(57)【要約】【課題】制御装置がフリーズしても、駆動装置と被駆動部とがロックしないようにする。【解決手段】指アシスト装置は、圧電体を有する駆動部と、前記駆動部と接触可能な被駆動部と、前記駆動部と接触可能な可動部と、を備え、前記可動部は、第１の状態と第２の状態とを有し、前記第１の状態における前記駆動部から前記被駆動部への押圧力は、前記第２の状態における前記駆動部から前記被駆動部への押圧力よりも小さい。【選択図】図１０
2016082835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体を有する駆動部と、
前記駆動部と接触可能な被駆動部と、
前記駆動部と接触可能な可動部と、を備え、
前記可動部は、
第１の状態と第２の状態とを有し、
前記第１の状態における前記駆動部から前記被駆動部への押圧力は、前記第２の状態における前記駆動部から前記被駆動部への押圧力よりも小さい、
圧電駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電駆動装置において、
前記可動部は、前記第１の状態では、前記駆動部と前記被駆動部とを、離間させる、圧電駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電駆動装置において、
前記可動部は、
外力を受け付ける入力部を有し、
前記外力を受けて、前記第１の状態と前記第２の状態との間を遷移可能である、圧電駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電駆動装置において、
前記圧電体に電力が印加されていない場合であって、前記可動部が前記第２の状態の時には、前記駆動部と前記被駆動部とは、接触している、圧電駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電駆動装置において、
前記可動部は、偏心体またはスライド部材のいずれかである、圧電駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電駆動装置と、
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、
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、指アシスト装置。
【請求項７】
請求項６に記載の指アシスト装置において、
エンコーダーを備える、指アシスト装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電駆動装置を備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動装置、指アシスト装置及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体を振動させて被駆動体を駆動する圧電アクチュエーター（圧電駆動装置）は、磁石やコイルが不要のため、様々な分野で利用されている（例えば特許文献１）。この圧電駆動装置の基本的な構成は、補強板の２つの面のそれぞれの上に、４つの圧電素子が２行２列に配置された構成であり、合計で８つの圧電素子が補強板の両側に設けられている。個々の圧電素子は、圧電体をそれぞれ２枚の電極で挟んだユニットであり、補強板は、圧電素子の一方の電極としても利用される。補強板の一端には、被駆動体としてのローターに接してローターを回転させるための突起部が設けられている。４つの圧電素子のうちの対角に配置された２つの圧電素子に交流電圧を印加すると、この２つの圧電素子が伸縮運動を行い、これに応じて補強板の突起部が往復運動又は楕円運動を行う。そして、この補強板の突起部の往復運動又は楕円運動に応じて、被駆動体としてのローターが所定の回転方向に回転する。また、交流電圧を印加する２つの圧電素子を他の２つの圧電素子に切り換えることによって、ローターを逆方向に回転させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２０９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、制御装置の制御により、ローターを自由に回転できるフリーモード（フリー状態）にしていた。しかし、制御装置がフリーズした場合には、突起部がローターに押しつけられた状態で圧電駆動装置（駆動部）がロックし、ローター（被駆動部）を動かすことができなくなるという課題があった。また、本願の発明者は、圧電駆動装置を指アシスト装置の駆動装置として用いる場合にこのようなフリーズが発生してしまうと、指アシスト装置を指から取り外すことが困難になるという問題を見いだした。
【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、圧電駆動装置が提供される。圧電駆動装置は、圧電体を有する駆動部と、前記駆動部と接触可能な被駆動部と、前記駆動部と接触可能な可動部と、を備え、前記可動部は、第１の状態と第２の状態とを有し、前記第１の状態における前記駆動部から前記被駆動部への押圧力は、前記第２の状態における前記駆動部から前記被駆動部への押圧力よりも小さい。この形態によれば、可動部を第１の状態とすれば、第２の状態よりも駆動部から被駆動部への押圧力を低減できるので、駆動部がロックしても、被駆動部を動かすことが可能となる。
