CN110871436A - 齿轮装置、齿轮装置单元以及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种齿轮装置、齿轮装置单元以及机器人。所述齿轮装置的特征在于，具有：内齿轮；外齿轮，具备绕旋转轴配置并与内齿轮啮合的外齿、沿旋转轴与外齿排列的主体部、以及位于外齿的内面的内周面，外齿轮具有挠性并相对于内齿轮绕旋转轴相对旋转；以及波动发生器，具备轴承，轴承具有与内周面接触的外圈、内圈以及介于外圈与内圈之间的滚珠，波动发生器使内齿轮与外齿轮的啮合位置绕旋转轴移动，在从与旋转轴垂直的方向的俯视观察下，在将外齿的齿宽设为L、将从外齿的与主体部相反侧的一端至滚珠的中心的距离设为L1时，满足0.30≤L1/L≤0.50。

Description

齿轮装置、齿轮装置单元以及机器人

技术领域

本发明涉及齿轮装置、齿轮装置单元以及机器人。

背景技术

在具备包括至少一个臂而构成的机器人臂的机器人中，例如通过电机驱动使机器人臂的关节部转动，但此时，进行在通过齿轮装置(减速器)对由该电机的驱动力引起的旋转进行减速之后传递到机器人臂。

例如，专利文献1所述的齿轮式谐波减速器具有刚性的环状内齿轮部件、配置于其内侧的挠性的杯型外齿轮部件和波动发生器，其中，该波动发生器使该杯型外齿轮部件在半径方向上挠曲，使外齿相对于环状内齿轮部件的内齿局部地啮合，并且具备滚珠轴承而使啮合位置在圆周方向上移动。而且，公开了在从杯型外齿轮部件的开放端在齿宽方向上进行测量时，波动发生器具有的滚珠的中心位置位于外齿的齿宽的1/2以内。由此，能够维持外齿与内齿的啮合。

专利文献1：日本专利实开平04-128558号公报

发明内容

然而，在使波动发生器的滚珠的中心位置为专利文献1所记载的位置的情况下，外齿与内齿的啮合量减少。这样一来，有时在一部分外齿产生的负载应力会变高。因此，存在外齿齿轮部件的耐久性会降低的可能性。

本发明的应用例的齿轮装置，具有：内齿轮；外齿轮，具备绕旋转轴配置并与所述内齿轮啮合的外齿、沿所述旋转轴与所述外齿排列的主体部、以及位于所述外齿的内面的内周面，所述外齿轮具有挠性并相对于所述内齿轮绕所述旋转轴相对旋转；以及波动发生器，具备轴承，所述轴承具有与所述内周面接触的外圈、内圈以及介于所述外圈与所述内圈之间的滚珠，所述波动发生器使所述内齿轮与所述外齿轮的啮合位置绕所述旋转轴移动，在从与所述旋转轴垂直的方向的俯视观察下，在将所述外齿的齿宽设为L、将从所述外齿的与所述主体部相反侧的一端至所述滚珠的中心的距离设为L1时，满足0.30≤L1/L≤0.50。

本发明的应用例的齿轮装置单元，具有：内齿轮；外齿轮，具备绕旋转轴配置并与所述内齿轮啮合的外齿、沿所述旋转轴与所述外齿排列的主体部、以及位于所述外齿的内面的内周面，所述外齿轮具有挠性并相对于所述内齿轮绕所述旋转轴相对旋转；波动发生器，具备轴承，所述轴承具有与所述内周面接触的外圈、内圈以及介于所述外圈与所述内圈之间的滚珠，所述波动发生器使所述内齿轮与所述外齿轮的啮合位置在绕所述旋转轴的周向上移动；以及壳体，收纳所述内齿轮、所述外齿轮以及所述波动发生器，将所述波动发生器相对于所述外齿轮定位，在从与所述旋转轴垂直的方向的俯视观察下，在将所述外齿的齿宽设为L、将从所述外齿的与所述主体部相反侧的一端至所述滚珠的中心的距离设为L1时，满足0.30≤L1/L≤0.50。

本发明的应用例的机器人，具有：第一部件；第二部件；齿轮装置，将使所述第二部件相对于所述第一部件相对旋转的驱动力从所述第一部件以及所述第二部件中的一方向另一方传递；以及驱动源，产生所述驱动力，所述齿轮装置具有：内齿轮；外齿轮，具备绕旋转轴配置并与所述内齿轮啮合的外齿、沿所述旋转轴与所述外齿排列的主体部、以及位于所述外齿的内面的内周面，所述外齿轮具有挠性并相对于所述内齿轮绕所述旋转轴相对旋转；以及波动发生器，具备轴承，所述轴承具有与所述内周面接触的外圈、内圈以及介于所述外圈与所述内圈之间的滚珠，所述波动发生器使所述内齿轮与所述外齿轮的啮合位置绕所述旋转轴移动，在从与所述旋转轴垂直的方向的俯视观察下，在将所述外齿的齿宽设为L、将从所述外齿的与所述主体部相反侧的一端至所述滚珠的中心的距离设为L1时，满足0.30≤L1/L≤0.50。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的机器人的概略结构的侧视图。

