JP2016003754A - 減速機、ロボットおよびロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】小型化すること。
【解決手段】実施形態に係る減速機は、入力シャフトと、入力ギヤと、第１交差軸ギヤと、第２交差軸ギヤと、遊星ギヤと、出力シャフトとを備える。入力シャフトは、軸まわりに回転する。入力ギヤは、単一であり、入力シャフトに設けられる。第１交差軸ギヤは、入力ギヤに噛合し、入力シャフトの軸と直交する回転軸を有する。第２交差軸ギヤは、第１交差軸ギヤと重複する噛合範囲で入力ギヤに噛合し、第１交差軸ギヤの回転軸と一致する回転軸を有し、第１交差軸ギヤと対向する。第１交差軸ギヤと第２交差軸ギヤとは歯数が異なる。遊星ギヤは、第１交差軸ギヤと第２交差軸ギヤとの間で第１交差軸ギヤおよび第２交差軸ギヤに噛合し、第１交差軸ギヤおよび第２交差軸ギヤの回転軸と直交する回転軸を有する。出力シャフトは、遊星ギヤが回転可能に固定され、遊星ギヤを介して入力シャフトの軸と直交する軸まわりに回転する。
【選択図】図１

Description

開示の実施形態は、減速機、ロボットおよびロボットシステムに関する。

従来、ロボットには、大減速比を達成することができる差動式の減速機を用いることが多い。差動減速機には、たとえば、入力シャフトと出力シャフトとの間に遊星ギヤを備えるものがある（たとえば、特許文献１参照）。

かかる減速機では、入力シャフトの軸方向に歯数が異なる２つの入力ギヤが設けられる。２つの入力ギヤには、それぞれの歯数に応じた歯数の交差軸ギヤが噛合する。２つの交差軸ギヤは、歯数が異なるため、互いに径が異なる。また、２つの交差軸ギヤは、回転軸が一致するとともに、互いに対向して設けられる。

２つの交差軸ギヤの間には、交差軸ギヤの回転軸と直交する回転軸を有する遊星ギヤが設けられる。遊星ギヤは、出力シャフトの軸まわりに回転可能に設けられ、２つの交差軸ギヤの回転によって、自身の回転軸まわりに回転（自転）するとともに、交差軸ギヤの回転軸、すなわち、出力シャフトの軸まわりに回転（公転）する。これにより、出力シャフトが軸まわりに回転する。

米国特許第１８０２１１２号明細書

しかしながら、上述したような従来の減速機では、入力シャフトには、２つの交差軸ギヤのそれぞれに噛合する２つの入力ギヤを配設するためのスペースが必要であった。したがって、従来の減速機は、大型なものであった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化することができる減速機、ロボットおよびロボットシステムを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る減速機は、入力シャフトと、入力ギヤと、第１交差軸ギヤと、第２交差軸ギヤと、遊星ギヤと、出力シャフトとを備える。入力シャフトは、軸まわりに回転する。入力ギヤは、単一であり、入力シャフトに同軸で設けられる。第１交差軸ギヤは、入力ギヤに噛合し、入力シャフトの軸と直交する回転軸を有する。第２交差軸ギヤは、第１交差軸ギヤと重複する噛合範囲で入力ギヤに噛合し、第１交差軸ギヤの回転軸と一致する回転軸を有するとともに、第１交差軸ギヤと対向する。また、第２交差軸ギヤは、第１交差軸ギヤとは歯数が異なる。遊星ギヤは、第１交差軸ギヤと第２交差軸ギヤとの間で第１交差軸ギヤおよび第２交差軸ギヤに噛合し、第１交差軸ギヤの回転軸および第２交差軸ギヤの回転軸と直交する回転軸を有する。出力シャフトは、遊星ギヤが回転可能に固定され、遊星ギヤを介して入力シャフトの軸と直交する軸まわりに回転する。

実施形態の一態様によれば、小型化することができる。

図１は、実施形態に係る減速機の説明図である。 図２Ａは、従来のギヤ構成を示す模式側断面図である。 図２Ｂは、ギヤ構成を示す模式側断面図である。 図２Ｃは、交差軸ギヤの噛み合い例の説明図である。 図３Ａは、交差軸ギヤの位置ずらしの説明図である。 図３Ｂは、交差軸ギヤの歯幅の説明図である。 図３Ｃは、交差軸ギヤの歯たけの説明図である。 図４は、減速機の他の例を示す模式斜視図である。 図５は、実施形態に係るロボットおよびロボットシステムの説明図である。 図６は、ロボットの関節部を示す模式側断面図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する減速機、ロボットおよびロボットシステムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る減速機の説明図（模式斜視図）である。図１では、各軸および各ギヤの位置関係を明確にするために、互いに３次元で直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定する。なお、これから説明する減速機は、遊星ギヤを介して減速する減速機であり、いわゆる差動減速機である。

図１に示すように、減速機１は、入力シャフト２と、入力ギヤ３と、第１交差軸ギヤ４と、第２交差軸ギヤ５と、遊星ギヤ６と、出力シャフト７とを備える。入力シャフト２は、基端側が図示しない駆動源（たとえば、サーボモータ）に連結される。入力シャフト２は、駆動源からの駆動力によって軸（入力軸）Ｌ_ｉｎまわりに回転する。

