(57)【要約】【課題】歯車装置を含むユニットの小型化を図りつつ、歯車装置を冷却することができるロボットおよび歯車装置ユニットを提供すること。【解決手段】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、前記内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、前記内歯歯車に熱的に接続されているペルチェ素子と、を有することを特徴とする歯車装置ユニット。【選択図】図２
2019143647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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部材に対して前記第２部材を回動させる駆動力を前記第１部材および前記第２部材の一方側から他方側へ伝達する歯車装置と、
前記歯車装置に熱的に接続されているペルチェ素子と、を有することを特徴とするロボット。
【請求項２】
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、
前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記波動発生器のうちの一つである第３部材が前記第１部材に対して接続され、他の一つである第４部材が前記第２部材に対して接続され、
前記ペルチェ素子は、発熱面および吸熱面を有し、前記発熱面および前記吸熱面のうちの一方が前記第１部材に熱的に接続され、他方が前記第３部材に熱的に接続されている請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記ペルチェ素子は、前記第３部材に接触している請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記ペルチェ素子は、前記第１部材に接触している請求項２に記載のロボット。
【請求項５】
前記内歯歯車が前記第３部材である請求項２ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項６】
前記外歯歯車が前記第３部材である請求項２ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項７】
前記外歯歯車は、
前記回転軸を中心とし、前記内歯歯車に噛み合う外歯を有し、一端部が開口している筒状の胴部と、
前記胴部の他端部から径方向に延びている取付部と、を有し、
前記ペルチェ素子は、前記取付部に接続している請求項６に記載のロボット。
【請求項８】
前記ペルチェ素子は、前記第１部材と前記第３部材との間に配置されており、前記発熱面および前記吸熱面のうちの一方が前記第１部材側を向き、他方が前記第３部材側を向いている請求項２ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項９】
前記第１部材と前記第３部材との間に配置され、前記第１部材の構成材料よりも熱伝導率の低い材料で構成されたスペーサーを有する請求項８に記載のロボット。
【請求項１０】
前記回転軸まわりの周方向に沿って前記スペーサーと前記ペルチェ素子とが並んでいる請求項９に記載のロボット。
【請求項１１】
基台と、
前記基台に対して回動する第１アームと、
前記第１アームに対して回動する第２アームと、を有し、
前記基台が前記第１部材であり、
前記第１アームが前記第２部材である請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項１２】
前記ペルチェ素子と前記歯車装置とを接続し、前記ペルチェ素子と前記歯車装置との間の熱伝導を行う伝熱部材を有する請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項１３】
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、
前記内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、
前記内歯歯車に熱的に接続されているペルチェ素子と、を有することを特徴とする歯車装置ユニット。
【請求項１４】
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、
前記外歯歯車に熱的に接続されているペルチェ素子と、を有することを特徴とする歯車装置ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットおよび歯車装置ユニット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の回転を歯車装置（減速機）により減速することが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の減速機は、入力軸、中間軸および出力軸の各歯車軸と、各歯車軸を支持する軸受と、軸受を収容する減速機ケーシングと、減速機ケーシングの外側面に配置した冷却フィンと、を備える。ここで、入力軸には、冷却ファンが取り付けられている。冷却ファンは、入力軸の回転に伴って回転し、冷却フィンの近傍に冷たい空気を供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０８０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の減速機では、減速機ケーシングに冷却フィンを設けなければならないため、減速機およびそれを含むユニットの大型化を招くという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の適用例に係るロボットは、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部材に対して前記第２部材を回動させる駆動力を前記第１部材および前記第２部材の一方側から他方側へ伝達する歯車装置と、
