JP2018044610A - ロボットの減速伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストの削減及び耐久性の向上を図るとともに、産業用ロボットの小型化及び回転伝達効率の向上を図る。【解決手段】 回転入力部２と一体に回転するカム本体部３ｃの外周面に設けた内輪３ｂｉとフレキシブルな外輪３ｂｏ間に複数の転動体３ｂｍ…を介在させたオーバルシャフト部３と、リング形状体６ｍの外周面の周方向Ｆｆに形成し、かつインターナルギア部５のインナギア５ｇに対して歯数を少なくして、オーバルシャフト部３の外周面に付設した際に、周方向Ｆｆにおける等間隔となる三個所以上の噛合位置Ｔ…でインナギア５ｇに噛合するアウタギア６ｇを有するとともに、リング形状体６ｍの側面から突出する所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン部７…を有するフレックスギア部６と、伝達ピン部７…が係合し、かつ周方向Ｆｆに所定間隔置きに形成した複数のガイド孔９ｓ…を設けたリング形の出力プレート部９を有する回転出力機構１０とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、ロボットに内蔵することにより、入力する回転運動を減速して出力するロボットの減速伝達装置に関する。

一般に、量産性が要求される生産工場の生産ラインでは、複数のアーム部を関節機構により連結して構成した産業用ロボットが設置される。関節機構は、任意のアーム部の端部と他のアーム部の端部を回動可能に連結するとともに、任意のアーム部に内蔵する駆動モータの回転を、１／１００〜１／２００程度に減速し、減速した回転出力により他のアーム部を回転駆動可能な減速伝達装置を備えている。したがって、この種の減速伝達装置には、高精度の、位置決め制御，角度制御，速度制御等が要求される。

従来、このような要求に応える減速伝達装置としては、通称、ハーモニックドライブ（登録商標）と呼ばれる波動歯車機構による減速機が広く用いられており、この波動歯車機構を備えるロボット或いはロボット関連装置としては、例えば、特許文献１で開示される原動装置、特許文献２で開示される産業用ロボットの手首機構、特許文献３で開示される多関節ロボットなどが知られている。

この場合、特許文献１で開示される原動装置は、カップ状のハウジングと、このハウジングの内周にリング状のサーキュラ・スプラインを回転可能に支承させるとともに、このサーキュラ・スプラインの内側に配設され、ウェーブジェネレータに付勢されて、サーキュラ・スプラインに噛合するカップ状のフレクスプラインをハウジングに固定してなるハーモニック減速機と、ハウジングに支軸の一端を固着するとともに、この支軸回りに回転するケーシングをフレクスプラインの内部に配設し、このケーシングにウェーブジェネレータを設けてなる液圧モータとを具備し、回転出力をサーキュラ・スプラインから取り出し得るように構成されたものである。

また、特許文献２で開示される産業用ロボットの手首機構は、アームに支持されたアーム軸を中心として回転自在に支承された手首全体を回転させる第３軸と、この第３軸に支持され、第３軸に直角な軸を中心として回転自在に支承された手首先端部を傾動させる第２軸と、第２軸に支持され、第２軸に直角な軸を中心として回軸自在に支承された手首先端部の加工具把持部を回転させる第１軸を設け、第１軸および第２軸は、同一中心軸に重ね合わせて配置された減速機にて手首内において減速させ、第３軸は、手首外においてあらかじめ減速させるように構成されたものである。

さらに、特許文献３で開示される多関節ロボットは、少くとも２つの制御アームと、両制御アームの関節部に設けられた同一軸上で相対する２つの減速機とを有する多関節ロボットにおいて、２つの減速機が一方の制御アームの関節部に固定された共通のサーキュラスプラインと、該共通のサーキュラスプラインの一端に該サーキュラスプラインと相対的に回動するように取付けられ、かつ他方の制御アームの関節部に連結されたブラケットとを備えた第１および第２のハーモニックドライブ減速磯から構成されたものである。

特開昭６０−０９８２４６号公報 特開昭６１−１４６４９０号公報 特開昭６４−０１１７７７号公報

しかし、上述した従来における波動歯車機構を備えるロボットの減速伝達装置は、次のような問題点があった。

第一に、主要構成部品として、フレクスプライン、ウェーブジェネレータ、サーキュラスプラインを備えており、フレクスプラインは、薄肉の金属弾性プレートにより全体をカップ状に形成するとともに、楕円状に変形する開口部の外周に形成した歯車部を、位置を固定したサーキュラスプラインの内周に形成した歯車部に噛合させている。したがって、カップ状に一体形成するフレクスプラインは、高度の精密部品として製造する必要があるため、その製造が容易でなく、高コスト化が避けられない。しかも、フレクスプラインは、使用による金属疲労や動作不良を生じ易く、耐久性にも難がある。結局、従来の波動歯車機構は、イニシャルコスト及びランニングコストの双方において大幅なコストアップを招いてしまう。

第二に、カップ状に形成するフレクスプラインにおける開口部の外周に歯車部を形成し、この歯車部を、楕円状のウェーブジェネレータにより波動変形させるとともに、底部の中心に、減速回転を出力する出力軸を結合するため、フレクスプラインを機能させるためには、当該フレクスプラインの軸方向長さをある程度確保する必要があり、減速伝達装置における全体構造の薄型化（小型化）を図るには限界があった

