JP7491429B1

JP7491429B1 - 逆力機構

Info

Publication number: JP7491429B1
Application number: JP2023043851A
Authority: JP
Inventors: 祐市錦織; 琢也下川; 良行谷水; 徹谷水
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2023-03-20
Filing date: 2023-03-20
Publication date: 2024-05-28
Anticipated expiration: 2043-03-20

Abstract

【課題】逆力機構において、簡素化と小型化を図り、正力を有する機器の性能をさらに向上させる。【解決手段】逆力機構は、正力を有する機器と組み合わせて、同じ作用点に逆力を与え合計操作力を調整する。原動節１にはカム曲面１４が形成され、正力を有する機器から正力操作力Ｆ１１が与えられて正力操作力Ｆ１１が与えられた軸方向に移動可能となる。従属節２は、カム曲面１４に接してカム曲面１４に接圧を加えるローラ１３を有する。カム曲面１４は、カム曲面１４とローラ１３の接線と正力操作力Ｆ１１の軸方向との角度である勾配角θ１４が原動節１の位置により変化するように形成される。また、カム曲面１４は、接圧により生じ勾配角θ１４によって変化する逆力と正力操作力Ｆ１１とを合力した合力操作力がほぼ一定となるように形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、正のばね定数を有しある作用点にある向きに働く力（以下、単に正力という）を有する機器と組み合わせて、負のばね定数を有し同じ作用点に逆向きに働く力（以下、単に逆力という）を与え、操作力を調整する逆力機構に関する。

正力を有する機器は、ばねのごとく変位毎に復元力が生じる。ここで正力を有する機器として可変真空コンデンサがある。可変真空コンデンサは、内部にベローズを有し真空部を気密保持しながら電極の対向面積を変え、静電容量を変化させる。静電容量の変化時、ベローズのバネ定数に従う変位毎の復元力と真空圧が加わる。これにより、真空可変コンデンサは最も挿入された位置（可動電極が最も固定側導体に近づいた位置）で最も小さいプラスの引込力となり、挿出する程引込力が増加する正力の操作特性となる。

正力を有する機器に合力させる逆力機構として、従来から、特許文献１に開示された逆力を得る弾性機構が知られている。この従来技術は、正のばね定数を有する正弾性機構と負のばね定数を有する負弾性機構の２組の機構を組合せ、更に負弾性機構では主副２種の負弾性部で構成されている。このような構成により、任意の正負両方のばね定数が得られる。

特許第６７７４１０２号

正力の操作特性を有する機器を高速で精密に操作するには、低操作力、定操作力で操作を行えることが望ましい。操作力を低減したい場合や操作力の変化を小さくしたい（定操作力にしたい）場合、装置自身が改善できないときは逆力機構と組み合わせる必要が生じる。しかし、従来の逆力機構は構成が複雑・大型であった。

以上示したようなことから、逆力機構において、簡素化と小型化を図り、正力を有する機器の性能をさらに向上させることが課題となる。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、正力を有する機器と組み合わせて、同じ作用点に逆力を与え合計操作力を調整する逆力機構であって、カム曲面が形成され、前記正力を有する機器から正力操作力が与えられて前記正力操作力が与えられた軸方向に移動可能な原動節と、前記カム曲面に接して前記カム曲面に接圧を加えるローラを有する従属節と、を備え、前記カム曲面は、前記カム曲面と前記ローラの接線と前記正力操作力の軸方向との角度である勾配角が前記原動節の位置により変化するように形成され、かつ、前記接圧により生じ前記勾配角によって変化する前記逆力と前記正力操作力とを合力した前記合計操作力がほぼ一定となるように形成されたことを特徴とする。

また、その一態様として、前記従属節は、前記ローラを軸支する回転軸と、前記カム曲面に対向する位置に固定されたばね軸と、前記回転軸と前記ばね軸との間に設けられた調整ばねと、を備え、前記調整ばねの弾性力により前記ローラを前記カム曲面に接した状態で前記調整ばねの伸縮方向に移動させ、前記調整ばねの弾性力により前記接圧を生じさせることを特徴とする。

また、他の態様として、前記従属節は、前記原動節よりも前記正力操作力の軸方向の一方側に固定された主軸と、前記原動節よりも前記正力操作力の軸方向の他方側に固定されたばね軸と、前記主軸に一端が固定されたリンクと、前記リンクの他端に設けられた回転軸と、前記回転軸に軸支された前記ローラと、前記回転軸と前記ばね軸との間に設けられた調整ばねと、を備え、前記調整ばねの弾性力により前記ローラを前記カム曲面に接した状態で前記主軸を中心とした円弧状に移動させ、前記調整ばねの弾性力により前記ばね軸と前記リンクの角度であるリンク角度と前記勾配角とによって変化する前記接圧を生じさせ、前記カム曲面は、前記リンク角度および前記勾配角が前記原動節の位置により変化するように形成されたことを特徴とする。

