JP2005155782A - フレキシブルアクチュエーター - Google Patents

Abstract

【課題】 フレキシブルアクチュエーター１の出力軸３を短く、太くして剛性を高める。出力軸３の軸支構造を簡素なものとし、組立てやすくする。
【解決手段】 ステッピングモーター６と結合した遊星ギア変速機構２の出力軸３を、第１出力軸３ａと第２出力軸３ｂとで構成する。第１出力軸３ａは、ハウジング８内に収まる短いものとし、第２出力軸３ｂは、ボス部１２とフランジ部１３を備えたものとする。第２出力軸３ｂのボス部１２に第１出力軸３ｂを圧入すると共に、第１出力軸先端部に第２出力軸３ｂのフランジ部１３中央をねじ止めすることにより、第１と第２の出力軸３ａ，３ｂを固定する。これにより、出力軸３は短く、太いものとなる。第２出力軸３ｂをハウジング８に軸支するベアリング１６は、第１出力軸３ａと一体のキャリア１０と第２出力軸３ｂのフランジ部１３による段差部１８との間に挟み込んで固定する。
【選択図】 図１

Description

自動組立機に用いられるインデックステーブルや旋回型ＰＰＵ（ピックアップアンドプレースユニット）の割り出し（回転量による位置決め）を行う機構の駆動源として用いる。

フレキシブルアクチュエーターは、ステッピングモーターとその出力軸に結合するギアヘッドとからなる。ギアヘッドは、ステッピングモーターの回転とテーブルの割り出し角度との整合を取るために用いられる。例えば、ステッピングモーターが０．７２°／１パルスの回転（通常、５相コイル）であるとき、これをそのままテーブルの回転入力軸へ直結すると、テーブルの送り量が０．７２°の角度を単位とした中途半端なものとなり、現実的でない。これを解決するためギアヘッドを用いて、フレキシブルアクチュエーターの出力として実際の使用に便利な整数（０．１°、１°など）とする。

このため、フレキシブルアタッチメントは、一般にステッピングモーターへ変速機構を結合した構造となっている。また、変速機構は精度の点から高級なものではハーモニックドライブ機構であるが、通常の精度では遊星ギア機構であって、遊星ギアを取り付けたキャリアに出力軸を一体的に設ける構造が一般的である。
特許文献１〜３は、減速機や変速機との名称であるが、モーターと結合して用いる、いわゆるギアヘッドである。これらでは、ピニオンの周りを回転する遊星歯車を備えたキャリアに出力軸を一体に構成し、ハウジングの外に長く突出させている。

特開平９−３１７９３７号公報 特開平１１−１５９５８２号公報 特開２００３−２２２２０１号公報

テーブルや旋回型ＰＰＵは、フレキシブルアクチュエーター１（図４ 従来例）の出力軸３（遊星ギア変速機構２の出力軸３）の先端部に取り付けることになるが、従来の遊星ギア変速機構２の出力軸３は、ピニオン４に噛み合う遊星ギア５の位置から先端までの距離が長く、また、ステッピングモーター６の出力軸７と同程度の径でしかない。

このため、ハウジング８の先端から飛び出した出力軸３の撓みや、出力軸全体のねじれなどにより、テーブルなどの割り出し精度が低下する。そのため、出力軸３をハウジング８との間で高剛性のアンギュラーベアリングを用いて軸支するなどしても、テーブルの位置決め精度を向上させることが難しい。
この発明は、出力軸３に起因する割り出し精度の低下を解消し、また、ハウジング８に対する出力軸３の軸支構造を簡素にして、部品点数の増加を抑制した構造のフレキシブルアクチュエーターの提供を課題とする。

ステッピングモーターに連結された遊星ギア変速機構の出力軸を、軸方向に第１の出力軸と第２の出力軸で構成する。
第１の出力軸は、ハウジングの内部に納まる短いものとし、第２出力軸は、ハウジング内に納まる長さのボス部とその先端にフランジ部を一体に形成したものとする。フランジ部の表面がテーブルなどのアタッチメント取付け面となる。
ハウジングは、遊星ギア変速機のピニオンとインターナルギアを支持する機体となるものであり、また、変速機としての外殻を形成するものである。
第２出力軸のボス部に第１出力軸を圧入すると共に、第２出力軸のフランジ部中央から第１出力軸の先端面へ、このフランジ部をねじ止めして組み付けた構造とする。
遊星ギア変速機構におけるキャリアの表面と第２出力軸におけるボス部の外周面に設けた段差部との間に、出力軸をハウジングに軸支させるベアリングを挟持し固定する。

