(57)【要約】【課題】回転軸モジュールを小型化する。【解決手段】回転軸モジュール（１０）は、駆動モータ（９０）が連結される入力軸（１１）と、出力軸（１２）と、出力軸に連結される出力軸フランジ（１５）と、該出力軸フランジに結合された平行軸歯車（１７、１９）と、少なくとも二つの二段歯車（２１〜２４）と、駆動モータの動力を二段歯車に伝達する伝達歯車（９１）とを含む。少なくとも二つの二段歯車および伝達歯車は、出力軸を取囲むように配置されている。【選択図】図２
2018020422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータ（９０）が連結される入力軸（１１）と、
出力軸（１２）と、
該出力軸に連結される出力軸フランジ（１５）と、
該出力軸フランジに結合された平行軸歯車（１７、１９）と、
前記出力軸フランジに回転可能に支持される減速機外周ケース（１３）と、
該減速機外周ケース内に配置された少なくとも二つの二段歯車（２１〜２４）を含む二段歯車列と、
前記駆動モータの動力を前記二段歯車列に伝達する伝達歯車（９１）と、を具備し、
前記平行軸歯車と前記少なくとも二つの二段歯車のうちの一つの二段歯車の小歯車とが係合すると共に、前記少なくとも二つの二段歯車のうちの他の二段歯車の大歯車と前記伝達歯車とが係合しており、
前記少なくとも二つの二段歯車および前記伝達歯車は、前記出力軸を取囲むように前記減速機外周ケースの内面と前記出力軸との間の空間に配置されている、回転軸モジュール。
【請求項２】
前記少なくとも二つの二段歯車のそれぞれは支持用軸受（５５、５６）および支持用部材（５１ｂ）に支持されており、前記支持用部材は前記駆動モータが取付けられる取付フランジ（１６）に固定される、請求項１に記載の回転軸モジュール。
【請求項３】
前記出力軸には、線条体が挿入されるべき中空穴（１２ａ）が形成されている、請求項１または２に記載の回転軸モジュール。
【請求項４】
前記平行軸歯車は内歯車である、請求項１から３のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
【請求項５】
さらに、内輪側が前記出力軸フランジに結合される軸受（１８ａ、１８ｂ）を具備し、  該軸受はアンギュラ背面組合せ軸受である、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
【請求項６】
前記二段歯車の前記支持用部材の少なくとも一つは、小歯車側と大歯車側の両方で支持されるようにした、請求項２から５のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
【請求項７】
前記少なくとも二つの二段歯車のそれぞれの支持用部材は補強部材（６１ａ）により互いに連結されている、請求項２から６のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
【請求項８】
前記少なくとも二つの二段歯車の少なくとも一方の支持用軸受は針状ころ軸受を含む、請求項２から７のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
【請求項９】
前記少なくとも二つの二段歯車の少なくとも一方の支持用軸受は玉軸受を含む、請求項２から８のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
【請求項１０】
前記平行軸歯車と前記一方の二段歯車の小歯車との間の減速比は、前記一方の二段歯車の大歯車と前記他方の二段歯車の小歯車との間の減速比よりも大きいようにした、請求項１から９のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
【請求項１１】
前記少なくとも二つの二段歯車は、大歯車の端面から延びるシャフト部分（２５）を含んでおり、
前記二段歯車を片持ちで支持するように、該シャフト部分が支持される請求項１から１０のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
【請求項１２】
前記回転軸モジュールにおいて使用されるオイルシール（７１）の少なくとも一つのリップ（７２）は、シール機能を損なわない範囲で、必要最小限の緊迫力を有する請求項１から１１のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
【請求項１３】
