JP6658877B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータに関する。

従来、多関節の産業用ロボットが知られている。このような産業用ロボットでは、第１アーム及び第２アーム間の関節部には、第１アーム及び第２アームを相対的に回転可能に連結するアクチュエータが設けられている。

たとえば、特許文献１では、産業用ロボットの関節などを駆動する中空アクチュエータを教示している。この中空アクチュエータでは、減速機及び出力フランジがモータの負荷側に設けられている。モータが備えるロータの駆動力は、減速機を介して出力フランジに伝達される。出力フランジは、減速機及び高速側軸受を介して回転可能にロータに支持され、さらに、モータのフレームに低速側軸受を介して回転可能に支持されている。また、ロータの回転位置は、モータの反負荷側に配置された位置検出器により検出される。この位置検出器は、ロータに固定された角度検出用マグネットと、中空シャフトに固定された磁気センサと、からなる。

特開２００６−１４９１３９号公報

しかしながら、特許文献１において、位置検出器は、モータの回転駆動力をアクチュエータの駆動力として出力する負荷側の出力フランジの回転位置を検出していない。そのため、出力フランジの回転位置を十分に精度良く検出することができなかった。

本発明は、上記の状況を鑑みて、アクチュエータの駆動力を出力する部材の回転位置を精度良く検出することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の例示的なアクチュエータは、上下方向に延びる中心軸を中心にして周方向に回転可能な第１ロータを有するモータと、センサマグネットを有し前記中心軸を中心にして周方向に回転可能な第２ロータと、前記第１ロータの回転を減速して前記第２ロータに伝達する減速機と、を備え、前記モータは、前記第１ロータと対向するステータを有する静止部と、前記静止部に対して、前記第１ロータを回転可能に支持する第１ベアリングと、を有し、前記静止部は、周方向に回転する前記センサマグネットの軌跡の一部と対向し、前記センサマグネットの回転位置を検出するセンサを有する構成とされる。

本発明の例示的なアクチュエータによれば、駆動力を出力する部材の回転位置を精度良く検出することができる。

図１は、多関節ロボットの構成例を示す斜視図である。 図２は、アクチュエータの構成例を示す断面図である。 図３は、センサ及びセンサマグネットの軸方向における配置例を示す断面図である。 図４は、実施形態におけるロータ支持部及びマグネット支持部の他の構成例を示す断面図である。 図５は、センサ及びセンサマグネットに対する第２ベアリングの取付位置の他の一例を示す断面図である。 図６は、実施形態において第２ベアリングに摺動部材を用いた構成例を示す断面図である。 図７は、第２ベアリングの径方向における取付位置の第１例を示す断面図である。 図８は、第２ベアリングの径方向における取付位置の第２例を示す断面図である。 図９は、第２ベアリングの径方向における取付位置の第３例を示す断面図である。 図１０Ａは、センサ及びセンサマグネットの径方向における配置例を示す断面図である。 図１０Ｂは、センサ及びセンサマグネットの径方向における他の配置例を示す断面図である。 図１１は、第１変形例におけるロータ支持部及びマグネット支持部の他の構成例を示す断面図である。 図１２は、第１変形例において第２ベアリングに摺動部材を用いた構成例を示す断面図である。 図１３は、センサ及びセンサマグネットの径方向における他の配置例を示す断面図である。

以下に図面を参照して本発明の例示的な実施形態を説明する。

なお、本明細書では、多関節ロボットＲのアクチュエータ１００において、中心軸ＣＡと平行な方向を「軸方向」と呼ぶ。さらに、軸方向において、モータ１１０のカバー２３から第２ロータ１４０の駆動出力部１４１に向かう方向を「上方」と呼び、第２ロータ１４０の駆動出力部１４１からモータ１１０のカバー２３に向かう方向を「下方」と呼ぶ。また、各々の構成要素の表面において、軸方向の上方に向く面を「上面」と呼び、軸方向の下方に向く面を「下面」と呼ぶ。

また、中心軸ＣＡに直交する方向を「径方向」と呼び、中心軸ＣＡを中心とする周方向を「周方向」と呼ぶ。径方向において、中心軸ＣＡに向かう方向を「内方」と呼び、中心軸ＣＡから離れる方向を「外方」と呼ぶ。さらに、各々の構成要素の側面において、径方向の内方に向く側面を「内側面」と呼び、径方向の外方に向く側面を「外側面」と呼ぶ。

なお、以上に説明した方向及び面の呼称は、実際の機器に組み込まれた場合での位置関係及び方向などを示すものではない。

＜１．実施形態＞
＜１−１．多関節ロボットの概略構成＞
図１は、多関節ロボットＲの構成例を示す斜視図である。多関節ロボットＲは、たとえば、半導体装置などの製造システムに用いられる産業ロボットである。多関節ロボットＲは、図１に示すように、第１アームＲ１と、第２アームＲ２と、関節軸Ｒ３と、基台Ｒ４と、アクチュエータ１００ａ〜１００ｃと、を備える。このほか、多関節ロボットＲは、組立、搬送作業などを行う把持装置又は撮像装置などの作業部などを備えているが、図１ではその図示を省略している。

第１アームＲ１の一方端には、アクチュエータ１００ａが設けられている。また、アクチュエータ１００ａには、作業部（不図示）が取り付けられている。すなわち、アクチュエータ１００ａは、第１アームＲ１の一方端と作業部との間の第１関節部分に設けられている。第１アームＲ１の他方端と第２アームＲ２の一方端との間の第２関節部分には、アクチュエータ１００ｂが設けられている。第２アームＲ２の他方端と関節軸Ｒ３の一方端との間の第３関節部分には、アクチュエータ１００ｃが設けられている。なお、第２アームＲ２では、アクチュエータ１００ｂに固定された一方端が、アクチュエータ１００ｃに固定された他方端に対して直角に折り曲げられている。また、関節軸Ｒ３の他方端は、多関節ロボットＲを設置するための基台Ｒ４に固定されている。

