JP2011196423A - ロボットとそれに用いられるアクチュエータおよび偏平型波動歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】応力集中に起因する耐久性の低下を抑制しながら、小型化を図ることが可能な偏平型波動歯車装置を備えるロボットを提供する。
【解決手段】このロボット１００のロボットアーム１の関節部２２を回動させるアーム回動装置５０（アクチュエータ）は、内歯３１ａが形成された剛性内歯歯車３１と、外歯３３ａが形成された可撓性外歯歯車３５と、可撓性外歯歯車３５を半径方向に撓ませて外歯３３ａを内歯３１ａに噛み合わせるとともに、噛み合わせ位置を円周方向に移動させることにより剛性内歯歯車３１および可撓性外歯歯車３５の間に相対回転運動を発生させる波動発生器３２とを含んでいる。また、可撓性外歯歯車３５は、凹部３３ｂを有する胴部３３と、胴部３３とは別個に設けられ、胴部３３の凹部３３ｂに対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する突出部３４ａを有する円板部３４とを含んでいる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロボットとそれに用いられるアクチュエータおよび偏平型波動歯車装置に関する。

従来、環状の剛性内歯歯車と、剛性内歯歯車と噛み合い可能な可撓性外歯歯車とを備える偏平型波動歯車装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、内周面に内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、剛性内歯歯車の内側に配置され、剛性内歯歯車の内歯に噛み合い可能な外歯が形成された可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車の内側に配置される楕円形の波動発生器とを備えた偏平型波動歯車装置が開示されている。この偏平型波動歯車装置では、可撓性外歯歯車の胴部は、楕円状のたわみ変形を繰り返すので、胴部とダイヤフラムとを接続する曲面部分に繰り返し応力集中が発生する。

ＷＯ９８／５３２２４号公報

しかしながら、従来技術では、胴部の外歯が形成されている部分とダイヤフラムとの間の距離を所定の大きさ以上の大きさに設定して応力集中を緩和するように構成して、応力集中に起因する耐久性の低下を抑制することが可能である一方、可撓性外歯歯車の胴部の軸方向の長さを所定の大きさ以上の長さにする必要があるため、その分、偏平型波動歯車装置が大型化するという不都合がある。このため、従来の偏平型波動歯車装置では、小型化を図るのが困難であるという問題点がある。また、このような従来の偏平型波動歯車装置を、ロボットの関節部分に設置されるモータと減速機とからなるアクチュエータの減速機として用いる場合には、アクチュエータが大型化するとともに、ロボットの関節部分が大型化してしまうため、アクチュエータおよびロボットの小型化を図るのが困難になるという問題点もある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、応力集中に起因する耐久性の低下を抑制しながら、小型化を図ることが可能な偏平型波動歯車装置、アクチュエータおよびそれらを用いたロボットを提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるロボットは、関節を有するロボットアームと、ロボットアームの関節を回動させるアクチュエータとを備え、アクチュエータは、内周面に内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、剛性内歯歯車の内歯に噛み合い可能な外歯が外周面に形成された可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車を半径方向に撓ませて、部分的に複数箇所で外歯を内歯に噛み合わせるとともに、噛み合わせ位置を円周方向に移動させることにより剛性内歯歯車および可撓性外歯歯車の間に相対回転運動を発生させる波動発生器とを含み、可撓性外歯歯車は、第１係合部を有する胴部と、胴部とは別個に設けられ、胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する第２係合部を有する平板部とを含む。

この発明の第１の局面によるロボットでは、上記のように、アクチュエータの可撓性外歯歯車を、胴部と、胴部とは別個に設けられた平板部とを含むように構成することによって、胴部と平板部とが一体的に設けられている場合と異なり、胴部が波動発生器により半径方向に変形された場合にも、胴部とは別個に設けられた平板部は変形しないので、胴部と平板部との接続部分（係合部分）に応力集中が生じない。これにより、応力集中を緩和するために可撓性外歯歯車の胴部の軸方向の長さを所定の大きさ以上にする必要がないので、応力集中に起因する耐久性の低下を抑制しながら、可撓性外歯歯車の胴部の軸方向の長さを小さくすることができる。その結果、アクチュエータを小型化することができるので、ロボットの小型化を図ることができる。また、胴部に、第１係合部を設けるとともに、平板部に、胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する第２係合部を設けることによって、胴部のたわみ変形時に平板部の第２係合部が胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動するので、胴部のみを半径方向にたわみ変形させることができる。これにより、胴部のたわみ変形を平板部に伝達することなく、胴部の回転力のみを平板部に伝達することができる。

上記第１の局面によるロボットにおいて、好ましくは、胴部の第１係合部は、胴部の平板部側に設けられた凹部または凸部の一方を含み、平板部の第２係合部は、凹部または凸部の一方からなる第１係合部に対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する凹部または凸部の他方を含む。このように構成すれば、凹部または凸部の一方からなる胴部の第１係合部と、胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動可能な凹部または凸部の他方からなる平板部の第２係合部とにより、胴部が波動発生器により半径方向に変形された場合にも、容易に、胴部のみを半径方向に変形させることができる。

