JPH09273615A - 差動型摩擦駆動源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高応答性かつ高出力の差動型摩擦駆動源装置
を提供すること。 【解決手段】 差動型摩擦駆動源装置は、（ａ）可動部
３を第１方向に駆動するために常時回転している第１駆
動ローラ１ａと、（ｂ）可動部３を第２方向に駆動する
ために常時回転している第２駆動ローラ１ｂと、（ｃ）
可動部３を第１駆動ローラ１ａ方向に付勢することによ
り、可動部３を第１方向に駆動する第１電磁石２ａと、
（ｄ）可動部３を第２駆動ローラ２ｂ方向に付勢するこ
とにより、可動部を第２方向に駆動する第２電磁石２ｂ
とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転型アクチュエ
ータを用いて可動部を２以上の方向に切り換えて駆動可
能な差動型摩擦駆動源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、可動部を駆動するためには、種々
の駆動手段が使用されているが、一般的な方法として、
（１）誘導電動機のように電磁気的結合を利用する方
法、（２）モータの駆動力を歯車の機械的結合で伝達し
て駆動ローラを回転させる方法、（３）リニアモータに
よる方法、（４）流体シリンダによる方法がある。以下
にそれらの方法の概略について図面を用いて説明する。
誘導電動機の基本的な構成を図２２に示す。中心軸であ
るシャフト１０１はかご形の導体が組み込まれた回転子
１０２を貫通して固定されている。シャフト１０１は、
両端を一対のベアリング１０３によって支えられてい
る。回転子１０２の外周を、２点鎖線で示す固定子１０
４が取り囲んでいる。固定子１０４はネジなどによって
他の機械に固定されている。

【０００３】エネルギー供給源である固定子１０４には
コイルが巻かれており、コイルに通電することによって
固定子１０４に磁界が発生する。その磁界に対して、フ
レミングの右手の法則により、回転子１０２中に起電力
が発生し電流が流れる。この誘導電流と固定子１０４の
磁界との間にフレミングの左手法則により反時計方向の
電磁力が生じ、シャフト１０１を回転させる力が発生す
る。ここで、回転子１０２で大きなパワーを出力するた
めには、回転子１０２の体積を大きくして誘導電流を強
くする必要がある。しかし、回転子１０２の体積を大き
くすると、回転子１０２の慣性モーメントが大きくな
り、応答性が悪くなる問題がある。

【０００４】次に、歯車列を用いてモータの出力トルク
を大きくして、駆動ローラに伝達する場合を図２３に示
す。モータ２０１はシャフト２０２を介してピニオン２
０３に連結されており、ピニオン２０３はギア２０４に
噛合していて、ギア２０４からシャフト２０５を介して
駆動ローラ２０６に動力を伝えるよう連結されている。
そのため、駆動ローラ２０６に伝わる慣性モーメントは
ギア２０４とピニオン２０３の歯数比あるいは、ピニオ
ン２０３の数を増やすことによって大きくなる。そし
て、慣性モーメントが大きくなると、応答性が悪くな
る。しかも、歯車列のバックラッシュ等により停止精度
が悪くなり、また高応答性が損なわれる問題がある。

【０００５】次に、リニアモータの構造について図２４
に示す。図２４は地上一次型（ロングステータ型）のリ
ニアモータの図である。一次側３０１には電機子コイル
３０２が組み込まれていて、一次側３０１と可動子３０
３は磁気的結合によって結合されている。大きなパワー
を得るためには、可動子３０３を一次側３０１と強固に
磁気結合する必要がある。そのため、可動子３０３が大
きくなり慣性も大きくなるため、応答性が悪くなる問題
がある。

【０００６】次に油圧、空圧シリンダを利用した直動式
アクチュエータを図２５に示す。油圧式、空圧式とも構
造はほとんど同じで、ピストンロッド４０１はシリンダ
チューブ４０３内にあるピストン４０２と直結してお
り、シリンダチューブ４０３は流体４０４で充填され、
流体４０４の出入りする２つのポート４０５が設けられ
ている。この場合、エネルギー供給源である流体４０４
をピストン４０２と結合することによってパワーを得
る。ピストンの面積を大きくすることにより、大きな力
を得ることができるが、供給する流体の量が多くなり、
応答性が低下する。さらに、油圧式の場合はサージ圧力
が発生し負荷圧に対する安全対策が必要となる。また、
空圧式の場合、空気が圧縮性の気体であるため、位置制
御が難しく、負荷の変動に対して作動速度が影響を受け
易いため、精密な制御が難しい問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のアクチュエータには、次のような共通の問題があ
る。すなわち、重量の大きい部を移動するためにパワー
を大きくしようとすると機構要素の拡大が必要であり、
その結果、機構要素の慣性が大きくなって応答性が損な
われる。逆に高応答性を実現しようとすると、機構要素
の軽量化、低慣性化を行わねばならない。このようにパ
ワーの増加と高応答性は相反する命題であった。この理
由はアクチュエータとアクチュエータのエネルギー源が
分離できないことによると考えられる。

