JP6756214B2 - ロボット、歯車装置および歯車装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット、歯車装置および歯車装置の製造方法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。

例えば、特許文献１には、ロータ（回転軸）を駆動する回転駆動部と、ロータの回転を減速して出力する減速部とを有するモーターユニットが開示されている。このモーターユニットが有する減速部は、ロータと一体で回転するウェーブジェネレータと、その外側に配置された外歯を有するフレクスプライン（弾性歯車）と、その外側に配置された内歯を有する剛性環状のサーキュラスプライン（内歯車）とを備える。かかる減速部では、ロータの回転に伴ってウェーブジェネレータが回転すると、その回転がフレクスプラインを介してサーキュラスプラインに伝達される。これにより、ロータの回転に対してサーキュラスプラインが所定の減速比で減速されて回転する。

また、特許文献１に係るモーターユニットでは、減速部側から回転駆動部側へのオイルの漏れ出しを抑制するため、減速部と回転駆動部との間にオイルシールや撥油部が設けられている。

特開２０１２−１９３８２２号公報

しかし、特許文献１に記載のモーターユニットでは、回転駆動部側へのオイルの漏れ出しは抑制されるものの、減速部内の外歯と内歯との噛み合い部に位置しているオイルが、流出してしまい、その結果、オイルを噛み合い部に長期にわたって保持しておくことが難しいという問題がある。

本発明の目的は、噛み合い部から潤滑剤が流出することを低減することができる歯車装置を備えたロボット、歯車装置および歯車装置の製造方法を提供することにある。

前記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のロボットは、第１部材と、
前記第１部材に対して回動可能に設けられた第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、
内歯車と、
可撓性を有し、前記内歯車に部分的に噛み合う外歯部および前記外歯部と回転軸方向で繋がっている胴部を備える外歯車と、
前記外歯車に接触し、前記内歯車と前記外歯車との噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、を有し、
前記胴部の表面は、前記外歯部の表面よりも撥油性が高い撥油部を有することを特徴とする。

このような本発明のロボットによれば、外歯部に繋がっている胴部に撥油部が設けられているため、外歯部の表面（歯面）に配置した潤滑剤が胴部に流出することを低減することができる。そのため、噛み合い部に潤滑剤を長期にわたって保持しておくことができる。その結果、噛み合い部における焼き付きや摩耗等が生じることを長期にわたって防いで、歯車装置の寿命を長くすることができる。

本発明のロボットでは、前記撥油部は、少なくとも前記胴部の前記外歯部側の部分に設けられていることが好ましい。
これにより、外歯部から胴部に潤滑剤が流出することを効果的に抑制することができる。

本発明のロボットでは、前記外歯部の表面は、複数の凹部または凸部を有することが好ましい。
これにより、外歯部の表面に潤滑剤をより留め易くなる。

本発明のロボットでは、前記撥油部は、フッ素を含む材料で構成されていることが好ましい。

これにより、撥油部の表面自由エネルギーを低下させることができる。そのため、撥油部における潤滑剤の撥油性を高めることができる。

本発明のロボットでは、前記撥油部は、複数の凹部または凸部を有することが好ましい。

これにより、撥油部における潤滑剤の接触角を大きくすることができる。そのため、撥油部における撥油性をより高めることができる。

本発明のロボットでは、前記歯車装置は、前記外歯部よりも前記胴部の方が鉛直下方にあることが好ましい。

このような姿勢で設置された歯車装置では、外歯部に設けられた潤滑剤が重力により鉛直下方に位置する胴部に流れ易い。そのため、このような歯車装置が備える胴部に撥油部を設けることは、外歯部から胴部に潤滑剤が流出することを抑制する上で特に有効である。

本発明のロボットでは、前記歯車装置の前記回転軸が延びる方向は、前記第１部材および前記第２部材のうちの少なくとも一方の駆動に伴って変化可能であることが好ましい。

このように第１部材または第２部材の駆動に伴って歯車装置の姿勢が変わるロボットでは、外歯部に設けられた潤滑剤が外力（例えば、重力や遠心力）により胴部に流れ易い。そのため、このように歯車装置の姿勢が変わるロボットにおいて、胴部に撥油部を設けることは、外歯部から胴部に潤滑剤が流出することを抑制する上で特に有効である。

本発明のロボットでは、前記歯車装置は、前記胴部と対向する面を有する部材を有し、
前記部材の前記面は、前記外歯部の表面または前記内歯車の表面よりも撥油性が高い部分を有することが好ましい。

これにより、外歯部と内歯車との間の噛み合い部から潤滑剤が流出することをより効果的に抑制することができる。

本発明の歯車装置は、内歯車と、
可撓性を有し、前記内歯車に部分的に噛み合う外歯部および前記外歯部と回転軸方向で繋がっている胴部を備える外歯車と、
前記外歯車に接触し、前記内歯車と前記外歯車との噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、を有し、
前記胴部の表面は、前記外歯部の表面よりも撥油性が高い撥油部を有することを特徴とする。