入力シャフト２の先端側には、１つの入力ギヤ３が入力シャフト２と同軸に設けられる。入力ギヤ３は、回転軸Ｒ_０が入力軸Ｌ_ｉｎと一致し、入力シャフト２の回転に伴い、入力シャフト２の回転方向と同方向に回転する。

第１交差軸ギヤ４は、入力ギヤ３に噛合する。第１交差軸ギヤ４は、入力シャフト２の軸、すなわち、入力軸Ｌ_ｉｎおよび入力ギヤ３の回転軸Ｒ_０と直交する回転軸Ｒ_１を有する。第１交差軸ギヤ４は、入力ギヤ３の回転に連動して回転する。なお、「直交」とは、必ずしも厳密な直交を意味しない。ここでは、僅かな誤差があっても直交の範疇に含まれることとする。すなわち、直交の範疇には、「略直交」が含まれる。「直交」という文言については、以下の説明においても同様である。

第２交差軸ギヤ５は、第１交差軸ギヤ４と同様に入力ギヤ３に噛合する。このとき、第２交差軸ギヤ５は、第１交差軸ギヤ４と重複する噛合範囲で入力ギヤ３に噛合する。なお、噛合範囲とは、入力ギヤ３の歯面に対して第１交差軸ギヤ４または第２交差軸ギヤ５が接触する範囲である。そして、重複する噛合範囲とは、入力ギヤ３の歯面に対して第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５が共通して接触する範囲である。

また、第２交差軸ギヤ５は、第１交差軸ギヤ４と一致する回転軸Ｒ_２を有するとともに、第１交差軸ギヤ４と対向して配置される。第２交差軸ギヤ５は、入力ギヤ３の回転に連動して、第１交差軸ギヤ４とは反対方向に回転する。ここで、第１交差軸ギヤ４と第２交差軸ギヤ５とは、歯数が異なる。なお、図１には、第１交差軸ギヤ４の歯数が第２交差軸ギヤ５の歯数よりも少ない例を示しているが、歯数の多寡を逆としてもよい。

遊星ギヤ６は、互いに対向する第１交差軸ギヤ４と第２交差軸ギヤ５との間に設けられ、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５のそれぞれに噛合する。遊星ギヤ６は、第１交差軸ギヤ４の回転軸Ｒ_１および第２交差軸ギヤ５の回転軸Ｒ_２と直交する回転軸Ｒ_３を有する。

出力シャフト７は、入力軸Ｌ_ｉｎと直交する軸（出力軸）Ｌ_ｏｕｔを有し、出力軸Ｌ_ｏｕｔまわりに回転する。なお、出力シャフト７の形状については、図２Ｂを用いて後述する。

また、出力シャフト７には、上述した遊星ギヤ６が出力軸Ｌ_ｏｕｔと直交する回転軸Ｒ_３まわりに回転可能に固定される。遊星ギヤ６は、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５が互いに反対方向に回転することで、回転軸Ｒ_３まわりに回転（自転）する。さらに、遊星ギヤ６は、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５の歯数の差によって、出力軸Ｌ_ｏｕｔまわりに回転（公転）する。

そして、出力シャフト７は、遊星ギヤ６の公転によって、遊星ギヤ６の公転方向と同方向に回転する。また、出力シャフト７は、入力シャフト２の回転速度よりも低速で回転する。

ここで、図１に示すように、減速機１では、１つの入力ギヤ３に対して第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５の２つの交差軸ギヤが噛合する。そのため、入力シャフト２において、入力ギヤ３を配設するためのスペースを抑えることができる。この結果、減速機１を小型化することができる。また、入力ギヤ３が１つであるため、部品点数が少なくなる。これにより、構造が簡素となる。

なお、実施形態に係る減速機１では、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５をベベルギヤとした。また、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５を等しいピッチで異なる径とした。かかる構成については、図２Ｂおよび図２Ｃを用いて後述する。

また、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５を異なる径とした場合、そのうちいずれか小径な方の歯幅を入力ギヤ３の歯幅に応じて小さくする。さらに、歯幅に加え、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５のいずれか小径な方の歯たけを入力ギヤ３の歯たけに応じて低くする。このような歯幅や歯たけの調整については、図３Ａ〜図３Ｃを用いて後述する。

また、実施形態に係る減速機１では、各ギヤをベベルギヤとしたが、ベベルギヤの他、たとえば、入力ギヤをスパーギヤ、第１交差軸ギヤおよび第２交差軸ギヤをフェースギヤとしてもよい。また、遊星ギヤをスパーギヤとしてもよい。

さらに、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５を異なるピッチで等しい径とする構成としてもよい。

以下、図２Ａ〜図２Ｃを参照して実施形態に係る減速機についてさらに詳しく説明する。図２Ａは、比較例としての従来のギヤ構成を示す模式側断面図である。図２Ｂは、実施形態に係る減速機のギヤ構成を示す模式側断面図である。図２Ｃは、交差軸ギヤの噛み合い例の説明図（模式側断面図）である。

なお、図２Ａ〜図２Ｃでは、互いに３次元で直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｘ軸の正方向を、図中の奥から手前へと向かう方向とする。

図２Ａに示すように、従来の減速機１０１は、入力シャフト１０２と、入力ギヤ１０３ａ，１０３ｂと、第１交差軸ギヤ１０４と、第２交差軸ギヤ１０５と、遊星ギヤ１０６と、出力シャフト１０７とを備える。

