JP6452370B2 - 波動歯車装置の製造方法及び波動歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、剛性内歯歯車（サーキュラスプライン）、可撓性外歯歯車（フレクスプライン）及び波動発生器（ウェーブジェネレータ）の位置決めを行う波動歯車装置の製造方法及び波動歯車装置に関する。

波動歯車装置は、小型の割に高減速比が得られるので、ロボットアームの関節駆動に用いるモータの回転を減速する減速機として広く使用されている。この波動歯車装置は、３つの主要な構成要素と、これら構成要素の位置関係を決める５つの位置決め要素と、を有して構成される。

３つの主要な構成要素は、剛性内歯歯車と呼ばれている内側に歯を持つ環状の内歯歯車と、可撓性外歯歯車と呼ばれている外側に歯を持つ薄い環状の柔軟な外歯歯車と、波動発生器と呼ばれている楕円形状をしたカム部材である。５つの位置決め要素のうち２つは、剛性内歯歯車が締結固定されるハウジングと、波動歯車装置の出力となる可撓性外歯歯車が締結固定される出力部材である。残りの３つは、ハウジングと出力部材との間に設けられるクロスローラベアリングと、波動発生器の回転を保持する軸受と、軸受を保持しハウジングに締結固定される支持部材である。

ここで、剛性内歯歯車、可撓性外歯歯車、波動発生器の取り付け精度が、波動歯車装置の回転精度に大きく影響することが知られている。それ故、従来、ハウジング等の構成部品は高精度の加工精度が要求される。したがって、剛性内歯歯車をハウジングに取付け固定するためには、取付け面の平面度及び平行度を高精度で実現する必要がある。さらに、可撓性外歯歯車、波動発生器を組付け固定する際、ハウジングに取付け固定された剛性内歯歯車の芯と可撓性外歯歯車、波動発生器の芯との同軸度を高精度で実現する必要がある。

特許文献１には、剛性内歯歯車、可撓性外歯歯車及び波動発生器を、治具を用いてハウジングの内周面を基準面として位置決めする波動歯車装置の組立方法が提案されている。

特開２００９−２５７４０９号公報

多関節型多軸のロボットアームは、複数の関節部を有しており、それぞれの関節部に駆動モータと波動歯車装置が配設されている。従って、各関節部において波動歯車装置の剛性内歯歯車、可撓性外歯歯車及び波動発生器の取付精度がよくないと、各要素の芯ズレや各軸の傾き、回転精度が低下するので、ロボットアームの性能（ＪＩＳ Ｂ８４３２ ロボット性能項目）が著しく低下する。つまり、波動歯車装置にとって、主要な構成要素である剛性内歯歯車、可撓性外歯歯車及び波動発生器の中心軸を高精度に一致させることが重要である。

しかしながら、特許文献１では、剛性内歯歯車、可撓性外歯歯車及び波動発生器がハウジング基準で位置決めされるため、剛性内歯歯車、可撓性外歯歯車及び波動発生器に加えて、ハウジングの基準面も高精度に加工・製作する必要があった。そのため、ハウジングを高精度に加工・製作する分、波動歯車装置の製造に時間が掛り、また、コストが高くなっていた。

特に、特許文献１では、剛性内歯歯車に対する基準面と、可撓性外歯歯車を位置決めするための治具に対する基準面とを、ハウジングの内周面にそれぞれ形成しなければならない。ハウジングにおいて基準面の面積が増大するほど、ハウジングの加工・製作に時間が掛り、コストが高くなる傾向があるため、特許文献１では、ハウジングにおける基準面を広くとならなければならず、コスト高となっていた。

他方、ハウジングの基準面の精度を低下させて、時間短縮を図り、コストダウンを図ると、剛性内歯歯車、可撓性外歯歯車及び波動発生器の間で芯ズレが大きくなる。

そこで、本発明は、製造に要する時間を短縮しながらも、剛性内歯歯車、可撓性外歯歯車及び波動発生器の中心軸を精度良く揃えることができる波動歯車装置の製造方法、及び波動歯車装置を提供することにある。

本発明の波動歯車装置の製造方法は、筒状のハウジングと、前記ハウジングの内部に取り付けられ、内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、外歯が形成された筒状の胴部と、前記胴部の一端から半径方向内側に延びる取付部とを有し、前記剛性内歯歯車の内側に配置された可撓性外歯歯車と、前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて、前記可撓性外歯歯車を部分的に前記剛性内歯歯車に噛み合わせると共に、前記外歯及び前記内歯の噛み合い位置を円周方向に移動させる波動発生器と、前記取付部に取り付けられた出力部材と、外輪が前記ハウジングに固定され、内輪が前記出力部材に固定され、前記出力部材を回転可能に支持するベアリングと、前記波動発生器を回転可能に支持し、前記ハウジングに固定される支持部材と、を有する波動歯車装置の製造方法において、前記剛性内歯歯車の外周面が前記ハウジングの内周面に対して半径方向に離間するように前記剛性内歯歯車を前記ハウジングに固定する第１固定工程と、前記剛性内歯歯車に対して前記出力部材を位置決めする第１位置決め工程と、前記第１位置決め工程の後、前記ベアリングの外輪を前記ハウジングに固定し、前記出力部材を前記ベアリングの内輪に固定する第２固定工程と、前記剛性内歯歯車に対して前記可撓性外歯歯車を位置決めする第２位置決め工程と、前記第２位置決め工程の後、前記可撓性外歯歯車の取付部を前記出力部材に固定する第３固定工程と、前記剛性内歯歯車に対して前記波動発生器を位置決めする第３位置決め工程と、前記第３位置決め工程の後、前記波動発生器を支持した前記支持部材を、前記支持部材の外周面が前記ハウジングの内周面に対して半径方向に離間するように前記ハウジングに固定する第４固定工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の波動歯車装置は、筒状のハウジングと、前記ハウジングの内部に取り付けられ、内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、外歯が形成された筒状の胴部と、前記胴部の一端から半径方向内側に延びる取付部とを有し、前記剛性内歯歯車の内側に配置された可撓性外歯歯車と、前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて、前記可撓性外歯歯車を部分的に前記剛性内歯歯車に噛み合わせると共に、前記外歯及び前記内歯の噛み合い位置を円周方向に移動させる波動発生器と、前記取付部に取り付けられた出力部材と、外輪が前記ハウジングに固定され、内輪が前記出力部材に固定され、前記出力部材を回転可能に支持するベアリングと、前記波動発生器を前記ベアリングとは異なるベアリングを介して回転可能に支持し、前記剛性内歯歯車と接して前記ハウジングに固定される支持部材と、を備え、前記剛性内歯歯車の外周面の少なくとも一部及び前記支持部材の外周面が前記ハウジングの内周面と接していないことを特徴とする。

