JP2013247728A - モータ装置及びロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高トルクを発生可能なモータ装置及びロボット装置を提供すること。
【解決手段】回転子と、当該回転子の周面の少なくとも一部に掛けられる伝達部と、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ように少なくとも一方向に駆動力を作用する駆動部と、駆動力の作用によって少なくとも伝達部に接続される接続部を所定の直線方向又は該直線方向に平行な方向に移動可能な変位伝達部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、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（例えば、特許文献１参照）。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の構成として、例えば駆動源（駆動部）と回転子との間に、駆動力を伝達する伝達系が設けられた構成が知られている。

特開平２−３１１２３７号公報

しかしながら、例えば、上記の構成において伝達系に対して駆動力を作用させる際に、伝達系の構成によっては当該伝達系の一部に駆動力が集中して作用する場合があり、効率的な力の伝達を阻害する可能性がある。このような効率的な力の伝達が阻害されること等によって、出力されるトルクが低減されてしまう場合がある。

以上のような事情に鑑み、本発明は、高トルクを発生可能なモータ装置及びロボット装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様に従えば、回転子と、当該回転子の周面の少なくとも一部に掛けられる伝達部と、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ように少なくとも一方向に駆動力を作用する駆動部と、駆動力の作用によって少なくとも伝達部に接続される接続部を所定の直線方向又は該直線方向に平行な方向に移動可能な変位伝達部とを備えるモータ装置が提供される。

本発明の第二の態様に従えば、本発明の第一の態様に従うモータ装置を備えるロボット装置が提供される。

本発明によれば、高トルクを発生可能なモータ装置及びロボット装置を提供することができる。

第一実施形態に係るモータ装置の一例を示す概略構成図。 本実施形態に係るモータ装置の一例を示す概略構成図。 本実施形態に係る変位伝達部の構成を示す図。 本実施形態に係る変位伝達部の動作を示す図。 本実施形態に係る変位伝達部の動作を示す図。 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。 第二実施形態に係るロボットハンドの構成を示す模式図。 変形例に係るモータ装置の動作を示す図。 変形例に係るモータ装置の他の構成を示す図。 変形例に係るモータ装置の他の構成を示す図。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
図１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は正面図であり、図２は平面図である。
図１及び図２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、連結部ＣＮと、制御部ＣＯＮＴとを有している。当該モータ装置ＭＴＲは、図１及び図２に示す回転子ＳＦを回転させる。

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。以下の説明では、回転子ＳＦの回転軸Ｃの軸線方向を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（周方向）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ている。ベース部ＢＳには、貫通部１０が形成されている。貫通部１０は、正面視でほぼＴ字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。また、貫通部１０には、伝達部ＢＴ、駆動部ＡＣ、連結部ＣＮ及び変位伝達部ＤＴが配置されている。

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、第一端部２１及び第二端部２２は、回転子ＳＦの外周上の所定の基準位置（例、基準位置Ｆ、など）を挟んで配置されている。本実施形態では、例えば回転子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。なお、本実施形態における所定の基準位置は、第一端部２１及び第二端部２２の配置に応じて、回転子ＳＦの周面又はその近傍に設定されることを含む。例えば、本実施形態の所定の基準位置は、回転子ＳＦの周面上又はその近傍において第一端部２１と第二端部２２との間（例、中間）に設定されることを含む。

ベルト部２３は、例えばステンレスなどの材料を用いて帯状に形成され、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の周面（例、外周面ＳＦａ、内周面）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の周方向の全面に亘って掛けられる必要は無く、少なくとも一部に掛けられる構成であれば良い。なお、回転子ＳＦに対するベルト部２３の実質的な巻き数は、例えば、０．１〜２．０（例えば、０．２、０．４、０．５、０．６、０．８、１．０、１．２、１．４、１．６、１．８）、又は２．０以上にできる。

