JP5671754B1 - 回転駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明の回転駆動装置（１０Ａ）は、円柱状の回転体（１６）を配設する配設孔（３０）が形成されたハウジング（１２）と、回転体（１６）の一端面に流体圧力を作用させるための作動流体が流通する作動流路（２８）と、回転体（１６）の他端側への移動を制限する移動制限部（２４）と、回転体（１６）の回転力を外部に出力するための出力軸（２０）とを備え、回転体（１６）の外周面と配設孔（３０）を構成する壁面（３１）との間には作動流体が流通する所定の隙間（Ｓ）が形成されている。

Description

本発明は、円柱状の回転体に流体圧力を作用させて当該回転体を回転させる回転駆動装置に関する。

従来、流体の圧力を回転運動に変換するモータ等の回転駆動装置が広汎に利用されている。この種のモータとしては、例えば、ベーン式モータ、歯車モータ、ピストンモータ等が知られている（例えば、特開平９−３０３２７３号公報、特開２０１０−２６５７９７号公報、特開昭６０−２０４９７８号公報参照）。

上述した従来のモータは、構造が複雑であり大型化し易いため製造コストが高騰化してしまうという問題がある。

ところで、この出願の発明者等は、鋭意研究を行った結果、ハウジングの配設孔に円柱状の回転体を配設すると共に当該配設孔を構成する壁面と当該回転体の外周面に所定の隙間を形成した状態で、前記回転体の一端面に流体圧力を作用させると共に当該隙間に流体を流通させることにより、当該回転体が回転することを見出した。

本発明は、このような研究成果を考慮してなされたものであり、装置自体を簡単且つ小型に構成することができ製造コストの低廉化を図ることができる回転駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る回転駆動装置は、円柱状の回転体と、前記回転体を配設する配設孔が形成されたハウジングと、前記回転体の一端面に流体圧力を作用させるための作動流体が流通する作動流路と、前記回転体の他端側への移動を制限する移動制限手段と、前記回転体の回転力を外部に出力するための出力軸と、を備え、前記回転体の外周面と前記配設孔を構成する壁面との間には前記作動流体が流通する所定の隙間が形成され、前記回転体は、前記作動流体の作用によって、当該回転体の軸線が前記配設孔の中心線に対して傾斜した状態で前記壁面に接触することを特徴とする。

本発明に係る回転駆動装置によれば、配設孔に配設された円柱状の回転体の外周面と当該配設孔を構成する壁面との間に所定の隙間を形成した状態で、回転体の一端面に流体圧力を作用させると共に当該隙間に作動流体を流通させることができるので、当該回転体を回転させてその回転力を出力軸から出力することができる。これにより、装置自体を簡単且つ小型に構成することができ製造コストの低廉化を図ることができる。また、回転体の他端側への移動を制限する移動制限手段を備えているので、前記回転体の一端面に流体圧力を作用させて回転体を他端側に移動させた際に、当該回転体が配設孔から完全に抜け出てしまうことを防止することができる。

上記の回転駆動装置において、前記回転体は、磁石で構成され、前記ハウジングは、非磁性材料で構成されていてもよい。

このような構成によれば、回転体を磁石で構成すると共にハウジングを非磁性材料で構成しているので、当該回転体を効率的に回転させることができる。

上記の回転駆動装置において、前記回転体は、ネオジム磁石で構成され、前記ハウジングは、ポリアセタールで構成されていてもよい。

このような構成によれば、回転体をネオジム磁石で構成すると共にハウジングをポリアセタールで構成しているので、例えば、ハウジングをアルミニウム等で構成した場合には回転体を回転させることができないような作動流体の圧力（比較的低い作動圧力）であっても当該回転体を確実に回転させることができる。

上記の回転駆動装置において、前記移動制限手段は、前記回転体の他端面に対向して配設された状態で当該回転体と反発する固定磁石を有していてもよい。

このような構成によれば、固定磁石の反発力によって回転体の他端側への移動を非接触で制限することができる。すなわち、回転体と固定磁石との間に接触抵抗（摩擦）等が発生しないため、前記回転体の移動制限による回転力の低下を抑制することができる。

上記の回転駆動装置において、前記固定磁石は、環状に構成されていてもよい。

このような構成によれば、例えば、固定磁石の内孔に出力軸を挿通させることができるので、装置自体を好適に小型化することができる。

上記の回転駆動装置において、前記回転体は、当該回転体の他端部が前記配設孔から突出するようにして当該配設孔に配設されており、前記移動制限手段は、前記回転体の他端部に対して当該回転体の径方向外側に位置するように設けられた受圧部と、前記受圧部を前記回転体の一端側に押圧するための流体が流通する流体流路と、を有していてもよい。

このような構成によれば、流体流路から導かれた流体によって回転体の他端部に設けられた受圧部を当該回転体の一端側に押圧することができるので、回転体の他端側への移動を確実に制限することができる。また、受圧部が回転体の径方向外側に位置しているので、流体流路から導かれた流体が配設孔に流入することを抑制することができると共に、前記受圧部の当該流体が接触する受圧面積を比較的広くすることができる。

