多方向駆動装置
【課題】多方向駆動装置の構造を簡素化してより小型化を可能にすると共に、製造コストをより低減する。
【解決手段】多方向駆動装置は、被駆動体１と、被駆動体１の表面の一部に接触して配置されて該被駆動体１を第１の方向（Ｘ方向）に駆動する第１の駆動力伝達部２Ａと、被駆動体１の表面の他の一部に接触して配置されて該被駆動体１を前記第１の方向とは異なる第２の方向（Ｙ方向）に駆動する第２の駆動力伝達部２Ｂと、を備える。そして、被駆動体１と第１の駆動力伝達部２Ａとは前記第１の方向以外の方向に相互に変位可能であり、被駆動体１と前記第２の駆動力伝達部２Ｂとは前記第２の方向以外の方向に相互に変位可能である。
【解決手段】多方向駆動装置は、被駆動体１と、被駆動体１の表面の一部に接触して配置されて該被駆動体１を第１の方向（Ｘ方向）に駆動する第１の駆動力伝達部２Ａと、被駆動体１の表面の他の一部に接触して配置されて該被駆動体１を前記第１の方向とは異なる第２の方向（Ｙ方向）に駆動する第２の駆動力伝達部２Ｂと、を備える。そして、被駆動体１と第１の駆動力伝達部２Ａとは前記第１の方向以外の方向に相互に変位可能であり、被駆動体１と前記第２の駆動力伝達部２Ｂとは前記第２の方向以外の方向に相互に変位可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多方向駆動装置に関し、詳しくは、装置の構造を簡素化してより小型化を可能にすると共に、製造コストをより低減しようとする多方向駆動装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の多方向駆動装置として例えばＸＹステージがある。ＸＹステージは、基台上にＸ方向に進退自在なサブステージを設けるとともに、このサブステージ上に該サブステージの進退方向と同一平面で直交するＹ方向に進退自在なメインステージを設け、これらサブステージ及びメインステージを一対の直線駆動源によって進退移動させることでメインステージをＸ方向及びＹ方向に移動させて任意の位置に位置決めする（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１９０４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような従来の多方向駆動装置においては、基台上にサブステージとメインステージとを積み重ねた構造となっているため、装置の高さが高くなって嵩張り、より小型化を図ることが困難であった。
【０００５】
また、サブステージを一方向に案内するガイド部材、サブステージ及びメインステージを駆動する回転モータの回転運動を伝達するボールねじや回転運動を直線運動として各ステージに伝達する伝達機構等の部品がさらに必要であるため、使用する部品点数が多くなり製造コストをより低減することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、装置の構造を簡素化してより小型化を可能にすると共に、製造コストをより低減しようとする多方向駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一側面による多方向駆動装置は、被駆動体と、前記被駆動体の表面の一部に接触して配置され、該被駆動体を第１の方向に駆動する第１の駆動力伝達部と、前記被駆動体の表面の他の一部に接触して配置され、該被駆動体を前記第１の方向とは異なる第２の方向に駆動する第２の駆動力伝達部と、を備え、前記被駆動体と前記第１の駆動力伝達部とは前記第１の方向以外の方向に相互に変位可能であるとともに、前記被駆動体と前記第２の駆動力伝達部とは前記第２の方向以外の方向に相互に変位可能である。
【０００８】
ここで、例えば、前記第１の駆動力伝達部及び前記第２の駆動力伝達部の少なくとも一方が、前記被駆動体を駆動する方向の回転が規制された複数のフリーローラを含み、該複数のフリーローラが前記被駆動体の表面に接触して配置されるように構成することができる。
【０００９】
また、例えば、前記第１の駆動力伝達部及び前記第２の駆動力伝達部の少なくとも一方が、前記被駆動体の表面に形成された歯と噛み合う歯車を含み、該歯車と前記被駆動体とが該歯車の歯すじ方向に相互に変位可能であるように構成することができる。
【００１０】
好ましくは、前記第１の駆動力伝達部及び前記第２の駆動力伝達部の回転数と回転方向とを制御する制御部をさらに備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、構造が簡素化されて多方向駆動装置の小型化を図ることができる。また、多方向駆動装置を構成する基本要素が被駆動体及びこの被駆動体をそれぞれ異なる方向に駆動する二つの（一対の）駆動力伝達部であるので、部品点数が少なくて済み製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による多方向駆動装置の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】上記第１の実施形態の駆動力伝達部の具体的構成例を示す斜視図である。
【図３】上記第１の実施形態において平行平板の被駆動体の回転動作について説明する平面図である。
【図４】上記第１の実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図５】上記第１の実施形態の別の変形例を示す斜視図である。
【図６】本発明による多方向駆動装置の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図７】上記第２の実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図８】上記第２の実施形態の別の変形例を示す斜視図である。
【図９】図８に示す多方向駆動装置の応用例を示す正面図である。
【図１０】図９の平面図であり、車輪間隔を狭めた状態を示す。
【図１１】図９の平面図であり、車輪間隔を広げた状態を示す。
【図１２】図７に示す多方向駆動装置の応用例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による多方向駆動装置の第１の実施形態を示す斜視図である。この多方向駆動装置は、被駆動体１と、第１の駆動力伝達部２Ａ及び第２の駆動力伝達部２Ｂ（以下「一対の駆動力伝達部」という）と、制御部３と、を備えて構成され、一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂによって被駆動体１を少なくとも二方向に移動させる。
【００１４】
本実施形態における被駆動体１は平板であり、図示省略の保持部材上にその裏面を接触させて任意の方向に移動自在に配置されている。
【００１５】
被駆動体１の上方にて互いに交差（図１においては直交）する二つの軸４，５上には、夫々駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが設けられている。この一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂは、その外周面を上記被駆動体１の表面１ａの一部に接触して配置され、回転することによって被駆動体１にＸ軸，Ｙ軸方向の駆動力を付与して該被駆動体１をＸＹ平面内の任意の方向に移動させるものであり、それらの外周面と被駆動体１の表面１ａとの間に発生する摩擦力により被駆動体１に駆動力を付与するようになっている。この場合、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂは、夫々、軸４，５方向の上記摩擦力が軸４，５と直交方向の上記摩擦力よりも小さくなるように形成されており、被駆動体１に接触させた状態で該被駆動体１に対する回転方向と異なる方向に相対移動が可能になっている。
【００１６】
各駆動力伝達部２Ａ，２Ｂは、例えば図２に示すように、円柱状の本体部６の外周面６ａに、外方に突出した一対の支持部材７を一定間隔で形成し、該一対の支持部材７の間に、軸８の回りに回転自由なフリーローラ９をその軸８が上記本体部６の周方向に向くように設けたものであり、公知の全方向車輪とすることができる。これにより、上記駆動力伝達部２Ａ，２Ｂは、その軸４，５方向に回転自由なフリーローラ９により軸４，５方向の上記摩擦力を低減することができ、上記軸４，５と直交方向にはフリーローラ９の回転が規制されるため上記摩擦力を発生させることができる。なお、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂは、図２に示すものに限定されず、軸方向には移動が自由であり、軸と直交方向には移動が規制されたものであれば如何なる形状を有していてもよい。