ベルト部２３には、複数の切り込み部１１及び切り込み部１２が形成されている。切り込み部１１及び切り込み部１２は、例えばベルト部２３の外周面２３ｆ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（回転子ＳＦの外周面ＳＦａの周方向に沿った方向）の全体に亘ってほぼ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１０ａによって支持されている。駆動部ＡＣは、例えばピエゾ素子や磁歪素子などの電気機械変換素子を備えた駆動素子３１及び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、Ｘ方向において第一端部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及び駆動素子３２の先端部３２ａは、それぞれ連結部ＣＮに接続されている。

図３は、モータ装置ＭＴＲのうち駆動部ＡＣ、連結部ＣＮ及び変位伝達部ＤＴの構成を拡大して示す図である。なお、図３は、駆動素子３１側の構成のみを示す図である。駆動素子３２側の構成については、駆動素子３１側の構成に対してＹＺ平面を基準として線対称な構成となっており、＋Ｘ方向と−Ｘ方向とが逆になる他は駆動素子３１側と同様であるため、図示を省略する。

図１及び図３に示すように、駆動素子３１の先端部３１ａは、変形部材３３に接続されている。変形部材３３は、Ｚ方向視でＵ字状に形成されている。変形部材３３は、基部３３ａ及び移動部３３ｂを有する。基部３３ａは、フレームを介してベース部ＢＳに固定されている。移動部３３ｂは、基部３３ａの＋Ｘ側に配置されており、駆動素子３１の先端部３１ａに固定されている。移動部３３ｂは、先端部３１ａと一体的にＸ方向に移動可能である。基部３３ａには、切り欠き部３３ｃが形成されている。切り欠き部３３ｃは、移動部３３ｂが＋Ｘ方向に移動すると開く方向に変形し、移動部３３ｂが−Ｘ方向に移動すると閉じる方向に変形する。この切り欠き部３３ｃの変形により、移動部３３ｂが基部３３ａに対してＸ方向に移動可能となっている。

同様に、駆動素子３２の先端部３２ａは、変形部材３４に接続されている。変形部材３４は、上記変形部材３３とＹＺ平面を基準として対称な構成を有しており、基部３４ａ、移動部３４ｂ及び切り欠き部３４ｃを有する。切り欠き部３４ｃは、移動部３４ｂが−Ｘ方向に移動すると開く方向に変形し、移動部３４ｂが＋Ｘ方向に移動すると閉じる方向に変形する。この切り欠き部３３ｃの変形により、移動部３４ｂが基部３４ａに対してＸ方向に移動可能となっている。

連結部ＣＮは、駆動部ＡＣと変位伝達部ＤＴとを連結する。連結部ＣＮは、駆動部ＡＣのうち駆動素子３１側に連結される第一連結部４２と、駆動素子３２側に連結される第二連結部６２とを有する。

第一連結部４２は、変形部材３３の＋Ｘ側に配置されており、フレクシャ部４４を介して変形部材３３の移動部３３ｂに連結されている。Ｘ方向について、移動部３３ｂと第一連結部４２との間には、隙間が形成されている。この隙間は、移動部３３ｂ及び第一連結部４２のうち少なくとも一方がＸ方向又はθＺ方向に移動する際のマージンとなる。

第二連結部６２は、変形部材３４の−Ｘ側に配置されており、フレクシャ部６４を介して変形部材３４の移動部３４ｂに連結されている。Ｘ方向において、移動部３４ｂと第二連結部６２との間には、隙間が形成されている。この隙間は、上記同様、移動部３４ｂ及び第二連結部６２のうち少なくとも一方がＸ方向又はθＺ方向に移動する際のマージンとなる。

フレクシャ部４４及びフレクシャ部６４は、Ｙ方向に可撓性を有するように当該Ｙ方向の寸法（厚さ）が設定されている。フレクシャ部４４がＹ方向に撓むことにより、移動部３３ｂと第一連結部４２との間がフレクシャ部４４を中心としてθＺ方向に相対的に移動可能となる。同様に、フレクシャ部６４がＹ方向に撓むことにより、移動部３４ｂと第二連結部６２との間がθＺ方向に相対的に移動可能となる。

移動部３３ｂ、フレクシャ部４４及び第一連結部４２は、一部材で形成されている。この構成により、変形部材３３と第一連結部４２との間に力が加えられた場合、変形部材３３と第一連結部４２とがフレクシャ部４４に引っ張られるため、変形部材３３と第一連結部４２との位置関係が大きくずれてしまうのを防ぐことができる。

