(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電駆動装置と、
前記圧電駆動装置により回動され、円形状を有する第１被駆動体と、
エンコーダーと、
を備え、
前記エンコーダーは、
前記第１被駆動体の回動に応じて回動し、スリットまたは反射板を有する円板と、
前記スリットまたは反射板を検知することが可能な検出器と、
を有し、
前記円板の直径は、前記第１被駆動体の直径よりも小さい、
指関節駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の指関節駆動装置において、
前記第１被駆動体と前記円板との間に配置され、前記円板の回転速度を前記第１被駆動体の回動速度よりも速くする増速機を備える、指関節駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の指関節駆動装置において、
前記第１被駆動体の回動を減速する減速機と、
前記減速機に接続され、指の運動をアシストする第２被駆動体と、
を備える、指関節駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の指関節駆動装置において、
前記円板の直径は、前記減速機のギアのうちの最も大きなギアの直径よりも小さく、
前記減速機のギアの回転軸に沿った方向のいずれか一方から前記円板を見たときに、前記円板は、前記減速機のギアに隠れる位置に配置されている、指関節駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指関節駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
指関節の回動角度を検出するためにエンコーダーが設けられた指関節駆動装置が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０６７８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
指関節駆動装置を精度良く制御するために、指関節の回動角度の検出精度を高くすることが求められている。そのためにエンコーダーの分解能をより一層高くすることが好ましい。ここで、エンコーダーの分解能を高くするための方法として、エンコーダーのスリット板を大きくすることが一般的である。しかしながら、スリット板を大きくすると、指関節駆動装置が大型化し、狭い隙間に手を入れることができないなど指関節駆動装置の装着者の行動に制限がかかるという問題がある。指関節駆動装置は小型化が要望されており、小型化に対応できるエンコーダーの構成については、十分な検討がされていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、指関節駆動装置が提供される。指関節駆動装置は、駆動装置と、前記駆動装置により回動され、円形状を有する第１被駆動体と、エンコーダーと、を備え、前記エンコーダーは、前記第１被駆動体の回動に応じて回動し、スリットまたは反射板を有する円板と、前記スリットまたは反射板を検知することが可能な検出器と、を有し、前記円板の直径は、前記第１被駆動体の直径よりも小さい。この形態によれば、エンコーダーの円板の直径を、第１被駆動体の直径よりも小さくするので、エンコーダーを小型化でき、指関節駆動装置も小型化できる。
【０００７】
（２）上記形態の指関節駆動装置において、前記第１被駆動体と前記円板との間に配置され、前記円板の回転速度を前記第１被駆動体の回動速度よりも速くしてもよい。この形態によれば、エンコーダーの分解能を上げることが出来る。
【０００８】
（３）上記形態の指関節駆動装置において、前記駆動装置は、圧電駆動装置であってもよい。この形態によれば、駆動装置が、圧電駆動装置なので、磁石やコイルが不要であり、指関節駆動装置小型にできる。
【０００９】
（４）上記形態の指関節駆動装置において、前記第１被駆動体の回動を減速する減速機と、前記減速機に接続され、指の運動をアシストする第２被駆動体と、を備えてもよい。この形態によれば、第２被駆動体のトルクを大きく出来ると共に、バックラッシュを抑制できる。
【００１０】
（５）上記形態の指関節駆動装置において、前記円板の直径は、前記減速機の最も大きなギアよりも小さく、前記減速機のギアの回転軸に沿った方向のいずれか一方から前記円板を見たときに、前記円板は、前記減速機のギアに隠れる位置に配置されていてもよい。この形態によれば、エンコーダーの円板は、減速機のギアの外縁よりはみ出さないので、指関節駆動装置を小型にできる
