JP2017118781A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】出力部の駆動に遅れが生じることを抑制したアクチュエータを提供する。【解決手段】円弧状の第１軌跡Ｔ１に沿って回動する第１回動子１１２と、第１軌跡Ｔ１に対して立体交差する円弧状の第２軌跡Ｔ２に沿って回動する第２回動子２１２と、第１回動子１１２と連動する軸である第１取出軸１２２と、第２回動子２１２の回動中心軸に対して直交し、かつ、第１取出軸１２２と同一平面上に位置する軸であって、第２回動子２１２と連動する第２取出軸２２２と、第１取出軸１２２を中心に回動可能な第１連結部１３と、第２取出軸２２２を中心に回動可能な第２連結部２３と、第１連結部１３と第２連結部２３とを接続した状態で、前記第１回動子または前記第２回動子に発生する駆動力を出力する出力部３とを備えるアクチュエータである。【選択図】図１

Description

本発明は、球面座標上で駆動可能なアクチュエータに関するものである。

従来、球面座標上で駆動可能なアクチュエータとして、本願の発明者らにより発明された、特許文献１に記載の発明が存在する。このアクチュエータは、例えば首振り動作を行う監視カメラや、ロボットの関節部、ロボットの眼球部等の駆動手段に適用できる。

特許文献１に記載のアクチュエータはＸ軸周りに回動可能な第１可動子とＹ軸周りに回動可能な第２可動子とを備え、各可動子に対向するように固定子を備える。各可動子または固定子が有するコイルに通電することで各可動子は回動する。第１可動子の回動軌跡が形成する面と第２可動子の回動軌跡が形成する面とは直交している。

第１可動子は棒状体からなる出力部を備える。第２可動子は、前記出力部に対する移動規制部として、前記出力部が貫通するスリット部を備える。各可動子を回動させることで、出力部を球面座標上の任意の位置に移動させることができる。

ところで、前記スリット部の幅寸法は、出力部が円滑に移動できるように出力部の径寸法よりも大きく形成され、隙間が存在する。このため、第２可動子が回動することに伴い、第２回動子の回動方向に出力部を移動させる際に、前記隙間の分バックラッシが生じ、スリット部の内側面に出力部が当接するまで出力部が移動しなかった。よって、このバックラッシの分、出力部の駆動に遅れが生じるために正確な制御が阻害されるので問題であった。そして、棒状体からなる出力部とスリット部との組み合わせでは、両者の寸法差による隙間の発生、及び、出力部とスリット部内面とで摩擦の発生が懸念される。

特開２０１４−１１０６９５号公報

そこで本発明は、出力部の駆動に遅れが生じることを抑制したアクチュエータを提供することを課題とする。

本発明は、円弧状の第１軌跡に沿って回動する第１回動子と、前記第１軌跡に沿って設けられた第１固定子と、前記第１回動子の回動中心軸に対して直交する軸であり、前記第１回動子と連動する軸である第１取出軸と、前記第１取出軸を中心に回動可能な第１連結部と、前記第１軌跡に対して立体交差する円弧状の第２軌跡に沿って回動する第２回動子と、前記第２軌跡に沿って設けられた第２固定子と、前記第２回動子の回動中心軸に対して直交し、かつ、前記第１取出軸と同一平面上に位置する軸であって、前記第２回動子と連動する第２取出軸と、前記第２取出軸を中心に回動可能な第２連結部と、前記第１連結部と前記第２連結部とを接続した状態で、前記第１回動子または前記第２回動子に発生する駆動力を出力する出力部と、
を備えるアクチュエータである。

この構成によれば、第１取出軸を中心に回動可能な第１連結部と第２取出軸を中心に回動可能な第２連結部とを備え、出力部は、それぞれ前記回動可能な第１連結部と前記第２連結部とを接続した状態で、第１回動子または第２回動子に発生する駆動力を出力する。このため、出力部の位置を、各回動子の回動可能な範囲内に対応する球面座標上の任意の位置に速やかに移動させることができる。

そして、前記第１回動子及び前記第２回動子は、外周または内周が環状とされた環状支持部を備え、前記環状支持部は軸受により前記回動可能に支持されるものとできる。

この構成によれば、環状支持部が軸受により回動可能に支持されることで、第１軌跡及び第２軌跡の円弧を真円形状とできる。

そして、前記第１回動子の回動中心軸と前記第２回動子の回動中心軸とが直交するものとできる。

この構成によれば、第１回動子の回動制御を、例えば球面座標における「緯度」に対応するように行うことができ、第２回動子の回動制御を、例えば球面座標における「経度」に対応するように行うことができる。このため、出力部を所望の位置に移動させやすく、球面座標上での制御が容易である。