また、移動部３４ｂ、フレクシャ部６４及び第二連結部６２についても、同様に一部材で形成されている。したがって、移動部３４ｂと第二連結部６２との間に力が加えられた場合には、変形部材３４と第二連結部６２との位置関係が大きくずれてしまうのを防ぐことができる。

変位伝達部ＤＴは、連結部ＣＮと伝達部ＢＴとを連結する。変位伝達部ＤＴは、第一連結部４２に連結される第一変位伝達部４３と、第二連結部６２に連結される第二変位伝達部６３とを有する。

第一変位伝達部４３は、フレクシャ部４５を介して第一連結部４２の＋Ｘ側に配置されている。Ｘ方向において、第一変位伝達部４３と第一連結部４２との間には、隙間が形成されている。この隙間は、第一連結部４２及び第一変位伝達部４３のうち少なくとも一方がＸ方向又はθＺ方向に移動する際のマージンとなる。また、第一変位伝達部４３は、＋Ｘ側の端部に設けられた接続部４７を有する。第一変位伝達部４３は、接続部４７を介して伝達部ＢＴの第一端部２１に接続されている。

第一変位伝達部４３は、Ｚ方向視で例えば台形状に形成されており、例えば駆動素子３１の駆動力の作用で変形しないようにＸ方向及びＹ方向に一定以上の寸法及び剛性を有するように設計されている。このように、第一変位伝達部４３は、変形抑制部として構成されている。

第二変位伝達部６３は、フレクシャ部６５を介して第二連結部６２の−Ｘ側に配置されている。Ｘ方向において、第二変位伝達部６３と第二連結部６２との間には、隙間が形成されている。この隙間は、第二連結部６２及び第二変位伝達部６３のうち少なくとも一方がＸ方向又はθＺ方向に移動する際のマージンとなる。また、第二変位伝達部６３は、−Ｘ側の端部に設けられた接続部６７を有する。第二変位伝達部６３は、接続部６７を介して伝達部ＢＴの第二端部２２に接続されている。

第二変位伝達部６３は、Ｚ方向視で例えば台形状に形成されており、例えば駆動素子３２の駆動力の作用で変形しないようにＸ方向及びＹ方向に一定以上の寸法及び剛性を有するように設計されている。このように、第二変位伝達部６３は、変形抑制部として構成されている。

フレクシャ部４５及びフレクシャ部６５は、Ｙ方向に可撓性を有するように当該Ｙ方向の寸法（厚さ）が設定されている。フレクシャ部４５がＹ方向に撓むことにより、第一連結部４２及び第一変位伝達部４３がフレクシャ部４５を中心としてθＺ方向に相対的に移動可能となる。同様に、フレクシャ部６５がＹ方向に撓むことにより、第二連結部６２及び第二変位伝達部６３がフレクシャ部６５を中心としてθＺ方向に相対的に移動可能となる。

フレクシャ部４５、接続部４７及び回転子ＳＦの外周上の基準位置Ｆは、Ｘ方向上に一列に並ぶように配置されている。また、フレクシャ部６５、接続部６７及び基準位置Ｆは、Ｘ方向上に一列に並ぶように配置されている。

フレクシャ部４５、第一連結部４２及び第一変位伝達部４３は、一部材で形成されている。この構成により、第一連結部４２と第一変位伝達部４３との間に力が加えられた場合、第一連結部４２と第一変位伝達部４３とがフレクシャ部４５に引っ張られるため、第一連結部４２と第一変位伝達部４３との位置関係が大きくずれてしまうのを防ぐことができる。同様に、フレクシャ部６５、第二連結部６２及び第二変位伝達部６３は、一部材で形成されている。このため、第二連結部６２と第二変位伝達部６３との間に力が加えられた場合、第二連結部６２と第二変位伝達部６３との位置関係が大きくずれてしまうのを防ぐことができる。

