JP6904004B2

JP6904004B2 - ロボットおよび歯車装置

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Publication number: JP6904004B2
Application number: JP2017067191A
Authority: JP
Inventors: 祐哉片岡
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: US20180283518A1; CN108687753A; CN108687753B; JP2018168955A

Description

本発明は、ロボットおよび歯車装置に関するものである。

例えば、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、一般に、ロボットアームの関節部を駆動するため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。

例えば、特許文献１に記載の波動歯車装置は、円環状の剛性内歯歯車と、剛性内歯歯車に噛合する可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車の内側に配置され、剛性内歯歯車と可撓性外歯歯車との噛み合い領域を周方向に移動させる波動発生器と、を備える。ここで、波動発生器は、非円形状に形成された剛性体の外周面に撓められている環状の可撓性の軸受（深溝玉軸受）を有する。

特開２０１５−２０９９３１号公報

特許文献１に記載されているような波動歯車装置では、波動発生器が有する軸受に対して、ラジアル荷重だけでなくスラスト荷重が発生する。特許文献１に記載の波動歯車装置では、このスラスト荷重に対する対応が十分でなく、波動発生器の寿命が短くなってしまうという課題がある。

本発明の目的は、歯車装置の長寿命化を図ることができるロボットおよび歯車装置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。

本適用例に係るロボットは、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って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可撓性を有する外歯歯車と、
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動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配置されている軸受と、を有し、
前記軸受がアンギュラ玉軸受であることを特徴とする。

このようなロボットによれば、波動発生器が有する軸受がアンギュラ玉軸受であるため、当該軸受がラジアル荷重およびスラスト荷重（アキシャル荷重）の双方に十分に対応することができる。すなわち、当該軸受にラジアル荷重およびスラスト荷重（アキシャル荷重）の双方がかかっても、軸受を介した外歯歯車とカムとの相対的な回転を円滑に行うことができる。そのため、軸受の長寿命化、ひいては、歯車装置の長寿命化を図ることができる。

本適用例に係るロボットは、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って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可撓性を有する外歯歯車と、
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動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配置されている軸受と、を有し、
前記軸受は、
内輪と、
外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に配置されている複数のボールと、を有し、
前記外輪は、前記複数のボールが接触する外輪側軌道面と、前記回動軸を含む断面で見た断面視で前記外輪側軌道面の両側に設けられ、前記回動軸との間の距離が互いに異なる１対の外輪側肩部と、を備えることを特徴とする。

このようなロボットによれば、波動発生器が有する軸受が互いに回動軸との間の距離の異なる１対の外輪側肩部を有するため、当該軸受がラジアル荷重およびスラスト荷重（アキシャル荷重）の双方に十分に対応することができる。すなわち、当該軸受にラジアル荷重およびスラスト荷重（アキシャル荷重）の双方がかかっても、軸受を介した外歯歯車とカムとの相対的な回転を円滑に行うことができる。そのため、軸受の長寿命化、ひいては、歯車装置の長寿命化を図ることができる。

本適用例に係るロボットでは、前記外歯歯車は、
一端部に外歯が設けられ、前記回転軸を中心とする筒状の胴部と、
前記胴部の前記外歯とは反対側の端部に接続されている接続部と、を有し、
前記歯車装置は、入力軸が前記カムに接続されている減速機であり、
前記軸受の荷重作用点は、前記軸受の中心よりも前記接続部側にあることが好ましい。

これにより、歯車装置を減速機として用いる場合において、軸受がスラスト荷重（アキシャル荷重）に十分に対応することができる。なお、内歯歯車または外歯歯車に入力軸を接続して歯車装置を増速機として用いる場合、軸受の荷重作用点を軸受の中心よりも接続部とは反対側にすればよい。

本適用例に係るロボットでは、前記外輪の外周面は、前記回転軸に沿った一方側から他方側に向けて傾斜していることが好ましい。

これにより、波動発生器の長軸上においても、１対の外輪側肩部と回動軸との間の距離を所望の関係に維持することができる。そのため、軸受がスラスト荷重（アキシャル荷重）に十分かつより的確に対応することができる。

本適用例に係るロボットでは、前記内輪は、前記複数のボールが接触する内輪側軌道面と、前記回動軸を含む断面で見た断面視で前記内輪側軌道面の両側に設けられ、互いに高さの異なる１対の内輪側肩部と、を備えることが好ましい。

