JP2016226259A - ばね機構及び直動変位機構 - Google Patents

Abstract

【課題】トランスデューサの膜状の弾性変形部を、対称性の高い形状で弾性変形させることができると共に、小型なサイズで構成することができるばね機構を提供する。【解決手段】ばね機構２は、トランスデューサ５の弾性変形部１１から第１要素部材２１に向かって延設されると共に第１要素部材２１を弾性変形部１１の中心軸線Ｃの方向に摺動自在に貫通して配置された筒状部材７と、第２要素部材２２側から筒状部材７に向かって延設され、筒状部材７に弾性変形部１１の中心軸線Ｃの方向に摺動自在に挿入されたロッド部材３２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、入力エネルギーに応じて面沿い方向に弾性的に伸縮する膜状の弾性変形部を有するトランスデューサを用いて構成されるばね機構と、該ばね機構を有する直動変位機構とに関する。

従来、入力エネルギーに応じて面沿い方向に弾性的に伸縮する膜状の弾性変形部を有するトランスデューサを用いて構成されるばね機構に相当するものとして、例えば特許文献１の図６〜図８に記載されている機構が知られている。

上記特許文献１に見られるばね機構は、誘電エラストマー製の伸縮膜と、その厚み方向に電圧を印加するための電極とから構成される弾性変形部を有する電歪素子をトランスデューサとして備えると共に、該電歪素子を収容するハウジングを備える。そして、電歪素子の弾性変形部は、その周縁部がハウジングの側壁に支持される。

さらに、特許文献１の図６及び図７に記載されている機構では、電歪素子の弾性変形部の中央部から、該弾性変形部の厚み方向の両側のうちの一方側に延設されたロッドがハウジングに形成された貫通穴を貫通している。

また、特許文献１の図８に記載されている機構では、電歪素子の弾性変形部の中央部から、該弾性変形部の厚み方向の両側に延設されたロッドがハウジングに形成された貫通穴を貫通している。

そして、いずれの機構でも、弾性変形部の面沿い方向の伸縮によって該弾性変形部の中央部が該弾性変形部の中心軸方向（＝ロッドの軸心方向）に変位することに連動して、ロッドが移動（直動）するようになっている。

従って、電歪素子の弾性変形部の伸縮によって発生する弾性力を、ロッドを介して外部に伝達することが可能となっている。また、弾性変形部の印加電圧を変化させる（ひいては、入力エネルギーを変化させる）ことで、該弾性変形部の剛性を変化させることも可能である。

特開２００９−４１４６３号公報

前記特許文献１に見られる如きばね機構に備えられるトランスデューサは、その弾性変形部の面沿い方向の伸縮に応じた弾性変形によって、該弾性変形部の中央部が比較的大きなストロークで変位し得る。ひいては、トランスデューサの弾性変形部の中央部近辺には、弾性変形時に応力が集中しやすい。

このため、特に、トランスデューサの弾性変形部の中央部の変位が比較的大きなものとなる弾性変形時に、該弾性変形部の弾性変形が、アンバランスなもの（弾性変形形状の対称性が低い弾性変形）になると、局所的な応力集中による弾性変形部の亀裂等の損傷が発生しやすい。

ここで、前記特許文献１の図６及び図７に記載された構造のばね機構では、電歪素子（トランスデューサ）の弾性変形部の中央部から延設されたロッドが、該弾性変形部の厚み方向（中心軸方向）の片側で、ハウジングの貫通穴を貫通している。このため、該貫通穴の長さを十分に長くしておけば、弾性変形部の弾性変形が極力アンバランスなものとならないように（弾性変形形状の対称性が保たれるように）、該弾性変形部の中央部を変位させることが可能である。

しかるに、この場合、上記貫通穴の長さを十分に長くする必要があるために、該貫通穴を形成するハウジングの厚みを大きくする必要がある。ひいては、ばね機構のサイズの大型化を招いてしまう。

