JP2022125569A - 減速機およびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】入力される回転数よりも低い回転数で波動発生器を回転させることができ、かつ、小型化しやすい減速機を提供する。【解決手段】減速機１は、入力シャフト２０と、前段減速機構３０と、中間回転体４０と、フレックスギア５２と、インタナルギア５４とを備える。入力シャフトは、第１回転数で回転する。前段減速機構は、第１回転数の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に減速する。中間回転体は、第２回転数で回転する。中間回転体は、波動発生器５１を含む。波動発生器、フレックスギア、およびインタナルギアは、第２回転数の回転運動を、第２回転数よりも低い第３回転数の回転運動に減速する。また、中間回転体は、入力シャフトに軸受６０を介して支持される。【選択図】図２

Description

本発明は、減速機およびロボットに関する。

従来、工業製品の製造ラインにおいて、部品の搬送、加工、組立等の作業を行う産業用ロボットが知られている。産業用ロボットは、アームと、アームを動作させるためのモータ及び減速機を備える。モータおよび減速機は、ロボットの関節に搭載される。モータから出力される回転運動は、減速機により減速されて、アームへ伝達される。これにより、アームが、減速後の速さで回動させる。

ロボットに搭載される減速機は、例えば、特開２０２０－０７６４１５号公報に記載されている。
特開２０２０－０７６４１５号公報

特開２０２０－０７６４１５号公報に記載の減速機は、いわゆる波動歯車減速機である。波動歯車減速機は、楕円形状の波動発生器と、薄肉状のフレックスギアと、インタナルギアとを備える。波動発生器は、モータから出力される回転数で回転する。フレックスギアは、波動発生器により楕円形状に変形し、当該楕円の長軸の両端に相当する２箇所において、インタナルギアと噛み合う。フレックスギアとインタナルギアの噛み合いの位置は、波動発生器の回転に応じて周方向に移動する。そして、フレックスギアとインタナルギアとの歯数の差によって、フレックスギアまたはインタナルギアが、減速後の回転数で回転する。

上記の通り、波動歯車減速機では、インタナルギアに対してフレックスギアが、周方向の２箇所で噛み合う。このため、中心軸に対する波動発生器のごく僅かなミスアライメント等により、フレックスギアとインタナルギアとの間に、波動発生器の回転数の２倍に相当する周波数の振動が生じる場合がある。そして、この振動の周波数が、アームの固有振動数と一致した場合、共振により大きな振動が発生する場合がある。すなわち、モータから波動発生器に、アームの固有振動数の１／２倍に相当する回転数の回転運動が入力された場合に、上述した共振が発生する。

このような共振を抑制するためには、波動発生器の回転数を、アームの固有振動数の１／２倍に相当する回転数からずらすことが考えられる。しかしながら、そのためには、波動発生器の回転数をずらすための機構を、波動歯車減速機に追加する必要がある。そうすると、減速機を小型化しにくいという問題がある。

本発明の目的は、入力される回転数よりも低い回転数で波動発生器を回転させることができ、かつ、小型化しやすい減速機を提供することである。

本願発明は、中心軸を中心として第１回転数で回転する入力シャフトと、前記入力シャフトの前記第１回転数の回転運動を、前記第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に減速する前段減速機構と、前記中心軸を中心として前記第２回転数で回転し、波動発生器を含む中間回転体と、前記波動発生器の径方向外側に位置する可撓性の筒状部を有し、前記筒状部の外周面に複数の外歯を有するフレックスギアと、前記筒状部の径方向外側に位置し、前記中心軸を中心とする円環状の内周面に、複数の内歯を有するインタナルギアと、を備え、前記インタナルギアの前記内歯の数と、前記フレックスギアの前記外歯の数とが異なり、前記複数の外歯のうちの一部の外歯が、前記波動発生器に押されることによって、前記内歯と噛み合い、前記波動発生器の回転に伴い、前記内歯と前記外歯との噛み合い位置が、前記第２回転数で周方向に移動し、前記内歯と前記外歯との歯数の差によって、前記インタナルギアおよび前記フレックスギアのいずれか一方が、前記第２回転数よりも低い第３回転数で、前記中心軸を中心として回転し、前記中間回転体は、前記入力シャフトに軸受を介して支持される。

本願発明によれば、前段減速機構を設けることにより、入力される第１回転数よりも低い第２回転数で、波動発生器を回転させる。これにより、前段減速機構が無い場合と比べて、フレックスギアとインタナルギアの噛み合いにより生じる振動の周期を、ずらすことができる。その結果、減速機の使用時の共振を抑えることができる。

また、本願発明によれば、波動発生器は、固定部に軸受を介して支持されるのではなく、入力シャフトに軸受を介して支持される。これにより、入力シャフトと近接した位置に、波動発生器を配置できる。したがって、減速機の小型化が容易となる。

図１は、ロボットの概要図である。 図２は、第１実施形態に係る減速機の縦断面図である。 図３は、前段減速機構の横断面図（図２のＡ－Ａ線断面図）である。 図４は、後段減速機構の横断面図（図２のＢ－Ｂ線断面図）である。 図５は、第２実施形態に係る減速機の縦断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願の各図では、図の煩雑化を避けるため、一部を除いて、断面を示すハッチングが省略されている。また、本願において「回転数」とは、単位時間あたりに物体が回転する回数（回転速度）を意味する。

