JP2022032789A - 歯車装置およびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】クロスローラーベアリング周辺のシール性が高い歯車装置、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、可撓性を有する外歯歯車と、波動発生器と、クロスローラーベアリングと、第１シールおよび第２シールと、を有し、前記外歯歯車は、前記波動発生器が接触している第１端部、および、前記第１端部とは反対側の第２端部、を有する円筒状の胴部と、前記第１端部の外周面に設けられている外歯と、前記第２端部の外側に設けられている円環状のダイヤフラム部と、前記ダイヤフラム部の外側に設けられているボス部と、を備え、前記第１シールは、前記ボス部と前記クロスローラーベアリングの前記外輪との間に挟まれ、前記第２シールは、基端および先端を有し、前記基端は、前記外輪に固定され、前記先端は、前記クロスローラーベアリングの前記内輪の外周面に接触していることを特徴とする歯車装置。【選択図】図３

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、減速機を介して減速され、アームに伝達される。このような減速機として、例えば、特許文献１に記載された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、内歯が形成された環状の内歯歯車と、内歯に噛み合う外歯が形成された可撓性の外歯歯車と、外歯歯車の内側に配置される波動発生器と、を備えている。また、内歯歯車の半径方向の外側位置には、片側シールまたは両側シールが付いたクロスローラーベアリングが配置されている。このようなシール部材を設けることにより、他の部材にオイルシールを設ける必要がなくなる。

特開２００７－１６８３８号公報

特許文献１に記載のシール付きクロスローラーベアリングは、回転を妨げることがないように、シール性が低くなっている場合がある。このため、外歯歯車とクロスローラーベアリングとの隙間と、クロスローラーベアリングの内部と、の間でグリースが移動しやすくなる。そうすると、グリースを行き渡らせるべき範囲のうち、一部のみにグリースが偏りやすくなり、波動歯車装置の寿命が短くなる。このため、クロスローラーベアリング周辺のシール性を高めることで、グリースの移動量を抑制することが課題となっている。

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、
外輪と内輪とを有するクロスローラーベアリングと、
前記外輪に固定されている第１シールおよび第２シールと、
を有し、
前記外歯歯車は、
前記波動発生器が接触している第１端部、および、前記第１端部とは反対側の第２端部、を有する円筒状の胴部と、
前記第１端部の外周面に設けられている外歯と、
前記第２端部の外側に設けられている円環状のダイヤフラム部と、
前記ダイヤフラム部の外側に設けられているボス部と、
を備え、
前記第１シールは、前記ボス部と前記外輪との間に挟まれ、
前記第２シールは、基端および先端を有し、前記基端は、前記外輪に固定され、前記先端は、前記内輪の外周面に接触し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伝達する請求項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示す分解斜視図である。 図２に示す歯車装置の縦断面図である。 図２に示す歯車装置の正面図である。 図３に示す歯車装置の部分拡大断面図である。 図５の部分拡大図である。 第２実施形態に係る歯車装置を示す部分拡大断面図である。 第３実施形態に係る歯車装置を示す部分拡大断面図である。

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。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１と、歯車装置１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１で構成されているが、第２減速機が歯車装置１で構成されていてもよく、第１減速機および第２減速機の双方が歯車装置１で構成されていてもよい。第２減速機が歯車装置１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。

さらに、本実施形態では、モーター１７１および歯車装置１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１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１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示す分解斜視図である。図３は、図２に示す歯車装置の縦断面図である。図４は、図２に示す歯車装置の正面図である。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、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、図２では、図示の便宜上、外歯歯車３の一部であるダイヤフラム部３２およびボス部３４を省略している。

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４２を備える波動発生器４と、を有している。

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に接続される。本実施形態では、内歯歯車２が基台１１０に固定され、外歯歯車３が第１アーム１２０に接続され、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に固定し、内歯歯車２を第１アーム１２０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に固定し、内歯歯車２を第１アーム１２０に接続すればよい。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。

