JP2021116863A - 歯車装置およびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】性能低下や損傷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こと。【解決手段】歯車装置は、内歯歯車と、内歯歯車に部分的に噛み合って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、外歯歯車の内側に配置されている軸受けと、軸受けの内側に配置され、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楕円形状のカム部と、を有し、軸受けは、カム部によって楕円形状に変形しており、周方向に並んで配置されている複数のボールと、周方向でボールと交互に配置されている複数の隔壁を有し、ボールを保持している保持器と、を有し、軸受けの長軸上に位置するボールと、当該ボールと周方向で隣り合う隔壁と、の間に隙間が設けられ、軸受けの短軸上に位置するボールは、当該ボールと周方向の両側で隣り合う隔壁のそれぞれに接している。【選択図】図６

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。また、波動発生器は、楕円形のカムと、カムの外周に嵌め込まれ、円形から楕円形に変形している軸受けと、を有している。なお、軸受けは、ボールベアリングであり、内輪と、外輪と、これらの間に配置されている複数のボールと、を有している。

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２０１６−１２１７１９号公報

このような波動歯車装置では、前述したように、軸受けがカムによって円形から楕円形に変形している。そのため、軸受けの長軸方向では、内輪と外輪との間隔が狭くなり、これらに挟まれることによってボールに径方向の圧縮力が加わり、ボールが移動し難くなるため、隣り合うボールの間隔が変化し難い。一方で、軸受けの短軸方向では、長軸方向と比べてボールに径方向の圧縮力が加わり難く、ボールが移動し易くなるため、隣り合うボールの間隔が変化し易い。

したがって、このような波動歯車装置では、短軸方向において隣り合うボールの間隔が適正値からずれ、ずれたままの不適切な間隔が長軸方向においても維持されると、軸受けに意図しない過度な圧縮力が加わり易くなり、波動歯車装置の性能低下や損傷を招くおそれがある。

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、
前記外歯歯車の内側に配置されている軸受けと、
前記軸受けの内側に配置され、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楕円形状のカム部と、を有し、
前記軸受けは、
前記カム部によって楕円形状に変形しており、
前記周方向に並んで配置されている複数のボールと、
前記周方向で前記ボールと交互に配置されている複数の隔壁を有し、前記ボールを保持している保持器と、を有し、
前記軸受けの長軸上に位置する前記ボールと、当該ボールと前記周方向で隣り合う前記隔壁と、の間に隙間が設けられ、
前記軸受けの短軸上に位置する前記ボールは、当該ボールと周方向の両側で隣り合う前記隔壁のそれぞれに接している。

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部材へ伝達する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の歯車装置と、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２に示す歯車装置が有する軸受けのボールの数を偶数にした場合の正面図である。 図２に示す歯車装置が有する軸受けの正面図である。 図６に示す軸受けの長軸上に位置するボールの状態を示す部分拡大正面図である。 図６に示す軸受けの短軸上に位置するボールの状態を示す部分拡大正面図である。 図６に示す軸受けが有する隔壁の変形例を示す部分拡大正面図である。 図６に示す軸受けが有する隔壁の変形例を示す部分拡大正面図である。 図６に示す軸受けが有する隔壁の変形例を示す部分拡大正面図である。 図２に示す歯車装置を模式的に示す断面図である。 軸受けが有するボールの軌跡を示す図である。 軸受けが有するボールの軌跡を示す図である。 図６に示す歯車装置が有する隔壁を径方向から見た断面図である。 図６に示す歯車装置が有する隔壁を径方向から見た断面図である。 第２実施形態に係る歯車装置が有する軸受けを示す部分拡大正面図である。

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中の基台側を「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、動力を基台１１０側から第１アーム１２０側へ伝達している。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
＜第１実施形態＞
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５は、図２に示す歯車装置が有する軸受けのボールの数を偶数にした場合の正面図である。図６は、図２に示す歯車装置が有する軸受けの正面図である。図７は、図６に示す軸受けの長軸上に位置するボールの状態を示す部分拡大正面図である。図８は、図６に示す軸受けの短軸上に位置するボールの状態を示す部分拡大正面図である。図９ないし図１１は、図６に示す軸受けが有する隔壁の変形例を示す部分拡大正面図である。図１２は、図２に示す歯車装置を模式的に示す断面図である。図１３および図１４は、軸受けが有するボールの軌跡を示す図である。図１５および図１６は、図６に示す歯車装置が有する隔壁を径方向から見た断面図である。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。

