モータ装置、回転子の駆動方法及び軸部材の駆動方法
【課題】高トルクを発生させることができる、小型のモータ装置、回転子の駆動方法及び軸部材の駆動方法を提供すること。
【解決手段】第１部材と、前記第１部材を取り囲んで設けられる第２部材と、前記第１部材に接続され、前記第２部材の内面の少なくとも一部に対して当接状態及び離間状態とすることが可能に設けられた伝達部材と、前記伝達部材に接続され、前記伝達部材を前記当接状態として前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方に回転力を付与する駆動部とを備える。
【解決手段】第１部材と、前記第１部材を取り囲んで設けられる第２部材と、前記第１部材に接続され、前記第２部材の内面の少なくとも一部に対して当接状態及び離間状態とすることが可能に設けられた伝達部材と、前記伝達部材に接続され、前記伝達部材を前記当接状態として前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方に回転力を付与する駆動部とを備える。
【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軸部材の駆動方法に関する。
【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、比較的に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。
【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、例えば、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。
【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、小型のモータ装置、回転子の駆動方法及び軸部材の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るモータ装置（ＭＴＲ、ＭＴＲ３、ＭＴＲ４）は、第１部材（ＳＦ）と、前記第１部材を取り囲んで設けられる第２部材（ＣＹ）と、前記第１部材に接続され、前記第２部材の内面（２０）の少なくとも一部に対して当接状態及び離間状態とすることが可能に設けられた伝達部材（ＢＴ、ＢＴ１〜ＢＴ３、ＴＲ１〜ＴＲ３）と、前記伝達部材に接続され、前記伝達部材を前記当接状態として前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方に回転力を付与する駆動部（ＡＣ、ＡＣ１〜ＡＣ３）とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る回転子の駆動方法は、軸部材（ＳＦ）に接続された伝達部材（ＢＴ）を、前記軸部材を取り囲んで設けられる回転子（ＣＹ）の内面（２０）の少なくとも一部に対して当接状態として前記回転子に回転力を付与する駆動ステップと、前記伝達部材を前記回転子の前記内面に対して離間状態として前記伝達部材を所定の位置に戻す復帰ステップとを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る軸部材の駆動方法は、軸部材（ＳＦ）に接続された伝達部材（ＢＴ）を、前記軸部材を取り囲んで設けられる固定子（ＣＹ）の内面（２０）の少なくとも一部に対して当接状態として前記軸部材に回転力を付与する駆動ステップと、前記伝達部材を前記固定子の前記内面に対して離間状態として前記伝達部材を所定の位置に戻す復帰ステップとを含むことを特徴とする。
【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。
【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斜視図。
【図２】本実施形態におけるモータ装置の一部の構成を示す図。
【図３】本実施形態におけるモータ装置の一部の構成を示す図。
【図４】本実施形態におけるモータ装置の制御部の構成を示す図。
【図５】本実施形態におけるモータ装置の特性を示すグラフ。
【図６】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図７】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図８】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図９】本実施形態におけ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】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図１２】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図１３】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図１４】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図１５】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図１６】本発明の第３実施形態に係るモータ装置の構成を示す模式図。
【図１７】本実施形態におけるモータ装置の一部の構成を示す図。
【図１８】本発明の第４実施形態に係るモータ装置の構成を示す模式図。
【図１９】本実施形態におけるモータ装置の一部の構成を示す図。
【図２０】本実施形態におけるモータ装置の一部の構成を示す図。
【図２１】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図２２】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図２３】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図２４】本実施形態に係るモータ装置の他の構成を示す図。
【図２５】本発明の第５実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図２６】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図２７】本発明の第６実施形態に係るモータ装置の適用例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を説明する。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。
同図に示すように、モータ装置ＭＴＲは、軸部材ＳＦ、円筒部材ＣＹ、伝達部材ＢＴ、駆動部ＡＣ及び制御部ＣＯＮＴを有している。本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲは、軸部材ＳＦを囲うように配置された円筒部材ＣＹが回転子として回転するようになっている。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。
【００１２】
図２は、軸部材ＳＦの構成を示す図である。
同図に示すように、軸部材ＳＦは、円柱状に形成されており、軸部１１と、突出部１２とを有している。軸部１１は、例えば不図示の固定部に固定されている。突出部１２は、軸部１１に径方向に突出している部分である。突出部１２は、軸部１１の円柱高さ方向に沿って例えば板状に形成されている。突出部１２の板面１２ａ及び板面１２ｂのそれぞれには、駆動部ＡＣが固定されている。軸部材ＳＦは、例えばアルミニウムなどの導電材料によって構成されている。
【００１３】
図３は、モータ装置ＭＲＴの構成を示す断面図である。
図３に示すように、円筒部材ＣＹは、軸部材ＳＦの中心軸周りを囲うように設けられている。円筒部材ＣＹは、軸部材ＳＦの中心軸周りに回転可能に設けられている。円筒部材ＣＹは、円筒部材ＣＹの中心軸と軸部材ＳＦの軸部１１の中心軸とが一致するように配置されている。したがって、円筒部材ＣＹの回転の中心軸は、軸部１１の中心軸と一致することとなる。円筒部材ＣＹの中心軸と軸部１１の中心軸とがずれないように、例えば不図示のベアリング機構を配置させるようにしても構わない。円筒部材ＣＹは、回転重心位置がばらつかないように、例えば径方向の寸法（厚さ）が均一に形成されている。
【００１４】
伝達部材ＢＴは、帯状に形成されており、円筒部材ＣＹの内面２０に沿って設けられている。伝達部材ＢＴは、円筒部材ＣＹの内面に押圧可能に形成されている。伝達部材ＢＴは、内面２０に沿って配置させたときに形状が崩れない程度の剛性を有すると共に、内面２０に押圧させたときに内面２０の形状に従って変形し当該内面２０との間に摩擦力が生じる程度の弾性を有するように形成されている。伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹの内面との間の摩擦係数は、それぞれ例えば０．３となるように形成されている。伝達部材ＢＴには、例えばスチールなどの導電材料が含まれている。伝達部材ＢＴは、両端部が折り曲げられた状態になっている。伝達部材ＢＴのうち当該折り曲げ部２１は、それぞれ駆動部ＡＣに接続されている。
【００１５】
駆動部ＡＣは、電歪素子３２を有している。電歪素子３２は、軸部材ＳＦの突出部１２の板面１２ａ上及び板面１２ｂ上に１つずつ設けられている。以下、板面１２ａ上に配置された電歪素子３２を第１電歪素子３２Ａと表記し、板面１２ｂ上に配置された電歪素子３２を第２電歪素子３２Ｂと表記する。
【００１６】
第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂは、突出部１２の長手方向に沿って例えば角柱状に形成されている。第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂは、突出部１２の先端１２ｃを挟むように配置されている。したがって、第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂは、突出部１２の先端を基準位置としたときに、当該基準位置を挟むように一対設けられていることになる。第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂは、基準位置である先端１２ｃに対して互いに反対方向へ変形するように形成されている。
【００１７】
第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂのうち変形方向の先端部は、上記の伝達部材ＢＴの折り曲げ部２１に接続されている。第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂが変形することにより、当該第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂの先端は、円筒部材ＣＹの内面の接線方向に変位する。第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂは、伝達部材ＢＴの折り曲げ部２１を当該接線方向に移動させるようになっている。第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂとしては、例えばピエゾ素子などが用いられる。
【００１８】
第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂに電気信号を供給しない場合、図３に示すように、円筒部材ＣＹの内面２０と伝達部材ＢＴとの間に隙間が形成された状態となる。この状態から第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂに電気信号を供給すると、当該第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂが膨張するように変形し、当該変形による力が先端１２ｃから離れる方向（以下、「外側」と表記する）に対して作用する。この力は、伝達部材ＢＴの折り曲げ部２１を内面２０側へ押圧する。このため、伝達部材ＢＴの折り曲げ部２１は外側に移動し、伝達部材ＢＴの全体が内面２０に接触した状態となる（図中破線で示す状態）。
【００１９】
一方、この状態から第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂに電気信号の供給を停止すると、当該第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂが収縮するように変形し、折り曲げ部２１が基準位置に近づく方向（以下、「内側」と表記する）に移動する。この結果、伝達部材ＢＴの折り曲げ部２１が元の位置に戻ることになる。
【００２０】
図４は、制御部ＣＯＮＴの構成を示すブロック図である。
制御部ＣＯＮＴは、位置指令部８１と、演算部８２と、コントローラ８３と、アンプ８４とを有している。上記モータ装置ＭＴＲは、回転子（例、円筒部材ＣＹなど）の位置をエンコーダによって検出できるようになっている。制御部ＣＯＮＴは、当該エンコーダの検出値に基づき、第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂの変形量、変形の速度誤差を推力に変換して駆動部ＡＣに対する指令値とする。
【００２１】
次に、円筒部材ＣＹの駆動動作を図５〜図９で説明する。
本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲにおいて、円筒部材ＣＹを駆動させる原理を説明する。円筒部材ＣＹを駆動させる際には、円筒部材ＣＹの内面２０に伝達部材ＢＴを押圧した状態で有効押圧力を生じさせ、当該有効押圧力によって円筒部材ＣＹにトルクを伝達する。
【００２２】
オイラーの摩擦ベルト理論により、円筒部材ＣＹに押圧された伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ側の押圧力Ｔ１及び第２端部２２Ｂ側の押圧力Ｔ２が下記［数１］を満たすとき、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間で摩擦力が生じ、伝達部材ＢＴが円筒部材ＣＹに対して滑りを生じることの無い状態（当接状態）で円筒部材ＣＹと共に移動する。この移動により、円筒部材ＣＹにトルクが伝達される。ただし、［数１］において、μは伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間の見かけ上の摩擦係数であり、θは円筒部材ＣＹの内面２０のうち当接状態となっている部分の有効押し付け角である。
【００２３】
【数１】
【００２４】
このとき、トルクの伝達に寄与する有効押圧力は、（Ｔ１−Ｔ２）によって表される。上記［数１］に基づいて有効押圧力（Ｔ１−Ｔ２）を求めると、［数２］のようになる。［数２］は、Ｔ１を用いて有効押圧力を表す式である。
【００２５】
【数２】
【００２６】
上記［数２］より、円筒部材ＣＹに伝達されるトルクは第１電歪素子３２Ａの押圧力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、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間の摩擦係数μ及び伝達部材ＢＴの有効押し付け角θにそれぞれ依存する。図５は、摩擦係数μを変化させたときの有効押し付け角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押し付け角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。
【００２７】
図５に示すように、例えば摩擦係数μが０．３の場合には、有効押し付け角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、有効押し付け角θを３００°以上とすることにより、第１電歪素子３２Ａによる押圧力Ｔ１の８０％以上の力が円筒部材ＣＹのトルクに寄与することがわかる。この有効押し付け角の他、図５のグラフから、例えば伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹ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。
