JP7253141B2 - 駆動装置、ロボットおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置、ロボットおよび画像形成装置に関するものである。

従来、バックラッシュを抑えるなどの狙いから２つのモータによって同一の出力軸を回転させる駆動装置、ロボット及び画像形成装置が知られている。たとえば、特許文献１には、各モータから出力軸までの各駆動伝達系それぞれを複数の外歯歯車で構成した減速機構を有する駆動機構でバックラッシュを抑えたり、駆動対象の駆動トルクを向上させたりするとともに小型を図った駆動装置が記載されている。

ところが、バックラッシュを抑えるなどの狙いから２つのモータによって同一の出力軸を回転させる駆動装置では、駆動伝達系路上で出力軸に近い歯車について、耐摩耗や強度の点からさらなる信頼性の向上が望まれる。

本発明は、上記課題を解決するため、２つのモータによって同一の出力軸を回転させる駆動装置において、外輪歯車と出力軸（遊星キャリア）とは共用になるとともに、遊星歯車と太陽歯車とは専用になるよう２つのプラネタリ型遊星歯車機構を構成し、上記２つのモータによりバックラッシ低減可能な制御を行う制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、駆動伝達系路上で出力軸に近い歯車の耐摩耗や強度を向上させることができる。

実施形態１に係る駆動装置１の説明図。 ホールド時のバックラッシュレス状態の説明図。 バックラッシュレス状態でのＣＷ方向回転時の状態の説明図。 比較例に係る駆動装置の概略構成図。 特許文献１に記載の制御基板２１０の構成図。 位置・速度制御部２１３によるオフセット制御の具体例を表すグラフ。 実施形態２に係る駆動装置１００の外観図。 駆動装置１００の「第一駆動伝達系」と「第二駆動伝達系」の概略構成を示す正面図。 図８に示す駆動装置１００のＡ－Ａ断面図。 図９における遊星歯車部の拡大図。 図９における第一ブレーキ機構１４０部分の拡大図。 本実施形態３に係るロボットの概略構成を示す図。 同ロボットの部分の断面図。 図１３に○で囲ったＡ部の拡大断面図。 実施形態４に係る画像形成装置の概略構成図。

〔実施形態１〕
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は実施形態１に係る駆動装置１の説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は部分断面である。この駆動装置１は、プラネタリ型遊星歯車機構を用いて２つのモータで出力軸のバックラッシをなくすものである。具体的には、一つの出力軸（遊星キャリア）２と、それぞれ二系統の遊星歯車３Ａ、３Ｂ及び太陽歯車４Ａ、４Ｂと、固定された一つの外輪歯車（内歯歯車）５とを備えたバックラッシ低減機構を有する。

二系統それぞれの遊星歯車３Ａ、３Ｂは同一のキャリアピン６に挿入され、自由に回転することができ、それぞれの太陽歯車４Ａ、４Ｂと同一（共通）の外輪歯車５とに噛み合う。また二系統それぞれ、太陽歯車４Ａ、４Ｂは入力軸７Ａ、７Ｂを介して入力歯車８Ａ、８Ｂ（第一入力歯車、第二入力歯車）と結合している。一方の入力軸７Ａと、その内側に配置されている他方の入力軸７Ｂは、それぞれ自由に回転することができる。それぞれの入力歯車８Ａ、８Ｂは、それぞれのモータ９Ａ、９Ｂから、必要に応じて駆動伝達系（駆動伝達経路）１０Ａ、１０Ｂを介して回転駆動される。各モータ９Ａ、９Ｂは制御部１１で制御される。

図２はホールド時のバックラッシュレス状態の説明図である。外輪歯車５との噛み合い部を支点、太陽歯車４Ａ、４Ｂとの噛み合い部を力点、遊星キャリアピン６の挿入部を作用点とし、太陽歯車４Ａを実線の矢印で示す反時計方向（ＣＣＷ）、太陽歯車４Ｂを破線矢印で示す時計方向（ＣＷ）というそれぞれ異なる方向に等しいトルクを作用させる。

ＣＣＷ方向に回転する太陽歯車４Ａとかみ合う遊星歯車３Ａは、遊星キャリアピン６をＣＣＷ方向に回転（公転）させる方向にトルクを生じさせる。一方、ＣＷ方向に回転する太陽歯車４Ｂとかみ合う遊星歯車３Ｂは、遊星キャリアピン６をＣＷ方向に回転（公転）させる方向にトルクを生じさせる。このとき、外輪歯車５に対し、遊星歯車３ＡはＣＷ方向に、遊星歯車３ＢはＣＣＷ方向にそれぞれ回転して接触している。同様に、太陽歯車４Ａに対して遊星歯車３ＡはＣＷ方向に、太陽歯車４Ｂに対して遊星歯車３ＢはＣＣＷ方向にそれぞれ回転して接触している。そのため、歯車のガタは発生しない。そして、遊星キャリアピン６は出力軸２と結合しており、トルクのつり合いを保つことで出力軸２にはガタなくホールドされる。

