JP5641041B2 - モータ装置、モータ装置の製造方法及びロボット装置 - Google Patents
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Description
本発明は、モータ装置、モータ装置の製造方法及びロボット装置に関する。
本願は、２０１０年３月３１日に、日本に出願された特願２０１０−０８２５５６号及び２０１０年３月３１日に、日本に出願された特願２０１０−０８３３７７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０１０年３月３１日に、日本に出願された特願２０１０−０８２５５６号及び２０１０年３月３１日に、日本に出願された特願２０１０−０８３３７７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
例えば旋回系機械を駆動させるアクチュエータとして、モータ装置が用いられている。
このようなモータ装置として、例えば電動モータや超音波モータなど、高トルクを発生させることが可能なモータ装置が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。近年では、ヒューマノイドロボットの関節部分など、より精密な部分を駆動させるモータ装置が求められており、電動モータや超音波モータなどの既存のモータにおいても小型化、トルクの制御性等、細密で高精度な駆動を行うことができる構成が求められている。
このようなモータ装置として、例えば電動モータや超音波モータなど、高トルクを発生させることが可能なモータ装置が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。近年では、ヒューマノイドロボットの関節部分など、より精密な部分を駆動させるモータ装置が求められており、電動モータや超音波モータなどの既存のモータにおいても小型化、トルクの制御性等、細密で高精度な駆動を行うことができる構成が求められている。
しかしながら、電動モータや超音波モータにおいては、高トルクを発生させるためには減速機を取り付ける必要があるため、小型化には限界がある。また、超音波モータにおいては、トルクの制御が困難である。
本発明に係る態様は、高トルクを発生させることができるモータ装置を提供することを目的とする。
本発明に係る態様によるモータ装置は、ベース部と、当該ベース部と一部材で形成され、回転子の外周の少なくとも一部に掛けられる伝達部と、ベース部に支持され、回転子と伝達部との間を回転力伝達状態として伝達部を一定距離移動させると共に回転力伝達状態を解消した状態で伝達部を所定の位置に復帰させる駆動部とを備える。
本発明に係る態様によるモータ装置の製造方法は、ベース部と、回転子の外周の少なくとも一部に掛けられる伝達部とを一部材で形成し、回転子と伝達部との間を回転力伝達状態として伝達部を一定距離移動させると共に回転力伝達状態を解消した状態で伝達部を所定の位置に復帰させる駆動部をベース部に取り付ける。
本発明に係る態様によるモータ装置は、ベース部と、上記ベース部と一部材で形成され、回転子の少なくとも一部に掛けられる伝達部と、上記回転子と上記伝達部との間を回転力伝達状態として上記伝達部を一定距離移動させると共に上記回転力伝達状態を解消した状態で上記伝達部を所定の位置に復帰させる駆動部と、上記ベース部と一部材で形成され、上記伝達部を支持する部分と、を備える。
本発明に係る態様によるモータ装置は、回転子の外周の少なくとも一部に掛けられる伝達部と、回転子と上記伝達部との間を回転力伝達状態として伝達部を一定距離移動させると共に回転力伝達状態を解消した状態で伝達部を所定の位置に復帰させる駆動部と、伝達部に対して回転子から離れる方向に弾性力を作用させる弾性部とを備える。
本発明に係る態様によるロボット装置は、回転軸部材と、回転軸部材を回転させるモータ装置とを備え、当該モータ装置として、本発明のモータ装置が用いられている。
本発明に係る態様によるモータ装置の製造方法は、ベース部と回転子の少なくとも一部に掛けられる伝達部とを一部材の基板に形成することと、上記伝達部を移動させる駆動部が配置される部分を上記ベース部に形成することと、を有する。
本発明に係る態様によれば、高トルクを発生させることができるモータ装置を提供することができる。
［第１実施形態］
以下、図面に基づき、本発明に係る実施の形態を説明する。
図１Ａ及び１Ｂは、第１実施形態に係るモータ装置ＭＴＲの一例を示す概略構成図である。図１Ａは正面図であり、図１Ｂは平面図である。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、モータ装置ＭＴＲは、ベース部ＢＳと、伝達部ＢＴと、駆動部ＡＣと、制御部ＣＯＮＴとを有している。当該モータ装置ＭＴＲは、図１Ａ及び図１Ｂに一点鎖線で示す回転子ＳＦを回転させる。モータ装置ＭＴＲは、ベース部ＢＳと伝達部ＢＴとが一部材で形成されている。また、回転子ＳＦは、回転軸（中心軸）Ｃ（図１ＡのＺ軸と平行な軸）を有する。
以下、図面に基づき、本発明に係る実施の形態を説明する。
図１Ａ及び１Ｂは、第１実施形態に係るモータ装置ＭＴＲの一例を示す概略構成図である。図１Ａは正面図であり、図１Ｂは平面図である。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、モータ装置ＭＴＲは、ベース部ＢＳと、伝達部ＢＴと、駆動部ＡＣと、制御部ＣＯＮＴとを有している。当該モータ装置ＭＴＲは、図１Ａ及び図１Ｂに一点鎖線で示す回転子ＳＦを回転させる。モータ装置ＭＴＲは、ベース部ＢＳと伝達部ＢＴとが一部材で形成されている。また、回転子ＳＦは、回転軸（中心軸）Ｃ（図１ＡのＺ軸と平行な軸）を有する。
ベース部ＢＳは、例えばステンレス等の材料を用いて板状に形成された部分である。ベース部ＢＳには、貫通部１０及び貫通部２０が形成されている。貫通部１０は、正面視で実質的に円形に形成された開口部であり、ベース部ＢＳの表裏を貫通して形成されている。貫通部１０には、回転子ＳＦが挿入される。貫通部２０は、例えば貫通部１０に一部重なるように正面視で実質的に矩形に形成された開口部であり、ベース部ＢＳの表裏を貫通して形成されている。貫通部２０内には、駆動部ＡＣが配置される。
伝達部ＢＴは、第一端部２１、第二端部２２及びベルト部２３を有している。第一端部２１及び第二端部２２は、例えば貫通部１０のＸ方向の中央部から＋Ｙ方向に延び、ベース部ＢＳの内周部２０ａに接続されている。第一端部２１と内周部２０ａとの接続部分２４は、第一端部２１の他の部分に比べて薄く形成されている。同様に、第二端部２２と内周部２０ａとの接続部分２５は、第二端部２２の他の部分に比べて薄く形成されている。
したがって、第一端部２１及び第二端部２２は、接続部分２４及び２５を支点としてθＺ方向に回動する構成である。第一端部２１及び第二端部２２は、回転子ＳＦの外周上の基準位置Ｆを挟んで配置されている。本実施形態では、例えば図１における回転子ＳＦの＋Ｙ側端部を基準位置Ｆとした場合を例に挙げて説明する。
したがって、第一端部２１及び第二端部２２は、接続部分２４及び２５を支点としてθＺ方向に回動する構成である。第一端部２１及び第二端部２２は、回転子ＳＦの外周上の基準位置Ｆを挟んで配置されている。本実施形態では、例えば図１における回転子ＳＦの＋Ｙ側端部を基準位置Ｆとした場合を例に挙げて説明する。
ベルト部２３は、ベース部ＢＳの内周部１０ａに沿って例えば帯状に形成され、例えば弾性変形可能な程度の厚さに形成されている。ベルト部２３は、貫通部１０に挿入される回転子ＳＦを囲うように配置される。換言すると、回転子ＳＦは、貫通部１０のうちベルト部２３によって囲まれる空間に挿入される。ベルト部２３は、例えば回転子ＳＦの少なくとも一部に掛けられる。
ベルト部２３には、複数の切り込み部１１が形成されている。切り込み部１１は、例えばベルト部２３の外周面（内周部１０ａに対向する面）に形成されている。切り込み部１１は、例えばベルト部２３の長手方向（内周部１０ａに沿った方向）の全体に亘って実質的に等間隔に形成されている。切り込み部１１は、ベルト部２３の変形を促進する。
駆動部ＡＣは、ベース部ＢＳの内周部２０ａによって支持されている。駆動部ＡＣは、例えばピエゾ素子などの電気機械変換素子を備えた駆動素子（第１電気機械変換素子）３１及び駆動素子（第２電気機械変換素子）３２を有している。
駆動素子３１及び駆動素子３２は、電気機械変換素子に電圧が印加されることにより、Ｘ方向に伸縮する構成である。制御部ＣＯＮＴは駆動部ＡＣに接続されており、当該駆動部ＡＣに対して制御信号を供給可能になっている。
駆動素子３１及び駆動素子３２は、電気機械変換素子に電圧が印加されることにより、Ｘ方向に伸縮する構成である。制御部ＣＯＮＴは駆動部ＡＣに接続されており、当該駆動部ＡＣに対して制御信号を供給可能になっている。
駆動素子３１及び駆動素子３２は、第一端部２１及び第二端部２２を挟む位置に設けられている。駆動素子３１の先端部３１ａは第一端部２１に向けられており、駆動素子３２の先端部３２ａは第二端部２２に向けられている。したがって、駆動素子３１及び駆動素子３２は、先端部３１ａ及び先端部３２ａが対向している。駆動素子３１の先端部３１ａは、例えば第一端部２１に接続されている。駆動素子３２の先端部３２ａは、例えば第二端部２２に接続されている。
駆動素子３１の−Ｘ側の端面は、例えばベース部ＢＳの内周部２０ａに支持されている。また、駆動素子３２の＋Ｘ側の端面は、例えばベース部ＢＳの内周部２０ａに支持されている。駆動素子３１が伸縮することにより、第一端部２１はＸ方向に移動すると共にθＺ方向に回動する。また、駆動素子３２が伸縮することにより、第二端部２２はＸ方向に移動すると共にθＺ方向に回動する。このため、第一端部２１及び第二端部２２は、駆動素子３１及び駆動素子３２の変形により、回転子ＳＦの基準位置Ｆにおける接線方向よりも内側に移動する。
駆動素子３１が＋Ｘ方向に伸び、かつ、駆動素子３２が−Ｘ方向に伸びると、第一端部２１と第二端部２２とが近づく。このため、ベルト部２３が回転子ＳＦに巻きつき、当該ベルト部２３に張力が加わる。駆動素子３１が−Ｘ方向に縮み、かつ、駆動素子３２が＋Ｘ方向に縮むと、第一端部２１と第二端部２２とが遠ざかる。このため、ベルト部２３が回転子ＳＦから離れて弛緩する。
次に、回転子ＳＦの駆動動作を説明する。
本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲにおいて、回転子ＳＦを駆動させる原理を説明する。回転子ＳＦを駆動させる際には、回転子ＳＦに巻き掛けられた伝達部ＢＴに有効張力を生じさせ、当該有効張力によって回転子ＳＦにトルクを伝達する。
本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲにおいて、回転子ＳＦを駆動させる原理を説明する。回転子ＳＦを駆動させる際には、回転子ＳＦに巻き掛けられた伝達部ＢＴに有効張力を生じさせ、当該有効張力によって回転子ＳＦにトルクを伝達する。
オイラーの摩擦ベルト理論により、回転子ＳＦに巻き掛けられた伝達部ＢＴの第一端部２１側の張力Ｔ１及び第二端部２２側の張力Ｔ２が下記［数１］を満たすとき、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間で摩擦力が生じ、伝達部ＢＴが回転子ＳＦに対して滑りを生じることの無い状態（回転力伝達状態）で回転子ＳＦと共に移動する。この移動により、回転子ＳＦにトルクが伝達される。ただし、［数１］において、μは伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間の見かけ上の摩擦係数であり、θは伝達部ＢＴの有効巻き付き角である。
