(57)【要約】【課題】距離的に離れている操作部材をある一方向に任意に動作させる際、駆動源から所定の力を取り出し、操作部材に加わりうる相対する二方向の外力から生じる過負荷から駆動源を保護することを簡易に実現する。【解決手段】駆動源３０の発生力を直接伝達する第一の伝達部材４０と第二の伝達部材５０があり、弾性体７０によってこれらの伝達部材を互いに接触するように付勢する。さらに、第二の伝達部材５０と操作部材１０とを連結する連結部材６０を、引っ張る方向には拘束力を発揮し圧縮する方向には変形可能な部材によって構成する。これにより、操作部材１０への駆動力を弾性体７０の弾性力の大きさに制限すると共に、操作部材１０の動作を妨げたり、または操作部材１０の動作を助長するような外力が加わった場合に、駆動源から所定の力を取り出し、操作部材に加わりうる相対する二方向の外力から生じる過負荷から駆動源を保護することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の方向と、第一の方向と反対の第二の方向に動作する操作部材と、
駆動源と、
駆動源に接続され、駆動源の発生力を直接伝達する第一の伝達部材と、
前記第一の伝達部材と接触することで前記駆動源の発生力を伝える第二の伝達部材と、
前記操作部材と前記第二の伝達部材とを接続し、引っ張り方向には拘束力を発揮し圧縮方向には変形が可能である連結部材と、
第二の伝達部材に接続し、かつ前記第二の伝達部材を前記第一の伝達部材に接触するように付勢するとともに前記連結部材を引っ張り方向へ付勢する弾性体と、
を備え、
前記操作部材の第一の方向の動作は前記弾性体の弾性力の方向によって生じる動作方向であって、
前記操作部材を第一の方向へ動作させる駆動力は前記弾性体の弾性力であることを特徴とし、かつ、
前記操作部材を第二の方向へ動作させる駆動力は前記弾性体の弾性力の大きさかそれより小さい大きさに制限されることを特徴とし、かつ、
前記操作部材に外力が加わる場合において、
第二の方向への外力が前記駆動源へ伝わり過負荷となることを前記第二の伝達部材と前記第一の伝達部材とが離れることによって防止すること、
第一の方向への外力が前記駆動源へ伝わり過負荷となることを前記連結部材が変形することによって防止すること、
を特徴とする過負荷防止駆動装置。
【請求項２】
前記連結部材が線状の部材であること、
もしくは、前記連結部材が幅の狭いテープ状の部材であること、
もしくは、前記連結部材が２つ以上の剛体を回動自在に連結したリンクであること、
を特徴とする請求項１に記載の過負荷防止駆動装置。
【請求項３】
前記駆動源が回転力を発揮するものであり、かつ、
前記第一の伝達部材が偏芯円板であることを特徴とする請求項１、２に記載のいずれかの過負荷防止駆動装置。
【請求項４】
前記操作部材は長尺状の可撓性を有する部材であって、
前記連結部材は前記可撓性を有する部材の断面の中心ではない位置を通って端点に固定され、
駆動力の伝達によって前記可撓性を有する部材を変形し、
前記第一の方向と前記第二の方向に動作させることを特徴とする
請求項１〜３に記載のいずれかの過負荷防止駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動源から所定の力を取り出し、距離的に離れている操作部材をある一方向に任意に動作させる際、操作部材に加わりうる相対する二方向の外力から生じる過負荷から駆動源を保護することを簡易なメカニズムによって実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、駆動源から所定の駆動力を取り出し離れた場所に伝達し操作部材をある一方向に任意に動作させる際、駆動源の駆動力を制御すると同時に、操作部材にはある一方向の外力と、それとは反対の方向の外力が加わる可能性があるため、これらの相対する二方向の過負荷に対して駆動源の保護を図る必要があった。一般的には負荷の大きさと伝達ロスを想定し、ある程度の安全率を見込んで駆動源の出力を決め、それを制御することが行われる。この場合、使用状況が想定できることが前提となるが、使用状況に幅を持たせるため安全率を高く見積もって駆動源を強化することが多い。しかし、この方法では重量やスペース、コストの問題もあり限界がある。
【０００３】
