特許 7388513 逆力機構

(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】

(24)【登録日】2023-11-20

(45)【発行日】2023-11-29

(54)【発明の名称】逆力機構

(51)【国際特許分類】

   F16F 3/04 20060101AFI20231121BHJP

   H01G 5/01 20060101ALI20231121BHJP

   H01G 5/013 20060101ALI20231121BHJP

   F16H 21/10 20060101ALI20231121BHJP

【ＦＩ】

F16F3/04 Z

H01G5/01 B

H01G5/013 100

F16H21/10 H

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022154803

(22)【出願日】2022-09-28

【審査請求日】2023-09-12

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】下川 琢也

(72)【発明者】

【氏名】錦織 祐市

【審査官】鵜飼 博人

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０４３２３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０５５４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０８１６９４５９（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ ３／０４

Ｆ１６Ｈ ２１／１０

Ｈ０１Ｇ ５／００－ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正のばね定数を有する機器と組合せて、負のばね定数を有し同じ作用点に逆力を与え合計操作力を調整する逆力機構において、
両端が支持され軸回りに回転可能な主軸と、
一端側の孔に前記主軸を挿通した主リンクと、
前記主リンクの他端側の孔に挿通され前記主軸を中心とした円弧軌跡上を移動可能であり、かつ、軸回りに回転可能に設けられた可動軸と、
一端側の孔に前記可動軸を挿通した動作リンクと、
前記主軸に対して垂直方向に延在し、両端が固定されたスライダーと、
前記動作リンクの他端側の孔に挿通され、前記スライダーに案内されて前記スライダーと並行方向に移動可能であり、かつ、軸回りに回転可能に設けられた動作軸と、
一端側に前記可動軸を挿通する長孔を有するばねリンクと、
前記ばねリンクの他端側の孔に挿通されるばね軸と、
前記ばねリンクに設けられた逆力ばねと、
を備え、
前記主軸と前記動作軸を結ぶ線から前記可動軸が最も離れる挿入状態において、前記主軸から前記可動軸への延長線上の基点から、前記スライダーと平行に、前記合計操作力が零以外の一定値となるように設定された寸法を移動した位置に前記ばね軸を固定し、
前記動作リンクと前記スライダーの動作角度を２５°～８５°の範囲とすることを特徴とする逆力機構。

【請求項2】

前記逆力ばねは、前記ばねリンクにおける前記ばね軸と前記可動軸の間に挿入された圧縮ばねであることを特徴とする請求項１記載の逆力機構。

【請求項3】

前記ばねリンクは他端側を延長し、
前記逆力ばねは、前記ばねリンクの前記ばね軸よりも他端側に設けられた引張りばねであることを特徴とする請求項１記載の逆力機構。

【請求項4】

正のばね定数を有する機器と組合せて、負のばね定数を有し同じ作用点に逆力を与え合計操作力を調整する逆力機構において、
両端が支持され軸回りに回転可能な主軸と、
一端側の孔に前記主軸を挿通した主リンクと、
前記主リンクの他端側の孔に挿通され前記主軸を中心とした円弧軌跡上を移動可能であり、かつ、軸回りに回転可能に設けられた可動軸と、
一端側の孔に前記可動軸を挿通した動作リンクと、
前記主軸に対して垂直方向に延在し、両端が固定されたスライダーと、
前記動作リンクの他端側の孔に挿通され、前記スライダーに案内されて前記スライダーと並行方向に移動可能であり、かつ、軸回りに回転可能に設けられた動作軸と、
一端側に前記可動軸を挿通する長孔を有するばねリンクと、
前記ばねリンクの他端側の孔に挿通されるばね軸と、
前記ばねリンクにおける前記ばね軸と前記可動軸の間に挿入された逆力ばねと、
を備え、
前記ばね軸を前記主軸と前記可動軸との間に固定し、
前記動作リンクと前記スライダーの動作角度を２５°～８５°の範囲とし、前記合計操作力の値を零以外の値にすることを特徴とする逆力機構。

【請求項5】

正のばね定数を有する前記機器は、可変真空コンデンサであることを特徴とする請求項１～４のうち何れかに記載の逆力機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、正のばね定数を有する機器と組み合わせて、負のばね定数を有し同じ作用点に逆向きに働く力（以下、逆力と称する）を与え、操作力を調整する逆力機構に関する。

