CN117948402A - 波动齿轮装置以及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的波动齿轮装置具有刚性内齿齿轮、挠性齿轮和波动发生器。刚性内齿齿轮在内周面具有多个内齿，并以中心轴为中心呈圆环状扩展。挠性齿轮具有相对于刚性内齿齿轮的多个内齿部分地啮合的外齿。波动发生器在挠性齿轮的径向内侧绕中心轴旋转，具有根据周向的位置而不同的外径。挠性齿轮具有齿部、主体部和底部。齿部沿中心轴呈筒状延伸，且在外侧面具有沿离开中心轴的方向延伸的多个外齿。主体部是配置在比齿部靠轴向一方侧，且在包含与中心轴平行的方向的成分的方向延伸的筒状的部位。底部从主体部的轴向一方侧的端部向径向内侧扩展。当将刚性内齿齿轮的内周面的维氏硬度设为Vig、将挠性齿轮的齿部的维氏硬度设为Vfg时，则200HV≤Vig≤Vfg的关系成立。

Description

波动齿轮装置以及机器人

技术领域

本发明涉及波动齿轮装置及机器人。

背景技术

以往，已知有具备刚性内齿齿轮和挠性齿轮的波动齿轮装置。这种波动齿轮装置主要作为减速器使用。以往的波动齿轮装置例如在日本特开2017-180486号公报和日本特开2018-087611号公报中公开。

日本特开2017-180486号公报和日本特开2018-087611号公报的齿轮装置1所具备的挠性齿轮3呈一端开口的杯状，在其开口侧的端部形成有外齿33。另外，挠性齿轮3具有围绕轴线a的圆筒状的主体部31和与胴部31的轴线a方向上的另一端部侧连接的底部32。由此，沿径向容易挠曲主体部31的与底部32相反侧的端部，实现挠性齿轮3相对于刚性齿轮2的良好的啮合。另外，在底部32连接有输入轴或输出轴。

另外，在上述公报中，记载了通过对金属制的圆柱状的坯料10进行镦锻工序或拉深加工工序来形成挠性齿轮3。在镦锻工序中，通过沿轴线方向α对坯料10进行加压，形成圆板状的板体11。在拉深加工工序中，通过对板体11进行拉深加工，形成具有主体部31和底部32的筒体12。进而，通过滚轧等在筒体12形成外齿33。

专利文献1：日本特开2017-180486号公报

专利文献2：日本特开2018-087611号公报

发明内容

发明所要解决的技术课题

如上所述，在波动齿轮装置中，挠性齿轮一边与刚性齿轮啮合一边挠曲、旋转。因此，在长时间驱动波动齿轮装置时，在挠性齿轮或刚性齿轮的强度(硬度)低的情况下、或挠性齿轮与刚性齿轮之间的强度差大的情况下，挠性齿轮或刚性齿轮有可能磨损、或旋转时的啮合变得不稳定。

本发明的目的在于提供一种技术，通过将挠性齿轮和刚性齿轮的强度、挠性齿轮与刚性齿轮之间的强度的平衡设定在规定的范围内，能够抑制这些部件的磨损和劣化，使旋转时的啮合稳定。

本发明是一种波动齿轮装置，其特征在于，具有：刚性内齿齿轮，其在内周面具有多个内齿，并以中心轴为中心呈圆环状扩展；挠性齿轮，其具有相对于所述刚性内齿齿轮的所述多个内齿部分地啮合的外齿；以及波动发生器，其在所述刚性内齿齿轮和所述挠性齿轮的径向内侧以所述中心轴为中心旋转，且具有根据周向位置而不同的外径，所述挠性齿轮包括：齿部，其沿所述中心轴呈筒状延伸，且在外侧面具有沿离开所述中心轴的方向延伸的多个所述外齿；筒状的主体部，其配置在比所述齿部靠轴向一方侧，且在包含与所述中心轴平行的方向的成分的方向延伸；以及底部，其从所述主体部的轴向一方侧的端部向径向内侧扩展，当将所述刚性内齿齿轮的内周面的维氏硬度设为Vig，将所述挠性齿轮的齿部的维氏硬度设为Vfg时，则200HV≤Vig≤Vfg的关系成立。

