JP2012200050A - Motor device and robot apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ装置及びロボット装置に関する。 The present invention relates to a motor device and a robot device.
例えば超音波モータのようなモータ装置として、縦振動モードと捩り振動モードとを組み合わせた複合振動型の超音波モータ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このモータ装置においては、動力源用振動子(捩れ振動子)と動力伝達用振動子(縦振動子)を持つ固定子と、回転出力を取り出す回転子とが摩擦面を介して接触する構成となっている。 For example, as a motor device such as an ultrasonic motor, a composite vibration type ultrasonic motor device combining a longitudinal vibration mode and a torsional vibration mode is known (for example, see Patent Document 1). In this motor device, a stator having a power source vibrator (torsional vibrator) and a power transmission vibrator (longitudinal vibrator), and a rotor for extracting rotational output are in contact via a friction surface. It has become.
また、例えば、モータ装置の出力トルクを大きくするためには、摩擦力を大きくする必要があり、できるだけ摩擦係数の大きな材料を摩擦面に用いることが好ましい。一方で、摩擦係数が大きい材料は、磨耗も大きく、モータの寿命が短くなるという問題がある。そこで、摩擦面を加圧するばね力を大きくすることによって大トルク化を達成する技術が提案されている。 Further, for example, in order to increase the output torque of the motor device, it is necessary to increase the frictional force, and it is preferable to use a material having a friction coefficient as large as possible for the friction surface. On the other hand, a material having a large coefficient of friction has a problem that the wear is great and the life of the motor is shortened. Therefore, a technique has been proposed in which a large torque is achieved by increasing the spring force for pressurizing the friction surface.
しかしながら、摩擦力を断続的に発生させるためには、回転子の質量と縦振動加速度の積で決まる慣性力が、ばねによる加圧力を上回る必要がある。このような条件を満たすには、縦振動子を大きくし、かつ回転子を重くする必要があるため、モータ全体が大きくなってしまうという問題があった。 However, in order to generate the frictional force intermittently, the inertial force determined by the product of the mass of the rotor and the longitudinal vibration acceleration needs to exceed the pressure applied by the spring. In order to satisfy these conditions, it is necessary to enlarge the longitudinal vibrator and make the rotor heavier, so that there is a problem that the entire motor becomes large.
上記のような事情に鑑み、本発明は、高トルクの出力が可能なモータ装置及びロボット装置を提供することを目的とする。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a motor device and a robot device capable of outputting high torque.
本発明の第一の態様に従えば、回転可能に設けられた回転子と、直線方向に振動する第一振動部を有し、当該第一振動部の振動方向を回転子の軸周りの方向に変換して捩れ振動を発生させる駆動用振動部と、所定方向に振動する第二振動部を有し、当該第二振動部の振動により回転子と駆動用振動部との回転力伝達状態及び回転力伝達状態解除を切り替える伝達用振動部と、捩れ振動が回転子に伝達されるように第一振動部及び第二振動部を制御する制御部とを備えるモータ装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the rotor includes a rotatable rotor and a first vibrating portion that vibrates in a linear direction, and the vibration direction of the first vibrating portion is a direction around the axis of the rotor. A driving vibration unit that generates torsional vibration by converting to a second vibration unit that vibrates in a predetermined direction, and a rotational force transmission state between the rotor and the driving vibration unit by vibration of the second vibration unit; A motor device is provided that includes a transmission vibration unit that switches a rotational force transmission state release, and a control unit that controls the first vibration unit and the second vibration unit so that torsional vibration is transmitted to the rotor.
本発明の第二の態様に従えば、回転可能に設けられた軸部材と、当該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、本発明の第一の態様に従うモータ装置が用いられていることを特徴とするロボット装置が提供される。 According to the second aspect of the present invention, a shaft member provided rotatably and a motor device that rotates the shaft member are provided, and the motor device according to the first aspect of the present invention is used as the motor device. The robot apparatus characterized by being provided is provided.
本発明の態様によれば、高トルクの出力が可能なモータ装置及びロボット装置を提供することができる。 According to the aspect of the present invention, it is possible to provide a motor device and a robot device capable of outputting high torque.
以下、本発明に係るモータ装置の第1実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下の説明においては、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。本実施形態では、モータ装置の回転軸方向(及び当該回転軸方向に平行な方向)をZ軸方向とし、当該Z軸方向に直交する水平面内の所定方向をX軸方向、水平面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向とする。また、モータ装置の回転方向、すなわち、Z軸まわりの回転方向をθZ方向とする。 Hereinafter, although 1st Embodiment of the motor apparatus which concerns on this invention is described, referring drawings, this invention is not limited to this. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. In the present embodiment, the rotation axis direction of the motor device (and the direction parallel to the rotation axis direction) is the Z-axis direction, the predetermined direction in the horizontal plane orthogonal to the Z-axis direction is the X-axis direction, and the X-axis in the horizontal plane A direction orthogonal to the direction is defined as a Y-axis direction. The rotation direction of the motor device, that is, the rotation direction around the Z axis is defined as the θZ direction.
