JP2021113575A - 歯車装置およびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性や寿命の低下を抑制することのできる歯車装置およびロボットを提供する。【解決手段】歯車装置は、内歯歯車２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３と、外歯歯車の内周面に接触する軸受け４２と、内歯歯車と外歯歯車との噛み合い位置を回転軸まわりの周方向に移動させるカム４１と、を備える波動発生器４と、を有し、軸受けの外周面は、カムと接触しない状態で円形であり、外歯歯車の内周面は、波動発生器と接触しない状態で円形であり、カムと接触しない状態での軸受けの外径をｄ１［ｍｍ］とし、波動発生器と接触しない状態での外歯歯車の内径をｄ２［ｍｍ］としたとき、および、の関係を満たす。【選択図】図２

Description

本発明は、歯車装置およびロボットに関する。

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、そのモーターの回転を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に開示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、円環状の内歯歯車と、内歯歯車の内側に配置されている外歯歯車と、外歯歯車の内側に嵌め込まれている楕円状輪郭の波動発生器と、を有している。そして、外歯歯車は、波動発生器によって楕円状に撓められ、楕円状の長軸方向の両端部分において内歯歯車に噛み合っている。内歯歯車と外歯歯車とは、歯数差を有しており、波動発生器を回転させると、内歯歯車と外歯歯車の噛み合い位置が周方向に移動し、内歯歯車と外歯歯車がこれらの歯数差に応じて相対回転する。

特開２００２−３４９６８１号公報

しかしながら、このような波動歯車装置では、外歯歯車と波動発生器との嵌め合いがきつい場合、すなわち外歯歯車の内径と波動発生器の外径との差が過度に小さい場合には、外歯歯車と波動発生器との間へのグリースの供給が不十分となり、潤滑性が低下することにより負荷がかかり易くなる。反対に、外歯歯車と波動発生器との嵌め合いが緩い場合、すなわち外歯歯車の内径と波動発生器の外径との差が過度に大きい場合には、外歯歯車と波動発生器との接触面積が低下し、外歯歯車の外周に設けられている外歯の歯底に応力が集中し易くなる。このように、外歯歯車と波動発生器との嵌め合いが適切でなければ、過度な負荷がかり易くなり、波動歯車装置の信頼性や寿命が低下するという課題がある。

本発明の歯車装置は、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軸受けと、前記軸受けの内周面に接触し、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カムと、を備える波動発生器と、を有し、
前記軸受けの外周面は、前記カムと接触しない状態で円形であり、
前記外歯歯車の内周面は、前記波動発生器と接触しない状態で円形であり、
前記カムと接触しない状態での前記軸受けの外径をｄ１［ｍｍ］とし、
前記波動発生器と接触しない状態での前記外歯歯車の内径をｄ２［ｍｍ］としたとき、

および、

の関係を満たす。

本発明のロボットは、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部材から前記第２部材へ、または、前記第２部材から前記第１部材へ伝達する上述の歯車装置と、を有することを特徴とする。

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。 本発明の好適な実施形態に係る歯車装置を示す分解斜視図である。 図２に示す歯車装置の正面図である。 図２に示す歯車装置を模式的に示す縦断面図である。 図２に示す歯車装置における波動発生器の外周面および自然状態の外歯歯車の内周面の状態を模式的に示す図である。 外歯歯車と軸受けとの嵌め合い強さと歯車装置の寿命との関係を示すグラフである。 外歯歯車と軸受けとの嵌め合い強さと歯車装置の寿命との関係を示すグラフである。 外歯歯車と軸受けとの嵌め合い強さと歯車装置の寿命との関係を示すグラフである。

以下、本発明の歯車装置およびロボットを添付図面に示す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」とも言う。また、図１中の右側にある基台の側を「基端側」、その反対側すなわちエンドエフェクター側を「先端側」とも言う。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、精密機器やこの精密機器を構成する部品の給材、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。ロボット１００は、図１に示すように、第１部材としての基台１１０と、基台１１０に対して回動する第２部材としての第１アーム１２０と、第１アーム１２０に対して回動する第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。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。