图2是示出本发明的第一实施方式的齿轮装置的剖视图且是沿包括轴线a的平面剖切的图。

图3是图2所示的齿轮装置的主视图且是从轴线a方向观察到的图。

图4是图2的局部放大图。

图5是示出在将横轴设为L1/L、将纵轴设为在外齿轮产生的负载应力时、L1/L与负载应力的关系的图表。

图6是示出在将横轴设为输入于波动发生器的转矩、将纵轴设为在外齿轮产生的负载应力时，使L1/L三阶段变化的情况下的转矩与负载应力的关系的图表。

图7是示出本发明的第二实施方式的齿轮装置的剖视图且是沿包括轴线a的平面剖切的图。

图8是示出本发明的第三实施方式的齿轮装置单元的剖视图且是沿包括轴线a的平面剖切的图。

附图标记说明：

2…内齿轮；3…外齿轮；3A…外齿轮；4…波动发生器；5…壳体；10…齿轮装置；10A…齿轮装置；10B…齿轮装置单元；11…盖体；12…主体；13…轴承；14…轴承；23…内齿；30…开口部；31…主体部；32…底部；32A…凸缘部；33…外齿；36…开口；41…凸轮；42…轴承；100…机器人；110…基台；111…内壁面；120…第一臂；121…内壁面；130…第二臂；140…作业头；141…花键轴；150…末端执行器；160…布线引导部；170…电机；171…轴；190…控制装置；311…内周面；411…轴部；412…凸轮部；421…内圈；422…滚珠；423…外圈；4231…外周面；B…宽度；J1…第一轴；J2…第二轴；J3…第三轴；L…齿宽；L1…距离；La…长轴；Lb…短轴；a…轴线。

具体实施方式

以下，基于附图所示的优选的实施方式对本发明的齿轮装置、齿轮装置单元以及机器人详细进行说明。

1.机器人

图1是示出本发明的实施方式的机器人的概略结构的侧视图。另外，在以下，为了便于说明，将图1中的上侧也称为“上”，将下侧也称为“下”。此外，将图1中的基台110侧称为“基端侧”，将其相反侧、即末端执行器150侧称为“前端侧”。此外，将图1的上下方向作为“铅锤方向”，将左右方向作为“水平方向”。

图1所示的机器人100是例如精密设备、构成精密设备的零部件即对象物的供给、去除、输送以及组装等作业所使用的机器人。如图1所示，该机器人100具有基台110、第一臂120、第二臂130、作业头140、末端执行器150和布线引导部160。以下，依次简单地对机器人100的各部分进行说明。

基台110例如通过螺栓等固定于未图示的地面。在基台110的内部设置有总体控制机器人100的控制装置190。此外，第一臂120相对于基台110绕沿铅锤方向的第一轴J1(旋转轴)能够旋转地连结于基台110。即，第一臂120相对于基台110相对旋转。

在此，在基台110内，具有产生使第一臂部120旋转的驱动力的伺服电机等的作为第一电机的电机170、和对由电机170的驱动力引起的旋转进行减速的作为第一减速器的齿轮装置10。齿轮装置10的输入轴连结于电机170的轴，齿轮装置10的输出轴连结于第一臂120。因此，当电机170进行驱动而其驱动力经由齿轮装置10传递到第一臂120时，第一臂120绕第一轴J1在水平面内旋转。

第二臂130相对于第一臂120绕沿铅锤方向的第二轴J2(旋转轴)能够旋转地连结于第一臂120的前端部。虽然未图示，但在第二臂130内设置有产生使第二臂部130旋转的驱动力的第二电机和对第二电机的驱动力的旋转进行减速的第二减速器。而且，第二电机的驱动力经由第二减速器传递到第二臂部130，从而第二臂部130相对于第一臂部120绕第二轴J2在水平面内旋转。

在第二臂部130的前端部配置有作业头140。作业头140具有插通在同轴配置于第二臂部130的前端部的未图示的花键螺母以及未图示的球头螺钉螺母的花键轴141。花键轴141相对于第二臂部130绕其第三轴J3能够旋转，且在上下方向上能够移动。

虽然未图示，但在第二臂部130内配置有旋转电机以及升降电机。旋转电机的驱动力通过未图示的驱动力传递机构传递到花键螺母，当花键螺母正反旋转时，花键轴141绕沿铅锤方向的第三轴J3正反旋转。