【０００７】
（２）上記形態の圧電駆動装置において、前記可動部は、前記第１の状態では、前記駆動部と前記被駆動部とを、離間させてもよい。この形態によれば、駆動部と被駆動部とを、離間させれば、被駆動部をフリーに動かすことが可能となる。
【０００８】
（３）上記形態の圧電駆動装置において、前記可動部は、外力を受け付ける入力部を有し、前記外力を受けて、前記第１の状態と前記第２の状態との間を遷移可能であってもよい。この形態によれば、可動部に外力を入力することにより、被駆動部を動かせる状態（第１の状態）と、動かせない状態（第２の状態）とを遷移させることができる。
【０００９】
（４）上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電体に電力が印加されていない場合であって、前記可動部が前記第２の状態の時には、前記駆動部と前記被駆動部とは、接触していてもよい。この形態によれば、圧電体に電力が印加されていない場合に、被駆動部が動かないように、ロックできる。
【００１０】
（５）上記形態の圧電駆動装置において、前記可動部は、偏心体またはスライド部材のいずれかであってもよい。この形態によれば、簡単な構成で可動部を実現できる。
【００１１】
（６）本発明の一形態によれば、指アシスト装置が提供される。この指アシスト装置は、上記形態の圧電駆動装置と、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、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。
【００１２】
（７）上記形態の指アシスト装置において、エンコーダーを備えても良い。
【００１３】
（８）本発明の一形態によれば、ロボットが提供される。このロボットは、上記形態の圧電駆動装置を備える。
【００１４】
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、圧電駆動装置、指アシスト装置の他、指アシスト装置、ロボット等、様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係る指アシスト装置を示す説明図。
【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の指アシスト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の指アシスト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】偏心体の動作を示す説明図。
【図９】偏心体の動作を示す説明図。
【図１０】偏心体の代わりにスライド部材を用いた実施形態を示す説明図。
【図１１】偏心体の代わりに押しボタンスイッチを用いた実施形態を示す説明図。
【図１２】上述の圧電駆動装置を利用したロボットの一例を示す説明図。
【図１３】ロボットの手首部分の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
・第１実施形態：
図１は、第１の実施形態に係る指アシスト装置１０００を示す説明図である。指アシスト装置１０００は、第１の指アシスト部１００１と、第２の指アシスト部１００２と、ベース部材１００３と、を備える。第１の指アシスト部１００１は、指７００の中節骨から末節骨の部分にわたって装着され、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の指アシスト部１００２は、第１の指アシスト部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の指アシスト部１００２に連結されており、手の甲に装着される。
【００１７】
第１の指アシスト部１００１は、圧電駆動装置１０と、減速機５０１と、指支持部７０１と、を備える。第２の指アシスト部１００２は、圧電駆動装置１０と、減速機５０２と、指支持部７０２と、バンド７０３と、を備える。バンド７０３を除き、第１の指アシスト部１００１と第２の指アシスト部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２の指アシスト部１００２を固定する。なお、バンド７０３は、第１の指アシスト部１００１にも、設けられるが、図１では省略されている。また、本実施形態では、指アシスト装置１０００は、２個の指アシスト部１００１と１００２とを備えているが、３個の指アシスト部を備えても良い。この場合、３個目の指アシスト部は、例えば指７００の末節骨部分に装着される。また、指アシスト部を１個のみ備える構成であっても良い。この場合、指アシスト装置１０００としては、指７００の基節骨部分に装着される第２の指アシスト部１００２のみを備えても良い。
【００１８】
第２の指アシスト部１００２と第１の指アシスト部１００１とは、同じ構成であるので、以下、第１の指アシスト部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、指アシスト装置１０００が人差し指に装着される場合には、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、親指側に指アシスト装置１０００を装着した場合、人差し指の指アシスト装置１０００が、親指に装着した指アシスト装置１０００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。