前記歯車装置に熱的に接続されているペルチェ素子と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係るロボットの概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る歯車装置ユニットを示す断面図（軸線ａを含む平面に沿って切断した図）である。
【図３】図２に示す歯車装置ユニットが備える歯車装置の正面図（軸線ａ方向から見た図）である。
【図４】図２に示す歯車装置ユニットが備えるペルチェ素子およびスペーサーの正面図（軸線ａ方向から見た図）である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る歯車装置ユニットを示す断面図（軸線ａを含む平面に沿って切断した図）である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る歯車装置ユニットを示す断面図（軸線ａを含む平面に沿って切断した図）である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明のロボットおよび歯車装置ユニット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。
【０００９】
１．ロボット
図１は、本発明の実施形態に係るロボットの概略構成を示す側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１中の基台側を「基端側」、その反対側（エンドエフェクター側）を「先端側」と言う。また、図１の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。
【００１０】
図１に示すロボット１００は、例えば、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に用いられるロボットである。このロボット１００は、図１に示すように、基台１１０と、第１アーム１２０と、第２アーム１３０と、作業ヘッド１４０と、エンドエフェクター１５０と、配線引き回し部１６０と、を有している。以下、ロボット１００の各部を順次簡単に説明する。
【００１１】
基台１１０は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台１１０の内部には、ロボット１００を統括制御する制御装置１９０が設置されている。また、基台１１０には、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｊ１（回動軸）まわりに回動可能に第１アーム１２０が連結している。
【００１２】
ここで、基台１１０内には、第１アーム１２０を回動させる駆動力を発生させるサーボモーター等の第１モーターであるモーター１７０と、モーター１７０の駆動力の回転を減速する第１減速機である歯車装置１０を含む歯車装置ユニット１と、を有する。歯車装置１０の入力軸は、モーター１７０の回転軸に連結され、歯車装置１０の出力軸は、第１アーム１２０に連結されている。そのため、モーター１７０が駆動し、その駆動力が歯車装置１０を介して第１アーム１２０に伝達されると、第１アーム１２０が第１軸Ｊ１まわりに水平面内で回動する。
【００１３】
歯車装置ユニット１は、歯車装置１０の他、温調手段として、少なくとも１つのペルチェ素子５を有する。ペルチェ素子５は、歯車装置１０の所定部位に熱的に接続され、歯車装置１０を冷却または加熱する。これにより、歯車装置１０の温度を所望の温度範囲内に調節することができる。なお、歯車装置ユニット１については、後に詳述する。また、本明細書において、「熱的に接続」とは、次の条件ａ、ｂ、ｃのうち、条件ａまたは条件ｂを満たし、かつ、条件ｃを満たすことを言う。条件ａ：２つの部材が直接または他の部材を介して物理的に接している。条件ｂ：２つの部材が直接または他の部材を介して配置されており、これらの部材間の間隙（当該２つの部材間、または当該２つの部材のうちの一方の部材と当該他の部材との間の間隙）が５０μｍ以下である。条件ｃ：２つの部材間に他の部材が介在している場合、当該他の部材の構成材料の熱伝導率が１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上である。ここで、各条件の部材間の間隙は、熱伝導率が１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１未満の部分であり、間隙内に接着剤等が存在していてもよいし、空間（空気層）であってもよい。また、単に「接続」とは、特に断りのない限り、前述の条件ａを満たすことを言う。
【００１４】
第１アーム１２０の先端部には、第１アーム１２０に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２（回動軸）まわりに回動可能に第２アーム１３０が連結している。第２アーム１３０内には、図示しないが、第２アーム１３０を回動させる駆動力を発生させる第２モーターと、第２モーターの駆動力の回転を減速する第２減速機とが設置されている。そして、第２モーターの駆動力が第２減速機を介して第２アーム１３０に伝達されることにより、第２アーム１３０が第１アーム１２０に対して第２軸Ｊ２まわりに水平面内で回動する。