【背景技術】

【0002】

正のばね定数を有する機器の例として可変真空コンデンサがある。図１１に示すように、可変真空コンデンサ７は、少なくとも一部が絶縁性を有する筒状体（例えば、セラミック管）７２の両端を固定側導体７３と可動側導体７４により閉塞して、真空容器を構成している。

【0003】

符号７５は、固定側導体７３の真空容器内側に設けられた固定電極を示すものである。固定電極７５は、内径が異なる複数の略円筒状の電極部材を微小なギャップを持たせて構成される。

【0004】

符号７７は、後述の可動電極７６を支持する可動支持部７７を示すものである。可動支持部７７は、固定側導体７３と対向して配置され、後述の可動ロッド７８を介して、真空容器の軸方向Ｙ（筒状体７２の両端方向）に移動自在となるように構成されている。図１１に示す可動支持部７７の場合、真空容器の径方向に延在した平板状を成している。

【0005】

可動電極７６は、固定電極７５と同様に内径が異なる複数の略円筒状の電極部材を微小なギャップを持たせて構成されたものである。この可動電極７６の各電極部材は固定電極７５と非接触状態で該固定電極７５に挿出入（固定電極７５の各電極部材間に挿出入して互いに交叉）できるように、可動支持部７７の固定側導体７３側において固定電極７５に対向して設けられ、これにより、当該固定電極７５との間に静電容量を形成できるように構成されている。

【0006】

符号７８は、可動支持部７７の背面側（可動電極７６が設けられていない可動側導体７４側）から軸方向Ｙに延設された可動ロッドを示すものである。図１１中では可動ロッド７８が真空容器の可動側導体７４側を突出するように延設されている。

【0007】

符号７９は、可変真空コンデンサ７の通電路の一部として、可撓性の薄い軟質金属で筒状（例えば蛇腹状）のベローズを示すものである。このベローズ７９は、真空容器内におけるベローズ７９の外周側、すなわち筒状体７２、固定側導体７３、可動側導体７４、可動支持部７７，ベローズ７９で囲まれた空間（以下、真空室と称する）７１を気密（真空状態にできるように気密）に保持しながら、可動電極７６、可動支持部７７、可動ロッド７８が軸方向Ｙに移動できるように構成されている。そして、真空容器内におけるベローズ７９の内周側（ベローズ７９の可動ロッド７８側）には、大気圧状態の空間（以下、大気室と称する）が形成されている。

【0008】

これにより、真空部７１内に固定電極７５と微小なギャップを持たせた可動電極７６とが設けられる。可変真空コンデンサ７の駆動源により可動ロッド７８、可動支持部７７を介して可動電極７６を軸方向Ｙに移動させ、静電容量を可変とする。

【0009】

可動ロッド７８を挿出入すると、ベローズ７９のバネ定数７９ａに従い変位の復元力が生じ、更に、真空圧が加わる。これにより、可変真空コンデンサ７は最も挿入された位置でプラスの引込力となり、挿出する程引込力が増加する線形の正のばね定数を有する操作力特性となる。

【0010】

可変真空コンデンサ７は、高速操作に適するように操作力の低減や一定値化ができない不都合がある。

【0011】

これら正のばね定数を有する機器に、操作力の絶対値や変動幅を減じるなどの調整手段として、逆力を有する逆力機構を組合せることがある。

【0012】

特許文献１には逆力を得る機構として弾性機構が開示されている。この特許文献１は、正のばね定数を有する正弾性機構と負のばね定数を有する負弾性機構の２組の機構を組合せ、更に、負弾性機構は主副２種の負弾性部で構成されている。このような構成により、任意の正負両方のばね定数を得られるが、構成が複雑で大型になる不都合がある。

【0013】

また、従来からトグル倍力機構が知られている。トグル倍力機構は、２つのリンク（主リンクと動作リンク）と、スライダーと、３つの軸（２つのリンクの軸となる固定された主軸、固定されていない可動軸、スライダーと連動する動作軸）と、を備え、スライダーに対し垂直方向から可動軸に所定の入力を与える。

【0014】

この機構において動作リンクとスライダーの動作角度は０～６０°が多用され、中でも２５°以下の鋭角範囲は入力に対する出力の比率が急増する曲線状特性になり倍力機構と呼ばれている。一方、８５°を超えると入力に対する出力の比率が急減する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【文献】特許第６７７４１０２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