【０００８】本発明は、上記問題点を解決し、高応答性
かつ高精度の駆動源装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の差動型摩擦駆動源装置は以下のような構成を
有している。 （１）可動部を２以上の方向に切り換えて駆動可能な駆
動源装置であって、（ａ）可動部を第１方向に駆動する
ために常時回転している第１回転型アクチュエータと、
（ｂ）可動部を第２方向に駆動するために常時回転して
いる第２回転型アクチュエータと、（ｃ）可動部を第１
回転型アクチュエータ方向に付勢することにより、可動
部を第１方向に駆動する第１方向駆動補助手段と、
（ｄ）可動部を第２回転型アクチュエータ方向に付勢す
ることにより、可動部を第２方向に駆動する第２方向駆
動補助手段とを有している。

【００１０】（２）（１）に記載する装置において、
（ａ）第１回転型アクチュエータ及び第２回転型アクチ
ュエータの駆動方向と直交する方向に駆動するために、
常時回転している第３回転型アクチュエータ及び第４回
転型アクチュエータと、（ｂ）可動部を第３回転型アク
チュエータ方向に付勢することにより、可動部を第３方
向に駆動する第３方向駆動補助手段と、（ｃ）可動部を
第４回転型アクチュエータ方向に付勢することにより、
可動部を第４方向に駆動する第４方向駆動補助手段とを
有することを特徴とする。ここで、第３回転アクチュエ
ータ及び第４回転アクチュエータを、第１回転アクチュ
エータ及び第２回転アクチュエータに対して、直角でな
い任意の角度で配置しても良い。

【００１１】（３）（１）または（２）に記載する装置
において、前記第１回転型アクチュエータ及び前記第２
回転型アクチュエータが、反対方向に回転される駆動ロ
ーラであり、前記第３回転型アクチュエータ及び前記第
４回転型アクチュエータが、反対方向に回転される駆動
ローラであることを特徴とする。 （４）（１）及至（３）に記載する装置のいずれか１つ
において、前記各駆動補助手段が、電磁石によるパルス
的付勢、圧電素子による付勢、または圧縮空気によるパ
ルス的付勢を、可動部に対して行うパルス出力付加手段
を有することを特徴とする。

【００１２】（５）（１）及至（４）に記載する装置の
いずれか１つにおいて、前記第１回転型アクチュエータ
及び前記第２回転型アクチュエータの回転軸を平行に配
置し、前記第３回転型アクチュエータ及び前記第４回転
型アクチュエータの回転軸を平行に配置したことを特徴
とする。 （６）（１）及至（４）に記載する装置のいずれか１つ
において、前記第１回転型アクチュエータ及び前記第２
回転型アクチュエータを同軸上に配置し、前記第３回転
型アクチュエータ及び前記第４回転型アクチュエータを
同軸上に配置したことを特徴とする。

【００１３】上記の構造を採用することによって、本発
明の差動型摩擦駆動源装置は、次のように作用する。第
１回転型アクチュエータである第１駆動ローラと、第２
回転型アクチュエータである第２駆動ローラとを反対方
向に常時回転させておき、薄鉄板等の可動部をそれらの
上に載置させておく。その状態では、一対の駆動ローラ
により、薄鉄板に対して反対方向に等しい摩擦力が加わ
っているときは移動しない。一対の駆動ローラの薄板に
及ぼす摩擦力のわずかな違いによって、定常的に振動す
る。

【００１４】ここで、第１方向駆動補助手段、例えば第
１電磁石により、薄鉄板を第１駆動ローラの方向に吸引
して付勢する。これにより、薄鉄板が第１駆動ローラか
ら受ける摩擦力が強くなり推進力が強くなるため、薄鉄
板は、第１駆動ローラの駆動する第１方向に駆動され
る。逆に、第２方向駆動補助手段、例えば第２電磁石に
より、薄鉄板を第２駆動ローラの方向に吸引して付勢す
る。これにより、薄鉄板が第１駆動ローラから受ける摩
擦力が強くなり推進力が強くなるため、薄鉄板は、第２
駆動ローラの駆動する第２方向に駆動される。

【００１５】これにより、駆動ローラからの摩擦力によ
る推進力を受ける手段と、駆動ローラとを完全に分離し
ているため、駆動ローラの慣性を極めて大きくすると、
巨大なパワーと高応答性の両方を同時に実現できる。こ
こで、上記電磁石への通電をパルス的に行うことによ
り、薄鉄板は、各駆動ローラから、摩擦力×時間＝力積
に相当するエネルギーを受け取る。回転エネルギー源で
ある駆動ローラは常時回転しているので、駆動ローラの
慣性を大きくとっても応答性が問題となることはなく、
薄鉄板に瞬時に大きなエネルギーが伝達されるために、
巨大なパワーと応答性が同時に実現できる。推進力を受
ける手段とエネルギー源である駆動ローラが分離されて
いるために、可動部が駆動ローラの慣性の影響を受ける
ことがないからである。

【００１６】さらに、第１駆動ローラと第２駆動ローラ
の回転方向と直交する方向で、相反する方向に設けた第
３駆動ローラ及び第４駆動ローラに対して、第３電磁弁
及び代４電磁弁を同様に作用させることにより、薄鉄板
等の可動部を２次元的に任意の方向に移動させることが
可能となる。各駆動ローラの速度を変化させることによ
り、可動部の移動速度を可変することができる。ただ
し、この場合第１駆動ローラと第２駆動ローラの回転速
度は、同じとする。また、第３駆動ローラと第４駆動ロ
ーラの回転速度は、同じとする。各電磁弁に通電しない
状態で可動部を停止させておくためである。

