JP2019183880A - 歯車装置ユニットの製造方法およびロボットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】内歯歯車と外歯歯車との噛み合い精度を向上させることができる歯車装置ユニットの製造方法およびロボットの製造方法を提供する。【解決手段】内歯歯車、外歯歯車およびベアリングを準備する準備工程と、前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記ベアリングの寸法を測定する測定工程と、前記測定工程の測定結果に基づいて、寸法の異なる複数の楕円カムから1つの楕円カムを選択する選択工程と、前記選択工程で選択された前記楕円カムの中心軸から遠ざかる方向に向かって、当該楕円カム、前記ベアリング、前記外歯歯車、前記内歯歯車をこの順で内外に並ぶように組み立てる組立工程と、を含むことを特徴とする歯車装置ユニットの製造方法。【選択図】図4
Description
本発明は、歯車装置ユニットの製造方法およびロボットの製造方法に関するものである。
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減速機により減速することが行われている。
例えば、特許文献1に記載の波動歯車減速機ユニットは、モーター、ウェーブジェネレーター、サーキュラスプライン、フレーム、フレクスプラインおよびクロスローラベアリングを有している。この波動歯車減速機ユニットでは、モーターを作動させてウェーブジェネレーターが回転すると、フレクスプラインの外周壁部がウェーブジェネレーターにならって弾性変形し、フレクスプラインの歯とサーキュラスプラインの歯が噛み合う位置が移動する。ここで、フレクスプラインの歯の数とサーキュラスプラインの歯の数が異なる。そのため、これらの歯の数の差に相当する角度分だけフレクスプラインがフレームに対して回転する。
また、特許文献1には、サーキュラスプラインの中心軸、フレクスプラインの中心軸およびウェーブジェネレーターの中心軸を一致させるように組み立てを行う製造方法が記載されている。
しかし、従来では、特許文献1に記載の製造方法を行っても、ウェーブジェネレーター、サーキュラスプラインおよびフレクスプラインの寸法誤差に起因して、サーキュラスプラインとフレクスプラインとの噛み合い精度を高めることが難しいという課題があった。
本発明の適用例に係る歯車装置ユニットの製造方法は、内歯歯車、外歯歯車およびベアリングを準備する準備工程と、
前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記ベアリングの寸法を測定する測定工程と、
前記測定工程の測定結果に基づいて、寸法の異なる複数の楕円カムから1つの楕円カムを選択する選択工程と、
前記選択工程で選択された前記楕円カムの中心軸から遠ざかる方向に向かって、当該楕円カム、前記ベアリング、前記外歯歯車、前記内歯歯車をこの順で内外に並ぶように組み立てる組立工程と、を含む。
前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記ベアリングの寸法を測定する測定工程と、
前記測定工程の測定結果に基づいて、寸法の異なる複数の楕円カムから1つの楕円カムを選択する選択工程と、
前記選択工程で選択された前記楕円カムの中心軸から遠ざかる方向に向かって、当該楕円カム、前記ベアリング、前記外歯歯車、前記内歯歯車をこの順で内外に並ぶように組み立てる組立工程と、を含む。
以下、本発明の歯車装置ユニットの製造方法およびロボットの製造方法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。
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。
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。
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。
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。
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171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。
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。
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(第3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。
