JP5591206B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置に関する。

ロボットの関節部分に組み込む駆動装置として、サーキュラースプライン、フレックススプライン及びウェーブジェネレータで構成される波動歯車装置を用いた減速機を有する駆動装置が広く適用されている。波動歯車装置は、サーキュラースプラインとフレックススプラインとが噛み合う部分（噛み合い部分）、及びウェーブジェネレータとフレックススプラインとが当接する部分（当接部分）で摩擦による摩耗が発生するため、これらの箇所にグリースを供給する必要がある。

一般に、グリースはフレックススプラインの中にグリースを充填することにより、サーキュラースプラインとフレックススプラインとが噛み合う部分やウェーブジェネレータとフレックススプラインとが当接する部分にグリースを供給している。

フレックススプライン内に充填したグリースは、駆動装置を組み込んだロボット等の動作に伴って攪拌されて流動性が高くなる。したがって、フレックススプラインに繋がった出力軸が上を向き下側にモータが配置された姿勢で波動歯車装置を動作させた場合、フレックススプライン内に存在するグリースは、サーキュラースプラインの歯面とフレックススプラインの歯面との間やウェーブジェネレータとフレックススプラインとの間に止まらずに下へ落ち、モータ側へ流下する。

モータはモータ軸の部分にオイルシールが設けられており、モータへオイルが浸入することを防止する構造となっているが、長期間グリースに浸されているとオイルシールが設けられていたとしてもモータ内にオイルが浸入してしまうことがある。

特許文献１には、サーキュラースプラインの歯面とフレックススプラインの歯面との間やウェーブジェネレータとフレックススプラインとの間から下側に落ちた油をリフトコーンで持ち上げ、ウェーブジェネレータの上面に導いて潤滑が必要な部分へ供給する技術が開示されている。

実開昭６０−１２９５４５号公報

ロボットしかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、フレックススプラインに繋がった出力軸を上に向け、下側にモータを配置する場合にはモータ内にグリースが浸入してしまうことがあるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、潤滑が必要な部分へのグリースの供給とモータ内へのグリースの浸入の防止とを両立し、波動歯車装置からの出力軸を上向きとした駆動装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータと、リング状のサーキュラースプラインと、サーキュラースプラインの内側に配置される薄肉カップ状のフレックススプラインと、フレックススプラインと当接するようにフレックススプラインの内側に配置され、フレックススプラインを楕円形に撓めてサーキュラースプラインとフレックススプラインとを部分的に噛み合わせる楕円カム状であり、モータのモータ軸に固定されるウェーブジェネレータとで構成され、サーキュラースプラインとフレックススプラインとの噛み合い部分及びウェーブジェネレータとフレックススプラインとの当接部分がグリースで潤滑される波動歯車装置と、モータ軸を取り囲む溝状であり波動歯車装置から流下したグリースを貯留する第１グリース溜まりと、第１グリース溜まりを取り囲む溝状であり第１グリース溜まりから溢れたグリースを貯留する第２グリース溜まりとを有し、モータ軸を上に向けたモータを波動歯車装置の下に位置決めするモータスペーサと、下方が窄まった円筒部を有し、円筒部の下端が第１グリース溜まりに挿入された状態でウェーブジェネレータとモータスペーサとの間でモータ軸に固定されるグリース循環リングとを備え、モータ軸とともに回転するグリース循環リングが、第１グリース溜まりに貯留されたグリースを円筒部に沿って上昇させて、噛み合い部分及び当接部分に供給することを特徴とする。

本発明によれば、波動歯車装置の下側へ設置されたモータ内へのグリースの浸入を防止しつつ、波動歯車装置から流れ落ちたグリースを潤滑が必要な部分に再供給できるという効果を奏する。

図１は、波動歯車装置の実施の形態の構成を示す図である。 図２は、グリース循環リングの構造を示す図である。 図３は、モータスペーサの構造を示す図である。 図４は、グリース循環リングとモータスペーサとの位置関係を示す図である。

