(57)【要約】本発明の課題は、最適な負荷容量の主軸受を用いつつも、中心部に貫通穴を設けその中に線状体を配線しロボット各軸の動作範囲についての制約を大幅に緩和することが出来る、低コストな減速装置を提供する。本発明によれば、ロボット基台に対し位置固定された大ギアと、前記大ギアとかみ合いかつ旋回胴部内に軸支された小ギアを持つ旋回軸（第１軸）減速装置において、前記大ギアと前記小ギアを、第２軸（前後軸）の回転平面の近傍に配置し、また、ロボット基台に軸支された小ギアと、前記小ギアとかみ合い旋回胴部に対し位置固定された大ギアを持つ旋回軸（第１軸）減速装置において、前記大ギアと前記小ギアを、第２軸（前後軸）の回転平面の近傍に配置した。
2004065074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット基台と旋回胴部と旋回軸と前後軸とを備えた産業用ロボットの減速装置であって、前記ロボット基台に対し位置固定された大ギアと、前記大ギアとかみ合いかつ前記旋回胴部内に軸支された小ギアと、を持つ旋回軸の減速装置において、
前記大ギアと前記小ギアを、前記前後軸の回転平面の近傍に配置したことを特徴とする産業用ロボットの減速装置。
【請求項２】
ロボット基台と旋回胴部と旋回軸と前後軸とを備えた産業用ロボットの減速装置であって、前記ロボット基台に軸支された小ギアと、前記小ギアとかみ合いかつ前記旋回胴部に対し位置固定された大ギアを持つ旋回軸減速装置において、
前記大ギアと前記小ギアを、前記前後軸の回転平面の近傍に配置したことを特徴とする産業用ロボットの減速装置。
【請求項３】
ロボット基台と旋回胴部と旋回軸と前後軸とを備えた産業用ロボットの減速装置であって、前記ロボットの下腕に対し位置固定された大ギアと、前記大ギアとかみ合いかつ前記旋回胴部内に軸支された小ギアと、前記下腕に対し揺動可能に軸支された上下軸とを持つ前後軸減速装置において、
前記大ギアと前記小ギアを、前記上下軸の回転中心軸を通りかつ前記旋回軸の旋回平面に平行な平面の近傍に配置したことを特徴とする産業用ロボットの減速装置。
【請求項４】
前記大ギアの中心部に貫通穴を有することを特徴とする発明１、２、又は３に記載の産業用ロボットの減速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、産業用ロボットの減速装置に関するものである。
【背景技術】  従来より、産業用ロボット（以下、「ロボット」と言う）の関節部には一般的に減速装置が取り付けられている。この減速装置に求められる性能の１つにバックラッシがある。バックラッシとはモータのシャフトに付くピニオンギヤとスパーギヤとの間隔のことで、この間隔が最適でないと異音がしたり、フリクションを生む。バックラッシが大きいと、ロボットの動作軌跡精度や位置決め精度を劣化させる要因となるが、逆に、バックラッシが全くないと、このようなバックラッシの無い状態で運転されたギアは、設計想定値以上の曲げ応力を受けるので、所望寿命のはるか手前で折損故障をおこすことが知られている。これを最適に保つことが最重要な課題である。
そこで、適切なバックラッシ量を保持してギア対を正常に回転させるため、低バックラッシを要求されるロボット減速機としては、最終減速段にギア列を採用することは少なかった。適切なバックラッシ量の算出には、ギヤボックスの加工精度、ベアリングの回転精度、熱膨張等によるバックラッシ量の減少についての検討が必要であることは勿論であるが、ロボットが動作した場合の反作用力により、主軸受が弾性変形することによるバックラッシ量の減少についての考慮が必要である。
以下、図５に基づいて、ロボットに作用するモーメントについて説明する。
図において、２は上腕ＡＭ、３は負荷、８４は減速機構内蔵の主軸受、１００は大ギア、１０３は小ギアである。Ｓは旋回軸（第１軸）で、旋回ヘッドＲＨが垂直な軸Ｓを中心に水平に旋回する。Ｌは前後軸（第２軸）で、第１アームＡＭ１が水平な軸Ｌを中心に揺動して、前後に振れる。Ｕは上下軸（第３軸）で、第２アームＡＭ２が水平な軸Ｕを中心に揺動して、上下に振れる。
ロボットが静止しているとき、各減速機構内蔵の主軸受８４は、上腕ＡＭ２や負荷３などの位置や質量に応じた重力モーメントを負荷される。
また、ロボット動作時には慣性力、遠心力等が発生し、質量や加速度、速度等に応じた動的モーメントとして主軸受８４に作用する。
さらに、周辺ジグとの干渉が発生した場合、モータ最大トルクと減速比を乗じた回転トルクを発生させしめる力が干渉点に作用する。この作用力に相当する非常時モーメントもまた主軸受８４に作用する。主軸受８４は主にアキシアル負荷能力の高い円錐ころ軸受やアンギュラ軸受が１対用いられる。主軸受８４に作用した前記モーメントはラジアル荷重及びアキシアル荷重として作用する。結果的に主軸受８４に弾性変形が生じ、大ギア１００と小ギア１０３の軸間が移動することにより半径方向バックラッシが変化する。
