JP7846517B2 - 歯車装置 - Google Patents

Description

本開示は、歯車装置に関する。

特許文献１は、歯車装置と、歯車装置の出力軸と平行に配置された補助回転軸と、出力軸の回転を補助回転軸に伝達する回転伝達手段と、補助回転軸の回転を検出する回転検出器とを備えるものを開示する。特許文献１の開示技術では、歯車装置のケーシング外において回転検出器を取り付けるために、歯車装置とは別にプーリケース及びエンコーダケースを設けている。

特開２０１０－１０１４４７号公報

特許文献１の開示技術では、歯車装置のケーシング外において出力軸からオフセットさせた補助回転軸の回転を回転検出器により検出する構成である。よって、歯車装置と回転検出器との組み合わせが大型化しがちである。

本開示の目的の１つは、歯車装置と回転検出器の組み合わせの大型化を抑制することにある。

本開示の歯車装置は、ケーシングに設けられた内歯歯車と、前記内歯歯車と噛み合う外歯歯車と、前記外歯歯車に対して軸方向一側に設けられた第１キャリヤと、前記ケーシングと前記第１キャリヤとの間に配置された第１主軸受と、前記第１キャリヤ又は前記ケーシングの回転を検出する第１回転検出器と、を備える歯車装置であって、前記第１回転検出器は、前記第１主軸受と前記内歯歯車との間に配置される。

本開示によれば、歯車装置と回転検出器の組み合わせの大型化を抑制することができる。

第１実施形態の歯車装置の側面断面図である。 図１の拡大図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 図２から回転検出器を省略した図である。 図５（Ａ）は、無負荷状態の第１キャリヤと第２キャリヤが回転している状態を示す模式図であり、図５（Ｂ）は、有負荷状態の第１キャリヤと第２キャリヤが回転している状態を示す模式図である。 第１実施形態の歯車装置の一部の機能ブロックを示すブロック図である。 図７（Ａ）は、第１実施形態の歯車装置の一部を示す模式図であり、図７（Ｂ）は、第２実施形態の歯車装置の一部を示す模式図であり、図７（Ｃ）は、第３実施形態の歯車装置の一部を示す模式図であり、図７（Ｄ）は、第４実施形態の歯車装置の一部を示す模式図である。 変形形態において有負荷状態の第１キャリヤと第２キャリヤが回転している状態を示す他の模式図である。

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。本明細書での「固定」、「当たる」、「接続」とは、特に明示がない限り、言及する条件を二者が直接的に満たす場合の他に、他の部材を介して満たす場合も含む。

（第１実施形態）図１を参照する。歯車装置１０は、回転検出器５２Ａ、５２Ｂに関連する内容に主な特徴があるが、先に周辺構造から説明する。また、本明細書では後述する第１主軸受２８Ａの中心線ＣＬ１に沿った方向を「軸方向」といい、その中心線ＣＬ１を円中心とする半径方向及び円周方向を「径方向」「周方向」という。

歯車装置１０は、駆動源から回転が入力される入力部材１２と、入力部材１２の回転を変速する歯車機構１４と、歯車機構１４から取り出した出力回転を駆動対象となる被駆動部材に出力する出力部材１６と、を備える。駆動源は、例えば、モータ、ギヤモータ、エンジン等である。被駆動部材の具体例は特に限定されない。被駆動部材は、例えば、コンベア、工作機械、車輪等の被駆動機械の一部でもよい。この他にも、被駆動部材は、例えば、多関節アームのアーム部材でもよい。

本実施形態では歯車機構１４に対して軸方向一側（図中左側）に負荷となる被駆動部材が配置される。本明細書では、説明の便宜から、軸方向一側を負荷側、軸方向他側（図中右側）を反負荷側として説明するが、被駆動部材の配置位置は特に限定されない。被駆動部材は歯車機構１４に対して軸方向他側に配置されてもよいし、歯車機構１４に対して径方向に重なる位置に配置されてもよい。

本実施形態の歯車機構１４は偏心揺動型歯車機構である。この歯車機構１４は、互いに噛み合うとともに一方が揺動歯車１８となる外歯歯車２０Ａ、２０Ｂ及び内歯歯車２２を備える。この歯車機構１４は、揺動歯車１８の揺動を伴い外歯歯車２０Ａ、２０Ｂ及び内歯歯車２２の一方を自転させ、その自転成分を出力回転として出力部材１６に伝達可能である。本実施形態では外歯歯車２０Ａ、２０Ｂが揺動歯車１８となり、外歯歯車２０Ａ、２０Ｂが自転可能である。本実施形態の歯車機構１４は、入力部材１２の回転を減速したうえで出力部材１６に伝達する減速機構として機能する。

この他に、歯車装置１０は、歯車機構１４を収容するケーシング２４と、歯車機構１４の外歯歯車２０Ａ、２０Ｂに対して軸方向側方に設けられるキャリヤ２６Ａ、２６Ｂと、ケーシング２４とキャリヤ２６Ａ、２６Ｂとの間に配置される主軸受２８Ａ、２８Ｂと、を備える。以下、各構成要素の詳細を説明する。

本実施形態の入力部材１２は揺動歯車１８を軸方向に貫通するクランク軸３０である。クランク軸３０は、揺動歯車１８を揺動させる少なくとも一つの偏心体３２を備える。偏心体３２の軸芯ＣＬ２は、クランク軸３０の回転中心線ＣＬ３に対して偏心している。本実施形態では、少なくとも一つの偏心体３２として、複数（詳しくは二つ）の偏心体３２を備える。複数の偏心体３２の偏心位相は、偏心体３２の個数をＭ個とするとき、３６０°／Ｍの分だけずれている。偏心体３２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。