図1は、本実施形態に係るモータ装置100の構成を示す斜視図である。
図1に示すように、モータ装置100は、回転子2、駆動用振動部3、伝達用振動部4、保持部5及び制御部CONTを有している。モータ装置100は、保持部5により、回転子2、駆動用振動部3及び伝達用振動部4がZ方向に一列に並んだ状態で保持されている。回転子2及び駆動用振動部3は、それぞれ外形が筒状に形成されている。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of a
As illustrated in FIG. 1, the
回転子2は、モータ装置100のZ方向のほぼ中央に配置されており、平面視で環状に形成されている。回転子2の外周面には歯車2aが形成されている。歯車2aは、外部機構に接続される。
The
伝達用振動部4は、回転子2の−Z側に配置されている。伝達用振動部4は、それぞれ一つ又は複数(例、積層)の縦振動用素子41を有している。このような縦振動用素子41としては、電圧を印加することによって振動する電気機械変換素子が用いられている。縦振動用素子41は、回転子2の回転軸方向(Z方向)に振動するように形成されている。
The transmission vibration part 4 is disposed on the −Z side of the
伝達用振動部4の−Z側の面は、例えば不図示の接着剤などを介して駆動用振動部3の+Z側の面(振動面3a)に接着されている。また、伝達用振動部4の+Z側の面は、不図示の接着剤などを介して摩擦板(第一介挿部材)6に接着されている。したがって、伝達用振動部4は、駆動用振動部3及び摩擦板6と一体的に形成されている。摩擦板6は、円筒状に形成されており、回転子2の−Z側の面に当接される。
The surface on the −Z side of the transmission vibration portion 4 is bonded to the surface on the + Z side (
保持部5は、ベース50、ヘッド部51、軸部52及び押圧部(押圧機構)53を有している。ベース50は、外形が矩形の板状に形成されている。軸部52は、ベース50に固定されており、外形がボルト状に形成されている。ヘッド部51は、外形がナット状に形成されており、軸部52に螺合されている。ヘッド部51は、軸部52の+Z側の端部に配置されており、回転子2を+Z側から支持する。軸部52は、ベース50からヘッド部51まで+Z方向に向けて駆動用振動部3、伝達用振動部4、摩擦板6及び回転子2を貫通して設けられている。
The
押圧部53は、ヘッド部51と回転子2との間に配置されている。押圧部53は、ヘッド部51から回転子2へ−Z方向の力を加える。押圧部53によって回転子2を−Z側へ押圧することで、当該回転子2の−Z側の面と、摩擦板6の+Z側の面との間で生じる摩擦力が高められるようになっている。
The
駆動用振動部3は、ベース50上に配置された駆動基板30を有している。
図2は、駆動用振動部3の構成を示す断面図である。
図2に示すように、駆動基板30は、Z方向視で矩形に形成されている。駆動基板30のXY方向の中央部には、Z方向視で円形の貫通穴30aが形成されている。当該貫通穴30aには、軸部52が配置される。したがって、駆動基板30のXY方向の中心は、回転子2の回転の中心軸上に設けられる。貫通穴30aは、軸部52の径とほぼ等しい径となるように形成されている。また、貫通穴30aの内周面及び軸部52の外周面は、摩擦が抑制されるように滑らかな面に形成されている。
The
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
駆動基板30には、第一振動部と、変換部37及び38と、可動部39とが形成されている。また、本実施形態における第一振動部は、振動部31及び振動部32を有する。駆動基板30の一の角部に振動部31が配置されており、当該一の角部と対向する角部に振動部32が配置されている。また、駆動基板30には、ベース部30bが設けられている。振動部31、振動部32、変換部37、変換部38及び可動部39と、ベース部30bとの間は、隙間30c及び30dを介して隔てられている。
A first vibration part,
振動部31は、捩れ振動用素子33及びハウジング35を有している。捩れ振動用素子33は、ハウジング35に収容されている。捩れ振動用素子33は、直線方向(例、X方向)に平行に振動するように形成されている。捩れ振動用素子33としては、電極33aと電極33bとの間に電圧を印加することによって振動する電気機械変換素子(例、ピエゾなどの圧電素子等)が用いられている。捩れ振動用素子33は、例えばすべりモードの圧電素子が用いられている。
The
振動部32は、捩れ振動用素子34及びハウジング36を有している。捩れ振動用素子34は、ハウジング36に収容されている。捩れ振動用素子34は、X方向に平行に振動するように形成されている。捩れ振動用素子34は、上記の捩れ振動用素子33と同一の素子、すなわち、電極34aと電極34bとの間に電圧を印加することによって振動する電気機械変換素子(例、ピエゾなどの圧電素子等)が用いられている。
The
振動部31及び振動部32は、駆動基板30の貫通穴30aの中心部を基準として軸対称の位置に配置されている。したがって、振動部31及び振動部32は、回転子2の回転軸に対して軸対称の位置に配置されていることになる。
The
ハウジング35は、支持部35aと、接着部35bと、接続部35cとを有している。支持部35aは、ベース部30bに接続されており、捩れ振動用素子33の−X側の端部33cを支持する。支持部35aは、捩れ振動用素子33の端部33cのX方向上の位置を固定する。接着部35bは、支持部35aと捩れ振動用素子33の端部33cとを接着固定する。このため、捩れ振動用素子33は、+X側の端部33dが+X方向及び−X方向に移動する。接続部35cは、可動部39に接続される。
The