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、カップ状をなし、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、一端部に開口３１１を有する有底円筒状の胴部３１と、胴部３１の他端部から突出している底部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、図４に示すように、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、具体的には長軸Ｌａの両側を内歯歯車２の内歯２３の一部に部分的に噛み合わせる。

図３に示すように、波動発生器４は、カム５と、カム５の外周に装着され、カム５と外歯歯車３との間に挟まれている軸受け６と、を有している。カム５は、軸線ａまわりに回転する軸部５１と、軸部５１の一端部から外側に突出しているカム部５２と、を有している。また、カム部５２は、軸線ａに沿った方向から見たときに長手形状、特に本実施形態では図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。ただし、カム部５２の形状は、長手形状であれば、特に限定されない。

図３に示すように、軸受け６は、ボールベアリングであり、可撓性の内輪６１および外輪６３と、これらの間に配置されている複数のボール６２と、周方向での間隔を一定に保つように複数のボール６２を保持している保持器６４と、を有している。軸受け６は、自然状態において、軸線ａに沿った方向から見たときに円形をなしており、内側にカム部５２が嵌め込まれることにより、カム部５２の外周面に沿って長手形状、本実施形態では楕円形または長円形に変形している。

内輪６１は、カム５のカム部５２の外周面に嵌め込まれ、カム部５２の外周面に沿って楕円形または長円形に変形している。それに伴って、外輪６３も楕円形または長円形に変形している。また、内輪６１の外周面および外輪６３の内周面は、それぞれ、複数のボール６２を周方向に沿って案内させつつ転動させる軌道面６１１、６３１となっている。

なお、図３は、軸受け６の全体構成を簡単に説明するための図であるため、説明の便宜上、軸受け６の構成、特に保持器６４の構成について簡略化して図示している。保持器６４の詳細な説明については、別途、図６から図８を用いて説明する。

このような波動発生器４は、カム５が軸線ａまわりに回転することに伴って、カム部５２の向きが変わり、それに伴って、外輪６３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６１は、カム部５２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。

複数のボール６２は、内輪６１と外輪６３との間に配置されている。また、複数のボール６２は、保持器６４によって、軸受け６の周方向にほぼ等間隔に並ぶように保持されている。これにより、隣り合う一対のボール６２の間隔のばらつきが抑えられ、軸受け６の特性低下を抑制することができる。また、ボール６２の数は、奇数である。ただし、これに限定されず、ボール６２の数は、偶数であってもよい。

複数のボール６２が等間隔で配置されていると仮定し、ボール６２の数を偶数とした場合、図５に示すように、長軸Ｌａの両側にボール６２が揃うタイミングがある。長軸Ｌａの両端にボール６２が揃ってしまうと、長軸Ｌａ方向において、カム５と外歯歯車３との間で軸受け６が突っ張ってしまい、カム５からの圧縮力が軸受け６で緩和されることなく外歯歯車３に伝達される。そのため、例えば、歯車装置１の各部の強度や設計精度によっては、内歯歯車２と外歯歯車３とが強く噛み合い過ぎて摺動性が悪化したり、歯車装置１が破損したりするおそれがある。

これに対して、複数のボール６２が等間隔で配置されていると仮定し、ボール６２の数を奇数とした場合、図３に示すように、長軸Ｌａの両側にボール６２が揃うタイミングが生じない。つまり、あるタイミングにおいて、長軸Ｌａの一方側にボール６２が位置するとき、他方側にはボール６２が位置しない。これにより、ボール６２の数が偶数のときに生じる前記「突っ張り」が生じず、カム５からの圧縮力が軸受け６で緩和されて外歯歯車３に伝達される。そのため、ボール６２の数が偶数のときに生じ得る上述した内歯歯車２と外歯歯車３との摺動性の悪化や歯車装置１の破損を効果的に抑制することができる。

