(57)【要約】【課題】静かであり、低電圧駆動、省電力化を図ることができる回転駆動装置を提供する。【解決手段】回転駆動装置の回転駆動部（６０）は、導電性高分子アクチュエータ（１）の伸縮により直線的な進退運動を発生させ、この進退運動を歯車（３ａ）などを用いて正逆方向の回転運動に変換し、この正逆方向の回転運動を別なアクチュエータ（１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ）などを用いて一方向の回転運動に変換して出力軸（３７）を一方向に回転駆動させる。この出力軸（３７）の回転により針などを運針制御する。【選択図】図２
2013115951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮により直線的な進退運動を発生させる伸縮手段と、
前記伸縮手段による進退運動を正逆方向の回転運動に変換する正逆回転変換手段と、
前記正逆方向の回転運動を一方向の回転運動に変換して出力軸を一方向に回転駆動させる一方向回転変換手段と、
を備えることを特徴とする回転駆動装置。
【請求項２】
前記伸縮手段は印加電圧の変化により伸縮動作する導電性高分子アクチュエータを備えていることを特徴とする請求項１記載の回転駆動装置。
【請求項３】
前記正逆回転変換手段は、前記伸縮手段による進退運動で軸方向に変位されるとともに、同軸回りの回転が可能な変位回転部材の外周に設けられた歯車と、前記変位回転部材の回転軸と同軸の中心軸を有する固定筒の内面に設けられた歯車とが噛合することで前記変位回転部材が当該回転軸を中心に回転しながら進退運動をし、
前記一方向回転変換手段は、前記変位回転部材の進退時に、該変位回転部材に交互に噛合して回転し該回転を前記出力軸に一方向の回転として伝える２系列の歯車機構を備えることを特徴とする請求項２記載の回転駆動装置。
【請求項４】
前記正逆回転変換手段は、前記伸縮手段による進退運動で軸方向に変位されるとともに、同軸回りの回転が可能な変位回転部材の外周に設けられた被案内接触部と、前記変位回転部材の回転軸と同軸の中心軸を有する固定筒の内周に設けられた案内被接触部とを備え、前記被案内接触部と前記案内被接触部の少なくとも一方が螺旋状に形成され、前記被案内接触部が前記案内被接触部に接触して螺旋状に案内されることで前記変位回転部材が当該回転軸を中心に回転しながら進退運動をし、
前記一方向回転変換手段は、前記変位回転部材の進退時に、該変位回転部材に交互に噛合して回転し該回転を前記出力軸に一方向の回転として伝える２系列の歯車機構を備えることを特徴とする請求項２記載の回転駆動装置。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４の回転駆動装置と、
該回転駆動装置により運針駆動される時刻表示用の針と、
を備えたことを特徴とする時計装置。
【請求項６】
請求項５記載の時計装置において、
前記回転駆動装置における前記出力軸と前記時刻表示用の針との間には、前記出力軸の回転を前記針に伝える輪列機構を備えていることを特徴とする時計装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、時計装置などに適用して有用な回転駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転型の静電気アクチュエータが知られている。例えば、特許文献１には、回転軸、回転子、固定子から構成されている回転型の静電気アクチュエータが開示されている。その回転型の静電気アクチュエータは、回転子に構成された放射状の複数個の電極と、所定個置きに電極を接続して形成された固定子間で、それぞれの各相の電極に極性を固定した電圧を加え、電極間の静電的な吸引力及び反発力により回転子を回転させるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９５２６７号公報
【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、回転型の静電気アクチュエータでは、電極間の静電的な吸引力、反発力を発生させて回転を行う為に、その駆動方法、即ち回転子の電極への給電については、回転子に構成された放射状の複数個の電極の給電方法が複雑であり、また固定子に構成されている電極に給電するタイミングを考慮する必要があった。一方、導電性高分子アクチュエータは、単位重量・体積あたりの発生力が大きい、構造体が樹脂であるため軽い、駆動構造が単純で小さい、分子レベルの動きであり音がしない、低電圧（１．５Ｖ程度）で駆動といった特徴を有しているが、回転駆動装置としての応用は進んでいないという課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、静かであり、低電圧駆動、省電力化を図ることができる回転駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため、
伸縮により直線的な進退運動を発生させる伸縮手段と、
前記伸縮手段による進退運動を正逆方向の回転運動に変換する正逆回転変換手段と、
前記正逆方向の回転運動を一方向の回転運動に変換して出力軸を一方向に回転駆動させる一方向回転変換手段と、