そして、前記第１取出軸が、前記第１回動子の回動中心軸を挟んで１８０°の位置に２箇所存在し、前記第２取出軸が、前記第２回動子の回動中心軸を挟んで１８０°の位置に２箇所存在するものとできる。

この構成によれば、各連結部が両持ち支持されるため、片持ち支持に比べると、出力部の位置決め精度を向上できる。

そして、前記第１回動子よりも前記第１固定子が径内に位置し、前記第２回動子よりも前記第２固定子が径内に位置するものとできる。

この構成によれば、共に径内に位置する第１固定子と第２固定子とを１個のブロックにまとめることができる。このため、１個にまとめられた第１固定子及び第２固定子の集合体では、集合体ではない構成に比べて第１固定子の中心位置（第１回動子の回動中心に対応）と第２固定子の中心位置（第２回動子の回動中心に対応）とを精度良く一致させることができる。よって、球面座標上の出力部の位置決め精度を向上できる。

本発明は、出力部の位置を、各回動子の回動可能な範囲内に対応する球面座標上の任意の位置に速やかに移動させることができる。そして、バックラッシがほとんど生じない構成とできる。このため、出力部の駆動に遅れが生じることを抑制したアクチュエータを提供できる。

第１実施形態に係るアクチュエータを示す斜視図である。 第１実施形態に係るアクチュエータのうち、Ｘ軸側のユニットを抜き出して示した斜視図である。 第１実施形態に係るアクチュエータのうち、Ｙ軸側のユニットを抜き出して示した斜視図である。 第１実施形態に係るアクチュエータのステータを抜き出して示した斜視図である。 第１実施形態に係るアクチュエータの動作状態の一例を示す斜視図である。 図５のＡ矢視図である。 図５のＢ矢視図である。 第１実施形態に係るアクチュエータの動作状態の他の一例を示す斜視図である。 図８のＣ矢視図である。 第２実施形態に係るアクチュエータを示す斜視図である。 第２実施形態に係るアクチュエータの第１ユニットを示す斜視図である。 第２実施形態に係るアクチュエータの第２ユニットを示す斜視図である。 第３実施形態に係るアクチュエータの概略的な構成を示す斜視図である。 第３実施形態に係るアクチュエータの動作状態の一つの例を示す概略的な斜視図である。 第３実施形態に係るアクチュエータの動作状態の他の例を示す概略的な斜視図である。 第３実施形態に係るアクチュエータの動作状態の更に他の例を示す概略的な斜視図である。

−第１実施形態−
本発明につき一実施形態を取り上げて、図面とともに以下説明を行う。以下の説明で用いる各方向は、図１に示した方向を基準としている。

まず、第１実施形態について説明する。本実施形態のアクチュエータＡは、出力部３を球面座標上の所定範囲内に移動させることができるよう構成されている。このアクチュエータＡはアウターロータ型であって、径内側にステータが配置され、径外側にロータが配置されている。ステータは平面視（Ｚ軸方向視）にて直交する十字状に配置された、第１固定子としてのＸ軸側ステータ１１１と第２固定子としてのＹ軸側ステータ２１１とが一体とされている。ステータに対応して、ロータも平面視で直交するように、第１回動子としてのＸ軸側ロータ１１２と第２回動子としてのＹ軸側ロータ２１２とが配置されている。第１変位発生部としてのＸ軸側変位発生部１１は、前記Ｘ軸側ステータ１１１とＸ軸側ロータ１１２とを備え、第２変位発生部としてのＹ軸側変位発生部２１は、前記Ｙ軸側ステータ２１１とＹ軸側ロータ２１２とを備える。各変位発生部１１，２１は独立して制御可能である。なお、ステータ及びロータにおける「Ｘ軸側」とは、図１に示したＸ軸周りにロータが回動する側を指し、「Ｙ軸側」とは、同Ｙ軸周りにロータが回動する側を指す。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は相互に直交している。本実施形態の出力部３は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の交点である原点を中心とした所定半径の球面座標上を移動する。

図２または図３に示すように、各ステータ１１１，２１１は、中央に、例えば非磁性体からなるＸ軸側センターコア１１１１及びＹ軸側センターコア２１１１を有し、Ｘ軸側センターコア１１１１及びＹ軸側センターコア２１１１の各々の径外に磁性体からなるステータヨーク１１１２，２１１２及びステータティース１１１３，２１１３が位置している。Ｘ軸側ステータ１１１におけるＸ軸側センターコア１１１１は、Ｘ軸方向視で略半円状の平板状体である。Ｙ軸側ステータ２１１におけるＹ軸側センターコア２１１１は、Ｘ軸側ステータ１１１におけるＸ軸側センターコア１１１１に嵌め込まれることで、図４に示すように、Ｘ軸側センターコア１１１１のＸ軸方向に直交する面から一定曲率をもって突出している。

