(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、微動累積形ロータリアクチュエータにおいて、出力軸の回転速度が低下することを防止することにある。【解決手段】  微動累積形ロータリアクチュエータにおいて、第１の空間形成部材（揺動部材）２における一方向の回転運動中に、第１の回転ワンウェイ機構部２，３，４，６によって、出力部材３，７を第１の空間形成部材２と共に回転運動させ、第１の空間形成部材２における逆方向の回転運動期間中に、第２の回転ワンウェイ機構部１，３ａ，８，７によって、出力部材３，７が逆方向に戻るのを阻止し、第１の空間形成部材２における一方向の回転運動を出力部材３，７に累積して出力するように構成する。【選択図】図１
2010035358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転運動を出力する出力部材と、前記出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第１の空間を形成する第１の空間形成部材と、前記第１の空間に配置されて前記出力部材と前記第１の空間形成部材とを楔係合する第１の楔部材とによって構成された第１の回転ワンウェイ機構部と、
前記出力部材と、前記出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第２の空間を形成する第２の空間形成部材と、前記第２の空間に配置されて前記出力部材と前記第２の空間形成部材とを楔係合する第２の楔部材とによって構成された第２の回転ワンウェイ機構部と、
前記第１の回転ワンウェイ機構部の前記第１の空間形成部材を、前記出力部材の回転方向に揺動運動させる揺動駆動装置と、を備え、
前記第１の回転ワンウェイ機構部によって、前記第１の空間形成部材における一方向の回転運動中に、前記出力部材を前記第１の空間形成部材と共に回転運動させ、前記第２の回転ワンウェイ機構部によって、前記第１の空間形成部材における逆方向の回転運動期間中に、前記出力部材が逆方向に戻るのを阻止し、前記第１の空間形成部材における一方向の回転運動を前記出力部材に累積して出力するように構成したことを特徴とするロータリアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータリアクチュエータにおいて、
出力部材が、中間出力部材と、前記中間出力部材と回転方向の微小隙間分だけ相対回転することで接触して前記中間出力部材から回転駆動力を伝達される最終出力部材とを有し、
前記第２の空間形成部材はケーシングに対して固定された第２の空間を形成すると共に、前記最終出力部材と半径方向に対向して前記最終出力部材との間に前記第２の空間を形成し、
前記中間出力部材の前記最終出力部材に対する相対回転によって、両者が接触して回転駆動力が伝達される状態となる前に、前記第２の回転ワンウェイ機構部が、前記最終出力部材における前記中間出力部材と同方向の回転を許容し、その逆方向の回転を阻止することを特徴とするロータリアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１に記載のロータリアクチュエータにおいて、
前記第２の空間形成部材はケーシングに対して回転しないように装着された非回転部材であることを特徴とするロータリアクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載のロータリアクチュエータにおいて、
出力部材が、中間出力部材と、前記中間出力部材と回転方向の微小隙間分だけ相対回転することで接触して前記中間出力部材から回転駆動力を伝達される最終出力部材とを有し、
前記最終出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第３の空間をケーシングに対して固定された空間として形成する第３の空間形成部材と、前記第３の空間に配置された第３の楔部材とによって構成された第３の回転ワンウェイ機構部を備え、
前記中間出力部材の前記最終出力部材に対する相対回転によって、両者が接触して回転駆動力が伝達される状態となる前に、前記第３の回転ワンウェイ機構部が、前記最終出力部材における前記中間出力部材と同方向の回転を許容し、その逆方向の回転を阻止する状態となることを特徴とするロータリアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１に記載のロータリアクチュエータにおいて、
前記第２の空間形成部材を前記出力部材の回転方向に揺動運動させる揺動駆動装置を備え、前記第１の空間形成部材と前記第２の空間形成部材とを逆位相で揺動運動させることを特徴とするロータリアクチュエータ。
【請求項６】
請求項５に記載のロータリアクチュエータにおいて、
出力部材が、中間出力部材と、前記中間出力部材と回転方向の微小隙間分だけ相対回転することで接触して前記中間出力部材から回転駆動力を伝達される最終出力部材とを有し、
前記最終出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第３の空間をケーシングに対して固定された空間として形成する第３の空間形成部材と、前記第３の空間に配置された第３の楔部材とによって構成された第３の回転ワンウェイ機構部を備え、
前記中間出力部材の前記最終出力部材に対する相対回転によって、両者が接触して回転駆動力が伝達される状態となる前に、前記第３の回転ワンウェイ機構部が、前記最終出力部材における前記中間出力部材と同方向の回転を許容し、その逆方向の回転を阻止する状態となることを特徴とするロータリアクチュエータ。
【請求項７】
請求項２，４，６のいずれか１項に記載のロータリアクチュエータにおいて、
各回転ワンウェイ機構部は、各空間形成部材と前記出力部材との一方向の相対回転を許容し他方向の相対回転を阻止する状態と、前記一方向の相対回転を阻止し前記他方向の相対回転を許容する状態とを切り替える機能を有していることを特徴とするロータリアクチュエータ。
【請求項８】
請求項２，４，６のいずれか１項に記載のロータリアクチュエータにおいて、
前記最終出力部材をケーシングに対して回転支持し、前記中間出力部材を前記最終出力部材を介して回転支持したことを特徴とするロータリアクチュエータ。
【請求項９】
請求項２，４，６のいずれか１項に記載のロータリアクチュエータにおいて、
前記最終出力部材の回転方向位置を検出するセンサー部を有し、その検出位置と制御目標位置との差の絶対値が小さくなるのに応じて揺動駆動源に供給するパルス状電源のパルス幅を縮小し、検出位置と制御目標位置の大小関係によって各回転ワンウェイ機構部における相対回転の許容方向と阻止方向を切り替えることを特徴とするロータリアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車用を初めとした各種機器の駆動源として活用されるロータリアクチュエータに係わり、特に回転方向の前後に駆動力を発生する揺動駆動源で発生させた微小振幅の揺動運動の一方向運動を累積させて回転運動を作り出すロータリアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種機器を制御するためにその軸部材の回転方向位置を変化させる駆動源として用いられるロータリアクチュエータは、従来、モータの回転トルクを減速器を介して増大させるものが多く使われてきた。しかし、減速器部分における機械効率が高いと外力に対抗してある制御位置に軸部材を保持するためにモータが大きな静止トルクを発生させなければならず、逆に機械効率が低いとアクチュエータ動作時の機械損失が増大する傾向があった。すなわち、モータの耐久性や静止時の省動力と動作時の省動力の両立が難しいという課題があった。
【０００３】