ベース部ＢＳには、支持部５０が設けられている。支持部５０は、接着剤などを介してベース部ＢＳの内周部１０ａに固定されている。支持部５０は、フレクシャ部４６を介して第一連結部４２に接続されており、フレクシャ部６６を介して第二連結部６２に接続されている。

フレクシャ部４６及びフレクシャ部６６は、Ｙ方向に可撓性を有するように当該Ｙ方向の寸法（厚さ）が設定されている。フレクシャ部４６がＹ方向に撓むことにより、第一連結部４２がフレクシャ部４６を中心として支持部５０に対してθＺ方向に移動可能となる。同様に、フレクシャ部６６がＹ方向に撓むことにより、第二連結部６２がフレクシャ部６６を中心として支持部５０に対してθＺ方向に移動可能となる。

支持部５０、第一連結部４２及び第二連結部６２は、一部材で形成されている。この構成により、第一連結部４２と支持部５０との間に力が加えられた場合、第一連結部４２と支持部５０とがフレクシャ部４６に引っ張られるため、第一連結部４２の位置が支持部５０から離れてしまうのを防ぐことができる。第二連結部６２と支持部５０との間に力が加えられた場合も同様である。

次に、回転子ＳＦの駆動動作を説明する。
まず、連結部ＣＮの動作を説明する。以下では、第一連結部４２の説明を中心として説明する。第二連結部６２の動作については、＋Ｘ方向と−Ｘ方向とが逆になる他は、第一連結部４２の動作と同様の説明が可能であるため、説明を省略する。

初期状態の駆動素子３１に対して所定の電圧を印加することにより、駆動素子３１を伸ばすことができる。駆動素子３１が伸びる場合、変形部材３３の移動部３３ｂは＋Ｘ方向に移動する。移動部３３ｂの＋Ｘ方向の移動により、フレクシャ部４４が＋Ｘ方向に押圧され、フレクシャ部４４を介して第一連結部４２が＋Ｘ方向に押圧される。

＋Ｘ方向に押圧された第一連結部４２の−Ｙ側の端部は、押圧力によって＋Ｘ側へ移動する。一方、第一連結部４２の＋Ｙ側の端部は、フレクシャ部４６によって＋Ｘ方向への移動が規制されるため、＋Ｘ方向には移動しない。この結果、第一連結部４２は、図４に示すように、フレクシャ部４６（所定位置）を中心として−θＺ方向（図４の反時計回りの方向）に移動する。

第一連結部４２の移動（例、回転）により、フレクシャ部４５が＋Ｘ方向に押圧され、フレクシャ部４５を介して第一変位伝達部４３が＋Ｘ方向に押圧される。第一変位伝達部４３は、この押圧力によって＋Ｘ方向へ移動する。本実施形態では、フレクシャ部４５、接続部４７及び基準位置ＦがＸ方向上に一列に並ぶように配置されている。このため、接続部４７は、第一変位伝達部４３の＋Ｘ方向への移動に伴い、回転子ＳＦの外周面ＳＦａの所定の基準位置（例、基準位置Ｆ）における所定の直線方向（例、接線Ｌの接線方向）又は該直線方向に平行な方向（例、＋Ｘ方向）に移動する。したがって、本実施形態における接続部４７の移動は、線形な特性を有する。

当該接続部４７の当該移動により、第一端部２１が＋Ｘ側に移動する。このため、ベルト部２３は回転子ＳＦに巻きつくように移動する。本実施形態では、少なくとも接続部４７が接線Ｌに平行な方向に移動するため、第一連結部４２の変位が無駄なく効率的に第一端部２１に伝達されることになる。なお、本実施形態では、伝達部ＢＴの第一端部２１は、接続部４７の移動に伴って直線方向（例、接線Ｌの接線方向）又は該直線方向に平行な方向に移動してもよい。

一方、初期状態の駆動素子３１に対して所定の電圧を印加することにより、駆動素子３１を縮めることができる。駆動素子３１が縮んだ場合、移動部３３ｂは−Ｘ方向に移動する。移動部３３ｂの−Ｘ方向への移動により、第一連結部４２の−Ｙ側は、移動部３３ｂの移動に伴って−Ｘ方向に移動する。