前記駆動モータの回転軸線が前記出力軸フランジの取付面に対し平行になるように、前記駆動モータが前記取付面に取付けられる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の回転軸モジュール。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の少なくとも一つの回転軸モジュールを含む多関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸モジュールおよびそのような回転軸モジュールを備えた多関節ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータから、例えば産業用ロボットのロボットアームに回転動力を伝達するために、複数の歯車より成る歯車減速機構が従来より利用されている。特許文献１に開示される歯車減速機構は、回転動力源、例えば電動モータに連結された入力歯車と、被回転駆動体、例えばロボットアームに連結された出力歯車と、入力歯車および出力歯車に係合する中間歯車集成体とを含んでいる。そして、特許文献１の中間歯車集成体は、回転動力源および被回転駆動体の取付面と同一の取付面に取付けられている。
【０００３】
さらに、特許文献２には、複数の二段平歯車を用いた減速機構が開示されている。複数の二段平歯車が入力歯車と出力歯車との間で一直線上に互いに並置されている。このため、このような減速機構をロボットの手首先端部に配置した場合には、手首先端部を厚み(高さ)方向及び幅方向に対し、小型化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１９４８６号公報
【特許文献２】特開２０１４−６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２では、複数の二段平歯車が入力歯車と出力歯車との間で一直線上に互いに並置されているので、並置された方向(アーム長手方向)における減速機構の寸法は大きくなる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、小型化可能な回転軸モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、駆動モータが連結される入力軸と、出力軸と、該出力軸に連結される出力軸フランジと、該出力軸フランジに結合された平行軸歯車と、前記出力軸フランジに回転可能に支持される減速機外周ケースと、該減速機外周ケース内に配置された少なくとも二つの二段歯車を含む二段歯車列と、前記駆動モータの動力を前記二段歯車列に伝達する伝達歯車と、を具備し、前記平行軸歯車と前記少なくとも二つの二段歯車のうちの一つの二段歯車の小歯車とが係合すると共に、前記少なくとも二つの二段歯車のうちの他の二段歯車の大歯車と前記伝達歯車とが係合しており、前記少なくとも二つの二段歯車および前記伝達歯車は、前記出力軸を取囲むように前記減速機外周ケースの内面と前記出力軸との間の空間に配置されている、回転軸モジュールが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記少なくとも二つの二段歯車のそれぞれは支持用軸受および支持用部材に支持されており、前記支持用部材は前記駆動モータが取付けられる取付フランジに固定される。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記出力軸には、線条体が挿入されるべき中空穴が形成されている。
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記平行軸歯車は内歯車である。
５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、さらに、内輪側が前記出力軸フランジに結合される軸受を具備し、該軸受はアンギュラ背面組合せ軸受である。
６番目の発明によれば、２番目から５番目のいずれかの発明において、前記二段歯車の前記支持用部材の少なくとも一つは、小歯車側と大歯車側の両方で支持されるようにした。
７番目の発明によれば、２番目から６番目のいずれかの発明において、前記少なくとも二つの二段歯車のそれぞれの支持用部材は補強部材により互いに連結されている。
８番目の発明によれば、２番目から７番目のいずれかの発明において、前記少なくとも二つの二段歯車の少なくとも一方の支持用軸受は針状ころ軸受を含む。
９番目の発明によれば、２番目から８番目のいずれかの発明において、前記少なくとも二つの二段歯車の少なくとも一方の支持用軸受は玉軸受を含む。