一方、これを改善しようとする技術として、特許文献１に記載された「圧電アクチュエータ」や特許文献２に記載された「圧電モータ」のように圧電素子により揺動駆動源を形成し、構成部品に微小振幅の揺動運動を発生させてその一方向運動を累積させて出力軸の回転運動を作り出す微動累積形のロータリアクチュエータが従来考えられている。これらのロータリアクチュエータは、いずれも、楔作用を利用した回転ワンウェイ機構部を一箇所有しており、これを用いて揺動運動の一方向運動のみを累積させる動作を行っている。回転ワンウェイ機構部は２部材間の一方向の相対回転は許容するがその逆方向の相対回転は阻止する動作を行うものであるが、特に、特許文献１の「圧電アクチュエータ」における回転ワンウェイ機構部では、上記の相対回転が許容される方向と阻止される方向を入れ替えて出力軸を両回転方向に駆動できる微動累積形ロータリアクチュエータが開示されている。
【０００４】
なお、これらの微動累積形ロータリアクチュエータでは回転ワンウェイ機構部における楔作用によって外力の作用する出力軸を静止させる反力が自動的に発生するので、モータと減速器で構成されたロータリアクチュエータにおけるモータのような駆動装置の耐久性や静止時の省動力の課題は原理的に改善できると期待される。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−１２８７８号公報
【特許文献２】特開平１−３０８１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１や特許文献２の従来の微動累積形ロータリアクチュエータは、いずれも、楔作用を利用した回転ワンウェイ機構部が一箇所のみである。この回転ワンウェイ機構部によって、揺動駆動源側の部材に対して出力軸側の部材が回転駆動したい方向に相対回転するのを許容し、その逆方向に相対回転するのを阻止し、出力軸に回転運動を発生させている。すなわち、揺動駆動源側部材が回転駆動方向に回転しているときには出力軸側の部材を回転駆動したい方向に一緒に回転駆動し、揺動駆動源側部材が回転駆動方向と逆方向に回転しているときにはこれによって出力軸側の部材を逆方向に回転駆動しないようにしている。
【０００７】
しかし、上記の従来の微動累積形ロータリアクチュエータの構成では、出力軸に回転駆動の抵抗トルクが作用している場合、揺動駆動源側部材の回転駆動方向と逆方向の回転によって出力軸側の部材が逆方向に回転駆動されなくても、出力軸が抵抗トルクによって揺動駆動源側部材の逆方向回転といっしょに逆方向にもどることが起こりうる。上記の従来の微動累積形ロータリアクチュエータでは、出力側部材が慣性力によって回転駆動方向への運動を継続し逆方向にもどりにくくするのを前提としているが、出力軸側部材の慣性モーメントが小さかったり揺動の振幅や周波数が小さかったりした場合には大きな慣性力が期待できず、抵抗トルクが相対的に大きくなると逆戻りが実際に発生し、出力軸の回転速度を低下させることが懸念される。
【０００８】
また、上記の従来の微動累積形ロータリアクチュエータの構成では、揺動駆動源側部材が回転駆動方向と逆方向に回転しているときに出力軸側の部材を逆方向に回転駆動しないようにするため、その回転ワンウェイ機構部のワンウェイ方向は、必ず、出力軸側の部材が揺動駆動源側部材に対して相対的に回転駆動方向に回転するのを許容する方向である。この時、出力軸に作用している外部トルクの方向に出力軸を動かしてその位置を制御しようとしても、ワンウェイ機構部が外部トルクによる出力軸の回転を止める事ができないので、出力軸はロータリアクチュエータの駆動機構とは無関係に外部トルクによって勝手に回転してしまい、アクチュエータによって位置を正確に制御する事が困難になる。
【０００９】
本発明の目的は、微動累積形ロータリアクチュエータにおいて、出力軸の回転速度が低下することを防止することにある。また本発明のその他の目的は、外部トルクの方向へ出力軸を動かしながらの正確な位置制御を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のロータリアクチュエータは、
回転運動を出力する出力部材と、前記出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第１の空間を形成する第１の空間形成部材と、前記第１の空間に配置されて前記出力部材と前記第１の空間形成部材とを楔係合する第１の楔部材とによって構成された第１の回転ワンウェイ機構部と、
前記出力部材と、前記出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第２の空間を形成する第２の空間形成部材と、前記第２の空間に配置されて前記出力部材と前記第２の空間形成部材とを楔係合する第２の楔部材とによって構成された第２の回転ワンウェイ機構部と、
前記第１の回転ワンウェイ機構部の前記第１の空間形成部材を、前記出力部材の回転方向に揺動運動させる揺動駆動装置と、を備え、
前記第１の回転ワンウェイ機構部によって、前記第１の空間形成部材における一方向の回転運動中に、前記出力部材を前記第１の空間形成部材と共に回転運動させ、前記第２の回転ワンウェイ機構部によって、前記第１の空間形成部材における逆方向の回転運動期間中に、前記出力部材が逆方向に戻るのを阻止し、前記第１の空間形成部材における一方向の回転運動を前記出力部材に累積して出力するように構成したものである。
【００１１】
このとき、出力部材が、中間出力部材と、前記中間出力部材と回転方向の微小隙間分だけ相対回転することで接触して前記中間出力部材から回転駆動力を伝達される最終出力部材とを有し、前記第２の空間形成部材はケーシングに対して固定された第２の空間を形成すると共に、前記最終出力部材と半径方向に対向して前記最終出力部材との間に前記第２の空間を形成し、前記中間出力部材の前記最終出力部材に対する相対回転によって、両者が接触して回転駆動力が伝達される状態となる前に、前記第２の回転ワンウェイ機構部が、前記最終出力部材における前記中間出力部材と同方向の回転を許容し、その逆方向の回転を阻止するようにするとい。
【００１２】
また、前記第２の空間形成部材はケーシングに対して回転しないように装着された非回転部材にしてもよいし、前記第２の空間形成部材を前記出力部材の回転方向に揺動運動させる揺動駆動装置を備え、前記第１の空間形成部材と前記第２の空間形成部材とを逆位相で揺動運動させるようにしてもよい。
【００１３】
このとき、出力部材が、中間出力部材と、前記中間出力部材と回転方向の微小隙間分だけ相対回転することで接触して前記中間出力部材から回転駆動力を伝達される最終出力部材とを有し、前記最終出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第３の空間をケーシングに対して固定された空間として形成する第３の空間形成部材と、前記第３の空間に配置された第３の楔部材とによって構成された第３の回転ワンウェイ機構部を備え、前記中間出力部材の前記最終出力部材に対する相対回転によって、両者が接触して回転駆動力が伝達される状態となる前に、前記第３の回転ワンウェイ機構部が、前記最終出力部材における前記中間出力部材と同方向の回転を許容し、その逆方向の回転を阻止する状態となるようにするとよい。
【００１４】
また、上記の各ロータリアクチュエータにおいて、各回転ワンウェイ機構部は、各空間形成部材と前記出力部材との一方向の相対回転を許容し他方向の相対回転を阻止する状態と、前記一方向の相対回転を阻止し前記他方向の相対回転を許容する状態とを切り替える機能を有しているとよい。
【００１５】
また、前記最終出力部材をケーシングに対して回転支持し、前記中間出力部材を前記最終出力部材を介して回転支持するとよい。
【００１６】
