JP2021143692A - 歯車装置およびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】転動体の周囲の潤滑剤が流失しにくく、寿命が長い歯車装置、および、かかる歯車装置を備えるロボットを提供すること。【解決手段】内歯歯車と、外歯歯車と、ベアリングを備える波動発生器と、を有し、前記ベアリングは、外輪と、前記外輪の内側に設けられている内輪と、前記外輪と前記内輪との間に設けられている転動体と、前記回転軸まわりの環状をなす第１基部と、前記第１基部から前記外輪と前記内輪との間に突出している壁部と、を有し、前記転動体を保持する保持器と、を備え、前記第１基部の径方向から見たとき、前記第１基部は、前記外輪および前記内輪の双方とずれており、前記径方向に沿う前記第１基部の長さは、前記径方向に沿う前記壁部の長さより長くなっており、前記回転軸と平行な軸方向から見たとき、前記第１基部は、前記外輪および前記内輪の少なくとも一方と重なっていることを特徴とする歯車装置。【選択図】図７

Description

本発明は、歯車装置およびロボットに関するものである。

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。モーターの回転は、一般に、歯車装置を介して減速され、アームに伝達される。

このような歯車装置として、波動歯車装置が知られている。波動歯車装置は、内歯歯車と、可撓性を有し、内歯歯車の内側に設けられている外歯歯車と、外歯歯車の内側に設けられている波動発生器と、を有している。波動発生器は、楕円形をなすカムを有しており、このカムによって外歯歯車を弾性変形させている。これにより、外歯歯車の外歯と内歯歯車の内歯とが部分的に噛み合うようになっている。また、波動発生器の外歯歯車と接する部分には、軸受（ベアリング）が配置されている。

外歯歯車は、例えばカップ状をなしており、その内側には潤滑剤があらかじめ供給されている。この潤滑剤は、波動歯車装置を使用している過程で、徐々に外歯歯車の外部に流れ出す。そして、内歯と外歯との噛み合い位置に供給され、噛み合い位置の潤滑性を確保する。

また、潤滑剤は、流れ出す過程で、ベアリングを通過する。その際に、潤滑剤は、ベアリングのボール（転動体）の潤滑性を高めることにも寄与する。

特許文献１には、互いに相対回転する内輪および外輪と、内輪と外輪との間に介在する複数の転動体と、内輪と外輪との間に配され、転動体を円周方向に等間隔に保持する保持器と、を備えた転がり軸受が開示されている。この保持器は、軸方向の端部の内径側または外径側の少なくとも一方に設けられ、径方向に延びる鍔部を有している。また、内輪または外輪は、鍔部と対応する部位に設けられた凹溝を有している。この凹溝は、鍔部とともに、ラビリンスを形成する。このラビリンスに潤滑油を流すようにすることで、潤滑油の過度な流れを防止することができる。

したがって、このような特徴を有する転がり軸受を波動歯車装置に用いることで、潤滑剤の過度な流れ出しを抑制し、噛み合い位置やボールの潤滑性を確保することができる。

特開２０１３−２２１５５９号公報

特許文献１に記載のベアリングでは、保持器の鍔部が、内輪と外輪との間に位置している。このような保持器を有するベアリングを前述した波動歯車装置に用いた場合、外歯歯車の弾性変形に伴って、保持器と外輪との間の距離が変化する。そうすると、保持器と外輪との距離が大きくなる部位が生じ、この部位から流れ出す潤滑油の量が多くなってしまう。その結果、転動体の潤滑性が低下してしまうという課題がある。

本発明の適用例に係る歯車装置は、
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し、可撓性を有する外歯歯車と、
前記外歯歯車の内側に設けられているベアリングを備え、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、
前記ベアリングは、
外輪と、
前記外輪の内側に設けられている内輪と、
前記外輪と前記内輪との間に設けられている転動体と、
前記回転軸まわりの環状をなす第１基部と、前記第１基部から前記外輪と前記内輪との間に突出している壁部と、を有し、前記転動体を保持する保持器と、
を備え、
前記第１基部の径方向から見たとき、前記第１基部は、前記外輪および前記内輪の双方とずれており、
前記径方向に沿う前記第１基部の長さは、前記径方向に沿う前記壁部の長さより長くなっており、
前記回転軸と平行な軸方向から見たとき、前記第１基部は、前記外輪および前記内輪の少なくとも一方と重なっていることを特徴とする。