１０番目の発明によれば、１番目から９番目のいずれかの発明において、前記平行軸歯車と前記一方の二段歯車の小歯車との間の減速比は、前記一方の二段歯車の大歯車と前記他方の二段歯車の小歯車との間の減速比よりも大きいようにした。
１１番目の発明によれば、１番目から１０番目のいずれかの発明において、前記少なくとも二つの二段歯車は、大歯車の端面から延びるシャフト部分を含んでおり、前記二段歯車を片持ちで支持するように、該シャフト部分が支持される。
１２番目の発明によれば、１番目から１１番目のいずれかの発明において、前記回転軸モジュールにおいて使用されるオイルシールの少なくとも一つのリップは、シール機能を損なわない範囲で、必要最小限の緊迫力を有する。
１３番目の発明によれば、１番目から１２番目のいずれかの発明において、前記駆動モータの回転軸線が前記出力軸フランジの取付面に対し平行になるように、前記駆動モータが前記取付面に取付けられる。
１４番目の発明によれば、１番目から１３番目のいずれかに記載の少なくとも一つの回転軸モジュールを含む多関節ロボットが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
１番目の発明においては、少なくとも二つの二段歯車および伝達歯車が出力軸を取り囲むように出力軸回りに配置されているので、回転軸モジュールを小型化することができる。さらに、回転軸モジュールは逆効率が高い平行軸歯車のみで構成されているので、出力アーム側から入力モータ側への外力の伝達効率を向上させられる。
２番目の発明においては、二段歯車を安定して取付フランジ固定することができる。
３番目の発明においては、線条体、例えば駆動用ケーブル類やエアチューブを中空穴に挿入できる。このため、回転軸モジュールがロボットアームに搭載される場合には、線条体をロボットアーム内に収納し易くなり、線条体が露出するのを防ぐことができる。
４番目の発明においては、平行軸歯車が内歯車である場合には、平行軸歯車が外歯車である場合に比べ、減速比を大きくできる。
５番目の発明においては、軸受をアンギュラ背面組合せ軸受にした場合には、出力軸に作用するモーメントと平行軸平歯車に作用するラジアル荷重を同時に受けることが可能となる。
６番目の発明においては、二段歯車を両持ち支持しているので、大きな倒れモーメントが作用したとしても、支持用部材により二段歯車を安定して支持できる。このため、二段歯車の減速比を大きくすることもできる。
７番目の発明においては、隣接する二段歯車の支持用部材を補強部材、例えば梁部材で連結して補強しているので、更に倒れに強い構造にできる。
８番目の発明においては、二段歯車の小歯車の支持用軸受を針状ころ軸受とすることで、小歯車の径を小さくすることが可能となる。従って、二段歯車の減速比を大きくすることができる。
９番目の発明においては、玉軸受、例えば深溝玉軸受を使用した場合には、小さなスラスト荷重、例えば二段歯車に作用する自重によるスラスト荷重を支持することができる。
１０番目の発明においては、全体の総減速比が同じであると仮定した場合は、一方の二段歯車の大歯車の直径を比較的小さくし、それにより、結果として、減速機外周ケースを小型にできる。
１１番目の発明においては、二段歯車の端面から延びるシャフト部分を軸受で片持ち支持することにより、二段歯車の小歯車を更に小さくできる。その結果、噛み合い箇所一つあたりの減速比を更に大きくすることができる。
オイルシールの回転摩擦が出力軸側から入力軸側への外部からの力の伝達効率を低下させうる。１２番目の発明においては、シール機能を損なわない範囲で必要最小限の緊迫力を有するリップを用いているので、最小の回転摩擦、従って、最小の摩擦損失にできる。このため、更に伝達効率を高めることができる。
１３番目の発明においては、駆動モータの回転軸線が出力軸フランジの取付面に対し平行になるように駆動モータを配置することで、回転軸モジュールの出力軸方向の長さを短くできる。
１４番目の発明においては、回転軸モジュールとリンク部材とを組み合わせて、様々な形態の多関節ロボットを容易に形成できる。
【０００９】
添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の回転軸モジュールの側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの線Ａ−Ａに沿ってみた断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示される回転軸モジュールの端面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に基づく回転軸モジュールの部分分解斜視図である。
