(57)【要約】【課題】効率的に高トルクを達成することが可能な駆動装置、移動子の駆動方法及びロボット装置を提供すること。【解決手段】一方向に沿って配置された軸部と、当該軸部に対する姿勢を相対的に変化させることで係合力を低減可能な係合状態で軸部に係合された移動子と、軸部と移動子との間が係合状態よりも係合力の低い係合力低減状態となるように、移動子及び軸部のうち少なくとも一方の姿勢を変化させる姿勢変化部と、係合力低減状態にある軸部と移動子とが一方向に相対的に移動するように、移動子及び軸部のうち少なくとも一方に対して駆動力を作用させる作用部とを備える。【選択図】図１
2014093789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に沿って配置された軸部と、
前記軸部に対する姿勢を相対的に変化させることで係合力を低減可能な係合状態で前記軸部に係合された移動子と、
前記軸部と前記移動子との間が前記係合状態よりも前記係合力の低い係合力低減状態となるように、前記移動子及び前記軸部のうち少なくとも一方の姿勢を変化させる姿勢変化部と、
前記係合力低減状態にある前記軸部と前記移動子とが前記一方向に相対的に移動するように、前記移動子及び前記軸部のうち少なくとも一方に対して駆動力を作用させる作用部と
を備える駆動装置。
【請求項２】
前記係合状態は、前記軸部と前記移動子との間で摩擦力が生じるように前記移動子と前記軸部とが接触した状態を含む
請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記姿勢変化部は、前記係合状態と前記係合力低減状態とが切り替わるように前記姿勢を変化可能である
請求項１又は請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記移動子は、複数個所で前記軸部に係合されている
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記移動子は、前記一方向に形成され前記軸部を貫通させる貫通部を有し、
前記姿勢変化部は、前記移動子のうち前記貫通部の内壁と前記軸部とが係合するように前記移動子の姿勢を変化可能である
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記移動子は、前記一方向に並んで配置された第一部分及び第二部分と、前記第一部分及び前記第二部分を連結する連結部と、を有し、
前記貫通部は、前記第一部分及び前記第二部分のそれぞれに設けられ、
前記軸部は、前記第一部分の貫通部と前記第二部分の貫通部とを前記一方向に貫通するように配置されている
請求項５に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記移動子は、前記連結部において前記第一部分と前記第二部分とが折り返されるように曲げられた形状を有し、前記第一部分及び前記第二部分の曲げ方向に弾性変形可能である
請求項６に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記軸部は、所定間隔をあけて配置された第一軸部及び第二軸部を有し、
前記移動子は、前記第一軸部及び前記第二軸部のそれぞれに設けられる
請求項６又は請求項７に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記姿勢変化部は、
前記一方向に変形可能に設けられ、前記第一軸部及び前記第二軸部に設けられるそれぞれの前記移動子の前記第一部分同士を連結する第一変形部と、
前記一方向に変形可能に設けられ、前記第一軸部及び前記第二軸部に設けられるそれぞれの前記移動子の前記第二部分同士を連結する第二変形部と、
前記第一変形部及び前記第二変形部の変形を個別に制御する変形制御部と
を有する
請求項８に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記第一変形部及び前記第二変形部として、電歪素子又は磁歪素子が用いられている
請求項９に記載の駆動装置。
【請求項１１】
一方向に沿って配置された軸部、及び、当該軸部に対する姿勢を相対的に変化させることで係合力を低減可能な係合状態で前記軸部に係合された移動子、のうち少なくとも一方の姿勢を変化させることで、前記軸部と前記移動子との間を前記係合状態よりも前記係合力の低い係合力低減状態とするステップと、
前記係合力低減状態にある前記軸部と前記移動子とが前記一方向に相対的に移動するように前記移動子及び前記軸部のうち少なくとも一方に対して駆動力を作用させるステップと
を含む移動子の駆動方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載の駆動装置を備える
ロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置、移動子の駆動方法及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボット装置やステージ装置などを駆動する駆動装置として、例えば電磁モータや超音波モータなどが知られている（例えば、特許文献１参照）。電磁モータでは、高トルクを実現するため、例えば減速機などが搭載されている。一方、超音波モータは、圧電素子の伸縮により固定子と可動子との平面同士を強く押しつけ、当該押圧力（与圧力）によって発生する摩擦力で高推進力を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−３１１２３７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、減速機を搭載した電磁モータは、サイズや重量等が大きくなる場合がある。また、超音波モータは、与圧力に十分勝るだけの可動子の推進力を得るためには、圧電素子に大量の電気エネルギーを投入する必要がある。このため、電磁モータや超音波モータは、効率性の面で課題がある。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明は、効率的に高トルクを達成することが可能な駆動装置、移動子の駆動方法及びロボット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】