【００２８】
このように、トルクの大きさは第１電歪素子３２Ａの押圧力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、例えば第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂ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とても大きな回転力を付与することができる。
【００２９】
このような原理に基づいて、制御部ＣＯＮＴは、図６に示すように、まず第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂがそれぞれ外側に移動するように第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂを変形させる。この動作により、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ側には押圧力Ｔ１が発生し、伝達部材ＢＴの第２端部２２Ｂ側には押圧力Ｔ２が発生する。したがって、伝達部材ＢＴに有効押圧力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。
【００３０】
制御部ＣＯＮＴは、伝達部材ＢＴに有効押圧力を発生させた状態を保持しつつ、図７に示すように、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａが外側に移動するように、かつ、第２端部２２Ｂが内側に移動するように第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂを変形させる（駆動ステップ）。この動作において、制御部ＣＯＮＴは、第１端部２２Ａの移動距離と第２端部２２Ｂの移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部材ＢＴが移動し、当該移動と共に円筒部材ＣＹが図中θ方向に回転する。
【００３１】
本実施形態では、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間の摩擦係数μが０．３であり、伝達部材ＢＴが円筒部材ＣＹの突出部１２に例えば３００°程度押圧された状態になっている。したがって、図４のグラフを参照すると、第１電歪素子３２Ａの押圧力Ｔ１の８０％程度の力がトルクとして円筒部材ＣＹに伝達されることになる。
【００３２】
制御部ＣＯＮＴは、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂを所定距離だけ移動させた後、図８に示すように、第１端部２２Ａが駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように、かつ、第２端部２２Ｂが移動しないように、第１電歪素子３２Ａだけを変形させる。この動作により、第１端部２２Ａが内側へ移動し、伝達部材ＢＴの押し付けが解除された状態（離間状態）になる。つまり、伝達部材ＢＴに付加されていた有効押圧力が解除された状態になる。この状態においては、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に摩擦力は発生せず、円筒部材ＣＹは慣性によって回転し続けることになる。
【００３３】
制御部ＣＯＮＴは、伝達部材ＢＴの押し付けを緩ませた後、図９に示すように、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂが駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂを変形させる。この動作により、伝達部材ＢＴの押し付けが緩んだまま、すなわち、有効押圧力が発生しないまま、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂが駆動の開始位置（所定位置）へ戻っていく（復帰ステップ）。
【００３４】
第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂが駆動開始位置に戻される直前になったら、制御部ＣＯＮＴは、第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂを変形させて第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂを外側へ移動させる。この動作により、第１端部２２Ａ側に押圧力Ｔ１が発生し、第２端部２２Ｂ側に押圧力Ｔ２が発生する。これにより、駆動開始時に伝達部材ＢＴに有効押圧力を付加させた状態（図６の状態）と同様の状態となる。
【００３５】
伝達部材ＢＴに有効押圧力が付加された後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａが外側に移動するように第１電歪素子３２Ａを変形させ、第２端部２２Ｂが内側に移動するように第２電歪素子３２Ｂを変形させる（駆動ステップ）。このとき、第１端部２２Ａの移動距離と第２端部２２Ｂの移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部材ＢＴが移動し、当該移動と共に円筒部材ＣＹがθ方向に回転する。
【００３６】
この後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部材ＢＴに付加されていた有効押圧力を再度解除させる。制御部ＣＯＮＴは、有効押圧力を解除させた後、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂが開始位置に戻るように移動させる（復帰ステップ）。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、円筒部材ＣＹがθ方向に回転し続けることになる。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、軸部材ＳＦと、当該軸部材ＳＦを取り囲んで設けられる円筒部材ＣＹと、軸部材ＳＦに接続され円筒部材ＣＹの内面の少なくとも一部に対して当接状態及び離間状態とすることが可能に設けられた伝達部材ＢＴと、当該伝達部材ＢＴに接続され伝達部材ＢＴを当接状態として円筒部材ＣＹに回転力を付与する駆動部ＡＣとを備えることとしたので、オイラーの摩擦ベルト理論により、伝達部材ＢＴに付加する一方の押圧力によってトルクが一意に決定されることになる。したがって、減速機等を取り付けなくても、また、小型の駆動部ＡＣであっても高いトルクを円筒部材ＣＹ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円筒部材ＣＹを回転させることが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、第１電歪素子３２Ａによる押圧力Ｔ１の大きさを制御することによって円筒部材ＣＹに伝達されるトルクを制御することができるので、トルク制御を容易に行うことができる。
【００３９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態では、モータ装置ＭＴＲの動作の際、伝達部材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、伝達部材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。
【００４０】
本実施形態では、伝達部材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、円筒部材ＣＹ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、静止している円筒部材ＣＹを動き出させるために必要な力である。また、第１端部２２Ａ側の目標押圧力をＴ１ｅ、第２端部２２Ｂ側の目標押圧力をＴ２ｅ、目標有効押圧力をＴｇｏａｌとすると、以下の［数４］及び［数５］を満たす。
【００４１】
【数３】
【００４２】
【数４】
【００４３】
【数５】
【００４４】
以下、図１０〜図１５に基づいて、円筒部材ＣＹの駆動動作を中心に説明する。本実施形態では、説明をわかりやすくするため、モータ装置の構成を模式的に示している。したがって、例えば伝達部材ＢＴの押し付け角など、実際の構成とは異なるように記載されている。
【００４５】
以下の説明においては、伝達部材ＢＴに押圧力が付加されることなく当該伝達部材ＢＴが円筒部材ＣＹに当接された状態となるような伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂのそれぞれの位置を原点位置０とする。したがって、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂが共に原点位置０に配置されている状態においては、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に摩擦力は発生しない。
【００４６】
＜駆動動作＞
まず、制御部ＣＯＮＴは、図１０に示すように、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａが原点位置０からＸ１だけ外側に移動するように第１電歪素子３２Ａを変形させる。また、制御部ＣＯＮＴは、伝達部材ＢＴの第２端部２２Ｂが原点位置０からＸ２だけ外側に移動するように第２電歪素子３２Ｂ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。
【００４７】
【数６】
【００４８】
この状態から、図１１に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第１電歪素子３２Ａを変形させて、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ側の押圧力Ｔ１が目標押圧力Ｔ１ｅとなるように第１端部２２ＡをΔＸ１外側に移動させる。また、制御部ＣＯＮＴは、第２電歪素子３２Ｂを変形させて、第２端部２２Ｂ側の押圧力Ｔ２が目標押圧力Ｔ２ｅとなるように第２端部２２ＢをΔＸ２内側に移動させる。この動作により、伝達部材ＢＴから円筒部材ＣＹ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。
【００４９】
【数７】
【００５０】
伝達部材ＢＴから円筒部材ＣＹにトルクが伝達されると、円筒部材ＣＹが回転し、伝達部材ＢＴ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、このため伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ側の押圧力Ｔ１と第２端部２２Ｂ側の押圧力Ｔ２とが保持力ＴＣとなってつり合う。このとき有効押圧力については、Ｔｇｏａｌからゼロへと近似的に線形に変化するため、伝達部材ＢＴに付加されている実効的な有効押圧力は、Ｔｇｏａｌ／２となる。また、伝達部材ＢＴによって円筒部材ＣＹに伝達するトルクはゼロになる。
【００５１】
＜復帰動作＞
次に、図１３に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第１端部２２Ａが原点位置０まで移動すると共に第２端部２２Ｂが原点位置０よりも内側へ移動するように、第１電歪素子３２Ａと第２電歪素子３２Ｂとを同時に変形させる。第１電歪素子３２Ａと第２電歪素子３２Ｂとを同時に変形させることにより、伝達部材ＢＴが２ΔＸ１だけ緩むこととなり、この結果、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に隙間が生じる。円筒部材ＣＹは、伝達部材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。
【００５２】
伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹ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１端部２２Ａを移動させること無く第２端部２２Ｂのみが原点位置０に戻るように第２電歪素子３２Ｂを変形させる。この動作により、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂ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、円筒部材ＣＹは伝達部材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、円筒部材ＣＹに摩擦力による抵抗を与えることなく、当該円筒部材ＣＹを回転させた状態で第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂを原点位置０まで移動させる。
【００５３】
＜駆動動作（慣性回転状態）＞
制御部ＣＯＮＴは、円筒部材ＣＹに設けられた検出器（例、エンコーダ）により、円筒部材ＣＹの回転速度ｖを検出する。制御部ＣＯＮＴは、検出結果に基づき、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂの移動距離を決定する。円筒部材ＣＹが静止している状態の上記駆動動作では、第１端部２２Ａの初期位置をＸ１、第２端部２２Ｂの初期位置をＸ２とした。円筒部材ＣＹが慣性回転している状態で、上記同様の目標有効押圧力を伝達部材ＢＴに付加するには、円筒部材ＣＹの静止状態と同一の環境が必要である。すなわち、円筒部材ＣＹの回転速度と伝達部材ＢＴとの相対速度をゼロにする必要がある。このため、第１端部２２Ａの初期位置及び第２端部２２Ｂの初期位置を決定するに当たり、円筒部材ＣＹの例えばある一点における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１端部２２Ａの初期位置をＸ１＋ｖΔｔ、第２端部２２Ｂ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。
【００５４】
この状態から、図１５に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第１電歪素子３２Ａを変形させて、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ側の押圧力Ｔ１が目標押圧力Ｔ１ｅとなるように第１端部２２Ａを外側に移動させる。また、制御部ＣＯＮＴは、第２電歪素子３２Ｂを変形させて、第２端部２２Ｂ側の押圧力Ｔ２が目標押圧力Ｔ２ｅとなるように第２端部２２Ｂを内側に移動させる。この動作により、伝達部材ＢＴから円筒部材ＣＹにトルクが伝達される。このときの第１端部２２Ａは原点位置０に対してＸ１＋ｖΔｔ＋ΔＸ１だけ外側の位置へ移動した状態となる。また、このときの第２端部２２Ｂは原点位置に対してＸ２−ｖΔｔ−ΔＸ１だけ外側の位置へ移動した状態となる。
【００５５】
＜復帰動作＞
この後、制御部ＣＯＮＴは、第１端部２２Ａが原点位置０まで移動すると共に第２端部２２Ｂが原点位置０よりも内側へ移動するように第１電歪素子３２Ａと第２電歪素子３２Ｂとを同時に変形させ、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に隙間が生じている間に、第１端部２２Ａを移動させること無く第２端部２２Ｂのみが原点位置０に戻るように第２電歪素子３２Ｂを変形させる。この動作により、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂが共に原点位置０に戻ることになる。復帰動作は、円筒部材ＣＹ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。
【００５６】
以下、駆動動作と復帰動作とを繰り返すことにより、円筒部材ＣＹをさせることができる。円筒部材ＣＹが慣性回転状態になっている場合において、上記Ｘ１＋ｖΔｔ＋ΔＸ１の値が第１電歪素子３２Ａ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、円筒部材ＣＹにトルクを伝達させ続けることができる。
【００５７】
