JP2019188509A - ロボットおよび歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車装置における駆動力の伝達効率が高いロボットおよび駆動力の伝達効率が高い歯車装置を提供すること。【解決手段】第１部材と、第２部材と、前記第１部材に対して前記第２部材を相対的に回動させる駆動力を発生するモーターと、前記駆動力を前記第１部材から前記第２部材へ伝達する歯車装置と、を有し、前記歯車装置は、内歯歯車と、前記内歯歯車に一部が噛み合って前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転して可撓性を有する外歯歯車と、前記外歯歯車の内周面に接触する外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に介在するボールと、を含むベアリングを備え、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、を有し、前記外輪が周方向に並ぶ複数の部品で構成されていることを特徴とするロボット。【選択図】図４

Description

本発明は、ロボットおよび歯車装置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駆動により回動させるが、その際、そのモーターからの駆動力の回転を歯車装置（減速機）により減速してからロボットアームに伝達することが行われている。

例えば、特許文献１に記載の減速機は、剛性内歯歯車と、可撓性外歯歯車と、波動発生器と、を有する。そして、波動発生器は、外輪と内輪と鋼球とを有する可撓性軸受を備えている。また、外輪は、可撓性を有しているため、回転軸線の延在方向および回転軸線を中心とする外輪の半径方向の双方に対して傾斜する方向に弾性変形可能になっている。さらに、外輪の外周面は、回転軸線を含む断面で見たときに、回転軸線を含む直線部分と、直線部分から連続して湾曲している湾曲面と、を有している。

このような減速機では、波動発生器が有する楕円形カムが回転すると、可撓性外歯歯車と外輪との隙間が減少していくとともに、可撓性外歯歯車に作用する半径方向の力が外輪において面で受け止められるため、可撓性外歯歯車の外歯付近が変形することを低減できる。

特開２０１５−２０９９３１号公報

しかしながら、可撓性外歯歯車は、特許文献１にも記載されているように波動発生器との接触によって楕円形に弾性変形するが、その際、回転軸線が延在する方向にも変形する。

図１１は、可撓性外歯歯車が波動発生器との接触によって弾性変形する様子を説明するためのシミュレーション結果である。図１１は、上下方向に延在する軸（図示せず）を中心にして回転する可撓性外歯歯車を外歯側から図示している。図１１に示す可撓性外歯歯車は、回転軸線を中心とする可撓性外歯歯車の半径方向に広がる（例えば図１１の左右方向に広がる）とともに、回転軸線の延在方向（図１１の上方向）にも撓んでいる。

また、図１２は、図１１に示すシミュレーション結果のうち、回転軸線の延在方向の成分の変形のみを示す図である。なお、図１２では、図１１に比べて変形量を強調している。図１２に示す可撓性外歯歯車では、外歯の配列が回転軸線の延在する方向に引っ張られるように（図１２の上方へ引っ張られるように）湾曲している。このような変形は、モーターからの駆動力がロボットアームなどの被駆動部に伝達される効率（伝達効率）が低下する原因となっている。

本発明の適用例に係るロボットは、第１部材と、
第２部材と、
前記第１部材に対して前記第２部材を相対的に回動させる駆動力を発生するモーターと、
前記駆動力を前記第１部材から前記第２部材へ伝達する歯車装置と、
を有し、
前記歯車装置は、
内歯歯車と、
前記内歯歯車に一部が噛み合って前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転して可撓性を有する外歯歯車と、
前記外歯歯車の内周面に接触する外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に介在するボールと、を含むベアリングを備え、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、
を有し、
前記外輪が周方向に並ぶ複数の部品で構成されていることを特徴とするロボット。

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装置を示す断面図（軸線ａを含む平面に沿って切断した図）である。 図２に示す歯車装置の正面図（軸線ａ方向から見た図）である。 図３の部分拡大図である。 図４に示す軸受の外輪を軸線ａに直交する方向から見た図およびその外輪の２方向からの側面図である。 図５に示す構造体の１つの拡大図である。 図５に示す外輪があおり変形している様子を図示したものである。 図５に示す外輪の変形例を示す平面図である。 図５に示す外輪の変形例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る歯車装置を示す断面図（軸線ａを含む平面に沿って切断した図）である。 可撓性外歯歯車が波動発生器との接触によって弾性変形する様子を説明するためのシミュレーション結果である。 図１１に示すシミュレーション結果のうち、回転軸線の延在方向の成分の変形のみを示す図である。