发明的效果

根据本发明，通过将与刚性内齿齿轮啮合的挠性齿轮的齿部的维氏硬度和与挠性齿轮啮合的刚性内齿齿轮的内周面的维氏硬度分别设定为规定值以上，能够抑制挠性齿轮一边与刚性内齿齿轮啮合一边旋转时的这些部件的磨损和劣化，提高耐久性。另外，通过使挠性齿轮的齿部的维氏硬度为刚性内齿齿轮的内周面的维氏硬度以上，能够进一步抑制挠性齿轮一边与刚性内齿齿轮啮合一边旋转时的挠性齿轮的磨损和劣化，使啮合稳定。

附图说明

图1是波动齿轮装置的纵剖视图。

图2是波动齿轮装置的横剖视图。

图3是挠性齿轮的剖视图。

图4是示出挠性齿轮的制造顺序的流程图。

图5是中间成形品的概要图。

图6是示出将刚性内齿齿轮的内周面的维氏硬度和挠性齿轮的齿部的维氏硬度设定为各种值的情况下的、进行耐久试验的结果的表。

图7是机器人的概要图。

图8是自行车的概要图。

图中：10刚性内齿齿轮；11内齿；20挠性齿轮；21齿部；22主体部；23底部；24外齿；30波动发生器；31非正圆凸轮；32挠性轴承；100波动齿轮装置；200机器人；203(搭载于机器人的)马达；231隔膜部；232紧固部；300自行车；301电动辅助驱动单元；302(自行车的)轴；303(搭载于自行车的)马达；321(挠性轴承的)内圈；322(挠性轴承的)滚珠；323(挠性轴承的)外圈；C1中心轴；Vfb(挠性轴承的外圈的)维氏硬度；Vfg(挠性齿轮的齿部的)维氏硬度；Vig(刚性内齿齿轮10的内周面的)维氏硬度。

具体实施方式

以下，参照附图对本申请的示例的实施方式进行说明。另外，在本申请中，将与波动齿轮装置的中心轴平行的方向称为“轴向”，将与波动齿轮装置的中心轴正交的方向称为“径向”，将沿着以波动齿轮装置的中心轴为中心的圆弧的方向称为“周向”。

另外，在本申请中，在后述的图1及图3中，将左侧作为“轴向一方侧”，将右侧作为“轴向另一方侧”，对各部的形状及位置关系进行说明。另外，在本申请中，“平行的方向”不限定于几何学上严格平行的情况。只要是起到发明的效果的程度的平行即可。另外，在本申请中，“正交的方向”不限于在几何学上严格正交的情况。只要是能够发挥发明效果的程度的正交即可。

＜1.波动齿轮装置的结构＞

以下，对本发明的示例的实施方式所涉及的波动齿轮装置100的结构进行说明。图1是波动齿轮装置100的纵剖视图。图2是从图1的II-II位置观察时的波动齿轮装置100的横剖视图。

波动齿轮装置100是利用后述的刚性内齿齿轮10与挠性齿轮20的差动来对输入的旋转运动进行变速的装置。本实施方式的波动齿轮装置100例如组装在致动器等中，作为对从马达得到的动力进行减速的减速器而使用。但是，波动齿轮装置100也可以组装在小型机器人的关节等各种装置中，对各种旋转运动进行变速。

如图1和图2所示，波动齿轮装置100具有刚性内齿齿轮10、挠性齿轮20和波动发生器30。另外，在波动齿轮装置100设置有用于从外部获得动力的输入轴(省略图示)。输入轴例如与马达的转子连接，以中心轴C1为中心沿轴向呈圆柱状延伸。另外，输入轴与马达的转子一起以中心轴C1为中心旋转。

刚性内齿齿轮10是以中心轴C1为中心呈圆环状扩展的部件。刚性内齿齿轮10配置在挠性齿轮20的后述的齿部21的径向外侧。另外，刚性内齿齿轮10具有足够的刚性，实质上可以看作是刚体。如图2所示，刚性内齿齿轮10在内周面具有多个内齿11。多个内齿11分别向径向内侧突出。多个内齿11沿周向以一定的间距排列。在本实施方式中，刚性内齿齿轮10固定于安装有波动齿轮装置100的装置的框体，因此刚性内齿齿轮10不旋转。