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２部材を前記第１部材に対して相対的に回動させる駆動力を伝達する請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の歯車装置と、
前記歯車装置に向けて前記駆動力を出力する駆動源と、
を備えることを特徴とする。

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。 第１実施形態に係る歯車装置を軸線ａと平行な平面で切断したときの断面図である。 図２に示す歯車装置本体の一部を示す分解斜視図である。 図３に示す歯車装置本体の正面図である。 図４の歯車装置本体のうち、ベアリングのみを部分的に拡大して示す図である。 図４に示すベアリングのうち、保持器および転動体のみを示す斜視図である。 図５に示すベアリングを軸線ａと平行な平面で切断したときの断面図である。 図５に示すベアリングを径方向から見た図である。 図５の部分拡大図である。 第２実施形態に係る歯車装置が備えるベアリングを軸線ａと平行な平面で切断したときの断面図である。 第３実施形態に係る歯車装置が備えるベアリングを軸線ａと平行な平面で切断したときの断面図である。 図１１のベアリングが備える保持器のみを示す正面図である。 図１２の保持器の変形例を示す正面図である。 第４実施形態に係る歯車装置を軸線ａと平行な平面で切断したときの断面図である。

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、ロボットについて簡単に説明する。

図１は、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、すなわち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。なお、本明細書における「方向」は、軸に沿う一方側の方向とその反対方向の双方を含む。

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、配管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が相対的に回動している。

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（駆動源）と、モーター１７１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１７１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１７１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に対して第２軸Ｊ２まわりに回動可能な第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モーターの回転を減速する第２減速機と、を有する第２駆動部が設置されている。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、図１に示す第３軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動可能となっている。

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とを連結する配管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、歯車装置１０に向けて駆動力を出力する駆動源であるモーター１７１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、本実施形態では、モーター１７１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１７１および歯車装置１０を第１アーム１２０に設けるようにしてもよい。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
２．１．第１実施形態
次に、第１実施形態に係る歯車装置について説明する。

図２は、第１実施形態に係る歯車装置を軸線ａと平行な平面で切断したときの断面図である。図３は、図２に示す歯車装置本体の一部を示す分解斜視図である。図４は、図３に示す歯車装置本体の正面図である。図５は、図４の歯車装置本体のうち、ベアリングのみを部分的に拡大して示す図である。図６は、図４に示すベアリングのうち、保持器および転動体のみを示す斜視図である。図７は、図５に示すベアリングを軸線ａと平行な平面で切断したときの断面図である。図８は、図５に示すベアリングを径方向から見た図である。図９は、図５の部分拡大図である。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。また、以下の説明では、軸線ａと平行な方向を「軸方向Ａ」とし、軸線ａを中心とする円の周方向を「周方向Ｃ」とし、軸線ａから前記円に向かう方向を「径方向Ｒ」とする。

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、歯車装置本体１と、歯車装置本体１を収納しているケース７と、を有する。ケース７内には、潤滑剤Ｇが配置され、歯車装置本体１の潤滑性を高めている。なお、ケース７は、必要に応じて設けられればよく、例えばロボット１００の構造物でケース７の機能を代替することができれば、省略されていてもよい。

歯車装置本体１は、図２ないし図４に示すように、内歯歯車２と、内歯歯車２の内側に設けられている外歯歯車３と、外歯歯車３の内側に設けられ、ベアリング６を備える波動発生器４と、を有している。また、歯車装置１０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、グリース等の潤滑剤Ｇが適宜配置されている。なお、この潤滑剤Ｇは、噛み合い部や嵌め合い部にあらかじめ配置することもできるし、図２に示すように外歯歯車３の内側に配置されたり、必要に応じて外歯歯車３の外側から内側に追加供給されたりしたものを、歯車装置１０の回転に伴って移動させることにより、噛み合い部や嵌め合い部に配置することもできる。

