(57)【要約】【課題】サーボモータの駆動部の構造は大きくは変えないで、大きなトルクで駆動することを可能とするサーボモータのサーボホーン取り付け構造を提案すること。【解決手段】サーボモータの駆動軸１に、該駆動軸１に対して垂直方向に延在するサーボホーン４を取り付ける構造において、上記サーボホーン４のモータ側の面の全面で上記サーボホーン４を支持するスラストベアリング６を配設する。スラストベアリング６としては、テフロン薄板６ａで実現することが好ましい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータの駆動軸に、該駆動軸に対して垂直方向に延在するサーボホーンを取り付ける構造において、上記サーボホーンのモータ側の面の全面で上記サーボホーンを支持するスラストベアリングを配設することを特徴とする、サーボモータのサーボホーン取り付け構造。
【請求項２】
上記スラストベアリングが、フッ素樹脂の薄板であることを特徴とする、請求項１に記載のサーボモータのサーボホーン取り付け構造。
【請求項３】
上記スラストベアリングが、オイルレスベアリングとしてのプラスチック薄板あるいは金属薄板であることを特徴とする、請求項１に記載のサーボモータのサーボホーン取り付け構造。
【請求項４】
上記スラストベアリングが、多孔質素材でできた焼結薄板にオイルを含浸させたものであることを特徴とする、請求項１に記載のサーボモータのサーボホーン取り付け構造。
【請求項５】
上記スラストベアリングが、回転する金属球であるボールベアリング、あるいは回転する金属棒であるニードルベアリングであることを特徴とする、請求項１に記載のサーボモータのサーボホーン取り付け構造。
【請求項６】
上記サーボモータの筐体の駆動軸が出ている側面以外の側面に、上記サーボモータを取り付けるための取り付け部が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のサーボモータのサーボホーン取り付け構造。
【請求項７】
サーボモータの筐体の駆動軸が出ている側面以外の側面に、サーボモータを取り付けるための取り付け部が設けられていることを特徴とする、サーボモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータの駆動軸に、該駆動軸に対して垂直方向に延在するサーボホーンを取り付ける構造、およびサーボモータの取り付け部の位置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータは、ステップ状（パルス状）の指令に応じて回転制御するモータである。他方、サーボモータは、回転角を制御できるモータである〔サーボの語源Servant
（召使い）である〕。そのため、ステッピングモータにはない回転検出器（エンコーダ）がモータに組み込まれている。このエンコーダでモータ軸の回転角度や回転速度を検知し、指令パルスと比較してフィードバック制御を行う。すなわち、エンコーダの存在がモータをServant 化させている。
【０００３】
一般的に利用されているサーボモータは、ＳＭ（同期）形ＡＣサーボモータ、ＩＭ（誘導）形ＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータの３種類である。この内で、ＦＡ(factory
automation) 関連の特に需要の多い小・中容量のモータとしては、ＳＭ形ＡＣサーボモータが主流である。このため、通常のＦＡ用途では、サーボモータと言えばＳＭ形ＡＣサーボモータを意味する。
【０００４】
図６は、従来技術によるＳＭ形ＡＣサーボモータのサーボホーンを取り除いた部分の一部切り欠き斜視図である。図７は、図６のＳＭ形ＡＣサーボモータにサーボホーンを取り付けた状態での概念的な断面図である。ＳＭ形ＡＣサーボモータは、固定子である電機子コイル１０１に交流電流を流し、それによる誘導磁場と永久磁石１０２の相互作用により駆動軸１０３を回転駆動させる。駆動軸１０３は、第１の軸受け１０４と第２の軸受け１０５によって支えられている。そして、駆動軸１０３の回転角は、検出器１０６により検出され、駆動軸１０３の絶対位置、あるいは前回位置の対する相対位置が検出され、その出力信号が図示しない駆動回路にフィードバックされる。他方、その駆動回路には、駆動軸１０３の目的角度位置に対応する制御信号が入力されており、両信号に基づいて、上記駆動回路が上記電機子コイル１０１に流れる電流を制御し、駆動軸１０３を目的の角度位置まで回転させる。