本発明の第一の態様に従えば、一方向に沿って配置された軸部と、当該軸部に対する姿勢を相対的に変化させることで係合力を低減可能な係合状態で軸部に係合された移動子と、軸部と移動子との間が係合状態よりも係合力の低い係合力低減状態となるように、移動子及び軸部のうち少なくとも一方の姿勢を変化させる姿勢変化部と、係合力低減状態にある軸部と移動子とが一方向に相対的に移動するように、移動子及び軸部のうち少なくとも一方に対して駆動力を作用させる作用部とを備える駆動装置が提供される。
【０００７】
本発明の第二の態様に従えば、一方向に沿って配置された軸部、及び、当該軸部に対する姿勢を相対的に変化させることで係合力を低減可能な係合状態で軸部に係合された移動子、のうち少なくとも一方の姿勢を変化させることで、軸部と移動子との間を係合状態よりも係合力の低い係合力低減状態とするステップと、係合力低減状態にある軸部と移動子とが一方向に相対的に移動するように移動子及び軸部のうち少なくとも一方に対して駆動力を作用させるステップとを含む移動子の駆動方法が提供される。
【０００８】
本発明の第三の態様に従えば、本発明の第一の態様に従う駆動装置を備えるロボット装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の態様によれば、効率的に高トルクを達成することが可能な駆動装置、移動子の駆動方法及びロボット装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一実施形態に係る駆動装置１００の全体構成を示す図。
【図２】第一移動子２１の構成を示す斜視図。
【図３】第一移動子２１の一部の構成を示す断面図。
【図４】第一移動子２１の一部の構成を示す断面図。
【図５】駆動装置１００の動作の様子を示す図。
【図６】駆動装置１００の動作の様子を示す図。
【図７】駆動装置１００の動作の様子を示す図。
【図８】駆動装置１００の動作の様子を示す図。
【図９】駆動装置１００の動作の様子を示す図。
【図１０】第二実施形態に係る駆動装置２００の全体構成を示す図。
【図１１】駆動装置２００の動作の様子を示す図。
【図１２】駆動装置２００の動作の様子を示す図。
【図１３】駆動装置２００の動作の様子を示す図。
【図１４】駆動装置２００の動作の様子を示す図。
【図１５】変形例に係る移動子３２０の構成を示す断面図。
【図１６】変形例に係るモータ装置４００の構成を示す断面図。
【図１７】ロボット装置ＲＢＴの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。  
［第一実施形態］  
図１は、本実施形態に係る駆動装置１００の全体構成を示す図である。  
図１に示すように、駆動装置１００は、第一軸部１１及び第二軸部１２を有する軸部１０と、軸部１０に沿って移動する第一移動子２１及び第二移動子２２を有する移動部２０と、移動部２０を駆動する駆動部３０と、を備えている。この駆動装置１００は、例えばロボット装置やステージ装置などを駆動する駆動源として用いられる。
【００１２】
なお、以下の説明では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。なお、移動部２０の移動方向をＹ方向とし、当該Ｙ方向に直交する一方向をＸ方向とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向とする。
【００１３】
第一軸部１１及び第二軸部１２は、それぞれＹ方向に延びており、互いに平行に配置されている。第一軸部１１及び第二軸部１２は、延在方向に直交する方向（Ｘ方向）に所定の間隔を空けて配置されている。第一軸部１１及び第二軸部１２は、例えば四角柱状又は四角筒状に形成されており、一側面同士が対向するように配置されている。第一軸部１１及び第二軸部１２は、所定の大きさの力に対しては変形しない程度の剛性を有している。この所定の力として、例えば、移動子２０が第一軸部１１及び第二軸部１２に対して作用する力などが挙げられる。なお、第一軸部１１及び第二軸部１２は、それぞれ不図示の軸固定部によって位置が固定されている。
【００１４】
図２は、第一移動子２１の構成を示す斜視図である。  
図１及び図２に示すように、第一移動子２１は、一方向が長手の板状に形成されている。第一移動子２１は、長手方向の両端部に設けられた折り返し片（第一部分）２１ａ及び折り返し片（第二部分）２１ｂと、長手方向の中央部に設けられ連結部２１ｃと、を有する。折り返し片２１ａ及び折り返し片２１ｂは、連結部２１ｃによって連結されている。第一移動子２１は、折り返し片２１ａと折り返し片２１ｂとが所定の角度をなすように連結部２１ｃにおいて折り曲げられている。
【００１５】
第一移動子２１は、弾性部材を用いて形成されている。このため、第一移動子２１の折り返し片２１ａと折り返し片２１ｂとを閉じる方向に力を加えると、当該折り返し片２１ａ及び折り返し片２１ｂが広がる方向に弾性力が発生する。逆に、第一移動子２１の折り返し片２１ａと折り返し片２１ｂとを広げる方向に力を加えると、当該折り返し片２１ａ及び折り返し片２１ｂが閉じる方向に弾性力が発生する。
【００１６】
折り返し片２１ａには貫通孔２１ｄが形成されており、折り返し片２１ｂには貫通孔２１ｅが形成されている。貫通孔２１ｄ及び貫通孔２１ｅは、例えば第一移動子２１の長手方向に沿って長方形状に形成されており、それぞれ同一の形状及び寸法に形成されている。貫通孔２１ｄ及び貫通孔２１ｅは、第一軸部１１によってＹ方向に貫通されている。