以下、歯車装置１の構成を簡単に説明する。図２ないし図４に示すように、内歯歯車２は、径方向に実質的に撓まない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歯車である。本実施形態では、内歯歯車２は、平歯車である。したがって、内歯２３は、回転軸ａに対して平行な歯すじを有する。なお、内歯２３の歯すじは、回転軸ａに対して傾斜していてもよい。すなわち、内歯歯車２は、はすば歯車またはやまば歯車であってもよい。

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、径方向に撓み変形可能な可撓性を有する歯車であって、内歯歯車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、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、図３の上端に開口３８ａ、下端に開口３８ｂを有するハット状、つまり縁つき帽子型をなし、その外周面に設けられた外歯３３を有している。具体的には、外歯歯車３は、回転軸ａまわりの円筒状をなす胴部３１と、胴部３１に設けられた外歯３３と、胴部３１から外側に向かって延在するリング状のダイヤフラム部３２と、ダイヤフラム部３２の外側に接続されたボス部３４と、を備えている。

このうち、胴部３１は、開口３８ａ側の部位である第１端部３１ａと、第１端部３１ａとは反対側の部位、すなわち開口３８ｂ側の部位である第２端部３１ｂと、を有している。第１端部３１ａの内周面には波動発生器４が接触し、第２端部３１ｂからは外側に向かってダイヤフラム部３２が延在している。

回転軸ａの軸方向における胴部３１の長さと、胴部３１の外径と、の比は、図示した比に限定されず、例えば図示した比よりも胴部３１の長さが短くなっていてもよい。

図３に示すダイヤフラム部３２は、第２端部３１ｂから外側に向かって、すなわち、回転軸ａから遠ざかる方向に向かって延在している。このダイヤフラム部３２は、円環状をなし、かつ、板状をなしている。

図３に示すボス部３４は、このダイヤフラム部３２を介して胴部３１とは反対側、つまり、ダイヤフラム部３２の外側に設けられている。ボス部３４も、円環状をなしているが、ボス部３４の厚さは、ダイヤフラム部３２の厚さよりも厚くなっている。つまり、図３に示すボス部３４は、回転軸ａに沿う長さが、ダイヤフラム部３２よりも長い部位である。さらに、図３に示すボス部３４は、厚さ方向に貫通する貫通孔３４１を有している。ボス部３４は、この貫通孔３４１に挿通されたボルト３５等の固定具により、図示しない出力軸に対して固定される。ボス部３４を設けたことにより、固定に伴う負荷の増大に耐え得る外歯歯車３を実現することができる。なお、出力軸とボス部３４との接続方法は、これに限定されない。

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、回転軸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の横断面を、図４に示すように、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ることにより、外歯３３を内歯歯車２の内歯２３に噛み合わせる。外歯歯車３および内歯歯車２は、互いに同一の回転軸ａまわりに回転可能になっており、互いに内外で噛み合っている。

波動発生器４は、外歯歯車３の第１端部３１ａに嵌め込まれている。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ベアリング４２と、を有している。カム４１は、回転軸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の外周面は、回転軸ａに沿った方向から見たときに、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。ベアリング４２は、カム４１に嵌め込まれており、可撓性を有する内輪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。

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、図３に示すように、胴部３１の内周面に当接している。また、複数のボール４２２は、内輪４２１の周方向における互い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では、カム４１が回転軸ａまわりに回転することに伴って、カム部４１２も向きを変え、それに伴って、外輪４２３を変形させる。これにより、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。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。

内歯歯車２、外歯歯車３および波動発生器４は、それぞれ、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、析出硬化型ステンレス鋼等の鉄系材料等の金属材料で構成されている。

特に、外歯歯車３は、好ましくはニッケルクロムモリブデン鋼を主材料として構成されている。ニッケルクロムモリブデン鋼は、適切な熱処理によって強靭な鋼となり、疲労強度等の機械的特性が優れているため、繰返し応力が作用する外歯歯車３の構成材料として適している。

