WO2019155831A1 - 波動歯車装置 - Google Patents

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WO2019155831A1
WO2019155831A1 PCT/JP2019/001052 JP2019001052W WO2019155831A1 WO 2019155831 A1 WO2019155831 A1 WO 2019155831A1 JP 2019001052 W JP2019001052 W JP 2019001052W WO 2019155831 A1 WO2019155831 A1 WO 2019155831A1
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WO
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gear
external
peripheral surface
external gear
internal
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Application number
PCT/JP2019/001052
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Inventor
和聡 間庭
善智 溝口
卓見 今田
章宏 織田
Original Assignee
株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ
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Publication date
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    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/32—Friction members
    • F16H2055/325—Friction members characterized by roughness or hardness of friction surface

Definitions

  • the present invention relates to a wave gear device.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-020532 filed in Japan on February 7, 2018, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a wave gear device has been used as one of the reduction gears (see, for example, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1).
  • a typical wave gear device includes an internal gear (Circular Spline), an external gear (Flex Spline), and a wave generator (Wave Generator).
  • the internal gear has an annular shape and has rigidity.
  • the external gear has an annular shape and is flexible, and is arranged in the internal gear.
  • the wave generator is composed of a highly rigid wave plug having an elliptical outline and a wave bearing fitted on the outer periphery of the wave plug.
  • the external gear is bent into an elliptical shape, and the external teeth located at both ends in the major axis direction are meshed with the internal teeth of the internal gear.
  • the difference in the number of teeth of both gears is two, and the internal gear is fixed to the housing of the wave gear device or the like. For this reason, the rotational output greatly decelerated based on the difference in the number of teeth is taken out from the external gear.
  • a gap is opened and closed (squeezed motion) with a slight slip between the outer peripheral surface of the wave generator and the inner peripheral surface of the external gear during operation.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a wave gear device in which the wear resistance of the inner peripheral surface of the external gear is improved.
  • the wave gear device includes an internal gear having an annular shape and rigidity, an external gear having an annular shape and having flexibility, and the external gear disposed in the internal gear. Arranged in the gear, the external gear is bent in the radial direction and partially meshed with the internal gear, and the meshing position of the internal gear and the external gear is moved in the circumferential direction.
  • the ratio of the Vickers hardness on the inner peripheral surface of the external gear to the Vickers hardness on the outer peripheral surface of the wave generator is 1.2 or more and 1.7 or less. It is characterized by.
  • the ratio of the Vickers hardness of the inner peripheral surface of the external gear to the outer peripheral surface of the wave generator is 1.2 or more and 1.7 or less.
  • the arithmetic average roughness of the inner peripheral surface of the external gear may be 0.05 ⁇ m or more and 0.1 ⁇ m or less. According to this invention, a smooth surface is formed on the inner peripheral surface of the external gear, and generation of initial wear powder can be suppressed.
  • the skewness defined by JIS B 0601: 2013 on the inner peripheral surface of the external gear may be ⁇ 2 or more and ⁇ 0.3 or less.
  • the recessed part which functions as an oil reservoir (dimple) is formed in the internal peripheral surface of an external gear. Lubricant collected in the recess is less likely to flow out of the recess. The lubricant in the recess can reduce wear between the outer peripheral surface of the wave generator and the inner peripheral surface of the external gear.
  • the external gear includes an external gear main body having an annular shape and flexibility, external teeth provided on an outer peripheral surface of the external gear main body, and the external teeth.
  • a first hardened layer provided on an inner peripheral surface of the gear body, wherein the thickness of the first hardened layer is 50 ⁇ m or less, and the bottom of the external teeth in the external gear main body and the outer It may be 10% or less of the distance from the inner peripheral surface of the toothed gear main body.
  • a material with high hardness tends to be brittle.
  • the fatigue strength of the external tooth bottom is reduced by providing the first hardened layer on the inner peripheral surface of the external gear body. Can be suppressed.
  • the external gear includes a ring-shaped flexible external gear main body, external teeth provided on an outer peripheral surface of the external gear main body, and a circumferential direction.
  • the second hardened layer provided on the tooth bottom of the outer teeth in the external gear body, and the thickness of the second hardened layer May be not more than 50 ⁇ m and not more than 10% of the distance between the bottom of the external teeth in the external gear main body and the inner peripheral surface of the external gear main body.
  • the wear resistance of the inner peripheral surface of the external gear can be improved.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view corresponding to the line II-II in FIG. It is the A section enlarged view in FIG.
  • the external gear of the wave gear apparatus of an Example it is a figure showing the measurement result of the conversion value of the hardness by the distance from the surface.
  • the wave gear apparatus 1 of this embodiment is what is called a cup-shaped wave gear apparatus.
  • the wave gear device 1 includes an internal gear portion (internal gear) 11, an external gear portion 16, and a wave generator 31. Note that FIG. 2 is not hatched to represent the cross section.
  • the internal gear 11 has an annular shape and has rigidity. As shown in FIGS. 2 and 3, the internal gear 11 includes an internal gear main body 12, a plurality of internal teeth 13, and an internal tooth hardened layer (third hardened layer) 14.
  • the internal gear main body 12 has an annular shape and is rigid.
  • the plurality of internal teeth 13 are provided on the inner peripheral surface of the internal gear body 12 along the circumferential direction of the internal gear body 12 (hereinafter simply referred to as the circumferential direction).
  • the internal gear main body 12 and the plurality of internal teeth 13 are integrally formed of stainless steel or the like. As shown in FIG.
  • the internal tooth hardened layer 14 includes an outer surface 13 a and a side surface 13 b on the inner side in the radial direction (hereinafter simply referred to as a radial direction) of the internal gear main body 12 in the plurality of internal teeth 13 along the circumferential direction.
  • the tooth base 12a of the internal tooth 13 in the internal gear main body 12 is provided.
  • the Vickers hardness Hv of the internal tooth hardened layer 14 is larger than the Vickers hardness Hv of the internal gear main body 12 and the internal teeth 13.
  • the internal tooth hardened layer 14 is formed by carburizing or nitriding the internal gear main body 12 and the plurality of internal teeth 13.
  • the external gear unit 16 includes an external gear 17, a diaphragm 18, and a boss 19.
  • the external gear 17 has an annular shape and is flexible.
  • the external gear 17 is disposed in the internal gear portion 11.
  • the external gear 17 includes an external gear body 21, a plurality of external teeth 22, an externally internal hardened layer (first hardened layer) 23, and an externally externally hardened layer ( 2nd hardened layer) 24.
  • the external gear main body 21 has an annular shape and is flexible.
  • the plurality of external teeth 22 are provided side by side along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the first end portion of the external gear main body 21.
  • the plurality of external teeth 22 mesh with the plurality of internal teeth 13 of the internal gear portion 11.
  • the external gear main body 21 and the plurality of external teeth 22 are integrally formed of stainless steel or the like.
  • the externally internal hardened layer 23 is provided on the internal peripheral surface at the first end of the externally toothed gear body 21.
  • the thickness (the length in the radial direction) of the externally tooth internal hardened layer 23 is 50 ⁇ m (micrometers) or less, and the root 21a of the external tooth 22 in the external gear main body 21 and the internal peripheral surface of the external gear main body 21 And 10% or less of the distance L1.
