JP2014011883A - モータ装置及びロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高トルクを発生させることができるモータ装置及びロボット装置を提供すること。
【解決手段】第一面を有する回転子と、第一面に接触可能な第二面を有する伝達部と、第二面を第一面の少なくとも一部の面に接触させて回転力を伝達部に伝達する回転力伝達部分が順次変わるように伝達部を駆動する駆動部とを備える。
【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。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。

特開平２−３１１２３７号公報

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。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高トルクを発生させることができるモータ装置及びロボット装置を提供することにある。

本発明の第一の態様に従えば、第一面を有する回転子と、第一面に接触可能な第二面を有する伝達部と、第二面を第一面の少なくとも一部の面に接触させて回転力を伝達部に伝達する回転力伝達部分が順次変わるように伝達部を駆動する駆動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、第一面を有する回転子と、第一面と接触可能な第二面を有し、第二面の面内方向における剛性よりも該面内方向に直交する直交方向における剛性が低い伝達部と、少なくとも直交方向に第二面の一部を変形させる駆動部と、を備えるモータ装置が提供される。

本発明の第三の態様に従えば、第一面を有する回転子と、筒状に形成され第一面に対向する第二面を有する伝達部と、第一面と第二面とを接触させると共に、第二面の一部の面を第一面に対して回転力伝達状態にした第一面における回転力伝達部分が回転子の回転方向に移動するように伝達部を駆動する駆動部と、を備えるモータ装置が提供される。

本発明の第四の態様に従えば、本発明の第一の態様、第二の態様及び第三の態様のうちいずれか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、高トルクを発生させることができる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構成を示す斜視図。 本実施形態に係るモータ装置の構成を示す断面図。 本実施形態に係るモータ装置の構成を示す断面図。 本実施形態に係るモータ装置の一部の構成を示す斜視図。 本実施形態に係るモータ装置の一部の構成を示す斜視図。 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態様を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作態様を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作態様を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作態様を示す図。 第二実施形態に係るモータ装置の構成を示す斜視図。 本実施形態に係るモータ装置の構成を示す断面図。 本実施形態に係るモータ装置の動作態様を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作態様を示す図。 本実施形態に係るモータ装置の動作態様を示す図。 第三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構成を示す図。 変形例に係るモータ装置の構成を示す図。 変形例に係るモータ装置の構成を示す図。 変形例に係るモータ装置の構成を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
［第一実施形態］
図１〜図３は、本発明の第一実施形態に係るモータ装置１００の全体構成を示す模式図である。図１は、モータ装置１００の構成を示す斜視図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線を含む断面に沿った構成を示す図である。図３は、図１におけるＢ−Ｂ線を含む断面に沿った構成を示す図である。

図１〜図３に示すように、モータ装置１００は、回転可能に設けられた回転子１０と、当該回転子１０の一部に対して面と面で接触可能な伝達部２０と、伝達部２０を駆動する駆動部３０と、回転子１０を支持する支持部４０と、駆動部３０の動作を制御する制御部ＣＯＮＴとを有する。

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１０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）方向をそれぞれ、θＸ方向、θＹ方向、及びθＺ方向とする。なお、θＸ方向、θＹ方向、及びθＺ方向については、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の正方向（矢印の方向）に見たときの反時計回りの方向を正方向とし、時計回りの方向を負方向とする。

図４は、回転子１０の構成を示す斜視図である。
図１〜図４に示すように、回転子１０は、例えば円筒状に形成されている。回転子１０は、中心軸がＺ方向に平行となるように配置されている。回転子１０の外周面１０ａは、回転方向に沿って形成されている。外周面１０ａの一部には、径方向の外側に段状に突出した突出部１１が設けられている。突出部１１は、Ｚ方向に離れた位置に２箇所設けられている。突出部１１の外周には、円筒状の第一周面（第一面）１１ａが形成されている。第一周面１１ａは、外周面１０ａと中心軸を共通とする円筒面である。

回転子１０は、内部に中空部１０ｂを有している。当該中空部１０ｂには、モータ装置１００の一部（例えば電気系統の配線など）を配置可能である。なお、回転子１０が円柱状に形成され、中空部１０ｂが設けられない構成であっても良い。また、回転子１０の形状は円筒状に限られず、多角柱など他の形状であっても良い。

図５は、伝達部２０の構成を示す斜視図である。
図１〜図３及び図５に示すように、伝達部２０は、内側に中空部２０ｂを有するように円筒状に形成されている。伝達部２０の中空部２０ｂには、回転子１０が挿入されている。したがって、伝達部２０は、回転子１０の外周を囲うように配置されている。