另外，本实施方式的刚性内齿齿轮10由球墨铸铁形成。另外，刚性内齿齿轮10的多个内齿11例如通过切削而形成在作为刚性内齿齿轮10的母材的圆环状的部件的内周面。但是，刚性内齿齿轮10的多个内齿11也可以通过滚轧形成在圆环状的部件的内周面。即，刚性内齿齿轮10的多个内齿11也可以通过将具有凹凸形状的内齿形成辊按压在圆环状的部件的内周面，并且在以中心轴C1为中心的圆周方向滚动而形成。另外，刚性内齿齿轮10的抗拉强度为500MPa以上。这样，通过使用坚韧度(韧性)优异、具有高拉伸强度的球墨铸铁形成刚性内齿齿轮10，即使在长时间驱动波动齿轮装置100、刚性内齿齿轮10与挠性齿轮20啮合的同时挠曲、旋转时，也能够抑制脆性破坏。

图3是挠性齿轮20的纵剖视图。如图1～图3所示，挠性齿轮20具有齿部21、主体部22和底部23。

齿部21是在中心轴C1的周围沿中心轴C1呈筒状延伸的部位。齿部21配置在刚性内齿齿轮10的径向内侧。另外，齿部21具有挠性，能够在径向上挠曲。齿部21在外侧面具有沿离开中心轴C1的方向延伸的多个外齿24。多个外齿24沿周向以一定的间距排列。另外，如后所述，多个外齿24相对于多个内齿11在周向上部分地啮合。上述刚性内齿齿轮10所具有的内齿11的数量与挠性齿轮20所具有的外齿24的数量稍有不同。

主体部22是配置在比齿部21更靠轴向一方侧、在中心轴C1的周围沿包含中心轴C1方向的成分的方向延伸的筒状的部位。主体部22连接齿部21的轴向一方侧的端部和底部23的外周部。主体部22的径向的厚度比底部23的轴向的厚度薄。通过在齿部21与底部23之间设置主体部22，即使齿部21反复进行椭圆状的挠曲变形，也能够缓和施加于挠性齿轮20的应力的分布局部集中。

底部23是从主体部22的轴向一方侧的端部向径向内侧扩展的部位。另外，底部23在中心轴C1的周围呈圆环状且平板状地扩展。底部23的刚性比主体部22高，难以弯曲。底部23包括隔膜部231和紧固部232。隔膜部231是从主体部22的轴向一方侧的端部朝向径向内侧呈圆环状扩展的部位。另外，隔膜部231具有随着朝向径向内侧而轴向的厚度缓慢变大的锥形形状25。紧固部232是从隔膜部231的径向内侧的端部进一步向径向内侧延伸，在中心轴C1的周围呈圆环状扩展的部位。紧固部232的轴向厚度与隔膜部231的径向内侧的端部的轴向厚度大致相同。在紧固部232的径向内侧，例如插入用于取出减速后的动力的输出轴(省略图示)，并固定于紧固部232。

另外，详细情况如后所述，本实施方式的挠性齿轮20由奥氏体系的不锈钢形成。另外，在分别形成刚性内齿齿轮10和挠性齿轮20之后，若将刚性内齿齿轮10的具有多个内齿11的内周面的维氏硬度设为“Vig”，将挠性齿轮20的具有多个外齿24的齿部21的维氏硬度设为“Vfg”，则“200HV≤Vig≤Vfg≤500HV”的关系成立。

这样，首先，通过使刚性内齿齿轮10的内周面的维氏硬度Vig为200HV以上，使挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg为Vig以上，即，通过将刚性内齿齿轮10的内周面的维氏硬度Vig及挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg分别设定为规定值以上，能够抑制挠性齿轮20一边与刚性内齿齿轮10啮合一边挠曲、旋转时的这些部件的磨损或劣化，能够提高耐久性。另外，通过使挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg为刚性内齿齿轮10的内周面的维氏硬度Vig以上，能够进一步抑制挠性齿轮20一边与刚性内齿齿轮10啮合一边挠曲、旋转时的挠性齿轮20的磨损和劣化，使啮合稳定。另外，关于挠性齿轮20的制造方法及详细的构造，将在后面叙述。

波动发生器30是用于使挠性齿轮20挠曲变形的机构。波动发生器30具有非正圆凸轮31和挠性轴承32。波动发生器30配置在挠性齿轮20的齿部21及刚性内齿齿轮10的径向内侧。

