(57)【要約】【課題】高トルクの出力が可能であるモータ装置及びロボット装置を提供することができる。【解決手段】回転可能に設けられた回転子と、直線方向に振動する第一振動部を有し、当該第一振動部の振動方向を回転子の軸周りの方向に変換して捩れ振動を発生させる駆動用振動部と、所定方向に振動する第二振動部を有し、当該第二振動部の振動により回転子と駆動用振動部との回転力伝達状態及び回転力伝達状態解除を切り替える伝達用振動部と、捩れ振動が回転子に伝達されるように第一振動部及び第二振動部を制御する制御部とを備える。【選択図】図１
2012200050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に設けられた回転子と、
直線方向に振動する第一振動部を有し、前記第一振動部の振動方向を前記回転子の軸周りの方向に変換して捩れ振動を発生させる駆動用振動部と、
所定方向に振動する第二振動部を有し、前記第二振動部の振動により前記回転子と前記駆動用振動部との回転力伝達状態及び回転力伝達状態解除を切り替える伝達用振動部と、
前記捩れ振動が前記回転子に伝達されるように前記第一振動部及び前記第二振動部を制御する制御部と
を備えるモータ装置。
【請求項２】
前記駆動用振動部は、
前記捩れ振動によって振動する可動部と、
前記第一振動部と前記可動部とを接続し、前記振動方向を変換可能な変換部と
を有する
請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記伝達用振動部は、前記第二振動部に接続され前記可動部に連結される連結部を有する
請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記変換部は、複数設けられ、
複数の前記変換部は、前記回転子の回転軸を基準として軸対称の位置に配置されている
請求項２又は請求項３に記載のモータ装置。
【請求項５】
前記可動部と前記変換部とは、一部材で形成されたベース部材にそれぞれ設けられている
請求項２から請求項４のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項６】
前記ベース部材は、円柱状に形成されている
請求項５に記載のモータ装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第一振動部と前記第二振動部とを互いに９０°位相をずらして振動させる
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項８】
前記第一振動部の振動方向は、前記軸周りの接線方向である
請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項９】
前記第二振動部の振動方向は、前記回転子の回転軸方向又は前記回転子の回転面に平行な方向である
請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項１０】
前記回転子は、ベルト部を有し、
前記伝達用振動部は、前記第二振動部と前記ベルト部との間で前記回転力伝達状態及び前記回転力伝達状態解除を切り替えるように形成されている
請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項１１】
回転可能に設けられた軸部材と、
前記軸部材を回転させるモータ装置と
を備え、
前記モータ装置として、請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載のモータ装置が用いられている
ことを特徴とするロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ装置及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば超音波モータのようなモータ装置として、縦振動モードと捩り振動モードとを組み合わせた複合振動型の超音波モータ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このモータ装置においては、動力源用振動子（捩れ振動子）と動力伝達用振動子（縦振動子）を持つ固定子と、回転出力を取り出す回転子とが摩擦面を介して接触する構成となっている。
【０００３】
また、例えば、モータ装置の出力トルクを大きくするためには、摩擦力を大きくする必要があり、できるだけ摩擦係数の大きな材料を摩擦面に用いることが好ましい。一方で、摩擦係数が大きい材料は、磨耗も大きく、モータの寿命が短くなるという問題がある。そこで、摩擦面を加圧するばね力を大きくすることによって大トルク化を達成する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、摩擦力を断続的に発生させるためには、回転子の質量と縦振動加速度の積で決まる慣性力が、ばねによる加圧力を上回る必要がある。このような条件を満たすには、縦振動子を大きくし、かつ回転子を重くする必要があるため、モータ全体が大きくなってしまうという問題があった。
