回転駆動装置
【課題】回転駆動装置において、簡単な構成で比較的大きな駆動力を得ることができ、さらにその駆動力を容易に制御する。
【解決手段】回転駆動装置１０は、本体ケース１１に回転可能に支承され、出力軸１２ｂおよび環状に形成された内歯１２ｃを備え、出力軸１２ｂの回転軸まわりに回転される出力回転体１２と、出力回転体１２の出力軸１２ｂの回転軸に対して偏心して周回運動をし、その偏心周回運動をする際に出力回転体１２の内歯１２ｃと噛合する外歯１３ｂを備えた偏心回転体１３と、偏心回転体１３に出力軸１２ｂの回転軸まわりに環状に形成された環状壁１３ｄ１に沿って当接して周回する錘２１と、偏心回転体１３を弾性移動可能に支持する支持装置２２と、電気信号に応じて発生する歪により偏心回転体１３を振動させる歪素子２３と、を備えた偏心運動発生装置２０と、を備えている。
【解決手段】回転駆動装置１０は、本体ケース１１に回転可能に支承され、出力軸１２ｂおよび環状に形成された内歯１２ｃを備え、出力軸１２ｂの回転軸まわりに回転される出力回転体１２と、出力回転体１２の出力軸１２ｂの回転軸に対して偏心して周回運動をし、その偏心周回運動をする際に出力回転体１２の内歯１２ｃと噛合する外歯１３ｂを備えた偏心回転体１３と、偏心回転体１３に出力軸１２ｂの回転軸まわりに環状に形成された環状壁１３ｄ１に沿って当接して周回する錘２１と、偏心回転体１３を弾性移動可能に支持する支持装置２２と、電気信号に応じて発生する歪により偏心回転体１３を振動させる歪素子２３と、を備えた偏心運動発生装置２０と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転駆動装置の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１，２に示されているように、回転駆動装置は、圧電体の超音波振動を利用する表面波モータである。その表面波モータは、弾性体４ａに圧電体４ｂが固着された固定子４と、固定子４の進行波発生面４ｃと相互接触している進行波受動面２ａを有する回転子２とを積層した構造である。この表面波モータにおいては、圧電体４ｂに電圧を印加することで進行波発生面４ｃを波打たせてそれを進行波受動面２ａで受けて回転子２が回転するようになっている。
【０００３】
また、駆動装置として、特許文献２に示されているものが知られている。特許文献２に図１に示されているように、駆動装置は、半円環状に形成されており、対称な２箇所に圧電体１５を取り付け、圧電体１５に電圧を印加することで、２本の脚１２，１３の先端を楕円状に回転運動させ、接している物体（レール２１）を一方向に移動させるようになっている。
【０００４】
さらに、駆動装置として、特許文献３に示されているものが知られている。特許文献３に図１，２，１８に示されているように、駆動装置においては、四角柱のハウジング１４の４つの外面３７にそれぞれ圧電プレート１８，２０，２２，２４が取り付けられている。このような駆動装置では、活性化された変換器（たとえばプレート１８、２０、２２および２４）とハウジング１４との相互作用が、ナット１６の軌道運動を引き起こし、それが他方でねじ付きシャフト１２の回転および平行移動を引き起こすようになっている。これにより、ハウジング１４は一方向に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−７７０６８号公報
【特許文献２】特開平０２−２６６８８１号公報
【特許文献２】特表２００８−５１０４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の回転駆動装置によれば、圧電体に電圧を印加することで、回転子２を回転運動させているが、その構造上、出力可能なトルクは電動モータに比べると小さいという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の駆動装置によれば、楕円状に回転運動する振動部を駆動対象である物体（レール２１）に押し当てて駆動させるため、その接している部分の摩擦分しか推進力を得ることができないという問題がある。
【０００８】
さらに、特許文献３に記載の駆動装置によれば、ハウジング１４側が変形すると、ハウジング１４とシャフト１２とのねじが擦り合い、このねじの接触面の摩擦によりシャフト１２が回転する。つまりこの摩擦力のみで推進するため、推進力の増大は望めないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、回転駆動装置において、簡単な構成で比較的大きな駆動力を得ることができ、さらにその駆動力を容易に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、本体ケースと、本体ケースに回転可能に支承され、出力軸および環状に形成された内歯または外歯を備え、出力軸の回転軸まわりに回転される出力回転体と、出力回転体の出力軸の回転軸に対して偏心して周回運動をし、その偏心周回運動をする際に出力回転体の内歯と噛合する外歯または出力回転体の外歯と噛合する内歯を備えた偏心回転体と、偏心回転体に出力軸の回転軸まわりに環状に形成された環状壁に沿って当接して周回する錘と、偏心回転体を弾性移動可能に支持する支持装置と、電気信号に応じて発生する歪により偏心回転体を振動させる歪素子と、を備え、歪素子による押圧力と支持装置による弾性力と前記錘の遠心力との協働により錘を周回させることで偏心回転体に偏心周回運動を発生させる偏心運動発生装置と、を備えたことである。
【００１１】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、支持装置は、本体ケースと偏心回転体との間に介装された弾性部材からなり偏心回転体を本体ケースに対して弾性移動可能に支持し、歪素子は、本体ケースに固定され電気信号に応じて発生する歪により偏心回転体を押圧することである。
【００１２】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、支持装置は、本体ケースに固定され弾性変形可能な第１支持装置と、第1支持装置と偏心回転体との間に介装された弾性部材からなり偏心回転体を第1支持装置に対して弾性移動可能に支持する第２支持装置と、を備え、歪素子は、第１支持装置に取り付けられ電気信号に応じて発生する歪により第１支持装置を振動させることで偏心回転体を振動させることである。
【００１３】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１から請求項３の何れか一項において、歪素子は、圧電素子、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子のうちのいずれかにより構成されていることである。
【００１４】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１から請求項４の何れか一項において、錘の位置を検出する錘位置検出センサをさらに備えたことである。
【００１５】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、歪素子は、偏心回転体を環状壁の接線方向に押圧するように設けられていることである。
【００１６】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、第１支持装置は、基端が本体ケースに固定され先端が自由端であり偏心回転体を囲むように弾性材で形成され、歪素子は第１支持装置の基端部に取り付けられていることである。
【００１７】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項７において、支持装置は、第１支持装置の先端に行くにつれて第１支持装置の振幅が大きくなるように構成されていることである。
【発明の効果】
【００１８】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、偏心回転体に形成された環状壁に沿って錘が周回すると、支持装置によって弾性移動可能に支持されている偏心回転体は錘の遠心力と支持装置の弾性力によって出力回転体の出力軸の回転軸まわりに偏心周回運動をするような構成となっている。歪素子は、偏心回転体を振動させることで、前述した偏心周回運動を開始させたり、偏心周回運動を加速・減速させて制御したりしている。偏心回転体が偏心周回運動することにより偏心回転体の内歯と出力回転体の外歯または偏心回転体の外歯と出力回転体の内歯が噛合することで、出力回転体が回転される。
【００１９】
このように、比較的変位量が小さい歪素子を使用しても、偏心周回運動の発生に必要な力を偏心回転体に付与することが可能となる。一旦偏心周回運動が開始されれば、歪素子による押圧力、錘の遠心力、支持装置による弾性力により、安定した周回運動を達成することができる。また、歪素子による押圧力のみで偏心回転体を偏心周回運動させるのではなく、支持装置による弾性力および錘の遠心力も使用して偏心回転体を偏心周回運動させることで、出力回転体を回転させることができる。
【００２０】
したがって、簡単な構成で比較的大きな駆動力を得ることができる。さらに、その駆動力は錘の遠心力とよい相関関係にあるので錘の回転（周回）状態を制御することで、その駆動力を容易に制御することができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、支持装置は、本体ケースと偏心回転体との間に介装された弾性部材からなり偏心回転体を本体ケースに対して弾性移動可能に支持し、歪素子は、本体ケースに固定され電気信号に応じて発生する歪により偏心回転体を押圧する。これにより、偏心回転体を本体ケースに弾性部材を介して確実に支持することができるとともに、本体ケースに固定された歪素子により偏心回転体を確実に振動させることができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１において、支持装置は、本体ケースに固定され弾性変形可能な第１支持装置と、第1支持装置と偏心回転体との間に介装された弾性部材からなり偏心回転体を第1支持装置に対して弾性移動可能に支持する第２支持装置と、を備え、歪素子は、第１支持装置に取り付けられ電気信号に応じて発生する歪により第１支持装置を振動させることで偏心回転体を振動させる。これにより、偏心回転体を弾性部材からなる第２支持装置および弾性変形可能な第１支持装置を介して本体ケースに確実に支持するとともに、偏心回転体に比較的大きな振動を付与することができる。また、歪素子が直接第１支持装置を振動させ、その振動された第１支持装置により偏心回転体が振動されるので、偏心回転体を歪素子によってより確実に振動させることができる。
【００２３】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１から請求項３の何れか一項において、歪素子は、圧電素子、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子のうちのいずれかにより構成されている。これにより、供給する電気信号に応じて歪量を変化させることができ、偏心回転体ひいては回転駆動装置の回転制御を容易に行うことができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１から請求項４の何れか一項において、錘の位置を検出する錘位置検出センサをさらに備えたことである。これにより、錘の位置を確実に検出することで、歪素子の制御をより確実に行うことができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項２において、歪素子は、偏心回転体を環状壁の接線方向に押圧するように設けられている、これにより、歪素子のエネルギーを偏心回転体ひいては錘に有効に加えることができ、効率の向上を図ることできる。