非正圆凸轮31是以中心轴C1为中心呈环状扩展的部件。本实施方式的非正圆凸轮31具有椭圆形的凸轮轮廓。即，非正圆凸轮31具有根据周向上的位置不同而不同的外径。如图1及图2所示，非正圆凸轮31配置在挠性齿轮20的齿部21的径向内侧。上述输入轴以不能相对旋转的方式固定在非正圆凸轮31的径向内侧。输入轴和非正圆凸轮31通过从外部的马达等得到的动力，以中心轴C1为中心以减速前的转速旋转。

挠性轴承32具有内圈321、多个滚珠322和能够弹性变形的外圈323。内圈321固定在非正圆凸轮31的外周面。另外，本实施方式的外圈323固定于挠性齿轮20的齿部21的内周面。多个滚珠322介于内圈321与外圈323之间，并沿周向排列。外圈323经由内圈321和滚珠322弹性变形(挠曲变形)，以反映旋转的非正圆凸轮31的凸轮轮廓。但是，外圈323也可以不必固定在挠性齿轮20。外圈323也可以构成为与挠性齿轮20的齿部21的内周面接触。

另外，包括本实施方式的内圈321、多个滚珠322及外圈323的挠性轴承32由SUJ2(高碳铬轴承钢钢材)形成。特别是形成外圈323的材料以Fe(铁)为主成分，包含0.95～1.00重量％的C(碳)、0.15～0.35重量％的Si(硅)和1.30～1.60重量％的Cr(铬)。

另外，若将挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度设为“Vfg”，将挠性轴承32的外圈323的维氏硬度设为“Vfb”，则“300HV≤Vfg<Vfb＜800HV”的关系成立。另外，挠性轴承32的外圈323的维氏硬度Vfb更优选为600HV以上。

这样，首先，通过将挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg设定为300HV以上，将挠性轴承32的外圈323的维氏硬度Vfb设定为比Vfg大，即，通过将挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg及挠性轴承32的外圈323的维氏硬度Vfb分别设定为规定值以上，如后所述，能够抑制挠性轴承32与非正圆凸轮31一体地一边按压挠性齿轮20的内周面一边旋转时的这些部件的磨损或劣化，提高耐久性。另外，能够抑制挠性齿轮20一边与刚性内齿齿轮10啮合一边挠曲、旋转时的挠性齿轮20的齿部21的齿底的变形或裂纹。另外，通过使挠性轴承32的外圈323的维氏硬度Vfb大于挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg，能够进一步抑制挠性轴承32一边按压挠性齿轮20一边旋转时的挠性轴承32的外圈323的磨损或劣化，能够使旋转稳定。

另外，通过将挠性轴承32的外圈323的维氏硬度Vfb设定为小于800HV，将挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg设定为小于Vfb，即，通过将挠性轴承32的外圈323的维氏硬度Vfb及挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg分别设定为小于规定值，从而在制造波动齿轮装置100时组装各部时，能够容易地将挠性轴承32装入挠性齿轮20的径向内侧。

在这种结构的波动齿轮装置100中，当向上述输入轴提供动力时，输入轴和包括非正圆凸轮31的波动发生器30以中心轴C1为中心一体地旋转。另外，如上所述，非正圆凸轮31具有根据周向的位置而不同的外径。即，波动发生器30具有根据周向的位置而不同的外径。由此，伴随着非正圆凸轮31的旋转，经由挠性轴承32从径向内侧按压挠性齿轮20的齿部21的内周面，由此齿部21挠曲变形为椭圆状。由此，如图2所示，在非正圆凸轮31和齿部21所形成的椭圆的长轴的两端的两个部位，外齿24和内齿11啮合。另一方面，在上述椭圆的上述两处以外的周向的位置，外齿24与内齿11不啮合。即，在本实施方式中，多个外齿24相对于多个内齿11在周向上部分地啮合。

当非正圆凸轮31旋转时，由非正圆凸轮31和齿部21形成的椭圆的长轴的位置沿周向移动，因此内齿11与外齿24的啮合位置也沿周向移动。在此，如上所述，刚性内齿齿轮10所具有的内齿11的数量与挠性齿轮20所具有的外齿24的数量稍有不同。因此，非正圆凸轮31每旋转一周，内齿11与外齿24的啮合位置稍微变化。其结果，挠性齿轮20相对于刚性内齿齿轮10，通过内齿11和外齿24的齿数的不同而相对旋转。由此，波动齿轮装置100能够对从外部的马达等经由输入轴输入到波动发生器30的动力进行减速，并从固定于挠性齿轮20的输出轴输出。