  • the distance L1 and the thickness of the external gear main body 21 are equal to each other.
  • the Vickers hardness Hv of the externally internal hardened layer 23 (the internal peripheral surface of the external gear 17) is preferably 900 or more and 1200 or less. As shown in FIG.
  • the externally-cured externally hardened layer 24 includes a radially outer outer surface 22 a and side surface 22 b of the plurality of external teeth 22, and a tooth bottom 21 a of the external teeth 22 in the external gear main body 21 along the circumferential direction.
  • the Vickers hardness Hv of each of the hardened layers 23 and 24 is larger than the Vickers hardness Hv of the external gear main body 21 and the external teeth 22.
  • the hardened layers 23 and 24 are formed by carburizing or nitriding the external gear main body 21 and the plurality of external teeth 22.
  • the diaphragm 18 is formed in an annular shape.
  • the diaphragm 18 extends radially inward from the opening edge at the second end of the external gear body 21.
  • the boss 19 is formed in an annular shape and is integrally formed on the inner peripheral edge of the diaphragm 18.
  • the wave generator 31 is disposed in the external gear 17.
  • the wave generator 31 includes a wave plug 32 and a wave bearing 33.
  • the wave plug 32 has an elliptical outline and has rigidity.
  • the wave bearing 33 includes an inner ring 35, an outer ring 36, and a plurality of balls 37.
  • the inner ring 35 is fitted on the outer peripheral surface of the wave plug 32.
  • On the outer circumferential surface of the inner ring 35, a ball rolling surface 35a having an arcuate cross section perpendicular to the circumferential direction is formed.
  • the outer ring 36 is fitted on the inner peripheral surface of the first end portion of the external gear main body 21.
  • the outer peripheral surface of the outer ring 36 is in frictional contact with the inner peripheral surface of the external gear main body 21.
  • a ball rolling surface 36a having an arcuate cross section perpendicular to the circumferential direction is formed.
  • the Vickers hardness Hv of the outer peripheral surface of the outer ring 36 is about 700.
  • the plurality of balls 37 are inserted between the ball rolling surface 35 a of the inner ring 35 and the ball rolling surface 36 a of the outer ring 36 in a freely rollable state.
  • the first end of the external gear body 21 where the plurality of external teeth 22 are formed is bent in the radial direction so as to be elliptical.
  • the external teeth 22 located at both ends of the first end portion of the external gear main body 21 in the major axis direction are partially meshed with the plurality of internal teeth 13 of the internal gear portion 11.
  • the ratio of the Vickers hardness in the externally hardened layer 23 of the external gear 17 to the Vickers hardness on the outer peripheral surface of the outer ring 36 of the wave generator 31 is 1.2 or more and 1.7 or less. This ratio is more preferably 1.3 or more and 1.5 or less, and further preferably 1.4.
  • regulated by JISB0601: 2013 of the internal peripheral surface of the external tooth hardening layer 23 is 0.05 micrometer or more and 0.1 micrometer or less.
  • the arithmetic average roughness Ra is more preferably 0.07 ⁇ m or more and 0.08 ⁇ m or less.
  • the arithmetic average roughness Ra is the arithmetic average roughness Ra in the axial direction of the internal gear main body 12 on the inner peripheral surface of the externally internally hardened layer 23 (hereinafter simply referred to as the axial direction) and in the circumferential direction. Is preferred. Since the arithmetic average roughness Ra is adjusted in this way, the inner peripheral surface of the externally cured internal layer 23 becomes a smooth and hard-wearing surface.
  • the skewness Rsk defined by JIS B 0601: 2013 on the inner peripheral surface of the externally tooth internal hardened layer 23 of the external gear 17 is ⁇ 2 or more and ⁇ 0.3 or less.
  • the skewness Rsk is more preferably ⁇ 1.2 or more and ⁇ 0.7 or less.
  • the skewness Rsk is preferably the skewness Rsk in each of the axial direction and the circumferential direction.
  • the inner peripheral surface of the externally tooth internal hardened layer 23 of the external gear 17 thus configured is harder and flatter than the outer peripheral surface of the outer ring 36 of the wave generator 31, and is an oil sump having no roughness directionality. It becomes the surface in which the recessed part which functions as (dimple) was formed.
  • a lubricant (not shown) is stored in the recess.
  • the outer peripheral surface of the outer ring 36 of the wave generator 31 and the inner peripheral surface of the externally hardened layer 23 of the external gear portion 16 slide.
  • the lubricant accumulated in the recesses formed in the externally tooth internal hardened layer 23 prevents the outer peripheral surface of the outer ring 36 and the internal peripheral surface of the externally tooth internal hardened layer 23 from being worn.
  • the ratio of the Vickers hardness of the outer ring 36 and the externally hardened inner layer 23 is adjusted as described above, the outer peripheral surface of the outer ring 36 of the wave generator 31 having a relatively low surface hardness is likely to be worn.
  • the external hardened layer 23 having high surface hardness is less worn and the shape of the oil sump is maintained. Since the skewness of the inner peripheral surface of the externally toothed internal hardened layer 23 of the external gear 17 is adjusted as described above, a fine valley that functions as an oil reservoir is formed on the internal peripheral surface of the externally toothed internal hardened layer 23. Become more. For this reason, the lubrication performance between the outer peripheral surface of the outer ring 36 and the inner peripheral surface of the external internal hardened layer 23 is improved.
  • the ratio of the Vickers hardness Hv of the externally hardened layer 23 of the external gear 17 to the outer peripheral surface of the outer ring 36 of the wave generator 31 is 1.2 or more. 1.7 or less.
  • the arithmetic average roughness Ra on the inner peripheral surface of the externally tooth internal hardened layer 23 of the external gear 17 is not less than 0.05 ⁇ m and not more than 0.1 ⁇ m. Therefore, a smooth surface is formed on the inner peripheral surface of the external gear 17 and generation of initial wear powder can be suppressed.
  • the inner peripheral surface of the externally-cured internal hardened layer 23 in which the concave portion is formed is hard, the oil sump is maintained on the contact surface over a long period of time. As a result, the lubricant is maintained between the contact surfaces for a long time, and the wear resistance under boundary lubrication can be improved.
  • the friction and wear between the outer peripheral surface of the wave generator 31 and the inner peripheral surface of the external gear 17 are reduced, the thrust force acting between the wave generator 31 and the external gear 17 is reduced, and as a result, the external force Wear of the external teeth 22 of the tooth gear 17 and the internal teeth 13 of the internal gear portion 11 can be suppressed.
  • the skewness Rsk on the inner peripheral surface of the externally internally hardened layer 23 of the external gear 17 is ⁇ 2 or more and ⁇ 0.3 or less.
  • a recess functioning as an oil reservoir is formed on the inner peripheral surface of the external gear 17. Lubricant collected in the recess is less likely to flow out of the recess. Wear between the outer peripheral surface of the wave generator 31 and the inner peripheral surface of the external gear 17 can be reduced by the lubricant in the recess.
