JP4898174B2 - モータの締結機構及びカム装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの締結機構及びカム装置に関し、特に、サーボモータ等のような高精度で回転するモータの出力軸と従節の入力軸とを締結するのに有効なモータの締結機構及びカム装置に関する。

従来、サーボモータ等のような高精度で回転する出力軸と従節の入力軸とを締結する方法として、出力軸と入力軸とをカップリングを介して締結する方法が採用されている。カップリングにより出力軸と入力軸とを締結する場合、出力軸と入力軸との締結部に平行誤差、角度誤差、及び軸方向誤差（ミスアライメント）が生じるため、それらのミスアライメントを吸収する必要がある。そのため、ゴム樹脂式、ベローズ式、金属コイルばね式、金属板ばね式等の弾性式カップリングを用い、弾性式カップリングの弾性変形によりミスアライメントを吸収している（非特許文献１参照。）。
機械設計 平成９年１月１日発行、第４１巻、第１号、６０頁〜６４頁「カップリング」

しかし、上記のような弾性式カップリングは、ミスアライメントを吸収するのには効果的であるが、弾性式カップリングの弾性変形によってミスアライメントを吸収しているため、伝達剛性が低下するだけでなくモータの回転角も吸収してしまい、回転誤差が生じる。また、ミスアライメントも発生しやすいといった問題がある。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、高い伝達剛性を備えた状態でミスアライメントを吸収することができ、これにより回転誤差等のロストモーションの発生を極めて少なくすることができるモータの締結機構及びカム装置を提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、請求項１に係る発明は、モータに備えられた出力軸と従節の入力軸とを締結するモータの締結機構であって、
前記モータに備えられた出力軸と前記従節の入力軸とを相対変位不可能に締結する締結部材と、
前記モータに備えられたモータ本体に取り付けられる板状のモータ取付部材と、
該モータ取付部材及び前記従節のうちの一方に設けられる被係合部と、
前記モータ取付部材及び前記従節のうちの他方に設けられ前記被係合部と係合する係合部と、
を有し、
前記係合部の前記被係合部との接触面、及び前記被係合部の前記係合部との接触面のうちの一方は、曲面に形成され、前記係合部の前記被係合部との接触面及び前記被係合部の前記係合部との接触面のうちの他方は、平面に形成されており、
前記モータ本体と前記従節とは、
前記係合部と前記被係合部の接点における、前記曲面の接線方向において、相対変位が許容され、
前記出力軸の回転方向において、相対変位が拘束されることを特徴とする。

本発明によるモータの締結機構によれば、モータの出力軸と従節の入力軸とは締結部材によって相対変位不可能に締結されることになるので、高い伝達剛性が得られることになる。また、出力軸と入力軸との締結部に生じるミスアライメントは、モータ取付部材及び従節のうちの一方に設けられる被係合部と、モータ取付部材及び従節のうちの他方に設けられる係合部とが、出力軸の回転方向への変位が規制されるように相互に係合されることにより、吸収されることになる。

本発明によるモータの締結機構によれば、係合部を例えば高分子材料等により剛性と最小限の弾性を備えた部材で構成することができるので、ロストモーションの発生を極めて少なくすることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のモータの締結機構であって、前記入力軸の端部に前記モータの出力軸と同軸に嵌合穴を設け、該嵌合穴に前記モータの出力軸を嵌合させて該出力軸と嵌合穴とを摩擦締結させることにより、前記入力軸と前記出力軸とを締結したことを特徴とする。

本発明によるモータの締結機構によれば、出力軸と入力軸の締結部に生じるミスアライメントを極めて小さくすることができる。

請求項３に係る発明は、ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に設けられるタレットと、該ハウジング内に回転自在に設けられるとともに、前記タレットと相互に噛合するローラギヤカムと、該ローラギヤカムの入力軸に出力軸がモータの締結機構を介して締結されるモータとを備えたカム装置であって、
前記モータの締結機構は、
前記モータに備えられた出力軸と前記ローラギヤカムの入力軸とを相対変位不可能に締結する締結部材と、
前記モータに備えられたモータ本体に取り付けられる板状のモータ取付部材と、
該モータ取付部材及び前記ハウジングのうちの一方に設けられる被係合部と、
前記モータ取付部材及び前記ハウジングの他方に設けられ前記被係合部と係合する係合部と、
を有し、
前記係合部の前記被係合部との接触面、及び前記被係合部の前記係合部との接触面のうちの一方は、曲面に形成され、前記係合部の前記被係合部との接触面及び前記被係合部の前記係合部との接触面のうちの他方は、平面に形成されており、
前記モータ本体と前記ハウジングとは、
前記係合部と前記被係合部の接点における、前記曲面の接線方向において、相対変位が許容され、
前記出力軸の回転方向において、相対変位が拘束されることを特徴とする。

