JP2018168956A - ロボットおよび歯車ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】歯車装置の寿命を長くすることができるロボットおよび歯車ユニットを提供すること。
【解決手段】第１部材と、前記第１部材に対して回動可能に設けられている第２部材と、前記第１部材および前記第２部材の一方側から他方側へ駆動力を伝達する歯車装置と、を備え、前記歯車装置は、内歯歯車と、端部に開口部を備える筒状をなす可撓性の胴部を有し、前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転する外歯歯車と、波動発生器と、を有し、前記波動発生器は、非円形状の外周面を有するカムと、内輪、外輪および複数のボールを含んで構成されている軸受と、を有し、前記第１部材は、前記胴部の前記開口部側の端部に対向して配置されている相手体を有し、前記外輪と前記相手体との間には、第１シール部材が配置されていることを特徴とするロボット。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットおよび歯車ユニットに関するものである。

少なくとも１つのアームを含んで構成されたロボットアームを備えるロボットでは、例えば、ロボットアームの関節部をモーターにより駆動するが、一般に、そのモーターからの駆動力を減速機により減速することが行われている。このような減速機として、例えば、特許文献１に記載されているような歯車装置が知られている。

特許文献１に記載の歯車装置は、剛性内歯歯車と、この内側に配置された可撓性外歯歯車と、この可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて剛性内歯歯車に対して部分的に噛み合わせるとともに当該噛み合わせ位置を周方向に移動させる波動発生器と、を有する。ここで、可撓性外歯歯車の外歯が形成されている側の開口端には、円盤状の端板が対峙して配置されており、可撓性外歯歯車の開口端に取り付けた環状の弾性シール材の先端側が端板の内側端面に接触して、可撓性外歯歯車の外周側の部分と内周側の部分とを仕切っている。これにより、可撓性外歯歯車の内側空間と外側空間との間で潤滑剤が流動することを阻止できる。また、特許文献１に記載の歯車装置が有する波動発生器は、楕円形をした剛性カム板と、この外周面に嵌めたウエーブベアリングと、を備えている。

特開平９−２９１９８５号公報

特許文献１に記載の歯車装置において、ウエーブベアリングの外輪は、その内周面が複数のボールに接触するとともに外周面が可撓性外歯歯車の内周面に摩擦接触する。これらの接触部分は、摩擦接触状態が大きく異なる。

しかし、特許文献１に記載の構成は、ウエーブベアリングの外輪の内側の空間と外側の空間との間で潤滑剤が流れ込みやすく、前述した２つの接触部分の双方の潤滑性能を高めることが難しいという課題がある。

本発明の目的は、歯車装置の寿命を長くすることができるロボットおよび歯車ユニットを提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

本適用例のロボットは、第１部材と、
アームを含んで構成され、前記第１部材に対して回動可能に設けられている第２部材と、
前記第１部材および前記第２部材の一方側から他方側へ駆動力を伝達する歯車装置と、を備え、
前記歯車装置は、
内歯歯車と、
前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯が設けられ、端部に開口部を備える筒状をなす可撓性の胴部を有し、前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転する外歯歯車と、
前記外歯歯車の内周面に接触し、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合い位置を前記回転軸まわりの周方向に移動させる波動発生器と、を有し、
前記波動発生器は、
非円形状の外周面を有するカムと、
前記外歯歯車の内周面と前記カムの外周面との間にこれらに接触して配置され、内輪、外輪および複数のボールを含んで構成されている軸受と、を有し、
前記第１部材は、前記胴部の前記開口部側の端部に対して対向して配置されている相手体を有し、
前記外輪と前記相手体との間には、第１シール部材が配置されていることを特徴とする。

このようなロボットによれば、外輪と相手体との間に第１シール部材が配置されているため、外輪の内周側（ボール側）から外周側（外歯歯車側）へ潤滑剤が流れるのを低減することができる。そのため、軸受内の潤滑性能と、外輪と外歯歯車との接触部での潤滑性能とをそれぞれ容易に高めることができ、これにより、歯車装置の寿命を長くすることができる。

本適用例のロボットでは、前記相手体は、前記第１部材の内壁面に設けられていることが好ましい。

これにより、相手体を第１部材と一体化させることができる。そのため、部品点数を低減するとともに、構造の簡素化を図ることができる。

本適用例のロボットでは、前記第１シール部材は、前記外輪に固定されていることが好ましい。

これにより、第１シール部材を相手体との間のシール状態を保ったまま外輪の変形に伴って変形させることができる。そのため、外輪の周方向に沿った部分にのみ第１シール部材を設ければよく、第１シール部材の設置スペースを小さくすることができ、その結果、第１シール部材１５の周辺構造の設計の自由度を高めることができる。

