JP7512560B2 - 回転アクチュエータおよびロボット - Google Patents

Description

この発明は、回転アクチュエータおよびロボットに関する。

従来、モータと減速機とを備える回転アクチュエータが知られている（たとえば、特開２０１７－１８７１６５号公報および国際公開第２０１７／２０３７５３号）。特開２０１７－１８７１６５号公報に記載された回転アクチュエータは、ケース体の内側に配置されたモータと、ケース体に連結された減速機を備えている。また、減速機は、波動歯車装置であり、円環状のケース体に固定される剛性内歯歯車と、剛性内歯歯車の内側に配置される鍔付きの略筒状である可撓性外歯歯車と、可撓性外歯歯車の内側に配置される波動発生部とを備えている。可撓性外歯歯車は、クロスローラベアリングを介してケース体に回転可能に支持されている。波動発生部は、モータによって回転する入力軸の外周面に固定されている。

また、国際公開第２０１７／２０３７５３号に開示されたアクチュエータは、第１ロータを有するモータと、第２ロータと、第１ロータの回転を減速して第２ロータに伝達する減速機とを備えている。このアクチュエータでは、ブラケットおよびカバーによって構成されるハウジングの内部に、モータの第１ロータおよびステータのほか、基板などが配置される。
特開２０１７－１８７１６５号公報 国際公開第２０１７／２０３７５３号

特開２０１７－１８７１６５号公報に記載された回転アクチュエータをロボットなど機械の駆動に適用する際、ブレーキ機構とともに採用される場合がある。この場合、ケース体の外部にブレーキ機構を設けることによって、ブレーキ機構を含む回転アクチュエータ全体のサイズが大型になってしまう。

また、国際公開第２０１７／２０３７５３号では、減速機の出力軸に連結された第２ロータの回転を停止させるブレーキ部を設けることが示唆されている。しかしながら、第２ロータは、減速機によって高トルクで回転するため、これを停止させるためには大きな出力のブレーキ部を要する。このため、ブレーキ機構を有するアクチュエータを小型にすることは困難であった。

本発明の目的は、ブレーキ機構を有する回転アクチュエータを小型にする技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１態様は、回転アクチュエータであって、ロータおよびステータを有する電動モータと、前記ロータに連結され、前記中心軸線を中心として回転する入力部材と、前記電動モータの軸方向一方側に配置され、前記中心軸線を中心として回転する出力部材と、前記入力部材の回転を減速して前記出力部材に伝達する減速機と、前記電動モータの軸方向他方側に配置され、前記電動モータを制御するドライバ回路を有する回路基板と、前記電動モータと前記回路基板との間に配置され、前記入力部材の回転を検出して、その回転に応じた検出信号を前記ドライバ回路に出力する回転検出器と、前記入力部材の回転を停止させる電磁ブレーキと、前記電動モータ、前記回転検出器、前記回路基板および前記電磁ブレーキを収容する中空部を内側に有するとともに、前記減速機が連結されるハウジングとを備える。

第１態様の回転アクチュエータによると、電動モータ、回転検出器、回路基板および電磁ブレーキが、１つのハウジング内に収容される。このため、ブレーキ制御が可能な減速機付アクチュエータを小型にすることができる。また、電磁ブレーキが入力部材の回転を停止させるため、電磁ブレーキが出力部材の回転を停止させる場合と比べて、出力の小さい電磁ブレーキを採用できる。このため、回転アクチュエータをさらに小型にすることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットの斜視図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る関節部の断面図である。 図３は、本発明の第２実施形態に係る関節部の断面図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る関節部の斜視図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載される構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張又は簡略化して図示する場合がある。

＜１． 第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボット１０の斜視図である。ロボット１０は、産業用の多関節ロボットである。ロボット１０は、工業製品を製造するための組立ラインまたは製造ラインに設置され得る。本例では、ロボット１０は、６個の関節部１２と、２本のアーム１４とを備える。以下の説明では、６個の関節部１２のそれぞれを区別するため、６個の関節部１２それぞれを「第１関節部１２Ａ」、「第２関節部１２Ｂ」、「第３関節部１２Ｃ」、「第４関節部１２Ｄ」、「第５関節部１２Ｅ」および「第６関節部１２Ｆ」などと称する場合がある。また、以下では、２本のアーム１４のそれぞれを区別するため、２本のアーム１４それぞれを「第１アーム１４Ａ」および「第２アーム１４Ｂ」などと称する場合がある。

ロボット１０は、第１関節部１２Ａに対して回動可能に連結される支持部材１６を備える。支持部材１６は、フランジ部１６ａを有する、鍔付きの円筒形状である。支持部材１６は、内周側に、支持部材１６の軸方向に貫通する貫通孔（図示省略）を有する。ロボット１０の底面部分は、円環状のフランジ部１６ａで構成される。アーム１４は、細長の円筒状である。

第１関節部１２Ａおよび第２関節部１２Ｂは、互いに回動可能に連結される。第２関節部１２Ｂは、第１アーム１４Ａの基端部に固定される。第１アーム１４Ａの先端は、第３関節部１２Ｃに固定される。第３関節部１２Ｃおよび第４関節部１２Ｄは、互いに回動可能に連結される。第４関節部１２Ｄおよび第２アーム１４Ｂの基端部は、互いに回動可能に連結される。第２アーム１４Ｂの先端は、第５関節部１２Ｅに固定される。第５関節部１２Ｅおよび第６関節部１２Ｆは、互いに回動可能に連結される。第６関節部１２Ｆには、対象物を把持するハンドまたは工作に使用される工具が、第６関節部１２Ｆに対して回動可能に取り付けられる。