【００１７】駆動ローラと対向する駆動補助手段として
は、電磁弁の代わりに圧縮空気を吹き出すノズルを用い
ても良い。この場合は、第１方向駆動補助手段、例えば
第１ノズルから圧縮空気を噴出することにより、薄鉄板
を第１駆動ローラの方向に付勢する。これにより、薄鉄
板が第１駆動ローラから受ける摩擦力が強くなり推進力
が強くなるため、薄鉄板は、第１駆動ローラの駆動する
第１方向に駆動される。逆に、第２方向駆動補助手段、
例えば第２ノズルから圧縮空気を噴出することにより、
鉄薄板を第２駆動ローラの方向に付勢する。これによ
り、薄鉄板が第２駆動ローラから受ける摩擦力が強くな
り推進力が強くなるため、薄鉄板は、第２駆動ローラの
駆動する第２方向に駆動される。

【００１８】また、電磁弁の代わりに圧電素子を利用し
ても良い。その場合は、例えば、圧電素子に通電しない
状態では、可動部と駆動ローラとが接触しない状態とし
ておき、圧電素子に通電することにより圧電素子が伸び
て駆動ローラが可動部と所定の圧力で接触するようにす
る。これにより、駆動ローラと可動部との間で摩擦力が
発生し、可動部が駆動される。

【００１９】また、電磁石を使用する場合に、電磁石を
可動部を挟んで駆動ローラと対向する位置に配設しても
良い。この場合、第１駆動ローラの対向する位置に第２
電磁石を配置し、第２駆動ローラに対向する位置に第１
電磁石を配置する。そして、第１電磁石により、薄鉄板
を第２駆動ローラの反対方向に吸引する。これにより、
薄鉄板が第２駆動ローラから受ける摩擦力が弱くなり推
進力が弱くなるため、薄鉄板は、第１駆動ローラの駆動
する第１方向に駆動される。逆に、薄鉄板を第１駆動ロ
ーラの反対方向に吸引する。これにより、薄鉄板が第１
駆動ローラから受ける摩擦力が弱くなり推進力が弱くな
るため、薄鉄板は、第２駆動ローラの駆動する第２方向
に駆動される。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態である差動型
摩擦駆動源装置を、図面に基づいて詳細に説明する。図
１は本発明の第１の実施の形態の差動型摩擦駆動源装置
を説明するものである。なお、差動型摩擦駆動源装置に
応用するアクチュエータの作動は、差動型フリクション
ドライブ機構という機構であり、以下の文では差動型フ
リクションドライブ機構をＤＦＤＭ（Differential Fri
ction Drive Mechanism ）と呼称する。ＤＦＤＭの概念
を図１に示す。対象物である可動部３は、回転軸に対し
て平行に並べられた、互いに逆方向に常時回転している
一対の回転型アクチュエータである第１駆動ローラ１
ａ、第２駆動ローラ１ｂの上にのせられている。さら
に、第１回転型アクチュエータである第１駆動ローラ１
ａの近傍には、可動部３に対向して第１パルス圧力付加
装置である第１電磁石２ａが設けられている。また、第
２回転型アクチュエータである第２駆動ローラ１ｂの近
傍には、可動部３に対向して第２電磁石２ｂが設けられ
ている。

【００２１】可動部３は、可動部３上に取り付けられた
ピックアップ２５を介して、可動部３の位置を検出する
ための変位センサ１１に接続している。変位センサ１１
は、変位センサ１１のコントローラ１２に接続してい
る。コントローラ１２は、Ａ／Ｄ変換器１４に接続して
いる。Ａ／Ｄ変換器１４は、パソコン１５に接続してい
る。パソコン１５は、Ｉ／Ｏ１６を介して、電磁石２
ａ，２ｂへの通電を制御するためのパルス分配回路１３
に接続している。パルス分配回路１３は、電磁石２ａ，
２ｂのコイルに接続している。上記のハードウェアの構
成により行われる制御の機能を、図２８にブロック図で
示す。すなわち、パソコン１５のソフトは、一対のＰＩ
Ｄ制御器１７ａ，１７ｂとして作用することにより、電
磁石２ａ，２ｂにパルス的電流を流している。

【００２２】ここで、第１駆動ローラ１ａは、図示しな
いモータによって常時一定の速度で時計回りに回転して
いる。また、第２駆動ローラ１ｂは、図示しないモータ
によって常時一定の速度で反時計回りに回転している。
また、第１電磁石２ａ及び第２電磁石２ｂは、パルス分
配回路１３よりパルス的に通電されることにより、鉛直
方向下向き、すなわち駆動ローラ１ａ，１ｂの方向に向
かう力を可動部３に付勢する。従って、電磁石２ａ，２
ｂにパルス的に通電することにより、可動物体の運動は
簡単なパルス配分によって制御することができる。例え
ば、第１電磁石２ａを入力１、第２電磁石２ｂを入力
２、可動部３を出力、と考えると、図６に示すような制
御が可能である。

