JP2008005579A - 電動ロータリアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動側の回転歯体と従動側の回転歯体との間のバックラッシを簡素な構成でトルクの減退なく除去でき、しかも、バックラッシ除去と同時にトルクの増大も図れる電動ロータリアクチュエータを提供する。
【解決手段】一対のステッピングモータ４・５と一対の駆動側平歯車２・３を備えて、一対の駆動側平歯車をそれぞれのステッピングモータで回転させ、それらの歯面が無負荷時において従動側平歯車１の歯面と互いに反対側で接する関係となるように、一対のステッピングモータのロータ軸４ａ・５ａを相互設定する。これら一対のステッピングモータをモータドライブ回路にて同期駆動し、一対の駆動側平歯車にて従動側平歯車を駆動することにより、これら一対の駆動側平歯車と従動側平歯車とのバックラッシが互いに除去される。
【選択図】図５

Description

本発明は、モータにて回転される駆動側の回転歯体と従動側の回転歯体とを噛み合わせて、モータの回転を従動側に伝達して回転を出力する電動ロータリアクチュエータに関する。詳しくは、それにおける駆動側の回転歯体と従動側の回転歯体との間のバックラッシを防止する技術に係るものである。

バックラッシ防止を意図したこの種の電動ロータリアクチュエータとして、例えば、特許文献１（特開２００３−２３５２０７号公報）及び特許文献２（特開２００５−３１３３０２号公報）に開示されたものがある。

特許文献１に記載のものは、貫通孔を有する従動側歯車をギアケース内に軸受けし、この電動機を、ギアケース上でピンを中心に回動可能としておき、電動機の出力軸に設けられた駆動側ギアと従動側歯車との間で、バックラッシが無くなる噛み合いとなるように、電動機に水平方向及び垂直方向の力を加えてその出力軸を撓ませ、その状態で電動機をギアケースにねじ止めする。

しかし、これによると、電動機の出力軸に、これを撓ませた状態とする強い応力が常時かかるので、出力軸の回転が重くなって電動機のトルクが減退するとともに、消費電力が大きくなり、さらに、出力軸の疲労が顕著になる等の問題がある。

特許文献２に記載のものは、回転テーブルが設けられた回転軸に対してそれぞれ平行であって回転軸の両側にモータ主軸と逆転用駆動軸とを配置し、モータ主軸の正転方向の回転は、正転駆動歯車と従動歯車とを介して回転テーブルに伝達し、モータの逆転方向の回転は、タイミングベルトと逆転駆動歯車とを介して回転テーブルに伝達することにより、歯車相互間のバックラッシを回避する。

しかし、これによると、正転と逆転とで別々の伝達機構を必要とし、しかも、逆転にはタイミングベルトを用いているため、機構が複雑になるとともに、装置が大きくなる等の問題がある。
特開２００３−２３５２０７号公報 特開２００５−３１３３０２号公報

本発明の第１の課題は、駆動側の回転歯体と従動側の回転歯体との間のバックラッシを簡素な構成でトルクの減退なく除去でき、しかも、バックラッシ除去と同時にトルクの増大も図れる電動ロータリアクチュエータを提供することにある。

第２の課題は、バックラッシ除去のために使用するモータの駆動制御を簡単に行え、しかも、モータドライブ回路を簡素化できる電動ロータリアクチュエータを提供することにある。

