WO2015186172A1

WO2015186172A1 - 回転アクチュエータ

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Publication number: WO2015186172A1
Application number: PCT/JP2014/064606
Authority: WO
Inventors: 大輔矢口; 小林　清人
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2015-12-10
Anticipated expiration: 2016-12-02
Also published as: JP6207735B2; KR101838924B1; US20170194832A1; EP3151392A4; JPWO2015186172A1; US9882450B2; KR20160145740A; CN106416012A; EP3151392B1; CN106416012B; EP3151392A1; TW201608801A; TWI678866B

Abstract

　回転アクチュエータ（１）は、隣接配置したモーター（２）と減速機（３）を備え、これらの中心を通る回転軸（５）の両側の軸端部は、第１、第２転がり軸受け（１４，１５）を介して、相互に締結固定した第１、第２固定円板（１１，１２）によって回転自在に支持されている。第２固定円板（１２）の外周面には第３転がり軸受け（１８）を介して回転出力板（４）が支持されている。回転出力板（４）と第１固定円板（１１）の間には、摺動リング（１９）が装着されている。摺動リング（１９）は、回転出力板（４）のスラスト軸受けとして機能し、かつ、減速機（３）から外部へのグリース流出を防止するシール機構として機能する。偏平な回転アクチュエータを実現できる。

Description

回転アクチュエータ

　本発明は、モーターおよび減速機を備えた回転アクチュエータに関し、特に、中心軸線方向の寸法が小さい偏平構造の回転アクチュエータに関する。

　偏平構造の回転アクチュエータは、特許文献１、２において提案されている。これらの文献に記載の回転アクチュエータ（減速機付きモータ）は、偏平なアウターローター型のモーターと、これに隣接配置した偏平な遊星歯車減速機から構成されている。

　特許文献１においては、モーター回転軸と減速機出力軸とが同軸に配置され、モーター回転軸は一対の転がり軸受けで支持され、減速機出力軸は円筒状の滑り軸受で支持されている。特許文献２においては、モーター回転軸の軸先端部の外周面に遊星歯車減速機の太陽歯車が形成されている。モーター回転軸は一対のボールベアリングで支持され、その減速機側に位置する軸先端部は１個のボールベアリングで支持されている。

　また、特許文献２においては、回転出力部材である減速機のキャリアが、複数のスラスト軸受けを介して、固定側のモータベースおよびギヤベースに支持されている。これにより、キャリアに加わるスラスト力を固定側の部材で受けている。

特開２００４－１２９３７４号公報特開２０１２－３６９１０号公報

　特許文献１、２に示されているように、回転アクチュエータでは、モーターの側において回転軸が中心軸線の方向に隣り合って配置された一対の軸受けによって支持される。回転軸の軸受けの個数を減らすことができれば、モーター部分の中心軸線の方向の寸法を小さくでき、回転アクチュエータの偏平化にとって有利である。

　また、特許文献２に示されているように、回転出力部材に作用するスラスト力を受けるために、複数のスラスト軸受けが配置される。スラスト力を、小型でコンパクトな軸受け機構によって支持できれば、回転アクチュエータの偏平化にとって有利である。

　さらに、回転アクチュエータにおいては、減速機から外部にグリースが流出しないように、シール機構が組み込まれる。グリースの流出を、小型でコンパクトなシール機構によって防止できれば、回転アクチュエータの偏平化にとって有利である。

　本発明の課題は、このような点に鑑みて、インナーローター型のモーターを用いた偏平な回転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、本発明の回転アクチュエータは、
　中心軸線の方向に所定の間隔を開けた状態で相互に固定された第１固定部材および第２固定部材と、
　前記第１、第２固定部材の間に形成された空間と、
　前記第１固定部材を前記中心軸線の方向に貫通し、前記第２固定部材まで軸先端部が延びる回転軸と、
　前記第１固定部材と前記回転軸の間に装着され、前記回転軸を前記第１固定部材に対して回転自在に支持する第１軸受けと、
　前記第２固定部材と前記回転軸の軸先端部の間に装着され、前記回転軸を前記第２固定部材に対して回転自在に支持する第２軸受けと、
　前記回転軸における前記第１固定部材から前記第２固定部材とは反対側に突出する軸後端部に固定したモーターローターと、
　前記第１固定部材における前記第２固定部材とは反対側の部位に固定され、前記モーターローターの外周を一定のギャップで取り囲むモーターステーターと、
　前記第２固定部材の外周を取り囲む回転出力部材と、
　前記第２固定部材と前記回転出力部材の間に装着され、前記回転出力部材を前記第２固定部材に対して回転自在に支持する第３軸受けと、
　前記第１固定部材および前記第２固定部材の間に組み込まれ、前記回転軸の回転を減速して前記回転出力部材に伝達する減速機構と、
を有していることを特徴としている。

