JP2019199893A - ロボット、歯車装置および歯車装置ユニット - Google Patents

ロボット、歯車装置および歯車装置ユニット Download PDF

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Abstract

【課題】潤滑剤の流出を低減し得る歯車装置および歯車装置ユニット、ならびに、かかる歯車装置または歯車装置ユニットを備えるロボットを提供すること。【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部材を回動させる駆動力を前記第1部材および前記第2部材の一方側から他方側へ伝達する歯車装置と、前記駆動力を発生させる駆動源と、を有し、前記歯車装置は、内歯を備える内歯歯車と、前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯を備え、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、を備え、前記内歯歯車の歯幅の端部に配置されていて、前記内歯歯車の周方向に隣り合う二つの歯元と、前記二つの歯元の間にある歯底とに接続している壁部を有す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装置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、その際、そのモーターの回転を歯車装置(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に記載されているような撓みかみ合い式歯車装置が知られている。この撓みかみ合い式歯車装置は、環状の剛性内歯歯車と、その内側に配置された可撓性外歯歯車と、その内側に嵌め込まれた波動発生器と、を有している。そして、可撓性外歯歯車の外歯よりも開口端側の部分が、装置ハウジングの端壁側に延長され、その延長端部分の外周面とこの外周面が対峙している装置ハウジングの内周面との間に、環状の弾性シールが装着されている。このような弾性シールを設けることにより、装置ハウジングの内部空間が仕切られ、異なる特性の潤滑剤を貯留しておいても双方が混じってしまうことがない。これにより、潤滑対象となる部分に適した粘度の潤滑剤を供給することができる。
特開平9−250609号公報
ところで、特許文献1に記載されているような撓みかみ合い式歯車装置では、外歯と内歯とのかみ合いに伴って、外歯と内歯との間を潤滑剤(グリース)が移動する。この移動の方向は、例えば入出力軸の設定に基づいている。例えば、特許文献1に記載されている歯車装置では、外歯と内歯とのかみ合い部分から、可撓性外歯歯車の開口端側とは反対側である胴部側へ潤滑剤が移動する。このため、外歯と内歯とのかみ合い部分の潤滑状態が悪化することが懸念される。
本発明の適用例に係るロボットは、第1部材と、
前記第1部材に対して回動する第2部材と、
前記第1部材に対して前記第2部材を回動させる駆動力を前記第1部材および前記第2部材の一方側から他方側へ伝達する歯車装置と、
前記駆動力を発生させる駆動源と、
を有し、
前記歯車装置は、
内歯を備える内歯歯車と、
前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯を備え、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、
を備え、
前記内歯歯車の歯幅の端部に配置されていて、前記内歯歯車の周方向に隣り合う二つの歯元と、前記二つの歯元の間にある歯底とに接続している壁部を有する。
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装置ユニットを示す断面図である。 図2に示す歯車装置ユニットの正面図である。 図2の部分拡大図である。 図4の剛性歯車および壁部を示す部分断面斜視図である。 図5に示す剛性歯車の細部を指示した図である。 図5に示す剛性歯車および壁部を剛性歯車の歯幅の他端部側から見た図である。 本発明の第2実施形態に係る剛性歯車および壁部を示す断面図である。 図8に示す歯車装置および壁部の変形例を示す断面図である。 図8に示す歯車装置および壁部の変形例を示す断面図である。 図8に示す歯車装置および壁部の変形例を示す断面図である。 本発明の第3実施形態に係る歯車装置ユニットを示す部分拡大断面図である。 本発明の第4実施形態に係る歯車装置ユニットを示す部分拡大断面図である。 本発明の第5実施形態に係る歯車装置ユニットを示す断面図である。
以下、本発明のロボット、歯車装置および歯車装置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。