另一方面，升降电机的驱动力通过未图示的驱动力传递机构传递到球头螺钉螺母，当球头螺钉螺母正反旋转时，与该旋转方向对应地，花键轴141上下移动。

在花键轴141的前端部连结有末端执行器150。作为末端执行器150，并不特别限定，例如，可列举把持对象物的装置、加工对象物的装置等。

连接于配置在第二臂部130内的各电子元器件、例如第二电机、旋转电机、升降电机等的多个布线，通过连结第二臂部130和基台110的管状布线引导部160内而被引导至基台110内。进一步地，上述多个布线在基台110内汇集，从而与连接于电机170以及未图示的编码器的布线一起被引导至设置于基台110内的控制装置190。

如以上那样，机器人100具备作为第一部件的基台110、设置为相对于基台110能够旋转的作为第二部件的第一臂部120、和将驱动力从基台110以及第一臂部120的一方向另一方传递的齿轮装置10。

另外，也可以将第一臂部120以及第二臂部130统一视为“第二部件”。此外，除了第一臂部120以及第二臂部130之外，“第二部件”还可以进一步地包括作业头140以及末端执行器150。

此外，上述的第一部件以及第二部件并不限定于上述，例如，也可以将第一臂120视为“第一部件”，将第二臂130视为“第二部件”。

此外，在本实施方式中，电机170以及齿轮装置10设置于基台110，但电机170以及齿轮装置10也可以设置于第二臂120。在该情况下，只要将齿轮装置10的输出轴与基台110连结即可。

2.齿轮装置

以下，对机器人100具备的齿轮装置10进行详述。

第一实施方式

图2是示出本发明的第一实施方式的齿轮装置的剖视图且是沿包括轴线a(旋转轴)的平面剖切的图。图3是图2所示的齿轮装置的主视图且是从轴线a方向观察到的图。图4是图2的局部放大图。另外，在各图中，为了便于说明，根据需要适当地夸张图示出各部分的尺寸，各部分之间的尺寸比例并不一定与实际的尺寸比例一致。

图2所示的齿轮装置10是波动齿轮装置，例如作为减速器使用。该齿轮装置10具有内齿轮2、配置于内齿轮2的内侧的杯型外齿轮3和配置于外齿轮3的内侧的波动发生器4。此外，虽然未图示，但根据需要在齿轮装置10的各部分适当配置有润滑脂等的润滑剂。

在此，使内齿轮2、外齿轮3以及波动发生器4中的一个相对于上述的机器人100的基台110(第一部件)连接，使另一个相对于上述的机器人100的第一臂120(第二部件)连接。在本实施方式中，通过紧固螺丝等使内齿轮2相对于基台110(第一部件)连接，通过紧固螺丝等使外齿轮3相对于第一臂120(第二部件)连接，并通过嵌合、紧固螺丝等使波动发生器4与上述的机器人100的电机170的轴171连接。

在这样的齿轮装置10中，当电机170的轴171旋转时，波动发生器4与电机170的轴171以相同的旋转速度进行旋转。而且，由于内齿轮2以及外齿轮3彼此齿数不同，因此彼此的啮合位置边在周向上移动，边起因于这些齿数差异而绕轴线a(旋转轴)相对旋转。在本实施方式中，由于内齿轮2的齿数比外齿轮3的齿数多，因此能够使外齿轮3以比电机170的旋转速度低的旋转速度相对于内齿轮2旋转。由此，能够实现以波动发生器4为输入轴侧、以外齿轮3为输出轴侧的减速器。

另外，内齿轮2、外齿轮3以及波动发生器4的连接方式并不限定于上述的方式，例如，即使将外齿轮3相对于基台110固定，将内齿轮2相对于第一臂120连接，也能够将齿轮装置10作为减速器使用。此外，即使将外齿轮3与电机170的轴171连接，也能够将齿轮装置10作为减速器使用，在该情况下，只要将波动发生器4相对于基台110固定，将内齿轮2相对于第一臂120连接即可。此外，在将齿轮装置10作为增速器使用的情况下，即在使外齿轮3以比电机170的旋转速度高的旋转速度旋转的情况下，只要使上述的输入侧(电机170侧)与输出侧(第一臂120侧)的关系为相反即可。

如图2以及图3所示，内齿轮2具有内齿23，是由在径向上实质上不挠曲的刚体构成的环形刚性齿轮。在本实施方式中，内齿轮2是正齿轮。即，内齿23具有相对于轴线a平行的齿线。另外，内齿23的齿线方向也可以相对于轴线a倾斜。即，内齿轮2也可以是斜齿轮或人字形齿轮。

外齿轮3插通在内齿轮2的内侧。该外齿轮3具有与内齿轮2的内齿23啮合的外齿33，是在径向上能够挠曲变形的挠性齿轮。此外，外齿轮3的齿数比内齿轮2的齿数少。这样，外齿轮3以及内齿轮2的齿数彼此不同，从而能够实现减速器。

