JP6838806B2 - アクチュエータの組立方法,波動歯車型減速機の自動組立方法 - Google Patents
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Description
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、波動歯車型減速機を機械装置に組み付ける際の煩雑さを回避可能なアクチュエータの組立方法を提供することを目的とする。
図1は実施例1の内燃機関用リンク機構のアクチュエータを備えた内燃機関の概略図である。基本的な構成は、特開2011−169152号公報の図1に記載されているものと同じであるため、簡単に説明する。
内燃機関のシリンダブロックのシリンダ内を往復運動するピストン1には、ピストンピン2を介してアッパリンク3の上端が回転自在に連結されている。アッパリンク3の下端には、連結ピン6を介してロアリンク5が回転自在に連結されている。ロアリンク5には、クランクピン4aを介してクランクシャフト4が回転自在に連結されている。また、ロアリンク5には、連結ピン8を介して第一制御リンク7の上端部が回転自在に連結されている。第一制御リンク7の下端部は、複数のリンク部材を有する連結機構9と連結されている。連結機構9は、第1制御軸10と、第2制御軸11と、第1制御軸10及び第2制御軸11とを連結する第二制御リンク12と、を有する。
第一アーム部10dは、一端が第一ジャーナル部10aと連結され、他端が第一制御リンク7の下端部と連結される。制御偏心軸部10bは、第一ジャーナル部10aに対して所定量偏心した位置に設けられる。第二アーム部10eは、一端が第一ジャーナル部10aと連結され、他端が第二制御リンク12の一端部12aと連結される。
偏心軸部10cは、第一ジャーナル部10aに対して所定量偏心した位置に設けられる。第二制御リンク12の他端部12bは、アームリンク13の一端が回転自在に連結されている。アームリンク13の他端には、第2制御軸11が連結されている。アームリンク13と第2制御軸11は相対移動しない。第2制御軸11は、後述するハウジング20内に複数のジャーナル部を介して回転自在に支持されている。
図2は実施例1の内燃機関用リンク機構のアクチュエータの分解斜視図、図3は内燃機関用リンク機構の断面図である。内燃機関用リンク機構のアクチュエータは、図2〜図3に示すように、駆動モータ22と、駆動モータ22の先端側に取り付けられた波動歯車型減速機21と、波動歯車型減速機21を内部に収容するハウジング20と、ハウジング20に回転自在に支持された第2制御軸11と、を有する。
駆動モータ22は、ブラシレスモータであり、有底円筒状のモータケーシング45と、モータケーシング45の内周面に固定された筒状のコイル46と、コイル46の内側に回転自在に設けられたロータ47と、一端部48aがロータ47の中心に固定されたモータ駆動軸48と、モータ駆動軸48の回転角度を検出するレゾルバ55と、を有する。
モータ駆動軸48は、モータケーシング45の底部に設けられたボールベアリング52により回転可能に支持されている。モータケーシング45は、前端外周に4つのボス部45aを有する。ボス部45aには、ボルト49が挿通するボルト挿通孔45bが貫通形成されている。