【００２３】可動部３は、駆動ローラ１ａ及び駆動ロー
ラ１ｂによって、重力の反力に比例した２つの摩擦力Ｆ
1x、Ｆ2xを受けている。これらの摩擦力Ｆ1x及び摩擦力
Ｆ2xはお互いに逆向きである。可動部３に係る駆動力は
釣り合っているときは、通常状態においては可動部３は
移動しない。摩擦力にわずかな差があるときには、定常
的に振動する。定常的に振動しているときは、例えば、
可動部３が右方向に移動すると、可動部３の重心が右方
向に移動するために、摩擦力Ｆ2x＞Ｆ1xとなり、左方向
へ戻そうとする力を受ける。左方向へ移動したときは、
摩擦力Ｆ1x＞Ｆ2xとなり、右方向へ可動部３を戻そうと
する力を受ける。そのために可動部３は、駆動ローラ及
び駆動ローラ１ｂ間の外に外れることはない。また、こ
の摩擦駆動源を紙面内で傾けたときには、可動部３の中
心がずれるが、ある角度内で滑り落ちることはない。こ
の差動型摩擦駆動源は、大域的に安定である。ここで、
摩擦力Ｆ1xは左方向へ可動部３を駆動しようとする力、
摩擦力Ｆ2xは右方向へ可動部３を駆動しようとする力で
ある。ここで、鉛直力の大きさを制御することにより、
摩擦力を変化させることができるため、可動部３に対し
て左右方向に任意の推力を与えることができ、可動部３
を精密な制御で移動させることができる。

【００２４】本発明者らは、ＤＦＤＭの基本特性を確認
するために次のような基礎実験を行った。すなわち、駆
動ローラ１ａ及び駆動ローラ１ｂ上に載せられた可動部
３に外部から衝撃を加えた時の応答について、図２に示
すような実験を行った。この実験の目的は、常時反対方
向に回転している駆動ローラ１ａ，２ａ上に載置した可
動部３に対してパルス的な駆動力を与えた場合の可動部
３の挙動特性を確認することである。図２は実験装置の
構成を示すブロック図で、左側の第１駆動ローラ２１は
時計方向に回転し、右側の第２駆動ローラ２２は反時計
方向に回転している。第１駆動ローラ２１及び第２駆動
ローラ２２は、同一回転数となるように、直流電源３０
を電源とした速度制御回路２９で制御されている。可動
部２３の変位は、可動部２３に接しているピックアップ
２５を介して磁歪式リニア変位センサ２６を用いて測定
している。変位信号は変位センサ２６のコントローラ２
７を介してディジタルオシロスコープ２８に取り込まれ
ている。変位信号を移動平均した後に、速度信号及び加
速度信号を求めた。

【００２５】なお、この実験で用いられた可動部２３の
大きさは、長手方向における長さ３５０ｍｍ、幅１９．
８ｍｍ、高さ２．９５ｍｍであり、重さ１６８．４ｇで
材質はステンレス鋼である。また、駆動ローラ２１及び
駆動ローラ２２はいずれも、直径１８．００ｍｍ、回転
速度２００ｒｐｍであり、材質は黄銅である。図２にお
ける可動部２３はパルス制御を行わない場合、鉛直方向
の重力のみの影響を受け、両輪における摩擦力の僅かな
違いによって定常的に振動する。この振動周期Ｔ0はこ
の実験では、Ｔ0＝０．８５ｓであった。この状態で差
動型摩擦駆動源装置のシステム全体を紙面内で傾けたと
ころ、可動部２３の中心がずれるが、ある角度内では可
動部２３が滑り落ちることはない。

【００２６】次に、スチールボールからなる振子２４に
よって、可動部２３に対して図２の右端に衝撃的な外力
を加えた。この際の可動部２３の運動の様子を図３に示
す。横軸は時間、縦軸は、変位（ａ）、速度（ｂ）、加
速度（ｃ）の変化を示している。定常的な単振動（図３
ＡＢ間）を行っている可動部２３に、右方向から振子２
４で衝撃力を加える（図３Ｂ）。衝撃力を印可した直後
は、可動部２３が過渡的に左側に大きく変位し、最大速
度（図３Ｃ）に達した後、重心が左へ移動したことによ
り駆動ローラ２１での摩擦力が増加したため左側での最
大変位点で一旦停止するが、このときに右側の最大変位
点（図３Ｄ）となっている。その後、再び右側方向へ移
動を始めるが、右側の最大変位点（図３Ｇ）に到達する
過程で可動部２３は、駆動ローラ２１の周速度を越えよ
うとするため進行方向と逆向きに摩擦がかかり加速せ
ず、等速運動（図３ＥＦ間）を行っている。この速度は
ほぼ駆動ローラ２１及び駆動ローラ２２の周速度と一致
しており、このときの加速度は零となっている。その後
定常的な単振動へと移行している（図３Ｇ以降）。

