JP2018168950A - ロボット、歯車装置および歯車ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】歯車装置の寿命を長くすることができるロボット、歯車装置および歯車ユニットを提供すること。【解決手段】内歯歯車と、前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯が設けられ、端部に開口部を備える筒状をなす可撓性の胴部を有し、前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転する外歯歯車と、前記外歯歯車の内周面に接触し、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合い位置を前記回転軸まわりの周方向に移動させる波動発生器と、前記外歯歯車と前記波動発生器との接触部に対して前記回転軸に沿った方向で前記胴部の外側に配置され、前記回転軸から離れる方向に沿って延びている面であって前記回転軸に直交する面に対して傾斜した方向を法線とする傾斜面を有し、前記外歯歯車に対して相対的に前記回転軸まわりに回転する回転体と、を備えることを特徴とするロボット。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボット、歯車装置および歯車ユニットに関するものである。

少なくとも１つのアームを含んで構成されたロボットアームを備えるロボットでは、例えば、ロボットアームの関節部をモーターにより駆動するが、一般に、そのモーターからの駆動力を減速機により減速することが行われている。このような減速機として、例えば、特許文献１に記載されている波動歯車装置のような歯車装置が知られている。

特許文献１に記載の波動歯車装置は、装置ケースに固定された剛性内歯歯車と、回転テーブルに同軸状に連結されているカップ形状の可撓性外歯歯車と、この可撓性外歯歯車の開口端部に嵌め込まれている波動発生器と、を備えている。ここで、可撓性外歯歯車は、その円筒状胴部、および、その底面部分を規定しているダイヤフラムの少なくとも一方の部位に形成したオイル供給穴を備えている。そして、装置ケースは、外部から潤滑オイルを導入して、可撓性外歯歯車のオイル供給穴に向けて当該潤滑オイルを噴射する。これにより、当該オイル供給穴を介して可撓性外歯歯車の内側に潤滑オイルを強制的に導入して波動発生器のベアリング部分に供給する。

特開２００８−２２３８００号公報

しかし、特許文献１に記載の波動歯車装置は、可撓性外歯歯車と波動発生器との間の隙間等を通じて可撓性外歯歯車の内側から外部へ潤滑オイルが流出し、その流出した潤滑オイルは可撓性外歯歯車の内側に再度供給されることがないため、前述したような潤滑オイルの噴射を頻繁に行わなければ、可撓性外歯歯車の内側の潤滑オイル（グリース）の量が減少してしまうという課題がある。

本発明の目的は、歯車装置の寿命を長くすることができるロボット、歯車装置および歯車ユニットを提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

本適用例のロボットは、第１部材と、
アームを含んで構成され、前記第１部材に対して回動可能に設けられている第２部材と、
前記第１部材および前記第２部材の一方側から他方側へ駆動力を伝達する歯車装置と、を備え、
前記歯車装置は、
内歯歯車と、
前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯が設けられ、端部に開口部を備える筒状をなす可撓性の胴部を有し、前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転する外歯歯車と、
前記外歯歯車の内周面に接触し、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合い位置を前記回転軸まわりの周方向に移動させる波動発生器と、
前記外歯歯車と前記波動発生器との接触部に対して前記回転軸に沿った方向で前記胴部の外側に配置され、前記外歯歯車に対して相対的に前記回転軸まわりに回転する回転体と、を備え、
前記回転体は、前記回転軸に対して、前記回転体が回転する方向側に法線が傾斜していて、前記胴部側を向いている傾斜面を有することを特徴とする。

このようなロボットによれば、回転体が外歯歯車に対して相対的に回転軸まわりに回転することで、外歯歯車と波動発生器との接触部に対して回転軸に沿った方向で胴部の外側にある潤滑剤を回転体の傾斜面により胴部の内側へ押し込むことができる。そのため、外歯歯車の胴部内で潤滑剤が減少することを低減でき、その結果、歯車装置の長寿命化を図ることができる。

本適用例のロボットでは、前記波動発生器は、前記回転軸まわりに回転するカムを有し、
前記回転体は、前記カムに同期して回転することが好ましい。

これにより、回転体を回転させるための機構を別途設ける必要がなく、歯車装置の構成を簡単化することができる。また、例えば回転体を内歯歯車に設ける場合に比べて、回転体の単位時間当たりの回転数を多くすることができ、効率的に潤滑剤を外歯歯車の胴部内へ押し込むことができる。

本適用例のロボットでは、前記回転体は、前記カムと一体で構成されていることが好ましい。

これにより、部品点数を少なくし、歯車装置の構成の簡素化および低コスト化を図ることができる。

本適用例のロボットでは、前記波動発生器は、軸受を有し、
前記回転体は、前記軸受の前記回転軸に沿った方向での位置を規制することが好ましい。
これにより、波動発生器の安定した作動を行うことができる。

