回転駆動装置
【課題】簡素な構造で耐久性に優れ、回転方向、回転速度、およびトルクの制御性が良好な回転駆動装置を提供する。
【解決手段】基台１１と、該基台１１に揺動可能に支持された揺動台１６と、基台１１に回転可能に支承された出力軸２１と、揺動台１６を異なる少なくとも２方向に傾斜させる変位手段１８と、揺動台１６の平面と軸線が直交し該揺動台１６に回転可能に支承されるとともに出力軸２１に連結される回転軸１２と、回転軸１２の半径方向に離間して設けられ回転軸１２と連結部材によって連結された錘１３と、錘１３の回転位置を検出する位置検出装置１９と、錘１３の回転位置に応じて変位手段１８を制御し揺動台１６の傾きを変える制御手段２０と、を備える。
【解決手段】基台１１と、該基台１１に揺動可能に支持された揺動台１６と、基台１１に回転可能に支承された出力軸２１と、揺動台１６を異なる少なくとも２方向に傾斜させる変位手段１８と、揺動台１６の平面と軸線が直交し該揺動台１６に回転可能に支承されるとともに出力軸２１に連結される回転軸１２と、回転軸１２の半径方向に離間して設けられ回転軸１２と連結部材によって連結された錘１３と、錘１３の回転位置を検出する位置検出装置１９と、錘１３の回転位置に応じて変位手段１８を制御し揺動台１６の傾きを変える制御手段２０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトルクを出力する回転駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を機械的動力に変換して出力する駆動装置として電磁力を利用するモータが一般的に用いられるが、電子機器や精密機械などに内蔵する駆動装置には特に小形化や位置制御の高精度化が必要とされる。このような小形化、高精度化への要求に応えて、電磁力によらず、超音波振動などを利用した別の駆動方式の駆動装置が実用化されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示される超音波モータは、圧電体によって励振されて表面に進行波を発生する固定子と、固定子に当接されて相対的に可働する回転子とを有し、固定子および回転子の少なくとも一方を弾性変形する薄板円板で支持している。そして、圧電体に高周波電圧を印加すると固定子には屈曲振動によって進行波が発生し、加圧接触している回転子が回転するようになっている。
【０００４】
また、特許文献２に開示される超音波リニアモータは、胴部から延びる少なくとも２本の脚部を有する振動体と、振動体に設けられて胴部および脚部の少なくとも一方に交差する方向に向けられた振動素子とを備え、振動素子として圧電素子が例示されている。そして、圧電素子に電圧を印加することにより、脚部の先端が楕円状に回転して振動体がレール上を移動するようになっている。これにより、エネルギ変換効率が高く、高速動作をさせることができ、しかも極めてコンパクトに構成することができる、とされている。
【０００５】
さらに、特許文献３の超音波リードスクリューモータを含む機構には、ねじ付きシャフトおよびねじ付きナットを含み、ねじ付きナットを超音波振動に供し、それによってねじ付きシャフトを回転させながら軸方向に移動させる光学アセンブリが開示されている。また、超音波振動を発生させる手段として圧電管が開示されている。この発明の目的は、従来技術よりも実質的に高い効率を有し、かつ高い精度、大きな力および速度を提供することとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−７７０６８号公報
【特許文献２】特開平２−２６６８８１号公報
【特許文献３】特開２００８−５１０４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記の３つの特許文献に開示された技術は、駆動力・推進力に制約が生じる点、および、摩擦面の摩耗による耐久性の低下の点で難点があった。特許文献１では、固定子と回転子とが対向する面で加圧接触しているが、加圧方向における圧電体の変形力は小さく、したがって小さな駆動力しか得られない。また、加圧接触している面が荒れると、性能が低下してしまう。特許文献２でも同様であり、振動体の脚部先端をレールに押し当てながら駆動するので、面接触による摩擦分だけの推進力しか得られず、脚部先端の摩耗も懸念される。特許文献３では、ねじ付きシャフトおよびねじ付きナットが螺合面で擦れ合い摩擦力によりシャフトが回転するので、摩擦力以上の推進力は得られない。
【０００８】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、簡素な構造で耐久性に優れ、回転方向、回転速度、およびトルクの制御性が良好な回転駆動装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する請求項１に係る回転駆動装置の発明は、基台と、該基台に揺動可能に支持された揺動台と、前記基台に回転可能に支承された出力軸と、前記揺動台を異なる少なくとも２方向に傾斜させる変位手段と、前記揺動台の平面と軸線が直交し該揺動台に回転可能に支承されるとともに前記出力軸に連結される回転軸と、前記回転軸の半径方向に離間して設けられ前記回転軸と連結部材によって連結された錘と、該錘の回転位置を検出する位置検出装置と、前記錘の回転位置に応じて前記変位手段を制御し前記揺動台の傾きを変える制御手段と、を備えたことである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記変位手段は圧電体であり、少なくとも２つの前記圧電体が前記基台上で前記回転軸の揺動の支点を中心とした円周面上に９０度の位相差をもって配置されていることである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る回転駆動装置の発明では、回転軸の半径方向に離間して錘を設け、回転軸を回転可能に支承する揺動台を揺動可能に設け、変位手段により錘の回転位置に応じて揺動台を異なる少なくとも２方向に順次傾斜させて錘が連続的に回転するように制御する。このように異なる２方向に揺動台を傾斜させて錘を回転軸回りに回転制御するという簡素な構造及び方法により回転方向、回転速度、および出力されるトルクの制御性が良好で耐久性に優れた回転駆動装置を提供することができる。即ち本発明に係る回転駆動装置は重力を利用し錘が落下する力によって回転トルクを発生させるため摩擦力によるトルク伝達を行なわないので耐久性の向上が期待できる。そして回転する錘はフライホイールに類似した機能で慣性エネルギを蓄積することにより所望の回転速度を容易に得たり、トルク変動に対しても良好に対応できる。また異なる少なくとも２方向に揺動台を傾斜させて錘を回転軸回りに回転制御するので、回転方向の確実な制御が実施できる。
【００１２】