上記凹部または凸部のいずれかからなる第１係合部および第２係合部を有する構成において、好ましくは、胴部の第１係合部は、凹部からなるとともに、平板部の第２係合部は、凸部からなり、平板部の第２係合部を構成する凸部は、半径方向に突出する突出部を含み、胴部の第１係合部を構成する凹部は、胴部の平板部側の端部に設けられ、突出部に対して半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合可能な切り欠き状の凹部を含む。このように構成すれば、胴部が波動発生器により半径方向に変形された場合に、凹部と突出部との係合状態を維持した状態で、胴部の切り欠き状の凹部が平板部の突出部に沿って半径方向にスライド移動されるので、容易に、胴部のみを半径方向に変形させることができる。

上記第１係合部は凹部からなるとともに第２係合部は凸部からなる構成において、好ましくは、平板部の突出部は、少なくとも円周方向に撓み変形可能なバネ部を含むとともに、バネ部が撓み変形した状態で、切り欠き状の凹部に対して円周方向に接触して係合するように構成されている。このように構成すれば、平板部の突出部のバネ部により胴部の切り欠き状の凹部を常時円周方向に付勢することができるので、可撓性外歯歯車の胴部と剛性内歯歯車との相対回転運動時に胴部の切り欠き状の凹部と平板部の突出部との間にガタ（バックラッシ）が生じるのを抑制することができる。

この場合において、好ましくは、平板部の突出部は、少なくとも円周方向に撓み変形可能なアーチ状の板バネ部を含むとともに、アーチ状の板バネ部が撓み変形した状態で、切り欠き状の凹部に対して円周方向に接触して係合するように構成されている。このように構成すれば、少なくとも円周方向に撓み変形可能なアーチ状の板バネ部により、容易に、切り欠き状の凹部を常時円周方向に付勢することができるので、容易に、胴部の切り欠き状の凹部と平板部の突出部との間にガタ（バックラッシ）が生じるのを抑制することができる。

上記第１の局面によるロボットにおいて、好ましくは、胴部の第１係合部と、平板部の第２係合部とは、第１係合部および第２係合部とは別個に設けられた弾性部材を介して係合するとともに、弾性部材が弾性変形された状態で第１係合部と第２係合部との間に介在されるように構成されている。このように構成すれば、胴部の第１係合部および平板部の第２係合部とは別個に設けられた弾性部材を介して第１係合部と第２係合部とを係合することにより、平板部を弾性材料で構成する必要がなく、別個に設けた弾性部材により、胴部と平板部とのガタ（バックラッシ）が生じるのを抑制することができる。

この場合において、好ましくは、胴部の第１係合部は、凹部からなり、平板部の第２係合部は、凸部からなり、弾性部材は、平板部の第２係合部を構成する凸部の周囲を取り囲むように凸部に装着されるとともに、凸部と凹部との間に位置する部分が弾性変形された状態で凸部と凹部との間に介在されるように構成されている。このように構成すれば、弾性部材を凸部の周囲を取り囲むように装着することにより、凸部とは別個に設けられた弾性部材を容易に凸部に装着することができるとともに、凸部を取り囲む弾性部材により、容易に、胴部の凹部と平板部の凸部との間にガタ（バックラッシ）が生じるのを抑制することができる。

上記第１の局面によるロボットにおいて、好ましくは、アクチュエータは、波動発生器を駆動するモータをさらに含む。このように構成すれば、モータにより、容易に、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車と波動発生器とからなる偏平型歯車装置をロボットアームの関節の減速機として駆動することができる。

上記第１の局面によるロボットにおいて、好ましくは、胴部の第１係合部は、円周方向に沿って等角度間隔で複数設けられており、平板部の第２係合部は、複数の第１係合部に対応するように等角度間隔で複数設けられている。このように構成すれば、胴部の第１係合部および平板部の第２係合部が等角度間隔で複数設けられていることにより、胴部が回転された際の回転力を均等に平板部に伝達することができる。

この発明の第２の局面における偏平型波動歯車装置は、内周面に内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、剛性内歯歯車の内歯に噛み合い可能な外歯が外周面に形成された可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車を半径方向に撓ませて、部分的に複数箇所で外歯を内歯に噛み合わせるとともに、噛み合わせ位置を円周方向に移動させることにより剛性内歯歯車および可撓性外歯歯車の間に相対回転運動を発生させる波動発生器とを備え、可撓性外歯歯車は、第１係合部を有する胴部と、胴部とは別個に設けられ、胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する第２係合部を有する平板部とを含む。