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(第3軸)J3まわりに正逆回転する。
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。
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。
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。
以上のように、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、を有する。
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。
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。
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。
<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。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。
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。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。
図2に示す歯車装置ユニット1は、歯車装置10を有する。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。
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。なお、歯車装置ユニット1は、歯車装置10のほか、基台110(第1部材)、第1アーム120(第2部材)およびモーター170の回転軸171のうちの少なくとも1つの部材(基部)を含んでいてもよい。
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171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。
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。
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、剛体で構成されたリング状の剛性歯車である。
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。
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。
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。
本実施形態では、波動発生器4は、楕円カム41と、楕円カム41の外周に装着されているベアリング42と、を有している。楕円カム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。ベアリング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。
内輪421は、楕円カム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が、べアリング42が保持器を有しない構造であってもよい。
このような波動発生器4は、楕円カム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。
以上のような歯車装置ユニット1の構成について説明した。このような構成の歯車装置ユニット1では、高精度な駆動を行うために、バネ定数は高くなるように、一方、起動トルクおよびヒステリシスロスはそれぞれ小さくなるように、内歯歯車2と外歯歯車3との噛み合い干渉量を基準値(設計値)に対して±2.5μm程度の範囲内に調整する必要がある。
ここで、内歯歯車2、外歯歯車3および波動発生器4の各部品の加工精度を数μmレベルまで高めることで、前述したような範囲内の噛み合い干渉量を実現することも可能である。しかし、そのような加工精度の部品を安定的に製造することは難しく、従来では、前述したような噛み合い干渉量を実現できずに、歯車装置ユニット1の特性のばらつきが生じたり、必要な加工精度から外れる部品が廃棄されて、歯車装置ユニット1のコスト増を招いたりするという問題があった。
