(57)【要約】【課題】超音波モータによって発生する摩耗粉の侵入による軸受の損傷を防止し、内径の大きな中空孔を確保することができるようにした中空アクチュエータを提供することである。【解決手段】転がり軸受１０における外輪１１の一端側に超音波モータ２０を取り付け、内輪１２の他側に出力プレート４０を取り付けて、超音波モータ２０によって発生する摩耗粉が転がり軸受１０内に侵入するのを防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪（１１）と内輪（１２）間に転動体が組み込まれた転がり軸受（１０）と、前記外輪（１１）の一側方に設けられた超音波モータ（２０）と、前記内輪（１２）の他側に取り付けられた環状の出力プレート（４０）からなり、
前記超音波モータ（２０）が、前記外輪（１１）の一側面に取り付けられた環状のステータ（２１）と、前記内輪（１２）の一側面に取り付けられて前記ステータ（２１）の外側面に圧接されたロータ（２２）を有してなる中空アクチュエータ。
【請求項２】
前記転がり軸受（１０）が、外輪（１１）の内径面と内輪（１２）の外径面間に形成された軸受空間（１６）の両端開口がシール（１７）によって密閉されたシール付き軸受とされた請求項１に記載の中空アクチュエータ。
【請求項３】
前記出力プレート（４０）と前記外輪（１１）の軸方向の対向面間に前記ロータ（２２）の回転角を検出する位置検出センサ（４４）を設けた請求項１又は２に記載の中空アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、産業ロボットの関節部等を駆動する中空アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の中空アクチュエータとして、特許文献１および２に記載されたものが従来から知られている。ここで、特許文献１に記載された中空アクチュエータにおいては、円筒状のフランジの内側に電動モータを組み込み、その電動モータのロータの回転を波動歯車装置からなる減速機により減速し、その減速機からの出力により上記フレームと同軸上に配置された出力フランジを減速回転させるようにしている。また、ロータの内側に電磁ブレーキを設け、その電磁ブレーキによって減速機を構成するウェーブジェネレータに制動力を付与するようにしている。
【０００３】
一方、特許文献２に記載された中空アクチュエータにおいては、転がり軸受における一対の軌道輪の一方に超音波モータのステータを取り付け、他方の軌道輪にロータを取り付けて上記ステータに圧接し、そのロータと共に他方の軌道輪を低速回転させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４９１３９号公報
【特許文献２】特開２００３−２２２１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載された中空アクチュエータにおいては、減速機および電磁ブレーキを必要とするため機構が複雑であって大型化し、出力フランジに設けられたケーブル挿入用筒部の内径を大きくできないという不都合がある。
【０００６】
一方、特許文献２に記載された中空アクチュエータにおいては、超音波モータを使用しているため、減速機や電磁ブレーキを不要とし得る分、構成を簡素化し得るが、転がり軸受の内部に超音波モータを組み込むため、超音波モータによって発生する摩耗粉が軸受内部に侵入して軸受を損傷させる可能性がある。また、中空アクチュエータの関節部への組付けに際し、内輪内径部に軸を挿入して組込む必要があるため、ケーブル挿入用の中空孔を大きく採ることができないという不都合もある。
【０００７】
この発明の課題は、摩耗粉の侵入による軸受の損傷を防止し、内径の大きな中空孔を確保することができるようにした中空アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、この発明においては、外輪と内輪間に転動体が組み込まれた転がり軸受と、前記外輪の一側方に設けられた超音波モータと、前記内輪の他側に取り付けられた環状の出力プレートからなり、前記超音波モータを、前記外輪の一側面に取り付けられた環状のステータと、前記内輪の一側面に取り付けられて前記ステータの外側面に圧接されたロータとで形成した構成を採用したのである。
【０００９】
上記のように、転がり軸受の外部に超音波モータを設けることによって、その超音波モータから発生する摩耗粉の転がり軸受内部への侵入を防止することができ、摩耗粉の侵入による転がり軸受の損傷を抑制することができる。
【００１０】
ここで、転がり軸受として、外輪の内径面と内輪の外径面間に形成された軸受空間の両端開口をシールによって密閉したシール付き転がり軸受とすることにより、摩耗粉の軸受内部への侵入を確実に防止することができる。