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がケース７を介して基台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１７１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１０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フランジ部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。フランジ部３２には、例えば出力軸となる軸７２が接続され、さらに、その軸７２を介して第１アーム１２０が接続されている。軸７２は、軸受１４を介してケース７に支持されている。

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ベアリング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４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。軸部５１には、例えば入力軸となる軸７１が接続されている。軸７１は、前述したモーター１７１の回転軸であり、図２に示すように、軸受１３を介してケース７に支持されている。

ベアリング６は、図４に示すように、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（転動体）と、軸線ａまわりの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。ベアリング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弾性変形している。それに伴って、外輪６３も楕円形または長円形に弾性変形している。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４は、ベアリング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、ベアリング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の詳細については、図５ないし図９を参照しつつ後述する。

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、図５に示すように、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、ベアリング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、ベアリング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、奇数であっても、偶数であってもよいが、図４に示す長軸Ｌａの両側にボール６２が位置するタイミングが生じないという観点から、奇数であることが好ましい。これにより、長軸Ｌａの両側にボール６２が位置するときに生じる回転特性の悪化が抑制され、スムーズな回転が可能になる。なお、ボール６２に代えて、ボール以外の転動体、例えばコロを用いるようにしてもよい。

保持器６４は、図６に示すように、環状をなす基部６５と、基部６５から突出し、内輪６１と外輪６３との間に配置される複数の壁部６６と、を有している。基部６５の外形形状は、自然状態にあるとき円形である。また、基部６５は、ベアリング６がカム５に嵌め込まれても、実質的にカム５からの力をほとんど受けないので、ほぼ円形を維持する。

複数の壁部６６は、図５および図６に示すように、基部６５の周方向に沿って等間隔に配置されている。また、複数の壁部６６は、隣り合う一対の壁部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、ベアリング６では、周方向Ｃに沿って、ボール６２と壁部６６とが交互に並んで配置されている。このように、一対の壁部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Ｃの両側に位置する一対の壁部６６の間において、緩く保持され、ボール６２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。その結果、ボール６２を空転させ易くすることができる。

壁部６６は、軸線ａに沿う位置から見たとき、図５に示すように、ボール６２の外表面に対向する凹曲面をなす２つの側面を含んでいる。このような側面をボール６２に対向させることにより、ボール６２の回転を阻害することなく、ボール６２を適切な位置に保持することができる。なお、壁部６６の形状は、これに限定されない。

ここで、保持器６４は、図７に示すように、壁部６６が、内輪６１と外輪６３との間に設けられ、基部６５は、内輪６１と外輪６３との間からはみ出している。具体的には、図８に示すように、基部６５の径方向Ｒから見たとき、基部６５は、外輪６３とずれている。また、基部６５は、図８には図示していないが、外輪６３の陰にある内輪６１ともずれている。また、径方向Ｒに沿う基部６５の長さＬ１は、図９に示すように、径方向Ｒに沿う壁部６６の長さＬ２より長くなっている。

このような構成によれば、外歯歯車３が弾性変形して、保持器６４の壁部６６と外輪６３との間の距離が変化したとしても、基部６５が、内輪６１と外輪６３との間の空間から軸方向Ａにはみ出しているとともに、基部６５の長さＬ１が壁部６６の長さＬ２より長くなっているため、軸方向Ａから見ると、基部６５は、図９に示すように、外輪６３および内輪６１と重なる。そうすると、外歯歯車３が弾性変形したとしても、基部６５と外輪６３および内輪６１との間では、隙間が拡大しにくくなる。その結果、図７に示す、基部６５と外輪６３との隙間６７３および基部６５と内輪６１との隙間６７１から流れ出す潤滑剤Ｇの量を抑えることができる。つまり、図２に矢印Ａ１で示すような潤滑剤Ｇの流れを、隙間６７３、６７１によって規制することができる。これにより、ボール６２の周囲の潤滑剤Ｇを良好に保持することができ、ボール６２と内輪６１との間やボール６２と外輪６３との間の潤滑性を高めることができる。その結果、歯車装置１０の長寿命化を図ることができる。

