JP2018194034A - ロボット、歯車装置および歯車ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】歯車装置の長寿命化を図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可撓性の外歯歯車と、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周方向に移動させる波動発生器と、前記内歯歯車と前記外歯歯車との間に配置されている第１潤滑剤と、を有し、前記第１潤滑剤の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあり、前記第１潤滑剤のちょう度が３００以上４００以下の範囲内にあることを特徴とする歯車装置。【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の回転を減速機（歯車装置）により減速することが行われている。

このような歯車装置として、例えば、特許文献１に記載されているような波動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、内歯歯車としてのサーキュラスプラインと、外歯歯車としてのフレックススプラインと、波動機構としてのウェーブジェネレータと、出力部材としての出力ケースと、を備え、これらがハウジングに支持されている。ここで、フレックススプラインの両端部に半径方向に伸びる溝状に切り欠いた複数の凹状部を設けている。これにより、フレックススプラインの外周側で加熱された空気を、凹状部を介してフレックススプラインの内周側に送り出したり、フレックススプラインの外周側に対して凹状部を介して空気を送り込んだりして放熱を行う。

特開２０１５−１０２１１０号公報

しかし、特許文献１に記載の波動歯車装置では、フレックススプラインに複数の凹状部を設けることで、フレックススプラインの機械的強度が低下し、その結果、波動歯車装置の寿命を長くすることが難しいという課題がある。

本発明の目的は、歯車装置の長寿命化を図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、
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可撓性の外歯歯車と、
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周方向に移動させる波動発生器と、
前記内歯歯車と前記外歯歯車との間に配置されている第１潤滑剤と、を有し、
前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記波動発生器よりなる群から選択される２つの部材のうちの一方の部材が前記第１部材に対して接続され、他方の部材が前記第２部材に対して接続され、
前記第１潤滑剤の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあり、
前記第１潤滑剤のちょう度が３００以上４００以下の範囲内にあることを特徴とする。

このようなロボットによれば、内歯歯車と外歯歯車との間に配置されている第１潤滑剤が、そのちょう度が３００以上４００以下の範囲内にあることで、内歯歯車と外歯歯車との噛み合い部に対して流入と流出とを繰り返すことができる。そのため、第１潤滑剤が当該噛み合い部に供給されている状態を長く維持することができ、当該噛み合い部における潤滑不良を低減することができる。その上で、第１潤滑剤の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあることで、前述したような第１潤滑剤の流動性を実現しつつ、第１潤滑剤の熱導電性を高めることができる。このような第１潤滑剤の流動性および熱伝導性の相乗効果により、当該噛み合い部および当該噛み合い部にある第１潤滑剤を効率的に放熱し、第１潤滑剤の温度上昇による潤滑性能の低下を低減することができる。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、前記歯車装置は、前記波動発生器に配置されていて前記第１潤滑剤よりもちょう度が小さい第２潤滑剤を有し、
前記第２潤滑剤のちょう度が２００以上３００以下の範囲内にあることが好ましい。

これにより、第２潤滑剤により波動発生器に適した潤滑を行うことができる。特に、第２潤滑剤のちょう度を最適化することで、第２潤滑剤を波動発生器に留まりやすくし、波動発生器での潤滑不良を低減することができる。

本適用例のロボットでは、前記波動発生器は、
非円形状の外周面を有するカムと、
前記外歯歯車の内周面と前記カムの外周面との間に配置されている軸受と、を有し、
前記第２潤滑剤は、前記軸受に配置されていることが好ましい。
これにより、波動発生器の軸受での潤滑不良を低減することができる。

本適用例のロボットでは、前記第２潤滑剤の滴点は、２００℃以上２８０℃以下の範囲内にあることが好ましい。
これにより、温度上昇による波動発生器での潤滑不良を低減することができる。

本適用例のロボットでは、前記第１潤滑剤は、炭素材料、金属材料およびセラミックス材料のうちの少なくとも１種で構成されている伝熱性添加剤を含有していることが好ましい。

これにより、第１潤滑剤の潤滑性能を優れたものとしつつ、第１潤滑剤の熱伝導率を容易に高めることができる。

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可撓性の外歯歯車と、
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周方向に移動させる波動発生器と、
前記内歯歯車と前記外歯歯車との間に配置されている第１潤滑剤と、を有し、
前記第１潤滑剤の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあり、
前記第１潤滑剤のちょう度が３００以上４００以下の範囲内にあることを特徴とする。