請求項２に係る発明では、揺動台を傾斜させるための変位手段は幅広い振動範囲で駆動可能な圧電体を使用しその配置角度には９０度の位相差がある。圧電体によって低振動域から超音波領域までの広い範囲で錘の傾斜動作が得られるので回転駆動装置は低速回転から高速回転まで駆動が可能となる。また各圧電体を９０度の位相差で配置することにより各圧電体に持ち上げられた錘の位置エネルギを効率よく適切に利用することができ回転軸の良好な回転作動を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の回転駆動装置を模式的に説明する上面図である。
【図２】図１の２−２断面図である。
【図３】本実施形態の錘の回転作動状態を説明する模式図である。
【図４】図３の回転作動時に対応する圧電体の電圧印加状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る回転駆動装置について、図１乃至図４を参照して説明する。図１、及び図２に図示されるように、回転駆動装置１０は、基台１１、回転軸１２、錘１３、揺動台１６、圧電体（変位手段）１７、１８、位置検出装置１９、制御装置（制御手段）２０、出力軸２１などにより構成されている。
【００１５】
基台１１は、回転駆動装置１０の駆動によって出力されるトルクを出力する出力軸２１を、軸受け２３、２４を介して回転可能に軸承している。また基台１１は出力軸２１を支持することによって出力軸２１に連結される回転軸１２を支持している。
【００１６】
回転軸１２は、揺動可能なジョイント２２を介して出力軸２１と回転可能に連結されている。また回転軸１２は後述する揺動台１６に固定される軸受け２６に軸承されている。回転軸１２の一端の半径方向には錘１３が離間して設けられており、錘１３は回転軸１２と所定の剛性を有する連結部材２５によって連結されている。なお、ここで所定の剛性とは、回転軸１２が回転停止しているときに重力方向に撓まない程度の剛性をいう。
【００１７】
錘１３は、どのような材質、形状、及び作り方でもよく、例えば、鉄部材を連結部材２５の先端に溶接してもよいし、連結部材２５の先端部を加工し、連結部材２５と一体で形成してもよい。また錘１３の質量は、出力したいトルクの大きさによって任意に決定される。つまり錘１３の質量が大きい場合には、回転軸１２の回転速度の上昇に応じて錘１３に発生する遠心力が大きくなり、該遠心力回転トルクが大きくなるので大きな出力トルクを回転軸から取り出せる。逆に錘１３の質量が小さい場合には、錘１３に発生する遠心力が小さくなり回転トルクが小さくなるので小さな回転トルクに応じた出力トルクが回転軸から取り出せるものである。
【００１８】
揺動台１６は、本実施形態においては円板状に形成され揺動台１６の中心部の平面上には前述の軸受け２６が立設されている。そして揺動台１６は回転軸１２の軸線と揺動台１６の円板平面とが直交するように配置され、回転軸１２を揺動台１６に立設された軸受け２６の内周面と、軸受け２６の内周面と同軸に設けられた揺動台１６の摺動穴とによって軸承している。回転軸１２には揺動台１６の軸受け２６側と反対側の平面を摺動可能に支持する支持部１２ａが設けられており、支持部１２ａの揺動台１６を支持する上面によって揺動台１６が支持部１２ａに対しなめらかに相対回転可能に支持されている。このように揺動台１６は、回転軸１２を介して出力軸２１、及び基台１１に揺動可能に支持されている。よって揺動台１６がジョイント２２を支点に揺動すると回転軸１２が一体で揺動し、同時に回転軸１２に連結されている錘１３も一体で揺動される。
【００１９】
変位手段である各圧電体１７、１８は、制御装置２０にそれぞれ接続されている。各圧電体１７、１８は、図１、図２に示すように基台１１上に設けられた段部上面に回転軸１２の揺動の支点を中心とした円周面上で揺動台１６の周縁部を越えない範囲の周縁部近傍に９０度の位相差をもってそれぞれ配置されている。各圧電体１７、１８は揺動台１６を異なる少なくとも２方向に傾斜させるための装置であり、本実施形態においては２つの圧電体１７、１８によって構成している。詳細には制御装置２０が各圧電体１７、１８に電圧をそれぞれ印加することによって各圧電体１７、１８を変形させ、変形部の先端で揺動台１６の円板平面の周縁を重力方向上方に持ち上げ揺動台１６をジョイント２２を支点にして傾斜させるものである。揺動台１６は前述したとおり回転軸１２、及び回転軸１２に連結される錘１３と連動している。これによって錘１３も各圧電体１７、１８が揺動台１６の周縁を持ち上げたことによって生じる変位に応じた変位分だけ持ち上げられ位置エネルギが付与される。そしてこのとき錘１３のバランスが崩れ、錘１３が安定方向である重力方向下方に向って落下し回転軸１２を右又は左のいずれかの方向に回転させる。そして制御装置２０がタイミングを計りながら２つの圧電体１７、１８に順次電圧を印加し各圧電体１７、１８を順次変形させることによって錘１３のバランスを順次崩し回転軸１２の回転作動を得る。なお、このとき圧電体１７、１８を変位させる量については回転軸の回転効率等を考慮し任意に設定すればよい。
【００２０】
位置検出装置１９は、出力軸２１に設けられ制御装置２０に接続されている。位置検出装置１９は、出力軸２１を回転中心としたときの錘１３の回転方向における位置を検出する。本実施形態においては、出力軸２１と、回転軸１２と、錘１３とは一体的に回転する。よって初期に出力軸２１と錘１３との相対的な位置関係を把握しておき、位置検出装置１９によって出力軸２１の回転位置を検出することによって、錘１３の位置を導出する。そのため出力軸２１に出力軸２１の絶対回転位置を検出できる位置検出装置１９を設け、出力軸２１の絶対回転位置を検出する。なお、位置検出装置１９はどのような方式でもよく、本実施形態においては絶対角を検出可能なアブソリュート型のロータリエンコーダを適用する。しかし、例えば自動車で利用されるクランク角センサ、及びカム角センサ等を利用してもよい。
【００２１】
制御手段である制御装置２０は、圧電体１７、１８と位置検出装置１９とに接続されている。制御装置２０は位置検出装置１９によって検出された出力軸２１の回転位置信号を受信し、出力軸２１の回転位置信号から錘１３の回転位置を導出する。そして導出された錘１３の回転位置に応じて２つの圧電体１７、１８を制御し揺動台１６の傾きを異なる２つの方向に順次、切替える。これによって位置エネルギを錘１３に付与し、錘１３の重力による落下の力、及び錘１３に加わる遠心力を利用して回転軸１２を連続回転させる。
【００２２】
次に、第１の実施形態の回転駆動装置１０の動作および作用について図３、及び図４に基づいて説明する。図３は錘１３と各圧電体１７、１８の位置及び作動状態を示す図であり、図４は図３の各状態に対応する錘１３の位置と各圧電体１７、１８への電圧の印加状態との関係を示した図である。なお、図３において塗りつぶされている圧電体１７、１８は、電圧が印加されていることを示している。
【００２３】