【００１７】
上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを制御する制御部３が設けられている。この制御部３は、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂの回転数及び回転方向を制御するものであり、図示省略の駆動回路や制御回路を備えた電子制御回路部、及び上記駆動力伝達部２Ａ，２Ｂの回転軸に回転軸を連結したモータを含んで構成されている。そして、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂの回転数及び回転方向を制御することによって、被駆動体１をＸＹ平面内の任意の方向に移動して任意の位置に位置付けることができるようになっている。
【００１８】
次に、このように構成された多方向駆動装置の動作について説明する。
図１において、被駆動体１上の点Ｏを点Ｏ′まで移動する場合には、先ず、制御部３により制御して駆動力伝達部２Ａを矢印Ａ方向にｎ回転させる。このとき、被駆動体１に接触した駆動力伝達部２Ａのフリーローラ９には、軸４に直交方向（Ｘ軸方向）の力が作用する。この場合、フリーローラ９は、軸４と直交方向には回転が規制されているため、該フリーローラ９と被駆動体１の面との間には摩擦力が発生し、駆動力伝達部２Ａの回転方向と同方向（Ｘ軸方向）の駆動力が被駆動体１に付与される。したがって、被駆動体１は、＋Ｘ方向に駆動力伝達部２Ａの回転数ｎに応じた距離ｘだけ移動される。一方、駆動力伝達部２Ｂのフリーローラ９は、軸５方向（Ｘ軸方向）には回転自由であるため、被駆動体１がＸ軸方向に移動された場合に、駆動力伝達部２Ｂのフリーローラ９が回転して被駆動体１のＸ軸方向への移動の妨げとならない。
【００１９】
次に、制御部３により制御して駆動力伝達部２Ｂを矢印Ｂ方向にｍ回転させる。このとき、被駆動体１に接触した駆動力伝達部２Ｂのフリーローラ９には、軸５に直交方向（Ｙ軸方向）の力が作用する。この場合、フリーローラ９は、軸５と直交方向には回転が規制されているため、該フリーローラ９と被駆動体１の面との間には摩擦力が発生し、駆動力伝達部２の回転方向と同方向（Ｙ軸方向）の駆動力が被駆動体１に付与される。したがって、被駆動体１は、−Ｙ方向に駆動力伝達部２Ｂの回転数ｍに応じた距離ｙだけ移動される。一方、駆動力伝達部２Ａのフリーローラ９は、軸４方向（Ｙ軸方向）には回転自由であるため、被駆動体１がＹ軸方向に移動された場合に、駆動力伝達部２Ａのフリーローラ９が回転して被駆動体１のＹ軸方向への移動の妨げとならない。
【００２０】
このようにして、被駆動体１は、Ｘ軸方向に距離ｘだけ移動され、さらにＹ軸方向に距離ｙだけ移動されて、被駆動体１上の点Ｏが点Ｏ′に位置付けられることになる。
【００２１】
なお、以上の説明においては、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを個別に駆動する場合について述べたが、同時に駆動してもよい。この場合、被駆動体１は、図１において矢印Ｃ方向に移動することになる。また、矢印Ｃと反対方向に被駆動体１を移動する場合には、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを上記とは反対方向に回転させればよい。さらに、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂの回転数及び回転方向を制御することにより、被駆動体１をＸＹ平面内の任意の方向に並進的に移動させることができる。
【００２２】
また、図１には駆動力伝達部２Ａ，２Ｂとして同一の構造と直径を有する場合について記載したが、このような形態に限定されることなく、用途に応じて異なる直径や構造の駆動力伝達部を使用できることはいうまでもない。また、図１においては、軸４，５が被駆動体１と平行に配置される例を示したが、特に図２に示すような全方向車輪を用いる場合には、用途に応じて当該全方向車輪が適切に被駆動体１に接触可能な範囲内で軸４，５を被駆動体１と非平行に配置することも可能である。更に、図１においては、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが被駆動体１に与える駆動力の方向が相互に直交するように軸４，５を配置する例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが被駆動体１に与える駆動力の方向を相互に直交しない配置とすることもできる。この場合には、一方の駆動力伝達部のみを回転しようとした場合に、他方の駆動力伝達部がその動きを阻害するように作用することから、制御部３の作用により両駆動力伝達部を協働させることにより、被駆動体１をその面内で自在に並進的に移動させることが可能である。
【００２３】
また、図１には駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが平面状の被駆動体１に対して同じ側に配置される場合について記載したが、このような形態に限定されることなく、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを平面状の被駆動体１の両側の面にそれぞれ配置することも可能である。駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを平面状の被駆動体１に対して同じ側に配置した場合には、一般に駆動機構の構成が簡素になって、全体をコンパクトな構成にすることができる。一方、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを平面状の被駆動体１の両側の面にそれぞれ配置した場合には、被駆動体１を移動可能に保持する保持部材を省略することも可能になる等、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂと被駆動体１の配置はその用途に応じて適宜決定することができる。
【００２４】
図３は、上記第１の実施形態の変形例を示す正面図である。
図３に示すように、例えば軸５上にて駆動力伝達部２Ｂ１と所定の距離だけ離れた位置に駆動力伝達部２Ｂ２を配置してもよい。この場合、駆動力伝達部２Ｂ１，２Ｂ２により被駆動体１に異なる駆動量の駆動力、例えば同図中の矢印Ｄ，Ｅ方向の駆動力を付与すれば、被駆動体１を軸５上の任意の点を中心として同図中矢印Ｇ方向に回転させることができる。このとき、駆動力伝達部２Ａは、被駆動体１に接触させたままとして同図中矢印Ｆ方向の駆動力を被駆動体１に付与するようにしてもよく、又は駆動力伝達部２Ａは、被駆動体１の表面１ａから離隔させてもよい。また、図３において駆動力伝達部２Ｂ１，２Ｂ２を同期させて同方向に駆動すれば、駆動力伝達部２Ａと協働して被駆動体１を任意の方向に並進的に移動させることができる。
【００２５】
図４は、上記第１の実施形態の他の変形例を示す斜視図である。
図４においては、変形可能なシート状物を被駆動体１として、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを用いて被駆動体１をＸ軸、Ｙ軸の方向に任意に移動するものである。図４の構成においては、被駆動体１をＸ−Ｙ軸方向に移動自在に保持すると共に、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが被駆動体１に対して駆動力を伝えるのに充分な力で接触するように被駆動体１を保持する保持部材（不図示）を設ける等により、シート状の被駆動体１についてもＸ軸、Ｙ軸の方向に任意に移動可能とすることができる。当該保持部材の具体的形態は特に限定されないが、変形可能な被駆動体１に十分な張力等を付与できるように適宜な箇所に十分な個数の保持部材を設けることで、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを被駆動体１に対して充分な力で接触させることができる。また、保持部材を駆動力伝達部２Ａ，２Ｂのそれぞれに対向して配置し、当該保持部材と各駆動力伝達部により被駆動体１を挟持することによっても、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを被駆動体１に対して充分な力で接触させることができる。特に、被駆動体１がループ状である場合には、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを被駆動体１に張力を生じるような形態に配置することで、格別な保持部材を設けることなくシート状の被駆動体１をＸ軸、Ｙ軸の方向に任意に移動可能とすることができる。
