WO2007091568A1

WO2007091568A1 - 減速装置

Info

Publication number: WO2007091568A1
Application number: PCT/JP2007/052050
Authority: WO
Inventors: Ryuhei Koyama; Toshiharu Hibino; Masakazu Kurita; Jun Hirose
Original assignee: Nabtesco Corporation
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2007-08-16
Also published as: KR20080098520A; CN101379319A; EP1985891A1; US20090036250A1; JP5004811B2; EP1985891B1; EP1985891A4; JPWO2007091568A1; US8435149B2; KR101260093B1

Abstract

　産業用ロボットの関節部分に利用される減速装置において、減速装置にかかるトルクが高く、高稼働率で使用される場合の耐久性を向上させる　第１減速機構と第２減速機構を有する減速装置において、第２減速機構は、揺動運動をする外歯歯車と、外歯歯車の揺動運動を公転運動にする内歯歯車と、外歯歯車または内歯歯車のいずれか一方に出力軸を備えている。この減速機構において、内歯歯車の内径Ｄと、出力軸に生じるトルクＴの関係が特定の条件の場合、減速装置を運転したときに、減速装置に封入されている潤滑剤内に発生する鉄粉の濃度の増加ペースが安定したときの鉄粉濃度を６００ｐｐｍ以下にする。又は、内歯歯車の内径Ｄと、出力軸に生じるトルクＴの関係が特定の条件の場合、内歯歯車の歯数を、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の所定の倍数未満にする。

Description

明細書

減速装置

技術分野

[0001] 本出願は、 2006年 2月 7日に出願された日本国特許出願第 2006— 029323号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容はこの明細書中に参照により援用されている。

本発明は、産業用ロボットに取り付けられる減速装置に関する。特に、産業用ロボットの手首に好適に使用できる減速装置に関し、入力軸に加えられる回転数を減速し、産業用ロボットの手首関節よりも先端部分を構成する部材を回転させる減速装置に関する。

背景技術

[0002] 産業用ロボットの関節に取り付けられ、入力軸に加えられる回転数を減速し、その関節よりも先端部分を構成する部材を回転させる減速装置が知られている。その減速装置は、コンパクトでありながら大きく減速する必要があり、外歯歯車と、外歯歯車の歯数と異なる歯数の内歯歯車を備えており、内歯歯車と嚙み合っている外歯歯車を揺動運動させると、内歯歯車と外歯歯車が相対的に回転する現象を利用する。その基本構成が、特開昭 62— 218087号公報に開示されている。特開昭 62- 21808 7号公報に開示されている減速装置は、自転することによって偏心カムを偏心回転させるクランク軸と、偏心カムと係合している外歯歯車を備えており、クランク軸を自転させると偏心カムが偏心回転し、外歯歯車が揺動運動する。

外歯歯車の自転を許容しない場合は、内歯歯車が出力軸を中心として自転する。逆に、内歯歯車の自転を許容しない場合は、外歯歯車が出力軸を中心として公転しながら自転する。内歯歯車または外歯歯車の自転を出力軸に伝達することによって、入力軸に加えられた自転数を減速して出力軸に伝えることができる。

[0003] 産業用ロボットは複数の関節を有しており、関節毎に減速装置を利用することが多い。関節に減速装置を取り付けた産業用ロボットが特開昭 63— 185595号公報に開示されている。特開昭 63— 185595号公報に開示されている産業用ロボットは、ロボットアームの手首部分に 3つの関節を有しており、その手首部分に 3つの減速装置が組み込まれている。

[0004] 図 4に、産業用ロボット 30の概略図を示している。産業用ロボット 30は、第 1関節 31 と、第 2関節 32と、第 3関節 33と、第 4関節 34と、第 5関節 35と、第 6関節 36を有している。即ち、産業用ロボット 30は、 6軸の回転運動を組み合わせて動作する。

第 1関節 31は設置面に固定されており、中心軸 CL1の周りを自転可能である。第 2 関節 32は中心軸 38の周りを自転可能である。第 3関節 33は中心軸 40の周りを自転可能である。第 4関節 34は中心軸 CL2の周りを自転可能である。第 5関節 35は中心軸 42の周りを自転可能である。第 6関節 36は中心軸 CL3の周りを自転可能であり、その先端に図示しないロボットハンドを固定して、ワーク (被加工物）を加工したり運搬したりする。

それぞれの関節 31, 32, 33, 34, 35, 36には減速装置が組み込まれている。第 1 関節 31と、第 2関節 32と、第 3関節 33は、産業用ロボット 30の基本 3軸と呼ばれている。第 4関節 34と、第 5関節 35と、第 6関節 36は、産業用ロボット 30の手首 3軸と呼ばれており、ロボットの基部アーム 52の先端部分を形成している。第 4関節 34は、肩部 44に取り付けられているモータ 46の回転数を減速して第 4関節 34よりも先端側の部材を中心軸 CL2の周りに自転させる減速機構を備えている。第 5関節 35は、肩部 44 に取り付けられているモータ 48の回転数を減速して第 5関節 35よりも先端側の部材を中心軸 42の周りに自転させる減速機構を備えている。第 6関節 36は、肩部 44に取り付けられているモータ 50の回転数を減速して第 6関節 36よりも先端側の部材を中心軸 CL3に周りに自転させる減速機構を備えて!/、る。

[0005] 図 5に、産業用ロボット 30の手首 3軸部分のトルク伝達回路図を示す。なお、モータ 50は、図示を省略している。

モータ 46のトルクは、平歯車 14aを介して中空のシャフト軸 14に伝達される。中空のシャフト軸 14は、ロボットの基部アーム 52内を通過しており、第 4関節 34の減速装置にトルクを伝達し、第 4関節 34よりも先端側の部材を矢印 41の方向に回転させる。モータ 48のトルクは、歯車 15aを介して中空のシャフト軸 15に伝達される。中空のシャフト軸 15は、中空のシャフト軸 14の内部を通過しており、歯車 15bにトルクを伝達する。歯車 15bは歯車 15cと直交して嚙み合っており、歯車 15bと歯車 15cの間で回転の方向が 90度変換される。歯車 15cに伝達されたトルクは、第 5関節 35の減速装置に伝達し、第 5関節 35よりも先端側の部材を矢印 43の方向に回転させる。図示しないモータ 50のトルクは、歯車 17aを介してシャフト軸 17に伝達される。シャフト軸 17は、中空のシャフト軸 15の内部を通過しており、歯車 17bにトルクを伝達する。歯車 17bは歯車 17cと直交して嚙み合っており、歯車 17cに伝達されたトルクは、歯車 17cに固定されている平歯車 17dによって、平歯車 17eに伝達される。歯車 17b 力も歯車 17cにトルクが伝達されるときに回転の方向が 90度変換される。歯車 17eに伝達されたトルクは、歯車 17eに固定されているとともに歯車 17gと直交して嚙み合つて、る歯車 17fに伝達される。歯車 17fから歯車 17gにトルクが伝達されるときに回転の方向が 90度変換されて、歯車 17gの回転方向がモータ 50の回転方向と同方向になる。歯車 17gに伝達されたトルクは、第 6関節 36の減速装置に伝達し、第 6関節 36 よりも先端側の部材を矢印 45の方向に回転させる。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 産業用ロボットに求められる要求は厳しくなつてきている。産業用ロボットによって移動させるワーク等の重量が重くなつており、出力軸に伝達するトルク Tの増大が求められている。また、産業用ロボットの稼働率が高くなつたりしている。ここでいう稼動率は、ロボットが負荷を負った状態で動作する時間を、ロボットが稼動している時間で除した割合をいう。産業用ロボットは、負荷を負った状態で動作をしている時間が長くなり、停止している時間が短くなつてきている。その一方において、アームには小径ィ匕して軽量ィ匕することが要請されて、る。

産業用ロボットに求められる要求に対応して、ロボットの関節に取り付けて用いる減速装置にも、小型で高負荷を伝達でき、高稼働率で使用しても高い耐久性 (長い寿命）を有することが要求されて、る。

[0007] 本発明者らの研究によって、減速装置の温度が減速装置の耐久性に敏感に影響することがわ力つてきた。減速装置の出力軸に高いトルクを伝達する状態で減速装置を高稼働率で使用すると、減速装置は発熱する。減速装置が発熱すると、減速装置に充填されている潤滑剤 (オイルやグリース等）が加熱される。なお、潤滑剤は減速装置内にシール部材ゃロボット部材等で密閉して封入されて、る。

