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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025002792
(43)【公開日】2025-01-09
(54)【発明の名称】歯車機構およびロボット
(51)【国際特許分類】
F16H 57/032 20120101AFI20241226BHJP
B25J 17/00 20060101ALI20241226BHJP
F16H 1/32 20060101ALI20241226BHJP
【ＦＩ】
F16H57/032
B25J17/00 E
F16H1/32 A
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023103144
(22)【出願日】2023-06-23
(71)【出願人】
【識別番号】305027401
【氏名又は名称】東京都公立大学法人
(71)【出願人】
【識別番号】521432650
【氏名又は名称】技術研究組合産業用ロボット次世代基礎技術研究機構
(74)【代理人】
【識別番号】100137752
【弁理士】
【氏名又は名称】亀井 岳行
(72)【発明者】
【氏名】武居 直行
(72)【発明者】
【氏名】飯塚 浩太
【テーマコード（参考）】
3C707
3J027
3J063
【Ｆターム（参考）】
3C707BS10
3C707CX01
3C707CX03
3C707HS27
3C707HT25
3J027FA36
3J027FB32
3J027FC07
3J027FC12
3J027GB03
3J027GC03
3J027GC24
3J027GD04
3J027GD08
3J027GD12
3J027GE14
3J063AA27
3J063AB15
3J063AC01
3J063BB44
3J063CA01
3J063CD41
3J063XC05
3J063XC07
(57)【要約】
【課題】従来の歯車機構に比べて、軽量化を実現しつつ強度を確保すること。
【解決手段】筐体（２２，２３）と、駆動が入力される入力部（２６＋２７）と、入力部（２６＋２７）からの駆動が伝達される歯車部材（２８）と、歯車部材（２８）からの駆動が出力される出力部（３１）と、を備え、筐体（２２，２３）は樹脂材料で構成され、出力部（３１）は筐体（２２，２３）よりも強度の高い材料で構成されたことを特徴とする歯車機構（２１）。
【選択図】図２
【解決手段】筐体（２２，２３）と、駆動が入力される入力部（２６＋２７）と、入力部（２６＋２７）からの駆動が伝達される歯車部材（２８）と、歯車部材（２８）からの駆動が出力される出力部（３１）と、を備え、筐体（２２，２３）は樹脂材料で構成され、出力部（３１）は筐体（２２，２３）よりも強度の高い材料で構成されたことを特徴とする歯車機構（２１）。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
筐体と、
前記筐体内部に配置され、駆動が入力される入力部と、
前記筐体内部に配置され、前記入力部からの駆動が伝達される歯車部材と、
前記筐体内部に配置され、前記歯車部材からの駆動が出力される出力部と、
を備え、
前記筐体は、樹脂材料で構成され、
前記出力部は、前記筐体よりも剛性の高い材料で構成された
ことを特徴とする歯車機構。
前記筐体内部に配置され、駆動が入力される入力部と、
前記筐体内部に配置され、前記入力部からの駆動が伝達される歯車部材と、
前記筐体内部に配置され、前記歯車部材からの駆動が出力される出力部と、
を備え、
前記筐体は、樹脂材料で構成され、
前記出力部は、前記筐体よりも剛性の高い材料で構成された
ことを特徴とする歯車機構。
【請求項2】
入力軸部と、前記入力軸部と共に回転可能な偏心軸部と、を有する前記入力部と、
前記偏心軸部から駆動が伝達される遊星歯車で構成された前記歯車部材と、
前記遊星歯車の外周に接触して配置され且つ前記筐体に固定された太陽歯車部と、
前記遊星歯車の周方向に沿って間隔をあけて形成された複数の出力伝達部と、
複数の前記出力伝達部のそれぞれに対応して配置され且つ前記出力伝達部に遊嵌された複数の出力被伝達部材と、
全ての前記出力被伝達部材を支持し且つ出力軸が支持される前記出力部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の歯車機構。
前記偏心軸部から駆動が伝達される遊星歯車で構成された前記歯車部材と、
前記遊星歯車の外周に接触して配置され且つ前記筐体に固定された太陽歯車部と、
前記遊星歯車の周方向に沿って間隔をあけて形成された複数の出力伝達部と、
複数の前記出力伝達部のそれぞれに対応して配置され且つ前記出力伝達部に遊嵌された複数の出力被伝達部材と、
全ての前記出力被伝達部材を支持し且つ出力軸が支持される前記出力部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の歯車機構。
【請求項3】
エピトロコイド曲線に基づく外周形状を有する前記遊星歯車、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の歯車機構。
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の歯車機構。
【請求項4】
カーボンファイバーを含有するナイロン樹脂で構成された前記筐体と、
