(57)【要約】【課題】モーメント剛性の高い回転位置センサ付き減速機ユニットを提案すること。【解決手段】ギヤ付きモータ１は、モータユニット２と減速機ユニット４から構成されている。減速機ユニット４は、減速機としての波動歯車装置７と、その減速回転出力要素であるカップ形状の可撓性外歯歯車７２に一体形成された出力軸８と、出力軸８の回転位置を検出するためのアブソリュートセンサ２０とを備えている。可撓性外歯歯車７２と出力側軸受け部１２とによって両持ち状態で支持されている出力軸８の部分にアブソリュートセンサ２０が配置されている。出力軸８のモーメント剛性を低下させることなくアブソリュートセンサ２０を配置できる。【選択図】図１
2007321879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減速機と、
この減速機の減速回転出力要素に同軸状態で固定されている出力軸と、
この出力軸を回転自在の状態で支持している出力側軸受け部と、
前記出力軸の回転位置を検出するための回転位置検出センサとを有し、
この回転位置センサは、前記減速回転出力要素と前記出力側軸受け部の間に配置されていることを特徴とする回転位置センサ付き減速機ユニット。
【請求項２】
請求項１において、
筒状のユニットハウジングを有し、
このユニットハウジングの内部に前記減速機および前記出力軸が配置されており、
前記ユニットハウジングの出力側開口端と前記出力軸の間に前記出力側軸受け部が配置されており、
前記ユニットハウジングの内部における前記減速機の減速回転出力要素と前記出力側軸受け部の間に、前記回転位置センサが配置されていることを特徴とする回転位置センサ付き減速機ユニット。
【請求項３】
請求項２において、
前記回転位置センサは前記出力軸の１回転の絶対位置を検出可能なアブソリュートセンサであり、前記出力軸の外周面に同心状態に固定した２極着磁されたマグネットリングと、当該マグネットリングに対峙する前記ユニットハウジングの内周面部分に配置した２つ、または４つの磁気センサとを備え、これらの磁気センサは、前記出力軸の回転中心回りに９０度の角度間隔で配置されていることを特徴とする回転位置センサ付き減速機ユニット。
【請求項４】
請求項３において、
前記減速機は波動歯車減速機であり、
当該波動歯車減速機は、前記ユニットハウジングの入力側開口端の内周面部分に同軸状態に固定した円環状の内歯歯車と、この内側に同軸状態に配置されているカップ形状の可撓性外歯歯車と、この可撓性外歯歯車の内側に嵌め込まれている楕円形輪郭の波動発生器とを備えており、この波動発生器によって前記可撓性外歯歯車は楕円形に撓められ、当該楕円形の長軸方向の両端部分において前記剛性内歯歯車に噛み合っており、前記可撓性外歯歯車は、前記波動発生器を回転すると両歯車の歯数差に応じて減速回転する前記減速回転出力要素であり、
前記可撓性外歯歯車に前記出力軸が同軸状態で連結固定され、あるいは、当該可撓性外歯歯車に前記出力軸が同軸状態で一体形成されていることを特徴とする回転位置センサ付き減速機ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減速機の減速回転出力要素に連結された出力軸の回転位置を検出するための回転位置センサを備えた減速機ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボット、工作機械等における高い位置決め精度が要求される駆動部分には、モータの出力回転を高い伝達精度の減速機を介して出力するように構成されたギヤ付きモータが用いられている。図５にはギヤ付きモータの一例を示してある。ギヤ付きモータ１０１は、モータ本体１０２と減速機ユニット１０３とを有している。減速機ユニット１０３は、モータ本体１０２のモータ軸１０２ａに同軸状態に連結した減速機１０４と、この減速機１０４の出力側に同軸状態に連結された出力軸１０５とを備えている。減速機１０４としては例えば波動歯車減速機が使用される。