一方、第一連結部４２の＋Ｙ側は、フレクシャ部４６によって−Ｘ方向への移動が規制されるため、−Ｘ方向には移動しない。この結果、第一連結部４２は、図５に示すように、フレクシャ部４６（所定位置）を中心として＋θＺ方向（図５の時計回りの方向）に回転する。

第一連結部４２の回転により、フレクシャ部４５が−Ｘ方向に引っ張られ、フレクシャ部４５を介して第一変位伝達部４３が−Ｘ方向に引っ張られる。第一変位伝達部４３は、この引き付け力によって−Ｘ方向へ移動する。この場合において、接続部４７は、第一変位伝達部４３の移動により、基準位置Ｆにおける接線Ｌに平行な方向（−Ｘ方向）に移動する。

当該接続部４７の当該移動により第一端部２１が−Ｘ側に移動する。このため、ベルト部２３は回転子ＳＦから離れるように移動する。本実施形態では、接続部４７が接線Ｌに平行な方向に移動するため、第一連結部４２の変位が無駄なく第一端部２１に伝達されることになる。

上記の＋θＺ方向又は−θＺ方向への第一連結部４２の回転移動において、フレクシャ部４４は、第一連結部４２に対する回転力が加えられる力点となる。フレクシャ部４６は、第一連結部４２の回転を支持する支点となる。フレクシャ部４５は、第一連結部４２の回転力を作用させる作用点となる。このように、てこの原理を用いて第一連結部４２を回転移動させることで第一変位伝達部４３を移動させ、当該第一変位伝達部４３の移動によって第一端部２１を駆動することができる。

また、上記第一連結部４２の回転移動において、支点であるフレクシャ部４６から力点であるフレクシャ部４４までの距離よりも、当該支点から作用点であるフレクシャ部４５までの距離の方が大きいため、Ｘ方向について、変形部材３３の移動距離（駆動素子３１の伸縮量）よりも第一変位伝達部４３の移動距離の方が大きくなる。したがって、連結部ＣＮは、駆動素子３１の伸縮による変位よりも大きな変位で第一端部２１を駆動することができる。

なお、本実施形態では、第一変位伝達部４３のうちフレクシャ部４５及び接続部４７との接続部分とは異なる部分がフリーになっているので、第一変位伝達部４３が上記各接続部分を支点としてθＺ方向に回転可能である。したがって、例えば第一変位伝達部４３に作用する駆動力（押圧力、引っ張り力）の成分に上記接線方向とは異なる方向の成分が含まれる場合、当該異なる方向の力が第一端部２１に作用するのを低減するようにθＺ方向に回動する。このため、第一端部２１の移動方向にバラつき（例、移動角度の変化、移動距離の変化、など）が生じるのを防ぐことができる。

以上の説明を踏まえて、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、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６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６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６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７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。この結果、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８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にほぼ１回転（３６０°）巻き掛けられている。したがって、図６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９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１０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、駆動開始時に伝達部ＢＴに有効張力を付加させた状態（図７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θ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。

以上のように、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲは、回転子ＳＦと、当該回転子ＳＦの外周面ＳＦａの少なくとも一部に掛けられる伝達部ＢＴと、回転子ＳＦと伝達部ＢＴとの間を回転力伝達状態として伝達部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伝達部ＢＴを所定の位置に復帰させるように少なくとも一方向に駆動力を作用する駆動部ＡＣと、伝達部ＢＴに接続され、駆動力の作用によって少なくとも伝達部ＢＴに接続される接続部４７を外周面ＳＦａの接線方向に移動可能な連結部ＣＮとを備えるので、接続部４７に接続されるフレクシャ部４５の応力の負担を低減させることができる。これにより、効率的に駆動力を伝達することが可能となる。