【００１１】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、指関節駆動装置の他、指関節駆動装置におけるエンコーダー、指関節駆動装置におけるエンコーダーの配置方法等、様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る指関節駆動装置を示す説明図。
【図２】圧電駆動装置の概略構成を示す平面図及び断面図。
【図３】振動板の平面図。
【図４】圧電駆動装置と駆動回路の電気的接続状態を示す説明図。
【図５】圧電駆動装置の動作の例を示す説明図。
【図６】第１の指関節駆動装置の圧電駆動装置と減速機とを指と反対側から見た概略図。
【図７】第１の指関節駆動装置の圧電駆動装置と減速機とを指側から見た概略図。
【図８】第２の実施形態において用いられる第３の指関節駆動装置の構成を示す説明図。
【図９】第２の実施形態におけるエンコーダーの構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
・第１実施形態：
図１は、第１の実施形態に係る指関節駆動装置１０００を示す説明図である。指関節駆動装置１０００は、第１の指関節駆動装置１００１と、第２の指関節駆動装置１００２と、ベース部材１００３と、を備える。第１の指関節駆動装置１００１は、指７００の中節骨部分に装着され、中節骨と基節骨との間の関節において、指７００の運動のアシストを行う。第２の指関節駆動装置１００２は、第１の指関節駆動装置１００１に連結されており、指７００の基節骨部分に装着され、基節骨と中手骨との間の関節において、指７００の運動のアシストを行う。ベース部材１００３は、第２の指関節駆動装置１００２に連結されており、手の甲に装着される。
【００１４】
第１の指関節駆動装置１００１は、圧電駆動装置１０と、減速機５０１と、指支持部７０１と、バンド７０３と、を備える。第２の指関節駆動装置１００２は、圧電駆動装置１０と、減速機５０２と、指支持部７０２と、バンド７０４と、を備える。第１の指関節駆動装置１００１と第２の指関節駆動装置１００２とは、ほぼ同じ構成である。バンド７０３は、指７００の腹側から第１の指関節駆動装置１００１を固定する。バンド７０４は、指７００の腹側から第２の指関節駆動装置１００２を固定する。また、本実施形態では、２個の指関節駆動装置１００１と１００２とを備えているが、３個の指関節駆動装置を備えても良い。この場合、３個目の指関節駆動装置は、例えば指７００の末節骨部分に装着される。また、指関節駆動装置を１個のみ備える構成であっても良い。この場合、指関節駆動装置１０００としては、指７００の基節骨部分に装着される第２の指関節駆動装置１００２のみを備えても良い。
【００１５】
第２の指関節駆動装置１００２と第１の指関節駆動装置１００１とは、バンド７０３の有無以外は同じ構成であるので、以下、第１の指関節駆動装置１００１を例にとり説明する。圧電駆動装置１０は、圧電体に電圧を印加することにより、圧電体を伸縮させて駆動する駆動装置である。減速機５０１は、複数のギアを直列に接続して減速する減速装置である。圧電駆動装置１０及び減速機５０１については、後述する。指支持部７０１は、指７００の背及び側面から指７００を支える部材である。指支持部７０１の一方の側面に圧電駆動装置１０及び減速機５０１が設けられている。なお、指関節駆動装置１０００を人差し指に装着する場合には、圧電駆動装置１０及び減速機５０１が設けられる側面は、親指と反対側（中指側）の側面が好ましい。親指は、他の指と比べて移動の自由度が大きく、親指側に指関節駆動装置１０００を装着した場合、人差し指の指関節駆動装置１０００が、親指に装着した指関節駆動装置あるいは親指と干渉するおそれがあるからである。なお、圧電駆動装置１０及び減速機５０１は、指支持部７０１の背に配置されても良い。
【００１６】
・圧電駆動装置１０の構成：