なお、本実施形態ではＸ軸側センターコア１１１１とＹ軸側センターコア２１１１とは嵌め込みにより組み立てられて構成されていたが、この構成に限定されるものではなく、例えば一つの材料からの削り出し等によりＸ軸側センターコア１１１１とＹ軸側センターコア２１１１とが一体に構成されていてもよい。両センターコア１１１１，２１１１を一体に構成する場合、各センターコア１１１１，２１１１を別々に製作した後に組み合わせる工程が無くなるので、各センターコア１１１１，２１１１の加工誤差が組み立てにより増加する（積み上がる）こと、及び、組み立て誤差の発生を抑制できる。このため、両センターコア１１１１，２１１１の集合体における中心位置が設計上の位置からずれてしまうことを抑制できる。

各ステータヨーク１１１２，２１１２は、Ｘ軸側センターコア１１１１及びＹ軸側センターコア２１１１の各々の径外側に配置された略Ｃ字状の部材である。図２に示すように、Ｘ軸側ステータ１１１におけるステータヨーク１１１２は下方に開口した形状であり、図３に示すように、Ｙ軸側ステータ２１１におけるステータヨーク２１１２は上方に開口した形状である。各ステータヨーク１１１２，２１１２は、前記Ｘ軸側センターコア１１１１とＹ軸側センターコア２１１１との嵌め込みに伴い、互いの開口部分から径内側に入り込むようにして組み合わされている。Ｘ軸側センターコア１１１１及びＹ軸側センターコア２１１１及び各ステータヨーク１１１２，２１１２にはステータ保持部材４〜４（図１参照）が取り付けられている。

各ステータティース１１１３〜１１１３，２１１３〜２１１３は、各ステータヨーク１１１２，２１１２の径外側に延びる、周方向に一定間隔で配置された複数の突起である。本実施形態では、３０°間隔で９個のステータティース１１１３〜１１１３，２１１３〜２１１３が配置されている。個々のステータティース１１１３，２１１３にステータコイル１１１４，２１１４が巻き付けられている。本実施形態のアクチュエータＡは三相交流電源により駆動され、周方向に隣り合う３個のステータコイル１１１４，２１１４の各々に、三相交流において位相が１２０°ずつずれた各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の電流が通されることで各ステータ１１１，２１１が励磁される。Ｘ軸側ステータ１１１においては上方領域の２４０°（個々のステータティース１１１３，２１１３の径方向中央を基準とする。Ｙ軸側ステータ２１１も同様）の範囲に各ステータティース１１１３〜１１１３が配置されており、この角度範囲にＸ軸側ロータ１１２の回動可能範囲が対応する。Ｙ軸側ステータ２１１においては下方領域の２４０°の範囲に各ステータティース２１１３〜２１１３が配置されており、この角度範囲にＹ軸側ロータ２１２の回動可能範囲が対応する。各ステータヨーク１１１２，２１１２も前記範囲に、Ｘ軸側センターコア１１１１及びＹ軸側センターコア２１１１の各々を外方から取り巻くように設けられている。

本実施形態における個々のステータティース１１１３，２１１３は、図２または図３に示すように、基端部にアリ型が形成されている。このアリ型を、各ステータヨーク１１１２，２１１２の外周面に軸方向に沿って形成されたアリ溝に対して差し込むことで、各ステータヨーク１１１２，２１１２と個々のステータティース１１１３，２１１３とが一体とされる。

以上のように構成された各ステータ１１１，２１１は、図１に示すように、複数のステータ保持部材４〜４により不動に支持される。各ステータ保持部材４は、基端部が床面等の不動部分（図示しない）に固定され、先端部が各ステータ１１１，２１１に固定される。本実施形態では、Ｘ軸側ステータ１１１とＹ軸側ステータ２１１との間の４箇所の空間に４個のステータ保持部材４〜４が位置している。平面視にてステータ保持部材４〜４が回転対称で均等に配置される。

