JP2023066464A - 偏心揺動型歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のクランク軸を備える偏心揺動型歯車装置において、回転要素の回転を検出可能とする技術を提供する。【解決手段】揺動歯車と、揺動歯車の中心から揺動歯車の径方向にオフセットした位置に配置される複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃと、少なくとも一つのクランク軸２４Ａ～２４Ｃに設けられ、回転が入力されるクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃと、を備える偏心揺動型歯車装置であって、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの歯部４４に対向し、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転を検出する回転検出器６０を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、偏心揺動型歯車装置に関する。

特許文献１は、複数のクランク軸を備える偏心揺動型歯車装置を開示する。この歯車装置は、揺動歯車と、揺動歯車の中心から揺動歯車の径方向にオフセットした位置に配置される複数のクランク軸と、少なくとも一つのクランク軸に設けられ、回転が入力されるクランク軸歯車と、を備える。

特開２０１９－７２８４２号公報

歯車装置の動作を制御するうえでは、歯車装置に用いられる回転要素の回転を検出できると望ましい。複数のクランク軸を備える偏心揺動型歯車装置において、回転要素の回転を検出するための工夫を講じたものは未だ提案されていない。

本開示の目的の１つは、複数のクランク軸を備える偏心揺動型歯車装置において、回転要素の回転を検出可能とする技術を提供することにある。

本開示の歯車装置は、揺動歯車と、前記揺動歯車の中心から前記揺動歯車の径方向にオフセットした位置に配置される複数のクランク軸と、少なくとも一つの前記クランク軸に設けられ回転が入力されるクランク軸歯車と、を備える偏心揺動型歯車装置であって、前記クランク軸歯車の歯部に対向し前記クランク軸歯車の回転を検出する回転検出器を備える。

本開示によれば、複数のクランク軸を備える偏心揺動型歯車装置において、クランク軸歯車の回転を検出できるようになる。

第１実施形態の歯車装置の側面断面図である。 図１のＡ－Ａ断面を模式的に示す図である。 図２の一部の拡大図である。 実施形態のギヤモータのブロック図である。 図２の状態からキャリヤが回転した状態を示す図である。 第２実施形態の歯車装置を図３と同じ視点から見た図である。

以下、実施形態を説明する。同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面では、説明の便宜のため、適宜、構成要素を省略、拡大、縮小する。図面は符号の向きに合わせて見るものとする。

（第１実施形態）図１、図２を参照する。歯車装置１０の主な特徴は、後述する回転検出器６０に関連するが、先に周辺構造から説明する。

歯車装置１０は、第１相手部材１２と第２相手部材１４を連結し、第１相手部材１２に対して第２相手部材１４を相対回転させることができる。本実施形態の歯車装置１０は、ロボット装置の多関節アームの関節部に組み込まれる。本実施形態の第１相手部材１２、第２相手部材１４は、多関節アームを構成するベース部材及びアーム部材のいずれかである。ロボット装置は、例えば、産業用ロボット、サービスロボット等である。

偏心揺動型歯車装置１０は、互いに噛み合う外歯歯車１６及び内歯歯車１８を備える。外歯歯車１６及び内歯歯車１８の一方は揺動歯車２０となり、他方は揺動歯車２０と噛み合う噛合歯車２２となる。本実施形態の揺動歯車２０は外歯歯車１６である。外歯歯車１６及び内歯歯車１８は、後述するクランク軸２４Ａ～２４Ｃの回転を減速する減速機構として機能する。

歯車装置１０は、更に、揺動歯車２０の中心ＣＬ１から揺動歯車２０の径方向にオフセットした位置に配置される複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃと、少なくとも一つのクランク軸２４Ａ～２４Ｃに設けられるクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃと、を備える。歯車装置１０は、更に、複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃ等を収容するケーシング２８と、クランク軸受３０を介してクランク軸２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを支持するキャリヤ３２Ａ、３２Ｂと、クランク軸２４Ａ～２４Ｃの回転に対して減速された出力回転を減速機構から取り出す出力部材３４と、を備える。

揺動歯車２０（外歯歯車１６）は、後述する複数の偏心体４０のそれぞれに対応して個別に設けられ、偏心体軸受３６を介して対応する偏心体４０に相対回転自在に支持される。複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃは、いずれかの揺動歯車２０の中心ＣＬ１との関係でオフセットした位置に配置されていればよい。

本実施形態のクランク軸２４Ａ～２４Ｃの個数は３つである。複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃは、揺動歯車２０の周方向に間隔を空けて配置される。複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃは、揺動歯車２０の軸方向に揺動歯車２０を貫通している。

クランク軸２４Ａ～２４Ｃは、キャリヤ３２Ａ、３２Ｂに支持される軸体３８と、軸体３８と一体的に回転可能な複数の偏心体４０と、を備える。偏心体４０の軸芯ＣＬ２は、クランク軸２４Ａ～２４Ｃの回転中心線ＣＬ３に対して偏心している。偏心体４０は、クランク軸２４Ａ～２４Ｃの回転中心線ＣＬ３周りに回転することで揺動歯車２０を揺動させることが可能である。複数の偏心体４０の偏心位相は、偏心体４０の個数をＭ個（本実施形態では２個）とするとき、３６０°／Ｍの分だけずれている。偏心体４０の個数は特に限定されず、単数及び三つ以上のいずれでもよい。