【図３Ａ】図１Ｂの線Ｂ−Ｂに沿ってみた断面図である。
【図３Ｂ】図１Ｂの線Ｃ−Ｃに沿ってみた断面図である。
【図４】図１Ａに示される回転軸モジュールの部分透過端面図である。
【図５】遊星歯車減速機を含む回転軸モジュールの断面図である。
【図６】本発明の第二の実施形態に基づく回転軸モジュールの部分分解斜視図である。
【図７Ａ】一つの二段歯車の正面図である。
【図７Ｂ】一つの二段歯車の断面図である。
【図８Ａ】回転軸モジュールの第一の部分斜視図である。
【図８Ｂ】回転軸モジュールの第二の部分斜視図である。
【図８Ｃ】回転軸モジュールの第三の部分斜視図である。
【図９Ａ】回転軸モジュールの部分透過端面図である。
【図９Ｂ】回転軸モジュールの他の部分透過端面図である。
【図１０】二段歯車の断面図である。
【図１１Ａ】回転軸モジュールの部分断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの一部分を示す部分拡大図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に基づく回転軸モジュールの断面図である。
【図１３】本発明の回転軸モジュールが使用されるロボットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１Ａは本発明の回転軸モジュールの側面図である。さらに、図１Ｂは図１Ａの線Ａ−Ａに沿ってみた断面図であり、図１Ｃは図１Ａに示される回転軸モジュールの端面図である。
【００１２】
これら図面に示されるように、回転軸モジュール１０は減速機外周ケース１３により被覆された略円筒形である。ただし、回転軸モジュール１０が円筒形以外の形状であってもよい。回転軸モジュール１０の、一方の端面に入力軸１１が配置され、他方の端面に出力軸１２が配置されている。
【００１３】
さらに、入力軸１１側の端面は取付フランジ１６であり、入力軸１１に回転力を伝達する駆動モータ９０が取付フランジ１６に取付けられている。また、出力軸１２側の端面は、出力軸１２に連結された出力軸フランジ１５として構成されている。
【００１４】
図２は本発明の第一の実施形態に基づく回転軸モジュールの部分分解斜視図である。図３Ａは図１Ｂの線Ｂ−Ｂに沿ってみた断面図であり、図３Ｂは図１Ｂの線Ｃ−Ｃに沿ってみた断面図である。図２および図３Ａに示されるように、出力軸フランジ１５には、平行軸歯車としての外歯車１７が結合されている。この外歯車１７は、例えば平歯車や斜歯歯車などである。
【００１５】
さらに、外歯車１７には、第一の二段歯車２１の小歯車２１ａが係合している。図２および図３Ｂから分かるように、第一の二段歯車２１の大歯車２１ｂには、第二の二段歯車２２の小歯車２２ａが係合している。さらに、第二の二段歯車２２の大歯車２２ｂには、第三の二段歯車２３の小歯車２３ａが係合している。
【００１６】
さらに、第三の二段歯車２３の大歯車２３ｂには、第四の二段歯車２４の小歯車２４ａが係合している。最終的に、第四の二段歯車２４の大歯車２４ｂには、駆動モータ９０の動力を伝達する伝達歯車９１が係合している。図２においては、第一から第四の二段歯車２１〜２４および伝達歯車９１の五箇所において歯車が互いに係合しており、従って、図２には五段減速機構が示されている。
【００１７】
図４は図１Ａに示される回転軸モジュールの部分透過端面図である。図１Ｂおよび図４を参照して分かるように、複数の二段歯車２１〜２４および伝達歯車９１は出力軸１２を取囲むように減速機外周ケース１３の内面と出力軸１２との間の空間に配置されている。つまり、本発明においては、複数の二段歯車２１〜２４および伝達歯車９１が一直線上に並置されていない。本発明では複数の二段歯車２１〜２４および伝達歯車９１が出力軸１２を取り囲んでいるので、回転軸モジュール１０を小型化できるのが分かるであろう。なお、二段歯車の数は、２以上の整数であればよい。
【００１８】
さらに、本発明の回転軸モジュール１０は回転軸モジュール１０は二段歯車２１〜２４および外歯車１７のみで構成されている。これら歯車は平行軸歯車であり、逆効率が高い。このため、後述するように回転軸モジュール１０をロボット、特に人間協調型ロボットに適用した場合には、ロボットの出力アーム側から入力モータ側に外力が伝達する伝達効率を向上させられる。
【００１９】
つまり、例えば人間がロボットに衝突した場合には、その力が入力モータ側に高感度で伝わることになる。そして、そのような力を利用して、人間協調型ロボットにおいて高感度な接触停止機能を実現できる。同様な理由により、ロボットに対する教示位置を作業者が手動で教示するリードスルー機能も実現しやすくなる。