  • the thickness of the externally hardened internal layer 23 is 50 ⁇ m or less, and 10% or less of the distance L1 between the root 21a of the external tooth 22 and the internal peripheral surface of the external gear main body 21. In general, a material with high hardness tends to be brittle.
  • the wave gear device 2 of the present embodiment shown in FIG. 3 differs from the wave gear device 1 of the first embodiment in the following configuration.
  • the Vickers hardness Hv of the inner tooth hardened layer 14 and the outer tooth outer hardened layer 24 is 900 or more and 1200 or less, respectively.
  • the arithmetic average roughness Ra of the inner peripheral surface of the internal tooth hardened layer 14 and the outer peripheral surface of the external tooth external hardened layer 24 is 0.3 ⁇ m or less, respectively.
  • the thickness of the internal tooth hardened layer 14 is 50 ⁇ m or less.
  • the thickness of the externally externally hardened layer 24 is 50 ⁇ m or less and 10% or less of the distance L1 in the external gear main body 21 described above.
  • the wear resistance of the inner peripheral surface of the external gear 17 can be improved.
  • the thickness of the externally externally hardened layer 24 is 50 ⁇ m or less and 10% or less of the distance L1 in the external gear main body 21. Since the externally tooth externally hardened layer 24 is thinner than the externally toothed gear main body 21, the fatigue strength of the tooth bottom 21a of the externally toothed 22 is reduced by providing the externally toothed externally hardened layer 24 on the externally toothed gear main body 21. Can be suppressed.
  • the thickness of the internal tooth hardened layer 14 is 50 ⁇ m or less. Since the Vickers hardness Hv of the internal tooth hardened layer 14 and the external tooth external hardened layer 24 is 900 or more and 1200 or less, the plurality of internal teeth 13 of the internal gear portion 11 and the plurality of external teeth 22 of the external gear portion 16 Wear during the process can be reduced.
  • the arithmetic average roughness Ra of the inner peripheral surface of the internal tooth hardened layer 14 and the outer peripheral surface of the external tooth external hardened layer 24 is 0.3 ⁇ m or less, respectively.
  • a plurality of internal teeth 13 of the internal gear portion 11 and a plurality of external gear portions 16 are provided. Wear between the external teeth 22 can be reduced.
  • the wave gear device 2 of the present embodiment is effective when applying a load torque of 10% or more of the rated torque.
  • the configuration of the wave gear device 2 can suppress wear of the tooth surfaces of the wave gear device 2.
  • the concrete structure is not restricted to this embodiment, The structure of the range which does not deviate from the summary of this invention Changes, combinations, deletions, etc. are also included. Furthermore, it goes without saying that the configurations shown in the embodiments can be used in appropriate combinations.
  • the ratio of the Vickers hardness in the externally hardened layer 23 of the external gear 17 to the Vickers hardness in the outer peripheral surface of the outer ring 36 of the wave generator 31 is 1.2 or more. If it is 1.7 or less, the arithmetic average roughness Ra of the inner peripheral surface of the externally hardened internal layer 23 may be less than 0.05 ⁇ m or may exceed 0.1 ⁇ m.
  • the skewness Rsk on the inner peripheral surface of the externally-cured internal hardened layer 23 of the external gear 17 may be less than ⁇ 2 or may exceed ⁇ 0.3.
  • the thickness of the hardened layers 23 and 24 may exceed 50 ⁇ m, or may exceed 10% of the thickness of the external gear main body 21.
  • the thickness of the internal tooth hardened layer 14 may exceed 50 ⁇ m.
  • the shape of the diaphragm 18 is not limited to the shape of FIG.
  • the wave gear device of the example is the same as the wave gear device of the first embodiment, and each configuration was made with the following specifications.
  • -The internal gear part was manufactured using SUS630 which is precipitation hardening type stainless steel.
  • -The external gear was manufactured using 15-5PH, which is a precipitation hardening stainless steel.
  • -The inner ring, outer ring, and ball of the wave generator were manufactured using SUS440C, which is martensitic stainless steel.
  • -Plasma carburizing treatment was performed on the inner peripheral surface of the external gear, the external teeth, and the internal teeth of the internal gear portion to form an externally hardened internal layer, an externally externally hardened layer, and an internal hardened layer.
  • the surface hardness may be adjusted by nitriding or a DLC (Diamond Like Carbon) film.
  • a two-stage shot peening process was performed on the inner peripheral surface of the external gear, the external teeth, and the internal teeth of the internal gear portion, and the arithmetic average roughness Ra of each surface was adjusted. By this treatment, compressive residual stress was applied and the surface was polished.
  • the arithmetic average roughness Ra may be adjusted by machining.
  • FIG. 4 shows the measurement results of the hardness according to the distance from the surface of the external gear of the wave gear device of the example.
  • the horizontal axis represents the distance ( ⁇ m) from the surface of the external gear
  • the vertical axis represents the converted value of the Vickers hardness Hv.
  • the circles in the figure are the measurement results on the external teeth of the external gear
  • the squares in the figure are the measurement results on the inner peripheral surface of the external gear.
  • the hardness was measured by the nanoindentation method.
  • the indenter used was a triangular pyramid Berkovich indenter.
  • the hardness measured by the nanoindentation method was converted to Vickers hardness Hv.
  • the converted value of Vickers hardness Hv in the external gear main body that is the base material is about 420.
  • the converted value of the Vickers hardness Hv in the portion where the surface hardness is increased in the external teeth of the external gear is in the range R1 of 900 or more.
  • the converted value of the Vickers hardness Hv in the portion where the surface hardness is increased on the inner peripheral surface of the external gear is in the range R2 of 900 or more.
  • the thickness of the external hardened layer is about 15 ⁇ m, and the thickness of the external hardened layer is about 10 ⁇ m.
  • the thickness of the external gear body is 200 ⁇ m to 300 ⁇ m. The thickness of both hardened layers satisfies the conditions of 50 ⁇ m or less and 10% or less of the thickness of the external gear body.
  • FIG. 5 shows a probability density function of the surface roughness in the circumferential direction of the inner peripheral surface in the external gear of the wave gear device of the example.
  • the horizontal axis represents the probability density (%)
  • the vertical axis represents the cut level.
  • the surface roughness was measured with a stylus type surface roughness measuring machine. The surface roughness was measured by moving a 2 ⁇ m R stylus formed of diamond at a speed of 0.03 mm / s (millimeter per second). In this case, the skewness Rsk was ⁇ 1.1.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a change in input torque with respect to the cumulative rotational speed of the output shaft using the wave gear device of the embodiment.
  • the horizontal axis represents the number of rotations of the output shaft of the external gear portion (corresponding to times and time).
  • the vertical axis represents the input torque (Nm (Newton meter), corresponding to friction) to the wave generator.
  • the wave gear device used for the experiment has a model number of 20 (the inner diameter of the external gear is about 50 mm) and a reduction ratio of 1/160. In this experiment, it was defined that when the input torque was increased by 50% compared to the initial input torque, the wave gear device became difficult to rotate and the wave gear device reached the end of its life.
  • the experiment using the wave gear device of the example was performed in a vacuum.
  • the lubrication life of a wave gear device is reduced to several tenths or less compared to the atmosphere.