【００１５】
第２アーム１３０の先端部には、作業ヘッド１４０が配置されている。作業ヘッド１４０は、第２アーム１３０の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト１４１を有している。スプラインシャフト１４１は、第２アーム１３０に対して、その軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。
【００１６】
第２アーム１３０内には、図示しないが、回転モーターおよび昇降モーターが配置されている。回転モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナットに伝達され、スプラインナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が鉛直方向に沿う軸Ｊ３まわりに正逆回転する。
【００１７】
一方、昇降モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナットに伝達され、ボールネジナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が上下に移動する。
【００１８】
スプラインシャフト１４１の先端部（下端部）には、エンドエフェクター１５０が連結されている。エンドエフェクター１５０としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの等が挙げられる。
【００１９】
第２アーム１３０内に配置された各電子部品（例えば、第２モーター、回転モーター、昇降モーター等）に接続される複数の配線は、第２アーム１３０と基台１１０とを連結する管状の配線引き回し部１６０内を通って基台１１０内まで引き回されている。さらに、かかる複数の配線は、基台１１０内でまとめられることによって、モーター１７０および図示しないエンコーダーに接続される配線とともに、基台１１０内に設置された制御装置１９０まで引き回される。
【００２０】
以上のようなロボット１００は、第１部材である基台１１０と、基台１１０に対して回動する第２部材である第１アーム１２０と、基台１１０に対して第１アーム１２０を回動させる駆動力を基台１１０および第１アーム１２０の一方側から他方側へ伝達する歯車装置１０と、歯車装置１０に熱的に接続されているペルチェ素子５と、を有する。
【００２１】
このようなロボット１００によれば、ペルチェ素子５が歯車装置１０に熱的に接続されているため、ペルチェ素子５により歯車装置１０を冷却することができる。したがって、歯車装置１０内の潤滑剤の潤滑作用の過昇温による低下を低減することができる。このようにペルチェ素子５による冷却が可能であるため、歯車装置１０に放熱フィンを設ける必要がない。ここで、ペルチェ素子５が放熱フィンに比べて小型であるため、従来の放熱フィンを用いた構成に比べて、歯車装置１０を含むユニットである歯車装置ユニット１の小型化を図ることができる。このような小型な歯車装置ユニット１を用いることで、ロボット１００の小型化および軽量化を図ることができる。また、ペルチェ素子５に供給する電流の向きを切り換えることで、ペルチェ素子５により歯車装置１０を加熱することもできる。したがって、ロボット１００の起動直後、低温環境下等において、歯車装置１０内の潤滑剤の温度を高めて、当該潤滑剤の潤滑作用を高めることもできる。
【００２２】
ここで、ロボット１００は、基台１１０および第１アーム１２０の他、第１アーム１２０に対して回動する第２アーム１３０を有する。そして、基台１１０が第１部材であり、第１アーム１２０が第２部材である。基台１１０に対して第１アーム１２０を回動させるのに用いる歯車装置１０は、第１アーム１２０に対して第２アーム１３０を回動させるのに用いる歯車装置（図示せず）に比べて、負荷が大きく、発熱しやすい。したがって、このように最も基台１１０側にある歯車装置１０にペルチェ素子５を熱的に接続した場合、第１アーム１２０に対して第２アーム１３０を回動させるのに用いる歯車装置にペルチェ素子を熱的に接続する場合に比べて、得られる効果が大きい。
【００２３】
なお、第１アーム１２０および第２アーム１３０を含む構造体が「第２部材」であるとも言える。また、「第２部材」がエンドエフェクター１５０を含んでいてもよい。また、「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。
【００２４】
２．歯車装置ユニット
以下、ロボット１００が備える歯車装置ユニット１について詳述する。
【００２５】
＜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ユニットを示す断面図（軸線ａを含む平面に沿って切断した図）である。図３は、図２に示す歯車装置ユニットが備える歯車装置の正面図（軸線ａ方向から見た図）である。図４は、図２に示す歯車装置ユニットが備えるペルチェ素子およびスペーサーの正面図（軸線ａ方向から見た図）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。
【００２６】
図２に示す歯車装置ユニット１は、歯車装置１０と、歯車装置１０に熱的に接続されているペルチェ素子５と、歯車装置１０の温度を検出する温度センサー７と、温度センサー７の検出結果に基づいてペルチェ素子５の駆動を制御する制御部８と、を有する。
【００２７】