また、大ギア１００と小ギア１０３の軸間がねじれることにより円周方向バックラッシが変化する。
ロボットは任意の姿勢を取り得るが、前記モーメントが作用する方向は特定が可能である。旋回軸の主軸受８４に作用する重力モーメントは常に前後軸の回転平面内に作用する。動的モーメント、非常時モーメントも前後軸、上下軸が動作する場合、常に前後軸の回転平面内に作用する。旋回軸及び手首軸が動作する場合については、前記前後軸の回転平面内に動的モーメントが作用しない場合があるが、その絶対値は小さく、前後軸、上下軸動作時の動的モーメントと比較して無視できる。
図６は、ロボットの主たる作業エリアを示す側面図である。
図から判るように、ロボットの作業は、通常、図６に示すエリアで行われるので、その作業姿勢から前後軸の主軸受は通常重力モーメントを負荷しない。前後軸及び上下軸動作時は、動的モーメント、非常時モーメントも負荷しない。旋回軸動作時のみ前記作業エリアを含む旋回平面内にモーメントが発生する。
図７は、本発明に係る小ギア配置に関する断面図（ａ）とその斜視図（ｂ）である。
いま、図７（ｂ）に示すように、大ギアの外周の位置ａに小ギアを配置し、大ギアと小ギアのそれぞれ中心を結ぶ方向と直角の向きにモーメントが作用した場合、円周方向バックラッシｊｔはギアの軸方向幅をＢ（図７（ａ））、ギアの倒れ角をθとすると、
ｊｔ＝Ｂｓｉｎθ  ・・・（１）
となり、円周方向バックラッシはこの分量減少する。このことは、予めこれらギアに円周方向バックラッシｊｔ以上の円周方向バックラッシを付与しておく必要があることを示す。
次に、この減速装置に求められる機能としては、特許文献１に記載の図８のような中空構造が挙げられる（特許文献１：特開平１０−１７５１８８号公報）。図８は従来例に係る要部断面図で、これによれば、第１軸、第３軸の減速装置の中心部に貫通孔を設け、その中に線状体を配線しロボット各軸の動作範囲についての制約を大幅に緩和する方法が提案されている。第１軸減速機構１２は、共に旋回胴部に軸支された大ギア、小ギアと、回転型減速機で構成されている。
また、回転型減速機の公知例としては特許文献２に記載の図９がある（特許文献２：特公平８−２２５１６号公報）。
これは主軸受８４が内蔵されている実施例で、主軸受は、クランクシャフト３０やニードルベアリング４２の外周に配置する必要があるため、必要以上に外径が大きくなる。また、中空部を設ける場合には、更に大きなサイズの主軸受を採用する必要があり、重量増、コスト増を招いていた。また、この例において、主軸受にモーメントが作用した場合を考えると、ギア２９はクランクシャフト３０が１回転する毎に、変心揺動運動を行っている。このギア２９の減速比を１／６０とすれば旋回軸が６度移動毎にギア２９は公転運動を繰り返す。よって、前記モーメントが作用する方向を必ず通過するため、ギア２９にはｊｔに相当する円周方向バックラッシ量を付与する必要がある。
そこで、本発明は、主軸受に作用するモーメントに起因するバックラッシ量の減少を最低にし、予め付与すべきバックラッシ量を最小にするという課題を解決することにより、最適な負荷容量の主軸受を用いつつも、中心部に貫通穴を設けその中に線状体を配線しロボット各軸の動作範囲についての制約を大幅に緩和することが出来る、低コストな減速装置を提供することにある。
【発明の開示】
上記目的を達成するため、本発明１は産業用ロボットの減速装置に係り、ロボット基台と旋回胴部と旋回軸と前後軸とを備えた産業用ロボットの減速装置であって、前記ロボット基台に対し位置固定された大ギアと、前記大ギアとかみ合いかつ前記旋回胴部内に軸支された小ギアと、を持つ旋回軸の減速装置において、前記大ギアと前記小ギアを、前記前後軸の回転平面の近傍に配置したことを特徴としている。
本発明２は産業用ロボットの減速装置に係り、ロボット基台と旋回胴部と旋回軸と前後軸とを備えた産業用ロボットの減速装置であって、前記ロボット基台に軸支された小ギアと、前記小ギアとかみ合いかつ前記旋回胴部に対し位置固定された大ギアを持つ旋回軸減速装置において、前記大ギアと前記小ギアを、前記前後軸の回転平面の近傍に配置したことを特徴としている。
本発明３は産業用ロボットの減速装置に係り、ロボット基台と旋回胴部と旋回軸と前後軸とを備えた産業用ロボットの減速装置であって、前記ロボットの下腕に対し位置固定された大ギアと、前記大ギアとかみ合いかつ前記旋回胴部内に軸支された小ギアと、前記下腕に対し揺動可能に軸支された上下軸とを持つ前後軸減速装置において、前記大ギアと前記小ギアを、前記上下軸の回転中心軸を通りかつ前記旋回軸の旋回平面に平行な平面の近傍に配置したことを特徴としている。
本発明４は発明１、２、又は３に記載の産業用ロボットの減速装置において、前記大ギアの中心部に貫通穴を有することを特徴としている。
上記（１）〜（３）の減速装置の場合は、図７に示す位置ｂに小ギアを配置し、大ギアと小ギアのそれぞれ中心を結ぶ方向と同一の向きにモーメントが作用した場合と等価である。
