(57)【要約】      （修正有）【課題】被駆動体と圧電アクチュエーターの突起との接触部において、付勢方向に対して交差する方向の相対的なずれによるアクチュエーターと被駆動体とのすべりを抑制し、圧電アクチュエーターの振動の被駆動体への伝達効率が高いモーターを提供する。【解決手段】被駆動手段と、前記被駆動手段に付勢する突起３１ａを端部に有する振動板３１と、前記振動板３１に積層される圧電体３２，３３と、を有するアクチュエーター３０と、前記アクチュエーター３０を前記被駆動手段に付勢する付勢手段と、を備えるモーター１００であって、前記付勢手段の付勢方向が、前記振動板３１の振動面と交差するモーター１００。【選択図】図１
2012235622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動手段と、
前記被駆動手段に付勢する突起を端部に有する振動板と、前記振動板に積層される圧電体と、を有するアクチュエーターと、
前記アクチュエーターを前記被駆動手段に付勢する付勢手段と、を備えるモーターであって、
前記付勢手段の付勢方向が、前記振動板の振動面と交差する、
ことを特徴とするモーター。
【請求項２】
前記付勢方向と、前記振動面と、の交差する角度θが、
０＜θ≦３０°
であることを特徴とする請求項１に記載のモーター。
【請求項３】
前記アクチュエーターを前記振動面に交差する方向に規制する規制手段を備える、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモーター。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のモーターを備えるロボットハンド。
【請求項５】
請求項４に記載のロボットハンドを備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター、ロボットハンドおよびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子の振動によって被駆動体を駆動するモーターとしては、矩形平板状の圧電素子が、一体的に形成された突起を有する補強板に積層されたアクチュエーターを、補強板の突起を被駆動体に当接させて被駆動体を駆動するモーターが知られている（特許文献１）。この圧電アクチュエーターを備えるモーターでは、被駆動体に圧電アクチュエーターの補強板に有する突起を当接させるための付勢手段を備え、付勢手段により発生する付勢力による補強板の突起と被駆動手段との間の摩擦力が、補強板の突起の振動を被駆動手段へ伝え、被駆動手段を所定の方向へと駆動させるものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３３３３５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、上述の特許文献１では付勢手段によって圧電アクチュエーターを被駆動体へ付勢する方向は補強板における面振動の振動面に沿って、被駆動体の駆動中心に向かって付勢されている。このようなモーターでは、装置本体に対して回転可能に固定される被駆動体の振れや、装置本体に対して摺動可能に固定される圧電アクチュエーターのがた量によって、被駆動体と圧電アクチュエーターの突起との接触部において、付勢方向に対して交差する方向に相対的にずれ（すべり）を生じてしまう。このずれ（すべり）によって、圧電アクチュエーターの振動の被駆動体への伝達効率を著しく低下させてしまうという課題があった。
【０００５】
そこで、被駆動体と圧電アクチュエーターの突起との接触部において、付勢方向に対して交差する方向の相対的なずれによるアクチュエーターと被駆動体とのすべりを抑制し、圧電アクチュエーターの振動の被駆動体への伝達効率が高いモーターと、そのモーターを用いたロボットハンドおよびロボットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。
【０００７】
〔適用例１〕本適用例のモーターは、被駆動手段と、前記被駆動手段に付勢する突起を端部に有する振動板と、前記振動板に積層される圧電体と、を有するアクチュエーターと、前記アクチュエーターを前記被駆動手段に付勢する付勢手段と、を備えるモーターであって、前記付勢手段の付勢方向が、前記振動板の振動面と交差することを特徴とする。
【０００８】