第３の課題は、バックラッシ除去のための初期調整を簡便に行える電動ロータリアクチュエータを提供することにある。

第４の課題は、バックラッシ除去できる電動ロータリアクチュエータとしてその小型化を図ることにある。

第１の課題を達成するため、請求項１に係る本発明は、一対のステッピングモータと一対の駆動側回転歯体を備えて、一対の駆動側回転歯体をそれぞれのステッピングモータで回転させるようにしたこと、それらの歯面が無負荷時において従動側回転歯体の歯面と互いに反対側で接する関係となるように、一対のステッピングモータのロータ軸を相互設定したこと、これら一対のステッピングモータをモータドライブ回路にて同期駆動し、一対の駆動側回転歯体にて従動側回転歯体を駆動することにより、これら一対の駆動側回転歯体と従動側回転歯体とのバックラッシが互いに除去されるようにしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、第２の課題を達成するため、上記の構成において、一対のステッピングモータの同相のコイルが直列に接続され、モータドライブ回路は、一対のステッピングモータを、それらのロータ軸に所定の位相差を与え、同期駆動回転させることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、一対のステッピングモータの一方にのみ、その回転を検出するエンコーダを付設したことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、一対のステッピングモータが実質的に同じ構造で、トルクも同じことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、一対のステッピングモータのトルクが異なることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、第３の課題を達成するため、一対の駆動側回転歯体の少なくとも一方が、ステッピングモータのロータ軸に対し、調整固定手段にて周方向の固定角度を調整可能に固定されることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、その具体的形態で、調整固定手段が、駆動側回転歯体をステッピングモータのロータ軸と結合する継手と、該継手に設けられたねじ孔と、該ねじ孔に螺合させて駆動側回転歯体をロータ軸に固定する止めねじとで構成されることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、そのさらなる具体的形態で、ステッピングモータのロータ軸側の端面に接合させることにより、継手を覆うことができるカバーブロックを備え、このカバーブロックには、止めねじを継手のねじ孔に螺合させるための作業孔が設けられていることを特徴とする。

請求項９に係る発明は、第４の課題を達成するため、一対の駆動側回転歯体及び従動側回転歯体が平歯車で、これらで減速機構を構成するように従動側の平歯車の方が駆動側の平歯車よりも歯数が多く、駆動側の一対の平歯車が、並置された一対のステッピングモータのロータ軸にそれぞれ接続されていることを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、減速比を大きくしたその具体的形態で、従動側の平歯車と噛み合う駆動側の一対の平歯車のそれぞれについて、それとステッピングモータのロータ軸との間に、該ロータ軸と一体回転する太陽歯車と、これと噛み合う遊星歯車とを設け、各太陽歯車の回転に伴い、その回りを遊星歯車が公転し、その公転により駆動側の平歯車が回転することにより、ロータ軸と一体回転する太陽歯車の回転が従動側の平歯車に減速して伝達されることを特徴とする。

本発明によれば、駆動側の一対の回転歯体（平歯車やハイポイドギアやウォーム等）の歯面が、従動側の回転歯体（平歯車やハイポイドギアやウォームホイール等）の歯面に対し、無負荷時において互いに反対側で接する関係となるように、一対のステッピングモータのロータ軸を相互設定し、これら一対のステッピングモータを同期駆動して駆動側の一対の回転歯体にて従動側の回転歯体を回転させるので、駆動側の一対の回転歯体と従動側の回転歯体との協働によりそれらのバックラッシを簡単に除去できると同時に、駆動側の一対の回転歯体は、一方が従動側の回転歯体の負荷となることはなく、駆動側の両回転歯体の回転中はそのトルクが従動側の回転歯体に同時に加わるので、従動側の回転歯体の出力の増大が図れる。

請求項２に係る発明のように、一対のステッピングモータの同相のコイルを直列に接続し、これらステッピングモータを、それらのロータ軸に所定の位相差を与え、同期駆動すると、一対のステッピングモータを、別々に制御することなく、恰も一つのステッピングモータを駆動させるのと全く同じ制御で駆動できるので、その駆動制御が簡素になる。

請求項３に係る発明のように、一対のステッピングモータの一方にのみ、その回転を検出するエンコーダを付設すると、一対のステッピングモータを恰も一つのステッピングモータを制御するかのように閉ループ制御できるので、回路構成及び制御を単純化できる。

請求項４に係る発明のように、一対のステッピングモータを実質的に同じ構造、及びトルクも同じにすれば、同じ仕様の２つのステッピングモータを用いて、簡単かつ経済的に実現できる。

請求項５に係る発明のように、一対のステッピングモータのトルクが異なる関係とすれば、そのトルク差に応じて従動側の回転歯体の出力を調整できる。

請求項６に係る発明のように、一対の駆動側回転歯体の少なくとも一方を、ステッピングモータのロータ軸に対し、調整固定手段にて周方向の固定角度を調整可能にすると、これら駆動側回転歯体の歯面が、従動側回転歯体の歯面に対し互いに反対向きで接する状態とする初期設定を簡単に行える。