本発明の波動歯車装置の製造方法によれば、従来よりもハウジングを製作する手間を省くことができ、製造に要する時間を短縮しながらも剛性内歯歯車、可撓性外歯歯車及び波動発生器の中心軸を精度良く揃えることができる。

また、本発明の波動歯車装置によれば、剛性内歯歯車の外周面及び支持部材の外周面がハウジングの内周面に対して離間しているので、剛性内歯歯車を基準に可撓性外歯歯車及び波動発生器の位置決めをすることができる。

第１実施形態に係る製造方法により製造された波動歯車装置の概略構成を示す説明図である。 第１実施形態に係る波動歯車装置の製造方法の第１固定工程を説明するための図である。 第１実施形態に係る波動歯車装置の製造方法の第１位置決め工程及び第２固定工程を説明するための図である。 第１治具を示す説明図である。 第１実施形態に係る波動歯車装置の製造方法の第２位置決め工程及び第３固定工程を説明するための図である。 第２治具を示す説明図である。 波動発生器ユニットを示す断面図である。 第１実施形態に係る波動歯車装置の製造方法の第３位置決め工程及び第４固定工程を説明するための図である。 第３治具を示す説明図である。 第２実施形態に係る波動歯車装置の製造方法の第１位置決め工程、第２位置決め工程、第２固定工程及び第３固定工程を説明するための図である。 共通治具を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る製造方法により製造された波動歯車装置の概略構成を示す説明図であり、図１（ａ）は波動歯車装置の断面図、図１（ｂ）は波動歯車装置の平面図である。

波動歯車装置１０は、内歯歯車である剛性内歯歯車（サーキュラスプライン）２０と、外歯歯車である可撓性外歯歯車（フレクスプライン）３０と、波動発生器（ウェブジェネレータ）４０と、を備えている。

また、波動歯車装置１０は、内歯歯車ハウジングであるハウジング５０と、外歯歯車フランジである出力部材６０と、クロスローラベアリング等のベアリング７０と、ウェブジェネレータハウジングである支持部材８０と、を備えている。

ハウジング５０は、円筒状に形成された本体５０Ａと、本体５０Ａの内周面５２から軸方向と直交する半径方向の内側に突出する突出部５３と、本体５０Ａの内周面５２から突出部５３よりも半径方向内側に突出する突出部５４とを有する。

突出部５４は、軸方向の２つの端面５７，５８のうち、一方の端面５７の一部が突出部５３とつながっている。これにより、突出部５３と突出部５４との間に段差部が形成される。突出部５３の内周面５１は、剛性内歯歯車２０の外周面２４の一部２４Ａが嵌合するハウジング基準面（基準面）である。

剛性内歯歯車２０は、円環状の剛性部材で形成された歯車本体２１と、歯車本体２１の内周に、円周方向に互いに間隔をあけて形成された複数の内歯２２とを有している。剛性内歯歯車２０の内歯２２の数は、例えば１０２歯である。

剛性内歯歯車２０は、ハウジング５０の内部にボルト９１で取り付け固定されている。具体的に説明すると、剛性内歯歯車２０は、突出部５３と突出部５４とで形成された段差部に嵌め込まれている。これにより、剛性内歯歯車２０は、剛性内歯歯車２０の外周面２４の一部２４Ａが突出部５３の内周面５１に接触し、剛性内歯歯車２０の軸方向の２つの端面２６，２７のうち一方の端面２６が、突出部５４の一方の端面５７の一部以外の他部に接触する。この状態で、剛性内歯歯車２０は、ボルト９１で突出部５４に固定されている。

可撓性外歯歯車３０は、円筒状の薄肉の胴部３１と、胴部３１の軸方向の一端に接続された取付部３２と、を有している。胴部３１の外周面であって胴部３１の軸方向の他端には、複数の外歯３３が形成されている。胴部３１は、可撓性を有する。

可撓性外歯歯車３０は、取付部３２に対して軸方向の反対側が開口するカップ形状に形成された、いわゆるカップ型の可撓性外歯歯車である。取付部３２は、胴部３１の軸方向の一端から軸方向に直交する半径方向の内側に延びる板状に形成された部材である。可撓性外歯歯車３０の取付部３２は、ボルト９４により出力部材６０に取り付け固定される。

また、可撓性外歯歯車３０の外歯３３は、剛性内歯歯車２０の内歯２２よりも歯数が少ない。例えば、可撓性外歯歯車３０の外歯３３の歯数は１００歯であり、剛性内歯歯車２０の内歯の歯数１０２歯よりも２歯少なく設定されている。

外歯３３は、胴部３１に弾性変形がない状態で歯筋方向が胴部３１の外周面に沿う方向と平行となるように形成されている。可撓性外歯歯車３０は、外歯３３が剛性内歯歯車２０の内歯２２に対向するように、剛性内歯歯車２０の内側に配置されている。

出力部材６０は、可撓性外歯歯車３０の取付部３２にボルト９４で固定されているので、可撓性外歯歯車３０の回転に伴って回転する。

ベアリング７０は、内輪（インナーレース）７１と、外輪（アウターレース）７２と、コロなどの転動部材７３と、を有して構成されている。なお、転動部材７３は、例えば球であってもよい。そして、外輪７２がボルト９２でハウジング５０、具体的にはハウジング５０の突出部５４の他方の端面５８に固定され、内輪７１がボルト９３で出力部材６０に固定されている。これにより、出力部材６０を回転可能に支持している。