【００２７】次に、上記実験を図４に示すＤＦＤＭの力
学モデルにより検証を行った。すなわち、ＤＦＤＭを理
論的に解明する。可動部の運動方程式ｍａ＝Ｆにおける
外力は次のように場合分けされる。 ｖ＞０、｜ｖ｜＜｜ｒω｜：Ｆ＝−μｇｍｘ／ｌ＋ｆ（ｔ） （１） ｖ＞０、｜ｖ｜＞｜ｒω｜：Ｆ＝−μｇｍ＋ｆ（ｔ） （２） ｖ＜０、｜ｖ｜＜｜ｒω｜：Ｆ＝−μｇｍｘ／ｌ＋ｆ（ｔ） （３） ｖ＜０、｜ｖ｜＞｜ｒω｜：Ｆ＝μｇｍ＋ｆ（ｔ） （４） ここで、ｍ：可動部の質量、μ：摩擦係数、ａ：可動部
重心の加速度、ｒ：駆動ローラ２１，２２の半径、ｗ：
駆動ローラ２１，２２の角速度、ｇ：可動部重心にかか
る動力加速度、ｘ：可動部重心の原点Ｏからの変位、
ｖ：可動部重心の速度、２ｌ：各駆動ローラの中心間距
離、ｆ（ｔ）：衝撃力を表している。

【００２８】なおｆ（ｔ）＝０の場合の可動部の振動周
期Ｔ0は、 Ｔ0＝２π／ω0＝２π√（ｌ／μｇ） （５） であり、先に示した条件では、Ｔ0 ＝０．８５ｓとな
り、図３の実験結果とよく一致している。なお、このモ
デルに基づくシミュレーション結果を図５に示す。この
シミュレーション結果は図３に示す実験結果とよく一致
していることが確かめられた。

【００２９】上記結果により、２つのお互いに逆方向に
回転する駆動ローラ上の可動部は、外部から加わる衝撃
力に対しても速やかに安定な自由振動に移行しうること
が確認された。また、本機構のモデルを作成しシュミレ
ーションを行ったところ、実験結果と同様の結果が得ら
れ、仮定したモデルが正しいことが明らかになった。す
なわち、ＤＦＤＭが理論的なシミュレーション結果と良
く一致することがわかった。

【００３０】差動型摩擦駆動源装置が駆動対象とする可
動部の形状は、図１に示すように平板状部材だけでな
く、図７に示す可動部４のような曲面形状、図８に示す
可動部５のような円筒形状あるいは楕円筒形状、あるい
はそれに近い形の閉じた中空筒形状、あるいは図９に示
す可動部６ようなワイヤー形状、図１０に示す薄いフィ
ルム７に適用しても同様である。

【００３１】次に、一対の駆動ローラを同軸上に配置し
た第２の実施の形態について説明する。図１１は第２の
実施の形態の構成を示す。可動部８は、お互いに逆方向
に常時回転している２つの回転型アクチュエータである
駆動ローラ１ａ及び駆動ローラ１ｂの上にのせられてい
る。ここで、駆動ローラ１ａと駆動ローラ１ｂとの回転
軸は同軸上に配置されている。さらに、第１の実施の形
態と同様に、駆動ローラ１ａの近傍にパルス圧力付加装
置である電磁石２ａが設けられている。また、駆動ロー
ラ１ｂの近傍に電磁石２ｂが設けられている。

【００３２】ここで、駆動ローラ１ａは、図示しないモ
ータによって常時一定の速度で時計回りに回転してい
る。また、駆動ローラ１ｂは、図示しないモータによっ
て常時一定の速度で反時計回りに回転している。また、
電磁石２ａ及び電磁石２ｂは、通電されることにより、
鉛直方向下向き、すなわち駆動ローラ１ａ，１ｂの方向
に向かう力を可動部３に付勢する。電磁石２ａ，２ｂに
パルス的に通電することにより、物体の運動は簡単なパ
ルス配分によって制御することができる。この場合に
は、第１の実施の形態の場合とは異なり幅の広いものが
扱えるようになる。また、移動方向に場所をとらないた
めに、可動部が曲面を有する場合に、Ｒの小さい部材で
あっても駆動が可能である。また、第１の実施の形態と
同様に、第２の実施の形態の場合も扱うことのできる可
動部の形状は図１１に示す可動部８のような平面状部材
だけでなく、図１２に示す可動部９のような曲面形状、
図１３に示すような円筒形状あるいは楕円筒形状、ある
いはそれに近い閉じた筒形状可動部１０、図１４に示す
薄いフィルム３８にも同様に適用できる。

【００３３】次に、２対、４つの駆動ローラを用いた第
３の実施の形態を説明する。図１５は第３の実施の形態
の実施例で、常時反対方向に回転する駆動ローラ１ａ及
び駆動ローラ１ｂを回転軸同士を平行にして並べ、さら
に駆動ローラ１ａ及び駆動ローラ１ｂの駆動方向と直交
する方向であって、相反する方向に常時一定速度で回転
する駆動ローラ１ｃ及び駆動ローラ１ｄを同じく回転軸
同士を平行にして設け、その上に可動部３２をのせる。
さらに第１の実施の形態と同様に、駆動ローラ１ａの近
傍にパルス圧力付加装置である電磁石２ａが設けられて
いる。また、駆動ローラ１ｂの近傍に電磁石２ｂが設け
られている。また、駆動ローラ１ｃの近傍に電磁石２ｃ
が設けられている。また、駆動ローラ１ｄの近傍に電磁
石２ｄが設けられている。