を備えることを特徴とする出力回転装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に従うと、伸縮により直線的な進退運動を発生させ、この進退運動を正逆方向の回転運動に変換した上で、この正逆方向の回転運動を一方向の回転運動に変換して出力軸を一方向に回転駆動させることができる。このために、静かであり、低電圧駆動、省電力化を図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】本実施形態に係る回転駆動装置のシステム構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る回転駆動装置の回転駆動部を示す図である。
【図３】図２のＡ―Ａ矢視図である。
【図４】本実施形態に係る回転駆動装置に用いられるイオン導電性高分子アクチュエータの原理を示した図である。
【図５】導電性高分子アクチュエータが伸びて主軸が上昇する際の動作を説明するための図である。
【図６】主軸が上昇する際の移動・回転の伝達を説明するフロー図である。
【図７】導電性高分子アクチュエータが縮んで主軸が下降する際の動作を説明するための図である。
【図８】主軸が下降する際の移動・回転の伝達を説明するフロー図である。
【図９】（Ａ）および（Ｂ）は図２におけるＢ―Ｂ矢視図であり、（Ａ）は、主軸部が上昇する際の主軸歯車、左右副軸、中間軸歯車、出力軸の関係を示している。（Ｂ）は、主軸が下降する際の主軸歯車、左右副軸、中間軸歯車、出力軸の関係を示している。
【図１０】本実施形態に係る回転駆動装置の全体の制御フローを示す図である。
【図１１】本実施形態に係る回転駆動装置のタイミングチャート図である。
【図１２】変形例に係る回転駆動装置の回転駆動部を示す図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｄ）は変形例に係る回転駆動部において使用する形状記憶合金の原理を示した図である。
【図１４】本実施例に係る回転駆動装置を置き時計に適用した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る回転駆動装置１００のシステム構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態に係る回転駆動装置１００の回転駆動部６０を示す図である。図３は、図２のＡ―Ａ矢視図である。
【００１１】
回転駆動装置１００は、回転駆動部６０と回転駆動部６０を制御するコントローラ部６２、および各部の電源を供給する電源部６４とから構成されている。コントローラ部は、回転駆動部６０を含む全体的な制御を行う。電源部６５は、コントローラ部６２の制御を受けて、各部に動作電圧を供給する。
【００１２】
回転転駆部６０は、導電性高分子アクチュエータ１を用いて回転を発生させる装置である。回転駆動部６０の説明の便宜上、回転駆動部６０を３つの部位（第１の部位、第２の部位、第３の部位）に分けて説明する。第１の部位は、導電性高分子アクチュエータ１を伸縮手段として用い、主軸１１を上昇回転・下降回転させる部位である。第２の部位は、主軸１１が上昇回転する際に例えば左副軸第１の歯車１６を主軸歯車１２と噛み合わせ、主軸１１が下降回転する際に右副軸第１の歯車１８を主軸歯車１２と噛み合わせることにより、主軸１１の回転を左右の副軸１７、１５に交互に伝達させる部位である。そして、第３の部位は、左右の副軸１７、１５の回転を、ギア群により伝達し、出力軸３７を一方向に回転させる部位からなる。
【００１３】
先ず、回転駆動部６０の第１の部位の構造を説明する。円筒状のケース５の中心軸の部位に、伸縮手段を構成している導電性高分子アクチュエータ１が配置されている。図２、図３に示すように、導電性分子アクチュエータ１は、中心軸方向から見て９０度毎にそれぞれ４つの導電性高分子アクチュエータ片が配置されるとともに、中心軸方向に２片が直列に接続されて構成されている。
【００１４】
図４は、イオン導電性高分子アクチュエータの原理を示した図である。先ず、イオン導電性高分子アクチュエータの製法について説明する。原料である固体高分子電解質としては、例えば、デュポン社のナフロン（Ｎａｆｒｏｎ；登録商標）の型番ＥＷ１０００を使用することができる。イオン導電性高分子アクチュエータの製法は、先ず、固体高分子電解質の液体を、型枠（鋳造箱）に流し込み、乾燥させる。この一連の作業を何回か行うことで、所定の膜厚のフィルムを形成する。完全に乾燥させた後、このイオン高分子フィルムを剥ぎ取り、熱処理を行う。熱処理は、分子間結合構造の強度を増すことで、フィルムの構造的強度を増す工程である。そして、メッキ処理をイオン交換水などで行い、イオン導電性高分子アクチュエータを完成させる。
【００１５】
イオン導電性高分子アクチュエータの電気的な動作について説明する。イオン導電性高分子アクチュエータの電極に電圧（１．５Ｖ程度）を印加すると、水和した陽イオンがイオン導電性高分子フィルム内の負の電極側に移動する。これにより、正極側が収縮し、負極側が伸長することで、図１に示すように負極側に屈曲した状態になる。印加電圧の極性を反対にすると、屈曲方向も逆方向になる。また、屈曲量は、印加電圧に比例する。
【００１６】