波動発生器４０は、可撓性外歯歯車３０の内側、即ち胴部３１の内側に嵌め込まれ、胴部３１の一端における胴部３１の内周面に接触して、胴部３１を半径方向に撓めて略楕円形状に弾性変形させるものである。

波動発生器４０は、略楕円形状のカム部材４１と、カム部材４１の外周に設けられ弾性変形が可能な薄肉の軸受４２と、カム部材４１にボルト９５で固定された入力軸部材４３とを有している。入力軸部材４３は、カム部材４１の両側から軸方向に突出するように形成されている。具体的に説明すると、入力軸部材４３は、カム部材４１に固定される略円板状の平板部と、平板部の両側から平板部に対して垂直な方向に延びる軸部と、を有し、平板部がボルト９５でカム部材４１に固定され、軸部が外部から回転力の入力を受けて回転する。

波動発生器４０は、ベアリング９７を介して支持部材８０に回転可能に支持されている。具体的に説明すると、波動発生器４０の入力軸部材４３の軸部の軸方向の一端が、ベアリング９７を介して支持部材８０に支持されている。入力軸部材４３の軸部の軸方向の他端は、ベアリング９８を介して出力部材６０に支持されている。

支持部材８０は、ハウジング５０にボルト９６で固定されている。具体的に説明すると、支持部材８０は、剛性内歯歯車２０の他方の端面２７に接触され、剛性内歯歯車２０を介してボルト９６でハウジング５０の突出部５４に固定されている。

剛性内歯歯車２０の外周面２４及び支持部材８０の外周面８１は、ハウジング５０の内周面、具体的には、ハウジング５０の本体５０Ａの内周面５２に対して離間している。更に具体的に説明すると、剛性内歯歯車２０の外周面２４の一部２４Ａ以外の他部２４Ｂが、ハウジング５０の内周面５２に対して離間している。これにより、ハウジング５０と剛性内歯歯車２０との間には、第１の隙間である隙間Ｒ１が形成され、ハウジング５０と支持部材８０との間には、第２の隙間である隙間Ｒ２が形成されている。

可撓性外歯歯車３０が略楕円形状に弾性変形することで、剛性内歯歯車２０と可撓性外歯歯車３０とは、略楕円形状の長軸上の２箇所の噛み合わせ部分において、それぞれ複数歯による部分的な噛み合いを生じている。そして、カム部材４１が回転軸まわりに回転することで、剛性内歯歯車２０の内歯２２と可撓性外歯歯車３０の外歯３３との噛み合わせ部分（噛み合い位置）が円周方向に移動する。そして、可撓性外歯歯車３０は、剛性内歯歯車２０と可撓性外歯歯車３０との歯数差に基づく減速比５０（＝両歯車の歯数差／可撓性外歯歯車の歯数）で、カム部材４１の回転速度に対して減速した回転速度で回転する。

以下に、第１実施形態の波動歯車装置１０の組立手順（製造方法）について説明する。波動歯車装置１０は、以下の（１）〜（８）の手順で組み立てられる。
（１）剛性内歯歯車２０の固定工程（第１固定工程：図２）
（２）出力部材６０の位置決め工程（第１位置決め工程：図３及び図４）
（３）ベアリング７０及び出力部材６０の固定工程（第２固定工程：図３及び図４）
（４）可撓性外歯歯車３０の位置決め工程（第２位置決め工程：図５及び図６）
（５）可撓性外歯歯車３０の固定工程（第３固定工程：図５及び図６）
（６）波動発生器ユニット１００の組立工程（図７）
（７）波動発生器４０の位置決め工程（第３位置決め工程：図８及び図９）
（８）波動発生器４０の固定工程（第４固定工程：図８及び図９）

以下、（１）〜（８）の各工程について詳細に説明する。

（１）剛性内歯歯車２０の固定工程（第１固定工程：図２）
図２は、第１固定工程を説明するための図であり、剛性内歯歯車２０をハウジング５０に組み付けた状態の断面図である。はじめに図２に示すように、剛性内歯歯車２０をハウジング５０にボルト９１で固定する。その際、剛性内歯歯車２０の外周面とハウジング５０との間に隙間Ｒ１が形成されるように剛性内歯歯車２０がハウジング５０に固定される。

剛性内歯歯車２０の外周面には、剛性内歯歯車基準面（基準面）２４が設けられており、本実施形態では、剛性内歯歯車２０の外周面が基準面２４である。また、ハウジング５０の内周面には、基準面２４の一部２４Ａと嵌合する（接触する）剛性内歯歯車位置決め基準面であるハウジング基準面（基準面）５１が設けられている。本実施形態では、ハウジング５０の突出部５３の内周面が基準面５１である。

基準面５１の軸方向の深さＬは、剛性内歯歯車２０の位置決めができる値であり、ハウジング５０の半径方向に延びる剛性内歯歯車当接面の平面度と、該当接面と基準面５１との直角度により決まる。また、剛性内歯歯車２０の位置決めには、基準面５１の深さＬ以上必要がないため、ハウジング５０は高精度加工が不要な隙間Ｒ１（逃げ加工）がある。基準面５１の軸方向の長さＬが基準面２４の軸方向の長さの半分以下であるのが好ましい。つまり、剛性内歯歯車２０をハウジング５０に固定したとき、剛性内歯歯車２０の基準面２４の軸方向の半分以上が露出し、露出した基準面２４の他部２４Ｂの半径方向外側に隙間Ｒ１が形成される。

また、ハウジング５０の軸芯と剛性内歯歯車２０の軸芯Ａとが一致しているのが好ましく、基準面５１を高精度に形成すると好ましい。なお、後の工程では、剛性内歯歯車２０を基準に部材を組み付けるため、剛性内歯歯車２０の基準面２４を高精度に形成しておけば、基準面５１を高精度に形成しなくてもよく、基準面５１は省略しても構わない。

本第１実施形態では、図２に示すように、剛性内歯歯車２０は、基準面２４が基準面５１に倣いハウジング５０の内部に配置され、ボルト９１によってハウジング５０に固定される。本工程により、ハウジング５０は、基準面２４を基準として剛性内歯歯車２０に固定される。