また、前記特許文献１の図８に記載された構造のばね機構では、電歪素子（トランスデューサ）の弾性変形部の中央部から延設されたロッドが、該弾性変形部の厚み方向（中心軸方向）の両側でハウジングの貫通穴を貫通している。この場合、該貫通穴が弾性変形部の厚み方向の両側にあるために、該貫通穴の長さが比較的短くても、弾性変形部の弾性変形が極力アンバランスなものとならないように（弾性変形形状の対称性が保たれるように）、該弾性変形部の中央部を変位させることが可能である。

しかるに、この場合には、ロッドが、ハウジングの両側（弾性変形部の厚み方向での両側）で、ハウジングに対して出没することとなるために、ばね機構の必要配置スペースが大きなものとなってしまう。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、電歪素子等のトランスデューサの膜状の弾性変形部を、対称性の高い形状で弾性変形させることができると共に、小型なサイズで構成することができるばね機構を提供することを目的とする。

さらに、該ばね機構を用いて小型なサイズで構成することができる直動変位機構を提供することを目的とする。

本発明のばね機構は、上記の目的を達成するために、入力エネルギーに応じて面沿い方向に弾性的に伸縮可能に構成された膜状の弾性変形部を有するトランスデューサと、該トランスデューサの弾性変形部の周縁部を支持する支持部材とを備えるばね機構であって、
前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線方向での両側に、該弾性変形部と間隔を存して該弾性変形部に各々対向するように配置されると共に前記支持部材に対して各々固定された第１要素部材及び第２要素部材と、
前記トランスデューサの弾性変形部から前記第１要素部材に向かって前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線と同方向に延設されると共に、前記第１要素部材を摺動自在に貫通して配置され、前記トランスデューサの弾性変形部側の一端部が開口する中空筒状に形成された筒状部材と、
前記第２要素部材側から前記筒状部材に向かって該筒状部材と同軸心に延設され、該筒状部材に摺動自在に挿入されたロッド部材とを備え、
一組の前記筒状部材及びロッド部材が、前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線上に配置され、又は、複数組の前記筒状部材及びロッド部材が、前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線の周囲で該中心軸線から一定半径の円周に沿って等角度間隔で並ぶように配置されていることを特徴とする（第1発明）。

なお、本発明において、前記第１要素部材及び第２要素部材は、前記支持部材と一体構成のものであってもよい。従って、前記第１要素部材及び第２要素部材は、前記支持部材の一部であってもよい。

かかる本発明によれば、一組の前記筒状部材及びロッド部材が、前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線上に配置され、又は、複数組の前記筒状部材及びロッド部材が、前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線の周囲で該中心軸線から一定半径の円周に沿って等角度間隔で並ぶように配置されている。

この場合、前記トランスデューサの弾性変形部から前記第１要素部材に向かって前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線と同方向に延設さた前記筒状部材は、前記第１要素部材を摺動自在に貫通している。そして、この筒状部材に、前記第２要素部材側から該筒状部材と同軸心に延設されたロッド部材が挿入されている。

このため、筒状部材の移動方向は、前記弾性変形部の中心軸線と同方向に高い安定性で規定される。従って、膜状の弾性変形部を、対称性の高い形状（中心軸線に対して軸対称となるような形状）で弾性変形させることが可能となる。

また、筒状部材は、前記中心軸線方向での前記第１要素部材の両側のうち、トランスデューサと反対側には突出すると共に、その突出量がトランスデューサの弾性変形部の弾性変形に応じて変化することとなるものの、前記中心軸線方向での前記第２要素部材の両側のうち、トランスデューサと反対側には、前記筒状部材は突出しない。

従って、第1発明によれば、トランスデューサの膜状の弾性変形部を、対称性の高い形状で弾性変形させることができると共に、ばね機構を小型なサイズで構成することができる。

上記第１発明では、前記筒状部材及びロッド部材の一組が、前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線上に配置されていることが好ましい（第２発明）。