減速機１０１におけるギヤ構成では、入力シャフト１０２に２つの入力ギヤ１０３ａ，１０３ｂがＹ軸方向に直列に並んで設けられる。２つの入力ギヤ１０３ａ，１０３ｂは、ともにベベルギヤである。

第１交差軸ギヤ１０４は、ベベルギヤであり、２つの入力ギヤ１０３ａ，１０３ｂのうちＹ軸の正方向先側の入力ギヤ１０３ａに噛合する。第１交差軸ギヤ１０４は、後述する第２交差軸ギヤ１０５と等しいピッチで、第２交差軸ギヤ１０５よりも歯数が少ない。そのため、第１交差軸ギヤ１０４は、第２交差軸ギヤ１０５よりも小径である。

第２交差軸ギヤ１０５は、ベベルギヤであり、２つの入力ギヤ１０３ａ，１０３ｂのうちＹ軸の正方向後側の入力ギヤ１０３ｂに噛合する。第２交差軸ギヤ１０５は、第１交差軸ギヤ１０４よりも歯数が多く、大径である。

遊星ギヤ１０６は、互いに対向する第１交差軸ギヤ１０４と第２交差軸ギヤ１０５との間に設けられ、第１交差軸ギヤ１０４および第２交差軸ギヤ１０５のそれぞれに噛合する。遊星ギヤ１０６は、図２Ａの例では４つであり、後述する出力シャフト１０７の軸まわりに、回転軸が直交するように設けられるとともに、９０度の位相差を有して設けられる。なお、図２Ａには、４つの遊星ギヤ１０６のうちの３つを示している。

出力シャフト１０７は、Ｙ軸方向に沿って設けられる入力シャフト１０２に対して直交、すなわち、Ｚ軸方向に沿って設けられる。また、出力シャフト１０７は、４つの遊星ギヤ１０６が同期的に公転することによって、入力シャフト１０２の回転速度よりも減速して回転する。減速機１０１では、かかるギヤ構成とすることで、入力側からの回転駆動力を出力側において低速、かつ、高トルクで出力することができる。

ところが、減速機１０１のようなギヤ構成では、入力シャフト１０２に、第１交差軸ギヤ１０４および第２交差軸ギヤ１０５の２つの交差軸ギヤをＹ軸方向に直列で配設するためのスペースが必要であった。したがって、減速機１０１は、Ｙ軸方向に長くなり、大型であった。さらに、大型であるため、コスト高であった。

また、減速機１０１は、第１交差軸ギヤ１０４および第２交差軸ギヤ１０５のそれぞれが噛合する２つの入力ギヤ１０３ａ，１０３ｂがあるため、部品点数が多く、構造が複雑であった。

そこで、実施形態に係る減速機１では、図２Ｂに示すように、入力シャフト２に単一の入力ギヤ３を設け、１つの入力ギヤ３に、第１交差軸ギヤ４および第１交差軸ギヤ４とは歯数が異なる第２交差軸ギヤ５の２つの交差軸ギヤが噛合する構成とした。以下、かかるギヤ構成を有する減速機１について詳細に説明する。

図２Ｂに示すように、減速機１は、入力シャフト２と、入力ギヤ３と、第１交差軸ギヤ４と、第２交差軸ギヤ５と、遊星ギヤ６と、出力シャフト７とを備える。なお、減速機１の概要については図１を用いてすでに説明しているため、重複する説明は省略する場合がある。

図２Ｂに示すように、減速機１では、入力ギヤ３、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５がベベルギヤで構成される。なお、減速機１では、各ギヤがケーシング８に収容される。ケーシング８からは、所定の面から入力シャフト２が延出するとともに、入力シャフト２と直交する出力シャフト７が、対向する２つの面からそれぞれ相反する方向に延出する。

ケーシング８には、入力シャフト２の外周縁に、入力シャフト２を入力軸Ｌ_ｉｎまわりに回転可能に支持する軸受９が設けられる。また、ケーシング８には、出力シャフト７の外周縁に、出力シャフト７を出力軸Ｌ_ｏｕｔまわりに回転可能に支持する軸受１０が設けられる。

第１交差軸ギヤ４は、入力ギヤ３に噛合する外側ギヤ部４ａと、遊星ギヤ６に噛合する内側ギヤ部４ｂとを備える。外側ギヤ部４ａは、円盤状の第１交差軸ギヤ４の周縁に形成される。内側ギヤ部４ｂは、外側ギヤ部４ａと同心円状に形成される。なお、外側ギヤ部４ａおよび内側ギヤ部４ｂは、ともにベベルギヤである。

第２交差軸ギヤ５は、第１交差軸ギヤ４と同様、入力ギヤ３に噛合する外側ギヤ部５ａと、遊星ギヤ６に噛合する内側ギヤ部５ｂとを備える。外側ギヤ部５ａは、円盤状の第２交差軸ギヤ５の周縁に形成される。内側ギヤ部５ｂは、外側ギヤ部５ａと同心円状に形成される。なお、外側ギヤ部５ａおよび内側ギヤ部５ｂは、ともにベベルギヤである。

なお、内側ギヤ部４ｂ，５ｂは、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５とそれぞれ一体に設けられてもよいし、別体で設けられてもよい。