請求項７に係る発明のように、駆動側回転歯体をステッピングモータのロータ軸と結合する継手にねじ孔を設け、このねじ孔に止めねじを螺合させて駆動側回転歯体をロータ軸に固定する構造とすれば、上記の初期設定を簡素な構造で容易に行える。

請求項８に係る発明のように、ステッピングモータのロータ軸側の端面に接合させるカバーブロックで上記継手を覆い、このカバーブロックに設けられた作業孔を通じて止めねじを継手のねじ孔に螺合させれば、上記の初期設定を組み立て後にも行えるとともに、駆動側回転歯体の初期設定機構を備えたステッピングモータと、それを備えないステッピングモータとを、両者をほぼ同じような状態にして並設できるので、小型化できる。

請求項９に係る発明によれば、一対の駆動側回転歯体及び従動側回転歯体を平歯車とし、駆動側の一対の平歯車を、並置された一対のステッピングモータのロータ軸にそれぞれ接続したので、平歯車による減速機構においてバッラッシが無い電動ロータリアクチュエータを、小型かつ経済的に提供できる。

請求項１０に係る発明によれば、ステッピングモータのロータ軸と一体回転する太陽歯車と、その回りを公転する遊星歯車とにより、減速比を大きくすることができる。

本発明の最良の実施形態は、図１に示すように、回転を出力するための従動側の大径の同じ平歯車１に、図５に示す一対のステッピングモータ４・５で回転される駆動側の小径の一対の平歯車２・３を噛み合わせ、図６の回路図に示すように、一対のステッピングモータ４・５の同相のコイルを直列に接続し、図１に示すように、駆動側の一対の平歯車２・３の歯面が、それよりも歯数が多い従動側の平歯車１の歯面に対し、無負荷時において周方向に互いに反対向きで接するように、一対のステッピングモータ４・５のロータ軸４ａ・５ａに初期設定で所定の位相差を与え、図６に示すモータドライブ回路で同期駆動させることにより、従動側の平歯車１及び駆動側の一対の平歯車２・３のバックラッシを除去する。

これを具体的に説明すると、図１に、大径の従動側平歯車１と小径の一対の駆動側平歯車２・３との無負荷時での第１の噛み合い接触関係のモデル図、図２に第２の噛み合い接触関係のモデル図をそれぞれ示す。一対の駆動側平歯車２・３は全く同じものであるが、従動側平歯車１に対する無負荷時の噛み合い接触関係が異なるので、これら３つの平歯車１・２・３の歯１ａ・２ａ・３ａの両側の歯面の方向を区別するため、一方を「片側」、他方を「反対側」として表現する。

図１の場合、無負荷時において、一方の駆動側平歯車２の歯２ａは、その片側の歯面２ｃが従動側平歯車１の歯１ａの片側の歯面１ｂと接し、これとは逆に、他方の駆動側平歯車３の歯３ａは、その反対側の歯面３ｂが従動側平歯車１の歯１ａの反対側の歯面１ｃと接するような噛み合い接触関係となっている。つまり、一対の駆動側平歯車２・３の中間で見ると、それらの歯２ａ・３ａの内側の歯面２ｃ・３ｂが、従動側平歯車１の歯１ａの外側の歯面１ｂ・１ｃと接するような噛み合い接触関係となっている。そして、無負荷時にこのような噛み合い接触となるように、一対の駆動側平歯車２・３のそれぞれに直結する一対のステッピングモータ４・５のロータ軸４ａ・５ａに、初期設定で所定の位相差を与えてあり、一対のステッピングモータ４・５のロータ軸４ａ・５ａは同方向に同期駆動回転される。

一方、図２の場合には、無負荷時において、一方の駆動側平歯車２の歯２ａは、その反対側の歯面２ｂが従動側平歯車１の歯１ａの反対側の歯面１ｃと接し、これとは逆に、他方の駆動側平歯車３の歯３ａは、その片側の歯面３ｃが従動側平歯車１の歯１ａの片側の歯面１ｂと接するような噛み合い接触関係となっている。つまり、一対の駆動側平歯車２・３の中間で見ると、それらの歯２ａ・３ａの外側の歯面２ｂ・３ｃが、従動側平歯車１の歯１ａの内側の歯面１ｃ・１ｂと接するような噛み合い関係となっている。そして、無負荷時にこのような噛み合い接触となるように、一対の駆動側平歯車２・３のそれぞれに直結する一対のステッピングモータ４・５のロータ軸４ａ・５ａに、初期設定で所定の位相差を与えてあり、一対のステッピングモータ４・５のロータ軸４ａ・５ａは同方向に同期駆動回転される。

