(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動サーボモータと、
互いに転がり接触する複数の伝達部材同士の間で駆動力を伝達すると共に、これら各伝達部材の転がり接触部の直径の比に応じた変速比で変速を行なう摩擦式変速機とを備え、
この摩擦式変速機は、ウェッジローラを備え、その出力軸が上記電動サーボモータの回転駆動軸に対して偏心した摩擦ローラ式変速機であり、
このウェッジローラが構成する押圧機構が、上記摩擦式変速機が伝達する駆動力に応じた押し付け力を発生して上記各伝達部材の転がり接触部同士の当接部であるトラクション部の面圧を変化させ、このトラクション部の滑り率をゼロに維持するものであり、
上記電動サーボモータ側にのみ、この電動サーボモータの回転駆動軸の回転量を検出し、この回転駆動軸の回転量を規制する為の、エンコーダと、この回転駆動軸に対して上記出力軸が偏心しているのと直径方向に関して反対側に設けられたセンサとから成る回転検出手段を設けている
電動式駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る電動式駆動装置は、各種巻上装置、工作機械の主軸駆動装置、半導体製造装置のターンテーブル用駆動装置、電動自動車のホイールインモータ等の様に、被駆動部を、その駆動量（回転数）を規制しつつ回転駆動する場合に利用する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
各種機械装置の回転部分（被駆動部分）を、電動モータの出力を減速機により減速すると共にトルクを増大させて回転駆動する事が一般的に行なわれている。上記減速機として従来一般的には、遊星歯車機構等の歯車式減速機を使用していた。この様な歯車式減速機を使用する場合に、被駆動部分の変位量（回転数、回転角度）を正確に規制する、言い換えれば正確なサーボを行なう為には、減速機の出力軸の回転を検出し、この回転を電動サーボモータにフィードバックさせる必要がある。
【０００３】
この理由は、一般的な歯車式減速機の場合、歯車同士の噛み合いに基づき、回転伝達に伴って角速度が微妙に変化する為、入力軸の角速度が一定であっても、出力軸の角速度が微妙に変化する為である。この為、上記歯車式減速機の出力軸により回転駆動される被駆動部材の位置決めを厳密に行なわせる為には、この被駆動部材と直結した上記出力軸側に回転検出器を設置し、この回転検出器の検出信号により、上記入力軸を回転駆動する為の電動サーボモータの制御を行なう必要がある。
【０００４】
ところが、減速機の出力軸側に回転検出器を設置する事は、設置スペースが限られている場合が多く、仮に設置できても設置作業が面倒になる場合が多い。しかも、歯車同士の噛み合いに基づく、上記歯車式減速機の出力軸の回転角速度の微変動を修正する場合、制御系でハンチングを起こし易くなる。
【０００５】
そこで、減速機として、入力軸から出力軸に回転力を、角速度の変動なく伝達できる摩擦式変速機を使用し、電動サーボモータを制御する為の回転検出器を、この電動サーボモータ側に設置する事が考えられる。但し、単に減速機として摩擦式変速機を使用し、電動サーボモータの側に回転検出器を設置しただけでは、被駆動部材の位置決めを正確に行なえない可能性がある。この理由は、単純な摩擦式変速機の場合には、伝達すべき動力の変動に伴うトラクション係数の変動が摩擦による動力伝達部（トラクション部）の滑り率の変動に結び付く、言い換えれば伝達すべき動力が変動すると滑り率が変動する為である。
【０００６】
即ち、摩擦式変速機の場合には、このトラクション部で伝達される動力（トラクション力）ＦT と、このトラクション部の面圧を確保する為の押し付け力Ｎとは、トラクション係数μに比例する（ＦT ＝μ・Ｎ）。トラクション部の接触面圧が一定である一般的な摩擦式変速機の場合には、このうちの押し付け力Ｎが一定であるから、上記トラクション力ＦT は、図５（Ａ）に示す様に、トラクション係数μに比例する。従って、仮に上記トラクション部での滑り率Ｓがこのトラクション係数μに比例すると仮定すれば、この滑り率Ｓは、図５（Ｂ）に示す様に、上記トラクション力ＦT に比例して変化してしまう。この様にトラクション力ＦT の変化に対応して滑り率Ｓが変化すると、上記電動サーボモータ側の回転数をいくら厳密に規制しても、被駆動部材の変位量を厳密に規制する事はできない。
【０００７】
これに対して、図６（Ａ）に示す様に、トラクション部の面圧を確保する為の押し付け力Ｎをトラクション力ＦT に比例して変化させれば、図６（Ｂ）に示す様に、このトラクション力ＦT の変動に拘らず、滑り率Ｓを一定にできる。そして、この滑り率Ｓを一定にすれば、上記電動サーボモータ側の回転数を厳密に規制する事により、被駆動部材の変位量を厳密に規制できる様になる。
