JP2011152026A - Rotary drive device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波動歯車機構を使用した回転駆動装置に関する。 The present invention relates to a rotary drive device using a wave gear mechanism.
波動歯車機構を使用して、回転駆動力を減速して出力する回転駆動装置に関する従来技術があった(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。これらが使用している波動歯車機構は、一般にハーモニックドライブ(登録商標)と呼ばれるもので、波動発生器を形成するカム体の外周面とベアリングを介して当接したフレクスプラインと、フレクスプラインの半径方向外方に設けられたサーキュラスプラインとを備えている。
There has been a conventional technique related to a rotary drive device that uses a wave gear mechanism to decelerate and output a rotary drive force (see, for example,
サーキュラスプラインの内周面には内歯が形成されるとともに、フレクスプラインの外周面には、サーキュラスプラインの内歯よりも少数の外歯が形成されており、カム体の形状に倣って、外歯における円周上の2箇所のみが、サーキュラスプラインの内歯と噛合している。この機構において、波動発生器のカム体を駆動することにより外歯と内歯とが噛合している箇所が円周上を移動し、フレクスプラインにおいて回転駆動力が減速して出力される。 Internal teeth are formed on the inner peripheral surface of the circular spline, and fewer external teeth are formed on the outer peripheral surface of the flexspline than the inner teeth of the circular spline. Only two places on the circumference of the teeth mesh with the inner teeth of the circular spline. In this mechanism, by driving the cam body of the wave generator, the portion where the external teeth and the internal teeth mesh with each other moves on the circumference, and the rotational driving force is decelerated and output at the flexspline.
このような回転駆動装置は、波動歯車機構を使用しているため減速比を大きくとることができ、様々な出力の負荷の大きさ、あるいは変動に対応することが可能である。 Since such a rotational drive device uses a wave gear mechanism, it can take a large reduction ratio, and can cope with various output loads or fluctuations.
しかしながら、上述した特許文献1および特許文献2に開示された回転駆動装置においては、波動発生器のカム体を電動モータによって駆動しているため、波動発生器の軸方向外方に電動モータが配置されなければならず、装置全体が軸方向に長大化し重量も増大する。したがって、電動モータの大きさも考慮して、回転駆動装置の取付スペースを形成するようにしなければならなかった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で軽量の回転駆動装置を提供することにある。
However, in the rotary drive device disclosed in
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a small and lightweight rotary drive device.
上述した課題を解決するために、請求項1に係る回転駆動装置の発明の構成上の特徴は、リング状部を有し、リング状部の内周面に複数の内歯を有するサーキュラスプラインと、可撓性を有した環状部を備えるように形成され、環状部の外周面にサーキュラスプラインの内歯よりも少数の外歯を有し、サーキュラスプラインの半径方向内方に配置されることにより、外歯が内歯に対向するフレクスプラインと、フレクスプラインの内周面の数箇所を、サーキュラスプラインに向けて半径方向外方に押圧することにより、外歯の一部のみを内歯に対し噛合させるとともに、フレクスプラインに対する押圧部位を回転移動させる波動発生器とを備え、波動発生器によってフレクスプラインにおける押圧部位が回転移動されることにより、フレクスプラインが撓みながら、外歯と内歯とが噛合する円周上の位置が移動し、サーキュラスプラインおよびフレクスプラインのうちの一方を固定することにより、サーキュラスプラインおよびフレクスプラインのうちの他方において、波動発生器による回転が減速されて出力される回転駆動装置において、波動発生器は、フレクスプラインの半径方向内方において、フレクスプラインに対し回転可能に設けられ、フレクスプラインの内周面の数箇所に当接部で当接して、フレクスプラインをサーキュラスプラインに対して押圧する回転押圧部材を備え、回転押圧部材には撓み可能な形状可変部が形成され、形状可変部には電気信号に応じて歪が発生する歪素子が取り付けられており、歪素子において反復的に歪を発生させ、形状可変部が繰返し加速度をともなって変形することにより、回転押圧部材に継続的に慣性力を発生させ、慣性力により回転押圧部材が回転することである。
In order to solve the above-described problem, a structural feature of the invention of the rotary drive device according to
請求項2に係る発明の構成上の特徴は、請求項1の回転駆動装置において、歪素子は、圧電素子、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子のうちのいずれかにより形成されていることである。
The structural feature of the invention according to
請求項3に係る発明の構成上の特徴は、請求項1または2の回転駆動装置において、回転押圧部材は長尺状に形成された押圧部を有し、押圧部の長手方向の中央部を中心にして回転可能に設けられ、押圧部の両端の当接部においてフレクスプラインの内周面に当接することにより、外歯をサーキュラスプラインの中心を挟んで対向した2箇所に形成された内歯に噛合させるとともに、押圧部の長手方向の途中部位から長手方向と異なる方向に突出した可動部を前記形状可変部として具備し、可動部には歪素子が取り付けられており、歪素子に発生した歪により可動部が回転方向に撓んで、回転押圧部材に慣性力が発生することである。 According to a third aspect of the present invention, in the rotary drive device according to the first or second aspect, the rotary pressing member has a pressing portion formed in an elongated shape, and a central portion in the longitudinal direction of the pressing portion is provided. Inner teeth that are rotatably provided around the center and are formed at two locations facing each other across the center of the circular spline by contacting the inner surface of the flexspline at the abutting portions at both ends of the pressing portion. And a movable portion that protrudes in a direction different from the longitudinal direction from a midway portion of the pressing portion in the longitudinal direction is provided as the shape variable portion, and a strain element is attached to the movable portion, and the strain element is generated. That is, the movable portion is bent in the rotation direction due to the distortion, and an inertial force is generated in the rotation pressing member.
請求項4に係る発明の構成上の特徴は、請求項1または2の回転駆動装置において、回転押圧部材は長尺状に形成され、長手方向の中央部を中心にして回転可能に設けられ、両端の当接部においてフレクスプラインの内周面に当接することにより、外歯をサーキュラスプラインの中心を挟んで対向した2箇所に形成された内歯に噛合させるとともに、回転中心と少なくとも一側の端部との間において、回転方向に撓み可能な可動部が前記形状可変部として形成され、可動部には歪素子が取り付けられており、歪素子に発生した歪により可動部が撓んで回転押圧部材に慣性力が発生することである。
The structural feature of the invention according to
請求項5に係る発明の構成上の特徴は、請求項1または2の回転駆動装置において、回転押圧部材は、回転中心から3個以上の押圧部が互いに均等な角度を形成するように放射状に延び、押圧部のそれぞれの端部の当接部がフレクスプラインの内周面に当接することにより、外歯を内歯の円周上の複数箇所に噛合させ、少なくとも一つの押圧部は前記形状可変部として回転方向に撓み可能に形成されるとともに歪素子が取り付けられており、歪素子に発生した歪により押圧部が撓んで、回転押圧部材に慣性力が発生することである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the rotary drive device according to the first or second aspect, the rotary pressing member is arranged so that the three or more pressing portions form a uniform angle with each other from the rotation center. The outer teeth are engaged with a plurality of locations on the circumference of the inner teeth by extending the contact portions of the end portions of the pressing portions to the inner peripheral surface of the flexspline, and at least one pressing portion has the shape described above. The variable portion is formed so as to be able to bend in the rotation direction and has a strain element attached thereto, and the pressing portion is bent due to the strain generated in the strain element, and inertia force is generated in the rotary pressing member.
