(57)【要約】【課題】新規な発想に基づくアクチュエータを提供する。【解決手段】特定方向に運動する出力部材１０４と、前記出力部材１０４の運動方向と非平行に往復運動する２以上のキャリア１０６と、前記出力部材１０４に形成された所定の繰り返し数で振幅するガイド溝１０５と、キャリア１０６と共に往復運動しながら前記ガイド溝１０５内を移動する移動体としてのボール１０８と、キャリア１０６の各々を独立して駆動するボイスコイルモータ１１２と、を有してアクチュエータを構成する。【選択図】図２
2007120749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定方向に運動する出力部材と、
前記出力部材の運動方向と非平行に往復運動する２以上の入力部材と、
前記出力部材に形成された所定の繰り返し数で振幅するガイド溝と、
前記入力部材と共に往復運動しながら前記ガイド溝内を移動する移動体と、
前記入力部材の各々を独立して駆動する動力源と、
を有してなるアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記出力部材は、前記入力部材の往復運動方向と平行な平面を有する板状体であって、
前記ガイド溝は、前記平面に形成されている
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
請求項２において、
前記板状体は、所定の半径を有する円弧に沿って湾曲している
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１において、
前記出力部材の運動は回転運動であり、
前記入力部材の運動方向は前記出力部材の回転軸と平行であり、
前記ガイド溝は前記出力部材の周方向に形成されている
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項５】
請求項４において、
前記出力部材は円筒体である
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１において、
前記出力部材は、所定の半径を有する円弧に沿って湾曲した板状体であって、
前記ガイド溝は、前記板状体の湾曲面に形成されている
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記ガイド溝の振幅は、前記所定の繰り返し数における１／２単位の繰り返しに必要な前記出力部材の運動方向の距離よりも大である
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記ガイド溝の少なくとも一部は直線状である
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記動力源は、ボイスコイルモータである
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１０】
請求項９において、
前記ボイスコイルモータを構成するマグネット及びヨークの少なくとも一部が、前記出力部材と一体化されている
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記動力源は、電磁石である
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
前記出力部材と、前記２以上の入力部材とは、それぞれが複数の前記移動体を介して接触可能とされている
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかにおいて、
前記入力部材は３の整数倍の数設けられており、
前記動力源は、３相モータドライバにより電流制御されている
ことを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ、より詳しくは入力部材の往復運動を特定の運動へと変換して出力可能な運動変換装置一体型のアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクチュエータの一部として機能する様々な種類の運動変換装置が開発され、市場で使用されている。例えば、回転運動を直線運動へと変換する運動変換装置として、ボールネジやラックピニオンが存在する。
【０００３】
一方、直線運動を回転方向の運動へと変換するものとして、特許文献１に記載の運動変換装置が知られている。特許文献１に記載される運動変換装置を図２０乃至図２２に示す。図２０は公知の運動変換装置１の斜視図である。この運動変換装置１は、ケーシングである支持部材２と、該支持部材の長手方向に貫通する形で往復運動する溝カム板６と、該溝カム板６に設けられた溝５と、この溝カム板６が往復運動（直線運動）するに伴って回転運動する回転軸４とを有している。
【０００４】
図２１に、この運動変換装置１の回転軸４に沿う断面図を示す。