また、前記最終出力部材の回転方向位置を検出するセンサー部を有し、その検出位置と制御目標位置との差の絶対値が小さくなるのに応じて揺動駆動源に供給するパルス状電源のパルス幅を縮小し、検出位置と制御目標位置の大小関係によって各回転ワンウェイ機構部における相対回転の許容方向と阻止方向を切り替えるとよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回転運動を出力する出力部材と前記出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第１の空間を形成する第１の空間形成部材と前記第１の空間に配置されて前記出力部材と前記第１の空間形成部材とを楔係合する第１の楔部材とによって構成された第１の回転ワンウェイ機構部と、前記出力部材と前記出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第２の空間を形成する第２の空間形成部材と前記第２の空間に配置されて前記出力部材と前記第２の空間形成部材とを楔係合する第２の楔部材とによって構成された第２の回転ワンウェイ機構部と、前記第１の回転ワンウェイ機構部の前記第１の空間形成部材を前記出力部材の回転方向に揺動運動させる揺動駆動装置とを備え、前記第１の回転ワンウェイ機構部によって、前記第１の空間形成部材における一方向の回転運動中に、前記出力部材を前記第１の空間形成部材と共に回転運動させ、前記第２の回転ワンウェイ機構部によって、前記第１の空間形成部材における逆方向の回転運動期間中に、前記出力部材が逆方向に戻るのを阻止し、前記第１の空間形成部材における一方向の回転運動を前記出力部材に累積して出力するように構成したことにより、アクチュエータを一定の位置に保持しておく動作を駆動装置の動力を消費することなく楔係合によって自力で行い、省動力化と駆動装置の耐久性向上を実現でき、更に、揺動駆動装置が往路で出力軸を回転駆動した後の復路において、出力軸が駆動したい回転方向とは逆方向へ戻るのを防止し、アクチュエータとしての動作速度を向上させることができる。
【００１８】
また、出力部材が、中間出力部材と、前記中間出力部材と回転方向の微小隙間分だけ相対回転することで接触して前記中間出力部材から回転駆動力を伝達される最終出力部材とを有し、前記第１の空間形成部材とは別の空間形成部材を用いて前記最終出力部材との間にケーシングに対して固定された空間を形成し、前記中間出力部材の前記最終出力部材に対する相対回転によって、両者が接触して回転駆動力が伝達される状態となる前に、前記第１の空間形成部材とは別の回転ワンウェイ機構部が、前記最終出力部材における前記中間出力部材と同方向の回転を許容し、その逆方向の回転を阻止するようにすることにより、外部から作用しているトルクの方向へもアクチュエータに揺動駆動装置の揺動振幅に相当する微小な刻みで回転運動を行わせ、外部から作用しているトルクの方向へも高精度な位置制御が可能になるという効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係るロータリアクチュエータは、以下の構成を備える。
（ａ）回転運動を出力する出力部材と、前記出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第１の空間を形成する第１の空間形成部材と、前記第１の空間に配置されて前記出力部材と前記第１の空間形成部材とを楔係合する第１の楔部材とによって構成された第１の回転ワンウェイ機構部と、
前記出力部材と、前記出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第２の空間を形成する第２の空間形成部材と、前記第２の空間に配置されて前記出力部材と前記第２の空間形成部材とを楔係合する第２の楔部材とによって構成された第２の回転ワンウェイ機構部と、
前記第１の回転ワンウェイ機構部の前記第１の空間形成部材を、前記出力部材の回転方向に揺動運動させる揺動駆動装置と、を備え、
前記第１の回転ワンウェイ機構部によって、前記第１の空間形成部材における一方向の回転運動中に、前記出力部材を前記第１の空間形成部材と共に回転運動させ、前記第２の回転ワンウェイ機構部によって、前記第１の空間形成部材における逆方向の回転運動期間中に、前記出力部材が逆方向に戻るのを阻止し、前記第１の空間形成部材における一方向の回転運動を前記出力部材に累積して出力するように構成した。
（ｂ）（ａ）に記載のロータリアクチュエータにおいて、出力部材が、中間出力部材と、前記中間出力部材と回転方向の微小隙間分だけ相対回転することで接触して前記中間出力部材から回転駆動力を伝達される最終出力部材とを有し、前記第２の空間形成部材はケーシングに対して固定された第２の空間を形成すると共に、前記最終出力部材と半径方向に対向して前記最終出力部材との間に前記第２の空間を形成し、前記中間出力部材の前記最終出力部材に対する相対回転によって、両者が接触して回転駆動力が伝達される状態となる前に、前記第２の回転ワンウェイ機構部が、前記最終出力部材における前記中間出力部材と同方向の回転を許容し、その逆方向の回転を阻止する。
（ｃ）（ａ）に記載のロータリアクチュエータにおいて、前記第２の空間形成部材はケーシングに対して回転しないように装着された非回転部材である。
（ｄ）（ｃ）に記載のロータリアクチュエータにおいて、出力部材が、中間出力部材と、前記中間出力部材と回転方向の微小隙間分だけ相対回転することで接触して前記中間出力部材から回転駆動力を伝達される最終出力部材とを有し、前記最終出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第３の空間をケーシングに対して固定された空間として形成する第３の空間形成部材と、前記第３の空間に配置された第３の楔部材とによって構成された第３の回転ワンウェイ機構部を備え、前記中間出力部材の前記最終出力部材に対する相対回転によって、両者が接触して回転駆動力が伝達される状態となる前に、前記第３の回転ワンウェイ機構部が、前記最終出力部材における前記中間出力部材と同方向の回転を許容し、その逆方向の回転を阻止する状態となる。
（ｅ）（ａ）に記載のロータリアクチュエータにおいて、前記第２の空間形成部材を前記出力部材の回転方向に揺動運動させる揺動駆動装置を備え、前記第１の空間形成部材と前記第２の空間形成部材とを逆位相で揺動運動させる。
（ｆ）（ｅ）に記載のロータリアクチュエータにおいて、出力部材が、中間出力部材と、前記中間出力部材と回転方向の微小隙間分だけ相対回転することで接触して前記中間出力部材から回転駆動力を伝達される最終出力部材とを有し、前記最終出力部材と半径方向に対向し隙間が円周方向に変化する第３の空間をケーシングに対して固定された空間として形成する第３の空間形成部材と、前記第３の空間に配置された第３の楔部材とによって構成された第３の回転ワンウェイ機構部を備え、前記中間出力部材の前記最終出力部材に対する相対回転によって、両者が接触して回転駆動力が伝達される状態となる前に、前記第３の回転ワンウェイ機構部が、前記最終出力部材における前記中間出力部材と同方向の回転を許容し、その逆方向の回転を阻止する状態となる。
（ｇ）（ｂ）（ｄ）（ｆ）のいずれかに記載のロータリアクチュエータにおいて、各回転ワンウェイ機構部は、各空間形成部材と前記出力部材との一方向の相対回転を許容し他方向の相対回転を阻止する状態と、前記一方向の相対回転を阻止し前記他方向の相対回転を許容する状態とを切り替える機能を有している。
（ｈ）（ｂ）（ｄ）（ｆ）のいずれかに記載のロータリアクチュエータにおいて、前記最終出力部材をケーシングに対して回転支持し、前記中間出力部材を前記最終出力部材を介して回転支持した。
（ｉ）（ｂ）（ｄ）（ｆ）のいずれかに記載のロータリアクチュエータにおいて、前記最終出力部材の回転方向位置を検出するセンサー部を有し、その検出位置と制御目標位置との差の絶対値が小さくなるのに応じて揺動駆動源に供給するパルス状電源のパルス幅を縮小し、検出位置と制御目標位置の大小関係によって各回転ワンウェイ機構部における相対回転の許容方向と阻止方向を切り替える。
【００２０】
（ａ）の構成によれば、第２の回転ワンウェイ機構部により出力軸が回転駆動したい方向に対して逆戻りするのを確実に防止することができる。第２の回転ワンウェイ機構部は第１の回転ワンウェイ機構部のように揺動駆動源（揺動駆動装置）との間に組み込む必要がないので、揺動駆動源側の揺動部材（第１の空間形成部材）が逆回転方向に運動している間も、非回転あるいは駆動方向に回転運動する他のトルク伝達部材と出力部材との間に組み込まれて、そのワンウェイ機能によって出力軸の逆戻りを阻止することができるためである。
【００２１】