これにより、内輪に対するボールの摩擦抵抗を小さくしつつ、軸受がスラスト荷重（アキシャル荷重）に十分に対応することができる。

本適用例に係る歯車装置は、内歯歯車と、
前記内歯歯車に部分的に噛み合って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可撓性を有する外歯歯車と、
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動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配置されている軸受と、を有し、
前記軸受がアンギュラ玉軸受であることを特徴とする。

このような歯車装置によれば、波動発生器が有する軸受がアンギュラ玉軸受であるため、当該軸受がラジアル荷重およびスラスト荷重（アキシャル荷重）の双方に十分に対応することができる。そのため、軸受の長寿命化、ひいては、歯車装置の長寿命化を図ることができる。

本適用例に係る歯車装置は、内歯歯車と、
前記内歯歯車に部分的に噛み合って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可撓性を有する外歯歯車と、
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動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配置されている軸受と、を有し、
前記軸受は、
内輪と、
外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に配置されている複数のボールと、を有し、
前記外輪は、前記複数のボールが接触する外輪側軌道面と、前記回動軸を含む断面で見た断面視で前記外輪側軌道面の両側に設けられ、前記回動軸との間の距離が互いに異なる１対の外輪側肩部と、を備えることを特徴とする。

このような歯車装置によれば、波動発生器が有する軸受が互いに回動軸との間の距離の異なる１対の外輪側肩部を有するため、当該軸受がラジアル荷重およびスラスト荷重（アキシャル荷重）の双方に十分に対応することができる。そのため、軸受の長寿命化、ひいては、歯車装置の長寿命化を図ることができる。

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波動発生器の軸受（自然状態）の部分拡大縦断面図である。図２に示す歯車装置が備える波動発生器の部分拡大縦断面図（図４中の長軸Ｌａに沿った断面）である。図２に示す歯車装置が備える波動発生器の部分拡大縦断面図（図４中の短軸Ｌｂに沿った断面）である。本発明の第２実施形態に係る歯車装置が備える軸受（自然状態）を示す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装置が備える軸受（自然状態）を示す部分拡大縦断面図である。本発明の第４実施形態に係る歯車装置が備える軸受（自然状態）を示す部分拡大縦断面図である。本発明の第５実施形態に係る歯車装置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装置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ている「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長寿命な歯車装置１を備える。以下、本発明の歯車装置の一例として歯車装置１について説明する。

２．歯車装置
＜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、を有している。また、図示しないが、歯車装置１の各部（摺動部または接触部）には、必要に応じて、グリース等の潤滑剤が適宜配置されている。

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（図３および図４中の上部および下部）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、図３中軸線ａ方向の左端に開口３５を有するカップ状をなし、その外周面に外歯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（図３中軸線ａ方向の右側）に接続（形成）されている底部３２（接続部）と、を有する。

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（図示せず）を挿通することができる。また、孔３２２には、出力側の軸体（図示せず）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３および図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の胴部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、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、図３および図４中の上下方向を長軸とする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。外輪４２３の外周面は、胴部３１の内周面３１１に当接している。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、波動発生器４が備える軸受４２は、アンギュラ玉軸受である。これにより、軸受４２にラジアル荷重（軸線ａに直交する方向での荷重）およびスラスト荷重（軸線ａに平行な方向での荷重）の双方の荷重がかかっても、軸受４２を介した可撓性歯車３とカム部４１２との相対的な回転を円滑に行うことができる。なお、軸受４２については、後に詳述する。

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。なお、このとき、内輪４２１は、カム部４１２の外周面に対して固定的に設置されているため、変形状態は変わらない。

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の胴部３１がその径方向に繰り返し変形する。このような変形により、軸受４２には、ラジアル荷重（軸線ａに直角な方向での荷重）だけでなく、スラスト荷重（軸線ａに平行な方向での荷重）が加わる。ここで、波動発生器４側を入力側、剛性歯車２側または可撓性歯車３側を出力側とし、歯車装置１を減速機として用いる場合、このスラスト荷重は、図３中の矢印αで示すように、軸受４２の外輪４２３が可撓性歯車３の底部３２側に向けて引っ張られるように軸受４２に対して作用する。そこで、このようなスラスト荷重にも対応するべく、軸受４２としてアンギュラ玉軸受を用いている。以下、軸受４２について詳述する。