なお、図４に示す実施形態においても、上記図１について説明したと同様に、軸４，５は必ずしも同一平面上で直交して配置される必要はなく、シート状の被駆動体１を移動させる目的に応じて、被駆動体１を任意の方向に移動可能とできる範囲内でその配置を決定することができる。
【００２６】
図５は、上記第１の実施形態の他の変形例を示す斜視図である。
図５においては、被駆動体１が円筒状又は円柱状に形成された部材であり、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが被駆動体１の中心軸１０に平行な方向と、被駆動体１の断面が成す円の接線方向とに駆動力を生じるように夫々設けられ、いずれも被駆動体１の外周面１ｂに接触して設けられている。これにより、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを回転駆動することにより、フリーローラ９と被駆動体１の外周面１ｂとの間において駆動力伝達部２Ａの軸４と直交する方向に発生する摩擦力により、被駆動体１をその中心軸１０と平行な方向に移動可能とすると共に、駆動力伝達部２Ｂを回転駆動することにより、フリーローラ９と被駆動体１の外周面１ｂとの間において駆動力伝達部２Ｂの軸５と直交する方向に発生する摩擦力により、被駆動体１を回転させることができる。
【００２７】
この場合も、駆動力伝達部２Ａが回転駆動して被駆動体１の中心軸１０方向の駆動力が被駆動体１に付与されているとき、駆動力伝達部２Ｂのフリーローラ９は、軸５方向、即ち被駆動体１の中心軸１０と同方向には回転自由であるため、駆動力伝達部２Ｂは被駆動体１がその中心軸１０方向へ移動してもその移動の妨げとならない。また、駆動力伝達部２Ｂが回転駆動して被駆動体１の周方向の駆動力が被駆動体１に付与されているとき、駆動力伝達部２Ａのフリーローラ９は、軸４方向、即ち被駆動体１の周方向には回転自由であるため、駆動力伝達部２Ａは被駆動体１の回転の妨げとならない。この結果、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂにより被駆動体１に対して適宜の駆動力を加えることにより、被駆動体１を中心軸１０の方向に並進的に移動させると共に、中心軸１０を中心に回転させることができる。
なお、図５には、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが、いずれも被駆動体１の外周面１ｂに接触する例を示したが、特に被駆動体１が円筒状の場合には、適宜駆動力伝達部を被駆動体１の内周面に接触して設けることも可能である。
【００２８】
以上説明した第１実施形態及びその変形例に係る多方向駆動装置は、被駆動体１と、被駆動体１の面の一部に接触して配置された第１の駆動力伝達部２Ａと、被駆動体１の面の他の部分に接触して配置された第２の駆動力伝達部２Ｂと、を備える。そして、第１の駆動力伝達部２Ａは回転して被駆動体１をその回転方向（第１の方向）に駆動し、第２の駆動力伝達部２Ｂは回転して被駆動体１をその回転方向（すなわち、第１の方向とは異なる第２の方向）に駆動する。ここで、第１の駆動力伝達部２Ａ及び第２の駆動力伝達部２Ｂはフリーローラ９を有しており、被駆動体１と第１の駆動力伝達部２Ａとは該第１の駆動力伝達部２Ａによる被駆動力１の駆動方向（第１の方向）以外の方向に相互に変位可能であり、被駆動体１と第２の駆動力伝達部２Ｂとは該第２の駆動力伝達部２Ｂによる被駆動力１の駆動方向（第２の方向）以外の方向に相互に変位可能である。
【００２９】
これにより、第１の駆動力伝達部２Ａ、第２の駆動力伝達部２Ｂによって別々に被駆動体１を駆動することはもちろん、第１の駆動力伝達部２Ａと第２の駆動力伝達部２Ｂとによって被駆動体１を同時に（協働して）駆動することも可能である。このため、例えば、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂの回転数や回転方向を適宜制御することによって、被駆動体１をＸＹ平面内の任意の方向に並進的に移動することができる。この場合、例えば、被駆動体１を、該被駆動体１に連結される部材を駆動する駆動手段として用いることにより、前記連結される部材を多方向に駆動できることになる。また、被駆動体１を回転させながら回転方向と直交する方向に移動させることも可能である。特に、本実施形態ではフリーローラ９を含む駆動力伝達部を用いており、被駆動体１の移動が滑らかに行われる。
【００３０】
次に、本発明による第２の実施形態を図６を参照して説明する。ここでは、上記第１の実施形態と異なる部分について説明する。
第２の実施形態において、一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂとして、外周面に複数の歯１１Ａ，１１Ｂを一定間隔で設けた一対の平歯車１２Ａ，１２Ｂが用いられる。これに対応して、被駆動体１の表面１ａの予め定められた領域内には、上記一対の平歯車１２Ａ，１２Ｂのうち一方の平歯車１２Ａの歯１１Ａと噛み合う複数の第１の歯１３と、他方の平歯車１２Ｂの歯１１Ｂと噛み合う複数の第２の歯１４とが互いに交差するように形成されている。このように第１の歯１３と第２の歯１４とが互いに交差するように形成される結果として、被駆動体１の表面１ａには歯１３，１４の各交差部に略四角錐状の微小歯１５が形成されることとなり、この微小歯１５が上記一対の平歯車１２Ａ，１２Ｂと噛み合うことにより平歯車１２Ａ，１２Ｂから被駆動体１に駆動力が伝達可能となる。
【００３１】
このように構成したことにより、一方の平歯車１２Ａによって被駆動体１に駆動力が付与されているときには、被駆動体１の第２の歯１４が他方の平歯車１２Ｂの歯１１Ｂと噛み合って、被駆動体１を他方の平歯車１２Ｂの歯１１Ｂの歯すじと同方向（図６に示すＸ軸方向）に案内するガイドレールの機能を果たし、他方の平歯車１２Ｂにより被駆動体１に駆動力が付与されているときには、被駆動体１の第１の歯１３が一方の平歯車１２Ａの歯１１Ａと噛み合って、被駆動体１を一方の平歯車１２Ａの歯１１Ａの歯すじと同方向（Ｙ軸方向）に案内するガイドレールの機能を果たすことになる。このように、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂとして、平歯車１２Ａ，１２Ｂを用いることで、駆動力伝達部の表面の摩擦力によって駆動力を伝達する第１の実施形態と比較して、駆動力伝達部からの駆動力を確実に被駆動体１に伝達することができる。
【００３２】
以上の説明においては、平歯車１２Ａ，１２Ｂを個別に駆動する場合について述べたが、図１について説明したと同様に平歯車１２Ａ，１２Ｂは同時に駆動してもよく、その駆動力により被駆動体１をＸ−Ｙ平面内において任意の方向に並進的に移動させることができる。
【００３３】
また、図６には、平歯車１２Ａ，１２Ｂの歯１１Ａ，１１Ｂの歯すじが実質的に直交する場合について記載したが、本発明はこれに限定されることなく、相互の歯すじが直交しない角度で交差するように配置すると共に、これに対応する微小歯１５を被駆動体１に形成してもよい。この場合には、一方の平歯車のみを回転しようとした場合に、他方の駆動力伝達部がその動きを阻害するように作用することから、図示しない制御部３の作用により両平歯車を協働させることにより、被駆動体１をその面内で自在に並進的に移動させることが可能である。
【００３４】
さらに、図６に示す実施形態においては、平歯車１２Ａ，１２Ｂの歯１１Ａ，１１Ｂ（及び、被駆動体１に形成される微小歯１５を成す各面）がガイドレールとしても機能するため、この際の摩擦力を緩和するための適宜の手段が適用されることが望ましい。摩擦力を緩和する手段としては、適宜の潤滑剤を介在させることも可能であるが、例えば、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂ及び被駆動体１のうち少なくとも一方は、自己潤滑性を有する樹脂で形成することで、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂと被駆動体１との間のすべりをよくして被駆動体１の移動を滑らかに行なわせることができる。また、平歯車１２Ａ，１２Ｂの歯１１Ａ，１１Ｂの適宜の箇所に、歯１１Ａ，１１Ｂの歯すじと平行な方向への被駆動体１の移動を容易にするためのフリーローラを設けてもよい。