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。歯車装置ユニット10の入力軸は、モーター170の回転軸に連結され、歯車装置ユニット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ユニット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、その第3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が鉛直方向に沿う第3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ユニット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、「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。
また、本実施形態では、第1減速機が歯車装置ユニット10で構成されているが、第2減速機が歯車装置ユニット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装置ユニット10で構成されていてもよい。第2減速機が歯車装置ユニット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、歯車装置ユニット10に代えて、後述する歯車装置ユニット10Bを用いてもよい。
また、本実施形態では、モーター170および歯車装置ユニット10は基台110に設けられているが、モーター170および歯車装置ユニット10は第1アーム120に設けられていてもよい。この場合、歯車装置ユニット10の出力軸を基台110に連結すればよい。
2.歯車装置ユニット
以下、本発明の歯車装置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装置ユニットを示す断面図である。図3は、図2に示す歯車装置ユニットの正面図である。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に示す歯車装置ユニット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。この歯車装置ユニット10は、歯車装置1と、歯車装置1を収納しているケース5と、を有し、これらが一体化されている。ここで、歯車装置ユニット10のケース5内には、潤滑剤Gが配置されている。以下、歯車装置ユニット10の各部を説明する。なお、ケース5は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
(歯車装置)
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)にケース5を介して固定(接続)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)に接続され、波動発生器4が前述したロボット100の基台110に配置されているモーター170(駆動源)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に固定(接続)し、剛性歯車2を第1アーム120に接続しても、歯車装置ユニット10を減速機として用いることができる。また、後述するように、可撓性歯車3にモーター170の回転軸を接続しても、歯車装置ユニット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に固定(接続)し、剛性歯車2を第1アーム120に接続すればよい。また、歯車装置ユニット10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、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に対して平行な歯すじを有する。なお、内歯23の歯すじ方向は、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)が開放している開口36を有するカップ状をなし、その開口36から他端部側に向かって外歯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)の開口部30と、軸線a方向での他端部側に外歯33と接続されている胴部31と、さらに他端部側に胴部31と接続されている底部32と、を有する。これにより、底部32に比べて開口部30の一端部が径方向に撓み易くなるので、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。さらに、軸62(例えば出力軸)が接続されている底部32の剛性を高めることができる。このようなことから、歯車装置ユニット10は、バックラッシュが非常に小さく、反転を繰り返す用途に適している。また、同時に噛み合う歯数の比率が大きいため、1枚の歯にかかる力が小さくなり、高トルク容量を得ることもできる。そのような過酷な用途に使うことが可能であるため、潤滑剤には高い潤滑性能が求められるとともに、後述するように、その潤滑剤を噛み合い部に保持することが求められる。
