JP2023102472A - ロボットの関節構造 - Google Patents

Abstract

【課題】減速装置の一部と第１ロボット部材を径方向に圧接させるうえで、内歯歯車と外歯歯車との噛み合いへの悪影響を抑制できる技術を提供する。【解決手段】第１ロボット部材１４と、第２ロボット部材と、第１ロボット部材１４と第２ロボット部材を連結する関節部に組み込まれる減速装置と、を備えるロボットの関節構造であって、減速装置は、外歯歯車と、外歯歯車と噛み合う内歯歯車３２と、内歯歯車３２と相対回転不能に設けられ第１ロボット部材１４と固定される固定部材３４と、を備え、固定部材３４は、第１締結部材Ｂ１の締結により、第１ロボット部材１４の内周面と固定部材３４の外周面とを圧接させることで第１ロボット部材１４に固定され、第１締結部材Ｂ１の軸方向範囲Ａ１の少なくとも一部は、径方向から見て、内歯歯車３２の内歯３２ｂと重ならないロボットの関節構造。【選択図】図２

Description

本開示は、ロボットの関節構造に関する。

特許文献１は、第１ロボット部材と、第２ロボット部材と、第１ロボット部材及び第２ロボット部材を連結する関節部に組み込まれる減速装置と、を備えた関節構造を開示する。

特開２０１９－１８１６２３号公報

顧客のニーズとして、第１ロボット部材に対する減速装置の固定態様に関して様々な要望がある。この一例として、減速装置の一部と第１ロボット部材を径方向に圧接させる固定態様がある。これを採用する場合、内歯歯車と外歯歯車との噛み合いに悪影響を及ぼし得る径方向荷重が減速装置に作用する。この問題との関係で工夫を講じた技術は未だ提案されていない。

本開示の目的の１つは、減速装置の一部と第１ロボット部材を径方向に圧接させるうえで、内歯歯車と外歯歯車との噛み合いへの悪影響を抑制できる技術を提供することにある。

本開示のロボットの関節構造は、第１ロボット部材と、第２ロボット部材と、前記第１ロボット部材と前記第２ロボット部材を連結する関節部に組み込まれる減速装置と、を備えるロボットの関節構造であって、前記減速装置は、外歯歯車と、前記外歯歯車と噛み合う内歯歯車と、前記内歯歯車と相対回転不能に設けられ前記第１ロボット部材と固定される固定部材と、を備え、前記固定部材は、第１締結部材の締結により、前記第１ロボット部材の内周面と前記固定部材の外周面とを圧接させることで前記第１ロボット部材に固定され、前記第１締結部材の軸方向範囲の少なくとも一部は、径方向から見て、前記内歯歯車の内歯と重ならないロボットの関節構造。

本開示によれば、内歯歯車と外歯歯車との噛み合いへの悪影響を抑制できる。

第１実施形態の関節構造を示す側面断面図である。 第１実施形態の関節構造の一部を示す側面断面図である。 第１実施形態の関節構造の一部を示す他の側面断面図である。 第２実施形態の関節構造を示す側面断面図である。 第２実施形態の関節構造を示す斜視図である。 図４のＸ－Ｘ断面の一部を示す模式的な断面図である。

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を参照する。本実施形態の関節構造１０が用いられるロボット１２は多関節ロボットであり、産業用ロボット、サービスロボット（例えば、調理ロボット、家事ロボット、医療ロボット等）等として用いられる。ロボット１２は、図示しないが、ベースと、ベースに支持され直列に連結される複数のアームとを備える。

ロボットの関節構造１０は、第１ロボット部材１４及び第２ロボット部材１６と、これらを連結する関節部１８に組み込まれる減速装置２０を含むアクチュエータ２２と、を備える。第１ロボット部材１４及び第２ロボット部材１６は、ロボット１２のアーム及びベースのいずれかとなる。ここでは、第１ロボット部材１４及び第２ロボット部材１６の両方がアームとなる例を示すが、一方がベースとなってもよい。本実施形態の第１ロボット部材１４は、アクチュエータ２２を支持する支持部材となり、第２ロボット部材１６は、アクチュエータ２２により駆動される被駆動部材となる。

本実施形態の第１ロボット部材１４は、減速装置２０を収容する筒状の第１ケーシング１４ａと、駆動装置２６を収容する第２ケーシング１４ｂとを備える。本実施形態の第１ケーシング１４ａと第２ケーシング１４ｂは別部材であり、ボルト等を用いて固定される。第２ロボット部材１６は、第１ケーシング１４ａの軸方向Ｘでの延長上に設けられる筒状の第３ケーシング１６ａを備える。

アクチュエータ２２は、減速装置２０の他に、減速装置２０に回転動力を入力する駆動装置２６を備える。本実施形態の駆動装置２６はモータであるが、その具体例は特に限定されず、ギヤモータ、エンジン等でもよい。アクチュエータ２２には、アクチュエータ２２を軸方向Ｘ（後述する）に貫通するホロー部２２ａが形成される。ホロー部２２ａには、ロボット１２に用いられるケーブル等の配線部材が挿通される。

減速装置２０は、駆動装置２６から回転動力が入力される入力軸２８と、入力軸２８によって駆動させられる外歯歯車３０と、外歯歯車３０と噛み合う複数の内歯歯車３２、３３と、を備える。この他に、減速装置２０は、内歯歯車３２と相対回転不能に設けられ第１ロボット部材１４に固定される固定部材３４と、第１ロボット部材１４と第２ロボット部材１６を相対回転可能に連結（支持）する主軸受３６と、主軸受３６を収容する軸受ハウジング３８と、第２ロボット部材１６に固定され外歯歯車３０の自転成分と同期可能な同期部材４０と、を備える。これら固定部材３４、主軸受３６、軸受ハウジング３８、同期部材４０に関する説明は後述し、先に周辺構造を説明する。