＜１．ロボットについて＞
図１は、一実施形態に係る減速機１を搭載したロボット１００の概要図である。このロボット１００は、工業製品の製造ラインにおいて、部品の搬送、加工、組立等の作業を行う、いわゆる産業用ロボットである。図１に示すように、ロボット１００は、ベースフレーム１０１、アーム１０２、モータ１０３、および減速機１を備える。

アーム１０２は、ベースフレーム１０１に対して、回動可能に支持されている。モータ１０３および減速機１は、ベースフレーム１０１とアーム１０２との間の関節部に、組み込まれている。モータ１０３に駆動電流が供給されると、モータ１０３から回転運動が出力される。また、モータ１０３から出力される回転運動は、減速機により減速されて、アーム１０２へ伝達される。これにより、ベースフレーム１０１に対してアーム１０２が、減速後の速さで回動する。

＜２．減速機について＞
続いて、減速機１の詳細な構造について説明する。

なお、以下では、減速機１の中心軸Ａ１と平行な方向を「軸方向」、中心軸Ａ１に直交する方向を「径方向」、中心軸Ａ１を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は、略直交する方向も含む。

＜２－１．第１実施形態＞
図２は、第１実施形態に係る減速機１の縦断面図である。減速機１は、モータ１０３の軸方向一方側に位置する。図２に示すように、減速機１は、固定部１０、入力シャフト２０、前段減速機構３０、中間回転体４０、および後段減速機構５０を備える。

固定部１０は、ベースフレーム１０１に対して固定される部分である。図２に示すように、固定部１０は、第１固定部材１１と、第２固定部材１２とを含む。第１固定部材１１および第２固定部材１２は、いずれも、中心軸Ａ１を中心とする円環状の部材である。第１固定部材１１と第２固定部材１２とは、軸方向に並んでいる。第２固定部材１２は、第１固定部材１１よりも、軸方向一方側に位置する。第１固定部材１１および第２固定部材１２は、後述するフレックスギア５２の取付部５２３とともに、ベースフレーム１０１に対して、ボルトにより固定される。

入力シャフト２０は、中心軸Ａ１に沿って延びる円筒状の部材である。入力シャフト２０の軸心は、減速機１の中心軸Ａ１と一致する。入力シャフト２０は、モータ１０３の出力軸に固定される。したがって、モータ１０３に駆動電流が供給されると、モータ１０３は、入力シャフト２０を、中心軸Ａ１を中心として回転させる。以下では、中心軸Ａ１を中心とする入力シャフト２０の回転数を「第１回転数」とする。

前段減速機構３０は、入力シャフト２０の第１回転数の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に減速する機構である。図３は、前段減速機構３０の横断面図（図２のＡ－Ａ線断面図）である。前段減速機構３０は、いわゆる遊星減速機構である。図２および図３に示すように、前段減速機構３０は、太陽ギア３１、内歯ギア３２、および複数の遊星ギア３３を有する。

太陽ギア３１は、入力シャフト２０とともに、中心軸Ａ１を中心として第１回転数で回転するギアである。本実施形態では、入力シャフト２０と太陽ギア３１とが、単一の部品となっている。これにより、入力シャフト２０と太陽ギア３１を別部品とする場合に比べて、減速機１の部品点数が低減される。ただし、入力シャフト２０と太陽ギア３１を別部品としてもよい。その場合、入力シャフト２０と太陽ギア３１とが、相対回転不能な状態で固定されていればよい。太陽ギア３１は、外周面に複数の外歯３１１を有する。複数の外歯３１１は、周方向に一定のピッチで設けられている。各外歯３１１は、径方向外側へ向けて突出する。

内歯ギア３２は、中心軸Ａ１を中心とする円環状のギアである。内歯ギア３２は、太陽ギア３１の径方向外側に位置する。本実施形態では、第１固定部材１１と内歯ギア３２とが、単一の部品となっている。これにより、第１固定部材１１と内歯ギア３２とを別部品とする場合に比べて、減速機１の部品点数が低減される。ただし、第１固定部材１１と内歯ギア３２とを別部品としてもよい。その場合、第１固定部材１１と内歯ギア３２とが、相対回転不能な状態で固定されていればよい。内歯ギア３２は、内周面に複数の内歯３２１を有する。複数の内歯３２１は、周方向に一定のピッチで設けられている。各内歯３２１は、径方向内側へ向けて突出する。

複数の遊星ギア３３は、太陽ギア３１と内歯ギア３２との間に位置する。図３に示すように、本実施形態の前段減速機構３０は、２つの遊星ギア３３を有する。ただし、前段減速機構３０が有する遊星ギア３３の数は、１つでもよいし、３つ以上でもよい。各遊星ギア３３は、中心軸Ａ１と平行な遊星軸Ａ２を中心として、自転可能に支持されている。また、遊星ギア３３は、複数の外歯３３１を有する。遊星ギア３３の外歯３３１は、太陽ギア３１の外歯３１１と噛み合う。また、遊星ギア３３の外歯３３１は、内歯ギア３２の内歯３２１とも噛み合う。