本発明においては、回転駆動装置１０の回転軸１２を所定の方向に回転駆動させるために、初期に基台１１上に設けられた２つの圧電体１７、１８のうちいずれかの圧電体に電圧を印加し変形させておく。例えば、図１において右回りに回転駆動させる場合には、はじめに圧電体１７に電圧を印加し先端を変形させ変形した圧電体１７の先端によって揺動台１６のＰ３位置を持ち上げておく。これにより錘１３は図３の（１）に示す位置に移動し揺動台１６のＰ１位置に錘１３が配置され安定して静止している。このとき圧電体１７には図４（１）のａ部に示すように電圧が印加されている。
【００２４】
次に、図３の（２）に示すように回転軸１２が図１において右回りの回転駆動を開始するため圧電体１７の電圧を解除し、圧電体１８に電圧を印加する（図４のｂ部参照）。これにより揺動台１６のＰ４位置が持ち上げられる。そして図３の（１）に示す錘１３のバランスは崩れ、錘１３は重力方向下方である揺動台１６のＰ２の方向に向って落下し、これによって回転軸１２は右回りに回転を開始する。そして錘１３は安定状態に移行するため、図３の（２）の状態に近づいていく。
【００２５】
このとき錘１３には回転速度に応じた遠心力（慣性力）が右回転方向に付与される。そして錘１３が、錘１３の落下が終了し上昇に転じるＰ２位置に到達したか、または所定量だけ超えたことを位置検出装置１９が検出すると制御装置２０は圧電体１８の電圧印加を解除し揺動台１６の平面が出力軸２１と直交する方向、つまり揺動台１６を水平状態にする。これによって錘１３が回転軸１２を回転中心として水平面上を慣性力によって回転し、やがて図３の（３）に示すように揺動台１６のＰ３位置を通過する。そして、位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ３位置を所定量だけ超えて通過したことが検出されると制御装置２０は圧電体１７に電圧を印加（図４のｃ部参照）し、揺動台１６のＰ３位置を持ち上げる。これにより錘１３の重力方向下方への落下の力が加わり回転軸１２の回転速度が増し回転トルクが増加する。このように本実施形態においては、錘１３の慣性力を利用して錘１３を回転軸１２周りに慣性力のみで回転させる区間を有し、その回転角度は略９０度である。
【００２６】
なお、上記において、Ｐ２位置、及びＰ３位置を越える所定量とは、揺動台１６を傾けることによって、錘１３が回転中の回転軸１２に逆向きの回転力を与えず、さらには回転軸１２の回転が加速できるようになる量のことをいう。よってＰ２位置、及びＰ３位置を越える所定量は錘１３の重さ、回転軸１２の回転速度、圧電体１７、１８によって変位される揺動台１６の変位量（傾き量）等によって異なり、実験等によって求められ決定される。以降、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４位置を越える所定量とは上記所定量のことをいう。
【００２７】
次に、位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ４位置を所定量だけ通過したことが検出されると制御装置２０は図３（５）に示すように圧電体１７の電圧を解除し圧電体１８に電圧を印加する（図４のｄ部参照）。これによって錘１３は重力方向下方であるＰ２位置に向かって落下し、これによって速度が増し回転トルクがさらに増加する。
【００２８】
さらに、位置検出装置１９によって錘１３が図３（５）に示すように揺動台１６のＰ２位置の所定量だけ手前、またはＰ２位置を所定量だけ通過したことが検出されると制御装置２０は図３（６）に示すように、圧電体１８の電圧を解除し回転軸１２を垂直状態、即ち揺動台１６の平面、及び錘１３の連結部材２５を水平状態にする。これによって回転軸１２は錘１３の慣性力によって回転し錘１３が揺動台１６のＰ３位置を通過する。そして、位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ３位置を所定量だけ通過したことが検出されると図３（１）および（４）と同様に、圧電体１７に電圧を印加する（図３では図示せず、図４のｅ部参照）。これによって錘１３の重力方向下方であるＰ１方向への落下の力がさらに加わり、速度が増し回転トルクが増加する。
【００２９】
このように位置検出装置１９によって錘１３の位置を検出しながら各圧電体１７、１８の駆動制御を順次行なっていくことにより、回転軸１２の回転速度がさらに増し回転トルクが増加していく。そして回転軸１２の回転速度がさらに増せば、超音波領域の振動での駆動も可能である各圧電体１７、１８の駆動速度をさらに上げていき、回転速度が上がった錘１３はフライホイールに類似した機能で慣性エネルギを蓄積することにより所望の回転速度を容易に得たり、トルク変動に対しても良好に対応できる。
【００３０】
次に図１において左回りに回転駆動させる場合について図３（７）〜（１２）、および図４（２）に基づき説明する。左回りに回転駆動させる場合は、はじめに圧電体１８に電圧を印加し変形させ先端部で揺動台１６のＰ４位置を持ち上げておく。これにより錘１３は図３の（７）の状態で安定して静止している。このとき図４にはｊ部に示すように圧電体１８に電圧が印加されていることが示されている。
【００３１】
次に、回転軸１２が回転駆動を開始するため圧電体１８の電圧を解除し、圧電体１７に電圧を印加する（図４のｋ部参照）。これにより揺動台１６のＰ３位置が持ち上げられる。そして錘１３のバランスが崩れ、錘１３が重力方向下方である揺動台１６のＰ１方向に向って落下して回転軸１２は左回りに回転を開始する。そして安定状態である、図３の（８）の状態に近づいていく。このとき錘１３には回転速度に応じた慣性力が左回転方向に付与される。
【００３２】
次に、錘１３が、錘１３の落下が終了し上昇に転じるＰ１位置を所定量だけ超えたことを位置検出装置１９が検出すると制御装置２０は図３の（９）に示すように圧電体１７の電圧印加を解除し揺動台１６の平面が出力軸２１と直交する方向、つまり揺動台１６を水平状態にする。これによって錘１３が回転軸１２を回転中心として水平面上を慣性力によって回転し、やがて揺動台１６のＰ４位置を通過する。
【００３３】
そして、位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ４位置を所定量だけ通過したことが検出されると制御装置２０は図３の（１０）に示すように圧電体１８に電圧を印加（図４のｍ部参照）し、揺動台１６のＰ４位置を持ち上げる。これにより錘１３の重力方向下方であるＰ２方向への落下の力が加わり回転軸１２の回転速度が増し回転トルクが増加する。
【００３４】
次に、位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ３位置を所定量だけ通過したことが検出されると制御装置２０は図３（１１）に示すように圧電体１８に電圧を解除し、圧電体１７に電圧を印加する（図４のｎ部参照）。これによって錘１３の重力方向下方であるＰ１方向への落下の力がさらに加わり、速度が増し回転トルクがさらに増加する。
【００３５】