歯車装置１０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１０は、内歯歯車２と、内歯歯車２の内側に配置されているカップ型の外歯歯車３と、外歯歯車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１０の各部には、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。
【００２８】
ここで、内歯歯車２、外歯歯車３および波動発生器４のうちの一つ（第３部材）が前述したロボット１００の基台１１０（第１部材）に対して接続され、他の一つ（第４部材）が前述したロボット１００の第１アーム１２０（第２部材）に対して接続される。本実施形態では、内歯歯車２が基台１１０（第１部材）に対してネジ止め等により接続され、そして、外歯歯車３が第１アーム１２０（第２部材）に対してネジ止め等により接続され、波動発生器４が前述したロボット１００のモーター１７０の回転軸１７１に嵌合、ネジ止め等により接続される。また、内歯歯車２と基台１１０（第１部材）との間には、ペルチェ素子５およびスペーサー６が配置されている。
【００２９】
このような歯車装置１０では、モーター１７０の回転軸１７１が回転すると、波動発生器４はモーター１７０の回転軸１７１と同じ回転速度で回転する。そして、内歯歯車２および外歯歯車３は、互いに歯数が異なるため、互いの噛み合い位置が周方向に移動しながら、これらの歯数差に起因して軸線ａ（回転軸）まわりに相対的に回転する。本実施形態では、内歯歯車２の歯数の方が外歯歯車３の歯数より多いため、モーター１７０の回転軸の回転速度よりも低い回転速度で内歯歯車２に対して外歯歯車３を回転させることができる。これにより、波動発生器４を入力軸側、外歯歯車３を出力軸側とする減速機を実現することができる。
【００３０】
なお、内歯歯車２、外歯歯車３および波動発生器４の接続形態は、前述した形態に限定されず、例えば、後述する第２実施形態のように、外歯歯車３を基台１１０に対して固定し、内歯歯車２を第１アーム１２０に対して接続しても、歯車装置１０を減速機として用いることができる。また、外歯歯車３をモーター１７０の回転軸に接続しても、歯車装置１０を減速機として用いることができ、この場合、波動発生器４を基台１１０に対して固定し、内歯歯車２を第１アーム１２０に対して接続すればよい。また、歯車装置１０を増速機として用いる場合、すなわち、モーター１７０の回転軸の回転速度よりも高い回転速度で外歯歯車３を回転させる場合、前述した入力側（モーター１７０側）と出力側（第１アーム１２０側）との関係を反対にすればよい。
【００３１】
図２および図３に示すように、内歯歯車２は、内歯２３を有し、径方向に実質的に撓まない剛体で構成されたリング状の剛性歯車である。
【００３２】
外歯歯車３は、内歯歯車２の内側に挿通されている。この外歯歯車３は、内歯歯車２の内歯２３に噛み合う外歯３３（歯）を有し、径方向に撓み変形可能な可撓性歯車である。また、外歯歯車３の歯数は、内歯歯車２の歯数よりも少ない。このように外歯歯車３および内歯歯車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。
【００３３】
本実施形態では、外歯歯車３は、カップ型であり、その外周面に外歯３３が形成されている。ここで、外歯歯車３は、一端部（図２中左側端部）が開口している筒状の胴部３１と、胴部３１の他端部（図２中右側端部）から径方向（本実施形態では径方向内側）に延びている取付部である底部３２と、を有する。胴部３１は、軸線ａを中心とし、内歯歯車２に噛み合う外歯３３を有する。底部３２には、出力側の軸体がネジ止め等により取り付けられる。
【００３４】
図３に示すように、波動発生器４は、外歯歯車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、外歯歯車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を内歯歯車２の内歯２３に噛み合わせる。ここで、外歯歯車３および内歯歯車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。
【００３５】
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中の上下方向を長軸Ｌａ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。
【００３６】
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、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、図示しない保持器により保持されている。
【００３７】
このような波動発生器４は、カム４１が軸線ａまわりに回転することに伴って、カム部４１２の向き（長軸Ｌａの向き）が変わり、それに伴って、外輪４２３も変形し、内歯歯車２および外歯歯車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。
【００３８】
以上のような歯車装置１０では、内歯歯車２と外歯歯車３との噛み合い部、外歯歯車３と波動発生器４との接触部等の摩擦摺動部において摩擦により発熱する。摩擦摺動部が過昇温すると、摩擦摺動部に配置されているグリース等の潤滑剤の潤滑作用を低下させてしまう。そこで、歯車装置１０には、ペルチェ素子５が熱的に接続されている。より具体的には、内歯歯車２が基台１１０（第１部材）に対してペルチェ素子５およびスペーサー６を介して接続されている。なお、図２では、内歯歯車２の右側の側面に、ペルチェ素子５およびスペーサー６を介して基台１１０が接続されているが、これに限定されず、内歯歯車２の左側の側面または外周面に、ペルチェ素子５およびスペーサー６を介して基台１１０が接続されていてもよい。