外歯歯車２０Ａ、２０Ｂ（揺動歯車１８）は、複数の偏心体３２のそれぞれに対応して個別に設けられ、偏心体軸受３４を介して対応する偏心体３２に相対回転自在に支持される。外歯歯車２０Ａ、２０Ｂは、負荷側に配置される第１外歯歯車２０Ａと、反負荷側に配置される第２外歯歯車２０Ｂとを含む。

内歯歯車２２は、ケーシング２４の内周部に設けられる。本実施形態の内歯歯車２２は、ケーシング２４と一体化される歯車本体２２ａと、歯車本体２２ａとは別体に設けられるとともに内歯歯車２２の内歯を構成する複数のピン部材２２ｂとを備える。ピン部材２２ｂは、歯車本体２２ａの内周部に設けられるピン溝２２ｃに回転可能に支持される。

キャリヤ２６Ａ、２６Ｂは、外歯歯車２０Ａ、２０Ｂに対して負荷側に配置された第１キャリヤ２６Ａと、外歯歯車２０Ａ、２０Ｂに対して反負荷側に配置された第２キャリヤ２６Ｂとを含む。キャリヤ２６Ａ、２６Ｂは支持軸受３５を介してクランク軸３０を支持する。キャリヤ２６Ａ、２６Ｂは、外歯歯車２０Ａ、２０Ｂを貫通するとともに外歯歯車２０Ａ、２０Ｂの自転成分と同期するためのピン体３６と一体化される。ここでの「自転成分と同期」とは、ゼロを含む数字範囲内で外歯歯車２０Ａ、２０Ｂ及びキャリヤ２６Ａ、２６Ｂの自転成分を同じ大きさに維持することをいう。本実施形態のピン体３６は、第１キャリヤ２６Ａ及び第２キャリヤ２６Ｂを連結している。

主軸受２８Ａ、２８Ｂは、ケーシング２４と第１キャリヤ２６Ａとの間に配置される第１主軸受２８Ａと、ケーシング２４と第２キャリヤ２６Ｂとの間に配置される第２主軸受２８Ｂとを含む。第１主軸受２８Ａは、ケーシング２４と第１キャリヤ２６Ａの相対回転を許容する。第２主軸受２８Ｂは、ケーシング２４と第２キャリヤ２６Ｂの相対回転を許容する。本実施形態の主軸受２８Ａ、２８Ｂはアンギュラ軸受である。主軸受２８Ａ、２８Ｂの具体例は特に限定されず、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、球軸受、クロスローラ軸受等でもよい。

主軸受２８Ａ、２８Ｂは、外輪３８及び内輪４０と、外輪３８及び内輪４０を転動する転動体４２と、を備える。本実施形態の主軸受２８Ａ、２８Ｂは、ケーシング２４とは別体の専用の外輪３８を備える。この他にも、主軸受２８Ａ、２８Ｂは、専用の外輪３８を備えずに、ケーシング２４が外輪３８を兼ねていてもよい。本実施形態の主軸受２８Ａ、２８Ｂは、専用の内輪４０を備えておらず、キャリヤ２６Ａ、２６Ｂが内輪４０を兼ねている。この他にも、主軸受２８Ａ、２８Ｂは、キャリヤ２６Ａ、２６Ｂとは別体の専用の内輪４０を備えていてもよい。

本実施形態の出力部材１６は第１キャリヤ２６Ａであり、被駆動部材は出力部材１６に接続される。この場合、ケーシング２４は、歯車装置１０の外部にある被固定部材に固定される。

なお、ケーシング２４と第１キャリヤ２６Ａとの間には第１主軸受２８Ａに対して反内歯歯車側（軸方向で内歯歯車２２とは反対側）に第１オイルシール４４Ａが配置される。また、ケーシング２４と第２キャリヤ２６Ｂとの間には第２主軸受２８Ｂに対して反内歯歯車側に第２オイルシール４４Ｂが配置される。オイルシール４４Ａ、４４Ｂは、歯車機構１４を潤滑する潤滑剤が封入される封入空間を封止する。

以上の歯車装置１０の動作を説明する。駆動源から入力部材１２に回転が入力されると歯車機構１４が作動する。歯車機構１４が作動すると、入力部材１２の回転に対して変速された出力回転が歯車機構１４から出力部材１６を通して取り出される。本実施形態では入力部材１２が回転すると、揺動歯車１８の揺動を伴い外歯歯車２０Ａ、２０Ｂ及び内歯歯車２２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２０Ａ、２０Ｂが自転し、その自転成分が出力回転として出力部材１６から取り出される。

図２を参照する。回転検出器５２Ａ、５２Ｂの説明に移る。歯車装置１０は、第１回転部材５０Ａの回転を検出する第１回転検出器５２Ａと、第２回転部材５０Ｂの回転を検出する第２回転検出器５２Ｂとを含む。第１回転部材５０Ａは、第１キャリヤ２６Ａ又はケーシング２４のうちの一方となり、本実施形態では第１キャリヤ２６Ａとなる。第２回転部材５０Ｂは、第２キャリヤ２６Ｂ又はケーシング２４のうちの一方となり、本実施形態では第２キャリヤ２６Ｂとなる。以下、第１キャリヤ２６Ａ又はケーシング２４のうちの他方を第１固定部材５４Ａといい、第２キャリヤ２６Ｂ又はケーシング２４のうちの他方を第２固定部材５４Ｂという。本実施形態では第１固定部材５４Ａ及び第２固定部材５４Ｂのいずれもケーシング２４となる。

