JP7156253B2 - 回転式アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、回転式アクチュエータに関する。

従来、段違いに配置された入出力部材間を伝動可能に繋ぐ手段としてオルダム機構が知られている。例えば特許文献１に開示されたオルダム継手は、入力軸に取り付けられる第１継手部材と、出力軸に取り付けられる第２継手部材と、両継手部材間に介在する中間継手部材とを備える。中間継手部材と第１及び第２の継手部材の各々との相対向する係合面には、入出力軸と直角な向きで相対移動可能に係合する円柱形突起と当該円柱形突起に接触する箇所が湾曲壁とされた係合穴とが複数組設けられている。

特開平７－２０８４９０号公報

本発明者は、モータとモータ回転を減速する減速機とを備える回転式アクチュエータにおいて、減速機の歯車の回転を出力部材に伝達するためにオルダム機構を用いることを考えている。しかし、特許文献１のオルダム継手は小型化の検討がされていないため、このオルダム継手を回転式アクチュエータに採用した場合、軸方向サイズの大型化が懸念される。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、オルダム機構を用いるとともに軸方向サイズの大型化が抑制された回転式アクチュエータを提供することである。

本発明の回転式アクチュエータは、モータ（３０）と、モータの回転を減速して出力する減速機（４０）とを備える。減速機は、モータの回転軸心（ＡＸ１）と同軸に設けられたリングギア（４２）と、回転軸心に対して偏心して設けられ、リングギアの内歯部（４６）と噛み合う外歯部（４７）を有し、モータが回転すると偏心軸心（ＡＸ２）まわりに減速して回転する偏心ギア（４３）と、回転軸心と同軸または平行に設けられた出力部材（４４）と、偏心ギアの偏心軸心まわりの回転を出力部材に伝達するオルダム機構（４５）とを備える。

オルダム機構は、偏心ギアに形成された入力側摺動面（６１）と、出力部材に形成された出力側摺動面（６２）と、入力側摺動面と径方向に摺動可能な第１中間摺動面（６３）、および出力側摺動面と径方向に摺動可能な第２中間摺動面（６４）を有する中間継手（５６）とを含む。偏心ギアは、入力側摺動面と、中間継手の少なくとも一部を収容する収容空間（６５）とを、外歯部に対して径方向内側であって外歯部と軸方向位置が重なる位置に有する。

このように中間継手の少なくとも一部を偏心ギアの外歯部に対して径方向内側の空間に収容することで、オルダム機構を用いた場合であっても減速機の軸方向サイズを抑えることができる。そのため、回転式アクチュエータの軸方向サイズの大型化を抑制することができる。
偏心ギアは、外歯部に対し軸方向にずれた位置に形成された環状かつ板状の膨出部（５３）を有している。膨出部は、モータのコイルエンド（３９）に対して径方向内側の空間（２８）に配置されている。

第１実施形態による回転式アクチュエータの断面図。 第１実施形態において偏心ギアを示す図。 図１の偏心ギアを拡大して示す断面図。 第１実施形態において出力部材を示す図。 第１実施形態において中間継手を示す図。 第２実施形態において偏心ギアを示す図。 第２実施形態において出力部材を示す図。 第３実施形態において偏心ギアの要部を拡大して示す図。 第３実施形態において出力部材の要部を拡大して示す図。 第４実施形態による回転式アクチュエータのオルダム機構周辺の断面図。 図１０の中間継手を矢印ＸＩ方向から見たときの図。 図１０の中間継手を矢印ＸＩＩ方向から見たときの図。

以下、回転式アクチュエータ（以下、アクチュエータ）の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
先ず、アクチュエータ１０の全体構成について図１を参照して説明する。アクチュエータ１０は、ハウジング２０、モータ３０および減速機４０を備える。

ハウジング２０は、カップ状のフロントハウジング２１およびリアハウジング２２を備える。フロントハウジング２１およびリアハウジング２２は、開口部同士が組み合わされてボルト２３により互いに締結されている。フロントハウジング２１には、有底筒状の金属プレート２４が埋め込まれている。リアハウジング２２には、環状の金属プレート２５が埋め込まれている。リアハウジング２２は、フロントハウジング２１とは反対側に突き出す筒状突出部２６を有する。