第三に、フレクスプラインの全体形状をカップ状に形成し、一端を閉塞する底部の中心に出力軸を結合するため、接続ケーブルを引き回すための空間確保が容易でない。特に、ロボットの場合、多数の関節機構を備え、多彩な動きを実現するための多数の駆動モータを内蔵するため、この駆動モータとロボットコントローラを接続する接続ケーブルの本数は少なくとも駆動モータの数だけ必要になるとともに、この本数を備える接続ケーブルを引き回す必要がある。したがって、多数の接続ケーブルを引き回すことができる空間を確保する観点からも更なる改善の余地があった。

第四に、変形が楕円状となるフレクスプラインの外周部に形成した歯車部を、固定したサーキュラスプラインの内周面に形成した歯車部に噛合させているため、フレクスプラインの歯車部とサーキュラスプラインの歯車部の噛合部分は、１８０〔°〕の位置関係となる二個所（二点）となる。したがって、動作安定性及び回転伝達性、更には機構剛性の観点からはマイナス要因となっていた。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したロボットの減速伝達装置の提供を目的とするものである。

本発明に係るロボットの減速伝達装置１は、上述した課題を解決するため、ロボットＲに内蔵することにより、入力する回転運動を減速して出力するロボットの減速伝達装置を構成するに際して、回転運動が入力する回転入力部２と、この回転入力部２と一体に回転するカム本体部３ｃ，及びこのカム本体部３ｃの外周面に沿って設けた内輪３ｂｉとフレキシブルな外輪３ｂｏ間に複数の転動体３ｂｍ…を介在させたオーバルシャフト部３と、インナギア５ｇを内周面に形成し、かつ位置を固定したインターナルギア部５と、リング形状体６ｍの外周面の周方向Ｆｆに沿って形成し、かつインナギア５ｇに対して歯数を少なくして、オーバルシャフト部３の外周面に付設した際に、周方向Ｆｆにおける等間隔となる三個所以上の噛合位置Ｔ…でインナギア５ｇに噛合するアウタギア６ｇを有するとともに、リング形状体６ｍの側面から突出し、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン部７…を有するフレックスギア部６と、伝達ピン部７…が係合し、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに形成するとともに、回転時における伝達ピン部７…の変位を許容する複数のガイド孔９ｓ…を放射方向Ｆｄに設けたリング形の出力プレート部９を有する回転出力機構１０とを備えてなることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、噛合位置Ｔ…は、インターナルギア部５の周方向Ｆｆに対して、１２０〔°〕間隔となるＴ１〜Ｔ３の三個所，９０〔°〕間隔となるＴ１〜Ｔ４の四個所又は７２〔°〕間隔となるＴ１〜Ｔ５の五個所、から選択した個所を用いることができる。また、伝達ピン部７は、リング形状体６ｍに取付けた伝達ピン本体７ｍと、この伝達ピン本体７ｍを軸にして偏心位置が支持され、かつガイド孔９ｓ…に係合する偏心ローラ７ｒとを具備して構成できる。さらに、リング形状体６ｍには、各伝達ピン部７…間における内周面から放射方向Ｆｄ外方に切欠状となる薄肉形成凹部８…を設けることができる。この際、薄肉形成凹部８は、各伝達ピン部７…間に、少なくとも１以上設けることができる。他方、回転入力部２は、内周面１１ｉの内方を、ケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間Ｓに形成するとともに、外周面１１ｏに、少なくともオーバルシャフト部３のカム本体部３ｃを設けてなる筒形の入力回転体１１により構成することができる。また、一方、回転出力機構１０には、回動自在に支持され、かつ端面１２ｓに、出力プレート部９を保持するリング凹部１２ｈを形成したリング形の出力プレート保持体１２を設けることができる。なお、減速伝達装置１は、ロボットＲを構成する任意のアーム部１５と他のアーム部１６を連結する関節機構Ｍｊに用いることができるとともに、ロボットＲには、少なくとも、生産ラインに設置する、垂直多関節ロボットＲｖ，水平多関節ロボット，デルタ型ロボットの一又は二以上を含ませることができる。

このような構成を有する本発明に係るロボットの減速伝達装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 薄肉の金属弾性プレート材を用いて全体形状をカップ状に形成する従来のフレクスプラインは不要になるため、容易に製造可能となり、製造コストの大幅な削減を図れるとともに、金属疲労や動作不良等も大幅に低減できるため、耐久性向上を図ることができるなど、イニシャルコスト及びランニングコストの双方における大幅なコストダウンを実現できる。

（２） 従来のフレクスプラインが不要になるため、軸方向における配設スペースのサイズダウンを図ることができる。したがって、減速伝達装置１の全体構造における薄型化が可能になり、小型化に限界のあった、特に産業用ロボットの更なる小型化を容易に実現できる。

（３） インターナルギア部５のインナギア５ｇの周方向Ｆｆに対して、等間隔となる三個所以上の噛合位置Ｔ…で噛合するアウタギア６ｇを有するフレックスギア部６を設けたため、従来における楕円状のフレックスギア部６、即ち、１８０〔°〕の位置関係により二個所の噛合位置Ｔ…となる場合に比べ、インターナルギア部５とフレックスギア部６間における減速及び回転伝達に係わる動作安定性を確保できるとともに、減速伝達機構としての機構剛性（機械的強度）を確保できる。

（４） 好適な態様により、噛合位置Ｔ…として、インターナルギア部５の周方向Ｆｆに対して、１２０〔°〕間隔となるＴ１〜Ｔ３の三個所，９０〔°〕間隔となるＴ１〜Ｔ４の四個所又は７２〔°〕間隔となるＴ１〜Ｔ５の五個所、から選択した個所を用いれば、噛合位置Ｔ…が多くなることにより減速伝達機能が低下する不具合を回避しつつ、減速伝達性能を具現化する観点から良好な形態として実施できる。