さらに、位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ１位置を所定量だけ通過したことが検出されると制御装置２０は、図３（９）に示す圧電体１７、１８の状態と同様に、圧電体１７の電圧の印加を解除し回転軸１２を垂直状態、即ち揺動台１６の平面、及び錘１３の連結部材２５を水平状態にする。これによって回転軸１２は錘１３の慣性力によって回転し錘１３が揺動台１６のＰ４位置を通過する（図３（１２））。
【００３６】
そして位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ４位置を所定量だけ通過したことが検出されると圧電体１８に電圧を印加する（図４のｐ部参照）。これによって回転軸１２には錘１３の重力方向下方であるＰ２方向への落下の力がさらに加わり、速度が増し回転トルクが増加する。このように回転軸１２の左回転においても上記と同様に制御することによって回転駆動できる。
【００３７】
上述の説明から明らかなように、本実施形態において、回転駆動装置１０は、回転軸１２の半径方向に離間して錘１３を設け、回転軸１２を回転可能に支承する揺動台１６を揺動可能に設け、変位手段である圧電体１７、１８を用い錘１３の回転位置に応じて揺動台１６を異なる２方向に順次傾斜させて錘１３が連続的に回転するように制御する。このように異なる２方向に揺動台１６を傾斜させて錘１３を回転軸１２回りに回転制御するという簡素な構造及び方法により回転方向、回転速度、および出力されるトルクの制御性が良好で耐久性に優れた回転駆動装置を提供することができる。即ち本発明に係る回転駆動装置１０は重力を利用し錘１３が落下する力によって回転トルクを発生させるため摩擦力によるトルク伝達を行なわないので耐久性の向上が期待できる。また異なる２方向に揺動台１６を傾斜させて錘１３を回転軸１２回りに回転制御するので、回転方向の確実な制御が実施できる。つまり待機時に一方向の傾斜状態にし、錘１３の安定状態を作っておき、回転開始時に、一方向の傾斜を解除した後、他方向の傾斜状態とすれば初期の錘１３の安定状態が崩れ錘１３は所定の方向である例えば右方向に回転を開始する。また反対に待機時に他方向の傾斜状態にし、錘１３の安定状態を作っておき、回転開始時に他方向の傾斜を解除した後、一方向の傾斜状態とすれば初期の錘１３の安定状態が崩れ錘１３は上述した所定の方向と逆の方向である例えば左方向に回転を開始する。このように簡素な方法によって確実に回転軸１２の回転方向を制御することができる。
【００３８】
また、本実施形態においては、揺動台１６を傾斜させるための変位手段として幅広い振動範囲で駆動可能な２つの圧電体１７、１８を使用し、回転軸１２を中心とした圧電体１７、１８の配置角度には９０度の位相差がある。これにより圧電体１７、１８によって低振動域から超音波領域までの広い範囲で錘１３の傾斜状態が得られるので回転駆動装置は低速回転から高速回転まで駆動が可能となる。また各圧電体１７、１８を９０度の位相差で配置することにより各圧電体１７、１８に持ち上げられた錘１３の位置エネルギを効率よく適切に利用することができ回転軸１２の良好な回転作動を得ることができる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、変位手段である圧電体１７、１８を２つ用い、回転軸１２を中心として９０度の位相差で配置した。しかし、これに限らず、圧電体を３つ、もしくは４つ設け、回転軸１２を中心としたそれぞれの位相差が９０度毎になるようＰ１〜Ｐ４位置に配置してもよい。これにより圧電体１７、１８が２つのときには圧電体１７、１８を２つとも作動させず、錘１３を慣性力のみで回転させる範囲が略９０度分であったものが、圧電体を３つ、もしくは４つにした場合には、錘１３を慣性力のみで回転させる範囲は発生せず、効果的に回転駆動装置１０の回転軸１２を回転駆動させることができる。
【００４０】
また、本実施形態においては圧電体１７、１８に電圧が印加されて作動すると、圧電体１７、１８は変形し揺動台１６の外周縁を上方に押し上げるよう構成されている。しかしこれに限らず、圧電体１７、１８と揺動台１６とを連結し、圧電体１７、１８に電圧が印加されると、圧電体１７、１８が上方、および下方に屈曲し揺動台１６の外周縁を上方に押し上げるとともに外周縁を下方に引き下げるようにしてもよい。これにより１つの圧電体でより広い範囲の変位幅をカバーすることができ効率的である。
【００４１】
また、本実施形態においては圧電体１７、１８を回転軸１２を中心として９０度の位相差で配置した。しかしこれに限らず、該位相差は回転軸１２の回転駆動を開始するときに重力によって錘１３がスムーズに回転を開始することができる範囲であればよい。位相差の範囲は例えば４５度〜１３５度であり、これによっても、相応の効果が期待できる。なお、４５度〜１３５度を超える範囲であっても、回転軸１２の回転駆動がスムーズに開始できればもちろん適用してもよい。
【００４２】
また、本実施形態においては錘１３を１つだけ設けたがこれに限らず、錘を２個設けてもよい。ただしこのとき、各錘同士の回転軸１２を中心とした位相差は４５度を越えない範囲にあることが望ましい。このように各錘が配置されることにより回転軸１２を中心として９０度の位相差で配置された圧電体１７、１８が順次作動すると効果的に各錘のバランスが崩れ各錘は重力方向下方に向って落下し回転軸１２に回転駆動力を付与することができる。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、本実施形態においては、圧電体１７、１８への電圧の印加タイミングを示す図４のグラフは、あくまで一例を示したものであり、各種条件によって電圧が印加されるタイミングは異なるものであり、図４に示すものに限らない。
【００４４】
さらに、変位手段として圧電体の他に、電流を流すことで歪みが生じる磁歪体や、電圧を印加すると内部電子が移動して歪みが発生する高分子樹脂などを用いることができる。本発明は、その他様々な応用が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０・・・回転駆動装置、１１・・・基台、１２・・・回転軸、１３・・・錘、１６・・・揺動台、１７、１８・・・変位手段（圧電体）、１９・・・位置検出装置、２０・・・（制御手段）制御装置、２１・・・出力軸、２５・・・連結部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明はトルクを出力する回転駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を機械的動力に変換して出力する駆動装置として電磁力を利用するモータが一般的に用いられるが、電子機器や精密機械などに内蔵する駆動装置には特に小形化や位置制御の高精度化が必要とされる。このような小形化、高精度化への要求に応えて、電磁力によらず、超音波振動などを利用した別の駆動方式の駆動装置が実用化されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示される超音波モータは、圧電体によって励振されて表面に進行波を発生する固定子と、固定子に当接されて相対的に可働する回転子とを有し、固定子および回転子の少なくとも一方を弾性変形する薄板円板で支持している。そして、圧電体に高周波電圧を印加すると固定子には屈曲振動によって進行波が発生し、加圧接触している回転子が回転するようになっている。