そこで、このような問題を解決すべく、以下に述べるように、歯車装置ユニット1の製造を行う。図4は、図2に示す歯車装置ユニットの製造方法を示すフローチャートである。
図4に示すように、歯車装置ユニット1の製造方法は、準備工程S1と、測定工程S2と、選択工程S3と、組立工程S4と、を有する。以下、各工程を順に説明する。
[準備工程S1]
まず、準備工程S1において、内歯歯車2(CS)、外歯歯車3(FS)およびベアリング42(WG軸受)を準備する。これら3つの部品の製造時には、寸法ばらつきが極力無いように製造管理を行う。より具体的には、内歯歯車2の内径L4、外歯歯車3の厚さL3、ベアリング42の厚さL2の製造管理を行う。ここで、内歯歯車2の内径L4は、内歯歯車2の歯先円の半径である。外歯歯車3の厚さL3は、(外歯歯車3の歯先円の直径−外歯歯車3の内径)/2である。ベアリング42の厚さL2は、内輪421の内周面と外輪423と外周面との間の距離である。
まず、準備工程S1において、内歯歯車2(CS)、外歯歯車3(FS)およびベアリング42(WG軸受)を準備する。これら3つの部品の製造時には、寸法ばらつきが極力無いように製造管理を行う。より具体的には、内歯歯車2の内径L4、外歯歯車3の厚さL3、ベアリング42の厚さL2の製造管理を行う。ここで、内歯歯車2の内径L4は、内歯歯車2の歯先円の半径である。外歯歯車3の厚さL3は、(外歯歯車3の歯先円の直径−外歯歯車3の内径)/2である。ベアリング42の厚さL2は、内輪421の内周面と外輪423と外周面との間の距離である。
なお、内歯歯車2の内径L4を内歯歯車2の歯底円の半径としてもよく、この場合、外歯歯車3の厚さL3を、(外歯歯車3の歯底円の直径−外歯歯車3の内径)/2とすればよい。
内歯歯車2の内径L4および外歯歯車3の厚さL3のそれぞれの公差(基準値に対して許容される誤差の最大寸法と最小寸法との差)は、±1μmであることが好ましく、一方、ベアリング42の厚さL2の公差は、±2μmであることが好ましい。これにより、内歯歯車2、外歯歯車3およびベアリング42の寸法ばらつきを後述する楕円カム41の寸法によって吸収して、内歯歯車2と外歯歯車3との噛み合い干渉量を基準値(設計値)に対して±2.5μm程度の範囲内に調整することができる。また、内歯歯車2および外歯歯車3は、ぞれぞれ、一部品で構成されるため、ベアリング42に比べて寸法ばらつきを小さくすることが容易である。そのため、内径L4および厚さL3の公差を厚さL2の公差よりも小さくしても、内歯歯車2および外歯歯車3の製造管理を容易にしつつ、内歯歯車2および外歯歯車3の寸法の高精度化を図ることができる。また、厚さL2の公差を内径L4および厚さL3の公差よりも大きくすることで、ベアリング42の製造管理も容易となる。なお、各部品の寸法の基準値は、内歯歯車2と外歯歯車3との噛み合い干渉量が基準値となる設計値である。
これら3つの部品の形成方法としては、特に限定されず、各種機械加工および各種成形方法を用いることができる。また、外歯歯車3、内歯歯車2およびベアリング42の構成材料としては、金属材料で構成されていることが好ましく、特に、機械的特性および加工性に優れ、かつ、比較的安価であることから、鉄系材料を用いることが好ましい。かかる鉄系材料としては、特に限定されないが、例えば、鋳鉄、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロムモリブデン鋼(SCM)、マルエージング鋼、析出硬化型ステンレス鋼等が挙げられる。
[測定工程S2]
次に、測定工程S2において、前述した準備工程S1で準備した内歯歯車2(CS)、外歯歯車3(FS)およびベアリング42(WG軸受)の寸法を測定する。より具体的には、内歯歯車2の内径L4、外歯歯車3の厚さL3、ベアリング42の厚さL2の測定を行う。
次に、測定工程S2において、前述した準備工程S1で準備した内歯歯車2(CS)、外歯歯車3(FS)およびベアリング42(WG軸受)の寸法を測定する。より具体的には、内歯歯車2の内径L4、外歯歯車3の厚さL3、ベアリング42の厚さL2の測定を行う。
本工程の測定方法は、特に限定されないが、例えば、内歯歯車2の内径L4および外歯歯車3の厚さL3の測定には、非接触歯車歯形測定装置を用いることができ、また、ベアリング42の厚さL2の測定には、マイクロメーターを用いることができる。
測定工程S2では、ベアリング42の測定箇所にマーキングを行うことが好ましい。これにより、後述する組立工程S4において当該マーキングを用いてベアリング42の位置決めを行うことで、歯車装置ユニット1ごとの特性のばらつきを低減することができる。マーキングの方法としては、特に限定されず、例えば、レーザーマーキング、インクや塗料によるマーキング等が挙げられる。