【０００５】
溝カム板６に設けられた溝５には、ボール８が嵌合しており、該ボール８を介して回転軸４の底面と接触している。このボール８は溝カム板６に設けられた溝５の本数と同じ数だけ存在している。
【０００６】
図２２に示すように、溝カム板６には、所定の曲線を描いた溝５が複数本設けられている。ここでは溝５は６本設けられている。このそれぞれの溝５に対応するようにボール８も６つ設けられている。このボール８は溝カム板６が往復運動することによって、溝５内を移動することが可能である。一方、このボール８は回転軸４との関係においてはその位置は固定されている。即ち、この運動変換装置１においては、溝カム板６が往復運動することによって、曲線を描いた溝５に沿って移動するボール８と共に、回転軸４が回転するように構成されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２２４９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ボールネジの場合には、変換後の運動（出力される運動）が直線運動のみに限定され、例えば円弧に沿って揺動するような運動を出力することはできず、又、長ストローク化を図る場合には、ネジ部の撓み等によって精度か悪化してしまう。一方、ラックピニオンの場合には、歯車を使用するという機構上、ガタの問題が発生し、高精度の駆動には適していない。更に、ボールネジ及びラックピニオンいずれの場合にも、運動の変換比率（例えば減速比）を場所により変えることは不可能である。更に、上記で説明した運動変換装置１においては、確かに溝カム板６の往復運動を、回転軸４の回転運動に変換することはできても、その回転は、最大でも約３６０°までしか回転することができず、連続した回転を出力し続けることはできない。又、出力軸として機能する回転軸４の軸方向の一方には、溝カム板６が位置して往復運動していることから、この回転軸４を中空とした場合でも、その中空部分に配線等を貫通して通すことは不可能である。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決した運動変換装置を備えたアクチュエータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、特定方向に運動する出力部材と、前記出力部材の運動方向と非平行に往復運動する２以上の入力部材と、前記出力部材に形成された所定の繰り返し数で振幅するガイド溝と、前記入力部材と共に往復運動しながら前記ガイド溝内を移動する移動体と、前記入力部材の各々を独立して駆動する動力源を有してなるアクチュエータとして構成することで、上記課題を解決するものである。
【００１１】
上記構成のアクチュエータは、往復運動する２以上の入力部材が、移動体及びガイド溝を介して出力部材を駆動するという今までにない新たな着想から具現化されたものである。当該運動変換装置において出力される運動は、以下の実施形態の説明において詳細に説明するように、直線運動としても、回転運動としても、更には円弧に沿った揺動運動として出力することも可能となっている。更に、ガイド溝の形状を予め変化させておくことによって、場所によって運動変換比率を変えることも可能となった。加えて、歯車機構を用いずに、溝と該溝内を移動する移動体を利用して作動するため、ガタの問題も発生し難い。又、出力される運動が回転運動の場合には、その回転を連続して出力し続けることも可能である。
【００１２】
なお、ガイド溝の所定の「繰り返し数」とは、サイン波等の周期的に振幅するラインに沿った溝が、出力部材の運動方向（出力部材が円柱体や円筒体のような場合には、一周、即ち３６０度の間）に、繰り返される回数（最大値又は最小値の回数）のことを意味している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、従来の問題点を同時に解消することのできるアクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下添付図面を用いて、本発明に係る実施形態の一例を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態の一例であるアクチュエータ１００の主要部分のみを模式的に示した全体斜視図である。このアクチュエータ１００は、ベースとなるフレーム１０２と、直線運動する出力部材としての出力板１０４と、この出力板１０４の運動方向と非平行（本実施形態においては出力板の運動方向と直行する方向）に往復運動する入力部材としての複数のキャリア１０６と、この複数のキャリア１０６を往復運動させるためのボイスコイルモータ（図１においては図示していない。）を有している。
【００１６】