図３はバックラッシュレス状態でのＣＷ方向回転時の状態の説明図である。図２に示すホールド状態において、破線の矢印で示すＣＷ方向に回転する太陽歯車４Ｂのトルクを増大させる。これにより遊星キャリアピン６での力のつり合いが崩れ、出力軸２にはガタがないままＣＷ方向に回転する。図３とは逆に、実線の矢印で示すＣＣＷ方向に回転する太陽歯車４Ａのトルクを増大させるれば、出力軸２にはガタがないままＣＣＷ方向に回転する。

図４は比較例に係る駆動装置の概略構成図である。この装置では、実施形態１の駆動装置と異なり、各モータ９Ａ，９Ｂからの二系統の駆動伝達系が太陽歯車４Ａ、４Ｂまでであり、同一の遊星歯車１２を用いている点が異なる。この駆動装置では太陽歯車４Ａ、４Ｂ互いに逆に回転させることによって、同一の遊星歯車１２との噛み合いまで歯車のガタが発生せず、遊星歯車１２までのバックラッシュを制御できる。しかし、遊星歯車１２と外輪歯車５との噛み合いのガタが残ってしまう。この結果、出力軸２までの間の歯車のガタをなすことはできない。

制御部１１は図２のホールド状態を成立させたり、図３のＣＷ方向回転状態、あるいは、図３とは逆のＣＣＷ方向回転状態を実現するように各モータ９Ａ，９Ｂを制御する。制御部１１の構成やその制御の仕方の具体例としては特許文献１に記載の制御基板２１０やオフセット制御の具体例を用いることができる。

図５は特許文献１に記載の制御基板２１０の構成図である。制御基板２１０は、位置・速度制御部２１３、ドライバ２２３、およびドライバ２２４を備えている。第一モータ１０１は、エンコーダ１０１Ｂを有している。エンコーダ１０１Ｂは、第一モータ１０１の駆動軸１０１Ａに設けられており、第一モータ１０１のエンコーダ信号ｅｎｃ１を出力する。エンコーダ信号ｅｎｃ１は、制御基板２１０の位置・速度制御部２１３に供給され、位置・速度制御部２１３によって第一モータ１０１の位置および速度のＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御に用いられる。

第二モータ１５１は、エンコーダ１５１Ｂを有している。エンコーダ１５１Ｂは、第二モータ１５１の駆動軸１５１Ａに設けられており、第二モータ１５１のエンコーダ信号ｅｎｃ２を出力する。エンコーダ信号ｅｎｃ２は、制御基板２１０の位置・速度制御部２１３に供給され、位置・速度制御部２１３によって第二モータ１５１の位置および速度のＰＩＤ制御に用いられる。第一モータ１０１と第二モータ１５１が各モータ９Ａ，９Ｂに対応する。

位置・速度制御部２１３は、上位コントローラから入力される位置目標値ｘｔｇｔおよび速度目標値ｖｔｇｔと、エンコーダ１０１Ｂから出力される第一モータ１０１のエンコーダ信号ｅｎｃ１とに基づき、第一モータ１０１のＰＩＤ制御を行う。ドライバ２２３は、入力された電圧指令値ｄｒｖｏｕｔに応じて、第一モータ１０１の駆動信号（ＤＣモータ、ＤＣブラシレスモータ等、モータ形態に合わせた駆動信号）を生成し、当該駆動信号を第一モータ１０１へ出力する。

また、位置・速度制御部２１３は、上位コントローラから入力される位置目標値ｘｔｇｔおよび速度目標値ｖｔｇｔと、エンコーダ１５１Ｂから出力される第二モータ１５１のエンコーダ信号ｅｎｃ２とに基づき、第二モータ１５１のＰＩＤ制御を行う。ドライバ２２４は、入力された電圧指令値ｄｒｖｏｕｔに応じて、第二モータ１５１の駆動信号（ＤＣモータ、ＤＣブラシレスモータ等、モータ形態に合わせた駆動信号）を生成し、当該駆動信号を第二モータ１５１へ出力する。

位置・速度制御部２１３は、第一モータ１０１および第二モータ１５１の各々の電圧指令値を制御するオフセット制御を行うことで、これら２つのモータ１０１，１５１と出力ギヤ１０８との間のバックラッシュを解消しつつ、これら２つのモータ１０１，１５１を駆動することができる。

図６は、位置・速度制御部２１３によるオフセット制御の具体例を表すグラフである。横軸は、オフセット制御による制御前の入力電圧指令値ｄｒｖｉｎを表しており、縦軸は、オフセット制御による制御後の出力電圧指令値ｄｒｖｏｕｔを表している。また、実線は、第一モータ１０１の電圧指令値を表しており、点線は、第二モータ１５１の電圧指令値を表している。

まず、位置・速度制御部２１３は、図中Ａに示すように、第一モータ１０１に対して、出力ギヤ１０８を駆動方向とは逆方向に駆動させるオフセット電圧ｏｆｆｓｅｔが加わるように、第一モータ１０１の電圧指令値（オフセット電圧指令値）を出力する。その状態で、位置・速度制御部２１３は、第二モータ１５１に対して、オフセット電圧ｏｆｆｓｅｔの絶対値と同値の電圧が加わりつつ、出力ギヤ１０８を駆動方向に駆動させる駆動電圧が徐々に加わるように、第二モータ１５１の電圧指令値を制御する。これにより、出力ギヤ１０８に対し、２つのモータ１０１，１５１の双方から互いに逆方向の駆動力が加えられるため、出力ギヤ１０８と２つのモータ１０１，１５１との間のバックラッシュが解消されることとなる。

