特許 6602189 アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6602189

(24)【登録日】2019年10月18日

(45)【発行日】2019年11月6日

(54)【発明の名称】アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/116 20060101AFI20191028BHJP

   F16H 1/32 20060101ALI20191028BHJP

【ＦＩ】

   H02K7/116

   F16H1/32 B

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-236625(P2015-236625)

(22)【出願日】2015年12月3日

(65)【公開番号】特開2017-103951(P2017-103951A)

(43)【公開日】2017年6月8日

【審査請求日】2018年9月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】390040051

【氏名又は名称】株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ

(74)【代理人】

【識別番号】100090170

【弁理士】

【氏名又は名称】横沢 志郎

(72)【発明者】

【氏名】小林 修平

(72)【発明者】

【氏名】小林 優

(72)【発明者】

【氏名】保科 達郎

【審査官】 三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００６／００３８４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／１２５２６６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ７／１１６

Ｆ１６Ｈ １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状のハウジングと、
前記ハウジングの中心部分に同軸に配置した中空固定軸と、
前記中空固定軸の軸線方向の一方の軸端部である第１軸端部の側に配置され、前記ハウジングに対して主軸受けを介して回転自在に支持されている円盤状の第１出力軸と、
前記中空固定軸の他方の第２軸端部の側に配置され、前記中空固定軸および前記ハウジングに固定された円盤状の端板と、
前記端板および前記第１出力軸の間に形成される前記ハウジングと前記中空固定軸との間の環状空間内に配置したインナーロータ型のモータと、
前記環状空間内において前記モータの内側に配置され、前記モータの回転を減速して前記第１出力軸に伝達する第１波動歯車装置と、
前記第１出力軸の回転を検出する出力軸センサと、
を備えており、
前記出力軸センサは、前記中空固定軸の中空部内における前記第１軸端部の側の部位に配置され、前記第１出力軸と一体回転するエンコード板と、当該エンコード板の回転を検出する検出部とを備えており、
前記エンコード板は、前記中空固定軸の前記第１軸端部に対して軸線方向の外側から対峙する取付け板に取り付けられ、当該取付け板は、前記第１出力軸に固定されており、
前記モータは、
円筒状のハウジングの内側に固定した円環状のモータステータと、
前記モータステータの内側に同軸に配置されたモータロータと、
を備えており、
前記第１波動歯車装置は、
前記モータロータの内側に同軸に固定した第１波動発生器と、
前記第１波動発生器の内側に同軸に配置され、当該第１波動発生器によって楕円状に撓められている可撓性内歯車と、
前記可撓性内歯車の内側に同軸に配置され、楕円状に撓められた前記可撓性内歯車に部分的にかみ合っている剛性外歯車と、
を備えており、
前記剛性外歯車は、前記中空固定軸と当該中空固定軸の外周面に形成した第１外歯から構成され、
前記可撓性内歯車は、前記第１外歯にかみ合い可能な第１内歯が形成されている可撓性の円筒状胴部と、当該円筒状胴部における前記第２軸端部の側の端から半径方向の外方に広がるダイヤフラムと、当該ダイヤフラムの外周縁に連続して形成された剛性の円盤状のボスとを備えたシルクハット形状のものであり、
前記ボスが前記第１出力軸に固定されており、
前記中空固定軸の前記中空部内に、第２モータおよび第２波動歯車装置を備えた第２アクチュエータが同軸に組み込まれており、
前記第２波動歯車装置は、前記中空固定軸の内周面に第２内歯を形成することによって構成される剛性内歯車と、この内側に配置されたカップ形状をした可撓性外歯車と、この内側に装着され、前記第２モータによって回転駆動される第２波動発生器とを備え、
前記可撓性外歯車には、前記端板を貫通して延びる第２出力軸が同軸に取り付けられているアクチュエータ。

【請求項2】

前記中空固定軸の前記第１軸端部と前記第１出力軸との間は第１オイルシールによってシールされている請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記中空固定軸の前記第２軸端部の側の外周面部分には伝達トルクを検出するためのトルクセンサが配置されており、
前記中空固定軸と前記第１波動発生器との間に配置した第２オイルシールによって、前記トルクセンサと前記可撓性内歯車および前記剛性外歯車のかみ合い位置との間がシールされている請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記第１波動発生器における前記第２軸端部の側の外周側の部位には、当該第１波動発生器の回転を検出する入力軸センサが配置されている請求項１に記載のアクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インナーロータ型のモータの内側に同軸に中空型の波動歯車装置が組み付けられた構成のアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