この発明の第２の局面による偏平型波動歯車装置では、上記のように、可撓性外歯歯車を、胴部と、胴部とは別個に設けられた平板部とを含むように構成することによって、胴部と平板部とが一体的に設けられている場合と異なり、胴部が波動発生器により半径方向に変形された場合にも、胴部とは別個に設けられた平板部は変形しないので、胴部と平板部との接続部分（係合部分）に応力集中が生じない。これにより、応力集中を緩和するために可撓性外歯歯車の胴部の軸方向の長さを所定の大きさ以上にする必要がないので、応力集中に起因する耐久性の低下を抑制しながら、可撓性外歯歯車の胴部の軸方向の長さを小さくすることができる。その結果、偏平型波動歯車装置を小型化することができる。また、胴部に、第１係合部を設けるとともに、平板部に、胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する第２係合部を設けることによって、胴部のたわみ変形時に平板部の第２係合部が胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動するので、胴部のみを半径方向にたわみ変形させることができる。これにより、胴部のたわみ変形を平板部に伝達することなく、胴部の回転力のみを平板部に伝達することができる。

この発明の第３の局面におけるアクチュエータは、内周面に内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、剛性内歯歯車の内歯に噛み合い可能な外歯が外周面に形成された可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車を半径方向に撓ませて、部分的に複数箇所で外歯を内歯に噛み合わせるとともに、噛み合わせ位置を円周方向に移動させることにより剛性内歯歯車および可撓性外歯歯車の間に相対回転運動を発生させる波動発生器と、波動発生器を駆動するモータとを備え、可撓性外歯歯車は、第１係合部を有する胴部と、胴部とは別個に設けられ、胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する第２係合部を有する平板部とを含む。

この発明の第３の局面によるアクチュエータでは、上記のように、可撓性外歯歯車を、胴部と、胴部とは別個に設けられた平板部とを含むように構成することによって、胴部と平板部とが一体的に設けられている場合と異なり、胴部が波動発生器により半径方向に変形された場合にも、胴部とは別個に設けられた平板部は変形しないので、胴部と平板部との接続部分（係合部分）に応力集中が生じない。これにより、応力集中を緩和するために可撓性外歯歯車の胴部の軸方向の長さを所定の大きさ以上にする必要がないので、応力集中に起因する耐久性の低下を抑制しながら、可撓性外歯歯車の胴部の軸方向の長さを小さくすることができる。その結果、偏平型波動歯車装置を小型化することができるので、その分、アクチュエータの小型化を図ることができる。また、胴部に、第１係合部を設けるとともに、平板部に、胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する第２係合部を設けることによって、胴部のたわみ変形時に平板部の第２係合部が胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動するので、胴部のみを半径方向にたわみ変形させることができる。これにより、胴部のたわみ変形を平板部に伝達することなく、胴部の回転力のみを平板部に伝達することができる。また、波動発生器を駆動するモータを設けることによって、モータにより、容易に、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車と波動発生器とからなる偏平型歯車装置を駆動することができる。

本発明の第１実施形態によるロボットの全体構成を示す正面図である。 本発明の第１実施形態によるロボットのロボットアームを示した分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるロボットの偏平型波動歯車装置を示した分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるロボットの偏平型波動歯車装置を示した側面図である。 本発明の第１実施形態によるロボットの偏平型波動歯車装置を示した正面図である。 本発明の第１実施形態によるロボットの偏平型波動歯車装置を示した断面図である。 本発明の第１実施形態によるロボットの偏平型波動歯車装置の可撓性外歯歯車が剛性内歯歯車に対して相対的に回転した状態を示した正面図である。 本発明の第１実施形態によるロボットに設けられた偏平型波動歯車装置の可撓性外歯歯車の胴部の変形形状を説明するための正面図である。 本発明の第２実施形態によるロボットに設けられた偏平型波動歯車装置の可撓性外歯歯車の円板部を示した斜視図である。 本発明の第２実施形態によるロボットに設けられた偏平型波動歯車装置の可撓性外歯歯車を示した側面図である。 本発明の第３実施形態による偏平型波動歯車装置の可撓性外歯歯車を示した側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図８を参照して、本発明の第１実施形態によるロボット１００の構造について説明する。

第１実施形態によるロボット１００は、図１に示すように、ロボットアーム１と、ロボットアーム１を支持する胴体２とにより構成されている。ロボットアーム１は、複数（第１実施形態では７つ）のアーム１０、１１、１２、１３、１４、１５および１６により構成されている。胴体２側のアーム１０は、胴体２の接続部分に対して回転軸Ｌ１を中心に回転可能に取り付けられている。また、複数のアーム１０〜１６は、図２に示すように、所定の方向に屈曲または回転可能なように関節部２０、２１、２２および２３によって接続されている。なお、関節部２０〜２３は、本発明の「関節」の一例である。

具体的には、図１および図２に示すように、アーム１１は、関節部２０を介してアーム１０に接続されており、アーム１０に対して回転軸Ｌ２を中心に屈曲（回動）されるように構成されている。また、アーム１２は、関節部２１を介してアーム１１に接続されており、アーム１１に対して回転軸Ｌ３（図１参照）を中心に回転されるように構成されている。また、アーム１３は、関節部２２を介してアーム１２に接続されており、アーム１２に対して回転軸Ｌ４を中心に屈曲（回動）されるように構成されている。また、アーム１４は、関節部２３を介してアーム１３に接続されており、アーム１３に対して回転軸Ｌ３を中心に回転されるように構成されている。また、アーム１４には、回転軸Ｌ５を中心に屈曲（回動）されるようにアーム１５が取り付けられている。また、アーム１５には、回転軸Ｌ６を中心に回動されるようにアーム１６が取り付けられている。