このような歯車装置によれば、内歯歯車と外歯歯車との間に配置されている第１潤滑剤が、そのちょう度が３００以上４００以下の範囲内にあることで、内歯歯車と外歯歯車との噛み合い部に対して流入と流出とを繰り返すことができる。そのため、第１潤滑剤が当該噛み合い部に供給されている状態を長く維持することができ、当該噛み合い部における潤滑不良を低減することができる。その上で、第１潤滑剤の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあることで、前述したような第１潤滑剤の流動性を実現しつつ、第１潤滑剤の熱導電性を高めることができる。このような第１潤滑剤の流動性および熱伝導性の相乗効果により、当該噛み合い部および当該噛み合い部にある第１潤滑剤を効率的に放熱し、第１潤滑剤の温度上昇による潤滑性能の低下を低減することができる。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と、
前記歯車装置の少なくとも一部を覆っているケースと、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、内歯歯車と外歯歯車との間に配置されている第１潤滑剤が、そのちょう度が３００以上４００以下の範囲内にあることで、内歯歯車と外歯歯車との噛み合い部に対して流入と流出とを繰り返すことができる。そのため、第１潤滑剤が当該噛み合い部に供給されている状態を長く維持することができ、当該噛み合い部における潤滑不良を低減することができる。その上で、第１潤滑剤の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあることで、前述したような第１潤滑剤の流動性を実現しつつ、第１潤滑剤の熱導電性を高めることができる。このような第１潤滑剤の流動性および熱伝導性の相乗効果により、当該噛み合い部および当該噛み合い部にある第１潤滑剤を効率的に放熱し、第１潤滑剤の温度上昇による潤滑性能の低下を低減することができる。その結果、歯車装置の長寿命化を図ることができる。

本発明の実施形態に係るロボットの概略構成を示す側面図である。 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。 本発明の第２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の製造方法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簡単に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るロボットの概略構成を示す側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１中の基台側を「基端」、その反対側（エンドエフェクター側）を「先端」と言う。また、図１の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。

図１に示すロボット１００は、例えば、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に用いられるロボットである。このロボット１００は、図１に示すように、基台１１０と、第１アーム１２０と、第２アーム１３０と、作業ヘッド１４０と、エンドエフェクター１５０と、配線引き回し部１６０と、を有している。以下、ロボット１００の各部を順次簡単に説明する。

基台１１０は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台１１０の内部には、ロボット１００を統括制御する制御装置１９０が設置されている。また、基台１１０には、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｊ１（回動軸）まわりに回動可能に第１アーム１２０が連結している。

ここで、基台１１０内には、第１アーム１２０を回動させる駆動力を発生させるサーボモーター等の第１モーターであるモーター１７０と、モーター１７０の駆動力の回転を減速する第１減速機である歯車装置１を含む歯車ユニット１０と、を有する駆動源が設置されている。歯車装置１の入力軸は、モーター１７０の回転軸に連結され、歯車装置１の出力軸は、第１アーム１２０に連結されている。そのため、モーター１７０が駆動し、その駆動力が歯車装置１を介して第１アーム１２０に伝達されると、第１アーム１２０が基台１１０に対して第１軸Ｊ１まわりに水平面内で回動する。

第１アーム１２０の先端部には、第１アーム１２０に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２（回動軸）まわりに回動可能に第２アーム１３０が連結している。第２アーム１３０内には、図示しないが、第２アーム１３０を回動させる駆動力を発生させる第２モーターと、第２モーターの駆動力の回転を減速する第２減速機とを有する駆動源が設置されている。そして、第２モーターの駆動力が第２減速機を介して第２アーム１３０に伝達されることにより、第２アーム１３０が第１アーム１２０に対して第２軸Ｊ２まわりに水平面内で回動する。

第２アーム１３０の先端部には、作業ヘッド１４０が配置されている。作業ヘッド１４０は、第２アーム１３０の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト１４１を有している。スプラインシャフト１４１は、第２アーム１３０に対して、その軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。