（ｂ）の構成によれば、出力部材を外部から作用するトルクの方向に移動させても正確に位置制御ができるようになる。まず、ロータリアクチュエータの揺動駆動源によって回転駆動される中間出力部材（第１の出力部材）の相対回転によって最終出力部材（第２の出力部材）がこれと一緒に回転できる状態になる。これは、最終出力部材が外部から作用するトルクによって勝手に中間出力部材を置き去りにして回転運動を行おうとすると、上記と逆方向に相対回転することになって回転できない状態になることを意味している。すなわち、最終出力部材は微小回転を繰り返す中間出力部材と共に回転することになり外部から作用するトルクの方向に移動させても正確に位置制御ができるようになる。この構成では２つの回転ワンウェイ機構部だけで動作速度の向上と、外部トルク方向への正確な回転位置制御を改善できる。微動累積形ロータリアクチュエータにおいて動作速度の低下要因となる逆戻りは、外部から作用する負荷トルクや第１の回転ワンウェイ機構部における摩擦トルクによって発生する。このうちの外部から作用する負荷トルクは外部トルク方向への正確な回転位置制御に利用される第２の回転ワンウェイ機構部で遮断できる。残った摩擦トルクが慣性力によって駆動方向への回転を継続しようとするトルクに比べて十分小さければ、３つ目の回転ワンウェイ機構を組み込まなくても十分動作速度の向上効果が得られる。そのような場合に、コストパフォーマンスの大きな微動累積形ロータリアクチュエータを提供できる。
【００２２】
（ｃ）の構成によれば、揺動部材（第１の空間形成部材）が逆回転方向に運動している間に、第２の空間形成部材と出力部材との間に組み込まれた第２の回転ワンウェイ機構部で出力部材の逆戻りを阻止する構成を提供でき、アクチュエータの動作速度を向上させることができる。
【００２３】
（ｄ）の構成によれば、上記（ｂ）と同様にして、出力部材を外部から作用するトルクの方向に移動させても正確に位置制御ができるようになる。
【００２４】
（ｅ）の構成によれば、第１の空間形成部材（第１の揺動部材）が逆回転方向に運動している間に、駆動方向に回転運動する第２の空間形成部材（第２の揺動部材）と出力部材との間に組み込まれた第２の回転ワンウェイ機構部で出力部材の逆戻りを阻止する構成を提供でき、アクチュエータの動作速度を向上させることができる。
【００２５】
（ｆ）の構成によれば、上記（ｂ）と同様にして、出力軸を外部から作用するトルクの方向に移動させても正確に位置制御ができるようになる。
【００２６】
（ｇ）の構成によれば、回転駆動方向を選択して切換えることが可能になる。
【００２７】
（ｈ）の構成によれば、中間出力部材と最終出力部材の両者間の組み立て状態での位置関係が、ケーシングの設けられた軸受けなどを仲介にして決定されるのでなく直接組み合わされて決定されるので、誤差の集積が少なく高精度の組み立てが可能になる。両者間の位置関係で重要なのは同軸配置であるが、一方の出力部材で他方を回転支持する構成とすることで容易に精度が確保できる。また、ケーシングなどの固定部材における回転支持部の数を減らす効果もある。
【００２８】
（ｉ）の構成によれば、目標とする回転位置に出力部材を回転駆動して速やかに収束させることができるようになり最終的に位置制御が完了するまでに要する時間を短縮できる。
【００２９】
以下、本発明に係る実施例を説明する。
【実施例１】
【００３０】
以下、本発明の実施例１であるロータリアクチュエータを図１ないし図８により説明する。
【００３１】
図１は本実施例に係るロータリアクチュエータの側断面図で図２および図３におけるＡ−Ａ断面図，図２ないし図４はそれぞれ図１におけるＢ−Ｂ断面，Ｃ−Ｃ断面，Ｄ−Ｄ断面である。図５および図６はいずれも本実施例のロータリアクチュエータが揺動駆動装置による一回転方向の微小回転変位のみを累積させて中間出力部材を回転駆動する様子を示した図であり、それぞれ、中間出力部材が時計まわりと反時計まわりに回転駆動されている場合を示した図である。図７と図８は本実施例において中間出力部材に回転駆動されて最終出力軸が回転する様子を示した図であり、それぞれ、最終出力軸が回転駆動される方向が外部から作用しているトルクの方向と逆な場合と同じ場合を示した図である。
【００３２】
図３において、固定部品であるケーシング１のケーシング突出部１ａと揺動部材である揺動リング２の揺動リング突出部２ａとそれらの間に組み込まれた圧電素子１０、および、揺動リング突出部２ａとケーシング１との間に組み込まれた戻しバネ１１などよって往復駆動源（揺動駆動源又は揺動駆動装置とも言う）が構成されている。そして、この往復駆動源は印加電圧の周期的な変化による圧電素子１０の伸び縮みによって揺動リング突出部２ａを円周方向に往復動させる。この構成が円周上に１２０゜の角度間隔で３セット配置されており、揺動リング２全体を中心軸まわりに揺動運動させる揺動駆動装置として機能する。その際、圧電素子１０は電圧の印加によって伸びて揺動リング２全体に一方向の微小回転を行わせ、戻しバネ１１が印加電圧の減少によって圧電素子１０が収縮する際に揺動リング２全体に逆方向の微小回転を行わせる。
【００３３】
中間出力部材３は、ケーシング１の２箇所の軸受け１ｂ１，１ｂ２で回転支持された最終出力軸７によって間接的に回転支持されており、その外周部には円筒面３ｂが形成されている。揺動リング２の内周面には、中間出力部材３の外周円筒面３ｂとの間の間隔が円周方向に向かって連続的に増大し減少するポケット部Ｅが３箇所形成されており、各ポケット部Ｅには図２に例示されているように、２個の駆動ローラ４ａ，４ｂが間に組み込まれた付勢バネ５によって互いに離間する方向に付勢された状態で組み込まれている。この結果、各駆動ローラ４ａ，４ｂは、揺動リング２と中間出力部材３との間の半径方向隙間が減少する方向に付勢されている。
【００３４】
揺動リング２が、中間出力部材３の外周円筒面３ｂとの間に、転動部材である駆動ローラ４ａ，４ｂ及び付勢バネ５が組み込まれる空間を形成する第１の空間形成部材を構成している。
【００３５】
駆動ローラ保持器６は、ポケット部Ｅに円周方向傾斜面２ｂを有する揺動リング２に対して回転できるように支持されており、図３に示す保持器アーム部６ａの先端が、保持器制御ソレノイド１２のプランジャ１２ａによって円周方向に駆動されることで、揺動リング２に対する相対回転位置を変化させることが出来るようになっている。図３の構成では、保持器制御ソレノイド１２に通電することで、保持器アーム部６ａの先端が左方向に駆動され駆動ローラ保持器６が時計回りの方向に相対回転し、通電を遮断することで、保持器アーム部６ａの先端がバネ力によって右方向に駆動され駆動ローラ保持器６が反時計回りの方向に相対回転する。また、駆動ローラ保持器６は図２，図５，図６に示されるように各ポケット部Ｅの間に配置される部分を有しており、その部分が、上記の時計回りあるいは反時計回りの相対回転によって左右のポケット部Ｅの駆動ローラ４ａ，４ｂを半径方向隙間の増大する円周方向に押し出し、駆動ローラ４ａ，４ｂが揺動リング２と中間出力部材３との間の半径方向隙間に挟み込まれて楔係合するのを阻止する構成となっている。
【００３６】
図４，図７，図８に示されるように、最終出力軸７の外周には平面部７ｂが１２０゜の角度間隔で３箇所形成されている。図４のＦ部に例示されるように、この平面部７ｂとケーシング１の円筒内周面１ｃとの間に形成される３箇所のポケット部Ｆには、それぞれ、転動部材である２個の整流ローラ８ａ，８ｂが、間に組み込まれた付勢バネ１３によって互いに離間する方向に付勢された状態で組み込まれている。この結果、各整流ローラ８ａ，８ｂも、ケーシング１と最終出力軸７との間の半径方向隙間が減少する方向に付勢されている。
【００３７】
中間出力部材３には、１２０゜の角度間隔で３箇所の整流ローラ保持器部３ａが一体に形成されており、図４，図７，図８に示されるように、整流ローラ８ａ，８ｂや付勢バネ１３が組み込まれた各ポケット部Ｆの間に配置されている。それらは、中間出力部材３が最終出力軸７に対して相対回転することによってその方向の整流ローラ８ａ，８ｂを半径方向隙間の増大する円周方向に押し出し、整流ローラ８ａ，８ｂがケーシング１と最終出力軸７との間の半径方向隙間に挟み込まれて楔係合している状態を解除したり、楔係合状態になるのを阻止する構成となっている。
【００３８】
ケーシング１が、最終出力軸７の外周円筒面７ｂとの間に、転動部材である駆動ローラ８ａ，８ｂ及び付勢バネ１３が組み込まれる空間を形成する第２の空間形成部材を構成している。
