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

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。

特開２０１１−１４４８６５号公報

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。

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。 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。 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。

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。

＜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。

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。

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。

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＝√（ａ^２＋ｂ^２＋ｃ^２＋ｄ^２＋ｅ^２）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。

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。

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。

［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。

［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。

［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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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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