ニッケルクロムモリブデン鋼としては、例えば、ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２０１６に規定されている種類の鋼材が挙げられる。具体的には、ＪＩＳ規格に規定されている記号として、ＳＮＣＭ２２０、ＳＮＣＭ２４０、ＳＮＣＭ４１５、ＳＮＣＭ４２０、ＳＮＣＭ４３１、ＳＮＣＭ４３９、ＳＮＣＭ４４７、ＳＮＣＭ６１６、ＳＮＣＭ６２５、ＳＮＣＭ６３０、ＳＮＣＭ８１５等の鋼材が挙げられる。このうち、外歯歯車３の構成材料として用いるニッケルクロムモリブデン鋼としては、機械的特性に優れるという観点から、特にＳＮＣＭ４３９を用いることが好ましい。

なお、外歯歯車３の構成材料は、ニッケルクロムモリブデン鋼以外の材料を含んでいてもよい。すなわち、外歯歯車３は、ニッケルクロムモリブデン鋼とそれ以外の材料とが複合してなる複合材料で構成されていてもよい。

一方、内歯歯車２は、好ましくは球状黒鉛鋳鉄で構成される。球状黒鉛鋳鉄は、含まれる黒鉛粒子が潤滑剤の働きをするため、内歯歯車２の内歯２３が凝着しにくくなる。このため、内歯歯車２の低摩耗化を図ることができ、内歯歯車２の長寿命化を図ることができる。

球状黒鉛鋳鉄としては、例えば、ＪＩＳ Ｇ ５５０２：２００１に規定されている種類の材料が挙げられる。具体的には、ＪＩＳ規格に規定されている記号として、ＦＣＤ３５０－２２、ＦＣＤ３５０－２２Ｌ、ＦＣＤ４００－１８、ＦＣＤ４００－１８Ｌ、ＦＣＤ４００－１５、ＦＣＤ４００－１０、ＦＣＤ４５０－１０、ＦＣＤ５００－７、ＦＣＤ６００－３、ＦＣＤ７００－２、ＦＣＤ８００－２、ＦＣＤ９００等が挙げられる。

図３に示す歯車装置１は、ケース５を有する。ケース５は、軸受１３を介して、例えば入力軸となる軸６１を支持している。また、内歯歯車２は、ケース５を介して図１に示す基台１１０に接続されている。具体的には、ケース５は、内歯歯車２に対して、例えばネジ止め等により固定されている。

図３に示す歯車装置１は、クロスローラーベアリング８を有する。クロスローラーベアリング８は、内輪８１と、外輪８２と、これらの間に配置されている複数のコロ８３と、を有している。内輪８１は、外歯歯車３の胴部３１から離間して設けられ、内歯歯車２に対して、例えばネジ止め等により固定されている。外輪８２は、外歯歯車３のボス部３４に対して、例えばネジ止め等により固定されている。

また、外輪８２は、例えば図示しない出力軸に固定されている。これにより、歯車装置１を介して入力軸と出力軸とを接続することができる。

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、図３に示すように、あらかじめ、潤滑剤であるグリースＧ１が適宜配置されている。

図５は、図３に示す歯車装置１の部分拡大断面図である。図６は、図５の部分拡大図である。

グリースＧ１は、図３に示す内歯２３と外歯３３との噛み合い部に潤滑性を付与しているが、その一部は、歯車装置１の稼働とともに、図５に示す領域にも流れてくる。図５では、胴部３１とクロスローラーベアリング８の内輪８１との隙間３１０にグリースＧ１が流れてきている様子を図示している。

このグリースＧ１は、隙間３１０を通過し、ダイヤフラム部３２と内輪８１との隙間３２０にも流れる可能性がある。そして、隙間３２０も通過した場合、さらに、クロスローラーベアリング８の内輪８１と外輪８２との隙間８１０にも流れる可能性がある。

