JP7244565B2

JP7244565B2 - 関節ユニット

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Publication number: JP7244565B2
Application number: JP2021056071A
Authority: JP
Inventors: 勝嗣深町; 圭司外川; 洋大澤
Original assignee: Sony Interactive Entertainment Inc
Current assignee: Sony Interactive Entertainment Inc
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2041-03-29
Also published as: US20220305677A1; US11613028B2; JP2022153044A

Description

本発明は関節ユニットに関する。

下記特許文献１には、ロボット等のアームを動かすことができる関節ユニットが開示されている。関節ユニットには、互いに向き合う２つの傘歯ギア（以下では、対向ギアと称する）が設けられ、これらの間に１つの傘歯ギア（以下では、中間ギアと称する）が位置している。中間ギアはアームと接続し、中間ギアには２つの対向ギアの双方が噛み合っている。２つの対向ギアは互いに異なるモータの動力を受け、互いに独立して回転可能である。２つの対向ギアの間から見て２つの対向ギア同じ方向に回転する場合（例えば、双方が時計回りに回転する場合）、中間ギアは、中間ギアの軸線を中心に回転する。また、２つの対向ギアの間から見て２つの対向ギアが互いに異なる方向に回転する場合（例えば、一方が時計回りに回転し、他方が反時計回りに回転する場合）、中間ギアは、対向ギアの軸線を中心に回転移動する。この２種類の中間ギアの動きにより、中間ギアに接続されるアームを２方向（例えば、前後方向及び左右方向）において動作させることが可能である。

国際公開第２０１７／２１７４１５号

対向ギアと中間ギアとで歯と歯の間の隙間（バックラッシュ）が大きい場合、対向ギアが回転を開始した際に、対向ギアの歯と中間ギアとの歯との衝突が生じる。このことが、騒音や振動が発生する原因になる。バックラッシュは歯の摩耗によっても大きくなるため、対向ギアと中間ギアとの少なくとも一方には、バックラッシュを低減するための機構が設けられることが好ましい。

本発明の目的は、対向ギアと中間ギアとのバックラッシュを低減できる関節ユニットを提供することにある。

本発明に係る関節ユニットは、互いに対向する２つの傘歯ギア部をそれぞれ含む２つの対向ギアと、前記２つの傘歯ギア部の双方に噛み合う傘歯ギア部を含む中間ギアと、を含む。前記２つの対向ギアのそれぞれと前記中間ギアとのうちの一方のギアは、前記一方のギアの傘歯ギア部の内周部分を含む第１部材と、前記一方のギアの傘歯ギア部の外周部分を含む第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とのうちの一方の部材に取り付けられ、他方の部材を前記一方のギアの回転方向に沿った方向で付勢する弾性部材と、を含む。本発明によれば、対向ギアと中間ギアとのバックラッシュを低減できる。

本発明の実施形態の一例に係る関節ユニットを示す斜視図である。関節ユニットを示す正面図である。関節ユニットの一部分を示す正面図である。関節ユニットの一部分を示す正面図である。図１ＢのＩＩＩ‐ＩＩＩ切断線における断面を示す断面図である。対向ギアを示す斜視図である。対向ギアの分解斜視図である。対向ギアの第１部材を示す斜視図である。対向ギアの規制部を示す図である。対向ギアの傘歯を示す拡大図である。本発明の他の実施形態の一例に係る対向ギアの分解斜視図である。本発明の他の実施形態の一例に係る関節ユニットの一部分を示す正面図である。本発明の変形例に係る弾性部材及び第２部材を示す斜視図である。本発明の変形例に係る弾性部材及び第２部材を示す斜視図である。本発明の変形例に係る弾性部材及び第２部材を示す斜視図である。

［第１の実施形態］
最初に、本開示の実施形態の一例（第１の実施形態）について図面を参照しながら説明する。図１Ａは、本発明の実施形態の一例に係る関節ユニット１を示す斜視図である。図１Ｂは、関節ユニット１の正面図である。図２Ａ及び図２Ｂは、図１Ｂの拡大図であり、関節ユニット１に設けられる２つの対向ギア２（２Ａ，２Ｂ）と、中間ギア３とを示している。図３は、図１ＢのＩＩＩ‐ＩＩＩ切断線における断面を示す断面図である。これらの図面においては、各図に示すＸ１及びＸ２をそれぞれ左方向及び右方向と称し、Ｙ１及びＹ２をそれぞれ前方及び後方と称し、Ｚ１及びＺ２をそれぞれ上方及び下方と称する。

［関節ユニットの概要］
関節ユニット１は、ロボット等のアームを動かすためにロボット等に取り付けられる。関節ユニット１は、例えば、人又は動物を模したロボットに取り付けられ、ロボットの首、腕、足、腰等を動かす関節として機能する。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、関節ユニット１は、互いに対向する２つの対向ギア２（２Ａ及び２Ｂ）と、これら２つの対向ギア２のそれぞれによって相対的に駆動される中間ギア３とを有している。２つの対向ギア２は、互いに対向する２つの傘歯ギア部２７をそれぞれ含む。中間ギア３は傘歯ギア部３７を含み、この傘歯ギア部３７が、２つの対向ギア２のそれぞれに設けられる２つの傘歯ギア部２７の双方に噛み合っている。図１Ａ及び図１Ｂに示した例では、中間ギア３の左右方向において、２つの対向ギア２の傘歯ギア部２７が対向している。より具体的には、対向ギア２Ａが中間ギア３の左に位置し、対向ギア２Ｂが中間ギア３の右に位置している。これに限らず、２つの対向ギア２は、中間ギア３を挟んで他の方向（例えば、上下方向や左右且つ上下の斜め方向）で対向していてもよい。