これによれば、ばね機構の部品点数を少なくすることができると共に、前記弾性変形部の中心軸線に直交する方向でのばね機構のサイズを小さくできる。

また、上記第1発明又は第２発明は、前記トランスデューサが、厚み方向に積層された複数の弾性変形部を有するトランスデューサである場合に好適である（第３発明）。

これによれば、前記複数の弾性変形部の弾性変形形状のばらつきを抑制して、該複数の弾性変形部を対称性の高い形状で弾性変形させることができる。

また、本発明の直動変位機構は、第１部材と第２部材との間の相対変位を行わせる直動変位機構であって、
本発明の上記のばね機構と、前記ロッド部材と一体に前記弾性変形部の中心軸線と同方向に移動可能に設けられた直動軸を有し、該直動軸をその軸心方向に変位させる駆動力を発生するアクチュエータとを備えており、
前記ばね機構の前記筒状部材のうちの、前記第１要素部材から前記トランスデューサと反対側に延在する部分に前記第１部材が連結され、前記ロッド部材が前記直動軸を介して前記第２部材に連結されていることを特徴とする（第４発明）。

なお、本発明の直動変位機構において、前記ロッド部材は、前記直動軸に固定されたもの、あるいは、該直動軸と一体に構成されたものとのいずれであってもよい。

かかる本発明の直動変位機構によれば、前記アクチュエータにより前記直動軸をその軸心方向に変位させることで、前記第１部材の前記筒状部材との連結部分と、前記第２部材の前記直動軸との連結部分との間の距離が変化する。これにより、第１部材と第２部材との間の相対変位が行われる。

この場合、第１部材と第２部材との間の任意の相対変位状態において、第１部材又は第２部材に、第１部材の筒状部材との連結部分と、第２部材の直動軸との連結部分との間の距離を変化させようとする外力が作用すると、前記ばね機構のトランスデューサの弾性変形部が弾性変形する。これにより、第１部材と第２部材との間に、上記外力に抗する弾性力が発生する。

この場合、トランスデューサの弾性変形部を、対称性の高い形状で弾性変形させることができるので、上記弾性力を安定に発生させることができる。また、前記トランスデューサへの入力エネルギーの大きさを変化させることで、上記弾性力を滑らかに変化させることができる。また、ばね機構を小型に構成できるので、直動変位機構も小型に構成できる。

上記第４発明では、前記アクチュエータとしては、例えば、前記直動軸としてのネジ軸と該ネジ軸にボールを介して嵌合するナットとを有するボールネジ機構と、該ボールネジ機構のナットを回転駆動するモータとを備えるアクチュエータを採用できる（第５発明）。

これによれば、前記アクチュエータを小型に構成できる。

また、上記第４発明又は第５発明では、前記ロッド部材及び直動軸は、同軸心に一体に構成されていることが好ましい（第６発明）。

これによれば、前記直動軸をその軸心方向に移動させるときに、前記ばね機構の筒状部材内に挿入することが可能となる。このため、該直動軸の変位量を、比較的大きなものとしつつ、直動変位機構を小型に構成することが可能となる。

本発明の一実施形態の直動変位機構の構成を示す図。 実施形態の直動変位機構の短縮状態を示す図。 実施形態の直動変位機構のトランスデューサ（電歪素子）が弾性変形した状態を示す図。 実施形態の直動変位機構に備えたトランスデューサ（電歪素子）の構造を示す図。 図５Ａ及び図５Ｂは、変形態様における筒状部材及びロッド部材の配置例を示す図。

本発明の一実施形態を図１〜図４を参照して以下に説明する。図１を参照して、本実施形態の直動変位機構１は、第１部材Ａ１と第２部材Ａ２との間の相対変位を行わせる機構である。より詳しくは、直動変位機構１は、第１部材Ａ１との連結部分と、第２部材Ａ２との連結部分とを、それらを結ぶ線分に沿って接近又は離反させるように、第１部材Ａ１と第２部材Ａ２との間の相対変位を行わせる。第１部材Ａ１及び第２部材Ａ２は、任意のものでよい。

