WO2023139656A1 - モータユニット構造、ギヤ取付用治具及びモータシャフトのギヤ取付方法 - Google Patents

モータユニット構造、ギヤ取付用治具及びモータシャフトのギヤ取付方法 Download PDF

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WO2023139656A1
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WO
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gear
shaft
motor
motor shaft
key
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PCT/JP2022/001639
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English (en)
French (fr)
Inventor
俊彦 井上
要 菊地
Original Assignee
ファナック株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears

Definitions

  • the present invention relates to a motor unit structure, a gear mounting jig, and a gear mounting method for a motor shaft.
  • An object of the present invention is to provide a motor unit structure, a gear mounting jig, and a method for mounting a gear on a motor shaft suitable for automating the work of mounting a gear on a motor shaft.
  • a first aspect of the present disclosure is a motor unit structure comprising: a motor having a key at the tip of a motor shaft; a gear having a key groove into which the key is inserted; It has a non-fitting portion that does not fit with the motor shaft that is formed and is inserted into the shaft hole.
  • a second aspect of the present disclosure is a gear mounting jig for mounting a gear on the tip of a motor shaft, wherein the motor shaft has a key at the tip, a guide shaft is connected to the shaft end on the tip side, the gear has a key groove into which the key is inserted, and a shaft hole through which the guide shaft is inserted along the axial direction.
  • the leading end of the guide shaft is inserted into the shaft hole of the gear
  • the key of the motor shaft is aligned with the key groove of the gear
  • the motor shaft is inserted into the shaft hole of the gear so that the key of the motor shaft and the key groove of the gear are fitted
  • the drive section rotates the movable shaft to screw the guide shaft and the movable shaft together
  • the drive section rotates the movable shaft to engage the guide shaft and the movable shaft. It is used to press-fit and attach the gear to the tip of the motor shaft by pulling the guide shaft toward the movable shaft.
  • a third aspect of the present disclosure is a method of attaching a gear to a motor shaft to form the motor unit structure of the first aspect by attaching a gear to the tip of the motor shaft, wherein the motor shaft has a key at the tip, a guide shaft is connected to the shaft end on the tip side, the gear has a key groove into which the key is inserted and a shaft hole through which the guide shaft is inserted, the gear having a shaft hole through which the guide shaft is inserted.
  • a motor unit structure a gear mounting jig, and a method for mounting a gear on a motor shaft that are suitable for automating the work of mounting a gear on a motor shaft.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a gear mounting system 1 according to an embodiment;
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a gear mounting jig 10;
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a motor 20;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line s1-s1 of FIG. 3;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of gear 30.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line s2-s2 of FIG. 5;
  • FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along line s3-s3 of FIG. 1;
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line s4-s4 of FIG. 5; It is a figure explaining the procedure of the gear attachment method. It is a figure explaining the procedure of the gear attachment method.
  • FIG. 10 is a sectional view taken along line s5-s5 of FIG. 9;
  • FIG. 11 is a sectional view taken along line s6-s6 of FIG. 10;
  • FIG. 11 is a sectional view taken along line s7-s7 of FIG. 10;
  • 3 is a configuration diagram of a motor unit 50.
  • FIG. It is a sectional view of gear 30A in a modification.
  • 4 is a cross-sectional view showing another configuration example of the claw 18 and the claw holding portion 19.
  • FIG. It is a block diagram of 1 A of gear mounting systems in a deformation
  • FIG. 19 is a sectional view taken along line s8-s8 of FIG. 18;
  • the front-rear (horizontal) direction of the gear mounting system 1 shown in FIG. 1 is defined as the X-axis.
  • the X-axis Of the X directions along the X axis, one direction is the X1 direction, and the other direction opposite to the X1 direction is the X2 direction.
  • the axis orthogonal to the X-axis is defined as the Y-axis.
  • the Y directions along the Y axis one direction is the Y1 direction, and the opposite direction to the Y1 direction is the Y2 direction.
  • "direction" is also referred to as "side” as appropriate.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a gear mounting system 1 according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the gear mounting jig 10.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the motor 20.
  • FIG. 1 to 3 a part of which is shown as a cross-sectional view. 4 is a cross-sectional view taken along line s1-s1 of FIG. 3.
  • FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of gear 30.
  • FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line s2-s2 of FIG. 7A is a cross-sectional view taken along line s3-s3 of FIG. 1.
  • FIG. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line s4-s4 of FIG.
  • the gear mounting system 1 is a system for mounting a gear 30 on a motor 20 using a gear mounting jig 10.
  • FIG. 1 shows a state in which the gear 30 is held by the gear mounting jig 10 .
  • the gear mounting jig 10 holding the gear 30 and the motor 20 are installed on a base (not shown).
  • the gear mounting jig 10 holding the gear 30 is fixed to the X1 side of the base.
  • the motor 20 is installed on the X2 side of the base so as to be movable in the X direction by a linear guide device (not shown). 1, illustration of a guide shaft 11 (described later) included in the gear mounting jig 10 is omitted.
  • the gear mounting jig 10 has a guide shaft 11 , a jig motor 12 (driving section), and a movable shaft 13 . Further, the gear mounting jig 10 has a motor frame 16 , an adapter 17 , claws 18 and claw holding portions 19 . In this embodiment, the pawl 18 and the pawl holding portion 19 constitute a gear holding portion.
  • the guide shaft 11 is a rod-shaped member connected to a motor shaft 22 (described later).
  • the guide shaft 11 has a first threaded portion 11a on its outer peripheral surface.
  • the first threaded portion 11a is a male thread that can be screwed with a second threaded portion 14a (described later) of the movable shaft 13 .
  • the jig motor 12 is a driving source that generates driving force for rotating the movable shaft 13 (described later).
  • the jig motor 12 is fixed to an adapter 17 (described later) on the X2 side.
  • a movable shaft 13 (shaft portion 15 ) is connected to a motor shaft 12 a as an output shaft of the jig motor 12 .
  • the movable shaft 13 connected to the motor shaft 12a rotates at the position shown in FIG.
  • the motor shaft 12a and the movable shaft 13 may be directly connected, or may be connected via a gear mechanism (not shown).
  • the jig motor 12 is housed in a motor frame 16.
  • the motor frame 16 is a substantially cylindrical case that covers the jig motor 12 .
  • the X1 side of the motor frame 16 is connected with the robot flange 40 .
  • the robot flange 40 is a member that transmits to the motor frame 16 power for rotating the entire gear mounting jig 10 .
  • the X2 side of the motor frame 16 is connected with the adapter 17 .
  • the adapter 17 is a disc-shaped member that is axially connected to the jig motor 12 and the claw holder 19 .
  • the jig motor 12 , the motor frame 16 and the adapter 17 rotate together with the rotation of the robot flange 40 . Further, when the adapter 17 rotates, the pawl holder 19 and the pawl 18 connected to the adapter 17 also rotate.
  • the movable shaft 13 rotates while being screwed with the guide shaft 11, thereby moving the guide shaft 11 along the axial direction.
  • the axial direction is, for example, a direction parallel to the X-axis shown in FIG.
  • a symbol a0 indicates a virtual centerline when the gear mounting jig 10, the motor 20, and the gear 30, which constitute the gear mounting system 1, are arranged as shown in FIG.
  • the centerline a0 is along the X-axis.
  • the center line a0 will also be referred to as "central axis" or "central axis a0" as appropriate.
  • the movable shaft 13 has a threaded portion 14 and a shaft portion 15 .
  • the threaded portion 14 is a nut-shaped member that is threadedly engaged with the guide shaft 11 .
  • a second threaded portion 14 a is provided on the inner peripheral surface of the threaded portion 14 .
  • the second threaded portion 14a is a female thread that can be screwed with the first threaded portion 11a of the guide shaft 11 .
  • the shaft portion 15 is a tubular member connected to the motor shaft 12 a of the jig motor 12 .
  • the shaft portion 15 is connected to the motor shaft 12a of the jig motor 12 at the end on the X1 side.
  • the shaft portion 15 is not connected to the adapter 17 at the end on the X1 side.
  • the threaded portion 14 is connected to the end portion of the shaft portion 15 on the X2 side.
  • the shaft portion 15 has a shaft hole 15a.
  • the shaft hole 15a is a through hole in which the guide shaft 11 can move, and extends along the center line a0. No thread is provided on the inner peripheral surface of the shaft hole 15a.
  • the pawl 18 and the pawl holding portion 19 are mechanisms for holding the gear 30 so that the central axis of the motor shaft 22 and the shaft hole 31 of the gear 30 are aligned in the axial direction, and for holding the gear 30 so as not to rotate in the circumferential direction.
  • the claw 18 is a member that grips the gear 30 .
  • the X2 side of the claw 18 is configured in a substantially L shape.
