JP2003222151A - 振動モータ一体型軸受ユニット - Google Patents
振動モータ一体型軸受ユニットInfo
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Abstract
トアームの関節のようにラジアル荷重を繰り返し受ける
狭いスペースに設置可能とするとともに、本来軸受を組
み込む個所にもモータの設置を可能とする振動モータ一
体型軸受ユニットを提供する。 【解決手段】 1対の軌道輪3,4およびこれらの間に配
置された複数の転動体5を有する転がり軸受1と、一方の
軌道輪3に設けられた超音波モータ2のステータ7と、他
方の軌道輪4に設けられてステータ7に圧接されているロ
ータ8とを備えている。
Description
するロボットアームの関節等に配置されて軸受機能とモ
ータ機能の両方を発揮することができる振動モータ一体
型軸受ユニットに関する。
個所には、モータが配置されるが、この種のモータとし
て、磁力を用いたモータと振動の進行波を利用した振動
モータ(例えば超音波モータ)とが知られている。
は、パワーとモータの体積とがほぼ比例関係にあるた
め、高出力化するには、その体積が大きくなり、また、
ロボットアームの関節のように高トルクが求められる環
境では、減速機を必要とするため、減速機を含んだ体積
がさらに大きくなることから、軽薄短小化と高出力化と
を両立できないという問題があった。
クで軽量であることが特徴であるが、ラジアル荷重を受
ける場合には、この荷重を支えるための軸受が必要とな
り、モータと軸受との両方を配置するためのスペース確
保が困難であるという問題があった。
アームの関節のようにラジアル荷重を繰り返し受ける狭
いスペースに設置可能とするとともに、本来軸受を組み
込む個所にもモータの設置を可能とする振動モータ一体
型軸受ユニットを提供することにある。
明による振動モータ一体型軸受ユニットは、1対の軌道
輪およびこれらの間に配置された複数の転動体を有する
転がり軸受と、一方の軌道輪に設けられた振動モータの
ステータと、他方の軌道輪に設けられてステータに圧接
されているロータとを備えているものである。
によると、軸受によってラジアル荷重を受けることがで
きるので、低回転および高トルクで軽量であることが特
徴である振動モータをロボットアームの関節のようにラ
ジアル荷重を繰り返し受ける狭いスペースに設置するこ
とができ、また、軸受にモータが一体とされているの
で、従来の軸受をこの振動モータ一体型軸受に置き換え
ることにより、本来軸受を組み込む個所にもモータを設
置することができる。また、ロータとステータとが圧接
されているため、回転停止時にも保持力を有しており、
よって、電磁気ブレーキを必要とせず、無通電時に定格
以上で保持することができる。さらにまた、機械的時定
数を1msec以下とすることが可能で、速度コントロ
ールも無段階に変化可能であり、制御性に優れている。
受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受および球面ころ軸受の
いずれであってもよいが、軸受の組立時に予圧を付与す
るアンギュラ玉軸受または円錐ころ軸受とするととも
に、軸受に予圧が付与されることによってステータとロ
ータとの圧接状態が得られるようにすることが好まし
い。
圧接する方向を例えば軸方向とし、軸受に軸方向の予圧
を与えるようにすればよい。ステータとロータとは、軸
方向に対向していることが好ましいが、ラジアル方向以
外の方向であれば必ずしも軸方向に対向している必要は
なく、要するに、軸受を予圧した際にステータとロータ
とが圧接可能な方向で対向していればよい。これによ
り、軸受の予圧と振動モータのステータおよびロータの
圧接とを同時に行うことができ、組立工数を削減するこ
とができる。
から軌道輪に固定してもよく、また、軌道輪の加工時
に、ロータとなる部分を軌道輪に一体に形成してもよ
い。前者の場合には、ロータを軌道輪とは別の材料とし
て、耐摩耗性を向上させることができ、後者の場合に
は、部品点数を減少させて組立工数を簡素化することが
できる。
