JPH07107755A

JPH07107755A - 回転駆動装置

Info

Publication number: JPH07107755A
Application number: JP5268339A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Muramatsu; 篤村松; Etsuko Nagano; 悦子長野; Yoshiaki Ide; 良明井出; Yumi Sekiguchi; 由美関口
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】重量物搭載板等を低速度で所定の角度に回動さ
せるのに適した回転駆動装置を提供する。【構成】中空円筒形のハウジング２１の上壁２１ａ及び
底壁２１ｂの中心にベアリング２２ａ，２２ｂに回転自
在に支持されて回転軸２３が挿入されている。ハウジン
グ内にて、回転軸の軸線に垂直に回転板２４が固定され
ている。駆動部材３０ａ〜３０ｄは、くの字型の支持部
材３１ａ〜３１ｄの外側面に円筒形のＬＡ（リニアアク
チュエータ）３２ａ〜３２ｄが取り付けられている。Ｌ
Ａの他端はくの字型の連結部材３３ａ〜３３ｄに取り付
けられている。連結部材の内側面にはＬＡ３２ａ〜３２
ｄに垂直にＬＡ３４ａ〜３４ｄが取り付けられている。
駆動部材は、支持部材をハウジングの上壁及び底壁に固
定し、ＬＡ３４ａ〜３４ｄの他端を回転板に密着させる
ことによりハウジング内に配設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転駆動装置に係り、
特に介護用ベッドや回転テーブル等の重量物を搭載する
板部材をゆっくりとした速さで任意の角度に回動させる
ような用途に適した回転駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】介護用ベッド等に設けられた重量物を搭
載する搭載板部材は、その上に載置された人体等に衝撃
を与えないように低速で回動される必要があると共に、
その回動に大きなトルクが必要とされている。そのた
め、かかる搭載板部材の回動用の回転駆動装置として例
えば電動モータを用いる場合には、その回転軸と搭載板
部材に設けた回転軸にギヤやスプロケット等を設けるこ
とにより、電動モータの回転数を低い回転数に変換して
搭載板部材に伝達させると共に、回転数を低くすること
によりそのトルクを高めていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記回転駆動
装置の場合、減速用のギヤ等を設ける必要があるため、
装置が大型かつ複雑になり、コストも上昇するという問
題がある。また、ギア等を介して回転駆動装置を重量物
搭載板に連結させた場合に、上記重量物搭載板を、電動
モータの回動によらず手動により動かそうとすると、減
速ギヤ等を介在させたことにより、重量物搭載板にギヤ
比に応じた負荷が掛かるため、移動作業が困難になると
いう問題がある。そして、かかる問題を回避するため
に、ギヤ等を取り外すためのクラッチ機構を設けると、
装置が益々大型かつ複雑になり、さらにコストが上昇す
るという問題がある。本発明は、上記した問題を解決し
ようとするもので、重量物搭載板等に直結させることに
より、重量物搭載板等を自動的に低速度で任意の角度回
動させることができると共に手動による回動も容易にな
し得る回転駆動装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、上記請求項１に係る発明の構成上の特徴は、ハウジ
ングに回転可能に軸支された回転軸と、ハウジング内に
て回転軸にその軸線方向に垂直に固定された回転板と、
一端にて支持部材に固定された棒状の第１変位素子とそ
の他端に連結部材を介して一端にて第１変位素子に対し
直角方向に固定された棒状の第２変位素子とを設けてな
り第１変位素子及び第２変位素子が電力供給により長さ
方向に収縮し又は伸張する特性を具備する変位部材であ
って、回転板の上面及び下面の少なくとも一方側にて第
１変位素子を回転板に平行になるようにすると共に第２
変位素子の他端を回転板の面に対向させた状態で支持部
材によりハウジングに固定された少なくとも一対の変位
部材と、第１変位素子及び第２変位素子への通電を制御
する通電制御手段とを設けたことにある。

【０００５】また、上記請求項２に係る発明の構成上の
特徴は、前記請求項１に記載の回転駆動装置において、
第１変位素子及び第２変位素子をピエゾエレクトリック
素子としたことにある。