  • a tip portion of the pawl 18 is configured to contact a flat portion 37 (described later) of the gear 30 in the radial direction of the gear 30 .
  • the claws 18 are provided at two locations facing each other across the center line a0 when viewed from the axial direction. As will be described later, the number and arrangement of the claws 18 are not limited to the example of this embodiment.
  • the claw holding part 19 is a mechanism for moving two claws 18 facing each other across the central axis a0 in the radial direction, and can fix the position of each claw 18 with a gear 30 held between the two claws 18.
  • the end of the claw holding portion 19 on the X1 side is connected to the adapter 17 .
  • a hollow chuck mechanism driven by hydraulic pressure, air, or the like, for example, can be used as the claw 18 and the claw holding portion 19 (gear holding portion).
  • Motor 20 is a rotating electric machine to which gear 30 is attached, and is, for example, a servo motor. As shown in FIG. 3, the motor 20 has a frame 21, a motor shaft 22 and an encoder . Also, the motor 20 has a rotor, a stator, bearings, etc. (none of which are shown) in the frame 21 .
  • the frame 21 is an exterior member to which the above components are mounted or attached.
  • the motor shaft 22 is an output shaft and supports the rotor inside the frame 21 .
  • the motor shaft 22 is inserted through the central axis of the rotor and fixed to the rotor.
  • the encoder 23 is a device that detects the position and speed of the rotating motor shaft 22 .
  • the portion on the X1 side of the motor shaft 22 that is fitted with the fitting portion 34 of the gear 30 and the portion to which the key 24 (described later) is attached is also referred to as a "tip portion".
  • the gear 30 when the gear 30 is attached to the motor shaft 22, if force acts in the axial direction of the motor shaft 22, the bearing (not shown), the encoder 23, etc. may be affected. Therefore, when the gear 30 is attached to the motor shaft 22 , it is required to suppress the force acting in the axial direction of the motor shaft 22 . According to the gear mounting jig and the gear mounting method of the present embodiment, as will be described later, when the gear 30 is mounted on the motor shaft 22, it is possible to suppress the force acting in the axial direction of the motor shaft 22 (in particular, the X2 direction).
  • a key 24 is attached to the end of the motor shaft 22 on the X1 side.
  • the key 24 is a member for connecting the motor shaft 22 and the gear 30 to transmit the rotation of the motor shaft 22 to the gear 30, and is, for example, a parallel key.
  • the key 24 is press-fitted into a key mounting groove 25 formed at the end of the motor shaft 22 on the X1 side.
  • the motor shaft 22 has a shaft screw hole 26 at the shaft end on the X1 side (front end side).
  • the shaft threaded hole 26 is a threaded hole for connecting the X2-side end of the guide shaft 11, and has a third threaded portion 26a on its inner peripheral surface.
  • the third threaded portion 26 a is a female thread that can be screwed with the first threaded portion 11 a provided on the outer peripheral surface of the guide shaft 11 .
  • the guide shaft 11 is connected to the shaft screw hole 26 of the motor shaft 22 in advance when the gear 30 is attached to the tip of the motor shaft 22 .
  • Gear 30 is a gear attached to motor shaft 22 of motor 20 . As shown in FIG. 5 , the gear 30 has a shaft hole 31 , a base portion 32 and a gear portion 33 .
  • the shaft hole 31 is a through hole extending along the axial direction of the gear 30 .
  • a fitting portion 34 and the like are formed along the axial direction inside the shaft hole 31.
  • the substantially cylindrical internal space penetrating the gear 30 along the axial direction is collectively referred to as the "shaft hole”.
  • the base 32 is a portion into which the tip of the motor shaft 22 is inserted.
  • the base 32 is provided on the tip side (X2 side) in the direction in which the motor shaft 22 is inserted.
  • the base 32 has a fitting portion 34 and a non-fitting portion 35 .
  • the fitting portion 34 is formed on the rear end side (X1 side) in the direction in which the motor shaft 22 is inserted, and is a portion that is fitted with the motor shaft 22 inserted into the shaft hole 31 .
  • the fitting portion 34 has an inner diameter d ⁇ b>1 that can be fitted with the tip portion of the motor shaft 22 .
  • a base portion 32 and a gear portion 33 (described later) are integrally formed.
  • the non-fitting portion 35 is formed on the front end side (X2 side) opposite to the rear end side (X1 side) in the direction in which the motor shaft 22 is inserted, and is a portion that does not fit with the motor shaft 22 inserted into the shaft hole 31. That is, the motor shaft 22 inserted into the shaft hole 31 passes through the non-fitting portion 35 but is not fitted to each other.
  • both the fitting portion 34 and the non-fitting portion 35 have a cylindrical shape with uniform inner diameters d1 and d2 along the axial direction of the gear 30 .
  • the inner diameter d2 of the non-fitting portion 35 is set to the outer diameter D1 of the motor shaft 22 (see FIG. 3) so that d2>D1.
  • the ratio of the outer diameter D1 of the motor shaft 22 to the inner diameter d2 of the non-fitting portion 35 is, for example, about 1:1.01 to 1:1.2.
  • the value of (D1-d2)/2 is desirably set to be larger than the tolerance of deviation of the central axes of the motor 20 and the gear 30 in the gear mounting system 1 shown in FIG.
  • the non-fitting portion 35 has a shape that does not fit with the motor shaft 22 inserted into the shaft hole 31 over the entire axial direction. Therefore, for example, a shape in which the corner portion on the tip side (X2 side) in the direction in which the motor shaft 22 is inserted into the shaft hole 31 is chamfered with a square face, a round face, or the like does not satisfy the configuration of the non-fitting portion 35.
  • the fitting portion 34 and the non-fitting portion 35 both have a cylindrical shape with uniform inner diameters d1 and d2 along the axial direction of the gear 30, but as will be described later, the shape of the fitting portion 34 and the non-fitting portion 35 is not limited to the example of the present embodiment.
  • the base 32 has a keyway 36 .
  • the key groove 36 is a portion into which the key 24 (see FIG. 3) of the motor shaft 22 is inserted when the gear 30 is attached to the motor shaft 22 .
  • the keyway 36 is a generally concave groove. 5
  • the key groove 36 is formed along the axial direction from the end of the fitting portion 34 on the X1 side to the end of the non-fitting portion 35 on the X2 side.
  • the base 32 has a flat portion 37 on its outer surface.
  • the flat portions 37 are a pair of flat surfaces parallel to each other with the center axis (center line a0) interposed therebetween, and the claws 18 of the gear mounting jig 10 come into contact.
  • the gear 30 is fixed in a state in which the center axis of the motor shaft 22 and the center of the shaft hole of the gear 30 are aligned in the axial direction by the pawl 18 coming into contact with the flat portion 37 (base portion 32). Further, the gear 30 is fixed so as not to rotate in the circumferential direction by the pawl 18 coming into contact with the flat portion 37 .
  • the gear part 33 is a part that meshes with, for example, a spur gear (not shown) provided in a drive mechanism such as a robot arm, and transmits the rotational force of the motor 20 to the spur gear.
  • the gear portion 33 is provided on the rear end side (X1 side) in the direction in which the motor shaft 22 is inserted.
  • a tooth portion 33a that meshes with the spur gear is provided on the outer periphery of the gear portion 33.
  • the gear portion 33 has a shaft hole 33b (shaft hole 31) extending along the axial direction.
  • the shaft hole 33 b is a through hole into which the guide shaft 11 is inserted when the gear 30 is attached to the motor shaft 22 .
  • a threaded portion is not provided on the inner peripheral surface of the shaft hole 33b.
  • a part of the shaft hole 33b also extends to the base portion 32, and communicates with the fitting portion 34 on the X1 side of the base portion 32. As shown in FIG.
  • FIG. 8 to 10 are diagrams for explaining the procedure of the gear mounting method.
  • 11 is a cross-sectional view taken along line s5-s5 of FIG. 9.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line s6-s6 of FIG. 10.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line s7-s7 of FIG. 10.
  • FIG. 14 is a configuration diagram of the motor unit 50. As shown in FIG. It is assumed that when the gear 30 is attached to the motor shaft 22 , the gear 30 is held by the gear attachment jig 10 and the guide shaft 11 is connected to the motor shaft 22 of the motor 20 .
  • the guide shaft 11 connected to the motor shaft 22 of the motor 20 is inserted into the shaft hole 31 of the gear 30 (first insertion step).
  • This work can be performed by moving the motor 20 in the X1 direction with respect to the gear mounting jig 10 on a base (not shown).
  • the movement of the motor 20 is temporarily stopped to match the phases of the key 24 and the key groove 36 (phase matching step).