に収まるようになされていることが好ましい。このよう
にすると、この振動モータ一体型軸受ユニットを設置す
るためのスペースは、軸受の軌道輪を収納するスペース
だけでよく、従来の軸受をこの振動モータ一体型軸受ユ
ニットに容易に置き換えることができるとともに、回転
などの運動を行う種々の個所にこのユニットを使用する
ことができる。
ぶ複数の溝を有している金属板に圧電セラミックを貼り
付けたものとされる。そして、ロータが設けられている
軌道輪に、ステータの溝を検知して軸受の回転速度を検
出する非接触センサが設けられていることがある。この
ようにすると、軸受の回転速度を検出してそれに応じた
制御を行うことが可能となる。溝を検知するには、磁気
変化を検知する方法、光の反射の時間差を検知する方
法、静電容量の変化を検知する方法などがある。金属板
は、必ずしも磁性体である必要はないが、例えば、金属
板を磁性体で形成し、非接触センサをステータの回転に
伴う凹凸の繰り返しを磁気変化として検知する磁気セン
サとすることにより、回転速度検出センサを容易に得る
ことができる。
周縁部のいずれか一方が内輪または外輪に嵌め入れられ
ており、ステータの内輪または外輪に嵌め入れられてい
ない方の縁部に、圧電セラミック等の圧電素子が貼り付
けられるとともに、ステータの径方向中間部分に、内周
縁部および外周縁部よりも厚みが小さい環状の薄肉部が
設けられていることが好ましい。このようにすると、圧
電素子が貼り付けられている金属板の部分が振動しやす
くなり、圧電素子に交流電圧が印加された場合に、金属
板すなわちステータに進行波型の超音波振動(20kHz
以上)が生成されやすくなる。
る部材とされることがあり、また、固体潤滑材によって
コートされた部材からなることがある。
有しており、保持器は潤滑材を含浸したものとされるこ
とがある。
の実施形態について説明する。以下の説明において、左
右は、図1の左右をいうものとする。
モータ一体型軸受ユニットの第1実施形態を示してい
る。同図に示すように、振動モータ一体型軸受ユニット
は、アンギュラ玉軸受(1)と、軸受(1)の一方の軌道輪
(3)に設けられた超音波モータ(振動モータの一例)(2)
のステータ(7)と、軸受(1)の他方の軌道輪(4)に設けら
れてステータ(7)に圧接されているロータ(8)とを備えて
いる。
しての外輪(3)および内輪(4)と、これらの間に配置され
た複数の転動体としての玉(5)と、これらの玉(5)を保持
する保持器(6)とを有している。この実施形態では、ア
ンギュラ玉軸受(1)は、内輪回転型であり、例えば、内
輪(4)が回転軸に、外輪(3)がハウジングに固定される。
に固定されたステータ(7)と、回転輪である内輪(4)に固
定されたロータ(8)とによって構成されている。ステー
タ(7)は、環状の金属板(弾性体)(9)およびこれの一方
の面に貼り付けられた圧電セラミック(10)よりなる。圧
電セラミック(10)は、電圧を加えたときに伸び縮みが交
互になるように厚み方向に分極されている。圧電セラミ
ック(10)が貼られていない方の金属板(9)の面には、図
2に示すような櫛歯状の溝(11)が形成されており、この
櫛歯状の溝(11)が形成されている金属板(9)の面がロー
タ(8)に圧接されている。圧電セラミック(10)には、超
音波領域の周波数の交流電圧を印加する電源(図示略)
に至る電線(12)が接続されている。圧電セラミック(10)
に超音波領域の周波数の交流電圧を加えると、金属板
(9)に進行波型の超音波振動(20kHz以上)が生成さ
れ、ロータ(8)がこの超音波振動を駆動源とした回転運
動を行い、これにより、ロータ(8)が固定されている内
輪(4)が回転する。
(5)との接触部が玉(5)中心を通る横断面よりも右側にあ
り、内輪(4)の玉(5)との接触部が同左側にあるように、
外輪(3)および内輪(4)の軌道溝(3a)(4a)が形成されてい
る。そして、外輪(3)の軌道溝(3a)の左端に連なってカ
ウンタボア(3b)が形成され、内輪(4)の軌道溝(4a)の右
端に連なってカウンタボア(4b)が形成されている。玉
(5)中心を通る横断面は、軸受(1)の左右の中心よりも若
