(57)【要約】【課題】２つの回転部材の一方を正転方向に回転させると共に他方を逆転方向に回転させることができる回転駆動装置を提供すること。【解決手段】断面が扇形に形成された基礎部材２と、扇形の頂点１１を挟む２辺にあたる基礎部材２の２つの面２０ａ、２０ｂに少なくとも１つずつ設けられて基礎部材２を固定する圧電素子３ａ、３ｂと、扇形の弧１２にあたる基礎部材２の面２１に対して扇形の中心角の２等分線１０を挟んで接する回転部材５ａ、５ｂと、を備え、各圧電素子３ａ、３ｂに印加される電圧の変化による圧電素子３ａ、３ｂの変形に応じて基礎部材２が変形することにより、回転部材５ａ、５ｂを駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が扇形に形成された基礎部材と、
前記扇形の頂点を挟む２辺にあたる前記基礎部材の２つの面に少なくとも１つずつ設けられて前記基礎部材を固定する圧電素子と、
前記扇形の弧にあたる前記基礎部材の面に対して前記扇形の中心角の２等分線を挟んで接する回転部材と、を備え、
前記各圧電素子に印加される電圧の変化による前記圧電素子の変形に応じて前記基礎部材が変形することにより、前記回転部材を駆動する回転駆動装置。
【請求項２】
前記基礎部材には、前記扇形の中心角の２等分線上の頂点より前記弧に近い位置を中心とし、前記断面に対して垂直方向に貫通する穴が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転駆動装置。
【請求項３】
前記基礎部材は、前記回転部材と接する位置に突起を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転駆動装置。
【請求項４】
少なくとも２つの回転体によって物体を搬送する搬送装置において、
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の回転駆動装置を備え、
前記回転部材は、前記回転体とそれぞれ連動することを特徴とする搬送装置。
【請求項５】
２つの刃によって物体を裁断する裁断機において、
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の回転駆動装置を備え、
前記回転部材は、前記２つの刃を開閉する開閉機構と連動することを特徴とする裁断機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転部材を駆動する回転駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転駆動装置としては、所定方向に進行する振動の進行波を表面に発生させるように、表面における進行波の進行方向の上流側および下流側それぞれの端部に圧電素子が接着された弾性体と、弾性体の進行波が発生している表面部分に対して所定の押圧力で接触対向するように又は所定の間隙で対向するように設けられた対向部材とを備え、振動を利用して搬送対象物を搬送するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この構成により、従来の回転駆動装置は、弾性体の振動によって対向部材を回転させながら搬送対象物を搬送していた。また、従来の回転駆動装置は、各圧電素子に印加させる電圧の位相差を変化させることにより、対向部材の回転を正転方向と逆転方向との間で変化させると共に搬送対象物の搬送方向を順方向と逆方向との間で変化させていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の回転駆動装置は、対向部材として１つの回転部材を正転方向または逆転方向に回転させることができるものの、２つの回転部材の一方を正転方向に回転させると共に他方を逆転方向に回転させることができないといった課題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、２つの回転部材の一方を正転方向に回転させると共に他方を逆転方向に回転させることができる回転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】
【０００６】