アクチュエータ１００においては、キャリア１０６は、出力板１０４の側面に出力板１０４の運動方向に沿って３つ設けられている。この３つのキャリア１０６はそれぞれが、独立したボイスコイルモータによって駆動され、出力板１０４の運動方向と非平行（図１においては上下方向）に往復運動可能とされている。
【００１７】
又、出力板１０４はキャリア１０６の往復運動方向と平行な平面を有する板状体であって、当該平面（側面）には、一定の幅且つ所定の繰り返し数で振幅するガイド溝（図１においては図示していない）が形成されている。
【００１８】
次に図２及び図３を用いて説明する。
【００１９】
図２は、アクチュエータ１００の構造図である。又、図３（Ａ）は、図２におけるIIIＡ−IIIＡ線に沿う断面図、図３（Ｂ）は、図２におけるIIIＢ−IIIＢに沿う断面図、図３（Ｃ）は、図２におけるIIIＣ−IIIＣ線に沿う断面図である。
【００２０】
出力部材である出力板１０４の側面には、一定の幅且つ所定の繰り返し数で振幅するガイド溝１０５が形成されている。
【００２１】
出力板１０４は、ガイド１１６を介してフレーム１０２に支持されており、この出力板１０４はフレーム１０２に対してスライド可能とされている。又、フレーム１０２は、出力板１０４側に位置する内壁１０２Ｂと、反出力板１０４側に位置する外壁１０２Ａとが、底部１０２Ｃで連結された構造とされている。勿論、一体的に構成されていても良い。又、フレーム１０２は磁性体で構成されている。なお、本実施形態においては、出力板１０４の一方の側面側にのみガイド１１６が設けられて支持されているが、他方側からも支持するように構成してもよく、そのようにすれば出力板１０４の支持剛性を向上させることができる。
【００２２】
この外壁１０２Ａの内側、即ち内壁１０２Ｂ側には、２つのマグネット１１４が設置されている。図３における上側に位置するマグネットが上部マグネット１１４Ｈであり、下側に位置するマグネットが下部マグネット１１４Ｌである。上部マグネット１１４Ｈは、その内側（内壁１０２Ｂ側）がＮ極とされ、外側（外壁１０２Ａ側）がＳ極とされている。一方、下部マグネット１１４Ｌは、その内側（内壁１０２Ｂ側）がＳ極とされ、外側（外壁１０２Ａ側）がＮ極とされている。又、このマグネット１１４と、内壁１０２Ｂとの間には、ボイスコイル１１３が位置しており、このボイスコイル１１３と連結されてキャリア１０６が形成されている。なお、このボイスコイル１１３と各マグネット１１４との間、及び、ボイスコイル１１３と内壁１０２Ｂとの間はそれぞれ若干の隙間を有して構成されており、非接触が保たれている。
【００２３】
一方、出力板１０４の運動方向に位置を異ならせて配置される各キャリア１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃのそれぞれの間には、フレーム１０２と一体的に形成されたガイドバー１０３が配置されている。又、このガイドバー１０３と、各キャリア１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃとの間には、それぞれ、複数のころ１１０が備わっており、各キャリアが、出力板１０４と非平行に往復運動する際の、往復運動方向のガイドとして機能している。
【００２４】
各キャリア１０６には、移動体であるボール（球体）１０８が備わっている。このボール１０８は、キャリア１０６に備わる凹部１０７に配置されている。又、ボール１０８はキャリア１０６に固定されておらず、該凹部１０７に位置したまま、自転することが可能である。このボール１０８は図３においてはキャリア１０６に固定されておらず、別体として構成されているが、キャリア１０６に固定するように一体的に（例えば、キャリアと一体的に削り出したり、一体的に鋳造したり、溶接する等）構成しても良い。このボール１０８はキャリア１０６と共に往復運動可能とされており、キャリア１０６が往復運動するに伴ってボール１０８も同様に往復運動するように構成されている。又、このボール１０８は、出力板１０４の側面に形成されているガイド溝１０５に嵌合している。ここで、本実施形態において、ガイド溝１０５の断面は、三角溝として構成されているが、この三角形状に限定されるものではない（詳細は後述）。
【００２５】
なお、図示はしないが、アクチュエータ１００には、出力板１０４の位置（突出量）を検出可能なエンコーダが備わっている。
【００２６】
続いて、アクチュエータ１００の作用について説明する。
【００２７】
アクチュエータ１００の電源が入れられると、図示せぬドライバによって制御されたボイスコイルモータ１１２のボイスコイル１１３に電流が流れる。このボイスコイル１１３に電流が流れると、流れた電流の方向とマグネット１１４の磁界との作用により、ボイスコイル１１３は上下に運動を始める（フレミングの左手の法則）。ボイスコイル１１３に流れる電流の方向は、出力板１０４の位置を監視するエンコーダからの情報を基にドライバにより適宜切り替えられるため、その切り替えに応じてボイスコイルの運動の方向は反転する。即ち、ボイスコイル１１３と一体的に形成されているそれぞれのキャリア１０６を往復運動させ始める。このときの各キャリア１０６の移動する方向（往復方向のいずれか）やそのタイミングは、前述したドライバによりコントロールされる。
