JP2022096109A - 歯車装置およびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラムの外周端近辺の板厚において、ボスが突出している側とは反対側の面がボス側に漸減している場合、応力を分散させて破損を抑制する歯車装置とロボットを提供する。【解決手段】歯車装置１は、内歯歯車２、外歯歯車３、波動発生器４を有する。外歯歯車３は、外歯３３を備える円筒部３１、外歯３３とは反対側で円筒部３１の半径方向外側に延びるダイヤフラム３２、ダイヤフラム３２の外周端Ｃ側に接続する環状のボス部３５を有し、ダイヤフラム３２の厚さが、外周端Ｃからダイヤフラム３２の半径方向の中央部Ｂに向かうに従い漸減し、自然状態において、ダイヤフラム３２の外歯３３側の第１面３２７が回転軸Ｊａに垂直な面としての仮想面３２８に対して傾斜し始める部位（傾斜開始部位Ｐ）は、ボス部３５の内周面３５１よりも半径方向において円筒部３１側にある。【選択図】図６

Description

本発明は、歯車装置、歯車装置を備えるロボットに関する。

特許文献１では、波動減速機（歯車装置）において、ハット型のダイヤフラムの外周端側に環状のボスを有し、ボスが突出している側とは反対側の面が、外周端近辺から中央部に向かうに従いボス側に板厚が漸減していることが開示されている。

国際公開第２０１８／１００７０１号

ダイヤフラムの外周端近辺で、ボスが突出している側とは反対側の面が、外周端近辺から中央部に向かうに従い板厚が漸減している場合に、漸減し始める部位の裏面に、ボスの端部が位置すると、応力が集中してダイヤフラムが破損しやすくなるという課題がある。

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、前記外歯歯車は、外歯を備える円筒部、前記外歯とは反対側で前記円筒部の半径方向外側に延びるダイヤフラム、前記ダイヤフラムの外周端側に接続する環状のボス部を有し、前記ダイヤフラムの厚さが、前記外周端から前記ダイヤフラムの前記半径方向の中央部に向かうに従い漸減し、自然状態において、前記ダイヤフラムの前記外歯側の第１面が前記回転軸に垂直な面に対して傾斜し始める部位は、前記ボス部の内周面よりも前記半径方向において前記円筒部側にある。

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。

実施形態に係るロボットの概略構成を示す側面図。 実施形態に係る歯車装置を示す分解斜視図。 歯車装置の縦断面図。 歯車装置の歯の噛み合い状態を示す図。 回転軸を含む平面で外歯歯車を切断した場合の半断面図。 ダイヤフラムの外周端近辺を示す拡大断面図。 傾斜開始部位とダイヤフラムに掛る応力との関係を示す図。

図１は、本実施形態に係るロボット１００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の図面視で上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１中の基台１１０側を「基端側」、その反対側、すなわちエンドエフェクター１５０側を「先端側」と言う。また、図１の図面視で上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。さらに、後述する回転軸Ｊａが延在する方向を「軸方向」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。

ロボット１００について簡潔に説明する。
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、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。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。

ロボット１００の各部を簡単に説明する。
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。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７（図３）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、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共に、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、また、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。

また、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７（図３）を基台１１０に連結すればよい。

なお、本実施形態のロボット１００は、水平多関節ロボットを例示しているが、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。

図２は、本実施形態に係る歯車装置１を示す分解斜視図である。図３は、歯車装置１の縦断面図である。図４は、歯車装置１の歯の噛み合い状態を示す図である。なお、以降の各図では、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、各部の寸法は実際の寸法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、具体的にはダイヤフラム３２を省略している。

歯車装置１について説明する。
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の内側に設けられたシルクハット形状で可撓性を有する外歯歯車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。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、グリース等の潤滑剤が適宜配置されている。

内歯歯車２、外歯歯車３および波動発生器４の内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（図示省略）に接続される。なお、外歯歯車３と第１アーム１２０との接続は、詳細には、中継部材６、出力軸７を介している。