【００３９】
ペルチェ素子５は、図４に示すように、軸線ａまわりの周方向に沿って並んでいる複数のペルチェ素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄで構成されている。ペルチェ素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、それぞれ、軸線ａに沿った方向から見た平面視で、矩形をなしている。なお、ペルチェ素子５を構成するペルチェ素子の数および平面視形状は、図４に示す数および形状に限定されず、例えば、ペルチェ素子５の平面視形状が円環状をなしていてもよい。
【００４０】
ペルチェ素子５は、図２に示すように、表裏関係にある第１面５１および第２面５２を有する板状をなしている。本実施形態では、第１面５１が内歯歯車２に接触し、第２面５２が基台１１０に接触している。ペルチェ素子５は、通電によりペルチェ効果を生じ、第１面５１および第２面５２のうち、一方が発熱する発熱面、他方が吸熱する吸熱面となる。ここで、ペルチェ素子５は、供給される電流の向きに応じて、第１面５１が発熱面となるとともに第２面５２が吸熱面となる状態と、第１面５１が吸熱面となるとともに第２面５２が発熱面となる状態とを切り換えることができる。第１面５１が発熱面となる場合、歯車装置１０をペルチェ素子５により加熱することができる。一方、第１面５１が吸熱面となる場合、歯車装置１０をペルチェ素子５により冷却することができる。
【００４１】
スペーサー６は、板状をなしており、スペーサー６には、その厚さ方向に貫通する複数の孔６１が設けられている。また、スペーサー６は、図４に示すように、円環状の平面視形状を有する。
【００４２】
図４に示すように、複数の孔６１は、軸線ａまわりの周方向に沿って並んでおり、各孔６１には、前述したペルチェ素子５が収納される。各孔６１は、軸線ａに沿った方向から見た平面視で、ペルチェ素子５の平面視形状に合致する形状、すなわち矩形をなしている。
【００４３】
なお、スペーサー６および各孔６１の平面視形状は、図４に示す形状に限定されず、任意である。例えば、各孔６１の平面視形状は、ペルチェ素子５を収納することができれば、ペルチェ素子５の平面視形状または大きさと異なっていてもよい。また、孔６１の数は、ペルチェ素子５を構成するペルチェ素子の数と異なっていてもよい。また、スペーサー６は、複数の部材で構成されていてもよい。また、スペーサー６は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。この場合、基台１１０および内歯歯車２の少なくとも一方にペルチェ素子５を収納する凹部を設けてもよい。
【００４４】
このようなスペーサー６は、基台１１０の構成材料よりも熱伝導率の低い材料で構成されている。これにより、基台１１０と内歯歯車２との間の熱伝導を低減することができる。具体的なスペーサー６の構成材料としては、特に限定されず、例えば、樹脂材料、セラミックス材料、金属材料またはこれらの複合材料等が挙げられ、中でも、セラミックス材料を用いることが好ましい。セラミックス材料は、一般に、金属材料よりも熱伝導率が低い。そのため、基台１１０を金属材料で構成した場合、スペーサー６の構成材料の熱伝導率を基台１１０の構成材料の熱伝導率よりも低くすることができる。また、セラミックス材料は、硬質である。そのため、スペーサー６をセラミックス材料で構成することで、基台１１０と内歯歯車２との間の距離をスペーサー６により安定的に規制することができる。
【００４５】
制御部８は、温度センサー７の検出温度に基づいて、ペルチェ素子５の駆動を制御する機能を有する。制御部８は、例えば、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）またはＦＰＧＡ（field-programmable gate array）を用いて構成されている。また、制御部８は、必要に応じて、温度センサー７からの信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換回路、ペルチェ素子５を駆動する駆動回路等を有していてもよい。また、このようなアナログデジタル変換回路および駆動回路は、制御部８の外部に配置されていてもよい。なお、制御部８は、前述したロボット１００の制御装置１９０とは別体として設けられていてもよいし、制御部８の少なくとも一部を前述したロボット１００の制御装置１９０に組み込んでもよい。
【００４６】
制御部８は、例えば、温度センサー７の検出温度に基づいて、ペルチェ素子５に供給する電流の向きを切り換える。より具体的には、制御部８は、温度センサー７の検出温度が閾値以上であるとき、ペルチェ素子５の第１面５１を吸熱面とし、一方、温度センサー７の検出温度が閾値未満であるとき、ペルチェ素子５の第１面５１を発熱面とするように、ペルチェ素子５に供給する電流の向きを切り換える。これにより、歯車装置１０の連続駆動時、高温環境下等には、ペルチェ素子５により歯車装置１０を冷却して、歯車装置１０内の潤滑剤の潤滑作用の過昇温による低下を低減することができる。一方、ロボット１００の起動直後、低温環境下等には、ペルチェ素子５により歯車装置１０を加熱して、歯車装置１０内の潤滑剤の潤滑作用を高めることができる。
【００４７】
