JP6727688B1 - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動時に充分な静音性を確保できると共に、小型で、かつ、高減速比により優れた動力伝達性能を有し、高精度な制御が可能なアクチュエータを提供する。【解決手段】本発明を適用したアクチュエーアの一例である、アクチュエータ（１）は、バルブ（２）の開閉を行うバルブアクチュエータとして機能する。アクチュエータ（１）は、駆動伝達ギヤ（３）と、モータ（４）と、フリクションドライブ減速機（５）と、波動歯車減速機（６）と、アブソリュートエンコーダ（７）を有している。

Description

本発明は、アクチュエータに関する。詳しくは、駆動時に充分な静音性を確保できると共に、小型で、かつ、高減速比により優れた動力伝達性能を有し、高精度な制御が可能なアクチュエータに係るものである。

従来、電気や油圧等のエネルギーを機械的な動きに変換し、機器を動かす駆動源として、アクチュエータが広く用いられている。

また、アクチュエータは、作動原理の種類や用途によって種々存在するが、例えば、特許文献１では、バルブに連結され、バルブをモータの回転力により開閉させるバルブアクチュエータが提案されている。

特開平９−３２９２５９号公報

ここで、従来のアクチュエータでは、装置の小型化や、出力の向上を試みたものは多数見られるが、駆動時の静音性を考慮したものは、ほとんど存在しない。

また、アクチュエータに関して、優れた静音性が要求される用途として、例えば、以下のような内容が存在する。

まず、厳密な静音性が求められる護衛艦において、艦内の配管に設けられたバルブを開閉させるアクチュエータである。艦内には、アクチュエータが設けられたバルブが多数存在しており、アクチュエータから発生する駆動音を抑えることが求められている。

また、海底資源等の探査を行う潜水艦型ロボットのロボットアームの駆動に関わるアクチュエータについても、駆動時における音や振動の発生が、精密な作業の支障となるため、静音性が担保される必要がある。

さらに、演劇等の舞台撮影用のカメラにおいて、レンズのピントを合わせるアクチュエータもある。撮影時に、上演の妨げとならないように、撮影時にカメラから生じる音を、なるべく小さくする要望がある。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、駆動時に充分な静音性を確保できると共に、小型で、かつ、高減速比により優れた動力伝達性能を有し、高精度な制御が可能なアクチュエータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のアクチュエータは、駆動源となるモータと、該モータと連結されたフリクションドライブ方式の第１の減速機と、該第１の減速機と連結されると共に、歯車減速機から構成された第２の減速機と、該第２の減速機及び所定の回転機構に接続されると共に、前記モータの出力を、前記所定の回転機構へと伝達する最終軸とを備える。

ここで、駆動源となるモータと、モータと連結された第１の減速機と、第１の減速機と連結された第２の減速機と、第２の減速機及び所定の回転機構に接続されると共に、モータの出力を、所定の回転機構へと伝達する最終軸によって、モータの出力から、第１の減速機及び第２の減速機の減速比に応じたトルクを出力して、所定の回転機構に作用させることができる。また、２種類の減速機を介することから、アクチュエータ全体の構造が小型でありながら、大きなトルクを得ることができる。

また、第１の減速機が、モータと連結されたフリクションドライブ方式の減速機であり、第２の減速機が、第１の減速機と連結されると共に、歯車減速機から構成されたことによって、第１の減速機から生じる駆動音は小さな音となる。また、モータの出力による回転速度を、第１の減速機の減速比に応じて減速させた上で第２の減速機に伝達するため、第１の減速機を介さずに第２の減速機のみで同程度の減速比を得る構成と比べて、第２の減速機における減速時の作業速度を緩やかなものにできる。即ち、歯車減速機である第２の減速機から生じる駆動音を小さく抑えることが可能となる。また、フリクションドライブ方式の減速機である程度の減速効果を生じさせ、これに加えて、歯車減速機における高い減速効果が得られるため、この二段階の減速により大きな減速比を得ることができる。この結果、アクチュエータから発生する駆動音を小さく抑えながら、大きなトルクを得ることができる。

