JP7162280B2 - 回転減速伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット等に内蔵することにより、入力する回転運動を減速して出力する回転減速伝達装置に関する。

一般に、量産性が要求される生産工場の生産ラインでは、複数のアーム部を関節機構により連結して構成した産業用ロボットが設置される。関節機構は、任意のアーム部の端部と他のアーム部の端部を回動可能に連結するとともに、任意のアーム部に内蔵する駆動モータの回転を、１／１００～１／２００程度に減速し、減速した回転出力により他のアーム部を回転駆動可能な回転減速伝達装置を備えている。したがって、この種の回転減速伝達装置には、高精度の、位置決め制御，角度制御，速度制御等が要求される。

従来、このような要求に応える回転減速伝達装置としては、通称、ハーモニックドライブ（登録商標）と呼ばれる波動歯車機構による減速機が広く用いられており、この波動歯車機構を備えるロボット或いはロボット関連装置としては、例えば、特許文献１で開示される原動装置、特許文献２で開示される産業用ロボットの手首機構、特許文献３で開示される多関節ロボットなどが知られている。

この場合、特許文献１で開示される原動装置は、カップ状のハウジングと、このハウジングの内周にリング状のサーキュラ・スプラインを回転可能に支承させるとともに、このサーキュラ・スプラインの内側に配設され、ウェーブジェネレータに付勢されて、サーキュラ・スプラインに噛合するカップ状のフレクスプラインをハウジングに固定してなるハーモニック減速機と、ハウジングに支軸の一端を固着するとともに、この支軸回りに回転するケーシングをフレクスプラインの内部に配設し、このケーシングにウェーブジェネレータを設けてなる液圧モータとを具備し、回転出力をサーキュラ・スプラインから取り出し得るように構成されたものである。

また、特許文献２で開示される産業用ロボットの手首機構は、アームに支持されたアーム軸を中心として回転自在に支承された手首全体を回転させる第３軸と、この第３軸に支持され、第３軸に直角な軸を中心として回転自在に支承された手首先端部を傾動させる第２軸と、第２軸に支持され、第２軸に直角な軸を中心として回軸自在に支承された手首先端部の加工具把持部を回転させる第１軸を設け、第１軸および第２軸は、同一中心軸に重ね合わせて配置された減速機にて手首内において減速させ、第３軸は、手首外においてあらかじめ減速させるように構成されたものである。

さらに、特許文献３で開示される多関節ロボットは、少くとも２つの制御アームと、両制御アームの関節部に設けられた同一軸上で相対する２つの減速機とを有する多関節ロボットにおいて、２つの減速機が一方の制御アームの関節部に固定された共通のサーキュラスプラインと、該共通のサーキュラスプラインの一端に該サーキュラスプラインと相対的に回動するように取付けられ、かつ他方の制御アームの関節部に連結されたブラケットとを備えた第１および第２のハーモニックドライブ減速磯から構成されたものである。

特開昭６０－０９８２４６号公報 特開昭６１－１４６４９０号公報 特開昭６４－０１１７７７号公報

しかし、上述した従来における波動歯車機構を備える回転減速伝達装置は、次のような問題点があった。

第一に、主要構成部品として、フレクスプライン、ウェーブジェネレータ、サーキュラスプラインを備えており、フレクスプラインは、薄肉の金属弾性プレートにより全体をカップ状に形成するとともに、楕円状に変形する開口部の外周に形成した歯車部を、位置を固定したサーキュラスプラインの内周に形成した歯車部に噛合させている。したがって、カップ状に一体形成するフレクスプラインは、高度の精密部品として製造する必要があるため、その製造が容易でなく、高コスト化が避けられない。しかも、フレクスプラインは、使用による金属疲労や動作不良を生じ易く、耐久性にも難がある。結局、従来の波動歯車機構は、イニシャルコスト及びランニングコストの双方において大幅なコストアップを招いてしまう。

第二に、カップ状に形成するフレクスプラインにおける開口部の外周に歯車部を形成し、この歯車部を、楕円状のウェーブジェネレータにより波動変形させるとともに、底部の中心に、減速回転を出力する出力軸を結合するため、フレクスプラインを機能させるためには、当該フレクスプラインの軸方向長さをある程度確保する必要があり、減速伝達装置における全体構造の薄型化（小型化）を図るには限界があった

第三に、フレクスプラインの全体形状をカップ状に形成し、一端を閉塞する底部の中心に出力軸を結合するため、接続ケーブルを引き回すための空間確保が容易でない。特に、ロボットの場合、多数の関節機構を備え、多彩な動きを実現するための多数の駆動モータを内蔵するため、この駆動モータとロボットコントローラを接続する接続ケーブルの本数は少なくとも駆動モータの数だけ必要になるとともに、この本数を備える接続ケーブルを引き回す必要がある。したがって、多数の接続ケーブルを引き回すことができる空間を確保する観点からも更なる改善の余地があった。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した回転減速伝達装置の提供を目的とするものである。