（２）出力部材６０の位置決め工程（第１位置決め工程：図３及び図４）
図３は、第１位置決め工程及び第２固定工程を説明するための図であり、出力部材６０を治具Ｊ１で位置決めし、出力部材６０及びベアリング７０を固定した状態の断面図である。図４は、治具Ｊ１の説明図であり、図４（ａ）は治具Ｊ１の斜視図、図４（ｂ）は治具Ｊ１の断面図、図４（ｃ）は治具Ｊ１の平面図である。

本工程時、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す出力部材位置決め治具（第１治具）である治具Ｊ１を準備する。治具Ｊ１は、剛性内歯歯車２０に位置決めされる第１基準面である基準面Ｐ１、及び出力部材６０を位置決めする第２基準面である基準面Ｐ２を有する。具体的に説明すると、治具Ｊ１は、円環状の第１環状部である環状部Ｊ１_Ａと、環状部Ｊ１_Ａと同軸に配置された第１軸状部である軸状部Ｊ１_Ｂと、環状部Ｊ１_Ａと軸状部Ｊ１_Ｂとを連結する連結部Ｊ１_Ｃと、を有する。環状部Ｊ１_Ａの内周面は、基準面Ｐ１を有し、軸状部Ｊ１_Ｂの外周面は、基準面Ｐ２を有する。

図３に示すように、出力部材６０は、ベアリング７０の内周面と嵌合する凸部６１の側壁面である基準面６２と、治具Ｊ１と嵌合する穴部６３の側壁面である基準面６４とが同一の軸芯ｄになるように構成されている。また、治具Ｊ１は、基準面２４と嵌合する基準面Ｐ１と、出力部材６０の基準面６４と嵌合する基準面Ｐ２とが同一の軸芯ｅになるように構成されている。

図３に示すように、治具Ｊ１の環状部Ｊ１_Ａを隙間Ｒ１に嵌合させて治具Ｊ１の基準面Ｐ１と剛性内歯歯車２０の外周面とを嵌合させる。同時に、出力部材６０の回転中心に形成された穴部６３に軸状部Ｊ１_Ｂを嵌合させて基準面Ｐ２と出力部材６０の穴部６３の基準面６４とを嵌合させる。このように、治具Ｊ１の基準面Ｐ１と剛性内歯歯車２０とを嵌合させ、かつ治具Ｊ１の基準面Ｐ２と出力部材６０とを嵌合させて、剛性内歯歯車２０に対して出力部材６０を位置決めする。治具Ｊ１を、剛性内歯歯車２０の基準面２４及び出力部材６０の基準面６４に嵌合させ、出力部材６０の基準面６２をベアリング７０に嵌合させることにより、ベアリング７０及び出力部材６０の軸芯ｄを、基準面２４の軸芯Ａと一致させることができる。

（３）ベアリング７０及び出力部材６０の固定工程（第２固定工程：図３及び図４）
次に、治具Ｊ１により出力部材６０を位置決めした状態で、ハウジング５０にベアリング７０を介し出力部材６０を固定する。つまり、第１位置決め工程の後、ベアリング７０の外輪７２をハウジング５０にボルト９２で固定し、出力部材６０をベアリング７０の内輪７１にボルト９３で固定する。本工程により、ベアリング７０及び出力部材６０が基準面２４を基準として固定される。ボルト９２，９３による固定後、治具Ｊ１を取り外す。

（４）可撓性外歯歯車３０の位置決め工程（第２位置決め工程：図５及び図６）
図５は、第２位置決め工程及び第３固定工程を説明するための図であり、可撓性外歯歯車３０をハウジング５０内に組み込んで、可撓性外歯歯車３０を治具Ｊ２で位置決めし、固定した状態の説明図である。図５（ａ）はその状態の断面図、図５（ｂ）はその状態の平面図である。図６は治具Ｊ２の説明図であり、図６（ａ）は治具Ｊ２の斜視図、図６（ｂ）は治具Ｊ２の断面図、図６（ｃ）は治具Ｊ２の平面図である。

本工程時、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示す可撓性外歯歯車位置決め治具（第２治具）である治具Ｊ２を準備する。治具Ｊ２は、剛性内歯歯車２０に位置決めされる第３基準面である基準面Ｐ３、及び可撓性外歯歯車３０を位置決めする第４基準面である基準面Ｐ４を有する。具体的に説明すると、治具Ｊ２は、円環状の第２環状部である環状部Ｊ２_Ａと、環状部Ｊ２_Ａと同軸に配置された第２軸状部である軸状部Ｊ２_Ｂと、環状部Ｊ２_Ａと軸状部Ｊ２_Ｂとを連結する連結部Ｊ２_Ｃと、を有する。環状部Ｊ２_Ａの内周面は基準面Ｐ３を有し、軸状部Ｊ２_Ｂの外周面は基準面Ｐ４を有する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、可撓性外歯歯車３０は、カップ形状に形成されている。可撓性外歯歯車３０の中央部（取付部３２の回転中心）には、穴部３４が形成され、穴部３４の側壁面が、可撓性外歯歯車３０の基準となる可撓性外歯歯車基準面である基準面３５となる。

治具Ｊ２は、基準面２４と嵌合する基準面Ｐ３と、基準面３５と嵌合する基準面Ｐ４とが同一の軸芯ｆになるように構成されている。

また、治具Ｊ２には、可撓性外歯歯車３０を出力部材６０に締結固定するボルト９４の締めつけを可能とするボルト締結用逃げ穴Ｈ１が連結部Ｊ２_Ｃに形成されている。

可撓性外歯歯車３０を、剛性内歯歯車２０の内歯と噛み合うように剛性内歯歯車２０の内部に仮配置させ、可撓性外歯歯車３０の背後（カップ開口側）より、治具Ｊ２を挿入する。治具Ｊ２の環状部Ｊ２_Ａを隙間Ｒ１に嵌合させて治具Ｊ２の基準面Ｐ３と剛性内歯歯車２０の外周面とを嵌合させる。同時に、取付部３２に形成された穴部３４に軸状部Ｊ２_Ｂを嵌合させて基準面Ｐ４と穴部３４の基準面３５とを嵌合させる。このように、治具Ｊ２の基準面Ｐ３と剛性内歯歯車２０とを嵌合させ、かつ治具Ｊ２の基準面Ｐ４と可撓性外歯歯車３０とを嵌合させることで、剛性内歯歯車２０に対して可撓性外歯歯車３０を位置決めする。治具Ｊ２を剛性内歯歯車２０の基準面２４と可撓性外歯歯車３０の基準面３５とに同時に嵌合させることにより、可撓性外歯歯車３０の軸芯Ｂを、剛性内歯歯車２０の基準面２４の軸芯Ａに一致させることができる。この際、ハウジング５０に隙間Ｒ１があるため、同時に二か所の嵌合が可能となり、可撓性外歯歯車３０の軸芯Ｂは基準面２４の軸芯Ａと一致させることができる。

