JP2012010518A - 駆動部の固定ユニット、駆動部の固定方法、モータ装置、及びロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置調整可能な駆動部を安定して固定することができる駆動部の固定ユニット、駆動部の固定方法、モータ装置、及びロボット装置を提供すること。
【解決手段】駆動部を保持するとともに外部機構に接続される保持部材と、保持部材を固定するベース部と、外部機構に対する駆動部の位置を調整可能な調整部と、を備えた駆動部の固定ユニットである。保持部材は、ベース部に固定される固定部を有し、調整部は、固定部に当接することで駆動部の位置を調整可能に構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動部の固定ユニット、駆動部の固定方法、モータ装置、及びロボット装置に関する。

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。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いる。このようなモータ装置として、回転子を駆動するための駆動部として電気機械変換素子を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。

ところで、上述のような精密な駆動を行う場合、電気機械変換素子をモータ装置内の所定位置に位置決めした状態で組み込む必要がある。例えば、特許文献１，２には、インチワーム構造において、電気機械変換素子の位置調整を行う方法が開示されている。そこで、モータ装置において、このように電気機械変換素子の取付位置を調整可能とする調整部を設ける構成が考えられる。

米国特許第７０４５９３２号 国際公開第０１／１５３０８号

しかしながら、調整部は構造的にガタが存在する場合があるため、結果的に電気機械変換素子をモータ装置内で安定して固定することができず、精密にモータを駆動させることができないおそれがある。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、位置調整可能な駆動部を安定して固定することができる駆動部の固定ユニット、駆動部の固定方法、モータ装置、及びロボット装置を提供することにある。

本発明の第１の態様に従えば、駆動部を保持するとともに外部機構に接続される保持部材と、前記保持部材を固定するベース部と、前記外部機構に対する前記駆動部の位置を調整可能な調整部と、を備え、前記保持部材は、前記ベース部に固定される固定部を有し、前記調整部は、前記固定部に当接することで前記駆動部の位置を調整可能に構成される駆動部の固定ユニットが提供される。

本発明の第２の態様に従えば、保持部材に保持されており、該保持部材を介して外部機構に駆動力を伝達する駆動部を前記外部機構に対して位置合わせした状態でベース部に固定する駆動部の固定方法であって、前記保持部材を前記ベース部に対して仮固定する仮固定工程と、位置調整ねじを用いて前記保持部材に保持される前記駆動部の前記外部機構に対する位置を調整する位置調整工程と、前記位置調整工程の後、前記保持部材を前記ベース部に本固定する本固定工程と、を備える駆動部の固定方法が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、回転子と、前記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、を備え、前記駆動部は、上記第１の態様の固定ユニットに配置されるモータ装置が提供される。

本発明の第４の態様に従えば、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、第３の態様のモータ装置が用いられているロボット装置が提供される。

本発明によれば、位置調整可能な駆動部を安定して固定することができる駆動部の固定ユニットを提供することができる。

第１実施形態に係るモータ装置の構成を示す図。 本実施形態に係るモータ装置が含む駆動部固定ユニットの要部構成を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の特性を示すグラフ。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本発明の第２実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。 本発明の第３実施形態に係るモータ装置の構成を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の一部の構成を示す図。 本発明の第４実施形態に係るロボットハンドの構成を示す模式図。

（第１実施形態）
以下、図面に基づき、本発明の一実施形態を説明する。
図１（ａ）は、本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１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ´断面に沿った構成を示す図である。図２はモータ装置ＭＴＲに含まれる駆動部固定ユニット１００の要部構成を示す図である。

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の円筒軸方向を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。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、モータ装置ＭＴＲは、駆動部ＡＣと、該駆動部ＡＣを所定位置に固定保持する駆動部固定ユニット１００と、回転子ＳＦと、接触部材ＢＴと、制御部ＣＯＮＴとを有している。当該モータ装置ＭＴＲは、制御部ＣＯＮＴの制御によって駆動部固定ユニット１００により所定位置に固定保持された駆動部ＡＣ及び該駆動部ＡＣが接続される接触部材ＢＴを用いて回転子ＳＦを回転させると共に、当該回転子ＳＦの回転を調整する構成である。