なお、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、伝達部ＢＴの第一端部２１（或いは第二端部２２）に付与される張力を調整することによって伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間の摩擦力を容易に変化させることが可能なため、トルクを制御することができる。また、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、低速時及び高速時に関わらず第一端部２１（或いは第二端部２２）に付与される張力を調整することが可能なため、低速時及び高速時においてトルクを制御することができる。また、本実施形態のように伝達部ＢＴを用いた回転子ＳＦへの巻きかけによる力の伝達手段の場合、伝達部ＢＴの全体にわたる平均化の効果によって安定した一定の摩擦力を得ることが可能なので、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは容易にトルク制御を行うことができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図１１は、第一実施形態に記載のモータ装置ＭＴＲ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。

図１１に示すように、一例として、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が効率的に駆動力を伝達することが可能な構成になっているため、安定した動作を行うことが可能となる。

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、上記実施形態では、伝達部ＢＴが回転子ＳＦの外周面ＳＦａに掛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、例えば回転子ＳＦの内周面に接触される構成であっても良い。

また、上記実施形態では、ベース部ＢＳの貫通部１０に、回転子ＳＦ、伝達部ＢＴ、駆動部ＡＣ及び連結部ＣＮが配置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、例えば図１２に示すように、ベース部材として、ベース部ＢＳに代えてフレーム部ＦＬが設けられた構成としても良い。

図１２は、本変形例に係るモータ装置ＭＴＲ２の全体構成を示す図である。
図１２に示すように、モータ装置ＭＴＲ２は、駆動部ＡＣが円弧状のフレーム部ＦＬに接続されている。また、駆動部ＡＣを構成する駆動素子３１及び駆動素子３２が、変位伝達部ＤＴを介して伝達部ＢＴに連結されている。伝達部ＢＴは、円環状に湾曲されており、伝達部ＢＴの内周側には回転子ＳＦが配置されている。なお、モータ装置ＭＴＲ２は、第一実施形態のモータ装置ＭＴＲに対して、連結部ＣＮが省略された構成となっている。

図１２に示すように、モータ装置ＭＴＲ２においては、駆動素子３１の変位がフレクシャ部１４１を介して第一変位伝達部１４０に伝達され、当該第一変位伝達部１４０の変位が接続部１４２を介して第一端部２１に伝達される。同様に、駆動素子３２の変位がフレクシャ部１６１を介して第二変位伝達部１６０に伝達され、当該第二変位伝達部１６０の変位が接続部１６２を介して第二端部２２に伝達される。

図１２に示す構成において、駆動素子３１、フレクシャ部１４１、接続部１４２及び回転子ＳＦの外周面ＳＦａ上の所定の基準位置（例、基準位置Ｆ）は、Ｘ方向に一列に並ぶように配置されている。また、駆動素子３２、フレクシャ部１６１、接続部１６２及び基準位置Ｆは、Ｘ方向に一列に並ぶように配置されている。この構成において、接続部１４２及び接続部１６２は、基準位置Ｆについての外周面ＳＦａの直線方向（例、接線Ｌの接線方向）又は該直線方向に平行な方向（例、Ｘ方向）に移動する。したがって、接続部１４２に接続されるフレクシャ部１４１及び接続部１６２に接続されるフレクシャ部１６１の応力の負担を低減させることができる。これにより、効率的に駆動力を伝達することが可能となる。

なお、例えば図１３に示すように、上記構成のモータ装置ＭＴＲ２を回転子ＳＦの軸線方向に重ねて配置した構成としても良い。この場合、例えば図１４に示すように、各モータ装置ＭＴＲ２は、回転子ＳＦの軸線方向に隣り合うモータ装置ＭＴＲ２に対して互いに外周面ＳＦａの周方向に４５°ずれるように重ねて配置されている。したがって、モータ装置ＭＴＲ２は、図１３に示すように、伝達部ＢＴの第一端部２１と第二端部２２とで挟まれる基準位置Ｆが軸線方向について螺旋状に設定されることになる。

このように、回転子ＳＦの軸線方向にモータ装置ＭＴＲ２を複数配置することにより、高トルクで回転子ＳＦを駆動することができる。また、例えば、複数のモータ装置ＭＴＲ２を回転子ＳＦの周方向に４５°ずつずれるように配置することにより、回転子ＳＦに作用する力を軸線方向において均等化させることができる。更に、複数のモータ装置ＭＴＲ２を回転子ＳＦの軸線方向に重ねて配置することにより、回転子ＳＦの回転剛性を向上させることができる。