本実施形態のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃの個数は３つである。複数のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃは、複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃのそれぞれに個別に設けられる。複数のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃも、複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃと同様、揺動歯車２０の中心ＣＬ１から揺動歯車２０の径方向にオフセットした位置において、揺動歯車２０の周方向に間隔を空けて配置される。

クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃは、凹凸嵌合等によって、クランク軸２４Ａ～２４Ｄと一体的に回転可能に設けられる。本実施形態のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃは、止め輪４２を用いて、クランク軸２４Ａ～２４Ｃに対して軸方向に移動不能に固定される。

クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃは、平歯車である。クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃは、その外周部に複数の歯部４４を備える。クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃは、クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃに回転を入力する入力歯車４６と噛み合っている。図２では、クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃの外周部の外形線に関して、複数の歯部４４がなすピッチ円を用いて示す。入力歯車４６の外周部の外形線に関しても同様に、その複数の歯部がなすピッチ円を用いて示す。

入力歯車４６は、駆動源から伝達される回転動力によって回転可能である。本実施形態の駆動源はモータ４８である。この他にも駆動源は、ギヤモータ、エンジン等でもよい。本実施形態の入力歯車４６は、モータ４８の出力軸の先端部に設けられる。本実施形態の入力歯車４６は、複数のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃのそれぞれと噛み合っており、入力歯車４６の回転は、複数のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃのそれぞれに振り分けられる。これにより、複数のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃは、同一の回転速度で同一の方向に回転可能である。また、複数のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃのそれぞれによって回転する複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃも、同一の回転速度で同一の方向に回転可能である。

本実施形態のケーシング２８は、揺動歯車２０に対して揺動歯車２０の径方向に重なる位置に設けられる第１ケーシング部材５０と、クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃに対して揺動歯車２０の径方向に重なる位置に設けられる第２ケーシング部材５２とを備える。各ケーシング部材５０、５２は、ボルト等を用いて連結される。本実施形態において、内歯歯車１８は、第１ケーシング部材５０の内周部に設けられる。第２ケーシング部材５２は、第１ケーシング部材５０とモータ４８を連結するモータアダプタとして機能する。ケーシング２８には、ボルト等を用いて第１相手部材１２が取り付けられる。

キャリヤ３２Ａ、３２Ｂは、軸方向一方側（図中右側）に配置される第１キャリヤ３２Ａと、軸方向他方側に配置される第２キャリヤ３２Ｂとを含む。第１キャリヤ３２Ａと第２キャリヤ３２Ｂは、外歯歯車１６を貫通するピン体５４によって連結される。第２キャリヤ３２Ｂには、ボルト等を用いて第２相手部材１４が取り付けられる。

本実施形態の出力部材３４は第２キャリヤ３２Ｂである。出力部材３４は、外歯歯車１６及び内歯歯車１８がなす減速機構の出力回転を第１相手部材１２及び第２相手部材１４の一方に出力することで、第１相手部材１２に対して第２相手部材１４を相対回転させることができる。

以上の歯車装置１０の動作を説明する。入力歯車４６が回転すると、クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃを介して入力歯車４６の回転が少なくとも一つのクランク軸２４Ａ～２４Ｃに伝達されることで、クランク軸２４Ａ～２４Ｃが回転する。クランク軸２４Ａ～２４Ｃが回転すると、クランク軸２４Ａ～２４Ｃの偏心体４０によって揺動歯車２０が揺動する。揺動歯車２０が揺動すると、外歯歯車１６と内歯歯車１８の噛合位置が順次に周方向に変化する。この結果、外歯歯車１６と内歯歯車１８のいずれか一方が自転し、その自転成分が出力回転として出力部材３４から取り出され、出力部材３４が回転する。出力部材３４が回転すると、第１相手部材１２に対して第２相手部材１４が相対回転する。

回転検出器６０に関する説明に移る。図２、図３を参照する。以下、単に「軸方向」、「周方向」、「径方向」というとき、噛合歯車２２の軸方向、周方向、径方向をいうものとする。噛合歯車２２の周方向、径方向は、噛合歯車２２の中心軸ＣＬ４を中心とする円の円周方向、半径方向をいう。

実施形態の複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃは、周方向に隣り合う第１クランク軸２４Ａ及び第２クランク軸２４Ｂを含む。クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃは、第１クランク軸２４Ａに設けられる第１クランク軸歯車２６Ａと、第２クランク軸２４Ｂに設けられる第２クランク軸歯車２６Ｂとを含む。第１クランク軸歯車２６Ａと第２クランク軸歯車２６Ｂも、第１クランク軸２４Ａ、第２クランク軸２４Ｂと同様、周方向に隣り合う。

歯車装置１０は、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの歯部４４にクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの径方向に対向し、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転を検出する回転検出器６０を備える。本実施形態の回転検出器６０は磁気式エンコーダである。回転検出器６０は、基板６２と、基板６２の主面６４Ａ、６４Ｂに設けられる検出処理部６６Ａ、６６Ｂと、を備える。

基板６２は、基板６２の板厚方向両側に個別に設けられる第１主面６４Ａ及び第２主面６４Ｂを備える。第２主面６４Ｂは、第１主面６４Ａとは基板６２の板厚方向の反対側に設けられる。基板６２は、軸方向から見て、周方向（噛合歯車２２の中心軸ＣＬ４を中心とする円の接線方向）に対して自身の板厚方向を合わせるとともに、径方向に延びるように配置される。基板６２は、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂに対して周方向にずれた位置に配置される。