本適用例のロボットでは、前記回転体は、前記傾斜面を側面として有する切り欠き部を有することが好ましい。

これにより、比較的簡単な構成で回転体の傾斜面を形成することができる。また、切り欠き部が回転体を回転軸に沿った方向に貫通することとなるため、外歯歯車の胴部の外側にある潤滑剤を、切り欠き部を通じて胴部の内側へ押し込みやすいという利点がある。

本適用例のロボットでは、前記回転体は、前記傾斜面を側面として有する凹部を有することが好ましい。

これにより、比較的簡単な構成で回転体の傾斜面を形成することができる。また、凹部の底部により、潤滑剤が回転軸に沿った方向で外歯歯車の胴部の内側から外側へ移動するのを阻止することができる。

本適用例のロボットでは、前記傾斜面は、撥油性を有することが好ましい。
これにより、回転体の傾斜面が潤滑剤を外歯歯車の胴部の内側へ押し込む機能を高めることができる。

本適用例のロボットでは、前記回転体に対して前記外歯歯車とは反対側に配置されている面を有する相手体を備えることが好ましい。

これにより、例えば、外歯歯車と波動発生器との間の隙間を通じて外歯歯車の胴部の内側から外側へ流出した潤滑剤を相手体上に溜めることができる。そして、その溜まった潤滑剤を回転体の傾斜面により外歯歯車の胴部の内側へ押し込むことができる。

本適用例の歯車装置は、内歯歯車と、
前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯が設けられ、端部に開口部を備える筒状をなす可撓性の胴部を有し、前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転する外歯歯車と、
前記外歯歯車の内周面に接触し、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合い位置を前記回転軸まわりの周方向に移動させる波動発生器と、
前記外歯歯車と前記波動発生器との接触部に対して前記回転軸に沿った方向で前記胴部の外側に配置され、前記外歯歯車に対して相対的に前記回転軸まわりに回転する回転体と、を備え、
前記回転体は、前記回転軸に対して、前記回転体が回転する方向側に法線が傾斜していて、前記胴部側を向いている傾斜面を有することを特徴とする。

このような歯車装置によれば、回転体が外歯歯車に対して相対的に回転軸まわりに回転することで、外歯歯車と波動発生器との接触部に対して回転軸に沿った方向で胴部の外側にある潤滑剤を回転体の傾斜面により胴部の内側へ押し込むことができる。そのため、外歯歯車の胴部内で潤滑剤が減少することを低減でき、その結果、歯車装置の長寿命化を図ることができる。

本適用例の歯車ユニットは、本適用例の歯車装置を備えることを特徴とする。
このような歯車ユニットによれば、歯車装置の長寿命化を図ることができる。

本発明のロボットの実施形態の概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る歯車ユニットを示す縦断面図である。 図２に示す歯車ユニットが備える歯車装置の正面図である。 図２に示す歯車ユニットが備える回転体の平面図（図２中左側から見た図）である。 図４中のＡ−Ａ線断面図である。 図４に示す回転体の作用を説明するための図（図２に示す歯車ユニットの部分拡大縦断面図）である。 本発明の第２実施形態に係る歯車ユニットの部分拡大縦断面図である。 図７に示す歯車ユニットが備える回転体を示す平面図である。 図８中のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第３実施形態に係る歯車ユニットを示す縦断面図である。

以下、本発明のロボット、歯車装置および歯車ユニットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

１．ロボット
まず、本発明のロボットの実施形態について説明する。
図１は、本発明のロボットの実施形態の概略構成を示す図である。

図１に示すロボット１００は、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。

ロボット１００は、６軸の垂直多関節ロボットであり、基台１１１と、基台１１１に接続されたロボットアーム１２０と、ロボットアーム１２０の先端部に設けられた力検出器１４０およびハンド１３０と、を有する。また、ロボット１００は、ロボットアーム１２０を駆動させる動力を発生させる複数の駆動源（モーター１５０および歯車装置１を含む）を制御する制御装置１１０と、を有している。

基台１１１は、ロボット１００を任意の設置箇所に取り付ける部分である。なお、基台１１１の設置箇所は、特に限定されず、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などが挙げられる。

ロボットアーム１２０は、第１アーム１２１（アーム）と、第２アーム１２２（アーム）と、第３アーム１２３（アーム）と、第４アーム１２４（アーム）と、第５アーム１２５（アーム）と、第６アーム１２６（アーム）とを有し、これらが基端側から先端側に向ってこの順に連結されている。第１アーム１２１は、基台１１１に接続されている。第６アーム１２６の先端には、例えば、各種部品等を把持するハンド１３０（エンドエフェクター）が着脱可能に取り付けられている。このハンド１３０は、２本の指１３１、１３２を有しており、指１３１、１３２で例えば各種部品等を把持することができる。

基台１１１には、第１アーム１２１を駆動する駆動源が設けられている。この駆動源は、サーボモーター等のモーター１５０と、モーター１５０からの駆動力を減速する歯車装置１（減速機）を含む歯車ユニット１０と、を有する。また、図示しないが、各アーム１２１〜１２６にも、それぞれ、モーターおよび減速機を有する複数の駆動源が設けられている。そして、各駆動源は、制御装置１１０により制御される。

