JPH08126249A - 回転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転負荷トルクの変動に弾力的に対応するこ
とができるとともに、正逆両方向へ回転を切り替えるこ
とができ、しかも運動変換効率が良好であって、超小型
化が可能なものを提供する。 【構成】 ブレーキ１１，１２をそれぞれ装備した２本
の回転軸１，２をこれらの軸線が一致するように配置
し、各回転軸１，２が回転中心となるレバー３，４を２
本の回転軸１，２に夫々配置し、各回転軸１，２に設け
たレバー３，４の先端部間及び各回転軸１，２に設けた
レバーの基端部間に、入力する電流量若しくは電圧量に
応じて前後方向に伸縮する往復運動形素子５，６を夫々
固着・配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、往復運動形素子を駆
動源として回転運動を発生させることができる回転装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】印加電圧に応じて伸縮動作を行う圧電素
子等の往復運動形素子を利用した回転装置が開発されて
おり、この回転装置として図４に示すものが知られてい
る。即ち、この回転装置は、往復運動形素子１００の往
復動作をクランク１０１等の機械的手段を利用して回転
体１０２の回転動作に変換して、取り出すようになって
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の往復運動形素子を使用した回転機構は、往復変
位量がそれ程大きくないから、比較的大きなストローク
を必要とするクランクなどのようなものとの組み合わせ
は、好適なものとはいえなかった。また、この回転機構
では、かりにうまく回転力が取り出せたとしても、発生
する回転トルクは非常に小さく、しかも回転方向として
は一方向に限られると共に、例えば回転負荷トルクが大
きく変動するような場合には、回転動作を正常な状態に
維持することが困難である。

【０００４】しかも、このような構成の回転機構では、
往復直線運動を回転動作へ変換させる手段として、比較
的に重量的負荷のあるクランクを使用している都合上、
エネルギー効率は必ずしも良好なものではない。このよ
うな事情から、例えば超小型の回転装置を実現するのに
も好適な回転装置の開発が切望されている。そこで、こ
の発明は、上記した事情に鑑み、回転負荷の変動に弾力
的に対応することができるとともに、正逆両方向へ回転
を切り替えることができ、しかも運動変換効率が良好で
あって、超小型化が可能な回転装置を提供することを目
的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、この請求項１の発
明は、ブレーキをそれぞれ装備した２本の回転軸を同一
軸線上に配置し、前記回転軸を回転中心とするレバーを
前記各回転軸に夫々配置し、前記各回転軸に設けたレバ
ーの端部間に、入力する電流量若しくは電圧量に応じて
前後方向に伸縮する往復運動形素子を夫々ばねを介して
挟持状態に配置したものである。

【０００６】またこの請求項２の発明は、同一軸線上に
対向配置した２本の回転軸に、それぞれ３本以上のレバ
ーを互いに対峙するように設けるとともに、前記各対峙
するレバーの先端部及び基端部間に夫々往復運動形素子
を固着・配置したものである。またこの請求項３の発明
は、同一軸線上に対向配置した２本の回転軸のうちいず
れか一方の回転軸を中空にするとともに、他方の回転軸
を前記回転軸の中空部分に回転自在に挿通させたもので
ある。

【０００７】

【作用】この発明では、回転軸に設けたレバー間に配置
する往復運動形素子に信号電流や信号電圧を印加する
と、この信号を入力する往復運動形素子がその信号の電
流量や電圧量に応じて微小変位し、このとき発生する往
復運動形素子の往復運動エネルギーが先のレバーを介し
て回転軸に伝達し、これによって回転運動を得ることが
できる。また、この発明では、回転軸に付設したブレー
キを適宜作動させる事によって、その回転軸の回転方向
を正逆両方向に随時切り替えることができる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明について添付図面を参照しな
がら説明する。図１は、この発明にかかる回転装置を示
すものであり、この回転装置は、２本の回転軸１，２
と、これらの回転軸１，２に固着したレバー３，４と、
これらのレバー３，４に取り付けた往復運動形素子５，
６と、これらの各往復運動形素子５，６に所定の高周波
信号を出力する制御部７（図２参照）とから構成されて
いる。

【０００９】回転軸１，２は、これら双方の回転軸線が
一致するような状態で回転自在に設けられており、各回
転軸１，２には、その回転動作を選択的に制御するブレ
ーキ１１，２１が付設されている。そしてこのブレーキ
１１，２１、制御部７によって制動動作が適宜制御され
ており、これによって回転軸１，２の回転方向が自由に
変更・切り替えることができるようになっている。