このような構成により、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Ｊａ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。

歯車装置１の構成を簡単に説明する。
図２～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。従って、内歯２３は、回転軸Ｊａ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Ｊａ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。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、いわゆるシルクハット型をなし、図３の軸方向右端に開口端３４を有している。ここで、外歯歯車３は、回転軸Ｊａまわりの円筒状をなす円筒部３１を有する。この円筒部３１は、開口端３４側の部位である外歯形成部３１１と、開口端３４とは反対側の部位であり、一定の厚さの円筒状の胴部３１２と、を備えている。なお、外歯形成部３１１の外周面側の部分には、外歯３３が形成されている。

また、外歯歯車３は、円筒部３１に加え、円筒部３１に接続して円筒部３１の半径方向外側に延びるダイヤフラム３２を有する。また、外歯歯車３は、ダイヤフラム３２に接続する環状のボス部３５を有する。

外歯歯車３のボス部３５は、例えばボルトＢ１等の固定具により、中継部材６を介して、第１アーム１２０に接続する出力軸７に固定される。これにより、第１アーム１２０と外歯歯車３とが接続される。なお、出力軸７と外歯歯車３との接続方法は、これに限定されない。

図３、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Ｊａまわりに回転可能である。波動発生器４は、図４に示すように、外歯歯車３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Ｊａまわりに回転可能になっており、互いに内外で噛み合わされている。

外歯歯車３の円筒部３１は、前述したように、外歯形成部３１１および胴部３１２を有する。外歯形成部３１１は、図３に示す開口端３４側の端部であって、外歯３３が設けられている部分である。また、胴部３１２は、円筒部３１のうち、ダイヤフラム３２側に位置する部分である。このうち、外歯形成部３１１は、コーニングによる大きな変形が生じる部分である。コーニングとは、図４に示す長軸Ｌａの位置で円筒部３１が回転軸Ｊａに対して外側に開き、短軸Ｌｂの位置で円筒部３１が回転軸Ｊａに対して内側に狭まるような、３次元的な変形を意味する。外歯形成部３１１は、外歯歯車３に波動発生器４が嵌め合わされたとき、胴部３１２よりも大きく変形する。

波動発生器４は、外歯歯車３の外歯形成部３１１に相対する部位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Ｊａ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Ｊａに沿った方向から見たときに、図４の図面視で上下方向を長軸Ｌａ、左右方向を短軸Ｌｂ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、円筒部３１の内周面３１３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は、カム４１が回転軸Ｊａまわりに回転することに伴って、カム部４１２の向きを変え、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。

図３に示すように、中継部材６は、環状に構成され、内歯歯車２と外歯歯車３のダイヤフラム３２との間に設置されている。中継部材６は、出力軸７に固定される外輪６１と、内歯歯車２に固定される内輪６２と、外輪６１を内輪６２に対して回動させるベアリング６３とにより構成されている。なお、ベアリング６３は、いわゆるクロスローラーベアリングであり、回転軸に対して＋４５°と－４５°との角度で交互にローラーが配置され、ラジアルとスラストの両方の荷重を受けられる軸受けである。ボス部３５は、ボルトＢ１により、外輪６１を介して出力軸７に固定される。

本実施形態では、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に噛み合う外歯歯車３、及び外歯歯車３に固定される出力軸７が、モーター１７１の回転軸の回転速度よりも低い回転速度で回転する。

図５は、回転軸Ｊａを含む平面で外歯歯車３を切断した場合の半断面図である。なお、図５では、回転軸Ｊａの図示を省略している。また、図６は、ダイヤフラム３２の外周端Ｃ近辺を示す拡大断面図である。

外歯歯車３について詳しく説明する。
前述したように、外歯歯車３の円筒部３１は、一端が開口端３４となっている外歯形成部３１１と、外歯形成部３１１からダイヤフラム３２までの間の一定厚さの胴部３１２とを備えている。外歯形成部３１１の外周面側の部分に、外歯３３が形成されている。