また、他の態様として、前記カム曲面は、前記ローラをガイドするカム曲面溝であり、前記従属節は、前記原動節よりも、前記正力操作力の軸方向に対して前記勾配角側に直交する軸方向の一方側に固定された主軸と、前記主軸に一端が接続されたリンクと、前記リンクの他端に設けられた前記ローラと、前記原動節よりも、前記正力操作力の軸方向に対して前記勾配角側に直交する軸方向の他方側に固定されたばね軸と、前記ローラと前記ばね軸との間に設けられた調整ばねとを備え、前記調整ばねの弾性力により前記ローラを前記カム曲面溝にガイドされた状態で前記主軸を中心とした円弧状に移動させ、前記調整ばねの弾性力により前記ばね軸と前記リンクの角度であるリンク角度と前記勾配角とによって変化する前記接圧を生じさせ、前記カム曲面溝は、前記リンク角度および前記勾配角が前記原動節の位置により変化するように形成されたことを特徴とする。

また、その一態様として、前記正力を有する機器は可変真空コンデンサであり、前記可変真空コンデンサの操作棒に前記原動節を固定し前記可変真空コンデンサの可動側導体の前記正力操作力の軸方向に端子導体を介して前記逆力機構を直接固着したことを特徴とする。

本発明によれば、逆力機構において、簡素化と小型化を図り、正力を有する機器の性能をさらに向上させることが可能となる。

実施形態１に係る逆力機構の原理を説明するための様式図。実施形態１に係る逆力機構の原理を説明するためのベクトル図。実施形態２に係る逆力機構の原理を説明するための様式図。実施形態２に係る逆力機構の原理を説明するためのベクトル図。実施形態３の逆力機構と可変真空コンデンサの組合わせを示す正面図。図５の逆力機構のＡ－Ａ’断面図。図６の逆力機構と可変真空コンデンサのＢ－Ｂ’断面図。実施形態３の逆力機構の原理を説明するための様式図。実施形態３の逆力機構の原理を説明するためのベクトル図。

カム機構は他のものを動かすものは原動節と呼ばれ、ローラのように他の原動節の動きによって動きを与えられるものは従動節と呼ばれ、これらを纏めてカム－ローラ機構と呼ばれる。原動節の操作力に対して従動節に大きな力を与えると原動節の操作力は大きく変わる。

従動節に大きな力を与えると原動節の操作力が消耗（減少）することに着目する。この原動節の操作力を消耗させる力は逆力の定義（負のばね定数を有し同じ作用点に逆向きに働く力）に適合する。

本願発明の逆力機構は、原動節の動きを抑える従属節のローラから原動節のカム曲面に従来より大きい制御した接圧を加え、原動節の位置（カム曲面とローラの接点の位置）に応じて原動節のカム曲面の勾配角を変化させ、原動節の正力操作力と逆力とを合力させて低操作力、定操作力の合計操作力を得るものである。

以下、本願発明における逆力機構の実施形態１～３を図１～図９に基づいて詳述する。

［実施形態１］
図１において、Ｙ軸は正力操作力が与えられる軸方向を示し、Ｘ軸はＹ軸に直交する軸方向（Ｙ軸方向に対して後述する勾配角側に直交する軸方向）を示し、Ｚ軸はＸ軸、Ｙ軸に直交する軸方向を示す。

図１に示すように、本実施形態１の逆力機構はＸ軸方向の両側の壁の間に設けられる。本実施形態１のカム－ローラの逆力機構は、原動節１と直動従属節２とを備える。

原動節１は、摺動材１２を介してＸ軸方向の一方の壁に接するカム１１を備える。カム１１には、カム曲面１４が形成される。ここで、勾配角θ１４はカム曲面１４と後述するローラ１３の接線と正力操作力Ｆ１１の方向の角度である。カム曲面１４はＹ軸方向上端がＹ軸と平行に最も近く、下に向かうに従い勾配角θ１４を変化させていき、Ｙ軸方向下端でＸ軸と平行に最も近くなる。カム１１は、正力を有する機器から正力操作力Ｆ１１がＹ軸方向に与えられ、摺動材１２を介してＹ軸方向に移動する。

直動従属節２は、ローラ１３と、回転軸１６と、ばね軸１７と、調整ばね１８と、摺動部１９と、を備える。

ローラ１３は、回転軸１６に回転自在に軸支され、カム１１のカム曲面１４に接する。Ｘ軸方向の他方の壁（カム１１が設けられた壁の反対側の壁）にはばね軸１７が固定される。すなわち、ばね軸１７はカム曲面１４に対向する位置に固定される。回転軸１６とばね軸１７との間には調整ばね１８と摺動部１９が設けられる。調整ばね１８は弾性力を発生させる。摺動部１９はローラ１３を直線状（調整ばね１８の伸縮方向）に動くようにガイドする。

カム１１がＹ軸方向上下に移動すると、調整ばね１８の弾性力によりローラ１３がカム曲面１４に接した状態で調整ばね１８の伸縮方向に移動する。この際、カム曲面１４の範囲の中でローラ１３が接する位置が変わる。これにより、ローラ１３は直線状（調整ばね１８の伸縮方向）に移動し、調整ばね１８の弾性力が変わる。弾性力はローラ１３とカム曲面１４との接点に接圧を生じさせる。また、カム曲面１４は、カム１１の位置により勾配角θ１４が変化するように形成される。接圧は勾配角θ１４により変化する逆力を発生させる。

カム１１のＹ軸方向の動作領域において、正力操作力とカム曲面１４とローラ１３との接点に働く逆力との合計操作力がほぼ一定となるようにカム曲面１４の勾配角θ１４を設定する。