上記イオン導電性高分子アクチュエータは、変位方向が素子の横方向に変位するタイプであった。それと異なり、変位方向が素子の長手方向に伸縮するタイプの導電性高分子アクチュエータも存在する。たとえば、ポリピロール樹脂を導電性高分子として採用し、イオンを含む電解質内部に導電性高分子と対向電極が配置された構造の導電性高分子アクチュエータである。そして、対向電極と導電性高分子との間に電圧を印加することによって、導電性高分子が伸縮を行う。導電性高分子が伸縮する主な理由は、印加電界によってかさ高いイオンが高分子鎖の間に挿入および離脱することであると理解されている。これ以降、イオン導電性高分子アクチュエータと導電性高分子アクチュエータを含む概念として、導電性高分子アクチュエータという用語を用いる。
【００１７】
これら、導電性高分子アクチュエータは、素子の長さを調整することで伸縮量（変位量）を、積層する（束ねる）枚数（本数）を調整することで発生力を、それぞれ任意に変えることができる。また、導電性高分子アクチュエータは、軸方向の直動、屈曲が基本であるが、２次元、３次元の動きをすることや、絶縁層を設けてアクチュエータを貼り合わせるバイモルフ構造で屈曲の動きをすることもできる。また、導電性高分子アクチュエータの発生力、変位量は、この材料の厚さ、面積に依存する。
【００１８】
図２に戻り、本発明の実施形態では、伸縮手段として、変位方向が素子の長手方向に伸縮するタイプの導電性高分子アクチュエータを使用した。導電性高分子アクチュエータ片の片側は、ケース５の底面に支持され、他の片側はローラ部２に支持されている。導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１は伸縮により直線的な進退運動を発生させる。端子部６は、導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１に電圧を印加させるための中継端子である。端子部６から導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１への配線は、模式的に示されている。
【００１９】
主軸板３はローラ部２により回転自在に結合されている。主軸板３はその中心軸回りの回転が可能な変位回転部材である。変位回転部材である主軸板３はその円周方向の外周面に歯車３ａが設けられている。一方、ケース５は変位回転部材の回転軸と同軸の中心軸を有する固定筒である。固定筒たるケース５の内周面には歯車５ａが設けられている。導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１による直線的な進退運動に応じて、主軸板３は、歯車３ａと歯車５ａとの噛合により回転しながら進退運動をする。
【００２０】
次に、回転駆動部６０の第２の部位の構造を説明する。第１のケース５の天面中心軸部分と第２のケース２４の底面中心軸部分には円筒状の孔がそれぞれ設けられ、主軸板３と連結されて中心軸を中心として回転する主軸部１１が、それら円筒状の孔部を貫通して第２の部位に延伸して配置されている。主軸部１１は、図面１において上側に中空に構成され、その中空部分には、第１のスイッチ１３および第２のスイッチ１４が設けられている。第１のスイッチ１３および第２のスイッチ１４のそれぞれ一方の接点は、第２のケース２４の天面と繋がって固定されている。それに対して、第１のスイッチ１３、第２のスイッチ１４のそれぞれ他の接点はスイッチ軸２３に固定されており、スイッチ軸２３は主軸部１１の昇降に合わせて上昇または下降する。そして、第１のスイッチ１３は、スイッチ軸２３の上昇端において、第２のスイッチ１４はスイッチ軸２３の下降端において、閉じる（ＯＮする）。なお、スイッチ軸２３は主軸部１１の昇降に合わせて上昇または下降するが、ローラ部２の存在により回転はしない。
【００２１】
左副軸１５、右副軸１７が主軸１１の同軸方向に移動できるように、第２のケース２４の底面には２ケ所の長円状の溝が、第２のケース２４の天面には２ケ所の長円状の孔が、および対応する第３のケース３９の底面には２ケ所の長円状の孔が設けられている。また、第３のケースの底面には、中間軸３４および出力軸３７を受ける円状の溝が設けられ、ガイド板３８の下側には中間軸３４を受ける円状の溝、および、右副軸１７を受けつつ主軸１１の同軸方向に移動できるための長円状の溝がそれぞれ設けられている。第３のケース３９の天面には、左副軸１５を受けつつ主軸１１の同軸方向に移動できるような長円状の溝が、天面の中心軸には出力軸３７を受ける孔が設けられている。
【００２２】
主軸１１と左副軸１５、右副軸１７にはそれぞれウオームギアからなる歯車１２、１６、１８が設けられている。また、左副軸１５、右副軸１７を主軸１１の同軸方向に変位させ、主軸１１の回転を左副軸１５、右副軸１７に交互に伝達させるための機構要素として、左副軸移動手段を構成している導電性高分子アクチュエータ１９ａ、１９ｂ、バネ２０ａ、２０ｂ、右副軸移動手段を構成している導電性高分子アクチュエータ２１ａ、２１ｂ、バネ２２ａ、２２ｂがそれぞれ、図２に示す部分に設けられている。
【００２３】