伝達部２０は、変形部２１及びフレーム部２２を有する。
変形部２１は、Ｚ方向に離れた位置に例えば２つ配置されている。各変形部２１は、伝達部２０の中空部２０ｂに回転子１０が挿入された状態において、回転子１０の突出部１１に対応する位置に設けられている。各変形部２１の内周には、第一周面１１ａに対向する第二周面（第二面）２１ａが形成されている。第二周面２１ａは、中空部２０ｂの内周方向に沿って形成されている。第一周面１１ａ及び第二周面２１ａは、互いに接触したときに所定の摩擦力が生じるように形成されている。また、各変形部２１のＺ方向の寸法は、突出部１１のＺ方向の寸法よりも大きく形成されている。各変形部２１は、Ｚ方向の両端部が突出部１１からはみ出すように配置されている。

変形部２１は、例えば網目状に形成されている。このため、変形部２１は、伝達部２０（例、変形部２１）の径方向における剛性よりも、伝達部２０（例、変形部２１）の面内方向（周方向又は軸線方向）における剛性の方が高くなっている。また、伝達部２０は、径方向（第二周面２１ａの面内方向に直交する直交方向）の力に対して弾性変形可能に設けられており、伝達部２０のうち周方向又は軸線方向（第二周面２１ａに平行な方向）の力に対しては上記径方向に力を加えた場合よりも変形しにくくなっている。このように、伝達部２０（例、変形部２１）の径方向における剛性は伝達部２０の周方向における剛性よりも低いため、例えば、伝達部（例、変形部２１）に対して回転子１０の軸方向（軸線方向）に力を加えることによって伝達部２０の径を一時的に大きくすることが可能であり、回転子１０に伝達部２０を容易に高精度（例、ガタのない状態）で巻きつけることができる。

フレーム部２２は、２つの変形部２１を連結する連結フレーム２３と、伝達部２０のＺ方向の両端部に配置された端部フレーム２４とを有する。連結フレーム２３及び端部フレーム２４は、金属などの剛性の高い材料を用いて形成されている。このため、連結フレーム２３及び端部フレーム２４は、変形部２１に比べて外力に対して変形しにくくなっている。

連結フレーム２３は、２つの変形部２１を一体的に連結する。また、端部フレーム２４は、各変形部２１と一体的に接続されている。連結フレーム２３、端部フレーム２４及び変形部２１は、複数部材を接着あるいは接合によって一体化された構成であっても良いし、一部材で形成された構成であっても良い。連結フレーム２３、端部フレーム２４及び変形部２１が一部材で形成された構成の例としては、例えば金属材料によって形成された円筒部材のうちＺ方向に離れた２箇所が網目状に刳り抜かれた構成などが挙げられる。

図１〜図３に示すように、駆動部３０は、伝達部２０をＸ方向に移動させる第一駆動素子３１と、伝達部２０をＹ方向に移動させる第二駆動素子３２とを有する。
第一駆動素子３１は、接続部３１ａを介して連結フレーム２３に接続されている。接続部３１ａは、Ｘ方向に剛性を有すると共に、Ｙ方向に可撓性を有するように設けられている。第二駆動素子３２は、接続部３２ａを介して連結フレーム２３に接続されている。接続部３２ａは、Ｙ方向に剛性を有すると共に、Ｘ方向に可撓性を有するように設けられている。

第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２としては、例えば印加電圧を調整することで伸縮可能な電気機械変換素子（例、ピエゾ素子や磁歪素子など）が用いられている。第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２に印加する電圧の大きさや印加のタイミングについては、制御部ＣＯＮＴによって適宜制御される。第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２は、それぞれ不図示の基部に固定されている。

第一駆動素子３１が伸縮することにより、当該第一駆動素子３１の伸縮量に対応する距離を伝達部２０が−Ｘ方向に移動する。また、第二駆動素子３２が伸縮することにより、当該第二駆動素子３２の伸縮量に対応する距離を伝達部２０が−Ｙ方向に移動する。

第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２は、それぞれ基準電圧が印加された状態（基準状態）において、伝達部２０と回転子１０とが所定の間隔を空けて配置されるように形成されている。また、第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２は、基準電圧よりも低い電圧（電圧がゼロの状態を含む）が印加されると収縮し（収縮状態）、基準電圧よりも高い電圧が印加されると伸長する（伸長状態）。

第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２は、収縮状態及び伸長状態のそれぞれの場合に伝達部２０の変形部２１が回転子１０の突出部１１に押圧されて変形する程度に伸縮するように形成されている。