このような本発明の歯車装置によれば、外歯部の表面（歯面）に配置した潤滑剤が胴部に流出することを低減することができる。

本発明の歯車装置の製造方法は、内歯車と、可撓性を有し、前記内歯車に部分的に噛み合う外歯部および前記外歯部と回転軸方向で繋がっている胴部を備える外歯車と、前記外歯車に接触し、前記内歯車と前記外歯車との噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器とを用意する工程と、
前記胴部の表面に、前記外歯部の表面よりも撥油性が高い撥油部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

このような本発明の歯車装置の製造方法によれば、外歯部の表面（歯面）に配置した潤滑剤が胴部に流出することを低減することができる外歯車を有する歯車装置を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係るロボットの概略側面図である。 図１に示すロボットが備える歯車装置を示す分解斜視図である。 図２に示す歯車装置の縦断面図である。 図２に示す歯車装置の正面図である。 図２に示す歯車装置の剛性歯車と可撓性歯車との間の噛み合い部およびその周辺の構成を説明する図である。 図５に示す可撓性歯車の外歯部の外表面の構成を説明する図である。 図５に示す可撓性歯車の胴部の外表面の構成を説明する図である。 図２に示す歯車装置の製造方法を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るロボットが備える歯車装置の撥油部を説明する図である。 本発明の第３実施形態に係るロボットが備える歯車装置を示す縦断面図である。 本発明の第４実施形態に係るロボットの概略側面図である。

以下、本発明のロボット、歯車装置および歯車装置の製造方法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。

＜第１実施形態＞
１．ロボット
まず、本発明のロボットの第１実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットの概略側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１中の基台側を「基端」、その反対側（エンドエフェクター側）を「先端」と言う。また、図１の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。

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。

図１に示すように、ロボット１００は、基台１１０と、筐体１１１と、第１アーム１２０と、第２アーム１３０と、作業ヘッド１４０と、エンドエフェクター１５０と、配線引き回し部１６０と、を有している。以下、ロボット１００の各部を順次簡単に説明する。

基台１１０は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台１１０は中空の直方体状をなし、基台１１０の内部には、ロボット１００を統括制御する制御装置１９０が設置されている。また、基台１１０は、その上部に突出した突出部を有する。この突出部の上端部には、筐体１１１が連結されている。これにより、基台１１０と筐体１１１との間には、空間が形成されている。

筐体１１１の下端部には、第１アーム１２０が連結しており、基台１１０と筐体１１１との間の空間内に第１アーム１２０の一部（基端部）が位置している。第１アーム１２０は、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｊ１（回動軸）まわりに回動可能となっている。

筐体１１１内には、第１アーム１２０を回動させる駆動力を発生させるサーボモーター等の第１モーター１７０と、第１モーター１７０の駆動力を減速する第１減速機である歯車装置１とを有する駆動源が設置されている。歯車装置１の入力軸は、第１モーター１７０の回転軸に連結され、歯車装置１の出力軸は、第１アーム１２０に連結されている。そのため、第１モーター１７０が駆動し、その駆動力が歯車装置１を介して第１アーム１２０に伝達されると、第１アーム１２０が筐体１１１およびそれに連結された基台１１０に対して第１軸Ｊ１まわりに水平面内で回動する。また、歯車装置１の出力軸側には、筐体１１１および基台１１０に対する第１アーム１２０の回転状態（回動状態）を検出する第１エンコーダー１８０が設けられている。

第１アーム１２０の先端部には、第２アーム１３０が連結している。第２アーム１３０は、第１アーム１２０に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２（回動軸）まわりに回動可能となっている。図示しないが、第２アーム１３０内には、第２アーム１３０を回動させる駆動力を発生させる第２モーターと、第２モーターの駆動力を減速する第２減速機とを有する駆動源が設置されている。そして、第２モーターの駆動力が第２減速機を介して第２アーム１３０に伝達されることにより、第２アーム１３０が第１アーム１２０に対して第２軸Ｊ２まわりに水平面内で回動する。また、図示しないが、第２減速機の出力軸側には、第１アーム１２０に対する第２アーム１３０の回転状態を検出する第２エンコーダーが設けられている。

第２アーム１３０の先端部には、作業ヘッド１４０が配置されている。作業ヘッド１４０は、第２アーム１３０の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト１４１を有している。スプラインシャフト１４１は、第２アーム１３０に対して、その軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。

図示しないが、第２アーム１３０内には、回転モーターおよび昇降モーターが配置されている。回転モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナットに伝達され、スプラインナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が鉛直方向に沿う軸Ｊ３まわりに正逆回転する。また、図示しないが、回転モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の回転状態を検出する第３エンコーダーが設けられている。

一方、昇降モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナットに伝達され、ボールネジナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が上下に移動する。また、図示しないが、昇降モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の移動量を検出する第４エンコーダーが設けられている。

スプラインシャフト１４１の先端部（下端部）には、エンドエフェクター１５０が連結されている。エンドエフェクター１５０としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの等が挙げられる。