太陽ギア３１が、中心軸Ａ１を中心として第１回転数で回転すると、太陽ギア３１の外歯３１１と遊星ギア３３の外歯３３１との噛み合いにより、遊星ギア３３が、遊星軸Ａ２を中心として自転する。また、遊星ギア３３の外歯３３１は、内歯ギア３２の内歯３２２とも噛み合うため、遊星ギア３３は、遊星軸Ａ２を中心として自転しながら、中心軸Ａ１を中心として公転する。このとき、中心軸Ａ１を中心とする遊星ギア３３の回転数は、第１回転数よりも低い第２回転数となる。

中間回転体４０は、中心軸Ａ１を中心とする円環状の部材である。中間回転体４０は、複数の遊星ギア３３の軸方向一方側に位置する。図２に示すように、中間回転体４０は、キャリア４１、円筒部４２、および波動発生器５１を含む。キャリア４１、円筒部４２、および波動発生器５１は、軸方向他方側から軸方向一方側へ向けて、この順に並ぶ。本実施形態では、中間回転体４０が、キャリア４１、円筒部４２、および波動発生器５１を含む単一の部品となっている。ただし、中間回転体４０は、複数の部品により構成されていてもよい。その場合、当該複数の部品が、相対回転不能な状態で、互いに固定されていればよい。

キャリア４１は、中間回転体４０の最も軸方向他方側に位置する。キャリア４１の軸方向他方側の端面には、複数のキャリアピン４４が固定されている。各キャリアピン４４は、遊星軸Ａ２に沿って、軸方向に延びる。キャリアピン４４は、遊星ギア３３の中央に設けられた円孔に挿入される。これにより、遊星ギア３３は、キャリアピン４４に対して、回転可能に支持される。

円筒部４２は、キャリア４１から軸方向一方側へ向けて延びる。円筒部４２は、中心軸Ａ１を中心とする円筒状である。円筒部４２の外径は、キャリア４１の外径および波動発生器５１の外径よりも、小さい。これにより、円筒部４２の外径が、キャリア４１または波動発生器５１の外径と同等である場合と比べて、中間回転体４０を軽量化できる。

入力シャフト２０と中間回転体４０との間には、２つの軸受６０が介在する。２つの軸受６０は、軸方向に並んで配置される。中間回転体４０は、入力シャフト２０に対して、２つの軸受６０を介して支持される。したがって、中間回転体４０は、入力シャフト２０とは異なる回転数で、中心軸Ａ１を中心として回転することが可能である。軸受６０には、例えば、ボールベアリングが用いられる。ただし、ボールベアリングに代えて、滑り軸受などの他方式の軸受が用いられてもよい。

上述の通り、中心軸Ａ１を中心として遊星ギア３３が公転すると、キャリアピン４４も、中心軸Ａ１を中心として回転する。したがって、複数の遊星ギア３３、複数のキャリアピン４４、および中間回転体４０が、中心軸Ａ１を中心として、第２回転数で回転する。

後段減速機構５０は、中間回転体４０の第２回転数の回転運動を、第２回転数よりも低い第３回転数の回転運動に減速する機構である。図４は、後段減速機構５０の横断面図（図２のＢ－Ｂ線断面図）である。図４では、軸受６０および後述する可撓性軸受５３を簡略化して示している。後段減速機構５０は、いわゆる波動歯車減速機構である。図２および図４に示すように、後段減速機構５０は、波動発生器５１、フレックスギア５２、可撓性軸受５３、およびインタナルギア５４を有する。

波動発生器５１は、フレックスギア５２に周期的な撓み変形を与える要素である。本実施形態の波動発生器５１は、上述した中間回転体４０の一部分である。ただし、波動発生器５１は、中間回転体４０とは別の部品であってもよい。その場合、波動発生器５１は、中間回転体４０に対して、相対回転不能な状態で固定されていればよい。

図４に示すように、本実施形態の波動発生器５１は、楕円状のカムである。すなわち、波動発生器５１の外周面は、中心軸Ａ１を中心とする楕円形状である。波動発生器５１は、長軸と短軸とを有する。中心軸Ａ１を中心とする波動発生器５１の外径は、長軸の位置において最も大きくなり、短軸の位置において最も小さくなる。したがって、波動発生器５１の外径は、中心軸Ａ１を中心とする１８０度の周期で変化する。

フレックスギア５２は、撓み変形可能な薄肉状のギアである。図２に示すように、フレックスギア５２は、筒状部５２１、ダイヤフラム部５２２、および取付部５２３を有する。筒状部５２１は、波動発生器５１の径方向外側、かつ、インタナルギア５４の径方向内側に位置する。筒状部５２１は、軸方向に延びる筒状である。また、筒状部５２１は、薄肉状であるため、可撓性を有する。フレックスギア５２は、筒状部５２１の外周面に、複数の外歯５２４を有する。複数の外歯５２４は、周方向に一定のピッチで設けられている。各外歯５２４は、径方向外側へ向けて突出する。

ダイヤフラム部５２２は、筒状部５２１の軸方向他方側の端部から、径方向外側へ向けて広がる。ダイヤフラム部５２２は、中心軸Ａ１を中心とする略円板状である。取付部５２３は、ダイヤフラム部５２２の径方向外側に位置する。取付部５２３は、中心軸Ａ１を中心とする円環状である。取付部５２３の軸方向の厚みは、ダイヤフラム部５２２の軸方向の厚みおよび筒状部５２１の径方向の厚みよりも、厚い。取付部５２３は、第１固定部材１１と第２固定部材１２との間に挟まれる。第１固定部材１１、取付部５２３、および第２固定部材１２は、ボルト１４により、互いに固定される。したがって、フレックスギア５２は、固定部１０に対して回転不能である。