[選択工程S3]
次に、選択工程S3において、前述した測定工程S2の測定結果に基づいて、寸法の異なる複数の楕円カム41(WG楕円カム)から1つの楕円カム41を選択する。ここで、外径L1の異なる複数の楕円カム41から、L4−(L1+L2+L3)=設計値となるように、最も近い寸法の楕円カム41を選択する。ここで、楕円カム41の外径L1は、楕円カム41の長軸La方向での半径である。以下、選択工程S3について詳述する。
次に、選択工程S3において、前述した測定工程S2の測定結果に基づいて、寸法の異なる複数の楕円カム41(WG楕円カム)から1つの楕円カム41を選択する。ここで、外径L1の異なる複数の楕円カム41から、L4−(L1+L2+L3)=設計値となるように、最も近い寸法の楕円カム41を選択する。ここで、楕円カム41の外径L1は、楕円カム41の長軸La方向での半径である。以下、選択工程S3について詳述する。
選択工程S3に先立ち、外径L1の異なる複数の楕円カム41を用意しておく。例えば、前述した準備工程S1における内歯歯車2の内径L4および外歯歯車3の厚さL3のそれぞれの公差が±1μmであり、ベアリング42の厚さL2の公差が±2μmである場合、選択工程S3に先立ち、楕円カム41の外径L1が本来の基準値(設計値)に対して±15μmの範囲内で外径L1が異なる複数の楕円カム41を用意する。例えば、本来の基準値に対して、-15μm、−10μm、−5μm、0μm、+5μm、+10μm、+15μmの7つのランクに分類される複数の楕円カム41を用意する。これにより、測定工程S2の測定結果に基づいて適した寸法の楕円カム41を選択することで、用意した複数の楕円カム41を高い確率(例えば99.7%程度)で無駄なく使用することができる。
このような効果が得られるのは、不完全互換性の方法に基づくからである。不完全互換性の方法では、各部品の寸法が正規分布でバラついていると考え、分散の加法性を利用してアセンブリの公差を計算する。不完全互換性の方法は、製造する部品の数が十分に多い場合には、すべての部品が最悪ケースとなる確率が非常に低くなるという考え方に基づいている。例えば、公差±a、±b、±c、±d、±eの5つの部品を用いたアセンブリの公差±Xは、X=√(a2+b2+c2+d2+e2)となる。
楕円カム41の形成方法としては、特に限定されず、各種機械加工および各種成形方法を用いることができる。また、楕円カム41の構成材料としては、金属材料で構成されていることが好ましく、特に、機械的特性および加工性に優れ、かつ、比較的安価であることから、鉄系材料を用いることが好ましい。かかる鉄系材料としては、特に限定されないが、例えば、鋳鉄、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロムモリブデン鋼(SCM)、マルエージング鋼、析出硬化型ステンレス鋼、炭素鋼等が挙げられる。
また、前述したような寸法ごとに楕円カム41を分類するに際しては、各楕円カム41の測定を行う。この測定方法は、特に限定されないが、例えば、マイクロメーターを用いることができる。
このように、選択工程S3の前に、寸法の異なる第1分類と第2分類とに分類された複数の楕円カム41を用意し、選択工程S3において、測定工程S2の測定結果に基づいて、第1分類および第2分類のうちの一方から楕円カム41を選択する。これにより、選択工程S3を簡単化することができる。ここで、例えば、第1分類は、前述した7つのランクのうちの1つのランクであり、第2分類は、前述した7つのランクのうちの残りの中の1つのランクである。また、前述した7つのランクのうちの第1分類および第2分類以外の5つは、第3〜第7分類であると言える。なお、本実施形態では、一例として、寸法の異なる7つのランクに分類したが、分類の数は任意である。また、各分類(ランク)の楕円カム41の寸法は、±1μm程度の誤差を含む。
ここで、第1分類に属する楕円カム41の外径L1と、第2分類に属する楕円カム41の外径L1とは異なるが、第1分類に属する楕円カム41の周長と、第2分類に属する楕円カム41の周長とが互いに等しいことが好ましい。これにより、内歯歯車2と外歯歯車3との噛み合い精度以外の特性について歯車装置ユニット1ごとのばらつきを低減することができる。なお、「第1分類に属する楕円カム41の周長と、第2分類に属する楕円カム41の周長とが互いに等しい」とは、完全に等しい場合のみならず、±30μmの範囲内での誤差(公差)も含むので、「周長が互いに揃っている」とも言える。
以上のように、選択工程S3は、不完全互換性の方法を用いて行う。これにより、大量生産の場合に、無駄になる部品の数を少なくするとともに、内歯歯車2と外歯歯車3との噛み合い精度を効果的に高めることができる。