【０００６】

【発明の作用・効果】上記のように構成した請求項１に
係る発明において、回転駆動装置の動作を、例えば図５
及び図６に示す原理図に基づいて説明する。ここで、一
対の変位部材１，２の各第１及び第２変位素子は、通電
により長さ方向に収縮し、通電解除により元の長さに戻
るものであり、そして、第２変位素子１ｂ，２ｂの他端
は回転板４に密接しているものとする。まず、変位部材
１の第２変位素子１ｂに通電して収縮させ、その端部を
回転板４から離れさせる（図５（ａ）参照）。そして、
ハウジング３に固定された変位部材１の第１変位素子１
ａに通電して収縮させ（図５（ｂ）参照）、その後第２
変位素子１ｂの通電を解除しその上端を回転板４に接触
させる（図５（ｃ）参照）。次に、変位部材２の第２変
位素子２ｂに通電して収縮させ、その端部を回転板４か
ら離れさせる（図５（ｄ）参照）。そして、変位部材１
の第１変位素子１ａへの通電を解除してそれを元の長さ
に伸張させる（図５（ｅ）参照）。これにより、回転板
４が第１変位素子１ａに押されて矢印に示すように右方
向に所定距離回動する。

【０００７】その後、変位部材２の第１変位素子２ａに
通電して収縮させ（図６（ｆ）参照）、さらに変位部材
２の第２変位素子２ｂの通電を解除してその上端を回転
板４に接触させる（図６（ｇ）参照）。続いて、変位部
材１の第１変位素子１ａに通電して収縮させ（図６
（ｈ）参照）、さらに、変位部材２の第１変位素子２ａ
の通電を解除してそれを元の長さに伸張させる（図６
（ｉ）参照）。これにより、回転板４が第１変位素子２
ａに押されて右方向に一定距離回動する。以後、上記図
５（ｂ）に示す状態から図６（ｉ）に示す状態を繰り返
すことにより、回転板４は各第２変位素子の強力な押圧
力に支持され、かつ各第１変位素子に押されて、所定の
低速度で円滑にかつ所望の角度回動させられる。そし
て、回転板の回転速度は、通電信号の印加の周期によっ
て調節することができ、目的に応じて例えば２０ｒｐｍ
程度の低速度を得ることができる。また、回転板のトル
クは、変位部材の数を増やすことにより増加させること
ができる。さらに、変位部材は第２変位素子を回転板に
密接させる構造であるため、回転板を所望の位置に確実
に停止させることができる。

【０００８】従って、この回転駆動装置の回転軸に重量
物搭載板を直結させることにより、重量物搭載板を低速
度でかつ任意の角度に回動させることができ、かつ所望
の位置に確実に停止させ、停止状態のままに保持するこ
とができる。また、回転駆動装置の回転軸に重量物搭載
板を直結させて使用する場合に、都合により重量物搭載
板を手動で回動させるときは、変位部材の第２変位素子
に通電して収縮させ回転板との密接状態を解除させてや
ることにより、容易に重量物搭載板を手動で回動させる
ことができる。なお、上記第２変位素子，第１変位素子
が、電圧の印加により伸張するものである場合には、電
圧の印加方法を上記の場合と逆にすればよい。

【０００９】また、上記のように構成した請求項２に係
る発明においては、第１変位素子及び第２変位素子をピ
エゾエレクトリック素子によって構成したことにより、
電圧印加によるピエゾエレクトリック素子の収縮伸張を
利用して回転板を確実に回動させることができる。特
に、多数のピエゾエレクトリック素子を積層させた積層
型アクチュエータを用いることにより、大きな変位とト
ルクを得ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。図１は、本発明に係る回転駆動装置を適用した５Ｋ
ｇ〜１００Ｋｇ程度の重量物を低速で回動させる回転テ
ーブルを概略的に示したものである。この回転テーブル
は、地上に立設された台１０と、台１０上に取り付けら
れた回転駆動装置２０と、回転駆動装置２０の回転軸に
垂直に取り付けられた重量物搭載板４０と、回転駆動装
置２０の駆動を制御する電力供給制御装置５０とを設け
ている。

【００１１】回転駆動装置２０は、台１０上に固定され
たスチール製等の中空円筒形のハウジング２１を設けて
いる。ハウジング２１の上壁２１ａの中心には貫通孔２
１ａ１が設けられており、また、底壁２１ｂの中心には
孔２１ｂ１が設けられている。上壁２１ａの内側の貫通
孔２１ａ１の周囲には、ベアリング２２ａがボルトによ
り取り付けられており、底壁２１ｂの孔２１ｂの周囲に
は、ベアリング２２ｂがボルトにより取り付けられてい
る。貫通孔２１ａには、回転軸２３が上部をハウジング
２１外に突出させた状態で挿入されており、回転軸２３
の下端は、孔２１ｂに当接している。回転軸２３は、ハ
ウジング２１に挿入された部分の中間部分２３ａの径が
上下の部分の径より大きくなっており、中間部分２３ａ
にてベアリング２２ａ，２２ｂの間に支持され、かつ上
下部分がベアリング２２ａ，２２ｂに接触して円滑な回
転が可能なようになっている。回転軸２２の中間部分２
３ａには、円板形状の回転板２４が軸線に垂直に取り付
けられている。回転板２４は、アルミニウム合金製等で
あり、中間部分２３ａに溶接により一体的に取り付けら
れている。また、回転軸２５の上端には、重量物搭載板
４０が中心の凹部４０ａにて固定部材４１により固定さ
れている。