在本实施方式中，外齿轮3为杯型，在其外周面形成有外齿33。在此，外齿轮3具有：筒状的开口部30，轴线a的延伸方向上的一端部、即图2中右侧端部为开口36；主体部31，位于轴线a的延伸方向上的另一端部侧、即在图2中开口部30的左侧；以及底部32，在图2中位于主体部31的左侧。开口部30在其外周具有以轴线a为中心而与内齿轮2啮合的外齿33。此外，通过紧固螺丝等使作为输出侧的轴体的第一臂120安装于底部32。

在这样的外齿轮3中，由于与底部32相比而开口部30容易在径向上挠曲，因此能够实现外齿轮3相对于内齿轮2的良好的挠曲啮合。进一步地，能够提高连接有第一臂120的底部32的刚性。鉴于这样的情况，齿轮装置10的齿隙非常小，适用于反复进行反转的用途。此外，同时由于啮合的齿数的比率较大，因此施加于一个齿的力变小，也能够获得高转矩容量。

如图3所示，波动发生器4配置于外齿轮3的内侧，能够绕轴线a旋转。而且，波动发生器4使外齿轮3的开口部30的横截面变形为长轴La以及短轴Lb的椭圆形或长圆形，而使外齿33与内齿轮2的内齿23啮合。在此，外齿轮3以及内齿轮2能够绕同一轴线a旋转而彼此在内外啮合。

在本实施方式中，波动发生器4具有凸轮41和装配于凸轮41的外周的轴承42(bearing)。凸轮41具有绕轴线a旋转的轴部411、和从轴部411的一端部向远离轴线a的方向突出并且插入于开口部30内的凸轮部412。在此，从沿轴线a的方向观察时，凸轮部412的外周面形成为以图3中的上下方向为长轴La的椭圆形或长圆形。轴承42插入于开口部30内，具有挠性的内圈421以及外圈423、和配置于它们之间的多个滚珠422。

内圈421嵌入凸轮41的凸轮部412的外周面，沿凸轮部412的外周面弹性变形为椭圆形或长圆形。与此相伴，外圈423也弹性变形为椭圆形或长圆形。外圈423的外周面4231与开口部30的内周面311抵接。此外，内圈421的外周面以及外圈423的内周面分别成为沿周向引导多个滚珠422滚动的轨道面。此外，多个滚珠422被未图示的保持器保持为使彼此的周向上的间隔保持为一定。

这样的波动发生器4随着凸轮41绕轴线a进行旋转而凸轮部412的长轴La的朝向发生改变，与此相伴，外圈423也变形，使内齿轮2以及外齿轮3彼此的啮合位置在周向上移动。

此外，优选内齿轮2、外齿轮3以及波动发生器4分别由金属材料构成，特别是，鉴于机械特性以及加工性优良、且比较廉价，优选使用铁类材料。作为该铁类材料，并不特别限定，但例如优选是铸铁、镍铬钼钢、铬钼钢(SCM)、马氏体时效钢以及沉淀硬化型不锈钢、球状石墨铸铁(球墨铸铁)中的任一种。此外，其中，在使用球状石墨铸铁的情况下，当进行淬火、回火处理或等温淬火处理时，由于具有良好的机械强度，因此能够实现齿轮装置10的长寿命化。进一步地，由于当对外齿轮3使用例如SNCM439那样的镍铬钼钢时，能够使硬度比使用铬钼钢的内齿轮2更高，因此能够降低外齿轮3的齿的磨损，能够实现齿轮装置10的进一步的长寿命化。另外，由于内齿轮2以及波动发生器4分别是实质上的刚体，因此也能够通过陶瓷材料等构成，但从与外齿轮3的强度的平衡而言，优选使用金属材料。当这些部件的强度差过大时，强度低的一侧的部件极其容易磨损，其结果，存在导致齿轮装置10的寿命变短的可能性。

在此，如上述那样，波动发生器4配置于外齿轮3的内侧。具体而言，如图2所示，开口部30形成为其右端形成开口36的筒状。而且，使波动发生器4从该开口36插入于开口部30的内侧。而且，如上述那样，由于轴承42的外圈423的外周面4231与开口部30的内周面311抵接，因此外齿轮3受到通过轴承42而朝向远离轴线a的方向推扩的那样的力。受到这样的力，外齿轮3变形，能够使外齿33与内齿23啮合。

另一方面，由于底部32与图2中所示的主体部31的左侧相连，因此主体部31的左端即使受到推扩的那样的力也不易变形。因此，在使波动发生器4插入于外齿轮3之后，越向图2的左侧移动则开口部30的右侧的开口36变形为其直径越逐渐变大。这样一来，外齿33与内齿23的啮合量增加。与此相对，波动发生器4的位置越位于图2的右侧则开口部30的开口36其直径越逐渐变小。这样一来，啮合量减少。