以下に、本発明にかかる駆動装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる駆動装置の実施の形態の構成を示す図である。駆動装置５０は、サーキュラースプライン（Ｃ／Ｓ）１、フレックススプライン（Ｆ／Ｓ）２及びウェーブジェネレータ（Ｗ／Ｇ）３で構成される波動歯車装置１０と、グリース循環リング４と、リング固定部品９と、モータスペーサ５と、モータ６と、ケーシング７とを有する。

サーキュラースプライン１は、リング状で内筒面が歯面となっており剛性を有する。フレックススプライン２は、可撓性を有するカップ状であり、開口縁部の外周側はサーキュラースプライン１の歯と係合可能な大きさの歯が形成された歯面となっている。

フレックススプライン２の歯数はサーキュラースプライン１の歯数よりも少なくなっている。また、フレックススプライン２の外径は、サーキュラースプライン１の内径よりも小さくなっている。ダイヤフラム２１（カップの底面）には出力軸２２が取り付けられる。

ウェーブジェネレータ３は、フレックススプライン２の内部に配置されてフレックススプライン２の外周面を楕円状に変形させ、長軸方向でフレックススプライン２とサーキュラースプライン１とを噛み合わさせ、短軸方向では両者の間に隙間を生じさせる楕円カム状である。ウェーブジェネレータ３は入力軸であるモータ軸６１に固定されており、モータ軸６１とともに回転する。ウェーブジェネレータ３の下部中央近傍は、下側に突出して凸部３１となっている。

リング固定部品９は、ウェーブジェネレータ３の凸部３１を覆うようにウェーブジェネレータ３に下から被せられており、止めネジ（イモネジ）９１でモータ軸６１に固定される。リング固定部品９をモータ軸６１に固定することにより、ウェーブジェネレータ３の表面を伝って流下するグリース８はモータ軸６１と接触せず、後述する第１グリース溜まり５２へリング固定部品９の表面に沿って導かれるようになっている。これにより、オイルシール６２がグリース８に浸ることは防止されている。

グリース循環リング４は、リング固定部品９を介してモータ軸６１に固定されており、モータ軸６１とともに回転する。グリース循環リング４の材料としては、モータ６の熱やグリース８に冒されない材料であることが好ましい。グリース循環リング４とリング固定部品９とを一体とし、グリース循環リング４をモータ軸６１に固定する構造とすることも可能であるが、本実施の形態のようにこれらを別部品とすることにより、リング固定部品９をモータ軸６１に固定する作業や、グリース循環リング４をリング固定部品９に固定する作業を行いやすくできる。

モータスペーサ５は、モータ６をケーシング７に固定するための部品である。グリース循環リング４及びモータスペーサ５の各々の構造については後段で説明する。

モータ６は、モータ軸６１が上を向く姿勢でケーシング７に固定される。モータ６のケースはモータ軸６１が突出する部分にオイルシール６２が設置されており、グリース８がモータ６内に浸入しないようになっている。

モータケーシング７は、波動歯車装置１０、グリース循環リング４、リング固定部品９、モータスペーサ５及びモータ６を収容する。

モータ軸６１とともにウェーブジェネレータ３が回転することにより、サーキュラースプライン１とフレックススプライン２とは噛み合う箇所を刻々と替えながら係合し、歯数の差によりフレックススプライン２が回転する。例えば、フレックススプライン２の歯がサーキュラースプライン１の歯よりも二つ少ない場合には、ウェーブジェネレータ３が１回転するごとにフレックススプライン２は歯二つ分ウェーブジェネレータ３とは逆方向に回転する。ダイヤフラム２１に取り付けられた出力軸２２はフレックススプライン２とともに回転するため、出力軸２２の回転数はモータ軸６１の回転数よりも低くなる。

図２は、グリース循環リングの構造４を示す図である。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＩＩｂ−ＩＩｂ断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＩＩｃ−ＩＩｃ断面図である。グリース循環リング４は、下側が窄まった円筒部４１と、リング固定部品９に固定するための固定部４３と、固定部４３から放射状に伸びて円筒部４１と固定部４３とを連結する支持部４４とを有する。固定部４３には取付穴４５が設けられている。

