特許 6850467 運動変換機構および駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6850467

(24)【登録日】2021年3月10日

(45)【発行日】2021年3月31日

(54)【発明の名称】運動変換機構および駆動装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 31/00 20060101AFI20210322BHJP

   F16G 11/10 20060101ALI20210322BHJP

   F16C 1/10 20060101ALI20210322BHJP

   H01F 7/122 20060101ALI20210322BHJP

【ＦＩ】

   F16H31/00 G

   F16H31/00 A

   F16H31/00 H

   F16G11/10 A

   F16C1/10 Z

   H01F7/122 A

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2020-118836(P2020-118836)

(22)【出願日】2020年7月9日

【審査請求日】2020年11月12日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】720003662

【氏名又は名称】横沢 聡

(72)【発明者】

【氏名】横沢 聡

【審査官】 鷲巣 直哉

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０３１７７５４３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５９９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１６４３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５７２７７０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ３１／００

Ｆ１６Ｃ １／１０

Ｆ１６Ｇ １１／１０

Ｈ０１Ｆ ７／１２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直線方向における第１の向きの移動体の移動を規制し当該第１の向きとは逆向きである第２の向きの当該移動体の移動を許容するように構成されて基体部に固定された第１規制機構と、前記直線方向に沿って前記第１規制機構から離間する位置において当該第１規制機構に対して当該直線方向に沿って接離可能に配設されると共に前記第１の向きの前記移動体の移動を規制し前記第２の向きの当該移動体の移動を許容するように構成された第２規制機構とを備え、前記第２規制機構を前記第１規制機構に対して前記直線方向に沿って接離させる往復運動を前記第２の向きの前記移動体の直動運動に変換する運動変換機構。

【請求項2】

前記直線方向に沿って互いに離間して縦設された複数の前記第２規制機構を備えている請求項１記載の運動変換機構。

【請求項3】

前記移動体は、棒状、紐状およびケーブル状のいずれかの形状に形成され、
前記第１規制機構および前記第２規制機構は、前記移動体を挿通可能に構成されると共に周壁に貫通孔が形成された第１筒体と、当該第１筒体の前記周壁から突出入可能に前記貫通孔に嵌め込まれた球体と、前記第１筒体を前記直線方向に移動可能に収容する収容部を有して当該第１筒体が当該収容部の前記第１の向き側に位置している第１状態において当該収容部の内周面と当該第１筒体における前記周壁の外周面とが近接し当該第１筒体が当該収容部の前記第２の向き側に位置している第２状態において当該内周面と当該外周面とが離間するように形成された第２筒体と、前記第１筒体を前記第１の向きに付勢する付勢部とを備え、前記第１状態において前記球体が前記内周面に接触して前記第１筒体の内部に突入し当該第１筒体に挿通されている前記移動体を当該球体が押圧して前記第２の向きの当該移動体の移動を規制し、前記第２状態において当該第１筒体に挿通されている前記移動体に対する前記球体の押圧を解除して前記第２の向きの当該移動体の移動を許容する請求項１または２記載の運動変換機構。

【請求項4】

請求項１から３のいずれかに記載の運動変換機構と、前記第２規制機構を前記第１規制機構に対して前記直線方向に沿って接離するように往復運動させるアクチュエータとを備えている駆動装置。

【請求項5】

前記アクチュエータの中央部には開口部が形成され、
前記第１規制機構、前記第２規制機構および前記アクチュエータは、各々の中心軸が同軸となるように配置されている請求項４記載の駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、往復運動を直動運動に変換する運動変換機構、およびその運動変換装置を備えた駆動装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

運動形態を変換する運動変換機構として、例えば、往復運動を回転運動に変換したり回転運動を往復運動に変換したりするクランク機構（例えば、下記特許文献１に開示されているクランク機構）や、回転運動を直動運動に変換したり直動運動を回転運動に変換したりするラックアンドピニオン（例えば、下記特許文献２に開示されているラックアンドピニオン）が知られている。