【００３５】
図７は、上記第２の実施形態の変形例を示す斜視図である。
図７においては、変形可能なシート状物を被駆動体１として、平歯車１２Ａ，１２Ｂを用いて被駆動体１をＸ軸、Ｙ軸の方向に任意に移動するものである。
図７の構成においては、被駆動体１をＸ−Ｙ軸方向に移動自在に保持すると共に、平歯車１２Ａ，１２Ｂが被駆動体１に対して駆動力を伝えられる位置に被駆動体１を保持する保持部材（不図示）を設ける等により、シート状の被駆動体１についてもＸ軸、Ｙ軸の方向に任意に移動可能とすることができる。当該保持部材の具体的形態は特に限定されないが、変形可能な被駆動体１に十分な張力等を付与できるように適宜な箇所に十分な個数の保持部材を設けることで、被駆動体１を平歯車１２Ａ，１２Ｂからの駆動力を伝えられる位置に保持することができる。また、保持部材を平歯車１２Ａ，１２Ｂのそれぞれに対向して配置し、平歯車１２Ａ，１２Ｂに対して所定の位置に被駆動体１を保持してもよい。特に、被駆動体１がループ状である場合には、平歯車１２Ａ，１２Ｂを被駆動体１に張力を生じるような形態に配置することで、格別な保持部材を設けることなくシート状の被駆動体１をＸ軸、Ｙ軸の方向に任意に移動可能とすることができる。
【００３６】
図８は、上記第２の実施形態の別の変形例を示す斜視図である。
図８においては、被駆動体１が円柱状又は円筒状に形成された部材であり、上記一対の平歯車１２Ａ，１２Ｂが被駆動体１の中心軸１０に平行な方向と、被駆動体１の断面が成す円の接線方向とに駆動力を生じるように夫々設けられ、いずれも被駆動体１の外周面１ｂに接触して設けられている。
図８において、一方の平歯車１２Ａの歯１１Ａと噛み合う複数の第１の歯１３は、その歯すじが被駆動体１の周方向に伸びて形成されており、他方の平歯車１２Ｂの歯１１Ｂと噛み合う複数の第２の歯１４は、その歯すじが被駆動体１の中心軸１０に平行に伸びて形成されている。この場合も、一方の平歯車１２Ａによって被駆動体１に駆動力が付与されているときには、被駆動体１の第２の歯１４が他方の平歯車１２Ｂの歯１１Ｂと噛み合って、被駆動体１を他方の平歯車１２Ｂの歯１１Ｂの歯すじと同方向（図８において被駆動体１の中心軸１０に平行な方向）に案内するガイドレールの機能を果たし、他方の平歯車１２Ｂにより被駆動体１に駆動力が付与されているときには、被駆動体１の第１の歯１３が一方の平歯車１２Ａの歯１１Ａと噛み合って、被駆動体１を一方の平歯車１２Ａの歯１１Ａの歯すじと同方向（被駆動体１の周方向）に案内するガイドレールの機能を果たすことになる。
【００３７】
なお、以上の説明においては、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが平歯車である場合について述べたが、本発明はこれに限られず、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂは、はすば歯車であってもよい。この場合、一方の歯車を駆動しているときに、それに同調させて他方の歯車を駆動すれば、他方の歯車が被駆動体１の移動の抵抗とならず、被駆動体１を滑らかに移動させることができる。
【００３８】
以上説明した第２実施形態及びその変形例に係る多方向駆動装置においても、上記第１実施形態及びその変形例と同様の作用、効果を得ることができる。すなわち、被駆動体１を前記第１の方向及び前記第２の方向を含む多方向に変位させることができ、この被駆動体１を介して、例えば該被駆動体１に連結される部材を多方向に駆動することができる。また、被駆動体１を回転させながら回転方向と直交する方向に移動させることもできる。特に、本実施形態では歯車を含む駆動力伝達部を用いており、被駆動体１の移動がより確実に行われる。
【００３９】
上記第１及び第２の実施形態においては、一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂをいずれも被駆動体１の一面側に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限られず、例えば被駆動体１が板状に形成された部材である場合には、一対の駆動力伝達部２は、被駆動体１を挟んで、相対する二面に夫々接触して設けてもよい。また、被駆動体１が円筒状の部材である場合には、一方の駆動力伝達部２Ａを被駆動体１の外周面に接触させ、他方の駆動力伝達部２Ｂを被駆動体１の内周面に接触させて設けるとよい。
【００４０】
さらに、第１実施形態における駆動力伝達部と第２実施形態における駆動力伝達部とを組み合わせて用いてもよい。例えば、一対の駆動力伝達部のうちの一方がフリーローラを含む駆動力伝達部であり、他方が歯車を含む駆動力伝達部であってもよい。この場合においては、被駆動体１の一方の面にフリーローラを含む駆動力伝達部を配置し、被駆動体１の他方の面に歯車を含む駆動力伝達部を配置するのが好ましい。もちろん、被駆動体１の前記他方の面の所定領域には前記歯車に噛み合う複数の歯を形成する。
【００４１】
次に、実施形態による多方向駆動装置の応用例を説明する。
図９は、図８に示す多方向駆動装置の応用例を示す正面図で、図１０はその平面図であり、車両に応用したものである。
図１０に示すように、車両本体１６には、その前後に被駆動体１としての四つの車軸１７が設けられており、各車軸１７の側端部には、車輪１８が設けられている。この車輪１８は、例えばその外周面に車軸１７の中心軸１０に平行な方向には回転自由であり、中心軸１０に直交方向には回転が規制されたフリーローラ１９を周方向に一定間隔で設けたものである（図９参照）。また、各車軸１７の車両本体１６側には外周面を車軸１７の外周面に接触させて夫々図８に示す駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが設けられている。
【００４２】
上述したように、車輪１８の外周面に設けたフリーローラ１９は、車軸１７の中心軸１０方向には回転自由であり、中心軸１０に直交方向（車軸１７の回転方向）には回転が規制されているので、駆動力伝達部２Ｂの駆動により車軸１７が回転された場合には、車輪１８のフリーローラ１９は回転しない。したがって、フリーローラ１９と地面との間に摩擦力が発生し、該摩擦力により車両は前後進する。また、駆動力伝達部２Ａを駆動して車軸１７をその中心軸方向に移動し、左右の車輪１８の間隔を可変することができるので、道幅が広い場合には、図１１に示すように車軸１７を伸ばして車輪間隔を広げ、安定走行を可能にし、道幅が狭いときには、図１０に示すように車軸１７を縮めて車輪間隔を狭め走行を可能にすることができる。
【００４３】
図１２は、図７に示す多方向駆動装置の応用例を示す正面図であり、キャタピラに応用したものである。
この場合、複数の駆動力伝達部２Ａを同期して駆動することにより、被駆動体１としてのキャタピラ２０を回転されて車両を前後進させることができる。また、複数の駆動力伝達部２Ｂを同期して駆動することにより、左右のキャタピラ間隔を縮めたり、広げたりすることができる。
【００４４】
以上、本発明の各実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…被駆動体
２Ａ…一方の駆動力伝達部
２Ｂ…他方の駆動力伝達部
３…制御部
４…一方の駆動力伝達部の軸
５…他方の駆動力伝達部の軸
６…駆動力伝達部の本体部
９…フリーローラ
１０…円筒状又は円柱状の被駆動体の中心軸
１１Ａ…一方の平歯車の歯
１１Ｂ…他方の平歯車の歯
１２Ａ…一方の平歯車
１２Ｂ…他方の平歯車
１３…第１の歯
１４…第２の歯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多方向駆動装置に関し、詳しくは、装置の構造を簡素化してより小型化を可能にすると共に、製造コストをより低減しようとする多方向駆動装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の多方向駆動装置として例えばＸＹステージがある。ＸＹステージは、基台上にＸ方向に進退自在なサブステージを設けるとともに、このサブステージ上に該サブステージの進退方向と同一平面で直交するＹ方向に進退自在なメインステージを設け、これらサブステージ及びメインステージを一対の直線駆動源によって進退移動させることでメインステージをＸ方向及びＹ方向に移動させて任意の位置に位置決めする（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１９０４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような従来の多方向駆動装置においては、基台上にサブステージとメインステージとを積み重ねた構造となっているため、装置の高さが高くなって嵩張り、より小型化を図ることが困難であった。