各アクチュエータ１００ａ、１００ｂ、１００ｃの駆動により、第１アームＲ１、第２アームＲ２、及び作業部は、関節軸Ｒ３及び基台Ｒ４に対して相対的に回転する。すなわち、第１関節部分のアクチュエータ１００ａの駆動により、第１アームＲ１に対して作業部が、アクチュエータ１００ａの回転軸を中心にして回転する。また、第２関節部分のアクチュエータ１００ｂの駆動により、第２アームＲ２に対して第１アームＲ１、アクチュエータ１００ａ、及び作業部が、アクチュエータ１００ｂの回転軸を中心にして回転する。また、第３関節部分のアクチュエータ１００ｃの駆動により、関節軸Ｒ３に対して第１アームＲ１、第２アームＲ２、アクチュエータ１００ａ、１００ｂ、及び作業部が、アクチュエータ１００ｃの回転軸を中心にして回転する。

なお、以下では、各関節部分のアクチュエータ１００ａ、１００ｂ、１００ｃを総称して、アクチュエータ１００と呼ぶ。この場合、アクチュエータ１００の中心軸ＣＡ（後述する図２参照）は、アクチュエータ１００ａ、１００ｂ、１００ｃの回転軸に対応する。また、本実施形態では、アクチュエータ１００は、多関節ロボットＲの第１〜第３関節部分に設けられているが、アクチュエータ１００の用途はこの例示には限定されない。

＜１−２．アクチュエータの構成＞
図２は、アクチュエータ１００の構成例を示す断面図である。図２では、中心軸ＣＡを含む切断面でアクチュエータ１００を切断している。アクチュエータ１００は、図２に示すように、モータ１１０と、減速機１２０と、クロスローラベアリング１３０と、第２ロータ１４０と、第２ベアリング１５０と、を備える。

＜１−２−１．モータ＞
まず、モータ１１０の構成を説明する。モータ１１０は、第１ロータ１と、静止部２と、第１ベアリング３と、を有する。モータ１１０は、アウタロータ型であり、アクチュエータ１００の駆動源である。

第１ロータ１は、上下方向に延びる中心軸ＣＡを中心として周方向に回転可能である。第１ロータ１は、筒状の第１筒部１１と、円環形状の円板部１２と、筒状のマグネット保持部材１３と、ロータマグネット１４と、を有する。第１筒部１１は、軸方向に延び、後述するシャフト２０の柱部２０１と径方向に対向する。円板部１２は、第１筒部１１の軸方向における下端から径方向の外方に延びる。マグネット保持部材１３は、円板部１２の径方向における外周部から軸方向の下方に延び、後述するステータ２１と径方向に対向して設けられ、ロータマグネット１４を保持する。ロータマグネット１４は、マグネット保持部材１３の内側面に保持され、第１ロータ１とともに周方向に回転可能である。ロータマグネット１４は、ステータ２１の外側面と径方向に対向して配置されている。より具体的には、マグネット保持部材１３の内側面において、異なる磁極が周方向において交互に複数配置されている。

静止部２は、クロスローラベアリング１３０及び第２ベアリング１５０を介して第２ロータ１４０を回転可能に支持する。静止部２は、シャフト２０と、ステータ２１と、ブラケット２２と、カバー２３と、基板２４と、ケーブル２５と、センサ２６と、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）２７と、を有する。

シャフト２０は固定軸である。シャフト２０は、軸方向に貫通する貫通孔２０ａを有する。より具体的には、貫通孔２０ａは、後述するように、柱部２０１と、蓋部２０２の円盤部２０２１及び筒部２０２２と、を貫通する空間である。

また、シャフト２０は、中心軸ＣＡに沿って延びる柱部２０１と、柱部２０１の軸方向における一方端（上端）に設けられる蓋部２０２と、を有する。柱部２０１は、貫通孔２０ａが貫通する筒状の中空部材である。なお、柱部２０１と蓋部２０２とは、図２のように互いに別に設けられる異なる部材であってもよいが、互いに繋がった単一部材であってもよい。

蓋部２０２は、円盤部２０２１と、筒部２０２２と、を有する。軸方向から見て、円盤部２０２１は、柱部２０１から径方向の外方に延びる。筒部２０２２は、円盤部２０２１の径方向における内周部から軸方向の下方に延びている。筒部２０２２は、円盤部２０２１から柱部２０１に向かって軸方向に延びて、柱部２０１の軸方向における一方端に繋げられている。筒部２０２２の軸方向における下部の内径は、柱部２０１の軸方向における上部の外径よりもわずかに大きくなっている。従って、筒部２０２２の軸方向における下部の内部に柱部２０１の軸方向における上部を嵌めることにより、筒部２０２２は柱部２０１の軸方向における上部に繋げられる。

また、筒部２０２２が柱部２０１の軸方向における上部に繋げられることにより、軸方向において、柱部２０１と蓋部２０２との間には、溝部２０ｂが形成される。溝部２０ｂは、径方向に凹み、且つ、周方向に延びている。そのため、柱部２０１に蓋部２０２を取り付ける際、これらの部品の公差による取付位置のばらつきを溝部２０ｂで緩和できる。

なお、溝部２０ｂは、本実施形態では図２に示すように、柱部２０１及び筒部２０２２間においてシャフト２０の外側面に形成され、径方向の外方に面して開口し且つ径方向の内方に凹んでいる。但し、溝部２０ｂは、図２の例示に限定されず、柱部２０１及び筒部２０２２間においてシャフト２０の内側面に形成されてもよい。そして、溝部２０ｂは、径方向の内方に面して開口し且つ径方向の外方に凹んでいてもよい。たとえば、筒部２０２２の軸方向における下部の内径は、柱部２０１の軸方向における上部の外径よりもわずかに小さくなっていてもよい。この場合、筒部２０２２の軸方向における下部を柱部２０１の軸方向における上部の内部に嵌めることにより、筒部２０２２が柱部２０１の軸方向における上部に繋げられ、溝部２０ｂがシャフト２０の内側面に形成される。