第２アーム１３０内には、図示しないが、回転モーターおよび昇降モーターが配置されている。回転モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナットに伝達され、スプラインナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が鉛直方向に沿う軸Ｊ３まわりに正逆回転する。

一方、昇降モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナットに伝達され、ボールネジナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が上下に移動する。

スプラインシャフト１４１の先端部（下端部）には、エンドエフェクター１５０が連結されている。エンドエフェクター１５０としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの等が挙げられる。

第２アーム１３０内に配置された各電子部品（例えば、第２モーター、回転モーター、昇降モーター等）に接続される複数の配線は、第２アーム１３０と基台１１０とを連結する管状の配線引き回し部１６０内を通って基台１１０内まで引き回されている。さらに、かかる複数の配線は、基台１１０内でまとめられることによって、モーター１７０および図示しないエンコーダーに接続される配線とともに、基台１１０内に設置された制御装置１９０まで引き回される。

以上のように、ロボット１００は、第１部材である基台１１０と、基台１１０に対して回動可能に設けられている第２部材である第１アーム１２０と、基台１１０および第１アーム１２０の一方側から他方側へ駆動力を伝達する歯車ユニット１０（歯車装置１および後述する歯車装置１の少なくとも一部を覆っているケース５を含む）と、を備える。

なお、第１アーム１２０および第２アーム１３０をまとめて「第２部材」と捉えてもよい。また、「第２部材」が、第１アーム１２０および第２アーム１３０に加え、さらに、作業ヘッド１４０およびエンドエフェクター１５０を含んでいてもよい。

また、本実施形態では、第１減速機が歯車ユニット１０で構成されているが、第２減速機が歯車ユニット１０で構成されていてもよく、また、第１減速機および第２減速機の双方が歯車ユニット１０で構成されていてもよい。第２減速機が歯車装置１で構成されている場合、第１アーム１２０を「第１部材」と捉え、第２アーム１３０を「第２部材」と捉えればよい。

また、本実施形態では、モーター１７０および歯車ユニット１０が基台１１０に設けられているが、モーター１７０および歯車ユニット１０を第１アーム１２０に設けてもよい。この場合、歯車装置１の出力軸を基台１１０に連結すればよい。

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。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、また、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。

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を収納しているケース５と、を有し、歯車装置１には、第１潤滑剤Ｇ１および第２潤滑剤Ｇ２が配置されている。以下、歯車ユニット１０の各部を説明する。

（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。

本実施形態では、剛性歯車２が前述したロボット１００の基台１１０（第１部材）に対してケース５を介して接続（固定）され、可撓性歯車３が前述したロボット１００の第１アーム１２０（第２部材）に対して接続され、波動発生器４が前述したロボット１００のモーター１７０の回転軸に接続されている。

モーター１７０の回転軸が回転する（すなわち駆動力が発生する）と、波動発生器４はモーター１７０の回転軸と同じ回転速度で回転する。そして、剛性歯車２および可撓性歯車３は、互いに歯数が異なるため、互いの噛み合い位置が周方向に移動しながら軸線ａまわりに相対的に回転する。本実施形態では剛性歯車２の歯数の方が可撓性歯車３の歯数より多いため、モーター１７０の回転軸の回転速度よりも低い回転速度で可撓性歯車３を回転させることができる。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。

なお、ケース５の形態によっては、可撓性歯車３を基台１１０に対して接続（固定）し、剛性歯車２を第１アーム１２０に対して接続しても、歯車装置１を減速機として用いることができる。また、可撓性歯車３にモーター１７０の回転軸を接続しても、歯車装置１を減速機として用いることができ、この場合、波動発生器４を基台１１０に対して接続（固定）し、剛性歯車２を第１アーム１２０に対して接続すればよい。また、歯車装置１を増速機として用いる場合（モーター１７０の回転軸の回転速度よりも高い回転速度で可撓性歯車３を回転させる場合）、前述した入力側と出力側との関係を反対にすればよい。

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は、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、はすば歯車またはやまば歯車であってもよい。

図２および図３に示すように、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側にある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。

図２および図３に示すように、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、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。