干左側に位置させられ、保持器(6)は左方から両輪(3)
(4)間に挿入されている。さらに、外輪(3)の右端部内径
の肩部には、ステータ嵌め入れ用環状溝(3c)が形成さ
れ、内輪(4)の右端部内径の肩部には、同溝(3c)よりも
幅広のロータ嵌め入れ用環状溝(4c)が形成されている。
の幅(厚み)は、ステータ嵌め入れ用環状溝(3c)とロー
タ嵌め入れ用環状溝(4c)との幅の差よりも小さくなされ
ている。ロータ(8)は、軸受(1)の右方から挿入されてそ
の内周縁部がロータ嵌め入れ用環状溝(4c)の左端部に収
められている。
のもので、その外周寄りの部分には、環状の薄肉部(9a)
が設けられている。櫛歯状の溝(11)は、この薄肉部(9a)
の内縁から金属板(9)の内周に掛けての部分に設けられ
ている。櫛歯状の溝(11)が形成されている部分における
金属板(9)の左面は、金属板(9)の外周縁部の左面よりも
若干左方に突出するように形成されている。金属板(9)
は、軸受(1)の右方から挿入されてその外周縁部がステ
ータ嵌め入れ用環状溝(3c)の側壁に当接した状態で同溝
(3c)に嵌め合わせられている。この状態で、櫛歯状の溝
(11)が形成されている金属板(9)の左面がロータ(8)の右
面に圧接している。圧電セラミックス(10)の右面は、互
いに面一の両輪(3)(4)右端面から右方に突出しないよう
になされており、これにより、軸受(1)に超音波モータ
(アクチュエータ)(2)が内蔵された自転型軸受あるい
は軸受アクチュエータの構成が得られている。
アンギュラ玉軸受(1)に予圧が付与されている。ここ
で、軸受(1)の予圧方向とステータ(7)をロータ(8)に圧
接する方向とは同一方向(この実施形態では軸方向)と
されている。したがって、軸受(1)の予圧と超音波モー
タ(2)のステータ(7)およびロータ(8)の圧接とを同時に
行うことができる。
るには、アンギュラ玉軸受(1)の予圧によって行うほ
か、例えば、内輪(4)または外輪(3)にかかるアキシャル
荷重によって行うことももちろん可能である。
(2)が乾性摩擦で駆動することを考慮して、グリースを
使用する代わりに、樹脂と潤滑成分との混合物が固形化
された潤滑剤を使用するか、玉(5)と軌道輪(3)(4)との
間に固体潤滑材の特殊コーティングを施すか、保持器
(6)に潤滑油を含浸させるかなどが適宜選択される。
軸受ユニットの第2実施形態を示している。上記第1実
施形態のものは、内輪回転に適したものであり、この第
2実施形態のものは、外輪回転に適したものである。
ユニットは、アンギュラ玉軸受(21)と、軸受(21)の一方
の軌道輪(24)に設けられた超音波モータ(22)のステータ
(27)と、軸受(21)の他方の軌道輪(23)に設けられてステ
ータ(27)に圧接されているロータ(28)とを備えている。
しての外輪(23)および内輪(24)と、これらの間に配置さ
れた複数の転動体としての玉(25)と、これらの玉(25)を
保持する保持器(26)とを有している。
4)に固定されたステータ(27)と、回転輪である外輪(23)
の左端部に一体にかつ左方突出状に形成されたロータ(2
8)とによって構成されている。ステータ(27)は、環状の
金属板(弾性体)(29)およびこれの一方の面に貼り付け
られた圧電セラミック(30)よりなる。圧電セラミック(3
0)が貼られていない方の金属板(29)の面には、櫛歯状の
溝(31)が形成されている。この櫛歯状の溝(31)が形成さ
れている金属板(29)の面がロータ(28)に圧接されてい
る。圧電セラミック(30)には、超音波領域の周波数の交
流電圧を印加する電源(図示略)に至る電線(32)が接続
されている。
玉(25)との接触部が玉(5)中心を通る横断面よりも右側
にあり、内輪(24)の玉(25)との接触部が同左側にあるよ
うに、それぞれ軌道溝(23a)(24a)が形成されている。そ
して、外輪(23)の軌道溝(23a)の左端に連なってカウン
タボア(23b)が形成され、内輪(24)の軌道溝(24a)の右端
に連なってカウンタボア(24b)が形成されている。玉(2