可撓性軸受５３は、波動発生器５１の径方向外側、かつ、フレックスギア５２の筒状部５２１の径方向内側に位置する。可撓性軸受５３が介在することにより、フレックスギア５２が非回転であるのに対して、波動発生器５１は、中心軸Ａ１を中心として回転することが可能となる。また、可撓性軸受５３は、柔軟に撓み変形可能である。したがって、波動発生器５１の回転により、可撓性軸受５３を介して筒状部５２１が、径方向に撓む。

インタナルギア５４は、筒状部５２１の径方向外側に位置する。インタナルギア５４は、中心軸Ａ１を中心とする円環状である。インタナルギア５４は、中心軸Ａ１を中心とする円環状の内周面に、複数の内歯５４１を有する。複数の内歯５４１は、周方向に一定のピッチで設けられている。各内歯５４１は、径方向内側へ向けて突出する。

また、本実施形態の減速機１は、接続部材５５を有する。接続部材５５は、インタナルギア５４の軸方向他方側に位置する。インタナルギア５４と接続部材５５とは、ボルト５６により、互いに固定される。接続部材５５は、第２固定部材１２の径方向内側に位置する。第２固定部材１２と接続部材５５との間には、交互に向きを変えて配置された複数のローラ７０が介在する。すなわち、第２固定部材１２、接続部材５５、および複数のローラ７０は、第２固定部材１２を外輪とし、接続部材５５を内輪とする、クロスローラベアリングを構成している。インタナルギア５４は、このクロスローラベアリングを介して、固定部１０に対して、回転可能に支持される。

可撓性軸受５３は、波動発生器５１の外周面に沿った楕円形状に変形する。したがって、フレックスギア５２の筒状部５２１も、波動発生器５１の外周面に沿った楕円形状に変形する。その結果、当該楕円の長軸の両端に相当する２箇所において、フレックスギア５２の一部の外歯５２４が、可撓性軸受５３を介して波動発生器５１に押されることによって、インタナルギア５４の内歯５４１と噛み合う。周方向の他の位置においては、外歯５２４と内歯５４１とが噛み合わない。

波動発生器５１が第２回転数で回転すると、フレックスギア５２の上述した楕円の長軸も、第２回転数で回転する。そうすると、外歯５２４と内歯５４１との噛み合い位置も、周方向に第２回転数で移動する。また、フレックスギア５２が有する外歯５２４の数と、インタナルギア５４が有する内歯５４１の数とは、僅かに異なる。この歯数の差によって、波動発生器５１の１回転ごとに、外歯５２４と内歯５４１との噛み合い位置が、周方向に移動する。その結果、フレックスギア５２に対してインタナルギア５４が、中心軸Ａ１を中心として、第２回転数よりも低い第３回転数で回転する。

また、インタナルギア５４は、アーム１０２に固定されている。このため、アーム１０２は、インタナルギア５４とともに、第３回転数で回動する。

上述の通り、フレックスギア５２とインタナルギア５４は、波動発生器５１の長軸の両端に相当する２箇所において噛み合う。このため、中心軸Ａ１に対する波動発生器５１のごく僅かなミスアライメント等により、フレックスギア５２とインタナルギア５４の噛み合いに起因する振動が生じる場合がある。この振動は、波動発生器５１の回転数の２倍に相当する周波数となる。そして、この振動の周波数が、アーム１０２の固有振動数と一致した場合、共振により大きな振動が発生する場合がある。従来のように、前段減速機構３０がなければ、モータから入力シャフトに供給される回転数で、波動発生器が回転する。したがって、モータから入力シャフトに、アームの固有振動数の１／２倍の回転数の回転運動が入力された場合に、上述した共振が発生する。

しかしながら、本実施形態の減速機１は、波動歯車減速機構である後段減速機構５０の入力側に、前段減速機構３０を有する。このため、入力シャフト２０よりも低い第２回転数で、波動発生器５１を回転させることができる。これにより、前段減速機構３０が無い場合と比べて、フレックスギア５２とインタナルギア５４の噛み合いにより生じる振動の周波数を、ずらすことができる。したがって、モータ１０３から入力シャフト２０に、アーム１０２の固有振動数の１／２倍の回転数の回転運動が入力された場合でも、本実施形態の減速機１では、共振を抑えることができる。

また、本実施形態の減速機１の構造では、波動発生器５１を含む中間回転体４０が、固定部１０に軸受を介して支持されるのではなく、入力シャフト２０に軸受６０を介して支持されている。これにより、小径の軸受６０を用いることができる。また、入力シャフト２０と近接した位置に、波動発生器５１を配置できる。したがって、減速機１の小型化が容易となる。

また、本実施形態の減速機１の構造では、前段減速機構３０が、フレックスギア５２の筒状部５２１の径方向内側に位置する。すなわち、フレックスギア５２の筒状部５２１の径方向内側のスペースに、前段減速機構３０が収容されている。このようにすれば、前段減速機構３０を、フレックスギア５２とは異なる軸方向の位置に配置する場合と比べて、減速機１全体の軸方向の寸法を抑制できる。したがって、減速機１の小型化が、より容易となる。