第１～第３関節部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、同一の要素によって構成し得る。また、第４～第６関節部１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆは、同一の要素によって構成し得る。本例では、第１～第３関節部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、第４～第６関節部１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆよりも大きい。第１～第３関節部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、第４～第６関節部１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆを構成する要素と同一機能を有する要素によって構成し得る。次に、関節部１２の構成について説明する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る関節部１２の断面図である。図２には、軸方向へ延びる中心軸線ＡＸ１、軸方向の一方を指す矢印Ｚ１、および軸方向の他方を指す矢印Ｚ２を付している。以下の説明では、中心軸線ＡＸ１に直交する方向を「径方向」と称する。さらに、径方向において中心軸線ＡＸ１に向かう側を「径方向内側」と称し、径方向において中心軸線ＡＸ１から遠ざかる側を「径方向外側」と称する。

関節部１２は、回転アクチュエータ２０を備える。回転アクチュエータ２０は、電動モータ３０、入力部材４１、出力部材４５、減速機５０、回転検出器６０、回路基板７０、電磁ブレーキ８０およびハウジング９０を備える。

ハウジング９０は、電動モータ３０、電磁ブレーキ８０、回転検出器６０、および回路基板７０を収容するケース体である。ハウジング９０は、内側に中空部９０Ｓを有する筒形状である。このハウジング９０の中空部９０Ｓに、軸方向の一方側から他方側へ向かって順に、電動モータ３０、電磁ブレーキ８０、回転検出器６０、回路基板７０が配置される。ハウジング９０の軸方向一方側の端部は円環状に開口する開口部である。この開口部に、後述するように、減速機５０が固定具（例えば、ボルト）を介して連結される。このため、ハウジング９０の当該開口部は、減速機５０および出力部材４５によって閉塞される。

ハウジング９０は、詳細には、互いに別体である中空の第１収容部９１および第２収容部９２を有する。第１収容部９１は、電動モータ３０および電磁ブレーキ８０を内部に収容する。第２収容部９２は、回転検出器６０および回路基板７０を内部に収容する。第２収容部９２は、第１収容部９１の軸方向他方側の端部に連結される。

電動モータ３０および電磁ブレーキ８０が収容された第１収容部９１と、回転検出器６０および基板が収容された第２収容部９２とを連結することによって、回転アクチュエータ２０を容易に組み立てることができる。

好ましくは、第１収容部９１の剛性は、第２収容部９２の剛性よりも高い。剛性が高いとは、ここでは、軸剛性、曲げ剛性、せん断剛性、ねじり剛性のうちの少なくとも１つが高い状態をいう。例えば、第１収容部９１を金属製とし、第２収容部９２を樹脂製としてもよい。なお、第１，第２収容部９１，９２の双方を、金属製または樹脂製としてもよい。また、第１，第２収容部９１，９２は、金属製の部材およびその部材の表面にコーティングされた樹脂によって構成されてもよい。

第１，第２収容部９１，９２それぞれは、単一の部材で構成されてもよいし、あるいは、複数の部材の組み合わせによって構成されてもよい。また、ハウジング９０は、互いに別体である第１収容部９１および第２収容部９２の組み合わせによって構成されることは必須ではなく、単一の部材で構成されてもよい。

第１収容部の剛性を第２収容部９２の剛性よりも高くすることによって、電動モータ３０または電磁ブレーキ８０の動作による、第１収容部９１の変形を、軽減することができる。

電動モータ３０は、径方向の中心に貫通孔を有する中空モータである。電動モータ３０は、中心軸線ＡＸ１を中心として回転するロータ３１と、ハウジング９０に固定されたステータ３３とを有する。

減速機５０は、径方向の中心に貫通孔を有する中空減速機である。電動モータ３０と減速機５０とは、軸方向に重なるように配置される。ここでは、減速機５０が軸方向一方側に配置され、電動モータ３０が軸方向他方側に配置される。電動モータ３０と減速機５０とは同軸上に配置される。

入力部材４１は、ロータ３１に連結され、中心軸線ＡＸ１を中心として回転する。入力部材４１は、中空回転軸４１１および入力軸４１３を有する。中空回転軸４１１および入力軸４１３は、中心軸線ＡＸ１に沿って細長に延びる中空の筒状である。中空回転軸４１１および入力軸４１３は、互いに連結される。詳細には、入力軸４１３の軸方向他方側の端部が、中空回転軸４１１における軸方向一方側の端部の内側に挿入される。中空回転軸４１１および入力軸４１３は、電動モータ３０のロータ３１の回転運動によって、中心軸線ＡＸ１を中心として回転する。入力軸４１３は、減速機５０に接続される。

電動モータ３０のロータ３１は、円筒状の駆動用磁石３１１を備える。駆動用磁石３１１の軸方向の長さは、中空回転軸４１１よりも短い。駆動用磁石３１１は、中空回転軸４１１における軸方向一方側の端部の外周面に固定される。本例では、中空回転軸４１１の軸方向一方側の端面と、駆動用磁石３１１の軸方向一方側の端面とが、同一の軸方向位置に配置されるように、駆動用磁石３１１が中空回転軸４１１の外周面に固定される。中空回転軸４１１は、例えば、軟磁性材料（鉄系金属など）で構成されることによって、駆動用磁石３１１に対してバックヨークとしての機能を果たす。

電動モータ３０のステータ３３は、略円筒形状であり、駆動用磁石３１１の外周面を覆うように、駆動用磁石３１１の径方向外側に配置される。ステータ３３は、ハウジング９０の第１収容部９１に固定される。中空回転軸４１１の軸方向他方側の部分は、ステータ３３の他方側の端面よりも、他方側へ突出する。ステータ３３は、駆動用コイルと、インシュレータを介して駆動用コイルが巻回される複数の突極を有するステータコアとを備えている。ステータコアの突極は、径方向内側へ向かって突出し、突極の先端面は、駆動用磁石３１１の外周面に対向する。

