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特開2024-161886可撓性外歯歯車の製造方法、可撓性外歯歯車、波動歯車装置及びロボット用関節装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024161886
(43)【公開日】2024-11-20
(54)【発明の名称】可撓性外歯歯車の製造方法、可撓性外歯歯車、波動歯車装置及びロボット用関節装置
(51)【国際特許分類】
F16H 1/32 20060101AFI20241113BHJP
F16H 55/17 20060101ALI20241113BHJP
B23F 19/00 20060101ALI20241113BHJP
B23P 15/14 20060101ALI20241113BHJP
B25J 17/00 20060101ALI20241113BHJP
B24C 1/10 20060101ALI20241113BHJP
B24C 1/04 20060101ALI20241113BHJP
【ＦＩ】
F16H1/32 B
F16H55/17 Z
B23F19/00
B23P15/14
B25J17/00 E
B24C1/10 D
B24C1/04 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024025073
(22)【出願日】2024-02-22
(31)【優先権主張番号】202310509957.8
(32)【優先日】2023-05-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】512237419
【氏名又は名称】美的集団股▲フン▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＭＩＤＥＡ ＧＲＯＵＰ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｂ２６－２８Ｆ， Ｍｉｄｅａ Ｈｅａｄｑｕａｒｔｅｒ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｎｏ．６ Ｍｉｄｅａ Ａｖｅｎｕｅ， Ｂｅｉｊｉａｏ， Ｓｈｕｎｄｅ， Ｆｏｓｈａｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５２８３１１ Ｃｈｉｎａ
(71)【出願人】
【識別番号】522256185
【氏名又は名称】広東▲極▼▲亞▼精机科技有限公司
(71)【出願人】
【識別番号】517344192
【氏名又は名称】広東美的制冷設備有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＧＤ ＭＩＤＥＡ ＡＩＲ－ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｌｉｎｇａｎｇ Ｒｏａｄ，Ｂｅｉｊｉａｏ，Ｓｈｕｎｄｅ，Ｆｏｓｈａｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】100167302
【弁理士】
【氏名又は名称】種村 一幸
(74)【代理人】
【識別番号】100135817
【弁理士】
【氏名又は名称】華山 浩伸
(74)【代理人】
【識別番号】100167830
【弁理士】
【氏名又は名称】仲石 晴樹
(72)【発明者】
【氏名】松澤 響
(72)【発明者】
【氏名】王 剛
(72)【発明者】
【氏名】▲呉▼ ▲達▼祺
【テーマコード（参考）】
3C025
3C707
3J027
3J030
【Ｆターム（参考）】
3C025DD00
3C707BS15
3C707CX03
3C707HT26
3J027FA37
3J027FB32
3J027GB03
3J027GC06
3J027GE14
3J030BC03
3J030BC10
(57)【要約】
【課題】信頼性の低下が生じにくい波動歯車装置を実現可能な可撓性外歯歯車の製造方法、可撓性外歯歯車、波動歯車装置及びロボット用関節装置を提供する。
【解決手段】剛性内歯歯車と、可撓性外歯歯車３と、波動発生器と、を備える波動歯車装置の可撓性外歯歯車３の製造方法は、応力発生工程と、ショットピーニング工程と、を有する。波動歯車装置は、カムの回転に伴って可撓性外歯歯車を変形させ、外歯３１の一部を内歯の一部に噛み合わせて、可撓性外歯歯車３を剛性内歯歯車との歯数差に応じて剛性内歯歯車に対して相対的に回転させる。応力発生工程では、可撓性外歯歯車３を弾性変形させることで可撓性外歯歯車３に応力を生じさせる。ショットピーニング工程では、応力が生じる可撓性外歯歯車３の表面の少なくとも一部にショットピーニングを施す。
【選択図】図８
【解決手段】剛性内歯歯車と、可撓性外歯歯車３と、波動発生器と、を備える波動歯車装置の可撓性外歯歯車３の製造方法は、応力発生工程と、ショットピーニング工程と、を有する。波動歯車装置は、カムの回転に伴って可撓性外歯歯車を変形させ、外歯３１の一部を内歯の一部に噛み合わせて、可撓性外歯歯車３を剛性内歯歯車との歯数差に応じて剛性内歯歯車に対して相対的に回転させる。応力発生工程では、可撓性外歯歯車３を弾性変形させることで可撓性外歯歯車３に応力を生じさせる。ショットピーニング工程では、応力が生じる可撓性外歯歯車３の表面の少なくとも一部にショットピーニングを施す。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内歯を有する環状の剛性内歯歯車と、
外歯を有し、前記剛性内歯歯車の内側に配置される環状の可撓性外歯歯車と、
回転軸を中心に回転駆動される非円形状のカム、及び前記カムの外側に装着されるベアリングを有し、前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車に撓みを生じさせる波動発生器と、を備え、
前記カムの回転に伴って前記可撓性外歯歯車を変形させ、前記外歯の一部を前記内歯の一部に噛み合わせて、前記可撓性外歯歯車を前記剛性内歯歯車との歯数差に応じて前記剛性内歯歯車に対して相対的に回転させる波動歯車装置の前記可撓性外歯歯車の製造方法であって、
前記可撓性外歯歯車を弾性変形させることで前記可撓性外歯歯車に応力を生じさせる応力発生工程と、
前記応力が生じる前記可撓性外歯歯車の表面の少なくとも一部にショットピーニングを施すショットピーニング工程と、を有する、
可撓性外歯歯車の製造方法。
外歯を有し、前記剛性内歯歯車の内側に配置される環状の可撓性外歯歯車と、
回転軸を中心に回転駆動される非円形状のカム、及び前記カムの外側に装着されるベアリングを有し、前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車に撓みを生じさせる波動発生器と、を備え、
前記カムの回転に伴って前記可撓性外歯歯車を変形させ、前記外歯の一部を前記内歯の一部に噛み合わせて、前記可撓性外歯歯車を前記剛性内歯歯車との歯数差に応じて前記剛性内歯歯車に対して相対的に回転させる波動歯車装置の前記可撓性外歯歯車の製造方法であって、
前記可撓性外歯歯車を弾性変形させることで前記可撓性外歯歯車に応力を生じさせる応力発生工程と、
前記応力が生じる前記可撓性外歯歯車の表面の少なくとも一部にショットピーニングを施すショットピーニング工程と、を有する、
可撓性外歯歯車の製造方法。
【請求項2】
前記応力発生工程では、前記可撓性外歯歯車を周方向の全周において均一に拡径するように弾性変形させる、
請求項１に記載の可撓性外歯歯車の製造方法。
請求項１に記載の可撓性外歯歯車の製造方法。
【請求項3】
前記ショットピーニング工程では、前記可撓性外歯歯車の表面における施工部位を前記可撓性外歯歯車の周方向に移動させながら前記施工部位にショットピーニングを施す、
請求項１又は２に記載の可撓性外歯歯車の製造方法。
請求項１又は２に記載の可撓性外歯歯車の製造方法。
【請求項4】
前記応力発生工程では、治具を用いて前記可撓性外歯歯車を弾性変形させ、
前記ショットピーニング工程では、前記可撓性外歯歯車の表面のうちショットピーニングを施さない部位を前記治具にてマスキングする、
請求項１又は２に記載の可撓性外歯歯車の製造方法。
前記ショットピーニング工程では、前記可撓性外歯歯車の表面のうちショットピーニングを施さない部位を前記治具にてマスキングする、
請求項１又は２に記載の可撓性外歯歯車の製造方法。
【請求項5】
前記応力発生工程では、少なくとも外周形状が前記波動発生器と同一である治具を、前記可撓性外歯歯車に組み合わせることによって前記可撓性外歯歯車を弾性変形させる、
請求項１又は２に記載の可撓性外歯歯車の製造方法。
請求項１又は２に記載の可撓性外歯歯車の製造方法。
【請求項6】
内歯を有する環状の剛性内歯歯車と、
外歯を有し、前記剛性内歯歯車の内側に配置される環状の可撓性外歯歯車と、
回転軸を中心に回転駆動される非円形状のカム、及び前記カムの外側に装着されるベアリングを有し、前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車に撓みを生じさせる波動発生器と、を備え、
前記カムの回転に伴って前記可撓性外歯歯車を変形させ、前記外歯の一部を前記内歯の一部に噛み合わせて、前記可撓性外歯歯車を前記剛性内歯歯車との歯数差に応じて前記剛性内歯歯車に対して相対的に回転させる波動歯車装置の前記可撓性外歯歯車であって、
弾性変形させられた弾性変形部と、
前記弾性変形部の少なくとも一部に形成されるショットピーニング部と、を備える、
可撓性外歯歯車。
外歯を有し、前記剛性内歯歯車の内側に配置される環状の可撓性外歯歯車と、
回転軸を中心に回転駆動される非円形状のカム、及び前記カムの外側に装着されるベアリングを有し、前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車に撓みを生じさせる波動発生器と、を備え、
前記カムの回転に伴って前記可撓性外歯歯車を変形させ、前記外歯の一部を前記内歯の一部に噛み合わせて、前記可撓性外歯歯車を前記剛性内歯歯車との歯数差に応じて前記剛性内歯歯車に対して相対的に回転させる波動歯車装置の前記可撓性外歯歯車であって、
弾性変形させられた弾性変形部と、
前記弾性変形部の少なくとも一部に形成されるショットピーニング部と、を備える、
可撓性外歯歯車。
【請求項7】
請求項６に記載の可撓性外歯歯車と、
前記剛性内歯歯車と、
前記波動発生器と、を備える、
波動歯車装置。
前記剛性内歯歯車と、
前記波動発生器と、を備える、
波動歯車装置。
【請求項8】
請求項７に記載の波動歯車装置と、
前記剛性内歯歯車に固定される第１部材と、
前記可撓性外歯歯車に固定される第２部材と、を備える、
ロボット用関節装置。
前記剛性内歯歯車に固定される第１部材と、
前記可撓性外歯歯車に固定される第２部材と、を備える、
ロボット用関節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に可撓性外歯歯車の製造方法、可撓性外歯歯車、波動歯車装置及びロボット用関節装置に関し、より詳細には、波動歯車装置に用いられる可撓性外歯歯車の製造方法、可撓性外歯歯車、波動歯車装置及びロボット用関節装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、波動歯車装置（撓み噛み合い式歯車装置）における可撓性外歯歯車の表面処理を、窒化処理にて行うことの開示がある。
【0003】
波動歯車装置は、環状の剛性内歯歯車と、この内側に配置されたカップ形の可撓性外歯歯車と、この内側にはめ込まれた楕円形の波動発生器とを有している。可撓性外歯歯車は、円筒状の胴部と、胴部の外周面に形成された外歯とを備えている。可撓性外歯歯車は、波動発生器によって楕円形に撓められ、その楕円形状の長軸方向の両端に位置する外歯の部分が、剛性内歯歯車の内周面に形成した内歯に噛み合っている。
【0004】
波動発生器がモータ等により回転すると、両歯車の噛み合い位置が円周方向に移動し、内歯と外歯との歯数差（２Ｎ（Ｎは正の整数））に応じた相対回転が両歯車の間に発生する。ここで、剛性内歯歯車の側が固定されていると、可撓性外歯歯車の側から、両歯車の歯数差に応じて大幅に減速された回転出力が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００１－５９１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、上述したような波動歯車装置においては、可撓性外歯歯車は弾性変形を繰り返すので、金属疲労等により、可撓性外歯歯車の表面を起点とした損傷（割れ等）が生じ、波動歯車装置の信頼性に影響する可能性がある。また、可撓性外歯歯車の表面の荒れ、又は摩耗粉による錆の発生等に起因して、摩耗粉が波動発生器の内側に進入することによる波動発生器（のベアリング）の損傷等が生じ、波動歯車装置の信頼性に影響する可能性がある。
【0007】
