(57)【要約】【課題】ウェーブジェネレータおよびフレックススプラインへの給脂経路を短縮して、粘度の高いグリスを効率的に給脂する。【解決手段】ベース部材２と、その一側に回転軸線Ａ回りに回転可能に支持された出力軸部材３と、モータ１１の回転を減速して出力軸部材に伝達し、ベース部材に対して出力軸部材を回転させる波動歯車減速機１２とを備え、波動歯車減速機が、モータからの駆動力により長手軸回りに回転させられるシャフト１１ｂに固定されたウェーブジェネレータ２１と、外周面に周方向に並ぶ複数の外歯を備え、ウェーブジェネレータを内側に嵌合させる弾性部２２を一端に備えるフレックススプライン１９と、その径方向外方に配置されて出力軸部材に固定され、外歯と噛み合う内歯を有するリングギヤ２０とを備え、フレックススプラインが、弾性部よりベース部材側に配置された他端においてベース部材に固定されている関節軸構造１０を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材と、
該ベース部材の一側に回転軸線回りに回転可能に支持された出力軸部材と、
前記ベース部材側に配置されたモータの回転を減速して前記出力軸部材に伝達し、前記ベース部材に対して前記出力軸部材を回転させる波動歯車減速機とを備え、
該波動歯車減速機が、前記モータからの駆動力により前記回転軸線に一致する長手軸回りに回転させられるシャフトに固定されたウェーブジェネレータと、径方向に弾性変形可能な薄肉円筒状に形成され、外周面に周方向に並ぶ複数の外歯を備え、前記ウェーブジェネレータを内側に嵌合させる弾性部を一端に備える略円筒状のフレックススプラインと、該フレックススプラインの径方向外方に配置されて前記出力軸部材に固定され、前記外歯と噛み合う内歯を有するリングギヤとを備え、
前記フレックススプラインが、前記弾性部より前記ベース部材側に配置された他端において前記ベース部材に固定されている関節軸構造。
【請求項２】
前記出力軸部材が、前記弾性部に前記回転軸線方向に対向する位置に、前記ウェーブジェネレータの外径より大きな開口部を有する請求項１に記載の関節軸構造。
【請求項３】
前記開口部を開放可能に閉塞するカバーを備える請求項２に記載の関節軸構造。
【請求項４】
前記シャフトが前記モータに設けられたモータシャフトであり、
前記ベース部材に、前記ウェーブジェネレータの外径より小さく前記モータシャフトの外径より大きい口径の貫通孔と、該貫通孔に前記モータシャフトを貫通させた前記モータを取り付けるモータ取付部とが設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載の関節軸構造。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の関節軸構造を備え、
前記回転軸線が鉛直方向に沿って延び、
前記出力軸部材が、前記ベース部材の上方または下方に配置されている水平多関節型ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関節軸構造および水平多関節型ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、波動歯車減速機を備える関節軸構造を有する水平多関節型ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この水平多関節型ロボットは、モータからの駆動力が伝達されて長手軸回りに回転させられるシャフトに固定されたウェーブジェネレータに対して、先端部が径方向に弾性変形可能な薄肉円筒状のフレックススプラインを被せるように挿入する関節軸構造を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−６８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フレックススプラインは先端部を径方向に容易に弾性変形させるために、出力軸に固定される剛性の高い基端部から柔軟な先端部までの長手軸方向に十分な長さを必要とする。ウェーブジェネレータはフレックススプラインの先端部近傍に嵌合されるため、シャフトに固定されたウェーブジェネレータに対してフレックススプラインを被せるように挿入する従来の関節軸構造では、フレックススプラインの基端部とウェーブジェネレータとが離れてしまう。
【０００５】