基于以上，本发明人对波动发生器4相对于外齿轮3的位置进行了适当研究。而且，在从与轴线a(旋转轴)垂直的方向的俯视观察下，即在图2以及图4所示的方向上观察的情况下，将外齿33的齿宽设为L，将外齿轮3的一方的端部(开口36)侧的外齿33的一端、即从图4中的外齿33的右端至滚珠422的中心的距离设为L1。在此基础上，本发明人发现在L以及L1满足0.30≤L1/L≤0.50时，可减小在外齿轮3产生的负载应力，进而完成本发明。

在L1/L满足上述那样的范围时，能够抑制外齿轮3的变形量，并使外齿33与内齿23的啮合量最佳化，并使施加于外齿33的负载分散。由此，能够减低在外齿轮3产生的负载应力的最大值，能够实现齿轮装置10的长寿命化。特别是，L1/L的上述的范围是使用上述那样的材料作为外齿轮3的结构材料并考虑到该材料的疲劳强度而设定的范围。因此，即使对外齿轮3施加反复的负载而产生金属疲劳的环境下，也能够实现在外齿轮3中不易产生疲劳破坏的齿轮装置10。

另外，当L1/L低于上述下限值时，推扩外齿轮3的力变小，但与此相伴，外齿33与内齿23的啮合量也变小。这样一来，齿面接触集中在外齿33的齿顶，齿顶的负载应力增大。其结果，当负载应力高于机械强度时，存在在外齿轮3产生裂纹、缺口等的问题的可能性。另一方面，当L1/L高于上述上限值时，外齿轮3的变形量变大，与此相伴，在外齿轮3产生的负载应力增大。在该情况下，当负载应力高于机械强度时，在外齿轮3也存在产生问题的可能性。

另外，外齿33的齿宽L是指轴线a的延伸方向上的外齿33的宽度。此外，距离L1是指外齿33的齿宽方向上的一方的端部侧的一端、即从图4中的外齿33的右端至滚珠422的中心的、轴线a的延伸方向上的长度。

如以上那样，齿轮装置10具有内齿轮2、外齿轮3和波动发生器4。外齿轮3具备筒状的开口部30和筒状的主体部31，并具有相对于内齿轮2而绕轴线a(旋转轴)相对旋转的挠性，其中，该筒状的开口部30具有绕轴线a配置并与内齿轮2啮合的外齿33，一方(图2中右侧)的端部开口，该筒状的主体部31位于开口部30的另一方(图2中左侧)、即与上述的一方的端部相反侧。即，主体部31在轴向a方向上与外齿排列。波动发生器4具备轴承42(bearing)，该轴承42包括与位于外齿33的内面的内周面311接触的外圈423、内圈421和介于外圈423与内圈421之间的滚珠422，使内齿轮2与外齿轮3的啮合位置绕轴线a在周向上移动。

而且，在从与轴线a垂直的方向的俯视观察下，在将外齿33的齿宽设为L、将从外齿33的一方的端部(开口36)侧的一端至滚珠422的中心的距离设为L1时，齿轮装置10满足0.30≤L1/L≤0.50。在此，也可以说L1是外齿33的齿宽的两端中、从与有主体部31的一侧相反侧的一端至滚珠422的中心的距离。

根据这样的齿轮装置10，能够抑制外齿轮3的变形量，并使外齿33与内齿23的啮合量最佳化。其结果，可减小在外齿轮3产生的负载应力，能够实现齿轮装置10的长寿命化，能够提高可靠性。

此外，上述的机器人100具备这样的齿轮装置10。即，机器人100具有基台110(第一部件)、第一臂120(第二部件)、将使第一臂120相对于基台110相对旋转的驱动力从基台110以及第一臂120中的一方向另一方传递的齿轮装置10、和产生驱动力的电机170(驱动源)。此外，齿轮装置10具有：内齿轮2；外齿轮3，具备具有一部分与内齿轮2啮合的外齿33且一方(图2中右侧)的端部开口的筒状的开口部30、和位于开口部30的另一方(图2中左侧)、即与上述的一方的端部相反侧的筒状的主体部31，具有相对于内齿轮2而绕轴线a(旋转轴)相对旋转的挠性；以及波动发生器4，具备包括与外齿轮3的内周面311接触的外圈423、内圈421和介于外圈423与内圈421之间的滚珠422的轴承42(bearing)，使内齿轮2与外齿轮3的啮合位置绕轴线a在周向上移动。而且，在从与轴线a垂直的方向的俯视观察下，在将外齿33的齿宽设为L、将从外齿33的一方的端部(开口36)侧的一端至滚珠422的中心的距离设为L1时，齿轮装置10满足0.30≤L1/L≤0.50。