【０００５】
図６に示すように、駆動軸１０３の先端には軸方向に垂直な面１０３ａが形成され、その面１０３ａに駆動軸１０３の軸方向と平行に取り付け穴１０３ｂが設けられている。そして、図７に示すように、サーボホーン１０７は、この面１０３ａにネジ１０３ｃによって固定される（タッピング固定）。取る付けられたサーボホーン１０７は、駆動軸１０３の軸に垂直な面内で回転し、例えばラジコン制御のアクチュエータとして機能する。サーボホーン１０７が、このような取り付け構造で駆動軸１０３に取り付けられる理由は、ラジコン制御用として軽量化を重視したためである。もちろん、ネジ等の固定部材、接着部材等でサーボホーン１０７を駆動軸１０３に固定することも可能である。
【０００６】
サーボホーン１０７が取り付けられた駆動軸１０３の回転中心は、第１と第２の軸受け１０４，１０５により規制され、駆動軸１０３の軸方向に働く力もこれらの軸受け１０４，１０５によって受け止められる。
【０００７】
ここで、特許文献１には、モータ，減速ギヤ等が内蔵されているサーボ装置の筐体から突出している出力軸に、サーボホーンを嵌合すると共に、このサーボホーンの接合面に外部に力を伝達するための連結部材がワッシャを介して挿通されている止めネジによって圧接されているサーボモータが開示されている。このサーボモータにおいては、サーボホーンと連結部材の接合面には凸部が形成され、連結部材の方には、この凸部と対応する位置に凹部が設けられ、連結部材に外部から強い衝撃が印加されると、連結部材とサーボーホーンの結合状態が瞬間的に解除され、サーボ装置内の減速ギヤ等が破損することを防止する。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３０１７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
サーボモータは、もともとはラジコン制御用のモータとして発達してきた歴史がある。これ故、ラジコン制御のために有用な構造が採用されている。しかし、そのような歴史背景を有するサーボモータが、近年、ＦＡ関連において多用されるようになってきた。ＦＡにおいては、重い物を早い周波数レスポンスで移動させたり、回転させたりすることが要求され、従来のラジコン制御用のモータの構造では、その要求に応えることができない場合があった。またサーボモータは、ラジコン制御用に使われてきたので、サーボモータ自体の取り付け構造もラジコン制御用に特化し、ＦＡ制御用としては設計の自由度が小さいという問題もあった。
【００１０】
本発明は、上述した背景技術が有する実情に鑑み成されたものであって、その第一の課題は、サーボモータのモータの駆動部の構造は大きくは変えないで、大きなトルクで駆動することを可能とする、サーボモータのサーボホーンの取り付け構造を提案することである。また、第２の課題は、サーボモータをＦＡ駆動用に使うときの設計の自由度を増すための、サーボモータの取り付け部の位置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した第一の課題は、請求項１に記載の構造により解決された。
すなわち、サーボモータの駆動軸に、該駆動軸に対して垂直方向に延在するサーボホーンを取り付ける構造において、上記サーボホーンのモータ側の面の全面で上記サーボホーンを支持するスラストベアリングを配設することを特徴とする、サーボモータのサーボホーン取り付け構造によって解決された。
【００１２】
ここで、上記スラストベアリングは、フッ素樹脂の薄板であることが好ましい（請求項２）。また、上記スラストベアリングとして、プラスチック薄板あるいは金属薄板で作られたオイルレスベアリングを使うこともできる（請求項３）。また、多孔質素材でできた焼結薄板にオイルを含浸させたオイルレスベアリングを使うこともできる（請求項４）。さらには、上記スラストベアリングとして、回転する金属球であるボールベアリング、あるいは回転する金属棒であるニードルベアリングを使うこともできる（請求項５）。
【００１３】
また、上記した第二の課題は、請求項６に記載の構造、あるいは請求項７に記載のサーボモータによって解決された。
すなわち、サーボモータの筐体の駆動軸が出ている側面以外の側面に、サーボモータを取り付けるための取り付け部が設けられていることを特徴とする、サーボモータによって解決された。