図１の場合と図２の場合とでは、このように無負荷時における接触歯面が逆になっているが、いずれの場合も、従動側平歯車１を図３に示すように時計方向（ＣＷ方向）へ回転させるために、一対のステッピングモータ４・５により一対の駆動側平歯車２・３を反時計方向へ同時回転させたときには、一対の駆動側平歯車２の歯２ａ・３ａは、その回転方向（反時計方向）の前側の歯面２ｂ・３ｂが従動側平歯車１の歯１ａの後側の歯面１ｃと接した状態で、従動側平歯車１に対して時計方向へのトルクを同時に与え、従動側平歯車１を時計方向へ回転させる。

一対のステッピングモータ４・５が停止すると、一対の駆動側平歯車２・３も回転を停止して、図１に示した噛み合い接触関係の場合には、同図に示す無負荷時の状態、図２に示した噛み合い接触関係の場合には同図に示す状態に復帰するので、いずれの場合も３つの平歯車１・２・３は、協働してバックラッシを除去し合うことになる。

一方、従動側平歯車１を図４に示すように反時計方向（ＣＣＷ方向）へ回転させるために、一対のステッピングモータ４・５により一対の駆動側平歯車２・３を時計方向へ同時回転させたときには、図１及び図２のいずれの場合も、一対の駆動側平歯車２の歯２ａ・３ａは、その回転方向（時計方向）の前側の歯面２ｃが従動側平歯車１の歯１ａの後側の歯面１ｂと接した状態で、従動側平歯車１に対して反時計方向へのトルクを同時に与え、従動側平歯車１を反時計方向へ回転させる。

この際にも、一対のステッピングモータ４・５が停止すると、一対の駆動側平歯車２・３も回転を停止して、図１に示した噛み合い関係の場合には同図に示す無負荷時の状態、図２に示した噛み合い関係の場合には同図に示す無負荷時の状態に復帰するので、いずれの場合も、３つの平歯車１・２・３は、協働してバックラッシを除去し合うことになる。

従って、３つの平歯車１・２・３は、図３に示す時計方向又は図４に示す反時計方向のいずれの方向に回転しても、協働してバックラッシを除去し合うとともに、両駆動側平歯車２・３のトルクが従動側平歯車１に同時に加わる。

図６に、一対のステッピングモータ４・５を駆動するモータドライブ回路の構成を示す。ステッピングモータ４・５は、一方のステッピングモータ４にのみその回転を検出するエンコーダ（ロータリエンコーダ）６が付設されているが、モタ単体としては実質的に同じ構造で、Ａ相とＢ相の２相型であり、それらのＡ相のコイル４Ａ・５Ａ同士を直列に接続してあるとともに、Ｂ相のコイル４Ｂ・５Ｂ同士も直列に接続してある。そして、Ａ相のコイル４Ａ・５Ａは、共通の一つのＡ相ドライブ部７Ａにより励磁され、Ｂ相のコイル４Ｂ・５Ｂは、共通の一つのＢ相ドライブ部７Ｂにより励磁されるようになっている。

また、Ａ相、Ｂ相のそれぞれにおいて、コイルに流れる電流を電流センサ８Ａ・８Ｂにより検出し、共通の電流帰還処理部９で処理して、両ステッピングモータ４・５を同時にフィードバック制御する。Ａ相ドライブ部７Ａ、Ｂ相ドライブ部７Ｂ、電流帰還処理部９は、ステッピングモータが１台のときと全く同じ構成で、しかも、１個のエンコーダ６により回転を検出するので、閉ループ系を構成して、両ステッピングモータ４・５を、恰も１台のステッピングモータを制御しているのと同様に動作させることができるようになっている。

従って、閉ループ系を構成して両ステッピングモータ４・５を駆動する図６のモータドライブ回路は、これらステッピングモータ４・５のコイルをＡ相、Ｂ相それぞれについて直列接続するだけで、しかも、エンコーダ６を片側のステッピングモータ４にのみ付設するだけで、１台のステッピングモータを駆動する従来のものをそのまま使用できる。
なお、一対のステッピングモータ４・５を、エンコーダ無しの開ループ系モータドライブ回路で駆動することも可能である。