  • the key 24 and keyway 36 are aligned by rotating the robot flange 40 with respect to the key 24 of the motor shaft 22 . That is, by rotating the robot flange 40 clockwise or counterclockwise to move the pawl 18 holding the gear 30 together with the motor frame 16, the adapter 17 and the pawl holder 19 in the circumferential direction, the phases of the key 24 and the key groove 36 can be aligned.
  • the motor 20 is further moved in the X1 direction while the phases of the key 24 and the key groove 36 are aligned, and the tip of the motor shaft 22 is inserted into the non-fitting portion 35 of the gear 30 so that the key 24 and the key groove 36 are axially fitted (second insertion step).
  • the tip of the motor shaft 22 is inserted into the non-fitting portion 35 of the gear 30 .
  • the tip portion of the motor shaft 22 and the non-fitting portion 35 do not fit together.
  • the tip portion of the motor shaft 22 is not fitted with the fitting portion 34 of the gear 30 either. Therefore, when starting to fit the key 24 and the keyway 36, it is not necessary to consider the fit between the tip of the motor shaft 22 and the fitting portion 34 of the gear 30.
  • the jig motor 12 of the gear mounting jig 10 is driven to rotate the movable shaft 13.
  • the guide shaft 11 and the threaded portion 14 can be screwed together while moving the guide shaft 11 in the axial direction.
  • the direction in which the movable shaft 13 is rotated is, for example, the clockwise direction when the movable shaft 13 is viewed from the X1 side to the X2 side.
  • the guide shaft 11 When the guide shaft 11 and the threaded portion 14 are screwed together, the guide shaft 11 is pulled in the gear 30 direction (X1 direction) while the key 24 and the key groove 36 are engaged with each other. That is, the guide shaft 11 moves in the X1 direction in synchronization with the rotation of the threaded portion 14 .
  • the motor shaft 22 (motor 20) is moved in the X1 direction at the same speed by the linear guide device of the base (not shown).
  • the tip of the motor shaft 22 is press-fitted into the fitting portion 34 of the gear 30 (press-fitting step).
  • the gear 30 is attached to the tip of the motor shaft 22 by press-fitting until the tip of the motor shaft 22 reaches the end of the fitting portion 34 of the gear 30 on the X1 side.
  • the fitting portion 34 of the gear 30 and the motor shaft 22 are fitted without a gap as shown in FIG.
  • FIG. 13 sectional view taken along line s7-s7 in FIG. 10
  • the non-engagement portion 35 of the gear 30 and the motor shaft 22 are not engaged with each other because a gap is formed between them.
  • the jig motor 12 of the gear mounting jig 10 is driven to rotate the movable shaft 13 counterclockwise when viewed from the X1 side to the X2 side.
  • the guide shaft 11 moves away from the gear mounting jig 10 . That is, the guide shaft 11 moves in the X2 direction together with the motor 20 and the gear 30.
  • the gear 30 has a fitting portion 34 that fits with the motor shaft 22 inserted into the shaft hole 31 on the rear end side in the direction in which the motor shaft 22 is inserted, and a non-fitting portion 35 that does not fit with the motor shaft 22 inserted in the shaft hole 31 on the front end side in the direction in which the motor shaft 22 is inserted.
  • the motor unit 50 having the motor unit structure of this embodiment is suitable for automating the work of attaching the gear 30 to the motor shaft 22 .
  • the gear 30 has a flat portion (flat surface) 37 on its outer circumference. According to this configuration, when the gear 30 is attached to the tip portion of the motor shaft 22, the gear 30 can be fixed so as not to rotate in the circumferential direction by bringing the fixing member into contact with the flat portion 37.
  • the motor unit 50 of this embodiment has a shaft screw hole 26 for connecting the guide shaft 11 to the shaft end of the motor shaft 22 on the X1 side.
  • the guide shaft 11 can be connected to the motor shaft 22 by screwing the guide shaft 11 into the shaft screw hole 26 of the motor shaft 22 and fastening it.
  • the guide shaft 11 can be easily removed from the motor shaft 22 by releasing the fastening between the shaft screw hole 26 of the motor shaft 22 and the guide shaft 11.
  • the gear mounting jig 10 of the present embodiment includes a guide shaft 11, a movable shaft 13 that rotates while being screwed with the guide shaft 11 to move the guide shaft 11 along the axial direction, and a jig motor (drive unit) 12 that rotates the movable shaft 13.
  • the motor unit 50 can be manufactured by the above-described procedure, so it is suitable for automating the operation of attaching the gear 30 to the tip of the motor shaft 22 .
  • the guide shaft 11 has a first threaded portion 11a on its outer peripheral surface. Therefore, even when the shaft hole 31 of the gear 30 is smaller than the outer diameter D1 (see FIG. 3) of the motor shaft 22, the gear 30 can be press-fitted onto the motor shaft 22 while being accurately moved along the axial direction. Further, by holding the gear 30 in the gear mounting jig 10 of the present embodiment, the key 24 can be press-fitted into the key mounting groove 25 of the motor shaft 22 by the end of the gear 30 on the X2 side (the portion without the key groove 36).
  • the gear mounting jig 10 of the present embodiment has a pawl 18 and a pawl holding portion 19 (gear holding portion) for holding the gear 30 so that the center axis of the motor shaft 22 and the shaft hole 31 of the gear 30 are aligned in the axial direction. According to this configuration, phase matching between the key 24 attached to the motor shaft 22 and the key groove 36 of the gear 30 can be easily performed. Further, by bringing the pawl 18 and the flat portion 37 of the gear 30 into contact with each other, the gear 30 can be held so as not to rotate in the circumferential direction in the second insertion step. Since the gear mounting jig 10 of the present embodiment has the jig motor 12 as a driving portion for rotating the movable shaft 13, it is possible to reduce the work burden on the operator and is suitable for automation.
  • the gear mounting method of the present embodiment includes the above-described first insertion process, phase matching process, second insertion process, and press-fitting process, and the motor unit 50 can be manufactured according to the procedures shown in each of the above processes. According to the gear mounting method of the present embodiment, it is not necessary to simultaneously control the fitting state between the key 24 and the key groove 36 and the fitting state between the tip portion of the motor shaft 22 and the gear 30 (fitting portion 34). Therefore, the gear mounting method of the present embodiment is suitable for automating the work of mounting the gear 30 on the motor shaft 22 when manufacturing the motor unit 50 having the motor unit structure.
  • the guide shaft 11 and the movable shaft 13 are screwed together and the movable shaft 13 is rotated to pull the guide shaft 11 toward the gear 30 side and press-fit the gear 30 to the tip of the motor shaft 22.
  • the gear 30 can be moved along the guide shaft 11 , so that the tip of the motor shaft 22 can be press-fitted into the gear 30 while suppressing positional deviation between the motor shaft 22 and the gear 30 .
  • the second insertion step and the press-fitting step are performed in a state in which the rotation of the gear 30 in the circumferential direction is restricted, so that the fitting between the key 24 and the key groove 36 and the fitting between the tip of the motor shaft 22 and the gear 30 (fitting portion 34) can be performed with higher precision and more certainty.
  • the guide shaft 11 is pulled toward the gear 30, and the motor shaft 22 (motor 20) is moved toward the movable shaft 13 at the same speed.
  • the moving speed of the guide shaft 11 can be increased while reducing the load torque when the jig motor 12 moves the guide shaft 11 in the X1 direction.
  • the gear mounting jig 10 is removed from the motor unit 50 after the gear 30 is mounted on the motor shaft 22, the motor 20 is moved in the X2 direction at the same speed while moving the guide shaft 11 in the X2 direction.
  • the moving speed of the guide shaft 11 can be increased while reducing the load torque when the jig motor 12 moves the guide shaft 11 in the X2 direction.
  • 15 and 16 are cross-sectional views of gears 30A-30C in modified form.
  • the fitting portion 34 and the non-fitting portion 35 each have a tapered shape that expands from the rear end side (X1 side) in the direction in which the motor shaft 22 is inserted along the tip side (X2 side).
  • the non-fitting portion 35 is set to have a larger diameter expansion rate than the fitting portion 34 .
  • the fitting portion 34 has a cylindrical shape with a uniform inner diameter along the axial direction of the gear 30.
  • the non-fitting portion 35 has a tapered shape whose diameter increases from the rear end side (X1 side) in the direction in which the motor shaft 22 is inserted to the front end side (X2 side).
  • the gear 30 is not limited to the above-described embodiments and modifications, and may have any shape.
  • the tapered shape is not limited to a linear shape as shown in FIG. 15 in a cross-sectional view, and may be, for example, a curved shape that is concave from the outer peripheral side to the inner peripheral side.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing another configuration example of the claw 18 and the claw holding portion 19.
  • FIG. 17 for example, corresponds to the s3-s3 line section of FIG. In FIG. 17, illustration of the claw holding portion 19 is omitted.
  • three claws 18 may be provided at equal intervals (120° intervals) around the central axis a0.