以下、図２のベクトル図で説明する。

カム１１がＹ軸方向の動作領域において最も下方向に位置した時のカム曲面１４とローラ１３との接点を下接点１４ａと称する。カム１１がＹ軸方向の動作領域において最も上方向に位置した時のカム曲面１４とローラ１３との接点を上接点１４ｂと称する。

カム１１がＹ方向の動作領域において最も下方向に位置した場合、調整ばね１８は最短となるため、図２（ａ）に示すように、弾性力Ｆ１８ａは大きくなる。弾性力Ｆ１８ａのベクトルと下接点１４ａに働く接圧Ｆ１４ａのベクトルが小角度差であるため、接圧Ｆ１４ａは弾性力Ｆ１８ａとほぼ等しく大きい。

また、カム１１がＹ方向の動作領域において最も下方向に位置した時、勾配角θ１４は最小となる（最小勾配角θ１４ａ）。図２（ｂ）に示すように、接圧Ｆ１４ａは最小勾配角θ１４ａによりＸ軸の圧力Ｆ１４ｈａとＹ軸の逆力Ｆ１４ｕａに分圧し、逆力Ｆ１４ｕａが最小になる。

図２（ｃ）に示すように、カム１１がＹ軸方向の動作領域において最も下方向に位置した場合、正力操作力Ｆ１１ａは小さい。カム１１において、最小の逆力Ｆ１４ｕａと小さい正力操作力Ｆ１１ａが合力され、合計操作力Ｆ１ａとなる。合計操作力Ｆ１ａは正力操作力Ｆ１１ａより減少した力となる。

カム１１がＹ軸方向の動作領域において最も上方向に位置した場合、調整ばね１８は最長となるため、図２（ｄ）に示すように、弾性力Ｆ１８ｂは弾性力１８ａよりも小さくなる。弾性力Ｆ１８ｂのベクトルと上接点１４ｂに働く接圧Ｆ１４ｂのベクトルが広角度差であるため、接圧Ｆ１４ｂは弾性力Ｆ１８ｂより減少する。

また、カム１１がＹ軸方向の動作領域において最も上方向に位置した時、勾配角θ１４は最大となる（最大勾配角θ１４ｂ）。図２（ｅ）に示すように、接圧Ｆ１４ｂは最大勾配角θ１４ｂによりＸ軸の圧力Ｆ１４ｈｂとＹ軸の逆力Ｆ１４ｕｂに分圧し、逆力Ｆ１４ｕｂが最大になる。

図２（ｆ）に示すように、カム１１がＹ軸方向の動作領域において最も上方向に位置した場合、正力操作力Ｆ１１ｂは大きい。カム１１において、最大の逆力Ｆ１４ｕｂと大きい正力操作力Ｆ１１ｂが合力され、合計操作力Ｆ１ｂとなる。合計操作力Ｆ１ｂは正力操作力Ｆ１１ｂより減少した力となる。そして、合計操作力Ｆ１ａと合計操作力Ｆ１ｂは等しく、合計操作力Ｆ１がほぼ一定となる。

本実施形態１は、カム１１の動作領域の各位置において、逆力（負のばね定数を有し同じ作用点に逆向きに働く力）を生じさせる。正力操作力Ｆ１１と逆力Ｆ１４ｕの合力である合計操作力Ｆ１がほぼ一定になるようにカム曲面１４の曲線形状に勾配角θ１４を設定している。

すなわち、正力操作力Ｆ１１は、カム１１がＹ軸の動作領域において最も下方向に位置した場合に下方向に最小となり、カム１１がＹ軸の上方向に移動するしたがって大きくなり、カム１１がＹ軸の動作領域において最も上方向に位置した場合に下方向に最大となる。それに対し、逆力Ｆ１４ｕは、カム１１がＹ軸の動作領域において最も下方向に位置した場合に上方向に最小となり、カム１１がＹ軸の上方向に移動するにしたがって大きくなり、カム１１がＹ軸の動作領域において最も上方向に位置した場合に上方向に最大となる。これにより、合計操作力Ｆ１はほぼ一定となる。

本実施形態１によれば、逆力機構は原動節１と直動従属節２で構成され、簡素化と小型化を図ることができる。

しかしながら、使用する材料やローラ１３の形状により機械的寿命に係る接圧Ｆ１４（面圧）により、弾性力Ｆ１８の大きさは制限される。また、勾配角θ１４が大きすぎると、カム曲面１４とローラ１３の動作限界を超えて元に戻らなくなり不動作となるため勾配角θ１４は制限される。更に、カム１１の動作速度が速過ぎると直動従属節２が追従動作できなくなる。以上より、制御できる下接点１４ａから上接点１４ｂの範囲を制限したり、正力操作力Ｆ１１や弾性力Ｆ１８を制限したり、動作速度を制限する必要がある。

［実施形態２］
図３に示すように、本実施形態２の逆力機構は、Ｘ軸方向の一方の壁、Ｘ軸方向の他方の壁、Ｙ軸方向の下部の壁の間に設けられる。本実施形態２のカム－ローラの逆力機構は、原動節３と揺動従属節４とを備える。

原動節３は、摺動材２２を介してＸ軸方向の一方の壁に接するカム２１を備える。カム２１には、カム曲面２４が形成される。ここで、勾配角θ２４は、カム曲面２４と後述するローラ２３の接線と正力操作力Ｆ２１の軸方向の角度である。カム曲面２４はＹ軸方向上端がＹ軸と平行に最も近く、下に向かうに従い勾配角θ２４を変化させていき、Ｙ軸方向下端でＸ軸と平行に最も近くなる。カム２１は、正力を有する機器から正力操作力Ｆ２１がＹ軸方向に与えられ、摺動材２２を介してＹ軸方向に移動する。