【００１２】そして、ハウジング２１内の周縁部の回転
板２４上方位置には、一対の駆動部材３０ａ，３０ｂが
中心軸２３に対して対称位置に設けられている。また、
回転板２４の下側位置には、駆動部材３０ｃ，３０ｄが
回転板２４に対して駆動部材３０ａ，３０ｂと面対称位
置に設けられている。駆動部材３０ａ〜３０ｄは、銅合
金製等のくの字型の支持部材３１ａ〜３１ｄを有してお
り、支持部材３１ａ〜３１ｄの一の外側面３１ａ１〜３
１ｄ１に円柱形状のリニアアクチュエータ３２ａ〜３２
ｄが一端にてはんだを介して取り付けられている。リニ
アアクチュエータ３２ａ〜３２ｄの他端は、くの字型の
連結部材３３ａ〜３３ｄの一の外側面３３ａ１〜３３ｄ
１に取り付けられている。連結部材３３ａ〜３３ｄの外
側面３３ａ１〜３３ｄ１と直交する内側面３３ａ２〜３
３ｄ２には、円柱形状のリニアアクチュエータ３４ａ〜
３４ｄが一端にてリニアアクチュエータ３２ａ〜３２ｄ
と直角方向にはんだ付け固定されている。

【００１３】駆動部材３０ａ〜３０ｄは、支持部材３１
ａ〜３１ｄの他の外側面３１ａ２〜３１ｄ２にてハウジ
ング２１の内側上壁にはんだ付け固定されると共にリニ
アアクチュエータ３４ａ〜３４ｄの他端が回転板２４表
面に密着するように配設される。そして、回転板２４
は、駆動部材３０ａ，３０ｃのリニアアクチュエータ３
４ａ，３４ｃによって強力に挟まれると共に、駆動部材
３０ｂ，３０ｄのリニアアクチュエータ３４ｂ，３４ｄ
によって強力に挟まれることにより、強固に固定されて
いる。

【００１４】リニアアクチュエータ３２ａ〜３２ｄ及び
３４ａ〜３４ｄは、例えばＰｂ（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏ₃系セ
ラミックス，チタン酸バリウムのような圧電セラミック
スが用いられ、特にこれら圧電セラミックスの薄板を多
数積層させた積層タイプの圧電セラミックスが変位を大
きくとることができることから、本実施例における回転
駆動装置に好適に用いられる。各圧電セラミックスは、
リード線（図示しない）を介して軸方向に電圧を加えら
れることにより、逆圧電効果により軸方向に収縮するよ
うになっており、この圧電セラミックスを多数積層する
ことにより構成されたリニアアクチュエータは、略各圧
電セラミックスの収縮量にその個数を掛けた量だけ収縮
するものである。例えば、本実施例に用いられるリニア
アクチュエータとしては、電圧１００ｖの印加により約
１５μｍ収縮するものである。そして、圧電セラミック
スの電圧応答性も、１０μｓｅｃ程度と非常に高く、同
程度の周期でリニアアクチュエータに電圧パルスを印加
することにより短時間に回転板に大きな変位を与えるこ
とが出来る。

【００１５】上記回転テーブルの電力供給制御装置５０
は、マイクロコンピュータからなる制御回路５１を備え
ている。制御回路５１の入力側には、自動モードスイッ
チ５２、手動モードスイッチ５３及び角度入力手段５４
が接続されている。自動モードスイッチ５２は、その投
入により制御回路５１に各リニアアクチュエータへの通
電制御を自動的に行わせ、回転板２４即ち重量物搭載板
４０を自動的に回動させるものである。手動モードスイ
ッチ５３は、その投入によりリニアアクチュエータ３４
ａ〜３４ｄに通電させて回転板２４との接触を解除さ
せ、重量物搭載板４０の手動による回動を可能にするも
のである。角度入力手段５４は、重量物搭載板４０の回
動角度を入力するもので、例えば角度を電圧値に換算し
て入力し、入力電圧値をパルス数に変換して入力する等
の手段がある。制御回路５１の出力側には、上記リニア
アクチュエータ３２ａ，３２ｃ（以下、ＬＡ３２ａ，３
２ｃと記す）、ＬＡ３４ａ，３４ｃ、ＬＡ３２ｂ，３２
ｄ、ＬＡ３４ｂ，３４ｄが駆動回路５５，５６，５７及
び５８を介して接続されている。なお、制御回路として
は、上記マイクロコンピュータを用いたものに限らず、
ハード回路を用いたものであってもよい。