図６に、カム部５２が嵌め込まれた状態の軸受け６を示す。なお、図６では、カム部５２の図示を省略している。同図に示すように、保持器６４は、リング状の基部６５と、基部６５から内輪６１と外輪６３との間に突出する複数の隔壁６６と、を有している。基部６５は、自然状態において円形である。また、基部６５は、軸受け６がカム５に嵌め込まれても、実質的にカム５からの圧縮力を受けず、変形することなく円形を維持している。

複数の隔壁６６は、基部６５の周方向に沿って等間隔に配置されている。また、複数の隔壁６６は、隣り合う一対の隔壁６６の間に１つのボール６２が位置するように配置されている。つまり、軸受け６では、その周方向に沿って、ボール６２と隔壁６６とが交互に並んで配置されている。このように、一対の隔壁６６の間に１つのボール６２を配置することにより、複数のボール６２を等間隔に配置することができる。なお、内輪６１および外輪６３が楕円形または長円形に変形する前の自然状態においては、ボール６２は、その周方向両側に位置する一対の隔壁６６の間において、緩く保持され、ボール６２の中心軌道Ｂｏ方向への若干の移動が許容されている。これにより、ボール６２を保持しつつ、ボール６２に加わる摩擦力を低減することができる。そのため、ボール６２の中心軌道Ｂｏへの変位を規制しつつ、ボール６２を移動させ易くすることができる。

ここで、前述したように、軸受け６にカム部５２が嵌め込まれることにより、内輪６１および外輪６３が円形から楕円形または長円形に変形しているのに対して、基部６５は、円形を維持している。そのため、軸線ａに沿った方向から見て、隔壁６６は、長軸Ｌａではボール６２の中心軌道Ｂｏに対して内輪６１側に偏って位置し、反対に、短軸Ｌｂでは中心軌道Ｂｏに対して外輪６３側に偏って位置している。

軸受け６は、このような隔壁６６の長軸Ｌａ上での位置と短軸Ｌｂ上での位置との異なりを利用して、図７に示すように、長軸Ｌａ上に位置するボール６２は、当該ボール６２の両側に位置する一対の隔壁６６との間に隙間Ｇがある状態で保持器６４に保持され、図８に示すように、短軸Ｌｂ上に位置するボール６２は、当該ボール６２の両側に位置する一対の隔壁６６のそれぞれに接した状態すなわち隙間Ｇがない状態で保持器６４に保持される。言い換えると、長軸Ｌａ上に位置するボール６２は、その両側に位置する一対の隔壁６６で挟み込まれることなく保持され、反対に、短軸Ｌｂ上に位置するボール６２は、その両側に位置する一対の隔壁６６によって挟み込まれた状態で保持される。

前述した「背景技術」でも説明したように、長軸Ｌａでは内輪６１と外輪６３との間隔が狭まって、これらに挟まれることによりボール６２に径方向の圧縮力Ｐ１が加わる。そのため、長軸Ｌａでは、ボール６２が移動し難く、隣り合う一対の隔壁６６の間においてボール６２が中心軌道Ｂｏの方向に変位し難くなる。これにより、長軸Ｌａでは、ボール６２の間隔Ｇｂが変化し難い。一方、短軸Ｌｂでは、ボール６２に圧縮力Ｐ１よりも小さい径方向の圧縮力Ｐ２が加わる。そのため、短軸Ｌｂでは、長軸Ｌａよりもボール６２が移動し易く、隣り合う一対の隔壁６６の間においてボール６２が中心軌道Ｂｏの方向に変位し易くなる。これにより、短軸Ｌｂでは、ボール６２の間隔Ｇｂが変化し易い。