【０００４】
また、特許文献２に開示される超音波リニアモータは、胴部から延びる少なくとも２本の脚部を有する振動体と、振動体に設けられて胴部および脚部の少なくとも一方に交差する方向に向けられた振動素子とを備え、振動素子として圧電素子が例示されている。そして、圧電素子に電圧を印加することにより、脚部の先端が楕円状に回転して振動体がレール上を移動するようになっている。これにより、エネルギ変換効率が高く、高速動作をさせることができ、しかも極めてコンパクトに構成することができる、とされている。
【０００５】
さらに、特許文献３の超音波リードスクリューモータを含む機構には、ねじ付きシャフトおよびねじ付きナットを含み、ねじ付きナットを超音波振動に供し、それによってねじ付きシャフトを回転させながら軸方向に移動させる光学アセンブリが開示されている。また、超音波振動を発生させる手段として圧電管が開示されている。この発明の目的は、従来技術よりも実質的に高い効率を有し、かつ高い精度、大きな力および速度を提供することとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−７７０６８号公報
【特許文献２】特開平２−２６６８８１号公報
【特許文献３】特開２００８−５１０４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記の３つの特許文献に開示された技術は、駆動力・推進力に制約が生じる点、および、摩擦面の摩耗による耐久性の低下の点で難点があった。特許文献１では、固定子と回転子とが対向する面で加圧接触しているが、加圧方向における圧電体の変形力は小さく、したがって小さな駆動力しか得られない。また、加圧接触している面が荒れると、性能が低下してしまう。特許文献２でも同様であり、振動体の脚部先端をレールに押し当てながら駆動するので、面接触による摩擦分だけの推進力しか得られず、脚部先端の摩耗も懸念される。特許文献３では、ねじ付きシャフトおよびねじ付きナットが螺合面で擦れ合い摩擦力によりシャフトが回転するので、摩擦力以上の推進力は得られない。
【０００８】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、簡素な構造で耐久性に優れ、回転方向、回転速度、およびトルクの制御性が良好な回転駆動装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する請求項１に係る回転駆動装置の発明は、基台と、該基台に揺動可能に支持された揺動台と、前記基台に回転可能に支承された出力軸と、前記揺動台を異なる少なくとも２方向に傾斜させる変位手段と、前記揺動台の平面と軸線が直交し該揺動台に回転可能に支承されるとともに前記出力軸に連結される回転軸と、前記回転軸の半径方向に離間して設けられ前記回転軸と連結部材によって連結された錘と、該錘の回転位置を検出する位置検出装置と、前記錘の回転位置に応じて前記変位手段を制御し前記揺動台の傾きを変える制御手段と、を備えたことである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記変位手段は圧電体であり、少なくとも２つの前記圧電体が前記基台上で前記回転軸の揺動の支点を中心とした円周面上に９０度の位相差をもって配置されていることである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る回転駆動装置の発明では、回転軸の半径方向に離間して錘を設け、回転軸を回転可能に支承する揺動台を揺動可能に設け、変位手段により錘の回転位置に応じて揺動台を異なる少なくとも２方向に順次傾斜させて錘が連続的に回転するように制御する。このように異なる２方向に揺動台を傾斜させて錘を回転軸回りに回転制御するという簡素な構造及び方法により回転方向、回転速度、および出力されるトルクの制御性が良好で耐久性に優れた回転駆動装置を提供することができる。即ち本発明に係る回転駆動装置は重力を利用し錘が落下する力によって回転トルクを発生させるため摩擦力によるトルク伝達を行なわないので耐久性の向上が期待できる。そして回転する錘はフライホイールに類似した機能で慣性エネルギを蓄積することにより所望の回転速度を容易に得たり、トルク変動に対しても良好に対応できる。また異なる少なくとも２方向に揺動台を傾斜させて錘を回転軸回りに回転制御するので、回転方向の確実な制御が実施できる。
【００１２】
請求項２に係る発明では、揺動台を傾斜させるための変位手段は幅広い振動範囲で駆動可能な圧電体を使用しその配置角度には９０度の位相差がある。圧電体によって低振動域から超音波領域までの広い範囲で錘の傾斜動作が得られるので回転駆動装置は低速回転から高速回転まで駆動が可能となる。また各圧電体を９０度の位相差で配置することにより各圧電体に持ち上げられた錘の位置エネルギを効率よく適切に利用することができ回転軸の良好な回転作動を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の回転駆動装置を模式的に説明する上面図である。
【図２】図１の２−２断面図である。
【図３】本実施形態の錘の回転作動状態を説明する模式図である。
【図４】図３の回転作動時に対応する圧電体の電圧印加状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る回転駆動装置について、図１乃至図４を参照して説明する。図１、及び図２に図示されるように、回転駆動装置１０は、基台１１、回転軸１２、錘１３、揺動台１６、圧電体（変位手段）１７、１８、位置検出装置１９、制御装置（制御手段）２０、出力軸２１などにより構成されている。
【００１５】
基台１１は、回転駆動装置１０の駆動によって出力されるトルクを出力する出力軸２１を、軸受け２３、２４を介して回転可能に軸承している。また基台１１は出力軸２１を支持することによって出力軸２１に連結される回転軸１２を支持している。
【００１６】
回転軸１２は、揺動可能なジョイント２２を介して出力軸２１と回転可能に連結されている。また回転軸１２は後述する揺動台１６に固定される軸受け２６に軸承されている。回転軸１２の一端の半径方向には錘１３が離間して設けられており、錘１３は回転軸１２と所定の剛性を有する連結部材２５によって連結されている。なお、ここで所定の剛性とは、回転軸１２が回転停止しているときに重力方向に撓まない程度の剛性をいう。
【００１７】