【００２６】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項３において、第１支持装置は、基端が本体ケースに固定され先端が自由端であり偏心回転体を囲むように弾性材で形成され、歪素子は第１支持装置の基端部に取り付けられている。これにより、第１支持装置は偏心回転体を簡単な構成で弾性変形可能に支持することできる。また、歪素子が第１支持装置の基端部に取り付けられているので、偏心回転体を効率よく振動させることができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項７において、支持装置は、第１支持装置の先端に行くにつれて第１支持装置の振幅が大きくなるように構成されている。これにより、第１支持装置の基端部の振動が小さくても先端に行けば大きい振幅を確保することができるので、偏心回転体をより効率よく振動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による回転駆動装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示した回転駆動装置を２−２線に沿って示す断面図である。
【図３】図１に示した回転駆動装置を３−３線に沿って示す断面図である。
【図４】図１に示した回転駆動装置の開始時の作動を示す図である。
【図５】図１に示した回転駆動装置の開始時の作動を示す図である。
【図６】図１に示した回転駆動装置の偏心周回運動時の作動を示す図である。
【図７】図１に示した回転駆動装置の偏心周回運動時の作動を示す図である。
【図８】図１に示した回転駆動装置の偏心周回運動時の作動を示す図である。
【図９】図１に示した回転駆動装置の偏心周回運動時の作動を示す図である。
【図１０】図１に示した回転駆動装置の偏心周回運動時であって錘が所定位置にきたときの作動を示す図である。
【図１１】本発明による回転駆動装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図１２】図１１に示した回転駆動装置を１２−１２線に沿って示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
１）第１の実施形態
以下、本発明による回転駆動装置の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、回転駆動装置の断面図であり、図２は図１の２−２線に沿った断面図であり、図３は、図１の３−３線に沿った断面図である。
【００３０】
回転駆動装置１０は、本体ケース１１、出力回転体１２、偏心回転体１３、偏心運動発生装置２０を備えている。
【００３１】
本体ケース１１は、金属材や合成樹脂材などで箱状に形成されたものである。
出力回転体１２は、金属材や合成樹脂材などで形成されたものである。出力回転体１２は、円盤状に形成された本体１２ａを備えている。本体１２ａの中央には、出力軸１２ｂが同軸的に設けられている。出力軸１２ｂは、本体ケース１１に取り付けられている軸受１１ａに回転可能に支承されている。よって、出力回転体１２は、本体ケース１１に回転可能に支承されており、出力軸１２ｂの回転軸まわりに回転される。出力回転体１２の本体１２ａは、本体ケース１１内に収容されている。出力軸１２ｂは、本体ケース１１の外部に突出させて配置されている。
【００３２】
出力回転体１２には、環状に形成された内歯１２ｃが設けられている。具体的には、本実施形態では、本体１２ａの外周縁部には環状の凸部１２ｄが形成されている。その環状凸部１２ｄの内周面には内歯１２ｃが全周に亘って形成されている。
【００３３】
偏心回転体１３は、金属材や合成樹脂材などで形成されたものである。偏心回転体１３は、箱状に形成された筐体である本体１３ａと、本体１３ａの一側面（下面）に設けられた外歯１３ｂとを備えている。この偏心回転体１３は、出力回転体１２の出力軸１２ｂの回転軸に対して偏心して周回運動をするものである。
【００３４】
外歯１３ｂは、本体１３ａの下面に円柱状（または円筒状）に凸設形成された凸部１３ｃの外周面に全周に亘って形成されている。外歯１３ｂの基準円直径（図２で一点破線で示す）は、内歯１２ｃの基準円直径（図２で一点破線で示す）より小径であり、外歯１３ｂの歯数は、内歯１２ｃの歯数より少なく設定されている。偏心回転体１３の凸部１３ｃは、出力回転体１２の環状の凸部１２ｄ内に挿入配置され、偏心回転体１３が停止状態である場合に内歯１２ｃと外歯１３ｂが空間をおいて対向するように配置されている。偏心回転体１３は、偏心周回運動をする際に、出力回転体１２の内歯１２ｃと偏心回転体１３の外歯１３ｂが噛合する。なお、偏心周回運動とは、回転体の中心が同一箇所にある回転運動（自転）でなく、回転体の中心が同一箇所にない回転運動であり、例えば回転体の中心が円周上を移動する回転運動（公転）のことである。
【００３５】
偏心回転体１３の本体１３ａ内には、出力回転体１２の出力軸１２ａの回転軸まわりに環状に形成された環状溝１３ｄが設けられている。環状溝１３ｄは外側環状壁１３ｄ１（環状壁）とその内側に同軸に配設された内側環状壁１３ｄ２を備えている。外側環状壁１３ｄ１および内側環状壁１３ｄ２は本体１３ａの底面に立設されている。なお、内側環状壁１３ｄ２がなく外側環状壁１３ｄ１のみを有する構成でもよい。また、環状溝１３ｄは、円状でもよく、楕円状でもよい。
【００３６】
環状溝１３ｄ内には、外側環状壁１３ｄ１に沿って周回する錘２１が備えられている。錘２１は球状に形成されている。錘２１は、偏心回転体１３が偏心周回運動をする際に、外側環状壁１３ｄ１に当接して周回するものである。
【００３７】
なお、錘２１と支持装置２２のばね力（弾性力）との関係について説明する。偏心回転体１３が偏心周回運動をすることで、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合する際に、回転駆動装置１０が予め設定された最低トルクを出力できるように、錘２１の質量と支持装置２２のばね力（弾性力）が設定されている。
【００３８】
また、錘２１の質量は、偏心回転体１３の質量に対して大きくなるように設定するのが望ましい。錘２１の遠心力が比較的大きくなるようにすることで制御性を向上させるためである。具体的には、最低トルク時に下記数１を満足する錘の質量に設定すると効果的である。
【００３９】
（数１）
ｍＲω２＞（回転体重さ）＋（支持装置の弾性力）
ｍは錘２１の重さであり、Ｒは錘２１が回転する偏心回転体１３の半径である。
【００４０】
偏心回転体１３は、支持装置２２を介して弾性移動可能に支持されている。本実施形態では、支持装置２２は、本体ケース１１と偏心回転体１３との間に介装された複数のコイルばね２２ａからなり、偏心回転体１３を本体ケース１１に対して弾性移動可能に支持するものである。
【００４１】
具体的には、偏心回転体１３の本体１３ａは、本体ケース１１に対して複数（例えば４つ）のコイルばね２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３，２２ａ４により複数の方向（例えば４方向）から支持されている。各コイルばね２２ａは、本体１３ａの側面とその側面に対向する本体ケース１１の内壁面との間にそれぞれ介装されている。各コイルばね２２ａの一端は、本体１３ａの各側面の長手方向中央に接続固定され、他端は、本体ケース１１の内壁面の長手方向中央に接続固定されている。また、４つのコイルばね２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３，２２ａ４は同じばね定数で同じ長さに設定されている。
【００４２】
このように、偏心回転体１３は、支持装置２２すなわち４つのコイルばね２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３，２２ａ４により宙に浮いた状態で支持されている。この偏心回転体１３は、周回運動していないとき（回転駆動装置１０が非駆動状態であるとき）には、偏心回転体１３の中心１３ｅが出力回転体１２（出力軸１２ａ）の回転軸と一致するように、支持されるようになっている。
【００４３】
なお、本実施形態では、偏心回転体１３の中心１３ｅは、外歯１３ｂの中心である。また、本実施形態では、外歯１３ｂの中心と外側環状壁１３ｄ１の中心は一致しているが、外歯１３ｂの中心が外側環状壁１３ｄ１の内側に存在すれば一致していなくてもよい。錘２１の遠心力を利用することができるからである。
【００４４】
なお、弾性部材としては、コイルばね以外に、コイルばね以外のばね、ゴム、柔らかい合成樹脂でもよい。また、支持装置は、本体ケース１１の天板と偏心回転体１３の上面との間に介装された１つの棒状に形成された弾性部材で構成するようにしてもよい。
【００４５】
また、本体ケース１１内には、歪素子２３が備えられている。歪素子２３は、本体ケース１１に固定されている。歪素子２３は、圧電素子から構成されており、電気信号に応じて発生する歪により偏心回転体１３を押圧して振動させるものである。すなわち、歪素子２３は、細長く形成されており、一端（基端）が本体ケース１１の段部１１ｂに固定され、他端（先端）が偏心回転体１３を押圧可能な位置となるように配設されている。歪素子２３は、偏心回転体１３を外側環状壁１３ｄ１の接線方向に押圧するように設けられている。
【００４６】
歪素子２３の先端部は電気信号に応じて発生する歪により振動する。先端部が内側に（偏心回転体１３に近づく方向に）移動するとき、偏心回転体１３を押圧し、先端部が外側に（偏心回転体１３から離れる方向に）移動するとき、偏心回転体１３を押圧しない。
【００４７】
なお、歪素子２３は、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子のうちのいずれかにより構成されるようにしてもよい。
【００４８】
偏心運動発生装置２０は、上述した錘２１、支持装置２２および歪素子２３を備えており、歪素子２３による押圧力と支持装置２２による弾性力と錘２１の遠心力との協働により錘２１を周回させることで偏心回転体１３に偏心周回運動を発生させるものである。
【００４９】
また、本体ケース１１は、錘２１の位置を検出する錘位置検出センサ１４を備えている。錘位置検出センサ１４は、錘２１の軌跡（例えば環状溝１３ｄ）上のいずれかの位置に１つ又は複数設けられており、錘２１が通過したことを検出することで錘２１の位置を検出するようになっている。例えば、錘２１が金属材で形成されている場合、錘位置検出センサ１４は、金属材を検出することができるセンサで構成されるようになっている。なお、錘位置検出センサ１４を金属検知センサで構成する場合、上述した偏心回転体１３は非金属材（例えば合成樹脂材）で構成するのが望ましい。錘位置検出センサ１４の検出能力を発揮させるためである。
【００５０】
次に、上述したように構成された回転駆動装置１０の作動について説明する。なお、回転駆動装置１０が、偏心回転体１３の周回運動の軌道面が水平面となるように、設置されている場合について説明する。
【００５１】
回転駆動装置１０が非駆動時にあるときは、偏心回転体１３は、出力回転体１２と同軸的な位置関係となるように、すなわち出力軸１２ｂの回転軸と偏心回転体１３の中心（中心軸）１３ｅが一致するように、支持装置２２によって支持されており、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃは噛合していない（図２、３参照）。
【００５２】
歪素子２３に電気信号（正弦波、矩形波、三角波の何れでもよい）を付与すると、歪素子２３の先端部が振動を開始する。その振動によって、偏心回転体１３は、押圧方向に沿って振動を開始する。
【００５３】
すなわち、図４に示すように、歪素子２３の先端部が矢印ａ１の方向（出力軸１２ｂに近づく方向）に振れると、偏心回転体１３は、歪素子２３に押圧されて支持装置２２の付勢力に抗して一の方向（図４の矢印ｂ１の方向）に向かって移動する。矢印ａ１と矢印ｂ１の方向は一致している。偏心回転体１３の矢印ｂ１方向への移動によって、錘２１は図４の矢印ｃ１の方向（図４の時計回り方向）に移動する。錘２１は、偏心回転体１３から矢印ｂ１の方向に力が作用するが、外側環状壁１３ｄ１に沿って移動するからである。
【００５４】