回転検出器６０は、歯車装置１０の運転時にクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃの公転成分と同期する第１キャリヤ３２Ａに固定される。ここでの「同期」とは、クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃが公転しない場合、自転しない状態を維持することをいい、クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃが公転する場合はクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃの公転成分と同じ周方向成分の速度で自転することをいう。回転検出器６０は、例えば、第１キャリヤ３２Ａの軸方向側部に固定される。第１キャリヤ３２Ａに対する回転検出器６０の固定方法は特に限定されない。回転検出器６０の基板６２は、例えば、不図示の取付台を介して第１キャリヤ３２Ａに固定されてもよい。

軸方向から見て、複数のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃに外接する円を外接円Ｃとする。外接円Ｃは噛合歯車２２の中心軸ＣＬ４を円中心とする。基板６２は、軸方向から見て、第１キャリヤ３２Ａと軸方向に重なる位置に設けられる被固定部６２ａと、外接円Ｃよりも径方向外側まで延在する延在部６２ｂと、を備える。基板６２の被固定部６２ａは、前述のように第１キャリヤ３２Ａに固定される。

検出処理部６６Ａ、６６Ｂは、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの歯部４４とクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの径方向に対向する。検出処理部６６Ａ、６６Ｂは、基板６２の第１主面６４Ａに設けられる第１検出処理部６６Ａと、基板６２の第２主面６４Ｂに設けられる第２検出処理部６６Ｂとを含む。第１検出処理部６６Ａは、第１クランク軸歯車２６Ａの歯部４４に第１クランク軸歯車２６Ａの径方向に対向する。第２検出処理部６６Ｂは、第２クランク軸歯車２６Ｂの歯部４４に第２クランク軸歯車２６Ｂの径方向に対向する。

歯車装置１０は、回転検出器６０の検出結果となる出力信号を伝送する配線６８を備える。配線６８は、回転検出器６０と制御装置８２（後述する）の間で信号を伝送する信号伝送経路の少なくとも一部となる。配線６８は、信号伝送経路となる信号線を含む。この他にも、配線６８は、回転検出器６０に電力を供給するための電源線や、接地用のアース線等を含んでいてもよい。

配線６８は、基板６２に機械的に接続される。配線６８を基板６２に接続するうえで、基板６２に実装した端子台に着脱可能に接続してもよいし、ハンダ等を用いて基板６２に着脱不能に接続してもよい。制御装置８２には、基板６２の検出処理部６６Ａ、６６Ｂから出力される出力信号が基板６２の配線パターン及び配線６８を通して伝送される。配線６８は、基板６２の延在部６２ｂに接続され、その接続位置から周方向に延びるように設けられる。

図３、図４を参照する。図４は、実施形態の歯車装置１０とモータ４８を組み合わせたギヤモータ８０の一部の機能ブロックを示すブロック図である。本明細書のブロック図に示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）をはじめとする電子部品、回路、機械装置等で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現される。ここでは、これらの連携によって実現される機能ブロックを描く。これらの機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろな態様で実現できることは、当業者に理解されるところである。

ギヤモータ８０は、歯車装置１０、モータ４８の他に、制御装置８２を備える。制御装置８２は、マイクロコンピュータ等のコンピュータであり、ＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ等を組み合わせて構成される。制御装置８２は、回転検出器６０の出力信号を用いて、モータ４８を制御可能である。制御装置８２の制御方法は特に限定されない。制御装置８２は、例えば、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転状態を示す出力信号を用いて出力部材３４の回転角度を特定し、出力部材３４が目標回転角度となるようにモータ４８の出力を制御してもよい。

歯車装置１０に用いられる回転検出器６０の検出処理部６６Ａ、６６Ｂは、例えば、エンコーダＩＣ、ホールＩＣ等のＩＣである。検出処理部６６Ａ、６６Ｂは、自身に組み込まれる検出素子８４によってクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転を検出可能である。また、検出処理部６６Ａ、６６Ｂは、検出素子８４によって検出した検出信号を処理したうえで、検出処理部６６Ａ、６６Ｂによる検出結果となる出力信号を制御装置８２に出力可能である。

ＩＣによって構成される検出処理部６６Ａ、６６Ｂは、基板６２の主面６４Ａ、６４Ｂに実装されることで主面６４Ａ、６４Ｂに設けられる。この実装方法は特に限定されない。本実施形態のように後述するバイアス磁石８６を用いる場合、基板６２の主面６４Ａ、６４Ｂにバイアス磁石８６を接着等によって固定し、バイアス磁石８６に検出処理部６６Ａ、６６Ｂを構成するＩＣを接着等によって固定することで実現してもよい。この場合、検出処理部６６Ａ、６６Ｂを構成するＩＣの端子と基板６２の配線パターンとはワイヤボンディング等を用いて導通してもよい。この他にも、検出処理部６６Ａ、６６Ｂを構成するＩＣの端子ピンと基板６２の配線パターンのランドとをハンダ等により固定することで実装してもよい。

検出処理部６６Ａ、６６Ｂに組み込まれる検出素子８４は、例えば、磁界の変化を検出する磁気抵抗素子である。本実施形態の回転検出器６０は、検出素子８４にバイアス磁界を印加するバイアス磁石８６を備える。図３では、バイアス磁界の一部の磁力線Ｌａを示す。バイアス磁石８６は、検出素子８４による検出対象となるクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの径方向に異なる極性（Ｎ極及びＳ極）を並べるように配置される。本実施形態では、各検出処理部６６Ａ、６６Ｂのバイアス磁石８６の着磁方向が同じ向きとなるが、逆向きであってもよい。

クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂは、バイアス磁界により磁化されるように、電磁鋼板、ケイ素鉄等の軟磁性材料によって構成される。クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの複数の歯部４４がなす凸部と凹部の影響によって、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転に伴い検出素子８４に印加される磁界が変化する。検出素子８４は、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転に伴うバイアス磁界の変化を電圧の変化として検出し、検出した電圧の変化を検出信号（アナログ信号）として取得する。このとき、検出素子８４は、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂが１ピッチ分回転する毎に１周期分の信号を検出信号として取得する。バイアス磁石８６を用いて歯車の回転を検出するための原理そのものは公知のため、ここでの詳細な説明は省略する。

検出処理部６６Ａ、６６Ｂは、予め定められる処理方式を用いて検出素子８４の検出信号を処理することで、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転状態を示す出力信号（回転角度、回転数等）を取得する。この出力信号を用いることで、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂと一体的に回転するクランク軸２４Ａ、２４Ｂの回転状態も特定できる。

検出処理部６６Ａ、６６Ｂの処理方式は、例えば、検出素子８４の検出信号を用いて、出力信号として、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転角度の絶対位置を示す絶対位置信号を取得するアブソリュート方式でもよい。アブソリュート方式を用いる場合、出力信号として、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの１回転内での回転角度の絶対位置を示す絶対位置信号のみを取得するシングルターンアブソリュート方式でもよい。この他にも、出力信号として、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転数を示す回転数信号を絶対位置信号と併せて取得するマルチターンアブソリュート方式でもよい。

検出処理部６６Ａ、６６Ｂの処理方式は、この他にも、検出素子８４の検出信号を用いて、出力信号として、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転角度の相対位置を示す相対位置信号を取得するインクリメンタル方式でもよい。相対位置信号は、例えば、９０°の位相差を持つＡ相信号、Ｂ相信号の他に、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの原点位置を示すＺ相信号が含まれてもよい。インクリメンタル方式を用いる場合、例えば、複数の検出素子８４を用いて、検出信号として、９０°の位相差を持つ二相のアナログ信号であるｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号を取得してもよい。また、この場合、出力信号として、その二相のアナログ信号をＡＤ変換しつつ内挿分割してＡ相信号、Ｂ相信号となるパルス信号を取得してもよい。

インクリメンタル方式を用いる場合、検出素子８４を用いてＺ相信号を検出できるように構成してもよい。この具体例は特に限定されない。この一例として、これは、クランク軸歯車２６Ａ、２６ＢにＺ相信号を検出するための単数の検出用歯部を設け、その検出用歯部を検出素子８４により検出することで実現してもよい。この検出用歯部は、入力歯車４６と噛み合うクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの複数の歯部４４に対して軸方向にずれた位置にクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂに設けられる。

検出処理部６６Ａ、６６Ｂの処理方式は、例えば、出力信号として、検出素子８４を用いて得られた前述の二相のアナログ信号（ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号）そのものを用いるアナログ出力方式でもよい。このｓｉｎ信号とｃｏｓ信号は、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転角度を示す出力信号として機能する。例えば、制御装置８２において、ｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の逆正接信号（θ＝ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎ／ｃｏｓ））を演算し、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転角度を示す角度信号θを用いることで、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転角度を特定してもよい。

検出処理部６６Ａ、６６Ｂは、ここまで説明した複数の処理方式のそれぞれを実行可能でもよいし、いずれか一つを実行可能でもよい。いずれの処理方式を用いる場合も、その詳細な処理手順は特に限定されない。この詳細な処理手順は、公知の処理手順を用いて実行してもよいし、同様の目的を達成できる他の処理手順を用いて実行してもよい。

第１検出処理部６６Ａは、検出素子８４により第１クランク軸歯車２６Ａの回転を検出し、その検出した検出信号を処理する。第２検出処理部６６Ｂは、検出素子８４により第２クランク軸歯車２６Ｂの回転を検出し、その検出した検出信号を処理する。

第１検出処理部６６Ａと第２検出処理部６６Ｂは異なる処理方式で検出信号を処理する。例えば、第１検出処理部６６Ａは、シングルターンアブソリュート方式で検出信号を処理し、第２検出処理部６６Ｂはマルチターンアブソリュート方式で検出信号を処理してもよい。この他にも、例えば、第１検出処理部６６Ａはアナログ出力方式で検出信号を処理し、第２検出処理部６６Ｂはインクリメンタル方式で検出信号を処理してもよい。いずれにしても各検出処理部６６Ａ、６６Ｂが異なる処理方式で検出信号を処理するうえで、具体的な処理方式の内容、組み合わせは特に限定されない。

本実施形態の検出処理部６６Ａ、６６Ｂは、制御装置８２に出力信号を出力するうえで、配線６８を用いた有線伝送方式を用いて出力信号を伝送する。アブソリュート方式を用いる場合、出力信号の伝送方式は、シリアルインターフェース（ＢｉＳＳ、ＳＳＩ、ＳＰＩ、Ｉ２Ｃ等）、パラレルインターフェースのいずれでもよい。