本発明によるカム装置によれば、モータの出力軸とローラギヤカムの入力軸とは締結部材によって相対変位不可能に締結されることになるので、高い伝達剛性が得られることになる。また、出力軸と入力軸との締結部に生じるミスアライメントは、モータ取付部材及びローラギヤカムのうちの一方に設けられる被係合部と、モータ取付部材及びローラギヤカムのうちの他方に設けられる係合部とが、出力軸の回転方向への変位が規制されるように相互に係合されることにより、吸収されることになる。

以上、説明したように、本発明のモータの締結機構によれば、モータの出力軸と従節の入力軸とは締結部材によって相対変位不可能に締結されているので、高い伝達剛性が得られることになる。また、モータの出力軸と従節の入力軸との締結部に生じるミスアライメントは、モータ取付部材及び従節のうちの一方に設けられる被係合部と、モータ取付部材及び従節のうちの他方に設けられる係合部とが、出力軸の回転方向への変位が規制されるように相互に係合されることにより吸収されることになるので、高い伝達剛性を備えた状態で出力軸と入力軸との締結部に生じるミスアライメントを吸収することができる。従って、バックラッシュがなく、回転誤差等のロストモーションが殆ど生じることがない高剛性な回転伝達を行うことができる。
さらに、係合部の曲面の曲率半径を極大化することができるので、例えばヘルツ応力で検証した場合に、応力に対する変形を微小化することができ、高い伝達剛性が得られることになる。
さらに、モータの出力軸と従節の入力軸との締結部に生じるミスアライメントを極めて小さくすることができることになる。
さらに、本発明のカム装置によれば、モータの出力軸とローラギヤカムの入力軸とは締結部材によって相対変位不可能に締結されているので、高い伝達剛性が得られることになる。また、モータの出力軸とローラギヤカムの入力軸との締結部に生じるミスアライメントは、モータ取付部材及びローラギヤカムのうちの一方に設けられる被係合部と、モータ取付部材及びローラギヤカムのうちの他方に設けられる係合部とが、出力軸の回転方向への変位が規制されるように相互に係合されることにより吸収されることになるので、高い伝達剛性を備えた状態で出力軸と入力軸との締結部に生じるミスアライメントを吸収することができる。従って、バックラッシュがなく、回転誤差等のロストモーションが殆ど生じることがない高剛性な回転伝達を行うことができる。

以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図９には、本発明によるモータの締結機構の一実施の形態が示されていて、図１は全体を示す正面図、図２は図１の左側面図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は図３の部分拡大断面図、図５は図４のＢ−Ｂ線断面図、図６は締結部材の他の例を示した部分拡大断面図、図７は図２のＣ矢視図、図８は図２のＤ矢視図、図９は被係合部の内接円の半径と係合部の曲面の曲率半径との関係を示した説明図である。

すなわち、本実施の形態によるモータの締結機構１は、サーボモータ等のような高精度で回転するモータの出力軸と従節の入力軸とを締結するのに有効な方法であって、図１〜図３に示すように、モータ２の出力軸４と従節１１の入力軸１３とを締結する締結部材６と、モータ２に取り付けられるモータ取付部材３６と、モータ取付部材３６に設けられる被係合部３７と、従節１１のハウジング１２に設けられる係合部２０とを備えている。

モータ取付部材３６は、長方形板状をなすものであって、長手方向の一端中央部に表裏面間を貫通する貫通孔３８が設けられ、他端中央部に所定の幅、深さの被係合部である係合溝３７が設けられ、一端中央部の貫通孔３８を閉塞するようにモータ取付部材３６の表面側にモータ２が取り付けられている。

モータ２は、モータ本体３と、モータ本体３から突出する出力軸４とを備え、出力軸４をモータ取付部材３６の貫通孔３８内に挿入し、モータ本体３をモータ取付部材３６の貫通孔３８の周縁部にボルト５によって固定することによりモータ取付部材３６の表面側に固定されている。

モータ取付部材３６の貫通孔３８内には、モータ取付部材３６の裏面側から従節１１の入力軸１３が挿入され、この入力軸１３とモータ２の出力軸４とは、軸線を一致させた状態で締結部材６により強固に一体に締結され、上下方向、及び水平方向に相対変位不可能に構成されている。