本実施形態では胴部３１２の厚さを一定としているが、例えば、ダイヤフラム３２の側から外歯形成部３１１に向けて肉厚が漸減するように、胴部３１２の断面形状を設定することも可能である。

ダイヤフラム３２は、円筒部３１の端部Ｄに接続して湾曲する第１接続部３２１と、ボス部３５の内周面３５１に接続する第２接続部３２２と、第１接続部３２１および第２接続部３２２に接続するダイヤフラム本体３２３とを有する。

第１接続部３２１は、言い換えると、ダイヤフラム本体３２３の内周端Ａに連続して、半径方向の内方に向かう方向から回転軸Ｊａに沿って円筒部３１に向かう方向に湾曲している。なお、円筒部３１の端部Ｄが第１接続部３２１に繋がっている。第２接続部３２２は、ダイヤフラム本体３２３の外周端Ｃから半径方向の外方に延びてボス部３５の内周面３５１に繋がっている。ダイヤフラム本体３２３は、回転軸Ｊａに直交する方向となる半径方向に延びている。

ここで、円筒部３１の端部Ｄは、第１接続部３２１の円筒部３１側の曲がり始めの部位である。詳細には、円筒部３１の端部Ｄは、第１接続部３２１の凹円弧５４の円筒部３１側の曲がり始めの部位である。ダイヤフラム３２の外周端Ｃは、第２接続部３２２のダイヤフラム本体３２３側の曲がり始めの部位である。ダイヤフラム３２の内周端Ａは、第１接続部３２１のダイヤフラム本体３２３側の曲がり始めの部位である。ダイヤフラム３２の内周端Ａは、詳細には、第１接続部３２１の凹円弧５４のダイヤフラム本体３２３側の曲がり始めの部位である。

外歯歯車３について更に詳しく説明する。
外歯歯車３の胴部３１２の外周面３１４は、断面で見た場合、図５に示すように、外歯形成部３１１に繋がっている部位５１から胴部３１２の端部Ｄまで、回転軸Ｊａに平行に延びる外側直線５３によって規定されている。胴部３１２の内周面３１３も、断面で見た場合、回転軸Ｊａに平行に延びる内側直線５２によって規定されている。従って、外側直線５３および内側直線５２によって、一定厚さの胴部３１２が規定されている。

胴部３１２に繋がっているダイヤフラム３２の第１接続部３２１の外周面は、断面で見た場合、凹円弧５４によって規定されている。凹円弧５４の一端は、胴部３１２の端部Ｄの位置において、外側直線５３に滑らかに繋がっている。第１接続部３２１の内周面は、断面で見た場合、端部Ｄを超えて延びている内側直線５２の直線部５２ａと、この直線部５２ａに滑らかに繋がっている凸円弧５５と、凸円弧５５の他方の端に滑らかに繋がり、半径方向の外方に延びる直線部５６ａとによって規定されている。

ここで、第１接続部３２１において、内周端Ａから端部Ｄまでの間の接続部中央位置をＥとする。第１接続部３２１では、内側の凹円弧５４に比べて、外側の凸円弧５５の曲率半径を小さくしている。第１接続部３２１の厚さは、接続部中央位置Ｅにおいて最も大きく、内周端Ａから接続部中央位置Ｅまでは漸増し、接続部中央位置Ｅから端部Ｄまでは漸減している。

図５、図６に示すように、第１接続部３２１に繋がっているダイヤフラム本体３２３の円筒部３１側（外歯３３側）の面となる第１面３２７は、湾曲して傾斜する湾曲面で形成されている。第１面３２７は、断面で見た場合、凹湾曲線５７によって規定されている。なお、本実施形態では、湾曲面は、弓形に限定されない曲面である。このように、第１面３２７が湾曲して傾斜することにより、応力を分散させることができる。

