JP7127367B2 - ロボット、歯車装置および歯車装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット、歯車装置および歯車装置の製造方法に関するものである。

少なくとも１つのアームを含んで構成されたロボットアームを備えるロボットでは、例えば、ロボットアームの関節部をモーター駆動により回動させるが、その際、そのモーターからの駆動力の回転を減速機（歯車装置）により減速してからロボットアームに伝達することが行われている。

このような減速機として、例えば、特許文献１に記載されているような波動歯車装置が知られている。特許文献１に記載の波動歯車装置は、円環状をした剛性の内歯歯車と、この内側に配置されているコップ状の可撓性の外歯歯車と、この外歯歯車の内側に嵌め込まれた楕円形輪郭の波動発生器から構成されている。

特開２００２－３４９６８１号公報

しかし、特許文献１に記載の波動歯車装置では、内歯歯車の構成材料が高強度アルミニウム合金あるいは銅合金であり、外歯歯車の構成材料が構造用鋼またはステンレス鋼である。このため、内歯歯車および外歯歯車の機械的特性が十分でなく、歯車装置の寿命が短いという課題がある。また、歯車装置の寿命が、例えばロボットの作業効率を低下させる一因となっている。

本発明の適用例に係るロボットは、第１部材と、
前記第１部材に対して回動する第２部材と、
前記第２部材を相対的に回動させる駆動力を伝達する歯車装置と、
前記歯車装置に向けて前記駆動力を出力する駆動源と、を備え、
前記歯車装置は、
内歯歯車と、
可撓性を有し、前記内歯歯車に一部が噛み合う外歯歯車と、
前記外歯歯車の内周面に接触し、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、を有し、
前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記波動発生器のうちの一つが前記第１部材に接続され、他の一つが前記第２部材に接続され、
前記外歯歯車はニッケルクロムモリブデン鋼を主材料とし、前記内歯歯車は焼入れと焼戻し処理を施した球状黒鉛鋳鉄、またはオーステンパー処理を施した球状黒鉛鋳鉄を主材料とする。

本発明の実施形態に係るロボットの概略構成を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る歯車装置を示す縦断面図である。 図２に示す歯車装置本体の正面図（軸線ａ方向から見た図）である。 図２に示す歯車装置が備える可撓性歯車の外歯の表面状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る歯車装置を示す縦断面図である。 本発明の歯車装置の製造方法の実施形態を示す工程図である。 実施例４の剛性歯車の研磨面の走査型電子顕微鏡による観察像である。 実施例２６の剛性歯車の研磨面の走査型電子顕微鏡による観察像である。 比較例１の剛性歯車の研磨面の走査型電子顕微鏡による観察像である。

以下、本発明のロボット、歯車装置および歯車装置の製造方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

１．ロボット
まず、本発明のロボットの実施形態について簡単に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るロボットの概略構成を示す側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１中の基台側を「基端側」、その反対側（エンドエフェクター側）を「先端側」と言う。また、図１の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。

図１に示すロボット１００は、例えば、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業に用いられるロボットである。このロボット１００は、図１に示すように、基台１１０と、第１アーム１２０と、第２アーム１３０と、作業ヘッド１４０と、エンドエフェクター１５０と、配線引き回し部１６０と、を有している。以下、ロボット１００の各部を順次簡単に説明する。

基台１１０は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台１１０の内部には、ロボット１００を統括制御する制御装置１９０が設置されている。また、基台１１０には、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｊ１（回動軸）まわりに回動可能に第１アーム１２０が連結している。すなわち、基台１１０に対して第１アーム１２０が相対的に回動している。

ここで、基台１１０内には、第１アーム１２０を回動させる駆動力を発生させるサーボモーター等の第１モーターであるモーター１７０（駆動源）と、モーター１７０の駆動力の回転を減速する第１減速機である歯車装置１０と、が設置されている。歯車装置１０の入力軸は、モーター１７０の回転軸に連結され、歯車装置１０の出力軸は、第１アーム１２０に連結されている。そのため、モーター１７０が駆動し、その駆動力が歯車装置１０を介して第１アーム１２０に伝達されると、第１アーム１２０が基台１１０に対して第１軸Ｊ１まわりに水平面内で相対的に回動する。すなわち、モーター１７０は、歯車装置１０に向けて駆動力を出力する駆動源である。

第１アーム１２０の先端部には、第１アーム１２０に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２（回動軸）まわりに回動可能に第２アーム１３０が連結している。第２アーム１３０内には、図示しないが、第２アーム１３０を回動させる駆動力を発生させる第２モーターと、第２モーターの駆動力の回転を減速する第２減速機と、が設置されている。そして、第２モーターの駆動力が第２減速機を介して第２アーム１３０に伝達されることにより、第２アーム１３０が第１アーム１２０に対して第２軸Ｊ２まわりに水平面内で回動する。

第２アーム１３０の先端部には、作業ヘッド１４０が配置されている。作業ヘッド１４０は、第２アーム１３０の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト１４１を有している。スプラインシャフト１４１は、第２アーム１３０に対して、図１に示す第３軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。

第２アーム１３０内には、図示しないが、回転モーターおよび昇降モーターが配置されている。回転モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナットに伝達され、スプラインナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が鉛直方向に沿う第３軸Ｊ３まわりに正逆回転する。

一方、昇降モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナットに伝達され、ボールネジナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が上下に移動する。

スプラインシャフト１４１の先端部（下端部）には、エンドエフェクター１５０が連結されている。エンドエフェクター１５０としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの等が挙げられる。

第２アーム１３０内に配置された各電子部品（例えば、第２モーター、回転モーター、昇降モーター等）に接続される複数の配線は、第２アーム１３０と基台１１０とを連結する管状の配線引き回し部１６０内を通って基台１１０内まで引き回されている。さらに、かかる複数の配線は、基台１１０内でまとめられることによって、モーター１７０および図示しないエンコーダーに接続される配線とともに、基台１１０内に設置された制御装置１９０まで引き回される。

以上のように、ロボット１００は、第１部材である基台１１０と、基台１１０に対して回動可能に設けられている第２部材である第１アーム１２０と、基台１１０および第１アーム１２０の一方側から他方側へ駆動力を伝達する歯車装置１０と、歯車装置１０に向けて駆動力を出力する駆動源であるモーター１７０と、を備える。

なお、第１アーム１２０および第２アーム１３０をまとめて「第２部材」と捉えてもよい。また、「第２部材」が、第１アーム１２０および第２アーム１３０に加え、さらに、作業ヘッド１４０およびエンドエフェクター１５０を含んでいてもよい。

また、本実施形態では、第１減速機が歯車装置１０で構成されているが、第２減速機が歯車装置１０で構成されていてもよく、また、第１減速機および第２減速機の双方が歯車装置１０で構成されていてもよい。第２減速機が歯車装置１０で構成されている場合、第１アーム１２０を「第１部材」と捉え、第２アーム１３０を「第２部材」と捉えればよい。また、歯車装置１０に代えて、後述する歯車装置１０Ｂを用いてもよい。

また、本実施形態では、モーター１７０および歯車装置１０は基台１１０に設けられているが、モーター１７０および歯車装置１０は第１アーム１２０に設けられていてもよい。この場合、歯車装置１０の出力軸を基台１１０に連結すればよい。

２．歯車装置
以下、本発明の歯車装置の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図２は、本発明の第１実施形態に係る歯車装置を示す縦断面図である。図３は、図２に示す歯車装置本体の正面図（軸線ａ方向から見た図）である。図４は、図２に示す歯車装置が備える可撓性歯車の外歯の表面状態を示す断面図である。なお、各図では、説明の便宜上、必要に応じて各部の寸法を適宜誇張して図示しており、また、各部間の寸法比は実際の寸法比とは必ずしも一致しない。

図２に示す歯車装置１０は、波動歯車装置であり、例えば減速機として用いられる。この歯車装置１０は、歯車装置本体１と、歯車装置本体１を収納しているケース５と、を有し、これらが一体化されている。ここで、歯車装置１０のケース５内には、潤滑剤Ｇが配置されている。以下、歯車装置１０の各部を説明する。なお、ケース５は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。

（歯車装置本体）
歯車装置本体１は、内歯歯車である剛性歯車２と、剛性歯車２の内側に配置されているカップ型の外歯歯車である可撓性歯車３と、可撓性歯車３の内側に配置されている波動発生器４と、を有している。

本実施形態では、剛性歯車２が前述したロボット１００の基台１１０（第１部材）にケース５を介して固定（接続）され、可撓性歯車３が前述したロボット１００の第１アーム１２０（第２部材）に接続され、波動発生器４が前述したロボット１００の基台１１０に配置されているモーター１７０の回転軸に接続されている。