第２アーム１３０内に配置された各電子部品（例えば、第２モーター、回転モーター、昇降モーター、第２〜第４エンコーダー等）に接続される複数の配線は、第２アーム１３０と筐体１１１とを連結する管状の配線引き回し部１６０および筐体１１１内を通って基台１１０内まで引き回されている。さらに、かかる複数の配線は、基台１１０内でまとめられることによって、第１モーター１７０および第１エンコーダー１８０に接続される配線とともに、基台１１０内に設置された制御装置１９０まで引き回される。

以上説明したようなロボット１００は、「第１部材」である筐体１１１と、筐体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１２０と、歯車装置１と、を備えている。歯車装置１は、筐体１１１（第１部材）および第１アーム１２０（第２部材）の一方側から他方側へ駆動力を伝達する。このようなロボット１００は、歯車装置１が以下に詳述するような構成を有するため、歯車装置の寿命を長くすることができる。

なお、第１アーム１２０および第２アーム１３０を「第２部材」と捉えてもよい。また、「第２部材」が、第１アーム１２０および第２アーム１３０に加え、さらに、作業ヘッド１４０およびエンドエフェクター１５０を含んでいてもよい。

また、本実施形態では、第１減速機が歯車装置１で構成されているが、第２減速機が歯車装置１で構成されていてもよく、また、第１減速機および第２減速機の双方が歯車装置１で構成されていてもよい。第２減速機が歯車装置１で構成されている場合、第１アーム１２０を「第１部材」と捉え、第２アーム１３０を「第２部材」と捉えればよい。

２．歯車装置
以下、本発明の歯車装置の実施形態について説明する。

図２は、図１に示すロボットが備える歯車装置を示す分解斜視図である。図３は、図２に示す歯車装置の縦断面図である。図４は、図２に示す歯車装置の正面図である。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。

図２ないし図４に示す歯車装置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、剛性歯車２および可撓性歯車３の相対回転を許容しつつこれらに固定されたケースユニット５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、前述した第１モーター１７０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（歯車装置１の回転軸）まわりに相対的に回転する。これにより、駆動源（例えば、前述した第１モーター１７０）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。

以下、歯車装置１の構成を簡単に説明する。
図２ないし図４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２１１を有するリング状の内歯車である。本実施形態では、剛性歯車２は、平歯車である。すなわち、内歯２１１は、軸線ａに対して平行な歯スジを有する。なお、内歯２１１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２１１に噛み合う外歯３１１（歯）を有する外歯車である。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、一端が開口したカップ状をなし、その開口側の端部に外歯３１１が形成されている。ここで、可撓性歯車３は、外歯３１１を有する外歯部３１と、外歯部３１に軸線ａ方向で繋がり、軸線ａまわりの筒状（より具体的には円筒状）の胴部３２（筒部）と、胴部３２の軸線ａ方向での一端部側に接続されている底部３３と、を有する。これにより、外歯部３１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３２の底部３３側の端部の剛性を高めることができる。そのため、底部３３に入力軸または出力軸を安定的に接続することができる。

また、図３に示すように、底部３３には、軸線ａに沿って貫通した孔３３１と、孔３３１の周囲において貫通した複数の孔３３２と、が形成されている。孔３３１には、出力側の軸体を挿通することができる。また、孔３３２には、出力側の軸体を底部３３に固定するためのネジを挿通するネジ孔として用いることができる。なお、これらの孔は、適宜設ければよく、省略することもできる。

図４に示すように、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、波動発生器４は、外歯部３１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３１１を剛性歯車２の内歯２１１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。

図３に示すように、本実施形態では、波動発生器４は、本体部４１と、本体部４１から軸線ａに沿って突出した軸部４２と、本体部４１に対して軸線ａに平行な軸線ａ１まわりに回転可能に設けられた１対のローラー４３と、を有する。このような波動発生器４は、１対のローラー４３が可撓性歯車３の内周面上を転動しながら可撓性歯車３を内側から押し広げて、本体部４１、軸部４２および１対のローラー４３が軸線ａまわりに回転可能である。したがって、例えば、駆動源から波動発生器４に駆動力が入力されると、剛性歯車２および可撓性歯車３の互いの噛み合い位置が周方向に移動する。

図３に示すように、ケースユニット５は、可撓性歯車３の外側に配置されている。ケースユニット５は、剛性歯車２に固定されたハウジング５１と、可撓性歯車３の底部３３に固定されたボス５２と、ハウジング５１とボス５２との間に設けられた軸受５３と、を有する。

ハウジング５１は、可撓性歯車３の胴部３２を囲む形状をなし、胴部３２に対向する内周面５１０（面）を有する。ボス５２は、孔３３１、３３２に対応した孔５２１、５２２を有する。また、軸受５３は、外輪５３１、内輪５３２および複数のボール５３３を有するラジアル玉軸受である。なお、軸受５３は、例えば、スラスト玉軸受、ラジアルころ軸受、スラストころ軸受であってもよい。

また、前述した剛性歯車２、可撓性歯車３、波動発生器４およびケースユニット５の構成材料は、それぞれ、例えば、各種セラミックス材料、各種金属材料、各種樹脂材料等が挙げられ、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。これらの中でも、主として、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、マルエージング鋼および析出硬化型ステンレス鋼等が挙げられる。