一対の駆動側平歯車２・３は、従動側平歯車１に対して、無負荷時に図１又は図２に示したような噛み合い関係とするために、一対のステッピングモータ４・５相互では、それらのロータ軸４ａ・５ａに所定の位相差を機械的に与えてあり、両者のロータ軸４ａ・５ａは同時に同速度で回転する。

一対のステッピングモータ４・５は、上記のように一方のステッピングモータ４にのみエンコーダ６が付設され、他方のステッピングモータ５には付設されていないので、前者を「エンコーダ付きステッピングモータモータ」、後者を「エンコーダ無しステッピングモータモータ」と称すると、エンコーダ無しステッピングモータモータ５で回転される駆動側平歯車３は、上記のような噛み合い関係とする初期設定時の微調整のために、エンコーダ無しステッピングモータ５のロータ軸５ａに対し、その回りを両方向に微調整可能に固定されている。

いま、両ステッピングモータ４・５が仕様まで全く同じで、同一トルク特性（ｓｉｎθ）であるとすると、ロータ軸４ａ・５ａは上記のように所定の位相差を保ったまま同時に同速回転するので、その位相差をφとすると、図７に示すように、一方のステッピングモータのトルク曲線はｓｉｎθ、他方のステッピングモータのトルク曲線はｓｉｎ（θ＋φ）、合成トルク曲線はｓｉｎθ＋ｓｉｎ（θ＋φ）として表すことができる。

また、片方のステッピングモータのトルク特性が１／２であると、図８に示すように、そのトルク曲線はｓｉｎ（θ＋φ）／２となるので、合成トルク曲線はｓｉｎθ＋ｓｉｎ（θ＋φ）／２として表すことができる。

従って、上記のように３つの平歯車１・２・３のバックラッシを協働して除去できると同時に、両ステッピングモータ４・５により従動側平歯車１のトルクの増大及びトルク調整が可能になる。

図９〜図１４に上述の構成を具体化した本発明の実施例１を示す。
電動ロータリアクチュエータの本体１０は、台板部１１と、その円形孔１１ａの周縁から片側に円筒形に突出する軸受筒部１２とを有する。一対のステッピングモータ４・５は、この本体１０に対し、軸受筒部１２とは反対側において、台板部１１に平行に並べて近接して取り付けられ、一方のステッピングモータ４に付設したエンコーダ６と共にモータカバー１３で覆われている。なお、一対のステッピングモータ４・５を個々のモータカバーで別々に覆ってもよい。

軸受筒部１２内には、円筒形の回転ヘッド１４が軸受１５により回転自在に軸受けされ、回転ヘッド１４の中空部１４ａと台板部１１の円形孔１１ａとが、配線等のために、本体１０を貫通する貫通孔を形成している。回転ヘッド１４の先端部は、回転出力を取り出すため軸受筒部１２の先端から突出し、また、回転ヘッド１４の基端部の外周には、リング状の従動側平歯車１が、軸受筒部１２内において固定（互いのねじを螺合させて固定）され、回転ヘッド１４と一体に回転する。

一対のステッピングモータ４・５のロータ軸４ａ・５ａには、駆動側平歯車２・３がそれぞれ直結され、これら駆動側平歯車２・３は、軸受筒部１２内において従動側平歯車１に上述のような関係で噛み合っている。

両ステッピングモータ４・５をこのような関係にする初期設定の一例について説明する。
両ステッピングモータ４・５は、一方のステッピングモータ４にのみエンコーダ６が付設され、他方のステッピングモータ５には付設されていないので、前者を「エンコーダ付きステッピングモータ」、後者を「エンコーダ無しステッピングモータ」と称する。

（１）エンコーダ付きステッピングモータ４は本体１０の台板部１１に固定し、エンコーダ無しステッピングモータ５はその全体を回転可能なように台板部１１に仮止めする。
（２）エンコーダ６からのパルス数を確認しながら、エンコーダ無しステッピングモータ５を台板部１１に対して回転させる。その回転方向は駆動側平歯車２・３にテンションをかけるため、どちらの方向でもよい。
（３）エンコーダ６からのパルス数により、両モータ４・５の機械的な励磁角のズレを判断できるので、希望する励磁角（パルス数）となったところで、エンコーダ無しステッピングモータ５を台板部１１に固定する。

