(57)【要約】【課題】歯車装置の小型化を図ることができるロボット、可撓性歯車および歯車装置を提供すること。【解決手段】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部材の一方から他方へ駆動力を伝達する歯車装置と、を備え、前記歯車装置は、可撓性を有する外歯車である可撓性歯車を有し、前記可撓性歯車は、筒状の胴部と、前記胴部の一端部に接続されている底部と、を有し、前記底部は、前記胴部の中心軸まわりに沿って設けられている凹部を有することを特徴とするロボット。【選択図】図３
2018094679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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部材の一方から他方へ駆動力を伝達する歯車装置と、を備え、
前記歯車装置は、可撓性を有する外歯車である可撓性歯車を有し、
前記可撓性歯車は、
筒状の胴部と、
前記胴部の一端部に接続されている底部と、を有し、
前記底部は、前記胴部の中心軸まわりに沿って設けられている凹部を有することを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記凹部は、前記底部の前記胴部とは反対側の面に設けられている請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記底部は、前記胴部の中心軸まわりに沿って設けられている凸部を有する請求項１または２に記載のロボット。
【請求項４】
前記底部は、複数の前記凹部および前記凸部を有する請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
前記底部は、前記中心軸に沿った断面で見たとき、前記凹部および前記凸部により屈曲または湾曲した部分を有する請求項３または４に記載のロボット。
【請求項６】
前記可撓性歯車は、前記胴部に設けられている外歯を有し、
前記外歯と前記底部との間の距離は、前記外歯の前記中心軸に沿った方向での長さよりも小さい請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項７】
可撓性を有する外歯車である可撓性歯車であって、
筒状の胴部と、
前記胴部の一端部に接続されている底部と、を有し、
前記底部は、前記胴部の中心軸まわりに沿って設けられている凹部を有することを特徴とする可撓性歯車。
【請求項８】
請求項７に記載の可撓性歯車を備えることを特徴とする歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット、可撓性歯車および歯車装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、剛性内歯歯車の内側に同軸状態に配置されているカップ形状の可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車の内側に嵌め込まれている波動発生器を有している。ここで、波動発生器は楕円状輪郭をしており、可撓性外歯歯車を楕円状に撓めて剛性内歯歯車に対して部分的に噛み合わせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第１３／０２４５１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の波動歯車装置では、可撓性外歯歯車の底部が撓み変形し難いため、可撓性外歯歯車の胴部の底部から離れた部位に外歯を設けるとともに、外歯と剛性内歯歯車との良好な噛み合いを実現するために、可撓性歯車の胴部の長さをある程度長くする必要があり、その結果、可撓性歯車の大型化、ひいては波動歯車装置の大型化を招くという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、歯車装置の小型化を図ることができるロボット、可撓性歯車および歯車装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、
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部材の一方から他方へ駆動力を伝達する歯車装置と、を備え、
前記歯車装置は、可撓性を有する外歯車である可撓性歯車を有し、
前記可撓性歯車は、
筒状の胴部と、
前記胴部の一端部に接続されている底部と、を有し、
前記底部は、前記胴部の中心軸まわりに沿って設けられている凹部を有することを特徴とする。
【０００８】