したがって、半径方向バックラッシｊｒはギアの幅をＢ、ギアの倒れ角をθとすると、
ｊｒ＝Ｂｓｉｎθ  ・・・（２）
となる。
円周方向バックラッシｊｔ’との関係はギア圧力角（ギア圧力角とはギア面の１点においてその半径線と歯形の接線となす角をいう。）をαとすると
ｊｔ’＝２ｔａｎα×ｊｒ  ・・・（３）
となる。
バックラッシはこの分量減少するが、圧力角αを１４．５度とすると
ｊｔ’＝２ｔａｎ１４．５×Ｂｓｉｎθ
＝０．５２Ｂｓｉｎθ  ・・・（４）
となり、従来例（１）の約半分の円周方向バックラッシを予めこれらギアに付与しておけば良いことが解る。
次に、位置ｂからの角度βだけ回転した位置ｃに小ギアを配置した場合、円周方向バックラッシｊｔ’’は
ｊｔ’’＝Ｂｓｉｎθ×ｃｏｓβ＋２ｔａｎα×Ｂｓｉｎθｓｉｎβ
＝Ｂｓｉｎθ（ｃｏｓβ＋２ｔａｎα×Ｂｓｉｎβ）・・・（５）
で表される。
Ｙ＝ｃｏｓβ＋２ｔａｎα×Ｂｓｉｎβ
とおきα＝１４．５度としてＹとβの関係は図１０となる。
よって、βが０から０．６１ｒａｄ（０から３５度）の範囲においてＹ≦１となり、ｊｔよりもｊｔ’’が小さくなることが判る。
本計算例は平ギアのものであるが、はすばギア等でも同様である。
次に、（４）に記載の産業用ロボットの減速装置によれば、出力段が、ギア列を用いてバックラッシを小さくできる構成が可能となったことにより、回転型の減速機構と比較し、中心部は貫通穴しか無いので最適な負荷容量の主軸受を選定することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明に係る産業用ロボットの側断面図である。
図２は、図１に示す産業用ロボットの正面図である。
図３は、本発明の実施例１を示す図で、図１のＡ−Ａ断面図である。
図４は、本発明の実施例２を示す図で、図１のＢ−Ｂ断面図である。
図５は、バックラッシの減少についての説明図である。
図６は、ロボットの主たる作業エリアを示す側面図である。
図７は、本発明が対象とする小ギア配置に関する断面図（ａ）とその斜視図（ｂ）である。
図８は、従来の減速装置１に係る要部断面図である。
図９は、従来の減速装置２に係る断面図である。
図１０は、本発明が問題とするバックラッシの低減効果に関する図である。
なお、図中の符号３は負荷、７、７ａはモータシャフト、１０はロボット基台、１３は旋回軸モータ、２２、２２ａは入力小ギア、２３は前後軸モータ、２５、２５ａは入力大ギア、２９はギア、３０はクランクシャフト、３３、３３ａは出力シャフト、４２はニードルベアリング、８４、８４ａは主軸受、１００、１００ａは大ギア、１０２は旋回胴部部材、１０３、１０３ａは小ギア、１０４は旋回胴部部材、１０５、１０５ａは軸受、１１５は旋回胴部部材、１１６は旋回胴部部材、ＡＭ１は下腕、ＡＭ２は上腕、ＣＢはケーブル（線状体）である。
【発明を実施するための最良の形態】  次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１および図２は本発明に係る産業用ロボットの全体を説明する図で、図１はその側断面図、図２は正面図である。両図とも発明１および発明４を示している。ここでは旋回軸駆動動作を可能とするため、旋回軸モータ１３の回転をモータシャフト７を介し、入力小ギア２２と入力大ギア２５にて減速を行う。小ギア１０３は入力大ギア２５に連結されている。この入力大ギア２５は旋回胴部部材１０２、１０４に軸受１０５により軸支されている。
さらに、ロボット基台１０に支持され、出力シャフト３３に連結された大ギア１００とかみ合い、２段減速することにより構成されている。出力シャフト３３と大ギア１００は一体であっても良い。
図３は実施例１を示す図で、図１のＡ−Ａ断面図である。図は本発明２および発明４を示している。図に示すように、前記大ギア１００と前記小ギア１０３を、第２軸（前後軸）の回転中心軸（一点鎖線で図示）に対し直角に配置している。主軸受８４（図１）の外輪は旋回胴部部材１０２、１０４に装着され、内輪はロボット基台１０に固定された出力シャフト３３に装着されている。主軸受８４は対向する作用角をもつ２個の組み合わせで構成されるのが通常であり、モーメント荷重が作用すると主軸受内部が弾性変形を起こし、内輪中心と外輪中心のミスアライメントが生じる。上下軸、および前後軸から発生するモーメントは、出力シャフト３３に対し、旋回胴部部材１０２、１０４の相対位置を変化させる。これは１つの軸受でモーメント荷重を支持するクロスローラ軸受でも同様である。よって、小ギア１０３は旋回胴部部材１０２、１０４に軸支されているため、大ギア１００と小ギア１０３の軸間が変化する。
いま、小ギア１０３と大ギア１００の中心線を含む面内のみに前記モーメントは作用するので、大ギア１００と小ギア１０３の円周方向バックラッシの変化量はその他の配置位置よりも小さくなる、小ギア１０３の回転中心は、本発明の効果を得るために、前記小ギア１０３と大ギア１００の中心線を含む平面で大ギア１００を中心に左右３５度のどの位置に配置しても良い。減速装置のギア列は２段（入力段と出力段）で構成されているが、３段以上でも同一である。