この種のアクチュエータとしては、特許文献１の図５に記載されている減速機付き駆動装置がある。この駆動装置は、モータと波動歯車装置とを備え、波動歯車装置は、波動発生器と、その内側に配置した可撓性内歯車と、その内側に配置した剛性外歯車とを備えており、波動発生器の楕円状内周面を備えたプラグが、モータロータに一体形成されている。

【0003】

モータロータは、その軸線方向の一方の側に延びる円筒部を備え、当該円筒部の外周にはモータ回転（波動歯車装置の入力回転）を検出するモータエンコーダ（入力軸エンコーダ）が配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４７８７７５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この構成のアクチュエータにおいて、出力回転を検出する場合には、波動歯車装置の出力要素である可撓性内歯車のボスの部分を軸線方向に延長して、その外周部分に出力軸エンコーダが配置される。この構成では、アクチュエータの軸線方向に、入力軸エンコーダおよび出力軸エンコーダが配列され、軸線方向の寸法が増加してしまう。また、アクチュエータには伝達トルクを検出するためにトルクセンサが搭載される場合がある。この場合においても、トルクセンサの搭載場所を確保するために装置寸法が増加してしまう。

【0006】

一方、この構成のアクチュエータの小型化を図ると、波動歯車装置の潤滑部分と入力軸エンコーダ等のセンサ部分とが接近したレイアウトになる場合がある。このような場合には、潤滑部分から漏れ出る潤滑剤がセンサ部分に侵入しないように対策を講ずる必要がある。

【0007】

本発明の課題は、このような点に鑑みて、装置寸法の増加を抑制しつつ各種センサを搭載可能なアクチュエータを提供することにある。

【0008】

また、本発明の課題は、装置寸法の増加を抑制しつつ各種センサを搭載でき、しかも、波動歯車装置から潤滑剤がセンサの側に侵入することを防止可能なアクチュエータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するために、本発明のアクチュエータは、
円筒状のハウジングと、
前記ハウジングの中心部分に同軸に配置した中空固定軸と、
前記中空固定軸の軸線方向の一方の軸端部である第１軸端部の側に配置され、前記ハウジングに対して主軸受けを介して回転自在に支持されている円盤状の第１出力軸と、
前記中空固定軸の他方の第２軸端部の側に配置され、前記中空固定軸および前記ハウジングに固定された円盤状の端板と、
前記端板および前記第１出力軸の間に形成される前記ハウジングと前記中空固定軸との間の環状空間内に配置したインナーロータ型の第１モータと、
前記環状空間内において前記モータの内側に配置され、前記モータの回転を減速して前記第１出力軸に伝達する第１波動歯車装置と、
前記第１出力軸の回転を検出する出力軸センサと、
を備えており、
前記出力軸センサは、前記中空固定軸の中空部内における前記第１軸端部の側の部位に配置され、前記第１出力軸と一体回転するエンコード板と、当該エンコード板の回転を検出する検出部とを備えており、
前記エンコード板は、前記中空固定軸の前記第１軸端部に対して軸線方向の外側から対峙する取付け板に取り付けられ、当該取付け板は、前記第１出力軸に固定されており、
前記第１モータは、
円筒状のハウジングの内側に固定した円環状のモータステータと、
前記モータステータの内側に同軸に配置されたモータロータと、
を備えており、
前記第１波動歯車装置は、
前記モータロータの内側に同軸に固定した第１波動発生器と、
前記第１波動発生器の内側に同軸に配置され、当該第１波動発生器によって楕円状に撓められている可撓性内歯車と、
前記可撓性内歯車の内側に同軸に配置され、楕円状に撓められた前記可撓性内歯車に部分的にかみ合っている剛性外歯車と、
を備えており、
前記剛性外歯車は、前記中空固定軸と当該中空固定軸の外周面に形成した第１外歯から構成され、
前記可撓性内歯車は、前記第１外歯にかみ合い可能な第１内歯が形成されている可撓性の円筒状胴部と、当該円筒状胴部における前記第２軸端部の側の端から半径方向の外方に広がるダイヤフラムと、当該ダイヤフラムの外周縁に連続して形成された剛性の円盤状のボスとを備えたシルクハット形状のものであり、
前記ボスが前記第１出力軸に固定されており、
前記中空固定軸の前記中空部内に、第２モータおよび第２波動歯車装置を備えた第２アクチュエータが同軸に組み込まれており、
前記第２波動歯車装置は、前記中空固定軸の内周面に第２内歯を形成することによって構成される剛性内歯車と、この内側に配置されたカップ形状をした可撓性外歯車と、この内側に装着され、前記第２モータによって回転駆動される第２波動発生器とを備え、
前記可撓性外歯車には、前記端板を貫通して延びる第２出力軸が同軸に取り付けられていることを特徴としている。