モーター１７０の回転軸が回転する（すなわち駆動力が発生する）と、波動発生器４はモーター１７０の回転軸と同じ回転速度で回転する。そして、剛性歯車２および可撓性歯車３は、互いに歯数が異なるため、互いの噛み合い位置が周方向に移動しながら軸線ａまわりに相対的に回転する。本実施形態では剛性歯車２の歯数の方が可撓性歯車３の歯数より多いため、モーター１７０の回転軸の回転速度よりも低い回転速度で可撓性歯車３を回転させることができる。すなわち、波動発生器４を入力軸側、可撓性歯車３を出力軸側とする減速機を実現することができる。

なお、ケース５の形態によっては、可撓性歯車３を基台１１０に固定（接続）し、剛性歯車２を第１アーム１２０に接続しても、歯車装置１０を減速機として用いることができる。また、可撓性歯車３にモーター１７０の回転軸を接続しても、歯車装置１０を減速機として用いることができ、この場合、波動発生器４を基台１１０に固定（接続）し、剛性歯車２を第１アーム１２０に接続すればよい。また、歯車装置１０を増速機として用いる場合（モーター１７０の回転軸の回転速度よりも高い回転速度で可撓性歯車３を回転させる場合）、前述した入力側と出力側との関係を反対にすればよい。

図２および図３に示すように、剛性歯車２は、径方向に実質的に撓まない剛体で構成された歯車であって、内歯２３を有するリング状の内歯歯車である。本実施形態では、剛性歯車２は平歯車である。すなわち、内歯２３は、軸線ａに対して平行な歯スジを有する。なお、内歯２３の歯スジは、軸線ａに対して傾斜していてもよい。すなわち、剛性歯車２は、はすば歯車またはやまば歯車であってもよい。

図２および図３に示すように、可撓性歯車３は、剛性歯車２の内側に挿通されている。この可撓性歯車３は、径方向に撓み変形可能な可撓性を有する歯車であって、剛性歯車２の内歯２３の一部に噛み合う外歯３３（歯）を有する外歯歯車である。また、可撓性歯車３の歯数は、剛性歯車２の歯数よりも少ない。このように可撓性歯車３および剛性歯車２の歯数が互いに異なることにより、減速機を実現することができる。

本実施形態では、可撓性歯車３は、軸線ａ方向での一端（図２中右側の端部）が開口した開口部３６を有するカップ状をなし、その開口部３６から他端に向かって外歯３３が形成されている。ここで、可撓性歯車３は、軸線ａまわりの筒状（より具体的には円筒状）の胴部３１（筒部）と、胴部３１の軸線ａ方向での他端部に接続されている底部３２と、を有する。これにより、胴部３１の底部３２に比べ開口部３６の端部が径方向に撓み易くなるので、剛性歯車２に対する可撓性歯車３の良好な撓み噛み合いを実現することができる。さらに、軸６２（例えば出力軸）が接続されている底部３２の剛性を高めることができる。このようなことから歯車装置１０は、バックラッシュが非常に小さく、反転を繰り返す用途に適していて、また同時噛み合い歯数の比率が大きいために１枚の歯にかかる力が小さくなり高トルク容量を得ることもできる。なお、そのような過酷な用途に使うことが可能であるため、潤滑剤には高い潤滑性能が求められている。

図２および図３に示すように、波動発生器４は、可撓性歯車３の内側に配置され、軸線ａまわりに回転可能である。そして、波動発生器４は、可撓性歯車３の開口部３６の横断面を長軸Ｌａおよび短軸Ｌｂとする楕円形または長円形に変形させることにより、可撓性歯車３の外歯３３を剛性歯車２の内歯２３に噛み合わせる。ここで、可撓性歯車３および剛性歯車２は、同一の軸線ａまわりに回転可能に互いに内外で噛み合わされることとなる。

本実施形態では、波動発生器４は、カム４１と、カム４１の外周に装着されている軸受４２と、を有している。カム４１は、軸線ａまわりに回転する軸部４１１と、軸部４１１の一端部から外側に突出しているカム部４１２と、を有している。

軸部４１１には、軸６１（例えば入力軸）が接続されている。カム部４１２の外周面は、軸線ａに沿った方向から見たときに、楕円形または長円形をなしている。軸受４２は、可撓性の内輪４２１および外輪４２３と、これらの間に配置されている複数のボール４２２と、を有している。ここで、内輪４２１は、カム４１のカム部４１２の外周面に嵌め込まれ、カム部４１２の外周面に沿って楕円形または長円形に弾性変形している。それに伴って、外輪４２３も楕円形または長円形に弾性変形している。また、内輪４２１の外周面および外輪４２３の内周面は、それぞれ、複数のボール４２２を周方向に沿って案内させつつ転動させる軌道面を有している。また、複数のボール４２２は、互いの周方向での間隔を一定に保つように図示しない保持器により保持されている。なお、軸受４２内には、図示しないグリースが配置されている。このグリースは、後述する潤滑剤Ｇと同じであっても異なっていてもよい。

このような波動発生器４は、カム４１の軸線ａまわりの回転に伴って、カム部４１２の向きが変わり、それに伴って、外輪４２３の外周面も変形し、剛性歯車２および可撓性歯車３の互いの噛み合い位置を周方向に移動させる。

また、剛性歯車２、可撓性歯車３および波動発生器４は、それぞれ、鉄系材料等の金属材料で構成されている。

特に、可撓性歯車３（外歯歯車）の構成材料は、ニッケルクロムモリブデン鋼を主材料としている。ニッケルクロムモリブデン鋼は、適切な熱処理によって強靭な鋼となり、機械的特性（特に疲労強度）が優れているため、繰返し応力が作用する可撓性歯車３の構成材料として適していると言える。

ニッケルクロムモリブデン鋼としては、例えば、ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２０１６に規定されている種類の鋼材が挙げられる。具体的には、ＪＩＳ規格に規定されている記号として、ＳＮＣＭ２２０、ＳＮＣＭ２４０、ＳＮＣＭ４１５、ＳＮＣＭ４２０、ＳＮＣＭ４３１、ＳＮＣＭ４３９、ＳＮＣＭ４４７、ＳＮＣＭ６１６、ＳＮＣＭ６２５、ＳＮＣＭ６３０、ＳＮＣＭ８１５等が挙げられる。このうち、可撓性歯車３の構成材料として用いるニッケルクロムモリブデン鋼としては、機械的特性に優れるという観点から、特にＳＮＣＭ４３９を用いることが好ましい。

なお、可撓性歯車３の構成材料は、ニッケルクロムモリブデン鋼以外の材料を含んでいてもよい。すなわち、可撓性歯車３は、ニッケルクロムモリブデン鋼とそれ以外の材料とが複合してなる複合材料で構成されていてもよい。ただし、ニッケルクロムモリブデン鋼の方がそれ以外の材料よりも全体に占める割合（質量％）の方が多い構成、すなわち主材料であればよい。

一方、剛性歯車２（内歯歯車）の構成材料は、球状黒鉛鋳鉄を主材料としている。球状黒鉛鋳鉄は、ダクタイル鋳鉄とも呼ばれ、球状をなす黒鉛を晶出する鋳鉄である。このような球状黒鉛鋳鉄では、基地中に黒鉛が球状になって分散することにより、黒鉛が亀裂の起点になり難いため、例えば片状黒鉛鋳鉄に比べて基地の強度を最大限に発揮させることができる。その結果、球状黒鉛鋳鉄は、強度や靭性に優れたものとなる。また、球状黒鉛鋳鉄は、後述する熱処理によって十分な強度および靭性を有する。このため、剛性歯車２の長寿命化を図ることができる。

また、球状黒鉛鋳鉄は、含まれる黒鉛が潤滑剤の働きをするため、剛性歯車２の内歯２３が凝着しにくくなる。このため、剛性歯車２のさらなる低摩耗化を図ることができる。

加えて、球状黒鉛鋳鉄は、伝わってきた振動を黒鉛と基地との境界において熱エネルギーに変換し、消失させることができる。このため、剛性歯車２に発生する振動や騒音を低減することができる。

さらに、球状黒鉛鋳鉄は、熱伝導率が高く、放熱性に優れる。このため、剛性歯車２の放熱性も高くなり、剛性歯車２が著しく高温になるのを抑制することができるため、歯車装置１０の長寿命化を図ることができる。

なお、歯車装置１０の寿命とは、例えば歯車装置１０の使用開始から、歯車装置１０のいずれかの部位に損傷が発生するまでの時間のことをいう。かかる損傷としては、例えば剛性歯車２または可撓性歯車３の破断が挙げられる。

球状黒鉛鋳鉄としては、例えば、ＪＩＳ Ｇ ５５０２：２００１に規定されている種類の材料が挙げられる。具体的には、ＪＩＳ規格に規定されている記号として、ＦＣＤ３５０－２２、ＦＣＤ３５０－２２Ｌ、ＦＣＤ４００－１８、ＦＣＤ４００－１８Ｌ、ＦＣＤ４００－１５、ＦＣＤ４００－１０、ＦＣＤ４５０－１０、ＦＣＤ５００－７、ＦＣＤ６００－３、ＦＣＤ７００－２、ＦＣＤ８００－２等が挙げられる。