ハウジング36は、支持部36aと、接着部36bと、接続部36cとを有している。支持部36aは、ベース部30bに接続されており、捩れ振動用素子34の+X側の端部34cを支持する。支持部35aは、捩れ振動用素子34の端部34cのX方向上の位置を固定する。接着部36bは、支持部36aと捩れ振動用素子34の端部34cとを接着固定する。このため、捩れ振動用素子34は、−X側の端部34dが−X方向及び+X方向に移動する。接続部36cは、可動部39に接続される。
The
変換部37は、接続部35cと可動部39との間にフレクシャ形に形成されている。変換部37と捩れ振動用素子33の端部33dとは、X方向に平行な一直線上に配置されている。したがって、捩れ振動用素子33の伸縮による力は、変換部37に対してX方向に平行な方向の力として作用する。変換部37は、接続部35c及び可動部39の他の部分に比べてY方向の寸法が小さく形成されている。すなわち、Y方向にくびれた形状に形成されている。このため、変換部37は、Y方向に弾性変形可能である。
The
変換部38は、接続部36cと可動部39との間にフレクシャ形に形成されている。変換部38と捩れ振動用素子34の端部34dとは、X方向に平行な一直線上に配置されている。したがって、捩れ振動用素子34の伸縮による力は、変換部38に対してX方向に平行な方向の力として作用する。変換部38は、接続部36c及び可動部39の他の部分に比べてY方向の寸法が小さく形成されている。すなわち、Y方向にくびれた形状に形成されている。このため、変換部38は、Y方向に弾性変形可能である。
The
変換部37及び変換部38は、貫通穴30aの中心部を基準として軸対称の位置に配置されている。したがって、変換部37及び変換部38は、回転子2の回転軸に対して軸対称の位置に配置されていることになる。
The
可動部39は、駆動基板30のうちX方向及びY方向の中央に設けられている。可動部39は、軸部52の周囲を囲んでいる。可動部39のうち+Y側の端部39aは、変換部37を介して接続部35cに接続されている。可動部39は、可動部39のうち−Y側の端部39bは、変換部38を介して接続部36cに接続されている。可動部39、変換部37及び変換部38は、駆動基板30の一部分である。このため、これら可動部39、変換部37及び変換部38は、一部材で形成されている。可動部39は、+Z側の面が伝達用振動部4の縦振動用素子(第二振動部)41に接着されている。
The
上記構成において、振動部31の捩れ振動用素子33が+X方向に伸長すると、接続部35cが隙間30cを+X方向に移動する。この移動により、接続部35cを介して変換部37に対して+X方向の力が作用し、可動部39の+Y側の端部39aが+X側に押される。一方、可動部39は、軸部52によってX方向及びY方向の移動が規制されるため、可動部39の+Y側の端部39aは軸部52の外周に沿って−Z方向視で時計回りに移動しようとする。このとき、本実施形態では、接続部35cと可動部39との間に設けられた変換部37が−Y側に変形するため、可動部39の+Y側端部39aが−Z方向視で時計回りに移動しやすくなる。
In the above configuration, when the
同様に、振動部32の捩れ振動用素子34が−X方向に伸長すると、接続部36cが隙間30dを−X方向に移動する。この移動により、接続部36cを介して変換部38に対して−X方向の力が作用し、可動部39の−Y側の端部39bが−X側に押される。一方、可動部39は、軸部52によってX方向及びY方向の移動が規制されるため、可動部39の−Y側の端部39bは軸部52の外周に沿って−Z方向視で時計回りに移動しようとする。このとき、本実施形態では、接続部36cと可動部39との間に設けられた変換部38が+Y側に変形するため、可動部39の−Y側端部39bが−Z方向視で時計回りに移動しやすくなる。
Similarly, when the
したがって、捩れ振動用素子33が+X方向に伸長すると共に、捩れ振動用素子34が−X方向に伸長する場合、図3に示すように、可動部39が軸部52を中心として−Z方向視で時計回りに回動した状態となる。可動部39は、+Y側の端部39aが隙間30cを移動してベース部30bに当接し、−Y側の端部39bが隙間30dを移動してベース部30bに当接するまで回動する。可動部39のうち+Y側端部39aによるθZ方向への移動、−Y側端部39bによるθZ方向への移動がスムーズに行われるため、可動部39の回動により、θZ方向への強い回転力が得られる。このように、変換部37及び38は、X方向の振動をθZ方向に変換する働きを有している。
Accordingly, when the
図1に戻って、制御部CONTは、駆動用振動部3及び伝達用振動部4に電気的に接続されている。制御部CONTは、駆動用振動部3及び伝達用振動部4に対して電気信号を供給し、各々の振動を制御する。制御部CONTは、駆動用振動部3及び伝達用振動部4の変位による振動がθZ方向の回転運動として回転子2に伝達されるように駆動用振動部3及び伝達用振動部4を制御する。
Returning to FIG. 1, the control unit CONT is electrically connected to the driving
図4は、制御部CONTによって駆動用振動部3及び伝達用振動部4に供給される電気信号を示すグラフである。図4(a)は駆動用振動部3についてのグラフであり、図4(b)は伝達用振動部4についてのグラフである。各グラフの縦軸は電気信号の電圧の大きさを示しており、横軸は時刻を示している。
FIG. 4 is a graph showing electrical signals supplied to the driving
図4(a)に示すように、駆動用振動部3は、電圧の値を正の値にすると、捩れ振動用素子33及び34が伸長し、可動部39が図2の+Z方向視で時計回りに回動する。電圧の値を大きくするほど、可動部39の回動量が大きくなる。また、駆動用振動部3は、電圧の値を負の値にすると、捩れ振動用素子33及び34が収縮し、可動部39が図2の+Z方向視で反時計回りに回動する。電圧の値を小さくする(絶対値を大きくする)ほど、可動部39の回動量が大きくなる。