第１回転検出器５２Ａは、第１主軸受２８Ａと内歯歯車２２との間に配置される。本実施形態の第１回転検出器５２Ａは、第１主軸受２８Ａと、内歯歯車２２のピン部材２２ｂとの間に配置される。第２回転検出器５２Ｂは、第２主軸受２８Ｂと内歯歯車２２との間に配置される。本実施形態の第２回転検出器５２Ｂは、第２主軸受２８Ｂと、内歯歯車２２のピン部材２２ｂとの間に配置される。

以下、第１回転検出器５２Ａと第２回転検出器５２Ｂに共通する特徴を説明する。この共通する構成に関して、図２の他に、第１回転検出器５２Ａを示す図３を用いて説明する。図２、図３では、説明の便宜のため、キャリヤ２６Ａ、２６Ｂにおいて被検出部６０（後述する）を構成する箇所のみにハッチングを付す。

本実施形態の回転検出器５２Ａ、５２Ｂは磁気式エンコーダである。回転検出器５２Ａ、５２Ｂは、回転部材５０Ａ、５０Ｂ（ここではキャリヤ２６Ａ、２６Ｂ）に一体化された被検出部６０と、固定部材５４Ａ、５４Ｂ（ここではケーシング２４）に固定される検出部６２とを備える。本実施形態の検出部６２は、被検出部６０と間隔を空けて径方向に対向している。検出部６２は、固定部材５４Ａ、５４Ｂにねじ部材６１等の固定具を用いて固定される。

本実施形態の検出部６２は、エンコーダヘッドである。検出部６２は、所定の物理量（例えば、磁場、光量等）を検出可能なセンサ６４を備える。被検出部６０は、回転部材５０Ａ、５０Ｂが回転したとき、センサ６４によって検出される物理量を変化させることができる。検出部６２は、このように被検出部６０に起因して変化する物理量を検出することで、回転部材５０Ａ、５０Ｂの回転を検出可能である。言い換えると、検出部６２は、被検出部６０と協働して回転部材５０Ａ、５０Ｂの回転を検出可能である。

例えば、回転検出器５２Ａ、５２Ｂが磁気式エンコーダの場合、センサ６４は磁場を検出可能な磁気センサとなり、被検出部６０は、Ｎ極とＳ極を周方向に交互に並べた磁気スケールとなる。磁気スケールによって構成される被検出部６０は、回転部材５０Ａ、５０Ｂが回転したとき、センサ６４によって検出される磁場を変化させることができる。検出部６２は、このように被検出部６０に起因して変化する磁場をセンサ６４により検出することで、回転部材５０Ａ、５０Ｂの回転を検出可能となる。

磁気スケールによって構成される被検出部６０は回転部材５０Ａ、５０Ｂに一体化される。本実施形態の被検出部６０は回転部材５０Ａ、５０Ｂ（ここではキャリヤ２６Ａ、２６Ｂ）の外周に一体化される。本実施形態の被検出部６０は、回転部材５０Ａ、５０Ｂに一体化するうえで、回転部材５０Ａ、５０Ｂの一部として一体成形される。これを実現するうえで、フェライト等の強磁性体によって回転部材５０Ａ、５０Ｂを構成し、着磁器を用いて磁気スケール（被検出部６０）を構成する磁気パターンを着磁してもよい。この他にも、被検出部６０は、回転部材５０Ａ、５０Ｂに一体化するうえで、回転部材５０Ａ、５０Ｂとは別体に設けられていてもよい。これを実現するうえで、磁気スケールが設けられたリングを回転部材５０Ａ、５０Ｂに取り付けてもよい。

検出部６２は、センサ６４によって生成したセンサ信号を処理することで、その検出結果として、回転部材５０Ａ、５０Ｂの回転状態（回転角等）を示す検出信号を取得可能である。これを実現するためのセンサ信号の処理方式は特に限定されず、種々の公知の処理方式を採用してもよい。検出部６２は、例えば、回転部材５０Ａ、５０Ｂの相対回転角及び絶対回転角のいずれを取得してもよい。検出部６２は、その取得した検出信号を外部の情報処理装置（ここでは後述する演算部８４）に出力可能である。これらの検出部６２の機能は、本実施形態において、検出部６２を構成するエンコーダヘッドのハウジングに内蔵されるＣＰＵ等のハードウェアによって実現される。

なお、歯車装置１０は、検出部６２に接続される配線６６を備える。検出部６２の検出信号は、配線６６を通して、外部の情報処理装置に伝送される。配線６６は、ケーシング２４に形成された配線孔６８を通してケーシング２４の外部に引き出される。

また、ケーシング２４は、第１回転検出器５２Ａを収容する第１ケーシング収容部６９Ａと、第２回転検出器５２Ｂを収容する第２ケーシング収容部６９Ｂと、を備える。ケーシング収容部６９Ａ、６９Ｂは、ケーシング２４の内周部において径方向外側に凹むように設けられる。ケーシング収容部９０Ａ、９０Ｂには、回転検出器５２Ａ、５２Ｂの一部、本実施形態では、その検出部６２の一部が収容される。検出部６２は、ケーシング収容部６９Ａ、６９Ｂの内歯歯車側の側面部に当てたうえで、ねじ部材６１等の固定具によって、その側面部に固定される。ねじ部材９１は、検出部６２を軸方向に貫通したうえで、その先端部がケーシング２４にねじ込まれる。