以上のように、歯車装置１０は、内歯歯車２と、外歯歯車３と、波動発生器４と、を有する。外歯歯車３は、内歯歯車２と部分的に噛み合って内歯歯車２に対して回転軸（軸線ａ）まわりに相対的に回転し、可撓性を有する。波動発生器４は、外歯歯車３の内側に設けられているベアリング６を備え、内歯歯車２と外歯歯車３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。このうち、ベアリング６は、外輪６３と、外輪６３の内側に設けられている内輪６１と、外輪６３と内輪６１との間に設けられているボール６２（転動体）と、ボール６２を保持する保持器６４と、を備えている。また、保持器６４は、回転軸まわりの環状をなす基部６５（第１基部）と、基部６５から外輪６３と内輪６１との間に突出している壁部６６と、を有する。

そして、基部６５の径方向である径方向Ｒから見たとき、基部６５は、外輪６３および内輪６１の双方とずれている。また、径方向Ｒに沿う基部６５の長さＬ１は、径方向Ｒに沿う壁部６６の長さＬ２より長くなっている。さらに、回転軸と平行な軸方向Ａから見たとき、基部６５は、外輪６３および内輪６１の少なくとも一方と重なっている。

このような歯車装置１０によれば、外歯歯車３が弾性変形したとしても、基部６５と外輪６３との隙間６７３および基部６５と内輪６１との隙間６７１から流れ出す潤滑剤Ｇの量を抑えることができる。その結果、ボール６２の周囲の潤滑剤Ｇを保持することができ、歯車装置１０の長寿命化を図ることができる。

なお、基部６５の長さＬ１は、壁部６６の長さＬ２より長ければよいが、両者の差は、ボール６２の直径、すなわち、内輪６１と外輪６３との距離に応じて適宜設定される。一例として、Ｌ１／Ｌ２の比は、１．０５以上２．５０以下であるのが好ましく、１．２０以上２．００以下であるのがより好ましい。これにより、壁部６６の機能を十分に確保しつつ、基部６５と外輪６３および内輪６１との重なり幅も十分に確保することができる。

また、前述したように、軸方向Ａから見たとき、基部６５は、外輪６３および内輪６１の少なくとも一方と重なっていればよいが、図９に示す基部６５（第１基部）は、外輪６３および内輪６１の双方と重なっている。これにより、基部６５と外輪６３との隙間６７３、および、基部６５と内輪６１との隙間６７１が、それぞれ径方向Ｒに沿って貫通する隙間として形成される。このため、隙間６７１、６７３を介した潤滑剤Ｇの軸方向Ａに沿う流れを特に抑制することができる。また、外歯歯車３の内側に供給しておいた潤滑剤Ｇが、図２に矢印Ａ１で示すように流れ出すとき、隙間６７１、６７３によってその量を規制することができる。このため、供給しておいた潤滑剤Ｇが枯渇するまでの時間を十分に長くすることができる。

なお、上記の構成は必須ではなく、例えば、基部６５が外輪６３と重なっている場合、内輪６１とは必ずしも重なっていなくてもよい。同様に、基部６５が内輪６１と重なっている場合、外輪６３とは必ずしも重なっていなくてもよい。

図２では、基部６５が、ボール６２の左側、すなわち、外歯歯車３のフランジ部３２側に位置している。この場合、外歯歯車３の内部のうち、フランジ部３２側に配置されている潤滑剤Ｇが、ボール６２に直接触れることがなくなる。つまり、ボール６２と、貯留されている潤滑剤Ｇと、の間を隔てるように、基部６５が配置されている。このため、ボール６２が回転するとき、潤滑剤Ｇがボール６２に直接巻き込まれてしまうのを防止し、多量の潤滑剤Ｇが流れ出してしまうのを防止することができる。