第2制御軸11は、軸方向に延在された軸部本体23と、軸部本体23から拡径した固定用フランジ24とを有する。第2制御軸11は、鉄系金属材料により軸部本体23及び固定用フランジ24が一体形成されている。軸部本体23は、軸方向に段差形状が形成され、角度センサ32の内周に位置するセンサ軸部231と、センサ軸部231よりも大径であって、第2制御軸11の軸方向波動歯車型減速機側への移動を規制する規制部材であるリテーナ350が圧入固定されたリテーナ軸部232とを有する(図3参照)。センサ軸部231の外周には、角度センサ32の部品として機能するロータ32bを有する(図3参照)。また、第2制御軸11は、リテーナ軸部232よりも波動歯車型減速機側において、先端部側の小径な第1ジャーナル部23aと、アームリンク13の圧入用孔13aが第1ジャーナル部23a側から圧入される中径な固定部23bと、固定用フランジ24側の大径な第2ジャーナル部23cとを有する。また、固定部23bと第2ジャーナル部23cとの間には、第1段差部23dが形成されている。また、第1ジャーナル部23aと固定部23bとの間には、第2段差部23eが形成されている。また、第1ジャーナル部23aとリテーナ軸部232との間には、第3段差部23fが形成されている。この第3段差部23fは、リテーナ350をリテーナ軸部232に圧入する際のストッパとなるため、容易に圧入することができる。
ハウジング20は、アルミニウム合金材料によって略立方体形状に形成されている。ハウジング20の後端側には大径円環状の開口溝部20aが形成されている。この開口溝部20aは、Oリング51を介してカバー28により閉塞される。カバー28は、中央位置にモータ軸貫通孔28aが貫通するモータ軸貫通孔28aと、径方向外周側に向けて拡径された4つのボス部28bとを有する。カバー28とハウジング20とは、ボス部28bに貫通形成されたボルト挿通孔にボルト43を挿通することで締結固定される。
角度センサ32は、リテーナ収容孔31をハウジング20の外部から閉塞するように取り付けられたセンサホルダ32aを有する。センサホルダ32aは、内周部に検知コイル32a2が配置された貫通孔32a1と、ボルトによりハウジング20に固定するためのフランジ部32a2とを有する。センサホルダ32aとハウジング20との間にはシールリング33が設けられ、リテーナ収容孔31と外部との間の液密性を確保する。また、センサホルダ32aの外周側には、貫通孔32a1を閉塞するセンサカバー32cを有する。センサカバー32cとセンサホルダ32aとの間にはシールリング323が設けられ、リテーナ収容孔31や貫通孔32a1と外部との間の液密性を確保する。
貫通孔32a1内には、外周にロータ32bが取り付けられたセンサ軸部231が挿入されている。ロータ32bは、略楕円形上の部品である。角度センサ32は、貫通孔32a1の内周とロータ32bとの間に設定された距離がロータ32bの回転により変化したことを検知コイルのインダクタンス変化により検出する。これにより、ロータ32bの回動位置、すなわち第2制御軸11の回転角度を検出する。角度センサ32は、上述したように所謂レゾルバセンサであり、機関運転状態を検出する図外のコントロールユニットに回転角度情報を出力する。
波動歯車型減速機21は、ハーモニックドライブ(登録商標)型であって、各構成部品がカバー28によって閉塞されたハウジング20の開口溝部20a内に収容されている。波動歯車型減速機21は、撓み変形可能であって外周面に第1外歯361aと該第1外歯361aより歯数が少ない第2外歯362aとが軸方向に並んで形成された筒状の可撓性外歯車36と、楕円形上に形成され外周面が可撓性外歯車36の内周面に沿って摺動する波動発生器37と、可撓性外歯車36の外径側に配置されると共に第2制御軸11の固定用フランジ24にボルト固定され、内周に第1外歯361aより歯数の少ない複数の内歯27aが形成された円環状の波動歯車出力軸部材27と、可撓性外歯車36の外径側に配置され、内周面に第2外歯362aより歯数の少ない複数の内歯38aが形成された波動歯車固定軸部材38と、を有する。波動歯車出力軸部材27の外周側には、円周方向等間隔位置に各ボルト25のナット部となる雄ねじ穴27bが形成されている。可撓性外歯車36は、金属材料によって形成され、撓み変形可能な薄肉円筒状部材である。