本明細書では、内歯歯車３２の中心Ｃ３２に沿った方向を軸方向Ｘといい、その中心Ｃ３２を円中心とする半径方向及び円周方向を単に径方向及び周方向ともいう。また、説明の便宜のため、軸方向Ｘの一方側（図１の右側）を入力側といい、軸方向Ｘの他方側を反入力側という。

外歯歯車３０及び内歯歯車３２、３３は、入力軸２８の回転に対して減速された出力回転を出力する歯車機構を構成する。歯車機構は、入力軸２８により外歯歯車３０を駆動することによって、外歯歯車３０及び内歯歯車３２、３３の一方を自転させることができる。本実施形態の減速装置２０は、外歯歯車３０が撓み歯車となる撓み噛合い型減速装置である。また、本実施形態の減速装置２０は、内歯歯車３２、３３として第１内歯歯車３２と第２内歯歯車３３とを有する筒型の撓み噛合い型減速装置である。第１内歯歯車３２は、固定部材３４を介して第１ロボット部材１４と相対回転不能に連結される。第２内歯歯車３３は、同期部材４０を介して第２ロボット部材１６と相対回転不能に連結される。本実施形態では、第１内歯歯車３２は、支持部材（第１ロボット部材１４）に対して回転しないよう固定された静止側内歯歯車となる。また、第２内歯歯車３３は、出力回転を出力することで被駆動部材（第２ロボット部材１６）を駆動する駆動側内歯歯車となる。

入力軸２８は、駆動装置２６の出力軸２６ａから回転動力を伝達可能に設けられる。これを実現するうえで、本実施形態の入力軸２８は、出力軸２６ａに対して接続部材４２を用いて一体回転可能に接続される。入力軸２８は、自身の回転中心線Ｃ２８周りに回転することによって、外歯歯車３０を駆動する歯車駆動部２８ａを備える。撓み噛合い式減速装置２０に用いられる入力軸２８の歯車駆動部２８ａは、外歯歯車３０を撓み変形させることで駆動する起振体である。起振体となる歯車駆動部２８ａは、軸方向Ｘに直交する断面において楕円状をなす。ここでの「楕円」とは、幾何学的に厳密な楕円に限定されず、略楕円も含まれる。

撓み歯車となる外歯歯車３０は、入力軸２８の歯車駆動部２８ａの回転により撓み変形可能な可撓性を持つ筒状部材である。外歯歯車３０は、入力軸２８の歯車駆動部２８ａとの間に配置される歯車軸受４４を介して、入力軸２８に相対回転自在に支持される。本実施形態の歯車軸受４４は、複列軸受であるが、その種類は特に限定されず、例えば、コロ軸受、ニードル軸受、玉軸受等の単列軸受等でもよい。

本実施形態の内歯歯車３２、３３は、撓み歯車となる外歯歯車３０とは異なり、入力軸２８の回転に追従して変形しない程度の剛性を持つ。第１内歯歯車３２は、第１内歯部材４６の一部として第１内歯部材４６の内周部に設けられる。第１内歯部材４６は、第１内歯歯車３２と同一の素材により一体的に形成されている。第１内歯歯車３２は、第１内歯部材４６に設けられる第１環状部３２ａの内周部に複数の第１内歯３２ｂを設けることで構成される。第２内歯歯車３３は、第２内歯部材４７の一部として第２内歯部材４７の内周部に設けられる。第２内歯部材４７は、第２内歯歯車３３と同一の素材により一体的に形成されている。第２内歯歯車３３は、第２内歯部材４７に設けられる第２環状部３３ａの内周部に複数の第２内歯３３ｂを設けることで構成される。

以上の減速装置２０に関する動作を説明する。撓み噛合い式減速装置２０の場合、起振体となる入力軸２８の歯車駆動部２８ａが回転すると、その歯車駆動部２８ａの形状に合わせた楕円状をなすように外歯歯車３０（撓み歯車）が撓み変形する。このように外歯歯車３０が撓み変形すると、外歯歯車３０と内歯歯車３２、３３の噛合位置が入力軸２８の回転方向に変化する。本例では、第１内歯歯車３２の歯数（例えば１０２個）は外歯歯車３０の歯数（例えば１００個）に対して２×ｎ個多く（ｎは正の整数）、第２内歯歯車３３の歯数は外歯歯車３０の歯数と同一である。よって、入力軸２８が一回転する毎に、第１内歯歯車３２と外歯歯車３０の歯数差分だけ外歯歯車３０が自転し、その自転成分が、駆動側内歯歯車となる第２内歯歯車３３から被駆動部材となる第２ロボット部材１６に出力される。このとき、入力軸２８の入力回転に対して、外歯歯車３０と内歯歯車３２、３３との歯数に応じた減速比で減速された出力回転が出力される。

図２を参照する。固定部材３４等の説明に移る。固定部材３４は、第１内歯歯車３２（第１内歯部材４６）に対して入力側に配置される。本実施形態の固定部材３４は、第１内歯歯車３２（第１内歯部材４６）とは別部材とされる。固定部材３４は、第１内歯歯車３２の中心Ｃ３２周りに連続する円盤状をなし、その内側を入力軸２８が貫通する。

固定部材３４は、第１締結部材Ｂ１の締結により、第１ロボット部材１４の内周面と固定部材３４の外周面とを径方向に圧接させることで、第１ロボット部材１４に相対回転不能に固定される。ここでの「締結部材の締結」とは、第１締結部材Ｂ１の軸部に沿った締結力を複数の被締結部材に付与することで、複数の被締結部材を締結することをいう。本実施形態の第１締結部材Ｂ１は、複数の被締結部材として第１ロボット部材１４と固定部材３４を径方向に締結する。ここでの「径方向に締結」とは、径方向に沿った締結力を付与することで複数の被締結部材を締結することをいう。