支持部４０は、ベアリング部４１及びベアリング部４２を有する。ベアリング部４１は及びベアリング部４２は、回転子１０の外周面１０ａを囲うように配置されており、例えばボール部材４１ａ及びボール部材４２ａを介して回転子１０をＺ軸周りに回転可能に支持している。ベアリング部４１は回転子１０の−Ｚ側端部に配置されており、ベアリング部４２は回転子１０の＋Ｚ側端部に配置されている。ベアリング部４１及びベアリング部４２は、不図示の支持機構によって支持されている。

次に、上記のように構成されたモータ装置１００の動作を説明する。
まず、制御部ＣＯＮＴは、第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２を基準状態としておく。この場合、回転子１０と伝達部２０とが所定の間隔を空けて配置された状態で動作が開始される。なお、制御部ＣＯＮＴは、第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２の少なくとも一方を収縮状態又は伸長状態としておき、回転子１０と伝達部２０とが接触した状態で動作を開始させても良い。

次に、制御部ＣＯＮＴは、基準状態にある第一駆動素子３１が収縮状態となるように当該第一駆動素子３１を徐々に収縮させる。第一駆動素子３１を収縮状態とすることにより、図７に示すように、伝達部２０を＋Ｘ方向に移動させる。当該伝達部２０の移動により、伝達部２０の変形部２１が回転子１０の突出部１１に対して回転子１０の径方向に押圧される。この押圧力により、変形部２１が回転子１０の径方向に弾性変形する。変形部２１の弾性変形により、変形部２１に対して張力が発生する。

変形部２１のうち回転子１０に押圧された押圧部分５０の第一端部５０ａには、第一周面１１ａの接線方向に張力Ｔが働く。また、押圧部分５０の第二端部５０ｂには、第一周面１１ａの接線方向であって張力Ｔの方向と反対の方向に張力Ｔ２が働く。オイラーの摩擦ベルト理論により、張力Ｔ１及び張力Ｔ２が下記［数１］を満たすとき、伝達部２０と第一周面１１ａとの間で摩擦力が生じ、伝達部２０が第一周面１１ａに対して滑りを生じることの無い状態（回転力伝達状態）で第一周面１１ａと共に周方向に移動する。この移動により、伝達部２０から回転子１０にトルクが伝達される。ただし、［数１］において、μは伝達部２０と回転子１０との間の見かけ上の摩擦係数であり、θは伝達部２０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１０に伝達されるトルクは張力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２０と第一周面１１ａとの間の摩擦係数μ及び変形部２１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、押圧部分５０に作用する張力Ｔ１の８０％以上の力が回転子１０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、例えば変形部２１と第一周面１１ａ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、トルクの大きさは押圧部分５０に作用する張力Ｔ１によって一意に決定されることになり、例えば変形部２１の移動距離などには無関係であることがわかる。

また、変形部２１の変形により、変形部２１の第二周面２１ａの一部（面の接触部分）と突出部１１の第一周面１１ａの一部（面の接触部分）とが面同士で接触する。上記の面の接触部分は、例えば、面の円周方向に線接触による幅よりも大きい所定の幅を有する。本実施形態におけるモータ装置１００は、第二周面２１ａを第一周面１１ａの大部分の面に容易に接触させることが可能になるため、大きな摩擦力を生じさせて高いトルクを出力することができる。

したがって、押圧部分５０のうち第一周面１１ａ側の接触部分（回転力伝達部分）５１と、第二周面２１ａ側の接触部分（回転力伝達部分）５２との間には、回転子１０に対する伝達部２０の巻き付き角（例、１８０°、１８０°より大きい角度、２００°、３００°、３６０°以上、など）に応じて摩擦力が働く。また、変形部２１に張力が発生しているため、第二周面２１ａが第一周面１１ａに押し付けられた状態となる。このため、摩擦力が一層高められることになる。

次に、制御部ＣＯＮＴは、変形部２１が突出部１１を一定の押圧力で押圧するように第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２に印加する電圧を調整しつつ、収縮状態にある第一駆動素子３１が基準状態となるように当該第一駆動素子３１を徐々に伸長させると同時に、基準状態にある第二駆動素子３２が収縮状態となるように当該第二駆動素子３２を徐々に収縮させる。

この動作により、図８に示すように、伝達部２０は、第一周面１１ａと第二周面２１ａとが接触部分５１及び接触部分５２において面同士で接触したまま、＋Ｚ方向視において反時計回りの方向に周回移動する。なお、このとき伝達部２０は、Ｚ軸周りには回転しない。

この伝達部２０の周回移動により、変形部２１の変形が第二周面２１ａの周方向に沿って順に行われることになる。また、この伝達部２０の周回移動により、接触部分５１と接触部分５２との間に摩擦力が生じた状態で、当該接触部分５１及び接触部分５２が＋Ｚ方向視で時計回りの方向に９０°ずれた位置まで徐々に変化する。