また、エンコーダ付きステッピングモータ４側の駆動側平歯車２は、ロータ軸４ａに対してその周方向に予め固定されているが、エンコーダ無しステッピングモータ５の駆動側平歯車３は、従動側平歯車１に対して初期設定の際の調整のため、実施例１では、次のような調整固定手段によりロータ軸５ａに対してその周方向に調整可能となっており、その構造を図１５、図１６に示す。

駆動側平歯車３は、短い有底円筒形の継手１６の突出軸部１６ａと一体的になっており、この継手１６を段付きのロータ軸５ａと嵌合させ、継手１６に設けられた複数（例えば４個）のねじ孔１７の少なくとも一つに、図示しない止めねじを螺合させ、ロータ軸５ａに対する周方向の回転を任意の角度のところで止めねじにて規制してこれに固定するようになっている。

エンコーダ付きステッピングモータ４の駆動側平歯車２は、ロータ軸４ａに予め固定されているので、エンコーダ６からのパルス数を確認しながら、エンコーダ無しステッピングモータ５側を調整することにより、上述のように、エンコーダ６からのパルス数によって、一対の駆動側平歯車２・３が従動側平歯車４に対して図１又は図２に示したような噛み合い関係となる場合の両モータ４・５の機械的な励磁角のズレを判断できる。

継手１６とロータ軸５ａとの嵌合部分を保護するため、ステッピングモータ５の方形の端面５ｂに接合させる方形のカバーブロック１８が用意されている。このカバーブロック１８には、継手１６が挿入する中央孔１９が設けられているとともに、各側面に、中央孔１９の周方向にやや長い作業孔２０が設けられている。

従って、カバーブロック１８をステッピングモータ５の端面５ｂに接合して固定した後も、作業孔２０を通じて工具を差し込み、継手１６のねじ孔１７に止めねじを螺合させることが可能である。その作業のためにモータカバー１３にも、工具を差し込む作業孔１３ａが設けられている。

本体１０の台板部１１にはセンサ取り付け孔１１ｂが設けられ、その中に、回転ヘッド１４の原位置を検出するホールセンサ等の原位置検出センサ１４ｂが設置されている。

図１７〜図２０に実施例２を示す。実施例２は、遊星歯車を用いて実施例１よりも減速比を大きくしたもので、一対のステッピングモータ４・５、そのロータ軸４ａ・５ｂに上記のような初期設定状態にして固定される一対の駆動側平歯車２・３については実施例１と同じであるが、これら一対の駆動側平歯車２・３のそれぞれついて、それと従動側平歯車１との間に、次のような遊星歯車ユニット２１Ａ・２１Ｂが付加されている。

遊星歯車ユニット２１Ａ・２１Ｂは実質的に同じ構造で、それぞれ、本体１０の台板部１１に固定された軸受２２Ａ・２２Ｂに中継軸２３Ａ・２３Ｂが軸受けされ、この中継軸２３Ａ・２３Ｂの基端に、遊星歯車２４Ａ・２４Ｂが３個ずつ設けられ、中継軸２３Ａ・２３Ｂの先端に駆動側平歯車２５Ａ・２５Ｂが固定されている。

そして、エンコーダ付きステッピングモータ４側の遊星歯車ユニット２１Ａでは、３個の遊星歯車２４Ａが、ステッピングモータ４のロータ軸４ａに固定された駆動側平歯車２を太陽歯車としてその回りを公転するようにこれと噛み合い、その公転により駆動側平歯車２５Ａが中継軸２３Ａと一体に自転して従動側平歯車１を回転させるようにこれと噛み合っている。同様に、エンコーダ無しステッピングモータ５側の遊星歯車ユニット２１Ｂでは、３個の遊星歯車２４Ｂが、ステッピングモータ５のロータ軸５ａに固定された駆動側平歯車３を太陽歯車としてその回りを公転するようにこれと噛み合い、その公転により駆動側平歯車２５Ｂが中継軸２３Ｂと一体に自転して従動側平歯車１を回転させるようにこれと噛み合っている。