一方、基部６５は、図２とは反対側、つまり、外歯歯車３の開口３１１側に位置していてもよい。この場合、図２に矢印Ａ１で示すように潤滑剤Ｇが流れるとき、ボール６２の下流側に設けられた基部６５によって、その流れをせき止めることができる。これにより、ボール６２の周囲に潤滑剤Ｇを留まらせることができる。その結果、ボール６２の潤滑性をより高めることができる。

また、基部６５の外径は、外輪６３が弾性変形したとしても、外輪６３の外径以下であることが好ましい。具体的には、外輪６３の外径は、回転に伴って伸長したり、短縮したりするが、基部６５の外径は、短縮したときの外輪６３の外径以下であることが好ましい。これにより、基部６５は、常時、外輪６３よりも外側、すなわち軸線ａに対して遠方にはみ出しにくくなる。その結果、基部６５と外歯歯車３との干渉を抑制することができ、保持器６４や外歯歯車３の摩耗や損傷を抑制することができる。

なお、基部６５の外径とは、基部６５のうち、外径が最も大きくなる部位における外径のことをいう。

さらに、基部６５の内径は、内輪６１の内径以上であることが好ましい。具体的には、内輪６１の内径は、カム部５２の形状に応じて一定ではないが、内輪６１の最も大きい内径以上であることが好ましい。これにより、基部６５は、内輪６１よりも内側（軸線ａに対して近方）にはみ出しにくくなる。その結果、基部６５と内歯歯車２との干渉を抑制することができ、保持器６４や内歯歯車２の摩耗や損傷を抑制することができる。

なお、基部６５の内径とは、基部６５のうち、内径が最も小さくなる部位における内径のことをいう。

また、軸方向Ａから見たとき、基部６５の径方向Ｒに沿う外端６５３（一端）は、図９に示すように、径方向Ｒにおける外輪６３の中央Ｃ３、すなわち外輪６３の厚さの中心よりも外側に位置している。さらに、軸方向Ａから見たとき、基部６５の径方向Ｒに沿う内端６５１（他端）は、図９に示すように、径方向Ｒにおける内輪６１の中央Ｃ１、すなわち内輪６１の厚さの中心よりも内側に位置している。

このような構成によれば、軸方向Ａから見たとき、基部６５と外輪６３との重なり幅、および、基部６５と内輪６１との重なり幅を、それぞれ十分に確保することができる。これにより、隙間６７１、６７３の径方向Ｒの長さを十分に確保することができるので、隙間６７１、６７３を介した潤滑剤Ｇの流れを必要かつ十分に規制することができる。

なお、基部６５の外端６５３および内端６５１の位置は、上記に限定されず、外端６５３は、中央Ｃ３よりも内側に位置していてもよいし、内端６５１は、中央Ｃ１よりも外側に位置していてもよい。

また、外輪６３は、図７に示す第１面６３０１を有する。第１面６３０１は、外輪６３の表面のうち、軸方向Ａと直交する部分である。基部６５（第１基部）は、図７に示すように、第１面６３０１と対向し、第１面６３０１と平行な第２面６５３１を有する。第２面６５３１は、基部６５の表面のうち、軸方向Ａと直交する部分である。

さらに、内輪６１は、図７に示す第３面６１０１を有する。第３面６１０１は、内輪６１の表面のうち、軸方向Ａと直交する部分である。基部６５（第１基部）は、図７に示すように、第３面６１０１と対向し、第３面６１０１と平行な第４面６５１１を有する。第４面６５１１は、基部６５の表面のうち、軸方向Ａと直交する部分である。

このような構成によれば、外輪６３が弾性変形したとしても、隙間６７１、６７３の距離が変化しにくい。このため、外輪６３が弾性変形したとしても、隙間６７１、６７３を介した潤滑剤Ｇの流れを良好に規制することができる。なお、本明細書において「平行」とは、対象となる面同士のなす角度が０°の場合に加え、±５°の範囲内である場合も含む。