錘１３は、どのような材質、形状、及び作り方でもよく、例えば、鉄部材を連結部材２５の先端に溶接してもよいし、連結部材２５の先端部を加工し、連結部材２５と一体で形成してもよい。また錘１３の質量は、出力したいトルクの大きさによって任意に決定される。つまり錘１３の質量が大きい場合には、回転軸１２の回転速度の上昇に応じて錘１３に発生する遠心力が大きくなり、該遠心力回転トルクが大きくなるので大きな出力トルクを回転軸から取り出せる。逆に錘１３の質量が小さい場合には、錘１３に発生する遠心力が小さくなり回転トルクが小さくなるので小さな回転トルクに応じた出力トルクが回転軸から取り出せるものである。
【００１８】
揺動台１６は、本実施形態においては円板状に形成され揺動台１６の中心部の平面上には前述の軸受け２６が立設されている。そして揺動台１６は回転軸１２の軸線と揺動台１６の円板平面とが直交するように配置され、回転軸１２を揺動台１６に立設された軸受け２６の内周面と、軸受け２６の内周面と同軸に設けられた揺動台１６の摺動穴とによって軸承している。回転軸１２には揺動台１６の軸受け２６側と反対側の平面を摺動可能に支持する支持部１２ａが設けられており、支持部１２ａの揺動台１６を支持する上面によって揺動台１６が支持部１２ａに対しなめらかに相対回転可能に支持されている。このように揺動台１６は、回転軸１２を介して出力軸２１、及び基台１１に揺動可能に支持されている。よって揺動台１６がジョイント２２を支点に揺動すると回転軸１２が一体で揺動し、同時に回転軸１２に連結されている錘１３も一体で揺動される。
【００１９】
変位手段である各圧電体１７、１８は、制御装置２０にそれぞれ接続されている。各圧電体１７、１８は、図１、図２に示すように基台１１上に設けられた段部上面に回転軸１２の揺動の支点を中心とした円周面上で揺動台１６の周縁部を越えない範囲の周縁部近傍に９０度の位相差をもってそれぞれ配置されている。各圧電体１７、１８は揺動台１６を異なる少なくとも２方向に傾斜させるための装置であり、本実施形態においては２つの圧電体１７、１８によって構成している。詳細には制御装置２０が各圧電体１７、１８に電圧をそれぞれ印加することによって各圧電体１７、１８を変形させ、変形部の先端で揺動台１６の円板平面の周縁を重力方向上方に持ち上げ揺動台１６をジョイント２２を支点にして傾斜させるものである。揺動台１６は前述したとおり回転軸１２、及び回転軸１２に連結される錘１３と連動している。これによって錘１３も各圧電体１７、１８が揺動台１６の周縁を持ち上げたことによって生じる変位に応じた変位分だけ持ち上げられ位置エネルギが付与される。そしてこのとき錘１３のバランスが崩れ、錘１３が安定方向である重力方向下方に向って落下し回転軸１２を右又は左のいずれかの方向に回転させる。そして制御装置２０がタイミングを計りながら２つの圧電体１７、１８に順次電圧を印加し各圧電体１７、１８を順次変形させることによって錘１３のバランスを順次崩し回転軸１２の回転作動を得る。なお、このとき圧電体１７、１８を変位させる量については回転軸の回転効率等を考慮し任意に設定すればよい。
【００２０】
位置検出装置１９は、出力軸２１に設けられ制御装置２０に接続されている。位置検出装置１９は、出力軸２１を回転中心としたときの錘１３の回転方向における位置を検出する。本実施形態においては、出力軸２１と、回転軸１２と、錘１３とは一体的に回転する。よって初期に出力軸２１と錘１３との相対的な位置関係を把握しておき、位置検出装置１９によって出力軸２１の回転位置を検出することによって、錘１３の位置を導出する。そのため出力軸２１に出力軸２１の絶対回転位置を検出できる位置検出装置１９を設け、出力軸２１の絶対回転位置を検出する。なお、位置検出装置１９はどのような方式でもよく、本実施形態においては絶対角を検出可能なアブソリュート型のロータリエンコーダを適用する。しかし、例えば自動車で利用されるクランク角センサ、及びカム角センサ等を利用してもよい。
【００２１】
制御手段である制御装置２０は、圧電体１７、１８と位置検出装置１９とに接続されている。制御装置２０は位置検出装置１９によって検出された出力軸２１の回転位置信号を受信し、出力軸２１の回転位置信号から錘１３の回転位置を導出する。そして導出された錘１３の回転位置に応じて２つの圧電体１７、１８を制御し揺動台１６の傾きを異なる２つの方向に順次、切替える。これによって位置エネルギを錘１３に付与し、錘１３の重力による落下の力、及び錘１３に加わる遠心力を利用して回転軸１２を連続回転させる。
【００２２】
次に、第１の実施形態の回転駆動装置１０の動作および作用について図３、及び図４に基づいて説明する。図３は錘１３と各圧電体１７、１８の位置及び作動状態を示す図であり、図４は図３の各状態に対応する錘１３の位置と各圧電体１７、１８への電圧の印加状態との関係を示した図である。なお、図３において塗りつぶされている圧電体１７、１８は、電圧が印加されていることを示している。
【００２３】
本発明においては、回転駆動装置１０の回転軸１２を所定の方向に回転駆動させるために、初期に基台１１上に設けられた２つの圧電体１７、１８のうちいずれかの圧電体に電圧を印加し変形させておく。例えば、図１において右回りに回転駆動させる場合には、はじめに圧電体１７に電圧を印加し先端を変形させ変形した圧電体１７の先端によって揺動台１６のＰ３位置を持ち上げておく。これにより錘１３は図３の（１）に示す位置に移動し揺動台１６のＰ１位置に錘１３が配置され安定して静止している。このとき圧電体１７には図４（１）のａ部に示すように電圧が印加されている。
【００２４】
次に、図３の（２）に示すように回転軸１２が図１において右回りの回転駆動を開始するため圧電体１７の電圧を解除し、圧電体１８に電圧を印加する（図４のｂ部参照）。これにより揺動台１６のＰ４位置が持ち上げられる。そして図３の（１）に示す錘１３のバランスは崩れ、錘１３は重力方向下方である揺動台１６のＰ２の方向に向って落下し、これによって回転軸１２は右回りに回転を開始する。そして錘１３は安定状態に移行するため、図３の（２）の状態に近づいていく。
【００２５】
このとき錘１３には回転速度に応じた遠心力（慣性力）が右回転方向に付与される。そして錘１３が、錘１３の落下が終了し上昇に転じるＰ２位置に到達したか、または所定量だけ超えたことを位置検出装置１９が検出すると制御装置２０は圧電体１８の電圧印加を解除し揺動台１６の平面が出力軸２１と直交する方向、つまり揺動台１６を水平状態にする。これによって錘１３が回転軸１２を回転中心として水平面上を慣性力によって回転し、やがて図３の（３）に示すように揺動台１６のＰ３位置を通過する。そして、位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ３位置を所定量だけ超えて通過したことが検出されると制御装置２０は圧電体１７に電圧を印加（図４のｃ部参照）し、揺動台１６のＰ３位置を持ち上げる。これにより錘１３の重力方向下方への落下の力が加わり回転軸１２の回転速度が増し回転トルクが増加する。このように本実施形態においては、錘１３の慣性力を利用して錘１３を回転軸１２周りに慣性力のみで回転させる区間を有し、その回転角度は略９０度である。