大ギア１００の中心部には線状体を配置するための貫通穴１０１があいている。この場合、線状体とは角軸駆動モータへの給電を行うケーブルＣＢであるが、他の目的の種々のケーブルや配管の類を含む１本の線状体または２本以上の線状体であってもかまわない。このような線状体の配置では、旋回に伴う干渉が全て排除されている。しかも、中空部の外周は主軸受外輪を固定するための出力シャフト３３のみの配置で良いため、内輪の寸法に規制を受けず、必要最小限の軸受を選定できるためコストダウンが可能となる。
図４は実施例２を示す図で、図１のＢ−Ｂ断面図である。図は本発明３および発明４を示している。前後軸駆動動作を可能とするため、前後軸モータ２３の回転をモータシャフト７ａを介し、入力小ギア２２ａと入力大ギア２５ａにて減速を行う。小ギア１０３ａは入力大ギア２５ａに連結されている。この入力大ギア２５ａは旋回胴部部材１１５、１１６に軸受１０５ａにより軸支されている。さらに、下腕ＡＭ１に支持され、出力シャフト３３ａに連結された大ギア１００ａとかみ合い、２段減速することにより構成されている。出力シャフト３３ａと大ギア１００ａは一体であっても良い。
図４に示すように前記大ギア１００ａと前記小ギア２５ａを、第２軸（前後軸）の回転中心軸を含む旋回軸旋回平面と平行な平面内に配置している。主軸受８４ａの外輪は旋回胴部部材１１５、１１６に装着され、内輪は下腕ＡＭ１に固定された出力シャフト３３ａに装着されている。主軸受８４ａは対向する作用角をもつ２個の組み合わせで構成されるのが通常であり、モーメント荷重が作用すると軸受内部が弾性変形を起こし、内輪中心と外輪中心のミスアライメントが生じる。旋回軸動作から発生するモーメントは、出力シャフト３３ａに対し、旋回胴部部材１１５、１１６の相対位置を変化させる。よって、小ギア１０３ａは旋回胴部部材１１５、１１６に軸支されているため、大ギア１００ａと小ギア１０３ａの軸間が変化する。ちなみに、上下軸および前後軸動作時、さらに前後軸及び上下軸静止時の発生する力によっては、主軸受８４ａにはほとんどモーメントは発生せず、無視できる値となる。これはロボットにおける前後軸及び上下軸の負荷分布は通常主軸受８４ａの作用線内または近傍にあるためである。
いま、小ギア１０３ａと大ギア１００ａの中心を含む面内の近傍のみに前記モーメントは作用するので、大ギア１００ａと小ギア１０３ａの円周方向バックラッシの変化量はその他の配置位置よりも小さくなる、小ギア１０３ａは、本発明の効果を得るためには左右３５度のどの位置に配置しても良い。減速装置のギア列は２段（入力段と出力段）で構成されているが、３段以上でも同一である。
大ギア１００ａの中心部には線状体を配置するための貫通穴１００ａ１があいている。このような構成の配線では、前後軸旋回に伴う干渉が全て排除されている。しかも、中空部の外周は主軸受外輪を固定するための出力シャフト３３ａのみの配置で良いため、内輪の寸法に規制を受けず、必要最小限の軸受を選定できるためコストダウンが可能となる。
【産業上の利用可能性】  本発明の発明１から３によれば、主軸受に作用するモーメントに起因するバックラッシ量の減少を最低にし、予め付与すべきバックラッシ量を最小にすることが出来る。この構成によれば最終段にギア列を採用しても低バックラッシとなる。ギア列で構成すれば、本発明の発明４により、主軸受中心部には貫通穴しか無くなり、最適な負荷容量の主軸受を用いつつも、貫通穴に線状体を配線しロボット各軸の動作範囲についての制約を大幅に緩和することが出来る。さらに、最適な容量の主軸受が選定できるので低コストな減速装置を提供できる。
【図１】
2004065074.tif 000003
【図２】
2004065074.tif 000004
【図３】
2004065074.tif 000005
【図４】
2004065074.tif 000006
【図５】
2004065074.tif 000007
【図６】
2004065074.tif 000008
【図７】
2004065074.tif 000009
【図８】
2004065074.tif 000010
【図９】
2004065074.tif 000011
【図１０】
2004065074.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月20日(2004.8.20)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＹＺ直交座標のＸＹ平面に設置されたロボット基台と、前記ロボット基台に旋回可能に取り付けられた旋回胴部と、前記旋回胴部に一端が軸支された下腕を備えた産業用ロボットの減速装置であって、前記ロボット基台に固定された大ギアと前記旋回胴部内に軸支された小ギアがかみ合う少なくとも１段のギア列からなる産業用ロボットの減速装置において、