Ｘ軸側ロータ１１２及びＹ軸側ロータ２１２は、電磁鋼板等の磁性体からなり、略Ｃ字状のロータヨーク１１２１，２１２１と複数の永久磁石１１２２〜１１２２，２１２２〜２１２２とを有する。Ｘ軸側ロータ１１２におけるロータヨーク１１２１は下方に開口し、Ｙ軸側ロータ２１２におけるロータヨーク１１２１は上方に開口している。ロータヨーク１１２１の内周面は、ステータティース１１１３，２１１３の外周面に対向するように一定曲率の湾曲面とされている。複数の永久磁石１１２２〜１１２２，２１２２〜２１２２は、ロータヨーク１１２１，２１２１の内周面に、周方向に逆極性のものが、ロータヨーク１１２１，２１２１の一部として形成されたティース１１２３，２１２３を挟むように交互に並ぶように位置している（なお、ロータヨーク１１２１，２１２１とティース１１２３，２１２３とは別体とすることもできる）。本実施形態では、複数の永久磁石１１２２〜１１２２，２１２２〜２１２２が１８０°の範囲に配置されている。なお、各ステータ１１１，２１１への通電により各ロータ１１２，２１２に回動力が発生する原理は、一般的な交流モータやリニアアクチュエータの動作原理と基本的に同じであるのでここでは説明しない。Ｘ軸側ロータ１１２はＸ軸側ステータ１１１が励磁されることで円弧状の第１軌跡Ｔ１上を回動し、Ｙ軸側ロータ２１２はＹ軸側ステータ２１１が励磁されることで円弧状の第２軌跡Ｔ２に沿って回動する。第１軌跡Ｔ１の曲率中心軸はＸ軸に一致し、第２軌跡Ｔ２の曲率中心軸はＹ軸に一致する。

各ロータヨーク１１２１，２１２１は径外で各環状支持部１１３，２１３に支持されて一体となっている。各環状支持部１１３，２１３は周方向に切れ目のない環状に形成されている。各環状支持部１１３，２１３は各ロータヨーク１１２１，２１２１と共に回動する。ここで、特許文献１に記載の可動子は、複数部品が組み合わされたものであったり、環状でなく略Ｃ字状のものであったりしたため、可動子の回動軌跡を真円にすることが難しかった。一方、本実施形態では、前記可動子に相当するＸ軸側ロータ１１２及びＹ軸側ロータ２１２において外周部に各環状支持部１１３，２１３を位置させることができるため、Ｘ軸側ロータ１１２及びＹ軸側ロータ２１２の回動軌跡を容易に真円にできる。このため、本実施形態のアクチュエータＡでは、Ｘ軸側ロータ１１２及びＹ軸側ロータ２１２を一定曲率で円滑に回動させることができるので、高い位置精度で出力可能である。

図１に示すように、Ｘ軸側ロータ１１２を支持するＸ軸側環状支持部１１３は、Ｙ軸側ロータ２１２を支持するＹ軸側環状支持部２１３よりも小径とされている。このため、Ｘ軸側ロータ１１２の回動に係る第１軌跡Ｔ１は、Ｙ軸側ロータ２１２の回動に係る第２軌跡Ｔ２に対して立体交差する。

以上のように構成された各ロータ１１２，２１２は、Ｘ軸側ロータ保持部材５１及びＹ軸側ロータ保持部材５２によりＸ軸、Ｙ軸への回動が許容されるように支持される。各ロータ保持部材５１，５２は、基端部が支持台や床面等の不動部分（図示しない）に固定され、図２または図３に示すように、先端部のうち少なくとも径内部が環状とされており、各環状支持部１１３，２１３を回動可能に支持する。このように回動可能に支持するため、各ロータ保持部材５１，５２と各環状支持部１１３，２１３との間には、例えば玉軸受を構成する複数の支持素子としての複数の玉（図示しない）が円形状に配置されることで構成された軸受が位置している。この軸受により各環状支持部１１３，２１３が支持されることで、第１軌跡Ｔ１及び第２軌跡Ｔ２の円弧を真円形状とできる。このため、後述する出力部３の位置制御を正確に行うことができる。軸受としては、例えば円環状の深溝玉軸受やクロスローラを用いることができる。

Ｘ軸側変位発生部１１に対し、Ｘ軸側ロータ１１２の回動中心軸であるＸ軸に対して直交する軸であり、Ｘ軸側ロータ１１２と連動する軸である第１取出軸１２２を有する、第１変位取出部としてのＸ軸側変位取出部１２が設けられている。つまり、第１取出軸１２２はＹ軸に一致している。そして、Ｙ軸側ロータ２１２の回動中心軸であるＹ軸に対して直交し、かつ、Ｘ軸とは同一平面上に位置する軸であって、Ｙ軸側ロータ２１２と連動する軸である、第２取出軸２２２を有する第２変位取出部としてのＹ軸側変位取出部２２が設けられている。つまり、第２取出軸２２２はＸ軸に一致している。