本発明に係る回転減速伝達装置１は、上述した課題を解決するため、ロボットＲを構成する任意のアーム部１５と他のアーム部１６を連結する関節機構Ｍｊに設けることにより入力する回転運動を減速して出力する回転減速伝達装置であって、内周面１１ｉの内方を、ケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間Ｓに形成するとともに、筒形の入力回転体１１により構成した回転運動が入力する回転入力部２と、入力回転体１１の外周面１１ｏに設けることにより回転入力部２と一体に回転するカム本体部３ｃ及びこのカム本体部３ｃの外周に沿って設けた内輪３ｂｉとフレキシブルな外輪３ｂｏ間に複数の転動体３ｂｍ…を介在させたオーバルシャフト部３と、インナギア５ｇを内周に形成し、かつ位置を固定したインターナルギア部５と、外周の周方向Ｆｆに沿って形成し、かつインナギア５ｇに対して歯数を少なくして、オーバルシャフト部３の外周に付設した際に、周方向Ｆｆにおける１８０〔°〕の位置関係となる二個所の位置Ｔ，Ｔで噛合するアウタギア４ｇを有するフレックスギア部４と、このフレックスギア部４の側面から突出した伝達ピン本体４ｐｍ…及びこの伝達ピン本体４ｐｍ…を軸にして中心位置が回動自在に支持された伝達ローラ４ｐｒ…により構成するとともに、当該フレックスギア部４の周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン部４ｐ…と、各伝達ピン部４Ｐ…が係合し、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに設けるとともに、回転伝達時に伝達ピン部４ｐ…の周方向Ｆｆ及び／又は放射方向Ｆｄの変位を許容する係合孔７ｓｈ…を形成した係合部７ｓ…を設けたリング形の出力プレート部７を有する回転出力機構６とを備え、係合部７ｓ…を、伝達ピン部４ｐ…の周面が常時当接し、かつ当該出力プレート部７の周方向Ｆｆ及び放射方向Ｆｄへの当該伝達ピン部４ｐ…の変位を許容する複方向係合孔７ｓｍ…により構成したことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、フレックスギア部４は、内周面に、フレキシブル性を確保する切込部４ｃ…を形成するとともに、各切込部４ｃ，４ｃ…間に、伝達ピン本体４ｐｍ…を配して構成できる。

このような構成を有する本発明に係る回転減速伝達装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 薄肉の金属弾性プレート材を用いて全体形状をカップ状に形成する従来のフレクスプラインは不要になるため、容易に製造可能となり、製造コストの大幅な削減を図れるとともに、金属疲労や動作不良等も大幅に低減できるため、耐久性及び信頼性の向上を図ることができるなど、イニシャルコスト及びランニングコストの双方における大幅なコストダウンを実現できる。

（２） 従来のフレクスプラインが不要になるため、軸方向Ｆｓにおける配設スペースのサイズダウンを図ることができる。したがって、全体構造における薄型化が可能になり、小型化に限界のあった、特に産業用ロボット等の更なる小型化を容易に実現できる。

（３） 係合部７ｓ…を構成するに際し、出力プレート部７に形成し、伝達ピン部４ｐ…の周面が常時当接するとともに、当該出力プレート部７の周方向Ｆｆ及び放射方向Ｆｄへの当該伝達ピン部４ｐ…の変位を許容する複方向係合孔７ｓｍ…により構成したため、周方向Ｆｆの異なる位置で生じる係合孔７ｓｈ…に対する伝達ピン部４ｐ…の周方向Ｆｆ及び放射方向Ｆｄの変位を、いわばカム方式により吸収できる。この結果、係合孔７ｓｈ…と伝達ピン部４ｐ…を係合させた際に生じる無用な応力を排除し、伝達ピン部４ｐ…から出力プレート部７に対する安定かつ円滑な回転伝達を行うことができるとともに、特に、剛性が高まることによる精度の高い回転伝達を行うことができる。

（４） 伝達ピン部４ｐ…を構成するに際し、フレックスギア部４から突出した伝達ピン本体４ｐｍ…と、この伝達ピン本体４ｐｍ…を軸にして中心位置が回動自在に支持された伝達ローラ４ｐｒ…により構成したため、伝達ピン部４ｐ…が係合孔７ｓｈ…に係合する際における伝達ピン部４ｐ…と係合孔７ｓｈ…間の接触摩擦を低減できる。これにより、フレックスギア部４から出力プレート部７への回転伝達を効率的かつ安定に行うことができるとともに、無用な発熱や減耗を排除して長期使用における信頼性を高めることができる。

（５） 出力プレート部７は、リング形に形成したため、ケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間を確保可能になるとともに、特に、筒形に形成する入力回転体１１と組合わせることにより、全体構造のシンプル化及び高剛性化に寄与できる。

（６） 回転入力部２を構成するに際し、内周面１１ｉの内方を、ケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間Ｓにするとともに、外周面１１ｏに、少なくともオーバルシャフト部３のカム本体部３ｃを設けてなる筒形の入力回転体１１を用いて構成したため、ケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間を確保できる。この結果、ケーブル類Ｋａ…の本数が多くなった場合であっても、他の周辺構造と併せて全体の煩雑化を回避できる。

（７） フレックスギア部４を、インターナルギア部５のインナギア５ｇに対して１８０〔°〕の位置関係となる二個所の噛合位置Ｔ，Ｔで噛合させたため、フレックスギア部４を、最も、単純な形状となる楕円形状とすることができる。これにより、例えば、三個所以上の噛合位置Ｔ…で噛合させる場合に要求される精度に対してより低く抑えることが可能となり、製造容易性及び加工容易性を高めることができるとともに、耐久性，静音性及び信頼性の向上にも寄与できる。