一例として、第１部材Ａ１及び第２部材Ａ２として、例えば、ロボットの二つのリンクを採用し得る。この場合、直動変位機構１は、第１部材Ａ１及び第２部材Ａ２を連結する回転型の関節を駆動する機構、あるいは、第１部材Ａ１及び第２部材Ａ２を連結する直動関節機構として使用することができる。ただし、直動変位機構１の適用対象は、ロボットに限られるものでないことはもちろんである。

上記直動変位機構１は、ばね機構２と、直動軸を有するアクチュエータ３とを備える。ばね機構２は、本発明のばね機構の一例である。このばね機構２は、トランスデューサ５、基体フレーム６、及び筒状部材７を有する。

トランスデューサ５は、本実施形態では、印加電圧に応じて面沿い方向に弾性的に伸縮可能な膜状の弾性変形部１１を複数備え、該複数の弾性変形部１１を厚み方向に積層した構造の電歪素子である。以降、トランスデューサ５を電歪素子５という。

該電歪素子５は、具体的には、例えば図４に示す如く構成される。電歪素子５を構成する各弾性変形部１１は、膜状の誘電エラストマー１２と、該誘電エラストマー１２の厚み方向の両面に付着された膜状の電極１３とから構成される。

誘電エラストマー１２は、誘電性を有するエラストマーであり、例えばシリコン樹脂、アクリル樹脂等により構成される。この誘電エラストマー１２は、その厚み方向の両面の電極１３，１３を介して電圧を印加すると（厚み方向に電界を作用させると）、マクスウェル応力によって厚み方向に圧縮される。そして、該圧縮に伴い、誘電エラストマー１２が、面沿い方向に弾性的に伸長する。

また、誘電エラストマー１２に対する印加電圧の大きさを変化させることで、該誘電エラストマー１２の厚みが変化する。ひいては、該誘電エラストマー１２が、面沿い方向に弾性的に伸縮する。

これにより、各弾性変形部１１は、印加電圧に応じて面沿い方向に弾性的に伸縮可能なものとなっている。なお、各弾性変形部１１は、外力に応じて弾性変形することはもちろんである。

本実施形態では、各弾性変形部１１の中央部には、該弾性変形部１１の厚み方向に貫通する貫通穴１４が穿設されている。そして、各弾性変形部１１の外周側の周縁部と、内周側の周縁部とにそれぞれ支持枠１５，１６が装着されている。

この場合、弾性変形部１１のうち、外周側の支持枠１５と内周側の支持枠１６との間の部分は、円環形状に形成されている。

また、支持枠１５，１６は、弾性変形部１１の誘電エラストマー１２を面沿い方向に引っ張った状態で該弾性変形部１１に装着されている。従って、誘電エラストマー１２は、面沿い方向の引っ張り力が予め付与されたプレ・ストレイン状態となっている。

このため、弾性変形部１１は、その誘電エラストマー１２に電圧を印加したときに、弾性変形部１１の内周側の周縁部が外周側の周縁部に対して該弾性変形部１１の中心軸線Ｃとほぼ同方向（弾性変形部１１の厚み方向）に相対変位するような形態で撓むようになっている。

このように弾性変形部１１が弾性変形する（撓む）ことで、外周側の支持枠１５に対して、内周側の支持枠１６が、該弾性変形部１１の中心軸線Ｃとほぼ同方向に相対変位することが可能となっている。

以降、各弾性変形部１１とこれに装着された支持枠１５，１６とから構成される構造体を電歪要素素子５ａという。

本実施形態の電歪素子５は、上記の如くそれぞれ構成された複数の電歪要素素子５ａを、それぞれの弾性変形部１１の中心軸線Ｃが、同一の中心軸線Ｃとなるように、該弾性変形部１１の厚み方向に積層して構成されている。

この場合、当該複数の電歪要素素子５ａの外周側の支持枠１５が接着剤等により相互に固着されると共に、内周側の支持枠１６が接着剤等により相互に固着される。これにより、電歪素子５が構成される。