As shown in FIG. 4A, in the driving
図4(b)に示すように、伝達用振動部4は、電圧の値を大きくするほどZ方向に伸長し、電圧の値を小さくするほどZ方向に収縮する。伝達用振動部4を伸長させることで摩擦板6を+Z側へ移動させ、伝達用振動部4を収縮させることで摩擦板6を−Z側へ移動させる。伝達用振動部4が伸長した状態において、回転子2と摩擦板6とが接触するようになっている。回転子2と摩擦板6とが接触することで、回転子2と駆動用振動部3とが回転力伝達状態となり、駆動用振動部3の振動が回転子2に伝達可能な状態となる。なお、回転子2と摩擦板6とが接触して押圧状態となることで、回転子2と駆動用振動部3とが回転力伝達状態となり、駆動用振動部3の振動が回転子2に伝達可能な状態となる構成にしてもよい。
As shown in FIG. 4B, the transmission vibration unit 4 expands in the Z direction as the voltage value increases, and contracts in the Z direction as the voltage value decreases. The
また伝達用振動部4が収縮した状態において、回転子2と摩擦板6とが離れるようになっている。回転子2と摩擦板6とが離れることで、回転子2と駆動用振動部3との回転力伝達状態が解除され、駆動用振動部3の振動が回転子2に伝達されない状態となる。なお、回転子2と摩擦板6との押圧状態が解除されることで、回転子2と駆動用振動部3との回転力伝達状態が解除され、駆動用振動部3の振動が回転子2に伝達されない状態となる構成としてもよい。
Further, the
図4(a)及び図4(b)に示すように、本実施形態では、制御部CONTにより、駆動用振動部3の位相と、伝達用振動部4の位相とが90°(π/2)ずれるように制御されている。これにより、駆動用振動部3のうち捩れ振動用素子33及び34が最も収縮した状態から最も伸長した状態までの、大きな移動距離を有する振動が回転子2に伝達されることになる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, in the present embodiment, the control unit CONT causes the phase of the driving
以上のように、本実施形態によれば、回転可能に設けられた回転子2と、直線方向に振動する捩れ振動用素子33及び34を有し、当該捩れ振動用素子33及び34の振動方向を回転子2の軸周りの方向に変換して捩れ振動を発生させる駆動用振動部3と、Z方向に振動する縦振動用素子41を有し、当該縦振動用素子41の振動により回転子2と駆動用振動部3との回転力伝達状態及び回転力伝達状態解除を切り替える伝達用振動部4と、捩れ振動が回転子2に伝達されるように捩れ振動用素子33及び34及び縦振動用素子41を制御する制御部CONTと、を備えることとしたので、回転子2の軸周り方向に強い駆動力を供給することができる。これにより、小型で高トルクの出力が可能なモータ装置100を提供することができる。また、本実施形態によれば、低コストで簡易な構成のモータ装置100を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図5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5に示すように、本実施形態に係るモータ装置200は、駆動用振動部203の構成が第一実施形態とは異なるため、当該相違点を中心に説明する。駆動用振動部203以外の構成は、第一実施形態と同一の構成とすることができる。以下、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略あるいは簡略化する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of the
図6は、駆動用振動部203の構成を示す断面図である。
図5及び図6に示すように、保持部205のベース250は、Z方向視で円形に形成されている。ベース250の中心は、軸部52の中心軸上に設けられている。駆動用振動部203は、例えば、ベース250上に配置された3つの振動部(第一振動部)231を有している。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the driving
As shown in FIGS. 5 and 6, the
各振動部231は、ベース250の円周方向に120°ずつずれた位置に配置されている。各振動部231は、ベース250上に固定された捩れ振動用素子233を有している。捩れ振動用素子233は、−Z側端部から+Z側端部に向けてベース250の接線方向に傾くように変形する。例えば、各捩れ振動用素子233は、−Z方向視で反時計回りに沿った直線方向に傾くように変形する。
Each vibrating
捩れ振動用素子233上には、移動部235が設けられている。移動部235は、捩れ振動用素子233の+Z側の面の移動と一体的に移動可能である。移動部235は、変換部237を介して可動部239に接続されている。変換部237は、上記第一実施形態と同様に、フレクシャ形に形成されており、X方向及びY方向に弾性変形可能に形成されている。変換部237は、捩れ振動用素子233の+Z側に配置されている。したがって、変換部237は、捩れ振動用素子233の変形方向上からずれた位置に配置されている。
A moving
可動部239は、ベース250のX方向及びY方向の中央に設けられている。可動部239は、軸部52の周囲を囲んでいる。可動部239は、Z方向視で略三角形に形成されている。可動部239の3つの頂点は、それぞれ3つの変換部237を介して各移動部235に接続されている。可動部239は、+Z側の面が伝達用振動部4の縦振動用素子41に接着されている。
The
図7は、図6に示す状態から、各捩れ振動用素子233が−Z方向視で反時計回りに沿った直線方向にそれぞれ変形した状態を示す図である。