【００１４】
ここで、上記サーボモータの筐体の複数の側面に、上記サーボモータを取り付けるための取り付け部が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上記した請求項１のサーボホーンの取り付け構造により、サーボホーンの支持が頑丈になり、大きいトルク領域で駆動することができるサーボモータとなる。
【００１６】
また、上記した請求項２〜４のサーボホーンの取り付け構造により、メンテナンスフリーのサーボモータを提供することができる。
【００１７】
また、上記した請求項５のサーボホーンの取り付け構造により、さらに頑丈なスラストベアリングを形成することができ、さらにメンテナンスフリーのサーボモータを提供することができる。
【００１８】
また、上記した請求項６のサーボホーンの取り付け構造を有するサーボモータは、重い負荷に耐えるとともに、ＦＡ装置の構造の設計の自由度を向上させることができる。
【００１９】
一方、上記した請求項７のサーボモータは、従来のサーボモータで実現が困難であった構造のＦＡ装置を実現することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、上記した本発明に係るサーボモータのサーボホーン取り付け構造及びサーボモータの実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明によるサーボホーン取り付け構造を有するサーボモータの一例の主要部の概念的に示した断面図である。サーボモータの駆動部の構造は、前述した従来技術によるものと変わらないので、その説明は省略する。
【００２２】
通常は減速ギヤ（図示せず）で減速されたサーボモータの駆動軸１は、サーボモータの筐体２に設けられた少なくとも一つの軸受け３により、駆動軸１に垂直な面内における上記筐体２に対する位置が固定され、回転可能に軸支されている。駆動軸１の端部に、サーボホーン４が固定されている。この実施の形態では、サーボホーン４の中央凸部４ａにおいて、駆動軸１にネジ等の固定部材５によって固定されている（いわゆるタッピング固定）。固定方法はネジに限らず、接着あるいは溶着で実現することも可能である。また、固定部材５は、駆動軸１の端部に垂直にねじ込まれるネジで実現することも可能である。負荷７（サーボモータで駆動される物）は、図１に破線で概念的に示されており、サーボホーン４にネジ等を用いて固定され、駆動軸１の回転により回転駆動される。
【００２３】
この実施の形態では、サーボホーン４と筐体２の端面の間に、スラストベアリング６としてのフッ素樹脂［デュポン社のテフロン（登録商標）］の薄板６ａ（以下、「テフロン薄板６ａ」と記す。）が装着されている。このテフロン薄板６ａの厚さは、０．５〜３ｍｍ程度であり、好ましくは１〜２ｍｍである。
【００２４】
図２は、図１からサーボホーン４の部分を取り除いたときの図１のサーボモータの側面図である。テフロン薄板６ａは円形であり、その円形テフロン薄板６ａの形状に合わせて筐体２に設けられた凹部２ａに、上記テフロン薄板６ａは収納されている。駆動軸１の端部には、固定部材５としてのネジがねじ込まれる穴１ａが設けられている。
【００２５】
図１に示すように、テフロン薄板６ａの一方の面は筐体２に密着し、他方の面はサーボホーン４に密着している。したがって、負荷７から、上記駆動軸１を曲げようとする力、あるいはサーボモータ側に押す力が働いても、テフロン薄板６ａがサーボホーン４のサーボモータ側から全面で支持しているので、上記駆動軸１は曲がらず、また軸方向に移動することがない。この結果、サーボモータの筐体内部の軸受け３への負荷が軽減される。これ故、サーボモータの駆動可能トルク領域を、従来技術による時よりも大きくすることが可能となる。
【００２６】
スラストベアリング６は、上記したテフロン薄板６ａに限らない。例えば、オイルレスベアリングとしてのプラスチック薄板、金属薄板、あるいは、多孔質素材でできた焼結薄板にオイルを含浸させたものとすることもできる。いずれも、テフロン薄板６ａの場合と同様に、円形の薄板に形成し、図１、図２のテフロン薄板６ａの場合と同様に、サーボモータの筐体２とサーボホーン４の間に、両者に密着するように配設する。
【００２７】