【００１６】つぎに、上記のように構成した実施例の動
作について説明する。まず、角度入力手段５４により、
所望の回転角度を入力し、その後、自動モードスイッチ
５２をオンさせると、制御回路５１の制御により、図４
に示すタイムチャートに従って各ＬＡの動作信号の出力
が開始される。まず、駆動回路５８の駆動により、ＬＡ
３４ｂ，３４ｄに時刻ｔ₀〜ｔ₂の間、電圧が供給さ
れ、ＬＡ３４ｂ，３４ｄは収縮して回転板２４から離れ
る。次にＬＡ３２ｂ，３２ｄに時刻ｔ₁〜ｔ₄の間、電
圧が供給され、ＬＡ３２ｂ，３２ｄは左方向に収縮す
る。そして、時刻ｔ₂にてＬＡ３４ｂ，３４ｄへの電圧
供給が停止され、ＬＡ３４ｂ，３４ｄは伸張して再び回
転板２４を挟持する。さらに、ＬＡ３４ａ，３４ｃに時
刻ｔ₃〜ｔ₆の間、電圧が供給され、ＬＡ３４ａ，３４
ｃは収縮して回転板２４から離れる。そして、時刻ｔ₄
にてＬＡ３２ｂ，３２ｄへの電圧供給が停止され、ＬＡ
３２ｂ，３２ｄが右方向に伸張する。その結果、ＬＡ３
４ｂ，３４ｄに挟持された回転板２４がＬＡ３２ｂ，３
２ｄに押されて右方向に回動する。

【００１７】次に、ＬＡ３２ａ，３２ｃに時刻ｔ₅〜ｔ
₈の間、電圧が供給され、ＬＡ３２ａ，３２ｃは左方向
に収縮する。そして、時刻ｔ₆にてＬＡ３４ａ，３４ｃ
への電圧供給が停止され、ＬＡ３４ａ，３４ｃは伸張し
て再び回転板２４を挟持する。さらに、ＬＡ３４ｂ，３
４ｄに時刻ｔ₇〜ｔ₁₀の間、電圧が供給され、ＬＡ３４
ｂ，３４ｄは収縮して回転板２４から離れる。そして、
時刻ｔ₈にてＬＡ３２ａ，３２ｃへの電圧供給が停止さ
れ、ＬＡ３２ａ，３２ｃが右方向に伸張する。その結
果、ＬＡ３４ａ，３４ｃに挟持された回転板２４がＬＡ
３２ａ，３２ｃに押されて右方向に回動する。時刻ｔ₉
以降も、時刻ｔ₁〜ｔ₈と同様の処理が繰り返され、こ
れにより回転板２４は円滑な回動を行う。そして、回転
板２４が設定角度になると、制御回路５１により駆動停
止信号が駆動回路５５〜５８へ出力され、駆動回路５５
〜５８から各ＬＡへの通電が停止され、ＬＡ３４ｂ，３
４ｄおよびＬＡ３４ａ，３４ｃが回転板２４を挟持した
状態で回転板２４の回動が停止される。

【００１８】以上に説明したように、回転板２４は各Ｌ
Ａ３４ａ，３４ｃ，３４ｂ，３４ｄの強力な押圧力に支
持され、かつ各ＬＡ３２ａ，３２ｃ，３２ｂ，３２ｄに
押されて、所定の低速度で円滑にかつ所望の角度回動さ
せられる。また、駆動部材は給電停止時に、ＬＡ３４
ａ，３４ｃ，３４ｂ，３４ｄを回転板に密接させる構造
であるため、回転板を所望の位置に確実に停止させるこ
とができる。従って、回転板２４の回転軸に重量物搭載
板を直結させることにより、同様に重量物搭載板を所定
の低速度で円滑にかつ所望の角度回動させることができ
る。そして、回転板の回転速度は、通電信号の印加の周
期によって調節することができ、目的に応じて例えば２
０ｒｐｍ程度の低速度を得ることができる。また、回転
板２４のトルクは、駆動部材の数を増やすことにより増
加させることができる。さらに、上記重量物搭載板回動
装置は、重量物搭載板が回転軸を介して回転板に連結さ
れた簡易な構成であるため、小型軽量化が可能でありか
つコストの低減が可能である。

