JP7224743B2 - 軸受装置および波動歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、トルク検出用の起歪体を備えた軸受装置および当該軸受装置が組み込まれた波動歯車装置に関する。

起歪体を備えたトルク検出器においては、所定の弾性特性を備えた起歪体を、例えば、回転軸と負荷側部材との間に架け渡し、起歪体に生じる歪を歪ゲージ等の検出素子によって測定し、負荷側部材から回転軸に加わるトルクを検出している。このようなトルク検出器は公知であり、特許文献１（特開２００９－２８８１９８号公報）、特許文献２（特開２０１８－１３２１５４号公報）に記載されている。

特許文献２に記載のトルクセンサは、電動機付き減速機に組み込まれている。減速機には波動歯車が用いられており、内歯歯車と外歯歯車とが、クロスローラベアリングによって、相対回転可能に支持されている。トルクセンサの起歪体は、固定側部材である内歯歯車と装置ハウジングとの間に取り付けられている。内歯歯車に加わるトルクによる内歯歯車の円周方向への変位によって起歪体に歪を発生させ、この歪を歪ゲージによって検出している。内歯歯車に取り付けた円環状の固定部材と、装置ハウジングとの間に起歪体が挟み込まれ、この状態で、内歯歯車、固定部材、起歪体および装置ハウジングが、締結用のボルトによって締結固定されている。

特開２００９－２８８１９８号公報 特開２０１８－１３２１５４号公報

従来において、起歪体構造のトルク検出器を、モータ、減速機、回転アクチュエータ等の回転型駆動装置に組み付けるためには、起歪体を取り付ける取付部分を装置ハウジング、歯車等の回転部材に加工する必要があり、また、取付け用の追加部品、ボルト・ネジ等の締結金具が必要である。装置の軽量化、コンパクト化および部品点数の削減を図るためには、起歪体構造のトルク検出部を取り付けるためのスペースが少なくて済み、取付け用の追加部品を削減できることが望ましい。

本発明の目的は、モータ、減速機、回転アクチュエータ等の回転型駆動装置に組み込まれる軸受に着目し、トルク検出器の起歪体が、設置スペースが少なく、コンパクトな形態で組み付けられた軌道輪を備えた軸受装置を提供することにある。また、本発明の目的は、この軸受装置が組み込まれた波動歯車装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の軸受装置は、
外輪、内輪、および前記外輪と前記内輪の間に形成される軌道に転動可能に挿入された複数個の転動体を備えた軸受と、
第１円環部、前記第１円環部に対して同軸に配置された第２円環部、および前記第１円環部と前記第２円環部との間を連結している起歪部を備えた起歪体と、
を有しており、
前記内輪および前記外輪のうちの一方は、前記起歪体の前記第１円環部に一体形成され、または、当該第１円環部に同軸に固定されていることを特徴としている。

モータ、減速機、回転アクチュエータ等の回転型駆動装置において、その回転軸を回転自在の状態で支持するための軸受として、本発明の軸受装置を組み付ける。回転軸を支持する軸受装置における一方の軌道輪がトルク検出用の起歪体と一体化され、あるいは当該起歪体に固定されている。装置内において、トルク検出用の起歪体を組み込むためのスペースを別途、確保する必要がない。また、起歪体を組み付けるための取付け用部品、締結金具も不要である。よって、起歪体を備えたトルク検出部を、設置スペースが少なく、コンパクトな形態で、装置に組み付けることができる。

本発明を適用した軸受装置を示す斜視図および斜視断面図である。 図１の軸受装置の改変例を示す斜視図および斜視断面図である。 本発明を適用した軸受装置の更に別の例を示す斜視断面図である。 本発明を適用した軸受装置が組み込まれた波動歯車装置の一例を示す断面図および斜視断面図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した軸受装置および波動歯車装置の実施の形態を説明する。なお、本発明は実施の形態の構造に限定されるものではない。

図１（ａ）は本発明を適用した軸受装置の一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）はその斜視断面図である。軸受装置１は、モータ、減速機、回転アクチュエータ等の回転型駆動装置（図示せず）において、例えば、回転軸（図示せず）と装置ハウジング（図示せず）との間に装着され、回転軸を回転自在の状態で支持する。回転軸の出力回転によって負荷側部材（図示せず）が回転駆動される。