本開示は上記事由に鑑みてなされており、信頼性の低下が生じにくい波動歯車装置を実現可能な可撓性外歯歯車の製造方法、可撓性外歯歯車、波動歯車装置及びロボット用関節装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の一態様に係る可撓性外歯歯車の製造方法は、波動歯車装置の前記可撓性外歯歯車の製造方法であって、応力発生工程と、ショットピーニング工程と、を有する。前記波動歯車装置は、剛性内歯歯車と、可撓性外歯歯車と、波動発生器と、を備える。前記剛性内歯歯車は、内歯を有する環状の部品である。前記可撓性外歯歯車は、外歯を有し、前記剛性内歯歯車の内側に配置される環状の部品である。前記波動発生器は、回転軸を中心に回転駆動される非円形状のカム、及び前記カムの外側に装着されるベアリングを有する。前記波動発生器は、前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車に撓みを生じさせる。前記波動歯車装置は、前記カムの回転に伴って前記可撓性外歯歯車を変形させ、前記外歯の一部を前記内歯の一部に噛み合わせて、前記可撓性外歯歯車を前記剛性内歯歯車との歯数差に応じて前記剛性内歯歯車に対して相対的に回転させる。前記応力発生工程では、前記可撓性外歯歯車を弾性変形させることで前記可撓性外歯歯車に応力を生じさせる。前記ショットピーニング工程では、前記応力が生じる前記可撓性外歯歯車の表面の少なくとも一部にショットピーニングを施す。
【0009】
本開示の一態様に係る可撓性外歯歯車は、剛性内歯歯車と、可撓性外歯歯車と、波動発生器と、を備える波動歯車装置の前記可撓性外歯歯車である。前記剛性内歯歯車は、内歯を有する環状の部品である。前記可撓性外歯歯車は、外歯を有し、前記剛性内歯歯車の内側に配置される環状の部品である。前記波動発生器は、回転軸を中心に回転駆動される非円形状のカム、及び前記カムの外側に装着されるベアリングを有する。前記波動発生器は、前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車に撓みを生じさせる。前記波動歯車装置は、前記カムの回転に伴って前記可撓性外歯歯車を変形させ、前記外歯の一部を前記内歯の一部に噛み合わせて、前記可撓性外歯歯車を前記剛性内歯歯車との歯数差に応じて前記剛性内歯歯車に対して相対的に回転させる。前記可撓性外歯歯車は、弾性変形させられた弾性変形部と、前記弾性変形部の少なくとも一部に形成されるショットピーニング部と、を備える。
【0010】
本開示の一態様に係る波動歯車装置は、前記可撓性外歯歯車と、前記剛性内歯歯車と、前記波動発生器と、を備える。
【0011】
本開示の一態様に係るロボット用関節装置は、前記波動歯車装置と、前記剛性内歯歯車に固定される第１部材と、前記可撓性外歯歯車に固定される第２部材と、を備える。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、信頼性の低下が生じにくい波動歯車装置を実現可能な可撓性外歯歯車の製造方法、可撓性外歯歯車、波動歯車装置及びロボット用関節装置を提供できる、という利点がある。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
（実施形態１）
（１）概要
以下、本実施形態に係る波動歯車装置１の概要について、図１Ａ～図５を参照して説明する。本開示で参照する図面は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。例えば、図２Ａ～図３Ｂにおける、内歯２１及び外歯３１の歯形、寸法及び歯数等は、いずれも説明のために模式的に表しているに過ぎず、図示されている形状に限定する趣旨ではない。
（１）概要
以下、本実施形態に係る波動歯車装置１の概要について、図１Ａ～図５を参照して説明する。本開示で参照する図面は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。例えば、図２Ａ～図３Ｂにおける、内歯２１及び外歯３１の歯形、寸法及び歯数等は、いずれも説明のために模式的に表しているに過ぎず、図示されている形状に限定する趣旨ではない。
【0015】
本実施形態に係る波動歯車装置１は、剛性内歯歯車２と、可撓性外歯歯車３と、波動発生器４と、を備える歯車装置である。この波動歯車装置１は、環状の剛性内歯歯車２の内側に、環状の可撓性外歯歯車３が配置され、さらに、可撓性外歯歯車３の内側には波動発生器４が配置される。波動発生器４は、可撓性外歯歯車３を非円形状に撓ませることにより、剛性内歯歯車２の内歯２１に対して可撓性外歯歯車３の外歯３１を部分的に噛み合わせる。波動発生器４が回転すると、内歯２１と外歯３１との噛み合い位置が、剛性内歯歯車２の円周方向に移動し、可撓性外歯歯車３を剛性内歯歯車２との歯数差に応じた相対回転が両歯車（剛性内歯歯車２及び可撓性外歯歯車３）の間に発生する。ここで、剛性内歯歯車２が固定されているとすれば、両歯車の相対回転に伴って、可撓性外歯歯車３が回転することになる。その結果、可撓性外歯歯車３からは、両歯車の歯数差に応じて、比較的高い減速比で減速された回転出力が得られる。
【0016】
また、可撓性外歯歯車３に撓みを生じさせる波動発生器４は、入力側の回転軸Ａｘ１（図１Ａ参照）を中心に回転駆動される非円形状のカム４１と、ベアリング４２と、を有している。ベアリング４２は、カム４１の外周面４１１と可撓性外歯歯車３の内周面３０１との間に配置される。ベアリング４２の内輪４２２は、カム４１の外周面４１１に固定され、ベアリング４２の外輪４２１は、ボール状の転動体４２３を介して、カム４１に押されて弾性変形する。ここで、転動体４２３が転がることで外輪４２１は内輪４２２に対して相対的に回転可能であるので、非円形状のカム４１が回転すると、内輪４２２の回転は外輪４２１には伝わらず、カム４１に押された可撓性外歯歯車３の外歯３１には、波動運動が発生する。外歯３１の波動運動が発生することで、上述したように内歯２１と外歯３１との噛み合い位置が剛性内歯歯車２の円周方向に移動し、可撓性外歯歯車３を剛性内歯歯車２との間に相対回転が発生する。
【0017】
要するに、この種の波動歯車装置１においては、ベアリング４２を有する波動発生器４が可撓性外歯歯車３を撓ませながら、内歯２１と外歯３１との噛み合いによる動力の伝達が実現される。
【0018】
この種の波動歯車装置１では、特に、長期間の使用になれば、可撓性外歯歯車３は弾性変形を繰り返すので、金属疲労等により、可撓性外歯歯車３の表面を起点とした損傷（割れ等）が生じ、波動歯車装置１の信頼性に影響する可能性がある。また、可撓性外歯歯車３の表面の荒れ、又は摩耗粉による錆の発生等に起因して、摩耗粉が波動発生器４の内側に進入することによる波動発生器４（のベアリング４２）の損傷等が生じ、波動歯車装置１の信頼性に影響する可能性がある。
【0019】
一例として、可撓性外歯歯車３の表面を起点とした損傷、可撓性外歯歯車３の表面の荒れ、又は錆の発生により、可撓性外歯歯車３の変形追随性が阻害されると、波動発生器４の回転に余分なエネルギーが必要となって、動力伝達効率の低下、又はベアリング４２に掛かる荷重が増加することによる寿命の短縮等につながる。また、摩耗粉がベアリング４２に入り込むと、ベアリング４２の外輪４２１又は内輪４２２と転動体４２３との間への摩耗粉の噛み込みによる圧痕を起点に、外輪４２１、内輪４２２及び転動体４２３のいずれかの表面に損傷が生じ得る。このような損傷（表面起点型のフレーキング）は、波動歯車装置１の品質及び特性等の劣化につながるため、結果的に、波動歯車装置１の信頼性の低下につながる。そこで、本実施形態では、以下の構成により、信頼性の低下が生じにくい波動歯車装置１を実現可能とする。
【0020】
すなわち、本実施形態に係る波動歯車装置１は、図１Ａ～図３Ｂに示すように、内歯２１を有する環状の剛性内歯歯車２と、外歯３１を有する環状の可撓性外歯歯車３と、波動発生器４と、を備えている。可撓性外歯歯車３は、剛性内歯歯車２の内側に配置される。波動発生器４は、可撓性外歯歯車３の内側に配置され、可撓性外歯歯車３に撓みを生じさせる。波動発生器４は、回転軸Ａｘ１を中心に回転駆動される非円形状のカム４１、及びカム４１の外側に装着されるベアリング４２を有する。波動歯車装置１は、カム４１の回転に伴って可撓性外歯歯車３を変形させ、外歯３１の一部を内歯２１の一部に噛み合わせて、可撓性外歯歯車３を剛性内歯歯車２との歯数差に応じて剛性内歯歯車２に対して相対的に回転させる。ここで、本実施形態に係る波動歯車装置１の可撓性外歯歯車３の製造方法は、応力発生工程と、ショットピーニング工程と、を有する。応力発生工程では、可撓性外歯歯車３を弾性変形させることで可撓性外歯歯車３に応力を生じさせる。ショットピーニング工程では、（応力発生工程で）応力が生じる可撓性外歯歯車３の表面の少なくとも一部にショットピーニングを施す。
【0021】
この態様によれば、可撓性外歯歯車３を弾性変形させることで可撓性外歯歯車３に応力を生じさせつつ、当該応力が生じる可撓性外歯歯車３の表面の少なくとも一部にショットピーニングが施される。そのため、可撓性外歯歯車３の表面の少なくとも一部においては、ショットピーニングにより、比較的大きな圧縮残留応力が付与されることになり、圧縮残留応力による亀裂進展の抑制、及び表面硬度上昇による耐摩耗性向上等の効果が期待できる。
【0022】
しかも、可撓性外歯歯車３に応力を生じさせることで、可撓性外歯歯車３の表面粗さを悪化させることなく、可撓性外歯歯車３における表面から比較的深い位置にも、より大きな圧縮残留応力を付与することができる。したがって、可撓性外歯歯車３の表面粗さの悪化が抑えられることになり、可撓性外歯歯車３の表面の荒れ、又は摩耗粉による錆の発生等に起因する波動発生器４（のベアリング４２）の損傷等が生じにくくなる。結果的に、信頼性の低下が生じにくい波動歯車装置１を提供可能である。そして、本実施形態に係る波動歯車装置１は、特に長期間の使用に際しても信頼性の低下が生じにくいため、ひいては、波動歯車装置１の伝達効率の改善、長寿命化、及び高性能化にもつながる。
【0023】
また、本実施形態に係る波動歯車装置１は、図４に示すように、駆動源１０１及び出力部１０２と共に、アクチュエータ１００を構成する。言い換えれば、本実施形態に係るアクチュエータ１００は、波動歯車装置１と、駆動源１０１と、出力部１０２と、を備えている。駆動源１０１は、波動発生器４を回転させる。出力部１０２は、剛性内歯歯車２及び可撓性外歯歯車３のいずれか一方の回転力を出力として取り出す。
【0024】
また、本実施形態に係る波動歯車装置１は、図４に示すように、第１部材１３１及び第２部材１３２と共に、ロボット用関節装置１３０を構成する。言い換えれば、本実施形態に係るロボット用関節装置１３０は、波動歯車装置１と、第１部材１３１と、第２部材１３２と、を備えている。第１部材１３１は、剛性内歯歯車２に固定される。第２部材１３２は、可撓性外歯歯車３に固定される。これにより、波動歯車装置１において可撓性外歯歯車３を剛性内歯歯車２との間に相対回転が発生することで、ロボット用関節装置１３０における第１部材１３１と第２部材１３２とが相対回転することになる。
【0025】
本実施形態に係るロボット用関節装置１３０によれば、波動歯車装置１の信頼性の低下が生じにくい、という利点がある。
【0026】
（２）定義
本開示でいう「環状」は、少なくとも平面視において、内側に囲まれた空間（領域）を形成する輪（わ）のような形状を意味し、平面視において真円とある円形状（円環状）に限らず、例えば、楕円形状及び多角形状等であってもよい。さらに、例えば、カップ状の可撓性外歯歯車３のように底部３２２を有するような形状であっても、その胴部３２１が環状であれば、「環状」の可撓性外歯歯車３という。
本開示でいう「環状」は、少なくとも平面視において、内側に囲まれた空間（領域）を形成する輪（わ）のような形状を意味し、平面視において真円とある円形状（円環状）に限らず、例えば、楕円形状及び多角形状等であってもよい。さらに、例えば、カップ状の可撓性外歯歯車３のように底部３２２を有するような形状であっても、その胴部３２１が環状であれば、「環状」の可撓性外歯歯車３という。
【0027】
本開示でいう「剛性」は、物体に外力が加わり物体が変形しようとするとき、物体がその変形に抵抗する性質のことを意味する。言い換えれば、剛性を持つ物体は、外力が加わっても変形しにくい。また、本開示でいう「可撓性」は、物体に外力が加わったときに、物体が弾性変形する（撓む）性質のことを意味する。言い換えれば、可撓性を持つ物体は、外力が加わったときに弾性変形しやすい。したがって、「剛性」と「可撓性」とは相反する意味である。
【0028】
特に、本開示においては、剛性内歯歯車２の「剛性」と、可撓性外歯歯車３の「可撓性」とは、相対的な意味で用いている。すなわち、剛性内歯歯車２の「剛性」は、少なくとも可撓性外歯歯車３に比較して相対的に、剛性内歯歯車２が高い剛性を持つ、つまり外力が加わっても変形しにくいことを意味する。同様に、可撓性外歯歯車３の「可撓性」は、少なくとも剛性内歯歯車２に比較して相対的に、可撓性外歯歯車３が高い可撓性を持つ、つまり外力が加わったときに弾性変形しやすいことを意味する。
【0029】
また、本開示では、回転軸Ａｘ１の一方側（図１Ａの右側）を「入力側」といい、回転軸Ａｘ１の他方側（図１Ａの左側）を「出力側」という場合がある。つまり、図１Ａの例では、可撓性外歯歯車３は、回転軸Ａｘ１の「入力側」に開口面３５を有している。ただし、「入力側」及び「出力側」は、説明のために付しているラベルに過ぎず、波動歯車装置１から見た、入力及び出力の位置関係を限定する趣旨ではない。
【0030】
本開示でいう「非円形状」とは、真円ではない形状を意味し、例えば、楕円形状及び長円形状等を含む。本実施形態では一例として、波動発生器４の非円形状のカム４１は、楕円形状であることとする。つまり、本実施形態では、波動発生器４は、可撓性外歯歯車３を楕円形状に撓ませることになる。
【0031】
本開示でいう「楕円形状」は、真円が押し潰されて、互いに直交する長軸と短軸との交点が中心に位置するような形状全般を意味し、一平面上のある２定点からの距離の和が一定である点の集合からなる曲線である数学的な「楕円」に限らない。つまり、本実施形態におけるカム４１は、数学的な「楕円」のように一平面上のある２定点からの距離の和が一定である点の集合からなる曲線状であってもよいし、数学的な「楕円」ではなく長円のような楕円形状であってもよい。上述したように、本開示で参照する図面は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。そのため、例えば、図２Ａでは、波動発生器４のカム４１の形状を、やや大げさな楕円形状としているが、実際のカム４１の形状を限定する趣旨ではない。