請求項6に係る発明の構成上の特徴は、請求項1乃至5のうちのいずれかの回転駆動装置において、前記回転押圧部材に取り付けられ、前記回転押圧部材の回転方向に弾性変形可能な弾性部材と振動錘を含む振動系と、前記歪素子に前記振動系の共振周波数付近で歪を発生させる制御装置と、を備えたことである。
A structural feature of the invention according to claim 6 is that the rotary drive device according to any one of
請求項7に係る発明の構成上の特徴は、請求項6の回転駆動装置において、前記振動系が前記押圧部材の前記当接部と円周方向同位相で半径方向外方に突出して前記回転押圧部材に固定されていることである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the rotary drive device according to the sixth aspect, the vibration system protrudes radially outward in the same phase in the circumferential direction as the abutting portion of the pressing member and rotates. It is fixed to the pressing member.
請求項8に係る発明の構成上の特徴は、請求項1乃至7のうちのいずれかの回転駆動装置において、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインには、回転押圧部材を回転中心において回転可能に支持する軸保持部が形成されたことである。
The structural feature of the invention according to claim 8 is the rotary drive device according to any one of
請求項9に係る発明の構成上の特徴は、請求項1乃至8のうちのいずれかの回転駆動装置において、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインの出力回転速度を検出する回転速度検出手段と、歪素子に供給する電気信号を制御する回転制御手段とを備え、回転制御手段は、回転速度検出手段によって検出された出力回転速度に基づいて、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインの回転位置による出力回転速度のむらを低減させるように、歪素子に供給する電気信号を制御することである。
The structural feature of the invention according to claim 9 is that in the rotational drive device according to any one of
請求項10に係る発明の構成上の特徴は、請求項1乃至8のうちのいずれかの回転駆動装置において、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインの基準回転速度を形成する基準速度設定手段を備え、回転制御手段は、回転速度検出手段によって検出された出力回転速度と、基準速度設定手段により設定された基準回転速度との偏差に応じて、歪素子に供給する電気信号を制御することである。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a structural feature of the rotary drive device according to any one of the first to eighth aspects, further comprising reference speed setting means for forming a reference rotation speed of the circular spline or flexspline, and rotation control. The means is to control an electric signal supplied to the strain element in accordance with a deviation between the output rotation speed detected by the rotation speed detection means and the reference rotation speed set by the reference speed setting means.
請求項1に係る回転駆動装置によれば、波動発生器は、フレクスプラインの内周面の数箇所に当接部で当接して、フレクスプラインをサーキュラスプラインに対して押圧する回転押圧部材を備え、回転押圧部材に形成された形状可変部に歪素子を取り付け、歪素子において反復的に歪を発生させて形状可変部を繰返し加速度をともなって変形させ、これによって発生した慣性力により回転押圧部材を回転させるため、波動発生器を駆動する機構をフレクスプラインの半径方向内方に配置することができ、波動発生器の軸方向外方に電動モータ等を設ける必要がなく、回転駆動装置全体を軸方向に小型化し、軽量化することができる。 According to the rotary drive device of the first aspect, the wave generator includes a rotary pressing member that is in contact with several locations on the inner peripheral surface of the flexspline at the abutting portion and presses the flexspline against the circular spline. A strain element is attached to the variable shape portion formed on the rotary pressing member, and the strain pressing element repeatedly generates strain to deform the variable shape portion with repeated acceleration, and the inertia force generated thereby causes the rotary pressure member to rotate. Therefore, the mechanism for driving the wave generator can be arranged radially inward of the flexspline, and there is no need to provide an electric motor or the like outside the wave generator in the axial direction. It can be reduced in size and weight in the axial direction.
また、慣性力を利用して回転押圧部材を駆動させているため、形状可変部の重量あるいはその変形の加速度を変えることにより回転押圧部材の回転速度を変化させ、延いては、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインの回転速度を変化させることができる。また、形状可変部の重量あるいはその変形の加速度を変えることにより、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインの受ける負荷に対応することができる。 In addition, since the rotary pressing member is driven using inertial force, the rotational speed of the rotary pressing member is changed by changing the weight of the shape variable portion or the acceleration of deformation thereof, and eventually the circular spline or flexure is changed. The rotational speed of the spline can be changed. Further, by changing the weight of the shape variable portion or the acceleration of its deformation, it is possible to cope with the load received by the circular spline or flexspline.
また、歪素子を周波数の高い可聴外領域の電気信号により動作させることができるため、作動音の小さい回転駆動装置にすることができる。 In addition, since the distortion element can be operated by an electric signal in a high audible outside region, it is possible to provide a rotary drive device with a low operating sound.
請求項2に係る回転駆動装置によれば、歪素子が圧電素子、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子のうちのいずれかにより形成されていることにより、供給する電気信号に応じて歪量を変化させることができ、回転押圧部材の回転制御を容易に行うことができる。
According to the rotary drive device according to
請求項3に係る回転駆動装置によれば、押圧部の両端の当接部においてフレクスプラインを押圧して外歯を内歯に噛合させるとともに、押圧部から突出した可動部に歪素子を取り付けて回転方向に撓ませ、回転押圧部材に慣性力を発生させることにより、回転押圧部材において、フレクスプラインを押圧する押圧部と歪素子により変形する可動部とを別部位に形成できる。このため、それぞれの剛性を自由に設定して、押圧部位の剛性を維持しつつ可動部を撓みやすくし、押圧部によりフレクスプラインを確実に押圧できるとともに、回転押圧部材に発生する慣性力を増大させることができる。 According to the rotary drive device of the third aspect, the flex spline is pressed at the abutting portions at both ends of the pressing portion to mesh the outer teeth with the inner teeth, and the strain element is attached to the movable portion protruding from the pressing portion. By bending in the rotational direction and generating an inertial force in the rotary pressing member, the pressing portion that presses the flexspline and the movable portion that is deformed by the strain element can be formed in different parts in the rotating pressing member. For this reason, each rigidity is set freely, the movable part is easily bent while maintaining the rigidity of the pressing part, the flex spline can be surely pressed by the pressing part, and the inertial force generated in the rotary pressing member is increased. Can be made.
請求項4に係る回転駆動装置によれば、回転押圧部材の両端の当接部においてフレクスプラインを押圧して外歯を内歯に噛合させるとともに、回転中心と少なくとも一側の端部との間に可動部を形成して歪素子を取り付け、可動部を撓ませて回転押圧部材に慣性力を発生させることにより、フレクスプラインを押圧する押圧部と可動部とを一体的に形成している。このため、形状可変部を特別に設ける必要がなく、回転押圧部材を小型軽量化することができ、回転押圧部材を回転させるために必要とする慣性力を低減することができる。 According to the rotary drive device of the fourth aspect, the flexspline is pressed at the contact portions at both ends of the rotary pressing member to engage the outer teeth with the inner teeth, and between the rotation center and at least one end portion. By forming a movable part and attaching a strain element and bending the movable part to generate an inertial force on the rotary pressing member, the pressing part that presses the flexspline and the movable part are integrally formed. For this reason, it is not necessary to provide a shape variable part specially, a rotation pressing member can be reduced in size and weight, and the inertia force required in order to rotate a rotation pressing member can be reduced.