【００３９】
中間出力部材３には、また、３個のトルク伝達ピン９が１２０゜の角度間隔で固定されており、そのトルク伝達ピン９の突出部が各々最終出力軸７に形成されたトルク伝達穴７ａに挿入されている。トルク伝達ピン９は、中間出力部材３が最終出力軸７に対して相対回転することで、トルク伝達穴７ａの内周面に接触して中間出力部材３が最終出力軸７を回転駆動するための駆動トルクを伝達する。しかし、それらの間にはある程度の隙間があり、両者が接触して駆動トルクを伝達されるようになる前に、整流ローラ保持器部３ａが整流ローラ８ａ，８ｂのいずれか一方を半径方向隙間の増大する円周方向に押し出し、整流ローラ８ａ，８ｂのいずれか一方が楔係合していない状態にするようになっている。もし、中間出力部材３が最終出力軸７に対して相対回転して駆動トルクが伝達されるようになっても整流ローラ８ａ，８ｂのいずれか一方が楔係合状態にあると、その楔係合は最終出力軸７が中間出力部材３によって回転駆動されるのを阻止する方向の楔係合となる。本実施例の構成では、必ずその楔係合が起きない状態にしてから駆動トルクが伝達される。
【００４０】
本実施例では、中間出力部材３（第１の出力部材）と最終出力軸７（第２の出力部材）とで出力部材を構成している。
【００４１】
次に、図５と図６を用い、図３に示した揺動駆動装置による揺動リング２の揺動運動が中間出力部材３の一方向回転駆動に変換される原理を説明する。図５により中間出力部材３が図中で時計回転方向に回転駆動される様子を説明し、図６により中間出力部材３が図中で反時計回転方向に回転駆動される様子を説明する。
【００４２】
図５では、図３のように保持器制御ソレノイド１２のコイルに通電されておらず、プランジャ１２ａには磁気吸引力が作用していない。その時、プランジャ１２ａは内部のバネによって図３における右方向に付勢されて保持器アーム部６ａの先端部を押し、駆動ローラ保持器６を反時計回りに若干量回転させる。図５は、そのようにして駆動ローラ保持器６を反時計回りに若干量回転させた状態である。
【００４３】
この駆動ローラ保持器６はこの反時計回りの回転によって３個の駆動ローラ４ｂに接触してこれを半径方向隙間の増大する円周方向に押し出し、それらの駆動ローラ４ｂが揺動リング２と中間出力部材３との間の半径方向隙間に挟み込まれて楔係合できない状態にしている。一方、３個の駆動ローラ４ａと駆動ローラ保持器６とは円周方向の隙間が増大することになる。このため駆動ローラ４ａは、駆動ローラ保持器６に邪魔されることなく付勢バネ５によって揺動リング２と中間出力部材３の両者と接触して楔係合できる状態にある。図５（ａ）も図５（ｂ）も各駆動ローラ４ａ，４ｂは上記の状態にあるが、図５（ａ）は揺動駆動装置によって揺動リング２が反時計回りの回転をしている状態であり、図５（ｂ）は揺動駆動装置によって揺動リング２が時計回りの回転をしている状態である。
【００４４】
図５（ａ）において揺動リング２が中間出力部材３に対して反時計回りの相対回転をした時に、３つの駆動ローラ４ｂは駆動ローラ保持器６によって押し出されていて楔係合できず、３つの駆動ローラ４ａは本来上記の相対回転では楔係合しない。したがって図５（ａ）では、中間出力部材３が揺動リング２との楔係合によって反時計回りに回転駆動されることはない。
【００４５】
図５（ｂ）において揺動リング２が中間出力部材３に対して時計回りの相対回転をした時には、楔係合できる状態にある３つの駆動ローラ４ａが上記の時計回りの相対回転によって楔係合し、中間出力部材３は揺動リング２によって時計回りに回転駆動される。
【００４６】
こうして、図５のように駆動ローラ保持器６が反時計回りに回転した状態では、揺動リング２の揺動運動から時計回りの運動のみが楔係合によって伝達され、中間出力部材３は時計方向に間欠的ではあるが継続的に回転駆動される。
【００４７】
図６では、保持器制御ソレノイド１２のコイルに通電されプランジャ１２ａが磁気吸引力によって図３における左方向に移動し、保持器アーム部６ａの先端部を引いて駆動ローラ保持器６を時計回りに若干量回転させる。図６は、そのようにして駆動ローラ保持器６を反時計回りに若干量回転させた状態である。
【００４８】
駆動ローラ保持器６は時計回りの回転によって３個の駆動ローラ４ａに接触してこれを半径方向隙間の増大する円周方向に押し出し、駆動ローラ４ａが揺動リング２と中間出力部材３との間の半径方向隙間に挟み込まれて楔係合できない状態にしている。一方、３個の駆動ローラ４ｂと駆動ローラ保持器６とは円周方向の隙間が増大することになる。このためそれらの駆動ローラ４ｂは、駆動ローラ保持器６に邪魔されることなく付勢バネ５によって揺動リング２と中間出力部材３の両者と接触して楔係合できる状態にある。図６（ａ）も図６（ｂ）も各駆動ローラは上記の状態にあるが、図６（ａ）は揺動駆動装置によって揺動リング２が反時計回りの回転をしている状態であり、図６（ｂ）は揺動駆動装置によって揺動リング２が時計回りの回転をしている状態である。
【００４９】
図６（ａ）において揺動リング２が中間出力部材３に対して反時計回りの相対回転をした時には、楔係合できる状態にある３つの駆動ローラ４ｂが上記の時計回りの相対回転によって楔係合し、中間出力部材３は揺動リング２によって反時計回りに回転駆動される。
【００５０】
図６（ｂ）において揺動リング２が中間出力部材３に対して時計回りの相対回転をした時に、３つの駆動ローラ４ａは駆動ローラ保持器６によって押し出されていて楔係合できず、３つの駆動ローラ４ｂは本来上記の相対回転では楔係合しない。したがって図６（ｂ）では、中間出力部材３が揺動リング２との楔係合によって時計回りに回転駆動されることはない。
【００５１】
こうして、図６のように駆動ローラ保持器６が時計回りに回転した状態では、揺動リング２の揺動運動から反時計回りの運動のみが楔係合によって伝達され、中間出力部材３は反時計方向に間欠的ではあるが継続的に回転駆動される。
【００５２】
すなわちこの実施例１の構成では、駆動ローラ保持器６を斜面２ｂの形成された揺動リング２に対してどちらの方向に回転させるかを選択することで、中間出力部材３の回転駆動方向を選択することができる。
【００５３】
次に、図７と図８を用いて最終出力軸７が中間出力部材３によって回転駆動される原理を説明する。図７により、最終出力軸７を回転駆動したい方向に対して外部から最終出力軸７に作用するトルクの方向が逆の場合を説明し、図８により、最終出力軸７を回転駆動したい方向に対して外部から最終出力軸７に作用するトルクの方向が同じ場合を説明する。
【００５４】
図７においては、中間出力部材３が時計回転方向に回転駆動されており整流ローラ保持器部３ａとトルク伝達ピン９が図７（ｂ）中の破線矢印のように時計回転方向に回転する。一方最終出力軸７には図中の実線矢印のように反時計回転方向のトルクが外部から作用している。図７（ａ）では、３か所の整流ローラ保持器部３ａがそれぞれ固定部材であるケーシング１の内周と最終出力軸７の外周の間に形成された３か所のポケット部Ｆの中間位置にあり、各ポケット内に組み込まれた２個の整流ローラ８ａ，８ｂはいずれも整流ローラ保持器部３ａに押し出されることなく付勢バネ１３でケーシング１と最終出力軸７の両方に接触し、楔係合ができる状態にある。外部から最終出力軸７に作用する反時計回転方向のトルクは各ポケット内の時計回転方向側の整流ローラ８ｂの楔係合によって発生する支持トルクと拮抗し、最終出力軸７が反時計回転方向に回転駆動されることはない。
【００５５】
図７（ｂ）では、中間出力部材３とその一部である整流ローラ保持器部３ａとこれに固定されたトルク伝達ピン９が図中の破線矢印のように時計回転方向に回転し、まず、整流ローラ保持器部３ａが時計回転方向で隣接した３個の整流ローラ８ａと接触してこれらをまず押し出し、それらの整流ローラ８ａが楔係合できない状態にしている。この時、トルク伝達ピン９とトルク伝達穴７ａとはまだ接触しておらず、最終出力軸７には外部から反時計回転方向のトルクのみが作用しているが、図７（ａ）と同様の整流ローラ８ｂによる楔係合により反時計回転方向に回転駆動されることはない。
【００５６】