このとき、トルクの伝達に寄与する有効張力は、（Ｔ１−Ｔ２）によって表される。上記［数１］に基づいて有効張力（Ｔ１−Ｔ２）を求めると、［数２］のようになる。［数２］は、Ｔ１を用いて有効張力を表す式である。
上記［数２］より、回転子ＳＦに伝達されるトルクは駆動素子３１の張力Ｔ１によって一意に決定されることがわかる。［数２］の右辺のＴ１の係数部分は、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間の摩擦係数μ及び伝達部ＢＴの有効巻き付き角θにそれぞれ依存する。図２は、摩擦係数μを変化させたときの有効巻き付き角θと係数部分の値との関係を示すグラフである。グラフの横軸は有効巻き付き角θを示しており、グラフの縦軸は係数部分の値を示している。
図２に示すように、例えば摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θが３００°以上のときに係数部分の値が０．８以上となっている。このことから、摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θを３００°以上とすることにより、駆動素子３１による張力Ｔ１の８０％以上の力が回転子ＳＦのトルクに寄与することがわかる。この巻き付き角の他、図２のグラフから、例えば伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間の摩擦係数を大きくするほど、係数部分の値が大きくなることが推定される。
このように、トルクの大きさは駆動素子３１の張力Ｔ１によって一意に決定されることになり、例えば伝達部ＢＴの移動距離などには実質的に無関係であることがわかる。したがって、例えば駆動素子３１及び駆動素子３２に用いられるピエゾ素子などは、数ミリ程度の小型素子であっても、数百ニュートン以上の力を出すことができるので非常に大きな回転力を付与することができる。
このような原理に基づいて、制御部ＣＯＮＴは、図３に示すように、まず、第一端部２１が＋Ｘ方向に、第二端部２２が−Ｘ方向にそれぞれ移動するように駆動素子３１及び駆動素子３２を変形させる。この動作により、伝達部ＢＴの第一端部２１側には張力Ｔ１が発生し、伝達部ＢＴの第二端部２２側には張力Ｔ２が発生する。したがって、伝達部ＢＴに有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴに有効張力を発生させた状態を保持しつつ、図４に示すように、伝達部ＢＴの第一端部２１が＋Ｘ方向に移動するように、かつ、第二端部２２が＋Ｘ方向に移動するように駆動素子３１及び駆動素子３２を変形させる（駆動動作）。この動作において、制御部ＣＯＮＴは、第一端部２１の移動距離と第二端部２２の移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部ＢＴが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向に回転する。
本実施形態では、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間の摩擦係数μが例えば０．３であり、伝達部ＢＴが回転子ＳＦに実質的に１回転（３６０°）巻き掛けられている。したがって、図２のグラフを参照すると、駆動素子３１の張力Ｔ１の８５％程度の力がトルクとして回転子ＳＦに伝達されることになる。
制御部ＣＯＮＴは、第一端部２１及び第二端部２２を所定距離だけ移動させた後、図５に示すように、第一端部２１が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように、かつ、第二端部２２が移動しないように、駆動素子３１だけを変形させる。この動作により、第一端部２１が−Ｘ方向へ移動し、伝達部ＢＴの巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、伝達部ＢＴに付加されていた有効張力が解除された状態になる。この状態においては、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力は発生せず、回転子ＳＦは慣性によって回転し続けることになる。
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴの巻き掛けを緩ませた後、図６に示すように、第二端部２２が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように駆動素子３２を変形させる。この動作により、伝達部ＢＴの巻き掛けが緩んだまま、すなわち、有効張力が発生しないまま、伝達部ＢＴの第二端部２２が駆動の開始位置（所定位置）へ戻っていく（復帰動作）。
第二端部２２が駆動開始位置に戻される直前になったら、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３１を変形させて第一端部２１を＋Ｘ方向に移動させる。この動作により、第二端部２２が駆動開始位置に戻されるのと実質的に同時に、伝達部ＢＴの第一端部２１側に張力Ｔ１が発生し、伝達部ＢＴの第二端部２２側に張力Ｔ２が発生する。これにより、駆動開始時に伝達部ＢＴに有効張力を付加させた状態（図３の状態）と同様の状態となる。
伝達部ＢＴに有効張力が付加された後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴの第一端部２１が＋Ｘ方向に移動するように駆動素子３１を変形させ、第二端部２２が＋Ｘ方向に移動するように駆動素子３２を変形させる（駆動動作）。このとき、第一端部２１の移動距離と第二端部２２の移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部ＢＴが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向に回転する。
この後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴに付加されていた有効張力を再度解除させる。制御部ＣＯＮＴは、有効張力を図５のように解除させた後、伝達部ＢＴの第一端部２１及び第二端部２２が開始位置に戻るように移動させる（復帰動作）。このように制御部ＣＯＮＴが上記駆動動作と復帰動作とを駆動部ＡＣに繰り返し行わせることにより、回転子ＳＦがθＺ方向に回転し続けることになる。
次に、上記のモータ装置ＭＴＲの製造方法を説明する。
モータ装置ＭＴＲを製造する場合、まず、ベース部ＢＳと伝達部ＢＴとを一部材で形成する。例えば図７に示すように、複数の基板Ｓを積層させ、当該複数の基板Ｓをまとめて切削加工して形成する。例えば、ワイヤーなど金属の線状部材Ｌに電圧を印加して放電させた状態とし、このワイヤーと複数の基板Ｓとを相対的に移動させながら、糸鋸のように複数の基板Ｓを切削加工する。
モータ装置ＭＴＲを製造する場合、まず、ベース部ＢＳと伝達部ＢＴとを一部材で形成する。例えば図７に示すように、複数の基板Ｓを積層させ、当該複数の基板Ｓをまとめて切削加工して形成する。例えば、ワイヤーなど金属の線状部材Ｌに電圧を印加して放電させた状態とし、このワイヤーと複数の基板Ｓとを相対的に移動させながら、糸鋸のように複数の基板Ｓを切削加工する。
また、上記の他、例えば一部材で形成されたベース部ＢＳ及び伝達部ＢＴの鋳型を作成し、鋳造によって形成するようにしても構わない。また、一部材で形成されたベース部ＢＳ及び伝達部ＢＴの押し型を用いて、押し出し成形によって形成するようにしても構わない。更に、フォトリソグラフィ法を用いたパターニングによって、ベース部ＢＳ及び伝達部ＢＴを形成しても構わない。ベース部ＢＳと伝達部ＢＴとを一部材で形成した後、駆動部ＡＣをベース部ＢＳに取り付けることで、モータ装置ＭＴＲが完成する。
このように、本実施形態によれば、伝達部ＢＴが回転子ＳＦの少なくとも一部に掛けられた状態で駆動部ＡＣに駆動動作及び復帰動作を行わせることとしたので、オイラーの摩擦ベルト理論により、伝達部ＢＴに付加する一方の張力によってトルクが一意に決定されることになる。したがって、減速機等を取り付けなくても、また、小型の駆動部ＡＣであっても高いトルクを回転子ＳＦに付加させることが可能となる。これにより、高トルクを発生させることができる小型のモータ装置ＭＴＲを得ることができる。また、小型の駆動部ＡＣであっても高効率で回転子ＳＦを回転させることが可能となる。また、本実施形態によれば、モータ装置ＭＴＲのトルクを制御することが容易になる。
また、本実施形態によれば、ベース部ＢＳと、当該ベース部ＢＳとが一部材で形成される構成であるため、低コストで、かつ、簡単な製造工程で製造することができる。更に、駆動部ＡＣがベース部ＢＳに取り付けられるため、モータ装置ＭＴＲの構成要素であるベース部ＢＳ、伝達部ＢＴ及び駆動部ＡＣが一体的に形成されることになる。このため、回転子ＳＦに対する着脱時や、持ち運び（搬送）時、保管時など、ハンドリング性に優れたモータ装置ＭＴＲとなる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態では、モータ装置ＭＴＲの動作の際、伝達部ＢＴの弾性変形を利用する点で、第１実施形態とは異なっている。したがって、モータ装置ＭＴＲの構成については、伝達部ＢＴが弾性変形可能になっている点以外は、第１実施形態と同一の構成を用いることができる。
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態では、モータ装置ＭＴＲの動作の際、伝達部ＢＴの弾性変形を利用する点で、第１実施形態とは異なっている。したがって、モータ装置ＭＴＲの構成については、伝達部ＢＴが弾性変形可能になっている点以外は、第１実施形態と同一の構成を用いることができる。
本実施形態では、伝達部ＢＴのばね定数をｋとする。ここで、オイラーの摩擦ベルト理論により、回転子ＳＦの保持力ＴＣを下記［数３］のように設定する。この保持力ＴＣとは、静止している回転子ＳＦを動き出させるために必要な力である。また、第一端部２１側の目標張力をＴ１ｅ、第二端部２２側の目標張力をＴ２ｅ、目標有効張力をＴｇｏａｌとすると、以下の［数４］及び［数５］を満たす。
以下、図８〜図１３に基づいて、回転子ＳＦの駆動動作を中心に説明する。本実施形態では、説明をわかりやすくするため、モータ装置の構成を模式的に示している。したがって、例えば伝達部ＢＴの巻き付け角など、実際の構成とは異なるように記載されている。
なお、図８〜図１３においては、駆動素子３１及び第一端部２１については図中右側を＋Ｘ方向とし、駆動素子３２及び第二端部２２については図中左側を＋Ｘ方向として説明する。
なお、図８〜図１３においては、駆動素子３１及び第一端部２１については図中右側を＋Ｘ方向とし、駆動素子３２及び第二端部２２については図中左側を＋Ｘ方向として説明する。
以下の説明においては、伝達部ＢＴに張力が付加されることなく当該伝達部ＢＴが回転子ＳＦに１回転巻き掛けられた状態となるような伝達部ＢＴの第一端部２１及び第二端部２２のそれぞれの位置を原点位置０とする。したがって、伝達部ＢＴの第一端部２１及び第二端部２２が共に原点位置０に配置されている状態においては、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力は発生しない。