また、球状黒鉛鋳鉄の合金組成としては、例えば、Ｆｅ（鉄）を主成分とし、Ｃ（炭素）：２．０質量％以上６．０質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）：０．５質量％以上３．５質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：０．４質量％以上１．０質量％以下で含む組成が挙げられる。さらに、球状黒鉛鋳鉄には、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）、Ｓｎ（スズ）、Ｍｇ（マグネシウム）等が含まれていてもよい。

そして、剛性歯車２の構成材料は、焼入れと焼戻し処理済み球状黒鉛鋳鉄、またはオーステンパー処理済み球状黒鉛鋳鉄である。

球状黒鉛鋳鉄に焼入れと焼戻し処理を施すことにより、基地組織をマルテンサイト組織から、微細セメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）とフェライト（α固溶体）の混合組織に変化させることができ、特に好ましくはソルバイト組織に変化させることができる。したがって、剛性歯車２の構成材料は、黒鉛が分散している基地にソルバイト組織を含む、すなわちソルバイト組織を含有する球状黒鉛鋳鉄を含むことが好ましい。これにより、機械的強度を維持しつつ、球状黒鉛鋳鉄に良好な靭性および伸びを与えることができ、耐久性が特に良好な剛性歯車２を実現することができる。

なお、ソルバイト組織とは、微細セメンタイトとフェライトの混合組織であって、かつ、微細セメンタイトが粒状になっている組織のことをいう。このとき、粒状をなすセメンタイトは、少なくとも一部が倍率４００倍の光学顕微鏡下で認められる程度の大きさを有する組織とされる。このような適度な粒径を有し、かつ粒状（球状）をなすセメンタイト組織を含むことにより、ソルバイト組織は、特に良好な靭性および伸びを有する剛性歯車２の実現に寄与する。なお、基地中には、ソルバイト組織以外の組織が混在していてもよい。

このようなソルバイト組織を含む球状黒鉛鋳鉄の引張強さは、特に限定されないが、６００ＭＰａ以上であるのが好ましく、６５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下であるのがより好ましい。これにより、特に長寿命化が図られた歯車装置１０を実現することができる。

なお、引張強さの測定には、例えばＪＩＳ１４Ａ号試験片を用い、試験片が耐えた最大荷重（破断荷重）を試験片の平行部の断面積で除した値を、上記引張強さとする。

また、かかるソルバイト組織を含む球状黒鉛鋳鉄の伸びは、特に限定されないが、１０％以上であるのが好ましく、１２％以上２５％以下であるのがより好ましい。これにより、特に長寿命化が図られた歯車装置１０を実現することができる。

なお、伸びの測定には、例えばＪＩＳ１４Ｂ号試験片を用い、試験片が破断するまでの最大伸び（破断伸び）を、上記伸びとする。

また、上述した焼入れと焼戻し処理に代えて、球状黒鉛鋳鉄にオーステンパー処理を施すことにより、基地組織をベイナイト組織に変化させることができる。したがって、剛性歯車２の構成材料は、黒鉛が分散している基地にベイナイト組織を含む、すなわちベイナイト組織を含有する球状黒鉛鋳鉄を含むことが好ましい。これにより、機械的強度を維持しつつ、球状黒鉛鋳鉄に良好な靭性を与えることができ、耐久性が特に良好な剛性歯車２を実現することができる。

なお、ベイナイト組織とは、鋼をオーステナイト化温度（例えば８２０℃以上９００℃以下程度）で加熱し、その後、オーステンパー処理（恒温変態処理）に供することによって生成される組織のことをいい、一般的には針状組織を含む。このようなベイナイト組織は、特に良好な機械的強度を有する剛性歯車２の実現に寄与する。なお、基地中には、ベイナイト組織以外の組織が混在していてもよい。

このようなベイナイト組織を含む球状黒鉛鋳鉄の引張強さは、特に限定されないが、７００ＭＰａ以上であるのが好ましく、８００ＭＰａ以上１２５０ＭＰａ以下であるのがより好ましい。これにより、特に長寿命化が図られた歯車装置１０を実現することができる。なお、引張強さの測定方法は、前述した方法と同様である。

また、かかるベイナイト組織を含む球状黒鉛鋳鉄の伸びは、特に限定されないが、１％以上であるのが好ましく、２％以上１０％以下であるのがより好ましい。これにより、特に長寿命化が図られた歯車装置１０を実現することができる。なお、伸びの測定方法は、前述した方法と同様である。

また、特に疲労強度の観点からは、ベイナイト組織を含む球状黒鉛鋳鉄よりもソルバイト組織を含む球状黒鉛鋳鉄が好ましい。これにより、とりわけ長寿命化が図られた歯車装置１０を実現することができる。

以上のように、焼入れと焼戻し処理済み球状黒鉛鋳鉄またはオーステンパー処理済み球状黒鉛鋳鉄を用いることにより、特に長寿命化が図られた歯車装置１０を実現することができる。

また、剛性歯車２の構成材料は、このような焼入れと焼戻し処理済み球状黒鉛鋳鉄またはオーステンパー処理済み球状黒鉛鋳鉄以外の材料を含んでいてもよい。すなわち、剛性歯車２は、焼入れと焼戻し処理済み球状黒鉛鋳鉄またはオーステンパー処理済み球状黒鉛鋳鉄とそれ以外の材料とが複合してなる複合材料で構成されていてもよい。ただし、焼入れと焼戻し処理済み球状黒鉛鋳鉄またはオーステンパー処理済み球状黒鉛鋳鉄の方が、それ以外の材料よりも全体に占める割合（質量％）の方が多い構成、すなわち主材料であればよい。

また、剛性歯車２（内歯歯車）の表面のビッカース硬度は、可撓性歯車３（外歯歯車）の表面のビッカース硬度以下であることが好ましい。これにより、剛性歯車２の内歯２３の表面が適度に摩耗するため、剛性歯車２が含む球状黒鉛鋳鉄に由来する黒鉛が露出し、それによって内歯２３の表面の潤滑性が向上する。その結果、剛性歯車２の内歯２３の表面において可撓性歯車３の外歯３３の表面が凝着することに伴う摩耗が発生しにくくなり、歯車装置１０の長寿命化を図ることができる。

なお、ビッカース硬度は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９に規定されたビッカース硬さ試験－試験方法に準じて測定される。ここで、圧子の試験力は９．８Ｎ（１ｋｇｆ）とし、試験力の保持時間は１５秒とする。そして、１０か所の測定結果の平均値を上記ビッカース硬度とする。

また、可撓性歯車３（外歯歯車）の表面のビッカース硬度は、４００以上５２０以下の範囲内にあることが好ましく、４５０以上５２０以下の範囲内にあることがより好ましい。これにより、可撓性歯車３の機械的強度と靭性とのバランスを図り、可撓性歯車３の寿命を好適に長くすることができる。これに対し、かかるビッカース硬度が低すぎると、可撓性歯車３の強度が十分でなく、可撓性歯車３が負荷応力に耐えられず破壊しやすくなるおそれがある。一方、かかるビッカース硬度が高すぎると、可撓性歯車３の靱性が低下してしまい、衝撃等により破壊しやすくなる傾向を示し、また、剛性歯車２の摩耗を過度に進行させ、歯車装置１０の耐久性を低下させる可能性がある。

また、剛性歯車２（内歯歯車）の表面のビッカース硬度は、３００以上４５０以下の範囲内にあることが好ましく、３２０以上４００以下の範囲内にあることがより好ましい。これにより、剛性歯車２の機械的強度と靭性とのバランスを図り、剛性歯車２の寿命を好適に長くすることができる。これに対し、かかるビッカース硬度が低すぎると、剛性歯車２の摩耗が過度に進行し、歯車装置１０の伝達効率が低下するおそれがある。また、剛性歯車２が負荷応力に耐えられず破壊しやすくなるおそれがある。一方、かかるビッカース硬度が高すぎると、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い時の衝撃が大きくなり、可撓性歯車３が破壊したり、歯車装置１０の耐久性が低下させたりするおそれがある。

また、可撓性歯車３の少なくとも外歯３３の表面には、圧縮残留応力が付与されていることが好ましい。これにより、外歯３３の疲労強度を向上させ、高い負荷応力にも耐えられる可撓性歯車３を実現することができ、その結果、歯車装置１０の耐久性を向上させることができる。