カーボンファイバーを含有するエポキシ樹脂で構成された前記歯車部材および出力部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の歯車機構。
カーボンファイバーを含有するエポキシ樹脂で構成された前記歯車部材および出力部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の歯車機構。
【請求項5】
複数のアーム部と、
２つのアーム部どうしの連結部位である関節部と、
前記関節部に配置され、一方のアーム部に対して他方のアーム部を変位させる駆動を伝達する請求項１ないし４のいずれかに記載の歯車機構と、
を備えたことを特徴とするロボット。
２つのアーム部どうしの連結部位である関節部と、
前記関節部に配置され、一方のアーム部に対して他方のアーム部を変位させる駆動を伝達する請求項１ないし４のいずれかに記載の歯車機構と、
を備えたことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、歯車を有する歯車機構および歯車機構を備えたロボットに関し、特に、産業用ロボットの減速機に好適に利用可能な歯車機構およびロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、世界的に持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）やカーボンニュートラルに向けた取り組みが広がっており、産業用ロボットの分野においても、省エネルギー化が望まれている。産業用ロボットの消費電力は、特にロボットの自重が大きく関わっており、自重の低減が省エネルギー化につながる。
ロボットを軽量化するためには、従来金属で作られていたものを樹脂等の軽量な非金属材料に置き換えることが従来から検討されている（例えば、非特許文献１，２参照）。
ロボットを軽量化するためには、従来金属で作られていたものを樹脂等の軽量な非金属材料に置き換えることが従来から検討されている（例えば、非特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】吉田 賢央、他３名、“産業応用に向けた３Ｄプリンタ製ロボット機構部品－第２報：樹脂製減速機の政策及び試験”，日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会’２１，２Ｐ３－Ａ０４，２０２１
【非特許文献2】平間 翔大，他４名、“教育・研究向けのトルク制御可能な７軸ロボットアームＣＲＡＮＥ－Ｘ７の紹介”，第１９回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会（ＳＩ２０１８），２Ｅ３－１２，ｐ．２１６３，２０１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
（従来技術の問題点）
産業用ロボットには、用途に応じて可搬重量や強度が要求される。したがって、非特許文献１，２に記載のように、全体を単純に樹脂で製作すると、軽量化はできても強度が確保できない恐れがある。
産業用ロボットには、用途に応じて可搬重量や強度が要求される。したがって、非特許文献１，２に記載のように、全体を単純に樹脂で製作すると、軽量化はできても強度が確保できない恐れがある。
【0005】
本発明は、従来の歯車機構に比べて、軽量化を実現しつつ強度を確保することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明の歯車機構は、
筐体と、
前記筐体内部に配置され、駆動が入力される入力部と、
前記筐体内部に配置され、前記入力部からの駆動が伝達される歯車部材と、
前記筐体内部に配置され、前記歯車部材からの駆動が出力される出力部と、
を備え、
前記筐体は、樹脂材料で構成され、
前記出力部は、前記筐体よりも剛性の高い材料で構成された
ことを特徴とする。
筐体と、
前記筐体内部に配置され、駆動が入力される入力部と、
前記筐体内部に配置され、前記入力部からの駆動が伝達される歯車部材と、
前記筐体内部に配置され、前記歯車部材からの駆動が出力される出力部と、
を備え、
前記筐体は、樹脂材料で構成され、
前記出力部は、前記筐体よりも剛性の高い材料で構成された
ことを特徴とする。
【0007】
なお、本願明細書及び特許請求の範囲において、「樹脂材料」は樹脂材料を母材とする樹脂系複合材料も含む意味で使用する。
【0008】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の歯車機構において、
入力軸部と、前記入力軸部と共に回転可能な偏心軸部と、を有する前記入力部と、
前記偏心軸部から駆動が伝達される遊星歯車で構成された前記歯車部材と、
前記遊星歯車の外周に接触して配置され且つ前記筐体に固定された太陽歯車部と、
前記遊星歯車の周方向に沿って間隔をあけて形成された複数の出力伝達部と、
複数の前記出力伝達部のそれぞれに対応して配置され且つ前記出力伝達部に遊嵌された複数の出力被伝達部材と、
全ての前記出力被伝達部材を支持し且つ出力軸が支持される前記出力部と、
を備えたことを特徴とする。
入力軸部と、前記入力軸部と共に回転可能な偏心軸部と、を有する前記入力部と、
前記偏心軸部から駆動が伝達される遊星歯車で構成された前記歯車部材と、
前記遊星歯車の外周に接触して配置され且つ前記筐体に固定された太陽歯車部と、
前記遊星歯車の周方向に沿って間隔をあけて形成された複数の出力伝達部と、
複数の前記出力伝達部のそれぞれに対応して配置され且つ前記出力伝達部に遊嵌された複数の出力被伝達部材と、