基台１１０は、例えば、図示しない床面にボルトによって固定されている。また、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回動軸Ｊ１まわりに回動可能に第１アーム１２０が連結している。

また、基台１１０内には、第１駆動部１７０が設置されている。この第１駆動部１７０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１７１と、モーター１７１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と、を有する。歯車装置１の入力軸は、モーター１７１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１７１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が第１回動軸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回動軸Ｊ２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駆動部が設定されている。この第２駆動部は、前述した第１駆動部１７０と同様の構成となっており、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。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回動軸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図示しないスプラインナットおよびボールネジナット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、上下方向に移動すなわち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の先端部すなわち下端部には、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１７１等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。

以上のようなロボット１００は、第１部材としての基台１１０と、基台１１０に対して回動する第２部材としての第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から第１アーム１２０へ、または、第１アーム１２０から基台１１０へ伝達する歯車装置１と、を有する。本実施形態では、駆動力を基台１１０側から第１アーム１２０側へ伝達する。これにより、後述するような歯車装置１の効果を享受することができ、信頼性に優れるロボット１００となる。

なお、本実施形態では、第１部材が基台１１０であり、第２部材が第１アーム１２０であったが、これに限定されず、基台１１０、第１アーム１２０および第２アーム１３０のうちのいずれか１つを第１部材とし、他のいずれか１つを第２部材としてもよい。具体的には、例えば、第１アーム１２０を第１部材とし、第２アーム１３０を第２部材としてもよい。

２．歯車装置
図２は、本発明の好適な実施形態に係る歯車装置を示す分解斜視図である。図３は、図２に示す歯車装置の正面図である。図４は、図２に示す歯車装置を模式的に示す縦断面図である。図５は、図２に示す歯車装置における波動発生器の外周面および自然状態の外歯歯車の内周面の状態を模式的に示す図である。図６ないし図８は、それぞれ、外歯歯車と軸受けとの嵌め合い強さと歯車装置の寿命との関係を示すグラフである。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１の各部、具体的には、内歯歯車２と外歯歯車３との噛み合い部、外歯歯車３と波動発生器４との嵌め合い部等には、必要に応じてグリース等の潤滑剤Ｇ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に対して固定され、外歯歯車３が第１アーム１２０に対して接続され、波動発生器４がモーター１７１の回転軸に接続される。

そのため、モーター１７１の回転軸が回転すると、波動発生器４は、モーター１７１の回転軸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回転軸である軸線ａ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１７１の回転軸の回転速度よりも低い回転速度で外歯歯車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、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、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１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１７１の回転軸に接続しても、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１を増速機として用いる場合、すなわち、モーター１７１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、前述した入力側と出力側との関係を反対にすればよい。

図２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。なお、内歯歯車２と基台１１０との固定方法としては、特に限定されないが、例えば、ネジ止め等が挙げられる。

外歯歯車３は、内歯歯車２の内側に挿通されている。外歯歯車３は、内歯歯車２の内歯２３に噛み合う外歯３３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、前述したように、歯車装置１によって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、カップ状、すなわち、図４中の左側が底部３２によって閉じられた環状をなし、その外周面に外歯３３が形成されている。外歯歯車３は、一端部が開口している円筒状の胴部３１と、胴部３１の他端部から突出し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、例えばモーター１７１の回転軸がネジ止め等により取り付けられる。

図３および図４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、自然状態では円形である外歯歯車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の一部を内歯歯車２の内歯２３の一部に部分的に噛み合わせる。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。

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け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。カム部４１２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。軸受け４２は、ボールベアリングであり、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。なお、軸受け４２は、自然状態すなわちカム４１に嵌め込まれていない状態、言い換えると、組み立て前の状態では、軸線ａに沿った方向から見たときに、円形をなしている。

図４に示すように、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４２４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、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、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。内歯歯車２および外歯歯車３の互いの噛み合い位置が周方向に移動することにより、内歯歯車２および外歯歯車３の歯数差に起因して、これらが軸線ａまわりに相対的に回転する。つまり、内歯歯車２が固定されている基台１１０に対して、外歯歯車３が固定されている第１アーム１２０が軸線ａまわりに回動する。