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。また、可撓性歯車3および剛性歯車2は、互いに同一の軸線aまわりに回転可能である。そして、波動発生器4は、可撓性歯車3の開口部30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の一部を剛性歯車2の内歯23に噛み合わせる。
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61(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を有している。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。なお、軸受42内には、図示しないグリースが配置されている。このグリースは、後述する潤滑剤Gと同じであっても異なっていてもよい。
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、球状黒鉛鋳鉄(ダクタイル鋳鉄)のうちのいずれか1つであることが好ましい。中でも球状黒鉛鋳鉄を用いる場合、焼入れ・焼戻し処理またはオーステンパー処理を行っていると、良好な疲労強度を有するので、歯車装置ユニット10の長寿命化を図ることができる。さらに可撓性歯車3にはニッケルクロムモリブデン鋼(例えばSNCM439)を用いると、クロムモリブデン鋼を用いた剛性歯車2よりも硬度を高くすることができるので、可撓性歯車3の歯の摩耗を低減することができ、歯車装置ユニット10の長寿命化を更に図ることができる。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、歯車装置ユニット10の寿命が短くなってしまうおそれがある。
(ケース)
図2に示すケース5は、軸受13を介して軸61(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62(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とは連結(固定)されて空間を構成しており、その空間には、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36を覆うように軸線aに垂直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、例えば、金属材料、セラミックス材料等が挙げられる。
(潤滑剤)
潤滑剤Gは、グリース(半固体状潤滑剤)である。潤滑剤Gは、剛性歯車2と可撓性歯車3との間(噛み合い部)、および、可撓性歯車3と波動発生器4との間(接触部・摺動部)に配置されている。これにより、噛み合い部や接触部、摺動部の摩擦を低減することができる。
この潤滑剤Gは、好ましくは基油および増ちょう剤を含んで構成される。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。このように、基油および増ちょう剤を組成として含んでいる潤滑剤G(グリース)は、増ちょう剤が形成する3次元構造体が複雑に絡み合って基油を保持しており、その保持した基油を少しずつしみ出させることで潤滑作用を発揮する。
また、潤滑剤Gは、有機モリブデン化合物を含んでいるのが好ましい。有機モリブデン化合物は、固体潤滑剤または極圧剤として機能する。これにより、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、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、有機モリブデン化合物は、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、潤滑剤Gの長寿命化を図ることができる。
また、潤滑剤Gは、前述した基油、増ちょう剤および極圧剤(有機モリブデン化合物)の他に、酸化防止剤、防錆剤等の添加剤、また、黒鉛、二硫化モリブデン、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てもよい。
(壁部)
図4は、図2の部分拡大図である。
図4に示すように、内歯23と外歯33との噛み合い部には、潤滑剤Gが保持されている。この保持されている潤滑剤Gは、波動発生器4の回転を駆動力として、噛み合い部から移動する。本実施形態の場合、波動発生器4がモーター170の回転軸に接続されているため、潤滑剤Gの移動方向は、図4に矢印F1で示すように、可撓性歯車3の開口部30から胴部31へ向かう方向になる。
従来の歯車装置では、このような潤滑剤の移動に伴い、内歯と外歯との噛み合い部に保持されていた潤滑剤が徐々に流出してしまうという課題があった。このような潤滑剤の流出が続くと、最終的には潤滑剤が枯渇し、潤滑不良を発生させたり、歯車装置の寿命が短くなったりする。
そこで、本実施形態では、図4に示すように、内歯23と外歯33との噛み合い部から潤滑剤Gが流出するのを低減させる壁部6が設けられている。壁部6は、剛性歯車2(内歯歯車)の歯幅の一端部に設けられ、剛性歯車2の内歯23の歯底231の位置から軸線a(回転軸)側に向かって突出している。突出しているので「突出部」と言うこともできる。このような壁部6は、内歯23の歯底231の位置から突出しているため、歯底231に保持されている潤滑剤Gをせき止める堰として機能する。したがって、壁部6を備える歯車装置ユニット10は、潤滑剤Gを長期にわたって保持し得るため、潤滑不良が発生しにくく、かつ、長寿命化が図られる。