急増する曲線状特性のトグル倍力機構と、正のばね定数による直線特性の機器を組み合わせても、合計操作力の絶対値を減じることは可能であるものの、急増する曲線状特性の影響により操作力の変動幅が大きくなる不都合がある。

【0017】

機構には動作に必要な隙間・ガタがあり、操作中に零値になると力の方向が反転し、隙間・ガタにより動作が瞬時停滞して不連続操作特性になる。

【0018】

これを正のばね定数による直線特性の機器と組み合わせたとき、不連続操作特性によって操作指示に対する正確な出力が不能となり高精度制御ができなくなる不都合がある。

【0019】

以上示したようなことから、正のばね定数を有する機器と組み合わせる逆力機構において、構成を簡素化して小型化し、高速操作に適するように操作力の低減を図り、高精度制御に適するように操作力を零以外の値にすることが課題となる。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、正のばね定数を有する機器と組合せて、負のばね定数を有し同じ作用点に逆力を与え合計操作力を調整する逆力機構において、両端が支持され軸回りに回転可能な主軸と、一端側の孔に前記主軸を挿通した主リンクと、前記主リンクの他端側の孔に挿通され前記主軸を中心とした円弧軌跡上を移動可能であり、かつ、軸回りに回転可能に設けられた可動軸と、一端側の孔に前記可動軸を挿通した動作リンクと、前記主軸に対して垂直方向に延在し、両端が固定されたスライダーと、前記動作リンクの他端側の孔に挿通され、前記スライダーに案内されて前記スライダーと並行方向に移動可能であり、かつ、軸回りに回転可能に設けられた動作軸と、一端側に前記可動軸を挿通する長孔を有するばねリンクと、前記ばねリンクの他端側の孔に挿通されるばね軸と、前記ばねリンクに設けられた逆力ばねと、を備え、前記主軸と前記動作軸を結ぶ線から前記可動軸が最も離れる挿入状態において、前記主軸から前記可動軸への延長線上の基点から、前記スライダーと平行に、前記合計操作力が零以外の一定値となるように設定された寸法を移動した位置に前記ばね軸を固定し、前記動作リンクと前記スライダーの動作角度を２５°～８５°の範囲とする。

【0021】

また、その一態様として、前記逆力ばねは、前記ばねリンクにおける前記ばね軸と前記可動軸の間に挿入された圧縮ばねであることを特徴とする。

【0022】

また、他の態様として、前記ばねリンクは他端側を延長し、前記逆力ばねは、前記ばねリンクの前記ばね軸よりも他端側に設けられた引張りばねであることを特徴とする。

【0023】

また、他の態様として、正のばね定数を有する機器と組合せて、負のばね定数を有し同じ作用点に逆力を与え合計操作力を調整する逆力機構において、両端が支持され軸回りに回転可能な主軸と、一端側の孔に前記主軸を挿通した主リンクと、前記主リンクの他端側の孔に挿通され前記主軸を中心とした円弧軌跡上を移動可能であり、かつ、軸回りに回転可能に設けられた可動軸と、一端側の孔に前記可動軸を挿通した動作リンクと、前記主軸に対して垂直方向に延在し、両端が固定されたスライダーと、前記動作リンクの他端側の孔に挿通され、前記スライダーに案内されて前記スライダーと並行方向に移動可能であり、かつ、軸回りに回転可能に設けられた動作軸と、一端側に前記可動軸を挿通する長孔を有するばねリンクと、前記ばねリンクの他端側の孔に挿通されるばね軸と、前記ばねリンクにおける前記ばね軸と前記可動軸の間に挿入された逆力ばねと、を備え、前記ばね軸を前記主軸と前記可動軸との間に固定し、前記動作リンクと前記スライダーの動作角度を２５°～８５°の範囲とし、前記合計操作力の値を零以外の値にすることを特徴とする。

【0024】

また、その一態様として、正のばね定数を有する前記機器は、可変真空コンデンサであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、正のばね定数を有する機器と組み合わせる逆力機構において、構成を簡素化して小型化し、高速操作に適するように操作力の低減を図り、高精度制御に適するように操作力を零以外の値にすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】実施形態における逆力機構と可変真空コンデンサの組み合わせを示す正面図である。