図２～図４を参照する。歯車装置１０は、第１回転検出器５２Ａと軸方向位置において重なる第１規制部材７０Ａと、第２回転検出器５２Ｂと軸方向位置において重なる第２規制部材７０Ｂとを備える。ここでの「軸方向位置において重なる」とは、言及している回転検出器５２Ａ、５２Ｂ及び規制部材７０Ａ、７０Ｂのそれぞれの軸方向位置が少なくとも部分的に重なっていることをいう。以下、第１規制部材７０Ａと第２規制部材７０Ｂに共通する特徴を説明する。

本実施形態の規制部材７０Ａ、７０Ｂはリング状をなす。規制部材７０Ａ、７０Ｂは、回転検出器５２Ａ、５２Ｂと軸方向位置において重なる箇所に設けられ、その回転検出器５２Ａ、５２Ｂを収容する検出器収容部７２を備える。本実施形態の検出器収容部７２は、規制部材７０Ａ、７０Ｂを切り欠く切欠部によって構成される。この切欠部は、規制部材７０Ａ、７０Ｂを径方向に貫通するとともに、反内歯歯車側に向かって開放している。

規制部材７０Ａ、７０Ｂは、主軸受２８Ａ、２８Ｂに対して内歯歯車側（軸方向で内歯歯車２２がある側）から当たることで、主軸受２８Ａ、２８Ｂの内側歯車側への軸方向移動を規制する。これを実現するうえで、本実施形態の規制部材７０Ａ、７０Ｂは主軸受２８Ａ、２８Ｂの外輪３８に対して内歯歯車側から当たる。本実施形態において、第１規制部材７０Ａは、第１主軸受２８Ａに直接に当たり、第２規制部材７０Ｂは、リング状の第１スペーサ７４を介して第２主軸受２８Ｂに当たる。

なお、主軸受２８Ａ、２８Ｂは、キャリヤ２６Ａ、２６Ｂに対して反内歯歯車側から当たることで、その反内歯歯車側への軸方向移動が規制される。これを実現するうえで、本実施形態では、主軸受２８Ａ、２８Ｂの転動体４２がキャリヤ２６Ａ、２６Ｂに対して反内歯歯車側から当たる。つまり、主軸受２８Ａ、２８Ｂは、規制部材７０Ａ、７０Ｂ及びキャリヤ２６Ａ、２６Ｂが軸方向両側から当たることで、その軸方向両側への移動が規制されることになる。

第１規制部材７０Ａは、内歯歯車２２のピン部材２２ｂに対して負荷側（図２の左側）から当たることで、ピン部材２２ｂの負荷側への軸方向移動を規制する。第１規制部材７０Ａは、第１主軸受２８Ａとピン部材２２ｂのそれぞれに当たることで、ピン部材２２ｂと第１主軸受２８Ａとの間の間隔を保持するスペーサとして機能する。第２規制部材７０Ｂは、ピン部材２２ｂに対して反負荷側（図２の右側）から当たることで、ピン部材２２ｂの反負荷側への軸方向移動を規制する。第２規制部材７０Ｂは、第２主軸受２８Ｂとピン部材２２ｂのそれぞれに当たることで、ピン部材２２ｂと第２主軸受２８Ｂとの間の間隔を保持するスペーサとして機能する。本実施形態のピン部材２２ｂは、第１規制部材７０Ａ及び第２規制部材７０Ｂが軸方向両側から当たることで、その軸方向両側への移動が規制されることになる。

第１規制部材７０Ａは、第１外歯歯車２０Ａに対して負荷側から当たることで、第１外歯歯車２０Ａの負荷側への軸方向移動を規制する。第１規制部材７０Ａは、第１主軸受２８Ａと外歯歯車２０Ａ、２０Ｂのそれぞれに当たることで、外歯歯車２０Ａ、２０Ｂと第１主軸受２８Ａとの間の間隔を保持するスペーサとして機能する。第２規制部材７０Ｂは、第２外歯歯車２０Ｂに対して反負荷側から当たることで、第２外歯歯車２０Ｂの反負荷側への軸方向移動を規制する。第２規制部材７０Ｂは、第２主軸受２８Ｂと外歯歯車２０Ａ、２０Ｂのそれぞれに当たることで、外歯歯車２０Ａ、２０Ｂと第２主軸受２８Ｂとの間の間隔を保持するスペーサとして機能する。第１規制部材７０Ａと第２規制部材７０Ｂの間にある外歯歯車２０Ａ、２０Ｂは、第１規制部材７０Ａ及び第２規制部材７０Ｂが軸方向両側から当たることで、その軸方向両側への移動が規制されることになる。なお、隣り合う外歯歯車２０Ａ、２０Ｂは、それらの間に配置されるリング状の第２スペーサ７６を介して当たる。

以上の歯車装置１０の効果を説明する。

歯車装置１０は、第１主軸受２８Ａと内歯歯車２２との間に配置される第１回転検出器５２Ａを備える。これにより、第１回転検出器５２Ａは、歯車装置１０のケーシング２４内に配置されることになる。よって、歯車装置１０のケーシング２４外において第１回転検出器５２Ａを配置する場合と比べ、歯車装置１０と回転検出器５２Ａの組み合わせの大型化（特に径方向の大型化）を抑制できる。また、歯車装置１０のみを購入した顧客が第１回転検出器５２Ａを使用しようとする場合に、ケーシング２４外において回転検出器５２Ａ、５２Ｂを取り付けるための設計を顧客側で用意せずともよくなる。ひいては、第１回転検出器５２Ａを使用するうえで、顧客の労力の軽減を図ることができる。