【０００３】
ギヤ付きモータ１０１において、位置決め等を精度良く行うためには、減速機ユニット１０３の出力軸１０５の回転角を高い精度で制御する必要がある。そのために、モータ軸１０２ａにはモータエンコーダ１０６が取り付けられ、出力軸１０５にも回転位置センサ、例えば原点センサ１０７が取り付けられている。モータエンコーダ１０６はモータ軸１０２ａの後端部に配置されている。また、出力軸１０５の後端部分は、中空モータ軸１０２ａの中空部を通ってモータ１０２の後側に突出しており、当該後端部分に原点センサ１０７が配置されている。
【０００４】
信号処理回路１０８では、モータエンコーダ１０６から得られるＡ、Ｂ、Ｚ相の各信号と、原点センサ１０７から得られる１回転当り１パルスの原点信号Ｓとに基づき、出力軸１０５が所望の回転角度となるように、モータドライバ１０９に指令を出す。モータドライバ１０９は受け取った指令に従ってモータ軸１０２ａを回転駆動する。なお、ギヤ付きモータ１０１では、出力軸１０５の機械的起点に基づきその回転角度位置を制御している。したがって、始動時などにおいては、出力軸１０５を機械的起点（原点位置）に復帰させる必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、減速機ユニットの出力軸の回転位置を検出するための回転位置センサを、モータ後側の部分に配置できない場合などにおいては、出力軸の先端側の部分、すなわち、負荷側に連結される側の部分に配置する必要がある。この場合には、回転位置センサの設置スペースを確保するために、設置スペース分だけ出力軸の長さを長くする必要がある。出力軸を長くすると、減速ユニットのモーメント剛性などが低下するという弊害が発生してしまう。
【０００６】
本発明の課題は、この点に鑑みて、モーメント剛性の低下などの弊害を招くことなく回転位置センサを出力軸の先端側の部分に取り付け可能な減速機ユニットを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の回転位置センサ付き減速機ユニットは、
減速機と、
この減速機の減速回転出力要素に同軸状態で固定されている出力軸と、
この出力軸を回転自在の状態で支持している出力側軸受け部と、
前記出力軸の回転位置を検出するための回転位置検出センサとを有し、
この回転位置センサは、前記減速回転出力要素と前記出力側軸受け部の間に配置されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明では、減速機の減速回転出力要素と出力側軸受け部の間に回転位置センサが配置されている。したがって、出力側軸受け部から負荷側に突出している出力軸の先端部分に回転位置センサを配置する場合に比べて、出力側軸受け部から片持ち状態で突出している出力軸の先端部分の長さが短くて済む。また、回転位置センサが配置されている出力軸の部分は、減速機回転出力要素と出力側軸受け部の間に、所謂、両持ち状態で支持されているので、当該部分が長くなってもモーメント剛性の低下を招くことがない。よって、モーメント剛性の低下を招くことなく、出力軸の先端側の部分に回転位置センサを配置することができる。
【０００９】
ここで、本発明の減速機ユニットは、筒状のユニットハウジングを有し、このユニットハウジングの内部に前記減速機および前記出力軸が配置されており、前記ユニットハウジングの出力側開口端と前記出力軸の間に前記出力側軸受け部が配置されており、前記ユニットハウジングの内部における前記減速機の減速回転出力要素と前記出力側軸受け部の間に、前記回転位置センサが配置されていることを特徴としている。ユニットハウジングの内部に回転位置センサが配置されているので、回転位置センサを外的ストレスから保護することができる。
【００１０】