【特許文献1】特開２０２０−７０８８１号公報（第５頁、図１２）

【特許文献2】特開２０１９−１５６２０８号公報（第１１頁、図７）

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、往復運動を直動運動に変換する単一の運動変換機構は存在しないため、従来の技術を用いて往復運動を直動運動に変換するためには、往復運動を回転運動に変換し、さらにその回転運動を直動運動に変換する、つまり複数の運動変換機構を組み合わせる必要があった。このような構成では、機構が複雑となり、この結果、機構が大型化することに加えて、エネルギーロスが大きいという問題点が存在する。

【0004】

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、小型化およびエネルギーロスの軽減を実現し得る運動変換機構および駆動装置を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成すべく請求項１記載の運動変換機構は、直線方向における第１の向きの移動体の移動を規制し当該第１の向きとは逆向きである第２の向きの当該移動体の移動を許容するように構成されて基体部に固定された第１規制機構と、前記直線方向に沿って前記第１規制機構から離間する位置において当該第１規制機構に対して当該直線方向に沿って接離可能に配設されると共に前記第１の向きの前記移動体の移動を規制し前記第２の向きの当該移動体の移動を許容するように構成された第２規制機構とを備え、前記第２規制機構を前記第１規制機構に対して前記直線方向に沿って接離させる往復運動を前記第２の向きの前記移動体の直動運動に変換する。

【0006】

また、請求項２記載の運動変換機構は、請求項１記載の運動変換機構において、前記直線方向に沿って互いに離間して縦設された複数の前記第２規制機構を備えている。

【0007】

また、請求項３記載の運動変換機構は、請求項１または２記載の運動変換機構において、前記移動体は、棒状、紐状およびケーブル状のいずれかの形状に形成され、前記第１規制機構および前記第２規制機構は、前記移動体を挿通可能に構成されると共に周壁に貫通孔が形成された第１筒体と、当該第１筒体の前記周壁から突出入可能に前記貫通孔に嵌め込まれた球体と、前記第１筒体を前記直線方向に移動可能に収容する収容部を有して当該第１筒体が当該収容部の前記第１の向き側に位置している第１状態において当該収容部の内周面と当該第１筒体における前記周壁の外周面とが近接し当該第１筒体が当該収容部の前記第２の向き側に位置している第２状態において当該内周面と当該外周面とが離間するように形成された第２筒体と、前記第１筒体を前記第１の向きに付勢する付勢部とを備え、前記第１状態において前記球体が前記内周面に接触して前記第１筒体の内部に突入し当該第１筒体に挿通されている前記移動体を当該球体が押圧して前記第２の向きの当該移動体の移動を規制し、前記第２状態において当該第１筒体に挿通されている前記移動体に対する前記球体の押圧を解除して前記第２の向きの当該移動体の移動を許容する。

【0008】

また、請求項４記載の駆動装置は、請求項１から３のいずれかに記載の運動変換機構と、前記第２規制機構を前記第１規制機構に対して前記直線方向に沿って接離するように往復運動させるアクチュエータとを備えている。

【0009】

また、請求項５記載の駆動装置は、請求項４記載の駆動装置において、前記アクチュエータの中央部には開口部が形成され、前記第１規制機構、前記第２規制機構および前記アクチュエータは、各々の中心軸が同軸となるように配置されている。

【発明の効果】

【0010】

請求項１記載の運動変換機構および請求項４記載の駆動装置によれば、第１の向きの移動体の移動を規制し第２の向きの移動体の移動を許容する第１規制機構および第２規制機構を備えて運動変換機構を構成したことにより、第２規制機構を第１規制機構に対して直線方向に沿って接離させる往復運動から第２の向きの移動体の直動運動の変換を、簡易な構成で実現することができる。また、この運動変換機構および駆動装置によれば、複数の運動変換機構を組み合わせることなく単独の機構で往復運動を直動運動に変換することができる。したがって、この運動変換機構および駆動装置によれば、小型化およびエネルギーロスの軽減を実現することができる。