なお、制御装置８２には電源８８及びユーザインターフェース８９が電気的に接続される。電源８８は、制御装置８２を含む電気機器（モータ４８、回転検出器６０）に電力を供給するために用いられる。制御装置８２以外の電気機器には、電源８８から制御装置８２を介して電力が供給される。ユーザインターフェース８９は、制御装置８２に対して情報を入力又は出力するために用いられる。ユーザインターフェース８９は、例えば、キーボード、ディスプレイ等である。

以上の歯車装置１０の効果を説明する。

本実施形態の歯車装置１０は、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転を検出する回転検出器６０を備える。よって、複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃを備える歯車装置１０において、回転検出器６０によって、クランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転を検出できるようになる。また、回転検出器６０はデッドスペースになり易いクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの歯部４４に対向する箇所に配置されるため、歯車装置１０の小型化を図りつつ回転検出器６０を歯車装置１０に組み込めるようになる。

回転検出器６０は、第１クランク軸歯車２６Ａに対向する第１検出処理部６６Ａと、第２クランク軸歯車２６Ｂに対向する第２検出処理部６６Ｂを備える。よって、第１検出処理部６６Ａ及び第２検出処理部６６Ｂによって、異なるクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転を検出できるようになる。この他にも、複数の検出処理部６６Ａ、６６Ｂを備えることで、回転検出器６０に冗長性を持たせることができる。また、異なるクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転を検出するうえで基板６２を共用できる。よって、個別の検出処理部６６Ａ、６６Ｂ毎に専用の基板６２を用いるよりも部品点数を削減することができる。

第１検出処理部６６Ａと第２検出処理部６６Ｂは、異なる処理方式で検出信号を処理する。よって、各検出処理部６６Ａ、６６Ｂからクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転状態を示す異なる出力信号を出力できるようになる。

配線６８は、外接円Ｃよりも径方向外側に延在する基板６２の延在部６２ｂに接続される。仮に、基板６２に延在部６２ｂを設けない場合で、第１キャリヤ３２Ａの回転により複数のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃが公転する場合、クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃと配線６８との干渉を避けるため、基板６２から第１キャリヤ３２Ａとは軸方向反対側に配線６８を延ばす必要がある。これに伴い、基板６２に対して第１キャリヤ３２Ａと軸方向反対側にある側方部材（ここでは第２ケーシング部材５２）と配線６８との干渉を避けるべく、側方部材と基板６２との間に余計な軸方向寸法を確保する必要が生じる。これに対して、基板６２の延在部６２ｂに配線６８を接続すれば、第１キャリヤ３２Ａとは軸方向反対側に配線６８を延ばさずに済み、側方部材と基板６２との間に余計な軸方向寸法を確保せずに済む。

次に、歯車装置１０の他の工夫点を説明する。

図２、図５を参照する。ケーシング２８とキャリヤ３２Ａ、３２Ｂの相対回転可能な角度範囲（以下、可動角度範囲という）は３６０°未満となる。この可動角度範囲は、噛合歯車２２の中心軸ＣＬ４周りでの角度範囲をいう。これは、例えば、本実施形態のように、ロボット装置の多関節アームの関節部に歯車装置１０を組み込む場合を想定している。これを実現するうえで、例えば、ケーシング２８とキャリヤ３２Ａ、３２Ｂの相対回転可能な角度範囲を機械的に制限したり、制御装置８２によって制御的に制限してもよい。

配線６８は、ケーシング２８に対する位置が固定される固定部９０と、配線６８の固定部９０と基板６２との間に設けられる可動部９２とを備える。固定部９０は、例えば、ケーシング２８に設けられる引出孔９４に挿通されることで、ケーシング２８に対する位置が固定される。固定部９０は、引出孔９４から歯車装置１０の外部にある外部空間に引き出されたうえで、制御装置８２に接続される。

キャリヤ３２Ａは、可動角度範囲の周方向一方側（図では反時計回り）にある第１角度位置Ｐａ（図２参照）と、可動角度範囲の周方向他方側（図では時計回り）にある第２角度位置Ｐｂ（図５参照）との間で回転可能である。キャリヤ３２Ａは、第１回転方向（以下、便宜的に、正回転方向Ｄａという）に回転することで、第１角度位置Ｐａから第２角度位置Ｐｂに回転できる。また、キャリヤ３２Ａは、正回転方向Ｄａとは逆向きの第２回転方向（以下、便宜的に、逆回転方向Ｄｂという）に回転することで、第２角度位置Ｐｂから第１角度位置Ｐａに回転できる。

第１角度位置Ｐａと第２角度位置Ｐｂとの間でキャリヤ３２Ａが回転するとき、複数のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃ及び回転検出器６０は、キャリヤ３２Ａと同じ向き、同じ回転角度の分だけ回転する。配線６８の可動部９２は、第１角度位置Ｐａと第２角度位置Ｐｂとの間でキャリヤ３２Ａとともに回転検出器６０が回転するときに、回転検出器６０に追従して動くことができる。

配線６８の可動部９２は、キャリヤ３２Ａが第１角度位置Ｐａにあるとき、複数のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃを取り囲むように配置される。このとき、配線６８の可動部９２は、前述した外接円Ｃよりも径方向外側に配置される。このとき、配線６８の可動部９２は、第１周方向範囲Ｒａに存在するように設けられる。これに対して、配線６８の可動部９２は、キャリヤ３２Ａが第２角度位置Ｐｂにあるとき、第１周方向範囲Ｒａよりも狭い第２周方向範囲Ｒｂに存在するように設けられる。

