之间产生间隙。

多个滚动体423配置于外圈421与内圈422之间的间隙。多个滚动体423沿外圈421的圆周方向排列配置。多个滚动体423为全部相同的形状的金属球（滚珠），且以等间隔设置在外圈421的圆周方向的整个区域。此处虽然未特别图示，但是轴承42还具有保持器，多个滚动体423通过保持器被保持于外圈421与内圈422之间。

另外，在本实施方式中作为一例，外圈421合内圈422的宽度方向（与旋转轴Ax1平行的方向）的尺寸与凸轮41的厚度相同。也就是说，外圈421和内圈422的宽度方向的尺寸比刚性内齿轮2的厚度小。

通过这种轴承42的结构，凸轮41与轴承42组合，由此轴承42的内圈422固定于凸轮41，内圈422弹性变形为与凸轮41的外周形状相似的椭圆形状。此时，轴承42的外圈421经由多个滚动体423被内圈422按压而弹性变形为椭圆形状。由此，轴承42的外圈421和内圈422均弹性变形为椭圆形状。如此，在轴承42产生弹性变形的状态（凸轮41与轴承42组合好的状态）下，外圈421和内圈422成为彼此相似的椭圆形状。

即使是在轴承42产生弹性变形的状态下，由于多个滚动体423介于外圈421与内圈422之间，所以外圈421与内圈422之间的间隙在外圈421的整周被维持为大致恒定。并且，在该状态下，通过外圈421与内圈422之间的多个滚动体423滚动，从而外圈421能够相对于内圈422进行相对旋转。由此，在轴承42产生弹性变形的状态下，当凸轮41以旋转轴Ax1为中心旋转时，凸轮41的旋转不传动至外圈421，而内圈422的弹性变形经由多个滚动体423传动至外圈421。也就是说，在波发生器4中，当凸轮41以旋转轴Ax1为中心旋转时，外圈421以由外圈421仿效的椭圆形状的长轴以旋转轴Ax1为中心进行旋转的方式弹性变形。因此，作为波发生器4整体而言，从旋转轴Ax1的输入侧观察到的、成为椭圆形状的波发生器4的外周形状以其长轴以旋转轴Ax1为中心进行旋转的方式伴随着凸轮41的旋转而变化。

如此构成的波发生器4配置于挠性外齿轮3的内侧。此处，挠性外齿轮3以仅躯体部321的内周面301中的与底部322相反一侧（开口面35侧）的端部与波发生器4嵌合的方式与波发生器4组合。此时，波发生器4的轴承42配置于凸轮41的外周面411与挠性外齿轮3的内周面301之间。此处，在轴承42未产生弹性变形的状态（凸轮41未与轴承42组合的状态）下的外圈421的外径与同样未产生弹性变形状态下的挠性外齿轮3（躯体部321）的内径相同。因此，波发生器4中的外圈421的外周面424（参照图2B）遍及轴承42的圆周方向的整周与挠性外齿轮3的内周面301相接。由此，在挠性外齿轮3产生了弹性变形的状态（波发生器4与挠性外齿轮3组合的状态）下，躯体部321挠曲为椭圆形状（非圆形状）。在该状态下，挠性外齿轮3相对于轴承42的外圈421被固定。

但是，只是挠性外齿轮3与波发生器4嵌合，因此挠性外齿轮3与轴承42的外圈421并不是完全固定。因此，如上所述，在挠性外齿轮3与嵌入挠性外齿轮3的内侧的外圈421之间，虽然微小但也产生间隙X1（参照图1B）。严格来说，外圈421的外周面424的直径比挠性外齿轮3的内周面301的直径稍小，因此外圈421与挠性外齿轮3之间的间隙X1不会被完全填埋，至少局部地产生间隙X1。并且，也存在这样的间隙X1的影响，伴随着波发生器4的凸轮41旋转而外圈421和挠性外齿轮3产生弹性变形，在外圈421与挠性外齿轮3之间可能产生相对旋转。该相对旋转例如是凸轮41的旋转数的几千分之一或者几百分之一左右的旋转，但是由于这样的相对旋转而使外圈421与挠性外齿轮3产生相对相互摩擦是微动磨损的一个原因。

本发明所说的“间隙”是指在2个物体的相对面间可能产生的空间，即使这2个物体不分离也可能在两者之间产生间隙。也就是说，即使2个物体接触，在这2个物体之间虽然微小但是也可能产生间隙。在挠性外齿轮3与嵌入挠性外齿轮3的内侧的外圈421之间，在相互相对的外圈421的外周面424与挠性外齿轮3的内周面301之间产生间隙X1。但是，基本上外圈421的外周面424与挠性外齿轮3的内周面301接触，因此两者间不产生大的间隙X1。因此，外圈421与挠性外齿轮3之间的间隙X1是在外圈421的外周面424与挠性外齿轮3的内周面301之间处可局部产生的微小的间隙。作为一例，在外圈421的外周面424与挠性外齿轮3的内周面301产生能够供润滑剂Lb1浸透的程度的微观的间隙X1。

如图2A所示，在上述构成的谐波齿轮装置1中，通过挠性外齿轮3的躯体部321挠曲为椭圆形状（非圆形状），从而挠性外齿轮3的外齿31与刚性内齿轮2的内齿21局部性地啮合。也就是说，通过挠性外齿轮3（的躯体部321）弹性变形为椭圆形状，从而与该椭圆形状的长轴方向的两端相应的2个部位的外齿31啮合于内齿21。并且，当凸轮41以旋转轴Ax1为中心旋转时，凸轮41的旋转不传动至外圈421和挠性外齿轮3，而内圈422的弹性变形经由多个滚动体423传动至外圈421和挠性外齿轮3。因此，从旋转轴Ax1的输入侧观察到的、成为椭圆形的挠性外齿轮3的外周形状以其长轴以旋转轴Ax1为中心进行旋转的方式伴随着凸轮41的旋转而变化。

其结果，在形成于挠性外齿轮3的外周面303的外齿31发生波动运动。由于发生外齿31的波动运动，所以内齿21与外齿31的啮合位置沿刚性内齿轮2的圆周方向移动，从而在挠性外齿轮3与刚性内齿轮2之间产生相对旋转。也就是说，外齿31由于在挠性外齿轮3（的躯体部321）所形成的椭圆形状的长轴方向的两端处与内齿21啮合，所以通过该椭圆形状的长轴以旋转轴Ax1为中心进行旋转，从而使内齿21与外齿31的啮合位置移动。如此，对于本实施方式所涉及的谐波齿轮装置1而言，伴随着以旋转轴Ax1为中心的波发生器4的旋转而使挠性外齿轮3变形，使外齿31的一部分与内齿21的一部分啮合，从而使挠性外齿轮3按照与刚性内齿轮2的齿数差而进行旋转。

另外，如上所述，在谐波齿轮装置1中，挠性外齿轮3与刚性内齿轮2的齿数差规定了在谐波齿轮装置1中的、相对于输入旋转的输出旋转的减速比。也就是说，在将刚性内齿轮2的齿数设为“V1”、将挠性外齿轮3的齿数设为“V2”的情况下，减速比R1以下述式1表示。