上述の適用例によれば、アクチュエーターを被駆動手段に付勢する付勢手段を、アクチュエーターに含む圧電体によって励起される振動板の振動面に対して交差する方向を付勢方向となるように配置することにより、振動板の振動面に沿って被駆動手段に対して付勢する付勢力と、振動板の振動面に交差する方向に付勢する付勢力と、がアクチュエーターに付加される。このうちアクチュエーターを振動板の振動面に交差する方向に付勢する付勢力によって、アクチュエーターと接触する被駆動手段もアクチュエーターの振動板の振動面に交差する方向に付勢され、被駆動手段を駆動可能とさせるために設けられた駆動部分における部品間の隙間を要因とするフレやガタ、アクチュエーターをモーター基台に対して摺動可能とさせるために設けられた摺動部分における部品間の隙間を要因とするフレやガタなどが、アクチュエーターを振動板の振動面に交差する方向の付勢力によって所定の方向に片寄せされ、被駆動手段の駆動時にフレやガタを抑制することができる。これにより、アクチュエーターの振動の伝達ロスを抑制し、効率よく被駆動手段を駆動させることができるモーターを得ることができる。
【０００９】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記付勢方向と、前記振動面と、の交差する角度θが、
０＜θ≦３０°
であることを特徴とする。
【００１０】
上述の適用例によれば、アクチュエーターとモーター基台との摺動部における摩擦抵抗による振動の伝達ロスを抑え、アクチュエーターおよび被駆動手段のフレやガタなどが、アクチュエーターを振動板の振動面に交差する方向の付勢力によって所定の方向に片寄せされ、被駆動手段の駆動時にはフレやガタを抑制し、アクチュエーターの振動の伝達ロスの少ない、効率の良いモーターを得ることができる。
【００１１】
〔適用例３〕上述の適用例において、前記アクチュエーターを前記振動面に交差する方向に規制する規制手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
上述の適用例によれば、アクチュエーターを振動板の振動面に交差する方向の付勢力によって生じるアクチュエーターの所定方向の片寄せが大きくなり過ぎないようにすることができ、被駆動手段とアクチュエーターとの接触を確実にすることができる。
【００１３】
〔適用例４〕本適用例のロボットハンドは、上述の適用例のモーターを備える。
【００１４】
本適用例のロボットハンドは、自由度を多くし、多数のモーターを備えても、小型、軽量にすることができる。
【００１５】
〔適用例５〕本適用例のロボットは、上述の適用例のロボットハンドを備える。
【００１６】
本適用例のロボットは、汎用性が高く、複雑な電子機器の組み立て作業や検査等を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１形態に係るモーターを示す、図１は分解斜視図。
【図２】第１実施形態に係るモーターを示す、（ａ）は組立平面図、（ｂ）は組立側面図。
【図３】図２（ａ）に示すＡ−Ａ´部の断面図。
【図４】第１実施形態に係るアクチュエーターの動作を説明する平面図。
【図５】第１実施形態に係る付勢手段の動作を説明する模式図。
【図６】第２実施形態に係るロボットハンドを示す外観図。
【図７】第３実施形態に係るロボットを示す外観図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
本実施形態に係るモーター１００を示す、図１は分解斜視図、図２（ａ）は組立平面図、図２（ｂ）は組立側面図である。図１および図２（ａ），（ｂ）に示すように、モーター１００は、基台１０に回転可能に固定される被駆動体２０と、基台１０に摺動可能に固定される支持体４０と、支持体４０を被駆動体２０側に付勢する付勢手段としてのコイルばね６０と、付勢される支持体４０に固定され振動によって被駆動体２０を駆動するアクチュエーター３０と、を備えている。
【００２０】