ここで、第１実施形態では、図２に示すように、アーム１２とアーム１３とを接続する関節（関節部２２）には、アーム１２に対してアーム１３を屈曲（回動）させるアーム回動装置５０が設けられている。なお、アーム回動装置５０は、本発明の「アクチュエータ」の一例である。このアーム回動装置５０は、アーム１３側に固定された偏平型波動歯車装置３０と、アーム１２側に固定されたモータ４０とにより構成されている。また、アーム回動装置５０は、アーム１２側に固定されたモータ４０が駆動された場合に、モータ４０のモータ軸（図示せず）の回転をアーム１３側に固定された偏平型波動歯車装置３０により減速させてアーム１３側に伝達するように構成されている。

偏平型波動歯車装置３０は、図３〜図６に示すように、アーム１２（図２参照）側（矢印Ｚ２方向側）に固定され、内歯３１ａが内周面部に形成された環状の剛性内歯歯車３１と、モータ４０（図２参照）の駆動に伴って回転駆動される波動発生器３２と、波動発生器３２の外周部分に嵌め合わされる胴部３３および円板部３４により構成される可撓性外歯歯車３５とを含んでいる。なお、円板部３４は、本発明の「平板部」の一例である。

剛性内歯歯車３１の内周面部は、円形形状に形成されている。また、剛性内歯歯車３１の内歯３１ａは、図３に示すように、剛性内歯歯車３１の内周面部全体に渡って円周方向に隣接するように複数形成されている。この内歯３１ａの歯数は、後述する可撓性外歯歯車３５の外歯３３ａの歯数よりも２枚程度多くなるように構成されている。

波動発生器３２は、円筒形状の胴部３３の内側に配置されている。また、波動発生器３２は、楕円形状の外周面を有している。具体的には、波動発生器３２は、図３、図６および図７に示すように、楕円形状の外周面を有する波動プラグ３２ａと、波動プラグ３２ａの外周部分に嵌め合わされた波動ベアリング３２ｂとを含んでいる。波動ベアリング３２ｂは、波動プラグ３２ａに固定された内輪部３２ｃと、ボール３２ｄと、弾性変形可能な外輪部３２ｅとにより構成されている。波動プラグ３２ａは、モータ４０の駆動に伴って回転されるように構成されている。また、波動ベアリング３２ｂの外輪部３２ｅは、回転される楕円形状の波動プラグ３２ａの形状を反映するように、内輪部３２ｃおよびボール３２ｄを介して弾性変形可能に構成されている。

ここで、第１実施形態では、可撓性外歯歯車３５は、円筒形状の胴部３３と、胴部３３とは別個に設けられ、胴部３３の開口の一方側（図２のアーム１３側（矢印Ｚ１方向側））に配置される金属製の円板部３４とにより構成されている。可撓性外歯歯車３５の胴部３３は、環状の剛性内歯歯車３１の内側に配置されている。また、可撓性外歯歯車３５の胴部３３の外周面部には、剛性内歯歯車３１の内歯３１ａと噛み合い可能な複数の外歯３３ａが形成されている。また、可撓性外歯歯車３５の胴部３３は、図５、図７および図８に示すように、波動発生器３２が駆動された場合に、嵌め合わされている波動発生器３２の波動ベアリング３２ｂの外輪部３２ｅの外周面形状を反映するようにたわみ変形（弾性変形）されるように構成されている。つまり、胴部３３は、波動発生器３２の楕円形状の外周面形状に沿って楕円形状にたわみ変形される。

このように、剛性内歯歯車３１の内側に配置された胴部３３が波動発生器３２の楕円形状の外周面形状を反映するように楕円形状に変形されることによって、楕円形状の長手方向の両端部近傍の２箇所の外歯３３ａのみが、剛性内歯歯車３１の内歯３１ａと部分的に（図５および図７の領域Ａ参照）噛み合うように構成されている。これにより、波動発生器３２の回転に伴って可撓性外歯歯車３５の胴部３３の外歯３３ａと剛性内歯歯車３１の内歯３１ａ（図３参照）との噛み合わせ位置（図５および図７の領域Ａ）を、円周方向に移動させることが可能となる。この際、外歯３３ａの歯数が内歯３１ａ（図３参照）の歯数よりも２枚程度少ないので、波動発生器３２の波動プラグ３２ａが３６０度回転されると、外歯３３ａの歯数と内歯３１ａの歯数の差分に応じて、剛性内歯歯車３１（図３参照）に対して可撓性外歯歯車３５が微小量だけ波動プラグ３２ａの回転方向と逆方向に相対的に回転される。これにより、モータ４０の回転運動を減速して可撓性外歯歯車３５に伝達することが可能となる。