ここで、前述したような効果を得るためには、可撓性歯車３の残留応力（圧縮残留応力）は、－９５０ＭＰａ以上－４５０ＭＰａ以下の範囲内にあることが好ましく、－９５０ＭＰａ以上－５５０ＭＰａ以下の範囲内にあることがより好ましく、－９５０ＭＰａ以上－７５０ＭＰａ以下の範囲内にあることがさらに好ましい。これに対し、かかる残留応力の絶対値が小さすぎると、前述した効果が減少する傾向を示す。一方、かかる残留応力の絶対値が大きすぎると、残留応力付与に伴う外歯３３の変形が大きくなり過ぎて、歯車装置１０の適切な稼動が難しくなる傾向を示す。

また、このような圧縮残留応力は、可撓性歯車３の表面にショットピーニングを施すことで付与することができる。このように可撓性歯車３の表面にショットピーニングを施すと、可撓性歯車３の表面には、図４に示すように、微細な凹凸が形成される。これにより、可撓性歯車３の表面に潤滑剤Ｇを保持させやすくすることができる。その結果、歯車装置１０の耐久性を向上させることができる。

ここで、可撓性歯車３（外歯歯車）の外歯３３の表面粗さＲａ１は、０．２μｍ以上１．６μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、０．２μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。これにより、剛性歯車２の摩耗を低減しつつ、可撓性歯車３の外歯３３上にグリース（潤滑剤Ｇ）を保持させやすくして、可撓性歯車３および剛性歯車２の寿命を好適に長くすることができる。これに対し、かかる表面粗さが小さすぎると、可撓性歯車３の外歯３３上にグリース（潤滑剤Ｇ）を保持させやすくする効果が小さくなる傾向を示す。一方、かかる表面粗さが大きすぎると、外歯３３の歯面の接触抵抗が大きくなり、歯車装置１０の効率が低下するとともに、剛性歯車２が摩耗しやすくなり、歯車装置１０の耐久性を低下させる傾向を示す。なお、表面粗さＲａ１は、外歯３３の算術平均粗さＲａのことであり、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に規定された方法に準じて測定される。

また、可撓性歯車３（外歯歯車）の外歯３３の表面粗さＲａ１は、剛性歯車２（内歯歯車）の内歯２３の表面粗さＲａ２よりも大きいことが好ましい。これにより、可撓性歯車３の外歯３３上にグリース（潤滑剤Ｇ）を保持させやすくしつつ、可撓性歯車３と剛性歯車２との接触抵抗を低減して、可撓性歯車３および剛性歯車２の寿命を好適に長くすることができる。

一方、剛性歯車２（内歯歯車）の内歯２３の表面粗さＲａ２は、０．１μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。これにより、剛性歯車２の製造コストを低減しつつ、可撓性歯車３と剛性歯車２との接触抵抗を低減することができる。これに対し、かかる表面粗さが小さすぎると、内歯２３の歯形表面を仕上げるためのコストが大きくなる割に効率向上の効果は小さい。一方、かかる表面粗さが大きすぎると、内歯２３の歯面の接触抵抗が大きくなり、歯車装置１０の効率が低下する傾向を示す。なお、表面粗さＲａ２は、内歯２３の算術平均粗さＲａのことであり、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に規定された方法に準じて測定される。

また、可撓性歯車３（外歯歯車）の構成材料の平均結晶粒径は、剛性歯車２（内歯歯車）の構成材料の平均結晶粒径よりも小さいことが好ましい。このような内歯２３および外歯３３の構成材料の平均結晶粒径の大小関係により、外歯３３の結晶粒径を小さくして、潤滑剤Ｇを外歯３３上に保持させやすくすることができる。そのため、潤滑剤Ｇを外歯３３の回転による遠心力に抗して外歯３３上に留めておくことができる。ここで、潤滑剤Ｇは、外歯３３の表面に存在する結晶粒界に優先的に保持される。これは、当該結晶粒界が潤滑剤Ｇを収容する微細な凹部や溝のような役割を果たすためと考えられる。したがって、外歯３３の結晶粒径を小さくすることで、外歯３３の表面に存在する結晶粒界の密度が高くなり、それに伴って、外歯３３の表面に潤滑剤Ｇが保持されやすくなる。

また、外歯３３の結晶粒径を小さくすると、外歯３３の機械的強度を高めるとともに、外歯３３の靱性を高めることができる。外歯３３は、前述したように剛性歯車２および可撓性歯車３の互いの噛み合い位置の移動に伴って変形を繰り返すことから、内歯２３に比べて高い機械的強度および靱性が要求される。そのため、外歯３３の機械的強度および靱性を高めることは極めて有益である。なお、一般に、金属の機械的強度は、結晶粒径の１／２乗に反比例して高まる。

その一方で、前述したような内歯２３および外歯３３の構成材料の平均結晶粒径の大小関係により、内歯２３の結晶粒径を大きくして、潤滑剤Ｇを内歯２３上に沿って流動させやすくすることができる。そのため、潤滑剤Ｇが内歯２３上で偏在したり固化したりするのを低減することができる。ここで、内歯２３は非回転であるため、内歯２３上において、前述した外歯３３のような遠心力が働かないため、もともと潤滑剤Ｇを保持しやすい傾向にある。そこで、内歯２３上の潤滑剤Ｇを流動しやすくすることで、潤滑剤Ｇの固着や必要箇所での油切れを防ぐ。これにより、潤滑剤Ｇの性能を十分に発揮させることが可能となる。

このように、歯車装置１０では、前述したような、潤滑剤Ｇを外歯３３上に留めておく効果、および、潤滑剤Ｇが内歯２３上で偏在したり固化したりするのを低減する効果の２つの効果を同時に発揮させることができる。そして、この２つの効果が相乗して、潤滑剤Ｇの潤滑寿命を効果的に向上させることができる。特に、歯車装置１０のような波動歯車装置では、一般に、内歯車および外歯車が極めて少ないバックラッシュで互いに噛み合うため、潤滑剤の潤滑寿命に対する要求が極めて高い。そのため、このような歯車装置に本発明を適用すると、その効果が顕著となる。

ここで、「平均結晶粒径」は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１：２０１３「鋼－結晶粒度の顕微鏡試験方法」に準拠して測定されるものである。この平均結晶粒径の測定に際しては、試験片（内歯または外歯）の表面を腐食液によりエッチングすることで結晶粒界を出現させ、その出現した結晶粒界を顕微鏡観察することにより行うが、腐食液としては、５％ナイタール（５％硝酸－エチルアルコール）あるいはピクリン酸水溶液ベースの腐食液（２％ピクリン酸－０．２％塩化ナトリウム－０．１％硫酸－蒸留水）を用いる。また、前述したような平均結晶粒径の大小関係は、少なくとも内歯２３および外歯３３において満たしていればよく、剛性歯車２および可撓性歯車３の他の部分同士において満たしていなくてもよいが、他の部分同士においても満たしていると、その効果が顕著となる。また、内歯２３および外歯３３の結晶粒径は、例えば、これらを構成する材料（金属組成）および製造時の熱処理等に応じて調整が可能である。

外歯３３の構成材料の平均結晶粒径をＡとし、内歯２３の構成材料の平均結晶粒径をＢとしたとき、ＡおよびＢは前述したようにＡ＜Ｂなる関係を満たせばよいが、前述したような２つの効果を好適に発揮させる上で、好ましくは、１．２≦Ｂ／Ａ≦１００、より好ましくは、２≦Ｂ／Ａ≦５０とされる。これに対し、Ｂ／Ａが小さすぎると、前述した２つの効果のバランスが悪くなる傾向を示し、一方、Ｂ／Ａが大きすぎると、内歯２３と外歯３３の強度差が大きくなりすぎて、内歯２３および外歯３３のうちの一方の摩耗が早くなる傾向を示す。

内歯２３の構成材料の平均結晶粒径は、２０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、３０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることがより好ましく、３０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内にあることがさらに好ましい。これにより、潤滑剤Ｇを内歯２３上に沿ってより効果的に流動させることができる。また、内歯２３が金属で構成されている場合において、内歯２３の機械的強度を優れたものとすることができる。これに対して、かかる平均結晶粒径が小さすぎると、内歯２３上での潤滑剤Ｇの流動性が低下する傾向を示す。一方、かかる平均結晶粒径が大きすぎると、内歯２３の構成材料によっては、内歯２３の強度が不足する場合がある。なお、剛性歯車２の全体において、前述した平均結晶粒径の範囲を満たしていると、前述した効果が顕著となる。

一方、外歯３３の構成材料の平均結晶粒径は、０．５μｍ以上３０μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にあることがより好ましく、５μｍ以上１５μｍ以下の範囲内にあることがさらに好ましい。これにより、潤滑剤Ｇを外歯３３上により効果的に保持させることができる。また、外歯３３が金属で構成されている場合において、外歯３３の機械的強度を優れたものとすることができる。これに対し、かかる平均結晶粒径が小さすぎると、外歯３３を製造する際の加工性が悪く、また、外歯３３の表面に存在する結晶粒界に起因する凹部の深さも小さくなるため、かえって、潤滑剤Ｇを外歯３３上に保持し難くなってしまう。一方、かかる平均結晶粒径が大きすぎると、潤滑剤Ｇを外歯３３上に保持する効果が低下する傾向を示し、また、外歯３３に必要な機械的強度および靱性を確保することが難しい。なお、可撓性歯車３の全体において、前述した平均結晶粒径の範囲を満たしていると、前述した効果が顕著となる。

