JP6790648B2 - 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。このような減速機として、例えば、特許文献１に記載されている波動歯車装置のような歯車装置が知られている。

特許文献１に記載の波動歯車装置は、環形状をした剛性の内歯歯車と、環形状をした可撓性の外歯歯車と、この外歯歯車を半径方向にて内歯歯車に部分的に噛み合わせるとともに当該噛み合わせ位置を円周方向に移動させる波動発生器と、を備える。また、外歯歯車と波動発生器との摩擦接触部分を潤滑するために、当該接触部分に隣接した外歯歯車内周面の部分に、固形潤滑剤が固定されている。

特開２００２−３４９６８１号公報

従来、特許文献１に記載の波動歯車装置のような歯車装置をロボットに用いた場合、外歯歯車と波動発生器との摩擦接触部分の潤滑が不足し、焼き付きや摩耗等が比較的早期に生じやすいという問題があった。

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、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。

上記目的は、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、
軸線まわりの筒状をなし、互いに内外に配置され、前記歯車装置の作動に伴って互いに接触と離間を繰り返す第１面および第２面を有し、
前記第１面は、前記軸線まわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに前記軸線に沿った方向に交互に並ぶことで第１凹凸パターンを構成している第１凹部および第１凸部を有し、
前記第２面は、前記軸線まわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに前記軸線に沿った方向に交互に並ぶことで前記第１凹凸パターンとは異なる第２凹凸パターンを構成している第２凹部および第２凸部を有することを特徴とする。

このようなロボットによれば、第１凹凸パターンおよび第２凹凸パターンが互いに異なるため、第１面および第２面が互いに接触と離間を繰り返したときに、第１凸部が第２凹部内に入り込んだり、第２凸部が第１凹部内に入り込んだりするのを低減することができる。そのため、第１凹部内および第２凹部内から潤滑剤が流出するのを低減し、第１面と第２面との間の潤滑剤による潤滑性を長期にわたり良好に維持することができる。その結果、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、前記第１凹部または前記第１凸部が延びている方向、および、前記第２凹部または前記第２凸部が延びている方向のうちの少なくとも一方が前記軸線に沿った方向成分を含んでいることが好ましい。

このような場合、第１凸部が第２凹部内に入り込んだり、第２凸部が第１凹部内に入り込んだりすると、第１凹部内または第２凹部内の潤滑剤が第１面または第２面の軸線方向に流出しやすく、第１面と第２面との間の潤滑剤による潤滑性が早期に損なわれてしまう。したがって、このような場合において、本発明を適用すると、その効果が顕著となる。

本発明のロボットでは、前記第１凹部および前記第２凹部のうちの少なくとも一方が螺旋状に沿って延びていることが好ましい。

このような場合、本発明を適用すると、第１凸部が第２凹部内に入り込んだり、第２凸部が第１凹部内に入り込んだりするのを低減することで、第１凹部内および第２凹部内から潤滑剤が流出するのを低減するだけでなく、第１凹部や第２凹部を通じて第１面と第２面との間に潤滑剤が導入されやすくなるという利点がある。

本発明のロボットでは、前記歯車装置は、
内歯車と、
前記内歯車に部分的に噛み合う可撓性の外歯車と、
前記外歯車を撓めて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、
前記外歯車の内周面が前記第１面であり、
前記波動発生器の外周面が前記第２面であることが好ましい。

このような歯車装置（波動歯車装置）では、外歯車の内周面（第１面）は、波動発生器の回転に伴って変形しながら、波動発生器の外周面（第２面）に対して接触と離間とを繰り返す。このような外歯車は、薄くしなければならないため、潤滑剤による潤滑性が低下すると、損傷しやすい。したがって、このような歯車装置に本発明を適用すると、本発明の効果が顕著となる。

本発明の歯車装置は、軸線まわりの筒状をなし、互いに内外に配置され、作動に伴って互いに接触と離間を繰り返す第１面および第２面を有し、
前記第１面は、前記軸線まわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに前記軸線に沿った方向に交互に並ぶことで第１凹凸パターンを構成している第１凹部および第１凸部を有し、
前記第２面は、前記軸線まわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに前記軸線に沿った方向に交互に並ぶことで前記第１凹凸パターンとは異なる第２凹凸パターンを構成している第２凹部および第２凸部を有することを特徴とする。