【００２０】
さらに、外部からの力を回転軸モジュール１０の入力部に伝えやすいことから、接触停止機能やリードスルー機能に必要とされている各種センサを削減したり、分解能の低い安価なセンサに置き換えられる可能性がある。このため、従来よりも、回転軸モジュール１０を低コストで作成できるのが分かるであろう。
【００２１】
なお、図１Ｂから分かるように、減速機外周ケース１３内の右方の空間には、複数の二段歯車２１〜２４は配置されていない。この右方の余剰空間が排除されるように、更に複数の二段歯車を配置してもよく、その場合には、回転軸モジュール１０の総減速比を高めることができる。また、余剰空間が無くなるように、減速機外周ケース１３を一部凹ませたような形状としてもよく、この場合、減速機外周ケース１３の更なる軽量化と、減速機内部に封入する潤滑油の量を減らし、回転軸モジュール全体として、軽量化を図ることも可能である。
【００２２】
再び図２を参照すると、出力軸フランジ１５の外周部は大軸受１８ａ、１８ｂの内輪側に結合され、減速機外周ケース１３は大軸受１８ａ、１８ｂの外輪側に結合されている。また、前述したように、出力軸フランジ１５の中心付近に、外歯車１７が結合されている。このため、大軸受１８ａ、１８ｂは出力軸１２に外部より作用する力と、第一の二段歯車２１の小歯車２１ａからの力とを受けることになる。
【００２３】
大軸受１８ａ、１８ｂは、回転摩擦が小さい、比較的大きいサイズのアンギュラ背面組合せ軸受であるのが好ましい。アンギュラ背面組合せ軸受にとしての大軸受１８ａ、１８ｂを使用した場合には、出力軸１２に作用するモーメントと平行軸平歯車１７に作用するラジアル荷重を同時に受けることができる。さらに、出力軸側から入力軸側への外部からの力の伝達効率が低下するのを最小限にすることができる。さらに、アンギュラ背面組合せ軸受をそのまま回転軸モジュール１０に組込むので、回転軸モジュール１０を製造する際に、予圧調整作業が不要となる利点もある。
【００２４】
図５は遊星歯車減速機を含む回転軸モジュールの断面図である。図５に示される回転軸モジュールは第一遊星歯車減速機構３０ａおよび第二遊星歯車減速機構３０ｂを含んでいる。それぞれの遊星歯車減速機構３０ａ、３０ｂは太陽ギア３１ａ、３１ｂ、内歯車３３ａ、３３ｂ、および太陽ギア３１ａ、３１ｂと内歯車３３ａ、３３ｂとに係合する複数の遊星ギア３２ａ、３２ｂを含んでいる。
【００２５】
図５においては、遊星歯車減速機構３０ａの太陽ギア３１ａが入力軸１１と一体的であり、遊星歯車減速機構３０ａの出力はキャリア３４を通じて第二遊星歯車減速機構３０ｂの太陽ギア３１ｂに伝達される。さらに、インタナルギア３３ｂと出力軸フランジ１５との間にはクロスローラ軸受３５が配置されている。
【００２６】
一般に、一段の遊星歯車減速機構は大きな力を伝達できるものの、大きな減速比を得ることはできない。このため、図２に示される構成の回転軸モジュール１０と同等な減速比を得るためには、三段以上の遊星歯車減速機構が必要となる。その結果、遊星歯車減速機構を用いた回転軸モジュールは軸方向に長くなる。これに対し、図２に示される回転軸モジュール１０はその軸方向長さを、遊星歯車減速機構を用いた回転軸モジュールの軸方向長さよりも短くすることが可能となる。
【００２７】
さらに、遊星歯車減速機構は太陽歯車の周りを複数の遊星歯車が回動しているので、バックラッシ調整が極めて困難である。これに対し、図２に示される回転軸モジュール１０においては、特定の二段歯車の配置位置を調整するだけでバックラッシを調整することができる。
【００２８】
例えば、図４における第一の二段歯車２１、第三の二段歯車２３、第四の二段歯車２４の配置位置のみを調整すればよい。また、第四の二段歯車２４は駆動モータ９０に隣接しており、第三の二段歯車２３〜第一の二段歯車２１の間の累計減速比によってバックラッシの影響を低減できる。このため、第四の二段歯車２４の調整作業を省略してもよい。このように、図２に示される回転軸モジュール１０はバックラッシの調整を極めて容易に行えるのが分かるであろう。
【００２９】
図６は本発明の第二の実施形態に基づく回転軸モジュールの部分分解斜視図である。図６に示されるように、出力軸フランジ１５には、平行軸歯車としての内歯車１９が結合されている。この内歯車１９は、例えば平歯車や斜歯歯車などである。図６においては、出力軸フランジ１５に結合される内歯車１９に第一の二段歯車２１の小歯車２１ａが係合している。その他の構成は図２を参照して説明したのと概ね同様であるので、再度の説明を省略する。