【００２８】
各キャリア１０６が往復運動することによって、各キャリア１０６に備わっている各ボール１０８もそれに伴い（出力板１０４の側面に沿った）往復運動を始める。このとき各ボール１０８は、出力板１０４の側面に形成されたガイド溝１０５に嵌合しているため、出力板１０４に対して往復運動の動き（力）を伝達する。この伝達された力によって、出力板１０４は以下のように運動する。
【００２９】
キャリア１０６の往復運動、即ちボール１０８の往復運動によって、出力板１０４が運動（スライド）することについて図４を用いて説明する。図４は、出力板１０４の側面に形成されたガイド溝１０５と、各ボール１０８の位置関係を示したものである。第１ボール１０８Ａは第１キャリア１０６Ａと一体化しており、第２ボール１０８Ｂは第２キャリア１０６Ｂと一体化しており、第３ボール１０８Ｃは第３キャリア１０６Ｃと一体化している。この状態で、出力板１０４を図４における運動方向（矢示）に運動させようとする場合には、第２ボール１０８Ｂが図４における下方向に駆動され、第３ボール１０８Ｃが図４における上方向に駆動されている必要がある。即ち、第２ボール１０８Ｂが、ガイド溝１０５に嵌合しつつ図４における下方向に駆動されることによって、出力板１０４を矢示した運動方向（図４においては左方向）に運動させようとする分力Ｆｒが発生する。又、第３ボール１０８Ｃを図４における上方向に駆動することによって、出力板１０４を矢示した運動方向へと運動させる分力Ｆｒが発生する。ここで発生した分力Ｆｒによって、出力板１０４は矢示方向へと運動を始める。
【００３０】
なお、図４の状態において、第１ボール１０８Ａは出力板１０４の運動には寄与しない。これは、第１ボール１０８Ａが、ちょうど振幅するガイド溝の頂点に位置しているため、第１ボール１０８Ａが図４における上方向又は下方向のいずれかに駆動されたとしても、出力板１０４に対する運動方向への分力は発生し得ないからである。
【００３１】
このようにして出力板１０４が運動すると、その直後には第２ボール１０８Ｂがガイド溝１０５のちょうど底辺のところに位置する。このときの第２ボール１０８Ｂは、先程説明した第１ボール１０８Ａと同様に、出力板１０４の運動には寄与し得ない。但し、その時点においては先の時点で運動に寄与していなかった第１ボール１０８Ａが出力板１０４を運動させるための分力を発生している。
【００３２】
即ち、この実施形態におけるアクチュエータ１００においては、常に２つのボール１０８が出力板１０４の運動方向と非平行に駆動されることによって、出力板１０４の運動に寄与する分力を発生させている。
【００３３】
又、前記説明したガイド溝１０５は、説明等の便宜上、出力板１０４の側面にわたって繰り返し数１又は２の振幅として説明している。しかし実際には、図５に示す例のようなガイド溝が形成される。図５における符号Ｗは、ガイド溝１０５の振幅幅を示しており、符号Ｍはガイド溝１０５の１繰り返し単位（例えば最小値から次の最小値まで）に必要な運動方向の距離を示している。実際に出力板１０４に形成されるガイド溝１０５は、振幅幅Ｗの値が１繰り返し単位に要する運動方向の距離Ｍの１／２（即ち、Ｍ／２）よりも大きくなるように設計される。これは、ガイド溝１０５内を移動するボール（移動体）が出力板１０４の運動方向と非平行に駆動された際に、このガイド溝１０５との接触角αが４５度以下になることによって、出力板１０４の運動トルクを増幅させる作用が発揮できるからである。即ち、摩擦等の損失を考慮しなければ、キャリア１０６の駆動されるトルクよりも、出力板１０４の運動トルクを大きくして出力することができる。よって、この振幅幅Ｗの値は、ガイド溝１０５の１繰り返し単位に要する運動方向の距離Ｍの１／２よりも大きいのが好ましい。この比率は、アクチュエータ１００の用途等により適宜変更して構成可能である。
【００３４】
なお、本実施形態においては、それぞれのキャリア１０６は、各々が独立したボイスコイルモータ１１２によって直接駆動され、出力板１０４の運動方向と非平行に往復運動可能とされている。これにより、間接的に駆動されるような場合と比べて（例えば回転部材を介して駆動されるような場合に比べて）損失が少なく、装置全体としての伝達効率を向上させることができる。
【００３５】
次に、図６に示す例のように、１つのキャリア１０６に対して、複数のボール１０８を設けるような構成としても良い。このようにすれば、個々のボール１０８に係る負荷が分散されることによって、ボール１０８やガイド溝１０５の耐久性を向上させることが可能であると共に、伝達容量を増大することが可能となる。図６における実施例においては、各キャリア１０６に対して２つのボール１０８を設けているが、これに限られる趣旨のものではなく、３つ以上であれば更に上述のメリットは大きくなる。