第一周面１１ａの周方向の長さは第二周面２１ａの周方向の長さよりも短いため、接触部分５１及び接触部分５２の位置が＋Ｚ方向視で時計回りに９０°ずれた位置まで変化した場合、接触部分５１の変化量ｔ１は、第二周面２１ａにおける接触部分の変化量ｔ２よりも小さくなる。

このため、第一周面１１ａと第二周面２１ａとの間には、変化量の差分（ｔ１−ｔ２）だけ相対的な変位が生じる。この結果、回転子１０は、当該変化量の差分（ｔ１−ｔ２）に相当する回転量だけ、伝達部２０の周回方向とは反対方向（図８の時計回りの方向）に回転する。

次に、制御部ＣＯＮＴは、変形部２１が突出部１１を一定の押圧力で押圧するように第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２に印加する電圧を調整しつつ、基準状態にある第一駆動素子３１が伸長状態となるように当該第一駆動素子３１を徐々に伸長させると同時に、収縮状態にある第二駆動素子３２が基準位置となるように当該第二駆動素子３２を徐々に伸長させる。

この動作により、図９に示すように、伝達部２０は、第一周面１１ａと第二周面２１ａとが接触部分５１及び接触部分５２において面同士で接触したまま、＋Ｚ方向視において反時計回りの方向に周回移動する。この結果、回転子１０は、当該接触部分５１の変化量と接触部分５２の変化量との差分（ｔ１−ｔ２）に相当する回転量だけ、伝達部２０の周回方向とは反対方向（図９の時計回りの方向）に回転する。

次に、制御部ＣＯＮＴは、変形部２１が突出部１１を一定の押圧力で押圧するように第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２に印加する電圧を調整しつつ、伸長状態にある第一駆動素子３１が基準状態となるように当該第一駆動素子３１を徐々に収縮させると同時に、基準状態にある第二駆動素子３２が伸長状態となるように当該第二駆動素子３２を徐々に伸長させる。

この動作により、図１０に示すように、伝達部２０は、第一周面１１ａと第二周面２１ａとが接触部分５１及び接触部分５２において面同士で接触したまま、＋Ｚ方向視において反時計回りの方向に周回移動する。この結果、回転子１０は、当該接触部分５１の変化量と接触部分５２の変化量との差分（ｔ１−ｔ２）に相当する回転量だけ、伝達部２０の周回方向とは反対方向（図１０の時計回りの方向）に回転する。

次に、制御部ＣＯＮＴは、変形部２１が突出部１１を一定の押圧力で押圧するように第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２に印加する電圧を調整しつつ、基準状態にある第一駆動素子３１が収縮状態となるように当該第一駆動素子３１を徐々に収縮させると同時に、伸長状態にある第二駆動素子３２が基準状態となるように当該第二駆動素子３２を徐々に収縮させる。

この動作により、伝達部２０は第一周面１１ａと第二周面２１ａとが接触部分５１及び接触部分５２において面同士で接触したまま＋Ｚ方向視において反時計回りの方向に周回移動し、回転子１０は当該接触部分５１の変化量と接触部分５２の変化量との差分に相当する回転量だけ伝達部２０の周回方向とは反対方向に回転する（図７参照）。

以上のように、本実施形態に係るモータ装置１００は、上述したような構成を備えるため、回転子１０に伝達部２０が巻き付きやすく巻き付き角が大きいため、第一周面１１ａと第二周面２１ａとの間に大きな摩擦力を発生させることができる。これにより、高いトルクを発生させることが可能となる。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態を説明する。
図１１は、本実施形態に係るモータ装置２００の構成を示す斜視図である。図１２は、モータ装置２００のＣ−Ｃ線を含む断面に沿った構成を示す図である。

図１１及び図１２に示すように、モータ装置２００は、回転子２１０と、伝達部２２０と、駆動部２３０と、支持部２４０と、制御部ＣＯＮＴとを有する。本実施形態では、主として伝達部２２０及び駆動部２３０の構成が第一実施形態とは異なるため、当該相違点を中心として説明する。

伝達部２２０は、変形部２２１及びフレーム部２２２を有する。
変形部２２１は、例えば金属などを用いて形成された線状部がＺ方向に螺旋状に配置された構成となっている。このため、変形部２２１は、伝達部２２０の径方向における剛性よりも、伝達部２２０の周方向又は軸線方向における剛性の方が高くなっている。また、伝達部２２０は、径方向（第二周面２２１ａに直交する方向）の力に対して弾性変形可能に設けられており、伝達部２２０のうち周方向又は軸線方向（第二周面２２１ａに平行な方向）の力に対しては上記径方向に力を加えた場合よりも変形しにくくなっている。伝達部２２０は、例えば金属材料によって形成された円筒部材のうちＺ方向に離れた２箇所が網目状に刳り抜かれた構成となっており、変形部２２１及びフレーム部２２２が一部材で形成されている。また、連結フレーム２２３のＺ方向の中央部には、径方向の外側に突出したフランジ部２２３ａが形成されている。フランジ部２２３ａは、支持部２４０の規制部材２４３によって径方向への移動が規制されている。フレーム部２２２は、２つの変形部２２１を連結する連結フレーム２２３と、伝達部２２０のＺ方向の両端部に配置された端部フレーム２２４とを有する。