【0011】

また、請求項２記載の運動変換機構および請求項４記載の駆動装置によれば、直線方向に沿って互いに離間して縦設された複数の第２規制機構を備えたことにより、例えば、１つの第２規制機構を第２の向きに移動させているときに他の１つの第２規制機構を第１の向きに移動させ、１つの第２規制機構を第１の向きに移動させているときに他の１つの第２規制機構を第２の向きに移動させることで、移動体を連続的に移動（直動運動）させることができる。

【0012】

また、請求項３記載の運動変換機構および請求項４記載の駆動装置によれば、第１筒体、球体、第２筒体および付勢部を備えて第１規制機構および第２規制機構を構成したことにより、極めて簡易な構成でありながら、棒状、紐状およびワイヤー状のいずれかの形状に形成した移動体を直線方向に移動（直動運動）させることができるため、運動変換機構および駆動装置をより小型化することができる。

【0013】

また、請求項５記載の駆動装置によれば、リニア振動アクチュエータの中央部に開口部を形成し、第１規制機構、第２規制機構およびアクチュエータを、各々の中心軸が同軸となるように配置したことにより、第１の移動規制機構、第２の移動規制機構およびアクチュエータを移動移動体の移動方向に沿って一直線上に配置することができるため、駆動装置をさらに小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】駆動装置１の構成を示す構成図である。

【図2】駆動装置１の動作を説明する第１の説明図である。

【図3】駆動装置１の動作を説明する第２の説明図である。

【図4】駆動装置１の動作を説明する第３の説明図である。

【図5】駆動装置１の動作を説明する第３の説明図である。

【図6】駆動装置１０１の構成を示す構成図である。

【図7】運動変換機構の他の構成を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る運動変換機構および駆動装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

【0016】

最初に、図１に示す駆動装置１の構成について説明する。駆動装置１は、本発明に係る駆動装置の一例であって、同図に示すように、規制機構１１ａ，１１ｂ、ケーブル１２、筐体１３およびアクチュエータ１４を備えて構成されている。この場合、規制機構１１ａ，１１ｂ、ケーブル１２および筐体１３によって運動変換機構が構成される。

【0017】

規制機構１１ａは、第１規制機構に相当し、図１に示すように、筐体１３の下部側に固定されている。また、規制機構１１ａは、同図における下向き（直線方向における第１の向き）のケーブル１２の移動を規制し、上向き（直線方向における第２の向き）のケーブル１２の移動を許容するように構成されている。具体的には、規制機構１１ａは、筒体２１、球体２２、筒体２３およびコイルばね２４を備えて構成されている。

【0018】

筒体２１は、第１筒体に相当し、図１に示すように、ケーブル１２を挿通可能に構成されている。また、筒体２１は、同図に示すように、上部側が上端部に向かうに従って大径となる逆円錐状に形成されている。また、筒体２１の周壁２１ａには、球体２２の挿通が可能な３つの孔２１ｂ（同図では、２つだけを図示している）が周方向に沿って等間隔に形成されている。

【0019】

球体２２は、一例としてステンレス等の金属で形成され、図１に示すように、筒体２１の周壁２１ａからの突出入が可能に各孔２１ｂにそれぞれ嵌め込まれている。

【0020】

筒体２３は、第２筒体に相当し、図１に示すように、筐体１３の一端部側（同図における下端部側）に固定されている。また、筒体２３は、筒体２１を直線方向（同図における上下方向）に移動可能に収容する平面視円形の収容部２３ａを有している。この収容部２３ａは、下部側（第１の向き側）に向かうに従って内径が小径となる逆円錐状に形成されている。コイルばね２４は、付勢部の一例であって、筒体２１を下向き（第１の向き）に付勢する。なお、コイルばね２４に代えてゴム等の弾性部材を用いることもできる。