実施例２の場合も、エンコーダ無しステッピングモータ５側の駆動側平歯車３を実施例１と同様に調整することにより、駆動側平歯車２５Ａ・２５Ｂを、従動側平歯車１に対して、図１又は図２に示した駆動側平歯車２・３の場合と同様の噛み合い関係にすることができる。

上述した実施例１及び実施例２は、一対のステッピングモータでそれぞれ回転される一対の駆動側回転歯体が平歯車、これらと噛み合って回転される従動側回転歯体も平歯車の場合であるが、実施例３は、一対のステッピングモータでそれぞれ回転される一対の駆動側回転歯体が一対のウォーム、これらにより駆動される従動側回転歯体がウォームホイールの場合である。

実施例３の場合には、図２１〜図２４に示すように、同じウォームホイール３１に対して一対のウォーム３２・３３がウォームホイール３１の両側に配置されて、ウォームホイール３１に同時に噛み合うようになっており、その無負荷時における噛み合い接触関係として２つの形態があり、図２１と図２２にそれぞれの形態のモデル図を示す。

図２１の第１の形態の場合、二分線２４から見て、両方のウォーム３２・３３の歯３２ａ・３３ａが、二分線２４の左側で、ウォームホイール３１の歯３１ａの歯面と接する噛み合い接触関係となっている。

図２２の第２の形態の場合、図２３の場合とは逆に、二分線３４から見て、両方のウォーム３２・３３の歯３２ａ・３３ａが、二分線３４の右側で、ウォームホイール３１の歯３１ａの歯面と接する噛み合い接触関係となっている。

これら図２１及び図２２のいずれの場合も、一対のステッピングモータのロータ軸に所定の位相差を与えることで、無負荷時におけるそれぞれの噛み合い接触形態に設定されており、いずれの場合も、一対のウォーム３２・３３の同時回転により双方のトルクがウォームホイール３１に同時に加わり、図２３に示すように時計方向に回転されたり、図２４に示すように反時計方向に回転される。
そして、一対のウォーム３２・３３が停止すると、無負荷時におけるそれぞれの噛み合い接触形態に復帰するので、一対のウォーム３２・３３とウォームホイール３１とが協働してバックラッシュを除去し合うことになる。

一対のステッピングモータでそれぞれ回転される一対の駆動側回転歯体、及びこれらに従動して回転される従動側回転歯体としては、、傘歯車やハイポイドギアーや歯付きプーリ等でもよい。

本発明の実施例における従動側平歯車と一対の駆動側平歯車との無負荷時での第１の噛み合い接触関係のモデル図である。 同じく第２の噛み合い接触関係のモデル図である。 図１又は図２の場合において、従動側平歯車を時計方向へ回転させるときの噛み合い状態図である。 同じく従動側平歯車を反時計方向へ回転させるときの噛み合い状態図である。 従動側平歯車と一対の駆動側平歯車と一対のステッピングモータと一つのエンコーダの関係を示す斜視図である。 一対のステッピングモータとそのモータドライブ回路を示す回路図である。 一対のステッピングモータが同一トルク特性の場合のトルク曲線図である。 片方のステッピングモータのトルクが１／２の場合のトルク曲線図である。 本発明の実施例１を本体と共に一対のステッピングモータの位置で切断した断面図である。 モータカバーを切断した実施例１の平面図である。 実施例１の正面図である。 モータカバーを切断した実施例１の背面図である。 その簡略化した背面図である。 実施例１における本体の断面図である エンコーダ無しステッピングモータのロータ軸に対する駆動側平歯車の固定角度を調整する調整固定手段の分解斜視図である。 その側面図である。 本発明の実施例２を本体と共に一対のステッピングモータの位置で切断した断面図である。 モータカバーを切断した実施例２の平面図である。 モータカバーを切断した実施例２の背面図である。 その簡略化した背面図である。 本発明の実施例３における一対のウォームとウォームホイールとの第１の噛み合い接触形態のモデル図である。 同じく第２の噛み合い接触形態のモデル図である。 図２１又は図２２の場合において、ウォームホイールを時計方向に回転させるときの噛み合い状態図である。 同じく反時計方向に回転させるときの噛み合い状態図である。