また、アクチュエーター３０は、電極が形成された矩形の圧電体からなる圧電素子３２，３３が、振動板３１を挟持するように貼り合わされて形成される。圧電素子３２，３３は圧電性を有する材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛＜ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3＞、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）などが挙げられ、特にＰＺＴが好適に用いられる。また形成される電極は、Ａｕ，Ｔｉ，Ａｇなどの導電性金属を蒸着、スパッタリングなどにより成膜して形成することができる。振動板３１は、アクチュエーター３０として支持体４０に固定されコイルばね６０によって被駆動体２０へ付勢され、被駆動体２０と接する突起部３１ａを端部に備えている。なお、振動板３１は、ステンレス、ニッケル、ゴムメタルなどで形成され、加工性の容易さからステンレスが好適に用いられる。アクチュエーター３０は、振動板３１に形成された支持体４０へ装着するための装着部３１ｂの孔３１ｃを挿通し、支持体４０に形成された固定部４０ａのねじ孔４０ｂとねじ嵌合するねじ５１によって、支持体４０に固定される。
【００２１】
支持体４０は、支持体４０に備えるガイド孔４０ｃを挿通する固定ピン７０を基台１０に固定することにより基台１０に対して摺動可能に固定される。支持体４０の被駆動体２０側とは反対の端部には、付勢手段としてのコイルばね６０が装着され付勢される付勢面４０ｄを有するばね装着部４０ｅを備えている。ばね装着部４０ｅに装着されるコイルばね６０は、一方の端部を基台１０に備えるばね保持部１１により保持され、コイルばね６０のたわみによってばね装着部４０ｅ、すなわち支持体４０を被駆動体２０側に付勢する。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、付勢手段としてのコイルばね６０は、支持体４０の付勢方向、すなわちアクチュエーター３０が被駆動体２０に付勢される方向である矢印Ｐ方向に対して、支持体４０のばね装着部４０ｅを基台１０側に押さえつける方向の力も生じさせるようにθの角度つけてばね保持部１１とばね装着部４０ｅとの間に保持されている。角度θは、支持体４０と基台１０との接触領域における摩擦力を大きくしないために、０°＜θ≦３０°とすることが好ましい。
【００２３】
また、基台１０には後述する支持体４０の規制手段としての板ばね８０を固定するばね支持部１２を有し、板ばね８０の孔８０ａを挿通しばね支持部１２のねじ孔１２ａとねじ嵌合するねじ５２によって、板ばね８０がばね支持部１２に固定される。
【００２４】
被駆動体２０は図示しない基台１０に備える軸受けに回転軸２１が装着され、基台１０に回転可能に固定される。被駆動体２０の駆動（回転）は回転軸２１に接続される減速あるいは増速装置２００を介して所望の回転数、あるいは出力トルクによって被駆動装置を駆動する。
【００２５】
図２（ａ）に示すＡ−Ａ´部の断面を図３（ａ）に示す。図３（ａ）に示すように、基台１０に固定されたばね支持部１２に板ばね８０がねじ５２によって固定されている。本実施形態においては、板ばね８０の先端部は固定部４０ａの図示上面４０ｆ（以後、表面４０ｆという）に近接するように固定され、支持体４０が基台１０から離間する方向への挙動が規制される。
【００２６】
基台１０には支持体４０との摺動性を向上させるため、基台１０と支持体４０との接触範囲を小さくするためのレール１０ａが、基台１０のアクチュエーター３０を装着する側の面１０ｂに突起状に形成されている。本例では、レール１０ａはコイルばね６０の付勢方向に沿って２本のレール１０ａが形成されているが、これに限定されず１本でも、３本以上であっても良い。このようにレール１０ａが形成されていることにより支持体４０が基台１０側に挙動する場合もあるため、支持体４０は図３（ｂ）に示すように表面４０ｆの反対面４０ｇ（以後、裏面４０ｇという）にばね８１の先端部を近接させるように装着させることもできる。
【００２７】
また図３（ｃ）に示すように、板ばね８０，８１を用いず規制ブロック９１，９２によって、規制面９１ａ，９２ａと、表面４０ｆ、裏面４０ｇと、のすきまδを所定量とすることで、支持体４０の挙動を規制することができる。この場合、δは０．０１〜０．０２ｍｍとすることが好ましく、０．０１ｍｍ未満であると表面４０ｆもしくは裏面４０ｇとの干渉が多くなり、支持体４０の摺動性を損なうこととなり、０．０２ｍｍを超えると、支持体４０の図示における上下挙動が大きくなり、駆動効率を損なうこととなる。
【００２８】