【図2】図１におけるＡ-Ａ’断面図である。

【図3】図２におけるＢ-Ｂ’断面図である。

【図4】図１における逆力機構の分解斜視図である。

【図5】逆力機構の挿入状態の断面図である。

【図6】逆力機構の挿出状態の断面図である。

【図7】逆力機構の挿入状態の力のベクトル図である。

【図8】逆力機構の挿出状態の力のベクトル図である。

【図9】逆力機構の動作角度特性のグラフである。

【図10】逆力機構の動作力特性のグラフである。

【図11】従来の可変真空コンデンサを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本願発明における逆力機構の実施形態を図１～図１０に基づいて詳述する。

【0028】

［実施形態］
図１は実施形態における逆力機構と可変真空コンデンサの組み合わせを示す正面図、図２は図１におけるＡ－Ａ’断面図、図３は図２におけるＢ－Ｂ’断面図を示す。図１～図３に示すように、可変真空コンデンサ７に取付具８１を介して逆力機構１を接続する。可変真空コンデンサ７については図１１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。この可変真空コンデンサ７は、可変真空コンデンサ７が最も挿入された挿入状態（可動ロッド７８、可動支持部７７、可動電極７６が最も固定側導体７３に近づいた状態）において操作力がプラスの引込力となり、挿出する程引込力が増す線形の正のばね定数を有する。

【0029】

逆力機構１は、一対の側板１０と、一対の側板１０の上端側、下端側にそれぞれねじ１０ａで固定された上板８および下板９と、を有する。上板８から直動操作棒３を突出させる。直動操作棒３は、図外の駆動源に支持される。可変真空コンデンサ７の可動ロッド７８は、下板９を貫通して逆力機構１に支持される。

【0030】

図２、図３に示すように、逆力機構１は、少なくとも２つのリンク（主リンク２１および動作リンク２２）と、スライダー１５と、３つの軸（主軸１１および可動軸１３および動作軸１４）と、を備えた１組のトグル機構である。

【0031】

図４に示すように、主軸１１はその両端が一対の側板１０に支持される。主軸１１は一対の側板１０に対して垂直に設けられ、側板１０の内側に設けられた一対の板状の主リンク２１の一端側の孔に挿通される。主軸１１は、主リンク２１と動作リンク２２の２つのリンクの軸となり軸回りに回転可能に支持される。

【0032】

可動軸１３は、一対の側板１０の内側で側板１０に対して垂直、かつ、軸回りに回転可能に設けられ、側板１０には固定されていない。可動軸１３は、主リンク２１の内側の可動金具２の長切欠２ａに挿通して、可動軸１３と可動金具２が動作中に接触しないようになっている。また、可動軸１３は、可動金具２の外側の主リンク２１の他端側の孔、および、板状の動作リンク２２の一端側の孔に挿通される。更に、可動軸１３は、動作リンク２２の外側のばねリンク２３の一端側に設けた長孔２３ａに挿通し、ばねリンク２３の軸方向に自由に移動できるようになっている。可動軸１３は主軸１１を中心とした円弧軌跡上を移動可能である。

【0033】

動作軸１４は一対の側板１０の内側で側板１０に対して垂直、かつ、軸回りに回転可能に設けられ、側板１０には固定されていない。動作軸１４は、可動金具２の孔２ｂと、可動金具２の外側に設けられた動作リンク２２の他端側の孔に挿通される。

【0034】

スライダー１５はその両端が上板８、下板９に固定され、上板８、下板９に対して垂直に設けられる。すなわち、スライダー１５は、主軸１１に対して垂直方向に延在する。可動金具２は内部にリニアブッシュ２ｃを固定し、リニアブッシュ２ｃの挿通孔内にスライダー１５が挿通される。このような構成により、スライダー１５とリニアブッシュ２ｃは動作軸１４を案内し、動作軸１４はスライダー１５を平行移動した図７に示す仮想スライダー線１５ａ上を上下に移動する。すなわち、動作軸１４はスライダー１５と平行方向に移動可能である。可動金具２は動作軸１４に追従する。