また、第２の減速機が、波動歯車減速機である場合には、第２の減速機が小型な構造になりやすく、かつ、大きな減速比が得られるものとなる。

また、モータの出力が最終軸に伝達された際に生じる駆動音の大きさが３０ｄｂ以下である場合には、発生する駆動音が、充分に小さく抑えられた音となる。なお、ここでいう、モータの出力が最終軸に伝達された際に生じる駆動音とは、モータの出力が最終軸に伝達されて、最終軸が回転した状態の駆動音、即ち、アクチュエータを駆動させた際に、アクチュエータ全体から生じる駆動音を意味している。

また、モータを制御するパルス変調周波数が２０ｋＨｚ以上である場合には、モータを作動させる際の制御信号を出す時間が充分短くなり、モータの動作がより滑らかになることで、モータから発生する駆動音を小さくすることができる。なお、２０ｋＨｚ以上の周波数は、人間の耳で聞き取れる周波数の範囲である可聴域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）を超えた周波数である。

また、最終軸に取り付けられ、最終軸の絶対位置を記憶すると共に、最終軸における回転の分解能が±０．０１２５度以下となるように同最終軸の回転を位置制御するアブソリュートエンコーダを備える場合には、高い精度で位置制御を行うことが可能となる。即ち、例えば、所定の回転機構に設けられたギヤと、最終軸との間で動力を伝達した際に、所定の回転機構における回転動作の再現性を±０．２５度以下にすることができる。なお、ここでいう再現性とは、所定の回転機構を多回転させて、所望の位置で回転動作を止めた位置の精度を表す指標である。また、ここでいう、最終軸の絶対位置を記憶するとは、モータに対して電力が供給されない、電源ＯＦＦの状態でも、最終軸の回転動作における位置情報を記憶しており、再度、モータに電力を供給した際に、原点復帰運転が不要であることを意味する。

また、第１の減速機が、モータの回転が入力されるロータ部を有し、ロータ部が、ショア硬さが８５〜９５の範囲内である場合には、ロータ部が、接触するモータに対して反発力が維持しやすくなり、かつ、モータと接触して変形しにくくなることで、モータとロータ部との接触圧が適切な大きさとなる。この結果、モータとロータ部との間における動力伝達性能が良好になり、モータ及びロータ部が高速回転した際のノイズの発生が抑止できる。

また、一方で、ロータ部が、ショア硬さが８５未満である場合には、ロータ部が柔らかく、モータと接触した際の変形量が大きくなり、その変形した形状が元の形状に復元するまでの時間が長くなってしまう。この結果、変形したロータ部とモータが接触して、音が発生しやすくなってしまう。また、ロータ部が、ショア硬さが９５を超える場合には、ロータ部とモータが接触して、それぞれが回転する動きにおいて、モータと接触したロータ部が変形しにくく、回転抵抗が生じるおそれがある。

また、第１の減速機が、モータの回転が入力されるロータ部と、ロータ部の外側に配置され、その内周面がロータ部の外周面と接触して、モータの出力を第２の減速機に伝達するローラー部を有し、ロータ部の外周面及びローラー部の内周面の表面粗さＲａが１．６以下の滑らかな面に形成された場合には、ロータ部の外周面と、ローラー部の内周面の接触において、面同士の密着性が高くなり、両面の間に空気が侵入しにくく、摩擦を大きくすることができる。これにより、ロータ部とローラー部との間における動力伝達性能が良好になり、モータ及びロータ部が回転した際の音の発生が抑止できる。

また、モータから最終軸に至る減速比が１：１５０〜５００である場合には、アクチュエータから、充分に大きなトルクを得ることが可能となる。なお、この際、例えば、第１の減速機における減速比が１：５であり、第２の減速機における減速比が１：３０〜１００となる態様が考えられる。

また、所定の回転機構が、ギヤを介して最終軸と接続されたバルブの弁棒である場合には、アクチュエータによりバルブの弁棒を回転させることができる。なお、ここでいうバルブの種類は、回転動作で開閉を行うバルブであれば、その種類は特に限定されるものではない。

本発明に係るアクチュエータは、駆動時に充分な静音性を確保できると共に、小型で、かつ、高減速比により優れた動力伝達性能を有し、高精度な制御が可能なものとなっている。