ここで、波動発生器４には、後述する第２潤滑剤Ｇ２が配置されている。詳述すると、波動発生器４の軸受４２の内部、すなわち内輪４２１と外輪４２３との間の空間に第２潤滑剤Ｇ２が配置されている。これにより、軸受４２のより円滑な回転が得られる。

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。

（ケース）
図２に示すケース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、を有する。ここで、蓋体１１と本体１２との間には、前述した歯車装置１が収納されている。また、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。

蓋体１１の内壁面１１１は、可撓性歯車３の開口部３６を覆うように軸線ａに直角な方向に拡がる形状をなしている。また、本体１２の内壁面１２１は、可撓性歯車３の外周面および底面に沿った形状をなしている。このようなケース５は、前述したロボット１００の基台１１０に固定されている。ここで、蓋体１１は、基台１１０と別体であって例えばネジ止め等により基台１１０に固定されていてもよいし、基台１１０と一体であってもよい。

また、ケース５（蓋体１１、本体１２）の構成材料としては、特に限定されないが、金属材料等を用いることが好ましい。これにより、後述する第１潤滑剤Ｇ１を用いた放熱の効果を高めることができる。

（第１潤滑剤）
第１潤滑剤Ｇ１は、グリース（半固体状潤滑剤）であり、少なくとも剛性歯車２と可撓性歯車３との間に配置されている。

この第１潤滑剤Ｇ１は、波動発生器４の回転に伴って、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部を通じて、可撓性歯車３の胴部３１の外周面上とケース５の蓋体１１上との間を往復運動するように流動する。これは、波動発生器４の回転に伴う剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い状態の変化がポンプのごとく働くためである。このように、波動発生器４の回転に伴って、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部に第１潤滑剤Ｇ１を供給することができる。なお、可撓性歯車３の胴部３１の外周面上およびケース５の蓋体１１上のうちの少なくとも一方に第１潤滑剤Ｇ１を配置しておけば、波動発生器４の回転に伴って、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部に第１潤滑剤Ｇ１を供給することができる。

また、第１潤滑剤Ｇ１の一部は、波動発生器４の回転に伴って、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内とケース５の蓋体１１上との間を往復運動するように流動する。これは、波動発生器４の回転に伴う可撓性歯車３と波動発生器４との接触状態の変化がポンプのごとく働くためである。このように、波動発生器４の回転に伴って、可撓性歯車３と波動発生器４との接触部にも第１潤滑剤Ｇ１を供給することができる。なお、可撓性歯車３の胴部３１内およびケース５の蓋体１１上のうちの少なくとも一方に第１潤滑剤Ｇ１を配置しておけば、波動発生器４の回転に伴って、可撓性歯車３と波動発生器４との接触部にも第１潤滑剤Ｇ１を供給することができる。

ここで、第１潤滑剤Ｇ１のちょう度は、３００以上４００以下の範囲内にある。これにより、前述したように剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部に対する流入と流出とを繰り返すように第１潤滑剤Ｇ１を流動させることができる。そのため、第１潤滑剤Ｇ１が当該噛み合い部に供給されている状態を長く維持することができ、当該噛み合い部における潤滑不良を低減することができる。また、第１潤滑剤Ｇ１のちょう度は、前述した範囲内にあればよいが、前述した効果をより顕著に発揮させる観点から、３２０以上３８０以下の範囲内にあることが好ましく、３４０以上３６０以下の範囲内にあることがより好ましい。

これに対し、第１潤滑剤Ｇ１のちょう度が小さすぎると、第１潤滑剤Ｇ１の流動性が不十分となり、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部に十分に第１潤滑剤Ｇ１を供給することが難しく、また、後述するような第１潤滑剤Ｇ１による放熱効果を十分に得ることが難しい。一方、第１潤滑剤Ｇ１のちょう度が大きすぎると、第１潤滑剤Ｇ１の流動性が高くなり過ぎて、歯車装置１の外部（例えば、ケース５内の不本意な位置またはケース５の外部）へ第１潤滑剤Ｇ１が漏れやすくなるため、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部への第１潤滑剤Ｇ１の供給が不安定となり、かえって、当該噛み合い部における潤滑不良を生じやすくなる。

