モータ装置、回転子の駆動方法及びロボット装置
【課題】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。
【解決手段】回転子と、当該回転子を回転させるモータ本体と、回転子の外周の少なくとも一部に掛けられた接触部材と、回転子と接触部材との間を接触状態として接触部材を一定距離移動させると共に接触状態を解消した状態で接触部材を所定の位置に復帰させる駆動部と、を有するブレーキ装置と、を備える。
【解決手段】回転子と、当該回転子を回転させるモータ本体と、回転子の外周の少なくとも一部に掛けられた接触部材と、回転子と接触部材との間を接触状態として接触部材を一定距離移動させると共に接触状態を解消した状態で接触部材を所定の位置に復帰させる駆動部と、を有するブレーキ装置と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ装置、回転子の駆動方法及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。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。例えば電動モータや超音波モータにおいては、回転子の回転を停止したり、回転停止状態を保持したりするために、ブレーキ機構を取り付ける場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−３１１２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ブレーキ装置によって大きなブレーキトルクを得る場合、例えば回転子とブレーキ装置との間にその分大きな力を発生させる必要があるため、ブレーキ装置が大型化する傾向にあった。このため、ブレーキ装置を取り付けた高トルクのモータ装置を小型化することは困難であった。
【０００５】
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、回転子の駆動方法及びロボット装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の態様に従えば、回転子と、当該回転子を回転させるモータ本体と、回転子の外周の少なくとも一部に掛けられた接触部材と、回転子と接触部材との間を接触状態として接触部材を一定距離移動させると共に接触状態を解消した状態で接触部材を所定の位置に復帰させる駆動部と、を有するブレーキ装置と、を備えるモータ装置が提供される。
【０００７】
本発明の第二の態様に従えば、回転子を回転させる回転ステップと、回転している回転子と当該回転子に掛けられる接触部材との間を接触状態として接触部材を回転子の回転方向とは逆方向に一定距離移動させると共に、接触状態を解消した状態で接触部材を所定の位置に戻すことで回転子の回転を調整する調整ステップと、を含む回転子の駆動方法が提供される。
【０００８】
本発明の第三の態様に従えば、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ロボット装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２】本実施形態に係るモータ装置の特性を示すグラフ。
【図３】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図４】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図５】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図６】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図７】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図８】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図９】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１０】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。
【図１１】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１２】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１３】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１４】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１５】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１６】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１７】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１８】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。
【図１９】本実施形態に係るモータ装置の一部の構成を示す図。
【図２０】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。
【図２１】本発明の変形例に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２２】本発明の変形例に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２３】本発明の変形例に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２４】本発明の変形例に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２５】本発明の変形例に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２６】本発明の変形例に係るモータ装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
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。
【００１２】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、モータ装置ＭＴＲは、ベース部ＢＳと、回転子ＳＦと、モータ本体ＭＮと、ブレーキ装置ＢＲと、制御部ＣＯＮＴとを有している。モータ装置ＭＴＲは、制御部ＣＯＮＴの制御によってモータ本体ＭＮが回転子ＳＦを回転させ、ブレーキ装置ＢＲが回転子ＳＦの回転を調整させるようになっている。
【００１３】
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、回転子ＳＦ、モータ本体ＭＮ、ブレーキ装置ＢＲ及び制御部ＣＯＮＴを支持する。回転子ＳＦは、例えば円柱状に形成されており、中心軸Ｃを回転軸として回転するようになっている。回転子ＳＦは、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。
【００１４】
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。
【００１５】
モータ本体ＭＮは、駆動部ＡＣＭと、接触部材ＢＴＭとを有している。当該モータ本体ＭＮは駆動部ＡＣＭ及び接触部材ＢＴＭを用いて回転子ＳＦを回転させる構成である。ブレーキ装置ＢＲは、駆動部ＡＣＢと、接触部材ＢＴＢとを有している。ブレーキ装置ＢＲは、モータ本体ＭＮに対してＺ方向にずれた位置に配置されている。ブレーキ装置ＢＲは、駆動部ＡＣＢ及び接触部材ＢＴＢを用いて回転子ＳＦの回転を調整する。
【００１６】
まず、ブレーキ装置ＢＲの構成を説明する。
【００１７】
駆動部ＡＣＢは、例えばベース部ＢＳに取り付けられている。駆動部ＡＣＢは、駆動素子１３１及び１３２を有している。駆動素子１３１及び１３２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ＡＣＭに接続されており、当該駆動部ＡＣＭに対して制御信号を供給可能になっている。
【００１８】
駆動素子１３１及び１３２は、ベース部ＢＳによって＋Ｘ側の位置が固定されている。このため、駆動素子１３１及び１３２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。
【００１９】
接触部材ＢＴＢ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は、駆動素子１３１の−Ｘ側の端部に接続されている。第二端部１２２は、駆動素子１３２の−Ｘ側の端部に接続されている。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（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１２１及び第二端部１２２は、基準位置Ｆについて対称な位置に配置されている。
【００２０】
ベルト部１２３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１２３は、例えば第一端部１２１及び第二端部１２２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。
【００２１】
上記の駆動素子１３１及び１３２が縮むと、第一端部１２１及び第二端部１２２が＋Ｘ方向に移動する。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及び１３２が伸びると、第一端部１２１及び第二端部１２２が−Ｘ方向に移動する。このため、ベルト部１２３が回転子ＳＦから離れて弛緩する。
【００２２】
一方、モータ本体ＭＮの駆動部ＡＣＭは、駆動素子３１及び３２を有している。また、モータ本体ＭＮの接触部材ＢＴＭは、第一端部２１、第二端部２２及びベルト部２３を有している。モータ本体ＭＮの駆動部ＡＣＭ及び接触部材ＢＴＭの各構成要素の構成は、ブレーキ装置ＢＲの駆動部ＡＣＢ及び接触部材ＢＴＢの各構成要素の構成とそれぞれ同一となっている。このため、ここでは駆動部ＡＣＭ及び接触部材ＢＴＭの詳細な説明は省略する。
【００２３】
次に、モータ本体ＭＮ及びブレーキ装置ＢＲ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、ブレーキ装置ＢＲが回転子ＳＦにブレーキ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ＢＴＭ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。
【００２４】
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ＢＴＭ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ＢＴＭと回転子ＳＦとの間で摩擦力が生じ、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭ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ＢＴＭの有効巻き付き角である。
【００２５】
【数１】
【００２６】
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。
【００２７】
【数２】
【００２８】
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ＢＴＭと回転子ＳＦとの間の摩擦係数μ及び接触部材ＢＴＭ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。