次に、本実施形態の円筒部材ＣＹ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、有効押圧力の伝達開始から円筒部材ＣＹが慣性状態になるまでの時間ｔｅ、目標有効押圧力Ｔｇｏａｌ、円筒部材ＣＹの半径Ｒに依存する。具体的には、下記［数８］によって示される。
【００５８】
【数８】
【００５９】
［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については円筒部材ＣＹの駆動制御を行う上で一定に設定される場合があるため、ｔｅ、Ｔｇｏａｌの２つの値を変化させることで実効トルクＮｅの制御を行うことが好ましい。
【００６０】
このように、本実施形態によれば、伝達部材ＢＴの弾性変形を利用し、円筒部材ＣＹの回転速度と伝達部材ＢＴとの相対速度をゼロにして伝達部材ＢＴの有効押圧力を円筒部材ＣＹに伝達する駆動動作と、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂ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、円筒部材ＣＹ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円筒部材ＣＹを回転させることが可能となる。
【００６１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。図１６は、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ３の構成を示す概略斜視図である。図１７は、モータ装置ＭＴＲ３の構成を示す断面図である。
【００６２】
図１６及び図１７に示すように、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ３は、軸部材ＳＦ、伝達部材ＢＴ１〜ＢＴ３、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３及び制御部ＣＯＮＴを有している。本実施形態では、伝達部材及び駆動部の組み合わせが軸部材ＳＦの軸方向に沿って複数、例えば３組（伝達部材ＢＴ１〜ＢＴ３、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３）配置された構成になっている。したがって、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ３は、三相構造となっている。
【００６３】
駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３は、円筒部材ＣＹの回転方向に１２０°ずつずれた位置に配置されている。伝達部材ＢＴ１〜ＢＴ３は、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３の配置に合わせてそれぞれ接続されている。制御部ＣＯＮＴは、各駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３に対して独立して制御信号を供給可能になっている。３つの伝達部材ＢＴ１〜ＢＴ３の構成及び３つの駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３の個々の構成については、それぞれ同一に形成されている。
【００６４】
上記のように構成されたモータ装置ＭＴＲ３は、当該三相の伝達部材ＢＴ１〜ＢＴ３及び駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３を、例えば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う場合、各伝達部材ＢＴ１〜ＢＴ３による押圧力の振動幅が小さく抑えられることになり、安定した駆動を行うことが可能である。
【００６５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を説明する。本実施形態では、伝達部材の構成が上記各実施形態とは異なっているため、当該相違点を中心に説明する。図１８は、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ４の構成を示す概略斜視図である。図１９は、伝達部材の構成を示す断面図である。図１９では、切断面をモータ装置ＭＴＲ４における回転軸方向に見たときの状態を示している。
【００６６】
図１８に示すように、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ４は、軸部材ＳＦ、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３、連結機構ＣＮ及び制御部ＣＯＮＴを有している。本実施形態では、伝達部材及び駆動部の組み合わせが軸部材ＳＦの軸方向に沿って複数、例えば３組（伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３）配置された構成になっている。したがって、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ４においても、三相構造となっている。加えて、本実施形態では、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３と駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３の各組が連結機構ＣＮによって連結された構成になっている。
【００６７】
図１９に示すように、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３は例えば弾性変形可能な金属材料などを用いて円筒状に形成されている。伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３には、切り欠き部６０、連結穴６１、溝部６２、支持部６３及び嵌合穴６４が設けられている。切り欠き部６０は、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３を例えば回転軸方向視で扇形に切り欠くように形成されている。
【００６８】
連結穴６１は、回転軸方向視で扇形の要の位置に設けられている。このように、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３は、切り欠き部６０及び連結穴６１によって２つの足端部６５に分かれている構成になっている。嵌合穴６４は、２つの足端部６５に１つずつ配置されている。嵌合穴６４の穴径は、連結穴６１の穴径よりも小さくなるように形成されている。各伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３において、連結穴６１及び２つの嵌合穴６４は、回転軸方向視で正三角形の頂点の位置に配置されている。
【００６９】
伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３は、モータ装置ＭＴＲ４の回転方向に１２０°ずつずれるように配置されているため、３つの伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３を重ねた状態においては、回転軸方向視で各伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３の連結穴６１がそれぞれ正三角形の頂点に配置されることとなる。また、各伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３に設けられる連結穴６１は、回転軸方向視で他の伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３に設けられる２つの嵌合穴６４の一方に重なるように配置されることとなる。
【００７０】
支持部６３は、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３のそれぞれを挟むように設けられている。支持部６３は、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３の伸縮方向の両端に接するように駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３を挟んだ状態になっている。支持部６３は、弾性変形可能に形成されている。具体的には、足端部６５の一部に形成された溝部６２によって、支持部６３が当該隙間内を弾性的に移動可能になっている。
【００７１】
連結機構ＣＮは、固定板５１及び連結軸５２を有している。固定板５１は、軸部材ＳＦに固定され、回転軸方向視で正三角形に形成された板状部材である。連結軸５２は、固定板５１に固着されており、回転軸方向に延在するように形成されている。連結軸５２は、回転軸方向視で固定板５１の正三角形の各頂点に１つずつ、計３つ設けられている。図１８においては、固定板５１の３つの頂点のうち図中上側の頂点に接続される連結軸５２及び図中下側の頂点に接続される連結軸５２は示されているが、固定板５１の図中上下方向の中央の頂点に接続される連結軸５２については、軸部材ＳＦの奥側に隠れた状態になっており、図示されていない。
【００７２】
各連結軸５２は、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３の連結穴６１内及び嵌合穴６４内を連通するように設けられている。連結軸５２の軸径は、嵌合穴６４の穴径と同一となるように形成されている。したがって、連結軸５２は、嵌合穴６４内を隙間なく貫通した状態になっている。このため、嵌合穴６４において連結軸５２と各伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３は固定された状態になっている。
【００７３】
本実施形態では、１本の連結軸５２が２つの伝達部材を固定している。例えば図１８の図中下側の連結軸５２は、伝達部材ＴＲ１の嵌合穴６４及び伝達部材ＴＲ２の嵌合穴６４を貫通している。このため、当該連結軸５２は、伝達部材ＴＲ１と伝達部材ＴＲ２とを固定していることになる。
【００７４】
例えば図１８の図中上側の連結軸５２は、伝達部材ＴＲ１の嵌合穴６４及び伝達部材ＴＲ３の嵌合穴６４を貫通している。このため、当該連結軸５２は、伝達部材ＴＲ１と伝達部材ＴＲ３とを固定していることになる。同様に、例えば図１８の図中軸部材ＳＦの奥側に設けられる連結軸５２（図１８において軸部材ＳＦに隠れている部分）は、伝達部材ＴＲ２と伝達部材ＴＲ３とを固定している。
【００７５】
これに対して、連結穴６１と連結軸５２との間は、隙間が形成された状態になっている。このため、連結穴６１において、各伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３は、当該隙間が形成される範囲内で移動可能になっている。隙間の寸法としては、例えば駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３の伸縮幅よりも十分に大きい寸法に設定されている。
【００７６】
図２０は、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３が伸長した状態を示す図である。
同図に示すように、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３が伸長することにより、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３の圧力が支持部６３を介して伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３の全体に伝達され、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３の足端部６５が分岐方向にそれぞれ広がるようになっている。伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３の足端部６５広がると、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３が円筒部材ＣＹの内面２０（図１８等参照）に沿って弾性変形しつつ当該内面２０を押圧するようになっている。
【００７７】
次に、図２１から図２３を参照して、上記のように構成されたモータ装置ＭＴＲ４の動作を説明する。図２１から図２３では、簡単化のため円筒部材ＣＹの図示を省略して示している。
図２１に示すように、例えば駆動部ＡＣ１を収縮させると共に、駆動部ＡＣ２及び駆動部ＡＣ３を伸長させた場合、図中上側の連結軸５２が上側に移動する。この動作により、伝達部材ＴＲ２の足端部６５及び伝達部材ＴＲ３の足端部６５が円筒部材ＣＹの内面に当接状態となる。
【００７８】
この状態から、図２２に示すように、駆動部ＡＣ３を収縮させると共に、駆動部ＡＣ１を伸長させた場合、図中上側の連結軸５２は、当該図中上側の連結穴６１に沿って反時計回りに回転する。この動作では、伝達部材ＴＲ２の足端部６５及び伝達部材ＴＲ３の足端部６５によって、円筒部材ＣＹに対して反時計回り方向への回転のトルクが伝達され、円筒部材ＣＹが反時計回りに回転する。また、図２２に示すように、当該駆動を行った場合、図中右側の連結軸５２が右側に移動する。このため、伝達部材ＴＲ３の足端部６５及び伝達部材ＴＲ１の足端部６５が円筒部材ＣＹの内面に当接状態となる。
【００７９】
この状態から、図２３に示すように、駆動部ＡＣ２を収縮させると共に、駆動部ＡＣ３を伸長させた場合、図中右側の連結軸５２は、当該図中右側の連結穴６１に沿って反時計回りに回転する。この動作では、伝達部材ＴＲ３の足端部６５及び伝達部材ＴＲ１の足端部６５によって、円筒部材ＣＹに対して反時計回りの方向への回転のトルクが伝達され、円筒部材ＣＹが反時計回りに回転する。また、図２３に示すように、当該駆動を行った場合、図中左側の連結軸５２が左側に移動する。このため、伝達部材ＴＲ１の足端部６５及び伝達部材ＴＲ２の足端部６５が円筒部材ＣＹの内面に当接状態となる。
【００８０】
このように、図２１〜図２３の動作を繰り返すことにより、円筒部材ＣＹを連続的に回転させることができる。なお、本実施形態においては、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３の構成を弾性ヒンジとして形成したが、これに限られることは無く、例えば図２４に示すように、２つの部材をヒンジ部７０において回転可能に結合させる構成であっても構わない。
【００８１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態を説明する。本実施形態に係るモータ装置は、第１実施形態に係るモータ装置ＭＴＲと同一の構成要素を用いている。したがって、各構成要素の符号は第１実施形態と共通させて説明する。本実施形態では、円筒部材ＣＹを固定させ、軸部材ＳＦを回転させる点で、第１実施形態とは異なっている。
【００８２】
図２５及び図２６は、本実施形態の構成において、駆動部ＡＣを駆動させた場合の動作を説明するための図である。
図２５に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂがそれぞれ外側に移動するように第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂを変形させる。この動作により、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ側には押圧力Ｔ１が発生し、伝達部材ＢＴの第２端部２２Ｂ側には押圧力Ｔ２が発生する。したがって、伝達部材ＢＴに有効押圧力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。ここまでの動作は、第１実施形態と同様である。
【００８３】
次に、制御部ＣＯＮＴは、伝達部材ＢＴに有効押圧力を発生させた状態を保持しつつ、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａが外側に移動するように、かつ、第２端部２２Ｂが内側に移動するように第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂを変形させる。この動作において、制御部ＣＯＮＴは、第１端部２２Ａの移動距離と第２端部２２Ｂの移動距離とを等しくさせる。この動作により、図２６に示すように、固定された円筒部材ＣＹとの間に摩擦力が発生しているため伝達部材ＢＴは移動せず、突出部１２の先端１２ｃの方が、変形による反作用によって、軸部材ＳＦを中心として図中時計回りに回転移動する。