本適用例のロボットでは、前記第１シール部材は、前記相手体に固定されていることが好ましい。

これにより、第１シール部材を外輪の変形に伴って変化する外輪との接触範囲にわたるように相手体に固定すればよく、第１シール部材の設置が容易となるという利点がある。

本適用例のロボットでは、前記外輪の外周面と前記胴部の内周面との間には、第２シール部材が配置されていることが好ましい。

これにより、外輪の内周側（ボール側）から外周側（外歯歯車側）へ潤滑剤が流れるのをより低減することができる。

本適用例のロボットでは、前記外輪の外周面は、前記第２シール部材が配置されている凹部を有することが好ましい。

これにより、外輪と外歯歯車との必要な接触状態を良好に保ちつつ、外輪と外歯歯車との間を第２シール部材によりシールすることができる。また、凹部を外輪に形成するため、外歯歯車の機械的強度に影響を与えることもない。

本適用例のロボットでは、前記胴部の内周面は、前記第２シール部材が配置されている凹部を有することが好ましい。

これにより、外輪と外歯歯車との必要な接触状態を良好に保ちつつ、外輪と外歯歯車との間を第２シール部材によりシールすることができる。

本適用例のロボットでは、前記第１シール部材は、弾性体であることが好ましい。
これにより、優れたシール性能を有する第１シール部材を実現することができる。

本適用例のロボットでは、前記胴部の外周面側に配置されている第１潤滑剤と、
前記胴部の内周面側に配置され、前記第１潤滑剤とは潤滑性能の異なる第２潤滑剤と、を備えることが好ましい。

これにより、外歯歯車の内側および外側のそれぞれの領域の潤滑状態を容易に最適化することができる。

本適用例の歯車ユニットは、内歯歯車と、
前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯が設けられ、端部に開口部を備える筒状をなす可撓性の胴部を有し、前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転する外歯歯車と、
前記外歯歯車の内周面に接触し、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合い位置を前記回転軸まわりの周方向に移動させる波動発生器と、
前記胴部の前記開口部側の端部に対して対向して配置されている相手体と、を有し、
前記波動発生器は、
非円形状の外周面を有するカムと、
前記外歯歯車の内周面と前記カムの外周面との間にこれらに接触して配置され、内輪、外輪および複数のボールを含んで構成されている軸受と、を有し、
前記外輪と前記相手体との間には、第１シール部材が配置されていることを特徴とする。

このよう歯車ユニットによれば、外輪と相手体との間に第１シール部材が配置されているため、外輪の内周側（ボール側）から外周側（外歯歯車側）へ潤滑剤が流れるのを低減することができる。そのため、軸受内の潤滑性能と、外輪と外歯歯車との接触部での潤滑性能とをそれぞれ容易に高めることができ、これにより、歯車ユニットの寿命を長くすることができる。

本発明のロボットの実施形態の概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る歯車ユニットを示す縦断面図である。 図２に示す歯車ユニットが備える歯車装置の正面図である。 図２に示す歯車ユニットが備える第１、第２シール部材を説明するための部分拡大縦断面図である。 図４に示す第１シール部材の斜視図である。 図４に示す第２シール部材の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る歯車ユニットが備える第１、第２シール部材を説明するための部分拡大縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る歯車ユニットを示す縦断面図である。

以下、本発明のロボットおよび歯車ユニットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

１．ロボット
まず、本発明のロボットの実施形態について説明する。
図１は、本発明のロボットの実施形態の概略構成を示す図である。

図１に示すロボット１００は、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。

ロボット１００は、６軸の垂直多関節ロボットであり、基台１１１と、基台１１１に接続されたロボットアーム１２０と、ロボットアーム１２０の先端部に設けられた力検出器１４０およびハンド１３０と、を有する。また、ロボット１００は、ロボットアーム１２０を駆動させる動力を発生させる複数の駆動源（モーター１５０および歯車装置１を含む）を制御する制御装置１１０と、を有している。

基台１１１は、ロボット１００を任意の設置箇所に取り付ける部分である。なお、基台１１１の設置箇所は、特に限定されず、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などが挙げられる。

ロボットアーム１２０は、第１アーム１２１（アーム）と、第２アーム１２２（アーム）と、第３アーム１２３（アーム）と、第４アーム１２４（アーム）と、第５アーム１２５（アーム）と、第６アーム１２６（アーム）とを有し、これらが基端側から先端側に向ってこの順に連結されている。第１アーム１２１は、基台１１１に接続されている。第６アーム１２６の先端には、例えば、各種部品等を把持するハンド１３０（エンドエフェクター）が着脱可能に取り付けられている。このハンド１３０は、２本の指１３１、１３２を有しており、指１３１、１３２で例えば各種部品等を把持することができる。

基台１１１には、第１アーム１２１を駆動する駆動源が設けられている。この駆動源は、サーボモーター等のモーター１５０と、モーター１５０からの駆動力を減速する歯車装置１（減速機）を含む歯車ユニット１０と、を有する。また、図示しないが、各アーム１２１〜１２６にも、それぞれ、モーターおよび減速機を有する複数の駆動源が設けられている。そして、各駆動源は、制御装置１１０により制御される。

