JP2010051049A - Structure for attaching servo horn to servo motor, and servo motor - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a structure in which a servo horn extending in a direction perpendicular to the drive shaft is attached to a drive shaft of a servo motor, and a position of a mounting portion of the servo motor.
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。
The stepping motor is a motor that controls rotation in accordance with a step-like (pulse-like) command. On the other hand, the servo motor is a motor that can control the rotation angle [servo word source Servant
(Servant)]. For this reason, a rotation detector (encoder) not included in the stepping motor is incorporated in the motor. This encoder detects the rotation angle and rotation speed of the motor shaft, and performs feedback control in comparison with the command pulse. In other words, the presence of the encoder makes the motor Servant.
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。
There are three types of servo motors that are generally used: SM (synchronous) type AC servo motors, IM (induction) type AC servo motors, and DC servo motors. Of these, FA (factory
SM-type AC servo motors are the mainstream as small- and medium-capacity motors with particularly high demand for automation. For this reason, in normal FA applications, the term “servo motor” means an SM type AC servo motor.
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。
FIG. 6 is a partially cutaway perspective view of a portion of the SM type AC servomotor according to the prior art with the servo horn removed. FIG. 7 is a conceptual sectional view of the SM type AC servo motor of FIG. 6 with a servo horn attached. The SM type AC servo motor causes an alternating current to flow through the
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。
As shown in FIG. 6, a
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。
The rotation center of the
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。 Here, in Patent Document 1, a servo horn is fitted to an output shaft protruding from a housing of a servo device incorporating a motor, a reduction gear, and the like, and an external force is applied to the joint surface of the servo horn. A servo motor is disclosed in which a connecting member for transmitting the pressure is pressed by a set screw inserted through a washer. In this servo motor, a convex portion is formed on the joint surface between the servo horn and the connecting member, and a concave portion is provided on the connecting member at a position corresponding to the convex portion, and a strong impact is applied to the connecting member from the outside. When applied, the coupling state between the connecting member and the servo horn is momentarily released, and the reduction gear or the like in the servo device is prevented from being damaged.
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。 Servo motors have a history of being originally developed as radio control motors. Therefore, a structure useful for radio control is employed. However, servo motors having such a historical background have recently been frequently used in FA related fields. In FA, it is required to move or rotate a heavy object with a fast frequency response, and the conventional radio control motor structure may not be able to meet the demand. In addition, since the servo motor has been used for radio control, the mounting structure of the servo motor itself is specialized for radio control, and there is a problem that the degree of freedom in design is small for FA control.
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。 The present invention has been made in view of the actual circumstances of the background art described above, and the first problem is to drive with a large torque without greatly changing the structure of the motor drive section of the servo motor. This is to propose a servo horn mounting structure for a servo motor. The second problem is to propose the position of the mounting portion of the servo motor for increasing the degree of freedom of design when the servo motor is used for FA drive.
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。
The first problem described above has been solved by the structure according to claim 1.
That is, in a structure in which a servo horn extending in a direction perpendicular to the drive shaft is attached to the drive shaft of the servo motor, a thrust bearing that supports the servo horn is provided on the entire surface of the servo horn on the motor side. This is solved by the servo horn mounting structure of the servo motor.
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)。 Here, the thrust bearing is preferably a fluororesin thin plate. Further, an oilless bearing made of a plastic thin plate or a metal thin plate can be used as the thrust bearing. An oilless bearing in which a sintered thin plate made of a porous material is impregnated with oil can also be used. Furthermore, a ball bearing that is a rotating metal ball or a needle bearing that is a rotating metal rod can be used as the thrust bearing.
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。
The second problem described above has been solved by the structure according to
That is, the problem has been solved by the servo motor, characterized in that a mounting portion for mounting the servo motor is provided on a side surface other than the side surface from which the drive shaft of the servo motor housing is projected.
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。 Here, it is preferable that attachment portions for attaching the servo motor are provided on a plurality of side surfaces of the housing of the servo motor.
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。 With the servo horn mounting structure according to the first aspect, the servo horn is firmly supported, and the servo motor can be driven in a large torque region.
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。
In addition, a maintenance-free servo motor can be provided by the servo horn mounting structure according to
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。 Further, the servo horn mounting structure according to the fifth aspect makes it possible to form a more robust thrust bearing and to provide a maintenance-free servo motor.
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。 In addition, the servo motor having the servo horn mounting structure according to the sixth aspect can withstand a heavy load and improve the degree of freedom in designing the structure of the FA device.
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。 On the other hand, the servo motor according to the seventh aspect makes it possible to realize an FA device having a structure that is difficult to realize with a conventional servo motor.
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。 Hereinafter, embodiments of the servo horn mounting structure of a servo motor and the servo motor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 is a sectional view conceptually showing a main part of an example of a servo motor having a servo horn mounting structure according to the present invention. Since the structure of the servo motor drive unit is the same as that of the prior art, the description thereof is omitted.
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。
Usually, the drive shaft 1 of the servo motor decelerated by a reduction gear (not shown) is provided in the casing in a plane perpendicular to the drive shaft 1 by at least one bearing 3 provided on the
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。
In this embodiment, a
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。
FIG. 2 is a side view of the servo motor of FIG. 1 when the servo horn 4 portion is removed from FIG. The Teflon
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。
As shown in FIG. 1, one surface of the Teflon
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。
The
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。
The
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。
According to the tests by the present inventors, even with a servo horn mounting structure according to the prior art as shown in FIG. 7, even a servo motor in which the bearing is bent at 20 kg / cm is shown in FIG. The servo horn mounting structure as shown in FIG. 2 is such that when the Teflon
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。
On the other hand, the servo motor has a history of developing as a radio control motor as described above, and the mounting
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。
In the present invention, in order to solve this problem, as shown in FIG. 5, an
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。
More preferably, the
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。 The embodiment of the servo horn mounting structure and the position of the servo motor mounting portion according to the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and Naturally, various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea of the present invention described in the scope.
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。 For example, in the above embodiment, the case where the mounting structure of the servo horn of the present invention is applied to the SM (synchronous) type AC servo motor has been described. However, the present invention is applicable to the SM (synchronous) type AC servo motor, IM ( The present invention can be applied to any of the induction type AC servo motor and DC servo motor.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
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JP2008210536A JP2010051049A (en) | 2008-08-19 | 2008-08-19 | Structure for attaching servo horn to servo motor, and servo motor |
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