本発明の回転駆動装置は、断面が扇形に形成された基礎部材と、前記扇形の頂点を挟む２辺にあたる前記基礎部材の２つの面に少なくとも１つずつ設けられて前記基礎部材を固定する圧電素子と、前記扇形の弧にあたる前記基礎部材の面に対して前記扇形の中心角の２等分線を挟んで接する回転部材と、を備え、前記各圧電素子に印加される電圧の変化による前記圧電素子の変形に応じて前記基礎部材が変形することにより、前記回転部材を駆動するように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、２つの回転部材の一方を正転方向に回転させると共に他方を逆転方向に回転させることができる回転駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る回転駆動装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る回転駆動装置の駆動回路のブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る回転駆動装置を構成する基礎部材における変位量の分布のシミュレーション結果を示す概念図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る回転駆動装置を構成する圧電素子に印加する電圧の周波数に対する、回転部材に接する基礎部材の左側位置における振幅および位相角の関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る回転駆動装置を構成する圧電素子に印加する電圧の周波数に対する、回転部材に接する基礎部材の右側位置における振幅および位相角の関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る回転駆動装置を構成する回転部材に接する基礎部材の左側位置における変位のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る回転駆動装置を構成する回転部材に接する基礎部材の右側位置における変位のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る搬送装置を示す第１の側面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る搬送装置を示す第２の側面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る搬送装置の変形例を示す第１の側面図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る搬送装置の変形例を示す第２の側面図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る回転駆動装置を構成する基礎部材および回転部材の変形例を示す側面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る裁断機を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る裁断機の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る回転駆動装置１は、基礎部材２と、２つの圧電素子３ａ、３ｂと、台座４と、２つの回転部材５ａ、５ｂと、を含んで構成される。
【００１１】
基礎部材２は、断面が扇形に形成されている。本実施の形態において、基礎部材２は、半径が２０ｍｍ、中心角が１８０度、厚さ（図１中、奥行き方向）が１０ｍｍに形成されている。なお、基礎部材２は、半径が任意に定められ、中心角が９０度から２７０度までの範囲内で定められ、厚さが１ｍｍから５０ｍｍまでの範囲内で定められていればよい。
【００１２】
また、本実施の形態において、基礎部材２は、アルミニウムによって形成されている。なお、基礎部材２は、適度な弾性と剛性とを有するものであれば、アルミニウム以外にも真鍮や鉄等の他の金属によって形成されていてもよく、樹脂等の金属以外の材料によって形成されていてもよい。
【００１３】
基礎部材２には、基礎部材２の断面が形成する扇形の中心角の２等分線１０上の頂点１１より弧１２に近い位置を中心１３とし、断面に対して垂直方向に貫通する穴１５が形成されている。
【００１４】
本実施の形態において、穴１５の中心１３は、頂点１１から１１ｍｍすなわち弧１２から９ｍｍの位置にあり、穴１５の径は、１２ｍｍとする。なお、穴１５の中心１３および穴１５の径は、実験的に定められる。
【００１５】
圧電素子３ａ、３ｂは、基礎部材２の断面が形成する扇形の頂点１１を挟む２辺にあたる基礎部材２の２つの面２０ａ、２０ｂに少なくとも１つずつ設けられている。各圧電素子３ａ、３ｂは、台座４に対して基礎部材２を固定している。
【００１６】