なお、「歯底231の位置から突出する」とは、歯底231上、または歯底231を歯すじ方向に延長したときの延長線上から軸線a側に突出している状態を指す。例えば図4の場合、壁部6は、歯底231を左側に延長した延長線から上方に向かって突出している。
図5は、図4の剛性歯車2および壁部6を示す部分断面斜視図である。また、図6は、図5に示す剛性歯車2の細部を指示した図である。
壁部6は、剛性歯車2の歯幅の一端部、つまり内歯23の歯すじ方向D2(図6参照)のうち、潤滑剤Gの移動の下流側に設けられる。本実施形態では、前述したように、可撓性歯車3(外歯歯車)が、軸線a(回転軸)を中心とし、剛性歯車2(内歯歯車)に部分的に噛み合う外歯33と、一方が開口している筒状の開口部30と、開口部30の他方側に接続されている筒状の胴部31と、を有する。波動発生器4はモーター170(駆動源)に接続されている。そして、前述した剛性歯車2の歯幅の一端部が、可撓性歯車3の胴部31側にある。このように、可撓性歯車3の胴部31側にある歯幅の一端部に壁部6が設けられることにより、潤滑剤Gが流出しにくくなるとともに、内歯23の近傍に十分な量の潤滑剤Gを保持しやすくなる。
本実施形態では、壁部6と内歯23とが接触している。具体的には、壁部6が、周方向D3に隣り合っている2つの内歯23とその間にある歯底231とに接触している。
一般的に、歯車の回転中心から放射方向における歯の長さを「歯たけ」といい、放射方向を「歯たけ方向」という。そして、歯たけ方向のうち、歯底に近い方を歯元と言い、歯底から遠い先端の方を歯先と言う。また、歯車の回転軸に平行な方向を「歯すじ方向」という。
したがって、図6の場合、剛性歯車2の内歯23の歯たけ方向D1のうち、歯底231に近い方が歯元232であり、歯底231から遠い先端の方が歯先233である。そして、図6に示す壁部6は、歯底231とともにその両側にある2つの内歯23の少なくとも歯元232に接触していればよい。これにより、歯底231の歯幅の一端側に壁部6が位置し、歯底231の周方向D3、すなわち図6に示す歯たけ方向D1および歯すじ方向D2の双方に直交する方向の両側に内歯23が位置することになる。その結果、歯底231の三方に堰が設けられることとなり、潤滑剤Gがより流出しにくくなる。
また、本実施形態では、壁部6が潤滑剤保持リング60の一部を構成している。潤滑剤保持リング60は、内歯歯車6の周方向に沿った環状になっている。すなわち、図4に示す剛性歯車2には、歯幅の一端部に潤滑剤保持リング60が配置されている。そして、潤滑剤保持リング60のうち、内歯23の歯底231の位置から軸線a側に向かって突出している部分が壁部6に相当する。これにより、壁部6も、内歯歯車6の周方向に沿った環状をなしたものとなる。このようにして、各内歯23に対応する壁部6が各々連結され、環状をなしていることにより、各壁部6の取り扱いが容易になるととともに、各壁部6の突出長さの調整作業が容易になるという利点がある。
なお、壁部6は、全ての内歯23(全ての歯底231)に対応して設けられている必要はなく、一部で欠損していてもよいが、好ましくは全部の内歯23に対応して壁部6が設けられている。
壁部6の構成材料(本実施形態では潤滑剤保持リング60の構成材料)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、ステンレス鋼のような鉄系材料、アルミニウムまたはその合金のようなアルミニウム系材料、チタンまたはその合金のようなチタン系材料、銅またはその合金のような銅系材料等の金属系材料の他、アルミナ、マグネシアのようなセラミックス系材料、グラファイトのような炭素系材料、ポリイミド系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、メラミン系樹脂のような熱硬化性樹脂、ポリアミド系樹脂(例えばナイロン等)、熱可塑性ウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂(例えばポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリカーボネート、ポリエステル系樹脂(例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等)、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、フッ素樹脂(例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等)、変性ポリフェニレンエーテル、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミドのような熱可塑性樹脂等が挙げられる。また、壁部6の構成材料は、これらの材料の2種以上を含む複合材料であってもよい。