この構成によれば、変速機の出力軸は、第１出力軸に第２出力軸のボス部を被せた、太く短いものとなり剛性が向上する。その結果、出力軸の撓みやねじれの量が少なくなる。また、フランジ部はハウジングの先端面に近接すると共に、面積が大きいので、テーブルなどのアタッチメントを取付けやすく、取付け状態が安定して確実な取付け状態となる。

また、第１出力軸と第２出力軸の結合構造を利用して、遊星ギア変速機構におけるキャリア表面と第２出力軸の外周面に設けた段差部との間に、出力軸をハウジングへ軸支するベアリングを挟持させて取付けることができる。すなわち、このベアリングは、第２出力軸の外周面とハウジングの内面との間に配置されるものであるが、第１出力軸へ第２出力軸を取付けるときに同時に挟持させることができる。挟持状態は、第１の出力軸が第２の出力軸のボス部へ圧入されるという固定状態と、第１出力軸の先端に第２出力軸のフランジ部中央を、フランジ部の側からねじ止めするとの構成によって、確実なものとなる。

ステッピングモーターと、これに連結された遊星ギア変速機構とからなるフレキシブルアクチュエーターとする。
遊星ギア変速機構は、インターナルギアがハウジングに固定され、ピニオンがステッピングモーターに連結された入力軸に固定され、遊星ギアがキャリアに軸支されて、インターナルギアとピニオンに噛み合い、出力軸をこのキャリアと一体に形成した構造とする。

そして、出力軸を第１の出力軸と第２の出力軸とで構成する。
第１の出力軸は、キャリアと一体でハウジング内に納まる短い軸とする。実際上、第１の出力軸は市販の遊星ギア変速機の出力軸を短く切断したのと同様な形態となる。
第２の出力軸は、フランジ部とボス部を一体に備えた形態とする。
第２の出力軸を第１の出力軸へ固定する。このとき、第１の出力軸を第２の出力軸におけるボス部へ圧入し、フランジ部をハウジングの先端面に近接させる。

さらに、第１出力軸に対して第２出力軸を、第２出力軸側から第１出力軸の先端面にねじ止めする。
出力軸は、第２出力軸におけるボス部の外周面とハウジング内面との間にボールベアリングを配置して軸支する。この場合、ボールベアリングの内輪を第１出力軸側の前記キャリア表面と第２出力軸側の前記ボス部外周面に設けた段差部との間に挟持させる。挟持状態は、第２出力軸のボス部に第１出力軸が圧入された状態と、第１出力軸先端面に対し第２出力軸を、第２出力軸側からねじ止めした構造によって強力に維持される。

図１、図２において、フレキシブルアクチュエーター１は、ステッピングモーター６にギアヘッドとしての遊星ギア変速機構２を結合した構造となっている（従来例と共通する部分には同じ符号を用いる）。
ステッピングモーター６は出力軸７を有し、これを５相のコイル構成とドライバーから供給するパルス電力により、０．７２°／１パルスで回転させるものである。

遊星ギア変速機構２は、ハウジング８と入力軸９、キャリア１０、出力軸３、インターナルギア１１、ピニオン４及び遊星ギア５を備えている。変速比はこの例では入力軸／出力軸＝０．７２°／０．１°である。
ハウジング８は主ハウジング８ａと先端側の副ハウジング８ｂとからなり、出力軸３は、第１の出力軸３ａと先端側の第２出力軸３ｂとからなる。
第１の出力軸３ａは、キャリア１０と一体に形成され、ハウジング８（８ａ+８ｂ）内に納まる長さである。
第２出力軸３ｂは、ボス部１２とフランジ部１３を備える。

主ハウジング８ａの基端側にステッピングモーター６を取付ける。その出力軸７をベアリング１４で主ハウジング８ａに軸支されている入力軸９に取付ける。入力軸９は、先端にピニオン４を形成してある。主ハウジング８ａの先端側の内側にインターナルギア１１をボルト１５で取付ける。キャリア１０に２個の遊星ギア５を軸支しておく。