また、第１潤滑剤Ｇ１の熱伝導率は、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にある。これにより、前述したような第１潤滑剤Ｇ１の流動性を実現しつつ、第１潤滑剤Ｇ１の熱導電性を高めることができる。このように、第１潤滑剤Ｇ１は、優れた流動性および熱伝導性を有する。そのため、第１潤滑剤Ｇ１を剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部を通じて流通させ、当該噛み合い部および当該噛み合い部にある第１潤滑剤Ｇ１の熱を他の部分（例えばケース５）に逃すことができる。その結果、第１潤滑剤Ｇ１の温度上昇による潤滑性能の低下を低減することができる。また、第１潤滑剤Ｇ１の熱伝導率は、前述したような範囲内にあればよいが、前述した効果をより顕著に発揮させる観点から、０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあることが好ましく、０．７Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあることがより好ましい。

これに対し、第１潤滑剤Ｇ１の熱伝導率が小さすぎると、前述したような第１潤滑剤Ｇ１による放熱効果を十分に得ることができない。一方、第１潤滑剤Ｇ１の熱伝導率が大きすぎると、第１潤滑剤Ｇ１中に添加する後述の伝熱性添加物の添加量を多くしなければならず、そのため、第１潤滑剤Ｇ１の流動性が悪くなってしまい、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部に十分に第１潤滑剤Ｇ１を供給することが難しい。

このような第１潤滑剤Ｇ１は、基油および増ちょう剤を含んで構成されるのが好ましい。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、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。

ここで、第１潤滑剤Ｇ１中における基油の含有量が８０質量％以上９０質量％以下であり、かつ、第１潤滑剤Ｇ１中における増ちょう剤の含有量が５質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。これにより、第１潤滑剤Ｇ１の潤滑性能を高めることができる。

また、第１潤滑剤Ｇ１は、炭素材料、金属材料およびセラミックス材料のうちの少なくとも１種（単一材料または複合材料）で構成されている伝熱性添加剤（熱伝導率を高めることができる添加剤）を含有していることが好ましい。これにより、第１潤滑剤Ｇ１の潤滑性能を優れたものとしつつ、第１潤滑剤Ｇ１の熱伝導率を容易に高めることができる。炭素材料で構成されている伝熱性添加剤としては、例えば、炭素繊維、カーボン粒子等が挙げられる。また、金属材料で構成されている伝熱性添加剤としては、例えば、銀粒子、銅粒子等の金属粒子が挙げられる。また、セラミックス材料で構成されている伝熱性添加剤としては、例えば、アルミナ粒子、窒化ケイ素粒子等のセラミックス粒子が挙げられる。このような伝熱性添加剤の添加量は、特に限定されないが、例えば、第１潤滑剤Ｇ１中、１質量％以上１０質量％以下であることが好ましく、３質量％以上８質量％以下であることがより好ましい。

また、伝熱性添加剤の平均粒径は、特に限定されないが、０．０１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、０．１μｍ以上５μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。これにより、第１潤滑剤Ｇ１中における伝熱性添加物の添加量を多くしても、第１潤滑剤Ｇ１を比較的軟らかくすることができる。

また、第１潤滑剤Ｇ１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。第１潤滑剤Ｇ１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。

ここで、第１潤滑剤Ｇ１中における極圧剤の含有量は、例えば、１質量％以上５質量％以下であることが好ましい。これにより、極圧剤による第１潤滑剤Ｇ１の特性向上が顕著となる。

（第２潤滑剤）
第２潤滑剤Ｇ２は、グリース（半固体状潤滑剤）であり、波動発生器４の軸受４２内に配置（充填）されている。第２潤滑剤Ｇ２は、基油および増ちょう剤を含んで構成される。基油および増ちょう剤は、ぞれぞれ、前述した第１潤滑剤Ｇ１と同様の基油および増ちょう剤を用いることができる。また、第２潤滑剤Ｇ２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適宜含んでいてもよい。