（５） 好適な態様により、伝達ピン部７を構成するに際し、リング形状体６ｍに取付けた伝達ピン本体７ｍと、この伝達ピン本体７ｍを軸にして偏心位置が支持され、かつガイド孔９ｓ…に係合する偏心ローラ７ｒとを用いて構成すれば、周方向Ｆｆの異なる位置で生じるガイド孔９ｓ…に対する伝達ピン本体７ｍ…の周方向Ｆｆの位置ズレを、偏心ローラ７ｒ…により吸収することができる。したがって、ガイド孔９ｓ…と伝達ピン本体７ｍ…を直接係合させた場合に生じる無用な応力を排除でき、伝達ピン本体７ｍ…から回転出力機構１０への回転伝達を安定かつ円滑に行うことができるとともに、無用なロス分を排除して回転伝達効率をより向上させることができる。

（６） 好適な態様により、リング形状体６ｍに、各伝達ピン部７…間における内周面から放射方向Ｆｄ外方に切欠状となる薄肉形成凹部８…を設ければ、リング形状体６ｍの全体のフレキシブル性をより高めることができるため、オーバルシャフト部３に基づく径方向の変位（変形）に安定かつ円滑に追従でき、無用なロス分を排除して回転伝達効率をより向上させることができるとともに、リング形状体６ｍの形成素材に対する選定自由度を高めることができる。

（７） 好適な態様により、薄肉形成凹部８は、各伝達ピン部７…間に、少なくとも１以上設けることができるため、薄肉形成凹部８の数量を任意に選択できるなど、設計自由度を高めることができるとともに、リング形状体６ｍの形成素材や形状等に対応した薄肉形成凹部８の最適化を図ることができる。

（８） 好適な態様により、回転入力部２を構成するに際し、内周面１１ｉの内方を、ケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間Ｓに形成するとともに、外周面１１ｏに、少なくともオーバルシャフト部３のカム本体部３ｃを設けてなる筒形の入力回転体１１を用いれば、減速伝達装置１におけるケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間を確保できるため、ケーブル類Ｋａ…の本数が多くなった場合であっても、他の周辺構造と併せてロボット全体の煩雑化を回避できる。

（９） 好適な態様により、回転出力機構１０に、回動自在に支持され、かつ端面１２ｓに、出力プレート部９を保持するリング凹部１２ｈを形成したリング形の出力プレート保持体１２を設ければ、出力プレート部９の実質的な剛性を高めることができるため、フレックスギア部６の伝達ピン部７…から出力プレート部９に対する回転伝達の安定性をより高めることができる。

（１０） 好適な態様により、減速伝達装置１を、ロボットＲを構成する任意のアーム部１５と他のアーム部１６を連結する関節機構Ｍｊに用いれば、関節機構Ｍｊの薄型化（小型化）、耐久性及び信頼性の向上に寄与できるため、特に、生産ラインに設置するための最適な産業用ロボット（垂直多関節ロボットＲｖ，水平多関節ロボット，デルタ型ロボット等）を構築できる。

本発明の好適実施形態に係る減速伝達装置のオーバルシャフト部における軸直角方向の部分抽出拡大断面図を含む原理的正面構成図、 同減速伝達装置の一部を破断した全体を示す斜視図、 同減速伝達装置の全体を示す断面側面図、 同減速伝達装置における要部の分解斜視図、 同減速伝達装置における要部の一部を示す軸方向断面図、 同減速伝達装置におけるフレックスギア部の一部を示す作用説明図、 同減速伝達装置における出力プレート部と伝達ピン部の関係を示す部分抽出拡大図を含む正面構成図、 同減速伝達装置を備えるロボット（垂直多関節ロボット）の外観図、 同減速伝達装置の原理を説明するための二個所の噛合位置を備える方式のオーバルシャフト部，フレックスギア部及びインターナルギア部の関係を示す軸直角方向の原理的断面構成図、 同減速伝達装置の原理を説明するための二個所の噛合位置を備える方式の動作説明図、 本発明の変更実施形態に係る減速伝達装置のオーバルシャフト部を含む軸直角方向の原理的断面構成図、 本発明の他の変更実施形態に係る減速伝達装置のオーバルシャフト部を含む軸直角方向の原理的断面構成図、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る減速伝達装置１の構成について、図１〜図８を参照して説明する。

減速伝達装置１は、図８に示すような産業用ロボットＲの関節機構Ｍｊに用いることができる。例示の産業用ロボットＲは、垂直多関節ロボットＲｖであり、機台２１の上面に設置したロボット本体部２２と、この機台２１の下方スペースに収容することによりロボット本体部２２を駆動制御するロボットコントローラ２３を備える。ロボット本体部２２は、第１アーム部（任意のアーム部）１５と第２アーム部（他のアーム部）１６を備えており、この第１アーム部１５と第２アーム部１６が関節機構Ｍｊを介して連結される。即ち、第１アーム部１５の先端部１５ｓに、本実施形態に係る減速伝達装置１を内蔵し、この減速伝達装置１により第２アーム部１６の後端部１６ｒを回転駆動する。これにより、第２アーム部１６の位置決め制御，角度制御及び速度制御等を行うことができる。

図２及び図３に、減速伝達装置１の全体構造を示す。なお、図３において、図８に示した産業用ロボットＲにおける第１アーム部１５の先端部１５ｓ及び第２アーム部１６の後端部１６ｒを、それぞれ仮想線で示している。図２及び図３に示すように、減速伝達装置１は、大別して、回転の伝達方向上流側から、回転入力部２，オーバルシャフト部３，フレックスギア部６，インターナルギア部５及び回転出力機構１０を備える。これにより、回転入力部２に入力する回転運動は、予め設定した１／１００〜１／２００レベルで減速され、減速された回転運動は、回転出力機構１０から出力する。