キャリヤ３２Ａが第１角度位置Ｐａから第２角度位置Ｐｂに向けて正回転方向Ｄａに回転すると、配線６８の可動部９２は、回転検出器６０によって周方向他方側（図の時計回り）に押される。これにより、その存在する周方向範囲を第１周方向範囲Ｒａから第２周方向範囲Ｒｂまで小さくする。キャリヤ３２Ａが第２角度位置Ｐｂから第１角度位置Ｐａに向けて逆回転方向Ｄｂに回転すると、配線６８の可動部９２は、回転検出器６０によって周方向一方側（図の反時計回り）に引っ張られる。これにより、その存在する周方向範囲を第２周方向範囲Ｒｂから第１周方向範囲Ｒａまで大きくする。このように、配線６８の可動部９２は、第１角度位置Ｐａと第２角度位置Ｐｂとの間でキャリヤ３２Ａが回転するときに、自身の存在する周方向範囲が増減するように回転検出器６０に追従して動くことができる。

このように、配線６８は、複数のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃを取り囲むように配置される。よって、ケーシング２８に対してキャリヤ３２Ａが３６０°未満の可動角度範囲内で回転する場合に、回転検出器６０の動きに追従して配線６８の一部（可動部９２）を動かすことができるようになる。ひいては、配線６８によって回転検出器６０と制御装置８２を電気的に接続した状態のまま、ケーシング２８に対するキャリヤ３２Ａ等の回転を許容できるようになる。

以上のように歯車装置１０の運転時にキャリヤ３２Ａが正回転方向Ｄａに回転する場合、キャリヤ３２Ａとともに回転検出器６０が回転することで配線６８に弛みが生じ得る。歯車装置１０は、この配線６８の弛み対策として、キャリヤ３２Ａの回転に伴う配線６８の弛みによるクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃと配線６８との干渉を防止する干渉防止機構１００を備える。本実施形態の干渉防止機構１００は、配線６８の可動部９２に径方向内側から当たることで配線６８の径方向内側への動きを制限するガイド１０２と、キャリヤ３２Ａの回転に伴い配線６８の可動部９２の繰り出し長さを調整可能な長さ調整機構１０４とを備える。

本実施形態のガイド１０２はキャリヤ３２Ａに固定されており、キャリヤ３２Ａと一体に回転可能である。ガイド１０２は、軸方向から見て、複数のクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃを取り囲むように設けられる。ガイド１０２は、配線６８の可動部９２が弛もうとしたとき、その可動部９２に径方向内側から当たることで、その径方向内側への動きを制限可能である。

本実施形態の長さ調整機構１０４はコードリールである。この長さ調整機構１０４は、配線６８の可動部９２と固定部９０の間に設けられる。長さ調整機構１０４を構成するコードリールはケーシング２８に固定される。本実施形態の配線６８の可動部９２と固定部９０は別々の配線部材によって構成され、互いに電気的に接続される。長さ調整機構１０４は、図示しないものの、配線６８の可動部９２を構成する配線部材が巻き回されるドラムと、ドラムを巻き取り方向に付勢するぜんまいばね等の付勢部材を備える。長さ調整機構１０４は、キャリヤ３２Ａが正回転方向Ｄａに回転したとき、付勢部材の付勢力を用いて配線６８の可動部９２を巻き取ることで、その弛みを防止できる。長さ調整機構１０４は、キャリヤ３２Ａが逆回転方向Ｄｂに回転することで、配線６８の可動部９２が引っ張られたとき、付勢部材の付勢力に抗してドラムから配線６８を繰り出すことができる。これにより、長さ調整機構１０４は、配線６８の可動部９２の繰り出し長さを調整可能となる。

キャリヤ３２Ａが正回転方向Ｄａに回転しようとしたとき、ガイド１０２によって、配線６８の可動部９２の弛みによるクランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃに向かう配線６８の動きを制限することができる。これと同時に、長さ調整機構１０４により配線６８の可動部９２を巻き取ることによって、その繰り出し長さを小さくして、配線６８の弛みそのものを防止できる。

キャリヤ３２Ａが逆回転方向Ｄｂに回転しようとすることで、配線６８の可動部９２が引っ張られようとしたとき、その可動部９２は、ガイド１０２に径方向内側から当たってガイドされつつ引っ張られる。これと同時に、長さ調整機構１０４から配線６８の可動部９２を繰り出すことによって、その繰り出し長さを長くすることができる。

以上の干渉防止機構１００によって、キャリヤ３２Ａの回転に伴い配線６８が弛もうとしたときでも、クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃと配線６８との干渉を防止できるようになる。

（第２実施形態）図６を参照する。第２実施形態の歯車装置１０は、ここまで説明した回転検出器６０（以下、第１回転検出器６０という）の他に、第１キャリヤ３２Ａの回転を検出可能な第２回転検出器１１０を備える点で相違する。第２回転検出器１１０はエンコーダである。第２回転検出器１１０は、ケーシング２８の内周部に設けられる被検出部１１２と、被検出部１１２に対してケーシング２８（噛合歯車２２）の径方向に対向する第３検出処理部１１４と、を備える。

第３検出処理部１１４は、第１回転検出器６０の基板６２の外周側端部に設けられる。第３検出処理部１１４は、例えば、回転検出器６０の検出処理部６６Ａ、６６Ｂと同様、エンコーダＩＣ、ホールＩＣ等のＩＣである。第３検出処理部１１４は、自身に組み込まれる検出素子（図示せず）によって被検出部１１２を検出することで、第１キャリヤ３２Ａの回転を検出可能である。第３検出処理部１１４の検出素子と被検出部１１２は、例えば、磁気抵抗素子及び磁気スケールの組み合わせ、光学センサ及び光学スケールの組み合わせ等である。