第２潤滑剤Ｇ２は、前述した第１潤滑剤Ｇ１と同じであってもよいが、第１潤滑剤Ｇ１とは異なる潤滑性能を有することが好ましい。すなわち、歯車装置１は、波動発生器４に配置されていて第１潤滑剤Ｇ１とは異なる潤滑性能を有する第２潤滑剤Ｇ２を有することが好ましい。特に、第２潤滑剤Ｇ２のちょう度は、第１潤滑剤Ｇ１のちょう度よりも小さいことが好ましく、具体的には、２００以上３００以下の範囲内にあることが好ましく、２２０以上２８０以下の範囲内にあることがより好ましい。これにより、第２潤滑剤Ｇ２により波動発生器４に適した潤滑を行うことができる。特に、第２潤滑剤Ｇ２のちょう度を最適化（比較的小さく）することで、第２潤滑剤Ｇ２を波動発生器４に留まりやすくし、波動発生器４での潤滑不良を低減することができる。また、波動発生器４の軸受４２に特殊なシール構造を設けなくても、第２潤滑剤Ｇ２が軸受４２から漏れ出すことを低減可能なだけでなく、第１潤滑剤Ｇ１が軸受４２に侵入するのを実質的に防ぐことができるという利点がある。

これに対し、第２潤滑剤Ｇ２のちょう度が小さすぎると、第２潤滑剤Ｇ２が硬くなり過ぎて、軸受４２の回転抵抗が大きくなり、その結果、歯車装置１の駆動力の伝達効率が低下したり歯車装置１に生じる発熱が大きくなったりしやすくなる傾向を示す。一方、第２潤滑剤Ｇ２のちょう度が大きすぎると、第２潤滑剤Ｇ２が軟らかくなり過ぎて、軸受４２でのグリース切れが発生しやすくなる傾向を示す。

ここで、前述したように、波動発生器４は、非円形状の外周面を有するカム４１と、可撓性歯車３（外歯歯車）の内周面とカム４１の外周面との間に配置されている軸受４２と、を有し、第２潤滑剤Ｇ２は、軸受４２に配置されている。これにより、波動発生器４の軸受４２での潤滑不良を低減することができる。

また、例えば、第２潤滑剤Ｇ２中における増ちょう剤の含有量を前述した第１潤滑剤中における増ちょう剤の含有量よりも多くすることで、第２潤滑剤Ｇ２のちょう度を第１潤滑剤Ｇ１のちょう度よりも小さくすることができる。

また、第２潤滑剤Ｇ２の滴点は、２００℃以上２８０℃以下の範囲内にあることが好ましく、２３０℃以上２６０℃以下の範囲内にあることがより好ましい。これにより、温度上昇による波動発生器４での潤滑不良を低減することができる。

これに対し、第２潤滑剤Ｇ２の滴点が小さすぎると、第２潤滑剤Ｇ２の温度上昇に伴う粘度低下が大きくなり、その結果、軸受４２のグリース切れが発生しやすくなる傾向を示す。一方、第２潤滑剤Ｇ２の滴点が大きすぎると、第２潤滑剤Ｇ２が硬くなり過ぎて、軸受４２の回転抵抗が大きくなり、その結果、歯車装置１の駆動力の伝達効率が低下したり歯車装置１に生じる発熱が大きくなったりしやすくなる傾向を示す。

以上のように、ロボット１００が備える歯車ユニット１０は、歯車装置１と、歯車装置１の少なくとも一部を覆っているケース５と、を備える。そして、歯車装置１は、内歯歯車である剛性歯車２と、剛性歯車２に部分的に噛み合う可撓性の外歯歯車である可撓性歯車３と、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周方向に移動させる波動発生器４と、剛性歯車２と可撓性歯車３との間に配置されている第１潤滑剤Ｇ１と、を有する。剛性歯車２、可撓性歯車３および波動発生器４は、基台１１０（第１部材）と第１アーム１２０（第２部材）の一方から他方へ駆動力を伝達する駆動力伝達経路の途中（始点から終点までの間）に設けられている。ここで、剛性歯車２、可撓性歯車３および波動発生器４よりなる群から選択される２つの部材のうちの一方の部材が基台１１０（第１部材）に対して接続（固定）され、他方の部材が第１アーム１２０（第２部材）に対して接続されている。

特に、第１潤滑剤Ｇ１の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあり、かつ、第１潤滑剤Ｇ１のちょう度が３００以上４００以下の範囲内にある。