【0010】

本発明のアクチュエータにおいては、インナーロータ型のモータの内部に、外周側に波動発生器が配置された構成の中空型の波動歯車装置が配置され、当該波動歯車装置の出力回転を取り出す出力軸が、中空固定軸の第１軸端部の側に配置されている。この構成により、出力軸の回転を、中空固定軸の第１軸端部の側から中空部に挿入した出力軸センサによって検出することができる。中空部内を、出力軸センサの設置スペースとして利用しているので、出力軸センサを軸線方向に並べて配置する場合に比べて、アクチュエータの軸長の増加を抑制できる。

【0011】

また、本発明のアクチュエータでは、前記中空固定軸の前記中空部内のスペースを利用して、第２モータおよび第２波動歯車装置を備えた第２アクチュエータが組み込まれている。前記中空固定軸の内周面に第２内歯を形成することで当該中空固定軸を剛性内歯車として利用し、この内側に可撓性外歯車を配置し、この内側に波動発生器を配置し、波動発生器を第２モータによって回転駆動している。これにより、可撓性外歯車から第２の出力回転を取り出すことができる。

【0013】

この場合、波動歯車装置から外部に潤滑剤が漏れ出ないように、前記中空固定軸の前記第１軸端部と前記出力軸との間が第１オイルシールによってシールされていることが望ましい。

【0014】

本発明において、前記中空固定軸の前記第２軸端部の側の外周面部分には波動歯車装置の伝達トルクを検出するためのトルクセンサを配置することができる。この場合には、前記中空固定軸と前記波動発生器との間に配置した第２オイルシールによって、前記トルクセンサと前記可撓性内歯車および前記剛性外歯車のかみ合い位置との間をシールすることが望ましい。

【0015】

固定側の剛性外歯車には、出力側の可撓性内歯車に作用する伝達トルクが作用するので、当該剛性外歯車の中空固定軸にトルクセンサを配置することにより、伝達トルクを検出できる。従来においては、可撓性内歯車に歪ゲージ等の検出素子を貼り付けて伝達トルクを検出しているが、検出素子は可撓性内歯車と共に繰り返し撓められるので耐久性等の点で好ましくない。本発明のトルクセンサは、剛性内歯歯車にトルクセンサを配置できるので従来に比べて耐久性等に優れている。

【0016】

また、第２オイルシールによって歯のかみ合い部分から潤滑油がトルクセンサの側に侵入することを防止しているので、潤滑油等が付着してトルクセンサに不具合が生じることもない。

【0017】

次に、前記波動発生器における前記第２軸端部の側の外周側の部位には、当該波動発生器の回転（したがって、モータロータの回転）を検出する入力軸センサを配置することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明を適用したアクチュエータを示す概略縦断面図である。

【図2】本発明を適用したアクチュエータの別の例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１は本実施の形態に係るアクチュエータを示す概略縦断面図である。アクチュエータ１は、インナーロータ型のモータ２と、モータ２の回転を減速して出力する波動歯車装置３と、波動歯車装置３の出力回転を外部に出力する出力軸４と、出力軸４の回転を検出する出力軸センサ５とを備えている。

【0021】

具体的に説明すると、アクチュエータ１は円筒状のハウジング６と、このハウジング６の中心に同軸に配置した中空固定軸７とを備えている。中空固定軸７の軸線１ａの方向の一方の軸端部である第１軸端部７ａの側には円盤状の出力軸４が配置され、反対側の第２軸端部７ｂには円盤状の端板８が配置されている。出力軸４および端板８の間において、ハウジング６および中空固定軸７の間に形成される環状空間には、モータ２と波動歯車装置３が組み込まれている。