また、顧客側での第１回転検出器５２Ａを使用するための設計が不要になるため、顧客側で必要となるコストの低減を図ることもできる。また、歯車装置１０のケーシング２４外に歯車装置１０とは別に第１回転検出器５２Ａを配置した場合、第１回転検出器５２Ａを使用するにあたって、歯車装置１０のみを購入した顧客側で第１回転検出器５２Ａのキャリブレーションを要してしまう。この点、本実施形態の第１回転検出器５２Ａは歯車装置１０に組み込まれるため、製造者側で第１回転検出器５２Ａのキャリブレーションを行うことで、顧客によるキャリブレーションの手間を要さずに済む。

歯車装置１０は、第１主軸受２８Ａ及び第２主軸受２８Ｂを備え、第１回転検出器５２Ａは、第１主軸受２８Ａと内歯歯車２２との間に配置される。よって、第１回転検出器５２Ａがない場合と比べ、一対の主軸受２８Ａ、２８Ｂ間の軸受スパンＬａ（図１参照）を広げることができ、主軸受２８Ａ、２８Ｂの軸受剛性を高めることができる。ここでの軸受スパンＬａとは、図１に示すような、第１主軸受２８Ａ及び第２主軸受２８Ｂそれぞれの作用点Ｐａ間の間隔をいう。ここでの作用点Ｐａとは、主軸受２８Ａ、２８Ｂの作用線Ｌｂと中心線ＣＬ１との交点をいう。

歯車装置１０は、第２主軸受２８Ｂと内歯歯車２２との間に配置される第２回転検出器５２Ｂを備える。よって、第２回転検出器５２Ｂがない場合と比べ、一対の主軸受２８Ａ、２８Ｂ間の軸受スパンＬａを更に広げることができ、主軸受２８Ａ、２８Ｂの軸受剛性を更に高めることができる。また、第１回転検出器５２Ａの他に第２回転検出器５２Ｂを備えることで、回転検出機能に関して冗長性を持たせることができる。

規制部材７０Ａは、第１主軸受２８Ａの軸方向移動を規制する。よって、規制部材７０Ａにより第１主軸受２８Ａが第１回転検出器５２Ａに当たる事態を避けることができる。

規制部材７０Ａは、ピン部材２２ｂの軸方向移動を規制する。よって、規制部材７０Ａによりピン部材２２ｂが第１回転検出器５２Ａに当たる事態を避けることができる。

規制部材７０Ａは、外歯歯車２０Ａの軸方向移動を規制する。よって、規制部材７０Ａにより外歯歯車２０Ａが第１回転検出器５２Ａに当たる事態を避けることができる。

このように規制部材７０Ａにより第１主軸受２８Ａ等が第１回転検出器５２Ａ（本実施形態では第１回転検出器５２Ａの検出部６２）に当たる事態を避けることで、第１回転検出器５２Ａの位置ずれを防ぐことができる。ひいては、第１回転検出器５２Ａの位置ずれを防ぐことで、第１回転検出器５２Ａの検出精度を確保することができる。

次に、歯車装置１０の他の特徴を説明する。図５を参照する。図５（Ａ）、図５（Ｂ）では各キャリヤ２６Ａ、２６Ｂが回転方向Ｄａに回転している状態を示す。各キャリヤ２６Ａ、２６Ｂには回転方向Ｄａでの位置を特定するための基準点Ａ、Ｂを示す。

図５（Ａ）は、出力部材１６となる第１キャリヤ２６Ａに回転負荷Ｌが作用していない無負荷状態のもと、第１キャリヤ２６Ａ及び第２キャリヤ２６Ｂが回転している状態を示す。無負荷状態は、第１キャリヤ２６Ａに回転負荷Ｌを作用させる被駆動部材が第１キャリヤ２６Ａに接続されていないときに実現される。第１キャリヤ２６Ａの回転角θＡと第２キャリヤ２６Ｂの回転角θＢとの差分を回転角差φ（＝θＡ－θＢ）とし、無負荷状態にあるときの回転角差φを初期回転角差φ０とする。ここでの回転角θＡ、θＢは、基準回転位置からの回転量をいう。図５（Ａ）の例では、第１キャリヤ２６Ａ及び第２キャリヤ２６Ｂのいずれも回転角θＡ、θＢをゼロとする基準回転位置にあり、初期回転角差φ０がゼロとなる。

図５（Ｂ）は、第１キャリヤ２６Ａに回転負荷Ｌが作用している有負荷状態のもと、第１キャリヤ２６Ａ及び第２キャリヤ２６Ｂが回転している状態を示す。有負荷状態は、第１キャリヤ２６Ａに被駆動部材が接続されているときに実現される。ここでは、駆動源から歯車機構１４を介して伝達される回転力を第１キャリヤ２６Ａから被駆動部材に出力する例を示す。このとき、被駆動部材から第１キャリヤ２６Ａに伝達される回転反力が回転負荷Ｌとして第１キャリヤ２６Ａに作用する。有負荷状態にあるとき、第１キャリヤ２６Ａに作用する回転負荷Ｌによって、第１キャリヤ２６Ａ及びピン体３６が周方向に弾性的にねじれ変形する。回転反力が回転負荷Ｌとして第１キャリヤ２６Ａに作用する場合、無負荷状態にあるときよりも第２キャリヤ２６Ｂに対して第１キャリヤ２６Ａの回転角が遅れるようにねじれ変形する。これにより、有負荷状態にあるときの第１キャリヤ２６Ａ及び第２キャリヤ２６Ｂの回転角差φは、無負荷状態にあるときの初期回転角差φ０に対して変化量Δφの分だけ変化する。図５（Ｂ）の例では、初期回転角差φ０がゼロであるため、有負荷状態にあるときの回転角差φは変化量Δφそのものとなる。