これを避け、なるべく小さな駆動源の駆動力から所定の駆動力を取り出し、それをロスなく伝達しながら過負荷から保護するには、操作対象の動作方向の数に応じて過負荷になりうる外力の方向も決まってくるため、それらを加味し伝達部と、駆動源の制御部や駆動源の保護部を分けて設計することが一般に行われる。伝達部の設計ではどのような方向の外力が加わってもロスを生じることがないよう、ロッドやギアといった剛体を用いる方法が一般的である。制御部、保護部の設計では次のような方法がある。（１）特許文献１のように、負荷の程度、出力の程度をセンサによりリアルタイムに検知し駆動源への電力供給を調整する制御機構を組み込む方法、（２）特許文献２のように、負荷の上限を設定し、上限以上の負荷がかかった場合に空転し、力の伝達を切り離すクラッチ機構を組み込む方法、などである。これらの例では動作方向は軸回りの相対する二つの回転方向が動作方向であり、また、それら二つの動作方向への外力が駆動源の過負荷となりうる。
【特許文献１】特開平１１−３２５１０３号広報（全文）
【特許文献２】特開２００４−６９０７２号広報（全文）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、以上の２つの方法のうち、（１）は電気系とメカニズム系を組み合わせるという複雑さがある。またメカニズムとは別に回路部、検知部を必要とすることから、低コスト化が困難であり、またスペースを必要とする。さらに、電気系がなんらかのトラブルを起こした場合、駆動源は制御されず、また、過負荷から保護されない状態となる。（２）は駆動力の上限がクラッチの摩擦によって決定されるため、摩擦力の影響が大きくなる小さなメカニズムに組み込むにはその上限を高めにとる必要があり、設計が難しい。そのため、コスト面とスペース面での制約が多い商品への組み込みは困難である。
【０００５】
本発明はこのような状況を鑑みなされたものであり、安価で簡素な構成により、伝達部と制御部や保護部を分けることなく、駆動源を相対する二方向の過負荷から保護しつつ、離れた操作部材を所定の力で駆動する方法と装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明の第一態様の駆動装置は、駆動源と、駆動源の発生力を直接伝達する第一の伝達部材と、前記駆動源から距離的に離れた場所に位置し、第一の方向と、第一の方向と反対の第二の方向に動作する操作部材と、前記第一の伝達部材と接触することで駆動源からの発生力を伝える第二の伝達部材と、前記操作部材と前記第二の伝達部材とを接続し、引っ張り方向には拘束力を発揮し圧縮方向には変形が可能である連結部材と、第二の伝達部材に接続され、第二の伝達部材が第一の伝達部材へ接触するように付勢するとともに、前記連結部材を引っ張り方向へ付勢する弾性体と、を備える。
【０００７】
以上のような構成によれば、操作部材の第一の方向の動作は、弾性体の弾性力の方向によって生じる方向とすることができる。またその場合、操作部材に伝わる駆動力は駆動源の発生力によらず前記弾性体の弾性力として制限することが可能となる。さらに、操作部材を第二の方向へ動作させる駆動力は、駆動源の発生力と関係なく弾性体の弾性力の大きさかそれより小さい大きさに制限される。
【０００８】
また、操作部材に外力が加わる場合において、第二の方向への外力が駆動源へ伝わり過負荷となることを、第二の伝達部材と第一の伝達部材とが離れることによって防止することが可能となるとともに、第一の方向への外力が駆動源へ伝わり過負荷となることを、連結部材が変形することによって防止することが可能となる。
【０００９】
上記構成における連結部材は線状の部材であってもよい。もしくは、該連結部材は２つ以上の剛体を回動自在に接続したリンクであってもよい。もしくは、該連結部材は幅の狭いテープ状の部材であってもよい。すなわち、引っ張り方向には変形することが困難で、圧縮方向には変形が容易な部材であればよい。
【００１０】
上記構成における駆動源は回転力を発揮するものであり、かつ、第一の伝達部材が偏芯円板であってもよい。もしくは、直動式のアクチュエータであってもよい。直動式のアクチュエータの場合、第一の伝達部材はアクチュエータと別の部材であってもよいし、直動式のアクチュエータの駆動部の末端部材であってもよい。
【００１１】