請求項5に係る回転駆動装置によれば、回転押圧部材の回転中心から3個以上の押圧部が互いに均等な角度を形成するように放射状に延び、それぞれの端部の当接部においてフレクスプラインを押圧していることにより、回転押圧部材が円周上の3箇所以上において、フレクスプラインの内周面に均等に当接できるため、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインに回転押圧部材を支持する部位を設けなくても、回転押圧部材が安定して回転することができる。 According to the rotary drive device of the fifth aspect, the three or more pressing portions extend radially from the rotation center of the rotary pressing member so as to form an equal angle with each other, and the flex spline is formed at the contact portion of each end portion. Since the rotary pressing member can evenly contact the inner peripheral surface of the flexspline at three or more locations on the circumference by providing the pressure, a portion that supports the rotary pressing member is provided on the circular spline or flexspline. Even if it does not exist, a rotation press member can rotate stably.
請求項6に係る回転駆動装置によれば、回転押圧部材の回転方向に弾性変形可能な弾性部材と振動錘を含む振動系が回転押圧部材に取り付けられ、この振動系の共振周波数付近で歪素子に歪を発生させて回転押圧部材に振動を発生させることにより振動錘を大きく振動させて回転押圧部材にさらに大きな回転トルクを付与し、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインからの出力トルクを増大し安定させることができる。 According to the rotation drive device of the sixth aspect, the vibration system including the elastic member that can be elastically deformed in the rotation direction of the rotation pressing member and the vibration weight is attached to the rotation pressing member, and the strain element is near the resonance frequency of the vibration system. The vibration weight is greatly vibrated by generating distortion in the rotary pressing member, thereby applying a larger rotational torque to the rotary pressing member, and increasing and stabilizing the output torque from the circular spline or flex spline. Can do.
請求項7に係る回転駆動装置によれば、振動系が押圧部材の当接部と円周方向同位相で半径方向外方に突出して回転押圧部材に固定されているので、大きく振動する振動錘がフレクスプラインの内周面に当接する当接部で回転押圧部材に大きな回転トルクを確実に付与することができ、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインからの出力トルクを増大し安定させることができる。 According to the rotary drive device of the seventh aspect, the vibration system protrudes radially outward at the same phase in the circumferential direction as the abutting portion of the pressing member and is fixed to the rotating pressing member. However, a large rotational torque can be reliably applied to the rotary pressing member at the abutting portion that abuts against the inner peripheral surface of the flexspline, and the output torque from the circular spline or flexspline can be increased and stabilized.
請求項8に係る回転駆動装置によれば、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインには、回転押圧部材を回転中心において回転可能に支持する軸保持部が形成されたことにより、回転押圧部材が、フレクスプラインの半径方向内方において安定して回転することができる。 According to the rotary drive device according to the eighth aspect, the circular spline or the flexspline is formed with the shaft holding portion that rotatably supports the rotary press member at the center of rotation. It can rotate stably inward in the radial direction.
また、回転押圧部材に複数個の歪素子が取り付けられている場合に、そのうちの一部の歪素子のみに歪を発生させても、回転押圧部材がバランスを崩さずに安定して回転することができる。 In addition, when a plurality of strain elements are attached to the rotation pressing member, the rotation pressing member can be stably rotated without losing the balance even if only some of the strain elements are distorted. Can do.
請求項9に係る回転駆動装置によれば、検出された出力回転速度に基づいて、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインの回転位置による出力回転速度のむらを低減させるように、歪素子に供給する電気信号を制御することにより、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインの回転速度を一定に保ち、円滑に回転させることができる。したがって、出力回転速度のむらによる異音も低減することができる。 According to the rotational drive device of the ninth aspect, the electric signal supplied to the strain element is controlled based on the detected output rotational speed so as to reduce the unevenness of the output rotational speed due to the rotational position of the circular spline or flexspline. By doing so, the rotational speed of the circular spline or flex spline can be kept constant and smoothly rotated. Therefore, abnormal noise due to uneven output rotation speed can also be reduced.
請求項10に係る回転駆動装置によれば、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインの基準回転速度を形成し、検出された出力回転速度と設定された基準回転速度との偏差に応じて、歪素子に供給する電気信号を制御することにより、サーキュラスプラインまたはフレクスプラインを目標回転速度になるように容易に制御することができる。 According to the rotational drive device of the tenth aspect, the reference rotational speed of the circular spline or the flexspline is formed, and is supplied to the strain element according to the deviation between the detected output rotational speed and the set reference rotational speed. By controlling the electrical signal, the circular spline or flexspline can be easily controlled to reach the target rotational speed.