また、図３〜図６に示すように、可撓性外歯歯車３５の胴部３３の円板部３４側の矢印Ｚ１方向（図３参照）側の端部には、矢印Ｚ２方向に窪む切り欠き状の凹部３３ｂが４つ形成されている。これら切り欠き状の凹部３３ｂは、後述する円板部３４の突出部３４ａに対して半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合するように構成されている。なお、凹部３３ｂは、本発明の「第１係合部」の一例である。また、４つの凹部３３ｂは、円周方向に沿って等角度（約９０度）間隔で胴部３３の円板部３４側の端部に形成されている。また、各々の凹部３３ｂは、凹部３３ｂの円周方向の両側面３３ｃが互いに平行に対向するように形成されている。

また、第１実施形態では、胴部３３とは別個に設けられた円板部３４は、波動発生器３２の波動プラグ３２ａの回転に伴って、胴部３３と共に回転されるように構成されている。また、円板部３４には、胴部３３の凹部３３ｂが半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合される突出部３４ａが形成されている。この突出部３４ａは、半径方向の外側に向かって突出するように形成されている。なお、突出部３４ａは、本発明の「第２係合部」および「凸部」の一例である。また、突出部３４ａは、突出部３４ａの円周方向の両側面３４ｂが半径方向の外側に向かって互いに平行に延びるように構成されている。また、図４および図５に示すように、円板部３４の突出部３４ａの幅Ｗ１は、胴部３３の凹部３３ｂの幅Ｗ２よりも若干小さくなるように形成されている。これにより、胴部３３が半径方向にたわみ変形された場合にも、胴部３３の凹部３３ｂを、円板部３４の突出部３４ａに対して相対的に半径方向にスムーズに移動させることが可能となる。

また、円板部３４の突出部３４ａは、図３および図５に示すように、４つの胴部３３の凹部３３ｂと対応するように、円周方向に沿って等角度（約９０度）間隔で４つ設けられている。

また、円板部３４には、６つの開口部３４ｃが円周方向に等角度（約６０度）間隔で形成されている。これら開口部３４ｃを介して円板部３４をアーム１３に固定することによって、波動発生器３２の波動プラグ３２ａに入力された回転を可撓性外歯歯車３５により減速してアーム１３側に伝達することが可能となる。

上記した構成を有する偏平型波動歯車装置３０の動作としては、図８に示すように、楕円形状の波動プラグ３２ａがモータ４０（図２参照）により回転されることにより、波動プラグ３２ａの楕円形状の長軸方向がＸ方向に位置する場合には、可撓性外歯歯車３５の胴部３３は、図８のＢに示すように、Ｘ方向に延びるようにたわみ変形される。この場合、Ｘ方向の両端部の領域３００ａおよび３００ｂにおいては、胴部３３の凹部３３ｂは、円板部３４の突出部３４ａの両側面３４ｂに沿って半径方向の外側に向かってスライドされる。また、楕円形状の波動プラグ３２ａがモータ４０により回転されることにより、波動プラグ３２ａの楕円形状の長軸方向がＹ方向に位置する場合には、可撓性外歯歯車３５の胴部３３は、図８のＣに示すように、Ｙ方向に延びるようにたわみ変形される。この場合、Ｘ方向の両端部の領域３００ａおよび３００ｂにおいては、胴部３３の凹部３３ｂは、円板部３４の突出部３４ａの両側面３４ｂに沿って半径方向の内側に向かってスライドされる。

第１実施形態では、上記のように、アーム回動装置５０の可撓性外歯歯車３５を、胴部３３と、胴部３３とは別個に設けられた円板部３４とを含むように構成することによって、胴部３３と円板部３４とが一体的に設けられている場合と異なり、胴部３３が波動発生器３２により半径方向に変形された場合にも、胴部３３とは別個に設けられた円板部３４は変形しないので、胴部３３と円板部３４との接続部分（係合部分）に応力集中が生じない。これにより、応力集中を緩和するために可撓性外歯歯車３５の胴部３３の軸方向の長さを所定の大きさ以上にする必要がないので、応力集中に起因する耐久性の低下を抑制しながら、可撓性外歯歯車３５の胴部３３の軸方向の長さを小さくすることができる。その結果、アーム回動装置５０を小型化することができるので、ロボット１００の小型化を図ることができる。また、胴部３３に、凹部３３ｂを設けるとともに、円板部３４に、胴部３３の凹部３３ｂに対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する突出部３４ａを設けることによって、胴部３３のたわみ変形時に円板部３４の突出部３４ａが胴部３３の凹部３３ｂに対して相対的に半径方向に移動するので、胴部３３のみを半径方向にたわみ変形させることができる。これにより、胴部３３のたわみ変形を円板部３４に伝達することなく、胴部３３の回転力のみを円板部３４に伝達することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、胴部３３の凹部３３ｂを、突出部３４ａに対して半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合可能な切り欠き状に形成することによって、胴部３３が波動発生器３２により半径方向に変形された場合に、凹部３３ｂと突出部３４ａとの係合状態を維持した状態で、胴部３３ｂの切り欠き状の凹部３３ｂが突出部３４ａに沿って半径方向にスライド移動されるので、容易に、胴部３３のみを半径方向に変形させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、胴部３３の凹部３３ｂを、円周方向に沿って等角度間隔で複数設けるとともに、円板部３４の突出部３４ａを、複数の凹部３３ｂに対応するように等角度間隔で複数設けることによって、胴部３３が回転された際の回転力を均等に円板部３４に伝達することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、アーム回動装置５０に、波動発生器３２を駆動するモータ４０を設けることによって、モータ４０により、容易に、剛性内歯歯車３１と可撓性外歯歯車３５と波動発生器３２とからなる偏平型歯車装置３０をロボットアーム１の関節部２２の減速機として駆動することができる。