揺動従属節４は、ローラ２３と、主軸２５と、回転軸２６と、ばね軸２７と、調整ばね２８と、リンク２９と、を備える。

Ｙ軸方向の下部の壁に主軸２５が固定され、Ｘ軸方向の他方の壁（カム２１が設けられた壁の反対側の壁）にばね軸２７が固定される。ここで、主軸２５は原動節３（カム曲面２４）よりもＹ軸方向下側に固定され、ばね軸２７は原動節３（カム曲面２４）よりもＹ軸方向上側に固定される。主軸２５にリンク２９の一端が固定される。リンク２９の他端には揺動する（主軸２５を中心として円弧状に移動する）回転軸２６が設けられる。回転軸２６にはローラ２３が軸支され、ローラ２３はカム曲面２４に接する。回転軸２６とばね軸２７の間に調整ばね２８が設けられる。調整ばね２８は、弾性力を発生させる。リンク角度θ２９は、調整ばね２８とリンク２９の角度である。

カム２１がＹ軸方向上下に移動すると、調整ばね２８の弾性力によりローラ２３がカム曲面２４に接した状態で主軸２５を中心とした円弧状に移動する。この際、カム曲面２４の範囲の中でローラ２３が接する位置が変わる。これにより、ローラ２３は円弧状に移動し、調整ばね２８の弾性力が変わる。また、カム曲面２４はカム２１の位置により勾配角θ２４、リンク角度θ２９が変化するように形成される。弾性力はローラ２３とカム曲面２４との接点に勾配角θ２４とリンク角度θ２９により変化する接圧を生じさせる。接圧は勾配角θ２４により変化する逆力を発生させる。

カム２１のＹ軸方向の動作領域において、正力操作力Ｆ２１とカム曲面２４とローラ２３との接点に働く逆力との合計操作力がほぼ一定となるようにカム曲面２４の勾配角θ２４、リンク角度θ２９を設定する。

以下、図４のベクトルで説明する。

カム２１がＹ軸方向の動作領域において最も下方向に位置した時のカム曲面２４とローラ２３との接点を下接点２４ａと称する。カム２１がＹ軸方向の動作領域において最も上方向に位置した時のカム曲面２４とローラ２３との接点を上接点２４ｂと称する。

カム２１がＹ軸方向の動作領域において最も下方向に位置した場合、調整ばね２８は最短となるため、図４（ａ）に示すように、弾性力Ｆ２８ａは大きくなる。弾性力Ｆ２８ａはリンク角度θ２９ａと勾配角θ２４ａでリンク２９への力Ｆ２９ａと接圧Ｆ２４ａに分力する。リンク角度θ２９ａと勾配角θ２４ａが小さいことでリンク２９への力Ｆ２９ａが大きくなり、接圧Ｆ２４ａが小さくなる。

また、カム２１がＹ軸方向の動作領域において最も下方向に位置した時、勾配角θ２４は最小となる（最小勾配角θ２４ａ）。図４（ｂ）に示すように、接圧Ｆ２４ａは最小勾配角θ２４ａによりＸ軸の圧力Ｆ２４ｈａとＹ軸の逆力Ｆ２４ｕａとに分圧し、逆力Ｆ２４ｕａが最小になる。

図４（ｃ）に示すように、カム２１がＹ軸方向の動作領域において最も下方向に位置した場合、正力操作力Ｆ２１ａは小さい。カム２１において、最小の逆力Ｆ２４ｕａと小さい正力操作力Ｆ２１ａが合力され合計操作力Ｆ２ａとなる。合計操作力Ｆ２ａは、正力操作力Ｆ２１ａより減少した力となる。

カム２１がＹ軸方向の動作領域において最も上方向に位置した場合、調整ばね２８は最長となるため、図４（ｄ）に示すように、弾性力Ｆ２８ｂは弾性力２８ａよりも小さくなる。弾性力Ｆ２８ｂはリンク角度θ２９ｂと勾配角θ２４ｂにより、リンク２９への力Ｆ２９ｂと接圧Ｆ２４ｂに分力する。リンク角度θ２９ｂと勾配角θ２４ｂが大きいことでリンク２９への力Ｆ２９ｂが小さくなり、接圧Ｆ２４ｂが大きくなる。

また、カム２１がＹ軸方向の動作領域において最も上方向に位置した時、勾配角θ２４は最大となる（最大勾配角θ２４ｂ）。図４（ｅ）に示すように、接圧Ｆ２４ｂは最大勾配角θ２４ｂによりＸ軸の圧力Ｆ２４ｈｂとＹ軸の逆力Ｆ２４ｕｂに分圧し、逆力Ｆ２４ｕｂが最大になる。

図４（ｆ）に示すように、カム２１がＹ軸方向の動作領域において最も上方向に位置した場合、正力操作力Ｆ２１ｂは大きい。カム２１において、最大の逆力Ｆ２４ｕｂと大きい正力操作力Ｆ２１ｂが合力され、合計操作力Ｆ２ｂとなる。合計操作力Ｆ２ｂは、正力操作力Ｆ２１ｂより減少した力となる。そして、合計操作力Ｆ２ａと合計操作力Ｆ２ｂは等しく、合計操作力Ｆ２がほぼ一定となる。