このようなロボットによれば、可撓性歯車の底部に胴部の中心軸まわりに沿って凹部が設けられているため、底部を撓み変形（中心軸に垂直な方向に伸縮）しやすくすることができる。そして、その底部の撓み変形に伴って、胴部の中心軸に対する胴部の外周面の平行度を高く保ったまま、胴部の中心軸に対して垂直な断面形状が楕円形または長円形となるように、胴部を撓み変形させることができる。そのため、胴部の中心軸に沿った方向での長さを短くすることができる。その結果、可撓性歯車の小型化、ひいては歯車装置の小型化を図ることができる。また、底部が撓み変形可能であるため、可撓性歯車に取り付けられる出力軸または入力軸に対して胴部の中心軸が取り付け誤差等によりずれたり傾斜したりしたとしても、そのような取り付け誤差等により可撓性歯車に生じる応力を低減することができ、その結果、可撓性歯車の耐久性を向上させることができるという利点もある。
【０００９】
本発明のロボットでは、前記凹部は、前記底部の前記胴部とは反対側の面に設けられていることが好ましい。
【００１０】
これにより、底部が胴部とは反対側に突出することを低減することができる。そのため、可撓性歯車の小型化を図りやすい。
【００１１】
本発明のロボットでは、前記底部は、前記胴部の中心軸まわりに沿って設けられている凸部を有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で底部を撓み変形しやすくすることができる。
【００１２】
本発明のロボットでは、前記底部は、複数の前記凹部および前記凸部を有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で底部をより撓み変形しやすくすることができる。
【００１３】
本発明のロボットでは、前記底部は、前記中心軸に沿った断面で見たとき、前記凹部および前記凸部により屈曲または湾曲した部分を有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で底部をより撓み変形しやすくすることができる。
【００１４】
本発明のロボットでは、前記可撓性歯車は、前記胴部に設けられている外歯を有し、
前記外歯と前記底部との間の距離は、前記外歯の前記中心軸に沿った方向での長さよりも小さいことが好ましい。
【００１５】
これにより、外歯の歯幅（歯すじの長さ）を長くしつつ、胴部の中心軸に沿った方向での長さを短くすることができる。そのため、可撓性歯車の許容トルクを大きくしつつ、可撓性歯車の小型化を図ることができる。
【００１６】
本発明の可撓性歯車は、可撓性を有する外歯車である可撓性歯車であって、
筒状の胴部と、
前記胴部の一端部に接続されている底部と、を有し、
前記底部は、前記胴部の中心軸まわりに沿って設けられている凹部を有することを特徴とする。
【００１７】
このような可撓性歯車によれば、可撓性歯車の小型化、ひいては歯車装置の小型化を図ることができる。また、可撓性歯車の耐久性を向上させることができるという利点もある。
【００１８】
本発明の歯車装置は、本発明の可撓性歯車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、歯車装置の小型化を図ることができる。また、歯車装置の耐久性を向上させることができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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２】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】図２に示す歯車装置の縦断面図である。
【図４】図２に示す歯車装置の正面図である。
【図５】図２に示す歯車装置が備える可撓性歯車の縦断面図である。
【図６】図２に示す歯車装置が備える可撓性歯車をその底部側から見た図である。
【図７】図６に示す可撓性歯車が波動発生器により変形した状態を示す図である。
【図８】図５に示す可撓性歯車の部分拡大断面図である。
【図９】従来の可撓性歯車を説明するための縦断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る可撓性歯車を示す部分拡大断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る可撓性歯車を示す部分拡大断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る可撓性歯車を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のロボット、可撓性歯車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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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の小型化を図ることができる。
【００３０】
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。
【００３１】