【００１７】
なお、第一移動子２１において、折り返し片２１ａ及び貫通孔２１ｄが−Ｙ側に配置されており、折り返し片２１ｂ及び貫通孔２１ｅが＋Ｙ側に配置されている。また、連結部２１ｃは第一軸部１１の−Ｘ側に配置されている。したがって、折り返し片２１ａの端部（第一端部）２３、及び、折り返し片２１ｂの端部（第二端部）２４は、第一軸部１１の＋Ｘ側に配置されている。
【００１８】
第一移動子２１は、折り返し片２１ａと折り返し片２１ｂとが上記の所定の角度よりも小さい角度となるように変形した状態で第一軸部１１に貫通されている。この状態において、第一移動子２１は、折り返し片２１ａと折り返し片２１ｂとが連結部２１ｃを中心として閉じるように折り曲げられた方向に弾性変形されている。このため、第一移動子２１には、折り返し片２１ａと折り返し片２１ｂとが開く方向に弾性力が作用する。この弾性力により、図３に示すように、貫通孔２１ｄ及び貫通孔２１ｅの内壁は、第一軸部１１に当接されると共に第一軸部１１の外周面を押圧している。したがって、第一移動子２１は、当該押圧力によって第一軸部１１との間に働く摩擦力により、第一軸部１１に係合されている。
【００１９】
第一移動子２１が第一軸部１１に係合された状態（係合状態）において、貫通孔２１ｄの内壁が第一軸部１１に当接されているため、折り返し片２１ａの−Ｙ方向への移動が規制されている。同様に、貫通孔２１ｅの内壁が第一軸部１１に当接されているため、折り返し片２１ｂの＋Ｙ方向への移動が規制されている。
【００２０】
また、係合状態において、図４に示すように、折り返し片２１ａと折り返し片２１ｂとを、連結部２１ｃを中心として更に閉じる方向に折り曲げると、折り返し片２１ａ及び折り返し片２１ｂと第一軸部１１とでなす角度が変化する。この場合、貫通孔２１ｄ及び貫通孔２１ｅの内壁は第一軸部１１から離間する方向に移動し、第一軸部１１の外周面を押圧する押圧力が低下する。このため、折り返し片２１ａ及び折り返し片２１ｂと第一軸部１１との間に働く摩擦力が低下し、第一移動子２１と第一軸部１１との係合力が低減された状態（係合力低減状態）となる。なお、図４では、貫通孔２１ｄ及び貫通孔２１ｅの内壁と第一軸部１１とが離間している状態を示している。この状態では、係合力はゼロとなる。このように、第一軸部１１に対する姿勢（折り返し片２１ａと折り返し片２１ｂとの角度）が変化することにより、第一移動子２１と第一軸部１１との間が、係合状態と係合力低減状態とで切り替わるようになっている。
【００２１】
また、図１に示すように、第二移動子２２は、例えば第一移動子２１と同一の材料を用いて、当該第一移動子２１と同一形状及び同一寸法に形成されている。したがって、第二移動子２２は、一方向が長手の板状に形成されており、長手方向の両端部に設けられた折り返し片２２ａ及び折り返し片２２ｂと、長手方向の中央部に設けられ連結部２２ｃとを有する。折り返し片２２ａ及び折り返し片２２ｂは、連結部２２ｃによって連結されている。第二移動子２２は、折り返し片２２ａと折り返し片２２ｂとが所定の角度をなすように連結部２２ｃにおいて折り曲げられている。
【００２２】
第二移動子２２は、第一移動子２１と同様に弾性部材を用いて形成されているため、折り返し片２２ａと折り返し片２２ｂとを閉じる方向に力を加えると、当該折り返し片２２ａ及び折り返し片２２ｂが広がる方向に弾性力が発生する。逆に、折り返し片２２ａと折り返し片２２ｂとを広げる方向に力を加えると、当該折り返し片２２ａ及び折り返し片２２ｂが閉じる方向に弾性力が発生する。
【００２３】
折り返し片２２ａには貫通孔２２ｄが形成されており、折り返し片２２ｂには貫通孔２２ｅが形成されている。貫通孔２２ｄ及び貫通孔２２ｅは、例えば第二移動子２２の長手方向に沿って長方形状に形成されており、それぞれ同一の形状及び寸法に形成されている。貫通孔２２ｄ及び貫通孔２２ｅは、第二軸部１２によってＹ方向に貫通されている。
【００２４】
なお、第二移動子２２において、折り返し片２２ａ及び貫通孔２２ｄが−Ｙ側に配置されており、折り返し片２２ｂ及び貫通孔２２ｅが＋Ｙ側に配置されている。また、連結部２２ｃは第二軸部１２の＋Ｘ側に配置されている。したがって、折り返し片２２ａの端部（第一端部）２５、及び、折り返し片２２ｂの端部（第二端部）２６は、第二軸部１２の−Ｘ側に配置されている。
【００２５】
第二移動子２２は、折り返し片２２ａと折り返し片２２ｂとが上記の所定の角度よりも小さい角度となるように変形した状態で第二軸部１２に貫通されている。この状態において、第二移動子２２は、折り返し片２２ａと折り返し片２２ｂとが連結部２２ｃを中心として閉じるように折り曲げられた方向に弾性変形されている。このため、第二移動子２２には、第一移動子２１と同様に、折り返し片２２ａと折り返し片２２ｂとが開く方向に弾性力が作用する。この弾性力により、貫通孔２２ｄ及び貫通孔２２ｅの内壁は、第二軸部１２に当接されると共に第二軸部１２の外周面を押圧している。したがって、第二移動子２２は、当該押圧力によって第二軸部１２との間に働く摩擦力により、第二軸部１２に係合されている。
【００２６】
第二移動子２２が第二軸部１２に係合された状態（係合状態）において、貫通孔２２ｄの内壁が第二軸部１２に当接されているため、折り返し片２２ａの−Ｙ方向への移動が規制されている。同様に、貫通孔２２ｅの内壁が第二軸部１２に当接されているため、折り返し片２２ｂの＋Ｙ方向への移動が規制されている。
【００２７】