【００８４】
このように、本実施形態では、円筒部材ＣＹを固定して軸部材ＳＦを固定させない構成とすることにより、上述の実施形態と比べて回転対象を変更させることができる。
なお、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、上述の第３実施形態のように三相構造にしてもよいし、上述の第４実施形態のような切り欠き部や連結穴などを有する構成としてもよい。
【００８５】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態を説明する。
本実施形態では、上記のモータ装置の適用例を説明する。
図２７は、モータ装置ＭＴＲを例えばロボットアームに適用させた構成を示す図である。
【００８６】
同図に示すように、モータ装置ＭＴＲがカップリングＣＰＬを介してロボットアームＡＲＭに接続されている。上記実施形態のモータ装置ＭＴＲは、小型で高トルクを出力可能であるため、ロボットアームＡＲＭを高精度に駆動させることができる。また、上記実施形態のモータ装置ＭＴＲは、ロボットの関節部分や工作機械の駆動部などにも応用することができる。
【００８７】
加えて、本実施形態においては、例えば円筒部材ＣＹの内部に配線７１などを配置させることができる。このように、円筒部材ＣＹを配線配管として用いることも可能である。
【００８８】
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、円筒部材ＣＹ及び軸部材ＳＦの回転軸方向に伝達部材ＢＴがずれるのを防ぐため、位置ずれ抑制部を設ける構成としても構わない。また、例えば第３実施形態のように伝達部材ＢＴを複数設ける場合、伝達部材ＢＴごとに円筒部材ＣＹの内径が異なるように形成されていても構わない。この構成によれば、伝達部材ＢＴごとにトルクの伝達を異ならせることができるため、幅広い駆動が可能となる。
【００８９】
上記実施形態では、円筒部材ＣＹの内面が平坦な構成を例に挙げて説明したが、これに限定されることは無く、例えば円筒部材ＣＹの内面に溝部として溝が形成されている構成としても構わない。また、上記実施形態では、伝達部材ＢＴの表面が平坦な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、例えば伝達部材ＢＴの表面に溝部として溝が形成されている構成としても構わない。上記の円筒部材ＣＹの内面に形成された溝と伝達部材ＢＴの表面に形成された溝とのうち少なくとも一方の溝により、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に空気の流路が形成されることになるため、伝達部材ＢＴが円筒部材ＣＹに固着されるのを防ぐことができ、伝達部材ＢＴを円筒部材ＣＹに対して容易に着脱させることができる。また、上記のように溝を設けることで、回転時に発生する伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの擦れによる塵などを溝に入れることができ、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間の摩擦力を一定にし、安定な回転を得ることができる。なお、例えば、円筒部材ＣＹの表面に溝部が設けられる方向は、特に限定されることは無く、ランダムな方向、円筒部材ＣＹの回転軸方向、や円筒部材ＣＹの円周方向、などでよい。
【００９０】
上記実施形態では、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの少なくとも一部を係合させた状態を当接状態としてもよい。例えば、伝達部材ＢＴには凸部が設けられており、当該凸部と噛み合うように円筒部材ＣＹに凹部が設けられている。また、例えば、円筒部材ＣＹには凸部が設けられており、当該凸部と噛み合うように伝達部材ＢＴに凹部が設けられている。このように、凸部と凹部とを係合させることで回転力を伝達する構成であっても構わない。なお、例えば、円筒部材ＣＹに凸部が形成される方向は、特に限定されることは無く、ランダムな方向、円筒部材ＣＹの回転軸方向、や円筒部材ＣＹの円周方向、などでよい。ここで、本実施形態における係合とは、例えば、伝達部材ＢＴの凹部と円筒部材ＣＹの凸部とが噛み合うこと、伝達部材ＢＴの凹部と円筒部材ＣＹの凸部とが嵌め合うこと、伝達部材ＢＴの凹部と円筒部材ＣＹの凸部とが継なぎ合うこと、なども含むものであって、伝達部材ＢＴの凹部と円筒部材ＣＹの凸部とが完全に係合している必要はない。
【００９１】
上記実施形態では、伝達部材ＢＴが帯状に形成された例を説明したが、これに限られることは無く、例えば線状、鎖状に形成されていても構わない。
【００９２】
上記実施形態では、第１電歪素子３２Ａと第２電歪素子３２Ｂとの変位によって張力を制御できるので、駆動停止時においても保持トルクの制御が可能である。
【００９３】
上記実施形態では、伝達部材ＢＴを移動させる駆動部ＡＣが電歪素子を有する構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば移動部が電歪素子に代えて磁歪素子、電磁石、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）など、他のアクチュエータを用いる構成であっても構わない。例えば磁歪素子を用いた場合、推力を高くすることができる。電磁石を用いた場合は、高推力、長ストロークの駆動が可能である。ＶＣＭを用いた場合、長ストロークの駆動が可能であり、トルク制御が容易となる。
【００９４】
上記実施形態では、軸部材ＳＦを取り囲む第２部材として、円筒部材ＣＹを例に挙げて説明したが、円筒形状に限られず、伝達部材を当接状態にすることができる態様であれば他の形状であっても構わない。
【符号の説明】
【００９５】
ＭＴＲ、ＭＴＲ３、ＭＴＲ４…モータ装置 ＳＦ…軸部材 ＣＹ…円筒部材 ＢＴ、ＢＴ１〜ＢＴ３、ＴＲ１〜ＴＲ３…伝達部材 ＡＣ、ＡＣ１〜ＡＣ３…駆動部 ＣＯＮＴ…制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ装置、回転子の駆動方法及び軸部材の駆動方法に関する。
【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、比較的に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。
【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、例えば、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。
【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、小型のモータ装置、回転子の駆動方法及び軸部材の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るモータ装置（ＭＴＲ、ＭＴＲ３、ＭＴＲ４）は、第１部材（ＳＦ）と、前記第１部材を取り囲んで設けられる第２部材（ＣＹ）と、前記第１部材に接続され、前記第２部材の内面（２０）の少なくとも一部に対して当接状態及び離間状態とすることが可能に設けられた伝達部材（ＢＴ、ＢＴ１〜ＢＴ３、ＴＲ１〜ＴＲ３）と、前記伝達部材に接続され、前記伝達部材を前記当接状態として前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方に回転力を付与する駆動部（ＡＣ、ＡＣ１〜ＡＣ３）とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る回転子の駆動方法は、軸部材（ＳＦ）に接続された伝達部材（ＢＴ）を、前記軸部材を取り囲んで設けられる回転子（ＣＹ）の内面（２０）の少なくとも一部に対して当接状態として前記回転子に回転力を付与する駆動ステップと、前記伝達部材を前記回転子の前記内面に対して離間状態として前記伝達部材を所定の位置に戻す復帰ステップとを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る軸部材の駆動方法は、軸部材（ＳＦ）に接続された伝達部材（ＢＴ）を、前記軸部材を取り囲んで設けられる固定子（ＣＹ）の内面（２０）の少なくとも一部に対して当接状態として前記軸部材に回転力を付与する駆動ステップと、前記伝達部材を前記固定子の前記内面に対して離間状態として前記伝達部材を所定の位置に戻す復帰ステップとを含むことを特徴とする。
【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。
【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斜視図。
【図２】本実施形態におけるモータ装置の一部の構成を示す図。
【図３】本実施形態におけるモータ装置の一部の構成を示す図。
【図４】本実施形態におけるモータ装置の制御部の構成を示す図。
【図５】本実施形態におけるモータ装置の特性を示すグラフ。
【図６】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図７】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図８】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図９】本実施形態におけ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】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図１２】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図１３】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図１４】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図１５】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図１６】本発明の第３実施形態に係るモータ装置の構成を示す模式図。
【図１７】本実施形態におけるモータ装置の一部の構成を示す図。
【図１８】本発明の第４実施形態に係るモータ装置の構成を示す模式図。
【図１９】本実施形態におけるモータ装置の一部の構成を示す図。
【図２０】本実施形態におけるモータ装置の一部の構成を示す図。
【図２１】本実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図２２】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図２３】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図２４】本実施形態に係るモータ装置の他の構成を示す図。
【図２５】本発明の第５実施形態に係るモータ装置の動作を示す図。
【図２６】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図。
【図２７】本発明の第６実施形態に係るモータ装置の適用例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を説明する。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。
同図に示すように、モータ装置ＭＴＲは、軸部材ＳＦ、円筒部材ＣＹ、伝達部材ＢＴ、駆動部ＡＣ及び制御部ＣＯＮＴを有している。本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲは、軸部材ＳＦを囲うように配置された円筒部材ＣＹが回転子として回転するようになっている。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。
【００１２】
図２は、軸部材ＳＦの構成を示す図である。
同図に示すように、軸部材ＳＦは、円柱状に形成されており、軸部１１と、突出部１２とを有している。軸部１１は、例えば不図示の固定部に固定されている。突出部１２は、軸部１１に径方向に突出している部分である。突出部１２は、軸部１１の円柱高さ方向に沿って例えば板状に形成されている。突出部１２の板面１２ａ及び板面１２ｂのそれぞれには、駆動部ＡＣが固定されている。軸部材ＳＦは、例えばアルミニウムなどの導電材料によって構成されている。
【００１３】
図３は、モータ装置ＭＲＴの構成を示す断面図である。
図３に示すように、円筒部材ＣＹは、軸部材ＳＦの中心軸周りを囲うように設けられている。円筒部材ＣＹは、軸部材ＳＦの中心軸周りに回転可能に設けられている。円筒部材ＣＹは、円筒部材ＣＹの中心軸と軸部材ＳＦの軸部１１の中心軸とが一致するように配置されている。したがって、円筒部材ＣＹの回転の中心軸は、軸部１１の中心軸と一致することとなる。円筒部材ＣＹの中心軸と軸部１１の中心軸とがずれないように、例えば不図示のベアリング機構を配置させるようにしても構わない。円筒部材ＣＹは、回転重心位置がばらつかないように、例えば径方向の寸法（厚さ）が均一に形成されている。
【００１４】
伝達部材ＢＴは、帯状に形成されており、円筒部材ＣＹの内面２０に沿って設けられている。伝達部材ＢＴは、円筒部材ＣＹの内面に押圧可能に形成されている。伝達部材ＢＴは、内面２０に沿って配置させたときに形状が崩れない程度の剛性を有すると共に、内面２０に押圧させたときに内面２０の形状に従って変形し当該内面２０との間に摩擦力が生じる程度の弾性を有するように形成されている。伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹの内面との間の摩擦係数は、それぞれ例えば０．３となるように形成されている。伝達部材ＢＴには、例えばスチールなどの導電材料が含まれている。伝達部材ＢＴは、両端部が折り曲げられた状態になっている。伝達部材ＢＴのうち当該折り曲げ部２１は、それぞれ駆動部ＡＣに接続されている。
【００１５】
駆動部ＡＣは、電歪素子３２を有している。電歪素子３２は、軸部材ＳＦの突出部１２の板面１２ａ上及び板面１２ｂ上に１つずつ設けられている。以下、板面１２ａ上に配置された電歪素子３２を第１電歪素子３２Ａと表記し、板面１２ｂ上に配置された電歪素子３２を第２電歪素子３２Ｂと表記する。
【００１６】
第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂは、突出部１２の長手方向に沿って例えば角柱状に形成されている。第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂは、突出部１２の先端１２ｃを挟むように配置されている。したがって、第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂは、突出部１２の先端を基準位置としたときに、当該基準位置を挟むように一対設けられていることになる。第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂは、基準位置である先端１２ｃに対して互いに反対方向へ変形するように形成されている。
【００１７】
第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂのうち変形方向の先端部は、上記の伝達部材ＢＴの折り曲げ部２１に接続されている。第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂが変形することにより、当該第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂの先端は、円筒部材ＣＹの内面の接線方向に変位する。第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂは、伝達部材ＢＴの折り曲げ部２１を当該接線方向に移動させるようになっている。第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂとしては、例えばピエゾ素子などが用いられる。
【００１８】