符号の説明

１ 従動側平歯車
１ａ 従動側平歯車の歯
２・３ 駆動側平歯車
２ａ・３ａ 駆動側平歯車の歯
１ｂ・１ｃ・２ｂ・２ｃ・３ｂ・３ｃ 歯面
４・５ ステッピングモータ
４ａ・５ａ ロータ軸
４Ａ・５Ａ・４Ｂ・５Ｂ コイル
６ エンコーダ
７Ａ Ａ相ドライブ部
７Ｂ Ｂ相ドライブ部
８Ａ・８Ｂ 電流センサ
９ 電流帰還処理部
１０ 本体
１１ 台板部
１１ａ 円形孔
１１ｂ センサ取り付け孔
１２ 軸受筒部
１３ モータカバー
１３ａ 作業孔
１４ 回転ヘッド
１４ａ 中空部
１４ｂ 原位置検出センサ
１５ 軸受
１６ 継手
１６ａ 突出軸部
１７ ねじ孔
１８ カバーブロック
１９ 中央孔
２０ 作業孔
３１ ウォーム
３１ａ ウォームの歯
３２・３３ ウォームホイール
３２ａ・３３ａ ウォームホイールの歯
３４ 二分線

Claims (10)

1. モータにて回転される駆動側の回転歯体と従動側の回転歯体とを噛み合わせて、モータの回転を従動側に伝達して回転を出力する電動ロータリアクチュエータにおいて、前記モータとして一対のステッピングモータ、前記駆動側の回転歯体として一対の駆動側回転歯体を備えて、一対の駆動側回転歯体をそれぞれのステッピングモータで回転させるようにしたこと、それらの歯面が無負荷時において前記従動側回転歯体の歯面と互いに反対側で接する関係となるように、一対のステッピングモータのロータ軸を相互設定したこと、これら一対のステッピングモータをモータドライブ回路にて同期駆動し、一対の駆動側回転歯体にて従動側回転歯体を駆動することにより、これら一対の駆動側回転歯体と従動側回転歯体とのバックラッシが互いに除去されるようにしたことを特徴とする電動ロータリアクチュエータ。
2. 一対のステッピングモータの同相のコイルが直列に接続され、モータドライブ回路は、一対のステッピングモータを、それらのロータ軸に所定の位相差を与え、同期駆動回転させることを特徴とする請求項１に記載の電動ロータリアクチュエータ。
3. 一対のステッピングモータの一方にのみ、その回転を検出するエンコーダを付設したことを特徴とする請求項２に記載の電動ロータリアクチュエータ。
4. 一対のステッピングモータが実質的に同じ構造で、トルクも同じことを特徴とする請求項２又は３に記載の電動ロータリアクチュエータ。
5. 一対のステッピングモータのトルクが異なることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動ロータリアクチュエータ。
6. 一対の駆動側回転歯体の少なくとも一方が、ステッピングモータのロータ軸に対し、調整固定手段にて周方向の固定角度を調整可能に固定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電動ロータリアクチュエータ。
7. 調整固定手段が、駆動側回転歯体をステッピングモータのロータ軸と結合する継手と、該継手に設けられたねじ孔と、該ねじ孔に螺合させて駆動側回転歯体をロータ軸に固定する止めねじとで構成されることを特徴とする請求項６に記載の電動ロータリアクチュエータ。
8. ステッピングモータのロータ軸側の端面に接合させることにより、継手を覆うことができるカバーブロックを備え、このカバーブロックには、止めねじを継手のねじ孔に螺合させるための作業孔が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の電動ロータリアクチュエータ。
9. 一対の駆動側回転歯体及び従動側回転歯体が平歯車で、これらで減速機構を構成するように従動側の平歯車の方が駆動側の平歯車よりも歯数が多く、駆動側の一対の平歯車が、並置された一対のステッピングモータのロータ軸にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電動ロータリアクチュエータ。
10. 従動側の平歯車と噛み合う駆動側の一対の平歯車のそれぞれについて、それとステッピングモータのロータ軸との間に、該ロータ軸と一体回転する太陽歯車と、これと噛み合う遊星歯車とを設け、各太陽歯車の回転に伴い、その回りを遊星歯車が公転し、その公転により駆動側の平歯車が回転することにより、ロータ軸と一体回転する太陽歯車の回転が従動側の平歯車に減速して伝達されることを特徴とする請求項９に記載の電動ロータリアクチュエータ。

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