このようなロボット１００では、歯車装置１が、基台１１１（第１部材）および第１アーム１２１（第２部材）の一方側から他方側へ駆動力を伝達する。より具体的には、歯車装置１が、第１アーム１２１を基台１１１に対して回動させる駆動力を基台１１１側から第１アーム１２１側へ伝達する。ここで、歯車装置１が減速機として機能することにより、駆動力を減速して第１アーム１２１を基台１１１に対して回動させることができる。なお、「回動」とはある中心点に対して一方向またはその反対方向を含めた双方向に動くこと、および、ある中心点に対して回転することを含むものである。

このように、ロボット１００は、「第１部材」である基台１１１と、基台１１１に対して回動可能に設けられた「第２部材」である第１アーム１２１と、基台１１１（第１部材）および第１アーム１２１（第２部材）の一方側から他方側へ駆動力を伝達する歯車装置１を含む歯車ユニット１０と、を備えている。なお、第２〜第６アーム１２２〜１２６のうち第１アーム１２１側から順次任意の数選択したアームを「第２部材」と捉えてもよい。すなわち、第１アーム１２１、および、第２〜第６アーム１２２〜１２６のうち第１アーム１２１側から順次任意の数選択したアームからなる構造体が「第２部材」であるとも言える。例えば、第１、第２アーム１２１、１２２からなる構造体が「第２部材」であるとも言えるし、ロボットアーム１２０全体が「第２部材」であるとも言える。また、「第２部材」がハンド１３０を含んでいてもよい。すなわち、ロボットアーム１２０およびハンド１３０からなる構造体が「第２部材」であるとも言える。

以上説明したようなロボット１００は、歯車装置１の寿命を長くするべく、以下に説明するような歯車ユニット１０を備える。

２．歯車ユニット
以下、本発明の歯車ユニットの実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図２は、本発明の第１実施形態に係る歯車ユニットを示す縦断面図である。図３は、図２に示す歯車ユニットが備える歯車装置の正面図である。図４は、図２に示す歯車ユニットが備える第１、第２シール部材を説明するための部分拡大縦断面図である。図５は、図４に示す第１シール部材の斜視図である。図６は、図４に示す第２シール部材の斜視図である。なお、各図では、説明の便宜上、必要に応じて各部の寸法を適宜誇張して図示しており、各部間の寸法比は実際の寸法比とは必ずしも一致しない。また、図３では、説明の便宜上、後述する第１、第２シール部材１５、１６の図示を省略している。なお、「シール」とは、潤滑剤や異物などの侵入や移動を低減させるためや密閉性を得るために隙間や継ぎ目等を埋めることであり、「シーリング」とも言い、また「シール部材」とはそのために用いる部材である。

図２に示す歯車ユニット１０は、歯車装置１と、この歯車装置１を収納しているハウジング５と、を有する。

（歯車装置）
歯車装置１は、波動歯車装置であり、例えば減速機として用いられる。この歯車装置１は、内歯歯車である剛性歯車２と、剛性歯車２の内側に配置されているカップ型の外歯歯車である可撓性歯車３と、可撓性歯車３の内側に配置されている波動発生器４と、波動発生器４に装着されている第１シール部材１５および第２シール部材１６と、を有している。

この歯車装置１では、可撓性歯車３の横断面が波動発生器４により楕円形または長円形に変形した部分を有し、当該部分の長軸側の両端部において可撓性歯車３が剛性歯車２と噛み合っている。そして、剛性歯車２および可撓性歯車３の歯数が互いに異なっている。

このような歯車装置１において、例えば、波動発生器４に駆動力（例えば、前述したモーター１５０からの駆動力）が入力されると、剛性歯車２および可撓性歯車３は、互いの噛み合い位置が周方向に移動しながら、歯数差に起因して軸線ａまわりに相対的に回転する。これにより、駆動源から波動発生器４に入力された駆動力を減速して可撓性歯車３から出力することができる。すなわち、波動発生器４を入力軸側、可撓性歯車３を出力軸側とする減速機を実現することができる。

図２および図３に示すように、剛性歯車２は、径方向に実質的に撓まない剛体で構成された歯車であって、内歯２３を有するリング状の内歯歯車である。本実施形態では、剛性歯車２が、平歯車である。すなわち、内歯２３は、軸線ａに対して平行な歯スジを有する。なお、内歯２３の歯スジは、軸線ａに対して傾斜していてもよい。すなわち、剛性歯車２は、ハスバ歯車またはヤマバ歯車であってもよい。

可撓性歯車３は、剛性歯車２の内側に挿通されている。この可撓性歯車３は、径方向に撓み変形可能な可撓性を有する歯車であって、剛性歯車２の内歯２３に噛み合う外歯３３（歯）を有する外歯歯車である。また、可撓性歯車３の歯数は、剛性歯車２の歯数よりも少ない。このように可撓性歯車３および剛性歯車２の歯数が互いに異なることにより、減速機を実現することができる。