上記の回転駆動装置において、前記回転体の一端側の移動を制限するストッパ部をさらに備えていてもよい。

このような構成によれば、移動制限手段による回転体の一端側への移動をストッパ部で制限することができるので、停止状態（作動流路に作動流体が流通していない状態）での配設孔に対する回転体の位置を略一定にすることができる。これにより、回転駆動装置の駆動毎に回転体の回転特性が変化することを抑えることが可能である。

上記の回転駆動装置において、前記回転体の回転力を前記出力軸に伝達するための動力伝達手段をさらに備えていてもよい。

このような構成によれば、回転体と出力軸とを別体に構成した場合であっても、動力伝達手段を備えているので、当該回転体の回転力を当該出力軸に確実に伝達させることができる。

図１Ａは本発明の第１実施形態に係る回転駆動装置の一部省略縦断面図であり、図１Ｂは前記回転駆動装置の駆動状態を示す一部省略縦断面図である。 図２Ａは回転体が回転する原理を説明するための前記回転駆動装置の第１の状態を示す一部省略縦断面図であり、図２Ｂは当該回転駆動装置の第２の状態を示す一部省略縦断面図である。 図３Ａは図２ＢのＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線に沿った横断面図であり、図３Ｂは図２ＢのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿った横断面図である。 回転体が回転する原理を説明するための前記回転駆動装置の第３の状態を示す一部省略縦断面図である。 図５Ａは図４のＶＡ−ＶＡ線に沿った横断面図であり、図５Ｂは図４のＶＢ−ＶＢ線に沿った横断面図である。 回転体が回転している状態を説明するための横断面説明図である。 本発明の第２実施形態に係る回転駆動装置の一部省略縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る回転駆動装置の一部省略縦断面図である。 本発明の第４実施形態に係る回転駆動装置の一部省略縦断面図である。 図１０Ａは本発明の第５実施形態に係る回転駆動装置の一部省略縦断面図であり、図１０Ｂは当該回転駆動装置の駆動開始状態を示す一部省略縦断面図である。 本発明の第６実施形態に係る回転駆動装置の一部省略縦断面図である。 本発明の第１実施例に係る第１実験装置の一部省略縦断面図である。 第１実験装置により得られた実験結果を示したグラフである。 本発明の第２実施例に係る第２実験装置の一部省略縦断面図である。 第２実験装置により得られた実験結果を示したグラフである。

以下、本発明に係る回転駆動装置について好適な実施形態を例示して添付の図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１Ａに示すように、本実施形態に係る回転駆動装置１０Ａは、筒状（本実施形態では、円筒状）に構成された第１ハウジング１２と第２ハウジング１４と、第１ハウジング１２に配設された円柱状の回転体１６と、回転体１６の一端面に流体圧力を作用させるための作動流体を供給する流体供給部１８と、回転体１６の回転力を出力軸２０に伝達するための動力伝達部（動力伝達手段）２２と、第２ハウジング１４に設けられて回転体１６の他端側への移動を制限する移動制限部（移動制限手段）２４と、第２ハウジング１４に設けられて出力軸２０を軸支する軸受２６とを備えている。

第１ハウジング１２は、非磁性材料で構成されており、例えば、高分子材料で構成される。前記高分子材料としては、例えば、ポリウレタン、ポリアセタール、ＭＣナイロン、ＰＴＦＥ（テフロン：登録商標）等が挙げられる。

第１ハウジング１２には、当該第１ハウジング１２の一端側に設けられた作動流路２８と、当該第１ハウジング１２の他端側に設けられると共に作動流路２８に連通する配設孔３０とが形成されている。作動流路２８は、回転体１６の一端面に流体圧力を作用させるための作動流体が流通する流路である。

配設孔３０には、回転体１６が配設される。配設孔３０の孔径は、回転体１６の外径よりも僅かに大きく形成されている。これにより、配設孔３０に回転体１６を配設した状態で、配設孔３０を構成する壁面（内周面）３１と回転体１６の外周面との間には所定の隙間（クリアランス）Ｓが形成されることとなる。当該隙間Ｓの大きさ（配設孔３０の孔径から回転体１６の直径を減算した寸法）は、数μｍ〜数百μｍの範囲に設定するのが好ましい。前記隙間Ｓを上記範囲外に設定した場合には、回転体１６を効率的に回転させることができないからである。

また、配設孔３０の孔径は、作動流路２８の流路径よりも大きく設定されている。すなわち、作動流路２８と配設孔３０との境界部には、段差部が形成されている。この段差部のうち第１ハウジング１２の他端側を指向する壁面には、回転体１６の一端面が接触するストッパ部３２が形成されている。

回転体１６は、ネオジム磁石で構成されている。ただし、回転体１６は、ネオジム磁石以外の各種磁石（例えば、サムリウムコバルト磁石等）で構成してもよい。回転体１６の全長は、配設孔３０の深さ寸法と略同一に設定されている。

流体供給部１８は、図示しない流体供給源から作動流体を導くための導入流路３４と、導入流路３４を第１ハウジング１２に連結する継手部３６とを有している。継手部３６は、作動流路２８の一端側の開口部にねじ結合されている。これにより、導入流路３４と作動流路２８とが継手部３６を介して連通する。