回転子ＳＦは、例えば円柱状に形成されており、例えば不図示のベアリング装置などによって回転可能に支持されている。当該ベアリング装置は、例えばベース部ＢＳなどに支持されている。回転子ＳＦは、中心軸Ｃを回転軸としてθＺ方向に回転するようになっている。

駆動部ＡＣは、駆動素子３１，３２を含む。駆動素子３１及び３２としては、例えばピエゾ素子などの電気機械変換素子が用いられている。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。

図２に示されるように、駆動部固定ユニット１００は、ベース部ＢＳと、ベース部ＢＳに固定され、駆動部ＡＣを保持する保持部材１３０と、位置調整部１４０と、を含む。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り、保持部材１３０の他、回転子ＳＦ、駆動部ＡＣと、接触部材ＢＴと、制御部ＣＯＮＴを支持している。本実施形態では板状に形成された例を説明するが、例えば筐体など、他の形状であっても構わない。

保持部材１３０は、駆動素子３１，３２を保持する本体部１３１と固定部１３２とを有し、該固定部１３２を介してベース部ＢＳに例えば螺子止め固定されている。固定部１３２には螺子１３５を挿通するための固定螺子穴１３６が形成されており、該固定螺子穴１３６は長孔形状となっている。

位置調整部１４０は、接触部材ＢＴに対する駆動部ＡＣの位置を調整するためのものである。位置調整部１４０は固定部１３２に当接する位置調整螺子１３７を主体として構成されている。この位置調整螺子１３７は、固定部１３２に対して着脱可能とされている。ベース部ＢＳには、例えば保持部材１３０を保持するための開口部１３０Ａが形成されており、該開口部１３０Ａを介して位置調整螺子１３７が固定部１３２に当接可能とされている。

また、本体部１３１と駆動素子３１，３２との間には隙間Ｓが設けられており、この隙間Ｓに楔部材１３８が挿入されている。これにより、駆動素子３１，３２は高い与圧が付与された状態で本体部１３１に挟みこまれた構成となっている。これにより、駆動素子３１，３２は本体部１３１に対してガタのない状態で保持されたものとなっている。

また、本体部１３１は駆動素子３１，３２の伸縮時に一定の与圧を付与する与圧バネ部１３４を有している。これにより、駆動素子３１，３２は一定の伸縮幅となり、後述するように接触部材ＢＴに一定の駆動力を伝達可能になっている。

保持部材１３０は、後述する接触部材ＢＴに接続される接続部１３３を有し、接続部１３３と本体部１３１との間に第１揺動部１４１を有している。第１揺動部１４１は、他の部分よりも例えばＹ方向の厚さが薄くなるように形成されており、保持部材１３０の本体部１３１が接触部材ＢＴに対して揺動可能となっている。また、保持部材１３０は、本体部１３１と固定部１３２との間に設けられる第２揺動部１４２を有している。第２揺動部１４２は、他の部分よりも例えばＹ方向の厚さが薄くなるように形成されており、本体部１３１が固定部１３２に対して揺動可能となっている。

これにより、保持部材１３０は接触部材ＢＴに対して、保持部材１３０は接触部材ＢＴに対して柔軟性を有しつつ、且つガタのない状態で接続されたものとなる。したがって、駆動素子３１，３２の駆動力を良好に接触部材ＢＴに伝達可能となっている。また、例えば、少なくとも保持部材１３０と与圧バネ部１３４とは、一体化された構造である。

以上のようにして、駆動素子３１及び３２は、保持部材１３０を介してベース部ＢＳにより＋Ｘ側の位置が所定の位置に固定されている。このため、駆動素子３１及び３２は、Ｘ方向に伸縮した場合、当該伸縮に伴って−Ｘ側の端部のＸ方向における位置が変化することになる。このように本実施形態においては、固定部１３２と駆動素子３１、３２との間に構造的にガタを持った位置調整部１４０が配置されないため、駆動素子３１及び３２を安定的に精度良く固定することができる。