全ての前記出力被伝達部材を支持し且つ出力軸が支持される前記出力部と、
を備えたことを特徴とする。
【0009】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の歯車機構において、
エピトロコイド曲線に基づく外周形状を有する前記遊星歯車、
を備えたことを特徴とする。
エピトロコイド曲線に基づく外周形状を有する前記遊星歯車、
を備えたことを特徴とする。
【0010】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の歯車機構において、
カーボンファイバーを含有するナイロン樹脂で構成された前記筐体と、
カーボンファイバーを含有するエポキシ樹脂で構成された前記歯車部材および出力部と、
を備えたことを特徴とする。
カーボンファイバーを含有するナイロン樹脂で構成された前記筐体と、
カーボンファイバーを含有するエポキシ樹脂で構成された前記歯車部材および出力部と、
を備えたことを特徴とする。
【0011】
前記技術的課題を解決するために、請求項５に記載の発明のロボットは、
複数のアーム部と、
２つのアーム部どうしの連結部位である関節部と、
前記関節部に配置され、一方のアーム部に対して他方のアーム部を変位させる駆動を伝達する請求項１ないし４のいずれかに記載の歯車機構と、
を備えたことを特徴とする。
複数のアーム部と、
２つのアーム部どうしの連結部位である関節部と、
前記関節部に配置され、一方のアーム部に対して他方のアーム部を変位させる駆動を伝達する請求項１ないし４のいずれかに記載の歯車機構と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
請求項１，５に記載の発明によれば、従来の歯車機構に比べて、軽量化を実現しつつ強度を確保することができる。
請求項２に記載の発明によれば、遊星歯車と太陽歯車とを有する歯車機構において、軽量化を実現しつつ強度を確保することができる。
請求項３に記載の発明によれば、インボリュート型の遊星歯車に比べて、繊維が含有された樹脂を使用する場合には、強度を確保し易い。
請求項４に記載の発明によれば、出力支持部材が金属の場合に比べて、軽量化できる。
請求項２に記載の発明によれば、遊星歯車と太陽歯車とを有する歯車機構において、軽量化を実現しつつ強度を確保することができる。
請求項３に記載の発明によれば、インボリュート型の遊星歯車に比べて、繊維が含有された樹脂を使用する場合には、強度を確保し易い。
請求項４に記載の発明によれば、出力支持部材が金属の場合に比べて、軽量化できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（以下、実施例と記載する）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例0015】
図１は本発明の実施例１のロボットの概略説明図である。
図１において、本発明のロボットの一例としての実施例１のロボットアームシステムＳは、アーム部材１を有する。アーム部材１は、複数のアーム部２と、アーム部２どうしを連結する関節部３とを有する。実施例１のアーム部材１は、台座部４に一端が支持された第１のアーム部２ａを有する。第１のアーム部２ａの他端には、第１の関節部３ａが支持されている。以下同様に、第２のアーム部２ｂ、第２の関節部３ｂ、…、第９の関節部３ｉ、第１０のアーム部２ｊが連結されている。第１０のアーム部２ｊの他端（先端）には対象物を把持、解放可能なロボットハンド部２ｋが形成されている。
したがって、実施例１のアーム部材１では、全体としては、第１のアーム部２ａの一端部が基端部となり、第１０のアーム部２ｊの他端部が自由端部となる。
図１において、本発明のロボットの一例としての実施例１のロボットアームシステムＳは、アーム部材１を有する。アーム部材１は、複数のアーム部２と、アーム部２どうしを連結する関節部３とを有する。実施例１のアーム部材１は、台座部４に一端が支持された第１のアーム部２ａを有する。第１のアーム部２ａの他端には、第１の関節部３ａが支持されている。以下同様に、第２のアーム部２ｂ、第２の関節部３ｂ、…、第９の関節部３ｉ、第１０のアーム部２ｊが連結されている。第１０のアーム部２ｊの他端（先端）には対象物を把持、解放可能なロボットハンド部２ｋが形成されている。
したがって、実施例１のアーム部材１では、全体としては、第１のアーム部２ａの一端部が基端部となり、第１０のアーム部２ｊの他端部が自由端部となる。
【0016】
なお、実施例１では、９個の関節部３ａ～３ｉと、１０個のアーム部２ａ～２ｊを有する構成を例示したがこれに限定されない。また、実施例１では、関節タイプを回転関節のみの構成例であるが、直動関節を含んだロボットアームでもよい。
アーム部２や関節部３の数は、アーム部材１の用途や設計、仕様等に応じて任意の数に増減可能である。
アーム部２や関節部３の数は、アーム部材１の用途や設計、仕様等に応じて任意の数に増減可能である。
【0017】