図２（Ａ）は、本発明の第１実施形態における圧電駆動装置１０の概略構成を示す平面図であり、図２（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。圧電駆動装置１０は、振動板２００と、振動板２００の両面（第１面２１１と第２面２１２）にそれぞれ配置された２つの圧電振動体１００とを備える。圧電振動体１００は、基板１２０と、基板１２０の上に形成された第１電極１３０と、第１電極１３０の上に形成された圧電体１４０と、圧電体１４０の上に形成された第２電極１５０と、を備えている。第１電極１３０と第２電極１５０は、圧電体１４０を挟持して圧電素子を構成する。２つの圧電振動体１００は、振動板２００を中心として対称に配置されている。また、この実施形態では、基板１２０と振動板２００とが圧電素子（１３０，１４０，１５０）を挟むように、圧電振動体１００が振動板２００上に設置されている。２つの圧電振動体１００は同じ構成を有しているので、以下では特に断らない限り、振動板２００の下側にある圧電振動体１００の構成を説明する。
【００１７】
圧電振動体１００の基板１２０は、第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０を成膜プロセスで形成するための基板として使用される。また、基板１２０は機械的な振動を行う振動板としての機能も有する。基板１２０は、例えば、Ｓｉ，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２などで形成することができる。Ｓｉ製の基板１２０として、例えば半導体製造用のＳｉウェハーを利用することが可能である。この実施形態において、基板１２０の平面形状は長方形である。基板１２０の厚みは、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲とすることが好ましい。基板１２０の厚みを１０μｍ以上とすれば、基板１２０上の成膜処理の際に基板１２０を比較的容易に取扱うことができる。また、基板１２０の厚みを１００μｍ以下とすれば、薄膜で形成された圧電体１４０の伸縮に応じて、基板１２０を容易に振動させることができる。
【００１８】
第１電極１３０は、基板１２０上に形成された１つの連続的な導電体層として形成されている。一方、第２電極１５０は、図２（Ａ）に示すように、５つの導電体層１５０ａ〜１５０ｅ（「第２電極１５０ａ〜１５０ｅ」とも呼ぶ）に区分されている。中央にある第２電極１５０ｅは、基板１２０の幅方向の中央において、基板１２０の長手方向のほぼ全体に亘る長方形形状に形成されている。他の４つの第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄは、同一の平面形状を有しており、基板１２０の四隅の位置に形成されている。図２の例では、第１電極１３０と第２電極１５０は、いずれも長方形の平面形状を有している。第１電極１３０や第２電極１５０は、例えばスパッタリングによって形成される薄膜である。第１電極１３０や第２電極１５０の材料としては、例えばＡｌ（アルミニウム）や、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）などの導電性の高い任意の材料を利用可能である。なお、第１電極１３０を１つの連続的な導電体層とする代わりに、第２電極１５０ａ〜１５０ｅと実質的に同じ平面形状を有する５つの導電体層に区分してもよい。なお、第２電極１５０ａ〜１５０ｅの間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）と、第１電極１３０及び第２電極１５０ａ〜１５０ｅと駆動回路との間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）とは、図２では図示が省略されている。
【００１９】
圧電体１４０は、第２電極１５０ａ〜１５０ｅと実質的に同じ平面形状を有する５つの圧電体層として形成されている。この代わりに、圧電体１４０を、第１電極１３０と実質的に同じ平面形状を有する１つの連続的な圧電体層として形成してもよい。第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０ａ〜１５０ｅとの積層構造によって、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅ（図２（Ａ））が構成される。
【００２０】