【０００６】
上記のような事情に鑑み、本発明は、高トルクの出力が可能なモータ装置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】
【０００７】
本発明の第一の態様に従えば、回転可能に設けられた回転子と、直線方向に振動する第一振動部を有し、当該第一振動部の振動方向を回転子の軸周りの方向に変換して捩れ振動を発生させる駆動用振動部と、所定方向に振動する第二振動部を有し、当該第二振動部の振動により回転子と駆動用振動部との回転力伝達状態及び回転力伝達状態解除を切り替える伝達用振動部と、捩れ振動が回転子に伝達されるように第一振動部及び第二振動部を制御する制御部とを備えるモータ装置が提供される。
【０００８】
本発明の第二の態様に従えば、回転可能に設けられた軸部材と、当該軸部材を回転させるモータ装置とを備え、当該モータ装置として、本発明の第一の態様に従うモータ装置が用いられていることを特徴とす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、高トルクの出力が可能なモータ装置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】本発明の第一実施形態に係るモータ装置の構成を示す図。
【図２】本実施形態に係る駆動用振動部の構成を示す図。
【図３】本実施形態に係る駆動用振動部の振動の様子を示す図。
【図４】制御部から駆動用振動部及び伝達用振動部に供給される電気信号を示すグラフ。
【図５】本発明の第二実施形態に係るモータ装置の構成を示す図。
【図６】本実施形態に係る駆動用振動部の構成を示す図。
【図７】本実施形態に係る駆動用振動部の振動の様子を示す図。
【図８】本発明の第三実施形態に係るモータ装置の構成を示す図。
【図９】本実施形態に係るモータ装置の一部の構成を示す図。
【図１０】本実施形態に係るモータ装置の一部の構成を示す図。
【図１１】本実施形態に係るモータ装置の一部の構成を示す図。
【図１２】本実施形態に係る駆動用振動部の構成を示す図。
【図１３】本実施形態に係る駆動用振動部の一部の構成を示す図。
【図１４】本実施形態に係る駆動用振動部の一部の構成を示す図。
【図１５】本実施形態に係る駆動用振動部の一部の構成を示す図。
【図１６】本実施形態に係る駆動用振動部の一部の構成を示す図。
【図１７】本発明の第四実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るモータ装置の第１実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下の説明においては、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。本実施形態では、モータ装置の回転軸方向（及び当該回転軸方向に平行な方向）をＺ軸方向とし、当該Ｚ軸方向に直交する水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とする。また、モータ装置の回転方向、すなわち、Ｚ軸まわりの回転方向をθＺ方向とする。
【００１２】
図１は、本実施形態に係るモータ装置１００の構成を示す斜視図である。  
図１に示すように、モータ装置１００は、回転子２、駆動用振動部３、伝達用振動部４、保持部５及び制御部ＣＯＮＴを有している。モータ装置１００は、保持部５により、回転子２、駆動用振動部３及び伝達用振動部４がＺ方向に一列に並んだ状態で保持されている。回転子２及び駆動用振動部３は、それぞれ外形が筒状に形成されている。
【００１３】
回転子２は、モータ装置１００のＺ方向のほぼ中央に配置されており、平面視で環状に形成されている。回転子２の外周面には歯車２ａが形成されている。歯車２ａは、外部機構に接続される。
【００１４】
伝達用振動部４は、回転子２の−Ｚ側に配置されている。伝達用振動部４は、それぞれ一つ又は複数（例、積層）の縦振動用素子４１を有している。このような縦振動用素子４１としては、電圧を印加することによって振動する電気機械変換素子が用いられている。縦振動用素子４１は、回転子２の回転軸方向（Ｚ方向）に振動するように形成されている。
【００１５】
伝達用振動部４の−Ｚ側の面は、例えば不図示の接着剤などを介して駆動用振動部３の＋Ｚ側の面（振動面３ａ）に接着されている。また、伝達用振動部４の＋Ｚ側の面は、不図示の接着剤などを介して摩擦板（第一介挿部材）６に接着されている。したがって、伝達用振動部４は、駆動用振動部３及び摩擦板６と一体的に形成されている。摩擦板６は、円筒状に形成されており、回転子２の−Ｚ側の面に当接される。
【００１６】
保持部５は、ベース５０、ヘッド部５１、軸部５２及び押圧部（押圧機構）５３を有している。ベース５０は、外形が矩形の板状に形成されている。軸部５２は、ベース５０に固定されており、外形がボルト状に形成されている。ヘッド部５１は、外形がナット状に形成されており、軸部５２に螺合されている。ヘッド部５１は、軸部５２の＋Ｚ側の端部に配置されており、回転子２を＋Ｚ側から支持する。軸部５２は、ベース５０からヘッド部５１まで＋Ｚ方向に向けて駆動用振動部３、伝達用振動部４、摩擦板６及び回転子２を貫通して設けられている。