また、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、２つの対向ギア２のそれぞれの傘歯ギア部２７ギアは、対向ギア２の回転方向に沿って並ぶ複数の歯２７１を有し、中間ギア３の傘歯ギア部３７も、中間ギア３の回転方向に沿って並ぶ複数の歯３７１を有する。対向ギア２に設けられる複数の歯２７１のそれぞれの幅は、対向ギア２の外周に向かうにつれて徐々に大きくなっている。中間ギア３に設けられる複数の歯３７１のそれぞれの幅も、中間ギア３の外周に向かうにつれて徐々に大きくなっている。なお、対向ギア２に設けられる歯２７１は、後述するギア内周部分２７ａの歯２７１ａと、後述するギア外周部分２７ｂの歯２７１ｂとを含んで構成される。

関節ユニット１は、図１Ａに示す第１軸線Ａｘ１を中心とした中間ギア３の対向ギア２に対する相対的な回転と、第２軸線Ａｘ２を中心とした中間ギア３の対向ギア２に対する相対的な回転とを許容するよう構成されている。中間ギア３には、傘歯ギア部３７の反対側に基部３８が固定されている。この基部３８に、例えば図示しないアームが固定され、中間ギア３が第１軸線Ａｘ１と第２軸線Ａｘ２とのそれぞれで回転することによって、第１軸線Ａｘ１を中心としたアームの動きと、第２軸線Ａｘ２を中心としたアームの動きを実現できる。また、関節ユニット１は、アームの端部に設けられてもよく、この場合、中間ギア３の基部３８に対して関節ユニット１（より具体的には、２つの対向ギア２）が相対的に動くことによって、第１軸線Ａｘ１を中心としたアームの動きと、第２軸線Ａｘ２を中心としたアームの動きを実現できる。

図１Ａに示すように、関節ユニット１は、２つのモータ４（４Ａ及び４Ｂ）を含む。モータ４Ａは対向ギア２Ａを駆動させ、モータ４Ｂは対向ギア２Ｂを駆動させる。より具体的には、関節ユニット１は２つの対向ギア２にそれぞれ固定される２つの駆動ギア２８を含み、２つの駆動ギア２８が２つのモータ４にそれぞれ接続している。これにより、２つの対向ギア２は、異なるモータ４の動力を受けて、第１軸線Ａｘ１を中心に互いに独立して回転できる。２つの対向ギア２は、これら２つの対向ギア２の間から見て、同じ方向に回転したり、反対方向に回転したりすることができる。また、２つの対向ギア２は、同じ方向に回転しながら回転の速度が互いに異なるように回転することもできる。また、２つの対向ギア２のうち一方は停止している状態で、他方だけが回転することも可能である。

なお、関節ユニット１の内側では、２つのモータ４が前後方向に並び、前後方向において重なるように配置されている。このように２つのモータ４を配置することで、関節ユニット１の内側のスペースを有効に活用することができる。また、関節ユニット１では、２つのモータ４をそれぞれ制御する２つの制御基板５も、前後方向において重なっている。

本実施形態において、２つの対向ギア２が、これら２つの対向ギア２の間から見て、同じ方向に回転するとは、２つの対向ギア２の双方が、図１ＡにおいてＲ１で示した方向に回転するか、または、２つの対向ギア２の双方が、図１ＡにおいてＲ２で示した方向に回転することである。また、本実施形態において、２つの対向ギア２が、これら２つの対向ギア２の間から見て、互いに反対の方向に回転するとは、２つの対向ギア２のうち一方のギアが図１ＡにおいてＲ１で示した方向に回転し、他方のギアが図１ＡにおいてＲ２で示した方向に回転することである。

２つの対向ギア２が互いに反対方向に回転する場合（２つの対向ギア２のうち一方のギアが図１ＡのＲ１で示した方向に回転し、他方のギアが図１ＡのＲ２で示した方向に回転する場合）、中間ギア３は第２軸線Ａｘ２を中心に相対的に回転する。このような中間ギア３の第２軸線Ａｘ２を中心とした相対的な動きを、以下ではロール動作とも称する。また、２つの対向ギア２が同じ方向に回転する場合（２つの対向ギア２の双方が、図１ＡのＲ１又はＲ２で示した方向に回転する場合）、中間ギア３は、第１軸線Ａｘ１を中心として相対的に回転（移動）する。このような中間ギア３の第１軸線Ａｘ１を中心とした相対的な動きを、以下ではピッチ動作とも称する。中間ギア３は、ピッチ動作と、ロール動作と、ピッチ動作及びロール動作を複合した動作とを行うことができる。