また、外輪６３と基部６５（第１基部）との距離、すなわち、隙間６７３の距離は、内輪６１と基部６５との距離、すなわち、隙間６７１の距離より大きいことが好ましい。これにより、外輪６３が弾性変形し、それに伴って外輪６３に捩れ等の変形が生じた場合でも、隙間６７３を設けたことによって、外輪６３と基部６５との接触を抑制することができる。その結果、基部６５や外輪６３の摩耗や損傷を抑制することができる。また、隙間６７３よりも狭い隙間６７１においては、潤滑剤Ｇの流れを特に抑制することができるので、ベアリング６全体において、潤滑剤Ｇの流れを良好に規制することができる。

さらに、ロボット１００は、第１部材である基台１１０と、基台１１０に対して回動する第２部材である第１アーム１２０と、第１アーム１２０を基台１１０に対して回動させる駆動力を伝達する歯車装置１０と、歯車装置１０に向けて駆動力を出力する駆動源であるモーター１７１と、を備えている。

このような構成によれば、歯車装置１０において長寿命化が図られるため、メンテナンスの手間がかからず、取り扱い性が良好なロボット１００を実現することができる。

２．２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る歯車装置について説明する。

図１０は、第２実施形態に係る歯車装置が備えるベアリングを軸線ａと平行な平面で切断したときの断面図である。

以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１０において、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

図１０に示すベアリング６Ａの保持器６４Ａは、基部６５（第１基部）とは別の基部６８（第２基部）を有すること以外、図７に示す保持器６４と同様である。

図１０に示す基部６８は、ボール６２を介して基部６５とは反対側に設けられている。つまり、基部６５は、ボール６２（転動体）よりも、軸線ａ（回転軸）に沿う一端側、例えば図２のフランジ部３２側に配置され、基部６８は、ボール６２よりも、軸線ａに沿う他端側、例えば図２の開口３１１側に配置されている。保持器６４Ａは、このような基部６８を有している。そして、この基部６８は、基部６５と同様、軸線ａまわりの環状をなし、壁部６６を介して基部６５と接続されている。また、基部６５と基部６８との間にはボール６２が配置されている。

このような構成によれば、壁部６６の軸方向Ａの両側を基部６５、６８によって支持することができる。これにより、壁部６６の機械的強度を高めることができるので、壁部６６の倒れ等の損傷が発生しにくくなり、保持器６４Ａの信頼性を高めることができる。

なお、壁部６６は、その全てが基部６５と基部６８の双方に接続されていてもよいが、一部が接続されていなくてもよい。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

２．３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る歯車装置について説明する。

図１１は、第３実施形態に係る歯車装置が備えるベアリングを軸線ａと平行な平面で切断したときの断面図である。図１２は、図１１のベアリングが備える保持器のみを示す正面図である。図１３は、図１２の保持器の変形例を示す正面図である。

以下、第３実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１１ないし図１３において、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

図１１および図１２に示すベアリング６Ｂの保持器６４Ｂ、ならびに、図１３に示すベアリング６Ｃの保持器６４Ｃは、基部６５の構成が異なること以外、図７に示す保持器６４と同様である。

図１１および図１２に示す基部６５（第１基部）には、ボール６２（転動体）に臨む面に開口する凹部６５５が設けられている。このような凹部６５５を設けることにより、ボール６２と基部６５との間の体積をより大きくすることができる。これにより、潤滑剤Ｇをボール６２の周囲により多く留めることができる。その結果、ボール６２の潤滑性をより長期にわたって良好に維持することができる。

また、図１１および図１２に示す基部６５は、軸方向Ａに沿う厚さが、凹部６５５よりも厚い凸部６５７を有している。凸部６５７は、軸線ａまわりの環状をなし、凹部６５５の外側および内側にそれぞれ隣接している。このような凸部６５７は、より多くの潤滑剤Ｇを凹部６５５に留まらせる作用がある。これにより、ボール６２の潤滑性をより長期にわたって良好に維持することができる。