潤滑剤は、温度が上がると粘度が低下し、それに応じて油膜強度が低下する性質を備えている。すなわち、減速装置の温度が減速装置の耐久性に敏感に影響する。減速装置の出力軸に高いトルクを伝達する状態で減速装置を高稼働率で使用すると、潤滑剤が過熱されてしまい、減速装置の耐久性が急激に低下してしまう。産業用ロボットの出力軸に要求されるトルクが増大しており、産業用ロボットの稼働率が高くなっている現在、減速装置の発熱が深刻な問題となっており、減速装置の耐久性の低下が深刻な問題となっている。

[0008] 内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D≤200mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達されるトルク Tが 650N'm≤T≤ 1570N'mである場合や、内歯歯車の内径 Dが 100mm≤D< 140mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達されるトルク丁が290?^ 111≤丁< 650?^ 111でぁる場合、従来の減速装置では潤滑剤の温度が上力てしまい、高負荷を伝達する状態で、高稼働率で使用すると、減速装置の耐久性が大きく低下してしまう。また、その後の研究で、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D ≤ 200mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達されるトルク Tが 650N'm≤T ≤1960N'mである場合も、従来の減速装置では、高負荷を伝達する状態で、高稼働率で使用すると、減速装置の耐久性が大きく低下してしまうことが判明した。

課題を解決するための手段

[0009] 減速装置の発熱を抑えて、減速装置の耐久性が低下することに対処するためには、減速装置の放熱性能を増大することが有効である。し力しながら、減速装置の放熱性能を増大させようとすると、減速装置が大型化してしまう。前記したように、ロボットアームには小径ィ匕して軽量ィ匕することが要請されており、ロボットアームの関節に取り付ける減速装置にも一層の小型化が要求されている。減速装置の放熱性能を向上させることによって、減速装置の耐久性の低下に対処することは困難である。

[0010] そこで、減速装置の発熱自体を抑制することが重要となっている。ロボットの関節部分に組み込む減速装置は、減速装置と入力軸を接続するために歯車対を利用している。この歯車対によって第 1減速機構を実現し、その後に大きく減速する第 2減速機構と組み合わせて用いることが多、。揺動運動する外歯歯車に嚙み合う内歯歯車を利用する減速機構は、第 2減速機構となる。以下では、第 1減速機構と第 2減速機構を組み合わせた全体を減速装置とヽぅ。

[0011] 揺動運動する外歯歯車に嚙み合う内歯歯車を利用する減速機構は、コンパクトでありながら大きく減速することができる。そこで、従来の減速装置は、第 2減速機構を主体にして設計されている。一対の歯車から構成される第 1減速機構の減速比は比較的簡単に調整できる。そのため、第 1減速機構の減速比は、許容サイズや伝達トルクの大きさの点力対応可能な第 2減速機構を決定した後に、その第 2減速機構の減速比と、減速装置に必要とされる総減速比力結果的に決定している。

[0012] 本発明者らの研究によって、上記設計思想に問題があることがわ力てきた。例えば、 lOOOrpmの入力軸の回転数を減速して lOrpmに減速する場合を考える。この場合、総減速比が 100である減速装置が必要とされる。

総減速比が 100である減速装置を構成する場合、第 1減速機構の減速比を 2. 5として第 2減速機構の減速比を 40とすることもできれば、第 1減速機構の減速比を 3. 3 として第 2減速機構の減速比を 30とすることもできれば、第 1減速機構の減速比を 4として第 2減速機構の減速比を 25とすることもできる。常識的に見て、いかなる組み合わせであっても、総減速比が 100である限り、減速装置の総発熱量も同じであると予想される。従来の技術では、総発熱量に与える影響を加味しないで、第 1減速機構の減速比と第 2減速機構の減速比の組み合わせを決定して、た。実際には第 1減速機構よりも第 2減速機構の方が複雑で精密な構造が必要とされる。そのため、何種類力の第 2減速機構を用意しておき、第 2減速機構についてはその中から選択した後に、第 1減速機構を構成する歯車対の歯数比を調整することによって、減速装置に必要な総減速比を実現していた。上記した方法で減速装置を製造する際に、第 1減速機構の減速比と第 2減速機構の減速比の組み合わせによって、減速装置の発熱量が相違してくるという認識は全くな力つた。

[0013] し力しながら、本発明者らの研究によって、同じ総減速比であっても、第 1減速機構の減速比と第 2減速機構の減速比の組み合わせによって、減速装置の総発熱量が変化することを見出した。そして、第 1減速機構の減速比を増大して第 2減速機構の減速比を減少した方が総発熱量が小さくなることもわ力てきた。この知見が得られたことによって、減速装置の発熱量を抑える新たな設計手法が判明した。

[0014] 従来の設計手法では、コンパクトでありながら大きく減速することができる第 2減速機構を中心に設計しており、第 2減速機構の特徴を生かすために、例えば減速比が 40の第 2減速機構、減速比が 52の第 2減速機構、減速比が 60の第 2減速機構等を用意していた。第 2減速機構の減速比を 40未満にすると、第 1減速機構の減速比を大きくせざるをえず、それではコンパクトでありながら大きく減速することができる第 2 減速機構の利点を生力せな、。

従来の設計手法では、第 2減速機構の減速比は、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤ D≤ 200mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達されるトルク Tが 650N'm≤ T≤ 1570N'mである場合は、最低でも 40であった。

また、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D≤200mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達されるトルク Tが 650N'm≤T≤ 1960N'mである場合も、第 2減速機構の減速比は最低でも 40であった。

また、内歯歯車の内径 Dが 100mm≤D< 140mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達されるトルク Tが 290N'm≤T< 650N'mである場合は、第 2減速機構の減速比は最低でも 30であった。

[0015] 本発明者らの研究によって、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D≤200mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達されるトルク Tが 650N'm≤T≤1570N'm又は 650N.m≤T≤1960N.mである場合、減速装置の総発熱量の面から見ると、第 2 減速機構の減速比が 40以上というのは最適設計でなぐ 40未満に抑える（その分は第 1減速機構の減速比を上げて、総減速比を同じにする）ことによって、減速装置の総発熱量を抑制できることを確認した。

図 6に示すグラフは、減速装置の温度上昇値と、減速装置の出力軸の回転数の関係を示している。グラフの縦軸は、減速装置の温度上昇値 (°C)を示しており、グラフの横軸は回転数 (rpm)を示している。図中の数字は、内歯歯車の歯数を示し、第 2 減速機構の減速比に等しい。第 2減速機構の減速比に反比例するように第 1減速機構の減速比が調整されており、いずれのカーブでも、減速装置の総減速比は約 80 である。また、いずれのカーブでも、出力軸に伝達されるトルクは 690N' mであり、第 2減速機構のサイズは同じである。いずれのカーブでも、入力軸に入力されるトルクと回転数は等しぐ出力軸に伝達されるトルクと回転数は等しい。即ち、いずれのカーブでも、減速装置が行う仕事量は同じである。

[0016] 曲線 C52は、第 2減速機構の減速比が 52の場合の減速装置の出力回転数と減速装置の温度上昇値の関係を示し、曲線 C40は、第 2減速機構の減速比が 40の場合の出力回転数と温度上昇値の関係を示し、曲線 C28は、第 2減速機構の減速比が 2 8の場合の出力回転数と温度上昇値の関係を示している。図 6の温度上昇値は、設定した出力回転数で減速装置を継続運転したときに、温度変化がなくなった状態での温度と減速装置を継続運転する前の温度差を示してヽる。

図 6から明らかなように、出力回転数を高くすると減速装置の温度上昇値が大きくなることが分かる。これは減速装置の仕事量が増えると、それに対応して減速装置の温度上昇値が高くなることを示して、る。

減速装置の仕事量と発熱量が対応するのであれば、曲線 C52と曲線 C40と曲線 C 28は一致するはずである。減速装置の総減速比が同じであり、同じ仕事量であるからである。ところが実際には、曲線 C52と曲線 C40と曲線 C28は一致しない。明らかに、第 2減速機構の減速比が大きい方が（C52を参照）、その分第 1減速機構の減速比が小さいにも係らず、総発熱量が大きいのに対し、第 2減速機構の減速比が小さい方が（C28を参照）、その分第 1減速機構の減速比が大きいにも係らず、総発熱量が小さいことがわかる。