そして、この場合には、ウェーブジェネレータおよびフレックススプラインへの給脂経路が長くなり、粘度の高いグリスを効率的に給脂することが困難になるという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、ウェーブジェネレータおよびフレックススプラインへの給脂経路を短縮して、粘度の高いグリスを効率的に給脂することができる関節軸構造および水平多関節型ロボットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、ベース部材と、該ベース部材の一側に回転軸線回りに回転可能に支持された出力軸部材と、前記ベース部材側に配置されたモータの回転を減速して前記出力軸部材に伝達し、前記ベース部材に対して前記出力軸部材を回転させる波動歯車減速機とを備え、該波動歯車減速機が、前記モータからの駆動力により前記回転軸線に一致する長手軸回りに回転させられるシャフトに固定されたウェーブジェネレータと、径方向に弾性変形可能な薄肉円筒状に形成され、外周面に周方向に並ぶ複数の外歯を備え、前記ウェーブジェネレータを内側に嵌合させる弾性部を一端に備える略円筒状のフレックススプラインと、該フレックススプラインの径方向外方に配置されて前記出力軸部材に固定され、前記外歯と噛み合う内歯を有するリングギヤとを備え、前記フレックススプラインが、前記弾性部より前記ベース部材側に配置された他端において前記ベース部材に固定されている関節軸構造を提供する。
【０００７】
本態様によれば、ベース部材側に配置されたモータが作動させられるとその回転が波動歯車減速機により減速されて出力軸部材に伝達され、ベース部材に対して出力軸部材を回転軸線回りに回転させることができる。具体的には、モータの駆動力によりシャフトが回転軸線に一致する長手軸回りに回転させられるとシャフトに固定されているウェーブジェネレータが回転する。
【０００８】
ウェーブジェネレータは、例えば、楕円カムの外周に弾性軸受を固定してなり、該ウェーブジェネレータが内側に嵌合しているフレックススプラインの薄肉円筒状の弾性部を径方向に弾性変形させながら回転させられる。弾性部の外周には複数の外歯が設けられ、弾性部の径方向外方に配置されているリングギヤの内歯に噛み合っている。外歯の歯数と内歯の歯数とは微小数だけ異なっているので、ウェーブジェネレータが１回転する毎に内歯と外歯の歯数差分だけリングギヤが回転軸線回りに回転し、該リングギヤが固定されている出力軸部材が回転させられる。
【０００９】
この場合において、本態様によれば、フレックススプラインが、弾性部よりベース部材側に配置された他端においてベース部材に固定されているので、ウェーブジェネレータは、ベース部材から離れた位置に配置されたフレックススプラインの弾性部に嵌合している。すなわち、ウェーブジェネレータを挟んでベース部材とは反対側に配置された出力軸部材の外面からウェーブジェネレータおよび弾性部までの距離を十分に短く設定することができ、短い給脂経路を設定することができる。その結果、短い給脂経路により粘度の高いグリスを効率的にウェーブジェネレータおよび弾性部まで給脂することができる。
【００１０】
上記態様においては、前記出力軸部材が、前記弾性部に前記回転軸線方向に対向する位置に、前記ウェーブジェネレータの外径より大きな開口部を有していてもよい。
このようにすることで、フレックススプラインの内側にシャフトを配置した状態で、出力軸部材の開口部を経由して、ウェーブジェネレータをフレックススプラインの内側に嵌合させるとともにシャフトに固定することができる。これにより、ウェーブジェネレータおよびフレックススプラインの保守および給脂を開口部を介して容易に行うことができる。
【００１１】
また、上記態様においては、前記開口部を開放可能に閉塞するカバーを備えていてもよい。
このようにすることで、ウェーブジェネレータあるいはフレックススプラインの保守あるいは給脂時には、カバーを取り外して開口部を開放させ、保守あるいは給脂後にカバーを取り付けて加工部を閉塞することができる。
【００１２】
また、上記態様においては、前記シャフトが前記モータに設けられたモータシャフトであり、前記ベース部材に、前記ウェーブジェネレータの外径より小さく前記モータシャフトの外径より大きい口径の貫通孔と、該貫通孔に前記モータシャフトを貫通させた前記モータを取り付けるモータ取付部とが設けられていてもよい。
このようにすることで、ベース部材を挟んでフレックススプラインとは反対側からモータを近接させて、貫通孔を経由してモータシャフトをフレックススプラインの内側に配置した後に、ウェーブジェネレータをフレックススプラインの弾性部の内側に嵌合させるとともにシャフトに固定することができる。
【００１３】
すなわち、モータ取付部にモータを取り付ける際にモータシャフトにウェーブジェネレータを固定しておく必要がなく、モータ取付部においてモータをベース部材に位置決めするためのインローの内径寸法よりもウェーブジェネレータの外径が大きい場合であっても、アダプタを用いることなくモータをベース部材に直接取り付けることができる。これにより、モータを出力軸部材に近接させることができ、回転軸線方向の寸法の低減を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の他の態様は、上記いずれかの関節軸構造を備え、前記回転軸線が鉛直方向に沿って延び、前記出力軸部材が、前記ベース部材の上方または下方に配置されている水平多関節型ロボットを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ウェーブジェネレータおよびフレックススプラインへの給脂経路を短縮して、粘度の高いグリスを効率的に給脂することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る関節軸構造を備える水平多関節型ロボットの一例を示す側面図である。