以上、歯車装置１の構成を簡単に説明した。このような歯車装置１では、前述したように、例えば、波動発生器４に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。その際、可撓性歯車３は、繰り返し変形するとともに、波動発生器４に対して接触と離間とを繰り返す。そこで、内歯２１１を有する剛性歯車２と外歯３１１を有する可撓性歯車３の外歯部３１との間には、内歯２１１と外歯３１１との摩擦を低減するため、潤滑剤が設けられている。そして、本実施形態の歯車装置１では、剛性歯車２と外歯部３１との間から潤滑剤が流出することを低減し、歯車装置１の寿命を長くするために、以下に述べるような構成を有する。

図５は、図２に示す歯車装置の剛性歯車と可撓性歯車との間の噛み合い部およびその周辺の構成を説明する図である。図６は、図５に示す可撓性歯車の外歯部の外表面の構成を説明する図である。図７は、図５に示す可撓性歯車の胴部の外表面の構成を説明する図である。

前述したように、歯車装置１は、「内歯車」である剛性歯車２と、可撓性を有し、剛性歯車２に部分的に噛み合う外歯部３１および外歯部３１と回転軸である軸線ａ方向で繋がっている胴部３２を備える「外歯車」である可撓性歯車３と、可撓性歯車３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周方向に移動させる波動発生器４と、を有する。

そして、図５に示すように、胴部３２の外周面３２０（表面）は、外歯部３１の歯面３１０（表面）よりも撥油性が高い撥油部３０を有する。ここで、図６に示すように、剛性歯車２と可撓性歯車３の外歯部３１との間の噛み合い部６１には、摩擦を低減するために潤滑剤６０が設けられている。剛性歯車２と外歯部３１とが互いに接触を繰り返すことで、噛み合い部６１から胴部３２へと潤滑剤６０が流出しやすい。本実施形態では、胴部３２の外周面３２０が撥油部３０を有するため、流出しようとする潤滑剤６０を外歯部３１に留めるように撥油部３０ではじくことができる。そのため、噛み合い部６１から胴部３２に潤滑剤６０が流出することを低減することができ、噛み合い部６１に潤滑剤６０をより長期にわたって保持しておくことができる。その結果、噛み合い部６１における焼き付きや摩耗等が生じることを長期にわたって防いで、歯車装置１の寿命を長くすることができる。あるいは、潤滑剤６０の補充頻度を少なくすることができる。

また、本実施形態では、胴部３２の外周面３２０の全域が、撥油部３０を構成している。これにより、前述した効果を顕著に発揮することができる。ただし、撥油部３０は、少なくとも胴部３２の外歯部３１側の部分（例えば、図９に示すような形成部位）に設けられていればよく、これにより、外歯部３１から胴部３２に潤滑剤６０が流出することを効果的に抑制することができる。

ここで、図５および図７に示すように、本実施形態では、胴部３２は、本体部３２１と、本体部３２１の外表面に設けられたコーティング膜３２２とで構成されている。そして、コーティング膜３２２の外表面が、撥油部３０を構成している。

コーティング膜３２２の構成材料としては、撥油性を発揮できれば特に限定されないが、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂およびセラミック材料等が挙げられ、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、これらの中でも、フッ素系樹脂を用いることが好ましい。フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等が挙げられる。

このように撥油部３０がフッ素を含む材料で構成されていることで、撥油部３０の表面自由エネルギーを低下させることができる。そのため、撥油部３０における潤滑剤６０の撥油性を高めることができる。具体的には、フッ素を含む材料で構成されていることで、撥油部３０の表面自由エネルギーを１０ｍＪ／ｍ^２以上２５ｍＪ／ｍ^２以下程度にすることができる。

また、図７に示すように、胴部３２の本体部３２１は、複数の微細な凹部を有している。そして、本体部３２１の外表面に設けられたコーティング膜３２２は、本体部３２１の複数の微細な凹部に追従して設けられている。そのため、コーティング膜３２２の外表面、すなわち撥油部３０は、複数の微細な凹部３２３を有している。これにより、撥油部３０における潤滑剤６０の接触角をさらに大きくにすることができる。そのため、撥油部３０における撥油性をさらに高めることができる。具体的には、潤滑剤６０の種類等にもよるが、フッ素を含む材料で構成されていることで、撥油部３０における潤滑剤６０の接触角を、例えば、９０°以上１２０°以下程度とすることができる。なお、撥油部３０は、複数の凹部３２３に代えて、複数の凸部を有していてもよく、また、複数の凹部および凸部を有していてもよい。また、本実施形態では、複数の凹部３２３はランダムであってもよいし、規則的であってもよい。

撥油部３０の表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１）は、０．０１μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲内であることが好ましく、０．０３μｍ以上７．０μｍ以下の範囲内であることがより好ましく、０．０５μｍ以上５．０μｍ以下の範囲内であることがさらに好ましい。これにより、撥油部３０における撥油性を効果的に高めることができる。