図７（ｃ）では、中間出力部材３とその一部である整流ローラ保持器部３ａとこれに固定されたトルク伝達ピン９が更に時計回転方向に回転し、トルク伝達ピン９とトルク伝達穴７ａが接触するようになった状態である。それらの接触力によって中間出力部材３から最終出力部材７に時計回転方向の駆動トルクが伝達される。各ポケットＦ内で、時計回転方向側の整流ローラ８ｂによる楔係合はもともと最終出力軸７が時計回転方向へ回転するのを阻止する楔係合ではなく、反時計回転方向側の整流ローラ８ａによる楔係合は事前に整流ローラ保持器部３ａによって楔係合を阻止される状態になっている。図７（ｃ）の状態以降では、外部から作用する反時計回転方向のトルクより大きな時計回転方向のトルクを中間出力部材３が最終出力軸に伝達することで、最終出力軸７は中間出力部材３と一緒にいずれの整流ローラ８ａ，８ｂの楔係合によっても阻止されることなく時計回転方向に回転駆動される。
【００５７】
もし、中間出力軸３が静止したり反時計回転方向に微小量逆戻りしても、最終出力軸７は図７（ａ）や図７（ｂ）と同様の楔係合によって反時計回転方向への回転を阻止されるので逆戻りすることはない。
【００５８】
図７の説明における時計回転方向と反時計回転方向を逆にしても同様な動作を行うのは明らかであり、回転駆動方向に無関係に、外部から作用するトルクの方向と逆の方向に最終出力軸７を回転駆動することが可能であり、その際、最終出力軸７はほぼ中間出力部材３と一緒に回転する。
【００５９】
なお、中間出力部材３は揺動駆動装置から一方向の間欠的な回転駆動力を得て回転運動を行うので、最終出力軸７を回転駆動するトルクが無い期間や外部から最終出力軸７に作用するトルクより小さくなる期間がある。しかし、そのような期間においては、図７で説明したように整流ローラ保持器部３ａが楔係合を阻止することのない側の整流ローラ４ａ又は４ｂの楔係合によって最終出力軸７の逆転が阻止される。しかも、その際に外部からのトルクが中間出力部材３に作用するのを遮断してくれる。このことにより、図５（ａ）や図６（ｂ）のように揺動リング２が中間出力部材３の回転駆動方向と逆方向に戻っている期間においても、中間出力部材３には外部のトルクから逆方向に戻そうとするトルクが作用せず、中間出力部材３が大きく逆戻りしてしまうのが防止できる。したがって、中間出力部材３の回転速度の低下が防止でき、最終出力軸７の大きな回転速度を確保することに有利に作用する。
【００６０】
図８においても中間出力部材３は時計回転方向に回転駆動されており、整流ローラ保持器部３ａとトルク伝達ピン９が図７（ｂ）中の破線矢印のように時計回転方向に回転する。しかし図８では、最終出力軸７に図中の実線矢印のように時計回転方向のトルクが外部から作用している。図８（ａ）では、３か所の整流ローラ保持器部３ａがそれぞれ固定部材であるケーシング１の内周１ｃと最終出力軸７の外周の間に形成された３か所のポケット部Ｆの中間位置にあり、各ポケット内に組み込まれた２個の整流ローラ８ａ，８ｂはいずれも整流ローラ保持器部３ａに押し出されることなく付勢バネ１３でケーシング１と最終出力軸７の両方に接触し、楔係合ができる状態にある。この状態では、外部から最終出力軸７に作用する時計回転方向のトルクは各ポケット内の反時計回転方向側の整流ローラ８ａの楔係合によって発生する支持トルクと拮抗し最終出力軸７は、まだ、時計回転方向に回転駆動されることはない。
【００６１】
図８（ｂ）では、中間出力部材３とその一部である整流ローラ保持器部３ａとこれに固定されたトルク伝達ピン９が図中の破線矢印のように時計回転方向に回転し、まず、整流ローラ保持器部３ａが時計回転方向で隣接した３個の整流ローラ８ａと接触してこれらを押し出そうとしている。図８（ｂ）以降に中間出力部材３がδθの微小角だけ回転するとその分だけ整流ローラ８ａが押し出されて楔係合が解除される。この解除された楔係合は最終出力軸７の時計回転方向の回転を阻止していた楔係合であるので、最終出力軸７は外部から作用しているトルクによって時計回転方向に回転することが可能になる。
【００６２】
図８（ｃ）は図８（ｂ）以降に中間出力部材３がδθの微小角だけ回転し、最終出力軸も同じδθの微小角だけ回転した状態を示している。同じδθの角度だけ回転しているので図８（ｃ）における両者の回転方向の相対位置は図８（ｂ）における両者の回転方向の相対位置と同一になる。つまり、図８（ｃ）においても図８（ｂ）と同じく整流ローラ保持器部３ａが時計回転方向で隣接した３個の整流ローラ８ａと接触してこれらを押し出そうとしている状態になる。すなわち、図８（ｃ）の状態では、各ポケット内の反時計回転側の整流ローラ８ａが再び楔係合することで出力軸７がそれ以上時計回転方向に回転するのを阻止する状態になっている。言い換えると、図８（ｂ）以降は、中間出力部材３が回転した角度だけしか最終出力軸は回転できず、両者はほぼ一体となって回転する。
【００６３】
図８の説明における時計回転方向と反時計回転方向を逆にしても同様な動作を行うのは明らかであり、回転駆動方向に無関係に、外部から作用するトルクの方向と同じ方向に最終出力軸７を回転駆動することも可能であり、その際にも、最終出力軸７はほぼ中間出力部材３と一緒に回転する。中間出力部材３は揺動駆動装置の揺動角を間欠的な回転運動の刻みとしており、その刻みを小さくすることで中間出力部材３の回転方向の位置決め精度を高めることができる。したがって、外部から作用するトルクの方向と同じ方向に最終出力軸７を回転駆動する際にも高精度な位置決めが可能である。
【実施例２】
【００６４】
以下、本発明の実施例２に係るロータリアクチュエータを図９により説明する。
【００６５】
図９（ａ）はロータリアクチュエータの揺動駆動装置部分の説明図で図９（ｂ）におけるＫ−Ｋ断面図、図９（ｂ）はロータリアクチュエータの側断面図、図９（ｃ）はロータリアクチュエータの駆動ローラ保持器を回転させる機構の説明図で図９（ｂ）におけるＬ−Ｌ断面図である。またそれらの図を関連付けてロータリアクチュエータを指令位置に制御するためのロジックを説明している。以下、実施例２が実施例１に対して異なっている部分を中心に説明する。
【００６６】
図９（ａ）において、揺動部材である揺動リング１４には２箇所の揺動リングアーム部１４ａが内周方向に突出して設けられている。それらの内周端付近には各々駆動ソレノイド１５のプランジャ１５ａが連結されている。各駆動ソレノイド１５はそのプランジャ１５ａが揺動リングアーム部１４ａとの連結部で円周方向に動くように、ケーシング１６に対して固定されている。各プランジャ１５ａは駆動ソレノイド１５のコイルへの通電を断続させることで磁気吸引力に吸引させたりバネ力で押し戻させたりして円周方向の前後に動かすことができる。２つのコイルへの通電の断続を同期させれば、揺動リングアーム部１４ａには各プランジャ１５ａから時計回転方向あるいは反時計回転方向の偶力が交互に作用し、揺動リング１４は中心軸回りに揺動運動を行う。このように、実施例１の圧電素子の伸縮作用を用いなくても、電磁吸引力を利用して揺動駆動装置を構成する事が可能である。これら以外にも、実施例１の圧電素子に代えて磁歪素子の伸縮作用を利用することなども考えられる。揺動駆動装置の駆動原理に因らず、揺動リングに揺動運動を与える事ができれば実施例１の図５と図６で説明した原理によって中間出力部材１７を回転駆動することができる。なお、実施例２においては、プランジャ１５ａと揺動リングアーム部１４ａとを内周側でピンにより連結しており、プランジャ１５ａの往復ストロークの大きさが小さくても揺動リング１４に比較的大きな揺動角を発生させることができる。
【００６７】
図９（ｃ）における駆動ローラ保持器１８の回転駆動機構は、実施例１において図３を用いて説明した駆動ローラ保持器６の回転駆動機構と基本的に同じである。
【００６８】
図９（ｂ）のＭ−Ｍ断面に対する断面図は示していないが、その断面部には実施例１の図４と全く同じ整流機構部が構成されているものとする。
【００６９】
揺動リング１４が、中間出力部材１７の外周円筒面との間に、転動部材である駆動ローラ及び付勢バネが組み込まれる空間を形成する第１の空間形成部材を構成している。また、ケーシング１６が、最終出力軸１９の外周円筒面との間に、転動部材である駆動ローラ及び付勢バネが組み込まれる空間を形成する第２の空間形成部材を構成している。また、中間出力部材１７（第１の出力部材）と最終出力軸１９（第２の出力部材）とで出力部材を構成している。