【００１７】
押圧部５３は、ヘッド部５１と回転子２との間に配置されている。押圧部５３は、ヘッド部５１から回転子２へ−Ｚ方向の力を加える。押圧部５３によって回転子２を−Ｚ側へ押圧することで、当該回転子２の−Ｚ側の面と、摩擦板６の＋Ｚ側の面との間で生じる摩擦力が高められるようになっている。
【００１８】
駆動用振動部３は、ベース５０上に配置された駆動基板３０を有している。  
図２は、駆動用振動部３の構成を示す断面図である。  
図２に示すように、駆動基板３０は、Ｚ方向視で矩形に形成されている。駆動基板３０のＸＹ方向の中央部には、Ｚ方向視で円形の貫通穴３０ａが形成されている。当該貫通穴３０ａには、軸部５２が配置される。したがって、駆動基板３０のＸＹ方向の中心は、回転子２の回転の中心軸上に設けられる。貫通穴３０ａは、軸部５２の径とほぼ等しい径となるように形成されている。また、貫通穴３０ａの内周面及び軸部５２の外周面は、摩擦が抑制されるように滑らかな面に形成されている。
【００１９】
駆動基板３０には、第一振動部と、変換部３７及び３８と、可動部３９とが形成されている。また、本実施形態における第一振動部は、振動部３１及び振動部３２を有する。駆動基板３０の一の角部に振動部３１が配置されており、当該一の角部と対向する角部に振動部３２が配置されている。また、駆動基板３０には、ベース部３０ｂが設けられている。振動部３１、振動部３２、変換部３７、変換部３８及び可動部３９と、ベース部３０ｂとの間は、隙間３０ｃ及び３０ｄを介して隔てられている。
【００２０】
振動部３１は、捩れ振動用素子３３及びハウジング３５を有している。捩れ振動用素子３３は、ハウジング３５に収容されている。捩れ振動用素子３３は、直線方向（例、Ｘ方向）に平行に振動するように形成されている。捩れ振動用素子３３としては、電極３３ａと電極３３ｂとの間に電圧を印加することによって振動する電気機械変換素子（例、ピエゾなどの圧電素子等）が用いられている。捩れ振動用素子３３は、例えばすべりモードの圧電素子が用いられている。
【００２１】
振動部３２は、捩れ振動用素子３４及びハウジング３６を有している。捩れ振動用素子３４は、ハウジング３６に収容されている。捩れ振動用素子３４は、Ｘ方向に平行に振動するように形成されている。捩れ振動用素子３４は、上記の捩れ振動用素子３３と同一の素子、すなわち、電極３４ａと電極３４ｂとの間に電圧を印加することによって振動する電気機械変換素子（例、ピエゾなどの圧電素子等）が用いられている。
【００２２】
振動部３１及び振動部３２は、駆動基板３０の貫通穴３０ａの中心部を基準として軸対称の位置に配置されている。したがって、振動部３１及び振動部３２は、回転子２の回転軸に対して軸対称の位置に配置されていることになる。
【００２３】
ハウジング３５は、支持部３５ａと、接着部３５ｂと、接続部３５ｃとを有している。支持部３５ａは、ベース部３０ｂに接続されており、捩れ振動用素子３３の−Ｘ側の端部３３ｃを支持する。支持部３５ａは、捩れ振動用素子３３の端部３３ｃのＸ方向上の位置を固定する。接着部３５ｂは、支持部３５ａと捩れ振動用素子３３の端部３３ｃとを接着固定する。このため、捩れ振動用素子３３は、＋Ｘ側の端部３３ｄが＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に移動する。接続部３５ｃは、可動部３９に接続される。
【００２４】
ハウジング３６は、支持部３６ａと、接着部３６ｂと、接続部３６ｃとを有している。支持部３６ａは、ベース部３０ｂに接続されており、捩れ振動用素子３４の＋Ｘ側の端部３４ｃを支持する。支持部３５ａは、捩れ振動用素子３４の端部３４ｃのＸ方向上の位置を固定する。接着部３６ｂは、支持部３６ａと捩れ振動用素子３４の端部３４ｃとを接着固定する。このため、捩れ振動用素子３４は、−Ｘ側の端部３４ｄが−Ｘ方向及び＋Ｘ方向に移動する。接続部３６ｃは、可動部３９に接続される。
【００２５】
変換部３７は、接続部３５ｃと可動部３９との間にフレクシャ形に形成されている。変換部３７と捩れ振動用素子３３の端部３３ｄとは、Ｘ方向に平行な一直線上に配置されている。したがって、捩れ振動用素子３３の伸縮による力は、変換部３７に対してＸ方向に平行な方向の力として作用する。変換部３７は、接続部３５ｃ及び可動部３９の他の部分に比べてＹ方向の寸法が小さく形成されている。すなわち、Ｙ方向にくびれた形状に形成されている。このため、変換部３７は、Ｙ方向に弾性変形可能である。
【００２６】
変換部３８は、接続部３６ｃと可動部３９との間にフレクシャ形に形成されている。変換部３８と捩れ振動用素子３４の端部３４ｄとは、Ｘ方向に平行な一直線上に配置されている。したがって、捩れ振動用素子３４の伸縮による力は、変換部３８に対してＸ方向に平行な方向の力として作用する。変換部３８は、接続部３６ｃ及び可動部３９の他の部分に比べてＹ方向の寸法が小さく形成されている。すなわち、Ｙ方向にくびれた形状に形成されている。このため、変換部３８は、Ｙ方向に弾性変形可能である。