［対向ギアの構成］
図４は、対向ギア２を示す斜視図である。図５は、対向ギアの分解斜視図である。本実施形態では、２つの対向ギア２が同一の構造を有しており、２つの対向ギア２が互いに異なる構造を有している場合に比べて対向ギア２の各部材の製造を簡便にできる。図４及び図５に示すように、対向ギア２は、第１部材２１及び第２部材２２により構成される。第１部材２１は対向ギア２の傘歯ギア部２７の内周部分２７ａ（以下では、ギア内周部分２７ａと称する）を含み、第２部材２２は対向ギア２の傘歯ギア部２７の外周部分２７ｂ（以下では、ギア外周部分２７ｂと称する）を含んでいる。第１部材２１と第２部材２２とを組み合わせることにより、ギア内周部分２７ａはギア外周部分２７ｂの内側かつ先端側に配置されて、１つの傘歯ギア部２７が構成される。傘歯ギア部２７はギア内周部分２７ａとギア外周部分２７ｂとに分割可能である。ギア内周部分２７ａは対向ギア２の回転方向に沿って並ぶ複数の歯２７１ａを有し、ギア外周部分２７ｂも対向ギア２の回転方向に沿って並ぶ複数の歯２７１ｂを有している。図４に示すように、ギア内周部分２７ａの歯２７１ａとギア外周部分２７ｂの歯２７１ｂとが傘歯ギア部２７の径方向に並ぶことで、傘歯ギア部２７の歯２７１が構成される。

また、図５に示すように、第２部材２２には第１筒部２３が形成されている。第１筒部２３は、対向ギア２のギア外周部分２７ｂから対向ギア２の回転中心線（第１軸線Ａｘ１）に沿って延びている。この第１筒部２３に、第１部材２１が嵌まる。第１筒部２３は円筒形であり、第１筒部２３の内側に環状のスペースＣが形成されている。第１部材２１には、対向ギア２のギア内周部分２７ａから対向ギア２の回転中心線（第１軸線Ａｘ１）に沿って延びている円筒形の第３筒部２５が形成されており、この第３筒部２５が、第１筒部２３に形成された環状のスペースＣの内側に嵌まる。

図５に示すように、第１筒部２３の内側には、第１筒部２３よりも径が小さい円筒形の第２筒部２４が設けられている。環状のスペースＣは、第１筒部２３の内周面と第２筒部２４の外周面とにより規定される。第２筒部２４が構成する円の内側には、円形の軸穴Ｈ２が形成されている。また、第１部材２１において、ギア内周部分２７ａは環状であり、その中心位置に、円形の軸穴Ｈ１が形成されている。図３に示すように、第１部材２１の軸穴Ｈ１、及び第２部材２２の軸穴Ｈ２には、対向ギア２を支持する第１支持軸６１（軸部材）が挿通される。

図５に示すように、第２部材２２は駆動ギア２８に固定される。より具体的には、駆動ギア２８は第１筒部２３に固定され、第１筒部２３を挟んで傘歯ギア部２７の外周部分２７ｂの反対側に設けられる。駆動ギア２８は、対向ギア２と一体的に形成されてもよい。駆動ギア２８はモータ４に接続し、モータ４からの動力を受ける。このため、駆動ギア２８に固定される第２部材２２に設けられるギア外周部分２７ｂには、駆動ギア２８の力が直接的に働く。また、第１部材２１は弾性部材２９Ａを介して第２部材２２に固定されるため、第１部材２１に形成されるギア内周部分２７ａには、駆動ギア２８の力が関節的に働く。

また、図５に示すように、対向ギア２は弾性部材２９Ａを有している。弾性部材２９Ａは、第２部材２２の第１筒部２３の内側（より具体的には、スペースＣの内側）に収容される。このように弾性部材２９Ａを対向ギア２の内部に収容することで、関節ユニット１の組み立てを簡便にできる。

［関節ユニットにおける配置位置の詳細］
図３に示すように、関節ユニット１は、第１軸線Ａｘ１に沿って棒状に延びる第１支持軸６１と、第２軸線Ａｘ２に沿って棒状に延びる第２支持軸６２とを有している。第２支持軸６２は、螺子６３等によって第１支持軸６１に固定されている。２つの対向ギア２は、第１支持軸６１に支持されている。第１支持軸６１は、対向ギア２の第１部材２１及び第２部材２２を貫通している。

第１支持軸６１には、リング状の軸受け部材７１が取り付けられている。軸受け部材７１は、対向ギア２の第２部材２２（より具体的には、第２筒部２４）と、第１支持軸６１との間に配置される。軸受け部材７１は対向ギア２と第１支持軸６１とに接しており、これにより、対向ギア２は、第１支持軸６１の周方向（すなわち、第１軸線Ａｘ１を中心とした周方向）に回転可能である。先述したように、対向ギア２において、円筒形の第１筒部２３の内側には円筒形の第２筒部２４が形成されており、弾性部材２９Ａは、第１筒部２３の内周面と第２筒部２４の外周面とにより規定される環状のスペースＣに収容される。そして、本実施形態では、図５に示すように、弾性部材２９Ａはリング状であるため、図３に示すように、軸受け部材７１は、第２部材２２の第２筒部２４と第１支持軸６１との間において、リング状の弾性部材２９Ａの内側に配置される。このような配置にすることで、関節ユニット１の内部のスペースを有効活用できる。また、第２支持軸６２にも、リング状の軸受け部材７２けられている。軸受け部材７２は中間ギア３と第２支持軸６２とに接しており、これにより、中間ギア３は、第２支持軸６２の周方向（すなわち、第２軸線Ａｘ２を中心とした周方向）に回転可能である。なお、軸受け部材７１，７２は、アンギュラ軸受としてよい。