圧電体１４０は、例えばゾル−ゲル法やスパッタリング法によって形成される薄膜である。圧電体１４０の材料としては、ＡＢＯ３型のペロブスカイト構造を採るセラミックスなど、圧電効果を示す任意の材料を利用可能である。ＡＢＯ３型のペロブスカイト構造を採るセラミックスとしては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）、メタニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等を用いることが可能である。またセラミック以外の圧電効果を示す材料、例えばポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いることも可能である。圧電体１４０の厚みは、例えば５０ｎｍ（０．０５μｍ）以上２０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。この範囲の厚みを有する圧電体１４０の薄膜は、成膜プロセスを利用して容易に形成することができる。圧電体１４０の厚みを０．０５μｍ以上とすれば、圧電体１４０の伸縮に応じて十分に大きな力を発生することができる。また、圧電体１４０の厚みを２０μｍ以下とすれば、圧電駆動装置１０を十分に小型化することができる。
【００２１】
図３は、振動板２００の平面図である。振動板２００は、長方形形状の振動体部２１０と、振動体部２１０の左右の長辺からそれぞれ３本ずつ延びる接続部２２０とを有しており、また、左右の３本の接続部２２０にそれぞれ接続された２つの取付部２３０を有している。なお、図３では、図示の便宜上、振動体部２１０にハッチングを付している。取付部２３０は、ネジ２４０によって他の部材に圧電駆動装置１０を取り付けるために用いられる。振動板２００は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、銅、銅合金、鉄−ニッケル合金などの金属材料で形成することが可能である。
【００２２】
振動体部２１０の上面（第１面２１１）及び下面（第２面２１２）には、圧電振動体１００（図２）がそれぞれ接着剤を用いて接着される。振動体部２１０の長さＬと幅Ｗの比は、Ｌ：Ｗ＝約７：２とすることが好ましい。この比は、振動体部２１０がその平面に沿って左右に屈曲する超音波振動（後述）を行うために好ましい値である。振動体部２１０の長さＬは、例えば３．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲とすることができ、幅Ｗは、例えば１ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲とすることができる。なお、振動体部２１０が超音波振動を行うために、長さＬは５０ｍｍ以下とすることが好ましい。振動体部２１０の厚み（振動板２００の厚み）は、例えば５０μｍ以上７００μｍ以下の範囲とすることができる。振動体部２１０の厚みを５０μｍ以上とすれば、圧電振動体１００を支持するために十分な剛性を有するものとなる。また、振動体部２１０の厚みを７００μｍ以下とすれば、圧電振動体１００の変形に応じて十分に大きな変形を発生することができる。
【００２３】
振動板２００の一方の短辺には、突起部２０（「接触部」又は「作用部」とも呼ぶ）が設けられている。突起部２０は、被駆動体と接触して、被駆動体に力を与えるための部材である。突起部２０は、セラミックス（例えばＡｌ２Ｏ３）などの耐久性がある材料で形成することが好ましい。
【００２４】
図４は、圧電駆動装置１０と駆動回路３００の電気的接続状態を示す説明図である。５つの第２電極１５０ａ〜１５０ｅのうちで、対角にある一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄが配線１５１を介して互いに電気的に接続され、他の対角の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃも配線１５２を介して互いに電気的に接続されている。これらの配線１５１，１５２は成膜処理によって形成しても良く、或いは、ワイヤ状の配線によって実現してもよい。図４の３つの第２電極１５０ｂ，１５０ｅ，１５０ａと、第１電極１３０（図２）は、配線３１０，３１２，３１４，３２０を介して駆動回路３００に電気的に接続されている。駆動回路３００は、一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄと第１電極１３０との間に周期的に変化する交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、圧電駆動装置１０を超音波振動させて、突起部２０に接触するローター（被駆動体）を所定の回転方向に回転させることが可能である。