このようなロボット１００では、歯車装置１が、基台１１１（第１部材）および第１アーム１２１（第２部材）の一方側から他方側へ駆動力を伝達する。より具体的には、歯車装置１が、第１アーム１２１を基台１１１に対して回動させる駆動力を基台１１１側から第１アーム１２１側へ伝達する。ここで、歯車装置１が減速機として機能することにより、駆動力を減速して第１アーム１２１を基台１１１に対して回動させることができる。なお、「回動」とはある中心点に対して一方向またはその反対方向を含めた双方向に動くこと、および、ある中心点に対して回転することを含むものである。

このように、ロボット１００は、「第１部材」である基台１１１と、基台１１１に対して回動可能に設けられた「第２部材」である第１アーム１２１と、基台１１１（第１部材）および第１アーム１２１（第２部材）の一方側から他方側へ駆動力を伝達する歯車装置１を含む歯車ユニット１０と、を備えている。なお、第２〜第６アーム１２２〜１２６のうち第１アーム１２１側から順次任意の数選択したアームを「第２部材」と捉えてもよい。すなわち、第１アーム１２１、および、第２〜第６アーム１２２〜１２６のうち第１アーム１２１側から順次任意の数選択したアームからなる構造体が「第２部材」であるとも言える。例えば、第１、第２アーム１２１、１２２からなる構造体が「第２部材」であるとも言えるし、ロボットアーム１２０全体が「第２部材」であるとも言える。また、「第２部材」がハンド１３０を含んでいてもよい。すなわち、ロボットアーム１２０およびハンド１３０からなる構造体が「第２部材」であるとも言える。

以上説明したようなロボット１００は、歯車装置１の寿命を長くするべく、以下に説明するような歯車ユニット１０を備える。

２．歯車ユニット
以下、本発明の歯車ユニットの実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図２は、本発明の第１実施形態に係る歯車ユニットを示す縦断面図である。図３は、図２に示す歯車ユニットが備える歯車装置の正面図である。図４は、図２に示す歯車ユニットが備える回転体の平面図（図２中左側から見た図）である。図５は、図４中のＡ−Ａ線断面図である。図６は、図４に示す回転体の作用を説明するための図（図２に示す歯車ユニットの部分拡大縦断面図）である。なお、各図では、説明の便宜上、必要に応じて各部の寸法を適宜誇張して図示しており、各部間の寸法比は実際の寸法比とは必ずしも一致しない。また、図３では、説明の便宜上、後述する回転体４１３の図示を省略している。

図２に示す歯車ユニット１０は、歯車装置１と、この歯車装置１を収納しているハウジング５と、を有する。

（歯車装置）
歯車装置１は、波動歯車装置であり、例えば減速機として用いられる。この歯車装置１は、内歯歯車である剛性歯車２と、剛性歯車２の内側に配置されているカップ型の外歯歯車である可撓性歯車３と、可撓性歯車３の内側に配置されている波動発生器４と、を有している。

この歯車装置１では、可撓性歯車３の横断面が波動発生器４により楕円形または長円形に変形した部分を有し、当該部分の長軸側の両端部において可撓性歯車３が剛性歯車２と噛み合っている。そして、剛性歯車２および可撓性歯車３の歯数が互いに異なっている。

このような歯車装置１において、例えば、波動発生器４に駆動力（例えば、前述したモーター１５０からの駆動力）が入力されると、剛性歯車２および可撓性歯車３は、互いの噛み合い位置が周方向に移動しながら、歯数差に起因して軸線ａまわりに相対的に回転する。これにより、駆動源から波動発生器４に入力された駆動力を減速して可撓性歯車３から出力することができる。すなわち、波動発生器４を入力軸側、可撓性歯車３を出力軸側とする減速機を実現することができる。

図２および図３に示すように、剛性歯車２は、径方向に実質的に撓まない剛体で構成された歯車であって、内歯２３を有するリング状の内歯歯車である。本実施形態では、剛性歯車２が、平歯車である。すなわち、内歯２３は、軸線ａに対して平行な歯スジを有する。なお、内歯２３の歯スジは、軸線ａに対して傾斜していてもよい。すなわち、剛性歯車２は、ハスバ歯車またはヤマバ歯車であってもよい。

可撓性歯車３は、剛性歯車２の内側に挿通されている。この可撓性歯車３は、径方向に撓み変形可能な可撓性を有する歯車であって、剛性歯車２の内歯２３に噛み合う外歯３３（歯）を有する外歯歯車である。また、可撓性歯車３の歯数は、剛性歯車２の歯数よりも少ない。このように可撓性歯車３および剛性歯車２の歯数が互いに異なることにより、減速機を実現することができる。