（第２実施形態）
次に、図９および図１０を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、円板部１３４の突出部１３４ａに円周方向に撓み変形可能な板バネ部１３４ｄを設けることにより、突出部１３４ａが胴部３３の凹部３３ｂに対して円周方向に常時付勢して係合される構成について説明する。

第２実施形態によるロボットの可撓性外歯歯車１３５（図１０参照）の円板部１３４は、図９に示すように、胴部３３とは別個に（別体で）設けられているとともに、胴部３３と共に回転されるように構成されている。なお、円板部１３４は、本発明の「平板部」の一例である。また、円板部１３４には、胴部３３の凹部３３ｂに対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合可能な半径方向に突出する突出部１３４ａが形成されている。なお、突出部１３４ａは、本発明の「第２係合部」および「凸部」の一例である。

ここで、第２実施形態では、図９および図１０に示すように、金属製の円板部１３４の突出部１３４ａの円周方向の両端部には、アーチ状の板バネ部１３４ｄが一体的に形成されている。このアーチ状の板バネ部１３４ｄは、端部が胴部３３の矢印Ｚ２方向側に向かうように湾曲している。なお、板バネ部１３４ｄは、本発明の「バネ部」の一例である。また、板バネ部１３４ｄは、円周方向にたわみ変形可能に構成されている。これにより、板バネ部１３４ｄは、図９に示すように、板バネ部１３４ｄが円周方向にたわみ変形した状態で、切り欠き状の凹部３３ｂ（図１０参照）に対して円周方向に常時接触して係合している。つまり、この第２実施形態における突出部１３４ａのたわみ変形しない状態の幅Ｗ３は、胴部３３の凹部３３ｂの幅Ｗ２（図１０参照）よりも大きくなるように構成されており、板バネ部１３４ｄをたわみ変形させることにより突出部１３４ａの幅Ｗ３を幅Ｗ２にまで小さくした状態で、突出部１３４ａが胴部３３の凹部３３ｂに嵌め込まれている。なお、突出部１３４ａが凹部３３ｂに嵌め込まれた状態において、板バネ部１３４ｄの凹部３３ｂに対する付勢力は、突出部１３４ａが凹部３３ｂに対して相対的に半径方向に移動可能な大きさの付勢力である。

また、円板部１３４の突出部１３４ａは、４つの胴部３３の凹部３３ｂに対応するように、等角度（約９０度）間隔で４つ設けられている。また、円板部１３４には、図９に示すように、６つの開口部１３４ｃが形成されている。これら６つの開口部１３４ｃは、それぞれ、円板部１３４の平板面上に円周方向に等角度（約６０度）間隔で形成されている。これら開口部１３４ｃを介して円板部１３４をアーム１３に固定することによって、波動発生器３２の波動プラグ３２ａに入力された回転を可撓性外歯歯車１３５により減速してアーム１３側に伝達することが可能となる。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、円板部１３４の突出部１３４ａに、円周方向に撓み変形可能なアーチ状の板バネ部１３４ｄを設けるとともに、アーチ状の板バネ部１３４ｄが撓み変形した状態で、突出部１３４ａを、胴部３３の切り欠き状の凹部３３ｂに対して円周方向に接触して係合するように構成することによって、円板部１３４の突出部１３４ａのアーチ状の板バネ部１３４ｄにより胴部３３の切り欠き状の凹部３３ｂを常時円周方向に付勢することができる。これにより、可撓性外歯歯車１３５の胴部３３と剛性内歯歯車３１との相対回転運動時に胴部３３の切り欠き状の凹部３３ｂと円板部１３４の突出部１３４ａとの間にガタ（バックラッシ）が生じるのを抑制することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、図１１を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、上記第２実施形態とは異なり、円板部２３４の突出部２３４ａと胴部３３の凹部３３ｂとを、突出部２３４ａおよび凹部３３ｂとは別個に設けられた弾性部材２００を介して係合させる構成について説明する。

この第３実施形態では、上記した第１および第２実施形態と同様、図１１に示すように、金属製の円板部２３４は、胴部３３とは別個に（別体で）設けられているとともに、胴部３３と共に回転されるように構成されている。なお、円板部２３４は、本発明の「平板部」の一例である。また、円板部２３４には、胴部３３の凹部３３ｂに対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合可能な半径方向に突出する突出部２３４ａが形成されている。なお、突出部２３４ａは、本発明の「第２係合部」および「凸部」の一例である。