カバー28の波動歯車型減速機21側の端面281には、ボルト41が螺合する雌ねじ部28cと、第2スラストプレート42の厚みと略同じ深さであって第2スラストプレート42を収装するプレート収容部281aと、プレート収容部281aから駆動モータ22側に屈曲形成された有底円筒状の段差部であるベアリング収容部281bと、ベアリング収容部281bの底面281cの内径位置において軸方向波動発生器側に立設された円筒状のシール収容部281dと、を有する。上述のモータ軸貫通孔28aは、シール収容部281dよりも更に内径側に形成されている。ベアリング収容部281bは、換言すれば、カバー28の波動歯車型減速機21側の端面281から波動発生器37の回転軸方向一端側に凹む環状の凹部である。
円筒状部371bの内径側には、円筒状部371bの内周面よりも小径のシール収容部281dを有する。シール収容部281dの内周と、モータ駆動軸48の外周との間には、波動歯車型減速機21を収容する開口溝部20aと駆動モータ22との間を液密にシールするシール部材310が設けられている。シール収容部281dは、円筒状部371bの内径側において立設する。言い換えると、シール収容部281dは、円筒状部371b及びボールベアリング700と径方向から見て重なるように形成されている。
第1潤滑油供給油路201から供給された潤滑油は、第2潤滑油供給油路202、軸受部潤滑油供給油路302及び径方向油路65aを経由して軸方向油路64bへと流れる。軸方向油路64bへと流れた潤滑油は、細孔部材400の細孔401を通るため、絞り効果により効果的に油室64a内に拡散される。このとき、軸受部潤滑油供給油路302から径方向油路65aへ潤滑油が流れる際、第2制御軸11の第1ジャーナル部23aと軸受301内周との間の隙間にも潤滑油が供給される。この隙間に供給された潤滑油は、アームリンク13側へ流れると共に、角度センサ32側へも流れる。
図4は、実施例1の内燃機関用リンク機構のアクチュエータを組み立てる際の、組み立て工程を表す工程図である。出力機組立工程では、出力機構側アッセンブリOAを組み立てる。減速機構組立工程では、減速機構側アッセンブリGAを組み立て、その後、出力機構側アッセンブリOAと減速機構側アッセンブリGAとを組み付け、アクチュエータとする。
出力機構組立工程では、
工程1:第2制御軸11に波動歯車出力軸部材27を取り付け
工程2:ハウジング20の減速機側支持孔30bに軸受304を圧入し、支持孔30に軸受301を圧入
工程3:ハウジング20に第2制御軸11を通しながらアームリンク13の圧入用孔13a内に圧入し、アームリンク13に第二制御リンク12を取り付け
を行い、出力機構側アッセンブリOAを組み立てる。
工程A:波動発生器37に可撓性外歯車36を挿入
工程B:可撓性外歯車36の第2外歯362aに対し波動歯車固定軸部材38を、位相を合わせて嵌合
工程C:波動発生器37の円筒状部371bにボールベアリング700を圧入
工程D:モータ駆動軸48に波動発生器37を、位相を合わせて嵌合し、減速機構側アッセンブリGAを組み立て
工程E:減速機構側アッセンブリGA内に固定された可撓性外歯車36の第1外歯361aを、出力機構側アッセンブリOAに固定された波動歯車出力軸部材27の位相を合わせて嵌合し、嵌合後、減速機構側アッセンブリGAのボス部28bに貫通形成されたボルト挿通孔の位置と、ハウジング20側に形成されたねじ穴との位相を合わせ、ボルト43で締め付け固定する。
まず、出力機構組立工程にて組み立てた出力機構側アッセンブリOAを冶具J3に固定すると共に、工程3で取り付けた第二制御リンク12の一端部12aに形成された挿通孔12cにロックピンJPを挿通し、第2制御軸11の回動を規制する。次に、減速機組立工程にて組み立てた減速機構側アッセンブリGAを冶具J3に形成され減速機構側アッセンブリGAを設置する冶具J31に設置する。そして、ロボットRの先端に力センサSFを介して取り付けられ、3つの爪RCを有するロボットハンドRH1で冶具J31に設置された減速機構側アッセンブリGAを把持する。そして、CCDカメラC1によって波動歯車固定軸部材38及びカバー28に形成されボルト43が挿通する貫通孔を撮像する。そして、波動歯車固定軸部材38の中心と貫通孔の位置を演算し、減速機構側アッセンブリGAの組立誤差に伴う位置ずれや貫通孔の回転方向位置の位相ずれを修正する。