また、可撓性歯車３の構成材料および剛性歯車２の構成材料には、それ前述した材料以外の材料が０．０１質量％以上２質量％以下の範囲内で添加されていてもよい。特に、可撓性歯車３（外歯歯車）の構成材料は、第４族元素または第５族元素を０．０１質量％以上０．５質量％以下の範囲内で含むことが好ましい。これにより、可撓性歯車３の製造過程において熱処理を施しても、可撓性歯車３を構成している鉄系材料の結晶粒の成長を抑制して結晶粒径を小さくすることができる。そのため、可撓性歯車３の機械的強度を向上させることができる。また、このような可撓性歯車３を備える歯車装置１０によれば、可撓性歯車３の機械的強度を向上させることで、歯車装置１０の耐久性を向上させることができる。

ここで、添加元素としては、前述したように、第４族元素または第５族元素を用いればよいが、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびタンタル（Ｔａ）のうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることが好ましく、ジルコニウム（Ｚｒ）およびニオブ（Ｎｂ）のうちの少なくとも一方を含んでいることがより好ましく、ジルコニウム（Ｚｒ）およびニオブ（Ｎｂ）の双方を含んでいることがさらに好ましい。これにより、可撓性歯車３を構成している鉄系材料の結晶粒の成長を抑制する効果（以下、「結晶粒成長抑制効果」ともいう）をより効果的に発揮させることができる。なお、可撓性歯車３の構成材料には、第４族元素および第５族元素以外の元素が含まれていてもよく、例えば、可撓性歯車３を構成している鉄系材料の結晶粒の成長を効果的に抑制する観点から、イットリウム（Ｙ）を含んでいてもよい。

また、可撓性歯車３の構成材料中における添加元素の含有量（添加量）は、０．０５質量％以上０．３質量％以下の範囲内にあることが好ましく、０．１質量％以上０．２質量％以下の範囲内にあることがより好ましい。これにより、結晶粒成長抑制効果をより効果的に発揮させることができる。これに対し、かかる含有量が少なすぎると、結晶粒成長抑制効果が著しく減少するおそれがある。一方、かかる含有量が多すぎると、結晶粒成長抑制効果をそれ以上得ることができないばかりか、可撓性歯車３の靱性が低くなり、かえって可撓性歯車３の機械的強度を低下させたり、可撓性歯車３を製造する際の加工性が極端に悪くなったりするおそれがある。

（ケース）
図２に示すケース５は、軸受１３を介して軸６１（例えば入力軸）を支持している略板状の蓋体１１と、軸受１４を介して軸６２（例えば出力軸）を支持しているカップ状の本体１２と、を有する。ここで、蓋体１１と本体１２とは連結（固定）されて空間を構成しており、その空間には、前述した歯車装置本体１が収納されている。また、蓋体１１および本体１２の少なくとも一方には、前述した歯車装置本体１の剛性歯車２が例えばネジ止め等により固定されている。

蓋体１１の内壁面１１１は、可撓性歯車３の開口部３６を覆うように軸線ａに垂直な方向に拡がる形状をなしている。また、本体１２の内壁面１２１は、可撓性歯車３の外周面および底面に沿った形状をなしている。このようなケース５は、前述したロボット１００の基台１１０に固定されている。ここで、蓋体１１は、基台１１０と別体であって、例えばネジ止め等により基台１１０に固定されていてもよいし、基台１１０と一体であってもよい。また、ケース５（蓋体１１、本体１２）の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、金属材料、セラミックス材料等が挙げられる。

（潤滑剤）
潤滑剤Ｇは、例えばグリース（半固体状潤滑剤）であり、潤滑対象部である剛性歯車２と可撓性歯車３との間（噛み合い部）、および潤滑対象部である可撓性歯車３と波動発生器４との間（接触部・摺動部）のうちの少なくとも一方（以下、単に「潤滑対象部」ともいう）に配置されている。これにより、当該潤滑対象部の摩擦を低減することができる。

このように、歯車装置１０は、剛性歯車２（内歯歯車）と可撓性歯車３（外歯歯車）との間に配置されている潤滑剤Ｇを備える。この潤滑剤Ｇは、基油と、増ちょう剤と、有機モリブデン化合物と、を含み、かつ、離油度が４質量％以上１３．８質量％以下の範囲内にあることが好ましい。潤滑剤Ｇが有機モリブデン化合物を含んでいることにより、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部における摩擦を効果的に低減することができる。その上で、当該潤滑剤Ｇの離油度が４質量％以上１３．８質量％以下の範囲内にあることにより、当該潤滑剤Ｇが有機モリブデン化合物を含んでいても、増ちょう剤からの基油のしみ出しが阻害され難くなり、可撓性歯車３と波動発生器４との接触部へ安定的に基油を供給することができる。その結果、可撓性歯車３および剛性歯車２の寿命を好適に長くすることができる。

基油としては、例えば、パラフィン系、ナフテン系等の鉱油（精製鉱物油）、ポリオレフィン、エステル、シリコーン等の合成油が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。また、増ちょう剤としては、例えば、カルシウム石けん、カルシウム複合石けん、ナトリウム石けん、アルミニウム石けん、リチウム石けん、リチウム複合石けん等の石けん系、また、ポリウレア、ナトリウムテレフタメート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、有機ベントナイト、シリカゲル等の非石けん系等が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。このように、基油および増ちょう剤を組成として含んでいる潤滑剤Ｇ（グリース）は、増ちょう剤が形成する３次元構造体が複雑に絡み合って基油を保持しており、その保持した基油を少しずつしみ出させることで潤滑作用を発揮する。

ここで、潤滑剤Ｇ中における基油の含有量が７５質量％以上８５質量％以下であり、かつ、潤滑剤Ｇ中における増ちょう剤の含有量が１０質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。これにより、潤滑剤Ｇの潤滑性能を高めることができる。

また、有機モリブデン化合物は、固体潤滑剤または極圧剤として機能する。これにより、潤滑対象部における摩擦を効果的に低減することができ、潤滑対象部が極圧潤滑状態となっても、焼き付きやスカッフィングを効果的に防止することができる。特に、有機モリブデン化合物は、二硫化モリブデンと同等の極圧性および耐摩耗性を発揮し、しかも、二硫化モリブデンに比べて酸化安定性に優れる。そのため、潤滑剤Ｇの長寿命化を図ることができる。

ここで、有機モリブデン化合物は、粒子状態で潤滑剤Ｇに添加されるが、歯車装置１０で使用されると分解反応することで潤滑対象部に被膜を形成して摩擦係数を下げる効果がある。このため有機モリブデン化合物は、極めて小さいバックラッシュで噛み合う剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部や、可撓性歯車３と波動発生器４との間の極めて小さい隙間の潤滑に適している。これに対し、二硫化モリブデンの場合は、潤滑対象部における摩擦を低減するためには、潤滑対象部に付着しても粒子状態を維持していなければならず、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部や、可撓性歯車３と波動発生器４との接触部における潤滑に適しているとは言えない。

また、潤滑剤Ｇ中における有機モリブデン化合物の含有量は、例えば、１質量％以上５質量％以下であることが好ましい。これにより、有機モリブデン化合物の極圧剤としての性能が発揮されやすくなり、潤滑剤Ｇの特性向上が顕著となる。なお、極圧剤または固体潤滑剤として、有機モリブデン化合物の他に、ジアルキルジチオリン酸亜鉛等の他の極圧剤を併用してもよい。

ここで、有機モリブデン化合物の平均粒径は、一般に、１０μｍ程度と比較的大きい。そのため、単に潤滑剤Ｇに有機モリブデン化合物を添加すると、有機モリブデン化合物の粒子の影響により、潤滑剤Ｇの増ちょう剤からの基油のしみ出しが阻害されて少なくなり、潤滑対象部の潤滑不足を招く場合がある。例えば、可撓性歯車３と波動発生器４との接触部は、その隙間が小さいためにグリース全体が供給されることは難しく、増ちょう剤からしみ出た基油が供給されることが重要であるので、潤滑不足を招きやすい。