しかも総発熱量の差は、出力回転数が高いほど増大することがわかる。出力回転数が低い間は顕著でな力つた総発熱量の差が、出力回転数が高くなると大きくなる。

[0017] 図 7に示すグラフは、横軸に減速装置の運転時間を示し、縦軸に減速装置から発生する鉄粉量を示している。鉄粉量は、減速装置に充填されている潤滑剤に混入する鉄粉量を測定したものであり、減速装置に生じる磨耗量に対応している。なお、減速装置は潤滑剤を封入した密閉形態で使用した。

図 7に示す曲線 70は、減速装置を、所定の負荷で運転を継続した場合を示している。減速装置の運転を開始して力も所定時間の間は、減速装置の運転時間に比例して磨耗量が増大する（以下、初期磨耗現象と称することがある)ものの、その後は磨耗のペースが低い安定期 72を迎えている。減速装置の寿命の直前になるまで、低い磨耗のペースで減速装置の運転を継続できることを示している。

一方、曲線 68は、総減速比は同じであるが第 2減速機構の減速比を大きくした減速装置を、所定の負荷で運転を継続した場合を示している。曲線 70の初期磨耗のペースよりも高、磨耗のペースで減速装置の磨耗が進行して!/、る。減速装置の運転を開始したときの高い磨耗のペースを維持し、安定期 72を得ることができない。

[0018] また、本発明者らの研究によって、内歯歯車の内径 Dが小さぐ出力トルク Tが小さい場合については別の減速比範囲が存在することを見出した。即ち、内歯歯車の内径 Dが 100mm≤D< 140mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達されるトルク Tが 290N'm≤T< 650N'mである場合、第 2減速機構の減速比を 30未満に抑える（その分は第 1減速機構の減速比を上げることになる）ことによって、減速装置の耐久性の低下を抑制できることを確認した。

[0019] 本発明者らの研究によって、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D≤200mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達されるトルク Tが 650N'm≤T≤1570N'mである場合、第 2減速機構の減速比を 40未満に抑え、内歯歯車の内径 Dが 100mm≤D < 140mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達されるトルク Tが 290N'm≤T く 650N'mである場合、第 2減速機構の減速比を 30未満に抑える（その分は第 1減速機構の減速比を上げることになる）ことによって、減速装置の総発熱量を抑制でき、耐久性の低下が避けられることが判明した。

[0020] 上述したように、潤滑剤の温度が低、状態で減速装置を運転すると、磨耗のペースが低い安定期を得ることができる。し力しながら、安定期が得られたとしても、減速装置が目的の耐久性を満足しないことがある。減速装置の耐久性は、定格寿命時間で表される。定格寿命時間とは、減速装置を定格トルク及び定格出力回転数で運転した場合の寿命時間のことであり、およそ 6000〜8000時間である。上述したように、口ボットが移動させるワーク等の重量が重くなり、稼働率が高くなつたりしている。従来の稼動条件であれば定格寿命時間を満足することができる減速装置でも、高トルクで高稼働率の条件では定格寿命時間を満足しなヽことがある。減速装置の耐久性が定格寿命時間よりも短くなると、ロボットが動作しているときに減速装置が壊れてしまつたり、ロボットの保守 ·点検を頻繁に行う必要が生じてしまう。

[0021] 減速装置では、減速装置の内部に封入されている潤滑剤内に発生する鉄粉の濃度 (以下、鉄粉濃度と称することがある）は、減速装置が磨耗することによって増加する。鉄粉濃度が lOOOppm以上になると、減速装置の可動部分は過度に磨耗した状態である。また、減速装置の可動部分の間にその潤滑剤 (鉄粉濃度が lOOOppm以上に達した潤滑剤）が介在していると、可動部分をさらに磨耗させてしまう。すなわち、鉄粉濃度が lOOOppm以上になると、減速装置の磨耗は加速度的に進行して、減速装置が破壊に至る。減速装置を定格寿命時間運転したときに、鉄粉濃度が 1000 ppm未満であることが、減速装置に要求される耐久性である。

[0022] 本発明者らの研究によって、減速装置を高トルクで高稼働率の条件で使用しても耐久性が定格寿命時間を満足する条件が判明した。

図 9に示すグラフは、横軸に減速装置の運転時間を示し、縦軸に減速装置に封入されている潤滑剤中の鉄粉濃度（単位: ppm)を示している。曲線 C1〜C6は、 CK C2< C3< C4< C5< C6の順に第 2減速機構の減速比が低、 (減速装置の総減速比は同じである）。曲線 C1〜C5は、減速装置の運転を開始して力も所定時間の間は初期磨耗により磨耗のペースが高く（グラフの傾きが大きく）、所定時間を越えると磨耗のペースが低く（グラフの傾きが小さく）なっている。すなわち、曲線 C1〜C5は、減速装置の磨耗のペースが低い安定期を有している。しかしながら、曲線 C5は、安定期を有しているにもかかわらず、減速装置の耐久性が定格寿命時間を満足していない。曲線 C5は、安定期を迎える前に鉄粉濃度が 600ppmを超えており、定格寿命時間を迎える前に鉄粉濃度が lOOOppmに達している。上述したように、鉄粉濃度が lOOOppmに達してしまうと、減速装置の磨耗は加速度的に進行して、減速装置が破壊に至る。

曲線 C5は、安定期を迎える前に鉄粉濃度が 600ppmを超えている。上述したように、潤滑剤に多くの鉄粉が混ざっていると、鉄粉が、減速装置の可動部分を削ってしまう。すなわち、磨耗のペースが低い安定期を有していても、安定期を迎えるよりも前に鉄粉濃度が 600ppmを超えてしまうと、安定期における磨耗のペースを顕著に抑制することができな、ことが判明した。

曲線 C1〜C4に示すように、安定期を迎えるときに鉄粉濃度が 600ppm以下の場合、減速装置の耐久性が定格寿命時間を満足する。すなわち、定格寿命時間を迎えたときに鉄粉濃度が lOOOppmに達していない。なお、曲線 C6は安定期を迎えることなく増加し続けている。

曲線 C1は、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D≤200mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達されるトルク Tが 650N'm≤T≤ 1570N'mである場合、第 2減速機構の減速比を 30以下にすることで得られる。

[0023] 本発明は、上記の知見に基づいて創作された減速装置であり、産業用ロボットの関節部分に用いられる。本発明の減速装置は、第 1減速機構と第 2減速機構を有している。

第 1減速機構は、入力軸と一体に自転する第 1平歯車と、第 1平歯車に嚙み合って V、る第 2平歯車を備えて、る。

第 2減速機構は、第 2平歯車と一体に自転するとともにその自転にともなって偏心力ムを偏心回転させるクランク軸と、偏心カムと係合して揺動運動をする外歯歯車と、外歯歯車の揺動運動を許容しつつ外歯歯車に嚙み合った状態で外歯歯車を内包するとともに外歯歯車の歯数と異なる歯数を有する内歯歯車を備えてヽる。

本発明の減速装置は、内歯歯車がロボットアームの基部側部材に固定され、外歯歯車が自転するとそれに追従して自転するキャリアがロボットアームの先端側部材に固定されて用いられる。あるいは、外歯歯車がロボットアームの基部側部材に固定され、内歯歯車がロボットアームの先端側部材に固定されて用いられる。

本発明の減速装置は、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤ D≤ 200mmの関係を満たしており、さらにロボットアームの先端側部材に伝達するトルク Tが 650N'm≤T≤ 15 70N · mの場合、減速装置内に封入されてヽる潤滑剤中の鉄粉 (潤滑剤内に発生する鉄粉)の濃度の増加傾向が、減速装置の運転を開始してから所定時間までの間は大きぐその所定時間を越えると小さく変化し、増加傾向が変化するときの潤滑剤中の鉄粉の濃度が 600ppm以下に設定されて、る。

[0024] 上記の減速装置によると、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D≤200mmであり、口ボットアームの先端側部材に伝達するトルク Tが 650N'm≤T≤1570N'mの範囲である場合、減速装置の運転を開始して力所定時間を超えると、鉄粉濃度の増加傾向が小さくなる安定期を得ることができる。安定期を迎えたときの鉄粉濃度が小さいため、安定期における減速装置の磨耗を顕著に抑制することができる。耐久性が定格寿命時間を満足する減速装置を得ることができる

[0025] 本発明の他の減速装置は、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D≤200mmの関係を満たしており、さらにロボットアームの先端側部材に伝達するトルク T力 ½50N'm≤T ≤ 1960N'mの場合、減速装置内に封入されている潤滑剤中の鉄粉の濃度の増加傾向が、減速装置の運転を開始して力所定時間までの間は大きぐその所定時間を越えると小さく変化し、増加傾向が変化するときの潤滑剤中の鉄粉の濃度が 600p pm以下に設定されている。