一方、クロスローラーベアリング８の内輪８１と外輪８２との隙間８１０には、あらかじめ、潤滑剤であるグリースＧ２が配置されている。グリースＧ２は、内輪８１とコロ８３との間、および、内輪８１とコロ８３との間に、それぞれ潤滑性を付与している。

このグリースＧ２は、歯車装置１の稼働とともに、隙間８１０から隙間３２０に流れ出る可能性がある。

このようにして、歯車装置１では、グリースＧ１、Ｇ２の流動が生じる可能性がある。このようなグリースＧ１、Ｇ２の流動が頻繁に起こると、グリースＧ１の偏在やグリースＧ２の偏在が発生し、潤滑性が不足する可能性がある。

そこで、本実施形態では、外歯歯車３とクロスローラーベアリング８との間にシール部７を設けている。図５に示すシール部７は、外歯歯車３のボス部３４とクロスローラーベアリング８の外輪８２との間に挟まれた第１シール７１と、第１シール７１から突出し、内輪８１の外周面８１１に接触する第２シール７２と、を備えている。本実施形態では、第１シール７１と第２シール７２とが一体になっている。

第１シール７１は、回転軸ａを中心とする環状をなしており、ボス部３４と外輪８２との間に挟まれて固定されている。このため、シール部７は、外歯歯車３や外輪８２と一緒に、内輪８１に対して回転する。

一方、第２シール７２も、回転軸ａを中心とする環状をなしており、回転軸ａに沿った厚さは、第１シール７１より薄くなっている。第２シール７２は、その基端が第１シール７１に接続され、先端は内輪８１の外周面８１１に接している。このため、第２シール７２は、図５に示す隙間３２０と隙間８１０との境界付近に対し、外輪８２側から内輪８１側に向かって突出し、シールしている。その結果、隙間３２０のグリースＧ１および隙間８１０のグリースＧ２が、互いに行き来するのを抑制することができる。すなわち、第２シール７２は、隙間３２０から隙間８１０へのグリースＧ１の流れと、隙間８１０から隙間３２０へのグリースＧ２の流れの双方を抑制することができる。

第２シール７２は、図６に示すように、第１シール７１を介して基端７２１を外輪８２側に固定し、先端７２２を内輪８１の外周面８１１に当てることにより、シール性を確保している。このような形態によれば、第２シール７２と内輪８１の外周面８１１との接触面積を小さく抑えることができる。このため、第２シール７２が内輪８１に与える摩擦力も小さく抑えることができ、シール部７が接触しても歯車装置１のトルク伝達効率が低下しにくくなる。また、外周面８１１に対する第２シール７２の摩耗量が少なくて済むため、シール部７の長寿命化にも寄与する。

回転軸ａを含む平面で切断されたときの第２シール７２の断面形状は、特に限定されないが、図５に示すように、外歯歯車３の半径方向に長軸を持つ形状になるのが好ましい。このような形状では、隙間３２０と隙間８１０との境界を塞ぎつつ、第２シール７２と内輪８１との接触面積を特に小さく抑えることができる。

また、第２シール７２は、可撓性を有しているのが好ましい。特に、可撓性に加えて原形に回復する性質を併せ持った弾性を有しているのがより好ましい。これらの性質を有していることにより、第２シール７２は、内輪８１との間に発生する摩擦力を小さく抑えること、および、隙間３２０と隙間８１０との間のシール性を確保することの両立を図ることができる。

第１シール７１は、前述したように、ボス部３４と外輪８２との間に挟まれている。これにより、ボス部３４と外輪８２との隙間３４０をシールしている。これにより、グリースＧ１、Ｇ２が隙間３４０を介して外部に流出するのを抑制することができる。

ボス部３４および外輪８２は、ボルト３５により互いに固定されている。ボルト３５の締結により、第１シール７１を図５の上下方向に圧縮することができる。これにより、第１シール７１によるシール性をより高めることができる。