ところで、内歯歯車2と外歯歯車3との噛み合いは、歯形斜面部分で行われており、歯先、歯底は接触しておらず、隙間がある。そのため、L4−(L1+L2+L3)=設計値なる式は、内歯歯車2と外歯歯車3との噛み合いの絶対的な干渉量を示したものではなく、あくまで、設計値からのズレ量を示している。歯が噛合う斜面位置の直径を測定することは、測定位置の特定が難しい。そのため、斜面と同時に加工される部分の寸法値を測定し、計算に使用する。言い換えると、L4=L1+L2+L3ではなく、L4=L1+L2+L3+Aを用いる。ここで、Aは、補正係数であり、斜面の形状、歯底、歯先の隙間量と外歯歯車3を楕円にした時に生じる胴部31の傾き(コーニング)、歯すじ方向の歯形形状(クラウニング)で決まる値である。
[組立工程S4]
次に、組立工程S4において、前述した選択工程S3で選択された楕円カム41の中心軸(軸線a)から遠ざかる方向に向かって、楕円カム41、ベアリング42、外歯歯車3、内歯歯車2をこの順で内外に並ぶように組み立てる。すなわち、図2および図3に示す歯車装置10を組み立てる。
次に、組立工程S4において、前述した選択工程S3で選択された楕円カム41の中心軸(軸線a)から遠ざかる方向に向かって、楕円カム41、ベアリング42、外歯歯車3、内歯歯車2をこの順で内外に並ぶように組み立てる。すなわち、図2および図3に示す歯車装置10を組み立てる。
また、組立工程S4において、図2に示すように、歯車装置10を基台110(第1部材)、第1アーム120(第2部材)およびモーター170の回転軸171に接続する。すなわち、内歯歯車2を基台110(第1部材)に対してネジ止め等により接続し、外歯歯車3を第1アーム120(第2部材)に対してネジ止め等により接続し、楕円カム41をモーター170の回転軸171に嵌合、ネジ止め等により接続する。
このように、組立工程S4において、内歯歯車2、外歯歯車3および楕円カム41のうちの1つを基部(基台110、第1アーム120、回転軸171)に接続する。これにより、歯車装置10を基部(基台110、第1アーム120、回転軸171)に取り付けることができる。ここで、基台110および第1アーム120(基部)は、ロボット100の筐体の一部である。これにより、歯車装置10をロボット100に取り付けることができる。
以上のような組立工程S4の後に、内歯歯車2と外歯歯車3との噛み合いに関する特性を測定し、その測定の結果に基づいて、外歯歯車3の内側にある楕円カム41を入れ換えてもよい。この場合、このような測定および入れ換えを行わない場合に比べて、歯車装置ユニット1ごとの特性のばらつきを低減することができる。ここで、内歯歯車2と外歯歯車3との噛み合いに関する特性としては、例えば、バネ定数、起動トルクおよびヒステリシスロス等が挙げられる。
以上のように、歯車装置ユニット1の製造方法は、準備工程S1と、測定工程S2と、選択工程S3と、組立工程S4と、を含む。ここで、準備工程S1は、内歯歯車2、外歯歯車3およびベアリング42を準備する。測定工程S2は、内歯歯車2、外歯歯車3およびベアリング42の寸法を測定する。選択工程S3は、測定工程S2の測定結果に基づいて、寸法の異なる複数の楕円カム41から1つの楕円カム41を選択する。組立工程S4は、選択工程S3で選択された楕円カム41の中心軸(軸線a)から遠ざかる方向に向かって、楕円カム41、ベアリング42、外歯歯車3、内歯歯車2をこの順で内外に並ぶように組み立てる。
また、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、を有するロボットの製造方法は、前述した歯車装置ユニット1の製造方法と同様、準備工程S1と、測定工程S2と、選択工程S3と、組立工程S4と、を含む。
このような歯車装置ユニット1またはロボット100の製造方法によれば、測定結果に基づいて寸法の異なる複数の楕円カム41から選択された1つの楕円カム41を用いて組み立てを行うため、内歯歯車2と外歯歯車3との噛み合い精度を高めることができる。また、内歯歯車2、外歯歯車3、ベアリング42および楕円カム41の各部品の公差を拡げることができる。そのため、廃棄する部品の数を少なくすることができ、各部品の低コスト化を図ることもできる。
<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の製造方法を示すフローチャートである。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。
図5は、本発明の第2実施形態に係る歯車装置ユニットの製造方法を示すフローチャートである。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。