ステータ２１は、径方向において第１ロータ１と対向し、第１ロータ１を駆動する。ブラケット２２は、ステータ２１を内部に収容して、ステータ２１を保持する部材である。カバー２３は、ステータ２１及び基板２４の軸方向の下部を内部に収容して、ブラケット２２に取り付けられている。また、カバー２３はたとえば、多関節ロボットＲ（図１参照）の第１〜第３関節部分において、それぞれ第１アームＲ１、第２アームＲ２、及び関節軸Ｒ３に固定される。具体的には、アクチュエータ１００ａのカバー２３は第１アームＲ１の一方端に固定される。アクチュエータ１００ｂのカバー２３は第２アームＲ２の一方端に固定される。アクチュエータ１００ｃのカバー２３は関節軸Ｒ３の一方端に固定される。

基板２４は、モータ１１０の軸方向における下端において、ブラケット２２の下面に取り付けられている。より具体的には、基板２４は、軸方向において柱部２０１のセンサ２６とは反対側に設けられている。基板２４は、ステータ２１と電気的に接続され、さらに、ケーブル２５及びＦＰＣ２７を介してセンサ２６とも電気的に接続されている。基板２４は、制御回路（不図示）、通信回路（不図示）などを搭載している。制御回路は、モータ１１０の駆動制御を行うとともに、第２ロータ１４０の回転位置を制御する機能を有する。通信回路は、たとえばＥｔｈｅｒｎｅｔ規格に準拠した入出力端子を内蔵し、アクチュエータ１００の外部にある機器と通信を行う機能を有する。従って、通信回路に接続した外部機器を用いて、アクチュエータ１００を制御することができる。

ケーブル２５は、貫通孔２０ａの内部を通る配線であり、センサ２６及び基板２４を電気的に接続する。こうすれば、後述するセンサマグネット１４６の回転位置を検出するセンサ２６は、軸方向にシャフト２０及びその柱部２０１を貫通する貫通孔２０ａの内部を軸方向に通じるケーブル２５を介して基板２４と接続される。こうすれば、シャフト２０よりも径方向の外方において、センサ２６及び基板２４を電気的に接続するケーブル２５をたとえば静止部２の外部に通す必要が無い。従って、径方向におけるアクチュエータ１００の小型化に寄与できる。

センサ２６は、たとえばホール素子であり、蓋部２０２に設けられている。より具体的には、センサ２６はＦＰＣ２７を介して円盤部２０２１の下面に設けられている。センサ２６は、周方向に回転するセンサマグネット１４６の軌跡の一部と対向し、センサマグネット１４６の回転位置を検出する。図３は、センサ２６及びセンサマグネット１４６の軸方向における配置例を示す断面図である。なお、図３は、図２において破線で囲まれた部分に対応している。センサ２６は、より具体的には図３に示すように、ＦＰＣ２７を介して円盤部２０２１に設けられ、周方向に回転するセンサマグネット１４６の軌跡の一部と軸方向において対向している。

ＦＰＣ２７は、センサ２６を搭載する屈曲可能なプリント基板であり、円盤部２０２１の下面に貼り付けられている。

第１ベアリング３は、第１ロータ１と静止部２のシャフト２０との間に設けられ、より具体的には、第１筒部１１と柱部２０１との間に設けられている。第１ベアリング３は、静止部２に対して、第１ロータ１を回転可能に支持する。第１ベアリング３には、たとえばボールベアリングなどを用いることができる。第１ベアリング３は、図２に示すように、静止部２が有するシャフト２０の柱部２０１と第１ロータ１とに固定されている。より具体的には、第１ベアリング３の内輪は柱部２０１の外側面に固定されている。また、第１ベアリング３の外輪は第１ロータ１の第１筒部１１の内側面に固定されている。こうすれば、シャフト２０の柱部２０１がモータ１１０の固定軸となる。

また、第１ベアリング３は、ロータマグネット１４及びステータ２１などを含むモータ１１０の磁気回路よりも軸方向の上方にあり、径方向において上記磁気回路とは重ならない。そのため、径方向において第１ベアリング３と上記磁気回路とが重なる場合よりも、モータ１１０の磁気回路の径方向におけるサイズを大きくしたり、アクチュエータ１００の径方向におけるサイズを小さくしてアクチュエータ１００の小型化を実現したりすることができる。

＜１−２−２．減速機＞
次に、減速機１２０の構成を説明する。減速機１２０は、第１ロータ１の回転を減速して第２ロータ１４０にトルクを伝達する。減速機１２０には、本実施形態では減速比１／１００の波動歯車装置である日本電産シンポ株式会社製のＦｌｅｘｗａｖｅ（登録商標）を採用しているが、本実施形態の例示に限定されない。アクチュエータ１００の減速機１２０には、遊星歯車装置などの他の減速機が採用されてもよい。

減速機１２０は、図２に示すように、インターナルギア１２１と、ハットギア１２２と、カム１２３と、弾性ベアリング（第３ベアリング）１２４と、を有する。

インターナルギア１２１は、周方向に並ぶ歯が内側面に形成された剛性を有する内歯車である。インターナルギア１２１は、クロスローラベアリング１３０の内輪と第２ロータ１４０の後述する駆動出力部１４１とに連結され、これらとともに周方向に回転可能である。

ハットギア１２２は、軸方向に延びる円筒部分と、円筒部分の軸方向における上端を覆う円環部分とを有する。円環部分の中央に設けられた開口には、シャフト２０の柱部２０１が差し込まれている。ハットギア１２２の円筒部分は、径方向に変形可能である。また、円筒部分の径方向における外側面には、インターナルギア１２１の内側面に形成された歯の数よりも少ない数の歯が周方向に形成されている。

カム１２３は、軸方向から見て楕円形状であり、第１ロータ１に固定され、第１ロータ１とともに回転可能である。カム１２３の中央には、軸方向に貫通する開口が形成されている。この開口にシャフト２０の柱部２０１が差し込まれることにより、柱部２０１に対して中心軸ＣＡを中心にして、カム１２３が回転可能となっている。

弾性ベアリング１２４は、径方向に変形可能なベアリングであり、楕円形状のカム１２３の外周部に沿ってカム１２３の外側面に設けられている。弾性ベアリング１２４は、第１ベアリング３よりも径方向の外方において第１ロータ１に保持され、第２ロータ１４０を回転可能に支持している。弾性ベアリング１２４の内輪は、カム１２３に固定されており、カム１２３を介して第１ロータ１に取り付けられ、第１ロータ１とともに周方向に回転可能である。