  • the center of the shaft hole of the gear 30 can be aligned with the central axis a0.
  • the claws 18 may be provided at three locations at equal intervals around the center line a0 when viewed from the axial direction, or may be provided at four or more locations (not shown).
  • FIG. 18 is a configuration diagram of a gear mounting system 1A in a modified form.
  • 19 is a cross-sectional view taken along line s8-s8 of FIG. 18.
  • FIG. A gear mounting system 1A shown in FIG. 18 differs from the embodiment in the configuration of a claw 18 of a gear mounting jig 10 and a claw holding portion 19 (gear holding portion).
  • the claw holder 19 of this embodiment is configured by, for example, a parallel hand.
  • the end of the claw holding portion 19 on the X1 side is connected to the adapter 17 on one side of the center line a0 (the Y1 side in FIG. 18). As shown in FIG.
  • the gear 30 can be held between the two pawls 18 by moving the two pawls 18 facing each other across the central axis a0 in the radial direction (horizontal direction in FIG. 19). Further, the claw holding portion 19 can fix the position of each claw 18 while holding the gear 30 between the two claws 18 .
  • the portion (flat portion 37 in the embodiment) with which the pawl 18 abuts may be, for example, a concave shape or a shape combining a concave shape and a convex shape.
  • the driving portion that rotates the movable shaft 13 is not limited to the jig motor 12 .
  • a drive unit that rotates the movable shaft 13 for example, power supplied from an external drive source may be used, or a hand-cranked gear mechanism may be used.
  • Gear mounting system 10: Gear mounting jig, 11: Guide shaft, 11a: First threaded portion, 12: Jig motor, 13: Movable shaft, 14: Threaded portion, 14a: Second threaded portion, 18: Claw, 19: Claw holding portion, 20: Motor, 22: Motor shaft, 24: Key, 26: Shaft screw hole, 30, 30A, 30B, 30C: Gear, 31: Shaft hole, 32: Base portion 33: Gear portion 34: Fitting portion 35: Non-fitting portion 36: Key groove 37: Flat portion

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Abstract

モータシャフトにギヤを取り付ける作業の自動化に適したモータユニット構造を提供すること。 モータユニット構造は、モータシャフト22の先端部にキー24を有するモータ20と、キー24が挿入されるキー溝及び軸方向に沿って貫通する軸穴を有し、軸穴にモータシャフト22の先端部が嵌合されるギヤ30と、を有し、軸穴は、モータシャフト22が挿入される方向の後端側に形成され、軸穴に挿入されるモータシャフト22と嵌合する嵌合部と、モータシャフト22が挿入される方向の先端側に形成され、軸穴に挿入されるモータシャフト22と嵌合しない非嵌合部とを有する。

Description

モータユニット構造、ギヤ取付用治具及びモータシャフトのギヤ取付方法
 本発明は、モータユニット構造、ギヤ取付用治具及びモータシャフトのギヤ取付方法に関する。
 モータのモータシャフトにギヤを取り付ける作業においては、モータシャフトに設けられた軸受やエンコーダ等への影響を考慮して、モータシャフトの軸方向に力が作用しないように慎重にギヤを挿入する必要がある。モータシャフトにギヤを取り付ける作業において、モータシャフトの軸方向に力が作用することを抑制するギヤ取付用治具が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許第3608295号公報
 モータシャフトをギヤに挿入する作業において、モータシャフトのキーをギヤのキー溝に挿入する際には、キーとキー溝との位相を合わせる必要がある。位相を合わせるとは、キーとキー溝との円周方向の位置を一致させることをいう。キーとキー溝との位相を合わせた後、キーをキー溝に挿入すると、同時にモータシャフトがギヤの軸穴に挿入される。この動作を手作業で行う場合、オペレータが目視により、それぞれの嵌合状態を確認しながら行うことになる。しかし、この作業を自動化した場合、キーのキー溝への挿入と、ギヤの軸穴へのモータシャフトの挿入という2つの嵌合状態を同時に制御することは難しいという課題がある。
 本発明の目的は、モータシャフトにギヤを取り付ける作業の自動化に適したモータユニット構造、ギヤ取付用治具及びモータシャフトのギヤ取付方法を提供することにある。
 本開示の第1の態様は、モータシャフトの先端部にキーを有するモータと、前記キーが挿入されるキー溝及び軸方向に沿って貫通する軸穴を有し、前記軸穴に前記モータシャフトの先端部が嵌合されるギヤと、を有するモータユニット構造であり、前記軸穴は、前記モータシャフトが挿入される方向の後端側に形成され、前記軸穴に挿入される前記モータシャフトと嵌合する嵌合部と、前記モータシャフトが挿入される方向において前記後端側とは反対側の先端側に形成され、前記軸穴に挿入される前記モータシャフトと嵌合しない非嵌合部とを有する。
 本開示の第2の態様は、モータシャフトの先端部にギヤを取り付けるためのギヤ取付用治具であって、前記モータシャフトは、前記先端部にキーを有し、先端側の軸端にガイドシャフトが連結され、前記ギヤは、前記キーが挿入されるキー溝と、軸方向に沿って貫通し、前記ガイドシャフトが挿入される軸穴と、を有し、前記ギヤ取付用治具は、前記ガイドシャフトと、前記ガイドシャフトと螺合した状態で回転することにより、前記ガイドシャフトを軸方向に沿って移動させる可動シャフトと、前記可動シャフトを回転させる駆動部と、を有し、前記ギヤの前記軸穴に前記ガイドシャフトの先端側を挿入し、前記モータシャフトの前記キーと前記ギヤの前記キー溝との位相を合わせ、前記モータシャフトの前記キーと前記ギヤの前記キー溝とが嵌合するように、前記モータシャフトを前記ギヤの前記軸穴に挿入し、前記駆動部により前記可動シャフトを回転させて前記ガイドシャフトと前記可動シャフトとを螺合させ、前記可動シャフトの回転により前記ガイドシャフトを前記可動シャフトの側に引き込むことにより、前記モータシャフトの先端部に前記ギヤを圧入して取り付けるために用いられる。
 本開示の第3の態様は、モータシャフトの先端部にギヤを取り付けて、第1の態様のモータユニット構造とするためのモータシャフトのギヤ取付方法であって、前記モータシャフトは、前記先端部にキーを有し、先端側の軸端にガイドシャフトが連結され、前記ギヤは、前記キーが挿入されるキー溝と、軸方向に沿って貫通し、前記ガイドシャフトが挿入される軸穴とを有し、前記ギヤの前記軸穴に前記モータシャフトに連結された前記ガイドシャフトを挿入する第1挿入工程と、前記モータシャフトの前記キーと前記ギヤの前記キー溝との位相を合わせる位相合わせ工程と、前記モータシャフトの前記キーと前記ギヤの前記キー溝とが嵌合するように、前記モータシャフトを前記ギヤの前記非嵌合部に挿入する第2挿入工程と、前記ガイドシャフトを前記ギヤの側に引き込み、前記モータシャフトの先端部を前記ギヤの前記嵌合部に圧入する圧入工程と、を含む。