次に、位置・速度制御部２１３は、図中Ｂに示すように、駆動電圧ｄｒｖｌｉｍｉｔにおいて、第二モータ１５１の出力が限界値に達すると、第二モータ１５１に駆動電圧ｄｒｖｌｉｍｉｔが印加された状態を維持するように、第二モータ１５１の電圧指令値を制御する。その状態で、位置・速度制御部２１３は、第一モータ１０１に対して、出力ギヤ１０８を駆動方向に駆動させる駆動電圧が徐々に加わるように、第一モータ１０１の電圧指令値を制御する。これにより、出力ギヤ１０８に対し、２つのモータ１０１，１５１の双方から互いに同方向の駆動力が加えられるため、出力ギヤ１０８の駆動トルクを高めることができる。つまり、駆動対象の駆動トルクを向上させることができる。このとき、図中Ａで第二モータ１５１の駆動電圧を上昇させるときと同じ上昇率で、第一モータ１０１の駆動電圧を上昇させるようにするとよい。

そして、位置・速度制御部２１３は、図中Ｃに示すように、駆動電圧ｄｒｖｌｉｍｉｔにおいて、２つのモータ１０１，１５１の双方の出力が限界値に達すると、２つのモータ１０１，１５１の双方に対して、駆動電圧ｄｒｖｌｉｍｉｔが印加された状態を維持するように、これら２つのモータ１０１，１５１の各々の電圧指令値を制御する。

なお、図６の例において、図中Ａ'～Ｃ'は、図中Ａ～Ｃと逆方向に各モータを駆動する例を表しており、図中Ａ～Ｃと対称的である。

以上、実施形態１の駆動装置１においては、出力軸（遊星キャリア）２に近いギヤほど大きなトルクを伝えるためギヤの歯面に加わる力が大きくなる。遊星歯車機構とすることで、第一モータ９Ａからの伝達トルクを複数の遊星歯車３Ａで分散し、同様に第二モータ９Ｂの伝達トルクを複数の遊星歯車３Ｂで分散する。このように各遊星歯車３Ａ，３Ｂに伝達トルクを分散することができるので歯面に加わる力を小さくでき、これにより信頼性が向上する。

また、この駆動装置１において、出力軸（遊星キャリア）２の回転速度は、モータ９Ａ、９Ｂの回転速度に対し、必要に応じて設ける駆動伝達系内のギヤと、太陽歯車４Ａ，４Ｂおよび遊星歯車３Ａ，３Ｂとからなる減速機構によって減速されたものとなる。したがって、これらの歯車の歯数を調整して、減速比を調整することにより、出力軸（遊星キャリア）２の回転速度を、所望の回転速度まで減速させることができる。

なお、二系統の遊星歯車３Ａ、３Ｂでキャリアピン６を兼用するのに代え、それぞれ専用のピンを設け、それらを一つの出力軸（遊星キャリア）２に対し圧入などで一体化してもよい。また、モータ軸のギヤや必要に応じて設ける駆動伝達系１０Ａ、１０Ｂはハスバ歯車や平歯車を用いて構成できる。モータ軸のギヤとこれに噛み合う歯車としてハスバ歯車を用いることが望ましい。ハスバ歯車の利用で振動や騒音を軽減できる。

〔実施形態２〕
次に本発明の他の実施形態（実施形態２）に係る駆動装置１００について説明する。この駆動装置１００は、実施形態１の駆動装置１をより具体的な構成を特定するとともに、ロボットに適用するのに適した構成を採用したものである。

図７は外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。ハウジング１２０は前ハウジング１２１と後ハウジング１２２とからなる。前ハウジング１２１に形成された開口から出力フランジ１０９が露出している。前ハウジング１２１の前面には第一ブレーキ機構１４０と第二ブレーキ機構１９０が取り付けられている。後ハウジング１２２の背面側に第一モータ１０１と第二モータ１５１が取り付けられている。ハウジング１２０には駆動装置１００を他の装置に固定するための複数の固定用孔１２０Ａも形成されている。そして、ハウジング１２０内に、第一モータ１０１と第二モータ１５１のそれぞれから出力フランジ１０９に回転力を伝達するための「第一駆動伝達系」と「第二駆動伝達系」とを備える。

図８は駆動装置１００の「第一駆動伝達系」と「第二駆動伝達系」の概略構成を示す正面図である。第一駆動伝達系は第一ファーストピニオン軸１０２、第一ファーストギヤ１０３、第一セカンドピニオン軸１０４、第一セカンドギヤ１０５、第一太陽ピニオン軸３０７、第一サードギヤ３０８、および複数の第一遊星歯車３１０を備える。第二駆動伝達系も同様に、第二ファーストピニオン軸１５２、第二ファーストギヤ１５３、第二セカンドピニオン軸１５４、第二セカンドギヤ１５５、第二太陽ピニオン軸３５７、第二サードギヤ３５８、および複数の第二遊星歯車３６０を備える。