そこで、潤滑剤Ｇの離油度は、４質量％以上１３．８質量％以下の範囲内にあることが好ましく、６質量％以上１１質量％以下の範囲内にあることがより好ましく、６質量％以上１０質量％以下の範囲内にあることがさらに好ましい。これにより、潤滑剤Ｇの増ちょう剤からの基油のしみ出しが阻害され難くなり、潤滑対象部（特に可撓性歯車３と波動発生器４との接触部）へ安定的に基油を供給することができる。このように、当該潤滑剤Ｇが有機モリブデン化合物による優れた摩擦低減効果を発揮させつつ増ちょう剤からの基油のしみ出しによって潤滑対象部へ安定的に基油を供給することができ、その結果、歯車装置１０の長寿命化を図ることができる。なお、「離油度」とは、増ちょう剤からの基油をしみ出させる能力を示す指標であり、ＪＩＳ Ｋ２２２０：２０１３に規定されている測定方法に準拠して測定される。

ここで、前述したような潤滑剤Ｇの離油度による効果を高める観点から、潤滑剤Ｇに添加する有機モリブデン化合物（固体潤滑剤または極圧剤）の平均粒径は、１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。

また、離油度は、ちょう度が大きくなる（すなわち軟らかくなる）ほど、大きくなる傾向を示し、ちょう度に対してある程度の相関関係を有する。したがって、例えば、基油および増ちょう剤の配合比に応じてちょう度を調整することで、所望の離油度の潤滑剤Ｇを得ることができる。

また、潤滑剤Ｇのちょう度は、２８０以上４００以下の範囲内にあることが好ましく、３００以上３８０以下の範囲内にあることがより好ましく、３２５以上３６５以下の範囲内にあることがさらに好ましい。これにより、潤滑対象部に潤滑剤Ｇを留めやすくすることができる。また、潤滑剤Ｇの離油度を前述した範囲内とすることが容易となるという利点もある。これに対し、潤滑剤Ｇのちょう度が小さすぎると、前述した離油度の範囲となる基油および増ちょう剤の選定が難しく、また、潤滑剤Ｇの流動性が不十分となり、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部に十分に潤滑剤Ｇを供給することが難しくなるおそれがある。一方、潤滑剤Ｇのちょう度が大きすぎると、潤滑剤Ｇの流動性が高くなり過ぎて、歯車装置１０の外部（例えば、ケース５内の不本意な位置またはケース５の外部）へ潤滑剤Ｇが漏れやすくなるため、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部への潤滑剤Ｇの供給が不安定となり、かえって、当該噛み合い部における潤滑不良を生じやすくなるおそれがある。なお、「ちょう度」は、グリースの硬さを表す指標であり、ＪＩＳ Ｋ２２２０：２０１３に規定されている測定方法に準拠して測定される。

また、潤滑剤Ｇの滴点は、２４８℃以上２７０℃以下の範囲内にあることが好ましい。これにより、潤滑剤Ｇのちょう度を最適化しつつ、潤滑剤Ｇの耐熱性を優れたものとすることができる。なお、「滴点」とは、グリース構造が破壊され、半固体から液状に変わる時の温度をいい、ＪＩＳ Ｋ２２２０：２０１３に規定されている測定方法に準拠して測定される。

ここで、潤滑剤Ｇに用いる増ちょう剤は、前述した増ちょう剤の中でもリチウム複合石けんを用いることが好ましい。これにより、潤滑剤Ｇの滴点を高くすることができ、潤滑剤Ｇの耐熱性を優れたものとすることができる。なお、リチウム複合石けんを増ちょう剤として用いる場合、リチウム複合石けんを単独で増ちょう剤として用いてもよいし、他の増ちょう剤とリチウム複合石けんを混合して用いてもよい。他の増ちょう剤とリチウム複合石けんを混合して用いる場合、全増ちょう剤中におけるリチウム複合石けんの含有量が７０質量％以上であることが好ましい。

また、潤滑剤Ｇは、前述した基油、増ちょう剤および極圧剤（有機モリブデン化合物）の他に、酸化防止剤、防錆剤等の添加剤、また、黒鉛、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の固体潤滑剤等を含んでいてもよい。

以上のように、歯車装置１０は、前述したように、内歯歯車である剛性歯車２と、可撓性を有し、剛性歯車２に一部が噛み合う外歯歯車である可撓性歯車３と、可撓性歯車３の内周面に接触し、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器４と、を有する。そして、可撓性歯車３はニッケルクロムモリブデン鋼を主材料とし、剛性歯車２は焼入れと焼戻し処理済み球状黒鉛鋳鉄またはオーステンパー処理済み球状黒鉛鋳鉄を主材料とする。

このような歯車装置１０によれば、可撓性歯車３の構成材料がニッケルクロムモリブデン鋼を含むため、可撓性歯車３の機械的特性（特に疲労強度）を高めて、可撓性歯車３の寿命を長くすることができる。一方、剛性歯車２の構成材料が焼入れと焼戻し処理済み球状黒鉛鋳鉄またはオーステンパー処理済み球状黒鉛鋳鉄を含むため、剛性歯車２に耐久性が付与され、剛性歯車２の寿命を長くすることができる。このように、可撓性歯車３および剛性歯車２の双方の寿命を長くすることで、歯車装置１０の寿命を長くすることができる。また、入力可能なトルクの許容範囲を拡大することができるため、歯車装置１０の高トルク化を図ることができる。

また、ロボット１００は、前述したように、第１部材である基台１１０と、基台１１０に対して回動する第２部材である第１アーム１２０と、基台１１０に対して第１アーム１２０を相対的に回動させる駆動力を伝達する歯車装置１０と、歯車装置１０に向けて駆動力を出力する駆動源であるモーター１７０と、を備えている。そして、剛性歯車２、可撓性歯車３および波動発生器４のうちの一つが基台１１０（第１部材）に対して接続され、他の一つが第１アーム１２０（第２部材）に対して接続されている。

これにより、歯車装置１０の長寿命化に起因して、ロボット１００の長寿命化も図ることができる。また、歯車装置１０の交換や修理を行う頻度を下げることができるため、ロボット１００の実質的な稼働時間をより長く確保することができ、ロボット１００の作業効率を高めることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２実施形態に係る歯車装置を示す縦断面図である。

本実施形態は、外歯歯車の構成およびそれに伴うケースの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図５において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図５に示す歯車装置１０Ｂは、歯車装置本体１Ｂと、歯車装置本体１Ｂを収納しているケース５Ｂと、を有する。なお、ケース５Ｂは、省略してもよい。

歯車装置１０Ｂは、剛性歯車２の内側に配置されているハット型（縁つき帽子型）の外歯歯車である可撓性歯車３Ｂを有している。この可撓性歯車３Ｂは、筒状の胴部３１の一端部に接続され軸線ａとは反対側に突出しているフランジ部３２Ｂ（接続部）を有する。フランジ部３２Ｂには、図示しない出力軸が取り付けられている。

ケース５Ｂは、軸受１３を介して軸６１（例えば入力軸）を支持している略板状の蓋体１１Ｂと、前述した可撓性歯車３Ｂのフランジ部３２Ｂに取り付けられているクロスローラーベアリング１８と、を有する。

ここで、蓋体１１Ｂは、剛性歯車２の一方（図５中右側）の側面に対して例えばネジ止め等により固定されている。また、クロスローラーベアリング１８は、内輪１５と、外輪１６と、これらの間に配置されている複数のコロ１７と、を有する。そして、内輪１５は、可撓性歯車３の胴部３１の外周に沿って設けられ、剛性歯車２の他方（図５中左側）の側面に例えばネジ止め等により固定されている。一方、外輪１６は、前述した可撓性歯車３Ｂのフランジ部３２Ｂの胴部３１側の面に例えばネジ止め等により固定されている。

また、蓋体１１Ｂの内壁面１１１Ｂは、可撓性歯車３Ｂの開口部３６を覆うように軸線ａに垂直な方向に拡がる形状をなしている。また、クロスローラーベアリング１８の内輪１５の内壁面１５１は、可撓性歯車３Ｂの胴部３１の外周面に沿った形状をなしている。

以上のような歯車装置１０Ｂは、剛性歯車２と可撓性歯車３Ｂとの間および可撓性歯車３Ｂと波動発生器４との間のうちの少なくとも一方（潤滑対象部）に配置されている潤滑剤Ｇを有する。ここで、剛性歯車２、可撓性歯車３Ｂおよび波動発生器４のうちの一つの部材（本実施形態では剛性歯車２であるが、可撓性歯車３Ｂまたは波動発生器４でもよい）が基台１１０（第１部材）に対して接続され、他の一つの部材（本実施形態では可撓性歯車３Ｂであるが、剛性歯車２または波動発生器４でもよい）が第１アーム１２０（第２部材）に対して接続されている。

以上説明したような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。

３．歯車装置の製造方法
以下、本発明の歯車装置の製造方法の実施形態について説明する。
図６は、本発明の歯車装置の製造方法の実施形態を示す工程図である。

本実施形態に係る歯車装置の製造方法は、球状黒鉛鋳鉄を主材料とする内歯歯車用部材を用意する部材準備工程と、内歯歯車用部材に焼入れと焼戻し処理またはオーステンパー処理を施し、内歯歯車を得る熱処理工程と、を含む。以下、各工程について説明する。