以下、各部の構成について具体的に説明する。回転入力部２は、全体を筒形に形成した入力回転体１１により構成する。この入力回転体１１はベアリング（ボールベアリング等）３１により回動自在に支持される。この場合、ベアリング３１は、外輪を第１アーム部１５の内面に取付けた支持筒３２に固定するとともに、内輪を入力回転体１１の外周面に固定する。入力回転体１１は、図３に示すように、内周面１１ｉの内方がケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間Ｓとなる。このため、確保する配線空間Ｓの広さを考慮して内径等を選定することができる。また、入力回転体１１の外周面１１ｏにおける軸方向Ｆｓの中間部位には、オーバルシャフト部３を構成するカム本体部３ｃを一体形成する。

したがって、このような筒形の入力回転体１１を用いれば、減速伝達装置１におけるケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間Ｓを確保できるため、ケーブル類Ｋａ…の本数が多くなった場合であっても、他の周辺構造と併せてロボット全体の煩雑化を回避できる利点がある。なお、符号３３は、入力回転体１１の端面に固定した入力ギアリングである。

オーバルシャフト部３は、図１に示すように、入力回転体１１に一体形成したカム本体部３ｃと、このカム本体部３ｃの外周面に沿って設けた内輪３ｂｉと、フレキシブルな外輪３ｂｏと、この内輪３ｂｉと外輪３ｂｏ間に介在させた複数の転動体３ｂｍ…を備える。例示の転動体３ｂｍ…はボール体である。なお、内輪３ｂｉは、カム本体部３ｃの外周面に兼用させることも可能である。これにより、カム本体部３ｃにおける内周面１１ｉの軸直角方向の断面形状は円形状になるとともに、カム本体部３ｃにおける外周面１１ｏの軸直角方向の断面形状は、三つの角部が円弧状となる正三角形に類似する形状となる（図１参照）。

一方、第１アーム部１５の内面には、サーボモータ等の駆動モータ３４を固定し、この駆動モータ３４の回転シャフトに取付けた駆動ギア３４ｇを入力ギアリング３３に噛合させる。これにより、回動自在に支持される入力回転体１１に、駆動モータ３４からの回転運動が入力する。このように、回転入力部２（入力回転体１１）に、駆動モータ３４の回転運動を入力させるようにすれば、減速伝達装置１は、駆動モータ３４を含めた駆動部として構成できるため、例えば、産業用ロボットのアーム部に内蔵する駆動部の小型化、更には耐久性向上及び信頼性向上に寄与できる利点がある。なお、駆動モータ３４から回転入力部２に対する回転伝達方式として、ギア伝達機構を例示したが、タイミングベルトとプーリを利用したベルト伝達機構等の他の回転伝達方式を用いてもよい。

フレックスギア部６は、図１に示すように、オーバルシャフト部３の外輪３ｂｏの外周面に沿って付設する。フレックスギア部６は、全体を金属素材（特殊鋼等）により形成したフレキシブル性を有するリング形状体６ｍを備える。また、このリング形状体６ｍの外周面には、周方向Ｆｆに沿ったアウタギア６ｇを形成するとともに、アウタギア６ｇを構成する各歯部（山部）６ｇｓ…の一つ置きに伝達ピン本体７ｍ…を埋設（穴に圧入）する。この場合、各歯部（山部）６ｇｓ…は、各伝達ピン本体７ｍ…を支持する機能を有するため、支持強度を確保できる厚さ及び形状を選定する。

各伝達ピン本体７ｍ…は、剛性の高い耐摩耗性を有する金属素材を使用し、図４及び図６に示すように、断面が円形となる丸棒状に形成する。また、図５に示すように、一端側を、各歯部（山部）６ｇｓ…に埋設するとともに、他端側を、リング形状体６ｍの側面から横側方（図５では上方）に突出させる。これにより、各伝達ピン本体７ｍ…は、リング形状体６ｍの周方向Ｆｆに沿って一定間隔置きに配される。

さらに、各伝達ピン本体７ｍ…間におけるリング形状体６ｍの内周面には、放射方向Ｆｄ外方に窪む切欠状の薄肉形成凹部８…を設ける。例示する薄肉形成凹部８…は、形状がＵ形形状となり、アウタギア６ｇを構成する各歯部（山部）６ｇｓ…間の谷部６ｇｄ…の位置に対応して設けている。このような薄肉形成凹部８を設ければ、リング形状体６ｍにおける内周面と外周面間の厚さ、例示の場合、薄肉形成凹部８と谷部６ｇｄ間の厚さを薄くできるため、リング形状体６ｍの全体を特殊鋼等の金属素材により形成した場合であっても、リング形状体６ｍのフレキシブル性（弾性）をより高めることができる。

図６における実線部分が、図１において、フレックスギア部６がインターナルギア部５から最離間したときの形状を示すとともに、図６における仮想線部分が、図１において、フレックスギア部６がインターナルギア部５に最接近したときの形状を示している。フレックスギア部６は、このような変形を繰り返すため、リング形状体６ｍに良好なフレキシブル性（弾性）が要求されるが、薄肉形成凹部８…を設けたため、オーバルシャフト部３に基づく径方向の変位（変形）に安定かつ円滑に追従でき、無用なロス分を排除して回転伝達効率をより向上させることができるとともに、リング形状体６ｍの形成素材に対する選定自由度を高めることができる。なお、薄肉形成凹部８…の形状や位置（間隔）、及び伝達ピン本体７ｍ…の位置（間隔）は、図６に示した形態に限定されるものではなく、各種形態により実施可能である。