このようなロボット１００（歯車ユニット１０、歯車装置１）によれば、剛性歯車２と可撓性歯車３との間に配置されている第１潤滑剤Ｇ１が、そのちょう度が３００以上４００以下の範囲内にあることで、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部に対して流入と流出とを繰り返すことができる。そのため、第１潤滑剤Ｇ１が当該噛み合い部に供給されている状態を長く維持することができ、当該噛み合い部における潤滑不良を低減することができる。

その上で、第１潤滑剤Ｇ１の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあることで、前述したような第１潤滑剤Ｇ１の流動性を実現しつつ、第１潤滑剤Ｇ１の熱導電性を高めることができる。

このような第１潤滑剤Ｇ１の流動性および熱伝導性の相乗効果により、当該噛み合い部および当該噛み合い部にある第１潤滑剤Ｇ１を効率的に放熱し、第１潤滑剤Ｇ１の温度上昇による潤滑性能の低下を低減することができる。その結果、歯車装置１の長寿命化を図ることができる。

＜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４は、本発明の第２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、外歯歯車の構成およびそれに伴うケース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４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４に示す歯車ユニット１０Ｂは、歯車装置１Ｂと、歯車装置１Ｂを収納しているケース５Ｂ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。

ケース５Ｂ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１１Ｂと、前述した可撓性歯車３Ｂのフランジ部３２Ｂに取り付けられているクロスローラーベアリング１８と、を有する。

ここで、蓋体１１Ｂは、剛性歯車２の一方（図４中右側）の側面に対して例えばネジ止め等により固定されている。また、クロスローラーベアリング１８は、内輪１５と、外輪１６と、これらの間に配置されている複数のコロ１７と、を有する。そして、内輪１５は、可撓性歯車３Ｂの胴部３１の外周に沿って設けられ、剛性歯車２の他方（図４中左側）の側面に例えばネジ止め等により固定されている。一方、外輪１６は、前述した可撓性歯車３Ｂのフランジ部３２Ｂの胴部３１側の面に例えばネジ止め等により固定されている。

また、蓋体１１Ｂの内壁面１１１Ｂは、可撓性歯車３Ｂの開口部３６を覆うように軸線ａに直角な方向に拡がる形状をなしている。また、クロスローラーベアリング１８の内輪１５の内壁面１５１は、可撓性歯車３Ｂの胴部３１の外周面に沿った形状をなしている。

このような歯車ユニット１０Ｂにおいても、剛性歯車２と可撓性歯車３Ｂとの間に配置されている第１潤滑剤Ｇ１と、波動発生器４に配置されている第２潤滑剤Ｇ２と、を有する。そして、第１潤滑剤Ｇ１の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあり、かつ、第１潤滑剤Ｇ１のちょう度が３００以上４００以下の範囲内にある。これにより、剛性歯車２と可撓性歯車３Ｂとの噛み合い部および当該噛み合い部にある第１潤滑剤Ｇ１を効率的に放熱し、第１潤滑剤Ｇ１の温度上昇による潤滑性能の低下を低減することができる。その結果、歯車装置１Ｂ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、本発明のロボットは、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。

また、前述した実施形態では、歯車ユニットをロボットに組み込む場合を例に説明したが、本発明の歯車ユニットは、互いに回動する第１部材および第２部材の一方側から他方側へ駆動力を伝達する構成を有する各種機器に組み込んで用いることができる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
１．歯車装置（減速機）の製造
（実施例１）
図２に示すような構成の歯車装置を製造した。

ここで、製造した歯車装置は、内歯歯車の外径φ７０、内歯歯車の内径および外歯歯車の外径（かみ合い基準円直径）φ５３、減速比８０であった。また、内歯歯車の構成材料として鋳鉄、外歯歯車の構成材料としてニッケルクロムモリブデン鋼を用いた。

また、第１潤滑剤として、基油、増ちょう剤としてのリチウム石けん、極圧剤としての有機モリブデン、伝熱性添加剤としてのカーボン粒子を含み、ちょう度４００、熱伝導率０．３Ｗ／ｍ・Ｋのグリースを用いた。また、第２潤滑剤として、基油、増ちょう剤としてのリチウム石けん、極圧剤としての有機モリブデンを含み、ちょう度２４０、滴点２５０℃のグリースを用いた。なお、ちょう度および滴点の測定は、ＪＩＳ Ｋ２２２０に準拠して行った。また、熱伝導率の測定は、ＩＳＯ ２２００７−２に規定されるホットディスク法に準拠して行った。