【００２７】
変換部３７及び変換部３８は、貫通穴３０ａの中心部を基準として軸対称の位置に配置されている。したがって、変換部３７及び変換部３８は、回転子２の回転軸に対して軸対称の位置に配置されていることになる。
【００２８】
可動部３９は、駆動基板３０のうちＸ方向及びＹ方向の中央に設けられている。可動部３９は、軸部５２の周囲を囲んでいる。可動部３９のうち＋Ｙ側の端部３９ａは、変換部３７を介して接続部３５ｃに接続されている。可動部３９は、可動部３９のうち−Ｙ側の端部３９ｂは、変換部３８を介して接続部３６ｃに接続されている。可動部３９、変換部３７及び変換部３８は、駆動基板３０の一部分である。このため、これら可動部３９、変換部３７及び変換部３８は、一部材で形成されている。可動部３９は、＋Ｚ側の面が伝達用振動部４の縦振動用素子（第二振動部）４１に接着されている。
【００２９】
上記構成において、振動部３１の捩れ振動用素子３３が＋Ｘ方向に伸長すると、接続部３５ｃが隙間３０ｃを＋Ｘ方向に移動する。この移動により、接続部３５ｃを介して変換部３７に対して＋Ｘ方向の力が作用し、可動部３９の＋Ｙ側の端部３９ａが＋Ｘ側に押される。一方、可動部３９は、軸部５２によってＸ方向及びＹ方向の移動が規制されるため、可動部３９の＋Ｙ側の端部３９ａは軸部５２の外周に沿って−Ｚ方向視で時計回りに移動しようとする。このとき、本実施形態では、接続部３５ｃと可動部３９との間に設けられた変換部３７が−Ｙ側に変形するため、可動部３９の＋Ｙ側端部３９ａが−Ｚ方向視で時計回りに移動しやすくなる。
【００３０】
同様に、振動部３２の捩れ振動用素子３４が−Ｘ方向に伸長すると、接続部３６ｃが隙間３０ｄを−Ｘ方向に移動する。この移動により、接続部３６ｃを介して変換部３８に対して−Ｘ方向の力が作用し、可動部３９の−Ｙ側の端部３９ｂが−Ｘ側に押される。一方、可動部３９は、軸部５２によってＸ方向及びＹ方向の移動が規制されるため、可動部３９の−Ｙ側の端部３９ｂは軸部５２の外周に沿って−Ｚ方向視で時計回りに移動しようとする。このとき、本実施形態では、接続部３６ｃと可動部３９との間に設けられた変換部３８が＋Ｙ側に変形するため、可動部３９の−Ｙ側端部３９ｂが−Ｚ方向視で時計回りに移動しやすくなる。
【００３１】
したがって、捩れ振動用素子３３が＋Ｘ方向に伸長すると共に、捩れ振動用素子３４が−Ｘ方向に伸長する場合、図３に示すように、可動部３９が軸部５２を中心として−Ｚ方向視で時計回りに回動した状態となる。可動部３９は、＋Ｙ側の端部３９ａが隙間３０ｃを移動してベース部３０ｂに当接し、−Ｙ側の端部３９ｂが隙間３０ｄを移動してベース部３０ｂに当接するまで回動する。可動部３９のうち＋Ｙ側端部３９ａによるθＺ方向への移動、−Ｙ側端部３９ｂによるθＺ方向への移動がスムーズに行われるため、可動部３９の回動により、θＺ方向への強い回転力が得られる。このように、変換部３７及び３８は、Ｘ方向の振動をθＺ方向に変換する働きを有している。
【００３２】
図１に戻って、制御部ＣＯＮＴは、駆動用振動部３及び伝達用振動部４に電気的に接続されている。制御部ＣＯＮＴは、駆動用振動部３及び伝達用振動部４に対して電気信号を供給し、各々の振動を制御する。制御部ＣＯＮＴは、駆動用振動部３及び伝達用振動部４の変位による振動がθＺ方向の回転運動として回転子２に伝達されるように駆動用振動部３及び伝達用振動部４を制御する。
【００３３】
図４は、制御部ＣＯＮＴによって駆動用振動部３及び伝達用振動部４に供給される電気信号を示すグラフである。図４（ａ）は駆動用振動部３についてのグラフであり、図４（ｂ）は伝達用振動部４についてのグラフである。各グラフの縦軸は電気信号の電圧の大きさを示しており、横軸は時刻を示している。
【００３４】
図４（ａ）に示すように、駆動用振動部３は、電圧の値を正の値にすると、捩れ振動用素子３３及び３４が伸長し、可動部３９が図２の＋Ｚ方向視で時計回りに回動する。電圧の値を大きくするほど、可動部３９の回動量が大きくなる。また、駆動用振動部３は、電圧の値を負の値にすると、捩れ振動用素子３３及び３４が収縮し、可動部３９が図２の＋Ｚ方向視で反時計回りに回動する。電圧の値を小さくする（絶対値を大きくする）ほど、可動部３９の回動量が大きくなる。
【００３５】
図４（ｂ）に示すように、伝達用振動部４は、電圧の値を大きくするほどＺ方向に伸長し、電圧の値を小さくするほどＺ方向に収縮する。伝達用振動部４を伸長させることで摩擦板６を＋Ｚ側へ移動させ、伝達用振動部４を収縮させることで摩擦板６を−Ｚ側へ移動させる。伝達用振動部４が伸長した状態において、回転子２と摩擦板６とが接触するようになっている。回転子２と摩擦板６とが接触することで、回転子２と駆動用振動部３とが回転力伝達状態となり、駆動用振動部３の振動が回転子２に伝達可能な状態となる。なお、回転子２と摩擦板６とが接触して押圧状態となることで、回転子２と駆動用振動部３とが回転力伝達状態となり、駆動用振動部３の振動が回転子２に伝達可能な状態となる構成にしてもよい。
【００３６】