モータ３０は、ステータ３１およびロータ３４を備える。ステータ３１は、金属プレート２４の筒部に例えば圧入等により固定されたステータコア３２と、ステータコア３２に設けられたコイル３３とを有する。ロータ３４は、軸受３５、３６により回転軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持された回転軸３７と、回転軸３７の外側に嵌合して固定されているロータコア３８とを有する。軸受３５は、金属プレート２４の中央部に設けられている。軸受３６は、後述の出力部材４４の軸部５４に設けられている。モータ３０は、コイル３３への通電電流が制御されることによって双方向に回転できる。

減速機４０は、偏心軸４１、リングギア４２、偏心ギア４３、出力部材４４およびオルダム機構４５を備える。偏心軸４１は、軸方向においてロータコア３８に隣接する位置で、回転軸心ＡＸ１に対して偏心する偏心軸心ＡＸ２上に設けられている。偏心軸４１は、回転軸３７と一体に形成され、回転軸３７と共に回転軸心ＡＸ１まわりに回転する。リングギア４２は、回転軸心ＡＸ１と同軸に設けられ、金属プレート２５に例えば圧入等により固定されている。

偏心ギア４３は、リングギア４２の内歯部４６と噛み合う外歯部４７を有し、偏心軸４１に設けられた軸受４８により遊星運動可能に支持されている。遊星運動とは、偏心軸心ＡＸ２まわりに自転しつつ回転軸心ＡＸ１まわりに公転する運動のことである。遊星運動時の偏心ギア４３の自転速度は、回転軸３７の回転速度に対して変速させられる。つまり、偏心ギア４３は、モータ３０が回転すると偏心軸心ＡＸ２まわりに減速して回転する。

出力部材４４は、回転軸心ＡＸ１と同軸に設けられ、リアハウジング２２に設けられた軸受４９により回転可能に支持されている。オルダム機構４５は、偏心ギア４３と出力部材４４との間に設けられ、偏心ギア４３の偏心軸心ＡＸ２まわりの回転を出力部材４４に伝達する。

以上のように構成されたアクチュエータ１０では、コイル３３の通電相が切り替えられることにより回転磁界が発生し、この回転磁界により生じる磁気的吸引力または反発力を受けてロータ３４が回転する。ロータ３４と共に偏心軸４１が回転軸心ＡＸ１まわりに回転すると偏心ギア４３が遊星運動し、ロータ３４の回転に対して減速させられた偏心ギア４３の回転が出力部材４４から外部に出力される。

（減速機）
次に、減速機４０の詳細な構成について図１～図５を参照して説明する。図１の偏心ギア４３、出力部材４４および中間継手５６は、図２、図４および図５のＩ－Ｉ線断面を示している。偏心ギア４３は、偏心軸心ＡＸ２まわりに回転可能に支持された環状の軸支持部５１と、軸支持部５１と同じ軸方向位置に設けられた環状の外歯部４７と、軸支持部５１と外歯部４７とを接続し、外歯部４７に対して軸方向のモータ３０側に膨出するように設けられた膨出部５３とを形成している。

内歯部４６および外歯部４７は、軸方向においてコイルエンド３９と出力部材４４との間に配置されている。膨出部５３は、コイルエンド３９に対して径方向内側の空間２８（すなわち空きスペース）に配置されている。

出力部材４４は、軸受４９に支持されている軸部５４と、軸部５４から径方向外側に突き出すフランジ部５５とを有する。

オルダム機構４５は、偏心ギア４３に形成された入力側摺動面６１と、出力部材４４に形成された出力側摺動面６２と、中間継手５６とを含む。中間継手５６は、入力側摺動面６１と径方向に摺動可能な第１中間摺動面６３、および、出力側摺動面６２と径方向に摺動可能な第２中間摺動面６４を有する。

膨出部５３は、径方向において軸支持部５１と外歯部４７との間に収容空間６５を区画している。収容空間６５は、モータ３０側に凹む膨出部５３の凹部内の環状空間６６と、環状空間６６から径方向外側に延びる切欠き空間６７とを含む。切欠き空間６７を区画する壁面には入力側摺動面６１が含まれる。つまり、入力側摺動面６１は、切欠き空間６７を区画する壁面の一部から構成される。

フランジ部５５は、外縁から径方向内側に延びる切欠き空間６８を有する。切欠き空間６８を区画する壁面には出力側摺動面６２が含まれる。つまり、出力側摺動面６２は、切欠き空間６８を区画する壁面の一部から構成される。