【0032】
本開示でいう「回転軸」は、回転体の回転運動の中心となる仮想的な軸（直線）を意味する。つまり、回転軸Ａｘ１は、実体を伴わない仮想軸である。波動発生器４は、回転軸Ａｘ１を中心として回転運動を行う。
【0033】
本開示でいう「内歯」及び「外歯」は、それぞれ単体の「歯」ではなく、複数の「歯」の集合（群）を意味する。つまり、剛性内歯歯車２の内歯２１は、剛性内歯歯車２の内周面に形成された複数の歯の集合からなる。同様に、可撓性外歯歯車３の外歯３１は、可撓性外歯歯車３の外周面３０３（図１Ａ参照）に形成された複数の歯の集合からなる。
【0034】
本開示でいう「平行」とは、一平面上の二直線であればどこまで延長しても交わらない場合、つまり二者間の角度が厳密に０度（又は１８０度）である場合に加えて、二者間の角度が０度に対して数度（例えば１０度未満）程度の誤差範囲に収まる関係にあることをいう。同様に、本開示でいう「直交」とは、二者間の角度が厳密に９０度で交わる場合に加えて、二者間の角度が９０度に対して数度（例えば１０度未満）程度の誤差範囲に収まる関係にあることをいう。
【0035】
【0036】
図１Ａは、波動歯車装置１の概略構成を示す断面図であって、図１Ｂは、図１Ａの領域Ｚ１の拡大図である。図２Ａは、波動歯車装置１を回転軸Ａｘ１の入力側（図１Ａの右側）から見た概略図であって、図２Ｂは、図２Ａの領域Ｚ１の拡大図である。図３Ａは、波動歯車装置１を回転軸Ａｘ１の出力側（図１Ａの左側）から見た概略の分解斜視図である。図３Ｂは、波動歯車装置１を回転軸Ａｘ１の入力側から見た概略の分解斜視図である。図４は、波動歯車装置１を含むアクチュエータ１００及びロボット用関節装置１３０の概略構成を示す断面図である。
【0037】
（３．１）波動歯車装置
本実施形態に係る波動歯車装置１は、上述したように、剛性内歯歯車２と、可撓性外歯歯車３と、波動発生器４と、を備えている。本実施形態では、波動歯車装置１の構成要素である剛性内歯歯車２、可撓性外歯歯車３及び波動発生器４の材質は、ステンレス、鋳鉄、機械構造用炭素鋼、クロムモリブデン鋼、リン青銅又はアルミ青銅等の金属である。ここでいう金属は、窒化処理等の表面処理が施された金属を含む。
本実施形態に係る波動歯車装置１は、上述したように、剛性内歯歯車２と、可撓性外歯歯車３と、波動発生器４と、を備えている。本実施形態では、波動歯車装置１の構成要素である剛性内歯歯車２、可撓性外歯歯車３及び波動発生器４の材質は、ステンレス、鋳鉄、機械構造用炭素鋼、クロムモリブデン鋼、リン青銅又はアルミ青銅等の金属である。ここでいう金属は、窒化処理等の表面処理が施された金属を含む。
【0038】
また、本実施形態では、波動歯車装置１の一例として、カップ型の波動歯車装置を例示する。つまり、本実施形態に係る波動歯車装置１では、カップ状に形成された可撓性外歯歯車３を用いている。波動発生器４は、カップ状の可撓性外歯歯車３内に収容されるように、可撓性外歯歯車３と組み合わされる。
【0039】
また、本実施形態では一例として、波動歯車装置１は、剛性内歯歯車２が入力側ケース１１１（図４参照）及び出力側ケース１１２（図４参照）等に固定された状態で使用される。これにより、剛性内歯歯車２と可撓性外歯歯車３との相対回転に伴って、固定部材（入力側ケース１１１等）に対して、可撓性外歯歯車３が相対的に回転することになる。
【0040】
さらに、本実施形態では、波動歯車装置１をアクチュエータ１００に用いる場合に、波動発生器４に入力としての回転力が加わることで、可撓性外歯歯車３から出力としての回転力が取り出される。つまり、波動歯車装置１は、波動発生器４の回転を入力回転とし、可撓性外歯歯車３の回転を出力回転として動作する。これにより、波動歯車装置１では、入力回転に対して、比較的高い減速比にて減速された出力回転が得られることになる。
【0041】
さらに、本実施形態に係る波動歯車装置１では、入力側の回転軸Ａｘ１と、出力側の回転軸Ａｘ２とは、同一直線上にある。言い換えれば、入力側の回転軸Ａｘ１と、出力側の回転軸Ａｘ２とは、同軸である。ここで、入力側の回転軸Ａｘ１は、入力回転が与えられる波動発生器４の回転中心であって、出力側の回転軸Ａｘ１は、出力回転を生じる可撓性外歯歯車３の回転中心である。つまり、波動歯車装置１では、同軸上において、入力回転に対して、比較的高い減速比にて減速された出力回転が得られることになる。
【0042】
剛性内歯歯車２は、サーキュラスプライン（circular spline）ともいい、内歯２１を有する環状の部品である。本実施形態では、剛性内歯歯車２は、少なくとも内周面が平面視において真円となる、円環状を有している。円環状の剛性内歯歯車２の内周面には、内歯２１が、剛性内歯歯車２の円周方向に沿って形成されている。内歯２１を構成する複数の歯は、全て同一形状であって、剛性内歯歯車２の内周面における円周方向の全域に、等ピッチで設けられている。つまり、内歯２１のピッチ円は、平面視において真円となる。また、剛性内歯歯車２は、回転軸Ａｘ１の方向に所定の厚みを有している。内歯２１は、いずれも剛性内歯歯車２の厚み方向の全長にわたって形成されている。内歯２１の歯筋は、いずれも回転軸Ａｘ１と平行である。
【0043】
剛性内歯歯車２は、上述したように、入力側ケース１１１（図４参照）及び出力側ケース１１２（図４参照）等に固定される。そのため、剛性内歯歯車２には、固定用の複数の固定孔２２（図３Ａ及び図３Ｂ参照）が形成されている。
【0044】
可撓性外歯歯車３は、フレックススプライン（flex spline）ともいい、外歯３１を有する環状の部品である。本実施形態では、可撓性外歯歯車３は、比較的薄肉の金属弾性体（金属板）にて、カップ状に形成された部品である。つまり、可撓性外歯歯車３は、その厚みが比較的小さい（薄い）ことで可撓性を持つ。可撓性外歯歯車３は、カップ状の本体部３２を有している。本体部３２は、胴部３２１及び底部３２２を有している。胴部３２１は、可撓性外歯歯車３に弾性変形が生じていない状態において、少なくとも内周面３０１が平面視で真円となる、円筒状を有している。胴部３２１の中心軸は、回転軸Ａｘ１と一致する。底部３２２は、胴部３２１の一方の開口面に配置され、平面視において真円となる、円盤状を有している。底部３２２は、胴部３２１の一対の開口面のうち、回転軸Ａｘ１の出力側の開口面に配置されている。上記より、本体部３２は、胴部３２１及び底部３２２の全体で、回転軸Ａｘ１の入力側に開放された、有底の円筒状、つまりカップ状の形状が実現される。言い換えれば、可撓性外歯歯車３の回転軸Ａｘ１の方向における底部３２２とは反対側の端面には、開口面３５が形成されている。つまり、可撓性外歯歯車３は、歯筋方向Ｄ１の一方（ここでは回転軸Ａｘ１の入力側）に開口面３５を有する筒状である。本実施形態では、胴部３２１及び底部３２２は１つの金属部材にて一体に形成されており、これにより、シームレスな本体部３２が実現される。
【0045】
ここで、可撓性外歯歯車３に対しては、胴部３２１の内側に、非円形状（楕円形状）の波動発生器４が嵌め込まれるようにして、波動発生器４が組み合わされる。これにより、可撓性外歯歯車３は、内側から外側に向けて、波動発生器４からラジアル方向（回転軸Ａｘ１に直交する方向）の外力を受けることにより、非円形状に弾性変形する。本実施形態では、波動発生器４が可撓性外歯歯車３に組み合わされることにより、可撓性外歯歯車３は、胴部３２１が楕円形状に弾性変形する。つまり、可撓性外歯歯車３に弾性変形が生じていない状態とは、可撓性外歯歯車３に波動発生器４が組み合わされていない状態を意味する。反対に、可撓性外歯歯車３に弾性変形が生じている状態とは、可撓性外歯歯車３に波動発生器４が組み合わされた状態を意味する。
【0046】
より詳細には、波動発生器４は、胴部３２１の内周面３０１のうち底部３２２とは反対側（回転軸Ａｘ１の入力側）の端部に嵌め込まれる。言い換えれば、波動発生器４は、可撓性外歯歯車３の胴部３２１のうち、回転軸Ａｘ１の方向における開口面３５側の端部に嵌め込まれている。そのため、可撓性外歯歯車３に弾性変形が生じている状態では、可撓性外歯歯車３は、回転軸Ａｘ１の方向における開口面３５側の端部において、底部３２２側の端部に比較して、より大きく変形し、より楕円形状に近い形状となる。このような回転軸Ａｘ１の方向における変形量の違いから、可撓性外歯歯車３に弾性変形が生じている状態において、可撓性外歯歯車３の胴部３２１の内周面３０１は、回転軸Ａｘ１に対して傾斜するテーパ面を含むことになる。
【0047】
また、胴部３２１の外周面３０３（図１Ａ参照）のうち少なくとも底部３２２とは反対側（回転軸Ａｘ１の入力側）の端部には、外歯３１が、胴部３２１の円周方向に沿って形成されている。言い換えれば、外歯３１は、可撓性外歯歯車３の胴部３２１のうち、少なくとも回転軸Ａｘ１の方向における開口面３５側の端部に設けられている。外歯３１を構成する複数の歯は、全て同一形状であって、可撓性外歯歯車３の外周面３０３における円周方向の全域に、等ピッチで設けられている。つまり、外歯３１のピッチ円は、可撓性外歯歯車３に弾性変形が生じていない状態で、平面視において真円となる。外歯３１は、胴部３２１の開口面３５側（回転軸Ａｘ１の入力側）の端縁から一定幅の範囲にのみ形成されている。具体的には、胴部３２１のうち、回転軸Ａｘ１の方向において、少なくとも波動発生器４が嵌め込まれる部分（開口面３５側の端部）には、外周面３０３に外歯３１が形成されている。外歯３１の歯筋は、いずれも回転軸Ａｘ１と平行である。
【0048】
要するに、本実施形態に係る波動歯車装置１においては、剛性内歯歯車２の内歯２１及び可撓性外歯歯車３の外歯３１のいずれの歯筋も、回転軸Ａｘ１と平行である。よって、本実施形態では、「歯筋方向Ｄ１」は、回転軸Ａｘ１と平行な方向である。そして、内歯２１における歯筋方向Ｄ１の寸法が内歯２１の歯幅であって、同様に、外歯３１における歯筋方向Ｄ１の寸法が外歯３１の歯幅であるので、歯筋方向Ｄ１は歯幅方向と同義である。
【0049】
本実施形態では、上述したように、可撓性外歯歯車３の回転が出力回転として取り出される。そのため、可撓性外歯歯車３には、アクチュエータ１００の出力部１０２（図４参照）が取り付けられる。可撓性外歯歯車３の底部３２２には、出力部１０２としてのシャフトを取り付けるための複数の取付孔３３が形成されている。さらに、底部３２２の中央部には、透孔３４が形成されている。底部３２２における透孔３４の周囲は、底部３２２の他の部位よりも肉厚である。
【0050】
このように構成される可撓性外歯歯車３は、剛性内歯歯車２の内側に配置される。ここで、可撓性外歯歯車３は、胴部３２１の外周面３０３のうち底部３２２とは反対側（回転軸Ａｘ１の入力側）の端部のみが、剛性内歯歯車２の内側に挿入されるように、剛性内歯歯車２と組み合わされる。つまり、可撓性外歯歯車３は、胴部３２１のうち、回転軸Ａｘ１の方向において、波動発生器４が嵌め込まれる部分（開口面３５側の端部）が、剛性内歯歯車２の内側に挿入される。ここで、可撓性外歯歯車３の外周面３０３には外歯３１が形成され、剛性内歯歯車２の内周面には内歯２１が形成されている。そのため、剛性内歯歯車２の内側に可撓性外歯歯車３が配置された状態では、外歯３１と内歯２１とは、互いに対向することになる。
【0051】
ここで、剛性内歯歯車２における内歯２１の歯数は、可撓性外歯歯車３の外歯３１の歯数よりも２Ｎ（Ｎは正の整数）だけ多い。本実施形態では一例として、Ｎが「１」であって、可撓性外歯歯車３の（外歯３１の）歯数は、剛性内歯歯車２の（内歯２１の）歯数よりも「２」多い。このような可撓性外歯歯車３と剛性内歯歯車２との歯数差は、波動歯車装置１での入力回転に対する出力回転の減速比を規定する。
【0052】
ここにおいて、本実施形態では一例として、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、外歯３１の歯筋方向Ｄ１の中心と内歯２１の歯筋方向Ｄ１の中心とが対向するように、回転軸Ａｘ１の方向における可撓性外歯歯車３と剛性内歯歯車２との相対位置が設定されている。つまり、可撓性外歯歯車３の外歯３１と剛性内歯歯車２の内歯２１とでは、歯筋方向Ｄ１の中心の位置が回転軸Ａｘ１の方向の同一位置に合わされている。また、本実施形態では、外歯３１の歯筋方向Ｄ１の寸法（歯幅）は、内歯２１の歯筋方向Ｄ１の寸法（歯幅）よりも大きい。そのため、回転軸Ａｘ１に平行な方向においては、外歯３１の歯筋の範囲内に、内歯２１が収まることになる。言い換えれば、外歯３１は、内歯２１に対して、歯筋方向Ｄ１の少なくとも一方に突出する。本実施形態では、外歯３１は、内歯２１に対して、歯筋方向Ｄ１の両方（回転軸Ａｘ１の入力側及び出力側）に突出する。
【0053】
ここで、可撓性外歯歯車３に弾性変形が生じていない状態（可撓性外歯歯車３に波動発生器４が組み合わされていない状態）で、真円を描く外歯３１のピッチ円は、同じく真円を描く内歯２１のピッチ円に比べて一回り小さくなるように設定されている。つまり、可撓性外歯歯車３に弾性変形が生じていない状態では、外歯３１との内歯２１とは、隙間を介して対向することになり、互いに噛み合ってはいない。
【0054】