(1)モータ駆動軸48(モータの出力軸)と結合される結合部及び軸心から異なる半径を有する外周面が形成された波動発生器37と、波動発生器37の外周に挿入され第1外歯361aと該第1外歯361aより歯数が少ない第2外歯362aが形成された筒状の可撓性外歯車36と、可撓性外歯車36の第1外歯361aに噛み合い第1外歯361aの歯数より歯数の多い内歯が形成された波動歯車固定軸部材38と、可撓性外歯車36の第2外歯362aに噛み合い第2外歯362aの歯数より歯数の多い内歯が形成された波動歯車出力軸部材27とから構成する波動歯車型減速機21を組立するに際し、波動発生器37と可撓性外歯車36と波動歯車固定軸部材38とをモータ駆動軸48に連結させて減速機構側アッセンブリGA(駆動機構部)を構成する工程と、減速機構側アッセンブリGAとは別に波動歯車出力軸部材27を、アームリンク13及び第二制御リンク12が連結された第2制御軸11(出力リンク)に連結させて出力機構側アッセンブリOA(出力機構部)を構成する工程と、減速機構側アッセンブリGAの可撓性外歯車36の第2外歯362aと出力機構側アッセンブリOAの波動歯車出力軸部材27とを噛み合わせた後、減速機構側アッセンブリGAと出力機構側アッセンブリOAとを結合する工程と、を含む組立方法とした。
この組立方法により、可撓性外歯車36に噛み合う二つの部材である波動歯車固定軸部材38と波動歯車出力軸部材27とを組み付ける際、可撓性外歯車36と波動歯車固定軸部材38を減速機構側アッセンブリGAに組み付け、波動歯車出力軸部材27を出力機構側アッセンブリOAに組み付け、減速機構側アッセンブリGAと出力機構側アッセンブリOAとを組み合わせるときに、波動歯車出力軸部材27を可撓性外歯車36と噛み合わせて組み立てることで、一方の機構部内で二つの部材を可撓性外歯車36に組み付ける必要がなく、組み立て作業の煩雑化を回避できる。また、出力機構側アッセンブリOAにおいて事前に第2制御軸11を圧入できるため、減速機構側アッセンブリGAと出力機構側アッセンブリOAとを組み付ける際、圧入工程を排除することができ、組み付け時に波動歯車型減速機21やモータ駆動軸48に大きな力が作用することを回避できる。
この組立方法により、上記(1)に記載の作用効果に加え、変形させながら組み付ける作業が必要な波動歯車型減速機21を、ロボットRにより可撓性外歯車36を波動発生器37の外周形状に類似変形させて自動組立することができ、安定的な挿入、組み込みにより、波動歯車型減速機21の品質向上を実現できる。
(11)可撓性外歯車36の内周の対応箇所を把持して拡径することにより波動発生器37の外周形状に類似変形させるときは、複数個所を把持して拡径する。よって、筒状の可撓性外歯車36を楕円形状に容易に変形できる。
(12)爪RCの外形形状を、波動発生器37の楕円形状の外周と略一致する形状に形成する。これにより、爪RCにて可撓性外歯車36を内側から押し広げて楕円形状に変形する際、波動発生器37の形状と一致させておくことで、安定的に組み込むことができる。
(13)長軸方向に対向する二つの爪RCを有し、爪RCは長軸方向に拡径することで可撓性外歯車36を楕円形状に変形する。よって、可撓性外歯車36の内周側に均等に変形力を与えることができ、安定的に楕円形状に変形できる。