  • the sliding portion wears out early, which causes a reduction in transmission efficiency of the wave gear device, deterioration in angle transmission accuracy, and a reduction in spring constant.
  • the probability density function of the surface roughness in the circumferential direction of the inner peripheral surface is shown in FIG.
  • the horizontal axis represents the probability density (%)
  • the vertical axis represents the cut level.
  • the surface roughness was measured in the same manner as the wave gear device of the above-described example. In this case, the skewness Rsk was ⁇ 0.03.
  • FIG. 8 is a diagram showing the change in input torque with respect to the cumulative rotational speed of the output shaft using the wave gear device of the comparative example.
  • the horizontal axis represents the rotational speed (times) of the output shaft of the external gear, and the vertical axis represents the input torque (N ⁇ m) to the wave generator.
  • This result is based on Keiji Ueura, et al., DEVELOPMENT OF STRAIN WAVE GEARING FOR SPACE APPLICATIONS ”, Proc. '12th Euro. Space Mechanisms & Tribology Symp. (ESMATS)', Liverpool, 2007September 21 (ESA SP-653, August 2007)
  • a wave gear device lubricated with grease was rotated in a vacuum to examine its life. As a result, the input torque increased when the rotation speed reached about 35,000 rotations, and the wave gear device reached the lubrication life. After the experiment was completed, the wave gear device was observed, and it was found that the outer peripheral surface of the wave generator, the inner peripheral surface of the external gear portion, the external teeth of the external gear portion, and the internal teeth of the internal gear portion were severe. Wear was confirmed. The amount by which the angle transmission error increased after the experiment was more than twice.
  • the wear resistance of the inner peripheral surface of the external gear can be improved.

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Abstract

この波動歯車装置（１）は、円環状をして剛性を有する内歯歯車（１１）と、円環状をして可撓性を有し、内歯歯車内に配置された外歯歯車（１７）と、外歯歯車内に配置され、外歯歯車を径方向に撓めて内歯歯車に対して部分的に噛み合わせるとともに、内歯歯車と外歯歯車との噛み合う位置を周方向に移動させる波動発生器（３１）と、を備える。波動発生器の外周面におけるビッカース硬度に対する、外歯歯車の内周面におけるビッカース硬度の比率は、１．２以上１．７以下である。

Description

波動歯車装置
　本発明は、波動歯車装置に関する。
　本願は、２０１８年２月７日に、日本に出願された特願２０１８－０２０５３２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、減速機の１つとして、波動歯車装置が用いられている（例えば、特許文献１、２、及び非特許文献１参照）。典型的な波動歯車装置は、内歯歯車（Circular Spline）と、外歯歯車（Flex spline）と、波動発生器（Wave Generator）と、を備えている。
　内歯歯車は、円環状をして剛性を有する。外歯歯車は、円環状をして可撓性を有し、内歯歯車内に配置されている。波動発生器は、楕円形輪郭をした剛性の高いウェーブプラグと、このウェーブプラグの外周に嵌めたウェーブベアリングと、から構成されている。外歯歯車を楕円形に撓めて、その長軸方向の両端に位置している外歯を内歯歯車の内歯に噛み合わせる。波動発生器をモータ等によって回転すると、両歯車の噛合位置が周方向に移動する。この結果、両歯車の歯数差に起因して両歯車に周方向の相対回転が発生する。
　一般的に、両歯車の歯数差は２枚とされ、内歯歯車が波動歯車装置のハウジング等に固定されている。このため、歯数差に基づいて大幅に減速された回転出力が、外歯歯車から外部に取出される。
　この構成の波動歯車装置では、作動中に波動発生器の外周面と外歯歯車の内周面との間で、微小すべりを伴って隙間の開閉（スクイーズ運動）が生じる。
日本国特許第４１６５６７９号公報 日本国特許第４８０７６８９号公報
間庭　和聡、小原　新吾、「宇宙用波動歯車装置の潤滑機構に関する研究」、［online］、平成19年3月、宇宙航空研究開発機構研究開発報告、［平成29年11月27日検索］、インターネット〈 URL：https://repository.exst.jaxa.jp/dspace/handle/a-is/41002〉
　しかしながら、波動歯車装置の使用場所によっては、波動発生器の外周面と外歯歯車の内周面との間に潤滑剤を使用できない、あるいは少量の潤滑剤しか使用できない場合がある。
　更に、波動歯車装置の運転条件が厳しい場合には、波動発生器と外歯歯車との間の接触面に対する潤滑が不十分になりやすい。この接触面の潤滑が不十分になると、焼き付き等の弊害が発生する。
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、外歯歯車の内周面の耐摩耗性を向上させた波動歯車装置を提供することを目的とする。
　本発明の波動歯車装置は、円環状をして剛性を有する内歯歯車と、円環状をして可撓性を有し、前記内歯歯車内に配置された外歯歯車と、前記外歯歯車内に配置され、前記外歯歯車を径方向に撓めて前記内歯歯車に対して部分的に噛み合わせるとともに、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合う位置を周方向に移動させる波動発生器と、を備える波動歯車装置において、前記波動発生器の外周面におけるビッカース硬度に対する、前記外歯歯車の内周面におけるビッカース硬度の比率は、１．２以上１．７以下であることを特徴としている。