【0021】

この規制機構１１ａでは、上記したように、筒体２１の上部側および筒体２３の収容部２３ａを逆円錐状に形成したことにより、筒体２１が収容部２３ａの下部側（第１の向き側）に位置している第１状態（図１に示す状態）において、収容部２３ａの内周面２３ｂと筒体２１の外周面２１ｃとが近接する。この第１状態では、規制機構１１ａは、図１に示すように、各球体２２が内周面２３ｂに接触して筒体２１の内部に突入し、筒体２１に挿通されているケーブル１２を各球体２２が押圧することにより、下向き（第１の向き）のケーブル１２の移動を規制する。また、筒体２１が収容部２３ａの上部側（第２の向き側）に位置している第２状態（図２に示す状態）において、内周面２３ｂと外周面２１ｃとが離間する。この第２状態では、図２に示すように、筒体２１に挿通されているケーブル１２に対する球体２２の押圧が解除され、これにより、規制機構１１ａは、ケーブル１２の上向き（第２の向き）の移動を許容する。

【0022】

規制機構１１ｂは、第２規制機構に相当し、図１に示すように、同図における上下方向（直線方向）に沿って規制機構１１ａから上方に離間する位置において規制機構１１ａに対して上下方向に沿って接離可能に筐体１３内に配設されている。また、規制機構１１ｂは、規制機構１１ａと同様に構成されて、同図における下向き（直線方向における第１の向き）のケーブル１２の移動を規制し、上向き（直線方向における第２の向き）のケーブル１２の移動を許容する。

【0023】

ケーブル１２は、移動体に相当し、一例としてステンレスワイヤが用いられている。なお、ケーブル１２に代えて、棒状または紐状の移動体を用いることもできる。筐体１３は、基体部に相当し、一例として筒状に形成されて、規制機構１１ａ，１１ｂおよびアクチュエータ１４を収容可能に構成されている。

【0024】

アクチュエータ１４は、図１に示すように、筐体１３内における規制機構１１ｂの上方の位置に固定され、規制機構１１ｂを規制機構１１ａに対して上下方向（直線方向）に沿って接離するように往復運動させる。また、アクチュエータ１４は、一例として、リニア振動アクチュエータで構成されている。具体的には、アクチュエータ１４は、同図に示すように、筒状のボビン４１ａおよびボビン４１ａに巻回された導線４１ｂで構成されたコイル４１と、コイル４１を取り囲むように配設された円筒形の磁石４２とを備えて、全体として円筒状（中央部に開口部を有する円柱状）に形成構成されている。このアクチュエータ１４では、コイル４１（導線４１ｂ）に流す電流の極性を変えることにより、軸線方向（同図における上下方向）に沿って磁石４２を振動させることができる。また、コイル４１に流す電流値をコントロールすることにとり、振幅を変更することができる。

【0025】

また、規制機構１１ａ，１１ｂおよびアクチュエータ１４は、図１に示すように、各々の中心軸が同軸となるように配置されている。

【0026】

次に、駆動装置１の動作について、図面を参照して説明する。なお、駆動装置１のケーブル１２の下端部には錘１００が取り付けられているものとする。

【0027】

この駆動装置１では、図１に示す状態（以下、「初期状態」ともいう）において、規制機構１１ａ，１１ｂの筒体２１がコイルばね２４によって下向きに押圧され、筒体２３における収容部２３ａの下部に位置している（第１状態）。この第１状態では、筒体２３の収容部２３ａの内周面２３ｂと筒体２１の外周面２１ｃとが近接し、各球体２２が内周面２３ｂに接触して筒体２１の内部に突入している。このため、筒体２１に挿通されているケーブル１２を各球体２２が押圧し、これにより、下向き（第１の向き）のケーブル１２の移動が規制されている。

【0028】

次いで、アクチュエータ１４を作動させる。具体的には、アクチュエータ１４のコイル４１に極性を変えつつ電流を流す。これに応じて、磁石４２が軸線方向（図１における上下方向）に沿って振動する。また、この磁石４２の振動により、規制機構１１ｂが、規制機構１１ａに対して上下方向（直線方向）に沿って接離するように往復運動させられる。また、規制機構１１ａ，１１ｂ、ケーブル１２および筐体１３によって構成される運動変換機構が、規制機構１１ｂの往復運動を上向き（第２の向き）のケーブル１２の直動運動に変換する。

