JP2017169331A - 扁平アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータと歯車減速機が軸線方向に連結された軸長の短い扁平アクチュエータを提供すること。
【解決手段】扁平アクチュエータ１は、モータ２、エンコーダ３、モータ２のロータシャフト１０を片持ち状態で支持する複列アンギュラ玉軸受け等の主軸受１３、および、ロータシャフト１０から取り出されるモータ回転を減速する波動歯車減速機４を有している。波動歯車減速機４は、ロータシャフト１０と同軸に配置されたカップ形状の可撓性の外歯歯車２２を備え、主軸受１３は外歯歯車の内部に配置されている。ロータシャフト１０の一方の第１シャフト端部１０ａの側の部分が外歯歯車２２の内部の主軸受１３によって支持され、他方の第２シャフト端部１０ｂの側の部分が外歯歯車２２の開口端から外部に突出している。第２シャフト端部１０ｂにエンコーダ３が取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータおよび波動歯車減速機を備えた扁平アクチュエータに関する。

特許文献１には、モータおよび波動歯車減速機を備えた回転アクチュエータが提案されている。当該特許文献１に開示の回転アクチュエータは、中空型のＡＣサーボモータと、カップ型の中空波動歯車装置とが中心軸線の方向に配列された構成となっている。

ＡＣサーボモータの中空モータ軸の出力側の部分は、モータハウジングの前側端板を貫通して中空波動歯車装置のカップ形状をした可撓性の外歯歯車の内部に延びている。外歯歯車の内部に延びている中空モータ軸の部位には波動発生器が固定されている。中空モータ軸の反対側の部位にはエンコーダが取り付けられている。また、中空モータ軸は、モータハウジングの前側端板に取り付けた前側主軸受、および、エンコーダの側の後側主軸受によって、軸線方向に一定の間隔を開けて両持ち状態で支持されている。

特開２０１４−２０６２６５号公報

このようなアクチュエータにおいては、モータと波動歯車減速機が軸線方向に連結され、モータの後端側にはエンコーダが取り付けられているので、その軸長が長くなりやすい。

また、モータ軸には、その出力側の前端部分を波動歯車減速機の側に延ばして波動発生器の取り付け部を設け、その後端部分を後側に延ばしてエンコーダの取り付け部を設ける必要がある。よって、モータ軸の軸長も長くなりやすい。

長いモータ軸は、その支持剛性を確保するために、その軸線方向に間隔を開けて配置した前側主軸受と後側主軸受とによって、両持ち状態で支持する必要がある。このため、軸線方向の前後に軸受を配置するためのスペースが必要となる。この点からも、アクチュエータの軸長が長くなりやすい。

軸長の長いアクチュエータは、軸線方向に十分な設置スペースを確保できないと、組み込むことが困難な場合がある。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、モータと波動歯車減速機とが軸線方向に連結された軸長の短い扁平アクチュエータを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の扁平アクチュエータは、
モータと、
前記モータの回転状態を検出するエンコーダと、
前記モータのロータシャフトを片持ち状態で支持する組合せアンギュラ玉軸受等の主軸受と、
前記ロータシャフトから取り出されるモータ回転を減速する波動歯車減速機と、
を有し、
前記波動歯車減速機は、前記ロータシャフトと同軸に配置されたカップ形状の可撓性の外歯歯車を備え、
前記主軸受は前記外歯歯車の内部に配置され、
前記ロータシャフトは、一方の第１シャフト端部の側の部分が前記外歯歯車の内部に位置し前記主軸受によって支持され、他方の第２シャフト端部の側の部分が前記外歯歯車の開口端から外部に突出しており、
前記エンコーダは、前記ロータシャフトの前記第２シャフト端部に取り付けられていることを特徴としている。

本発明の扁平アクチュエータでは、カップ形状の外歯歯車の内部空間を利用して主軸受を配置し、当該主軸受によってロータシャフトを片持ち状態で支持しており、ロータシャフトの後端側（エンコーダ側の第２シャフト端部の側）をフリーの状態にできる。

従来では、波動歯車減速機の外歯歯車から外部に突出しているロータシャフトの部分を、その軸線方向に沿って所定の間隔で配置した一対の主軸受によって両持ち状態に支持している。ロータシャフトのエンコーダ側の第２シャフト端部側をフリーの状態にすることができない。