各圧電素子３ａ、３ｂは、公知の圧電素子によって構成され、印加される電圧の大きさに応じて、厚さ（図１中、高さ方向）が変化するようになっている。本実施の形態において、各圧電素子３ａ、３ｂは、幅が１０ｍｍ、奥行きが１０ｍｍ、印加されている電圧が０Ｖのときの厚さが１ｍｍに形成されている。なお、各圧電素子３ａ、３ｂの幅、奥行きおよび印加されている電圧が０Ｖのときの厚さは、基礎部材２のサイズに応じて定められる。
【００１７】
各回転部材５ａ、５ｂは、セラミックや金属類等のように磨耗しにくい材料によって構成されている。各回転部材５ａ、５ｂは、基礎部材２の断面が形成する扇形の弧１２にあたる基礎部材２の面２１に対して扇形の中心角の２等分線１０を挟んで接するように設けられている。
【００１８】
本実施の形態において、各回転部材５ａ、５ｂは、転がり軸受によって構成され、面２１との接点と頂点１１とを結ぶ直線と、２等分線１０との成す角が１３．５度となる位置に設けられている。
【００１９】
図２に示すように、回転駆動装置１には、ファンクションジェネレータ３０と、アンプ３１ａ、３１ｂとが設けられる。ファンクションジェネレータ３０は、波形が矩形波または正弦波の少なくとも２つの交流電圧信号を生成するようになっている。
【００２０】
本実施の形態において、ファンクションジェネレータ３０は、周波数が７７．８ｋＨｚの２つの交流電圧信号を１８０度の位相差で生成するようになっている。各アンプ３１ａ、３１ｂは、ファンクションジェネレータ３０によって生成された各交流電圧信号の電圧を増幅し、増幅した各電圧を各圧電素子３ａ、３ｂに印加するようになっている。
【００２１】
このように、回転駆動装置１は、１８０度の位相差で圧電素子３ａ、３ｂに電圧を印加することにより、圧電素子３ａ、３ｂを交互に変形させ、圧電素子３ａ、３ｂを介して台座４に固定された基礎部材２を歪ませて変形させるようになっている。
【００２２】
以下、回転駆動装置１を駆動させたときのシミュレーション結果について説明する。
【００２３】
図３に示すように、圧電素子３ａ、３ｂに印加する電圧の位相差が１２０度から１８０度の範囲で回転駆動装置１を駆動させたときは、基礎部材２の面２１において、２等分線１０との成す角が１３．５度となる位置の変位量が最大となった。
【００２４】
このため、本実施の形態においては、面２１との接点と頂点１１とを結ぶ直線と、２等分線１０との成す角が１３．５度となる各接点で接するように各回転部材５ａ、５ｂを設けた。
【００２５】
また、図４および図５に示すように、２等分線１０との成す角が１３．５度となる各位置において、図３におけるＸ方向の振幅（Ｘ振幅）、Ｙ方向の振幅（Ｙ振幅）、Ｘ方向の位相角（Ｘ位相角）の変位量、および、Ｙ方向の位相角（Ｙ位相角）の変位量が７７．８ｋＨｚで最大となった。このため、周波数が７７．８ｋＨｚの２つの交流電圧信号をファンクションジェネレータ３０に生成させることとした。
【００２６】
このように設定することにより、図６および図７に示すように、各接点における変位は、直線的になり、Ｘ方向およびＹ方向の変位量は、それぞれ２．５μｍおよび１．７μｍとなった。すなわち、各接点は、Ｘ方向およびＹ方向の変位が合成された方向に直線的に変位するため、各回転部材５ａ、５ｂを押し回す力が生じる。
【００２７】
逆に、各圧電素子３ａ、３ｂに印加される電圧の振幅、位相差および周波数の少なくとも１つを変化させることにより、各回転部材５ａ、５ｂを押し回す力が変化し、各回転部材５ａ、５ｂの回転力が変化する。
【００２８】
以下、回転駆動装置１の実装例について説明する。なお、以下に説明する回転駆動装置１の実装例において、本発明を理解しやすくするために、図２に示した回転駆動装置１の駆動回路の図示を省略している。
【００２９】
図８において、本実施の形態に係る搬送装置４０は、回転部材５ａ、５ｂを共有する２つの回転駆動装置１を備えている。また、搬送装置４０には、シート等の物体４１を搬送する搬送ローラを構成する回転体４２ａ、４２ｂが設けられている。回転体４２ａ、４２ｂは、それぞれ回転部材５ａ、５ｂと一体に回転するようになっている。
【００３０】
２つの回転駆動装置１の台座４には、基礎部材２が回転部材５ａ、５ｂと接する接触状態と、基礎部材２が回転部材５ａ、５ｂから離す離隔状態との間で、２つの回転駆動装置１の状態を交互に切り替えるアクチュエータ４３が設けられている。
【００３１】
アクチュエータ４３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサよりなるコントローラ４４によって制御される。なお、コントローラ４４は、ファンクションジェネレータ３０を制御し、接触状態にある回転駆動装置１に設けられたファンクションジェネレータ３０をオンにし、離隔状態にある回転駆動装置１に設けられたファンクションジェネレータ３０をオフにするようにしてもよい。