固定部材３４は、第１内歯部材４６、つまり、第１内歯歯車３２よりもヤング率［Ｎ／ｍｍ２］の大きい素材により構成される。これを実現するうえで、例えば、第１内歯部材４６は樹脂系素材により構成し、固定部材３４は金属系素材により構成してもよい。樹脂系素材は、樹脂を主材とする素材をいう。樹脂系素材は、例えば、汎用エンジニアプラスチック、特殊エンジニアプラスチック等の樹脂のみを用いた素材でもよいし、炭素繊維強化樹脂、ガラス繊維強化樹脂等の樹脂を用いた複合材料でもよい。金属系素材は、金属を主材とする素材をいう。金属系素材は、例えば、鉄系材料、アルミニウム系材料、合金等の金属のみを用いた素材でもよいし、繊維強化金属等の金属を用いた複合材料でもよい。なお、各部材の素材は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、第１内歯歯車４６だけでなく、第２内歯歯車４７や同期部材４０も樹脂系素材により構成され軽量化が図られている。一方、軸受ハウジング３８は第１内歯歯車３２よりもヤング率の大きい素材、例えば金属系素材により構成されている。

本実施形態の第１締結部材Ｂ１は、ボルトであるが、その具体例は特に限定されず、例えば、リベット（例えば、ブラインドリベット）等でもよい。第１ロボット部材１４は、第１ロボット部材１４の外周面に設けられ第１締結部材Ｂ１の頭部を収容する第１座ぐり孔１４ｃを備える。第１座ぐり孔１４ｃは、第１ロボット部材１４の第１ケーシング１４ａにおいて径方向内側に向かって凹む凹部として形成される。固定部材３４は、第１締結部材Ｂ１を径方向にねじ込むための第１雌ネジ孔３４ａを備える。

第１締結部材Ｂ１の軸方向範囲Ａ１を想定する。軸方向範囲Ａ１の少なくとも一部は、径方向から見て、第１内歯歯車３２の第１内歯３２ｂと重ならない。本実施形態では、軸方向範囲Ａ１の全体が、径方向から見て、第１内歯３２ｂと重ならない。この条件を満たすうえで、本実施形態の第１締結部材Ｂ１は、第１内歯３２ｂよりも入力側に配置される。

第１ロボット部材１４は、固定部材３４に入力側から接触することで、固定部材３４を軸方向Ｘに位置決め可能な第１内段部１４ｄを備える。固定部材３４は、第１ロボット部材１４の第１内段部１４ｄに接触した状態で、第１締結部材Ｂ１を径方向にねじ込むことにより第１ロボット部材１４に固定される。

図１を参照する。本実施形態の固定部材３４は、第２締結部材Ｂ２によって、第１内歯歯車３２（第１内歯部材４６）と相対回転不能に設けられる。本実施形態の第２締結部材Ｂ２はボルトであるが、その具体例は特に限定されず、例えば、リベット（例えば、ブラインドリベット等）等でもよい。第２締結部材Ｂ２は、第１内歯歯車３２と固定部材３４を軸方向Ｘに締結することで、第１内歯歯車３２と固定部材３４を相対回転不能とする。第１内歯部材４６は、第２締結部材Ｂ２を軸方向にねじ込むための第２雌ねじ孔４６ａを備える。第１内歯部材４６は、第１内歯歯車３２の第１内歯３２ｂよりも入力側に突き出る第１突出部４６ｂを有する。第２雌ねじ孔４６ａは、第１突出部４６ｂを含む軸方向範囲に形成される。固定部材３４は、第２締結部材Ｂ２の頭部を収容する第２座ぐり孔３４ｂを備える。第２座ぐり孔３４ｂは、第１ロボット部材１４に対する固定部材３４の圧接箇所６０の軸方向位置と径方向に重なる位置に設けられる。第２座ぐり孔３４ｂは、固定部材３４の入力側側面から反入力側に向かって凹む凹部として形成される。

固定部材３４は、第１突出部４６ｂよりも径方向内側に配置され反入力側に突き出る第２突出部３４ｃを有する。第２突出部３４ｃは、外歯歯車３０に入力側から接触しており、外歯歯車３０の軸方向移動を規制する。これを実現するうえで、本実施形態の固定部材３４は外歯歯車３０に直接に接触しているが、スペーサを介して接触していてもよい。

図３を参照する。主軸受３６は、軸受ハウジング３８と同期部材４０との間に配置される。軸受ハウジング３８は、第１ロボット部材１４と相対回転不能に設けられ、同期部材４０は、第２ロボット部材１６と相対回転不能に設けられる。本実施形態の主軸受３６は、このような軸受ハウジング３８と同期部材４０とを相対回転可能に連結（支持）することで、第１ロボット部材１４と第２ロボット部材１６を相対回転可能に連結（支持）する。

本実施形態の主軸受３６は、クロスローラ軸受であり、転動体３６ａの他に専用の外輪３６ｂ及び内輪３６ｃを備える。主軸受３６の具体例は特に限定されず、玉軸受等の他の単数の軸受の他、軸方向に間隔を空けて配置される複数の軸受（アンギュラ玉軸受、テーパ軸受）によって構成されてもよい。主軸受３６は、専用の外輪３６ｂを備えずに、軸受ハウジング３８の内周面がこれを兼ねていてもよい。また、主軸受３６は、専用の内輪３６ｃを備えずに、同期部材４０の外周面がこれを兼ねていてもよい。