締結部材６は、図４及び図５に示すように、従節１１の入力軸１３の先端部に所定の内径、深さの嵌合穴１４を設け、この嵌合穴内１４にモータ２の出力軸４を嵌合させ、この状態で入力軸１３の外側に半割りの締結部材１６を被嵌させ、締結部材１６をボルト１７によって締め付けることにより入力軸１３の筒状の薄肉部１５を圧縮させ、この締結部材６により入力軸１３と出力軸４とが一体に摩擦締結される。締結部材６は、図６に示すように、従節１１の入力軸１３の先端部に所定の内径、深さの嵌合穴１４を設け、この嵌合穴１４内に焼き嵌め、冷やし嵌め等によってモータ２の出力軸４を嵌合させることによって摩擦締結されるように構成してもよい。なお、締結部材１６は、これらに限らず、出力軸４と入力軸１３とを相対変位不可能に締結することができるものであればよい。このような締結部材６は、回転誤差の発生が少なく、応答性に優れた高速、高精度位置決めに適している。

モータ取付部材３６の係合溝３７は、図１〜図３に示すように、底面３９が水平方向を向く平面に形成され、両側面４０、４０が底面３９と直交する上下方向を向く平面に形成される矩形状をなすものであって、この係合溝３７内に係合部である従節１１側の固定部材２０が係合されている。

固定部材２０は、従節１１のハウジング１２に一体に設けられ、この固定部材２０がモータ取付部材３６の係合溝３７内に所定の方向のみに相対変位可能に係合され、この固定部材２０の相対変位によりモータ２の出力軸４と従節１１の入力軸１３との締結部に生じるミスアライメントが吸収される。

固定部材２０は、略直方体状をなすものであって、図１〜図３に示すように、従節１１のハウジング１２と一体に形成してもよいし、図１０及び図１１に示すように、従節１１のハウジング１２と別体に形成し、ボルト２１によりハウジング１２に一体に固定してもよい。

固定部材２０の係合溝３７の両側面４０、４０と対向する両側面２２、２２は、図７に示すように、上下方向（モータ２の出力軸４の軸線と直交する方向）に所定の曲率半径の曲面２３に形成されるとともに、図８に示すように、前後方向（モータ２の出力軸４の軸線に沿う方向）に所定の曲率半径の曲面２４に形成されている。

すなわち、図９に示すように、固定部材２０の両側面２２、２２は、上下方向及び前後方向に対して、モータ２の出力軸４と従節１１の入力軸１３との締結部に生じるミスアライメントの量に応じた曲率半径Ｒ１の曲面２３、２４に形成されている。この場合、係合溝３７に内接する円の曲率半径をＲ２としたときに、Ｒ１＞＞Ｒ２の関係を満たすように、固定部材２０の曲面２３、２４の曲率半径Ｒ１が設定されている。

そして、このように固定部材２０の両側面２２、２２を所定の曲率半径Ｒ１の曲面２３、２４に形成することにより、モータ２の出力軸３と従節１１の入力軸１３との締結部に生じるミスアライメントは、ハウジング１２側の固定部材２０がモータ取付部材３６の係合溝３７内において、図７の矢印方向（曲面２３の接線方向）及び図８の矢印方向（曲面２４の接線方向）に相対変位することにより、吸収されることになる。

すなわち、モータ取付部材３６の係合溝３７と従節１１のハウジング１２の固定部材２０との協働により、モータ本体３は出力軸４の回転方向、すなわち、係合溝３７と固定部材２０との接点における法線方向に対しては変位が拘束され、接線方向に対しては変位（振れ回り）が許容されることになるので、モータ２の出力軸４の回転に伴う反力に対抗しつつ、モータ本体３の振れ回りを許容することができる。従って、例えば、ヘルツ応力で検証した場合の応力に対する変形を微小化することができ、高い伝達剛性が得られることになる。

また、高い伝達剛性を備えた状態でミスアライメントを吸収することができるので、バックラッシュがなく、回転誤差等のロストモーションが少ない高剛性の回転伝達機能が得られることになる。なお、固定部材２０の両側面２２、２２と係合溝３７の両側面４０、４０との間に、ミスアライメントに応じた隙間を設けてもよい。