また、係合状態において、第一移動子２１の上記折り曲げの場合と同様に、折り返し片２２ａと折り返し片２２ｂとを、連結部２２ｃを中心として更に閉じる方向に折り曲げると、折り返し片２２ａ及び折り返し片２２ｂと第二軸部１２とでなす角度が変化する。この場合、貫通孔２２ｄ及び貫通孔２２ｅの内壁は第二軸部１２から離間する方向に移動し、第二軸部１２の外周面を押圧する押圧力が低下する。このため、折り返し片２２ａ及び折り返し片２２ｂと第二軸部１２との間に働く摩擦力が低下し、第二移動子２２と第二軸部１２との係合力が低減された状態（係合力低減状態）となる。このように、第二軸部１２に対する姿勢（折り返し片２２ａと折り返し片２２ｂとの角度）が変化することにより、第二移動子２２と第二軸部１２との間が、係合状態と係合力低減状態とで切り替わるようになっている。
【００２８】
また、第一移動子２１及び第二移動子２２は、Ｙ方向において入り組んだ状態で配置されている。つまり、Ｙ方向において、第一移動子２１の上流側端部２３と下流側端部２４との間に第二移動子２２の上流側端部２５が配置されており、第二移動子２１の上流側端部２５と下流側端部２６との間に第一移動子２１の第二端部２３が配置されている。このため、−Ｙ側から＋Ｙ側へ向けて、第一移動子２１の上流側端部２３、第二移動子２２の上流側端部２５、第一移動子２１の下流側端部２４及び第二移動子２２の下流側端部２６が順に配置されることになる。
【００２９】
駆動部３０は、第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２を有する。第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２としては、例えばピエゾ素子などの圧電素子が用いられている。第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２は、例えば制御部ＣＯＮＴに接続されており、初期状態に対して所定の電圧を印加することにより変形可能に形成されている。第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２を変形させるタイミングや変形量などは、制御部ＣＯＮＴにおいて制御するようになっている。なお、第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２としては、圧電素子に限られず、磁歪素子などの電気機械変換素子を用いてもよい。
【００３０】
第一駆動素子３１は、第一移動子２１の上流側端部２３と、第二移動子２２の上流側端部２５とを連結する。第一駆動素子３１は、Ｙ方向に伸縮可能に設けられており、当該伸縮によって上流側端部２３及び上流側端部２５に対してＹ方向について互いに反対方向の力を付与する。例えば、第一駆動素子３１を収縮させることにより、上流側端部２３及び上流側端部２５に対して、互いに近接する方向（上流側端部２３に対しては＋Ｙ方向、上流側端部２５に対しては−Ｙ方向）に力を作用させることができる。また、第一駆動素子３１を延伸させることにより、上流側端部２３及び上流側端部２５に対して、互いに離間する方向（上流側端部２３に対しては−Ｙ方向、上流側端部２５に対しては＋Ｙ方向）に力を作用させることができる。
【００３１】
第二駆動素子３２は、第一移動子２１の下流側端部２４と、第二移動子２２の下流側端部２６とを連結する。第二駆動素子３２は、Ｙ方向に伸縮可能に設けられており、当該伸縮によって下流側端部２４及び下流側端部２６に対してＹ方向について互いに反対方向の力を付与する。例えば、第二駆動素子３２を収縮させることにより、下流側端部２４及び下流側端部２６に対して、互いに近接する方向（下流側端部２４に対しては＋Ｙ方向、下流側端部２６に対しては−Ｙ方向）に力を作用させることができる。また、第二駆動素子３２を延伸させることにより、下流側端部２４及び下流側端部２６に対して、互いに離間する方向（下流側端部２４に対しては−Ｙ方向、下流側端部２６に対しては＋Ｙ方向）に力を作用させることができる。
【００３２】
第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２は、当該第一駆動素子３１及び当該第二駆動素子３２が共に初期状態となる場合に第一移動子２１及び第二移動子２２がそれぞれ係合状態となるように、第一移動子２１と第二移動子２２とを連結している。
【００３３】
次に、上記のように構成された駆動装置１００の動作を説明する。  
まず、図５に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第一駆動素子３１及び第二駆動素子３２を初期状態とする。この場合、第一移動子２１は、折り返し片２１ａと折り返し片２１ｂとが互いに開く方向に作用する弾性力により第一軸部１１に対して係合状態となっている。ここで、当該係合状態において、第一移動子２１の上流側端部２３のＹ方向についての初期位置をＰ１とし、下流側端部２４のＹ方向についての初期位置をＰ３とする。
【００３４】
また、第二移動子２２は、折り返し片２２ａと折り返し片２２ｂとが互いに開く方向に作用する弾性力により第二軸部１２に対して係合状態となっている。ここで、当該係合状態において、第二移動子２２の上流側端部２５のＹ方向についての初期位置をＰ２とし、下流側端部２６のＹ方向についての初期位置をＰ４とする。
【００３５】
この状態で、図６に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第二駆動素子３２を初期状態としたまま第一駆動素子３１を一定量延伸させる。当該第一駆動素子３１の延伸により、第一移動子２１の上流側端部２３、下流側端部２４及び第二移動子２２の下流側端部２６の位置が変化することなく、第二移動子２２の上流側端部２５の位置が＋Ｙ方向に移動する。
【００３６】
ここで、当該上流側端部２５の移動の原理を説明する。  
第一駆動素子３１の延伸により、まず、第一移動子２１の上流側端部２３と第二移動子２２の上流側端部２５とが互いに離れる方向の力を受ける。
【００３７】