図１に示す電歪素子５は、このように構成された電歪素子５を簡略的に記載している。この場合、図１では、図示の便宜上、複数の電歪要素素子５ａの外周側の支持枠１５の積層体と、内周側の支持枠１６の積層体とをそれぞれ、一体構成のものとして記載している。以降の説明では、外周側の支持枠１５の積層体を単に電歪素子５の支持枠１５と称し、内周側の支持枠１６の積層体を、単に電歪素子５の支持枠１６と称する。

また、電歪素子５において、各弾性変形部１１の共通の中心軸線Ｃを、単に、電歪素子５の中心軸線Ｃと称する。

なお、電歪素子５の各電歪要素素子５ａの弾性変形部１１に対する電圧の印加は、例えば、支持枠１５に接続される図示しない配線等を介して行われる。

図１の説明に戻って、ばね機構２の基体フレーム６は、本実施形態では、中心軸線Ｃの方向での電歪素子５の両側に、該電歪素子５と間隔を存して配置された第１プレート２１及び第２プレート２２と、該第１プレート２１及び第２プレート２２を連結する複数の連結ロッド２３とから構成されている。

電歪素子５と第１プレート２１及び第２プレート２２のそれぞれのとの間の間隔は、該間隔内で、電歪素子５の弾性変形部１１の弾性変形（撓み）を行い得るように設定されている。

各連結ロッド２３は、電歪素子５の弾性変形部１１の周囲に、電歪素子５の中心軸線Ｃと同方向に延在するように配設されている。そして、各連結ロッド２３の両端部が、第１プレート２１及び第２プレート２２に各々固定されている。

また、各連結ロッド２３は、電歪素子５の外周側の支持枠１５に挿通されて、該支持枠１５に固定されている。これにより、電歪素子５の弾性変形部１１の外周側の周縁部が、支持枠１５を介して基体フレーム６の連結ロッド２３に支持されている。

補足すると、基体フレーム６の連結ロッド２３は、本発明における支持部材に相当し、第１プレート２１及び第２プレート２２は、それぞれ、本発明における第１要素部材、第２要素部材に相当する。

ばね機構２の筒状部材７は、第１プレート２１の中央部に固定されたガイド部２１ａに形成された穴（図示省略）を摺動自在に貫通して、電歪素子５の中心軸線Ｃと同軸心に配置されている。

該筒状部材７は、その一端部（図１の左側端部）が第２プレート２２に向かって開口する中空の筒状部材である。そして、該筒状部材７の開口端部が、基体フレーム６の第１プレート２１及び第２プレート２２の間に位置する電歪素子５の中央部の貫通穴１４に挿入されると共に、該筒状部材７の開口端部の外周が、電歪素子５の内周側の支持枠１６に固着されている。

これにより、筒状部材７は、電歪素子５の弾性変形部１１の中央部に位置する支持枠１６から、第１プレート２１側に向かって、電歪素子５の中心軸線Ｃと同方向に延在するように配置されると共に、第１プレート２１を摺動自在に貫通している。

また、筒状部材７の電歪素子５と反対側の端部（図１の右側端部）は第１部材Ａ１に連結されている。本実施形態では、筒状部材７の電歪素子５と反対側の端部に固定された環状の連結部材２４が支軸２５を介して第１部材Ａ１に連結されている。これにより、筒状部材７は、第１部材Ａ１に対して支軸２５の軸心周り（図１の紙面に垂直な方向の軸心周り）に相対回転し得るように、該第１部材Ａ１に軸支されている。

次に、前記アクチュエータ３は、例えば、直動軸としてのネジ軸３２と、該ネジ軸３２にボール（図示省略）を介して嵌合されたナット３３とを有するボールネジ機構３１と、動力源としてのモータ３４とを備える。