【００３０】
図２に示される外歯車１７を用いた回転軸モジュール１０と比較すると、図６に示される回転軸モジュール１０は、内歯車１９と第一の二段歯車２１の小歯車２１ａとの間の減速比を更に大きくすることができる。
【００３１】
また、図２および図６においては、出力軸１２の中心には、線条体、例えば駆動用ケーブル類やエアチューブを通すための中空穴１２ａが形成されている。このため、回転軸モジュール１０がロボットアームに搭載される場合には、線条体をロボットアーム内に収納し易くなり、線条体が露出するのを防ぐことができる。
【００３２】
中空穴１２ａは回転軸モジュール１０を貫通するパイプ部材から構成されるのが好ましい。この場合、パイプ部材と出力軸フランジ１５との間にＯリングが配置されると共に、パイプ部材と取付フランジ１６との間にオイルシールと玉軸受とが設けられるのが好ましい。これにより、パイプ部材をシールしつつ支持することができる。
【００３３】
図７Ａは一つの二段歯車の正面図であり、図７Ｂは二段歯車の断面図である。これら図面においては、一例として、第一の二段歯車２１が示されている。しかしながら、他の二段歯車２２〜２４を概ね同様な構成にしてもよい。
【００３４】
図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、歯車支持部５１は、ベース５１ａと、ベース５１ａから垂直に延びる支持用部材５１ｂと、ベース５１ａから延びていて支持用部材５１ｂの先端に係合するアーム部材５１ｃとを主に含んでいる。そして、第一の二段歯車２１が支持用部材５１ｂに回転可能に挿入されている。
【００３５】
一般に二段歯車の支持用部材には倒れモーメントが作用する。特に出力軸１２の平行軸歯車１７に係合する第一の二段歯車２１の支持用部材５１ｂには大きな倒れモーメントが作用する。しかしながら、図７Ａおよび図７Ｂに示される構成では、二段歯車２１を両持ち支持しているので、大きな倒れモーメントが作用したとしても、支持用部材５１ｂが二段歯車２１を安定して支持できる。このため、二段歯車２１の減速比を大きくすることもできる。
【００３６】
このように、支持用部材５１ｂはベース５１ａとアーム部材５１ｃとによって両持ち式に支持されている。このため、支持用部材５１ｂは倒れにくいようになっている。図２等から分かるように、歯車支持部５１は、出力軸フランジ１５および該出力軸フランジ１５に結合される外歯車１７または内歯車１９に干渉しないように減速機外周ケース１３内に格納されている。さらに、図２等から分かるように、ベース５１ａは回転軸モジュール１０の取付フランジ１６に取付けられている。
【００３７】
図７Ｂに示されるように、第一の二段歯車２１と支持用部材５１ｂとの間には、針状ころ軸受５６が配置されている。針状ころ軸受５６はラジアル方向における荷重を負担できるので、小歯車２１ａの径を小さくすることができ、噛み合い部一か所における減速比を大きくすることが可能となる。このため、二段歯車の減速比を大きくすることが可能である。
【００３８】
回転軸モジュール１０自体が振られると、二段歯車２１等を軸方向に移動させる力が作用する。しかしながら、このような力を負担しきれず、歯車支持部５１が破損する可能性がある。
【００３９】
本発明では、図７Ｂに示されるように、第一の二段歯車２１の小歯車２１ａの上部には、玉軸受５５、例えば深溝玉軸受が配置されている。玉軸受５５は例えば二段歯車に作用する自重によるスラスト荷重を負担でき、従って、二段歯車２１を軸方向に移動させる力を負担できる。このため、回転軸モジュール１０が振られた場合であっても、歯車支持部５１が破損するのを防止できる。この場合、玉軸受５５の外輪外周円筒面と小歯車２１の内面嵌め合い部円筒面の間には、必ず隙間が空くような構造とすることで、玉軸受５５は小歯車２１ａに作用するラジアル荷重を直接受けずに、スラスト荷重のみを受ける構造とすることができる。
【００４０】
図８Ａ〜図８Ｃは、回転軸モジュール１０の部分斜視図である。これら図面においては、理解を容易にする目的で、減速機外周ケース１３、出力軸フランジ１５、大軸受１８ａ、１８ｂ、平行軸歯車１７、１９等の図示を省略している。
【００４１】
図８Ａは図２に示される回転軸モジュール１０の一部分に対応する。図８Ｂにおいては、第一の二段歯車２１の支持用部材５１ｂと第二の二段歯車２２の支持用部材５１ｂとが補強部材６１ａ、例えば梁部材により互いに連結されている。さらに、図８Ｃにおいては、第一の二段歯車２１のアーム部材５１ｃと第二の二段歯車２２の支持用部材５１ｂとが補強部材６１ｂにより互いに連結されている。