【００３４】ここで、駆動ローラ１ａは、図示しないモ
ータによって常時時計回りに回転している。また、駆動
ローラ１ｂは、図示しないモータによって常時反時計回
りに回転している。また、駆動ローラ１ｄは、図示しな
いモータによって常時時計回りに回転している。また、
駆動ローラ１ｃは、図示しないモータによって常時一定
の速度で反時計回りに回転している。また、電磁石２ａ
及び電磁石２ｂは、通電されることにより、鉛直方向下
向き、すなわち駆動ローラ１ａ，１ｂの方向に向かう力
を可動部３２に付勢する。電磁石２ａ，２ｂにパルス的
に通電することにより、可動部３２の運動は簡単なパル
ス配分によって制御することができる。また、電磁石２
ｃ及び電磁石２ｄは、通電されることにより、鉛直方向
下向き、すなわち駆動ローラ１ｃ，１ｄの方向に向かう
力を可動部３２に付勢する。電磁石２ｃ，２ｄにパルス
的に通電することにより、可動部３２の運動は簡単なパ
ルス配分によって制御することができる。

【００３５】このように、駆動ローラ１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄと電磁石２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの４組の差動
型摩擦駆動源装置を用いることにより、可動部３２を２
次元的に任意の方向に移動させることが可能である。こ
の場合には第１実施の形態とは異なり、もっと幅の広い
可動部が扱え、その形状は、図１５に示す可動部３２の
ような平面形状だけでなく、図１６に示す可動部３３の
ような曲面形状、図１７に示す薄いフィルム３４にでも
応用が可能である。

【００３６】次に上記とは別に、２対、４つの駆動ロー
ラを用いた第４の実施の形態を説明する。図１８は第４
の実施の形態で、相反する方向に常時一定速度で回転す
る駆動ローラ１ａ及び駆動ローラ１ｂを回転軸上に並
べ、さらに駆動ローラ１ａ及び駆動ローラ１ｂの回転方
向と直交する方向で、相反する方向に常時回転する駆動
ローラ１ｃ及び駆動ローラ１ｄを同じく回転軸上に設
け、その上に可動部３５をのせる。さらに第１の実施の
形態と同様に、駆動ローラ１ａの近傍にパルス圧力付加
装置である電磁石２ａが設けられている。また、駆動ロ
ーラ１ｂの近傍に電磁石２ｂが設けられている。また、
駆動ローラ１ｃの近傍に電磁石２ｃが設けられている。
また、駆動ローラ１ｄの近傍に電磁石２ｄが設けられて
いる。

【００３７】ここで、駆動ローラ１ａは、図示しないモ
ータによって常時時計回りに回転している。また、駆動
ローラ１ｂは、図示しないモータによって常時反時計回
りに回転している。また、駆動ローラ１ｄは、図示しな
いモータによって常時時計回りに回転している。また、
駆動ローラ１ｃは、図示しないモータによって常時反時
計回りに回転している。また、電磁石２ａ及び電磁石２
ｂは、通電されることにより、鉛直方向下向き、すなわ
ち駆動ローラ１ａ，１ｂの方向に向かう力を可動部３５
に付勢する。電磁石２ａ，２ｂにパルス的に通電するこ
とにより、可動部３５の運動は簡単なパルス配分によっ
て制御することができる。また、電磁石２ｃ及び電磁石
２ｄは、通電されることにより、鉛直方向下向き、すな
わち駆動ローラ１ｃ，１ｄの方向に向かう力を可動部３
５に付勢する。電磁石２ｃ，２ｄにパルス的に通電する
ことにより、可動部３５の運動は簡単なパルス配分によ
って制御することができる。

【００３８】このように、駆動ローラ１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄと電磁石２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの４組の差動
型摩擦駆動源装置を用いることにより、可動部３５を２
次元的に任意の方向に移動させることが可能である。こ
の場合には、もっと幅の広い可動部が扱え、その形状
は、図１８に示す可動部３５のような平面形状だけでな
く、図１９に示す可動部３６のような曲面形状、図２０
に示す薄いフィルム３７にでも応用が可能である。

【００３９】以上詳細に説明したように、本実施の形態
の差動型摩擦駆動源装置によれば、（ａ）可動部３を第
１方向に駆動するために常時回転している第１駆動ロー
ラ１ａと、（ｂ）可動部３を第２方向に駆動するために
常時回転している第２駆動ローラ１ｂと、（ｃ）可動部
３を第１駆動ローラ１ａ方向に付勢することにより、可
動部３を第１方向に駆動する第１電磁石２ａと、（ｄ）
可動部３を第２回駆動ローラ１ｂ方向に付勢することに
より、可動部３を第２方向に駆動する第２電磁石２ｂと
を有しているので、常時回転している駆動ローラとの摩
擦力をパルス的に変化させることにより、高い応答性か
つ高精度で可動部３を左右方向に駆動することができ
る。

【００４０】また、駆動ローラの速度を変化させること
により、可動部３の速度を零速度から高速まで可変速で
きる。また、駆動ローラ１の慣性を大きくとることによ
って、小型な駆動系であっても安定な運動が保証でき
る。また、可動部３と駆動ローラ１とが歯車やベルト等
を分けて機械的に結合されていないために、外部からわ
ずかな力で巨大な接触力を得ることができる。これによ
り可動部の瞬発的な運動が実現できる。