【００７０】
これらの結果、実施例２によってもロータリアクチュエータとして実施例１で説明した機能と同じ機能を有するものが得られる。
【００７１】
図９（ｂ）には、最終出力軸１９の回転方向位置を検出するためにその後端部に取り付けられたロータリエンコーダ２０が示されている。ロータリエンコーダ２０は基準として設定した最終出力軸１９の回転方向位置から、現在の最終出力軸１９が正方向と決めた回転方向にどれだけ回転しているかを測定する。ロータリアクチュエータとしての位置決め制御は、上記のロータリエンコーダ２０による現在位置測定値θtと制御位置指令値θ0を用いて以下のロジックにより行う。
【００７２】
まず、制御指令位置θ0と現在位置θtの差θ0−θtを計算し、その符号を判定する。もし、θtの値が正値であれば図９（ｃ）における駆動ローラ保持器１８の回転駆動機構により駆動ローラ保持器１８を所定の方向に回転させる。この所定の方向とは揺動駆動装置が揺動リング１４を揺動させたときに最終出力軸１９を上記の正方向に回転させる駆動ローラ保持器１８の回転方向である。すなわち、最終出力軸１９の現在位置θtを増大させθ0−θtをゼロに近づける方向である。一方、θ0−θtの符号が負値であれば、駆動ローラ保持器１８を前記所定の方向と逆方向に回転させ、揺動リング１４の揺動によって最終出力軸１９を上記の正方向と逆方向に回転させる。すなわち、最終出力軸１９の現在位置θtを減少させ、やはりθ0−θtをゼロに近づける方向である。こうすることによって、最終出力軸１９は制御指令位置θ0を行き過ぎると回転方向を反転させ、常に制御指令位置θ0に向かって回転駆動される。
【００７３】
次に、揺動駆動装置の２つの駆動ソレノイド１５に印加するパルス状の電圧波形においてパルス周期に占める電圧印加期間の割合であるduty比を制御指令位置θ0と現在位置θtの差の絶対値｜θ0−θt｜の関数として変化させる。具体的には、｜θ0−θt｜が大きいときには供給電圧波形におけるduty比を大きくし、｜θ0−θt｜が小さいときには供給電圧波形におけるduty比を小さくする。駆動ソレノイド１５のプランジャ１５ａの往復運動振幅は、上記のduty比の大小に連動して増減するので、揺動駆動装置による揺動リング１４の揺動角とこれに連動した最終出力軸１９の回転速度は、最終出力軸１９の現在位置θtが制御指令位置θ0に近づくほど小さくなる。
【００７４】
以上の制御ロジックによって最終出力軸１９の現在位置θtを、発散させることなく速やかに制御指令位置θ0に収束させることができる。
【実施例３】
【００７５】
以下、本発明の実施例３に係るロータリアクチュエータを図１０ないし図１２により説明する。
【００７６】
図１０はロータリアクチュエータの側断面図であり図１１および図１２におけるＮ−Ｎ断面である。図１１は図１０におけるＯ−Ｏ断面であり、図２と同様に揺動リング２１と出力軸２２との間に構成される第１回転ワンウェイ機構を示している。図１２は図１０におけるＰ−Ｐ断面であり、実施例３に特有の構成部品である固定リング２３と出力軸２２との間に構成される第２回転ワンウェイ機構を示している。図１０におけるＱ−Ｑ断面は図示されていないが、この断面部には図３と同様の揺動駆動装置と駆動ローラ保持器２４の駆動機構が構成されているものとする。
【００７７】
駆動ローラ保持器２４は、図１１の第１回転ワンウェイ機構と図１２の第２回転ワンウェイ機構の両方において共有された駆動ローラ保持器として機能する。すなわち、それらのワンウェイ機構において、揺動リング２１あるいは固定リング２３に対して出力軸２２が楔係合をして相対回転できない方向と、楔係合をせず相対回転できる方向とを入れ替えるように機能する。
【００７８】
例えば、実施例１の図５における駆動ローラ保持器６のように駆動ローラ保持器２４が回転駆動機構によって反時計回転方向に回転していれば、図５の揺動リング２に対して中間出力部材３が時計方向にのみ相対回転ができるワンウェイ状態になるのと同様に、図１１における揺動リング２１と図１２における固定リング２３の両方に対して、出力軸２２が時計方向にのみ相対回転ができるワンウェイ状態になる。また、実施例１の図６における駆動ローラ保持器６のように駆動ローラ保持器２４が回転駆動機構によって時計回転方向に回転していれば、図６の揺動リング２に対して中間出力部材３が反時計方向にのみ相対回転ができるワンウェイ状態になるのと同様に、図１１における揺動リング２１と図１２における固定リング２３の両方に対して、出力軸２２が反時計方向にのみ相対回転ができるワンウェイ状態になる。
【００７９】
揺動リング２１と固定リング２３の両方に対して出力軸２２が時計方向にのみ相対回転ができる場合、まず、図５（ａ）と図５（ｂ）を用いて説明したのと同様にして、揺動駆動装置による揺動リング２１の揺動運動によって出力軸２２が時計回転方向に回転駆動されるが、図５（ａ）のように揺動リング２１が回転駆動方向と逆方向に動いている期間に、この実施例３では固定リング２３との第２のワンウェイ機構により出力軸２２が反時計回転方向に逆戻りするのを確実に阻止できるので、出力軸２２の時計回転方向への回転速度をより大きく確保することができる。全く同様に、揺動リング２１と固定リング２３の両方に対して出力軸２２が反時計方向にのみ相対回転ができる場合にも、出力軸２２の逆戻り運動が確実に阻止でき、出力軸２２の反時計回転方向への回転速度をより大きく確保することができる。
【００８０】
揺動リング２１は揺動部材であり、出力軸２２の外周面との間に、転動部材である駆動ローラおよび付勢バネが組み込まれる空間を形成する第１の空間形成部材を構成している。また、固定リング２３が、出力軸２２の外周面との間に、転動部材である駆動ローラおよび付勢バネが組み込まれる空間を形成する第２の空間形成部材を構成している。
【実施例４】
【００８１】
以下、本発明の実施例４に係るロータリアクチュエータを図１３ないし図１６により説明する。
【００８２】
図１３はロータリアクチュエータの側断面図であり図１４ないし図１６におけるＲ−Ｒ断面である。図１４は図１３におけるＳ−Ｓ断面であり実施例４における揺動駆動装置を示している。図１５は図１３におけるＴ−Ｔ断面であり、図１６は図１３におけるＵ−Ｕ断面である。それぞれ、第１揺動リング３４と出力軸２５との間に構成される第１回転ワンウェイ機構と、第２揺動リング２６と出力軸２５との間に構成される第２回転ワンウェイ機構とを示している。図１３におけるＶ−Ｖ断面は図示されていないが、この断面部には図３と同様の駆動ローラ保持器２７の回転駆動機構が構成されている。
【００８３】
駆動ローラ保持器２７は、図１５の第１回転ワンウェイ機構と図１６の第２回転ワンウェイ機構の両方において共有された駆動ローラ保持器として機能する。すなわち、それらのワンウェイ機構において、第１揺動リング３４と第２揺動リング２６に対して出力軸２５が楔係合をして相対回転できない方向と、楔係合をせず相対回転できる方向とを入れ替えるように機能する。
【００８４】
図１４においては、第１揺動リング３４の第１揺動リング突出部３４ａと第２揺動リング２６の第２揺動リング突出部２６ａとそれらの間に組み込まれた圧電素子２８、および、第１揺動リング突出部３４ａとケーシング２９との間に加えて第２揺動リング突出部２６ａとケーシング２９との間にも組み込まれた戻しバネ３０などによって往復駆動源が構成されている。この構成が円周上に１２０゜の角度間隔で３セット配置されており、第１揺動リング３４全体と第２揺動リング２６全体をそれぞれ中心軸まわりに揺動運動させる揺動駆動装置として機能する。実施例４の揺動駆動装置の特異な点は実施例１や実施例３のように１個の揺動リングのみを揺動させるのでなく、第１揺動リング３４と第２揺動リング２６の２つの揺動リングを揺動させ、しかも、それらを互いに逆位相で揺動させる点である。
【００８５】