このうち、壁部6の構成材料は、金属系材料であるのが好ましい。これにより、壁部6は、高い機械的強度と潤滑剤Gに対する安定性とを両立する。その結果、信頼性の高い歯車装置ユニット10を実現することができる。
図7は、図5に示す剛性歯車2および壁部6を剛性歯車2の歯幅の他端部側から見た図である。
図7では、内歯23の歯たけをh1とし、壁部6の歯底231から先端までの距離を突出長さh2(歯底231から歯たけ方向の長さ)とする。壁部6の突出長さh2は、内歯23の歯たけh1より長くてもよいが、好ましくは歯たけh1以下に設定される。これにより、壁部6が可撓性歯車3に干渉するのを抑制し、干渉に伴う伝達効率の低下を避けることができる。
なお、壁部6の突出長さh2は、好ましくは内歯23の歯たけh1の1%以上100%以下とされ、より好ましくは30%以上100%以下とされる。壁部6の突出長さh2を前記範囲内に設定することにより、壁部6による潤滑剤Gの流出の低減と、壁部6の可撓性歯車3に対する干渉の抑制と、を両立させることができる。
以上のように、歯車装置ユニット10は、内歯歯車である剛性歯車2、剛性歯車2に部分的に噛み合って軸線a(回転軸)まわりに相対的に(剛性歯車2に対して)回転する可撓性を有する外歯歯車である可撓性歯車3、および、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波動発生器4を有する歯車装置1を備えている。そして、歯車装置ユニット10は、さらに、剛性歯車2の歯幅の一端部に設けられ、剛性歯車2の歯底231の位置から軸線a側に向かって突出している壁部6を備えている。
このような歯車装置ユニット10によれば、内歯23と外歯33との噛み合い部から潤滑剤Gが流出するのを低減させることができる。これにより、潤滑剤Gを長期にわたって保持し得るため、潤滑不良の発生を抑制し、かつ、歯車装置ユニット10の長寿命化および高効率化を図ることができる。
また、本実施形態に係るロボット100は、第1部材である基台110と、基台110に対して回動する第2部材である第1アーム120と、基台110に対して第1アーム120を回動させる駆動力を基台110側から第1アーム120側へ(第1部材および第2部材の一方側から他方側へ)伝達する歯車装置1と、駆動力を発生させる駆動源であるモーター170と、を有している。さらに、歯車装置1は、剛性歯車2と、可撓性歯車3と、波動発生器4と、を有している。そして、ロボット100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、壁部6と、を備えている。
このようなロボット100によれば、内歯23と外歯33との噛み合い部から潤滑剤Gが流出するのを低減させることができる。これにより、潤滑剤Gを長期にわたって保持し得るため、潤滑不良の発生を抑制し、かつ、ロボット100の長寿命化、高効率化および高速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8は、本発明の第2実施形態に係る剛性歯車および壁部を示す断面図である。
本実施形態は、剛性歯車および壁部の構成が異なる以外、前述した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8において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付してある。
図8に示す壁部6Aは、前述した剛性歯車2(内歯歯車)と一体になっている。すなわち、前記実施形態では、図5に示す剛性歯車2とは別の部材である潤滑剤保持リング60の一部が壁部6であったのに対し、本実施形態では、壁部6Aと剛性歯車2とが一体になって剛性歯車2Aを構成している点で相違している。すなわち、本実施形態に係る歯車装置は、壁部6Aを備える剛性歯車2Aを有している。そして、剛性歯車2Aでは、壁部6Aが、周方向に隣り合っている2つの内歯23とその間にある歯底231とに接触している。
このような剛性歯車2Aによれば、両者の接合強度をより高めることができる。このため、剛性歯車2Aから壁部6Aが脱落する確率を下げることができ、剛性歯車2Aを備える歯車装置の信頼性をより高めることができる。また、剛性歯車2Aを壁部6Aと一体に取り扱うことができるため、歯車装置の組み立て作業の簡素化を図ることができる。
なお、「一体になっている」とは、剛性歯車2Aにおいて、壁部6Aとそれ以外の部位とが互いに同一の材料で構成され、境界面がない状態を指す。したがって、剛性歯車2Aの壁部6Aおよびそれ以外の部位は、例えば鋳造法、射出成形法、切削法等の各種製造方法により、同時に製造することが可能になる。これにより、製造工程の簡素化および低コスト化を図ることができる。
また、壁部6Aの表面のうち、内歯23同士の間(歯溝)に臨む側面61Aは、剛性歯車2Aの歯すじ方向に垂直に交わっている。これにより、壁部6Aは、内歯23同士の間の歯溝に影響を及ぼさないため、外歯33(図4参照)に干渉しにくくなる。
また、図9〜図11は、それぞれ図8に示す歯車装置および壁部の変形例を示す断面図である。