例えば、第一移動子２１の上流側端部２３は、第一駆動素子３１の延伸により、−Ｙ方向の力を受ける。この力により貫通孔２１ｄの内壁が第一軸部１１を押圧する。一方、第一移動子２１と第一軸部１１との間が係合状態となっているため、上流側端部２３の−Ｙ方向への移動が規制される。したがって、上流側端部２３に−Ｙ方向の力が作用しても、当該上流側端部２３のＹ方向上の位置は変化しない。
【００３８】
一方、第二移動子２２の上流側端部２５は、第一駆動素子３１の延伸により、＋Ｙ方向の力を受ける。上記のように上流側端部２３のＹ方向上の位置は変化しないため、第一駆動素子３１の延伸による力は、上流側端部２３を支点として、上流側端部２５側へ作用する。この＋Ｙ方向に作用する押圧力により、第一駆動素子３１が上流側端部２５側へ延伸し、上流側端部２５が＋Ｙ方向に移動する。
【００３９】
一方、第二移動子２２の下流側端部２６は、第二駆動素子３２を介して第一駆動素子２１の下流側端部２４に連結されている。第一移動子２１は第一軸部１１に対して係合状態となっているため、下流側端部２４の＋Ｙ方向への移動は規制されている。このため、下流側端部２６のＹ方向上の位置は変化しない。
【００４０】
したがって、上記の上流側端部２５の＋Ｙ方向への移動により、第二移動子２２は、折り返し片２２ａと折り返し片２２ｂとが閉じるように変形する。このため、貫通孔２２ｄ及び貫通孔２２ｅの内壁が第二軸部１２から離間する方向に移動し、第二移動子２２と第二軸部１２との間は係合力低減状態となる。
【００４１】
このとき、折り返し片２２ａと折り返し片２２ｂとが閉じるように第二移動子２２が変形しているため、当該第二移動子２２には、折り返し片２２ａと折り返し片２２ｂとが広がろうとする方向に弾性力が作用している。この弾性力は、第二移動子２２の−Ｙ側においては上流側端部２５が第一駆動素子３１を−Ｙ方向に押圧し、＋Ｙ側においては下流側端部２６が第二駆動素子３２を＋Ｙ側に引っ張るように作用している。上記のように上流側端部２３の−Ｙ方向への移動が規制され、下流側端部２４の＋Ｙ方向への移動が規制されるため、これら第一移動子２１の上流側端部２３及び下流側端部２４、第二移動子２２の下流側端部２６はＹ方向には移動しない。このような原理により、第一移動子２１の上流側端部２３、下流側端部２４及び第二移動子２２の下流側端部２６の位置が変化することなく、第二移動子２２の上流側端部２５の位置が初期位置Ｐ２に対して＋Ｙ側に移動する。
【００４２】
次に、図７に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第一駆動素子３１を上記の延伸状態としたまま第二駆動素子３２を一定量延伸させる。当該第二駆動素子３２の延伸により、第一移動子２１の上流側端部２３、下流側端部２４及び第二移動子２２の上流側端部２５の位置が変化することなく、第二移動子２２の下流側端部２６の位置が＋Ｙ方向に移動する。
【００４３】
ここで、当該下流側端部２６の移動の原理を説明する。  
第二駆動素子３２を延伸させる前の状態において、第一移動子２１の下流側端部２４には、第二駆動素子３２を介して＋Ｙ方向に引っ張られる力の他に、折り返し片２１ｂと折り返し片２１ｂとが開く方向の弾性力が作用している。このため、下流側端部２４には、＋Ｙ方向の弾性力が作用している。
【００４４】
この状態で第二駆動素子３２を延伸させると、第二駆動素子３２の延伸による力は、第一移動子２１の下流側端部２４及び第二移動子２１の下流側端部２６をそれぞれ押圧する。下流側端部２４では、第二駆動素子３２による押圧力は、＋Ｙ方向の弾性力によって支持される。これに対して、下流側端部２６では、第二駆動素子３２による押圧力を支持する力が作用しない。このため、下流側端部２４が−Ｙ方向に移動する作用よりも、下流側端部２６が＋Ｙ方向に移動する作用が強く働き、結果として下流側端部２４が移動することなく、下流側端部２６のみが＋Ｙ方向に移動する。したがって、第一移動子２１の上流側端部２３、下流側端部２４及び第二移動子２２の上流側端部２５の位置が変化することなく、第二移動子２２の下流側端部２６の位置が初期位置Ｐ４に対して＋Ｙ側に移動する。  
以上の動作により、第二移動子２２が＋Ｙ方向に所定距離だけ移動した状態となる。
【００４５】
次に、図８に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第二駆動素子３２を上記の延伸状態としたまま第一駆動素子３１を収縮させて初期状態に戻す。当該第一駆動素子３１の収縮により、第一移動子２１の下流側端部２４、第二移動子２２の上流側端部２５及び下流側端部２６の位置が変化することなく、第一移動子２１の上流側端部２３の位置が＋Ｙ方向に移動する。
【００４６】
ここで、当該上流側端部２３の移動の原理を説明する。  
第一駆動素子３１の収縮により、まず、第一移動子２１の上流側端部２３と第二移動子２２の下流側端部２４とが互いに近接する方向の力を受ける。
【００４７】
この場合、第二移動子２２の上流側端部２５は、第一駆動素子３１の収縮により、−Ｙ方向の力を受ける。この力により貫通孔２２ｄの内壁が第二軸部１２を押圧する。一方、第二移動子２２と第二軸部１２との間が係合状態となっているため、上流側端部２５の−Ｙ方向への移動が規制される。したがって、上流側端部２５に−Ｙ方向の力が作用しても、当該上流側端部２５のＹ方向上の位置は変化しない。
【００４８】
また、第一移動子２１の上流側端部２３は、第一駆動素子３１の収縮により、＋Ｙ方向の力を受ける。上記のように上流側端部２５のＹ方向上の位置は変化しないため、第一駆動素子３１の収縮による力は、上流側端部２５を支点として、上流側端部２３を＋Ｙ側へ引っ張る力として作用する。この引っ張る力により、上流側端部２３は＋Ｙ方向に移動する。
【００４９】
一方、第一移動子２１の下流側端部２４は、第二駆動素子３２を介して第二移動子２２の下流側端部２６に連結されている。第二移動子２２は第二軸部１２に対して係合状態となっているため、下流側端部２６の＋Ｙ方向への移動は規制されている。このため、第二移動子２２の下流側端部２６のＹ方向上の位置は変化しない。