……（式1）

总而言之，刚性内齿轮2与挠性外齿轮3的齿数差（V1-V2）越小则减速比R1越大。作为一例，若刚性内齿轮2的齿数V1为“72”且挠性外齿轮3的齿数V2为“70”，其齿数差（V1-V2）为“2”，则根据上述式1，减速比R1为“35”。在这样的情况下，从旋转轴Ax1的输入侧观察时，当凸轮41以旋转轴Ax1为中心顺时针旋转一周（360度）时，挠性外齿轮3以旋转轴Ax1为中心逆时针仅旋转齿数差“2”的量（即、10.3度）。

根据本实施方式所涉及的谐波齿轮装置1，如此高的减速比R1能够由一级的齿轮（刚性内齿轮2与挠性外齿轮3）的组合来实现。

另外，波齿轮装置1只要至少包括刚性内齿轮2、挠性外齿轮3和波发生器4即可，还可以包括例如“3.2．执行器”一栏中说明的花键衬套113等作为构成要素。

3.2．执行器

接下来，对于本实施方式所涉及的执行器100的结构进行更详细的说明。

如图4所示，本实施方式所涉及的执行器100包括本实施方式的谐波齿轮装置1、驱动源101和输出部102。也就是说，执行器100除了构成谐波齿轮装置1的刚性内齿轮2、挠性外齿轮3和波发生器4，还包括驱动源101和输出部102。另外，执行器100除了谐波齿轮装置1、驱动源101和输出部102之外，还包括输入部103、输入侧壳体111、输出侧壳体112、花键衬套113、间隔件114、第一止挡件115、第二止挡件116和安装板117。另外，在本实施方式中，执行器100还包括输入侧轴承118、119，输入侧油封120，输出侧轴承121、122和输出侧油封123。

在本实施方式中，执行器100中的、除驱动源101、输入侧油封120和输出侧油封123以外的部件的材质为不锈钢、铸铁、机械结构用碳素钢、铬钼钢、磷青铜或铝青铜等金属。

驱动源101是马达（电动机）等动力的产生源。驱动源101所产生的动力传递至谐波齿轮装置1中的波发生器4的凸轮41。具体而言，驱动源101与作为输入部103的轴连接，驱动源101所产生的动力经由输入部103传递至凸轮41。由此，驱动源101能够使凸轮41旋转。

输出部102是沿着输出侧的旋转轴Ax2配置的圆柱状的轴。作为输出部102的轴的中心轴与旋转轴Ax2一致。输出部102通过输出侧壳体112保持为能够以旋转轴Ax2为中心旋转。输出部102固定于挠性外齿轮3中的主体部32的底部322，并以旋转轴Ax2为中心与挠性外齿轮3一起旋转。也就是说，输出部102将挠性外齿轮3的旋转力作为输出而取出。

输入部103是沿着输入侧的旋转轴Ax1配置的圆柱状的轴。作为输入部103的轴的中心轴与旋转轴Ax1一致。输入部103通过输入侧壳体111保持为能够以旋转轴Ax1为中心旋转。输入部103安装于波发生器4的凸轮41，并以旋转轴Ax1为中心与凸轮41一起旋转。也就是说，输入部103将驱动源101所产生的动力（旋转力）作为输入传递至凸轮41。如上所述，在本实施方式中，输入侧的旋转轴Ax1与输出侧的旋转轴Ax2位于同一直线上，因此输入部103与输出部102位于同轴上。

输入侧壳体111经由输入侧轴承118、119将输入部103保持为输入部103能够旋转。一对输入侧轴承118、119沿着旋转轴Ax1空出间隔而排列配置。在本实施方式中，作为输入部103的轴贯穿通过输入侧壳体111，且输入部103的前端部从输入侧壳体111中的旋转轴Ax1的输入侧的端面（图4的右端面）突出。输入侧壳体111的旋转轴Ax1的输入侧的端面中的、与输入部103之间的间隙由输入侧油封120堵塞。

输出侧壳体112经由输出侧轴承121、122将输出部102保持为输出部102能够旋转。一对输出侧轴承121、122沿着旋转轴Ax2空出间隔而排列配置。在本实施方式中，作为输出部102的轴贯穿通过输出侧壳体112，且输出部102的前端部从输出侧壳体112中的旋转轴Ax1的输出侧的端面（图4的左端面）突出。输出侧壳体112的旋转轴Ax1的输出侧的端面中的、与输出部102之间的间隙由输出侧油封123堵塞。

此处，如图4所示，输入侧壳体111和输出侧壳体112在从与旋转轴Ax1平行的方向、即齿向方向D1的两侧夹着谐波齿轮装置1的刚性内齿轮2的状态下相互结合。具体而言，输入侧壳体111从旋转轴Ax1的输入侧与刚性内齿轮2接触，输出侧壳体112从旋转轴Ax1的输出侧与刚性内齿轮2接触。如此，在将刚性内齿轮2夹持于输入侧壳体111与输出侧壳体112之间的状态下，穿过多个固定孔22利用螺钉（螺栓）使输入侧壳体111与输出侧壳体112紧固固定。由此，输入侧壳体111、输出侧壳体112和刚性内齿轮2彼此结合而成为一体。换言之，刚性内齿轮2与输入侧壳体111和输出侧壳体112一起构成执行器100的外轮廓。

花键衬套113是用于将作为输入部103的轴与凸轮41连结的筒状的部件。花键衬套113插入于形成在凸轮41的凸轮孔43，作为输入部103的轴以贯穿通过花键衬套113的方式插入于花键衬套113。此处，在以旋转轴Ax1为中心的旋转方向上，花键衬套113相对于凸轮41和输入部103这两者的移动被限制，在与旋转轴Ax1平行的方向上，花键衬套113至少能够相对于输入部103移动。由此，能够实现将花键连结结构作为输入部103与凸轮41的连结结构。由此，凸轮41能够相对于输入部103沿着旋转轴Ax1移动，并以旋转轴Ax1为中心与输入部103一起旋转。

间隔件114是填补花键衬套113与凸轮41之间的间隙的部件。第一止挡件115是防止花键衬套113从凸轮41脱落的部件。第一止挡件115例如由E型圈构成，安装于花键衬套113中的从凸轮41观察时旋转轴Ax1的输入侧的位置。第二止挡件116是防止输入部103从花键衬套113脱落的部件。第二止挡件116例如由E型圈构成，以从旋转轴Ax1的输出侧与花键衬套113接触的方式安装于输入部103。

安装板117是用于将作为输出部102的轴安装于挠性外齿轮3的底部322的部件。具体而言，在将底部322中的穿透孔34的周围的部分夹持于安装板117与输出部102的凸缘部之间的状态下，穿过多个安装孔33利用螺钉（螺栓）使安装板117与凸缘部紧固固定。由此，在挠性外齿轮3的底部322固定有作为输出部102的轴。

但是，在本实施方式中，在由输入侧壳体111、输出侧壳体112和刚性内齿轮2构成的执行器100的外轮廓的内侧封入有润滑剂Lb1。也就是说，在被输入侧壳体111、输出侧壳体112和刚性内齿轮2包围的空间内存在能够贮存液态或凝胶态的润滑剂Lb1的“润滑剂储存处”。

即，在本实施方式的谐波齿轮装置1中，例如在内齿21与外齿31的啮合部分和轴承42的外圈421与内圈422之间等注入有液态或凝胶态的润滑剂Lb1。作为一例，润滑剂Lb1是液态的润滑油。并且，在谐波齿轮装置1使用时，润滑剂Lb1也进入轴承42的外圈421（外圈的外周面424）与挠性外齿轮3之间的间隙X1。