前記回転位置センサとして、前記出力軸の１回転の絶対位置を検出可能なアブソリュートセンサを用いることができる。かかるアブソリュートセンサとしては、前記出力軸の外周面に同心状態に固定した２極着磁されたマグネットリングと、当該マグネットリングに対峙する前記ユニットハウジングの内周面部分に配置した２つ、または４つの磁気センサとを備え、これらの磁気センサは、前記出力軸の回転中心回りに９０度の角度間隔で配置されているものを用いることができる。
【００１１】
また、前記減速機としては波動歯車減速機を用いることができる。波動歯車減速機としては、前記ユニットハウジングの入力側開口端の内周面部分に同軸状態に固定した円環状の内歯歯車と、この内側に同軸状態に配置されているカップ形状の可撓性外歯歯車と、この可撓性外歯歯車の内側に嵌め込まれている楕円形輪郭の波動発生器とを備えており、波動発生器によって前記可撓性外歯歯車は楕円形に撓められ、当該楕円形の長軸方向の両端部分において前記剛性内歯歯車に噛み合っており、前記可撓性外歯歯車は、前記波動発生器を回転すると両歯車の歯数差に応じて減速回転する前記減速回転出力要素となっているものを用いることができる。
【００１２】
この場合には、前記可撓性外歯歯車に前記出力軸が同軸状態で連結固定され、あるいは、当該可撓性外歯歯車に前記出力軸が同軸状態で一体形成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の減速機ユニットでは、出力軸における出力側軸受け部と減速機の間の部分に回転位置センサを配置した構成を採用している。この位置に回転位置センサを配置すれば、回転位置センサの設置スペースを確保するための出力軸を長くしても、減速機ユニットのモーメント剛性の低下を招くことがない。換言すると、本発明によればモーメント剛性の高い回転位置センサ付き減速機ユニットを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した減速機ユニットの実施の形態を説明する。
【００１５】
（全体構成）
図１は本発明を適用したギヤ付きモータを示す縦断面図である。本例のギヤ付きモータ１は、モータユニット２と、このモータユニット２の前端に同軸状態で連結固定された減速機ユニット４を有している。
【００１６】
（減速機ユニット）
減速機ユニット４は筒状のユニットハウジング５を備えており、このユニットハウジング５の内部には、その入力側開口端６の側に減速機７が同軸状態で組み込まれている。減速機７はカップ型の波動歯車装置であり、円環状の剛性内歯歯車７１と、カップ形状の可撓性外歯歯車７２と、楕円形輪郭の波動発生器７３を備えている。剛性内歯歯車７１はユニットハウジング５の入力側開口端６の内周面部分にねじ込み固定されている。カップ形状の可撓性外歯歯車７２は、その開口側がモータユニット２に向く状態に配置されており、そのカップ形状の底面部分７２ａには同軸状態で出力軸８が一体形成されている。波動発生器７３はモータユニット２のモータ軸３１の先端部に同軸状態で連結固定されている。
【００１７】
波動発生器７３によって可撓性外歯歯車７２は楕円形に撓められて、その楕円形の長軸方向の両端位置において剛性内歯歯車７１に噛み合っている。モータユニット２によって波動発生器７３が高速回転すると、両歯車７１、７２の噛み合い位置が周方向に移動し、両歯車の歯数差に応じた減速回転が可撓性外歯歯車７２から出力される。この結果、減速回転出力要素である可撓性外歯歯車７２に一体形成されている出力軸８も減速回転する。
【００１８】
出力軸８はユニットハウジング５の出力側開口端１１まで延びている。出力側開口端１１の内側には出力側軸受け部１２が配置されており、当該出力側軸受け部１２によって出力軸８の先端部分が回転自在の状態で支持されている。出力側軸受け部１２は、ユニットハウジング５の出力側開口端１１の内周面部分にねじ込み固定した外輪１３と、出力軸８の外周面部分にねじ込み固定した内輪１４と、これらの間に転動自在の状態で挿入されている複数個のボール１５を備えている。本例では、出力軸８の先端部に固定された内輪１４には出力側に突出した円環状の取付用フランジ１６が一体形成されており、この取付用フランジ１６に不図示の負荷側の部材が連結固定されるようになっている。また、取付用フランジ１６を取り囲む状態で、ユニットハウジング５の出力側端面１７に円環状突起１８が形成されており、これら取付用フランジ１６と円環状突起１８の間にオイルシール１９が装着されている。