駆動部２３０は、駆動素子２３１及び与圧バネ２３２を有する。駆動素子２３１及び与圧バネ２３２は、Ｚ方向においてフランジ部２２３ａを挟む位置に配置されている。駆動素子２３１としては、例えば印加電圧を調整することで伸縮可能な電気機械変換素子（例、ピエゾ素子や磁歪素子など）が用いられている。各駆動素子２３１は、制御部ＣＯＮＴによって伸縮のタイミング及び伸縮量が調整されるようになっている。

駆動素子２３１は、伸縮方向（Ｚ方向）の一端が支持部２４０のベアリング部２４１に接続されており、他端がフランジ部２２３ａの−Ｚ側に接続されている。与圧バネ２３２は、Ｚ方向の一端がベアリング部２４２に接続されており、他端がフランジ部２２３ａの＋Ｚ側に接続されている。

駆動素子２３１は、それぞれ基準電圧が印加された状態（基準状態）に対して、当該基準電圧よりも低い電圧（電圧がゼロの状態を含む）が印加されると収縮し（収縮状態）、基準電圧よりも高い電圧が印加されると伸長する（伸長状態）。駆動素子２３１が伸縮することにより、フランジ部２２３ａに対してＺ方向の力が作用する。

駆動部２３０は、このような駆動素子２３１及び与圧バネ２３２を複数組有している。各組の駆動素子２３１及び与圧バネ２３２は、伝達部２２０の周方向に所定のピッチで並ぶように配置されている。複数の駆動素子２３１のうち例えば一の駆動素子２３１が伸縮することにより、フランジ部２２３ａのうち当該駆動素子２３１に接続された部分に対して押圧力又は引っ張り力が作用する。

図１３〜図１５は、駆動部２３０の駆動動作の一例を示す図である。
図１３に示すように、例えば初期状態として、駆動素子２３１を基準状態としておく。この状態においては、伝達部２２０の中心軸Ｃは回転子２１０の中心軸Ｄと平行となっている。

この状態から、制御部ＣＯＮＴは駆動素子２３１を例えば伸長状態とする。この動作により、フランジ部２２３ａが＋Ｚ側に押圧され、図１４に示すように、フランジ部２２３ａが基準位置Ｐを中心として−Ｘ方向視で時計回りの方向に傾く。この結果、伝達部２２０が回転子２１０の中心軸Ｄに対して傾いた状態となる。

伝達部２２０が中心軸Ｄに対して傾くことにより、伝達部２２０のＺ方向の両端部が回転子２１０に近接する。例えば、図１４に示すように、伝達部２２０＋Ｚ側の端部は、＋Ｙ側が回転子２１０に近接する。また、伝達部２２０の−Ｚ側の端部は、−Ｙ側が回転子２１０に近接する。

伝達部２２０のＺ方向の両端部の移動に伴い、２つの変形部２２１のうち＋Ｚ側の変形部２２１は＋Ｙ側の一部が回転子２１０の突出部２１１に掛けられ、−Ｚ側の変形部２２１は−Ｙ側の一部が回転子２１０の突出部２１１に掛けられる。これにより、変形部２２１の第二周面２２１ａと突出部２１１の第一周面２１１ａとが面同士で接触する。このとき、変形部２２１には張力が加えられており、第二周面２２１ａから第一周面２１１ａ側へ押圧力が作用する。

上記のように、伝達部２２０の中心軸Ｃを回転子２１０の中心軸Ｄに対して傾けることにより、伝達部２２０の変形部２２１のうち中心軸Ｃを挟む
制御部ＣＯＮＴは、上記の動作を、複数の駆動素子２３１に対して、伝達部２２０の周方向に順に切り替えて行わせる。この動作により、伝達部２２０のＺ方向の両端部において、回転子２１０に近接する部分が周方向に移動する。このため、変形部２２１のうち突出部２１１に掛けられる部分が周方向に移動する。したがって、第一周面２１１ａ側の接触部分２５１及び第二周面２２１ａ側の接触部分２５２は、Ｚ軸回りの方向に順次移動する。