<実施形態1>
図1乃至図9に基づき、本発明の実施形態1によるハーモニックギヤ装置1について説明する。尚、説明中において回転軸方向という場合、特に断らなければ、ハーモニックギヤ装置1の出力回転軸に沿った方向、すなわち図2における上下方向を意味する。また、説明中における上下方向とは、図2における上下方向を意味している。
<
Based on FIG. 1 thru | or FIG. 9, the
図1は、本実施形態によるハーモニックギヤ装置1の、図2におけるA−A断面図である。ハーモニックギヤ装置1は、サーキュラスプライン11、フレクスプライン12、ギヤカバー13およびピエゾロータ14(本発明の波動発生器および回転押圧部材に該当する)により形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the
サーキュラスプライン11は、金属材料あるいは硬質の合成樹脂材料にて略皿状に形成されている。サーキュラスプライン11の底部11aの外周縁には、真円状のリング状部11bが回転軸方向に延びるように形成されており、リング状部11bの内周面には複数のインナティース11c(本発明の内歯に該当する)が形成されている。また、底部11aの中央部には、貫通孔11d(本発明の軸保持部に該当する)が形成されている。サーキュラスプライン11は、図示しない固定部材により回転不能に固定されている。
The
フレクスプライン12は、金属材料または合成樹脂材料により環状に形成されており、サーキュラスプライン11に対して回転移動可能に設けられている。フレクスプライン12の外周面には、サーキュラスプライン11のインナティース11cよりも数歯少ないアウタティース12a(本発明の外歯に該当する)が形成されている。
アウタティース12aの谷部は薄肉に形成されており、これによって、フレクスプライン12は可撓性を有している。フレクスプライン12はサーキュラスプライン11の半径方向内方に配置されることにより、アウタティース12aがインナティース11cに対向している。
The
The valley portion of the
ギヤカバー13は合成樹脂材料または金属材料により一体に形成されており、略蓋状を呈している。ギヤカバー13は平坦な上面部13aと、上面部13aから図2において下方へと延びる側面部13bとを備えている。側面部13bの下端は、サーキュラスプライン11のリング状部11bに当接しており、ギヤカバー13はサーキュラスプライン11に対して回転可能に形成されている。
The
ギヤカバー13の側面部13bの内周面には、フレクスプライン12のアウタティース12aと同数の内歯13cが形成されている。このため、内歯13cがアウタティース12aと噛合することにより、ギヤカバー13はフレクスプライン12と同速度で回転することが可能である。また、ギヤカバー13の上面部13aからは、出力軸部13dが上方に突出している。
On the inner peripheral surface of the
ピエゾロータ14は合成樹脂材料により一体成形されており、サーキュラスプライン11の貫通孔11dに軸受部材15を介して嵌合した円柱状の支承軸部14aと、支承軸部14aの上方に形成された長尺状の押圧部14bを備え、押圧部14bからは可動部14c(本発明の形状可変部に該当する)が突出している。
The
押圧部14bは、図1において上下方向に延びる略板状に形成されており、その長手方向の中央部には、上述した支承軸部14aが接続されている。支承軸部14aは貫通孔11dに回転可能に挿入されており、ピエゾロータ14は、押圧部14bの中央部を中心として、サーキュラスプライン11に回転可能に支持されている。
The
ピエゾロータ14はフレクスプライン12の半径方向内方に配置され、その押圧部14bの両端部には、フレクスプライン12の内周面を押圧するための当接部14b1が形成されている。一対の当接部14b1が、フレクスプライン12の内周面をサーキュラスプライン11に向けて半径方向外方に押圧しており、これにより、フレクスプライン12の押圧された部位に形成されたアウタティース12aのみが、サーキュラスプライン11の中心を挟んで対向する2箇所に形成されたインナティース11cおよびギヤカバー13の内歯13cと噛合している。
The
また、押圧部14bの長手方向の中央部からは、可動部14cが押圧部14bの延びる方向に対して略直角方向へと突出している。図3(a)に示すように、可動部14cは撓み可能なように薄板状に形成されており、その先端には、所定の重量を有した錘部14c1が形成されている。
Moreover, the
可動部14cの一側面には、一対の電極17a、17bにより挟持された圧電素子16(本発明の歪素子に該当する)が取り付けられている。圧電素子16は圧電セラミック、ロッシェル塩、水晶等により形成されており、電極17a、17b間に加えられた電圧に応じた歪量を発生する公知のピエゾ素子である。
A piezoelectric element 16 (corresponding to a strain element of the present invention) sandwiched between a pair of
図2に示すように、支承軸部14aには、圧電素子16に外部から電力を供給するための端子18a、18b(正端子18a、負端子18b)が取り付けられている。正端子18aは、上述した圧電素子16の電極17a、17bのうちの一方に接続され、負端子18bは、残りの電極17a、17bに接続されている(詳細は図示せず)。
As shown in FIG. 2,
図2に示すように、正端子18aに直流電源のプラス側を接続し、負端子18bにマイナス側を接続して圧電素子16に電圧を加えると、圧電素子16に歪が発生する。圧電素子16に歪が発生することにより、可動部14cは、押圧部14bとの接続部位と先端との間の全体に渡って、図1において時計回りの方向に撓むように形成されている(図3(b)示)。
As shown in FIG. 2, when a positive side of the DC power source is connected to the
図4に示すように、圧電素子16に発生する歪により、可動部14cが所定の加速度で時計回りに撓み始めると、可動部14cの先端の錘部14c1の移動により、ピエゾロータ14に回転トルクが発生する。すなわち、錘部14c1の重量をm、可動部14cの撓みにより錘部14c1に発生する加速度をa、ピエゾロータ14の回転中心P(貫通孔11dにより支持された支承軸部14aの中心位置)から錘部14c1までの距離をLとした場合、T=ma・Lという大きさの回転トルクが作用する。この回転トルクをピエゾロータ14における抵抗力よりも大きく設定した場合、ピエゾロータ14がPを中心として、フレクスプライン12に対して時計回りに回転し始める。
As shown in FIG. 4, when the
この時、可動部14cの撓みによって、ピエゾロータ14には反時計回りの反力が働くが、当該反力はピエゾロータ14の回転中心付近に作用するため、ピエゾロータ14の時計回りの回転を妨げる力にはならない。
At this time, the counterclockwise reaction force acts on the
圧電素子16に対し、一度、電圧を印加することにより、ピエゾロータ14に働く回転トルクは、慣性力となってピエゾロータ14に作用するため、圧電素子16に加える電圧を解除してもピエゾロータ14は回転し続ける。フレクスプライン12の内周面とピエゾロータ14の当接部14b1との間には摺動抵抗が存在し、また、可動部14cの撓み量が最大限になる付近において、錘部14c1には逆方向に加速度が発生しており、これらによる抵抗力により上述した慣性力が消滅するまで、ピエゾロータ14の回転が継続する。
By applying a voltage to the
さらに、圧電素子16へ印加する電圧のオン、オフを繰り返すことにより、圧電素子16において反復的に歪が発生する。これにより、可動部14cが繰返し加速度をともなって変形し、ピエゾロータ14に継続的に慣性力が発生するため、ピエゾロータ14はフレクスプライン12内において時計回りに連続的に回転する。
Further, by repeatedly turning on and off the voltage applied to the
ピエゾロータ14の回転により、当接部14b1がフレクスプライン12の内周面に対して摺動しながら円周上を移動し、フレクスプライン12の押圧部位を回転移動させる。これにより、フレクスプライン12が撓みながら、アウタティース12aとインナティース11cとが噛合する円周上の位置が時計回りに移動する。
The rotation of the
したがって、サーキュラスプライン11が固定されていることにより、フレクスプライン12がピエゾロータ14とは反対方向(反時計回り)に回転し、フレクスプライン12と同速度で回転可能なギヤカバー13の出力軸部13dにおいて、ピエゾロータ14による回転が減速されて出力される。出力軸部13dを上述した場合と反対方向(時計回り)に回転させる場合は、圧電素子16の電極17a、17bへの電源の接続を、逆向きにすればよい。
Therefore, when the
図5に示すように、本実施形態による回転駆動システム(本発明の回転駆動装置に該当する)は、上述したハーモニックギヤ装置1、コントローラ2(本発明の回転制御手段に該当する)、回転速度センサ3(本発明の回転速度検出手段に該当する)、オペアンプ4および基準電圧設定部5(本発明の基準速度設定手段に該当する)を備えている。