本発明に係るアクチュエータの一例であるアクチュエータを取り付けたバルブを示す概略説明図である。 （ａ）は、アクチュエータの全体構造を示す概略図であり、（ｂ）は、図２（ａ）の矢印Ａ−Ａ方向から見たアクチュエータの内部構造を示す概略断面図である。 アクチュエータの主な構成部材の位置関係を示す概略図である。 アクチュエータを構成する部材を分解した状態を示す概略分解図である。 （ａ）は、フリクションドライブ減速機の部分概略正面図であり、（ｂ）は、モータ及びフリクションドライブ減速機が接続した状態を示す概略側面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
本発明を適用したアクチュエータの一例であるアクチュエータ１について説明する。なお、以下の事例では、アクチュエータ１をバルブ２に設けた構造を示している。即ち、アクチュエータ１は、バルブ２の開閉を行うバルブアクチュエータとして機能する。

図１に示すように、バルブ２は、バルブ本体２０と、ハンドル２１と、弁棒（図示省略）と、ホルダー２３と、アクチュエータ１を備えている。

バルブ２は、所定の配管等に設けられ、弁棒を回転させることで、バルブ本体２０の内部で流体の制御を行う部材である。バルブの弁棒には、ホルダー２３を介して、アクチュエータ１が取り付けられている。

アクチュエータ１は、バルブ２の弁棒を回転させるトルクを出力する駆動装置である。アクチュエータ１には、駆動伝達ギヤ３が設けられている。

また、駆動伝達ギヤ３は、弁棒に取り付けられたシャフト側ギヤ２４と噛み合う部材であり、アクチュエータ１からのトルクを弁棒に伝達する。なお、駆動伝達ギヤ３は、本願請求項における最終軸に相当する部材である。

アクチュエータ１の駆動伝達ギヤ３は、バルブ２の弁棒に対して、５０Ｎ・ｍ〜１００Ｎ・ｍのトルクを出力可能に構成されている。

ここで、本発明を適用したアクチュエータは、必ずしも、バルブ２の開閉に用いられるバルブアクチュエータとして機能する必要はなく、本発明を適用したアクチュエータは、回転機構を有する機器に対する駆動装置として利用可能である。即ち、バルブに限らず、機能を発揮するにあたって回転動作が必要となる機器に対して、その回転動作の為の駆動力を付与する装置として、本発明のアクチュエータを用いることができる。本発明のアクチュエータは、小型、かつ、静音性が求められる用途として利用可能であり、例えば、ＡＵＶ（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｖｅｈｉｃｌｅ）や、ＵＵＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ｕｎｄｅｒｓｅａ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の自律型無人潜水機のアクチュエータや、福祉用ロボットの関節用のアクチュエータとして用いることができる。

また、アクチュエータ１が取り付けられるバルブの種類は特に限定されるものではなく、回転機構を有するバルブであれば、アクチュエータ１を取り付けることが可能である。

また、必ずしも、アクチュエータ１の駆動伝達ギヤ３から生じるトルクが５０Ｎ・ｍ〜１００Ｎ・ｍに限定されるものではない。アクチュエータが設けられる機器の種類や求められる性能に応じて、アクチュエータ１の駆動伝達ギヤ３から生じるトルクの値は、適宜設定することが可能である。但し、バルブ２の弁棒を回転させるアクチュエータ１としては、弁棒の回転動作を充分に担保するために、アクチュエータ１の駆動伝達ギヤ３から生じるトルクが５０Ｎ・ｍ〜１００Ｎ・ｍに設定されることが好ましい。

また、図１に示すバルブ２に対するアクチュエータ１の取付け構造は、特に限定されるものではなく、ホルダー２３を介した取付け構造以外も採用しうる。さらに言えば、本発明を適用したアクチュエータがバルブの弁棒を回転させることができるように、直接的または間接的に、バルブに取り付けられる構造となっていれば充分である。例えば、図１に示すように、バルブ本体２０の側方にアクチュエータが配置される構造だけでなく、バルブ本体２０（またはハンドル２１）の上方に、アクチュエータが配置される構造も採用しうる。

アクチュエータ１の構造を更に説明する。
図２（ａ）、図２（ｂ）及び図３に示すように、アクチュエータ１は、駆動伝達ギヤ３と、モータ４と、フリクションドライブ減速機５と、波動歯車減速機６と、アブソリュートエンコーダ７を有している。

また、モータ４は、駆動伝達ギヤ３を介して、バルブ２の弁棒を回転させるトルクを生じさせるための、アクチュエータ１における駆動源である。モータ４は、直流駆動のＤＣモータの１つであるブラシレスモータで構成されている。