第１シール７１の構成材料および第２シール７２の構成材料としては、それぞれ、例えば、熱可塑性エラストマー材料、ゴム材料のような各種エラストマーが挙げられる。このうち、熱可塑性エラストマー材料としては、例えば、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。また、ゴム材料としては、例えば、シリコーンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム等が挙げられる。

第１シール７１の構成材料および第２シール７２の構成材料は、互いに同じであっても、異なっていてもよい。また、上記材料には、必要に応じて、任意の添加剤が添加されていてもよい。添加剤としては、例えば、耐摩耗性を高める添加剤、潤滑性を高める添加剤、機械的強度を高める添加剤等が挙げられる。

図５に示す第１シール７１の回転軸ａに沿う厚さｔ１は、特に限定されないが、０．３ｍｍ以上５．０ｍｍ以下程度であるのが好ましい。

また、第２シール７２の回転軸ａに沿う厚さｔ２は、特に限定されないが、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下程度であるのが好ましく、０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下程度であるのがより好ましい。これにより、シール性を高める十分な機械的強度と、内輪８１に対する接触面積の抑制と、を両立させることができる。

以上のように、本実施形態に係る歯車装置１は、内歯歯車２と、外歯歯車３と、波動発生器４と、クロスローラーベアリング８と、第１シール７１と、第２シール７２と、を有している。外歯歯車３は、可撓性を有し、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ａまわりに相対的に回転する。また、外歯歯車３は、胴部３１と、外歯３３と、ダイヤフラム部３２と、ボス部３４と、を備えている。胴部３１は、円筒状をなし、波動発生器４が接触している第１端部３１ａ、および、第１端部３１ａとは反対側の第２端部３１ｂを有している。外歯３３は、第１端部３１ａの外周面に設けられている。ダイヤフラム部３２は、円環状をなし、第２端部３１ｂの外側に設けられている。ボス部３４は、ダイヤフラム部３２の外側に設けられている。クロスローラーベアリング８は、外輪８２と、内輪８１と、を有している。

また、第１シール７１および第２シール７２は、それぞれ外輪８２に固定されている。さらに、第１シール７１は、ボス部３４と外輪８２との間に挟まれ、第２シール７２は、基端７２１および先端７２２を有し、基端７２１は外輪８２に固定され、先端７２２は内輪８１の外周面８１１に接触している。

このような構成によれば、第１シール７１がボス部３４と外輪８２との隙間３４０をシールし、第２シール７２が隙間３２０と隙間８１０との境界をシールしている。これにより、クロスローラーベアリング８周辺のシール性を高めることができ、歯車装置１においてグリースＧ１、Ｇ２が偏在するのを抑制することができる。その結果、歯車装置１の長寿命化を図ることができる。

また、隙間３２０と隙間８１０との間で、グリースの双方向の流れを抑制することにより、例えば、グリースＧ１とグリースＧ２とで成分を異ならせている場合、双方の成分が変化してしまうのを抑制することができる。また、グリースＧ１に異物が混入している場合、あるいは、その反対に、グリースＧ２に異物が混入している場合、それらの異物が広い範囲に広がるのを抑制することもできる。

また、本実施形態に係るシール部７では、第１シール７１と第２シール７２とが一体になっている。このような構成によれば、シール部７を歯車装置１に組み付けるときの作業性が高くなる。また、相対的に薄い第２シール７２に加わる外力を、第１シール７１側に逃がすことができるので、シール部７自体の長寿命化を図ることもできる。

図６では、第２シール７２の先端７２２が、内輪８１の外周面８１１に対して接触する方向（接触方向Ｄ）を矢印で示している。接触方向Ｄは、シール部７が外周面８１１に接触しているとき、第２シール７２の基端７２１と先端７２２とを結ぶ方向であるが、この接触方向Ｄは、内輪８１の外周面８１１の法線Ｎに対して±４５°以下の角度をなす方向であるのが好ましい。図６では、一例として、接触方向Ｄと法線Ｎとが平行であるため、双方がなす角度は０°になっている。