【００１９】
ここで、ユニットハウジング５の内部において、出力側軸受け部１２と、カップ形状の可撓性外歯歯車７２のカップ底面部分７２ａとの間に、アブソリュートセンサ２０が配置されている。アブソリュートセンサ２０は、出力軸８の１回転における絶対回転位置を検出するためのものであり、２極着磁されたマグネットリング２１と、２個のホール素子２２、２３とを備えている。ホール素子２２、２３は、円弧状に撓められたフレキシブルプリント配線基板２４に取り付けられている。
【００２０】
図２は、アブソリュートセンサ２０の取付状態を示す説明図、およびホール素子が取り付けられたフレキシブルプリント配線基板を平面上に展開した状態で示す展開図である。図１および図２を参照して説明すると、マグネットリング２１は、出力軸８の外周面部分に形成したリング装着用の円形段部２５に固定されている。ホール素子２２、２３は、細長いフレキシブルプリント配線基板２４の表面に一定の間隔で搭載されている。フレキシブルプリント配線基板２４はその表面が内側となるように円弧状に撓められた状態で、ユニットハウジング５におけるマグネットリング２１に対峙している内周面部分に取り付けられている。取り付けた状態では、２つのホール素子２２、２３は出力軸８の回転中心回りに９０度の角度間隔となっている。また、フレキシブルプリント配線基板２４の裏面には６箇所に配線接続用のランド（図において破線で示す矩形部分）が形成されている。
【００２１】
ここで、アブソリュートセンサとしては、ホール素子を４つ備えたものを用いることもできる。出力軸８の軸振れに起因する検出信号波形の誤差成分を抑制するために有効である。
【００２２】
図３は、４つのホール素子を備えたアブソリュートセンサ２０Ａの一例を示す図であり、（ａ）はその取付状態を示す説明図、（ｂ）はホール素子が取り付けられたフレキシブルプリント配線基板の平面展開図、および（ｃ）はホール素子の配線図である。これらの図に示すように、アブソリュートセンサ２０Ａは、上記の出力軸８の外周面に固定されているマグネットリング２１Ａと、細長いフレキシブルプリント配線基板２４Ａの表面に一定の間隔で搭載されている４つのホール素子２２１〜２２４とを有している。フレキシブルプリント配線基板２４Ａはその表面が内側となるように円弧状に撓められた状態で、ユニットハウジング５におけるマグネットリング２１Ａに対峙している内周面部分に取り付けられる。取り付けた状態では、４つのホール素子２２１〜２２４は出力軸８の回転中心回りに９０度の角度間隔となる。フレキシブルプリント配線基板２４Ａの裏面には１０箇所に配線接続用のランド（図３（ｂ）において破線で示す矩形部分）が形成されている。
【００２３】
（モータユニット）
次に、図１を参照して、モータユニット２の構成を説明する。モータユニット２は、モータ軸３１と、このモータ軸３１の外周面に同軸状態で固定されているリング状のロータマグネット３２と、これを同心状態で取り囲んでいるステータ３３とを備えている。これらは筒状のモータハウジング３５の内部に配置されており、モータハウジング３５の前側および後側の端板３６、３７に取り付けた軸受け部３８、３９によってモータ軸３１が回転自在の状態で支持されている。後側の端板３７の後側には磁気エンコーダ４０が取り付けられている。
【００２４】
モータハウジング３５の前側の端板３６の外周側の前端面部分には前方および外方に突出した円環状の取付用フランジ部分３６ａが一体形成されている。この取付用フランジ部分３６ａが、減速機ユニット４のユニットハウジング５の入力側開口端６に同軸状態で連結固定されている。
【００２５】