なお、制御部８は、温度センサー７の検出温度に応じて、ペルチェ素子５に供給する電流の大きさを調整してもよい。これにより、歯車装置１０の温度をより高精度に制御することができる。
【００４８】
温度センサー７は、歯車装置１０の温度を検出する機能を有する。本実施形態では、温度センサー７は、内歯歯車２上に配置され、内歯歯車２の温度を検出する。この温度センサー７としては、特に限定されないが、例えば、サーミスタ、熱電対等を用いることができる。なお、温度センサー７の設置位置は、温度センサー７が歯車装置１０の温度を検出することができればよく、図示の位置に限定されず任意である。また、温度センサー７は、歯車装置ユニット１またはロボット１００の外部の温度を検出してもよい。
【００４９】
以上のように、歯車装置ユニット１またはロボット１００は、歯車装置１０と、ペルチェ素子５と、を有する。ここで、歯車装置１０は、内歯歯車２と、内歯歯車２に部分的に噛み合って内歯歯車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３と、内歯歯車２の内周面に接触し、内歯歯車２と外歯歯車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。ペルチェ素子５は、内歯歯車２、外歯歯車３および波動発生器４のうちの一つである内歯歯車２（第３部材）に熱的に接続されている。
【００５０】
このような歯車装置ユニット１またはロボット１００によれば、ペルチェ素子５が内歯歯車２に熱的に接続されているため、歯車装置ユニット１の小型化を図りつつ、ペルチェ素子５により、内歯歯車２を冷却または加熱し、ひいては、内歯歯車２と外歯歯車３との噛み合い部、外歯歯車３と波動発生器４との接触部等の摩擦摺動部（以下、単に「摩擦摺動部」とも言う）および潤滑剤を冷却または加熱することができる。また、このような歯車装置ユニット１は、本実施形態のように内歯歯車２が基台１１０に対して非回転で設置される場合、ペルチェ素子５も基台１１０またはそれに固定された部材に対して非回転で設置することができ、ペルチェ素子５への配線の取り回しが簡単となる。
【００５１】
なお、外歯歯車３が基台１１０に対して非回転で設置される場合、後述する第２実施形態のように外歯歯車３を第３部材とすれば、同様の効果を得ることができる。また、波動発生器４が基台１１０に対して非回転で設置される場合、波動発生器４を第３部材としてもよい。ただし、この場合、ペルチェ素子５と内歯歯車２または外歯歯車３との間には、波動発生器４の軸受４２が介在することとなる。軸受４２は、内輪４２１および外輪４２３とボール４２２とが点接触であるため、これらの接触面積が小さく、熱抵抗を小さくすることが難しい。そのため、波動発生器４が第３部材である場合、内歯歯車２または外歯歯車３が第３部材である場合に比べて、ペルチェ素子５による内歯歯車２または外歯歯車３の冷却または加熱の効率が低くなってしまう。
【００５２】
ここで、内歯歯車２、外歯歯車３および波動発生器４のうちの一つである内歯歯車２（第３部材）が基台１１０（第１部材）に対して接続され、他の一つである外歯歯車３（第４部材）が第１アーム１２０（第２部材）に対して接続されている。そして、ペルチェ素子５は、発熱面および吸熱面を有し、発熱面および吸熱面のうちの一方である第２面５２が基台１１０（第１部材）に熱的に接続され、他方である第１面５１が内歯歯車２（第３部材）に熱的に接続されている。
【００５３】
第１面５１が吸熱面となる場合、内歯歯車２（第３部材）がペルチェ素子５により冷却される。これにより、摩擦摺動部の過昇温を低減することができる。このとき、ペルチェ素子５の発熱面となる第２面５２が基台１１０（第１部材）に熱的に接続されるため、基台１１０を通じて第２面５２を効率的に放熱させることができる。そのため、ペルチェ素子５の発熱面と吸熱面との温度差を大きくすることができ、その結果、内歯歯車２をペルチェ素子５により効率的に冷却することができる。
【００５４】
一方、第１面５１が発熱面となる場合、内歯歯車２（第３部材）がペルチェ素子５により加熱される。これにより、例えば、ロボット１００の起動直後、低温環境下等においても、歯車装置１０を所定の温度範囲内に維持して、歯車装置１０内の潤滑剤の潤滑作用を好適に発揮させることができる。
【００５５】
なお、歯車装置１０は、波動歯車装置に限定されず、例えば、遊星歯車減速機等の他の歯車装置であってもよい。ただし、波動歯車装置は、遊星歯車減速機等の他の歯車装置に比べて、高減速比、ノンバックラッシュ等の優れた特性を有するだけでなく、小型化および軽量化を図ることができる。
【００５６】
本実施形態では、ペルチェ素子５は、基台１１０（第１部材）と内歯歯車２（第３部材）との間に配置されており、発熱面および吸熱面のうちの一方である第２面５２が基台１１０側を向き、他方である第１面５１が内歯歯車２側を向いている。これにより、ペルチェ素子５を基台１１０と内歯歯車２との間に挟んで設置することができ、ペルチェ素子５を固定するための部材を別途用いる必要がなく、部品点数を少なくすることができる。また、基台１１０側および内歯歯車２側の一方を吸熱側、他方を発熱側とすることで、ペルチェ素子５の吸熱面と発熱面との温度差を大きくすることができる。
【００５７】
ここで、ペルチェ素子５は、内歯歯車２（第３部材）に接触していることが好ましい。これにより、ペルチェ素子５と内歯歯車２との間の熱伝導を効率的に行うことができる。
【００５８】
同様に、ペルチェ素子５は、基台１１０（第１部材）に接触していることが好ましい。これにより、ペルチェ素子５と基台１１０との間の熱伝導を効率的に行うことができる。
【００５９】