端子部２６は、第１のスイッチ１３、第２のスイッチ１４のＯＮ・ＯＦＦ情報を出力するため、および、導電性高分子アクチュエータ（左副軸移動手段）１９ａ、１９ｂ、導電性高分子アクチュエータ（右副軸移動手段）２１ａ、２１ｂへの電圧供給のための中継端子である。この端子２６からの配線としてスイッチ１３、１４に関する配線２５、第２の伸縮部材に関する配線が図２において模式的に示されている。
【００２４】
次に、回転駆動部６０の第３の部位の構造を説明する。第３の部位では、左右の副軸の回転が、ギア群により伝達され、出力軸が一方向に回転するように構成されている。具体的には、左副軸１５の上端付近には左副軸第２の歯車３１が、出力軸３７の対応する部分には出力軸第２の歯車３６が設けられ、両歯車は左副軸１３が出力軸３７側に変位した場合に噛み合う。一方、上記の歯車群とは別系列の歯車群が設けられている。すなわち、出力軸３７の下端近辺には、出力軸第１の歯車３５が設けられ、右副軸３５の上端近辺には右副軸第２の歯車３２が設けられている。それらの２つの歯車の間には、中間軸３４における中間歯車３３が設けられている。この系列の歯車群は、左副軸１３が出力軸３７側に変位した場合に、右副軸第２の歯車３２が中間歯車３３と噛み合うことによって、右副軸１７の回転を中間歯車３３を介して出力軸第１の歯車３５に伝達する。
【００２５】
次に、本実施形態に係る導電性高分子アクチュエータを用いた回転駆動装置の動作について説明する。
【００２６】
図５は、導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１が伸びて主軸１１が上昇する際の動作を説明するための図である。図６は、主軸１１が上昇する際の移動・回転の伝達を説明するフロー図である。図９は、図２におけるＢ―Ｂ矢視図であり、図９（Ａ）は、主軸部１１が上昇する際の主軸歯車１２、左右副軸１５、１７、中間軸歯車３３、出力軸３７の関係を示している。
【００２７】
先ず、図５、図６、図９（Ａ）を参照して、導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１が伸びて主軸１１が上昇する際の動作を説明する。図５において、第２ケース２４の中心軸部分に配置された第１のスイッチ１３は開状態（ＯＦＦ状態）になっており、第２のスイッチ１４はスイッチ軸２３における第２のスイッチ１４の片側接点が他の接点と接触して閉状態（ＯＮ状態）になっている。
【００２８】
第２のスイッチ１４が閉状態（ＯＮ状態）になっていることを検出すると、コントローラ５２は、第２の端子部２６を介して、第１のスイッチ１４が閉になるまで、所定の電圧を、配線２５ｂを経由して導電性高分子アクチュエータ（右副軸移動手段）２１ａ、２１ｂに印加する。
【００２９】
導電性高分子アクチュエータ（右副軸移動手段）２１ａ、２１ｂは所定の電圧が供給されると収縮し、右副軸１７は図５で右側に移動し、主軸歯車１２と右副軸第１の歯車１８は噛み合わない状態に移行する。一方、導電性高分子アクチュエータ（左副軸移動手段）１９ａ、１９ｂには電圧が供給されないので伸びたままとなっており、バネ２０ａ、２０ｂの力により、左副軸１５は図面で右側に移動したままの状態であり、主軸歯車１２と左副軸第１の歯車１６は噛み合う状態になっている。
【００３０】
次に、図５において、第１の部位における導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１に第１の端子部６から所定の電圧が印加されると、導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１は伸長する。ここで、電圧印加の極性は、導電性高分子に対して対向電極を正電位にしたとき伸び、導電性高分子に対して対向電極を負電位にしたとき縮むものとする。導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１が伸長すると、ローラ部２は図面で上方向に移動する。ローラ部２と回転可能に連結している変位回転部材たる主軸板３はその歯車３ａと固定筒たるケース５の内周の歯車５ａとの噛み合いにより、一方向に回転しながら上方向に移動する。ここで、主軸板３、歯車３ａ、ケース５の内周の歯車５ａとで、伸縮手段による直線的な進退運動を正逆方向の回転運動に変換する正逆回転変換手段を構成する。
【００３１】
図６、図９（Ａ）で示すように、主軸板３と連結されている主軸１１が上昇しながら回転すると、主軸歯車１２の回転は左副軸第１の歯車１６に伝達され、さらに左副軸第２の歯車３１から出力軸第２の歯車３６に伝達され、出力軸３７は図面上方から見て時計方向に回転する。
【００３２】
図７は、導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１が縮んで主軸１１が下降する際の動作を説明するための図である。図８は、主軸１１が下降する際の移動・回転の伝達を説明するフロー図である。図９は、図２におけるＢ―Ｂ矢視図であり、図９（Ｂ）は、主軸が下降する際の主軸歯車１２、左右副軸１５、１７、中間軸歯車３３、出力軸３７の関係を示している。
【００３３】