回転アクチュエータ２０の駆動時には、ステータ３３の駆動用コイルに駆動電流が供給される。そうすると、駆動用コイルと駆動用磁石との間に生じる回転磁界により、周方向のトルクが発生する。そして、当該トルクにより、ステータ３３に対してロータ３１および入力部材４１が、中心軸線ＡＸ１を中心として回転する。

減速機５０は、径方向の中心に貫通孔を有する中空減速機である。減速機５０は、入力部材４１（詳細には、入力軸４１３）の回転を減速して、出力部材４５に伝達する。減速機５０は、電動モータ３０の軸方向一方側に配置される。また、電動モータ３０および減速機５０は、軸方向に重なるように配置される。

減速機５０は、中空の波動歯車減速機である。減速機５０は、剛性内歯歯車５１、可撓性外歯歯車５２、波動発生部５３、およびクロスローラベアリング５４を備える。波動発生部５３は、入力部材４１が備える入力軸４１３の外周側に取り付けられる弾性軸受５５を備える。本例では、剛性内歯歯車５１が減速機５０の出力軸となっている。

剛性内歯歯車５１は、扁平な略円筒状に形成されており、中心軸線ＡＸ１を中心に回転可能に配置される。剛性内歯歯車５１は、クロスローラベアリング５４の内輪５４１に固定される。クロスローラベアリング５４の外輪５４３は、ハウジング９０（詳細には、第２収容部９２）の軸方向一方側の端部に固定される。そして、剛性内歯歯車５１は、クロスローラベアリング５４によって、ハウジング９０における軸方向一方側の端部に配置される。また、剛性内歯歯車５１は、クロスローラベアリング５４によって、ハウジング９０に対して回転可能に保持される。

可撓性外歯歯車５２は、可撓性を有する円筒状の本体部５２１と、本体部５２１の他方側端部から径方向に広がる略円環状のフランジ部５２３とを有する。フランジ部５２３の外周側部分は、ハウジング９０（詳細には、第１収容部９１）に固定される。剛性内歯歯車５１は、減速機５０の軸方向一方側部分を構成する。フランジ部５２３は、減速機５０の他方側部分を構成する。剛性内歯歯車５１の内周面には、内歯が設けられている。可撓性外歯歯車５２の本体部５２１の外周面の一部には、剛性内歯歯車５１の内歯と噛み合う外歯が設けられている。

入力部材４１の入力軸４１３は、例えば、中空回転軸４１１を構成する軟磁性材料よりも比重の小さい材料で構成され得る。入力軸４１３は、例えば、アルミニウム合金などの非磁性材料で構成され得る。入力軸４１３は、軸方向に細長い略円筒状を有する部分と、当該円筒状の部分の軸方向一方側端部に設けられた楕円部４１５とを有する。軸方向から見たとき、楕円部４１５の内周面は円形状であり、楕円部４１５の外周面は楕円形状である。

入力軸４１３の軸方向における中間部分は、ベアリング９３によって支持される。ベアリング９３は、例えば、ボールベアリングである。ベアリング９３は、軸受保持部材９４に取り付けられる。軸受保持部材９４は、ハウジング９０の第２収容部９２に固定される。軸受保持部材９４は、円環状かつ平板状であり、可撓性外歯歯車５２のフランジ部５２３と軸方向に重なる位置で、ハウジング９０に固定される。

波動発生部５３の弾性軸受５５は、可撓性を有する内輪および外輪を備えたボールベアリングである。弾性軸受５５は、入力軸４１３における楕円部４１５の外周面に沿って配置されており、楕円状に撓んでいる。可撓性外歯歯車５２の、外歯が形成される本体部５２１は、弾性軸受５５の外周側に配置されており、弾性軸受５５を取り囲む。この本体部５２１における弾性軸受５５を取囲む部分は、楕円状に撓んでいる。可撓性外歯歯車５２の外歯は、楕円状に撓む可撓性外歯歯車５２の軸方向一方側部分の長軸方向の２か所で、剛性内歯歯車５１の内歯と噛み合う。

回転アクチュエータ２０は、減速機５０の出力軸（詳細には、剛性内歯歯車５１）に固定される出力部材４５を備える。出力部材４５は、電動モータ３０および減速機５０の軸方向一方側に配置され、中心軸線ＡＸ１を中心として回転する。

出力部材４５は、フランジ部４５１と筒部４５３とを有する。フランジ部４５１は、平板状かつ円環状を有する。筒部４５３は、フランジ部４５１における径方向内側の端部から、軸方向他方側へ延びる円筒形状の部分である。フランジ部４５１における径方向外側の端部は、剛性内歯歯車５１に固定される。フランジ部４５１は、ハウジング９０の軸方向一方側の外部に配置される。

筒部４５３の軸方向他方側の端部は、入力軸４１３における軸方向一方側の端部の径方向内側に配置される。筒部４５３の外周面と入力軸４１３の内周面との間には、ベアリング９５が配置される。ベアリング９５は、例えば、ボールベアリングである。

回転アクチュエータ２０は、入力部材４１の中空回転軸４１１および入力軸４１３の内側に配置される筒形状（より具体的には、円筒形状）のスリーブ９６を備える。スリーブ９６は、中心軸線ＡＸ１上に軸方向に沿って配置される、細長い円筒形状である。スリーブ９６は、金属（例えば、アルミニウム合金）または樹脂で構成され得る。

スリーブ９６の軸方向一方側の端部は、筒部４５３の他方側の端部に挿入される。ここでは、スリーブ９６の一方側端部の外周面と、筒部４５３の内周面と接触することによって、出力部材４５にスリーブ９６の軸方向一方側の端部が保持される。ただし、スリーブ９６に対して出力部材４５が回転可能となるように、出力部材４５がスリーブ９６に動き嵌めされる。すなわち、スリーブ９６の軸方向一方側の端部は、出力部材４５に固定されない状態で保持される。