（軸受の詳細な説明）
図５は、図２に示す歯車装置が備える波動発生器の軸受（自然状態）の部分拡大縦断面図である。図６は、図２に示す歯車装置が備える波動発生器の部分拡大縦断面図（図４中の長軸Ｌａに沿った断面）である。図７は、図２に示す歯車装置が備える波動発生器の部分拡大縦断面図（図４中の短軸Ｌｂに沿った断面）である。

図５に示すように、軸受４２は、可撓性の内輪４２１および外輪４２３と、これらの間に周方向に沿って一列に配置されている複数のボール４２２と、を有している。なお、図５は、軸受４２の自然状態（歯車装置１から取り外し、かつ、外力が付与されていない状態）を示している。

内輪４２１の外周面には、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４３１（内輪側軌道面）が設けられている。この軌道面４３１は、内輪４２１の周方向に沿って延び、横断面がボール４２２の半径よりわずかに大きい半径の円弧をなしている凹状である。このような軌道面４３１が設けられていることによって、内輪４２１の外周面には、軌道面４３１の両側に、１対の肩部４３２、４３３（内輪側肩部）が設けられている。この１対の肩部４３２、４３３は、前述したスラスト荷重によってボール４２２が内輪４２１に対して軸線ａに沿った方向に移動するのを規制する規制部として機能する。なお、内輪４２１は、可撓性を有していなくてもよく、この場合、自然状態でカム部４１２の外周面の形状に対応した形状をなしていればよい。また、内輪４２１は、前述したカム部４１２と一体で構成されていてもよい。

本実施形態では、１対の肩部４３２、４３３の高さＨ３、Ｈ４が互いに等しくなっている。なお、例えば後述する第３実施形態のように、１対の肩部４３２の高さが互いに異なっていてもよい。

ここで、１対の肩部４３２、４３３の高さＨ３、Ｈ４は、それぞれ、特に限定されないが、ボール４２２の半径に対して、１／２０以上１／２以下であることが好ましく、１／１５以上１／３以下であることがより好ましい。

外輪４２３の内周面には、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４４１（外輪側軌道面）が設けられている。この軌道面４４１は、外輪４２３の周方向に沿って延び、横断面がボール４２２の半径よりわずかに大きい半径の円弧をなしている凹状である。このような軌道面４４１が設けられていることによって、外輪４２３の内周面には、軌道面４４１の両側に、１対の肩部４４２、４４３（外輪側肩部）が設けられている。１対の肩部４４２、４４３は、それぞれ、外輪４２３の周方向に沿って延び、内輪４２１側に向けて突出している凸状であるとも言える。この１対の肩部４４２、４４３は、前述したスラスト荷重によってボール４２２が外輪４２３に対して軸線ａに沿った方向に移動するのを規制する規制部として機能する。

本実施形態では、図５中左側の肩部４４３の高さＨ２が、図５中右側の肩部４４２の高さＨ１よりも高くなっている。すなわち、肩部４４３と軸線ａとの間の距離Ｌ２は、肩部４４２と軸線ａとの間の距離Ｌ１よりも小さくなっている。このように１対の肩部４４２、４４３の高さを互いに異ならせることで、外輪４２３の必要な可撓性を確保しつつ、前述したようなスラスト荷重に十分に対応することが可能となる。

また、１対の肩部４４２、４４３の頂面は、図５に示すように、軸線ａを含む断面で見たときに、同一線上に沿うように、軸線ａに対して傾斜している。ここで、肩部４４２の頂面は、肩部４４３側に向けて高さが高くなるように、軸線ａに対して傾斜している。また、肩部４４３の頂面は、肩部４４２側に向けて高さが低くなるように、軸線ａに対して傾斜している。なお、肩部４４２、４４３の頂面の傾斜方向は、それぞれ、図示の方向に限定されない。また、肩部４４２、４４３のうちの少なくとも一方の頂面は、後述する第４実施形態のように軸線ａに対して平行となっていてもよい。

ここで、肩部４４２の高さＨ１は、前述した肩部４３２の高さＨ３または肩部４３３の高さＨ４よりも低いことが好ましい。これにより、外輪４２３の必要な可撓性を容易に確保することができる。また、肩部４４３の高さＨ２は、前述した肩部４３２の高さＨ３または肩部４３３の高さＨ４よりも高くても低くてもよいが、肩部４３２の高さＨ３または肩部４３３の高さＨ４に対して、０．５倍以上１．５倍以下であることが好ましい。これにより、外輪４２３の必要な可撓性を容易に確保しつつ、軸受４２に作用するスラスト荷重に耐えうる肩部４４３を容易に実現することができる。なお、肩部４４２、４４３の幅（軸線ａに沿った方向での長さ）は、特に限定されず、公知の軸受が有する外輪の肩部の幅とすることができる。