以下、本発明のロボットおよび歯車装置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
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「基端側」、その反対側（エンドエフェクター側）を「先端側」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。すなわち、基台１１０に対して第１アーム１２０は相対的に回動している。

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１０と、を有する。歯車装置１０の入力軸は、モーター１７０の回転軸に連結され、歯車装置１０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１０を介して第１アーム１２０に伝達されると、第１アーム１２０が第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、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装置１０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減速機が歯車装置１０で構成されているが、第２減速機が歯車装置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装置１０で構成されていてもよい。第２減速機が歯車装置１０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、歯車装置１０に代えて、後述する歯車装置１０Ｂを用いてもよい。

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

２．歯車装置
以下、ロボット１００が備える歯車装置１０について詳述する。

＜第１実施形態＞
図２は、本発明の第１実施形態に係る歯車装置を示す断面図（軸線ａを含む平面に沿って切断した図）である。図３は、図２に示す歯車装置の正面図（軸線ａ方向から見た図）である。図４は、図３の部分拡大図である。図５は、図４に示す軸受の外輪を軸線ａに直交する方向から見た図およびその外輪の２方向からの側面図である。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。

図２に示す歯車装置１０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１０は、内歯歯車２と、内歯歯車２の内側に配置されているカップ型の外歯歯車３と、外歯歯車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。また、図示しないが、歯車装置１０の各部には、必要に応じて、グリース等の潤滑剤が適宜配置されている。

ここで、内歯歯車２、外歯歯車３および波動発生器４のうちの一つが前述したロボット１００の基台１１０（第１部材）に対して接続され、他の一つが前述したロボット１００の第１アーム１２０（第２部材）に対して接続される。本実施形態では、内歯歯車２が基台１１０（第１部材）に対してネジ止め等により接続され、そして、外歯歯車３が第１アーム１２０（第２部材）に対してネジ止め等により接続され、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１７１に嵌合、ネジ止め等により接続される。

このような歯車装置１０では、モーター１７０の回転軸１７１が回転すると、波動発生器４はモーター１７０の回転軸１７１と同じ回転速度で回転する。そして、内歯歯車２および外歯歯車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、これらの歯数差に起因して軸線ａ（回転軸）まわりに相対的に回転する。本実施形態では、内歯歯車２の歯数の方が外歯歯車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内歯歯車２に対して外歯歯車３を回転させることができる。これにより、波動発生器４を入力軸側、外歯歯車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、内歯歯車２、外歯歯車３および波動発生器４の接続形態は、前述した形態に限定されず、例えば、後述する第２実施形態のように、外歯歯車３を基台１１０に対して固定し、内歯歯車２を第１アーム１２０に対して接続しても、歯車装置１０を減速機として用いることができる。また、外歯歯車３をモーター１７０の回転軸に接続しても、歯車装置１０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に対して固定し、内歯歯車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１０を増速機として用いる場合、すなわち、モーター１７０の回転軸の回転速度よりも高い回転速度で外歯歯車３を回転させる場合、前述した入力側（モーター１７０側）と出力側（第１アーム１２０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、内歯歯車２は、内歯２３を有し、径方向に実質的に撓まない剛体で構成されたリング状の剛性歯車である。

外歯歯車３は、内歯歯車２の内側に挿通されている。この外歯歯車３は、内歯歯車２の内歯２３に噛み合う外歯３３（歯）を有し、径方向に撓み変形可能な可撓性歯車である。また、外歯歯車３の歯数は、内歯歯車２の歯数よりも少ない。このように外歯歯車３および内歯歯車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、外歯歯車３は、カップ型であり、その外周面に外歯３３が形成されている。ここで、外歯歯車３は、一端部（図２中左側端部）が開口している筒状の胴部３１と、胴部３１の他端部（図２中右側端部）から径方向（本実施形態では径方向内側）に延びている取付部である底部３２と、を有する。胴部３１は、軸線ａを中心とし、内歯歯車２に噛み合う外歯３３を有する。底部３２には、出力側の軸体がネジ止め等により取り付けられる。