＜2.挠性齿轮的制造方法及详细结构＞

接着，对制造挠性齿轮20的方法及挠性齿轮20的详细构造进行说明。图4是示出挠性齿轮20的制造顺序的流程图。

如图4所示，在制造挠性齿轮20时，首先，准备作为挠性齿轮20的母材的金属板(步骤S1)。如上所述，挠性齿轮20使用奥氏体系的不锈钢形成。即，在步骤S1中，准备奥氏体系不锈钢的金属板。通常，这些奥氏体系不锈钢具有面心立方晶格的晶体结构，硬度比较低。但是，若对奥氏体系不锈钢进行冷加工，则通过塑性变形而诱发奥氏体相变为马氏体，加工硬化。其结果是，形成该马氏体相后的强度(硬度)提高。另外，该相变量依赖于变形量。

另外，作为不锈钢的加工硬化指数的n值为0.3以上。即，金属板使用作为加工硬化指数的n值大致为0.3以上的不锈钢。在此，n值例如可以根据JIS Z 2253：2020，从作为测定对象的各钢片采取“JIS13号B拉伸试验片”实施拉伸试验，作为将由“载荷(拉伸强度)-伸长率曲线”求出的“真压力(σ)-真应变(ε)曲线”近似地用“σ＝Fεn”示出时的指数n值，由在双对数图表中描绘真应力(σ)-真应变(ε)值时的斜率算出。通常，n值越大，成形性越优异，越容易产生加工硬化，越能够使变形均匀。在本实施方式中，通过使用n值大的奥氏体系的不锈钢对挠性齿轮20进行加工而成形，能够使加工时的变形均匀，提高产品精度。

接着，如图4所示，对金属板进行拉深加工(步骤S2)。在进行拉深加工时，例如将圆板状的金属板安装在圆柱状的模具的前端面，以规定的压力使其接触。其结果是，形成有底筒状的中间成形品60。图5是中间成形品60的概要图。

另外，中间成形品60中与模具的前端面接触的部位61是之后经过锥形状或贯穿孔的形成等而成为挠性齿轮20的底部23(包括隔膜部231和紧固部232)的部位。另外，中间成形品60中与模具的侧面接触的部位62是成为挠性齿轮20的齿部21及主体部22的部位。

接着，将具有凹凸形状的外齿形成辊(省略图示)按压在有底筒状的中间成形品60的部位62中的位于前端侧的部位621上，并且在以上述模具的中心轴为中心的周向滚动，由此形成(滚轧)外齿24(步骤S3)。但是，对于部位621，也可以通过切削等其他方法形成外齿24。由此，部位621成为在外周面形成有多个外齿24的齿部21。另外，在部位62中，位于比部位621靠底部23(部位61)侧的部位622成为挠性齿轮20的主体部22。

如上所述，在形成外齿24的过程中，部位621被外齿形成辊推压而变形。由此，构成部位621的金属板中的奥氏体发生塑性变形。然后，通过塑性变形而诱发奥氏体相变为马氏体，进行加工硬化。其结果，部位621的强度进一步提高。

在此，如上所述，在形成挠性齿轮20之后(后述的步骤S4结束的时刻)，“挠性齿轮20的具有多个外齿24的齿部21的维氏硬度Vfg≤500HV”的关系成立。即，在本实施方式中，挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg为规定值以下。如果从相反的看法来看，则在本实施方式中，通过使挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg为500HV以下而不过高，从而在步骤S3中，能够通过滚轧容易地形成外齿24。

接着，如图4所示，对形成外齿24后的挠性齿轮20实施喷丸硬化(步骤S4)。在此，喷丸硬化是指通过使无数的小球体碰撞来对表面进行改性的表面处理。在进行了喷丸硬化之后，挠性齿轮20中的具有多个外齿24的齿部21、主体部22及底部23分别在表面具有多个凹坑(小的圆形凹坑)。

由此，挠性齿轮20中的具有多个外齿24的齿部21、主体部22及底部23的表面附近的奥氏体发生塑性变形。然后，通过塑性变形诱发奥氏体相变为马氏体，进行加工硬化。即，通过喷丸硬化，挠性齿轮20的表面附近进一步马氏体化，强度进一步提高，耐久性进一步提高。其结果是，即使在长时间驱动波动齿轮装置100，挠性齿轮20一边与刚性内齿齿轮10啮合一边挠曲、旋转的情况下，也能够进一步抑制挠性齿轮20的表面附近的磨损和劣化，能够进一步提高耐久性。