[0026] 上記の減速装置でも、安定期における減速装置の磨耗を顕著に抑制し、耐久性が定格寿命時間を満足する減速装置を得ることができる。

[0027] 本発明の減速装置では、前記内歯歯車の内径 Dが、 140mm≤D≤ 200mmであり、先端側部材に伝達されるトルク T力 650N'm≤T≤1570N'm又は 650N'm≤ T≤ 1960N'm、鉄粉の濃度の増加傾向が変化するときの潤滑剤中の鉄粉の濃度力 S600ppm以下であり、さらに内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 40倍未満であることが好ま、。

[0028] 上述したように、内歯歯車と外歯歯車を有する減速機構 (第 2減速機構)の減速比を 40未満に抑えることによって、減速装置の総発熱量を抑制することができる。第 2 減速機構の減速比は、内歯歯車の歯数 Nを内歯歯車と外歯歯車の歯数差で除したものであり、内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 40倍未満に設定されていれば、第 2減速機構の減速比は 40未満に抑えられる。すなわち、内歯歯車と外歯歯車の歯数差を 40倍未満にすることによって、減速装置の発熱を抑制することができる。減速装置の耐久性が定格寿命時間を確実に満足することができる。

[0029] 本発明では、小型の減速装置も提供することができる。内歯歯車の内径 Dが 100m m≤D< 140mmの関係を満たしており、さらにロボットアームの先端側部材に伝達するトルク Tが 290N · m≤ T< 650N · mの場合、減速装置内に封入されて、る潤滑剤中の鉄粉の濃度の増加傾向が、減速装置の運転を開始して力所定時間までの間は大きぐその所定時間を越えると小さく変化し、増加傾向が変化するときの潤滑剤中の鉄粉の濃度が 600ppm以下に設定されている。

[0030] 上記の減速装置でも、潤滑剤中の鉄粉の濃度の増加傾向が、減速装置の運転を開始して力所定時間までの間は大きぐその所定時間を越えると小さく変化し、増加傾向が変化するときの潤滑剤中の鉄粉の濃度が 600ppm以下に設定にすることによって、安定期における減速装置の磨耗を顕著に抑制し、耐久性が定格寿命時間を満足する減速装置を得ることができる。

[0031] 本発明の減速装置では、減速装置内に封入されている潤滑剤が、合成炭化水素油と精製鉱油からなる基油に対して、有機モリブデン、硫黄、リン、亜鉛等の極圧添加剤とリチウム石鹼を配合して得られる潤滑剤であることが好ましい。

上述したように、減速装置を運転するときに、安定期を迎えるまでの間、潤滑剤中の鉄粉濃度を抑制することが重要である。上記の潤滑剤は、摩擦係数が 0. 08以下と小さぐ減速装置の運転を開始して力安定期を迎えるまでの減速装置の磨耗を小さくすることができる。ここでいう摩擦係数とは、振動摩擦磨耗試験として知られて

V、る SRV試験機を用いて測定される値のことを、う。

[0032] 本発明では、内歯歯車の内径 Dと、ロボットアームの先端に伝達するトルク Tと、内歯歯車の歯数 Nの関係から決定される減速装置も提供できる。

本発明の減速装置も、産業用ロボットの関節に取り付けられて用いられ、第 1減速機構と第 2減速機構を有してヽる。

第 1減速機構は、入力軸と一体に自転する第 1平歯車と、第 1平歯車に嚙み合って

V、る第 2平歯車を備えて、る。

産業用ロボットの手首に取り付ける減速装置にはコンパクトィ匕が要求されており、本発明の減速装置では、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D≤200mmの関係を満たしており、さらにロボットアームの先端側部材に伝達するトルク Tが 650N'm≤T≤ 157 ON'mの場合、内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 40倍未満に設定されている。上述したように、第 2減速機構の減速比は、内歯歯車の歯数 Nを内歯歯車と外歯歯車の歯数差で除したものであり、内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 40倍未満に設定されてヽれば、第 2減速機構の減速比は 40 未満に抑えられる。

[0033] 内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D≤200mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達するトルク Tが 650N'm≤T≤1570N'mの範囲である場合、従来のように第 2減速機構の減速比を 40以上とすると、図 6で説明したように総発熱量が増大し、図 7で説明した安定期 72を得ることができない。し力ながら、第 2減速機構の減速比を 40未満とすると、それを補償するように第 1減速機構の減速比を増大させても、総発熱量を抑制し、図 7で説明した安定期 72を得ることができる。

本発明によると、重い物体を高速で移動させることが求められているために、出力軸を高速度で回転させるとともに出力軸に高トルクを伝達する必要のある減速装置の総発熱量を抑えることができる。潤滑剤の過熱を防止して磨耗のペースが低、安定期を得ることができることから、出力軸を高トルクで高速回転させる減速装置の耐久性の低下を防止することができる。

[0034] 内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D≤200mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達するトルク Tが 650N'm≤T≤ 1570N'mの範囲である場合、内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 30倍未満に設定されていることが好ましい第 2減速機構の減速比を 30以下にすることによって、耐久性がより顕著に向上した減速装置を得ることができる。

[0035] 本発明の他の 1つの減速装置は、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D< 200mmの関係を満たしており、さらにロボットアームの先端側部材に伝達するトルク Tが 650Ν· m≤T< 1960N'mの場合、内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 40倍未満に設定されて、る。

上記の減速装置でも、第 2減速機構の減速比を 40未満にすると、図 7で説明した安定期 72を得ることができる。

[0036] 本発明の他の 1つの減速装置は、小型の減速装置、即ち、内歯歯車の内径 Dが 10 Omm≤D< 140mmの関係を満たしており、さらにロボットアームの先端側部材に伝達するトルク Tが 290N'm≤T< 650N'mの場合、内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 30倍未満に設定されてヽる。

[0037] 内歯歯車の内径 Dが 100mm≤D< 140mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達するトルク Tが 290N'm≤T< 650N'mの範囲である場合、従来のように第 2 減速機構の減速比を 30以上とすると、図 6で説明したことと同じ作用効果により総発熱量が増大してしまう。し力しながら、第 2減速機構の減速比を 30未満とすると、それを補償するように第 1減速機構の減速比を増大させても、総発熱量を抑制することができる。

[0038] 上記の減速装置では、入力軸と外歯歯車の中心に貫通孔が空けられており、他の減速装置用の入力軸がその貫通孔を通過可能なことが好ましい。

減速装置が貫通孔を有すると、図 5に示した第 4関節 34に取り付けることができる。その貫通孔を、図 5の入力軸 15, 17等が通過できるために、第 5関節、第 6関節のための減速装置にトルクを入力することができる。

入力軸が貫通孔を有する場合、入力軸に固定されている第 1平歯車の径が大きくなりがちである。直径が限られている減速装置の場合、第 1平歯車の径が大きくなれば、それに嚙み合っている第 2平歯車の径は小さくならざるを得ない。この結果、第 1 減速機構の減速比を大きくとりづら、と、う事情が存在する。入力軸が貫通孔を有する場合は、第 2減速機構の減速比を上げ、第 1減速機構の減速比を下げて用いるのが普通である。

内歯歯車の内径 Dが 140mm≤ D≤ 200mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達するトルク Tが 650N'm≤T≤ 1570N'mの範囲である場合、第 2減速機構の減速比を 40未満に抑えたり、内歯歯車の内径 Dが 100mm≤D< 140mmであり、ロボットアームの先端側部材に伝達するトルク Tが 290N'm≤T< 650N'mの範囲である場合、第 2減速機構の減速比を 30未満に抑えたりすることはひどく非常識である。本発明は、非常識に挑戦したものであり、斬新なものである。

[0039] 内歯歯車と外歯歯車の歯数差は 1であってもよいし、 2であってもよいし、 3以上であってもよい。

[0040] 本発明の別の 1つの減速装置は、産業用ロボットの関節に取り付けられて用いられる。本発明の減速装置は、第 1減速機構と第 2減速機構を有している。第 2減速機構を構成している内歯歯車と外歯歯車の一方がロボットの基部側部材に固定されており、内歯歯車と外歯歯車の他方がロボットの先端側部材に固定されている。