本発明に係る回転減速伝達装置の原理を説明するための基本形態に係る回転減速伝達装置の一部を破断した全体を示す斜視図、 同回転減速伝達装置の全体を示す断面側面図、 同回転減速伝達装置の要部の分解斜視図、 同回転減速伝達装置のフレックスギア部とインターナルギア部の関係を示す部分抽出拡大図を含む正面図、 同回転減速伝達装置のフレックスギア部の一部を示す作用説明図、 同回転減速伝達装置のオーバルシャフト部を含む軸直角方向の原理的断面構成図、 同回転減速伝達装置の出力プレート部と伝達ピン部の関係を示す部分抽出拡大図を含む正面図、 同回転減速伝達装置の要部の一部を示す軸方向断面図、 同回転減速伝達装置を用いた産業用ロボットの外観図、 同回転減速伝達装置の動作説明図、 本発明の好適実施形態に係る回転減速伝達装置の伝達ピン部が係合した状態を示す出力プレート部の正面図、 同回転減速伝達装置の伝達ピン部が係合した状態を示す一部抽出拡大図を含む出力プレート部の断面側面図、 同回転減速伝達装置の伝達ピン部が係合した状態を示す出力プレート部の作用説明図、 同回転減速伝達装置のフレックスギア部の一部分のみを抽出して示す正面図、

次に、本発明の好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

最初に、同好適実施形態に係る回転減速伝達装置１の理解を容易にするため、基本形態に係る回転減速伝達装置１００の構成及び動作について、図１～図１０を参照して説明する。

この種の回転減速伝達装置１００，１は、図９に示すような産業用ロボットＲの関節機構Ｍｊに用いることができる。例示の産業用ロボットＲは、垂直多関節ロボットＲｖであり、機台２１の上面に設置したロボット本体部２２と、この機台２１の下方スペースに収容することによりロボット本体部２２を駆動制御するロボットコントローラ２３を備える。ロボット本体部２２は、第１アーム部（任意のアーム部）１５と第２アーム部（他のアーム部）１６を備えており、この第１アーム部１５と第２アーム部１６が関節機構Ｍｊを介して連結される。即ち、第１アーム部１５の先端部１５ｓに、回転減速伝達装置１００，１を内蔵し、この回転減速伝達装置１００，１により第２アーム部１６の後端部１６ｒを回転駆動する。これにより、第２アーム部１６の位置決め制御，角度制御及び速度制御等を行うことができる。

図１及び図２に、回転減速伝達装置１００の全体構造を示す。なお、図２において、図９に示した産業用ロボットＲにおける第１アーム部１５の先端部１５ｓ及び第２アーム部１６の後端部１６ｒを、それぞれ仮想線で示している。図１及び図２に示すように、回転減速伝達装置１００は、大別して、回転の伝達方向上流側から、回転入力部２，オーバルシャフト部３，フレックスギア部４，インターナルギア部５及び回転出力機構６（出力プレート部７）を備える。これにより、回転入力部２に入力する回転運動は、予め設定した１／１００～１／２００レベルで減速され、減速された回転運動は、回転出力機構６から出力する。

以下、各部の構成について具体的に説明する。回転入力部２は、全体を筒形に形成した入力回転体１１により構成する。この入力回転体１１はベアリング（ボールベアリング等）３１により回動自在に支持される。この場合、ベアリング３１は、外輪を第１アーム部１５の内面に取付けた支持筒３２に固定するとともに、内輪を入力回転体１１の外周面に固定する。入力回転体１１は、図２に示すように、内周面１１ｉの内方がケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間Ｓとなる。このため、確保する配線空間Ｓの広さを考慮して内径等を選定することができる。また、入力回転体１１の外周面１１ｏにおける軸方向Ｆｓの中間部位には、オーバルシャフト部３を構成するカム本体部３ｃを一体形成する。

したがって、このような筒形の入力回転体１１を用いれば、ケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間Ｓを確保できるため、ケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の本数が多くなった場合であっても、他の周辺構造と併せて全体の煩雑化を回避できる利点がある。なお、符号３３は、入力回転体１１の端面に固定した入力ギアリングである。

オーバルシャフト部３は、図６に示すように、入力回転体１１に一体形成したカム本体部３ｃと、このカム本体部３ｃの外周面に沿って設けた内輪３ｂｉと、フレキシブルな外輪３ｂｏと、この内輪３ｂｉと外輪３ｂｏ間に介在させた複数の転動体３ｂｍ…を備える。例示の転動体３ｂｍ…はボールである。なお、内輪３ｂｉは、カム本体部３ｃの外周面に兼用させることも可能である。これにより、カム本体部３ｃにおける内周面１１ｉの軸直角方向の断面形状は円形状になるとともに、カム本体部３ｃにおける外周面１１ｏの軸直角方向の断面形状は楕円形状（オーバル形状）になる（図６参照）。