図３に示すように、波動発生器４は、外歯歯車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、波動発生器４は、外歯歯車３の胴部３１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を内歯歯車２の内歯２３に噛み合わせる。ここで、外歯歯車３および内歯歯車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。ここで、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、図３中の上下方向を長軸Ｌａとする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（転動体）と、を有している。

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。外輪４２３の外周面は、胴部３１の内周面３１１に当接している。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、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、図示しない保持器により保持されている。

このような波動発生器４は、カム４１が軸線ａまわりに回転することに伴って、カム部４１２の向き（長軸Ｌａの向き）が変わり、それに伴って、外輪４２３も変形し、内歯歯車２および外歯歯車３の互いの噛み合い位置を周方向に移動させる。なお、このとき、内輪４２１は、カム部４１２の外周面に対して固定的に設置されているため、変形状態は変わらない。

以上のような歯車装置１０では、図１１のシミュレーション結果に示すように、波動発生器４の回転に伴って外歯歯車３の弾性変形が発生する。この弾性変形は、図１２に示すように、回転軸線（軸線ａ）の成分を含んでいる。すなわち、外歯歯車３が回転するとき、胴部３１は、その横断面が前述した楕円形または長円形に変形（以下、この変形を省略して「楕円変形」という。）するとともに、軸線ａの延在方向にも変位するように変形（以下、この変形を「あおり変形」という。）する。

一方、胴部３１の内周面３１１には、前述したように軸受４２の外輪４２３の外周面が当接している。このため、胴部３１に上述した楕円変形やあおり変形が生じると、それに伴って外輪４２３にも同様の変形が生じる。このような変形が発生すると、外輪４２３には、その変形した状態から復元しようとする反力が発生する。このような変形に対する反力は、波動発生器４の回転に必要な駆動力をより増大させることにつながる。このため、モーター１７０の駆動力を第１アーム１２０側に伝達させるとき、前述した反力が伝達損失の原因となり、歯車装置１０の伝達効率（動力伝達効率）の低下を招いている。

そこで、歯車装置１０では、軸受４２の外輪４２３が周方向に分割されている。より具体的には、外輪４２３は、周方向に並ぶ複数の構造体４２３０を備えている。言い換えれば、外輪４２３は周方向に並ぶ複数の部品（構造体４２３０）により構成されている。このようにして外輪４２３が分割されていることにより、外輪４２３は、構造体４２３０同士の間で変形しやすくなっている。このため、外輪４２３に楕円変形やあおり変形を生じたとき、構造体４２３０同士の間の相対的な変位が容易に生じる。その一方、各構造体４２３０には変形に対する反力が発生しにくい。したがって、外輪４２３では、反力に伴う駆動力の伝達損失の発生を抑制することができる。その結果、歯車装置１０では、駆動力の伝達効率が高くなる。

外輪４２３の分割数、すなわち外輪４２３に含まれる構造体４２３０の数は、その外径等に応じて適宜設定され、特に限定されないが、３以上であるのが好ましく、５以上であるのがより好ましい。これにより、外輪４２３の変形の自由度を左右する関節数を十分に確保することができる。このため、外輪４２３が変形するとき、その形状の自由度が高くなるとともに、その際に発生する反力をより小さく抑えることができる。その結果、反力に伴う駆動力の伝達損失をより小さく抑えることができる。

一方、外輪４２３の分割数の上限値は、特に限定されないが、一例として１００以下であるのが好ましく、５０以下であるのがより好ましい。これにより、分割数が多すぎることに伴う軸受４２の伝達効率の低下を抑制することができる。すなわち、構造体４２３０同士の隙間がボール４２２の転がりに対する抵抗になり得るところ、かかる隙間の数が制限されることにより、隙間に伴う抵抗が著しく増大するのを抑制することができる。

また、外輪４２３の分割数、すなわち外輪４２３に含まれる構造体４２３０の数は、ボール４２２の数より少ないことが好ましい。構造体４２３０の数がボール４２２の数より少なければ、構造体４２３０同士の隙間とボール４２２とが一対一に対応することが避けられる。これにより、構造体４２３０同士の隙間の全部と、ボール４２２の全部とが、同時に（全てが同じタイミングで）重なることが避けられる。その結果、構造体４２３０同士の隙間において発生するボール４２２の転がりに対する抵抗の増大が、複数のボール４２２の全部で同時に発生し、瞬間的に大きな抵抗になってしまうのを防止することができる。