以上、歯車装置１の全体構成について説明した。次に、波動発生器４と外歯歯車３との嵌め合い強さについて詳細に説明する。

前述の「発明が解決しようとする課題」でも説明したように、外歯歯車３と波動発生器４との嵌め合いがきつ過ぎる場合、すなわち外歯歯車３の内径ｄ２と波動発生器４の外径ｄ１との差が過度に小さい場合には、外歯歯車３と波動発生器４との間への潤滑剤Ｇの供給が不十分となり、潤滑性が低下して歯車装置１に負荷がかかり易くなる。反対に、外歯歯車３と波動発生器４との嵌め合いが緩過ぎる場合、すなわち外歯歯車３の内径ｄ２と波動発生器４の外径ｄ１との差が過度に大きい場合には、外歯歯車３と波動発生器４との接触面積が低下し、外歯歯車３の外周に設けられている外歯３３の歯底に応力が集中し易くなる。このように、外歯歯車３と波動発生器４との嵌め合いが適切でなければ歯車装置１に過度な負荷がかり易くなり、歯車装置１の信頼性や寿命が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態の歯車装置１においては、内径ｄ２と外径ｄ１の値を適切なものとし、歯車装置１に加わる負荷を低減し、歯車装置１の信頼性や寿命の低下を抑制している。以下、内径ｄ２と外径ｄ１との差の適切な大きさについて説明する。

なお、図５に示すように、外歯歯車３の内周面３１１は、その内側に波動発生器４が嵌め合わされていない状態では、軸線ａ方向から見て円形をなしている。同様に、軸受け４２の外周面４２４は、その内側にカム４１が嵌め合わされていない状態では、軸線ａに沿った方向から見て円形をなしている。つまり、歯車装置１の組み立て前や分解後の状態（以下、この状態を「自然状態」とも言う）では、外歯歯車３の内周面３１１および軸受け４２の外周面４２４は、それぞれ、軸線ａ方向から見て円形をなしている。なお、「円形」とは、円と一致する形状の他、例えば、製造上生じ得る誤差等によって円から若干ずれた形状を含む意味である。

そして、前述した外歯歯車３の内径ｄ２とは、自然状態における外歯歯車３の内径を意味し、前述した軸受け４２の外径ｄ１とは、自然状態における軸受け４２の外径を意味する。なお、内径ｄ２および外径ｄ１の求め方としては、特に限定されず、各種計測機器を用いて内径ｄ２および外径ｄ１を直接計測してもよい。また、例えば、各種計測機器を用いて円周の長さを測定し、その測定結果から［直径＝円周の長さ／円周率］の公式を用いて算出してもよい。特に、後者によれば、外歯歯車３の内周や軸受け４２の外周が円形から若干ずれた形状となっていても、その形状を円形と仮定したときの径を求めることができる。ただし、外径ｄ１および内径ｄ２は、同じ方法で計測することが好ましい。

本実施形態では、外径ｄ１および内径ｄ２は、下記の式（１）および式（２）を共に満たす。なお、外径ｄ１および内径ｄ２の単位は、［ｍｍ］とする。

上記式（１）は、外径ｄ１と内径ｄ２との差の最小値を規定する式である。この式（１）を満足することにより、外歯歯車３と軸受け４２との嵌め合いがきつくなり過ぎることを抑制することができる。そのため、外歯歯車３と軸受け４２との間、具体的には、外歯歯車３の内周面３１１と軸受け４２の外輪４２３の外周面４２４との間へのグリースの供給が十分になされ、外歯歯車３と外輪４２３との潤滑性の低下が効果的に抑制される。その結果、歯車装置１に負荷がかかり難くなり、歯車装置１の機械的特性、信頼性および寿命の低下を効果的に抑制することができる。