 本開示の各態様によれば、モータシャフトにギヤを取り付ける作業の自動化に適したモータユニット構造、ギヤ取付用治具及びモータシャフトのギヤ取付方法を提供することができる。
実施形態におけるギヤ取付システム1の構成図である。 ギヤ取付用治具10の構成図である。 モータ20の構成図である。 図3のs1-s1線断面図である。 ギヤ30の断面図である。 図5のs2-s2線断面図である。 図1のs3-s3線断面図である。 図5のs4-s4線断面図である。 ギヤ取付方法の手順を説明する図である。 ギヤ取付方法の手順を説明する図である。 ギヤ取付方法の手順を説明する図である。 図9のs5-s5線断面図である。 図10のs6-s6線断面図である。 図10のs7-s7線断面図である。 モータユニット50の構成図である。 変形形態におけるギヤ30Aの断面図である。 変形形態におけるギヤ30Bの断面図である。 爪18及び爪保持部19の他の構成例を示す断面図である。 変形形態におけるギヤ取付システム1Aの構成図である。 図18のs8-s8線断面図である。
 以下、本開示の各態様によるモータユニット構造、ギヤ取付用治具及びモータシャフトのギヤ取付方法の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付した図面は、いずれも模式図であり、理解しやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更又は誇張している。また、図面においては、ねじ部のねじ山、歯車の形状等の図示を省略する。
 本明細書等において、形状、幾何学的条件、これらの程度を特定する用語、例えば、「平行」、「方向」等の用語については、その用語の厳密な意味に加えて、ほぼ平行とみなせる程度の範囲、概ねその方向とみなせる範囲を含む。
 また、本明細書に添付した図面には、XYZの互いに直交する座標系を記載した。この座標系では、図1に示すギヤ取付システム1の前後(水平)方向をX軸とする。このX軸に沿うX方向のうち、一方の方向をX1方向、このX1方向と反対となる他方の方向をX2方向とする。また、X軸と直交する軸をY軸とする。このY軸に沿うY方向のうち、一方の方向をY1方向とし、このY1方向と反対の方向をY2方向とする。なお、本明細書においては、「~方向」を適宜に「~側」ともいう。
 図1は、実施形態におけるギヤ取付システム1の構成図である。図2は、ギヤ取付用治具10の構成図である。図3は、モータ20の構成図である。図1~図3においては、一部を断面図として示している。図4は、図3のs1-s1線断面図である。図5は、ギヤ30の断面図である。図6は、図5のs2-s2線断面図である。図7Aは、図1のs3-s3線断面図である。図7Bは、図5のs4-s4線断面図である。
 図1に示すように、ギヤ取付システム1は、ギヤ取付用治具10を用いて、モータ20にギヤ30を取り付けるシステムである。図1においては、ギヤ30がギヤ取付用治具10に保持された状態を示している。ギヤ30を保持したギヤ取付用治具10及びモータ20は、基台(不図示)上に設置されている。本実施形態において、ギヤ30を保持したギヤ取付用治具10は、基台のX1側に固定されている。一方、モータ20は、基台のX2側において、直動案内装置(不図示)によりX方向に移動可能に設置されている。なお、図1においては、ギヤ取付用治具10に含まれるガイドシャフト11(後述)の図示を省略している。
(ギヤ取付用治具10)
 図2に示すように、ギヤ取付用治具10は、ガイドシャフト11、治具モータ12(駆動部)、可動シャフト13を有する。また、ギヤ取付用治具10は、モータ枠16、アダプタ17、爪18及び爪保持部19を有する。本実施形態において、爪18及び爪保持部19は、ギヤ保持部を構成する。
 ガイドシャフト11は、モータシャフト22(後述)に連結される棒状の部材である。ガイドシャフト11は、外周面に第1ねじ部11aを有する。第1ねじ部11aは、可動シャフト13の第2ねじ部14a(後述)と螺合可能な雄ねじである。
 治具モータ12は、可動シャフト13(後述)を回転させるための駆動力を発生させる駆動源である。治具モータ12は、X2側において、アダプタ17(後述)に固定されている。治具モータ12の出力軸としてのモータシャフト12aには、可動シャフト13(シャフト部15)が連結されている。治具モータ12が回転することにより、モータシャフト12aに連結された可動シャフト13は、図1に示す位置で回転する。なお、モータシャフト12aと可動シャフト13とは、直接的に連結されていてもよいし、ギヤ機構(不図示)を介して連結されていてもよい。
 治具モータ12は、モータ枠16に収納されている。モータ枠16は、治具モータ12外周を覆う略円筒形のケースである。モータ枠16のX1側は、ロボットフランジ40と連結されている。ロボットフランジ40は、ギヤ取付用治具10全体を回転させるための動力をモータ枠16に伝達する部材である。モータ枠16のX2側は、アダプタ17と連結されている。アダプタ17は、軸方向において、治具モータ12及び爪保持部19と連結する円盤形の部材である。治具モータ12、モータ枠16及びアダプタ17は、ロボットフランジ40の回転と連動して回転する。また、アダプタ17が回転することにより、アダプタ17に連結された爪保持部19及び爪18も回転する。
 可動シャフト13は、ガイドシャフト11と螺合した状態で回転することにより、ガイドシャフト11を軸方向に沿って移動させる。軸方向とは、例えば、図1に示すX軸と平行な方向である。符号a0は、ギヤ取付システム1を構成するギヤ取付用治具10、モータ20、ギヤ30を図1に示す配置とした場合の仮想的な中心線を示している。中心線a0は、X軸に沿っている。以下の説明においては、中心線a0を適宜に「中心軸」又は「中心軸a0」ともいう。
 可動シャフト13は、螺合部14と、シャフト部15と、を有する。螺合部14は、ガイドシャフト11と螺合するナット形の部材である。螺合部14の内周面には、第2ねじ部14aが設けられている。第2ねじ部14aは、ガイドシャフト11の第1ねじ部11aと螺合可能な雌ねじである。
 シャフト部15は、治具モータ12のモータシャフト12aと連結された筒状の部材である。シャフト部15は、X1側の端部において、治具モータ12のモータシャフト12aと連結されている。なお、シャフト部15は、X1側の端部において、アダプタ17には連結されていない。シャフト部15のX2側の端部には、螺合部14が連結されている。シャフト部15は、シャフト軸穴15aを有する。シャフト軸穴15aは、内部にガイドシャフト11が移動可能な貫通穴であり、中心線a0に沿って延在している。シャフト軸穴15aにおいて、内周面にねじ山は設けられていない。
 爪18及び爪保持部19は、モータシャフト22の中心軸とギヤ30の軸穴31とが軸方向において一致するようにギヤ30を保持すると共に、ギヤ30が円周方向に回転しないように保持する機構である。
 爪18は、ギヤ30を把持する部材である。図1に示す側面視において、爪18のX2側は、略L字形に構成されている。爪18の先端部は、ギヤ30の径方向において、ギヤ30の平坦部37(後述)と当接するように構成されている。図7Aに示すように、本実施形態において、爪18は、軸方向から視たときに、中心線a0を間に挟んで対向する2カ所に設けられている。なお、後述するように、爪18の個数、配置等は、本実施形態の例に限定されない。
 図2に戻り、爪18のX1側の端部は、爪保持部19に連結されている。爪保持部19は、中心軸a0を間に挟んで対向する2つの爪18を、それぞれ径方向に移動させる機構であり、2つの爪18の間にギヤ30を保持した状態で各爪18の位置を固定することができる。爪保持部19のX1側の端部は、アダプタ17に連結されている。爪18及び爪保持部19(ギヤ保持部)として、例えば、油圧、エアー等により駆動される中空のチャック機構を用いることができる。
(モータ20)
 モータ20は、ギヤ30が取り付けられる回転電機であり、例えば、サーボモータである。図3に示すように、モータ20は、フレーム21、モータシャフト22、エンコーダ23を有する。また、モータ20は、フレーム21内に、回転子、固定子、軸受等(いずれも不図示)を有する。フレーム21は、上記各部が装着又は取り付けられる外装部材である。モータシャフト22は、出力軸であり、フレーム21の内部で回転子を支持している。モータシャフト22は、回転子の中心軸を貫通するように挿入され、回転子に固定されている。エンコーダ23は、回転しているモータシャフト22の位置や速度を検出する装置である。本明細書においては、モータシャフト22のX1側において、ギヤ30の嵌合部34と嵌合する部分及びキー24(後述)が取り付けられる部分を「先端部」ともいう。
 前述したように、モータシャフト22にギヤ30を取り付ける際に、モータシャフト22の軸方向に力が作用すると、軸受(不図示)やエンコーダ23等に影響を与えるおそれがある。そのため、モータシャフト22にギヤ30を取り付ける際に、モータシャフト22の軸方向に力が作用することを抑制することが求められている。本実施形態のギヤ取付用治具及びギヤ取付方法によれば、後述するように、モータシャフト22にギヤ30を取り付ける際に、モータシャフト22の軸方向(特にX2方向)に力が作用することを抑制することができる。
