JPH1114656A - 角加速度センサ内蔵アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低価格で高精度で角加速度を検出可能な角加
速度センサを備えたアクチュエータを提案すること 【解決手段】 アクチュエータ１はモータ２と減速機で
ある撓み噛み合い式歯車装置３を備え、中空シャフト７
に角加速度センサ１１０が取り付けられ、当該角加速度
センサ１１０は、中空シャフト７と一体回転するように
固定されていると共に相互に対峙させた第１および第２
のディスク１１４、１１５を有し、第１のディスク１１
４は剛体であり円周方向に配列した第１のスリット群１
１６を備え、第２のディスク１１５は、円周方向に配列
した第２のスリット群１１７が形成されたスリット形成
板１１５ａと、このスリット形成板１１５ａを当該ディ
スクに作用する角加速度に応じて円周方向に弾性変位さ
せる板ばね１１５ｃとを備え、第１のスリット群１１６
と第２のスリット群１１７の相対変位に基づき中空シャ
フト７に発生する角加速度を検出する構成となってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータおよび減速
機から構成されるアクチュエータに関し、モータ出力軸
あるいは減速機出力軸に発生する角加速度を検出する角
加速度センサを備えたアクチュエータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】モータおよび減速機が同軸状に配列され
た構成のアクチュエータにおいては、その起動時や停止
時に発生する過渡振動を効率良く抑制できないと、動作
速度の低下につながるので好ましくない。この過渡振動
等を抑制するための振動制御フィードバックループとし
ては各種のものが提案されている。この中には、加速度
フィードバック制御も提案されている。加速度フィード
バック制御を実現するためには、アクチュエータを構成
しているモータの出力軸あるいは減速機の出力軸に発生
する加速度を検出する必要がある。

【０００３】一般的には、出力軸に高分解能のエンコー
ダを装着して、このエンコーダ出力から求めた出力軸の
回転角度を表す信号を二階時間微分を行なって、角加速
度を求める演算方法が利用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、分解能の高い
エンコーダは高価であり、また、量子化した角度の時間
微分値には大量の高周波ノイズが含まれていること等の
欠点がある。従って、低価格でしかも高精度で角加速度
を検出できるセンサを用いることが望ましい。

【０００５】本発明の課題は、この点に鑑みて、低価格
で高精度で角加速度を検出可能な角加速度センサを備え
たアクチュエータを提案することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、モータと減速機とがハウジング内にお
いて同軸状に配列された構成のアクチュエータにおい
て、前記モータの出力回転軸、前記減速機の減速出力回
転軸の何れか一方の回転軸の角加速度を検出する角加速
度センサを有し、当該角加速度センサとして、前記回転
軸に対して一体回転するように固定されていると共に相
互に対峙させた第１および第２のディスクを有し、前記
第１のディスクは剛体であり円周方向に配列した第１の
スリット群を備え、前記第２のディスクは、円周方向に
配列した第２のスリット群が形成されたスリット形成部
分と、このスリット形成部分を当該ディスクに作用する
角加速度に応じて円周方向に弾性変位させるばね部分と
を備え、前記第１のスリット群と前記第２のスリット群
の相対変位に基づき前記回転軸に発生する角加速度を検
出可能となったものを採用している。

【０００７】ここで、アクチュエータの構造としては、
図１（Ａ）に示すような中空形のものが知られている。
この図に示す中空形のアクチュエータ１においては、そ
の中空部を規定している中空出力軸２の一端に環状の出
力フランジ３を連結し、ここから駆動力を取り出すよう
に構成できる。この場合、上記構成の角加速度センサ１
１０は、中空出力軸２の反対側の端部外周に取り付けれ
ばよい。

【０００８】これに対して、図１（Ｂ）に示す一般的な
アクチュエータ４では、そのハウジング５の一端から突
出している出力軸６に角加速度センサ１１０を取り付け
ることができる。この代わりに、図１（Ｃ）に示すよう
に、アクチュエータ４のモータ７の出力軸７ａに角加速
度センサ１０を取り付けるようにしてもよい。