また、上記実施形態の構成に加えて、第一連結部４２の第一連結部４２を−Ｘ方向に付勢すると共に、第二連結部６２の第二連結部６２を＋Ｘ方向に付勢する付勢部が設けられていても良い。この場合、駆動素子３１及び駆動素子３２の伸縮が妨げられないように、当該付勢部の付勢力は、駆動素子３１及び駆動素子３２の弾性力及び伸縮力よりも小さくなるように設定される。

ＭＴＲ、ＭＴＲ２…モータ装置 ＢＳ…ベース部 ＢＴ…伝達部 ＡＣ…駆動部 ＣＮ…連結部 ＣＯＮＴ…制御部 ＳＦ…回転子 Ｃ…回転軸 ＤＴ…変位伝達部 Ｆ…基準位置 ＳＦａ…外周面 Ｌ…接線 ＲＢＴ…ロボット装置 ＦＬ…フレーム部 ２１…第一端部 ２２…第二端部 ２３…ベルト部 ３１、３２…駆動素子 ３３、３４…変形部材 ４２…第一連結部 ４３、１４０…第一変位伝達部 ５０…支持部 ６２…第二連結部 ６３、１６０…第二変位伝達部 ４７、６７、１４２、１６２…接続部 ４４、４５、４６、６４、６５、６６、１４１、１６１…フレクシャ部

Claims (14)

1. 回転子と、
   前記回転子の周面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ように少なくとも一方向に駆動力を作用する駆動部と、
   前記駆動力の作用によって少なくとも前記伝達部に接続される接続部を所定の直線方向又は該直線方向に平行な方向に移動可能な変位伝達部と
   を備えるモータ装置。
2. 前記所定の直線方向は、前記周面の接線方向である
   請求項１に記載のモータ装置。
3. 前記駆動部に接続され、前記駆動力により所定位置を中心として回転方向に移動可能に設けられ、前記駆動力を前記回転方向の力に変換する連結部を備える
   請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
4. 前記連結部は、前記変位伝達部の前記接続部における前記直線方向の変位又は該直線方向に平行な方向の変位を拡大可能である
   請求項３に記載のモータ装置。
5. 前記変位伝達部は、前記連結部に接続される第二接続部を有し、前記第二接続部を介して前記連結部から伝達される前記回転方向の力のうち前記直線方向の力又は該直線方向に平行な方向の力を前記伝達部に作用させると共に前記直線方向又は該直線方向に平行な方向とは異なる方向の力が前記伝達部に作用するのを低減するように移動可能である
   請求項３又は請求項４に記載のモータ装置。
6. 前記接続部及び前記第二接続部は、互いに前記直線方向又は該直線方向に平行な方向に配置されている
   請求項５に記載のモータ装置。
7. 前記所定位置は、前記駆動部上の位置及び前記変位伝達部上の位置とは異なる位置である
   請求項３から請求項６のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
8. 前記変位伝達部は、前記駆動力による変形を抑制する変形抑制部を有する
   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。
9. 前記伝達部は、前記回転子の周面の基準位置を挟む位置に配置された第一端部及び第二端部を有し、
   前記変位伝達部は、前記第一端部及び前記第二端部に対して個別に設けられており、前記第一端部及び前記第二端部にそれぞれ接続されている
   請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
10. 前記伝達部及び前記変位伝達部は、板状に形成されたベース部材に形成されている
    請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
11. 前記ベース部材は、前記回転子の軸線方向に複数並んで配置されている
    請求項１０に記載のモータ装置。
12. 複数の前記ベース部材は、前記回転子の回転方向にずれて配置されている
    請求項１０又は請求項１１に記載のモータ装置。
13. 前記複数のベース部材は、前記回転子の軸線方向における前後の前記ベース部材に対して互いに前記軸線方向に４５°ずれて重ねて配置されている
    請求項１１又は請求項１２に記載のモータ装置。
14. 請求項１から請求項１３のうちいずれか一項に記載のモータ装置を備える
    ロボット装置。

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