一方、第１アーム部１５の内面には、サーボモータ等の駆動モータ３４を固定し、この駆動モータ３４の回転シャフトに取付けた駆動ギア３４ｇを入力ギアリング３３に噛合させる。これにより、回動自在に支持される入力回転体１１に、駆動モータ３４からの回転運動が入力する。このように、回転入力部２（入力回転体１１）に、駆動モータ３４の回転運動を入力させるようにすれば、回転減速伝達装置１００は、駆動モータ３４を含めた駆動部として構成できるため、例えば、産業用ロボットのアーム部に内蔵する駆動部の小型化、更には耐久性向上及び信頼性向上に寄与できる利点がある。なお、駆動モータ３４から回転入力部２に対する回転伝達方式として、ギア伝達機構を例示したが、タイミングベルトとプーリを利用したベルト伝達機構等の他の回転伝達方式を用いてもよい。

フレックスギア部４は、全体を金属素材（特殊鋼等）によりフレキシブル性を有する無端ベルト状に構成し、図６に示すように、オーバルシャフト部３の外輪３ｂｏの外周面に沿って付設する。図４に、フレックスギア部４の全体形状を示すとともに、図５に、フレックスギア部４の一部の拡大形状を示す。フレックスギア部４は、外周面に、周方向Ｆｆに沿ったアウタギア４ｇを形成する。

また、アウタギア４ｇを構成する各歯部（山部）４ｇｓ…の一つ置きに伝達ピン本体４ｐｍ…を埋設（穴に圧入）する。この場合、各歯部（山部）４ｇｓ…は、各伝達ピン本体４ｐｍ…を支持する機能を有するため、支持強度を確保できる厚さ及び形状を選定する。なお、伝達ピン本体４ｐｍ…は、各歯部（山部）４ｇｓ…の一つ置きに配した例を示したが、各伝達ピン本体４ｐｍ…の間隔は任意に設定できる。各伝達ピン本体４ｐｍ…は、剛性の高い耐摩耗性を有する金属素材を使用し、図３～図５に示すように、断面が円形となる丸棒状に形成し、図８に示すように、一端側を、各歯部（山部）４ｇｓ…に埋設するとともに、他端側を、フレックスギア部４の側面から横側方（図８では上方）に突出させる。これにより、各伝達ピン本体４ｐｍ…は、フレックスギア部４の周方向Ｆｆに沿って一定間隔置きに配される。

さらに、フレックスギア部４の横側方から突出する各伝達ピン本体４ｐｍ…の他端側には伝達ローラ４ｐｒ…の偏心位置を回動自在に取付ける。これにより、各伝達ローラ４ｐｒ…の偏心位置が各伝達ピン本体４ｐｍ…により回動自在に支持される。このように、フレックスギア部４から突出した伝達ピン本体４ｐｍ…と、この伝達ピン本体４ｐｍ…を軸にして偏心位置が回動自在に支持される伝達ローラ４ｐｒ…により伝達ピン部４ｐ…が構成される。なお、伝達ピン部４ｐ…はこのような伝達ピン本体４ｐｍ…と伝達ローラ４ｐｒ…により構成することが望ましいが、伝達ローラ４ｐｒ…を使用することなく伝達ピン本体４ｐｍ…の形状を選定した一体化した伝達ピン部４ｐ…であってもよい。

他方、フレックスギア部４の内周面であって、各歯部（山部）４ｇｓ…間の谷部４ｇｄ…に対応するそれぞれの位置には、図５に示すように、Ｕ形形状となる切込部４ｃ…を放射方向Ｆｄに形成する。これにより、各谷部４ｇｄ…と各切込部４ｃ…間の厚さは、オーバルシャフト部３の回転に対して円滑かつ安定に追従可能なフレキシブル性（弾性）が確保される。図５における実線部分が、図４に示すフレックスギア部４がインターナルギア部５から最離間したときの形状を示すとともに、図５における仮想線部分が、図４に示すフレックスギア部４がインターナルギア部５に最接近したときの形状を示している。

インターナルギア部５は、全体を金属素材により剛性を有するリング状に形成し、図３に示すように、内周面には、周方向Ｆｆに沿ったインナギア５ｇを形成する。そして、図２に示すように、インターナルギア部５の外周面を第１アーム部１５の内面に取付けて固定するとともに、インナギア５ｇに、上述したフレックスギア部４のアウタギア４ｇを噛合させる。この際、インターナルギア部５に形成するインナギア５ｇの一周の歯数は、フレックスギア部４に形成するアウタギア４ｇの一周の歯数に対して、多くなるように設定する。例示の場合、アウタギア４ｇの歯数を「Ｎ」に設定し、インナギア５ｇの歯数は「Ｎ＋２」に設定した。

この場合、フレックスギア部４の全体の外周形状は楕円形となるため、フレックスギア部４は、インナギア５ｇに対して１８０〔°〕の位置関係となる二個所の噛合位置Ｔ，Ｔで噛合する。このように、フレックスギア部４を、インナギア５ｇに対して１８０〔°〕の位置関係となる二個所の噛合位置Ｔ，Ｔで噛合させるようにすれば、フレックスギア部４を、最も、単純な形状となる楕円形状を選定できるため、例えば、三個所以上の噛合位置Ｔ…で噛合させる場合に要求される精度に対してより低く抑えることが可能となり、製造容易性及び加工容易性を高めることができるとともに、耐久性，静音性及び信頼性の向上にも寄与できる利点がある。