如图4所示，在本实施方式中作为一例，以润滑剂Lb1的液面位于比输出侧轴承121、122的下端更靠下方的方式仅在执行器100的外轮廓的下部（铅垂方向的下部）贮存润滑剂Lb1。因此，关于外齿31和轴承42的外圈421等，在图4的状态下，仅旋转方向上的一部分浸于润滑剂Lb1。当输出部102从该状态伴随着输入部103的旋转而旋转时，外圈421和挠性外齿轮3也围绕旋转轴Ax1旋转，因此结果是外齿31和轴承42的外圈421等在旋转方向的整体浸于润滑剂Lb1。

3.3．机器人用关节装置

接下来，对本实施方式的机器人用关节装置130的结构进行更详细的说明。

如图4所示，本实施方式的机器人用关节装置130包括本实施方式的谐波齿轮装置1、第一构件131和第二构件132。也就是说，机器人用关节装置130除了构成谐波齿轮装置1的刚性内齿轮2、挠性外齿轮3和波发生器4，还包括第一构件131和第二构件132。

第一构件131是固定于刚性内齿轮2的构件，第二构件132是固定于挠性外齿轮3的构件。因此，在谐波齿轮装置1中，在挠性外齿轮3与刚性内齿轮2之间产生相对旋转，由此在第一构件131与第二构件132之间也产生相对旋转。如此，机器人用关节装置130经由谐波齿轮装置1构成将2个以上的构件（第一构件131和第二构件132）以相互活动的状态连结（可动连结）时的结合部位。

此处，第一构件131和第二构件132只要分别直接或间接地固定于刚性内齿轮2和挠性外齿轮3即可。在图4的例子中，第一构件131通过与输出侧壳体112结合，从而间接地与刚性内齿轮2结合（固定）。同样，第二构件132通过与输出部102结合，从而间接地与挠性外齿轮3结合（固定）。

在这样构成的机器人用关节装置130中，例如，当在由驱动源101产生的动力的作用下波发生器4的凸轮41旋转时，在挠性外齿轮3与刚性内齿轮2之间产生相对旋转。并且，伴随着挠性外齿轮3与刚性内齿轮2的相对旋转，在第一构件131与第二构件132之间，以输出侧的旋转轴Ax2（与输入侧的旋转轴Ax1同轴）为中心产生相对旋转。结果是，根据机器人用关节装置130，能够以使经由谐波齿轮装置1连结的第一构件131和第二构件132以旋转轴Ax1为中心相对地旋转的方式进行驱动。由此，机器人用关节装置130能够实现各种各样的机器人的关节机构。

4．各部的详细的结构

接下来，参照图1A、图1B、图5和图6对本实施方式的谐波齿轮装置1的各部的更详细的结构进行更详细的说明。

4.1．挠性外齿轮的表面状态

如上所述，本实施方式的谐波齿轮装置1的挠性外齿轮3的制造方法具有应力产生工序和喷丸硬化工序。参照图5和图6对利用该制造方法制造的挠性外齿轮3的表面状态进行说明。

在本实施方式中，在挠性外齿轮3的表面中的、至少躯体部321的外周面303通过弹性变形产生应力，并且实施喷丸硬化。因此，如图5所示，在挠性外齿轮3的外周面303形成有弹性变形部304和喷丸硬化部305。在本发明中所说的“弹性变形部”是利用应力产生工序通过使挠性外齿轮3弹性变形而产生应力的部位。在本发明中所说的“喷丸硬化部”是利用喷丸硬化工序而实施喷丸硬化的部位。

在本实施方式中作为一例，躯体部321的外周面303的大致整个区域是（通过应力产生工序）弹性变形的弹性变形部304，并且是喷丸硬化部305。也就是说，在包含外齿31的躯体部321的外周面303的大致整个区域形成有通过应力产生工序而弹性变形的弹性变形部304和喷丸硬化部305。进一步，弹性变形部304和喷丸硬化部305遍及挠性外齿轮3的外周面303中的圆周方向的整个区域而设置。因此，在外齿31中，在外齿的齿根312（参照图5）和齿顶313（参照图5）这两者设有弹性变形部304和喷丸硬化部305。

但是，喷丸硬化部305只要是弹性变形部304的至少一部分即可，无需弹性变形部304的整体为喷丸硬化部305。例如，在躯体部321的外周面303的大致整个区域为弹性变形部304的情况下，也可以仅挠性外齿轮的躯体部的外周面303中的除了底部322侧（旋转轴Ax1的输出侧）的端部以外的部分等、挠性外齿轮的躯体部的外周面303的一部分为喷丸硬化部305。

即，本实施方式的谐波齿轮装置1的挠性外齿轮3包括弹性变形的弹性变形部304和形成于弹性变形部304的至少一部分的喷丸硬化部305。并且，本实施方式的谐波齿轮装置1包括这样构成的挠性外齿轮3、刚性内齿齿轮2和波发生器4。

根据该结构，通过使挠性外齿轮3产生弹性变形而使挠性外齿轮3的弹性变形部304产生应力，且同时对作为产生该应力的挠性外齿轮3的表面的至少一部分的喷丸硬化部305实施喷丸硬化。因此，在挠性外齿轮3的表面的至少一部分（喷丸硬化部305）处，通过喷丸硬化来赋予比较大的压缩残余应力，由此能够期待基于压缩残余应力的龟裂扩展的抑制、以及因表面硬度上升而产生的耐磨损性提高等效果。

而且，由于喷丸硬化部305为弹性变形部304的至少一部分，所以通过使喷丸硬化部305产生应力，不会使挠性外齿轮3的表面粗糙度恶化，且即使在挠性外齿轮3中的距表面比较深的位置也能够赋予大的压缩残余应力。因此，抑制挠性外齿轮3的表面粗糙度的恶化，不易产生因挠性外齿轮的表面的粗糙、或者基于磨损粉的生锈的产生等而引起的波发生器4（的轴承42）的损伤等。结果是能够提供不易产生可靠性的下降的谐波齿轮装置1。

具体而言，在通过“5．挠性外齿轮的制造方法”一栏中详述的制造方法制造出的挠性外齿轮3中，作为一例，赋予图6和表1所示那样的压缩残余应力。在图6中，表示以距离表面的深度〔μm〕为横轴、以压缩残余应力〔MPa〕为纵轴时的挠性外齿轮3的各测定点处的压缩残余应力。在表1中，表示挠性外齿轮3的各测定点处的每个深度的压缩残余应力〔MPa〕。在图6和表1中，“Data1”是设定于长径侧的外齿的齿根312的测定点P1（参照图7和图8）处的测定数据，“Data2”是设定于长径侧的躯体部321的测定点P2（参照图7）处的测定数据，“Data3”是设定于短径侧的外齿的齿根312的测定点P3（参照图8）处的测定数据。另外，在图6和表1中，“Data0”是通过不包含应力产生工序而包含喷丸硬化工序的制造方法而制造的比较例的挠性外齿轮中的、设定于外齿的齿根的测定点处的测定数据。表1

从图6和表1显而易见，通过利用本实施方的制造方法进行制造，从而挠性外齿轮3的压缩残余应力飞跃性地变大。例如，当着眼于外齿31的齿根312中的距表面的深度为30μm的压缩残余应力时，在比较例Data0中为-235MPa，而与此相对，在本实施方式Data1中飞跃性地增大至-625MPa。在同样距表面的深度为30μm处，即使是躯体部321的数据Data2，压缩残余应力为-364MPa，与比较例Data0相比大幅地增大。