また、フリクションドライブ減速機５は、モータ４の回転軸４１０（図４及び図５参照）の回転速度を減じてトルクを得るための減速機である。フリクションドライブ減速機５は、その構成部材の接触による摩擦力を利用して動力を伝達する摩擦方式の減速機である。なお、フリクションドライブ減速機５は、本願請求項における第１の減速機に相当する部材である。

また、フリクションドライブ減速機５は、音の発生を抑えながら、モータ４の回転力を減じて、動力を波動歯車減速機６に伝達する部材である。フリクションドライブ減速機５は、モータ４の回転軸４１０に接続されている。

また、フリクションドライブ減速機５は、１：５の減速比を有している。フリクションドライブ減速機５の詳細な構造は後述する。

また、波動歯車減速機６は、フリクションドライブ５から伝達された動力の回転速度を更に減じることでトルクを大きくして、駆動伝達ギヤ３に伝達する減速機である。また、波動歯車減速機６は、１：５０の減速比を有している。なお、波動歯車減速機６は、本願請求項における第２の減速機に相当する部材である。

また、波動歯車減速機６は、ウェーブ・ジェネレータ、フレクスプライン及びサーキュラ・スプラインの部品から構成され、波動歯車の減速効果により大きな減速比が得られる減速機である。なお、波動歯車減速機６の構造は、既知の波動歯車減速機が採用可能であり、その詳細な構造の説明は省略する。

また、アブソリュートエンコーダ７は、駆動伝達ギヤ３に取り付けられ、駆動伝達ギヤ３の回転動作に対する位置制御を行う部材である。アブソリュートエンコーダ７は、図示しない制御システムに接続され、駆動伝達ギヤ３の回転動作の位置制御を行う。アブソリュートエンコーダによる位置制御の詳細については後述する。

ここで、必ずしも、モータ４がブラシレスモータで構成される必要はない。例えば、直流電源を利用する場合には、同じＤＣモータであるブラシ付きモータやステッピングモータを採用することも可能である。

また、必ずしも、モータ４が直流駆動のＤＣモータが採用される必要はなく、アクチュエータ１が動力を伝達する対象となる回転機構の種類や特性、または、使用する環境の電源事情等に応じて、交流駆動のＡＣモータを採用することも可能である。

また、必ずしも、フリクションドライブ減速機５が１：５の減速比を有する必要はなく、減速比は適宜設定することができる。但し、フリクションドライブ減速機５と連結される波動歯車減速機６の駆動において、ウェーブ・ジェネレータの回転速度をなるべく小さな速度に落として、その駆動音を小さく抑える観点、及び、駆動伝達ギヤ３に大きなトルクを生じさせる観点から、フリクションドライブ減速機５の減速比は、大きな減速比となることが好ましい。

また、必ずしも、波動歯車減速機６が１：５０の減速比を有する必要はなく、減速比は適宜設定することができる。但し、モータ４から生じた回転力がフリクションドライブ減速機５で減速され、フリクションドライブ減速機５から伝達された動力を減速させ、更に大きなトルクを得る観点、及び、ウェーブ・ジェネレータの回転速度をなるべく小さな速度に落として、その駆動音を小さく抑える観点から、波動歯車減速機６の減速比は、１：３０〜１００の範囲内であることが好ましい。

また、一方で、波動歯車減速機６の減速比が、１：３０未満の数値である場合には、駆動伝達ギヤ３に作用させるトルクが小さくなり、バルブ２の弁棒を回転させる際の駆動力として不充分となるおそれがある。また、波動歯車減速機６の減速比が、１：１００を超える数値である場合には、駆動伝達ギヤ３に作用させるトルクは大きくなるものの、ウェーブ・ジェネレータの回転速度が速くなり、波動歯車減速機６から生じる駆動音が大きくなるおそれがある。

また、必ずしも、フリクションドライブ５から伝達された動力を駆動伝達ギヤ３に伝達する減速機として、波動歯車減速機６が採用される必要はない。例えば、波動歯車減速機の代わりに、ウォーム減速機や遊星歯車減速機等の歯車減速機を用いることも可能である。但し、モータ４及びフリクションドライブ減速機５の中心軸と同軸上に配置可能であり、全体の構造が小型化できる点、及び、大きな減速比を有し、高いトルクを出力しやすくなる点から、フリクションドライブ５から伝達された動力を駆動伝達ギヤ３に伝達する減速機として、波動歯車減速機６が用いられることが好ましい。