【００１９】
・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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、ワイヤー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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
・第１の指アシスト部の構成：
図６は、第１の指アシスト部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の指アシスト部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の指アシスト部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、板バネ４００と、偏芯ピン４５０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。
【００３２】
板バネ４００は、圧電駆動装置１０の両面に配置され、第１部位４１０と、第２部位４２０と、第３部位４３０とを備える。第１部位は、長手方向が指支持部７０１の長手方向と平行な細長い形状を有しており、ネジ２４２により、指支持部７０１に取り付けられている。第１部位４１０は、指支持部７０１と固定されていれば良く、その形状は、任意である。第２部位は、略長方形をしており、ネジ２４０により、振動板２００の取付部２３０（図３）に取り付けられている。なお、振動板２００の両面には、圧電振動体１００があるため、取付部２３０と第２部位４２０との間には、ワッシャーが噛まされている。第２部位４２０についても、振動板２００の取付部２３０に取り付けられていればよく、その形状は任意である。なお、振動板２００及び圧電振動体１００は、２つの第２部位４２０に挟まれている。なお、上記実施形態では、板バネ４００を圧電駆動装置１０の両面にする構成を採用したが、板バネ４００が、圧電駆動装置１０の一方の面に配置される構成を採用しても良い。第３部位４３０は、第１部位４１０と第２部位とを接続する２本の細長い部分である。圧電振動体１００が伸張すると、振動板２００の先端にある突起部２０が第１被駆動体５０を押圧する。このとき、この押圧力に対する反力により、圧電振動体１００と振動板２００と板バネの第２部位４２０は、第１被駆動体５０と反対方向に移動する。第２部位４２０が第１被駆動体５０と反対方向に移動すると、第１部位４１０は指支持部７０１に固定されているので、第３部位が変形する。板バネ４００は、第３部位の変形から変形していない状態に戻ろうとする復元力により、バネとして機能する。
【００３３】
偏心体４５０は、回転軸４５２周りに回転可能な部材であり、指支持部７０１に設けられている。回転軸４５２は、偏心体４５０の中心からずれた位置にある。回転軸４５２には、マイナスドライバーを差し込むための溝４５４が掘られている。溝４５４は、マイナスドライバーからの外力を受け付ける入力部として機能する。なお、溝４５４の形状は、マイナスドライバー用の形状の他に、プラスドライバー用、六角ドライバー用、その他、特殊形状のドライバー用の形状であっても良い。偏心体４５０の動作については後述する。
【００３４】
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。
【００３５】
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の指アシスト部１００２の指支持部７０２と接続されている。第１の指アシスト部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、指アシスト部１００１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。
【００３６】
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その結果、第１の指アシスト部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。
【００３７】
エンコーダー６０１は、４つのギア６０、６１、６２、６３と、円板６４と、光学センサー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。光学センサー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。
【００３８】
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の指アシスト部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。
【００３９】