なお、凸部６５７の厚さは、凹部６５５における基部６５の厚さよりも厚ければよいが、１．１倍以上であるのが好ましく、１．５倍以上４．０倍以下であるのがより好ましい。

基部６５に凹部６５５が設けられず、凸部６５７のみが設けられていてもよい。つまり、基部６５には、基部６５から軸方向Ａに突出した凸部６５７が設けられていてもよい。この場合、凸部６５７は、図１１の凸部６５７の右端から右側に突出した形態となる。

また、図１２に示す凹部６５５は、基部６５の周方向に沿って延在している。これにより、凹部６５５は、図１２に示すように、環状をなすものとなる。その結果、全てのボール６２に対し、潤滑性を高めることができる。

なお、図１１では、壁部６６の径方向Ｒにおける長さＬ２よりも、凹部６５５の径方向Ｒにおける長さＬ３の方が長くなっている。この場合、凹部６５５は、壁部６６に遮られることなく、周方向につながることになる。このため、潤滑剤Ｇは、周方向に沿って凹部６５５を移動することもでき、それによってボール６２の潤滑性の均一化を図ることができる。

さらに、図１２に示す凸部６５７も、基部６５の周方向に沿って延在している。これにより、凸部６５７は、図１２に示すように、環状をなすものとなる。その結果、全てのボール６２に対し、より長期にわたって潤滑性を良好に維持することができる。なお、凸部６５７の形状は、図１２に示す形状に限定されず、途中で途切れていてもよい。

また、図１３に示す凹部６５６は、ボール６２の位置に合わせて凹部６５５を複数に分割してなるものである。このような凹部６５６によれば、特に、ボール６２の周囲に選択的に潤滑剤Ｇを留まらせることができる。このため、潤滑剤Ｇの量が少ない場合でも、ボール６２の潤滑性を高めることができる。さらに、凹部６５６を設けたことによる基部６５の機械的強度の低下を最小限に留めることができる。
以上のような第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

２．４．第４実施形態
次に、第４実施形態に係る歯車装置について説明する。

図１４は、第４実施形態に係る歯車装置を軸線ａと平行な平面で切断したときの断面図である。

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１０Ｃは、歯車装置本体１Ｃと、歯車装置本体１Ｃを収納しているケース７Ｃと、を有する。なお、ケース７Ｃは、省略してもよい。

歯車装置１０Ｃは、ハット型、すなわち縁つき帽子型の外歯歯車３Ｃを有している。この外歯歯車３Ｃは、筒状の胴部３１の一端部に接続され軸線ａとは反対側に突出しているフランジ部３２Ｃ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７Ｃは、軸受１３を介して、例えば入力軸となる軸７１を支持するとともに、前述した外歯歯車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を有する。

ケース７Ｃは、内歯歯車２の一方、すなわち図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。

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。内輪１５は、外歯歯車３Ｃの胴部３１の外周に沿って設けられ、内歯歯車２の他方、すなわち図１４中左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。外輪１６は、前述した外歯歯車３Ｃのフランジ部３２Ｃに例えばネジ止め等により固定されている。

本実施形態においても、ベアリング６は、前述した保持器６４を有している。したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、図１４では、保持器６４の基部６５が、外歯歯車３Ｃのフランジ部３２Ｃ側に位置している。この場合も、第１実施形態と同様の効果が得られる。

一方、基部６５は、図１４とは反対側、つまり、外歯歯車３Ｃのフランジ部３２Ｃとは反対側に位置していてもよい。この場合も、第１実施形態と同様の効果が得られる。

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、前記実施形態の各部の構成は、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、前記実施形態に、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、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。なお、ｎは１以上の整数である。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、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。