接触部材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は、駆動素子３１を保持する上記保持部材１３０の−Ｘ側の端部に設けられた第１揺動部１４１に接続されている。同様に、第二端部２２は、駆動素子３２を保持する保持部材１３０の−Ｘ側の端部に設けられた第１揺動部１４１に接続されている。

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（図１（ｂ）参照）を挟んで配置されている。本実施形態では、回転子ＳＦの＋Ｘ側端部を基準位置Ｆとした場合を例に挙げて説明する。第一端部２１及び第二端部２２は、基準位置Ｆについて対称な位置に配置されている。

ベルト部２３は、例えば帯状に形成され、回転子ＳＦの少なくとも一部に掛けられる部分である。ベルト部２３は、例えば第一端部２１及び第二端部２２に接続されており、例えば回転子ＳＦの−Ｘ側に掛け回されている。

上記の駆動素子３１及び３２が縮むと、第一端部２１及び第二端部２２が＋Ｘ方向に移動する。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及び３２が伸びると、第一端部２１及び第二端部２２が−Ｘ方向に移動する。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、モータ装置ＭＴＲの動作を説明する。
本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲにおいて、回転子ＳＦにトルクを作用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に巻き掛けられた接触部材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に巻き掛けられた接触部材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、接触部材ＢＴと回転子ＳＦとの間で摩擦力が生じ、接触部材ＢＴが回転子ＳＦに対して滑りを生じることの無い状態（接触状態）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は接触部材ＢＴと回転子ＳＦとの間の見かけ上の摩擦係数であり、θは接触部材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、接触部材ＢＴと回転子ＳＦとの間の摩擦係数μ及び接触部材ＢＴの有効巻き付き角θにそれぞれ依存する。
図３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３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３のグラフから、例えば接触部材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、例えば接触部材ＢＴ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４に示すように、まず、第一端部２１及び第二端部２２がそれぞれ＋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。この動作により、接触部材ＢＴの第一端部２１側には張力Ｔ１が発生し、接触部材ＢＴの第二端部２２側には張力Ｔ２が発生する。したがって、接触部材ＢＴに有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。

制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴに有効張力を発生させた状態を保持しつつ、図５に示すように、接触部材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、接触部材ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で接触部材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。

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６に示すように、第一端部２１が移動しないように、かつ、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だけを変形させる。この動作により、第二端部２２が−Ｘ方向へ移動し、接触部材ＢＴの巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、接触部材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、接触部材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、接触部材ＢＴの巻き掛けを緩ませた後、図７に示すように、第一端部２１が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように駆動素子３１を変形させる。この動作により、接触部材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、接触部材ＢＴの第一端部２１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２１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、第一端部２１が駆動開始位置に戻されるのとほぼ同時に、第一端部２１側に張力Ｔ１が発生し、第二端部２２側に張力Ｔ２が発生する。これにより、駆動開始時に接触部材ＢＴに有効張力を付加させた状態（図４の状態）と同様の状態となる。

接触部材ＢＴに有効張力が付加された後、制御部ＣＯＮＴは、接触部材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、接触部材ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で接触部材ＢＴが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθ方向に回転する。

この後、制御部ＣＯＮＴは、接触部材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、有効張力を解除させた後、接触部材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、モータ装置ＭＴＲを用いて回転子ＳＦの回転を調整する動作を説明する。
制御部ＣＯＮＴは、上記駆動動作及び復帰動作によって回転子ＳＦがθＺ方向に回転している状態で、例えば図８に示すように、第一端部２１及び第二端部２２がそれぞれ＋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。

この動作により、接触部材ＢＴのベルト部２３が回転子ＳＦに接触すると共に、ベルト部２３の第一端部２１側には張力Ｔ１が発生し、接触部材ＢＴの第二端部２２側には張力Ｔ２が発生する。したがって、接触部材ＢＴに有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。この状態において、ベルト部２３と回転子ＳＦとの間には、回転子ＳＦの回転方向とは逆向きに摩擦力が生じている。当該摩擦力により、回転子ＳＦの回転が規制される。

この状態で、制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴに有効張力を発生させた状態を保持しつつ、図９に示すように、接触部材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。

この動作において、制御部ＣＯＮＴは、例えば第一端部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、接触部材ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で接触部材ＢＴが回転子ＳＦの回転方向とは逆の方向に移動する。このため、回転子ＳＦの回転は更に規制される。