本発明の他の態様として、操作部材が長尺状の可撓性を有する部材で構成され、前記連結部材が前記可撓性性を有する部材の断面の中心ではない位置を通って端点に固定される構造であり、駆動力の伝達によって可撓性を有する部材を第一の方向、もしくは、第二の方向に任意に変形させるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、安価で簡素な構成によって、駆動源の過負荷となり得る相対する二方向の外力から駆動源を保護しつつ、離れた操作部材に所定の駆動力を伝達する駆動装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に示す本発明の第一の実施例では、操作部材１０はベース部材２０に回動自在に接続されている。この操作部材１０が動作する第一の方向１００は重力と反対方向、第二の方向１１０は重力方向である。また、この第一の方向１００は弾性体７０が弾性力を発揮する方向によって生じる動作方向である。駆動源は回転力を発生するモータ３０であり、モータの回転軸に直結された第一の伝達部材であるカム４０は偏芯円板カムである。第二の伝達部材はベース部材２１に回動自由に接続されたリンク５０であり、操作部材１０と第二の伝達部材のリンク５０とはワイヤからなる連結部材６０で連結されている。リンク５０と弾性体７０とは、連結部材６０を引っ張る方向に付勢力が働くように取り付けられている。
【００１４】
このような構成とすると、図２のようにカム４０の下降に応じてリンク５０は回動し、連結部材６０を引き下げることで操作部材１０を重力と反対方向に動作させることが可能となる。この場合連結部材６０を引く力は押しバネの弾性体７０の弾性力のみであり、駆動源の発生力はリンク５０が必要以上に回動しないよう支える役割を果たしている。また図３のようにカム４０の上昇に応じて、リンク５０は回動し連結部材６０を縮めるような力を発生するが、この例では操作部材１０は重力によって略鉛直下方に力を受けていることから、連結部材６０をぴんと張りながら重力方向に動作することになる。以上、図２，３中の破線は動作前の各部の位置を示している。
【００１５】
このように連結部材１０を弾性体７０の弾性力で動作する方向と反対方向に戻す力は重力や、慣性力、磁力といった非接触の力場によるものであってもよいし、押しバネや引きバネや、ゴムやシリコンといった、ある方向への変形に対してそれを戻すように弾性力を発揮する弾性体を利用するものでもよい。これらの操作部材１０を弾性体７０の弾性力の方向と反対方向に動作させる力は、弾性体７０の弾性力よりも小さな力とする必要がある。
【００１６】
なお、本実施例においてカム４０の回転方向は時計方向であってもよいし、半時計方向であってもよい。動作中に回転方向が変化するものであってもよいが、本実施例においてはどちらか一方向の回転を続けることによって操作部材１０は第一の方向１００と第二の方向１１０を往復運動することになる。
【００１７】
次に本実施例において操作部材１０に駆動源３０への過負荷が想定されるような外力が加わった場合に、駆動源３０が外力の伝達から保護される様態を説明する。例えば図４左側に示すように、操作部材１０の重力と反対方向である第二の方向１１０の動作に対して、重力方向である第一の方向への外力１２０が加わった場合には、リンク５０とカム４０が解離するためカム４０の回転は妨げられることがなく駆動源３０で過負荷は生じることがない。
【００１８】
また同図右側に示すように操作部材１０の重力方向である第一の方向１００の動作に対して、重力と反対方向である第二の方向の外力１３０が加わった場合には、連結部材６０が弛み、かつ、弾性体７０が縮むためカム４０の回転は妨げられることがなく駆動源３０で過負荷は生じることがない。
【００１９】
さらに、図５に示すように操作部材１０の重力方向の動作をさらに助長するよう、本実施例の重力方向である第一の方向の外力１２０が加わった場合、リンク５０が連結部材６０を介して引き上げられ、かつ、弾性体７０が押し縮められることによってリンク５０とカム４０が解離する。そのためカム４０の回転は妨げられることがなく駆動源３０で過負荷は生じることがない。図中の破線は動作前の各部の位置を示している。
【００２０】
さらに、図６に示すように操作部材１０の重力と反対方向の動作をさらに助長するよう、本実施例の重力と反対方向である第二の方向の外力１３０が加わった場合、連結部材６０が弛むことでカム４０の回転は妨げられることがなく、駆動源３０で過負荷は生じることがない。図中の破線は動作前の各部の位置を示している。
【００２１】
以上のように本実施例では、操作部材１０へいかなる方法で外力を加えても、駆動源で過負荷が生じることが無い。
【００２２】
したがって、駆動源３０の発生力は最低限、カム４０によってリンク５０を押し上げて弾性体７０を縮める力程度の大きさであればよく設計は容易である。
【００２３】