なお、前段減速機構３０の一部分のみが、フレックスギア５２の筒状部５２１の径方向内側に配置され、前段減速機構３０の他の部分が、フレックスギア５２から軸方向にはみ出していてもよい。

また、本実施形態の減速機１の構造では、フレックスギア５２のダイヤフラム部５２２が、筒状部５２１の軸方向他方側の端部から、径方向内側ではなく、径方向外側へ広がる。このため、ダイヤフラム部５２２により制限されることなく、フレックスギア５２の径方向内側に、前段減速機構３０を配置できる。これにより、減速機１の小型化が、より容易となる。

また、仮に、前段減速機構３０と波動発生器５１とを、軸方向の同じ位置に配置し、前段減速機構３０の径方向外側に波動発生器５１を配置すると、波動発生器５１の径方向の寸法が大きくなる。しかしながら、本実施形態の減速機１の構造では、前段減速機構３０と波動発生器５１とが、軸方向の異なる位置に配置されている。そして、波動発生器５１が、前段減速機構３０の一部分（本実施形態では遊星ギア３３）と同一の径方向位置に配置されている。これにより、波動発生器５１の径方向の寸法が抑制される。したがって、減速機１全体を径方向に小型化できる。

＜２－２．第２実施形態＞
図５は、第２実施形態に係る減速機１の縦断面図である。減速機１は、モータ１０３の軸方向一方側に位置する。図５に示すように、減速機１は、固定部１０、入力シャフト２０、前段減速機構３０、中間回転体４０、後段減速機構５０、および出力部材８０を備える。

固定部１０は、ベースフレーム１０１に対して固定される部分である。図５に示すように、固定部１０は、第１固定部材１１、第２固定部材１２、および第３固定部材１３を含む。第１固定部材１１、第２固定部材１２、および第３固定部材１３は、いずれも、中心軸Ａ１を中心とする円環状の部材である。第１固定部材１１、第２固定部材１２、および第３固定部材１３は、軸方向に並んでいる。第２固定部材１２は、第１固定部材１１よりも、軸方向一方側に位置する。第３固定部材１３は、第２固定部材１２よりも、軸方向一方側に位置する。第１固定部材１１、第２固定部材１２、および第３固定部材１３は、ベースフレーム１０１に対して、ボルトにより固定される。

入力シャフト２０は、中心軸Ａ１に沿って延びる円筒状の部材である。入力シャフト２０の軸心は、減速機１の中心軸Ａ１と一致する。入力シャフト２０は、モータ１０３の出力軸に固定される。したがって、モータ１０３に駆動電流が供給されると、モータ１０３は、入力シャフト２０を、中心軸Ａ１を中心として回転させる。以下では、中心軸Ａ１を中心とする入力シャフト２０の回転数を「第１回転数」とする。

前段減速機構３０は、入力シャフト２０の第１回転数の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に減速する機構である。前段減速機構３０は、いわゆる遊星減速機構である。図５に示すように、前段減速機構３０は、太陽ギア３１、内歯ギア３２、および複数の遊星ギア３３を有する。

太陽ギア３１は、入力シャフト２０とともに、中心軸Ａ１を中心として第１回転数で回転するギアである。本実施形態では、入力シャフト２０と太陽ギア３１とが、単一の部品となっている。これにより、入力シャフト２０と太陽ギア３１を別部品とする場合に比べて、減速機１の部品点数が低減される。ただし、入力シャフト２０と太陽ギア３１を別部品としてもよい。その場合、入力シャフト２０と太陽ギア３１とが、相対回転不能な状態で固定されていればよい。太陽ギア３１は、外周面に複数の外歯３１１を有する。複数の外歯３１１は、周方向に一定のピッチで設けられている。各外歯３１１は、径方向外側へ向けて突出する。

内歯ギア３２は、中心軸Ａ１を中心とする円環状のギアである。内歯ギア３２は、太陽ギア３１の径方向外側に位置する。本実施形態では、内歯ギア３２が、固定部１０ではなく、後述する出力部材８０に対して固定される。内歯ギア３２は、内周面に複数の内歯３２１を有する。複数の内歯３２１は、周方向に一定のピッチで設けられている。各内歯３２１は、径方向内側へ向けて突出する。

複数の遊星ギア３３は、太陽ギア３１と内歯ギア３２との間に位置する。各遊星ギア３３は、中心軸Ａ１と平行な遊星軸Ａ２を中心として、自転可能に支持されている。また、遊星ギア３３は、複数の外歯３３１を有する。遊星ギア３３の外歯３３１は、太陽ギア３１の外歯３１１と噛み合う。また、遊星ギア３３の外歯３３１は、内歯ギア３２の内歯３２１とも噛み合う。

太陽ギア３１が、中心軸Ａ１を中心として第１回転数で回転すると、太陽ギア３１の外歯３１１と遊星ギア３３の外歯３３１との噛み合いにより、遊星ギア３３が、遊星軸Ａ２を中心として自転する。また、遊星ギア３３の外歯３３１は、内歯ギア３２の内歯３２２とも噛み合うため、遊星ギア３３は、遊星軸Ａ２を中心として自転しながら、中心軸Ａ１を中心として公転する。このとき、中心軸Ａ１を中心とする遊星ギア３３の回転数は、第１回転数よりも低い第２回転数となる。