スリーブ９６の軸方向他方側の端部は、入力部材４１の中空回転軸４１１よりも軸方向一方側に配置されており、ハウジング９０の第２収容部９２に保持される。詳細には、第２収容部９２における軸方向他方側の端部から軸方向一方側へ延びる保持部９２２が、スリーブ９６を保持する。スリーブ９６が保持部９２２に保持されることによって、スリーブ９６がハウジング９０に固定される。このため、スリーブ９６は、ハウジング９０に対する回転運動が抑制される。

回転アクチュエータ２０の中央にスリーブ９６が設けられることにより、このスリーブ９６の内側の空間を介して、回転アクチュエータ２０の内部に電線や配管を配置することができる。また、スリーブ９６を積極的に回転させないことによって、スリーブ９６の内部に配置された電線や管の摩耗を抑制することができる。

回路基板７０は、電動モータ３０の軸方向他方側に配置される。回路基板７０は、例えば、ガラスエポキシ基板などのリジッド基板であり、平板状である。回路基板７０は、その厚さ方向が、軸方向に一致するように、ハウジング９０の第２収容部９２の内部に固定される。このため、回路基板７０の両側の主面（最も面積が大きい面）は、軸方向一方側または他方側に向けられる。本例では、回路基板７０は、スリーブ９６の軸方向他方側の端部よりも、軸方向一方側に配置される。

回路基板７０は、電動モータ３０および電磁ブレーキ８０と電気的に接続され、これらを制御するドライバ回路７１を有する。回路基板７０には、電動モータ３０および電磁ブレーキ８０とドライバ回路７１間を接続する配線が接続されるコネクタが実装される。

回転検出器６０は、電動モータ３０と回路基板７０との間に配置される。回転検出器６０は、入力部材４１の回転を検出して、その回転に応じた検出信号をドライバ回路７１に出力する。

回転検出器６０は、ハウジング９０の第２収容部９２に固定される。回転検出器６０は、投光部６１および光センサ６２を有する。投光部６１は、光を光センサ６２に向けて出射する。光センサ６２は、投光部６１からの光を検出するとともに、その光の検出に応じた検出信号をドライバ回路７１に出力する。投光部６１および光センサ６２は、第２収容部９２に固定される。

投光部６１および光センサ６２の間には、回転ディスク４１７が配置される。回転ディスク４１７は、入力部材４１の中空回転軸４１１に取り付けられており、中心軸線ＡＸ１を中心に回転する円環状を有する。回転ディスク４１７には、回転ディスク４１７を軸方向に貫通する複数のスリットが設けられている。各スリットは、周方向に沿って、所定のピッチで設けられている。投光部６１から光センサ６２までの光の経路が、回転ディスク４１７のスリットが重なると、光センサ６２が光を検出する状態となる。また、光の経路が、隣接するスリット間の遮光部分に重なると、光センサ６２が光を検出しない状態となる。ドライバ回路７１は、光センサ６２からの検出信号をカウントすることによって、入力部材４１（詳細には、中空回転軸４１１）の回転量を検出する。

ドライバ回路７１は、回転検出器６０から出力される検出信号に基づいて、入力部材４１の回転位置を記憶する記憶部７３を有する。具体的には、ドライバ回路７１は、回転検出器６０からの検出信号に基づいて求められる回転量から、入力部材４１の回転位置を記憶部７３に保存する。回転位置とは、入力部材４１の、中心軸線ＡＸ１まわりの所定の基準位置からの回転角度をいう。回路基板７０が記憶部７３を備えることによって、入力部材４１の回転位置を記憶できるため、記憶した回転位置を基準にして、電動モータ３０を制御することができる。

また、回転検出器６０は、マグネットと、マグネットセンサを備えていてもよい。マグネットは、入力部材４１に設けられて、入力部材４１とともに回転する。また、マグネットセンサは、回転するマグネットの軌跡の一部に対向する位置に設けられ、回路基板７０のドライバ回路７１に電気的に接続される。マグネットセンサは、マグネットの磁気を検出することによって、入力部材４１の回転を検出する。この場合、ドライバ回路７１は、マグネットセンサから出力される検出信号に基づき、入力部材４１の回転数を計測することができる。記憶部７３は、この回転数を記憶してもよい。

回転アクチュエータ２０は、電池ホルダ９７をさらに備える。電池ホルダ９７は、本例では、ハウジング９０の第２収容部９２における、軸方向他方側の端部に設けられる。電池ホルダ９７には、ドライバ回路７１に電力を供給する電池９８が装着される。また、電池ホルダ９７は、電池９８に接触する端子を有する。当該端子は、配線によって回路基板７０に接続されている。

回転アクチュエータ２０によると、電池ホルダ９７に装着された電池９８からドライバ回路７１へ電力を供給することができる。このため、ドライバ回路７１に対する外部電力が遮断されても、記憶部７３に入力部材の回転位置を保持させることができる。したがって、回転アクチュエータ２０に対して外部電力が再度供給され、ドライバ回路７１が電動モータ３０を駆動することが可能となった場合、ドライバ回路７１は、記憶部７３に保存された回転位置を基準にして、電動モータ３０の制御を再開することができる。

電磁ブレーキ８０は、入力部材４１の回転を停止させる。電磁ブレーキ８０は、入力部材４１の中空回転軸４１１とともに回転する可動部と、ハウジング９０の第１収容部９１に固定される固定部とを有する。電磁ブレーキ８０は、例えば、固定部を可動部に密着させることによって発生する摩擦力によって、中空回転軸４１１の回転を停止させる。

電磁ブレーキ８０は、電動モータ３０と回転検出器６０との間に設けられる。すなわち、電磁ブレーキ８０が、回転検出器６０よりも電動モータ３０に近い位置に配置される。この場合、電磁ブレーキ８０が回転検出器６０よりも電動モータ３０から遠い位置に配される場合と比較して、入力部材４１に負荷されるねじれの力を軽減することができる。