As shown in FIG. 5, the rotational drive system according to the present embodiment (corresponding to the rotational drive device of the present invention) includes the above-described
回転速度センサ3はギヤカバー13の出力軸部13d付近に配置され、検出した出力軸部13dの回転速度(フレクスプライン12の回転速度に等しい)に応じた電圧信号を発生する。回転速度センサ3による電圧信号は、オペアンプ4の非反転入力端子に入力されている。オペアンプ4の反転入力端子には基準電圧設定部5が接続されており、基準電圧設定部5により設定されたハーモニックギヤ装置1の目標回転速度に応じた電圧信号が入力されている。
The
オペアンプ4の出力端子および基準電圧設定部5には、コントローラ2が接続されており、さらにコントローラ2には、上述した支承軸部14aに形成された端子18a、18bが接続されている。コントローラ2は図示しない電源と接続されており、端子18a、18bへの供給電圧を制御している。
The
図6に示すように、コントローラ2は、端子18a、18b間に最大電圧Vsの電気信号を周期Tsで繰返し供給している。電気信号の電圧Vsおよび周期Tsは、ピエゾロータ14を連続的に回転させるために必要な値に設定されている。
As shown in FIG. 6, the
また、図6に示すように、コントローラ2が発生する電気信号は、電圧の上昇勾配に対し減少勾配が緩やかに形成されている。したがって、可動部14cの変形時の撓み加速度に対して、戻り時の撓み加速度が小さくなり、ピエゾロータ14に反対方向の回転トルクが発生しないようになっている。
Further, as shown in FIG. 6, the electric signal generated by the
コントローラ2は、回転速度センサ3によって検出された出力軸部13dの回転速度に基づいて、フレクスプライン12の回転位置(ギヤカバー13の出力軸部13dの回転位置と同意)による回転速度のむらを低減させるように、圧電素子16に供給する電気信号を制御している。
Based on the rotational speed of the
コントローラ2は、回転速度センサ3によって検出された電圧値(出力軸部13dの回転速度に応じた値が検出されている)と、基準電圧設定部5により設定された基準電圧(フレクスプライン12の目標回転速度である基準回転速度に応じた値に設定されている)との偏差に応じて、圧電素子16に供給する電気信号を制御する(回転むら制御)。
The
例えば、図7において実線にて示すように、出力軸部13dの回転位置(フレクスプライン12の回転位置)が90度付近において、回転速度センサ3の検出電圧が基準電圧よりも所定量だけ低い場合、図8に示すように、当該回転位置において、圧電素子16に対し電圧Vsの電気信号を周期Th(<Ts)で供給する。これにより、可動部14cにおける撓みの発生頻度が増加し、ピエゾロータ14の回転速度を増大させることができる(図7において破線にて示す)。
For example, as shown by a solid line in FIG. 7, when the rotational position of the
この時、回転速度センサ3の検出電圧と基準電圧との偏差が大きければ大きいほど、電気信号の周期を短くすることにより、ピエゾロータ14の回転速度を基準回転速度に近づけることができる。
At this time, the greater the deviation between the detected voltage of the
上述した場合と異なり、出力軸部13dの回転位置が180度付近におけるように、回転速度センサ3の検出電圧が基準電圧よりも所定量だけ高い場合、圧電素子16に供給する電気信号の周期を長くして、ピエゾロータ14の回転速度を減少させればよいことは言うまでもない。
Unlike the case described above, when the detection voltage of the
また、回転速度センサ3の検出電圧が基準電圧よりも所定量だけ低い場合に、圧電素子16に供給する電気信号の周期を短くする代わりに、図9に示すように、圧電素子16に対し最大電圧Vh(>Vs)の電気信号を供給してもよい。これにより、錘部14c1に発生する加速度が増加し、ピエゾロータ14の回転速度を増大させることができる。この場合、電圧の減少勾配を少しだけ急にして、電気信号の周期が長くなることを抑制するのが望ましい。
In addition, when the detected voltage of the
電気信号の電圧を変化させる場合、回転速度センサ3の検出電圧と基準電圧との偏差が大きければ大きいほど、電気信号の最大電圧を大きくすることにより、ピエゾロータ14の回転速度を基準回転速度に近づけることができる。
When changing the voltage of the electrical signal, the greater the deviation between the detected voltage of the
また、フレクスプライン12の回転位置による回転速度のむらを低減させるために、圧電素子16に供給する電気信号の周期と電圧の双方を重畳的に変化させてもよい。
Further, in order to reduce unevenness in the rotational speed due to the rotational position of the
本実施形態によれば、波動発生器として、フレクスプライン12の内周面の2箇所に当接して、フレクスプライン12をサーキュラスプライン11に対して押圧するピエゾロータ14を備え、ピエゾロータ14に形成された可動部14cに圧電素子16を取り付け、圧電素子16において反復的に歪を発生させて可動部14cを繰返し加速度をともなって変形させ、これによって発生した慣性力によりピエゾロータ14を回転させるため、ピエゾロータ14をフレクスプライン12の半径方向内方に配置することができ、フレクスプライン12の軸方向外方に電動モータ等を設ける必要がなく、ハーモニックギヤ装置1全体を軸方向に小型化し、軽量化することができる。
According to this embodiment, the wave generator is provided with the
また、慣性力を利用してピエゾロータ14を駆動させているため、可動部14cの重量あるいはその変形の加速度を変えることにより、ピエゾロータ14の回転速度を変化させ、延いては、フレクスプライン12の回転速度を変化させることができる。また、可動部14cの重量あるいはその変形の加速度を変えることにより、出力軸部13dの受ける負荷に対応することができる。
Further, since the
また、圧電素子16を周波数の高い可聴外領域の電気信号により動作させることができるため、作動音の小さいハーモニックギヤ装置1にすることができる。
Moreover, since the
また、可動部14cに圧電素子16を取り付けていることにより、供給する電圧に応じて歪量を変化させることができ、ピエゾロータ14の回転制御を容易に行うことができる。
Further, since the
また、検出された出力軸部13dの回転速度に基づいて、フレクスプライン12の回転位置による回転速度のむらを低減させるように、圧電素子16に供給する電気信号を制御することにより、フレクスプライン12の回転速度を一定に保ち、円滑に回転させることができる。したがって、出力回転速度のむらによる異音も低減することができる。
Further, based on the detected rotational speed of the
また、フレクスプライン12の目標回転速度に応じた基準電圧を設定し、検出された回転速度センサ3の検出電圧と設定された基準電圧との偏差に応じて、圧電素子16に供給する電気信号を制御することにより、フレクスプライン12を目標回転速度になるように容易に制御することができる。
Further, a reference voltage corresponding to the target rotational speed of the
また、押圧部14bの両端部においてフレクスプライン12を押圧してアウタティース12aをインナティース11cに噛合させるとともに、押圧部14bから突出した可動部14cに圧電素子16を取り付けて回転方向に撓ませ、ピエゾロータ14に慣性力を発生させることにより、ピエゾロータ14において、フレクスプライン12を押圧する押圧部14bと圧電素子16により撓む可動部14cとを別部位に形成できる。このため、それぞれの剛性を自由に設定して、押圧部14bの剛性を維持しつつ可動部14cを撓みやすくし、押圧部14bによりフレクスプライン12を確実に押圧できるとともに、ピエゾロータ14に発生する慣性力を増大させることができる。
Further, the
サーキュラスプライン11には、ピエゾロータ14を軸受部材15を介して回転可能に支持する貫通孔11dが形成されたことにより、ピエゾロータ14が、フレクスプライン12の半径方向内方において安定して回転することができる。
The
<実施形態1の変形例>
図10に示すように、実施形態1の変形例として、実施形態1によるハーモニックギヤ装置1に対して、サーキュラスプライン11によるピエゾロータ14Dの支持構造(貫通孔11d)を備えない構成としてもよい。本変形例によれば、ピエゾロータ14Dが回転中心(図10においてPにて示す)においてサーキュラスプライン11による拘束を受けないため、ピエゾロータ14Dはフレクスプライン12の内周面に倣って回転することができ、フレクスプライン12の対向した2箇所をバランスよく押圧することができる。
本変形例におけるその他の構成については、実施形態1によるハーモニックギヤ装置1と同様であるため、詳細な説明は省略する。
<Modification of