また伝達用振動部４が収縮した状態において、回転子２と摩擦板６とが離れるようになっている。回転子２と摩擦板６とが離れることで、回転子２と駆動用振動部３との回転力伝達状態が解除され、駆動用振動部３の振動が回転子２に伝達されない状態となる。なお、回転子２と摩擦板６との押圧状態が解除されることで、回転子２と駆動用振動部３との回転力伝達状態が解除され、駆動用振動部３の振動が回転子２に伝達されない状態となる構成としてもよい。
【００３７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、本実施形態では、制御部ＣＯＮＴにより、駆動用振動部３の位相と、伝達用振動部４の位相とが９０°（π／２）ずれるように制御されている。これにより、駆動用振動部３のうち捩れ振動用素子３３及び３４が最も収縮した状態から最も伸長した状態までの、大きな移動距離を有する振動が回転子２に伝達されることになる。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、回転可能に設けられた回転子２と、直線方向に振動する捩れ振動用素子３３及び３４を有し、当該捩れ振動用素子３３及び３４の振動方向を回転子２の軸周りの方向に変換して捩れ振動を発生させる駆動用振動部３と、Ｚ方向に振動する縦振動用素子４１を有し、当該縦振動用素子４１の振動により回転子２と駆動用振動部３との回転力伝達状態及び回転力伝達状態解除を切り替える伝達用振動部４と、捩れ振動が回転子２に伝達されるように捩れ振動用素子３３及び３４及び縦振動用素子４１を制御する制御部ＣＯＮＴと、を備えることとしたので、回転子２の軸周り方向に強い駆動力を供給することができる。これにより、小型で高トルクの出力が可能なモータ装置１００を提供することができる。また、本実施形態によれば、低コストで簡易な構成のモータ装置１００を提供することができる。
【００３９】
［第二実施形態］  
次に、本発明の第二実施形態を説明する。  
図５は、本実施形態に係るモータ装置２００の構成を示す斜視図である。図５に示すように、本実施形態に係るモータ装置２００は、駆動用振動部２０３の構成が第一実施形態とは異なるため、当該相違点を中心に説明する。駆動用振動部２０３以外の構成は、第一実施形態と同一の構成とすることができる。以下、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略あるいは簡略化する。
【００４０】
図６は、駆動用振動部２０３の構成を示す断面図である。  
図５及び図６に示すように、保持部２０５のベース２５０は、Ｚ方向視で円形に形成されている。ベース２５０の中心は、軸部５２の中心軸上に設けられている。駆動用振動部２０３は、例えば、ベース２５０上に配置された３つの振動部（第一振動部）２３１を有している。
【００４１】
各振動部２３１は、ベース２５０の円周方向に１２０°ずつずれた位置に配置されている。各振動部２３１は、ベース２５０上に固定された捩れ振動用素子２３３を有している。捩れ振動用素子２３３は、−Ｚ側端部から＋Ｚ側端部に向けてベース２５０の接線方向に傾くように変形する。例えば、各捩れ振動用素子２３３は、−Ｚ方向視で反時計回りに沿った直線方向に傾くように変形する。
【００４２】
捩れ振動用素子２３３上には、移動部２３５が設けられている。移動部２３５は、捩れ振動用素子２３３の＋Ｚ側の面の移動と一体的に移動可能である。移動部２３５は、変換部２３７を介して可動部２３９に接続されている。変換部２３７は、上記第一実施形態と同様に、フレクシャ形に形成されており、Ｘ方向及びＹ方向に弾性変形可能に形成されている。変換部２３７は、捩れ振動用素子２３３の＋Ｚ側に配置されている。したがって、変換部２３７は、捩れ振動用素子２３３の変形方向上からずれた位置に配置されている。
【００４３】
可動部２３９は、ベース２５０のＸ方向及びＹ方向の中央に設けられている。可動部２３９は、軸部５２の周囲を囲んでいる。可動部２３９は、Ｚ方向視で略三角形に形成されている。可動部２３９の３つの頂点は、それぞれ３つの変換部２３７を介して各移動部２３５に接続されている。可動部２３９は、＋Ｚ側の面が伝達用振動部４の縦振動用素子４１に接着されている。
【００４４】
図７は、図６に示す状態から、各捩れ振動用素子２３３が−Ｚ方向視で反時計回りに沿った直線方向にそれぞれ変形した状態を示す図である。  
図７に示すように、各捩れ振動用素子２３３が−Ｚ方向視で反時計回りに沿った直線方向にそれぞれ変形することにより、移動部２３５が捩れ振動用素子２３３の＋Ｚ側の面と一体的に移動する。例えば、３つの振動部２３１のうち図７の上側に配置された振動部２３１においては、移動部２３５が−Ｘ方向に移動し、当該移動に伴って変換部２３７が−Ｘ方向に引っ張られるように移動する。
【００４５】
この移動により、可動部２３９の一の角部２３９ａが−Ｘ側に引っ張られる。一方、可動部２３９は、軸部５２によってＸ方向及びＹ方向の移動が規制されるため、可動部２３９の角部２３９ａは軸部５２の外周に沿って−Ｚ方向視で反時計回りに移動しようとする。このとき、本実施形態では、変換部２３７が−Ｙ側に弾性変形するため、可動部２３９の角部２３９ａが−Ｚ方向視で反時計回りに移動しやすくなる。可動部２３９の他の角部２３９ｂ及び２３９ｃについても同様である。