中間回転体４０は、中心軸Ａ１を中心とする円環状の部材である。中間回転体４０は、複数の遊星ギア３３の軸方向他方側に位置する。図５に示すように、中間回転体４０は、キャリア４１、および波動発生器５１を含む。波動発生器５１は、キャリア４１の軸方向他方側に位置する。本実施形態では、中間回転体４０が、キャリア４１および波動発生器５１を含む単一の部品となっている。ただし、中間回転体４０は、複数の部品により構成されていてもよい。その場合、当該複数の部品が、相対回転不能な状態で、互いに固定されていればよい。

キャリア４１は、中間回転体４０の最も軸方向一方側に位置する。キャリア４１の軸方向一方側の端面には、複数のキャリアピン４４が固定されている。各キャリアピン４４は、遊星軸Ａ２に沿って、軸方向に延びる。キャリアピン４４は、遊星ギア３３の中央に設けられた円孔に挿入される。これにより、遊星ギア３３は、キャリアピン４４に対して、回転可能に支持される。

入力シャフト２０と中間回転体４０との間には、２つの軸受６０が介在する。２つの軸受６０は、軸方向に並んで配置される。中間回転体４０は、入力シャフト２０に対して、２つの軸受６０を介して支持される。したがって、中間回転体４０は、入力シャフト２０とは異なる回転数で、中心軸Ａ１を中心として回転することが可能である。軸受６０には、例えば、ボールベアリングが用いられる。ただし、ボールベアリングに代えて、滑り軸受などの他方式の軸受が用いられてもよい。

上述の通り、中心軸Ａ１を中心として遊星ギア３３が公転すると、キャリアピン４４も、中心軸Ａ１を中心として回転する。したがって、複数の遊星ギア３３、複数のキャリアピン４４、および中間回転体４０が、中心軸Ａ１を中心として、第２回転数で回転する。

後段減速機構５０は、中間回転体４０の第２回転数の回転運動を、第２回転数よりも低い第３回転数の回転運動に減速する機構である。後段減速機構５０は、いわゆる波動歯車減速機構である。図２および図４に示すように、後段減速機構５０は、波動発生器５１、フレックスギア５２、可撓性軸受５３、およびインタナルギア５４を有する。

波動発生器５１は、フレックスギア５２に周期的な撓み変形を与える要素である。本実施形態の波動発生器５１は、上述した中間回転体４０の一部分である。ただし、波動発生器５１は、中間回転体４０とは別の部品であってもよい。その場合、波動発生器５１は、中間回転体４０に対して、相対回転不能な状態で固定されていればよい。

本実施形態の波動発生器５１は、楕円状のカムである。すなわち、波動発生器５１の外周面は、中心軸Ａ１を中心とする楕円形状である。波動発生器５１は、長軸と短軸とを有する。中心軸Ａ１を中心とする波動発生器５１の外径は、長軸の位置において最も大きくなり、短軸の位置において最も小さくなる。したがって、波動発生器５１の外径は、中心軸Ａ１を中心とする１８０度の周期で変化する。

フレックスギア５２は、撓み変形可能な薄肉状のギアである。図５に示すように、フレックスギア５２は、筒状部５２１、ダイヤフラム部５２２、および取付部５２３を有する。筒状部５２１は、波動発生器５１の径方向外側、かつ、インタナルギア５４の径方向内側に位置する。筒状部５２１は、軸方向に延びる筒状である。また、筒状部５２１は、薄肉状であるため、可撓性を有する。フレックスギア５２は、筒状部５２１の外周面に、複数の外歯５２４を有する。複数の外歯５２４は、周方向に一定のピッチで設けられている。各外歯５２４は、径方向外側へ向けて突出する。

ダイヤフラム部５２２は、筒状部５２１の軸方向他方側の端部から、径方向内側へ向けて広がる。ダイヤフラム部５２２は、中心軸Ａ１を中心とする略円板状である。取付部５２３は、ダイヤフラム部５２２の径方向内側に位置する。取付部５２３は、中心軸Ａ１を中心とする円環状である。取付部５２３の軸方向の厚みは、ダイヤフラム部５２２の軸方向の厚みおよび筒状部５２１の径方向の厚みよりも、厚い。取付部５２３は、内歯ギア３２と出力部材８０との間に挟まれる。内歯ギア３２、取付部５２３、および出力部材８０は、ボルト５６により、互いに固定される。

可撓性軸受５３は、波動発生器５１の径方向外側、かつ、フレックスギア５２の筒状部５２１の径方向内側に位置する。可撓性軸受５３が介在することにより、フレックスギア５２は、波動発生器５１とは異なる回転数で、中心軸Ａ１を中心として回転することが可能となる。また、可撓性軸受５３は、柔軟に撓み変形可能である。したがって、波動発生器５１の回転により、可撓性軸受５３を介して筒状部５２１が、径方向に撓む。

インタナルギア５４は、筒状部５２１の径方向外側に位置する。インタナルギア５４は、中心軸Ａ１を中心とする円環状である。インタナルギア５４は、固定部１０に対して回転不能である。本実施形態では、第２固定部材１２とインタナルギア５４とが、単一の部品となっている。これにより、第２固定部材１２とインタナルギア５４とを別部品とする場合に比べて、減速機１の部品点数が低減される。ただし、第２固定部材１２とインタナルギア５４とを別部品としてもよい。その場合、第２固定部材１２とインタナルギア５４とが、相対回転不能な状態に固定されていればよい。

