JP6457844B2 - 往復回転出力機構及びこれを用いた往復回転アクチュエータ - Google Patents

Description

本願に係る発明（以下、「本発明」）は、単一の出力軸において、異なる位置での往復回転力を供給する往復回転出力機構、及びこれを用いた往復回転アクチュエータに関する。

一般的な往復回転型のロータリーアクチュエータは、所定の回転角で往復回転運動する回転力を駆動力として供給するものである。このような装置は、例えば、ＡＴＭ（自動預金受払機）、自動発券機、又はプリンタ装置などにおいて、紙幣や硬貨、又は選択した用紙などを所定の搬送路へ振り分けるためのガイド用ブレードを作動させる駆動源として組み込まれている。

このようなアクチュエータは、組み込み対象機器が年々小型かつ多機能化するに連れて、より省スペース化の下での同様の対応が望まれている。

これに応えるものとして、本出願人は、先に特許文献１に開示したように、同一軸上の異なる回転位置に回転移動（これを、「モード切替」と称する。）をさせて、その位置で所定の回転角範囲の往復回転（これを、「逐次切替」と称する。）を供給することを特徴とする往復回転アクチュエータの技術を開示している。

かかる開示発明は、特許文献１の図１に示すように、駆動源となるロータリーソレノイド（１）と、この駆動力を伝達するリンク体（４）と、及びこのリンク体（４）との係合と解除によってモード切替を行って逐次切替を出力する出力機素（５）と、並びに上記リンク体（４）の係合と解除を行う切替作動部材（６）と、を主要構成要素としている。特に、開示発明の主眼である、モード切替と逐次切替は、リンク体（４）を軸上移動させてギアプレート（４４）の能動ギア（４５）と出力機素（５）の受動ギア（５４）の噛合と分離によって行う構成であった。

特開２００９−３０３４７６号公報

上記先行開示発明は、同軸上の異なる回転位置で所定の往復回転力を供給する機構としては、所期の要請に見合った小型で高機能なものであった。

かかる構成には、モード切替と逐次切替をギアの噛合と離脱で行う構成であるため、噛合ギアのバックラッシュの増加、分離と噛合を繰り返す過程でのギアの噛み合い不良、さらにはギア歯の磨耗などによる作動の不良や正確安定性を考慮しなければならず、そのため部品の耐磨耗硬度や部品の加工精度を上げる必要があった。

そこで、本出願は、これらの観点から更なる改良を図り、各切替時において部品どうしが分離することなく常時接触した状態を維持しながら連係させたリンク機構を用いることにより、作動の安定性と信頼性を高めた新たな往復回転出力機構及びこれを用いた往復回転アクチュエータを提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明にかかる往復回転出力機構（以下、「本出力機構」）及びこれを用いた往復回転アクチュエータ（以下、「本アクチュエータ」）は、次のように構成している。
［本出力機構について］

本願の第１の発明である、同一軸の異なる回転位置で往復回転力を出力させる往復回転出力機構は、回転軸が固定系に軸支されて往復回転する第１リンク部材と、該第１リンク部材と軸平行の出力軸に支持された第２リンク部材と、該第２リンク部材と前記第１リンク部材とを、前記各軸から離隔した位置で軸方向への移動を自在にして連係させたリンクシャフトと、該リンクシャフトと適合して前記回転軸と軸平行を維持しながら前記各リンク部材の往復回転面に沿って前記連係点の移動方向とその行程を規制する固定系設置のガイドと、該ガイドに案内されて移動するリンクシャフトを前記回転軸と直交方向に移動させる作動部材と、から構成している。

さらに、前記ガイドは、前記第１リンク部材の回転面に沿った所定長さの線形の第１ガイド路と、該第１ガイド路の両端から屈曲して連続した線形の第２ガイド路とから構成しており、これらの線形は直線状若しくは曲線状の長溝、又は直線状若しくは曲線状の長孔としても良い。

上記構成により本出力機構は、次のように作動する。

第１リンク部材は、回転軸を中心に往復回転し、その回転力はリンクシャフトを介して連係した第２リンク部材に伝達されるが、その連係点はリンクシャフトが適合したガイド路によって規制される。そして所定位置で作動部材の作動により、リンクシャフトは前記回転軸と直交方向に移動され、その移動が連係した第２リンク部材に作用して、第２リンク部材がレバーとなって出力軸に所定角の往復回転力を伝達することになる。