この組立方法により、可撓性外歯車36に噛み合う二つの部材である波動歯車固定軸部材38と波動歯車出力軸部材27とを組み付ける際、可撓性外歯車36と波動歯車固定軸部材38を減速機構側アッセンブリGAに組み付け、波動歯車出力軸部材27を出力機構側アッセンブリOAに組み付け、減速機構側アッセンブリGAと出力機構側アッセンブリOAとを組み合わせるときに、波動歯車出力軸部材27を可撓性外歯車36と噛み合わせて組み立てることで、一方の機構部内で二つの部材を可撓性外歯車36に組み付ける必要がなく、組み立て作業の煩雑化を回避できる。また、出力機構側アッセンブリOAにおいて事前に第2制御軸11を圧入できるため、減速機構側アッセンブリGAと出力機構側アッセンブリOAとを組み付ける際、圧入工程を排除することができ、組み付け時に波動歯車型減速機21やモータ駆動軸48に大きな力が作用することを回避できる。尚、実施例1では、内燃機関用リンク機構のアクチュエータに適用した例を示したが、内燃機関用に限らず、他のアクチュエータを組み立てる際に適用してもよい。
この組立方法により、減速機構側アッセンブリGAと出力機構側アッセンブリOAとを組み合わせるときに、波動歯車出力軸部材27を可撓性外歯車36と噛み合わせるときの相対回転方向位置を規定することができ、組み立て作業の煩雑化を回避できる。
次に、実施例2について説明する。基本的な構成は実施例1と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図19は、実施例2における工程Bの詳細を表す工程図、図20は、実施例2における工程Bで使用するロボットを表す概略図である。まず、可撓性外歯車36を圧入した波動発生器37の貫通孔37aにロックピンJPを通し、冶具J4に位置決めする。次に、可撓性外歯車36が回転しないように、可撓性外歯車36の外周側から回転止めプレートPSRを差し込む。この回転止めプレートPSRは、図20に示すように、先端が先細り形状のプレートであり、ロックピンJPを中心とする径方向に移動可能に設置されている。波動発生器37がロックピンJPにより冶具J4に固定されると、回転止めプレートPSRが径方向外側から径方向内側へと移動し、可撓性外歯車36の回転を規制する。
2 ピストンピン
3 アッパリンク
4 クランクシャフト
4a クランクピン
5 ロアリンク
6 連結ピン
7 第一制御リンク
8 連結ピン
9 連結機構
10 第1制御軸
11 第2制御軸
12 第二制御リンク
13 アームリンク
14 連結ピン
20 ハウジング
21 波動歯車型減速機
22 駆動モータ
23 軸部本体
24 固定用フランジ
24a ボルト挿通孔
25 ボルト
26 スラストプレート
27 波動歯車出力軸部材
27a 内歯
27b 雄ねじ穴
28 カバー
28a モータ軸貫通孔
29 収容室
30 支持孔
36 可撓性外歯車
37 波動発生器
37a 貫通孔
38 波動歯車固定軸部材
38a 内歯
38b フランジ
38c ボルト挿通孔
38c ボルト挿通穴
41 ボルト
42 スラストプレート
42a 内周側縁部
43 ボルト
45 モータケーシング
45a ボス部
45b ボルト挿通孔
48 モータ駆動軸
49 ボルト
361a 外歯
362a 外歯
363a 外歯
371 本体部
371a 駆動モータ側側面
371b 円筒状部
372 ボールベアリング
C1 CCDカメラ
GA 減速機構側アッセンブリ
J1 冶具
J2 冶具
J3 冶具
J31 冶具
J4 冶具
JP ロックピン
OA 出力機構側アッセンブリ
PSR 回転止めプレート
R ロボット
RC 爪
RH1 ロボットハンド
RP 回転ピン
SF 力センサ
Claims (5)
- モータの出力軸と結合される結合部及び軸心から異なる半径を有する外周面が形成された波動発生器と、前記波動発生器の外周に挿入され第1外歯と該第1外歯より歯数が少ない第2外歯が形成された筒状の可撓性外歯車と、前記可撓性外歯車の前記第1外歯に噛み合い前記第1外歯の歯数より歯数の多い内歯が形成された波動歯車固定軸部材と、前記可撓性外歯車の前記第2外歯に噛み合い前記第2外歯の歯数より歯数の多い内歯が形成された波動歯車出力軸部材とから構成する波動歯車型減速機を組立するに際し、