一方で、上記式（２）は、外径ｄ１と内径ｄ２との差の最大値を規定する式である。この式（２）を満足することにより、外歯歯車３と軸受け４２との嵌め合いが緩くなり過ぎることを抑制することができる。そのため、外歯歯車３と軸受け４２との接触部、より具体的には外歯歯車３の内周面３１１と軸受け４２の外輪４２３の外周面４２４とが接触する部分の面積が十分に広く確保され、外歯歯車３、特に、外歯３３の歯底部分への応力集中を効果的に抑制することができる。その結果、歯車装置１に局所的な負荷がかかり難くなり、歯車装置１の機械的特性、信頼性および寿命の低下を効果的に抑制することができる。

以上のように、外径ｄ１と内径ｄ２との差を、式（１）の最小値よりも大きく、式（２）の最大値よりも小さくすることにより、歯車装置１の機械的特性、信頼性および寿命の低下を効果的に抑制することができる。

なお、外径ｄ１および内径ｄ２は、上記の式（１）の関係を満足していればよいが、さらに、下記の式（３）を満足することが好ましい。これにより、上述した効果がより顕著となる。すなわち、外歯歯車３の内周面３１１と軸受け４２の外輪４２３の外周面４２４との間へのグリースの供給がより十分になされ、外歯歯車３と外輪４２３との潤滑性の低下が効果的に抑制される。その結果、歯車装置１に負荷がよりかかり難くなり、歯車装置１の機械的特性、信頼性および寿命の低下をより効果的に抑制することができる。

また、外径ｄ１および内径ｄ２は、上記の式（２）の関係を満足していればよいが、さらに、下記の式（４）を満足することが好ましく、下記の式（５）を満足することがより好ましい。これにより、上述した効果がより顕著となる。すなわち、外歯歯車３と軸受け４２との接触部の面積がより十分に広く確保され、外歯歯車３、特に、外歯３３の歯底部分への応力集中をより効果的に抑制することができる。その結果、歯車装置１に局所的な負荷がよりかかり難くなり、歯車装置１の機械的特性、信頼性および寿命の低下をより効果的に抑制することができる。

次に、以下に示すいくつかの具体例に基づいて上記の式（１）ないし（５）の根拠を示す。

第１の実施例として、内歯歯車２の外径がφ６０ｍｍ、内歯歯車２の内径および外歯歯車３の外径がφ４４ｍｍ、減速比が５０の歯車装置１を組み立てて運転させた。また、運転条件として、入力軸回転数が３０００ｒｐｍ、平均負荷トルクが２５Ｎｍ、ピークトルクが７０Ｎｍにて連続運転させた。そして、歯車装置１が破損するまでの入力軸総回転数を寿命として測定した。このような測定を、外径ｄ１と内径ｄ２の関係を変えて複数回行った結果を図６に示す。なお、外歯歯車３の内径ｄ２および軸受け４２の外径ｄ１は、それぞれ、組み立て前の状態において、エアーマイクロメーターにて円周方向を４５°で分割した４方向の内径を測定し、これらの平均値を算出することにより測定した。

図６や下記の表１および表２に示すように、上記の式（１）および式（２）を満足することにより、歯車装置１の寿命を十分に長く確保することができる。特に、式（１）で規定される値を超えてしまうと、そこから歯車装置１の寿命が急峻に低下することが分かり、式（２）で規定される値を超えてしまうと、そこから歯車装置１の寿命が急峻に低下することが分かる。以上のことから、上記式（１）および（２）を満足することにより、歯車装置１の寿命が長くなることが分かる。さらには、上記の式（３）を満足することにより、歯車装置１の寿命がより長くなることが分かる。また、上記の式（４）を満足することにより、歯車装置１の寿命がより長くなり、上記の式（５）を満足することにより、歯車装置１の寿命がさらに長くなることが分かる。

なお、内歯歯車２の内径および外歯歯車３の外径がφ３５ｍｍ以上、φ５０ｍｍ未満程度であれば、上述した第１の実施例とほぼ同様の測定結果となった。また、それよりも小さいサイズにおいても、式（１）および式（２）を満足することにより、歯車装置１の寿命が長くなり、式（３）、式（４）および式（５）のいずれかを満足することにより、歯車装置１の寿命がより長くなることが分かった。