【０００５】
また、サブステージを一方向に案内するガイド部材、サブステージ及びメインステージを駆動する回転モータの回転運動を伝達するボールねじや回転運動を直線運動として各ステージに伝達する伝達機構等の部品がさらに必要であるため、使用する部品点数が多くなり製造コストをより低減することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、装置の構造を簡素化してより小型化を可能にすると共に、製造コストをより低減しようとする多方向駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一側面による多方向駆動装置は、被駆動体と、前記被駆動体の表面の一部に接触して配置され、該被駆動体を第１の方向に駆動する第１の駆動力伝達部と、前記被駆動体の表面の他の一部に接触して配置され、該被駆動体を前記第１の方向とは異なる第２の方向に駆動する第２の駆動力伝達部と、を備え、前記被駆動体と前記第１の駆動力伝達部とは前記第１の方向以外の方向に相互に変位可能であるとともに、前記被駆動体と前記第２の駆動力伝達部とは前記第２の方向以外の方向に相互に変位可能である。
【０００８】
ここで、例えば、前記第１の駆動力伝達部及び前記第２の駆動力伝達部の少なくとも一方が、前記被駆動体を駆動する方向の回転が規制された複数のフリーローラを含み、該複数のフリーローラが前記被駆動体の表面に接触して配置されるように構成することができる。
【０００９】
また、例えば、前記第１の駆動力伝達部及び前記第２の駆動力伝達部の少なくとも一方が、前記被駆動体の表面に形成された歯と噛み合う歯車を含み、該歯車と前記被駆動体とが該歯車の歯すじ方向に相互に変位可能であるように構成することができる。
【００１０】
好ましくは、前記第１の駆動力伝達部及び前記第２の駆動力伝達部の回転数と回転方向とを制御する制御部をさらに備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、構造が簡素化されて多方向駆動装置の小型化を図ることができる。また、多方向駆動装置を構成する基本要素が被駆動体及びこの被駆動体をそれぞれ異なる方向に駆動する二つの（一対の）駆動力伝達部であるので、部品点数が少なくて済み製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による多方向駆動装置の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】上記第１の実施形態の駆動力伝達部の具体的構成例を示す斜視図である。
【図３】上記第１の実施形態において平行平板の被駆動体の回転動作について説明する平面図である。
【図４】上記第１の実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図５】上記第１の実施形態の別の変形例を示す斜視図である。
【図６】本発明による多方向駆動装置の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図７】上記第２の実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図８】上記第２の実施形態の別の変形例を示す斜視図である。
【図９】図８に示す多方向駆動装置の応用例を示す正面図である。
【図１０】図９の平面図であり、車輪間隔を狭めた状態を示す。
【図１１】図９の平面図であり、車輪間隔を広げた状態を示す。
【図１２】図７に示す多方向駆動装置の応用例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による多方向駆動装置の第１の実施形態を示す斜視図である。この多方向駆動装置は、被駆動体１と、第１の駆動力伝達部２Ａ及び第２の駆動力伝達部２Ｂ（以下「一対の駆動力伝達部」という）と、制御部３と、を備えて構成され、一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂによって被駆動体１を少なくとも二方向に移動させる。
【００１４】
本実施形態における被駆動体１は平板であり、図示省略の保持部材上にその裏面を接触させて任意の方向に移動自在に配置されている。
【００１５】
被駆動体１の上方にて互いに交差（図１においては直交）する二つの軸４，５上には、夫々駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが設けられている。この一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂは、その外周面を上記被駆動体１の表面１ａの一部に接触して配置され、回転することによって被駆動体１にＸ軸，Ｙ軸方向の駆動力を付与して該被駆動体１をＸＹ平面内の任意の方向に移動させるものであり、それらの外周面と被駆動体１の表面１ａとの間に発生する摩擦力により被駆動体１に駆動力を付与するようになっている。この場合、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂは、夫々、軸４，５方向の上記摩擦力が軸４，５と直交方向の上記摩擦力よりも小さくなるように形成されており、被駆動体１に接触させた状態で該被駆動体１に対する回転方向と異なる方向に相対移動が可能になっている。
【００１６】
各駆動力伝達部２Ａ，２Ｂは、例えば図２に示すように、円柱状の本体部６の外周面６ａに、外方に突出した一対の支持部材７を一定間隔で形成し、該一対の支持部材７の間に、軸８の回りに回転自由なフリーローラ９をその軸８が上記本体部６の周方向に向くように設けたものであり、公知の全方向車輪とすることができる。これにより、上記駆動力伝達部２Ａ，２Ｂは、その軸４，５方向に回転自由なフリーローラ９により軸４，５方向の上記摩擦力を低減することができ、上記軸４，５と直交方向にはフリーローラ９の回転が規制されるため上記摩擦力を発生させることができる。なお、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂは、図２に示すものに限定されず、軸方向には移動が自由であり、軸と直交方向には移動が規制されたものであれば如何なる形状を有していてもよい。
【００１７】
上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを制御する制御部３が設けられている。この制御部３は、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂの回転数及び回転方向を制御するものであり、図示省略の駆動回路や制御回路を備えた電子制御回路部、及び上記駆動力伝達部２Ａ，２Ｂの回転軸に回転軸を連結したモータを含んで構成されている。そして、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂの回転数及び回転方向を制御することによって、被駆動体１をＸＹ平面内の任意の方向に移動して任意の位置に位置付けることができるようになっている。
【００１８】
次に、このように構成された多方向駆動装置の動作について説明する。
図１において、被駆動体１上の点Ｏを点Ｏ′まで移動する場合には、先ず、制御部３により制御して駆動力伝達部２Ａを矢印Ａ方向にｎ回転させる。このとき、被駆動体１に接触した駆動力伝達部２Ａのフリーローラ９には、軸４に直交方向（Ｘ軸方向）の力が作用する。この場合、フリーローラ９は、軸４と直交方向には回転が規制されているため、該フリーローラ９と被駆動体１の面との間には摩擦力が発生し、駆動力伝達部２Ａの回転方向と同方向（Ｘ軸方向）の駆動力が被駆動体１に付与される。したがって、被駆動体１は、＋Ｘ方向に駆動力伝達部２Ａの回転数ｎに応じた距離ｘだけ移動される。一方、駆動力伝達部２Ｂのフリーローラ９は、軸５方向（Ｘ軸方向）には回転自由であるため、被駆動体１がＸ軸方向に移動された場合に、駆動力伝達部２Ｂのフリーローラ９が回転して被駆動体１のＸ軸方向への移動の妨げとならない。
【００１９】