【００２９】
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、例えば接触部材ＢＴＭ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。
【００３０】
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ＢＴＭ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。なお、モータ本体ＭＮと同一の構成であるブレーキ装置ＢＲによって回転子ＳＦの回転を規制する場合についても、上記同様の説明が可能である。
【００３１】
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ＢＴＭの第一端部２１側には張力Ｔ１が発生し、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭに有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。
【００３２】
制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＭ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、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で接触部材ＢＴＭが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向に回転する。
【００３３】
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ＢＴＭの巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭ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。
【００３４】
制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＭの巻き掛けを緩ませた後、図６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ＢＴＭ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ＢＴＭ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）。
【００３５】
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ＢＴＭ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。
【００３６】
接触部材ＢＴＭに有効張力が付加された後、制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で接触部材ＢＴＭが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθ方向に回転する。
【００３７】
この後、制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭ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ＡＣＭ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。
【００３８】
次に、ブレーキ装置ＢＲの動作を説明する。
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７に示すように、ブレーキ装置ＢＲの第一端部１２１及び第二端部１２２がそれぞれ＋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。
【００３９】
この動作により、接触部材ＢＴＢのベルト部１２３が回転子ＳＦに接触すると共に、ベルト部１２３の第一端部１２１側には張力Ｔ１が発生し、接触部材ＢＴＢの第二端部１２２側には張力Ｔ２が発生する。したがって、接触部材ＢＴＢに有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。この状態において、ベルト部１２３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。
【００４０】
この状態で、制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＢ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、接触部材ＢＴＢ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。
【００４１】
この動作において、制御部ＣＯＮＴは、例えば第一端部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、接触部材ＢＴＢと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で接触部材ＢＴＢ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。
【００４２】
その後、制御部ＣＯＮＴは、第二端部１２２が移動しないように、かつ、第一端部１２１が開始位置（所定位置）へ戻るように、駆動素子１３１だけを変形させる。この動作により、第一端部１２１が−Ｘ方向へ移動し、接触部材ＢＴＢの巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、接触部材ＢＴＢ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ＢＴＢ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。
【００４３】
制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＢの巻き掛けを緩ませた後、第二端部１２２が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように駆動素子１３２を変形させる。この動作により、接触部材ＢＴＢ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ＢＴＢの第二端部１２２が駆動の開始位置（所定位置）へ戻っていく（復帰動作）。
【００４４】
第二端部１２２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、第二端部１２２が駆動開始位置に戻されるのとほぼ同時に、第一端部１２１側に張力Ｔ１が発生し、第二端部１２２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ＢＴＢ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。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。
【００４５】
また、図９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１２３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１３１及び駆動素子１３２を変形させる。この場合、回転子ＳＦは、ベルト部１２３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１３１、１３２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、モータ本体ＭＮによる駆動動作が行われる。
【００４６】
このように、本実施形態によれば、接触部材ＢＴＭ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ＡＣＭ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ＢＴＭ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ＡＣＭ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ＡＣＭ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。
【００４７】
また、本実施形態によれば、回転子ＳＦと接触部材ＢＴＢとの間を接触状態として接触部材ＢＴＢを一定距離移動させると共に接触状態を解消した状態で接触部材ＢＴＢを所定の位置に復帰させる駆動部ＡＣＢを有するブレーキ装置ＢＲを備えるため、高いブレーキトルクを発生させることが可能である。これにより、ブレーキ装置ＢＲによる回転子ＳＦの回転調整力を高めることができる。
【００４８】
［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の駆動動作及び回転調整動作の際、接触部材ＢＴＭ及び接触部材ＢＴＢ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、モータ本体ＭＮの接触部材ＢＴＭが弾性変形可能になっている点、ブレーキ装置ＢＲの接触部材ＢＴＢ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。
【００４９】
本実施形態では、接触部材ＢＴＭ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。
【００５０】
【数３】
【００５１】
【数４】
【００５２】
【数５】
【００５３】
以下、図１０〜図１５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ＢＴＭに張力が付加されることなく当該接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭ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ＢＴＭ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ＢＴＭと回転子ＳＦとの間に摩擦力は発生しない。
【００５４】
＜駆動動作＞
まず、制御部ＣＯＮＴは、図１０に示すように、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭ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。
【００５５】
【数６】
【００５６】
この状態から、図１１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ＢＴＭ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、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ΔＸ２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ＢＴＭから回転子ＳＦにトルクが伝達される。このとき、ΔＸ１とΔＸ２との間には、［数７］の関係が成立する。
【００５７】
【数７】
【００５８】
接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭの弾性変形が初期状態と同一の状態になる。図１２に示すように、このため接触部材ＢＴＭ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、接触部材ＢＴＭに付加されている実効的な有効張力は、Ｔｇｏａｌ／２となる。また、接触部材ＢＴＭによって回転子ＳＦに伝達するトルクはゼロになる。