第 1減速機構の減速比と第 2減速機構の減速比は、組み合わせを変えることが可能であり、減速装置の発熱を抑制する領域から選択して減速装置を製造することができる。

[0041] 上記の減速装置は、第 1減速機構と第 2減速機構の組み合わせを変更することにより、減速装置の発熱を抑制することができる。

発明の効果

[0042] 本発明の減速装置によると、第 1減速機構と第 2減速機構の機能分担を最適化することによって、重い物体を高速で移動させることが求められている産業用ロボットのための減速装置の耐久性の低下を抑制することができる。

即ち、第 1減速機構と第 2減速機構の減速比の配分を最適化することによって、減速装置の総発熱量を抑えることができ、潤滑剤の過熱を防止して磨耗のペースが低 Vヽ安定期を得ることができることから、出力軸を高トルクで高速回転させる減速装置の耐久性の低下を抑制することができる。

産業用ロボットの手首に用いるコンパクトな減速装置であり、ロボットアームの先端を高速度に回転させるとともにロボットアームの先端に高トルクを伝達する減速装置の耐久性の低下を抑制することができる。

図面の簡単な説明

[0043] [図 1]図 1は、実施例 1の減速装置を示す。 [図 2]図 2は、図 1の II II線に沿った断面図を示す。

[図 3]図 3は、図 1の III III線に沿った断面図を示す。

[図 4]図 4は、産業用ロボットの概略図を示す。

[図 5]図 5は、産業用ロボットの手首 3軸部分の回路図を示す。

[図 6]図 6は、減速装置の出力回転数と温度上昇値を表すグラフを示す。

[図 7]図 7は、減速装置の稼動時間と鉄粉発生量の関係を表すグラフを示す (実験 1)

[図 8]図 8は、実施例 2の減速装置を示す。

[図 9]図 9は、減速装置の稼動時間と鉄粉濃度の関係を表すグラフを示す (実験 2)。発明を実施するための最良の形態

各実施例の主要な特徴を以下に示す。

(第 1特徴)減速装置の総減速比が 40〜200の範囲において、第 1減速機構に入力される回転数が 2000rpm以上であり、第 2減速機構から出力される回転数が 15〜6 Orpmである減速装置。その減速装置の第 2減速機構の減速比を、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤ D≤ 200mmであり、第 2減速機構から出力されるトルク Tが 650N · m ≤T≤ 1570N'm又は 650N'm≤T≤ 1960N'mであり、第 2減速機構の減速比を 40未満とする。

(第 2特徴)減速装置の総減速比が 30〜180の範囲において、第 1減速機構に入力される回転数が 2000rpm以上であり、第 2減速機構から出力される回転数が 15〜6 Orpmである減速装置。その減速装置の第 2減速機構の減速比を、内歯歯車の内径 Dが 100mm≤D< 140mmであり、第 2減速機構から出力されるトルク Tが 290N'm ≤ T< 650N · mであり、第 2減速機構の減速比を 30未満とする。

(第 3特徴)第 1減速機構に入力される回転数が 2000rpm以上であり、第 2減速機構力出力される回転数が 15〜60rpmである減速装置。その減速装置内に封入されている潤滑剤内に発生する鉄粉濃度の増加傾向が、減速装置の運転を開始してから所定時間までの間は大きぐ所定時間を越えると小さくなる安定期を得る。安定期を得るときの潤滑剤中の鉄粉濃度を 600ppm以下とする。

実施例 [0045] (第 1実施例）

図 1は、本実施例の減速装置 10の要部断面図を示している。減速装置 10は、主に、図 4の産業用ロボット 30の第 4関節 34に取り付けることを意図して設計されている。ただし、減速装置 10を第 5関節 35に取り付ける場合もあり、第 6関節 36に取り付ける場合もある。

減速装置 10は、図 4のモータ 46によって回転するシャフト軸 (入力軸） 14の回転数を減速し、先端アーム 54を回転させるものであり、第 1減速機構と第 2減速機構を備えている。

第 1減速機構は、シャフト軸 14の先端に形成されている第 1の平歯車 19と、それに嚙み合う第 2の平歯車 12a, 12c, 12e (図 3も参照）を備えている。本実施例では、平歯車 19を可能な限り小径化して歯数を少なくする一方、平歯車 12a, 12c, 12eについては可能な限り大径ィ匕して歯数を多くしている。これによつて第 1減速機構で大きな減速比を実現している。シャフト軸 14の内側を他のシャフト軸 (入力軸） 15, 17が通過しているために、従来は平歯車 19がもっと大径であり、平歯車 12a, 12c, 12eはもつと小径であった。本実施例では、シャフト軸 14の薄肉化等を促進することによって、第 1減速機構で大きな減速比を実現して、る。

第 2減速機構は、平歯車 12a, 12c, 12eと一体に自転するクランク軸 6a, 6c, 6eと、外歯歯車 4a, 4b (図 1も参照）と、内歯歯車 2と、クランク軸 6a, 6c, 6eをシャフト軸 1 4の周りに公転可能に支持して、るキャリア 8, 8aを備えて、る。

内歯歯車 2はボルト 18によって基部アーム 52に取り付けられ、先端アーム 54はボルト 20によってキャリア 8に取り付けられている。

[0046] 図 3は、図 1の III一 III線に沿った要部端面を示している。内歯歯車 2の内部にクランク軸 6a, 6c, 6eが備えられ、クランク軸 6aには平歯車 12aが固定され、クランク軸 6c には平歯車 12cが固定され、クランク軸 6eには平歯車 12eが固定されている。平歯車 12a, 12c, 12eはそれぞれシャフト軸 14の先端に形成されている平歯車 19と嚙み合っている。シャフト軸 14は中空構造であり、シャフト軸の中心に穴 61が形成されている。穴 61の内部を、シャフト軸 15とシャフト軸 17が通過している。

[0047] クランク軸 6a, 6c, 6eは、基本的に同一構造を備えている。ここでは、クランク軸 6a について説明する。図 1に示すように、クランク軸 6aは、一対の円錐ころ軸受 9a, 9b によって、キャリア 8, 8aに対して中心軸 6x (図 2参照）の周りに自転可能で軸方向に移動不能に支持されている。一対の円錐ころ軸受 9a, 9bによって、キャリア 8, 8aからクランク軸 6aに軸方向の圧縮力がかけられており、クランク軸 6aはキャリア 8, 8aに対して軸方向に固定されて!、る。

クランク軸 6aに平歯車 12aが固定されている。平歯車 12aは、シャフト軸 14と嚙み合っている。シャフト軸 14の外面に平歯車 12aと嚙み合うための平歯車 19が形成されている。平歯車 12aと平歯車 19が嚙み合っても、クランク軸 6aとシャフト軸 14の間には軸方向の力は発生しな、。

[0048] 図 2は、図 1の II一 II線に沿った断面を示している。図 2と図 3は、見る方向が反対である。クランク軸 6aは、キャリア 8, 8aに対してクランク軸の中心軸 6xの周りに自転可能で支持されて、る。図示 7aはクランク軸 6aに形成されて、る偏心カムを示して、る。偏心カム 7aの外形は円形であり、その中心 7xはクランク軸 6aの自転の中心軸 6xから図 2の下方向に偏心している。偏心カム 7aは、ニードル軸受 64aを介して外歯歯車 4aの穴 22aに係合している。クランク軸 6aが中心軸 6xの周りに自転すると、偏心カム 7aの中心 7xは、矢印 63に示すようにクランク軸の中心軸 6xの周りに公転する。偏心カム 7aの中心 7xが矢印 63のように公転すると、外歯歯車 4aは、矢印 28に示すように揺動運動する。

図示 6c, 6eはクランク軸であり、その作用効果はクランク軸 6aと同様である。また図示 7c, 7eは偏心カムであり、その作用効果は偏心カム 7aと同様である。よってクランク軸 6c, 6eと、偏心カム 7c, 7eの説明は省略する。

[0049] キャリア 8とキャリア 8aはボルト 21で固定されており、一対のアンギユラ軸受 16a, 16 bによって、内歯歯車 2に対して自転可能に支持されている。内歯歯車 2の内部に外歯歯車 4a, 4bが収容されており、外歯歯車 4a, 4bは、クランク軸 6aに直交した状態で重なりあっている。

図 2に示すように、外歯歯車 4aには、周方向に合計 6個の穴 22a〜22fが形成されており、中央部分に穴 22gが形成されている。穴 22gの内側をシャフト軸 15とシャフト軸 17が通過している。キャリア 8は、穴 22b,穴 22d,穴 22f内に伸びる柱部材 24b,柱部材 24d,柱部材 24fを形成している。よって、外歯歯車 4aはキャリア 8に対して自転不能であり、外歯歯車 4aが自転するとキャリア 8も自転する。