As shown in FIG. 10, as a modification of the first embodiment, the
Since other configurations in the present modification are the same as those of the
<実施形態2>
図11は、実施形態2によるハーモニックギヤ装置の簡略図である。本実施形態において、ピエゾロータ14Eは長尺状に形成され、長手方向の中央部には支承軸部14E1が図11において紙面に垂直な方向に突出している。支承軸部14E1が、軸受部材15を介してサーキュラスプライン11の貫通孔11dに対し嵌合しているため、ピエゾロータ14Eは、長手方向の中央部を中心にしてサーキュラスプライン11により回転可能に支持されている。
<
FIG. 11 is a simplified diagram of the harmonic gear device according to the second embodiment. In the present embodiment, the
また、ピエゾロータ14Eは、支承軸部14E1から半径方向両外方に形成された長尺状の押圧部を備え、その先端の当接部においてフレクスプライン12の内周面に当接し、フレクスプライン12のアウタティース12aを、サーキュラスプライン11のインナティース11cに中心を挟んで対向した2箇所において噛合させている。
Further, the
さらに、押圧部には、ピエゾロータ14Eの回転中心(図11においてPにて示す)と先端の当接部との間に、回転方向に撓み可能な可動部14E2(本発明の形状可変部に該当する)がそれぞれ形成されており、それぞれの可動部14E2に圧電素子16が取り付けられている。また、それぞれの押圧部の先端には、所定の重量を備えた錘部14E3が当接部を兼ねて形成されている。これにより、圧電素子16に発生した歪によって、各々の可動部14E2が撓んで慣性力が発生し、ピエゾロータ14Eが時計回りに回転する。
本実施形態においては、ピエゾロータ14Eの回転中心から一方に突出した押圧部のみに、圧電素子16を備えた撓み可能な可動部14E2を形成してもよい。
Further, the pressing portion includes a movable portion 14E2 (corresponding to the shape variable portion of the present invention) that can bend in the rotational direction between the rotation center (indicated by P in FIG. 11) of the
In the present embodiment, the bendable movable portion 14E2 including the
本実施形態によれば、ピエゾロータ14Eの押圧部の先端の当接部においてフレクスプライン12を押圧してアウタティース12aをインナティース11cに噛合させるとともに、回転中心と少なくとも一側の押圧部に可動部14E2を形成して圧電素子16を取り付け、可動部14E2を撓ませてピエゾロータ14Eに慣性力を発生させることにより、フレクスプライン12を押圧する押圧部に撓み可能な可動部14E2を一体的に形成している。このため、形状可変部を特別に設ける必要がなく、ピエゾロータ14Eを小型軽量化することができ、ピエゾロータ14Eを回転させるために必要とする慣性力を低減することができる。
According to this embodiment, the
また、サーキュラスプライン11は、ピエゾロータ14Eを回転中心において支持しているため、一対の圧電素子16のうちの一方のみに電圧を印加して片方の可動部14E2のみを撓ませても、ピエゾロータ14Eがバランスを崩さずに安定して回転することができる。
Further, since the
<実施形態2の変形例>
図12に示すように、実施形態2の変形例として、実施形態2によるハーモニックギヤ装置に対して、サーキュラスプライン11によるピエゾロータ14Fの支持構造(貫通孔11d)を備えない構成としてもよい。
<Modification of
As shown in FIG. 12, as a modification of the second embodiment, the harmonic gear device according to the second embodiment may be configured not to include a support structure (through
本変形例におけるその他の構成については、実施形態2によるハーモニックギヤ装置と同様であるため、詳細な説明は省略する。 Since other configurations in the present modification are the same as those of the harmonic gear device according to the second embodiment, detailed description thereof is omitted.
<実施形態3>
図13は、実施形態3によるハーモニックギヤ装置の簡略図である。本実施形態において、ピエゾロータ14Gの回転中心(図13においてPにて示す)から3個の押圧部14G1が互いに均等な角度を形成するように放射状に延び、押圧部14G1のそれぞれの端部の当接部がフレクスプライン12の内周面に当接している。
これにより、フレクスプライン12のアウタティース12aを、サーキュラスプライン11のインナティース11cにおける円周上の3箇所に噛合させている。また、それぞれの押圧部14G1の先端には、錘部14G2が当接部を兼ねて設けられている。さらに、押圧部14G1のうちの一つは、回転方向に撓み可能に形成されるとともに、圧電素子16が取り付けられており、圧電素子16に発生した歪により押圧部14G1の一つ(本発明の形状可変部を兼ねている)が撓んで、ピエゾロータ14Gに慣性力が発生する。
<
FIG. 13 is a simplified diagram of the harmonic gear device according to the third embodiment. In the present embodiment, the three pressing portions 14G1 extend radially from the rotation center (indicated by P in FIG. 13) of the
Thereby, the
本実施形態においては、ピエゾロータ14Gが、回転中心から放射状に延びる4個以上の押圧部14G1を備え、これらが互いに均等な角度を形成するようにしてもよい。また、図13に示した押圧部14G1のうちの、二つを撓み可能に形成するとともに圧電素子16を取り付けてもよいし、すべて(3個)の押圧部14G1を撓み可能に形成して、圧電素子16を取り付けてもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態によれば、ピエゾロータ14Gの回転中心から3個の押圧部14G1が互いに均等な角度を形成するように放射状に延び、それぞれの端部においてフレクスプライン12を押圧していることにより、ピエゾロータ14Gが円周上の3箇所において、フレクスプライン12の内周面に均等に当接できるため、サーキュラスプライン11にピエゾロータ14Gを支持する構造を設けなくても、ピエゾロータ14Gが安定して回転することができる。
According to the present embodiment, the three pressing portions 14G1 extend radially from the rotation center of the
<実施形態4>
図14は、実施形態4によるピエゾロータの部分拡大図である。本実施形態は、図1に示したピエゾロータ14を変更した実施形態であり、押圧部14bに可動部14cが設けられていない代わりに、押圧部14bには取付溝14b2が形成されている。取付溝14b2には、アース電極17eが挿入固定されている。
<
FIG. 14 is a partially enlarged view of the piezo rotor according to the fourth embodiment. This embodiment is an embodiment in which the
アース電極17eの両面には、アース電極17eを挟むように一対の圧電素子16が貼付されている。双方の圧電素子16は、同様の仕様のものである。さらに、それぞれの圧電素子16においてアース電極17eと当接していない側の面には、印加電極17c、17dがそれぞれ当接するように配置されている。
A pair of
上述した構成において、アース電極17eは常に直流電源のマイナス側に接続されている。また、印加電極17c、17dのうちの一方が直流電源のプラス側に接続され、他方は直流電源のマイナス側に接続される。したがって、アース電極17eを挟んで設けられた一対の圧電素子16のうち、一方のみに直流電源による電圧を印加し、他方には電圧が加えられない。
In the configuration described above, the
これにより、電圧が印加された圧電素子16のみに歪が発生し、アース電極17eとともにいずれかの方向(図14における上方または下方のいずれかの方向)に撓みを発生する。
As a result, distortion occurs only in the
印加電極17c、17dのうち、直流電源のプラス側に接続する側を切り換えて、電圧を印加する圧電素子16を入れ変えることにより、その撓み方向を反転させることができる。これにより、ピエゾロータ14の回転方向を選択し、出力軸部13dの回転方向を切り換えることが可能になる。また、上述した構成によれば、ピエゾロータ14に可動部14cを形成する必要がなくなる。