このように、円形から楕円形または長円形に変形した軸受け６においては、短軸Ｌｂでは間隔Ｇｂがずれ易く、長軸Ｌａでは間隔Ｇｂがずれ難いという特性を有する。そのため、短軸Ｌｂにおいて間隔Ｇｂがずれ、ずれたままの不適切な間隔Ｇｂが長軸Ｌａにおいても維持されるおそれがある。このように、不適切な間隔Ｇｂが維持されてしまうと、例えば、理想状態では発生しない前記「突っ張り」が生じ、歯車装置１に意図しない過度な圧縮力が加わるおそれが高まる。そのため、歯車装置１の性能低下や損傷を招くおそれが高まる。

そこで、本実施形態では、短軸Ｌｂ上のボール６２を、その両側に位置する一対の隔壁６６によって挟み込み、そのボール６２の中心軌道Ｂｏに沿う方向への変位を規制している。これにより、短軸Ｌｂでの間隔Ｇｂのずれを効果的に抑制することができ、そのままの適切な間隔Ｇｂが長軸Ｌａにおいても維持される。そのため、中心軌道Ｂｏの全周において複数のボール６２が等間隔で配置され、前記「突っ張り」の発生を効果的に抑制することができる。その結果、歯車装置１の性能低下や損傷を効果的に抑制することができる。一方、圧縮力Ｐ１を受けることよりボール６２の中心軌道Ｂｏに沿う方向への変位が生じ難くなっている長軸Ｌａにおいては、ボール６２を一対の隔壁６６で挟み込まなくても間隔Ｇｂが維持される。そのため、ボール６２をその両側に位置する一対の隔壁６６で挟み込まないことにより、それ以上、ボール６２が移動し難くなることを抑制している。これにより、ボール６２に過度な摩擦力が生じることを抑制することができ、軸受け６の各部の過度な摩耗や、当該摩耗による特性低下や故障を抑制することができる。

なお、軸受け６が有する複数のボール６２のうち、少なくとも１つのボール６２が長軸Ｌａ上に位置するときにその両側に位置する一対の隔壁６６との間に隙間Ｇがある状態で保持器６４に保持されればよいが、８０％以上の数のボール６２が上記状態で保持器６４に保持されることが好ましく、９０％以上の数のボール６２が上記状態で保持器６４に保持されることがより好ましく、全てのボール６２が上記状態で保持器６４に保持されることが最も好ましい。同様に、軸受け６が有する複数のボール６２のうち、少なくとも１つのボール６２が短軸Ｌｂ上に位置するときにその両側に位置する一対の隔壁６６のそれぞれに接した状態で保持器６４に保持されればよいが、８０％以上の数のボール６２が上記状態で保持器６４に保持されることが好ましく、９０％以上の数のボール６２が上記状態で保持器６４に保持されることがより好ましく、全てのボール６２が上記状態で保持器６４に保持されることが最も好ましい。

次に、上述の作用を実現するための隔壁６６の構成について説明する。なお、複数の隔壁６６は、互いに同様の構成であるため、以下では、１つの隔壁６６について代表して説明し、他の隔壁６６については、その説明を省略する。

まず、隔壁６６の平面視形状すなわち軸線ａに沿った方向から見た形状について説明する。図７および図８に示すように、隔壁６６は、軸受け６の径方向Ｌｒに沿って延在している。また、隔壁６６は、軸線ａに沿った方向から見て、径方向Ｌｒに並んで配置されている第１部分としての先端部６６１と第２部分としての基端部６６２とを有している。また、基端部６６２は、先端部６６１よりも径方向Ｌｒの内側すなわち軸線ａ側に位置している。そして、図７に示すように、長軸Ｌａ上のボール６２は、概ね、基部６５の外周側に位置する先端部６６１と対向し、これに対して、図８に示すように、短軸Ｌｂ上のボール６２は、概ね、基部６５の内周側に位置する基端部６６２と対向する。言い換えると、長軸Ｌａ上のボール６２は、その中心軌道Ｂｏを通る部分が、隣り合う一対の先端部６６１の間に位置し、短軸Ｌｂ上のボール６２は、その中心軌道Ｂｏを通る部分が、隣り合う一対の基端部６６２の間に位置する。