さらに、本実施例のような機構によれば、駆動源３０の発生力がカム４０によってリンク５０を押し上げて弾性体７０を縮める力よりも大きい場合であっても、連結部材が変形することによってカム４０によってリンク５０を押し上げて弾性体７０を縮める力以上の力が操作部材１０に伝わることがない。
【００２４】
図７は本発明の第二の実施例である。第二の実施例ではこの図のように、操作部材が可撓性を有する部材１１であり、その可撓性を有する部材１１の断面の中心ではない位置を連結部材６０であるワイヤが通り、可撓性を有する部材１１の端部に接続されるという構成をもつ。このような構成では、可撓性を有する部材の中心線を線対称の中心として右側への変形の方向を動作の第一の方向１０１とし、第二の方向１１１は左側への変形の方向とすることができる。また、この第一の方向１０１は弾性体７０が弾性力を発揮する方向によって生じる動作方向である。
【００２５】
本実施例では図８のように、カム４０の下降に応じてリンク５０は回動し、連結部材６０を引き下げることで可撓性の部材１１を右側へ変形させるとなる。この場合連結部材６０を引く力は弾性体７０の弾性力のみであり、駆動源の発生力はリンク５０が必要以上に回動しないようブレーキをかける役割を果たしている。また図９のようにカム４０の上昇に応じて、リンク５０は回動し連結部材６０を縮めるような力を発生するが、本実施例では可撓性を有する部材１１のわずかな弾性力によって、連結部材６０を引っ張って反対の位置まで動作することとなる。以上、図８，９中の破線は動作前の各部の位置を示している。
【００２６】
このように可撓性を有する部材１１を弾性体７０の弾性力で動作する方向と反対方向に戻す力は、上記したように可撓性を有する部材１１自身のわずかな弾性力であってもよいし、ここでは図示していない、該可撓性を有する部材１１の変形を元にもどすような弾性力を発揮する部材を使用するものであっても良い。その一つの例として、可撓性を有する部材１１の断面の中心の位置に線状のゴムやバネ材などの芯材を通すものであってもよい。また、磁力といった非接触の力場によるものであってもよい。したがって、可撓性を有する部材１１は弾性力を有するものであってもよいし、弾性力がないものであってもよい。これらの可撓性を有する部材１１を弾性体７０の弾性力の方向と反対方向に動作させる力は、弾性体７０の弾性力よりも小さな力とする必要がある。
【００２７】
なお、本実施例においてカム４０の回転方向は時計方向であってもよいし、半時計方向であってもよい。動作中に回転方向が変化するものであってもよいが、本実施例においてはどちらか一方向の回転を続けることによって可撓性を有する部材１１は第一の方向１１１と第二の方向１２１を往復運動することになる。
【００２８】
本実施例における過負荷保護の様態は、第一の実施例と同様のメカニズムによって実現されている。例えば図１０のように操作部材である可撓性を有する部材１１の左側への動作を妨げられた場合（同図中央）には、連結部材６０が弛み、かつ、弾性体７０が縮むためカム４０の回転は妨げられることがなく駆動源３０で過負荷が生じることがない。また同図右側に示すように可撓性を有する部材１１の左側への動作が妨げられた場合、リンク５０とカム４０が解離するためカム４０の回転は妨げられることがなく駆動源３０で過負荷が生じることがない。
【００２９】
さらに、図１１に示すように可撓性を有する部材１１の左側への動作をさらに助長するような外力８０を受けた場合、リンク５０が連結部材６０を介して引き上げられ、かつ、弾性体７０が押し縮められることによってリンク５０とカム４０が解離する。そのためカム４０の回転は妨げられることがなく駆動源３０で過負荷が生じることがない。
【００３０】
さらに、図１２に示すように可撓性を有する部材１１の右側への動作をさらに助長するような外力９０を受けた場合、連結部材６０が弛むことでカム４０の回転は妨げられることがなく、駆動源３０で過負荷が生じることがない。
【００３１】
以上のように本実施例においても、第一の実施例と同様、操作部材である可撓性を有する部材１１へいかなる方法で外力を加えても、駆動源で過負荷が生じることが無い。
【００３２】
したがって、駆動源３０の発生力は最低限、カム４０によってリンク５０を押し上げて弾性体７０を縮める程度の大きさの力が出せればよく設計は容易となる。
【００３３】
さらに、本実施例のような機構によれば、駆動源３０の発生力がカム４０によってリンク５０を押し上げて弾性体７０を縮める力よりも大きい場合であっても、連結部材が変形することによってカム４０によってリンク５０を押し上げて弾性体７０を縮める力以上の力が可撓性を有する部材１１に伝わることがない。