本実施形態では、可撓性歯車３は、軸線ａ方向での一端（図２中右側の端部）が開口した開口部３６を有するカップ状をなし、その開口部３６側の端部に外歯３３が形成されている。ここで、可撓性歯車３は、軸線ａまわりの筒状（より具体的には円筒状）の胴部３１（筒部）と、胴部３１の軸線ａ方向での他端部側に接続されている底部３２と、を有する。これにより、胴部３１の底部３２側に比べ開口部３６側の端部を径方向に撓み易くすることができる。そのため、剛性歯車２に対する可撓性歯車３の良好な撓み噛み合いを実現することができる。また、胴部３１の底部３２側の端部の剛性を高めることができる。この底部３２には、軸２０２（例えば出力軸）が接続されている。

このような可撓性歯車３の胴部３１の外周面側の空間と内周面側の空間には、図示しないが、それぞれ、潤滑剤が配置されている。胴部３１の外周面側の空間に配置されている潤滑剤は、主に、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部の潤滑、および、可撓性歯車３と波動発生器４との接触部の潤滑にそれぞれ供される。また、胴部３１の内周面側の空間に配置されている潤滑剤は、主に、可撓性歯車３と波動発生器４との接触部、および、後述する波動発生器４の軸受４２内の潤滑に供される。なお、以下では、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部、可撓性歯車３と波動発生器４との接触部、および、軸受４２内をそれぞれ潤滑対象部という。

潤滑剤としては、潤滑油、グリース、固体潤滑剤のいずれであってもよい。グリースは、基油および増ちょう剤を含んで構成される。増ちょう剤としては、例えば、カルシウム石けん、カルシウム複合石けん、ナトリウム石けん、アルミニウム石けん、リチウム石けん、リチウム複合石けん等の石けん系、また、ポリウレア、ナトリウムテレフタメート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、有機ベントナイト、シリカゲル等の非石けん系等が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。また、基油としては、例えば、パラフィン系、ナフテン系等の鉱油（精製鉱物油）、ポリオレフィン、エステル、シリコーン等の合成油が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。

また、グリースは、酸化防止剤、極圧剤、防錆剤等の添加剤、また、黒鉛、硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の固体潤滑剤等を含んでいることが好ましく、特に、極圧剤を含んでいることが好ましい。これにより、潤滑対象部が極圧潤滑状態となっても、焼き付きやスカッフィングを効果的に防止することができる。特に、極圧剤として、有機モリブデン化合物、ジアルキルジチオリン酸亜鉛を用いることが好ましい。グリースが有機モリブデン化合物を含んでいることにより、潤滑対象部における摩擦を効果的に低減することができる。特に、有機モリブデンは、二硫化モリブデンと同等の極圧性および耐摩耗性を発揮し、しかも、二硫化モリブデンに比べて酸化安定性に優れる。そのため、グリースの長寿命化を図ることができる。

波動発生器４は、可撓性歯車３の内側に配置され、軸線ａまわりに回転可能である。そして、図３に示すように、波動発生器４は、可撓性歯車３の開口部（底部３２とは反対側の部分）の横断面を長軸Ｌａおよび短軸Ｌｂとする楕円形または長円形に変形させて外歯３３を剛性歯車２の内歯２３に噛み合わせる。ここで、可撓性歯車３および剛性歯車２は、同一の軸線ａまわりに回転可能に互いに内外で噛み合わされることとなる。

本実施形態では、波動発生器４は、カム４１と、カム４１の外周に装着されている軸受４２と、を有している。カム４１は、軸線ａまわりに回転する軸部４１１と、軸部４１１の一端部から外側に突出しているカム部４１２と、カム部４１２の軸部４１１側の端部から外側に突出している回転体４１３と、を有している。

軸部４１１には、軸２０１（例えば入力軸）が接続されている。カム部４１２の外周面は、軸線ａに沿った方向から見たときに、楕円形または長円形をなしている。軸受４２は、可撓性の内輪４２１および外輪４２３と、これらの間に配置されている複数のボール４２２と、を有している。ここで、内輪４２１は、カム４１のカム部４１２の外周面に嵌め込まれ、カム部４１２の外周面に沿って楕円形または長円形に弾性変形している。それに伴って、外輪４２３も楕円形または長円形に弾性変形している。また、内輪４２１の外周面および外輪４２３の内周面は、それぞれ、複数のボール４２２を周方向に沿って案内させつつ転動させる軌道面となっている。また、図示しないが、複数のボール４２２は、互いの周方向での間隔を一定に保つように保持器により保持されている。

回転体４１３は、板状をなし、図４に示すように、軸線ａに沿った方向から見たとき（平面視）、カム部４１２よりも外側に突出している。本実施形態では、回転体４１３は、軸部４１１およびカム部４１２と一体で構成されている。なお、回転体４１３は、軸部４１１およびカム部４１２と別体で構成されていてもよく、この場合、公知の接合方法、例えば、接着剤による接合方法、ネジ止めによる接合方法等により軸部４１１またはカム部４１２に対して固定すればよい。