＜駆動動作＞
まず、制御部ＣＯＮＴは、図８に示すように、伝達部ＢＴの第一端部２１が原点位置０からＸ１だけ＋Ｘ方向（図８においては、紙面の右側）に移動するように駆動素子３１を変形させる。また、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴの第二端部２２が原点位置０からＸ２だけ−Ｘ方向（図８においては、紙面の右側）に移動するように駆動素子３２を変形させる。この状態を駆動動作の初期状態とする。このとき、Ｘ１及びＸ２については、下記［数６］を満たす。
まず、制御部ＣＯＮＴは、図８に示すように、伝達部ＢＴの第一端部２１が原点位置０からＸ１だけ＋Ｘ方向（図８においては、紙面の右側）に移動するように駆動素子３１を変形させる。また、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴの第二端部２２が原点位置０からＸ２だけ−Ｘ方向（図８においては、紙面の右側）に移動するように駆動素子３２を変形させる。この状態を駆動動作の初期状態とする。このとき、Ｘ１及びＸ２については、下記［数６］を満たす。
この状態から、図９に示すように、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３１を変形させて、伝達部ＢＴの第一端部２１側の張力Ｔ１が目標張力Ｔ１ｅとなるように第一端部２１をΔＸ１だけ＋Ｘ方向（図９においては、紙面の右側）に移動させる。また、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３２を変形させて、第二端部２２側の張力Ｔ２が目標張力Ｔ２ｅとなるように第二端部２２をΔＸ２だけ＋Ｘ方向（図９においては、紙面の左側）に移動させる。この動作により、伝達部ＢＴから回転子ＳＦにトルクが伝達される。このとき、ΔＸ１は、［数７］を満たす。
伝達部ＢＴから回転子ＳＦにトルクが伝達されると、回転子ＳＦが回転し、伝達部ＢＴの弾性変形が初期状態と同一の状態になる。図１０に示すように、このため伝達部ＢＴの第一端部２１側の張力Ｔ１と第二端部２２側の張力Ｔ２とが保持力ＴＣとなってつり合う。このとき有効張力については、Ｔｇｏａｌからゼロへと近似的に線形に変化するため、伝達部ＢＴに付加されている実効的な有効張力は、Ｔｇｏａｌ／２となる。また、伝達部ＢＴによって回転子ＳＦに伝達するトルクはゼロになる。
＜復帰動作＞
次に、図１１に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第一端部２１が原点位置０まで移動すると共に第二端部２２が原点位置０よりも＋Ｘ方向（図１１においては、紙面の左側）へ移動するように、駆動素子３１と駆動素子３２とを同時に変形させる。駆動素子３１と駆動素子３２とを同時に変形させることにより、伝達部ＢＴが２ΔＸ１だけ緩む（縮む）こととなり、この結果、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に隙間が生じる。回転子ＳＦは、伝達部ＢＴによって摩擦力を受けることなく、慣性回転している状態となる。
次に、図１１に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第一端部２１が原点位置０まで移動すると共に第二端部２２が原点位置０よりも＋Ｘ方向（図１１においては、紙面の左側）へ移動するように、駆動素子３１と駆動素子３２とを同時に変形させる。駆動素子３１と駆動素子３２とを同時に変形させることにより、伝達部ＢＴが２ΔＸ１だけ緩む（縮む）こととなり、この結果、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に隙間が生じる。回転子ＳＦは、伝達部ＢＴによって摩擦力を受けることなく、慣性回転している状態となる。
伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に隙間が生じている間に、図１２に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第一端部２１を移動させること無く第二端部２２のみが原点位置０に戻るように駆動素子３２を変形させる。この動作により、第一端部２１及び第二端部２２が共に原点位置０に戻ることになる。この状態においても、回転子ＳＦは伝達部ＢＴによって摩擦力を受けることなく、慣性回転している状態となる。このように、復帰動作では、回転子ＳＦに摩擦力による抵抗を与えることなく、当該回転子ＳＦを回転させた状態で第一端部２１及び第二端部２２を原点位置０まで移動させる。
＜駆動動作（慣性回転状態）＞
制御部ＣＯＮＴは、回転子ＳＦに設けられた検出器により、回転子ＳＦの外周速度ｖを検出する。制御部ＣＯＮＴは、検出結果に基づき、第一端部２１及び第二端部２２の移動距離を決定する。回転子ＳＦが静止している状態の上記駆動動作では、第一端部２１の初期位置をＸ１、第二端部２２の初期位置をＸ２とした。回転子ＳＦが慣性回転している状態で、上記同様の目標有効張力を伝達部ＢＴに付加するには、回転子ＳＦの静止状態と同一の環境が必要である。すなわち、回転子ＳＦの外周と伝達部ＢＴとの相対速度をゼロにする必要がある。このため、第一端部２１の初期位置及び第二端部２２の初期位置を決定するに当たり、回転子ＳＦの外周の所定時間当たりの移動距離を考慮する必要がある。具体的には、第一端部２１の初期位置をＸ１＋ｖΔｔ、第二端部２２の初期位置をＸ２−ｖΔｔとして設定する。ここで、Δｔとしては、例えば制御部ＣＯＮＴのサンプリングタイムなどが挙げられる。
制御部ＣＯＮＴは、回転子ＳＦに設けられた検出器により、回転子ＳＦの外周速度ｖを検出する。制御部ＣＯＮＴは、検出結果に基づき、第一端部２１及び第二端部２２の移動距離を決定する。回転子ＳＦが静止している状態の上記駆動動作では、第一端部２１の初期位置をＸ１、第二端部２２の初期位置をＸ２とした。回転子ＳＦが慣性回転している状態で、上記同様の目標有効張力を伝達部ＢＴに付加するには、回転子ＳＦの静止状態と同一の環境が必要である。すなわち、回転子ＳＦの外周と伝達部ＢＴとの相対速度をゼロにする必要がある。このため、第一端部２１の初期位置及び第二端部２２の初期位置を決定するに当たり、回転子ＳＦの外周の所定時間当たりの移動距離を考慮する必要がある。具体的には、第一端部２１の初期位置をＸ１＋ｖΔｔ、第二端部２２の初期位置をＸ２−ｖΔｔとして設定する。ここで、Δｔとしては、例えば制御部ＣＯＮＴのサンプリングタイムなどが挙げられる。
この状態から、図１３に示すように、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３１を変形させて、伝達部ＢＴの第一端部２１側の張力Ｔ１が目標張力Ｔ１ｅとなるように第一端部２１をΔＸ１だけ＋Ｘ方向（例えば、図１３においては紙面の右側）に移動させる。また、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３２を変形させて、第二端部２２側の張力Ｔ２が目標張力Ｔ２ｅとなるように第二端部２２をΔＸ２だけ＋Ｘ方向（例えば、図１３においては紙面の左側）に移動させる。この動作により、伝達部ＢＴから回転子ＳＦにトルクが伝達される。このときの第一端部２１は原点位置０に対してＸ１＋ｖΔｔ＋ΔＸ１だけ＋Ｘ方向（例えば、図１３においては紙面の右側）へ移動した状態となる。また、このときの第二端部２２は原点位置０に対してＸ２−ｖΔｔ−ΔＸ１だけ−Ｘ方向（例えば、図１３においては紙面の右側）へ移動した状態となる。
＜復帰動作＞
この後、制御部ＣＯＮＴは、第一端部２１が原点位置０まで移動すると共に第二端部２２が原点位置０よりも＋Ｘ方向（例えば、図１１においては紙面の左側）へ移動するように駆動素子３１と駆動素子３２とを同時に変形させ、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に隙間が生じている間に、第一端部２１を移動させること無く第二端部２２のみが原点位置０に戻るように駆動素子３２を変形させる。この動作により、第一端部２１及び第二端部２２が共に原点位置０に戻ることになる。復帰動作は、回転子ＳＦの回転速度によらず同一の動作として行うことができる。
この後、制御部ＣＯＮＴは、第一端部２１が原点位置０まで移動すると共に第二端部２２が原点位置０よりも＋Ｘ方向（例えば、図１１においては紙面の左側）へ移動するように駆動素子３１と駆動素子３２とを同時に変形させ、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に隙間が生じている間に、第一端部２１を移動させること無く第二端部２２のみが原点位置０に戻るように駆動素子３２を変形させる。この動作により、第一端部２１及び第二端部２２が共に原点位置０に戻ることになる。復帰動作は、回転子ＳＦの回転速度によらず同一の動作として行うことができる。
以下、駆動動作と復帰動作とを繰り返すことにより、回転子ＳＦをθＺ方向に回転させることができる。回転子ＳＦが慣性回転状態になっている場合において、上記Ｘ１＋ｖΔｔ＋ΔＸ１の値が駆動素子３１の最大変形量を超えない限り、駆動動作及び復帰動作を繰り返すことで、回転子ＳＦにトルクを伝達させ続けることができる。
次に、本実施形態の回転子ＳＦの駆動動作におけるトルク制御について説明する。
本実施形態における実効トルクＮｅは、駆動動作と復帰動作とを１サイクル行うのに要する時間ｔａｌｌ、有効張力の伝達開始から回転子ＳＦが慣性状態になるまでの時間ｔｅ、目標有効張力Ｔｇｏａｌ、回転子ＳＦの半径Ｒに依存する。具体的には、下記［数８］によって示される。
本実施形態における実効トルクＮｅは、駆動動作と復帰動作とを１サイクル行うのに要する時間ｔａｌｌ、有効張力の伝達開始から回転子ＳＦが慣性状態になるまでの時間ｔｅ、目標有効張力Ｔｇｏａｌ、回転子ＳＦの半径Ｒに依存する。具体的には、下記［数８］によって示される。
［数８］に示すように、実効トルクＮｅを制御するパラメータとしては、ｔａｌｌ、ｔｅ、Ｔｇｏａｌの３つが挙げられる。駆動動作と復帰動作の１サイクルの時間ｔａｌｌについては回転子ＳＦの駆動制御を行う上で一定に設定される場合があるため、ｔｅ、Ｔｇｏａｌの２つの値を変化させることで実効トルクＮｅの制御を行うことが好ましい。
このように、本実施形態によれば、伝達部ＢＴの弾性変形を利用し、回転子ＳＦの外周と伝達部ＢＴとの相対速度をゼロにして伝達部ＢＴの有効張力を回転子ＳＦに伝達する駆動動作と、第一端部２１及び第二端部２２を同時に内側へ移動させる復帰動作とを繰り返し行うことにより、回転子ＳＦを加速あるいは減速させながらダイナミックに回転させることができる。また、小型の駆動部ＡＣであっても高効率で回転子ＳＦを回転させることが可能となる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図１８は、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ２の一例を示す概略構成図である。図１９は、図１８におけるＡ−Ａ´断面に沿った構成を示す図である。
図１８及び図１９に示すように、モータ装置ＭＴＲ２は、ベース部ＢＳと、伝達部ＢＴ２と、駆動部ＡＣ２と、制御部ＣＯＮＴとを有している。当該モータ装置ＭＴＲ２は駆動部ＡＣ２及び伝達部ＢＴ２を用いて回転子ＳＦを回転させる。回転子ＳＦは、回転軸（中心軸）Ｃを回転軸として回転するようになっている。