磁気エンコーダ４０は、後側の端板３７の後面に取り付けた磁気シールド円盤４１によって、モータ本体側と磁気的に仕切られており、端板３７から後側に突出しているモータ軸３１の後端部分に同軸状に取り付けた取付円盤４２に取り付けた二極着磁されたマグネットリング４３を有している。このマグネットリング４３の後側には、円盤状の基板４４が同軸状態で対向配置されており、この基板４４の表面にはＭＲセンサ４５およびホールセンサ４６（図４参照）が搭載されている。磁気エンコーダ４０のこれら構成部品は、端板３７の外周縁部分に取り付けたカップ状のエンコーダケース４７によって覆われている。
【００２６】
図４は磁気エンコーダ４０を示す図であり、（ａ）はその縦断面図であり、（ｂ）は矢印Ｂの方向から見た図であり、（ｃ）は矢印Ｃの方向から見た場合の図であり、（ｄ）は磁気エンコーダの後端面を示す端面図である。
【００２７】
図１、４を参照して説明すると、ＭＲセンサ４５は、円盤状の基板４４の表面の中心に搭載されており、ここには、直交配列した少なくとも一対の磁気抵抗効果素子のエレメントが形成されており、これらのエレメントによってブリッジ回路が構成されている。モータ軸３１と共に２極着磁されたマグネットリング４３が回転すると、回転磁界が発生し、ＭＲセンサ４５からは回転磁界の磁束方向の変化に応じて正弦波状に変化する１回転２周期の９０度位相のずれた２相信号が出力される。
【００２８】
ホールセンサ４６は、基板４４の表面におけるリングマグネット４３に対峙した部位に搭載されており、回転磁界の磁束強度の変化に伴って正弦波状に変化する１回転１周期の検出信号が出力される。
【００２９】
次に、基板４４は、エンコーダケース４７の封鎖端面４７ａの内側に接着固定されている。ネジ止めなどにより基板４４を取り付ける場合に比べて、基板を取り付けるために必要なスペースが少なくて済むので、磁気エンコーダ４０の小型・コンパクト化に有利である。
【００３０】
また、エンコーダケース４７の封鎖端面４７ａには、図４（ｄ）に示すように、例えば１２０度の角度を張る円弧状の配線窓４７ｂが開いている。基板４４の裏面には、この配線窓４７ｂに対応する部位に、複数の外部配線用の接続端子４８が放射状に配列されている。したがって、配線窓４７ｂから露出している接続端子４８に、外側から配線をハンダ付けすることにより、配線作業が終了するので、配線作業が極めて簡単である。また、エンコーダ内部に配線を引き回して外部に引き出す必要がないので、配線用のスペースが不要となり、磁気エンコーダ４０の小型化、コンパクト化に有利である。
【００３１】
（作用効果）
このように構成したギヤ付きモータ１の減速機ユニット４では、そのユニットハウジング５の内部における出力側軸受け部１２とカップ形状の可撓性外歯歯車７２の底面部分７２ａの間に、出力軸８の回転位置検出用のアブソリュートセンサ２０が配置されている。このアブソリュートセンサ２０の２個のホール素子２２、２３からは、出力軸８の１回転につき１周期の９０度位相のずれた信号が出力される。これらの信号に基づき、出力軸８の絶対回転位置を検出できる。
【００３２】
また、アブソリュートセンサ２０が配置されている出力軸８の部分は、これら出力側軸受け部１２と可撓性外歯歯車７２によって両持ち状態で支持されている。よって、当該出力軸８の部分を、アブソリュートセンサ２０の設置スペースを確保するために長くしても、減速機ユニット４のモーメント剛性の低下を招くことが無い。
【００３３】
次に、本例のギヤ付きモータ１のモータユニット２では、その後端部分に組み込まれている磁気エンコーダ４０が、ＭＲセンサ４５とホールセンサ４６を用いて構成されている。ホールセンサ４６の出力に基づき１回転内のアブソリュート位置を検出できる。
【００３４】