また、回転体４１３の外周部には、側面に開放する複数（図示では４つ）の切り欠き部４１５が周方向ｂに等角度間隔で並んで設けられている。これにより、回転体４１３の外周部には、複数（図示では４つ）の突出部４１６が周方向ｂに等角度間隔で並んで設けられている。すなわち、切り欠き部とは厚さ方向に貫通している部分である。本実施形態では、４つの突出部４１６の先端面（外周面）は、軸線ａを中心とする同一円上に沿って円弧上をなしている。なお、突出部４１６の先端の平面視形状は、図示の形状に限定されず、例えば、直線状であってもよい。また、切り欠き部４１５の数は、図示の数に限定されず、１つ以上３つ以下、または、５つ以上であってもよい。

ここで、突出部４１６は、軸線ａを中心とする円の半径方向に沿って延びている２つの側面を有し、当該２つの側面は、それぞれ、図５に示すように、回転体４１３の厚さ方向に対して傾斜している傾斜面４１４となっている。これにより突出部４１６は略扇形をなしている。傾斜面４１４は、切り欠き部４１５内にある潤滑剤（図示せず）を、回転体４１３の軸線ａまわりの回転に伴って軸受４２側に送り込む（押し込む）機能（スクリューにより流体を流動させる作用と同様の機能）を有する。これにより、軸受４２内を通じて可撓性歯車３の内側から外部への潤滑剤の流出を阻止したり（以下、「潤滑剤の阻止機能」ともいう）、軸受４２に対して回転体４１３側にある潤滑剤を、軸受４２内を通じて可撓性歯車３の内側へ戻したり（以下、「潤滑剤の押し込み機能」ともいう）することができる。そのため、可撓性歯車３の内側の潤滑剤の減少を低減することができる。なお、傾斜面４１４は、図示では、平坦面であるが、これに限定されず、例えば、凹状または凸状の湾曲面を含んで構成されていてもよい。

回転体４１３の板面（軸線ａに直交する面）に対する傾斜面４１４の傾斜角度θは、特に限定されないが、例えば、１０°以上８０°以下であることが好ましく、３０°以上６０°以下であることがより好ましい。これにより、前述した潤滑剤の阻止機能と押し込み機能とのバランスを優れたものとすることができる。また、１つの突出部４１６（または切り欠き部４１５）において、２つの傾斜面４１４のそれぞれの傾斜角度θは、同一でも異なっていてもよく、その一方は例えば９０°または９０°超であってもよい。ただし、当該２つの傾斜方向が回転体４１３の板面に対して互いに逆方向となることで、回転体４１３がいずれの方向に回転しても、前述したような潤滑剤の阻止機能および押し込み機能を発揮させることが可能となる。

また、傾斜面４１４の延びている方向は、軸線ａを中心とする半径方向に完全に一致していなくてもよく、当該半径方向に対して±４５°程度の範囲内で傾斜していてもよいが、傾斜している場合は、切り欠き部４１５の周方向での幅が軸線ａから離れるに従い小さくなるように傾斜していることが好ましい。これにより、切り欠き部４１５内の潤滑剤が軸線ａから離れる方向に流れるのを低減することができる。

また、突出部４１６の先端（回転体４１３の最も外周側の位置）は、軸受４２の内輪４２１に対して軸線ａとは反対側に位置している。これにより、前述した傾斜面４１４を軸受４２の内輪４２１と外輪４２３との間の隙間に潤滑剤を押し込むことができる。

また、突出部４１６の先端（回転体４１３の最も外周側の位置）は、外輪４２３よりも軸線ａ側に位置している。これにより、歯車装置１の作動に伴って外輪４２３が撓み変形したとき、外輪４２３が回転体４１３と接触することを防止することができる。また、回転体４１３を可撓性歯車３の内側に配置することができ、その結果、歯車装置１の小型化を図ることができる。なお、突出部４１６の先端が外輪４２３に対して軸線ａとは反対側に位置していてもよく、この場合、突出部４１６と外輪４２３および可撓性歯車３とが接触しないように、突出部４１６の先端部を、軸線ａに沿った方向での外輪４２３との間の距離が大きくなるような形状とすればよい。

また、内輪４２１は実質的に変形せずかつ回転体４１３とともに回転するため、回転体４１３は、内輪４２１と接触していてもしていなくてもよい。本実施形態では、回転体４１３は、内輪４２１の縁部に係合（接触）し、内輪４２１が軸線ａに沿った方向に移動するのを規制する機能を有する。

このような波動発生器４は、カム４１の軸線ａまわりの回転に伴って、カム部４１２の向きが変わり、それに伴って、外輪４２３の外周面も変形し、剛性歯車２および可撓性歯車３の互いの噛み合い位置を周方向に移動させる。

また、剛性歯車２、可撓性歯車３および波動発生器４は、それぞれ、金属材料で構成されていることが好ましく、特に、機械的特性および加工性に優れ、かつ、比較的安価であることから、鉄系材料を用いることが好ましい。かかる鉄系材料としては、特に限定されないが、例えば、鋳鉄、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）、マルエージング鋼および析出硬化型ステンレス鋼のうちのいずれか１つであることが好ましい。なお、剛性歯車２および波動発生器４は、それぞれ、実質的な剛体であるため、セラミックス材料等で構成することも可能であるが、可撓性歯車３との強度のバランスから、金属材料を用いることが好ましい。これらの部材の強度差が大きすぎると、強度の低い側の部材が極端に摩耗しやすくなり、その結果、歯車装置１の寿命が短くなってしまう。