前述した第1実施形態では、波動発生器の楕円カムについて寸法ごとに分類を行ったが、本実施形態では、内歯歯車、外歯歯車および波動発生器のベアリングのうちの1つについて寸法ごとに分類を行う。
図5に示すように、本実施形態の歯車装置ユニット1の製造方法は、準備工程S1Aと、測定工程S2Aと、選択工程S3Aと、組立工程S4と、を有する。以下、各工程を順に説明する。
[準備工程S1A]
まず、準備工程S1Aにおいて、内歯歯車2(CS)、外歯歯車3(FS)およびベアリング42(WG軸受)のうちの2つと、楕円カム41との3つの部品を準備する。これら3つの部品の製造時には、寸法ばらつきが極力無いように製造管理を行う。
まず、準備工程S1Aにおいて、内歯歯車2(CS)、外歯歯車3(FS)およびベアリング42(WG軸受)のうちの2つと、楕円カム41との3つの部品を準備する。これら3つの部品の製造時には、寸法ばらつきが極力無いように製造管理を行う。
[測定工程S2A]
次に、測定工程S2Aにおいて、前述した準備工程S1Aで準備した3つの部品の寸法を測定する。
次に、測定工程S2Aにおいて、前述した準備工程S1Aで準備した3つの部品の寸法を測定する。
[選択工程S3A]
次に、選択工程S3Aにおいて、前述した測定工程S2の測定結果に基づいて、内歯歯車2(CS)、外歯歯車3(FS)およびベアリング42(WG軸受)のうちの残りの1つの部品について寸法の異なる複数の部品から1つの部品を選択する。ここで、外径L1の異なる複数の楕円カム41から、L4−(L1+L2+L3)=設計値となるように、最も近い寸法の部品を選択する。
次に、選択工程S3Aにおいて、前述した測定工程S2の測定結果に基づいて、内歯歯車2(CS)、外歯歯車3(FS)およびベアリング42(WG軸受)のうちの残りの1つの部品について寸法の異なる複数の部品から1つの部品を選択する。ここで、外径L1の異なる複数の楕円カム41から、L4−(L1+L2+L3)=設計値となるように、最も近い寸法の部品を選択する。
[組立工程S4]
次に、前述した第1実施形態と同様に組立工程S4を行う。
次に、前述した第1実施形態と同様に組立工程S4を行う。
以上のように、本実施形態の歯車装置ユニット1の製造方法は、準備工程S1Aと、測定工程S2Aと、選択工程S3Aと、組立工程S4と、を含む。ここで、準備工程S1Aは、内歯歯車2、外歯歯車およびベアリング42のうちの2つと、楕円カム41との3つの部品を準備する。測定工程S2Aは、当該3つの部品の寸法を測定する。選択工程S3Aは、測定工程S2Aの測定結果に基づいて、内歯歯車2、外歯歯車3およびベアリング42のうちの残りの1つの部品について寸法の異なる複数の部品から1つの部品を選択する。組立工程S4は、選択工程S3Aで選択された楕円カム41の中心軸(軸線a)から遠ざかる方向に向かって、当該楕円カム41、ベアリング42、外歯歯車3、内歯歯車2をこの順で内外に並ぶように組み立てる。
このような歯車装置ユニット1の製造方法によれば、3つの部品の寸法を測定した測定工程S2Aの測定結果に基づいて残りの1つの部品について寸法の異なる複数の部品から選択された1つの部品を用いて組立工程S4を行うため、内歯歯車2と外歯歯車3との噛み合い精度を高めることができる。また、内歯歯車2、外歯歯車3、ベアリング42および楕円カム41の各部品の公差を拡げることができる。そのため、廃棄する部品の数を少なくすることができ、各部品の低コスト化を図ることもできる。
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。
以上、本発明の歯車装置ユニットの製造方法およびロボットの製造方法を、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。
また、前述した実施形態では、外歯歯車がカップ型である場合について説明したが、本発明の歯車装置ユニットの製造方法およびロボットの製造方法は、これに限定されず、例えば、外歯歯車がハット型(縁つき帽子型)の可撓性歯車である場合にも適用可能である。ハット型の可撓性歯車は、カップ型のように底部を有しておらず、筒状の胴部の一端部に接続されているフランジ部を有する。
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。
1…歯車装置ユニット、2…内歯歯車、3…外歯歯車、4…波動発生器、10…歯車装置、23…内歯、31…胴部、32…底部、33…外歯、41…楕円カム、42…ベアリング、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…第3軸、L1…外径、L2…厚さ、L3…厚さ、L4…内径、La…長軸、Lb…短軸、S1…準備工程、S1A…準備工程、S2…測定工程、S2A…測定工程、S3…選択工程、S3A…選択工程、S4…組立工程、a…軸線