5)中心を通る横断面は、軸受(1)の左右のほぼ中心に位
置させられ、保持器(26)は右方から両輪(23)(24)間に挿
入されている。さらに、外輪(23)の右端部内径の肩部に
は、シール嵌め入れ用環状溝(23c)が形成され、内輪(2
4)の左端部近くの内径の肩部には、ステータ嵌め入れ用
環状溝(24c)が形成されている。ステータ嵌め入れ用環
状溝(24c)の底面の径は、軌道溝(24a)の径よりも大き
く、内輪(24)の左端部には、ステータ嵌め入れ用環状溝
(24c)の側壁となる径方向外向き突出部(24d)が形成され
ている。
には、接触シール(33)の外周縁部が嵌め合わせられ、そ
の接触シール(33)の内周縁部が内輪(24)の外径に接触し
ている。このシール(33)は、ゴミ混入防止のためのもの
であり、使用場所によっては省略することも可能であ
る。
のように、外輪(23)と一体、言い換えると、外輪(23)自
体が超音波モータ(22)のロータとなっている。このロー
タ(28)の左面は、内輪の左端面よりも右方(軸方向内
方)に位置させられている。また、ロータ(28)の左面
(外輪(23)のステータ(27)に接触する面)には、摩耗低
減のためのコーティングが施されている。
状のもので、その内周寄りの部分に、環状の左方突出部
(29a)が設けられ、そのすぐ外側に環状の薄肉部(29b)が
設けられている。櫛歯状の溝(31)は、この薄肉部(29b)
の内縁から金属板(29)の外周に掛けての部分に設けられ
ている。櫛歯状の溝(31)が形成されている部分における
金属板(29)の右面は、金属板(29)の内周縁部の右面より
も右方に突出するように形成されている。金属板(29)
は、軸受(21)の右方から挿入されてその内周縁部がステ
ータ嵌め入れ用環状溝(24c)の側壁すなわち径方向外向
き突出部(24d)に当接した状態で、同溝(24c)に嵌め入れ
られている。この状態で、櫛歯状の溝(31)が形成されて
いる金属板(29)の右面がロータ(28)の左面に圧接してい
る。圧電セラミックス(30)の左面は、内輪(24)の左端面
から左方に突出しないようになされており、これによ
り、軸受(21)に超音波モータ(アクチュエータ)(22)が
内蔵された自転型軸受あるいは軸受アクチュエータの構
成が得られている。
玉軸受(21)に予圧が付与されている。ここで、軸受(21)
の予圧方向とステータ(27)をロータ(28)に圧接する方向
とは同一方向(この実施形態では軸方向)とされてい
る。したがって、軸受(21)の予圧と超音波モータ(22)の
ステータ(27)およびロータ(28)の圧接とを同時に行うこ
とができる。
ータ(28)とは、必ずしも一体にする必要はなく、例え
ば、摩耗低減材でロータを形成するとともに、このロー
タを外輪内径の肩部に設けたロータ嵌め入れ用溝に嵌め
合わせるようにしてもよい。
軸受ユニットの第3実施形態を示している。この実施形
態のものは、第2実施形態のものに回転速度検出機能を
付加したものであり、第2実施形と同じ構成には同じ符
号を付して説明を省略する。
ットでは、アンギュラ玉軸受(21)の外輪(23)は、突出部
分としてのロータは有しておらず、外輪(23)の左端面(2
3d)がステータ(27)に圧接させられることによって、外
輪(23)自体が超音波モータ(22)のロータとなっている。
そして、外輪(23)には、左端面から軸方向にのびるセン
サ収納溝(23e)が設けられており、ここに、非接触セン
サ(34)が嵌め入れられている。非接触センサ(34)には、
この信号を外部に取り出すコード(35)が接続されてい
る。また、ステータ(27)の金属板(29)は、磁性体とされ
ている。非接触センサ(34)は、磁極を有する磁気センサ
とされており、磁極によって生成される磁束が櫛歯状の
溝(31)を有する磁性体製金属板(29)の回転に伴って変化
することを検出することができる。これにより、ステー
タ(27)の櫛歯状の溝(31)を利用して、超音波モータ(22)
の回転角を求め、回転制御することが可能となる。
回転型、第2および第3実施形態は外輪回転型であると
したが、それぞれの構成で、ステータ(7)(27)が固定さ