【００５９】
＜復帰動作＞
次に、図１３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ＢＴＭが２ΔＸ１だけ緩むこととなる。この結果、接触部材ＢＴＭと回転子ＳＦとの間に隙間が生じる。回転子ＳＦは、接触部材ＢＴＭ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。
【００６０】
接触部材ＢＴＭと回転子ＳＦとの間に隙間が生じている間に、図１４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ＢＴＭ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。
【００６１】
＜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（＝Ｘ１）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ＢＴＭ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ＢＴＭ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。
【００６２】
この状態から、図１５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ＢＴＭ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、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ΔＸ２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ＢＴＭ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、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Ｘ２−ｖΔｔ−ΔＸ１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。
【００６３】
＜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ＢＴＭ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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。例えば、下記［数８］によって示される。
【００６６】
【数８】
【００６７】
［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。
【００６８】
次に、本実施形態におけるブレーキ装置ＢＲの接触部材ＢＴＢ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１６に示すように、ブレーキ装置ＢＲの接触部材ＢＴＢの第一端部１２１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１３１を変形させる。また、制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＢの第二端部１２２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１３２を変形させる。このとき、接触部材ＢＴＢのベルト部１２３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１２３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。
【００６９】
この状態から、例えば図１７に示すように、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子１３１を変形させて、接触部材ＢＴＢ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、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、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ＢＴＭ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、モータ本体ＭＮの復帰動作と同様の動作を行わせるようにする。
【００７０】
このように、本実施形態によれば、接触部材ＢＴＭの弾性変形を利用し、回転子ＳＦの外周と接触部材ＢＴＭとの相対速度をゼロにして接触部材ＢＴＭ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ＡＣＭ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。
【００７１】
また、本実施形態によれば、小型の駆動部ＡＣＢ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。また、接触部材ＢＴＢ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。
【００７２】
［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、ベース部ＢＳ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、ベース部ＢＳが変位拡大機構５０を有する構成になっている。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。
【００７３】
図１９は、変位拡大機構５０の構成を示す図である。
図１９に示すように、変位拡大機構５０は、素子支持部５１、連結部５２及び変位伝達部５３を有している。素子支持部５１は、ベース部ＢＳの−Ｘ側の表面に取り付けられている。素子支持部５１は、例えば平板状に形成されている。素子支持部５１の−Ｘ側の面には、駆動部ＡＣＢ及びＡＣＭの駆動素子３１、３２、１３１、１３２が取り付けられている。
【００７４】
変位伝達部５３は、連結部５２によって素子支持部５１に連結されている。変位伝達部５３は、素子支持部５１との間で駆動素子３１、３２、１３１、１３２を挟むようにそれぞれ配置されている。変位伝達部５３は、駆動素子３１、３２、１３１、１３２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５３ａが連結部５２に連結されている。変位伝達部５３のＹ方向の他の端部５３ｂには、例えば接触部材ＢＴＭ（ＢＴＢ）の第一端部２１、１２１、第二端部２２、１２２が接続されている。
【００７５】
連結部５２と変位伝達部５３との接続部分５４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いる。例えば駆動素子３１、３２、１３１、１３２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。
【００７６】
このため、図１９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。
【００７７】
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、１２１、第二端部２２、１２２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３１、３２（１３１、１３２）の駆動量（伸縮量）に基づく接触部材ＢＴＭ（ＢＴＢ）の移動量を拡大して接触部材ＢＴＭ（ＢＴＢ）に伝達する。
【００７８】
先端部５６の変位は、駆動素子３１、３２、１３１、１３２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。この寸法において上記の駆動動作や回転調整動作を実現しようとする場合、ブレーキ装置ＢＲ及びモータ本体ＭＮの組み立て時には、極めて高精度に組み立てる技術が求められることになる。これに対して、本実施形態によれば、てこの原理によって駆動素子３１、３２、１３１、１３２の変位を拡大することができるため、その分、組み立ての精度の要求が緩和されることになる。これにより、モータ本体ＭＮ及びブレーキ装置ＢＲの組み立てを簡単にすることができる。
【００７９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図２０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、指部分の先端）の構成を示す図である。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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、回転子ＳＦの表面が凹凸の無い構成であったが、これに限られることは無く、例えば当該回転子ＳＦの表面に凹凸を形成した構成であっても構わない。例えば図２１に示すように、回転子ＳＦにつば状の突出部６０が形成されている。当該突出部６０は、例えば接触部材ＢＴＭ及びＢＴＢのベルト部２３、１２３が配置されるスペースを空けるように並んで設けられている。回転子ＳＦに掛けられるベルト部２３、１２３は、突出部６０によって位置決めされることになる。
【００８６】
回転子ＳＦとベルト部１２３、２３との間には摩擦力が発生し、摩擦熱が発生する。この摩擦熱は、例えばブレーキ装置ＢＲのブレーキトルクに影響を及ぼしたり、モータ本体ＭＮのトルクに影響を及ぼしたりする虞がある。これに対して、図２１に示す構成においては、突出部６０がそれぞれつば状に形成されているため、回転子ＳＦの熱が放出しやすい構成となる。この構成では、回転子ＳＦを空冷によって冷却することができるため、冷却機構などを別途設けなくても回転子ＳＦの冷却が可能となる。これにより、モータ装置ＭＴＲの小型化に寄与することとなる。このように、突出部６０は、位置決めガイド機構としての機能を有すると共に、回転子ＳＦを冷却する冷却機構としての機能を併せて有することになる。
【００８７】
また、例えば、上記実施形態においては、回転子ＳＦが中実（中空軸でない構造）である構成としたが、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４実施形態のように、ロボットアームＡＲＭなどの旋回系機械にモータ装置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、ロボットアームＡＲＭにモータ装置ＭＴＲ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。例えば図２１に示すように、回転子ＳＦの内部に中空部７０が形成されている。このため、回転子ＳＦの冷却効率が向上することになる。
【００８８】
なお、回転子ＳＦを中空に形成する場合には、例えば回転子ＳＦを円筒状に形成するなど、回転子ＳＦの中心軸方向の両端が貫通されている構成にすることもできる。また、例えば回転子ＳＦの中心軸方向の両端が貫通されておらず、いずれか一方のみが開口されている構成にすることもできる。更には、回転子ＳＦの中心軸方向の両端のいずれも塞がれている構成としても構わない。また、回転子ＳＦの内部に適宜仕切りなどを配置しつつ内部を中空にする構成であっても構わない。
【００８９】
また、回転子ＳＦの表面に溝部を形成する構成としても構わない。例えば図２２（ａ）に示す構成では、回転子ＳＦの表面に複数の溝部７１が形成されている。各溝部７１は、回転子ＳＦの円周方向に形成されており、回転子ＳＦの中心軸方向に並んで形成されている。溝部７１は、例えば回転子ＳＦのうち接触部材ＢＴＢ、ＢＴＭのベルト部１２３、２３が掛けられる部分に形成されている。
【００９０】