その後、制御部ＣＯＮＴは、第二端部２２が移動しないように、かつ、第一端部２１が開始位置（所定位置）へ戻るように、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、接触部材ＢＴの巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、接触部材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、接触部材ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力は発生せず、回転子ＳＦの回転は規制されない。このため、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、接触部材ＢＴの巻き掛けを緩ませた後、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、接触部材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、接触部材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３２を変形させて第二端部２２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ほぼ同時に、第一端部２１側に張力Ｔ１が発生し、第二端部２２側に張力Ｔ２が発生する。これにより、駆動開始時に接触部材ＢＴに有効張力を付加させた状態（図４の状態）と同様の状態となる。この動作を繰り返すことにより、回転子ＳＦの回転を調整する。

また、図１０に示すように、回転子ＳＦの回転が停止している場合には、制御部ＣＯＮＴは、ベルト部２３と回転子ＳＦとの間を接触状態にさせ、当該接触状態を維持するように駆動素子３１及び駆動素子３２を変形させる。この場合、回転子ＳＦは、ベルト部２３との間に働く静摩擦力によって回転が規制された状態となる。回転子ＳＦを回転させる場合、制御部ＣＯＮＴは、接触状態が解消されるように駆動素子３１、３２を変形させる。この動作により、回転子ＳＦの回転の規制が解消される。その後、制御部ＣＯＮＴは、モータ装置ＭＴＲによる駆動動作が行われる。

このように、本実施形態によれば、接触部材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、接触部材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、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、回転子ＳＦを回転させる時には回転子ＳＦと接触部材ＢＴとの間を回転力伝達状態として接触部材ＢＴ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接触部材ＢＴを所定の位置に復帰させ、回転子ＳＦを回転させない時には回転子ＳＦと接触部材ＢＴとの間を接触させた接触状態で接触部材ＢＴの移動を調整する駆動部ＡＣを備えることとしたので、ブレーキ機構を別途設けることなく、回転子ＳＦの回転を停止させたり、停止状態を維持したりさせることができる（ブレーキ手段）。これにより、モータ装置ＭＴＲの大型化を回避することができる。

また、本実施形態によれば、固定部１３２と駆動素子３１、３２との間に構造的にガタを持った位置調整部１４０が配置されない構造を採用することで、上述したように駆動素子３１、３２がガタのない状態（又はガタの低減された状態）でベース部ＢＳに安定して取り付けられることとなり、回転子ＳＦに対して駆動素子３１、３２の伸縮力を良好に伝達することができ、回転子ＳＦを効率的に回転させることができる。

（第二実施形態）
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の駆動動作及び回転調整動作の際、接触部材ＢＴ及び接触部材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、モータ装置ＭＴＲの接触部材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、接触部材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Ｔ_１ｅ、第二端部２２側の目標張力をＴ_２ｅ、目標有効張力をＴ_ｇｏａｌとすると、以下の［数４］及び［数５］を満たす。

以下、図１１〜図１６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。以下の説明においては、接触部材ＢＴに張力が付加されることなく当該接触部材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接触部材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、接触部材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、接触部材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１１に示すように、接触部材ＢＴの第一端部２１が原点位置０からＸ１だけ＋Ｘ方向（例えば、ベース部ＢＳに近づく方向）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、接触部材ＢＴの第二端部２２が原点位置０からＸ_２だけ＋Ｘ方向（例えば、ベース部ＢＳに近づく方向）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、Ｘ_１及びＸ_２については、下記［数６］を満たす。

この状態から、図１２に示すように、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３１を変形させて、接触部材ＢＴの第一端部２１側の張力Ｔ_１が目標張力Ｔ_１ｅとなるように第一端部２１をΔＸ_１だけ＋Ｘ方向（例えば、ベース部ＢＳに近づく方向）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Ｔ_２ｅとなるように第二端部２２をΔＸ_２だけ−Ｘ方向（例えば、ベース部ＢＳから遠ざかる方向）に移動させる。この動作により、接触部材ＢＴから回転子ＳＦにトルクが伝達される。このとき、ΔＸ_１とΔＸ_２との間には、［数７］の関係が成立する。