また、ロボット１００または歯車装置ユニット１は、基台１１０（第１部材）と内歯歯車２（第３部材）との間に配置されたスペーサー６を有する。ここで、スペーサー６は、基台１１０（第１部材）の構成材料よりも熱伝導率の低い材料で構成されていることが好ましい。これにより、基台１１０と内歯歯車２との間の熱伝導を低減することができる。そのため、ペルチェ素子５の第１面５１と第２面５２との温度差を大きくすることができ、その結果、内歯歯車２をペルチェ素子５により効率的に冷却または加熱することができる。
【００６０】
本実施形態では、スペーサー６が軸線ａ（回転軸）を中心とする円環状をなすとともに、ペルチェ素子５が軸線ａまわりの周方向に沿って並んでいる複数のペルチェ素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄで構成されている。このように、軸線ａ（回転軸）まわりの周方向に沿ってスペーサー６およびペルチェ素子５が配置されている。これにより、内歯歯車２の軸線ａまわりの温度分布の均一化を図ることができる。
【００６１】
なお、前述した実施形態では、ロボット１００が温度センサー７および制御部８を有する場合を例に説明したが、温度センサー７および制御部８を省略してもよい。この場合、ペルチェ素子５に必要な電流が供給されるように、ペルチェ素子５に電源を接続すればよい。
【００６２】
＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係る歯車装置ユニットを示す断面図（軸線ａを含む平面に沿って切断した図）である。
【００６３】
本実施形態は、外歯歯車の構成および歯車装置の取付形態が異なること以外は、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５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。
【００６４】
図５に示す歯車装置ユニット１Ａは、前述した第１実施形態の歯車装置１０に代えて、歯車装置１０Ａを有する。歯車装置１０Ａは、前述した第１実施形態の外歯歯車３に代えて、外歯歯車３Ａを有する。本実施形態の外歯歯車３Ａは、ハット型であり、その外周面に外歯３３が形成されている。ここで、外歯歯車３Ａは、一端部（図５中左側端部）が開口している筒状の胴部３１と、胴部３１の他端部（図５中右側端部）から径方向（本実施形態では径方向外側）に延びている取付部であるフランジ部３２Ａと、を有する。
【００６５】
このような歯車装置１０Ａの内歯歯車２、外歯歯車３Ａおよび波動発生器４のうちの一つ（第３部材）が前述したロボット１００の基台１１０（第１部材）に対して接続され、他の一つ（第４部材）が前述したロボット１００の第１アーム１２０（第２部材）に対して接続される。本実施形態では、外歯歯車３Ａが基台１１０（第１部材）に対して接続され、そして、内歯歯車２が第１アーム１２０（第２部材）に対して接続され、波動発生器４が前述したロボット１００のモーター１７０の回転軸１７１に接続される。また、外歯歯車３Ａのフランジ部３２Ａと基台１１０（第１部材）との間には、ペルチェ素子５およびスペーサー６が配置されている。なお、図５では、フランジ部３２Ａの左側の側面に、ペルチェ素子５およびスペーサー６を介して基台１１０が接続されているが、これに限定されず、フランジ部３２Ａの右側の側面または外周面に、ペルチェ素子５およびスペーサー６を介して基台１１０が接続されていてもよい。
【００６６】
このように歯車装置ユニット１Ａは、内歯歯車２と、内歯歯車２に部分的に噛み合って内歯歯車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３Ａと、外歯歯車３Ａの内周面に接触し、内歯歯車２と外歯歯車３Ａ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、内歯歯車２、外歯歯車３Ａおよび波動発生器４のうちの一つである外歯歯車３Ａ（第３部材）に熱的に接続されているペルチェ素子５と、を有する。
【００６７】
このような歯車装置ユニット１Ａによれば、ペルチェ素子５が外歯歯車３Ａに熱的に接続されているため、歯車装置ユニット１Ａの小型化を図りつつ、ペルチェ素子５により、外歯歯車３Ａを冷却または加熱し、ひいては、内歯歯車２と外歯歯車３Ａとの噛み合い部、外歯歯車３Ａと波動発生器４との接触部等の部分を冷却または加熱することができる。また、このような歯車装置ユニット１Ａは、本実施形態のように外歯歯車３Ａが基台１１０に対して非回転で設置される場合、ペルチェ素子５も基台１１０またはそれに固定された部材に対して非回転で設置することができ、ペルチェ素子５への配線の取り回しが簡単となる。
【００６８】
本実施形態の外歯歯車３Ａは、一端部が開口している筒状の胴部３１と、胴部３１の他端部から径方向（本実施形態では径方向外側）に延びている取付部であるフランジ部３２Ａと、を有し、胴部３１は、軸線ａ（回転軸）を中心とし、内歯歯車２に噛み合う外歯３３を有する。そして、ペルチェ素子５は、フランジ部３２Ａに接続している。これにより、簡単な構成で、ペルチェ素子５と外歯歯車３Ａとを熱的に接続することができる。
【００６９】
以上説明したような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。
【００７０】
＜第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態に係る歯車装置ユニットを示す断面図（軸線ａを含む平面に沿って切断した図）である。
【００７１】