第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５には、厚さ方向に貫通する出力シャフト７との接触部分に、出力シャフト７を出力軸Ｌ_ｏｕｔまわりに回転可能に支持する軸受１１がそれぞれ設けられる。

遊星ギヤ６は、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５の内側ギヤ部４ｂ，５ｂとそれぞれ噛合する。遊星ギヤ６は、ベベルギヤである。また、遊星ギヤ６は、出力軸Ｌ_ｏｕｔまわりに回転軸Ｒ_３が直交するように設けられる。図２Ｂに示す例では、４つの遊星ギヤ６が互いに９０度の位相差を有して設けられる。なお、図２Ｂには、図２Ａの場合と同様、４つの遊星ギヤ６のうちの３つを示している。また、遊星ギヤ６は、単数または複数を設ける構成とすることができる。したがって、遊星ギヤ６の数は４つに限定されるものではない。

出力シャフト７は、円筒状に形成される。すなわち、出力シャフト７は、中空状である。出力シャフト７には、遊星ギヤ６を出力シャフト７の外側に固定する固定シャフト６ａが設けられる。固定シャフト６ａは、出力軸Ｌ_ｏｕｔを中心に出力シャフト７から延出する。固定シャフト６ａの軸は、遊星ギヤ６の回転軸Ｒ_３となる。遊星ギヤ６は、軸受１２を介して、固定シャフト６ａに回転可能に取り付けられる。

また、出力シャフト７は、遊星ギヤ６が同期的に公転することによって、入力シャフト２の回転速度よりも減速して回転する。これにより、減速機１では、入力側からの回転駆動力を出力側において低速、かつ、高トルクで出力することができる。

上述したように、第１交差軸ギヤ４と第２交差軸ギヤ５とは、歯数が異なる。かかる歯数の違いは、入力ギヤ３に噛合するギヤ部の歯数、すなわち、それぞれの外側ギヤ部４ａ，５ａの歯数が異なることを意味する。

減速機１のような、いわゆる差動減速機では、２つの交差軸ギヤ４，５の歯数に差がなければ遊星ギヤ６が公転することはない。したがって、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５の歯数の差を少なく構成することとすれば、大減速比を得ることができる。

たとえば、入力ギヤ３の回転速度をＮ_ｉｎ、歯数をＺ_ｉｎ、第１交差軸ギヤ４の歯数をＺ_１、第２交差軸ギヤ５の歯数をＺ_２とする場合、第１交差軸ギヤ４の回転速度Ｎ_１は、式１から得られる。
Ｎ_１＝Ｎ_ｉｎ×Ｚ_ｉｎ／Ｚ_１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式１）
また、第２交差軸ギヤ５の回転速度Ｎ_２は、式２から得られる。
Ｎ_２＝Ｎ_ｉｎ×Ｚ_ｉｎ／Ｚ_２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式２）

第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５の回転速度差は、式３から得られる。
Ｎ_１−Ｎ_２＝Ｎ_ｉｎ×Ｚ_ｉｎ／Ｚ_２×（Ｚ_２／Ｚ_１−１）・・・・・・・・・（式３）
また、出力シャフト７の回転速度Ｎ_ｏｕｔは、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５の回転速度差の半分となるため、式４から得られる。
Ｎ_ｏｕｔ＝１／２×Ｎ_ｉｎ×Ｚ_ｉｎ／Ｚ_２×（Ｚ_２／Ｚ_１−１）・・・・・・（式４）

そして、入力シャフト２と出力シャフト７との間の減速比は、式５から得られる。
Ｎ_ｉｎ／Ｎ_ｏｕｔ＝２Ｚ_２／Ｚ_ｉｎ×Ｚ_１／（Ｚ_２−Ｚ_１）・・・・・・・・（式５）

ここで、たとえば、Ｚ_ｉｎ＝２３、Ｚ_２＝４７、Ｚ_１＝４９とする場合、減速比は式６から得られる。
Ｎ_ｉｎ／Ｎ_ｏｕｔ＝２×４９／２３×４７／（４９−４７）≒１００・・・（式６）

すなわち、入力シャフト２および出力シャフト７の回転速度比は、１００：１となる。このように、差動減速機（減速機１）によれば、大減速比を実現することができる。

また、減速機１を正しく動作させるためには、入力シャフト２の軸（入力軸）Ｌ_ｉｎに対して第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５の回転軸Ｒ_１，Ｒ_２が直交し、かつ、２つの回転軸Ｒ_１，Ｒ_２が一致している必要がある。

ところが、図２Ｃに示すように、通常、１つの入力ギヤ３に対して歯数が異なる２つの交差軸ギヤ（第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５）を噛み合わせようとすると、第１交差軸ギヤ４が図中の二点鎖線で示す位置Ｐにあるため、２つの回転軸Ｒ_１，Ｒ_２は一致しない。なお、２つの回転軸Ｒ_１，Ｒ_２が一致しないのは、ギヤのモジュール（歯の大きさをあらわし、ピッチ円直径を歯数で除した値）が等しく互いのピッチ円半径が異なる第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５を、入力ギヤ３の歯面内端から歯面外端まで噛み合わせるためである。