【0035】

可動金具２には主軸１１との接触を避ける切欠２ｄと、上面に直動操作棒３を固着する穴２ｅ、および、下面に可動ロッド７８を固着する図示されていない固定穴を設ける。

【0036】

ばねリンク２３は、一端側に可動軸１３を相通する長孔２３ａを有し、他端側にばね軸１２を相通する孔を有する。

【0037】

このトグル機構において、主リンク２１の主軸１１と可動軸１３間の軸間距離は、動作寸法Ｓ、可動軸１３にかかる力Ｆ１の曲線状特性、および、動作リンク２２とスライダー１５の角度θ３に係る。また、動作リンク２２の可動軸１３と動作軸１４間の軸間距離は、動作寸法Ｓ、ばねリンク２３と動作リンク２２との角度θ１とばねリンク２３と主リンク２１との角度θ２、および、動作リンク２２とスライダー１５の角度θ３に係る。動作寸法Ｓについては後述する。

【0038】

ここで、挿入状態ａは、可変真空コンデンサ７の可動ロッド７８、可動支持部７７、可動電極７６が最も固定側導体７３に近づいた状態を示す。また、挿入状態ａにおいて、逆力機構１は、主軸１１と動作軸１４を結ぶ線から可動軸１３が最も離れる。

【0039】

一方、挿出状態ｂは、可変真空コンデンサ７の可動ロッド７８、可動支持部７７、可動電極７６が最も固定側導体７３から離れた状態を示す。また、挿出状態ｂにおいて、逆力機構１は、主軸１１と動作軸１４を結ぶ線に可動軸１３が最も近づく。

【0040】

なお、前記動作寸法Ｓは、可変真空コンデンサ７の可動ロッド７８、可動支持部７７、可動電極７６の挿入状態ａからの移動距離を示す。動作寸法Ｓは挿入状態ａで最小となり、挿出状態ｂで最大となる。

【0041】

挿入状態ａにおいて、主軸１１から可動軸１３への延長上の基点から、スライダー１５と平行に下方向へ図７の寸法１６を移動した位置、かつ、ばね軸１２と可動軸１３の間にばね定数２４ａを有する逆力ばね２４を挿入できる位置にばね軸１２を固定する。寸法１６については後述する。

【0042】

図５、図７の挿入状態ａにおいて、逆力機構１の可動軸１３は円弧軌跡の初期位置（円弧軌跡上の最も左下の位置）にあり、動作軸１４もスライド動作の初期位置（スライド動作範囲の最も下の位置）にある。主軸１１と動作軸１４を結ぶ線から可動軸１３が最も離れるために、ばね軸１２と可動軸１３間の距離が最短となり逆力ばね２４の最大の力Ｆ１ａが可動軸１３に加わる。

【0043】

ばね軸１２と可動軸１３の位置関係により、ばねリンク２３と動作リンク２２の角度θ１ａ（約１８°）と、ばねリンク２３と主リンク２１の角度θ２ａ（約２１°）が定まる。可動軸１３にかかる最大の力Ｆ１ａは、角度θ１ａと角度θ２ａの２つの角度比率に従い、動作リンク２２の動作軸１４にかかる力Ｆ２ａと主リンク２１の主軸１１にかかる力に分圧される。

【0044】

ばね軸１２と可動軸１３の位置関係により、動作リンク２２と仮想スライダー線１５ａの角度θ３ａは８５°以下となる。本実施形態の図７では約８３°となる。逆力Ｆ３ａは、動作軸１４にかかる力Ｆ２ａと角度θ３ａの余弦値との積である。角度θ３ａ（約８３°）の余弦値は小さいため、逆力Ｆ３ａが最小の値となる。

【0045】

可動金具２において、逆力Ｆ３ａと可変真空コンデンサ７の操作力Ｆ４ａとの差が合計操作力Ｆ５ａとなる。合計操作力Ｆ５ａはばね軸１２を基点から寸法１６分下に固定したことにより挿入側にプラスの値となる。

【0046】

図６、図８の挿出状態ｂにおいて、逆力機構１の可動軸１３は円弧軌跡の最終位置（円弧軌跡上の最も右上の位置）にあり、動作軸１４もスライダー動作の最終位置（スライダー動作範囲の最も上の位置）にある。