这样，在本实施方式的挠性外齿轮3中，特别是更深的位置的压缩残余应力飞跃性地变大。因此，例如，能够抑制以挠性外齿轮3所含有的夹杂物（非金属夹杂物）为起点的挠性外齿轮3的破损（龟裂或者破裂的发生）。

4.2．表面硬度

接着，对于本实施方式中的内齿21及外齿31的表面硬度进行说明。

如上所述，在本实施方式中，内齿21的表面硬度比外齿31的表面硬度低。也就是说，外齿31的表面的硬度比内齿21的表面的硬度高（硬）。本发明所说的“硬度”是指物体的坚硬程度，金属的硬度例如由以一定的压力推压钢球而形成的压痕的大小来表示。具体而言，作为金属的硬度的一例，有洛氏硬度HRC、布氏硬度HB、维氏硬度HV或肖氏硬度Hs等。在本实施方式中，只要没有特别说明，就是利用维氏硬度HV表示硬度。作为提高金属部件的硬度（变硬）的手段，例如有合金化或热处理等。

在本实施方式中，挠性外齿轮3的外齿31的表面由高硬度且高韧性（强韧）的材质构成，刚性内齿轮2的内齿21由硬度比外齿31低的材质构成。在本实施方式中作为一例，外齿31使用对由日本产业规格（JIS：Japanese Industrial Standards）规定为“SNCM439”的镍铬钼钢实施热处理（淬火回火）的材料。内齿21使用由日本产业规格（JIS）规定为“FCD800-2”的球状石墨铸铁。

进一步，与外齿31相比相对低硬度的内齿21的表面硬度优选为HV350以下。在本实施方式中作为一例，内齿21的表面硬度在HV250以上且小于HV350的范围内进行选择。内齿21的表面硬度的下限值不限于HV250，例如也可以是HV150、HV160、HV170、HV180、HV190、HV200、HV210、HV220、HV230或HV240等。同样，内齿21的表面硬度的上限值不限于HV350，例如也可以是HV360、HV370、HV380、HV390、HV400、HV410、HV420、HV430、HV440或HV450等。

对此，与内齿21相比相对高硬度的外齿31的表面硬度优选为HV380以上。在本实施方式中作为一例，外齿31的表面硬度在HV380以上且HV450以下的范围内进行选择。外齿31的表面硬度的下限值不限于HV380，例如也可以是HV280、HV290、HV300、HV310、HV320、HV330、HV340、HV350、HV360或HV370等。同样，内齿21的表面硬度的上限值不限于HV450，例如也可以是HV460、HV470、HV480、HV490、HV500、HV510、HV520、HV530、HV540或HV550等。

另外，在本实施方式中，内齿21的表面硬度与外齿31的表面硬度之差为HV50以上。也就是说，外齿31的表面硬度设定为比内齿21的表面硬度高HV50以上。总之，例如，如果内齿21的表面硬度为HV350，则外齿31的表面硬度为HV400以上。另外，如果外齿31的表面硬度为HV380，则内齿21的表面硬度为HV330以下。内齿21的表面硬度与外齿31的表面硬度之差不限于HV50以上，例如也可以是HV20以上、HV30以上或HV40以上。进一步，内齿21的表面硬度与外齿31的表面硬度之差优选更大，例如，更优选为HV60以上、HV70以上、HV80以上、HV90以上或HV100以上。如果内齿21的表面硬度与外齿31的表面硬度之差为HV100以上，则在内齿21的表面硬度为HV350时，外齿31的表面硬度为HV450以上。

如上所述，在本实施方式中，内齿21的表面硬度设定为比外齿31的表面硬度更低。因此，在谐波齿轮装置1动作时，当内齿21与外齿31接触时，与外齿31相比，相对表面硬度低的内齿21积极地磨损。在表面硬度不同的2个部件（内齿21和外齿31）接触时，相对软质的内齿21的磨损加剧，由此相对硬质的外齿31的磨损被抑制。也就是说，在谐波齿轮装置1的使用初期的阶段，由于适度地磨损内齿21的齿面，所以内齿21与外齿31之间的真实接触面积扩大，面压力下降，因此不易产生外齿31的磨损。而且，在如本实施方式那样内齿21的表面硬度为HV350以下的情况下，通过内齿21与外齿31的接触，即使因内齿21的缺损或磨损等而产生异物，该异物也是比较软质的。总之，通过将容易在谐波齿轮装置1的使用初期产生的因磨损而引起的异物设为从比较软质的内齿21出来的软质的异物，例如，即使异物进入轴承42也能够抑制对轴承42的损害。结果，例如，抑制对轴承42的损害变大的硬质的异物的产生量等。特别是当内齿21的表面硬度与外齿31的表面硬度之差如HV50以上那样为比较大的值时，上述效果显著。

进一步，通过使用球状石墨铸铁作为内齿21的材料，在内齿21的初期磨损时，能够期待抑制内齿21与外齿31的齿面的烧结的效果。由此，能够得到内齿21与外齿31的啮合部位处的润滑效果，且能够提高波动齿轮装置1中的动力传递效率。

内齿21以及外齿31的表面硬度并非必须用维氏硬度HV来规定，也可以用其他硬度、例如洛氏硬度HRC、布氏硬度HB或肖氏硬度Hs来规定内齿21以及外齿31的表面硬度。

具体而言，在用洛氏硬度规定表面硬度的情况下，内齿21的表面硬度优选为HRC30以下。作为一例，内齿21的表面硬度在HRC20以上且小于HRC30的范围内进行选择。内齿21的表面硬度的下限值不限于HRC20、例如也可以是HRC10、HRC15或HRC25等。同样，内齿21的表面硬度的上限值不限于HRC30，例如也可以是HRC35、HRC40或HRC45等。

对此，外齿31的表面硬度优选为HRC40以上。作为一例，外齿31的表面硬度在HRC40以上且HRC60以下的范围内选择。外齿31的表面硬度的下限值不限于HRC40，例如也可以是HRC30或HRC35等。同样，外齿31的表面硬度的上限值不限于HRC60，例如也可以是HRC50、HRC55，HRC65，HRC70或HRC75等。

4.3．齿向修整

接下来，对本实施方式中的内齿21以及外齿31的齿向修整进行说明。

作为前提，如图1B所示，内齿21具有齿根212以及齿顶213。内齿21设置于刚性内齿轮2的内周面，因此内齿21的齿根212相当于刚性内齿轮2的内周面，内齿的齿顶213从刚性内齿轮2的内周面朝向内侧（刚性内齿轮2的中心）突出。

另一方面，如图1B所示，外齿31具有齿根312和齿顶313。外齿31设置于挠性外齿轮3（的躯体部321）的外周面303，因此外齿31的齿根312相当于挠性外齿轮3（的躯体部321）的外周面303，外齿的齿顶313从挠性外齿轮3（的躯体部321）的外周面303朝向外侧突出。

在内齿21与外齿31的啮合位置处，外齿31的齿顶313插入内齿21的相邻的一对齿顶213之间，从而内齿21与外齿31啮合。此时，外齿31的齿顶313与内齿21的齿根212对置，内齿21的齿顶213与外齿31的齿根312对置。并且，优选的是，在内齿21的齿根212与外齿31的齿顶313之间且在外齿31的齿根312与内齿21的齿顶213之间，确保微小的间隙。在该状态下，内齿21和外齿31的在齿厚方向上相对的齿面彼此接触，而进行刚性内齿轮2与挠性外齿轮3之间的动力传递。