弾性ベアリング１２４は、ハットギア１２２の円筒部分の内側に収容され、カム１２３の形状に応じてハットギア１２２の円筒部分を径方向に変形させる。より具体的には、弾性ベアリング１２４は、ハットギア１２２の円筒部分を径方向に押すことよって撓ませ、撓んだ部分の外側面に形成された歯をインターナルギア１２１の内側面に形成された歯と部分的に噛み合わせる。また、弾性ベアリング１２４は、第１ロータ１とともに回転することにより、ハットギア１２２とインターナルギア１２１との部分的な噛み合い位置を周方向に移動させる。この際、ハットギア１２２よりも歯の数が多いインターナルギア１２１は、ハットギア１２２の歯数とインターナルギア１２１の歯数との差に応じて、ハットギア１２２よりも低速で回転する。このような作用により、減速機１２０は、インターナルギア１２１に連結された第２ロータ１４０を、弾性ベアリング１２４及びハットギア１２２に駆動力を入力する第１ロータ１よりも低速で回転させる。

＜１−２−３．第２ロータ＞
次に、第２ロータ１４０の構成を説明する。第２ロータ１４０は、中心軸ＣＡを中心にして周方向に回転可能である。第２ロータ１４０は、駆動出力部１４１と、回転伝達部１４２と、筒状の第２筒部１４３と、ロータ支持部１４４と、マグネット支持部１４５と、センサマグネット１４６と、を有する。

駆動出力部１４１は、多関節ロボットＲ（図１参照）の第１〜第３関節部分においてそれぞれ作業部、第１アームＲ１、及び第２アームＲ２に連結される。そして、駆動出力部１４１は、作業部、第１アームＲ１、第２アームＲ２に連結されてアクチュエータ１００の駆動力を出力する。より具体的には、アクチュエータ１００ａの駆動出力部１４１は、作業部に連結されて、該作業部に駆動力を出力する。アクチュエータ１００ｂの駆動出力部１４１は、第１アームＲ１の他方端に連結されて、該第１アームＲ１に駆動力を出力する。アクチュエータ１００ｃの駆動出力部１４１は、第２アームＲ２の他方端に連結されて、該第２アームＲ２に駆動力を出力する。

回転伝達部１４２は、駆動出力部１４１及び第２筒部１４３と連結され、駆動出力部１４１及び第２筒部１４３とともに周方向に回転可能である。回転伝達部１４２は、第１ロータ１から入力され且つ減速機１２０で回転速度が減速された駆動力を第２ロータ１４０（特に駆動出力部１４１）に伝達する。回転伝達部１４２は、本実施形態では減速機１２０のインターナルギア１２１と同じ部材である。すなわち、インターナルギア１２１が回転伝達部１４２として機能している。但し、この例示に限定されず、回転伝達部１４２は、インターナルギア１２１とは別の部材であってもよい。別の部材である場合、回転伝達部１４２は、インターナルギア１２１と連結される。

第２筒部１４３は、軸方向に延びており、第１筒部１１よりも径方向の外方に設けられている。第２筒部１４３は、本実施形態ではクロスローラベアリング１３０の内輪と同じ部材である。すなわち、クロスローラベアリング１３０の内輪が第２筒部１４３として機能している。但し、この例示に限定されず、第２筒部１４３は、クロスローラベアリング１３０の内輪とは別の部材であってもよい。別の部材である場合、第２筒部１４３は、クロスローラベアリング１３０の内輪と連結される。

ロータ支持部１４４は、駆動出力部１４１に対する第２ベアリング１５０の取り付け位置を位置決めする。また、マグネット支持部１４５は、センサマグネット１４６を支持する。

ロータ支持部１４４は、図３に示すように、センサマグネット支持部１４５と繋がった同じ部材であってもよい。この場合、ロータ支持部１４４は、軸方向において、第２ベアリング１５０を位置決めするとともに、センサマグネット１４６を支持する。こうすれば、ロータ支持部１４４により駆動出力部１４１及び蓋部２０２の円盤部２０２１に対する第２ベアリング１５０の取付位置を決めることができるとともに、センサマグネット１４６をロータ支持部１４４で支持できる。従って、アクチュエータ１００の部品点数を削減できる。

或いは、センサマグネット支持部１４５は、ロータ支持部１４４とは異なる部材であってもよい。図４は、実施形態におけるロータ支持部１４４及びマグネット支持部１４５の他の構成例を示す断面図である。なお、図４は、図２において破線で囲まれた部分に対応している。図４のように、ロータ支持部１４４とセンサマグネット支持部１４５とが異なる部材であれば、マグネット支持部１４５をロータ支持部１４４から離れた位置に配置することもできる。

さらに、ロータ支持部１４４とマグネット支持部１４５とが異なる部材である場合、ロータ支持部１４４及びマグネット支持部１４５のうちの少なくともどちらかは、駆動出力部１４１と同じ部材であってもよい。たとえば、図４に示すような段差、又は突出部のように、ロータ支持部１４４が、軸方向において駆動出力部１４１の上面から突出していてもよい。より具体的には、ロータ支持部１４４は、駆動出力部１４１の内周部に沿う段差における底面から軸方向に突出していてもよい。また、マグネット支持部１４５が、たとえば径方向において駆動出力部１４１の内側面から突出してもよい。こうすれば、アクチュエータ１００の部品点を削減することができる。

センサマグネット１４６は、第２ロータ１４０とともに周方向に回転可能である。具体的には、センサマグネット１４６は、本実施形態では周方向に異なる磁極が交互に形成され、センサ２６と径方向に対向して配置されている。但し、センサマグネット１４６は、本実施形態の例示に限定されず、異なる磁極のマグネット片が周方向に交互に複数配置された構成であってもよい。

上述のように、センサ２６により回転位置を検出されるセンサマグネット１４６が、減速機１２０によって第１ロータ１よりも低速で回転駆動される第２ロータ１４０に設けられる。そのため、センサ２６は、アクチュエータ１００の駆動力を出力する部材である第２ロータ１４０の回転位置を検出できる。従って、たとえばアクチュエータ１００の駆動力を第２ロータ１４０に入力する第１ロータ１の回転位置をセンサ２６により検出する場合と比較して、アクチュエータ１００の駆動力を出力する部材（すなわち第２ロータ１４０の駆動出力部１４１）の回転位置を精度良く検出することができる。