本実施形態では、可撓性歯車３は、軸線ａ方向での一端（図２中右側の端部）が開口したカップ状をなし、その開口側の端部に外歯３３が形成されている。ここで、可撓性歯車３は、軸線ａまわりの筒状（より具体的には円筒状）の胴部３１（筒部）と、胴部３１の軸線ａ方向での他端部側に接続されている底部３２と、を有する。これにより、胴部３１の底部３２とは反対側の端部を径方向に撓み易くすることができる。そのため、剛性歯車２に対する可撓性歯車３の良好な撓み噛み合いを実現することができる。また、胴部３１の底部３２側の端部の剛性を高めることができる。この底部３２には、軸２０２（例えば出力軸）が接続されている。

このような可撓性歯車３の胴部３１の外周面側の空間と内周面側の空間には、図示しないが、それぞれ、潤滑剤が配置されている。胴部３１の外周面側の空間に配置されている潤滑剤は、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部の潤滑、および、可撓性歯車３と波動発生器４との接触部の潤滑にそれぞれ供される。また、胴部３１の内周面側の空間に配置されている潤滑剤は、後述する波動発生器４の軸受４２内の潤滑に供される。なお、以下では、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部、可撓性歯車３と波動発生器４との接触部、および、軸受４２内をそれぞれ潤滑対象部という。

潤滑剤としては、潤滑油、グリース、固体潤滑剤のいずれであってもよい。グリースは、基油および増ちょう剤を含んで構成される。増ちょう剤としては、例えば、カルシウム石けん、カルシウム複合石けん、ナトリウム石けん、アルミニウム石けん、リチウム石けん、リチウム複合石けん等の石けん系、また、ポリウレア、ナトリウムテレフタメート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、有機ベントナイト、シリカゲル等の非石けん系等が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。また、基油としては、例えば、パラフィン系、ナフテン系等の鉱油（精製鉱物油）、ポリオレフィン、エステル、シリコーン等の合成油が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。

また、グリースは、酸化防止剤、極圧剤、防錆剤等の添加剤、また、黒鉛、硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の固体潤滑剤等を含んでいることが好ましく、特に、極圧剤を含んでいることが好ましい。これにより、潤滑対象部が極圧潤滑状態となっても、焼き付きやスカッフィングを効果的に防止することができる。特に、極圧剤として、有機モリブデン化合物、ジアルキルジチオリン酸亜鉛を用いることが好ましい。グリースが有機モリブデン化合物を含んでいることにより、潤滑対象部における摩擦を効果的に低減することができる。特に、有機モリブデンは、二硫化モリブデンと同等の極圧性および耐摩耗性を発揮し、しかも、二硫化モリブデンに比べて酸化安定性に優れる。そのため、グリースの長寿命化を図ることができる。

ここで、可撓性歯車３の回転量は、歯車装置１の減速比または増速比に応じて波動発生器４（特に、後述するカム４１）の回転量と大きく異なり、それに応じて、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部および可撓性歯車３と波動発生器４との接触部でのすべり速度および圧力は、波動発生器４の後述する軸受４２内でのすべり速度および圧力と大きく異なる。

したがって、胴部３１の外周面側の空間と内周面側の空間とで用いる潤滑剤の潤滑性能が異なることが好ましい。すなわち、ロボット１００または歯車ユニット１０は、胴部３１の外周面側に配置されている第１潤滑剤と、胴部３１の内周面側に配置され、第１潤滑剤とは潤滑性能の異なる第２潤滑剤と、を備えることが好ましい。これにより、可撓性歯車３の内側および外側のそれぞれの領域の潤滑状態を容易に最適化することができる。ここで、歯車ユニット１０では、このように潤滑性能の異なる２つの潤滑剤を用いても、後述するように、第１、第２シール部材１５、１６を設けることで、これらの潤滑剤が混ざり合うことを低減することができる。

第１潤滑剤は、可撓性歯車３の径方向での撓み変形（可撓性歯車３の開口部の開閉運動）に伴って、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い部、および、可撓性歯車３と波動発生器４との接触部に供給される。そのため、第１潤滑剤としては、耐荷重および耐摩耗性に優れたグリース、例えば、モリブデン等の極圧添加剤を含んだグリースを用いることが好ましく、また、隙間へ流れ込みやすいように、ちょう度が高く（柔らかく）離油度が高いグリースを用いることが好ましい。

第２潤滑剤としては、高速回転に対応したグリースを用いることが好ましく、例えば、ちょう度が低い（固い）チャネリング型グリースであって速度指数（ｄｍＮ値）の大きい高速回転用グリース、フレーキングを抑制する効果のある添加剤（例えば亜硝酸ナトリウム、有機モリブデン）を含むグリースを用いることが好ましい。

なお、潤滑剤の特性によっては、前述した可撓性歯車３の内周面側の空間と外周面側の空間とで同じ潤滑剤を用いてもよい。この場合でも、これらの空間に配置された潤滑剤は、前述したような異なるすべり速度および圧力により異なる性状または特性の変化を示すため、これらの潤滑剤が混ざり合うことを低減することは、歯車装置１の長寿命化に寄与する。