本実施形態は、主にペルチェ素子の配置が異なること以外は、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６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。
【００７２】
図６に示す歯車装置ユニット１Ｂは、前述した第１実施形態のスペーサー６に代えて、伝熱部材９を有し、ペルチェ素子５は、歯車装置１０から離間した位置に配置され、伝熱部材９を介して歯車装置１０に接続されている。なお、図６では、内歯歯車２の右側の側面に、伝熱部材９を介して基台１１０が接続されているが、これに限定されず、内歯歯車２の左側の側面または外周面に、伝熱部材９を介して基台１１０が接続されていてもよい。
【００７３】
伝熱部材９は、例えば金属材料で構成され、ペルチェ素子５と歯車装置１０との間の熱伝導を行う。伝熱部材９の構成材料の熱伝導率は、１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることが好ましい。これにより、ペルチェ素子５と歯車装置１０との間の熱伝導を効率的に行うことができる。
【００７４】
伝熱部材９は、内歯歯車２と基台１１０との間に配置される第１部分９１と、歯車装置１０から離間した位置に配置される第２部分９２と、を有する。第１部分９１は、板状をなし、一方の面が内歯歯車２に接触し、他方の面が基台１１０に接触している。ここで、第１部分９１は、内歯歯車２の周方向での全域にわたって配置されてもよいし、内歯歯車２の周方向での一部に配置されていてもよい。第１部分９１を内歯歯車２の周方向での全域にわたって配置することで、内歯歯車２の周方向での温度分布の均一化を図ることができる。なお、伝熱部材９と内歯歯車２との間、および、伝熱部材９と基台１１０との間には、それぞれ、他の部材が介在していてもよい。ここで、伝熱部材９と内歯歯車２との間に介在する他の部材の構成材料の熱伝導率は、１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることが好ましい。これにより、内歯歯車２と伝熱部材９との間の熱伝導を効率的に行うことができる。
【００７５】
本実施形態のペルチェ素子５は、伝熱部材９の第２部分９２に接続されている。ここで、ペルチェ素子５の第１面５１が第２部分９２に接続されており、ペルチェ素子５の第２面５２には、放熱部材１１が接続されている。放熱部材１１は、例えば、アルミニウム等の金属材料で構成されている。図示では、放熱部材１１は、放熱フィンのような形状をなしている。これにより、第１面５１が吸熱面となる場合、ペルチェ素子５による歯車装置１０の冷却効率を高めることができる。なお、放熱部材１１は、基台１１０に対して接触していてもよいし離間していてもよい。また、放熱部材１１は、基台１１０と一体で構成されていてもよい。すなわち、放熱部材１１は、基台１１０の一部であってもよい。
【００７６】
以上のように、歯車装置ユニット１Ｂは、伝熱部材９を有する。ここで、伝熱部材９は、ペルチェ素子５と歯車装置１０とを接続し、ペルチェ素子５と歯車装置１０との間の熱伝導を行う。これにより、ペルチェ素子５を前述した第１、第２実施形態の設置位置に限定されずに配置することができる。そのため、ペルチェ素子５の配置の自由度を高めることができる。また、ペルチェ素子５の数および形状によらず、伝熱部材９の形状に応じて内歯歯車２の所望の温度分布を実現することもできる。
【００７７】
以上説明したような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。
【００７８】
以上、本発明のロボットおよび歯車装置ユニットを、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。
【００７９】
また、前述した実施形態では、水平多関節ロボットについて説明したが、本発明のロボットは、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、垂直多関節ロボットにも適用可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１…歯車装置ユニット、１Ａ…歯車装置ユニット、１Ｂ…歯車装置ユニット、２…内歯歯車、３…外歯歯車、３Ａ…外歯歯車、４…波動発生器、５…ペルチェ素子、５ａ…ペルチェ素子、５ｂ…ペルチェ素子、５ｃ…ペルチェ素子、５ｄ…ペルチェ素子、６…スペーサー、７…温度センサー、８…制御部、９…伝熱部材、１０…歯車装置、１０Ａ…歯車装置、１１…放熱部材、２３…内歯、３１…胴部、３２…底部、３２Ａ…フランジ部、３３…外歯、４１…カム、４２…軸受、５１…第１面、５２…第２面、６１…孔、９１…第１部分、９２…第２部分、１００…ロボット、１１０…基台、１２０…第１アーム、１３０…第２アーム、１４０…作業ヘッド、１４１…スプラインシャフト、１５０…エンドエフェクター、１６０…配線引き回し部、１７０…モーター、１７１…回転軸、１９０…制御装置、３１１…内周面、４１１…軸部、４１２…カム部、４２１…内輪、４２２…ボール、４２３…外輪、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…軸、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、ａ…軸線
【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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