＜１−２−４．第２ベアリング＞
次に、第２ベアリング１５０の構成を説明する。第２ベアリング１５０は、軸方向及び径方向のうちの少なくとも一方において、第２ロータ１４０と、モータ１１０の静止部２が有するシャフト２０の円盤部２０２１との間に設けられる。図２では、第２ベアリング１５０は、第２ロータ１４０の駆動出力部１４１と円盤部２０２１との間に設けられている。

たとえば、センサマグネット１４６が設けられる第２ロータ１４０とセンサ２６が設けられる蓋部２０２との間に第２ベアリング１５０を設けない場合、モータ１１０の蓋部２０２以外の部分、減速機１２０、第２ロータ１４０、及び蓋部２０２の順に組み立てる際にこれらの部品の公差が積み重なることにより、第２ロータ１４０に対する蓋部２０２の相対的な取付位置がばらつくことがある。この結果、センサマグネット１４６に対するセンサ２６の相対的な位置がばらついてしまう。一方、第２ロータ１４０及び蓋部２０２間に第２ベアリング１５０を設けることにより、上述のような組み立ての際に生じる部品の公差に起因する相対的な取付位置のばらつきを緩和又は解消できる。従って、第２ロータ１４０の回転位置の検出精度を向上させることができる。

また、第２ベアリング１５０は、本実施形態では図２のように、センサ２６及びセンサマグネット１４６よりも径方向の外方に設けられている。たとえば、第２ベアリング１５０がセンサ２６よりも径方向の内方に設けられる場合、円盤部２０２１のセンサ２６が設けられた部分は、径方向の内方では第２ベアリング１５０で支持されるが、第２ベアリング１５０よりも径方向の外方では支持されない。そのため、第２ロータ１４０の回転に起因する振動が第２ベアリング１５０を経由して円盤部２０２１に伝達されると、円盤部２０２１のうちの第２ベアリング１５０よりも径方向の外方の部分と共にセンサ２６が軸方向に振動する。その結果、センサ２６の検出精度が低下することがある。一方、第２ベアリング１５０がセンサ２６よりも径方向の外方に設けられる場合、円盤部２０２１のセンサ２６が設けられた部分は、径方向の両端で支持される。すなわち、上記部分は、径方向の内方では柱部２０１の支持を受け、径方向の外方では第２ベアリング１５０の支持を受けることができる。従って、上述の様な軸方向におけるセンサ２６の振動に起因する検出精度の低下を防止できる。

なお、センサ２６及びセンサマグネット１４６に対する第２ベアリング１５０の取り付け位置は、図２の例示に限定されない。図５は、センサ２６及びセンサマグネット１４６に対する第２ベアリング１５０の取付位置の他の一例を示す断面図である。図５は、図２において破線で囲まれた部分に対応している。図５に示すように、第２ベアリング１５０は、センサ２６よりも径方向の内方に設けられてもよい。こうすれば、径方向において、センサ２６の取付位置を柱部２０１からあまり遠ざけることなく、第２ベアリング１５０の取付位置を柱部２０１に近付けることができる。従って、第２ベアリング１５０がセンサ２６よりも径方向の外方に設けられる場合と比較して、センサ２６が設けられる円盤部２０２１の径方向におけるサイズを短くできる。従って、円盤部２０２１の剛性を向上できる。

また、第２ベアリング１５０は、たとえば玉軸受１５０ａである。玉軸受１５０ａの内輪は、第２ロータ１４０及び円盤部２０２１のうちの一方に固定されている。また、玉軸受１５０ａの外輪は、第２ロータ１４０及び円盤部２０２１のうちの他方に固定される。たとえば、図２では、玉軸受１５０ａの内輪は、円盤部２０２１に固定されている。また、玉軸受１５０ａの外輪は、第２ロータ１４０に固定され、より具体的にはロータ支持部１４４を介して駆動出力部１４１に固定されている。たとえば、第２ベアリング１５０に摺動部材を用いた場合、摺動部材が接した状態で第２ロータ１４０が回転することに起因して騒音及び摺動部材の破片がアクチュエータ１００の内部で発生することがある。これらの発生は、アクチュエータ１００の信頼性を低下させる。一方、第２ベアリング１５０に玉軸受１５０ａを用いた場合、上述の様な騒音の発生を防止又は抑制でき、上述の様な破片の発生も防止できる。

なお、本実施形態の例示に限定されず、第２ベアリング１５０は、軸方向及び径方向のうちの一方において、第２ロータ１４０と円盤部２０２１との間に配置される摺動部材１５０ｂであってもよい。図６は、実施形態において第２ベアリング１５０に摺動部材１５０ｂを用いた構成例を示す断面図である。なお、図６は、図２において破線で囲まれた部分に対応している。こうすれば、第２ベアリング１５０にたとえば金属製のベアリングを用いた場合と比べて、安価且つ軽量な材料（たとえば樹脂、ゴムなど）を用いて形成できる。従って、製造コストを軽減でき、アクチュエータ１００の軽量化に寄与できる。

＜１−２−４．第２ベアリングの取付位置＞
次に、第１〜第３例を挙げて、蓋部２０２及び第２ロータ１４０に対する第２ベアリング１５０の径方向における取付位置を説明する。

＜１−２−４−１．第１例＞
図７は、第２ベアリング１５０の径方向における取付位置の第１例を示す断面図である。なお、図７は、図２において一点鎖線で囲まれた部分に対応している。第１例では図７に示すように、軸方向から見て、第２ベアリング１５０は、第１ベアリング３よりも径方向の外方にあり、且つ、径方向において弾性ベアリング１２４の少なくとも一部の領域と重なる。図７では、軸方向から見て、第２ロータ１４０及び円盤部２０２１の少なくとも一方に設けられる第２ベアリング１５０は、径方向において第１ベアリング３よりも外方にある弾性ベアリング１２４の少なくとも一部の領域と重なる。さらに、軸方向から見て、第２ベアリング１５０は、シャフト２０の柱部２０１に設けられる第１ベアリング３よりも径方向の外方にある。従って、第２ベアリング１５０が弾性ベアリング１２４よりも径方向の内方にある場合（たとえば、後述する図８、図９参照）よりも第２ベアリング１５０と柱部２０１との間の空間を広くできる。よって、たとえば、該空間に第２ロータ１４０の回転を減速又は停止するブレーキ部などをさらに配置できる。