【００２６】
なお、上記において、Ｐ２位置、及びＰ３位置を越える所定量とは、揺動台１６を傾けることによって、錘１３が回転中の回転軸１２に逆向きの回転力を与えず、さらには回転軸１２の回転が加速できるようになる量のことをいう。よってＰ２位置、及びＰ３位置を越える所定量は錘１３の重さ、回転軸１２の回転速度、圧電体１７、１８によって変位される揺動台１６の変位量（傾き量）等によって異なり、実験等によって求められ決定される。以降、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４位置を越える所定量とは上記所定量のことをいう。
【００２７】
次に、位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ４位置を所定量だけ通過したことが検出されると制御装置２０は図３（５）に示すように圧電体１７の電圧を解除し圧電体１８に電圧を印加する（図４のｄ部参照）。これによって錘１３は重力方向下方であるＰ２位置に向かって落下し、これによって速度が増し回転トルクがさらに増加する。
【００２８】
さらに、位置検出装置１９によって錘１３が図３（５）に示すように揺動台１６のＰ２位置の所定量だけ手前、またはＰ２位置を所定量だけ通過したことが検出されると制御装置２０は図３（６）に示すように、圧電体１８の電圧を解除し回転軸１２を垂直状態、即ち揺動台１６の平面、及び錘１３の連結部材２５を水平状態にする。これによって回転軸１２は錘１３の慣性力によって回転し錘１３が揺動台１６のＰ３位置を通過する。そして、位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ３位置を所定量だけ通過したことが検出されると図３（１）および（４）と同様に、圧電体１７に電圧を印加する（図３では図示せず、図４のｅ部参照）。これによって錘１３の重力方向下方であるＰ１方向への落下の力がさらに加わり、速度が増し回転トルクが増加する。
【００２９】
このように位置検出装置１９によって錘１３の位置を検出しながら各圧電体１７、１８の駆動制御を順次行なっていくことにより、回転軸１２の回転速度がさらに増し回転トルクが増加していく。そして回転軸１２の回転速度がさらに増せば、超音波領域の振動での駆動も可能である各圧電体１７、１８の駆動速度をさらに上げていき、回転速度が上がった錘１３はフライホイールに類似した機能で慣性エネルギを蓄積することにより所望の回転速度を容易に得たり、トルク変動に対しても良好に対応できる。
【００３０】
次に図１において左回りに回転駆動させる場合について図３（７）〜（１２）、および図４（２）に基づき説明する。左回りに回転駆動させる場合は、はじめに圧電体１８に電圧を印加し変形させ先端部で揺動台１６のＰ４位置を持ち上げておく。これにより錘１３は図３の（７）の状態で安定して静止している。このとき図４にはｊ部に示すように圧電体１８に電圧が印加されていることが示されている。
【００３１】
次に、回転軸１２が回転駆動を開始するため圧電体１８の電圧を解除し、圧電体１７に電圧を印加する（図４のｋ部参照）。これにより揺動台１６のＰ３位置が持ち上げられる。そして錘１３のバランスが崩れ、錘１３が重力方向下方である揺動台１６のＰ１方向に向って落下して回転軸１２は左回りに回転を開始する。そして安定状態である、図３の（８）の状態に近づいていく。このとき錘１３には回転速度に応じた慣性力が左回転方向に付与される。
【００３２】
次に、錘１３が、錘１３の落下が終了し上昇に転じるＰ１位置を所定量だけ超えたことを位置検出装置１９が検出すると制御装置２０は図３の（９）に示すように圧電体１７の電圧印加を解除し揺動台１６の平面が出力軸２１と直交する方向、つまり揺動台１６を水平状態にする。これによって錘１３が回転軸１２を回転中心として水平面上を慣性力によって回転し、やがて揺動台１６のＰ４位置を通過する。
【００３３】
そして、位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ４位置を所定量だけ通過したことが検出されると制御装置２０は図３の（１０）に示すように圧電体１８に電圧を印加（図４のｍ部参照）し、揺動台１６のＰ４位置を持ち上げる。これにより錘１３の重力方向下方であるＰ２方向への落下の力が加わり回転軸１２の回転速度が増し回転トルクが増加する。
【００３４】
次に、位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ３位置を所定量だけ通過したことが検出されると制御装置２０は図３（１１）に示すように圧電体１８に電圧を解除し、圧電体１７に電圧を印加する（図４のｎ部参照）。これによって錘１３の重力方向下方であるＰ１方向への落下の力がさらに加わり、速度が増し回転トルクがさらに増加する。
【００３５】
さらに、位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ１位置を所定量だけ通過したことが検出されると制御装置２０は、図３（９）に示す圧電体１７、１８の状態と同様に、圧電体１７の電圧の印加を解除し回転軸１２を垂直状態、即ち揺動台１６の平面、及び錘１３の連結部材２５を水平状態にする。これによって回転軸１２は錘１３の慣性力によって回転し錘１３が揺動台１６のＰ４位置を通過する（図３（１２））。
【００３６】
そして位置検出装置１９によって錘１３が揺動台１６のＰ４位置を所定量だけ通過したことが検出されると圧電体１８に電圧を印加する（図４のｐ部参照）。これによって回転軸１２には錘１３の重力方向下方であるＰ２方向への落下の力がさらに加わり、速度が増し回転トルクが増加する。このように回転軸１２の左回転においても上記と同様に制御することによって回転駆動できる。
【００３７】
上述の説明から明らかなように、本実施形態において、回転駆動装置１０は、回転軸１２の半径方向に離間して錘１３を設け、回転軸１２を回転可能に支承する揺動台１６を揺動可能に設け、変位手段である圧電体１７、１８を用い錘１３の回転位置に応じて揺動台１６を異なる２方向に順次傾斜させて錘１３が連続的に回転するように制御する。このように異なる２方向に揺動台１６を傾斜させて錘１３を回転軸１２回りに回転制御するという簡素な構造及び方法により回転方向、回転速度、および出力されるトルクの制御性が良好で耐久性に優れた回転駆動装置を提供することができる。即ち本発明に係る回転駆動装置１０は重力を利用し錘１３が落下する力によって回転トルクを発生させるため摩擦力によるトルク伝達を行なわないので耐久性の向上が期待できる。また異なる２方向に揺動台１６を傾斜させて錘１３を回転軸１２回りに回転制御するので、回転方向の確実な制御が実施できる。つまり待機時に一方向の傾斜状態にし、錘１３の安定状態を作っておき、回転開始時に、一方向の傾斜を解除した後、他方向の傾斜状態とすれば初期の錘１３の安定状態が崩れ錘１３は所定の方向である例えば右方向に回転を開始する。また反対に待機時に他方向の傾斜状態にし、錘１３の安定状態を作っておき、回転開始時に他方向の傾斜を解除した後、一方向の傾斜状態とすれば初期の錘１３の安定状態が崩れ錘１３は上述した所定の方向と逆の方向である例えば左方向に回転を開始する。このように簡素な方法によって確実に回転軸１２の回転方向を制御することができる。