【００１９】また、回転駆動装置の回転軸に重量物搭載
板を直結させて使用する場合に、都合により重量物搭載
板を手動で回動させるときは、手動モードスイッチ５３
をオンさせることにより、制御回路５１は、駆動回路５
７，５８によりＬＡ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄに
のみ連続して通電させるように制御する。これにより、
回転板２４は、フリーの状態にさせられる。したがっ
て、重量物搭載板４０はハウジング２１に拘束されてい
ないので、容易に重量物搭載板４０を手動にて回動させ
ることができる。

【００２０】なお、上記実施例においては各ＬＡは、圧
電セラミックスの電圧の印加方向に収縮する性質を備え
ているが、逆に電圧の印加により伸張するタイプのＬＡ
を用いてもよい。この場合には、電圧の印加方法を上記
実施例と逆にすればよい。また、上記実施例において
は、駆動部材を回転板の上下に設けているが、用途に応
じては、回転板の上下いずれか一方に駆動部材を配設さ
せるようにしてもよい。さらに、上記実施例において
は、駆動部材として圧電セラミックス等のピエゾエレク
トリック素子を用いているが、その他、磁歪素子を用い
ることも可能である。

【００２１】なお、上記実施例においては、回転駆動装
置を回転テーブルの駆動に用いているが、介護用ベッド
等、人を載置して低速度で回動させる用途に用いること
が出来る。また、上記実施例においては、回転駆動装置
を回転テーブル等の重量物を搭載する重量物搭載板を回
動させる用途に用いているが、これに限らず、上記回転
駆動装置を、電動モータと同様に回転駆動する用途に用
いることが出来る。さらに、駆動部材を被駆動体を直線
方向に移動させるリニア駆動装置としても使用すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る回転テーブルの一部破
断正面図である。

【図２】図１のＩＩーＩＩ線方向の断面図である。

【図３】同回転テーブルの回転駆動装置の電力供給制御
装置の回路構成を示す回路図である。

【図４】同回転テーブルの回転駆動装置の各ＬＡへの通
電のタイミングを示すタイムチャートである。

【図５】同回転テーブルの回転駆動装置の動作原理を概
略的に示す説明図の一部である。

【図６】同回転テーブルの回転駆動装置の動作原理を概
略的に示す説明図の一部である。

【符号の説明】

１０；台、２０；回動装置、２１；ハウジング、２２
ａ，２２ｂ；ベアリング、２３；回転軸、２４；回転
板、３０ａ〜３０ｄ；駆動部材、３１ａ〜３１ｄ；支持
部材、３２ａ〜３２ｄ；リニアアクチュエータ（Ｌ
Ａ）、３３ａ〜３３ｄ；連結部材、３４ａ〜３４ｄ；リ
ニアアクチュエータ（ＬＡ）、４０；重量物搭載板、５
０；電力供給制御装置。

フロントページの続き (72)発明者関口由美愛知県小牧市大字北外山字哥津3600番地東海ゴム工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングに回転可能に軸支された回転
軸と、前記ハウジング内にて前記回転軸にその軸線方向に垂直
に固定された回転板と、一端にて支持部材に固定された棒状の第１変位素子とそ
の他端に連結部材を介して一端にて同第１変位素子に対
し直角方向に固定された棒状の第２変位素子とを設けて
なり同第１および第２変位素子が電力供給により長さ方
向に収縮し又は伸張する特性を具備する変位部材であっ
て、前記回転板の上面及び下面の少なくとも一方側にて
前記第１変位素子を同回転板に平行になるようにすると
共に前記第２変位素子の他端を同回転板の面に対向させ
た状態で前記支持部材により前記ハウジングに固定され
た少なくとも一対の変位部材と、前記第１変位素子及び第２変位素子への通電を制御する
通電制御手段とを設けたことを特徴とする回転駆動装
置。
【請求項２】前記請求項１に記載の回転駆動装置にお
いて、前記第１変位素子及び第２変位素子をピエゾエレクトリ
ック素子としたことを特徴とする回転駆動装置。