次に、制御部３により制御して駆動力伝達部２Ｂを矢印Ｂ方向にｍ回転させる。このとき、被駆動体１に接触した駆動力伝達部２Ｂのフリーローラ９には、軸５に直交方向（Ｙ軸方向）の力が作用する。この場合、フリーローラ９は、軸５と直交方向には回転が規制されているため、該フリーローラ９と被駆動体１の面との間には摩擦力が発生し、駆動力伝達部２の回転方向と同方向（Ｙ軸方向）の駆動力が被駆動体１に付与される。したがって、被駆動体１は、−Ｙ方向に駆動力伝達部２Ｂの回転数ｍに応じた距離ｙだけ移動される。一方、駆動力伝達部２Ａのフリーローラ９は、軸４方向（Ｙ軸方向）には回転自由であるため、被駆動体１がＹ軸方向に移動された場合に、駆動力伝達部２Ａのフリーローラ９が回転して被駆動体１のＹ軸方向への移動の妨げとならない。
【００２０】
このようにして、被駆動体１は、Ｘ軸方向に距離ｘだけ移動され、さらにＹ軸方向に距離ｙだけ移動されて、被駆動体１上の点Ｏが点Ｏ′に位置付けられることになる。
【００２１】
なお、以上の説明においては、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを個別に駆動する場合について述べたが、同時に駆動してもよい。この場合、被駆動体１は、図１において矢印Ｃ方向に移動することになる。また、矢印Ｃと反対方向に被駆動体１を移動する場合には、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを上記とは反対方向に回転させればよい。さらに、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂの回転数及び回転方向を制御することにより、被駆動体１をＸＹ平面内の任意の方向に並進的に移動させることができる。
【００２２】
また、図１には駆動力伝達部２Ａ，２Ｂとして同一の構造と直径を有する場合について記載したが、このような形態に限定されることなく、用途に応じて異なる直径や構造の駆動力伝達部を使用できることはいうまでもない。また、図１においては、軸４，５が被駆動体１と平行に配置される例を示したが、特に図２に示すような全方向車輪を用いる場合には、用途に応じて当該全方向車輪が適切に被駆動体１に接触可能な範囲内で軸４，５を被駆動体１と非平行に配置することも可能である。更に、図１においては、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが被駆動体１に与える駆動力の方向が相互に直交するように軸４，５を配置する例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが被駆動体１に与える駆動力の方向を相互に直交しない配置とすることもできる。この場合には、一方の駆動力伝達部のみを回転しようとした場合に、他方の駆動力伝達部がその動きを阻害するように作用することから、制御部３の作用により両駆動力伝達部を協働させることにより、被駆動体１をその面内で自在に並進的に移動させることが可能である。
【００２３】
また、図１には駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが平面状の被駆動体１に対して同じ側に配置される場合について記載したが、このような形態に限定されることなく、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを平面状の被駆動体１の両側の面にそれぞれ配置することも可能である。駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを平面状の被駆動体１に対して同じ側に配置した場合には、一般に駆動機構の構成が簡素になって、全体をコンパクトな構成にすることができる。一方、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを平面状の被駆動体１の両側の面にそれぞれ配置した場合には、被駆動体１を移動可能に保持する保持部材を省略することも可能になる等、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂと被駆動体１の配置はその用途に応じて適宜決定することができる。
【００２４】
図３は、上記第１の実施形態の変形例を示す正面図である。
図３に示すように、例えば軸５上にて駆動力伝達部２Ｂ１と所定の距離だけ離れた位置に駆動力伝達部２Ｂ２を配置してもよい。この場合、駆動力伝達部２Ｂ１，２Ｂ２により被駆動体１に異なる駆動量の駆動力、例えば同図中の矢印Ｄ，Ｅ方向の駆動力を付与すれば、被駆動体１を軸５上の任意の点を中心として同図中矢印Ｇ方向に回転させることができる。このとき、駆動力伝達部２Ａは、被駆動体１に接触させたままとして同図中矢印Ｆ方向の駆動力を被駆動体１に付与するようにしてもよく、又は駆動力伝達部２Ａは、被駆動体１の表面１ａから離隔させてもよい。また、図３において駆動力伝達部２Ｂ１，２Ｂ２を同期させて同方向に駆動すれば、駆動力伝達部２Ａと協働して被駆動体１を任意の方向に並進的に移動させることができる。
【００２５】
図４は、上記第１の実施形態の他の変形例を示す斜視図である。
図４においては、変形可能なシート状物を被駆動体１として、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを用いて被駆動体１をＸ軸、Ｙ軸の方向に任意に移動するものである。図４の構成においては、被駆動体１をＸ−Ｙ軸方向に移動自在に保持すると共に、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが被駆動体１に対して駆動力を伝えるのに充分な力で接触するように被駆動体１を保持する保持部材（不図示）を設ける等により、シート状の被駆動体１についてもＸ軸、Ｙ軸の方向に任意に移動可能とすることができる。当該保持部材の具体的形態は特に限定されないが、変形可能な被駆動体１に十分な張力等を付与できるように適宜な箇所に十分な個数の保持部材を設けることで、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを被駆動体１に対して充分な力で接触させることができる。また、保持部材を駆動力伝達部２Ａ，２Ｂのそれぞれに対向して配置し、当該保持部材と各駆動力伝達部により被駆動体１を挟持することによっても、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを被駆動体１に対して充分な力で接触させることができる。特に、被駆動体１がループ状である場合には、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを被駆動体１に張力を生じるような形態に配置することで、格別な保持部材を設けることなくシート状の被駆動体１をＸ軸、Ｙ軸の方向に任意に移動可能とすることができる。
なお、図４に示す実施形態においても、上記図１について説明したと同様に、軸４，５は必ずしも同一平面上で直交して配置される必要はなく、シート状の被駆動体１を移動させる目的に応じて、被駆動体１を任意の方向に移動可能とできる範囲内でその配置を決定することができる。
【００２６】
図５は、上記第１の実施形態の他の変形例を示す斜視図である。
図５においては、被駆動体１が円筒状又は円柱状に形成された部材であり、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが被駆動体１の中心軸１０に平行な方向と、被駆動体１の断面が成す円の接線方向とに駆動力を生じるように夫々設けられ、いずれも被駆動体１の外周面１ｂに接触して設けられている。これにより、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂを回転駆動することにより、フリーローラ９と被駆動体１の外周面１ｂとの間において駆動力伝達部２Ａの軸４と直交する方向に発生する摩擦力により、被駆動体１をその中心軸１０と平行な方向に移動可能とすると共に、駆動力伝達部２Ｂを回転駆動することにより、フリーローラ９と被駆動体１の外周面１ｂとの間において駆動力伝達部２Ｂの軸５と直交する方向に発生する摩擦力により、被駆動体１を回転させることができる。
【００２７】
この場合も、駆動力伝達部２Ａが回転駆動して被駆動体１の中心軸１０方向の駆動力が被駆動体１に付与されているとき、駆動力伝達部２Ｂのフリーローラ９は、軸５方向、即ち被駆動体１の中心軸１０と同方向には回転自由であるため、駆動力伝達部２Ｂは被駆動体１がその中心軸１０方向へ移動してもその移動の妨げとならない。また、駆動力伝達部２Ｂが回転駆動して被駆動体１の周方向の駆動力が被駆動体１に付与されているとき、駆動力伝達部２Ａのフリーローラ９は、軸４方向、即ち被駆動体１の周方向には回転自由であるため、駆動力伝達部２Ａは被駆動体１の回転の妨げとならない。この結果、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂにより被駆動体１に対して適宜の駆動力を加えることにより、被駆動体１を中心軸１０の方向に並進的に移動させると共に、中心軸１０を中心に回転させることができる。