インタナルギア５４は、中心軸Ａ１を中心とする円環状の内周面に、複数の内歯５４１を有する。複数の内歯５４１は、周方向に一定のピッチで設けられている。各内歯５４１は、径方向内側へ向けて突出する。

可撓性軸受５３は、波動発生器５１の外周面に沿った楕円形状に変形する。したがって、フレックスギア５２の筒状部５２１も、波動発生器５１の外周面に沿った楕円形状に変形する。その結果、当該楕円の長軸の両端に相当する２箇所において、フレックスギア５２の一部の外歯５２４が、可撓性軸受５３を介して波動発生器５１に押されることによって、インタナルギア５４の内歯５４１と噛み合う。周方向の他の位置においては、外歯５２４と内歯５４１とが噛み合わない。

波動発生器５１が第２回転数で回転すると、フレックスギア５２の上述した楕円の長軸も、第２回転数で回転する。そうすると、外歯５２４と内歯５４１との噛み合い位置も、周方向に第２回転数で移動する。また、フレックスギア５２が有する外歯５２４の数と、インタナルギア５４が有する内歯５４１の数とは、僅かに異なる。この歯数の差によって、波動発生器５１の１回転ごとに、外歯５２４と内歯５４１との噛み合い位置が、周方向に移動する。その結果、インタナルギア５４に対してフレックスギア５２が、中心軸Ａ１を中心として、第２回転数よりも低い第３回転数で回転する。

出力部材８０は、中心軸Ａ１を中心とする円環状の部材である。出力部材８０は、フレックスギア５２の軸方向一方側に位置する。また、出力部材８０は、第３固定部材１３の径方向内側に位置する。第３固定部材１３と出力部材８０との間には、交互に向きを変えて配置された複数のローラ７０が介在する。すなわち、第３固定部材１３、出力部材８０、および複数のローラ７０は、第３固定部材１３を外輪とし、出力部材８０を内輪とする、クロスローラベアリングを構成している。出力部材８０は、このクロスローラベアリングを介して、固定部１０に対して、回転可能に支持される。

上述の通り、出力部材８０、フレックスギア５２の取付部５２３、および内歯ギア３２は、ボルト５６により、互いに固定される。したがって、フレックスギア５２が中心軸Ａ１を中心として第３回転数で回転すると、内歯ギア３２および出力部材８０も、中心軸Ａ１を中心として第３回転数で回転する。

また、出力部材８０は、アーム１０２に固定されている。このため、アーム１０２は、出力部材８０とともに、第３回転数で回動する。

上述の通り、フレックスギア５２とインタナルギア５４は、波動発生器５１の長軸の両端に相当する２箇所において噛み合う。このため、中心軸Ａ１に対する波動発生器５１のごく僅かなミスアライメント等により、フレックスギア５２とインタナルギア５４の噛み合いに起因する振動が生じる場合がある。この振動は、波動発生器５１の回転数の２倍に相当する周波数となる。そして、この振動の周波数が、アーム１０２の固有振動数と一致した場合、共振により大きな振動が発生する場合がある。従来のように、前段減速機構３０がなければ、モータから入力シャフトに供給される回転数で、波動発生器が回転する。したがって、前段減速機構３０がなければ、モータから入力シャフトに、アームの固有振動数の１／２倍の回転数の回転運動が入力された場合に、上述した共振が発生する。

しかしながら、本実施形態の減速機１は、波動歯車減速機構である後段減速機構５０の入力側に、前段減速機構３０を有する。このため、入力シャフト２０よりも低い第２回転数で、波動発生器５１を回転させることができる。これにより、前段減速機構３０が無い場合と比べて、フレックスギア５２とインタナルギア５４の噛み合いにより生じる振動の周波数を、ずらすことができる。したがって、モータ１０３から入力シャフト２０に、アーム１０２の固有振動数の１／２倍の回転数の回転運動が入力された場合でも、本実施形態の減速機１では、共振を抑えることができる。

また、本実施形態の減速機１の構造では、波動発生器５１を含む中間回転体４０が、固定部１０に軸受を介して支持されるのではなく、入力シャフト２０に軸受６０を介して支持されている。これにより、小径の軸受６０を用いることができる。また、入力シャフト２０と近接した位置に、波動発生器５１を配置できる。したがって、減速機１の小型化が容易となる。

また、本実施形態の減速機１の構造では、前段減速機構３０が、フレックスギア５２の筒状部５２１の径方向内側に位置する。すなわち、フレックスギア５２の筒状部５２１の径方向内側のスペースに、前段減速機構３０が収容されている。このようにすれば、前段減速機構３０を、フレックスギア５２とは異なる軸方向の位置に配置する場合と比べて、減速機１全体の軸方向の寸法を抑制できる。したがって、減速機１の小型化が、より容易となる。

なお、前段減速機構３０の一部分のみが、フレックスギア５２の筒状部５２１の径方向内側に配置され、前段減速機構３０の他の部分が、フレックスギア５２から軸方向にはみ出していてもよい。

また、仮に、前段減速機構３０と波動発生器５１とを、軸方向の同じ位置に配置し、前段減速機構３０の径方向外側に波動発生器５１を配置すると、波動発生器５１の径方向の寸法が大きくなる。しかしながら、本実施形態の減速機１の構造では、前段減速機構３０と波動発生器５１とが、軸方向の異なる位置に配置されている。そして、波動発生器５１が、前段減速機構３０の一部分（本実施形態では内歯ギア３２）と同一の径方向位置に配置されている。これにより、波動発生器５１の径方向の寸法が抑制される。したがって、減速機１全体を径方向に小型化できる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