モータ３４は、本実施形態では、例えば電動モータである。このモータ３４の筐体３４ａの一端部（図１の右側端部）には、モータ３４のロータ（図示省略）の回転角度又は回転速度に応じた検出信号を出力する回転検出器３５が装着されている。該回転検出器３５は、例えばロータリエンコーダ等により構成される。この回転検出器３５の検出信号は、モータ３４の動作制御に利用される。

そして、モータ３４の筐体３４ａは、回転検出器３５を介して、前記基体フレーム６の第２プレート２２に固定されている。

補足すると、モータ３４として、電動モータ以外のモータ、例えば油圧モータを採用することもできる。

ボールネジ機構３１のネジ軸３２（直動軸）は、モータ３４の筐体３４ａ、回転検出器３５及び基体フレーム６の第２プレート２２を貫通して配設されている。この場合、ネジ軸３２は、電歪素子５の中心軸線Ｃと同軸心に配置されている。

そして、ネジ軸３２のうちの、第２プレート２２から突出した部分（図１の右側部分）が、前記筒状部材７に摺動自在に挿入されている。

なお、本実施形態では、ネジ軸３２は、筒状部材７に挿入される部分にもネジが形成さされているが、該筒状部材７に挿入される部分には、ネジが形成されていなくてもよい。

補足すると、ネジ軸３２は、本発明における直動軸としての機能とロッド部材としての機能とを併せ持つものである。このため、本実施形態では、直動軸とロッド部材とが一体に構成されていることとなる。

また、ネジ軸３２のうちの、基体フレーム６と反対側の端部（図１の左側端部）が第２部材Ａ２に連結されている。本実施形態では、ネジ軸３２のうちの、基体フレーム６と反対側の端部に固定された環状の連結部材３６が支軸３７を介して第２部材Ａ２に連結されている。これにより、ネジ軸３２は、第２部材Ａ２に対して支軸３７の軸心周り（図１の紙面に垂直な方向の軸心周り）に相対回転し得るように、該第２部材Ａ２に軸支されている。

ボールネジ機構３１のナット３３は、モータ３４から回転駆動力が付与されるように、モータ３４の筐体３４ａの内部において、モータ３４のロータに接続されている。

本実施形態の直動変位機構１は、以上の如く構成されている。かかる構成の直動変位機構１では、アクチュエータ３のモータ３４によりナット３３を回転駆動することにより、ネジ軸３２が、筒状部材７に対して摺動しつつ、該ネジ軸３２の軸心方向（中心軸線Ｃと同方向）に移動するようになっている。

これにより、第１部材Ａ１の筒状部材７との連結部分と、第２部材Ａ２のネジ軸３２との連結部分と間の相対変位（接近又は離反）が行われるようになっている。

例えば、図１に示す状態から、ネジ軸３２を図１の右向きに移動させるようにナット３３を回転駆動することで、図２に示すように、第１部材Ａ１の筒状部材７との連結部分と、第２部材Ａ２のネジ軸３２との連結部分と間の距離（中心軸線Ｃの方向の距離）を短くするように、第１部材Ａ１及び第２部材Ａ２を相対変位させることができる。

また、第１部材Ａ１の筒状部材７との連結部分と、第２部材Ａ２のネジ軸３２との連結部分と間の任意の距離状態において、該１部材Ａ１又は第２部材Ａ２に対して電歪素子５の中心軸線Ｃの方向の外力（並進力）が作用すると、電歪素子５の内周側の支持枠１６が外周側の支持枠１５に対して中心軸線Ｃの方向に変位するように、弾性変形部１１が弾性的に撓む。

例えば、図２に示す状態において、第１部材Ａ１に対して、第２部材Ａ２との距離（中心軸線Ｃ上での距離）を縮める方向の外力が作用した場合には、図３に示すように電歪素子５の弾性変形部１１が弾性的に撓む。これにより、第１部材Ａ１と第２部材Ａ２との間に弾性力が発生することとなる。

この場合、電歪素子５の弾性変形部１１に対する印加電圧を変化させることで、該弾性変形部１１がその面沿い方向に伸縮し、ひいては、電歪素子５の弾性変形部１１の剛性を変化させることも可能である。