以下の説明では、本変形例に関し、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9〜図11において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付してある。
図9に示す壁部6Bも、図8と同様、剛性歯車2B(内歯歯車)と一体になっている。一方、図9に示す壁部6Bの表面のうち、内歯23同士の間に臨む側面61Bは、剛性歯車2Bの歯底231の面に対して鈍角に交わっている。すなわち、側面61Bの垂線は、歯すじ方向よりも剛性歯車2B(内歯歯車)の軸線a側(中心側)に傾斜している。これにより、側面61Bと歯底231との交線近傍において、応力が集中しにくくなるため、クラック等の発生を抑制しやすくなり、歯車装置ユニット10の信頼性をより高めることができる。
なお、側面61Bと歯底231との交差角は、90°超160°以下であるのが好ましく、100°以上150°以下であるのがより好ましい。
図10に示す壁部6Cも、図8と同様、剛性歯車2C(内歯歯車)と一体になっており、図11に示す壁部6Dも、図8と同様、剛性歯車2D(内歯歯車)と一体になっている。
一方、図10に示す壁部6Cの突出長さh2は、剛性歯車2Cの歯たけh1よりも短くなっている。これにより、前述したように、壁部6Cによる潤滑剤Gの流出の低減と、壁部6Cの可撓性歯車3に対する干渉の抑制と、を両立させることができる。
また、図11に示す壁部6Dでは、その表面のうち、軸線a(図2参照)に臨む頂面62Dと、内歯23同士の間に臨む側面61Dと、をつなぐ稜線の断面が丸みを帯びている。すなわち、頂面62Dと側面61Dとの稜線にアール加工が施されている。このような形状によれば、壁部6Dが可撓性歯車3に干渉する確率をより低下させることができる。
以上のような第2実施形態およびその変形例によっても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
<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12は、本発明の第3実施形態に係る歯車装置ユニットを示す部分拡大断面図である。
本実施形態は、壁部の構成が異なる以外、前述した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12において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付してある。
図12に示す歯車装置ユニット10Aでは、ケース5Aの一部分が壁部6Eとなっている。すなわち、図12に示す歯車装置ユニット10Aは、歯車装置1を収納するケース5Aを有しており、壁部6Eは、ケース5Aと一体になっている。
このような構成によれば、壁部6Eをケース5Aと一体に取り扱うことができるため、歯車装置ユニット10Aの組み立て作業の簡素化を図ることができる。
なお、「一体になっている」とは、ケース5Aおよび壁部6Eが互いに同一の材料で構成され、境界面がない状態を指す。したがって、ケース5Aおよび壁部6Eは、例えば鋳造法、射出成形法、切削法等の各種製造方法により、同時に製造することが可能になる。これにより、製造工程の簡素化および低コスト化を図ることができる。
また、ケース5Aの構成材料は、特に限定されないが、第1実施形態における壁部6の構成材料として挙げた材料から適宜選択される。
また、ケース5Aは、歯車装置1のみを収納するケースであっても、基台110の筐体であるケースであってもよい。
以上のような第3実施形態によっても、第1、第2実施形態と同様の効果が得られる。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
図13は、本発明の第4実施形態に係る歯車装置ユニットを示す部分拡大断面図である。
本実施形態は、入力軸側および出力軸側の接続先を変更するとともに壁部の構成が異なる以外、前述した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13において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付してある。
図13に示す歯車装置ユニット10Bでは、図示しないが、モーター170の回転軸が可撓性歯車3に接続されている。また、波動発生器4を基台110に固定(接続)し、剛性歯車2を第1アーム120に接続している。すなわち、図13に示す歯車装置ユニット10Bは、可撓性歯車3を入力軸側、剛性歯車2を出力軸側とする減速機として機能する。
このようにして入力軸側および出力軸側が変更されていると、潤滑剤Gの移動方向も、図4に示す矢印F1とは異なる。すなわち、図13に示す歯車装置ユニット10Bでは、潤滑剤Gの移動方向を示す矢印F2が、矢印F1とは反対になっている。したがって、内歯23と外歯33との噛み合い部では、潤滑剤Gの移動方向が、可撓性歯車3の胴部31から開口部30へ向かう方向となる。