（５）可撓性外歯歯車３０の固定工程（第３固定工程：図５及び図６）
各々の基準面を嵌合させた状態で、治具Ｊ２に設けられたボルト締結用逃げ穴Ｈ１を利用し、可撓性外歯歯車３０を出力部材６０にボルト９４で固定する。本工程により、可撓性外歯歯車３０は、基準面２４を基準とし、出力部材６０に取付固定される。

さらに、治具Ｊ２の連結部Ｊ２_Ｃには、可撓性外歯歯車３０の位置決め固定後に治具Ｊ２を引き抜く治具抜き手段として、例えばタップ加工された穴Ｈ２が設けられている。これにより、治具Ｊ２を容易に取り外すことができる。

（６）波動発生器ユニット１００の組立工程（図７）
図７は、波動発生器ユニット１００の断面図である。図７に示すカム部材４１は、外周が略楕円形状をしており、中央部にカム部材４１の基準となるカム部材４１の円筒状の内周面である基準面４４を有している。入力軸部材４３には、基準面４４と嵌合する円筒状の外周面である基準面４５と、入力軸位置決め治具（第３治具）である治具Ｊ３（図９）と嵌合する円筒状の外周面である基準面４６と、が同一の軸芯Ｃになるよう形成されている。

カム部材４１は、入力軸部材４３の基準面４５に倣い入力軸部材４３に配置され、ボルト９５によって入力軸部材４３が固定されている。さらに、入力軸部材４３にベアリング９７の内輪を取り付け、ベアリング９７の外輪に支持部材８０を固定する。この時、ベアリング９７に予圧を掛けてガタ取りをすることで、ベアリング９７及び支持部材８０は、同一の軸芯Ｃになるよう組立可能である。この工程で組み立てられたユニットを波動発生器ユニット１００と呼ぶ。

（７）波動発生器４０の位置決め工程（第３位置決め工程：図８及び図９）
図８は、第３位置決め工程及び第４固定工程を説明するための図であり、波動発生器４０をハウジング５０内に組み込んで、波動発生器４０を位置決めし、波動発生器４０を支持する支持部材８０をハウジング５０に固定した状態を示す説明図である。図８（ａ）はその状態の断面図、図８（ｂ）はその状態の平面図である。図９は治具Ｊ３の説明図であり、図９（ａ）は治具Ｊ３の斜視図、図９（ｂ）は治具Ｊ３の断面図、図９（ｃ）は治具Ｊ３の平面図である。

本工程時、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す入力軸位置決め治具（第３治具）である治具Ｊ３を準備する。治具Ｊ３は、剛性内歯歯車２０に位置決めされる第５基準面である基準面Ｐ５、及び波動発生器４０を位置決めする第６基準面である基準面Ｐ６を有する。具体的に説明すると、治具Ｊ３は、円環状の第３環状部である環状部Ｊ３_Ａと、環状部Ｊ３_Ａから半径方向内側に延びて形成され、入力軸部材４３の軸部が挿通される貫通孔Ｈ３が形成された面状部Ｊ３_Ｂと、を有する。環状部Ｊ３_Ａの内周面が基準面Ｐ５であり、貫通孔Ｈ３の側壁面が基準面Ｐ６である。

治具Ｊ３は、剛性内歯歯車２０の基準面２４と嵌合する基準面Ｐ５と、入力軸部材４３の基準面４６と嵌合する基準面Ｐ６とが、同一の軸芯ｇになるように構成されている。また、治具Ｊ３には、支持部材８０をハウジング５０に締結固定するボルト９６の締め付けを可能とするボルト締結用逃げ穴Ｈ４が設けられている。更に治具Ｊ３には、入力軸部材４３の位置決め固定後に治具Ｊ３を引き抜く治具抜き手段として、例えば、タップ加工された穴Ｈ５が設けられている。

図８（ａ）に示すように、ハウジング５０の内部、即ち上記第３固定工程で可撓性外歯歯車３０を固定したユニットに、波動発生器４０が可撓性外歯歯車３０の内部に配置するように、波動発生器ユニット１００を仮配置する。その後、波動発生器ユニット１００の背後（支持部材８０側）より、図８（ｂ）に示すように、治具Ｊ３を挿入する。

環状部Ｊ３_Ａを隙間Ｒ１，Ｒ２に嵌合させて基準面Ｐ５と剛性内歯歯車２０の外周面２４とを嵌合させ、貫通孔Ｈ３に入力軸部材４３の軸部を挿通させて、貫通孔Ｈの基準面Ｐ６と入力軸部材４３の基準面４６とを嵌合させる。基準面Ｐ５と剛性内歯歯車２０とを嵌合させ、かつ基準面Ｐ６と波動発生器４０とを嵌合させることで、剛性内歯歯車２０に対して波動発生器４０を位置決めする。治具Ｊ３を剛性内歯歯車２０の基準面２４と入力軸部材４３の基準面４６に同時に嵌合させることにより、入力軸部材４３の軸芯Ｃを、剛性内歯歯車２０の基準面２４の軸芯Ａと一致させることができる。

（８）波動発生器４０の固定工程（第４固定工程：図８及び図９）
各々の基準面を嵌合させた状態で、波動発生器４０を支持した支持部材８０、即ち波動発生器ユニット１００を、治具Ｊ３に設けられたボルト締結用逃げＨ４を利用し、ボルト９６でハウジング５０に固定する。この際、ハウジング５０と支持部材８０との間に隙間Ｒ１があるため、治具Ｊ３に倣い波動発生器ユニット１００が動いても、ハウジング５０と干渉することはない。