他方、インターナルギア部５は、全体を金属素材により剛性を有するリング状に形成し、図４に示すように、内周面には、周方向Ｆｆに沿ったインナギア５ｇを形成する。そして、図３に示すように、インターナルギア部５の外周面を第１アーム部１５の内面に取付けて固定するとともに、インナギア５ｇに、上述したフレックスギア部６のアウタギア６ｇを噛合させる。この際、インターナルギア部５に形成するインナギア５ｇの一周の歯数は、フレックスギア部６に形成するアウタギア６ｇの一周の歯数に対して、多くなるように設定する。例示の場合、アウタギア６ｇの歯数を「Ｎ」に設定し、インナギア５ｇの歯数を「Ｎ＋３」に設定した。この場合、フレックスギア部６の全体の外周形状は、正三角形に類似する形状となるため、フレックスギア部６は、インナギア５ｇに対して、周方向Ｆｆへ１２０〔°〕の等間隔おきに三個所の噛合位置Ｔ…（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）において噛合する。

一方、回転出力機構１０は、リング状に形成した出力プレート保持体１２を備え、この出力プレート保持体１２は、この内周面と入力回転体１１の外周面間に配したベアリング（ローラベアリング）３６により内周面側が支持されるとともに、この出力プレート保持体１２の外周面と第１アーム部１５の内面間に配したクロスローラベアリング３７により外周面側が支持される。出力プレート保持体１２におけるフレックスギア部６に対向する端面１２ｓには、出力プレート部９を嵌合させるリング凹部１２ｈを形成し、このリング凹部１２ｈに、図９に示す出力プレート部９を嵌合させる。一方、出力プレート保持体１２におけるリング凹部１２ｈを有する端面１２ｓに対して反対側の端面１２ｔには、出力接続プレート３８を固定する。

このように、回転出力機構１０に、回動自在に支持され、かつ端面１２ｓに、出力プレート部９を保持するリング凹部１２ｈを形成したリング形の出力プレート保持体１２を設ければ、出力プレート部９の実質的な剛性を高めることができるため、フレックスギア部６の伝達ピン本体７ｍ…から出力プレート部９に対する回転伝達の安定性をより高めることができる利点がある。

出力プレート部９は全体をリング板状に形成するとともに、周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに形成した複数のガイド孔９ｓ…を有する。そして、ガイド孔９ｓ…には、図５及び図７に示すように、前述した伝達ピン本体７ｍ…を軸にして偏心位置が支持される偏心ローラ７ｒ…を係合させる。この場合、各ガイド孔９ｓ…は、出力プレート部９が回転したときの偏心ローラ７ｒ…の変位を許容できるように、放射方向Ｆｄに沿ったスリット状の長孔として形成する。また、伝達ピン本体７ｍ…は一端側をフレックスギア部６のリング形状体６ｍに埋設し、他端側を横側方に突出させるため、この突出させた伝達ピン本体７ｍ…を、偏心ローラ７ｒ…の偏心位置に設けた支持孔７ｒｓ…（図５）に挿入する。この支持孔７ｒｓ…は伝達ピン本体７ｍ…に対して軸受孔として機能させるため、支持孔７ｒｓ…の内径は、伝達ピン本体７ｍ…がガタつくことなく、かつ回動自在となるように選定する。

したがって、伝達ピン本体７ｍと偏心ローラ７ｒの組合わせにより伝達ピン部７が構成される。このように、伝達ピン部７を構成するに際し、リング形状体６ｍに取付けた伝達ピン本体７ｍと、この伝達ピン本体７ｍを軸にして偏心位置が支持され、かつガイド孔９ｓ…に係合する偏心ローラ７ｒとを具備して構成すれば、周方向Ｆｆの異なる位置で生じるガイド孔９ｓ…に対する伝達ピン本体７ｍ…の周方向Ｆｆの位置ズレを、偏心ローラ７ｒ…により吸収することができる。したがって、ガイド孔９ｓ…と伝達ピン本体７ｍ…を直接係合させた場合に生じる無用な応力を排除でき、伝達ピン本体７ｍ…から回転出力機構１０への回転伝達を安定かつ円滑に行うことができるとともに、無用なロス分を排除して回転伝達効率をより向上させることができる利点がある。

なお、図９は、伝達ピン本体７ｍと偏心ローラ７ｒを組合わせて伝達ピン部７を構成した例を示したが、伝達ピン部７の構成は、伝達ピン本体７ｍと偏心ローラ７ｒの組合わせに限定されものではない。即ち、設計形態によっては、伝達ピン本体７ｍ…をガイド孔９ｓ…に直接係合させる場合を排除するものではない。この場合、偏心ローラ７ｒ…を介在させないため、伝達ピン本体７ｍ…が直接伝達ピン部７を構成する。その他、図２及び図３において、符号４０…は、シールリングを示す。