この回転角差φの変化量Δφは、第１キャリヤ２６Ａに作用する回転負荷Ｌが大きくなるほど大きくなる。つまり、第１キャリヤ２６Ａに作用する回転負荷Ｌと変化量Δφとの間には正の相関関係（例えば、線形関係）がある。よって、回転負荷Ｌと変化量Δφの対応関係を予め求めておくことで、変化量Δφを用いて第１キャリヤ２６Ａに作用する回転負荷Ｌを算出することができる。本実施形態の歯車装置１０では、このような考え方を用いて、第１キャリヤ２６Ａに作用する回転負荷Ｌを算出するための工夫を講じている。以下、その詳細を説明する。

図６を参照する。図６は歯車装置１０の一部の機能ブロックを示すブロック図である。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。

歯車装置１０は、無負荷状態にあるときの第１キャリヤ２６Ａ及び第２キャリヤ２６Ｂの初期回転角差φ０を格納する第１記憶部８０を備える。初期回転角差φ０は、無負荷状態にあるとき、第１回転検出器５２Ａにより検出された第１キャリヤ２６Ａの回転角θＡと、第２回転検出器５２Ｂにより検出された第２キャリヤ２６Ｂの回転角θＢとの差分値によって特定すればよい。これらキャリヤ２６Ａ、２６Ｂの回転角θＡ、θＢは、無負荷状態で第１キャリヤ２６Ａ及び第２キャリヤ２６Ｂが回転しているときに同じタイミングで回転検出器５２Ａ、５２Ｂにより検出された検出信号を用いる。

歯車装置１０は、第１キャリヤ２６Ａに作用する回転負荷Ｌと回転角差φの変化量Δφの対応関係を規定する関係式又は関係テーブルを格納する第２記憶部８２を備える。この関係式又は関係テーブルは、実験又は解析等によって予め求めたうえで第２記憶部８２に格納しておけばよい。

歯車装置１０は、第１回転検出器５２Ａ及び第２回転検出器５２Ｂの検出結果に基づき、第１キャリヤ２６Ａに作用する回転負荷Ｌを算出する演算部８４を備える。演算部８４は、以下に説明するように、回転検出器５２Ａ、５２Ｂの検出結果に基づき第１キャリヤ２６Ａ及び第２キャリヤ２６Ｂの回転角差φを算出し、その算出した回転角差φに基づき回転負荷Ｌを算出する。この回転負荷Ｌを算出するための演算処理の流れを説明する。

演算部８４は、有負荷状態のもとで第１キャリヤ２６Ａ及び第２キャリヤ２６Ｂが回転しているとき、第１回転検出器５２Ａ及び第２回転検出器５２Ｂの検出結果を用いて、第１キャリヤ２６Ａと第２キャリヤ２６Ｂの回転角差φを算出する（Ｓ１０）。これは、例えば、前述と同様、第１回転検出器５２Ａにより検出された第１キャリヤ２６Ａの回転角θＡと、第２回転検出器５２Ｂにより検出された第２キャリヤ２６Ｂの回転角θＢとの差分値によって特定すればよい。これらキャリヤ２６Ａ、２６Ｂの回転角θＡ、θＢも、有負荷状態で第１キャリヤ２６Ａ及び第２キャリヤ２６Ｂが回転しているときに同じタイミングで回転検出器５２Ａ、５２Ｂにより検出された検出信号を用いる。

次に、演算部８４は、第１記憶部８０に格納された初期回転角差φ０を読み出し、Ｓ１０において算出した回転角差φと初期回転角差φ０との差分値（＝φ－φ０）である回転角差φの変化量Δφを算出する（Ｓ１２）。

次に、演算部８４は、第２記憶部８２に格納された関係式又は関係テーブルを参照して、算出した回転角差φの変化量Δφに基づいて、第１キャリヤ２６Ａに作用する回転負荷Ｌを算出する（Ｓ１４）。回転負荷Ｌは、例えば、第１キャリヤ２６Ａに作用するトルク又は荷重のいずれかとして算出してもよい。上の一連の演算処理を経ることで回転負荷Ｌが算出される。

以上の記憶部８０、８２、演算部８４は、いずれかの検出部６２を構成するエンコーダヘッドのハウジングに内蔵していてもよい。この他にも、記憶部８０、８２、演算部８４は、検出部６２とは別に歯車装置の一部（例えば、ケーシング２４）に搭載されていてもよい。

歯車装置１０は、以上の演算部８４によって、第１キャリヤ２６Ａに作用する回転負荷Ｌを求めることができる。歯車装置１０は、このように求めた回転負荷Ｌを用いて、歯車装置１０の駆動源となるモータを制御するモータ制御部を備えてもよい。モータ制御部は、例えば、算出した回転負荷Ｌに基づいて、被駆動部材への障害物（例えば、人）への接触を検出し、モータを停止させてもよい。この他にも、モータ制御部は、算出した回転負荷Ｌに基づいて、被駆動部材を介して外部部材に所定の押付力を付与するようにモータを制御してもよい。

（第２～第４実施形態）図７（Ａ）は、第１実施形態の歯車装置１０で用いられた主軸受２８Ａ、２８Ｂ、回転検出器５２Ａ、５２Ｂの模式図を示す。図７（Ｂ）に示すように、歯車装置１０は、第１回転検出器５２Ａのみを備えていてもよい。このように歯車装置１０に用いられる回転検出器５２Ａ、５２Ｂの個数は特に限定されず、この個数は三つ以上でもよい。