ここで、ダイヤフラム本体３２３における内周端Ａから外周端Ｃまでの間の概略の中央部をＢとする。言い換えると、ダイヤフラム３２（ダイヤフラム本体３２３）の半径方向の概略の中央部をＢとする。凹湾曲線５７は、例えば、内周端Ａから中央部Ｂまでを規定している凹湾曲５７ａと、中央部Ｂから外周端Ｃまでを規定している凹湾曲５７ｂとから構成されている。

凹湾曲５７ａの一端は内周端Ａの位置において凹円弧５４に滑らかに繋がっており、他方の端は凹湾曲５７ｂに滑らかに繋がっている。一端が凹湾曲５７ａに滑らかに繋がっている凹湾曲５７ｂの他方の端となる後述する傾斜開始部位Ｐ（図６）は、断面で見た場合、ボス部３５の円筒部３１側の面を規定している直線部５８に繋がっている。また、傾斜開始部位Ｐ（図６）は、本実施形態では、ダイヤフラム本体３２３の外周端Ｃよりも回転軸Ｊａ側に位置している。

第１接続部３２１に繋がっているダイヤフラム本体３２３の第１面３２７とは反対側の面としての第２面３２６は、断面で見た場合、図５、図６に示すように、直線部５６ａの端から、内周端Ａを超えて延びている直線部５６によって規定されている。直線部５６は、回転軸Ｊａに直交する半径方向に沿って、外周端Ｃの位置まで延びている。言い換えると、第２面３２６は、図６に示すように、回転軸Ｊａに垂直な面に沿っている。なお、第２面３２６が、回転軸Ｊａに垂直な面に沿っていることにより、ダイヤフラム３２が第２面３２６側に撓みづらくなり、第２面３２６側の相手方の部品との隙間を確保することができる。

ボス部３５は、ダイヤフラム３２の第１面３２７とは反対側となるダイヤフラム３２の第２面３２６側に突出している。この場合、歯車装置１と相手方の部品との組立てにおいて、ダイヤフラム３２の第２面３２６側に突出するボス部３５の内周面３５１を基準として用いることができる。

凹湾曲線５７と直線部５６とによって規定されるダイヤフラム本体３２３の厚さは、中央部Ｂにおいて最も薄く、内周端Ａから中央部Ｂに向かうに従い漸減し、外周端Ｃから中央部Ｂに向うに従い漸減している。

第２接続部３２２の円筒部３１側の面とは反対側の面は、断面で見た場合、外周端Ｃの位置において直線部５６の端に滑らかに繋がっている凹円弧５９によって規定されている。凹円弧５９の他方の端は、ボス部３５の内周面３５１に滑らかに繋がっている。凹円弧５９は、所定の曲率半径で形成されている。

図６に示すように、ダイヤフラム本体３２３の外周端Ｃの近辺で、ボス部３５が突出している側とは反対側の面（第１面３２７）において、凹湾曲５７ｂは、外周端Ｃの近辺から中央部Ｂに向かうに従いボス部３５が突出している側に厚さが漸減している。ここで、外歯歯車３の自然状態での形状において、凹湾曲５７ｂが漸減し始める部位、言い換えると、第１面３２７が回転軸Ｊａに垂直な面としての仮想面３２８に対して傾斜し始める部位を傾斜開始部位Ｐとする。なお、自然状態とは、外歯歯車３を歯車装置１から取外した状態をいう。

図７は、傾斜開始部位Ｐとダイヤフラム３２に掛る応力との関係を示す図である。詳細には、図７は、ボス部３５の内周面３５１から傾斜開始部位Ｐまでの半径方向の距離と、ダイヤフラム３２に掛る応力との関係を示している。なお、ボス部３５の内周面３５１から傾斜開始部位Ｐまでの半径方向の距離をＬとする。

発明者は、図７に示すように、傾斜開始部位Ｐを外周端Ｃの近辺で設定して、ダイヤフラム３２に掛る応力を調べた。
図７に示すように、NO.１は、距離Ｌが－０.０３ｍｍであり、傾斜開始部位Ｐが内周面３５１よりもボス部３５側に食い込んでいる場合である。この場合には、応力が４４６ＭＰａである。NO.２は、距離Ｌが０.１１ｍｍであり、傾斜開始部位Ｐが内周面３５１よりも半径方向において円筒部３１側の場合である。この場合には、応力は５３６ＭＰａである。そして、NO.３は、距離Ｌが０.８３ｍｍである場合、応力は４１４ＭＰａである。また、NO.４は、距離Ｌが０.８８ｍｍである場合、応力は５１８ＭＰａである。