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図１８は、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ２の一例を示す概略構成図である。図１９は、図１８におけるＡ−Ａ´断面に沿った構成を示す図である。
図１８及び図１９に示すように、モータ装置ＭＴＲ２は、ベース部ＢＳと、伝達部ＢＴ２と、駆動部ＡＣ２と、制御部ＣＯＮＴとを有している。当該モータ装置ＭＴＲ２は駆動部ＡＣ２及び伝達部ＢＴ２を用いて回転子ＳＦを回転させる。回転子ＳＦは、回転軸（中心軸）Ｃを回転軸として回転するようになっている。
以下、各図の説明においてはＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。回転子ＳＦの回転軸方向をＺ軸方向とし、当該Ｚ軸方向に垂直な平面上の直交方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸周りの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
ベース部ＢＳは、例えばステンレス等の材料を用いて板状に形成された部分である。ベース部ＢＳには、貫通部１１０及び貫通部１２０が形成されている。貫通部１１０は、正面視で実質的に円形に形成された開口部であり、ベース部ＢＳの表裏を貫通して形成されている。貫通部１１０には、伝達部ＢＴ２が配置されており、回転子ＳＦが挿入されるようになっている。
伝達部ＢＴ２は、第一端部１２１、第二端部１２２及びベルト部１２３を有している。第一端部１２１及び第二端部１２２は、例えば貫通部１１０のＸ方向の中央部から−Ｙ方向に平行に延びるように形成されている。第一端部１２１及び第二端部１２２は、回転子ＳＦの外周上の基準位置Ｆを挟んで配置されている。本実施形態では、例えば図１８における回転子ＳＦの−Ｙ側端部を基準位置Ｆとした場合を例に挙げて説明する。
ベルト部１２３は、帯状に形成され、例えば貫通部１１０の内周面１１０ａに沿って設けられている。ベルト部１２３は、貫通部１１０に挿入される回転子ＳＦを囲うように配置される。
換言すると、回転子ＳＦは、貫通部１１０のうちベルト部１２３によって囲まれる空間に挿入される。ベルト部１２３は、例えば回転子ＳＦの少なくとも一部に掛けられる。
換言すると、回転子ＳＦは、貫通部１１０のうちベルト部１２３によって囲まれる空間に挿入される。ベルト部１２３は、例えば回転子ＳＦの少なくとも一部に掛けられる。
図２０は、伝達部ＢＴ２の一部を拡大して示す図である。
ベルト部１２３と貫通部１１０の内周面１１０ａとの間には隙間Ｋ１が形成されている。当該隙間Ｋ１には、弾性部材ＳＰが配置されている。弾性部材ＳＰは、例えば線状に形成されており、一端が例えばベルト部１２３の外周面１２３ａに接続され、他端が例えば内周面１１０ａ（ベース部ＢＳ）に接続されている。弾性部材ＳＰは、ベルト部１２３の延在方向に複数設けられている。複数の弾性部材ＳＰは、例えば等ピッチで配置されている。本実施形態では、弾性部材ＳＰと、ベース部ＢＳと、ベルト部１２３とが一部材で形成されているが、当該一部材で形成される構成に限られない。
ベルト部１２３と貫通部１１０の内周面１１０ａとの間には隙間Ｋ１が形成されている。当該隙間Ｋ１には、弾性部材ＳＰが配置されている。弾性部材ＳＰは、例えば線状に形成されており、一端が例えばベルト部１２３の外周面１２３ａに接続され、他端が例えば内周面１１０ａ（ベース部ＢＳ）に接続されている。弾性部材ＳＰは、ベルト部１２３の延在方向に複数設けられている。複数の弾性部材ＳＰは、例えば等ピッチで配置されている。本実施形態では、弾性部材ＳＰと、ベース部ＢＳと、ベルト部１２３とが一部材で形成されているが、当該一部材で形成される構成に限られない。
弾性部材ＳＰは、ベルト部１２３とベース部ＢＳとの間に例えば複数箇所の折り曲げ部を有するように形成されている。弾性部材ＳＰは、複数箇所の折り曲げ部が例えば伸ばされたり縮められたりすることによって生じる弾性力をベルト部１２３に付与する構成である。
このため、複数の弾性部材ＳＰは、ベルト部１２３が回転子ＳＦから離れる方向に弾性力を作用させるように形成され、配置されている。
このため、複数の弾性部材ＳＰは、ベルト部１２３が回転子ＳＦから離れる方向に弾性力を作用させるように形成され、配置されている。
本実施形態では、回転子ＳＦの径方向、つまり、回転子ＳＦのうちベルト部１２３に接する部分についての接線方向に垂直な方向に沿って弾性力が作用するように各弾性部材ＳＰが配置されている。勿論、これに限られることは無く、例えばベルト部１２３が回転子ＳＦに対して離れる方向であれば、他の方向であっても構わない。
モータ装置ＭＴＲ２の非作動時においては、ベルト部１２３は、回転子ＳＦとの間に隙間Ｋ２が確保されるように複数の弾性部材ＳＰによって保持されている。ベルト部１２３に例えば外力による振動が発生した場合には、当該振動は弾性部材ＳＰによって吸収される。このように、ベルト部１２３における振動が抑制されるため、モータ装置ＭＴＲ２自体の振動やモータ装置ＭＴＲ２の作動時の騒音の発生が抑えられるようになっている。本実施形態では、複数の弾性部材ＳＰがベルト部１２３の延在方向に沿って実質的に等ピッチで配置されているため、ベルト部１２３の振動が当該ベルト部１２３の周回方向の全体において抑えられるようになっている。
図１８に示すように、貫通部１２０は、例えば貫通部１１０の−Ｙ側端部に一部重なるように正面視で実質的に矩形に形成された開口部であり、ベース部ＢＳの表裏を貫通して形成されている。貫通部１２０内には、駆動部ＡＣ２が配置される。駆動部ＡＣ２は、貫通部１２０の内周面に設けられた支持部材３３及び３４によって支持されている。
駆動部ＡＣ２は、例えばピエゾ素子などの電気機械変換素子を備えた駆動素子（第１電気機械変換素子）１３１及び駆動素子（第２電気機械変換素子）１３２を有している。駆動素子１３１及び駆動素子１３２は、電気機械変換素子に電圧が印加されることにより、Ｘ方向に伸縮する構成である。制御部ＣＯＮＴは駆動部ＡＣ２に接続されており、当該駆動部ＡＣ２に対して制御信号を供給可能になっている。
駆動素子１３１は、支持部材３３によって支持されている。駆動素子１３１は、図中−Ｘ側の端部の位置が固定されている。このため、駆動素子１３１は、Ｘ方向に伸縮することで図中＋Ｘ側の端部の位置がＸ方向に移動することになる。駆動素子１３１のうち当該＋Ｘ側の端部は、支持部材３３の先端部３３ａに接続されている。支持部材３３の先端部３３ａは、例えば第一端部１２１に接続されている。支持部材３３は、先端部３３ａよりも−Ｘ側に、例えば伸縮部３３ｂを有している。伸縮部３３ｂは、駆動素子１３１の＋Ｘ側端部の移動に合わせて先端部３３ａが移動するように伸縮する。
駆動素子１３２は、支持部材３４によって支持されている。駆動素子１３２は、図中＋Ｘ側の端部の位置が固定されている。このため、駆動素子１３２は、Ｘ方向に伸縮することで図中−Ｘ側の端部の位置がＸ方向に移動することになる。駆動素子１３１のうち当該−Ｘ側の端部は、支持部材３４の先端部３４ａに接続されている。支持部材３４の先端部３４ａは、例えば第二端部１２２に接続されている。支持部材３４は、先端部３４ａよりも＋Ｘ側に、例えば伸縮部３４ｂを有している。伸縮部３４ｂは、駆動素子１３２の−Ｘ側端部の移動に合わせて先端部３４ａが移動するように伸縮する。
駆動素子１３１及び駆動素子１３２は、第一端部１２１及び第二端部１２２を挟む位置に設けられている。支持部材３３の先端部３３ａは第一端部１２１に向けられており、支持部材３４の先端部３４ａは第二端部１２２に向けられている。したがって、先端部３３ａ及び先端部３４ａは対向して配置されている。
駆動素子１３１が＋Ｘ方向に伸び、かつ、駆動素子１３２が−Ｘ方向に伸びると、第一端部１２１と第二端部１２２とが近づく。このため、ベルト部１２３が回転子ＳＦに巻きつき、当該ベルト部１２３に張力が加わる。駆動素子１３１が−Ｘ方向に縮み、かつ、駆動素子１３２が＋Ｘ方向に縮むと、第一端部１２１と第二端部１２２とが遠ざかる。このため、ベルト部１２３が回転子ＳＦから離れて弛緩する。
次に、回転子ＳＦの駆動動作を説明する。
本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ２において、回転子ＳＦを駆動させる原理を説明する。回転子ＳＦを駆動させる際には、回転子ＳＦに巻き掛けられた伝達部ＢＴ２に有効張力を生じさせ、当該有効張力によって回転子ＳＦにトルクを伝達する。
本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ２において、回転子ＳＦを駆動させる原理を説明する。回転子ＳＦを駆動させる際には、回転子ＳＦに巻き掛けられた伝達部ＢＴ２に有効張力を生じさせ、当該有効張力によって回転子ＳＦにトルクを伝達する。
オイラーの摩擦ベルト理論により、回転子ＳＦに巻き掛けられた伝達部ＢＴ２の第一端部１２１側の張力Ｔ１及び第二端部１２２側の張力Ｔ２が上記［数１］を満たすとき、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間で摩擦力が生じ、伝達部ＢＴ２が回転子ＳＦに対して滑りを生じることの無い状態（回転力伝達状態）で回転子ＳＦと共に移動する。この移動により、回転子ＳＦにトルクが伝達される。ただし、［数１］において、μは伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間の見かけ上の摩擦係数であり、θは伝達部ＢＴ２の有効巻き付き角である。
このとき、トルクの伝達に寄与する有効張力は、（Ｔ１−Ｔ２）によって表される。上記［数１］に基づいて有効張力（Ｔ１−Ｔ２）を求めると、上記［数２］のようになる。［数２］は、Ｔ１を用いて有効張力を表す式である。
上記［数２］より、回転子ＳＦに伝達されるトルクは駆動素子１３１の張力Ｔ１によって一意に決定されることがわかる。［数２］の右辺のＴ１の係数部分は、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間の摩擦係数μ及び伝達部ＢＴ２の有効巻き付き角θにそれぞれ依存する。図２は、摩擦係数μを変化させたときの有効巻き付き角θと係数部分の値との関係を示すグラフである。グラフの横軸は有効巻き付き角θを示しており、グラフの縦軸は係数部分の値を示している。
図２に示すように、例えば摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θが３００°以上のときに係数部分の値が０．８以上となっている。このことから、摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θを３００°以上とすることにより、駆動素子１３１による張力Ｔ１の８０％以上の力が回転子ＳＦのトルクに寄与することがわかる。この巻き付き角の他、図２のグラフから、例えば伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間の摩擦係数を大きくするほど、係数部分の値が大きくなることが推定される。
このように、トルクの大きさは駆動素子１３１の張力Ｔ１によって一意に決定されることになり、例えば伝達部ＢＴ２の移動距離などには無関係であることがわかる。したがって、例えば駆動素子１３１及び駆動素子１３２に用いられるピエゾ素子などは、数ミリ程度の小型素子であっても、数百ニュートン以上の力を出すことができるので非常に大きな回転力を付与することができる。