次にアクチュエーター３０の動作について図４を用いて説明する。図４（ａ），（ｂ）はアクチュエーター３０の振動挙動を示す概略平面図である。図４（ａ）に示すように、圧電素子３２に形成された電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅのうち、電極３２ｃ，３２ｂ，３２ｄと、図示されない圧電体を挟んで反対側に形成された電極との間に交流電圧を印加することにより、電極３２ｃ，３２ｂ，３２ｄが形成される領域の圧電体は図示矢印方向の縦振動が励振される。電極３２ｂの領域では図示矢印方向にアクチュエーター３０を縦振動させ、電極３２ｃ，３２ｄの領域ではアクチュエーター３０を形状Ｍで示す屈曲振動を励起し、振動板３１の突起部３１ａは楕円軌道Ｒ１を描いて振動する。
【００２９】
また、図４（ｂ）に示すように、圧電素子３２に形成された電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅのうち、電極３２ａ，３２ｂ，３２ｅと、図示されない圧電体を挟んで反対側に形成された電極との間に交流電圧を印加することにより、電極３２ａ，３２ｂ，３２ｅが形成される領域の圧電体は図示矢印方向の縦振動が励振される。電極３２ｂの領域では図示矢印方向にアクチュエーター３０を縦振動させ、電極３２ａ，３２ｅの領域ではアクチュエーター３０を形状Ｎで示す屈曲振動を励起し、振動板３１の突起部３１ａは楕円軌道Ｒ２を描いて振動する。
【００３０】
上述のアクチュエーター３０の振動によって生じる突起部３１ａの楕円軌道Ｒ１，Ｒ２が、付勢力によって被駆動体２０に付勢されて接触し、被駆動体２０を図示矢印ｒ１，ｒ２方向に駆動する。このように駆動されるモーター１００において、被駆動体２０が基台１０に回転可能に固定するためには、図示されない軸受けと回転軸２１との間には、所定の隙間などが設けられる。また、基台１０に対して摺動可能に固定される支持体４０においても、基台１０に設けたレール１０ａと固定ピン７０とで形成される支持体４０の装着部と支持体４０とは適切な隙間を設けることで、摺動可能に固定される。このことが、被駆動体２０および支持体４０に固定されているアクチュエーター３０のフレ、ガタの挙動を誘引する。
【００３１】
この被駆動体２０およびアクチュエーター３０にフレ、ガタを生じさせる要因を持っていても、図２（ｂ）に示すように付勢手段であるコイルばね６０を角度θでモーター１００に装着することで、被駆動体２０の駆動時におけるフレ、ガタを抑制することができる。
【００３２】
図５は、コイルばね６０による、フレ、ガタの抑制を説明する模式図である。図５（ａ）は角度θ１で装着されているコイルばね６０による付勢力Ｆ１の方向が、アクチュエーター３０が支持体４０に固定された状態における重心Ｇ１に対して基台１０側にＤ１離れた場合を示している。この時、付勢力Ｆ１によって支持体４０には「Ｆ１×Ｄ１」のモーメント力が作用し、図示するＴL方向に支持体４０を回転させようとする。したがって、突起部３１ａは図示上方向に押し上げられ、突起部３１ａが接触する被駆動体２０も突起部３１ａの接触部が図示上方向に押し上げられる。
【００３３】
この状態は、常にコイルばね６０によって付勢力Ｆ１が作用していることにより、突起部３１ａおよび被駆動体２０の突起部３１ａが接触する部位は常に図示上方向に押し上げられた状態で被駆動体２０が駆動される。言い換えると、図５（ａ）の状態を安定的に維持しながら被駆動体２０が駆動される状態と言える。よって、上述したように支持体４０および被駆動体２０と、基台１０と、の隙間を要因とするフレ、ガタが発生しても、付勢手段としてのコイルばね６０をθ１の角度で装着することによって、常に同じ方向にアクチュエーター３０、被駆動体２０を付勢しながら駆動するモーター１００を得ることができる。
【００３４】
図５（ｂ）は図５（ａ）に対して、角度θ２で装着されているコイルばね６０による付勢力Ｆ２の方向が、アクチュエーター３０が支持体４０に固定された状態における重心Ｇ２に対して基台１０側の反対方向にＤ２離れた場合を示している。従って、「Ｆ２×Ｄ２」のモーメント力により図示ＴR方向に支持体４０を回転させようとし、突起部３１ａは図示下方向に押し下げられ、突起部３１ａが接触する被駆動体２０も突起部３１ａの接触部が図示下方向に押し下げられる。よって、コイルばね６０をθ２の角度で装着することによって、常に同じ方向にアクチュエーター３０、被駆動体２０を付勢しながら駆動するモーター１００を得ることができる。
【００３５】