【００５０】
また、この上流側端部２３の＋Ｙ方向への移動により、第一移動子２１は、折り返し片２１ａと折り返し片２１ｂとが閉じるように変形する。このため、貫通孔２１ｄ及び貫通孔２１ｅの内壁が第一軸部１１から離間する方向に移動し、第一移動子２１と第一軸部１１との間は係合力低減状態となる。
【００５１】
このとき、折り返し片２１ａと折り返し片２１ｂとが閉じるように第一移動子２１が変形しているため、当該第一移動子２１には、折り返し片２１ａと折り返し片２１ｂとが広がろうとする方向に弾性力が作用している。この弾性力は、第一移動子２１の−Ｙ側においては上流側端部２３が第一駆動素子３１を−Ｙ方向に引っ張り、＋Ｙ側においては下流側端部２４が第二駆動素子３２を＋Ｙ側に押圧するように作用している。上記のように上流側端部２５の−Ｙ方向への移動が規制され、下流側端部２６の＋Ｙ方向への移動が規制されるため、これら第一移動子２１の下流側端部２４、第二移動子２２の上流側端部２５及び下流側端部２６はＹ方向には移動しない。このような原理により、第一移動子２１の下流側端部２４、第二移動子２２の上流側端部２５及び下流側端部２６の位置が変化することなく、第一移動子２１の上流側端部２３の位置が初期位置Ｐ１に対して＋Ｙ側に移動する。
【００５２】
次に、図９に示すように、制御部ＣＯＮＴは、第一駆動素子３１を上記の初期状態としたまま第二駆動素子３２を初期状態に収縮させる。当該第二駆動素子３２の収縮により、第一移動子２１の上流側端部２３、第二移動子２２の上流側端部２５及び下流側端部２６の位置が変化することなく、第一移動子２１の下流側端部２４の位置が＋Ｙ方向に移動する。
【００５３】
ここで、当該下流側端部２４の移動の原理を説明する。  
第二駆動素子３２を延伸させる前の状態において、第二移動子２２の下流側端部２６には、第二駆動素子３２を介して＋Ｙ方向に押圧される力の他に、折り返し片２２ｂと折り返し片２２ｂとが開く方向の弾性力が作用している。このため、下流側端部２６には、＋Ｙ方向の弾性力が作用している。
【００５４】
この状態で第二駆動素子３２を収縮させると、第二駆動素子３２の収縮による力は、第一移動子２１の下流側端部２４を＋Ｙ側に引っ張る方向に作用すると共に、第二移動子２２の下流側端部２６を−Ｙ側に引っ張る方向に作用する。下流側端部２６では、第二駆動素子３２による引っ張り力は、＋Ｙ方向の弾性力によって支持される。これに対して、下流側端部２４では、第二駆動素子３２による引っ張り力を支持する力が作用しない。このため、下流側端部２６が−Ｙ方向に移動する作用よりも、下流側端部２４が＋Ｙ方向に移動する作用が強く働き、結果として下流側端部２６が移動することなく、下流側端部２４のみが＋Ｙ方向に移動する。したがって、第一移動子２１の上流側端部２３、第二移動子２２の上流側端部２５及び下流側端部２６の位置が変化することなく、第一移動子２１の下流側端部２４の位置が初期位置Ｐ３に対して＋Ｙ側に移動する。  
以上の動作により、第一移動子２１が＋Ｙ方向に所定距離だけ移動した状態となる。
【００５５】
制御部ＣＯＮＴは、上記の動作を繰り返すことにより、第二移動子２２及び第一移動子２１を所定距離ずつ交互に＋Ｙ方向に移動させる。このようにして、第一移動子２１及び第二移動子２２をそれぞれ＋Ｙ方向に移動させることができる。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る駆動装置１００は、一方向に沿って配置された軸部１０と、当該軸部１０に対する姿勢を変化させることで係合力を低減可能な係合状態で軸部１０に係合された移動子２０と、軸部１０と移動子２０との間が係合状態よりも係合力の低い係合力低減状態となるように、移動子２０及び軸部１０のうち少なくとも一方の姿勢を変化させると共に、係合力低減状態にある軸部１０と移動子２０とが一方向に相対的に移動するように、移動子２０に対して駆動力を作用させる駆動部３０とを備えるので、軸部１０に対する移動部２０の姿勢を変化させることで、移動部２０に対して軸部１０との間に係合力（摩擦力）を生じさせることができる。このため、装置全体のサイズや重量等を大きくすることが無く、また、駆動部３０に大量の電気エネルギーを投入することも無く、移動子２０の推進力を得ることができる。これにより、効率的に高トルクを達成することが可能な駆動装置１００を提供することができる。
【００５７】
［第二実施形態］  
次に、本発明の第二実施形態を説明する。  
図１０は、本実施形態に係る駆動装置２００の全体構成を示す図である。  
図１０に示すように、駆動装置２００は、一方向（例、Ｙ方向）に延在する軸部２１０と、当該軸部２１０に沿って移動する移動子２２０と、移動子２２０を駆動する第一駆動部（姿勢変化部）２３０と、移動子２２０を駆動する第二駆動部（作用部）２４０と、を備えている。この駆動装置２００は、上記実施形態における駆動装置１００と同様、例えばロボット装置やステージ装置などを駆動する駆動源として用いられる。
【００５８】
軸部２１０は、例えば四角柱状又は四角筒状に形成されている。軸部２１０は、所定の大きさの力に対しては変形しない程度の剛性を有している。この所定の力として、例えば、移動子２２０が軸部２１０に対して作用する力などが挙げられる。軸部２１０は、それぞれ不図示の軸固定部によって位置が固定されている。
【００５９】
移動子２２０は、板バネ部２２１、支持部２２２及びフレクシャ部２２３を有する。板バネ部２２１は、第一実施形態における第一移動部２１又は第二移動部２２と同様の構成及び機能を有している。具体的には、板バネ部２２１は、一方向に長手に形成されており、長手方向の両端部に設けられた折り返し片（第一部分）２２１ａ及び折り返し片（第二部分）２２１ｂと、長手方向の中央部に設けられ連結部２２１ｃと、を有する。折り返し片２２１ａ及び折り返し片２２１ｂは、連結部２２１ｃによって連結されている。板バネ部２２１は、折り返し片２２１ａと折り返し片２２１ｂとが所定の角度をなすように連結部２２１ｃにおいて折り曲げられている。