以上のような構成の軸受４２は、図６および図７に示すように、歯車装置１に組み込まれた状態においても、肩部４４３と軸線ａとの間の距離Ｌ２が肩部４４２と軸線ａとの間の距離Ｌ１よりも小さくなっている。

ここで、図６に示す断面、すなわち、可撓性歯車３がカム部４１２によって長軸Ｌａに沿った方向に拡げられた部分を軸線ａに沿って切断した断面において、外輪４２３は、外輪４２３の図中右側の部分が軸線ａに近づく方向に変位するような荷重を可撓性歯車３側から受ける。このような荷重を受けた部分においても、距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも小さくなっていることで、前述したスラスト荷重によってボール４２２が内輪４２１に対して軸線ａに沿った方向に移動するのを十分に規制することができる。なお、当該部分においては、必ずしも距離Ｌ２＜距離Ｌ１の関係になっていなくてもよい。この場合でも、次に述べるようにスラスト荷重に対するある程度の対応が可能である。

図７に示す断面、すなわち、可撓性歯車３がカム部４１２によって短軸Ｌｂに沿った方向に縮められた部分を軸線ａに沿って切断した断面において、外輪４２３は、前述した図６で説明したような荷重を受けることが少ないか、または、外輪４２３の図中左側の部分が軸線ａに近づく方向に変位するような荷重を可撓性歯車３側から受ける。このような荷重を受けた部分では、距離Ｌ２が前述した図５に示す状態（すなわち歯車装置１に組みこまれていない自然状態）と同程度に距離Ｌ１よりも小さくなっているか、または、それ以上に小さくなっており、前述したスラスト荷重によってボール４２２が内輪４２１に対して軸線ａに沿った方向に移動するのを十分に規制することができる。

このような軸受４２は、図３に示すように、ボール４２２と内輪４２１との接触点Ｐ１と、ボール４２２と外輪４２３との接触点Ｐ２とを結ぶ直線ｂがラジアル方向（軸線ａに直角な方向）に対して傾斜している。この傾斜角度（接触角）は、特に限定されないが、０．５°以上４０°以下であることが好ましい。また、軸線ａを含む断面で見たときに、当該直線ｂが軸線ａに交差する点を荷重作用点Ｐという。本実施形態では、この荷重作用点Ｐが軸受４２の軸線ａ方向の中心ＰＣに対して底部３２側に位置している（図３参照）。

以上のように、歯車装置１は、内歯歯車である剛性歯車２と、剛性歯車２に部分的に噛み合って剛性歯車２に対して軸線ａ（回転軸）まわりに相対的に回転する可撓性を有する外歯歯車である可撓性歯車３と、剛性歯車２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波動発生器４と、を有する。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、剛性歯車２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。

ここで、軸受４２は、アンギュラ玉軸受である。より具体的には、軸受４２は、内輪４２１と、外輪４２３と、内輪４２１と外輪４２３との間に配置されている複数のボール４２２と、を有する。そして、外輪４２３は、複数のボール４２２が接触する外輪側軌道面である軌道面４４１と、軸線ａ（回動軸）を含む断面で見た断面視で軌道面４４１の両側に設けられ、軸線ａとの間の距離Ｌ１、Ｌ２が互いに異なる１対の外輪側肩部である肩部４４２、４４３と、を備える。

このような歯車装置１によれば、波動発生器４が有する軸受４２がアンギュラ玉軸受であるため、より具体的には、軸受４２が互いに軸線ａとの間の距離Ｌ１、Ｌ２の異なる１対の肩部４４２、４４３を有するため、当該軸受４２がラジアル荷重およびスラスト荷重（アキシャル荷重）の双方に十分に対応することができる。すなわち、当該軸受４２にラジアル荷重およびスラスト荷重（アキシャル荷重）の双方がかかっても、軸受４２を介した可撓性歯車３とカム４１との相対的な回転を円滑に行うことができる。そのため、軸受４２の長寿命化、ひいては、歯車装置１の長寿命化を図ることができる。