本発明の電動式駆動装置は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動式駆動装置は、電動サーボモータと、互いに転がり接触する複数の伝達部材同士の間で駆動力を伝達すると共に、これら各伝達部材の転がり接触部の直径の比に応じた変速比で変速を行なう摩擦式変速機とを備える。この摩擦式変速機は、ウェッジローラを備え、その出力軸が上記電動サーボモータの回転駆動軸に対して偏心した摩擦ローラ式変速機であり、上記ウェッジローラが構成する押圧機構が、上記摩擦式変速機が伝達する駆動力に応じた押し付け力を発生して上記各伝達部材の転がり接触部同士の当接部であるトラクション部の面圧を変化させ、このトラクション部の滑り率をゼロに維持するものである。そして、上記電動サーボモータ側にのみ、この電動サーボモータの回転駆動軸の回転量を検出し、この回転駆動軸の回転量を規制する為の、エンコーダと、この回転駆動軸に対して上記出力軸が偏心しているのと直径方向に関して反対側に設けられたセンサとから成る回転検出手段を設けている。
【０００９】
【作用】
上述の様に構成する本発明の電動式駆動装置によれば、ウェッジローラが構成する押圧機構の働きにより、トラクション力の変動に拘らず摩擦式変速機のトラクション部の滑り率をゼロに維持できて、電動サーボモータ側にのみ回転検出手段を設けただけで、上記摩擦式変速機の出力軸の回転数並びに回転角度を厳密に規制できる。この為、簡単な構成で小型・軽量、且つ低コストで実現できる構造で、各種機械装置の駆動を高精度で行なえる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜４は、本発明の実施の形態の１例を示している。この電動式駆動装置は、電動サーボモータ１とウェッジローラ型の摩擦ローラ式変速機２とを、回転力の伝達方向に関して互いに直列に配置して成る。これら電動サーボモータ１及び摩擦ローラ式変速機２は、単一の基板３を挟んで軸方向両側に設けられており、上記電動サーボモータ１の回転駆動軸４の回転力を上記摩擦ローラ式変速機２により減速してから、この摩擦ローラ式変速機２の出力軸２９を通じて取り出し自在としている。
【００１１】
上記電動サーボモータ１を構成するステータ６は、全体を円筒状に構成されており、その軸方向両端部を１対の支持環７、８に突き当てている。このうちの一方（図１の右方）の支持環７は、上記基板３の片面（図１の左面）外径寄り部分に結合固定している。又、他方（図１の左方）の支持環８は、複数本のボルト９により上記一方の支持環７に結合して、これら両支持環７、８同士の間で、上記ステータ６を軸方向両側から挟持している。この状態で、このステータ６及び上記他方の支持環８が、上記基板３に対し固定される。上記回転駆動軸４の中間部両端寄り部分は、それぞれが深溝型或はアンギュラ型の玉軸受である、１対の転がり軸受１０ａ、１０ｂにより、上記基板３及び他方の支持環８の中央部に、回転自在に支持している。
【００１２】
又、上記回転駆動軸４の中間部で上記１対の転がり軸受１０ａ、１０ｂ同士の間部分には、ロータ１１を外嵌固定し、上記ステータ６への通電に基づくこのロータ１１の回転に伴って、上記回転駆動軸４を回転駆動自在としている。又、この回転駆動軸４の基端部（図１の左端部）で上記転がり軸受１０ａから突出した部分にエンコーダ１２を固定すると共に、上記他方の支持環８に支持固定したセンサ１３の検出部をこのエンコーダ１２に対向させて、上記回転駆動軸４の回転量（回転数及び回転角度）を検出する為の回転検出手段を構成している。更に、上記回転駆動軸４の先端部（図１の右端部）は小径にして、前記摩擦ローラ式変速機２の中心ローラ１４としての機能を持たせている。この為に、上記回転駆動軸４の先端部で上記転がり軸受１０ｂから突出した部分は、上記基板３の他面（図１の右面）よりも軸方向に突出させている。
【００１３】
一方、上記摩擦ローラ式変速機２を構成する為、上記基板３の他面には、変速機ケース１５を結合固定している。上記中心ローラ１４は、この変速機ケース１５内の略中央部に挿入されている。尚、この中心ローラ１４を挿通する為に上記基板３に形成した通孔１６は、この基板３の略中央部で、上記変速機ケース１５の中心から少しだけ外れた位置となる部分に設けている。又、上記変速機ケース１５の内側で上記中心ローラ１４の周囲部分には、３本の枢軸１７ａ、１７ｂ、１７ｃを、それぞれこの中心ローラ１４と平行に配置している。即ち、これら各枢軸１７ａ、１７ｂ、１７ｃの一端部（図１の左端部）を上記基板３に支持すると共に、他端部（図１の右端部）を連結板１８に支持している。