一方、図５に示すように、歪素子２３の先端部が矢印ａ１と反対方向である矢印ａ２の方向（出力軸１２ｂから離れる方向）に振れると、偏心回転体１３に対する歪素子２３による押圧が解除される。偏心回転体１３は、支持装置２２の付勢力により元の位置（非駆動時の位置）に戻ろうとして一の方向の反対方向（図５の矢印ｂ２の方向）に向かって移動する。矢印ａ２と矢印ｂ２の方向は一致している。偏心回転体１３の矢印ｂ２方向への移動によって、錘２１は図５の矢印ｃ２の方向（図５の反時計周りの方向）に移動する。錘２１は、偏心回転体１３から矢印ｂ２の方向に力が作用するが、外側環状壁１３ｄ１に沿って移動するからである。
【００５５】
このように、偏心回転体１３の振動（往復動）が行われると、その振動に応じて錘２１も上述のように移動することで、錘２１が環状溝１３ｄに沿った周回運動を開始する。そうすると、直線往復動していた偏心回転体１３に、錘２１の遠心力が加わることで、偏心回転体１３は、楕円運動となり、ひいては、偏心周回運動を開始する。偏心回転体１３の偏心周回運動中においては、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合している。
【００５６】
また、安定した偏心周回運動中においては、図６〜図９に示すように、偏心回転体１３と錘２１が同期して偏心周回運動している。具体的には、図６に示すように、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃがコイルばね２２ａ１の位置で噛合する際には、錘２１はコイルばね２２ａ１に対応する位置にある。
【００５７】
さらに、錘２１が時計回りに周回運動して、コイルばね２２ａ２に対応する位置に来ると、図７に示すように、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合しながら、偏心回転体１３がコイルばね２２ａ２に対応する位置まで周回運動する。
【００５８】
さらに、錘２１が時計回りに周回運動して、コイルばね２２ａ３に対応する位置に来ると、図８に示すように、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合しながら、偏心回転体１３がコイルばね２２ａ３に対応する位置まで周回運動する。
【００５９】
さらに、錘２１が時計回りに周回運動して、コイルばね２２ａ４に対応する位置に来ると、図９に示すように、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合しながら、偏心回転体１３がコイルばね２２ａ４に対応する位置まで周回運動する。
【００６０】
このように、偏心回転体１３は、その中心１３ｅが所定の円周Ｃに沿って移動する回転運動（公転）すなわち偏心周回運動を行う。このとき、偏心回転体１３の回転数が大きくなると、遠心力が大きくなり回転力（トルク）も大きくなる。偏心回転体１３の遠心力は、錘２１の遠心力に準じているからである。錘２１の遠心力ＦはＭ×ｒ×ω２で表される。なお、Ｍは錘２１の質量であり、ｒは錘２１の中心の周回半径であり、ωは角速度である。角速度は回転数に比例する（角速度＝２π×回転数）。また、偏心回転体１３の遠心力は、錘１２と偏心回転体１３が同期して偏心周回運動する場合に、最も大きい値となる。また、錘１２と偏心回転体１３が同期して偏心周回運動する場合に、偏心回転体１３の偏心周回運動を安定させることができる。
【００６１】
前述したように、回転駆動装置１０のトルクは、偏心回転体１３の回転数（回転速度、角速度）すなわち錘２１の回転数（回転速度、角速度）で調整することができるので、錘２１の回転数を制御することで回転駆動装置１０の出力トルクを調整することができる。
【００６２】
錘２１の回転数（偏心回転体１３の回転数）の調整や、偏心回転体１３と錘２１の周回運動の同期は、歪素子２３による押圧によって制御される。具体的には、錘２１が環状溝１３ｄの所定位置を通過する際に、歪素子２３が偏心回転体１３を図４，５で示す矢印ａ１の方向（押圧方向）に押圧するように制御される。所定位置は、図１０に示すように、周回する錘２１のその位置における接線方向ｄ１が歪素子２３による押圧方向ａ１と一致する位置である。本実施形態では、押圧方向ａ１は本体ケース１１の対角線（図１０で右上がりの対角線）に沿った方向である。偏心回転体１３の本体１３ａが本体ケース１１に対して各内面がそれぞれ平行移動しながら周回運動するのであれば、押圧方向ａ１は本体１３ａの対角線（図１０で右上がりの対角線）に沿った方向である。
【００６３】
図１０で時計回り方向に回転する錘２１が所定位置に来たときに、偏心回転体１３を歪素子２３で押圧すると、歪素子２３の押圧力を最も効率よく錘２１に作用させることができる。その理由を以下説明する。
【００６４】
歪素子２３による押圧力Ｆは、偏心回転体１３に作用する。また、錘２１は偏心回転体１３から垂直抗力Ｎ（＝Ｍｇ）を受けている。本実施形態では、偏心回転体１３の軌跡が水平となるように回転駆動装置１０が設置されているので、錘２１が本体１３ａの底面に接触している。よって、垂直抗力Ｎは本体１３ａの底面から受ける。Ｍは錘２１の質量であり、ｇは重力加速度である。
【００６５】
さらに、押圧力Ｆにより偏心回転体１３は押圧力Ｆによる押圧方向（図１０では矢印ａ１の方向）に動き、偏心回転体１３に引きずられて錘２１も押圧方向にすべり動く。偏心回転体１３と錘２１との間は摩擦係数μ（運動摩擦係数）であるため、錘２１は偏心回転体１３から摩擦力ｆ（＝μＮ）を受ける。摩擦力ｆは押圧力Ｆと同じ方向である。よって、錘２１は摩擦力ｆによって押圧力Ｆと同じ方向に加速度ａ（＝μｇ）で運動する。すなわち、錘２１が所定位置に来たとき、偏心回転体１３を歪素子２３で押圧すると、錘２１が加速される。
【００６６】
また、偏心回転体１３も押圧力Ｆにより加速されるが、一方で支持装置２２により付勢されている。すなわち、錘２１が加速されるのに対して偏心回転体１３は錘２１に作用する加速度の方向への動きは制限されている。よって、錘２１の加速度は、偏心回転体１３の加速度より大きくなる。このように、歪素子２３によって偏心回転体１３が押圧されると、錘２１が押圧方向に加速される。加速された錘２１が偏心回転体１３と同期して周回運動することが可能となる。
【００６７】
このときの錘２１の加速方向が環状溝１３ｄ（外側環状壁１３ｄ１）の接線方向以外の方向である場合、その加速方向に作用された錘２１の力は外側環状壁１３ｄ１からの抗力を受けることとなる。よって、その分錘２１の加速は小さくなる。一方、錘２１の加速方向が環状溝１３ｄの接線方向である場合には、錘２１の加速が小さくなるのを抑制することができるので、効率よく錘２１を加速させることができる。
【００６８】
また、錘２１が所定位置にあるか否かの判断は、錘位置検出センサ１４の検出結果に基づいて行われる。具体的には、錘位置検出センサ１４の検出結果すなわち今回の検出結果と前回までの検出結果に基づいて錘２１の回転速度が導出される。そして、今回の検出結果と導出された錘２１の回転速度から錘２１の位置を導出し、その導出結果と所定位置を比較する。また、所定位置に対応する位置に錘位置検出センサ１４を配設し、錘位置検出センサ１４で錘２１の通過を検出することで、錘２１が所定位置にあることを判断するようにしてもよい。
【００６９】
上述した説明から明らかなように、本第１の実施形態に係る回転駆動装置１０においては、偏心回転体１３に形成された環状壁１３ｄ１に沿って錘２１が周回すると、支持装置２２（コイルばね２２ａ１〜２２ａ４）によって弾性移動可能に支持されている偏心回転体１３は、錘２１の遠心力と支持装置２２の弾性力によって出力回転体１２の出力軸１２ｂの回転軸まわりに偏心周回運動をするような構成となっている。歪素子２３は、偏心回転体１３を押圧することで、前述した偏心周回運動を開始させたり、偏心周回運動を加速・減速させて制御したりしている。偏心回転体１３が偏心周回運動することにより偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合することで、出力回転体１２が回転される。
【００７０】
このように、比較的変位量が小さい歪素子２３を使用しても、偏心周回運動の発生に必要な力を偏心回転体１３に付与することが可能となる。一旦偏心周回運動が開始されれば、歪素子２３による押圧力、錘２１の遠心力、支持装置２２による弾性力により、安定した周回運動を達成することができる。また、歪素子２３による押圧力のみで偏心回転体１３を偏心周回運動させるのではなく、支持装置２２による弾性力および錘２１の遠心力も使用して偏心回転体１３を偏心周回運動させることで、出力回転体１２を回転させることができる。
【００７１】
したがって、簡単な構成で比較的大きな駆動力を得ることができる。さらに、その駆動力は錘２１の遠心力とよい相関関係にあるので錘２１の回転（周回）状態を制御することで、その駆動力を容易に制御することができる。
【００７２】
また、支持装置２２は、本体ケース１１と偏心回転体１３との間に介装されたコイルばね２２ａ１〜２２ａ４（弾性部材）からなり偏心回転体１３を本体ケース１１に対して弾性移動可能に支持し、歪素子２３は、本体ケース１１に固定され電気信号に応じて発生する歪により偏心回転体１３を押圧する。これにより、偏心回転体１３を本体ケース１１にコイルばね２２ａ１〜２２ａ４を介して確実に支持することができるとともに、本体ケース１１に固定された歪素子２３により偏心回転体１３を確実に押圧することができる。
【００７３】
また、歪素子２３は、圧電素子、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子のうちのいずれかにより構成されている。これにより、供給する電気信号に応じて歪量を変化させることができ、偏心回転体１３の回転制御ひいては回転駆動装置１０の出力制御を容易に行うことができる。
【００７４】
また、錘２１の位置を検出する錘位置検出センサ１４をさらに備えたことである。これにより、錘２１の位置を確実に検出することで、歪素子２３の制御をより確実に行うことができる。
【００７５】
また、歪素子２３は、偏心回転体１３を環状壁１３ｄ１の接線方向に押圧するように設けられている、これにより、歪素子２３のエネルギーを偏心回転体１３ひいては錘２１に有効に加えることができ、効率の向上を図ることできる。
【００７６】
なお、上述した実施形態では、出力回転体１２に内歯１２ｃを設けるとともに偏心回転体１３に内歯１２ｃに噛合する外歯１３ｂを設けるようにしたが、反対に、出力回転体１２に外歯を設けるとともに偏心回転体１３にその外歯に噛合する内歯を設けるようにしてもよい。
【００７７】
また、出力軸１２ｂを支承する代わりに、または支承するとともに、本体１２ａ（凸部１２ｄも含む）を支承するようにしてもよい。さらに、偏心回転体１３の本体１３ａは、方形状でなく、三角形状、円形状でもよい。
【００７８】
また、回転駆動装置１０が、偏心回転体１３の周回運動の軌道面が水平面となるように、設置されるのに限定されることなく、その軌道面が垂直面となるように回転駆動装置１０が設置されるようにしてもよい。この場合、回転駆動装置１０が停止しているときには、錘２１は自重により環状溝１３ｄの垂直方向最下部に位置するので、起動時に錘２１を最下部から最上部まで上げるのに最も効率よく押圧できるように歪素子２３を配設すべきである（押圧方向も含めて考慮が必要である）。
【００７９】
２）第２の実施形態
次に、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と異なる点について説明するとともに、同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。本第２の実施形態では、図１１，１２に示すように、支持装置１２２が異なり、歪素子２３の取り付け位置が異なる。図１１は、ある断面から内部を見た図であり、図１２は図１１の１２−１２線に沿った断面図である。図１２では本体ケース１１１においては基台１１１ａのみ示し他の部分は省略している。
【００８０】
支持装置１２２は、本体ケース１１１に固定され弾性変形可能な第１支持装置３１と、第1支持装置３１と偏心回転体１３との間に介装されたコイルばね１２２ａ１〜１２２ａ３（弾性部材）からなり偏心回転体１３を第1支持装置３１に対して弾性移動可能に支持する第２支持装置３２と、を備えている。
【００８１】