进一步，内齿21在齿向方向D1的两端部具有倒角部211。倒角部211是朝向齿向方向D1的两侧减小内齿21的突出量的C面，基本上是对内齿21与外齿31的啮合没有帮助的部位。也就是说，内齿21的倒角部211在内齿21与外齿31的啮合位置处也不与外齿31相接。同样，外齿31在齿向方向D1的两端部具有倒角部311。倒角部311是朝向齿向方向D1的两侧减小内齿21的突出量的C面，基本上是对内齿21与外齿31的啮合没有帮助的部位。也就是说，外齿31的倒角部311在内齿21与外齿31的啮合位置处也不与内齿21相接。

在此，在本实施方式中，刚性内齿轮2的内齿21具有齿向修整部210。也就是说，波动齿轮装置1至少对内齿21实施齿向修整。内齿21的齿向修整部210设置于齿向方向D1的至少一侧的端部。换言之，内齿21在内齿21的齿向方向D1的至少一侧的端部具有齿向修整部210。在本实施方式中，齿向修整部210设置于内齿21的齿向方向D1的两端部。

另外，在本实施方式中，挠性外齿轮3的外齿31还具有齿向修整部310。也就是说，谐波齿轮装置1不仅对内齿21而且对外齿31也实施齿向修整。外齿的齿向修整部210设于齿向方向D1的至少一侧的端部。换言之，外齿31在外齿31的齿向方向D1的至少一侧的端部具有齿向修整部310。在本实施方式中，齿向修整部310设于外齿31的齿向方向D1的两端部。

这样，在本实施方式的波动齿轮装置1中，内齿21和外齿31中的至少一者具有齿向修整部210、310。利用齿向修整部210、310，能够不易产生因内齿21与外齿31的过度的齿接触而引起的应力集中，结果是，能够改善该内齿21与外齿31的齿接触。由此，不易产生由内齿21与外齿31的接触产生的缺损或磨损等而引起的异物，能够实现不易产生可靠性降低的波动齿轮装置1。

5．挠性外齿轮的制造方法

接下来，参照图7~图9对本实施方式的谐波齿轮装置1的挠性外齿轮3的制造方法进行详细说明。

如上所述，挠性外齿轮3的制造方法具有应力产生工序和喷丸硬化工序。特别在本实施方式中，同时执行应力产生工序和喷丸硬化工序。因此，在通过利用应力产生工序使挠性外齿轮3弹性变形而使挠性外齿轮3产生应力的状态下，通过喷丸硬化工序，对产生应力的挠性外齿轮3的表面的至少一部分实施喷丸硬化。

本发明所说的“喷丸硬化”是使多个由被称为研磨材料或者介质的小的球状颗粒构成的投射材料M1（参照图7）以高速碰撞加工加对象物的冷加工法的一种。也就是说，在喷丸硬化工序中，对（在应力产生工序）产生应力的挠性外齿轮3的表面的至少一部分投射多个投射材料M1。通过与作为加工对象物的挠性外齿轮3碰撞的多个投射材料M1，在挠性外齿轮3的表面产生凹凸的塑性变形。由此，在挠性外齿轮3中，期待基于压缩残余应力的龟裂扩展的抑制、以及基于表面硬度上升而引起的耐磨损性提高等的表面改性。

更详细地说，当投射材料M1通过喷丸硬化与挠性外齿轮3的表面碰撞时，碰撞部位的正下方凹陷，产生将碰撞部位的周边推开的塑性变形区域。此处，塑性变形区域因加工硬化而强度（屈服点）变高，且因没有变形的周围的拘束而产生压缩残余应力。进一步，通过机械加工的切削痕等产生的微小龟裂容易成为龟裂扩展的起点，但是实施了喷丸硬化的部位的表面的成为龟裂产生的主要因素的表面缺陷被压溃，因此来自这样的微小龟裂的龟裂扩展也被抑制。即，通过表面状态的改善和表面强度（屈服点）的上升，抑制龟裂的产生，在压缩残余应力的赋予中通过抑制龟裂扩展而能够大幅提高疲劳强度。

但是，在通常的喷丸硬化中，如果特别要增大距表面深的部位的压缩残余应力，则作为加工对象物的挠性外齿轮3的表面粗糙度容易因喷丸硬化而恶化（也就是说，容易变粗糙）。当表面粗糙度恶化时，容易产生因挠性外齿轮3的表面的粗糙、或因磨损粉而引起的生锈的产生等而引起的波发生器4（的轴承42）的损伤等。对此，在本实施方式的挠性外齿轮3的制造方法中，在通过应力产生工序而使挠性外齿轮3产生应力的状态下通过喷丸硬化工序实施喷丸硬化，因此能够边抑制表面粗糙度的恶化，并且特别能够增大距表面深的部位的压缩残余应力。

具体而言，如图7和图8所示，在应力产生工序中，通过将至少外周面的形状与所述波发生器相同的夹具J1与挠性外齿轮3组合而使挠性外齿轮3弹性变形。夹具J1的至少外周形状与波发生器4相同。

即，在应力产生工序中使用的夹具J1在俯视时外周形状为非圆形状、具体而言为椭圆形状的部件。在本实施方式中，作为一例，夹具J1与波发生器4同样具有非圆形状（此处为椭圆形状）的凸轮和装配于凸轮的外周的轴承。这样的夹具J1以被收容于杯状的挠性外齿轮3内的方式与挠性外齿轮3进行组合。更详细地说，以在躯体部321的内侧嵌入非圆形状（椭圆形状）的夹具J1的方式使夹具J1与挠性外齿轮3组合。由此，挠性外齿轮3从内侧朝向外侧地、从夹具J1受到径向方向（与旋转轴Ax1正交的方向）的外力，由此弹性变形为非圆形状。并且，在挠性外齿轮3产生与谐波齿轮装置1的实际使用时同样的应力，能够赋予更合适的压缩残余应力。

在本实施方式中，通过使夹具J1与挠性外齿轮3组合，从而挠性外齿轮3的躯体部321弹性变形为椭圆形状。也就是说，当夹具J1与挠性外齿轮3组合时，如图7和图8所示，挠性外齿轮3从夹具J1受到沿着椭圆形状的长轴方向D2的向外的力F1而弹性变形为椭圆形状。此时，挠性外齿轮3成为朝向椭圆形状的长轴方向D2的外侧拉伸的形状，特别是在长轴方向D2的两侧、也就是长径侧的挠性外齿轮的躯体部的外周面303产生沿周向拉伸的朝向的比较大的应力。另一方面，在挠性外齿轮3中，在椭圆形状的短轴方向D3的两侧、也就是短径侧的挠性外齿轮的躯体部的外周面303产生沿周向压缩的朝向的应力。

在喷丸硬化工序中，如图8所示，在这样利用夹具J1使挠性外齿轮3弹性变形为椭圆形状的状态下，从长轴方向D2的两侧对挠性外齿轮3的长轴方向D2的两侧、也就是长径侧的挠性外齿轮的躯体部的外周面303进行投射材料M1的投射。由此，通过对沿周向拉伸的状态的挠性外齿轮的躯体部的外周面303实施喷丸硬化，从而有效地实现对深部的压缩残余应力的赋予。其结果，如图6和表1所示，设定于长径侧的外齿的齿根312的测定点P1、和设定于径侧的躯体部321的测定点P2处，特别赋予大的压缩残余应力。