＜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。
【００３２】
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。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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と、を有する。
【００３８】
胴部３１は、その径方向（軸線ａに対して垂直な方向）に撓み変形可能に構成されている。この胴部３１の外周面には、外歯３３が設けられている。底部３２は、入力軸または出力軸が接続可能に構成されている。また、底部３２は、図３に示すように、撓み変形可能（変形が容易な）な易変形部３０を有している。これにより、易変形部３０の変形に伴って、胴部３１の径方向での撓み変形がより容易となる。この易変形部３０は、後述する孔３２１、３２２が設けられている部分よりも薄肉に形成されているとともに、図３に示す断面において蛇腹状に湾曲した形状をなしている。そのため、易変形部３０は、底部３２の胴部３１とは反対側（図３中右側）の面に設けられている凹部３２３と、底部３２の胴部３１側（図３中左側）の面の凹部３２３と同一半径位置に設けられている凸部３２４と、を有する。ここで、凹部３２３は、胴部３１と底部３２との接続部よりも胴部３１側に凹没している。また、凸部３２４は、胴部３１と底部３２との接続部よりも胴部３１側に突出している。なお、易変形部３０については、後に詳述する。
【００３９】
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（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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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。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。外輪４２３の外周面４２４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。
【００４２】
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４２４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。
【００４３】
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（前記回転に同期して）変形する。特に、前述したように可撓性歯車３の底部３２が易変形部３０を有しており、この易変形部の変形により底部３２が胴部３１とともに径方向に撓み変形する。これにより、胴部３１の軸線ａ方向での全域にわたって径方向に撓み変形することが可能となり、可撓性歯車３の小型化を図ることができる。以下、この点について詳述する。
【００４４】
（易変形部の詳細な説明）
図５は、図２に示す歯車装置が備える可撓性歯車の縦断面図である。図６は、図２に示す歯車装置が備える可撓性歯車をその底部側から見た図である。図７は、図６に示す可撓性歯車が波動発生器により変形した状態を示す図である。図８は、図５に示す可撓性歯車の部分拡大断面図である。図９は、従来の可撓性歯車を説明するための縦断面図である。
【００４５】
前述したように、歯車装置１は、可撓性を有する外歯車である可撓性歯車３を有する。この可撓性歯車３は、図５に示すように、筒状の胴部３１と、胴部３１の一端部（軸線ａ方向の右側）に接続（形成）されている底部３２と、を有する。
【００４６】
特に、底部３２は、変形容易な易変形部３０を有する。ここで、易変形部３０は、図５に示すように、軸線ａに沿った断面（縦断面）で見たとき、胴部３１の肉厚（外歯３３が設けられていない部分の厚さ）と同程度の厚さで薄肉に形成されているとともに、蛇腹状に湾曲した形状をなしている。そのため、易変形部３０は、底部３２の胴部３１とは反対側の面に設けられている凹部３２３と、底部３２の胴部３１側の面の凹部３２３と同一半径位置に設けられている凸部３２４と、を有する。この凹部３２３および凸部３２４は、それぞれ、図６に示すように、軸線ａを中心として、底部３２の周方向での全域にわたって設けられている。したがって、凹部３２３および凸部３２４は、それぞれ、軸線ａに沿った方向から見たとき、環状をなしている。本実施形態では、軸線ａに沿った方向から見た凹部３２３および凸部３２４の形状は、円環状をなしている。このように、凹部３２３および凸部３２４は、それぞれ、胴部３１の中心軸（軸線ａ）まわりに沿って設けられている。
【００４７】