その後、治具Ｊ３を、タップ加工が施された穴Ｈ５を用いて引き抜くことで、波動歯車装置１０が完成する。本工程により、波動発生器４０が剛性内歯歯車２０の基準面２４を基準として、取付固定されたことになる。

以上、第１実施形態の製造方法によれば、従来のようにハウジング基準で剛性内歯歯車、可撓性外歯歯車及び波動発生器を組み付けるのではなく、剛性内歯歯車２０を基準に可撓性外歯歯車３０及び波動発生器４０をハウジング５０に組み付けている。したがって、従来よりもハウジング５０を高精度に加工する手間を省くことができ、製造に要する時間を短縮しながらも剛性内歯歯車２０、可撓性外歯歯車３０及び波動発生器４０の中心軸を精度良く揃えることができる。

また、可撓性外歯歯車３０及び波動発生器４０が剛性内歯歯車２０の基準面２４を基準とし、取付固定されたことになるので、従来例に比べ、３つの主要な構成要素の位置決め時の嵌合箇所が少ないため、より高精度な取付が可能である。さらに、短時間で波動歯車装置１０の組立を行うことができる。

また、ハウジング５０に隙間Ｒ１を設けることでハウジング５０と治具Ｊ１〜Ｊ３とが干渉することなく簡便に組立が可能である。

さらに、従来は高精度に加工が必要であった支持部材８０の外径部の加工がし易くなる。また、ハウジング５０に設けられ、高精度加工している剛性内歯歯車嵌合長、即ちハウジング５０側の基準面５１が、従来は剛性内歯歯車の約２倍必要であったのに対し、約１／２倍以下で済む。その結果、コストも低く抑えられた波動歯車装置１０となる。

また、ダイヤルゲージ等の測定器を使用し、各構成要素の取付精度を測りながら構成要素を位置決め固定してもよいが、第１実施形態では、治具Ｊ１〜Ｊ３を用いて位置決め固定しているので、簡便に組立が可能であり、組立時間を短縮することができる。

また、剛性内歯歯車２０の外周面２４及び支持部材８０の外周面８１がハウジング５０の内周面５２に対して離間して隙間Ｒ１，Ｒ２が形成されている。これにより、治具Ｊ１〜Ｊ３を用いて剛性内歯歯車２０を基準に可撓性外歯歯車３０及び波動発生器４０の位置決めをすることができる。

（実施例）
実際に、第１実施形態の製造方法で製造した波動歯車装置１０を用いた多関節型多軸のロボットアームの性能向上の効果を確認した。

多関節型多軸ロボットアームの性能項目の一つに、位置経路繰返し精度という指標がある（ＪＩＳ Ｂ８４３２ ロボット性能項目及び試験方法）。本試験では、指令経路を与えた時に実際の動作経路のばらつきをみている。そして、本性能は各軸の回転精度に大きく寄与しており、各軸の回転精度が低いと、同じ指令経路であっても動作経路に大きなばらつきが生まれることになる。

表１は多関節型多軸のロボットアームの可動範囲内に設けられたＡ点とＢ点との間を移動する動作において、Ａ点−Ｂ点最短経路に対する実際の動作経路のズレ量を測定したものである。最短経路上を移動すれば０となる。つまり、値が小さい方が本性能が優れていることになる。

また、測定経路１及び測定経路２は各々５０ｍｍ離れた２点間を移動する経路である。性能評価結果は表１の通り、従来（特許文献１）の製造方法で製造した波動歯車装置を用いた多関節型多軸のロボットアームに比べ、本実施例の製造方法で製造した波動歯車装置を用いた多関節型多軸のロボットアームの方が良い結果が得られた。

測定経路１では従来０．１１９ｍｍであったズレ量が０．０６９ｍｍズレ量に約４０％（０．０５０ｍｍ）軽減された。また、測定経路２では従来０．０６９ｍｍであったズレ量が０．０４０ｍｍズレ量に約４０％（０．０２９ｍｍ）軽減された。このことにより、従来は難工程であった嵌合組立がよりスムーズになった。

以上より、可撓性外歯歯車３０及び波動発生器４０が剛性内歯歯車２０に対し、従来行われていた嵌合で決まる精度よりも精度良く位置決めされ、波動歯車装置１０の回転精度がよくなった。これにより、ロボットアームの位置経路繰返し精度が向上した。さらに、短時間で波動歯車装置１０の組立を行うことが可能になった。そのため、ロボットアームの組立時間が短くなった。

また、ハウジング５０に隙間Ｒ１を設けることでハウジング５０と治具Ｊ１〜Ｊ３が干渉することなく簡便に組立が可能である。また、従来は高精度に加工が必要であった支持部材８０の外径部の加工がし易くなる。また、ハウジング５０に設けられ、高精度加工している剛性内歯歯車嵌合長が従来は剛性内歯歯車の約２倍必要であったのに対し、約１／２倍ですむ。その結果、コストも低く抑えることができた。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る波動歯車装置の製造方法について説明する。上記第１実施形態では、第１位置決め工程及び第２位置決め工程を、異なる治具Ｊ１，Ｊ２を用いて別々に実施したが、第２実施形態では、第１位置決め工程及び第２位置決め工程を、共通治具を用いて同時に行う場合について説明する。

図１０は、第２実施形態に係る波動歯車装置の製造方法の第１位置決め工程、第２位置決め工程、第２固定工程及び第３固定工程を説明するための図である。図１１は、共通治具の説明図であり、図１１（ａ）は共通治具の斜視図、図１１（ｂ）は共通治具の断面図、図１１（ｃ）は共通治具の平面図である。なお、波動歯車装置の構成は、上記第１実施形態と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。治具Ｊ１と治具Ｊ２は、『可撓性外歯歯車３０の基準面３５の径≦出力部材６０の基準面６２の径』の条件を満たす場合に、一体化することが可能であり、第２実施形態では、上記第１実施形態の治具Ｊ１と治具Ｊ２とを一体化した共通治具ＪＭを用いる。