回転出力機構６は、リング状に形成した出力プレート保持体１２を備え、この出力プレート保持体１２は、この内周面と入力回転体１１の外周面間に配したベアリング（ローラベアリング）３６により内周面側が支持されるとともに、この出力プレート保持体１２の外周面と第１アーム部１５の内面間に配したクロスローラベアリング３７により外周面側が支持される。出力プレート保持体１２におけるフレックスギア部４に対向する端面１２ｓには、出力プレート部７を嵌合させるリング凹部１２ｈを形成し、このリング凹部１２ｈに、図２に示す出力プレート部７を嵌合させる。一方、出力プレート保持体１２におけるリング凹部１２ｈを有する端面１２ｓに対して反対側の端面１２ｔには、出力接続プレート３８を固定する。

また、出力プレート部７はリング形（リング板状）に形成するとともに、伝達ローラ４ｐｒ…が係合可能な複数の係合孔７ｓｈ…を形成する。係合孔７ｓｈ…は、出力プレート部７の周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに形成するとともに、出力プレート部７が回転したときの伝達ローラ４ｐｒ…の変位を許容できるように、放射方向Ｆｄに沿ったスリット状の長孔として形成する。なお、出力プレート部７をリング形に形成すれば、ケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間を確保可能になるとともに、特に、筒形に形成する入力回転体１１と組合わせることにより、全体構造のシンプル化及び高剛性化に寄与できる利点がある。その他、図１及び図２において、符号４０…は、シールリングを示す。

このように、回転出力機構６を構成するに際し、伝達ピン本体４ｐｍ…を軸にして偏心位置が支持される伝達ローラ４ｐｒ…，及びこの伝達ローラ４ｐｒ…が係合し、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに形成するとともに、回転伝達時に伝達ローラ４ｐｒ…の変位を許容する複数の係合孔７ｓｈ…を放射方向Ｆｄに設けたリング形の出力プレート部７を用いて構成すれば、周方向Ｆｆの異なる位置で生じる係合孔７ｓｈ…に対する伝達ピン部４ｐ…の変位を有効に吸収することができる。したがって、係合孔７ｓｈ…と伝達ピン本体４ｐｍ…を直接係合させた際に生じる無用な応力を排除し、伝達ピン部４ｐ…から回転出力機構６への回転伝達を安定かつ円滑に行うことができるとともに、無用なロス分を排除して回転伝達効率をより向上させることができる。

よって、このような基本形態に係る回転減速伝達装置１００によれば、回転運動が入力する回転入力部２と、この回転入力部２と一体に回転するカム本体部３ｃ，及びこのカム本体部３ｃの外周に沿って設けた内輪３ｂｉとフレキシブルな外輪３ｂｏ間に複数の転動体３ｂｍ…を介在させたオーバルシャフト部３と、インナギア５ｇを内周に形成し、かつ位置を固定したインターナルギア部５と、外周の周方向Ｆｆに沿って形成し、かつインナギア５ｇに対して歯数を少なくして、オーバルシャフト部３の外周に付設した際に、周方向Ｆｆにおける二個所（一般的には複数個所）の噛合位置Ｔ…でインナギア５ｇに噛合するアウタギア４ｇを有するとともに、側面から突出し、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン本体４ｐｍ…及びこの伝達ピン本体４ｐｍ…を軸にして偏心位置が回動自在に支持される伝達ローラ４ｐｒ…により構成した伝達ピン部４ｐ…を有するフレックスギア部４と、この伝達ピン部４ｐ…が係合し、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに設けるとともに、回転伝達時に伝達ピン部４ｐ…の変位を許容する複数の係合孔７ｓｈ…を放射方向Ｆｄに設けた出力プレート部７を有する回転出力機構６とを備えるため、薄肉の金属弾性プレート材を用いて全体形状をカップ状に形成する従来のフレクスプラインは不要になる。

この結果、容易に製造可能となり、製造コストの大幅な削減を図れるとともに、金属疲労や動作不良等も大幅に低減できるため、耐久性及び信頼性の向上を図ることができるなど、イニシャルコスト及びランニングコストの双方における大幅なコストダウンを実現できる。しかも、従来のフレクスプラインが不要になることから、軸方向Ｆｓにおける配設スペースのサイズダウンを図ることができ、全体構造における薄型化が可能になる。したがって、小型化に限界のあった、特に産業用ロボット等の更なる小型化を容易に実現することができる。

また、回転減速伝達装置１００を、ロボットＲを構成する任意のアーム部１５と他のアーム部１６を連結する関節機構Ｍｊに用いれば、関節機構Ｍｊの薄型化（小型化）、耐久性及び信頼性の向上に寄与できるため、特に、生産ラインに設置するための最適な産業用ロボット（垂直多関節ロボットＲｖ，水平多関節ロボット，デルタ型ロボット等）を構築できる利点がある。

次に、このような基本形態を有する回転減速伝達装置１００の動作について、図１～図９を参照し、主に図１０（ａ）～（ｄ）に従って説明する。なお、図１０（ａ）～（ｄ）は原理図のため、カム本体部３ｃの楕円形状は誇張した細長形状で描いている。