図7に示すように、各捩れ振動用素子233が−Z方向視で反時計回りに沿った直線方向にそれぞれ変形することにより、移動部235が捩れ振動用素子233の+Z側の面と一体的に移動する。例えば、3つの振動部231のうち図7の上側に配置された振動部231においては、移動部235が−X方向に移動し、当該移動に伴って変換部237が−X方向に引っ張られるように移動する。
FIG. 7 is a diagram showing a state in which each
As shown in FIG. 7, each
この移動により、可動部239の一の角部239aが−X側に引っ張られる。一方、可動部239は、軸部52によってX方向及びY方向の移動が規制されるため、可動部239の角部239aは軸部52の外周に沿って−Z方向視で反時計回りに移動しようとする。このとき、本実施形態では、変換部237が−Y側に弾性変形するため、可動部239の角部239aが−Z方向視で反時計回りに移動しやすくなる。可動部239の他の角部239b及び239cについても同様である。
By this movement, one
したがって、各捩れ振動用素子233が変形すると、図7に示すように、可動部239が軸部52を中心として−Z方向視で反時計回りに回動した状態となる。このように、可動部239において、角部239a〜239cによるθZ方向への移動がスムーズに行われるため、可動部239の回動によってθZ方向への強い回転力が得られる。これにより、小型で高トルクの出力が可能なモータ装置200を提供することができる。また、本実施形態によれば、低コストで簡易な構成のモータ装置200を提供することができる。
Therefore, when each
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態を説明する。
図8は、本実施形態に係るモータ装置300の全体構成を示す模式図である。
図8に示すように、モータ装置300は、回転子302、駆動用振動部303、伝達用振動部304、保持部305及び制御部CONTを有している。保持部305は、ベース部351、ベアリング部352及びケーシング部353を有している。ベース部351には、駆動用振動部303が固定されている。ベアリング部352により、回転子302が回転可能に支持されている。ケーシング部353により、回転子302の一部と、駆動用振動部303と、伝達用振動部304とが収容されている。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of the
As shown in FIG. 8, the
図9には、モータ装置300のうち保持部305を除いた構成が示されている。
図9に示すように、回転子302、伝達用振動部304及び駆動用振動部303は、円柱状又は円筒状に形成されており、この順で−Z方向に向けて並んで配置されている。
FIG. 9 shows a configuration in which the
As shown in FIG. 9, the
制御部CONTは、駆動用振動部303及び伝達用振動部304に電気的に接続されている。制御部CONTは、駆動用振動部303及び伝達用振動部304に対して電気信号を供給し、各々の振動を制御する。制御部CONTは、駆動用振動部303及び伝達用振動部304の変位による振動がθZ方向の回転運動として回転子302に伝達されるように駆動用振動部303及び伝達用振動部304を制御する。
The control unit CONT is electrically connected to the driving
図10は、回転子302の構成を示す斜視図である。
図10に示すように、回転子302は、回転軸321、回転板322及びベルト部323を有している。回転軸321は、円柱状に形成されており、ベアリング部352からケーシング部353の外部に突出する部分である。回転軸321には、例えば不図示のギアなどが取り付けられる。
FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the
As shown in FIG. 10, the
回転板322は、円板状に形成されており、回転軸321と一体的に形成されている。回転板322は、当該回転板322の中心が回転軸321の中心軸上に位置するように設けられている。回転板322は、回転軸321とは反対側の面322aに凹部322bを有している。凹部322bは、回転板322の中心に配置されている。
The
ベルト部323は、回転板322の外周に沿って円筒状に配置されている。ベルト部323は回転板322に固定されており、回転板322と一体的に回転可能に設けられている。
The
図11(a)及び図11(b)は、回転子302及び伝達用振動部304の構成を示す断面図である。
図11(a)及び図11(b)に示すように、伝達用振動部304は、一つの円柱が中心軸を通る平面で二つに切断された形状の半円柱部材341及び342を有している。半円柱部材341には、円弧部分341aが形成されている。半円柱部材342には、円弧部分342aが形成されている。円弧部分341a及び342aの曲率は、ベルト部323の内周の曲率と等しくなるように形成されている。
FIG. 11A and FIG. 11B are cross-sectional views illustrating configurations of the
As shown in FIGS. 11A and 11B, the
半円柱部材341及び342は、互いに対向する対向面341b及び342bを有している。対向面341bには、凹部341cが形成されている。対向面342bには、凹部342cが形成されている。凹部341c及び凹部342cによって形成される空間には、圧電振動子(第二振動部)343が配置されている。圧電振動子343は、電圧を印加することにより、直線方向(例、図中Y方向)に伸縮する。圧電振動子343のY方向上の両端部は、半円柱部材341及び342に接着されている。半円柱部材341及び342は、圧電振動子343の伸縮方向に当該圧電振動子343を挟んで配置されている。