例えばベルト部１２３、２３と回転子ＳＦとの接触によって摩擦粉が発生する場合がある。当該摩擦粉が回転子ＳＦの表面に残ると、ベルト部１２３、２３と回転子ＳＦとの間の摩擦力が変動する場合がある。これに対して、図２２（ａ）の構成によれば、回転子ＳＦに溝部７１を設けることにより、摩擦粉を溝部７１の中に誘導することができる。このため、摩擦粉が回転子ＳＦの表面に付着するのを防ぐことができる。
【００９１】
また、図２２（ｂ）は、例えば回転子ＳＦを中空に形成した場合において、回転子ＳＦの表面に形成される溝部７１の中に複数の孔部７２を設け、回転子ＳＦの内外が孔部７２によって連通された構成としても構わない。この構成により、摩擦粉を溝部７１から孔部７２に誘導して中空部７０に逃がすことができる。
【００９２】
また、上記実施形態の構成に加えて、例えば接触部材ＢＴＢ（ＢＴＭ）のベルト部１２３（２３）の張力を検出する張力検出部を設けた構成としても構わない。例えば図２３に示す構成によれば、張力検出部７３が例えばベルト部１２３、２３のうち第一端部１２１（２１）の近傍に１つ、第二端部１２２（２２）の近傍に１つ、合計で２つ設けられている。張力検出部７３としては、例えば歪みゲージなどを用いることができる。勿論、他の張力検出素子を用いることもできる。
【００９３】
張力検出部７３では、検出信号が例えば制御部ＣＯＮＴにされるようになっている。制御部ＣＯＮＴは、当該検出信号により、例えばブレーキ装置ＢＲの駆動部ＡＣＢ（例えば、駆動素子１３１、１３２）を制御する構成である。接触部材ＢＴＢの張力を検出することで、ブレーキ装置ＢＲがブレーキトルクを発生しているか否かを検出することができる。接触部材ＢＴＢに張力が発生している場合には、回転子ＳＦにブレーキトルクが加えられていることになる。
【００９４】
このような構成よれば、ブレーキトルクの有無を検出することにより、例えばベルト部１２３と回転子ＳＦとの間において回転子ＳＦが空回りしている場合には、当該空周りを検出することができる。また、回転子ＳＦを回転させる際には、ブレーキトルクが無いことを確認することで、モータ本体ＭＮの空回りを検出することができる。これにより、ブレーキ装置ＢＲの信頼性を高めることができる。なお、図２３においては、変位拡大機構５０が配置された構成を示しているが、当該変位拡大機構５０が配置されていない構成であっても、同様の説明が可能である。
【００９５】
また、例えば、上記実施形態では、接触部材ＢＴＢを回転子ＳＦの一部（例えば１８０°）に掛けた状態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２４に示すように、接触部材ＢＴＢが回転子ＳＦに対して３６０°巻かれた構成としても構わない。この場合、接触部材ＢＴＢから回転子ＳＦに伝達されるトルクが大きくなるため、より効率的な回転調整が可能となる。
【００９６】
図２４の構成によれば、接触部材ＢＴＢのベルト部１２３は、回転子ＳＦの一部で交差するように形成されている。また、接触部材ＢＴＢを駆動する駆動素子１３１、１３２は、変位拡大機構５０に取り付けられている。ベース部ＢＳには、中央部において−Ｘ方向に突出した壁部８０が形成されている。各変位拡大機構５０は、それぞれ素子支持部５１が当該壁部８０に取り付けられた状態になっている。このため、駆動素子１３１、１３２は、互いに反対方向に伸縮するように設けられている。また、ベース部ＢＳには、変位拡大機構５０の接続部分５４を避けるように当該変位拡大機構５０を保持するため、段差部８１が形成されている。このため、接続部分５４を支点として変位伝達部５３が回転することができるようになっている。
【００９７】
この構成により、省スペース化が可能となるため、小型化に寄与することになる。また、駆動素子１３１、１３２は、例えば縮小する方向より伸びる方向に動作したほうが大きな推力を発生することができる場合がある。図２４の構成によれば、当該駆動素子１３１、１３２の性質を利用することで、大きな変位量を得ることができる。
【００９８】
また、例えば、上記各実施形態では、ブレーキ装置ＢＲ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、複数相のブレーキ装置ＢＲを用いた構成であっても構わない。例えば、ブレーキ装置ＢＲ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、当該三相の接触部材ＢＴＢ及び駆動部ＡＣＢ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、安定した回転調整を行うことが可能である。
【００９９】
図２５には、図２３に示すブレーキ装置ＢＲの構成を、１８０°ずれた位置に二相配置した構成が示されている。ブレーキ装置ＢＲが１つの場合、例えば回転子ＳＦには接触部材ＢＴＢ（ベルト部１２３）の伸縮によって、ラジアル方向に大きな力が加わることになる。このため、不図示のベアリング部などの軸受部もこの力に対応できる構成とする必要があり、当該軸受部を大型化する必要が生じる場合がある。これに対して、図２５に示す構成では、１８０°ずれた２箇所（互いのベルト部１２３によって引き合う位置）にブレーキ装置ＢＲが配置されているため、回転子ＳＦにかかるラジアル方向の力を相殺することができる。このため、軸受部の大型化を回避することができる。なお、ブレーキ装置ＢＲは２つに限られず、ラジアル方向の力がキャンセルできれば、３つ以上配置した構成であっても構わない。例えばブレーキ装置ＢＲを３つ配置する場合、例えば互いに１２０°ずつずれた位置に配置させることができる。ブレーキ装置ＢＲが４つの場合、例えば互いに９０°ずつずれた位置に配置させることができる。これを踏まえて、ブレーキ装置ＢＲがｎ個（ｎ：２以上の自然数）の場合、（３６０／ｎ）°ずつずれた位置に配置させることができる。
【０１００】
また、上記実施形態では、回転子ＳＦの径が中心軸方向に等しく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い。図２６に示すように、例えば回転子ＳＦが、一部（例えば中心軸方向の一端部）に他の部分よりも径が小さく形成された縮径部１１を有する構成とし、当該縮径部１１に回転調整装置を配置させる構成としても構わない。図２６では、例えば縮径部１１にブレーキ装置ＢＲの接触部材ＢＴＢが掛けられた状態になっている。回転子ＳＦの径が異なっているので、同一構成のブレーキ装置ＢＲを用いた場合、異なる大きさのブレーキトルクを回転子ＳＦに作用させることができる。例えば、回転している回転子ＳＦの当該回転を止めようとする場合には、回転子ＳＦのうち径の大きい部分に対してブレーキトルクを作用させるようにしても構わない。また、停止している状態の回転子ＳＦについて、当該停止状態を維持する場合には、回転子ＳＦのうち縮径部１１に対してブレーキトルクを作用させるようにしても構わない。なお、回転子ＳＦに縮径部１１を設ける構成に限られず、回転子ＳＦに例えば他の部分よりも径が大きく形成された拡径部を設ける構成としても構わない。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
また、上記実施形態では、回転子ＳＦを回転させる駆動源として、例えばブレーキ装置ＢＲと同一構成のモータ本体ＭＮを例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば駆動源として電動モータや超音波モータなど、他の種類のモータを用いた場合であっても、上記の説明は可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
ＭＴＲ…モータ装置 ＢＲ…ブレーキ装置 ＢＳ…ベース部 ＢＴＢ…接触部材 ＡＣＢ…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 １２１…第一端部 １２２…第二端部 １２３…ベルト部 １３１…駆動素子 １３２…駆動素子 ＭＮ…モータ本体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ装置、回転子の駆動方法及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。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。例えば電動モータや超音波モータにおいては、回転子の回転を停止したり、回転停止状態を保持したりするために、ブレーキ機構を取り付ける場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−３１１２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ブレーキ装置によって大きなブレーキトルクを得る場合、例えば回転子とブレーキ装置との間にその分大きな力を発生させる必要があるため、ブレーキ装置が大型化する傾向にあった。このため、ブレーキ装置を取り付けた高トルクのモータ装置を小型化することは困難であった。
【０００５】
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、回転子の駆動方法及びロボット装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の態様に従えば、回転子と、当該回転子を回転させるモータ本体と、回転子の外周の少なくとも一部に掛けられた接触部材と、回転子と接触部材との間を接触状態として接触部材を一定距離移動させると共に接触状態を解消した状態で接触部材を所定の位置に復帰させる駆動部と、を有するブレーキ装置と、を備えるモータ装置が提供される。
【０００７】
本発明の第二の態様に従えば、回転子を回転させる回転ステップと、回転している回転子と当該回転子に掛けられる接触部材との間を接触状態として接触部材を回転子の回転方向とは逆方向に一定距離移動させると共に、接触状態を解消した状態で接触部材を所定の位置に戻すことで回転子の回転を調整する調整ステップと、を含む回転子の駆動方法が提供される。
【０００８】
本発明の第三の態様に従えば、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ロボット装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２】本実施形態に係るモータ装置の特性を示すグラフ。
【図３】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図４】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図５】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図６】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図７】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図８】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図９】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１０】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。
【図１１】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１２】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１３】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１４】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１５】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１６】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１７】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図１８】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。