なお、図５には、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが、いずれも被駆動体１の外周面１ｂに接触する例を示したが、特に被駆動体１が円筒状の場合には、適宜駆動力伝達部を被駆動体１の内周面に接触して設けることも可能である。
【００２８】
以上説明した第１実施形態及びその変形例に係る多方向駆動装置は、被駆動体１と、被駆動体１の面の一部に接触して配置された第１の駆動力伝達部２Ａと、被駆動体１の面の他の部分に接触して配置された第２の駆動力伝達部２Ｂと、を備える。そして、第１の駆動力伝達部２Ａは回転して被駆動体１をその回転方向（第１の方向）に駆動し、第２の駆動力伝達部２Ｂは回転して被駆動体１をその回転方向（すなわち、第１の方向とは異なる第２の方向）に駆動する。ここで、第１の駆動力伝達部２Ａ及び第２の駆動力伝達部２Ｂはフリーローラ９を有しており、被駆動体１と第１の駆動力伝達部２Ａとは該第１の駆動力伝達部２Ａによる被駆動力１の駆動方向（第１の方向）以外の方向に相互に変位可能であり、被駆動体１と第２の駆動力伝達部２Ｂとは該第２の駆動力伝達部２Ｂによる被駆動力１の駆動方向（第２の方向）以外の方向に相互に変位可能である。
【００２９】
これにより、第１の駆動力伝達部２Ａ、第２の駆動力伝達部２Ｂによって別々に被駆動体１を駆動することはもちろん、第１の駆動力伝達部２Ａと第２の駆動力伝達部２Ｂとによって被駆動体１を同時に（協働して）駆動することも可能である。このため、例えば、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂの回転数や回転方向を適宜制御することによって、被駆動体１をＸＹ平面内の任意の方向に並進的に移動することができる。この場合、例えば、被駆動体１を、該被駆動体１に連結される部材を駆動する駆動手段として用いることにより、前記連結される部材を多方向に駆動できることになる。また、被駆動体１を回転させながら回転方向と直交する方向に移動させることも可能である。特に、本実施形態ではフリーローラ９を含む駆動力伝達部を用いており、被駆動体１の移動が滑らかに行われる。
【００３０】
次に、本発明による第２の実施形態を図６を参照して説明する。ここでは、上記第１の実施形態と異なる部分について説明する。
第２の実施形態において、一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂとして、外周面に複数の歯１１Ａ，１１Ｂを一定間隔で設けた一対の平歯車１２Ａ，１２Ｂが用いられる。これに対応して、被駆動体１の表面１ａの予め定められた領域内には、上記一対の平歯車１２Ａ，１２Ｂのうち一方の平歯車１２Ａの歯１１Ａと噛み合う複数の第１の歯１３と、他方の平歯車１２Ｂの歯１１Ｂと噛み合う複数の第２の歯１４とが互いに交差するように形成されている。このように第１の歯１３と第２の歯１４とが互いに交差するように形成される結果として、被駆動体１の表面１ａには歯１３，１４の各交差部に略四角錐状の微小歯１５が形成されることとなり、この微小歯１５が上記一対の平歯車１２Ａ，１２Ｂと噛み合うことにより平歯車１２Ａ，１２Ｂから被駆動体１に駆動力が伝達可能となる。
【００３１】
このように構成したことにより、一方の平歯車１２Ａによって被駆動体１に駆動力が付与されているときには、被駆動体１の第２の歯１４が他方の平歯車１２Ｂの歯１１Ｂと噛み合って、被駆動体１を他方の平歯車１２Ｂの歯１１Ｂの歯すじと同方向（図６に示すＸ軸方向）に案内するガイドレールの機能を果たし、他方の平歯車１２Ｂにより被駆動体１に駆動力が付与されているときには、被駆動体１の第１の歯１３が一方の平歯車１２Ａの歯１１Ａと噛み合って、被駆動体１を一方の平歯車１２Ａの歯１１Ａの歯すじと同方向（Ｙ軸方向）に案内するガイドレールの機能を果たすことになる。このように、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂとして、平歯車１２Ａ，１２Ｂを用いることで、駆動力伝達部の表面の摩擦力によって駆動力を伝達する第１の実施形態と比較して、駆動力伝達部からの駆動力を確実に被駆動体１に伝達することができる。
【００３２】
以上の説明においては、平歯車１２Ａ，１２Ｂを個別に駆動する場合について述べたが、図１について説明したと同様に平歯車１２Ａ，１２Ｂは同時に駆動してもよく、その駆動力により被駆動体１をＸ−Ｙ平面内において任意の方向に並進的に移動させることができる。
【００３３】
また、図６には、平歯車１２Ａ，１２Ｂの歯１１Ａ，１１Ｂの歯すじが実質的に直交する場合について記載したが、本発明はこれに限定されることなく、相互の歯すじが直交しない角度で交差するように配置すると共に、これに対応する微小歯１５を被駆動体１に形成してもよい。この場合には、一方の平歯車のみを回転しようとした場合に、他方の駆動力伝達部がその動きを阻害するように作用することから、図示しない制御部３の作用により両平歯車を協働させることにより、被駆動体１をその面内で自在に並進的に移動させることが可能である。
【００３４】
さらに、図６に示す実施形態においては、平歯車１２Ａ，１２Ｂの歯１１Ａ，１１Ｂ（及び、被駆動体１に形成される微小歯１５を成す各面）がガイドレールとしても機能するため、この際の摩擦力を緩和するための適宜の手段が適用されることが望ましい。摩擦力を緩和する手段としては、適宜の潤滑剤を介在させることも可能であるが、例えば、上記一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂ及び被駆動体１のうち少なくとも一方は、自己潤滑性を有する樹脂で形成することで、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂと被駆動体１との間のすべりをよくして被駆動体１の移動を滑らかに行なわせることができる。また、平歯車１２Ａ，１２Ｂの歯１１Ａ，１１Ｂの適宜の箇所に、歯１１Ａ，１１Ｂの歯すじと平行な方向への被駆動体１の移動を容易にするためのフリーローラを設けてもよい。
【００３５】
図７は、上記第２の実施形態の変形例を示す斜視図である。
図７においては、変形可能なシート状物を被駆動体１として、平歯車１２Ａ，１２Ｂを用いて被駆動体１をＸ軸、Ｙ軸の方向に任意に移動するものである。
図７の構成においては、被駆動体１をＸ−Ｙ軸方向に移動自在に保持すると共に、平歯車１２Ａ，１２Ｂが被駆動体１に対して駆動力を伝えられる位置に被駆動体１を保持する保持部材（不図示）を設ける等により、シート状の被駆動体１についてもＸ軸、Ｙ軸の方向に任意に移動可能とすることができる。当該保持部材の具体的形態は特に限定されないが、変形可能な被駆動体１に十分な張力等を付与できるように適宜な箇所に十分な個数の保持部材を設けることで、被駆動体１を平歯車１２Ａ，１２Ｂからの駆動力を伝えられる位置に保持することができる。また、保持部材を平歯車１２Ａ，１２Ｂのそれぞれに対向して配置し、平歯車１２Ａ，１２Ｂに対して所定の位置に被駆動体１を保持してもよい。特に、被駆動体１がループ状である場合には、平歯車１２Ａ，１２Ｂを被駆動体１に張力を生じるような形態に配置することで、格別な保持部材を設けることなくシート状の被駆動体１をＸ軸、Ｙ軸の方向に任意に移動可能とすることができる。
【００３６】
図８は、上記第２の実施形態の別の変形例を示す斜視図である。
図８においては、被駆動体１が円柱状又は円筒状に形成された部材であり、上記一対の平歯車１２Ａ，１２Ｂが被駆動体１の中心軸１０に平行な方向と、被駆動体１の断面が成す円の接線方向とに駆動力を生じるように夫々設けられ、いずれも被駆動体１の外周面１ｂに接触して設けられている。
図８において、一方の平歯車１２Ａの歯１１Ａと噛み合う複数の第１の歯１３は、その歯すじが被駆動体１の周方向に伸びて形成されており、他方の平歯車１２Ｂの歯１１Ｂと噛み合う複数の第２の歯１４は、その歯すじが被駆動体１の中心軸１０に平行に伸びて形成されている。この場合も、一方の平歯車１２Ａによって被駆動体１に駆動力が付与されているときには、被駆動体１の第２の歯１４が他方の平歯車１２Ｂの歯１１Ｂと噛み合って、被駆動体１を他方の平歯車１２Ｂの歯１１Ｂの歯すじと同方向（図８において被駆動体１の中心軸１０に平行な方向）に案内するガイドレールの機能を果たし、他方の平歯車１２Ｂにより被駆動体１に駆動力が付与されているときには、被駆動体１の第１の歯１３が一方の平歯車１２Ａの歯１１Ａと噛み合って、被駆動体１を一方の平歯車１２Ａの歯１１Ａの歯すじと同方向（被駆動体１の周方向）に案内するガイドレールの機能を果たすことになる。