また、ＭＲセンサ４５は廉価であり、半導体プロセスを利用して２相信号を発生させるためにエレメントを精度良く直交配列することができる。したがって、複数個のホールセンサを用いてアブソリュート方式の磁気エンコーダを構成する場合に比べて、組付け作業が簡単にでき、出力調整も簡単に行うことができ、コスト的にも有利である。さらに、バイアス磁界をＭＲセンサに掛けて１回転１周期の信号を得る場合に比べて、構造を小型・コンパクト化および低コスト化するのに有利である。
【００３５】
特に、本例の磁気エンコーダ４０においては、マグネットリング４３に対して、ＭＲセンサ４５およびホールセンサ４６が搭載されている円盤状の基板４４を同軸状に対向配置してある。したがって、外周側に磁気センサを配置する場合に比べて、磁気エンコーダ４０の小径化に有利である。また、共通の基板４４の表面（同一の平面）に双方のセンサ４５、４６が配置されているので、磁気エンコーダ４０の薄型化にも有利である。これに加えて、基板４４がエンコーダケース４７に接着固定され、エンコーダケース４７から基板４４の接続端子４８が外部に露出しているので、基板固定および配線のためのスペースが少なくて済むので、磁気エンコーダ４０の薄型化に有利である。
【００３６】
以上説明したように、本例のギヤ付きモータ１では、その減速機ユニット４のモーメント剛性を低下させることなく、出力軸８の回転位置を検出するためのセンサ２０を配置できる。また、光学式のロータリエンコーダなどが組み込まれているモータに比べて、その全長を大幅に短くでき、狭い場所に設置する場合などに有利である。
【００３７】
なお、本例では、減速機として波動歯車装置を用いているが、波動歯車装置以外の減速機、例えば、遊星歯車減速機などを用いることもできる。また、出力軸の回転位置を検出するためのセンサとしては、磁気式アブソリュートセンサ以外の形式のセンサ、例えば、ロータリエンコーダを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用したギヤ付きモータの縦断面図である。
【図２】（ａ）は図１のギヤ付きモータにおけるアブソリュートセンサの取付状態を示す説明図であり、（ｂ）はホール素子が取り付けられたフレキシブルプリント配線基板を平面上に展開した状態で示す展開図である。
【図３】アブソリュートセンサの別の例を示す図であり、（ａ）はその取付状態を示す説明図、（ｂ）はホール素子が取り付けられたフレキシブルプリント配線基板の平面展開図、および（ｃ）はホール素子の配線図である。
【図４】図１のギヤ付きモータにおける磁気エンコーダを示す図であり、（ａ）はその縦断面図であり、（ｂ）は矢印Ｂの方向から見た図であり、（ｃ）は矢印Ｃの方向から見た場合の図であり、（ｄ）は磁気エンコーダの後端面を示す端面図である。
【図５】従来のギヤ付きモータを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    ギヤ付きモータ
２    モータユニット
４    減速機ユニット
５    ユニットハウジング
６    入力側開口端
７    波動歯車装置
７２  可撓性外歯歯車
８    出力軸
１１  出力側開口端
１２  出力側軸受け部
１３  外輪
１４  内輪
１５  ボール
１６  取付用フランジ
２０、２０Ａ  アブソリュートセンサ
２１、２１Ａ  マグネットリング
２２、２３、２２１〜２２４  ホール素子
２４、２４Ａ  フレキシブルプリント配線基板
３１  モータ軸
３２  ロータマグネット
３３  ステータ
３５  モータケース
３６、３７  端板
４０  磁気エンコーダ
４１  磁気シールド円盤
４２  取付円盤
４３  マグネットリング
４４  基板
４５  ＭＲセンサ
４６  ホールセンサ
４７  エンコーダケース
４７ａ  封鎖端面
４７ｂ  配線窓
４８  接続端子
【図１】
2007321879.tif 000003
【図２】
2007321879.tif 000004
【図３】
2007321879.tif 000005
【図４】
2007321879.tif 000006
【図５】
2007321879.tif 000007