一方で、可撓性外歯歯車３に弾性変形が生じた状態（可撓性外歯歯車３に波動発生器４が組み合わされた状態）では、胴部３２１が楕円形状（非円形状）に撓むので、剛性内歯歯車２の内歯２１に対して可撓性外歯歯車３の外歯３１が部分的に噛み合う。つまり、可撓性外歯歯車３の胴部３２１（の少なくとも開口面３５側の端部）が楕円形状に弾性変形することで、図２Ａに示すように、楕円形状の長軸方向の両端に位置する外歯３１が、内歯２１に噛み合うこととなる。言い換えれば、楕円を描く外歯３１のピッチ円の長径は、真円を描く内歯２１のピッチ円の直径に一致し、楕円を描く外歯３１のピッチ円の短径は、真円を描く内歯２１のピッチ円の直径より小さくなる。このようにして、可撓性外歯歯車３が弾性変形すると、外歯３１を構成する複数の歯のうちの一部の歯が、内歯２１を構成する複数の歯のうちの一部の歯に噛み合うことになる。結果的に、波動歯車装置１では、外歯３１の一部を内歯２１の一部に噛み合わせることが可能となる。
【0055】
波動発生器４は、ウェーブジェネレータ（wave generator）ともいい、可撓性外歯歯車３に撓みを生じさせて、可撓性外歯歯車３の外歯３１に波動運動を生じさせる部品である。本実施形態では、波動発生器４は、平面視において外周形状が非円形状、具体的には楕円形状となる部品である。
【0056】
波動発生器４は、非円形状（ここでは楕円形状）のカム４１と、カム４１の外周に装着されるベアリング４２と、を有している。つまり、ベアリング４２に対しては、ベアリング４２の内輪４２２の内側に非円形状（楕円形状）のカム４１が嵌め込まれるようにして、カム４１が組み合わされる。これにより、ベアリング４２は、内輪４２２の内側から外側に向けて、カム４１からラジアル方向（回転軸Ａｘ１に直交する方向）の外力を受けることにより、非円形状に弾性変形する。つまり、ベアリング４２に弾性変形が生じていない状態とは、ベアリング４２にカム４１が組み合わされていない状態を意味する。反対に、ベアリング４２に弾性変形が生じている状態とは、ベアリング４２にカム４１が組み合わされた状態を意味する。
【0057】
カム４１は、入力側の回転軸Ａｘ１を中心に回転駆動される、非円形状（ここでは楕円形状）の部品である。カム４１は、外周面４１１（図１Ｂ参照）を有しており、少なくとも外周面４１１が、平面視において楕円形状となる金属板からなる。カム４１は、回転軸Ａｘ１の方向（つまり歯筋方向Ｄ１）に所定の厚みを持つ。これにより、カム４１は、剛性内歯歯車２と同程度の剛性を持つ。ただし、カム４１の厚みは、剛性内歯歯車２の厚みに比べて小さい（薄い）。本実施形態では、上述したように、波動発生器４の回転を入力回転とする。そのため、波動発生器４には、アクチュエータ１００の入力部１０３（図４参照）が取り付けられる。波動発生器４のカム４１の中央部には、入力部１０３としてのシャフトを取り付けるためのカム孔４３が形成されている。
【0058】
ベアリング４２は、外輪４２１と、内輪４２２と、複数の転動体４２３と、を有している。本実施形態では一例として、ベアリング４２は、転動体４２３として球体状のボールを用いて深溝玉軸受からなる。
【0059】
外輪４２１及び内輪４２２は、いずれも環状の部品である。外輪４２１及び内輪４２２は、いずれも比較的薄肉の金属弾性体（金属板）にて、環状に形成された部品である。つまり、外輪４２１及び内輪４２２の各々は、その厚みが比較的小さい（薄い）ことで可撓性を持つ。本実施形態では、外輪４２１及び内輪４２２は、ベアリング４２に弾性変形が生じていない状態（ベアリング４２にカム４１が組み合わされていない状態）において、いずれも平面視で真円となる、円環状を有している。内輪４２２は、外輪４２１よりも一回り小さく、外輪４２１の内側に配置される。ここで、外輪４２１の内径は内輪４２２の外径よりも大きいため、外輪４２１の内周面４２５と内輪４２２の外周面との間には隙間が生じる。
【0060】
複数の転動体４２３は、外輪４２１と内輪４２２との間の隙間に配置されている。複数の転動体４２３は、外輪４２１の円周方向に並べて配置されている。複数の転動体４２３は、全て同一形状の金属球（ボール）であって、外輪４２１の円周方向の全域に、等ピッチで設けられている。ここでは特に図示しないが、ベアリング４２は保持器を更に有しており、複数の転動体４２３は、保持器にて外輪４２１と内輪４２２との間に保持されている。
【0061】
また、本実施形態では一例として、外輪４２１及び内輪４２２の幅方向（回転軸Ａｘ１に平行な方向）の寸法は、カム４１の厚みと同一である。つまり、外輪４２１及び内輪４２２の幅方向の寸法は、剛性内歯歯車２の厚みに比べて小さい。
【0062】
このようなベアリング４２の構成により、カム４１がベアリング４２に組み合わされることにより、ベアリング４２は、内輪４２２がカム４１に固定されることになり、カム４１の外周形状に倣った楕円形状に内輪４２２が弾性変形する。このとき、ベアリング４２の外輪４２１は、複数の転動体４２３を介して、内輪４２２に押されて楕円形状に弾性変形する。よって、ベアリング４２は、外輪４２１及び内輪４２２のいずれもが、楕円形状に弾性変形する。このようにベアリング４２に弾性変形が生じている状態（ベアリング４２にカム４１が組み合わされた状態）で、外輪４２１及び内輪４２２は、互いに相似形となる楕円形状をなす。
【0063】
ベアリング４２に弾性変形が生じている状態であっても、外輪４２１と内輪４２２との間には、複数の転動体４２３が介在することで、外輪４２１と内輪４２２との間の隙間は外輪４２１の全周にわたって略一定に維持されている。そして、この状態で、外輪４２１と内輪４２２との間の複数の転動体４２３が転がることで、外輪４２１は内輪４２２に対して相対的に回転可能である。よって、ベアリング４２に弾性変形が生じている状態で、カム４１が回転軸Ａｘ１を中心に回転すると、カム４１の回転は外輪４２１には伝わらず、内輪４２２の弾性変形が複数の転動体４２３を介して外輪４２１に伝わることになる。つまり、波動発生器４においては、カム４１が回転軸Ａｘ１を中心に回転すると、外輪４２１によって象られる楕円形状の長軸が回転軸Ａｘ１を中心に回転するように外輪４２１が弾性変形する。そのため、波動発生器４全体としては、回転軸Ａｘ１の入力側から見た、楕円形状をなす波動発生器４の外周形状は、その長軸が回転軸Ａｘ１を中心に回転するように、カム４１の回転に伴って変化する。
【0064】
このように構成される波動発生器４は、可撓性外歯歯車３の内側に配置される。ここで、可撓性外歯歯車３は、胴部３２１の内周面３０１のうち底部３２２とは反対側（開口面３５側）の端部のみが、波動発生器４に嵌め合わされるように、波動発生器４と組み合わされる。このとき、波動発生器４のベアリング４２は、カム４１の外周面４１１と可撓性外歯歯車３の内周面３０１との間に配置されることになる。ここで、ベアリング４２に弾性変形が生じていない状態（ベアリング４２にカム４１が組み合わされていない状態）での外輪４２１の外径は、同じく弾性変形が生じていない状態での可撓性外歯歯車３（胴部３２１）の内径と同一である。そのため、波動発生器４における外輪４２１の外周面４２４（図２Ｂ参照）が、ベアリング４２の円周方向の全周にわたって、可撓性外歯歯車３の内周面３０１に接する。よって、可撓性外歯歯車３に弾性変形が生じた状態（可撓性外歯歯車３に波動発生器４が組み合わされた状態）では、胴部３２１は楕円形状（非円形状）に撓むことになる。この状態で、可撓性外歯歯車３はベアリング４２の外輪４２１に対して固定される。
【0065】
ただし、あくまで可撓性外歯歯車３と波動発生器４とは嵌め合わされているだけであるので、可撓性外歯歯車３とベアリング４２の外輪４２１とは、完全に固定される訳ではない。そのため、上述した通り、可撓性外歯歯車３と可撓性外歯歯車３の内側に嵌め込まれた外輪４２１との間には、僅かとはいえ隙間Ｘ１（図１Ｂ参照）が生じることになる。厳密には、可撓性外歯歯車３の内周面３０１よりも外輪４２１の外周面４２４の方が僅かに小径であるため、外輪４２１と可撓性外歯歯車３との間の隙間Ｘ１が完全に埋まることはなく、少なくとも部分的に隙間Ｘ１が生じる。そして、このような隙間Ｘ１の影響もあって、波動発生器４のカム４１が回転して外輪４２１及び可撓性外歯歯車３が弾性変形するのに伴い、外輪４２１と可撓性外歯歯車３との間には相対回転が生じ得る。この相対回転は、例えば、カム４１の回転数の数千分の１又は数百分の１程度の回転であるが、このような相対回転によって、外輪４２１と可撓性外歯歯車３とが相対的に擦れ合うことは、フレッティング摩耗の一因ではある。
【0066】
本開示でいう「隙間」は、２つの物体の対向面間に生じ得る空間を意味し、当該２つの物体が離間していなくても両者の間に隙間が生じ得る。つまり、２つの物体が接触するとしても、当該２つの物体の間には、僅かながらにも隙間が生じ得る。可撓性外歯歯車３と可撓性外歯歯車３の内側に嵌め込まれた外輪４２１との間においては、互いに対向している外輪４２１の外周面４２４と可撓性外歯歯車３の内周面３０１との間に隙間Ｘ１が生じる。ただし、基本的には、外輪４２１の外周面４２４と可撓性外歯歯車３の内周面３０１とは接触するので、両者間に大きな隙間Ｘ１が生じることはない。そのため、外輪４２１と可撓性外歯歯車３との間の隙間Ｘ１は、外輪４２１の外周面４２４と可撓性外歯歯車３の内周面３０１との間において、部分的に生じ得る僅かな隙間である。一例として、外輪４２１の外周面４２４と可撓性外歯歯車３の内周面３０１には、潤滑剤Ｌｂ１が浸透可能な程度の微視的な隙間Ｘ１が生じる。
【0067】
上述した構成の波動歯車装置１では、図２Ａに示すように、可撓性外歯歯車３の胴部３２１が楕円形状（非円形状）に撓むことで、剛性内歯歯車２の内歯２１に対して可撓性外歯歯車３の外歯３１が部分的に噛み合う。つまり、可撓性外歯歯車３（の胴部３２１）が楕円形状に弾性変形することで、その楕円形状の長軸方向の両端に相当する２箇所の外歯３１が、内歯２１に対して噛み合うこととなる。そして、カム４１が回転軸Ａｘ１を中心に回転すると、カム４１の回転は外輪４２１及び可撓性外歯歯車３には伝わらず、内輪４２２の弾性変形が複数の転動体４２３を介して外輪４２１及び可撓性外歯歯車３に伝わることになる。したがって、回転軸Ａｘ１の入力側から見た、楕円形状をなす可撓性外歯歯車３の外周形状は、その長軸が回転軸Ａｘ１を中心に回転するように、カム４１の回転に伴って変化する。
【0068】
その結果、可撓性外歯歯車３の外周面３０３に形成された外歯３１には、波動運動が発生する。外歯３１の波動運動が発生することで、内歯２１と外歯３１との噛み合い位置が剛性内歯歯車２の円周方向に移動し、可撓性外歯歯車３と剛性内歯歯車２との間に相対回転が発生する。つまり、外歯３１は、可撓性外歯歯車３（の胴部３２１）がなす楕円形状の長軸方向の両端において内歯２１と噛み合っているので、この楕円形状の長軸が回転軸Ａｘ１を中心に回転することで、内歯２１と外歯３１との噛み合い位置が移動する。このように、本実施形態に係る波動歯車装置１は、回転軸Ａｘ１を中心とする波動発生器４の回転に伴って可撓性外歯歯車３を変形させ、外歯３１の一部を内歯２１の一部に噛み合わせて、可撓性外歯歯車３を剛性内歯歯車２との歯数差に応じて回転させる。
【0069】
ところで、波動歯車装置１においては、上述したように、可撓性外歯歯車３と剛性内歯歯車２との歯数差は、波動歯車装置１での入力回転に対する出力回転の減速比を規定することになる。つまり、剛性内歯歯車２の歯数を「Ｖ１」、可撓性外歯歯車３の歯数を「Ｖ２」とした場合、減速比Ｒ１は、下記式１で表される。
【0070】
Ｒ１＝Ｖ２／（Ｖ１－Ｖ２）・・・（式１）
要するに、剛性内歯歯車２と可撓性外歯歯車３との歯数差（Ｖ１－Ｖ２）が小さいほど、減速比Ｒ１は大きくなる。一例として、剛性内歯歯車２の歯数Ｖ１が「７２」、可撓性外歯歯車３の歯数Ｖ２が「７０」、その歯数差（Ｖ１－Ｖ２）が「２」であると、上記式１より、減速比Ｒ１は「３５」となる。この場合、回転軸Ａｘ１の入力側から見て、カム４１が回転軸Ａｘ１を中心に時計回りに１周（３６０度）回転すると、可撓性外歯歯車３は回転軸Ａｘ１を中心に歯数差「２」の分（つまり１０．３度）だけ反時計回りに回転する。
要するに、剛性内歯歯車２と可撓性外歯歯車３との歯数差（Ｖ１－Ｖ２）が小さいほど、減速比Ｒ１は大きくなる。一例として、剛性内歯歯車２の歯数Ｖ１が「７２」、可撓性外歯歯車３の歯数Ｖ２が「７０」、その歯数差（Ｖ１－Ｖ２）が「２」であると、上記式１より、減速比Ｒ１は「３５」となる。この場合、回転軸Ａｘ１の入力側から見て、カム４１が回転軸Ａｘ１を中心に時計回りに１周（３６０度）回転すると、可撓性外歯歯車３は回転軸Ａｘ１を中心に歯数差「２」の分（つまり１０．３度）だけ反時計回りに回転する。
【0071】
本実施形態に係る波動歯車装置１によれば、このように高い減速比Ｒ１が、１段の歯車（剛性内歯歯車２及び可撓性外歯歯車３）の組み合わせで実現可能である。
【0072】
また、波動歯車装置１は、少なくとも、剛性内歯歯車２と、可撓性外歯歯車３と、波動発生器４と、を備えていればよく、例えば、「（３．２）アクチュエータ」の欄で説明するスプラインブッシュ１１３等を構成要素として更に備えていてもよい。
【0073】
（３．２）アクチュエータ
次に、本実施形態に係るアクチュエータ１００の構成について、より詳細に説明する。
次に、本実施形態に係るアクチュエータ１００の構成について、より詳細に説明する。
【0074】
本実施形態に係るアクチュエータ１００は、図４に示すように、本実施形態に係る波動歯車装置１と、駆動源１０１と、出力部１０２と、を備えている。つまり、アクチュエータ１００は、波動歯車装置１を構成する剛性内歯歯車２、可撓性外歯歯車３及び波動発生器４に加えて、駆動源１０１及び出力部１０２を備えている。また、アクチュエータ１００は、波動歯車装置１、駆動源１０１及び出力部１０２に加え、入力部１０３、入力側ケース１１１、出力側ケース１１２、スプラインブッシュ１１３、スペーサ１１４、第１留め具１１５、第２留め具１１６及び取付板１１７を更に備える。また、本実施形態では、アクチュエータ１００は、入力側ベアリング１１８，１１９、入力側オイルシール１２０、出力側ベアリング１２１，１２２及び出力側オイルシール１２３を更に備えている。