前記小ギアの円周方向バックラッシ量が、前記ＸＹ平面における前記大ギアと前記小ギアそれぞれの回転中心点を通る軸が前記下腕の回転動作平面と直角をなすように小ギアを配置した状態で、前記下腕の回転動作に起因して前記大ギアが前記回転中心を結ぶ軸周りに傾いた時の円周方向バックラッシ量以下となる範囲で前記大ギアの回転軸を中心とした小ギアの配置角度を決定し、小ギアを配置したことを特徴とする産業用ロボットの減速装置。
【請求項２】
ＸＹＺ直交座標のＸＹ平面に設置されたロボット基台と、前記ロボット基台に旋回可能に取り付けられた旋回胴部と、前記旋回胴部に一端が軸支された下腕を備えた産業用ロボットの減速装置であって、前記ロボット基台に軸支された小ギアと前記旋回胴部内に固定された大ギアがかみ合う少なくとも１段のギア列からなる産業用ロボットの減速装置において、
前記小ギアの円周方向バックラッシ量が、前記ＸＹ平面における前記大ギアと前記小ギアそれぞれの回転中心点を通る軸が前記下腕の回転動作平面と直角をなすように小ギアを配置した状態で、前記下腕の回転動作に起因して前記大ギアが前記回転中心を結ぶ軸周りに傾いた時の円周方向バックラッシ量以下となる範囲で前記大ギアの回転軸を中心とした小ギアの配置角度を決定し、小ギアを配置したことを特徴とする産業用ロボットの減速装置。
【請求項３】
ＸＹＺ直交座標のＸＹ平面に設置されたロボット基台と、前記ロボット基台に旋回可能に取り付けられた旋回胴部と、前記旋回胴部に一端が軸支された下腕と、前記下腕の他端に一端が軸支された上腕を備えた産業用ロボットの減速装置であって、前記下腕に固定された大ギアと前記旋回胴部内に軸支された小ギアがかみ合う少なくとも１段のギア列からなる産業用ロボットの減速装置において、
前記小ギアの円周方向バックラッシ量が、ＸＺ平面における前記大ギアと前記小ギアそれぞれの回転中心点を通る軸が前記旋回胴部の旋回軸と平行となるように小ギアを配置した状態で、前記旋回胴部の旋回転動作に起因して前記大ギアが前記回転中心を結ぶ軸周りに傾いた時の円周方向バックラッシ量以下となる範囲で前記大ギアの回転軸を中心とした小ギアの配置角度を決定し、小ギアを配置したことを特徴とする産業用ロボットの減速装置。
【請求項４】
前記減速装置のギア列は２段であることを特徴とする発明１〜３のいずれかに記載の産業用ロボットの減速装置。
【請求項５】
前記減速装置のギア列は１段であることを特徴とする発明１〜３のいずれかに記載の産業用ロボットの減速装置。
【請求項６】
前記大ギアの中心部に貫通穴を有することを特徴とする発明１〜５のいずれかに記載の産業用ロボットの減速装置。
【手続補正００２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
図において、ＡＭ２は上腕、３は負荷、８４は減速機構内蔵の主軸受、１００は大ギア、１０３は小ギアである。Ｓは旋回軸（第１軸）で、旋回ヘッドＲＨが垂直な軸Ｓを中心に水平に旋回する。Ｌは前後軸（第２軸）で、下腕      ＡＭ１が水平な軸Ｌを中心に揺動して、前後に振れる。Ｕは上下軸（第３軸）で、上腕    ＡＭ２が水平な軸Ｕを中心に揺動して、上下に振れる。
ロボットが静止しているとき、各減速機構内蔵の主軸受８４は、上腕ＡＭ２や負荷３などの位置や質量に応じた重力モーメントが負荷される。
また、ロボット動作時には慣性力、遠心力等が発生し、質量や加速度、速度等に応じた動的モーメントが、主軸受８４に作用する。
さらに、周辺ジグとの干渉が発生した場合、モータ最大トルクと減速比を乗じた回転トルクを発生させしめる力が干渉点に作用する。この作用力に相当する非常時モーメントもまた主軸受８４に作用する。主軸受８４は主にアキシアル負荷能力の高い円錐ころ軸受やアンギュラ軸受が１対用いられる。主軸受８４に作用した前記モーメントはラジアル荷重及びアキシアル荷重として作用する。結果的に主軸受８４に弾性変形が生じ、大ギア１００と小ギア１０３の軸間が移動することにより半径方向バックラッシが変化する。
また、大ギア１００と小ギア１０３の軸間がねじれることにより円周方向バックラッシが変化する。
ロボットは任意の姿勢を取り得るが、前記モーメントが作用する方向は特定が可能である。旋回軸の主軸受８４に作用する重力モーメントは常に前後軸に平行な軸まわりに作用する。動的モーメント、非常時モーメントも前後軸、上下軸が動作する場合、常に前後軸の回転平面内に作用する。旋回軸及び手首軸が動作する場合については、前記前後軸の回転平面内に動的モーメントが作用しない場合があるが、その絶対値は小さく、前後軸、上下軸動作時の動的モーメントと比較して無視できる。


【手続補正００３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
図６は、ロボットの主たる作業エリアを示す側面図である。
図から判るように、ロボットの作業は、通常、図６に示すエリアで行われるので、その作業姿勢から前後軸の主軸受は通常重力モーメントを負荷しない。前後軸及び上下軸動作時は、動的モーメント、非常時モーメントも負荷しない。旋回軸動作時のみモーメントが発生する。