図１に示したように、グリース循環リング４は、取付穴４５を貫通させた固定ネジ９３でリング固定部品９に形成されているネジ穴９２に共締めされることによって、リング固定部品９に固定される。

図３は、モータスペーサ５の構造を示す図である。モータスペーサ５は、貫通穴５１と、貫通穴５１を囲む上面視円弧状の窪み（すなわち溝）である第１グリース溜まり５２及び第２グリース溜まり５３とを備えた形状であり、ケーシング７及びモータ６の双方に固定され、モータ６をケーシング７内の所定の位置に位置決めする。第１グリース溜まり５２と第２グリース溜まり５３との間の第２の壁５４は、第１グリース溜まり５２と貫通穴５１との間の第１の壁５５よりも低くなっている。図１に示したように、サーキュラースプライン１とフレックススプライン２との間やウェーブジェネレータ３とフレックススプライン２との間から波動歯車装置１０の下側に流れたグリース８は、第１グリース溜まり５２に溜まるようになっている。

図４は、グリース循環リング４とモータスペーサ５との位置関係を示す図である。グリース循環リング４は、円筒部４１の下端４１ｂが第２の壁５４よりも下方に位置し、かつ固定部４３や支持部４４が第２の壁５４よりも上に位置するようにモータ軸６１に設置される。これにより、固定部４３や支持部４４は第１グリース溜まり５２に溜まったグリース８に浸からないようになっている。

モータ軸６１を回転させるとグリース循環リング４も回転する。円筒部４１の内面４１ｃでは、グリース循環リング４の回転に伴う遠心力によりグリース８が円筒部４１に沿って上昇していく。また、グリース８の流動性が高い（粘弾性が低い）場合は、円筒部４１の外面４１ｄがグリース８に十分濡れることにより、グリース８はグリース循環リング４の回転による遠心力で飛ばされずに円筒部４１に沿って上昇していく。一方、グリースの流動性が低い（粘弾性が高い）場合は、ワイゼンベルグ効果（法線応力効果）により、グリース８はグリース循環リング４の回転による遠心力で飛ばされずに円筒部４１に沿って上昇していく。

グリース循環リング４の内外面を伝ってグリース循環リング４の上端４１ａまで達したグリース８は、円筒部４１に沿って上昇してきた際の慣性力とグリース循環リング４の回転による遠心力とを合成した力の方向、すなわち斜め上でモータ軸６１から遠ざかる方向に向かってグリース循環リング４から射出される。このため、円筒部４１の上端４１ａでの径を、ウェーブジェネレータ３の長軸寸法よりも若干小さくしておくことにより、円筒部４１の上端４１ａから斜め上方向に飛び出したグリース８を、サーキュラースプライン１とフレックススプライン２とが噛み合う部分やウェーブジェネレータ３とフレックススプライン２とが当接する部分に効率よく供給できる。ただし、円筒部４１の上端４１ａでの径は、必ずしもウェーブジェネレータ３の長軸寸法よりも小さくなければならない訳ではない。

メンテナンスの際にフレックススプライン２内に供給するグリース８が過剰であった場合、第１グリース溜まり５２からグリース８が溢れるが、第１グリース溜まり５２と第２グリース溜まり５３との間の第２の壁５４は、第１グリース溜まり５２と貫通穴５１との間の第１の壁５５よりも低くなっているため、第１グリース溜まり５２から溢れたグリース８は、貫通穴５１側には流入せず第２グリース溜まり５３に流入する。これにより、オイルシール６２がグリース８に浸ることは防止される。

このように、本実施の形態にかかる駆動装置５０は、潤滑が必要な部分にグリース８を供給でき、かつモータ６内にグリース８が浸入することを防止できる。したがって、潤滑不良による波動歯車装置１０の故障や、グリース８の浸入によるモータ６の破損を防止し、駆動装置５０の耐久性を高め、長期使用が可能となる。メンテナンスでグリース８を追加した場合でも、これらの効果が損なわれることはない。