本実施形態では、可撓性歯車３（外歯歯車）は、一端部に外歯３３が設けられ、軸線ａ（回転軸）を中心とする筒状の胴部３１と、胴部３１の外歯３３とは反対側の端部に接続されている接続部である底部３２と、を有する。また、歯車装置１は、入力軸がカム４１に接続されている減速機である。そして、軸受４２の荷重作用点は、軸受４２の中心よりも底部３２側にある。これにより、歯車装置１を減速機として用いる場合において、軸受４２がスラスト荷重（アキシャル荷重）に十分に対応することができる。なお、剛性歯車２または可撓性歯車３に入力軸を接続して歯車装置１を増速機として用いる場合、軸受４２の荷重作用点を軸受４２の中心よりも底部３２とは反対側にすればよい。

＜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８は、本発明の第２実施形態に係る歯車装置が備える軸受（自然状態）を示す部分拡大縦断面図である。

本実施形態は、軸受の外輪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に示す軸受４２Ａは、例えば、前述した第１実施形態の歯車装置１に軸受４２に代えて用いられる軸受である。この軸受４２Ａは、可撓性の内輪４２１および外輪４２３Ａ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。なお、図８は、軸受４２Ａの自然状態（歯車装置１から取り外し、かつ、外力が付与されていない状態）を示している。

外輪４２３Ａの内周面には、前述した第１実施形態の外輪４２３と同様、軌道面４４１および１対の肩部４４２、４４３（外輪側肩部）が設けられている。ここで、前述したように、１対の肩部４４２、４４３の頂面は、軸線ａを含む断面で見たときに、同一線上に沿うように、軸線ａに対して傾斜している。これに対し、外輪４２３Ａの外周面は、肩部４４２、４４３（外輪側肩部）とは逆側に軸線ａに対して傾斜している。これにより、軸受４２Ａを歯車装置に組み込んだ状態において、周方向での全域にわたって距離Ｌ２＜距離Ｌ１の関係を満たすことが容易となる。軸線ａに対する外輪４２３の外周面の傾斜角度は、特に限定されないが、例えば、０°より大きく１０°以下であることが好ましい。

このように、外輪４２３Ａの外周面は、軸線ａ（回転軸）に沿った一方側から他方側に向けて傾斜している。これにより、軸受４２Ａを組み込んだ波動発生器の長軸上においても、１対の肩部４４２、４４３（外輪側肩部）と軸線ａとの間の距離を所望の関係に維持することができる。そのため、軸受４２Ａがスラスト荷重（アキシャル荷重）に十分かつより的確に対応することができる。

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９は、本発明の第３実施形態に係る歯車装置が備える軸受（自然状態）を示す部分拡大縦断面図である。

本実施形態は、軸受の内輪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９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９に示す軸受４２Ｂは、例えば、前述した第１実施形態の歯車装置１に軸受４２に代えて用いられる軸受である。この軸受４２Ｂは、可撓性の内輪４２１Ｂ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。なお、図９は、軸受４２Ｂの自然状態（歯車装置１から取り外し、かつ、外力が付与されていない状態）を示している。

内輪４２１Ｂの外周面には、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４３１Ｂ（内輪側軌道面）が設けられている。この軌道面４３１Ｂが設けられていることによって、内輪４２１Ｂの外周面には、軌道面４３１Ｂの両側に、１対の肩部４３２Ｂ、４３３Ｂ（内輪側肩部）が設けられている。この１対の肩部４３２Ｂ、４３３Ｂは、前述したスラスト荷重によってボール４２２が内輪４２１Ｂに対して軸線ａに沿った方向に移動するのを規制する規制部として機能する。

本実施形態では、図９中右側（外輪４２３の肩部４４２側）の肩部４３２Ｂの高さＨ３が、図９中左側（外輪４２３の肩部４４３側）の肩部４３３Ｂの高さＨ４よりも高くなっている。このように１対の肩部４３２Ｂ、４３３Ｂの高さを互いに異ならせることで、内輪４２１Ｂに対するボール４２２の摩擦抵抗を低減しつつ、前述したような規制部としての機能を高めることができる。

また、１対の肩部４３２Ｂ、４３３Ｂの頂面は、図９に示すように、軸線ａを含む断面で見たときに、同一線上に沿うように、軸線ａに対して傾斜している。ここで、肩部４３３Ｂの頂面は、肩部４３２Ｂ側に向けて高さが高くなるように、軸線ａに対して傾斜している。また、肩部４３２Ｂの頂面は、肩部４３３Ｂ側に向けて高さが低くなるように、軸線ａに対して傾斜している。なお、肩部４３２Ｂ、４３３Ｂの頂面の傾斜方向は、それぞれ、図示の方向に限定されない。また、肩部４３２Ｂ、４３３Ｂのうちの少なくとも一方の頂面は、軸線ａに対して平行となっていてもよい。