また、軸線ａに沿った方向から見たとき、基端部６６２の径方向Ｌｒに直交する方向の幅Ｗ２は、先端部６６１の径方向Ｌｒに直交する方向の幅Ｗ１よりも大きい。つまり、Ｗ２＞Ｗ１である。なお、「径方向Ｌｒに直交する方向」は、軸受け６の周方向とも言える。また、図７に示すように、隣り合う一対の先端部６６１同士の最小離間距離Ｄ１は、ボール６２の直径Ｒよりも大きく、図８に示すように、隣り合う一対の基端部６６２同士の最小離間距離Ｄ２は、ボール６２の直径Ｒよりも小さい。つまり、Ｄ２＜Ｒ＜Ｄ１である。これにより、長軸Ｌａ上のボール６２は、その両側に位置する一対の隔壁６６に挟まれず、ボール６２と一対の隔壁６６との間に隙間Ｇが設けられている。一方、短軸Ｌｂ上のボール６２は、その両側に位置する一対の隔壁６６に挟まれる。このような隔壁６６によれば、より確実に上述の作用を実現することができる。

本実施形態の隔壁６６は、軸線ａに沿った方向から見たときに、径方向Ｌｒに直交する方向の幅Ｗが径方向Ｌｒの外側に向けて漸減している。特に、幅Ｗの漸減率は、径方向Ｌｒに沿って一定である。そのため、隔壁６６は、軸線ａに沿った方向から見て、径方向Ｌｒの外側に向けて先細りした楔状または台形状となっている。また、隔壁６６は、隔壁６６の一方側に位置するボール６２と対向する側面６６ａと、他方側に位置するボール６２と対向する側面６６ｂと、を有している。そして、これら側面６６ａ、６６ｂは、軸線ａに沿った方向から見て、平坦面である。これにより、隔壁６６の形状が簡単なものとなる。

ただし、側面６６ａ、６６ｂの形状は、これに限定されない。例えば、図９に示すように、幅Ｗの漸減率が径方向Ｌｒの外側に向けて漸増しており、軸線ａに沿った方向から見て、側面６６ａ、６６ｂが対向するボール６２側に突出した凸湾曲面となっていてもよい。このような構成によれば、例えば、本実施形態と比較して、ボール６２が長軸Ｌａ上から短軸Ｌｂ上に移動する際、比較的早い段階すなわち長軸Ｌａに近い領域で、そのボール６２が一対の隔壁６６に挟まれるように設計することができる。そのため、ボール６２が一対の隔壁６６に挟まれる時間が長くなる。具体的には、所定のボール６２に対してカム部５２が一周回転した際に、この一周にかかった時間に対するボール６２が一対の隔壁６６に挟まれている時間の割合が大きくなる。したがって、その分、ボール６２の間隔Ｇｂのずれをより効果的に抑制することができる。

また、例えば、図１０に示すように、幅Ｗの漸減率が径方向Ｌｒの外側に向けて漸減しており、軸線ａに沿った方向から見て、側面６６ａ、６６ｂが内側に凹んだ凹湾曲面となっていてもよい。このような構成によれば、例えば、本実施形態と比較して、ボール６２が長軸Ｌａ上から短軸Ｌｂ上に移動する際、比較的遅い段階すなわち短軸Ｌｂに近い領域で、そのボール６２が一対の隔壁６６に挟まれるように設計することができる。そのため、ボール６２が一対の隔壁６６に挟まれない時間が長くなり、その分、ボール６２の摩擦抵抗をより効果的に低減することができる。

また、例えば、図１１に示すように、側面６６ａ、６６ｂが少なくとも１つの段差、図示の構成では複数の段差を有する段差面となっていてもよい。

次に、径方向Ｌｒすなわち軸線ａに直交する方向から見たときのボール６２の軌道に着目する。図１２に示すように、長軸Ｌａの両側では、外歯歯車３の胴部３１がその開口３１１側に広がるテーパー状に変形するのに起因して、外輪６３が内輪６１に対して底部３２側へ変位する。そのため、この変位に伴って、矢印Ｙのようにボール６２も底部３２側へ変位する。これに対して、図示しないが、短軸Ｌｂの両側では、外歯歯車３の胴部３１がその開口３１１側に狭まる逆テーパー状に変形するのに起因して、外輪６３が内輪６１に対して開口３１１側へ変位する。そのため、この変位に伴ってボール６２も開口３１１側へ変位する。したがって、図１３および図１４に示すように、ボール６２の中心軌道Ｂｏは、短軸Ｌｂ上で最も開口３１１側に位置する最上点Ｑ１となり、長軸Ｌａ上で最も底部３２側に位置する最下点Ｑ２となるように略正弦波状の中心軌道Ｂｏとなる。