図９は図８に示す駆動装置１００のＡ－Ａ断面図である。図１０は図９における遊星歯車部の拡大図である。第一ファーストピニオン軸１０２と第二ファーストピニオン軸１５２それぞれは、前ハウジング１２１に固設されたベアリング１３１，１８１と、後ハウジング１２２に固設されたベアリング１３２，１８２とで、両端が回転自在に支持されている。第一ファーストギヤ１０３と第二ファーストギヤ１５３それぞれは、第一ファーストピニオン軸１０２，第二ファーストピニオン軸１５２に圧入されており、これらピニオン軸に対して空転することなく、ピニオン軸と等速で回転する。第一ファーストギヤ１０３と第二ファーストギヤ１５３は、第一モータ１０１と第二モータ１５１の駆動軸１０１Ａ、１５１Ａに形成されているギヤと噛み合うことにより、駆動軸からの回転力が伝わって回転する。

第一及び第二のファーストピニオン軸１０２，１５２は、前ハウジング１２１を貫通して、前ハウジング１２１の前方へ延在しており、当該延在部分には、第一及び第二のブレーキ機構１４０，１８０が設けられている。これらブレーキ機構の詳細については後述する。

第一及び第二のセカンドピニオン軸１０４，１５４は、同ピニオン軸内側に固設された２つのベアリング１３３，１３４，１８３，１８４と、前ハウジング１２１と後ハウジング１２２に固設された軸１０４Ａ，１５４Ａとによって、両端が回転自在に支持されている（図１０参照）。第一及び第二のセカンドギヤ１０４，１５５は、それぞれ第一及び第二のセカンドピニオン軸１０４，１５４に圧入されており、これらピニオン軸に対して空転することなく、ピニオン軸と等速で回転する。第一及び第二のセカンドギヤ１０５，１５５は、それぞれ第一及び第二のファーストピニオン軸１０２，１５２に形成されているギヤと噛み合うことにより、第一及び第二のファーストピニオン軸１０２，１５２からの回転力が伝わって回転する。第一及び第二のセカンドピニオン軸１５４は、ハウジング１２０に固設されたベアリングにより回転自在に保持させる構造でもよい。

図１０に示す遊星歯車部において、出力フランジ１０９は、前ハウジング１２１に固設さてたベアリング１１７によって回転自在に設けられている。第二太陽ピニオン軸３５７は、出力フランジ１０９と同軸上に設けられている。そして、第二太陽ピニオン軸３５７は、出力フランジ１０９に固設されたベアリング１３５と、後ハウジング１２２に固設されたベアリング１３６とによって、両端が回転自在に支持されている。第一太陽ピニオン軸３０７は筒状をなしており、第二太陽ピニオン軸３５７の外周に回転自在に配置されている。また、第二太陽ピニオン軸３５７は筒状をなしており、センサパイプ１０６が筒内を貫通して設けられている。

センサパイプ１０６の上端部は、出力フランジ１０９の中心に形成された貫通孔に圧入されている。これにより、センサパイプ１０６は、出力フランジ１０９と等速で回転する。一方、センサパイプ１０６の下端部は、後ハウジング１２２に形成された開口部を貫通して、当該開口部から露出している。

センサパイプ１０６の下端部に中空形状の永久磁石１０６Ａを固定している。この永久磁石１０６Ａに対向する基板１１８上の位置に角度センサのホールＩＣ１１９を設けている。これらで磁気式エンコーダを構成し、ホールＩＣ１１９でセンサパイプ１０６の回転に伴う永久磁石のＳ極とＮ極との切り替わりを検知することで、センサパイプ１０６の回転角（すなわち、出力フランジ１０９の回転角）を検出できる

第一サードギヤ３０８は、第一太陽ピニオン軸３０７に圧入されており、第一太陽ピニオン軸３０７に対して空転することなく、第一太陽ピニオン軸３０７と等速で回転する。第一サードギヤ３０８は、第一セカンドピニオン軸１０４に形成されているギヤと噛み合うことにより、第一セカンドピニオン軸１０４からの回転力が伝わって回転する。

第二サードギヤ３５８は、第二太陽ピニオン軸３５７に例えばキー３５８Ａなどの動力伝達要素により締結されており、第二太陽ピニオン軸３５７に対して空転することなく、第二太陽ピニオン軸３５７と等速で回転する。第二サードギヤ３５８は、第二セカンドピニオン軸１５４に形成されているギヤと噛み合うことにより、第二セカンドピニオン軸１５４からの回転力が伝わって回転する。

第二サードギヤ３５８と第二太陽ピニオン軸３５７とがスラスト方向に移動することを防止するために、キー３５８Ａをねじ３５８Ｂで固定する。また、キー３５８Ａによる動力伝達とする理由は、組付け性を確保するためである。