【００４６】
したがって、各捩れ振動用素子２３３が変形すると、図７に示すように、可動部２３９が軸部５２を中心として−Ｚ方向視で反時計回りに回動した状態となる。このように、可動部２３９において、角部２３９ａ〜２３９ｃによるθＺ方向への移動がスムーズに行われるため、可動部２３９の回動によってθＺ方向への強い回転力が得られる。これにより、小型で高トルクの出力が可能なモータ装置２００を提供することができる。また、本実施形態によれば、低コストで簡易な構成のモータ装置２００を提供することができる。
【００４７】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態を説明する。  
図８は、本実施形態に係るモータ装置３００の全体構成を示す模式図である。  
図８に示すように、モータ装置３００は、回転子３０２、駆動用振動部３０３、伝達用振動部３０４、保持部３０５及び制御部ＣＯＮＴを有している。保持部３０５は、ベース部３５１、ベアリング部３５２及びケーシング部３５３を有している。ベース部３５１には、駆動用振動部３０３が固定されている。ベアリング部３５２により、回転子３０２が回転可能に支持されている。ケーシング部３５３により、回転子３０２の一部と、駆動用振動部３０３と、伝達用振動部３０４とが収容されている。
【００４８】
図９には、モータ装置３００のうち保持部３０５を除いた構成が示されている。  
図９に示すように、回転子３０２、伝達用振動部３０４及び駆動用振動部３０３は、円柱状又は円筒状に形成されており、この順で−Ｚ方向に向けて並んで配置されている。
【００４９】
制御部ＣＯＮＴは、駆動用振動部３０３及び伝達用振動部３０４に電気的に接続されている。制御部ＣＯＮＴは、駆動用振動部３０３及び伝達用振動部３０４に対して電気信号を供給し、各々の振動を制御する。制御部ＣＯＮＴは、駆動用振動部３０３及び伝達用振動部３０４の変位による振動がθＺ方向の回転運動として回転子３０２に伝達されるように駆動用振動部３０３及び伝達用振動部３０４を制御する。
【００５０】
図１０は、回転子３０２の構成を示す斜視図である。  
図１０に示すように、回転子３０２は、回転軸３２１、回転板３２２及びベルト部３２３を有している。回転軸３２１は、円柱状に形成されており、ベアリング部３５２からケーシング部３５３の外部に突出する部分である。回転軸３２１には、例えば不図示のギアなどが取り付けられる。
【００５１】
回転板３２２は、円板状に形成されており、回転軸３２１と一体的に形成されている。回転板３２２は、当該回転板３２２の中心が回転軸３２１の中心軸上に位置するように設けられている。回転板３２２は、回転軸３２１とは反対側の面３２２ａに凹部３２２ｂを有している。凹部３２２ｂは、回転板３２２の中心に配置されている。
【００５２】
ベルト部３２３は、回転板３２２の外周に沿って円筒状に配置されている。ベルト部３２３は回転板３２２に固定されており、回転板３２２と一体的に回転可能に設けられている。
【００５３】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、回転子３０２及び伝達用振動部３０４の構成を示す断面図である。  
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、伝達用振動部３０４は、一つの円柱が中心軸を通る平面で二つに切断された形状の半円柱部材３４１及び３４２を有している。半円柱部材３４１には、円弧部分３４１ａが形成されている。半円柱部材３４２には、円弧部分３４２ａが形成されている。円弧部分３４１ａ及び３４２ａの曲率は、ベルト部３２３の内周の曲率と等しくなるように形成されている。
【００５４】
半円柱部材３４１及び３４２は、互いに対向する対向面３４１ｂ及び３４２ｂを有している。対向面３４１ｂには、凹部３４１ｃが形成されている。対向面３４２ｂには、凹部３４２ｃが形成されている。凹部３４１ｃ及び凹部３４２ｃによって形成される空間には、圧電振動子（第二振動部）３４３が配置されている。圧電振動子３４３は、電圧を印加することにより、直線方向（例、図中Ｙ方向）に伸縮する。圧電振動子３４３のＹ方向上の両端部は、半円柱部材３４１及び３４２に接着されている。半円柱部材３４１及び３４２は、圧電振動子３４３の伸縮方向に当該圧電振動子３４３を挟んで配置されている。
【００５５】
半円柱部材３４１及び３４２の＋Ｚ側は、球状部材３２５によって回転板３２２との間で位置決めされている。球状部材３２５の＋Ｚ側の端部は、回転板３２２の凹部３２２ｂに嵌められている。球状部材３２５の−Ｚ側の端部は、半円柱部材３４１と半円柱部材３４２とによって挟まれている。球状部材３２５の表面及び凹部３２２ｂは、摩擦がほとんど発生しない滑らかな面に形成されている。また、半円柱部材３４１及び３４２の−Ｚ側には、駆動用振動部３０３に連結される嵌合部３４５が設けられている。伝達用振動部３０４と駆動用振動部３０３との間は、嵌合部３４５を介して固定されている。