図１５および図１６に示すように、隔壁６６は、径方向Ｌｒに沿った方向から見て、軸線ａに沿った方向に並んで配置されている下端部６６３および上端部６６４を有している。また、上端部６６４は、下端部６６３よりも開口３１１側に位置している。そして、図１５に示すように、最上点Ｑ１に位置する短軸Ｌｂ上のボール６２は、上端部６６４と対向し、これに対して、図１６に示すように、最下点Ｑ２に位置する長軸Ｌａ上のボール６２は、下端部６６３と対向する。言い換えると、短軸Ｌｂ上のボール６２は、隣り合う一対の上端部６６４の間に位置し、長軸Ｌａ上のボール６２は、隣り合う一対の下端部６６３の間に位置する。

また、径方向Ｌｒに沿った方向から見て、下端部６６３の幅Ｗ３は、上端部６６４の幅Ｗ４よりも小さい。つまり、Ｗ３＜Ｗ４である。また、隣り合う一対の下端部６６３同士の最小離間距離Ｄ３は、ボール６２の直径Ｒよりも大きく、隣り合う一対の上端部６６４同士の最小離間距離Ｄ４は、ボール６２の直径Ｒよりも小さい。つまり、Ｄ４＜Ｒ＜Ｄ３である。これにより、長軸Ｌａ上のボール６２は、その両側に位置する一対の隔壁６６に挟まれず、これら一対の隔壁６６との間に隙間Ｇが設けられた状態で保持器６４に保持される。一方、短軸Ｌｂ上のボール６２は、その両側に位置する一対の隔壁６６によって挟まれ、これら一対の隔壁６６のそれぞれと接した状態、すなわち、これら一対の隔壁６６との間に隙間Ｇが設けられていない状態で保持器６４に保持される。

また、本実施形態の隔壁６６は、径方向Ｌｒに沿った方向から見て、幅Ｗが底部３２側から開口３１１側に向けて漸増している。特に、幅Ｗの漸減率は、軸線ａに沿って一定である。そのため、隔壁６６は、径方向Ｌｒに沿った方向から見て、開口３１１側から底部３２側に向けて先細りした楔状または台形状となっている。また、隔壁６６の各側面６６ａ、６６ｂは、それぞれ、径方向Ｌｒに沿った方向から見て、平坦面である。これにより、隔壁６６の形状が簡単なものとなる。

ただし、側面６６ａ、６６ｂの形状は、これに限定されない。例えば、前述した図９の平面視形状と同様に、幅Ｗの漸減率が開口３１１側から底部３２側に向けて漸増しており、径方向Ｌｒに沿った方向から見て、側面６６ａ、６６ｂが対向するボール６２側に突出した凸湾曲面となっていてもよい。このような構成によれば、例えば、本実施形態と比較して、ボール６２が長軸Ｌａ上から短軸Ｌｂ上に移動する際、比較的早い段階すなわち長軸Ｌａに近い領域で、そのボール６２が一対の隔壁６６に挟まれるように設計することができる。そのため、ボール６２が一対の隔壁６６に挟まれる時間が長くなり、その分、ボール６２の間隔Ｇｂのずれをより効果的に抑制することができる。

また、例えば、前述した図１０の平面視形状と同様に、幅Ｗの漸減率が開口３１１側から底部３２側に向けて漸減しており、径方向Ｌｒに沿った方向から見て、側面６６ａ、６６ｂが内側に凹んだ凹湾曲面となっていてもよい。このような構成によれば、例えば、本実施形態と比較して、ボール６２が長軸Ｌａ上から短軸Ｌｂ上に移動する際、比較的遅い段階すなわち短軸Ｌｂに近い領域で、そのボール６２が一対の隔壁６６に挟まれるように設計することができる。そのため、ボール６２が一対の隔壁６６に挟まれない時間が長くなり、その分、ボール６２の摩擦抵抗をより効果的に低減することができる。