【００３６】
なお、ガイド溝１０５の振幅形状は、図４乃至図６で説明したような正弦波（サイン波）形状のものに限られるものではない。例えば、図７に示すように、波形の一部が直線状に形成されていても良い。このような形状のガイド溝とすれば、溝自体の加工も容易であり、駆動時におけるボールに対する負荷変動を少なく抑えることが可能となる。又、キャリアの往復運動を制御しやすいというメリットもある。更に、図１８（Ａ）のように一部振幅が省略され、その間を直線の溝でつなぐような構成とすることも可能である。このようにすれば、駆動トルクや位置精度がそれ程必要なく、出力板１０４を素早く移動させたい場所（ここではガイド溝１０５の直線部分）を設けることができる。加えて同図（Ｂ）に示すように、場所によってガイド溝１０５の振幅する周期を変化させてもよい。このようにすれば、場所によって駆動トルクや位置精度を調整することができる。勿論これらを組み合わせて構成してもよい。このような場合には、図１９に示したように、１のガイド溝１０５に対して１のキャリア１０６を配置することが望ましい。これは、例えば、同じ周波数でキャリア１０６を駆動した場合に、１のガイド溝１０５に対して複数のキャリア１０６が存在すると、出力板１０４の動きを阻害してしまうからである。又、出力板１０４を連続的に運動させるためには、少なくとも２つのキャリアによって駆動する必要がある。そこで、具体的には、図１９（Ａ）のように、出力板１０４の上下方向に２本のガイド溝１０５を設け、それぞれのガイド溝１０５に、1つずつキャリア１０６を配置する。このとき、キャリア１０６は、出力板１０４の運動方向に対して同位置に配置し、且つ、ガイド溝１０５の直線部分も出力板１０４の運動方向に対して同位置に配置することとなる。又、図１９（Ｂ）に示したように、出力板１０４の表面（同図手前側）と裏面にそれぞれガイド溝１０５を設け、キャリア１０６もこれに対応して、出力板１０４の表面及び裏面に１つずつ配置してもよい。
【００３７】
又、ガイド溝１０５の断面形状は、図３で説明したような三角形状のものであればボール１０８との圧力角を取り易く、耐荷重性が向上するというメリットがあるが、三角形状以外にも、特に、軸受円弧形状としても良い。
【００３８】
又、移動体としてボール１０８を例にして説明しているが、必ずしもこのボールのような球体に限られるものではなく、例えば図８に示すようなローラ１０９を用いて構成してもよい。今まで説明したような球体である場合には、簡易に構成でき、ボール自身が自転することによって摩擦ロスや摺動ロスの少ない構造とすることが可能である。一方、図８のようにローラ１０９として構成した場合には、ローラ１０９がガイド溝１０５内を移動するに伴って自由に回転することによって、ボール等の球体に比べて更に摩擦ロス・摺動ロスを低減することが可能となる。又、移動体としては、キャリアに円柱状（円筒状）のものを一体的に設けてもよい。
【００３９】
又、アクチュエータ１００のように、キャリア１０６の数を３の整数倍の数設けるようにすれば、広く一般に利用される三相モータドライバにより駆動源となるボイスコイルモータの電流制御を行なうことが可能となるため、別途ドライバを専用に用意する必要が無い。
【００４０】
次に、図９を用いて前述したボイスコイルモータ１１２の代わりに電磁石を利用した運動変換装置２００について説明する。
【００４１】
この電磁石を用いた運動変換装置２００においては、非磁性体からなるフレーム２０２にヨーク２２１を抱えたコイル２２２が設置されている。即ち、コイル２２２に通電することでヨーク２２１及びコイル２２２は電磁石２２４となる、該ヨーク２２１と若干の隙間を有して、マグネット２２０と連結されたキャリア２０６が配置されている。このマグネット２２０の極性（ヨーク側の極性）は、Ｎ極でもＳ極でもいずれでもよい。コイル２２２に流される電流の方向によって電磁石２２４の極性は変化する。電磁石２２４のヨーク２２１側の極性がマグネット２２０と同極となればお互いに反発し合うため、キャリアは上側（図９における上側）に駆動される。一方、電磁石２２４のヨーク２２１側の極性がマグネット２２０と異極となればお互いに引き合うためキャリアは下側（図９における下側）に駆動される。
【００４２】
前述したアクチュエータ１００のようにキャリアの駆動源としてボイスコイルモータを用いた場合には、設計及び設計変更が容易であり、制御性が良好（電流／推力の線形性が良い）、推力が大きくストロークが長い、反応が早く位置決めが正確である等の利点を有している。一方、アクチュエータ２００のように、電磁石を用いれば更に単位体積当りの推力を大きくとることができる。
【００４３】