主軸受３６は、第１内歯部材４６及び第２内歯部材４７から軸方向Ｘにずれて配置される。主軸受３６は、第１内歯部材４６及び第２内歯部材４７のある軸方向範囲から軸方向Ｘにずれて配置されるということである。主軸受３６の内径Ｒ３６－１は、内歯部材４６、４７の外径Ｒ４６、Ｒ４７よりも小さくなる。ここでの外径Ｒ４６、Ｒ４７は、第１内歯部材４６及び第２内歯部材４７のそれぞれにおいて最も大きい外径をいう。また、本明細書での「内径」、「外径」は、いずれも半径をいう。本実施形態のように複数の内歯部材４６、４７がある場合、いずれかの内歯部材４６、４７との間でこの条件を満たしていればよい。本実施形態の内径Ｒ３６－１は、外径Ｒ４６、Ｒ４７の両方よりも小さくなる。主軸受３６の外径Ｒ３６－２は、内歯部材４６、４７の外径Ｒ４６、Ｒ４７よりも小さくなる。本実施形態のように複数の内歯部材４６、４７がある場合、いずれかの内歯部材４６、４７との間でこの条件を満たしていればよい。本実施形態の外径Ｒ３６－２は、外径Ｒ４６、Ｒ４７の両方よりも小さくなる。なお、本実施形態においては、内径Ｒ３６－１は、第１内歯部材４６及び第２内歯部材４７の歯先円の内径よりも小さい。また、外径Ｒ３６－２は、第１内歯部材４６及び第２内歯部材４７の歯先円の内径よりも大きい。

軸受ハウジング３８は、主軸受３６の径方向外側に配置される。本実施形態の軸受ハウジング３８は、第１ロボット部材１４とは別部材により構成される。本実施形態の第１ロボット部材１４は、軸受ハウジング３８に入力側から接触することで、軸受ハウジング３８を軸方向に位置決め可能な第２内段部１４ｅを備える。

本実施形態の軸受ハウジング３８は、複数のハウジング部材３８ａ、３８ｂを組み合わせて構成される。複数のハウジング部材３８ａ、３８ｂは、主軸受３６の径方向外側に配置される第１ハウジング部材３８ａと、第１ハウジング部材３８ａの径方向内側に配置される第２ハウジング部材３８ｂとを含む。第１ハウジング部材３８ａには、主軸受３６に対して入力側から接触することで、主軸受３６の入力側への軸方向移動を規制する第１移動規制部３８ｃが設けられる。本実施形態の第１移動規制部３８ｃは、第１ハウジング部材３８ａに設けられる内段部によって構成されるが、第１ハウジング部材３８ａに設けられる止め輪等によって構成されてもよい。第２ハウジング部材３８ｂには、主軸受３６に対して反入力側から接触することで、主軸受３６の反入力側への軸方向移動を規制する第２移動規制部３８ｄが設けられる。本実施形態の第２移動規制部３８ｄは、第２ハウジング部材３８ｂに設けられる内段部によって構成されるが、第２ハウジング部材３８ｂに設けられる止め輪等によって構成されてもよい。主軸受３６は、軸受ハウジング３８の第１移動規制部３８ｃと第２移動規制部３８ｄに対して接触することで軸受ハウジング３８に対して軸方向に位置決めされることになる。

軸受ハウジング３８は、第３締結部材Ｂ３により、第１ロボット部材１４と径方向に締結される。軸受ハウジング３８は、第３締結部材Ｂ３の締結により、第１ロボット部材１４の内周面と軸受ハウジング３８の外周面とを圧接させることで第１ロボット部材１４に固定される。本実施形態の第３締結部材Ｂ３はボルトであるが、その具体例は特に限定されず、例えば、リベット（例えば、ブラインドリベット等）等でもよい。第１ロボット部材１４は、第１ロボット部材１４の外周面に設けられ第３締結部材Ｂ３の頭部を収容する第３座ぐり孔１４ｆを備える。第３座ぐり孔１４ｆは、第１ロボット部材１４の第１ケーシング１４ａにおいて径方向内側に向かって凹む凹部として形成される。軸受ハウジング３８は、第３締結部材Ｂ３を径方向にねじ込むための第３雌ねじ孔３８ｅを備える。第３雌ねじ孔３８ｅは、軸受ハウジング３８の第２ハウジング部材３８ｂに形成される。軸受ハウジング３８の第１ハウジング部材３８ａには第３締結部材Ｂ３の軸部を径方向に通すためのねじ山のない挿通孔３８ｆが形成される。

第３締結部材Ｂ３の軸方向範囲Ａ３を想定する。軸方向範囲Ａ３の少なくとも一部は、径方向から見て、第１内歯歯車３２の第１内歯３２ｂ及び第２内歯歯車３３の第２内歯３３ｂのそれぞれと重ならない。本実施形態において、軸方向範囲Ａ３の全体がこの条件を満たす。この条件を満たすうえで、本実施形態の第３締結部材Ｂ３は、第２内歯歯車３３の第２内歯３３ｂよりも反入力側に配置される。第１締結部材Ｂ１の軸方向範囲Ａ１の全体及び第３締結部材Ｂ３の軸方向範囲Ａ３の全体のいずれもが、径方向から見て、第１内歯歯車３２の第１内歯３２ｂ及び第２内歯歯車３３の第２内歯３３ｂと重ならないということになる。

同期部材４０は、外歯歯車３０に対して軸方向片側（ここでは反入力側）に配置される。本実施形態の同期部材４０は、軸方向Ｘにおいて外歯歯車３０側に配置される第１同期部品４０ａと、第１同期部品４０ａに対して外歯歯車３０とは軸方向反対側に配置される第２同期部品４０ｂとを備える。

同期部材４０は、ボルト等の第４締結部材Ｂ４により、第２ロボット部材１６と径方向に締結される。同期部材４０の第２同期部品４０ｂのフランジ部４０ｉ（後述する）には、第４締結部材Ｂ４を径方向にねじ込むための第４雌ねじ孔４０ｃが設けられる。第２ロボット部材１６の第３ケーシング１６ａには、第４締結部材Ｂ４の頭部を収容する第４座ぐり孔１６ｂを備える。第４座ぐり孔１６ｂは、第２ロボット部材１６の第３ケーシング１６ａの径方向内側に向かって凹む凹部として形成される。