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。光学センサー６６Ａ、６６Ｂは、円板６４を挟むように配置されている。光学センサー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、光学センサー６６Ａの生成する信号の位相と光学センサー６６Ｂの生成する信号の位相とがπ／２だけずれるように、光学センサー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、光学センサー６６Ａ、６６Ｂとして、フォトリフレクターが使用される。
【００４０】
図８、図９は、偏心体４５０の動作を示す説明図である。図８と図９では、偏心体４５０の向きが異なっている。図８に示す第２の状態では、偏心体４５０が回転軸４５２を挟んで板バネ４００と反対側にあり、偏心体４５０と板バネ４００とが接触していない。図９に示す第１の状態では、偏心体４５０が回転軸４５２と板バネ４００との間にあり、偏心体４５０と板バネ４００とが接触している。図８と図９の２つの状態は、偏心体４５０を回転軸４５２周りに回転させることで、相互に遷移可能である。指アシスト部１００１を用いて指の動作をアシストする場合には、偏心体４５０を図８に示す第２の状態にする。
【００４１】
図８の第２の状態において、制御装置がフリーズして圧電振動体１００への給電が停止すると、突起部２０が第１被駆動体５０（ローター５０）に押圧された状態で圧電駆動装置１０の動作が停止する。かかる場合、突起部２０と第１被駆動体５０（ローター５０）との間の摩擦力により、第１被駆動体５０がロックし、第１被駆動体５０が回転出来なくなる。例えば、指が曲がった状態で指アシスト装置１０００がロックされ、指アシスト装置１０００を指から取り外すことが困難になる場合がある。ここで、使用者が、ドライバーを用いて、図９の第１の状態になるまで偏心体４５０を回転する。この状態では、突起部２０と第１被駆動体５０とは、離間しているため、第１被駆動体５０をロックするものが無く、第１被駆動体５０は、自由に回転可能となる。そのため、制御装置がフリーズして圧電振動体１００への給電が停止しても、指アシスト装置１０００を指から取り外すことが可能となる。なお、上記実施形態では、図９に示す第１の状態では、突起部２０と第１被駆動体５０とを完全に離間させているが、突起部２０と第１被駆動体５０との間を完全に離間しなくてもよい。板バネ４００の第２部位４２０及び振動板２００が少しでも図８に示すよりも右方に移動すれば、突起部２０と第１被駆動体５０との間の押圧力が小さくなる。押圧力が小さくなれば、比較的弱い力で第１被駆動体５０を回転させるための力を小さくできる。
【００４２】
第１の実施形態では、偏心体４５０の形状は、図８、図９に示すように円形であったが、偏心体４５０の形状を、例えば、楕円形、卵形としてもよい。
【００４３】
以上、第１の実施形態によれば、圧電駆動装置１０は、圧電体（圧電素子１１０）を有する駆動部（圧電振動体１００と振動板２００と板バネ４００）と、駆動部の突起部２０と接触可能な被駆動部（第１被駆動体５０）と、駆動部の板バネ４００と接触する可動部（偏心体４５０）と、を備え、偏心体４５０は図９に示す第１の状態と図８に示す第２の状態とを有し、第１の状態では、駆動部の突起２０から第１被駆動体５０への押圧力を低減し、第２の状態では、駆動部の突起部２０から第１被駆動体５０への押圧力を低減しない。その結果、圧電駆動装置１０の制御部がフリーズして、圧電素子に電力が給電されなくなった場合、突起部２０が第１被駆動体５０に押しつけられて、ロックする。しかし、偏心体４５０を回転させて図９に示す第１の状態にすれば、第１被駆動体５０を回転させることが可能となる。なお、突起部２０と第１被駆動体とを完全に離間させても良い。また、この圧電駆動装置１０は、上述したように、指アシスト装置１０００に適用可能である。この場合、指アシスト装置１０００の制御部がフリーズしても、偏心体４５０を回転させて図９に示す第１の状態にすれば、第１被駆動体５０を回転させ、指から指アシスト装置１０００を取り外すことが可能となる。
【００４４】
また、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の指アシスト部１００１を小さく出来る。また、第１の指アシスト部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の指アシスト部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。
【００４５】
・可動部の別の実施形態
図１０は、偏心体の代わりにスライド部材を用いた実施形態を示す説明図である。スライド部材４６０は、突起部４６２を有している。突起部４６２は、板バネ４００の第２部位４２０と接触している。図１０（Ａ）は、第２の状態に対応している。図１０（Ｂ）は、第１の状態に対応し、突起部２０と第１被駆動体５０とが離間している。突起部４６５は、外力を受ける入力部として機能する。すなわち、突起部４６５をスライドさせることにより、第１の状態と第２の状態との間を遷移可能である。なお、第１の実施形態では、例えばドライバーのような工具を用いて偏心体４５０を回転させるが、本実施形態では、スライド動作なので、例えば、他の工具等を用いなくても、指を用いて容易にスライド可能である。すなわち、第１の状態と第２の状態とを容易に切り替え可能である。
【００４６】
・可動部のさらに別の実施形態