第一及び第二の太陽ピニオン軸３０７，３５７の回転は、複数の遊星歯車３１０，３６０を介して、出力フランジ１０９へ伝達される。具体的には、第一及び第二の太陽ピニオン軸３０７，３５７の一部には、それぞれ第一及び第二の太陽歯車３０７Ａ，３５７Ａが形成されている。第一太陽歯車３０７Ａは、当該太陽歯車の周囲に配設された複数の第一遊星歯車３１０の各々と噛み合うことにより、これら複数の第一遊星歯車３１０を回転させる。また、第二太陽歯車３５７Ａは、当該太陽歯車の周囲に配設された複数の第二遊星歯車３６０の各々と噛み合うことにより、これら複数の第二遊星歯車３６０を回転させる。

第一及び第二の遊星歯車３１０，３６０は、中心に形成された貫通孔内に、すべり軸受けが圧入されている。すべり軸受けは、中心に形成された貫通孔内に、第一及び第二の遊星歯車３１０，３６０の回転軸となるシャフトピン１１２が貫通して設けられる。これにより、第一及び第二遊星歯車３６０は、すべり軸受けを介して、一つのシャフトピン１１２に対して回転自在となっている。

第一太陽歯車３０７Ａには第一遊星歯車３１０、第二太陽歯車３５７Ａには第二遊星歯車３６０、が噛み合う条件のみとならなければならない（例えば、第一太陽歯車３０７Ａに第二遊星歯車３６０がかみ合うなどの状態となってはいけない）。図８では第一及び第二遊星歯車３６０はそれぞれ４個配置されているが、２個以上あればよい。

シャフトピン１１２の図中の前端は、出力フランジ１０９に圧入されており、シャフトピン１１２の図中の後端は、ハブリング１１３に圧入されている。これにより遊星歯車の軸方向への移動を規制する。複数本（図示の例では４本）のシャフトピン１１２をハブリング１１３でつなぐことで、歯車のかみ合いにより生じる力でシャフトピン１１２が変形するのを抑制する。ハブリング１１３はシャフトピン１１２を介して出力フランジ１０９に保持される。これに加えて、ベアリングや滑り軸受けを介して第一太陽ピニオン軸３０７の周面にも保持させてもよい。なお、第一及び第二の遊星歯車３１０，３６０の回転軸となるシャフトピン１１２（遊星キャリアピン）を、第一及び第二の遊星歯車３１０，３６０で兼用しているが、それぞれ専用のピンを設け、それらを出力フランジ１０９に対し圧入などで一体化してもよい。

複数の第一及び第二遊星歯車３１０，３６０の周囲には、内歯車（外輪歯車）１１６が形成されている。複数の第一及び第二遊星歯車３１０，３６０の各々は、第一及び第二太陽歯車３０７Ａ，３５７Ａとそれぞれ噛み合っているとともに、内歯車１１６とも噛みあっている。そのため、第一及び第二の太陽歯車３０７Ａ，３５７Ａが回転すると、複数の第一及び第二の遊星歯車３１０，３６０の各々が自転しながら第一及び第二の太陽歯車３０７Ａ，３５７Ａの周りを公転する。複数の第一及び第二の遊星歯車３１０，３６０の公転による回転力により、複数の第一及び第二の遊星歯車３１０，３６０の各々のシャフトピン１１２を介して、出力フランジ１０９が回転する。出力フランジ１０９の回転は、出力フランジ１０９に結合された駆動対象（例えば、ロボットの関節等）に伝達され、これにより、駆動対象が駆動されることとなる。

図１１は図９における第一ブレーキ機構１４０部分の拡大図である。第二ブレーキ機構１９０も同様の構成であるため、第一ブレーキ機構１４０を例にして説明する。図１１に示すように、ブレーキ機構１４０は、第一ファーストピニオン軸１０２と同軸上に設けられている。駆動装置１００は、複数のギヤを用いて駆動伝達系を構成しているため、第一モータ１０１の回転力を出力フランジ１０９に伝達する際の伝達効率が比較的高く（約９０％）、一方で、出力フランジ１０９の回転力も、モータ１０１に伝わり易いという特性を有している。

このため、例えば、本実施形態の駆動装置１００をロボットアームに取り付けた場合、モータ１０１の駆動を停止しモータ１０１がロボットアームの回転軸の回転を保持していない状態にすると、ロボットアーム自体の自重がモーメントとして出力フランジ１０９に伝達される。このモーメントにより、ロボットアームは、重力とバランスが取れる釣り合いの位置まで、自動的に降下する。

そこで、本実施形態の駆動装置１００は、ブレーキ機構１４０により、駆動伝達系の回転を機械的に制動することにより、モータ１０１がロボットアームの回転軸の回転を保持していない状態であっても、ロボットアームが自動的に降下してしまうといった事態を回避可能としている。このブレーキ機構１４０が作動・不作動切り替え可能なブレーキに相当する。

図８に示すように、ブレーキ機構１４０は、ブレーキカバー１４１、ロータハブ１４２、ブレーキ本体１４３、ネジ１４４、ロータ１４５、アーマチャ１４６、プレート１４７、およびコイル１４８を有して構成されている。

第一ファーストピニオン軸１０２は、その一部が前ハウジング１２１の前面から、ブレーキカバー１４１の内部へと突出している。図示の例では、第一ファーストピニオン軸１０２の外周面には、Ｏリング１０２Ａが取り付けられている。Ｏリング１０２Ａは、ベアリング１３１の内側に密着することにより、第一ファーストピニオン軸とベアリング１３１との間からの、グリスの漏出を防ぐことができる。