【0047】

主軸１１と動作軸１４を結ぶ線に可動軸１３が最も近づくため、ばね軸１２と可動軸１３間の距離が最長となり逆力ばね２４の最少の力Ｆ１ｂが可動軸１３に加わる。

【0048】

ばね軸１２と可動軸１３の位置関係により、ばねリンク２３と動作リンク２２の角度θ１ｂ（約５７°）と、ばねリンク２３と主リンク２１の角度θ２ｂ（約６９°）が定まる。可動軸１３にかかる最少の力Ｆ１ｂは、角度θ１ｂと角度θ２ｂの角度比率に従い、動作リンク２２の動作軸１４にかかる力Ｆ２ｂと主リンク２１の主軸１１にかかる力に分圧する。

【0049】

ばね軸１２と可動軸１３の位置関係により、動作リンク２２と仮想スライダー線１５ａの角度θ３ｂは２５°を超える角度となる。本実施形態の図８では約２９°である。逆力Ｆ３ｂは、動作軸１４にかかる力Ｆ２ｂと角度θ３ｂの余弦値との積である。角度θ３ｂ（約２９°）の余弦値は大きいため、逆力Ｆ３ｂが最大の値となる。

【0050】

可動金具２において、逆力Ｆ３ｂと可変真空コンデンサ７の操作力Ｆ４ｂとの差が合計操作力Ｆ５ｂとなる。

【0051】

図９は、横軸に可変真空コンデンサ７の挿入状態ａから挿出状態ｂ間の動作寸法Ｓ、縦軸にその角度θ３（０°～９０°）を示す。図１０は、横軸に可変真空コンデンサ７の挿入状態ａから挿出状態ｂ間の動作寸法Ｓ、縦軸に０点を中心に、＋側は可変真空コンデンサへの引込力、－側は可変真空コンデンサ７の引出力を示す。この引込力および引出力は０点から離れるほど大きな値となる。

【0052】

可動軸１３にかかる力Ｆ１は、一般にばね定数２４ａの逆力ばね２４のばね力により動作寸法Ｓに応じて線形に変化するが、本実施形態では挿入状態ａの初期位置と挿出状態ｂの最終位置との間で可動軸１３が円弧軌跡で移動することにより可動軸１３にかかる力Ｆ１は動作寸法Ｓに応じて曲線的に変化する。すなわち、挿入状態ａの可動軸１３にかかる力Ｆ１ａから挿出状態ｂの可動軸１３にかかる力Ｆ１ｂまで下方向（引出力が大きい方向）に湾曲し、全体として挿入状態ａより挿出状態ｂが減少する曲線状特性となる。

【0053】

可動軸１３が円弧軌跡で移動することにより、ばねリンク２３と動作リンク２２の角度θ１は挿入状態ａの角度θ１ａ（約１８°）から挿出状態ｂの角度θ１ｂ（約５７°）まで下方向（角度が小さい方向）に湾曲しながら広がる。同様に、ばねリンク２３と主リンク２１の角度θ２も挿入状態ａの角度θ２ａから挿出状態ｂの角度θ２ｂまで下方向（角度が小さい方向）に湾曲しながら広がる。

【0054】

このとき、角度θ１より角度θ２の比率が高くなり、可動軸１３にかかる力Ｆ１は角度θ２の比率に連動して動作軸１４にかかる力Ｆ２と主軸１１にかかる力に配分される。動作軸１４にかかる力Ｆ２は、挿入状態ａから挿出状態ｂまで少し減少方向（引出力が小さい方向）に湾曲しながら、全体として挿入状態ａより挿出状態ｂで緩やかに増加する特性となる。

【0055】

すなわち、角度θ１と角度θ２の角度比率の変化により挿入状態ａから挿出状態ｂへ向かうに従い可動軸１３にかかる力Ｆ１が減少する特性は、動作軸１４にかかる力Ｆ２では緩やかに増加する特性（逆力）となり、力方向の変化が逆転し逆力が生まれる。

【0056】

固定したばね軸１２と可動軸１３の円弧軌跡および動作リンク２２の軸間距離により、動作リンクと仮想スライダー線１５ａの角度θ３は、挿入状態ａの最大角度θ３ａ（８５°以下、本実施形態では約８３°）から中間までほぼ線形に角度が減少し、中間から挿出状態ｂの最小角度θ３ｂ（２５°を超える角度、本実施形態では約２９°）までは少し増加方向（角度が大きい方向）に湾曲しながら減少する。