【図１９】本実施形態に係るモータ装置の一部の構成を示す図。
【図２０】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。
【図２１】本発明の変形例に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２２】本発明の変形例に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２３】本発明の変形例に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２４】本発明の変形例に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２５】本発明の変形例に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２６】本発明の変形例に係るモータ装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
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。
【００１２】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、モータ装置ＭＴＲは、ベース部ＢＳと、回転子ＳＦと、モータ本体ＭＮと、ブレーキ装置ＢＲと、制御部ＣＯＮＴとを有している。モータ装置ＭＴＲは、制御部ＣＯＮＴの制御によってモータ本体ＭＮが回転子ＳＦを回転させ、ブレーキ装置ＢＲが回転子ＳＦの回転を調整させるようになっている。
【００１３】
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、回転子ＳＦ、モータ本体ＭＮ、ブレーキ装置ＢＲ及び制御部ＣＯＮＴを支持する。回転子ＳＦは、例えば円柱状に形成されており、中心軸Ｃを回転軸として回転するようになっている。回転子ＳＦは、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。
【００１４】
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。
【００１５】
モータ本体ＭＮは、駆動部ＡＣＭと、接触部材ＢＴＭとを有している。当該モータ本体ＭＮは駆動部ＡＣＭ及び接触部材ＢＴＭを用いて回転子ＳＦを回転させる構成である。ブレーキ装置ＢＲは、駆動部ＡＣＢと、接触部材ＢＴＢとを有している。ブレーキ装置ＢＲは、モータ本体ＭＮに対してＺ方向にずれた位置に配置されている。ブレーキ装置ＢＲは、駆動部ＡＣＢ及び接触部材ＢＴＢを用いて回転子ＳＦの回転を調整する。
【００１６】
まず、ブレーキ装置ＢＲの構成を説明する。
【００１７】
駆動部ＡＣＢは、例えばベース部ＢＳに取り付けられている。駆動部ＡＣＢは、駆動素子１３１及び１３２を有している。駆動素子１３１及び１３２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ＡＣＭに接続されており、当該駆動部ＡＣＭに対して制御信号を供給可能になっている。
【００１８】
駆動素子１３１及び１３２は、ベース部ＢＳによって＋Ｘ側の位置が固定されている。このため、駆動素子１３１及び１３２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。
【００１９】
接触部材ＢＴＢ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は、駆動素子１３１の−Ｘ側の端部に接続されている。第二端部１２２は、駆動素子１３２の−Ｘ側の端部に接続されている。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（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１２１及び第二端部１２２は、基準位置Ｆについて対称な位置に配置されている。
【００２０】
ベルト部１２３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１２３は、例えば第一端部１２１及び第二端部１２２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。
【００２１】
上記の駆動素子１３１及び１３２が縮むと、第一端部１２１及び第二端部１２２が＋Ｘ方向に移動する。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及び１３２が伸びると、第一端部１２１及び第二端部１２２が−Ｘ方向に移動する。このため、ベルト部１２３が回転子ＳＦから離れて弛緩する。
【００２２】
一方、モータ本体ＭＮの駆動部ＡＣＭは、駆動素子３１及び３２を有している。また、モータ本体ＭＮの接触部材ＢＴＭは、第一端部２１、第二端部２２及びベルト部２３を有している。モータ本体ＭＮの駆動部ＡＣＭ及び接触部材ＢＴＭの各構成要素の構成は、ブレーキ装置ＢＲの駆動部ＡＣＢ及び接触部材ＢＴＢの各構成要素の構成とそれぞれ同一となっている。このため、ここでは駆動部ＡＣＭ及び接触部材ＢＴＭの詳細な説明は省略する。
【００２３】
次に、モータ本体ＭＮ及びブレーキ装置ＢＲ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、ブレーキ装置ＢＲが回転子ＳＦにブレーキ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ＢＴＭ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。
【００２４】
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ＢＴＭ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ＢＴＭと回転子ＳＦとの間で摩擦力が生じ、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭ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ＢＴＭの有効巻き付き角である。
【００２５】
【数１】
【００２６】
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。
【００２７】
【数２】
【００２８】
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ＢＴＭと回転子ＳＦとの間の摩擦係数μ及び接触部材ＢＴＭ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。
【００２９】
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、例えば接触部材ＢＴＭ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。
【００３０】
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ＢＴＭ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。なお、モータ本体ＭＮと同一の構成であるブレーキ装置ＢＲによって回転子ＳＦの回転を規制する場合についても、上記同様の説明が可能である。
【００３１】
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ＢＴＭの第一端部２１側には張力Ｔ１が発生し、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭに有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。
【００３２】
制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＭ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、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で接触部材ＢＴＭが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向に回転する。
【００３３】
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ＢＴＭの巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭ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。
【００３４】
制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＭの巻き掛けを緩ませた後、図６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ＢＴＭ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ＢＴＭ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）。
【００３５】
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ＢＴＭ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。
【００３６】
接触部材ＢＴＭに有効張力が付加された後、制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で接触部材ＢＴＭが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθ方向に回転する。
【００３７】
この後、制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭ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ＡＣＭ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。
【００３８】
次に、ブレーキ装置ＢＲの動作を説明する。
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７に示すように、ブレーキ装置ＢＲの第一端部１２１及び第二端部１２２がそれぞれ＋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。
【００３９】
この動作により、接触部材ＢＴＢのベルト部１２３が回転子ＳＦに接触すると共に、ベルト部１２３の第一端部１２１側には張力Ｔ１が発生し、接触部材ＢＴＢの第二端部１２２側には張力Ｔ２が発生する。したがって、接触部材ＢＴＢに有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。この状態において、ベルト部１２３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。
【００４０】
この状態で、制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＢ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、接触部材ＢＴＢ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。
【００４１】