第３検出処理部１１４は、第１回転検出器６０の検出処理部６６Ａ、６６Ｂと同様、検出素子によって被検出部１１２を検出することで得た検出信号を処理することで、第１キャリヤ３２Ａの回転状態（回転角等）を示す出力信号を取得可能である。この第３検出処理部１１４による検出信号の処理方式は特に限定されず、前述の検出処理部６６Ａ、６６Ｂと同様、アブソリュート方式、インクリメンタル方式、アナログ出力方式のうちの少なくとも一つの処理方式を用いてもよい。第３検出処理部１１４は、取得した出力信号を制御装置８２に出力可能である。

これにより、第１キャリヤ３２Ａが回転する場合に、第２回転検出器１１０によって第１キャリヤ３２Ａの回転を検出できるようになる。なお、ケーシング２８が回転する場合、第２回転検出器１１０によってケーシング２８の回転を検出することもできる。

以上の構成要素の変形形態を説明する。

第１相手部材１２及び第２相手部材１４の具体例は特に限定されない。例えば、第１相手部材１２、第２相手部材１４の一方は歯車装置１０を支持するベースであり、他方はコンベア、車輪、工作機械等の被動機械の一部であってもよい。

実施形態の歯車装置１０の揺動歯車２０は外歯歯車１６である例を説明した。この他にも、揺動歯車２０は内歯歯車１８でもよい。

実施形態ではケーシング２８に対してキャリヤ３２Ａ、３２Ｂが回転し、キャリヤ３２Ａ、３２Ｂが出力部材３４となる例を説明した。この他にも、キャリヤ３２Ａ、３２Ｂに対してケーシング２８が回転し、ケーシング２８が出力部材３４となってもよい。この場合には、キャリヤ３２が回転しないため、キャリヤ３２の回転に伴う配線の弛み対策を不要にできる（つまり、配線の捩れを回避できる）。また、第２ケーシング部材５２をキャリヤ３２Ａに固定するようにしてもよい。また、ケーシング２８とキャリヤ３２Ａ、３２Ｂの可動角度範囲は無制限としてもよい。

クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃは、複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃのうちの少なくとも一つのクランク軸２４Ａ～２４Ｃに設けられていればよく、その個数は特に限定されない。例えば、クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃは、単数でもよいし、二つ、四つ以上のいずれかでもよい。クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃが単数となる場合、一つのクランク軸２４Ａ～２４Ｃのみが入力歯車４６によって駆動され、他のクランク軸２４Ａ～２４Ｃは揺動歯車２０の揺動によって駆動されてもよい。この場合も、複数のクランク軸２４Ａ～２４Ｃが同一の回転速度で同一の方向に回転可能となる。

実施形態の回転検出器６０は、磁気式エンコーダを例に説明した。回転検出器６０は、その種類について特に限定されず、光学式エンコーダ、機械式エンコーダ等でもよい。

回転検出器６０と制御装置８２との間での出力信号の伝送方式は特に限定されない。この伝送方式は、実施形態のように有線伝送方式でもよいし、無線伝送方式でもよい。無線伝送方式を用いた場合、実施形態の配線６８の弛み対策を不要にすることができる。無線伝送方式を用いる場合、制御装置８２による制御のもと、遠隔測定により、回転検出器６０を用いてクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの回転状態を制御装置８２で取得することになる。無線伝送方式を用いる場合、回転検出器６０の電力源として、回転検出器６０に組み込まれる二次電池を用いてもよい。

有線伝送方式を用いた場合、歯車装置１０の運転時にキャリヤ３２Ａ、３２Ｂとともに回転検出器６０が静止した状態のままとなる場合、実施形態の配線６８の弛み対策を不要にすることができる。この他にも、有線伝送方式を用いる場合で、歯車装置１０の運転時にキャリヤ３２Ａ、３２Ｂとともに回転検出器６０が回転する場合でも、実施形態のようにケーシング２８内に配置される配線６８を用いることは必須とならない。この場合、例えば、回転接続用コネクタを歯車装置１０に組み込んでもよい。回転検出器６０から制御装置８２に至る信号伝送経路は、歯車装置１０の外部にあり制御装置８２に繋がる外部配線を備える。回転接続用コネクタは、この信号伝送経路の一部となり、回転検出器６０と外部配線を電気的に接続する。回転接続用コネクタは、例えば、ケーシング２８に一体化される。回転接続用コネクタは、外部配線に対して回転検出器６０がキャリヤ３２Ａ、３２Ｂとともに回転した場合でも、外部配線に対して回転検出器６０を電気的に接続した状態を維持できる。回転接続用コネクタは、外部配線と回転検出器６０を直接的に電気的に接続してもよいし、ケーシング２８内に配置される配線６８を介して電気的に接続されてもよい。回転接続用コネクタの具体例は特に限定されず、例えば、スリップリングとブラシを組み合わせたスリップリング機構、液体金属式ロータリーコネクタ等が用いられてもよい。

実施形態の回転検出器６０は、異なるクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂの歯部４４に対向する第１検出処理部６６Ａ及び第２検出処理部６６Ｂを備える例を説明した。この他にも、回転検出器６０は、単数のクランク軸歯車の歯部に対向する単数の検出処理部のみを備えていてもよい。