第２の実施例として、内歯歯車２の外径がφ７５ｍｍ、内歯歯車２の内径および外歯歯車３の外径がφ５７ｍｍ、減速比が８０の歯車装置１を組み立てて運転させた。また、運転条件として、入力軸回転数が３０００ｒｐｍ、平均負荷トルクが６０Ｎｍ、ピークトルクが１６０Ｎｍにて連続運転させた。そして、歯車装置１が破損するまでの入力軸総回転数を寿命として測定した。このような測定を、外径ｄ１と内径ｄ２の関係を変えて複数回行った結果を図７に示す。なお、外歯歯車３の内径ｄ２および軸受け４２の外径ｄ１は、それぞれ、前述した第１の実施形態と同様の方法で測定した。

図７に示すように、上記の式（１）および式（２）を満足することにより、歯車装置１の寿命を十分に長く確保することができる。特に、式（１）で規定される値を超えてしまうと、そこから歯車装置１の寿命が急峻に低下することが分かり、式（２）で規定される値を超えてしまうと、そこから歯車装置１の寿命が急峻に低下することが分かる。以上のことから、上記式（１）および（２）を満足することにより、歯車装置１の寿命が長くなることが分かる。さらには、上記の式（３）を満足することにより、歯車装置１の寿命がより長くなることが分かる。また、上記の式（４）を満足することにより、歯車装置１の寿命がより長くなり、上記の式（５）を満足することにより、歯車装置１の寿命がさらに長くなることが分かる。

なお、内歯歯車２の内径および外歯歯車３の外径がφ５０ｍｍ以上、φ６５ｍｍ未満程度であれば、上述した第２の実施例とほぼ同様の測定結果となった。

第３の実施例として、内歯歯車２の外径がφ１００ｍｍ、内歯歯車２の内径および外歯歯車３の外径がφ７３ｍｍ、減速比が８０の歯車装置１を組み立てて運転させた。また、運転条件として、入力軸回転数が３０００ｒｐｍ、平均負荷トルクが１３０Ｎｍ、ピークトルクが３５０Ｎｍにて連続運転させた。そして、歯車装置１が破損するまでの入力軸総回転数を寿命として測定した。このような測定を、外径ｄ１と内径ｄ２の関係を変えて複数回行った結果を図８に示す。なお、外歯歯車３の内径ｄ２および軸受け４２の外径ｄ１は、それぞれ、前述した第１の実施形態と同様の方法で測定した。

図８に示すように、上記の式（１）および式（２）を満足することにより、歯車装置１の寿命を十分に長く確保することができる。特に、式（１）で規定される値を超えてしまうと、そこから歯車装置１の寿命が急峻に低下することが分かり、式（２）で規定される値を超えてしまうと、そこから歯車装置１の寿命が急峻に低下することが分かる。以上のことから、上記式（１）および（２）を満足することにより、歯車装置１の寿命が長くなることが分かる。さらには、上記の式（３）を満足することにより、歯車装置１の寿命がより長くなることが分かる。また、上記の式（４）を満足することにより、歯車装置１の寿命がより長くなり、上記の式（５）を満足することにより、歯車装置１の寿命がさらに長くなることが分かる。

なお、内歯歯車２の内径および外歯歯車３の外径がφ６５ｍｍ以上、φ８０ｍｍ未満程度であれば、上述した第２の実施例とほぼ同様の測定結果となった。また、それよりも大きいサイズにおいても、式（１）および式（２）を満足することにより、歯車装置１の寿命が長くなり、式（３）、式（４）および式（５）のいずれかを満足することにより、歯車装置１の寿命がより長くなることが分かった。