本発明ではロータシャフトの後端側をフリーの状態にできるので、モータ（エンコーダ）の側に、一対の主軸受の設置スペースを省略でき、その分、従来に比べてロータシャフトの軸長を短くできる。また、ロータシャフトを短くできるので、組合せアンギュラ玉軸受などの負荷容量の高い軸受を用いれば、ロータシャフトを十分な支持剛性で片持ち状態で支持することができる。さらに、エンコーダの側にはロータシャフトの主軸受が存在しないので、当該主軸受を潤滑するための軸受潤滑油の飛散防止のための部品を配置する必要がない。すなわち、エンコーダへのグリースあるいは潤滑油の飛散防止のために、専用の部材を配置する必要がない。したがって、本発明によれば、従来に比べて軸長の短い扁平アクチュエータを実現できる。

また、本発明では、ロータシャフトの後端側をフリーの状態にでき、エンコーダの側には主軸受および当該主軸受の保持機構が不要であるので、エンコーダの側の部材の加工精度を緩めることができ、かつ、組立性を向上できる。したがって、本発明によれば、扁平アクチュエータを実現できると共に、当該扁平アクチュエータの加工費および組立費を抑えることができる。

次に、本発明の扁平アクチュエータにおいて、前記ロータシャフトにおける前記主軸受と前記エンコーダとの間のシャフト部分に、前記第１シャフト端部の側に前記波動歯車減速機の波動発生器を取り付け、前記第２シャフト端部の側に、外周部にロータマグネットが固定されたロータ円盤を取り付け、前記波動発生器と前記ロータ円盤との間を減速機ケースによって仕切り、前記減速機ケースと、当該減速機ケースを貫通して延びている前記ロータシャフトとの間を、オイルシールによってシールすることができる。

この構成によれば、モータと波動歯車減速機との間が、減速機ケースとオイルシールとによって仕切られる。波動歯車減速機の側からグリースがモータの側に漏れ出ることを防止できる。モータ側に漏れ出たグリースがロータの回転によって隣接配置されているエンコーダの側に飛散して当該エンコーダに付着するという弊害を防止できる。

本発明を適用した扁平アクチュエータを示す概略縦断面図である。 図１の扁平アクチュエータの部分拡大断面図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した扁平アクチュエータの実施の形態を説明する。

図１は本実施の形態に係る扁平アクチュエータを示す概略縦断面図である。扁平アクチュエータ１は、モータ２と、モータ２の回転状態を検出するエンコーダ３と、モータ回転を減速する波動歯車減速機４とを有している。

モータ２は、端板部５ａおよび筒状胴部５ｂを備えたモータケース５の内部に、同軸に組み込まれたステータアセンブリ６およびロータアセンブリ７を備えている。ステータアセンブリ６は、モータケース５の内周面に取り付けたステータコア８の各突極に巻回したステータコイル９を備えている。ロータアセンブリ７は、ロータシャフト１０と、ロータシャフト１０と一体回転するロータ円盤１１と、ロータ円盤１１の外周部に取り付けたロータマグネット１２とを備えている。

波動歯車減速機４は、モータケース５に固定された減速機ケース２０を備えている。減速機ケース２０の内周側の部位には、剛性の内歯歯車２１が一体形成されている。この内側には、カップ形状をした可撓性の外歯歯車２２が同軸に配置されており、この内側には、楕円状輪郭の波動発生器２３が同軸にはめ込まれている。波動発生器２３はモータ２のロータシャフト１０に固定されており、外歯歯車２２には出力軸２４が固定されている。また、外歯歯車２２の内部には、モータ２の主軸受１３が配置されており、当該主軸受１３によって、ロータシャフト１０が片持ち状態で支持されている。すなわち、ロータシャフト１０のエンコーダ３の側の端はフリーの状態となっている。

本例では主軸受１３として組合せアンギュラ玉軸受を用いている。主軸受１３として他の形式の転がり軸受を用いてもよいことは勿論である。例えば、複列の深溝玉軸受などを用いることができ、主軸受１３は組合せアンギュラ玉軸受に限定されるものではない。

各部の構造を具体的に説明する。まず、モータ２のロータシャフト１０は、扁平アクチュエータ１の中心軸線１ａに沿って配置されている。ロータシャフト１０は、出力側の第１シャフト端部１０ａの側の部分が外歯歯車２２の内部に位置し、主軸受１３によって回転自在の状態で支持されている。ロータシャフト１０の他方の反出力端（後端）である第２シャフト端部１０ｂの側の部分は、外歯歯車２２の開口端から突出している。第２シャフト端部１０ｂは、モータケース５の後端側の端板部５ａから外方に突出しており、突出部分にエンコーダ３の回転側の部分が同軸状態で固定されている。