このような歯車装置によれば、第１凹凸パターンおよび第２凹凸パターンが互いに異なるため、第１面および第２面が互いに接触と離間を繰り返したときに、第１凸部が第２凹部内に入り込んだり、第２凸部が第１凹部内に入り込んだりするのを低減することができる。そのため、第１凹部内および第２凹部内から潤滑剤が流出するのを低減し、第１面と第２面との間の潤滑剤による潤滑性を長期にわたり良好に維持することができる。その結果、歯車装置の寿命を長くすることができる。

本発明の歯車装置では、前記第１凹部または前記第１凸部が第１ピッチの螺旋状に沿って延びている部分を有し、
前記第２凹部または前記第２凸部が前記第１ピッチとは異なる第２ピッチの螺旋状に沿って延びている部分を有することが好ましい。

これにより、互いに異なる第１凹凸パターンおよび第２凹凸パターンを容易に実現することができる。

本発明の歯車装置では、前記第１凹部または前記第１凸部が螺旋状に沿って延びている部分を有し、
前記第２凹部または前記第２凸部が前記第１凹部または前記第１凸部とは逆向きの螺旋状に沿って延びている部分を有することが好ましい。

これにより、互いに異なる第１凹凸パターンおよび第２凹凸パターンを容易に実現することができる。

本発明の歯車装置の製造方法は、互いに内外に配置され、作動に伴って互いに接触と離間を繰り返す筒状の第１面および第２面を有する歯車装置の製造方法であって、
第１軸線まわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに前記第１軸線に沿った方向に交互に並ぶことで第１凹凸パターンを構成している第１凹部および第１凸部を有する前記第１面、および、第２軸線まわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに前記第２軸線に沿った方向に交互に並ぶことで前記第１凹凸パターンとは異なる第２凹凸パターンを構成している第２凹部および第２凸部を有する前記第２面を形成する加工工程と、
前記第１面および前記第２面を互いに内外に配置する組立工程と、を含むことを特徴とする。
このような歯車装置の製造方法によれば、長寿命な歯車装置を製造することができる。

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に示す歯車装置が備える外歯車（可撓性歯車）の内周面に形成された第１凹部を模式的に示す図である。 図２に示す歯車装置が備える波動発生器の外周面に形成された第２凹部を模式的に示す図である。 図５に示す第１凹部による第１凹凸パターンと図６に示す第２凹部による第２凹凸パターンとの重なった状態を説明するための模式図である。 図７中のＡ−Ａ線断面図である。 第１凹凸パターンと第２凹凸パターンとが同一パターンである場合のこれらのパターンの重なった状態を説明するための模式図である。 図９中のＡ−Ａ線断面図である。 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実施形態に係る歯車装置における第１凹凸パターンと第２凹凸パターンとの重なった状態を説明するための模式図である。 本発明の第３実施形態に係る歯車装置における第１凹凸パターンと第２凹凸パターンとの重なった状態を説明するための模式図である。 本発明の第４実施形態に係る歯車装置における第１凹凸パターンと第２凹凸パターンとの重なった状態を説明するための模式図である。

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。

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を駆動するサーボモーター等のモーター１５０および歯車装置１（減速機）を有する駆動源が設けられている。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、以下に説明するような歯車装置１を備えることにより、歯車装置１に用いる潤滑剤の潤滑寿命を効果的に向上させることができる。

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。

＜第１実施形態＞
図２は、本発明の第１実施形態に係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、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。

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２３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方向での一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。そのため、底部３２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３２には、軸線ａに沿って貫通した孔３２１と、孔３２１の周囲において貫通した複数の孔３２２と、が形成されている。孔３２１には、出力側の軸体を挿通することができる。また、孔３２２には、出力側の軸体を底部３２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、可撓性歯車３の底部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、本体部４１と、本体部４１の外周に装着されているベアリング４２と、を有している。本体部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、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。ベアリング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、本体部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。

このような波動発生器４は、本体部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。

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（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。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。そのため、可撓性歯車３と波動発生器４との間には、摩擦を低減するため、潤滑剤が用いられる。歯車装置１は、この潤滑剤を良好な状態で長期にわたり保持するために、以下に述べるような構成を有する。