なお、本実施形態では、胴部３２がコーティング膜３２２を備える構成であるが、胴部３２がコーティング膜３２２を備えていなくてもよい。その場合、例えば、コーティング以外の方法（例えば、フィルムの接着）で形成された層（撥油性被覆層）や、胴部３２の本体部３２１の外表面にフッ素プラズマ処理を施すことにより撥油部３０を形成したものが挙げられる。

また、図６に示すように、潤滑剤６０が配置されている外歯部３１の歯面３１０（表面）は、複数の微細な凹部３１３を有している。これにより、歯面３１０に潤滑剤６０を留めて、噛み合い部６１から潤滑剤６０が流出することをより低減することができる。これは、各凹部３１３内に潤滑剤６０が入り込むためである。なお、歯面３１０は、複数の凹部３１３に代えて、複数の凸部を有していてもよく、また、複数の凹部および凸部を有していてもよい。また、本実施形態では、凹部３１３はランダムであってもよいし、規則的であってもよい。

外歯部３１の歯面３１０の表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１）は、０．０１μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲内であることが好ましく、０．０３μｍ以上７．０μｍ以下の範囲内であることがより好ましく、０．０５μｍ以上５．０μｍ以下の範囲内であることがさらに好ましい。これにより、歯面３１０に潤滑剤６０を留める効果を顕著に発揮することができる。

なお、歯面３１０の凹部３１３の深さ（大きさ）は、撥油部３０の凹部３２３の深さ（大きさ）と、同等でもよく、また凹部３２３よりも大きくても小さくてもよい。

潤滑剤６０は、基油および増ちょう剤を含んでいることが好ましい。これにより、潤滑剤６０を固体状または半固体状のグリースとすることができる。したがって、潤滑剤６０を噛み合い部６１に留まらせ易くすることができる。ここで、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が、リチウム石けんを用いることが好ましい。増ちょう剤としてリチウム石けんを用いることにより、潤滑剤６０のせん断安定性を優れたものとすることができる。また、潤滑剤６０の潤滑剤としての特性のバランスを優れたものとすることができる。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、前述したように、歯車装置１は、胴部３２と対向する内周面５１０（面）を有する部材としてのハウジング５１を有する（図５参照）。そして、ハウジング５１（部材）の内周面５１０は、外歯部３１の歯面３１０（表面）または剛性歯車２（内歯車）の歯面２１０（表面）よりも撥油性が高い部分を有する。これにより、胴部３２の外周面３２０とともにハウジング５１の内周面５１０で、噛み合い部６１から流出しようとする潤滑剤６０を外歯部３１に留めるように撥油部３０ではじくことができる。そのため、噛み合い部６１から撥油部３０と内周面５１０との間に潤滑剤６０が流出することを抑制することができ、その結果、噛み合い部６１に潤滑剤６０をより留め易くなる。

また、本実施形態では、内周面５１０の全域が、歯面３１０または歯面２１０よりも撥油性が高い。ただし、この撥油性が高い部分は、少なくとも内周面５１０の歯面２１０側の部分に設けられていれば、噛み合い部６１から潤滑剤６０が流出することを好適に抑制することができる。また、内周面５１０の撥油性が高い部分は、前述した撥油部３０と同様の構成とすることができる。また、内周面５１０の撥油性が高い部分は、フッ素を含む材料で構成されていることが好ましく、複数の微細な凹部または凸部を有することが好ましい。これにより、撥油部３０と同様の効果を発揮することができる。撥油性の評価は、液滴法により接触角を求め、接触角が大きいほど撥油性が大きいと判断することができる。またＡＡＴＣＣ−１１８法により撥油性を評価することもできる。

このような構成の歯車装置１によれば、潤滑剤６０が噛み合い部６１から流出することを低減し、潤滑剤６０を長期にわたり噛み合い部６１に保持することができる。

ここで、前述した構成のロボット１００では、歯車装置１の回転軸としての軸線ａが、第１軸Ｊ１（回動軸）とほぼ一致している。すなわち、軸線ａが鉛直方向に沿っている。そして、歯車装置１は、外歯部３１よりも胴部３２の方が鉛直下方に位置している。このような姿勢で設置された歯車装置１では、外歯部３１に設けられた潤滑剤６０が重力により鉛直下方に位置する胴部３２に流れ易い。そのため、このような歯車装置１において、胴部３２に撥油部３０を設けることは、外歯部３１から胴部３２に潤滑剤６０が流出することを抑制する上で特に有効である。
以上説明したような歯車装置１は、以下のようにして製造することができる。

（歯車装置の製造方法）
以下、本発明の歯車装置の製造方法について、歯車装置１を製造する場合を例に説明する。

図８は、図２に示す歯車装置の製造方法を説明するフローチャートである。
図８に示すように、歯車装置１の製造方法は、［１］可撓性歯車３等を用意する工程（ステップＳ１）と、［２］撥油部３０を形成する工程（ステップＳ２）と、［３］潤滑剤６０を配置する工程（ステップＳ３）と、［４］組立工程（ステップＳ４）と、を有する。以下、各工程を順次説明する。