波動発生器４は、可撓性歯車３の内側に配置され、軸線ａまわりに回転可能である。そして、図３に示すように、波動発生器４は、可撓性歯車３の開口部（底部３２とは反対側の部分）の横断面を長軸Ｌａおよび短軸Ｌｂとする楕円形または長円形に変形させて外歯３３を剛性歯車２の内歯２３に噛み合わせる。ここで、可撓性歯車３および剛性歯車２は、同一の軸線ａまわりに回転可能に互いに内外で噛み合わされることとなる。

本実施形態では、波動発生器４は、カム４１と、カム４１の外周に装着されている軸受４２と、を有している。カム４１は、軸線ａまわりに回転する軸部４１１と、軸部４１１の一端部から外側に突出しているカム部４１２と、を有している。ここで、軸部４１１には、軸２０１（例えば入力軸）が接続されている。カム部４１２の外周面は、軸線ａに沿った方向から見たときに、楕円形または長円形をなしている。軸受４２は、可撓性の内輪４２１および外輪４２３と、これらの間に配置されている複数のボール４２２と、を有している。ここで、内輪４２１は、カム４１のカム部４１２の外周面に嵌め込まれ、カム部４１２の外周面に沿って楕円形または長円形に弾性変形している。それに伴って、外輪４２３も楕円形または長円形に弾性変形している。また、内輪４２１の外周面および外輪４２３の内周面は、それぞれ、複数のボール４２２を周方向に沿って案内させつつ転動させる軌道面となっている。また、図示しないが、複数のボール４２２は、互いの周方向での間隔を一定に保つように保持器により保持されている。

特に、図４に示すように、軸受４２の外輪４２３は、内輪４２１に比べて、軸線ａに沿った方向での長さが長くなっており、可撓性歯車３の開口部から外側（図４中右側）へ突出している部分を有する。そして、当該部分には、第１シール部材１５が装着されている。この第１シール部材１５は、外輪４２３とハウジング５（内壁面１７）との間でこれらの双方に接触している。これにより、外輪４２３とハウジング５との間（図４に示す空間Ｓ１と空間Ｓ２との間）を通じて潤滑剤が可撓性歯車３の内外を行き来することを低減することができる。

第１シール部材１５は、図５に示すように、環状をなし、その一方の側面には、周方向に沿った凹部１５１が形成されている。この凹部１５１には、外輪４２３の一部が挿入される。これにより、簡易な構成で、第１シール部材１５を外輪４２３に対して固定的に装着することができる。また、外輪４２３が径方向に撓み変形しても、それに追従して第１シール部材１５を変形させることができる。ここで、第１シール部材１５は、外輪４２３とハウジング５との双方に接触した状態を維持するように、ハウジング５に対して摺動しながら変形する。

このような第１シール部材１５の構成材料としては、前述したようなシールを行うことができれば、特に限定されないが、樹脂材料、ゴム材料、エラストマー材料等の弾性材料を用いることが好ましい。すなわち、第１シール部材１５は、弾性体であることが好ましい。これにより、優れたシール性能を有する第１シール部材１５を実現することができる。

また、図４に示すように、外輪４２３の外周面には、第２シール部材１６が装着されている。本実施形態の外輪４２３の外周面には、周方向に沿って凹部４２３１（凹状のすじ）が設けられている。そして、この凹部４２３１内に第２シール部材１６が配置されている。この第２シール部材１６は、外輪４２３と可撓性歯車３との間でこれらの双方に接触している。これにより、外輪４２３と可撓性歯車３との間を通じて潤滑剤が可撓性歯車３の内外を行き来することを低減することができる。また、凹部４２３１内に第２シール部材１６が配置されていることで、外輪４２３と可撓性歯車３との必要な接触状態を保ちつつ、第２シール部材１６によるシールを行うことができるという利点がある。本実施形態では、軸受４２の外輪４２３は、内輪４２１よりも可撓性歯車３の内部側（底部３２側）へ突出している部分を有し、当該部分に凹部４２３１が設けられている。これにより、凹部４２３１内に第２シール部材１６を配置することによる上記利点が顕著に発揮される。

第２シール部材１６は、図６に示すように、環状（無端帯状）をなしている。このような第２シール部材１６の構成材料としては、前述したようなシールを行うことができれば、特に限定されず、前述した第１シール部材１５の構成材料と同様の材料を用いることができ、樹脂材料、ゴム材料、エラストマー材料等の弾性材料を用いることが好ましい。すなわち、第２シール部材１６は、弾性体であることが好ましい。これにより、優れたシール性能を有する第２シール部材１６を実現することができる。

このような波動発生器４は、カム４１の軸線ａまわりの回転に伴って、カム部４１２の向きが変わり、それに伴って、外輪４２３の外周面も変形し、剛性歯車２および可撓性歯車３の互いの噛み合い位置を周方向に移動させる。