The
半円柱部材341及び342の+Z側は、球状部材325によって回転板322との間で位置決めされている。球状部材325の+Z側の端部は、回転板322の凹部322bに嵌められている。球状部材325の−Z側の端部は、半円柱部材341と半円柱部材342とによって挟まれている。球状部材325の表面及び凹部322bは、摩擦がほとんど発生しない滑らかな面に形成されている。また、半円柱部材341及び342の−Z側には、駆動用振動部303に連結される嵌合部345が設けられている。伝達用振動部304と駆動用振動部303との間は、嵌合部345を介して固定されている。
The + Z side of the
図11(a)は、圧電振動子343が収縮している状態を示している。この場合、半円柱部材341の円弧部分341a及び半円柱部材342の円弧部分342aは、ベルト部323とは離れた位置に配置される。このため、回転子302と伝達用振動部304とが切り離された状態となっている。
FIG. 11A shows a state where the
図11(b)は、圧電振動子343が伸長している状態を示している。この場合、半円柱部材341の円弧部分341a及び半円柱部材342の円弧部分342aは、ベルト部323の周面(例、内周面)に押圧された状態となる。このため、ベルト部323の内周と半円柱部材341及び342との間には、摩擦力が生じる。両者の間に摩擦力が生じることにより、回転子302と駆動用振動部303との間が回転力を伝達可能な状態(回転力伝達状態)となる。このように、回転子302の回転面に平行な方向に圧電振動子343を振動させることで、回転子302と駆動用振動部303との間を効率的に回転力伝達状態とすることができる。
FIG. 11B shows a state where the
なお、ベルト部323の内周や、円弧部分341a及び342aは、摩擦力が発生しやすいように、例えば摩擦係数が高くなるように形成しておいても構わない。また、ベルト部323の内周、円弧部分341a及び342aに凹凸が設けられた構成であっても構わない。
Note that the inner periphery of the
図11(b)に示す回転力伝達状態から、図11(a)に示すように回転子302と伝達用振動部304とが切り離された状態とすることで、回転力伝達状態を解除することができる。制御部CONTにより、回転力伝達状態と、回転力伝達状態が解除された状態とが切り替えられるようになっている。
From the rotational force transmission state shown in FIG. 11 (b), the rotational force transmission state is canceled by setting the
図12は、駆動用振動部303の構成を示す斜視図である。図13は、図12に示す駆動用振動部303のうちA−A´断面の−Z側の構成を示す図である。図14は、図12に示す駆動用振動部303のうちB−B´断面の−Z側の構成を示す図である。図15は、図12に示す駆動用振動部303のうちC−C´断面の−Z側の構成を示す図である。図16は、図12に示す駆動用振動部303のうちD−D´断面の+Y側の構成を示す図である。
FIG. 12 is a perspective view illustrating a configuration of the driving
図12〜図16に示すように、駆動用振動部303は、円柱状部材330を有している。
円柱状部材330のXY方向の中央部には、Z方向視で円形の貫通穴330aが形成されている。当該貫通穴330aには、伝達用振動部304の嵌合部345(図11(a)及び図11(b)参照)が嵌め込まれた状態で固定される。
As illustrated in FIGS. 12 to 16, the driving
A circular through
円柱状部材330には、振動部(第一振動部)331と、変換部337と、可動部339とが形成されている。振動部331及び変換部337は、貫通穴330aの中心に対して軸対称な構成となっている。したがって、変換部337は、回転子302の回転軸に対して軸対称な構成となっている。以下、図中−Y側の振動部331及び変換部337を代表させて説明する。
The
振動部331は、捩れ振動用素子333及びハウジング335を有している。捩れ振動用素子333は、ハウジング335に収容されている。捩れ振動用素子333は、直線方向(例、X方向)に平行に振動するように形成されている。捩れ振動用素子333としては、電圧を印加することによって振動する電気機械変換素子(例、ピエゾなどの圧電素子等)が用いられている。捩れ振動用素子333は、例えばすべりモードの圧電素子が用いられている。
The
ハウジング35は、支持部335aと、接続部335bと、移動部335cとを有している。支持部335aは、捩れ振動用素子333の−X側の端部を支持する。支持部335aは、捩れ振動用素子333の−X側の端部のX方向の移動を規制する。したがって、当該捩れ振動用素子333は、+X側のみに伸縮可能に設けられている。接続部335bは、移動部335cと可動部339とを接続する。
The
移動部335cと接続部335bとの間は、フレクシャ形に形成された連結部335e及び335fによって連結されている(図14〜図16参照)。移動部335cは、捩れ振動用素子333の+X側の端部に接続されている。移動部335cは、捩れ振動用素子333の伸縮に伴ってX方向に直線移動する。
The moving
変換部337は、接続部335bと可動部339との間にフレクシャ形に形成されている。変換部337は、捩れ振動用素子333の+Z側に配置された第一変換部337aと、捩れ振動用素子333の−Z側に配置された第二変換部337bと、を有している。第一変換部337aは、上記の連結部335eの+Z側に配置されており、当該連結部335eに接続されている。また、第二変換部337bは、上記の連結部335fの−Z側に配置されており、当該連結部335fに接続されている。