第１同期部品４０ａは、ボルト等の第５締結部材Ｂ５により第２内歯部材４７と軸方向Ｘに締結される第１外径部４０ｄと、第１外径部４０ｄよりも外径を小さくする第２外径部４０ｅとを備える。第２外径部４０ｅには主軸受３６が配置される。第２外径部４０ｅには、主軸受３６に対して軸方向入力側から接触することで主軸受３６の軸方向移動を規制する段状の肩部４０ｆが設けられる。第２内歯部材４７は、第５締結部材Ｂ５を軸方向にねじ込むための第５雌ねじ孔４７ａを備える。第２内歯部材４７は、第２内歯部材４７の第２内歯３３ｂよりも反入力側に突き出る第３突出部４７ｂを有する。第５雌ねじ孔４７ａは、第３突出部４７ｂを含む軸方向範囲に形成される。

第１同期部品４０ａは、第３突出部４７ｂよりも径方向内側に配置され入力側に突き出る第４突出部４０ｇを有する。第２内歯部材４７と第１同期部品４０ａは、第３突出部４７ｂと第４突出部４０ｇをインロー嵌合させた状態で、第５締結部材Ｂ５により軸方向Ｘに締結されることで相対回転不能に設けられる。第４突出部４０ｇは、外歯歯車３０に反入力側から接触しており、外歯歯車３０の軸方向移動を規制する。これを実現するうえで、本実施形態の第４突出部４０ｇは外歯歯車３０に直接に接触しているが、スペーサを介して接触していてもよい。

第２同期部品４０ｂは、ボルト等の第６締結部材Ｂ６を軸方向にねじ込むことにより第１同期部品４０ａと軸方向Ｘに締結される。第２同期部品４０ｂは、第２同期部品４０ｂの入力側側部に設けられ入力側に突き出る移動規制部４０ｈを備える。第２同期部品４０ｂの移動規制部４０ｈは、第１同期部品４０ａの反入力側端部とインロー嵌合する。第２同期部品４０ｂの移動規制部４０ｈは、主軸受３６に軸方向Ｘの反入力側から接触することで主軸受３６の軸方向移動を規制する。第２同期部品４０ｂは、第２同期部品４０ｂの反入力側部分に設けられ径方向外側に張り出すフランジ部４０ｉを備える。第２同期部品４０ｂのフランジ部４０ｉは、第２ロボット部材１６の第３ケーシング１６ａの内側に配置される。第３ケーシング１６ａの内側には第２同期部品４０ｂのフランジ部４０ｉがインロー嵌合する嵌合部１６ｃが設けられる。

なお、本実施形態の関節構造１０に用いられる入力軸２８、内歯歯車３２、３３、外歯歯車３０、歯車軸受４４を組み合わせた歯車ユニット６２は、関節構造１０に用いられる他の要素から独立したコンポーネントとして取り扱い可能である。この歯車ユニット６２の利用者は、提供者（例えば、製造者又は販売者）から提供された歯車ユニット６２と、歯車ユニット６２とは別に自身で準備した他の要素とを組み合わせることで関節構造１０を得ることができる。

以上の関節構造１０の効果を説明する。

減速装置２０の一部（ここでは固定部材３４）と第１ロボット部材１４とを径方向に圧接させるうえで、減速装置２０に第１締結部材Ｂ１の締結に起因する径方向荷重Ｆ１が作用する。本実施形態では、第１締結部材Ｂ１の締結に起因して、被締結部材となる固定部材３４に径方向外側に向かう引張力が径方向荷重Ｆ１として作用する（図２参照）。この径方向荷重Ｆ１により第１内歯３２ｂを有する第１内歯歯車３２とともに固定部材３４が変形してしまうと、第１内歯歯車３２と外歯歯車３０との噛み合いに悪影響を及ぼし得る。

（Ａ）ここで、第１締結部材Ｂ１の軸方向範囲Ａ１の少なくとも一部は、径方向から見て、第１内歯歯車３２の第１内歯３２ｂと重ならない。よって、第１締結部材Ｂ１の軸方向範囲Ａ１の全体が第１内歯３２ｂと重なる場合と比べ、第１締結部材Ｂ１の締結に起因する径方向荷重Ｆ１を第１内歯歯車３２に作用させ難くすることができる。ひいては、第１締結部材Ｂ１に起因する径方向荷重Ｆ１により第１内歯歯車３２が変形し難くなり、その径方向荷重Ｆ１による第１内歯歯車３２と外歯歯車３０との噛み合いに対する悪影響を抑制することができる。

（Ｂ）特に、本実施形態において、第１締結部材Ｂ１の軸方向範囲Ａ１の全体は、径方向から見て、第１内歯歯車３２の第１内歯３２ｂと重ならない。よって、第１締結部材Ｂ１に起因する径方向荷重Ｆ１を第１内歯歯車３２に更に作用させ難くすることができる。

仮に、第１締結部材Ｂ１によって第１ロボット部材１４と固定部材３４を軸方向Ｘに締結する場合を考える。この場合、第１締結部材Ｂ１の座する座面（第１座ぐり孔１４ｃの底面）が径方向に延びるため、第１ロボット部材１４の外径が大型化し易くなる。この点、本実施形態の第１締結部材Ｂ１は、第１ロボット部材１４及び固定部材３４を径方向に締結することで、第１ロボット部材１４と固定部材３４を圧接させている。よって、第１ロボット部材１４において第１締結部材Ｂ１のための座面を径方向に延ばさずに済むため、第１締結部材Ｂ１周りにおいて第１ロボット部材１４の外径を容易に小型化できる。特に、アクチュエータ２２のホロー部２２ａの内径を維持したまま第１ロボット部材１４の外径を小型化できる点で有効である。

（Ｃ）固定部材３４は、第１内歯歯車３２とは別部材とされる。よって、第１内歯歯車３２と固定部材３４を同じ部材により構成する場合と比べ、第１締結部材Ｂ１に起因する径方向荷重Ｆ１を第１内歯歯車３２に作用させ難くすることができる。