　この発明によれば、波動発生器の外周面に対する外歯歯車の内周面のビッカース硬度の比率が１．２以上１．７以下である。このため、波動発生器の外周面と外歯歯車の内周面とが摺動したときに、比較的表面硬度の低い波動発生器の外周面が摩耗しやすくなる。従って、外歯歯車の内周面の耐摩耗性を向上させることができる。
　また、上記の波動歯車装置において、前記外歯歯車の内周面の算術平均粗さは、０．０５μｍ以上０．１μｍ以下であってもよい。
　この発明によれば、外歯歯車の内周面に平滑な面が形成され、初期摩耗粉の発生を抑制することができる。
　また、上記の波動歯車装置において、前記外歯歯車の内周面におけるＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２０１３で規定されるスキューネスは、－２以上－０．３以下であってもよい。
　この発明によれば、外歯歯車の内周面に、油溜まり（ディンプル）として機能する凹部が形成される。凹部に溜まった潤滑剤は、凹部から外部に流れ出にくくなる。凹部内の潤滑剤により、波動発生器の外周面と外歯歯車の内周面との間の摩耗を低減させることができる。
　また、上記の波動歯車装置において、前記外歯歯車は、円環状をして可撓性を有する外歯歯車本体と、前記外歯歯車本体の外周面に設けられた外歯と、前記外歯歯車本体の内周面に設けられた第１硬化層と、を有し、前記第１硬化層の厚さは、５０μｍ以下、かつ、前記外歯歯車本体における前記外歯の歯底と前記外歯歯車本体の内周面との距離の１０％以下であってもよい。
　一般的に、硬度が高い材料はもろくなりやすい。この発明によれば、外歯歯車本体に対して第１硬化層が薄くなるため、外歯歯車本体の内周面に第１硬化層を設けることにより外歯の歯底の疲労強度が低下するのを抑制することができる。
　また、上記の波動歯車装置において、前記外歯歯車は、円環状をして可撓性を有する外歯歯車本体と、前記外歯歯車本体の外周面に設けられた外歯と、周方向に沿って、前記外歯の径方向外側の外面及び側面、前記外歯歯車本体における前記外歯の歯底にそれぞれ設けられた第２硬化層と、を有し、前記第２硬化層の厚さは、５０μｍ以下、かつ、前記外歯歯車本体における前記外歯の歯底と前記外歯歯車本体の内周面との距離の１０％以下であってもよい。
　この発明によれば、外歯歯車本体に対して第２硬化層が薄くなるため、外歯歯車本体に第２硬化層を設けることにより外歯の歯底の疲労強度が低下するのを抑制することができる。
　本発明の波動歯車装置によれば、外歯歯車の内周面の耐摩耗性を向上させることができる。
本発明の第１実施形態の波動歯車装置における断面図である。 図１中のＩＩ－ＩＩ線に相当する断面図である。 図２中のＡ部拡大図である。 実施例の波動歯車装置の外歯歯車において、表面からの距離による硬度の換算値の測定結果を表す図である。 実施例の波動歯車装置の外歯歯車において、内周面の周方向の表面粗さの確率密度関数を表す図である。 実施例の波動歯車装置における出力軸の累積回転数に対する入力トルクの変化を表す図である。 比較例の波動歯車装置の外歯歯車において、内周面の周方向の表面粗さの確率密度関数を表す図である。 比較例の波動歯車装置における出力軸の累積回転数に対する入力トルクの変化を表す図である。
（第１実施形態）
　以下、本発明に係る波動歯車装置の第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
　図１及び図２に示すように、本実施形態の波動歯車装置１は、いわゆるカップ状の波動歯車装置である。波動歯車装置１は、内歯歯車部（内歯歯車）１１と、外歯歯車部１６と、波動発生器３１と、を備えている。なお、図２には断面を表すハッチングを付していない。
　内歯歯車部１１は、円環状をして剛性を有している。図２及び図３に示すように、内歯歯車１１は、内歯歯車本体１２と、複数の内歯１３と、内歯硬化層（第３硬化層）１４と、を有している。
　内歯歯車本体１２は、円環状をして剛性を有している。複数の内歯１３は、内歯歯車本体１２の内周面に、内歯歯車本体１２の周方向（以下、単に周方向と言う）に沿って並べて設けられている。例えば、内歯歯車本体１２及び複数の内歯１３は、ステンレス鋼等により一体に形成されている。
　図３に示すように、内歯硬化層１４は、周方向に沿って、複数の内歯１３における内歯歯車本体１２の径方向（以下、単に径方向と言う）内側の外面１３ａ及び側面１３ｂ、内歯歯車本体１２における内歯１３の歯底１２ａにそれぞれ設けられている。内歯硬化層１４のビッカース硬度Ｈｖは、内歯歯車本体１２及び内歯１３のビッカース硬度Ｈｖよりもそれぞれ大きい。
　例えば、内歯硬化層１４は、内歯歯車本体１２及び複数の内歯１３を浸炭処理や窒化処理等により形成されている。
　図１及び図２に示すように、外歯歯車部１６は、外歯歯車１７と、ダイヤフラム１８と、ボス１９と、を備えている。
　外歯歯車１７は、円環状をして可撓性を有している。外歯歯車１７は、内歯歯車部１１内に配置されている。図２及び図３に示すように、外歯歯車１７は、外歯歯車本体２１と、複数の外歯２２と、外歯内硬化層（第１硬化層）２３と、外歯外硬化層（第２硬化層）２４と、を有している。
　外歯歯車本体２１は、円環状をして可撓性を有している。複数の外歯２２は、外歯歯車本体２１の第１端部の外周面に、周方向に沿って並べて設けられている。複数の外歯２２は、内歯歯車部１１の複数の内歯１３に噛み合っている。例えば、外歯歯車本体２１及び複数の外歯２２は、ステンレス鋼等により一体に形成されている。
　外歯内硬化層２３は、外歯歯車本体２１の第１端部における内周面に設けられている。
　外歯内硬化層２３の厚さ（径方向の長さ）は、５０μｍ（マイクロメートル）以下、かつ、外歯歯車本体２１における外歯２２の歯底２１ａと外歯歯車本体２１の内周面との距離Ｌ１の１０％以下である。距離Ｌ１と外歯歯車本体２１の厚さとは、互いに同等である。
　外歯内硬化層２３（外歯歯車１７の内周面）のビッカース硬度Ｈｖは、９００以上１２００以下であることが好ましい。
　図３に示すように、外歯外硬化層２４は、周方向に沿って、複数の外歯２２の径方向外側の外面２２ａ及び側面２２ｂ、外歯歯車本体２１における外歯２２の歯底２１ａにそれぞれ設けられている。
　硬化層２３，２４それぞれのビッカース硬度Ｈｖは、外歯歯車本体２１及び外歯２２のビッカース硬度Ｈｖよりもそれぞれ大きい。
　例えば、硬化層２３，２４は、外歯歯車本体２１及び複数の外歯２２を浸炭処理や窒化処理等により形成されている。
　図１に示すように、ダイヤフラム１８は、円環状に形成されている。ダイヤフラム１８は、外歯歯車本体２１の第２端部における開口縁部から径方向内側に延びている。ボス１９は、円環状に形成され、ダイヤフラム１８の内周縁に一体形成されている。
　図１及び図２に示すように、波動発生器３１は、外歯歯車１７内に配置されている。波動発生器３１は、ウェーブプラグ３２と、ウェーブベアリング３３と、を備えている。
　ウェーブプラグ３２は、外形が楕円形状の輪郭をしていて、剛性を有している。
　ウェーブベアリング３３は、内輪３５と、外輪３６と、複数のボール３７と、を有している。内輪３５は、ウェーブプラグ３２の外周面に嵌められている。内輪３５の外周面には、周方向に直交する断面が円弧状のボール転動面３５ａが形成されている。
　外輪３６は、外歯歯車本体２１の第１端部における内周面に嵌め込まれている。より詳しくは、外輪３６の外周面は、外歯歯車本体２１の内周面に摩擦接触している。外輪３６の内周面には、周方向に直交する断面が円弧状のボール転動面３６ａが形成されている。
　例えば、外輪３６の外周面のビッカース硬度Ｈｖは７００程度である。
　複数のボール３７は、内輪３５のボール転動面３５ａ、及び外輪３６のボール転動面３６ａの間に転動自在の状態で挿入されている。
　波動発生器３１では、外歯歯車本体２１における複数の外歯２２が形成された第１端部が楕円形になるように径方向に撓められている。外歯歯車本体２１の第１端部における長軸方向の両端に位置している外歯２２は、内歯歯車部１１の複数の内歯１３に対して部分的に噛み合わされている。
　波動発生器３１の外輪３６の外周面におけるビッカース硬度に対する、外歯歯車１７の外歯内硬化層２３におけるビッカース硬度の比率は、１．２以上１．７以下である。この比率は、１．３以上１．５以下であることがより好ましく、１．４であることがさらに好ましい。