此处，在本实施方式中，为了以相同条件遍及挠性外齿轮3的周向的整周地实施喷丸硬化，通过使夹具J1相对于挠性外齿轮3相对旋转，从而使挠性外齿轮3在周向的整周均匀地扩径。即，如图9所示，当夹具J1以旋转轴Ax1为中心旋转时，从旋转轴Ax1的输入侧观察到的、成为椭圆形状的挠性外齿轮3的外周形状以其长轴以旋转轴Ax1为中心进行旋转的方式伴随着夹具J1的旋转而变化。

如果至少夹具J1以旋转轴Ax1为中心旋转180度，则挠性外齿轮3遍及周向的整周被均等地扩径。在本实施方式中，通过仅使夹具J1旋转1周以上且N周以下的规定数量，从而使挠性外齿轮3遍及周向的整周均匀地扩径。这样，在应力产生工序中，使挠性外齿轮3以周向的整周上均匀地扩径的方式弹性变形。由此，挠性外齿轮3遍及周向的整周以相同条件实施喷丸硬化，由此能够防止局部性地产生容易产生金属疲劳的部位。

另外，本实施方式的制造方法在喷丸硬化工序中，一边使挠性外齿轮3的表面处的施工部位沿挠性外齿轮3的周向移动，一边对该施工部位实施喷丸硬化。本发明所说的“施工部位”是投射有投射材料M1的部位，在本实施方式中，作为一例，挠性外齿轮3的长轴方向D2的两侧、也就是长径侧的挠性外齿轮的躯体部的外周面303相当于施工部位。

如上所述，在本实施方式中，由于使夹具J1旋转，因此施工部位也伴随着夹具J1的旋转而沿周向移动。即，如图9所示，在夹具J1从图8的状态顺时针旋转了30度的状态下，投射有投射材料M1的施工部位也移动至从图8的状态顺时针旋转了30度的位置。由此，尽管仅对挠性外齿轮3的长径侧的挠性外齿轮的躯体部的外周面303实施喷丸硬化，也能够遍及挠性外齿轮3的周向的整周实施喷丸硬化。

但是，不仅对长径侧的挠性外齿轮的躯体部的外周面303，在喷丸硬化工序中，也可以对挠性外齿轮3的短轴方向D3的两侧、也就是短径侧的挠性外齿轮的躯体部的外周面303、进一步挠性外齿轮3的内周面301进行投射材料M1的投射。在对挠性外齿轮3的短径侧的挠性外齿轮的躯体部的外周面303也实施喷丸硬化的情况下，使投射材料M1所投射的施工部位沿挠性外齿轮3的周向移动不是必须的。也就是说，在该情况下，由于挠性外齿轮3的周向的整周成为施工部位，所以能够在不使施工部位沿挠性外齿轮3的周向移动的情况下遍及挠性外齿轮3的周向的整周实施喷丸硬化。即使在该情况下，在应力产生工序中，优选通过使夹具J1以旋转轴Ax1为中心进行旋转，使挠性外齿轮3以在周向的整周上均匀地扩径的方式弹性变形。

另外，投射材料M1所投射的施工部位并非必须为挠性外齿轮3的长轴方向D2的两侧，也可以仅为挠性外齿轮3的长轴方向D2的单侧。即使在该情况下，只要伴随着夹具J1以旋转轴Ax1为中心旋转1周以上而使施工部位沿挠性外齿轮3的周向移动，就能够遍及挠性外齿轮3的周向的整周实施喷丸硬化。

但是，在喷丸硬化工序中，优选利用掩蔽构件对挠性外齿轮3中的、例如组合波发生器4的部位等、优选不实施喷丸硬化的部位进行掩蔽。因此，在本实施方式中，也将使挠性外齿轮3弹性变形的夹具J1用作掩蔽构件。也就是说，在夹具J1与挠性外齿轮3组合的状态下实施喷丸硬化，因此对于挠性外齿轮3的内周面301中的被夹具J1覆盖的部位而言，投射材料M1被夹具J1遮挡而不实施喷丸硬化。此处，在夹具J1中，例如优选采用密封型的轴承等以免投射材料M1堵塞轴承。

总之，在本实施方式中，在应力产生工序中使用夹具J1来使挠性外齿轮3弹性变形。在喷丸硬化工序中，利用夹具J1掩蔽挠性外齿轮3的表面中的没有实施喷丸硬化的部位。本发明所说的“掩蔽”是指通过保护挠性外齿轮3的表面的特定部位免受投射材料M1来抑制对特定部位的喷丸硬化。由此，不用另外使用掩蔽构件就能够防止对不需要的部位实施喷丸硬化。

6．应用例

接下来，参照图10对本实施方式的谐波齿轮装置1、执行器100和机器人用关节装置130的应用例进行说明。

图10是采用了本实施方式所涉及的谐波齿轮装置1的机器人9的一例的剖视图。该机器人9是水平多关节机器人、包括机器人机械手臂结构，即为所谓的柔性组合机器人手臂结构（SCARA：Selective Compliance Assembly Robot Arm）型机器人。

如图10所示，机器人9包括2个机器人用关节装置130（即机器人机械手臂结构，包含谐波齿轮装置1）和连杆91。2个机器人用关节装置130分别设于机器人9中的2个部位的关节部。连杆91将2个部位的机器人用关节装置130连结。在图10的例子中，谐波齿轮装置1不是杯型，而是由礼帽型的波动减速装置构成。也就是说，在图10例示的谐波齿轮装置1中，采用形成为礼帽状的挠性外齿轮3。

7．变形例

实施方式一只不过是本发明的各种实施方式的一个。实施方式一只要能够实现本发明的目的，就可以根据设计等进行各种变更。另外，本发明参照的附图都是示意性的图，图中的各结构要素的大小及厚度各自的比未必反映实际的尺寸比。以下，列举实施方式一的变形例。以下说明的变形例可以适当组合适用。

在喷丸硬化工序中，可以对投射材料M1的投射方向进行研究或者使用保护夹具J1的帽等以避免投射材料M1与夹具J1碰撞。另外，在应力产生工序中，也可以通过代替夹具J1而将波发生器4与挠性外齿轮3组合来使挠性外齿轮3弹性变形。在该情况下，优选使用保护波发生器4的帽等以免投射材料M1进入波发生器4的轴承42等。

另外，对内齿21和外齿31实施齿形修整并不是谐波齿轮装置1所必需的结构。例如，也可以对内齿21与外齿31的至少一者不实施齿形修整。

另外，在轴承42中，各滚动体423被4点支承也不是谐波齿轮装置1所必需的结构，例如，也可以是各滚动体423被2点支承的结构。

另外，谐波齿轮装置1不限于实施方式一所说明的杯型，例如，也可以是礼帽型、环型、差动型、扁平型（薄饼型）或盾牌型等。例如，即使是图10所例示那样的礼帽型的谐波齿轮装置1，与杯型同样，也具有在齿向方向D1的一侧具有开口面35的筒状的挠性外齿轮3。也就是说，礼帽状的挠性外齿轮3在旋转轴Ax1的一侧的端部具有凸缘部，在与凸缘部相反一侧的端部具有开口面35。即使是礼帽状的挠性外齿轮3，在开口面35侧的端部也具有外齿31，且嵌入有波发生器4。