なお、軸線ａに沿った方向から見た凹部３２３および凸部３２４の形状は、円環状に限定されず、例えば、６角形以上の多角形であってもよい。また、凹部３２３および凸部３２４は、底部３２の周方向での全域にわたって連続的に設けられていなくてもよく、複数に分割されて断続的に設けられていてもよい。また、軸線ａに沿った方向から見た凹部３２３および凸部３２４の形状は、互いに異なっていてもよい。さらに、後述する実施形態のように、凹部３２３および凸部３２４のうちの少なくとも一方は、底部３２の半径方向に沿って複数（各々の寸法は異なっていてもよい）設けられていてもよい。
【００４８】
前述したように、底部３２は、胴部３１の中心軸（軸線ａ）まわりに沿って設けられている凹部３２３を有する。これにより、底部３２を撓み変形（軸線ａに垂直な方向に伸縮）しやすくすることができる。そして、その底部３２の撓み変形に伴って、胴部３１の中心軸（軸線ａ）に対する胴部３１の外周面の平行度を高く保ったまま、胴部３１の中心軸（軸線ａ）に対して垂直な断面形状が楕円形または長円形となるように、胴部３１を撓み変形させることができる。そのため、胴部３１の中心軸（軸線ａ）に沿った方向での長さ（図５に示す長さＬ）を短くすることができる。その結果、可撓性歯車３の小型化、ひいては歯車装置１の小型化を図ることができる。また、底部３２が撓み変形可能であるため、可撓性歯車３に取り付けられる出力軸または入力軸に対して胴部３１の中心軸（軸線ａ）が取り付け誤差等によりずれたり傾斜したりしたとしても、そのような取り付け誤差等により可撓性歯車３に生じる応力を低減することができ、その結果、可撓性歯車３の耐久性を向上させることができるという利点もある。さらに、ベアリング４２にクロスローラーベアリングを必ずしも使用する必要がなくなり、設計の自由が高くなったり、部品コストを低くできるという利点もある。
【００４９】
ここで、凹部３２３は、底部３２の胴部３１とは反対側の面に設けられている。これにより、底部３２が胴部３１とは反対側に突出することを低減することができる。そのため、可撓性歯車３の小型化を図りやすい。
【００５０】
また、底部３２は、胴部３１の中心軸（軸線ａ）周りに沿って設けられている凸部３２４を有する。これにより、比較的簡単な構成で底部３２を撓み変形しやすくすることができる。
【００５１】
特に、本実施形態では、底部３２は、胴部３１の中心軸（軸線ａ）に沿った断面で見たとき、凹部３２３および凸部３２４により屈曲または湾曲した部分を有する。すなわち、底部３２は、胴部３１の中心軸（軸線ａ）に沿った断面で見たとき、屈曲または湾曲した部分（曲部）を有し、当該部分の一方（図５中右側）の面が凹部３２３を構成し、当該部分の他方（図５中左側）の面が凸部３２４を構成している。これにより、比較的簡単な構成で底部３２をより撓み変形しやすくすることができる。特に、底部３２が、胴部３１の中心軸（軸線ａ）に沿った断面で見たとき、胴部３１の中心軸に沿った方向成分を有して延びている部分を有することで、底部３２が胴部３１の中心軸に対して垂直な方向に伸縮しやすくなる。そのため、後述するように外歯３３の姿勢変化を的確に小さくすることができる。
【００５２】
また、可撓性歯車３は、胴部３１に設けられている外歯３３を有し、外歯３３と底部３２との間の距離（外歯３３の底部３２側の端部と底部３２との軸線ａ方向での最大距離）Ｌ１は、外歯３３の軸線ａ（胴部３１の中心軸）に沿った方向での長さ（外歯３３の歯幅）Ｌ２よりも小さい。これにより、外歯３３の歯幅（長さＬ２）を長くしつつ、胴部３１の中心軸（軸線ａ）に沿った方向での長さＬを短くすることができる。そのため、可撓性歯車３の許容トルクを大きくしつつ、可撓性歯車３の小型化を図ることができる。
【００５３】
以下、胴部３１の中心軸に沿った方向での長さＬを短くすることができる理由について説明する。
【００５４】
前述したように、可撓性歯車３は、易変形部３０の変形を伴って胴部３１を径方向に撓み変形させることができる。このとき、波動発生器４が胴部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る。これに伴って、図７に示すように、凹部３２３および凸部３２４が、それぞれ、長軸Ｌａに沿った方向に伸長するとともに、短軸Ｌｂに沿った方向に収縮する。すなわち、長軸Ｌａに沿った方向における凹部３２３または凸部３２４の幅Ｗａが自然状態（波動発生器４による変形のない状態）での凹部３２３または凸部３２４の幅Ｗよりも長くなるとともに、短軸Ｌｂに沿った方向における凹部３２３または凸部３２４の幅Ｗｂが自然状態での凹部３２３または凸部３２４の幅Ｗよりも短くなる。
【００５５】
そのため、胴部３１の開口３５側の端部（底部３２とは反対側の端部）だけでなく、胴部３１の底部３２側の端部も、前述したように楕円形または長円形に変形させることができる。これにより、波動発生器４により胴部３１を変形させた際に、軸線ａに対する胴部３１の外周面の平行度を高く保つことができる。すなわち、外歯３３の姿勢変化を小さくしながら外歯３３を軸線ａに対して垂直な方向（図５中矢印αで示す方向）に変位させることができる。したがって、外歯３３と底部３２との間の距離Ｌ１が小さくても、外歯３３を内歯２３に噛み合わせることができる。