続いて、図４及び図５を参照しながら、各部材の構造を更に詳しく説明する

［モータ］
図４に示すように、モータ４は、カバー体４０と、モータ本体４１と、フレーム部４２を有している。モータ本体４１には、回転軸４１０が設けられている。

また、カバー体４０は、モータ本体４１を保護するカバー部材である。また、モータ本体４１は、モータ４の駆動源であり、図示しない直流電源に接続されたブラシレスモータで構成される。モータ本体４１の制御の詳細については後述する。

また、モータ４１の回転軸４１０は、回転して、フリクションドライブ減速機５へと動力を伝達する駆動部分である。

また、フレーム部４２は、モータ本体４１と、後述するフリクションドライブ減速機５を構成するロータ部シャフト５０を保持する枠状部材である。また、フレーム部４２には、上述したホルダー２３が取り付けられている。

［フリクションドライブ減速機］
図４に示すように、フリクションドライブ減速機５は、ロータ部シャフト５０と、ブシュ５１と、ロータ部５２と、止め輪５３と、インナーローラー５４と、ベアリング５５と、カラー部５６を有している。

また、ロータ部シャフト５０は、ロータ部５２の回転における回転軸となる部材である。即ち、ロータ部シャフト５０は、ロータ部５２と一体的に回転する。また、ブシュ５１は、ロータ部シャフト５０を回転自在に支持する軸受けとなる部材である。

また、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、ロータ部５２は、モータ本体４１の回転軸４１０及びインナーローラー５４と当接して、摩擦抵抗を介して、モータ本体４１の回転力をインナーローラー５４へと伝達する部材である。また、止め輪５３は、ロータ部５２を押える部材である。

また、インナーローラー５４は、波動歯車減速機６のウェーブ・ジェネレータ（図示省略）に連結され、ロータ部５２から伝達された動力を波動歯車減速機６に伝える部材である。なお、インナーローラー５４は、本願請求項におけるローラー部に相当する。

即ち、フリクションドライブ減速機５は、回転軸４１０とロータ部５２、及び、ロータ部５２とインナーローラー５４の、それぞれの部材の接触と摩擦抵抗により、モータ本体４１から伝達された動力を減速してトルクを生じさせる。また、モータ本体４１が生じた動力の回転速度を小さくして、波動歯車減速機６のウェーブ・ジェネレータに伝達する。

より詳細には、モータ４の回転軸４１０の外周面が、３つのロータ部５２のそれぞれの外周面に接触して、回転軸４１０と各ロータ部５２の接触箇所で摩擦抵抗が生じ、回転軸４１０の動力が摩擦抵抗により減速される（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）。

また、３つのロータ部５２のそれぞれの外周面が、インナーローラー５４の内周面に接触して、各ロータ部５２とインナーローラー５４の接触箇所で摩擦抵抗が生じ、回転軸４１０からロータ部５２に伝達された動力が、摩擦抵抗により更に減速される（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）。この結果、モータ本体４１の回転する動力を減速して、トルクが生じるものとなる。

また、ロータ部５２は、ショア硬さ９５のウレタンゴムで形成されている。また、ロータ部５２の外周面の表面粗さＲａは１．６である。さらに、インナーローラー５４の内周面の表面粗さＲａは１．６である。また、回転軸４１０は金属で形成されている。

ここで、必ずしも、ロータ部５２は、ショア硬さ９５のウレタンゴムで形成される必要はない。但し、ロータ部５２をショア硬さ９５のウレタンゴムで形成することで、以下の利点が得られる。即ち、ロータ部５２が、接触するモータ本体４１の回転軸４１０に対する反発力が維持しやすくなり、かつ、回転軸４１０と接触して変形しにくくなることで、回転軸４１０とロータ部５２との接触圧が適切な大きさとなる。この結果、回転軸４１０とロータ部５２との間における動力伝達性能が良好になり、モータ本体４１及びロータ部５２が高速回転した際のノイズの発生が抑止できる。このような点から、ロータ部５２は、ショア硬さが８５〜９５の範囲内となる素材で形成されることが好ましく、ショア硬さが９５となることが更に好ましい。