スラストベアリング６は、通常の金属によるボールベアリング、あるいはニードルベアリングで実現することもできる。図３は、ボールベアリング６ｂをスラストベアリング６として用いた時の図２に対応する側面図である。図４は、ニードルベアリング６ｃをスラストベアリング６として用いた時の図２に対応する側面図である。
【００２８】
本発明者等の試験によれば、図７に示すような、従来技術によるサーボホーンの取り付け構造による場合、２０ｋｇ／ｃｍでベアリングがへたってしまうサーボモータであっても、本発明に係る図１、図２のようなサーボホーンの取り付け構造であって、テフロン薄板６ａをスラストベアリングとして用いた場合、他は全く同様の構造であっても、４５ｋｇ／ｃｍまでのトルク領域まではへたらないことが確認された。
【００２９】
一方、サーボモータは、前述したようにラジコン制御用モータとして発展してきた歴史により、サーボモータの筐体２を取り付けるための取り付け部８ａが、図５に示すように、サーボホーン４が取り付けられる面２ｂに設けられていた。しかしこの構造では、負荷７とサーボモータが直線的にしか配置できない。しかし、近年、ＦＡ関連用の駆動モータとして、例えばロボットの腕の関節としてサーボモータを使うことが多い。この場合、この従来の位置、すなわちサーボホーン４が取り付けられる面２ｂ、あるいはその面と平行な面にのみ取り付け部８ａが設けられるだけでは、ＦＡの設計の自由度が阻害される場合があった。
【００３０】
本発明では、この問題点を解決するために、図５に示すように、サーボホーン４が取り付けられる面２ｂ以外の筐体側面２ｃに、サーボモータの筐体２を取り付けるための取り付け部８ｂを設けることを提案する。取り付け部８ｂは、雌ネジが切られた孔等で実現することができる。設計の自由度を確保するために、従来の取り付け面２ｂとそれ以外の筐体側面２ｃの両方に、取り付け部８ａ，８ｂを設けることも好ましい。
【００３１】
取り付け部８ｂは、サーボモータの複数の側面に設けることがより好ましい。その場合、多関節のロボットを容易に設計することができ、本発明のサーボホーンの取り付け構造と併せた場合、大きなトルク領域で作動させることが可能であるので、多関節のＦＡ機器の設計が極めて容易になる。
【００３２】
以上、本発明に係るサーボホーンの取り付け構造およびサーボモータの取り付け部の位置の実施の形態を説明したが、本発明は、何ら既述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的思想の範囲内において、更に種々の変形及び変更が可能であることは当然である。
【００３３】
例えば、上記実施の形態においては、ＳＭ（同期）形ＡＣサーボモータに本発明のサーボホーンの取り付け構造を適用した場合について説明したが、本発明は、ＳＭ（同期）形ＡＣサーボモータ、ＩＭ（誘導）形ＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータのいずれのサーボモータにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明によるサーボホーン取り付け構造を有するサーボモータの一例の主要部の概念的に示した断面図である。
【図２】図１からサーボホーンの部分を取り除いたときの図１のサーボモータの側面図である。
【図３】ボールベアリングをスラストベアリングとして用いた時の、図２に対応する側面図である。
【図４】ニードルベアリングをスラストベアリングとして用いた時の、図２に対応する側面図である。
【図５】サーボモータの取り付け部を示す、サーボモータの斜視図である。
【図６】従来技術によるＳＭ形ＡＣサーボモータのサーボホーンを取り除いた部分の一部切り欠き斜視図である。
【図７】図６のＳＭ形ＡＣサーボモータにサーボホーンを取り付けた状態での概念的な断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１      駆動軸
２      筐体
３      軸受け
４      サーボホーン
４ａ    中央凸部
５      固定部材
６      スラストベアリング
６ａ    テフロン薄板
７      負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010051049.tif 000007
【図６】
2010051049.tif 000008
【図７】
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