本実施形態では、弾性部材２９Ａは第２部材２２（より具体的には、第１筒部２３の内側）に取り付けられ、第１部材２１を対向ギア２の回転方向に沿った方向で付勢する。なお、弾性部材２９Ａが第２部材２２に取り付けられるとは、弾性部材２９Ａの端部が第２部材２２に固定されていることであってもよいし、単に弾性部材２９Ａの端部が第２部材２２に当たっていることであってもよい。対向ギア２は、第１軸線Ａｘ１を中心とした周方向で回転可能であり、弾性部材２９Ａは、対向ギア２の回転方向に沿った方向で第１部材２１を付勢する。対向ギア２の回転方向に沿った方向とは、第１軸線Ａｘ１を中心とした周方向であり、対向ギア２の回転方向（図１ＡのＲ１，Ｒ２で示した方向）そのものであってもよいし、その逆方向であってもよい。図５に示した例では、弾性部材２９Ａはトーションバネによって実現され、トーションバネの一端が第１部材２１に固定され、トーションバネの他端が第２部材２２に固定される。これに限らず、弾性部材２９Ａとして他の種類のバネを用いてもよい。

このように、弾性部材２９Ａの弾性力で、対向ギア２の回転方向に沿った方向で第１部材２１を付勢することにより、中間ギア３の傘歯ギア部３７の歯３７１を、第１部材２１のギア内周部分２７ａの歯２７１ａと、第２部材２２のギア外周部分２７ｂの歯２７１ｂとで挟み込む機構（シザーズ機構）が構成される。これにより、対向ギア２の歯２７１と中間ギア３の歯３７１との隙間であるバックラッシュを低減でき、対向ギア２と中間ギア３とのバックラッシュに起因する騒音や振動の発生を抑制することができる。

本実施形態では、第１部材２１、第２部材２２、及び弾性部材２９Ａは２つの対向ギア２のそれぞれに含まれている。ここで、図２Ａに示したように、２つの対向ギア２にそれぞれ含まれる２つの第１部材２１は、弾性部材２９Ａにより、２つの対向ギア２の間の位置から見て同じ方向に付勢されてよい。図２Ａに示した例では、２つの第１部材２１の双方が、図１Ａ及び図２ＡにおいてＲ１で示した方向に付勢される。これに限らず、２つの第１部材２１の双方が、図１ＡにおいてＲ２で示した方向に付勢されてもよい。

このように、２つの対向ギア２にそれぞれ含まれる２つの第１部材２１が、２つの対向ギア２の間の位置から見て同じ方向に付勢させることにより、２つの対向ギア２が配置される位置で、バランスよく中間ギア３の位置制御が可能になる。このため、第１軸線Ａｘ１を中心として２つの対向ギア２を同じ方向に回転させて、第２軸線Ａｘ２を中心に中間ギア３を回転させる場合（中間ギア３にロール動作を行わせる場合）に好適である。

この他にも、図２Ｂに示したように、２つの対向ギア２にそれぞれ含まれる２つの第１部材２１は、弾性部材２９Ａにより、２つの対向ギア２の間の位置から見て互いに反対の方向に付勢されてもよい。図２Ｂに示した例では、一方の対向ギア２Ａの第１部材２１が、図１Ａ及び図２ＡにおいてＲ１で示した方向に付勢され、他方の対向ギア２Ｂの第１部材２１がＲ２で示した方向に付勢される。これに限らず、一方の対向ギア２Ａの第１部材２１が、図１ＡにおいてＲ２で示した方向に付勢され、他方の対向ギア２Ｂの第１部材２１が、図１ＡにおいてＲ１で示した方向に付勢されてもよい。

このように、２つの対向ギア２にそれぞれ含まれる２つの第１部材２１が、２つの対向ギア２の間の位置から見て互いに反対の方向に付勢させることにより、第１部材２１のギア内周部分２７ａの歯２７１ａを一方向に押し当てた状態での中間ギア３の位置制御が可能になる。このため、第１軸線Ａｘ１を中心として２つの対向ギア２を互いに反対の方向に動かして、第１軸線Ａｘ１を中心に中間ギア３を回転移動させる場合（中間ギア３にピッチ動作を行わせる場合）に好適である。

［規制部］
対向ギア２の第２部材２２は、対向ギア２の回転方向に沿った方向での第１部材２１の動きを規制する規制部を含む。図５に示すように、第２部材２２の内側には第２筒部２４が形成されており、この第２筒部２４の頂部に凹部２４ａが形成されている。第１部材２１の動きを規制する規制部は、凹部２４ａを含む。凹部２４ａは、第２筒部２４において円形の軸穴Ｈ２から僅かにずれた位置に形成されている。凹部２４ａは、第２筒部２４の端部に形成されている。

図６は、対向ギア２の第１部材２１を示す斜視図である。図６に示すように、第１部材２１の円筒形の第３筒部２５の内側に、凸部２５ａが形成されている。第１部材２１と第２部材２２とを組み合わせた際、第１部材２１に形成される凸部２５ａが第２部材２２に形成されている凹部２４ａの内側に嵌まる。これにより、対向ギア２の回転方向に沿った方向での第１部材２１の動きが規制される。

図７は、対向ギア２の規制部を示す図であり、第１部材２１に形成される凸部２５ａが第２部材２２に形成されている凹部２４ａの内側に嵌まった状態を示す。図７に示すように、第２部材２２に第１部材２１を組み合わせることにより、第１部材２１の凸部２５ａが第２部材２２の凹部２４ａの内側に嵌まる。ここで、対向ギア２の回転方向に沿った方向における一方側（図７における左側）では、凸部２５ａ縁が弾性部材２９Ａの付勢力により凹部２４ａの縁に当接し、対向ギア２の回転方向に沿った方向における他方側（図７における右側）では、凸部２５ａ縁と凹部２４ａの縁との間に隙間ΔＤ１が形成される。