【0029】

この往復運動から直動運動への変換のメカニズムを以下詳細に説明する。まず、図２に示すように、往復運動において規制機構１１ｂが最初に上向きに移動したとすると、規制機構１１ｂがケーブル１２の下向きの移動（規制機構１１ｂに対するケーブル１２の下向きの相対的な移動）を規制しているため、ケーブル１２は、規制機構１１ｂと共に上向きに移動する（引き上げられる）。なお、このときの移動距離をＬとする（図２参照）。

【0030】

一方、規制機構１１ａでは、図２に示すように、ケーブル１２の上向きの移動によって筒体２１がコイルばね２４の付勢力に抗してケーブル１２と共に上向きに移動しようとする（引き上げられようとする）。この際に、筒体２１が上向きに僅かに移動した時点で、筒体２３の内周面２３ｂと筒体２１の外周面２１ｃとが離間する。この状態（第２状態）では、筒体２１に挿通されているケーブル１２に対する球体２２の押圧が解除され（ケーブル１２の上向きの移動が許容され）、ケーブル１２が上向きに移動距離Ｌだけ移動する。

【0031】

次いで、往復運動において規制機構１１ｂが上向きの移動から下向きの移動に変化したときには、球体２２の押圧によってケーブル１２を係止している規制機構１１ｂの筒体２１を介してケーブル１２に対して下向きの力が作用する。しかしながら、規制機構１１ａによってケーブル１２の下向きの移動が規制されるため、ケーブル１２に対する下向きの力の反力（上向きの押圧力）が筒体２１に作用し、図３に示すように、その反力によって筒体２１がコイルばね２４の付勢力に抗してケーブル１２と共に上向きに移動しようとする。この際に、筒体２１が上向きに僅かに移動した時点で、筒体２３の内周面２３ｂと筒体２１の外周面２１ｃとが離間し、ケーブル１２に対する球体２２の押圧（球体２２によるケーブル１２の係止）が解除される。この結果、ケーブル１２から筒体２１に作用する上向きの押圧力が解除され、図４に示すように、筒体２１がコイルばね２４の付勢力によって下向きに移動して初期位置（図１に示す初期状態）に復帰する。

【0032】

続いて、往復運動において規制機構１１ｂが下向きの移動から上向きの移動に変化したときには、上述した動作と同様にして、ケーブル１２が上向きに移動距離Ｌだけ（初期状態から見て２Ｌとなる位置まで）移動する。以下、同様にして、往復運動において規制機構１１ｂが上向きに移動する毎にケーブル１２が移動距離Ｌずつ上向きに直動運動する。つまり、運動変換機構は、規制機構１１ｂが上向きに移動するときだけケーブル１２を上向きに移動させ、規制機構１１ｂが下向きに移動するときにはケーブル１２を移動させない状態に維持する。これにより、規制機構１１ｂの往復運動がケーブル１２の直動運動に変換される。

【0033】

このように、この運動変換機構および駆動装置１によれば、ケーブル１２の下向きの移動を規制しケーブル１２の上向きの移動を許容する規制機構１１ａ，１１ｂを備えて運動変換機構を構成したことにより、規制機構１１ｂを規制機構１１ａに対して直線方向に沿って接離させる往復運動から上向きのケーブル１２の直動運動の変換を、簡易な構成で実現することができる。また、この運動変換機構によれば、複数の運動変換機構を組み合わせることなく単独の機構で往復運動を直動運動に変換することができる。したがって、この運動変換機構および駆動装置１によれば、小型化およびエネルギーロスの軽減を実現することができる。

【0034】

また、この運動変換機構および駆動装置１によれば、筒体２１，２３、球体２２およびコイルばね２４を備えて規制機構１１ａ，１１ｂを構成したことにより、極めて簡易な構成でありながら、ケーブル１２を直線方向に移動（直動運動）させることができるため、運動変換機構および駆動装置１をより小型化することができる。