中間継手５６は、収容空間６５の環状空間６６に収容された環状の基部５７と、基部５７から径方向外側に突き出した第１突起部５８と、基部５７から出力部材４４側に突き出した第２突起部５９とを有する。第２突起部５９は、基部５７から径方向外側に延び出しつつ出力部材４４側にオフセットすることで、出力部材４４側に突き出すように形成されている。

偏心ギア４３は、中間継手５６の一部を包み込む構造となっている。つまり収容空間６５は、中間継手５６の一部を収容している。また、偏心ギア４３は、入力側摺動面６１と収容空間６５とを、外歯部４７に対して径方向内側であって外歯部４７と軸方向位置が重なる位置に有する。第１実施形態では、収容空間６５は基部５７および第１突起部５８を収容している。そして、入力側摺動面６１および収容空間６５は外歯部４７と軸方向位置が完全に一致するように設けられている。オルダム機構４５は、基部５７とフランジ部５５とを合わせた軸方向幅内に収まっている。

第１突起部５８の先端部の周方向幅は、基端部の周方向幅と比べて大きくなっている。第１中間摺動面６３は、第１突起部５８の先端部の周方向両側に形成されている。第１中間摺動面６３は、軸方向に見て凸曲面になっており、平面である入力側摺動面６１に線接触している。

第２突起部５９の先端部の周方向幅は、基端部の周方向幅と比べて大きくなっている。第２中間摺動面６４は、第２突起部５９の先端部の周方向両側に形成されている。第２中間摺動面６４は、軸方向に見て凸曲面になっており、平面である出力側摺動面６２に線接触している。

第１突起部５８および第２突起部５９の径方向外側の先端には凹部６９が形成されている。凹部６９の最も深い部分（すなわち最も径方向内側に位置する部分）を最深部とすると、上記最深部の周方向両側は当該最深部に向けて連続的に深くなる傾斜面になっている。第１実施形態では、凹部６９は凹曲面を形成している。凹部６９は、中間継手５６を組み付けるとき、把持部および位置決め部として機能する。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、偏心ギア４３は、入力側摺動面６１と、中間継手５６の少なくとも一部を収容する収容空間６５とを、外歯部４７に対して径方向内側であって外歯部４７と軸方向位置が重なる位置に有する。このように中間継手５６の少なくとも一部を偏心ギア４３の外歯部４７に対して径方向内側の空間に収容することで、オルダム機構４５を用いた場合であっても減速機４０の軸方向サイズを抑えることができる。そのため、回転式アクチュエータ１０の軸方向サイズの大型化を抑制することができる。

また、第１実施形態では、入力側摺動面６１が偏心ギア４３に形成され、出力側摺動面６２が出力部材４４に形成されている。そのため、別部材を用いて入力側摺動面６１および出力側摺動面６２を設ける形態と比べると部品数を低減できる。

また、第１実施形態では、第１突起部５８は基部５７から径方向外側に突き出すように設けられている。そのため、入力側回転体に対して軸方向に隣接するように中間継手の基部が配置されて、基部から入力側回転体に向けて軸方向に突き出すように突起部が設けられる形態と比べると、第１突起部５８の根元に発生する応力が小さくなり耐久性が向上する。

また、第１実施形態では、第１突起部５８および第２突起部５９の径方向外側の先端には凹部６９が形成されている。中間継手５６を組み付けるとき凹部６９を把持部および位置決め部として用いることで、組み付け性が向上する。

ここで、オルダム機構の部品間の摺動に関し、摺動面同士が２つの平面からなる形態では、各部品の寸法ばらつきに起因してどこが摺動するかわからない構造になる。そのため、部品の磨耗部位を絞り込むことができず、耐磨耗性を向上させるには摺動面全体の寸法精度を上げる必要がある。また、異常磨耗が懸念される。