図５は、図２に示す歯車装置が備える外歯車（可撓性歯車）の内周面に形成された第１凹部を模式的に示す図である。図６は、図２に示す歯車装置が備える波動発生器の外周面に形成された第２凹部を模式的に示す図である。図７は、図５に示す第１凹部による第１凹凸パターンと図６に示す第２凹部による第２凹凸パターンとの重なった状態を説明するための模式図である。図８は、図７中のＡ−Ａ線断面図である。図９は、第１凹凸パターンと第２凹凸パターンとが同一パターンである場合のこれらのパターンの重なった状態を説明するための模式図である。なお、説明の便宜上、図５では、第１凹部を実線で模式的に示し、同様に、図６では、第２凹部を実線で模式的に示している。また、図７および図９では、それぞれ、第１凹部を実線で示し、第二凹部を二点鎖線で模式的に示している。ここで、これらの実線または二点鎖線の太さ（幅）が第１凹部または第２凹部の幅を示しているわけではなく、また、凹部および凸部の実際のピッチは図示とは異なる（図２も同様）。

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、剛性歯車２に部分的に噛み合う可撓性の「外歯車」である可撓性歯車３と、可撓性歯車３を撓めて剛性歯車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。ここで、可撓性歯車３の内周面３１１および波動発生器４の外周面４２４は、軸線ａまわりの筒状（円弧状）をなし、互いに内外に配置され、歯車装置１の作動に伴って互いに接触と離間を繰り返す「第１面」および「第２面」である。

そして、図５に示すように、可撓性歯車３の内周面３１１（第１面）は、軸線ａまわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに軸線ａに沿った方向に交互に並ぶことで第１凹凸パターンを構成している第１凹部３１２および第１凸部３１３を有する。すなわち、内周面３１１には、第１凹部３１２および第１凸部３１３が螺旋状に沿ってかつ軸線ａの方向に交互に形成されている。

また、図６に示すように、波動発生器４の外周面４２４（第２面）は、軸線ａまわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに軸線ａに沿った方向に交互に並ぶことで前述した第１凹凸パターンとは異なる第２凹凸パターンを構成している第２凹部４２５および第２凸部４２６を有する。すなわち、外周面４２４には、第２凹部４２５および第２凸部４２６が螺旋状に沿ってかつ軸線ａの方向に交互に形成されている。

このような、第１凹部３１２および第１凸部３１３で構成されている第１凹凸パターン、および、第２凹部４２５および第２凸部４２６で構成されている第２凹凸パターンは、図７に示すように、互いに異なる。これにより、可撓性歯車３の内周面３１１（第１面）および波動発生器４の外周面４２４（第２面）が接触するとき、図８に示すように、第１凸部３１３および第２凸部４２６が互いに接触することとなり、内周面３１１と外周面４２４との間に第１凹部３１２および第２凹部４２５による隙間Ｇを形成することができる。

このようにして、可撓性歯車３の内周面３１１（第１面）および波動発生器４の外周面４２４（第２面）が歯車装置１の作動に伴って互いに接触と離間を繰り返したときに、第１凸部３１３が第２凹部４２５内に入り込んだり、第２凸部４２６が第１凹部３１２内に入り込んだりするのを低減することができる。そのため、第１凹部３１２内および第２凹部４２５内から潤滑剤が流出するのを低減し、可撓性歯車３の内周面３１１（第１面）と波動発生器４の外周面４２４（第２面）との間の潤滑剤による潤滑性を長期にわたり良好に維持することができる。その結果、歯車装置１の寿命を長くすることができる。

特に、波動歯車装置である歯車装置１では、前述したように、可撓性歯車３の内周面（第１面）は、波動発生器４の回転に伴って変形しながら、波動発生器４の外周面（第２面）に対して接触と離間とを繰り返す。このような可撓性歯車３は、薄くしなければならないため、潤滑剤による潤滑性が低下すると、損傷しやすい。したがって、このような歯車装置１に前述した構成を適用すると、前述した効果がより顕著となる。

これに対し、図９に示すように、第１凹部３１２Ｘおよび第１凸部３１３Ｘで構成されている第１凹凸パターン、および、第２凹部４２５および第２凸部４２６で構成されている第２凹凸パターンが互いに同じである場合、図１０に示すように、第１凸部３１３Ｘが第２凹部４２５内に入り込むとともに、第２凸部４２６が第１凹部３１２Ｘ内に入り込んでしまう。そのため、内周面３１１と外周面４２４との間に形成される隙間Ｇが小さくなり、第１凹部３１２Ｘ内および第２凹部４２５内から潤滑剤が流出することとなる。