第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂに電気信号を供給しない場合、図３に示すように、円筒部材ＣＹの内面２０と伝達部材ＢＴとの間に隙間が形成された状態となる。この状態から第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂに電気信号を供給すると、当該第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂが膨張するように変形し、当該変形による力が先端１２ｃから離れる方向（以下、「外側」と表記する）に対して作用する。この力は、伝達部材ＢＴの折り曲げ部２１を内面２０側へ押圧する。このため、伝達部材ＢＴの折り曲げ部２１は外側に移動し、伝達部材ＢＴの全体が内面２０に接触した状態となる（図中破線で示す状態）。
【００１９】
一方、この状態から第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂに電気信号の供給を停止すると、当該第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂが収縮するように変形し、折り曲げ部２１が基準位置に近づく方向（以下、「内側」と表記する）に移動する。この結果、伝達部材ＢＴの折り曲げ部２１が元の位置に戻ることになる。
【００２０】
図４は、制御部ＣＯＮＴの構成を示すブロック図である。
制御部ＣＯＮＴは、位置指令部８１と、演算部８２と、コントローラ８３と、アンプ８４とを有している。上記モータ装置ＭＴＲは、回転子（例、円筒部材ＣＹなど）の位置をエンコーダによって検出できるようになっている。制御部ＣＯＮＴは、当該エンコーダの検出値に基づき、第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂの変形量、変形の速度誤差を推力に変換して駆動部ＡＣに対する指令値とする。
【００２１】
次に、円筒部材ＣＹの駆動動作を図５〜図９で説明する。
本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲにおいて、円筒部材ＣＹを駆動させる原理を説明する。円筒部材ＣＹを駆動させる際には、円筒部材ＣＹの内面２０に伝達部材ＢＴを押圧した状態で有効押圧力を生じさせ、当該有効押圧力によって円筒部材ＣＹにトルクを伝達する。
【００２２】
オイラーの摩擦ベルト理論により、円筒部材ＣＹに押圧された伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ側の押圧力Ｔ１及び第２端部２２Ｂ側の押圧力Ｔ２が下記［数１］を満たすとき、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間で摩擦力が生じ、伝達部材ＢＴが円筒部材ＣＹに対して滑りを生じることの無い状態（当接状態）で円筒部材ＣＹと共に移動する。この移動により、円筒部材ＣＹにトルクが伝達される。ただし、［数１］において、μは伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間の見かけ上の摩擦係数であり、θは円筒部材ＣＹの内面２０のうち当接状態となっている部分の有効押し付け角である。
【００２３】
【数１】
【００２４】
このとき、トルクの伝達に寄与する有効押圧力は、（Ｔ１−Ｔ２）によって表される。上記［数１］に基づいて有効押圧力（Ｔ１−Ｔ２）を求めると、［数２］のようになる。［数２］は、Ｔ１を用いて有効押圧力を表す式である。
【００２５】
【数２】
【００２６】
上記［数２］より、円筒部材ＣＹに伝達されるトルクは第１電歪素子３２Ａの押圧力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、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間の摩擦係数μ及び伝達部材ＢＴの有効押し付け角θにそれぞれ依存する。図５は、摩擦係数μを変化させたときの有効押し付け角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押し付け角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。
【００２７】
図５に示すように、例えば摩擦係数μが０．３の場合には、有効押し付け角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、有効押し付け角θを３００°以上とすることにより、第１電歪素子３２Ａによる押圧力Ｔ１の８０％以上の力が円筒部材ＣＹのトルクに寄与することがわかる。この有効押し付け角の他、図５のグラフから、例えば伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹ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。
【００２８】
このように、トルクの大きさは第１電歪素子３２Ａの押圧力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、例えば第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂ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とても大きな回転力を付与することができる。
【００２９】
このような原理に基づいて、制御部ＣＯＮＴは、図６に示すように、まず第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂがそれぞれ外側に移動するように第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂを変形させる。この動作により、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ側には押圧力Ｔ１が発生し、伝達部材ＢＴの第２端部２２Ｂ側には押圧力Ｔ２が発生する。したがって、伝達部材ＢＴに有効押圧力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。
【００３０】
制御部ＣＯＮＴは、伝達部材ＢＴに有効押圧力を発生させた状態を保持しつつ、図７に示すように、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａが外側に移動するように、かつ、第２端部２２Ｂが内側に移動するように第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂを変形させる（駆動ステップ）。この動作において、制御部ＣＯＮＴは、第１端部２２Ａの移動距離と第２端部２２Ｂの移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部材ＢＴが移動し、当該移動と共に円筒部材ＣＹが図中θ方向に回転する。
【００３１】
本実施形態では、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間の摩擦係数μが０．３であり、伝達部材ＢＴが円筒部材ＣＹの突出部１２に例えば３００°程度押圧された状態になっている。したがって、図４のグラフを参照すると、第１電歪素子３２Ａの押圧力Ｔ１の８０％程度の力がトルクとして円筒部材ＣＹに伝達されることになる。
【００３２】
制御部ＣＯＮＴは、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂを所定距離だけ移動させた後、図８に示すように、第１端部２２Ａが駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように、かつ、第２端部２２Ｂが移動しないように、第１電歪素子３２Ａだけを変形させる。この動作により、第１端部２２Ａが内側へ移動し、伝達部材ＢＴの押し付けが解除された状態（離間状態）になる。つまり、伝達部材ＢＴに付加されていた有効押圧力が解除された状態になる。この状態においては、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に摩擦力は発生せず、円筒部材ＣＹは慣性によって回転し続けることになる。
【００３３】
制御部ＣＯＮＴは、伝達部材ＢＴの押し付けを緩ませた後、図９に示すように、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂが駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂを変形させる。この動作により、伝達部材ＢＴの押し付けが緩んだまま、すなわち、有効押圧力が発生しないまま、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂが駆動の開始位置（所定位置）へ戻っていく（復帰ステップ）。
【００３４】
第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂが駆動開始位置に戻される直前になったら、制御部ＣＯＮＴは、第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂを変形させて第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂを外側へ移動させる。この動作により、第１端部２２Ａ側に押圧力Ｔ１が発生し、第２端部２２Ｂ側に押圧力Ｔ２が発生する。これにより、駆動開始時に伝達部材ＢＴに有効押圧力を付加させた状態（図６の状態）と同様の状態となる。
【００３５】
伝達部材ＢＴに有効押圧力が付加された後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａが外側に移動するように第１電歪素子３２Ａを変形させ、第２端部２２Ｂが内側に移動するように第２電歪素子３２Ｂを変形させる（駆動ステップ）。このとき、第１端部２２Ａの移動距離と第２端部２２Ｂの移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部材ＢＴが移動し、当該移動と共に円筒部材ＣＹがθ方向に回転する。
【００３６】
この後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部材ＢＴに付加されていた有効押圧力を再度解除させる。制御部ＣＯＮＴは、有効押圧力を解除させた後、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂが開始位置に戻るように移動させる（復帰ステップ）。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、円筒部材ＣＹがθ方向に回転し続けることになる。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、軸部材ＳＦと、当該軸部材ＳＦを取り囲んで設けられる円筒部材ＣＹと、軸部材ＳＦに接続され円筒部材ＣＹの内面の少なくとも一部に対して当接状態及び離間状態とすることが可能に設けられた伝達部材ＢＴと、当該伝達部材ＢＴに接続され伝達部材ＢＴを当接状態として円筒部材ＣＹに回転力を付与する駆動部ＡＣとを備えることとしたので、オイラーの摩擦ベルト理論により、伝達部材ＢＴに付加する一方の押圧力によってトルクが一意に決定されることになる。したがって、減速機等を取り付けなくても、また、小型の駆動部ＡＣであっても高いトルクを円筒部材ＣＹ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円筒部材ＣＹを回転させることが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、第１電歪素子３２Ａによる押圧力Ｔ１の大きさを制御することによって円筒部材ＣＹに伝達されるトルクを制御することができるので、トルク制御を容易に行うことができる。
【００３９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態では、モータ装置ＭＴＲの動作の際、伝達部材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、伝達部材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。
【００４０】
本実施形態では、伝達部材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、円筒部材ＣＹ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、静止している円筒部材ＣＹを動き出させるために必要な力である。また、第１端部２２Ａ側の目標押圧力をＴ１ｅ、第２端部２２Ｂ側の目標押圧力をＴ２ｅ、目標有効押圧力をＴｇｏａｌとすると、以下の［数４］及び［数５］を満たす。
【００４１】
【数３】
【００４２】
【数４】
【００４３】
【数５】
【００４４】
以下、図１０〜図１５に基づいて、円筒部材ＣＹの駆動動作を中心に説明する。本実施形態では、説明をわかりやすくするため、モータ装置の構成を模式的に示している。したがって、例えば伝達部材ＢＴの押し付け角など、実際の構成とは異なるように記載されている。
【００４５】
以下の説明においては、伝達部材ＢＴに押圧力が付加されることなく当該伝達部材ＢＴが円筒部材ＣＹに当接された状態となるような伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂのそれぞれの位置を原点位置０とする。したがって、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂが共に原点位置０に配置されている状態においては、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に摩擦力は発生しない。
【００４６】
＜駆動動作＞
まず、制御部ＣＯＮＴは、図１０に示すように、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａが原点位置０からＸ１だけ外側に移動するように第１電歪素子３２Ａを変形させる。また、制御部ＣＯＮＴは、伝達部材ＢＴの第２端部２２Ｂが原点位置０からＸ２だけ外側に移動するように第２電歪素子３２Ｂ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。
【００４７】
【数６】
【００４８】
この状態から、図１１に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第１電歪素子３２Ａを変形させて、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ側の押圧力Ｔ１が目標押圧力Ｔ１ｅとなるように第１端部２２ＡをΔＸ１外側に移動させる。また、制御部ＣＯＮＴは、第２電歪素子３２Ｂを変形させて、第２端部２２Ｂ側の押圧力Ｔ２が目標押圧力Ｔ２ｅとなるように第２端部２２ＢをΔＸ２内側に移動させる。この動作により、伝達部材ＢＴから円筒部材ＣＹ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。
【００４９】
【数７】
【００５０】
伝達部材ＢＴから円筒部材ＣＹにトルクが伝達されると、円筒部材ＣＹが回転し、伝達部材ＢＴ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、このため伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ側の押圧力Ｔ１と第２端部２２Ｂ側の押圧力Ｔ２とが保持力ＴＣとなってつり合う。このとき有効押圧力については、Ｔｇｏａｌからゼロへと近似的に線形に変化するため、伝達部材ＢＴに付加されている実効的な有効押圧力は、Ｔｇｏａｌ／２となる。また、伝達部材ＢＴによって円筒部材ＣＹに伝達するトルクはゼロになる。
【００５１】
＜復帰動作＞