 モータシャフト22のX1側の端部には、キー24が取り付けられている。キー24は、モータシャフト22とギヤ30とを結合して、モータシャフト22の回転をギヤ30に伝えるための部材であり、例えば、平行キーである。図3及び図4に示すように、キー24は、モータシャフト22のX1側の端部に形成されたキー取付溝25に圧入されている。また、モータシャフト22は、X1側(先端側)の軸端にシャフトねじ穴26を有する。シャフトねじ穴26は、ガイドシャフト11のX2側の端部を連結するためのねじ穴であり、内周面に第3ねじ部26aが設けられている。第3ねじ部26aは、ガイドシャフト11の外周面に設けられた第1ねじ部11aと螺合可能な雌ねじである。ガイドシャフト11は、モータシャフト22の先端部にギヤ30を取り付ける際に、あらかじめモータシャフト22のシャフトねじ穴26に連結される。
(ギヤ30)
 ギヤ30は、モータ20のモータシャフト22に取り付けられる歯車である。図5に示すように、ギヤ30は、軸穴31、基部32及び歯車部33を有する。
 軸穴31は、ギヤ30の軸方向に沿って延在する貫通穴である。軸穴31内部には、軸方向に沿って嵌合部34等が形成されているが、本明細書では、ギヤ30の軸方向に沿って貫通する略円筒形状の内部空間を総称して「軸穴」という。
 基部32は、モータシャフト22の先端部が挿入される部分である。基部32は、モータシャフト22が挿入される方向の先端側(X2側)に設けられる。基部32は、嵌合部34と、非嵌合部35と、を有する。嵌合部34は、モータシャフト22が挿入される方向の後端側(X1側)に形成され、軸穴31に挿入されるモータシャフト22と嵌合する部分である。嵌合部34は、モータシャフト22の先端部と嵌合可能な内径d1を有する。ギヤ30において、基部32と歯車部33(後述)とは、一体に形成されている。
 非嵌合部35は、モータシャフト22が挿入される方向において後端側(X1側)とは反対側の先端側(X2側)に形成され、軸穴31に挿入されるモータシャフト22と嵌合しない部分である。すなわち、非嵌合部35において、軸穴31に挿入されるモータシャフト22は貫通しているが、互いに嵌合していない状態となる。
 本実施形態において、嵌合部34と非嵌合部35は、いずれもギヤ30の軸方向に沿って内径d1、d2が均等な円筒形状を有する。その場合、例えば、非嵌合部35の内径d2は、モータシャフト22の外径D1(図3参照)に対してd2>D1の関係となるように設定される。モータシャフト22の外径D1と非嵌合部35の内径d2との比率は、例えば、1:1.01~1:1.2程度である。なお、(D1-d2)/2の値は、図1に示すギヤ取付システム1において、モータ20とギヤ30のそれぞれの中心軸のずれの公差よりも大きくなるように設定されることが望ましい。
 なお、非嵌合部35は、軸方向の全域において、軸穴31に挿入されるモータシャフト22と嵌合しない形状を有する。そのため、例えば、軸穴31に対してモータシャフト22が挿入される方向の先端側(X2側)の角部に角面や丸面等の面取り加工を施しただけの形状は、非嵌合部35としての構成を満たしていない。
 本実施形態において、嵌合部34と非嵌合部35は、いずれもギヤ30の軸方向に沿って内径d1、d2が均等な円筒形状を有するが、後述するように、嵌合部34と非嵌合部35の形状は、本実施形態の例に限定されない。
 基部32は、キー溝36を有する。キー溝36は、モータシャフト22にギヤ30を取り付ける際に、モータシャフト22のキー24(図3参照)が挿入される部分である。図6に示すように、キー溝36は、略凹形の溝である。また、キー溝36は、図5に示すように、軸方向に沿って、嵌合部34のX1側の端から非嵌合部35のX2側の端まで形成されている。
 基部32は、その外面に平坦部37を有する。図7Bに示すように、本実施形態のギヤ30において、平坦部37は、中心軸(中心線a0)を間に挟んで互いに平行な一対の平坦面であり、ギヤ取付用治具10の爪18が当接する。ギヤ30は、平坦部37(基部32)に爪18が当接することにより、モータシャフト22の中心軸とギヤ30の軸穴の中心とが軸方向において一致した状態で固定される。また、ギヤ30は、平坦部37に爪18が当接することにより、円周方向に回転しないように固定される。
 歯車部33は、例えば、ロボットアーム等の駆動機構に設けられた平歯車(不図示)と噛み合い、モータ20の回転力を平歯車に伝達する部分である。歯車部33は、モータシャフト22が挿入される方向の後端側(X1側)に設けられる。歯車部33の外周には、例えば、上記平歯車と噛み合う歯部33aが設けられている。歯車部33は、軸方向に沿って延在するシャフト軸穴33b(軸穴31)を有する。シャフト軸穴33bは、モータシャフト22にギヤ30を取り付ける際に、ガイドシャフト11が挿入される貫通穴である。シャフト軸穴33bにおいて、内周面にねじ部は設けられていない。なお、シャフト軸穴33bの一部は、基部32にも延在しており、基部32のX1側において、嵌合部34と連通している。
 次に、上記のように構成されたギヤ取付システム1により、モータシャフト22にギヤ30を取り付ける手順(ギヤ取付方法)について説明する。図8~図10は、ギヤ取付方法の手順を説明する図である。図11は、図9のs5-s5線断面図である。図12は、図10のs6-s6線断面図である。図13は、図10のs7-s7線断面図である。図14は、モータユニット50構成図である。
 なお、モータシャフト22にギヤ30を取り付ける際に、ギヤ取付用治具10にギヤ30が保持され、モータ20のモータシャフト22にガイドシャフト11が連結されているものとする。
 まず、図8に示すように、ギヤ30の軸穴31に、モータ20のモータシャフト22に連結されたガイドシャフト11を挿入する(第1挿入工程)。この作業は、基台(不図示)上において、ギヤ取付用治具10に対してモータ20をX1方向に移動させることにより行うことができる。
 次に、図9に示すように、モータシャフト22に取り付けられたキー24とギヤ30のキー溝36とが嵌合する直前の位置に達した時点でモータ20の移動を一旦停止して、キー24とキー溝36との位相を合わせる(位相合わせ工程)。キー24とキー溝36との位相合わせは、モータシャフト22のキー24に対して、ロボットフランジ40を回転させることにより、行うことができる。すなわち、ロボットフランジ40を時計回り又は反時計回りに回転させて、モータ枠16、アダプタ17及び爪保持部19と共に、ギヤ30を保持している爪18を円周方向に移動させることにより、キー24とキー溝36との位相を合わせることができる。キー24とキー溝36との位相合わせを行うことにより、キー24とキー溝36とは、図11に示すように、軸方向の位相が一致した状態となる。キー24とキー溝36との位相合わせを行った後、ロボットフランジ40の位置を固定することにより、キー24とキー溝36との円周方向の位置ずれを抑制することができる。
 次に、キー24とキー溝36との位相を合わせた状態でモータ20を更にX1方向に移動させ、キー24とキー溝36とが軸方向において嵌合するように、モータシャフト22の先端部をギヤ30の非嵌合部35に挿入する(第2挿入工程)。キー24とキー溝36とを嵌合させ始めた時点において、モータシャフト22の先端部は、ギヤ30の非嵌合部35に挿入される。しかし、モータシャフト22の先端部と非嵌合部35とは嵌合しない。また、キー24とキー溝36とを嵌合させ始めた時点において、モータシャフト22の先端部は、ギヤ30の嵌合部34とも嵌合していない。そのため、キー24とキー溝36とを嵌合させ始める時点において、モータシャフト22の先端部とギヤ30の嵌合部34との嵌め合いを考慮する必要がない。
 モータシャフト22の先端部をギヤ30の非嵌合部35に挿入した後、ガイドシャフト11の先端が可動シャフト13に突き当たる前に、ギヤ取付用治具10の治具モータ12を駆動して、可動シャフト13を回転させる。これにより、ガイドシャフト11を軸方向に移動させながら、ガイドシャフト11と螺合部14(可動シャフト13)とを螺合させることができる。可動シャフト13を回転させる方向は、例えば、可動シャフト13をX1側からX2側に見たときに時計回りとなる方向である。ガイドシャフト11と螺合部14とが螺合すると、キー24とキー溝36とが嵌合した状態で、ガイドシャフト11は、ギヤ30の方向(X1方向)に引き込まれる。すなわち、ガイドシャフト11は、螺合部14の回転と同期して、X1方向に移動する。
 また、ガイドシャフト11をギヤ30の側に引き込みながら、基台(不図示)の直動案内装置により、同じ速度でモータシャフト22(モータ20)をX1方向に移動させる。このようにしてガイドシャフト11をギヤ30の側に引き込むことにより、モータシャフト22の先端部は、ギヤ30の嵌合部34に圧入される(圧入工程)。そして、図10に示すように、モータシャフト22の先端部がギヤ30の嵌合部34のX1側の端部に達するまで圧入することにより、モータシャフト22の先端部にギヤ30が取り付けられた状態となる。モータシャフト22の先端部にギヤ30が取り付けられた状態において、ギヤ30の嵌合部34とモータシャフト22は、図12(図10のs6-s6線断面図)に示すように、隙間なく嵌合した状態となる。一方、ギヤ30の非嵌合部35とモータシャフト22とは、図13(図10のs7-s7線断面図)に示すように、両者に隙間が形成されており、嵌合していない状態となる。