このような構成によれば、前述したような、グリースＧ１、Ｇ２の双方が流出するのを抑制するという効果がより顕著になる。つまり、接触方向Ｄを上記のように設定することで、グリースＧ１、Ｇ２のいずれか一方の流れによって第２シール７２が開いてしまうのを抑制することができる。また、本実施形態のように、接触方向Ｄと第２シール７２の長軸とが平行である場合には、先端７２２の接触によって第２シール７２が接触方向Ｄに圧縮されるため、第２シール７２の剛性を高めることができる。これにより、第２シール７２がより開きにくくなる。

また、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を相対的に回動させる駆動力を伝達する歯車装置１と、歯車装置１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１の長寿命化が図られているため、メンテナンスの手間が抑えられたロボット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７は、第２実施形態に係る歯車装置を示す部分拡大断面図である。

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。

図７に示す歯車装置１Ａは、シール部７の構成が異なる以外、図５に示す歯車装置１と同様である。

図７に示すシール部７は、第１シール７１および第２シール７２に加え、第３シール７３を備えている。第３シール７３は、第１シール７１から突出し、内輪８１の底面８１２に接触している。具体的には、第３シール７３の基端７３１は、第１シール７１に固定され、先端７３２は、内輪８１の底面８１２に接触している。このような第３シール７３を設けたことにより、第２シール７２とともに、隙間３２０と隙間８１０との境界を、より確実にシールすることができる。

また、第３シール７３は、内輪８１の底面８１２に接触している。このため、グリースＧ１が隙間３２０から隙間８１０へ流出しようとするときに、第３シール７３は特に開きにくい構造になっている。

一方、本実施形態に係る第２シール７２は、基端７２１が第１シール７１に固定され、先端７２２が内輪８１の外周面８１１に接触している。このため、グリースＧ２が隙間８１０から隙間３２０へ流出しようとするときに、第２シール７２は特に開きにくい構造になっている。

したがって、本実施形態に係るシール部７は、内輪８１の外周面８１１に接触している第２シール７２と、底面８１２に接触している第３シール７３の双方を備えていることから、グリースＧ１、Ｇ２が互いに行き来するのをより確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、第２シール７２の基端７２１が、先端７２２よりもダイヤフラム部３２側に位置するように、第２シール７２が保持されている。つまり、図７に示す第２シール７２は、基端７２１よりも先端７２２の方が、隙間８１０側に入り込んでいる。このような第２シール７２は、グリースＧ２が隙間８１０から隙間３２０へ流出しようとするときに、とりわけ開きにくいものとなる。

以上のように、本実施形態に係るシール部７は、基端７３１および先端７３２を有する第３シール７３を有する。そして、第３シール７３の基端７３１は、クロスローラーベアリング８の外輪８２に固定され、第３シール７３の先端７３２は、内輪８１の底面８１２、すなわちダイヤフラム部３２と対向する面に接触している。

前述したように、第３シール７３は、グリースＧ１が隙間３２０から隙間８１０へ流出しようとするときに、特に開きにくい。このため、第３シール７３が追加されていることにより、第２シール７２と併せて、隙間３２０と隙間８１０との境界を、より確実にシールすることができる。
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８は、第３実施形態に係る歯車装置を示す部分拡大断面図である。

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。

図８に示す歯車装置１Ｂは、シール部７の構成が異なる以外、図５に示す歯車装置１と同様である。

図８に示すシール部７は、第１シール７１と第２シール７２が別体になっている。
図８に示す第１シール７１は、横断面形状が円形をなすリング状をなしている。つまり、第１シール７１は、いわゆるＯリングである。第１シール７１は、ボス部３４と外輪８２との隙間３４０に挟まれ、図８の上下方向に圧縮されている。これにより、グリースＧ１、Ｇ２が隙間３４０を介して外部に流出するのを抑制することができる。

図８に示す第２シール７２は、基端７２１がクロスローラーベアリング８の外輪８２に直接固定され、先端７２２が内輪８１の外周面８１１に接触している。この場合も、第２シール７２の接触方向は、外周面８１１の法線に対して±４５°以下の角度をなす方向であるのが好ましい。