By switching the side of the
<実施形態5>
実施形態5によるハーモニックギヤ装置21を図15および図16に基づいて説明する。本実施形態は、実施形態1において、ピエゾロータ14(回転押圧部材)の回転方向に振動可能な弾性部材22と振動錘23とを含む振動系24がピエゾロータ14に取り付けられ、コントローラ2(回転制御装置)が圧電素子16(歪素子)に振動系24の共振周波数付近で歪を発生させる点のみが実施形態1によるハーモニックギヤ装置1と異なるので、かかる相違点のみについて以下に説明する。
<
A harmonic gear device 21 according to
フレクスプライン12の先端とサーキュラスプライン11の底部11aの内端面との間には出力回転軸方向に隙間25が形成され、サーキュラスプライン11のリング状部11bの内周面には、隙間25と対向して大径の環状溝部11eが形成され振動系24を収納する収納空間26が構成されている。収納空間26内においてピエゾロータ14の回転方向に振動可能な弾性部材22が押圧部14bの当接部14b1に半径方向外方に向かって立設され、弾性部材22の自由端に振動錘23が環状溝部11e内で固定されている。即ち、振動系24は押圧部14bの当接部14b1と円周方向同位相で半径方向外方に突出してピエゾロータ14に固定され、この振動系24が収納空間26内に収納されている。
A gap 25 is formed in the output rotation axis direction between the tip of the
コントローラ2が、例えばバイモルフ型の圧電素子16に電圧の上昇勾配に対し減少勾配が緩やかに形成された電圧の電気信号を高い周波数で加えると、圧電素子16は電圧をかけた側に例えば時計方向に撓み、可動部14cに変形時の撓み加速度に対して、戻り時の撓み加速度が小さい撓みが生じ、ピエゾロータ14に継続的に慣性力が発生する(図16(a))。振動錘23は質量を持ち、弾性部材22は弾性係数を持つので、振動系24の弾性部材22に押圧部材14bから振動が入力されると振動錘23は振り子のように振れる(図16(b))。振動錘23の振れを図略の検出手段で検出すると、コントローラ2は電気信号の周波数またはデューティ比等を変えて押圧部14bも振れるようにし(図16(c))、遂にはピエゾロータ14が時計方向に回転するようにする(図16(d))。
When the
即ち、コントローラ2は振動錘23が時計方向(回転方向)に振れだすと圧電素子16に電圧を加え始め、振動錘23が時計方向に一番加速しているときに撓みを元に戻すように電圧の減少を開始する。そして、コントローラ2は振動錘23の振れに合わせて電気信号の周波数を振動系24の共振周波数付近程度まで低下させる。これにより、振動錘23が大きく振動してピエゾロータ14にさらに大きな回転トルクを付与し、フレクスプライン12からの出力トルクを増大し安定させることができる。さらに、振動系24がピエゾロータ14の当接部14bと円周方向同位相で半径方向外方に突出してピエゾロータ14に固定されているので、大きく振動する振動錘23がフレクスプライン12の内周面に当接する当接部14bでピエゾロータ14に大きな回転トルクを確実に付与することができる。
That is, the
ピエゾロータ14が時計方向に回転し始めると、コントローラ2は第1実施形態と同様に、回転速度センサ3によって検出された出力軸部13dの回転速度に基づいて、フレクスプライン12の回転位置による回転速度のむらを低減させるように、圧電素子16に供給する電気信号の電圧、周波数またはデューティ比等を制御する。
When the
本実施形態では振動系24がピエゾロータ14の押圧部14bの当接部14b1に取り付けられているが、ピエゾロータ14の回転中心部に可動体14cの反対側に半径方向外方に突出して取り付けてもよい。
In this embodiment, the
<実施形態5の変形例>
実施形態5の変形例1では、図17に示すように、実施形態2において、ピエゾロータ14Eの回転方向に振動可能な弾性部材22が可動部14E2を一体に形成された押圧部の当接部を兼ねた錘部14E3に半径方向外方に向かって立設され、弾性部材22の自由端に振動錘23が固定されている。即ち、振動系24が押圧部の当接部と円周方向同位相で半径方向外方に突出してピエゾロータ14Eに固定されている。
<Modification of
In the first modification of the fifth embodiment, as shown in FIG. 17, in the second embodiment, the
実施形態5の変形例2では、図18に示すように、実施形態3において、3個の押圧部14G1の当接部を兼ねた錘部14G2に振動系24が半径方向外方に突出して固定されている。
In the second modification of the fifth embodiment, as shown in FIG. 18, in the third embodiment, the
<他の実施形態>
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified or expanded as follows.
ピエゾロータ14に取り付けられる歪素子は圧電素子16に限られるものではなく、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子等のうちのいずれかを使用してもよい。この場合の形状記憶素子とは、形状記憶材料に電気信号を与えて加熱し、歪を発生させる素子のことである。歪素子の歪み部には、金属材料、有機高分子材料、セラミックス材料、あるいはそれらの複合材を用いることができる。
The strain element attached to the
また、フレクスプライン12とギヤカバー13は、一体的に形成されていてもよい。
また、フレクスプライン12を回転不能に固定し、サーキュラスプライン11から回転出力を得るように形成してもよい。
Further, the
Alternatively, the
また、ピエゾロータ14に発生する慣性力は、可動部14cの重量と撓み時の加速度とにより決定されるため、可動部14cの先端に形成された錘部14c1は必ずしも必要ではなく、可動部14c自体の重量と撓み時の加速度とに応じて、適宜設ければよい。
Further, since the inertial force generated in the
また、フレクスプライン12の回転位置による回転速度のむらを低減するため、全回転位置におけるフレクスプライン12の回転速度の平均を算出し、回転速度センサ3によって検出された回転速度と、フレクスプライン12の回転速度の平均との偏差に応じて、圧電素子16に供給する電気信号を制御してもよい。
Further, in order to reduce unevenness in the rotational speed due to the rotational position of the
また、ピエゾロータ14の可動部14cの押圧部14bに対する取付位置は、押圧部14bの両端部の間であればどの位置でもよく、その突出方向は、必ずしも押圧部14bに対して直角方向でなくてもよい。
Moreover, the attachment position with respect to the
また、電圧を印加した場合の圧電素子16の歪方向は、どの方向のものであっても使用可能である。したがって、可動部14cへの圧電素子16の取付位置および取付方向も、上述した実施形態に開示された構成に限られない。
In addition, the strain direction of the
図面中、1はハーモニックギヤ装置、2はコントローラ(回転制御手段)、3は回転速度センサ(回転速度検出手段)、5は基準電圧設定部(基準速度設定手段)、11はサーキュラスプライン、11bはリング状部、11cはインナティース(内歯)、11dは貫通孔(軸保持部)、12はフレクスプライン、12aはアウタティース(外歯)、14,14D,14E,14F,14Gはピエゾロータ(波動発生器、回転押圧部材)、14b、14G1は押圧部、14c、14E2は可動部(形状可変部)、16は圧電素子(歪素子)22は弾性部材、23は振動錘、24は振動系を示している。 In the drawings, 1 is a harmonic gear device, 2 is a controller (rotation control means), 3 is a rotation speed sensor (rotation speed detection means), 5 is a reference voltage setting unit (reference speed setting means), 11 is a circular spline, and 11b is Ring-shaped portion, 11c is inner teeth (inner teeth), 11d is a through hole (shaft holding portion), 12 is a flex spline, 12a is outer teeth (outer teeth), 14, 14D, 14E, 14F, and 14G are piezo rotors (wave motions) Generator, rotating pressing member), 14b and 14G1 are pressing parts, 14c and 14E2 are movable parts (shape variable parts), 16 is a piezoelectric element (straining element) 22 is an elastic member, 23 is a vibrating weight, and 24 is a vibrating system. Show.