【００３８】
また、本実施形態においては、揺動台１６を傾斜させるための変位手段として幅広い振動範囲で駆動可能な２つの圧電体１７、１８を使用し、回転軸１２を中心とした圧電体１７、１８の配置角度には９０度の位相差がある。これにより圧電体１７、１８によって低振動域から超音波領域までの広い範囲で錘１３の傾斜状態が得られるので回転駆動装置は低速回転から高速回転まで駆動が可能となる。また各圧電体１７、１８を９０度の位相差で配置することにより各圧電体１７、１８に持ち上げられた錘１３の位置エネルギを効率よく適切に利用することができ回転軸１２の良好な回転作動を得ることができる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、変位手段である圧電体１７、１８を２つ用い、回転軸１２を中心として９０度の位相差で配置した。しかし、これに限らず、圧電体を３つ、もしくは４つ設け、回転軸１２を中心としたそれぞれの位相差が９０度毎になるようＰ１〜Ｐ４位置に配置してもよい。これにより圧電体１７、１８が２つのときには圧電体１７、１８を２つとも作動させず、錘１３を慣性力のみで回転させる範囲が略９０度分であったものが、圧電体を３つ、もしくは４つにした場合には、錘１３を慣性力のみで回転させる範囲は発生せず、効果的に回転駆動装置１０の回転軸１２を回転駆動させることができる。
【００４０】
また、本実施形態においては圧電体１７、１８に電圧が印加されて作動すると、圧電体１７、１８は変形し揺動台１６の外周縁を上方に押し上げるよう構成されている。しかしこれに限らず、圧電体１７、１８と揺動台１６とを連結し、圧電体１７、１８に電圧が印加されると、圧電体１７、１８が上方、および下方に屈曲し揺動台１６の外周縁を上方に押し上げるとともに外周縁を下方に引き下げるようにしてもよい。これにより１つの圧電体でより広い範囲の変位幅をカバーすることができ効率的である。
【００４１】
また、本実施形態においては圧電体１７、１８を回転軸１２を中心として９０度の位相差で配置した。しかしこれに限らず、該位相差は回転軸１２の回転駆動を開始するときに重力によって錘１３がスムーズに回転を開始することができる範囲であればよい。位相差の範囲は例えば４５度〜１３５度であり、これによっても、相応の効果が期待できる。なお、４５度〜１３５度を超える範囲であっても、回転軸１２の回転駆動がスムーズに開始できればもちろん適用してもよい。
【００４２】
また、本実施形態においては錘１３を１つだけ設けたがこれに限らず、錘を２個設けてもよい。ただしこのとき、各錘同士の回転軸１２を中心とした位相差は４５度を越えない範囲にあることが望ましい。このように各錘が配置されることにより回転軸１２を中心として９０度の位相差で配置された圧電体１７、１８が順次作動すると効果的に各錘のバランスが崩れ各錘は重力方向下方に向って落下し回転軸１２に回転駆動力を付与することができる。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、本実施形態においては、圧電体１７、１８への電圧の印加タイミングを示す図４のグラフは、あくまで一例を示したものであり、各種条件によって電圧が印加されるタイミングは異なるものであり、図４に示すものに限らない。
【００４４】
さらに、変位手段として圧電体の他に、電流を流すことで歪みが生じる磁歪体や、電圧を印加すると内部電子が移動して歪みが発生する高分子樹脂などを用いることができる。本発明は、その他様々な応用が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０・・・回転駆動装置、１１・・・基台、１２・・・回転軸、１３・・・錘、１６・・・揺動台、１７、１８・・・変位手段（圧電体）、１９・・・位置検出装置、２０・・・（制御手段）制御装置、２１・・・出力軸、２５・・・連結部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
該基台に揺動可能に支持された揺動台と、
前記基台に回転可能に支承された出力軸と、
前記揺動台を異なる少なくとも２方向に傾斜させる変位手段と、
前記揺動台の平面と軸線が直交し該揺動台に回転可能に支承されるとともに前記出力軸に連結される回転軸と、
前記回転軸の半径方向に離間して設けられ前記回転軸と連結部材によって連結された錘と、
該錘の回転位置を検出する位置検出装置と、
前記錘の回転位置に応じて前記変位手段を制御し前記揺動台の傾きを変える制御手段と、
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、前記変位手段は圧電体であり、少なくとも２つの前記圧電体が前記基台上で前記回転軸の揺動の支点を中心とした円周面上に９０度の位相差をもって配置されていることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項１】
基台と、
該基台に揺動可能に支持された揺動台と、
前記基台に回転可能に支承された出力軸と、
前記揺動台を異なる少なくとも２方向に傾斜させる変位手段と、
前記揺動台の平面と軸線が直交し該揺動台に回転可能に支承されるとともに前記出力軸に連結される回転軸と、
前記回転軸の半径方向に離間して設けられ前記回転軸と連結部材によって連結された錘と、
該錘の回転位置を検出する位置検出装置と、
前記錘の回転位置に応じて前記変位手段を制御し前記揺動台の傾きを変える制御手段と、
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、前記変位手段は圧電体であり、少なくとも２つの前記圧電体が前記基台上で前記回転軸の揺動の支点を中心とした円周面上に９０度の位相差をもって配置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２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１７２３３７（Ｐ２０１１−１７２３３７Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３２１３３（Ｐ２０１０−３２１３３）
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【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９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]