グリース８が駆動装置５０内で繰り返し使用されるため、グリース８の使用量を低減できる。したがって、駆動装置５０を適用したロボット等を用いて生産した製品は、製造段階においてグリース８の使用量削減による環境負荷低減に寄与することとなる。

グリース８の使用量が従来の駆動装置よりも少なくなるため、メンテナンス時に補充するグリース８の推奨量をケーシング７等に表示することにより、廃グリース（第２グリース溜まり５３に流入するグリース８）の発生量を低減するための情報をユーザに適切に提供できる。

また、波動歯車装置１０を構成するサーキュラースプライン１、フレックススプライン２及びウェーブジェネレータ３を特殊な形状とする必要がない（例えば、ウェーブジェネレータ３にオイルを通す穴等を設ける必要がない）ため、部品の加工コストを低減できる。また、波動歯車装置１０構成する部品を他の波動歯車装置と共通化することで駆動装置５０の製造コストを低減できる。

以上のように、本発明にかかる駆動装置は、波動歯車装置の潤滑が必要な部分へのグリースの供給と、モータ内へのグリースの浸入の防止とを両立できる点で有用であり、特に、スカラロボットなどの水平関節部分へ組み込むのに適している。

１ サーキュラースプライン
２ フレックススプライン
３ ウェーブジェネレータ
４ グリース循環リング
５ モータスペーサ
６ モータ
７ ケーシング
８ グリース
９ リング固定部品
１０ 波動歯車装置
２１ ダイヤフラム
２２ 出力軸
４１ 円筒部
４３ 固定部
４４ 支持部
５０ 駆動装置
５１ 貫通穴
５２ 第１グリース溜まり
５３ 第２グリース溜まり
５４ 第２の壁
５５ 第１の壁
６１ モータ軸
６２ オイルシール
９１ 止めネジ
９２ ネジ穴
９３ 固定ネジ

Claims (3)

1. モータと、
   リング状のサーキュラースプラインと、該サーキュラースプラインの内側に配置される薄肉カップ状のフレックススプラインと、該フレックススプラインと当接するように該フレックススプラインの内側に配置され、該フレックススプラインを楕円形に撓めて前記サーキュラースプラインと前記フレックススプラインとを部分的に噛み合わせる楕円カム状であり、前記モータのモータ軸に固定されるウェーブジェネレータとで構成され、前記サーキュラースプラインと前記フレックススプラインとの噛み合い部分及び前記ウェーブジェネレータと前記フレックススプラインとの当接部分がグリースで潤滑される波動歯車装置と、
   前記モータ軸を取り囲む溝状であり前記波動歯車装置から流下した前記グリースを貯留する第１グリース溜まりと、該第１グリース溜まりを取り囲む溝状であり該第１グリース溜まりから溢れた前記グリースを貯留する第２グリース溜まりと、前記モータ軸が貫通する穴と前記第１グリース溜まりとを隔てる第１の壁と、該第１の壁よりも低く形成されて前記第１グリース溜まりと前記第２グリース溜まりとを隔てる第２の壁とを有し、前記モータ軸を上に向けた前記モータを前記波動歯車装置の下に位置決めするモータスペーサと、
   下方が窄まった円筒部を有し、該円筒部の下端が前記第１グリース溜まりに挿入された状態で前記ウェーブジェネレータと前記モータスペーサとの間で前記モータ軸に固定されるグリース循環リングとを備え、
   前記モータ軸とともに回転する前記グリース循環リングが、前記第１グリース溜まりに貯留された前記グリースを前記円筒部に沿って上昇させて、前記噛み合い部分及び前記当接部分に供給することを特徴とする駆動装置。
2. 前記円筒部の上端での径は、前記ウェーブジェネレータの長軸寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記ウェーブジェネレータの下側で前記モータ軸に固定されるリング固定部品をさらに備え、
   前記グリース循環リングは、前記リング固定部品を介して前記モータ軸に固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。

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