ロータシャフト１０における外歯歯車２２の開口端から突出している第２シャフト端部１０ｂの側のシャフト部分には、ロータ円盤１１が同軸に固定されている。ロータ円盤１１の外周縁部は波動歯車減速機４の側に延びる円筒部１１ａとなっており、この円筒部１１ａの外周側に、ロータマグネット１２が取り付けられている。ロータマグネット１２は、モータケース５の筒状胴部５ｂの内周面部分に取り付けたステータアセンブリ６のステータコイル９に一定のギャップで対峙している。

一方、波動歯車減速機４において、そのカップ形状の外歯歯車２２は、半径方向に撓み可能な円筒状の胴部２２ａと、この胴部２２ａにおけるモータ２とは反対側の端から半径方向の内側に延びている円盤状のダイヤフラム２２ｂと、ダイヤフラム２２ｂの内周縁に一体形成されている剛性の円環状のボス２２ｃと、胴部２２ａにおけるモータ２の側に開
口している開口端の側の外周面部分に形成した外歯２２ｄとを備えている。

外歯歯車２２の内部に位置するロータシャフト１０の入力軸部１０Ａにおいて、主軸受１３に対してモータ側の部分には、波動発生器２３の剛性カム板２３ａが一体形成されている。剛性カム板２３ａは楕円状輪郭の外周面を備え、当該外周面には波動発生器軸受２３ｂが装着されている。波動発生器２３によって外歯歯車２２の開口端の側の外歯２２ｄの部分が楕円状に撓められて、その外周側に配置されている内歯歯車２１の内歯２１ｄに部分的にかみ合っている。

減速機ケース２０は、モータケース５の筒状胴部５ｂの内周面に固定されている外周側円筒部２０ａと、外周側円筒部２０ａにおけるモータ側の端から半径方向の内側に延びている外周側円盤部２０ｂと、外周側円盤部２０ｂの内周縁部からモータ側に延びている内周側円筒部２０ｃと、内周側円筒部２０ｃのモータ側の端から半径方向の内側に延びている内周側円盤部２０ｄとを備えている。

減速機ケース２０の内周側円盤部２０ｄの中心部分を貫通してロータシャフト１０が延びている。また、内周側円盤部２０ｄは、波動発生器２３と、モータ２のロータ円盤１１との間に位置している。この内周側円盤部２０ｄとロータシャフト１０の間は、オイルシール２６によってシールされている。これにより、波動歯車減速機４の側からグリースがモータ２およびエンコーダ３の側に漏れ出ることが防止される。

波動歯車減速機４の内歯歯車２１と外歯歯車２２とは、クロスローラベアリング２７を介して、相対回転可能な状態に支持されている。クロスローラベアリング２７の外輪２８は、減速機ケース２０の外周側円筒部２０ａの開口端５ｃの側から、当該外周側円筒部２０ａの内側に装着固定されている。クロスローラベアリング２７の内輪２９は、本例では、出力軸２４の外周部に一体形成されている。出力軸２４には、その内周面から内側に円盤状に延びる内周縁部２４ａが形成されており、当該内周縁部２４ａと外歯歯車２２のボス２２ｃとが同軸に固定されている。

次に、図２は扁平アクチュエータ１の拡大部分断面図である。図１、図２を参照して、カップ形状の外歯歯車２２の内部に配置されているモータ２の主軸受１３について説明する。主軸受１３は、外歯歯車２２の内部に配置した円筒状の軸受ハウジング１４の内側に装着されている。軸受ハウジング１４は、主軸受１３が装着されているハウジング本体部１４ａと、このハウジング本体部１４ａにおけるモータ２とは反対側の端部から同軸に延びている小径の取付用円筒部１４ｂとを備えている。ハウジング本体部１４ａにおける取付用円筒部１４ｂの側の端には外輪止め用の円環状段部１４ｃが形成されており、他方の端にも外輪止め用の円環状段部１４ｅが形成されている。

主軸受１３の外輪は、軸受ハウジング１４におけるハウジング本体部１４ａの両側の円環状段部１４ｃ、１４ｅの内側端面の間に保持されている。また、主軸受１３の内輪は、ロータシャフト１０の外周面に形成した内輪止め用の段差面１０ｃと円環状のベアリング内輪押さえ３１との間に保持されている。

ベアリング内輪押さえ３１は、ロータシャフト１０の第１シャフト端部１０ａに取り付けた円筒ナット３２によって、主軸受１３の内輪に当接状態に保持されている。すなわち、軸受ハウジング１４の取付用円筒部１４ｂの内側には、ロータシャフト１０の第１シャフト端部１０ａが位置し、ここに、円環状のベアリング内輪押さえ３１が装着されている。第１シャフト端部１０ａには円筒ナット３２がねじ込み固定され、当該円筒ナット３２によってベアリング内輪押さえ３１が主軸受１３の内輪に当接状態に保持される。円筒ナット３２には緩み止め用の止めネジ３３がねじ込み固定されている。