ここで、「脈流電圧」とは、交流電圧にＤＣオフセットを付加した電圧を意味し、その電圧（電界）の向きは、一方の電極から他方の電極に向かう一方向である。また、他の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃと第１電極１３０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、突起部２０に接触するローターを逆方向に回転させることが可能である。このような電圧の印加は、振動板２００の両面に設けられた２つの圧電振動体１００に同時に行われる。なお、図４に示した配線１５１，１５２，３１０，３１２，３１４，３２０を構成する配線（又は配線層及び絶縁層）は、図２では図示が省略されている。
【００２５】
図４に示した実施形態では、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅが以下の３組の圧電素子グループに区分されている。
（１）第１圧電素子グループＰＧ１：圧電素子１１０ａ，１１０ｄ
（２）第２圧電素子グループＰＧ２：圧電素子１１０ｂ，１１０ｃ
（３）第３圧電素子グループＰＧ３：圧電素子１１０ｅ
各圧電素子グループに含まれる圧電素子１１０は、常に同時に駆動される。また、第１圧電素子グループＰＧ１は、２つの圧電素子１１０ａ，１１０ｄを含むので、これらの圧電素子１１０ａ，１１０ｄの第２電極１５０ａ，１５０ｄ同士が配線１５１を介して直接接続されている。第２圧電素子グループＰＧ２も同様である。なお、他の実施形態として、３つ以上の圧電素子１１０で１組の圧電素子グループを構成することも可能であり、一般には、複数の圧電素子をＮ組（Ｎは２以上の整数）の圧電素子グループに区分することが可能である。この場合にも、同じ圧電素子グループに２つ以上の圧電素子１１０が含まれる場合には、それらの第２電極１５０同士が配線を介して直接接続される。ここで、「配線を介して直接接続される」という意味は、配線の途中に受動素子（抵抗、コイル、コンデンサなど）や能動素子を含まないことを意味する。また、本実施形態では、第１電極１３０として、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅに共通する１つの導電層が使用されているが、第１電極１３０が個々の圧電素子毎に分離されている場合には、同じ圧電素子グループに属する２つ以上の圧電素子の第１電極同士も配線を介して直接接続されることが好ましい。
【００２６】
図５は、圧電駆動装置１０の動作の例を示す説明図である。圧電駆動装置１０の突起部２０は、被駆動体としてのローター５０の外周に接触している。図５（Ａ）に示す例では、駆動回路３００（図４）は、一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄと第１電極１３０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加しており、圧電素子１１０ａ，１１０ｄは図５の矢印ｘの方向に伸縮する。これに応じて、圧電駆動装置１０の振動体部２１０が振動体部２１０の平面内で屈曲して蛇行形状（Ｓ字形状）に変形し、突起部２０の先端が矢印ｙの向きに往復運動するか、又は、楕円運動する。その結果、ローター５０は、その回転軸Ｏ１の周りに所定の方向ｚ（図５では時計回り方向）に回転する。図３で説明した振動板２００の３つの接続部２２０（図３）は、このような振動体部２１０の振動の節（ふし）の位置に設けられている。なお、駆動回路３００が、他の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃと第１電極１３０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加する場合には、ローター５０は逆方向に回転する。なお、中央の第２電極１５０ｅに、一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄ（又は他の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃ）と同じ電圧を印加すれば、圧電駆動装置１０が長手方向に伸縮するので、突起部２０からローター５０に与える力をより大きくすることが可能である。なお、圧電駆動装置１０（又は圧電振動体１００）のこのような動作については、上記先行技術文献１（特開２００４−３２０９７９号公報、又は、対応する米国特許第７２２４１０２号）に記載されており、その開示内容は参照により組み込まれる。