另外，执行器100的结构也不限于实施方式一中说明的结构，可以进行适当的改变。例如，关于输入部103与凸轮41的连结结构，不限于花键连结结构，也可以使用十字头联轴器等。通过使用十字头联轴器作为输入部103与凸轮41的连结结构，能够抵消输入侧的旋转轴Ax1与波发生器4（凸轮41）之间的偏心，进一步能够抵消刚性内齿轮2与挠性外齿轮3的偏心。进一步，凸轮41也可以不相对于输入部103沿着旋转轴Ax1移动。

另外，本实施方式的谐波齿轮装置1、执行器100和机器人用关节装置130的应用例不限于如上所述的水平多关节机器人，例如也可以是水平多关节机器人以外的工业用机器人或者是工业用以外的机器人等。在水平多関節机器人以外的产业用机器人中，作为一例，存在垂直多关节型机器人或平行连杆型机器人等。在产业用以外的机器人中，作为一例，有家庭用机器人、护理用机器人或医疗用机器人等。

另外，轴承42不限于深沟球轴承，例如也可以是角接触球轴承等。进一步，轴承42不限于球轴承，例如也可以是滚动体423由不是滚珠状的“滚子”构成的、圆筒滚子轴承、针状滚子轴承或圆锥滚子轴承等滚子轴承。即使是这样的滚珠状（球体状）以外的滚动体423，也因滚动体423转动而产生压力差，滚动体423作为泵结构发挥功能。

另外，谐波齿轮装置1、执行器100或机器人用关节装置130的各结构要素的材质不限于金属，例如也可以是工程塑料等树脂。

另外，润滑剂Lb1不限于润滑油等液态的物质，也可以是润滑脂等凝胶态的物质。

实施方式二

如图11所示，本实施方式的挠性外齿轮3的制造方法的应力产生工序所使用的夹具J2与实施方式一的挠性外齿轮3的制造方法的不同。以下，关于与实施方式1同样的结构，标注相同的附图标记而适当省略说明。

在本实施方式中，应力产生工序所使用的夹具J2在俯视时外周形状为圆形状（正圆）的部件。这样的夹具J2以被收容于杯状的挠性外齿轮3内的方式与挠性外齿轮3进行组合。更详细地说，以圆形状的夹具J2嵌入于躯体部321的内侧的方式使夹具J2与挠性外齿轮3组合。由此，挠性外齿轮3从内侧朝向外侧地、从夹具J2受到径向方向（与旋转轴Ax1正交的方向）的外力，由此弹性变形为整体扩径。

即，根据这样的夹具J2，在应力产生工序中，遍及挠性外齿轮3的周向的整周同时且均等地作用向外的力F1。此时，挠性外齿轮3在其外周面303产生沿周向拉伸的方向的比较大的应力。在本实施方式中，不使夹具J2相对于挠性外齿轮3相对旋转，而能够使挠性外齿轮3在周向的整周上均匀地扩径。

在喷丸硬化工序中，如图11所示，在这样利用夹具J2使挠性外齿轮3弹性变形的状态下，对挠性外齿轮3的与旋转轴Ax1正交的任意方向的两侧的挠性外齿轮的躯体部的外周面303从该任意方向的两侧进行投射材料M1的投射。由此，通过对沿周向拉伸的状态的挠性外齿轮的躯体部的外周面303实施喷丸硬化，从而有效地实现对深部的压缩残余应力的赋予。

作为本实施方式所使用的夹具J2的具体例，可以考虑利用空气（air）等气体的压力而向外膨胀的中空容器或者通过弹簧夹头那样的结构能够遍及周向的整周扩径的装置等。无论哪种结构，都优选通过能够调节夹具J2的扩径量，能够控制对挠性外齿轮3施加的力F1的大小。

作为实施方式二的变形例，在应力产生工序中，也可以使夹具J2相对于挠性外齿轮3相对旋转。

实施方式二的结构（包含变形例在内）可以与实施方式一所说明的结构（包含变形例在内）适当组合来应用。

总结

如上所述，第一形态的挠性外齿轮3的制造方法为谐波齿轮装置1的挠性外齿轮3的制造方法，其具有应力产生工序和喷丸硬化工序。谐波齿轮装置1包括刚性内齿齿轮2、挠性外齿轮3和波发生器4。刚性内齿轮2是具有内齿21的环状的部件。挠性外齿轮3是具有外齿31且配置于刚性内齿轮2的内侧的环状的部件。波发生器4具有：非圆形状的凸轮41，以旋转轴Ax1为中心被旋转驱动；和轴承42，装配于凸轮41的外侧。波发生器4配置于挠性外齿轮3的内侧，并使挠性外齿轮3产生挠曲。谐波齿轮装置1伴随着凸轮41的旋转而使挠性外齿轮3变形，使外齿31的一部分与内齿21的一部分啮合，从而使挠性外齿轮3根据与刚性内齿齿轮2的齿数差而相对于刚性内齿齿轮2进行相对旋转。在应力产生工序中，通过使挠性外齿轮3弹性变形而使挠性外齿轮3产生应力。在喷丸硬化工序中，对产生应力的挠性外齿轮3的表面但至少一部分实施喷丸硬化。

根据该形态，通过使挠性外齿轮3弹性变形而使挠性外齿轮3产生应力，且同时对产生该应力的挠性外齿轮3的表面的至少一部分实施喷丸硬化。因此，在挠性外齿轮3的表面的至少一部分处，通过喷丸硬化来赋予比较大的压缩残余应力，由此能够期待因压缩残余应力而引起的龟裂扩展的抑制、以及因表面硬度上升而带来的耐磨损性提高等效果。而且，通过使挠性外齿轮3产生应力，不会使挠性外齿轮3的表面粗糙度恶化，且即使在挠性外齿轮3中的从表面到比较深的位置也能够赋予大的压缩残余应力。因此，抑制挠性外齿轮3的表面粗糙度的恶化，不易产生因挠性外齿轮3的表面的粗糙、或者基于磨损粉的生锈的产生等而引起的波发生器4的损伤等。结果是能够提供不易产生可靠性的下降的谐波齿轮装置1。

第二形态的挠性外齿轮3的制造方法中，在第一形态的基础上，在应力产生工序中，使挠性外齿轮3以在周向的整周上均匀地扩径的方式弹性变形。

根据该形态，挠性外齿轮3遍及周向的整周以相同条件实施喷丸硬化，能够防止局部性地产生容易产生金属疲劳的部位。

在第三形态的挠性外齿轮3的制造方法中，在第一或第二形态的基础上，在喷丸硬化工序中，一边使挠性外齿轮3的表面中的施工部位沿挠性外齿轮3的周向移动一边对施工部位实施喷丸硬化。

根据该形态，能够对挠性外齿轮3的周向的一部实施喷丸硬化，且同时能够遍及挠性外齿轮3的周向的整周实施喷丸硬化。

在第四形态的挠性外齿轮3的制造方法中，在第一~三中任一形态的基础上，在应力产生工序中，使用夹具使挠性外齿轮3弹性变形。在喷丸硬化工序中，利用夹具掩蔽挠性外齿轮3的表面中的没有实施喷丸硬化的部位。

根据该形态，不用另外使用掩蔽构件就能够防止不需要的部位实施喷丸硬化。

在第五形态的挠性外齿轮3的制造方法中，在第一~四中任一形态的基础上，在应力产生工序中，通过将至少外周形状与波发生器相同的夹具和挠性外齿轮3组合而使挠性外齿轮3弹性变形。