【０００９】このように構成した本発明のアクチュエー
タ１、４においては、低価格で高精度の角加速度センサ
を備えているので、このセンサ出力に基づき過渡振動を
確実に抑制でき、動作速度の低下を回避できる。

【００１０】ここで、前記モータ４として中空モータを
採用し、前記減速機として、環状の剛性内歯歯車と、こ
の剛性内歯歯車の内側に配置された環状の可撓性外歯歯
車と、この可撓性外歯歯車を半径方向に撓めて前記剛性
内歯歯車に対して部分的に噛み合わせると共に当該噛み
合わせ位置を円周方向に移動させるることにより前記剛
性内歯歯車および前記可撓性外歯歯車の間に相対回転運
動を発生させる波動発生器とを備え、当該波動発生器お
よび前記可撓性外歯歯車を貫通する中空部を備えた中空
形の撓み噛み合い式歯車装置を採用することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用した中空形アクチュエータを説明する。

【００１２】図２を参照して説明すると、中空形アクチ
ュエータ１は、同軸状に配列した中空形モータ２と、中
空形の撓み噛み合い式歯車装置３と、中空形モータ２を
挟み撓み噛み合い式歯車装置３とは反対側に配置した角
加速度センサ１１０とを備えている。

【００１３】中空形モータ２は、基本的には、鉄心付き
界磁コイル４と、この界磁コイル４からの磁界によって
回転するロータ５と、全体を覆うハウジング６から構成
されている。ロータ５は中空シャフト７に連結されてい
る。ロータ５を中空シャフト７の外周に一体的に成形し
てもよい。界磁コイル４からロータ５に回転磁界を与え
ることにより、ロータ５は所定の速度で回転するので、
これと一体となっている中空シャフト７も回転する。

【００１４】この構成の中空形モータ２に連結されてい
る中空形の撓み噛み合い式歯車装置３は、環状の剛性内
歯歯車９と、この剛性内歯歯車９の内側に配置された歯
数の異なるカップ形の可撓性外歯歯車１０と、この可撓
性外歯歯車１０の内側に嵌めた波動発生器１１とを備え
ている。波動発生器１１は、非円形の輪郭形状、典型的
には楕円形をした剛性カム板１２と、このカム板１２と
可撓性外歯歯車１０の間に嵌めたウエーブベアリング１
３とを備えている。この波動発生器１１によって、可撓
性外歯歯車１０の外歯形成部分は非円形、典型的には楕
円形状に撓められて、その外歯が剛性内歯歯車９の内歯
に対して部分的に噛み合っている。この波動発生器１１
を回転させると、外歯と内歯の噛み合い位置も円周方向
に移動して、これら両歯車９、１０の間に歯数差に応じ
た相対回転運動が発生する。

【００１５】一般的には剛性内歯歯車９の側が固定され
る。図示の場合においても、外周にフランジ１５が形成
されたハウジング１６が設けられており、ここに、剛性
内歯歯車９がねじ１７によって固定されている。従っ
て、可撓性外歯歯車１０の側が減速回転出力要素として
機能する。

【００１６】ここで、波動発生器１１のカム板１２は中
空シャフト７の外周面に一体形成されたものである。勿
論、これらを別部材として構成して、同軸状に連結した
構成としてもよい。

【００１７】一方、可撓性外歯歯車１０は、全体として
カップ形をしており、外周面に外歯が形成されている胴
部１０ａと、この胴部１０ａの一端に連続して半径方向
の内側に延びている環状のダイヤフラム１０ｂと、この
ダイヤフラム１０ｂの内周縁に連続している中空ボス１
０ｃとを備えている。この中空ボス１０ｃの端には大径
のフランジ１８が一体形成されている。このフランジ１
８には出力フランジ２０が連結されており、この出力フ
ランジ２０はクロスローラベアリング１９を介して、ハ
ウジング１６の側に回転自在に支持されている。また、
中空ボス１０ｃは中空補強シャフト２２の外周に連結さ
れており、この中空補強シャフト２２は上記の中空シャ
フト７と同軸状に配列されていると共に、その一端がボ
ールベアリング２３を介して中空シャフト７の端部外周
面に対して回転自在に支持されている。