【図２】図１の水平多関節型ロボットの関節軸構造を示す縦断面図である。
【図３】図２の関節軸構造に備えられる波動歯車減速機を示す部分的な拡大縦断面図である。
【図４】図２の関節軸構造の分解縦断面図である。
【図５】図４の状態からベース部材にモータを取り付けた状態を示す分解縦断面図である。
【図６】図５の状態からウェーブジェネレータを取り付けた状態を示す分解縦断面図である。
【図７】関節軸構造の参考例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る関節軸構造１０および水平多関節型ロボット１について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係る水平多関節型ロボット１は、図１に示されるように、被設置面に設置されるベース部材２と、該ベース部材２に対して鉛直な第１軸線（回転軸線、長手軸）Ａ回りに水平回転させられる第１アーム（出力軸部材）３と、該第１アーム３の先端に第１軸線Ａと平行な第２軸線Ｂ回りに水平回転させられる第２アーム４と、該第２アーム４の先端に第２軸線Ｂと平行な第３軸線Ｃに沿う方向に移動させられる昇降軸５と、該昇降軸５の先端を第３軸線Ｃ回りに回転させる手首軸６とを備えている。
【００１８】
図中、符号７は、図示しない制御装置から送られてくる動力および信号を水平多関節型ロボット１に供給するケーブル、符号８は、第２アーム４に搭載されたモータに動力および信号を供給するケーブルである。
【００１９】
本実施形態に係る関節軸構造１０は、図１の水平多関節型ロボット１に備えられ、図２に示されるように、ベース部材２と、該ベース部材２の上部に第１軸線Ａ回りに回転可能に配置された第１アーム３と、ベース部材２内に配置されたモータ１１の回転を減速して第１アーム３に伝達する波動歯車減速機１２とを備えている。
【００２０】
ベース部材２は、中空に形成された内部に、第１アーム３を回転させるためのモータ１１を収容している。ベース部材２の天井部の下面には、モータ１１の凸部１１ａを嵌合させるインロー１３を備えたモータ取付部１４が設けられている。モータ１１の凸部１１ａをモータ取付部１４のインロー１３に嵌合させることにより、モータ１１のモータシャフト１１ｂの長手軸を正しい位置および方向に位置決めすることができるようになっている。
【００２１】
また、ベース部材２の天井部には、モータ取付部１４に取り付けられるモータ１１のモータシャフト１１ｂを貫通させる貫通孔１５が設けられている。
図４および図５に示されるように、モータシャフト１１ｂをベース部材２の天井部の下方から貫通孔１５に貫通させ、インロー１３に凸部１１ａを嵌合させてモータ１１をモータ取付部１４に固定することにより、モータシャフト１１ｂが長手軸を鉛直方向に配置することができるようになっている。
【００２２】
第１アーム３は、鉛直方向に配置されたモータシャフト１１ｂの長手軸に一致する回転軸線Ａ回りに回転するようにベアリング１６によってベース部材２に回転可能に取り付けられている。第１アーム３には、後述するフレックススプライン１９の鉛直上方に対向する位置に、フレックススプライン１９の内径寸法より大きな口径の開口部１７が設けられ、該開口部１７には、該開口部１７を開放可能に閉塞するカバー１８が取り付けられている。
【００２３】
波動歯車減速機１２は、図３に示されるように、ベース部材２に固定されたフレックススプライン１９と、第１アーム３に固定されたリングギヤ２０と、モータシャフト１１ｂに固定されたウェーブジェネレータ２１とを備えている。
フレックススプライン１９は、略円筒状に構成され、一端に、径方向に弾性変形可能に構成された薄肉円筒状の弾性部２２を備え、他端に弾性部２２より剛性が高く、径方向外方に延びる外鍔状のフランジ２３を備えている。フレックススプライン１９はフランジ２３においてベース部材２に固定されている。これにより、フレックススプライン１９は弾性部２２が設けられた一端を鉛直上方に向け、フランジ２３が設けられた他端を鉛直下方に向けて、中心軸線を第１アーム３の回転軸線Ａに一致させて配置されている。
【００２４】
フレックススプライン１９の弾性部２２は、その外周面に周方向に配列された複数の外歯２２ａを有している。また、弾性部２２の内周面には、ウェーブジェネレータ２１が嵌合されている。
リングギヤ２０は、フレックススプライン１９の弾性部２２の径方向外方に配置され、フレックススプライン１９の外歯２２ａに噛み合う複数の内歯２０ａを有している。
【００２５】
ウェーブジェネレータ２１は、モータ取付部１４に取り付けられたモータ１１のモータシャフト１１ｂに固定される楕円カム２４と、該楕円カム２４の外周面に内輪２５ａが固定された弾性軸受２５とを備えている。弾性軸受２５の外輪２５ｂは、弾性部２２の位置においてフレックススプライン１９の内面に嵌合している。
【００２６】