【００６０】
板バネ部２２１の折り返し片２２１ａと折り返し片２２１ｂとを閉じる方向に力を加えると、当該折り返し片２２１ａ及び折り返し片２２１ｂが広がる方向に弾性力が発生する。逆に、板バネ部２２１の折り返し片２２１ａと折り返し片２２１ｂとを広げる方向に力を加えると、当該折り返し片２２１ａ及び折り返し片２２１ｂが閉じる方向に弾性力が発生する。
【００６１】
折り返し片２２１ａには貫通孔２２１ｄが形成されており、折り返し片２２１ｂには貫通孔２２１ｅが形成されている。貫通孔２２１ｄ及び貫通孔２２１ｅは、例えば板バネ部２２１の長手方向に沿って長方形状に形成されており、それぞれ同一の形状及び寸法に形成されている。貫通孔２２１ｄ及び貫通孔２２１ｅは、軸部２１０によってＹ方向に貫通されている。
【００６２】
板バネ部２２１は、折り返し片２２１ａと折り返し片２２１ｂとが上記の所定の角度よりも大きい角度となるように変形した状態で軸部２１０に貫通されている。この状態において、板バネ部２２１は、折り返し片２２１ａと折り返し片２２１ｂとが連結部２２１ｃを中心として開くように折り曲げられた方向に弾性変形されている。このため、板バネ部２２１には、折り返し片２２１ａと折り返し片２２１ｂとが閉じる方向に弾性力が作用している。この弾性力により、図１０に示すように、貫通孔２２１ｄ及び貫通孔２２１ｅの内壁は、軸部２１０に当接されると共に軸部２１０の外周面を押圧している。したがって、板バネ部２２１は、当該押圧力によって軸部２１０との間に働く摩擦力により、軸部２１０に係合されている。
【００６３】
板バネ部２２１が軸部２１０に係合された状態（係合状態）において、貫通孔２２１ｄの内壁が軸部２１０に当接されているため、折り返し片２２１ａの−Ｙ方向への移動が規制される。同様に、貫通孔２２１ｅの内壁が軸部２１０に当接されているため、折り返し片２２１ｂの＋Ｙ方向への移動が規制される。
【００６４】
支持部２２２は、板バネ部２２１を駆動する第一駆動部２３０及び第二駆動部２４０を支持する。支持部２２２は、例えば矩形の箱状に形成されており、＋Ｘ側の面が開口されている。支持部２２２は、不図示のガイドによってＹ方向に平行に移動可能に設けられると共に、Ｘ方向への移動が規制されている。支持部２２２は、例えば制御部ＣＯＮＴが当該ガイドを制御することにより、Ｙ方向への移動が可能な状態と、Ｙ方向への移動が規制された状態とを切り替えることが可能となっている。フレクシャ部２２３は、弾性変形可能に形成されており、板バネ部２２１の連結部２２１ｃと支持部２２２とを接続する。
【００６５】
第一駆動部２３０は、板バネ部２２１をＸ方向に移動させる。第一駆動部２３０は、連結部２２１ｃの−Ｘ側端面と支持部２２２との間を連結するように設けられている。第一駆動部２３０と連結部２２１ｃとの間は、例えば不図示のスライダー機構やフレクシャ機構などにより、Ｙ方向に相対的に移動可能となるように接続されている。
【００６６】
第二駆動部２４０は、板バネ部２２１をＹ方向に移動させる。第二駆動部２４０は、連結部２２１ｃの−Ｙ側端面と支持部２２２との間を連結するように設けられている。第二駆動部２４０と連結部２２１ｃとの間は、第一駆動部２３０と同様に、例えば不図示のスライダー機構やフレクシャ機構などにより、Ｘ方向に相対的に移動可能となるように接続されている。
【００６７】
第一駆動部２３０及び第二駆動部２４０としては、例えばピエゾ素子などの圧電素子が用いられている。第一駆動部２３０及び第二駆動部２４０は、例えば制御部ＣＯＮＴに接続されており、初期状態に対して所定の電圧を印加することにより変形可能に形成されている。第一駆動部２３０及び第二駆動部２４０を変形させるタイミングや変形量などは、制御部ＣＯＮＴにおいて制御するようになっている。なお、第一駆動部２３０及び第二駆動部２４０としては、圧電素子に限られず、磁歪素子などの電気機械変換素子を用いてもよい。
【００６８】
次に、上記のように構成された駆動装置２００の動作を説明する。  
図１０に示す係合状態において、制御部ＣＯＮＴは、第一駆動部２３０を初期位置に対して収縮させる。この動作により、連結部２２１ｃが−Ｘ方向に移動し、折り返し片２２１ａ及び折り返し片２２１ｂが連結部２２１ｃに引っ張られるように−Ｘ方向に移動する。
【００６９】
この移動により、図１１に示すように、折り返し片２２１ａと折り返し片２２１ｂとの角度が小さくなり、軸部２１０に対する折り返し片２２１ａ及び折り返し片２２１ｂの姿勢が変化する。この折り返し片２２１ａ及び折り返し片２２１ｂの姿勢の変化により、貫通孔２２１ｄ及び貫通孔２２１ｅの内壁が軸部２１０から離間し、軸部２１０の外周面を押圧する押圧力が低下する。このため、折り返し片２２１ａ及び折り返し片２２１ｂと軸部２１０との間に働く摩擦力が低下し、板バネ部２２１と軸部２１０との係合力が低減された状態（係合力低減状態）となる。
【００７０】
板バネ部２２１と軸部２１０との間が係合力低減状態となっている間に、制御部ＣＯＮＴは、支持部２２２のＹ方向への移動を規制すると共に、第二駆動部２４０を初期状態に対して延伸させる。この動作により、図１２に示すように、板バネ部２２１が第二駆動部２４０によって＋Ｙ側へ押圧されて移動する。
【００７１】
板バネ部２２１を＋Ｙ側へ移動させた後、制御部ＣＯＮＴは、第二駆動部２４０を延伸させた状態で、第一駆動部２３０を延伸させる。この動作により、図１３に示すように、貫通孔２２１ｄ及び貫通孔２２１ｅの内壁が軸部２１０に押圧され、板バネ部２２１と軸部２１０との間が係合状態となる。このため、板バネ部２２１と軸部２１０との間のＹ方向への相対的な移動が規制される。
【００７２】