Claims (10)
可撓性を有した環状部を備えるように形成され、前記環状部の外周面に前記サーキュラスプラインの内歯よりも少数の外歯を有し、前記サーキュラスプラインの半径方向内方に配置されることにより、前記外歯が前記内歯に対向するフレクスプラインと、
前記フレクスプラインの内周面の数箇所を、前記サーキュラスプラインに向けて半径方向外方に押圧することにより、前記外歯の一部のみを前記内歯に対し噛合させるとともに、前記フレクスプラインに対する押圧部位を回転移動させる波動発生器と、
を備え、
前記波動発生器によって前記フレクスプラインにおける押圧部位が回転移動されることにより、前記フレクスプラインが撓みながら、前記外歯と前記内歯とが噛合する円周上の位置が移動し、前記サーキュラスプラインおよび前記フレクスプラインのうちの一方を固定することにより、前記サーキュラスプラインおよび前記フレクスプラインのうちの他方において、前記波動発生器による回転が減速されて出力される回転駆動装置において、
前記波動発生器は、
前記フレクスプラインの半径方向内方において、前記フレクスプラインに対し回転可能に設けられ、前記フレクスプラインの内周面の数箇所に当接部で当接して、前記フレクスプラインを前記サーキュラスプラインに対して押圧する回転押圧部材を備え、
前記回転押圧部材には、撓み可能な形状可変部が形成され、
前記形状可変部には、電気信号に応じて歪が発生する歪素子が取り付けられており、
前記歪素子において反復的に歪を発生させ、前記形状可変部が繰返し加速度をともなって変形することにより、前記回転押圧部材に継続的に慣性力を発生させ、前記慣性力により前記回転押圧部材が回転することを特徴とする回転駆動装置。 A circular spline having a ring-shaped portion and having a plurality of internal teeth on the inner peripheral surface of the ring-shaped portion;
It is formed so as to have a flexible annular portion, and has a smaller number of outer teeth than the inner teeth of the circular spline on the outer peripheral surface of the annular portion, and is arranged radially inward of the circular spline. A flexspline in which the outer teeth face the inner teeth;
By pressing several locations on the inner peripheral surface of the flexspline radially outward toward the circular spline, only a part of the outer teeth are engaged with the inner teeth and the flexspline is pressed against the flexsplines. A wave generator for rotating the part;
With
When the pressing portion in the flexspline is rotated by the wave generator, the position on the circumference where the external teeth and the internal teeth mesh is moved while the flexspline is bent, and the circular spline and By fixing one of the flexsplines, in the other of the circular spline and the flexspline, the rotation drive device that outputs the rotation by the wave generator decelerated,
The wave generator is
Inwardly in the radial direction of the flexspline, the flexspline is provided so as to be rotatable with respect to the flexspline. A rotation pressing member for pressing,
The rotary pressing member is formed with a deformable shape variable portion,
A strain element that generates strain according to an electrical signal is attached to the shape variable portion,
A strain is repeatedly generated in the strain element, and the shape variable portion is deformed with repeated acceleration, whereby an inertial force is continuously generated in the rotary pressing member, and the rotary pressing member is caused by the inertial force. A rotation drive device characterized by rotating.
前記歪素子に発生した歪により前記可動部が回転方向に撓んで、前記回転押圧部材に慣性力が発生することを特徴とする請求項1または2に記載の回転駆動装置。 The rotary pressing member has a pressing portion formed in a long shape, and is provided to be rotatable around a central portion in the longitudinal direction of the pressing portion. The flexspline is in contact portions at both ends of the pressing portion. The outer teeth are engaged with the inner teeth formed at two locations facing each other across the center of the circular spline, and the longitudinal direction of the pressing portion extends from the middle portion of the pressing portion. A movable portion protruding in a different direction as the shape variable portion, the strain element is attached to the movable portion,
3. The rotation drive device according to claim 1, wherein the movable portion is bent in a rotation direction due to a strain generated in the strain element, and an inertial force is generated in the rotation pressing member.
前記歪素子に発生した歪により前記可動部が撓んで、前記回転押圧部材に慣性力が発生することを特徴とする請求項1または2に記載の回転駆動装置。 The rotary pressing member is formed in a long shape, is provided so as to be rotatable around a central portion in the longitudinal direction, and contacts the inner peripheral surface of the flexspline at the contact portions at both ends, thereby The movable part that is meshed with the internal teeth formed at two locations facing each other across the center of the circular spline and that can be bent in the rotational direction between the rotational center and at least one end is variable in shape. Formed as a part, the strain element is attached to the movable part,
3. The rotation drive device according to claim 1, wherein the movable portion is bent by a strain generated in the strain element, and an inertial force is generated in the rotation pressing member.
前記歪素子に発生した歪により前記押圧部が撓んで、前記回転押圧部材に慣性力が発生することを特徴とする請求項1または2に記載の回転駆動装置。 The rotation pressing member extends radially from the rotation center so that three or more pressing portions form an equal angle with each other, and the contact portion of each end portion of the pressing portion is formed on the inner peripheral surface of the flexspline. By abutting, the outer teeth are meshed with a plurality of locations on the circumference of the inner teeth, and at least one of the pressing portions is formed as the shape variable portion so as to be able to bend in the rotation direction, and the strain element is Installed,
3. The rotation drive device according to claim 1, wherein the pressing portion is bent by a strain generated in the strain element, and an inertial force is generated in the rotation pressing member.
前記歪素子に前記振動系の共振周波数付近で歪を発生させる制御装置と、を備えたことを特徴とする請求項1乃至5のうちのいずれか一項に記載の回転駆動装置。 A vibration system attached to the rotation pressing member and including an elastic member capable of elastic deformation in the rotation direction of the rotation pressing member and a vibration weight;
6. The rotary drive device according to claim 1, further comprising: a control device that generates a strain in the strain element in the vicinity of a resonance frequency of the vibration system.
前記歪素子に供給する電気信号を制御する回転制御手段と、
を備え、
前記回転制御手段は、
前記回転速度検出手段によって検出された前記出力回転速度に基づいて、前記サーキュラスプラインまたは前記フレクスプラインの回転位置による前記出力回転速度のむらを低減させるように、前記歪素子に供給する電気信号を制御することを特徴とする請求項1乃至8のうちのいずれか一項に記載の回転駆動装置。 A rotational speed detecting means for detecting an output rotational speed of the circular spline or the flexspline;
Rotation control means for controlling an electric signal supplied to the strain element;
With
The rotation control means includes
Based on the output rotation speed detected by the rotation speed detection means, an electric signal supplied to the strain element is controlled so as to reduce unevenness of the output rotation speed due to the rotation position of the circular spline or the flexspline. The rotation drive device according to claim 1, wherein the rotation drive device is a rotation drive device.
前記回転制御手段は、
前記回転速度検出手段によって検出された前記出力回転速度と、前記基準速度設定手段により設定された前記基準回転速度との偏差に応じて、前記歪素子に供給する電気信号を制御することを特徴とする請求項1乃至8のうちのいずれか一項に記載の回転駆動装置。 Reference speed setting means for forming a reference rotational speed of the circular spline or the flexspline,
The rotation control means includes
An electrical signal supplied to the strain element is controlled in accordance with a deviation between the output rotation speed detected by the rotation speed detection means and the reference rotation speed set by the reference speed setting means. The rotation drive device according to any one of claims 1 to 8.
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