また、波動発生器４が有する回転体４１３の表面の少なくとも傾斜面４１４には、撥油処理が施されていることが好ましい。すなわち、傾斜面４１４は、撥油性を有することが好ましい。これにより、回転体４１３の傾斜面４１４が潤滑剤を可撓性歯車３の胴部３１の内側へ押し込む機能を高めることができる。

このような撥油処理としては、例えば、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等の撥油性材料を回転体４１３の表面に成膜することが挙げられ、特に、フッ素系樹脂を用いることが好ましい。フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等が挙げられる。

（ハウジング）
図２に示すハウジング５は、軸受１３を介して軸２０１（例えば入力軸）を支持している略板状の蓋体１１（相手体）と、軸受１４を介して軸２０２（例えば出力軸）を支持しているカップ状の本体１２と、を有し、これらの間には、前述した歯車装置１が収納されている。ここで、蓋体１１および本体１２の少なくとも一方には、前述した歯車装置１の剛性歯車２が例えばネジ止め等により固定されている。

このようなハウジング５の蓋体１１は、可撓性歯車３の開口部を覆うように軸線ａに直角な方向に拡がる板状をなしている。そして、蓋体１１には、前述した第１シール部材が接触している内壁面１７を有する。このようなハウジング５は、例えば、金属材料で構成され、前述したロボット１００の基台１１１の内壁面に設けられている。ここで、蓋体１１は、基台１１１と別体であってもよいし一体であってもよい。

以上のように、歯車装置１は、内歯歯車である剛性歯車２と、外歯歯車である可撓性歯車３と、波動発生器４と、回転体４１３と、を備える。ここで、可撓性歯車３は、剛性歯車２に部分的に噛み合う外歯３３が設けられ、端部に開口部を備える筒状をなす可撓性の胴部３１を有し、剛性歯車２に対して軸線ａ（回転軸）まわりに相対的に回転する。波動発生器４は、可撓性歯車３の内周面に接触し、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い位置を軸線ａまわりの周方向に移動させる。回転体４１３は、剛性歯車２と波動発生器４との接触部に対して軸線ａに沿った方向で胴部３１の外側に配置され、可撓性歯車３に対して相対的に軸線ａまわりに回転する。特に、回転体４１３は、軸線ａに対して、軸線ａを中心とする円の円周方向側に（回転体４１３が回転する方向側に）法線方向が傾斜していて、胴部３１側を向いている傾斜面４１４を有する。

このように、回転体４１３が可撓性歯車３に対して相対的に軸線ａまわりに回転することで、可撓性歯車３と波動発生器４との接触部に対して軸線ａに沿った方向で胴部３１の外側にある潤滑剤（図６に示す潤滑剤Ｇ）を回転体４１３の傾斜面４１４により胴部３１の内側へ押し込むことができる。そのため、可撓性歯車３の胴部３１内の潤滑剤の減少を低減することができ、その結果、歯車装置１の長寿命化を図ることができる。あるいは、潤滑剤の補充頻度を少なくすることができる。

前述したように、可撓性歯車３の胴部３１の内側の空間には、潤滑剤が配置（充填）されるが、この潤滑剤は、前述したような歯車装置１の作動時の可撓性歯車３の径方向での撓み変形（可撓性歯車３の開口部の開閉運動）に伴って、図６中の矢印αで示すように、主に可撓性歯車３と波動発生器４との間の隙間を通じて可撓性歯車３の外側に流出する。本実施形態では、この流出した潤滑剤は、蓋体１１上に潤滑剤Ｇとして一時的に溜まる。従来、この潤滑剤Ｇは、図６中の矢印βで示すように、剛性歯車２と可撓性歯車３との間の隙間を通じて、胴部３１の外周側の空間へ移動していた。これに対し、本実施形態の歯車装置１では、回転体４１３の傾斜面４１４がこの潤滑剤Ｇを、例えば、図６中の矢印γで示すように、軸受４２内の空間を通じて胴部３１内へ押し込む。これにより、可撓性歯車３の胴部３１内の潤滑剤の減少を低減することができる。

このように、歯車装置１は、回転体４１３に対して可撓性歯車３（外歯歯車）とは反対側に配置されている内周面１７を有する相手体である蓋体１１を備える。これにより、例えば、可撓性歯車３と波動発生器４との間の隙間を通じて可撓性歯車３の胴部３１の内側から外側へ流出した潤滑剤を蓋体１１上に溜めることができる。そして、その溜まった潤滑剤Ｇを回転体４１３の傾斜面４１４により可撓性歯車３の胴部３１の内側へ押し込むことができる。