【００１８】次に、中空シャフト７の反対側に配置され
ている角加速度センサ１１０の構成を説明する。角加速
度検出装置１１０は、中空シャフト７の外周面に固着し
た第１のディスク１１４および第２のディスク１１５を
備え、これらが対峙した状態となっている。これらのデ
ィスク１１４、１１５の外周側の部分には、円周方向に
向けて一定の角度間隔でそれぞれ第１のスリット群１１
６および第２のスリット群１１７が形成されている。こ
れらの第１および第２のスリット群１１６、１１７は相
互に対峙しており、これらを挟む状態に、光学式センサ
１１９が配置されている。光学式センサ１１９の検出部
は、発光ダイオード１２０と半導体位置検出器１２１か
ら構成されている。

【００１９】第２のディスク１１５は、最も外周側の部
分が環状のスリット形成板１１５ａであり、ここに第２
のスリット群１１７が形成されている。このスリット形
成板１１５ａの内周縁の側には、厚肉の錘用環状板１１
５ｂが取り付けられている。この錘用環状板１１５ｂ
は、その内周面から１２０度間隔で中心に向かって延び
る３本の板ばね１１５ｃからなるばね部分を介して、中
空シャフト７の外周に固定した軸固定用環状部１１５ｄ
によって支持されている。３本の板ばね１１５ｃのそれ
ぞれは、スリット形成板１５ａに作用する角加速度に応
じて円周方向に弾性変形する。

【００２０】一方、第１のディスク１４も、中空シャフ
ト７の外周面に固定された軸固定用環状部１１４ｄと、
この環状部１１４ｄの外周縁側に固定された環状のスリ
ット形成板１１４ａとを備えており、スリット形成板１
１４ａには、第１のスリット群１１６が形成されてい
る。

【００２１】なお、上記構成の角加速度センサ１１０の
構成部品は、カップ状のケーシング１１０ａによって覆
われている。

【００２２】次に、第１および第２のディスク１１４、
１１５に形成されている第１および第２のスリット群１
１６、１１７について説明する。第１のディスク１１４
のスリット形成板１１４ａに形成された第１のスリット
群１１６は、一定の角度間隔で形成された半径方向に延
びるスリットから構成されている。これに対して、第２
のディスク１１５のスリット形成板１１５ａに形成した
第２のスリット群１１７は、同一の角度間隔ではある
が、半径方向に対して一定の角度だけ傾斜した方向に延
びるスリットから構成されている。

【００２３】図３には、これらの第１および第２のスリ
ット群１１６、１１７を円周方向から直線方向に展開し
た状態で示してある。この図において点線で示すスリッ
ト群が第１のディスク１１４に形成された第１のスリッ
ト群１１６であり、実線で示すものが第２のディスク１
１５に形成した第２のスリット群１１７である。また、
想像線で囲った範囲が発光ダイオード１２０からの平行
光の照射領域である。スリット群１１６は一定のピッチ
ｐで形成されたスリット１１６ａから構成され、他方の
スリット群１１７は、スリット１１６ａに対して一定の
角度だけ傾斜したスリット１１７ａから構成されてい
る。これらのスリット１１６ａと１１７ａの交差部分Ａ
が光通過部分を区画形成している。双方のスリット１１
６ａ、１１７ａが横方向に相対的に移動すると、この交
差部分Ａが垂直方向（すなわちディスク半径方向）に移
動する。この移動位置が半導体位置検出器１２１の側に
おいて検出される。

【００２４】図４には、角加速度検出装置１１０の光学
式センサ１１９およびセンサ出力信号の信号処理回路構
成を示してある。発光ダイオード１２０からの平行光
が、スリット１１６ａ、１１７ａの交差部分を通過して
半導体位置検出器１２１の検出面１２１ａに照射する
と、その照射位置に応じた比率に配分された光電流出力
ｉ１、ｉ２がこの検出器１２１から出力される。出力ｉ
１とｉ２の和が一定値になるように、発光ダイオード１
２０の光量が制御されている。したがって、検出器１２
１の検出出力、例えばその一方の検出信号Ｓから、交差
部分Ａの移動位置を測定することができる。