この動作において、制御部ＣＯＮＴは、例えば第一端部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、接触部材ＢＴＢと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で接触部材ＢＴＢ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。
【００４２】
その後、制御部ＣＯＮＴは、第二端部１２２が移動しないように、かつ、第一端部１２１が開始位置（所定位置）へ戻るように、駆動素子１３１だけを変形させる。この動作により、第一端部１２１が−Ｘ方向へ移動し、接触部材ＢＴＢの巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、接触部材ＢＴＢ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ＢＴＢ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。
【００４３】
制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＢの巻き掛けを緩ませた後、第二端部１２２が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように駆動素子１３２を変形させる。この動作により、接触部材ＢＴＢ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ＢＴＢの第二端部１２２が駆動の開始位置（所定位置）へ戻っていく（復帰動作）。
【００４４】
第二端部１２２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、第二端部１２２が駆動開始位置に戻されるのとほぼ同時に、第一端部１２１側に張力Ｔ１が発生し、第二端部１２２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ＢＴＢ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。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。
【００４５】
また、図９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１２３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１３１及び駆動素子１３２を変形させる。この場合、回転子ＳＦは、ベルト部１２３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１３１、１３２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、モータ本体ＭＮによる駆動動作が行われる。
【００４６】
このように、本実施形態によれば、接触部材ＢＴＭ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ＡＣＭ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ＢＴＭ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ＡＣＭ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ＡＣＭ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。
【００４７】
また、本実施形態によれば、回転子ＳＦと接触部材ＢＴＢとの間を接触状態として接触部材ＢＴＢを一定距離移動させると共に接触状態を解消した状態で接触部材ＢＴＢを所定の位置に復帰させる駆動部ＡＣＢを有するブレーキ装置ＢＲを備えるため、高いブレーキトルクを発生させることが可能である。これにより、ブレーキ装置ＢＲによる回転子ＳＦの回転調整力を高めることができる。
【００４８】
［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の駆動動作及び回転調整動作の際、接触部材ＢＴＭ及び接触部材ＢＴＢ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、モータ本体ＭＮの接触部材ＢＴＭが弾性変形可能になっている点、ブレーキ装置ＢＲの接触部材ＢＴＢ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。
【００４９】
本実施形態では、接触部材ＢＴＭ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。
【００５０】
【数３】
【００５１】
【数４】
【００５２】
【数５】
【００５３】
以下、図１０〜図１５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ＢＴＭに張力が付加されることなく当該接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭ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ＢＴＭ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ＢＴＭと回転子ＳＦとの間に摩擦力は発生しない。
【００５４】
＜駆動動作＞
まず、制御部ＣＯＮＴは、図１０に示すように、接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭ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。
【００５５】
【数６】
【００５６】
この状態から、図１１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ＢＴＭ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、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ΔＸ２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ＢＴＭから回転子ＳＦにトルクが伝達される。このとき、ΔＸ１とΔＸ２との間には、［数７］の関係が成立する。
【００５７】
【数７】
【００５８】
接触部材ＢＴＭ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ＢＴＭの弾性変形が初期状態と同一の状態になる。図１２に示すように、このため接触部材ＢＴＭ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、接触部材ＢＴＭに付加されている実効的な有効張力は、Ｔｇｏａｌ／２となる。また、接触部材ＢＴＭによって回転子ＳＦに伝達するトルクはゼロになる。
【００５９】
＜復帰動作＞
次に、図１３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ＢＴＭが２ΔＸ１だけ緩むこととなる。この結果、接触部材ＢＴＭと回転子ＳＦとの間に隙間が生じる。回転子ＳＦは、接触部材ＢＴＭ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。
【００６０】
接触部材ＢＴＭと回転子ＳＦとの間に隙間が生じている間に、図１４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ＢＴＭ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。
【００６１】
＜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（＝Ｘ１）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ＢＴＭ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ＢＴＭ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。
【００６２】
この状態から、図１５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ＢＴＭ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、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ΔＸ２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ＢＴＭ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、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Ｘ２−ｖΔｔ−ΔＸ１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。
【００６３】
＜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ＢＴＭ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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。例えば、下記［数８］によって示される。
【００６６】
【数８】
【００６７】
［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。
【００６８】
次に、本実施形態におけるブレーキ装置ＢＲの接触部材ＢＴＢ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１６に示すように、ブレーキ装置ＢＲの接触部材ＢＴＢの第一端部１２１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１３１を変形させる。また、制御部ＣＯＮＴは、接触部材ＢＴＢの第二端部１２２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１３２を変形させる。このとき、接触部材ＢＴＢのベルト部１２３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１２３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。
【００６９】
この状態から、例えば図１７に示すように、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子１３１を変形させて、接触部材ＢＴＢ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、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、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ＢＴＭ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、モータ本体ＭＮの復帰動作と同様の動作を行わせるようにする。
【００７０】
このように、本実施形態によれば、接触部材ＢＴＭの弾性変形を利用し、回転子ＳＦの外周と接触部材ＢＴＭとの相対速度をゼロにして接触部材ＢＴＭ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ＡＣＭ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。
【００７１】
また、本実施形態によれば、小型の駆動部ＡＣＢ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。また、接触部材ＢＴＢ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。