図１２〜図１６にミスアライメントの吸収状態を示す。図１２、図１３及び図１５は、出力軸４と入力軸１３との角度誤差の吸収状態を示し、図１４は、出力軸４と入力軸１３との軸方向誤差の吸収状態を示し、図１６は、出力軸３と入力軸１３との平行誤差の吸収状態を示している。このようにモータ取付部材３６がハウジング１３に対して相対的に変位することにより、出力軸４と入力軸１３との締結部に生じるミスアライメント（角度誤差、軸方向誤差、平行誤差）を吸収することができる。

なお、図１０及び図１１に示すように、モータ取付部材３６の係合溝３７の底面９３に所定の幅に切り込み４１を設け、この切り込み４１を貫通するねじ孔４２にモータ取付部材３６の側面側から調整用ボル４３を螺合させ、調整用ボルト４３の螺合量に応じて切り込み４１の幅を調整し、固定部材２０と係合溝３７との接触力を調整するように構成してもよい。この場合、接触力の調整により、固定部材２０と係合溝３７との間にミスアライメントに応じた隙間を設けてもよい。

図１７〜図１９には、本発明によるモータの締結機構の第２の実施の形態が示されていて、このモータの締結機構１は、モータ取付部材３６側に係合部である固定部材４４を設け、従節１１のハウジング１２側に被係合部である係合溝２５を設けたものであって、その他の構成は前記第１の実施の形態に示すものと同様である。

この場合、固定部材４４は、図１８及び図１９に示すように、モータ取付部材３６と一体に形成してもよいし、モータ取付部材３６と別体に形成して、ボルト（図示せず）によってモータ取付部材３６に固定するように構成してもよい。

そして、本実施の形態に示すモータの締結機構１にあっても、前記第１の実施の形態に示すものと同様に、高い伝達剛性を備えた状態でミスアライメントを吸収することができるので、バックラッシュがなく、回転誤差等のロストモーションが少ない高剛性の回転伝達機能が得られることになる。

図２０〜図２２には、本発明によるカム装置の一実施の形態が示されていて、このカム装置２６は、モータ２の出力軸４とカム装置２６の入力軸３２との締結に前記第１の実施の形態のモータの締結機構１を適用したものである。

カム装置２６は、ハウジング２７と、ハウジング２７内に回転自在に設けられるタレット２８と、ハウジング２７内に回転自在に設けられるとともに、タレット２８のカムフォロア２９と相互に噛合するカム３１を有するローラギヤカム３０と、ローラギヤカム３０を回転自在に支持する軸受３４、３４と、ローラギヤカム３０とハウジング２７との間をシールするシール部材３５とを備えており、ローラギヤカム３０の入力軸３２の先端部に第１の実施の形態と同様に嵌合穴３３が設けられている。

そして、上記のような構成のカム装置２６のローラギヤカム３０の入力軸３２の嵌合穴３３内にモータ２の出力軸４を嵌合させ、入力軸３２の周囲に締結部材１６を被嵌させて締め付けることにより、入力軸３２と出力軸４とを軸線を一致させた状態で一体に締結させる。そして、モータ２に取り付けたモータ取付部材３６の係合溝３７内にカム装置２６のハウジング２７側に設けた固定部材２０を係合させる。

このようにして、カム装置２６にモータ２を取り付けることにより、モータ２の出力軸４の回転に追従してカム装置２６のローラギヤカム３０が回転し、ローラギヤカム３０の回転に追従してタレット２８が回転することになる。

上記のように構成した本実施の形態によるカム装置２６にあっても、前記第１の実施の形態に示すモータ締結機構１を備えているので、高い伝達剛性を備えた状態でミスアライメントを吸収することができ、バックラッシュがなく、回転誤差等のロストモーションが少ない高剛性の回転伝達機能が得られることになる。また、モータ２の出力に対する最終出力端での誤差の発生を最小とすることができるとともに、優れた応答性を発揮することができ、カム装置２６としての高速、高精度位置決めを実現することができる。

なお、本実施の形態のカム装置２６においても、モータ取付部材３６の係合溝３７の底面に切り込み４１を設け、この切り込み４１の幅を調整用ボルト４３の螺合量によって調整することにより、固定部材２０と係合溝３７との接触力を調整可能に構成している。

なお、前記各実施の形態においては、係合部２０の両側面２２、２２を所定の曲率半径の曲面２３、２４に形成したが、被係合部３７の両側面４０、４０を所定の曲率半径に形成してもよいものであり、その場合にも同様の作用効果を奏する。

なお、前記各実施の形態において説明した係合部を、ミスアライメントに応じて弾性変形可能な弾性部材、例えば剛性と極めて小さな弾性を備えた高分子材料等の部材で構成してもよい。