Ｘ軸側変位取出部１２は、Ｘ軸側ロータ１１２における、Ｘ軸に対して直交する側面のうち少なくとも一つの面に固定された、径断面形状が略コ字状の固定部材１２１，１２１を一対備える。本実施形態では前記側面の両面に固定され、径断面視で略コ字状の部材であって、Ｘ軸を挟んで１８０°の位置に一対（２個）設けられている。この一対の固定部材１２１，１２１により、各ロータ保持部材５１，５２に干渉することなくＸ軸側ロータ１１２に連動し、各ロータ保持部材５１，５２よりも径外位置にＸ軸側ロータ１１２の回動力を取り出すことができる。第１取出軸１２２は、各固定部材１２１における各ロータ保持部材５１，５２よりも径外位置にあり、軸方向がＸ軸に直交する軸である。この第１取出軸１２２はＸ軸側アーム１３の回動中心軸となる。

Ｘ軸側変位取出部１２と同様に、Ｙ軸側変位取出部２２は、Ｙ軸側ロータ２１２における、Ｙ軸に対して直交する側面のうち少なくとも一つの面に固定された、径断面形状が略コ字状の固定部材２２１，２２１を一対備える。第２取出軸２２２は、各固定部材２２１における各ロータ保持部材５１，５２よりも径外位置にあり、軸方向がＹ軸に直交する軸である。この第２取出軸２２２はＹ軸側アーム２３の回動中心軸となる。

Ｘ軸側変位発生部１１の径外位置には、第１連結部としてのＸ軸側アーム１３を備える。Ｘ軸側アーム１３はＸ軸を曲率中心とする湾曲した帯状体からなり、両端部が第１取出軸１２２に接続されることで両持ち支持されている。このためＸ軸側アーム１３は、第１取出軸１２２を中心に、周方向Ｒ１に回動可能である。この周方向Ｒ１は第２軌跡Ｔ２とＹ軸を曲率中心として共有する関係にある。なお、Ｘ軸側アーム１３は本実施形態のような帯状体に限定されず、例えば半球状とすることもできるが、Ｙ軸側アーム２３と干渉しない形状である必要がある。

Ｘ軸側アーム１３と同様に、Ｙ軸側変位発生部２１の径外位置には、第２連結部としてのＹ軸側アーム２３を備える。Ｙ軸側アーム２３はＹ軸を曲率中心とする湾曲した内面を有しており、両端部が第２取出軸２２２に接続されることで両持ち支持されている。このためＹ軸側アーム２３は、第２取出軸２２２を中心に、周方向Ｒ２に回動可能である。この周方向Ｒ２は第１軌跡Ｔ１とＸ軸を曲率中心として共有する関係にある。本実施形態では、外面が平面とされ、外面形状がＹ軸方向視で略長方形とされている。Ｘ軸側アーム１３と同様に、Ｙ軸側アーム２３の形状は本実施形態の形状に限定されないが、Ｘ軸側アーム１３と干渉しない形状である必要がある。

Ｙ軸側アーム２３はＸ軸側アーム１３と立体交差している。図１に示した状態では、Ｘ軸側変位発生部１１とＹ軸側変位発生部２１との関係と同様、平面視（Ｚ軸方向視）でＸ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３とは直交している。本実施形態のＹ軸側アーム２３はＸ軸側アーム１３よりも径外位置にあるが、逆に、Ｘ軸側アーム１３よりも径内位置にあってもよい。ただ、Ｘ軸側変位発生部１１の方がＹ軸側変位発生部２１よりも外径が小さいので、本実施形態の位置関係の方がアクチュエータＡをコンパクト化できるため、設計上有利である。

Ｘ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３とは、前記立体交差する部分にて回動可能に接続されている。この接続は交差部軸受３１を介してなされている。この接続部分が出力部３である。つまり出力部３は、Ｘ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３とを接続した状態で、Ｘ軸側ロータ１１２または／及びＹ軸側ロータ２１２に発生する駆動力を出力する。出力部３には、球面座標上を移動させる種々の部材を接続することができる。本実施形態では、Ｙ軸側アーム２３の上面に４箇所の固定穴３２…３２が設けられており、この固定穴３２…３２を用いてボルト止めすることにより、接続対象の部材を固定可能である。

図１に示した状態では、平面視でＸ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３とは直交しているが、各ロータの回動に伴い、Ｘ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３とのなす角度は変化していく。このため、Ｙ軸側アーム２３の内面には凹部２３１が形成されている。これにより、前記角度変化によってＸ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３とが干渉しないようにされている。