軸受装置１は、クロスローラベアリング２と、トルク検出用の起歪体６とを備えている。クロスローラベアリング２は、外輪３、内輪４および、これらの間に転動自在の状態で挿入された複数個の円筒コロ５を備えている。例えば、回転型駆動装置において、外輪３は固定側部材である装置ハウジングに固定され、クロスローラベアリング２の内輪４は回転軸に同軸に固定される。外輪３の内周面に形成したＶ形状の軌道溝３ａと内輪４の外周面に形成したＶ形状の軌道溝４ａとによって矩形断面の円環状の軌道が形成され、ここに、円筒コロ５が転動自在の状態で挿入されている。

本例では、内輪４とトルク検出用の起歪体６とが一体形成されている。換言すると、これらが単一部品として製作されている。起歪体６は、第１円環部７と、第１円環部７の内側に同心状に配置された第２円環部８と、第１円環部７の円形内周面４ｂと第２円環部８の円形外周面８ａとの間を連結している起歪部としての複数本のリブ９とを備えている。第１円環部７の円形外周面には軌道溝４ａが形成されており、第１円環部７は内輪４として機能する。リブ９は、円周方向に沿って等角度間隔に形成されている。第２円環部８の円環状端面８ｂは、負荷側部材が同軸に固定される負荷取付け面となっており、ここには、負荷側部材を締結するための複数個のボルト穴８ｃが形成されている。

回転型駆動装置の回転軸に取り付ける内輪４として機能する第１円環部７、および負荷側部材に取り付ける第２円環部８は、それぞれ剛体である。これに対して、リブ９は、予め設定した弾性特性を備えている。負荷側部材から回転軸に作用するトルクは起歪体６を介して伝達される。リブ９の弾性特性を適切に設定しておくことで、伝達トルクの大きさに応じた変形がリブ９に生じる。リブ９の表面には、歪ゲージ１０等の歪検出素子が貼り付けられる。歪ゲージ１０から出力される検出信号に基づきトルクが検出される。

従来において、モータ、減速機、回転アクチュエータ等の回転型駆動装置にトルク検出用の起歪体を組み込む場合には、回転軸等の部材の周囲に、起歪体を取り付けるためのスペースを確保し、また、取付け用の追加部品、ボルト・ネジ等の締結金具が必要である。本例の軸受装置１を用いれば、起歪体６を取り付けるためのスペースを別途、確保する必要がなく、また、追加部品、締結金具も不要である。よって、装置の小型、コンパクト、軽量化に有利である。

さらに、起歪体６と内輪４とが一体化されているので、起歪体６の組付け精度が低下する等の弊害も生じない。また、材料の違いによって生じる部品間の熱的な歪も発生しない。よって、トルク検出精度の向上が期待される。

ここで、上記の軸受装置１では、起歪体６と内輪４とを単一部材として製作している。起歪体６と内輪４とを別部材として製作し、起歪体６の第１円環部７に、内輪４が締結固定された構造とすることもできる。この場合の軸受装置１Ａを図２に示す。

図２（ａ）は軸受装置１Ａの斜視図であり、図２（ｂ）はその斜視断面図である。軸受装置１Ａの基本構成は上記の軸受装置１と同一であるので、対応する部位には同一の符号を使用し、それらの説明を省略する。本例の軸受装置１Ａでは、内輪４の円環状端面４ｃの内周側の部分に、予め、起歪体取付け部４ｄが形成されている。起歪体取付け部４ｄは、一定深さの円環状の段部と、段部の底を規定する端面において円周方向に沿って等角度間隔で形成した複数個のボルト穴とを備えている。内輪４の起歪体取付け部４ｄに、起歪体６の外周側の第１円環部７が同軸に装着され、締結ボルト６ａによって締結固定されている。

図３は本発明を適用した軸受装置の別の例を示す斜視断面図である。軸受装置１１においては、外輪と起歪体とが単一部品として製作されている。軸受装置１１は、モータ、減速機、回転アクチュエータ等の回転型駆動装置（図示せず）において、その回転側部材（図示せず）と固定側部材（図示せず）との間に装着され、回転側部材を回転自在の状態で支持する。回転側部材の出力回転によって、負荷側部材（図示せず）が回転駆動される。

軸受装置１１は、ボールベアリング１２と、トルク検出用の起歪体１６とを備えている。ボールベアリング１２の内輪１４は固定側部材（図示せず）に固定される。ボールベアリング１２の外輪１３には負荷側部材（図示せず）が同軸に固定される。外輪１３の内周面に形成した軌道溝１３ａと内輪１４の外周面に形成した軌道溝１４ａとによって円環状の軌道が形成され、ここには、ボール１５が転動自在の状態で挿入されている。