前記関節部３（３ａ～３ｉ）は、回転軸を中心として一方のアーム部２ａ～２ｉに対して他方のアーム部２ｂ～２ｊを回転（変位）可能に構成されている。各関節部３には、図示しないモータおよび歯車機構の一例としての減速機が内蔵されており、モータの回転駆動、回転停止を制御することで回転量を制御可能に構成されている。各関節部３のモータは、実施例１では、図示しない無線通信チップで制御信号を受信して駆動する構成としているが、これに限定されない。通信ケーブル等の有線で制御信号を送受信可能な構成としてモータを制御することも可能である。なお、無線通信や有線通信の方式は、従来公知の任意の通信方式とすることが可能であり、携帯電話回線やBluetooth（登録商標）、無線ＬＡＮ等、任意の無線通信方式を採用したり、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等のシリアル方式やパラレル方式等任意の有線通信方式を採用することが可能である。
【0018】
前記アーム部材１は、情報処理装置の一例としてのコンピュータ装置１１で制御される。実施例１では、アーム部材１はコンピュータ装置１１との間で無線通信が可能に構成されている。コンピュータ装置１１は、コンピュータ本体１２と、表示部の一例としてのディスプレイ１３と、入力部の一例としてのキーボード１４およびマウス１５と、を有する。なお、実施例１では、コンピュータ装置１１としてデスクトップ型のコンピュータ装置を例示したがこれに限定されず、ラップトップ型（ノート型）のコンピュータ装置を使用することも可能である。また、コンピュータ装置１１として、パーソナルコンピュータ装置に限定されず、サーバー型やマイクロコンピュータ型、チップ型等の任意の形態とすることも可能である。
【0019】
（減速機の説明）
図２は本発明の歯車機構の一例としての減速機の分解説明図である。
図３は図２の減速機の遊星歯車や太陽歯車、偏心軸等の挙動の説明図である。
図２において、本発明の歯車機構の一例としての減速機２１は、筐体の一例としての上部ケース２２と、下部ケース２３とを有する。上部ケース２２は、内部が中空の箱型に形成されており、天面部２２ａには、開口２２ｂが形成されている。下部ケース２３は、底板部２３ａと、円筒状の筒部２３ｂとを有し、筒部２３ｂの内部を貫通する開口２３ｃが形成されている。上部ケース２２と下部ケース２３との間には、太陽歯車部２４が配置されている。太陽歯車部２４は、筒部２３ｂの周方向に沿って間隔をあけて複数配置されている。太陽歯車部２４は、一端が筒部２３ｂに支持され、他端が上部ケース２２に支持されている。なお、太陽歯車部２４は、軸に回転可能なベアリングが支持された構成とすることも可能であるが、回転不能な構成（固定のシャフト）とすることも可能である。
図２は本発明の歯車機構の一例としての減速機の分解説明図である。
図３は図２の減速機の遊星歯車や太陽歯車、偏心軸等の挙動の説明図である。
図２において、本発明の歯車機構の一例としての減速機２１は、筐体の一例としての上部ケース２２と、下部ケース２３とを有する。上部ケース２２は、内部が中空の箱型に形成されており、天面部２２ａには、開口２２ｂが形成されている。下部ケース２３は、底板部２３ａと、円筒状の筒部２３ｂとを有し、筒部２３ｂの内部を貫通する開口２３ｃが形成されている。上部ケース２２と下部ケース２３との間には、太陽歯車部２４が配置されている。太陽歯車部２４は、筒部２３ｂの周方向に沿って間隔をあけて複数配置されている。太陽歯車部２４は、一端が筒部２３ｂに支持され、他端が上部ケース２２に支持されている。なお、太陽歯車部２４は、軸に回転可能なベアリングが支持された構成とすることも可能であるが、回転不能な構成（固定のシャフト）とすることも可能である。
【0020】
上部ケース２２の中央部には、偏心軸部の一例としての偏心シャフト２６が配置されている。偏心シャフト２６は、中心軸２６ａと、中心軸２６ａに支持された円板状の偏心ベアリング２６ｂとを有する。偏心ベアリング２６ｂは円板の中心が、中心軸２６ａに対して偏心して支持されている。また、実施例１では、偏心ベアリング２６ｂは、中心軸２６ａの軸方向に沿って２つ支持されており、第１偏心ベアリング２６ｂ－１と、第２偏心ベアリング２６ｂ－２は、第１偏心ベアリング２６ｂ－１の短径部分に第２偏心ベアリング２６ｂ－２の長径部分が対応するように異なる位相で支持されている。
中心軸２６ａの下端部は、入力軸部２７に支持されている。実施例１の入力軸部２７は、円板状に形成されており、図示しないモータの出力軸から延びる連結部（ジョイント）が連結可能である。なお、偏心シャフト２６の他端は、出力フランジ３１（後述）の中心にベアリングを介して回転可能に支持される。
前記入力軸部２７や偏心軸部２６等により、実施例１の入力部２６＋２７が構成されている。
中心軸２６ａの下端部は、入力軸部２７に支持されている。実施例１の入力軸部２７は、円板状に形成されており、図示しないモータの出力軸から延びる連結部（ジョイント）が連結可能である。なお、偏心シャフト２６の他端は、出力フランジ３１（後述）の中心にベアリングを介して回転可能に支持される。
前記入力軸部２７や偏心軸部２６等により、実施例１の入力部２６＋２７が構成されている。
【0021】
太陽歯車部２４の内側には、歯車部材の一例としての遊星歯車２８が支持されている。実施例１の遊星歯車２８は、２つの偏心ベアリング２６ｂ－１，２６ｂ－２に対応して、第１遊星歯車２８－１と第２遊星歯車２８－２を有する。
図２、図３において、遊星歯車２８には、中心部に、入力伝達部の一例としての入力伝達孔２８ａが形成されている。入力伝達孔２８ａは、偏心シャフト２６が貫通するとともに、内面が偏心ベアリング２６ｂの外面に接触して、偏心シャフト２６の駆動が伝達される。遊星歯車２８には、入力伝達孔２８ａの径方向の外側の位置に、出力伝達部の一例としての出力伝達孔２８ｂが形成されている。