＜１−２−４−２．第２例＞
図８は、第２ベアリング１５０の径方向における取付位置の第２例を示す断面図である。なお、図８は、図２において一点鎖線で囲まれた部分に対応している。第２例では、図８に示すように、軸方向から見て、第２ベアリング１５０は、径方向において第１ベアリング３と弾性ベアリング１２４との間にある。より具体的には、軸方向から見て、第２ベアリング１５０は、第１ベアリング３よりも径方向の外方であり且つ弾性ベアリング１２４よりも径方向の内方である。図８では、軸方向から見て、第２ロータ１４０及び円盤部２０２の少なくとも一方に設けられる第２ベアリング１５０は、径方向において、シャフト２０の柱部２０１に設けられる第１ベアリング３と、径方向において第１ベアリング３よりも外方にある弾性ベアリング１２４との間にある。従って、径方向において、第２ベアリング１５０と柱部２０１との間の空間を、軸方向において第２ベアリング１５０が第１ベアリング３の少なくとも一部の領域と重なる場合（たとえば、図９参照）よりも広くすることができる。また、第２ベアリング１５０が柱部２０１に近づくので、軸方向から見て第２ベアリング１５０が弾性ベアリング１２４の少なくとも一部の領域と重なる場合（たとえば、図７参照）よりも径方向における円盤部２０２のサイズを短くして、円盤部２０２の剛性を向上できる。

＜１−２−４−３．第３例＞
図９は、第２ベアリング１５０の径方向における取付位置の第３例を示す断面図である。なお、図９は、図２において一点鎖線で囲まれた部分に対応している。第３例では図９に示すように、軸方向から見て、第２ベアリング１５０は、径方向において第１ベアリングの少なくとも一部の領域と重なり、且つ、第３ベアリングよりも径方向の内方にある。図９では、軸方向から見て、第２ロータ１４０及び円盤部２０２の少なくとも一方に設けられる第２ベアリング１５０は、柱部２０１に設けられる第１ベアリング３の少なくとも一部の領域と重なる。さらに、軸方向から見て、第２ベアリング１５０は、径方向において第１ベアリング３よりも外方にある弾性ベアリング１２４よりも内方にある。従って、軸方向から見て第２ベアリング１５０が第１ベアリング３よりも径方向の外方にある場合（たとえば図７、図８参照）よりも径方向における円盤部２０２のサイズを短くして、円盤部２０２の剛性をさらに向上できる。

＜２．実施形態の変形例＞
アクチュエータ１００のセンサ２６及びセンサマグネット１４６は、上述の実施形態では軸方向において対向していたが、この例示に限定されず、径方向において対向していてもよい。なお、以下では、上述の実施形態と異なる構成について説明する。また、上述の実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。

＜２−１．第１変形例＞
まず、上述の実施形態の第１変形例を説明する。図１０Ａは、センサ２６及びセンサマグネット１４６の径方向における配置例を示す断面図である。図１０Ｂは、センサ２６及びセンサマグネット１４６の径方向における他の配置例を示す断面図である。なお、図１０Ａ及び図１０Ｂは、図２において破線で囲まれた部分に対応している。センサ２６は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、周方向に回転するセンサマグネット１４６の軌跡の一部と径方向において対向する。

また、センサ２６は、ＦＰＣ２７を介して、蓋部２０２の筒部２０２２と柱部２０１との径方向における外側面に設けられている。より具体的には、センサ２６を搭載するＦＰＣ２７の一部が筒部２０２２に張り付けられ、他の一部が柱部２０１に張り付けられている。また、径方向から見て、センサ２６の一部は筒部２０２２と重なり、他の一部は柱部２０１と重なっている。なお、センサ２６は、図１０Ａ及び図１０Ｂの例示に限定されず、筒部２０２２及び柱部２０１のうちのどちらかの径方向における外側面に設けられていてもよい。

すなわち、センサ２６は、筒部２０２２及び柱部２０１のうちの少なくとも一方の径方向における外側面に設けられていればよい。こうすれば、センサ２６が円盤部２０２１に設けられて周方向に回転するセンサマグネット１４６の軌跡の一部と径方向において対向する場合よりも、径方向において、センサ２６及びセンサマグネット１４６と第２ベアリング１５０とをよりシャフト２０の柱部２０１に近づけることができる。従って、径方向におけるアクチュエータ１００の小型化に寄与できる。また、径方向における円盤部２０２１のサイズを短くできるので、円盤部２０２１の剛性を向上できる。

また、第１変形例では、柱部２０１及び蓋部２０２のうちの少なくとも一方は、軸方向におけるセンサ２６の取付位置を決めるセンサ位置決め部２０１１をさらに有する。具体的には、センサ２６の少なくとも一部、又はセンサ２６が設けられたＦＰＣ２７の少なくとも一部が柱部２０１の外側面に設けられる場合、センサ位置決め部２０１１は、図１０Ａ及び図１０Ｂのように柱部２０１の外側面に設けられる。さらに、軸方向におけるセンサ２６の取付位置をさらに決め易くするため、図１０Ｂに示すように、センサ位置決め部２０１１ａが筒部２０２２の外側面にも設けられてもよい。あるいは、センサ２６全体、又はセンサ２６が設けられたＦＰＣ２７全体が筒部２０２２の外側面に設けられる場合、センサ位置決め部２０１１は、筒部２０２２の外側面に設けられる。こうすれば、軸方向におけるセンサ２６の位置決めが容易になるので、センサ２６の取り付け作業が容易となる。

また、第１変形例では、第２ロータ１４０は、軸方向におけるセンサマグネット１４６の取付位置を決めるセンサマグネット位置決め部１４５ａを有する。より具体的には、第２ロータ１４０のマグネット支持部１４５がセンサマグネット支持部１４５ａを有する。こうすれば、軸方向におけるセンサマグネット１４６の位置決めが容易になるので、センサマグネット１４６の取り付け作業が容易になる。