このような原理に基づいて、制御部ＣＯＮＴは、図２１に示すように、まず、第一端部１２１が＋Ｘ方向に、第二端部１２２が−Ｘ方向にそれぞれ移動するように駆動素子１３１及び駆動素子１３２を変形させる。この動作により、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１側には張力Ｔ１が発生し、伝達部ＢＴ２の第二端部１２２側には張力Ｔ２が発生する。したがって、伝達部ＢＴ２に有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴ２に有効張力を発生させた状態を保持しつつ、図２２に示すように、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１が−Ｘ方向に移動するように、かつ、第二端部１２２が−Ｘ方向に移動するように駆動素子１３１及び駆動素子１３２を変形させる（駆動動作）。この動作において、制御部ＣＯＮＴは、第一端部１２１の移動距離と第二端部１２２の移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部ＢＴ２が移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向に回転する。
本実施形態では、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間の摩擦係数μが例えば０．３であり、伝達部ＢＴ２が回転子ＳＦに実質的に１回転（３６０°）巻き掛けられている。したがって、図２のグラフを参照すると、駆動素子１３１の張力Ｔ１の８５％程度の力がトルクとして回転子ＳＦに伝達されることになる。
制御部ＣＯＮＴは、第一端部１２１及び第二端部１２２を所定距離だけ移動させた後、図２３に示すように、第二端部１２２が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように、かつ、第一端部１２１が移動しないように、駆動素子１３２だけを変形させる。この動作により、第二端部１２２が＋Ｘ方向へ移動し、伝達部ＢＴ２の巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、伝達部ＢＴ２に付加されていた有効張力が解除された状態になる。この状態においては、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間に摩擦力は発生せず、回転子ＳＦは慣性によって回転し続けることになる。
例えばモータ装置ＭＴＲ２の組み立て時における伝達部ＢＴ２の組み立て誤差や、伝達部ＢＴ２の強度分布のバラツキなどにより、当該伝達部ＢＴ２の巻き掛けを緩めたときに当該伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの隙間が無い状態（接触した状態）となるおそれがある。この場合、接触によって発生する摩擦力が、回転子ＳＦに対して本来の回転方向とは逆の方向に作用するため、トルクが減少してしまうおそれがある。
これに対して、本実施形態では、伝達部ＢＴ２の外周面１２３ａ（図１８参照）に弾性部材ＳＰが設けられており、当該弾性部材ＳＰが伝達部ＢＴ２を回転子ＳＦから離す方向に弾性力を作用する構成である。伝達部ＢＴ２の巻き掛けを緩めた場合、弾性部材ＳＰの弾性力によって伝達部ＢＴ２が回転子ＳＦから引き離される。このため、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間に隙間Ｋ２が形成され、摩擦力が発生しない状態が確保される。
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴ２の巻き掛けを緩ませた後、図２４に示すように、第一端部１２１が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように駆動素子１３１を変形させる。この動作により、伝達部ＢＴ２の巻き掛けが緩んだまま、すなわち、有効張力が発生しないまま、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１が駆動の開始位置（所定位置）へ戻っていく（復帰動作）。
第一端部１２１が駆動開始位置に戻される直前になったら、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子１３２を変形させて第二端部１２２を＋Ｘ方向に移動させる。この動作により、第一端部１２１が駆動開始位置に戻されるのと実質的に同時に、伝達部ＢＴ２の第二端部１２２側に張力Ｔ２が発生し、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１側に張力Ｔ１が発生する。これにより、駆動開始時に伝達部ＢＴ２に有効張力を付加させた状態（図２１の状態）と同様の状態となる。
伝達部ＢＴ２に有効張力が付加された後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１が−Ｘ方向に移動するように駆動素子１３１を変形させ、第二端部１２２が−Ｘ方向に移動するように駆動素子１３２を変形させる（駆動動作）。このとき、第一端部１２１の移動距離と第二端部１２２の移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部ＢＴ２が移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向に回転する。
この後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴ２に付加されていた有効張力を再度解除させる。
制御部ＣＯＮＴは、有効張力を解除させた後、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１及び第二端部１２２が開始位置に戻るように移動させる（復帰動作）。このように制御部ＣＯＮＴが上記駆動動作と復帰動作とを駆動部ＡＣ２に繰り返し行わせることにより、回転子ＳＦがθＺ方向に回転し続けることになる。
制御部ＣＯＮＴは、有効張力を解除させた後、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１及び第二端部１２２が開始位置に戻るように移動させる（復帰動作）。このように制御部ＣＯＮＴが上記駆動動作と復帰動作とを駆動部ＡＣ２に繰り返し行わせることにより、回転子ＳＦがθＺ方向に回転し続けることになる。
次に、上記のモータ装置ＭＴＲ２の製造方法を説明する。
モータ装置ＭＴＲ２を製造する場合、まず、ベース部ＢＳ、弾性部材ＳＰ及び伝達部ＢＴ２を一部材で形成する。例えば複数の基板を積層させ、当該複数の基板をまとめて切削加工して形成する。例えば、ワイヤーなど金属の線状部材に電圧を印加して放電させた状態とし、このワイヤーと複数の基板とを相対的に移動させながら、糸鋸のように複数の基板を切削加工する。
モータ装置ＭＴＲ２を製造する場合、まず、ベース部ＢＳ、弾性部材ＳＰ及び伝達部ＢＴ２を一部材で形成する。例えば複数の基板を積層させ、当該複数の基板をまとめて切削加工して形成する。例えば、ワイヤーなど金属の線状部材に電圧を印加して放電させた状態とし、このワイヤーと複数の基板とを相対的に移動させながら、糸鋸のように複数の基板を切削加工する。
また、上記の他、例えば一部材で形成されたベース部ＢＳ、弾性部材ＳＰ及び伝達部ＢＴ２の鋳型を作成し、鋳造によって形成するようにしても構わない。また、一部材で形成されたベース部ＢＳ、弾性部材ＳＰ及び伝達部ＢＴ２の押し型を用いて、押し出し成形によって形成するようにしても構わない。更に、フォトリソグラフィ法を用いたパターニングによって、ベース部ＢＳ、弾性部材ＳＰ及び伝達部ＢＴ２を形成しても構わない。ベース部ＢＳと弾性部材ＳＰと伝達部ＢＴ２とを一部材で形成した後、駆動部ＡＣ２をベース部ＢＳに取り付けることで、モータ装置ＭＴＲ２が完成する。
このように、本実施形態によれば、伝達部ＢＴ２が回転子ＳＦの少なくとも一部に掛けられた状態で駆動部ＡＣ２に駆動動作及び復帰動作を行わせることとしたので、オイラーの摩擦ベルト理論により、伝達部ＢＴ２に付加する一方の張力によってトルクが一意に決定されることになる。したがって、減速機等を取り付けなくても、また、小型の駆動部ＡＣ２であっても高いトルクを回転子ＳＦに付加させることが可能となる。これにより、高トルクを発生させることができる小型のモータ装置ＭＴＲ２を得ることができる。また、小型の駆動部ＡＣ２であっても高効率で回転子ＳＦを回転させることが可能となる。また、本実施形態によれば、モータ装置ＭＴＲ２のトルクを制御することが容易となる。
また、本実施形態によれば、伝達部ＢＴ２のベルト部１２３に対して回転子ＳＦから離れる方向に弾性力を作用させる弾性部材ＳＰを備えるため、回転子ＳＦとベルト部１２３との間に隙間Ｋ２を確保しやすい構成となる。これにより、ベルト部１２３と回転子ＳＦとの間でトルクを得やすいモータ装置ＭＴＲ２となる。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
本実施形態では、モータ装置ＭＴＲ２の動作の際、伝達部ＢＴ２の弾性変形を利用する点で、第３実施形態とは異なっている。したがって、モータ装置ＭＴＲ２の構成については、伝達部ＢＴ２が弾性変形可能になっている点以外は、第３実施形態と同一の構成を用いることができる。
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
本実施形態では、モータ装置ＭＴＲ２の動作の際、伝達部ＢＴ２の弾性変形を利用する点で、第３実施形態とは異なっている。したがって、モータ装置ＭＴＲ２の構成については、伝達部ＢＴ２が弾性変形可能になっている点以外は、第３実施形態と同一の構成を用いることができる。
本実施形態では、伝達部ＢＴ２のばね定数をｋとする。ここで、オイラーの摩擦ベルト理論により、回転子ＳＦの保持力ＴＣを上記［数３］のように設定する。この保持力ＴＣとは、静止している回転子ＳＦを動き出させるために必要な力である。また、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１側の目標張力をＴ１ｅ、伝達部ＢＴ２の第二端部１２２側の目標張力をＴ２ｅ、目標有効張力をＴｇｏａｌとすると、上記［数４］及び［数５］を満たす。
以下、図２５〜図３０に基づいて、回転子ＳＦの駆動動作を中心に説明する。本実施形態では、説明をわかりやすくするため、モータ装置の構成を模式的に示している。したがって、例えば伝達部ＢＴ２の巻き付け角など、実際の構成とは異なるように記載されている。
なお、図２５〜図３０においては、駆動素子１３１及び第一端部１２１については図中右側を＋Ｘ方向とし、駆動素子１３２及び第二端部１２２については図中左側を＋Ｘ方向として説明する。
なお、図２５〜図３０においては、駆動素子１３１及び第一端部１２１については図中右側を＋Ｘ方向とし、駆動素子１３２及び第二端部１２２については図中左側を＋Ｘ方向として説明する。