【0057】

逆力Ｆ３は、動作軸１４にかかる力Ｆ２と角度θ３の余弦値との積である。そのため、動作軸１４にかかる力Ｆ２の少し減少方向に湾曲しながら緩やかに増加する特性が、少し増加方向に湾曲する角度θ３の余弦値との積により補正される。その結果、逆力Ｆ３は挿入状態ａの逆力Ｆ３ａから挿出状態ｂの逆力Ｆ３ｂに向かうに従い線形に引出力が大きくなる逆力特性となる。なお、動作軸１４にかかる力Ｆ２により逆力Ｆ３の方が傾きが大きくなる。

【0058】

可動金具２において、逆力Ｆ３と可変真空コンデンサ７の操作力Ｆ４とが相殺されて合計操作力Ｆ５となり、操作中に力の方向が反転することがない一定の値の操作力を有する操作特性になる。

【0059】

挿入状態ａから挿出状態ｂへの動作において、主リンク２１の可動軸１３は円弧軌跡を描く。ばね軸１２と可動軸１３間の寸法が挿入状態ａの最短から挿出状態ｂの最長に変化し、ばね定数２４ａにより逆力ばね力による可動軸１３にかかる力Ｆ１が挿入状態ａより挿出状態ｂで減少する。

【0060】

最小ばね力Ｆ１ｂ（挿出状態ｂにおける逆力ばね２４が可動軸１３にかかる力）は、動作軸１４にかかる逆力Ｆ３ｂに影響し、逆力Ｆ３ｂは合計操作力Ｆ５に影響する。逆力ばね２４のばね定数２４ａは、正のばね定数１ａを有する機器（可変真空コンデンサ７）の動作寸法Ｓに対する操作力Ｆ４の増加の勾配（傾き）と、動作寸法Ｓに対する動作軸１４の逆力Ｆ３の増加の勾配（傾き）と、が整合するように調整する。可変真空コンデンサ７の操作力Ｆ４の勾配と逆力Ｆ３の勾配が整合することにより合計操作力Ｆ５が一定値となる。

【0061】

正のばね定数を有する機器と組合せる逆力機構において、特許文献１の弾性機構は主副２種の負弾性部で構成し、互いに抗することにより逆力（負のばね定数を有する力）を得ている。それに対し、本実施形態は、リンクの回転角に応じた力の変化を利用し１種の負弾性部から逆力を得る機構としている。

【0062】

リンクの回転角に応じた力の変化を利用する１組のトグル機構において、動作リンク２２とスライダー１５の角度θ３の両端側（０°～９０°の両端側）は入力に対して出力が急変するが、中間部分は出力が入力と同等以下で逆力（負のばね定数を有する力）特性となる。この特性に着目し、動作リンク２２とスライダー１５の角度θ３を２５°～８５°の範囲とし、角度２５°側を挿出状態、最大逆力値、最小入力値とし、他方の角度８５°側を挿入状態、最小逆力値、最大入力値とする。

【0063】

挿入状態ａにおいて、主軸１１から可動軸１３への延長線上の位置にばね軸１２を固定するとばねリンク２３と主リンク２１の角度θ２が一直線の１８０°となり逆力ばね力から可動軸１３にかかる力Ｆ１が全て主軸１１に加えられて動作軸１４にかかる力Ｆ２は零となる。そして、挿入状態ａにおいて、ばね軸１２の固定位置を上方向へ移動すると動作軸１４に対する力は減少し、ばね軸１２の固定位置を下方向へ移動すると動作軸１４に対する力は増加する。このように、ばね軸１２を固定した位置により動作軸１４にかかる力Ｆ２を調整する。

【0064】

前述した寸法１６は、ばねリンク２３と動作リンク２２との角度θ１、ばねリンク２３と主リンク２１との角度θ２、および、動作リンク２２とスライダー１５の角度θ３に係る。ばね軸１２を主軸１１から可動軸１３の延長線上の基点からスライダー１５と平行方向に寸法１６分下方に移動させて逆力Ｆ３を調整し、可変真空コンデンサ７の操作力Ｆ４と逆力Ｆ３との差である合計操作力Ｆ５が零以外の一定値となるようにする。換言すると、寸法１６は合計操作力Ｆ５が零以外の一定値となるように設定する。

【0065】

機構の動作に隙間・ガタは必要なので、動作中の力の変化を予測して合計操作力Ｆ５の値をプラスマイナスいずれかの値に設定して、合計操作力Ｆ５が零にならないように、言い換えると零以外の値にする。これにより、機構の部品間は同一面で摺動することになり機構の動作に必要な隙間・ガタの影響が無くなり、動作が瞬時停滞して操作の精度が低下することを防ぐ。