ここで、傾斜開始部位Ｐがボス部３５の端部となる内周面３５１と揃っている場合には、応力が傾斜開始部位Ｐに集中してダイヤフラム３２が破損しやすくなるため、この様な部位は避けることが必要となる。なお、NO.１のように、傾斜開始部位Ｐがボス部３５側に食い込む場合には、ダイヤフラム３２の外周端Ｃの厚さを薄くすることになるため、外周端Ｃに掛る応力に対応させるためには、外周端Ｃの実際の厚さにもよるが、少なくと、ボス部３５の内周面３５１よりも半径方向において円筒部３１側にあることがよい。また、図７に示すように、NO.３，NO.４においては、NO.１，NO.２に比較して応力が低下している。

以上の結果や、他に行った実験結果及びシミュレーション結果等から、ボス部３５の内周面３５１から傾斜開始部位Ｐまでの半径方向の距離Ｌは、０.１５ｍｍ以上５.００ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは、０.４５ｍｍ以上２.００ｍｍ以下であることが判った。

また、ダイヤフラム３２の最小厚さをＴとしたとき、最小厚さＴは、０.１４ｍｍ以上０.２４ｍｍ以下である。これらにより、最小厚さＴに対する距離Ｌの比（Ｌ/Ｔ）として、０.６２５以上３５.７以下であることが好ましく、より好ましくは、１.８８以上１４.３以下である。

本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態の歯車装置１は、内歯歯車２、外歯歯車３、波動発生器４を有している。そして、外歯歯車３は、円筒部３１、ダイヤフラム３２、ボス部３５を有している。また、ダイヤフラム３２（ダイヤフラム本体３２３）の厚さが、外周端Ｃからダイヤフラム本体３２３の半径方向の中央部Ｂに向かうに従い漸減している。そして、自然状態において、ダイヤフラム本体３２３の外歯３３側の第１面３２７が回転軸Ｊａに垂直な面（仮想面３２８）に対して傾斜し始める傾斜開始部位Ｐは、ボス部３５の内周面３５１よりも半径方向において円筒部３１側にある。
ダイヤフラム本体３２３の第１面３２７が第２面３２６側に湾曲して、ダイヤフラム本体３２３の厚さが、外周端Ｃからダイヤフラム本体３２３の半径方向の中央部Ｂに向かうに従い漸減している場合には、例えば、ボス部３５の内周面３５１と傾斜開始部位Ｐとが揃う場合、傾斜開始部位Ｐに応力が集中して、ダイヤフラム３２が破損しやすくなる。しかし、本構成によれば、第１面３２７の傾斜開始部位Ｐが、ボス部３５の内周面３５１よりも半径方向において円筒部３１側にあることにより、傾斜開始部位Ｐでの応力集中を緩和することができるため、ダイヤフラム３２の破損を抑制することができる。

本実施形態の歯車装置１において、ダイヤフラム３２の最小厚さＴに対するボス部３５の内周面３５１から傾斜開始部位Ｐまでの半径方向の距離Ｌの比は、０.６２５以上３５.７以下である。
この構成によれば、ダイヤフラム３２の外周端Ｃ近辺での応力集中を緩和することができるため、ダイヤフラム３２の破損を抑制することができる。

本実施形態の歯車装置１において、ダイヤフラム３２の最小厚さＴに対する距離Ｌの比は、より好ましくは、１.８８以上１４.３以下である。
この構成によれば、ダイヤフラム３２の外周端Ｃ近辺での応力集中を更に緩和することができるため、ダイヤフラム３２の破損を更に抑制することができる。