次に、図１３に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第１端部２２Ａが原点位置０まで移動すると共に第２端部２２Ｂが原点位置０よりも内側へ移動するように、第１電歪素子３２Ａと第２電歪素子３２Ｂとを同時に変形させる。第１電歪素子３２Ａと第２電歪素子３２Ｂとを同時に変形させることにより、伝達部材ＢＴが２ΔＸ１だけ緩むこととなり、この結果、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に隙間が生じる。円筒部材ＣＹは、伝達部材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。
【００５２】
伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹ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１端部２２Ａを移動させること無く第２端部２２Ｂのみが原点位置０に戻るように第２電歪素子３２Ｂを変形させる。この動作により、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂ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、円筒部材ＣＹは伝達部材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、円筒部材ＣＹに摩擦力による抵抗を与えることなく、当該円筒部材ＣＹを回転させた状態で第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂを原点位置０まで移動させる。
【００５３】
＜駆動動作（慣性回転状態）＞
制御部ＣＯＮＴは、円筒部材ＣＹに設けられた検出器（例、エンコーダ）により、円筒部材ＣＹの回転速度ｖを検出する。制御部ＣＯＮＴは、検出結果に基づき、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂの移動距離を決定する。円筒部材ＣＹが静止している状態の上記駆動動作では、第１端部２２Ａの初期位置をＸ１、第２端部２２Ｂの初期位置をＸ２とした。円筒部材ＣＹが慣性回転している状態で、上記同様の目標有効押圧力を伝達部材ＢＴに付加するには、円筒部材ＣＹの静止状態と同一の環境が必要である。すなわち、円筒部材ＣＹの回転速度と伝達部材ＢＴとの相対速度をゼロにする必要がある。このため、第１端部２２Ａの初期位置及び第２端部２２Ｂの初期位置を決定するに当たり、円筒部材ＣＹの例えばある一点における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１端部２２Ａの初期位置をＸ１＋ｖΔｔ、第２端部２２Ｂ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。
【００５４】
この状態から、図１５に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第１電歪素子３２Ａを変形させて、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ側の押圧力Ｔ１が目標押圧力Ｔ１ｅとなるように第１端部２２Ａを外側に移動させる。また、制御部ＣＯＮＴは、第２電歪素子３２Ｂを変形させて、第２端部２２Ｂ側の押圧力Ｔ２が目標押圧力Ｔ２ｅとなるように第２端部２２Ｂを内側に移動させる。この動作により、伝達部材ＢＴから円筒部材ＣＹにトルクが伝達される。このときの第１端部２２Ａは原点位置０に対してＸ１＋ｖΔｔ＋ΔＸ１だけ外側の位置へ移動した状態となる。また、このときの第２端部２２Ｂは原点位置に対してＸ２−ｖΔｔ−ΔＸ１だけ外側の位置へ移動した状態となる。
【００５５】
＜復帰動作＞
この後、制御部ＣＯＮＴは、第１端部２２Ａが原点位置０まで移動すると共に第２端部２２Ｂが原点位置０よりも内側へ移動するように第１電歪素子３２Ａと第２電歪素子３２Ｂとを同時に変形させ、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に隙間が生じている間に、第１端部２２Ａを移動させること無く第２端部２２Ｂのみが原点位置０に戻るように第２電歪素子３２Ｂを変形させる。この動作により、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂが共に原点位置０に戻ることになる。復帰動作は、円筒部材ＣＹ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。
【００５６】
以下、駆動動作と復帰動作とを繰り返すことにより、円筒部材ＣＹをさせることができる。円筒部材ＣＹが慣性回転状態になっている場合において、上記Ｘ１＋ｖΔｔ＋ΔＸ１の値が第１電歪素子３２Ａ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、円筒部材ＣＹにトルクを伝達させ続けることができる。
【００５７】
次に、本実施形態の円筒部材ＣＹ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、有効押圧力の伝達開始から円筒部材ＣＹが慣性状態になるまでの時間ｔｅ、目標有効押圧力Ｔｇｏａｌ、円筒部材ＣＹの半径Ｒに依存する。具体的には、下記［数８］によって示される。
【００５８】
【数８】
【００５９】
［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については円筒部材ＣＹの駆動制御を行う上で一定に設定される場合があるため、ｔｅ、Ｔｇｏａｌの２つの値を変化させることで実効トルクＮｅの制御を行うことが好ましい。
【００６０】
このように、本実施形態によれば、伝達部材ＢＴの弾性変形を利用し、円筒部材ＣＹの回転速度と伝達部材ＢＴとの相対速度をゼロにして伝達部材ＢＴの有効押圧力を円筒部材ＣＹに伝達する駆動動作と、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂ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、円筒部材ＣＹ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円筒部材ＣＹを回転させることが可能となる。
【００６１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。図１６は、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ３の構成を示す概略斜視図である。図１７は、モータ装置ＭＴＲ３の構成を示す断面図である。
【００６２】
図１６及び図１７に示すように、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ３は、軸部材ＳＦ、伝達部材ＢＴ１〜ＢＴ３、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３及び制御部ＣＯＮＴを有している。本実施形態では、伝達部材及び駆動部の組み合わせが軸部材ＳＦの軸方向に沿って複数、例えば３組（伝達部材ＢＴ１〜ＢＴ３、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３）配置された構成になっている。したがって、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ３は、三相構造となっている。
【００６３】
駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３は、円筒部材ＣＹの回転方向に１２０°ずつずれた位置に配置されている。伝達部材ＢＴ１〜ＢＴ３は、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３の配置に合わせてそれぞれ接続されている。制御部ＣＯＮＴは、各駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３に対して独立して制御信号を供給可能になっている。３つの伝達部材ＢＴ１〜ＢＴ３の構成及び３つの駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３の個々の構成については、それぞれ同一に形成されている。
【００６４】
上記のように構成されたモータ装置ＭＴＲ３は、当該三相の伝達部材ＢＴ１〜ＢＴ３及び駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３を、例えば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う場合、各伝達部材ＢＴ１〜ＢＴ３による押圧力の振動幅が小さく抑えられることになり、安定した駆動を行うことが可能である。
【００６５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を説明する。本実施形態では、伝達部材の構成が上記各実施形態とは異なっているため、当該相違点を中心に説明する。図１８は、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ４の構成を示す概略斜視図である。図１９は、伝達部材の構成を示す断面図である。図１９では、切断面をモータ装置ＭＴＲ４における回転軸方向に見たときの状態を示している。
【００６６】
図１８に示すように、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ４は、軸部材ＳＦ、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３、連結機構ＣＮ及び制御部ＣＯＮＴを有している。本実施形態では、伝達部材及び駆動部の組み合わせが軸部材ＳＦの軸方向に沿って複数、例えば３組（伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３）配置された構成になっている。したがって、本実施形態に係るモータ装置ＭＴＲ４においても、三相構造となっている。加えて、本実施形態では、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３と駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３の各組が連結機構ＣＮによって連結された構成になっている。
【００６７】
図１９に示すように、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３は例えば弾性変形可能な金属材料などを用いて円筒状に形成されている。伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３には、切り欠き部６０、連結穴６１、溝部６２、支持部６３及び嵌合穴６４が設けられている。切り欠き部６０は、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３を例えば回転軸方向視で扇形に切り欠くように形成されている。
【００６８】
連結穴６１は、回転軸方向視で扇形の要の位置に設けられている。このように、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３は、切り欠き部６０及び連結穴６１によって２つの足端部６５に分かれている構成になっている。嵌合穴６４は、２つの足端部６５に１つずつ配置されている。嵌合穴６４の穴径は、連結穴６１の穴径よりも小さくなるように形成されている。各伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３において、連結穴６１及び２つの嵌合穴６４は、回転軸方向視で正三角形の頂点の位置に配置されている。
【００６９】
伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３は、モータ装置ＭＴＲ４の回転方向に１２０°ずつずれるように配置されているため、３つの伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３を重ねた状態においては、回転軸方向視で各伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３の連結穴６１がそれぞれ正三角形の頂点に配置されることとなる。また、各伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３に設けられる連結穴６１は、回転軸方向視で他の伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３に設けられる２つの嵌合穴６４の一方に重なるように配置されることとなる。
【００７０】
支持部６３は、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３のそれぞれを挟むように設けられている。支持部６３は、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３の伸縮方向の両端に接するように駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３を挟んだ状態になっている。支持部６３は、弾性変形可能に形成されている。具体的には、足端部６５の一部に形成された溝部６２によって、支持部６３が当該隙間内を弾性的に移動可能になっている。
【００７１】
連結機構ＣＮは、固定板５１及び連結軸５２を有している。固定板５１は、軸部材ＳＦに固定され、回転軸方向視で正三角形に形成された板状部材である。連結軸５２は、固定板５１に固着されており、回転軸方向に延在するように形成されている。連結軸５２は、回転軸方向視で固定板５１の正三角形の各頂点に１つずつ、計３つ設けられている。図１８においては、固定板５１の３つの頂点のうち図中上側の頂点に接続される連結軸５２及び図中下側の頂点に接続される連結軸５２は示されているが、固定板５１の図中上下方向の中央の頂点に接続される連結軸５２については、軸部材ＳＦの奥側に隠れた状態になっており、図示されていない。
【００７２】
各連結軸５２は、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３の連結穴６１内及び嵌合穴６４内を連通するように設けられている。連結軸５２の軸径は、嵌合穴６４の穴径と同一となるように形成されている。したがって、連結軸５２は、嵌合穴６４内を隙間なく貫通した状態になっている。このため、嵌合穴６４において連結軸５２と各伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３は固定された状態になっている。
【００７３】
本実施形態では、１本の連結軸５２が２つの伝達部材を固定している。例えば図１８の図中下側の連結軸５２は、伝達部材ＴＲ１の嵌合穴６４及び伝達部材ＴＲ２の嵌合穴６４を貫通している。このため、当該連結軸５２は、伝達部材ＴＲ１と伝達部材ＴＲ２とを固定していることになる。
【００７４】
例えば図１８の図中上側の連結軸５２は、伝達部材ＴＲ１の嵌合穴６４及び伝達部材ＴＲ３の嵌合穴６４を貫通している。このため、当該連結軸５２は、伝達部材ＴＲ１と伝達部材ＴＲ３とを固定していることになる。同様に、例えば図１８の図中軸部材ＳＦの奥側に設けられる連結軸５２（図１８において軸部材ＳＦに隠れている部分）は、伝達部材ＴＲ２と伝達部材ＴＲ３とを固定している。
【００７５】
これに対して、連結穴６１と連結軸５２との間は、隙間が形成された状態になっている。このため、連結穴６１において、各伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３は、当該隙間が形成される範囲内で移動可能になっている。隙間の寸法としては、例えば駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３の伸縮幅よりも十分に大きい寸法に設定されている。
【００７６】
図２０は、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３が伸長した状態を示す図である。