［１］可撓性歯車３等を用意する工程（ステップＳ１）
まず、可撓性歯車３、剛性歯車２、波動発生器４およびケースユニット５を用意する。

これらの形成方法としては、特に限定されず、各種機械加工および各種成形方法を用いることができる。また、可撓性歯車３、剛性歯車２、波動発生器４およびケースユニット５の構成材料としては、前述した材料が挙げられる。

また、可撓性歯車３が有する胴部３２の外表面および外歯部３１の歯面３１０に、それぞれ、例えばショットピーニング処理を施す。これにより、胴部３２の外表面に凹部を形成するとともに外歯部３１の歯面３１０に凹部３１３を形成する。また、ショットピーニングにより、胴部３２の外表面および外歯部３１の歯面３１０に残留応力を付与し、胴部３２の外表面および外歯部３１の歯面３１０の硬さを高めることができる。

［２］撥油部３０を形成する工程（ステップＳ２）
次に、可撓性歯車３が有する胴部３２に、コーティング膜３２２を形成する。これにより、外歯部３１の歯面３１０よりも撥油性が高い撥油部３０が形成される。

コーティング膜３２２を形成する方法としては、化学蒸着（ＣＶＤ）法、物理蒸着（ＰＶＤ）法などの気相成膜法や、ディッピング、スピンコーティング、スプレー塗装等の各種液相成膜法等が挙げられる。

［３］潤滑剤６０を配置する工程（ステップＳ３）
次に、可撓性歯車３の胴部３２の外周面３２０に、潤滑剤６０を塗布して配置する。また、可撓性歯車３の内部にも、潤滑剤６０を配置する。

［４］組立工程（ステップＳ４）
次に、図示しないが、可撓性歯車３の内側に波動発生器４を挿入しておき、可撓性歯車３および剛性歯車２を互いに内外で噛み合わせる。また、ケースユニット５の内側に可撓性歯車３を挿入して、ケースユニット５を剛性歯車２に固定する。ここで、可撓性歯車３および剛性歯車２を互いに内外で噛み合わせる際に、可撓性歯車３と剛性歯車２との間に潤滑剤６０が介在することとなり、潤滑剤６０が配置されている噛み合い部６１が形成されることとなる。また、可撓性歯車３の内側に波動発生器４を挿入することで、可撓性歯車３の内側に配置された潤滑剤６０が、波動発生器４の内部にも供給される。
以上説明したようにして歯車装置１を製造することができる。

以上説明した歯車装置１の製造方法は、可撓性歯車３等の必要な部品を用意する工程（ステップＳ１）と、撥油部３０を形成する工程（ステップＳ２）とを含む。用意する工程（ステップＳ１）においては、「内歯車」である剛性歯車２と、可撓性を有し、剛性歯車２に部分的に噛み合う外歯部３１および外歯部３１と回転軸である軸線ａ方向で繋がっている胴部３２を備える「外歯車」である可撓性歯車３と、可撓性歯車３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周方向に移動させる波動発生器４と、を用意する。そして、撥油部３０を形成する工程（ステップＳ２）においては、胴部３２の外周面３２０（表面）に、外歯部３１の歯面３１０（表面）よりも撥油性が高い撥油部３０を形成する。このような歯車装置１の製造方法によれば、外歯部３１の歯面３１０に配置した潤滑剤６０が胴部３２に流出することを低減することができる可撓性歯車３を有する歯車装置１を得ることができる。

＜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９は、本発明の第２実施形態に係るロボットが備える歯車装置の撥油部を説明する図である。

なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１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。

図９に示す歯車装置１Ａでは、可撓性歯車３Ａが備える胴部３２Ａが、本体部３２１と、本体部３２１の外表面の一部に設けられたコーティング膜３２２Ａとで構成されている。このため、本実施形態では、コーティング膜３２２Ａの外表面と、本体部３２１の外表面の一部（コーティング膜３２２Ａが設けられていない部分）が、胴部３２Ａの外周面３２０Ａを構成している。そして、コーティング膜３２２Ａの外表面が、撥油部３０Ａを構成している。

より具体的には、コーティング膜３２２Ａは、胴部３２Ａの外歯部３１側の部分に偏在して設けられている。このような構成のコーティング膜３２２Ａであっても、外歯部３１から胴部３２Ａに潤滑剤６０が流出することを低減することができる。また、胴部３２Ａのコーティング膜３２２Ａが設けられていない部分上に潤滑剤を配置することができ、コーティング膜３２２Ａの幅を比較的狭くしておくことで、当該部分上からコーティング膜３２２Ａを乗り越えて潤滑剤を噛み合い部６１へと供給することができる。そのため、噛み合い部６１における焼き付きや摩耗等が生じることをより長期にわたって防いで、歯車装置１Ａの寿命をより長くすることができる。特に、このような構成の歯車装置１Ａは、例えば、外歯部３１よりも胴部３２Ａの方が鉛直上方に位置している場合に有効である。