上記の実施形態では、波動発生器５１が、楕円形状のカムであった。しかしながら、波動発生器５１は、他の形状のカムであってもよい。例えば、波動発生器５１を略三角形状のカムとし、周方向の３カ所で、フレックスギア５２の筒状部５２１をインタナルギア５４へ向けて押圧するようにしてもよい。その場合、前段減速機構３０がなければ、モータから入力シャフトに、アームの固有振動数の１／３倍の回転数の回転運動が入力された場合に、上述した共振が発生する。しかしながら、前段減速機構３０を設けることによって、波動発生器の回転数をずらせるため、共振を抑制できる。

また、波動発生器５１は、カムではなく、複数のローラにより、フレックスギア５２の筒状部５２１をインタナルギア５４へ向けて押圧するものであってもよい。

また、上記の実施形態では、入力シャフト２０と中間回転体４０との間に、２つの軸受６０が設けられていた。しかしながら、入力シャフト２０と中間回転体４０との間に設けられる軸受６０の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

また、上記の実施形態では、ロボット１００のベースフレーム１０１とアーム１０２との間の関節部に、モータ１０３および減速機１が搭載されていた。しかしながら、ロボット１００は、複数のアームを備えた多関節型であってもよい。その場合、アーム同士の間の関節部に、モータ１０３および減速機１が設けられていてもよい。

また、上記の実施形態では、ロボット１００に搭載される減速機１について説明した。しかしながら、本発明の減速機は、ロボット以外の機器に搭載されるものであってもよい。

その他、減速機の細部の構造および形状については、本願の各図に示された構造および形状と異なっていてもよい。また、上記の実施形態または変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に取捨選択してもよい。

本発明は、減速機およびロボットに利用できる。

１ 減速機
１０ 固定部
１１ 第１固定部材
１２ 第２固定部材
１３ 第３固定部材
２０ 入力シャフト
３０ 前段減速機構
３１ 太陽ギア
３２ 内歯ギア
３３ 遊星ギア
４０ 中間回転体
４１ キャリア
４２ 円筒部
４４ キャリアピン
５０ 後段減速機構
５１ 波動発生器
５２ フレックスギア
５３ 可撓性軸受
５４ インタナルギア
５５ 接続部材
６０ 軸受
７０ ローラ
８０ 出力部材
１００ ロボット
１０１ ベースフレーム
１０２ アーム
１０３ モータ
５２１ 筒状部
５２２ ダイヤフラム部
５２３ 取付部
Ａ１ 中心軸
Ａ２ 遊星軸

Claims (6)

1. 中心軸を中心として第１回転数で回転する入力シャフトと、
   前記入力シャフトの前記第１回転数の回転運動を、前記第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に減速する前段減速機構と、
   前記中心軸を中心として前記第２回転数で回転し、波動発生器を含む中間回転体と、
   前記波動発生器の径方向外側に位置する可撓性の筒状部を有し、前記筒状部の外周面に複数の外歯を有するフレックスギアと、
   前記筒状部の径方向外側に位置し、前記中心軸を中心とする円環状の内周面に、複数の内歯を有するインタナルギアと、
   を備え、
   前記インタナルギアの前記内歯の数と、前記フレックスギアの前記外歯の数とが異なり、
   前記複数の外歯のうちの一部の外歯が、前記波動発生器に押されることによって、前記内歯と噛み合い、
   前記波動発生器の回転に伴い、前記内歯と前記外歯との噛み合い位置が、前記第２回転数で周方向に移動し、
   前記内歯と前記外歯との歯数の差によって、前記インタナルギアおよび前記フレックスギアのいずれか一方が、前記第２回転数よりも低い第３回転数で、前記中心軸を中心として回転し、
   前記中間回転体は、前記入力シャフトに軸受を介して支持される、減速機。
2. 請求項１に記載の減速機であって、
   前記前段減速機構は、
   前記入力シャフトとともに、前記中心軸を中心として前記第１回転数で回転する太陽ギアと、
   前記太陽ギアの径方向外側に位置し、前記中心軸を中心とする円環状の内歯ギアと、
   前記太陽ギアおよび前記内歯ギアと噛み合い、前記中心軸と平行な遊星軸を中心として自転する遊星ギアと、
   を有し、
   前記遊星ギアの前記自転に伴い、前記遊星ギアおよび前記中間回転体が、前記中心軸を中心として前記第２回転数で回転する、減速機。
3. 請求項１または請求項２に記載の減速機であって、
   前記前段減速機構の少なくとも一部は、前記筒状部の径方向内側に位置する、減速機。
4. 請求項３に記載の減速機であって、
   前記フレックスギアは、
   前記筒状部の軸方向の端部から径方向外側へ向けて広がるダイヤフラム部
   をさらに有する、減速機。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の減速機であって、
   前記前段減速機構と前記波動発生器とが、軸方向の異なる位置に配置され、
   前記波動発生器は、前記前段減速機構の一部分と同一の径方向位置に配置される、減速機。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の減速機と、
   前記入力シャフトを回転させるモータと、
   前記減速機により動作するアームと、
   を備えたロボット。

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