本体ケース１１１は、金属材や合成樹脂材などで箱状に形成されたものである。本体ケース１１１は、水平に配置された基台１１１ａと、基台１１１ａの上面に立設された側壁１１１ｂを有している。
【００８２】
第１支持装置３１は、基端が本体ケース１１１の基台１１１ａに固定され先端が自由端であり偏心回転体１３を囲むように弾性材（例えば金属材、合成樹脂材）で形成されている。第１支持装置３１は、細長い板状材をＣ字状に成形したものである。板状材は、弾性変形する材質であれば金属材でも合成樹脂材でもよい。第１支持装置３１は、Ｃ字状でなくても、コ字状でもよく、先端に行くほどしなりが大きくなるように構成されるのが好ましい。
【００８３】
第２支持装置３２は、具体的には、図１２に示すように、偏心回転体１３の本体１３ａを、本体ケース１１に対して複数（例えば３つ）のコイルばね１２２ａ１，１２２ａ２，１２２ａ３により複数の方向（３方向）から支持するものである。各コイルばね１２２ａは、本体１３ａの３つの角部とその角部に対向する第１支持装置３１の内壁面との間にそれぞれ介装されている。コイルばね１２２ａ１，１２２ａ２，１２２ａ３の各一端は、本体１３ａの各角部１３ａ１，１３ａ２，１３ａ３に接続固定され、他端は、第１支持装置３１の内壁面であって本体１３ａの各角部１３ａ１，１３ａ２，１３ａ３に対向する位置（第１支持装置３１の内壁面に所定間隔をおいた位置）に接続固定されている。また、３つのコイルばね１２２ａ１，１２２ａ２，１２２ａ３を、同じ長さ（自然長）に設定するとともに、第１支持装置３１の先端に行くほどばね定数を小さく設定するようにしている。
【００８４】
このように、偏心回転体１３は、第２支持装置３２により宙に浮いた状態で支持されている。この偏心回転体１３は、周回運動していないとき（回転駆動装置１０が非駆動状態であるとき）には、偏心回転体１３の中心１３ｅが出力回転体１２（出力軸１２ａ）の回転軸と一致するように、支持されるようになっている。
【００８５】
なお、本実施形態では、偏心回転体１３の中心１３ｅは、外歯１３ｂの中心である。また、本実施形態では、外歯１３ｂの中心と外側環状壁１３ｄ１の中心は一致しているが、外歯１３ｂの中心が外側環状壁１３ｄ１の内側に存在すれば一致していなくてもよい。錘２１の遠心力を利用することができるからである。
【００８６】
支持装置１２２は、第１支持装置３１の先端に行くにつれて第１支持装置３１の振幅が大きくなるように構成されている。具体的には、上述したように、第１支持装置３１を、その先端に行くほどしなりが大きくなるように構成するようにすればよい。また、第２支持装置３２のコイルばね１２２ａを、同じ長さで第１支持装置３１の先端に行くほどばね定数を小さく設定すればよい。なお、第２支持装置３２のコイルばね１２２ａを、同じばね定数で第１支持装置３１の先端に行くほど自然長が長くなるように設定するようにしてもよい。
【００８７】
歪素子２３は第１支持装置３１の基端部に取り付けられている。歪素子２３の先端部が図１２で反時計まわり方向に振れると、支持装置１２２が第１支持装置３１の先端に行くにつれて第１支持装置３１の振幅が大きくなるように構成されているので、第１支持装置３１は内側に縮まるように変形する。一方、歪素子２３の先端部が図１２で時計まわり方向に振れると、第１支持装置３１は外側に拡がるように変形する。なお、歪素子２３は１つだけでなく幅方向に複数並べて設けてもよい。より大きい力を第１支持装置３１に付与できる。また、長手方向に複数並べて設けてもよい。より大きい振幅を第１支持装置３１に付与できる。
【００８８】
なお、側壁１１１ｂには軸受１１ｂが設けられており、軸受１１ｂには出力回転端１２の出力軸１２ｂが回転可能に支承されている。
【００８９】
このように構成された回転駆動装置１０の作動について説明する。歪素子２３の先端部が図１２で時計まわり方向に振れると、第１支持装置３１は外側に拡がるように変形する。偏心回転体１３は、角部１３ａ１付近を支点に時計回り方向に回動する。その動きに伴って錘２１が時計回り方向に移動する。
【００９０】
一方、歪素子２３の先端部が図１２で反時計まわり方向に振れると、第１支持装置３１は内側に縮まるように変形する。偏心回転体１３は、角部１３ａ１付近を支点に反時計回り方向に回動する。その動きに伴って錘２１が反時計回り方向に移動する。
【００９１】
このような動きを繰り返すうち、錘２１が時計周り方向または反時計回り方向の周回運動を開始する。偏心回転体１３の偏心周回運動中においては、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合している。また、安定した偏心周回運動中においては、上述した第１の実施形態と同様に、偏心回転体１３と錘２１が同期して偏心周回運動している。
【００９２】
第１の実施形態と同様に、錘２１の回転数を制御することで回転駆動装置１０の出力トルクを調整することができる。歪素子２３の振動を制御することで錘２１の回転数を制御することができる。
【００９３】
上述した説明から明らかなように、本第１の実施形態に係る回転駆動装置１０においては、支持装置１２２は、本体ケース１１１に固定され弾性変形可能な第１支持装置３１と、第1支持装置３１と偏心回転体１３との間に介装されたコイルばね１２２ａ１〜１２２ａ３（弾性部材）からなり偏心回転体１３を第1支持装置３１に対して弾性移動可能に支持する第２支持装置３２と、を備え、歪素子２３は、第１支持装置３１に取り付けられ電気信号に応じて発生する歪により第１支持装置３１を振動させることで偏心回転体１３を振動させる。これにより、偏心回転体１３をコイルばね１２２ａ１〜１２２ａ３（弾性部材）からなる第２支持装置３２および弾性変形可能な第１支持装置３１を介して本体ケース１１１に確実に支持するとともに、偏心回転体１３に比較的大きな振動を付与することができる。また、歪素子２３が直接第１支持装置３１を振動させ、その振動された第１支持装置３１により偏心回転体１３が振動されるので、偏心回転体１３を歪素子２３によってより確実に振動させることができる。
【００９４】
また、第１支持装置３１は、基端が本体ケース１１１に固定され先端が自由端であり偏心回転体１３を囲むように弾性材で形成され、歪素子２３は第１支持装置３１の基端部に取り付けられている。これにより、第１支持装置３１は偏心回転体１３を簡単な構成で弾性変形可能に支持することできる。また、歪素子２３が第１支持装置３１の基端部に取り付けられているので、偏心回転体１３を効率よく振動させることができる。
【００９５】
また、支持装置１２２は、第１支持装置３１の先端に行くにつれて第１支持装置３１の振幅が大きくなるように構成されている。これにより、第１支持装置３１の基端部の振動が小さくても先端に行けば大きい振幅を確保することができるので、偏心回転体１３をより効率よく振動させることができる。
【００９６】
また、本第２の実施形態によれば、歪素子２３の２つの異なる方向への振動速度を異ならせることで、偏心回転体１３の周回運動の方向すなわち錘２１の周回運動の方向を制御することができる。
【００９７】
また、錘２１の周回運動は歪素子２３の振動により第１支持装置３１が振れることで起きるため、錘２１の位置などによらず錘２１の回転を開始させることができ、錘２１の回転速度を増幅させることができる。
【００９８】
また、第１支持装置３１に、コイルばね１２２ａ１〜１２２ａ３で構成された第２支持装置３２を設けることで、偏心回転体１３の揺れを大きくすることができ、第１支持装置３１の基端部の振動が小さくても先端に行けば大きい振幅を確保することができるので、歪素子２３の振幅を大きくしなくても、偏心回転体１３ひいては錘２１の回転を増幅させることができる。
【００９９】
また、歪素子２３を複数設けた場合、第１支持装置３１に付与する振動を異なる周波数に制御することができる。つまり、周波数を変えることによって回転数を変えることができ、また、異なったタイミングで第２支持装置３２（支持装置１２２）を振動させることによって先端のしなり（振幅）を大きくすることができるため、偏心回転体１３の偏心量を大きくすることができる。
【０１００】
なお、本第２の実施形態では、偏心回転体１３の周回運動の軌道面が垂直面となるように回転駆動装置１０が設置されている。なお、その軌道面が水平面となるように回転駆動装置１０を設置するようにしてもよい。
【０１０１】
また、本実施形態において、第１の実施形態と同様に、錘位置検出センサ１４を設けて、錘２１の位置を検出することで歪素子２３を制御するようにしてもよい。また、３つのコイルばね１２２ａ１，１２２ａ２，１２２ａ３は同じばね定数で同じ長さに設定されるようにしてもよい。
【０１０２】
また、本発明を、ハイポサイクロイドギヤを有する回転駆動装置に適用したが、遊星ギアや他のギア機構を有する回転駆動装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…回転駆動装置、１１…本体ケース、１２…出力回転体、１２ａ…本体、１２ｂ…出力軸、１２ｃ…内歯、１２ｄ…環状凸部、１３…偏心回転体、１３ａ…本体、１３ａ１，１３ａ２，１３ａ３…本体の各角部、１３ｂ…外歯、１３ｃ…凸部、１３ｄ…環状溝、１３ｄ１…外側環状壁（環状壁）、１３ｄ２…内側環状壁、１３ｅ…偏心回転体の中心、１４…錘位置検出センサ、２０…偏心運動発生装置、２１…錘、２２…支持装置、２２ａ，２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３，２２ａ４…コイルばね、２３…歪素子、３１…第１支持装置、３２…第２支持装置、１１１…本体ケース、１１１ａ…基台、１１１ｂ…側壁、１２２…支持装置、１２２ａ１〜１２２ａ３…コイルばね。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転駆動装置の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１，２に示されているように、回転駆動装置は、圧電体の超音波振動を利用する表面波モータである。その表面波モータは、弾性体４ａに圧電体４ｂが固着された固定子４と、固定子４の進行波発生面４ｃと相互接触している進行波受動面２ａを有する回転子２とを積層した構造である。この表面波モータにおいては、圧電体４ｂに電圧を印加することで進行波発生面４ｃを波打たせてそれを進行波受動面２ａで受けて回転子２が回転するようになっている。
【０００３】
また、駆動装置として、特許文献２に示されているものが知られている。特許文献２に図１に示されているように、駆動装置は、半円環状に形成されており、対称な２箇所に圧電体１５を取り付け、圧電体１５に電圧を印加することで、２本の脚１２，１３の先端を楕円状に回転運動させ、接している物体（レール２１）を一方向に移動させるようになっている。
【０００４】
さらに、駆動装置として、特許文献３に示されているものが知られている。特許文献３に図１，２，１８に示されているように、駆動装置においては、四角柱のハウジング１４の４つの外面３７にそれぞれ圧電プレート１８，２０，２２，２４が取り付けられている。このような駆動装置では、活性化された変換器（たとえばプレート１８、２０、２２および２４）とハウジング１４との相互作用が、ナット１６の軌道運動を引き起こし、それが他方でねじ付きシャフト１２の回転および平行移動を引き起こすようになっている。これにより、ハウジング１４は一方向に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−７７０６８号公報
【特許文献２】特開平０２−２６６８８１号公報
【特許文献２】特表２００８−５１０４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の回転駆動装置によれば、圧電体に電圧を印加することで、回転子２を回転運動させているが、その構造上、出力可能なトルクは電動モータに比べると小さいという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の駆動装置によれば、楕円状に回転運動する振動部を駆動対象である物体（レール２１）に押し当てて駆動させるため、その接している部分の摩擦分しか推進力を得ることができないという問題がある。
【０００８】