第１部材２１は、第２部材２２の規制部（凹部２４ａ）において許容される範囲で動くことができる。図７に示した例では、第１部材２１は、凸部２５ａ縁と凹部２４ａの縁との間の隙間ΔＤ１の範囲で動くことができる。仮に、この許容される範囲（図７では、隙間ΔＤ１）を超えて第１部材２１が回転すると、第１部材２１に対する弾性部材２９Ａの弾性力が得られなくなる。そこで、規制部（凹部２４ａ）を設けることで、許容される範囲を超えて第１部材２１が回転するのを防ぐことができ、第１部材２１に対する弾性部材２９Ａの弾性力を担保できる。また、規制部（凹部２４ａ）を設けることで、対向ギア２の回転方向における第１部材２１と第２部材２２との位置決めを行うことができ、弾性部材２９Ａから得られる弾性力として予め設計された力を担保できる。すなわち、中間ギア３の歯に噛み合う力を設計的に担保することができる。

図８は、対向ギア２のギア内周部分２７ａの一部分とギア外周部分２７ｂの一部分とを示す拡大図であり、対向ギア２が中間ギア３と噛み合っていない状態を示す。図８に示すように、対向ギア２の規制部（凹部２４ａ）において第１部材２１の動きが許容される範囲（隙間ΔＤ１）の角度θ１は、対向ギア２の傘歯ギア部２７において隣り合う２つの歯２７１のなす角度θ２の１／２以下に設定される。なお、図８では、ギア外周部分２７ｂにおいて隣り合う２つの歯２７１ｂのなす角度をθ２としているが、ギア内周部分２７ａにおいて隣り合う２つの歯２７１ａのなす角度もこれと同一である。このようにすることで、対向ギア２のギア内周部分２７ａの歯２７１ａの間と、ギア外周部分２７ｂの歯２７１ｂの間とに、中間ギア３の歯３７１を通すことができ、対向ギア２と中間ギア３との組み合わせを容易にすることができる。規制部（凹部２４ａ）において第１部材２１の動きが許容される範囲（隙間ΔＤ１）の角度θ１は、対向ギア２の傘歯ギア部２７において隣り合う２つの歯２７１のなす角度θ２の１／３以下に設定されてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る関節ユニット１の対向ギア２は、ギア内周部分２７ａを含む第１部材２１と、ギア外周部分２７ｂを含む第２部材２２と、弾性部材２９Ａとを含み、弾性部材２９Ａは、対向ギア２の回転方向に沿った方向（第１軸線Ａｘ１を中心とした周方向）で、第１部材２１を付勢する。このようにすることで、中間ギア３の傘歯ギア部３７の歯３７１を、第１部材２１のギア内周部分２７ａの歯２７１ａと、第２部材２２のギア外周部分２７ｂの歯２７１ｂとで挟み込み、対向ギア２と中間ギア３とのバックラッシュを低減できる。

［第２の実施形態］
次に、本開示の実施形態の他の一例（第２の実施形態）について説明する。本実施形態に係る関節ユニット１は、第１の実施形態と同様に、互いに対向する２つの対向ギア２と、これら２つの対向ギア２の双方に噛み合う中間ギア３とを有している。以下では、本実施形態と第１の実施形態との相違点について、図面を参照しながら説明する。

図９は、本実施形態に係る対向ギア２の分解斜視図である。図９に示すように、本実施形態に係る対向ギア２は、第１の実施形態で説明した弾性部材２９Ａとは形状が異なる弾性部材２９Ｂを有している。図９に示した例では、弾性部材２９Ｂはコイルバネによって実現されるが、これに限らず、弾性部材２９Ｂとして他の種類のバネを用いてもよい。

図１０は、本実施形態に係る関節ユニット１の一部分を示した正面図であり、関節ユニット１に設けられる２つの対向ギア２（２Ａ，２Ｂ）と、中間ギア３とを示している。図１０に示すように、本実施形態に係る弾性部材２９Ｂは、対向ギア２の回転中心線（第１軸線Ａｘ１）に沿った方向で、対向ギア２の傘歯ギア部２７の少なくとも一部分を中間ギア３に付勢する。

対向ギア２の傘歯ギア部２７に設けられる複数の歯２７１のそれぞれの幅は、傘歯ギア部２７の外周に向かうにつれて徐々に大きくなっている。ここで、弾性部材２９Ｂが対向ギア２の回転中心線（第１軸線Ａｘ１）に沿った方向で傘歯ギア部２７の少なくとも一部分を付勢することにより、中間ギア３の傘歯ギア部３７において隣り合う２つの歯３７１の間の隙間を埋めるように、傘歯ギア部２７の歯２７１が押し込まれる。このため、弾性部材２９Ｂが対向ギア２の回転中心線（第１軸線Ａｘ１）に沿った方向で傘歯ギア部２７の少なくとも一部分を付勢することでも、対向ギア２の歯２７１と中間ギア３の歯３７１との隙間であるバックラッシュを低減でき、バックラッシュに起因する騒音や振動の発生を抑制することができる。