接触部材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、接触部材ＢＴの弾性変形が初期状態と同一の状態になる。図１３に示すように、このため接触部材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Ｔ_Ｃとなってつり合う。このとき有効張力については、Ｔ_ｇｏａｌからゼロへと近似的に線形に変化するため、接触部材ＢＴに付加されている実効的な有効張力は、Ｔ_ｇｏａｌ／２となる。また、接触部材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１５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側（例えば、ベース部ＢＳから遠ざかる方向）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とを例えば同時に等しい変形量で変形させることにより、接触部材ＢＴが２ΔＸ_１だけ緩むこととなる。この結果、接触部材ＢＴと回転子ＳＦとの間に隙間が生じる。回転子ＳＦは、接触部材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。

接触部材ＢＴと回転子ＳＦとの間に隙間が生じている間に、図１５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は接触部材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Ｘ_１、第二端部２２の初期位置をＸ_２（＝Ｘ_１）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接触部材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の外周と接触部材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。一例として、第一端部２１の初期位置をＸ_１＋ｖΔｔ、第二端部２２の初期位置をＸ_２−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１６に示すように、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３１を変形させて、接触部材ＢＴの第一端部２１側の張力Ｔ１が目標張力Ｔ_１ｅとなるように第一端部２１をΔＸ_１だけ＋Ｘ方向（例えば、ベース部ＢＳに近づく方向）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ΔＸ_２だけ＋Ｘ方向（例えば、ベース部ＢＳに近づく方向）に移動させる。この動作により、接触部材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＋ΔＸ_１だけ＋Ｘ方向（例えば、ベース部ＢＳに近づく方向）へ移動した状態となる。また、このときの第二端部２２は原点位置に対してＸ_２−ｖΔｔ−ΔＸ_１だけ−Ｘ方向（例えば、ベース部ＢＳから遠ざかる方向）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、ベース部ＢＳに近づく方向）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、接触部材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＋ΔＸ_１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、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲの回転調整動作を説明する。
例えば駆動動作によって回転子ＳＦが回転している状態で、制御部ＣＯＮＴは、図１７に示すように、接触部材ＢＴの第一端部２１が原点位置０からＸ_１だけ＋Ｘ方向（例えば、ベース部ＢＳに近づく方向）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、接触部材ＢＴの第二端部２２が原点位置０からＸ２だけ＋Ｘ方向（例えば、ベース部ＢＳに近づく方向）に移動するように駆動素子３２を変形させる。このとき、接触部材ＢＴのベルト部２３が回転子ＳＦに接触されることになるため、回転子ＳＦとベルト部２３との間に摩擦力が生じる。当該摩擦力により、回転子ＳＦの回転が規制されることになる。

この状態から、例えば図１８に示すように、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３１を変形させて、接触部材ＢＴの第一端部２１側の張力Ｔ１が目標張力Ｔ_１ｅとなるように第一端部２１をΔＸ_１だけ−Ｘ方向（例えば、ベース部ＢＳから遠ざかる方向）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Ｔ_２ｅとなるように第二端部２２をΔＸ_２だけ＋Ｘ方向（例えば、ベース部ＢＳに近づく方向）に移動させる。この動作により、接触部材ＢＴから回転子ＳＦにトルクが伝達される。回転子ＳＦの回転方向とは逆方向にトルクが伝達されるため、回転子ＳＦの回転が規制されることになる。また、制御部ＣＯＮＴは、復帰動作については、上記の復帰動作と同様の動作を行わせるようにする。

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ｔ_ａｌｌ、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ｔ_ｅ、目標有効張力Ｔ_ｇｏａｌ、回転子ＳＦの半径Ｒに依存する。一例として、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、ｔ_ａｌｌ、ｔｅ、Ｔ_ｇｏａｌ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、ｔ_ｅ、Ｔ_ｇｏａｌ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、接触部材ＢＴの弾性変形を利用し、回転子ＳＦの外周と接触部材ＢＴとの相対速度をゼロにして接触部材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。