そこで、実施形態に係る減速機１（図２Ｂ参照）では、図２Ｃに示すように、小径な方のギヤ、すなわち、第１交差軸ギヤ４をずらし量ｄだけＹ軸の正方向へと移動させることとした。これにより、２つの回転軸Ｒ_１，Ｒ_２は一致するようになる。

さらに、実施形態に係る減速機１（図２Ｂ参照）では、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５の回転軸Ｒ_１，Ｒ_２を一致させても、各ギヤが正しく動作するように、第１交差軸ギヤ４のギヤ歯を加工することとした。以下では、所定のずらし量ｄに応じてギヤ歯（歯幅や歯たけ）を調整する点について説明する。

図３Ａは、交差軸ギヤの位置ずらしの説明図である。図３Ｂは、交差軸ギヤの歯幅の説明図である。なお、ここでは、小径な方のギヤ、すなわち、歯数が少ない第１交差軸ギヤ４の歯幅を小さくする場合を例にあげて説明する。

図３Ａに示すように、第１交差軸ギヤ４を、入力ギヤ３のピッチ円すいに沿って第２交差軸ギヤ５の回転軸Ｒ_２（図２Ｃ参照）と一致するようにずらし量ｄだけ平行移動させる。このとき、第１交差軸ギヤ４における入力ギヤ３に対する径方向の移動量Ｓとずらし量ｄとの関係は、式７であらわされる。なお、図３Ａに示す角度δは、第１交差軸ギヤ４がずらし量ｄだけ移動した状態のピッチ円すい角である。
Ｓ＝ｄｔａｎδ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式７）

たとえば、第１交差軸ギヤ４の歯形がストレートベベルギヤの場合は、ギヤ歯はピッチ円すいの中心に向かうにつれて小さくなる。すなわち、歯幅のサイズは、ピッチ円すいの中心までの距離に比例し、中心でゼロになる。

よって、図３Ｂに示すように、第１交差軸ギヤ４が入力ギヤ３の歯面外端まで噛合した場合の歯幅をＢ_ａ、ずらし量ｄだけ移動した場合の歯幅をＢ_ｂとすると、式８の関係が成り立つ。なお、図３Ａに示すように、距離ｒは、第１交差軸ギヤ４の半径距離である。
Ｂ_ａ：Ｂ_ｂ＝ｒ：ｒ−Ｓ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式８）

これらのことから、第１交差軸ギヤ４の回転軸Ｒ_１を第２交差軸ギヤ５の回転軸Ｒ_２（図２Ｃ参照）と一致させる場合、式８の関係となるように第１交差軸ギヤ４の歯幅を加工することで、入力ギヤ３と第１交差軸ギヤ４とは正しく噛合するようになる。

なお、入力ギヤ３と第１交差軸ギヤ４とは、第１交差軸ギヤ４の歯幅を調整することで正しく噛合するが、さらに良好な噛み合わせを実現するために、歯幅に加えて歯たけを調整するようにしてもよい。

図３Ｃは、交差軸ギヤの歯たけの説明図である。ここでも、小径な方のギヤ、すなわち、歯数が少ない第１交差軸ギヤ４の歯たけを低くする場合を例にあげて説明する。

図３Ｃに示すように、第１交差軸ギヤ４が入力ギヤ３の歯面外端まで噛合した場合の歯たけをＨ_ａ、ずらし量ｄだけ移動した場合の歯たけをＨ_ｂとすると、式９の関係が成り立つ。なお、図３Ａに示すように、距離ｒは、第１交差軸ギヤ４の半径距離である。
Ｈ_ａ：Ｈ_ｂ＝ｒ：ｒ−Ｓ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式９）

これらのことから、歯幅に加え、式９の関係となるように第１交差軸ギヤ４の歯たけを加工することで、入力ギヤ３と第１交差軸ギヤ４とは、さらに良好に噛合するようになる。

上述したように、実施形態に係る減速機１によれば、１つの入力ギヤ３に対して第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５の２つの交差軸ギヤが噛合するため、入力シャフト２において、入力ギヤ３を配設するためのスペースを抑えることができる。この結果、減速機１を小型化することができる。また、入力ギヤ３が１つであるため、部品点数が少なくなる。これにより、構造が簡素となる。

また、たとえば、従来のギヤ構成（図２Ａ参照）と同じサイズのギヤを用いた減速機とした場合、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５に噛合する入力ギヤ３の歯幅が増すことになるため、ギヤ歯の強度が向上する。

なお、実施形態に係る減速機１は、歯数が異なる２つの交差軸ギヤ４，５を等しいモジュールで構成するため、２つの交差軸ギヤ４，５が互いに異なる径となるが、２つの交差軸ギヤ４，５を等しい径で異なる歯数（異なるピッチ）としてもよい。

２つの交差軸ギヤ、すなわち、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５を等しい径とする場合、たとえば、入力ギヤ３のギヤ歯に応じて、歯数が少ない方の交差軸ギヤ（第１交差軸ギヤ４）を歯数が多い交差軸ギヤ（第２交差軸ギヤ５）よりもやや大きいモジュールとし、歯幅（および歯たけ）を切削加工する。

具体的には、大きいモジュールの第１交差軸ギヤ４の歯幅を、入力ギヤ３と正しく噛合するように、入力ギヤ３の歯幅に応じて小さくする。また、歯たけを調整する場合も同様に、第１交差軸ギヤ４の歯たけを、入力ギヤ３と正しく噛合するように、入力ギヤ３の歯たけに応じて低くする。