図７は、本発明に係る小ギア配置に関する断面図（ａ）とその斜視図（ｂ）である。
いま、図７（ｂ）に示すように、大ギアの外周の位置ａに小ギアを配置し、大ギアと小ギアのそれぞれの回転中心点を通る軸まわりにモーメントが作用した場合、円周方向バックラッシｊｔはギアの軸方向幅をＢ、ギアの倒れ角をθとすると、
ｊｔ＝Ｂｓｉｎθ  ・・・（１）
となり、円周方向バックラッシはこの分量減少する。このことは、予めこれらギアに円周方向バックラッシｊｔ以上の円周方向バックラッシを付与しておく必要があることを示す。
次に、この減速装置に求められる機能としては、特許文献１に記載の図８のような中空構造が挙げられる（特許文献１：特開平１０−１７５１８８号公報）。
図８は、従来例に係る要部断面図で、これによれば、第１軸、第３軸の減速装置の中心部に貫通孔を設け、その中に線状体を配線しロボット各軸の動作範囲についての制約を大幅に緩和する方法が提案されている。第１軸減速機構１２は、共に旋回胴部に軸支された大ギア、小ギアと、回転型減速機で構成されている。


【手続補正００４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
また、回転型減速機の公知例としては特許文献２に記載の図９がある（特許文献２：特公平８−２２５１６号公報）。
これは主軸受８４が内蔵されている実施例で、主軸受は、クランクシャフト３０やニードルベアリング４２の外周に配置する必要があるため、必要以上に外径が大きくなる。また、中空部を設ける場合には、更に大きなサイズの主軸受を採用する必要があり、重量増、コスト増を招いていた。また、この例において、主軸受にモーメントが作用した場合を考えると、ギア２９はクランクシャフト３０が１回転する毎に、変心揺動運動を行っている。このギア２９の減速比を１／６０とすれば旋回軸が６度移動毎にギア２９は公転運動を繰り返す。よって、前記モーメントが作用する方向を必ず通過するため、ギア２９にはｊｔに相当する円周方向バックラッシ量を付与する必要がある。
そこで、本発明は、主軸受に作用するモーメントに起因するバックラッシ量の減少を最低にし、予め付与すべきバックラッシ量を最小にするという課題を解決することにより、最適な負荷容量の主軸受を用いつつも、中心部に貫通穴を設けその中に線状体を配線しロボット各軸の動作範囲についての制約を大幅に緩和することが出来る、低コストな減速装置を提供することにある。
【発明の開示】
上記目的を達成するため、本発明１は産業用ロボットの減速装置に係り、ＸＹＺ直交座標のＸＹ平面に設置されたロボット基台と、前記ロボット基台に旋回可能に取り付けられた旋回胴部と、前記旋回胴部に一端が軸支された下腕を備えた産業用ロボットの減速装置であって、前記ロボット基台に固定された大ギアと前記旋回胴部内に軸支された小ギアがかみ合う少なくとも１段のギア列からなる産業用ロボットの減速装置において、前記小ギアの円周方向バックラッシ量が、前記ＸＹ平面における前記大ギアと前記小ギアそれぞれの回転中心点を通る軸が前記下腕の回転動作平面と直角をなすように小ギアを配置した状態で、前記下腕の回転動作に起因して前記大ギアが前記回転中心を結ぶ軸周りに傾いた時の円周方向バックラッシ量以下となる範囲で前記大ギアの回転軸を中心とした小ギアの配置角度を決定し、小ギアを配置したことを特徴としている。


【手続補正００５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明２は産業用ロボットの減速装置に係り、ＸＹＺ直交座標のＸＹ平面に設置されたロボット基台と、前記ロボット基台に旋回可能に取り付けられた旋回胴部と、前記旋回胴部に一端が軸支された下腕を備えた産業用ロボットの減速装置であって、前記ロボット基台に軸支された小ギアと前記旋回胴部内に固定された大ギアがかみ合う少なくとも１段のギア列からなる産業用ロボットの減速装置において、前記小ギアの円周方向バックラッシ量が、前記ＸＹ平面における前記大ギアと前記小ギアそれぞれの回転中心点を通る軸が前記下腕の回転動作平面と直角をなすように小ギアを配置した状態で、前記下腕の回転動作に起因して前記大ギアが前記回転中心を結ぶ軸周りに傾いた時の円周方向バックラッシ量以下となる範囲で前記大ギアの回転軸を中心とした小ギアの配置角度を決定し、小ギアを配置したことを特徴としている。
本発明３は産業用ロボットの減速装置に係り、ＸＹＺ直交座標のＸＹ平面に設置されたロボット基台と、前記ロボット基台に旋回可能に取り付けられた旋回胴部と、前記旋回胴部に一端が軸支された下腕と、前記下腕の他端に一端が軸支された上腕を備えた産業用ロボットの減速装置であって、前記下腕に固定された大ギアと前記旋回胴部内に軸支された小ギアがかみ合う少なくとも１段のギア列からなる産業用ロボットの減速装置において、前記小ギアの円周方向バックラッシ量が、ＸＺ平面における前記大ギアと前記小ギアそれぞれの回転中心点を通る軸が前記旋回胴部の旋回軸と平行となるように小ギアを配置した状態で、前記旋回胴部の旋回転動作に起因して前記大ギアが前記回転中心を結ぶ軸周りに傾いた時の円周方向バックラッシ量以下となる範囲で前記大ギアの回転軸を中心とした小ギアの配置角度を決定し、小ギアを配置したことを特徴としている。