第１検出処理部６６Ａと第２検出処理部６６Ｂは同じ処理方式で検出信号を処理してもよい。

基板６２は延在部６２ｂを備えていなくともよい。この場合、配線６８は、基板６２の被固定部６２ａに接続されてもよい。

配線６８は、複数のクランク軸歯車２６Ａ、２６Ｂを取り囲むように配置されていなくともよい。これを実現するうえで、例えば、配線６８が可動部９２を備える場合に、単数のクランク軸歯車の径方向外側にだけ配線６８の可動部９２が設けられていてもよい。

歯車装置１０は干渉防止機構１００を備えなくともよい。干渉防止機構１００の具体例は特に限定されない。干渉防止機構１００は、前述したガイド１０２及び長さ調整機構１０４のいずれか一方のみによって構成されてもよい。この他にも、干渉防止機構１００は、前述したガイド１０２及び長さ調整機構１０４に替えて、前述した、回転検出器６０及び配線６８と外部配線を電気的に接続する回転接続用コネクタを備えていてもよい。

ガイド１０２の具体例も特に限定されない。ガイド１０２は、実施形態の例では円弧状に延びる板状部材を例に説明したが、円弧状に延びる筒状部材でもよい。また、ガイド１０２は、単数部材によって構成される例を説明したが、複数部材によって構成されてもよい。

長さ調整機構１０４の具体例は限定されない。長さ調整機構１０４は、例えば、配線６８において可動部９２よりも固定部９０側にある一部をＵターンさせた状態で保持し、配線６８の可動部９２における繰り出し長さの変動に連動して、そのＵターンさせた箇所の長さを変動させるＵターン機構でもよい。これを用いる場合、配線６８の可動部９２の繰り出し長さの増加に連動してＵターン箇所の長さを減少させ、その繰り出し長さの減少に連動してＵターン箇所の長さが増加させることができる。Ｕターン機構を用いる場合、配線６８の可動部９２及びＵターン箇所の長さが増減するものの、これを用いない場合と比べ、配線６８の可動部９２での弛み量を小さくできる。ひいては、これを用いない場合と比べ、クランク軸歯車２６Ａ～２６Ｃと配線６８との干渉を防止できる。

以上の実施形態及び変形形態は例示である。これらを抽象化した技術的思想は、実施形態及び変形形態の内容に限定的に解釈されるべきではない。実施形態及び変形形態の内容は、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態」との表記を付して強調している。しかしながら、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

１０…偏心揺動型歯車装置、２０…揺動歯車、２４Ａ…第１クランク軸、２４Ｂ…第２クランク軸、２６Ａ…第１クランク軸歯車、２６Ｂ…第２クランク軸歯車、３２Ａ…キャリヤ、４４…歯部、６０…回転検出器、６２…基板、６２ｂ…延在部、６４Ａ…第１主面、６４Ｂ…第２主面、６６Ａ…第１検出処理部、６６Ｂ…第２検出処理部、６８…配線、１００…干渉防止機構。

Claims (6)

1. 揺動歯車と、
   前記揺動歯車の中心から前記揺動歯車の径方向にオフセットした位置に配置される複数のクランク軸と、
   少なくとも一つの前記クランク軸に設けられ、回転が入力されるクランク軸歯車と、を備える偏心揺動型歯車装置であって、
   前記クランク軸歯車の歯部に対向し、前記クランク軸歯車の回転を検出する回転検出器を備える偏心揺動型歯車装置。
2. 前記複数のクランク軸は、
   第１クランク軸歯車が設けられた第１クランク軸と、
   第２クランク軸歯車が設けられた第２クランク軸と、を含み、
   前記回転検出器は、
   基板と、
   前記基板の第１主面に設けられ、前記第１クランク軸歯車の歯部に対向する第１検出処理部と、
   前記基板の前記第１主面とは反対側の第２主面に設けられ、前記第１クランク軸歯車の歯部に対向する第２検出処理部と、を備える請求項１に記載の偏心揺動型歯車装置。
3. 前記第１検出処理部は、前記第１クランク軸歯車の回転を検出し、検出した検出信号を処理し、
   前記第２検出処理部は、前記第２クランク軸歯車の回転を検出し、検出した検出信号を処理し、
   前記第１検出処理部と前記第２検出処理部は、異なる処理方式で検出信号を処理する請求項２に記載の偏心揺動型歯車装置。
4. 複数の前記クランク軸歯車と、
   前記回転検出器の検出結果を伝送する配線と、を備え、
   前記回転検出器は、基板を備え、
   前記基板は、軸方向から見て、前記複数のクランク軸歯車に外接する外接円よりも径方向外側まで延在する延在部を備え、
   前記配線は、前記延在部に接続される請求項１から３のいずれか１項に記載の偏心揺動型歯車装置。
5. 複数の前記クランク軸歯車と、
   前記回転検出器の検出結果を伝送する配線と、を備え、
   前記配線は、軸方向から見て、前記複数のクランク軸歯車を取り囲むように配置される請求項１から４のいずれか１項に記載の偏心揺動型歯車装置。
6. 前記回転検出器の検出結果を伝送する配線と、
   前記回転検出器が固定されるキャリヤと、
   前記キャリヤの回転に伴う前記配線の弛みによる前記クランク軸歯車と前記配線との干渉を防止する干渉防止機構と、を備える請求項１から５のいずれか１項に記載の偏心揺動型歯車装置。

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