【００３２】
図８においては、図中左側の回転駆動装置１が接触状態にあり、図中右側の回転駆動装置１が離隔状態にある。すなわち、図中左側の回転駆動装置１が回転部材５ａ、５ｂを駆動する。このため、物体４１は、矢印４５に示す方向に搬送される。
【００３３】
これに対し、図９においては、図中左側の回転駆動装置１が離隔状態にあり、図中右側の回転駆動装置１が接触状態にある。すなわち、図中右側の回転駆動装置１が回転部材５ａ、５ｂを駆動する。このため、物体４１は、矢印４６に示す方向に搬送される。
【００３４】
以上に説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る回転駆動装置１は、断面が扇形に形成された基礎部材２を固定する圧電素子３ａ、３ｂに印加される電圧を変化させることによって基礎部材２を変形させる。
【００３５】
これにより、回転駆動装置１は、基礎部材２の断面が形成する扇形の中心角の２等分線１０を挟んで基礎部材２に接する回転部材５ａ、５ｂを駆動するため、２つの回転部材５ａ、５ｂの一方を正転方向に回転させると共に他方を逆転方向に回転させることができる。
【００３６】
また、本実施の形態に係る回転駆動装置１は、図８および図９を参照して説明したように、搬送装置４０の駆動源として利用することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態において、搬送装置４０は、回転部材５ａ、５ｂを共有する２つの回転駆動装置１を備えるものとして説明したが、本発明における搬送装置は、１つの回転駆動装置１によって構成してもよい。
【００３８】
具体的には、図１０および図１１に示すように、本実施の形態に係る搬送装置４０の変形例としての搬送装置５０は、アクチュエータ４３に代えて、アクチュエータ５１が設けられている。
【００３９】
アクチュエータ５１は、回転駆動装置１の台座４を図中手前側に半回転させ、回転駆動装置１を図１０に示す状態と、図１１に示す状態との間で切り替えるようになっている。なお、回転駆動装置１の台座４がアクチュエータ５１によって半回転されたとしても、搬送装置４０と同様に、回転部材５ａ、５ｂは、アクチュエータ５１によって移動されることはない。このように構成することにより、物体４１は、図１０に示す状態においては、矢印４５に示す方向に搬送され、図１１に示す状態においては、矢印４６に示す方向に搬送される。
【００４０】
以上に説明した本実施の形態において、基礎部材２には、穴１５が形成されているものとして説明した。この穴１５は、基礎部材２における回転部材５ａ、５ｂと接する部分の弾性を高くし、基礎部材２の各接点の直線的な変位量を増大させることにより、基礎部材２の各接点が各回転部材５ａ、５ｂを押し回す力を増大させる目的で形成されている。
【００４１】
したがって、基礎部材２の各接点が各回転部材５ａ、５ｂを押し回す力を十分に得ることができるのであれば、基礎部材２に穴１５を形成する必要はない。また、基礎部材２には、１つの穴が形成されている必要はなく、サイズが変更された複数の穴が形成されていてもよい。
【００４２】
また、本実施の形態においては、図１２に示すように、基礎部材２における回転部材５ａ、５ｂと接する位置に突起５５を設けてもよい。さらに、各回転部材５ａ、５ｂは、外歯が形成されていてもよい。各回転部材５ａ、５ｂに外歯を形成する場合には、基礎部材２に各回転部材５ａ、５ｂが押し回されたときに移動する距離に外歯の間隔を合わせることが望ましい。
【００４３】
また、本実施の形態においては、物体４１を双方向に搬送することができる搬送装置４０、５０について説明したが、物体４１を双方向に搬送する必要がなければ、各回転部材５ａ、５ｂは、歯止めが別途に設けられたラチェットを構成してもよい。
【００４４】
（第２の実施の形態）
本実施の形態においては、回転駆動装置１を裁断機に実装した例について説明する。なお、本実施の形態においては、本発明の第１の実施の形態と同一な構成要件には、同一の符号を付し、相違点について説明する。
【００４５】
また、以下に説明する回転駆動装置１の実装例において、本発明を理解しやすくするために、図２に示した回転駆動装置１の駆動回路の図示を省略している。また、本発明の第１の実施の形態において図８および図９等に示した回転駆動装置１の制御機構についても、図示が省略されている。
【００４６】