本実施形態では、関節ユニット１に設けられる２つの対向ギア２の双方が、弾性部材２９Ｂを含む。２つの対向ギア２にそれぞれで、弾性部材２９Ｂが傘歯ギア部２７の少なくとも一部分を付勢し、中間ギア３が両側から押されることで、対向ギア２と中間ギア３とのバックラッシュを低減でき、また、対向ギア２の回転中心線（第１軸線Ａｘ１）上における中間ギア３の位置を適正に調整（調心）できる。

図９に示すように、本実施形態に係る対向ギア２は、第１の実施形態と同様の第１部材２１と第２部材２２とを含む。このため、弾性部材２９Ｂは、対向ギア２の回転中心線（第１軸線Ａｘ１）に沿った方向で、第１部材２１を中間ギア３に付勢する。本実施形態では、関節ユニット１に設けられる２つの対向ギア２双方で、第１部材２１が付勢される。

また、弾性部材２９Ｂは、第１の実施形態で説明した弾性部材２９Ａと同様に、対向ギア２の内部に設けられる。より具体的には、図９に示すように、第２部材２２は、第１部材２１のギア外周部分２７ｂから対向ギア２の回転中心線（第１軸線Ａｘ１）に沿った方向に延びている第１筒部２３を含んでおり、弾性部材２９Ｂは、この第２部材２２の第１筒部２３の内側に設けられる。これにより、関節ユニット１の組み立てを簡便にできる。円筒形の第１筒部２３の内側には、円筒形の第２筒部２４が形成されており、弾性部材２９Ｂは、第１筒部２３の内周面と第２筒部２４の外周面とにより規定される環状のスペースＣに収容される。

また、本実施形態に係る関節ユニット１は、図３で示した関節ユニット１と同様の構成を有しており、弾性部材２９Ｂは、図３における弾性部材２９Ａの配置位置と同じ位置に配置される。本実施形態でも、関節ユニット１は、対向ギア２の第１部材２１及び第２部材２２を貫通する第１支持軸６１（軸部材）と、第２部材２２（より具体的には、第２筒部）と第１支持軸６１との間に配置される軸受け部材７１とを含んでいる。図９に示したように、本実施形態でも弾性部材２９Ｂはコイル型であり、軸受け部材７１は、第２部材２２の第２筒部２４と第１支持軸６１との間において、弾性部材２９Ｂの内側に位置に配置される。このような配置にすることで、関節ユニット１の内部のスペースを有効活用できる。

以上説明したように、本実施形態に係る関節ユニット１では、弾性部材２９Ｂは、対向ギア２の回転中心線（第１軸線Ａｘ１）に沿った方向で、対向ギア２の傘歯ギア部２７の少なくとも一部分を中間ギア３に付勢する。このようにすることで、対向ギア２の歯２７１と中間ギア３の歯３７１との隙間であるバックラッシュを低減できる。

［変形例］
本発明は以上説明した関節ユニット１に限られず、種々の変更がなされてよい。例えば、第１の実施形態では、２つの対向ギア２が、ギア内周部分２７ａを含む第１部材２１と、ギア外周部分２７ｂを含む第２部材２２とに分割可能であり、対向ギア２の第１部材２１を弾性部材２９Ａによって付勢する形態について説明したが、これに限らず、中間ギア３が、傘歯ギア部３７の内周部分と傘歯ギア部３７の外周部分とに分割可能であり、この傘歯ギア部３７の内周部分を、中間ギア３の内側に設けられた弾性部材によって、中間ギア３の回転方向に沿った方向（第２軸線Ａｘ２を中心とした周方向）で付勢してもよい。このようにすることでも、中間ギア３の傘歯ギア部３７の内周部分の歯と外周部分の歯とで対向ギア２の傘歯ギア部２７の歯２７１を挟み込み、対向ギア２と中間ギア３とのバックラッシュを低減できる。

また、第１の実施形態では、対向ギア２において、弾性部材２９Ａがギア外周部分２７ｂを含む第２部材２２に取り付けられ、対向ギア２の回転方向に沿った方向でギア内周部分２７ａを含む第１部材２１を付勢する場合について説明したが、これに限らず、弾性部材２９Ａは、ギア内周部分２７ａを含む第１部材２１に取り付けられてよく、対向ギア２の回転方向に沿った方向（第１軸線Ａｘ１を中心とした周方向）で、ギア外周部分２７ｂを含む第２部材２２を付勢してもよい。このようにすることでも、中間ギア３の傘歯ギア部３７の歯３７１をギア内周部分２７ａの歯２７１ａとギア外周部分２７ｂの歯２７１ｂとで挟み込み、対向ギア２と中間ギア３とのバックラッシュを低減できる。

また、第２の実施形態では、対向ギア２の回転中心線（第１軸線Ａｘ１）に沿った方向で、弾性部材２９Ｂが傘歯ギア部２７の少なくとも一部分を中間ギア３に付勢する形態について説明したが、これに限らず、中間ギア３の回転中心線（第２軸線Ａｘ２）に沿った方向で、中間ギア３に設けられる弾性部材が、中間ギア３の傘歯ギア部３７の少なくとも一部分を対向ギア２に付勢してもよい。この場合、中間ギア３が、傘歯ギア部３７の内周部分と傘歯ギア部３７の外周部分とに分割可能であり、これらの内周部分と外周部分との一方が、中間ギア３の弾性部材によって付勢されてもよい。このようにすることでも、対向ギア２において隣り合う歯２７１の間の隙間を埋めるように中間ギア３の歯３７１が押し込まれ、対向ギア２の歯２７１と中間ギア３の歯３７１との間の隙間であるバックラッシュを低減できる。