このような構成によれば、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５の２つの回転軸Ｒ_１，Ｒ_２を一致させることが容易となり、減速機１の組み立てにかかる手間を省くことができる。

また、実施形態に係る減速機１では、歯数が少ない方の交差軸ギヤ（第１交差軸ギヤ４）を移動させて２つの回転軸Ｒ_１，Ｒ_２を一致させるが、歯数が多い方の交差軸ギヤ、すなわち、第２交差軸ギヤ５を移動させてもよい。

第２交差軸ギヤ５を移動させて２つの回転軸Ｒ_１，Ｒ_２を一致させる場合、第２交差軸ギヤ５を入力ギヤ３よりもやや大きいモジュールとし、第２交差軸ギヤ５を、図２Ｃの場合と同様にＹ軸の負方向（図２Ｃ参照）へと移動させればよい。

このような構成によれば、ケーシング８のサイズを小径な方の交差軸ギヤ（第１交差軸ギヤ４）にあわせることができるので、ケーシング８のＹ軸方向（図２Ｂ等参照）の長さを短縮することができる。この結果、減速機１をさらに小型化することができる。

また、実施形態に係る減速機１では、遊星ギヤ６および遊星ギヤ６に噛合する２つの交差軸ギヤ４，５のそれぞれの内側ギヤ部４ｂ，５ｂをベベルギヤとしたが、これに限らず、たとえば、遊星ギヤ６をスパーギヤとし、２つの内側ギヤ部４ｂ，５ｂをフェースギヤとする構成としてもよい。

このような構成によれば、ベベルギヤと同様、遊星ギヤ６を自転および公転させる構成となり、差動減速機を実現させることができる。

また、実施形態に係る減速機１は、入力ギヤ３、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５がベベルギヤで構成されるが、たとえば、入力ギヤをスパーギヤで構成し、第１交差軸ギヤおよび第２交差軸ギヤをフェースギヤで構成することもできる。

ここでは、図４を参照して減速機の他の例について説明する。図４は、実施形態に係る減速機の他の例を示す模式斜視図である。なお、以下の説明において、上述した実施形態に係る減速機１と同一または同等の箇所には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図４に示すように、減速機２０では、入力ギヤ２１がスパーギヤで構成される。また、入力ギヤ２１の回転軸Ｒ_０と直交する回転軸Ｒ_１，Ｒ_２を有する第１交差軸ギヤ２２および第２交差軸ギヤ２３がフェースギヤで構成される。

第１交差軸ギヤ２２と第２交差軸ギヤ２３とは、歯数が異なる。図４に示す例では、第１交差軸ギヤ２２が第２交差軸ギヤ２３よりも歯数が少ない。したがって、第１交差軸ギヤ２２は、第２交差軸ギヤ２３よりも小径に形成される。

また、第１交差軸ギヤ２２および第２交差軸ギヤ２３は、入力ギヤ２１に重複する噛合範囲で噛合する。上述したように、重複する噛合範囲とは、入力ギヤ２１の歯面において、第１交差軸ギヤ２２および第２交差軸ギヤ２３が共通して接触する範囲である。

遊星ギヤ２４は、スパーギヤで構成され、第１交差軸ギヤ２２および第２交差軸ギヤ２３の間でそれぞれの内側ギヤ部に噛合する。

このような構成の減速機２０によれば、上述した減速機１と同様、１つの入力ギヤ２１に対して第１交差軸ギヤ２２および第２交差軸ギヤ２３の２つの交差軸ギヤが噛合するため、入力シャフト２において、入力ギヤ２１を配設するためのスペースを抑えることができる。この結果、減速機２０を小型化することができる。また、入力ギヤ２１が１つであるため、部品点数が少なくなる。これにより、構造が簡素となる。

以下では、図５を参照して実施形態に係るロボットおよびロボットシステムについて説明する。図５は、実施形態に係るロボットおよびロボットシステムの説明図（模式側面図）である。なお、図５では、図２Ａ等と同様、互いに３次元で直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定する。

図５に示すように、ロボット３０は、たとえば、単腕型の多関節ロボットである。具体的には、ロボット３０は、第１アーム３１と、第２アーム３２と、第３アーム３３と、第４アーム３４と、第５アーム３５と、第６アーム３６と、基台部３７とを備える。なお、ロボット３０は、双腕型等でもよい。

第１アーム３１は、床面等に固定された基台部３７によって基端部が支持され、先端部において第２アーム３２を支持する。第２アーム３２は、基端部が第１アーム３１によって支持され、先端部において第３アーム３３を支持する。

第３アーム３３は、基端部が第２アーム３２によって支持され、先端部において第４アーム３４を支持する。第４アーム３４は、基端部が第３アーム３３によって支持され、先端部において第５アーム３５を支持する。

第５アーム３５は、基端部が第４アーム３４によって支持され、先端部において第６アーム３６を支持する。さらに、第６アーム３６は、基端部が第５アーム３５によって支持される。

また、第１アーム３１〜第６アーム３６の各連結部分である各関節部には、それぞれ減速機１やモータＭ（たとえば、サーボモータ）等のアクチュエータが搭載される（図６参照）。