また、回転検出器６０が電動モータ３０よりも回路基板７０に近い位置に配置されるため、回転検出器６０と回路基板７０とを接続する配線を短くすることができる。

電磁ブレーキ８０は、無励磁作動形ブレーキとして構成される。すなわち、電磁ブレーキ８０に対して電源が供給される間は、可動部が固定部から開放されることによって、中空回転軸４１１が回転可能となる。そして、電磁ブレーキ８０に対する電源供給が停止されると、可動部が固定部に密着することによって、中空回転軸４１１の回転位置が固定される。このように、電磁ブレーキ８０を無励磁作動形ブレーキとすることによって、外部電力が遮断されたときに、出力部材４５の回転を抑制することができる。回転アクチュエータ２０が関節部１２に適用される場合、外部電力が遮断されたときに、関節部１２に連結されたアーム１４を、外部電源遮断の直前に停止した位置に固定することができる。このため、アーム１４が、重力によって垂れ下がることを抑制することができる。

回転アクチュエータ２０によると、電動モータ３０、回転検出器６０、回路基板７０および電磁ブレーキ８０が、１つのハウジング９０内に収容される。このため、ブレーキ制御が可能な減速機付アクチュエータを小型にすることができる。また、電磁ブレーキ８０が入力部材４１の回転を停止させるため、例えば電磁ブレーキ８０が出力部材４５の回転を停止させる場合と比べて、出力の小さい電磁ブレーキを採用できる。このため、回転アクチュエータ２０をさらに小型にすることができる。このような回転アクチュエータ２０を、ロボット１０の関節部１２に適用することによって、関節部１２を小さくすることができる。

ここで、回転アクチュエータ２０を、図１に示す第３関節部１２Ｃに適用する場合について説明する。上述したように、第３関節部１２Ｃは、第１アーム１４Ａの先端に連結されるとともに、第４関節部１２Ｄに連結される。そして、第４関節部１２Ｄは、第２アーム１４Ｂの基端に連結される。すなわち、第３関節部１２Ｃは、第４関節部１２Ｄを介して、第２アーム１４Ｂの基端に連結される。

回転アクチュエータ２０を第３関節部１２Ｃに適用する場合、第１アーム１４Ａの先端は、回転アクチュエータ２０のハウジング９０の外周部に連結される。また、回転アクチュエータ２０の出力部材４５が、第４関節部１２Ｄに連結される。ここでは、第１，第２アーム１４Ａ，１４Ｂの長手方向が、第３関節部１２Ｃの軸方向（回転アクチュエータ２０の軸方向）と直交する。第３関節部１２Ｃにおいて、回転アクチュエータ２０の電動モータ３０を動作させると、出力部材４５が回転することによって、第１アーム１４Ａの先端を軸にして、第４関節部１２Ｄおよび第２アーム１４Ｂが回転する。また、電磁ブレーキ８０を作動させることによって、第４関節部１２Ｄおよび第２アーム１４Ｂを、一定位置に停止させることができる。

＜２．第２実施形態＞
次に、第２実施形態について、図３及び図４を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、既に説明した要素と同様の機能を有する要素については、同符号またはアルファベット文字を追加した符号を付して、詳細な説明を省略する場合がある。図３は、本発明の第２実施形態に係る関節部１２の断面図である。図４は、本発明の第２実施形態に係る関節部１２の斜視図である。

＜ベアリングホルダ部＞
第２実施形態の関節部１２は、回転アクチュエータ２０ａを有する。回転アクチュエータ２０ａのハウジング９０は、図２に示す第１収容部９１の代わりに、第１収容部９１ａを有する。第１収容部９１ａは、筒状部９１１と、軸受保持部９４ａ（ベアリングホルダ部）とを有する。筒状部９１１は、第１収容部９１ａにおける電動モータ３０を囲う部分である。また、軸受保持部９４ａは、筒状部９１１の軸方向一方側の端部９１３に連続する部分である。

軸受保持部９４ａは、筒状部９１１の端部９１３から径方向内側に延びる部分である。すなわち、軸受保持部９４ａは、筒状部９１１の端部９１３に連続する部材である。軸受保持部９４ａの径方向内側の先端部には、ベアリング９３が取り付けられる。回転アクチュエータ２０ａにおいて、ベアリング９３は、入力部材４１をハウジング９０の第１収容部９１ａに対して中心軸線ＡＸ１を中心として回転可能に保持する。

第１実施形態の回転アクチュエータ２０では、図２に示すように、減速機５０（より詳細には、クロスローラベアリング５４の外輪５４３）と、ハウジング９０の第１収容部９１とが、ボルト９２４を介して互いに連結され、軸受保持部材９４が、第１収容部９１と減速機５０との間にて挟持される。このため、回転アクチュエータ２０の場合、軸受保持部材９４の幅に応じて、回転アクチュエータ２０の軸方向の長さ寸法が大きくなる。これに対して、第２実施形態の回転アクチュエータ２０ａでは、図３に示すように、第１収容部９１ａの筒状部９１１と軸受保持部９４ａとが、一体に形成された部材である。軸受保持部９４ａは、軸受保持部材９４のように軸方向に挟持しなくてよい。このため、回転アクチュエータ２０ａの軸方向の長さ寸法を短尺化できる。また、軸受保持部９４ａは第１収容部９１ａ（モータハウジング）と一体である。このため、回転アクチュエータ２０ａは、軸受保持部材９４と第１収容部９１とが別体である回転アクチュエータ２０よりも、組立てが容易である。