次に、図７、図８、図９（Ｂ）を参照して、導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１が縮んで主軸１１が下降する際の動作を説明する。図７において、第２ケース２４の中心軸部分に配置された第１のスイッチ１３はスイッチ軸２３における第１のスイッチ２２の片側接点が他の接点と接触して閉状態（ＯＮ）になっており、第２のスイッチ１４は開状態（ＯＦＦ）になっている。第１のスイッチ１３が閉状態（ＯＮ）になっていることを検出すると、コントローラ６２は、第２の端子部２６を介して、第２のスイッチ１４が閉になるまで、所定の電圧を配線２５ａを経由して導電性高分子アクチュエータ（左副軸移動手段）１９ａ、１９ｂに印加する。
【００３４】
この状態では、導電性高分子アクチュエータ（左副軸移動手段）１９ａ、１９ｂは、バネ２０ａ、２０ｂに抗して収縮し、左副軸１５は図面で左側に移動し、主軸歯車１２と左副軸第１の歯車１６は噛み合わない状態に移行する。一方、導電性高分子アクチュエータ（右副軸移動手段）２１ａ、２１ｂには電圧が供給されないので伸びたままとなっており、右副軸１７は図面で左側に移動した状態になっており、主軸歯車１２と右副軸第１の歯車１８は噛み合う状態になっている。
【００３５】
第１の部位における導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１に第１の端子部６から上昇時と逆極性の所定の電圧が印加されると、導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１は縮む（図８）。導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１が縮むと、ローラ部２は図面で下方向に移動し、ローラ部２と回転可能に連結している主軸板３はケース５の内周の歯車４と主軸板３の歯車３ａの噛み合いにより、反時計回りに回転しながら下方向に移動する。
【００３６】
主軸板３と連結されている主軸１１が下降しつつ回転すると、主軸歯車１２の回転は右副軸第１の歯車１８に伝達され、さらに右副軸第２の歯車３２から中間歯車３３を経て、出力軸第１の歯車３５に伝達され、出力軸３７に伝達される。上昇時と下降時で主軸歯車１２の回転は互いに逆となるが、中間歯車３３があるため、出力軸の回転は上昇時と同じ時計回りに回転することとなる。
【００３７】
このように、主軸歯車（ウオームギア）１２、左副軸第１の歯車（ウオームギア）１６、右副軸第１の歯車（ウオームギア）１８、導電性高分子アクチュエータ（左副軸移動手段）１９ａ、１９ｂ、バネ２０ａ、２０ｂ、導電性高分子アクチュエータ（右副軸移動手段）２１ａ、２１ｂ、バネ２２ａ、２２ｂ、左副軸第２の歯車３１、右副軸第２の歯車３２、中間歯車３３、出力軸第１の歯車３５、出力軸第２の歯車３６によって、正逆方向の回転運動を一方向の回転運動に変換して出力軸３７を一方向に回転駆動させる一方向回転変換手段が構成される。
【００３８】
図１０は、本実施形態に係る回転駆動装置１００の制御フローを示す図である。図１１は本実施形態に係る回転駆動装置のタイミングチャート図である。
【００３９】
図示しない装置回転の入力信号が入力されたかをコントローラ６２は検出（ステップＳ１）し、検出されればＹＥＳへ分岐してステップＳ２に移行する。検出されなければＮＯに分岐して回転駆動処理を終了する。ステップＳ２では、第２のスイッチ１４がＯＮであるか否かをコントローラ６２は検出して、ＯＮであればＹＥＳへ分岐してステップＳ５に移行する。ＮＯであれば、第１のスイッチ１３がＯＮであるかを検出する（ステップＳ３）。検出されれば、ＹＥＳへ分岐してステップ７に移行する。検出されなければＮＯへ分岐してステップ４に移行する。
【００４０】
ところで、導電性高分子アクチュエータが動作している途中に、電源をＯＦＦにすると、その物理的性質と伸縮部の構造との兼ね合いで、ある程度の伸長状態にて停止する。そこで、ステップＳ４では、コントローラ６２は前回の停止が上昇時に停止したか否かを記憶回路の記憶により判定する。そして、前回、上昇時に停止したと判断されると、ＹＥＳへ分岐してステップＳ５に移行する。また、前回、下降時に停止したと判断されると、ＮＯへ分岐してステップＳ７に移行する。
【００４１】
ステップＳ５、ステップＳ６は主軸部１１が上昇している場合に対応している。ステップＳ５では、第２のスイッチＳ１４のＯＮを検出してコントローラ６２は右副軸制御信号を発生させる。そして、右副軸用印加電圧を発生させ、アクチュエータ２１ａ、２１ｂに電圧が印加される。その結果、アクチュエータ２１ａ、２１ｂは縮む。ステップＳ６では、第２のスイッチＳ１４のＯＮを検出してコントローラ６２は主軸上昇制御信号を発生させ、伸縮手段１の印加電圧として＋Ｖ０を印加させる。その結果、主軸１１が上昇し、出力軸が回転する。
【００４２】
ステップＳ７、ステップＳ８は主軸部１１が下降している場合に対応している。ステップＳ７では、第１のスイッチＳ１３のＯＮを検出してコントローラ６２は左副軸制御信号を発生させる。そして、左副軸用印加電圧を発生させ、アクチュエータ１９ａ、１９ｂに電圧が印加される。その結果、アクチュエータ１９ａ、１９ｂは縮む。ステップＳ８では、第１のスイッチＳ１３のＯＮを検出してコントローラ６２は主軸下降制御信号を発生させ、伸縮手段１の印加電圧として−Ｖ０を印加させる。その結果、主軸１１が下降し、出力軸が回転する。
【００４３】
ステップＳ６又はＳ８を終えるとコントローラ５２は、装置回転の停止信号が入力されているかを検出して、入力されていると判断するとＹＥＳへ分岐してステップＳ１０に移行する。入力されていないと判断するとＮＯへ分岐してステップＳ２に移行する。