【００５６】
図１１（ａ）は、圧電振動子３４３が収縮している状態を示している。この場合、半円柱部材３４１の円弧部分３４１ａ及び半円柱部材３４２の円弧部分３４２ａは、ベルト部３２３とは離れた位置に配置される。このため、回転子３０２と伝達用振動部３０４とが切り離された状態となっている。
【００５７】
図１１（ｂ）は、圧電振動子３４３が伸長している状態を示している。この場合、半円柱部材３４１の円弧部分３４１ａ及び半円柱部材３４２の円弧部分３４２ａは、ベルト部３２３の周面（例、内周面）に押圧された状態となる。このため、ベルト部３２３の内周と半円柱部材３４１及び３４２との間には、摩擦力が生じる。両者の間に摩擦力が生じることにより、回転子３０２と駆動用振動部３０３との間が回転力を伝達可能な状態（回転力伝達状態）となる。このように、回転子３０２の回転面に平行な方向に圧電振動子３４３を振動させることで、回転子３０２と駆動用振動部３０３との間を効率的に回転力伝達状態とすることができる。
【００５８】
なお、ベルト部３２３の内周や、円弧部分３４１ａ及び３４２ａは、摩擦力が発生しやすいように、例えば摩擦係数が高くなるように形成しておいても構わない。また、ベルト部３２３の内周、円弧部分３４１ａ及び３４２ａに凹凸が設けられた構成であっても構わない。
【００５９】
図１１（ｂ）に示す回転力伝達状態から、図１１（ａ）に示すように回転子３０２と伝達用振動部３０４とが切り離された状態とすることで、回転力伝達状態を解除することができる。制御部ＣＯＮＴにより、回転力伝達状態と、回転力伝達状態が解除された状態とが切り替えられるようになっている。
【００６０】
図１２は、駆動用振動部３０３の構成を示す斜視図である。図１３は、図１２に示す駆動用振動部３０３のうちＡ−Ａ´断面の−Ｚ側の構成を示す図である。図１４は、図１２に示す駆動用振動部３０３のうちＢ−Ｂ´断面の−Ｚ側の構成を示す図である。図１５は、図１２に示す駆動用振動部３０３のうちＣ−Ｃ´断面の−Ｚ側の構成を示す図である。図１６は、図１２に示す駆動用振動部３０３のうちＤ−Ｄ´断面の＋Ｙ側の構成を示す図である。
【００６１】
図１２〜図１６に示すように、駆動用振動部３０３は、円柱状部材３３０を有している。  
円柱状部材３３０のＸＹ方向の中央部には、Ｚ方向視で円形の貫通穴３３０ａが形成されている。当該貫通穴３３０ａには、伝達用振動部３０４の嵌合部３４５（図１１（ａ）及び図１１（ｂ）参照）が嵌め込まれた状態で固定される。
【００６２】
円柱状部材３３０には、振動部（第一振動部）３３１と、変換部３３７と、可動部３３９とが形成されている。振動部３３１及び変換部３３７は、貫通穴３３０ａの中心に対して軸対称な構成となっている。したがって、変換部３３７は、回転子３０２の回転軸に対して軸対称な構成となっている。以下、図中−Ｙ側の振動部３３１及び変換部３３７を代表させて説明する。
【００６３】
振動部３３１は、捩れ振動用素子３３３及びハウジング３３５を有している。捩れ振動用素子３３３は、ハウジング３３５に収容されている。捩れ振動用素子３３３は、直線方向（例、Ｘ方向）に平行に振動するように形成されている。捩れ振動用素子３３３としては、電圧を印加することによって振動する電気機械変換素子（例、ピエゾなどの圧電素子等）が用いられている。捩れ振動用素子３３３は、例えばすべりモードの圧電素子が用いられている。
【００６４】
ハウジング３５は、支持部３３５ａと、接続部３３５ｂと、移動部３３５ｃとを有している。支持部３３５ａは、捩れ振動用素子３３３の−Ｘ側の端部を支持する。支持部３３５ａは、捩れ振動用素子３３３の−Ｘ側の端部のＸ方向の移動を規制する。したがって、当該捩れ振動用素子３３３は、＋Ｘ側のみに伸縮可能に設けられている。接続部３３５ｂは、移動部３３５ｃと可動部３３９とを接続する。
【００６５】
移動部３３５ｃと接続部３３５ｂとの間は、フレクシャ形に形成された連結部３３５ｅ及び３３５ｆによって連結されている（図１４〜図１６参照）。移動部３３５ｃは、捩れ振動用素子３３３の＋Ｘ側の端部に接続されている。移動部３３５ｃは、捩れ振動用素子３３３の伸縮に伴ってＸ方向に直線移動する。
【００６６】
変換部３３７は、接続部３３５ｂと可動部３３９との間にフレクシャ形に形成されている。変換部３３７は、捩れ振動用素子３３３の＋Ｚ側に配置された第一変換部３３７ａと、捩れ振動用素子３３３の−Ｚ側に配置された第二変換部３３７ｂと、を有している。第一変換部３３７ａは、上記の連結部３３５ｅの＋Ｚ側に配置されており、当該連結部３３５ｅに接続されている。また、第二変換部３３７ｂは、上記の連結部３３５ｆの−Ｚ側に配置されており、当該連結部３３５ｆに接続されている。
【００６７】
上記構成において、振動部３３１の捩れ振動用素子３３３が＋Ｘ方向に伸長すると、移動部３３５ｃが＋Ｘ方向に移動する。この移動により、連結部３３５ｅ及び３３５ｆを介して接続部３３５ｂが＋Ｘ方向に引っ張られて移動する。接続部３３５ｂが＋Ｘ方向に移動することにより、第一変換部３３７ａ及び第二変換部３３７ｂに対してそれぞれ＋Ｘ方向の力が作用し、可動部３３９の−Ｙ側の端部が＋Ｘ側に押される。一方、可動部３３９は嵌合部３４５によってＸ方向及びＹ方向の移動が規制されるため、当該可動部３３９の−Ｙ側の端部は嵌合部３４５の外周に沿って−Ｚ方向視で時計回りに移動しようとする。このとき、変換部３３７が＋Ｙ側に弾性変形するため、可動部３３９の−Ｙ側端部が−Ｚ方向視で時計回りに移動しやすくなる。