【0022】

出力軸４は、中心に軸穴４ａが形成され、軸線１ａに直交する状態に配置されている。出力軸４は主軸受けであるクロスローラベアリング９を介して、ハウジング６の端部に固定されている。出力軸４の軸穴４ａには中空固定軸７の第１軸端部７ａが同軸に挿入された状態となっている。本例では、クロスローラベアリング９の内輪が出力軸４に一体形成されており、これら内輪と出力軸４とが単一部品からなる。出力軸４は不図示の被駆動側部材に連結される。クロスローラベアリング９の外輪９ａはハウジング６の端部に固定されている。外輪９ａの外周側の部位は、他部材（図示せず）に固定される取付フランジとなっている。

【0023】

中空固定軸７の第２軸端部７ｂの側の端板８も軸穴８ａが形成されており、軸線１ａに直交する状態に配置されている。端板８の内周縁部は中空固定軸７の端面に固定され、端板８の外周縁端は直角に折れ曲がった円筒部８ｂとなっており、この円筒部８ｂの端部がハウジング６の側に固定されている。

【0024】

インナーロータ型のモータ２は、ハウジング６の円形内周面に固定した円環状のモータステータ１１と、モータステータ１１の内側に同軸に配置されたモータロータ１２とを備えている。モータステータ１１はステータコアと、ステータコアに形成された突極に巻き付けたステータコイルから構成され、モータロータ１２は永久磁石からなるロータマグネットから構成される。

【0025】

波動歯車装置３は、モータロータ１２の内側に配置した筒状の波動発生器１３と、この内側に同軸に配置した可撓性内歯車１４と、この内側に同軸に配置した剛性外歯車１５とを備えている。波動発生器１３は筒状の剛性プラグ１６と、この楕円状内周面１６ａに装着したベアリング１７とを備えている。剛性プラグ１６はモータロータ１２の内周面に固定されており、モータ２によって回転駆動される。

【0026】

可撓性内歯車１４は、可撓性の円筒状胴部１８と、当該円筒状胴部１８における第１軸端部７ａの側に端から半径方向の外方に広がるダイヤフラム１９と、当該ダイヤフラム１９の外周縁に連続して形成された剛性の円盤状のボス２０とを備えたシルクハット形状のものである。ボス２０が出力軸４に固定されている。円筒状胴部１８における第２軸端部７ｂの側の端の内周面部分には内歯２１が形成されている。内歯２１が形成されている円筒状胴部１８の部分が、波動発生器１３によって楕円状に撓められている。

【0027】

剛性外歯車１５は、本例では、中空固定軸７と当該中空固定軸７の外周面に形成した外歯２２とによって構成されている。波動発生器１３によって外側から楕円状に撓められている可撓性内歯車１４の内歯２１は、部分的に剛性外歯車１５の外歯２２にかみ合っている。

【0028】

波動発生器１３の剛性プラグ１６は、軸線１ａの方向の両端部分が、ボールベアリング２３、２４によって回転自在に支持されている。一方のボールベアリング２３は、出力軸４に固定したベアリング受け２５によって支持されている。他方のボールベアリング２４は、ハウジング６と端板８の間に挟まれた状態でこれらに締結固定されたベアリング受け２６によって支持されている。このベアリング受け２６は軸線１ａに直交する状態に配置された円盤状の部材である。

【0029】

ここで、出力軸４の軸穴４ａの内周面と中空固定軸７の第１軸端部７ａの外周面との間の隙間は、これらの間に配置した第１オイルシール３１によってシールされている。また、中空固定軸７の第２軸端部７ｂの側においては、波動発生器１３の剛性プラグ１６と第２軸端部７ｂとの間の隙間が、これらの間に配置した第２オイルシール３２によってシールされている。

【0030】

次に、出力軸センサ５は、中空固定軸７の中空部３３内における第１軸端部７ａの側の部位に配置されている。出力軸センサ５は、出力軸４と一体回転するエンコード板３４と、当該エンコード板３４の回転を検出する検出部３５とを備えている。エンコード板３４は、中空固定軸７の第１軸端部７ａに対して軸線１ａの方向の外側から対峙している取付け円板３６に取り付けられている。取付け円板３６は、出力軸４の軸穴４ａを封鎖する状態に配置されている。

【0031】

また、中空固定軸７の第２軸端部７ｂの側の外周面部分には、波動歯車装置３の伝達トルクを検出するためのトルクセンサ４０が配置されている。先に述べたように、中空固定軸７と波動発生器１３の剛性プラグ１６との間には第２オイルシール３２が配置されている。第２オイルシール３２によって、トルクセンサ４０と可撓性内歯車１４および剛性外歯車１５のかみ合位置との間がシールされている。