本実施形態で用いられる作動流体としては、例えば、空気、水、油等の各種流体が用いられる。この作動流体は、所定のポンプや圧縮機等によって圧縮された流体（圧縮流体）であってもよいし、作動流路２８よりも鉛直上方から自由落下させた液体であってもよい。すなわち、作動流体は、回転体１６の一端面に所定の流体圧力を作用させることが可能であればどのような流体であってもよい。

回転体１６と出力軸２０とは、同軸に配設されている。動力伝達部２２は、回転体１６の他端面に形成されたスプライン穴３８と、出力軸２０の一端部に形成されてスプライン穴３８に嵌合するスプライン部４０とを有している。これにより、回転体１６の回転力を出力軸２０に確実に伝達させることができる。

第２ハウジング１４は、任意の材料で構成することができるが、例えば、第１ハウジング１２の構成材料と同一の材料で構成される。第２ハウジング１４には、配設孔３０の孔径と略同一の孔径の内孔４１が形成されている。また、図１Ａから諒解されるように、第２ハウジング１４は、その内孔４１が第１ハウジング１２の配設孔３０に所定間隔離間して対向するように配置されている。

移動制限部２４は、回転体１６と反発するように第２ハウジング１４の内孔４１の一端側に圧入等によって固定された固定磁石４２を有している。固定磁石４２は、回転体１６に対向している。

固定磁石４２としては、任意の磁石を用いることができるが、ネオジム磁石を用いるのが好ましい。ネオジム磁石を用いることによって比較的大きな反発力を発生させることができるからである。固定磁石４２には、出力軸２０が挿通する挿通孔４４が形成されている。すなわち、固定磁石４２は、環状（本実施形態では、円環状）に構成されている。

軸受２６は、第２ハウジング１４の内孔４１の他端側に圧入等によって固定されている。図１Ａ等では、軸受２６として転がり軸受を例示しているが、軸受２６はすべり軸受等であってもよいことは勿論である。

次に、以上のように構成される回転駆動装置１０Ａの動作について説明する。なお、回転駆動装置１０Ａの停止状態において、回転体１６は、固定磁石４２の反発力によって一端側に押圧されてストッパ部３２に接触している。

回転駆動装置１０Ａを駆動させる場合、先ず、図示しない流体供給源から導入流路３４に作動流体を供給する。導入流路３４から継手部３６を介して作動流路２８に導かれた作動流体は、回転体１６の軸線方向に沿って流通して回転体１６の一端面に当たる。これにより、回転体１６の一端面には作動流体の流体圧力が作用することとなる。

そして、回転体１６に作用する作動流体の押圧力が固定磁石４２の反発力よりも大きくなると、回転体１６が他端側に移動してストッパ部３２から離間する（図１Ｂ参照）。他端側に移動した回転体１６は、作動流体の押圧力と固定磁石４２の反発力とが釣り合う位置で軸線方向の移動が停止する。すなわち、回転体１６は、配設孔３０から完全に抜け出ることはない。

一方、作動流路２８の作動流体は、回転体１６の一端側に形成された空間に流入し、回転体１６の外周面と配設孔３０を構成する内周面３１との間の隙間Ｓを介して配設孔３０の他端側の開口部から外部に流出することとなる。このとき、作動流体の作用によって回転体１６が回転する。

そして、回転体１６が回転すると、当該回転体１６に連結されている出力軸２０も一緒に回転するため、当該回転体１６の回転力が出力軸２０を介して外部に出力される。この際、出力軸２０は、軸受２６に軸支されているため、回転振れを好適に抑えることができる。

回転駆動装置１０Ａの駆動を停止する場合には、前記流体供給源からの作動流体の供給を停止する。そうすると、回転体１６の一端面に流体圧力が作用しなくなるので、固定磁石４２の反発力によって一端側に押された回転体１６がストッパ部３２に接触して停止状態に戻る。

ところで、この出願の発明者等は、作動流体によって回転体１６が回転する原理について考察した。次に、この考察によって得られた回転体１６が回転すると推定される原理について図２Ａ〜図６を参照しながら詳細に説明する。なお、図２Ａ〜図６の各図は、便宜上、上述した実施形態の構成を一部誇張乃至省略して模式的に示している。

図２Ａに示すように、回転体１６の一端面に流体圧力が作用すると、回転体１６は、ストッパ部３２から離間して他端側に移動する。流体圧力が比較的低い初期段階では、回転体１６は、回転することなく、その軸線Ａｘと直交する方向に沿って配設孔３０を構成する内周面３１に当たりながら（振動音を発しながら）無秩序に揺動する。換言すれば、回転体１６は、その軸線Ａｘが配設孔３０の中心線Ｏに対して傾斜し、無秩序にその傾斜の反転を繰り返す。

そして、回転体１６の一端面に作用する流体圧力が上昇すると、図２Ｂに示すように、回転体１６が他端側にさらに移動することで固定磁石４２の反発力が強まり、回転体１６は、揺動が納まると共にその軸線Ａｘが中心線Ｏに対して傾斜した状態で内周面３１に接触する。