図２、図３において、遊星歯車２８には、中心部に、入力伝達部の一例としての入力伝達孔２８ａが形成されている。入力伝達孔２８ａは、偏心シャフト２６が貫通するとともに、内面が偏心ベアリング２６ｂの外面に接触して、偏心シャフト２６の駆動が伝達される。遊星歯車２８には、入力伝達孔２８ａの径方向の外側の位置に、出力伝達部の一例としての出力伝達孔２８ｂが形成されている。
【0022】
遊星歯車２８の外周２８ｃは、太陽歯車部２４に接触する歯車状に構成されている。実施例１の遊星歯車２８の外周２８ｃは、エピトロコイド曲線に沿った外形形状に形成されている。ここで、歯の凸部の頂点どうしの角度をθ、歯車のピッチ円の半径（遊星歯車２８の中心から太陽歯車の中心までの距離）をａ、歯数をｎ、モジュール（実施例１の構成では偏心度）をｂ／ｎとした場合に、エピトロコイド曲線は、以下の数１で表される。
ただし、数１は、半径が０である内歯太陽歯車における遊星歯車の形状であり、実際の遊星歯車の形状は内歯太陽歯車の半径ｒｓだけ変位させた曲線となる。
【数1】
【0023】
図２において、遊星歯車２８と入力軸部２７との間には、第２の出力支持部材の一例としての出力支持端２９が配置されている。実施例１の出力支持端２９は円板状に形成されている。出力支持端２９の中心部には、中心軸２６ａが貫通する貫通孔２９ａが形成されている。
遊星歯車２８の上面側には、出力支持部材の一例としての出力フランジ３１が配置されている。出力フランジ３１は円板状に形成されている。出力フランジ３１は、上部ケース２２の開口２２ｂに回転可能に支持されるベアリング部３１ａと、図示しない関節部３の出力軸が連結される出力軸部３１ｂとを有する。
遊星歯車２８の上面側には、出力支持部材の一例としての出力フランジ３１が配置されている。出力フランジ３１は円板状に形成されている。出力フランジ３１は、上部ケース２２の開口２２ｂに回転可能に支持されるベアリング部３１ａと、図示しない関節部３の出力軸が連結される出力軸部３１ｂとを有する。
【0024】
出力フランジ３１と出力支持端２９との間には、出力被伝達部材の一例としての出力ピン３２が支持されている。図３において、出力ピン３２は、遊星歯車２８の出力伝達孔２８ｂを貫通している。出力ピン３２の外径は、出力伝達孔２８ｂの内径に対して、隙間３４（遊び）が十分にできるように小径に形成されており、出力ピン３２は出力伝達孔２８ｂに対して遊びのある状態で嵌まっている（すなわち、遊嵌している）。出力ピン３２は、２つの遊星歯車２８－１，２８－２の両方の出力伝達孔２８ｂを貫通する形で配置されている。
前記出力ピン３２、出力フランジ３１、出力支持端２９により、実施例１の出力部２９～３２が構成されている。
出力フランジ３１の上側には、出力フランジ３１を回転可能に支持するベアリング部３１ａを保持する出力蓋部３３が配置されている。
前記出力ピン３２、出力フランジ３１、出力支持端２９により、実施例１の出力部２９～３２が構成されている。
出力フランジ３１の上側には、出力フランジ３１を回転可能に支持するベアリング部３１ａを保持する出力蓋部３３が配置されている。
【0025】
図３において、入力軸部２７に矢印Ｙａ方向（図３における時計回り方向）の駆動が入力されると、偏心シャフト２６が矢印Ｙａ方向に回転する。偏心シャフト２６の回転に伴って、遊星歯車２８も矢印Ｙａ方向に回転する。２つの遊星歯車２８が矢印Ｙａ方向に回転すると、遊星歯車２８の外周２８ｃが太陽歯車部２４に接触しながら回転することとなり、太陽歯車部２４を遊星歯車２８が周期的に乗り越えるような挙動となって、径方向にも移動する。遊星歯車２８の矢印Ｙａ方向の回転と径方向の移動に伴って、出力ピン３２が出力伝達孔２８ｂで押され、出力ピン３２や出力フランジ３１、出力支持端２９は、遊星歯車２８等とは逆方向である矢印Ｙｂ方向に回転する。実施例１の減速機２１では、偏心シャフト２６から遊星歯車２８への駆動の伝達時に減速されると共に、遊星歯車２８から出力ピン３２への駆動の伝達時にも減速がされる。
したがって、実施例１の減速機２１は、いわゆる、トロコイド系歯形を用いた内接式遊星歯車減速装置で構成されており、入力軸部２７から入力された駆動が、出力フランジ３１に減速されて出力される。
したがって、実施例１の減速機２１は、いわゆる、トロコイド系歯形を用いた内接式遊星歯車減速装置で構成されており、入力軸部２７から入力された駆動が、出力フランジ３１に減速されて出力される。
【0026】
実施例１では、上部ケース２２および下部ケース２３は、樹脂材料で構成されている。樹脂材料の一例として、カーボンファイバーを含有するナイロン樹脂をベースとすることが好ましい。当該ナイロン樹脂において、３Ｄプリンタを使用して製作する場合には、３Ｄプリンタのノズルの大きさによって異なるが、カーボンファイバーの繊維長は０．０１ｍｍ～０．５ｍｍ程度が好適であり、カーボンファイバーの含有率は体積含有率では８～１２％程度が好適である。また、当該ナイロン樹脂に連続繊維の炭素繊維を加えて強度、剛性を調整することも可能であり、上部ケース２２および下部ケース２３に要求される強度、剛性等の使用に応じて、加える量を調整可能である。
【0027】
また、実施例１の出力フランジ３１は、上部ケース２２および下部ケース２３よりも剛性の高い材料で構成されている。実施例１の出力フランジ３１は、剛性の一例として引張強度や引張弾性率、曲げ強度、曲げ弾性率の全てが高い樹脂材料が好適である。一例として、カーボンファイバーを含有するエポキシ樹脂をベースとすることが好ましい。当該エポキシ樹脂において、カーボンファイバーの繊維長は２０ｍｍ以上若しくは連続繊維が好適であり、カーボンファイバーの含有率は体積含有率で３０％～６０％程度が好適である。当該エポキシ樹脂は、強度、剛性が高いため、切削加工が可能であり、切削加工で遊星歯車２８を切り出して製作することが可能である。