【0075】
本実施形態では、アクチュエータ１００における駆動源１０１、入力側オイルシール１２０及び出力側オイルシール１２３以外の部品の材質は、ステンレス、鋳鉄、機械構造用炭素鋼、クロムモリブデン鋼、リン青銅又はアルミ青銅等の金属である。
【0076】
駆動源１０１は、モータ（電動機）等の動力の発生源である。駆動源１０１で発生した動力は、波動歯車装置１における波動発生器４のカム４１に伝達される。具体的には、駆動源１０１は入力部１０３としてのシャフトにつながっており、駆動源１０１で発生した動力は入力部１０３を介してカム４１に伝達される。これにより、駆動源１０１は、カム４１を回転させることが可能である。
【0077】
出力部１０２は、出力側の回転軸Ａｘ２に沿って配置された円柱状のシャフトである。出力部１０２としてのシャフトの中心軸は、回転軸Ａｘ２と一致する。出力部１０２は、回転軸Ａｘ２を中心として回転可能となるように、出力側ケース１１２にて保持される。出力部１０２は、可撓性外歯歯車３における本体部３２の底部３２２に固定されており、回転軸Ａｘ２を中心に可撓性外歯歯車３と共に回転する。つまり、出力部１０２は、可撓性外歯歯車３の回転力を出力として取り出す。
【0078】
入力部１０３は、入力側の回転軸Ａｘ１に沿って配置された円柱状のシャフトである。入力部１０３としてのシャフトの中心軸は、回転軸Ａｘ１と一致する。入力部１０３は、回転軸Ａｘ１を中心として回転可能となるように、入力側ケース１１１にて保持される。入力部１０３は、波動発生器４のカム４１に取り付けられており、回転軸Ａｘ１を中心にカム４１と共に回転する。つまり、入力部１０３は、駆動源１０１で発生した動力（回転力）を入力としてカム４１に伝達する。本実施形態では、上述したように、入力側の回転軸Ａｘ１と、出力側の回転軸Ａｘ２とは、同一直線上にあるので、入力部１０３と出力部１０２とは同軸上に位置することになる。
【0079】
入力側ケース１１１は、入力部１０３が回転可能となるように、入力側ベアリング１１８，１１９を介して入力部１０３を保持している。一対の入力側ベアリング１１８，１１９は、回転軸Ａｘ１に沿って、間隔を空けて並べて配置されている。本実施形態では、入力部１０３としてのシャフトは、入力側ケース１１１を貫通しており、入力側ケース１１１における回転軸Ａｘ１の入力側の端面（図４の右端面）からは、入力部１０３の先端部が突出する。入力側ケース１１１の回転軸Ａｘ１の入力側の端面における、入力部１０３との間の隙間は、入力側オイルシール１２０にて塞がれている。
【0080】
出力側ケース１１２は、出力部１０２が回転可能となるように、出力側ベアリング１２１，１２２を介して出力部１０２を保持している。一対の出力側ベアリング１２１，１２２は、回転軸Ａｘ２に沿って、間隔を空けて並べて配置されている。本実施形態では、出力部１０２としてのシャフトは、出力側ケース１１２を貫通しており、出力側ケース１１２における回転軸Ａｘ１の出力側の端面（図４の左端面）からは、出力部１０２の先端部が突出する。出力側ケース１１２の回転軸Ａｘ１の出力側の端面における、出力部１０２との間の隙間は、出力側オイルシール１２３にて塞がれている。
【0081】
ここで、入力側ケース１１１及び出力側ケース１１２は、図４に示すように、波動歯車装置１の剛性内歯歯車２を回転軸Ａｘ１に平行な方向、つまり歯筋方向Ｄ１の両側から挟んだ状態で、互いに結合される。具体的には、入力側ケース１１１は、剛性内歯歯車２に対して回転軸Ａｘ１の入力側から接触し、出力側ケース１１２は、剛性内歯歯車２に対して回転軸Ａｘ１の出力側から接触する。このように、入力側ケース１１１は、出力側ケース１１２との間に、剛性内歯歯車２を挟んだ状態で、複数の固定孔２２を通して、ねじ（ボルト）にて出力側ケース１１２に対して締め付け固定される。これにより、入力側ケース１１１、出力側ケース１１２及び剛性内歯歯車２は、互いに結合されて一体化される。言い換えれば、剛性内歯歯車２は、入力側ケース１１１及び出力側ケース１１２と共に、アクチュエータ１００の外郭を構成する。
【0082】
スプラインブッシュ１１３は、入力部１０３としてのシャフトをカム４１に対して連結するための筒状の部品である。スプラインブッシュ１１３は、カム４１に形成されたカム孔４３に挿入され、スプラインブッシュ１１３には、入力部１０３としてのシャフトがスプラインブッシュ１１３を貫通するように挿入されている。ここで、スプラインブッシュ１１３は、回転軸Ａｘ１を中心とする回転方向においては、カム４１及び入力部１０３の両方に対する移動が規制されており、回転軸Ａｘ１に平行な方向においては、少なくとも入力部１０３に対して移動可能である。これにより、入力部１０３とカム４１との連結構造として、スプライン連結構造が実現される。よって、カム４１は、入力部１０３に対して回転軸Ａｘ１に沿って移動可能であって、回転軸Ａｘ１を中心に入力部１０３と共に回転する。
【0083】
スペーサ１１４は、スプラインブッシュ１１３とカム４１との隙間を埋める部品である。第１留め具１１５は、カム４１からのスプラインブッシュ１１３の抜け止めを行う部品である。第１留め具１１５は、例えば、Ｅリングからなり、スプラインブッシュ１１３におけるカム４１から見て回転軸Ａｘ１の入力側の位置に取り付けられる。第２留め具１１６は、スプラインブッシュ１１３からの入力部１０３の抜け止めを行う部品である。第２留め具１１６は、例えば、Ｅリングからなり、スプラインブッシュ１１３に対して回転軸Ａｘ１の出力側から接触するように、入力部１０３に取り付けられる。
【0084】
取付板１１７は、可撓性外歯歯車３の底部３２２に出力部１０２としてのシャフトを取り付けるための部品である。具体的には、取付板１１７は、出力部１０２のフランジ部との間に、底部３２２における透孔３４の周囲の部分を挟んだ状態で、複数の取付孔３３を通して、ねじ（ボルト）にてフランジ部に対して締め付け固定される。これにより、可撓性外歯歯車３の底部３２２には、出力部１０２としてのシャフトが固定される。
【0085】
ところで、本実施形態では、入力側ケース１１１、出力側ケース１１２及び剛性内歯歯車２で構成されるアクチュエータ１００の外郭の内側に、潤滑剤Ｌｂ１が封入されている。つまり、入力側ケース１１１、出力側ケース１１２及び剛性内歯歯車２で囲まれる空間内に、液状又はゲル状の潤滑剤Ｌｂ１を貯留可能な「潤滑剤溜まり」が存在する。
【0086】
すなわち、本実施形態に係る波動歯車装置１においては、例えば、内歯２１と外歯３１との噛み合い部分、及びベアリング４２の外輪４２１と内輪４２２との間等には、液状又はゲル状の潤滑剤Ｌｂ１が注入されている。一例として、潤滑剤Ｌｂ１は、液状の潤滑油（オイル）である。そして、波動歯車装置１の使用時においては、潤滑剤Ｌｂ１は、ベアリング４２の外輪４２１（外周面４２４）と可撓性外歯歯車３との間の隙間Ｘ１にも入り込む。
【0087】
本実施形態では一例として、図４に示すように、出力側ベアリング１２１，１２２の下端よりも更に下方が潤滑剤Ｌｂ１の液面が位置するように、アクチュエータ１００の外郭の下部（鉛直方向の下部）にのみ潤滑剤Ｌｂ１が貯留されている。そのため、外歯３１及びベアリング４２の外輪４２１等については、図４の状態では、回転方向における一部分のみが潤滑剤Ｌｂ１に浸かっている。この状態から、入力部１０３の回転に伴って出力部１０２が回転すると、外輪４２１及び可撓性外歯歯車３も回転軸Ａｘ１周りで回転するので、結果的に、外歯３１及びベアリング４２の外輪４２１等は、回転方向の全体が潤滑剤Ｌｂ１に浸かることになる。
【0088】
（３．３）ロボット用関節装置
次に、本実施形態に係るロボット用関節装置１３０の構成について、より詳細に説明する。
次に、本実施形態に係るロボット用関節装置１３０の構成について、より詳細に説明する。
【0089】
本実施形態に係るロボット用関節装置１３０は、図４に示すように、本実施形態に係る波動歯車装置１と、第１部材１３１と、第２部材１３２と、を備えている。つまり、ロボット用関節装置１３０は、波動歯車装置１を構成する剛性内歯歯車２、可撓性外歯歯車３及び波動発生器４に加えて、第１部材１３１及び第２部材１３２を備えている。
【0090】
第１部材１３１は剛性内歯歯車２に固定される部材であって、第２部材１３２は可撓性外歯歯車３に固定される部材である。そのため、波動歯車装置１において可撓性外歯歯車３を剛性内歯歯車２との間に相対回転が発生することで、第１部材１３１と第２部材１３２との間にも相対回転が生じることになる。このように、ロボット用関節装置１３０は、波動歯車装置１を介して２個以上の部材（第１部材１３１及び第２部材１３２）を互いに動ける状態で連結（可動連結）したときの結合部位を構成する。
【0091】
ここで、第１部材１３１及び第２部材１３２は、それぞれ剛性内歯歯車２及び可撓性外歯歯車３に対して、直接的又は間接的に固定されていればよい。図４の例では、第１部材１３１は、出力側ケース１１２に結合されることで、剛性内歯歯車２に対して間接的に結合（固定）されている。同様に、第２部材１３２は、出力部１０２に結合されることで、可撓性外歯歯車３に対して間接的に結合（固定）されている。
【0092】
このように構成されるロボット用関節装置１３０において、例えば、駆動源１０１で発生した動力により波動発生器４のカム４１が回転すると、可撓性外歯歯車３と剛性内歯歯車２との間には相対回転が生じることになる。そして、可撓性外歯歯車３を剛性内歯歯車２との相対回転に伴って、第１部材１３１と第２部材１３２との間には、出力側の回転軸Ａｘ２（入力側の回転軸Ａｘ１と同軸）を中心として相対回転が生じることになる。結果的に、ロボット用関節装置１３０によれば、波動歯車装置１を介して連結される第１部材１３１及び第２部材１３２を、回転軸Ａｘ１を中心として相対的に回転させるように駆動することができる。これにより、ロボット用関節装置１３０は、種々のロボットの関節機構を実現可能である。
【0093】
【0094】
（４．１）可撓性外歯歯車の表面状態
本実施形態に係る波動歯車装置１の可撓性外歯歯車３の製造方法は、上述したように、応力発生工程と、ショットピーニング工程と、を有する。当該製造方法で製造される可撓性外歯歯車３の表面状態について、図５及び図６を参照して説明する。
本実施形態に係る波動歯車装置１の可撓性外歯歯車３の製造方法は、上述したように、応力発生工程と、ショットピーニング工程と、を有する。当該製造方法で製造される可撓性外歯歯車３の表面状態について、図５及び図６を参照して説明する。
【0095】
本実施形態では、可撓性外歯歯車３の表面のうち、少なくとも胴部３２１の外周面３０３に、弾性変形により応力を生じさせ、かつショットピーニングが施されている。そのため、可撓性外歯歯車３の外周面３０３には、図５に示すように、弾性変形部３０４と、ショットピーニング部３０５と、が形成されている。本開示でいう「弾性変形部」は、応力発生工程にて、可撓性外歯歯車３を弾性変形させることで応力を生じさせた部位である。本開示でいう「ショットピーニング部」は、ショットピーニング工程にて、ショットピーニングが施された部位である。
【0096】
本実施形態では一例として、胴部３２１の外周面３０３の略全域が、（応力発生工程により）弾性変形させられた弾性変形部３０４であるとともに、ショットピーニング部３０５である。つまり、外歯３１を含む胴部３２１の外周面３０３の略全域に、応力発生工程により弾性変形させられた弾性変形部３０４、及びショットピーニング部３０５が形成されている。さらに、弾性変形部３０４及びショットピーニング部３０５は、可撓性外歯歯車３の外周面３０３における円周方向の全域にわたって設けられている。そのため、外歯３１においては歯底３１２（図５参照）及び歯先３１３（図５参照）の両方に、弾性変形部３０４及びショットピーニング部３０５が設けられている。
【0097】
ただし、ショットピーニング部３０５は弾性変形部３０４の少なくとも一部であればよく、弾性変形部３０４の全体がショットピーニング部３０５であることは必須ではない。例えば、胴部３２１の外周面３０３の略全域が弾性変形部３０４である場合に、外周面３０３のうち底部３２２側（回転軸Ａｘ１の出力側）の端部を除く部分等、外周面３０３の一部のみがショットピーニング部３０５であってもよい。
【0098】
すなわち、本実施形態に係る波動歯車装置１の可撓性外歯歯車３は、弾性変形させられた弾性変形部３０４と、弾性変形部３０４の少なくとも一部に形成されるショットピーニング部３０５と、を備えている。そして、本実施形態に係る波動歯車装置１は、このように構成される可撓性外歯歯車３と、剛性内歯歯車２と、波動発生器４と、を備えている。
【0099】
この構成によれば、可撓性外歯歯車３を弾性変形させることで可撓性外歯歯車３の弾性変形部３０４に応力を生じさせつつ、当該応力が生じる可撓性外歯歯車３の表面の少なくとも一部であるショットピーニング部３０５にショットピーニングが施されている。そのため、可撓性外歯歯車３の表面の少なくとも一部（ショットピーニング部３０５）においては、ショットピーニングにより、比較的大きな圧縮残留応力が付与されることになり、圧縮残留応力による亀裂進展の抑制、及び表面硬度上昇による耐摩耗性向上等の効果が期待できる。
【0100】