実施例４においては、例えば実施例１の図５の保持器６のように駆動ローラ保持器２７が回転駆動機構によって反時計回転方向に回転していれば、図５の揺動リング２に対して中間出力部材３が時計方向にのみ相対回転ができるワンウェイ状態になるのと同様に、図１５における第１揺動リング３４と図１６における第２揺動リング２６の両方に対して、出力軸２５が時計方向にのみ相対回転ができるワンウェイ状態になる。また、実施例１の図６の駆動ローラ保持器６のように駆動ローラ保持器２７が駆動機構によって時計回転方向に回転していれば、図６の揺動リング２に対して中間出力部材３が反時計回転方向にのみ相対回転ができるワンウェイ状態になるのと同様に、図１５における第１揺動リング３４と図１６における第２揺動リング２６の両方に対して、出力軸２５が反時計回転方向にのみ相対回転ができるワンウェイ状態になる。
【００８６】
第１揺動リング３４と第２揺動リング２６の両方に対して出力軸２５が時計回転方向にのみ相対回転ができる場合、まず第１揺動リング３４が揺動駆動装置によって時計回転方向に回転している間に、出力軸２６は第１揺動リング３４と楔係合して一緒に時計回転方向に回転する。この間、第２揺動リング２６は反時計回転方向に回転しており、これに対して時計回転方向に回転する出力軸２５の運動は妨げられない。次に、第１揺動リング３４の回転方向が反時計回転方向に転じ、第２揺動リング２６の回転方向が時計回転方向に転ずると、出力軸２５は第２揺動リング２６と楔係合して一緒に時計回転方向に回転する。つまり出力軸２５は第１揺動リング３４と第２揺動リング２５によって交互に時計回転方向に駆動され逆戻り運動が確実に阻止できる。
【００８７】
全く同様に、第１揺動リング３４と第２揺動リング２６の両方に対して出力軸２５が反時計回転方向にのみ相対回転ができる場合にも、出力軸２５は第１揺動リング３４と第２揺動リング２６によって交互に今度は反時計回転方向に駆動され、やはり逆戻り運動が確実に阻止できる。
【００８８】
このように実施例４によれば、逆戻り運動が確実に阻止できて出力軸２５の大きな回転速度を確保することができることに加えて、２つの揺動リングとの楔係合によって交互に１方向に駆動されるので出力軸２５の動きをより滑らかにできる。また、第１揺動リング３４と第２揺動リング２６揺動運動が逆位相となることで、慣性力によって発生するトルク変動が互いに相殺され、低振動のロータリアクチュエータとなる。
【００８９】
本実施例においては、揺動部材である第１揺動リング３４が、出力軸２５の外周円筒面との間に、転動部材である駆動ローラ及び付勢バネが組み込まれる空間を形成する第１の空間形成部材を構成し、揺動部材である第２揺動リング２６が、出力軸２５の外周円筒面との間に、転動部材である駆動ローラ及び付勢バネが組み込まれる空間を形成する第２の空間形成部材を構成している。
【実施例５】
【００９０】
以下、本発明の実施例５に係るロータリアクチュエータを図１７と図１８を用いて説明する。
【００９１】
図１７はロータリアクチュエータの側断面図である。図１８は図１７におけるＷ−Ｗ断面である。
【００９２】
図１７における左側部分は、中間出力軸３１を図１０の出力軸２２に置き換えることで実施例３のロータリアクチュエータとなり、中間出力軸３１を逆戻りさせることなく揺動駆動装置によって大きな回転速度で駆動する回転駆動機構部を構成している。実施例５は、その回転駆動機構部の右側に整流機構部を追加した構成となっている。整流機構部は図１７および図１８における整流ローラ保持器３２を図１および図４における保持器アーム部６ａに置き換えれば実施例１における整流機構部となることから分かるように、それらと同じ整流機能を有している。この整流機構部によって外部から作用するトルクの方向と同じ方向に最終出力軸３３を回転させる際の位置決めを高精度に行うことができる。
【００９３】
すなわち、実施例５によれば、実施例１と同様にロータリアクチュエータとしての回転駆動速度を高めることと外部からのトルクの作用方向へ高精に位置決めを行うことの両方を同時に実現できる。
【００９４】
なお、実施例５における回転駆動機構部は、実施例４のロータリアクチュエータに置き換えても中間出力軸３１が逆戻りせず大きな回転速度で駆動される点では変わりない。その後に、図１７右側の整流機構部で外部から作用するトルクの方向と同じ方向に最終出力軸３３を回転させ位置決めを高精度に行うことができることも同じである。つまり、その構成でも実施例５と同じ効果が得られる。
【００９５】
本実施例では、第１及び第２の空間形成部材のほかに、ケーシングによって構成される第３の空間形成部材を備える。このとき、ケーシングは、最終出力軸３３の外周円筒面との間に、転動部材である駆動ローラ及び付勢バネが組み込まれる空間を形成する第３の空間形成部材を構成する。また、中間出力軸３１（第１の出力部材）と最終出力軸３３（第２の出力部材）とで出力部材を構成している。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】実施例１であるロータリアクチュエータの側断面図。
【図２】図１におけるＢ−Ｂ断面。
【図３】図１におけるＣ−Ｃ断面。
【図４】図１におけるＤ−Ｄ断面。
【図５】実施例１のロータリアクチュエータにおいて中間出力部材が時計周りに回転駆動されている場合を示した図。
【図６】実施例１のロータリアクチュエータにおいて中間出力部材が時計周りに反回転駆動されている場合を示した図。
【図７】実施例１のロータリアクチュエータにおいて中間出力部材に回転駆動されて最終出力軸が外部から作用しているトルクの方向と逆方向に回転する様子を示した図。
【図８】実施例１のロータリアクチュエータにおいて中間出力部材に回転駆動されて最終出力軸が外部から作用しているトルクの方向と同じ方向に回転する様子を示した図。
【図９】実施例２のロータリアクチュエータ全体とその制御ロジックの説明図であり、図９（ａ）はそのＫ−Ｋ断面、図９（ｂ）はロータリアクチュエータ全体の側断面図、図９（ｃ）はそのＬ−Ｌ断面。
【図１０】実施例３であるロータリアクチュエータの側断面図。
【図１１】図１０におけるＯ−Ｏ断面。
【図１２】図１０におけるＰ−Ｐ断面。
【図１３】実施例４であるロータリアクチュエータの側断面図。
【図１４】図１３におけるＳ−Ｓ断面。
【図１５】図１３におけるＴ−Ｔ断面。
【図１６】図１３におけるＵ−Ｕ断面。
【図１７】実施例５であるロータリアクチュエータの側断面図。
【図１８】図１７におけるＷ−Ｗ断面図。
【符号の説明】
【００９７】
１，１６，２９  ケーシング
１ａ  ケーシング突出部
２，１４，２１  揺動リング
２ａ  揺動リング突出部
３，１７  中間出力部材
３ａ  整流ローラ保持器部
４  駆動ローラ
５  付勢バネ
６，１８，２４，２７  駆動ローラ保持器
６ａ  保持器アーム部
７，１９，３３  最終出力軸
７ａ  トルク伝達穴
８  整流ローラ
９  トルク伝達ピン
１０  電歪素子
１１，１３，３０  戻しバネ
１２  保持器制御ソレノイド
１２ａ，１５ａ  プランジャ
１４ａ  揺動リングアーム部
１５  駆動ソレノイド
２０  ロータリエンコーダ
２２，２５  出力軸
２３  固定リング
２６  第２揺動リング
２６ａ  第２揺動リング突出部
２８  圧電素子
３１  中間出力軸
３２  整流ローラ保持器
３４  第１揺動リング
３４ａ  第１揺動リング突出部
【図１】
2010035358.tif 000003
【図２】
2010035358.tif 000004
【図３】
2010035358.tif 000005
【図４】
2010035358.tif 000006
【図５】
2010035358.tif 000007
【図６】
2010035358.tif 000008
【図７】
2010035358.tif 000009
【図８】
2010035358.tif 000010
【図９】
2010035358.tif 000011
【図１０】
2010035358.tif 000012
【図１１】
2010035358.tif 000013
【図１２】
2010035358.tif 000014
【図１３】
2010035358.tif 000015
【図１４】
2010035358.tif 000016
【図１５】
2010035358.tif 000017
【図１６】
2010035358.tif 000018
【図１７】
2010035358.tif 000019
【図１８】
2010035358.tif 000020