また、例えば、前述した図１１の平面視形状と同様に、側面６６ａ、６６ｂが少なくとも１つの段差、図示の構成では複数の段差を有する段差面となっていてもよい。

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の内側に配置されている軸受け６と、軸受け６の内側に配置され、内歯歯車２と外歯歯車３との噛み合い位置を軸線ａまわりの周方向に移動させる楕円形状のカム部５２と、を有している。また、軸受け６は、カム部５２によって楕円形状に変形しており、周方向に並んで配置されている複数のボール６２と、周方向でボール６２と交互に配置されている複数の隔壁６６を有し、ボール６２を保持している保持器６４と、を有する。そして、軸受け６の長軸Ｌａ上に位置するボール６２と、当該ボール６２と周方向で隣り合う隔壁６６と、の間に隙間Ｇが設けられ、軸受け６の短軸Ｌｂ上に位置するボール６２は、当該ボール６２と周方向の両側で隣り合う隔壁６６のそれぞれに接している。これにより、隣り合うボール６２同士の間隔が適正に保たれた軸受け６により回転動作が行われ、その結果として、歯車装置１の性能低下や損傷を抑制することができる。

また、前述したように、隔壁６６は、長軸Ｌａ上に位置するボール６２と周方向で隣り合う第１部分である先端部６６１と、先端部６６１よりも軸線ａ側に位置し、短軸Ｌｂ上に位置するボール６２と周方向で隣り合う第２部分である基端部６６２と、を有する。そして、基端部６６２の周方向の幅Ｗ２は、先端部６６１の周方向の幅Ｗ１よりも大きい。これにより、より確実に、軸受け６の長軸Ｌａ上に位置するボール６２は、当該ボール６２の両側に位置する一対の隔壁６６との間に隙間Ｇが設けられた状態で保持器６４に保持され、軸受け６の短軸Ｌｂ上に位置するボール６２は、当該ボール６２の両側に位置する一対の隔壁６６のそれぞれに接した状態で保持器６４に保持される。

また、前述したように、隔壁６６の周方向の幅Ｗは、軸線ａから遠ざかる方向に向けて漸減する。これにより、隔壁６６の形状が簡単なものとなる。

また、前述したように、軸線ａに沿った方向から見て、隔壁６６のボール６２と対向している側面６６ａ、６６ｂは、平坦面である。これにより、隔壁６６の形状が簡単なものとなる。

また、前述したように、軸線ａに沿った方向から見て、隔壁６６のボール６２と対向している側面６６ａ、６６ｂは、ボール６２側に突出している凸面であってもよい。これにより、側面６６ａ、６６ｂが平坦面である場合と比べて、ボール６２が長軸Ｌａ上から短軸Ｌｂ上に移動する際、比較的早い段階で、そのボール６２が一対の隔壁６６に挟まれるように設計することができる。そのため、ボール６２が一対の隔壁６６に挟まれる時間が長くなり、その分、ボール６２の間隔Ｇｂのずれ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、ボール６２の数は、奇数である。これにより、前記「突っ張り」が生じ難くなり、歯車装置１の性能低下や損傷を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図１７は、第２実施形態に係る歯車装置が有する軸受けを示す部分拡大正面図である。

本実施形態に係る歯車装置１は、隔壁６６の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の歯車装置１と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態の歯車装置１に関し、前述した第１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１７では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。なお、各隔壁６６は、互いに同様の構成であるため、以下では、１つの隔壁６６について代表して説明する。