共通治具（一体治具）ＪＭは、上記第１実施形態の治具Ｊ１及び治具Ｊ２を一体に形成したものである。共通治具ＪＭは、環状部ＪＭ_Ａと、環状部ＪＭ_Ａと同軸に配置された軸状部ＪＭ_Ｂと、環状部ＪＭ_Ａと軸状部ＪＭ_Ｂとを連結する連結部ＪＭ_Ｃと、を有する。環状部ＪＭ_Ａの内周面は、上記第１実施形態で説明した第１基準面と第３基準面とを兼ねた共通基準面Ｐ_Ｍを有する。

軸状部ＪＭ_Ｂの外周面は、第２基準面である基準面Ｐ２と、基準面Ｐ２に対して軸方向にずらして形成された第４基準面である基準面Ｐ４と、を有する。

なお、共通治具ＪＭには、上記第１実施形態の治具Ｊ２と同様、ボルト締結用逃げ穴Ｈ１が形成されており、治具抜き手段として、例えばタップ加工された穴Ｈ２が形成されている。

第１位置決め工程では、剛性内歯歯車２０の基準面２４と環状部ＪＭ_Ａとを嵌合させ、その後穴部６３に軸状部ＪＭ_Ｂを嵌合させる。それにより、剛性内歯歯車２０の軸芯と出力軸６０の軸芯が（許容値以内の値に）一致する。ハウジング５０と環状部ＪＭ_Ａとは隙間Ｒ１が設けられているので、位置合わせに無理な力が作用せず、位置決めが可能となる。

第２位置決め工程では、環状部ＪＭ_Ａの共通基準面Ｐ_Ｍと剛性内歯歯車２０の基準面２４とを嵌合させた状態で、可撓性外歯歯車３０の取付部３２に形成された穴部３４に軸状部ＪＭ_Ｂを嵌合させて、基準面Ｐ４と穴部３４の基準面３５とを位置決め可能となる。

これら第１位置決め工程及び第２位置決め工程により、剛性内歯歯車２０に対して出力部材６０及び可撓性外歯歯車３０が位置決めされる。

本第２実施形態では、第１位置決め工程及び第２位置決め工程の両工程を、第２固定工程及び第３固定工程の両工程に先立って同時に行う。即ち、共通治具ＪＭを取り外すことなく、第１位置決め工程及び第２位置決め工程の両工程を連続して行う。

第１位置決め工程及び第２位置決め工程後、ハウジング５０にベアリング７０の外輪７２をボルト９２で固定し、ベアリング７０の内輪７１をボルト９３で出力部材６０に固定する（第２固定工程）。また、共通治具ＪＭの穴Ｈ１を通じてボルト９４で可撓性外歯歯車３０を出力部材６０に固定する（第３固定工程）。

このように、一体治具である共通治具ＪＭを使用すると、ベアリング７０及び出力部材６０と、可撓性外歯歯車３０は同時に剛性内歯歯車基準面２４を基準とし、取付固定することができ、組立に要する時間を更に短縮することができる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で可能である。

上記実施形態では、製造された波動歯車装置１０における隙間Ｒ１，Ｒ２には何も介在していない場合について説明したが、隙間Ｒ１，Ｒ２に絶縁材（例えば樹脂等の充填材）や金属材等の介在物が設けられていてもよい。

１０…波動歯車装置、２０…剛性内歯歯車、２２…内歯、３０…可撓性外歯歯車、３３…外歯、４０…波動発生器、５０…ハウジング、６０…出力部材、７０…ベアリング、７１…内輪、７２…外輪、８０…支持部材、Ｊ１…治具（第１治具）、Ｊ２…治具（第２治具）、Ｊ３…治具（第３治具）

Claims (14)