そして、図13に示す歯車装置ユニット10では、壁部6Fが、剛性歯車2の歯幅の一端部、つまり内歯23の歯すじ方向のうち、潤滑剤Gの移動の下流側に設けられている。すなわち、前述した第1実施形態における「剛性歯車2の歯幅の一端部」は、剛性歯車2を基準にしたとき、可撓性歯車3の胴部31側の端部(図4の左側)であるのに対し、本実施形態における「剛性歯車2の歯幅の一端部」は、可撓性歯車3の胴部31側とは反対側の端部(図13の右側)である点で相違している。
このような壁部6Fも、歯底231に保持されている潤滑剤Gをせき止める堰として機能する。したがって、本実施形態によっても、潤滑剤Gを長期にわたって保持することができるため、潤滑不良が発生しにくく、かつ、長寿命化が図られた歯車装置ユニット10を実現することができる。
また、本実施形態に係る壁部6Fは、潤滑剤保持リング60Fの一部を構成している。このようにして剛性歯車2とは別の部材として潤滑剤保持リング60Fを設けることにより、潤滑剤保持リング60Fを適宜移動させることが容易になる。つまり、壁部6Fの突出長さの調整作業が容易になるという利点がある。
以上のように、本実施形態では、可撓性歯車3(外歯歯車)が、軸線a(回転軸)を中心とし、剛性歯車2(内歯歯車)に噛み合う外歯33を有し、一方が開口している筒状の開口部30と、開口部30の他方に接続されている筒状の胴部31と、を有し、可撓性歯車3がモーター170(駆動源)に接続されている。そして、前述した剛性歯車2の歯幅の一端部は、可撓性歯車3の胴部31側とは反対側の端部(図13の右側)である。
このような歯車装置ユニット10によれば、内歯23と外歯33との噛み合い部から潤滑剤Gが流出するのを低減させることができる。これにより、潤滑剤Gを長期にわたって保持し得るため、潤滑不良の発生を抑制し、かつ、歯車装置ユニット10の長寿命化および高効率化を図ることができる。
以上のような第4実施形態によっても、第1〜第3実施形態と同様の効果が得られる。
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態について説明する。
図14は、本発明の第5実施形態に係る歯車装置ユニットを示す断面図である。
本実施形態は、可撓性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14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14に示す歯車装置ユニット10Cは、歯車装置1Cと、歯車装置1Cを収納しているケース5Cと、を有する。なお、ケース5Cは、省略してもよい。
歯車装置ユニット10Cは、剛性歯車2の内側に配置されているハット型(縁つき帽子型)の外歯歯車である可撓性歯車3Cを有している。この可撓性歯車3Cは、筒状の胴部31の一端部に接続され、軸線aとは反対側(軸線aから離れる方向)に突出しているフランジ部32C(接続部)を有する。フランジ部32Cには、図示しない出力軸が取り付けられている。
ケース5Cは、軸受13を介して軸61(例えば入力軸)を支持している略板状の蓋体11Cと、前述した可撓性歯車3Cのフランジ部32C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11Cは、剛性歯車2の一方(図14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3Cの胴部31の外周に沿って設けられ、剛性歯車2の他方(図14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3Cのフランジ部32C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11Cの内壁面111Cは、可撓性歯車3Cの開口36を覆うように軸線aに垂直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3Cの胴部31の外周面に沿った形状をなしている。
以上のような歯車装置ユニット10Cは、第1実施形態と同様、壁部6を備えた潤滑剤保持リング60を備えている。このため、内歯23と外歯33との噛み合い部から潤滑剤Gが流出するのを低減させることができる。これにより、潤滑剤Gを長期にわたって保持し得るため、潤滑不良の発生を抑制し、かつ、歯車装置ユニット10Cの長寿命化および高効率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装置ユニットを、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。
前述した各実施形態では、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ユニット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ユニット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ユニットについても適用可能である。