このとき、図３Ａ及び図３Ｂから諒解されるように、回転体１６の外周面の一端側と配設孔３０を構成する内周面３１との第１接触点Ｐ１と回転体１６の外周面の他端側と内周面３１との第２接触点Ｐ２とは、配設孔３０の周方向での位相が１８０°ずれている。また、回転体１６の一端側には第１接触点Ｐ１に対して１８０°位相がずれた位置に比較的大きい第１隙間Ｓ１が形成され、回転体１６の他端側には第２接触点Ｐ２に対して１８０°位相がずれた位置に比較的大きい第２隙間Ｓ２が形成されることとなる（図２Ｂ参照）。

続いて、回転体１６の一端面に作用する流体圧力がさらに上昇すると、図４〜図５Ｂに示すように、回転体１６が他端側にさらに移動することで固定磁石４２の反発力がさらに強まり、第２接触点Ｐ２の位置が配設孔３０の周方向にずれる（第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２の位相差が僅かにずれる）。このときの回転体１６の第２接触点をＰ２ａとする。すなわち、この状態で、第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２ａの位相は１８０°から僅かにずれている。

そうすると、回転体１６の外周面上において第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２ａとを最短で結ぶ線分Ｌと内周面３１との間の隙間が比較的狭くなるため、前記線分Ｌよりも回転体１６の一端面側の領域（第１領域）では流体供給源と比較して作動流体の圧力はあまり減少しない。反対に、前記線分Ｌよりも回転体１６の他端面側の領域（第２領域）では作動流体の流量が絞られているため第１領域と比較して作動流体の圧力が適度に低くなる。

一方、作動流体は、位相がずれたことで狭くなった空間（圧力の高い空間、線分Ｌ付近の空間）ではなく、位相がずれたことで広くなった空間（圧力の低い空間）を流通するようになる。このとき、圧力が低い出口に近づくにつれて作動流体の流速が大きくなる（作動流体の圧力が減少する）。

これにより、回転体１６には矢印Ｘの方向に沿った推力が作用すると共に、第１隙間Ｓ１から第２隙間Ｓ２に向かって（広くなった空間を）流れる作動流体と回転体１６の外周面との摩擦によって回転体１６が第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２ａの位相差を維持した状態で自転する。

すなわち、図６に示すように、回転体１６は、回転体１６の一端面側から見て反時計回りに自転しながら配設孔３０を構成する内周面３１に沿って時計回りに回転する。そして、一度回転が開始されると、回転体１６は、第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２ａの位相差を維持した状態で安定して連続回転することとなる。なお、図５Ａ及び図５Ｂにおいて、第２接触点Ｐ２が第２接触点Ｐ２ａの位置とは反対方向にずれた場合には、回転体１６は、その一端側から見て時計回りに自転しながら配設孔３０を構成する内周面３１に沿って反時計回りに回転することとなる。

以上のように、本実施形態に係る回転駆動装置１０Ａによれば、配設孔３０に配設された円柱状の回転体１６の外周面と当該配設孔３０を構成する内周面３１との間に所定の隙間Ｓを形成した状態で、回転体１６の一端面に流体圧力を作用させると共に当該隙間Ｓに作動流体を流通させることができるので、当該回転体１６を回転させてその回転力を出力軸２０から出力させることができる。これにより、装置自体を簡単且つ小型に構成することができ製造コストの低廉化を図ることができる。

また、回転体１６の他端側への移動を制限する固定磁石４２（移動制限部２４）を備えているので、回転体１６の一端面に流体圧力を作用させて当該回転体１６を他端側に移動させた際に、回転体１６が配設孔３０から完全に抜け出てしまうことを防止することができる。

さらに、回転体１６をネオジム磁石（磁石）で構成すると共に第１ハウジング１２をポリアセタールで構成した場合には、比較的低い作動流体の圧力（作動圧力）であっても、回転体１６を確実に回転させることができる。このことは、後述する第１実施例及び第２実施例でも説明する。

本実施形態において、回転体１６の他端面に対向して固定磁石４２を配設しているので、当該固定磁石４２の反発力によって回転体１６の他端側への移動を非接触で制限することができる。すなわち、回転体１６と固定磁石４２との間に接触抵抗（摩擦）等が発生しないため、回転体１６の移動制限による回転力の低下を抑制することができる。

また、回転体１６と出力軸２０とを同軸に配設した状態で固定磁石４２の挿通孔４４に出力軸２０を挿通しているので、装置自体を好適に小型化することができる。

さらに、固定磁石４２による回転体１６の一端側への移動をストッパ部３２で制限することができるので、停止状態での配設孔３０に対する回転体１６の位置を略一定にすることができる。これにより、回転駆動装置１０Ａの駆動毎に回転体１６の回転特性が変化することを抑えることができる。