同図に示すように、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３が伸長することにより、駆動部ＡＣ１〜ＡＣ３の圧力が支持部６３を介して伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３の全体に伝達され、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３の足端部６５が分岐方向にそれぞれ広がるようになっている。伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３の足端部６５広がると、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３が円筒部材ＣＹの内面２０（図１８等参照）に沿って弾性変形しつつ当該内面２０を押圧するようになっている。
【００７７】
次に、図２１から図２３を参照して、上記のように構成されたモータ装置ＭＴＲ４の動作を説明する。図２１から図２３では、簡単化のため円筒部材ＣＹの図示を省略して示している。
図２１に示すように、例えば駆動部ＡＣ１を収縮させると共に、駆動部ＡＣ２及び駆動部ＡＣ３を伸長させた場合、図中上側の連結軸５２が上側に移動する。この動作により、伝達部材ＴＲ２の足端部６５及び伝達部材ＴＲ３の足端部６５が円筒部材ＣＹの内面に当接状態となる。
【００７８】
この状態から、図２２に示すように、駆動部ＡＣ３を収縮させると共に、駆動部ＡＣ１を伸長させた場合、図中上側の連結軸５２は、当該図中上側の連結穴６１に沿って反時計回りに回転する。この動作では、伝達部材ＴＲ２の足端部６５及び伝達部材ＴＲ３の足端部６５によって、円筒部材ＣＹに対して反時計回り方向への回転のトルクが伝達され、円筒部材ＣＹが反時計回りに回転する。また、図２２に示すように、当該駆動を行った場合、図中右側の連結軸５２が右側に移動する。このため、伝達部材ＴＲ３の足端部６５及び伝達部材ＴＲ１の足端部６５が円筒部材ＣＹの内面に当接状態となる。
【００７９】
この状態から、図２３に示すように、駆動部ＡＣ２を収縮させると共に、駆動部ＡＣ３を伸長させた場合、図中右側の連結軸５２は、当該図中右側の連結穴６１に沿って反時計回りに回転する。この動作では、伝達部材ＴＲ３の足端部６５及び伝達部材ＴＲ１の足端部６５によって、円筒部材ＣＹに対して反時計回りの方向への回転のトルクが伝達され、円筒部材ＣＹが反時計回りに回転する。また、図２３に示すように、当該駆動を行った場合、図中左側の連結軸５２が左側に移動する。このため、伝達部材ＴＲ１の足端部６５及び伝達部材ＴＲ２の足端部６５が円筒部材ＣＹの内面に当接状態となる。
【００８０】
このように、図２１〜図２３の動作を繰り返すことにより、円筒部材ＣＹを連続的に回転させることができる。なお、本実施形態においては、伝達部材ＴＲ１〜ＴＲ３の構成を弾性ヒンジとして形成したが、これに限られることは無く、例えば図２４に示すように、２つの部材をヒンジ部７０において回転可能に結合させる構成であっても構わない。
【００８１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態を説明する。本実施形態に係るモータ装置は、第１実施形態に係るモータ装置ＭＴＲと同一の構成要素を用いている。したがって、各構成要素の符号は第１実施形態と共通させて説明する。本実施形態では、円筒部材ＣＹを固定させ、軸部材ＳＦを回転させる点で、第１実施形態とは異なっている。
【００８２】
図２５及び図２６は、本実施形態の構成において、駆動部ＡＣを駆動させた場合の動作を説明するための図である。
図２５に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第１端部２２Ａ及び第２端部２２Ｂがそれぞれ外側に移動するように第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂを変形させる。この動作により、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａ側には押圧力Ｔ１が発生し、伝達部材ＢＴの第２端部２２Ｂ側には押圧力Ｔ２が発生する。したがって、伝達部材ＢＴに有効押圧力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。ここまでの動作は、第１実施形態と同様である。
【００８３】
次に、制御部ＣＯＮＴは、伝達部材ＢＴに有効押圧力を発生させた状態を保持しつつ、伝達部材ＢＴの第１端部２２Ａが外側に移動するように、かつ、第２端部２２Ｂが内側に移動するように第１電歪素子３２Ａ及び第２電歪素子３２Ｂを変形させる。この動作において、制御部ＣＯＮＴは、第１端部２２Ａの移動距離と第２端部２２Ｂの移動距離とを等しくさせる。この動作により、図２６に示すように、固定された円筒部材ＣＹとの間に摩擦力が発生しているため伝達部材ＢＴは移動せず、突出部１２の先端１２ｃの方が、変形による反作用によって、軸部材ＳＦを中心として図中時計回りに回転移動する。
【００８４】
このように、本実施形態では、円筒部材ＣＹを固定して軸部材ＳＦを固定させない構成とすることにより、上述の実施形態と比べて回転対象を変更させることができる。
なお、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、上述の第３実施形態のように三相構造にしてもよいし、上述の第４実施形態のような切り欠き部や連結穴などを有する構成としてもよい。
【００８５】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態を説明する。
本実施形態では、上記のモータ装置の適用例を説明する。
図２７は、モータ装置ＭＴＲを例えばロボットアームに適用させた構成を示す図である。
【００８６】
同図に示すように、モータ装置ＭＴＲがカップリングＣＰＬを介してロボットアームＡＲＭに接続されている。上記実施形態のモータ装置ＭＴＲは、小型で高トルクを出力可能であるため、ロボットアームＡＲＭを高精度に駆動させることができる。また、上記実施形態のモータ装置ＭＴＲは、ロボットの関節部分や工作機械の駆動部などにも応用することができる。
【００８７】
加えて、本実施形態においては、例えば円筒部材ＣＹの内部に配線７１などを配置させることができる。このように、円筒部材ＣＹを配線配管として用いることも可能である。
【００８８】
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、円筒部材ＣＹ及び軸部材ＳＦの回転軸方向に伝達部材ＢＴがずれるのを防ぐため、位置ずれ抑制部を設ける構成としても構わない。また、例えば第３実施形態のように伝達部材ＢＴを複数設ける場合、伝達部材ＢＴごとに円筒部材ＣＹの内径が異なるように形成されていても構わない。この構成によれば、伝達部材ＢＴごとにトルクの伝達を異ならせることができるため、幅広い駆動が可能となる。
【００８９】
上記実施形態では、円筒部材ＣＹの内面が平坦な構成を例に挙げて説明したが、これに限定されることは無く、例えば円筒部材ＣＹの内面に溝部として溝が形成されている構成としても構わない。また、上記実施形態では、伝達部材ＢＴの表面が平坦な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、例えば伝達部材ＢＴの表面に溝部として溝が形成されている構成としても構わない。上記の円筒部材ＣＹの内面に形成された溝と伝達部材ＢＴの表面に形成された溝とのうち少なくとも一方の溝により、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間に空気の流路が形成されることになるため、伝達部材ＢＴが円筒部材ＣＹに固着されるのを防ぐことができ、伝達部材ＢＴを円筒部材ＣＹに対して容易に着脱させることができる。また、上記のように溝を設けることで、回転時に発生する伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの擦れによる塵などを溝に入れることができ、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの間の摩擦力を一定にし、安定な回転を得ることができる。なお、例えば、円筒部材ＣＹの表面に溝部が設けられる方向は、特に限定されることは無く、ランダムな方向、円筒部材ＣＹの回転軸方向、や円筒部材ＣＹの円周方向、などでよい。
【００９０】
上記実施形態では、伝達部材ＢＴと円筒部材ＣＹとの少なくとも一部を係合させた状態を当接状態としてもよい。例えば、伝達部材ＢＴには凸部が設けられており、当該凸部と噛み合うように円筒部材ＣＹに凹部が設けられている。また、例えば、円筒部材ＣＹには凸部が設けられており、当該凸部と噛み合うように伝達部材ＢＴに凹部が設けられている。このように、凸部と凹部とを係合させることで回転力を伝達する構成であっても構わない。なお、例えば、円筒部材ＣＹに凸部が形成される方向は、特に限定されることは無く、ランダムな方向、円筒部材ＣＹの回転軸方向、や円筒部材ＣＹの円周方向、などでよい。ここで、本実施形態における係合とは、例えば、伝達部材ＢＴの凹部と円筒部材ＣＹの凸部とが噛み合うこと、伝達部材ＢＴの凹部と円筒部材ＣＹの凸部とが嵌め合うこと、伝達部材ＢＴの凹部と円筒部材ＣＹの凸部とが継なぎ合うこと、なども含むものであって、伝達部材ＢＴの凹部と円筒部材ＣＹの凸部とが完全に係合している必要はない。
【００９１】
上記実施形態では、伝達部材ＢＴが帯状に形成された例を説明したが、これに限られることは無く、例えば線状、鎖状に形成されていても構わない。
【００９２】
上記実施形態では、第１電歪素子３２Ａと第２電歪素子３２Ｂとの変位によって張力を制御できるので、駆動停止時においても保持トルクの制御が可能である。
【００９３】
上記実施形態では、伝達部材ＢＴを移動させる駆動部ＡＣが電歪素子を有する構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば移動部が電歪素子に代えて磁歪素子、電磁石、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）など、他のアクチュエータを用いる構成であっても構わない。例えば磁歪素子を用いた場合、推力を高くすることができる。電磁石を用いた場合は、高推力、長ストロークの駆動が可能である。ＶＣＭを用いた場合、長ストロークの駆動が可能であり、トルク制御が容易となる。
【００９４】
上記実施形態では、軸部材ＳＦを取り囲む第２部材として、円筒部材ＣＹを例に挙げて説明したが、円筒形状に限られず、伝達部材を当接状態にすることができる態様であれば他の形状であっても構わない。
【符号の説明】
【００９５】
ＭＴＲ、ＭＴＲ３、ＭＴＲ４…モータ装置 ＳＦ…軸部材 ＣＹ…円筒部材 ＢＴ、ＢＴ１〜ＢＴ３、ＴＲ１〜ＴＲ３…伝達部材 ＡＣ、ＡＣ１〜ＡＣ３…駆動部 ＣＯＮＴ…制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、
前記第１部材を取り囲んで設けられる第２部材と、
前記第１部材に接続され、前記第２部材の内面の少なくとも一部に対して当接状態及び離間状態とすることが可能に設けられた伝達部材と、
前記伝達部材に接続され、前記伝達部材を前記当接状態として前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方に回転力を付与する駆動部と
を備えることを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
前記第２部材と前記伝達部材との間を前記当接状態として前記伝達部材を一定距離移動させる駆動動作及び前記第２部材と前記伝達部材との間を前記離間状態として前記伝達部材を所定位置に移動させる復帰動作を前記駆動部に行わせる制御部
を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記第１部材は、軸部材であり、
前記第２部材は、回転子であり、
前記駆動部は、前記回転子に回転力を付与する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記軸部材は、前記回転子の回転軸上に設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ装置。
【請求項５】
前記回転子は、筒状に形成されている
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のモータ装置。
【請求項６】
前記駆動部は、電歪素子を有する
ことを特徴とする請求項３から請求項５のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項７】
前記伝達部材は、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
ことを特徴とする請求項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。
【請求項８】
前記伝達部材は、弾性変形可能に形成されている
ことを特徴とする請求項３から請求項７のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項９】
前記伝達部材は、弾性力によって前記駆動部を挟むように形成されている
ことを特徴とする請求項８に記載のモータ装置。
【請求項１０】
前記伝達部材は、導電性材料を含む
ことを特徴とする請求項３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、前記内面に形成される溝部を有する
ことを特徴とする請求項３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】
前記回転子は、前記伝達部材に対して回転軸方向上に位置ずれ抑制部を有する
ことを特徴とする請求項３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】
前記駆動部は、基準位置を挟む位置に設けられた一対の電歪素子を有し、
前記電歪素子は、それぞれ前記基準位置に対して互いに反対方向へ歪むように設けられ、
前記伝達部材の端部は、前記電歪素子の歪み方向の先端側に接続されている
ことを特徴とする請求項３から請求項１２のうちいずれか一項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一対の電歪素子を有し、
前記電歪素子により発生する力の方向と、前記内面の前記基準位置における接線方向とが、ほぼ一致した状態となっている
ことを特徴とする請求項３から請求項１２のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項１５】
前記軸部材は、回転軸方向に交差する方向に突出部を有し、
前記基準位置は、前記突出部上に設けられる
ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のモータ装置。
【請求項１６】
前記伝達部材は、複数設けられている
ことを特徴とする請求項３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】
前記駆動部は、複数の前記伝達部材ごとに設けられ、
複数の前記駆動部は、前記回転子の回転方向にずれた位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１６に記載のモータ装置。
【請求項１８】
前記回転子は、複数の前記伝達部材ごとに内径が異なっている
ことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載のモータ装置。
【請求項１９】
複数の前記駆動部は、前記回転子の回転方向に等角度でずれた位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１６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】
複数の前記伝達部材は、互いに接続されている
ことを特徴とする請求項１６から請求項１９のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２１】
前記当接状態は、前記伝達部材と前記内面との間に摩擦力を生じさせた状態である
ことを特徴とする請求項３から請求項２０のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２２】
前記離間状態は、前記伝達部材と前記内面との間に摩擦力が生じていない状態である