本発明４は上記発明１〜３のいずれかに記載の産業用ロボットの減速装置において、前記減速装置のギア列が２段であることを特徴としている。
本発明５は上記発明１〜３のいずれかに記載の産業用ロボットの減速装置において、前記減速装置のギア列が１段であることを特徴としている。
本発明６は上記発明１〜５のいずれかに記載の産業用ロボットの減速装置において、前記大ギアの中心部に貫通穴を有することを特徴としている。
上記発明１〜６に記載の減速装置の場合は、図７に示す位置ｂに小ギアを配置し、大ギアと小ギアの回転中心線を含む平面において大ギアを傾動させる方向にモーメントが作用した場合と等価である。
したがって、半径方向バックラッシｊｒはギアの幅をＢ、ギアの倒れ角をθとすると、
ｊｒ＝Ｂｓｉｎθ  ・・・（２）
となる。
円周方向バックラッシｊｔ’との関係はギア圧力角（ギア圧力角とはギア面の１点においてその半径線と歯形の接線となす角をいう。）をαとすると


【手続補正００６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
ｊｔ’＝２ｔａｎα×ｊｒ  ・・・（３）
となる。
バックラッシはこの分量減少するが、圧力角αを１４．５度とすると
ｊｔ’＝２ｔａｎ１４．５×Ｂｓｉｎθ
＝０．５２Ｂｓｉｎθ  ・・・（４）
となり、従来例（１）の約半分の円周方向バックラッシを予めこれらギアに付与しておけば良いことが解る。
次に、位置ｂからの角度βだけ回転した位置ｃに小ギアを配置した場合、円周方向バックラッシｊｔ’’は
ｊｔ’’＝Ｂｓｉｎθ×ｃｏｓβ＋２ｔａｎα×Ｂｓｉｎθｓｉｎβ
＝Ｂｓｉｎθ（ｃｏｓβ＋２ｔａｎα×Ｂｓｉｎβ）・・・（５）
で表される。
ｋ＝ｃｏｓβ＋２ｔａｎα×Ｂｓｉｎβ
とおきα＝１４．５度としてＹとβの関係は図１０となる。
よって、βが０から０．６１ｒａｄ（０から３５度）の範囲においてｋ≦１となり、ｊｔよりもｊｔ’’が小さくなることが判る。
本計算例は平ギアのものであるが、はすばギア等でも同様である。
次に、発明６に記載の産業用ロボットの減速装置によれば、出力段が、ギア列を用いてバックラッシを小さくできる構成が可能となったことにより、回転型の減速機構と比較し、中心部は貫通穴しか無いので最適な負荷容量の主軸受を選定することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る産業用ロボットの側断面図である。
図２は、図１に示す産業用ロボットの正面図である。
図３は、本発明の実施例１を示す図で、図１のＡ−Ａ断面図である。


【手続補正００７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
大ギア１００とかみ合い、２段減速することにより構成されている。出力シャフト３３と大ギア１００は一体であっても良い。
図３は実施例１を示す図で、図１のＡ−Ａ断面図である。図は本発明２および発明４を示している。図に示すように、前記大ギア１００と前記小ギア１０３を、前後軸（第２軸）の回転中心軸（一点鎖線で図示）に対し直角に配置している。主軸受８４（図１）の外輪は旋回胴部部材１０２、１０４に装着され、内輪はロボット基台１０に固定された出力シャフト３３に装着されている。主軸受８４は対向する作用角をもつ２個の組み合わせで構成されるのが通常であり、モーメント荷重が作用すると主軸受内部が弾性変形を起こし、内輪中心と外輪中心のミスアライメントが生じる。上下軸、および前後軸から発生するモーメントは、出力シャフト３３に対し、旋回胴部部材１０２、１０４の相対位置を変化させる。これは１つの軸受でモーメント荷重を支持するクロスローラ軸受でも同様である。よって、小ギア１０３は旋回胴部部材１０２、１０４に軸支されているため、大ギア１００と小ギア１０３の軸間が変化する。
いま、小ギア１０３と大ギア１００の回転中心線を含む平面において大ギアを傾動させる方向に前記モーメントは作用するので、大ギア１００と小ギア１０３の円周方向バックラッシの変化量はその他の配置位置よりも小さくなる。本発明の効果を得るために、前記小ギア１０３は、大ギア１００の回転中心まわりに左右３５度のどの位置に配置しても良い（ただし、ギア圧力角は１４．５度である）。減速装置のギア列は２段（入力段と出力段）で構成されているが、３段以上でも同一である。
大ギア１００の回転中心部には線状体を配置する為の貫通穴１０１があいている。この場合、線状体とは角軸駆動モータへの給電を行うケーブルＣＢであるが、他の目的の種々のケーブルや配管の類を含む１本の線状体ま