また、ロータ支持部１４４は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すようにセンサマグネット支持部１４５と繋がった同じ部材であってもよいが、図１０Ａ及び図１０Ｂの例示には限定されない。図１１は、第１変形例におけるロータ支持部１４４及びマグネット支持部１４５の他の構成例を示す断面図である。なお、図１１は、図２において破線で囲まれた部分に対応している。ロータ支持部１４４は、図１１に示すように、センサマグネット支持部１４５とは異なる部材であってもよい。こうすれば、マグネット支持部１４５をロータ支持部１４４から離れた位置に配置することもできる。

さらに、ロータ支持部１４４と、センサマグネット支持部１４５ａを有するマグネット支持部１４５のうちの少なくともどちらかは、駆動出力部１４１と同じ部材であってもよい。たとえば、ロータ支持部１４４が、図１１に示すような段差、又は突出部のように、軸方向において駆動出力部１４１の上面から突出していてもよい。また、センサマグネット支持部１４５ａが、たとえば径方向において駆動出力部１４１の内側面から突出してもよい。こうすれば、アクチュエータ１００の部品点を削減することができる。

また、第２ベアリング１５０は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように玉軸受１５０ａであってもよいが、図１０Ａ及び図１０Ｂの例示に限定されず、摺動部材１５０ｂであってもよい。図１２は、第１変形例において第２ベアリング１５０に摺動部材１５０ｂを用いた構成例を示す断面図である。なお、図１２は、図２において破線で囲まれた部分に対応している。図１２に示すように、こうすれば、摺動部材１５０ｂを安価且つ軽量な材料（たとえば樹脂、ゴムなど）を用いて形成できるので、製造コストを軽減でき、アクチュエータ１００の軽量化に寄与できる。

＜２−２．第２変形例＞
次に、上述の実施形態の第２変形例を説明する。図１３は、センサ２６及びセンサマグネット１４６の径方向における他の配置例を示す断面図である。なお、図１３は、図２において破線で囲まれた部分に対応している。

第２変形例では、第１の変形例の構成に加えてさらに、静止部２が、筒部２０２２及び柱部２０１のうちの少なくとも一方に設けられるセンサ支持部２８をさらに有する。より具体的には、図１３のようにセンサ支持部２８の一部が筒部２０２２の外側面に設けられ、センサ支持部２８の他の一部が柱部２０１の外側面に設けられる。或いは、センサ支持部２８全体が筒部２０２２の外側面、又は柱部２０１の外側面に設けられてもよい。

センサ２６は、ＦＰＣ２７を介してセンサ支持部２８の径方向における外側面に設けられ、周方向に回転するセンサマグネット１４６の軌跡の一部と径方向において対向する。あるいは、センサ２６は、センサ支持部２８の外側面に直接に設けられてもよい。このようにしても第１変形例と同様に、センサ２６が円盤部２０２１に設けられてセンサマグネット１４６の軌跡の一部と軸方向において対向する場合よりも、径方向において第２ベアリング１５０をよりシャフト２０の柱部２０１に近づけることができる。従って、径方向におけるアクチュエータ１００の小型化に寄与できる。また、径方向における円盤部２０２１のサイズを短くできるので、円盤部２０２１の剛性を向上できる。さらに、たとえばセンサ２６を設けたセンサ支持部２８を蓋部２０２の筒部２０２１と柱部２０１とのうちの少なくとも一方に設けることにより、センサ２６の取付作業が容易となる。

また、センサ支持部２８は、軸方向におけるセンサ２６の取付位置を決めるセンサ位置決め部２８０をさらに有する。センサ位置決め部２８０は、図１３に示すように、センサ支持部２８の軸方向における下端に設けられる第１センサ位置決め部２８１と、センサ支持部２８の軸方向における上端に設けられる第２センサ位置決め部２８２と、を有する。あるいは、センサ位置決め部２８０は、第１センサ位置決め部２８１及び第２センサ位置決め部２８２のうちのどちらか一方のみを有する構成であってもよい。この構成によれば、センサ支持部２８を取り付けた後、第１センサ位置決め部２８１によって軸方向の下方におけるセンサ２６の取付位置を容易に決めることができ、第２センサ位置決め部２８２によって軸方向の上方におけるセンサ２６の取付位置を決めることができる。従って、センサ２６の取り付け作業がさらに容易となる。

＜３．その他＞
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されない。本発明は、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾を生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。

本発明は、ロボットなどに取り付けられるアクチュエータに有用である。

１００、１００ａ〜１００ｃ・・・アクチュエータ、１１０・・・モータ、１・・・第１ロータ、１１・・・第１筒部、１２・・・円板部、１３・・・マグネット保持部材、１４・・・ロータマグネット、２・・・静止部、２０・・・シャフト、２０ａ・・・貫通孔、２０ｂ・・・溝部、２０１・・・柱部、２０１１、２０１１ａ・・・センサ位置決め部、２０２・・・蓋部、２０２１・・・円盤部、２０２２・・・筒部、２１・・・ステータ、２２・・・ブラケット、２３・・・カバー、２４・・・基板、２５・・・ケーブル、２６・・・センサ、２７・・・ＦＰＣ、２８・・・センサ支持部、２８０・・・センサ位置決め部、２８１・・・第１センサ位置決め部、２８２・・・第２センサ位置決め部、３・・・第１ベアリング、１２０・・・減速機、１２１・・・インターナルギア、１２２・・・ハットギア、１２３・・・カム、１２４・・・弾性ベアリング、１３０・・・クロスローラベアリング、１４０・・・第２ロータ、１４１・・・駆動出力部、１４２・・・回転伝達部、１４３・・・第２筒部、１４４・・・ロータ支持部、１４５・・・マグネット支持部、１４５ａ・・・マグネット位置決め部、１４６・・・センサマグネット、１５０・・・第２ベアリング、１５０ａ・・・玉軸受、１５０ｂ・・・摺動部材、ＣＡ・・・中心軸、Ｒ・・・多関節ロボット、Ｒ１・・・第１アーム、Ｒ２・・・第２アーム、Ｒ３・・・関節軸、Ｒ４・・・基台