【００２７】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のように圧電駆動装置１０がその面内方向に振動する際に、その厚み方向にも湾曲する様子を示いている。このような厚み方向の湾曲は、圧電駆動装置１０の表面に撓み（ひずみ）を発生させる点で望ましくない。しかしながら、本実施形態の圧電駆動装置１０では、基板１２０と振動板２００とが圧電素子１１０（１３０，１４０，１５０）を挟むように圧電振動体１００が振動板２００上に設置されているので、このような望ましくない撓み（ひずみ）を基板１２０によって抑制することができる。図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）とは逆に、基板１２０が振動板２００と接するように圧電振動体１００が振動板２００上に設置されている例である。図５（Ｃ）の積層構造では、第２電極１５０の表面において望ましくない撓み（ひずみ）が過度に大きくなる可能性がある。従って、図５（Ｂ）に示すように、基板１２０と振動板２００とが圧電素子（１３０，１４０，１５０）を挟むように、圧電振動体１００を振動板２００上に設置することが好ましい。こうすれば、圧電駆動装置１０の故障や損傷の可能性を低減することが可能である。特に、基板１２０をシリコン製とすれば、撓み（ひずみ）に対して損傷し難いので好ましい。また、本実施形態では、振動板２００と圧電素子１１０（１３０，１４０，１５０）とが接触している。そのため、振動板２００に配線層を形成することにより、振動板２００の配線層を経由して、圧電素子１１０に電圧を印加できる。但し、図５（Ｃ）のように、基板１２０が振動板２００と接するように圧電振動体１００を振動板２００に設置すれば、駆動回路３００と圧電素子１１０（１３０，１４０，１５０）との間の配線が、図５（Ｂ）に示す例に比べて容易となる。
【００２８】
・第１の指関節駆動装置の構成：
図６は、第１の指関節駆動装置１００１の圧電駆動装置と減速機とを指と反対側から見た概略図である。図７は、第１の指関節駆動装置１００１の圧電駆動装置と減速機とを指側から見た概略図である。第１の指関節駆動装置１００１は、圧電駆動装置１０と、減速機５０１の他に、第１被駆動体５０（ローター５０）と、第２被駆動体５９と、エンコーダー６０１と、を備える。圧電駆動装置１０の構成は、上述した通りである。第１被駆動体５０は、圧電駆動装置１０により回転駆動される、円形状を有する板である。
【００２９】
減速機５０１は、複数のギア５１、５２、５３、５４、５５を備える。ギア５１は、第１被駆動体５０と同一の回転軸Ｏ１を有するギアであり、第１被駆動体５０の直径よりも小さい直径を有する小径ギアである。ギア５２は、ギア５１と噛み合うギアであり、ギア５１の直径よりも大きい直径を有する大径ギアである。その結果、ギア５２の回転速度は、ギア５１の回転速度よりも小さくなる。ギア５３は、ギア５２と同一の回転軸Ｏ２を有するギアであり、ギア５２の直径よりも小さい直径を有する小径ギアである。ギア５３の回転速度とギア５２の回転速度は同じである。なお、ギア５３は、図６ではギア５２に隠れているため破線で描かれており、図７では図示が省略されている。ギア５４は、ギア５３と噛み合うギアであり、ギア５３の直径よりも直径が大きい大径ギアである。その結果、ギア５４の回転速度は、ギア５３の回転速度よりも小さくなる。ギア５５は、ギア５４と同一の回転軸Ｏ３を有するギアであり、ギア５４の直径よりも小さい直径を有する小径ギアである。なお、ギア５５の回転速度とギア５４の回転速度は同じである。
【００３０】
第２被駆動体５９の一端部には、減速機５０１の最終段の小径のギア５５と噛み合うギア部５９ｇが形成されている。また、第２被駆動体５９の他端部は、第２の指関節駆動装置１００２の指支持部７０２と接続されている。第１の指関節駆動装置１００１を駆動することで、第１の圧電駆動装置１０が第１被駆動体５０を回動させると、第１被駆動体５０から、ギア５２、ギア５４、ギア部５９ｇの順に回転速度が小さくなっていく。その結果、第１被駆動体５０の回動速度よりも低い回転速度で第２被駆動５９のギア部５９ｇを回動させる。なお、第２被駆動体５９のトルクは、逆に増大する。また、指関節駆動装置１０００は、減速機５０１を備えることで、バックラッシュを抑制できる。