よって、本実施形態に係る減速伝達装置１によれば、基本構成として、回転運動が入力する回転入力部２と、この回転入力部２と一体に回転するカム本体部３ｃ，及びこのカム本体部３ｃの外周面に沿って設けた内輪３ｂｉとフレキシブルな外輪３ｂｏ間に複数の転動体３ｂｍ…を介在させたオーバルシャフト部３と、インナギア５ｇを内周面に形成し、かつ位置を固定したインターナルギア部５と、リング形状体６ｍの外周面の周方向Ｆｆに沿って形成し、かつインナギア５ｇに対して歯数を少なくして、オーバルシャフト部３の外周面に付設した際に、周方向Ｆｆにおける等間隔となる三個所の噛合位置Ｔ…（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）でインナギア５ｇに噛合するアウタギア６ｇを有するとともに、リング形状体６ｍの側面から突出し、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン部７…を有するフレックスギア部６と、伝達ピン部７…が係合し、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔置きに形成するとともに、回転時における伝達ピン部７…の変位を許容する複数のガイド孔９ｓ…を放射方向Ｆｄに設けたリング形の出力プレート部９を有する回転出力機構１０とを備えるため、薄肉の金属弾性プレート材を用いて全体形状をカップ状に形成する従来のフレクスプラインは不要になるため、容易に製造可能となり、製造コストの大幅な削減を図れるとともに、金属疲労や動作不良等も大幅に低減できるため、耐久性向上を図ることができるなど、イニシャルコスト及びランニングコストの双方における大幅なコストダウンを実現できる。また、従来のフレクスプラインが不要になるため、軸方向における配設スペースのサイズダウンを図ることができる。したがって、減速伝達装置１の全体構造における薄型化が可能になり、小型化に限界のあった、特に産業用ロボットの更なる小型化を容易に実現できる。

特に、インターナルギア部５のインナギア５ｇの周方向Ｆｆに対して、等間隔となる三個所（一般的には三個所以上）の噛合位置Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３（Ｔ…）で噛合するアウタギア６ｇを有するフレックスギア部６を設けてなるため、従来における楕円状のフレックスギア部６、即ち、１８０〔°〕の位置関係により二個所の噛合位置Ｔ…を有する場合に比べて、インターナルギア部５とフレックスギア部６間における減速及び回転伝達に係わる動作安定性を確保できるとともに、減速伝達機構としての機構剛性（機械的強度）を確保できる。

したがって、本実施形態に係る減速伝達装置１を、ロボットＲを構成する任意のアーム部１５と他のアーム部１６を連結する関節機構Ｍｊに用いれば、関節機構Ｍｊの薄型化（小型化）、耐久性及び信頼性の向上に寄与できるため、特に、生産ラインに設置するための最適な産業用ロボット（垂直多関節ロボットＲｖ，水平多関節ロボット，デルタ型ロボット等）を構築できる利点がある。

次に、本実施形態に係る減速伝達装置１の動作について説明する。なお、図９及び図１０には、最もシンプルな構成となる二個所を噛合位置Ｔ…とした基本減速伝達装置１ｏを示す。

本実施形態に係る減速伝達装置１の動作も、基本的には、二個所を噛合位置Ｔ…とした基本減速伝達装置１ｏの動作に準ずるため、動作を理解しやすい基本減速伝達装置１ｏの動作について、各図を参照しつつ図１０（ａ）〜（ｄ）に従って説明する。なお、図１０（ａ）〜（ｄ）は原理図のため、カム本体部３ｃの楕円形状は誇張した細長形状で描いている。

まず、ロボットコントローラ２３により駆動モータ３４をＯＮ制御すれば、駆動モータ３４が作動し、駆動ギア３４ｇが回転する。この回転運動は入力ギアリング３３に伝達されるとともに、さらに、カム本体部３ｃを含む入力回転体１１に伝達される。これにより、カム本体部３ｃは比較的高速で回転する。

図１０（ａ）は、カム本体部３ｃの回転が開始する前の状態を示している。この状態では、カム本体部３ｃが位置Ｐｓで停止し、カム本体部３ｃの長手方向（楕円直径の最大方向）は上下方向となる。したがって、フレックスギア部６における始点は符号Ｘｓの位置にありインターナルギア部５の基準点Ｘｏに一致する。図１０（ａ）の状態では、フレックスギア部６のアウタギア６ｇがインターナルギア部５のインナギア５ｇに対して上下二個所の噛合位置Ｔ，Ｔで噛合する。

次いで、カム本体部３ｃが、図１０（ａ）の位置Ｐｓから矢印Ｄｒ方向に９０°回転した状態を想定する。この状態を図１０（ｂ）に示す。この場合、カム本体部３ｃは、位置Ｐｓから時計方向へ９０°回転した位置Ｐ１まで変位する。これにより、カム本体部３ｃの長手方向は、図１０（ｂ）に示すように左右方向となる。したがって、カム本体部３ｃの回転時には、アウタギア６ｇがインナギア５ｇに噛合する上側の噛合位置Ｔ（下側の噛合位置Ｔも同じ）が時計方向に噛み合いつつ９０°移動することになる。この際、アウタギア６ｇの歯数をＮ、インナギア５ｇの歯数をＮ＋２とすれば、フレックスギア部６の始点は、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ１＝（３６０°／Ｎ）×２）／４だけ、反時計方向となる位置Ｘ１へ変位する。

さらに、カム本体部３ｃが図１０（ｂ）の位置Ｐ１から矢印Ｄｒ方向に９０°回転した状態を想定する。この状態を図１０（ｃ）に示す。この場合、カム本体部３ｃは位置Ｐ１から時計方向へ９０°回転した位置Ｐ２まで変位する。これにより、カム本体部３ｃの長手方向は、図１０（ｃ）に示すように上下方向となる。したがって、フレックスギア部６の始点は、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ２＝（３６０°／Ｎ）×２）／２だけ反時計方向となる位置Ｘ２へ変位する。

次いで、カム本体部３ｃが図１０（ｃ）の状態から矢印Ｄｒ方向に１８０°回転した状態を想定する。この状態を図１０（ｄ）に示す。この場合、カム本体部３ｃは位置Ｐ２から１８０°回転した位置Ｐ３まで変位する。これにより、カム本体部３ｃの長手方向は、上下方向となり、図１０（ｃ）の位置に対して上下反転する。したがって、フレックスギア部６の始点は、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ３＝（３６０°／Ｎ）×２）だけ反時計方向となる位置Ｘ３へ変位する。以上により、カム本体部３ｃは、時計方向へ１回転するとともに、フレックスギア部６は、歯数「２」だけ反時計方向へ移動する減速処理が行われる。