 次に、図10に示す状態において、ギヤ取付用治具10の治具モータ12を駆動して、可動シャフト13を、X1側からX2側に見たときに反時計回りとなる方向に回転させる。これにより、ガイドシャフト11は、相対的にギヤ取付用治具10から離れる方向に移動する。すなわち、ガイドシャフト11は、モータ20及びギヤ30と共にX2方向に移動する。
 可動シャフト13を反時計回りに回転させて、ガイドシャフト11がモータ20と共にX2方向に移動すると、ギヤ取付用治具10の爪18がギヤ30の平坦部37から離れると共に、ガイドシャフト11と螺合部14(可動シャフト13)との螺合が解除される。この後、モータシャフト22からガイドシャフト11を取り外すことにより、図14に示すように、モータシャフト22の先端部にギヤ30が取り付けられたモータユニット(モータ20とギヤ30の組立体)50を得ることができる。このモータユニット50は、本実施形態のモータユニット構造を有する。
 上述した実施形態のモータユニット構造、ギヤ取付用治具10及びギヤ取付方法によれば、例えば、以下のような効果を奏する。
 本実施形態のモータユニット50において、ギヤ30は、モータシャフト22が挿入される方向の後端側に、軸穴31に挿入されるモータシャフト22と嵌合する嵌合部34を有し、モータシャフト22が挿入される方向の先端側に、軸穴31に挿入されるモータシャフト22と嵌合しない非嵌合部35を有する。本実施形態のモータユニット構造によれば、ギヤ取付システム1において、キー24とキー溝36との位相合わせを行った後、モータシャフト22の先端部をギヤ30に挿入すると、先にキー24とキー溝36との嵌合が始まるが、その時点では、モータシャフト22の先端部と嵌合部34との嵌合が始まることがない。モータシャフト22の先端部と嵌合部34との嵌合は、キー24とキー溝36との嵌合が進行した後に、始まることになる。このように、本実施形態のモータユニット構造によれば、キー24とキー溝36との嵌合状態と、モータシャフト22の先端部とギヤ30(嵌合部34)との嵌合状態とを、同時に制御する必要がなく、それぞれ個別に制御することができる。そのため、本実施形態のモータユニット構造を有するモータユニット50は、モータシャフト22にギヤ30を取り付ける作業の自動化に適している。
 本実施形態のモータユニット50において、ギヤ30は、外周に平坦部(平坦面)37を有する。本構成によれば、モータシャフト22の先端部にギヤ30を取り付ける際に、平坦部37に固定用の部材を当接させることにより、ギヤ30が円周方向に回転しないように固定することができる。
 本実施形態のモータユニット50において、モータシャフト22のX1側の軸端にガイドシャフト11を連結するためのシャフトねじ穴26を有する。本構成によれば、モータシャフト22にギヤ30を取り付ける際に、モータシャフト22のシャフトねじ穴26にガイドシャフト11を螺合して締結することにより、モータシャフト22にガイドシャフト11を連結することができる。また、モータシャフト22にギヤ30を取り付けた後、モータシャフト22のシャフトねじ穴26とガイドシャフト11との締結を解除することにより、モータシャフト22からガイドシャフト11を容易に取り外すことができる。
 本実施形態のギヤ取付用治具10は、モータシャフト22の先端部にギヤ30を取り付ける構成として、ガイドシャフト11と、ガイドシャフト11と螺合した状態で回転することにより、ガイドシャフト11を軸方向に沿って移動させる可動シャフト13と、可動シャフト13を回転させる治具モータ(駆動部)12と、を有する。本構成によれば、上述した手順によりモータユニット50を作製することができるため、モータシャフト22の先端部にギヤ30を取り付ける作業の自動化に適している。
 本実施形態のギヤ取付用治具10において、ガイドシャフト11は、外周面に第1ねじ部11aを有する。そのため、ギヤ30の軸穴31がモータシャフト22の外径D1(図3参照)より小さい場合でも、ギヤ30を軸方向に沿って正確に移動させながら、モータシャフト22に圧入することができる。また、本実施形態のギヤ取付用治具10にギヤ30を保持させることにより、ギヤ30のX2側の端部(キー溝36の無い部分)により、モータシャフト22のキー取付溝25にキー24を圧入することもできる。
 本実施形態のギヤ取付用治具10は、モータシャフト22の中心軸とギヤ30の軸穴31とが軸方向において一致するようにギヤ30を保持する爪18及び爪保持部19(ギヤ保持部)を有する。本構成によれば、モータシャフト22に取り付けられたキー24とギヤ30のキー溝36との位相合わせを容易に行うことができる。また、爪18とギヤ30の平坦部37とを当接させることにより、第2挿入工程において、ギヤ30が円周方向に回転しないように保持させることができる。
 本実施形態のギヤ取付用治具10は、可動シャフト13を回転させる駆動部として、治具モータ12を有するため、オペレータの作業負担を軽減することができ、自動化にも適している。
 本実施形態のギヤ取付方法は、上述した第1挿入工程、位相合わせ工程、第2挿入工程、圧入工程を含み、上記各工程で示した手順によりモータユニット50を作製することができる。本実施形態のギヤ取付方法によれば、キー24とキー溝36との嵌合状態と、モータシャフト22の先端部とギヤ30(嵌合部34)との嵌合状態とを、同時に制御する必要がなく、それぞれ個別に制御することができる。そのため、本実施形態のギヤ取付方法は、モータユニット構造を有するモータユニット50を作製する場合において、モータシャフト22にギヤ30を取り付ける作業の自動化に適している。
 本実施形態のギヤ取付方法によれば、圧入工程において、キー24とキー溝36とを嵌合させた後、ガイドシャフト11と可動シャフト13とを螺合させ、可動シャフト13を回転させることにより、ガイドシャフト11をギヤ30の側に引き込み、モータシャフト22の先端部にギヤ30を圧入する。これによれば、ギヤ30をガイドシャフト11に沿って移動させることができるので、モータシャフト22とギヤ30との位置ずれを抑制しながら、モータシャフト22の先端部にギヤ30に圧入することができる。また、ガイドシャフト11は、モータシャフト22と共にギヤ30の側に引き込まれるため、モータシャフト22の先端部にギヤ30を取り付ける際に、モータシャフト22の軸方向(特にX2方向)に力が作用することを抑制することができる。
 本実施形態のギヤ取付方法において、第2挿入工程及び圧入工程は、ギヤ30の周方向への回転が規制された状態で実施されるため、キー24とキー溝36との嵌合及びモータシャフト22の先端部とギヤ30(嵌合部34)との嵌合を、より高精度且つより確実に行うことができる。
 本実施形態のギヤ取付方法は、圧入工程において、キー24とキー溝36とを嵌合させた後、ガイドシャフト11をギヤ30の側に引き込むと共に、同じ速度でモータシャフト22(モータ20)を可動シャフト13の側に移動させる。これにより、治具モータ12がガイドシャフト11をX1方向に移動させる際の負荷トルクを軽減しつつ、ガイドシャフト11の移動速度を速めることができる。また、モータシャフト22にギヤ30を取り付けた後、モータユニット50からギヤ取付用治具10を取り外す場合に、ガイドシャフト11をX2方向に移動させながら、同じ速度でモータ20をX2方向に移動させる。これにより、治具モータ12がガイドシャフト11をX2方向に移動させる際の負荷トルクを軽減しつつ、ガイドシャフト11の移動速度を速めることができる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内に含まれる。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
(変形形態)
 以下の説明及び図面において、前述した実施形態と同等の構成要件には、同一の符号又は符号の末尾にA、B等のアルファベットを付して、重複する説明を省略する。
 図15及び図16は、変形形態におけるギヤ30A~30Cの断面図である。
 図15に示すギヤ30Aにおいて、嵌合部34と非嵌合部35は、それぞれモータシャフト22が挿入される方向の後端側(X1側)から先端側(X2側)に沿って拡径するテーパー形状を有する。このうち、非嵌合部35は、嵌合部34よりも拡径率が大きくなるように設定されている。
 図16に示すギヤ30Bにおいて、嵌合部34は、ギヤ30の軸方向に沿って内径が均等な円筒形状を有する。非嵌合部35は、モータシャフト22が挿入される方向の後端側(X1側)から先端側(X2側)に沿って拡径するテーパー形状を有する。
 ギヤ30において、嵌合部34は、軸穴31に挿入されるモータシャフト22と嵌合する形状を有し、非嵌合部35は、軸穴31に挿入されるモータシャフト22と嵌合しない形状を有していれば、上記実施形態や変形形態の例に限らず、どのような形状であってもよい。例えば、嵌合部34と非嵌合部35との間に、嵌合部34よりも内径が大きく、非嵌合部35よりも内径の小さい中間径の部分があってもよい。また、テーパー形状は、断面視において、図15に示すような直線形状に限らず、例えば、外周側から内周側に向けて凹となる湾曲形状であってもよい。