ことを特徴とする請求項３から請求項２１のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２３】
前記第１部材は、軸部材であり、
前記第２部材は、固定子であり、
前記駆動部は、前記軸部材に回転力を付与する
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
【請求項２４】
前記固定子は、筒状に形成されている
ことを特徴とする請求項２３に記載のモータ装置。
【請求項２５】
前記駆動部は、電歪素子を有する
ことを特徴とする請求項２３又は請求項２４に記載のモータ装置。
【請求項２６】
前記伝達部材は、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
ことを特徴とする請求項２３から請求項２５のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２７】
前記伝達部材は、弾性変形可能に形成されている
ことを特徴とする請求項２３から請求項２６のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２８】
前記伝達部材は、導電性材料を含む
ことを特徴とする請求項２３から請求項２７のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２９】
前記固定子は、前記内面に形成される溝部を有する
ことを特徴とする請求項２３から請求項２８のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３０】
前記固定子は、前記伝達部材に対して回転軸方向上に位置ずれ抑制部を有する
ことを特徴とする請求項２３から請求項２９のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３１】
前記駆動部は、基準位置を挟む位置に設けられた一対の電歪素子を有し、
前記電歪素子は、それぞれ前記基準位置に対して互いに反対方向へ歪むように設けられ、
前記伝達部材の端部は、前記電歪素子の歪み方向の先端側に接続されている
ことを特徴とする請求項２３から請求項３０のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３２】
前記駆動部は、基準位置を挟む位置に設けられた一対の電歪素子を有し、
前記電歪素子により発生する力の方向と、前記内面の前記基準位置における接線方向とが、ほぼ一致した状態となっている
ことを特徴とする請求項２３から請求項３０のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３３】
前記軸部材は、回転軸方向に交差する方向に突出部を有し、
前記基準位置は、前記突出部上に設けられる
ことを特徴とする請求項３１又は請求項３２に記載のモータ装置。
【請求項３４】
前記伝達部材は、複数設けられている
ことを特徴とする請求項２３から請求項３３のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３５】
前記駆動部は、複数の前記伝達部材ごとに設けられ、
複数の前記駆動部は、前記軸部材の回転方向にずれた位置に配置されている
ことを特徴とする請求項３４に記載のモータ装置。
【請求項３６】
前記軸部材は、複数の前記伝達部材ごとに異なる径を有する
ことを特徴とする請求項３５に記載のモータ装置。
【請求項３７】
複数の前記駆動部は、前記軸部材の回転方向に等角度でずれた位置に配置されている
ことを特徴とする請求項３５又は請求項３６のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３８】
前記当接状態は、前記伝達部材と前記固定子の前記内面との間に摩擦力を生じさせた状態である
ことを特徴とする請求項３３から請求項３７のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３９】
前記離間状態は、前記伝達部材と前記固定子の前記内面との間に摩擦力が生じていない状態である
ことを特徴とする請求項２３から請求項３８のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項４０】
軸部材に接続された伝達部材を、前記軸部材を取り囲んで設けられる回転子の内面の少なくとも一部に対して当接状態として前記回転子に回転力を付与する駆動ステップと、
前記伝達部材を前記回転子の前記内面に対して離間状態として前記伝達部材を所定の位置に移動させる復帰ステップと
を含むことを特徴とする回転子の駆動方法。
【請求項４１】
軸部材に接続された伝達部材を、前記軸部材を取り囲んで設けられる固定子の内面の少なくとも一部に対して当接状態として前記軸部材に回転力を付与する駆動ステップと、
前記伝達部材を前記固定子の前記内面に対して離間状態として前記伝達部材を所定の位置に移動させる復帰ステップと
を含むことを特徴とする軸部材の駆動方法。
【請求項１】
第１部材と、
前記第１部材を取り囲んで設けられる第２部材と、
前記第１部材に接続され、前記第２部材の内面の少なくとも一部に対して当接状態及び離間状態とすることが可能に設けられた伝達部材と、
前記伝達部材に接続され、前記伝達部材を前記当接状態として前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方に回転力を付与する駆動部と
を備えることを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
前記第２部材と前記伝達部材との間を前記当接状態として前記伝達部材を一定距離移動させる駆動動作及び前記第２部材と前記伝達部材との間を前記離間状態として前記伝達部材を所定位置に移動させる復帰動作を前記駆動部に行わせる制御部
を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記第１部材は、軸部材であり、
前記第２部材は、回転子であり、
前記駆動部は、前記回転子に回転力を付与する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記軸部材は、前記回転子の回転軸上に設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ装置。
【請求項５】
前記回転子は、筒状に形成されている
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のモータ装置。
【請求項６】
前記駆動部は、電歪素子を有する
ことを特徴とする請求項３から請求項５のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項７】
前記伝達部材は、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
ことを特徴とする請求項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。
【請求項８】
前記伝達部材は、弾性変形可能に形成されている
ことを特徴とする請求項３から請求項７のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項９】
前記伝達部材は、弾性力によって前記駆動部を挟むように形成されている
ことを特徴とする請求項８に記載のモータ装置。
【請求項１０】
前記伝達部材は、導電性材料を含む
ことを特徴とする請求項３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、前記内面に形成される溝部を有する
ことを特徴とする請求項３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】
前記回転子は、前記伝達部材に対して回転軸方向上に位置ずれ抑制部を有する
ことを特徴とする請求項３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】
前記駆動部は、基準位置を挟む位置に設けられた一対の電歪素子を有し、
前記電歪素子は、それぞれ前記基準位置に対して互いに反対方向へ歪むように設けられ、
前記伝達部材の端部は、前記電歪素子の歪み方向の先端側に接続されている
ことを特徴とする請求項３から請求項１２のうちいずれか一項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一対の電歪素子を有し、
前記電歪素子により発生する力の方向と、前記内面の前記基準位置における接線方向とが、ほぼ一致した状態となっている
ことを特徴とする請求項３から請求項１２のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項１５】
前記軸部材は、回転軸方向に交差する方向に突出部を有し、
前記基準位置は、前記突出部上に設けられる
ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のモータ装置。
【請求項１６】
前記伝達部材は、複数設けられている
ことを特徴とする請求項３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】
前記駆動部は、複数の前記伝達部材ごとに設けられ、
複数の前記駆動部は、前記回転子の回転方向にずれた位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１６に記載のモータ装置。
【請求項１８】
前記回転子は、複数の前記伝達部材ごとに内径が異なっている
ことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載のモータ装置。
【請求項１９】
複数の前記駆動部は、前記回転子の回転方向に等角度でずれた位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１６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】
複数の前記伝達部材は、互いに接続されている
ことを特徴とする請求項１６から請求項１９のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２１】
前記当接状態は、前記伝達部材と前記内面との間に摩擦力を生じさせた状態である
ことを特徴とする請求項３から請求項２０のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２２】
前記離間状態は、前記伝達部材と前記内面との間に摩擦力が生じていない状態である
ことを特徴とする請求項３から請求項２１のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２３】
前記第１部材は、軸部材であり、
前記第２部材は、固定子であり、
前記駆動部は、前記軸部材に回転力を付与する
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
【請求項２４】
前記固定子は、筒状に形成されている
ことを特徴とする請求項２３に記載のモータ装置。
【請求項２５】
前記駆動部は、電歪素子を有する
ことを特徴とする請求項２３又は請求項２４に記載のモータ装置。
【請求項２６】
前記伝達部材は、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
ことを特徴とする請求項２３から請求項２５のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２７】
前記伝達部材は、弾性変形可能に形成されている
ことを特徴とする請求項２３から請求項２６のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２８】
前記伝達部材は、導電性材料を含む
ことを特徴とする請求項２３から請求項２７のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項２９】
前記固定子は、前記内面に形成される溝部を有する
ことを特徴とする請求項２３から請求項２８のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３０】
前記固定子は、前記伝達部材に対して回転軸方向上に位置ずれ抑制部を有する
ことを特徴とする請求項２３から請求項２９のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３１】
前記駆動部は、基準位置を挟む位置に設けられた一対の電歪素子を有し、
前記電歪素子は、それぞれ前記基準位置に対して互いに反対方向へ歪むように設けられ、
前記伝達部材の端部は、前記電歪素子の歪み方向の先端側に接続されている
ことを特徴とする請求項２３から請求項３０のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３２】
前記駆動部は、基準位置を挟む位置に設けられた一対の電歪素子を有し、
前記電歪素子により発生する力の方向と、前記内面の前記基準位置における接線方向とが、ほぼ一致した状態となっている
ことを特徴とする請求項２３から請求項３０のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３３】
前記軸部材は、回転軸方向に交差する方向に突出部を有し、
前記基準位置は、前記突出部上に設けられる
ことを特徴とする請求項３１又は請求項３２に記載のモータ装置。
【請求項３４】
前記伝達部材は、複数設けられている
ことを特徴とする請求項２３から請求項３３のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３５】
前記駆動部は、複数の前記伝達部材ごとに設けられ、
複数の前記駆動部は、前記軸部材の回転方向にずれた位置に配置されている
ことを特徴とする請求項３４に記載のモータ装置。
【請求項３６】
前記軸部材は、複数の前記伝達部材ごとに異なる径を有する
ことを特徴とする請求項３５に記載のモータ装置。
【請求項３７】
複数の前記駆動部は、前記軸部材の回転方向に等角度でずれた位置に配置されている
ことを特徴とする請求項３５又は請求項３６のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３８】
前記当接状態は、前記伝達部材と前記固定子の前記内面との間に摩擦力を生じさせた状態である
ことを特徴とする請求項３３から請求項３７のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項３９】
前記離間状態は、前記伝達部材と前記固定子の前記内面との間に摩擦力が生じていない状態である
ことを特徴とする請求項２３から請求項３８のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項４０】
軸部材に接続された伝達部材を、前記軸部材を取り囲んで設けられる回転子の内面の少なくとも一部に対して当接状態として前記回転子に回転力を付与する駆動ステップと、
前記伝達部材を前記回転子の前記内面に対して離間状態として前記伝達部材を所定の位置に移動させる復帰ステップと
を含むことを特徴とする回転子の駆動方法。
【請求項４１】
軸部材に接続された伝達部材を、前記軸部材を取り囲んで設けられる固定子の内面の少なくとも一部に対して当接状態として前記軸部材に回転力を付与する駆動ステップと、
前記伝達部材を前記固定子の前記内面に対して離間状態として前記伝達部材を所定の位置に移動させる復帰ステップと
を含むことを特徴とする軸部材の駆動方法。
【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２７】
【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２７】
【公開番号】特開２０１０−２５９１８２（Ｐ２０１０−２５９１８２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０４９２８（Ｐ２００９−１０４９２８）
【出願日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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