ブレーキカバー１４１の内部において、第一ピニオン軸１０２の先端には、ロータハブ１４２が取り付けられている。ロータハブ１４２は、ピンまたはＤカットにより第一ピニオン軸１０２とともに回転する構造となっており、抜け止めのネジ１４４によって第一ピニオン軸１０２の先端に固定されている。

ロータハブ１４２は、ブレーキ本体１４３の内部のロータ１４５と噛み合うように正方形になっている。第一ピニオン軸１０２が回転すると、その回転はロータハブ１４２を介して、ブレーキ本体１４３の内部のロータ１４５に伝わり、ロータ１４５が回転するようになっている。

制動時には、図示を省略するバネからの付勢力により、アーマチャ１４６が下方に押し下げられる。これにより、ロータ１４５が、アーマチャ１４６とプレート１４７との間に挟みこまれ、その際に生じる摩擦力により、当該ロータ１４５の回転に制動がかけられる。

一方、非制動時には、コイル１４８が通電され、これによってコイル１４８とアーマチャ１４６との間に生じる上記付勢力よりも大きい磁気吸引力により、アーマチャ１４６が上方に引き寄せられる。これにより、ロータ１４５は、上記摩擦力から開放され、回転自在な状態となる。

本実施形態２の駆動装置１００においても、第一及び第二のモータ１０１，１５１を制御手段を用いてコントロールする。制御手段の構成やその制御の仕方の具体例としては、図５及び図６を用いて説明した制御基板２１０やオフセット制御を用いることができる。つまり、バックラッシを無くすのに、第一モータ１０１を正転させ出力ギヤを回転させる。このとき、第二モータ１５１１０１は出力ギヤにブレーキをかけながら回転させる（プリロードトルク）。これにより、出力ギヤの正転／逆転方向の遊びを消すことが出来る。

また、第一、第二モータ１５１１０１を協調させて動作させることで、たとえば第一、第二モータ１５１１０１の動力がそれぞれ２０Ｗであるとすれば、出力軸において４０Ｗ程の動力を得ることができる。

以上、実施形態２の駆動装置１００では、回転力を発生させる第一及び第二のモータ１０１，１５１、モータが発生した回転力を減速して所望の回転数およびトルクを出力フランジ１０９から得るための駆動伝達系、および、駆動伝達系における回転を制動する第一及び第二のブレーキ機構１４０，１８０が、ハウジング１２０に対して一体的に設けられている。ハウジング１２０は、前ハウジング１２１と後ハウジング１２２ケースとがネジで締結されることにより、箱型の形状となる。これにより、駆動装置１００は、トルク発生時の捩り剛性を高めることができ、歯車同士の噛み合い精度の低下を抑制し、歯車の回転負荷を抑制することができる。

また、駆動装置１００は、モータ、駆動伝達系、センサ系、コントローラ系、およびブレーキ機構を、ハウジング１２０に一体化してモジュール化している。よって、例えば、ロボットアーム内に駆動装置１００を設置する場合、ハウジング１２０をロボットの構造体に取り付け、ロボット側の回転軸と駆動装置１００の出力軸（出力フランジ１０９）とを固定するだけで、駆動装置１００の設置が完了することができる。このため、駆動装置１００は、メンテナンスの際の着脱容易性が、極めて高いものであるといえる。

また、出力フランジ１０９の回転力は、当該回転力を利用する装置に伝えられる。例えば、出力フランジ１０９の回転力を、ロボットアームの回転に使用する場合、出力フランジ１０９を、ロボットアームの関節の回転軸と接続することで、ロボットアームを回転させることが可能となる。この際、出力フランジ１０９の表面から突出したピン１０９Ｂを、ロボットアームの関節の回転軸にはめ込むことで、当該回転軸の位置合わせおよび滑り止めが可能となる。

また、上位のコントローラは、モータの内部に設けられたエンコーダ（回転角検知センサ）によって検知された駆動軸の回転角から、ロボットアームの動作角度を算出することが可能である。すなわち、上位のコントローラは、エンコーダの出力値に基づいて、駆動軸の回転角を制御することにより、ロボットアームの動作角度を、所望の角度とすることができる。そして、ロボットアームの動作角度をより正確に検出するために、出力フランジ１０９の回転角を検出する角度センサ（１０６Ａ、１１９）の信号を用いることもできる。

また、太陽歯車ピニオン軸３０７，３０５の中心部にあるセンサパイプ１０６が、前ハウジング１２１の前面から後ハウジング１２２の背面にかけて貫通してので、例えばロボットなどに使用する際にセンサパイプ１０６内にハーネス７４０を通した状態で出力フランジ１０９を回転させることが可能となる。

なお、本実施形態２の駆動装置１００は第一及び第二のブレーキ機構１４０，１８０などを備えるので、ロボットアームの関節部を構成し、アーム本体を駆動対象とする駆動装置に好適であるが、適用対象はこれに限られない。適用対象にって必要ない場合には、第一及び第二のブレーキ機構１４０，１８０や角度センサ（１０６Ａ、１１９）などを省略することもできる。