また、図８に示すように、基端７２１よりも先端７２２がダイヤフラム部３２側に位置する姿勢で、第２シール７２が保持されていてもよい。この姿勢では、特に、隙間３２０から隙間８１０へのグリースＧ１の流れを抑制することができる。これは、歯車装置１の稼働状況によって、グリースＧ２の流れに比べてグリースＧ１の流れの方が優勢になるような場合でも、双方の流出を効果的に抑制するという観点で有用である。

また、本実施形態では、第１シール７１と第２シール７２が別体になっている。このような構成のシール部７では、汎用な形状の第１シール７１および第２シール７２を組み合わせてシール部７を構成することができる。このため、シール部７の低コスト化を図ることができる。

さらに、第１シール７１と第２シール７２とで、構成材料を異ならせることができる。これにより、例えば、第１シール７１の構成材料には、圧縮に対する反発力に優れた材料を使用し、第２シール７２の構成材料には、耐摩耗性に優れた材料を使用する、といった使い分けが可能になる。その結果、シール部７の高機能化を図ることができる。
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。

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部材から第２部材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、１Ａ…歯車装置、１Ｂ…歯車装置、２…内歯歯車、３…外歯歯車、４…波動発生器、５…ケース、７…シール部、８…クロスローラーベアリング、１３…軸受、２３…内歯、３１…胴部、３１ａ…第１端部、３１ｂ…第２端部、３２…ダイヤフラム部、３３…外歯、３４…ボス部、３５…ボルト、３８ａ…開口、３８ｂ…開口、４１…カム、４２…ベアリング、６１…軸、７１…第１シール、７２…第２シール、７３…第３シール、８１…内輪、８２…外輪、８３…コロ、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、３１０…隙間、３２０…隙間、３４０…隙間、３４１…貫通孔、４１１…軸部、４１２…カム部、４２１…内輪、４２２…ボール、４２３…外輪、７２１…基端、７２２…先端、７３１…基端、７３２…先端、８１０…隙間、８１１…外周面、８１２…底面、Ｄ…接触方向、Ｇ１…グリース、Ｇ２…グリース、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…第３軸、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、Ｎ…法線、ａ…回転軸、ｔ１…厚さ、ｔ２…厚さ

Claims (7)

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、
   外輪と内輪とを有するクロスローラーベアリングと、
   前記外輪に固定されている第１シールおよび第２シールと、
   を有し、
   前記外歯歯車は、
   前記波動発生器が接触している第１端部、および、前記第１端部とは反対側の第２端部、を有する円筒状の胴部と、
   前記第１端部の外周面に設けられている外歯と、
   前記第２端部の外側に設けられている円環状のダイヤフラム部と、
   前記ダイヤフラム部の外側に設けられているボス部と、
   を備え、
   前記第１シールは、前記ボス部と前記外輪との間に挟まれ、
   前記第２シールは、基端および先端を有し、前記基端は、前記外輪に固定され、前記先端は、前記内輪の外周面に接触していることを特徴とする歯車装置。
2. 前記第１シールと前記第２シールとが一体である請求項１に記載の歯車装置。
3. 前記第１シールと前記第２シールとが別体である請求項１に記載の歯車装置。
4. 前記第２シールの前記先端の前記外周面に対する接触方向は、前記外周面の法線に対して±４５°以下の角度をなす方向である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の歯車装置。
5. 前記第２シールの前記基端が前記先端よりも前記ダイヤフラム部側に位置するように、前記第２シールが保持されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の歯車装置。
6. 基端および先端を有する第３シールを有し、
   前記第３シールの前記基端は、前記外輪に固定され、
   前記第３シールの前記先端は、前記内輪の前記ダイヤフラム部と対向する面に接触している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の歯車装置。
7. 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部材を相対的に回動させる駆動力を伝達する請求項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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