なお、ロータ部５２を形成する素材はウレタンゴムに限定されるものではなく、ショア硬さが８５〜９５の範囲内となる素材であれば特に限定されない。例えば、ウレタンゴムの他に、ポリアセタールコポリマー製の硬質樹脂を用いることができる。

また、必ずしも、ロータ部５２の外周面の表面粗さＲａが１．６であり、インナーローラー５４の内周面の表面粗さＲａが１．６となる必要はない。但し、ロータ部５２の外周面と、インナーローラー５４の内周面の接触において、面同士の密着性が高くなり、両面の間に空気が侵入しにくく、摩擦抵抗を大きくすることができる。これにより、ロータ部５２とインナーローラー５４との間における動力伝達性能が良好になり、モータ本体４１及びロータ部５２が回転した際の音の発生が抑止できる。このような点から、ロータ部５２の外周面の表面粗さＲａが１．６であり、インナーローラー５４の内周面の表面粗さＲａが１．６となることが好ましい。また、表面粗さＲａは１．６に限定されるものではなく、表面粗さ１．６以下の、より滑らかな面を採用することも可能である。

また、ベアリング５５（図４参照）は、インナーローラー５４を回転自在に支持する軸受けとなる部材である。また、カラー部５６は、ベアリング５５を押える部材である。

ここで、フリクションドライブ減速機５をアクチュエータ１に設ける構造は、モータ４及び波動歯車減速機６と連結可能な構造となっていれば、その内容が特に限定されるものではない。

［波動歯車減速機］
図４に示すように、アクチュエータ１は、波動歯車減速機６と、カラー部６０と、スペーサー６１と、ベアリング６２と、シャフト６３と、フレーム部６４と、シール部６５を有している。

また、上述したように、波動歯車減速機６は、フリクションドライブ５（インナーローラー５４）から伝達された動力の回転速度を更に減じることでトルクを大きくして、駆動伝達ギヤ３に伝達する減速機である。

また、カラー部６０は、シャフト６３の軸受け部となるベアリング６２を支持する部材である。また、スペーサー６１は、波動歯車減速機６のフレクスプライン（符号省略）に形成された孔と、シャフト６３とをつなぐ接続部材である。

また、ベアリング６２は、シャフト６３を回転自在に支持する軸受けとなる部材である。また、シャフト６３は、波動歯車減速機６から伝達された動力を、駆動伝達ギヤ３に伝達する部材である。シャフト６３が回転して、動力が駆動伝達ギヤ３に伝達される。

また、フレーム部６４は、その内部に波動歯車減速機６を収容するケース部材である。また、シール部６５は、外部からの水分や埃がフレーム部６４の内部への侵入することを防ぐ密閉部材である。

ここで、波動歯車減速機６をアクチュエータ１に設ける構造は、フリクションドライブ減速機５と連結可能であり、動力を駆動伝達ギヤ３に伝達可能な構造となっていれば、その内容が特に限定されるものではない。

［エンコーダ］
図４に示すように、アブソリュートエンコーダ７は、基板固定ベース部７０と、アブソリュート基板７１と、回転マグネット７２と、カバー部７３を有している。上述したように、アブソリュートエンコーダ７は、駆動伝達ギヤ３に取り付けられ、駆動伝達ギヤ３の回転動作に対する位置制御を行う部材である。また、アブソリュートエンコーダ７は、駆動伝達ギヤ３の絶対位置を記憶可能に構成されている。

なお、ここでいう、アブソリュートエンコーダ７による駆動伝達ギヤ３の回転動作に対する位置制御とは、アクチュエータ１により、多回転する駆動伝達ギヤ３の回転動作につき、所望の動作位置でその回転が止まるように、停止位置の再現性を確保する駆動の制御を意味する。

また、基板固定ベース部７０は、アブソリュート基板７１を固定するベース部材である。また、アブソリュート基板７１は、駆動伝達ギヤ３の多回転動作が停止した位置における位置情報を出力する基板である。

アブソリュート基板７１は、図示しない制御システムにより、後述するモータ本体４１のドライバと接続され、制御システムが、アブソリュート基板７１からの位置情報に基づき、モータ本体４１の回転軸４１０の回転量に対してフィードバック制御を行う。

また、回転マグネット７２は、駆動伝達ギヤ３の回転を検出する検出部材である。また、カバー部７３は、基板固定ベース部７０、アブソリュート基板７１及び回転マグネット７２を保護するカバー部材である。