図１７に示すように、本実施形態の隔壁６６は、先端部６６１と基端部６６２とが別体で構成されており、互いに構成材料が異なっている。具体的には、基端部６６２のヤング率Ｅ２は、先端部６６１のヤング率Ｅ１よりも低い。つまり、Ｅ２＜Ｅ１である。これにより、基端部６６２が先端部６６１よりも柔らかくなる。基端部６６２は、短軸Ｌｂにあるボール６２と接する部分であるため、基端部６６２を柔らかくすることにより、隔壁６６との接触によるボール６２の破損や摩耗を効果的に抑制することができる。なお、ヤング率Ｅ１、Ｅ２としては、Ｅ１／Ｅ２≧２［ＧＰａ］以上であることが好ましく、Ｅ１／Ｅ２≧５［ＧＰａ］以上であることがより好ましく、Ｅ１／Ｅ２≧１０［ＧＰａ］以上であることがさらに好ましい。これにより、基端部６６２を十分に柔らかくすることができる。また、ヤング率Ｅ２としては、特に限定されず、ボール６２の構成材料によっても異なるが、例えば、ボール６２のヤング率Ｅ３よりも低いことが好ましい。つまり、Ｅ２＜Ｅ３であることが好ましい。これにより、基端部６６２が、ボール６２よりも柔らかくなり、上述した効果をより顕著に発揮することができる。

以上のように、本実施形態の歯車装置１では、基端部６６２のヤング率Ｅ２は、先端部６６１のヤング率Ｅ１よりも低い。これにより、基端部６６２を柔らかくすることができ、隔壁６６との接触によるボール６２の破損や摩耗を効果的に抑制することができる。

このような第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…開口、３２…底部、３３…外歯、４…波動発生器、５…カム、５１…軸部、５２…カム部、６…軸受け、６１…内輪、６１１…軌道面、６２…ボール、６３…外輪、６３１…軌道面、６４…保持器、６５…基部、６６…隔壁、６６ａ…側面、６６ｂ…側面、６６１…先端部、６６２…基端部、６６３…下端部、６６４…上端部、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、Ｂｏ…中心軌道、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４…最小離間距離、Ｇ…隙間、Ｊ１…第１回動軸、Ｊ２…第２回動軸、Ｊ３…軸、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、Ｌｒ…径方向、Ｐ１、Ｐ２…圧縮力、Ｑ１…最上点、Ｑ２…最下点、Ｒ…直径、Ｗ、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４…幅、Ｙ…矢印、ａ…軸線

Claims (8)

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、
   前記外歯歯車の内側に配置されている軸受けと、
   前記軸受けの内側に配置され、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楕円形状のカム部と、を有し、
   前記軸受けは、
   前記カム部によって楕円形状に変形しており、
   前記周方向に並んで配置されている複数のボールと、
   前記周方向で前記ボールと交互に配置されている複数の隔壁を有し、前記ボールを保持している保持器と、を有し、
   前記軸受けの長軸上に位置する前記ボールと、当該ボールと前記周方向で隣り合う前記隔壁と、の間に隙間が設けられ、
   前記軸受けの短軸上に位置する前記ボールは、当該ボールと周方向の両側で隣り合う前記隔壁のそれぞれに接していることを特徴とする歯車装置。
2. 前記隔壁は、
   前記長軸上に位置する前記ボールと周方向で隣り合う第１部分と、
   前記第１部分よりも前記回転軸側に位置し、前記短軸上に位置する前記ボールと周方向で隣り合う第２部分と、を有し、
   前記第２部分の前記周方向の幅は、前記第１部分の前記周方向の幅よりも大きい請求項１に記載の歯車装置。
3. 前記隔壁の前記周方向の幅は、前記回転軸から遠ざかる方向に向けて漸減する請求項２に記載の歯車装置。
4. 前記回転軸に沿った方向から見て、前記隔壁の前記ボールと対向している側面は、平坦面である請求項３に記載の歯車装置。
5. 前記回転軸に沿った方向から見て、前記隔壁の前記ボールと対向している側面は、前記ボール側に突出している凸面である請求項３に記載の歯車装置。
6. 前記第２部分のヤング率は、前記第１部分のヤング率よりも低い請求項２ないし４のいずれか１項に記載の歯車装置。
7. 前記ボールの数は、奇数である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の歯車装置。
8. 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７のいずれか１項に記載の歯車装置と、を有することを特徴とするロボット。

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