前記波動発生器と前記可撓性外歯車と前記波動歯車固定軸部材とをモータの出力軸に連結させて駆動機構部を構成する工程と、
前記駆動機構部とは別に前記波動歯車出力軸部材を出力リンクに連結させて出力機構部を構成する工程と、
前記駆動機構の前記可撓性外歯車の前記第2外歯と前記出力機構の前記波動歯車出力軸部材とを噛み合わせた後、前記駆動機構と前記出力機構とを結合する工程と、
を含むことを特徴とするアクチュエータの組立方法。 - モータの出力軸と結合される結合部及び軸心から異なる半径を有する外周面が形成された波動発生器と、前記波動発生器の外周に挿入され第1外歯と該第1外歯より歯数が少ない第2外歯が形成された筒状の可撓性外歯車と、前記可撓性外歯車の前記第1外歯に噛み合い前記第1外歯の歯数より歯数の多い内歯が形成された波動歯車固定軸部材と、前記可撓性外歯車の前記第2外歯に噛み合い前記第2外歯の歯数より歯数の多い内歯が形成された波動歯車出力軸部材とから構成する波動歯車型減速機を自動組立するに際し、
力制御ロボットにより前記可撓性外歯車を前記波動発生器の外周形状に類似変形させて把持し、位置決めされた前記波動発生器に変形した状態の前記可撓性外歯車を挿入する工程と、
前記波動発生器が位置決めされた状態で前記可撓性外歯車の前記第1外歯と前記力制御ロボットにより前記波動発生器を持ち替え、噛み合わされた前記可撓性外歯車の前記第2外歯と位置決めされた前記波動歯車出力軸部材の前記内歯とをかみ合わせる工程と、
を含む波動歯車型減速機の自動組立方法。 - 請求項2に記載の波動歯車型減速機の自動組立方法において、
前記可撓性外歯車の内周の対向箇所を把持して拡径することにより前記波動発生器の外周形状に類似変形させることを特徴とする波動歯車型減速機の自動組立方法。 - モータの出力軸と結合される結合部及び軸心から異なる半径を有する外周面が形成された波動発生器と、前記波動発生器の外周に挿入され第1外歯と該第1外歯より歯数が少ない第2外歯が形成された筒状の可撓性外歯車と、前記可撓性外歯車の前記第1外歯に噛み合い前記第1外歯の歯数より歯数の多い内歯が形成された波動歯車固定軸部材と、前記可撓性外歯車の前記第2外歯に噛み合い前記第2外歯の歯数より歯数の多い内歯が形成された波動歯車出力軸部材とから構成する駆動部を有し、前記駆動部と該駆動部からの回転が入力されリンク機構を介して外部に出力する出力部とで構成されるアクチュエータを自動組立するに際し、
前記可撓性外歯車を前記波動発生器の外周形状に類似変形させて把持し、把持した状態で前記可撓性外歯車に位置決めされた前記波動発生器を挿入し、前記波動歯車固定軸部材を前記可撓性外歯車の前記第1外歯に挿入し、前記波動発生器の結合部と前記モータの出力軸とを結合したのち前記波動歯車固定軸部材を前記モータに結合して駆動機構部を構成する工程と、
前記波動歯車出力軸部材を前記出力部に接続されるリンク機構に結合して出力機構部を構成する工程と、
前記駆動機構部の前記可撓性外歯車の前記第2外歯と前記出力機構部の波動歯車出力軸
部材の内歯とを噛み合わせた後、前記駆動機構部と前記出力機構部とを結合する工程と、
を含むアクチュエータの自動組立方法。 - 請求項4に記載のアクチュエータの自動組立方法において、
前記出力機構部の前記出力部を固定し、前記可撓性外歯車の前記第2外歯と前記波動歯車出力軸部材の前記内歯とを噛み合わせた後、前記出力部の固定を解除し、前記駆動機構部と前記出力機構部とを相対回転させ、前記駆動機構部と前記出力機構部との結合部の位相を合わせた後、結合手段で結合することを特徴とするアクチュエータの自動組立方法。
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