根据这样的机器人100，与上述同样，由于可实现齿轮装置10的长寿命化，因此能够提高可靠性。

图5是示出在将横轴设为L1/L、将纵轴设为在外齿轮3产生的负载应力时、L1/L与负载应力的关系的图表。

如图5所示，在L1/L在上述范围内时，可使在外齿轮3产生的负载应力相对于外齿轮3的机械强度抑制在充分有富余的程度。因此，在该范围内，能够使在外齿轮3产生问题的概率充分下降。

图6是示出在将横轴设为输入于波动发生器4的转矩、将纵轴设为在外齿轮3产生的负载应力时，使L1/L三阶段变化的情况下的转矩与负载应力的关系的图表。另外，三阶段是L1/L低于上述下限值的阶段、L1/L进入上述范围内的阶段以及L1/L高于上述上限值的阶段。

如图6所示，在L1/L低于上述下限值时以及L1/L高于上述上限值时，在转矩超过5Nm的区域，在外齿轮3产生的负载应力基本上在整个区域变得相对高。另一方面，在L1/L在上述范围内时，在外齿轮3产生的负载应力变得相对低。因此，可以说上述的L1/L的范围与转矩无关，具有降低在外齿轮3产生的负载应力的效果。即，鉴于在外齿轮3产生的负载应力较低，而能够实现外齿轮3的长寿命化。

此外，优选L以及L1满足0.45≤L1/L≤0.50，更优选满足0.45≤L1/L≤0.49。如果在该范围内，则能够将在外齿轮3产生的负载应力的增加抑制在最小限度，并使啮合量比较大。因此，能够提高外齿33与内齿23之间的动力的传递效率。其结果，可实现长寿命化，并且可获得动力的传递效率较高的齿轮装置10。

此外，轴承42与外齿轮3的内周面311抵接，对外齿33与内齿23的啮合量产生影响。这时，外圈423的外周面4231与开口部30的内周面311的接触面积也对在外齿轮3产生的负载应力产生影响。

具体而言，如图4所示，在将沿外齿33的齿宽方向的外圈423的宽度设为B时，优选满足0.40≤B/L≤0.95，更优选满足0.60≤B/L≤0.90。B/L满足上述范围，从而能够抑制由外圈423的宽度B过大而引起的易变形性的降低，并抑制由外圈423的宽度B过小而负载应力容易集中在外齿轮3的局部。其结果，能够提高波动发生器4与外齿轮3之间的动力的传递效果，并实现齿轮装置10的长寿命化。

另外，当B/L低于上述下限值时，由于外圈423的外周面4231的面积变小，因此负载应力容易集中在外齿轮3的局部。因此，根据外齿轮3的结构材料等而存在产生裂纹等问题的可能性。另一方面，当B/L高于上述上限值时，由于外圈423的外周面4231的面积变大，因此根据外齿轮3的结构材料等而存在如下可能性：从外齿轮3受到较大的反作用力，或者在凸轮41进行了旋转时外圈423变得不易变形，或者外圈423与外齿轮3的紧贴性降低。因此，存在波动发生器4的旋转阻力变大而波动发生器4与外齿轮3之间的动力的传递效率降低的可能性。

外齿轮3的各部分的尺寸并不特别限定，但根据输入于齿轮装置10的转矩的大小、外齿轮3的结构材料等，优选收敛在合适的范围内。

具体而言，优选外齿轮3的节圆直径在20mm以上、300mm以下的范围内，更优选在35mm以上、80mm以下的范围内。将外齿轮3的节圆直径设定在上述范围内，从而在使用上述那样的材料作为内齿轮2、外齿轮3以及波动发生器4的结构材料的情况下，由于能够边相对于这些材料的机械强度保持充分的富余边确保必要且充分的啮合量，因此能够兼具传递效率和长寿命化。

另外，在外齿轮3的节圆直径低于上述下限值或者高于上述上限值的情况下，上述的效果存在减小的可能性。因此，从兼具齿轮装置10的传递效率和长寿命化的这一观点来看，外齿轮3的节圆直径在上述范围内是特别有效的。

此外，外齿轮3的节圆直径是在使外齿轮3近似于进行滚动摩擦的圆柱时，指该圆柱的外径。换言之，由于外齿33中与内齿23接触的接触点在旋转中会移位，因此在通过近似模型使其代表性的位置近似时，作为该近似模型的圆柱的外径为节圆直径。