【００４４】
ステップＳ１０では、コントローラ５２は伸縮手段１の印加電圧をＯＦＦにし、ステップＳ１１に移行して主軸上昇制御信号Ｖ１又は主軸下降制御信号Ｖ２をＯＦＦにする。そして駆動処理を終了する。
【００４５】
図１１は本実施形態に係る回転駆動装置１００のタイミングチャートを示す図である。図１１では、回転駆動装置１００の初期状態を、第１、２のスイッチ１３、１４がＯＦＦになっており、図１０のチャートにおいて、ステップＳ４にてＹＥＳへ分岐した時点と仮定している。
【００４６】
図示しない装置回転の入力信号が入力されると、コントローラ６２は右副軸制御信号を発生させる。そして、右副軸用印加電圧が発生し、アクチュエータ２１ａ、２１ｂに電圧が印加される。また、コントローラ６２は主軸上昇制御信号を発生させる。そして、伸縮手段１に＋Ｖ０が印加され、主軸１１が上昇し、出力軸が回転する。
【００４７】
主軸１１が上昇していって、第１のスイッチ１３がＯＮになると、コントローラ６２は左副軸制御信号を発生させる。そして、左副軸用印加電圧が発生し、アクチュエータ１９ａ、１９ｂに電圧が印加される。また、コントローラ６２は主軸下降制御信号を発生させる。そして、伸縮手段１に−Ｖ０が印加され、主軸１１が下降し、出力軸が回転する。
【００４８】
ここで、伸縮手段１に印加する電圧について説明する。伸縮手段１に印加する電圧は、上昇時に＋Ｖ０、下降時に−Ｖ０であり、絶対値の等しい電圧を印加する。その理由は、主軸部１１の上昇時に動作する左副軸第２の歯車３１、出力軸第２の歯車３６のギア比は１対１であるのに対して、主軸部の下降時に動作する右副軸第２の歯車３２、中間歯車３３、出力軸第１の歯車３５のギア比も１対１対１である。次に、出力軸の回転速度を一定にするには、上昇時の主軸部１１の上昇速度と下降時の主軸部１１の下降速度を同じにすればよいところ、主軸部１１の上昇・下降の速度は、導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）１の上昇・下降の速度に比例し、導電性高分子アクチュエータの歪む速度は、その駆動する電圧に比例するからである。
【００４９】
［変形例］
次に本実施形態の変形例に係る回転駆動装置１００の回転駆動部６１について説明する。なお、下記の説明において、本実施形態に係る回転駆動部６０と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５０】
図１２は、変形例に係る回転駆動部６１を示す図である。
【００５１】
変形例に係る回転駆動部６１は、伸縮手段１として導電性高分子アクチュエータ片の変位方向が導電性高分子アクチュエータ片の横方向に変位するタイプのものを用いている。導電性アクチュエータ片は中心軸と所定の角度で取り付けられており、横方向に変位することにより、導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）５１全体として伸縮するように構成されている。また、主軸１１と左副軸１３、右副軸１５にはそれぞれ平歯車５４、５５、５６が設けられている。
【００５２】
また、左副軸移動手段５７a、５７ｂ、右副軸移動手段５８ａ、５８ｂとして形状記憶合金を用いている。
【００５３】
図１３は、変形例に係る回転駆動部６１において使用する形状記憶合金の原理を示した図である。ある種類の金属は、大きく変形されても、暖めると、形が、覚えていた前の形にもとにもどる現象がある。この現象を形状記憶効果といい、形状記憶効果が現れる金属のことを形状記憶合金と言う。形状記憶合金の変形量は大きい。例えば、Ｔｉ−Ｎｉ系の形状記憶合金を引っ張って変形させた場合、回復することができる変形の大きさが、もとの長さの１０％近くに達することもある。
【００５４】
変形例で使用する形状記憶合金は、電圧を印加すると縮み、印加しないと元の記憶されている状態に戻る。以下、その説明を行う。いま、図１３（Ａ）のように形状記憶合金のバネは縮んだ形を覚えているものとする。温度の低い状態（常温）では、このバネは柔らかく、小さな力（変形力）ｆ１で伸ばすことができる。バネの一方の端は、固定端に固定され、もう一方の端に重りｗがとりつけてある。重りｗによってバネが引かれる力ｆ２がｆ１より大きければ、バネは引張られて伸びる（図１３（Ｂ）（Ｃ））。重りによる力ｆ２のように、低温状態の形状記憶合金を変形するためにあらかじめ加えておく力をバイアス力（ｂｉａｓ  ｆｏｒｃｅ)と言う。バイアス力の手段としては、重りの他にバネや磁石なども使われる。
【００５５】
そして変形力ｆ１で伸張された形状記憶合金のバネを暖める（電流を流す）と、硬くなって形状回復力Ｆの力で重りを持ち上げながら縮む（図１３（Ｄ））。バイアス力ｆ２の大きさは、形状回復力Ｆより小さく、変形力ｆ１より大きい。暖めるのをやめると（電流を切る）、再び柔らかくなって変形力により伸びる。つまりこの形状記憶合金は、電流による熱エネルギを力学的エネルギに変換する。換言すると、この形状記憶合金は、温度を上げる（形状記憶合金に電流を流す）ことで仕事を取り出すことができる。
【００５６】