なお、出力板の形状は、上述した実施形態のように直線状のものに限定されるものではなく、図１０に示したように、所定の半径を有する円弧に沿って湾曲している板状体を出力版３０４として構成してもよい。このように構成することにより、揺動運動（円弧に沿った運動）を出力することが可能となる。
【００４４】
次に、図１１乃至図１７を用いて、本発明の他の実施形態として、出力部材が回転する円筒状の部材として構成されたアクチュエータの実施形態を説明する。
【００４５】
図１１は、本発明の実施形態の一例である回転アクチュエータ４００の主要部分のみを示した全体斜視図である。この回転アクチュエータ４００は、ベースとなるフレーム４０２と、回転運動する出力部材としての出力軸４０４と、この出力軸４０４の回転軸方向に往復運動する入力部材としての複数のキャリア４０６と、この複数のキャリア４０６を往復運動させるためのボイスコイルモータ（図１１においては図示していない。）とを有している。
【００４６】
回転アクチュエータ４００においては、キャリア４０６は、出力軸４０４の径方向外側に約１２０°の位相を異ならせて３つ設けられている。この３つのキャリア４０６はそれぞれが、独立したボイスコイルモータによって駆動され、出力軸４０４の回転軸と平行（図１１に示す矢印方向）に往復運動可能とされている。
【００４７】
なお、本実施形態においては、出力軸４０４は、回転軸方向に貫通する中空部分を有する円筒体で構成されている。背景技術で説明した場合のように、出力軸４０４の回転軸方向を何らかの部材が遮るような構成とはされていないため、この中空部分に配線等のケーブル類を自由に貫通させて使用することができる。
【００４８】
又、出力軸４０４には、周方向に１周にわたって一定の幅且つ所定の繰り返し数で振幅するガイド溝（図１１においては図示していない）が形成されている。
【００４９】
次に図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、回転アクチュエータ４００を、出力軸４０４の径方向から見て展開した展開図である。又、図１３（Ａ）は、図１２におけるIIIＡ−IIIＡ線に沿う断面図、図１３（Ｂ）は、図１２におけるIIIＢ−IIIＢに沿う断面図、図１３（Ｃ）は、図１２におけるIIIＣ−IIIＣ線に沿う断面図である。
【００５０】
出力部材である出力軸４０４の外周面（周方向）には、１周にわたって一定の幅且つ所定の繰り返し数で振幅するガイド溝４０５が形成されている。なお、説明の便宜及び理解容易のため、このガイド溝４０５の繰り返し数（例えば最大値の数）は１として説明する。
【００５１】
出力軸４０４は、ガイド４１６を介して断面がコの字状のフレーム４０２に支持されており、この出力軸４０４はフレーム４０２に対して回転可能とされている。又、フレーム４０２は、出力軸４０４側に位置する内壁４０２Ｂと、外側に位置する外壁４０２Ａとが、底部４０２Ｃで連結された構造とされている。勿論、一体的に構成されていても良い。なお、フレーム４０２は磁性体で構成されており、ヨークとして機能する。
【００５２】
この外壁４０２Ａの内側、即ち内壁４０２Ｂ側には、２つのマグネット４１４が設置されている。図１３における上側に位置するマグネットが上部マグネット４１４Ｈであり、下側に位置するマグネットが下部マグネット４１４Ｌである。上部マグネット４１４Ｈは、その内側（内壁４０２Ｂ側）がＮ極とされ、外側（外壁４０２Ａ側）がＳ極とされている。一方、下部マグネット４１４Ｌは、その内側（内壁４０２Ｂ側）がＳ極とされ、外側（外壁４０２Ａ側）がＮ極とされている。又、このマグネット４１４と、内壁４０２Ｂとの間には、ボイスコイル４１３が位置しており、このボイスコイル４１３と連結されてキャリア４０６が形成されている。なお、このボイスコイル４１３と各マグネット４１４との間、及び、ボイスコイル４１３と内壁４０２Ｂとの間には、半径方向（出力軸４０４の半径方向）にそれぞれ若干の隙間を有して位置しており、非接触が保たれている。
【００５３】
一方、約１２０°の位相を異ならせて配置される各キャリア４０６Ａ、４０６Ｂ、４０６Ｃのそれぞれの間には、フレーム４０２と一体的に形成されたガイドバー４０３が配置されている。又、このガイドバー４０３と、各キャリア４０６Ａ、４０６Ｂ、４０６Ｃとの間には、それぞれ、複数のころ４１０が備わっており、各キャリアが、出力軸４０４の回転軸と平行に往復運動する際の、往復運動方向のガイドとして機能している。
【００５４】
各キャリア４０６には、移動体であるボール（球体）４０８が備わっている。このボール４０８は、キャリア４０６に備わる凹部４０７に配置されている。又、ボール４０８はキャリア４０６に固定されておらず、該凹部４０７に位置したまま、自転することが可能である。このボール４０８は図１３においてはキャリア４０６に固定されておらず、別体として構成されているが、キャリア４０６に固定するように一体的に（例えば、キャリアと一体的に削り出したり、一体的に鋳造したり、溶接する等）構成しても良い。このボール４０８はキャリア４０６と共に往復運動可能とされており、キャリア４０６が往復運動するに伴ってボール４０８も同様に往復運動するように構成されている。又、このボール４０８は、出力軸４０４の外周面に１周にわたって形成されているガイド溝４０５に嵌合している。ガイド溝４０５の断面は、ここでも三角溝として構成されているが、この三角形状に限定されるものではない。