Claims (10)
- 内歯歯車、外歯歯車およびベアリングを準備する準備工程と、
前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記ベアリングの寸法を測定する測定工程と、
前記測定工程の測定結果に基づいて、寸法の異なる複数の楕円カムから1つの楕円カムを選択する選択工程と、
前記選択工程で選択された前記楕円カムの中心軸から遠ざかる方向に向かって、当該楕円カム、前記ベアリング、前記外歯歯車、前記内歯歯車をこの順で内外に並ぶように組み立てる組立工程と、を含むことを特徴とする歯車装置ユニットの製造方法。 - 前記組立工程において、前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記楕円カムのうちの1つを基部に接続する請求項1に記載の歯車装置ユニットの製造方法。
- 前記基部は、ロボットの筐体の一部である請求項2に記載の歯車装置ユニットの製造方法。
- 前記選択工程の前に、寸法の異なる第1分類と第2分類とに分類された複数の前記楕円カムを用意し、
前記選択工程において、前記測定工程の測定結果に基づいて、前記第1分類および前記第2分類のうちの一方から前記楕円カムを選択する請求項1ないし3のいずれか1項に記載の歯車装置ユニットの製造方法。 - 前記選択工程は、不完全互換性の方法を用いて行う請求項4に記載の歯車装置ユニットの製造方法。
- 前記第1分類に属する前記楕円カムの周長と、前記第2分類に属する前記楕円カムの周長とが互いに揃っている請求項4または5に記載の歯車装置ユニットの製造方法。
- 前記測定工程では、前記ベアリングの測定箇所にマーキングを行う請求項1ないし6のいずれか1項に記載の歯車装置ユニットの製造方法。
- 前記組立工程の後に、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛み合いに関する特性を測定し、その測定の結果に基づいて、前記外歯歯車の内側にある前記楕円カムを入れ換える請求項1ないし7のいずれか1項に記載の歯車装置ユニットの製造方法。
- 内歯歯車、外歯歯車およびベアリングのうちの2つと、楕円カムとの3つの部品を準備する準備工程と、
前記3つの部品の寸法を測定する測定工程と、
前記測定工程の測定結果に基づいて、前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記ベアリングのうちの残りの1つの部品について寸法の異なる複数の部品から1つの部品を選択する選択工程と、
前記選択工程で選択された前記楕円カムの中心軸から遠ざかる方向に向かって、当該楕円カム、前記ベアリング、前記外歯歯車、前記内歯歯車をこの順で内外に並ぶように組み立てる組立工程と、を含むことを特徴とする歯車装置ユニットの製造方法。 - 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、を有するロボットの製造方法であって、
内歯歯車、外歯歯車およびベアリングを準備する準備工程と、
前記内歯歯車、前記外歯歯車および前記ベアリングの寸法を測定する測定工程と、
前記測定工程の測定結果に基づいて、寸法の異なる複数の楕円カムから1つの楕円カムを選択する選択工程と、
前記選択工程で選択された前記楕円カムの中心軸から遠ざかる方向に向かって、当該楕円カム、前記ベアリング、前記外歯歯車、前記内歯歯車をこの順で内外に並ぶように組み立てる組立工程と、を含むことを特徴とするロボットの製造方法。
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JP2018071864A JP2019183880A (ja) | 2018-04-03 | 2018-04-03 | 歯車装置ユニットの製造方法およびロボットの製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220282777A1 (en) * | 2021-03-05 | 2022-09-08 | Nabtesco Corporation | Method for manufacturing strain wave gear device and strain wave gear device |
US11904466B2 (en) | 2020-02-28 | 2024-02-20 | Seiko Epson Corporation | Bearing, gear device, and robot |
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