【００１４】
尚、これら各枢軸１７ａ、１７ｂ、１７ｃのうち、図２の上部中央並びに下部右側に位置する２本の枢軸１７ａ、１７ｂは、その両端部を上記基板３及び連結板１８に形成した嵌合孔１９、１９に圧入固定している。従って、これら両枢軸１７ａ、１７ｂが、上記変速機ケース１５内で円周方向或は直径方向に変位する事はない。これに対して、図２の下部左側に位置する残り１本の枢軸１７ｃは、両端部を上記基板３及び連結板１８に対し、上記変速機ケース１５の円周方向及び直径方向に関して若干の変位自在に支持している。この為に、上記基板３及び連結板１８の一部で上記枢軸１７ｃの両端部に整合する部分には、この枢軸１７ｃの外径よりも大きな幅及び長さを有する支持孔２０、２０を形成し、これら各支持孔２０、２０に、上記枢軸１７ｃの両端部を緩く係合させている。
【００１５】
そして、これら各枢軸１７ａ、１７ｂ、１７ｃの中間部周囲に、それぞれが中間ローラであるガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２を、それぞれラジアルニードル軸受２３により、回転自在に支持している。尚、上記連結板１８の片面（図１の左面）の一部で上記ガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２から外れた位置には突部２４、２４を形成している。そして、これら各突部２４、２４の先端面（図１の左端面）を上記基板３の内面（上記ガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２を設置した空間側の面で、図１の右面）の一部に突き当てた状態で、連結ボルト２５、２５により上記連結板１８を、上記基板３に連結固定している。又、上記ガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２の軸方向両端面と上記連結板１８及び基板３との間には、それぞれワッシャ２６、２６を設けて、これら各ローラ２１ａ、２１ｂ、２２の回転が円滑に行なわれる様にしている。
【００１６】
又、上記変速機ケース１５の内側で上記ガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２を囲む部分には、円筒状の外輪２７を設けている。そして、この外輪２７の内周面と、上記ガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２の外周面とを、当接自在としている。又、上記変速機ケース１５の中央部に設けた円筒状の支持筒部２８の内側に出力軸２９を、それぞれが深溝型或はアンギュラ型の玉軸受である、１対の転がり軸受３０ａ、３０ｂにより、回転自在に支持している。そして、上記出力軸２９の基端部と上記外輪２７とを、この出力軸２９の基端部に固設した連結板３１を介して、回転力の伝達自在に、径方向に関する若干の相対変位自在に連結している。この為に、上記外輪２７の片端部（図１の右端部）の円周方向複数個所に形成した切り欠き３２、３２と上記連結板３１の外周縁部に突設した突片３３、３３とを係合させている。そして、上記外輪２７の端部内周面に係止した止め輪３４により、上記各突片３３、３３が上記各切り欠き３２、３２から抜け出る事を防止している。
【００１７】
又、上記各ガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２の外周面は、それぞれ前記中心ローラ１４の外周面と、上記外輪２７の内周面とに当接させている。上記中心ローラ１４の中心と上記出力軸２９及び外輪２７の中心とは互いに偏心している。即ち、前述の様に、上記中心ローラ１４を挿通する通孔１６は、上記変速機ケース１５の中心から少しだけ外れた位置に設けているのに対して、上記出力軸２９を挿通する支持筒部２８は、上記変速機ケース１５の中心に設けている。又、この支持筒部２８の内側に回転自在に支持した出力軸２９と外輪２７とは、互いに実質的に同心である。従って、上記中心ローラ１４と上記外輪２７及び出力軸２９とは、上記通孔１６の変速機ケース１５の中心からのずれ量δ（図１参照）分だけ、互いに偏心している。そして、上記中心ローラ１４の外周面と上記外輪２７の内周面との間に存在して上記ガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２が設けられた環状空間３５の直径方向に関する幅寸法が、上記δ分の偏心量に見合う分だけ、円周方向に関して不同になっている。
【００１８】