また、上記前記ガイド路を第１ガイド路と第２ガイド路で構成した場合は、リンクシャフトが第１ガイド路に適合して倣い移動をさせることによってモード切替として出力軸から出力する往復回転の中心角の位置を変更することとしている。さらに、その第１ガイド路の両端部の屈曲部から第２ガイド路に適合して倣い移動し、この第２ガイド路を往復移動させることにより、出力軸から逐次切替用の往復回転力を出力させることとしている。
［本アクチュエータについて］

本願の第２の発明である往復回転アクチュエータは、請求項１から請求項６に記載した往復回転出力機構を用い、これを構成する第１リンク部材の回転軸に往復回転力を作用させる往復回転駆動手段を連結、又は組込むと共に作動部材に作用して前記回転軸の直交方向に移動させる往復直動手段と、からなるものである。

このように構成することにより、往復回転駆動手段が接続された第１リンク部材は駆動力をもって往復回転運動し、これが上記第１発明の往復回転出力機構を経てモード切替運動を出力軸から能動的に出力させることができる。そして、往復回転駆動手段を停止させて、次に往復直動手段を起動させると、作動部材が往復直動運動を行い逐次切替運動を出力軸から能動的に出力させることとなる。

本発明は、上記のように構成しているため、第１ガイド路の行程長の設定によって出力軸における往復運動の中心角の位置を適宜に変えることができ、また第２ガイド路の行程長の設定によってその中心角の角度の大きさを適宜に変えることできる効果を有するものである。

このことは、各ガイド路の行程長を適宜に変更することより、モード切替の往復回転角、及び逐次切替の往復回転角を適宜かつ迅速に変更することができる効果を有する。

また、これらの切替動作を部材の分離と嵌合、又はギアの噛合に依らずに、常時係合のリンク部材の滑動移動のみで実現しているため、作動の確実性と信頼性を向上させることができる。

実施例１の各構成要素の組み付け状態を分解して示した分解斜視図 実施例１を回転軸側から示した平面図 図２のＡ−Ａ線に沿って切断して示した断面図 実施例１の主要構成要素の連係状態を出力軸側から仰視した斜視図 実施例１におけるモード切替時の動作を回転軸側から示した説明用平面図 実施例１における逐次切替時の動作を出力軸側から示した説明用平面図 実施例２の各構成要素の組み付け状態を分解して示した分解斜視図 実施例２を回転軸側から示した平面図 実施例２の主要構成要素の連係状態を出力軸側から仰視した斜視図 第１リンク部材の駆動手段の他の例を回転軸側から示した平面図

以下に、本願の第１発明に係る本出力機構Ｉｎ１の構成要素の全てを備え、これに駆動手段を付加して所期の駆動力を出力させる第２発明としての本アクチュエータＩｎ２について、その形態を例示する。よって、本実施は本アクチュエータの実施形態として実施例１及び実施例２について、図面を基に説明する。

図１〜図６は、実施例１について表したものである。

なお、本出力機構Ｉｎ１及び本アクチュエータＩｎ２には、上下及び左右の方向性に制限は無いが、説明の便宜上、図示した向きをもって説明する。

各構成要素を分解して示す図１に表したように、リンク機構を構成する第１リンク部材１は、固定系としてのカバープレート９２の軸受９２ａで軸支された回転軸１１に、片持ち状に取り付けている。その形状は、回転軸１１の直交方向に延びた所定長さと肉厚をもった帯板アーム状をなし、かつその延長端側には、所定長さで回転軸方向に延びて開口した第１長孔１２を形成している。一方、上記回転軸１１のカバープレート９２側の端部は、外部に突出すると共に往復回転駆動手段１０（例えば、既存のロータリーアクチュエータ等）と連結し、当該手段１０から往復回転力を得ている。

また、第１リンク部材１と連係させた第２リンク部材２は、ケース９に軸受９１ａされた出力軸２１に片持ち状に固定している。その形状は、第１リンク部材１と同様に出力軸２１の直交方向に延びた所定長さ（第１リンク部材１より短い。）と肉厚をもった帯板アーム状をなし、かつその延長端側には、回転軸方向に延びて開口した第２長孔２２を形成している。なお、前記回転軸１１と前記出力軸２１とは軸平行である。

さらに、第１リンク部材１と第２リンク部材２との間には、板状の作動板８を配置している。この作動板８には、第１リンク部材１の回転軌跡上の２点を結ぶ弦に沿って直線状に開口した貫通長孔８１を形成している。