まず、ロボットコントローラ２３により駆動モータ３４をＯＮ制御すれば、駆動モータ３４が作動し、駆動ギア３４ｇが回転する。この回転運動は入力ギアリング３３に伝達されるとともに、さらに、カム本体部３ｃを含む入力回転体１１に伝達される。これにより、カム本体部３ｃは比較的高速で回転する。

図１０（ａ）は、カム本体部３ｃの回転が開始する前の状態を示している。この状態では、カム本体部３ｃが位置Ｐｓで停止し、カム本体部３ｃの長手方向（楕円直径の最大方向）は上下方向となる。したがって、フレックスギア部４における始点は符号Ｘｓの位置にありインターナルギア部５の基準点Ｘｏに一致する。図１０（ａ）の状態では、フレックスギア部４のアウタギア４ｇがインターナルギア部５のインナギア５ｇに対して上下二個所の噛合位置Ｔ，Ｔで噛合する。

次いで、カム本体部３ｃが、図１０（ａ）の位置Ｐｓから矢印Ｄｒ方向に９０°回転した状態を想定する。この状態を図１０（ｂ）に示す。この場合、カム本体部３ｃは、位置Ｐｓから時計方向へ９０°回転した位置Ｐ１まで変位する。これにより、カム本体部３ｃの長手方向は、図１０（ｂ）に示すように左右方向となる。したがって、カム本体部３ｃの回転時には、アウタギア４ｇがインナギア５ｇに噛合する上側の噛合位置Ｔ（下側の噛合位置Ｔも同じ）が時計方向に噛み合いつつ９０°移動することになる。この際、アウタギア４ｇの歯数はＮ、インナギア５ｇの歯数はＮ＋２のため、フレックスギア部４の始点は、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ１＝（３６０°／Ｎ）×２）／４だけ、反時計方向となる位置Ｘ１へ変位する。

さらに、カム本体部３ｃが図１０（ｂ）の位置Ｐ１から矢印Ｄｒ方向に９０°回転した状態を想定する。この状態を図１０（ｃ）に示す。この場合、カム本体部３ｃは位置Ｐ１から時計方向へ９０°回転した位置Ｐ２まで変位する。これにより、カム本体部３ｃの長手方向は、図１０（ｃ）に示すように上下方向となる。したがって、フレックスギア部４の始点は、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ２＝（３６０°／Ｎ）×２）／２だけ反時計方向となる位置Ｘ２へ変位する。

次いで、カム本体部３ｃが図１０（ｃ）の状態から矢印Ｄｒ方向に１８０°回転した状態を想定する。この状態を図１０（ｄ）に示す。この場合、カム本体部３ｃは位置Ｐ２から１８０°回転した位置Ｐ３まで変位する。これにより、カム本体部３ｃの長手方向は、上下方向となり、図１０（ｃ）の位置に対して上下反転する。したがって、フレックスギア部４の始点は、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ３＝（３６０°／Ｎ）×２）だけ反時計方向となる位置Ｘ３へ変位する。以上により、カム本体部３ｃは、時計方向へ１回転するとともに、フレックスギア部４は、歯数「２」だけ反時計方向へ移動する減速処理が行われる。

さらに、減速されたフレックスギア部４の回転運動は、回転出力機構６に伝達される。即ち、フレックスギア部４から突出する伝達ピン部４ｐ…は、出力プレート部７の係合孔７ｓｈ…に係合する偏心位置が支持される伝達ローラ４ｐｒ…を備えるため、出力プレート部７はフレックスギア部４の回転運動に完全に同調して回転する。この場合、伝達ピン部４ｐ…は、カム本体部３ｃの外周面の軌跡に従って放射方向Ｄｄに反復変位するが、この変位は、長孔により形成した係合孔７ｓｈ…により吸収される。

そして、図２に示すように、出力プレート部７の回転運動は、入力した回転運動に対して大きく減速されるとともに、出力プレート保持体１２，出力接続プレート３８を含む出力プレート部７以外の回転出力機構６を介して第２アーム部１６に伝達され、第２アーム部１６が回転変位する。即ち、第１アーム部１５を支点に高精度で回転制御される。

次に、このような基本形態を踏まえ、本発明の好適実施形態に係る回転減速伝達装置１について、図１１～図１４を参照して詳細に説明する。

本実施形態は、前述した基本形態における、特に、伝達ピン部４ｐ…と出力プレート部７を変更した点が異なる。即ち、本実施形態は、図１１～図１４に示すように、側面から突出し、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン部４ｐ…を有するフレックスギア部４を備えるとともに、各伝達ピン部４ｐ…が係合し、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに設けるとともに、回転伝達時に、伝達ピン部４ｐ…の変位を許容する係合孔７ｓｈ…を形成した係合部７ｓ…を設けた出力プレート部７を有する基本構成は基本形態と同じであるが次の点が異なる。

第一に、伝達ピン部４ｐを構成するに際し、基本形態では、伝達ピン本体４ｐｍにより伝達ローラ４ｐｒの偏心位置を支持する構成を採用したが、第一実施形態では、伝達ピン部４ｐを構成するに際し、フレックスギア部４から突出した伝達ピン本体４ｐｍと、この伝達ピン本体４ｐｍを軸にして中心位置が回動自在に支持される伝達ローラ４ｐｒにより構成した。したがって、伝達ピン部４ｐ…が係合孔７ｓｈ…に係合する際における伝達ピン部４ｐ…と係合孔７ｓｈ…間の接触摩擦を低減できるため、フレックスギア部４から出力プレート部７への回転伝達を効率的かつ安定に行えるとともに、無用な発熱や減耗を排除して長期使用における信頼性を高めることができる点は基本形態と同様である。