本実施形態では、回転体１６と出力軸２０とを動力伝達部２２を介して連結しているので、回転体１６の回転力を出力軸２０に確実に伝達させることができる。

本実施形態は、上述した構成に限定されない。例えば、回転駆動装置１０Ａは、回転体１６と出力軸２０とを一体的に形成しても構わない。この場合、動力伝達部２２を設ける必要がないため、回転体１６の回転力をそのまま出力軸２０の回転力とすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る回転駆動装置１０Ｂについて図７を参照しながら説明する。なお、第２実施形態に係る回転駆動装置１０Ｂにおいて、第１実施形態に係る回転駆動装置１０Ａと同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。後述する第４実施形態及び第５実施形態についても同様である。

図７に示すように、回転駆動装置１０Ｂは、第１ハウジング１２の配設孔３０から突出するようにして当該配設孔３０に配設された回転体５０と、回転体５０の他端部に設けられた動力伝達部（動力伝達手段）５２と、回転体５０の軸線に対して平行に配設された出力軸５４と、出力軸５４を軸支する支持機構５６とを備える。なお、本実施形態では、断面略Ｕ字状に形成された第２ハウジング５８の穴部６０に移動制限部６２の円板状の固定磁石６４が圧入等によって固定されている。

回転体５０の全長は、配設孔３０の深さよりも大きく設定されている。そのため、停止状態（回転体５０の一端面がストッパ部３２に接触している状態）において、回転体５０の他端部が配設孔３０から突出する。これにより、停止状態において、動力伝達部５２が第１ハウジング１２に当たることを防止することができる。

動力伝達部５２は、歯車機構として構成されており、回転体５０の他端部に固定された第１歯車６６と、出力軸５４に固定された状態で第１歯車６６に噛合する第２歯車６８とを有している。

支持機構５６は、円筒状に構成された第１支持部７０と、第１支持部７０の内孔７２に配設された状態で出力軸５４の一端部を軸支する第１軸受７４と、円筒状に構成された第２支持部７６と、第２支持部７６の内孔７８に配設された状態で出力軸５４の他端側を軸支する第２軸受８０とを有している。図７では、第１軸受７４及び第２軸受８０として転がり軸受を例示しているが、第１軸受７４及び第２軸受８０はすべり軸受等であってもよいことは勿論である。

本実施形態に係る回転駆動装置１０Ｂは、上述した第１実施形態に係る回転駆動装置１０Ａと同様の効果を奏することができる。本実施形態は、上述した構成に限定されない。例えば、動力伝達部５２は、歯車機構に限定されず、Ｖベルトやチェーン等を用いた構造であってもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る回転駆動装置１０Ｃについて図８を参照しながら説明する。なお、第３実施形態に係る回転駆動装置１０Ｃにおいて、第２実施形態に係る回転駆動装置１０Ｂと同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

図８に示すように、回転駆動装置１０Ｃは、移動制限部９０の構成が上述した回転駆動装置１０Ｂの移動制限部６２の構成と異なる。回転駆動装置１０Ｃの移動制限部９０は、回転体５０の他端面に固着された受圧部（受圧板）９２と、第２ハウジング９４に設けられて受圧部９２を回転体５０の一端側に押圧するための流体を供給する流体供給部９６とを備える。

受圧部９２は、円板状に構成されており、その外径が回転体５０の外径よりも大きく形成されている。すなわち、受圧部９２は、回転体５０の径方向外側に位置している。円筒状に構成された第２ハウジング９４は、受圧部９２に対して離間して配置されている。

流体供給部９６は、図示しない供給源から流体を導くための導入流路９８と、導入流路９８を第２ハウジング９４に連結する継手部１００とを有している。継手部１００は、第２ハウジング９４の内孔（流体流路）１０２の他端側の開口部にねじ結合されている。これにより、導入流路９８が継手部１００を介して第２ハウジング９４の内孔１０２に連通する。

第２ハウジング９４の内孔１０２に導かれる流体としては、例えば、空気、水、油等の各種流体が用いられる。また、前記流体は、駆動流体と同一の流体であってもよいし、駆動流体と異なる流体であってもよい。当該流体を駆動流体と同一の流体にした場合には、前記流体供給源を共通化することができるので、回転駆動装置１０Ｃの構成の簡素化を図ることができる。

このような回転駆動装置１０Ｃでは、回転体５０を磁石以外の材料（例えば、金属材料、高分子材料等）で構成することができると共に、第１ハウジング１２を非磁性材料以外の材料（例えば、金属材料等）で構成することができる。

本実施形態では、図示しない流体供給源から導入流路９８に導かれた流体は、継手部１００を介して第２ハウジング９４の内孔１０２を通り受圧部９２の他端面に当たり、受圧部９２と第２ハウジング９４との間の隙間から流出される。これにより、受圧部９２が回転体５０の一端側に押されるため、回転体５０の他端側の移動が制限されることとなる。

本実施形態に係る回転駆動装置１０Ｃは、上述した第２実施形態に係る回転駆動装置１０Ｂと同様の効果を奏することができる。また、本実施形態では、導入流路９８から導かれた流体によって回転体５０の他端部に設けられた受圧部９２を当該回転体５０の一端側に押圧することができるので、回転体５０の他端側への移動を確実に制限することができる。また、受圧部９２が回転体５０の径方向外側に位置しているので、第２ハウジング９４の内孔１０２から導かれた流体が第１ハウジング１２の配設孔３０に流入することを抑制することができると共に、受圧部９２の流体が接触する受圧面積を比較的大きくすることができる。