【００３１】
本実施形態では、第１被駆動体５０と、ギア５１、５２、５３、５４、５５は、ほぼ一直線に配置されている。これにより、大きな減速比を得ることが出来るとともに、減速機５０１の高さ方向の大きさを小さく出来るので、第１の指関節駆動装置１００１の大きさを小さくできる。なお、本実施形態では、減速機５０１に５個のギアを用いたが、ギアの数や直径は、所望する減速比に応じて任意に設定可能である。
【００３２】
エンコーダー６０１は、４つのギア６０、６１、６２、６３と、円板６４と、光学センサ６６Ａ、６６Ｂを備える。ギア６０は、減速機５０１のギア５３と噛み合うギアである。ギア６１は、ギア６０と噛み合い、ギア６２は、ギア６１と回転軸を同一とするギアであり、ギア６１の直径よりも大きい直径を有する大径のギアである。ギア６３は、ギア６２と噛み合い、円板６４は、ギア６３と回転軸を同一とする円板である。円板６４は、所定のピッチで形成されたスリット６５を備える。光学センサ６６Ａ、６６Ｂは、回転する円板６４に光を照射し、光がスリット６５を通過するか否かにより、スリット６５の位置を検知するフォトインタラプターである。４つのギア６０、６１、６２、６３は、その直径を適宜設定することにより、円板６４の回転速度を、第１被駆動体５０の回転速度よりも大きくしても良い。円板６４の回転速度を大きくすれば、単位時間当たりのパルス数が増加するので、エンコーダーの分解能を大きく出来る。なお、ギア６０、６１、６２、６３を全て備える必要は無く、第１被駆動体５０に同期させて円板６４を回転させることが出来れば、ギア６０、６１、６２、６３のうちのいくつかは省略可能である。
【００３３】
円板６４の直径は、第１被駆動体５０の直径や、減速機５０１の大径のギア５２、５４の直径よりも小さい。なお、「大径ギア」とは、同軸で設けられた大小２つのギアのうちより大きな直径のギアを意味する。本実施形態では、ギア５２、５４の直径は、ほぼ同じであるが、円板６４の直径は、ギア５２、５４のうちの最も大きなギアの直径よりも小さいことが好ましい。また、第１の指関節駆動装置１００１を指と反対側から見た場合、円板６４は、大径のギア５２、５４に隠れて見えない。このように、円板６４が、大径のギア５２、５４に隠れるように、円板６４を配置することが好ましい。
【００３４】
円板６４は、円周に沿って形成されたスリット６５を有する。円周に沿った方向のスリット６５の幅と、スリットでない部分の幅は同じ長さであることが好ましい。光学センサ６６Ａ、６６Ｂは、円板６４を挟むように配置されている。光学センサ６６Ａと６６Ｂが生成する信号の周期は同じである。この１周期を２πとしたときに、光学センサ６６Ａの生成する信号の位相と光学センサ６６Ｂの生成する信号の位相とがπ／２だけずれるように、光学センサ６６Ａ、６６Ｂが配置されることが好ましい。なお、本実施形態では、円板６４にスリット６５を設けたが、スリット６５の代わりに反射板を設けても良い。この場合には、光学センサ６６Ａ、６６Ｂとして、フォトリフレクターが使用される。
【００３５】
以上、第１の実施形態によれば、エンコーダー６０１の円板６４の直径は、第１被駆動体５０の直径や、減速機５０１の大径のギア５２、５４の直径よりも小さいので、第１の指関節駆動装置１００１を小さく出来る。また、第１の指関節駆動装置１００１の駆動装置として圧電駆動装置１０を用いるので、磁石やコイルが不要であり、第１の指関節駆動装置１００１を小さく出来る。更に、円板６４の回転速度を、複数のギア６０、６１、６２、６３で構成される増速機を用いて、第１被駆動体５０の回転速度よりも大きくするので、エンコーダー６０１の分解能を大きく出来る。
【００３６】
・第２の実施形態：
図８は、第２の実施形態において用いられる第１の指関節駆動装置１００ａ１の構成を示す説明図である。第２の実施形態の第１の指関節駆動装置１００１ａは、第１の実施形態の第１の指関節駆動装置１００１あるいは第２の指関節駆動装置１００２の代わりに用いることができる。
【００３７】