 図17は、爪18及び爪保持部19の他の構成例を示す断面図である。図17は、例えば、図1のs3-s3線断面に対応している。図17では、爪保持部19の図示を省略している。図17に示すように、爪18を軸方向から視たときに、中心軸a0を中心として、爪18が等間隔(120°間隔)に3カ所設けられる構成としてもよい。図17に示す構成において、各爪18を、中心軸a0の方向に移動させることにより、ギヤ30の軸穴の中心と中心軸a0とを一致させることができる。本形態のように、爪18は、軸方向から視たときに、中心線a0を中心として等間隔で3カ所設けられる構成としてもよいし、4カ所以上に設けられる構成(不図示)としてもよい。
 図18は、変形形態におけるギヤ取付システム1Aの構成図である。図19は、図18のs8-s8線断面図である。図18に示すギヤ取付システム1Aは、ギヤ取付用治具10の爪18及び爪保持部19(ギヤ保持部)の構成が実施形態と相違する。本形態の爪保持部19は、例えば、平行ハンドにより構成されている。爪保持部19のX1側の端部は、中心線a0の片側(図18ではY1側)において、アダプタ17に連結されている。図19に示すように、本形態の爪保持部19において、中心軸a0を間に挟んで対向する2つの爪18を、それぞれ径方向(図19では水平方向)に移動させることにより、2つの爪18の間にギヤ30を保持させることができる。また、爪保持部19は、2つの爪18の間にギヤ30を保持した状態で各爪18の位置を固定することができる。
 ギヤ30の基部32において、爪18が当接する部分(実施形態では平坦部37)は、例えば、凹形状であってもよいし、凹形状と凸形状とを組み合わせた形状であってもよい。
 ギヤ取付用治具10において、可動シャフト13を回転させる駆動部は、治具モータ12に限定されない。可動シャフト13を回転させる駆動部として、例えば、外部の駆動源から供給される動力を用いてもよいし、人力による手回し式のギヤ機構を用いてもよい。
 1:ギヤ取付システム、10:ギヤ取付用治具、11:ガイドシャフト、11a:第1ねじ部、12:治具モータ、13:可動シャフト、14:螺合部、14a:第2ねじ部、18:爪、19:爪保持部、20:モータ、22:モータシャフト、24:キー、26:シャフトねじ穴、30、30A、30B、30C:ギヤ、31:軸穴、32:基部、33:歯車部、34:嵌合部、35:非嵌合部、36:キー溝、37:平坦部

Claims (13)

  1.  モータシャフトの先端部にキーを有するモータと、
     前記キーが挿入されるキー溝及び軸方向に沿って貫通する軸穴を有し、前記軸穴に前記モータシャフトの先端部が嵌合されるギヤと、
    を有し、
     前記軸穴は、前記モータシャフトが挿入される方向の後端側に形成され、前記軸穴に挿入される前記モータシャフトと嵌合する嵌合部と、前記モータシャフトが挿入される方向において前記後端側とは反対側の先端側に形成され、前記軸穴に挿入される前記モータシャフトと嵌合しない非嵌合部とを有する、モータユニット構造。
  2.  前記嵌合部は、前記モータシャフトの先端部と嵌合可能な内径を有し、
     前記非嵌合部は、前記嵌合部の内径よりも大きな内径を有し、
     前記嵌合部及び/又は前記非嵌合部は、軸方向に沿って内径が均等な円筒形状を有する、請求項1に記載のモータユニット構造。
  3.  前記嵌合部は、前記モータシャフトの先端部と嵌合可能な内径を有し、
     前記非嵌合部は、前記嵌合部の内径よりも大きな内径を有し、
     前記嵌合部及び/又は前記非嵌合部は、前記モータシャフトが挿入される方向の前記後端側から前記先端側に沿って内径が拡径するテーパー形状を有する、請求項1に記載のモータユニット構造。
  4.  前記ギヤは、前記モータシャフトが挿入される方向の先端側に設けられる基部と、前記モータシャフトが挿入される方向の後端側に設けられる歯車部と、を有し、
     前記基部は、その外面に、前記ギヤの中心軸を間に挟んで互いに平行な一対の平坦面を有する、請求項1から3までのいずれかに記載のモータユニット構造。
  5.  前記モータシャフトは、前記ギヤの前記軸穴へ挿入される先端側の軸端にガイドシャフトを連結するためのねじ穴を有する、請求項1から4までのいずれかに記載のモータユニット構造。
  6.  モータシャフトの先端部にキーを有するモータと、
     前記キーが挿入されるキー溝及び軸方向に沿って貫通する軸穴を有し、前記軸穴が前記モータシャフトの先端部に嵌合されるギヤと、
    を有するモータユニット構造であって、
     前記軸穴は、前記モータシャフトが挿入される方向の後端側に形成され、前記軸穴に挿入される前記モータシャフトと嵌合する嵌合部と、前記モータシャフトが挿入される方向の先端側に形成され、前記軸穴に挿入される前記モータシャフトと嵌合しない非嵌合部と、を有し、
     前記ギヤの前記軸穴に前記モータシャフトに連結されるガイドシャフトを挿入する第1挿入工程と、
     前記モータシャフトの前記キーと前記ギヤの前記キー溝との位相を合わせる位相合わせ工程と、
     前記モータシャフトの前記キーと前記ギヤの前記キー溝とが嵌合するように、前記モータシャフトを前記ギヤの前記非嵌合部に挿入する第2挿入工程と、
     前記ガイドシャフトを前記ギヤの側に引き込み、前記モータシャフトの先端部を前記ギヤの前記嵌合部に圧入する圧入工程と、
    を含むモータシャフトのギヤ取付方法により作製されるモータユニット構造。
  7.  モータシャフトの先端部にギヤを取り付けるためのギヤ取付用治具であって、
     前記モータシャフトは、前記先端部にキーを有し、先端側の軸端にガイドシャフトが連結され、
     前記ギヤは、前記キーが挿入されるキー溝と、軸方向に沿って貫通し、前記ガイドシャフトが挿入される軸穴と、を有し、
     前記ギヤ取付用治具は、
     前記ガイドシャフトと、
     前記ガイドシャフトと螺合した状態で回転することにより、前記ガイドシャフトを軸方向に沿って移動させる可動シャフトと、
     前記可動シャフトを回転させる駆動部と、
    を有し、
     前記ギヤの前記軸穴に前記ガイドシャフトの先端側を挿入し、前記モータシャフトの前記キーと前記ギヤの前記キー溝との位相を合わせ、前記モータシャフトの前記キーと前記ギヤの前記キー溝とが嵌合するように、前記モータシャフトを前記ギヤの前記軸穴に挿入し、前記駆動部により前記可動シャフトを回転させて前記ガイドシャフトと前記可動シャフトとを螺合させ、前記可動シャフトの回転により前記ガイドシャフトを前記可動シャフトの側に引き込むことにより、前記モータシャフトの先端部に前記ギヤを圧入して取り付けるために用いられる、ギヤ取付用治具。
  8.  前記モータシャフトの中心軸と前記ギヤの前記軸穴の中心とが軸方向において一致するように、前記ギヤを保持するギヤ保持部を有する、請求項7に記載のギヤ取付用治具。
  9.  前記駆動部は、モータにより構成される、請求項7又は8に記載のギヤ取付用治具。
  10.  モータシャフトの先端部にギヤを取り付けて、請求項1に記載のモータユニット構造とするためのモータシャフトのギヤ取付方法であって、
     前記モータシャフトは、前記先端部にキーを有し、先端側の軸端にガイドシャフトが連結され、
     前記ギヤは、前記キーが挿入されるキー溝と、軸方向に沿って貫通し、前記ガイドシャフトが挿入される軸穴とを有し、
     前記ギヤの前記軸穴に前記モータシャフトに連結された前記ガイドシャフトを挿入する第1挿入工程と、
     前記モータシャフトの前記キーと前記ギヤの前記キー溝との位相を合わせる位相合わせ工程と、
     前記モータシャフトの前記キーと前記ギヤの前記キー溝とが嵌合するように、前記モータシャフトを前記ギヤの前記非嵌合部に挿入する第2挿入工程と、
     前記ガイドシャフトを前記ギヤの側に引き込み、前記モータシャフトの先端部を前記ギヤの前記嵌合部に圧入する圧入工程と、
    を含む、モータシャフトのギヤ取付方法。
  11.  前記圧入工程において、前記キーと前記キー溝とを嵌合させた後、前記ガイドシャフトの外周面に形成される第1ねじ部と、内周面に前記第1ねじ部と螺合する第2ねじ部を有する可動シャフトとを螺合させ、軸方向の位置が固定された前記可動シャフトを回転させることにより、前記ガイドシャフトを前記ギヤの側に引き込み、前記モータシャフトの先端部に前記ギヤを圧入する、請求項10に記載のモータシャフトのギヤ取付方法。
  12.  前記第2挿入工程及び前記圧入工程を、前記ギヤの周方向への回転を規制した状態で実施する、請求項11に記載のモータシャフトのギヤ取付方法。
  13.  前記圧入工程において、前記キーと前記キー溝とを嵌合させた後、前記ガイドシャフトを前記ギヤの側に引き込むと共に、同じ速度で前記モータシャフトを前記可動シャフトの側に移動させる、請求項11又は12に記載のモータシャフトのギヤ取付方法。
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