【0028】
実施例１では、出力支持端２９と遊星歯車２８も出力フランジ３１と同様の樹脂材料で構成されている。したがって、実施例１では、上部ケース２２および下部ケース２３も出力フランジ３１等も、共に、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics：カーボンファイバー強化プラスチック）で構成されているが、強度の異なるＣＦＲＰが使用されている。なお、ＣＦＲＰに限定されず、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics：ガラス繊維強化プラスチック）やＫＦＲＰ（Kevlar Fiber Reinforced Plastics：ケブラー（登録商標）繊維強化プラスチック）等、任意の樹脂材料を使用可能である。
なお、実施例１では、太陽歯車部２４や偏心シャフト２６、出力ピン３２は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）で構成されているが、これに限定されない。要求される強度に応じて、一般のスチール（鉄鋼）で構成することも可能であるし、非金属材料（樹脂）で構成することも不可能ではない。
なお、実施例１では、太陽歯車部２４や偏心シャフト２６、出力ピン３２は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）で構成されているが、これに限定されない。要求される強度に応じて、一般のスチール（鉄鋼）で構成することも可能であるし、非金属材料（樹脂）で構成することも不可能ではない。
【0029】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１のロボットアームシステムＳの減速機２１では、ケース２２，２３や出力フランジ３１等が非金属材料の樹脂で構成されており、全て金属製で構成されている場合に比べて、軽量化される。また、実施例１では、ケース２２，２３の構成材料に比べて、出力フランジ３１等は、強度、剛性の高い材料で構成されている。出力フランジ３１等は、駆動が伝達、出力される部分であり、ケース２２，２３のように強度、剛性が低い材料で構成すると、強度不足で破損しやすくなったり、変形して駆動の伝達不良が発生したりしやすくなり、寿命が短くなる恐れがある。したがって、ケース２２，２３の構成材料よりも強度、剛性の高い材料で出力フランジ３１等を構成する実施例１の減速機２１では、出力フランジ３１等もケース２２，２３と同様の材料で構成する場合に比べて、強度を確保することが可能である。
前記構成を備えた実施例１のロボットアームシステムＳの減速機２１では、ケース２２，２３や出力フランジ３１等が非金属材料の樹脂で構成されており、全て金属製で構成されている場合に比べて、軽量化される。また、実施例１では、ケース２２，２３の構成材料に比べて、出力フランジ３１等は、強度、剛性の高い材料で構成されている。出力フランジ３１等は、駆動が伝達、出力される部分であり、ケース２２，２３のように強度、剛性が低い材料で構成すると、強度不足で破損しやすくなったり、変形して駆動の伝達不良が発生したりしやすくなり、寿命が短くなる恐れがある。したがって、ケース２２，２３の構成材料よりも強度、剛性の高い材料で出力フランジ３１等を構成する実施例１の減速機２１では、出力フランジ３１等もケース２２，２３と同様の材料で構成する場合に比べて、強度を確保することが可能である。
【0030】
（実験例）
次に、実施例１の効果を確認するための実験を行った。
（実験例１）
実験例１では、遊星歯車２８として、ａ＝３０ｍｍ、ｂ＝１１、ｎ＝１１として設計し、そこからｒｓ＝３．５ｍｍだけ変位させるように設計した。また、減速比は１０とした。実験例１では、ケース２２，２３を、カーボンファイバーを含有するナイロン樹脂で構成し、遊星歯車２８、出力支持端２９、出力フランジ３１を、カーボンファイバーを含有するエポキシ樹脂で構成した。この構成の減速機２１において、重量と、無負荷ランニングトルクと、トルク－ねじれ角特性を計測した。
次に、実施例１の効果を確認するための実験を行った。
（実験例１）
実験例１では、遊星歯車２８として、ａ＝３０ｍｍ、ｂ＝１１、ｎ＝１１として設計し、そこからｒｓ＝３．５ｍｍだけ変位させるように設計した。また、減速比は１０とした。実験例１では、ケース２２，２３を、カーボンファイバーを含有するナイロン樹脂で構成し、遊星歯車２８、出力支持端２９、出力フランジ３１を、カーボンファイバーを含有するエポキシ樹脂で構成した。この構成の減速機２１において、重量と、無負荷ランニングトルクと、トルク－ねじれ角特性を計測した。
【0031】
（比較例１）
比較例１では、全ての構成材料を金属で構成した。具体的には、ケース２２，２３をアルミニウム合金（Ａ７０７５、超々ジュラルミン）で構成し、出力フランジ３１や遊星歯車２８、出力支持端２９等をステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で構成した。その他は、実験例１と同様の構成とした。
（実験例２）
実験例２では、比較例１に対して、ケース２２，２３のみをカーボンファイバーを含有するナイロン樹脂に変更しただけで、その他は比較例１と同様である。
（実験例３）