【００５５】
なお、図示はしないが、回転アクチュエータ４００には、出力軸４０４の回転位置（回転角度）を検出可能なエンコーダが備わっている。
【００５６】
続いて、回転アクチュエータ４００の作用について説明する。
【００５７】
回転アクチュエータ４００の電源が入れられると、図示せぬドライバによって制御されたボイスコイルモータ４１２のボイスコイル４１３に電流が流れる。このボイスコイル４１３に電流が流れると、流れた電流の方向とマグネット４１４の磁界との作用により、ボイスコイル４１３は出力軸４０４の回転軸と平行に運動を始める（フレミングの左手の法則）。ボイスコイル４１３に流れる電流の方向は、出力軸４０４の回転位置を監視するエンコーダからの情報を基にドライバにより適宜切り替えられるため、その切り替えに応じてボイスコイルの運動の方向は反転する。即ち、ボイスコイル４１３と一体的に形成されているそれぞれのキャリア４０６を往復運動させ始める。このときの各キャリア４０６の移動する方向（往復方向のいずれか）やそのタイミングは、前述したドライバによりコントロールされる。
【００５８】
各キャリア４０６が往復運動することによって、各キャリア４０６に備わっている各ボール４０８もそれに伴い（出力軸４０４の回転軸と平行な）往復運動を始める。このとき各ボール４０８は、出力軸４０４の外周面に形成されたガイド溝４０５に嵌合しているため、出力軸４０４に対して往復運動の動き（力）を伝達する。この伝達された力によって、出力軸４０４には回転力が発生する。
【００５９】
キャリア４０６の往復運動、即ちボール４０８の往復運動によって、出力軸４０４が回転すること、及び応用例については、前述したアクチュエータ１００の場合と略同様である。
【００６０】
なお、前述した実施例においては、全て出力軸４０４の外周面にガイド溝４０５が形成されていた。これは、外周面に形成することによって、ボール（移動体）から回転分力を受ける位置を、出力軸４０４の軸心から離し、より高い出力軸の回転力（回転トルク）を得る為である。一方、回転アクチュエータ４００のように、出力軸４０４が中空部を有する円筒体で形成されている場合には、必ずしも外周面にガイド溝４０５を設ける必要は無く、例えば内周面側に設けると共に、ボール、キャリア及びボイスコイルモータも円筒体の内周面側に設けることによって、回転アクチュエータ自体の径方向の大きさをコンパクトに設計することが可能となる。更に、出力軸４０４の外周面と内周面の両方にガイド溝４０５を形成することも可能であり、そのように構成することで、出力軸４０４の内側及び外側の両方にキャリア及びボール（やローラ）を設けることができ、より伝達容量を大きくすることが可能となる。
【００６１】
なお、図１４に示すように、ボイスコイル５１３´を駆動するために、ボイスコイルの両側に位置するヨーク５３０´の一方（例えば図に示すように内壁側）を出力軸５０４´に組み込んだ（一体化した）構成とすれば、装置の厚みが抑えられることによって、装置全体をコンパクトに構成できる。又は、装置全体の大きさを変えることなく、中空部分の径（ホロー径）を大きくすることができ、より多くの配線等を通すことが可能となる。更に、図１５に示すように、ヨーク５１４だけでなく永久磁石５１４をも組み込んだ（一体化した）構成とすれば、ボイスコイル５１３設置領域での磁束密度が増加し、出力トルクを増加させることができる。又、この場合、出力軸５０４に組み込まれている側の永久磁石５１４は、出力軸５０４の形状に沿って円筒形状とされている。その結果、出力軸が回転した場合でも一定のトルクを得ることが可能となっている。更に、当該構成は上述したアクチュエータ１００のように、出力部材が板状体のアクチュエータに適用しても、装置の厚みを低減できるという効果を発揮する。
【００６２】
更に、完全な円筒の出力部材ではなく、図１６に示したように、円筒の一部が出力板６０４となるように構成してもよい。即ち、当該出力板６０４を、所定の半径を有する円弧に沿って湾曲した板状体として構成し、当該板状体の湾曲面にガイド溝を形成することによって、所定の半径を有する円弧に沿って出力（揺動）するアクチュエータ６００を構成することができる。この実施形態を更に発展させて、図１７に示すように、アクチュエータ６００を対向に組み合わせ、それぞれの出力板６０４を連結部材６３０で連結すれば、連結部材６３０上に種々の物を配置して回転させることが可能となる。
【００６３】