Claims (18)

1. 上下方向に延びる中心軸を中心にして周方向に回転可能な第１ロータを有するモータと、
   センサマグネットを有し前記中心軸を中心にして周方向に回転可能な第２ロータと、
   前記第１ロータの回転を減速して前記第２ロータに伝達する減速機と、を備え、
   前記モータは、
   前記第１ロータと対向するステータを有する静止部と、
   前記静止部に対して、前記第１ロータを回転可能に支持する第１ベアリングと、
   を有し、
   前記静止部は、
   周方向に回転する前記センサマグネットの軌跡の一部と対向し、前記センサマグネットの回転位置を検出するセンサと、
   前記中心軸に沿って延びる柱部を有するシャフトと、を有し、
   前記シャフトは、前記柱部の軸方向における一方端に設けられる蓋部を有し、
   前記蓋部は、前記柱部から径方向の外方に延びる円盤部を有し、
   前記センサが前記蓋部に設けられ、
   前記アクチュエータは、軸方向及び径方向のうちの少なくとも一方において、前記第２ロータと前記円盤部との間に設けられる第２ベアリングをさらに備え、
   前記静止部は、前記第２ベアリングを介して前記第２ロータを回転可能に支持するアクチュエータ。
2. 前記第１ベアリングは前記柱部と前記第１ロータとに固定される請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記シャフトは、軸方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記柱部は、前記貫通孔が貫通する筒状の中空部材であり、
   前記静止部は、
   軸方向において前記柱部の前記センサとは反対側に設けられる基板と、
   前記貫通孔の内部を通り、前記センサ及び前記基板を電気的に接続する配線と、
   をさらに有する請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第２ベアリングは、玉軸受であって、
   前記玉軸受の内輪が前記第２ロータ及び前記円盤部のうちの一方に固定され、
   前記玉軸受の外輪が前記第２ロータ及び前記円盤部のうちの他方に固定される請求項１に記載のアクチュエータ。
5. 前記第２ベアリングは、軸方向及び径方向のうちの一方において、前記第２ロータと前記円盤部との間に配置される摺動部材である請求項１に記載のアクチュエータ。
6. 軸方向において、前記柱部と前記蓋部との間に溝部が形成され、
   前記溝部は、径方向に凹み、且つ、周方向に延びる請求項１に記載のアクチュエータ。
7. 前記第２ロータは、ロータ支持部を有し、
   前記ロータ支持部は、軸方向において、前記第２ベアリングを位置決めするとともに、前記センサマグネットを支持する請求項１に記載のアクチュエータ。
8. 前記第２ロータは、ロータ支持部と、前記センサマグネットを支持するセンサマグネット支持部と、を有し、
   前記ロータ支持部は、軸方向において、前記第２ベアリングを位置決めし、
   前記センサマグネット支持部は、前記ロータ支持部とは異なる部材である請求項１に記載のアクチュエータ。
9. 前記減速機は第３ベアリングを有し、
   前記第３ベアリングは、前記第１ベアリングよりも径方向の外方において前記第１ロータに保持され、前記第２ロータを回転可能に支持し、
   前記第２ベアリングは、前記第１ベアリングよりも径方向の外方にあり、且つ、径方向において前記第３ベアリングの少なくとも一部の領域と重なる請求項１に記載のアクチュエータ。
10. 前記減速機は第３ベアリングを有し、
    前記第３ベアリングは、前記第１ベアリングよりも径方向の外方において前記第１ロータに保持され、前記第２ロータを回転可能に支持し、
    前記第２ベアリングは、径方向において前記第１ベアリングと前記第３ベアリングとの間にある請求項１に記載のアクチュエータ。
11. 前記減速機は第３ベアリングを有し、
    前記第３ベアリングは、前記第１ベアリングよりも径方向の外方において前記第１ロータに保持され、前記第２ロータを回転可能に支持し、
    軸方向から見て、前記第２ベアリングは、径方向において前記第１ベアリングの少なくとも一部の領域と重なり、且つ、前記第３ベアリングよりも径方向の内方にある請求項１に記載のアクチュエータ。
12. 前記センサは、前記円盤部に設けられ、周方向に回転する前記センサマグネットの軌跡の一部と軸方向において対向し、
    前記第２ベアリングは、前記センサよりも径方向の外方に設けられる請求項１に記載のアクチュエータ。
13. 前記センサは、前記円盤部に設けられ、周方向に回転する前記センサマグネットの軌跡の一部と軸方向において対向し、
    前記第２ベアリングは、前記センサよりも径方向の内方に設けられる請求項１に記載のアクチュエータ。
14. 前記蓋部は、前記円盤部から前記柱部に向かって軸方向に延びて、前記柱部の軸方向における一方端に繋げられる筒部をさらに有し、
    前記センサは、前記筒部及び前記柱部のうちの少なくとも一方の径方向における外側面に設けられ、周方向に回転する前記センサマグネットの軌跡の一部と径方向において対向する請求項１に記載のアクチュエータ。
15. 前記蓋部及び前記柱部のうちの少なくとも一方は、軸方向におけるセンサの取付位置を決めるセンサ位置決め部をさらに有する請求項１４に記載のアクチュエータ。
16. 前記蓋部は、前記円盤部から前記柱部に向かって軸方向に延びて、前記柱部の軸方向における一方端に繋げられる筒部をさらに有し、
    前記静止部は、前記筒部及び前記柱部のうちの少なくとも一方に設けられるセンサ支持部をさらに有し、
    前記センサは、前記センサ支持部の径方向における外側面に設けられ、周方向に回転する前記センサマグネットの軌跡の一部と径方向において対向する請求項１に記載のアクチュエータ。
17. 前記センサ支持部は、軸方向におけるセンサの取付位置を決めるセンサ位置決め部をさらに有する請求項１６に記載のアクチュエータ。
18. 前記第２ロータは、軸方向における前記センサマグネットの取付位置を決めるセンサマグネット位置決め部を有する請求項１４〜請求項１７のいずれかに記載のアクチュエータ。

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