〔実施形態３〕
次に本発明の駆動装置を備えたロボットの実施形態（実施形態３）について説明する。図１２は、本実施形態３に係るロボットであるマニピュレータ装置７００の概略構成を示す図である。このマニピュレータ装置７００は、２つの関節部を備えた２自由度のマニピュレータ装置であり、回転ステージ上に取り付けるなどして使用される。第一アーム７０１と第二アーム７０２とを有し、第二アーム７０２にの先端にエンドエフェクタとしてピッキングハンド７０３を備えている。第一アーム７０１の基端は台座７０４の上部に固定された支持体７０５の上端に回転可能に取り付けられている。両者の取付部で第一関節部７０６を構成している。この第一アーム７０１の先端に第二アーム７０２の基端が回転可能に取り付けられ、両者の取り付け部で第二関節部７０７を構成している。

図１３は第一関節部７０６を構成する部分の断面図である。第一アーム７０１の本体であるアーム本体７０１Ａを駆動対象する駆動装置として、実施形態２に係る駆動装置１００を支持体７０５に固定して用いている。アーム本体７０１Ａは、一体化された回転軸部材７０１Ｂを介しベアリング７０５Ａで支持体７０５に回動可能に取り付けられる。駆動装置１００は、出力フランジ１０９の回転軸が、アーム本体７０１Ａの回転軸７３０Ｌと一致するように、支持体７０５の内部に配置される。この配置にあたり、駆動装置１００は、前ハウジング１２１の前面に形成しれた凹部１２０Ｂ（図７（ａ）参照）に、支持体７０５の内面から突出した位置決めピン７１２が嵌め込まれることにより、支持体７０５に対する回転角度の位置決めを容易に行えるようになっている。そして、駆動装置１００は支持体７０５の内面に対して複数の固定ネジ７３１によって固定される。固定ネジ７３１による固定用の孔１２０Ａは図７に示すように例えばが３箇所に設ける。

図１４は図１３に○で囲ったＡ部の拡大断面図である。出力フランジ１０９は、複数の固定ネジ７３２によって、アーム本体７０１Ａの内面の回転軸部材７０１Ｂに固定される。具体的には、出力フランジ１０９の中央に設けられた凹部が、アーム本体７０１Ａの回転軸部材７０１Ｂ内面に形成された凸部に嵌め込まれ、その回転中心が位置決めされる。そして、出力フランジ１０９の表面から突出したピン１０９Ｂを、アーム本体７０１Ａの回転軸部材７０１Ｂ内面に形成された凹部にはめ込むことで、出力フランジ１０９の回転角度の位置決めおよび滑り止めがなされる。これにより、出力フランジ１０９が回転すると、当該出力フランジ１０９に固定されたアーム本体７０１Ａが回転することとなる。

出力フランジ１０９はセンサパイプ１０６により中空形状となっている。出力フランジ１０９に固定されるアーム回転軸部材７０１Ｂおよびアーム本体７０１Ａにも位置を対応させた中空部を設けている。これにより、図１４に示すようにハーネス７４０を通すことが可能となる。

駆動装置１００によるアーム本体７０１Ａの駆動制御でも制御手段の構成やその制御の仕方の具体例としては、図５及び図６を用いて説明した制御基板２１０やオフセット制御を用いることができる。アーム本体７０１Ａの回転方向および回転量（回転角度）の制御は、上位のコントローラからモータの回転方向および回転量（回転角度）を制御する。これにより、アーム本体７０１Ａの回転をブレーキ機構によって制動可能としつつ、上位のコントローラから第一及び第二のモータ１０１，１５１を制御することにより、アーム本体７０１Ａの回転を制御することができる。また、上位のコントローラからブレーキ機構を制御することにより、アーム本体７０１Ａの回転を制動することができる。

なお、図１３及び図１４を用いて説明した以上の第一関節部７０６の構成は、第二関節部７０７にも適用できる。すなわち、第一アーム７０１に駆動装置１００を取り付け、この出力フランジ１０９を第二アーム７０２に固定して駆動対象として第二アーム７０２を駆動するようにできる。

また、図１３及び図１４にロボットアームの関節部分を示すように、このような関節部分を備えたロボットであれば、図１２にロボットに限らず、産業用ロボットや家庭用ロボット等など、ロボットアームを備える様々な用途のロボットが対象となり得る。

〔実施形態４〕
次に本発明の駆動装置を備えた画像形成装置の実施形態（実施形態４）について説明する。図１５は実施形態４に係る画像形成装置の概略構成図である。原稿Ｄは、原稿搬送部８１０によって、図中の矢印方向に搬送（給送）されて、原稿読込部８０２上を通過し、原稿読込部８０２で画像情報が光学的に読み取られる。読み取られた画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、露光部８０３（書込部）から作像部８０４の感光体ドラム８０５上に照射される。作像部８０４において、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を経て、感光体ドラム８０５上に画像情報に対応した画像（トナー像）が形成される。形成された画像は、給送装置８５２から搬送経路Ｋなどを通って搬送されてきたシートＰ上に転写部８０７で転写される。転写工程後のシートＰは、定着装置８２０でトナー像が定着され、排紙トレイ８３１上に積載される。