The
上記構成において、振動部331の捩れ振動用素子333が+X方向に伸長すると、移動部335cが+X方向に移動する。この移動により、連結部335e及び335fを介して接続部335bが+X方向に引っ張られて移動する。接続部335bが+X方向に移動することにより、第一変換部337a及び第二変換部337bに対してそれぞれ+X方向の力が作用し、可動部339の−Y側の端部が+X側に押される。一方、可動部339は嵌合部345によってX方向及びY方向の移動が規制されるため、当該可動部339の−Y側の端部は嵌合部345の外周に沿って−Z方向視で時計回りに移動しようとする。このとき、変換部337が+Y側に弾性変形するため、可動部339の−Y側端部が−Z方向視で時計回りに移動しやすくなる。
In the above configuration, when the
したがって、捩れ振動用素子333が+X方向に伸長する場合、可動部339が−Z方向視で時計回りに回動する。このように、変換部337がX方向の振動をθZ方向に変換することにより、θZ方向への強い回転力が得られる。これにより、小型で高トルクの出力が可能なモータ装置300を提供することができる。また、本実施形態によれば、低コストで簡易な構成のモータ装置300を提供することができる。
Therefore, when the
[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態を説明する。
図17は、一例として第一実施形態〜第三実施形態に記載のモータ装置100〜300を備えるロボット装置RBTの一部(ハンドロボットの指部分の先端)の構成を示す図である。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a part (tip of a finger portion of a hand robot) of a robot apparatus RBT including the
図17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。
As shown in FIG. 17, the robot apparatus RBT includes a
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。
The
中節部102は、筐体102a及びモータ装置ACTを有している。モータ装置ACTは、上記実施形態に記載のモータ装置100〜300を用いることができる。モータ装置ACTは、筐体102a内に設けられている。モータ装置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。なお、回転軸部材104aに直接ギアが形成された構成であっても構わない。
The middle
上記のように構成されたロボット装置RBTは、モータ装置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。
In the robot apparatus RBT configured as described above, the
The rotation of the
このように、本実施形態によれば、小型で高トルクの回転を出力することができるモータ装置ACTを搭載することにより、例えば減速器を介することなく直接末節部101を回転させることができる。また、本実施形態におけるモータ装置ACTは、共振に駆動される構成でもよいし、非共振に駆動される構成でもよい。なお、本実施形態では、モータ装置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。
As described above, according to the present embodiment, by mounting the motor device ACT capable of outputting a small and high-torque rotation, for example, the
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、上記実施形態においては、駆動用振動部3として、捩れ振動用素子33を用いた構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば回転子2の回転の接線方向(直線方向)に振動する横効果振動子を周方向に複数配置させる構成としても構わない。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and appropriate modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the configuration using the
また、上記実施形態においては、変換部37、38、237、337として、フレクシャ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い。例えば、変換部37、38、237、337として、板バネなどの弾性部材を用いても構わない。
Moreover, in the said embodiment, although demonstrated as an example the structure formed in the flexure shape as the
CONT…制御部 RBT…ロボット装置 ACT、100、200、300…モータ装置 2、202、302…回転子 3、203、303…駆動用振動部 4、204、304…伝達用振動部 30…駆動基板 31、32、231、331…振動部 33、34、233、333…振動用素子 37、38、237、337…変換部 39、239、339…可動部 41…縦振動用素子 337a…第一変換部 337b…第二変換部
CONT ... Control unit RBT ... Robot device ACT, 100, 200, 300 ...