【００４１】さらに、本実施の形態の差動型摩擦駆動源
装置によれば、（ａ）第１駆動ローラ１ａ及び第２駆動
ローラ１ｂの駆動方向と直交する方向に駆動するため
に、常時回転している第３駆動ローラ１ｃ及び第４駆動
ローラ１ｄと、（ｂ）可動部３を第３駆動ローラ１ｃ方
向に付勢することにより、可動部３を第３方向に駆動す
る第３電磁石２ｃと、（ｃ）可動部３を第４駆動ローラ
１ｄ方向に付勢することにより、可動部３を第４方向に
駆動する第４電磁石２ｄとを有しているので、常時回転
している駆動ローラとの摩擦力をパルス的に変化させる
ことにより、高い応答性かつ高精度で可動部３を前後方
向及び左右方向に駆動することができる。

【００４２】以上、上記実施の形態では本発明を具体化
した摩擦駆動源装置の一例を示したが、この実施例にと
らわれることなく色々な応用が可能である。例えば、第
３実施の形態及び第４実施の形態では、駆動ローラ１を
４つ用いたが、２つが１セットとなり相反する方向に回
転していれば、５つ以上の複数個用いても同様である。
また、図２１に示すように、一対の軸受４３で保持され
た丸棒４２に対して、わずかに離間して第１駆動ローラ
１ａ及び第２駆動ローラ１ｂを設ける。そして、各駆動
ローラの軸を移動軸により平行移動可能に保持して、移
動軸を圧電素子により保持する。そして、圧電素子に通
電することにより、各駆動ローラを丸棒４２に接触させ
る方法を用いても同様である。

【００４３】また、本発明により、直進移動ではなく
て、回転駆動を伝達することも可能である。すなわち、
図２６及び図２７に示すように、出力回転軸５２に対し
て、互いに反対方向に回転する一対の駆動回転軸５３
ａ，５３ｂを設ける。そして、出力回転軸５２に取り付
けた非磁性体からなる駆動伝達円板５５と、駆動回転軸
５３ａ，５３ｂに取り付けた磁性体からなる駆動伝達円
板５１ａ，５１ｂとを僅かに接触させた状態とする。ま
た、電磁石２ａ，２ｂを図２６に示す位置に設ける。こ
の電磁石２ａ，２ｂを励磁することにより、駆動伝達円
板５１ａ，５１ｂを吸引して、駆動伝達円板５５と接触
させ摩擦駆動する方式である。これにより、回転伝達に
本発明を応用することができる。

【００４４】また、反対方向に回転する一対の駆動ロー
ラ１ａ，１ｂを駆動するのを、１つのモータで行うこと
も可能である。すなわち、図２９に示すように、モータ
の駆動軸６１からプーリ６２を介して駆動軸１ａ，１ｂ
を回転させることができる。また、図３０に示すよう
に、反転用ギア６３を介することにより、駆動軸１ａ，
１ｂを反対方向に回転させることができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明の差動型摩擦駆動源装置によれ
ば、（ａ）可動部を第１方向に駆動するために常時回転
している第１回転型アクチュエータと、（ｂ）可動部を
第２方向に駆動するために常時回転している第２回転型
アクチュエータと、（ｃ）可動部を第１回転型アクチュ
エータ方向に付勢することにより、可動部を第１方向に
駆動する第１方向駆動補助手段と、（ｄ）可動部を第２
回回転型アクチュエータ方向に付勢することにより、可
動部を第２方向に駆動する第２方向駆動補助手段とを有
しているので、常時回転している回転型アクチュエータ
との摩擦力をパルス的に変化させることにより、高い応
答性かつ高精度で可動部を左右方向に駆動することがで
きる。

【００４６】また、回転型アクチュエータの速度を変化
させることにより、可動部の速度を零速度から高速まで
可変速できる。また、回転型アクチュエータの慣性を大
きくとることによって、小型な駆動系であっても安定な
運動が保証できる。また、可動部と回転型アクチュエー
タとが歯車やベルト等を分けて機械的に結合されていな
いために、外部からわずかな力で巨大な接触力を得るこ
とができる。これにより可動部の瞬発的な運動が実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態である摩擦駆動源装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】実験装置の構成を示すブロック図である。