なお、本例では、外歯歯車２２と出力軸２４との間の締結構造は、軸受ハウジング１４とナット１５によって構成されている。図２に示すように、軸受ハウジング１４の取付用円筒部１４ｂは、外歯歯車２２のボス２２ｃの中心開口および出力軸２４の内周縁部２４ａの中心開口を貫通して出力側に延びている。取付用円筒部１４ｂにおける内周縁部２４ａの中心開口からモータ２とは反対に突出している部分は、外周面に雄ネジが切られたボルト部１４ｄとなっている。このボルト部１４ｄには、出力側からナット１５が締結固定されている。これにより、出力軸２４の内周縁部２４ａと外歯歯車２２のボス２２ｃとが、軸受ハウジング１４とナット１５の間に挟まれて締結固定されている。

この構成の扁平アクチュエータ１において、モータ２を駆動してロータシャフト１０が回転すると、これと一体形成されている波動歯車減速機４の波動発生器２３が回転する。波動発生器２３が回転すると、内歯歯車２１に対する外歯歯車２２のかみ合い位置（楕円形状の長軸両端の位置）が円周方向に移動する。例えば、外歯歯車２２の歯数は内歯歯車２１に対して２枚少ないので、波動発生器２３が一回転する間に、外歯歯車２２は内歯歯車２１に対して歯数差分だけ相対回転する。内歯歯車２１は固定されているので、外歯歯車２２の出力軸２４から減速回転（アクチュエータ出力）が取り出される。

１ 扁平アクチュエータ
１ａ 軸線
２ モータ
３ エンコーダ
４ 波動歯車減速機
５ モータケース
５ａ 端板部
５ｂ 筒状胴部
５ｃ 開口端
６ ステータアセンブリ
７ ロータアセンブリ
８ ステータコア
９ ステータコイル
１０ ロータシャフト
１０ａ 第１シャフト端部
１０ｂ 第２シャフト端部
１０ｃ 段差面
１０Ａ 入力軸部
１１ ロータ円盤
１１ａ 円筒部
１２ ロータマグネット
１３ 主軸受
１４ 軸受ハウジング
１４ａ ハウジング本体部
１４ｂ 取付用円筒部
１４ｃ 円環状段部
１４ｄ ボルト部
１４ｅ 円環状段部
１５ ナット
２０ 減速機ケース
２０ａ 外周側円筒部
２０ｂ 外周側円盤部
２０ｃ 内周側円筒部
２０ｄ 内周側円盤部
２１ 内歯歯車
２１ｄ 内歯
２２ 外歯歯車
２２ａ 胴部
２２ｂ ダイヤフラム
２２ｃ ボス
２２ｄ 外歯
２３ 波動発生器
２３ａ 剛性カム板
２３ｂ 波動発生器軸受
２４ 出力軸
２４ａ 内周縁部
２６ オイルシール
２７ クロスローラベアリング
２８ 外輪
２９ 内輪
３１ ベアリング内輪押さえ
３２ 円筒ナット
３３ 止めネジ

Claims (3)

1. モータと、
   エンコーダと、
   前記モータのロータにおけるロータシャフトを片持ち状態で支持する主軸受と、
   前記ロータシャフトから取り出されるモータ回転を減速する波動歯車減速機と、
   を有し、
   前記波動歯車減速機は、前記ロータシャフトと同軸に配置されたカップ形状の可撓性の外歯歯車を備え、
   前記主軸受は前記外歯歯車の内部に配置され、
   前記ロータシャフトは、一方の第１シャフト端部の側の部分が前記外歯歯車の内部に位置し前記主軸受によって支持され、他方の第２シャフト端部の側の部分が前記外歯歯車の開口端から外部に突出しており、
   前記エンコーダは、前記ロータシャフトの前記第２シャフト端部に取り付けられていることを特徴とする扁平アクチュエータ。
2. 請求項１において、
   前記ロータシャフトにおける前記主軸受と前記エンコーダの間のシャフト部分には、前記第１シャフト端部の側に前記波動歯車減速機の波動発生器が取り付けられ、前記第２シャフト端部の側に、前記ロータにおける外周部にロータマグネットが固定されたロータ円盤が取り付けられ、
   前記波動発生器と前記ロータ円盤の間は減速機ケースによって仕切られており、
   前記減速機ケースと、当該減速機ケースを貫通して延びている前記ロータシャフトとの間は、オイルシールによってシールされている扁平アクチュエータ。
3. 請求項１または２において、
   前記主軸受は、組合せアンギュラ玉軸受である扁平アクチュエータ。