このように、第一周面２１１ａと第二周面２２１ａとが接触部分２５１及び接触部分２５２において面同士で接触したまま、Ｚ軸回りの方向に周回移動する結果、回転子２１０は、当該接触部分２５１の変化量と接触部分２５２の変化量との差分に相当する回転量だけ、伝達部２２０のＺ方向の端部の移動方向とは反対方向に回転する。この動作を繰り返し行うことにより、回転子２１０がＺ軸周りに回転する。

なお、例えば図１５に示すように、駆動素子２３１を収縮状態にした場合であっても、上記同様に伝達部２２０の中心軸ＣをＺ軸に対して傾けることができるため、上記同様の動作を行うことができる。また、例えば複数の駆動素子２３１のうち２つがＺ方向視において中心軸Ｃを挟む位置に配置されている場合、当該２つの駆動素子２３１の一方を伸長状態にすると同時に他方を収縮状態とするなど、２つの駆動素子２３１を連動させて駆動させるようにしても良い。

以上のように、本実施形態によれば、伝達部２２０の中心軸Ｃを回転子２１０の中心軸Ｄに対して傾けて第二周面２２１ａの所定の二箇所の接触部分２５２を第一周面２１１ａの異なる接触部分２５１にそれぞれ接触させた状態で、所定の二箇所の接触部分２５２が第一周面２１１ａの周方向に同時に変形するように伝達部２２０を駆動することとしたので、線接触させる場合に比べて強い摩擦力を第一周面２１１ａと第二周面２２１ａとの間に生じさせることができる。これにより、高いトルクを発生させることが可能となる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態を説明する。
図１６は、第一実施形態に記載のモータ装置１００又は第二実施形態に記載のモータ装置２００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１２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１００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、駆動部３０として、図１７に示すような変位拡大機構３００を用いることができる。

図１７に示す変位拡大機構３００は、制御部ＣＯＮＴによる通電に応じて長手方向に伸縮（駆動）する駆動素子３１１と、当該駆動素子３１１の駆動を伝達するムーニー型変換部３２０とを有している。駆動素子３１１としては、例えばピエゾ素子や磁歪素子などが用いられる。

ムーニー型変換部３２０は、駆動素子３１１の駆動力を用いて、伝達部２０の移動方向を駆動素子３１１の伸縮方向と略直交する方向に変換するとともに、駆動素子３１１の駆動量（伸縮量）に基づく伝達部２０の移動量を拡大して伝達部２０に伝達する。

ムーニー型変換部３２０は、駆動素子３１１の長さ方向両端にそれぞれ設けられた端部固定部３２１と、伝達部２０の接続部３１ａに固定される伝達側固定部３２２と、所定の基部ＢＳに固定される基部固定部３２３と、端部固定部３２１と伝達側固定部３２２とを連結する一対の第一連結部３３１と、端部固定部３２１と基部固定部３２３とを連結する一対の第二連結部３３２とを有する。

第一連結部３３１は、ヒンジ部３３１ａを介して端部固定部３２１に接続されている。また、第一連結部３３１は、ヒンジ部３３１ｂを介して伝達側固定部３２２に接続されている。第二連結部３３２は、ヒンジ部３３２ａを介して端部固定部３２１に接続されている。また、第二連結部３３２は、ヒンジ部３３２ｂを介して基部固定部３２３に接続されている。一対の第一連結部３３１と一対の第二連結部３３２との合計の長さは、非通電時の駆動素子３１１の長さと略同一となるように設定されている。

例えば通電により駆動素子３１１が収縮した場合、駆動素子３１１の両端に固定された各端部固定部３２１が互いに接近する方向に移動し、端部固定部３２１同士の距離が短くなる。この端部固定部３２１の移動により、各第一連結部３３１は、ヒンジ部３３１ａを揺動中心として駆動素子３１１から離間する方向にＺ軸周りにそれぞれ揺動する。このとき、一対の第一連結部３３１は、それぞれヒンジ部３３１ｂを介して伝達側固定部３２２に連結されているため、各第一連結部３３１のＺ軸周りの揺動により、ヒンジ部３３１ｂには伝達側固定部３２２を駆動素子３１１から離間する方向に力が作用する。この力により、伝達側固定部３２２は、駆動素子３１１から離間する方向へ移動する。

ここで、駆動素子３１１の駆動量Ｌと、第一連結部３３１の移動量Ｌ１との相関関係は、駆動素子３１１の駆動により第一連結部３３１が傾く角度（以下、ムーニー角度と表記する）θに応じて変化する。例えば、変位拡大度（Ｌ１／Ｌ）は、ムーニー角度θが約２度のときに最も大きい値（約２０倍）となることが知られている。