＜回転検出器の中継コネクタ＞
図３に示すように、回転アクチュエータ２０ａは、コネクタ付電線２１と、中継コネクタ２３と、接続ピン２５を備える。コネクタ付電線２１と、中継コネクタ２３と、接続ピン２５とは、回転検出器６０からの検出信号を回路基板７０に出力する部材である。

コネクタ付電線２１は、電線２１１と、ドライバ側コネクタ２１３とを有する。電線２１１は、第１端と第２端とを有する。第１端は、回路基板７０のドライバ回路７１と電気的に接続される。ドライバ側コネクタ２１３は、樹脂製の部材であり、電線２１１の第２端（先端）に取り付けられる。

中継コネクタ２３は、軸方向の他方側に開口を有する。中継コネクタ２３の開口に、ドライバ側コネクタ２１３が挿入される。ドライバ側コネクタ２１３は、中継コネクタ２３に挿入されると、嵌め合いまたは噛み合いなどの部材相互の形状的関係によって、着脱可能に連結される。具体的には、ドライバ側コネクタ２１３の外表面に設けられた弾性変形する爪（不図示）が、中継コネクタ２３の一部分に係合する。これにより、ドライバ側コネクタ２１３が中継コネクタ２３に対して抜け止めされる。

接続ピン２５は、回転検出器６０の光センサ６２と電気的に接続される。接続ピン２５は、径方向に延びる。中継コネクタ２３は、回転検出器６０の径方向外側に位置し、かつ、回転検出器６０と径方向に重なる。中継コネクタ２３は、内側に接点を有する。中継コネクタ２３の接点は、接続ピン２５を介して、光センサ６２と電気的に接続される。

ドライバ側コネクタ２１３が中継コネクタ２３に装着されると、電線２１１が中継コネクタ２３の接点に接触する。すると、回路基板７０と光センサ６２とが、電線２１１及び接続ピン２５を介して、電気的に接続される。なお、接続ピン２５は、投光部６１とも電気的に接続される。例えば、ドライバ回路７１は、コネクタ付電線２１及び接続ピン２５を介して、投光部６１に電力が供給されてもよい。

ドライバ側コネクタ２１３は、中継コネクタ２３に対して、軸方向に接続される。すなわち、ドライバ側コネクタ２１３は、中継コネクタ２３に対して、軸方向に相対移動させることにより、中継コネクタ２３の内側に装着される。この場合、ドライバ側コネクタ２１３が中継コネクタ２３に対して径方向に装着される場合よりも、コネクタ付電線２１の径方向への撓みが抑制される。したがって、径方向に関して、ハウジング９０の第２収容部９２を小型化できる。

＜スリーブの廻止め＞
回転アクチュエータ２０は、廻止構造８１を有する。廻止構造８１は、廻止溝８１１（廻止凹部）と、係合凸部８１３とを含む。

廻止溝８１１は、スリーブ９６に設けられている。廻止溝８１１は、具体的には、スリーブ９６の軸方向他方側の端部に設けられた軸方向一方側に凹む凹状の切欠きである。廻止溝８１１は、スリーブ９６を径方向に貫通する。

係合凸部８１３は、ハウジング９０の第２収容部９２に設けられている。係合凸部８１３は、軸方向一方側に突出する凸状である。係合凸部８１３は、廻止溝８１１に挿入される。係合凸部８１３が廻止溝８１１の内側に配置された状態で、廻止溝８１１及び係合凸部８１３は、周方向に関して、係り合う。このため、係合凸部８１３が廻止溝８１１に係合することにより、スリーブ９６の中心軸線ＡＸ１を中心とする回転が抑制される。スリーブ９６の内側には、流体用のチューブまたは電線等が配置され得る。このため、廻止構造８１がスリーブ９６の回転を抑制することにより、チューブまたは電線等の損傷が抑制される。

なお、廻止溝８１１がスリーブ９６を貫通することは必須ではない。例えば、廻止溝８１１は、スリーブ９６を貫通しない凹状であってもよい。また、廻止溝８１１がスリーブ９６の軸方向他方側の端部に設けられていることは必須ではなく、端部から一方側に離れた位置に設けられてもよい。また、係合凸部８１３がスリーブ９６に設けられ、廻止溝８１１が第２収容部９２に設けられてもよい。

＜電磁ブレーキの固定位置＞
図３に示すように、電動モータ３０は、電磁ブレーキ８０よりも軸方向一方側に位置する。ハウジング９０の第１収容部９１ａは、筒状部９１１（第１筒状部）とともに、ブレーキホルダ部９１５を有する。筒状部９１１は、電動モータ３０及び電磁ブレーキ８０を囲む。ブレーキホルダ部９１５は、電磁ブレーキ８０よりも軸方向他方側において、第１収容部９１ａから径方向内側に延びる。すなわち、ブレーキホルダ部９１５は、電磁ブレーキ８０よりも軸方向他方側に位置する。

回転アクチュエータ２０ａは、ボルト８３を備える。ボルト８３は、電磁ブレーキ８０を、電動モータ３０とは反対側の位置で固定する。ボルト８３は、電磁ブレーキ８０をブレーキホルダ部９１５に固定する固定部の一例である。具体的には、電磁ブレーキ８０は、軸方向に貫通するネジ穴を有し、ブレーキホルダ部９１５は、軸方向に延びるネジ穴を有する。ボルト８３は、電磁ブレーキ８０及びブレーキホルダ部９１５の各ネジ穴に挿入されて、電磁ブレーキ８０をブレーキホルダ部９１５にネジ止めする。なお、電磁ブレーキ８０のハウジング９０に対する固定は、ボルト８３による結合に限定されない。電磁ブレーキ８０の固定は、例えば、嵌め合いまたは噛み合いなど形状的関係による結合や、接着剤または溶接等の材料による結合によって実現されてもよい。