しかも、ショットピーニング部３０５は弾性変形部３０４の少なくとも一部であるから、ショットピーニング部３０５に応力を生じさせることで、可撓性外歯歯車３の表面粗さを悪化させることなく、可撓性外歯歯車３における表面から比較的深い位置にも、より大きな圧縮残留応力を付与することができる。したがって、可撓性外歯歯車３の表面粗さの悪化が抑えられることになり、可撓性外歯歯車の表面の荒れ、又は摩耗粉による錆の発生等に起因する波動発生器４（のベアリング４２）の損傷等が生じにくくなる。結果的に、信頼性の低下が生じにくい波動歯車装置１を提供可能である。
【0101】
具体的に、「（５）可撓性外歯歯車の製造方法」の欄で詳述する製造方法により製造された可撓性外歯歯車３においては、一例として、図６及び表１に示すような圧縮残留応力が付与される。図６では、表面からの深さ〔μｍ〕を横軸とし、圧縮残留応力〔ＭＰａ〕を縦軸としたときの、可撓性外歯歯車３の各測定点における圧縮残留応力を表している。表１では、可撓性外歯歯車３の各測定点における深さごとの圧縮残留応力〔ＭＰａ〕を表している。図６及び表１において、「Ｄａｔａ１」は長径側の歯底３１２に設定した測定点Ｐ１（図７及び図８参照）での測定データであって、「Ｄａｔａ２」は長径側の胴部３２１に設定した測定点Ｐ２（図７参照）での測定データであって、「Ｄａｔａ３」は短径側の歯底３１２に設定した測定点Ｐ３（図８参照）での測定データである。また、図６及び表１において、「Ｄａｔａ０」は、応力発生工程を含まず、ショットピーニング工程を含む製造方法によって製造された比較例に係る可撓性外歯歯車における、歯底に設定した測定点での測定データである。
【0102】
【表1】
【0103】
図６及び表１から明らかなように、本実施形態に係る製造方法で製造されることにより、可撓性外歯歯車３の圧縮残留応力は飛躍的に大きくなる。例えば、外歯３１の歯底３１２における表面から深さ３０〔μｍ〕の圧縮残留応力に着目すると、比較例（Ｄａｔａ０）では－２３５〔ＭＰａ〕であるのに対し、本実施形態（Ｄａｔａ１）では－６２５〔ＭＰａ〕と飛躍的に増大している。同じく表面から深さ３０〔μｍ〕においては、胴部３２１のデータ（Ｄａｔａ２）でも圧縮残留応力は－３６４〔ＭＰａ〕であって、比較例（Ｄａｔａ０）から大幅に増大している。
【0104】
このように、本実施形態に係る可撓性外歯歯車３においては、特により深い位置の圧縮残留応力が飛躍的に大きくなる。したがって、例えば、可撓性外歯歯車３に含有されている介在物（非金属介在物）を起点とした可撓性外歯歯車３の破損（亀裂又は割れの発生）を抑制することが可能である。
【0105】
（４．２）表面硬度
次に、本実施形態における内歯２１及び外歯３１の表面硬度について説明する。
次に、本実施形態における内歯２１及び外歯３１の表面硬度について説明する。
【0106】
本実施形態では、上述したように、内歯２１の表面硬度は、外歯３１の表面硬度より低い。つまり、外歯３１の表面は、内歯２１の表面よりも硬度が高い（硬い）。本開示でいう「硬度」は、物体の硬さの程度を意味し、金属の硬度は、例えば、鋼球を一定の圧力で押しつけてできるくぼみの大小で表される。具体的には、金属の硬度の一例として、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）、ブリネル硬さ（ＨＢ）、ビッカース硬さ（ＨＶ）又はショア硬さ（Ｈｓ）等がある。本実施形態では、特に断りがない限り、ビッカース硬さ（ＨＶ）により、硬度を表す。金属部品の硬度を高める（硬くする）手段としては、例えば、合金化又は熱処理等がある。
【0107】
本実施形態では、可撓性外歯歯車３の外歯３１の表面は、高硬度かつ高靭性（強靭）の材質からなり、剛性内歯歯車２の内歯２１は、外歯３１に比べて硬度が低い材質からなる。本実施形態では一例として、外歯３１には、日本産業規格（ＪＩＳ：Japanese Industrial Standards）にて「ＳＮＣＭ４３９」と規定されているニッケルクロムモリブデン鋼に熱処理（焼き入れ焼き戻し）が施された材料が用いられる。内歯２１には、日本産業規格（ＪＩＳ）にて「ＦＣＤ８００－２」と規定されている球状黒鉛鋳鉄が用いられる。
【0108】
さらに、外歯３１に比較して相対的に低硬度となる内歯２１の表面硬度は、ＨＶ３５０以下であることが好ましい。本実施形態では一例として、内歯２１の表面硬度は、ＨＶ２５０以上、ＨＶ３５０未満の範囲で選択される。内歯２１の表面硬度の下限値は、ＨＶ２５０に限らず、例えば、ＨＶ１５０、ＨＶ１６０、ＨＶ１７０、ＨＶ１８０、ＨＶ１９０、ＨＶ２００、ＨＶ２１０、ＨＶ２２０、ＨＶ２３０又はＨＶ２４０等であってもよい。同様に、内歯２１の表面硬度の上限値は、ＨＶ３５０に限らず、例えば、ＨＶ３６０、ＨＶ３７０、ＨＶ３８０、ＨＶ３９０、ＨＶ４００、ＨＶ４１０、ＨＶ４２０、ＨＶ４３０、ＨＶ４４０又はＨＶ４５０等であってもよい。
【0109】
これに対して、内歯２１に比較して相対的に高硬度となる外歯３１の表面硬度は、ＨＶ３８０以上であることが好ましい。本実施形態では一例として、外歯３１の表面硬度は、ＨＶ３８０以上、ＨＶ４５０以下の範囲で選択される。外歯３１の表面硬度の下限値は、ＨＶ３８０に限らず、例えば、ＨＶ２８０、ＨＶ２９０、ＨＶ３００、ＨＶ３１０、ＨＶ３２０、ＨＶ３３０、ＨＶ３４０、ＨＶ３５０、ＨＶ３６０又はＨＶ３７０等であってもよい。同様に、内歯２１の表面硬度の上限値は、ＨＶ４５０に限らず、例えば、ＨＶ４６０、ＨＶ４７０、ＨＶ４８０、ＨＶ４９０、ＨＶ５００、ＨＶ５１０、ＨＶ５２０、ＨＶ５３０、ＨＶ５４０又はＨＶ５５０等であってもよい。
【0110】
また、本実施形態では、内歯２１の表面硬度と外歯３１の表面硬度との差分は、ＨＶ５０以上である。つまり、外歯３１の表面硬度は、内歯２１の表面硬度に比較して、ＨＶ５０以上、高く設定されている。要するに、例えば、内歯２１の表面硬度がＨＶ３５０であれば、外歯３１の表面硬度はＨＶ４００以上である。また、外歯３１の表面硬度がＨＶ３８０であれば、内歯２１の表面硬度がＨＶ３３０以下である。内歯２１の表面硬度と外歯３１の表面硬度との差分は、ＨＶ５０以上に限らず、例えば、ＨＶ２０以上、ＨＶ３０以上又はＨＶ４０以上であってもよい。さらに、内歯２１の表面硬度と外歯３１の表面硬度との差分は、より大きい方が好ましく、例えば、ＨＶ６０以上、ＨＶ７０以上、ＨＶ８０以上、ＨＶ９０以上又はＨＶ１００以上であることがより好ましい。内歯２１の表面硬度と外歯３１の表面硬度との差分がＨＶ１００以上であるとすれば、内歯２１の表面硬度がＨＶ３５０のとき、外歯３１の表面硬度はＨＶ４５０以上である。
【0111】
上記の通り、本実施形態においては、内歯２１の表面硬度は外歯３１の表面硬度より低く設定されている。そのため、波動歯車装置１の作動時において、内歯２１と外歯３１とが接触すると、相対的に表面硬度が低い内歯２１が、外歯３１に比較して積極的に摩耗する。表面硬度が異なる２つの部品（内歯２１及び外歯３１）が接触するときに、相対的に軟質である内歯２１の摩耗が進行することで、相対的に硬質である外歯３１の摩耗が抑制される。つまり、波動歯車装置１の使用初期の段階で、内歯２１の歯面が適度に摩耗することで、内歯２１と外歯３１との間の真実接触面積が拡大され、面圧が低下するので、外歯３１の摩耗は生じにくくなる。しかも、本実施形態のように内歯２１の表面硬度がＨＶ３５０以下である場合、内歯２１と外歯３１との接触により、内歯２１の欠け又は摩耗等によって異物が発生するとしても、この異物は比較的軟質である。要するに、波動歯車装置１の使用初期に生じやすい摩耗による異物を、比較的軟質である内歯２１から出る軟質の異物とすることで、例えば、ベアリング４２に異物が入り込んでもベアリング４２へのダメージを抑えることができる。結果的に、例えば、ベアリング４２へのダメージが大きくなる硬質の異物の発生量等が抑制される。特に、内歯２１の表面硬度と外歯３１の表面硬度との差分が、ＨＶ５０以上のように、比較的大きな値であると、上記効果が顕著である。
【0112】
さらに、内歯２１の材料として球状黒鉛鋳鉄を用いることで、内歯２１の初期摩耗時において、内歯２１と外歯３１との歯面の焼き付き抑制の効果を期待できる。これにより、内歯２１と外歯３１との噛み合い部位における潤滑効果が得られ、波動歯車装置１における動力伝達効率を向上させることができる。
【0113】
内歯２１及び外歯３１の表面硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で規定されることは必須ではなく、その他の硬度、例えば、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）、ブリネル硬さ（ＨＢ）又はショア硬さ（Ｈｓ）で、内歯２１及び外歯３１の表面硬度が規定されてもよい。
【0114】
具体的に、ロックウェル硬さで表面硬度が規定される場合、内歯２１の表面硬度は、ＨＲＣ３０以下であることが好ましい。一例として、内歯２１の表面硬度は、ＨＲＣ２０以上、ＨＲＣ３０未満の範囲で選択される。内歯２１の表面硬度の下限値は、ＨＲＣ２０に限らず、例えば、ＨＲＣ１０、ＨＲＣ１５又はＨＲＣ２５等であってもよい。同様に、内歯２１の表面硬度の上限値は、ＨＲＣ３０に限らず、例えば、ＨＲＣ３５、ＨＲＣ４０又はＨＲＣ４５等であってもよい。
【0115】
これに対して、外歯３１の表面硬度は、ＨＲＣ４０以上であることが好ましい。一例として、外歯３１の表面硬度は、ＨＲＣ４０以上、ＨＲＣ６０以下の範囲で選択される。外歯３１の表面硬度の下限値は、ＨＲＣ４０に限らず、例えば、ＨＲＣ３０又はＨＲＣ３５等であってもよい。同様に、外歯３１の表面硬度の上限値は、ＨＲＣ６０に限らず、例えば、ＨＲＣ５０、ＨＲＣ５５、ＨＲＣ６５、ＨＲＣ７０又はＨＲＣ７５等であってもよい。
【0116】
（４．３）歯筋修整
次に、本実施形態における内歯２１及び外歯３１の歯筋修整について説明する。
次に、本実施形態における内歯２１及び外歯３１の歯筋修整について説明する。
【0117】
前提として、内歯２１は、図１Ｂに示すように、歯底２１２及び歯先２１３を有する。内歯２１は、剛性内歯歯車２の内周面に設けられているので、内歯２１の歯底２１２が剛性内歯歯車２の内周面に相当し、歯先２１３は剛性内歯歯車２の内周面から内側（剛性内歯歯車２の中心）に向けて突出する。
【0118】
一方、外歯３１は、図１Ｂに示すように、歯底３１２及び歯先３１３を有する。外歯３１は、可撓性外歯歯車３（の胴部３２１）の外周面３０３に設けられているので、外歯３１の歯底３１２が可撓性外歯歯車３（の胴部３２１）の外周面３０３に相当し、歯先３１３は可撓性外歯歯車３（の胴部３２１）の外周面３０３から外側に向けて突出する。
【0119】
内歯２１と外歯３１との噛み合い位置においては、内歯２１の隣接する一対の歯先２１３間に、外歯３１の歯先３１３が挿入されるようにして、内歯２１と外歯３１とが噛み合う。このとき、内歯２１の歯底２１２には外歯３１の歯先３１３が対向し、外歯３１の歯底３１２には内歯２１の歯先２１３が対向する。そして、理想的には、内歯２１の歯底２１２と外歯３１の歯先３１３との間、外歯３１の歯底３１２と内歯２１の歯先２１３との間にはわずかながら隙間が確保される。この状態において、内歯２１と外歯３１との歯厚方向に対向する歯面同士が接触し、剛性内歯歯車２と可撓性外歯歯車３との間の動力伝達がなされる。
【0120】
さらに、内歯２１は、歯筋方向Ｄ１の両端部に、面取り部２１１を有している。面取り部２１１は、歯筋方向Ｄ１の両側に向けて内歯２１の突出量を小さくするＣ面であって、基本的に、内歯２１と外歯３１との噛み合いには寄与しない部位である。つまり、内歯２１の面取り部２１１は、内歯２１と外歯３１との噛み合い位置においても、外歯３１に接しない。同様に、外歯３１は、歯筋方向Ｄ１の両端部に、面取り部３１１を有している。面取り部３１１は、歯筋方向Ｄ１の両側に向けて内歯２１の突出量を小さくするＣ面であって、基本的に、内歯２１と外歯３１との噛み合いには寄与しない部位である。つまり、外歯３１の面取り部３１１は、内歯２１と外歯３１との噛み合い位置においても、内歯２１に接しない。
【0121】
ここにおいて、本実施形態では、剛性内歯歯車２の内歯２１は歯筋修整部２１０を有する。つまり、波動歯車装置１は、少なくとも内歯２１に歯筋修整が施されている。内歯２１の歯筋修整部２１０は、歯筋方向Ｄ１の少なくとも一方の端部に設けられている。言い換えれば、内歯２１は、内歯２１の歯筋方向Ｄ１の少なくとも一方の端部に歯筋修整部２１０を有する。本実施形態では、歯筋修整部２１０は、内歯２１の歯筋方向Ｄ１の両端部に設けられている。
【0122】
また、本実施形態では、可撓性外歯歯車３の外歯３１もまた、歯筋修整部３１０を有する。つまり、波動歯車装置１は、内歯２１だけでなく外歯３１にも歯筋修整が施されている。外歯の歯筋修整部２１０は、歯筋方向Ｄ１の少なくとも一方の端部に設けられている。言い換えれば、外歯３１は、外歯３１の歯筋方向Ｄ１の少なくとも一方の端部に歯筋修整部３１０を有する。本実施形態では、歯筋修整部３１０は、外歯３１の歯筋方向Ｄ１の両端部に設けられている。
【0123】
このように、本実施形態に係る波動歯車装置１では、内歯２１及び外歯３１の少なくとも一方は、歯筋修整部２１０，３１０を有する。歯筋修整部２１０，３１０により、内歯２１と外歯３１との過度の歯当たりによる応力集中を生じにくくでき、結果的に、内歯２１と外歯３１との歯当たりを改善できる。よって、内歯２１と外歯３１との接触に起因する欠け又は摩耗等による異物が生じにくくなり、信頼性の低下が生じにくい波動歯車装置１を実現できる。
【0124】
【0125】
上述したように、可撓性外歯歯車３の製造方法は、応力発生工程と、ショットピーニング工程と、を有している。本実施形態では特に、応力発生工程とショットピーニング工程とは同時に実行される。そのため、応力発生工程にて可撓性外歯歯車３を弾性変形させることで可撓性外歯歯車３に応力を生じさせた状態で、ショットピーニング工程により、応力が生じる可撓性外歯歯車３の表面の少なくとも一部にショットピーニングが施されることになる。