カム２１のＹ軸方向の動作範囲において、調整ばね２８の弾性力Ｆ２８は最大から最小まで大きく変化する。しかし、弾性力Ｆ２８から生じる接圧Ｆ２４は、リンク角度θ２９により小さい変化となる。接圧Ｆ２４から生じる逆力Ｆ２４ｕは勾配角θ２４により変化するためカム曲面２４の勾配角θ２４の変化範囲を小さくできる。

カム曲面２４の勾配角θ２４およびリンク２９のリンク角度θ２９の２条件を設定しているため、容易に合計操作力Ｆ２をほぼ一定にできる。

すなわち、正力操作力Ｆ２１は、カム２１がＹ軸の動作領域において最も下方向に位置した場合に下方向に最小となり、カム２１がＹ軸の上方向に移動するしたがって大きくなり、カム２１がＹ軸の動作領域において最も上方向に位置した場合に下方向に最大となる。それに対し、逆力Ｆ２４ｕは、カム２１がＹ軸の動作領域において最も下方向に位置した場合に上方向に最小となり、カム２１がＹ軸の上方向に移動するにしたがって大きくなり、カム２１がＹ軸の動作領域において最も上方向に位置した場合に上方向に最大となる。これにより、合計操作力Ｆ２はほぼ一定となる。

以上示したように、本実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。また、Ｘ軸方向の小型化を図ることが可能となる。

本実施形態２の構成はローラ２３の主軸２５を中心とした円弧状に移動により接圧（面圧）Ｆ２４を小さくすることができ機械的寿命を延ばすことができる。または弾性力Ｆ２８の大きさの制限を不要とする。また、勾配角θ２４をカム曲面２４とリンク２９の揺動運動の２条件を持って設定するので動作限界を回避することが容易になる。以上より、制御できる下接点２４ａから上接点２４ｂの範囲を広くでき、正力操作力Ｆ２１、弾性力Ｆ２８の適用範囲を広くできる。

しかしながら、Ｙ軸方向の上部に固定したばね軸２７を設けることにより、Ｙ軸方向の寸法が大きい逆力機構になり、Ｙ軸方向の空間確保が必要となる。また、カム２１の動作速度が速過ぎると揺動従属節４が追従動作できなくなる。

［実施形態３］
図５から図９に、可変真空コンデンサと本実施形態３の逆力機構７とを組み合わせた構成を示す。図５は本実施形態３の逆力機構と可変真空コンデンサの組合わせを示す逆力機構の正面図を示し、図６は図５の逆力機構のＡ－Ａ’断面図を示し、図７は図６の逆力機構と可変真空コンデンサのＢ－Ｂ’断面図を示し、図８は本実施形態３の逆力機構の原理を説明するための様式図を示し、図９は本実施形態３の逆力機構の原理を説明するためのベクトル図を示す。

図５～７に示すように、可変真空コンデンサ６１は、少なくとも一部が絶縁性を有する筒状体（例えば、セラミック管）６２の両端を固定側導体６３と可動側導体６４により閉塞して、真空容器を構成している。

符号６５は、固定側導体６３の真空容器内側に設けられた固定電極を示すものである。固定電極６５は、内径が異なる複数の略円筒状の電極部材を微小なギャップを持たせて構成される。

符号６７は、後述の可動電極６６を支持する可動支持部６７を示すものである。可動支持部６７は、固定側導体６３と対向して配置され、後述の可動ロッド６８を介して、真空容器のＹ軸方向（筒状体６２の両端方向）に移動自在となるように構成されている。図７に示す可動支持部６７の場合、真空容器の径方向に延在した平板状を成している。

可動電極６６は、固定電極７５と同様に内径が異なる複数の略円筒状の電極部材を微小なギャップを持たせて構成されたものである。この可動電極６６の各電極部材は固定電極６５と非接触状態で該固定電極６５に挿出入（固定電極６５の各電極部材間に挿出入して互いに交叉）できるように、可動支持部６７の固定側導体６３側において固定電極６５に対向して設けられ、これにより、当該固定電極６５との間に静電容量を形成できるように構成されている。

符号６８は、可動支持部６７の背面側（可動電極６６が設けられていない可動側導体６４側）からＹ軸方向に延設された可動ロッドを示すものである。図７中では可動ロッド６８が真空容器の可動側導体６４側を突出するように延設されている。

符号６９は、可変真空コンデンサ６１の通電路の一部として、可撓性の薄い軟質金属で筒状（例えば蛇腹状）のベローズを示すものである。このベローズ６９は、真空容器内におけるベローズ６９の外周側、すなわち筒状体６２、固定側導体６３、可動側導体６４、可動支持部６７，ベローズ６９で囲まれた空間（以下、真空室と称する）５１を気密（真空状態にできるように気密）に保持しながら、可動電極６６、可動支持部６７、可動ロッド６８がＹ軸方向に移動できるように構成されている。そして、真空容器内におけるベローズ６９の内周側（ベローズ６９の可動ロッド６８側）には、大気圧状態の空間（以下、大気室と称する）が形成されている。