なお、外輪４２３の分割数がボール４２２の数と同じであったり、多かったりした場合、構造体４２３０同士の隙間の全部とボール４２２の全部とが同時に重なる可能性があるため、瞬間的に大きな転がり抵抗が発生し、伝達効率が低下するおそれがある。

また、構造体４２３０同士の隙間とボール４２２とが重なるとは、構造体４２３０同士の隙間とボール４２２の双方が、外輪４２３の同一の半径上に位置している状態を指す。

また、外輪４２３の分割数、すなわち外輪４２３に含まれる構造体４２３０の数は、奇数であることが好ましい。構造体４２３０の数が奇数であることにより、例えば図３の長軸Ｌａ上において軸線ａを介して互いに反対側に位置する２つのボール４２２が、同時に（互いに同じタイミングで）、構造体４２３０同士の隙間と重なってしまうのを避けることができる。つまり、構造体４２３０の数が奇数であれば、例えば前述した長軸Ｌａ上に位置する２つのボール４２２のうち、少なくとも一方は、常時、構造体４２３０同士の隙間とずれることになる。その結果、瞬間的に大きな転がり抵抗が発生するのを避けることができる。

また、同様の理由で、ボール４２２の数も奇数であってもよい。これにより、長軸Ｌａ上に、同時に２つのボール４２２が位置することが避けられる。その結果、２つのボール４２２において同時に大きな転がり抵抗が発生することが防止される。つまり、瞬間的に大きな転がり抵抗が発生するのを避けることができる。

なお、構造体４２３０の数およびボール４２２の数は、それぞれ軸受４２の外径等に応じて適宜設定されるが、一例を挙げると、構造体４２３０が２１個、ボール４２２が２３個とされる。

ここで、各構造体４２３０について軸線ａに直交する方向から見た形状を「構造体４２３０の平面視形状」とするとき、かかる平面視形状は特に限定されず、四角形、八角形等であってもよいが、本実施形態では、図５に示すような六角形とされる。

図５は、外輪４２３の一部として５つの構造体４２３０が周方向に並んでいる様子を図示したものである。また、構造体４２３０の１つを周方向から見た側面図、および、５つの構造体４２３０をその幅方向から見た側面図についても併せて図示している。なお、幅方向とは、軸線ａの延在方向と平行な方向のことをいう。

また、図６は、図５に示す構造体４２３０の１つの拡大図である。
図６に示す構造体４２３０は、半径方向（外輪４２３と内輪４２１とを結ぶ方向）での平面視において、周方向と平行な第１側辺４２３１および第２側辺４２３２と、第１側辺４２３１と第２側辺４２３２とをつなぐ第１端辺４２３３および第２端辺４２３４と、を備えている。

また、第１端辺４２３３は、その途中の屈曲点４２３３ｃで屈曲している。そして、第１端辺４２３３のうち、屈曲点４２３３ｃよりも第１側辺４２３１側の部分を「第１端辺部分４２３３ａ」とし、第２側辺４２３２側の部分を「第１端辺部分４２３３ｂ」とする。図６に示す第１端辺４２３３は、屈曲点４２３３ｃが図６の右向きに突出するように屈曲している。

一方、第２端辺４２３４も、その途中の屈曲点４２３４ｃで屈曲している。そして、第２端辺４２３４のうち、屈曲点４２３４ｃよりも第１側辺４２３１側の部分を「第２端辺部分４２３４ａ」とし、第２側辺４２３２側の部分を「第２端辺部分４２３４ｂ」とする。図６に示す第２端辺４２３４は、屈曲点４２３４ｃが図６の右向きに凹むように屈曲している。

したがって、構造体４２３０の外縁は、半径方向での平面視において、周方向および幅方向の双方に対して傾いている部分を含む。つまり、構造体４２３０の外縁は、周方向および幅方向の双方に対して傾いている第１端辺部分４２３３ａ、４２３３ｂと第２端辺部分４２３４ａ、４２３４ｂとを含んでいる。このような形状によれば、各部分の傾斜角度を適宜設定することにより、構造体４２３０同士の間に適当な隙間を容易に形成することができる。かかる隙間は、構造体４２３０同士が相対的に変位することを許容するスペースとなる。