板バネ部２２１と軸部２１０との間を係合状態とした後、制御部ＣＯＮＴは、支持部２２２をＹ方向に移動可能な状態とし、第二駆動部２４０を収縮させる。この動作により、図１４に示すように、支持部２２２が板バネ部２２１側へ引き寄せられる。このようにして、移動子２２０が＋Ｙ方向へ移動することになる。
【００７３】
以上のように、本実施形態では、第一駆動部２３０及び第二駆動部２４０により、移動子２２０の板バネ部材２２１の姿勢を変化させることで、軸部２１０と移動子２２０との間を係合状態よりも係合力の低い係合力低減状態とし、この状態で移動子２２０をＹ方向に移動するように移動子２２０に対して駆動力を作用させることとしたので、軸部２１０に対する移動子２２０の姿勢を変化させることで、移動子２２０に対して軸部２１０との間に係合力（摩擦力）を生じさせることができる。このため、装置全体のサイズや重量等を大きくすることが無く、また、第一駆動部２３０及び第二駆動部２４０に大量の電気エネルギーを投入することも無く、移動子２２０の推進力を得ることができる。これにより、効率的に高トルクを達成することが可能な駆動装置２００を提供することができる。
【００７４】
なお、本実施形態では、支持部２２２に対してＹ方向への移動が可能な状態とＹ方向への移動が規制される状態とを切り替える構成としたが、このような構成を有していない場合であっても、例えば第二駆動部２４０を延伸させたときに板バネ部２２１が＋Ｙ方向に移動可能な構成であれば、上記動作を実現可能である。
【００７５】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。  
例えば、上記実施形態では、移動子の構成として板バネ部材を用いた場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。図１５は、変形例に係る移動子３２０の構成を示す断面図である。
【００７６】
図１５に示すように、貫通孔３２１ｄを有する板状部材３２１ａと、貫通孔３２１ｅを有する板状部材３２１ｂとをヒンジ部３２１ｃによって連結すると共に、板状部材３２１ａと板状部材３２１ｂとの間を弾性部材３２１ｆによって連結する構成であってもよい。この構成によれば、上記実施形態と同様に、板状部材３２１ａ及び板状部材３２１ｂの開閉動作に対して弾性力を作用させることができる。
【００７７】
また、上記実施形態においては、移動子が直線方向に移動する構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。図１６は、駆動装置４００の構成を示す斜視図である。例えば、図１６に示すように、駆動装置４００においては、軸部４１０が円環状に形成されている。この場合、駆動部４３０の動作により移動子４２０を円周方向に移動させることが可能である。このように移動子４２０を回転させることで、駆動装置４００をモータ装置として用いることができる。
【００７８】
駆動装置をモータ装置として用いる構成では、例えばロボット装置などを駆動する場合などに適用することができる。図１６は、ロボット装置ＲＢＴの一部（指部分の先端）の構成を示す図である。なお、上記実施形態に記載の駆動装置ＡＣＴ（モータ装置ＭＴＲ）は、ロボット装置ＲＢＴのアーム部を駆動する駆動部として用いてもよい。
【００７９】
図１６に示すように、ロボット装置ＲＢＴは、末節部１０１、中節部１０２及び関節部１０３を有しており、末節部１０１と中節部１０２とが関節部１０３を介して接続された構成になっている。関節部１０３には軸支持部１０３ａ及び軸部１０３ｂが設けられている。軸支持部１０３ａは中節部１０２に固定されている。軸部１０３ｂは、軸支持部１０３ａによって固定された状態で支持されている。
【００８０】
末節部１０１は、接続部１０１ａ及び歯車１０１ｂを有している。接続部１０１ａには、関節部１０３の軸部１０３ｂが貫通した状態になっており、当該軸部１０３ｂを回転軸として末節部１０１が回転可能になっている。この歯車１０１ｂは、接続部１０１ａに固定されたベベルギアである。接続部１０１ａは、歯車１０１ｂと一体的に回転するようになっている。
【００８１】
中節部１０２は、筐体１０２ａ及び駆動装置ＡＣＴを有している。駆動装置ＡＣＴは、上記実施形態に記載の駆動装置ＡＣＴを用いることができる。駆動装置ＡＣＴは、筐体１０２ａ内に設けられている。駆動装置ＡＣＴには、回転軸部材１０４ａが取り付けられている。回転軸部材１０４ａの先端には、歯車１０４ｂが設けられている。この歯車１０４ｂは、回転軸部材１０４ａに固定されたベベルギアである。歯車１０４ｂは、上記の歯車１０１ｂとの間で噛み合った状態になっている。
【００８２】
上記のように構成されたロボット装置ＲＢＴは、駆動装置ＡＣＴの駆動によって回転軸部材１０４ａが回転し、当該回転軸部材１０４ａと一体的に歯車１０４ｂが回転する。歯車１０４ｂの回転は、当該歯車１０４ｂと噛み合った歯車１０５ｂに伝達され、歯車１０５ｂが回転する。当該歯車１０５ｂが回転することで接続部１０５ａも回転し、これにより末節部１０５が軸部１０３ｂを中心に回転する。
【００８３】
このように、本実施形態によれば、駆動装置ＡＣＴとして、効率的に高トルクを達成することが可能なモータ装置ＭＴＲが搭載されているので、省電力性に優れたロボット装置ＲＢＴを得ることができる。
【符号の説明】
【００８４】
ＣＯＮＴ…制御部  ＲＢＴ…ロボット装置  １０…軸部  １１…第一軸部  １２…第二軸部  ２０…移動部  ３０…駆動部  １００、２００、４００…駆動装置  ２１０…軸部  ２２０…移動子  ２３０…第一駆動部  ２４０…第二駆動部  ３２０…移動子
【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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