このように、内輪４２１Ｂは、複数のボール４２２が接触する内輪側軌道面である軌道面４３１Ｂと、軸線ａ（回動軸）を含む断面で見た断面視で軌道面４３１Ｂの両側に設けられ、互いに高さの異なる１対の内輪側肩部である肩部４３２Ｂ、４３３Ｂと、を備える。これにより、内輪４２１Ｂに対するボール４２２の摩擦抵抗を小さくしつつ、軸受４２Ｂがスラスト荷重（アキシャル荷重）に十分に対応することができる。

以上説明したような第３実施形態によっても、歯車装置の長寿命化を図ることができる。

＜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１０は、本発明の第４実施形態に係る歯車装置が備える軸受（自然状態）を示す部分拡大縦断面図である。

本実施形態は、軸受の外輪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１０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１０に示す軸受４２Ｃは、例えば、前述した第１実施形態の歯車装置１に軸受４２に代えて用いられる軸受である。この軸受４２Ｃは、可撓性の内輪４２１および外輪４２３Ｃ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。なお、図１０は、軸受４２Ｃの自然状態（歯車装置１から取り外し、かつ、外力が付与されていない状態）を示している。

外輪４２３Ｃの内周面には、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４４１Ｃ（外輪側軌道面）が設けられている。この軌道面４４１Ｃが設けられていることによって、外輪４２３Ｃの内周面には、軌道面４４１Ｃの両側に、１対の肩部４４２Ｃ、４４３Ｃ（外輪側肩部）が設けられている。この１対の肩部４４２Ｃ、４４３Ｃは、前述したスラスト荷重によってボール４２２が外輪４２３Ｃに対して軸線ａに沿った方向に移動するのを規制する規制部として機能する。

ここで、図１０中左側の肩部４４３Ｃの高さＨ２が、図１０中右側の肩部４４２Ｃの高さＨ１よりも高くなっている。このように１対の肩部４４２Ｃ、４４３Ｃの高さを互いに異ならせることで、外輪４２３Ｃの必要な可撓性を確保しつつ、前述したようなスラスト荷重に十分に対応することが可能となる。

本実施形態では、１対の肩部４４２Ｃ、４４３Ｃの頂面は、図１０に示すように、軸線ａを含む断面で見たときに、軸線ａに対して平行となっている。

以上説明したような第４実施形態によっても、歯車装置の長寿命化を図ることができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第５実施形態に係る歯車装置を示す縦断面図である。

本実施形態は、可撓性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１１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１１に示す歯車装置１Ｄ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３Ｄを有している。この可撓性歯車３Ｄ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３２Ｄ（接続部）を有する。フランジ部３２Ｄには、軸線ａに沿って貫通した複数の孔３２２Ｄが形成されている。この孔３２２Ｄは、出力側の軸体をフランジ部３２Ｄ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３２Ｄの内周部３２１Ｄには、出力側の軸体を挿通することができる。

このような歯車装置１Ｄは、前述した第１実施形態の歯車装置１と同様、アンギュラ玉軸受である軸受４２（または、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ）を有する。これにより、軸受４２にラジアル荷重（軸線ａに直交する方向での荷重）およびスラスト荷重（軸線ａに平行な方向での荷重）の双方の荷重がかかっても、軸受４２を介した可撓性歯車３Ｄとカム部４１２との相対的な回転を円滑に行うことができる。

以上説明したような第５実施形態によっても、歯車装置１Ｄの長寿命化を図ることができる。

以上、本発明のロボット、可撓性歯車および歯車装置を、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、カップ状の可撓性歯車を有する各種歯車装置に適用可能である。