また、本実施形態によれば、小型の駆動部ＡＣであっても高いブレーキトルクを生じさせることができる（ブレーキ手段）。また、接触部材ＢＴの弾性変形を利用しつつ駆動動作と復帰動作とを繰り返し行うことにより、回転子ＳＦに対してブレーキトルクをダイナミックに作用させることができる（ブレーキ手段）。

また、本実施形態によれば、上述したように固定部１３２と駆動素子３１、３２との間に構造的にガタを持つ位置調整部１４０が配置されないため、駆動素子３１、３２がガタのない状態（又はガタの低減された状態）でベース部ＢＳに安定して取り付けられる。よって、回転子ＳＦに対して駆動素子３１、３２の伸縮力を良好に伝達することができ、回転子ＳＦを効率的に回転させることができる。

（第三実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図１９は、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲの構成を示す図である。本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲは、駆動部固定ユニット１００の保持部材１３０の構成が上記実施形態とは異なっている。本実施形態では、保持部材１３０が変位拡大機構５０を含む構成になっている。他の構成については、例えば第一実施形態に示すモータ装置ＭＴＲと同一の構成となっている。

図２０は、変位拡大機構５０の構成を示す図である。なお、図２０では接触部材ＢＴの第二端部２２側に設けられた変位拡大機構５０について示しているが、接触部材ＢＴの第一端部２１側にも同一の構成の変位拡大機構５０が設けられている。

図２０に示すように、変位拡大機構５０は取付部５２及び変位伝達部５３を有している。取付部５２は、ベース部ＢＳの−Ｘ側の表面に取り付けられている。また、変位伝達部５３には保持部材１３０に保持された駆動素子３２が接続されている。保持部材１３０は変位伝達部５３に接続されており、保持部材１３０の固定部１３２はベース部ＢＳに固定されている。また、例えば、少なくとも保持部材１３０と与圧バネ部１３４と変位伝達部５３とは、一体化された構造である。

変位伝達部５３は、ベース部ＢＳとの間で駆動素子３２を挟むようにそれぞれ配置されている。変位伝達部５３は、第１揺動部１４１を介して保持部材１３０のそれぞれの−Ｘ側の端部に接続されている。変位伝達部５３は、例えばＹ方向の一の端部５３ｂが取付部５２に連結されている。変位伝達部５３のＹ方向の他の端部５３ａには、例えば接触部材ＢＴの第一端部２１、第二端部２２が接続されている。

取付部５２と変位伝達部５３との接続部分５４は、第１揺動部１４１および第２揺動部１４２と同様、他の部分よりも例えばＹ方向の厚さが薄くなるように形成されている。例えば駆動素子３２が伸縮して−Ｘ方向の先端部５６がＸ方向に変位すると、変位伝達部５３は、接続部分５４を支点としてθＺ方向に回転するようになっている。

このため、図２０に示すように、接続部分５４と先端部５６との距離をＳ１とし、接続部分５４と端部５３ａとの距離をＳ２とし、先端部５６のＸ方向の変位をＬ１とすると、端部５３ａのＸ方向の変位Ｌ２は、
Ｌ２＝Ｌ１・（Ｓ２／Ｓ１）
となる。

本実施形態では、Ｓ２＞Ｓ１であるため、端部５３ａにおける変位Ｌ２は、先端部５６の変位Ｌ１に対して拡大されていることになる。先端部５６の変位が拡大されて端部５３ａに伝達される結果、当該端部５３ａに接続される第一端部２１、第二端部２２の移動量が拡大されることになる。本実施形態における変位拡大機構５０は、駆動素子３２の駆動量（伸縮量）に基づく接触部材ＢＴの移動量を拡大して接触部材ＢＴに伝達する。

先端部５６の変位は、駆動素子３２のＸ方向の寸法に対して例えば０．１％程度となる場合があり、この値は例えば数ミクロンとなる場合がある。本実施形態によれば、てこの原理によって駆動素子３２の変位を拡大することで、回転子ＳＦを精度良く回転させることができる。また、駆動素子３１についても、同様の変位拡大機構５０を介して接触部材ＢＴの第一端部２１側に接続されており、てこの原理によって変位を拡大することで回転子ＳＦを精度良く回転させることができる。