基台部３７および第１アーム３１を連結するアクチュエータは、第１アーム３１を軸ＡＸ_１まわりに回転させる。第１アーム３１および第２アーム３２を連結する関節部のアクチュエータは、第２アーム３２を軸ＡＸ_２まわりに回転させる。

第２アーム３２および第３アーム３３を連結する関節部のアクチュエータは、第３アーム３３を軸ＡＸ_３まわりに回転させる。第３アーム３３および第４アーム３４を連結する関節部のアクチュエータは、第４アーム３４を軸ＡＸ_４まわりに回転させる。

第４アーム３４および第５アーム３５を連結する関節部のアクチュエータは、第５アーム３５を軸ＡＸ_５まわりに回転させる。第５アーム３５および第６アーム３６を連結するアクチュエータは、第６アーム３６を軸ＡＸ_６まわりに回転させる。

このようなロボット３０によれば、後述する制御装置４１からの動作指示に基づいて各軸ＡＸ_１〜ＡＸ_６が駆動制御されることで、多様な多軸動作を行うことができる。なお、第６アーム３６の先端側は、ロボット３０の先端可動部である。図示しないが、先端可動部には、ロボット３０の作業に応じたエンドエフェクタが取り付けられる。

また、図５に示すように、ロボット３０は、上述した減速機１と、モータＭとを各関節部に備える。具体的には、図５では、減速機１およびモータＭは、ロボット３０の各軸ＡＸ_１〜ＡＸ_６のうち、軸ＡＸ_６を除いた各軸ＡＸ_１〜ＡＸ_５の周囲にそれぞれ設けられている。そして、出力シャフト７の出力軸Ｌ_ｏｕｔ（図６参照）は、各軸ＡＸ_１〜ＡＸ_５と一致する。なお、図５では、軸ＡＸ_２、軸ＡＸ_３および軸ＡＸ_５の周囲に減速機１およびモータＭを示し、軸ＡＸ_１およびＡＸ_４の周囲のものは省略している。また、上述した減速機１が適用される軸は、軸ＡＸ_１〜ＡＸ_５に限らず任意である。すなわち、減速機１を、軸ＡＸ_６を含めたすべての軸（軸ＡＸ_１〜ＡＸ_６）の周囲に設けることが可能である。さらに、減速機１を、たとえば、軸ＡＸ_２および軸ＡＸ_３のみに設ける等、選択的に配設することも可能である。

ここで、図６を参照してロボットの関節部について説明する。図６は、ロボットの関節部を示す模式側断面図である。ところで、減速機１およびモータＭを軸ＡＸ_２に適用した場合、図６に示すような配置構成となる。すなわち、図６では、減速機１およびモータＭが、上述した各軸ＡＸ_１〜ＡＸ_５の任意の軸（軸ＡＸ_２）の周囲に配設された例を示している。また、図６では、第１アーム３１（図５参照）を省略している。なお、図６においても、図５等と同様に、互いに３次元で直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定する。

図６に示すように、ロボット３０の関節部には、減速機１およびモータＭが設けられる。減速機１は、入力側において、入力シャフト２がモータＭに連結される。また、減速機１は、出力側において、出力シャフト７がアーム（図６では、第２アーム３２）に連結される。

ロボット３０の関節部では、モータＭからの回転駆動力によって、入力シャフト２が入力軸Ｌ_ｉｎまわりに回転する。さらに、入力シャフト２を介して入力ギヤ３が回転軸まわりに回転する。

入力ギヤ３が回転すると、入力ギヤ３にそれぞれ噛合する２つの交差軸ギヤ（すなわち、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５）がそれぞれの回転軸まわりに互いに反対方向へと回転する。なお、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５の２つの回転軸は一致する。

第１交差軸ギヤ４と第２交差軸ギヤ５とは、歯数が異なる。また、２つの交差軸ギヤ４，５は、モジュールが等しいため、径が異なる。したがって、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５は、回転速度に差がある。このような回転速度差によって、遊星ギヤ６は、回転軸まわりに回転（自転）するとともに、出力シャフト７の軸（出力軸）Ｌ_ｏｕｔまわりに回転（公転）する。

減速機１は、いわゆる差動減速機であり、第１交差軸ギヤ４および第２交差軸ギヤ５の差によって遊星ギヤ６が公転する。遊星ギヤ６の公転によって出力シャフト７が出力軸Ｌ_ｏｕｔまわりに回転する。

出力シャフト７は、両端部が減速機１（ケーシング８）から相反する方向に延出する。また、第２アーム３２の先端部は二又に形成されており、かかる二又部分（支持部３８）にて出力シャフト７の両端部を支持する。これにより、第２アーム３２は、出力軸Ｌ_ｏｕｔまわり、すなわち、軸ＡＸ_２まわりに回転可能となる。

なお、上述したように、出力シャフト７は、中空状である。かかる中空部分にケーブル等を挿通させることで、ケーブル等を、第２アーム３２の動作に干渉することなく、取り回すことができる。

実施形態に係るロボット３０によれば、相反する方向に延出する出力シャフト７の両端部を、アーム（第２アーム３２）の二又部分（支持部３８）にて支持する。そのため、出力シャフト７を両端２箇所で支持することとなる。これにより、出力シャフト７を一端で支持する構成（片持ちの構成）と比べた場合、支持剛性が大幅に向上する。