これに対して第１実施形態では、第１中間摺動面６３および入力側摺動面６１の一方は凸曲面であり、第２中間摺動面６４および出力側摺動面６２の一方は凸曲面である。これにより、第１中間摺動面６３と入力側摺動面６１は線接触し、第２中間摺動面６４と出力側摺動面６２は線接触する。そのため、各部品の寸法ばらつきによる摺動面の面圧ばらつきを低減させ、かつ摺動面の摺動範囲を限定することができる。摺動範囲を限定することで、設計が容易になり、また部品の加工性が向上する。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図６に示すように偏心ギア４３には、偏心軸心ＡＸ２を挟んで対向する位置に形成された入力側摺動面６１と、入力側摺動面６１とは異なる周方向位置において偏心軸心ＡＸ２を挟んで対向する位置に形成された入力側予備摺動面７１とが設けられている。入力側予備摺動面７１は、予備の摺動面であって、入力側摺動面６１と同じ形状になっている。また、偏心ギア４３には、周方向において入力側摺動面６１と入力側予備摺動面７１との間に肉抜き孔７５が形成されている。このように予備の摺動面が設けられることで、偏心ギア４３と中間継手５６の組み付け性が向上する。また、入力側予備摺動面７１と肉抜き孔７５が設けられることで偏心ギア４３を軽量化できる。

図７に示すように出力部材４４には、偏心軸心ＡＸ２を挟んで対向する位置に形成された出力側摺動面６２と、出力側摺動面６２とは異なる周方向位置において偏心軸心ＡＸ２を挟んで対向する位置に形成された出力側予備摺動面７２とが設けられている。出力側予備摺動面７２は、予備の摺動面であって、出力側摺動面６２と同じ形状になっている。このように予備の摺動面が設けられることで、出力部材４４と中間継手５６の組み付け性が向上する。また、出力側予備摺動面７２が設けられることで出力部材４４を軽量化できる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、図８に示すように切欠き空間８７のうち入力側摺動面６１に対して径方向内側に位置する部分８１の幅Ｗ１は、切欠き空間８７のうち入力側摺動面６１に対応する部分８２の幅Ｗ２と比べて大きい。これにより、入力側摺動面６１以外の部分８２は、入力側摺動面６１にかかわらず任意の形状にすることが可能となる。そのため、部分８２の形状簡素化により切欠き空間８７の加工が容易となる。

図９に示すように切欠き空間８８のうち出力側摺動面６２に対して径方向内側に位置する部分８３の幅Ｗ３は、切欠き空間８８のうち出力側摺動面６２に対応する部分８４の幅Ｗ４と比べて大きい。これにより、出力側摺動面６２以外の部分８４は、出力側摺動面６２にかかわらず任意の形状にすることが可能となる。そのため、部分８４の形状簡素化により切欠き空間８８の加工が容易となる。

［第４実施形態］
第４実施形態では、図１０および図１１に示すように中間継手５６は、偏心ギア４３に向かって軸方向に突き出し、中間継手５６と偏心ギア４３とが周方向において部分的に接触するように設けられた入力側突起９１を形成している。このように入力側突起９１が設けられることで、中間継手５６と偏心ギア４３との摺動抵抗が低減して摺動性が向上する。

図１０および図１２に示すように中間継手５６は、出力部材４４に向かって軸方向に突き出し、中間継手５６と出力部材４４とが周方向において部分的に接触するように設けられた出力側突起９２を形成している。このように出力側突起９２が設けられることで、中間継手５６と出力部材４４との摺動抵抗が低減して摺動性が向上する。

さらに、入力側突起９１および出力側突起９２の高さを管理することで、偏心ギア４３と中間継手５６との噛み合い長さ、および出力部材４４と中間継手５６との噛み合い長さを容易に管理し、摺動面の面圧増加を抑えることができる。これにより伝達効率悪化を防止できる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、偏心ギアの収容空間は中間継手の基部および第１突起部の一部を収容していてもよい。入力側摺動面および収容空間は、外歯部と軸方向位置の一部が重なっていてもよい。それでも減速機の軸方向サイズを抑えることができる。

第１実施形態では、第１中間摺動面および第２中間摺動面が凸曲面であった。これに対して他の実施形態では、入力側摺動面および出力側摺動面が凸曲面であってもよい。

第４実施形態では、中間継手に入力側突起および出力側突起が形成されていた。これに対して他の実施形態では、偏心ギアに入力側突起が形成され、出力部材に出力側突起が形成されてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０：回転式アクチュエータ ３０：モータ
４０：減速機 ４２：リングギア
４３：偏心ギア ４４：出力部材
４５：オルダム機構 ４６：内歯部
４７：外歯部 ５５：中間継手
６１：入力側摺動面 ６２：出力側摺動面
６３：第１中間摺動面 ６４：第２中間摺動面
６５：収容空間 ＡＸ１：回転軸心
ＡＸ２：偏心軸心