なお、「第１凹凸パターン」は、第１凹部３１２および第１凸部３１３で形成される平面的な模様（例えば、凹部または凸部に沿った線分により表される線図）であり、同様に、「第２凹凸パターン」は、第２凹部４２５および第２凸部４２６で形成される平面的な模様である。そして、「第１凹凸パターンおよび第２凹凸パターンが互いに異なる」とは、第１凹凸パターンおよび第２凹凸パターンの平面的な模様が異なる（模様が完全に一致しない）ことを言い、具体的には凹部または凸部の並びのピッチが異なったり並びの方向が異なったりすることを言い、特に、第１凹凸パターンおよび第２凹凸パターンの形状が互いに対向したときに相補的な関係とならないことを言う。

ここで、第１凹部３１２および第１凸部３１３は、例えば、旋削等の機械加工を用いて可撓性歯車３を製造した際に、その機械加工の加工痕（例えば切削痕）として形成される。同様に、第２凹部４２５および第２凸部４２６も、例えば、旋削等の機械加工を用いて波動発生器４を製造した際に、その機械加工の加工痕（例えば切削痕）として形成される。

したがって、第１凹部３１２および第１凸部３１３は、それぞれ、軸線ａを中心とする螺旋状（弦巻線状）に沿って延びている。同様に、第２凹部４２５および第２凸部４２６も、それぞれ、軸線ａを中心とする螺旋状に沿って延びている。本実施形態では、第１凹部３１２および第１凸部３１３が沿う螺旋状の向きと、第２凹部４２５および第２凸部４２６が沿う螺旋状の向きとが互いに逆になっている。なお、図示では、第１凹部３１２および第１凸部３１３が沿う螺旋状のピッチＰ１と、第２凹部４２５および第２凸部４２６が沿う螺旋状のピッチＰ２とは、互いに等しいが、異なっていてもよい。また、第１凹部３１２または第１凸部３１３の周方向に対する傾斜角度と、第２凹部４２５または第２凸部４２６に対する傾斜角度とは、互いに等しいが、異なっていてもよい。また、これらの凹部または凸部は、軸線ａまわりの周方向成分を有する方向に延びる複数の凹部または複数の凸部で構成されていてもよい。すなわち、これらの凹部または凸部は、断続的に形成されているものであってもよい。

このように、第１凹部３１２または第１凸部３１３が螺旋状に沿って延びている部分を有し、第２凹部４２５または第２凸部４２６が第１凹部３１２または第１凸部３１３とは逆向きの螺旋状に沿って延びている部分を有する。これにより、互いに異なる第１凹凸パターンおよび第２凹凸パターンを容易に実現することができる。

また、第１凹部３１２または第１凸部３１３が延びている方向、および、第２凹部４２５または第２凸部４２６が延びている方向のそれぞれが軸線ａに沿った方向成分を含んでいる。このような場合、仮に、第１凸部３１３が第２凹部４２５内に入り込んだり、第２凸部４２６が第１凹部３１２内に入り込んだりすると、第１凹部３１２内または第２凹部４２５内の潤滑剤が軸線ａに沿った方向に流出しやすく、可撓性歯車３の内周面３１１と波動発生器４の外周面４２４との間の潤滑剤による潤滑性が早期に損なわれてしまう。したがって、このような場合において、本発明を適用して、第１凸部３１３が第２凹部４２５内に入り込んだり、第２凸部４２６が第１凹部３１２内に入り込んだりするのを低減すると、その効果が顕著となる。なお、第１凹部３１２または第１凸部３１３が延びている方向、および、第２凹部４２５または第２凸部４２６が延びている方向のうちの少なくとも一方が軸線ａに沿った方向成分を含んでいる場合に、前述したように本発明の効果が顕著となる。

特に、第１凹部３１２および第２凹部４２５のそれぞれが螺旋状に沿って延びている。このような場合、第１凸部３１３が第２凹部４２５内に入り込んだり、第２凸部４２６が第１凹部３１２内に入り込んだりするのを低減することで、第１凹部３１２内および第２凹部４２５内から潤滑剤が流出するのを低減するという前述した効果だけでなく、第１凹部３１２や第２凹部４２５を通じて可撓性歯車３の内周面３１１と波動発生器４の外周面４２４との間に潤滑剤が導入されやすくなるという利点がある。なお、第１凹部３１２および第２凹部４２５のうちの少なくとも一方が螺旋状に沿って延びていれば、前述した利点が得られる。