（Ｄ）固定部材３４は、第１内歯歯車３２よりもヤング率の大きい素材により構成される。よって、固定部材３４を第１内歯歯車３２のヤング率に合わせる場合と比べ、径方向荷重Ｆ１により固定部材３４を変形させ難くすることができ、その径方向荷重Ｆ１を第１内歯歯車３２に更に作用させ難くすることができる。

軸受ハウジング３８は、第３締結部材Ｂ３により第１ロボット部材１４と径方向に締結される。よって、軸受ハウジング３８と第１ロボット部材１４を軸方向Ｘに締結する場合と比べ、第１ロボット部材１４において第３締結部材Ｂ３のための座面（第３座ぐり孔１４ｆの底面）を径方向に延ばさずに済む。ひいては、第３締結部材Ｂ３周りにおいて第１ロボット部材１４の外径を容易に小型化できる。

軸受ハウジング３８と第１ロボット部材１４を第３締結部材Ｂ３により径方向に締結するうえで、第３締結部材Ｂ３の締結に起因して、軸受ハウジング３８に径方向荷重Ｆ３が作用する。本実施形態では、第３締結部材Ｂ３の締結に起因して、軸受ハウジング３８に径方向外側に向かう引張力が径方向荷重Ｆ３として作用する（図３参照）。ここで、第３締結部材Ｂ３の軸方向範囲Ａ３は、径方向から見て、第２内歯歯車３３の第２内歯３３ｂと重ならない。よって、第３締結部材Ｂ３の軸方向範囲Ａ３が第２内歯３３ｂと重なる場合と比べ、第３締結部材Ｂ３の締結に起因して作用する径方向荷重Ｆ３を第２内歯歯車３３に作用させ難くすることができる。ひいては、第３締結部材Ｂ３に起因する径方向荷重Ｆ３により第２内歯歯車３３が変形し難くなり、その径方向荷重Ｆ３による第２内歯歯車３３と外歯歯車３０との噛み合いに対する悪影響を抑制することができる。

このような、第２内歯歯車３３と外歯歯車３０との噛み合いに対する悪影響を抑制するうえでは、次に説明する構成を採用すると更に好ましい。第３締結部材Ｂ３の軸方向範囲Ａ３は、径方向から見て、第２内歯部材４７とも重ならない。本実施形態の第３締結部材Ｂ３は、第２内歯部材４７よりも反入力側に配置される。軸方向範囲Ａ３の少なくとも一部は、径方向から見て、主軸受３６とは重ならず、主軸受３６よりも反入力側に配置される。本実施形態の軸方向範囲Ａ３の全体は、主軸受３６よりも反入力側に配置される。

同期部材４０は、第４締結部材Ｂ４により、第２ロボット部材１６と径方向に締結される。よって、第２ロボット部材１６において第４締結部材Ｂ４のための座面（第４座ぐり孔１４ｂの底面）を径方向に延ばさずに済む。ひいては、第４締結部材Ｂ４周りにおいて第２ロボット部材１６の外径を容易に小型化することができる。

（Ｅ）主軸受３６の内径Ｒ３６－１は、内歯部材４６、４７の外径Ｒ４６、Ｒ４７よりも小さくなる。よって、主軸受３６の内径Ｒ３６－１を内歯部材４６、４７の外径Ｒ４６、Ｒ４７以上の大きさにする場合と比べ、第１ロボット部材１４の外径を容易に小型化することができる。

（第２実施形態）図４、図５、図６を参照する。第２実施形態の関節構造１０は、第１実施形態の関節構造１０と比べて、主に、第１ロボット部材１４、第２ロボット部材１６、軸受ハウジング３８、同期部材４０の点において相違する。

本実施形態の軸受ハウジング３８は、第１ロボット部材１４の一部（ここでは第１ケーシング１４ａ）が兼ねており、その第１ロボット部材１４の一部と同じ部材によって一体に構成される。本実施形態の軸受ハウジング３８も、第１実施形態と同様の第１移動規制部３８ｃ、第２移動規制部３８ｄを備え、主軸受３６を軸方向Ｘに位置決めしている。

本実施形態の同期部材４０は、第１同期部品４０ａ及び第２同期部品４０ｂのうちの第１同期部品４０ａのみを備え、第２同期部品４０ｂを備えていない。第２ロボット部材１６は、同期部材４０に第６締結部材Ｂ６によって締結され、第２同期部品４０ｂと同様の移動規制部４０ｈを備える。

第１ロボット部材１４は、第１ロボット部材１４の一部（ここでは第１ケーシング１４ａ）を周方向に分割した複数（本実施形態では二つ）の分割部８０を備える。複数の分割部８０は、全体として、軸方向Ｘに直交する断面において筒状断面をなす。隣り合う分割部８０は、個々の分割部８０の周方向端部に設けられ、互いに突き合わせられる突合せ端部８０ａを備える。複数の分割部８０は、入力側に配置される第１締結部材Ｂ１と、反入力側に配置される第３締結部材Ｂ３とによって周方向（接線方向）に締結される。

本実施形態の第１締結部材Ｂ１は、複数の被締結部材として複数の分割部８０を周方向に締結することで、複数の分割部８０の構成する第１ロボット部材１４の一部（ここでは第１ケーシング１４ａ）を固定部材３４に圧接させる。ここでの「周方向に締結」とは、第１ロボット部材１４の外周面における接線方向での締結力を付与することで複数の分割部８０を締結することをいう。固定部材３４は、第１締結部材Ｂ１の締結力によって第１ロボット部材１４との圧接箇所６０に付与される摩擦によって第１ロボット部材１４に固定される。第１締結部材Ｂ１は、分割部８０の周方向両側の突合せ端部８０ａそれぞれに個別に用いられ、隣り合う分割部８０の突合せ端部８０ａを締結する。