さらに、特許文献３に記載の駆動装置によれば、ハウジング１４側が変形すると、ハウジング１４とシャフト１２とのねじが擦り合い、このねじの接触面の摩擦によりシャフト１２が回転する。つまりこの摩擦力のみで推進するため、推進力の増大は望めないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、回転駆動装置において、簡単な構成で比較的大きな駆動力を得ることができ、さらにその駆動力を容易に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、本体ケースと、本体ケースに回転可能に支承され、出力軸および環状に形成された内歯または外歯を備え、出力軸の回転軸まわりに回転される出力回転体と、出力回転体の出力軸の回転軸に対して偏心して周回運動をし、その偏心周回運動をする際に出力回転体の内歯と噛合する外歯または出力回転体の外歯と噛合する内歯を備えた偏心回転体と、偏心回転体に出力軸の回転軸まわりに環状に形成された環状壁に沿って当接して周回する錘と、偏心回転体を弾性移動可能に支持する支持装置と、電気信号に応じて発生する歪により偏心回転体を振動させる歪素子と、を備え、歪素子による押圧力と支持装置による弾性力と前記錘の遠心力との協働により錘を周回させることで偏心回転体に偏心周回運動を発生させる偏心運動発生装置と、を備えたことである。
【００１１】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、支持装置は、本体ケースと偏心回転体との間に介装された弾性部材からなり偏心回転体を本体ケースに対して弾性移動可能に支持し、歪素子は、本体ケースに固定され電気信号に応じて発生する歪により偏心回転体を押圧することである。
【００１２】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、支持装置は、本体ケースに固定され弾性変形可能な第１支持装置と、第1支持装置と偏心回転体との間に介装された弾性部材からなり偏心回転体を第1支持装置に対して弾性移動可能に支持する第２支持装置と、を備え、歪素子は、第１支持装置に取り付けられ電気信号に応じて発生する歪により第１支持装置を振動させることで偏心回転体を振動させることである。
【００１３】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１から請求項３の何れか一項において、歪素子は、圧電素子、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子のうちのいずれかにより構成されていることである。
【００１４】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１から請求項４の何れか一項において、錘の位置を検出する錘位置検出センサをさらに備えたことである。
【００１５】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、歪素子は、偏心回転体を環状壁の接線方向に押圧するように設けられていることである。
【００１６】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、第１支持装置は、基端が本体ケースに固定され先端が自由端であり偏心回転体を囲むように弾性材で形成され、歪素子は第１支持装置の基端部に取り付けられていることである。
【００１７】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項７において、支持装置は、第１支持装置の先端に行くにつれて第１支持装置の振幅が大きくなるように構成されていることである。
【発明の効果】
【００１８】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、偏心回転体に形成された環状壁に沿って錘が周回すると、支持装置によって弾性移動可能に支持されている偏心回転体は錘の遠心力と支持装置の弾性力によって出力回転体の出力軸の回転軸まわりに偏心周回運動をするような構成となっている。歪素子は、偏心回転体を振動させることで、前述した偏心周回運動を開始させたり、偏心周回運動を加速・減速させて制御したりしている。偏心回転体が偏心周回運動することにより偏心回転体の内歯と出力回転体の外歯または偏心回転体の外歯と出力回転体の内歯が噛合することで、出力回転体が回転される。
【００１９】
このように、比較的変位量が小さい歪素子を使用しても、偏心周回運動の発生に必要な力を偏心回転体に付与することが可能となる。一旦偏心周回運動が開始されれば、歪素子による押圧力、錘の遠心力、支持装置による弾性力により、安定した周回運動を達成することができる。また、歪素子による押圧力のみで偏心回転体を偏心周回運動させるのではなく、支持装置による弾性力および錘の遠心力も使用して偏心回転体を偏心周回運動させることで、出力回転体を回転させることができる。
【００２０】
したがって、簡単な構成で比較的大きな駆動力を得ることができる。さらに、その駆動力は錘の遠心力とよい相関関係にあるので錘の回転（周回）状態を制御することで、その駆動力を容易に制御することができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、支持装置は、本体ケースと偏心回転体との間に介装された弾性部材からなり偏心回転体を本体ケースに対して弾性移動可能に支持し、歪素子は、本体ケースに固定され電気信号に応じて発生する歪により偏心回転体を押圧する。これにより、偏心回転体を本体ケースに弾性部材を介して確実に支持することができるとともに、本体ケースに固定された歪素子により偏心回転体を確実に振動させることができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１において、支持装置は、本体ケースに固定され弾性変形可能な第１支持装置と、第1支持装置と偏心回転体との間に介装された弾性部材からなり偏心回転体を第1支持装置に対して弾性移動可能に支持する第２支持装置と、を備え、歪素子は、第１支持装置に取り付けられ電気信号に応じて発生する歪により第１支持装置を振動させることで偏心回転体を振動させる。これにより、偏心回転体を弾性部材からなる第２支持装置および弾性変形可能な第１支持装置を介して本体ケースに確実に支持するとともに、偏心回転体に比較的大きな振動を付与することができる。また、歪素子が直接第１支持装置を振動させ、その振動された第１支持装置により偏心回転体が振動されるので、偏心回転体を歪素子によってより確実に振動させることができる。
【００２３】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１から請求項３の何れか一項において、歪素子は、圧電素子、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子のうちのいずれかにより構成されている。これにより、供給する電気信号に応じて歪量を変化させることができ、偏心回転体ひいては回転駆動装置の回転制御を容易に行うことができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１から請求項４の何れか一項において、錘の位置を検出する錘位置検出センサをさらに備えたことである。これにより、錘の位置を確実に検出することで、歪素子の制御をより確実に行うことができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項２において、歪素子は、偏心回転体を環状壁の接線方向に押圧するように設けられている、これにより、歪素子のエネルギーを偏心回転体ひいては錘に有効に加えることができ、効率の向上を図ることできる。
【００２６】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項３において、第１支持装置は、基端が本体ケースに固定され先端が自由端であり偏心回転体を囲むように弾性材で形成され、歪素子は第１支持装置の基端部に取り付けられている。これにより、第１支持装置は偏心回転体を簡単な構成で弾性変形可能に支持することできる。また、歪素子が第１支持装置の基端部に取り付けられているので、偏心回転体を効率よく振動させることができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項７において、支持装置は、第１支持装置の先端に行くにつれて第１支持装置の振幅が大きくなるように構成されている。これにより、第１支持装置の基端部の振動が小さくても先端に行けば大きい振幅を確保することができるので、偏心回転体をより効率よく振動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による回転駆動装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示した回転駆動装置を２−２線に沿って示す断面図である。
【図３】図１に示した回転駆動装置を３−３線に沿って示す断面図である。
【図４】図１に示した回転駆動装置の開始時の作動を示す図である。
【図５】図１に示した回転駆動装置の開始時の作動を示す図である。
【図６】図１に示した回転駆動装置の偏心周回運動時の作動を示す図である。
【図７】図１に示した回転駆動装置の偏心周回運動時の作動を示す図である。
【図８】図１に示した回転駆動装置の偏心周回運動時の作動を示す図である。
【図９】図１に示した回転駆動装置の偏心周回運動時の作動を示す図である。
【図１０】図１に示した回転駆動装置の偏心周回運動時であって錘が所定位置にきたときの作動を示す図である。
【図１１】本発明による回転駆動装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図１２】図１１に示した回転駆動装置を１２−１２線に沿って示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
１）第１の実施形態
以下、本発明による回転駆動装置の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、回転駆動装置の断面図であり、図２は図１の２−２線に沿った断面図であり、図３は、図１の３−３線に沿った断面図である。
【００３０】
回転駆動装置１０は、本体ケース１１、出力回転体１２、偏心回転体１３、偏心運動発生装置２０を備えている。
【００３１】
本体ケース１１は、金属材や合成樹脂材などで箱状に形成されたものである。
出力回転体１２は、金属材や合成樹脂材などで形成されたものである。出力回転体１２は、円盤状に形成された本体１２ａを備えている。本体１２ａの中央には、出力軸１２ｂが同軸的に設けられている。出力軸１２ｂは、本体ケース１１に取り付けられている軸受１１ａに回転可能に支承されている。よって、出力回転体１２は、本体ケース１１に回転可能に支承されており、出力軸１２ｂの回転軸まわりに回転される。出力回転体１２の本体１２ａは、本体ケース１１内に収容されている。出力軸１２ｂは、本体ケース１１の外部に突出させて配置されている。
【００３２】
出力回転体１２には、環状に形成された内歯１２ｃが設けられている。具体的には、本実施形態では、本体１２ａの外周縁部には環状の凸部１２ｄが形成されている。その環状凸部１２ｄの内周面には内歯１２ｃが全周に亘って形成されている。
【００３３】
偏心回転体１３は、金属材や合成樹脂材などで形成されたものである。偏心回転体１３は、箱状に形成された筐体である本体１３ａと、本体１３ａの一側面（下面）に設けられた外歯１３ｂとを備えている。この偏心回転体１３は、出力回転体１２の出力軸１２ｂの回転軸に対して偏心して周回運動をするものである。
【００３４】
外歯１３ｂは、本体１３ａの下面に円柱状（または円筒状）に凸設形成された凸部１３ｃの外周面に全周に亘って形成されている。外歯１３ｂの基準円直径（図２で一点破線で示す）は、内歯１２ｃの基準円直径（図２で一点破線で示す）より小径であり、外歯１３ｂの歯数は、内歯１２ｃの歯数より少なく設定されている。偏心回転体１３の凸部１３ｃは、出力回転体１２の環状の凸部１２ｄ内に挿入配置され、偏心回転体１３が停止状態である場合に内歯１２ｃと外歯１３ｂが空間をおいて対向するように配置されている。偏心回転体１３は、偏心周回運動をする際に、出力回転体１２の内歯１２ｃと偏心回転体１３の外歯１３ｂが噛合する。なお、偏心周回運動とは、回転体の中心が同一箇所にある回転運動（自転）でなく、回転体の中心が同一箇所にない回転運動であり、例えば回転体の中心が円周上を移動する回転運動（公転）のことである。