以下の説明においては、伝達部ＢＴ２に張力が付加されることなく当該伝達部ＢＴ２が回転子ＳＦに１回転巻き掛けられた状態となるような伝達部ＢＴ２の第一端部１２１及び第二端部１２２のそれぞれの位置を原点位置０とする。したがって、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１及び第二端部１２２が共に原点位置０に配置されている状態においては、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間に摩擦力は発生しない。
＜駆動動作＞
まず、制御部ＣＯＮＴは、図２５に示すように、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１が原点位置０からＸ１だけ＋Ｘ方向（図２５においては、紙面の右側）に移動するように駆動素子１３１を変形させる。また、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴ２の第二端部１２２が原点位置０からＸ２だけ−Ｘ方向（図２５においては、紙面の右側）に移動するように駆動素子１３２を変形させる。この状態を駆動動作の初期状態とする。このとき、Ｘ１及びＸ２については、上記［数６］を満たす。
まず、制御部ＣＯＮＴは、図２５に示すように、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１が原点位置０からＸ１だけ＋Ｘ方向（図２５においては、紙面の右側）に移動するように駆動素子１３１を変形させる。また、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴ２の第二端部１２２が原点位置０からＸ２だけ−Ｘ方向（図２５においては、紙面の右側）に移動するように駆動素子１３２を変形させる。この状態を駆動動作の初期状態とする。このとき、Ｘ１及びＸ２については、上記［数６］を満たす。
この状態から、図２６に示すように、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子１３１を変形させて、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１側の張力Ｔ１が目標張力Ｔ１ｅとなるように第一端部１２１をΔＸ１だけ＋Ｘ方向（図２６においては、紙面の右側）に移動させる。また、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子１３２を変形させて、第二端部１２２側の張力Ｔ２が目標張力Ｔ２ｅとなるように第二端部１２２をΔＸ２だけ＋Ｘ方向（図２６においては、紙面の左側）に移動させる。この動作により、伝達部ＢＴ２から回転子ＳＦにトルクが伝達される。このとき、ΔＸ１は、上記［数７］を満たす。
伝達部ＢＴ２から回転子ＳＦにトルクが伝達されると、回転子ＳＦが回転し、伝達部ＢＴ２の弾性変形が初期状態と同一の状態になる。図２７に示すように、このため伝達部ＢＴ２の第一端部１２１側の張力Ｔ１と第二端部１２２側の張力Ｔ２とが保持力ＴＣとなってつり合う。このとき有効張力については、Ｔｇｏａｌからゼロへと近似的に線形に変化するため、伝達部ＢＴ２に付加されている実効的な有効張力は、Ｔｇｏａｌ／２となる。また、伝達部ＢＴ２によって回転子ＳＦに伝達するトルクはゼロになる。
＜復帰動作＞
次に、図２８に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第一端部１２１が原点位置０まで移動すると共に第二端部１２２が原点位置０よりも＋Ｘ方向（図２８においては、紙面の左側）へ移動するように、駆動素子１３１と駆動素子１３２とを同時に変形させる。駆動素子１３１と駆動素子１３２とを同時に変形させることにより、伝達部ＢＴ２が２ΔＸ１だけ緩む（縮む）こととなり、この結果、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間に隙間が生じる。この場合も、上記第３実施形態と同様、弾性部材ＳＰの弾性力により、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間に隙間が確保されることになる。回転子ＳＦは、伝達部ＢＴ２によって摩擦力を受けることなく、慣性回転している状態となる。
次に、図２８に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第一端部１２１が原点位置０まで移動すると共に第二端部１２２が原点位置０よりも＋Ｘ方向（図２８においては、紙面の左側）へ移動するように、駆動素子１３１と駆動素子１３２とを同時に変形させる。駆動素子１３１と駆動素子１３２とを同時に変形させることにより、伝達部ＢＴ２が２ΔＸ１だけ緩む（縮む）こととなり、この結果、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間に隙間が生じる。この場合も、上記第３実施形態と同様、弾性部材ＳＰの弾性力により、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間に隙間が確保されることになる。回転子ＳＦは、伝達部ＢＴ２によって摩擦力を受けることなく、慣性回転している状態となる。
伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間に隙間が生じている間に、図２９に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第一端部１２１を移動させること無く第二端部１２２のみが原点位置０に戻るように駆動素子１３２を変形させる。この動作により、第一端部１２１及び第二端部１２２が共に原点位置０に戻ることになる。この状態においても、回転子ＳＦは伝達部ＢＴ２によって摩擦力を受けることなく、慣性回転している状態となる。このように、復帰動作では、回転子ＳＦに摩擦力による抵抗を与えることなく、当該回転子ＳＦを回転させた状態で第一端部１２１及び第二端部１２２を原点位置０まで移動させる。
＜駆動動作（慣性回転状態）＞
制御部ＣＯＮＴは、回転子ＳＦに設けられた検出器により、回転子ＳＦの外周速度ｖを検出する。制御部ＣＯＮＴは、検出結果に基づき、第一端部１２１及び第二端部１２２の移動距離を決定する。回転子ＳＦが静止している状態の上記駆動動作では、第一端部１２１の初期位置をＸ１、第二端部１２２の初期位置をＸ２とした。回転子ＳＦが慣性回転している状態で、上記同様の目標有効張力を伝達部ＢＴ２に付加するには、回転子ＳＦの静止状態と同一の環境が必要である。すなわち、回転子ＳＦの外周と伝達部ＢＴ２との相対速度をゼロにする必要がある。このため、第一端部１２１の初期位置及び第二端部１２２の初期位置を決定するに当たり、回転子ＳＦの外周の所定時間当たりの移動距離を考慮する必要がある。具体的には、第一端部１２１の初期位置をＸ１＋ｖΔｔ、第二端部１２２の初期位置をＸ２−ｖΔｔとして設定する。ここで、Δｔとしては、例えば制御部ＣＯＮＴのサンプリングタイムなどが挙げられる。
制御部ＣＯＮＴは、回転子ＳＦに設けられた検出器により、回転子ＳＦの外周速度ｖを検出する。制御部ＣＯＮＴは、検出結果に基づき、第一端部１２１及び第二端部１２２の移動距離を決定する。回転子ＳＦが静止している状態の上記駆動動作では、第一端部１２１の初期位置をＸ１、第二端部１２２の初期位置をＸ２とした。回転子ＳＦが慣性回転している状態で、上記同様の目標有効張力を伝達部ＢＴ２に付加するには、回転子ＳＦの静止状態と同一の環境が必要である。すなわち、回転子ＳＦの外周と伝達部ＢＴ２との相対速度をゼロにする必要がある。このため、第一端部１２１の初期位置及び第二端部１２２の初期位置を決定するに当たり、回転子ＳＦの外周の所定時間当たりの移動距離を考慮する必要がある。具体的には、第一端部１２１の初期位置をＸ１＋ｖΔｔ、第二端部１２２の初期位置をＸ２−ｖΔｔとして設定する。ここで、Δｔとしては、例えば制御部ＣＯＮＴのサンプリングタイムなどが挙げられる。
この状態から、図３０に示すように、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子１３１を変形させて、伝達部ＢＴ２の第一端部１２１側の張力Ｔ１が目標張力Ｔ１ｅとなるように第一端部１２１をΔＸ１だけ＋Ｘ方向（例えば、図３０においては紙面の右側）に移動させる。また、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子１３２を変形させて、第二端部１２２側の張力Ｔ２が目標張力Ｔ２ｅとなるように第二端部１２２をΔＸ２だけ＋Ｘ方向（例えば、図３０においては紙面の左側）に移動させる。この動作により、伝達部ＢＴ２から回転子ＳＦにトルクが伝達される。このときの第一端部１２１は原点位置０に対してＸ１＋ｖΔｔ＋ΔＸ１だけ＋Ｘ方向（例えば、図２９においては紙面の右側）へ移動した状態となる。また、このときの第二端部１２２は原点位置０に対してＸ２−ｖΔｔ−ΔＸ１だけ−Ｘ方向（例えば、図３０においては紙面の右側）へ移動した状態となる。
＜復帰動作＞
この後、制御部ＣＯＮＴは、第一端部１２１が原点位置０まで移動すると共に第二端部１２２が原点位置０よりも＋Ｘ方向（例えば、図２８においては紙面の左側）へ移動するように駆動素子１３１と駆動素子１３２とを同時に変形させ、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間に隙間が生じている間に、第一端部１２１を移動させること無く第二端部１２２のみが原点位置０に戻るように駆動素子１３２を変形させる。この動作により、第一端部１２１及び第二端部１２２が共に原点位置０に戻ることになる。復帰動作は、回転子ＳＦの回転速度によらず同一の動作として行うことができる。
この後、制御部ＣＯＮＴは、第一端部１２１が原点位置０まで移動すると共に第二端部１２２が原点位置０よりも＋Ｘ方向（例えば、図２８においては紙面の左側）へ移動するように駆動素子１３１と駆動素子１３２とを同時に変形させ、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間に隙間が生じている間に、第一端部１２１を移動させること無く第二端部１２２のみが原点位置０に戻るように駆動素子１３２を変形させる。この動作により、第一端部１２１及び第二端部１２２が共に原点位置０に戻ることになる。復帰動作は、回転子ＳＦの回転速度によらず同一の動作として行うことができる。
以下、駆動動作と復帰動作とを繰り返すことにより、回転子ＳＦをさせることができる。回転子ＳＦが慣性回転状態になっている場合において、上記Ｘ１＋ｖΔｔ＋ΔＸ１の値が駆動素子１３１の最大変形量を超えない限り、駆動動作及び復帰動作を繰り返すことで、回転子ＳＦにトルクを伝達させ続けることができる。
次に、本実施形態の回転子ＳＦの駆動動作におけるトルク制御について説明する。
本実施形態における実効トルクＮｅは、駆動動作と復帰動作とを１サイクル行うのに要する時間ｔａｌｌ、有効張力の伝達開始から回転子ＳＦが慣性状態になるまでの時間ｔｅ、目標有効張力Ｔｇｏａｌ、回転子ＳＦの半径Ｒに依存する。具体的には、上記［数８］によって示される。
本実施形態における実効トルクＮｅは、駆動動作と復帰動作とを１サイクル行うのに要する時間ｔａｌｌ、有効張力の伝達開始から回転子ＳＦが慣性状態になるまでの時間ｔｅ、目標有効張力Ｔｇｏａｌ、回転子ＳＦの半径Ｒに依存する。具体的には、上記［数８］によって示される。
上記［数８］に示すように、実効トルクＮｅを制御するパラメータとしては、ｔａｌｌ、ｔｅ、Ｔｇｏａｌの３つが挙げられる。駆動動作と復帰動作の１サイクルの時間ｔａｌｌについては回転子ＳＦの駆動制御を行う上で一定に設定される場合があるため、ｔｅ、Ｔｇｏａｌの２つの値を変化させることで実効トルクＮｅの制御を行っても良い。