本実施形態は、上述した構成に限定されない。例えば、受圧部９２は、回転体５０の外周面の他端部に固定しても構わない。すなわち、受圧部９２は、円環状に構成してもよい。この場合であっても、上述した構成と同様の効果を奏する。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る回転駆動装置１０Ｄについて図９を参照しながら説明する。図９に示すように、回転駆動装置１０Ｄは、動力伝達部（動力伝達手段）１１０と移動制限部１１２の構成が第１実施形態に係る回転駆動装置１０Ａの動力伝達部２２と移動制限部２４の構成と異なる。

回転駆動装置１０Ｄの動力伝達部１１０は、出力軸１１４の一端部に形成された拡径部１１６に設けられたクラッチ部１１８を有している。クラッチ部１１８は、回転体１６の他端面に接触した状態で適度な摩擦を生じると共に弾性変形可能に構成されている。クラッチ部１１８は、例えば、ゴム等の樹脂材料で構成することができる。

移動制限部１１２は、第２ハウジング１２０の内孔１２２の一端側に圧入等で固定されたスラスト軸受１２４を有する。スラスト軸受１２４は、出力軸１１４の他端側へ向かう方向の力を受けることができる。

本実施形態では、回転体１６の一端面に流体圧力が作用して当該回転体１６が他端側に移動すると、回転体１６の他端面がクラッチ部１１８に接触する。これにより、クラッチ部１１８は圧縮変形すると共に回転体１６の他端面に密着する。すなわち、クラッチ部１１８によって回転体１６と出力軸１１４とが結合（接続）するため、回転体１６の回転力が出力軸１１４に伝達されて当該出力軸１１４が回転することとなる。

また、このとき、出力軸１１４の他端側に向かう方向の力をスラスト軸受１２４で受けることができるため、クラッチ部１１８に接触した回転体１６の他端側への移動が制限されることとなる。これにより、回転体１６が配設孔３０から完全に抜け出ることを防止することができる。

図示しない流体供給源からの作動流体の供給を停止すると、回転体１６は、クラッチ部１１８の弾性力（復元力）によって一端側に押されるため、ストッパ部３２に接触して停止状態に戻る。

このような回転駆動装置１０Ｄでは、回転体１６を磁石以外の材料（例えば、金属材料や高分子材料等）で構成することができると共に、第１ハウジング１２を非磁性材料以外の材料（例えば、金属材料等）で構成することができる。本実施形態に係る回転駆動装置１０Ｄは、上述した第１実施形態に係る回転駆動装置１０Ａと同様の効果を奏することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る回転駆動装置１０Ｅについて図１０Ａ及び図１０Ｂを参照しながら説明する。図１０Ａに示すように、回転駆動装置１０Ｅは、動力伝達部（動力伝達手段）１３０の構成が第１実施形態に係る回転駆動装置１０Ａの動力伝達部２２の構成と異なる。

回転駆動装置１０Ｅの動力伝達部１３０は、回転体１６の他端面に形成された穴部１３２と、穴部１３２に圧入されたピン１３４と、ピン１３４の他端側に形成された縮径部１３６と出力軸１３８の一端側に形成された縮径部１４０とを連結する連結チューブ１４２とを有している。

連結チューブ１４２は、弾性変形可能に構成されており、その一端側にピン１３４の縮径部１３６が強固に嵌入され、その他端側に出力軸１３８の縮径部１４０が強固に嵌入されている。回転体１６がストッパ部３２に接触している状態（図１０Ａに示す状態）において、連結チューブ１４２は固定磁石４２の挿通孔４４を挿通している。連結チューブ１４２は、可撓性部材で構成することができ、例えば、シリコンゴム等で構成可能である。

本実施形態に係る回転駆動装置１０Ｅは、上述した第１実施形態に係る回転駆動装置１０Ａと同様の効果を奏することができる。また、図１０Ｂに示すように、回転駆動装置１０Ｅの駆動開始時に、回転体１６が傾斜又は偏心した場合であっても、回転体１６の動きに合わせて連結チューブ１４２を弾性変形させる（回転体１６の動きを柔軟に吸収する）ことができるので、出力軸１３８が回転体１６と一緒に傾斜又は偏心することを抑制することがきる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る回転駆動装置１０Ｆについて図１１を参照しながら説明する。図１１に示すように、回転駆動装置１０Ｆにおいて、第５実施形態に係る回転駆動装置１０Ｅと同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

図１１に示すように、回転駆動装置１０Ｆは、筒状に構成された第１ハウジング１５０と、第１ハウジング１５０に設けられた回転体１６の一端側に配置された出力軸１３８に回転体１６の回転力を伝達するための動力伝達部１３０と、第２ハウジング１５２に設けられて回転体１６の他端側への移動を制限する移動制限部１５４と、第１ハウジング１５０に設けられて出力軸１３８を軸支する軸受２６とを備えている。