[0050] 外歯歯車 4aは 37個の歯を有しており、内歯歯車 2は 38個の歯を有している。即ちゝ外歯歯車 4aの歯数は内歯歯車 2の歯数よりも 1つ少ない。外歯歯車 4aは、外歯歯車 4aの周方向の外歯と、内歯歯車 2の周方向の内歯ピン 26が嚙み合った状態で、矢印 28に示すように中心軸 62の周りに公転することができる。外歯歯車 4aは中心軸 62の周りに公転しつつ揺動運動をするということもできる。内歯ピン 26は内歯歯車 2 に固定されておらず、内歯歯車 2に形成された溝 2a内に設置されており、内歯ピン 2 6の中心 26xの周りに自転することが可能である。このことは 38本の内歯ピン 26全てに共通である。なお、図 2から明らかなように、全ての内歯ピン 26が外歯歯車 4aに接している。外歯歯車 4aと内歯歯車 2の嚙み合いの程度が、周方向の位置によって異なるだけである。外歯歯車 4aと内歯歯車 2が最も強く嚙み合っている部分を「嚙み合い」と表現するならば、外歯歯車 4aが内歯歯車 2に局所的に嚙み合っていると表現することちでさる。

外歯歯車 4aの穴 22bと、柱部材 24bの間には、外歯歯車 4aの公転 28を許容する空間が確保されている。内歯歯車 2が固定された状態で外歯歯車 4aが公転すると、内歯歯車 2の歯数よりも外歯歯車 4aの歯数が少な!/、ので、外歯歯車 4aは公転しつつ自転する。外歯歯車 4aが公転しつつ自転する場合、柱部材 24b, 24d, 24fも外歯歯車 4aの自転に追従して自転する。外歯歯車 4aの歯数と内歯歯車 2の歯数の差は 1であり、内歯歯車 2の歯数が 38個のため、外歯歯車 4aが 1回公転すると外歯歯車は 1Z38回自転する。また、内歯歯車 2の内径は図中に Dで示すとおり、各内歯ピンの中心によって形成される円の直径であり、 140mm〜200mmまで選択できる。

[0051] 上記の説明は、外歯歯車 4bに対しても共通である。ただし、偏心方向が反対である。図 2の状態において、外歯歯車 4bのための偏心カム 7bの中心は、クランク軸 6a の自転の中心軸 6xから図の上方向に偏心している。外歯歯車 4aのための偏心カム 7aの中心 7xと外歯歯車 4bのための偏心カム 7bの中心は、いつもクランク軸 6aの自転の中心軸 6xを挟んだ対称の位置にある。即ち、図 2において、外歯歯車 4aが左方向に偏心すれば外歯歯車 4bは右方向に偏心し、外歯歯車 4aが上方向に偏心すれば外歯歯車 4bは下方向に偏心し、外歯歯車 4aが右方向に偏心すれば外歯歯車 4b は左方向に偏心し、外歯歯車 4aが下方向に偏心すれば外歯歯車 4bは上方向に偏心する。即ち、外歯歯車 4aと外歯歯車 4bとクランク軸 6aの全体を観察すると、クランク軸 6aの自転の中心軸 6xに対して左右対称となっており、回転バランスが確保される関係が実現されている。

[0052] 本実施例の減速装置 10の動作を説明する。この減速装置は、モータ 46のトルクがシャフト軸 14と平歯車 19を介して平歯車 12a, 12c, 12eに伝達される。図 3に示すように、シャフト軸 14が中心軸 62の周りに矢印 65の方向に自転すると、平歯車 12a はクランク軸 6aの中心軸 6xの周りに矢印 66の方向に自転する。平歯車 12c, 12eも平歯車 12aと同じ方向の自転をする。このときシャフト軸 14の平歯車 19と平歯車 12a , 12c, 12eの歯数差によって、第 1の減速が行われる。第 1減速機構に入力される自転速度を R1とすると、平歯車 12a, 12c, 12eの自転速度 R2は次式で表される。 R2= - (Z1/Z2) X (Rl -R4) +R4 (1)

上記【こお、て、 Zl iまシャフト軸 14の平歯車 19の歯数、 Ζ2ίま平歯車 12a, 12c, 12 eの歯数を示している。また、 R4は平歯車 12a, 12c, 12eの公転速度を示している。

[0053] 平歯車 12a, 12c, 12eに伝達された回転は、クランク軸 6a、 6c, 6eに伝達される。

クランク軸 6aは中心軸 6xの周りに自転して、偏心カム 7a, 7bを中心軸 6xの周りに公転させる。クランク軸 6c, 6eも同様の動作を行う。その結果、外歯歯車 4a, 4bは矢印 28の方向に公転する。外歯歯車 4a, 4bは内歯歯車 2に嚙み合った状態で内歯歯車 2の内側で揺動運動をする。内歯歯車 2はボルト 18によって固定されているため、外歯歯車 4a, 4bが、内歯歯車 2に嚙み合った状態で揺動運動をすると、外歯歯車 4a, 4bと内歯歯車の歯数が相違するため、外歯歯車 4a, 4bが自転する。即ち、外歯歯車 4a, 4bは公転しつつ自転する。その結果、柱部材 24b, 24d, 24fは中心軸 62の周りに公転する。

外歯歯車 4a, 4bは中心軸 62を中心に対称位置を維持する関係で公転する。クランク軸 6a. 6c. 6eと外歯歯車 4a, 4bは、回転バランスが確保された状態で円滑に回転する。平歯車 12a, 12c, 12eの公転速度は、外歯歯車 4a, 4bの自転速度になるため、外歯歯車 4a, 4bの自転速度 R4は次式で表される。

R4 = - (Z3 - Z4) /Z4 X R3 (2)

上記において、 R3はクランク軸 6a、 6c, 6eの自転速度、 Z3は内歯歯車 2の歯数、 Z4は外歯歯車 54a, 54bの歯数を示している。

クランク軸 6aと平歯車 12aは固定されており、クランク軸 6cと平歯車 12cは固定されており、クランク軸 6eと平歯車 12eは固定されているため、クランク軸 6a, 6c, 6eと平歯車 12a, 12c, 12eは同じ速度で自転するため次式が成立する。

R2=R3 (3)

上式、（1)、（2)、（3)より次式が成立する。

R1/R4= (Z2/Z1) X (Z3/ (Z3-Z4) ) + 1 (4)

本実施例では、内歯歯車 2の歯数が 38であり、外歯歯車 4a, 4bの歯数が 37であるため、次式が成立する。

R1/R4= (Z2/Z1) X 38 + 1 (5)

ここで、 Z2ZZ1は第 1減速機構の減速比を表し、 38は第 2減速機構の減速比を表している。

本実施例の減速装置 10では、 (5)式で表される減速比を得ることができる。

(実験 1)

本実施例の減速装置 10を用いて、減速装置 10の運転時間と減速装置 10から発生する鉄粉量について実験した。実験は、減速装置 10の出力トルクを 1225N'mとして、内歯歯車 2の内径 Dを 179mmで実施した。実験の結果、図 7に示す曲線 70の結果が得られた。曲線 70は、運転開始時には運転時間に比例して鉄粉発生量が増大するものの、その後は鉄粉量の増加ペースが低い安定期 72を有している。減速装置 10を長期間運転しても、減速装置 10の磨耗がほとんど進行しない安定期が存在することを示している。即ち、減速装置 10は高トルクで運転しても、低い磨耗のぺースで運転を継続できる安定期が得られ、耐久性の低下が避けられることを示して、る。なお、本実施例の減速装置 10の総減速比は 98であり、内歯歯車 2の歯数は 38である。また、内歯歯車 2の歯数が 30の場合でも曲線 70と同じ傾向の安定期 72が得られることを確認している。

曲線 68は、減速装置 10の出力トルクを 1225N'mとして、内歯歯車 2の内径 Dを 1 79mmとする場合、 N≥40にすることで得られる。図 7では、具体的には N = 52の場合の曲線を示しており、総減速比は 98 (曲線 70の場合と同じ)である。なお、 N≥40 において、 Nの値を大きくしていくと、鉄粉量の増加ペースが高く（グラフの傾きが大きく）なっていく。曲線 68には安定期が存在しないため、減速装置の運転時間と、減速装置の磨耗が比例関係にある。