このように、本実施形態によれば、伝達部ＢＴ２の弾性変形を利用し、回転子ＳＦの外周と伝達部ＢＴ２との相対速度をゼロにして伝達部ＢＴ２の有効張力を回転子ＳＦに伝達する駆動動作と、第一端部１２１及び第二端部１２２を同時に内側へ移動させる復帰動作とを繰り返し行うことにより、回転子ＳＦを加速あるいは減速させながらダイナミックに回転させることができる。また、小型の駆動部ＡＣ２であっても高効率で回転子ＳＦを回転させることが可能となる。
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態を説明する。
図３１は、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ２の構成を示す図である。本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ２は、伝達部ＢＴ２とベース部ＢＳとの間に弾性体Ｇが設けられている点で上記各実施形態とは異なっており、他の構成は上記各実施形態の構成と同一である。
次に、本発明の第５実施形態を説明する。
図３１は、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ２の構成を示す図である。本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ２は、伝達部ＢＴ２とベース部ＢＳとの間に弾性体Ｇが設けられている点で上記各実施形態とは異なっており、他の構成は上記各実施形態の構成と同一である。
図３１及び図３２に示すように、弾性体Ｇは、伝達部ＢＴ２のベルト部１２３とベース部ＢＳとの間を埋めるように設けられており、ベルト部１２３とベース部ＢＳとに接着されている。弾性体Ｇは、ベルト部１２３の外周面１２３ａと貫通部１１０の内周面１１０ａとの間の隙間Ｋ１に配置されている。弾性体Ｇは、弾性部材ＳＰと同一の隙間Ｋ１において当該弾性部材ＳＰの周囲に配置されている。
弾性体Ｇとしては、例えばシリコンゴムなどのゲル状の材料が用いられる。弾性体Ｇは、弾性部材ＳＰと共に、ベルト部１２３に対して回転子ＳＦから離れる方向に弾性力を作用させている。弾性体Ｇがベルト部１２３の外周面１２３ａの実質的に全体に配置されているため、当該弾性力がベルト部１２３の全体に均等に作用するようになっている。また、伝達部ＢＴ２に加わる振動が、当該伝達部ＢＴ２の周方向で均一に吸収されるようになっている。また、弾性体Ｇがベルト部１２３の外周面１２３ａの実質的に全体に配置されているため、モータ装置ＭＴＲ２から発生する騒音が、弾性体Ｇによって伝達部ＢＴ２の周方向で均一に吸収されるようになっている。
ゲル状の弾性体Ｇは、伝達部ＢＴ２とベース部ＢＳとの間に例えば隙間無く配置されている。このため、伝達部ＢＴ２とベース部ＢＳとの間では、弾性体Ｇを介して例えば熱を伝導可能である。伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの間の摩擦によって発生する熱は、当該弾性体Ｇによってベース部ＢＳへと伝達される。したがって、伝達部ＢＴ２が効率的に冷却されることになる。
本実施形態によれば、接着機能を有する弾性体Ｇを隙間Ｋ１に充填することにより、ベルト部１２３のうち弾性部材ＳＰが設けられない部分に対しても弾性力を作用させることができる。
なお、本実施形態では、弾性体Ｇがベルト部１２３とベース部ＢＳとの間に形成される隙間Ｋ１の全体に配置された構成としたが、これに限られることは無い。例えば、弾性体Ｇが隙間Ｋ１の一部に配置される構成であっても構わない。
また、本実施形態では、ベルト部１２３とベース部ＢＳとの間に弾性部材ＳＰを設けた上に更に弾性体Ｇを配置させた構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。
例えば隙間Ｋ１において弾性部材ＳＰが設けられておらず、弾性体Ｇのみが配置される構成であっても構わない。
例えば隙間Ｋ１において弾性部材ＳＰが設けられておらず、弾性体Ｇのみが配置される構成であっても構わない。
この場合、隙間Ｋ１の実質的に全体に弾性体Ｇを配置させることにより、ベルト部１２３に対して均一に弾性力を作用させることができる。また、この場合、ベルト部１２３とベース部ＢＳとの距離を隙間Ｋ１全体でより均一にすることができるため、伝達部ＢＴ２と回転子ＳＦとの隙間Ｋ２を高精度に確保することができる。
なお、弾性部材ＳＰと弾性体Ｇとの両方を配置させるか、あるいはゲル状の弾性体Ｇのみを使用するか、弾性部材ＳＰのみを配置させるか、の判断は、ベルト部１２３の形状や重量などに応じて適宜選択することができる。
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態を説明する。
図１４は、上記実施形態のいずれかに記載のモータ装置ＭＴＲ又はＭＴＲ２を備えるロボット装置ＲＢＴの一部（指部分の先端）の構成を示す図である。
次に、本発明の第６実施形態を説明する。
図１４は、上記実施形態のいずれかに記載のモータ装置ＭＴＲ又はＭＴＲ２を備えるロボット装置ＲＢＴの一部（指部分の先端）の構成を示す図である。
同図に示すように、ロボット装置ＲＢＴは、末節部１０１、中節部１０２及び関節部１０３を有しており、末節部１０１と中節部１０２とが関節部１０３を介して接続された構成になっている。関節部１０３には軸支持部１０３ａ及び軸部１０３ｂが設けられている。軸支持部１０３ａは中節部１０２に固定されている。軸部１０３ｂは、軸支持部１０３ａによって固定された状態で支持されている。
末節部１０１は、接続部１０１ａ及び歯車１０１ｂを有している。接続部１０１ａには、関節部１０３の軸部１０３ｂが貫通した状態になっており、当該軸部１０３ｂを回転軸として末節部１０１が回転可能になっている。この歯車１０１ｂは、接続部１０１ａに固定されたベベルギアである。接続部１０１ａは、歯車１０１ｂと一体的に回転するようになっている。
中節部１０２は、筐体１０２ａ及び駆動装置ＡＣＴを有している。駆動装置ＡＣＴは、上記実施形態に記載のモータ装置ＭＴＲ又はＭＴＲ２を用いることができる。駆動装置ＡＣＴは、筐体１０２ａ内に設けられている。駆動装置ＡＣＴには、回転軸部材１０４ａが取り付けられている。回転軸部材１０４ａの先端には、歯車１０４ｂが設けられている。この歯車１０４ｂは、回転軸部材１０４ａに固定されたベベルギアである。歯車１０４ｂは、上記の歯車１０１ｂとの間で噛み合った状態になっている。
上記のように構成されたロボット装置ＲＢＴは、駆動装置ＡＣＴの駆動によって回転軸部材１０４ａが回転し、当該回転軸部材１０４ａと一体的に歯車１０４ｂが回転する。
歯車１０４ｂの回転は、当該歯車１０４ｂと噛み合った歯車１０１ｂに伝達され、歯車１０１ｂが回転する。当該歯車１０１ｂが回転することで接続部１０１ａも回転し、これにより末節部１０１が軸部１０３ｂを中心に回転する。
歯車１０４ｂの回転は、当該歯車１０４ｂと噛み合った歯車１０１ｂに伝達され、歯車１０１ｂが回転する。当該歯車１０１ｂが回転することで接続部１０１ａも回転し、これにより末節部１０１が軸部１０３ｂを中心に回転する。
このように、本実施形態によれば、低電圧で低速高トルクの回転を出力することができる駆動装置ＡＣＴを搭載することにより、例えば減速器を用いることなく直接末節部１０１を回転させることができる。さらに本実施形態では、駆動装置ＡＣＴが非共振に駆動される構成になっているため、樹脂など軽量な材料で大部分を構成することが可能になる。
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記各実施形態では、モータ装置ＭＴＲを１相のみ設けた場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、複数相のモータ装置ＭＴＲを用いた構成であっても構わない。例えば図１５に示す構成では、モータ装置ＭＴＲが回転子ＳＦの回転軸方向に沿って３つ設けられており、三相構造となっている。したがって、当該三相の伝達部ＢＴ及び駆動部ＡＣを１相毎に順に駆動させるようにすることができる。このように、三相で交互に駆動を行った場合、張力の振動幅が小さく抑えられることになり、安定した駆動を行うことが可能であることがわかる。例えば、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、上記実施形態におけるベース部ＢＳを２つ（ベース部ＢＳ、第２ベース部）備える構成としてもよいし、上記実施形態におけるベース部ＢＳを３つ（ベース部ＢＳ、第２ベース部、第３ベース部）備える構成としてもよい。
例えば、上記各実施形態では、モータ装置ＭＴＲを１相のみ設けた場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、複数相のモータ装置ＭＴＲを用いた構成であっても構わない。例えば図１５に示す構成では、モータ装置ＭＴＲが回転子ＳＦの回転軸方向に沿って３つ設けられており、三相構造となっている。したがって、当該三相の伝達部ＢＴ及び駆動部ＡＣを１相毎に順に駆動させるようにすることができる。このように、三相で交互に駆動を行った場合、張力の振動幅が小さく抑えられることになり、安定した駆動を行うことが可能であることがわかる。例えば、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、上記実施形態におけるベース部ＢＳを２つ（ベース部ＢＳ、第２ベース部）備える構成としてもよいし、上記実施形態におけるベース部ＢＳを３つ（ベース部ＢＳ、第２ベース部、第３ベース部）備える構成としてもよい。
また、例えば、上記実施形態においては、回転子が中実である構成としたが、これに限られることは無く、中空（例、円筒状）に形成された回転子を用いる場合であっても本発明の適用は可能である。特に第６実施形態のように、ロボット装置ＲＢＴ（例、指部分の先端、旋回系機械、等）にモータ装置ＭＴＲを搭載する場合などには、円筒状の回転子の内部に配線などを配置させることができる。
また、上記実施形態では、伝達部ＢＴの外側に切り込み部１１が設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば図１６に示すように、伝達部ＢＴの内側（回転子ＳＦに当接する面）に切り欠き部が設けられた構成であっても構わない。
また、切り込み部１１が設けられてない構成としても勿論構わない。
また、切り込み部１１が設けられてない構成としても勿論構わない。
また、上記実施形態では、駆動素子３１の先端部３１ａと駆動素子３２の先端部３２ａとが対向し、駆動素子３１及び駆動素子３２がＸ方向に平行に伸縮する構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば図１７に示すように、駆動素子３１の先端部３１ａ及び駆動素子３２の先端部３２ａがそれぞれ回転子ＳＦ側に傾くように取り付けられた構成としても構わない。この場合、駆動素子３１及び駆動素子３２は、回転子ＳＦの基準位置Ｆ上の接線方向よりも内側（回転子ＳＦ側）に変形することとなる。
また、例えば、上記実施形態では、弾性部材ＳＰがベルト部１２３の外周面１２３ａに形成された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えばベルト部１２３の内周面（回転子ＳＦに接する面）に弾性部材ＳＰが形成された構成であっても構わない。