另外，在步骤S4结束后，测定挠性齿轮20的表面附近的残留应力。其结果是，确认了挠性齿轮20通过实施喷丸硬化处理，表面的至少一部分的残留应力为“-800MPa以上”。在此，“-800MPa以上”是指例如包含“-700MPa”，但不包含“-900MPa”。在本实施方式中，如上所述，通过对挠性齿轮20的表面进行喷丸硬化处理，挠性齿轮20的表面附近加工硬化，因此确认到强度进一步提高。

如上所述，在本实施方式中，在使用由奥氏体系的不锈钢构成的金属板形成挠性齿轮20的过程中，首先，通过进行拉深加工，形成齿部21、主体部22及底部23。接着，通过进行齿形滚轧，在齿部21的外周面形成外齿24。进而，对包含多个外齿24的齿部21、主体部22及底部23的表面实施喷丸硬化处理。由此，随着经过各工序，它们中所含的马氏体相的占有率上升，进行加工硬化。其结果，所形成的挠性齿轮20中的残留应力变大，强度进一步提高。另外，在本实施方式中，由于能够不进行热处理而形成挠性齿轮20，因此能够缩短制造工序中的作业时间，削减成本。另外，在本实施方式中，如上所述，通过使用n值大的奥氏体系的不锈钢形成挠性齿轮20，能够使进行拉深加工、齿形滚轧及喷丸硬化时的变形均匀，因此能够提高作为最终产品的精度。

＜3.关于刚性内齿齿轮及挠性齿轮的维氏硬度的试验结果＞

如上所述，在本实施方式中，在分别形成刚性内齿齿轮10和挠性齿轮20之后，“200HV≤刚性内齿齿轮10的具有多个内齿11的内周面的维氏硬度Vig≤挠性齿轮20的具有多个外齿24的齿部21的维氏硬度Vfg≤500HV”的关系成立。因此，以比较、确认这样的关系成立带来的效果为目的，对将刚性内齿齿轮10的内周面的维氏硬度Vig和挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg设定为各种值的情况下的、进行这些部件的耐久试验的内容和结果进行说明。

作为进行耐久试验的前阶段，分别准备作为内周面的维氏硬度Vig具有各种值的多种刚性内齿齿轮10、和作为齿部21的维氏硬度Vfg具有各种值的多种挠性齿轮20(齿部21的外径的最大值：63mm)(参照图6)。并且，从这些多种刚性内齿齿轮10中选择一个，从多种挠性齿轮20中选择一个，作为这些选择的组合，分类为设想实际实施的实施例(A)～(E)、和未设想实际实施而仅用于在该试验中进行比较的比较例(p)～(r)(参照图6)。接着，依次组装具有实施例(A)～(E)及比较例(p)～(r)中的一个的波动齿轮装置100，使所选择的挠性齿轮20的外齿24与所选择的刚性内齿齿轮10的内齿11啮合。但是，在比较例(r)的情况下，确认了挠性齿轮20的维氏硬度Vfg过高，在进行耐久试验之前，原本在挠性齿轮20的制造阶段就无法正常地成形外齿24。另一方面，如实施例(E)所示，确认了在将挠性齿轮20的维氏硬度Vfg设为500HV的情况下，能够正常地成形挠性齿轮20的外齿24，并且能够进行耐久试验。由此，本申请发明的发明人根据该实验结果，将挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg的上限值设定为“500HV”。

接着，作为耐久试验，将输入轴紧固于波动齿轮装置100的非正圆凸轮31，将输出轴紧固于挠性齿轮20的底部23的紧固部232。然后，将输入轴固定为不能旋转，以中心轴C1为中心向输出轴以规定的间隔向正方向和反方向交替地施加1000万次459Nm的最大容许转矩。并且，将此时的旋转角(包含齿隙的扭转角)为1arc min以下的情况设为“(耐久试验结果)〇”，将超过1弧分(arcmin)的情况设为“(耐久试验结果)×”。图6是示出进行该耐久试验的结果的表。