この他にも、図７（Ｃ）に示すように、第１回転検出器５２Ａは、周方向に離れて配置される複数の検出部６２を備えていてもよい。複数の検出部６２のそれぞれは、第１回転部材５０Ａが回転したとき、共通する被検出部６０に起因して変化する物理量を検出することで、第１回転部材５０Ａ（第１キャリヤ２６Ａ）の回転を検出可能である。

この他にも、図７（Ｄ）に示すように、第２回転検出器５２Ｂも、第１回転検出器５２Ａと同様、周方向に離れて配置される複数の検出部６２を備えていてもよい。複数の検出部６２のそれぞれは、第２回転部材５０Ｂが回転したとき、共通する被検出部６０に起因して変化する物理量を検出することで、第２回転部材５０Ｂの回転を検出可能である。

以上のように回転検出器５２Ａ、５２Ｂが複数の検出部６２を備える場合、同じ回転部材５０Ａ、５０Ｂの回転を検出するうえで冗長性を持たせることができる。また、回転部材５０Ａ、５０Ｂの回転を検出するうえで、複数の検出部６２の間で被検出部６０を共用できる。よって、個々の検出部６２毎に個別の被検出部６０を用いる場合と比べ、部品点数を削減することができる。なお、回転検出器５２Ａ、５２Ｂが複数の検出部６２を備えるうえで、その個数は特に限定されない。この検出部６２の個数は三つ以上でもよい。

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。

歯車装置１０に用いられる歯車機構１４の具体例は特に限定されない。歯車機構１４は、例えば、偏心揺動型歯車機構、撓み噛み合い型歯車機構、単純遊星歯車機構等でもよい。

偏心揺動型歯車機構を用いる場合、その種類は特に限定されない。この一例として、主軸受２８Ａ、２８Ｂの中心線ＣＬ１上にクランク軸３０が配置されるセンタークランクタイプを説明した。この他にも、主軸受２８Ａ、２８Ｂの中心線ＣＬ１から径方向にオフセットした位置に複数のクランク軸３０が配置される振り分けタイプでもよい。また、偏心揺動型歯車機構を用いる場合、内歯歯車２２を揺動歯車１８としてもよい。

撓み噛み合い型歯車機構を用いる場合、その具体的な種類は特に限定されない。この具体的な種類として、例えば、筒型、カップ型、シルクハット型等のいずれが用いられてもよい。

出力部材１６はケーシング２４となってもよい。この場合、第１キャリヤ２６Ａが歯車装置の外部にある被固定部材に固定されてもよい。

ここまで、入力部材１２は高速回転する高速部材（クランク軸３０）となり、出力部材１６は低速回転する低速部材（第１キャリヤ２６Ａ）となり、歯車機構１４は高速部材に入力された回転を減速して低速部材に伝達する例を説明した。この他にも、入力部材１２は低速部材（第１キャリヤ２６Ａ等）となり、出力部材１６は高速部材（クランク軸３０等）となり、歯車機構１４は低速部材に入力された回転を増速して高速部材に伝達してもよい。

内歯歯車２２の歯車本体２２ａと内歯（ピン部材２２ｂ）は別体である例を説明したが、これらは一体成形されていてもよい。

歯車装置１０は一対のキャリヤ２６Ａ、２６Ｂ及び一対の主軸受２８Ａ、２８Ｂを備える例を説明した。これに限定されず、歯車装置１０は、第１キャリヤ２６Ａ及び第１主軸受２８Ａのみを備え、第２キャリヤ２６Ｂ及び第２主軸受２８Ｂを備えずともよい。

回転検出器５２Ａ、５２Ｂの具体例は特に限定されない。回転検出器５２Ａ、５２Ｂは、例えば、光学式エンコーダの他に、レゾルバ等の電磁誘導式エンコーダ等でもよい。

光学式エンコーダの場合、センサ６４は、検出光の光量を検出可能な光学センサとなり、被検出部６０は光源から射出される検出光を反射又は透過させるパターンを持つ光学スケールとなる。光学スケールによって構成される被検出部６０は、回転部材５０Ａ、５０Ｂが回転したとき、自身に検出光を経由させることで、センサ６４によって検出される検出光の光量を変化させることができる。検出部６２は、このように被検出部６０に起因して変化する光量をセンサ６４により検出することで、回転部材５０Ａ、５０Ｂの回転を検出可能となる。

検出部６２と被検出部６０は径方向に対向する例を説明したが、軸方向に対向していてもよい。この場合、被検出部６０は、固定部材５４Ａ、５４Ｂの軸方向に対向する箇所に一体化されていればよい。

回転部材５０Ａ、５０Ｂはキャリヤ２６Ａ、２６Ｂ及びケーシング２４のうちのキャリヤ２６Ａ、２６Ｂであり、固定部材５４Ａ、５４Ｂはケーシング２４となる例を説明した。この他にも、回転部材５０Ａ、５０Ｂはケーシング２４であり、固定部材５４Ａ、５４Ｂはキャリヤ２６Ａ、２６Ｂであってもよい。これは、例えば、ケーシング２４が出力部材１６となる場合を想定している。

演算部８４は、第１回転検出器５２Ａ及び第２回転検出器５２Ｂの検出結果に基づいて第１キャリヤ２６Ａに作用する回転負荷を算出できればよく、その具体的な演算手順は実施形態の内容に限定されない。