また、前述した実施形態では、ロボット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。
また、前述した実施形態では、歯車装置ユニットをロボットに組み込む場合を例に説明したが、本発明の歯車装置ユニットは、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。
1…歯車装置、1C…歯車装置、2…剛性歯車、2A〜2C…剛性歯車、3…可撓性歯車、3C…可撓性歯車、4…波動発生器、5…ケース、5A…ケース、5C…ケース、6…壁部、6A〜6F…壁部、10…歯車装置ユニット、10A〜10C…歯車装置ユニット、11…蓋体、11C…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、30…開口部、31…胴部、32…底部、32C…フランジ部、33…外歯、36…開口、41…カム、42…軸受、60…潤滑剤保持リング、60F…潤滑剤保持リング、61…軸、61A…側面、61B…側面、61D…側面、62…軸、62D…頂面、100…ロボット、110…基台、111…内壁面、111C…内壁面、120…第1アーム、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…配線引き回し部、170…モーター、190…制御装置、231…歯底、232…歯元、233…歯先、411…軸部、412…カム部、421…内輪、422…ボール、423…外輪、D1…歯たけ方向、D2…歯すじ方向、D3…周方向、F1…矢印、F2…矢印、G…潤滑剤、J1…第1軸、J2…第2軸、J3…第3軸、La…長軸、Lb…短軸、a…軸線

Claims (9)

  1. 第1部材と、
    前記第1部材に対して回動する第2部材と、
    前記第1部材に対して前記第2部材を回動させる駆動力を前記第1部材および前記第2部材の一方側から他方側へ伝達する歯車装置と、
    前記駆動力を発生させる駆動源と、
    を有し、
    前記歯車装置は、
    内歯を備える内歯歯車と、
    前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯を備え、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、
    を備え、
    前記内歯歯車の歯幅の端部に配置されていて、前記内歯歯車の周方向に隣り合う二つの歯元と、前記二つの歯元の間にある歯底とに接続している壁部を有することを特徴とするロボット。
  2. 前記壁部の前記歯底から歯たけ方向の長さは、前記内歯歯車の歯たけ以下である請求項1に記載のロボット。
  3. 前記壁部は、前記内歯歯車の周方向に沿った環状をなしている請求項1または2に記載のロボット。
  4. 前記壁部は、前記内歯歯車と一体である請求項1ないし3のいずれか1項に記載のロボット。
  5. 前記歯車装置を収納するケースをさらに有し、
    前記壁部は、前記ケースと一体である請求項1ないし3のいずれか1項に記載のロボット。
  6. 前記外歯歯車は、
    前記回転軸を中心とし、前記内歯歯車に噛み合う外歯を有し、一方が開口している筒状の開口部と、
    前記開口部の他方に接続されている筒状の胴部と、
    を有し、
    前記波動発生器が前記駆動源に接続されており、
    前記壁部は、前記内歯歯車の前記胴部側の端部に配置されている請求項1ないし5のいずれか1項に記載のロボット。
  7. 前記外歯歯車は、
    前記回転軸を中心とし、前記内歯歯車に噛み合う外歯を有し、一方が開口している筒状の開口部と、
    前記開口部の他方に接続されている筒状の胴部と、
    を有し、
    前記外歯歯車が前記駆動源に接続されており、
    前記壁部が配置されている前記端部は、前記胴部側とは反対側である請求項1ないし5のいずれか1項に記載のロボット。
  8. 内歯を備える内歯歯車と、
    前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯を備え、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、
    を備え、
    前記内歯歯車は、周方向に隣り合う二つの歯元と、前記二つの歯元の間にある歯底とに接続していて、歯幅の端部に配置されている壁部を有することを特徴とする歯車装置。
  9. 内歯を備える内歯歯車と、前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯を備え、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、を有する歯車装置と、
    前記内歯歯車の歯幅の端部に配置されていて、前記内歯歯車の周方向に隣り合う二つの歯元と、前記二つの歯元の間にある歯底とに接続している壁部と、
    を備えることを特徴とする歯車装置ユニット。
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