【００１１】
また、出力プレートと外輪の軸方向の対向面間にロータの回転角を検出する位置検出センサを設けておくことにより、中空アクチュエータの機能性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明においては、上記のように、転がり軸受の一側外部に超音波モータを設けたことにより、その超音波モータで発生する摩耗粉の軸受内部への侵入を防止し、転がり軸受が摩耗粉によって損傷するのを防止することができる。
【００１３】
また、転がり軸受の他側に出力プレートを設け、その出力プレートと外輪の対向部間に回転角を検出する位置検出センサを設けたことにより、内輪の内側にケーブル挿入用としての使用が可能な径の大きな中空孔を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明に係る中空アクチュエータの実施の形態を示す縦断面図
【図２】図１の一部省略の右側面図
【図３】図１の一部省略の左側面図
【図４】中空アクチュエータの使用の一例を示す断面図
【図５】この発明に係る中空アクチュエータの他の実施の形態を示す縦断面図
【図６】この発明に係る中空アクチュエータのさらに他の実施の形態を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図３に示すように、中空アクチュエータＡは、転がり軸受１０と、その転がり軸受１０の一側方に設けられた超音波モータ２０と、転がり軸受１０の他側に設けられた出力プレート４０を有している。
【００１６】
転がり軸受１０は、外輪１１の内径面と内輪１２の外径面に９０°のＶ溝からなる軌道溝１３、１４を設け、その軌道溝１３、１４間に直交配列された転動体としてのローラ１５を転動自在に組み込み、上記外輪１１の内径面と内輪１２の外径面間に形成された軸受空間１６の両端開口部をシール１７により密閉したシール付きクロスローラ軸受からなっている。
【００１７】
外輪１１には一側から他側に貫通する複数のねじ孔１８が周方向に間隔をおいて設けられている。また、内輪１２にも一側から他側に貫通する複数のねじ孔１９が周方向に間隔をおいて設けられている。
【００１８】
超音波モータ２０は、外輪１１の一側面に取り付けられた環状のステータ２１と、内輪１２の一側面に取り付けられたロータ２２とを有している。ステータ２１は環状の金属からなる弾性体２３およびその弾性体２３の一側面に接合された圧電素子２４よりなり、上記弾性体２３の他側面における内周部に環状突出部２５が設けられ、その環状突出部２５に径方向に向く多数のスリット２６が放射状に形成されている。
【００１９】
また、ステータ２１には、外輪１１に形成されたねじ孔１８と対向して複数のボルト挿入孔２７が設けられ、そのボルト挿入孔２７からねじ孔１８にねじ込まれるボルト２８の締め付けによって外輪１１の一側面にステータ２１が取り付けられている。このとき、ステータ２１は、突出部２５が外側方に位置する取り付けとされる。
【００２０】
ロータ２２は環状をなし、その内周部には内輪１２のねじ孔１９に対向して複数のボルト挿入孔２９が設けられ、そのボルト挿入孔２９から内輪１２のねじ孔１９にねじ込まれる複数のボルト３０によりロータ２２が転がり軸受１０と同軸上に支持されて、ステータ２１の突出部２５に対向配置される。
【００２１】
また、複数のボルト３０によってワッシャ３１がロータ２２の外側方において対向配置する取り付けとされ、そのワッシャ３１とロータ２２の対向部間に組み込まれた皿ばね３２によってロータ２２がステータ２１の突出部２５に圧接されている。
【００２２】
上記超音波モータ２０においては、圧電素子２４に超音波領域の周波数の交流電圧を加えることにより、スリット２６を有する突出部２５に超音波振動が生成され、その突出部２５に圧接されたロータ２２が回転するようになっている。
【００２３】
出力プレート４０は環状をなし、その内周部には内輪１２に形成された複数のねじ孔１９のそれぞれに対向してボルト挿入孔４１が形成され、そのボルト挿入孔４１に挿入されて内輪１２のねじ孔１９にねじ込まれる複数のボルト４２の締め付けによって内輪１２の他側面に出力プレート４０が取り付けられている。
【００２４】
出力プレート４０の上記外輪１１に対する対向面の外周部には環状の凹部４３が形成され、その凹部４３の閉塞端面と外輪１１の他側面間にロータ２２の回転角を検出する位置検出センサ４４が設けられている。
【００２５】
位置検出センサ４４は、凹部４３の閉塞端面に取り付けられた磁気エンコーダ４５と、外輪１１の他側面に取り付けられた位置検出基板４６とからなり、出力プレート４０の回転に伴う磁束の変化からロータ２２の回転方向と回転角とを検出する構成とされている。
【００２６】