　外歯内硬化層２３の内周面の、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２０１３で規定される算術平均粗さＲａは、０．０５μｍ以上０．１μｍ以下である。この算術平均粗さＲａは、０．０７μｍ以上０．０８μｍ以下であることがより好ましい。算術平均粗さＲａは、外歯内硬化層２３の内周面における内歯歯車本体１２の軸線方向（以下、単に軸線方向と言う）、及び周方向のそれぞれにおける算術平均粗さＲａであることが好ましい。外歯内硬化層２３の内周面は、算術平均粗さＲａがこのように調節されていることにより、平滑で摩耗しにくい面となる。
　外歯歯車１７の外歯内硬化層２３の内周面におけるＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２０１３で規定されるスキューネスＲｓｋは、－２以上－０．３以下である。このスキューネスＲｓｋは、－１．２以上－０．７以下であることがより好ましい。スキューネスＲｓｋは、軸線方向及び周方向のそれぞれにおけるスキューネスＲｓｋであることが好ましい。
　このように構成された外歯歯車１７の外歯内硬化層２３の内周面は、波動発生器３１の外輪３６の外周面に比べて、硬く平坦で、粗さの方向性がない油溜まり（ディンプル）として機能する凹部が形成された面となる。この凹部に、図示しない潤滑剤が溜められている。
　波動歯車装置１の波動発生器３１をモータ等によって回転すると、波動発生器３１の外輪３６の外周面と外歯歯車部１６の外歯内硬化層２３の内周面とが摺動する。しかし、外歯内硬化層２３に形成された凹部に溜められた潤滑剤により、外輪３６の外周面と外歯内硬化層２３の内周面とが摩耗するのが抑えられる。また、外輪３６及び外歯内硬化層２３のビッカース硬度の比率が前述のように調節されているため、比較的表面硬度の低い波動発生器３１の外輪３６の外周面が摩耗しやすくなり、比較的表面硬度の高い外歯内硬化層２３の摩耗は少なく、油溜まりの形状は保たれる。
　外歯歯車１７の外歯内硬化層２３の内周面のスキューネスが前述のように調節されているため、外歯内硬化層２３の内周面に油溜まりとして機能する粗さの細かい谷が多くなる。このため、外輪３６の外周面と外歯内硬化層２３の内周面との間の潤滑性能が向上する。
　内歯歯車部１１の複数の内歯１３と外歯歯車部１６の複数の外歯２２とが噛み合う位置が周方向に移動する。この結果、内歯歯車部１１と外歯歯車部１６との歯数差に起因して、両歯車部１１，１６に周方向に相対回転が発生する。
　一般的に、両歯車部１１，１６の歯数差は２枚とされ、内歯歯車部１１が波動歯車装置１のハウジング等に固定されている。このため、両歯車部１１，１６の歯数差に基づき大幅に減速された回転出力が、外歯歯車部１６の出力軸から外部に取出される。
　従来の波動歯車装置のように、波動発生器の外周面と外歯歯車の内周面との摩擦状態が悪化すると、波動発生器と外歯歯車と間に作用するスラスト力を増大させる。このため、外歯歯車と内歯歯車との軸線方向の相対変位が生じ、結果として外歯歯車の外歯と内歯歯車の内歯との摩耗も促進される。
　これに対して、本実施形態の波動歯車装置１によれば、波動発生器３１の外輪３６の外周面に対する外歯歯車１７の外歯内硬化層２３のビッカース硬度Ｈｖの比率が１．２以上１．７以下である。このため、外輪３６の外周面と外歯内硬化層２３の内周面とが摺動したときに、比較的表面硬度の低い外輪３６の外周面が摩耗する。従って、外歯内硬化層２３の内周面の耐摩耗性を向上させることができる。
　外歯歯車１７の外歯内硬化層２３の内周面における算術平均粗さＲａは、０．０５μｍ以上０．１μｍ以下である。従って、外歯歯車１７の内周面に平滑な面が形成され、初期摩耗粉の発生を抑制することができる。
　凹部が形成された外歯内硬化層２３の内周面が硬いため、長期間に亘り油溜まりが接触面に維持される。この結果、潤滑剤が長期に亘り接触面間に維持され、境界潤滑下での耐摩耗性を向上させることができる。
　波動発生器３１の外周面と外歯歯車１７の内周面との間の摩擦・摩耗が低減すると、波動発生器３１と外歯歯車１７と間に作用するスラスト力が低減され、結果として外歯歯車１７の外歯２２と内歯歯車部１１の内歯１３との摩耗を抑制することができる。
　外歯歯車１７の外歯内硬化層２３の内周面におけるスキューネスＲｓｋは、－２以上－０．３以下である。外歯歯車１７の内周面に、油溜まりとして機能する凹部が形成される。凹部に溜まった潤滑剤は、凹部から外部に流れ出にくくなる。凹部内の潤滑剤により、波動発生器３１の外周面と外歯歯車１７の内周面との間の摩耗を低減させることができる。
　外歯内硬化層２３の厚さは、５０μｍ以下、かつ、外歯歯車本体２１における外歯２２の歯底２１ａと内周面との距離Ｌ１の１０％以下である。一般的に、硬度が高い材料はもろくなりやすい。外歯歯車本体２１に対して外歯内硬化層２３が薄くなるため、外歯歯車本体２１の内周面に外歯内硬化層２３を設けることにより外歯２２の歯底の疲労強度が低下するのを抑制することができる。
（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について図３を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
　図３に示す本実施形態の波動歯車装置２は、第１実施形態の波動歯車装置１に比べて、以下の構成が異なる。
　内歯硬化層１４及び外歯外硬化層２４のビッカース硬度Ｈｖは、それぞれ９００以上１２００以下である。内歯硬化層１４の内周面、及び外歯外硬化層２４の外周面の算術平均粗さＲａは、それぞれ０．３μｍ以下である。
　内歯硬化層１４の厚さは、５０μｍ以下である。
　外歯外硬化層２４の厚さは、５０μｍ以下、かつ、前述の外歯歯車本体２１における距離Ｌ１の１０％以下である。
　このように構成された本実施形態の波動歯車装置２によれば、外歯歯車１７の内周面の耐摩耗性を向上させることができる。
　さらに、外歯外硬化層２４の厚さは、５０μｍ以下、かつ、外歯歯車本体２１における距離Ｌ１の１０％以下である。外歯歯車本体２１に対して外歯外硬化層２４が薄くなるため、外歯歯車本体２１に外歯外硬化層２４を設けることにより外歯２２の歯底２１ａの疲労強度が低下するのを抑制することができる。
　内歯硬化層１４の厚さは、５０μｍ以下である。
　内歯硬化層１４及び外歯外硬化層２４のビッカース硬度Ｈｖはそれぞれ９００以上１２００以下であるため、内歯歯車部１１の複数の内歯１３と外歯歯車部１６の複数の外歯２２との間の摩耗を低減させることができる。
　内歯硬化層１４の内周面、及び外歯外硬化層２４の外周面の算術平均粗さＲａは、それぞれ０．３μｍ以下である。内歯硬化層１４の内周面、及び外歯外硬化層２４の外周面の表面粗さを小さくすることにより、内歯歯車部１１の複数の内歯１３と外歯歯車部１６の複数の外歯２２との間の摩耗を低減させることができる。
　一般的に、波動歯車装置の出力軸に負荷するトルクが大きくなると、歯面の摩耗が増大する。本実施形態の波動歯車装置２は、定格トルクの１０％以上、負荷トルクを印加する場合に有効である。波動歯車装置２の構成により、波動歯車装置２の歯面の摩耗を抑制することができる。
　以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
　例えば、前記第１実施形態及び第２実施形態では、波動発生器３１の外輪３６の外周面におけるビッカース硬度に対する、外歯歯車１７の外歯内硬化層２３におけるビッカース硬度の比率が１．２以上１．７以下であれば、外歯内硬化層２３の内周面の算術平均粗さＲａは、０．０５μｍ未満でもよいし、０．１μｍを超えてもよい。
　外歯歯車１７の外歯内硬化層２３の内周面におけるスキューネスＲｓｋは、－２未満でもよいし、－０．３を超えてもよい。
　硬化層２３，２４の厚さは、５０μｍを超えたり、外歯歯車本体２１の厚さの１０％を超えたりしてもよい。内歯硬化層１４の厚さは、５０μｍを超えたりしてもよい。
　ダイヤフラム１８の形状は、図１の形状に限定されない。
（実験結果）
　以下、実施例及び比較例を用いた実験結果について説明する。
　実施例の波動歯車装置は、第１実施形態の波動歯車装置において、以下の仕様で各構成を作製した。
・内歯歯車部を、析出硬化系ステンレス鋼であるＳＵＳ６３０を用いて製作した。