れている方の軌道輪(3)(24)を回転させることも可能で
ある。この場合には、圧電セラミック(10)(30)に接続さ
れている電線(12)(32)には、スリップリングを用いるな
どの回転に対する処理が施される。
ータ一体型軸受ユニットの縦断面図である。
ータ一体型軸受ユニットの縦断面図の上半部である。
ータ一体型軸受ユニットの縦断面図の上半部である。
Claims (6)
- 【請求項1】 1対の軌道輪およびこれらの間に配置さ
れた複数の転動体を有する転がり軸受と、一方の軌道輪
に設けられた振動モータのステータと、他方の軌道輪に
設けられてステータに圧接されているロータとを備えて
いる振動モータ一体型軸受ユニット。 - 【請求項2】 軸受は、アンギュラ玉軸受または円錐こ
ろ軸受であり、軸受に予圧が付与されることによってス
テータとロータとの圧接状態が得られている請求項1の
振動モータ一体型軸受ユニット。 - 【請求項3】 軸受の軌道輪がロータとなるように、ス
テータに圧接される部分が軌道輪に一体に形成されてい
る請求項1または2の振動モータ一体型軸受ユニット。 - 【請求項4】 ステータおよびロータは、軌道輪の両端
間に収まるようになされている請求項1乃至3の振動モ
ータ一体型軸受ユニット。 - 【請求項5】 ステータは、周方向に所定間隔をおいて
並ぶ複数の溝を有しており、ロータが設けられている軌
道輪に、ステータの溝を検知して軸受の回転速度を検出
する非接触センサが設けられている請求項1乃至4の振
動モータ一体型軸受ユニット。 - 【請求項6】 ステータは、その内周縁部および外周縁
部のいずれか一方が内輪または外輪に嵌め入れられてお
り、ステータの内輪または外輪に嵌め入れられていない
方の縁部に、圧電素子が貼り付けられるとともに、ステ
ータの径方向中間部分に、内周縁部および外周縁部より
も厚みが小さい環状の薄肉部が設けられている請求項1
乃至5の振動モータ一体型軸受ユニット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002023151A JP4178803B2 (ja) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | 振動モータ一体型軸受ユニット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002023151A JP4178803B2 (ja) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | 振動モータ一体型軸受ユニット |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003222151A true JP2003222151A (ja) | 2003-08-08 |
JP4178803B2 JP4178803B2 (ja) | 2008-11-12 |
Family
ID=27745940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2002023151A Expired - Fee Related JP4178803B2 (ja) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | 振動モータ一体型軸受ユニット |
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JP (1) | JP4178803B2 (ja) |
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-
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- 2002-01-31 JP JP2002023151A patent/JP4178803B2/ja not_active Expired - Fee Related
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