【００３５】
偏心回転体１３の本体１３ａ内には、出力回転体１２の出力軸１２ａの回転軸まわりに環状に形成された環状溝１３ｄが設けられている。環状溝１３ｄは外側環状壁１３ｄ１（環状壁）とその内側に同軸に配設された内側環状壁１３ｄ２を備えている。外側環状壁１３ｄ１および内側環状壁１３ｄ２は本体１３ａの底面に立設されている。なお、内側環状壁１３ｄ２がなく外側環状壁１３ｄ１のみを有する構成でもよい。また、環状溝１３ｄは、円状でもよく、楕円状でもよい。
【００３６】
環状溝１３ｄ内には、外側環状壁１３ｄ１に沿って周回する錘２１が備えられている。錘２１は球状に形成されている。錘２１は、偏心回転体１３が偏心周回運動をする際に、外側環状壁１３ｄ１に当接して周回するものである。
【００３７】
なお、錘２１と支持装置２２のばね力（弾性力）との関係について説明する。偏心回転体１３が偏心周回運動をすることで、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合する際に、回転駆動装置１０が予め設定された最低トルクを出力できるように、錘２１の質量と支持装置２２のばね力（弾性力）が設定されている。
【００３８】
また、錘２１の質量は、偏心回転体１３の質量に対して大きくなるように設定するのが望ましい。錘２１の遠心力が比較的大きくなるようにすることで制御性を向上させるためである。具体的には、最低トルク時に下記数１を満足する錘の質量に設定すると効果的である。
【００３９】
（数１）
ｍＲω２＞（回転体重さ）＋（支持装置の弾性力）
ｍは錘２１の重さであり、Ｒは錘２１が回転する偏心回転体１３の半径である。
【００４０】
偏心回転体１３は、支持装置２２を介して弾性移動可能に支持されている。本実施形態では、支持装置２２は、本体ケース１１と偏心回転体１３との間に介装された複数のコイルばね２２ａからなり、偏心回転体１３を本体ケース１１に対して弾性移動可能に支持するものである。
【００４１】
具体的には、偏心回転体１３の本体１３ａは、本体ケース１１に対して複数（例えば４つ）のコイルばね２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３，２２ａ４により複数の方向（例えば４方向）から支持されている。各コイルばね２２ａは、本体１３ａの側面とその側面に対向する本体ケース１１の内壁面との間にそれぞれ介装されている。各コイルばね２２ａの一端は、本体１３ａの各側面の長手方向中央に接続固定され、他端は、本体ケース１１の内壁面の長手方向中央に接続固定されている。また、４つのコイルばね２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３，２２ａ４は同じばね定数で同じ長さに設定されている。
【００４２】
このように、偏心回転体１３は、支持装置２２すなわち４つのコイルばね２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３，２２ａ４により宙に浮いた状態で支持されている。この偏心回転体１３は、周回運動していないとき（回転駆動装置１０が非駆動状態であるとき）には、偏心回転体１３の中心１３ｅが出力回転体１２（出力軸１２ａ）の回転軸と一致するように、支持されるようになっている。
【００４３】
なお、本実施形態では、偏心回転体１３の中心１３ｅは、外歯１３ｂの中心である。また、本実施形態では、外歯１３ｂの中心と外側環状壁１３ｄ１の中心は一致しているが、外歯１３ｂの中心が外側環状壁１３ｄ１の内側に存在すれば一致していなくてもよい。錘２１の遠心力を利用することができるからである。
【００４４】
なお、弾性部材としては、コイルばね以外に、コイルばね以外のばね、ゴム、柔らかい合成樹脂でもよい。また、支持装置は、本体ケース１１の天板と偏心回転体１３の上面との間に介装された１つの棒状に形成された弾性部材で構成するようにしてもよい。
【００４５】
また、本体ケース１１内には、歪素子２３が備えられている。歪素子２３は、本体ケース１１に固定されている。歪素子２３は、圧電素子から構成されており、電気信号に応じて発生する歪により偏心回転体１３を押圧して振動させるものである。すなわち、歪素子２３は、細長く形成されており、一端（基端）が本体ケース１１の段部１１ｂに固定され、他端（先端）が偏心回転体１３を押圧可能な位置となるように配設されている。歪素子２３は、偏心回転体１３を外側環状壁１３ｄ１の接線方向に押圧するように設けられている。
【００４６】
歪素子２３の先端部は電気信号に応じて発生する歪により振動する。先端部が内側に（偏心回転体１３に近づく方向に）移動するとき、偏心回転体１３を押圧し、先端部が外側に（偏心回転体１３から離れる方向に）移動するとき、偏心回転体１３を押圧しない。
【００４７】
なお、歪素子２３は、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子のうちのいずれかにより構成されるようにしてもよい。
【００４８】
偏心運動発生装置２０は、上述した錘２１、支持装置２２および歪素子２３を備えており、歪素子２３による押圧力と支持装置２２による弾性力と錘２１の遠心力との協働により錘２１を周回させることで偏心回転体１３に偏心周回運動を発生させるものである。
【００４９】
また、本体ケース１１は、錘２１の位置を検出する錘位置検出センサ１４を備えている。錘位置検出センサ１４は、錘２１の軌跡（例えば環状溝１３ｄ）上のいずれかの位置に１つ又は複数設けられており、錘２１が通過したことを検出することで錘２１の位置を検出するようになっている。例えば、錘２１が金属材で形成されている場合、錘位置検出センサ１４は、金属材を検出することができるセンサで構成されるようになっている。なお、錘位置検出センサ１４を金属検知センサで構成する場合、上述した偏心回転体１３は非金属材（例えば合成樹脂材）で構成するのが望ましい。錘位置検出センサ１４の検出能力を発揮させるためである。
【００５０】
次に、上述したように構成された回転駆動装置１０の作動について説明する。なお、回転駆動装置１０が、偏心回転体１３の周回運動の軌道面が水平面となるように、設置されている場合について説明する。
【００５１】
回転駆動装置１０が非駆動時にあるときは、偏心回転体１３は、出力回転体１２と同軸的な位置関係となるように、すなわち出力軸１２ｂの回転軸と偏心回転体１３の中心（中心軸）１３ｅが一致するように、支持装置２２によって支持されており、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃは噛合していない（図２、３参照）。
【００５２】
歪素子２３に電気信号（正弦波、矩形波、三角波の何れでもよい）を付与すると、歪素子２３の先端部が振動を開始する。その振動によって、偏心回転体１３は、押圧方向に沿って振動を開始する。
【００５３】
すなわち、図４に示すように、歪素子２３の先端部が矢印ａ１の方向（出力軸１２ｂに近づく方向）に振れると、偏心回転体１３は、歪素子２３に押圧されて支持装置２２の付勢力に抗して一の方向（図４の矢印ｂ１の方向）に向かって移動する。矢印ａ１と矢印ｂ１の方向は一致している。偏心回転体１３の矢印ｂ１方向への移動によって、錘２１は図４の矢印ｃ１の方向（図４の時計回り方向）に移動する。錘２１は、偏心回転体１３から矢印ｂ１の方向に力が作用するが、外側環状壁１３ｄ１に沿って移動するからである。
【００５４】
一方、図５に示すように、歪素子２３の先端部が矢印ａ１と反対方向である矢印ａ２の方向（出力軸１２ｂから離れる方向）に振れると、偏心回転体１３に対する歪素子２３による押圧が解除される。偏心回転体１３は、支持装置２２の付勢力により元の位置（非駆動時の位置）に戻ろうとして一の方向の反対方向（図５の矢印ｂ２の方向）に向かって移動する。矢印ａ２と矢印ｂ２の方向は一致している。偏心回転体１３の矢印ｂ２方向への移動によって、錘２１は図５の矢印ｃ２の方向（図５の反時計周りの方向）に移動する。錘２１は、偏心回転体１３から矢印ｂ２の方向に力が作用するが、外側環状壁１３ｄ１に沿って移動するからである。
【００５５】
このように、偏心回転体１３の振動（往復動）が行われると、その振動に応じて錘２１も上述のように移動することで、錘２１が環状溝１３ｄに沿った周回運動を開始する。そうすると、直線往復動していた偏心回転体１３に、錘２１の遠心力が加わることで、偏心回転体１３は、楕円運動となり、ひいては、偏心周回運動を開始する。偏心回転体１３の偏心周回運動中においては、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合している。
【００５６】
また、安定した偏心周回運動中においては、図６〜図９に示すように、偏心回転体１３と錘２１が同期して偏心周回運動している。具体的には、図６に示すように、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃがコイルばね２２ａ１の位置で噛合する際には、錘２１はコイルばね２２ａ１に対応する位置にある。
【００５７】
さらに、錘２１が時計回りに周回運動して、コイルばね２２ａ２に対応する位置に来ると、図７に示すように、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合しながら、偏心回転体１３がコイルばね２２ａ２に対応する位置まで周回運動する。
【００５８】
さらに、錘２１が時計回りに周回運動して、コイルばね２２ａ３に対応する位置に来ると、図８に示すように、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合しながら、偏心回転体１３がコイルばね２２ａ３に対応する位置まで周回運動する。
【００５９】
さらに、錘２１が時計回りに周回運動して、コイルばね２２ａ４に対応する位置に来ると、図９に示すように、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合しながら、偏心回転体１３がコイルばね２２ａ４に対応する位置まで周回運動する。
【００６０】
このように、偏心回転体１３は、その中心１３ｅが所定の円周Ｃに沿って移動する回転運動（公転）すなわち偏心周回運動を行う。このとき、偏心回転体１３の回転数が大きくなると、遠心力が大きくなり回転力（トルク）も大きくなる。偏心回転体１３の遠心力は、錘２１の遠心力に準じているからである。錘２１の遠心力ＦはＭ×ｒ×ω２で表される。なお、Ｍは錘２１の質量であり、ｒは錘２１の中心の周回半径であり、ωは角速度である。角速度は回転数に比例する（角速度＝２π×回転数）。また、偏心回転体１３の遠心力は、錘１２と偏心回転体１３が同期して偏心周回運動する場合に、最も大きい値となる。また、錘１２と偏心回転体１３が同期して偏心周回運動する場合に、偏心回転体１３の偏心周回運動を安定させることができる。
【００６１】
前述したように、回転駆動装置１０のトルクは、偏心回転体１３の回転数（回転速度、角速度）すなわち錘２１の回転数（回転速度、角速度）で調整することができるので、錘２１の回転数を制御することで回転駆動装置１０の出力トルクを調整することができる。
【００６２】
錘２１の回転数（偏心回転体１３の回転数）の調整や、偏心回転体１３と錘２１の周回運動の同期は、歪素子２３による押圧によって制御される。具体的には、錘２１が環状溝１３ｄの所定位置を通過する際に、歪素子２３が偏心回転体１３を図４，５で示す矢印ａ１の方向（押圧方向）に押圧するように制御される。所定位置は、図１０に示すように、周回する錘２１のその位置における接線方向ｄ１が歪素子２３による押圧方向ａ１と一致する位置である。本実施形態では、押圧方向ａ１は本体ケース１１の対角線（図１０で右上がりの対角線）に沿った方向である。偏心回転体１３の本体１３ａが本体ケース１１に対して各内面がそれぞれ平行移動しながら周回運動するのであれば、押圧方向ａ１は本体１３ａの対角線（図１０で右上がりの対角線）に沿った方向である。