【0032】

さらに、本例では、波動発生器１３の剛性プラグ１６には第２軸端部７ｂの側に延びる円筒部１６ｂが形成されている。この円筒部１６ｂは、ベアリング受け２６と端板８の間まで延びている。この円筒部１６ｂの外周側には、波動発生器１３の回転（入力回転）を検出する入力軸エンコーダ４１が配置されている。

【0033】

このように構成したアクチュエータ１においては、インナーロータ型のモータ２の内部に、外周側に波動発生器１３が配置された構成の中空型の波動歯車装置３が配置され、当該波動歯車装置３の出力回転を取り出す出力軸４が、中空固定軸７の第１軸端部７ａの側に配置されている。この構成により、出力軸４の回転を、中空固定軸７の第１軸端部７ａの側から中空部３３に挿入した出力軸センサ５によって検出することができる。中空部３３内を、出力軸センサ５の設置スペースとして利用しているので、出力軸センサ５を軸線１ａの方向に並べて配置する場合に比べて、アクチュエータ１の軸長の増加を抑制できる。

【0034】

また、波動歯車装置３から外部に潤滑剤が漏れ出ないように、中空固定軸７の第１軸端部７ａと出力軸４との間が第１オイルシール３１によってシールされている。したがって、漏れ出た潤滑剤等が中空部３３内の出力軸センサ５の側に回り込むことを防止できる。同様に、第２オイルシール３２によって、潤滑剤等がトルクセンサ４０あるいは入力軸エンコーダ４１の側に漏れ出ることも防止できる。

【0035】

さらに、固定側の剛性外歯車１５、すなわち、中空固定軸７にトルクセンサ４０が配置されている。可撓性内歯車１４に歪ゲージ等の検出素子を貼り付けて伝達トルクを検出する場合には、検出素子が可撓性内歯車１４と共に繰り返し撓められるので耐久性等の点で好ましくない。本例では、このような弊害を回避でき、従来に比べて耐久性等に優れたトルク検出機構を実現できる。

【0036】

（その他の実施の形態）
図２は、上記のアクチュエータ１の変形例を示す説明図である。この図に示すアクチュエータは２軸アクチュエータ１Ａであり、中空固定軸７の中空部３３内のスペースを利用して、第２モータ５２および第２波動歯車装置５３を備えた第２アクチュエータ５１が組み込まれている。

【0037】

例えば、中空固定軸７の内周面に内歯５４を形成することで当該中空固定軸７を剛性内歯車として利用する。この内側にカップ形状の可撓性外歯車５５が配置され、この内側に波動発生器５６が配置されている。波動発生器５６は中空部３３内に配置した第２モータ５２によって回転駆動される。これにより、可撓性外歯車５５に取り付けた第２出力軸５７から第２の出力回転を取り出すことができる。この構成によれば、寸法の増加を招くことなく、２軸のアクチュエータを構成できる。

【符号の説明】

【0038】

１ アクチュエータ
１Ａ ２軸アクチュエータ
１ａ 軸線
２ モータ
３ 波動歯車装置
４ 出力軸
４ａ 軸穴
５ 出力軸センサ
６ ハウジング
７ 中空固定軸
７ａ 第１軸端部
７ｂ 第２軸端部
８ 端板
８ａ 軸穴
８ｂ 円筒部
９ クロスローラベアリング
９ａ 外輪
１１ モータステータ
１２ モータロータ
１３ 波動発生器
１４ 可撓性内歯車
１５ 剛性外歯車
１６ 剛性プラグ
１６ａ 楕円状内周面
１６ｂ 円筒部
１７ ベアリング
１８ 円筒状胴部
１９ ダイヤフラム
２０ ボス
２１ 内歯
２２ 外歯
２３，２４ ボールベアリング
２５，２６ ベアリング受け
３１ 第１オイルシール
３２ 第２オイルシール
３３ 中空部
３４ エンコード板
３５ 検出部
３６ 取付け円板
４０ トルクセンサ
４１ 入力軸エンコーダ
５１ 第２アクチュエータ
５２ 第２モータ
５３ 第２波動歯車装置
５４ 内歯
５５ 可撓性外歯車
５６ 波動発生器
５７ 第２出力軸

【図1】

【図2】