一方、副ハウジング８ｂに第２出力軸３ｂをベアリング１６を用いて軸支する。第２出力軸３ｂにおけるボス部１２は、副ハウジング８ｂに納まる長さであり、第２出力軸３ｂは、ボス部１２が副ハウジング８ｂに納まり、フランジ部１３は副ハウジング８ｂの先端面に沿って回転する格好で軸支される。このとき、ベアリング１６の内輪１７は、第２出力軸３ｂにおけるボス部１２の外周面に嵌合され、フランジ部１３を構成する段差部１８によって先端側への抜け止めがなされている。

ついで、前記の遊星ギア５を軸支したキャリア１０と一体に形成されている第１出力軸３ａを、第２出力軸３ｂのボス部１２に圧入する。このとき、ベアリング１６の内輪１７はキャリア１０の表面に当接させる。そして、第２出力軸３ｂのフランジ部１３の中央部を前記第１出力軸３ａの先端部に、ワッシャと皿ばね座金を用いてねじ１９で固定する。
ベアリング１６の内輪１７は、結局、キャリア１０の表面と第２出力軸３ｂにおけるボス部１２の段差部１８とに挟持された格好で安定に固定される。

そして、遊星ギア５と出力軸３が組まれた副ハウジング８ｂを主ハウジング８ａに近づけ、遊星ギア５をピニオン４とインターナルギア１１とに噛合わせ、ボルト２０を用いて、主ハウジング８ａに副ハウジング８ｂを結合する。
これにより、遊星ギア変速機構２の組立が完了する。

なお、この実施例において、キャリア１０には、図３のように、半径方向のすり割２１とその間隔を調整するための調整ねじ２２が配置されている。副ハウジング８ｂに形成された貫通孔２３を利用して、外部からこの調整ねじを操作してすり割２１の間隔を調整すると、遊星ギア５の位置が変位し、遊星ギア５とインターナルギア１１あるいはピニオン４との噛合関係において、バックラッシュを解消することができる。
この構成は、特公平３−０７５７８３号公報（特許第１７０６９９４号）に開示されている。

正面図（一部断面） 分解して示す断面による正面図（一部） キャリア部分を示す正面図 従来例を示した正面図（一部断面）

符号の説明

１ フレキシブルアクチュエーター
２ 遊星ギア変速機構
３ 出力軸
３ａ 第１出力軸
３ｂ 第２出力軸
４ ピニオン
５ 遊星ギア
６ ステッピングモーター
７ 出力軸
８ ハウジング
８ａ 主ハウジング
８ｂ 副ハウジング
９ 入力軸（ステッピングモーターの）
１０ キャリア
１１ インターナルギア
１２ ボス部
１３ フランジ部
１４ ベアリング（入力軸の）
１５ ボルト（インターナルギア固定用）
１６ ベアリング（出力軸３用）
１７ ベアリング１６の内輪
１８ 段差部
１９ ねじ
２０ ボルト（ハウジング結合用）
２１ すり割
２２ 調整ねじ
２３ 貫通孔（操作用）

Claims (2)

1. ステッピングモーターと、これに連結された遊星ギア変速機構とからなり、遊星ギア変速機構は、インターナルギアがハウジングに固定され、ピニオンをステッピングモーターからの入力軸に連結し、遊星ギアのキャリアに出力軸を一体に取付けた構造を有し、出力軸をキャリアと一体でハウジング内に納まる短い第１の出力軸と、ハウジング外に露出するフランジ部を備えたボス部とからなる第２の出力軸とで構成し、第１の出力軸にボス部を嵌入し、フランジ部をハウジングの先端面に近接させて、第２の出力軸を第１の出力軸へ一体に固定してあり、前記フランジ部の表面をアタッチメント取付け面としてあることを特徴としたフレキシブルアクチュエーター。
2. 第１出力軸は、第２出力軸のボス部へ圧入された状態にあるとともに、第１出力軸に対して第２出力軸が、第２出力軸側から第１出力軸の先端面にねじ止めされており、第２出力軸におけるボス部の外周面とハウジング内面との間にボールベアリングが配置され、ボールベアリングの内輪が第１出力軸側の前記キャリア表面と第２出力軸側の前記ボス部外周面に設けた段差部との間に挟持されていることを特徴とした請求項１に記載のフレキシブルアクチュエーター。
   

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