第二に、リング板状に形成した出力プレート部７の周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに形成する複数の係合孔７ｓｈ…を設けるに際し、基本形態では、出力プレート部７が回転したときの伝達ローラ４ｐｒ…の変位を許容できるように、放射方向Ｆｄに沿ったスリット状の長孔により形成したが、第一実施形態では、図１１～図１３に示すように、伝達ピン部４ｐ…の周面（伝達ローラ４ｐｒ…の周面）が常時当接し、かつ出力プレート部７の周方向Ｆｆ及び放射方向Ｆｄへの当該伝達ピン部４ｐ…の変位を許容する複方向係合孔７ｓｍ…により形成した。

即ち、図１３に示すように、各複方向係合孔７ｓｍ…は、出力プレート部７の周方向Ｆｆに沿って、Ｑｓ〔°〕（例示は、１４．４〔°〕）間隔毎に形成するため、例えば、約１／４周の範囲Ｚｓでは、七つの複方向係合孔７ｓｍ…が形成される。したがって、今、図１３に示すように、最上部に位置する複方向係合孔７ｓｍにおいて、伝達ローラ４ｐｒの上端位置が当該複方向係合孔７ｓｍの内面上端となる当接位置Ｘ１で当接しているものとする。そして、出力プレート部７の回転方向が時計回りであるとすれば、カム本体部３ｃがＱｓ〔°〕だけ回転することにより、伝達ローラ４ｐｒと複方向係合孔７ｓｍの当接位置Ｘ２は、伝達ローラ４ｐｒから見て反時計方向へＱｓ〔°〕だけ角度変位する。同様に、カム本体部３ｃが、Ｑｓ〔°〕×２だけ回転することにより、伝達ローラ４ｐｒと複方向係合孔７ｓｍの当接位置Ｘ３は、伝達ローラ４ｐｒから見て反時計方向へＱｓ〔°〕×２だけ変位するとともに、さらに、カム本体部３ｃが、Ｑｓ〔°〕×３だけ回転することにより、伝達ローラ４ｐｒと複方向係合孔７ｓｍの当接位置Ｘ４は、伝達ローラ４ｐｒから見て反時計方向へＱｓ〔°〕×３だけ変位する。そして、カム本体部３ｃが、Ｑｓ〔°〕×６だけ回転すれば、伝達ローラ４ｐｒと複方向係合孔７ｓｍの当接位置Ｘ７は、伝達ローラ４ｐｒから見て反時計方向へＱｓ〔°〕×６だけ変位し、約１／４周する。なお、Ｘ５，Ｘ６も途中の当接位置を示している。

したがって、複方向係合孔７ｓｍの形状は、カム本体部３ｃが回転する３６０〔°〕のいずれの角度位置においても、伝達ローラ４ｐｒの外周面が複方向係合孔７ｓｍの内周面に当接、特に、均一な圧力により常時当接するように形成すればよい。このため、複方向係合孔７ｓｍを形成するに際しては、高い加工精度（形状精度）が要求されるが、周方向Ｆｆの異なる位置で生じる係合孔７ｓｈ…に対する伝達ピン部４ｐ…の周方向Ｆｆ及び放射方向Ｆｄの変位を、いわばカム方式により吸収できるため、係合孔７ｓｈ…と伝達ピン部４ｐ…を係合させた際に生じる無用な応力を排除し、伝達ピン部４ｐ…から出力プレート部７に対する安定かつ円滑な回転伝達を行うことができるとともに、特に、剛性が高まることによる精度の高い回転伝達を行うことができる利点がある。

また、図１４は、本実施形態において使用するフレックスギア部４を示しているが、基本形態に対して、各切込部４ｃ…を、より広く形成するとともに、各切込部４ｃ…間に、各伝達ピン本体４ｐｍ…を配した点を異ならせた変更例として示している。その他、図１１～図１４において、図１～図１０と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。

よって、このような本実施形態に係る回転減速伝達装置１によれば、特に、基本構成として、回転運動が入力する回転入力部２と、この回転入力部２と一体に回転するカム本体部３ｃ，及びこのカム本体部３ｃの外周に沿って設けた内輪３ｂｉとフレキシブルな外輪３ｂｏ間に複数の転動体３ｂｍ…を介在させたオーバルシャフト部３と、インナギア５ｇを内周に形成し、かつ位置を固定したインターナルギア部５と、外周の周方向Ｆｆに沿って形成し、かつインナギア５ｇに対して歯数を少なくして、オーバルシャフト部３の外周に付設した際に、周方向Ｆｆにおける複数の噛合位置Ｔ…でインナギア５ｇに噛合するアウタギア４ｇを有するとともに、側面から突出し、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン部４ｐ…を有するフレックスギア部４と、各伝達ピン部４ｐ…が係合し、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに設けるとともに、回転伝達時に伝達ピン部４ｐ…の周方向Ｆｆ及び／又は放射方向Ｆｄの変位を許容する係合孔７ｓｈ…を形成した係合部７ｓ…を設けた出力プレート部７を有する回転出力機構６とを備えてなるため、前述した基本形態に係る回転減速伝達装置１００と同様の作用効果を享受することができる。