　本発明の回転アクチュエータでは、第１、第２固定部材が中心軸線方向に所定の間隔を開けて相互に固定され、第１固定部材における第２固定部材とは反対側にモーター構成部品（モーターローター、モーターステーター）が組み付けられ、第１、第２固定部材の間に、減速機構が組み込まれる。相互に固定された第１、第２固定部材の中心部分に通した回転軸は、第１、第２軸受けを介して、これらの第１、第２固定部材によって支持される。回転軸は、中心軸線方向に離れたモーター側の部分と減速機側の部分との２点で支持される。また、第１、第２固定部材は相互に固定されており、回転軸を大きな支持力で支持することができる。よって、モーター側において回転軸を複数個の軸受けを用いて支持する必要がなく、回転アクチュエータの中心軸線方向の寸法を小さくできる。

　本発明において、前記減速機構としては遊星歯車機構を用いることができる。この場合の減速機構は、
　前記回転軸における前記第１、第２固定部材の間に位置する軸部分の外周面に形成した太陽歯車と、
　前記第１、第２固定部材の間において、これらの間に架け渡した遊星軸に回転自在に支持され、前記太陽歯車にかみ合っている遊星歯車と、
　前記回転出力部材と前記第１固定部材の間に位置し、前記回転出力部材に固定され、前記遊星歯車にかみ合っている内歯歯車と、
を有している。

　本発明において、回転出力部材に作用するスラスト力を受けるために、前記回転出力部材と前記第１固定部材の間に装着され、前記回転出力部材を、前記第１固定部材に対して、前記中心軸線の方向から回転可能に支持する滑り軸受けを有していることが望ましい。滑り軸受は一般的な転がりスラスト軸受けに比べて小型でコンパクトであるので、回転アクチュエータの偏平化に有利である。

　この場合、前記すべり軸受けは、前記内歯歯車を取り囲む状態で、前記回転出力部材と前記第１固定部材の間の隙間に摺動可能に装着され、当該隙間をシールしている摺動リングであることが望ましい。

　摺動リングは、滑り軸受けとして機能すると共にグリースの流出を防止するためのシール機構として機能する。滑り軸受けとシール機構とを別個に配置する場合に比べて、回転アクチュエータの偏平化に有利である。

　本発明において、前記第１固定部材の外周縁部分に、前記第２固定部材とは反対側に突出した円筒部を形成し、この円筒部の先端開口をエンドカバーで封鎖し、エンドカバーで封鎖された空間内にモーターローターおよびモーターステーターを配置すればよい。

本発明を適用した回転アクチュエータの縦断面図、モーター側の端面図および減速機側の端面図である。図１のII－II線で切断した場合の回転アクチュエータの概略横断面図である。

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

　図１（ａ）は本実施の形態に係る回転アクチュエータの縦断面図であり、図１（ｂ）はそのモーター側の端面図であり、図１（ｃ）はその減速機側の端面図である。回転アクチュエータ１は、その中心軸線１ａの方向において、同軸に隣接配置されたモーター２および減速機３を備えている。また、減速機３に対してモーター２とは反対側に、同軸に配置された円環状の回転出力板４を備えている。

　モーター２は、インナーローター型のものであり、回転軸５と、この回転軸５の軸後端部５ｂに同軸に固定したモーターローター６と、モーターローター６の外周を一定のギャップで同心状態に取り囲むモーターステーター７とを備えている。減速機３は遊星歯車減速機であり、回転軸５の外周面に形成した太陽歯車８と、この太陽歯車８を同心状態に取り囲む円環状の内歯歯車９と、太陽歯車８および内歯歯車９の間に配置され、これらの双方にかみ合っている遊星歯車１０とを備えている。モーター軸である回転軸５の回転は、減速機３を介して減速され、回転出力板４から出力される。

　図２は、回転アクチュエータ１を図１（ａ）のII－II線で切断した場合の概略横断面図である。図１、図２を参照して、回転アクチュエータ１の内部構造を詳しく説明する。

　回転アクチュエータ１は、第１固定部材である第１固定円板１１と、第２固定部材である第２固定円板１２とを備えている。第１固定円板１１は、モーター２と減速機３の間を仕切る円板状の仕切り板部分１１ａを備えている。また、仕切り板部分１１ａの外周縁部には、中心軸線１ａの方向に沿って減速機３とは反対側に突出しているステーターヨークとして機能する円筒部１１ｂが形成されている。仕切り板部分１１ａの中心部分には円形の中心貫通穴１１ｃが形成されている。また、仕切り板部分１１ａには、中心軸線１ａを中心として等角度間隔で、第２固定円板１２の側に突出するスペーサ用の円柱状突部１１ｄが形成されている。