本実施形態の歯車装置１において、ボス部３５は、ダイヤフラム３２の第１面３２７とは反対側となるダイヤフラム３２の第２面３２６側に突出している。
ボス部３５がダイヤフラム３２の第１面３２７側に突出する場合には、本実施形態では、例えば、中継部材６に当接するため、その分、円筒部３１を長くする必要があり、歯車装置１が大型化してしまう。そのため、ボス部３５をダイヤフラム３２の第２面３２６側に突出させることにより、小型化されると共に、相手方の部品との組立てにおいて、ボス部３５の内周面３５１を利用することができることで、組立ての利便性を向上させることができる。

本実施形態の歯車装置１において、第１面３２７は、湾曲して傾斜している。
この構成によれば、第１面３２７が湾曲して傾斜することで、応力を分散させることができる。

本実施形態の歯車装置１において、第２面３２６は、回転軸Ｊａに垂直な面に沿っている。
この構成によれば、第２面３２６が回転軸Ｊａに垂直な面に沿っていることにより、ダイヤフラム３２（ダイヤフラム本体３２３）が第２面３２６側に撓みづらくなり、第２面３２６側の相手方の部品との隙間を確保することができる。

本実施形態のロボット１００は、第１部材（基台１１０）と、第１部材（基台１１０）に対して回動する第２部材（第１アーム１２０）と、第１部材（基台１１０）に対して第２部材（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（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。そして、歯車装置１は、傾斜開始部位Ｐでの応力集中を緩和することができるため、ダイヤフラム３２の破損を抑制することができる。従って、歯車装置１の信頼性を向上させたロボット１００を提供することができる。

１…歯車装置、２…内歯歯車、３…外歯歯車、４…波動発生器、３１…円筒部、３２…ダイヤフラム、３３…外歯、３５…ボス部、１００…ロボット、１１０…第１部材としての基台、１２０…第２部材としての第１アーム、１７１…駆動源としてのモーター、３１３…外歯歯車の内周面、３２６…第２面、３２７…第１面、３２８…回転軸に垂直な面としての仮想面、３５１…ボス部の内周面、Ｂ…ダイヤフラムの中央部、Ｃ…ダイヤフラムの外周端、Ｊａ…回転軸、Ｌ…距離、Ｐ…傾斜開始部位、Ｔ…最小厚さ。

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、
   前記外歯歯車は、外歯を備える円筒部、前記外歯とは反対側で前記円筒部の半径方向外側に延びるダイヤフラム、前記ダイヤフラムの外周端側に接続する環状のボス部を有し、
   前記ダイヤフラムの厚さが、前記外周端から前記ダイヤフラムの前記半径方向の中央部に向かうに従い漸減し、
   自然状態において、前記ダイヤフラムの前記外歯側の第１面が前記回転軸に垂直な面に対して傾斜し始める部位は、前記ボス部の内周面よりも前記半径方向において前記円筒部側にあることを特徴とする歯車装置。
2. 請求項１に記載の歯車装置であって、
   前記半径方向における前記ボス部の前記内周面と傾斜し始める部位との間の距離をＬとし、前記ダイヤフラムの最小厚さをＴとしたとき、前記最小厚さＴに対する前記距離Ｌの比は、
   ０.６２５以上３５.７以下であることを特徴とする歯車装置。
3. 請求項２に記載の歯車装置であって、
   前記ダイヤフラムの前記最小厚さＴに対する前記距離Ｌの比は、
   より好ましくは、１.８８以上１４.３以下であることを特徴とする歯車装置。
4. 請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の歯車装置であって、
   前記ボス部は、前記ダイヤフラムの前記第１面とは反対側となる前記ダイヤフラムの第２面側に突出していることを特徴とする歯車装置。
5. 請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の歯車装置であって、
   前記第１面は、湾曲して傾斜していることを特徴とする歯車装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の歯車装置であって、
   前記第２面は、前記回転軸に垂直な面に沿っていることを特徴とする歯車装置。
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～請求項６のいずれか一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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