この様に、上記環状空間３５の幅寸法を円周方向に関して不同にした分、上記ガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２の外径を異ならせている。即ち、上記外輪２７に対し中心ローラ１４が偏心している側（図１〜２の下側）に位置するガイドローラ２１ｂ及びウェッジローラ２２の径を、互いに同じとすると共に比較的小径にしている。これに対して、上記外輪２７に対し中心ローラ１４が偏心しているのと反対側（図１〜２の上側）に位置するガイドローラ２１ａの径を、上記ガイドローラ２１ｂ及びウェッジローラ２２よりも大きくしている。そして、これら３個の、それぞれが中間ローラであるガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２の外周面を、上記中心ローラ１４の外周面及び上記外輪２７の内周面に当接させている。
【００１９】
尚、それぞれが中間ローラである、上記２個のガイドローラ２１ａ、２１ｂ及び１個のウェッジローラ２２のうち、両ガイドローラ２１ａ、２１ｂを支持した枢軸１７ａ、１７ｂは、前述の様に、上記変速機ケース１５内に固定している。これに対して、ウェッジローラ２２を支持した枢軸１７ｃは、やはり前述した様に上記変速機ケース１５内に、円周方向及び直径方向に関する若干の変位を自在に支持している。従って、上記ウェッジローラ２２も、上記変速機ケース１５内で円周方向及び直径方向に関して若干の変位自在である。そして、前記基板３及び連結板１８のシリンダ孔３６、３６内に装着した圧縮コイルばね３７、３７等の弾性材により、上記ウェッジローラ２２を支持した枢軸１７ｃを、この枢軸１７ｃに回転自在に支持したウェッジローラ２２を前記環状空間３５の幅の狭い部分に向け移動させるべく、弾性的に押圧している。図示の例では、上記圧縮コイルばね３７、３７により、それぞれの先端部（図２の右下端部）に外向フランジ状の鍔部３８を形成した押圧ピン３９、３９を押圧し、これら両押圧ピン３９、３９により、上記枢軸１７ｃの両端部を同方向に押圧している。
【００２０】
前述の様な電動サーボモータ１と、上述の様な摩擦ローラ式変速機２とを組み合わせた、本例の電動式駆動装置の場合、前記エンコーダ１２とセンサ１３とから成る回転検出手段により上記電動サーボモータ１の回転駆動軸４の回転量を厳密に規制すれば、上記摩擦ローラ式変速機２の出力軸２９の回転量を厳密に規制できる。
【００２１】
先ず、上記出力軸２９を回転させる場合には、上記電動サーボモータ１のステータ６に通電し、この電動サーボモータ１の回転駆動軸４を回転させる。この結果、この回転駆動軸４と一体に設けた前記中心ローラ１４が、図２、４の反時計方向に回転する。この中心ローラ１４の回転は、この中心ローラ１４の外周面と、ガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２の外周面との当接部である、各内径側当接部４０、４０を介して、上記各ガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２に伝わる。更に、これらガイドローラ２１ａ、２１ｂ及びウェッジローラ２２の回転は、これら各ローラ２１ａ、２１ｂ、２２の外周面と前記外輪２７の内周面との当接部である、各外径側当接部４１、４１を介して、上記外輪２７に伝わる。そして、この外輪２７に結合した前記出力軸２９が、上記中心ローラ１４とは逆方向に回転駆動される。
【００２２】
上記回転駆動軸４により上記出力軸２９を回転駆動すべく、上記中心ローラ１４が図２、４の反時計方向に回転すると、上記ウェッジローラ２２が、この中心ローラ１４から加わる力と前記各圧縮コイルばね３７の弾力とにより、上記環状空間３５内で、この環状空間３５の幅の狭い部分（図２、４の下側中央部分）に向け移動する。この結果、上記ウェッジローラ２２の外周面が、上記中心ローラ１４の外周面と上記外輪２７の内周面とを強く押圧する。そして、このウェッジローラ２２の外周面と上記中心ローラ１４の外周面との当接部である内径側当接部４０、及び、上記ウェッジローラ２２の外周面と上記外輪２７の内周面との当接部である外径側当接部４１の当接圧が高くなる。
【００２３】
上記ウェッジローラ２２に関する内径側、外径側両当接部４０、４１の当接圧が高くなると、上記中心ローラ１４と外輪２７とのうちの少なくとも一方の部材が、組み付け隙間、或は弾性変形等に基づき、それぞれの直径方向に関して僅かに変位する。この結果、残り２個の中間ローラであるガイドローラ２１ａ、２１ｂの外周面と上記中心ローラ１４の外周面との当接部である２個所の内径側当接部４０、４０、及びこれらガイドローラ２１ａ、２１ｂの外周面と上記外輪２７の内周面との当接部である２個所の外径側当接部４１、４１の当接圧が高くなる。そして、上記外輪２７及び上記出力軸２９が、図２、４の時計方向に回転する。尚、この状態では、上記ウェッジローラ２２を支持した前記枢軸１７ｃと、前記各押圧ピン３９、３９の先端部に形成した鍔部３８、３８とが離隔しても差し支えない。