上記作動板８には、その上方に往復直動手段としてソレノイド７を取り付けている。このソレノイド７は、作動板８を回転軸１１（出力軸２１）と直交方向に直線運動を行わせるものである。これにより作動板８は、第１リンク部材１と第２リンク部材２に挟持された状態で（図面上）上下に滑動する。なお、該ソレノイド７は、ケース９内に配置しているが、ケース９の外側に別体として配置しても良い。この図示は省略するが、本実施例では直動型のソレノイド７を用いているが、これに限定するものではなく、ロータリーソレノイドの回転運動を直線運動に変換して作動板８に伝達する構造を採っても良い。

さらに、この作動板８は、本実施例では、図１、及び図３に示したように、第１リンク部材１と第２リンク部材２の間に僅かな摺動空間をもって配置しているが、この位置に限定するものではなく、第１リンク部材１とカバープレート９２との間に配置しても良い。

次に、上記した（１）第１リンク部材１の第１長孔１２、（２）作動板８の貫通長孔８１、（３）第２リンク部材２の第２長孔２２、を順（（１）→（３））に貫通させてリンクシャフト３を配設している。このリンクシャフト３の軸は、上記した回転軸１１及び出力軸２１と軸平行に配置しており、かつその軸平行度を維持するため、円盤状（矩形盤状も可能）のフランジ３１を一体的に形成している。

上記のようにして貫通配置したリンクシャフト３は、その両端部３２が長孔状に開口した後述のガイドへ滑動可能にして嵌合している。これらガイドは、モード切替動作時の出力軸２１の回転角を規定するための第１ガイド路４と、逐次切替動作時の出力軸２１の回転角を規定するための第２ガイド路６と、から構成されている。

この第１ガイド路４は、前記第１リンク部材１の回転円周上の２点を結ぶ弦に沿って直線状（図面上、横方向）に延びた連続開口に形成している。かつ前記作動板８に形成した貫通長孔８１とは、平行な位置関係にあり、その長さは貫通長孔８１の長さと同じかそれ以下に設定している。

また、第２ガイド路６は、前記第１ガイド路４の両端から略Ｌ字状の屈曲部５を経て（図面において）上方又は斜め上方に連続して形成している。

このように第１ガイド路４と第２ガイド路６とからなるガイドは、固定系としてのケース９を構成するケース本体９１とカバープレート９２とに対向させて形成している。

上記リンク構成した本出力機構Ｉｎ１は、前記ソレノイド７を含めてケース９内に収納されるものである。ケース本体９１の閉塞板となるカバープレート９２には、前記リンクシャフト３に環装された前記フランジ３１が当接するストッパ９３を形成している。またケース本体９の内側には、内部空間を上下に仕切る仕切板９４を設けている。この仕切板９４は、その上側区画９５内に、出力軸２１、第２リンク部材２、作動板８、ソレノイド７、第１リンク部材１の第１長孔１２、リンクシャフト３、及び各ガイド路４、６の主要構成要素を配置し、これらの作動や摺動を円滑に行わせるためグリスなどの潤滑剤を塗布する空間として区画するためのものである。
[実施例１の作用]

次に、上記のように構成した実施例１におけるモード切替動作と逐次切替動作について説明する。
[１．モード切替時の動作]
この動作は、往復回転駆動手段１０からの往復回転運動をこれに連結した第１リンク部材１の第１長孔１２を介してリンクシャフト３に作用させ、その両端部３２を滑動可能に嵌合した第１ガイド路４に倣って移動する運動（図面上、横運動）である。図２に示すように、第１リンク部材１の回転面を正面として回転軸方向から見た場合に、リンクシャフト３の移動軌跡は、回転軸１１（及び出力軸２１）と軸平行を維持しながら、第１リンク部材１の回転円周上の２点を結ぶ弦に沿って、第１ガイド路４の両端にある屈曲部５まで移動する直線運動となる。このとき、第１リンク部材１の円運動の半径と、最大で回転軸１１から第１ガイド路４の中間点までの距離の差によって漸次生じる歪み抵抗（ストレス）は、リンクシャフト３の前記第１長孔１２内の移動によって吸収される。

この行程においては、リンクシャフト３が貫通している作動板８の貫通長孔８１が前記第１ガイド路４と平行対面しているため、作動板８にストレスが生じることは無い。この貫通長孔８１を滑動可能に貫通しているリンクシャフト３は、第２リンク部材２の第２長孔２２とも滑動可能に貫通しているため、横直線運動を伝達するが、リンクシャフト３が第２長孔２２内をストレス無く移動して円運動に変換して出力軸２１に作用している。