さらに、減速されたフレックスギア部６の回転運動は、前述した回転出力機構１０に伝達される。即ち、フレックスギア部６から突出する伝達ピン本体７ｍ…は、出力プレート部９のガイド孔９ｓ…に係合した偏心ローラ７ｒの偏心位置に挿入しているため、出力プレート部９はフレックスギア部６の回転運動に完全に同調して回転する。この場合、伝達ピン本体７ｍ、即ち、偏心ローラ７ｒは、カム本体部３ｃの外周面の軌跡に従って放射方向Ｄｄに反復変位するが、この変位は、長孔により形成したガイド孔９ｓにより吸収されるとともに、周方向Ｆｆの異なる位置で生じるガイド孔９ｓ…に対する伝達ピン本体７ｍ…の周方向Ｆｆの位置ズレは、偏心ローラ７ｒ…により吸収される。

そして、出力プレート部９の回転運動は、基本減速伝達装置１ｏにより大きく減速され、図３に示す、出力プレート保持体１２，出力接続プレート３８を含む出力プレート部９以外の回転出力機構１０を介して第２アーム部１６に伝達され、第２アーム部１６が回転変位する。即ち、第１アーム部１５を支点にして高精度で回転制御される。

以上、二個所の噛合位置Ｔ…を有する図９に示す基本減速伝達装置１ｏの動作について、図１０を参照して説明したが、本実施形態に係る三個所の噛合位置Ｔ…（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）を有する減速伝達装置１の動作も基本は同じである。即ち、本実施形態に係る減速伝達装置１は、アウタギア６ｇの歯数をＮ、インナギア５ｇの歯数をＮ＋３としたため、カム本体部３ｃが１２０°回転すれば、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ＝（３６０°／Ｎ）×３）／３だけ変位する。次いで、カム本体部３ｃが１２０°回転すれば、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ＝（３６０°／Ｎ）×３）・２／３だけ変位する。さらに、カム本体部３ｃが１２０°回転すれば、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ＝（３６０°／Ｎ）×３）だけ変位する。これにより、カム本体部３ｃが１回転すれば、フレックスギア部６は、歯数「３」だけ反対方向へ移動する減速処理が行われる。

次に、本発明の変更実施形態に係る減速伝達装置１について、図１１及び図１２を参照して説明する。

図１に示した基本実施形態は、噛合位置Ｔ…として、インターナルギア部５の周方向Ｆｆに対して、１２０〔°〕間隔となるＴ１〜Ｔ３の三個所に設けた場合を示したが、図１１に示す変更実施形態に係る減速伝達装置１は、周方向Ｆｆに沿って９０〔°〕の等間隔となる四個所の噛合位置Ｔ…（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）を設けた場合を示す。したがって、カム本体部３ｃの形状は、四つの角部を円弧状に形成した正方形に類似した形状となる。

この場合、アウタギア６ｇの歯数をＮ、インナギア５ｇの歯数をＮ＋４とすれば、カム本体部３ｃが９０°回転することにより、基準点Ｘｏ（図１０参照）に対して、角度Ｑ＝（３６０°／Ｎ）×４）／４だけ変位する。次いで、カム本体部３ｃが９０°回転すれば、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ＝（３６０°／Ｎ）×４）・２／４だけ変位する。さらに、カム本体部３ｃが１８０°回転すれば、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ＝（３６０°／Ｎ）×４）だけ変位する。これにより、カム本体部３ｃが１回転すれば、フレックスギア部６は、歯数「４」だけ反対方向へ移動する減速処理が行われる。

また、図１２に示す変更実施形態に係る減速伝達装置１は、周方向Ｆｆに沿って７２〔°〕の等間隔となる五個所の噛合位置Ｔ…（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５）を設けた場合を示す。したがって、カム本体部３ｃの形状は、五つの角部を円弧状に形成した五角形に類似した形状となる。

この場合、アウタギア６ｇの歯数をＮ、インナギア５ｇの歯数をＮ＋５とすれば、カム本体部３ｃが７２°回転することにより、基準点Ｘｏ（図１０参照）に対して、角度Ｑ＝（３６０°／Ｎ）×５）／５だけ変位する。次いで、カム本体部３ｃが７２°回転すれば、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ＝（３６０°／Ｎ）×５）・２／５だけ変位する。さらに、カム本体部３ｃが２１６°回転すれば、基準点Ｘｏに対して、角度Ｑ＝（３６０°／Ｎ）×５）だけ変位する。これにより、カム本体部３ｃが１回転すれば、フレックスギア部６は、歯数「５」だけ反対方向へ移動する減速処理が行われる。

噛合位置Ｔ…として、図１に三個所の例、図１１に四個所の例、図１２に五個所の例をそれぞれ示したが、基本的には、三個所以上の任意の数の噛合位置Ｔ…により実施可能である。しかし、例示のように、噛合位置Ｔ…として、インターナルギア部５の周方向Ｆｆに対して、１２０〔°〕間隔となるＴ１〜Ｔ３の三個所，９０〔°〕間隔となるＴ１〜Ｔ４の四個所又は７２〔°〕間隔となるＴ１〜Ｔ５の五個所、から選択した個所を用いれば、噛合位置Ｔ…が多くなることにより減速伝達機能が低下する不具合を回避しつつ、減速伝達性能を具現化する観点から良好な形態として実施できる。