本発明によるモータの締結機構の第１の実施の形態を示した正面図である。 図１の側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３の部分拡大断面図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 締結部材の他の例を示した部分拡大断面図である。 図２のＣ矢視図である。 図２のＤ矢視図である。 被係合部の内接円の半径と係合部の曲面の曲率半径との関係を示した説明図である。 係合部及び係合溝の変形例を示した正面図である。 図１０の側面図である。 ミスアライメントの吸収状態を示した説明図である。 ミスアライメントの吸収状態を示した説明図である。 ミスアライメントの吸収状態を示した説明図である。 ミスアライメントの吸収状態を示した説明図である。 ミスアライメントの吸収状態を示した説明図である。 本発明によるモータの締結機構の第２の実施の形態を示した正面図である。 図１２の側面図である。 図１２の平面図である。 本発明によるカム装置の一実施の形態を示した正面図である。 図２０の側面図である。 図２０の縦断面図である。

符号の説明

１ モータの締結機構 ２ モータ
３ モータ本体 ４ 出力軸
５ ボルト ６ 締結部材
１１ 従節 １２ ハウジング
１３ 入力軸 １４ 嵌合孔
１５ 薄肉部 １６ 締結部材
１７ ボルト ２０ 係合部（固定部材）
２１ ボルト ２２ 側面
２３ 曲面 ２４ 曲面
２５ 被係合部（係合溝） ２６ カム装置
２７ ハウジング ２８ タレット
２９ カムフォロア ３０ ローラギヤカム
３１ カム ３２ 入力軸
３３ 嵌合穴 ３４ 軸受
３５ シール部材 ３６ モータ取付部材
３７ 被係合部（係合溝） ３８ 貫通孔
３９ 底面 ４０ 側面
４１ 切り込み ４２ ねじ孔
４３ 調整用ボルト ４４ 係合部（固定部材）

Claims (3)

1. モータに備えられた出力軸と従節の入力軸とを締結するモータの締結機構であって、
   前記モータに備えられた出力軸と前記従節の入力軸とを相対変位不可能に締結する締結部材と、
   前記モータに備えられたモータ本体に取り付けられる板状のモータ取付部材と、
   該モータ取付部材及び前記従節のうちの一方に設けられる被係合部と、
   前記モータ取付部材及び前記従節のうちの他方に設けられ前記被係合部と係合する係合部と、
   を有し、
   前記係合部の前記被係合部との接触面、及び前記被係合部の前記係合部との接触面のうちの一方は、曲面に形成され、前記係合部の前記被係合部との接触面及び前記被係合部の前記係合部との接触面のうちの他方は、平面に形成されており、
   前記モータ本体と前記従節とは、
   前記係合部と前記被係合部の接点における、前記曲面の接線方向において、相対変位が許容され、
   前記出力軸の回転方向において、相対変位が拘束されることを特徴とするモータの締結機構。
2. 前記入力軸の端部に前記モータの出力軸と同軸に嵌合穴を設け、該嵌合穴に前記モータの出力軸を嵌合させて該出力軸と嵌合穴とを摩擦締結させることにより、前記入力軸と前記出力軸とを締結したことを特徴とする請求項１に記載のモータの締結機構。
3. ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に設けられるタレットと、該ハウジング内に回転自在に設けられるとともに、前記タレットと相互に噛合するローラギヤカムと、該ローラギヤカムの入力軸に出力軸がモータの締結機構を介して締結されるモータとを備えたカム装置であって、
   前記モータの締結機構は、
   前記モータに備えられた出力軸と前記ローラギヤカムの入力軸とを相対変位不可能に締結する締結部材と、
   前記モータに備えられたモータ本体に取り付けられる板状のモータ取付部材と、
   該モータ取付部材及び前記ハウジングのうちの一方に設けられる被係合部と、
   前記モータ取付部材及び前記ハウジングの他方に設けられ前記被係合部と係合する係合部と、
   を有し、
   前記係合部の前記被係合部との接触面、及び前記被係合部の前記係合部との接触面のうちの一方は、曲面に形成され、前記係合部の前記被係合部との接触面及び前記被係合部の前記係合部との接触面のうちの他方は、平面に形成されており、
   前記モータ本体と前記ハウジングとは、
   前記係合部と前記被係合部の接点における、前記曲面の接線方向において、相対変位が許容され、
   前記出力軸の回転方向において、相対変位が拘束されることを特徴とするカム装置。

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