［１］部材準備工程Ｓ１
まず、球状黒鉛鋳鉄を含む材料で構成されている内歯歯車用部材を用意する。内歯歯車用部材は、いかなる方法で製造されたものであってもよい。また、内歯歯車用部材は、前述した剛性歯車２の形状に成形されている。

なお、内歯歯車用部材に含まれる球状黒鉛鋳鉄は、主に粒状をなす黒鉛と基地とで構成されているが、このうち基地はパーライト組織を含むことが好ましい。パーライト組織とは、層状をなすセメンタイト組織のことをいい、鉄炭化物を主成分とする。また、層状とは、結晶組織の長径／短径で規定されるアスペクト比が、例えば５以上である状態をいう。このようなパーライト組織を基地に含むことにより、球状黒鉛鋳鉄に後述する焼入れと焼戻し処理またはオーステンパー処理が施されたとき、鉄炭化物を基地中に効率よく分散させることができる。その結果、熱処理後の球状黒鉛鋳鉄の機械的特性を安定させることができ、剛性歯車２の耐久性をより高めることができる。

また、特に、パーライト組織を基地に含む球状黒鉛鋳鉄に焼入れと焼戻し処理が施された場合、パーライト組織からソルバイト組織への変化を容易に生じさせることができる。つまり、層状をなすセメンタイト組織から粒状への変化を容易に生じさせることができる。その結果、基地中に均質なソルバイト組織を含み、靭性および伸びが特に良好な剛性歯車２を実現することができる。

なお、パーライト組織は、それ単独で存在していてもよく、フェライト組織やそれ以外の組織との混合組織として存在していてもよい。

［２］熱処理工程Ｓ２
次に、内歯歯車用部材に焼入れと焼戻し処理またはオーステンパー処理を施す。これにより、剛性歯車２（内歯歯車）を得る。

（焼入れと焼戻し処理）
焼入れと焼戻し処理では、球場黒鉛鋳鉄に焼入れ処理および焼戻し処理を順次行う。

このうち、焼入れ処理としては、例えば、オーステナイト化温度以上の温度に十分保持し、その後、水または油に入れて急冷させてマルテンサイト変態させる処理が挙げられる。

焼入れ処理の加熱温度（焼入れ温度）は、球場黒鉛鋳鉄の合金組成に応じて若干異なるものの、８００℃以上９００℃以下であるのが好ましく、８５０℃以上９００℃以下であるのがより好ましい。

また、焼入れ温度の保持時間は、焼入れ温度や被加熱物の熱容量等に応じて適宜設定されるが、一例として１０分以上５時間以下であるのが好ましく、３０分以上３時間以下であるのがより好ましい。

また、焼入れ処理における昇温速度は、焼入れ温度や被加熱物の熱容量等に応じて適宜設定されるが、一例として３０℃／時間以上２００℃／時間以下であるのが好ましく、５０℃／時間以上１５０℃／時間以下であるのがより好ましい。

上記のような加熱条件から外れると、前述したようなソルバイト組織またはそれに準じた組織が十分に生成されないおそれがある。

一方、焼戻し処理としては、例えば、焼入れ処理によって生成されたマルテンサイト組織を、好ましくはソルバイト組織に変化させ得る温度で加熱し、その後、徐冷する処理が挙げられる。

焼戻し処理の加熱温度（焼戻し温度）は、球場黒鉛鋳鉄の合金組成に応じて若干異なるものの、２００℃以上７００℃以下であるのが好ましく、２５０℃以上６５０℃以下であるのがより好ましい。

また、焼戻し温度の保持時間は、焼戻し温度や被加熱物の熱容量等に応じて適宜設定されるが、一例として１０分以上３時間以下であるのが好ましく、３０分以上２時間以下であるのがより好ましい。

また、焼戻し処理における降温速度は、焼戻し温度や被加熱物の熱容量等に応じて適宜設定されるが、一例として１０℃／時間以上１００℃／時間以下であるのが好ましく、２０℃／時間以上８０℃／時間以下であるのがより好ましい。

上記のような加熱条件から外れると、前述したようなソルバイト組織またはそれに準じた組織が十分に生成されないおそれがある。

（オーステンパー処理）
ここで、オーステンパー処理としては、例えば、球場黒鉛鋳鉄をオーステナイト化温度以上の温度に十分保持し、その後、溶融塩浴（ソルトバス）により急冷して保持する処理（恒温変態処理）が挙げられる。

オーステンパー処理の加熱温度は、球場黒鉛鋳鉄の合金組成に応じて若干異なるものの、８００℃以上９００℃以下であるのが好ましく、８５０℃以上９００℃以下であるのがより好ましい。

また、上記加熱温度の保持時間は、加熱温度や被加熱物の熱容量等に応じて適宜設定されるが、一例として１０分以上３時間以下であるのが好ましく、３０分以上１時間以下であるのがより好ましい。

また、オーステンパー処理における昇温速度は、加熱温度や被加熱物の熱容量等に応じて適宜設定されるが、一例として３０℃／時間以上２００℃／時間以下であるのが好ましく、５０℃／時間以上１５０℃／時間以下であるのがより好ましい。

上記のような加熱条件から外れると、前述したようなベイナイト組織またはそれに準じた組織が十分に生成されないおそれがある。

一方、溶融塩浴（ソルトバス）による急冷および保持では、溶融塩浴の温度を例えば２００℃以上４５０℃以下に設定するのが好ましく、２３０℃以上４００℃以下に設定するのがより好ましい。

また、上記溶融塩浴での保持時間は、特に限定されないが、一例として１０分以上２時間以下であるのが好ましく、３０分以上１時間以下であるのがより好ましい。

また、溶融塩浴に用いる溶融塩としては、例えば、硝酸塩系溶融塩、塩化物系溶融塩等が挙げられる。

上記のような加熱条件から外れると、前述したようなベイナイト組織またはそれに準じた組織が十分に生成されないおそれがある。

［３］組立工程Ｓ３
本実施形態に係る歯車装置の製造方法は、さらに、製造された剛性歯車２やその他の部品を組み立てる工程を有していてもよい。また、必要に応じて、潤滑剤Ｇ等が塗布される。これにより、歯車装置１０が得られる。

以上のように、本実施形態に係る歯車装置の製造方法は、前述した歯車装置１０のような歯車装置の製造方法であって、球状黒鉛鋳鉄を主材料とする内歯歯車用部材を用意する部材準備工程と、内歯歯車用部材に焼入れと焼戻し処理またはオーステンパー処理を施し、内歯歯車である剛性歯車２を得る熱処理工程と、を有する。

このような製造方法によれば、剛性歯車２に優れた靭性や伸びを付与することができ、耐久性の高い剛性歯車２を効率よく製造することができる。その結果、寿命の長い歯車装置１０を効率よく製造することができる。

以上、本発明のロボット、歯車装置および歯車装置の製造方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、前述した実施形態では、ロボットが備える基台が「第１部材」、第１アームが「第２部材」であり、第１部材から第２部材へ駆動力を伝達する歯車装置について説明したが、本発明は、これに限定されず、第ｎ（ｎは１以上の整数）アームが「第１部材」、第（ｎ＋１）アームが「第２部材」であり、第ｎアームおよび第（ｎ＋１）アームの一方から他方へ駆動力を伝達する歯車装置についても適用可能である。また、第２部材から第１部材へ駆動力を伝達する歯車装置についても適用可能である。

また、前述した実施形態では、水平多関節ロボットについて説明したが、本発明のロボットは、これに限定されず、例えば、ロボットの関節数は任意であり、また、垂直多関節ロボットにも適用可能である。

また、前述した実施形態では、歯車装置をロボットに組み込む場合を例に説明したが、本発明の歯車装置は、互いに回動する第１部材および第２部材の一方側から他方側へ駆動力を伝達する構成を有する各種機器に組み込んで用いることができる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
１．歯車装置（減速機）の製造
（実施例１）
図２に示すような構成の歯車装置を製造した。

ここで、製造した歯車装置は、内歯歯車の外径φ７０ｍｍ、内歯歯車の内径および外歯歯車の外径（かみ合い基準円直径）φ５３ｍｍ、減速比８０であった。また、内歯歯車の構成材料として焼入れと焼戻し処理を施した球状黒鉛鋳鉄を用い、外歯歯車の構成材料としてニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ４３９）を用いた。

なお、外歯歯車および内歯歯車のビッカース硬度、外歯歯車の残留応力、外歯歯車および内歯歯車の表面粗さＲａ、外歯歯車の構成材料および内歯歯車の構成材料の平均結晶粒径、ならびに、外歯歯車の構成材料に含まれる添加元素の種類および添加量を、表１に示す。