図７は、図５に示す外輪４２３があおり変形している様子を図示したものである。図７では、隣り合う構造体４２３０同士の間で、例えば第１側辺４２３１同士が互いに傾いている（非平行になっている）。このようなあおり変形は、構造体４２３０同士の間に生じたスペースが寄与することによって、容易に生じる。このため、外輪４２３では、特にあおり変形が生じやすくなり、変形に対する反力も発生しにくくなる。したがって、反力に伴う駆動力の伝達損失をより小さく抑えることができる。

なお、図６では、第１側辺４２３１と第１端辺４２３３とがなす角度をθ１（°）とするとき、θ１は、０°超３０°以下であるのが好ましく、０．１°以上２０°以下であるのがより好ましく、１°以上１５°以下であるのがさらに好ましい。

一方、図６では、第１側辺４２３１と第２端辺４２３４とがなす角度をθ２（°）とするとき、１８０°−θ２は、０°超３０°以下であるのが好ましく、０．１°以上２０°以下であるのがより好ましく、１°以上１５°以下であるのがさらに好ましい。

また、構造体４２３０では、屈曲点４２３３ｃが図６の右向きに突出し、一方、屈曲点４２３４ｃが図６の右向きに凹んでいる。そして、隣り合う構造体４２３０同士では、凹んでいる部分に突出している部分が嵌るように配置されている。これにより、構造体４２３０同士の位置ずれを抑制することができる。

また、図６では、第１端辺４２３３の中間点と屈曲点４２３３ｃとが一致している。同様に、第２端辺４２３４の中間点と屈曲点４２３４ｃとが一致している。このため、図５に示す構造体４２３０同士の間には、幅方向の両側に同程度の広さの隙間が生じる。このため、図５に示す外輪４２３は、図５の上方へのあおり変形も下方へのあおり変形も同程度の生じやすさを有する。このため、図５に示す外輪４２３は、あおり変形の方向依存性がなく、汎用性に富んでいる。

さらに、図６に示す構造体４２３０の平面視における形状は、周方向に平行な対称軸について線対称の関係を満たしているのが好ましい。これにより、前述したように、図５に示す構造体４２３０同士の間には、幅方向の両側に同程度の広さの隙間が生じる。このため、図５に示す外輪４２３は、図５の上方へのあおり変形も下方へのあおり変形も同程度の生じやすさを有する。このため、図５に示す外輪４２３は、あおり変形の方向依存性がなく、汎用性に富んでいる。

また、第１端辺４２３３の中間点および第２端辺４２３４の中間点は、それぞれボール４２２が転動する経路と重なっている。このため、例えば図５に示すように構造体４２３０同士が接するとき、屈曲点４２３３ｃと屈曲点４２３４ｃとが接することになれば、ボール４２２が転動する経路において構造体４２３０同士の隙間を小さく抑えることができる。すなわち、ボール４２２が転動する経路の連続性を確保することができる。このため、ボール４２２の転がり抵抗をより小さく抑えることができる。

なお、図５に示す構造体４２３０は、内輪４２１側の面に設けられた溝４２３５を備えている。この溝４２３５は、ボール４２２が転動する経路に対応しており、ボール４２２が内輪４２１と外輪４２３との間から逸脱するのを抑制する。

したがって、平面視において、溝４２３５の位置と屈曲点４２３３ｃ、４２３４ｃの位置とが一致していることが好ましい。これにより、ボール４２２が転動する経路において構造体４２３０同士の隙間をより小さく抑えることができる。

なお、あおり変形の方向が一意に決まっている場合には、屈曲点４２３３ｃ、４２３４ｃがそれぞれ第１側辺４２３１側または第２側辺４２３２側に偏位していてもよい。

また、図６では、第１側辺４２３１と第１端辺４２３３とがなす角度をθ１（°）とし、第１側辺４２３１と第２端辺４２３４とがなす角度をθ２（°）とするとき、構造体４２３０の平面視における外縁は、θ１＜１８０°−θ２を満たす。このような構造体４２３０によれば、例えば図５に示すように複数の構造体４２３０を周方向に沿って並べたとき、第１端辺部分４２３３ａの傾斜角度と第２端辺部分４２３４ａの傾斜角度とが異なる。このため、互いに隣り合う第１端辺４２３３と第２端辺４２３４との間に適当な隙間が生じることになり、構造体４２３０同士が相対的に変位可能な適度なスペースが確保される。