此外，在本实施方式的情况下，将外齿轮3相对于第一臂120固定并将波动发生器4与电机170的轴171连接，从而对上述那样的波动发生器4相对于外齿轮3的相对位置进行定位。另外，该定位方法并不限定于上述的方法。例如，也可以存在如下情况：使波动发生器4与电机170的轴171之间在其旋转方向上定位的同时，在轴线a的延伸方向上不被定位。在这样的情况下，只要通过另行设置的任意定位单元进行波动发生器4的定位即可。

第二实施方式

图7是示出本发明的第二实施方式的齿轮装置的剖视图且是沿包括轴线a的平面剖切的图。

本实施方式除了外齿轮的结构以及齿轮装置的安装方式不同以外，与上述的第一实施方式是同样的。另外，在以下的说明中，关于本实施方式，以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明，关于同样的事项，省略其说明。此外，在图7中，对与上述的实施方式同样的结构标注同一附图标记。

图7所示的齿轮装置10A具有外齿轮3A，来代替上述的第一实施方式的外齿轮3。本实施方式的外齿轮3A为帽型，在其外周面形成有外齿33。在此，外齿轮3A具有轴线a的延伸方向上的另一端部、即图7中右侧端部为开口36的筒状的主体部31、和在图7中位于主体部31的左侧的凸缘部32A。凸缘部32A是从主体部31的左侧的端部向径向外侧延长的安装部。

使这样的齿轮装置10A的内齿轮2、外齿轮3A以及波动发生器4中的一个相对于上述的机器人100的基台110(第一部件)连接，使另一个相对于上述的机器人100的第一臂120(第二部件)连接。在本实施方式中，使外齿轮3A相对于基台110(第一部件)连接，而且使内齿轮2相对于第一臂120(第二部件)连接，使波动发生器4与上述的机器人100的电机170的轴171连接。

而且，齿轮装置10A中的L1/L、B/L等与上述的齿轮装置10中的L1/L、B/L等是同样的。

在以上所说明的那样的第二实施方式中，也发挥与上述的第一实施方式同样的效果。

第三实施方式

图8是示出本发明的第三实施方式的齿轮装置单元的剖视图且是沿包括轴线a的平面剖切的图。

本实施方式是具有上述的第一实施方式的齿轮装置和收纳齿轮装置的壳体的齿轮装置单元。另外，在以下的说明中，关于本实施方式，以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明，关于同样的事项，省略其说明。此外，在图8中，对与上述的实施方式同样的结构标注同一附图标记。

图8所示的齿轮装置单元10B具有齿轮装置10和收纳齿轮装置10的壳体5。而且，内齿轮2经由壳体5固定于机器人100的基台110。这些是主要的不同点，关于其以外，齿轮装置单元10B与齿轮装置10是同样的。即，齿轮装置单元10B中的L1/L、B/L等与上述的齿轮装置10中的L1/L、B/L等是同样的。

壳体

图8所示的壳体5具有经由轴承13支承例如输入轴等的轴171的大致板状的盖体11、和经由轴承14支承例如输出轴等的第一臂120的杯型主体12。在此，将盖体11与主体12连结而构成空间，在该空间收纳有上述的齿轮装置10。此外，上述的齿轮装置10的内齿轮2例如通过紧固螺丝等而固定于盖体11以及主体12的至少一方。

盖体11的内壁面111形成为以覆盖外齿轮3的开口部30的方式在与轴线a垂直的方向上变宽的形状。此外，主体12的内壁面121形成为沿外齿轮3的外周面以及底面的形状。这样的壳体5固定于上述的机器人100的基台110。在此，盖体11可以与基台110分体且例如通过紧固螺丝等固定于基台110，也可以与基台110为一体。此外，作为壳体5的结构材料，并不特别限定，但例如可列举金属材料、陶瓷材料等。

在此，在本实施方式中，轴部411和轴承13以接连的方式配置。即，肘部411的外径例如比作为输入轴的轴171大。因此，图8所示的轴承13的左面与轴部411的右面接触。由此，限制轴部411的向远离外齿轮3的方向的移动、即向图8的右侧的移动。其结果，波动发生器4相对于外齿轮3被定位。即，壳体5也作为使波动发生器4相对于外齿轮3定位的定位单元发挥功能。

另外，壳体5中与波动发生器4接触的位置并不限定于上述的轴承13，也可以是任何位置。

如以上那样，齿轮装置单元10B具有：内齿轮2；外齿轮3，具有与内齿轮2啮合的外齿33且一方(图8中右侧)的端部开口的筒状的开口部30、和位于开口部30的另一方(图8中左侧)、即与上述的一方的端部相反侧的筒状的主体部31，具有相对于内齿轮2绕轴线a(旋转轴)相对旋转的挠性；波动发生器4，具备包括与外齿轮3的内周面311接触的外圈423、内圈421和介于外圈423与内圈421之间的滚珠422的轴承42(bearing)，使内齿轮2与外齿轮3的啮合位置绕轴线a在周向上移动；以及壳体5，收纳内齿轮2、外齿轮3以及波动发生器4，并相对于外齿轮3对波动发生器4进行定位。而且，在从与轴线a垂直的方向的俯视观察下，在将外齿33的齿宽设为L、将从外齿33的一方的端部(开口36)侧的一端至滚珠422的中心的距离设为L1时，齿轮装置单元10B满足0.30≤L1/L≤0.50。