ここで、この第３実施形態では、胴部３３の凹部３３ｂと円板部２３４の突出部２３４ａとは、ゴム製または弾性変形可能な樹脂製の弾性部材２００を介して係合するように構成されている。具体的には、円板部２３４の突出部２３４ａには、突出部２３４ａの周囲を取り囲むように厚みｔ１の弾性部材２００が取り付けられている。そして、弾性部材２００は、胴部３３に円板部２３４が組み込まれた場合に、胴部３３の凹部３３ｂと円板部２３４の突出部２３４ａとの間に位置する部分が弾性変形された状態で突出部２３４ａと凹部３３ｂとの間に介在されている。つまり、この第３実施形態では、突出部２３４ａの幅Ｗ４は、胴部３３の凹部３３ｂの幅Ｗ２よりも小さくなるように構成されているとともに、弾性部材２００の厚みｔ１は、突出部２３４ａと凹部３３ｂとの間の隙間よりも大きくなるように構成されている。そして、弾性部材２００の突出部２３４ａと凹部３３ｂとの間に位置する部分の厚みｔ１を、弾性部材２００を弾性変形させることにより厚みｔ２にまで小さくした状態で、突出部２３４ａが胴部３３の凹部３３ｂに嵌め込まれている。なお、突出部２３４ａが凹部３３ｂに嵌め込まれた状態において、弾性部材２００の凹部３３ｂに対する弾性力（付勢力）は、突出部２３４ａが凹部３３ｂに対して相対的に半径方向に移動可能な大きさの弾性力（付勢力）である。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。

第３実施形態では、上記のように、胴部３３の凹部３３ｂと円板部２３４の突出部２３４ａとを、凹部３３ｂおよび突出部２３４ａとは別個に設けられた弾性部材２００を介して係合するとともに、弾性部材２００が弾性変形された状態で凹部３３ｂと突出部２３４ａとの間に介在されるように構成することによって、円板部２３４を弾性材料で構成する必要がなく、別個に設けた弾性部材２００により、胴部３３と円板部２３４とのガタ（バックラッシ）が生じるのを抑制することができる。

また、第３実施形態では、上記のように、弾性部材２００を、円板部２３４の突出部２３４ａの周囲を取り囲むように装着することによって、突出部２３４ａとは別個に設けられた弾性部材２００を容易に突出部２３４ａに装着することができる。また、突出部２３４ａと凹部３３ｂとの間に位置する部分が弾性変形された状態で突出部２３４ａと凹部３３ｂとの間に介在されるように配置することによって、突出部２３４ａを取り囲む弾性部材２００により、容易に、胴部３３の凹部３３ｂと円板部２３４の突出部２３４ａとの間にガタ（バックラッシ）が生じるのを抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、ロボットアームとロボットアームを支持する胴体とにより構成されたロボットに本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。関節を有するロボットであれば、ロボットアームとロボットアームを支持する胴体とにより構成されたロボット以外のロボットに本発明を適用してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、偏平型波動歯車装置をロボットアームの関節部に設けた例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ロボットアームの関節部以外のたとえば減速装置などに本発明の偏平型波動歯車装置を設けてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、可撓性外歯歯車の胴部に切り欠き状の凹部を設けるとともに、可撓性外歯歯車の円板部に凹部と係合可能な凸部としての突出部を設けた例について示したが、本発明はこれに限られない。可撓性外歯歯車の円板部（平板部）に凹部を設けるとともに、可撓性外歯歯車の胴部に円板部（平板部）の凹部と係合可能な凸部（突出部）を設けるようにしてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、可撓性外歯歯車の胴部に、可撓性外歯歯車の円板部の凸部としての突出部に係合可能な切り欠き状の凹部を設ける例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、胴部が円板部に対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合可能であれば、たとえば、円板部の突出部を挿入可能な開口部（穴部）など、切り欠き状の凹部以外の係合部を胴部に設けてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、胴部の凹部および円板部の突出部を、それぞれ、円周方向に沿って等角度間隔で４つ設けた例について示したが、本発明はこれに限られない。胴部の凹部および円板部の突出部を、それぞれ、円周方向に沿って１つ設けてもよいし、等角度間隔で２つ、３つまたは５つ以上ずつ設けてもよい。また、胴部の凹部および円板部の突出部を、それぞれ、円周方向に沿って等角度間隔で設けなくてもよい。

また、上記第２実施形態では、円板部の突出部に円周方向に撓み変形可能なアーチ状の板バネ部を一体的に設けた例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、円周方向に撓み変形可能であれば、たとえば、円板部の突出部に円周方向に撓み変形可能なコイルバネを設けるなど、アーチ状の板バネ以外のバネ部を設けてもよい。また、バネ部を、円板部に一体的に設けずに、円板部とは別個に設けてもよい。