【００３７】
なお、以上の説明においては、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが平歯車である場合について述べたが、本発明はこれに限られず、駆動力伝達部２Ａ，２Ｂは、はすば歯車であってもよい。この場合、一方の歯車を駆動しているときに、それに同調させて他方の歯車を駆動すれば、他方の歯車が被駆動体１の移動の抵抗とならず、被駆動体１を滑らかに移動させることができる。
【００３８】
以上説明した第２実施形態及びその変形例に係る多方向駆動装置においても、上記第１実施形態及びその変形例と同様の作用、効果を得ることができる。すなわち、被駆動体１を前記第１の方向及び前記第２の方向を含む多方向に変位させることができ、この被駆動体１を介して、例えば該被駆動体１に連結される部材を多方向に駆動することができる。また、被駆動体１を回転させながら回転方向と直交する方向に移動させることもできる。特に、本実施形態では歯車を含む駆動力伝達部を用いており、被駆動体１の移動がより確実に行われる。
【００３９】
上記第１及び第２の実施形態においては、一対の駆動力伝達部２Ａ，２Ｂをいずれも被駆動体１の一面側に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限られず、例えば被駆動体１が板状に形成された部材である場合には、一対の駆動力伝達部２は、被駆動体１を挟んで、相対する二面に夫々接触して設けてもよい。また、被駆動体１が円筒状の部材である場合には、一方の駆動力伝達部２Ａを被駆動体１の外周面に接触させ、他方の駆動力伝達部２Ｂを被駆動体１の内周面に接触させて設けるとよい。
【００４０】
さらに、第１実施形態における駆動力伝達部と第２実施形態における駆動力伝達部とを組み合わせて用いてもよい。例えば、一対の駆動力伝達部のうちの一方がフリーローラを含む駆動力伝達部であり、他方が歯車を含む駆動力伝達部であってもよい。この場合においては、被駆動体１の一方の面にフリーローラを含む駆動力伝達部を配置し、被駆動体１の他方の面に歯車を含む駆動力伝達部を配置するのが好ましい。もちろん、被駆動体１の前記他方の面の所定領域には前記歯車に噛み合う複数の歯を形成する。
【００４１】
次に、実施形態による多方向駆動装置の応用例を説明する。
図９は、図８に示す多方向駆動装置の応用例を示す正面図で、図１０はその平面図であり、車両に応用したものである。
図１０に示すように、車両本体１６には、その前後に被駆動体１としての四つの車軸１７が設けられており、各車軸１７の側端部には、車輪１８が設けられている。この車輪１８は、例えばその外周面に車軸１７の中心軸１０に平行な方向には回転自由であり、中心軸１０に直交方向には回転が規制されたフリーローラ１９を周方向に一定間隔で設けたものである（図９参照）。また、各車軸１７の車両本体１６側には外周面を車軸１７の外周面に接触させて夫々図８に示す駆動力伝達部２Ａ，２Ｂが設けられている。
【００４２】
上述したように、車輪１８の外周面に設けたフリーローラ１９は、車軸１７の中心軸１０方向には回転自由であり、中心軸１０に直交方向（車軸１７の回転方向）には回転が規制されているので、駆動力伝達部２Ｂの駆動により車軸１７が回転された場合には、車輪１８のフリーローラ１９は回転しない。したがって、フリーローラ１９と地面との間に摩擦力が発生し、該摩擦力により車両は前後進する。また、駆動力伝達部２Ａを駆動して車軸１７をその中心軸方向に移動し、左右の車輪１８の間隔を可変することができるので、道幅が広い場合には、図１１に示すように車軸１７を伸ばして車輪間隔を広げ、安定走行を可能にし、道幅が狭いときには、図１０に示すように車軸１７を縮めて車輪間隔を狭め走行を可能にすることができる。
【００４３】
図１２は、図７に示す多方向駆動装置の応用例を示す正面図であり、キャタピラに応用したものである。
この場合、複数の駆動力伝達部２Ａを同期して駆動することにより、被駆動体１としてのキャタピラ２０を回転されて車両を前後進させることができる。また、複数の駆動力伝達部２Ｂを同期して駆動することにより、左右のキャタピラ間隔を縮めたり、広げたりすることができる。
【００４４】
以上、本発明の各実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…被駆動体
２Ａ…一方の駆動力伝達部
２Ｂ…他方の駆動力伝達部
３…制御部
４…一方の駆動力伝達部の軸
５…他方の駆動力伝達部の軸
６…駆動力伝達部の本体部
９…フリーローラ
１０…円筒状又は円柱状の被駆動体の中心軸
１１Ａ…一方の平歯車の歯
１１Ｂ…他方の平歯車の歯
１２Ａ…一方の平歯車
１２Ｂ…他方の平歯車
１３…第１の歯
１４…第２の歯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動体と、
前記被駆動体の表面の一部に接触して配置され、該被駆動体を第１の方向に駆動する第１の駆動力伝達部と、
前記被駆動体の表面の他の一部に接触して配置され、該被駆動体を前記第１の方向とは異なる第２の方向に駆動する第２の駆動力伝達部と、
を備え、
前記被駆動体と前記第１の駆動力伝達部とは前記第１の方向以外の方向に相互に変位可能であるとともに、前記被駆動体と前記第２の駆動力伝達部とは前記第２の方向以外の方向に相互に変位可能である、多方向駆動装置。
【請求項２】
前記第１の駆動力伝達部及び前記第２の駆動力伝達部の少なくとも一方は、前記被駆動体を駆動する方向の回転が規制された複数のフリーローラを含み、該複数のフリーローラが前記被駆動体の表面に接触して配置される、請求項１に記載の多方向駆動装置。
【請求項３】
前記第１の駆動力伝達部及び前記第２の駆動力伝達部の少なくとも一方は、前記被駆動体の表面に形成された歯と噛み合う歯車を含み、該歯車と前記被駆動体とが該歯車の歯すじ方向に相互に変位可能である、請求項１に記載の多方向駆動装置。
【請求項４】
前記第１の駆動力伝達部及び前記第２の駆動力伝達部の回転数と回転方向とを制御する制御部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多方向駆動装置。
【請求項１】
被駆動体と、
前記被駆動体の表面の一部に接触して配置され、該被駆動体を第１の方向に駆動する第１の駆動力伝達部と、
前記被駆動体の表面の他の一部に接触して配置され、該被駆動体を前記第１の方向とは異なる第２の方向に駆動する第２の駆動力伝達部と、
を備え、
前記被駆動体と前記第１の駆動力伝達部とは前記第１の方向以外の方向に相互に変位可能であるとともに、前記被駆動体と前記第２の駆動力伝達部とは前記第２の方向以外の方向に相互に変位可能である、多方向駆動装置。
【請求項２】
前記第１の駆動力伝達部及び前記第２の駆動力伝達部の少なくとも一方は、前記被駆動体を駆動する方向の回転が規制された複数のフリーローラを含み、該複数のフリーローラが前記被駆動体の表面に接触して配置される、請求項１に記載の多方向駆動装置。
【請求項３】
前記第１の駆動力伝達部及び前記第２の駆動力伝達部の少なくとも一方は、前記被駆動体の表面に形成された歯と噛み合う歯車を含み、該歯車と前記被駆動体とが該歯車の歯すじ方向に相互に変位可能である、請求項１に記載の多方向駆動装置。
【請求項４】
前記第１の駆動力伝達部及び前記第２の駆動力伝達部の回転数と回転方向とを制御する制御部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多方向駆動装置。
【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２０１１−１９６４８７（Ｐ２０１１−１９６４８７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６５２６２（Ｐ２０１０−６５２６２）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（３０４０３６７５４）国立大学法人山形大学 (59)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（３０４０３６７５４）国立大学法人山形大学 (59)
【Ｆターム（参考）】
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