即ち、薄肉の金属弾性プレート材を用いて全体形状をカップ状に形成する従来のフレクスプラインは不要になるため、容易に製造可能となり、製造コストの大幅な削減を図れるとともに、金属疲労や動作不良等も大幅に低減できるため、耐久性及び信頼性の向上を図ることができるなど、イニシャルコスト及びランニングコストの双方における大幅なコストダウンを実現できる。また、従来のフレクスプラインが不要になるため、軸方向Ｆｓにおける配設スペースのサイズダウンを図ることができる。したがって、全体構造における薄型化が可能になり、小型化に限界のあった、特に産業用ロボット等の更なる小型化を容易に実現できる。

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、回転出力機構６には、回動自在に支持され、かつ端面１２ｓに、出力プレート部７を保持するリング凹部１２ｈを形成したリング形の出力プレート保持体１２を設けた形態を例示したが、同一の機能を発揮できる他の構成により置換する場合を排除するものではない。また、各伝達ピン４ｐ…は、アウタギア４ｇにおける各歯部（山部）４ｇｓの位置に対応して設けた場合を例示したが、必ずしも位置を対応させる必要はないとともに、各伝達ピン４ｐ…の数量及び間隔は、各歯部（山部）４ｇｓ…の数量と間隔に一致させる必要はない。一方、入力する回転運動として駆動モータ３４の回転運動を例示したが、他の各種の回転運動源を適用できる。さらに、各部の形成素材として金属素材を例示したが合成樹脂素材や繊維強化複合素材等であってもよいし、弾性が不要となる部品についてはセラミックス素材等であってもよく、素材の種類は限定されない。なお、フレックスギア部４の内周面であって、各歯部（山部）４ｇｓ…間の谷部４ｇｄ…に対応するそれぞれの位置に、Ｕ形形状となる切込部４ｃ…を放射方向Ｆｄに形成した場合を例示したが、切込部４ｃ…の形状や位置（間隔）は任意である。

本発明に係る回転減速伝達装置は、産業用ロボットのアーム部を連結する関節機構をはじめ、入力する回転運動を減速して出力する機能を必要とする各種回転減速伝達装置として利用できる。

１００：回転減速伝達装置，１：回転減速伝達装置，２：回転入力部，３：オーバルシャフト部，３ｃ：カム本体部，３ｂｉ：内輪，３ｂｏ：外輪，３ｂｍ…：転動体，４：フレックスギア部，４ｇ：アウタギア，４ｐ…：伝達ピン部，４ｐｍ…：伝達ピン本体，４ｐｒ…：伝達ローラ，５：インターナルギア部，５ｇ：インナギア，６：回転出力機構，７：出力プレート部，７ｓ…：係合部，７ｓｈ…：係合孔，７ｓｍ…：複方向係合孔，１１：入力回転体，１１ｉ：内周面，１１ｏ：外周面，１５：任意のアーム，１６：他のアーム．Ｆｆ：周方向，Ｆｄ：放射方向，Ｆｓ：軸方向，Ｔ…：噛合位置，Ｋａ：ケーブル類，Ｋｂ：ケーブル類，Ｓ：配線空間，Ｒ：ロボット，Ｍｊ：関節機構

Claims (2)

1. ロボットを構成する任意のアーム部と他のアーム部を連結する関節機構に設けることにより入力する回転運動を減速して出力する回転減速伝達装置であって、内周面の内方を、ケーブル類の配線空間に形成するとともに、筒形の入力回転体により構成した回転運動が入力する回転入力部と、前記入力回転体の外周面に設けることにより前記回転入力部と一体に回転するカム本体部及びこのカム本体部の外周に沿って設けた内輪とフレキシブルな外輪間に複数の転動体を介在させたオーバルシャフト部と、インナギアを内周に形成し、かつ位置を固定したインターナルギア部と、外周の周方向に沿って形成し、かつ前記インナギアに対して歯数を少なくして、前記オーバルシャフト部の外周に付設した際に、周方向における１８０〔°〕の位置関係となる二個所の位置で前記インナギアに噛合するアウタギアを有するフレックスギア部と、このフレックスギア部の側面から突出した伝達ピン本体及びこの伝達ピン本体を軸にして中心位置が回動自在に支持された伝達ローラにより構成するとともに、当該フレックスギア部の周方向に沿って所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン部と、各伝達ピン部が係合し、かつ周方向に沿って所定間隔置きに設けるとともに、回転伝達時に前記伝達ピン部の前記周方向及び／又は放射方向の変位を許容する係合孔を形成した係合部を設けたリング形の出力プレート部を有する回転出力機構とを備え、前記係合部を、前記伝達ピン部の周面が常時当接し、かつ当該出力プレート部の前記周方向及び前記放射方向への当該伝達ピン部の変位を許容する複方向係合孔により構成してなることを特徴とする回転減速伝達装置。
2. 前記フレックスギア部は、内周面に、フレキシブル性を確保する切込部を形成するとともに、各切込部間に、前記伝達ピン本体を配したことを特徴とする請求項１記載の回転減速伝達装置。

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