以上説明したような第２実施形態によっても、外歯部３１の歯面３１０に配置した潤滑剤６０が胴部３２Ａに流出することを低減することができる。

このような歯車装置１Ａは、ロボット１００の他、後述するロボット８００にも設置することができる。

＜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１０は、本発明の第３実施形態に係るロボットが備える歯車装置を示す縦断面図である。

なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１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。

図１０に示す歯車装置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、軸線ａまわりに筒状をなす胴部３２の軸線ａ方向での一端部側に軸線ａとは反対側に突出して設けられたフランジ部３３Ｂを有する。このような形状の可撓性歯車３Ｂによっても、剛性歯車２に対する可撓性歯車３Ｂの良好な撓み噛み合いを実現することができる。また、フランジ部３３Ｂに入力軸または出力軸を安定的に接続することができる。

本実施形態では、フランジ部３３Ｂには、軸線ａに沿って貫通した複数の孔３３２Ｂが形成されている。この孔３３２Ｂには、出力側の軸体をフランジ部３３Ｂに固定するためのネジを挿通するネジ孔として用いることができる。また、フランジ部３３Ｂの内周部３３１Ｂには、出力側の軸体を挿通することができる。

このように、歯車装置１Ｂは、「内歯車」である剛性歯車２と、可撓性を有し剛性歯車２に部分的に噛み合う「外歯車」である可撓性歯車３Ｂと、可撓性歯車３Ｂに接触し、剛性歯車２と可撓性歯車３Ｂとの噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器４とを有する。そして、可撓性歯車３Ｂの胴部３２の外周面３２０（表面）は、外歯部３１の歯面３１０（表面）よりも撥油性が高い撥油部３０を有する。

以上説明したような第３実施形態によっても、外歯部３１の歯面３１０に配置した潤滑剤６０が胴部３２に流出することを低減することができる。

このような歯車装置１Ｂは、ロボット１００の他、後述するロボット８００にも設置することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第４実施形態に係るロボットの概略側面図である。

なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１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。

図１１に示すロボット８００は、６軸の垂直多関節ロボットであり、基台８１１と、基台８１１に接続されたロボットアーム８２０と、ロボットアーム８２０の先端部に設けられた力検出器８４０およびハンド８３０と、を有する。また、ロボット８００は、ロボットアーム８２０を駆動させる動力を発生させる複数の駆動源（モーター８５０および歯車装置１を含む）を制御する制御装置８１０と、を有している。

基台８１１は、ロボット８００を任意の設置箇所に取り付ける部分である。なお、基台８１１の設置箇所は、特に限定されず、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上等が挙げられる。

ロボットアーム８２０は、第１アーム８２１（アーム）と、第２アーム８２２（アーム）と、第３アーム８２３（アーム）と、第４アーム８２４（アーム）と、第５アーム８２５（アーム）と、第６アーム８２６（アーム）とを有し、これらが基端側（基台側）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８２１は、基台８１１に接続されている。第６アーム８２６の先端には、例えば、各種部品等を把持するハンド８３０（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８３０は、２本の指８３１、８３２を有しており、指８３１、８３２で例えば各種部品等を把持することができる。

このようなロボット８００では、歯車装置１が、第１アーム８２１を基台８１１に対して回動させる駆動力を基台８１１側から第１アーム８２１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８２１を基台８１１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８００は、基台８１１と、基台８１１に対して回動可能に設けられた第１アーム８２１と、基台８１１および第１アーム８２１の一方側から他方側へ駆動力を伝達する歯車装置１と、を備えている。ここで、基台８１１を「第１部材」、第１アーム８２１を「第２部材」として捉えてもよいし、基台８１１を「第１部材」、第２〜第６アーム８２２〜８２６のうち第１アーム８２１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８２１、および、第２〜第６アーム８２２〜８２６のうち第１アーム８２１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８２１、８２２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８２０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８３０を含んでいてもよい。すなわち、ロボットアーム８２０およびハンド８３０からなる構造体が「第２部材」であるとも言える。

また、同様に、第１アーム８２１と第２アーム８２２との関節部も、第１アーム８２１から第２アーム８２２へ駆動力を伝達する歯車装置１を備えている。ここで、例えば、第１アーム８２１を「第１部材」、第２アーム８２２を「第２部材」として捉えることができ、この場合、当該歯車装置１の軸線ａ（回転軸）が延びる方向は、第１アーム８２１（第１部材）および第２アーム８２２（第２部材）のうちの少なくとも一方の駆動に応じて変化する。すなわち、歯車装置１の姿勢は、第１アーム８２１および第２アーム８２２のうちの少なくとも一方の駆動に応じて変化する。このように第１アーム８２１または第２アーム８２２の駆動により歯車装置１の姿勢が変わるロボット８００では、外歯部３１に設けられた潤滑剤６０が外力（例えば、重力や遠心力）により胴部３２に流れ易い。そのため、このように歯車装置１の姿勢が変わるロボット８００において、胴部３２に撥油部３０を設けることは、外歯部３１から胴部３２に潤滑剤６０が流出することを抑制する上で特に有効である。

また、第２〜第６アーム８２２〜８２６の各関節部も、歯車装置１を備えていてもよい。この場合、第ｎ（ｎは１以上の整数）アームを「第１部材」、第（ｎ＋１）アームを「第２部材」と捉えればよい。