このため、ムーニー角度θが約２度となる駆動量で駆動素子３１１を駆動することにより、ムーニー型変換部３２０は、駆動素子３１１の駆動量Ｌを、２０倍程度に拡大した量の移動量Ｌ１を形成し、第一連結部３３１を移動させることができる。また、上記の第一連結部３３１の移動についての説明は、第二連結部３３２においても適用される。したがって、駆動素子３１１の収縮によって第二連結部３３２が揺動し、これにより駆動素子３１１を基部固定部３２３に対して離間する方向に移動させる。

この結果、ムーニー型変換部３２０は、駆動素子３１１の駆動量Ｌを４０倍程度の移動量Ｌ１に変換して伝達部２０をムーニー型変換部３２０回転子１０側に押圧する方向に移動させることが可能となる。なお、駆動素子３１１が、長手方向に伸長した場合には、上記と逆の動作により、伝達部２０を回転子１０から離間する方向に引っ張るように移動させることが可能となる。

なお、ムーニー型変換部３２０としては、図１７に示す構成に限られず、例えば図１８に示すムーニー型変換部３４０を用いても良い。
図１８に示すように、ムーニー型変換部３４０は、第一連結部３３１が、端部固定部３２１側から伝達側固定部３２２側にかけて駆動素子３１１に近接するように配置されている。同様に、第二連結部３３２が端部固定部３２１から基部固定部３２３にかけて駆動素子３１１に近接するように配置されている。

この場合、ムーニー型変換部３４０においては、図１７に示すムーニー型変換部３２０とは駆動素子３１１の伸縮方向と伝達部２０の移動方向とが逆になる。例えば駆動素子３１１が収縮すると、伝達側固定部３２２及び基部固定部３２３が駆動素子３１１側に近接するように移動する。この結果、伝達部２０が回転子１０から離間する方向に移動する。また、駆動素子３１１が伸長すると、伝達側固定部３２２及び基部固定部３２３が駆動素子３１１から離間する方向に移動する。

また、例えば駆動部３０として、図１９及に示すように、座屈型変換部４００が用いられた構成であっても良い。
図１９に示す構成において、座屈型変換部４００は、駆動素子４１０及び可動子４２０を有する。

駆動素子４１０は、Ｚ方向に可動子４２０を挟んで配置される第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２を有する。第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２としては、例えばピエゾ素子や磁歪素子などの電気機械変換素子が用いられている。

第一駆動素子４１１は、＋Ｚ側の可動子側端部４１１ａがヒンジ部４１１ｃを介して可動子４２０に連結されており、−Ｚ側の基部側端部４１１ｂがヒンジ部４１１ｄを介して基部ＢＳに連結されている。また、第二駆動素子４１２は、−Ｚ側の可動子側端部４１２ａがヒンジ部４１２ｃを介して可動子４２０に連結されており、＋Ｚ側の基部側端部４１２ｂがヒンジ部４１２ｄを介して基部ＢＳに連結されている。

第一駆動素子４１１は、収縮した状態（例えば電圧が印加されていない状態）において、可動子側端部４１１ａが基部側端部４１１ｂよりも−Ｙ側に配置されるように連結されている。また、第二駆動素子４１２は、収縮した状態において、可動子側端部４１２ａが基部側端部４１２ｂよりも−Ｙ側に配置されるように連結されている。このように、第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２は、Ｚ方向に一直線にならないように、例えば可動子側端部４１１ａ及び可動子側端部４１２ａが−Ｙ側に屈曲するように連結されている。

上記構成において、第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２に所定の電圧を印加して伸長させると、第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２は可動子４２０及び基部ＢＳを押圧する。このとき、基部ＢＳから第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２側に反作用による力が加えられ、基部側端部４１１ｂ及び基部側端部４１２ｂに対してＺ方向に圧縮力が加えられた状態となる。この圧縮力により、図２０に示すように、可動子側端部４１１ａ及び可動子側端部４１２ａは、屈曲方向である−Ｙ側に移動し、可動子４２０が−Ｙ側に押圧される。この可動子４２０の押圧により、接続部３１ａを介して伝達部２０が−Ｙ方向に押圧される。

なお、第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２の屈曲方向を＋Ｙ方向となるように設計しても良い。この場合、第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２に所定の電圧を印加して伸長させた場合に可動子４２０は＋Ｙ方向へ移動することになる。また、第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２を２組設けて、一方の組の第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２については−Ｙ方向に屈曲するように、また、他方の組の第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２については＋Ｙ方向に屈曲するように配置する構成としても良い。この構成においては、各組の第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２の駆動を調整することにより、可動子４２０を＋Ｙ方向及び−Ｙ方向の２方向に移動させることができる。

また、第一駆動素子４１１及び第二駆動素子４１２と可動子４２０との間に２自由度ジョイントを設けることで、Ｙ方向だけでなくθＺ方向に対して伝達部２０が変位可能とする構成であっても良い。