[0055] 本発明者の研究によって、出力トルクと内歯歯車の内径を変化させると、減速装置の発熱量を抑えることができ、減速装置の耐久性の低下を抑制できることを確認した内歯歯車と外歯歯車の歯数差が 1の場合、内歯歯車の内径を Dとし、減速装置の出力トルクを Tとし、内歯歯車の歯数を Nとすると、 140mm≤D≤ 200mmであり、 65 ON-m≤T≤ 1570N'mである場合、 N<40にすることによって減速装置 10の発熱量を抑えることができ、減速装置 10の耐久性の低下を抑制することができる。また、 1 40mm≤D≤ 200mmであり、 650N'm≤T≤ 1960N'mである場合も、 Nく 40にすること〖こよって、曲線 70と同じ傾向の安定期 72が得られることを確認した。

曲線 68は、 140mm≤D≤ 200mmであり、 650N'm≤T≤ 1570N'mである場合、 N≥ 40にすることで得られる。曲線 68には安定期が存在しないため、減速装置の運転時間と、減速装置の磨耗が比例関係にある。なお、上述したように、 N≥40において、 Nの値を大きくしていくと、鉄粉量の増加ペースが高くなつていく。

[0056] 本発明の減速装置 10は、 140mm≤D≤ 200mmであり、 650N-m≤T≤ 1570N •mである場合、 N<40にすることによって、減速装置 10の耐久性が向上することが判明した。一方、 100mm≤D< 140mmであり、 290N'm≤T< 650N'mの場合、即ち、内歯歯車 2の内径 Dが小さぐ出力トルクが小さい場合は、 N< 30にすることによって、減速装置 10の耐久性が向上することが判明した。

減速装置 10が、 100mm≤D< 140mm、 290N'm≤T< 650N'mである場合、 N≥ 30とすると、減速装置 10を運転したときの減速装置 10の温度上昇値をより抑制する必要がある。内歯歯車 2の内径 Dが 140mm≤D≤200mmの場合は、温度上昇値が高くなつても、減速装置 10が停止している間に放熱する面積が大きい。し力しながら、 Dく 140mmの場合は、減速装置 10が停止している間に放熱する面積が小さいため、減速装置 10がなかなか冷却されず、減速装置 10は常に高い温度に保たれることになる。減速装置 10の温度上昇値が高くなりすぎると、減速装置 10の内部の潤滑剤が加熱されて潤滑性能が低下することがある。そのため、小型の減速装置 10、即ち 100mm≤D< 140mmであり、 290N'm≤T< 650N'mの場合、 N< 30 とすると、減速装置 10を連続動作させたときの温度上昇が N≥30の場合よりも抑制される。よって減速装置 10を連続動作しても温度上昇を許容範囲内に抑えることができ、減速装置 10の耐久性の低下を抑制することができる。

[0057] (実験 2)

本実施例の減速装置 10を用いて、減速装置 10の運転時間と、減速装置に封入されている潤滑剤内に発生する鉄粉濃度の変化について実験した。ここでは、減速装置 10について、出力トルク Tと内歯歯車の内径 Dと内歯歯車の歯数 Nを、以下の 2つのグループに分けて実験を行った。

( 1 )減速装置 10の出力トルク丁が 650N'm≤T≤1570N' mであり、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤ D≤ 200mmであり、内歯歯車の歯数 Nが N< 40のグループ（C 1 , C2, C3)

( 2)減速装置の 10の出力トルク丁が 650N'm≤T≤1570N · mであり、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D≤200mmであり、内歯歯車の歯数 Nが N≥ 40のグループ（C 4, C5, C6)

なお、本実験使用した潤滑剤は、磨耗係数が 0. 08程度である。

[0058] 図 9に示しているように、曲線 C1〜C5は、減速装置 10の動作を開始して力も所定時間の間は、潤滑剤中の鉄粉濃度の増加ペースが大きぐ所定時間を過ぎた後は、鉄粉濃度の増加ペースが緩やかになる安定期を迎えている。しかしながら、曲線 C5 は、安定期を迎えるよりも前に、潤滑剤中の鉄粉濃度が 600ppmを超えている。曲線 C5は、安定期の長さが短ぐ運転時間が定格寿命時間を迎える前に、潤滑剤中の鉄粉濃度が lOOOppmを超えてしまう。曲線 C2, C3, C4に示しているように、安定期を迎えた後に鉄粉濃度が 600ppmを越える場合、十分に長い安定期を得ることができるため、減速装置を定格寿命時間運転しても、鉄粉濃度が lOOOppmを超えることはな、。減速装置 10の運転を開始してから所定時間までの間は鉄粉濃度の増加べースが大きぐ所定時間を越えて安定期を迎えるときに、鉄粉濃度が 600ppm以下であることによって、減速装置 10の耐久性が定格寿命時間を満足することが確認された。

曲線 C1は、内歯歯車の歯数が 30である。減速装置 10を、定格寿命時間を超えて運転を継続しても寿命 (鉄粉濃度 lOOOppm)を計測することができな力つた。内歯歯車の歯数を 30にすることによって、耐久性が特に顕著に向上する減速装置が得られることが確認された。なお、曲線 C2は図 7の曲線 70と同じであり、曲線 C6は図 7の曲線 68と同じである。

本実験では、減速装置 10の出力トルク Tが 650N'm≤T≤1570N'mであり、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤D≤200mmの場合について示している。具体的な結果は示していないが、出力トルク Tが 650N'm≤T≤1960N'mであり、内歯歯車の内径 Dが 140mm≤ D≤ 200mmの場合も同様の結果が得られることが確認された。また、出力トルク Tが 290N'm≤T≤650N'mであり、内歯歯車の内径 Dが 100mm ≤D< 140mmの場合も同様の結果が得られることが確認された。

[0059] 本実験で使用した潤滑剤は、摩擦係数がおよそ 0. 08である。減速装置の可動部に生じる摩擦を低減させるという観点から、摩擦係数が 0. 08以下の潤滑剤を使用することが好ましぐ摩擦係数が 0. 03以下であることが特に好ましい。合成炭化水素油と精製鉱油からなる基油に対して、有機モリブデンとリチウム石鹼を配合して得られる潤滑剤が、特開 2004— 339411号公報に開示されており、その潤滑剤の摩擦係数はおよそ 0. 03である。なお、潤滑剤の摩擦係数を測定する SRV試験についての条件も上記特許文献に開示されて！ヽる。

[0060] 本実験では、曲線 C4に示しているように、内歯歯車 2の歯数 Nが、 N≥40の場合でも減速装置 10を定格寿命時間稼動させたときに、潤滑剤中の鉄粉濃度が ΙΟΟΟρ pmに至らない例がみられた。しかしながら、内歯歯車 2の歯数 Nを N< 40にすることによって、より確実に減速装置 10の耐久性が定格寿命時間以上を確保することができる。なお、曲線 C2は、鉄粉濃度が lOOOppmに至る前に、減速装置の磨耗が加速度的に進行してしまう。定格寿命時間を越えた後に、減速装置を長期間稼動させたため、可動部分以外の箇所が劣化して磨耗ペースが加速したものと推測される。

[0061] 減速装置内に封入されている潤滑剤中の鉄粉濃度の傾きが、減速装置の運転を開始して力所定時間までの間は大きぐ所定時間を越えると小さく変化し、傾きが変化するときの潤滑剤中の鉄粉濃度が 600ppm以下とすることによって、下記の特長が得られる。

上述したように、減速装置の耐久性は、定格寿命時間以上であることが要求されている。し力しながら、内歯歯車の内径 Dや、必要とされる出力トルク Tや、内歯歯車の歯数 Nを様々に変化させて減速装置を製造したときに、その減速装置が、耐久性定格寿命時間を満足する力否力を実際に試験することは困難である。しかしながら、潤滑剤中の鉄粉濃度の変化が安定期を迎えるまで試験することは、比較的容易に実施することができる。すなわち、潤滑剤中の鉄粉濃度の変化が安定期を迎えたときに、鉄粉濃度が 600ppmを超えてヽる力否かを判断することは容易に評価することができる。

[0062] (第 2実施例）

図 8は、第 2実施例の減速装置 110の要部断面図を示している。ここでは第 1実施例と相違する部分のみを説明する。第 1実施例と同様な部材には同じ参照番号を付すること〖こよって、重複説明を省略する。

減速装置 110は、産業用ロボット 130の第 4関節に取り付けることを意図して設計されており、モータ 146によって回転するシャフト軸 114の回転数を減速し、先端ァーム 154を回転させる。