【手続補正００８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
たは２本以上の線状体であってもかまわない。このような線状体の配置では、旋回に伴う干渉が全て排除されている。しかも、中空部の外周は主軸受外輪を固定するための出力シャフト３３のみの配置で良いため、内輪の寸法に規制を受けず、必要最小限の軸受を選定できるためコストダウンが可能となる。
図４は実施例２を示す図で、図１のＢ−Ｂ断面図である。図は本発明３および発明４を示している。前後軸駆動動作を可能とするため、前後軸モータ２３の回転をモータシャフト７ａを介し、入力小ギア２２ａと入力大ギア２５ａにて減速を行う。小ギア１０３ａは入力大ギア２５ａに連結されている。この入力大ギア２５ａは旋回胴部部材１１５、１１６に軸受１０５ａにより軸支されている。さらに、下腕ＡＭ１に支持され、出力シャフト３３ａに連結された大ギア１００ａとかみ合い、２段減速することにより構成されている。出力シャフト３３ａと大ギア１００ａは一体であっても良い。
図４に示すように前記大ギア１００ａと前記小ギア２５ａを、ＸＺ平面における旋回軸に対して直角に配置している。主軸受８４ａの外輪は旋回胴部部材１１５、１１６に装着され、内輪は下腕ＡＭ１に固定された出力シャフト３３ａに装着されている。主軸受８４ａは対向する作用角をもつ２個の組み合わせで構成されるのが通常であり、モーメント荷重が作用すると軸受内部が弾性変形を起こし、内輪中心と外輪中心のミスアライメントが生じる。旋回軸動作から発生するモーメントは、出力シャフト３３ａに対し、旋回胴部部材１１５、１１６の相対位置を変化させる。よって、小ギア１０３ａは旋回胴部部材１１５、１１６に軸支されているため、大ギア１００ａと小ギア１０３ａの軸間が変化する。ちなみに、上下軸および前後軸動作時、さらに前後軸及び上下軸静止時の発生する力によっては、主軸受８４ａにはほとんどモーメント


【手続補正００９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
は発生せず、無視できる値となる。これはロボットにおける前後軸及び上下軸の静的・動的な荷重負荷分布は通常主軸受８４ａの作用線内または近傍にあるためである。
いま、小ギア１０３ａと大ギア１００ａの回転中心線を含む平面において、旋回軸動作から発生するモーメントは大ギアを傾動させる方向に作用するので、大ギア１００ａと小ギア１０３ａの円周方向バックラッシの変化量はその他の配置位置よりも小さくなる、本発明の効果を得るためには小ギア１０３ａは、大ギア１００ａの回転中心まわりに左右３５度のどの位置に配置しても良い（ただし、ギア圧力角は１４．５度である）。減速装置のギア列は２段（入力段と出力段）で構成されているが、３段以上でも同一である。
大ギア１００ａの中心部には線状体を配置するための貫通穴１００ａ１があいている。このような構成の配線では、前後軸旋回に伴う干渉が全て排除されている。しかも、中空部の外周は主軸受外輪を固定するための出力シャフト３３ａのみの配置で良いため、内輪の寸法に規制を受けず、必要最小限の軸受を選定できるためコストダウンが可能となる。
【産業上の利用可能性】
本発明の発明１から３によれば、主軸受に作用するモーメントに起因するバックラッシ量の減少を最低にし、予め付与すべきバックラッシ量を最小にすることが出来る。この構成によれば最終段にギア列を採用しても低バックラッシとなる。ギア列で構成すれば、本発明の発明４により、主軸受中心部には貫通穴しか無くなり、最適な負荷容量の主軸受を用いつつも、貫通穴に線状体を配線しロボット各軸の動作範囲についての制約を大幅に緩和することが出来る。さらに、最適な容量の主軸受が選定できるので低コストな減速装置を提供できる。


【手続補正０１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004065074.tif 000013
【手続補正０１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2004065074.tif 000014
【手続補正０１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004065074.tif 000015
【手続補正０１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2004065074.tif 000016
【手続補正０１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2004065074.tif 000017
【手続補正０１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2004065074.tif 000018
【国際調査報告】
2004065074.tif 000019
2004065074.tif 000020