図５（ａ）に示す状態において、アクチュエーター３０の突起部３１ａが過大に押し上げられないように、図３（ａ）に示す支持体４０の固定部４０ａの表面４０ｆを規制するばね８０により、図５（ａ）に示す方向ｐ１に規制する。また、図５（ｂ）に示す状態においては、アクチュエーター３０の突起部３１ａが過大に押し下げられないように、図３（ｂ）に示す支持体４０の裏面４０ｇを規制するばね８１により、図５（ｂ）に示す方向ｐ２に規制する。
【００３６】
上述の通り、本実施形態に係るモーター１００は、可動要素である被駆動体２０および支持体４０が、基台１０に対して可動させるための所定の隙間を有し、フレやガタの要因となっても、アクチュエーター３０の付勢方向に対して所定の角度θを形成して付勢手段としてのコイルばね６０を装着することにより、常に一定方向に被駆動体２０および支持体４０を付勢することにより、アクチュエーター３０の突起部３１ａと被駆動体２０との駆動に関与しない接触部での滑りを抑制し、アクチュエーター３０の振動を効率良く被駆動体２０の駆動力に変換することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係るモーター１００を備えたロボットハンド１０００を示す外観図である。ロボットハンド１０００は基部１１００と、基部１１００に接続された指部１２００とを備えている。基部１１００と指部１２００との接続部１３００と、指部１２００の関節部１４００とには、モーター１００が組み込まれている。モーター１００が駆動することによって、指部１２００が屈曲し、物体を把持することができる。超小型モーターであるモーター１００を用いることによって、小型でありながら多数のモーターを備えるロボットハンドを実現することができる。
【００３８】
（第３実施形態）
図７は、ロボットハンド１０００を備えるロボット２０００の構成を示す図である。ロボット２０００は、本体部２１００、アーム部２２００およびロボットハンド１０００等から構成されている。本体部２１００は、例えば床、壁、天井、移動可能な台車の上などに固定される。アーム部２２００は、本体部２１００に対して可動に設けられており、本体部２１００にはアーム部２２００を回転させるための動力を発生させる図示しないアクチュエーターや、アクチュエーターを制御する制御部等が内蔵されている。
【００３９】
アーム部２２００は、第１フレーム２２１０、第２フレーム２２２０、第３フレーム２２３０、第４フレーム２２４０および第５フレーム２２５０から構成されている。第１フレーム２２１０は、回転屈折軸を介して、本体部２１００に回転可能または屈折可能に接続されている。第２フレーム２２２０は、回転屈折軸を介して、第１フレーム２２１０および第３フレーム２２３０に接続されている。第３フレーム２２３０は、回転屈折軸を介して、第２フレーム２２２０および第４フレーム２２４０に接続されている。第４フレーム２２４０は、回転屈折軸を介して、第３フレーム２２３０および第５フレーム２２５０に接続されている。第５フレーム２２５０は、回転屈折軸を介して、第４フレーム２２４０に接続されている。アーム部２２００は、制御部の制御によって、各フレーム２２１０〜２２５０が各回転屈折軸を中心に複合的に回転または屈折し動く。
【００４０】
アーム部２２００の第５フレーム２２５０のうち第４フレーム２２４０が設けられた他方には、ロボットハンド接続部２３２０が接続されており、ロボットハンド接続部２３００にロボットハンド１０００が取り付けられている。ロボットハンド接続部２３００にはロボットハンド１０００に回転動作を与えるモーター１００が内蔵され、ロボットハンド１０００は対象物を把持することができる。小型、軽量のロボットハンド１０００を用いることによって、汎用性が高く、複雑な電子機器の組み立て作業や検査等が可能なロボットを提供することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０…基台、２０…被駆動体、３０…アクチュエーター、４０…支持体、５１，５２…ねじ、６０…コイルばね、７０…固定ピン、８０…板ばね、１００…モーター。
【図１】
2012235622.tif 000003
【図２】
2012235622.tif 000004
【図３】
2012235622.tif 000005
【図４】
2012235622.tif 000006
【図５】
2012235622.tif 000007
【図６】
2012235622.tif 000008
【図７】
2012235622.tif 000009