第１締結部材Ｂ１の軸方向範囲Ａ１の少なくとも一部は、径方向から見て、固定部材３４と重ならない位置に配置される。この条件を満たすうえで、第１締結部材Ｂ１の少なくとも一部は、固定部材３４に対して第１内歯歯車３２とは軸方向Ｘの反対側（入力側）に配置される。本実施形態の第１締結部材Ｂ１の軸方向範囲Ａ１の少なくとも一部は、第１ロボット部材１４の第１内段部１４ｄよりも入力側に配置される。

本実施形態の第３締結部材Ｂ３は、複数の分割部８０を周方向に締結することで、軸受ハウジング３８を兼ねるとともに複数の分割部８０の構成する第１ロボット部材１４の一部（ここでは第１ケーシング１４ａ）を主軸受３６に圧接させる。第３締結部材Ｂ３も、第１締結部材Ｂ１と同様、分割部８０の周方向両側の突合せ端部８０ａそれぞれに個別に用いられ、隣り合う分割部８０の突合せ端部８０ａを締結する。

第３締結部材Ｂ３の軸方向範囲Ａ３を想定する。第３締結部材Ｂ３の軸方向範囲Ａ３は、第１実施形態の第３締結部材Ｂ３の軸方向範囲Ａ３と同様の特徴を持つ。例えば、第３締結部材Ｂ３の軸方向範囲Ａ３の少なくとも一部は、径方向から見て、第１内歯歯車３２の第１内歯３２ｂ及び第２内歯歯車３３の第２内歯３３ｂのそれぞれと重ならない。

本実施形態の第１締結部材Ｂ１、第３締結部材Ｂ３はボルト８２とナット８４を備える。ボルト８２は、隣り合う分割部８０の突合せ端部８０ａに設けられる挿通孔８０ｂに挿通される。第１ロボット部材１４の外周面は、ボルト８２の頭部及びナット８４のそれぞれを収容する第１座ぐり孔１４ｃを備える。

以上の関節構造１０の効果を説明する。

本実施形態では、第１締結部材Ｂ１の締結に起因して、被締結部材となる分割部８０から固定部材３４に径方向内側に向かう荷重が径方向荷重Ｆ１（図６参照）として作用する。前述と同様、第１締結部材Ｂ１の軸方向範囲Ａ１の少なくとも一部は、径方向から見て、第１内歯歯車３２の第１内歯３２ｂと重ならない。よって、前述と同様、第１締結部材Ｂ１に起因する径方向荷重Ｆ１を第１内歯歯車３２に作用させ難くすることができる。ひいては、複数の分割部８０を周方向に締結する場合でも、前述の（Ａ）と同様、径方向荷重による第１内歯歯車３２と外歯歯車３０との噛み合いに対する悪影響を抑制することができる。

また、第３締結部材Ｂ３の締結に起因して、分割部８０から主軸受３６に径方向内側に向かう荷重が径方向荷重（図示せず）として作用する。ここで、第３締結部材Ｂ３の軸方向範囲Ａ３は、径方向から見て、第２内歯歯車３３の第２内歯３３ｂと重ならない。よって、第３締結部材Ｂ３の軸方向範囲Ａ３が第２内歯３３ｂと重なる場合と比べ、第３締結部材Ｂ３の締結に起因して作用する径方向荷重を第２内歯歯車３３に作用させ難くすることができる。

この他に、本実施形態の関節構造１０は、前述した（Ｂ）～（Ｅ）で説明した構成要素（図示せず）を備え、それらの説明に対応する効果を得られる。

次に、ここまで説明した各構成要素の変形形態を説明する。

減速装置２０は撓み噛合い型減速装置である例を説明したが、その種類はこれに限定されない。例えば、減速装置２０は、入力軸としてクランク軸を用いる偏心揺動型減速装置でもよい。この場合、内歯歯車の中心上にクランク軸が配置されるセンタークランクタイプでもよいし、内歯歯車の中心からオフセットした位置に複数のクランク軸が配置される振り分けタイプでもよい。この場合、内歯歯車の個数は一つとしてもよい。また、撓み噛合い式減速装置となる場合、その具体例として二つの内歯歯車３２、３３を備える筒型を説明したが、その種類はこれに限定されない。例えば、一つの内歯歯車を備えるカップ型、シルクハット型等でもよい。また、減速装置２０の種類は、単純遊星歯車装置であってもよい。

実施形態では、第１ロボット部材１４が支持部材となり、第２ロボット部材１６が被駆動部材となる例を説明した。この他にも、第１ロボット部材１４が被駆動部材となり、第２ロボット部材１６が支持部材となってもよい。この場合、筒型の撓み噛合い型減速装置を用いるときは、第１内歯歯車３２が被駆動部材となる第１ロボット部材１４を駆動する駆動側内歯歯車となり、第２内歯歯車３３が支持部材となる第２ロボット部材１６に対して固定された静止側内歯歯車となってもよい。

偏心揺動型減速装置となる場合、入力軸２８の歯車駆動部２８ａは、外歯歯車３０を揺動させることで駆動する偏心体となってもよい。この場合、同期部材４０は、外歯歯車３０に対して軸方向片側に配置され、外歯歯車３０を貫通するピンによって外歯歯車３０の自転成分と同期可能なキャリヤとなってもよい。

固定部材３４は、第１締結部材Ｂ１の締結により、第１ロボット部材１４と固定部材３４を径方向に圧接させることで第１ロボット部材１４に固定できればよく、そのための具体的構造は実施形態の内容に限定されない。固定部材３４は、内歯歯車３２と同じ部材によって一体的に構成されてもよい。固定部材３４のヤング率は、内歯歯車３２のヤング率以下であってもよい。