また、上記実施形態では、伝達部（２０、２２０）が円筒状に形成された構成（閉ベルト構成）を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば伝達部を開ベルト構成として両端部を接続させて閉構造とした構成であっても良い。

ＣＯＮＴ…制御部 Ｃ、Ｄ…中心軸 ＲＢＴ…ロボット装置 ＡＣＴ…駆動装置 １０、２１０…回転子 １１、２１１…突出部 １１ａ、２１１ａ…第一周面 ２０、２２０…伝達部 ２１、２２１…変形部 ２１ａ、２２１ａ…第二周面 ２２、２２２…フレーム部 ３０、２３０…駆動部 ３１…第一駆動素子 ３２…第二駆動素子 ５１、５２、２５１、２５２…接触部分 １００、２００…モータ装置 ３００…変位拡大機構 ３１１…駆動素子 ３２０、３４０…ムーニー型変換部 ４００…座屈型変換部

Claims (20)

1. 第一面を有する回転子と、
   前記第一面に接触可能な第二面を有する伝達部と、
   前記第二面を前記第一面の少なくとも一部の面に接触させて回転力を前記伝達部に伝達する回転力伝達部分が順次変わるように前記伝達部を駆動する駆動部と
   を備えるモータ装置。
2. 前記駆動部は、前記第二面の一部を前記第一面に接触させつつ、前記回転子の径方向に力を生じさせるように前記第二面の一部を変形させる
   請求項１に記載のモータ装置。
3. 前記伝達部は、前記第一面を囲うように配置されている
   請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
4. 前記第二面は、円筒面であって、
   前記駆動部は、前記回転力伝達部分が前記第二面の周方向に順次変わるように前記伝達部を駆動する
   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。
5. 前記駆動部は、前記回転力伝達部分を、前記回転子の回転方向に応じて変える
   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。
6. 前記第二面は、網目状である
   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。
7. 前記伝達部は、前記第二面の面内方向と直交する直交方向に弾性を有する
   請求項１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. 前記伝達部は、前記第二面の径方向における剛性よりも前記第二面の面内方向における剛性の方が高くなるように形成されている
   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. 前記伝達部に設けられ、前記伝達部を支持するフレーム部を備える
   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. 前記駆動部は、前記フレーム部に接続されている
    請求項９に記載のモータ装置。
11. 前記駆動部は、
    前記回転子の軸線方向に交差する平面に対して平行な第一方向に前記伝達部を変形させる第一駆動素子と、
    前記平面に平行であって前記第一方向に交差する第二方向に前記伝達部を変形させる第二駆動素子と
    を有する
    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。
12. 前記駆動部は、前記第一駆動素子及び前記第二駆動素子による駆動量を拡大する駆動量拡大部を有する
    請求項１１に記載のモータ装置。
13. 前記駆動部は、前記伝達部の中心軸を前記回転子の中心軸に対して傾けて前記第二面の所定の二箇所を前記第一面の異なる位置に接触させた状態で、前記所定の二箇所が前記第一面の周方向に同時に変形するように前記伝達部を駆動する
    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。
14. 第一面を有する回転子と、
    前記第一面と接触可能な第二面を有し、前記第二面の面内方向における剛性よりも該面内方向に直交する直交方向における剛性が低い伝達部と、
    少なくとも前記直交方向に前記第二面の一部を変形させる駆動部と、
    を備えるモータ装置。
15. 前記伝達部は、前記直交方向に弾性を有する
    請求項１４に記載のモータ装置。
16. 少なくとも前記直交方向に前記第二面の一部を変形させる動作を前記面内方向に沿って前記駆動部に順次行わせる駆動動作を制御する制御部を備える
    請求項１４又は請求項１５に記載のモータ装置。
17. 前記伝達部は、筒状に形成されており、前記回転子に巻きついている
    請求項１４から請求項１６のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
18. 前記駆動部は、前記回転子の回転方向に沿って配置された第一駆動素子及び第二駆動素子を有し、
    前記第一駆動素子及び前記第二駆動素子は、前記回転子の軸線方向にそれぞれ駆動することによって少なくとも前記直交方向に前記第二面の一部を変形させる
    請求項１４から請求項１７のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
19. 第一面を有する回転子と、
    筒状に形成され、前記第一面に対向する第二面を有する伝達部と、
    前記第一面と前記第二面とを接触させると共に、前記第二面の一部の面を前記第一面に対して回転力伝達状態にした前記第一面における回転力伝達部分が前記回転子の回転方向に移動するように前記伝達部を駆動する駆動部と、
    を備えるモータ装置。
20. 請求項１から請求項１９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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