また、第１凹部３１２および第１凸部３１３が沿う螺旋状のピッチＰ１、および、第２凹部４２５および第２凸部４２６が沿う螺旋状のピッチＰ２は、それぞれ、特に限定されないが、例えば、０．１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。これにより、可撓性歯車３および波動発生器４の寸法精度を優れたものとしつつ、第１凹部３１２内または第２凹部４２５内に潤滑剤を好適に保持することができる。なお、ピッチＰ１、Ｐ２は、それぞれ、軸線ａに沿った方向における凹凸の平均間隔（Ｓｍ）として表すことができる。

また、第１凹部３１２および第２凹部４２５のそれぞれの幅は、特に限定されないが、例えば、０．０５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上２５μｍ以下であることがより好ましい。これにより、可撓性歯車３および波動発生器４の寸法精度を優れたものとしつつ、第１凹部３１２内または第２凹部４２５内に潤滑剤を好適に保持することができる。なお、かかる幅は、それぞれ、軸線ａに沿った方向における算術平均粗さ（Ｒａ）として表すことができる。

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。

また、可撓性歯車３と波動発生器４との間に配置される潤滑剤は、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、グリースのせん断安定性を優れたものとすることができる。また、グリース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、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。

（歯車装置の製造方法）
以下、前述した歯車装置１の製造方法を簡単に説明する。
図１１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。

歯車装置１は、前述したように、互いに内外に配置され、互いに接触と離間を繰り返す筒状の「第１面」である内周面３１１および「第２面」である外周面４２４を有する。この歯車装置１の製造方法は、図１１に示すように、加工工程Ｓ１０と、組立工程Ｓ２０と、を有する。加工工程Ｓ１０では、前述したような内周面３１１および外周面４２４を形成する。すなわち、加工工程Ｓ１０では、「第１軸線」である軸線ａまわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに軸線ａに沿った方向に交互に並ぶことで第１凹凸パターンを構成している第１凹部３１２および第１凸部３１３を有する内周面３１１（第１面）、および、「第２軸線」である軸線ａまわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに軸線ａに沿った方向に交互に並ぶことで第１凹凸パターンとは異なる第２凹凸パターンを構成している第２凹部４２５および第２凸部４２６を有する外周面４２４（第２面）を形成する。その後、組立工程Ｓ２０では、外周面４２４を内周面３１１内に挿入し、内周面３１１および外周面４２４を互いに内外に配置する。このような歯車装置１の製造方法によれば、前述したような長寿命な歯車装置１を製造することができる。

ここで、加工工程Ｓ１０において、内周面３１１および外周面４２４の形成は、旋削等の機械加工を用いて行うことができ、例えば、旋削の送り速度、回転速度、回転方向等を適宜設定することで、所望のピッチおよび向き等の第１凹部３１２、第１凸部３１３、第２凹部４２５および第２凸部４２６を形成することができる。

＜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１２は、本発明の第２実施形態に係る歯車装置における第１凹凸パターンと第２凹凸パターンとの重なった状態を説明するための模式図である。

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。

本実施形態の歯車装置では、「第１面」である内周面３１１Ａが第１凹部３１２Ａおよび第１凸部３１３Ａを有する。この第１凹部３１２Ａおよび第１凸部３１３Ａが沿う螺旋状の向きが、第２凹部４２５および第２凸部４２６が沿う螺旋状の向きと同じであるが、第１凹部３１２Ａおよび第１凸部３１３Ａが沿う螺旋状のピッチＰ１が、第２凹部４２５および第２凸部４２６が沿う螺旋状のピッチＰ２と異なっている。ここで、ピッチＰ１、Ｐ２は、互いに整数倍の関係とならないことが好ましい。図示ではピッチＰ１がピッチＰ２よりも大きい。これにより、第１凹部３１２Ａおよび第１凸部３１３Ａで構成されている第１凹凸パターン、および、第２凹部４２５および第２凸部４２６で構成されている第２凹凸パターンが互いに異なっている。