これにより、真空部５１内に固定電極６５と微小なギャップを持たせた可動電極６６とが設けられる。可動ロッド６８から操作棒３１ａを延設させる。操作棒３１ａは可動側導体６４から突出させる。可変真空コンデンサ６１の駆動源により操作棒３１ａ、可動ロッド７８、可動支持部７７を介して可動電極７６をＹ軸方向に移動させ、静電容量を可変とする。

可動ロッド６８を挿出入すると、ベローズ６９の正のバネ定数に従い変位毎に復元力が生じ、更に、真空圧が加わる。これにより、可変真空コンデンサ６１は最も挿入された位置でプラス値の最も小さい引込力のＦ３１ａとなり、挿出する程引込力が増加し、最も挿出された位置で最も大きい引込力のＦ３１ｂとなる正力操作力Ｆ３１が生じる。

また、可変真空コンデンサ６１の通電時の温度上昇はベローズ６９の発熱の影響で端子導体５２、可動側導体６４が最高温になり、通電容量はこの温度に左右される。

可変真空コンデンサ６１の可動側導体６４のＹ軸方向に端子導体５２を介して逆力機構７の四角管外壁５３を直接固着する。

正力を有する可変真空コンデンサ６１のＹ軸方向の正力操作力Ｆ３１は可動ロッド６８、操作棒３１ａを介してカム曲面溝３４が形成されたカム３１（原動節５）に伝わる。

本実施形態３におけるカム－ローラの逆力機構は、図８に示すように、原動節５と揺動従属節６と、を備える。本実施形態３の逆力機構は四角管外壁５３内に設けられる。本実施形態３のカム曲面はローラをガイドするカム曲面溝である。

原動節５は、摺動材３２を介してＹ軸方向の上下に移動するカム３１を備える。カム３１にはカム曲面溝３４が形成される。ここで、勾配角θ３４はカム曲面溝３４と後述するローラ３３の接線と正力操作力Ｆ３１の軸方向の角度とする。カム曲面溝３４のＹ軸方向上端はＹ軸と平行に最も近く、下に向かうに従い勾配角θ３４を変えていき、Ｙ軸方向下端でＸ軸と平行に最も近くなる。カム３１は正力を有する可変真空コンデンサ６１から正力操作力Ｆ３１が与えられる。

揺動従属節６は、ローラ３３と、主軸３５と、バネガイド３６と、ばね軸３７と、調整ばね３８と、リンク３９と、を備える。

主軸３５は、摺動材３２（カム３１）よりもＸ軸方向に一方側の四角管外壁５３に固定する。ばね軸３７は、摺動材３２（カム３１）よりもＸ軸方向に他方側の四角管外壁５３に固定する。主軸３５にリンク３９の一端が接続される。リンク３９の他端には揺動する（主軸３５を中心とした円弧状に移動する）ローラ３３が設けられる。ローラ３３はカム曲面溝３４に接する。ローラ３３とばね軸３７の間にバネガイド３６と調整ばね３８を設け、調整ばね３８は弾性力を発生させる。リンク角度θ３９はリンク３９とバネガイド３６間の角度である。

Ｙ軸方向の正力操作力Ｆ３１はカム曲面溝３４が形成されたカム３１に伝わる。カム３１は摺動材３２を介してＹ軸方向上下に移動する。カム３１をＹ軸方向の上下に移動すると、調整ばね３８の弾性力によりローラ３３がカム曲面溝３４にガイドされた状態で主軸３５を中心とした円弧状に移動する。この際、ローラ３３とカム曲面溝３４が接する位置が変化する。これにより、ローラ３３は円弧状に移動し、調整ばね３８の弾性力が変化する。また、カム曲面溝３４はカム３１の位置により勾配角θ３４、リンク角度θ３９が変化するように形成される。弾性力はローラ３３とカム曲面溝３４との接点に勾配角θ３４、リンク角度θ３９により変化する接圧を生じさせる。接圧は勾配角θ３４により変化する逆力を発生させる。

カム３１のＹ軸方向の動作領域において、正力操作力Ｆ３１とカム曲面溝３４とローラ３３との接点に働く逆力との合計操作力がほぼ一定となるようにカム曲面溝３４の勾配角θ３４、リンク角度θ３９を設定する。

以下、図９のベクトル図で説明する。

カム３１がＹ軸方向の動作領域において最も下方向に位置した時のカム曲面溝３４とローラ３３との接点を下接点３４ａと称する。カム３１がＹ軸方向の動作領域において最も上方向に位置した時のカム曲面溝３４とローラ３３との接点を上接点３４ｂと称する。

カム３１がＹ軸方向の動作領域において最も下方向に位置した場合、調整ばね３８が最短となるため、図９（ａ）に示すように、弾性力Ｆ３８ａは大きくなる。弾性力Ｆ３８ａはリンク角度θ３９ａと勾配角θ３４ａでリンク３９への力Ｆ３９ａと接圧Ｆ３４ａに分力する。リンク角度θ３９ａと勾配角θ３４ａが小さいことで、リンク３９への力Ｆ３９ａがやや大きくなり接圧Ｆ３４ａが小さくなる。

また、カム３１がＹ軸方向の動作領域において最も下方向に位置した時、勾配角θ３４ａは最小となる（最小勾配角θ３４ａ）。図９（ｂ）に示すように、接圧Ｆ３４ａは最小勾配角θ３４ａによりＸ軸の圧力Ｆ３４ｈａとＹ軸の逆力Ｆ３４ｕａとに分圧し、逆力Ｆ３４ｕａは最小になる。