また、電歪素子５の内周側の支持枠１６に固定された筒状部材７の移動方向は、該筒状部材７が貫通する第１プレート２１のガイド部２１ａと、該筒状部材７にロッド部材として挿入されたネジ軸３２（直動軸）とにより、電歪素子５の中心軸線Ｃと同軸心の方向に規定される。

このため、電歪素子５の弾性変形部１１の弾性変形時には、電歪素子５の外周側の支持枠１５に対する内周側の支持枠１６の相対変位方向が、電歪素子５の中心軸線Ｃの方向に規定される。その結果、電歪素子５の各弾性変形部１１は、いずれも対称性の高い形状（中心軸線Ｃに対して軸対象となるような形状）で弾性変形する。

従って、いずれかの弾性変形部１１の中央部付近で、過度に局所的な応力集中が生じることが防止され、該弾性変形部１１の亀裂等の損傷が生じるのが防止される。

また、電歪素子５の弾性変形部１１の中央部に連結された筒状部材７の、基体フレーム６の第１プレート２１から第２プレート２２と反対側に突出した部分は、電歪素子５の弾性変形部１１の撓みに伴い、第１プレート２１の外側（第２プレート２２と反対側）で中心軸線Ｃの方向に動く一方、筒状部材７の、第１プレート２１よりも第２プレート２２側の部分は、電歪素子５の弾性変形部１１の撓みに伴い、第１プレート２１と第２プレート２２との間の間隔内で中心軸線Ｃの方向に動く。

このため、電歪素子５の中心軸線Ｃの方向（筒状部材７の軸心方向）でのばね機構２の長さが比較的短いもので済み、該ばね機構２を小型に構成できる。

また、筒状部材７とアクチュエータ３の直動軸としてのネジ軸３２とが同軸心に配置されているので、電歪素子５の中心軸線Ｃと直交する方向での直動変位機構１の幅を小さなものにすることができる。ひいては、小型な直動変位機構１を実現できる。

なお、本発明のばね機構及び直動変位機構は、上記実施形態のものに限られないことはもちろんである。以下に、前記実施形態の変形態様をいくつか説明する。

前記実施形態では、筒状部材７に挿入するロッド部材を、アクチュエータ３の直動軸としてのネジ軸３２により構成した。ただし、ネジ軸３２（直動軸）とロッド部材とを別体に構成して、該ネジ軸３２（直動軸）とロッド部材とを適宜の連結部材を介して連結してもよい。この場合、ネジ軸３２（直動軸）と筒状部材７とは、それぞれの軸心が、該軸心と直交する方向に間隔を有していてもよい（それぞれの軸心が異なっていてもよい）。

また、前記実施形態では、ロッド部材としてのネジ軸３２と、筒状部材７とを電歪素子５の弾性変形部１１の中心軸線Ｃ上に同軸心に配置した。ただし、例えば、図５Ａ又は図５Ｂに例示するように、電歪素子５の弾性変形部１１に連結する筒状部材４１と、該筒状部材４１に挿入するロッド部材４２との組を複数組備えておき、それらの複数組の筒状部材４１及びロッド部材４２を、弾性変形部１１の中心軸線Ｃから一定半径の円周に沿って、等角度間隔で配置するようにしてもよい。

このようにした場合であっても、弾性変形部１１を対称性の高い形状（中心軸線Ｃに対して軸対称となる形状）で弾性変形させることができる。

なお、図５Ａ及び図５Ｂでは、ばね機構に備える筒状部材４１とロッド部材４２との組数は、それぞれ、３組、４組であるが、さらに多くの組の筒状部材４１及びロッド部材４２がばね機構に備えられていてもよい。

また、前記実施形態では、アクチュエータ３は、ボールネジ機構３１を有する構成とした。ただし、アクチュエータ３は、例えば直動軸としてピストンロッドを有する油圧シリンダ等により構成されていてもよい。