すなわち、回転軸１１の往復回転駆動力によって第１リンク部材１は、往復回転運動を行う（図示矢印）。これにより第１リンク部材１の第１長孔１２に軸方向の移動を自在にして貫通したリンクシャフト３は、その両端部３２が嵌合した第１ガイド路４に倣って屈曲部５で方向変換して往復直線運動を行うこととなる。この直線運動は、リンクシャフト３が第２リンク部材２の第２長孔２２に貫通しているため、第２リンク部材２がレバーとなって出力軸２１にトルク（往復回転力）を作用することとなる。

ところで、この第１ガイド路４の線形を直線状とした場合、リンクシャフト３が第１ガイド路４の両端から中間に向かう行程で、回転軸１１からリンクシャフト３までの距離が短くなるため、回転軸１１に対するリンクシャフト３の回転半径が短くなる。そのため、第１ガイド路４に従った移動速度が可変し、モード切替を素早く行うことができる。

一方、第１ガイド路４を第１リンク部材１の回転軌跡と一致させた曲線状とした場合は、回転軸１１に対するリンクシャフト３の回転半径が一定であるため等速移動となる。
[２．逐次切替時の動作]

この動作は、リンクシャフト３が第１ガイド路４の両端の屈曲部５で当接停止している時点で、ソレノイド７を直線起動させると、作動板８が（図面上）上方又は下方に移動する。これに伴って作動板８の貫通長孔８１に貫通しているリンクシャフト３は、第１ガイド路４から第２ガイド路６に移動して第２ガイド路６に倣って斜め上方に往復直線運動をすることとなる。この直線運動は、リンクシャフト３が第２長孔２２内を自在に移動することにより、第２リンク部材２がレバーとなって出力軸２１に回転運動となってトルクを伝達することとなる。

次に、実施例２について、図７〜図１０を基に説明する。

この実施例２は、実施例１と同様に本アクチュエータＩｎ２の技術的思想を実現するものであるが、その違いは、駆動力をもって往復回転する第１リンク部材１００自体に駆動機能をもたせた点である。

なお、実施例２の構成において、この駆動力発生のための構成以外は、前記実施例１と同様であるため、その構成部分については、実施例１と同じ番号を付して詳細な説明は省略する。

実施例２における駆動力発生手段を備えた第１リンク部材１００には、主に非磁性材で形成しその回転軸１０１の近傍に回転面と対面するようにして異なる磁極面を持った２個の永久磁石１０３を回転方向に並置するようにして埋め込み成形している。これらの永久磁石１０３の磁極面とエアギャップをもって軸心にコア２０１を配した電磁コイル２００を対面させて配設している。該電磁コイル２００は、外部の電流制御によって適宜のタイミンクで磁力線の向きが変えられる。

さらに前記２個の永久磁石１０３の反電磁コイル側（背面）には、背面全面を覆うバックヨーク１０４を配置している。

なお、上記実施例２では永久磁石１０３の異極並置を２個の永久磁石１０３で行っているが、これに限らず、１個の磁石の片面に交互に異極を着磁させたものでも良い。

このように構成することにより、電磁コイル２００の磁極性を切替えることより異極並置した２個の永久磁石１０３との間で反発と吸引を行わせて、第１リンク部材１００の回転軸１０１にトルクを発生させる。これにより第１リンク部材１００は能動的に往復回転運動をすることとなる。なお、この往復回転駆動手段の構成は、既に公知技術であるので、詳細は省略する。例えば、本出願人の先行出願（例えば、特開２００９−３８８７４号公報）で開示している。

上記構成により発生した第１リンク部材１００の往復回転力は、第１長孔１０２に貫通したリンクシャフト３に作用する。その後の作動は、実施例１と同様であるため、それらの説明を省略する。

また、本実施例２では異極並置を２個の永久磁石１０３で実現しているが、単一面に異極着磁させて１個の永久磁石で実現するようにしても良い。

また、図１０は第１リンク部材１００自体に駆動力発生手段の構成要素とした他の例を示すものである。

この構成は、磁力線の方向を前記第１リンク部材３００の回転軸３０１の近傍に回転方向に沿って埋め込み状にして永久磁石３０２を取り付け、かつこの永久磁石３０２の移動軌跡（円弧状）に沿った両端の磁極と近接した位置にそれぞれ電磁コイル３０３を配設してなるものである。

これにより、対向した電磁コイル３０３の磁極性を交互に切替えることより永久磁石３０２へ反発力と吸引力を作用させて、上記第１リンク部材３００の回転軸３０１にトルクを発生させる。

本実施例２は、以上のように第１リンク部材１００、３００の往復回転駆動手段をケース９に内蔵した構成であるため、よりコンパクトに形成することができ、取付け場所の自由度を増すことができる。