図９（ｃ）に示すように、カム３１がＹ軸方向の動作領域において最も下方向に位置した場合、正力操作力Ｆ３１ａは小さい。カム３１において、最小の逆力Ｆ３４ｕａと小さい正力操作力Ｆ３１ａが合力され合計操作力Ｆ３ａとなる。合計操作力Ｆ３ａは、正力操作力Ｆ３１ａより減少した力となる。

カム３１がＹ軸方向の動作領域において最も上方向に位置した場合、調整ばね３８が最長となるため、図９（ｄ）に示すように、弾性力Ｆ３８ｂが弾性力Ｆ３８ａより小さくなる。弾性力Ｆ３８ｂはリンク角度θ３９ｂと勾配角θ３４ｂによりリンク３９への力Ｆ３９ｂと接圧Ｆ３４ｂに分力する。リンク角度θ３９ｂと勾配角θ３４ｂが大きいことでリンク３９への力Ｆ３９ｂが小さくなり、接圧Ｆ３４ｂが大きくなる。

また、カム３１がＹ軸方向の動作領域において最も上方向に位置した時、勾配角θ３４ｂは最大となる（最大勾配角θ３４ｂ）。図９（ｅ）に示すように、接圧Ｆ３４ｂは最大勾配角θ３４ｂによりＸ軸の圧力Ｆ３４ｈｂとＹ軸の逆力Ｆ３４ｕｂとに分圧し、逆力Ｆ３４ｕｂが最大になる。

カム３１がＹ軸方向の動作領域において最も上方向に位置した場合、正力操作力Ｆ３１ｂが大きい。カム３１において、最大の逆力Ｆ３４ｕｂと大きい正力操作力Ｆ３１ｂが合力され、合計操作力Ｆ３ｂとなる。合計操作力Ｆ３ｂは、正力操作力Ｆ３１ｂより減少した力となる。そして、合計操作力Ｆ３ａと合計操作力Ｆ３ｂは等しく、合計操作力Ｆ３はほぼ一定となる。

カム３１のＹ軸方向の動作範囲において調整ばね３８の弾性力Ｆ３８は最大から最小まで大きく変化する。しかし、弾性力Ｆ３８から生じる接圧Ｆ３４はリンク角度θ３９により小さい変化となる。接圧Ｆ３４から生じる逆力Ｆ３４ｕは勾配角θ３４により変化するためカム曲面溝３４の勾配角θ３４の変化範囲を小さくできる。

カム曲面溝３４の勾配角θ３４およびリンク３９のリンク角度θ３９の２条件を設定しているため、容易に合計操作力Ｆ３がほぼ一定にできる。

すなわち、正力操作力Ｆ３１は、カム３１がＹ軸の動作領域において最も下方向に位置した場合に下方向に最小となり、カム３１がＹ軸の上方向に移動するしたがって大きくなり、カム３１がＹ軸の動作領域において最も上方向に位置した場合に下方向に最大となる。それに対し、逆力Ｆ３４ｕは、カム３１がＹ軸の動作領域において最も下方向に位置した場合に上方向に最小となり、カム３１がＹ軸の上方向に移動するにしたがって大きくなり、カム３１がＹ軸の動作領域において最も上方向に位置した場合に上方向に最大となる。これにより、合計操作力Ｆ３はほぼ一定となる。

以上示したように、本実施形態３によれば、実施形態２と同様の作用効果を奏する。また、Ｙ軸方向の小型化を図ることが可能となる。

本実施形態３の構成はローラ３３の主軸３５を中心とした円弧状の移動により、接圧（面圧）Ｆ３４を小さくすることができ機械的寿命を延ばすことができる。または弾性力Ｆ３８の大きさの制限を不要とする。また、勾配角θ３４をカム曲面溝３４とリンク３９の揺動運動の２条件を持って設定するので動作限界を回避することが容易になる。

また、カム曲面溝３４がローラ３３をガイドするためカム３１の動作速度が速くても揺動従属節６は追従動作が可能となる。以上により、制御できる下接点２４ａから上接点２４ｂの範囲を広くでき、正力操作力Ｆ３１、弾性力Ｆ３８の適用範囲を広くでき、カム曲面溝３４により動作速度の制限が不要となる。

しかしながら、Ｘ軸の左右に主軸３５とばね軸３７を固定させていることにより、Ｘ軸の寸法が大きい逆力機構になり、Ｘ軸の空間確保が必要となる。

また、可変真空コンデンサ６１の可動側導体６４のＹ軸方向に端子導体５２を介して逆力機構７に直接固着しているため、可動側導体６４の熱が端子導体５２から逆力機構７に流れ、放熱面積が増加して放熱量が多くなり可動側導体６４の温度が下がる。通電容量は温度に左右するため可変真空コンデンサ６１の通電電流性能の向上が図れる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

「他の実施形態」
図１と図３は摺動部の片面にカム機構を記載しているが、摺動部の周囲に複数のカム機構を設けても実施形態１、２と同等の効果を得ることができる。

カムの形状について、平面カムの直進板カム型を例に説明しているが、平面カムの回転型、立体カムの端面カム型、円筒カム型、円錐カム型、鼓カム型などがあるが、カム曲面を有する形状であれば実施形態１～３と同等の効果を得ることができる。