図１２に戻り、変位回転部材である主軸板５２はローラ部２により回転自在に結合されている。主軸板３はその円周方向の外周面に被案内接触部である螺線（らせん）状の突条（凸条）５２ａが設けられている。一方、固定筒たるケース５３の内周面には案内被接触部である螺線（らせん）状の溝５３ａが設けられている。導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）５１の伸縮による進退運動に応じて、主軸板５２は、主軸板５２の螺線（らせん）状の突条（凸条）５２ａとケース５３の内周の螺線（らせん）状の溝５３ａとの噛合により、回転しながら進退運動をする。
【００５７】
ここで、主軸板５２、被案内接触部である螺線（らせん）状の突条（凸条）５２ａ、案内被接触部である螺線（らせん）状の溝５３ａとで、伸縮手段による直線的な進退運動を正逆方向の回転運動に変換する正逆回転変換手段を構成する。
【００５８】
なお、主軸板５２はその円周方向の外周面に被案内接触部である螺線（らせん）状の溝５２ｂが刻まれ、ケース５３の内周面には案内被接触部である螺線（らせん）状の突条（凸条）５３ｂが設けられていてもよい。
【００５９】
変形例では、上記の相違点があるが、回転駆動部の動作については実施形態に係る回転駆動部６０の動作と同様である。
【００６０】
図１４は、本実施例に係る回転駆動装置１００を置き時計８０に適用した例を示す図である。回転駆動部６０を含む全体的な制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）４１と、ＣＰＵ４１が実行する制御プログラムや制御データを格納したＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）６７と、ＣＰＵ４１に作業用のメモリ領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）６８と、複数の操作ボタンを有し、外部指令を入力する操作部６９と、現在時刻データを計数する時刻計数手段としての計時回路４５と、各部に動作電圧を供給する電源部６５等を備えている。置き時計８０のＲＯＭ４２には、回転駆動部６０の制御プログラム、計時回路６６の計時データに従って時刻表示を行ったり設定時刻にアラーム動作を行ったりする基本時計モード処理、操作部６９の入力に応じて各種設定を行う操作入力処理の各プログラムが格納されている。ここで、回転駆動部６０、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ６７、ＲＡＭ６８、電源部６５が回転駆動装置１００に相当する。
【００６１】
そして、置き時計８０において、ＣＰＵ４１による制御により、回転駆動部６０の出力軸３７が回転し、その回転は輪列機構７０に入力され、秒針７１、分針７２、時針７３を回転駆動させる。
【００６２】
以上のように、本実施形態および変形例に係る回転駆動装置１００では、伸縮により直線的な進退運動を発生させる伸縮手段と、伸縮手段による進退運動を正逆方向の回転運動に変換する正逆回転変換手段と、正逆方向の回転運動を一方向の回転運動に変換して出力軸を一方向に回転駆動させる一方向回転変換手段とを備えているので、アクチュエータ等による伸縮部材を用いて出力回転装置を実現することができる。
【００６３】
また、伸縮手段は印加電圧の変化により伸縮動作する導電性高分子アクチュエータを備えているので、導電性高分子アクチュエータの無音性により静かであり、低電圧（約１．５Ｖ）駆動、省電力化を図ることができる。
【００６４】
また、正逆回転変換手段は、伸縮手段による進退運動で軸方向に変位されるとともに、同軸回りの回転が可能な変位回転部材の外周に設けられた歯車と、変位回転部材の回転軸と同軸の中心軸を有する固定筒の内面に設けられた歯車とが噛合することで変位回転部材が当該回転軸を中心に回転しながら進退運動をし、一方向回転変換手段は、変位回転部材の進退時に、該変位回転部材に交互に噛合して回転し該回転を出力軸に一方向の回転として伝える２系列の歯車機構を備えるように構成したので、一方向回転を確実に得ることができる。
【００６５】
また、正逆回転変換手段は、伸縮手段による進退運動で軸方向に変位されるとともに、同軸回りの回転が可能な変位回転部材の外周に設けられた被案内接触部と、変位回転部材の回転軸と同軸の中心軸を有する固定筒の内周に設けられた案内被接触部とを備え、被案内接触部と案内被接触部の少なくとも一方が螺旋状に形成され、被案内接触部が案内被接触部に接触して螺旋状に案内されることで変位回転部材が当該回転軸を中心に回転しながら進退運動をし、一方向回転変換手段は、変位回転部材の進退時に、該変位回転部材に交互に噛合して回転し該回転を出力軸に一方向の回転として伝える２系列の歯車機構を備えるように構成したので、一方向回転を確実に得ることができる。
【００６６】
また、上記構成の回転駆動装置と、該回転駆動装置により運針駆動される時刻表示用の針とを備える時計装置とすることにより、静か、低電圧駆動、省電力化である時計装置を実現することができる。
【００６７】
また、上記構成の時計装置において、回転駆動装置における出力軸と時刻表示用の針との間には、出力軸の回転を時刻表示用の針に伝える輪列機構を備えているような時計として構成したので静か、低電圧駆動、省電力化であるとともに運針駆動を確実に動作させることができる。