このように、第１凹部３１２Ａまたは第１凸部３１３Ａが「第１ピッチ」であるピッチＰ１の螺旋状に沿って延びている部分を有し、第２凹部４２５または第２凸部４２６がピッチＰ１とは異なる「第２ピッチ」であるピッチＰ２の螺旋状に沿って延びている部分を有する。これにより、互いに異なる第１凹凸パターンおよび第２凹凸パターンを容易に実現することができる。

以上説明したような第２実施形態によっても、歯車装置の寿命を長くすることができる。

＜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１３は、本発明の第３実施形態に係る歯車装置における第１凹凸パターンと第２凹凸パターンとの重なった状態を説明するための模式図である。

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。

本実施形態の歯車装置では、「第１面」である内周面３１１Ｂが第１凹部３１２Ｂおよび第１凸部３１３Ｂを有する。この第１凹部３１２Ｂおよび第１凸部３１３Ｂが沿う螺旋状の向きが、第２凹部４２５および第２凸部４２６が沿う螺旋状の向きと同じであるが、第１凹部３１２Ｂおよび第１凸部３１３Ｂが沿う螺旋状のピッチＰ１が、第２凹部４２５および第２凸部４２６が沿う螺旋状のピッチＰ２と異なっている。特に、本実施形態では、ピッチＰ１は、ピッチが途中で変化している部分を有する。図示では、ピッチＰ１が互いに異なるピッチＰ１１、Ｐ１２を有する。なお、ピッチＰ１は、連続的に変化していてもよいし、段階的に変化していてもよいし、異なるピッチが繰り返すように変化していてもよい。

以上説明したような第３実施形態によっても、歯車装置の寿命を長くすることができる。

＜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１４は、本発明の第４実施形態に係る歯車装置における第１凹凸パターンと第２凹凸パターンとの重なった状態を説明するための模式図である。

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。

本実施形態の歯車装置では、「第１面」である内周面３１１Ｃがメッシュ状をなす第１凹部３１２Ｃａ、Ｃｂおよび第１凸部３１３Ｃａ、Ｃｂを有する。この第１凹部３１２Ｃｂおよび第１凸部３１３Ｃｂが沿う螺旋状の向きが、第２凹部４２５および第２凸部４２６が沿う螺旋状の向きと同じであるが、第１凹部３１２Ｃａおよび第１凸部３１３Ｃａが沿う螺旋状の向きが、第２凹部４２５および第２凸部４２６が沿う螺旋状の向きと異なっている。すなわち、内周面３１１Ｃには、螺旋状に沿って延びている第１凹部３１２Ｃａおよび第１凸部３１３Ｃａと、第１凹部３１２Ｃａおよび第１凸部３１３Ｃａとは逆向きの螺旋状に沿って延びていて第１凹部３１２Ｃａおよび第１凸部３１３Ｃａと交差する第１凹部３１２Ｃｂおよび第１凸部３１３Ｃｂと、が形成されている。このような第１凹部３１２Ｃａ、Ｃｂおよび第１凸部３１３Ｃａ、Ｃｂは、内周面３１１Ｃをホーニング加工することで得ることができる。

ここで、第１凹部３１２Ｃａおよび第１凸部３１３Ｃａが沿う螺旋状のピッチＰ１ａは、前述した第１実施形態と同様であることが好ましく、また、第１凹部３１２Ｃｂおよび第１凸部３１３Ｃｂが沿う螺旋状のピッチＰ１ｂは、前述した第２、第３実施形態と同様、第２凹部４２５および第２凸部４２６が沿う螺旋状のピッチＰ２と異なっていることが好ましい。

以上説明したような第４実施形態によっても、歯車装置の寿命を長くすることができる。なお、内周面３１１Ｃと同様に、外周面４２４に、メッシュ状の凹部または凸部を設けてもよい。

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。

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、本発明は、前述した実施形態の波動歯車装置に限定されず、互いに内外に配置され、作動に伴って互いに接触と離間を繰り返す第１面および第２面を有する各種歯車装置に適用可能である。