また、第１の実施形態では、弾性部材２９Ａがトーションバネによって実現される形態について説明したが、これに限らず、弾性部材２９Ａは種々のバネによって実現されてよい。

図１１は、本発明の変形例に係る弾性部材２９Ｃ、及び第２部材２２を示す斜視図である。図１１に示すように、弾性部材２９Ｃは板バネで構成される。弾性部材２９Ｃは、板バネ部２９１Ｃと、第２部材２２に固定される固定部２９２Ｃとを含む。固定部２９２Ｃは、環状のスペースＣと対応する形状を有した板状であり、スペースＣの外周（第１筒部２３の内周面）から内周（第２筒部２４の外周面）にかけての幅を有し、スペースＣの円弧状に延びている。固定部２９２Ｃは、第１筒部２３の内周面と第２筒部２４の外周面との間に形成される壁面２６に固定される。板バネ部２９１Ｃは固定部２９２Ｃと一体的に形成される板状であり、固定部２９２Ｃと同じ幅で、固定部２９２Ｃに対して垂直に延びている。弾性部材２９Ｃは、板バネ部２９１Ｃが固定部２９２Ｃに対して弾性的に撓むことにより、第１の実施形態と同様に、第１軸線Ａｘ１の周方向で、第１部材２１を付勢することができる。なお、図１１では、１つの対向ギア２に含まれる弾性部材２９Ｃの数を３つとしているが、１つの対向ギア２に含まれる弾性部材２９Ｃの数は、１つであってもよいし、３以外の複数であってもよい。

図１２は、本発明の他の変形例に係る弾性部材２９Ｄ、及び第２部材２２を示す斜視図である。図１２に示すように、弾性部材２９Ｄは、弾性部材２９Ｃと同様に板バネで構成され、板バネ部２９１Ｄと、第２部材２２に固定される固定部２９２Ｄとを含む。固定部２９２Ｄは、第２筒部２４の外周面に形成された溝部２４ｃの内側に固定される。弾性部材２９Ｄにおいても板バネ部２９１Ｄが固定部２９２Ｄに対して弾性的に撓むことにより、第１軸線Ａｘ１の周方向で第１部材２１を付勢することができる。なお、図１２では、１つの対向ギア２に含まれる弾性部材２９Ｄの数を３つとしているが、１つの対向ギア２に含まれる弾性部材２９Ｄの数も、１つであってもよいし、３以外の複数であってもよい。

図１１に示した弾性部材２９Ｃでは、板バネ部２９１Ｃと固定部２９２Ｃとの接続部分である接続部２９３Ｃが第１軸線Ａｘ１に対して垂直な方向に延びているのに対し、図１２に示した弾性部材２９Ｄでは、板バネ部２９１Ｄと固定部２９２Ｄとの接続部分である接続部２９３Ｄが第１軸線Ａｘ１に対して平行に延びており、接続部２９３Ｄは接続部２９３Ｃよりも長くなっている。このようにすることで、板バネ部２９１Ｄのバネの硬さを板バネ部２９１Ｃよりも強くすることができ、より強い力で第１部材２１を付勢することができる。

図１３は、本発明の他の変形例に係る弾性部材２９Ｅ、及び第２部材２２を示す斜視図である。図１３に示すように、弾性部材２９Ｅはコイルバネであり、弾性部材２９Ｅの外径は、第２部材２２のスペースＣの内周（第２筒部２４の外周面）から外周（第１筒部２３の内周面）かけての幅以下に設計され、スペースＣの内側に横たわる様に設けられる。このようにすることでも、第１軸線Ａｘ１の周方向で、弾性部材２９Ｅによって第１部材２１を付勢することができる。なお、図１３では、１つの対向ギア２に含まれる弾性部材２９Ｅの数を３つとしているが、１つの対向ギア２に含まれる弾性部材２９Ｅの数も、１つであってもよいし、３以外の複数であってもよい。

図１３は、本発明の他の変形例に係る弾性部材２９Ｅ、及び第２部材２２を示す斜視図である。図１３に示すように、弾性部材２９Ｅはコイルバネであり、弾性部材２９Ｅの外径は、第２部材２２のスペースＣの内周（第２筒部２４の外周面）から外周（第１筒部２３の内周面）かけての幅以下に設計され、スペースＣの内側に横たわる様に設けられる。このようにすることでも、第１軸線Ａｘ１の周方向で、弾性部材２９Ｅによって第１部材２１を付勢することができる。

なお、図１３に示した弾性部材２９Ｅは、スペースＣの内側に立つ様に設けられてもよい。このようにすることで、対向ギア２の回転中心線（第１軸線Ａｘ１）に沿った方向で、第１部材２１を中間ギア３に付勢することができ、対向ギア２と中間ギア３との間の隙間であるバックラッシュを低減することができる。

１関節ユニット、２，２Ａ，２Ｂ対向ギア、３中間ギア、４，４Ａ，４Ｂモータ、５制御基板、２１第１部材、２２第２部材、２３第１筒部、２４第２筒部、２５第３筒部、２４ａ凹部、２５ａ凸部、２７傘歯ギア部、２７ａギア内周部分、２７ｂギア外周部分、２７１，２７１ａ，２７１ｂ歯、２８駆動ギア、２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄ，２９Ｅ弾性部材、２９１Ｃ，２９１Ｄ板バネ部、２９２Ｃ，２９２Ｄ固定部、２９３Ｃ，２９３Ｄ接続部、３７傘歯ギア部、３７１歯、３８基部、６１第１支持軸、６２第２支持軸、６３螺子、７１，７２軸受け部材、Ａｘ１第１軸線、Ａｘ２第２軸線、Ｃスペース、Ｈ１，Ｈ２軸穴、ΔＤ１隙間、θ１，θ２角度。