また、剛性歯車２、可撓性歯車３および波動発生器４は、それぞれ、金属材料で構成されていることが好ましく、特に、機械的特性および加工性に優れ、かつ、比較的安価であることから、鉄系材料を用いることが好ましい。かかる鉄系材料としては、特に限定されないが、例えば、鋳鉄、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）、マルエージング鋼および析出硬化型ステンレス鋼のうちのいずれか１つであることが好ましい。なお、剛性歯車２および波動発生器４は、それぞれ、実質的な剛体であるため、セラミックス材料等で構成することも可能であるが、可撓性歯車３との強度のバランスから、金属材料を用いることが好ましい。これらの部材の強度差が大きすぎると、強度の低い側の部材が極端に摩耗しやすくなり、その結果、歯車装置１の寿命が短くなってしまう。

（ハウジング）
図２に示すハウジング５は、軸受１３を介して軸２０１（例えば入力軸）を支持している略板状の蓋体１１と、軸受１４を介して軸２０２（例えば出力軸）を支持しているカップ状の本体１２と、を有し、これらの間には、前述した歯車装置１が収納されている。ここで、蓋体１１および本体１２の少なくとも一方には、前述した歯車装置１の剛性歯車２が例えばネジ止め等により固定されている。

このようなハウジング５の蓋体１１は、可撓性歯車３の開口部を覆うように軸線ａに直角な方向に拡がる板状をなしている。そして、蓋体１１には、前述した第１シール部材１５が接触している内壁面１７を有する。この内壁面１７は、前述した第１シール部材１５がその変形に伴って摺動する摺動面である。このようなハウジング５は、例えば、金属材料で構成され、前述したロボット１００の基台１１１の内壁面に設けられている。ここで、蓋体１１は、基台１１１と別体であってもよいし一体であってもよい。

以上のように、ロボット１００が備える歯車ユニット１０は、内歯歯車である剛性歯車２と、外歯歯車である可撓性歯車３と、波動発生器４と、相手体である蓋体１１と、を有する。

ここで、可撓性歯車３は、剛性歯車２に部分的に噛み合う外歯３３が設けられ、端部に開口部を備える筒状をなす可撓性の胴部３１を有し、剛性歯車２に対して軸線ａ（回転軸）まわりに相対的に回転する。

波動発生器４は、可撓性歯車３の内周面に接触し、剛性歯車２と可撓性歯車３との噛み合い位置を軸線ａまわりの周方向に移動させる。また、波動発生器４は、非円形状の外周面を有するカム４１と、可撓性歯車３の内周面とカム４１の外周面との間にこれらに接触して配置されている軸受４２と、を有する。軸受４２は、内輪４２１、外輪４２３および複数のボール４２２を含んで構成されている。

蓋体１１（相手体）は、胴部３１の開口部側（図２および図４中右側）の端部に対向して配置されている。そして、外輪４２３と蓋体１１との間には、第１シール部材１５が配置されている。このように、外輪４２３と蓋体１１との間に第１シール部材１５が配置されているため、外輪４２３の内周側（ボール４２２側）から外周側（可撓性歯車３側）へ潤滑剤が流れるのを低減することができる。そのため、軸受４２内の潤滑性能と、外輪４２３と可撓性歯車３との接触部での潤滑性能とをそれぞれ容易に高めることができ、これにより、歯車ユニット１０（歯車装置１）の寿命を長くすることができる。

このようなロボット１００または歯車ユニット１０において、蓋体１１（相手体）は、基台１１１（第１部材）の内壁面に設けられていることが好ましい。これにより、蓋体１１を基台１１１と一体化させることができる。そのため、部品点数を低減するとともに、構造の簡素化を図ることができる。

本実施形態では、第１シール部材１５は、外輪４２３に固定されている。これにより、第１シール部材１５を蓋体１１との間のシール状態を保ったまま外輪４２３の変形に伴って変形させることができる。そのため、外輪４２３の周方向に沿った部分にのみ第１シール部材１５を設ければよく、第１シール部材１５の設置スペースを小さくすることができ、その結果、第１シール部材１５の周辺構造の設計の自由度を高めることができる。

また、外輪４２３の外周面と可撓性歯車３の胴部３１の内周面との間には、第２シール部材１６が配置されている。これにより、外輪４２３の内周側（ボール４２２側）から外周側（可撓性歯車３側）へ潤滑剤が流れるのをより低減することができる。

本実施形態では、外輪４２３の外周面は、第２シール部材１６が配置されている凹部４２３１を有する。これにより、外輪４２３と可撓性歯車３との必要な接触状態を良好に保ちつつ、外輪４２３と可撓性歯車３との間を第２シール部材１６によりシールすることができる。また、凹部４２３１を外輪４２３に形成するため、可撓性歯車３の機械的強度に影響を与えることもない。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図７は、本発明の第２実施形態に係る歯車ユニットが備える第１、第２シール部材を説明するための部分拡大縦断面図である。