【0126】
本開示でいう「ショットピーニング」は、研磨材又はメディアとも呼ばれる小さな球状粒子からなる投射材Ｍ１（図７参照）を、加工対象物に高速で多数衝突させる冷間加工法の一種である。つまり、ショットピーニング工程では、（応力発生工程で）応力が生じる可撓性外歯歯車３の表面の少なくとも一部に対して多数の投射材Ｍ１が投射される。加工対象物である可撓性外歯歯車３に衝突した多数の投射材Ｍ１により、可撓性外歯歯車３の表面には凹凸の塑性変形が生じる。これにより、可撓性外歯歯車３においては、圧縮残留応力による亀裂進展の抑制、及び表面硬度上昇による耐摩耗性向上等の表面改質が期待される。
【0127】
より詳細には、ショットピーニングによって投射材Ｍ１が可撓性外歯歯車３の表面に衝突すると、衝突部位の直下がくぼみ、衝突部位の周辺を押し広げる塑性変形域が生じる。ここで、塑性変形域は加工硬化で強度（降伏点）が高くなり、変形していない周囲の拘束によって圧縮残留応力が生じることになる。さらに、機械加工の切削痕等によって発生する微小亀裂は亀裂進展の起点となりやすいが、ショットピーニングが施された部位の表面は亀裂発生の要因となる表面欠陥が押しつぶされるため、このような微小亀裂からの亀裂進展も抑制される。すなわち、表面状態の改善と表面強度（降伏点）の上昇とにより、亀裂の発生が抑制され、圧縮残留応力の付与では亀裂進展が抑制されることで疲労強度を大幅に向上可能である。
【0128】
しかしながら、一般的なショットピーニングでは、特に表面から深い部位の圧縮残留応力を増大させようとすれば、加工対象物である可撓性外歯歯車３の表面粗さがショットピーニングにより悪化しやすい（つまり粗くなりやすい）。表面粗さが悪化すると、可撓性外歯歯車３の表面の荒れ、又は摩耗粉による錆の発生等に起因する波動発生器４（のベアリング４２）の損傷等が生じやすくなる。これに対して、本実施形態に係る可撓性外歯歯車３の製造方法では、応力発生工程により可撓性外歯歯車３に応力を生じさせた状態でショットピーニング工程によりショットピーニングが施されるため、表面粗さの悪化を抑制しながらも、特に表面から深い部位の圧縮残留応力を増大させることが可能である。
【0129】
具体的に、図７及び図８に示すように、応力発生工程では、少なくとも外周面の形状が前記波動発生器と同一である治具Ｊ１を、可撓性外歯歯車３に組み合わせることによって可撓性外歯歯車３を弾性変形させる。治具Ｊ１は、少なくとも外周形状が波動発生器４と同一である。
【0130】
すなわち、応力発生工程で使用される治具Ｊ１は、平面視において外周形状が非円形状、具体的には楕円形状となる部品である。本実施形態では一例として、治具Ｊ１は、波動発生器４と同様に、非円形状（ここでは楕円形状）のカムと、カムの外周に装着されるベアリングと、を有している。このような治具Ｊ１は、カップ状の可撓性外歯歯車３内に収容されるように、可撓性外歯歯車３と組み合わされる。より詳細には、可撓性外歯歯車３に対しては、胴部３２１の内側に、非円形状（楕円形状）の治具Ｊ１が嵌め込まれるようにして、治具Ｊ１が組み合わされる。これにより、可撓性外歯歯車３は、内側から外側に向けて、治具Ｊ１からラジアル方向（回転軸Ａｘ１に直交する方向）の外力を受けることにより、非円形状に弾性変形する。そして、可撓性外歯歯車３には、波動歯車装置１の実際の使用時と同様の応力が生じるため、より適切な圧縮残留応力の付与が可能となる。
【0131】
本実施形態では、治具Ｊ１が可撓性外歯歯車３に組み合わされることにより、可撓性外歯歯車３は、胴部３２１が楕円形状に弾性変形する。つまり、治具Ｊ１が可撓性外歯歯車３に組み合わされると、可撓性外歯歯車３は、図７及び図８に示すように、治具Ｊ１から楕円形状の長軸方向Ｄ２に沿った外向きの力Ｆ１を受けて楕円形状に弾性変形する。このとき、可撓性外歯歯車３は、楕円形状の長軸方向Ｄ２の外側に向けて引っ張られる形になり、特に長軸方向Ｄ２の両側、つまり長径側の外周面３０３には、周方向に引っ張られる向きの比較的大きな応力が発生する。一方、可撓性外歯歯車３において、楕円形状の短軸方向Ｄ３の両側、つまり短径側の外周面３０３には、周方向に圧縮される向きの応力が発生する。
【0132】
ショットピーニング工程では、このように可撓性外歯歯車３を治具Ｊ１にて楕円形状に弾性変形させた状態で、図８に示すように、可撓性外歯歯車３の長軸方向Ｄ２の両側、つまり長径側の外周面３０３に対して、長軸方向Ｄ２の両側から投射材Ｍ１の投射を行う。これにより、周方向に引っ張られた状態の外周面３０３に対して、ショットピーニングが施されることになり、効果的に、深部に対する圧縮残留応力の付与が実現される。その結果、図６及び表１に示したように、長径側の歯底３１２に設定した測定点Ｐ１、及び長径側の胴部３２１に設定した測定点Ｐ２においては特に、大きな圧縮残留応力が付与されることになる。
【0133】
ここにおいて、本実施形態では、可撓性外歯歯車３の周方向の全周にわたって同条件でショットピーニングが施されるように、可撓性外歯歯車３に対して相対的に治具Ｊ１を回転させることで、可撓性外歯歯車３を周方向の全周において均一に拡径する。すなわち、図９に示すように、回転軸Ａｘ１を中心に治具Ｊ１が回転すると、回転軸Ａｘ１の入力側から見た、楕円形状をなす可撓性外歯歯車３の外周形状は、その長軸が回転軸Ａｘ１を中心に回転するように、治具Ｊ１の回転に伴って変化する。
【0134】
少なくとも治具Ｊ１が回転軸Ａｘ１を中心に１８０度回転すれば、可撓性外歯歯車３は周方向の全周にわたって一様に拡径されることになる。本実施形態では、治具Ｊ１を１回転以上、Ｎ回転以下の規定数だけ回転させることにより、可撓性外歯歯車３は周方向の全周にわたって均一に拡径させる。このように、応力発生工程では、可撓性外歯歯車３を周方向の全周において均一に拡径するように弾性変形させる。これにより、可撓性外歯歯車３は、周方向の全周にわたって同条件でショットピーニングが施されることになり、部分的に金属疲労が生じやすい部位が生じることを防止できる。
【0135】
また、本実施形態に係る製造方法は、ショットピーニング工程では、可撓性外歯歯車３の表面における施工部位を可撓性外歯歯車３の周方向に移動させながら、当該施工部位にショットピーニングを施す。本開示でいう「施工部位」は、投射材Ｍ１が投射される部位であって、本実施形態では一例として、可撓性外歯歯車３の長軸方向Ｄ２の両側、つまり長径側の外周面３０３が、施工部位に相当する。
【0136】
本実施形態では、上述したように治具Ｊ１を回転させるので、施工部位についても、治具Ｊ１の回転に伴って周方向に移動させることになる。すなわち、図９に示すように、治具Ｊ１が図８の状態から時計回りに３０度回転した状態では、投射材Ｍ１が投射される施工部位についても、図８の状態から時計回りに３０度回転した位置に移動させる。これにより、可撓性外歯歯車３の長径側の外周面３０３のみにショットピーニングを施しながらも、可撓性外歯歯車３の周方向の全周にわたってショットピーニングを施すことができる。
【0137】
ただし、長径側の外周面３０３のみならず、ショットピーニング工程では、可撓性外歯歯車３の短軸方向Ｄ３の両側、つまり短径側の外周面３０３、更には可撓性外歯歯車３の内周面３０１に対しても、投射材Ｍ１の投射が行われてもよい。可撓性外歯歯車３の短径側の外周面３０３に対してもショットピーニングが施される場合、投射材Ｍ１が投射される施工部位を可撓性外歯歯車３の周方向に移動させることは必須ではない。つまり、この場合、可撓性外歯歯車３の周方向の全周が施工部位となるので、施工部位を可撓性外歯歯車３の周方向に移動させることなく、可撓性外歯歯車３の周方向の全周にわたってショットピーニングを施すことが可能である。この場合であっても、応力発生工程においては、回転軸Ａｘ１を中心に治具Ｊ１を回転させることで、可撓性外歯歯車３を周方向の全周において均一に拡径するように弾性変形させることが好ましい。
【0138】
また、投射材Ｍ１が投射される施工部位は、可撓性外歯歯車３の長軸方向Ｄ２の両側であることは必須ではなく、可撓性外歯歯車３の長軸方向Ｄ２の片側のみであってもよい。この場合でも、治具Ｊ１が回転軸Ａｘ１を中心に１回転以上回転するのに伴って施工部位を可撓性外歯歯車３の周方向に移動させれば、可撓性外歯歯車３の周方向の全周にわたってショットピーニングを施すことができる。
【0139】
ところで、ショットピーニング工程では、可撓性外歯歯車３のうち、例えば、波動発生器４が組み合わされる部位等、ショットピーニングを施さないことが好ましい部位にはマスキング部材によりマスクすることが好ましい。そこで、本実施形態では、可撓性外歯歯車３を弾性変形させる治具Ｊ１を、マスキング部材としても利用する。つまり、可撓性外歯歯車３に治具Ｊ１が組み合わされた状態でショットピーニングが施されるため、可撓性外歯歯車３の内周面３０１のうち治具Ｊ１で覆われる部位については、治具Ｊ１によって投射材Ｍ１が遮られ、ショットピーニングが施されない。ここで、治具Ｊ１においては、ベアリングに投射材Ｍ１が詰まったりすることがないよう、例えば、密封型のベアリング等が採用されることが好ましい。
【0140】
要するに、本実施形態において、応力発生工程では、治具Ｊ１を用いて可撓性外歯歯車３を弾性変形させる。ショットピーニング工程では、可撓性外歯歯車３の表面のうちショットピーニングを施さない部位を治具Ｊ１にてマスキングする。本開示でいう「マスキング」は、可撓性外歯歯車３の表面の特定部位を投射材Ｍ１から保護することで、特定部位へのショットピーニングを抑制することを意味する。これにより、マスキング部材を別途用いることなく、不要な部位についてショットピーニングが施されることを防止できる。
【0141】
（６）適用例
次に、本実施形態に係る波動歯車装置１、アクチュエータ１００及びロボット用関節装置１３０の適用例について、図１０を参照して説明する。
次に、本実施形態に係る波動歯車装置１、アクチュエータ１００及びロボット用関節装置１３０の適用例について、図１０を参照して説明する。
【0142】
図１０は、本実施形態に係る波動歯車装置１を用いたロボット９の一例を示す断面図である。このロボット９は、水平多関節ロボット、いわゆるスカラ（SCARA：Selective Compliance Assembly Robot Arm）型ロボットである。
【0143】
図１０に示すように、ロボット９は、２つのロボット用関節装置１３０（波動歯車装置１を含む）と、リンク９１と、を備えている。２つのロボット用関節装置１３０は、ロボット９における２箇所の関節部にそれぞれ設けられている。リンク９１は、２箇所のロボット用関節装置１３０を連結する。図１０の例では、波動歯車装置１は、カップ型ではなく、シルクハット型の波動歯車装置からなる。つまり、図１０に例示する波動歯車装置１では、シルクハット状に形成された可撓性外歯歯車３を用いている。
【0144】
（７）変形例
実施形態１は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態１は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、本開示で参照する図面は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。以下、実施形態１の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
実施形態１は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態１は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、本開示で参照する図面は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。以下、実施形態１の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
【0145】
ショットピーニング工程においては、治具Ｊ１に投射材Ｍ１が衝突しないように、投射材Ｍ１の投射方向を工夫したり、治具Ｊ１を保護するキャップ等を用いたりしてもよい。また、応力発生工程においては、治具Ｊ１に代えて波動発生器４を可撓性外歯歯車３に組み合わせることにより、可撓性外歯歯車３を弾性変形させてもよい。この場合、波動発生器４のベアリング４２等に投射材Ｍ１が入り込むことが無いように、波動発生器４を保護するキャップ等を用いることが好ましい。
【0146】
また、内歯２１及び外歯３１について歯形修整が施されていることは、波動歯車装置１に必須の構成ではない。例えば、内歯２１と外歯３１との少なくとも一方について、歯形修整が施されていなくてもよい。
【0147】
また、ベアリング４２において、各転動体４２３が４点支持されていることも、波動歯車装置１に必須の構成ではなく、例えば、各転動体４２３が２点支持される構成であってもよい。
【0148】
また、波動歯車装置１は、実施形態１で説明したカップ型に限らず、例えば、シルクハット型、リング型、ディファレンシャル型、フラット型（パンケーキ型）又はシールド型等であってもよい。例えば、図１０に例示するようなシルクハット型の波動歯車装置１であっても、カップ型と同様に、歯筋方向Ｄ１の一方に開口面３５を有する筒状の可撓性外歯歯車３を有する。つまり、シルクハット状の可撓性外歯歯車３は、回転軸Ａｘ１の一方側の端部にフランジ部を有し、フランジ部とは反対側の端部に開口面３５を有する。シルクハット状の可撓性外歯歯車３であっても、開口面３５側の端部に、外歯３１を有し、かつ波動発生器４が嵌め込まれる。
【0149】