【００４２】
このように互いに隣接する二つの二段歯車の支持用部材５１ｂを補強部材６１ａにより互いに連結している。これにより、第一の二段歯車２１の支持用部材５１ｂと第二の二段歯車２２の支持用部材５１ｂをさらに倒れ難いようにできる。なお、補強部材６１ａは二段歯車２１、２２のバックラッシを調整した後で取付るようにするのが好ましい。
【００４３】
また、図面には示さないものの、他の二つの二段歯車を補強部材で互いに連結したり、三つ以上の二段歯車を単一の補強部材で連結してもよい。さらに、互いに隣接しない二つの二段歯車、例えば第二の二段歯車２２と第四の二段歯車２４とを補強部材で連結することも本発明の範囲に含まれる。
【００４４】
図９Ａおよび図９Ｂは回転軸モジュールの部分透過端面図である。図９Ａにおいては、平行軸歯車１７の歯数が比較的少なくて、第一の二段歯車２１の小歯車２１ａの歯数が比較的多い。これに対し、図９Ｂにおいては、平行軸歯車１７’の歯数が比較的多く、第一の二段歯車２１の小歯車２１ａの歯数が比較的少ない。
【００４５】
ここで、図９Ａに示される構成の総減速比と、図９Ｂに示される構成の総減速比とが同じであると仮定する。図９Ａにおいては、５段目、つまり第一の二段歯車２１における減速比は小さいので、図９Ａに示される構成においては、第二の二段歯車２２〜第四の二段歯車２４の間において減速比を多く確保する必要がある。
【００４６】
この点に関し、連続した複数の二段歯車群においては、最終段の二段歯車における小歯車と大歯車との間の直径差を大きくする必要がある。その理由は、最終段よりも一つ前の段の二段歯車においても減速比を確保できないためである。このため、図９Ａに示される第一の二段歯車２１の大歯車２１ｂと第二の二段歯車２２の小歯車２２ａとの間で減速比を確保する必要がある。それゆえ、図９Ａに示される構成においては減速機外周ケース１３を大きくする必要があり、回転軸モジュール１０が大型化する。
【００４７】
これに対し、図９Ｂに示される構成においては、平行軸歯車１７’の歯数は平行軸歯車１７の歯数よりも多い。そして、平行軸歯車１７’と第一の二段歯車２１の小歯車２１ａとの間の減速比は、第一の二段歯車２１の大歯車２１ｂと第二の二段歯車２２の小歯車２２ａとの間の減速比よりも大きい。つまり、図９Ｂに示される構成においては、第一の二段歯車２１の大歯車２１ｂの直径を比較的小さくし、それにより、結果として、減速機外周ケース１３を小型にできる。
【００４８】
図１０は二段歯車の断面図である。図１０においては、一例として、第二の二段歯車２２が示されている。しかしながら、他の二段歯車２１、２３、２４を概ね同様な構成にしてもよい。
【００４９】
図１０においては、大歯車２２ｂの外側端面の中心からシャフト部分２５が外側端面に対して垂直に延びている。さらに、取付フランジ１６には、上面に凹部４１が形成された支持台４０が取付けられている。図示されるように、第二の二段歯車２２のシャフト部分２５は軸受４５を介して上面に凹部４１に回転可能に挿入されている。従って、図１０に示される構成においては、第二の二段歯車２２は片持ちで支持されている。
【００５０】
このような構成においては、小歯車２２ａ側の軸受を排除できるので、針状ころ軸受５６を配置した図７Ｂに示される構成よりも、小歯車２２ａの径をさらに小さくすることが可能となる。噛み合い部一か所当たりの減速比を更に大きく取ることが可能となる。また、シャフト部分２５を支持する軸受４５は、モーメントを受けられる容量が比較的大きい軸受、例えばアンギュラ背面組合せ軸受であるのが好ましい。
【００５１】
図１１Ａは回転軸モジュールの部分断面図であり、図１１Ｂは図１１Ａの一部分を示す部分拡大図である。図１１Ｂに示されるように、減速機外周ケース１３と出力軸フランジ１５との間にはシール部材が配置されている。シール部材はオイルシール７１であり、少なくとも一つのメインリップ７２を含みうる。図１１Ｂから分かるように、メインリップ７２はわずかな接触面積で出力軸フランジ１５に接触している。
【００５２】
一般に、オイルシールの回転摩擦が出力軸側から入力軸側への外部からの力の伝達効率を低下させる原因になりうる。このため、本発明においては、シール機能を損なわない範囲で必要最小限の緊迫力を有するメインリップ７２を用いている。このため、最小の回転摩擦を実現でき、従って、最小の摩擦損失にできる。このため、更に伝達効率を高めるられるのが分かるであろう。このような低緊迫力オイルシールは、回転軸モジュール内に使用される全てのオイルシールに適用するのが望ましい。
【００５３】