【００５６】
これに対し、図９に示すように、易変形部３０を省略した底部３２Ｘを有する可撓性歯車３Ｘでは、底部３２Ｘが撓み変形しないため、胴部３１の開口３５側の端部のみが楕円形または長円形に変形する。すなわち、外歯３３が軸線ａに対して垂直な方向よりも傾斜した方向（図９中矢印βで示す方向）に変位してしまい、それに伴って、外歯３３が軸線ａに対して傾斜してしまう。このような可撓性歯車３Ｘにおいて、前述したような外歯３３の傾斜をできるだけ小さくするには、外歯３３と底部３２Ｘとの間の距離（Ｌ１）を長くする必要がある。そうしないと、外歯３３と内歯２３との噛み合い長さが短くなるだけでなく、胴部３１と底部３２との接続部に過度な応力が生じて、可撓性歯車３Ｘの耐久性を極端に低下させてしまう。
【００５７】
以上のように、胴部３１が易変形部３０を有することにより、胴部３１が楕円形または長円形に変形した際、胴部３１における外歯３３の開口３５側の端部と底部３２側の端部変形量の差を小さくすることができる。そのため、距離Ｌ１を小さくすることができ、歯車装置１の小型化に寄与する。
【００５８】
可撓性歯車３の構成材料としては、前述したような可撓性歯車３の機能を発揮することができれば、特に限定されず、例えば、樹脂材料、金属材料等が挙げられるが、金属材料を用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の構成材料も、可撓性歯車３の構成材料と同様の材料を用いることができる。また、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。
【００５９】
また、前述したような構成の可撓性歯車３の製造方法としては、特に限定されず、各種加工方法を用いることができる。また、前述したような底部３２の形成は、例えば、金型成型、射出成型（金属射出成型を含む）等により、胴部３１の形成と一括して行ってもよいが、胴部３１の形成とは別工程で行ってもよく、この場合、胴部３１と底部３２とをレーザー溶接、拡散接合等により接合すればよい。
【００６０】
＜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１０は、本発明の第２実施形態に係る可撓性歯車を示す部分拡大断面図である。
【００６１】
本実施形態は、可撓性歯車の底部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。
【００６２】
図１０に示す可撓性歯車３Ａは、筒状の胴部３１と、胴部３１の一端部に接続されている底部３２Ａと、を有する。底部３２Ａは、撓み変形容易な易変形部３０Ａを有する。この易変形部３０Ａは、底部３２Ａの胴部３１とは反対側の面に設けられている凹部３２３Ａ、３２５と、底部３２Ａの胴部３１側の面の凹部３２３Ａ、３２５と同一半径位置に設けられている凸部３２４Ａ、３２６と、を有する。
【００６３】
ここで、底部３２Ａは、胴部３１の中心軸に沿った断面において、凹部３２３Ａ（第１凹部）および凸部３２４Ａ（第１凸部）により屈曲または湾曲した第１部分と、凹部３２５（第２凹部）および凸部３２６（第２凸部）により屈曲または湾曲した第２部分と、を有する。また、凹部３２３Ａの深さＤ（胴部３１と底部３２Ａとの接続部よりも胴部３１側に凹没している長さ）は、凹部３２５の深さに等しい。また、凸部３２４Ａの高さＨ（胴部３１と底部３２Ａとの接続部よりも胴部３１側に突出している長さ）は、凸部３２６の高さに等しい。
【００６４】
このように、底部３２Ａは、複数の凹部３２３Ａ、３２５および凸部３２４Ａ、３２６を有する。これにより、比較的簡単な構成で底部３２Ａをより撓み変形しやすくすることができる。また、前述した第１実施形態の底部３２と比較した場合において、底部３２Ａの撓み易さが同じであっても、底部３２Ａの厚さを小さくすることができる。
以上説明したような第２実施形態によっても、歯車装置の小型化を図ることができる。
【００６５】
＜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１１は、本発明の第３実施形態に係る可撓性歯車を示す部分拡大断面図である。
【００６６】
本実施形態は、可撓性歯車の底部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。また、本実施形態は、第１凹部および第１凸部の大きさと第２凹部および第２凸部の大きさとが異なる以外は、前述した第２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。
【００６７】