如图6所示，在实施例(A)～(E)中，确认了满足“200HV≤Vig≤Vfg≤500HV”的关系，成为“(耐久试验结果)〇”。另一方面，在比较例(p)的情况下，确认了刚性内齿齿轮10的内周面的维氏硬度Vig过低，由于与挠性齿轮20的外齿24的啮合，刚性内齿齿轮10的内齿11大幅磨损。另一方面，如实施例(A)所示，在刚性内齿齿轮10的内周面的维氏硬度Vig为200HV的情况下，确认了进行了耐久试验的刚性内齿齿轮10的内齿11不会发生异常磨损，为“(耐久试验结果)〇”。由此，本申请发明的发明人根据该实验结果，将刚性内齿齿轮10的内周面的维氏硬度Vig的下限值设定为“200HV”。

另外，在比较例(q)的情况下，确认了刚性内齿齿轮10的内周面的维氏硬度Vig比挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg高，对挠性齿轮20的齿部21施加过大的负荷而发生破损。另一方面，如实施例(C)所示，在刚性内齿齿轮10的内周面的维氏硬度Vig与挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg为相同的值的情况下，或者如实施例(B)及实施例(D)所示，在挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg比刚性内齿齿轮10的内周面的维氏硬度Vig高的情况下，确认了不会对挠性齿轮20的齿部21施加过大的负荷，成为“(耐久试验结果)〇”。由此，本申请发明的发明人根据该实验结果，将刚性内齿齿轮10的内周面的维氏硬度Vig与挠性齿轮20的齿部21的维氏硬度Vfg的关系设定为“Vig≤Vfg”。

＜4.应用例＞

图7是作为波动齿轮装置100的一应用例的、搭载有波动齿轮装置100的机器人200的概要图。本应用例的机器人200例如是在工业产品的生产线中进行部件的搬运、加工、组装等作业的所谓工业用机器人。如图7所示，机器人200具有基座框架201、臂202、马达203以及波动齿轮装置100。

臂202相对于基座框架201可转动地被支撑。马达203及波动齿轮装置100组装于基座框架201与臂202之间的关节部。当向马达203提供驱动电流时，从马达203输出旋转运动。另外，从马达203输出的旋转运动被波动齿轮装置100减速，并向臂202传递。由此，臂202相对于基座框架201以减速后的速度转动。

图8是作为波动齿轮装置100的另一应用例的、搭载有波动齿轮装置100的自行车300的概要图。本应用例的自行车300例如是具有电动辅助驱动单元301的电动辅助自行车，该电动辅助驱动单元通过马达303的驱动力辅助人力的旋转。如图8所示，电动辅助驱动单元301具有轴302、马达303以及作为波动齿轮装置100的减速器。

轴302通过骑自行车300的人踩踏板而产生的人力，以与图8的纸面正交的中心轴为中心旋转。马达303和作为波动齿轮装置100的减速器配置在轴302的附近。并且，当向马达303提供驱动电流时，马达303的转子旋转。另外，马达303的转子的旋转被减速器减速，向轴302输出。由此，轴302的旋转被辅助，以被放大的速度与轮胎一起旋转。另外，在本应用例中，使用转矩比较小的马达303。另外，在本应用例的波动齿轮装置100中，使用通过滚轧形成有多个内齿11的刚性内齿齿轮10。

＜5.变形例＞

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式。

在上述的实施方式中，挠性齿轮20构成为，与固定在搭载有波动齿轮装置100的装置的框体的刚性内齿齿轮10啮合的同时进行旋转。即，在上述的实施方式中，刚性内齿齿轮10不旋转，仅挠性齿轮20旋转。然而，这也可以是相反的。即，波动齿轮装置100也可以构成为，挠性齿轮20固定于框体等而不旋转，输出轴固定于刚性内齿齿轮10，刚性内齿齿轮10与输出轴一起以减速后的转速旋转。