【００３４】
以上、本発明の第一、第二の実施例では、図１３に示すように連結部材は剛体リンクを回動自在に連結したチェーン８０であってもよい。この場合、例えば図１４に示すように操作部材１０の重力と反対方向の動作を助長させるような第一の方向の外力１３０が加わった場合を例にとると、チェーン８０のコマ同士が引っ張り方向から角度や位置を変えて弛むことができるため、駆動源３０で過負荷が生じることがない。すなわち、上記に説明してきたのと同様の効果が得られる。
【００３５】
また、連結部材は上記の他、幅の狭いテープ状の部材であっても良い。この場合、引っ張り方向にはほとんど変形することがなく、圧縮方向の力がかかった場合には、変形が容易であることが重要となる。
【００３６】
本発明の第一、第二の実施例は、図１５に示すように弾性体７０の内部を連結部材６０が通り、リンク５０の代わりにプレート５１が上下にスライドするような構成とし、それをカム４０によって動作するようにしても、上記と同様の効果が得られる。
【００３７】
本発明の第一、第二の実施例におけるカム４０の形状は、偏芯円板がもっとも簡易な形状の例であるが、操作部材の動作に変化を加えるため形状を変更したものであってもよい。
【００３８】
本発明の第一、第二の実施例における駆動源は、上記の記載のようにモータのような回転軸周りに駆動力を発生するものに偏芯円板を直接接続したものであってもよいし、空気圧や油圧や超音波などを利用した直動型アクチュエータであってもよい。このような、直動型アクチュエータの場合、第一の伝達部材はアクチュエータと別の部材であってもよいし、直動型アクチュエータの駆動力が伝達される末端部材であってもよい。
【００３９】
本発明の実施例やその変形例は、動く看板や広告等のパフォーマンスオブジェや、ロボットの四肢、ミニチュアカー、ミニチュアタンクのステアリング機構、能動カテーテルや、電気回路における機械的なスイッチング機構、ハンドル、レバー、スティックなどの操縦舵への反力提示機構、ポンプ、弁、蓋の開閉機構、などの駆動装置になり得ることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第一の実施例の構成図である。
【図２】操作部材の第一の方向における動作と各部の動作を説明する模式図である。
【図３】操作部材の第二の方向における動作と各部の動作を説明する模式図である。
【図４】操作部材の動作を妨げる外力が加わった場合の各部の動作の模式図である。
【図５】操作部材の第一の方向の動作をさらに助長するような外力が加わった場合の各部の動作の模式図である。
【図６】操作部材の第二の方向の動作をさらに助長するような外力が加わった場合の各部の動作の模式図である。
【図７】本発明の第二の実施例の構成図である。
【図８】第二の実施例における第一の方向における動作と各部の動作を説明する模式図である。
【図９】第二の実施例における第二の方向における動作と各部の動作を説明する模式図である。
【図１０】第二の実施例において操作部材の動作を妨げる外力が加わった場合の各部の動作の模式図である。
【図１１】第二の実施例において、操作部材の第一の方向の動作をさらに助長するような外力が加わった場合の各部の動作の模式図である。
【図１２】第二の実施例において、操作部材の第二の方向の動作をさらに助長するような外力が加わった場合の各部の動作の模式図である。
【図１３】第一の実施例と第二の実施例における弾性体と連結部材と第二の伝達部材の変形例を示した構成図である。
【図１４】第一の実施例と第二の実施例の連結部材の変形例を示した模式図である。
【図１５】図１４の変形例において、ある動作を助長するような外力が加わった場合の各部の動作の模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…操作部材
２０…第一ベース部材
２１…第二ベース部材
３０…駆動源
４０…カム
５０…リンク
５１…プレート
６０…連結部材
７０…弾性体
８０…チェーン
１００…第一の方向（下方向）
１０１…第一の方向（左方向）
１１０…第二の方向（上方向）
１１１…第二の方向（右方向）
１２０…第二の方向への外力（下方向）
１２１…第二の方向への外力（左方向）
１３０…第一の方向への外力（上方向）
１３１…第一の方向への外力（右方向）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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