また、波動発生器４は、前述したように、軸線ａ（回転軸）まわりに回転するカム４１を有しており、回転体４１３は、カム４１に同期して回転する。これにより、回転体４１３を回転させるための機構を別途設ける必要がなく、歯車装置１の構成を簡単化することができる。また、例えば回転体４１３を剛性歯車２に設ける場合に比べて、回転体４１３の単位時間当たりの回転数を多くすることができ、効率的に潤滑剤を可撓性歯車３の胴部３１内へ押し込むことができる。

本実施形態では、回転体４１３は、カム４１と一体で構成されている。これにより、部品点数を少なくし、歯車装置１の構成の簡素化および低コスト化を図ることができる。

また、波動発生器４は、軸受４２を有しており、回転体４１３は、軸受４２（より具体的には内輪４２１）に係合（接触）し、軸受４２の軸線ａ（回転軸）に沿った方向での位置を規制する。これにより、波動発生器４の安定した作動を行うことができる。

また、回転体４１３は、傾斜面４１４を側面として有する切り欠き部４１５を有する。これにより、比較的簡単な構成で回転体４１３の傾斜面４１４を形成することができる。また、切り欠き部４１５が回転体４１３を軸線ａに沿った方向に貫通することとなるため、可撓性歯車３の胴部３１の外側にある潤滑剤を、切り欠き部４１５を通じて胴部３１の内側へ押し込みやすいという利点がある。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図７は、本発明の第２実施形態に係る歯車ユニットの部分拡大縦断面図である。図８は、図７に示す歯車ユニットが備える回転体を示す平面図である。図９は、図８中のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施形態は、回転体の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図７ないし図９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図７に示すように、本実施形態の歯車ユニット１０Ａは、歯車装置１Ａと、この歯車装置１Ａを収納しているハウジング５と、を有する。歯車装置１Ａが有する波動発生器４Ａは、カム４１Ａと、カム４１Ａの外周に装着されている軸受４２と、を有している。カム４１Ａは、軸線ａまわりに回転する軸部４１１と、軸部４１１の一端部から外側に突出しているカム部４１２と、カム部４１２の軸部４１１側の端部から外側に突出している回転体４１３Ａと、を有している。

回転体４１３Ａは、板状をなし、軸線ａに沿った方向から見たとき（平面視）、カム部４１２よりも外側に突出している。また、回転体４１３Ａの一方の面には、複数（図示では４つ）の凹部４１７が周方向に等角度間隔で並んで設けられている。凹部４１７は開口部と底部とを有していて、開口部が胴部３１側を向いている。

ここで、凹部４１７は、軸線ａを中心とする円の円周方向に沿って並んでいる２つの側面を有し、当該２つの側面は、それぞれ、図８に示すように、回転体４１３Ａの厚さ方向に対して傾斜している傾斜面４１４となっており、傾斜面４１４の法線は軸線ａに対して円周方向側に傾斜している。なお、凹部４１７の平面視形状は、前述したような傾斜面４１４を有していればよく、図示の形状に限定されず、任意である。また、凹部４１７の数は、図示の数に限定されず、１つ以上３つ以下、または、５つ以上であってもよい。

このように、回転体４１３は、傾斜面４１４を側面として有する凹部４１７を有する。これにより、比較的簡単な構成で回転体４１３Ａの傾斜面４１４を形成することができる。また、凹部４１７の底部４１８により、潤滑剤が軸線ａに沿った方向で可撓性歯車３の胴部３１の内側から外側へ移動するのを阻止することができる。すなわち、潤滑剤が胴部３１内から蓋体１１に流出する単位時間当たりの量を少なくすることができる。

また、回転体４１３Ａの外周縁は、外輪４２３よりも軸線ａ側に位置している。これにより、歯車装置１Ａの作動に伴って外輪４２３が撓み変形したとき、外輪４２３が回転体４１３Ａと接触することを防止することができる。また、回転体４１３Ａを可撓性歯車３の内側に配置することができ、その結果、歯車装置１Ａの小型化を図ることができる。なお、回転体４１３Ａの外周縁が外輪４２３に対して軸線ａとは反対側に位置していてもよく、この場合、回転体４１３Ａと外輪４２３および可撓性歯車３とが接触しないように、回転体４１３Ａの形状を適宜設定すればよい。

以上説明したような第２実施形態によっても、歯車装置１Ａまたは歯車ユニット１０Ａの長寿命化を図ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第３実施形態に係る歯車ユニットを示す縦断面図である。

本実施形態は、外歯歯車の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１０において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１０に示す歯車ユニット１０Ｂは、歯車装置１Ｂと、蓋体１１と、を有する。歯車装置１Ｂは、剛性歯車２の内側に配置されているハット型の外歯歯車である可撓性歯車３Ｂを有している。この可撓性歯車３Ｂは、筒状の胴部３１の一端部に接続され軸線ａとは反対側に突出しているフランジ部３２Ｂ（接続部）を有する。フランジ部３２Ｂには、図示しない出力軸が取り付けられている。