Claims (8)

1. モータ（３０）と、前記モータの回転を減速して出力する減速機（４０）とを備える回転式アクチュエータであって、
   前記減速機は、前記モータの回転軸心（ＡＸ１）と同軸に設けられたリングギア（４２）と、前記回転軸心に対して偏心して設けられ、前記リングギアの内歯部（４６）と噛み合う外歯部（４７）を有し、前記モータが回転すると偏心軸心（ＡＸ２）まわりに減速して回転する偏心ギア（４３）と、前記回転軸心と同軸または平行に設けられた出力部材（４４）と、前記偏心ギアの前記偏心軸心まわりの回転を前記出力部材に伝達するオルダム機構（４５）とを備え、
   前記オルダム機構は、前記偏心ギアに形成された入力側摺動面（６１）と、前記出力部材に形成された出力側摺動面（６２）と、前記入力側摺動面と径方向に摺動可能な第１中間摺動面（６３）、および前記出力側摺動面と径方向に摺動可能な第２中間摺動面（６４）を有する中間継手（５６）とを含み、
   前記偏心ギアは、前記入力側摺動面と、前記中間継手の少なくとも一部を収容する収容空間（６５）とを、前記外歯部に対して径方向内側であって前記外歯部と軸方向位置が重なる位置に有し、
   前記偏心ギアは、前記外歯部に対し軸方向にずれた位置に形成された環状かつ板状の膨出部（５３）を有し、
   前記膨出部は、前記モータのコイルエンド（３９）に対して径方向内側の空間（２８）に配置されている回転式アクチュエータ。
2. 前記モータは、ステータ（３１）、および、前記ステータの径方向内側に回転可能に設けられたロータコア（３８）を有し、
   前記膨出部は、前記ロータコアの軸方向の前記減速機側の端面に対し前記ロータコアとは反対側に位置している請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
3. 前記偏心ギアは、前記偏心軸心まわりに回転可能に支持された軸支持部（５１）と、前記軸支持部と同じ軸方向位置に設けられた前記外歯部と、前記軸支持部と前記外歯部とを接続し、前記外歯部に対して軸方向に膨出するように設けられ、前記収容空間を区画する前記膨出部とを形成している請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
4. 前記中間継手は、前記収容空間に収容された環状の基部（５７）と、前記基部から径方向外側に突き出し、前記第１中間摺動面が形成された第１突起部（５８）と、前記基部から前記出力部材側に突き出し、前記第２中間摺動面が形成された第２突起部（５９）とを有し、
   前記第１突起部または前記第２突起部の先端には凹部（６９）が形成されている請求項１～３のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。
5. 前記偏心ギアには、前記偏心軸心を挟んで対向する位置に形成された前記入力側摺動面と、前記入力側摺動面とは異なる周方向位置において前記偏心軸心を挟んで対向する位置に形成された入力側予備摺動面（７１）とが設けられ、
   前記出力部材には、前記偏心軸心を挟んで対向する位置に形成された前記出力側摺動面と、前記出力側摺動面とは異なる周方向位置において前記偏心軸心を挟んで対向する位置に形成された出力側予備摺動面（７２）とが設けられている請求項１～４のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。
6. 前記収容空間は、環状空間（６６）と、前記環状空間から径方向外側に延びる切欠き空間（８７）とを含み、
   前記切欠き空間を区画する壁面には前記入力側摺動面が含まれ、
   前記切欠き空間のうち前記入力側摺動面に対して径方向内側に位置する部分（８１）の幅（Ｗ１）は、前記切欠き空間のうち前記入力側摺動面に対応する部分（８２）の幅（Ｗ２）と比べて大きい請求項１～５のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。
7. 前記中間継手および前記偏心ギアの一方は、他方に向かって軸方向に突き出し、前記中間継手と前記偏心ギアとが周方向において部分的に接触するように設けられた入力側突起（９１）を形成し、
   前記中間継手および前記出力部材の一方は、他方に向かって軸方向に突き出し、前記中間継手と前記出力部材とが周方向において部分的に接触するように設けられた出力側突起（９２）を形成している請求項１～６のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。
8. 前記第１中間摺動面および前記入力側摺動面の一方は凸曲面であり、
   前記第２中間摺動面および前記出力側摺動面の一方は凸曲面である請求項１～７のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。

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