另外，关于波动齿轮装置及机器人的细部的形状，在不脱离本发明的主旨的范围内，也可以与上述各图所示的形状不同。

＜6.总结＞

注意，本技术可以采用以下结构。

(1)一种波动齿轮装置，其特征在于，具有：

刚性内齿齿轮，其在内周面具有多个内齿，并以中心轴为中心呈圆环状扩展；

挠性齿轮，其具有相对于所述刚性内齿齿轮的所述多个内齿部分地啮合的外齿；以及

波动发生器，其在所述刚性内齿齿轮和所述挠性齿轮的径向内侧以所述中心轴为中心旋转，且具有根据周向位置而不同的外径，

所述挠性齿轮包括：

齿部，其沿所述中心轴呈筒状延伸，且在外侧面具有沿离开所述中心轴的方向延伸的多个所述外齿；

筒状的主体部，其配置在比所述齿部靠轴向一方侧，且在包含与所述中心轴平行的方向的成分的方向延伸；以及

底部，其从所述主体部的轴向一方侧的端部向径向内侧扩展，

当将所述刚性内齿齿轮的内周面的维氏硬度设为Vig，将所述挠性齿轮的齿部的维氏硬度设为Vfg时，则

200HV≤Vig≤Vfg的关系成立。

(2)根据(1)所述的波动齿轮装置，其特征在于，

进一步，Vfg≤500HV的关系成立。

(3)根据(1)或(2)所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述挠性齿轮由奥氏体系不锈钢形成。

(4)根据(3)所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述不锈钢的作为加工硬化指数的n值为0.3以上。

(5)根据(1)至(4)中任一项所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述挠性齿轮通过实施喷丸硬化而使表面的至少一部分的残留应力为-800MPa以上。

(6)：根据(1)至(5)中任一项所述的波动齿轮装置，其特征在于，所述刚性内齿齿轮由球墨铸铁形成，且拉伸强度为500MPa以上。

(7)：根据(1)至(6)中任一项所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述波动发生器包括：

非正圆凸轮，其以所述中心轴为中心旋转，并具有根据圆周方向的位置而不同的外径；以及

挠性轴承，其内圈固定于所述非正圆凸轮，且外圈固定于所述挠性齿轮或与所述挠性齿轮接触，

形成所述外圈的材料以Fe为主成分，包含0.95～1.00重量％的C、0.15～0.35重量％的Si和1.30～1.60重量％的Cr。

(8)一种机器人，其特征在于，具备(1)至(7)中任一项所述的波动齿轮装置。

(9)：根据(1)至(8)中任一项所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述刚性内齿齿轮的所述多个内齿通过滚轧而形成。

产业上的利用可能性

本申请可用于波动齿轮装置及机器人。

Claims (9)

1.一种波动齿轮装置，其特征在于，具有：

刚性内齿齿轮，其在内周面具有多个内齿，并以中心轴为中心呈圆环状扩展；

挠性齿轮，其具有相对于所述刚性内齿齿轮的所述多个内齿部分地啮合的外齿；以及

波动发生器，其在所述刚性内齿齿轮和所述挠性齿轮的径向内侧以所述中心轴为中心旋转，且具有根据周向位置而不同的外径，

所述挠性齿轮包括：

齿部，其沿所述中心轴呈筒状延伸，且在外侧面具有沿离开所述中心轴的方向延伸的多个所述外齿；

筒状的主体部，其配置在比所述齿部靠轴向一方侧，且在包含与所述中心轴平行的方向的成分的方向延伸；以及

底部，其从所述主体部的轴向一方侧的端部向径向内侧扩展，

当将所述刚性内齿齿轮的内周面的维氏硬度设为Vig，将所述挠性齿轮的齿部的维氏硬度设为Vfg时，则

200HV≤Vig≤Vfg的关系成立。

2.根据权利要求1所述的波动齿轮装置，其特征在于，

进一步，Vfg≤500HV的关系成立。

3.根据权利要求1或2所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述挠性齿轮由奥氏体系不锈钢形成。

4.根据权利要求3所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述不锈钢的作为加工硬化指数的n值为0.3以上。

5.根据权利要求1或2所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述挠性齿轮通过实施喷丸硬化而使表面的至少一部分的残留应力为-800MPa以上。

6.根据权利要求1或2所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述刚性内齿齿轮由球墨铸铁形成，且拉伸强度为500MPa以上。

7.根据权利要求1或2所述的波动齿轮装置，其特征在于，

所述波动发生器包括：

非正圆凸轮，其以所述中心轴为中心旋转，并具有根据圆周方向的位置而不同的外径；以及

挠性轴承，其内圈固定于所述非正圆凸轮，且外圈固定于所述挠性齿轮或与所述挠性齿轮接触，

形成所述外圈的材料以Fe为主成分，包含0.95～1.00重量％的C、0.15～0.35重量％的Si和1.30～1.60重量％的Cr。

8.一种机器人，其特征在于，具备权利要求1或2所述的波动齿轮装置。

9.根据权利要求1或2所述的波动齿轮装置，其特征在于

所述刚性内齿齿轮的所述多个内齿通过滚轧而形成。