図１２は本発明の他の実施形態に基づく回転軸モジュールの断面図である。図１２においては、駆動モータ９０の軸線は回転軸モジュール１０の中心軸線(出力軸線)に対して垂直である。そして、駆動モータ９０の出力軸には第一傘歯車９１ａが取付けられており、第一傘歯車９１ａは第二傘歯車９１ｂに係合する。そして、第二傘歯車９１ｂは、第四の二段歯車２４の大歯車２４ｂに係合する。つまり、図１２に示される構成では、第一傘歯車９１ａおよび第二傘歯車９１ｂが伝達歯車９１を形成している。
【００５４】
このような場合には、駆動モータ９０の回転軸線が出力軸フランジ１５に対し平行になるように駆動モータ９０を配置することで、回転軸モジュール１０の出力軸方向の長さを短くできる。なお、図１２においては、中空穴１２ａの端部近傍に駆動モータ９０は配置されているが、駆動モータ９０が中空穴１２ａの開口部を閉鎖しないようにする必要がある。
【００５５】
ところで、図１３は本発明の回転軸モジュールが使用されるロボットを示す図である。図１３に示されるロボット１は六軸垂直多関接ロボットであり、六つの関節軸Ｊ１〜Ｊ６を含んでいる。それぞれの関節軸は前述した回転軸モジュール１０または回転軸モジュール１０’により駆動される。
【００５６】
ロボット１のアームは複数のアーム部分から構成されており、回転軸モジュール１０、１０’は隣接する二つのアーム部分の間に配置されている。図１３に示されるロボット１は三つの回転軸モジュール１０、および回転軸モジュール１０よりも小さい三つの回転軸モジュール１０’を含んでいる。
【００５７】
このロボット１は回転軸モジュール１０、１０’と複数のアーム部分とから構成されているので、ユーザの用途変更に応じて、ロボット１を組み替えることが容易となる。また、ロボット１の製造業者も、製造の自動化を行いやすくなるという利点がある。
【００５８】
ロボットの全軸が同じ回転軸モジュールで構成されても良いが、一般にロボット１の末端の軸になるほど、その軸より末端側のアーム重量は軽くなるので、ロボット１全体で同一の回転軸モジュール１０を使用する必要はない。本発明では、ロボット１の基端側には三つの回転軸モジュール１０が配置されており、ロボット１の末端側には三つの回転軸モジュール１０’が配置されている。言い換えれば、ロボット１の末端側で小型の回転軸モジュール１０’を使用するようにしている。
【００５９】
従って、全軸同じ回転軸モジュールを使う場合に比べ、アーム全体重量やコストを低減できる。また、回転軸モジュールの取付インターフェースが全軸で共通である場合は、ロボット１の末端側の軸になるほど、その軸より末端側のアーム重量は軽くなり、可動部材に作用する負荷が軽減するので、回転軸モジュール１０、１０’を固定するのに必要なボルトの数を減らすようにしてもよい。
【００６０】
典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。
【符号の説明】
【００６１】
１    ロボット
１０、１０’    回転軸モジュール
１１    入力軸
１２    出力軸
１２ａ    中空穴
１３    減速機外周ケース
１５    出力軸フランジ
１６    取付フランジ
１７、１７’    外歯車、平行軸歯車
１８ａ、１８ｂ    大軸受
１９    内歯車、平行軸歯車
２１〜２４    二段歯車
２１ａ〜２４ａ    小歯車
２１ｂ〜２４ｂ    大歯車
３０ａ、３０ｂ    遊星歯車減速機構
３１ａ、３１ｂ    太陽ギア
３２ａ、３２ｂ    遊星ギア
３３ａ、３３ｂ    内歯車
３４    キャリア
４０    支持台
４１    凹部
４５    軸受
５１〜５４    歯車支持部
５１ａ    ベース
５１ｂ    支持用部材
５１ｃ    アーム部材
５５    玉軸受（支持用軸受）
５６    針状ころ軸受（支持用軸受）
６１ａ    補強部材
７１    オイルシール
７２    メインリップ
９０    駆動モータ
９１    伝達歯車
９１ａ    第一傘歯車
９１ｂ    第二傘歯車
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
2018020422.tif 000017
【図９Ｂ】
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【図１０】
2018020422.tif 000019
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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