根据这样的齿轮装置单元10B，能够抑制外齿轮3的变形量，并使外齿33与内齿23的啮合量最佳化。其结果，可减小在外齿轮3产生的负载应力，能够实现齿轮装置单元10B的长寿命化。

在以上那样的第三实施方式中，也可获得与第一实施方式同样的效果。

以上，基于附图的实施方式对本发明的齿轮装置、齿轮装置单元以及机器人进行了说明，但本发明并不限定于此，各部分的结构能够替换为具有同样的功能的任意结构。此外，也可以在本发明中添加其它任意的结构物。

此外，在上述的实施方式中，对水平多关节机器人进行了说明，但本发明的机器人并不限定于此，例如，机器人的关节数是任意的，此外，也能够应用于垂直多关节机器人。

Claims (7)

1.一种齿轮装置，其特征在于，具有：

内齿轮；

外齿轮，具备绕旋转轴配置并与所述内齿轮啮合的外齿、沿所述旋转轴与所述外齿排列的主体部、以及位于所述外齿的内面的内周面，所述外齿轮具有挠性并相对于所述内齿轮绕所述旋转轴相对旋转；以及

波动发生器，具备轴承，所述轴承具有与所述内周面接触的外圈、内圈以及介于所述外圈与所述内圈之间的滚珠，所述波动发生器使所述内齿轮与所述外齿轮的啮合位置绕所述旋转轴移动，

在从与所述旋转轴垂直的方向的俯视观察下，在将所述外齿的齿宽设为L、将从所述外齿的与所述主体部相反侧的一端至所述滚珠的中心的距离设为L1时，

满足0.30≤L1/L≤0.50。

2.根据权利要求1所述的齿轮装置，其特征在于，

满足0.45≤L1/L≤0.50。

3.根据权利要求1或2所述的齿轮装置，其特征在于，

在将沿所述外齿的齿宽方向的所述外圈的宽度设为B时，满足0.40≤B/L≤0.95。

4.根据权利要求1所述的齿轮装置，其特征在于，

所述外齿轮的节圆直径在20mm以上且300mm以下的范围内。

5.根据权利要求4所述的齿轮装置，其特征在于，

所述外齿轮的节圆直径在35mm以上且80mm以下的范围内。

6.一种齿轮装置单元，其特征在于，具有：

内齿轮；

外齿轮，具备绕旋转轴配置并与所述内齿轮啮合的外齿、沿所述旋转轴与所述外齿排列的主体部、以及位于所述外齿的内面的内周面，所述外齿轮具有挠性并相对于所述内齿轮绕所述旋转轴相对旋转；

波动发生器，具备轴承，所述轴承具有与所述内周面接触的外圈、内圈以及介于所述外圈与所述内圈之间的滚珠，所述波动发生器使所述内齿轮与所述外齿轮的啮合位置在绕所述旋转轴的周向上移动；以及

壳体，收纳所述内齿轮、所述外齿轮以及所述波动发生器，将所述波动发生器相对于所述外齿轮定位，

在从与所述旋转轴垂直的方向的俯视观察下，在将所述外齿的齿宽设为L、将从所述外齿的与所述主体部相反侧的一端至所述滚珠的中心的距离设为L1时，

满足0.30≤L1/L≤0.50。

7.一种机器人，其特征在于，具有：

第一部件；

第二部件；

齿轮装置，将使所述第二部件相对于所述第一部件相对旋转的驱动力从所述第一部件以及所述第二部件中的一方向另一方传递；以及

驱动源，产生所述驱动力，

所述齿轮装置具有：

内齿轮；

外齿轮，具备绕旋转轴配置并与所述内齿轮啮合的外齿、沿所述旋转轴与所述外齿排列的主体部、以及位于所述外齿的内面的内周面，所述外齿轮具有挠性并相对于所述内齿轮绕所述旋转轴相对旋转；以及

波动发生器，具备轴承，所述轴承具有与所述内周面接触的外圈、内圈以及介于所述外圈与所述内圈之间的滚珠，所述波动发生器使所述内齿轮与所述外齿轮的啮合位置绕所述旋转轴移动，

在从与所述旋转轴垂直的方向的俯视观察下，在将所述外齿的齿宽设为L、将从所述外齿的与所述主体部相反侧的一端至所述滚珠的中心的距离设为L1时，

满足0.30≤L1/L≤0.50。

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