本例では、外輪１３と起歪体１６とが一体形成されている。換言すると、これらが単一部品として製作されている。起歪体１６は、外輪１３として機能する第１円環部１７と、第１円環部１７の外側に同心状に配置された第２円環部１８と、第１円環部１７の円形外周面１３ｂ（１７ｂ）と第２円環部１８の円形内周面１８ａとの間を連結している起歪部としての複数本のリブ１９とを備えている。第１円環部１７の円形内周面１３ａ（１７ａ）には軌道溝１３ａが形成されている。リブ１９は、円周方向に沿って等角度間隔に形成されている。第１円環部１７（外輪１３）の円環状端面１３ｃ（１７ｃ）には負荷側部材が取り付けられる。第２円環部１８の円環状端面１８ｂは回転側部材が同軸に固定される。

負荷側部材に取り付ける第１円環部１７（外輪１３）、および回転側部材に取り付ける第２円環部１８は、それぞれ剛体である。リブ１９は、予め設定した弾性特性を備えている。負荷側部材から回転側部材に作用するトルクは起歪体１６を介して伝達される。リブ１９の弾性特性を適切に設定しておくことで、伝達トルクの大きさに応じた歪がリブ１９に生じる。リブ１９の表面には、歪ゲージ等の歪検出素子（図示せず）が貼り付けられる。歪ゲージから出力される検出信号に基づきトルクが検出される。

図４（ａ）は本発明を適用した軸受装置が組み込まれた波動歯車装置の一例を示す断面図であり、図４（ｂ）はその斜視断面図である。

波動歯車装置３０は、円環形状をした剛性の内歯歯車３１と、シルクハット形状をした可撓性の外歯歯車３２と、外歯歯車３２を非円形に撓めて内歯歯車３１に対して部分的にかみ合わせる波動発生器３３と、内歯歯車３１と外歯歯車３２とを相対回転自在に支持している軸受装置４１とを備えている。例えば、波動発生器３３は回転入力部材であり、モータ等の回転軸３４から回転が入力される。外歯歯車３２が固定側部材であり、内歯歯車３１が回転側部材である。内歯歯車３１からの出力回転によって、負荷側部材３５が回転駆動される。なお、図４（ｂ）においては波動発生器３３を省略してある。

外歯歯車３２は、円筒状胴部３２ａと、この一端から半径方向の外方に広がるダイヤフラム３２ｂと、ダイヤフラム３２ｂの外周縁に一体形成した剛体である円環状のボス３２ｃとを備えている。円筒状胴部３２ａの外周面には外歯３２ｄが形成されている。外歯３２ｄが形成されている部位が波動発生器３３によって非円形、例えば楕円状に撓められて、内歯歯車３１の内歯３１ｄに部分的にかみ合っている。

軸受装置４１は、クロスローラベアリング４２と起歪体４６とを備えている。クロスローラベアリング４２は、外輪４３、内輪４４および、これらの間に転動自在の状態で挿入された複数個の円筒コロ４５を備えている。外輪４３は、固定側部材である外歯歯車３２の円環状のボス３２ｃに同軸に固定される。外輪４３の内周面に形成したＶ形状の軌道溝４３ａと内輪４４の外周面に形成したＶ形状の軌道溝４４ａとによって矩形断面の円環状軌道が形成され、ここには、円筒コロ４５が転動自在の状態で挿入されている。

起歪体４６は、第１円環部４７と、第１円環部４７の内側に同心状に配置された第２円環部４８と、第１円環部４７の円形内周面と第２円環部４８の円形外周面との間を連結している起歪部としての複数本のリブ４９とを備えている。リブ４９は、円周方向に沿って等角度間隔に形成されている。第２円環部４８の円環状端面４８ｂは負荷側部材３５が同軸に固定される負荷取付け面となっており、負荷側部材締結用のボルト穴が形成されている。

ここで、内歯歯車３１と、内輪４４と、起歪体４６の第１円環部４７とが、一体形成されている。換言すると、これら３部材が単一部品として製作されている。すなわち、起歪体４６の第１円環部４７の円形外周面には内輪４４の軌道溝４４ａが形成されており、第１円環部４７の円形内周面において、中心軸線３０ａの方向における一方の端の側の部位はリブ４９が繋がっており、他方の端の側の部位には、内歯３１ｄが形成されている。