図１３に示すように、本実施の形態に係る裁断機６０は、回転部材５ａ、５ｂを共有する２つの回転駆動装置１を備えている。また、裁断機６０には、２つの刃によって物体を裁断する鋏６２が設けられている。
【００４７】
本実施の形態における鋏６２は、２つの刃が常時開くように形成され、外部から閉じる方向に力が与えられたときに２つの刃が閉じる、いわゆる和鋏によって構成されている。裁断機６０には、鋏６２の２つの刃を開閉する開閉機構６３が設けられている。
【００４８】
開閉機構６３は、歯車６４ａ、６４ｂと、スリーブ６５とを含んで構成し、回転部材５ａ、５ｂと連動するようになっている。具体的には、歯車６４ａ、６４ｂは、それぞれ回転部材５ａ、５ｂと一体に回転するようになっている。スリーブ６５は、支点が固定された鋏６２の一部を取りかこみ、鋏６２を開状態にする第１位置と、鋏６２を閉状態にする第２位置との間で、移動できるようになっている。
【００４９】
スリーブ６５の側面には、歯車６４ａ、６４ｂをそれぞれピニオンとして噛み合うラック６６ａ、６６ｂが設けられている。すなわち、スリーブ６５は、歯車６４ａ、６４ｂの回転に応じて、第１位置と第２位置との間で移動し、鋏６２を開閉させるようになっている。
【００５０】
以上に説明したように、本実施の形態に係る回転駆動装置１は、裁断機６０の駆動源として利用することができる。
【００５１】
なお、本実施の形態において、２つの刃が常時開くように形成され、外部から閉じる方向に力が与えられたときに２つの刃が閉じる鋏６２を裁断機６０に設けた例について説明したが、本発明における裁断機は、２つの刃が常時閉じるように構成され、外部から開く方向に力が与えられたときに２つの刃が開く鋏を設けてもよい。
【００５２】
具体的には、図１４に示すように、本実施の形態に係る裁断機６０の変形例としての裁断機７０は、鋏６２に代えて、鋏７２が設けられている。鋏７２は、外部から閉じる方向に力が与えられたときに２つの刃が閉じ、外部から開く方向に力が与えられたときに２つの刃が開く、いわゆる洋鋏によって構成されている。また、裁断機７０には、鋏７２の２つの刃を開閉する開閉機構７３が設けられている。
【００５３】
開閉機構７３は、歯車７４ａ、７４ｂと、バネ７５とを含んで構成される。歯車７４ａ、７４ｂは、それぞれ回転部材５ａ、５ｂと一体に回転するようになっている。一方、鋏７２の力点側には、歯車７４ａ、７４ｂと噛み合うように内歯が形成されている。バネ７５は、鋏７２の力点側を内方向に、すなわち、鋏７２の２つの刃を閉じる方向に弾性力を加えるようになっている。
【００５４】
したがって、鋏７２の２つの刃は、歯車７４ａ、７４ｂの回転方向に応じて開閉するようになっている。
【００５５】
なお、本実施の形態において、各裁断機６０、７０は、回転部材５ａ、５ｂを共有する２つの回転駆動装置１を備えるものとして説明したが、本発明における搬送装置は、本発明の第１の実施の形態と同様に、１つの回転駆動装置１によって構成してもよい。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本発明の実施の形態の中で示唆した以外にも、本発明の実施の形態は、適宜変更され得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００５７】
１  回転駆動装置
２  基礎部材
３ａ、３ｂ  圧電素子
５ａ、５ｂ  回転部材
１０  ２等分線
１１  頂点
１２  弧
１３  中心
１５  穴
２０ａ、２０ｂ、２１  面
４０、５０  搬送装置
４１  物体
４２ａ、４２ｂ  回転体
５５  突起
６０、７０  裁断機
６３、７３  開閉機構
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５８】
【特許文献１】特開２０１３−０４９５０１号公報
【図１】
2014230325.tif 000003
【図２】
2014230325.tif 000004
【図３】
2014230325.tif 000005
【図４】
2014230325.tif 000006
【図５】
2014230325.tif 000007
【図６】
2014230325.tif 000008
【図７】
2014230325.tif 000009
【図８】
2014230325.tif 000010
【図９】
2014230325.tif 000011
【図１０】
2014230325.tif 000012
【図１１】
2014230325.tif 000013
【図１２】
2014230325.tif 000014
【図１３】
2014230325.tif 000015
【図１４】
2014230325.tif 000016