１ ロボットアーム
２０〜２３ 関節部（関節）
３０ 偏平型波動歯車装置
３１ 剛性内歯歯車
３１ａ 内歯
３２ 波動発生器
３３ 胴部
３３ａ 外歯
３３ｂ 凹部（第１係合部）
３４、１３４、２３４ 円板部（平板部）
３４ａ、１３４ａ、２３４ａ 突出部（第２係合部、凸部）
３５、１３５ 可撓性外歯歯車
４０ モータ
５０ アーム回動装置（アクチュエータ）
１００ ロボット
１３４ｄ 板バネ部（バネ部）
２００ 弾性部材

Claims (11)

1. 関節を有するロボットアームと、
   前記ロボットアームの関節を回動させるアクチュエータとを備え、
   前記アクチュエータは、
   内周面に内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、
   前記剛性内歯歯車の内歯に噛み合い可能な外歯が外周面に形成された可撓性外歯歯車と、
   前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓ませて、部分的に複数箇所で外歯を内歯に噛み合わせるとともに、噛み合わせ位置を円周方向に移動させることにより前記剛性内歯歯車および前記可撓性外歯歯車の間に相対回転運動を発生させる波動発生器とを含み、
   前記可撓性外歯歯車は、第１係合部を有する胴部と、前記胴部とは別個に設けられ、前記胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する第２係合部を有する平板部とを含む、ロボット。
2. 前記胴部の第１係合部は、前記胴部の前記平板部側に設けられた凹部または凸部の一方を含み、
   前記平板部の第２係合部は、前記凹部または前記凸部の一方からなる前記第１係合部に対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する前記凹部または前記凸部の他方を含む、請求項１に記載のロボット。
3. 前記胴部の第１係合部は、前記凹部からなるとともに、前記平板部の第２係合部は、前記凸部からなり、
   前記平板部の第２係合部を構成する凸部は、半径方向に突出する突出部を含み、
   前記胴部の第１係合部を構成する凹部は、前記胴部の前記平板部側の端部に設けられ、前記突出部に対して半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合可能な切り欠き状の凹部を含む、請求項２に記載のロボット。
4. 前記平板部の突出部は、少なくとも円周方向に撓み変形可能なバネ部を含むとともに、前記バネ部が撓み変形した状態で、前記切り欠き状の凹部に対して円周方向に接触して係合するように構成されている、請求項３に記載のロボット。
5. 前記平板部の突出部は、少なくとも円周方向に撓み変形可能なアーチ状の板バネ部を含むとともに、前記アーチ状の板バネ部が撓み変形した状態で、前記切り欠き状の凹部に対して円周方向に接触して係合するように構成されている、請求項４に記載のロボット。
6. 前記胴部の第１係合部と、前記平板部の第２係合部とは、前記第１係合部および前記第２係合部とは別個に設けられた弾性部材を介して係合するとともに、前記弾性部材が弾性変形された状態で前記第１係合部と前記第２係合部との間に介在されるように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボット。
7. 前記胴部の第１係合部は、凹部からなり、前記平板部の第２係合部は、凸部からなり、
   前記弾性部材は、前記平板部の第２係合部を構成する前記凸部の周囲を取り囲むように前記凸部に装着されるとともに、前記凸部と前記凹部との間に位置する部分が弾性変形された状態で前記凸部と前記凹部との間に介在されるように構成されている、請求項６に記載のロボット。
8. 前記胴部の第１係合部は、円周方向に沿って等角度間隔で複数設けられており、
   前記平板部の第２係合部は、複数の前記第１係合部に対応するように等角度間隔で複数設けられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のロボット。
9. 前記アクチュエータは、前記波動発生器を駆動するモータをさらに含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載のロボット。
10. 内周面に内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、
    前記剛性内歯歯車の内歯に噛み合い可能な外歯が外周面に形成された可撓性外歯歯車と、
    前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓ませて、部分的に複数箇所で外歯を内歯に噛み合わせるとともに、噛み合わせ位置を円周方向に移動させることにより前記剛性内歯歯車および前記可撓性外歯歯車の間に相対回転運動を発生させる波動発生器とを備え、
    前記可撓性外歯歯車は、第１係合部を有する胴部と、前記胴部とは別個に設けられ、前記胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する第２係合部を有する平板部とを含む、偏平型波動歯車装置。
11. 内周面に内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、
    前記剛性内歯歯車の内歯に噛み合い可能な外歯が外周面に形成された可撓性外歯歯車と、
    前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓ませて、部分的に複数箇所で外歯を内歯に噛み合わせるとともに、噛み合わせ位置を円周方向に移動させることにより前記剛性内歯歯車および前記可撓性外歯歯車の間に相対回転運動を発生させる波動発生器と、
    前記波動発生器を駆動するモータとを備え、
    前記可撓性外歯歯車は、第１係合部を有する胴部と、前記胴部とは別個に設けられ、前記胴部の第１係合部に対して相対的に半径方向に移動可能な状態で円周方向に係合する第２係合部を有する平板部とを含む、アクチュエータ。

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