回転側部材である内歯歯車３１および内輪４４として機能する第１円環部４７、および負荷側部材に取り付ける第２円環部４８は、それぞれ剛体である。これに対して、リブ４９は、予め設定した弾性特性を備えている。負荷側部材から内歯歯車３１に作用するトルクは起歪体４６を介して伝達される。リブ４９の弾性特性を適切に設定しておくことで、伝達トルクの大きさに応じた歪がリブ４９に生じる。リブ４９の表面には、歪ゲージ５０等の歪検出素子が貼り付けられる。歪ゲージ５０から出力される検出信号に基づきトルクが検出される。

このように、本例の波動歯車装置３０においては、起歪体４６の内周側の部位である第１円環部４７は、円形外周面にＶ形の軌道溝４４ａが形成された内輪４４であると共に、円形内周面に内歯３１ｄが形成された内歯歯車３１でもある。起歪体４６と内輪４４と内歯歯車３１の３部材が、単一部品として製作されている。

したがって、本例の軸受装置４１を用いれば、起歪体４６を取り付けるためのスペースを別途、確保する必要がない。また、起歪体４６、内輪４４、および内歯歯車３１が一体化されているので、起歪体４６を組み込むための追加部品、締結金具も不要になる。よって、装置の小型、コンパクト、軽量化に有利である。

さらに、起歪体４６、内輪４４、および内歯歯車３１が単一部品として製作されているので、３部品を組み付ける場合に生じる組付け精度の低下等の弊害を回避できる。また、材料の違いによって生じる部品間の熱的な歪もなくなる。よって、トルク検出精度の向上を期待できる。

Claims (1)

1. 剛性の内歯歯車（３１）と、
   可撓性の外歯歯車（３２）と、
   前記外歯歯車（３２）を非円形に撓めて前記内歯歯車（３１）に対して部分的にかみ合わせる波動発生器（３３）と、
   前記内歯歯車（３１）および前記外歯歯車（３２）を相対回転自在に支持している軸受装置（４１）と、
   を備えており、
   前記外歯歯車（３２）は、円筒状胴部（３２ａ）と、この一端から半径方向の外方に広がるダイヤフラム（３２ｂ）と、当該ダイヤフラム（３２ｂ）の外周縁に一体形成した剛体である円環状のボス（３２ｃ）とを備えており、前記円筒状胴部（３２ａ）の外周面には外歯（３２ｄ）が形成されており、
   前記波動発生器（３３）は回転入力部材であり、前記外歯歯車（３２）は固定側部材であり、前記内歯歯車（３１）は回転側部材であり、
   前記軸受装置（４１）は、軸受（４２）および起歪体（４６）を備えており、
   前記軸受（４２）は、外輪（４３）、内輪（４４）および、これらの間に転動自在の状態で挿入された複数個の転動体（４５）を備えており、
   前記外輪（４３）は、固定側部材である前記外歯歯車（３２）の前記ボス（３２ｃ）に同軸に固定されており、
   前記起歪体（４６）は、
   第１円環部（４７）と、
   前記第１円環部（４７）の内側に同心状に配置された第２円環部（４８）と、
   前記第１円環部（４７）の円形内周面と前記第２円環部（４８）の円形外周面との間を連結している起歪部としての複数本のリブ（４９）と、
   を備えており、
   前記第１円環部（４７）には、前記内歯歯車（３１）および前記内輪（４４）が一体形成されており、
   前記第１円環部（４７）の前記円形外周面には、前記内輪（４４）の軌道溝（４４ａ）が形成されており、
   前記第１円環部（４７）の前記円形内周面において、中心軸線（３０ａ）の方向における一方の端の側の部位には前記リブ（４９）が繋がっており、他方の端の側の部位には、前記内歯歯車（３１）の内歯（３１ｄ）が形成されており、
   前記内歯（３１ｄ）には、内側から、前記円筒状胴部（３２ａ）に形成した前記外歯（３２ｄ）が対峙しており、
   前記外歯（３２ｄ）が形成されている前記円筒状胴部（３２ａ）の部位が波動発生器（３３）によって非円形に撓められて、前記外歯（３２ｄ）が前記内歯（３１ｄ）に部分的にかみ合っており、
   前記第２円環部（４８）の円環状端面（４８ｂ）は、負荷側部材が同軸に固定される負荷取付け面となっていることを特徴とする波動歯車装置（３０）。

Images