第１ハウジング１５０には、第１ハウジング１５０の一端側に設けられて軸受２６が圧入される軸受装着孔１５６と、軸受装着孔１５６に連通する作動流路２８と、第１ハウジング１５０の他端側に設けられて作動流路２８に連通する配設孔３０とが形成されている。作動流路２８には、動力伝達部１３０を構成する連結チューブ１４２が配設されている。また、第１ハウジング１５０には、作動流路２８を構成する壁面に開口して作動流路２８に作動流体を導くための一対の供給ポート１５８、１６０が形成されている。

供給ポート１５８には流体供給部１６２が接続され、供給ポート１６０には流体供給部１６４が接続されている。各流体供給部１６２、１６４は、導入流路３４と継手部３６を有しており、第１実施形態の流体供給部１８と同様の構成となっている。

移動制限部１５４は、第２ハウジング１５２に形成された断面略Ｕ字状の穴部１６６に圧入等によって固定された固定磁石１６８を有している。固定磁石１６８は、例えば、円板状に形成されており、回転体１６に反発力を付与する。

本実施形態に係る回転駆動装置１０Ｆは、上述した第５実施形態と同様の効果を奏することができる。また、回転体１６に対して固定磁石１６８が位置する側とは反対側に出力軸１３８を設け、作動流体を回転体１６に導くための作動流路２８内に動力伝達部１３０（連結チューブ１４２等）を配設しているため、固定磁石１６８に対して連結チューブ１４２等を挿通させるための孔を形成する必要がない。すなわち、本実施形態では、中実の固定磁石１６８を利用することができるため、当該固定磁石１６８と同じ外径の中空の固定磁石を使用する場合と比較して、回転体１６に作用する反発力を強くすることが可能である。これにより、回転体１６を一層安定して回転させることができる。

次に、本発明の実施例を挙げて本発明についてさらに説明する。

（第１実施例）
先ず、第１実施例に係る実験装置（第１実験装置）１７０について説明する。図１２に示すように、第１実験装置１７０は、上述した第５実施形態に係る回転駆動装置１０Ｅと、回転駆動装置１０Ｅを構成する出力軸１３８の他端に固着された検出磁石１７２と、検出磁石１７２の近傍に配置したコイル１７４と、コイル１７４に発生した誘導電流（電圧）を測定する測定装置（オシロスコープ）１７６とを備えている。なお、回転体１６及び固定磁石４２はネオジム磁石で構成されている。

検出磁石１７２は、出力軸１３８の軸線と直交する方向にＮ極とＳ極が位置するように当該出力軸１３８に固着されている。これにより、出力軸１３８が回転すると、検出磁石１７２のＮ極（Ｓ極）とコイル１７４との相対位置が所定の周期で変化することとなる。そして、この場合、電磁誘導によってコイル１７４に誘導電流が発生することとなる。

続いて、第１実施例における実験条件について説明する。本実施例では、ポリアセタール、ポリウレタン、アルミニウムで構成された３種類の第１ハウジング１２を用い、回転体１６に作用させる作動流体の圧力（作動圧力）を段階的に変化させた。また、本実施例では、上記実験条件下でコイル１７４に流れる誘導電流に基づく電圧波形を取得し、この波形から出力軸１３８の回転数を算出した。

第１実施例に係る実験結果を図１３に示す。図１３は、各種第１ハウジング１２における作動圧力に対する回転数を示したグラフである。このグラフでは、ポリアセタールで構成された第１ハウジング１２を用いた実験結果を実線で示し、ポリウレタンで構成された第１ハウジング１２を用いた実験結果を破線で示し、アルミニウムで構成された第１ハウジング１２を用いた実験結果を一点鎖線で示している。

図１３から諒解されるように、３種類全ての第１ハウジング１２において出力軸１３８の回転が観測された。換言すれば、配設孔３０に配設された円柱状の回転体１６の外周面と配設孔３０を構成する内周面３１との間に所定の隙間Ｓを形成した状態で、回転体１６の一端面に流体圧力を作用させると共に当該隙間Ｓに作動流体を流通させることにより、回転体１６を回転させてその回転力を出力軸１３８から出力することができることが証明された。

また、ポリアセタールで構成された第１ハウジング１２を用いた場合、ポリウレタンやアルミニウムで構成された第１ハウジング１２では回転しなかった作動流体の低圧力領域（０．０５ＭＰａ）においても出力軸１３８の回転が観測された。

（第２実施例）
次に、第２実施例に係る実験装置（第２実験装置）１８０について説明する。図１４に示すように、第２実験装置１８０は、上述した第３実施形態に係る回転駆動装置１０Ｃと、第１実験装置１７０と同様の検出磁石１７２、コイル１７４及び測定装置１７６を備えている。すなわち、第２実験装置１８０では、回転駆動装置１０Ｃを構成する出力軸５４の他端に検出磁石１７２を固着している。なお、回転体５０は、ネオジム磁石で構成されている。

第２実施例における実験条件は、上述した第１実施例における実験条件と同一であるため、その説明を省略する。第２実施例に係る実験結果を図１５に示す。図１５は、図１３と同様のグラフであり、ポリアセタールで構成された第１ハウジング１２を用いた実験結果を実線で示し、ポリウレタンで構成された第１ハウジング１２を用いた実験結果を破線で示し、アルミニウムで構成された第１ハウジング１２を用いた実験結果を一点鎖線で示している。