Claims (11)
直線方向に振動する第一振動部を有し、前記第一振動部の振動方向を前記回転子の軸周りの方向に変換して捩れ振動を発生させる駆動用振動部と、
所定方向に振動する第二振動部を有し、前記第二振動部の振動により前記回転子と前記駆動用振動部との回転力伝達状態及び回転力伝達状態解除を切り替える伝達用振動部と、
前記捩れ振動が前記回転子に伝達されるように前記第一振動部及び前記第二振動部を制御する制御部と
を備えるモータ装置。 A rotor provided rotatably,
A first vibration section that vibrates in a linear direction, and a driving vibration section that generates a torsional vibration by converting the vibration direction of the first vibration section to a direction around the axis of the rotor;
A transmission vibration part that has a second vibration part that vibrates in a predetermined direction, and that switches between a rotational force transmission state and a rotational force transmission state release between the rotor and the driving vibration part by vibration of the second vibration part;
A motor device comprising: a control unit that controls the first vibration unit and the second vibration unit so that the torsional vibration is transmitted to the rotor.
前記捩れ振動によって振動する可動部と、
前記第一振動部と前記可動部とを接続し、前記振動方向を変換可能な変換部と
を有する
請求項1に記載のモータ装置。 The driving vibration part is:
A movable part that vibrates by the torsional vibration;
The motor device according to claim 1, further comprising: a conversion unit that connects the first vibration unit and the movable unit and is capable of converting the vibration direction.
請求項2に記載のモータ装置。 The motor device according to claim 2, wherein the transmission vibration part includes a connection part connected to the second vibration part and connected to the movable part.
複数の前記変換部は、前記回転子の回転軸を基準として軸対称の位置に配置されている
請求項2又は請求項3に記載のモータ装置。 A plurality of the conversion units are provided,
4. The motor device according to claim 2, wherein the plurality of conversion units are arranged at axially symmetric positions with respect to a rotation axis of the rotor.
請求項2から請求項4のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 The motor device according to any one of claims 2 to 4, wherein the movable portion and the conversion portion are respectively provided on a base member formed of a single member.
請求項5に記載のモータ装置。 The motor device according to claim 5, wherein the base member is formed in a columnar shape.
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。 The motor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit vibrates the first vibration unit and the second vibration unit with a phase difference of 90 ° from each other.
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。 The motor device according to any one of claims 1 to 7, wherein a vibration direction of the first vibration unit is a tangential direction around the axis.
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。 The motor device according to any one of claims 1 to 8, wherein a vibration direction of the second vibration unit is a rotation axis direction of the rotor or a direction parallel to a rotation surface of the rotor.
前記伝達用振動部は、前記第二振動部と前記ベルト部との間で前記回転力伝達状態及び前記回転力伝達状態解除を切り替えるように形成されている
請求項1から請求項9のうちいずれか一項に記載のモータ装置。 The rotor has a belt portion,
The transmission vibration part is formed to switch the rotational force transmission state and the rotational force transmission state release between the second vibration part and the belt part. A motor device according to claim 1.
前記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10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
ことを特徴とするロボット装置。 A shaft member rotatably provided;
A motor device for rotating the shaft member,
The motor apparatus as described in any one of Claims 1-10 is used as the said motor apparatus. The robot apparatus characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2018149714A1 (en) * | 2017-02-14 | 2018-08-23 | Aspre Ag | Rotary piezoelectric motor comprising an oscillating housing |
-
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- 2011-03-18 JP JP2011060993A patent/JP2012200050A/en not_active Withdrawn
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