1. 筒状のハウジングと、
   前記ハウジングの内部に取り付けられ、内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、
   外歯が形成された筒状の胴部と、前記胴部の一端から半径方向内側に延びる取付部とを有し、前記剛性内歯歯車の内側に配置された可撓性外歯歯車と、
   前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて、前記可撓性外歯歯車を部分的に前記剛性内歯歯車に噛み合わせると共に、前記外歯及び前記内歯の噛み合い位置を円周方向に移動させる波動発生器と、
   前記取付部に取り付けられた出力部材と、
   外輪が前記ハウジングに固定され、内輪が前記出力部材に固定され、前記出力部材を回転可能に支持するベアリングと、
   前記波動発生器を回転可能に支持し、前記ハウジングに固定される支持部材と、を有する波動歯車装置の製造方法において、
   前記剛性内歯歯車の外周面が前記ハウジングの内周面に対して半径方向に離間するように前記剛性内歯歯車を前記ハウジングに固定する第１固定工程と、
   前記剛性内歯歯車に対して前記出力部材を位置決めする第１位置決め工程と、
   前記第１位置決め工程の後、前記ベアリングの外輪を前記ハウジングに固定し、前記出力部材を前記ベアリングの内輪に固定する第２固定工程と、
   前記剛性内歯歯車に対して前記可撓性外歯歯車を位置決めする第２位置決め工程と、
   前記第２位置決め工程の後、前記可撓性外歯歯車の取付部を前記出力部材に固定する第３固定工程と、
   前記剛性内歯歯車に対して前記波動発生器を位置決めする第３位置決め工程と、
   前記第３位置決め工程の後、前記波動発生器を支持した前記支持部材を、前記支持部材の外周面が前記ハウジングの内周面に対して半径方向に離間するように前記ハウジングに固定する第４固定工程と、を備えたことを特徴とする波動歯車装置の製造方法。
2. 前記剛性内歯歯車に位置決めされる第１基準面、及び前記出力部材を位置決めする第２基準面を有する第１治具と、
   前記剛性内歯歯車に位置決めされる第３基準面、及び前記可撓性外歯歯車を位置決めする第４基準面を有する第２治具と、
   前記剛性内歯歯車に位置決めされる第５基準面、及び前記波動発生器を位置決めする第６基準面を有する第３治具と、を準備しておき、
   前記第１位置決め工程では、前記第１治具を用い、前記第１基準面と前記剛性内歯歯車とを嵌合させ、かつ前記第２基準面と前記出力部材とを嵌合させて、前記剛性内歯歯車に対して前記出力部材を位置決めし、
   前記第２位置決め工程では、前記第２治具を用い、前記第３基準面と前記剛性内歯歯車とを嵌合させ、かつ前記第４基準面と前記可撓性外歯歯車とを嵌合させて、前記剛性内歯歯車に対して前記可撓性外歯歯車を位置決めし、
   前記第３位置決め工程では、前記第３治具を用い、前記第５基準面と前記剛性内歯歯車とを嵌合させ、かつ前記第６基準面と前記波動発生器とを嵌合させて、前記剛性内歯歯車に対して前記波動発生器を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の波動歯車装置の製造方法。
3. 前記第１固定工程では、前記剛性内歯歯車の外周面と前記ハウジングとの間に隙間が形成されるように前記剛性内歯歯車が前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項２に記載の波動歯車装置の製造方法。
4. 前記第１治具は、第１環状部と、前記第１環状部と同軸に配置された第１軸状部と、を有し、前記第１環状部の内周面は、前記第１基準面を有し、前記第１軸状部の外周面は、前記第２基準面を有し、
   前記第１位置決め工程では、前記第１基準面と前記剛性内歯歯車の外周面とを嵌合させ、前記出力部材の回転中心に形成された穴部に前記第１軸状部を嵌合させることで、前記剛性内歯歯車に対して前記出力部材を位置決めする、ことを特徴とする請求項３に記載の波動歯車装置の製造方法。
5. 前記第２治具は、第２環状部と、前記第２環状部と同軸に配置された第２軸状部と、を有し、前記第２環状部の内周面は、前記第３基準面を有し、前記第２軸状部の外周面は、前記第４基準面を有し、
   前記第２位置決め工程では、前記第３基準面と前記剛性内歯歯車の外周面とを嵌合させ、前記取付部の回転中心に形成された穴部に前記第２軸状部を嵌合させることで、前記剛性内歯歯車に対して前記可撓性外歯歯車を位置決めする、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の波動歯車装置の製造方法。
6. 前記第１治具及び前記第２治具は、一体に形成された共通治具であり、前記共通治具は、環状部と、前記環状部と同軸に配置された軸状部と、を有し、前記環状部の内周面は、前記第１基準面と前記第３基準面とを兼ねた共通基準面を有し、
   前記軸状部の外周面は、前記第２基準面と、前記第２基準面に対して軸方向にずらして形成された前記第４基準面と、を有し、
   前記第１位置決め工程では、前記共通基準面と前記剛性内歯歯車の外周面とを嵌合させ、前記出力部材の回転中心に形成された穴部に前記軸状部を嵌合させることで、前記剛性内歯歯車に対して前記出力部材を位置決めし、
   前記第２位置決め工程では、前記共通基準面と前記剛性内歯歯車の外周面とを嵌合させ、前記取付部の回転中心に形成された穴部に前記軸状部を嵌合させることで、前記剛性内歯歯車に対して前記可撓性外歯歯車を位置決めする、ことを特徴とする請求項３に記載の波動歯車装置の製造方法。
7. 前記共通治具を用いる前記第１位置決め工程及び前記第２位置決め工程の両工程を、前記第２固定工程及び前記第３固定工程の両工程に先立って行うことを特徴とする請求項６に記載の波動歯車装置の製造方法。
8. 前記波動発生器は、略楕円形状のカム部材と、前記カム部材に固定され、回転の入力を受ける入力軸部材と、を有し、
   前記第３治具は、第３環状部と、前記第３環状部から半径方向内側に延びて形成され、前記入力軸部材が挿通される貫通孔が形成された面状部と、を有し、
   前記第３環状部の内周面が前記第５基準面であり、前記貫通孔の側壁面が前記第６基準面であり、
   前記第３位置決め工程では、前記第３環状部を前記隙間に嵌合させて前記第５基準面と前記剛性内歯歯車の外周面とを嵌合させ、前記貫通孔に前記入力軸部材を挿通させて前記第６基準面と前記入力軸部材の外周面とを嵌合させることで、前記剛性内歯歯車に対して前記波動発生器を位置決めする、ことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の波動歯車装置の製造方法。
9. 前記ハウジングには、前記剛性内歯歯車の外周面の一部が嵌合して、前記ハウジングに対して前記剛性内歯歯車の位置決めを行うハウジング基準面が形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の波動歯車装置の製造方法。
10. 前記剛性内歯歯車の外周面の一部は、軸方向の半分以下の部分であることを特徴とする請求項９に記載の波動歯車装置の製造方法。
11. 筒状のハウジングと、
    前記ハウジングの内部に取り付けられ、内歯が形成された環状の剛性内歯歯車と、
    外歯が形成された筒状の胴部と、前記胴部の一端から半径方向内側に延びる取付部とを有し、前記剛性内歯歯車の内側に配置された可撓性外歯歯車と、
    前記可撓性外歯歯車の内側に配置され、前記可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて、前記可撓性外歯歯車を部分的に前記剛性内歯歯車に噛み合わせると共に、前記外歯及び前記内歯の噛み合い位置を円周方向に移動させる波動発生器と、
    前記取付部に取り付けられた出力部材と、
    外輪が前記ハウジングに固定され、内輪が前記出力部材に固定され、前記出力部材を回転可能に支持するベアリングと、
    前記波動発生器を前記ベアリングとは異なるベアリングを介して回転可能に支持し、前記剛性内歯歯車と接して前記ハウジングに固定される支持部材と、を備え、
    前記剛性内歯歯車の外周面の少なくとも一部及び前記支持部材の外周面が前記ハウジングの内周面と接していないことを特徴とする波動歯車装置。
12. 前記剛性内歯歯車は該剛性内歯歯車の同一外周面において、前記ハウジングの内周面と接している部分と接していない部分を有することを特徴とする請求項１１に記載の波動歯車装置。
13. 前記剛性内歯歯車の前記ハウジングの内周面と接している部分の長さは、前記ハウジングの内周面と接していない部分の長さ以下であることを特徴とする請求項１２に記載の波動歯車装置。
14. 請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の波動歯車装置をロボットアームの関節軸に有することを特徴とするロボット装置。

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