【００７２】
［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、ベース部ＢＳ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、ベース部ＢＳが変位拡大機構５０を有する構成になっている。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。
【００７３】
図１９は、変位拡大機構５０の構成を示す図である。
図１９に示すように、変位拡大機構５０は、素子支持部５１、連結部５２及び変位伝達部５３を有している。素子支持部５１は、ベース部ＢＳの−Ｘ側の表面に取り付けられている。素子支持部５１は、例えば平板状に形成されている。素子支持部５１の−Ｘ側の面には、駆動部ＡＣＢ及びＡＣＭの駆動素子３１、３２、１３１、１３２が取り付けられている。
【００７４】
変位伝達部５３は、連結部５２によって素子支持部５１に連結されている。変位伝達部５３は、素子支持部５１との間で駆動素子３１、３２、１３１、１３２を挟むようにそれぞれ配置されている。変位伝達部５３は、駆動素子３１、３２、１３１、１３２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５３ａが連結部５２に連結されている。変位伝達部５３のＹ方向の他の端部５３ｂには、例えば接触部材ＢＴＭ（ＢＴＢ）の第一端部２１、１２１、第二端部２２、１２２が接続されている。
【００７５】
連結部５２と変位伝達部５３との接続部分５４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いる。例えば駆動素子３１、３２、１３１、１３２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。
【００７６】
このため、図１９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。
【００７７】
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、１２１、第二端部２２、１２２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３１、３２（１３１、１３２）の駆動量（伸縮量）に基づく接触部材ＢＴＭ（ＢＴＢ）の移動量を拡大して接触部材ＢＴＭ（ＢＴＢ）に伝達する。
【００７８】
先端部５６の変位は、駆動素子３１、３２、１３１、１３２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。この寸法において上記の駆動動作や回転調整動作を実現しようとする場合、ブレーキ装置ＢＲ及びモータ本体ＭＮの組み立て時には、極めて高精度に組み立てる技術が求められることになる。これに対して、本実施形態によれば、てこの原理によって駆動素子３１、３２、１３１、１３２の変位を拡大することができるため、その分、組み立ての精度の要求が緩和されることになる。これにより、モータ本体ＭＮ及びブレーキ装置ＢＲの組み立てを簡単にすることができる。
【００７９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図２０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、指部分の先端）の構成を示す図である。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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、回転子ＳＦの表面が凹凸の無い構成であったが、これに限られることは無く、例えば当該回転子ＳＦの表面に凹凸を形成した構成であっても構わない。例えば図２１に示すように、回転子ＳＦにつば状の突出部６０が形成されている。当該突出部６０は、例えば接触部材ＢＴＭ及びＢＴＢのベルト部２３、１２３が配置されるスペースを空けるように並んで設けられている。回転子ＳＦに掛けられるベルト部２３、１２３は、突出部６０によって位置決めされることになる。
【００８６】
回転子ＳＦとベルト部１２３、２３との間には摩擦力が発生し、摩擦熱が発生する。この摩擦熱は、例えばブレーキ装置ＢＲのブレーキトルクに影響を及ぼしたり、モータ本体ＭＮのトルクに影響を及ぼしたりする虞がある。これに対して、図２１に示す構成においては、突出部６０がそれぞれつば状に形成されているため、回転子ＳＦの熱が放出しやすい構成となる。この構成では、回転子ＳＦを空冷によって冷却することができるため、冷却機構などを別途設けなくても回転子ＳＦの冷却が可能となる。これにより、モータ装置ＭＴＲの小型化に寄与することとなる。このように、突出部６０は、位置決めガイド機構としての機能を有すると共に、回転子ＳＦを冷却する冷却機構としての機能を併せて有することになる。
【００８７】
また、例えば、上記実施形態においては、回転子ＳＦが中実（中空軸でない構造）である構成としたが、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４実施形態のように、ロボットアームＡＲＭなどの旋回系機械にモータ装置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、ロボットアームＡＲＭにモータ装置ＭＴＲ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。例えば図２１に示すように、回転子ＳＦの内部に中空部７０が形成されている。このため、回転子ＳＦの冷却効率が向上することになる。
【００８８】
なお、回転子ＳＦを中空に形成する場合には、例えば回転子ＳＦを円筒状に形成するなど、回転子ＳＦの中心軸方向の両端が貫通されている構成にすることもできる。また、例えば回転子ＳＦの中心軸方向の両端が貫通されておらず、いずれか一方のみが開口されている構成にすることもできる。更には、回転子ＳＦの中心軸方向の両端のいずれも塞がれている構成としても構わない。また、回転子ＳＦの内部に適宜仕切りなどを配置しつつ内部を中空にする構成であっても構わない。
【００８９】
また、回転子ＳＦの表面に溝部を形成する構成としても構わない。例えば図２２（ａ）に示す構成では、回転子ＳＦの表面に複数の溝部７１が形成されている。各溝部７１は、回転子ＳＦの円周方向に形成されており、回転子ＳＦの中心軸方向に並んで形成されている。溝部７１は、例えば回転子ＳＦのうち接触部材ＢＴＢ、ＢＴＭのベルト部１２３、２３が掛けられる部分に形成されている。
【００９０】
例えばベルト部１２３、２３と回転子ＳＦとの接触によって摩擦粉が発生する場合がある。当該摩擦粉が回転子ＳＦの表面に残ると、ベルト部１２３、２３と回転子ＳＦとの間の摩擦力が変動する場合がある。これに対して、図２２（ａ）の構成によれば、回転子ＳＦに溝部７１を設けることにより、摩擦粉を溝部７１の中に誘導することができる。このため、摩擦粉が回転子ＳＦの表面に付着するのを防ぐことができる。
【００９１】
また、図２２（ｂ）は、例えば回転子ＳＦを中空に形成した場合において、回転子ＳＦの表面に形成される溝部７１の中に複数の孔部７２を設け、回転子ＳＦの内外が孔部７２によって連通された構成としても構わない。この構成により、摩擦粉を溝部７１から孔部７２に誘導して中空部７０に逃がすことができる。
【００９２】
また、上記実施形態の構成に加えて、例えば接触部材ＢＴＢ（ＢＴＭ）のベルト部１２３（２３）の張力を検出する張力検出部を設けた構成としても構わない。例えば図２３に示す構成によれば、張力検出部７３が例えばベルト部１２３、２３のうち第一端部１２１（２１）の近傍に１つ、第二端部１２２（２２）の近傍に１つ、合計で２つ設けられている。張力検出部７３としては、例えば歪みゲージなどを用いることができる。勿論、他の張力検出素子を用いることもできる。
【００９３】
張力検出部７３では、検出信号が例えば制御部ＣＯＮＴにされるようになっている。制御部ＣＯＮＴは、当該検出信号により、例えばブレーキ装置ＢＲの駆動部ＡＣＢ（例えば、駆動素子１３１、１３２）を制御する構成である。接触部材ＢＴＢの張力を検出することで、ブレーキ装置ＢＲがブレーキトルクを発生しているか否かを検出することができる。接触部材ＢＴＢに張力が発生している場合には、回転子ＳＦにブレーキトルクが加えられていることになる。
【００９４】
このような構成よれば、ブレーキトルクの有無を検出することにより、例えばベルト部１２３と回転子ＳＦとの間において回転子ＳＦが空回りしている場合には、当該空周りを検出することができる。また、回転子ＳＦを回転させる際には、ブレーキトルクが無いことを確認することで、モータ本体ＭＮの空回りを検出することができる。これにより、ブレーキ装置ＢＲの信頼性を高めることができる。なお、図２３においては、変位拡大機構５０が配置された構成を示しているが、当該変位拡大機構５０が配置されていない構成であっても、同様の説明が可能である。
【００９５】
また、例えば、上記実施形態では、接触部材ＢＴＢを回転子ＳＦの一部（例えば１８０°）に掛けた状態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２４に示すように、接触部材ＢＴＢが回転子ＳＦに対して３６０°巻かれた構成としても構わない。この場合、接触部材ＢＴＢから回転子ＳＦに伝達されるトルクが大きくなるため、より効率的な回転調整が可能となる。
【００９６】
図２４の構成によれば、接触部材ＢＴＢのベルト部１２３は、回転子ＳＦの一部で交差するように形成されている。また、接触部材ＢＴＢを駆動する駆動素子１３１、１３２は、変位拡大機構５０に取り付けられている。ベース部ＢＳには、中央部において−Ｘ方向に突出した壁部８０が形成されている。各変位拡大機構５０は、それぞれ素子支持部５１が当該壁部８０に取り付けられた状態になっている。このため、駆動素子１３１、１３２は、互いに反対方向に伸縮するように設けられている。また、ベース部ＢＳには、変位拡大機構５０の接続部分５４を避けるように当該変位拡大機構５０を保持するため、段差部８１が形成されている。このため、接続部分５４を支点として変位伝達部５３が回転することができるようになっている。
【００９７】
この構成により、省スペース化が可能となるため、小型化に寄与することになる。また、駆動素子１３１、１３２は、例えば縮小する方向より伸びる方向に動作したほうが大きな推力を発生することができる場合がある。図２４の構成によれば、当該駆動素子１３１、１３２の性質を利用することで、大きな変位量を得ることができる。
【００９８】
また、例えば、上記各実施形態では、ブレーキ装置ＢＲ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、複数相のブレーキ装置ＢＲを用いた構成であっても構わない。例えば、ブレーキ装置ＢＲ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、当該三相の接触部材ＢＴＢ及び駆動部ＡＣＢ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、安定した回転調整を行うことが可能である。
【００９９】
図２５には、図２３に示すブレーキ装置ＢＲの構成を、１８０°ずれた位置に二相配置した構成が示されている。ブレーキ装置ＢＲが１つの場合、例えば回転子ＳＦには接触部材ＢＴＢ（ベルト部１２３）の伸縮によって、ラジアル方向に大きな力が加わることになる。このため、不図示のベアリング部などの軸受部もこの力に対応できる構成とする必要があり、当該軸受部を大型化する必要が生じる場合がある。これに対して、図２５に示す構成では、１８０°ずれた２箇所（互いのベルト部１２３によって引き合う位置）にブレーキ装置ＢＲが配置されているため、回転子ＳＦにかかるラジアル方向の力を相殺することができる。このため、軸受部の大型化を回避することができる。なお、ブレーキ装置ＢＲは２つに限られず、ラジアル方向の力がキャンセルできれば、３つ以上配置した構成であっても構わない。例えばブレーキ装置ＢＲを３つ配置する場合、例えば互いに１２０°ずつずれた位置に配置させることができる。ブレーキ装置ＢＲが４つの場合、例えば互いに９０°ずつずれた位置に配置させることができる。これを踏まえて、ブレーキ装置ＢＲがｎ個（ｎ：２以上の自然数）の場合、（３６０／ｎ）°ずつずれた位置に配置させることができる。