Ｉｎ１ 本出力機構
Ｉｎ２ 本アクチュエータ
１ 第１リンク部材
１１ 回転軸
１２ 第１長孔
２ 第２リンク部材
２１ 出力軸
２２ 第２長孔
３ リンクシャフト
３１ フランジ
３２ 端部
４ 第１ガイド路
５ 屈曲部
６ 第２ガイド路
７ ソレノイド
８ 作動板
８１ 貫通長孔
９ ケース
９１ ケース本体
９１ａ 軸受
９２ カバープレート
９２ａ 軸受
９３ ストッパ
９４ 仕切板
９５ 上側区画
１０ 往復回転駆動手段
１００ 第１リンク部材
１０１ 回転軸
１０２ 第１長孔
１０３ 永久磁石
１０４ バックヨーク
２００ 電磁コイル
２０１ コア
３００ 第１リンク部材
３０１ 回転軸
３０２ 永久磁石
３０３ 電磁コイル

Claims (10)

1. 同一軸の異なる回転位置で往復回転力を出力させる往復回転出力機構において、
   回転軸が固定系に軸支されて往復回転する第１リンク部材と、
   該第１リンク部材と軸平行の出力軸に支持された第２リンク部材と、
   該第２リンク部材と前記第１リンク部材とを、前記各軸から離隔した位置で軸方向への移動を自在にして連係させたリンクシャフトと、
   該リンクシャフトと適合して前記回転軸と軸平行を維持しながら前記各リンク部材の往復回転面に沿って前記連係点の移動方向とその行程を規制する固定系設置のガイドと、
   該ガイドに案内されて移動するリンクシャフトを前記回転軸と直交方向に移動させる作動部材と、からなり、
   前記ガイドは、前記第１リンク部材の回転面に沿った所定長さの線形の第１ガイド路と、該第１ガイド路の両端から屈曲して連続した線形の第２ガイド路と、
   からなることを特徴とする往復回転出力機構。
2. 前記第１ガイド路と前記第２ガイド路の線形が、
   直線状若しくは曲線状の長溝、又は直線状若しくは曲線状の長孔であることを特徴とする請求項１記載の往復回転出力機構。
3. 前記作動部材が、
   前記ガイド路に案内されて移動するリンクシャフトを貫通して保持すると共に前記回転軸と直交方向の移動のみを規制する所定長さの貫通長孔を備えた作動板であることを特徴とする請求項１、又は２記載の往復回転出力機構。
4. 前記作動板の貫通長孔が、
   前記第１ガイド路の長さ以上の長さを有し、かつ対面平行であることを特徴とする請求項３記載の往復回転出力機構。
5. 前記リンクシャフトによる前記第１リンク部材と前記第２リンク部材との連係が、
   それぞれ軸方向に延長形成した第１リンク部材の第１長孔と第２リンク部材の第２長孔とを、リンクシャフトで貫通させた構成であることを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載の往復回転出力機構。
6. 前記リンクシャフトの各ガイド路への適合が、
   前記リンクシャフトのいずれか一カ所、又は両端部であることを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５記載の往復回転出力機構。
7. 請求項１から請求項６に記載した往復回転出力機構を備えるものであって、
   前記第１リンク部材の回転軸に往復回転力を作用させる往復回転駆動手段と、
   前記作動部材に作用して前記回転軸の直交方向に移動させる往復直動手段と、
   を備えてなることを特徴とした往復回転アクチュエータ。
8. 前記往復回転駆動手段と前記往復直動手段のいずれか一方又は両方をケースに内蔵、又はケースの外側に設けたことを特徴とする請求項７記載の往復回転アクチュエータ。
9. 前記ケース内蔵の往復回転駆動手段が、
   前記第１リンク部材に、その回転方向に沿って互いに異極の磁極面を並置させた１個、又は２個からなる永久磁石と、
   該永久磁石の磁極面とエアギャップをもって対面配置すると共に磁界制御によって所定タイミングで磁力線の向きを変化させる電磁コイルと、
   からなることを特徴とする請求項８記載の往復回転アクチュエータ。
10. 前記ケース内蔵の往復回転駆動手段が、
    磁力線の方向を前記第１リンク部材の回転方向に沿って取り付けて異極対向させて配置した永久磁石と、
    該永久磁石の対向磁極に所定タイミングで磁力線の向きを変化させる対向させた電磁コイルと、
    からなることを特徴とする請求項８記載の往復回転アクチュエータ。

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