電磁ブレーキ８０は、電動モータ３０とは反対側の位置でハウジング９０に固定される。これにより、電磁ブレーキ８０を電動モータ３０に接近させることができるため、軸方向において、ハウジング９０を短尺化することができる。また、電磁ブレーキ８０を電動モータ３０に接近させることにより、電磁ブレーキ８０を作動させた際に入力部材４１に負荷されるねじれを軽減することができる。

なお、電磁ブレーキ８０を、ハウジング９０におけるブレーキホルダ部９１５に固定することは必須ではない。例えば、電磁ブレーキ８０の径方向外側にある筒状部９１１に固定することにより、電磁ブレーキ８０を電動モータ３０に接近させてもよい。

＜電池ホルダ９７の配置＞
図４に示すように、電池ホルダ９７は、第２収容部９２の外表面に設けられている。より具体的には、電池ホルダ９７は、第２収容部９２における軸方向他方側の端面９２１に設けられている。電池ホルダ９７は、端面９２１において、軸方向一方側に凹む凹状である。

電池ホルダ９７は、弾性変形可能な爪部９７１を有する。爪部９７１は、電池ホルダ９７の内側に位置し、電池９８を挟持する。爪部９７１は、電池９８の装着不良、または、電池ホルダ９７からの電池９８の脱落等を抑制し得る。電池ホルダ９７が外表面である端面９２１に設けられていることにより、電池９８を容易に交換できる。

＜２． 変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、減速機５０を波動歯車減速機としている。しかしながら、減速機５０は、その他の機構（例えば、遊星機構）を備えた減速機としてもよい。

電磁ブレーキ８０が、電動モータ３０と回転検出器６０との間に設けられていることは必須ではない。例えば、電磁ブレーキ８０は、回転検出器６０の軸方向他方側に設けられていてもよい。

上記実施形態では、スリーブ９６は、ハウジング９０に固定されており、中心軸線ＡＸ１を中心とする回転が抑制されている。しかしながら、スリーブ９６は、中心軸線ＡＸ１を中心として回転可能に保持されてもよい。例えば、スリーブ９６の軸方向一方側の端部が、出力部材４５の筒部４５３に固定されることによって、出力部材４５とともにスリーブ９６が回転するようにしてもよい。出力部材４５の回転速度は、減速機５０によって、入力部材４１の回転速度よりも遅い。このため、スリーブ９６の回転速度は入力部材４１（中空回転軸４１１および入力軸４１３）よりも低速である。したがって、スリーブ９６と、その内側に配される電線または配管との間の摩擦を軽減することができる。

この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り、必要に応じて、組み合わせることおよび省略することができる。

本発明は、回転アクチュエータおよびロボットに利用することができる。

１０ ロボット
１２ 関節部
１４Ａ 第１アーム
１４Ｂ 第２アーム
２０，２０ａ 回転アクチュエータ
３０ 電動モータ
３１ ロータ
３３ ステータ
４１ 入力部材
４１１ 中空回転軸
４１３ 入力軸
４５ 出力部材
５０ 減速機
５１ 剛性内歯歯車
５２ 可撓性外歯歯車
６０ 回転検出器
７０ 回路基板
７１ ドライバ回路
７３ 記憶部
８ 減速機
８０ 電磁ブレーキ
８１１ 廻止溝８１１（廻止凹部）
８１３ 係合凸部８１３
８３ ボルト（固定部）
９０ ハウジング
９０Ｓ 中空部
９１，９１ａ 第１収容部
９１１ 筒状部
９１５ ブレーキホルダ部
９２ 第２収容部
９６ スリーブ
９７ 電池ホルダ
９７１ 爪部
９８ 電池
ＡＸ１ 中心軸線

Claims (16)