例えば図３３Ａに示すように、ベルト部１２３の一部分が回転子ＳＦ側に入り込んだ構成とすることができる。この構成では、ベルト部１２３の突出部１２３ｂと回転子ＳＦとの間の反作用によって突出部１２３ｂが板バネのようにベルト部１２３に対して弾性力を作用させることができる。なお、図３３Ｂに示すように、突出部１２３ｂに折り曲げ部を形成し、当該折り曲げ部を回転子ＳＦに当接させる構成であっても構わない。
また、例えば、上記各実施形態では、モータ装置ＭＴＲ２を１相のみ設けた場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、複数相のモータ装置ＭＴＲ２を用いた構成であっても構わない。例えば、モータ装置ＭＴＲ２が回転子ＳＦの回転軸方向に沿って３つ設けた三相構造とし、当該三相の伝達部ＢＴ２及び駆動部ＡＣ２を１相毎に順に駆動させるようにすることができる。このように、三相で交互に駆動を行った場合、張力の振動幅が小さく抑えられることになり、安定した駆動を行うことが可能であることができる。
また、例えば、上記実施形態においては、回転子ＳＦが中実である構成（中空でない構成）としたが、これに限られることは無く、例えば円筒状に形成された回転子など、中空の回転子を用いる場合であっても本発明の適用は可能である。特に第６実施形態のように、ロボット装置ＲＢＴ（例、指部分の先端、旋回系機械、等）にモータ装置ＭＴＲ２を搭載する場合などには、円筒状の回転子ＳＦの内部に配線などを配置させることができる。勿論、ロボット装置ＲＢＴにモータ装置ＭＴＲ２を搭載する場合に限られず、他の場合において回転子ＳＦを中空としても構わない。
また、上記実施形態では、ベース部ＢＳが正面視で矩形に形成された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、他の形状であっても構わない。例えば、円形、楕円形としても構わないし、台形、平行四辺形、ひし形、三角形、五角形、六角形など、他の多角形としても構わない。
また、上記実施形態では、支持部材３３の先端部３３ａと支持部材３４の先端部３４ａとが対向し、駆動素子１３１及び駆動素子１３２がＸ方向に平行に伸縮する構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば支持部材３３の先端部３３ａ及び支持部材３４の先端部３４ａがそれぞれ回転子ＳＦ側に傾くように取り付けられた構成としても構わない。この場合、駆動素子１３１及び駆動素子１３２は、回転子ＳＦの基準位置Ｆ上の接線方向よりも内側（回転子ＳＦ側）に変形することとなる。
また、ベルト部１２３の形状として、上記実施形態では、帯状に形成されたベルト部１２３を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば線状や鎖状など、他の形状であっても構わない。
ＭＴＲ…モータ装置 ＢＳ…ベース部 ＢＴ…伝達部 ＡＣ…駆動部 ＣＯＮＴ…制御部 ＳＦ…回転子 Ｆ…基準位置 Ｓ…基板 Ｌ…線状部材 ＲＢＴ…ロボット装置 ＡＣＴ…駆動装置 ＡＲＭ…ロボットアーム １０…貫通部 １１…切り込み部 ２０…貫通部 ２１…第一端部 ２２…第二端部 ２３…ベルト部 ２４、２５…接続部分 ３１、３２…駆動素子 ３１ａ、３２ａ…先端部 １０１…末節部 １０３…関節部 １０４ａ…回転軸部材 ＭＴＲ２…モータ装置 ＢＴ２…伝達部 ＡＣ２…駆動部 Ｃ…回転軸（中心軸） ＳＰ…弾性部材 Ｋ１、Ｋ２…隙間 Ｇ…弾性体 １１０、１２０…貫通部 １１０ａ…内周面 １２１…第一端部 １２２…第二端部 １２３…ベルト部 １２３ａ…外周面 １３１…駆動素子 １３２…駆動素子
Claims (37)
- ベース部と、
前記ベース部と一部材で形成され、回転子の外周の少なくとも一部に掛けられる伝達部と、
前記ベース部に支持され、前記回転子と前記伝達部との間を回転力伝達状態として前記伝達部を一定距離移動させると共に前記回転力伝達状態を解消した状態で前記伝達部を所定の位置に復帰させる駆動部と
を備えるモータ装置。 - 前記ベース部は、前記回転子を囲う貫通部を有し、
前記伝達部は、前記貫通部に設けられている
請求項１に記載のモータ装置。 - 前記ベース部は、前記回転子と離間された所定位置に固定される接続部分を有する
請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。 - 前記伝達部は、弾性変形可能に形成されている
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記伝達部は、帯状に形成されている
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記伝達部は、切り込み部を有する
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記切り込み部は、前記伝達部の全体に亘って実質的に等間隔で複数設けられている
請求項６に記載のモータ装置。 - 前記伝達部は、前記ベース部に接続された一端部及び他端部を有し、
前記駆動部は、前記一端部及び前記他端部のそれぞれに接続された一対の電気機械変換素子を有する
請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記一端部及び前記他端部は、前記回転子の外周上の基準位置を挟む位置に配置され、
前記一対の電気機械変換素子は、前記一端部及び前記他端部を挟む位置に設けられている
請求項８に記載のモータ装置。 - 前記一対の電気機械変換素子は、前記基準位置における前記回転子の接線方向よりも前記回転子の中心側に向けて変形するように配置されている
請求項９に記載のモータ装置。 - 前記伝達部及び前記ベース部は、一の板状部材に形成されている
請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記回転子は、中空に構成されている
請求項１から請求項１１のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 第２ベース部と、
前記第２ベース部と一部材で形成され、前記回転子の外周の少なくとも一部に掛けられる第２伝達部と、
前記第２ベース部に支持され、前記回転子と前記第２伝達部との間を回転力伝達状態として前記第２伝達部を一定距離移動させると共に前記回転力伝達状態を解消した状態で前記第２伝達部を所定の位置に復帰させる第２駆動部と、を備える
請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - ベース部と、回転子の外周の少なくとも一部に掛けられる伝達部とを一部材で形成し、
前記回転子と前記伝達部との間を回転力伝達状態として前記伝達部を一定距離移動させると共に前記回転力伝達状態を解消した状態で前記伝達部を所定の位置に復帰させる駆動部を前記ベース部に取り付ける
モータ装置の製造方法。 - 前記ベース部及び前記伝達部は、前記一部材を切削加工して形成する
請求項１４に記載のモータ装置の製造方法。 - 前記ベース部及び前記伝達部は、鋳造によって形成する
請求項１４に記載のモータ装置の製造方法。 - 前記ベース部及び前記伝達部は、押し出し成形によって形成する
請求項１４に記載のモータ装置の製造方法。 - 前記ベース部及び前記伝達部は、パターニングによって形成する
請求項１４に記載のモータ装置の製造方法。 - 回転子の外周の少なくとも一部に掛けられる伝達部と、
前記回転子と前記伝達部との間を回転力伝達状態として前記伝達部を一定距離移動させると共に前記回転力伝達状態を解消した状態で前記伝達部を所定の位置に復帰させる駆動部と、
前記伝達部に対して前記回転子から離れる方向に弾性力を作用させる弾性部と
を備えるモータ装置。 - 前記弾性部は、前記伝達部の外周面又は内周面に設けられている
請求項１９に記載のモータ装置。 - 前記伝達部は、線状、帯状及び鎖状のうちいずれかの形状に形成され、
前記弾性部は、前記伝達部の長手方向に沿って複数設けられた弾性部材を有する
請求項１９又は請求項２０に記載のモータ装置。 - 前記弾性部は、前記伝達部の振動を低減可能に配置されている
請求項１９から請求項２１のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記伝達部の外周を囲うベース部を備え、
前記弾性部は、前記伝達部と前記ベース部との間に配置されている
請求項１９から請求項２２のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記弾性部は、一端が前記伝達部に接続され、他端が前記ベース部に接続されている
請求項２３に記載のモータ装置。 - 前記伝達部と前記ベース部と前記弾性部とは、一部材で形成されている
請求項２３又は請求項２４に記載のモータ装置。 - 前記弾性部は、前記伝達部と前記ベース部との間を埋めるように配置された弾性体を有する
請求項２３から請求項２５のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記弾性体は、ゲル状に形成されている
請求項２６に記載のモータ装置。 - 前記弾性体は、前記伝達部と前記ベース部との間で熱を伝達可能に配置されている
請求項２６又は請求項２７に記載のモータ装置。 - 前記伝達部は、弾性変形可能に形成されている
請求項１９から請求項２８のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記伝達部は、一端部及び他端部を有し、
前記駆動部は、前記一端部及び前記他端部のそれぞれに接続された一対の電気機械変換素子を有する
請求項１９から請求項２９のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - 前記一端部及び前記他端部は、前記回転子の外周上の基準位置を挟む位置に配置され、
前記一対の電気機械変換素子は、前記一端部及び前記他端部を挟む位置に設けられている
請求項３０に記載のモータ装置。 - 前記回転子は、中空に構成されている
請求項１９から請求項３１のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 - ベース部と、
前記ベース部と一部材で形成され、回転子の少なくとも一部に掛けられる伝達部と、
前記回転子と前記伝達部との間を回転力伝達状態として前記伝達部を一定距離移動させると共に前記回転力伝達状態を解消した状態で前記伝達部を所定の位置に復帰させる駆動部と、
前記ベース部と一部材で形成され、前記伝達部を支持する部分と、
を備えるモータ装置。 - 回転軸部材と、
前記回転軸部材を回転させるモータ装置と
を備え、
前記モータ装置として、請求項１から請求項１３、請求項１９から請求項３３のうちいずれか一項に記載のモータ装置が用いられている
ロボット装置。 - ベース部と回転子の少なくとも一部に掛けられる伝達部とを一部材の基板に形成することと、
前記伝達部を移動させる駆動部が配置される部分を前記ベース部に形成することと、
を有するモータ装置の製造方法。 - 前記基板を複数積層させて、複数の前記ベース部と複数の前記伝達部とを形成することを含む、
請求項３５に記載のモータ装置の製造方法。 - 前記一部材の基板に弾性部を形成することを含む、
請求項３５又は請求項３６に記載のモータ装置の製造方法。
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