【００１０】レバー３，４は、夫々回転軸１，２に固着
されているとともに往復運動形素子５，６により駆動・
回転するようになっており、これらレバー３，４の回転
により各レバー３，４と一体の各回転軸１，２も夫々回
転動作するようになっている。

【００１１】往復運動形素子５は、対向するレバー３，
４の一端部間にばね８Ａを介して圧接挟持されており、
より詳細に説明すれば、この往復運動形素子５の両端部
を切欠いたＶ溝５１，５２と、これらのＶ溝に対向する
レバー３，４の一端部側を切欠いたＶ溝３１Ａ，４１Ａ
との間に夫々介装させたローラ３２Ａ，４２Ａを介して
レバー３，４間に圧着されており、この実施例では積層
形圧電素子が使用されている。そして、この往復運動形
素子５は、制御部７から出力される高周波信号、つまり
高周波電流信号若しくは高周波電圧信号の信号値に応じ
て前後方向に伸縮するようになっている。なお、往復運
動形素子６についても、往復運動形素子５と同様にばね
８Ｂの弾性力で圧接・挟持されて同様の伸縮動作を行う
ようになっている。

【００１２】制御部７は、図２に示すように、電圧若し
くは電流についての高周波信号を各往復運動形素子５，
６に同時に出力し、その往復運動形素子５，６に往復微
小運動を同時に発生させるものであり、またこのとき同
時に適宜のタイミングで各ブレーキ１１，２１を制御さ
せて回転軸１，２の回転動作を調整するようになってい
る。

【００１３】次に、この実施例の作用について説明す
る。図示外の作動スイッチをオンすると、先ず制御部７
からの制御信号により、一方のブレーキ２１が作動し、
回転軸２の回転が停止された状態のまま、同時に各往復
運動形素子５，６に所定の電圧信号が印加され、これら
の往復運動形素子５，６が伸長する。その結果、レバー
３，４には、ばね８Ａ，８Ｂの弾性力に抗して回転軸１
を矢印Ａ方向に回転させようとする力が作用するから、
このレバー３とともに回転軸１が同方向に回転する。

【００１４】そして、この制御部８からの制御信号によ
り他方のブレーキ１１が作動開始し、若干の時間経過と
ともに（若しくは、ブレーキ１１の作動開始と同期し
て）、同時に各往復運動形素子５，６への所定の電圧信
号印加も解除され、かつ、先のブレーキ２１の動作も解
除される。その結果、回転軸１と一体のレバー３は、各
往復運動形素子５，６への所定の電圧印加で往復運動形
素子５，６が伸長した分だけ回転変位した所でロックさ
れ、そして、その後の各往復運動形素子５，６への所定
の電圧印加解除により、各往復運動形素子５，６の伸長
が解除されて元の長さに戻り、かつ、ブレーキ２１の動
作が解除されるが、それまでレバー３が回転したために
レバー４との間の距離が離間しそこで発生するバネ８
Ａ，８Ｂによる弾性的な復元力により、フリーとなった
他方の回転軸２がレバー４とともに矢印Ａ方向に回動す
るのである。

【００１５】次に、制御部７の制御信号により、先のブ
レーキ２１を再び作動するとともに他方のブレーキ１１
を解除させ、各往復運動形素子５，６に所定の電圧信号
を再度印加してその往復運動形素子５，６を伸長させ
る。以下再び前記同様の動作が繰り返され、レバー３と
一体の回転軸１は各往復運動形素子５，６の伸長によ
り、また、レバー４と一体の回転軸２はばね８Ａ，８Ｂ
の弾性的な復元力により同（Ａ）方向に回転するのであ
る。

【００１６】この様にして、換言すれば、ブレーキ１１
とブレーキ２１とについて、これらの制動および制動解
除の各動作とともに、往復運動形素子５と往復運動形素
子６への電圧の印加動作が適正なタイミングで間欠的に
繰り返して行われることにより、双方の回転軸１，２を
夫々同方向（矢印Ａ方向）に脈動しながら連続回転させ
ることができるのである。

【００１７】なおこの実施例ではここで説明してきたよ
うな回転軸１，２の夫々Ａ方向への回転動作の他に、例
えば次に説明するように各回転軸１，２を先の場合とは
夫々反対方向へ回転動作させることも可能である。

【００１８】即ち、制御部７の制御により、ブレーキ１
１を作動して回転軸１のみを制動させた状態のまま、つ
まり回転軸１をロックしてその回転動作を阻止させたま
ま、往復運動形素子５，６に同時に電圧を印加させる。
すると、往復運動形素子５，６の伸長動作で回転フリー
状態にあるレバー４のみがその力を全て受け、ばね８
Ａ，８Ｂの弾性力に抗して矢印Ｂ方向に回転するととも
に、このレバー４と一体の回転軸２が同方向に回転す
る。