図１５から諒解されるように、第２実験装置１８０を用いた場合であっても、３種類全ての第１ハウジング１２において出力軸５４の回転が観測された。換言すれば、配設孔３０に配設された円柱状の回転体１６の外周面と配設孔３０を構成する内周面３１との間に所定の隙間Ｓを形成した状態で、回転体１６の一端面に流体圧力を作用させると共に当該隙間Ｓに作動流体を流通させることにより、回転体１６を回転させてその回転力を出力軸５４から出力することができることが証明された。

また、ポリアセタールで構成された第１ハウジング１２を用いた場合、ポリウレタンやアルミニウムで構成された第１ハウジング１２では回転しなかった作動流体の低圧力領域（０．１０ＭＰａ）においても出力軸５４の回転が観測された。さらに、ポリアセタールで構成された第１ハウジング１２を用いた場合、実験を行った作動圧力の全域にわたって、他の２種類の第１ハウジング１２を用いたときよりも出力軸の回転数が高くなることが観測された。

上述した第１〜第６実施形態に係る回転駆動装置１０Ａ〜１０Ｆは、様々な用途に利用可能である。例えば、回転駆動装置１０Ａ〜１０Ｆの出力軸２０、５４、１１４、１３８に発電機を連結すれば、発電装置として用いることができる。また、前記出力軸２０、５４、１１４、１３８にファン等を連結すれば、送風装置として用いることができる。

本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

Claims (8)

1. 円柱状の回転体（１６、５０）と、
   前記回転体（１６、５０）を配設する配設孔（３０）が形成されたハウジング（１２、１５０）と、
   前記回転体（１６、５０）の一端面に流体圧力を作用させるための作動流体が流通する作動流路（２８）と、
   前記回転体（１６、５０）の他端側への移動を制限する移動制限手段（２４、６２、９０、１１２、１５４）と、
   前記回転体（１６、５０）の回転力を外部に出力するための出力軸（２０、５４、１１４、１３８）と、
   を備え、
   前記回転体（１６、５０）の外周面と前記配設孔（３０）を構成する壁面（３１）との間には前記作動流体が流通する所定の隙間（Ｓ）が形成され、
   前記回転体（１６、５０）は、前記作動流体の作用によって、当該回転体（１６、５０）の軸線（Ａｘ）が前記配設孔（３０）の中心線（Ｏ）に対して傾斜した状態で前記壁面（３１）に接触する、
   ことを特徴とする回転駆動装置（１０Ａ〜１０Ｆ）。
2. 請求項１記載の回転駆動装置（１０Ａ〜１０Ｆ）において、
   前記回転体（１６、５０）は、磁石で構成され、
   前記ハウジング（１２、１５０）は、非磁性材料で構成される、
   ことを特徴とする回転駆動装置（１０Ａ〜１０Ｆ）。
3. 請求項２記載の回転駆動装置（１０Ａ〜１０Ｆ）において、
   前記回転体（１６、５０）は、ネオジム磁石で構成され、
   前記ハウジング（１２、１５０）は、ポリアセタールで構成される、
   ことを特徴とする回転駆動装置（１０Ａ〜１０Ｆ）。
4. 請求項２又は３に記載の回転駆動装置（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｅ、１０Ｆ）において、
   前記移動制限手段（２４、６２、１５４）は、前記回転体（１６、５０）の他端面に対向して配設された状態で当該回転体（１６、５０）と反発する固定磁石（４２、６４、１６８）を有する、
   ことを特徴とする回転駆動装置（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｅ、１０Ｆ）。
5. 請求項４記載の回転駆動装置（１０Ａ、１０Ｅ）において、
   前記固定磁石（４２）は、環状に構成されている、
   ことを特徴とする回転駆動装置（１０Ａ、１０Ｅ）。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転駆動装置（１０Ｃ）において、
   前記回転体（５０）は、当該回転体（５０）の他端部が前記配設孔（３０）から突出するようにして当該配設孔（３０）に配設されており、
   前記移動制限手段（９０）は、前記回転体（５０）の他端部に対して当該回転体（５０）の径方向外側に位置するように設けられた受圧部（９２）と、
   前記受圧部（９２）を前記回転体（５０）の一端側に押圧するための流体が流通する流体流路（１０２）と、を有する、
   ことを特徴とする回転駆動装置（１０Ｃ）。
7. 請求項４〜６のいずれか１項に記載の回転駆動装置（１０Ａ〜１０Ｆ）において、
   前記回転体（１６、５０）の一端側の移動を制限するストッパ部（３２）をさらに備える、
   ことを特徴とする回転駆動装置（１０Ａ〜１０Ｆ）。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転駆動装置（１０Ａ〜１０Ｆ）において、
   前記回転体（１６、５０）の回転力を前記出力軸（２０、５４、１１４、１３８）に伝達するための動力伝達手段（２２、５２、１１０、１３０）をさらに備える、
   ことを特徴とする回転駆動装置（１０Ａ〜１０Ｆ）。

Images