また、本発明の歯車装置は、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、１Ｄ…歯車装置、２…剛性歯車（内歯歯車）、３…可撓性歯車（外歯歯車）、３Ｄ…可撓性歯車（外歯歯車）、４…波動発生器、２３…内歯、３１…胴部、３２…底部（接続部）、３２Ｄ…フランジ部（接続部）、３３…外歯、３５…開口、４１…カム、４２…軸受、４２Ａ…軸受、４２Ｂ…軸受、４２Ｃ…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、３１１…内周面、３２１…孔、３２１Ｄ…内周部、３２２…孔、３２２Ｄ…孔、４１１…軸部、４１２…カム部、４２１…内輪、４２１Ｂ…内輪、４２２…ボール、４２３…外輪、４２３Ａ…外輪、４２３Ｃ…外輪、４３１…軌道面（内輪側軌道面）、４３１Ｂ…軌道面（内輪側軌道面）、４３２…肩部（内輪側肩部）、４３２Ｂ…肩部（内輪側肩部）、４３３…肩部（内輪側肩部）、４３３Ｂ…肩部（内輪側肩部）、４４１…軌道面（外輪側軌道面）、４４１Ｃ…軌道面（外輪側軌道面）、４４２…肩部（外輪側肩部）、４４２Ｃ…肩部（外輪側肩部）、４４３…肩部（外輪側肩部）、４４３Ｃ…肩部（外輪側肩部）、Ｈ１…高さ、Ｈ２…高さ、Ｈ３…高さ、Ｈ４…高さ、Ｌ１…距離、Ｌ２…距離、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、ａ…軸線、ｂ…直線、α…矢印、Ｐ…荷重作用点、Ｐ１…接触点、Ｐ２…接触点、ＰＣ…中心

Claims

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って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可撓性を有する外歯歯車と、
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配置されている軸受と、を有し、
前記軸受は、
内輪と、
外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に配置されている複数のボールと、を有し、
前記外輪は、前記複数のボールが接触する外輪側軌道面と、前記回転軸を含む断面で見た断面視で前記外輪側軌道面の両側に設けられ、前記回転軸との間の距離が互いに異なる１対の外輪側肩部と、を備え、
前記外歯歯車は、
一端部に外歯が設けられ、前記回転軸を中心とする筒状の胴部と、
前記胴部の前記外歯とは反対側の端部に接続されている接続部と、を有し、
前記歯車装置は、入力軸が前記カムに接続されている減速機であり、
前記軸受の荷重作用点は、前記軸受の中心よりも前記接続部側にあることを特徴とするロボット。
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って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可撓性を有する外歯歯車と、
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配置されている軸受と、を有し、
前記軸受は、
内輪と、
外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に配置されている複数のボールと、を有し、
前記外輪は、前記複数のボールが接触する外輪側軌道面と、前記回転軸を含む断面で見た断面視で前記外輪側軌道面の両側に設けられ、前記回転軸との間の距離が互いに異なる１対の外輪側肩部と、を備え、
前記外輪の外周面は、前記回転軸に沿った一方側から他方側に向けて傾斜していることを特徴とするロボット。
前記内輪は、前記複数のボールが接触する内輪側軌道面と、前記回転軸を含む断面で見た断面視で前記内輪側軌道面の両側に設けられ、互いに高さの異なる１対の内輪側肩部と、を備える請求項１または２に記載のロボット。
内歯歯車と、
前記内歯歯車に部分的に噛み合って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可撓性を有する外歯歯車と、
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配置されている軸受と、を有し、
前記軸受は、
内輪と、
外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に配置されている複数のボールと、を有し、
前記外輪は、前記複数のボールが接触する外輪側軌道面と、前記回転軸を含む断面で見た断面視で前記外輪側軌道面の両側に設けられ、前記回転軸との間の距離が互いに異なる１対の外輪側肩部と、を備え、
前記外歯歯車は、
一端部に外歯が設けられ、前記回転軸を中心とする筒状の胴部と、
前記胴部の前記外歯とは反対側の端部に接続されている接続部と、を有し、
前記軸受の荷重作用点は、前記軸受の中心よりも前記接続部側にあり、
入力軸が前記カムに接続されている減速機であることを特徴とする歯車装置。
内歯歯車と、
前記内歯歯車に部分的に噛み合って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可撓性を有する外歯歯車と、
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配置されている軸受と、を有し、
前記軸受は、
内輪と、
外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に配置されている複数のボールと、を有し、
前記外輪は、前記複数のボールが接触する外輪側軌道面と、前記回転軸を含む断面で見た断面視で前記外輪側軌道面の両側に設けられ、前記回転軸との間の距離が互いに異なる１対の外輪側肩部と、を備え、
前記外輪の外周面は、前記回転軸に沿った一方側から他方側に向けて傾斜していることを特徴とする歯車装置。