【００６３】
図１０で時計回り方向に回転する錘２１が所定位置に来たときに、偏心回転体１３を歪素子２３で押圧すると、歪素子２３の押圧力を最も効率よく錘２１に作用させることができる。その理由を以下説明する。
【００６４】
歪素子２３による押圧力Ｆは、偏心回転体１３に作用する。また、錘２１は偏心回転体１３から垂直抗力Ｎ（＝Ｍｇ）を受けている。本実施形態では、偏心回転体１３の軌跡が水平となるように回転駆動装置１０が設置されているので、錘２１が本体１３ａの底面に接触している。よって、垂直抗力Ｎは本体１３ａの底面から受ける。Ｍは錘２１の質量であり、ｇは重力加速度である。
【００６５】
さらに、押圧力Ｆにより偏心回転体１３は押圧力Ｆによる押圧方向（図１０では矢印ａ１の方向）に動き、偏心回転体１３に引きずられて錘２１も押圧方向にすべり動く。偏心回転体１３と錘２１との間は摩擦係数μ（運動摩擦係数）であるため、錘２１は偏心回転体１３から摩擦力ｆ（＝μＮ）を受ける。摩擦力ｆは押圧力Ｆと同じ方向である。よって、錘２１は摩擦力ｆによって押圧力Ｆと同じ方向に加速度ａ（＝μｇ）で運動する。すなわち、錘２１が所定位置に来たとき、偏心回転体１３を歪素子２３で押圧すると、錘２１が加速される。
【００６６】
また、偏心回転体１３も押圧力Ｆにより加速されるが、一方で支持装置２２により付勢されている。すなわち、錘２１が加速されるのに対して偏心回転体１３は錘２１に作用する加速度の方向への動きは制限されている。よって、錘２１の加速度は、偏心回転体１３の加速度より大きくなる。このように、歪素子２３によって偏心回転体１３が押圧されると、錘２１が押圧方向に加速される。加速された錘２１が偏心回転体１３と同期して周回運動することが可能となる。
【００６７】
このときの錘２１の加速方向が環状溝１３ｄ（外側環状壁１３ｄ１）の接線方向以外の方向である場合、その加速方向に作用された錘２１の力は外側環状壁１３ｄ１からの抗力を受けることとなる。よって、その分錘２１の加速は小さくなる。一方、錘２１の加速方向が環状溝１３ｄの接線方向である場合には、錘２１の加速が小さくなるのを抑制することができるので、効率よく錘２１を加速させることができる。
【００６８】
また、錘２１が所定位置にあるか否かの判断は、錘位置検出センサ１４の検出結果に基づいて行われる。具体的には、錘位置検出センサ１４の検出結果すなわち今回の検出結果と前回までの検出結果に基づいて錘２１の回転速度が導出される。そして、今回の検出結果と導出された錘２１の回転速度から錘２１の位置を導出し、その導出結果と所定位置を比較する。また、所定位置に対応する位置に錘位置検出センサ１４を配設し、錘位置検出センサ１４で錘２１の通過を検出することで、錘２１が所定位置にあることを判断するようにしてもよい。
【００６９】
上述した説明から明らかなように、本第１の実施形態に係る回転駆動装置１０においては、偏心回転体１３に形成された環状壁１３ｄ１に沿って錘２１が周回すると、支持装置２２（コイルばね２２ａ１〜２２ａ４）によって弾性移動可能に支持されている偏心回転体１３は、錘２１の遠心力と支持装置２２の弾性力によって出力回転体１２の出力軸１２ｂの回転軸まわりに偏心周回運動をするような構成となっている。歪素子２３は、偏心回転体１３を押圧することで、前述した偏心周回運動を開始させたり、偏心周回運動を加速・減速させて制御したりしている。偏心回転体１３が偏心周回運動することにより偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合することで、出力回転体１２が回転される。
【００７０】
このように、比較的変位量が小さい歪素子２３を使用しても、偏心周回運動の発生に必要な力を偏心回転体１３に付与することが可能となる。一旦偏心周回運動が開始されれば、歪素子２３による押圧力、錘２１の遠心力、支持装置２２による弾性力により、安定した周回運動を達成することができる。また、歪素子２３による押圧力のみで偏心回転体１３を偏心周回運動させるのではなく、支持装置２２による弾性力および錘２１の遠心力も使用して偏心回転体１３を偏心周回運動させることで、出力回転体１２を回転させることができる。
【００７１】
したがって、簡単な構成で比較的大きな駆動力を得ることができる。さらに、その駆動力は錘２１の遠心力とよい相関関係にあるので錘２１の回転（周回）状態を制御することで、その駆動力を容易に制御することができる。
【００７２】
また、支持装置２２は、本体ケース１１と偏心回転体１３との間に介装されたコイルばね２２ａ１〜２２ａ４（弾性部材）からなり偏心回転体１３を本体ケース１１に対して弾性移動可能に支持し、歪素子２３は、本体ケース１１に固定され電気信号に応じて発生する歪により偏心回転体１３を押圧する。これにより、偏心回転体１３を本体ケース１１にコイルばね２２ａ１〜２２ａ４を介して確実に支持することができるとともに、本体ケース１１に固定された歪素子２３により偏心回転体１３を確実に押圧することができる。
【００７３】
また、歪素子２３は、圧電素子、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子のうちのいずれかにより構成されている。これにより、供給する電気信号に応じて歪量を変化させることができ、偏心回転体１３の回転制御ひいては回転駆動装置１０の出力制御を容易に行うことができる。
【００７４】
また、錘２１の位置を検出する錘位置検出センサ１４をさらに備えたことである。これにより、錘２１の位置を確実に検出することで、歪素子２３の制御をより確実に行うことができる。
【００７５】
また、歪素子２３は、偏心回転体１３を環状壁１３ｄ１の接線方向に押圧するように設けられている、これにより、歪素子２３のエネルギーを偏心回転体１３ひいては錘２１に有効に加えることができ、効率の向上を図ることできる。
【００７６】
なお、上述した実施形態では、出力回転体１２に内歯１２ｃを設けるとともに偏心回転体１３に内歯１２ｃに噛合する外歯１３ｂを設けるようにしたが、反対に、出力回転体１２に外歯を設けるとともに偏心回転体１３にその外歯に噛合する内歯を設けるようにしてもよい。
【００７７】
また、出力軸１２ｂを支承する代わりに、または支承するとともに、本体１２ａ（凸部１２ｄも含む）を支承するようにしてもよい。さらに、偏心回転体１３の本体１３ａは、方形状でなく、三角形状、円形状でもよい。
【００７８】
また、回転駆動装置１０が、偏心回転体１３の周回運動の軌道面が水平面となるように、設置されるのに限定されることなく、その軌道面が垂直面となるように回転駆動装置１０が設置されるようにしてもよい。この場合、回転駆動装置１０が停止しているときには、錘２１は自重により環状溝１３ｄの垂直方向最下部に位置するので、起動時に錘２１を最下部から最上部まで上げるのに最も効率よく押圧できるように歪素子２３を配設すべきである（押圧方向も含めて考慮が必要である）。
【００７９】
２）第２の実施形態
次に、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と異なる点について説明するとともに、同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。本第２の実施形態では、図１１，１２に示すように、支持装置１２２が異なり、歪素子２３の取り付け位置が異なる。図１１は、ある断面から内部を見た図であり、図１２は図１１の１２−１２線に沿った断面図である。図１２では本体ケース１１１においては基台１１１ａのみ示し他の部分は省略している。
【００８０】
支持装置１２２は、本体ケース１１１に固定され弾性変形可能な第１支持装置３１と、第1支持装置３１と偏心回転体１３との間に介装されたコイルばね１２２ａ１〜１２２ａ３（弾性部材）からなり偏心回転体１３を第1支持装置３１に対して弾性移動可能に支持する第２支持装置３２と、を備えている。
【００８１】
本体ケース１１１は、金属材や合成樹脂材などで箱状に形成されたものである。本体ケース１１１は、水平に配置された基台１１１ａと、基台１１１ａの上面に立設された側壁１１１ｂを有している。
【００８２】
第１支持装置３１は、基端が本体ケース１１１の基台１１１ａに固定され先端が自由端であり偏心回転体１３を囲むように弾性材（例えば金属材、合成樹脂材）で形成されている。第１支持装置３１は、細長い板状材をＣ字状に成形したものである。板状材は、弾性変形する材質であれば金属材でも合成樹脂材でもよい。第１支持装置３１は、Ｃ字状でなくても、コ字状でもよく、先端に行くほどしなりが大きくなるように構成されるのが好ましい。
【００８３】
第２支持装置３２は、具体的には、図１２に示すように、偏心回転体１３の本体１３ａを、本体ケース１１に対して複数（例えば３つ）のコイルばね１２２ａ１，１２２ａ２，１２２ａ３により複数の方向（３方向）から支持するものである。各コイルばね１２２ａは、本体１３ａの３つの角部とその角部に対向する第１支持装置３１の内壁面との間にそれぞれ介装されている。コイルばね１２２ａ１，１２２ａ２，１２２ａ３の各一端は、本体１３ａの各角部１３ａ１，１３ａ２，１３ａ３に接続固定され、他端は、第１支持装置３１の内壁面であって本体１３ａの各角部１３ａ１，１３ａ２，１３ａ３に対向する位置（第１支持装置３１の内壁面に所定間隔をおいた位置）に接続固定されている。また、３つのコイルばね１２２ａ１，１２２ａ２，１２２ａ３を、同じ長さ（自然長）に設定するとともに、第１支持装置３１の先端に行くほどばね定数を小さく設定するようにしている。
【００８４】
このように、偏心回転体１３は、第２支持装置３２により宙に浮いた状態で支持されている。この偏心回転体１３は、周回運動していないとき（回転駆動装置１０が非駆動状態であるとき）には、偏心回転体１３の中心１３ｅが出力回転体１２（出力軸１２ａ）の回転軸と一致するように、支持されるようになっている。
【００８５】
なお、本実施形態では、偏心回転体１３の中心１３ｅは、外歯１３ｂの中心である。また、本実施形態では、外歯１３ｂの中心と外側環状壁１３ｄ１の中心は一致しているが、外歯１３ｂの中心が外側環状壁１３ｄ１の内側に存在すれば一致していなくてもよい。錘２１の遠心力を利用することができるからである。
【００８６】
支持装置１２２は、第１支持装置３１の先端に行くにつれて第１支持装置３１の振幅が大きくなるように構成されている。具体的には、上述したように、第１支持装置３１を、その先端に行くほどしなりが大きくなるように構成するようにすればよい。また、第２支持装置３２のコイルばね１２２ａを、同じ長さで第１支持装置３１の先端に行くほどばね定数を小さく設定すればよい。なお、第２支持装置３２のコイルばね１２２ａを、同じばね定数で第１支持装置３１の先端に行くほど自然長が長くなるように設定するようにしてもよい。
【００８７】
歪素子２３は第１支持装置３１の基端部に取り付けられている。歪素子２３の先端部が図１２で反時計まわり方向に振れると、支持装置１２２が第１支持装置３１の先端に行くにつれて第１支持装置３１の振幅が大きくなるように構成されているので、第１支持装置３１は内側に縮まるように変形する。一方、歪素子２３の先端部が図１２で時計まわり方向に振れると、第１支持装置３１は外側に拡がるように変形する。なお、歪素子２３は１つだけでなく幅方向に複数並べて設けてもよい。より大きい力を第１支持装置３１に付与できる。また、長手方向に複数並べて設けてもよい。より大きい振幅を第１支持装置３１に付与できる。
【００８８】
なお、側壁１１１ｂには軸受１１ｂが設けられており、軸受１１ｂには出力回転端１２の出力軸１２ｂが回転可能に支承されている。
【００８９】
このように構成された回転駆動装置１０の作動について説明する。歪素子２３の先端部が図１２で時計まわり方向に振れると、第１支持装置３１は外側に拡がるように変形する。偏心回転体１３は、角部１３ａ１付近を支点に時計回り方向に回動する。その動きに伴って錘２１が時計回り方向に移動する。
【００９０】
一方、歪素子２３の先端部が図１２で反時計まわり方向に振れると、第１支持装置３１は内側に縮まるように変形する。偏心回転体１３は、角部１３ａ１付近を支点に反時計回り方向に回動する。その動きに伴って錘２１が反時計回り方向に移動する。