本実施形態によれば、上述したように駆動素子３１、３２がガタのない状態（又はガタの低減された状態）でベース部ＢＳに安定して取り付けられているので、回転子ＳＦに対して駆動素子３１、３２の伸縮力を良好に伝達することができ、回転子ＳＦを効率的に回転させることができる。

（第四実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図２１は、上記実施形態のいずれかに記載のモータ装置ＭＴＲを備えるロボット装置ＲＢＴの一部（例、指部分の関節）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。

このように、本実施形態によれば、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。また、駆動装置ＡＣＴとして用いるモータ装置ＭＴＲが、駆動素子３１、３２がガタのない状態（又はガタの低減された状態）でベース部ＢＳに安定して取り付けられた構成を有するので、回転軸部材１０４ａに対して駆動素子３１、３２の伸縮力を良好に伝達することができ、回転軸部材１０４ａを効率的に回転させることができる。

また、上記実施形態では、ベース部ＢＳに形成した開口部１３０Ａ内に駆動部固定ユニット１００の固定部１３２を固定する構成を例にあげて説明したが、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、ベース部ＢＳの表面から突出した状態に形成されている台座部分に固定部１３２を固定する構成や、保持部材１３０に保持された駆動素子３１，３２がベース部ＢＳに対して傾斜した状態となるように固定部１３２をベース部ＢＳに固定する構成であっても構わない。

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、ベルト部２３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２３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…接触部材、ＡＣ…駆動部、ＣＯＮＴ…制御部、ＳＦ…回転子、Ｃ…中心軸、Ｆ…基準位置、ＲＢＴ…ロボット装置、ＡＣＴ…駆動装置、２１…第一端部、２２…第二端部、２３…ベルト部、３１…駆動素子、３２…駆動素子、５０…変位拡大機構、１００…駆動部固定ユニット、１３０…保持部材、１３２…固定部、１３４…与圧バネ部、１３７…位置調整螺子、１３８…楔部材、１４０…調整部、１４１…第１揺動部、１４２…第２揺動部

Claims (11)

1. 駆動部を保持するとともに外部機構に接続される保持部材と、
   前記保持部材を固定するベース部と、
   前記外部機構に対する前記駆動部の位置を調整可能な調整部と、を備え、
   前記保持部材は、前記ベース部に固定される固定部を有し、
   前記調整部は、前記固定部に当接することで前記駆動部の位置を調整可能に構成される駆動部の固定ユニット。
2. 前記保持部材は、前記外部機構と接続され該保持部材を揺動可能にさせる第１揺動部を有する請求項１に記載の駆動部の固定ユニット。
3. 前記保持部材は、前記固定部と接続され該保持部材を揺動可能にさせる第２揺動部を有する請求項１又は２に記載の駆動部の固定ユニット。
4. 前記調整部は前記保持部材に対して着脱可能な位置調整部材を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動部の固定ユニット。
5. 前記保持部材は、前記駆動部の伸縮時に当該駆動部に与圧を与える与圧部を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の駆動部の固定ユニット。
6. 前記保持部材は、前記駆動部の移動量を拡大して前記外部機構に伝達する拡大機構を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の駆動部の固定ユニット。
7. 前記駆動部は、電気機械変換素子を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の駆動部の固定ユニット。
8. 前記電気機械変換素子と前記保持部材との間隙間に配置された楔部材を備える請求項７に記載の駆動部の固定ユニット。
9. 保持部材に保持されており、該保持部材を介して外部機構に駆動力を伝達する駆動部を前記外部機構に対して位置合わせした状態でベース部に固定する駆動部の固定方法であって、
   前記保持部材を前記ベース部に対して仮固定する仮固定工程と、
   位置調整ねじを用いて前記保持部材に保持される前記駆動部の前記外部機構に対する位置を調整する位置調整工程と、
   前記位置調整工程の後、前記保持部材を前記ベース部に本固定する本固定工程と、を備える駆動部の固定方法。
10. 回転子と、
    前記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、を備え、
    前記駆動部は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の固定ユニットに配置されるモータ装置。
11. 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１０に記載のモータ装置が用いられているロボット装置。

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