なお、図示はしないが、上述の各実施形態の応用例として、ボイスコイルモータや電磁石の代わりに、例えば、圧電素子（電圧を加えると伸縮する素子、電気特性的には抗電界が大きい線形領域の広い物質）を用いれば推力が大きく応答性の良い動力源が構成できる。又、ピストンのように内燃機関の爆発力に起因する動力源を用いれば推力が大きな動力源を安価に構成することができる。又、電気的入力を機械的往復振動に直接変換可能な磁石可動形リニア振動運動変換装置（Moving-Magnet-Type Linear Oscillatory Actuator，ＬＯＡ）を動力源として用いれば、汎用ドライバを利用して制御性が良好となる。その他にも、リニアステッピングモータ（ＶＲ型含む）、ソレノイドプランジャなどを用いてもよい。
【００６４】
又、各アクチュエータは、連続した運動（回転運動）を出力し続けるだけでなく、キャリアの往復運動を制御することによって、例えばステッピングモータのように機能させることも可能である。このとき、出力部材に形成されるガイド溝の繰り返し数を多くとることで、１繰り返し単位当りの運動方向（周方向）の距離を短くすることができ、より細かなステップで位置を制御することが可能となる。
【００６５】
なお、本明細書において今までに説明した各アクチュエータにおいては、キャリアは３つ設けられ、それに伴いボール（移動体）も３つ設けられて構成されていたが、最低限２つずつ設けられていることによって、本発明の目的は達成し得る。即ち、常時最低限１つのボール（移動体）がガイド溝を介して出力部材を運動（回転運動）させるための分力を発生している限りにおいて、出力部材の運動（回転運動）を維持しつつけることができるからである。
【００６６】
又、キャリアやボールの数を、出力部材を挟んで丁度対称位置に位置するような数（例えば６つ）で構成し、この対称位置に位置するキャリアを同じ動きとなるように制御することにより、装置全体のフレームなどに対する反力のバランスを取ることができ好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、アクチュエータとして広く一般に利用でき、特に、ロボットの関節部等への利用が適している。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係るアクチュエータの主要部品を示した全体斜視図
【図２】アクチュエータ１００の構造図
【図３】（Ａ）は図２におけるIIIＡ−IIIＡ線に沿う断面図、（Ｂ）は図２におけるIIIＢ−IIIＢ線に沿う断面図、（Ｃ）は図２におけるIIIＣ−IIIＣ線に沿う断面図
【図４】図２における出力板、ガイド溝、ボールの位置関係を示す図
【図５】現実的なガイド溝の構成例
【図６】１つのキャリアに対して複数のボールを配置した場合の出力板、ガイド溝、ボールの関係図
【図７】ガイド溝の一部を直線とした場合の構成例
【図８】移動体をローラとして構成した場合の図３相当図
【図９】キャリアの駆動源を電磁石として構成した場合の図３相当図
【図１０】本発明の他の実施形態（出力部材が所定の半径を有する円弧に沿って湾曲している板状体の実施形態その１）にかかるアクチュエータの主要部品を示した全体斜視図
【図１１】本発明の更に他の実施形態（出力部材が回転する円筒体の実施形態）にかかるアクチュエータの主要部品を示した全体斜視図
【図１２】図１１の展開図
【図１３】（Ａ）は図１２におけるIIIＡ−IIIＡ線に沿う断面図、（Ｂ）は図１２におけるIIIＢ−IIIＢ線に沿う断面図、（Ｃ）は図１２におけるIIIＣ−IIIＣ線に沿う断面図
【図１４】出力軸に、ヨークを組み込んだ実施例の図１３相当図
【図１５】出力軸に、ヨーク及び永久磁石を組み込んだ実施例の図１３相当図
【図１６】本発明の更に他の実施形態（出力部材が所定の半径を有する円弧に沿って湾曲している板状体の実施形態その２）にかかるアクチュエータの主要部品を示した全体斜視図
【図１７】図１６のアクチュエータの応用例を示す斜視図
【図１８】ガイド溝の構成例であり、（Ａ）は、一部振幅を省略し省略部分を直線の溝で連結した構成例、（Ｂ）は、更に振幅周期を変更した構成例
【図１９】ガイド溝の構成例であり、（Ａ）は、出力部材の上下に２本のガイド溝を配置した構成例、（Ｂ）は、出力部材の表裏にそれぞれガイド溝を配置した構成例
【図２０】特許文献１に記載される運動変換装置の全体斜視図
【図２１】図２０における回転軸に沿う断面図
【図２２】特許文献１記載の運動変換装置における溝カム板と回転軸との関係図
【符号の説明】
【００６９】
１００…アクチュエータ
１０２…フレーム
１０３…ガイドバー
１０４…出力板
１０５…ガイド溝
１０６…キャリア
１０８…ボール（移動体）
１１０…ころ
１１２…ボイスコイルモータ（駆動源）
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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