以上、好適実施形態（変更実施形態）について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、回転入力部２は、内周面１１ｉの内方を、ケーブル類Ｋａ，Ｋｂ…の配線空間Ｓに形成するとともに、外周面１１ｏに、少なくともオーバルシャフト部３のカム本体部３ｃを一体形成した筒形の入力回転体１１を用いて構成した形態を例示したが、別体のカム本体部３ｃを所定の取付手段により取付けてもよい。また、回転出力機構１０には、回動自在に支持され、かつ端面１２ｓに、出力プレート部９を保持するリング凹部１２ｈを形成したリング形の出力プレート保持体１２を設けた形態を例示したが、同一の機能を発揮できる他の構成により置換する場合を排除するものではない。一方、入力する回転運動として駆動モータ３４の回転運動を例示したが、他の各種の回転運動源を適用できる。また、各部の形成素材として金属素材を例示したが合成樹脂素材や繊維強化複合素材等であってもよいし、弾性が不要となる部品についてはセラミックス素材等であってもよく、素材の種類は限定されない。

本発明に係る減速伝達装置は産業用ロボットのアーム部を連結する関節機構をはじめ、入力する回転運動を減速して出力する機能を必要とする人型ロボット等を含む各種ロボットに内蔵する減速伝達装置として利用できる。

１：減速伝達装置，２：回転入力部，３：オーバルシャフト部，３ｃ：カム本体部，３ｂｉ：内輪，３ｂｏ：外輪，３ｂｍ…転動体，５：インターナルギア部，５ｇ：インナギア，６：フレックスギア部，６ｍ：リング形状体，６ｇ：アウタギア，７…：伝達ピン部，７ｍ…：伝達ピン本体，７ｒ…：偏心ローラ，８…：薄肉形成凹部，９：出力プレート部，９ｓ…：ガイド孔，１０：回転出力機構，１１：入力回転体，１１ｉ：入力回転体の内周面，１１ｏ：入力回転体の外周面，１２：出力プレート保持体，１２ｓ：リング凹部の端面，１２ｈ：リング凹部，１５：アーム部，１６：アーム部，Ｔ…：噛合位置，Ｔ１〜Ｔ３：噛合位置（三個所），Ｔ１〜Ｔ４：噛合位置（四個所），Ｔ１〜Ｔ５：噛合位置（五個所），Ｒ：ロボット，Ｒｖ：垂直多関節ロボット，Ｆｄ：放射方向，Ｆｆ：周方向，Ｋａ：ケーブル類，Ｋｂ：ケーブル類，Ｓ：配線空間，Ｍｊ：関節機構

Claims (9)

1. ロボットに内蔵することにより、入力する回転運動を減速して出力するロボットの減速伝達装置であって、回転運動が入力する回転入力部と、この回転入力部と一体に回転するカム本体部，及びこのカム本体部の外周面に沿って設けた内輪とフレキシブルな外輪間に複数の転動体を介在させたオーバルシャフト部と、インナギアを内周面に形成し、かつ位置を固定したインターナルギア部と、リング形状体の外周面の周方向に沿って形成し、かつ前記インナギアに対して歯数を少なくして、前記オーバルシャフト部の外周面に付設した際に、周方向における等間隔となる三個所以上の噛合位置で前記インナギアに噛合するアウタギアを有するとともに、前記リング形状体の側面から突出し、かつ周方向に沿って所定間隔置きに設けた複数の伝達ピン部を有するフレックスギア部と、前記伝達ピン部が係合し、かつ周方向に沿って所定間隔置きに形成するとともに、回転時における前記伝達ピン部の変位を許容する複数のガイド孔を放射方向に設けたリング形の出力プレート部を有する回転出力機構とを備えてなることを特徴とするロボットの減速伝達装置。
2. 前記噛合位置は、前記インターナルギア部の周方向に対して、１２０〔°〕間隔となる三個所，９０〔°〕間隔となる四個所又は７２〔°〕間隔となる五個所、から選択した個所を用いることを特徴とする請求項１記載のロボットの減速伝達装置。
3. 前記伝達ピン部は、前記リング形状体に取付けた伝達ピン本体と、この伝達ピン本体を軸にして偏心位置が支持され、前記ガイド孔に係合する偏心ローラとを具備することを特徴とする請求項１記載のロボットの減速伝達装置。
4. 前記リング形状体は、各伝達ピン部間における内周面から放射方向外方に切欠状に設けた薄肉形成凹部を有することを特徴とする請求項１記載のロボットの減速伝達装置。
5. 前記薄肉形成凹部は、各伝達ピン部間に、少なくとも１以上設けることを特徴とする請求項４記載のロボットの減速伝達装置。
6. 前記回転入力部は、内周面の内方を、ケーブル類の配線空間に形成するとともに、外周面に、少なくとも前記オーバルシャフト部のカム本体部を設けてなる筒形の入力回転体により構成することを特徴とする請求項１記載のロボットの減速伝達装置。
7. 前記回転出力機構は、回動自在に支持され、かつ端面に、前記出力プレートを保持するリング凹部を形成したリング形の出力プレート保持体を備えることを特徴とする請求項１記載のロボットの減速伝達装置。
8. 前記ロボットを構成する任意のアーム部と他のアーム部を連結する関節機構に用いることを特徴とする請求項１記載のロボットの減速伝達装置。
9. 前記ロボットには、少なくとも、生産ラインに設置する、垂直多関節ロボット，水平多関節ロボット，デルタ型ロボットの一又は二以上を含むことを特徴とする請求項１又は８記載のロボットの減速伝達装置。

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