【0035】

また、この駆動装置１によれば、アクチュエータ１４の中央部に開口部を形成し、規制機構１１ａ，１１ｂおよびアクチュエータ１４を、各々の中心軸が同軸となるように配置したことにより、規制機構１１ａ，１１ｂおよびアクチュエータ１４をケーブル１２の移動方向に沿って一直線上に配置することができるため、駆動装置１をさらに小型化することができる。

【0036】

次に、駆動装置の他の実施例としての図６に示す駆動装置１０１の構成について説明する。なお、なお、以下の説明において、上記した駆動装置１と同様の構成要素については、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

【0037】

この駆動装置１０１は、図６に示すように、規制機構１１ａ、２つの規制機構１１ｂ，１１ｂ、ケーブル１２、筐体１３および２つのアクチュエータ１４を備えて構成されている。この場合、規制機構１１ａ，１１ｂ，１１ｂ、ケーブル１２および筐体１３によって運動変換機構が構成される。

【0038】

この駆動装置１０１では、一方（例えば、図６における下方）のアクチュエータ１４が一方の規制機構１１ｂを上向きに移動させているときに、他方（同図における上方）のアクチュエータ１４が他方の規制機構１１ｂを下向きに移動させ、一方のアクチュエータ１４が一方の規制機構１１ｂを下向きに移動させているときに、他方のアクチュエータ１４が他方の規制機構１１ｂを上向きに移動させる。このような構成を採用することにより、ケーブル１２を断続的ではなく連続的に移動（直動運動）させることができる。

【0039】

なお、本発明は、上記した構成に限定されない。例えば、移動体としてケーブル１２を用い、筒体２１、球体２２、筒体２３およびコイルばね２４で規制機構１１ａ，１１ｂ（第１規制機構および第２規制機構）を構成した運動変換機構を例に挙げて説明したが、他の構成を採用することもできる。一例として、図６に示すように、傾斜歯７１が形成されたラック６１を移動体として用いると共に、基体部６３に固定された第１規制機構としてのラチェット６２ａ、およびラチェット６２ａに対して接離よるようにアクチュエータ６４によって移動させられる第１規制機構としてのラチェット６２ｂを備えた運動変換機構を採用することができる。この構成においても、上記した運動変換機構と同様の効果を実現することができる。

【0040】

また、アクチュエータ１４としてリニア振動アクチュエータを採用した例について上記したが、第２規制機構を往復運動させる機能を有する各種のアクチュエータを用いることができる。一例として、レシプロエンジン、エアシリンダおよび油圧シリンダ等を用いることができる。

【0041】

また、上記した駆動装置１０１は、２つの規制機構１１ｂおよび２つのアクチュエータ１４を備えているが、３つ以上の規制機構１１ｂと各規制機構１１ｂを個別に往復運動させる３つ以上のアクチュエータ１４を備えた構成を採用することもできる。

【符号の説明】

【0042】

１，１０１ 駆動装置
１２ ケーブル
１３ 筐体
１１ａ，１１ｂ 規制機構
２１ 筒体
２１ａ 周壁
２１ｂ 孔
２１ｃ 外周面
２２ 球体
２３ 筒体
２３ａ 収容部
２３ｂ 内周面
２４ コイルばね
１４，６４ アクチュエータ
４１ コイル
６１ ラック
６２ａ，６２ｂ ラチェット
６３ 基体部
６４ アクチュエータ

【要約】

【課題】小型化およびエネルギーロスの軽減を実現する。
【解決手段】上下方向における下向きのケーブル１２の移動を規制し上向きのケーブル１２の移動を許容するように構成されて筐体１３に固定された規制機構１１ａと、上下方向に沿って規制機構１１ａから離間する位置において規制機構１１ａに対して上下方向に沿って接離可能に配設されると共に下向きのケーブル１２の移動を規制し上向きのケーブル１２の移動を許容するように構成された規制機構１１ｂとを備え、規制機構１１ｂを規制機構１１ａに対して上下方向に沿って接離させる往復運動を上向きのケーブル１２の直動運動に変換する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】