本実施形態は、第１シール部材および第２シール部材の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図７に示す歯車ユニット１０Ａは、歯車装置１Ａと、この歯車装置１Ａを収納しているハウジング５と、を有する。歯車装置１Ａは、内歯歯車である剛性歯車２と、剛性歯車２の内側に配置されている外歯歯車である可撓性歯車３Ａと、可撓性歯車３Ａの内側に配置されている波動発生器４Ａと、ハウジング５に装着されている第１シール部材１５Ａと、可撓性歯車３Ａに装着されている第２シール部材１６Ａと、を有している。ここで、波動発生器４は、カム４１と、このカム４１の外周面に設けられ、内輪４２１、外輪４２３Ａおよび複数のボール４２２を有する軸受４２Ａと、を備える。

第１シール部材１５Ａは、ハウジング５の蓋体１１の内壁面１７に例えば接着剤等により固定されている。この第１シール部材１５Ａは、外輪４２３Ａとハウジング５との間でこれらの双方に接触している。これにより、外輪４２３Ａとハウジング５との間（図７に示す空間Ｓ１と空間Ｓ２との間）を通じて潤滑剤が可撓性歯車３Ａの内外を行き来することを低減することができる。

このように、第１シール部材１５Ａは、相手体である蓋体１１に固定されている。これにより、第１シール部材１５Ａを外輪４２３Ａの変形に伴って変化する外輪４２３Ａとの接触範囲にわたるように蓋体１１に固定すればよく、第１シール部材１５Ａの設置が容易となるという利点がある。ここで、外輪４２３Ａは、第１シール部材１５Ａと接触した状態を維持するように、第１シール部材１５Ａの表面に対して摺動しながら変形する。なお、図示では、第１シール部材１５Ａが環状をなしているが、外輪４２３Ａとの接触範囲にわたって設けられていればよく、これに限定されず、例えば、板状またはシート状であってもよい。

また、本実施形態の可撓性歯車３Ａの内周面には、周方向に沿って凹部３４（凹状のすじ）が設けられている。そして、この凹部３４内に第２シール部材１６Ａが配置されている。この第２シール部材１６Ａは、外輪４２３Ａと可撓性歯車３Ａとの間でこれらの双方に接触している。これにより、外輪４２３Ａと可撓性歯車３Ａとの間を通じて潤滑剤が可撓性歯車３Ａの内外を行き来することを低減することができる。また、凹部３４内に第２シール部材１６Ａが配置されていることで、外輪４２３Ａと可撓性歯車３Ａとの必要な接触状態を保ちつつ、第２シール部材１６Ａによるシールを行うことができるという利点がある。本実施形態では、軸受４２Ａの外輪４２３Ａは、内輪４２１よりも可撓性歯車３Ａの内部側へ突出している部分を有し、可撓性歯車３Ａの当該部分に対向する部分に凹部３４が設けられている。これにより、凹部３４内に第２シール部材１６Ａを配置することによる上記利点が顕著に発揮される。

このように、外輪４２３Ａの外周面と可撓性歯車３Ａの胴部３１の内周面との間には、第２シール部材１６Ａが配置されている。これにより、外輪４２３Ａの内周側（ボール４２２側）から外周側（可撓性歯車３Ａ側）へ潤滑剤が流れるのをより低減することができる。

また、胴部３１の内周面は、第２シール部材１６Ａが配置されている凹部３４を有する。これにより、外輪４２３Ａと可撓性歯車３Ａとの必要な接触状態を良好に保ちつつ、外輪４２３Ａと可撓性歯車３Ａとの間を第２シール部材１６Ａによりシールすることができる。

以上説明したような第２実施形態によっても、歯車装置１Ａまたは歯車ユニット１０Ａの長寿命化を図ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図８は、本発明の第３実施形態に係る歯車ユニットを示す縦断面図である。

本実施形態は、外歯歯車の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図８において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図８に示す歯車ユニット１０Ｂは、歯車装置１Ｂと、蓋体１１と、を有する。歯車装置１Ｂは、剛性歯車２の内側に配置されているハット型の外歯車である可撓性歯車３Ｂを有している。この可撓性歯車３Ｂは、筒状の胴部３１の一端部に接続され軸線ａとは反対側に突出しているフランジ部３２Ｂ（接続部）を有する。フランジ部３２Ｂには、図示しない出力軸が取り付けられている。

このような歯車装置１Ｂは、前述した第１実施形態の歯車装置１と同様、第１、第２シール部材１５、１６が装着されている。

以上説明したような第３実施形態によっても、歯車装置１Ｂまたは歯車ユニット１０Ｂの長寿命化を図ることができる。

以上、本発明のロボットおよび歯車ユニットを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明の可撓性歯車の製造方法は、任意の工程を追加してもよい。