【００２４】
上記ウェッジローラ２２を、上記環状空間３５内でこの環状空間３５の幅の狭い部分に向け移動させようとする力は、上記中心ローラ１４から上記外輪２７に伝達するトルクの大きさに応じて変化する。即ち、上記中心ローラ１４の駆動トルクが大きくなる程、上記ウェッジローラ２２を上記環状空間３５の幅の狭い部分に向け移動させようとする力が大きくなる。そして、この力が大きくなる程、上記各内径側、外径側両当接部４０、４１の当接圧が大きくなる。逆に言えば、上記駆動トルクが小さい場合には、これら各内径側、外径側両当接部４０、４１の当接圧が小さい。この為、上記各内径側、外径側両当接部４０、４１の当接圧を、前記回転駆動軸４と前記出力軸２９との間で伝達すべきトルクの大きさに応じた適正値にできて、摩擦ローラ式変速機の伝達効率を高くできる。
【００２５】
言い換えれば、それぞれがトラクション部である、上記各内径側、外径側両当接部４０、４１の当接圧を、これら各当接部４０、４１で伝達するトラクション力に応じて高くできる為、上記回転駆動軸４から上記出力軸２９に伝達する力の大きさの変動に拘らず、上記各当接部４０、４１での滑り率Ｓを常にゼロにできる。この為、前述した様に、前記エンコーダ１２とセンサ１３とから成る回転検出手段により上記電動サーボモータ１の回転駆動軸４の回転量を厳密に規制すれば、上記摩擦ローラ式変速機２の出力軸２９の回転量を厳密に規制できる。
【００２６】
尚、図示の例では、摩擦ローラ式変速機２を構成する３個の中間ローラのうち、２個の中間ローラをガイドローラ２１ａ、２１ｂとし、残り１個の中間ローラをウェッジローラ２２としている為、上記摩擦ローラ式変速機２が一方向の回転のみ伝達する。これに対して、図２の構造で、小径のガイドローラ２１ｂ部分に位置する中間ローラもウェッジローラとし、このウェッジローラを、環状空間３５の円周方向に関して、図２に示したウェッジローラ２２と反対方向に弾性的に押圧すれば、両方向の回転力を伝達自在な、ウェッジローラ型の摩擦ローラ式変速機を得られる。そして、この様な両方向の回転力の伝達自在な摩擦ローラ式変速機を組み込めば、電動サーボモータ１の両方向の回転を摩擦ローラ式変速機２の出力軸２９に伝達自在な電動式駆動装置を実現できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、小型且つ軽量で、しかも被駆動部材の変位量を正確に規制できる電動式駆動装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の第１例を示す断面図。
【図２】  図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】  図２の拡大Ｂ−Ｂ断面図。
【図４】  ウェッジローラを備えた摩擦ローラ式変速機の機能を説明する為、図２と同方向から見た模式図。
【図５】  摩擦式変速機で押し付け力を一定とした場合に、トラクション力の変化がトラクション係数及び滑り率に及ぼす影響を説明する為の線図。
【図６】  摩擦式変速機で押し付け力を伝達する動力に比例して増大させた場合に、トラクション力の変化が滑り率に及ぼす影響を説明する為の線図。
【符号の説明】
１    電動サーボモータ
２    摩擦ローラ式変速機
３    基板
４    回転駆動軸
６    ステータ
７    支持環
８    支持環
９    ボルト
１０ａ、１０ｂ  転がり軸受
１１    ロータ
１２    エンコーダ
１３    センサ
１４    中心ローラ
１５    変速機ケース
１６    通孔
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  枢軸
１８    連結板
１９    嵌合孔
２０    支持孔
２１ａ、２１ｂ  ガイドローラ
２２    ウェッジローラ
２３    ラジアルニードル軸受
２４    突部
２５    連結ボルト
２６    ワッシャ
２７    外輪
２８    支持筒部
２９    出力軸
３０ａ、３０ｂ  転がり軸受
３１    連結板
３２    切り欠き
３３    突片
３４    止め輪
３５    環状空間
３６    シリンダ孔
３７    圧縮コイルばね
３８    鍔部
３９    押圧ピン
４０    内径側当接部
４１    外径側当接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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