装置８０１の本体には複数の給送装置８１２、８１３が設けられている。これらはほぼ同様の構成となっている。給送装置８１３には、載置部８４３（昇降板）、載置部８４３に載置されたシートＰを給送するための給送手段としての給送装置８５２、等が設置されている。

このように構成された画像形成装置８０１は、バックラッシュの影響を避けた位置決め制御や駆動対象の駆動トルク向上させる制御などが必要な駆動箇所（例えば、給紙搬送、原稿搬送、感光体ドラム８０５の回転駆動等）の少なくと一箇所について実施形態２の駆動装置を備えている。これによれば、正確な位置決め制御を行うことができる。

１ ：駆動装置
２ ：出力軸
３Ａ ：遊星歯車
３Ｂ ：遊星歯車
４Ａ ：太陽歯車
４Ｂ ：太陽歯車
５ ：外輪歯車
６ ：遊星キャリアピン
７Ａ ：入力軸
７Ｂ ：入力軸
８Ａ ：入力歯車
８Ｂ ：入力歯車
９Ａ ：モータ
９Ｂ ：モータ
１０Ａ ：駆動伝達系
１０Ｂ ：駆動伝達系
１１ ：制御部
１２ ：遊星歯車
１００ ：駆動装置
１０１ ：第一モータ
１０１Ａ ：駆動軸
１０２ ：第一ファーストピニオン軸
１０２ ：第一ピニオン軸
１０３ ：第一ファーストギヤ
１０４ ：第一セカンドピニオン軸
１０５ ：第一セカンドギヤ
１０８ ：出力ギヤ
１０９ ：出力フランジ
１０９Ｂ ：ピン
１１２ ：シャフトピン
１１３ ：ハブリング
１１６ ：内歯車
１１８ ：基板
１１９ ：ホールＩＣ
１２０ ：ハウジング
１２１ ：前ハウジング
１２２ ：後ハウジング
１４０ ：第一ブレーキ機構
１５１ ：第二モータ
１５２ ：第二ファーストピニオン軸
１５３ ：第二ファーストギヤ
１５４ ：第二セカンドピニオン軸
１５５ ：第二セカンドギヤ
１９０ ：第二ブレーキ機構
２１０ ：制御基板
３０５ ：太陽歯車ピニオン軸
３０７ ：第一太陽ピニオン軸
３０７Ａ ：第一太陽歯車
３０８ ：第一サードギヤ
３１０ ：第一遊星歯車
３５７ ：第二太陽ピニオン軸
３５７Ａ ：第二太陽歯車
３５８ ：第二サードギヤ
３６０ ：第二遊星歯車
７００ ：マニピュレータ装置
１５１ ：第二モータ

特開２０１８－２０４６９０号公報

Claims (8)

1. ２つのモータによって同一の出力軸を回転させる駆動装置において、外輪歯車と出力軸（遊星キャリア）とは共用になるとともに、遊星歯車と太陽歯車とは専用になるよう２つのプラネタリ型遊星歯車機構を構成し、各太陽歯車に２つのモータから駆動を伝えるようにし、
   上記２つのモータによりバックラッシ低減可能な制御を行う制御手段を有することを特徴とする駆動装置。
2. 上記２つのモータから各モータに対応する遊星歯車までの駆動伝達経路内それぞれに、作動・不作動切り替え可能なブレーキを設けたことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 上記２つのモータと、
   上記２つのプラネタリ型遊星歯車機構と、
   上記２つのモータから各モータに対応する遊星歯車までの駆動伝達経路内それぞれに、作動・不作動切り替え可能なブレーキと、
   上記出力軸（遊星キャリア）の回転角度を検出する角度センサとを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 上記２つのモータと上記各太陽歯車との間に減速機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の駆動装置。
5. 上記減速機構はハスバ歯車を含むことを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
6. モータから出力軸に回転力を伝達するための第一駆動伝達系及び第二駆動伝達系を有する、２つのモータによるバックラッシ低減機構を持つ駆動装置において、
   第一および第二モータ、複数の第一および第二遊星歯車、一つの内歯車、第一太陽歯車とそれに結合された第一入力歯車、第二太陽歯車とそれに結合された第二入力歯車、からなる遊星歯車機構で、
   第一及び第二の遊星歯車はキャリアピンに回転自在に支持された状態で、複数存在し、
   各キャリアピンは、一つの出力軸（遊星キャリア）と結合され、
   第一太陽歯車と複数の第一遊星歯車、第二太陽歯車と複数の第二遊星歯車、が噛み合うように配置され、
   複数の第一および第二遊星歯車は、一つの内歯車にかみ合い、
   第一モータにより第一入力歯車、第二モータにより第二入力歯車が駆動可能な状態で配置され、
   ていることを特徴とする駆動装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一に記載の駆動装置と、前記駆動装置によって駆動される駆動対象とを備えたロボット。
8. 請求項１乃至６の何れか一に記載の駆動装置と、前記駆動装置によって駆動される駆動対象とを備えた画像形成装置。

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