【００９１】
このような動きを繰り返すうち、錘２１が時計周り方向または反時計回り方向の周回運動を開始する。偏心回転体１３の偏心周回運動中においては、偏心回転体１３の外歯１３ｂと出力回転体１２の内歯１２ｃが噛合している。また、安定した偏心周回運動中においては、上述した第１の実施形態と同様に、偏心回転体１３と錘２１が同期して偏心周回運動している。
【００９２】
第１の実施形態と同様に、錘２１の回転数を制御することで回転駆動装置１０の出力トルクを調整することができる。歪素子２３の振動を制御することで錘２１の回転数を制御することができる。
【００９３】
上述した説明から明らかなように、本第１の実施形態に係る回転駆動装置１０においては、支持装置１２２は、本体ケース１１１に固定され弾性変形可能な第１支持装置３１と、第1支持装置３１と偏心回転体１３との間に介装されたコイルばね１２２ａ１〜１２２ａ３（弾性部材）からなり偏心回転体１３を第1支持装置３１に対して弾性移動可能に支持する第２支持装置３２と、を備え、歪素子２３は、第１支持装置３１に取り付けられ電気信号に応じて発生する歪により第１支持装置３１を振動させることで偏心回転体１３を振動させる。これにより、偏心回転体１３をコイルばね１２２ａ１〜１２２ａ３（弾性部材）からなる第２支持装置３２および弾性変形可能な第１支持装置３１を介して本体ケース１１１に確実に支持するとともに、偏心回転体１３に比較的大きな振動を付与することができる。また、歪素子２３が直接第１支持装置３１を振動させ、その振動された第１支持装置３１により偏心回転体１３が振動されるので、偏心回転体１３を歪素子２３によってより確実に振動させることができる。
【００９４】
また、第１支持装置３１は、基端が本体ケース１１１に固定され先端が自由端であり偏心回転体１３を囲むように弾性材で形成され、歪素子２３は第１支持装置３１の基端部に取り付けられている。これにより、第１支持装置３１は偏心回転体１３を簡単な構成で弾性変形可能に支持することできる。また、歪素子２３が第１支持装置３１の基端部に取り付けられているので、偏心回転体１３を効率よく振動させることができる。
【００９５】
また、支持装置１２２は、第１支持装置３１の先端に行くにつれて第１支持装置３１の振幅が大きくなるように構成されている。これにより、第１支持装置３１の基端部の振動が小さくても先端に行けば大きい振幅を確保することができるので、偏心回転体１３をより効率よく振動させることができる。
【００９６】
また、本第２の実施形態によれば、歪素子２３の２つの異なる方向への振動速度を異ならせることで、偏心回転体１３の周回運動の方向すなわち錘２１の周回運動の方向を制御することができる。
【００９７】
また、錘２１の周回運動は歪素子２３の振動により第１支持装置３１が振れることで起きるため、錘２１の位置などによらず錘２１の回転を開始させることができ、錘２１の回転速度を増幅させることができる。
【００９８】
また、第１支持装置３１に、コイルばね１２２ａ１〜１２２ａ３で構成された第２支持装置３２を設けることで、偏心回転体１３の揺れを大きくすることができ、第１支持装置３１の基端部の振動が小さくても先端に行けば大きい振幅を確保することができるので、歪素子２３の振幅を大きくしなくても、偏心回転体１３ひいては錘２１の回転を増幅させることができる。
【００９９】
また、歪素子２３を複数設けた場合、第１支持装置３１に付与する振動を異なる周波数に制御することができる。つまり、周波数を変えることによって回転数を変えることができ、また、異なったタイミングで第２支持装置３２（支持装置１２２）を振動させることによって先端のしなり（振幅）を大きくすることができるため、偏心回転体１３の偏心量を大きくすることができる。
【０１００】
なお、本第２の実施形態では、偏心回転体１３の周回運動の軌道面が垂直面となるように回転駆動装置１０が設置されている。なお、その軌道面が水平面となるように回転駆動装置１０を設置するようにしてもよい。
【０１０１】
また、本実施形態において、第１の実施形態と同様に、錘位置検出センサ１４を設けて、錘２１の位置を検出することで歪素子２３を制御するようにしてもよい。また、３つのコイルばね１２２ａ１，１２２ａ２，１２２ａ３は同じばね定数で同じ長さに設定されるようにしてもよい。
【０１０２】
また、本発明を、ハイポサイクロイドギヤを有する回転駆動装置に適用したが、遊星ギアや他のギア機構を有する回転駆動装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…回転駆動装置、１１…本体ケース、１２…出力回転体、１２ａ…本体、１２ｂ…出力軸、１２ｃ…内歯、１２ｄ…環状凸部、１３…偏心回転体、１３ａ…本体、１３ａ１，１３ａ２，１３ａ３…本体の各角部、１３ｂ…外歯、１３ｃ…凸部、１３ｄ…環状溝、１３ｄ１…外側環状壁（環状壁）、１３ｄ２…内側環状壁、１３ｅ…偏心回転体の中心、１４…錘位置検出センサ、２０…偏心運動発生装置、２１…錘、２２…支持装置、２２ａ，２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３，２２ａ４…コイルばね、２３…歪素子、３１…第１支持装置、３２…第２支持装置、１１１…本体ケース、１１１ａ…基台、１１１ｂ…側壁、１２２…支持装置、１２２ａ１〜１２２ａ３…コイルばね。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体ケースと、
前記本体ケースに回転可能に支承され、出力軸および環状に形成された内歯または外歯を備え、前記出力軸の回転軸まわりに回転される出力回転体と、
前記出力回転体の前記出力軸の回転軸に対して偏心して周回運動をし、その偏心周回運動をする際に前記出力回転体の前記内歯と噛合する外歯または前記出力回転体の前記外歯と噛合する内歯を備えた偏心回転体と、
前記偏心回転体に前記出力軸の回転軸まわりに環状に形成された環状壁に沿って当接して周回する錘と、前記偏心回転体を弾性移動可能に支持する支持装置と、電気信号に応じて発生する歪により前記偏心回転体を振動させる歪素子と、を備え、前記歪素子による押圧力と前記支持装置による弾性力と前記錘の遠心力との協働により前記錘を周回させることで前記偏心回転体に前記偏心周回運動を発生させる偏心運動発生装置と、を備えたことを特徴とする回転駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記支持装置は、前記本体ケースと前記偏心回転体との間に介装された弾性部材からなり前記偏心回転体を前記本体ケースに対して弾性移動可能に支持し、
前記歪素子は、前記本体ケースに固定され電気信号に応じて発生する歪により前記偏心回転体を押圧することを特徴とする回転駆動装置。
【請求項３】
請求項１において、前記支持装置は、前記本体ケースに固定され弾性変形可能な第１支持装置と、前記第1支持装置と前記偏心回転体との間に介装された弾性部材からなり前記偏心回転体を前記第1支持装置に対して弾性移動可能に支持する第２支持装置と、を備え、
前記歪素子は、前記第１支持装置に取り付けられ電気信号に応じて発生する歪により前記第１支持装置を振動させることで前記偏心回転体を振動させることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか一項において、前記歪素子は、圧電素子、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子のうちのいずれかにより構成されていることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項において、前記錘の位置を検出する錘位置検出センサをさらに備えたことを特徴とする回転駆動装置。
【請求項６】
請求項２において、前記歪素子は、前記偏心回転体を前記環状壁の接線方向に押圧するように設けられていることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項７】
請求項３において、前記第１支持装置は、基端が前記本体ケースに固定され先端が自由端であり前記偏心回転体を囲むように弾性材で形成され、前記歪素子は前記第１支持装置の基端部に取り付けられていることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項８】
請求項７において、前記支持装置は、前記第１支持装置の先端に行くにつれて前記第１支持装置の振幅が大きくなるように構成されていることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項１】
本体ケースと、
前記本体ケースに回転可能に支承され、出力軸および環状に形成された内歯または外歯を備え、前記出力軸の回転軸まわりに回転される出力回転体と、
前記出力回転体の前記出力軸の回転軸に対して偏心して周回運動をし、その偏心周回運動をする際に前記出力回転体の前記内歯と噛合する外歯または前記出力回転体の前記外歯と噛合する内歯を備えた偏心回転体と、
前記偏心回転体に前記出力軸の回転軸まわりに環状に形成された環状壁に沿って当接して周回する錘と、前記偏心回転体を弾性移動可能に支持する支持装置と、電気信号に応じて発生する歪により前記偏心回転体を振動させる歪素子と、を備え、前記歪素子による押圧力と前記支持装置による弾性力と前記錘の遠心力との協働により前記錘を周回させることで前記偏心回転体に前記偏心周回運動を発生させる偏心運動発生装置と、を備えたことを特徴とする回転駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記支持装置は、前記本体ケースと前記偏心回転体との間に介装された弾性部材からなり前記偏心回転体を前記本体ケースに対して弾性移動可能に支持し、
前記歪素子は、前記本体ケースに固定され電気信号に応じて発生する歪により前記偏心回転体を押圧することを特徴とする回転駆動装置。
【請求項３】
請求項１において、前記支持装置は、前記本体ケースに固定され弾性変形可能な第１支持装置と、前記第1支持装置と前記偏心回転体との間に介装された弾性部材からなり前記偏心回転体を前記第1支持装置に対して弾性移動可能に支持する第２支持装置と、を備え、
前記歪素子は、前記第１支持装置に取り付けられ電気信号に応じて発生する歪により前記第１支持装置を振動させることで前記偏心回転体を振動させることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか一項において、前記歪素子は、圧電素子、磁歪素子、電歪素子、形状記憶素子のうちのいずれかにより構成されていることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項において、前記錘の位置を検出する錘位置検出センサをさらに備えたことを特徴とする回転駆動装置。
【請求項６】
請求項２において、前記歪素子は、前記偏心回転体を前記環状壁の接線方向に押圧するように設けられていることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項７】
請求項３において、前記第１支持装置は、基端が前記本体ケースに固定され先端が自由端であり前記偏心回転体を囲むように弾性材で形成され、前記歪素子は前記第１支持装置の基端部に取り付けられていることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項８】
請求項７において、前記支持装置は、前記第１支持装置の先端に行くにつれて前記第１支持装置の振幅が大きくなるように構成されていることを特徴とする回転駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１６１４１０（Ｐ２０１１−１６１４１０Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９７０７（Ｐ２０１０−２９７０７）
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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