各アーム１３，２３が以上のように構成されたことにより、例えば、Ｘ軸側変位発生部１１においてＸ軸側ロータ１１２が回動すると、これに連動してＸ軸側アーム１３がＸ軸を中心に第１軌跡Ｔ１に沿って回動する。この際、Ｙ軸側アーム２３は第２取出軸２２２を中心に周方向Ｒ２に回動することでＸ軸側アーム１３の回動に追随できる。一方、Ｙ軸側変位発生部２１においてＹ軸側ロータ２１２が回動すると、これに連動してＹ軸側アーム２３がＹ軸を中心に回動する。この際、Ｘ軸側アーム１３は第１取出軸１２２を中心に回動することでＹ軸側アーム２３の回動に追随できる。そして、Ｘ軸側ロータ１１２とＹ軸側ロータ２１２の両方が回動した場合には、各アーム１３，２３が共に回動することになる。

つまり、本実施形態のアクチュエータＡでは、Ｘ軸側変位発生部１１においてＸ軸側ロータ１１２が回動することによりＸ軸側変位取出部１２が連動する。一方、Ｙ軸側変位発生部２１においてＹ軸側ロータ２１２が回動することによりＹ軸側変位取出部２２が連動する。Ｘ軸側アーム１３はＸ軸側変位取出部１２に接続されており、Ｙ軸側アーム２３はＹ軸側変位取出部２２に接続されているので、前記各連動に係る変位（軌跡Ｔ１，Ｔ２に沿う回動変位）は各アーム１３，２３に伝えられる。前記接続（アームと変位取出部との接続）は、Ｘ軸側アーム１３の基端側がＸ軸側変位取出部１２に対して周方向Ｒ１へ回動可能に、Ｙ軸側アーム２３の基端側がＹ軸側変位取出部２２に対して周方向Ｒ２へ回動可能とされている。そして、Ｘ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３とは交差部軸受３１を介して回動可能に接続されたことで、この接続された部分を中心として各アーム１３，２３が回動方向において位置変化可能に接続されている。つまり、Ｘ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３との交差角度を、小さくしたり大きくしたりするよう変動できる。このため出力部３の位置を、各ロータの回動可能な範囲内に対応する球面座標上の任意の位置に移動させることが容易にできる。Ｘ軸側ロータ１１２とＹ軸側ロータ２１２の両方を回動させ、各アーム１３，２３が共に回動した状態を図５〜図９に示す。図５及び図８は斜視図で、図６は図５のＡ矢視図、図７は図５のＢ矢視図、図９は図８のＣ矢視図である。各図に示したように、本実施形態のアクチュエータＡでは、出力部３を所定範囲内で自在に移動させることができる。なお、出力部３の位置制御は、図示しないＸ軸側のセンサとＹ軸側のセンサの検出結果を用いてなされる。

また、本実施形態の構成によると、出力部３に生じるバックラッシが軸受自体の隙間や加工精度による誤差などに起因するものだけとなる。このため本実施形態の構成では、例えば特許文献１に記載された、棒状体からなる出力部とこの出力部に対する移動規制部としてのスリット部とが組み合わされた構成により生じるバックラッシよりもはるかに小さいバックラッシとできる。このことにより、本実施形態では出力部３の正確な制御が可能である。

また、各アーム１３，２３が傾斜した状態になっても、Ｘ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３により出力部３にかかる荷重を負担できる。特許文献１に記載されたアクチュエータでは、スリット部を備える第２可動子との位置関係により、棒状体からなる出力部を備える第１可動子にだけに荷重がかかる場合があった。これに対して本実施形態のアクチュエータＡでは、常にＸ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３とが共に荷重を負担できるので、負荷が分散されて、アクチュエータＡの各部に歪み等が生じにくい。

また、特に本実施形態では、Ｘ軸側ロータ１１２の回動中心軸（Ｘ軸）と、Ｙ軸側ロータ２１２の回動中心軸（Ｙ軸）とが直交している。このため、Ｘ軸側の回動制御を、例えば球面座標における「緯度」に対応するように行うことができ、Ｙ軸側の回動制御を、例えば球面座標における「経度」（「緯度」と球面座標上で直交している）に対応するように行うことができる。一方、各ロータが直交しない構成では、「緯度」方向の制御に伴い「経度」方向の変化も伴ってしまうため、回動制御の際に入力と出力との関係で何らかの換算が必要になる場合がある。このため、本実施形態では入力と出力との関係が単純であるから、出力部３を所望の位置に移動させやすく、球面座標上での制御が容易である。

また、本実施形態では、各アーム１３，２３が両基端部で支持されることで両持ち支持となるため、例えば片持ち支持の構造に比べ、各アーム１３，２３の撓みを抑制できるので、出力部３の位置決め精度を向上できる。