なお、θ１と１８０°−θ２との差は、特に限定されないが、２０°以下であるのが好ましく、０．０１°以上１５°以下であるのがより好ましく、０．１°以上１０°以下であるのがさらに好ましい。このような角度差を設けることにより、構造体４２３０同士の間の隙間が必要かつ十分な長さとなる。すなわち、構造体４２３０同士が変位するためのスペースを十分に確保しつつ、隙間に伴うボール４２２の転がり抵抗の増大を抑制することができる。

また、屈曲点４２３３ｃ、４２３４ｃは、それぞれ図６に示すように湾曲している（アールが付いている）のが好ましい。このような湾曲形状を与えることにより、例えば図５に示すように構造体４２３０同士が接するとき、屈曲点４２３３ｃ、４２３４ｃの摩耗を抑えることができる。このため、外輪４２３の長寿命化を図ることができる。

なお、屈曲点４２３３ｃの曲率半径をＲ１とし、屈曲点４２３４ｃの曲率半径をＲ２とするとき、構造体４２３０の平面視における外縁は、Ｒ２≦Ｒ１を満たすことが好ましく、Ｒ２＜Ｒ１を満たすことがより好ましい。これにより、例えば図５に示すように構造体４２３０同士が接するとき、屈曲点４２３３ｃと屈曲点４２３４ｃとが互いに干渉しあうことなく接しやすくなる。このため、構造体４２３０同士の隙間を小さく抑えることができ、ボール４２２の転がり抵抗をより小さく抑えることができる。

なお、曲率半径Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ０．１ｍｍ以上１００ｍｍ以下であるのが好ましく、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であるのがより好ましい。

以上のように、ロボット１００が有する歯車装置１０は、内歯歯車２と、内歯歯車２に一部が（部分的に）噛み合って内歯歯車２に対して軸線ａ（回転軸）まわりに相対的に回転する可撓性を有する外歯歯車３と、内歯歯車２の内周面に接触する外輪４２３と、内輪４２１と、外輪４２３と内輪４２１との間に介在するボール４２２（転動体）と、を含む軸受４２（ベアリング）を備え、内歯歯車２と外歯歯車３との噛み合い位置を軸線ａまわりに周方向に移動させる波動発生器４と、を有する。そして、外輪４２３は、周方向に並ぶ複数の部品で構成されている。

このようなロボット１００または歯車装置１０によれば、外輪４２３において変形に対する反力が発生しにくいため、歯車装置１０における駆動力の伝達効率を高めることができる。このため、消費電力が少なく、耐久性に富んだロボット１００または歯車装置１０を実現することができる。

なお、構造体４２３０の平面視における形状は、図示の形状に限定されない。例えば、外輪４２３を構成する全ての構造体４２３０の形状は、互いに同じであるのが好ましいが、互いに異なっていてもよい。

図８は、図５に示す外輪の変形例を示す平面図である。
図８に示す外輪４２３Ａは、平面視形状が互いに異なる構造体４２３０ａと構造体４２３０ｂとを備えている。具体的には、外輪４２３Ａは、平面視形状が互いに同じ３つの構造体４２３０ａと、平面視形状が互いに同じ２つの構造体４２３０ｂと、を備えている。
このような変形例においても、図５に示す外輪４２３と同様の効果を奏する。

また、図９は、図５に示す外輪の変形例を示す斜視図である。
図９に示す外輪４２３Ｂは、複数の構造体４２３０ｃを備えている。各構造体４２３０ｃでは、第２端辺４２３４に対応する第２端面４２３７が、図９の右側に向かって突出する形状をなしている。一方、各構造体４２３０ｃでは、第１端辺４２３３に対応する第１端面４２３６が、図９の右側に向かって凹没する形状をなしている。

このような構造体４２３０ｃ同士では、第１端面４２３６と第２端面４２３７とが噛み合う。このため、構造体４２３０ｃは、厚さ方向において互いにずれにくくなっている。その結果、構造体４２３０ｃ同士の境界では、段差が生じにくくなり、ボール４２２の転がり抵抗をより小さく抑えることができる。
このような変形例においても、図５に示す外輪４２３と同様の効果を奏する。