　第２固定円板１２は、第１固定円板１１に比べて小径の円板であり、その中心部分には、第２固定円板１２の側に開口した円形の凹部１２ａが形成されている。第２固定円板１２は、第１固定円板１１の３箇所の円柱状突部１１ｄの先端面に重ね合わされた状態で、その外側端面１２ｂの側から装着された３本の締結ボルト１３によって第１固定円板１１に締結固定されている。円柱状突部１１ｄによって、第１、第２固定円板１１、１２の間には、一定幅の隙間が形成される。

　一定間隔で締結固定されている第１、第２固定円板１１、１２の中心部分には、中心軸線１ａを回転中心とする回転軸５が通されている。回転軸５は第１固定円板１１の中心貫通穴１１ｃを貫通し、その軸先端部５ａは第２固定円板１２の凹部１２ａ内まで延びている。回転軸５の軸後端部５ｂの側は、中心貫通穴１１ｃから第２固定円板１２とは反対側に突出している。

　回転軸５の軸後端部５ｂの外周面と、第１固定円板１１の中心貫通穴１１ｃの円形内周面との間には、第１転がり軸受け１４が装着されている。回転軸５の軸先端部５ａの外周面と、第２固定円板１２の凹部１２ａの円形内周面との間には、第２転がり軸受け１５が装着されている。これら第１、第２転がり軸受け１４、１５を介して、回転軸５は、相互に締結固定されている第１、第２固定円板１１、１２によって、回転自在の状態で支持されている。

　次に、モーター２について説明する。回転軸５の軸後端部５ｂは、第１固定円板１１の中心貫通穴１１ｃから第２固定円板１２とは反対方向に所定量だけ突出している。この軸後端部５ｂには、モーターローター６が同軸に固定されている。モーターローター６は、円盤状のローターヨーク６ａと、このローターヨーク６ａの円形外周面に固定したローターマグネット６ｂとを備えている。ローターヨーク６ａの中心部分には円筒状のボス６ｃが形成されている。ボス６ｃの円形貫通穴に回転軸５の軸後端部５ｂが圧入固定されている。また、ボス６ｃの外周面に第１転がり軸受け１４が装着され、ボス６ｃを介して、回転軸５の軸後端部５ｂが回転自在に支持されている。

　モーターステーター７は、ローターマグネット６ｂの円形外周面を一定のギャップで半径方向の外側から取り囲む状態に配置されている。モーターステーター７は、第１固定円板１１に形成した円筒部１１ｂ（ステーターヨーク）と、円筒部１１ｂから一定の角度間隔で半径方向の内側に突出している複数の突極７ａと、各突極７ａに巻き付けた各相の駆動コイル７ｂとを備えている。

　円筒部１１ｂの円環状端面には、円盤状のモーターエンドカバー１６が固定されている。第１固定円板１１とモーターエンドカバー１６とによって囲まれる空間内に、モーターローター６およびモーターステーター７が位置している。

　次に減速機３について説明する。減速機３の太陽歯車８は、第１、第２固定円板１１、１２の間に位置する回転軸５の軸部分の外周面に形成されている。太陽歯車８を同心状に取り囲む状態に、第１、第２固定円板１１、１２の間には、中心軸線１ａに平行な方向に３本の遊星軸１７が架け渡されている。遊星軸１７は、円周方向において、円柱状突部１１ｄの間に位置するように配置されている。各遊星軸１７には遊星歯車１０が回転自在の状態で支持されている。遊星歯車１０の半径方向の外側に、円環状の内歯歯車９が配置されている。内歯歯車９は、第１固定円板１１とは反対側に隣接配置されている円環状の回転出力板４に同軸に固定されている。

　回転出力板４は、第２固定円板１２を外周側から取り囲む状態に配置されている。第２固定円板１２の円形外周面と回転出力板４の円形内周面との間には、第３転がり軸受け１８が装着されている。この第３転がり軸受け１８を介して、回転出力板４は、第２固定円板１２によって回転自在の状態に支持されている。

　また、回転出力板４と第１固定円板１１との間には、摺動リング１９が装着されている。摺動リング１９を介して、回転出力板４は中心軸線１ａの方向から第１固定円板１１によって支持されている。また、摺動リング１９は、回転出力板４と第１固定円板１１との間の隙間をシールし、グリースが減速機３から外部に流出することを防止している。