また、前記実施形態で、モータ３４をボールネジ機構３１のネジ軸３２の軸心上に配置した。ただし、モータ３４を、例えばネジ軸３２の側方に配置して、ボールネジ機構３１のナット３３に、モータ３４から適宜の動力伝達機構（プーリ、ギヤ等）を介して回転駆動力を付与するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、電歪素子５は、積層された複数の弾性変形部１１を有するものとした。ただし、電歪素子５は、単一の弾性変形部１１を備えるものであってもよい。

また、前記実施形態では、トランスデューサを電歪素子５により構成した。ただし、本発明におけるトランスデューサは、電歪素子に限られるものではない。本発明におけるトランスデューサは、例えば磁気エネルギー、熱エネルギー等、電気エネルギー以外のエネルギーを入力エネルギーとして、弾性変形部の弾性変形（面沿い方向の伸縮）が生じるものであってもよい。

また、本発明のばね機構は、直動変位機構に限らず、種々様々な装置に適用できる。

１…直動変位機構、２…ばね機構、３…アクチュエータ、５…電歪素子（トランスデューサ）、７…筒状部材、１１…弾性変形部、２３…連結ロッド（支持部材）、２１…第１プレート（第１要素部材）、２２…第２プレート（第２要素部材）、３１…ボールネジ機構、３２…ネジ軸（直動軸、ロッド部材）、３３…ナット、３４…モータ、Ｃ…中心軸線。

Claims (6)

1. 入力エネルギーに応じて面沿い方向に弾性的に伸縮可能に構成された膜状の弾性変形部を有するトランスデューサと、該トランスデューサの弾性変形部の周縁部を支持する支持部材とを備えるばね機構であって、
   前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線方向での両側に、該弾性変形部と間隔を存して該弾性変形部に各々対向するように配置されると共に前記支持部材に対して各々固定された第１要素部材及び第２要素部材と、
   前記トランスデューサの弾性変形部から前記第１要素部材に向かって前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線と同方向に延設されると共に、前記第１要素部材を摺動自在に貫通して配置され、前記トランスデューサの弾性変形部側の一端部が開口する中空筒状に形成された筒状部材と、
   前記第２要素部材側から前記筒状部材に向かって該筒状部材と同軸心に延設され、該筒状部材に摺動自在に挿入されたロッド部材とを備え、
   一組の前記筒状部材及びロッド部材が、前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線上に配置され、又は、複数組の前記筒状部材及びロッド部材が、前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線の周囲で該中心軸線から一定半径の円周に沿って等角度間隔で並ぶように配置されていることを特徴とするばね機構。
2. 請求項１記載のばね機構において、
   前記筒状部材及びロッド部材の一組が、前記トランスデューサの弾性変形部の中心軸線上に配置されていることを特徴とするばね機構。
3. 請求項１記載のばね機構において、
   前記トランスデューサは、厚み方向に積層された複数の弾性変形部を有するトランスデューサであることを特徴とするばね機構。
4. 第１部材と第２部材との間の相対変位を行わせる直動変位機構であって、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のばね機構と、前記ロッド部材と一体に前記弾性変形部の中心軸線と同方向に移動可能に設けられた直動軸を有し、該直動軸をその軸心方向に変位させる駆動力を発生するアクチュエータとを備えており、
   前記ばね機構の前記筒状部材のうちの、前記第１要素部材から前記トランスデューサと反対側に延在する部分に前記第１部材が連結され、前記ロッド部材が前記直動軸を介して前記第２部材に連結されていることを特徴とする直動変位機構。
5. 請求項４記載の直動変位機構において、
   前記アクチュエータは、前記直動軸としてのネジ軸と該ネジ軸にボールを介して嵌合するナットとを有するボールネジ機構と、該ボールネジ機構のナットを回転駆動するモータとを備えるアクチュエータであることを特徴とする直動変位機構。
6. 請求項４又は５記載の直動変位機構において、
   前記ロッド部材及び直動軸は、同軸心に一体に構成されていることを特徴とする直動変位機構。