この場合において、本実施形態に係る関節軸構造１０においては、フレックススプライン１９は弾性部２２が上向きになるように配置されているので、フレックススプライン１９の弾性部２２に対向して設けられている開口部１７に弾性部２２および該弾性部２２に嵌合しているウェーブジェネレータ２１を近接して配置することができる。その結果、第１アーム３の開口部１７を閉塞しているカバー１８を取り外すことにより、開口部１７を開放すれば、リングギヤ２０、フレックススプライン１９の弾性部２２およびウェーブジェネレータ２１をすぐ近くに露出させることができ、給脂や保守を容易に行うことができるという利点がある。
【００２７】
すなわち、本実施形態においては、ウェーブジェネレータ２１を予めモータシャフト１１ｂに取り付けておくのではなく、図５に示されるように、弾性部２２を上向きに配置したフレックススプライン１９の下方からモータ１１を取り付けてモータシャフト１１ｂをフレックススプライン１９の中央に配置しておく。この状態から図６に示されるように、カバー１８を取り外した状態の開口部１７からウェーブジェネレータ２１をフレックススプライン１９に嵌合させかつモータシャフト１１ｂに取り付ける。
【００２８】
ウェーブジェネレータ２１を取り外す場合には逆の手順で、第１アーム３の上方から行うことができる。これにより、リングギヤ２０、フレックススプライン１９およびウェーブジェネレータ２１への給脂経路を短縮し、保守容易性を向上することができる。
【００２９】
これに対して、モータシャフト１１ｂに予め取り付けたウェーブジェネレータ２１をフレックススプライン１９の弾性部２２に嵌合させる場合には、図７に示されるように、弾性部２２が下向きとなるようにフレックススプライン１９を配置し、下方からウェーブジェネレータ２１を弾性部２２に嵌合させる必要がある。この場合、フレックススプライン１９の下部に配置されている弾性部２２にウェーブジェネレータ２１を嵌合させるので、ウェーブジェネレータ２１の上方に空間が形成され、第１アーム３の上面からウェーブジェネレータ２１に給脂する場合には、本実施形態の関節軸構造１０よりも給脂経路が長くなる。また、フレックススプライン１９へのウェーブジェネレータ２１の嵌合方向は下方からなので、第１アーム３に開口部１７を設けても上方から保守することができない。
【００３０】
さらに、図７の関節軸構造３０の場合には、モータ１１の凸部１１ａを嵌合させるインロー１３の内径よりもウェーブジェネレータ２１の外径が大きいので、モータ１１をベース部材２に直接嵌合させることができない。すなわち、モータ１１とベース部材２との間に、ウェーブジェネレータ２１の外径より大きい内径を有する開口部３１をベース部材２に設け、開口部３１に嵌合する凸部３２およびモータ１１の凸部１１ａを嵌合させるインロー３３を有するアダプタ３４を配置する必要がある。
【００３１】
このため、部品点数が増大するとともに、ベース部材２の底面から第１アーム３の上面までの高さ寸法が大幅に大きくなっている。したがって、本実施形態に係る関節軸構造１０および水平多関節型ロボット１によれば、給脂経路を短縮し、保守容易性を向上し、モータ１１をベース部材２に取り付けるアダプタ３４を排除し、かつベース部材２の底面から第１アーム３の上面までの高さ寸法を大幅に低減することができるという利点がある。
【００３２】
なお、本実施形態においては、カバー１８を取り外すことにより給脂を行う場合について説明したが、カバー１８あるいは第１アーム３の上部にグリス供給用のニップルを装着して、ニップル経由で給脂を行うこととしても、給脂経路が短いので、粘度の高いグリスを容易にウェーブジェネレータ２１等に供給することができる。
【００３３】
また、本実施形態においては、ウェーブジェネレータ２１をモータ１１のモータシャフト１１ｂに直接固定する場合について説明したが、これに代えて、モータ１１からの駆動力がプーリ、ベルトあるいは歯車等の駆動力伝達機構によって伝達されるシャフトにウェーブジェネレータ２１を固定する場合に適用してもよい。
【００３４】
また、本実施形態においては、被設置面に設置されるベース部材２に対して第１アーム３を水平回転させる関節軸構造１０を例示したが、第１アーム３に対して第２アーム４を水平回転させる関節軸構造に適用してもよい。第２アーム４をベース部材、第１アーム３を出力軸部材とすればよい。これにより、第２アーム４の高さ方向の寸法についても短縮することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  水平多関節型ロボット
２  ベース部材
３  第１アーム（出力軸部材）
１０  関節軸構造
１１  モータ
１１ｂ  モータシャフト（シャフト）
１２  波動歯車減速機
１４  モータ取付部
１５  貫通孔
１７  開口部
１８  カバー
１９  フレックススプライン
２０  リングギヤ
２０ａ  内歯
２１  ウェーブジェネレータ
２２  弾性部
２２ａ  外歯
Ａ  第１軸線（回転軸線、長手軸）
【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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