ここで、図５に戻り、図５を参照して実施形態に係るロボットシステムについて説明する。図５に示すように、ロボットシステム４０は、ロボット３０と、制御装置４１とを備える。なお、ロボット３０と制御装置４１とは、ケーブル４２等を介して接続される。

制御装置４１は、ロボット３０の上述した第１〜第６の各アーム３１〜３６を含む各関節部のアクチュエータを駆動制御する。また、制御装置４１では、教示情報等に基づき、ロボット３０を動作させる信号を生成してロボット３０に向けて出力する。

制御装置４１から出力される動作信号は、ロボット３０が有する第１〜第６の各アーム３１〜３６やハンド等のエンドエフェクタの各関節部に搭載されたモータＭへのパルス信号として生成される。

制御装置４１による動作指示で、各軸ＡＸ_１〜ＡＸ_６に設けられたモータＭを駆動すると、ロボット３０は多様な多軸動作を行うことができる。

実施形態に係るロボットシステム４０によれば、ロボット３０が、相反する方向に延出する出力シャフト７の両端部を、アーム（図６に示す例では、第２アーム３２）の二又部分（図６に示す支持部３８）にて支持する。そのため、出力シャフト７を両端２箇所で支持することとなる。これにより、出力シャフト７を一端で支持する構成（片持ちの構成）と比べた場合、支持剛性が大幅に向上する。

また、ロボット３０の関節部に設けられる減速機１がいわゆる差動減速機であるため、制御装置４１の動作指示に基づいてモータＭが駆動すると、モータＭからの回転駆動力を大減速比で減速することができる。この結果、高トルクが得られるようになり、ロボット３０の多様な多軸動作を行うことができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 減速機
２ 入力シャフト
３ 入力ギヤ
４ 第１交差軸ギヤ
４ａ 外側ギヤ部
４ｂ 内側ギヤ部
５ 第２交差軸ギヤ
５ａ 外側ギヤ部
５ｂ 内側ギヤ部
６ 遊星ギヤ
７ 出力シャフト
８ ケーシング
３０ ロボット
３１ 第１アーム
３２ 第２アーム
３３ 第３アーム
３４ 第４アーム
３５ 第５アーム
３６ 第６アーム
３７ 基台部
３８ 支持部
４０ ロボットシステム
４１ 制御装置
Ｌ_ｉｎ 入力軸
Ｌ_ｏｕｔ 出力軸
Ｒ_０ 入力ギヤの回転軸
Ｒ_１ 第１交差軸ギヤの回転軸
Ｒ_２ 第２交差軸ギヤの回転軸
Ｒ_３ 遊星ギヤの回転軸

Claims (9)

1. 軸まわりに回転する入力シャフトと、
   前記入力シャフトに同軸で設けられる単一の入力ギヤと、
   前記入力ギヤに噛合し、前記入力シャフトの前記軸と直交する回転軸を有する第１交差軸ギヤと、
   前記第１交差軸ギヤと重複する噛合範囲で前記入力ギヤに噛合し、前記第１交差軸ギヤの前記回転軸と一致する回転軸を有するとともに前記第１交差軸ギヤと対向し、前記第１交差軸ギヤとは歯数が異なる第２交差軸ギヤと、
   前記第１交差軸ギヤと前記第２交差軸ギヤとの間で前記第１交差軸ギヤおよび前記第２交差軸ギヤに噛合し、前記第１交差軸ギヤの前記回転軸および前記第２交差軸ギヤの前記回転軸と直交する回転軸を有する遊星ギヤと、
   前記遊星ギヤが回転可能に固定され、前記遊星ギヤを介して前記入力シャフトの前記軸と直交する軸まわりに回転する出力シャフトと
   を備えることを特徴とする減速機。
2. 前記第１交差軸ギヤと前記第２交差軸ギヤとが等しいピッチで前記第１交差軸ギヤおよび前記第２交差軸ギヤが異なる径であること
   を特徴とする請求項１に記載の減速機。
3. 前記第１交差軸ギヤと前記第２交差軸ギヤとが異なるピッチで前記第１交差軸ギヤおよび前記第２交差軸ギヤが等しい径であること
   を特徴とする請求項１に記載の減速機。
4. 前記第１交差軸ギヤまたは前記第２交差軸ギヤのうちいずれか歯数が少ない方の歯幅を前記入力ギヤの歯幅に応じて小さくすること
   を特徴とする請求項２または３に記載の減速機。
5. 前記第１交差軸ギヤまたは前記第２交差軸ギヤのうちいずれか歯数が少ない方の歯たけを前記入力ギヤの歯たけに応じて低くすること
   を特徴とする請求項４に記載の減速機。
6. 前記入力ギヤ、前記第１交差軸ギヤ、前記第２交差軸ギヤおよび前記遊星ギヤがベベルギヤであること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の減速機。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の減速機と、
   前記減速機の前記入力シャフトに連結されるモータと、
   前記減速機の前記出力シャフトに結合されるアームと
   を備えることを特徴とするロボット。
8. 前記出力シャフトの両端部が前記減速機からそれぞれ延出しており、
   前記アームが二又に形成されて前記両端部を支持すること
   を特徴とする請求項７に記載のロボット。
9. 請求項７または８に記載のロボットと、
   前記ロボットを駆動制御する制御装置と
   を備えることを特徴とするロボットシステム。

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