実験例３では、比較例１に対して、ケース２２，２３と遊星歯車２８、出力支持端２９をカーボンファイバーを含有するナイロン樹脂に変更し、出力フランジ３１は比較例１と同様にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）とした。その他は比較例１と同様である。
比較例１では、全ての構成材料を金属で構成した。具体的には、ケース２２，２３をアルミニウム合金（Ａ７０７５、超々ジュラルミン）で構成し、出力フランジ３１や遊星歯車２８、出力支持端２９等をステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で構成した。その他は、実験例１と同様の構成とした。
（実験例２）
実験例２では、比較例１に対して、ケース２２，２３のみをカーボンファイバーを含有するナイロン樹脂に変更しただけで、その他は比較例１と同様である。
（実験例３）
実験例３では、比較例１に対して、ケース２２，２３と遊星歯車２８、出力支持端２９をカーボンファイバーを含有するナイロン樹脂に変更し、出力フランジ３１は比較例１と同様にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）とした。その他は比較例１と同様である。
【0032】
（重量の実験結果）
重量は、比較例１では７７２ｇであった。これに対して、実験例１では３８３ｇ、実験例２では６３７ｇ、実験例３では４７３ｇであった。したがって、実験例１－３では、比較例１に対して軽量化されたことが確認された。
重量は、比較例１では７７２ｇであった。これに対して、実験例１では３８３ｇ、実験例２では６３７ｇ、実験例３では４７３ｇであった。したがって、実験例１－３では、比較例１に対して軽量化されたことが確認された。
【0033】
（無負荷ランニングトルクの実験結果）
図４は無負荷ランニングトルクの実験結果の説明図であり、横軸に目標角速度をとり、縦軸に駆動トルクを取ったグラフである。
図４において、減速機２１の入力側に取り付けられたモータの目標角速度が１０ｒｐｍ／ｓの傾きで速度変化させたときの駆動トルクを測定した。図４において、基準となるモータ単体での無負荷トルクは０．０３Ｎ・ｍであった。
比較例１では、０．１５Ｎ・ｍであり、モータ単体の約５倍になった。これに対して、実験例１では、約０．０８Ｎ・ｍ、実験例２，３では約０．０７Ｎ・ｍであった。図４の実験結果から、金属材料のみで構成された比較例１では、製作誤差・組立誤差に起因して生じる部品どうしにかかる力が大きく、大きな摩擦が生じる一方で、樹脂部品に置換された実験例１－３では、大きな力を受けた際に樹脂部品が変形することで緩和され、摩擦が小さくなったものと考えられる。そのため、無負荷トルクは、樹脂化した実験例１－３では、金属製の比較例１に比べて約５０％低減したものと考えられる。すなわち、ケース２２，２３を金属から樹脂に置換することは、部品の誤差を許容し、駆動を滑らかにしながら軽量化に貢献できることが期待される。
図４は無負荷ランニングトルクの実験結果の説明図であり、横軸に目標角速度をとり、縦軸に駆動トルクを取ったグラフである。
図４において、減速機２１の入力側に取り付けられたモータの目標角速度が１０ｒｐｍ／ｓの傾きで速度変化させたときの駆動トルクを測定した。図４において、基準となるモータ単体での無負荷トルクは０．０３Ｎ・ｍであった。
比較例１では、０．１５Ｎ・ｍであり、モータ単体の約５倍になった。これに対して、実験例１では、約０．０８Ｎ・ｍ、実験例２，３では約０．０７Ｎ・ｍであった。図４の実験結果から、金属材料のみで構成された比較例１では、製作誤差・組立誤差に起因して生じる部品どうしにかかる力が大きく、大きな摩擦が生じる一方で、樹脂部品に置換された実験例１－３では、大きな力を受けた際に樹脂部品が変形することで緩和され、摩擦が小さくなったものと考えられる。そのため、無負荷トルクは、樹脂化した実験例１－３では、金属製の比較例１に比べて約５０％低減したものと考えられる。すなわち、ケース２２，２３を金属から樹脂に置換することは、部品の誤差を許容し、駆動を滑らかにしながら軽量化に貢献できることが期待される。
【0034】
（トルク－ねじれ角特性）
図５はトルク－ねじれ角特性の実験結果の説明図であり、横軸に出力トルクをとり、縦軸に減速機のねじれ角に相当する値を取ったグラフである。
実施例１の減速機２１の出力軸にトルクメータを設置してトルクを計測した結果を図５の横軸に取った。入力トルクは、モータの定格トルク１Ｎ・ｍを最大入力トルクとし、０．０５Ｎ・ｍ／ｓの傾きで、入力トルクを変化させる。縦軸は、減速機２１のねじれ角に相当する、減速機２１の入力側に取り付けられたモータの角度を減速比で割った角度を取った。
図５の実験結果によれば、実験例２では、比較例１に対して、ねじれ角の最大値は６．５倍に増加した。これに対して、実験例１，３では比較例１に対して２倍程度の増加であった。
ケース２２，２３は最も体積が大きな部品であるが、これに対するねじれ角の増加（実験例２と比較例１との対比）は、内部部品の置換（実験例１，３と実験例２との対比）と比較すると小さい。具体的には、ケース２２，２３を樹脂に変えた後の対比として、内部部品である遊星歯車２８や出力支持端２９が金属（実験例２）と樹脂（実験例１，３）の場合を対比すると、実験例３のねじれ角が大きく増加している一方で、内部部品である遊星歯車２８や出力支持端２９が金属で、ケース２２，２３が金属（比較例１）の場合と樹脂（実験例２）の対比では、ねじれ角の増加はそれほど大きくないことがわかる。したがって、ケース２２，２３を金属（比較例１）から樹脂（実験例１～３）に置換することは、ねじれ剛性への影響を抑えつつ、軽量化に大きく貢献できると共に、さらに内部部品および出力部品を金属（実験例２）からケースよりも剛性の高い樹脂（実験例１）に置換することは金属と同等の剛性を保持したまま軽量化が可能であることが実験結果からわかった。