図４は、図１に示す中空アクチュエータＡの使用の一例を示す。その使用例においては、固定配置のハウジング５０の内部に図１に示す中空アクチュエータＡを、超音波モータ２０を先にして挿入し、ハウジング５０の内周に設けられたフランジ５１を貫通して外輪１１のねじ孔１８にねじ込まれるボルト５２の締め付けにより上記フランジ５１に中空アクチュエータＡを固定している。
【００２７】
また、中空アクチュエータＡの出力プレート４０に、内輪１２のねじ孔１９にねじ込まれるボルト５３を介してロボットアーム５４の一端部を連結し、そのロボットアーム５４の他端部に設けられた筒部５５内に別体の中空アクチュエータＡを、超音波モータ２０を先にして挿入し、上記筒部５５の内周に形成されたフランジ５６を貫通して外輪１１のねじ孔１８にねじ込まれるボルト５７の締め付けにより別体の中空アクチュエータＡを固定している。
【００２８】
上記のような中空アクチュエータＡの使用において、ハウジング５０内に組み込まれた中空アクチュエータＡの超音波モータ２０を駆動すると、その中空アクチュエータＡの軸心を中心にロボットアーム５４が揺動する。
【００２９】
また、ロボットアーム５４の他端の筒部５５内に組み込まれた中空アクチュエータＡの出力プレート４０に作業用治具を取り付ける状態で、中空アクチュエータＡの超音波モータ２０を駆動すると、中空アクチュエータＡの軸心を中心に作業用治具を回転させることができる。
【００３０】
上記のような中空アクチュエータＡの使用においては、その中空アクチュエータＡの中心部に形成される中空孔ＢにケーブルＣを挿入して、ロボットアーム５４の揺動や作業用治具の回転が阻害されないようにしておく。
【００３１】
図１乃至図３に示す中空アクチュエータＡにおいては、転がり軸受１０の外部に超音波モータ２０が設けられ、しかも、転がり軸受１０はシール１７によって軸受空間１６が密閉されたものであるため、超音波モータ２０から摩耗粉が発生しても、その摩耗粉は転がり軸受１０内に侵入することはなく、転がり軸受１０が摩耗粉の侵入によって損傷するようなことはない。
【００３２】
また、超音波モータ２０を転がり軸受１０の一端側に設け、その転がり軸受１０の他端側に環状の出力プレート４０を設けることによって、内輪１２の内側にケーブル挿入用としての使用が可能な径の大きな中空孔Ｂを確保することができる。
【００３３】
図１に示す中空アクチュエータＡにおいては、外輪１１に形成されたねじ孔１８を利用して中空アクチュエータＡのハウジングへの取り付けとし、また、内輪１２に形成されたねじ孔１９を利用して出力プレート４０の取り付けとしたが、中空アクチュエータＡの取り付け、出力プレート４０の取り付けはこれに限定されるものではない。
【００３４】
図５に示す例においては、転がり軸受１０における外輪１１の外側に環状の外輪ホルダ６０を嵌合し、その外輪ホルダ６０の一端部内周に形成された内向きフランジ６１を外輪１１の一側面に衝合し、外輪１１の他側面に挟持リング６２を衝合し、ステータ２１のボルト挿入孔２７から外輪ホルダ６０を貫通して挟持リング６２に形成されたねじ孔６３にねじ込まれるボルト２８により外輪ホルダ６０を外輪１１に取り付け、その外輪ホルダ６０の外周部に設けられたねじ孔６４を利用して中空アクチュエータＡのロボットアーム等の取付け対象への取り付けとしている。
【００３５】
また、内輪１２の内側に内輪ホルダ６５を嵌合し、その内輪ホルダ６５の一端部外周に形成された外向きフランジ６６を内輪１２の一端面に衝合し、上記内輪ホルダ６５の内周部に形成された複数のねじ孔６７を介して出力プレート４０およびロータ２２の取り付けとしている。
【００３６】
図６に示す例においては、外輪１１の外側に外輪ホルダ７０を嵌合し、その外輪ホルダ７０の一端部内周に形成された内向きフランジ７１を外輪１１の一端面に衝合し、その内向きフランジ７１に衝合されたロータ２１のボルト挿入孔２７に挿入され、内向きフランジ７１を貫通して外輪１１のねじ孔１８にねじ込まれるボルト２８の締め付けで外輪ホルダ７０を外輪１１に取り付け、その外輪ホルダ７０の外周部に形成された複数のねじ孔７２を利用して中空アクチュエータＡのロボットアーム等の取付け対象への取り付けとしている。
【符号の説明】
【００３７】
１０  転がり軸受
１１  外輪
１２  内輪
１５  ローラ（転動体）
１６  軸受空間
１７  シール
２０  超音波モータ
２１  ステータ
２２  ロータ
４０  出力プレート
４４  位置検出センサ
【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】
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【図６】
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