本発明のカム曲面について、合力操作特性の振れ幅を大きくなることを認めるとき、角度を有するカム直線面でも実施形態１～３と同等の効果を得ることができる。

１…原動節、２…直動従属節、３…原動節、４…揺動従属節、５…原動節、６…揺動従属節、７…逆力機構、１１…カム、１２…摺動材、１３…ローラ、１４…カム曲面、θ１４…勾配角、１４ａ…下接点、１４ｂ…上接点、１６…回転軸、１７…ばね軸、１８…調整ばね、１９…摺動部、Ｆ１１…正力操作力、Ｆ１４…接圧、Ｆ１４ｕ…逆力、Ｆ１…合計操作力、Ｆ１８…弾性力、
２１…カム、２２…摺動材、２３…ローラ、２４…カム曲面、θ２４…勾配角、２４ａ…下接点、２４ｂ…上接点、２５…主軸、２６…回転軸、２７…ばね軸、２８…調整ばね、２９…リンク、θ２９…リンク角度、Ｆ２１…正力操作力、Ｆ２４…接圧、Ｆ２４ｕ…逆力、Ｆ２…合計操作力、Ｆ２８…弾性力、
３１…カム、３２…摺動材、３３…ローラ、３４…カム曲面溝、θ３４…勾配角、３４ａ…下接点、３４ｂ…上接点、３５…主軸、３６…バネガイド、３７…ばね軸、３８…調整ばね、３９…リンク、θ３９…リンク角度、Ｆ３１…正力操作力、Ｆ３４…接圧、Ｆ３４ｕ…逆力、Ｆ３…合計操作力、Ｆ３８…弾性力、
５１…真空部、５２…端子導体、５３…四角管外壁、６１…可変真空コンデンサ、６２…セラミック管、６３…固定導体、６４…可動側導体、６５…固定電極、６６…可動電極、６７…可動支持部、６８…可動ロッド、６９…ベローズ

Claims

正力を有する機器と組み合わせて、同じ作用点に逆力を与え合計操作力を調整する逆力機構であって、
カム曲面が形成され、前記正力を有する機器から正力操作力が与えられて前記正力操作力が与えられた軸方向に移動可能な原動節と、
前記カム曲面に接して前記カム曲面に接圧を加えるローラを有する従属節と、
を備え、
前記カム曲面は、
前記カム曲面と前記ローラの接線と前記正力操作力の軸方向との角度である勾配角が前記原動節の位置により変化するように形成され、かつ、前記接圧により生じ前記勾配角によって変化する前記逆力と前記正力操作力とを合力した前記合計操作力がほぼ一定となるように形成されたことを特徴とする逆力機構。
前記従属節は、
前記ローラを軸支する回転軸と、
前記カム曲面に対向する位置に固定されたばね軸と、
前記回転軸と前記ばね軸との間に設けられた調整ばねと、
を備え、
前記調整ばねの弾性力により前記ローラを前記カム曲面に接した状態で前記調整ばねの伸縮方向に移動させ、前記調整ばねの弾性力により前記接圧を生じさせることを特徴とする請求項１記載の逆力機構。
前記従属節は、
前記原動節よりも前記正力操作力の軸方向の一方側に固定された主軸と、
前記原動節よりも前記正力操作力の軸方向の他方側に固定されたばね軸と、
前記主軸に一端が固定されたリンクと、
前記リンクの他端に設けられた回転軸と、
前記回転軸に軸支された前記ローラと、
前記回転軸と前記ばね軸との間に設けられた調整ばねと、
を備え、
前記調整ばねの弾性力により前記ローラを前記カム曲面に接した状態で前記主軸を中心とした円弧状に移動させ、前記調整ばねの弾性力により前記ばね軸と前記リンクの角度であるリンク角度と前記勾配角とによって変化する前記接圧を生じさせ、
前記カム曲面は、
前記リンク角度および前記勾配角が前記原動節の位置により変化するように形成されたことを特徴とする請求項１記載の逆力機構。
前記カム曲面は、前記ローラをガイドするカム曲面溝であり、
前記従属節は、
前記原動節よりも、前記正力操作力の軸方向に対して前記勾配角側に直交する軸方向の一方側に固定された主軸と、
前記主軸に一端が接続されたリンクと、
前記リンクの他端に設けられた前記ローラと、
前記原動節よりも、前記正力操作力の軸方向に対して前記勾配角側に直交する軸方向の他方側に固定されたばね軸と、
前記ローラと前記ばね軸との間に設けられた調整ばねと、
を備え、
前記調整ばねの弾性力により前記ローラを前記カム曲面溝にガイドされた状態で前記主軸を中心とした円弧状に移動させ、前記調整ばねの弾性力により前記ばね軸と前記リンクの角度であるリンク角度と前記勾配角とによって変化する前記接圧を生じさせ、
前記カム曲面溝は、
前記リンク角度および前記勾配角が前記原動節の位置により変化するように形成されたことを特徴とする請求項１記載の逆力機構。
前記正力を有する機器は可変真空コンデンサであり、
前記可変真空コンデンサの操作棒に前記原動節を固定し
前記可変真空コンデンサの可動側導体の前記正力操作力の軸方向に端子導体を介して前記逆力機構を直接固着したことを特徴とする請求項１～４のうち何れかに記載の逆力機構。