図１１は、偏心体の代わりに押しボタンスイッチ４７０を用いた実施形態を示す説明図である。押しボタンスイッチ４７０は、略円錐台形をしており、円錐面４７２に板バネ４００の第２部位が接触している。図１１（Ａ）は、第２の状態に対応し、円錐面４７２の大円４７４側が板バネ４００の第２部位４２０に接触している。図１１（Ｂ）は、第１の状態に対応し、円錐面４７２の小円４７６側が板バネ４００の第２部位４２０に接触している。なお、図１１（Ａ）（Ｂ）の下図は、それぞれ図１１（Ａ）（Ｂ）の上図の１１ｘ−１１ｘ断面である。押しボタンスイッチ４７０を大円４７４側から押す毎に、第１の状態と第２の状態とを、交互に切り替えることが可能である。すなわち、押しボタンスイッチ４７０は、外力を受ける入力部として機能する。なお、第１の実施形態では、例えばドライバーのような工具を用いて偏心体４５０を回転させるが、本実施形態では、押しボタンスイッチ４７０を押すだけなので、例えば、他の工具等を用いなくても、指を用いて押しボタンスイッチ４７０を押して、第１の状態と第２の状態とを容易に切り替え可能である。
【００４７】
・圧電駆動装置を用いたロボットの実施形態：
上述した圧電駆動装置１０は、共振を利用することで被駆動体に対して大きな力を与えることができるものであり、各種の装置に適用可能である。圧電駆動装置１０は、例えば、ロボット（電子部品搬送装置（ＩＣハンドラー）も含む）、投薬用ポンプ、時計のカレンダー送り装置、印刷装置（例えば紙送り機構。ただし、ヘッドに利用される圧電駆動装置では、振動板を共振させないので、ヘッドには適用不可である。）等の各種の機器における駆動装置として用いることが出来る。以下、代表的な実施の形態について説明する。
【００４８】
図１２は、上述の圧電駆動装置８００を利用したロボット２０５０の一例を示す説明図である。ロボット２０５０は、複数本のリンク部２０１２（「リンク部材」とも呼ぶ）と、それらリンク部２０１２の間を回動又は屈曲可能な状態で接続する複数の関節部２０２０とを備えたアーム２０１０（「腕部」とも呼ぶ）を有している。それぞれの関節部２０２０には、上述した圧電駆動装置が内蔵されており、圧電駆動装置を用いて関節部２０２０を任意の角度だけ回動又は屈曲させることが可能である。アーム２０１０の先端には、ロボットハンド２０００が接続されている。ロボットハンド２０００は、一対の把持部２００３を備えている。ロボットハンド２０００にも圧電駆動装置８００が内蔵されており、圧電駆動装置８００を用いて把持部２００３を開閉して物を把持することが可能である。また、ロボットハンド２０００とアーム２０１０との間にも圧電駆動装置８００が設けられており、圧電駆動装置８００を用いてロボットハンド２０００をアーム２０１０に対して回転させることも可能である。
【００４９】
図１３は、図１２に示したロボット２０５０の手首部分の説明図である。手首の関節部２０２０は、手首回動部２０２２を挟持しており、手首回動部２０２２に手首のリンク部２０１２が、手首回動部２０２２の中心軸Ｏ周りに回動可能に取り付けられている。手首回動部２０２２は、圧電駆動装置８００を備えており、圧電駆動装置８００は、手首のリンク部２０１２及びロボットハンド２０００を中心軸Ｏ周りに回動させる。ロボットハンド２０００には、複数の把持部２００３が立設されている。把持部２００３の基端部はロボットハンド２０００内で移動可能となっており、この把持部２００３の根元の部分に圧電駆動装置８００が搭載されている。このため、圧電駆動装置８００を動作させることで、把持部２００３を移動させて対象物を把持することができる。かかるロボット２０５０において、対象物を把持中に制御部がフリーズした場合、対象物が落下しないように、把持部２００３をロックする。一方、把持部２００３をロックしてしまうと、対象物を把持部２００３から取り外すことが出来なくなる虞がある。しかしながら、把持部２００３の駆動装置として上述した圧電駆動装置１０を用いれば、偏心体４５０を回転させることにより、把持部２００３がロックした後でも把持部２００３を移動可能とし、対象物を把持部２００３から取り外すことが可能となる。
【００５０】
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】
【００５１】
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…ギア
５９…第２被駆動体
６０、６１、６２、６３…ギア
６４…円板
６５…スリット
６６Ａ、６６Ｂ…光学センサー
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
４００…板バネ
４１０…第１部位
４２０…第２部位
４３０…第３部位
４５０…偏心体
４５２…回転軸
４５４…溝
４６０…スライド部材
４６２…突起部
４７０…押しボタンスイッチ
４７２…円錐面
４７４…大円
４７６…小円
５０１、５０２、５０３…減速機
６０１、６０３…エンコーダー
７００…指
７０１、７０２…指支持部
７０３…バンド
１０００…指アシスト装置
１００１、１００１ａ…第１の指アシスト部
１００２…第２の指アシスト部
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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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