モータ 146ίま、基咅アーム 152の固定咅 152a【こボノレト 97で固定されて!ヽる。第 1減速機構は、シャフト 114軸の先端に形成されている平歯車 119と、平歯車 11

9【こ嚼み合う平歯車 112a, 112c, 112e (112aのみ図示して!/ヽる。）を備えて!/ヽる。第 2減速機構のキャリア 8は、ボルト 20によって平歯車 92に固定されている。

内歯歯車 2の一部は基部アーム 152の固定部 152aにボルト 118で固定されており

、先端アーム 154は軸受 90によって基部アーム 152に自転可能に支持されているとともに、平歯車 92と嚙み合っている平歯車 94にボルト 96で固定されている。 [0063] 減速装置 110は、モータ 146と平歯車 112aを連結するシャフト軸 114の長さが短い。よって装置を簡略ィ匕することができる。また、減速装置 110の出力軸となるキヤリァ 8と先端アーム 154の間に、平歯車 92と平歯車 94を有している。平歯車 92と平歯車 94の歯数を調整することによって、第 2減速機構から先端側部材に伝達される回転数をさらに減速することが可能となり、第 1減速機構と第 2減速機構の減速比の調整幅が広がるメリットがある。

[0064] 上記実施例では、内歯歯車と外歯歯車の歯数の差が 1の場合を説明した。しかしな力 Sら内歯歯車と外歯歯車の歯数の差は必ずしも 1である必要はない。

例えば、内歯歯車と外歯歯車の歯数の差が 2の場合、外歯歯車が 1回公転すると外歯歯車は 2Z (内歯歯車の歯数）回自転する。

歯数差が 2の減速装置と歯数差力^の減速装置の減速比を同じにするためには、歯数の差が 2の減速装置の内歯歯車の歯数を、歯数の差 1の減速装置の内歯歯車の歯数の 2倍にすればよい。即ち、歯数差が 2の場合、内歯歯車の内径を Dとし、減速装置の出力トルクを Tとし、内歯歯車の歯数を Nとすると、

140mm≤D≤200mm、 650N'm≤T≤ 1570N'mの場合、 N< 80とすると減速装置の耐久性の低下を抑制することができる。

140mm≤D≤200mm、 650N'm≤T≤ 1570N'mの場合、 N≥80とすると、高負荷を伝達し、高稼働率で使用する場合に減速装置の耐久性を大きく低下させてしまつことがある。

内歯歯車と外歯歯車の歯数差が 2の場合においても、 100mm≤D< 140mm, 2 90N.m≤T< 650mmの場合、 N< 60にすることで減速装置の耐久性の低下を抑 ff¾することができる。

内歯歯車と外歯歯車の歯数差が 3以上の場合につ、ても、上記と同様の理由が成立する。即ち、内歯歯車と外歯歯車の歯数差は 1であってもよいし、 2であってもよいし、 3以上であってもよい。

[0065] また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。例えば、上記実施例では、外歯歯車がトルクの出力軸となっている力内歯歯車がトルクの出力軸でもよい。その場合は、産業用ロボットの基部アームにキャリアを固定し、先端アームに内歯歯車の一部を固定すればよい。

また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである

Claims

請求の範囲

[1] 産業用ロボットの手首に取り付けられる減速装置であり、第 1減速機構と第 2減速機構を有し、

第 1減速機構は、入力軸と一体に自転する第 1平歯車と、第 1平歯車に嚙み合っている第 2平歯車を備え、

第 2減速機構は、第 2平歯車と一体に自転するとともにその自転にともなって偏心力ムを偏心回転させるクランク軸と、偏心カムと係合して揺動運動をする外歯歯車と、外歯歯車の揺動運動を許容しつつ外歯歯車に嚙み合った状態で外歯歯車を内包するとともに外歯歯車の歯数と異なる歯数を有する内歯歯車を備えており、

内歯歯車と外歯歯車の一方がロボットアームの基部側部材に固定され、内歯歯車と外歯歯車の他方がロボットアームの先端側部材に固定される減速装置であり、前記内歯歯車の内径 Dが、 140mm≤ D≤ 200mmであり、

前記先端側部材に伝達されるトルク T力 650N-m≤T≤ 1570N'mであり、減速装置内に封入されている潤滑剤中の鉄粉の濃度の増加傾向が、減速装置の運転を開始して力所定時間までの間は大きぐその所定時間を越えると小さく変化し、増加傾向が変化するときの潤滑剤中の鉄粉の濃度が 600ppm以下であることを特徴とする減速装置。

[2] 産業用ロボットの手首に取り付けられる減速装置であり、第 1減速機構と第 2減速機構を有し、

内歯歯車と外歯歯車の一方がロボットアームの基部側部材に固定され、内歯歯車と外歯歯車の他方がロボットアームの先端側部材に固定される減速装置であり、前記内歯歯車の内径 Dが、 140mm≤ D≤ 200mmであり、前記先端側部材に伝達されるトルク T力 650N-m≤T≤ 1960N'mであり、減速装置内に封入されている潤滑剤中の鉄粉の濃度の増加傾向が、減速装置の運転を開始して力所定時間までの間は大きぐその所定時間を越えると小さく変化し、増加傾向が変化するときの潤滑剤中の鉄粉の濃度が 600ppm以下であることを特徴とする減速装置。

[3] 前記内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 40倍未満であることを特徴とする請求項 1又は 2の減速装置。

[4] 産業用ロボットの手首に取り付けられる減速装置であり、第 1減速機構と第 2減速機構を有し、

内歯歯車と外歯歯車の一方がロボットアームの基部側部材に固定され、内歯歯車と外歯歯車の他方がロボットアームの先端側部材に固定される減速装置であり、前記内歯歯車の内径 Dが、 100mm≤D≤ 140mmであり、

前記先端側部材に伝達されるトルク丁が、 290Ν·πι≤Τ≤650Ν· mであり、減速装置内に封入されている潤滑剤中の鉄粉の濃度の増加傾向が、減速装置の運転を開始して力所定時間までの間は大きぐその所定時間を越えると小さく変化し、増加傾向が変化するときの潤滑剤中の鉄粉の濃度が 600ppm以下であることを特徴とする減速装置。

[5] 前記内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 30倍未満であることを特徴とする請求項 4の減速装置

[6] 減速装置内に封入されている潤滑剤が、合成炭化水素油と精製鉱油からなる基油に対して、有機モリブデンとリチウム石鹼を配合して得られる潤滑剤であることを特徴とする請求項 1から 5の、ずれかの減速装置。

[7] 産業用ロボットの手首に取り付けられる減速装置であり、第 1減速機構と第 2減速機構を有し、

前記先端側部材に伝達されるトルク T力 650N-m≤T≤ 1570N'mであり、前記内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 40倍未満であることを特徴とする減速装置。

[8] 前記内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 30倍以下であることを特徴とする請求項 7の減速装置。

[9] 産業用ロボットの手首に取り付けられる減速装置であり、第 1減速機構と第 2減速機構を有し、

前記先端側部材に伝達されるトルク T力 650N-m≤T≤ 1960N'mであり、前記内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 40倍未満であることを特徴とする減速装置。

[10] 産業用ロボットの手首に取り付けられる減速装置であり、第 1減速機構と第 2減速機構を有し、

内歯歯車と外歯歯車の一方がロボットアームの基部側部材に固定され、内歯歯車と外歯歯車の他方がロボットアームの先端側部材に固定される減速装置であり、前記内歯歯車の内径 Dが、 100mm≤D< 140mmであり、

前記先端側部材に伝達されるトルク丁が、 290N -m≤T< 650N · mであり、前記内歯歯車の歯数 Nが、内歯歯車と外歯歯車の歯数差の 30倍未満であることを特徴とする減速装置。

[11] 前記入力軸と前記外歯歯車の中心に貫通孔が空けられており、他の減速装置用の入力軸がその貫通孔を通過可能なことを特徴とする請求項 1から 10のいずれかの減速装置。

[12] 前記内歯歯車と前記外歯歯車の歯数差が 1であることを特徴とする請求項 1から 11 のいずれかの減速装置。

[13] 産業用ロボットの関節に取り付けられる減速装置であり、第 1減速機構と第 2減速機構を有し、

内歯歯車と外歯歯車の一方がロボットの基部側部材に固定され、内歯歯車と外歯歯車の他方がロボットの先端側部材に固定される減速装置であり、

前記第 1減速機構の減速比と前記第 2減速機構の減速比が、前記減速装置の発熱を抑制する領域から選択されていることを特徴とする減速装置。