根据该形态，挠性外齿轮3从内侧朝向外侧地、从夹具受到径向方向的外力，由此弹性变形为非圆形状。而且，在挠性外齿轮3产生与谐波齿轮装置1的实际使用时同样的应力，能够赋予更合适的压缩残余应力。

第六形态的挠性外齿轮3是包括刚性内齿齿轮2、挠性外齿轮3和波发生器4的谐波齿轮装置1的挠性外齿轮3。刚性内齿轮2是具有内齿21的环状的部件。挠性外齿轮3是具有外齿31且配置于刚性内齿轮2的内侧的环状的部件。波发生器4具有：非圆形状的凸轮41，以旋转轴Ax1为中心被旋转驱动；和轴承42，装配于凸轮41的外侧。波发生器4配置于挠性外齿轮3的内侧，并使挠性外齿轮3产生挠曲。谐波齿轮装置1伴随着凸轮41的旋转而使挠性外齿轮3变形，使外齿31的一部分与内齿21的一部分啮合，从而使挠性外齿轮3根据与刚性内齿齿轮2的齿数差而相对于刚性内齿齿轮2进行相对旋转。挠性外齿轮3包括弹性变形的弹性变形部304和形成于弹性变形部304的至少一部分的喷丸硬化部305。

根据该形态，能够提供一种谐波齿轮装置1，在不使挠性外齿轮3的表面粗糙度恶化的情况下，即使在挠性外齿轮3中的距表面比较深的位置也能够赋予更大的压缩残余应力。

第七形态的谐波齿轮装置1包括第六形态的挠性外齿轮3、刚性内齿齿轮2以及波发生器4。

根据该形态，能够提供一种谐波齿轮装置1，在不使挠性外齿轮3的表面粗糙度恶化的情况下，即使在挠性外齿轮3中的距表面比较深的位置也能够赋予更大的压缩残余应力。

第八形态的机器人用关节装置130包括第七形态的谐波齿轮装置1、固定于刚性内齿齿轮2的第一构件131和固定于挠性外齿轮3的第二构件132。

根据该形态，能够提供一种机器人用关节装置130，在不使挠性外齿轮3的表面粗糙度恶化的情况下，即使在挠性外齿轮3中的距表面比较深的位置也能够赋予更大的压缩残余应力。

关于第二~五方式的结构，并不是挠性外齿轮3的制造方法所必需的结构，能够适当省略。

Claims (9)

1.一种机器人机械手臂结构，包括机器人用关节装置，其中，

所述机器人用关节装置包括：

谐波齿轮装置，所述谐波齿轮装置包括：环状的刚性内齿轮，具有内齿；环状的挠性外齿轮，具有外齿并配置于所述刚性内齿轮的内侧；和波发生器，具有以旋转轴为中心被旋转驱动的非圆形状的凸轮、和装配于所述凸轮的外侧的轴承，所述波发生器配置于所述挠性外齿轮的内侧，使所述挠性外齿轮产生挠曲；

第一构件，固定于所述刚性内齿轮；和

第二构件，固定于所述挠性外齿轮，

所述谐波齿轮装置伴随着所述凸轮的旋转而使所述挠性外齿轮变形，使所述外齿的一部分与所述内齿的一部分啮合，从而使所述挠性外齿轮根据与所述刚性内齿轮的齿数差而相对于所述刚性内齿轮相对进行相对旋转，其中，

所述挠性外齿轮包括：

通过使所述挠性外齿轮以在周向的整周上均匀地扩径的方式弹性变形而使所述挠性外齿轮产生应力的弹性变形部；和

形成于所述弹性变形部的至少一部分的喷丸硬化部。

2.一种机器人，其中，包括：

权利要求1所述的机器人机械手臂结构，所述机器人机械手臂结构包括两个机器人用关节装置，且所述两个机器人用关节装置分别设于所述机器人中的两个部位的关节部；以及

连杆，所述连杆将所述两个部位的所述两个机器人用关节装置连结。

3.一种挠性外齿轮的制造方法，为谐波齿轮装置的挠性外齿轮的制造方法，所述谐波齿轮装置包括：

环状的刚性内齿轮，具有内齿；

环状的挠性外齿轮，具有外齿并配置于所述刚性内齿轮的内侧；和

波发生器，具有以旋转轴为中心被旋转驱动的非圆形状的凸轮、和装配于所述凸轮的外侧的轴承，所述波发生器配置于所述挠性外齿轮的内侧，使所述挠性外齿轮产生挠曲，

所述谐波齿轮装置伴随着所述凸轮的旋转而使所述挠性外齿轮变形，使所述外齿的一部分与所述内齿的一部分啮合，从而使所述挠性外齿轮根据与所述刚性内齿轮的齿数差而相对于所述刚性内齿轮相对进行相对旋转，其中，

所述挠性外齿轮的制造方法具有：

应力产生工序，通过使所述挠性外齿轮弹性变形而使所述挠性外齿轮产生应力；和

喷丸硬化工序，对产生所述应力的所述挠性外齿轮的表面的至少一部分实施喷丸硬化，

在所述应力产生工序中，使所述挠性外齿轮以在周向的整周上均匀地扩径的方式弹性变形。

4.根据权利要求3所述的挠性外齿轮的制造方法，其中，

在所述喷丸硬化工序中，一边使所述挠性外齿轮的表面中的施工部位沿所述挠性外齿轮的周向移动，一边对所述施工部位实施喷丸硬化。

5.根据权利要求3所述的挠性外齿轮的制造方法，其中，

在所述应力产生工序中，使用夹具使所述挠性外齿轮弹性变形，

在所述喷丸硬化工序中，利用所述夹具掩蔽所述挠性外齿轮的表面中的没有实施喷丸硬化的部位。

6.根据权利要求3所述的挠性外齿轮的制造方法，其中，

在所述应力产生工序中，通过将至少外周形状与所述波发生器相同的夹具和所述挠性外齿轮组合而使所述挠性外齿轮弹性变形。

7.一种挠性外齿轮，应用于谐波齿轮装置，其中，

所述挠性外齿轮包括：

通过使所述挠性外齿轮以在周向的整周上均匀地扩径的方式弹性变形而使所述挠性外齿轮产生应力的弹性变形部；和

形成于所述弹性变形部的至少一部分的喷丸硬化部。

8.一种谐波齿轮装置，其中，

包括：权利要求7所述的挠性外齿轮；

还包括所述刚性内齿齿轮和所述波发生器，所述刚性内齿轮具有内齿；所述挠性外齿轮具有外齿并配置于所述刚性内齿轮的内侧；所述波发生器具有以旋转轴为中心被旋转驱动的非圆形状的凸轮和装配于所述凸轮的外侧的轴承，所述波发生器配置于所述挠性外齿轮的内侧，使所述挠性外齿轮产生挠曲；

所述谐波齿轮装置伴随着所述凸轮的旋转而使所述挠性外齿轮变形，使所述外齿的一部分与所述内齿的一部分啮合，从而使所述挠性外齿轮根据与所述刚性内齿轮的齿数差而相对于所述刚性内齿轮相对进行相对旋转。

9.一种机器人用关节装置，其中，包括：

权利要求8所述的谐波齿轮装置；

第一构件，固定于所述刚性内齿轮；和

第二构件，固定于所述挠性外齿轮。

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