【００２５】このように構成した中空形アクチュエータ
１において、モータ２が駆動してその中空シャフト７が
回転を開始し、あるいはその回転速度が変化した場合に
は、第２のディスク１１５の側の第２のスリット群１１
７が他方の第１のディスク１１４の側の第１のスリット
群１１６に対して円周方向にずれる。すなわち、第２の
ディスク１１５の側のスリット形成部分１１５ａの慣性
力によって、そのばね部分１１５ｂが円周方向に弾性変
形するので、第２のスリット群１１７もそれに伴って円
周方向にずれる。この結果、第１のスリット群１１６と
第２のスリット群１１７の間に形成される交差部分Ａ
（光透過部分）は、半径方向にずれる。このために、半
導体位置検出器１２１の側における受光位置が移動す
る。この移動に伴い、この検出器１２１の出力Ｓが変化
する。よって、この検出器出力Ｓから、中空シャフト７
に発生した角加速度を測定することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアクチュ
エータは低価格で高精度で角加速度を検出可能な角加速
度センサを備えているので、その過渡振動の抑制制御動
作を適切に行うことができ、動作速度の低下等の弊害を
回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したアクチュエータを示す説明図
である。

【図２】本発明を適用した中空形アクチュエータを示す
概略縦断面図である。

【図３】図２の角加速度センサのスリット群の関係を示
す説明図である。

【図４】図２の角加速度センサの光学式センサの構成お
よびセンサ出力信号の信号処理回路を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ 中空形アクチュエータ ２ 中空形モータ ３ 中空形の撓み噛み合い式歯車装置（減速機） ７ 中空シャフト １１０ 角加速度検出装置 １１４、１１５ ディスク １１５ａ スリット形成板 １１５ｂ 錘用環状板 １１５ｃ 板ばね １１５ｄ 軸固定用環状部 １１６、１１７ スリット群 １１６ａ、１１７ａ スリット １１８ 光学式センサ １２０ 発光ダイオード １２１ 半導体位置検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータと減速機とがハウジング内におい
   て同軸状に配列された構成のアクチュエータにおいて、
   前記モータの出力回転軸、前記減速機の減速出力回転軸
   の何れか一方の回転軸の角加速度を検出する角加速度セ
   ンサを有し、当該角加速度センサは、前記回転軸に対し
   て一体回転するように固定されていると共に相互に対峙
   させた第１および第２のディスクを有し、前記第１のデ
   ィスクは剛体であり円周方向に配列した第１のスリット
   群を備え、前記第２のディスクは、円周方向に配列した
   第２のスリット群が形成されたスリット形成部分と、こ
   のスリット形成部分を当該ディスクに作用する角加速度
   に応じて円周方向に弾性変位させるばね部分とを備え、
   前記第１のスリット群と前記第２のスリット群の相対変
   位に基づき前記回転軸に発生する角加速度を検出可能と
   なっていることを特徴とする角加速度センサ内蔵アクチ
   ュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記モータは中空の
   前記出力回転軸を備えた中空モータであり、前記減速機
   は、環状の剛性内歯歯車と、この剛性内歯歯車の内側に
   配置された環状の可撓性外歯歯車と、この可撓性外歯歯
   車を半径方向に撓めて前記剛性内歯歯車に対して部分的
   に噛み合わせると共に当該噛み合わせ位置を円周方向に
   移動させるることにより前記剛性内歯歯車および前記可
   撓性外歯歯車の間に相対回転運動を発生させる波動発生
   器とを備え、当該波動発生器および前記可撓性外歯歯車
   を貫通する中空部を備えた中空形の撓み噛み合い式歯車
   装置であることを特徴とする角加速度センサ内蔵アクチ
   ュエータ。