・外歯歯車部を、析出硬化系ステンレス鋼である１５－５ＰＨを用いて製作した。
・波動発生器の内輪、外輪、及びボールを、マルテンサイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４４０Ｃを用いて製作した。
・外歯歯車の内周面及び外歯、内歯歯車部の内歯に対して、プラズマ浸炭処理を行い外歯内硬化層、外歯外硬化層、及び内歯硬化層を形成した。この処理により、内歯歯車本体及び外歯歯車本体の表面の硬度を上昇させた。なお、表面の硬度の調節を、窒化処理やＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜等により行ってもよい。
・外歯歯車の内周面及び外歯、内歯歯車部の内歯に対して、二段階ショットピーニング処理を行い、各表面の算術平均粗さＲａを調節した。この処理により、圧縮残留応力を付与し、また、表面を研磨した。なお、算術平均粗さＲａの調節を、機械加工により行ってもよい。
　実施例の波動歯車装置の外歯歯車において、表面からの距離による硬度の測定結果を図４に示す。図４において、横軸は、外歯歯車の表面からの距離（μｍ）を表し、縦軸は、ビッカース硬度Ｈｖの換算値を表す。図中の○印は、外歯歯車の外歯における測定結果であり、図中の□印は、外歯歯車の内周面における測定結果である。
　硬度の測定は、ナノインデンテーション法により行った。使用した圧子は、三角錐形のBerkovich圧子である。ナノインデンテーション法で測定した硬度を、ビッカース硬度Ｈｖに換算した。
　母材である外歯歯車本体におけるビッカース硬度Ｈｖの換算値は、約４２０である。
　例えば、外歯外硬化層は、外歯歯車の外歯において、表面の硬度を上昇させた部分におけるビッカース硬度Ｈｖの換算値が９００以上の範囲Ｒ１である。外歯内硬化層は、外歯歯車の内周面において、表面の硬度を上昇させた部分における、ビッカース硬度Ｈｖの換算値が９００以上の範囲Ｒ２である。
　この実施例では、外歯外硬化層の厚さは約１５μｍであり、外歯内硬化層の厚さは約１０μｍである。例えば、外歯歯車本体の厚さは、２００μｍ～３００μｍである。両硬化層の厚さは、５０μｍ以下、かつ、外歯歯車本体の厚さの１０％以下の条件を満たす。
　実施例の波動歯車装置の外歯歯車において、内周面の周方向の表面粗さの確率密度関数を図５に示す。図５において、横軸は確率密度（％）を表し、縦軸はカットレベルを表す。
　表面粗さは、触針式表面粗さ測定機により測定した。ダイヤで形成された２μｍＲの触針を、０．０３ｍｍ／ｓ（ミリメートル毎秒）の速度で移動させて、表面粗さを測定した。この場合、スキューネスＲｓｋは、－１．１であった。
　図６は、実施例の波動歯車装置を用いた、出力軸の累積回転数に対する入力トルクの変化を表す図である。横軸は、外歯歯車部の出力軸の回転数（回、時間に相当する）を表す。縦軸は、波動発生器への入力トルク（Ｎ・ｍ（ニュートン・メートル）、摩擦に相当する）を表す。実験に用いた波動歯車装置は、型番が２０（外歯歯車の内径が約５０ｍｍ）であり、減速比が１／１６０である。
　この実験では、初期の入力トルクに比べて、入力トルクが５０％増加したときに、波動歯車装置が回転しにくくなり波動歯車装置が寿命を迎えたと規定した。
　なお、実施例の波動歯車装置を用いた実験は、真空中で行われた。一般的に、真空中では、大気中に比べて、波動歯車装置の潤滑寿命が数十分の一以下に低下する。真空中では、摺動部分が早期に摩耗するため、波動歯車装置の伝達効率の低下、角度伝達精度の悪化、及びばね定数の低下が生じる。
　実験の結果、出力軸の回転数が５１．６万回に達しても、入力トルクは初期の入力トルクと同等の低いレベルであることが分かった。この寿命は、後述する比較例の波動歯車装置に対して、１４．７倍（＝５１．６／３．５）以上であることが分かった。
　実験が終了した後で波動歯車装置を観察したところ、波動発生器の外周面、及び内歯歯車の内周面には、極めてわずかな摩耗しか見られなかった。外歯歯車部の外歯、及び内歯歯車部の内歯には、軽微な摩耗が確認されたが、外歯歯車部及び内歯歯車部は、互いに回転可能な状態であった。実験後に角度伝達誤差が増加した量は、２０％であった。
　これに対して、比較例の従来の波動歯車装置の外歯歯車において、内周面の周方向の表面粗さの確率密度関数を図７に示す。図７において、横軸は確率密度（％）を表し、縦軸はカットレベルを表す。表面粗さは、前述の実施例の波動歯車装置と同様に測定した。この場合、スキューネスＲｓｋは、－０．０３であった。
　図８は、比較例の波動歯車装置を用いた、出力軸の累積回転数に対する入力トルクの変化を表す図である。横軸は、外歯歯車部の出力軸の回転数（回）を表し、縦軸は、波動発生器への入力トルク（Ｎ・ｍ）を表す。なお、この結果は、Keiji Ueura, et al., “DEVELOPMENT OF STRAIN WAVE GEARING FOR SPACE APPLICATIONS”, Proc. ‘12th Euro. Space Mechanisms & Tribology Symp. (ESMATS)’, Liverpool, UK, 19-21 September 2007(ESA SP-653, August 2007)から抜粋したものである。
　グリースにより潤滑させた波動歯車装置を真空中で回転させて、寿命を調べた。この結果、回転数が約３．５万回転に達した時に入力トルクが増加し、波動歯車装置は潤滑寿命に至った。
　実験が終了した後で、波動歯車装置を観察したところ、波動発生器の外周面、外歯歯車部の内周面、外歯歯車部の外歯、及び内歯歯車部の内歯にシビアな摩耗が確認された。実験後に角度伝達誤差が増加した量は、２倍以上であった。
　上記した波動歯車装置によれば、外歯歯車の内周面の耐摩耗性を向上させることができる。
　１，２　　波動歯車装置
　１１　　　内歯歯車部（内歯歯車）
　１７　　　外歯歯車
　２１　　　外歯歯車本体
　２１ａ　　歯底
　２２　　　外歯
　２２ａ　　外面
　２２ｂ　　側面
　２３　　　外歯内硬化層（第１硬化層）
　２４　　　外歯外硬化層（第２硬化層）
　３１　　　波動発生器
　Ｌ１，Ｌ２　　距離

Claims (5)

  1. 　円環状をして剛性を有する内歯歯車と、
    　円環状をして可撓性を有し、前記内歯歯車内に配置された外歯歯車と、
    　前記外歯歯車内に配置され、前記外歯歯車を径方向に撓めて前記内歯歯車に対して部分的に噛み合わせるとともに、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合う位置を周方向に移動させる波動発生器と、を備える波動歯車装置において、
    　前記波動発生器の外周面におけるビッカース硬度に対する、前記外歯歯車の内周面におけるビッカース硬度の比率は、１．２以上１．７以下である波動歯車装置。
  2. 　前記外歯歯車の内周面の算術平均粗さは、０．０５μｍ以上０．１μｍ以下である請求項１に記載の波動歯車装置。
  3. 　前記外歯歯車の内周面におけるＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２０１３で規定されるスキューネスは、－２以上－０．３以下である請求項１又は２に記載の波動歯車装置。
  4. 　前記外歯歯車は、
    　円環状をして可撓性を有する外歯歯車本体と、
    　前記外歯歯車本体の外周面に設けられた外歯と、
    　前記外歯歯車本体の内周面に設けられた第１硬化層と、を有し、
    　前記第１硬化層の厚さは、５０μｍ以下、かつ、前記外歯歯車本体における前記外歯の歯底と前記外歯歯車本体の内周面との距離の１０％以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の波動歯車装置。
  5. 　前記外歯歯車は、
    　円環状をして可撓性を有する外歯歯車本体と、
    　前記外歯歯車本体の外周面に設けられた外歯と、
    　周方向に沿って、前記外歯の径方向外側の外面及び側面、前記外歯歯車本体における前記外歯の歯底にそれぞれ設けられた第２硬化層と、を有し、