前述した実施形態では、ロボットが備える基台が「第１部材」、第１アームが「第２部材」であり、第１部材から第２部材へ駆動力を伝達する歯車装置について説明したが、本発明は、これに限定されず、第ｎ（ｎは１以上の整数）アームが「第１部材」、第（ｎ＋１）アームが「第２部材」であり、第ｎアームおよび第（ｎ＋１）アームの一方から他方へ駆動力を伝達する歯車装置についても適用可能である。また、第２部材から第１部材へ駆動力を伝達する歯車装置についても適用可能である。

また、前述した実施形態では、６軸の垂直多関節ロボットについて説明したが、本発明は、可撓性歯車を有する歯車装置を用いるものであれば、これに限定されず、例えば、ロボットの関節数は任意であり、また、水平多関節ロボットにも適用可能である。

また、本発明の歯車ユニットは、ロボット以外の任意の装置（駆動力伝達部を有する）にも設置することができる。

１…歯車装置、１Ａ…歯車装置、１Ｂ…歯車装置、２…剛性歯車（内歯歯車）、３…可撓性歯車（外歯歯車）、３Ａ…可撓性歯車（外歯歯車）、３Ｂ…可撓性歯車（外歯歯車）、４…波動発生器、４Ａ…波動発生器、５…ハウジング、１０…歯車ユニット、１０Ａ…歯車ユニット、１０Ｂ…歯車ユニット、１１…蓋体、１２…本体、１３…軸受、１４…軸受、１５…第１シール部材、１５Ａ…第１シール部材、１６…第２シール部材、１６Ａ…第２シール部材、１７…内壁面、２３…内歯、３１…胴部、３２…底部、３２Ｂ…フランジ部、３３…外歯、３４…凹部、４１…カム、４２…軸受、４２Ａ…軸受、１００…ロボット、１１０…制御装置、１１１…基台、１２０…ロボットアーム、１２１…第１アーム、１２２…第２アーム、１２３…第３アーム、１２４…第４アーム、１２５…第５アーム、１２６…第６アーム、１３０…ハンド、１３１…指、１３２…指、１４０…力検出器、１５０…モーター、１５１…凹部、２０１…軸、２０２…軸、４１１…軸部、４１２…カム部、４２１…内輪、４２２…ボール、４２３…外輪、４２３Ａ…外輪、４２３１…凹部、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、Ｓ１…空間、Ｓ２…空間、ａ…軸線

Claims (10)

1. 第１部材と、
   アームを含んで構成され、前記第１部材に対して回動可能に設けられている第２部材と、
   前記第１部材および前記第２部材の一方側から他方側へ駆動力を伝達する歯車装置と、を備え、
   前記歯車装置は、
   内歯歯車と、
   前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯が設けられ、端部に開口部を備える筒状をなす可撓性の胴部を有し、前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転する外歯歯車と、
   前記外歯歯車の内周面に接触し、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合い位置を前記回転軸まわりの周方向に移動させる波動発生器と、を有し、
   前記波動発生器は、
   非円形状の外周面を有するカムと、
   前記外歯歯車の内周面と前記カムの外周面との間にこれらに接触して配置され、内輪、外輪および複数のボールを含んで構成されている軸受と、を有し、
   前記第１部材は、前記胴部の前記開口部側の端部に対して対向して配置されている相手体を有し、
   前記外輪と前記相手体との間には、第１シール部材が配置されていることを特徴とするロボット。
2. 前記相手体は、前記第１部材の内壁面に設けられている請求項１に記載のロボット。
3. 前記第１シール部材は、前記外輪に固定されている請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記第１シール部材は、前記相手体に固定されている請求項１または２に記載のロボット。
5. 前記外輪の外周面と前記胴部の内周面との間には、第２シール部材が配置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
6. 前記外輪の外周面は、前記第２シール部材が配置されている凹部を有する請求項５に記載のロボット。
7. 前記胴部の内周面は、前記第２シール部材が配置されている凹部を有する請求項５に記載のロボット。
8. 前記第１シール部材は、弾性体である請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
9. 前記胴部の外周面側に配置されている第１潤滑剤と、
   前記胴部の内周面側に配置され、前記第１潤滑剤とは潤滑性能の異なる第２潤滑剤と、を備える請求項１ないし８のいずれか１項に記載のロボット。
10. 内歯歯車と、
    前記内歯歯車に部分的に噛み合う外歯が設けられ、端部に開口部を備える筒状をなす可撓性の胴部を有し、前記内歯歯車に対して回転軸まわりに相対的に回転する外歯歯車と、
    前記外歯歯車の内周面に接触し、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合い位置を前記回転軸まわりの周方向に移動させる波動発生器と、
    前記胴部の前記開口部側の端部に対して対向して配置されている相手体と、を有し、
    前記波動発生器は、
    非円形状の外周面を有するカムと、
    前記外歯歯車の内周面と前記カムの外周面との間にこれらに接触して配置され、内輪、外輪および複数のボールを含んで構成されている軸受と、を有し、
    前記外輪と前記相手体との間には、第１シール部材が配置されていることを特徴とする歯車ユニット。

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