さらに、前述した実施形態では、歯車装置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もできる。

１…歯車装置本体、１Ｃ…歯車装置本体、２…内歯歯車、３…外歯歯車、３Ｃ…外歯歯車、４…波動発生器、５…カム、６…ベアリング、６Ａ…ベアリング、６Ｂ…ベアリング、６Ｃ…ベアリング、７…ケース、７Ｃ…ケース、１０…歯車装置、１０Ｃ…歯車装置、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…フランジ部、３２Ｃ…フランジ部、３３…外歯、５１…軸部、５２…カム部、６１…内輪、６２…ボール、６３…外輪、６４…保持器、６４Ａ…保持器、６４Ｂ…保持器、６４Ｃ…保持器、６５…基部、６６…壁部、６８…基部、７１…軸、７２…軸、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…配管、１７０…第１駆動部、１７１…モーター、１９０…制御装置、３１１…開口、６１１…軌道面、６３１…軌道面、６５１…内端、６５３…外端、６５５…凹部、６５６…凹部、６５７…凸部、６７１…隙間、６７３…隙間、６１０１…第３面、６３０１…第１面、６５１１…第４面、６５３１…第２面、Ａ…軸方向、Ａ１…矢印、Ｃ…周方向、Ｃ１…中央、Ｃ３…中央、Ｇ…潤滑剤、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…第３軸、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、Ｒ…径方向、ａ…軸線

Claims (12)

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し、可撓性を有する外歯歯車と、
   前記外歯歯車の内側に設けられているベアリングを備え、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、
   前記ベアリングは、
   外輪と、
   前記外輪の内側に設けられている内輪と、
   前記外輪と前記内輪との間に設けられている転動体と、
   前記回転軸まわりの環状をなす第１基部と、前記第１基部から前記外輪と前記内輪との間に突出している壁部と、を有し、前記転動体を保持する保持器と、
   を備え、
   前記第１基部の径方向から見たとき、前記第１基部は、前記外輪および前記内輪の双方とずれており、
   前記径方向に沿う前記第１基部の長さは、前記径方向に沿う前記壁部の長さより長くなっており、
   前記回転軸と平行な軸方向から見たとき、前記第１基部は、前記外輪および前記内輪の少なくとも一方と重なっていることを特徴とする歯車装置。
2. 前記軸方向から見たとき、前記第１基部は、前記外輪と重なっている請求項１に記載の歯車装置。
3. 前記軸方向から見たとき、前記第１基部は、前記内輪と重なっている請求項１に記載の歯車装置。
4. 前記第１基部の外径は、前記外輪の外径以下である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の歯車装置。
5. 前記第１基部の内径は、前記内輪の内径以上である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の歯車装置。
6. 前記軸方向から見たとき、前記第１基部の前記径方向に沿う一端は、前記径方向における前記外輪の中央よりも外側に位置し、
   前記軸方向から見たとき、前記第１基部の前記径方向に沿う他端は、前記径方向における前記内輪の中央よりも内側に位置している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の歯車装置。
7. 前記外輪は、第１面を有し、
   前記第１基部は、前記第１面と対向し、前記第１面と平行な第２面を有し、
   前記内輪は、第３面を有し、
   前記第１基部は、前記第３面と対向し、前記第３面と平行な第４面を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の歯車装置。
8. 前記外輪と前記第１基部との距離は、前記内輪と前記第１基部との距離より大きい請求項１ないし７のいずれか１項に記載の歯車装置。
9. 前記保持器は、前記回転軸まわりの環状をなし、前記壁部を介して前記第１基部と接続されている第２基部を有し、
   前記第１基部と前記第２基部の間に前記転動体が配置されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の歯車装置。
10. 前記第１基部は、前記転動体に臨む面に開口する凹部が設けられている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の歯車装置。
11. 前記凹部は、前記第１基部の周方向に沿って延在している請求項１０に記載の歯車装置。
12. 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２部材を前記第１部材に対して相対的に回動させる駆動力を伝達する請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の歯車装置と、
    前記歯車装置に向けて前記駆動力を出力する駆動源と、
    を備えることを特徴とするロボット。

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