以上説明したような第４実施形態によっても、外歯部３１の歯面３１０に配置した潤滑剤６０が胴部３２に流出することを低減することができる。

以上、本発明のロボット、歯車装置および歯車装置の製造方法を、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、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、前述した実施形態では、単腕の水平多関節ロボットおよび単腕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、双腕ロボットであってもよい。また、ロボットの関節数は任意である。

また、本発明は、前述した実施形態の波動歯車装置に限定されず、内歯車と、内歯車に噛み合う外歯車と、波動発生器とを有し、外歯車の胴部に撥油部を有する構成であれば前述した実施形態のものに限定されず、各種歯車装置に本発明を適用可能である。

１…歯車装置、１Ａ…歯車装置、１Ｂ…歯車装置、２…剛性歯車、３…可撓性歯車、３Ａ…可撓性歯車、３Ｂ…可撓性歯車、４…波動発生器、５…ケースユニット、３０…撥油部、３０Ａ…撥油部、３１…外歯部、３２…胴部、３２Ａ…胴部、３３…底部、３３Ｂ…フランジ部、４１…本体部、４２…軸部、４３…ローラー、５１…ハウジング、５２…ボス、５３…軸受、６０…潤滑剤、６１…噛み合い部、１００…ロボット、１１０…基台、１１１…筐体、１２０…第１アーム、１３０…第２アーム、１４０…作業ヘッド、１４１…スプラインシャフト、１５０…エンドエフェクター、１６０…配線引き回し部、１７０…第１モーター、１８０…第１エンコーダー、１９０…制御装置、２１０…歯面、２１１…内歯、３１０…歯面、３１１…外歯、３１３…凹部、３２０…外周面、３２０Ａ…外周面、３２１…本体部、３２２…コーティング膜、３２２Ａ…コーティング膜、３２３…凹部、３３１…孔、３３１Ｂ…内周部、３３２…孔、３３２Ｂ…孔、５１０…内周面、５２１…孔、５２２…孔、５３１…外輪、５３２…内輪、５３３…ボール、８００…ロボット、８１０…制御装置、８１１…基台、８２０…ロボットアーム、８２１…第１アーム、８２２…第２アーム、８２３…第３アーム、８２４…第４アーム、８２５…第５アーム、８２６…第６アーム、８３０…ハンド、８３１…指、８３２…指、８４０…力検出器、８５０…モーター、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…軸、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、Ｓ１…ステップ、Ｓ２…ステップ、Ｓ３…ステップ、Ｓ４…ステップ、ａ…軸線、ａ１…軸線

Claims (10)

1. 第１部材と、
   前記第１部材に連結され、前記第１部材に対して回動する第２部材と、
   前記第１部材から前記第２部材へ、または、前記第２部材から前記第１部材へ、駆動力を伝達する歯車装置と、
   を備え、
   前記歯車装置は、
   内歯車と、
   可撓性を有し、前記内歯車に部分的に噛み合う外歯部と、前記外歯部と前記歯車装置の回転軸が延びる方向で繋がっている胴部と、を備える外歯車と、
   前記外歯車に接触し、前記内歯車と前記外歯車との噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、を有し、
   前記胴部の表面は、前記外歯部の表面よりも撥油性が高い撥油部を有することを特徴とするロボット。
2. 前記撥油部は、少なくとも前記胴部の前記外歯部側の部分に設けられている請求項１に記載のロボット。
3. 前記外歯部の表面は、複数の凹部または凸部を有する請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記撥油部は、フッ素を含む材料で構成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記撥油部は、複数の凹部または複数の凸部を有する請求項４に記載のロボット。
6. 前記歯車装置は、前記外歯部よりも前記胴部の方が鉛直下方にある請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボット。
7. 前記歯車装置の前記回転軸が延びる方向は、前記第１部材または前記第２部材の駆動に伴って変化する請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボット。
8. 前記歯車装置は、前記胴部と対向する面を含む部材を有し、
   前記部材の前記面は、前記外歯部の表面または前記内歯車の表面よりも撥油性が高い部分を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
9. 内歯車と、
   可撓性を有し、前記内歯車に部分的に噛み合う外歯部と、前記外歯部と前記歯車装置の回転軸が延びる方向で繋がっている胴部と、を備える外歯車と、
   前記外歯車に接触し、前記内歯車と前記外歯車との噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、を有し、
   前記胴部の表面は、前記外歯部の表面よりも撥油性が高い撥油部を有することを特徴とする歯車装置。
10. 内歯車と、
    可撓性を有し、前記内歯車に部分的に噛み合う外歯部と、前記外歯部と前記歯車装置の回転軸が延びる方向で繋がっている胴部と、を備える外歯車と、
    前記外歯車に接触し、前記内歯車と前記外歯車との噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器と、を用意する工程と、
    前記胴部の表面に、前記外歯部の表面よりも撥油性が高い撥油部を形成する工程と、を含むことを特徴とする歯車装置の製造方法。

Images