【００６８】
したがって、捩れ振動用素子３３３が＋Ｘ方向に伸長する場合、可動部３３９が−Ｚ方向視で時計回りに回動する。このように、変換部３３７がＸ方向の振動をθＺ方向に変換することにより、θＺ方向への強い回転力が得られる。これにより、小型で高トルクの出力が可能なモータ装置３００を提供することができる。また、本実施形態によれば、低コストで簡易な構成のモータ装置３００を提供することができる。
【００６９】
［第四実施形態］  
次に、本発明の第四実施形態を説明する。  
図１７は、一例として第一実施形態〜第三実施形態に記載のモータ装置１００〜３００を備えるロボット装置ＲＢＴの一部（ハンドロボットの指部分の先端）の構成を示す図である。
【００７０】
図１７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。
【００７１】
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。
【００７２】
中節部１０２は、筐体１０２ａ及びモータ装置ＡＣＴを有している。モータ装置ＡＣＴは、上記実施形態に記載のモータ装置１００〜３００を用いることができる。モータ装置ＡＣＴは、筐体１０２ａ内に設けられている。モータ装置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。なお、回転軸部材１０４ａに直接ギアが形成された構成であっても構わない。
【００７３】
上記のように構成されたロボット装置ＲＢＴは、モータ装置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１０１ｂに伝達され、歯車１０１ｂが回転する。当該歯車１０１ｂが回転することで接続部１０１ａも回転し、これにより末節部１０１が軸部１０３ｂを中心に回転する。
【００７４】
このように、本実施形態によれば、小型で高トルクの回転を出力することができるモータ装置ＡＣＴを搭載することにより、例えば減速器を介することなく直接末節部１０１を回転させることができる。また、本実施形態におけるモータ装置ＡＣＴは、共振に駆動される構成でもよいし、非共振に駆動される構成でもよい。なお、本実施形態では、モータ装置ＡＣＴが非共振に駆動される構成になっているため、樹脂など軽量な材料で大部分を構成することが可能になる。
【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、上記実施形態においては、駆動用振動部３として、捩れ振動用素子３３を用いた構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば回転子２の回転の接線方向（直線方向）に振動する横効果振動子を周方向に複数配置させる構成としても構わない。
【００７６】
また、上記実施形態においては、変換部３７、３８、２３７、３３７として、フレクシャ形に形成された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。例えば、変換部３７、３８、２３７、３３７として、板バネなどの弾性部材を用いても構わない。
【符号の説明】
【００７７】
ＣＯＮＴ…制御部  ＲＢＴ…ロボット装置  ＡＣＴ、１００、２００、３００…モータ装置  ２、２０２、３０２…回転子  ３、２０３、３０３…駆動用振動部  ４、２０４、３０４…伝達用振動部  ３０…駆動基板  ３１、３２、２３１、３３１…振動部  ３３、３４、２３３、３３３…振動用素子  ３７、３８、２３７、３３７…変換部  ３９、２３９、３３９…可動部  ４１…縦振動用素子  ３３７ａ…第一変換部  ３３７ｂ…第二変換部
【図１】
2012200050.tif 000003
【図２】
2012200050.tif 000004
【図３】
2012200050.tif 000005
【図４】
2012200050.tif 000006
【図５】
2012200050.tif 000007
【図６】
2012200050.tif 000008
【図７】
2012200050.tif 000009
【図８】
2012200050.tif 000010
【図９】
2012200050.tif 000011
【図１０】
2012200050.tif 000012
【図１１】
2012200050.tif 000013
【図１２】
2012200050.tif 000014
【図１３】
2012200050.tif 000015
【図１４】
2012200050.tif 000016
【図１５】
2012200050.tif 000017
【図１６】
2012200050.tif 000018
【図１７】
2012200050.tif 000019