図８を参照する。図５（Ｂ）では、駆動源から歯車装置１０に回転力を入力しており、第１キャリヤ２６Ａから回転力を被駆動部材に出力する場合に、被駆動部材から第１キャリヤ２６Ａに伝達される回転反力を回転負荷Ｌとして算出する例を説明した。この他にも、被駆動部材から第１キャリヤ２６Ａに回転力が入力された場合に、第１キャリヤ２６Ａに作用する回転負荷Ｌを算出してもよい。この場合、被駆動部材から第１キャリヤ２６Ａに入力される回転力が回転負荷Ｌとして第１キャリヤ２６Ａに作用する。この場合、有負荷状態にあるとき、第１キャリヤ２６Ａに作用する回転負荷Ｌによって、第２キャリヤ２６Ｂに対して第１キャリヤ２６Ａの回転角が進むように、第１キャリヤ２６Ａ及びピン体３６が周方向に弾性的にねじれ変形する。この場合、前述のように算出した回転負荷Ｌに基づいて、被駆動部材への障害物への接触を検出できる。被駆動機械が多関節アームとなる場合、被駆動部材（アーム部材）への障害物への接触を検出することで、その障害物から回避する回避動作を実行可能となる。

歯車装置１０は規制部材７０Ａ、７０Ｂを備えずともよいし、いずれか一方の規制部材７０Ａ、７０Ｂのみを備えていてもよい。規制部材７０Ａ、７０Ｂは、第１主軸受２８Ａ、外歯歯車２０Ａ、２０Ｂ、ピン部材２２ｂのうちの少なくとも一つの軸方向移動を規制していればよい。例えば、規制部材７０Ａ、７０Ｂは、第１主軸受２８Ａの軸方向移動のみを規制し、他の軸方向移動は規制していなくともよい。また、規制部材７０Ａ、７０Ｂによって軸方向移動が規制される外歯歯車２０Ａ、２０Ｂは、偏心揺動歯車機構に用いられる場合を説明したが、遊星歯車機構に用いられる遊星歯車でもよい。

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。

１０…歯車装置、２０Ａ、２０Ｂ…外歯歯車、２２…内歯歯車、２２ｂ…ピン部材、２４…ケーシング、２６Ａ…第１キャリヤ、２６Ｂ…第２キャリヤ、２８Ａ…第１主軸受、２８Ｂ…第２主軸受、５２Ａ…第１回転検出器、５２Ｂ…第２回転検出器、６０…被検出部、６２…検出部、７０Ａ、７０Ｂ…規制部材、８４…演算部。

Claims (8)

1. ケーシングに設けられた内歯歯車と、
   前記内歯歯車と噛み合う外歯歯車と、
   前記外歯歯車に対して軸方向一側に設けられる第１キャリヤと、
   前記ケーシングと前記第１キャリヤとの間に配置された第１主軸受と、
   前記第１キャリヤ又は前記ケーシングの回転を検出する第１回転検出器と、を備える歯車装置であって、
   前記第１回転検出器は、前記第１主軸受と前記内歯歯車との間に配置され、
   前記第１回転検出器と軸方向位置において重なる規制部材を備え、
   前記規制部材は、前記第１主軸受の軸方向移動を規制する歯車装置。
2. ケーシングに設けられた内歯歯車と、
   前記内歯歯車と噛み合う外歯歯車と、
   前記外歯歯車に対して軸方向一側に設けられる第１キャリヤと、
   前記ケーシングと前記第１キャリヤとの間に配置された第１主軸受と、
   前記第１キャリヤ又は前記ケーシングの回転を検出する第１回転検出器と、を備える歯車装置であって、
   前記第１回転検出器は、前記第１主軸受と前記内歯歯車との間に配置され、
   前記第１回転検出器と軸方向位置において重なる規制部材を備え、
   前記規制部材は、前記内歯歯車を構成するピン部材の軸方向移動を規制する歯車装置。
3. ケーシングに設けられた内歯歯車と、
   前記内歯歯車と噛み合う外歯歯車と、
   前記外歯歯車に対して軸方向一側に設けられる第１キャリヤと、
   前記ケーシングと前記第１キャリヤとの間に配置された第１主軸受と、
   前記第１キャリヤ又は前記ケーシングの回転を検出する第１回転検出器と、を備える歯車装置であって、
   前記第１回転検出器は、前記第１主軸受と前記内歯歯車との間に配置され、
   前記第１回転検出器と軸方向位置において重なる規制部材を備え、
   前記規制部材は、前記外歯歯車の軸方向移動を規制する歯車装置。
4. 前記外歯歯車に対して軸方向他側に設けられた第２キャリヤと、
   前記ケーシングと前記第２キャリヤとの間に配置された第２主軸受と、を備え、
   前記第１回転検出器は、軸方向において前記第１主軸受と前記第２主軸受との間に配置される請求項１から３のいずれかに記載の歯車装置。
5. 前記第２主軸受と前記内歯歯車との間に配置される第２回転検出器と、
   前記第１回転検出器及び前記第２回転検出器の検出結果に基づいて、前記第１キャリヤに作用する回転負荷を算出する演算部と、を備える請求項４に記載の歯車装置。
6. 前記第１回転検出器は、前記第１主軸受と前記外歯歯車との間に配置される請求項１から５のいずれかに記載の歯車装置。
7. 前記第１回転検出器は、
   前記第１キャリヤ及び前記ケーシングのうちの一方に一体化された被検出部と、
   前記第１キャリヤ及び前記ケーシングのうちの他方に固定され前記被検出部と対向する検出部と、を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の歯車装置。
8. 前記第１回転検出器は、周方向に離れて配置された複数の前記検出部を備える請求項７に記載の歯車装置。