１…歯車装置、２…剛性歯車（内歯車）、３…可撓性歯車（外歯車）、４…波動発生器、２３…内歯、３１…胴部、３２…底部、３３…外歯、４１…本体部、４２…ベアリング、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、３１１…内周面（第１面）、３１１Ａ…内周面（第１面）、３１１Ｂ…内周面（第１面）、３１１Ｃ…内周面（第１面）、３１２…第１凹部、３１２Ａ…第１凹部、３１２Ｂ…第１凹部、３１２Ｃａ…第１凹部、３１２Ｃｂ…第１凹部、３１２Ｘ…第１凹部、３１３…第１凸部、３１３Ａ…第１凸部、３１３Ｂ…第１凸部、３１３Ｃａ…第１凸部、３１３Ｃｂ…第１凸部、３１３Ｘ…第１凸部、３２１…孔、３２２…孔、４１１…軸部、４１２…カム部、４２１…内輪、４２２…ボール、４２３…外輪、４２４…外周面（第２面）、４２５…第２凹部、４２６…第２凸部、Ｇ…隙間、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、Ｐ１…ピッチ、Ｐ１１…ピッチ、Ｐ１２…ピッチ、Ｐ１ａ…ピッチ、Ｐ１ｂ…ピッチ、Ｐ２…ピッチ、Ｓ１０…加工工程、Ｓ２０…組立工程、ａ…軸線

Claims (6)

1. 第１部材と、
   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、
   軸線まわりの筒状をなし、互いに内外に配置され、前記歯車装置の作動に伴って互いに接触と離間を繰り返す第１面および第２面を有し、
   前記第１面は、前記軸線まわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに前記軸線に沿った方向に交互に並ぶことで第１凹凸パターンを構成している第１凹部および第１凸部を有し、
   前記第２面は、前記軸線まわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに前記軸線に沿った方向に交互に並ぶことで前記第１凹凸パターンとは異なる第２凹凸パターンを構成している第２凹部および第２凸部を有し、
   前記第１凹部または前記第１凸部が第１ピッチの螺旋状に沿って延びている部分を有し、
   前記第２凹部または前記第２凸部が前記第１ピッチとは異なる第２ピッチの螺旋状に沿って延びている部分を有することを特徴とするロボット。
2. 前記第１凹部または前記第１凸部が延びている方向、および、前記第２凹部または前記第２凸部が延びている方向のうちの少なくとも一方が前記軸線に沿った方向成分を含んでいる請求項１に記載のロボット。
3. 前記歯車装置は、
   内歯車と、
   前記内歯車に部分的に噛み合う可撓性の外歯車と、
   前記外歯車を撓めて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、
   前記外歯車の内周面が前記第１面であり、
   前記波動発生器の外周面が前記第２面である請求項１または２に記載のロボット。
4. 軸線まわりの筒状をなし、互いに内外に配置され、作動に伴って互いに接触と離間を繰り返す第１面および第２面を有し、
   前記第１面は、前記軸線まわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに前記軸線に沿った方向に交互に並ぶことで第１凹凸パターンを構成している第１凹部および第１凸部を有し、
   前記第２面は、前記軸線まわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに前記軸線に沿った方向に交互に並ぶことで前記第１凹凸パターンとは異なる第２凹凸パターンを構成している第２凹部および第２凸部を有し、
   前記第１凹部または前記第１凸部が第１ピッチの螺旋状に沿って延びている部分を有し、
   前記第２凹部または前記第２凸部が前記第１ピッチとは異なる第２ピッチの螺旋状に沿って延びている部分を有することを特徴とする歯車装置。
5. 前記第１凹部または前記第１凸部が螺旋状に沿って延びている部分を有し、
   前記第２凹部または前記第２凸部が前記第１凹部または前記第１凸部とは逆向きの螺旋状に沿って延びている部分を有する請求項４に記載の歯車装置。
6. 互いに内外に配置され、作動に伴って互いに接触と離間を繰り返す筒状の第１面および第２面を有する歯車装置の製造方法であって、
   第１軸線まわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに前記第１軸線に沿った方向に交互に並ぶことで第１凹凸パターンを構成している第１凹部および第１凸部を有する前記第１面、および、第２軸線まわりの周方向成分を有する方向に延びているとともに前記第２軸線に沿った方向に交互に並ぶことで前記第１凹凸パターンとは異なる第２凹凸パターンを構成している第２凹部および第２凸部を有する前記第２面を形成する加工工程と、
   前記第１面および前記第２面を互いに内外に配置する組立工程と、を含み、
   前記第１凹部または前記第１凸部が第１ピッチの螺旋状に沿って延びている部分を有し、
   前記第２凹部または前記第２凸部が前記第１ピッチとは異なる第２ピッチの螺旋状に沿って延びている部分を有することを特徴とする歯車装置の製造方法。

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