また、アクチュエータ１００の構成についても、実施形態１で説明した構成に限らず、適宜の変更が可能である。例えば、入力部１０３と、カム４１との連結構造については、スプライン連結構造に限らず、オルダム継手等が用いられてもよい。入力部１０３と、カム４１との連結構造としてオルダム継手が用いられることで、入力側の回転軸Ａｘ１と波動発生器４（カム４１）との間の芯ずれを相殺し、さらには、剛性内歯歯車２と可撓性外歯歯車３との芯ずれを相殺することができる。さらに、カム４１は、入力部１０３に対して回転軸Ａｘ１に沿って移動可能でなくてもよい。
【0150】
また、本実施形態に係る波動歯車装置１、アクチュエータ１００及びロボット用関節装置１３０の適用例は、上述したような水平多関節ロボットに限らず、例えば、水平多関節ロボット以外の産業用ロボット、又は産業用以外のロボット等であってもよい。水平多関節ロボット以外の産業用ロボットには、一例として、垂直多関節型ロボット又はパラレルリンク型ロボット等がある。産業用以外のロボットには、一例として、家庭用ロボット、介護用ロボット又は医療用ロボット等がある。
【0151】
また、ベアリング４２は、深溝玉軸受に限らず、例えば、アンギュラ玉軸受等であってもよい。さらには、ベアリング４２は、玉軸受に限らず、例えば、転動体４２３がボール状でない「ころ」からなる、円筒ころ軸受、針状ころ軸受又は円錐ころ軸受等のころ軸受であってもよい。このような、ボール状（球体状）以外の転動体４２３であっても、転動体４２３が転動することにより圧力差が生じて、転動体４２３はポンプ構造として機能する。
【0152】
また、波動歯車装置１、アクチュエータ１００又はロボット用関節装置１３０の各構成要素の材質は、金属に限らず、例えば、エンジニアリングプラスチック等の樹脂であってもよい。
【0153】
また、潤滑剤Ｌｂ１は、潤滑油（オイル）等の液状の物質に限らず、グリス等のゲル状の物質であってもよい。
【0154】
（実施形態２）
本実施形態に係る可撓性外歯歯車３の製造方法は、図１１に示すように、応力発生工程で使用される治具Ｊ２が、実施形態１に係る可撓性外歯歯車３の製造方法と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
本実施形態に係る可撓性外歯歯車３の製造方法は、図１１に示すように、応力発生工程で使用される治具Ｊ２が、実施形態１に係る可撓性外歯歯車３の製造方法と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
【0155】
本実施形態では、応力発生工程で使用される治具Ｊ２は、平面視において外周形状が円形状（真円）となる部品である。このような治具Ｊ２は、カップ状の可撓性外歯歯車３内に収容されるように、可撓性外歯歯車３と組み合わされる。より詳細には、可撓性外歯歯車３に対しては、胴部３２１の内側に、円形状の治具Ｊ２が嵌め込まれるようにして、治具Ｊ２が組み合わされる。これにより、可撓性外歯歯車３は、内側から外側に向けて、治具Ｊ２からラジアル方向（回転軸Ａｘ１に直交する方向）の外力を受けることにより、全体的に拡径されるように弾性変形する。
【0156】
すなわち、このような治具Ｊ２によれば、応力発生工程では、可撓性外歯歯車３の周方向の全周にわたって、同時かつ一様に外向きの力Ｆ１が作用する。このとき、可撓性外歯歯車３は、その外周面３０３に周方向に引っ張られる向きの比較的大きな応力が発生する。本実施形態では、可撓性外歯歯車３に対して相対的に治具Ｊ２を回転させることなく、可撓性外歯歯車３を周方向の全周において均一に拡径できる。
【0157】
ショットピーニング工程では、このように可撓性外歯歯車３を治具Ｊ２にて弾性変形させた状態で、図１１に示すように、可撓性外歯歯車３の回転軸Ａｘ１に直交する任意方向の両側の外周面３０３に対して、当該任意方向の両側から投射材Ｍ１の投射を行う。これにより、周方向に引っ張られた状態の外周面３０３に対して、ショットピーニングが施されることになり、効果的に、深部に対する圧縮残留応力の付与が実現される。
【0158】
本実施形態で用いられる治具Ｊ２の具体例としては、エア（空気）等の気体の圧力で外向きに膨張する中空容器、又はコレットチャックのような構成により周方向の全周にわたって拡径可能な装置等が考えられる。いずれの構成であっても、治具Ｊ２の拡径量を調節可能とすることで、可撓性外歯歯車３に与える力Ｆ１の大きさを制御可能とすることが好ましい。
【0159】
実施形態２の変形例として、応力発生工程では、可撓性外歯歯車３に対して相対的に治具Ｊ２を回転させてもよい。
【0160】
実施形態２の構成（変形例を含む）は、実施形態１で説明した構成（変形例を含む）と適宜組み合わせて適用可能である。
【0161】
（まとめ）
以上説明したように、第１の態様に係る可撓性外歯歯車（３）の製造方法は、波動歯車装置（１）の可撓性外歯歯車（３）の製造方法であって、応力発生工程と、ショットピーニング工程と、を有する。波動歯車装置（１）は、剛性内歯歯車（２）と、可撓性外歯歯車（３）と、波動発生器（４）と、を備える。剛性内歯歯車（２）は、内歯（２１）を有する環状の部品である。可撓性外歯歯車（３）は、外歯（３１）を有し、剛性内歯歯車（２）の内側に配置される環状の部品である。波動発生器（４）は、回転軸（Ａｘ１）を中心に回転駆動される非円形状のカム（４１）、及びカム（４１）の外側に装着されるベアリング（４２）を有する。波動発生器（４）は、可撓性外歯歯車（３）の内側に配置され、可撓性外歯歯車（３）に撓みを生じさせる。波動歯車装置（１）は、カム（４１）の回転に伴って可撓性外歯歯車（３）を変形させ、外歯（３１）の一部を内歯（２１）の一部に噛み合わせて、可撓性外歯歯車（３）を剛性内歯歯車（２）との歯数差に応じて剛性内歯歯車（２）に対して相対的に回転させる。応力発生工程では、可撓性外歯歯車（３）を弾性変形させることで可撓性外歯歯車（３）に応力を生じさせる。ショットピーニング工程では、応力が生じる可撓性外歯歯車（３）の表面の少なくとも一部にショットピーニングを施す。
以上説明したように、第１の態様に係る可撓性外歯歯車（３）の製造方法は、波動歯車装置（１）の可撓性外歯歯車（３）の製造方法であって、応力発生工程と、ショットピーニング工程と、を有する。波動歯車装置（１）は、剛性内歯歯車（２）と、可撓性外歯歯車（３）と、波動発生器（４）と、を備える。剛性内歯歯車（２）は、内歯（２１）を有する環状の部品である。可撓性外歯歯車（３）は、外歯（３１）を有し、剛性内歯歯車（２）の内側に配置される環状の部品である。波動発生器（４）は、回転軸（Ａｘ１）を中心に回転駆動される非円形状のカム（４１）、及びカム（４１）の外側に装着されるベアリング（４２）を有する。波動発生器（４）は、可撓性外歯歯車（３）の内側に配置され、可撓性外歯歯車（３）に撓みを生じさせる。波動歯車装置（１）は、カム（４１）の回転に伴って可撓性外歯歯車（３）を変形させ、外歯（３１）の一部を内歯（２１）の一部に噛み合わせて、可撓性外歯歯車（３）を剛性内歯歯車（２）との歯数差に応じて剛性内歯歯車（２）に対して相対的に回転させる。応力発生工程では、可撓性外歯歯車（３）を弾性変形させることで可撓性外歯歯車（３）に応力を生じさせる。ショットピーニング工程では、応力が生じる可撓性外歯歯車（３）の表面の少なくとも一部にショットピーニングを施す。
【0162】
この態様によれば、可撓性外歯歯車（３）を弾性変形させることで可撓性外歯歯車（３）に応力を生じさせつつ、当該応力が生じる可撓性外歯歯車（３）の表面の少なくとも一部にショットピーニングが施される。そのため、可撓性外歯歯車（３）の表面の少なくとも一部においては、ショットピーニングにより、比較的大きな圧縮残留応力が付与されることになり、圧縮残留応力による亀裂進展の抑制、及び表面硬度上昇による耐摩耗性向上等の効果が期待できる。しかも、可撓性外歯歯車（３）に応力を生じさせることで、可撓性外歯歯車（３）の表面粗さを悪化させることなく、可撓性外歯歯車（３）における表面から比較的深い位置にも、より大きな圧縮残留応力を付与することができる。したがって、可撓性外歯歯車（３）の表面粗さの悪化が抑えられることになり、可撓性外歯歯車（３）の表面の荒れ、又は摩耗粉による錆の発生等に起因する波動発生器（４）の損傷等が生じにくくなる。結果的に、信頼性の低下が生じにくい波動歯車装置（１）を提供可能である。
【0163】
第２の態様に係る可撓性外歯歯車（３）の製造方法は、第１の態様において、応力発生工程では、可撓性外歯歯車（３）を周方向の全周において均一に拡径するように弾性変形させる。
【0164】
この態様によれば、可撓性外歯歯車（３）は、周方向の全周にわたって同条件でショットピーニングが施されることになり、部分的に金属疲労が生じやすい部位が生じることを防止できる。
【0165】
第３の態様に係る可撓性外歯歯車（３）の製造方法は、第１又は２の態様において、ショットピーニング工程では、可撓性外歯歯車（３）の表面における施工部位を可撓性外歯歯車（３）の周方向に移動させながら施工部位にショットピーニングを施す。
【0166】
この態様によれば、可撓性外歯歯車（３）の周方向の一部に対してショットピーニングを施しつつ、可撓性外歯歯車（３）の周方向の全周にわたってショットピーニングを施すことができる。
【0167】
第４の態様に係る可撓性外歯歯車（３）の製造方法は、第１～３のいずれかの態様において、応力発生工程では、治具（Ｊ１，Ｊ２）を用いて可撓性外歯歯車（３）を弾性変形させる。ショットピーニング工程では、可撓性外歯歯車（３）の表面のうちショットピーニングを施さない部位を治具（Ｊ１，Ｊ２）にてマスキングする。
【0168】
この態様によれば、マスキング部材を別途用いることなく、不要な部位についてショットピーニングが施されることを防止できる。
【0169】
第５の態様に係る可撓性外歯歯車（３）の製造方法は、第１～４のいずれかの態様において、応力発生工程では、少なくとも外周形状が波動発生器と同一である治具（Ｊ１，Ｊ２）を、可撓性外歯歯車（３）に組み合わせることによって可撓性外歯歯車（３）を弾性変形させる。
【0170】
この態様によれば、可撓性外歯歯車（３）は、内側から外側に向けて、治具（Ｊ１，Ｊ２）からラジアル方向の外力を受けることにより、非円形状に弾性変形する。しかも、可撓性外歯歯車（３）には、波動歯車装置（１）の実際の使用時と同様の応力が生じるため、より適切な圧縮残留応力の付与が可能となる。
【0171】
第６の態様に係る可撓性外歯歯車（３）は、剛性内歯歯車（２）と、可撓性外歯歯車（３）と、波動発生器（４）と、を備える波動歯車装置（１）の可撓性外歯歯車（３）である。剛性内歯歯車（２）は、内歯（２１）を有する環状の部品である。可撓性外歯歯車（３）は、外歯（３１）を有し、剛性内歯歯車（２）の内側に配置される環状の部品である。波動発生器（４）は、回転軸（Ａｘ１）を中心に回転駆動される非円形状のカム（４１）、及びカム（４１）の外側に装着されるベアリング（４２）を有する。波動発生器（４）は、可撓性外歯歯車（３）の内側に配置され、可撓性外歯歯車（３）に撓みを生じさせる。波動歯車装置（１）は、カム（４１）の回転に伴って可撓性外歯歯車（３）を変形させ、外歯（３１）の一部を内歯（２１）の一部に噛み合わせて、可撓性外歯歯車（３）を剛性内歯歯車（２）との歯数差に応じて剛性内歯歯車（２）に対して相対的に回転させる。可撓性外歯歯車（３）は、弾性変形させられた弾性変形部（３０４）と、弾性変形部（３０４）の少なくとも一部に形成されるショットピーニング部（３０５）と、を備える。
【0172】
この態様によれば、可撓性外歯歯車（３）の表面粗さを悪化させることなく、可撓性外歯歯車（３）における表面から比較的深い位置にも、より大きな圧縮残留応力を付与することができ、信頼性の低下が生じにくい波動歯車装置（１）を提供可能である。
【0173】
第７の態様に係る波動歯車装置（１）は、第６の態様に係る可撓性外歯歯車（３）と、剛性内歯歯車（２）と、波動発生器（４）と、を備える。
【0174】
この態様によれば、可撓性外歯歯車（３）の表面粗さを悪化させることなく、可撓性外歯歯車（３）における表面から比較的深い位置にも、より大きな圧縮残留応力を付与することができ、信頼性の低下が生じにくい波動歯車装置（１）を提供可能である。
【0175】
第８の態様に係るロボット用関節装置（１３０）は、第７の態様に係る波動歯車装置（１）と、剛性内歯歯車（２）に固定される第１部材（１３１）と、可撓性外歯歯車（３）に固定される第２部材（１３２）と、を備える。
【0176】
この態様によれば、可撓性外歯歯車（３）の表面粗さを悪化させることなく、可撓性外歯歯車（３）における表面から比較的深い位置にも、より大きな圧縮残留応力を付与することができ、信頼性の低下が生じにくいロボット用関節装置（１３０）を提供可能である。
【0177】
第２～５の態様に係る構成については、可撓性外歯歯車（３）の製造方法に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
【符号の説明】
【0178】
１ 波動歯車装置
２ 剛性内歯歯車
３ 可撓性外歯歯車
４ 波動発生器
２１ 内歯
３１ 外歯
４１ カム
４２ ベアリング
１３０ ロボット用関節装置
１３１ 第１部材
１３２ 第２部材
３０４ 弾性変形部
３０５ ショットピーニング部
Ａｘ１ 回転軸
Ｊ１，Ｊ２ 治具
２ 剛性内歯歯車
３ 可撓性外歯歯車
４ 波動発生器
２１ 内歯
３１ 外歯
４１ カム
４２ ベアリング
１３０ ロボット用関節装置
１３１ 第１部材
１３２ 第２部材
３０４ 弾性変形部
３０５ ショットピーニング部
Ａｘ１ 回転軸
Ｊ１，Ｊ２ 治具
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】