【００１９】そして、この制御部７からの制御信号によ
り先のブレーキ２１を作動して回転軸２をロックしたの
ち、往復運動形素子５，６の伸長を解除して元の長さに
戻すと同時に、他方のブレーキ１１の制動動作を解除す
る。その結果、それまでレバー４の回転動作でレバー３
との間の距離が離間しそのため発生するバネ８Ａ，８Ｂ
による弾性的な復元力により、フリーとなった他方の回
転軸１も同方向（矢印Ｂ方向）に回動を始めるのであ
る。

【００２０】次に、制御部７の制御により、再びブレー
キ１１を作動させたのち、ブレーキ２１を解除させると
ともに、往復運動形素子５，６に同時に電圧を印加さ
せ、レバー４とともに回転軸２を同方向（矢印Ｂ方向）
に回転させる。

【００２１】このようにして、同様の動作を繰り返して
行き、換言すれば、ブレーキ１１とブレーキ２１とにつ
いて、これらの制動および制動解除とともに、往復運動
形素子５と往復運動形素子６への電圧の印加動作が適正
なタイミングで同時に、しかも間欠的に繰り返して行わ
れることにより、双方の回転軸１，２を先の場合とは反
対（Ｂ）方向に連続的に回転させることができるのであ
る。

【００２２】なおこの第１実施例では、往復運動形素子
を５あるいは６のいずれか１個としてもよく、また回転
軸１，２に固着した１組のレバー３，４の他に、さらに
第２組、あるいは更に第３組等、１組以上のレバーを用
い、これに対応した往復運動形素子をそのレバーに圧接
させるように構成してもよい。

【００２３】次に、この発明にかかる第２実施例の回転
装置について図３を参照しながら説明する。なおこの実
施例において、先の第１実施例と同一部分には同一符号
を付して重複説明を避ける。図３に示す第２実施例の回
転装置では、回転軸１′が中実状であって先の第１実施
例のものよりも軸方向に伸長しているとともに、回転軸
２′が貫通孔を有する中空状のものから形成されてお
り、回転軸１′が回転軸２′の貫通孔を貫通して設けら
れている。

【００２４】従って、この第２実施例によれば、回転軸
１′が貫通軸を構成するから、回転装置全体の小型化が
図れる効果がある。

【００２５】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、印加する高周波信号、つまり電圧量や電流量に応
じて微小変移する往復運動形素子が発生する往復運動
を、同心軸状に配置した２本の回転軸に固着するレバー
を介して回転軸に伝達することにより、回転軸の正逆切
替え可能な回転装置を提供することができ、しかもその
往復運動形素子は超小型もので構成可能であるから、例
えばマイクロマシン等への適用が可能になるなど、実用
上幅広い適用が可能である。

【００２６】また、往復運動形素子の伸長時の運動エネ
ルギだけを使用することができるから、例えば往復運動
形素子として、積層形圧電素子を使用したものにあって
は、この積層形圧電素子の一般的傾向であり強力な圧力
を発生することができる伸長時にその変位伸長動作を取
り出し、引っ張りには弱くて脆い復元時の動作は利用し
ないよう構成できるから、信頼性や耐久性に優れた回転
装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる第１実施例の回転装置を示す
概略斜視図。

【図２】第１実施例の電気的構成を示す構成ブロック
図。

【図３】第２実施例を示す概略断面図。

【図４】従来例を示す概略断面図。

【符号の説明】

１，２，１′，２′ 回転軸 ３，４ レバー ５，６ 往復運動形素子 ８Ａ，８Ｂ ばね １１，２１ ブレーキ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブレーキをそれぞれ装備した２本の回転
   軸を同一軸線上に配置し、 前記回転軸を回転中心とするレバーを前記各回転軸に夫
   々固着し、 同時に入力する電流量若しくは電圧量に応じ前後方向に
   伸縮する往復運動形素子を、夫々ばねを介して前記各レ
   バーの端部間に挟持状態に配置したことを特徴とする回
   転装置。
2. 【請求項２】 同一軸線上に対向配置した２本の回転軸
   に、それぞれ３本以上のレバーを互いに対峙するように
   設け、 前記各対峙するレバーの端部間に夫々ばねを介して往復
   運動形素子を挟着したことを特徴とする請求項１に記載
   の回転装置。
3. 【請求項３】 同一軸線上に対向配置した２本の回転軸
   のうちいずれか一方の回転軸を中空にするとともに、他
   方の回転軸を前記回転軸の中空部分に回転自在に挿通さ
   せたことを特徴とする請求項１に記載の回転装置。