図１１に示す可撓性歯車３Ｂは、筒状の胴部３１と、胴部３１の一端部に接続されている底部３２Ｂと、を有する。底部３２Ｂは、撓み変形容易な易変形部３０Ｂを有する。この易変形部３０Ｂは、底部３２Ｂの胴部３１とは反対側の面に設けられている凹部３２３Ａ、３２５Ｂと、底部３２Ｂの胴部３１側の面の凹部３２３Ａ、３２５Ｂと同一半径位置に設けられている凸部３２４Ａ、３２６Ｂと、を有する。
【００６８】
ここで、底部３２Ｂは、胴部３１の中心軸に沿った断面において、凹部３２３Ａおよび凸部３２４Ａにより屈曲または湾曲した第１部分と、凹部３２５Ｂおよび凸部３２６Ｂにより屈曲または湾曲した第２部分と、を有する。また、凹部３２３Ａの深さＤ１（胴部３１と底部３２Ｂとの接続部よりも胴部３１側に凹没している長さ）は、凹部３２５Ｂの深さＤ２よりも大きい。また、凸部３２４Ａの高さＨ１（胴部３１と底部３２Ｂとの接続部よりも胴部３１側に突出している長さ）は、凸部３２６Ｂの高さＨ２よりも大きい。
以上説明したような第３実施形態によっても、歯車装置の小型化を図ることができる。
【００６９】
＜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１２は、本発明の第４実施形態に係る可撓性歯車を示す部分拡大断面図である。
【００７０】
本実施形態は、可撓性歯車の底部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１２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。
【００７１】
図１２に示す可撓性歯車３Ｃは、筒状の胴部３１と、胴部３１の一端部に接続されている底部３２Ｃと、を有する。底部３２Ｃは、撓み変形容易な易変形部３０Ｃを有する。この易変形部３０Ｃは、底部３２Ｃの胴部３１とは反対側の面に設けられている凹部３２３Ｃと、底部３２Ｃの胴部３１側の面の凹部３２３Ｃとは異なる半径位置（凹部３２３Ｃよりも胴部３１の中心軸側の位置）に設けられている凹部３２７と、を有する。これにより、底部３２Ｃは、凹部３２３Ｃ、３２７のそれぞれの底部、および、凹部３２３Ｃと凹部３２７との間の部分３２８が、胴部３１と同程度の厚さに薄肉化されている。
【００７２】
ここで、凹部３２３Ｃと凹部３２７との間の部分３２８は、胴部３１の中心軸（軸線ａ）に沿った断面で見たとき、胴部３１の中心軸に沿った方向成分を有して延びている。これにより、底部３２Ｃが胴部３１の中心軸に対して垂直な方向に伸縮しやすくなる。また、凹部３２３Ｃの深さＤ３（胴部３１と底部３２Ｃとの接続部よりも胴部３１側に凹没している長さ）は、凹部３２７の深さＤ４と等しくても異なっていてもよい。また、深さＤ３、Ｄ４は、それぞれ、底部３２Ｃの厚さＴよりも小さければよい。
以上説明したような第４実施形態によっても、歯車装置の小型化を図ることができる。
【００７３】
また、さらなる変形例として、前述した第１〜第４実施形態における易変形部３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃに、底部３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを貫通する貫通孔を例えば周方向に沿って設け、易変形部３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの剛性をより小さくする構成とすることもできる。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【符号の説明】
【００７８】
１…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、３Ｃ…可撓性歯車、３Ｘ…可撓性歯車、４…波動発生器、２３…内歯、３０…易変形部、３０Ａ…易変形部、３０Ｂ…易変形部、３０Ｃ…易変形部、３１…胴部、３２…底部、３２Ａ…底部、３２Ｂ…底部、３２Ｃ…底部、３２Ｘ…底部、３３…外歯、３５…開口、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、３２１…孔、３２２…孔、３２３…凹部、３２３Ａ…凹部、３２３Ｃ…凹部、３２４…凸部、３２４Ａ…凸部、３２５…凹部、３２５Ｂ…凹部、３２６…凸部、３２６Ｂ…凸部、３２７…凹部、３２８…部分、４１１…軸部、４１２…カム部、４２１…内輪、４２２…ボール、４２３…外輪、４２４…外周面、Ｄ…深さ、Ｄ１…深さ、Ｄ２…深さ、Ｄ３…深さ、Ｄ４…深さ、Ｈ…高さ、Ｈ１…高さ、Ｈ２…高さ、Ｌ１…距離、Ｌ２…長さ、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、Ｗ…幅、Ｗａ…幅、Ｗｂ…幅、Ｔ…厚さ、ａ…軸線、α…矢印、β…矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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