＜第２実施形態＞
図１０は、本発明の第２実施形態に係る歯車装置を示す断面図（軸線ａを含む平面に沿って切断した図）である。

本実施形態は、外歯歯車の構成および歯車装置の取付形態が異なること以外は、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に示す歯車装置１０Ａは、前述した第１実施形態の外歯歯車３に代えて、外歯歯車３Ａを有する。本実施形態の外歯歯車３Ａは、ハット型であり、その外周面に外歯３３が形成されている。ここで、外歯歯車３Ａは、一端部（図１０中左側端部）が開口している筒状の胴部３１と、胴部３１の他端部（図１０中右側端部）から径方向（本実施形態では径方向外側）に延びている取付部であるフランジ部３２Ａと、を有する。

このような歯車装置１０Ａの内歯歯車２、外歯歯車３Ａおよび波動発生器４のうちの一つが前述したロボット１００の基台１１０（第１部材）に対して接続され、他の一つが前述したロボット１００の第１アーム１２０（第２部材）に対して接続される。本実施形態では、外歯歯車３Ａが基台１１０（第１部材）に対して接続され、そして、内歯歯車２が第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１７１に接続される。

以上説明したような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。

以上、本発明のロボットおよび歯車装置を、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。

また、前述した実施形態では、水平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、垂直多関節ロボットにも適用可能である。

２…内歯歯車、３…外歯歯車、３Ａ…外歯歯車、４…波動発生器、１０…歯車装置、１０Ａ…歯車装置、２３…内歯、３１…胴部、３２…底部、３２Ａ…フランジ部、３３…外歯、４１…カム、４２…軸受、１００…ロボット、１１０…基台、１２０…第１アーム、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、１６０…部、１７０…モーター、１７１…回転軸、１９０…制御装置、３１１…内周面、４１１…軸部、４１２…カム部、４２１…内輪、４２２…ボール、４２３…外輪、４２３Ａ…外輪、４２３Ｂ…外輪、４２３０…構造体、４２３０ａ…構造体、４２３０ｂ…構造体、４２３０ｃ…構造体、４２３１…第１側辺、４２３２…第２側辺、４２３３…第１端辺、４２３３ａ…第１端辺部分、４２３３ｂ…第１端辺部分、４２３３ｃ…屈曲点、４２３４…第２端辺、４２３４ａ…第２端辺部分、４２３４ｂ…第２端辺部分、４２３４ｃ…屈曲点、４２３５…溝、４２３６…第１端面、４２３７…第２端面、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…軸、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、Ｒ１…曲率半径、Ｒ２…曲率半径、ａ…軸線

Claims (9)

1. 第１部材と、
   第２部材と、
   前記第１部材に対して前記第２部材を相対的に回動させる駆動力を発生するモーターと、
   前記駆動力を前記第１部材から前記第２部材へ伝達する歯車装置と、
   を有し、
   前記歯車装置は、
   内歯歯車と、
   前記内歯歯車に一部が噛み合って前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転して可撓性を有する外歯歯車と、
   前記外歯歯車の内周面に接触する外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に介在するボールと、を含むベアリングを備え、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、
   を有し、
   前記外輪が周方向に並ぶ複数の部品で構成されていることを特徴とするロボット。
2. 前記部品の数は、３以上である請求項１に記載のロボット。
3. 前記部品の数は、前記ボールの数より少ない請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記部品の数は、奇数である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記外輪と前記内輪とが重なる方向での平面視において、前記部品の外縁は、前記周方向および前記周方向と直交する方向の双方に対して傾いている部分を含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
6. 前記部品の前記平面視における外縁は、前記周方向と平行な第１側辺および第２側辺と、前記第１側辺と前記第２側辺とをつなぐ第１端辺および第２端辺と、を備えており、
   前記第１側辺と前記第１端辺とがなす角度をθ１（°）とし、前記第１側辺と前記第２端辺とがなす角度をθ２（°）とするとき、θ１＜１８０°−θ２を満たす請求項５に記載のロボット。
7. 前記部品の前記平面視における形状は、前記周方向に平行な対称軸について線対称の関係を満たす請求項５または６に記載のロボット。
8. 前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記波動発生器のうちの１つが前記第１部材に対して接続され、他の１つが前記第２部材に対して接続されている請求項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、
   前記内歯歯車に一部が噛み合って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可撓性を有する外歯歯車と、
   前記外歯歯車の内周面に接触する外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に介在するボールと、を含むベアリングを備え、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、
   を有し、
   前記外輪が周方向に分割されていることを特徴とする歯車装置。

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