また、球状黒鉛鋳鉄には、熱処理前の基地にパーライト組織を含むものを使用した。
また、歯車装置には潤滑剤を用いた。この潤滑剤には、基油（鉱油）：８０質量％、増ちょう剤としてのリチウム（Ｌｉ）複合石けん：１５質量％、極圧剤としての有機モリブデン化合物（有機Ｍｏ）：４質量％、２，６－ジ－ターシャリ－ブチル－４－クレゾール：１質量％を含み、ちょう度３２５、離油度４質量％、滴点２７０℃のグリースを用いた。

また、焼入れと焼戻し処理の処理条件は、以下の通りである。
・焼入れ温度 ：８５０℃
・焼入れ温度の保持時間：１時間
・焼入れ処理の昇温速度：１００℃／時間
・冷却方法 ：油冷
・焼戻し温度 ：５５０℃
・焼戻し温度の保持時間：１時間
・焼戻し処理の降温速度：３００℃までは３０℃／時間の徐冷
室温までは空冷による急冷

（実施例２～２５、参考例１、２および比較例１～３）
外歯歯車および内歯歯車の構成を表１に示すように変更した以外は、前述した実施例１と同様にして歯車装置を製造した。

なお、表１に示す構成材料は、以下の通りである。
・ＳＮＣＭ４３９ ：ニッケルクロムモリブデン鋼ＳＮＣＭ４３９
・構造用鋼 ：機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ
・ＳＵＳ ：ステンレス鋼ＳＵＳ４２０Ｊ２
・ＱＴ－ＦＣＤ ：焼入れと焼戻し処理を施した球状黒鉛鋳鉄
・ＦＣＤ ：熱処理を施していない球状黒鉛鋳鉄
・Ａｌ合金 ：アルミニウム－ケイ素系合金Ａ４０３２
・Ｃｕ合金 ：アルミニウム青銅Ｃ６２４１

（実施例２６～２８および参考例３、４）
外歯歯車および内歯歯車の構成を表２に示すように変更した以外は、前述した実施例１と同様にして歯車装置を製造した。

なお、オーステンパー処理の処理条件は、以下の通りである。
・加熱温度 ：８５０℃
・加熱温度の保持時間 ：１時間
・溶融塩浴の種類 ：硝酸塩系溶融塩
・溶融塩浴の温度 ：３００℃
・溶融塩浴の保持時間 ：１時間

なお、表２に示す構成材料は、以下の通りである。
・ＳＮＣＭ４３９ ：ニッケルクロムモリブデン鋼ＳＮＣＭ４３９
・ＡＤＩ－ＦＣＤ ：オーステンパー処理を施した球状黒鉛鋳鉄

２．評価
２．１ 寿命の評価
前述した１．で得られた各歯車装置について、入力軸回転数（入力軸回転速度）：３０００ｒｐｍ、平均負荷トルク７０Ｎｍにて連続運転を行い、歯車装置が破損するまでの入力軸の総回転数を測定した。また、その結果を寿命として表１および表２に併せて示す。

表１および表２から明らかなように、各実施例は、各参考例および各比較例に比べて、寿命が格段に長くなっていることがわかる。

２．２ 結晶組織の評価
前述した１．で得られた各剛性歯車（内歯歯車）の一部を切断し、切断面を観察するための研磨処理およびエッチング処理を施した。

次に、研磨面を走査型電子顕微鏡で観察した。そして、代表として、実施例４の剛性歯車の研磨面の観察像を、図７に示す。また、代表として、実施例２６の剛性歯車の研磨面の観察像を、図８に示す。さらに、代表として、比較例１の剛性歯車の研磨面の観察像を、図９に示す。

図７～図９では、いずれも、粒状をなす黒鉛と、それ以外の領域である基地（マトリックス）と、が観察された。

また、観察の結果、実施例１～２５の剛性歯車の研磨面には、図７に示すように、基地部分において、焼入れと焼戻し処理を施した球状黒鉛鋳鉄に特有なソルバイト組織の存在が認められた。

一方、実施例２６～２８の剛性歯車の研磨面には、図８に示すように、基地部分において、オーステンパー処理を施した球状黒鉛鋳鉄に特有なベイナイト組織の存在が認められた。

また、比較例１の剛性歯車の剛性歯車の研磨面には、図９に示すように、基地部分において、熱処理を施していない球状黒鉛鋳鉄に由来するパーライト組織の存在が認められた。

１…歯車装置本体、１Ｂ…歯車装置本体、２…剛性歯車、３…可撓性歯車、３Ｂ…可撓性歯車、４…波動発生器、５…ケース、５Ｂ…ケース、１０…歯車装置、１０Ｂ…歯車装置、１１…蓋体、１１Ｂ…蓋体、１２…本体、１３…軸受、１４…軸受、１５…内輪、１６…外輪、１７…コロ、１８…クロスローラーベアリング、２３…内歯、３１…胴部、３２…底部、３２Ｂ…フランジ部、３３…外歯、３６…開口部、４１…カム、４２…軸受、６１…軸、６２…軸、８０…減速比、１００…ロボット、１１０…基台、１１１…内壁面、１１１Ｂ…内壁面、１２０…第１アーム、１２１…内壁面、１３０…第２アーム、１４０…作業ヘッド、１４１…スプラインシャフト、１５０…エンドエフェクター、１５１…内壁面、１６０…配線引き回し部、１７０…モーター、１９０…制御装置、４１１…軸部、４１２…カム部、４２１…内輪、４２２…ボール、４２３…外輪、Ｇ…潤滑剤、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…第３軸、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、Ｓ１…部材準備工程、Ｓ２…熱処理工程、Ｓ３…組立工程、ａ…軸線

Claims (11)

1. 第１部材と、
   前記第１部材に対して回動する第２部材と、
   前記第２部材を相対的に回動させる駆動力を伝達する歯車装置と、
   前記歯車装置に向けて前記駆動力を出力する駆動源と、を備え、
   前記歯車装置は、
   内歯歯車と、
   可撓性を有し、前記内歯歯車に一部が噛み合う外歯歯車と、
   前記外歯歯車の内周面に接触し、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合い位置を周方
   向に移動させる波動発生器と、を有し、
   前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記波動発生器のうちの一つが前記第１部材に接続
   され、他の一つが前記第２部材に接続され、
   前記外歯歯車はニッケルクロムモリブデン鋼を主材料とし、前記内歯歯車は焼入れと焼
   戻し処理を施した球状黒鉛鋳鉄、またはオーステンパー処理を施した球状黒鉛鋳鉄を主材
   料とし、
   前記外歯歯車の平均結晶粒径が、前記内歯歯車の平均結晶粒径よりも小さく、
   前記外歯歯車の外歯の表面粗さＲａが、前記内歯歯車の内歯の表面粗さＲａよりも大き
   いことを特徴とするロボット。
2. 前記内歯歯車の表面のビッカース硬度が、前記外歯歯車の表面のビッカース硬度以下で
   ある請求項１に記載のロボット。
3. 前記外歯歯車の表面のビッカース硬度が、４００以上５２０以下の範囲内にある請求項
   １または２に記載のロボット。
4. 前記内歯歯車の表面のビッカース硬度が、３００以上４５０以下の範囲内にある請求項
   １または２に記載のロボット。
5. 前記外歯歯車の残留応力が、－９５０ＭＰａ以上－４５０ＭＰａ以下の範囲内にある請
   求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
6. 前記外歯歯車の外歯の表面粗さＲａが、０．２μｍ以上１．６μｍ以下の範囲内にある
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボット。
7. 前記内歯歯車の内歯の表面粗さＲａが、０．１μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内にある
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボット。
8. 前記外歯歯車は、第４族元素または第５族元素を０．０１質量％以上０．５質量％以下
   の範囲内で含む請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
9. 前記内歯歯車と前記外歯歯車との間に潤滑剤を備え、
   前記潤滑剤は、基油と、増ちょう剤と、有機モリブデン化合物と、を含み、かつ、離油
   度が４質量％以上１３．８質量％以下の範囲内にある請求項１ないし８のいずれか１項
   に記載のロボット。
10. 前記内歯歯車の主材料である球状黒鉛鋳鉄は、ソルバイト組織またはベイナイト組織を
    含む請求項１ないし９のいずれか１項に記載のロボット。
11. 内歯歯車と、
    可撓性を有し、前記内歯歯車に一部が噛み合う外歯歯車と、
    前記外歯歯車の内周面に接触し、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合い位置を周方
    向に移動させる波動発生器と、を有し、
    前記外歯歯車はニッケルクロムモリブデン鋼を主材料とし、前記内歯歯車の構成材料は
    焼入れと焼戻し処理済み球状黒鉛鋳鉄またはオーステンパー処理済み球状黒鉛鋳鉄を主材
    料とし、
    前記外歯歯車の平均結晶粒径が、前記内歯歯車の平均結晶粒径よりも小さく、
    前記外歯歯車の外歯の表面粗さＲａが、前記内歯歯車の内歯の表面粗さＲａよりも大き
    いことを特徴とする歯車装置。

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