    　前記第２硬化層の厚さは、５０μｍ以下、かつ、前記外歯歯車本体における前記外歯の歯底と前記外歯歯車本体の内周面との距離の１０％以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の波動歯車装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7422627B2 (ja) 2020-08-12 2024-01-26 住友重機械工業株式会社 遊星歯車装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3812613B1 (en) * 2018-06-19 2023-06-07 Harmonic Drive Systems Inc. Hollow strain-wave gear device
JP7251118B2 (ja) * 2018-11-28 2023-04-04 セイコーエプソン株式会社 歯車装置およびロボット
JP7370242B2 (ja) * 2019-12-20 2023-10-27 住友重機械工業株式会社 撓み噛合い式歯車装置及びその製造方法
JP7463846B2 (ja) 2020-05-25 2024-04-09 セイコーエプソン株式会社 歯車装置およびロボット
JP2022032383A (ja) * 2020-08-12 2022-02-25 住友重機械工業株式会社 撓み噛合い式歯車装置および撓み噛合い式歯車装置の製造方法
WO2023071232A1 (zh) * 2021-10-25 2023-05-04 美的集团股份有限公司 谐波齿轮装置、谐波齿轮装置的制造方法、机器人用关节装置和齿轮部件

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61206154U (ja) * 1985-06-14 1986-12-26
JPH1019092A (ja) * 1996-07-03 1998-01-20 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 撓み噛み合い式歯車装置の摩耗防止機構
JP2002340140A (ja) * 2001-05-22 2002-11-27 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 軽量波動歯車装置
JP2002349645A (ja) * 2001-05-23 2002-12-04 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 無潤滑型波動歯車装置
JP4165679B2 (ja) 1999-08-19 2008-10-15 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 可撓性外歯歯車の表面硬化方法
JP2018020532A (ja) 2016-08-05 2018-02-08 三菱ケミカル株式会社 成形性良好な加飾シート用基材及びそれを用いた加飾品の製造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS487689Y1 (ja) 1970-07-10 1973-02-28
US4145798A (en) * 1977-10-21 1979-03-27 Federal-Mogul Corporation Forging recessed configurations on a body member
JPH09303500A (ja) * 1996-05-17 1997-11-25 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 耐摩耗性の剛性内歯歯車を備えた撓み噛み合い式歯車装置
JP2002339990A (ja) * 2001-05-22 2002-11-27 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 軽量ベアリングおよび波動歯車装置
JP4476051B2 (ja) * 2004-07-01 2010-06-09 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 波動歯車装置の剛性内歯歯車の製造方法
JP2008115932A (ja) * 2006-11-02 2008-05-22 Nissan Motor Co Ltd トルク伝達用部材及び波動歯車装置
JP4999475B2 (ja) * 2007-01-24 2012-08-15 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ フラット型波動歯車装置
JP2010190373A (ja) * 2009-02-20 2010-09-02 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 波動歯車装置
WO2013175533A1 (ja) * 2012-05-23 2013-11-28 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 波動歯車装置の波動発生器
WO2014181375A1 (ja) * 2013-05-08 2014-11-13 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 波動歯車装置の波動発生器
JP6150746B2 (ja) 2014-02-26 2017-06-21 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 波動歯車装置の可撓性外歯歯車および製造方法
JP2017096478A (ja) * 2015-11-27 2017-06-01 住友重機械工業株式会社 撓み噛合い式歯車装置およびその起振体の製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61206154U (ja) * 1985-06-14 1986-12-26
JPH1019092A (ja) * 1996-07-03 1998-01-20 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 撓み噛み合い式歯車装置の摩耗防止機構
JP4165679B2 (ja) 1999-08-19 2008-10-15 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 可撓性外歯歯車の表面硬化方法
JP2002340140A (ja) * 2001-05-22 2002-11-27 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 軽量波動歯車装置
JP2002349645A (ja) * 2001-05-23 2002-12-04 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 無潤滑型波動歯車装置
JP4807689B2 (ja) 2001-05-23 2011-11-02 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 無潤滑型波動歯車装置
JP2018020532A (ja) 2016-08-05 2018-02-08 三菱ケミカル株式会社 成形性良好な加飾シート用基材及びそれを用いた加飾品の製造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KEIJI UEURA ET AL.: "DEVELOPMENT OF STRAIN WAVE GEARING FOR SPACE APPLICATIONS", PROC. '12TH EURO. SPACE MECHANISMS & TRIBOLOGY SYMP. (ESMATS, August 2007 (2007-08-01)
See also references of EP3730811A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7422627B2 (ja) 2020-08-12 2024-01-26 住友重機械工業株式会社 遊星歯車装置

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