【図３】実験データを示すデータ図である。

【図４】実験における力学的モデル図である。

【図５】力学的モデルに基づくシュミレーション結果を
示す図面である。

【図６】可動部の制御方法を示すタイミング図である。

【図７】第１実施の形態の第１応用例である可動部が曲
板形状である差動型摩擦駆動源装置を示す図面である。

【図８】第１実施の形態の第２応用例である可動部が円
筒筒形状である差動型摩擦駆動源装置を示す図面であ
る。

【図９】第１実施の形態の第３応用例である可動部がワ
イヤ形状である差動型摩擦駆動源装置を示す図面であ
る。

【図１０】第１実施の形態の第４応用例である可動部が
フィルム形状である差動型摩擦駆動源装置を示す図面で
ある。

【図１１】本発明の第２実施の形態である差動型摩擦駆
動源装置の部分的構成を示すブロック図である。

【図１２】第２実施の形態の第１応用例である可動部が
曲板形状である差動型摩擦駆動源装置を示す図面であ
る。

【図１３】第２実施の形態の第２応用例である可動部が
円筒筒形状である差動型摩擦駆動源装置を示す図面であ
る。

【図１４】第１実施の形態の第３応用例である可動部が
フィルム形状である差動型摩擦駆動源装置を示す図面で
ある。

【図１５】本発明の第３実施の形態である差動型摩擦駆
動源装置の部分的構成を示すブロック図である。

【図１６】第３実施の形態の第１応用例である可動部が
曲板形状である差動型摩擦駆動源装置を示す図面であ
る。

【図１７】第３実施の形態の第２応用例である可動部が
フィルム形状である差動型摩擦駆動源装置を示す図面で
ある。

【図１８】本発明の第４実施の形態である差動型摩擦駆
動源装置の部分的構成を示すブロック図である。

【図１９】第４実施の形態の第１応用例である可動部が
曲板形状である差動型摩擦駆動源装置を示す図面であ
る。

【図２０】第４実施の形態の第２応用例である可動部が
フィルム形状である差動型摩擦駆動源装置を示す図面で
ある。

【図２１】圧電素子を用いた場合の実施の形態の構成を
示す図面である。

【図２２】通常のモータの斜視図である。

【図２３】歯車列を用いて回転型アクチュエータのトル
クを大きくしているモータの斜視図である。

【図２４】リニアモータの構造を示した図面である。

【図２５】油圧及び空圧式シリンダを用いたアクチュエ
ータの構造を示す図面である。

【図２６】本発明を回転駆動に応用した場合の実施の形
態を示す平面図である。

【図２７】図２６の正面図である。

【図２８】制御装置の機能を示すブロック図である。

【図２９】駆動ローラを回転させる機構を説明する第一
説明図である。

【図３０】駆動ローラを回転させる機構を説明する第二
説明図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 駆動ローラ ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 電磁石 ３ 可動部 １１ 変位センサ １２ コントローラ １３ パルス分配回路 ２１、２２ 駆動ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古谷 克司 名古屋市天白区久方２−12 豊田工業大学 内 (72)発明者 佐藤 益矛 愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地 シーケーディ株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動部を２以上の方向に切り換えて駆動
   可能な駆動源装置において、 前記可動部を第１方向に駆動するために、常時回転して
   いる第１回転型アクチュエータと、 前記可動部を第２方向に駆動するために、常時回転して
   いる第２回転型アクチュエータと、 前記可動部を前記第１回転型アクチュエータ方向に付勢
   することにより、前記可動部を前記第１方向に駆動する
   第１方向駆動補助手段と、 前記可動部を前記第２回転型アクチュエータ方向に付勢
   することにより、前記可動部を前記第２方向に駆動する
   第２方向駆動補助手段とを有することを特徴とする差動
   型摩擦駆動源装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する差動型摩擦駆動源装
   置において、 前記第１回転型アクチュエータ及び前記第２回転型アク
   チュエータの駆動方向と直交する方向に駆動するため
   に、常時回転している第３回転型アクチュエータ及び第
   ４回転型アクチュエータと、 前記可動部を前記第３回転型アクチュエータ方向に付勢
   することにより、前記可動部を前記第３方向に駆動する
   第３方向駆動補助手段と、 前記可動部を前記第４回転型アクチュエータ方向に付勢
   することにより、前記可動部を前記第４方向に駆動する
   第４方向駆動補助手段とを有することを特徴とする差動
   型摩擦駆動源装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載する差動
   型摩擦駆動源装置において、 前記第１回転型アクチュエータ及び前記第２回転型アク
   チュエータが、反対方向に回転される駆動ローラであ
   り、 前記第３回転型アクチュエータ及び前記第４回転型アク
   チュエータが、反対方向に回転される駆動ローラである
   ことを特徴とする差動型摩擦駆動源装置。
4. 【請求項４】 請求項１及至請求項３に記載する差動型
   摩擦駆動源装置のいずれか１つにおいて、 前記各駆動補助手段が、電磁石によるパルス的付勢、圧
   電素子によるパルス的付勢、または圧縮空気によるパル
   ス的付勢を、可動部に対して行うパルス出力付加手段を
   有することを特徴とする差動型摩擦駆動源装置。
5. 【請求項５】 請求項１及至請求項４に記載する差動型
   摩擦駆動源装置のいずれか１つにおいて、 前記第１回転型アクチュエータ及び前記第２回転型アク
   チュエータの回転軸を平行に配置し、 前記第３回転型アクチュエータ及び前記第４回転型アク
   チュエータの回転軸を平行に配置したことを特徴とする
   差動型摩擦駆動源装置。
6. 【請求項６】 請求項１及至請求項４に記載する差動型
   摩擦駆動源装置のいずれか１つにおいて、 前記第１回転型アクチュエータ及び前記第２回転型アク
   チュエータを同軸上に配置し、 前記第３回転型アクチュエータ及び前記第４回転型アク
   チュエータを同軸上に配置したことを特徴とする差動型
   摩擦駆動源装置。