【0066】

この逆力機構１を、正のばね定数を有する機器に組合せて、操作力特性を調整する。そして、図示省略した駆動源により直動操作棒３を操作することにより、逆力機構１を介して可動ロッド７８、可動支持部７７、可動電極７６を軸方向Ｙに移動させて可変真空コンデンサ７の静電容量を希望値に操作する。

【0067】

以上示したように、本実施形態によれば、正のばね定数を有する機器と組合せる逆力機構において、１種の負弾性部からなる機構としたことにより、構成を簡素化し小型化できる。

【0068】

また、正のばね定数を有する機器に逆力機構を組み合わせることにより、高速操作に適するように操作力の絶対値を低減することができる。

【0069】

また、合計操作力Ｆ５の値を大きくした零以外の値としたことにより、操作指示に対する正確な出力が可能となり高精度に制御することが可能となる。

【0070】

さらに、動作リンク２２とスライダー１５の角度θ３を２５°～８５°の範囲としたことにより、出力が入力と同等以下で逆力特性とすることが可能となる。

【0071】

また、ばね軸１２の固定位置を調整することにより、動作軸１４に掛かる力と合計操作力Ｆ５を任意設定でき、線形の逆力特性を得ることができる。

【0072】

また、逆力Ｆ３と可変真空コンデンサ７の操作力Ｆ４の傾きを整合させることにより、合計操作力Ｆ５を一定の値にできる。

【0073】

「他の実施形態」
実施形態では、ばねリンク２３に通した逆力ばね２４について圧縮バネを用いたが、ばねリンク２３を可動軸１３よりばね軸１２の反対側に延長し、延長部分（ばねリンク２３のばね軸１２よりも他端側）に引張ばねを用いてもよい。

【0074】

また、主軸１１と動作軸１４を結ぶ線から可動軸１３が最も離れる挿入状態ａにおいて、ばね軸１２を主リンク２１の主軸１１から可動軸１３への線の延長上の反対側、言い換えると主リンク２１の主軸１１と可動軸１３との間に固定してもよい。ただし、この場合、ばねリンク２３と動作リンク２２の角度θ１、ばねリンク２３と主リンク２１の角度θ２、および、動作リンク２２とスライダー１５の角度θ３が変わり、角度θ３の余弦値との積などの補正ができず逆力機構の出力を線形にすることができない。そのため、合計操作力Ｆ５を一定値にすることはできない。しかし、合計操作力Ｆ５を零以外の値にすることは可能である。

【0075】

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

【符号の説明】

【0076】

１…逆力機構、２…可動金具、２ｂ…穴、２ｃ…リニアブッシュ、３…直動操作棒、８…上板、９…下板、１０…側板、１１…主軸、１２…ばね軸、１３…可動軸、１４…動作軸、１５…スライダー、１６…寸法、２１…主リンク、２２…動作リンク、２３…ばねリンク、２３ａ…長孔、２４…逆力ばね、２４ａ…バネ定数、７…可変真空コンデンサ、７１…真空部、７２…筒状体（セラミック管）、７３…固定側導体、７４…可動側導体、７５…固定電極、７６…可動電極、７７…可動支持部、７８…可動ロッド、７９…主ベローズ、７９ａ…バネ定数、８１…取付具、θ１…ばねリンクと動作リンクの角度、θ２…ばねリンクと主リンクの角度、θ３…動作リンクとスライダーの角度、Ｆ１…可動軸にかかる力、Ｆ２…動作軸にかかる力、Ｆ３…逆力、Ｆ４…可変真空コンデンサの操作力、Ｆ５…合計操作力、Ｓ…動作寸法

【要約】

【課題】正のばね定数を有する機器と組み合わせる逆力機構において、構成を簡素化して小型化し、高速操作に適するように操作力の低減を図り、高精度制御に適するように合計操作力を零以外の値にする。
【解決手段】挿入状態において、主軸１１から可動軸１３への延長線上の基点から、スライダー１５と平行に、合計操作力が零以外の一定値となるように設定された寸法を移動した位置にばね軸１２を固定する。動作リンク２２とスライダー１５の動作角度を２５°～８５°の範囲とする。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】