このような歯車装置１Ｂは、前述した第１実施形態の歯車装置１と同様、回転体４１３を有する。

以上説明したような第３実施形態によっても、歯車装置１Ｂまたは歯車ユニット１０Ｂの長寿命化を図ることができる。

以上、本発明のロボット、歯車装置および歯車ユニットを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

前述した実施形態では、ロボットが備える基台が「第１部材」、第１アームが「第２部材」であり、第１部材から第２部材へ駆動力を伝達する歯車装置について説明したが、本発明は、これに限定されず、第ｎ（ｎは１以上の整数）アームが「第１部材」、第（ｎ＋１）アームが「第２部材」であり、第ｎアームおよび第（ｎ＋１）アームの一方から他方へ駆動力を伝達する歯車装置についても適用可能である。また、第２部材から第１部材へ駆動力を伝達する歯車装置についても適用可能である。

また、前述した実施形態では、６軸の垂直多関節ロボットについて説明したが、本発明は、可撓性歯車を有する歯車装置を用いるものであれば、これに限定されず、例えば、ロボットの関節数は任意であり、また、水平多関節ロボットにも適用可能である。

１…歯車装置、１Ａ…歯車装置、１Ｂ…歯車装置、２…剛性歯車（内歯歯車）、３…可撓性歯車（外歯歯車）、３Ｂ…可撓性歯車（外歯歯車）、４…波動発生器、４Ａ…波動発生器、５…ハウジング、１０…歯車ユニット、１０Ａ…歯車ユニット、１０Ｂ…歯車ユニット、１１…蓋体（相手体）、１２…本体、１３…軸受、１４…軸受、１７…内壁面、２３…内歯、３１…胴部、３２…底部、３２Ｂ…フランジ部、３３…外歯、３６…開口部、４１…カム、４１Ａ…カム、４２…軸受、１００…ロボット、１１０…制御装置、１１１…基台、１２０…ロボットアーム、１２１…第１アーム、１２２…第２アーム、１２３…第３アーム、１２４…第４アーム、１２５…第５アーム、１２６…第６アーム、１３０…ハンド、１３１…指、１３２…指、１４０…力検出器、１５０…モーター、２０１…軸、２０２…軸、４１１…軸部、４１２…カム部、４１３…回転体、４１３Ａ…回転体、４１４…傾斜面、４１５…切り欠き部、４１６…突出部、４１７…凹部、４１８…底部、４２１…内輪、４２２…ボール、４２３…外輪、Ｇ…潤滑剤、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、ａ…軸線、α…矢印、β…矢印、γ…矢印、θ…傾斜角度

Claims (10)

1. 第１部材と、
   アームを含んで構成され、前記第１部材に対して回動可能に設けられている第２部材と、
   前記第１部材および前記第２部材の一方側から他方側へ駆動力を伝達する歯車装置と、を備え、
   前記歯車装置は、
   内歯歯車と、
   前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯が設けられ、端部に開口部を備える筒状をなす可撓性の胴部を有し、前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転する外歯歯車と、
   前記外歯歯車の内周面に接触し、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合い位置を前記回転軸まわりの周方向に移動させる波動発生器と、
   前記外歯歯車と前記波動発生器との接触部に対して前記回転軸に沿った方向で前記胴部の外側に配置され、前記外歯歯車に対して相対的に前記回転軸まわりに回転する回転体と、を備え、
   前記回転体は、前記回転軸に対して、前記回転体が回転する方向側に法線が傾斜していて、前記胴部側を向いている傾斜面を有することを特徴とするロボット。
2. 前記波動発生器は、前記回転軸まわりに回転するカムを有し、
   前記回転体は、前記カムに同期して回転する請求項１に記載のロボット。
3. 前記回転体は、前記カムと一体で構成されている請求項２に記載のロボット。
4. 前記波動発生器は、軸受を有し、
   前記回転体は、前記軸受の前記回転軸に沿った方向での位置を規制する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記回転体は、前記傾斜面を側面として有する切り欠き部を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
6. 前記回転体は、前記傾斜面を側面として有する凹部を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
7. 前記傾斜面は、撥油性を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボット。
8. 前記回転体に対して前記外歯歯車とは反対側に配置されている面を有する相手体を備える請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
9. 内歯歯車と、
   前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯が設けられ、端部に開口部を備える筒状をなす可撓性の胴部を有し、前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転する外歯歯車と、
   前記外歯歯車の内周面に接触し、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合い位置を前記回転軸まわりの周方向に移動させる波動発生器と、
   前記外歯歯車と前記波動発生器との接触部に対して前記回転軸に沿った方向で前記胴部の外側に配置され、前記外歯歯車に対して相対的に前記回転軸まわりに回転する回転体と、を備え、
   前記回転体は、前記回転軸に対して、前記回転体が回転する方向側に法線が傾斜していて、前記胴部側を向いている傾斜面を有することを特徴とする歯車装置。
10. 請求項９に記載の歯車装置を備えることを特徴とする歯車ユニット。

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