第１締結部材Ｂ１の軸方向範囲Ａ１の少なくとも一部において、径方向から見て、内歯歯車３２の内歯３２ｂと重なっていなければよく、その一部が内歯歯車３２の内歯３２ｂと重なっていてもよい。

内歯歯車３２と固定部材３４を相対回転不能に設けるための手段は第２締結部材Ｂ２に限定されない。これを実現するうえで、例えば、スプライン、キー等の嵌め合いを用いてもよい。

軸受ハウジング３８と第１ロボット部材１４を相対回転不能に設けるための手段は第３締結部材Ｂ３に限定されない。これを実現するうえで、例えば、スプライン、キー等の嵌め合いを用いてもよい。また、軸受ハウジング３８は、第３締結部材Ｂ３により第１ロボット部材１４と軸方向Ｘに締結されていてもよい。

軸受ハウジング３８は、複数のハウジング部材３８ａ、３８ｂを組み合わせて構成される例を説明したが、単数部材によって構成されてもよい。この場合も、軸受ハウジング３８は、複数の移動規制部４０ｈを備えていてもよい。

第３締結部材Ｂ３は、径方向から見て、第１内歯歯車３２の第１内歯３２ｂ及び第２内歯歯車３３の第２内歯３３ｂのいずれかと重なっていてもよい。

同期部材４０を第２ロボット部材１６と相対回転不能に設けるうえで、その具体的手段は特に限定されない。これを実現するうえで、例えば、スプライン、キー等の嵌め合いを用いてもよい。

主軸受３６は、内歯部材４６、４７と軸方向Ｘにずれない位置、つまり、径方向から見て重なる位置に配置されていてもよい。この場合、主軸受３６の内径Ｒ３６－１は内歯部材４６、４７の外径Ｒ４６、Ｒ４７以上の大きさとなってもよい。

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。実施形態及び変形形態において言及している構造には、製造誤差を考慮すると同一とみなすことができるものも当然に含まれる。

実施形態において単数部材により構成された構成要素は複数部材で構成されてもよい。同様に、実施形態において複数部材により構成された構成要素は単数部材で構成されてもよい。

Ｂ１…第１締結部材、Ｂ２…第２締結部材、Ｂ３…第３締結部材、Ｂ４…第４締結部材、１０…関節構造、１２…ロボット、１４…第１ロボット部材、１６…第２ロボット部材、１８…関節部、２０…減速装置、３０…外歯歯車、３２…第１内歯歯車、３２ｂ…第１内歯、３３…第２内歯歯車、３３ｂ…第２内歯、３４…固定部材、３６…主軸受、３８…軸受ハウジング、４０…同期部材、４６…内歯部材。

Claims (11)

1. 第１ロボット部材と、第２ロボット部材と、前記第１ロボット部材と前記第２ロボット部材を連結する関節部に組み込まれる減速装置と、を備えるロボットの関節構造であって、
   前記減速装置は、外歯歯車と、前記外歯歯車と噛み合う内歯歯車と、前記内歯歯車と相対回転不能に設けられ前記第１ロボット部材と固定される固定部材と、を備え、
   前記固定部材は、第１締結部材の締結により、前記第１ロボット部材の内周面と前記固定部材の外周面とを圧接させることで前記第１ロボット部材に固定され、
   前記第１締結部材の軸方向範囲の少なくとも一部は、径方向から見て、前記内歯歯車の内歯と重ならないロボットの関節構造。
2. 前記第１締結部材は、前記第１ロボット部材及び前記固定部材を径方向に締結することで、前記第１ロボット部材と前記固定部材を圧接させる請求項１に記載のロボットの関節構造。
3. 前記第１ロボット部材は、前記第１ロボット部材の一部を周方向に分割した複数の分割部を備え、
   前記第１締結部材は、前記複数の分割部を周方向に締結することで、前記第１ロボット部材と前記固定部材を圧接させる請求項１に記載のロボットの関節構造。
4. 前記第１締結部材の軸方向範囲の全体は、径方向から見て、前記内歯と重ならない請求項１から３のいずれかに記載のロボットの関節構造。
5. 前記固定部材は、前記内歯歯車とは別部材とされる請求項１から４のいずれかに記載のロボットの関節構造。
6. 前記固定部材は、前記内歯歯車よりもヤング率の大きい素材により構成される請求項５に記載のロボットの関節構造。
7. 前記固定部材は、第２締結部材により前記内歯歯車と軸方向に締結される請求項５または６に記載のロボットの関節構造。
8. 前記第１ロボット部材と前記第２ロボット部材を相対回転可能に連結する主軸受と、
   前記主軸受の径方向外側に配置され前記主軸受を収容する軸受ハウジングと、を備え、
   前記軸受ハウジングは、第３締結部材により、前記第１ロボット部材と径方向に締結される請求項１から７のいずれかに記載のロボットの関節構造。
9. 前記減速装置は、内歯歯車として第１内歯歯車と第２内歯歯車を有する撓み噛合い型減速装置であって、
   前記第１内歯歯車は、前記第１ロボット部材と相対回転不能に連結され、
   前記第２内歯歯車は、前記第２ロボット部材と相対回転不能に連結され、
   前記第３締結部材は、径方向から見て、前記第２内歯歯車の内歯と重ならない請求項８に記載のロボットの関節構造。
10. 前記第２ロボット部材と相対回転不能に設けられ前記外歯歯車の自転成分と同期する同期部材を備え、
    前記同期部材は、第４締結部材により、前記第２ロボット部材と径方向に締結される請求項１から９のいずれかに記載のロボットの関節構造。
11. 前記第１ロボット部材と前記第２ロボット部材を相対回転可能に連結する主軸受を備え、
    前記主軸受は、前記内歯歯車と同一の素材により一体的に形成されている内歯部材から軸方向にずれて配置され、
    前記主軸受の内径は、前記内歯部材の外径よりも小さい請求項１から１０のいずれかに記載のロボットの関節構造。

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