なお、ここでいうフィードバック制御とは、駆動伝達ギヤ３の回転において、動作時の理論上の回転量と、実際に回転した回転量の差分に基づきスリップ量を算出して、そのスリップ量を補正するように、モータ本体４１の回転軸４１０の回転量を調整する制御を意味している。

また、アブソリュートエンコーダ７は、１６ｂｉｔの分解能を有している。これにより、アブソリュートエンコーダ７は、駆動伝達ギヤ３の回転の分解能が±０．０１２５度以下となるように駆動伝達ギヤ３の回転の位置制御を行うことができる。

その結果、駆動伝達ギヤ３から伝達するトルクで、バルブ２の弁棒を回転させる際に、弁棒の分解能を±０．２５度以下として、弁棒を精度高く回転させることができる。

このように、弁棒の分解能が±０．２５度以下とすることで、例えば、アクチュエータ１またはバルブ２における流体制御において、細かいバルブ２の開閉位置を再現することが可能となる。

また、精度高く弁棒の回転を制御できることから、流体の流量を検知しながら、バルブ２の開閉度を可変調整する場合や、停電の発生によりバルブ２の開閉位置が分からなくなった時に動作を復帰させる場合にも、精度高く対応することが可能となる。

ここで、必ずしも、本発明を適用したアクチュエータが、アブソリュートエンコーダ７を有する必要はない。但し、モータ本体４１の動力をフリクションドライブ減速機５及び波動歯車減速機６で減速させる構造においては、フリクションドライブ減速機５が介在することで、駆動伝達ギヤ３の回転動作における位置制御の精度が下がってしまう。そのため、アブソリュートエンコーダ７で、駆動伝達ギヤ３の回転の位置制御を行うことで、精度高く位置制御を行うことが可能となる。なお、アクチュエータがトルクを付与する対象となる機器において、高い精度が要求されない場合には、アブソリュートエンコーダを取り付けないアクチュエータを利用することができる。

また、図４に示すように、アクチュエータ１は、ワッシャ３０を有している。ワッシャ３０は、駆動伝達ギヤ３を押える部材である。

また、図４に示すように、バルブ２の弁棒に取り付けられたシャフト側ギヤ２４には、ギヤクランプ２４０と、クランプ２４１が設けられている。ギヤクランプ２４０及びクランプ２４１は、シャフト側ギヤ２４を、バルブ２の弁棒に取り付ける為の部材である。

［モータの制御・周波数について］
続いて、モータ本体４１の制御について説明する。モータ本体４１は、図示しない制御システムに接続され、その駆動が制御されている。なお、モータ本体４１の駆動を制御するシステムは、上述したアブソリュートエンコーダ７とも接続されている。

より詳細には、モータ本体４１を構成するブラシレスモータは、コントローラ及びドライバで構成された制御システムにより、その駆動が制御されている。コントローラは、ドライバに対して動作の指令信号を出力する指令部である。

また、ドライバは、コントローラからの指令信号に追従するように、モータ本体４１に対してパルス信号を出力する制御部である。また、モータ本体４１はパルス信号に基づき、モータ本体４１に設けられた駆動・検出部により、回転軸４１０を駆動させたり、回転軸４１０の動作を検出したりする。

また、ドライバは、ＣＰＵとパルスチップを有しており、ＣＰＵがパルスチップに指令を出して、パルスチップがパルス信号を出力する。また、モータ本体４１は、パルス変調周波数が２０ｋＨｚのパルス信号で制御されている。

ここで、例えば、一般的なサーボモータでは、パルス変調周波数が１０ｋＨｚのパルス信号でモータが制御されている。しかしながら、本発明のアクチュエータ１では、パルス変調周波数が２０ｋＨｚのパルス信号が出力可能なドライバを構築して、モータ本体４１の制御を行っている。

これにより、回転軸４１０を回転させるためのパルス信号が出力される時間が、従前のパルス変調周波数が１０ｋＨｚのパルス信号に比べて短くなり、回転軸４１０をより滑らかに駆動させることが可能となる。この結果、モータ本体４１が駆動する際に発生する音や振動を小さく抑えることができる。