図５はトルク－ねじれ角特性の実験結果の説明図であり、横軸に出力トルクをとり、縦軸に減速機のねじれ角に相当する値を取ったグラフである。
実施例１の減速機２１の出力軸にトルクメータを設置してトルクを計測した結果を図５の横軸に取った。入力トルクは、モータの定格トルク１Ｎ・ｍを最大入力トルクとし、０．０５Ｎ・ｍ／ｓの傾きで、入力トルクを変化させる。縦軸は、減速機２１のねじれ角に相当する、減速機２１の入力側に取り付けられたモータの角度を減速比で割った角度を取った。
図５の実験結果によれば、実験例２では、比較例１に対して、ねじれ角の最大値は６．５倍に増加した。これに対して、実験例１，３では比較例１に対して２倍程度の増加であった。
ケース２２，２３は最も体積が大きな部品であるが、これに対するねじれ角の増加（実験例２と比較例１との対比）は、内部部品の置換（実験例１，３と実験例２との対比）と比較すると小さい。具体的には、ケース２２，２３を樹脂に変えた後の対比として、内部部品である遊星歯車２８や出力支持端２９が金属（実験例２）と樹脂（実験例１，３）の場合を対比すると、実験例３のねじれ角が大きく増加している一方で、内部部品である遊星歯車２８や出力支持端２９が金属で、ケース２２，２３が金属（比較例１）の場合と樹脂（実験例２）の対比では、ねじれ角の増加はそれほど大きくないことがわかる。したがって、ケース２２，２３を金属（比較例１）から樹脂（実験例１～３）に置換することは、ねじれ剛性への影響を抑えつつ、軽量化に大きく貢献できると共に、さらに内部部品および出力部品を金属（実験例２）からケースよりも剛性の高い樹脂（実験例１）に置換することは金属と同等の剛性を保持したまま軽量化が可能であることが実験結果からわかった。
【0035】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）～（Ｈ06）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、関節部３の数やアームの長さや数、形状等は例示した形態に限定されない。したがって、アーム部材の用途や設計、仕様等に応じて、数や長さ、形状等、任意に変更可能である。
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）～（Ｈ06）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、関節部３の数やアームの長さや数、形状等は例示した形態に限定されない。したがって、アーム部材の用途や設計、仕様等に応じて、数や長さ、形状等、任意に変更可能である。
【0036】
（Ｈ02）前記実施例や実験例において、例示した材料名や数値とすることが好ましいが、これらに限定されない。例えば、実験例２のようにケース２２，２３を樹脂材料で構成し、出力フランジ３１等をケース２２，２３よりも強度、剛性の高いチタン合金等の金属材料で構成することも可能である。
（Ｈ03）前記実施例において、関節部３の種類は回転関節のみで構成されていたが、その形態に限定されない。すなわち、直動関節を含む場合も適用可能である。
（Ｈ03）前記実施例において、関節部３の種類は回転関節のみで構成されていたが、その形態に限定されない。すなわち、直動関節を含む場合も適用可能である。
【0037】
（Ｈ04）前記実施例において、遊星歯車２８の外周２８ｃを、エピトロコイド曲線を用いた形状とする場合を例示したが、これに限定されない。歯車で一般的に使用されるインボリュート型の外形とすることも可能である。なお、インボリュート型は、エピトロコイド曲線に比べて、歯が細かく、歯の外形の曲線形状の変化が大きく（エピトロコイド曲線の方が滑らかな曲線形状）、歯の接触時に受ける力が大きくなりやすい傾向がある。歯が細かくなると、製作時にカーボンファイバーの繊維が分断されやすくなり、強度、剛性、寿命が低下しやすくなる。よって、繊維強化プラスチックを使用する場合には、インボリュート型よりもトロコイド型の方がより好ましい。
（Ｈ05）前記実施例において、歯車機構として、減速機２１を例示したが、これに限定されず、増速機にも適用可能である。
（Ｈ06）前記実施例において、遊星歯車機構を例示したが、これに限定されず、一般的な歯車機構にも適用可能である。
（Ｈ05）前記実施例において、歯車機構として、減速機２１を例示したが、これに限定されず、増速機にも適用可能である。
（Ｈ06）前記実施例において、遊星歯車機構を例示したが、これに限定されず、一般的な歯車機構にも適用可能である。
【符号の説明】
【0038】
２…アーム部、
３…関節部、
２１…歯車機構、
２２，２３…筐体、
２４…太陽歯車部、
２６…偏心軸部、
２６＋２７…入力部、
２７…入力軸部、
２８…遊星歯車、歯車部材、
２８ｂ…出力伝達部、
３１…出力部、
３２…出力被伝達部材、
Ｓ…ロボット。
３…関節部、
２１…歯車機構、
２２，２３…筐体、
２４…太陽歯車部、
２６…偏心軸部、
２６＋２７…入力部、
２７…入力軸部、
２８…遊星歯車、歯車部材、
２８ｂ…出力伝達部、
３１…出力部、
３２…出力被伝達部材、
Ｓ…ロボット。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