Claims

互いに対向する２つの傘歯ギア部をそれぞれ含む２つの対向ギアと、前記２つの傘歯ギア部の双方に噛み合う傘歯ギア部を含む中間ギアと、を含む関節ユニットであって、
前記２つの対向ギアのそれぞれと前記中間ギアとのうちの一方のギアは、
前記一方のギアの傘歯ギア部の内周部分を含む第１部材と、
前記一方のギアの傘歯ギア部の外周部分を含む第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とのうちの一方の部材に取り付けられ、他方の部材を前記一方のギアの回転方向に沿った方向で付勢する弾性部材と、を含み、
前記第２部材は、前記一方のギアの回転方向に沿った方向での前記第１部材の動きを規制する規制部を含み、
前記第１部材は、前記規制部において許容される範囲で前記第２部材に対して相対的に動くことができ、
前記一方のギアの傘歯ギア部には複数の歯が前記一方のギアの回転方向に沿って並び、
前記規制部において前記第１部材の動きが許容される範囲の角度は、前記一方のギアの傘歯ギア部において隣り合う２つの歯のなす角度の１／２以下に設定される、
関節ユニット。
互いに対向する２つの傘歯ギア部をそれぞれ含む２つの対向ギアと、前記２つの傘歯ギア部の双方に噛み合う傘歯ギア部を含む中間ギアと、を含む関節ユニットであって、
前記２つの対向ギアのそれぞれと前記中間ギアとのうちの一方のギアは、
前記一方のギアの傘歯ギア部の内周部分を含む第１部材と、
前記一方のギアの傘歯ギア部の外周部分を含む第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とのうちの一方の部材に取り付けられ、他方の部材を前記一方のギアの回転方向に沿った方向で付勢する弾性部材と、
前記第１部材及び前記第２部材を貫通する軸部材と、
前記第２部材と前記軸部材との間に配置される軸受け部材と、を含み、
前記第２部材は、前記一方のギアの傘歯ギア部の外周部分から前記一方のギアの回転中心線に沿って延びている第１筒部と、前記第１筒部の内側で前記一方のギアの回転中心線に沿って延びている第２筒部とを含み、
前記第１部材は、前記第２部材の前記第１筒部に嵌まり、
前記弾性部材は、前記第２部材の前記第１筒部の内側に収容され、
前記弾性部材は、前記第２部材の前記第１筒部と前記第２筒部との間に規定されるスペースに収容され、
前記軸受け部材は、前記第２部材の前記第２筒部と前記軸部材との間において、前記弾性部材の内側に配置される、
関節ユニット。
前記第１部材、前記第２部材、及び前記弾性部材は前記２つの対向ギアのそれぞれに含まれており、
前記２つの対向ギアにそれぞれ含まれる２つの前記第１部材は、前記弾性部材により、前記２つの対向ギアの間の位置から見て同じ方向に付勢される、
請求項１又は２に記載される関節ユニット。
前記第１部材、前記第２部材、及び前記弾性部材は前記２つの対向ギアのそれぞれに含まれており、
前記２つの対向ギアにそれぞれ含まれる２つの前記第１部材は、前記弾性部材により、前記２つの対向ギアの間の位置から見て互いに反対の方向に付勢される、
請求項１又は２に記載される関節ユニット。
前記第２部材は、前記一方のギアの傘歯ギア部の外周部分から前記一方のギアの回転中心線に沿って延びている第１筒部を含み、
前記第１部材は、前記第２部材の前記第１筒部に嵌まり、
前記弾性部材は、前記第２部材の前記第１筒部の内側に収容される、
請求項１に記載される関節ユニット。
前記第１部材及び前記第２部材を貫通する軸部材と、
前記第２部材と前記軸部材との間に配置される軸受け部材とを更に含み、
前記第２部材は、前記第１筒部の内側で前記一方のギアの回転中心線に沿って延びている第２筒部を更に含み、
前記弾性部材は、前記第２部材の前記第１筒部と前記第２筒部との間に規定されるスペースに収容され、
前記軸受け部材は、前記第２部材の前記第２筒部と前記軸部材との間において、前記弾性部材の内側に配置される、
請求項５に記載される関節ユニット。
前記第２部材は、前記一方のギアの回転方向に沿った方向での前記第１部材の動きを規制する規制部を含み、
前記第１部材は、前記規制部において許容される範囲で前記第２部材に対して相対的に動くことができる、
請求項２に記載される関節ユニット。
前記規制部は、前記第２部材に形成された凹部であって、前記第１部材に形成された凸部が嵌まる凹部を含み、
前記凹部に前記凸部が嵌まることで前記第１部材の動きが規制され、前記凹部と前記凸部との隙間の範囲内で前記第１部材の動きが許容される、
請求項１又は７に記載される関節ユニット。
駆動ギアを更に含み、
前記第２部材は、前記駆動ギアに固定される、
請求項１又は２に記載される関節ユニット。
モータを更に含み、
前記駆動ギアは、前記モータと接続する、
請求項９に記載される関節ユニット。