【０１００】
また、上記実施形態では、回転子ＳＦの径が中心軸方向に等しく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い。図２６に示すように、例えば回転子ＳＦが、一部（例えば中心軸方向の一端部）に他の部分よりも径が小さく形成された縮径部１１を有する構成とし、当該縮径部１１に回転調整装置を配置させる構成としても構わない。図２６では、例えば縮径部１１にブレーキ装置ＢＲの接触部材ＢＴＢが掛けられた状態になっている。回転子ＳＦの径が異なっているので、同一構成のブレーキ装置ＢＲを用いた場合、異なる大きさのブレーキトルクを回転子ＳＦに作用させることができる。例えば、回転している回転子ＳＦの当該回転を止めようとする場合には、回転子ＳＦのうち径の大きい部分に対してブレーキトルクを作用させるようにしても構わない。また、停止している状態の回転子ＳＦについて、当該停止状態を維持する場合には、回転子ＳＦのうち縮径部１１に対してブレーキトルクを作用させるようにしても構わない。なお、回転子ＳＦに縮径部１１を設ける構成に限られず、回転子ＳＦに例えば他の部分よりも径が大きく形成された拡径部を設ける構成としても構わない。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
また、上記実施形態では、回転子ＳＦを回転させる駆動源として、例えばブレーキ装置ＢＲと同一構成のモータ本体ＭＮを例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば駆動源として電動モータや超音波モータなど、他の種類のモータを用いた場合であっても、上記の説明は可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
ＭＴＲ…モータ装置 ＢＲ…ブレーキ装置 ＢＳ…ベース部 ＢＴＢ…接触部材 ＡＣＢ…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 １２１…第一端部 １２２…第二端部 １２３…ベルト部 １３１…駆動素子 １３２…駆動素子 ＭＮ…モータ本体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
前記回転子を回転させるモータ本体と、
前記回転子の外周の少なくとも一部に掛けられた接触部材と、前記回転子と前記接触部材との間を接触状態として前記接触部材を一定距離移動させると共に前記接触状態を解消した状態で前記接触部材を所定の位置に復帰させる駆動部と、を有するブレーキ装置と、
を備えるモータ装置。
【請求項２】
前記接触部材は、線状、帯状及び鎖状のうちいずれかの形状に形成されている
請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記接触部材は、弾性変形可能に形成されている
請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記駆動部を支持する支持部を備える
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。
【請求項５】
前記支持部は、前記接触部材の移動量を拡大させる変位拡大機構を有する
請求項４に記載のモータ装置。
【請求項６】
前記支持部は、前記モータ本体に設けられる
請求項４又は請求項５に記載のモータ装置。
【請求項７】
前記回転子は、前記接触部材を冷却する冷却機構を有する
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。
【請求項８】
前記冷却機構は、前記回転子の表面に設けられた突出部を有する
請求項７に記載のモータ装置。
【請求項９】
前記突出部は、前記接触部材を案内する位置に設けられる
請求項８に記載のモータ装置。
【請求項１０】
前記冷却機構は、前記回転子の表面に設けられた溝部を有する
請求項７から請求項９のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項１１】
前記回転子は、中空に形成されている
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。
【請求項１２】
前記接触部材の張力を検出する張力検出部を更に備える
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。
【請求項１３】
前記ブレーキ装置は、前記張力検出部の検出結果に基づいて前記駆動部の駆動を制御する制御部を有する
請求項１２に記載のモータ装置。
【請求項１４】
前記駆動部は、基準位置を挟む位置に設けられた第１電気機械変換素子及び第２電気機械変換素子を有する
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。
【請求項１５】
前記第１電気機械変換素子と前記第２電気機械変換素子とは、前記基準位置に対して互いに対称な位置に配置される
請求項１４に記載のモータ装置。
【請求項１６】
前記ブレーキ装置は、前記回転子の回転軸方向に沿って複数設けられている
請求項１から請求項１５のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項１７】
複数の前記ブレーキ装置は、それぞれ前記回転子の周方向にずれた位置に配置される
請求項１６に記載のモータ装置。
【請求項１８】
前記回転子は、前記ブレーキ装置毎に径が異なるように形成されている
請求項１７に記載のモータ装置。
【請求項１９】
前記モータ本体は、
前記回転子の外周の少なくとも一部に掛けられた第二接触部材と、
前記回転子と前記第二接触部材との間を回転力伝達状態として前記第二接触部材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二接触部材を所定の位置に復帰させる第２駆動部と
を有する
請求項１から請求項１８のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２０】
回転子を回転させる回転ステップと、
回転している前記回転子と当該回転子に掛けられる接触部材との間を接触状態として前記接触部材を前記回転子の回転方向とは逆方向に一定距離移動させると共に、前記接触状態を解消した状態で前記接触部材を所定の位置に戻すことで前記回転子の回転を調整する調整ステップと、
を含む回転子の駆動方法。
【請求項２１】
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１９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。
【請求項１】
回転子と、
前記回転子を回転させるモータ本体と、
前記回転子の外周の少なくとも一部に掛けられた接触部材と、前記回転子と前記接触部材との間を接触状態として前記接触部材を一定距離移動させると共に前記接触状態を解消した状態で前記接触部材を所定の位置に復帰させる駆動部と、を有するブレーキ装置と、
を備えるモータ装置。
【請求項２】
前記接触部材は、線状、帯状及び鎖状のうちいずれかの形状に形成されている
請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記接触部材は、弾性変形可能に形成されている
請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記駆動部を支持する支持部を備える
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。
【請求項５】
前記支持部は、前記接触部材の移動量を拡大させる変位拡大機構を有する
請求項４に記載のモータ装置。
【請求項６】
前記支持部は、前記モータ本体に設けられる
請求項４又は請求項５に記載のモータ装置。
【請求項７】
前記回転子は、前記接触部材を冷却する冷却機構を有する
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。
【請求項８】
前記冷却機構は、前記回転子の表面に設けられた突出部を有する
請求項７に記載のモータ装置。
【請求項９】
前記突出部は、前記接触部材を案内する位置に設けられる
請求項８に記載のモータ装置。
【請求項１０】
前記冷却機構は、前記回転子の表面に設けられた溝部を有する
請求項７から請求項９のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項１１】
前記回転子は、中空に形成されている
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。
【請求項１２】
前記接触部材の張力を検出する張力検出部を更に備える
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。
【請求項１３】
前記ブレーキ装置は、前記張力検出部の検出結果に基づいて前記駆動部の駆動を制御する制御部を有する
請求項１２に記載のモータ装置。
【請求項１４】
前記駆動部は、基準位置を挟む位置に設けられた第１電気機械変換素子及び第２電気機械変換素子を有する
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。
【請求項１５】
前記第１電気機械変換素子と前記第２電気機械変換素子とは、前記基準位置に対して互いに対称な位置に配置される
請求項１４に記載のモータ装置。
【請求項１６】
前記ブレーキ装置は、前記回転子の回転軸方向に沿って複数設けられている
請求項１から請求項１５のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項１７】
複数の前記ブレーキ装置は、それぞれ前記回転子の周方向にずれた位置に配置される
請求項１６に記載のモータ装置。
【請求項１８】
前記回転子は、前記ブレーキ装置毎に径が異なるように形成されている
請求項１７に記載のモータ装置。
【請求項１９】
前記モータ本体は、
前記回転子の外周の少なくとも一部に掛けられた第二接触部材と、
前記回転子と前記第二接触部材との間を回転力伝達状態として前記第二接触部材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二接触部材を所定の位置に復帰させる第２駆動部と
を有する
請求項１から請求項１８のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２０】
回転子を回転させる回転ステップと、
回転している前記回転子と当該回転子に掛けられる接触部材との間を接触状態として前記接触部材を前記回転子の回転方向とは逆方向に一定距離移動させると共に、前記接触状態を解消した状態で前記接触部材を所定の位置に戻すことで前記回転子の回転を調整する調整ステップと、
を含む回転子の駆動方法。
【請求項２１】
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１９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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１１−２１７４９０（Ｐ２０１１−２１７４９０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８２３０２（Ｐ２０１０−８２３０２）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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