1. 回転アクチュエータであって、
   ロータおよびステータを有する電動モータと、
   前記ロータに連結され、中心軸線を中心として回転する入力部材と、
   前記電動モータの軸方向一方側に配置され、前記中心軸線を中心として回転する出力部材と、
   前記入力部材の回転を減速して前記出力部材に伝達する減速機と、
   前記電動モータの軸方向他方側に配置され、前記電動モータを制御するドライバ回路を有する回路基板と、
   前記電動モータと前記回路基板との間に配置され、前記入力部材の回転を検出して、その回転に応じた検出信号を前記ドライバ回路に出力する回転検出器と、
   前記入力部材の回転を停止させる電磁ブレーキと、
   前記電動モータ、前記回転検出器、前記回路基板および前記電磁ブレーキを収容する中空部を内側に有するとともに、前記減速機が連結されるハウジングと、
   前記中心軸線上に配置される中空のスリーブと、
   を備え、
   前記入力部材は、
   前記中心軸線に沿って中空の筒状の空間を有する中空回転軸と入力軸と、を含み、
   前記中空回転軸と前記入力軸は互いに連結され、
   前記中空回転軸が、前記ロータを保持し、
   前記入力軸が、前記減速機に接続され、
   前記スリーブは、
   前記中空回転軸と前記入力軸の内側に配置され、
   前記スリーブの軸方向他方側の端部は、前記ハウジングに保持され、
   前記スリーブの軸方向一方側の端部は、前記出力部材に固定されない状態で保持され、
   前記ハウジングは、
   前記電動モータおよび前記電磁ブレーキを収容する第１収容部と、
   前記回転検出器および前記回路基板を収容し、前記第１収容部に対して軸方向他方側に連結される第２収容部と、を有し、
   前記第１収容部が前記減速機に対して軸方向他方側に配置される、
   回転アクチュエータ。
2. 請求項１の回転アクチュエータであって、
   前記電磁ブレーキが、前記電動モータと前記回転検出器との間に配置される、回転アクチュエータ。
3. 請求項１または請求項２の回転アクチュエータであって、
   前記ドライバ回路は、前記回転検出器から出力される信号に基づいて、前記入力部材の回転位置を記憶する記憶部を有する、回転アクチュエータ。
4. 請求項３の回転アクチュエータであって、
   前記ドライバ回路に電力を供給する電池を装着する電池ホルダ、
   をさらに備える、回転アクチュエータ。
5. 請求項４の回転アクチュエータであって、
   前記電池ホルダは、前記ハウジングの外表面に設けられている、回転アクチュエータ。
6. 請求項５の回転アクチュエータであって、
   前記電池ホルダは、前記ハウジングの軸方向他方側の端面に設けられている、回転アクチュエータ。
7. 請求項４から請求項６の回転アクチュエータであって、
   前記電池ホルダは、電池を挟持する爪部を有する、回転アクチュエータ。
8. 請求項１から請求項７いずれか１項の回転アクチュエータであって、
   前記電磁ブレーキが、無励磁作動形ブレーキである、回転アクチュエータ。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項の回転アクチュエータであって、
   前記第１収容部の剛性が、前記第２収容部の剛性よりも高い、回転アクチュエータ。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項の回転アクチュエータであって、
    前記入力部材を、前記ハウジングに対して、前記中心軸線を中心として回転可能に保持するベアリング、
    をさらに備え、
    前記ハウジングは、
    前記電動モータを囲う筒状部と、
    前記筒状部の軸方向一方側の端部に連続する部分であって、前記筒状部から径方向内側へ延びるとともに、先端部に前記ベアリングが取り付けられるベアリングホルダ部と、
    を有する、回転アクチュエータ。
11. 回転アクチュエータであって、
    ロータおよびステータを有する電動モータと、
    前記ロータに連結され、中心軸線を中心として回転する入力部材と、
    前記電動モータの軸方向一方側に配置され、前記中心軸線を中心として回転する出力部材と、
    前記入力部材の回転を減速して前記出力部材に伝達する減速機と、
    前記電動モータの軸方向他方側に配置され、前記電動モータを制御するドライバ回路を有する回路基板と、
    前記電動モータと前記回路基板との間に配置され、前記入力部材の回転を検出して、その回転に応じた検出信号を前記ドライバ回路に出力する回転検出器と、
    前記入力部材の回転を停止させる電磁ブレーキと、
    前記電動モータ、前記回転検出器、前記回路基板および前記電磁ブレーキを収容する中空部を内側に有するとともに、前記減速機が連結されるハウジングと、
    前記中心軸線上に配置される中空のスリーブと、
    を備え、
    前記入力部材は、前記中心軸線に沿って空間を有する中空回転軸、を含み、
    前記スリーブが、前記中空回転軸の内側に配置され、
    前記スリーブの軸方向他方側の端部は、前記ハウジングに保持され、
    前記スリーブの軸方向一方側の端部は、前記出力部材に固定されない状態で保持され、
    前記ハウジング及び前記スリーブのうち一方に設けられる廻止凹部と、 前記ハウジング及び前記スリーブのうち他方に設けられ、前記廻止凹部に係合して前記スリーブの中心軸線を中心とする回転を抑制する係合凸部と、をさらに備える、回転アクチュエータ。
12. 請求項１１の回転アクチュエータであって、 スリーブの軸方向の先端部に、前記廻止凹部または前記係合凸部が設けられる、回転アクチュエータ。
13. 回転アクチュエータであって、
    ロータおよびステータを有する電動モータと、
    前記ロータに連結され、中心軸線を中心として回転する入力部材と、
    前記電動モータの軸方向一方側に配置され、前記中心軸線を中心として回転する出力部材と、
    前記入力部材の回転を減速して前記出力部材に伝達する減速機と、
    前記電動モータの軸方向他方側に配置され、前記電動モータを制御するドライバ回路を有する回路基板と、
    前記電動モータと前記回路基板との間に配置され、前記入力部材の回転を検出して、その回転に応じた検出信号を前記ドライバ回路に出力する回転検出器と、
    前記入力部材の回転を停止させる電磁ブレーキと、
    前記電動モータ、前記回転検出器、前記回路基板および前記電磁ブレーキを収容する中空部を内側に有するとともに、前記減速機が連結されるハウジングと、
    前記中心軸線上に配置される中空のスリーブと、
    を備え、
    前記入力部材は、前記中心軸線に沿って空間を有する中空回転軸、を含み、
    前記スリーブが、前記中空回転軸の内側に配置され、
    前記スリーブの軸方向他方側の端部は、前記ハウジングに保持され、
    前記スリーブの軸方向一方側の端部は、前記出力部材に固定されない状態で保持され、
    前記ドライバ回路と電気的に接続される電線、及び、前記電線の先端に設けられているドライバ側コネクタを有するコネクタ付電線と、 前記回転検出器と電気的に接続される接点を有し、前記ドライバ側コネクタが軸方向に接続される中継コネクタと、を有する、回転アクチュエータ。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか１項の回転アクチュエータであって、
    前記電磁ブレーキを、前記電動モータとは反対側の位置で前記ハウジングに固定する固定部、
    をさらに備える、回転アクチュエータ。
15. 請求項１４の回転アクチュエータであって、
    前記電動モータは前記電磁ブレーキよりも軸方向一方側に位置し、
    前記ハウジングは、
    前記電動モータ及び前記電磁ブレーキを囲む筒状の第１筒状部と、
    前記電磁ブレーキよりも軸方向他方側において、前記第１筒状部から径方向内側へ延びるブレーキホルダ部と、
    を有し、
    前記固定部は、前記電磁ブレーキを前記ブレーキホルダ部に固定する、回転アクチュエータ。
16. 関節を有するロボットであって、
    第１アームおよび第２アームと、
    前記第１アームおよび前記第２アームを連結する関節部と、
    を備え、
    前記関節部が、請求項１から請求項１５のいずれか１項の回転アクチュエータを含む、ロボット。

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