　詳しく説明すると、回転出力板４の外周縁部には、第１固定円板１１に面する円環状端面４ａが形成されている。円環状端面４ａの外周縁からは、第１固定円板１１の側に向かって突出する円筒状突起４ｂが形成されている。第１固定円板１１の側には、円環状端面４ａに向かって突出している円環状突面１１ｅが形成されている。

　第１固定円板１１の円環状突面１１ｅと、これに対峙する回転出力板４の円環状端面４ａとの間において、円筒状突起４ｂの内側に、矩形断面をした摺動リング１９が装着されている。円環状突面１１ｅと円筒状突起４ｂの間は微少な隙間となっており、この内側の円環状突面１１ｅと円環状端面４ａとの間の隙間は、摺動リング１９によってシールされている。

　摺動リング１９は、例えば、回転出力板４の側に固定されており、回転出力板４の回転に伴って、第１固定円板１１の円環状突面１１ｅに沿って摺動する。したがって、摺動リング１９は、第１固定円板１１の円環状突面１１ｅとの間の摺動抵抗が可能な限り小さくなるように、低摩擦係数の素材から形成することが望ましい。また、摺動摩耗が少なく耐摩耗性の高い素材から形成することが望ましい。このような低摩擦係数および低摩耗性を有する樹脂あるいはセラミックスを用いることができる。

　回転アクチュエータ１において、モーター２を回転駆動して回転軸５を高速回転させる。回転軸５の高速回転は、減速機３によって減速され、その出力要素である内歯歯車９が減速回転する。よって、内歯歯車９に固定されている回転出力板４から減速回転が不図示の負荷側に出力される。

　なお、上記の例では、減速機３として遊星歯車減速機を用いている。減速機３としては、サイクロ減速機（登録商標）、ＲＶ減速機等を用いることも可能である。

Claims

　中心軸線の方向に所定の間隔を開けて相互に固定された第１固定部材および第２固定部材と、
　前記第１固定部材を前記中心軸線の方向に貫通し、前記第２固定部材まで軸先端部が延びる回転軸と、
　前記第１固定部材と前記回転軸の間に装着され、前記回転軸を前記第１固定部材に対して回転自在に支持する第１軸受けと、
　前記第２固定部材と前記回転軸の軸先端部の間に装着され、前記回転軸を前記第２固定部材に対して回転自在に支持する第２軸受けと、
　前記回転軸における前記第１固定部材から前記第２固定部材とは反対側に突出する軸後端部に固定したモーターローターと、
　前記第１固定部材における前記第２固定部材とは反対側の部位に固定され、前記モーターローターの外周を一定のギャップで取り囲むモーターステーターと、
　前記第２固定部材の外周を取り囲む回転出力部材と、
　前記第２固定部材と前記回転出力部材の間に装着され、前記回転出力部材を前記第２固定部材に対して回転自在に支持する第３軸受けと、
　前記第１固定部材および前記第２固定部材の間に組み込まれ、前記回転軸の回転を減速して前記回転出力部材に伝達する減速機構と、
を有している回転アクチュエータ。
　前記減速機構は、
　前記回転軸における前記第１、第２固定部材の間に位置する軸部分の外周面に形成した太陽歯車と、
　前記第１、第２固定部材の間において、これらの間に架け渡した遊星軸に回転自在に支持され、前記太陽歯車にかみ合っている遊星歯車と、
　前記回転出力部材と前記第１固定部材の間に位置し、前記回転出力部材に固定され、前記遊星歯車にかみ合っている内歯歯車と、
を有している請求項１に記載の回転アクチュエータ。
　前記回転出力部材と前記第１固定部材の間に装着され、前記回転出力部材を、前記第１固定部材に対して、前記中心軸線の方向から回転可能に支持するすべり軸受けを有している、
請求項２に記載の回転アクチュエータ。
　前記すべり軸受けは、前記内歯歯車を取り囲む状態で、前記回転出力部材と前記第１固定部材の間の隙間に摺動可能に装着され、当該隙間をシールしている摺動リングである、
請求項３に記載の回転アクチュエータ。
　前記第１固定部材の外周縁部分において、前記第２固定部材とは反対側に突出した円筒部と、
　前記円筒部の先端開口を封鎖するエンドカバーと、
を有しており、
　前記第１固定部材と前記エンドカバーとで囲まれた空間内に前記モーターローターおよび前記モーターステーターが位置している、
請求項１、２、３または４に記載の回転アクチュエータ。