【００６８】
上記構成の回転駆動装置は、以上説明した置き時計以外にも、温度計、高度計、自動車の計測パネル部の表示、計測機器、家電等各種電子機器に適用することができる。
【００６９】
本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［付記］
＜請求項１＞
伸縮により直線的な進退運動を発生させる伸縮手段と、
前記伸縮手段による進退運動を正逆方向の回転運動に変換する正逆回転変換手段と、
前記正逆方向の回転運動を一方向の回転運動に変換して出力軸を一方向に回転駆動させる一方向回転変換手段と、
を備えることを特徴とする回転駆動装置。
＜請求項２＞
前記伸縮手段は印加電圧の変化により伸縮動作する導電性高分子アクチュエータを備えていることを特徴とする請求項１記載の回転駆動装置。
＜請求項３＞
前記正逆回転変換手段は、前記伸縮手段による進退運動で軸方向に変位されるとともに、同軸回りの回転が可能な変位回転部材の外周に設けられた歯車と、前記変位回転部材の回転軸と同軸の中心軸を有する固定筒の内面に設けられた歯車とが噛合することで前記変位回転部材が当該回転軸を中心に回転しながら進退運動をし、
前記一方向回転変換手段は、前記変位回転部材の進退時に、該変位回転部材に交互に噛合して回転し該回転を前記出力軸に一方向の回転として伝える２系列の歯車機構を備えることを特徴とする請求項２記載の回転駆動装置。
＜請求項４＞
前記正逆回転変換手段は、前記伸縮手段による進退運動で軸方向に変位されるとともに、同軸回りの回転が可能な変位回転部材の外周に設けられた被案内接触部と、前記変位回転部材の回転軸と同軸の中心軸を有する固定筒の内周に設けられた案内被接触部とを備え、前記被案内接触部と前記案内被接触部の少なくとも一方が螺旋状に形成され、前記被案内接触部が前記案内被接触部に接触して螺旋状に案内されることで前記変位回転部材が当該回転軸を中心に回転しながら進退運動をし、
前記一方向回転変換手段は、前記変位回転部材の進退時に、該変位回転部材に交互に噛合して回転し該回転を前記出力軸に一方向の回転として伝える２系列の歯車機構を備えることを特徴とする請求項２記載の回転駆動装置。
＜請求項５＞
請求項１、２、３又は４の回転駆動装置と、
該回転駆動装置により運針駆動される時刻表示用の針と、
を備えたことを特徴とする時計装置。
＜請求項６＞
請求項５記載の時計装置において、
前記回転駆動装置における前記出力軸と前記時刻表示用の針との間には、前記出力軸の回転を前記針に伝える輪列機構を備えていることを特徴とする時計装置。
【符号の説明】
【００７０】
１    導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）
２    ベアリング部
３    主軸板
３ａ  歯車
５    第１のケース
５ａ  歯車
６    第１の端子部
１１  主軸
１２  主軸歯車（ウオームギア）
１３  第１のスイッチ
１４  第２のスイッチ
１５  左副軸
１６  左副軸第１の歯車（ウオームギア）
１７  右副軸
１８  右副軸第１の歯車（ウオームギア）
１９ａ、１９ｂ  導電性高分子アクチュエータ（左副軸移動手段）
２０ａ、２０ｂ  バネ
２１ａ、２１ｂ  導電性高分子アクチュエータ（右副軸移動手段）
２２ａ、２２ｂ  バネ
２３  スイッチ軸
２４  第２のケース
２５、２５ａ、２５ｂ  配線
２６  第２の端子部
３１  左副軸第２の歯車
３２  右副軸第２の歯車
３３  中間歯車
３４  中間軸
３５  出力軸第１の歯車
３６  出力軸第２の歯車
３７  出力軸
３８  ガイド板
３９  第３のケース
５１  導電性高分子アクチュエータ（伸縮手段）
５２  主軸板
５２ａ  螺線（らせん）状の突条（凸条）（被案内接触部）
５３  第１のケース
５３ａ  螺線（らせん）状の溝５３ａ（案内被接触部）
５４  主軸歯車（平歯車）
５５  左副軸第１の歯車（平歯車）
５６  右副軸第１の歯車（平歯車）
５７ａ、５７ｂ  形状記憶合金（左副軸移動手段）
５８ａ、５８ｂ  形状記憶合金（右副軸移動手段）
６０、６１  回転駆動部
６２  コントローラ（制御装置）
６３  ＣＰＵ（制御装置）
６４、６５  電源部
６６  計時回路
６７  ＲＯＭ
６８  ＲＡＭ
６９  操作部
７０  輪列機構
７１  秒針
７２  分針
７３  時針
８０  置き時計
１００  回転駆動装置
【図１】
2013115951.tif 000003
【図２】
2013115951.tif 000004
【図３】
2013115951.tif 000005
【図４】
2013115951.tif 000006
【図５】
2013115951.tif 000007
【図６】
2013115951.tif 000008
【図７】
2013115951.tif 000009
【図８】
2013115951.tif 000010
【図９】
2013115951.tif 000011
【図１０】
2013115951.tif 000012
【図１１】
2013115951.tif 000013
【図１２】
2013115951.tif 000014
【図１３】
2013115951.tif 000015
【図１４】
2013115951.tif 000016