なお、出力部３はＸ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３とが接続された部分における、各アーム１３，２３共通の回動中心軸（本実施形態では交差部軸受３１の回動中心軸に一致）を含む部分に位置することが、荷重負担の関係から好ましいが、例えば、前記回動中心軸から離れた、Ｘ軸側アーム１３上またはＹ軸側アーム２３上に位置させることもできる。

−第２実施形態−
次に、第２実施形態につき、主に第１実施形態と相違する部分に関して説明する。本実施形態は、二つのユニットが組み合わされて構成されている。なお、図１０〜図１２はアームを省略した状態の図である。第１実施形態と機能上共通する部分には、図に同一符号を付している。

本実施形態では、図１１に示す第１ユニットＰ１と図１２に示す第２ユニットＰ２とが、図１０に示すように組み合わされ、固定されることで構成されている。第１ユニットＰ１は、Ｘ軸側ステータ１１１、Ｘ軸側ロータ１１２、Ｘ軸側環状支持部１１３、Ｙ軸側ステータ２１１、Ｙ軸側ロータ２１２、Ｘ軸側ロータ保持部材５１を備える。第２ユニットＰ２は、Ｙ軸側環状支持部２１３、Ｙ軸側ロータ保持部材５２を備える。

第１実施形態では、各ロータ保持部材５１，５２が、別々に支持台や床面等の不動部分に固定されていた。一方、本実施形態では、Ｙ軸側ロータ保持部材５２に対してＸ軸側ロータ保持部材５１が固定される。このため、前記別々の固定により加工誤差及び組立誤差が増加する（積み上がる）ことを抑制できる。このため、両ユニットＰ１，Ｐ２の集合体における中心位置が設計上の位置からずれてしまうことを抑制できる。よって、第１実施形態に比べてＸ軸側ロータ保持部材５１とＹ軸側ロータ保持部材５２との間で、設計上の目標位置に対する位置の誤差を小さくできるため、前記誤差への対応として行われる、各ロータ１１２，２１２の芯出しを容易にすることができる。また、アクチュエータの組み立て工程を簡易化できるため、本実施形態では製造効率を向上できる。

このように本実施形態のアクチュエータＡは、組み立てが容易であり、各軸側の回動精度の調整が容易であるとのメリットがある。

−第３実施形態−
次に、第３実施形態につき、主に第１実施形態と相違する部分に関して説明する。第３実施形態の構成を図１３に概略的に示す。第１実施形態のＸ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３とは、交差部軸受３１を介して回動可能に接続され、Ｘ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３とのなす角度が変化することを許容するように構成されていた。これに対し本実施形態は、第１実施形態におけるＸ軸側アーム１３とＹ軸側アーム２３に相当する構成として、内外二重の環状とした共通環状体６を備える。この共通環状体６は、第１取出軸１２２を支持する第１連結部としての内輪部６１と、第２取出軸２２２を支持する第２連結部としての外輪部６２とを備える。内輪部６１と外輪部６２とは、例えば玉軸受の玉を介在させることによって、周方向における相対的な位置の変化（回転）が可能に接続されている。なお、本実施形態における出力部３は、共通環状体６上の任意の位置に設定することができる。

図１４は、本実施形態にて、Ｘ軸側変位発生部１１（環状支持部１１３等）が図１３に示した状態から４５°傾いた状態を示す。この場合、共通環状体６は第２取出軸２２２を中心に方向Ｒ２ａに４５°回転した状態となる。

図１５は、本実施形態にて、Ｙ軸側変位発生部２１（環状支持部２１３等）が図１３に示した状態から４５°傾いた状態を示す。この場合、共通環状体６が第１取出軸１２２を中心に方向Ｒ１ａに４５°回転した状態となる。

図１６は、本実施形態にて、Ｘ軸側変位発生部１１（環状支持部１１３等）が図１３に示した状態から４５°傾き、かつ、Ｙ軸側変位発生部２１（環状支持部２１３等）が図１３に示した状態から４５°傾いた状態を示す。この場合、内輪部６１と外輪部６２とが周方向において相対的に位置が変化（回転）することで、第１取出軸１２２と第２取出軸２２２とが図示のように接近する。

このように一つの共通環状体６上に出力部３を形成した本実施形態であっても、出力部３の位置を、各変位発生部１１，２１における回動子の回動可能な範囲内に対応する球面座標上の任意の位置に速やかに移動させることができる。

−変形例−
以上、本発明につき第１〜第３実施形態を取り上げて説明してきたが、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、前記第１実施形態のアームは、１８０°離れた２箇所で両端を支持された両持ち構造であったが、これに限定されず、片持ち構造とすることもできる。