以上までで説明した本発明を適用したアクチュエータの一例であるアクチュエータ１は、バルブ２の弁棒を回転させる駆動伝達ギヤ３の駆動において、充分に静音性が確保されている。より詳細には、駆動伝達ギヤ３の駆動音が３０ｄｂ以下となっている。

なお、ここでの駆動音の測定方法は、駆動音の大きさが測定可能な方法であれば、特に限定されるものではない。例えば、アクチュエータ１から、水平距離で１ｍ離れた場所にノイズ測定器を配置して、そのノイズ測定器にて、アクチュエータ１を駆動させた際の駆動音を測定する方法が採用しうる。

この、アクチュエータ１の静音性は、モータ４の駆動力を、フリクションドライブ減速機５で減速させ、さらに、波動歯車減速機に伝達して減速させた上で、駆動伝達ギヤ３に動力を伝達することで実現可能となっている。さらに、モータ本体４１を、パルス変調周波数が２０ｋＨｚで制御することで、モータ４から生じる音も小さく抑えられている。

また、アクチュエータ１は、小型でありながら、大きな減速比（モータ４から駆動伝達ギヤ３に至る最終減速比が１：２５０）が得られ、バルブ２の弁棒に対して、５０Ｎ・ｍ以上の高いトルクを出力可能なものとなっている。

さらに、アクチュエータ１は、駆動伝達ギヤ３の回転の位置制御を、アブソリュートエンコーダ７により制御することで、精度高く、その回転動作の位置制御を行うことが可能となっている。

以上のとおり、本発明を適用したアクチュエータは、駆動時に充分な静音性を確保できると共に、小型で、かつ、高減速比により優れた動力伝達性能を有し、高精度な制御が可能なものとなっている。

１ アクチュエータ
２ バルブ
２０ バルブ本体
２１ ハンドル
２３ ホルダー
２４ シャフト側ギヤ
２４０ ギヤクランプ
２４１ クランプ
３ 駆動伝達ギヤ
４ モータ
４０ カバー体
４１ モータ本体
４１０ 回転軸
４２ フレーム部
５ フリクションドライブ減速機
５０ ロータ部シャフト
５１ ブシュ
５２ ロータ部
５３ 止め輪
５４ インナーローラー
５５ ベアリング
５６ カラー部
６ 波動歯車減速機
６０ カラー部
６１ スペーサー
６２ ベアリング
６３ シャフト
６４ フレーム部
６５ シール部
７ アブソリュートエンコーダ
７０ 基板固定ベース部
７１ アブソリュート基板
７２ 回転マグネット
７３ カバー部

Claims (9)

1. 駆動源となるモータと、
   該モータと連結されたフリクションドライブ方式の第１の減速機と、
   該第１の減速機と連結されると共に、歯車減速機から構成された第２の減速機と、
   該第２の減速機及び所定の回転機構に接続されると共に、前記モータの出力を、前記所定の回転機構へと伝達する最終軸とを備える
   アクチュエータ。
2. 前記第２の減速機は、波動歯車減速機である
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記モータの出力が前記最終軸に伝達された際に生じる駆動音の大きさが３０ｄｂ以下である
   請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記モータは、同モータを制御するパルス変調周波数が２０ｋＨｚ以上である
   請求項１、請求項２または請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記最終軸に取り付けられ、同最終軸の絶対位置を記憶すると共に、前期最終軸における回転の分解能が±０．０１２５度以下となるように同最終軸の回転を位置制御するアブソリュートエンコーダを備える
   請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載のアクチュエータ。
6. 前記第１の減速機は、前記モータの回転が入力されるロータ部を有し、
   前記ロータ部は、ショア硬さが８５〜９５の範囲内である
   請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５に記載のアクチュエータ。
7. 前記第１の減速機は、前記モータの回転が入力されるロータ部と、該ロータ部の外側に配置され、その内周面が前記ロータ部の外周面と接触して、前記モータの出力を前記第２の減速機に伝達するローラー部を有し、
   前記ロータ部の外周面及び前記ローラー部の内周面の表面粗さＲａが１．６以下の滑らかな面に形成された
   請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５または請求項６に記載のアクチュエータ。
8. 前記モータから前記最終軸に至る減速比が１：１５０〜５００である
   請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６または請求項７に記載のアクチュエータ。
9. 前記所定の回転機構は、ギヤを介して前記最終軸と接続されたバルブの弁棒である
   請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７または請求項８に記載のアクチュエータ。

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