以上のように、歯車装置１のサイズによらず、上記の式（１）および式（２）を満足することにより、歯車装置１の寿命を効果的に向上させることができる。

以上、歯車装置１について説明した。このような歯車装置１は、前述したように、内歯歯車２と、内歯歯車２に部分的に噛み合って内歯歯車２に対して回転軸である軸線ａ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、外歯歯車３の内周面３１１に接触する軸受け４２と、軸受け４２の内周面に接触し、内歯歯車２と外歯歯車３との噛み合い位置を回転軸である軸線ａまわりの周方向に移動させるカム４１と、を備える波動発生器４と、を有する。また、軸受け４２の外周面４２４は、カム４１と接触しない状態で円形であり、外歯歯車３の内周面３１１は、波動発生器４と接触しない状態で円形であり、カム４１と接触しない状態での軸受け４２の外径をｄ１［ｍｍ］とし、波動発生器４と接触しない状態での外歯歯車３の内径をｄ２［ｍｍ］としたとき、上記の式（１）および式（２）の関係を満たす。

式（１）を満足することにより、外歯歯車３と軸受け４２との嵌め合いがきつくなり過ぎることを抑制することができる。そのため、外歯歯車３と軸受け４２との間へのグリースの供給が十分になされ、外歯歯車３と外輪４２３との潤滑性の低下が効果的に抑制される。その結果、歯車装置１に負荷がかかり難くなり、歯車装置１の機械的特性、信頼性および寿命の低下を効果的に抑制することができる。一方で、式（２）を満足することにより、外歯歯車３と軸受け４２との嵌め合いが緩くなり過ぎることを抑制することができる。そのため、外歯歯車３と軸受け４２との接触部の面積が十分に広く確保され、外歯歯車３への応力集中を効果的に抑制することができる。その結果、歯車装置１に局所的な負荷がかかり難くなり、歯車装置１の機械的特性、信頼性および寿命の低下を効果的に抑制することができる。以上のように、式（１）および式（２）を満足することにより、歯車装置１の機械的特性、信頼性および寿命の低下を効果的に抑制することができる。

また、前述したように、歯車装置１は、上記の式（３）を満足することが好ましい。これにより、上述の効果がより顕著となり、歯車装置１の機械的特性、信頼性および寿命の低下をより効果的に抑制することができる。

また、前述したように、歯車装置１は、上記の式（４）を満足することが好ましく、上記の式（５）を満足することがさらに好ましい。これにより、上述の効果がより顕著となり、歯車装置１の機械的特性、信頼性および寿命の低下をより効果的に抑制することができる。

以上、本発明の歯車装置およびロボ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。

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。

また、前述した実施形態では、歯車装置が有する外歯歯車がカップ状（有底筒状）をなす場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、外歯歯車は、ハット状（つば付き筒状）をなしていてもよい。外歯歯車がハット状をなす場合、外歯歯車は、胴部の他端部から径方向外側に延びているフランジ部を取付部として有する。

１…歯車装置、２…内歯歯車、２３…内歯、３…外歯歯車、３１…胴部、３１１…内周面、３２…底部、３３…外歯、４…波動発生器、４１…カム、４１１…軸部、４１２…カム部、４２…軸受け、４２１…内輪、４２２…ボール、４２３…外輪、４２４…外周面、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…配線引き回し部、１７０…第１駆動部、１７１…モーター、１９０…制御装置、Ｇ…潤滑剤、Ｊ１…第１回動軸、Ｊ２…第２回動軸、Ｊ３…軸、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、ａ…軸線、ｄ１…外径、ｄ２…内径

Claims (5)

1. 内歯歯車と、
   前記内歯歯車に部分的に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軸受けと、前記軸受けの内周面に接触し、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カムと、を備える波動発生器と、を有し、
   前記軸受けの外周面は、前記カムと接触しない状態で円形であり、
   前記外歯歯車の内周面は、前記波動発生器と接触しない状態で円形であり、
   前記カムと接触しない状態での前記軸受けの外径をｄ１［ｍｍ］とし、
   前記波動発生器と接触しない状態での前記外歯歯車の内径をｄ２［ｍｍ］としたとき、
   

   

   および、
   

   

   の関係を満たす歯車装置。
2. 

   の関係を満たす請求項１に記載の歯車装置。
3. 

   の関係を満たす請求項１または２に記載の歯車装置。
4. 

   の関係を満たす請求項１または２に記載の歯車装置。
5. 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部材から前記第２部材へ、または、前記第２部材から前記第１部材へ伝達する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の歯車装置と、を有するロボット。

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