また、第１変位発生部と第２変位発生部とは直交していなくてもよい。この場合、球面座標上の所定位置に出力部３を移動させるための第１回動子と第２回動子の移動量は、１：１の対応関係にならないので、交差角度に対応して調整しつつ制御する必要がある。機器配置の関係等の理由により、第１変位発生部と第２変位発生部とを直交させられない場合には、このように構成することもできる。

また、前記各実施形態では、径内側にステータ、径外側にロータが配置されていたが、これとは逆に、径内側にロータ、径外側にステータが配置されることもできる。ただし、前記各実施形態のように径内側にステータが位置する方が、図４に示すように、Ｘ軸側ステータ１１１とＹ軸側ステータ２１１とを１個のブロックにまとめることができる点で有利である。前記各実施形態における、１個にまとめられたＸ軸側ステータ１１１及びＹ軸側ステータ２１１の集合体では、集合体ではない構成に比べてＸ軸側ステータ１１１の中心位置（Ｘ軸側ロータ１１２の回動中心に対応）とＹ軸側ステータ２１１の中心位置（Ｙ軸側ロータ２１２の回動中心に対応）とを精度良く一致させることができる。よって、球面座標上の出力部３の位置決め精度を向上できる。

また、前記第１、第２実施形態では、ステータティースにコイルが巻かれており、ロータに永久磁石が設けられていたが、これに限られない。例えば、ステータに永久磁石が設けられ、ロータにコイルが設けられることもできる。

また、軸受としては、前記実施形態の玉軸受以外に、ころ軸受、滑り軸受、エアベアリング、磁気軸受等の種々の軸受を用いることができる。また、軸受に代えて軸受以外の支持手段を用いることもできる。

また、第１取出軸１２２及び第２取出軸２２２は、前記実施形態では現実の軸であったが、他の支持により、第１取出軸１２２または第２取出軸２２２が回動中心となる仮想軸であってもよい。

また、出力部３は一点であることに限定されず、Ｘ軸側アーム１３またはＹ軸側アーム２３（第３実施形態では共通環状体６）における任意の位置を出力部３とすることができる。

１１ 第１変位発生部、Ｘ軸側変位発生部
１１１ 第１固定子、Ｘ軸側ステータ
１１２ 第１回動子、Ｘ軸側ロータ
１１３ （Ｘ軸側）環状支持部
１２ 第１変位取出部、Ｘ軸側変位取出部
１２２ 第１取出軸
１３ 第１連結部、Ｘ軸側アーム
２１ 第２変位発生部、Ｙ軸側変位発生部
２１１ 第２固定子、Ｙ軸側ステータ
２１２ 第２回動子、Ｙ軸側ロータ
２１３ （Ｙ軸側）環状支持部
２２ 第２変位取出部、Ｙ軸側変位取出部
２２２ 第２取出軸
２３ 第２連結部、Ｙ軸側アーム
３ 出力部
６１ 第１連結部、内輪部
６２ 第２連結部、外輪部
Ａ アクチュエータ
Ｔ１ 第１軌跡
Ｔ２ 第２軌跡

Claims (5)

1. 円弧状の第１軌跡に沿って回動する第１回動子と、
   前記第１軌跡に沿って設けられた第１固定子と、
   前記第１回動子の回動中心軸に対して直交する軸であり、前記第１回動子と連動する軸である第１取出軸と、
   前記第１取出軸を中心に回動可能な第１連結部と、
   前記第１軌跡に対して立体交差する円弧状の第２軌跡に沿って回動する第２回動子と、
   前記第２軌跡に沿って設けられた第２固定子と、
   前記第２回動子の回動中心軸に対して直交し、かつ、前記第１取出軸と同一平面上に位置する軸であって、前記第２回動子と連動する第２取出軸と、
   前記第２取出軸を中心に回動可能な第２連結部と、
   前記第１連結部と前記第２連結部とを接続した状態で、前記第１回動子または前記第２回動子に発生する駆動力を出力する出力部と、
   を備えるアクチュエータ。
2. 前記第１回動子及び前記第２回動子は、外周または内周が環状とされた環状支持部を備え、前記環状支持部は軸受により前記回動可能に支持される、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記第１回動子の回動中心軸と前記第２回動子の回動中心軸とが直交する、請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第１取出軸が、前記第１回動子の回動中心軸を挟んで１８０°の位置に２箇所存在し、
   前記第２取出軸が、前記第２回動子の回動中心軸を挟んで１８０°の位置に２箇所存在する、請求項１〜３のいずれかに記載のアクチュエータ。
5. 前記第１回動子よりも前記第１固定子が径内に位置し、
   前記第２回動子よりも前記第２固定子が径内に位置する、請求項１〜４のいずれかに記載のアクチュエータ。