（実施例２〜１２、比較例１、２）
第１潤滑剤および第２潤滑剤のちょう度、熱伝導率および滴点のうちの少なくとも１つを表１に示すように変更した以外は、前述した実施例１と同様にして歯車装置を製造した。

２．評価
前述した１．で得られた各歯車装置について、入力軸回転数３０００ｒｐｍ、平均負荷トルク７０Ｎｍにて連続運転を行い、歯車装置が破損するまでの入力軸の総回転数を測定した。その結果を表１に併せて示す。

なお、表１中、「ＢＡ１」は、歯車装置の破損原因が波動発生器の軸受の摩耗であることを示し、「ＢＡ２」は、歯車装置の破損原因が波動発生器の軸受のボールの焼き付きによる破損であることを示し、「Ｇ」は、歯車装置のケースの外部への第１潤滑剤の漏れ出しによる潤滑不足であることを示し、「ＦＳ」は、歯車装置の破損原因が潤滑不足による外歯歯車の破損であることを示す。

表１から明らかなように、各実施例は、各比較例に比べて、寿命が格段に長くなっていることがわかる。

１…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、５…ケース、５Ｂ…ケース、１０…歯車ユニット、１０Ｂ…歯車ユニット、１１…蓋体、１１Ｂ…蓋体、１２…本体、１３…軸受、１４…軸受、１５…内輪、１６…外輪、１７…コロ、１８…クロスローラーベアリング、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、４２…軸受、１００…ロボット、１１０…基台（第１部材）、１１１…内壁面、１１１Ｂ…内壁面、１２０…第１アーム（第２部材）、１２１…内壁面、１３０…第２アーム、１４０…作業ヘッド、１４１…スプラインシャフト、１５０…エンドエフェクター、１５１…内壁面、１６０…部、１７０…モーター、１９０…制御装置、２０１…軸、２０２…軸、４１１…軸部、４１２…カム部、４２１…内輪、４２２…ボール、４２３…外輪、Ｇ１…第１潤滑剤、Ｇ２…第２潤滑剤、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…軸、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、ａ…軸線

Claims (7)

1. 第１部材と、
   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可撓性の外歯歯車と、
   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周方向に移動させる波動発生器と、
   前記内歯歯車と前記外歯歯車との間に配置されている第１潤滑剤と、を有し、
   前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記波動発生器よりなる群から選択される２つの部材のうちの一方の部材が前記第１部材に対して接続され、他方の部材が前記第２部材に対して接続され、
   前記第１潤滑剤の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあり、
   前記第１潤滑剤のちょう度が３００以上４００以下の範囲内にあることを特徴とするロボット。
2. 前記歯車装置は、前記波動発生器に配置されていて前記第１潤滑剤よりもちょう度が小さい第２潤滑剤を有し、
   前記第２潤滑剤のちょう度が２００以上３００以下の範囲内にある請求項１に記載のロボット。
3. 前記波動発生器は、
   非円形状の外周面を有するカムと、
   前記外歯歯車の内周面と前記カムの外周面との間に配置されている軸受と、を有し、
   前記第２潤滑剤は、前記軸受に配置されている請求項２に記載のロボット。
4. 前記第２潤滑剤の滴点は、２００℃以上２８０℃以下の範囲内にある請求項２または３に記載のロボット。
5. 前記第１潤滑剤は、炭素材料、金属材料およびセラミックス材料のうちの少なくとも１種で構成されている伝熱性添加剤を含有している請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
6. 内歯歯車と、
   前記内歯歯車に部分的に噛み合う可撓性の外歯歯車と、
   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周方向に移動させる波動発生器と、
   前記内歯歯車と前記外歯歯車との間に配置されている第１潤滑剤と、を有し、
   前記第１潤滑剤の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあり、
   前記第１潤滑剤のちょう度が３００以上４００以下の範囲内にあることを特徴とする歯車装置。
7. 請求項６に記載の歯車装置と、
   前記歯車装置の少なくとも一部を覆っているケースと、を備えることを特徴とする歯車ユニット。

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