第１の指関節駆動装置１００１ａは、第１の指関節駆動装置１００１と以下の点が異なる。減速機５０３は、減速機５０１と比較して、さらに２つのギア５６、５７を備えている。ギア５６は、ギア５５と噛み合うギアであり、ギア５５の直径よりも直径が大きい大径ギアである。その結果、ギア５６の回転速度は、ギア５５の回転速度よりも小さくなる。ギア５７は、ギア５６と同一の回転軸Ｏ４を有するギアであり、ギア５６の直径よりも小さい直径を有する小径ギアである。ギア５７の回転速度とギア５６の回転速度は同じである。ギア５７は、ギア部５９ｇと噛み合っている。ギア部５９ｇは円弧形をしており、ギア部５９ｇの曲率は、ギア５７の曲率よりも小さい。その結果、ギア部５９ｇの回転速度は、ギア５７の回転速度よりも小さくなる。また、第１の指関節駆動装置１００１の減速機５０１では、３つの回転軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３は、ほぼ一直線上に乗っているが、第２の実施形態の第１の指関節駆動装置１００１ａの減速機５０３では、回転軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４は、菱形あるいは四角形の頂点に配置されている。また、円板６４は、最も上方に位置する大径のギア５４の上端を圧電駆動装置１０の方向に伸ばした仮想的な外縁Ｌｘよりも内側に配置されている。なお、本実施形態では、指の背側を「上」あるいは「上側」、腹側を「下」あるいは「下側」と呼んでいる。その結果、指７００の長さ方向の大きさを小さくでき、第１の指関節駆動装置１００１ａの大きさを小さくできる。
【００３８】
図９は、第２の実施形態におけるエンコーダー６０３の構成を示す説明図である。エンコーダー６０３は、ギア６７、６８と、円板６４と、光学センサ６６Ａ、６６Ｂとを備える。ギア６７は、第１被駆動体５０と同一の回転軸Ｏ１を有するギアであり、第１被駆動体５０の直径よりも小さい直径を有する小径ギアである。第１被駆動体５０とギア６７の回転速度は同じである。ギア６８は、ギア６７と噛み合うギアであり、ギア６７の直径よりも小さい直径を有する極小径ギアである。したがって、ギア６８の回転速度は、ギア６７の回転速度よりも大きい。円板６４は、ギア６８と同一の回転軸Ｏ５を有する。円板６４の回転速度は、ギア６８の回転速度と同じである。ギア６７と６８は、円板６４の回転速度を第１被駆動体５０の回転速度よりも大きくする増速機を構成する。円板６４は、円周に沿って形成されたスリット６５を有する。円板６４、スリット６５、光学センサ６６Ａ、６６Ｂの構成については、第１の実施形態と同様の構成であるので、これ以上の説明を省略する。
【００３９】
以上第２の実施形態によっても、減速機５０３を小さくし、第１の指関節駆動装置１００１ａの大きさを小さくできる。また、第２の実施形態によれば、第１の指関節駆動装置１００１ａの指７００の長さ方向の大きさを小さくできるので、指関節駆動装置１０００を、親指のように、短い指にも装着できる。
【００４０】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４１】
１０…圧電駆動装置
２０…突起部
５０…ローター（第１被駆動体）
５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７…ギア
５９…第２被駆動体
５９ｇ…ギア部
６０、６１、６２、６３…ギア
６４…円板
６５…スリット
６６Ａ、６６Ｂ…光学センサ
６７…ギア
６８…ギア（カナ）
１００…圧電振動体
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｅ…圧電素子
１２０…基板
１３０…第１電極
１４０…圧電体
１５０…第２電極
１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｅ…導電体層（第２電極）
１５１、１５２…配線
２００…振動板
２１０…振動体部
２１１…第１面
２１２…第２面
２２０…接続部
２３０…取付部
２４０…ネジ
３００…駆動回路
３１０…配線
５０１、５０２、５０３…減速機
６０１、６０３…エンコーダー
７００…指
７０１、７０２…指支持部
７０３、７０４…バンド
１０００…指関節駆動装置
１００１、１００１ａ…第１の指関節駆動装置
１００２…第２の指関節駆動装置
１００３…ベース部材
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４…回転軸
Ｌｘ…外縁
ＰＧ１…第１圧電素子グループ
ＰＧ２…第２圧電素子グループ
ＰＧ３…第３圧電素子グループ
【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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