JPH09501039A - 直結式フィールド・アクチュエータ・モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 何らかのエネルギーのフィールドが加わると寸法が変化する少なくとも１つのフィールド・アクチュエータ（４４Ａ）を支持する固定子（１４Ａ）と、フィールド・アクチュエータ（４４Ａ）の寸法変化によって移動して回転子要素（２６Ａ）を移動させ且つ固定子に接触させる少なくとも１つの駆動シュー（４６Ａ）とを含む、高トルク低速度の確実駆動フィールド・アクチュエータ・モータ。モータの様々な実施例が開示され、そして、回転子要素は直線または弓形に移動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 直結式フィールド・アクチュエータ・モータ 発明の背景 発明の分野：本発明は一般にモータ、特に電界または磁界の変化に応じて物理 的に長くなる、曲がる、または他の方法で寸法が変化する原動力要素を用いる圧 電性およびその他のフィールド・アクチュエータ・モータに関する。 従来の技術：従来の電気モータは、モータの静止部分、つまり固定子にある１ 次巻線と、軸すなわち回転子に関連する２次巻線との間に磁界を生成することに より、軸すなわち回転子を回転させる。このようなモータは、出力トルクに対し て相対的に大きく、かつ重量がある。このようなモータは、多くの用途において 、伝達系に接続しなければならない。伝達系は、速度およびトルク出力を変化さ せ、場合によってはモータの回転子の回転運動を直線運動に変換する。しかし、 このような伝達系は、モータに大いにサイズ、重量および複雑さを加える。この ようなモータへの電力入力を変化させても、出力を多少調節することができるが 、大抵の場合、このような調節性は範囲が制限され、伝達系の場合と同様、モー タ・システムの嵩、複雑さおよび費用が増大する。 従来の電気モータのような磁気的な吸引または反発ではなく、原動力要素とし て、圧電性、磁歪性、または電歪性アクチュエータを用いる他の様々なタイプの 電気モータが開発されている。圧電性アクチュエータは、それに第１電圧（また は磁界）が印加されると第１長さを有し、それに第２電圧が印加されると第２長 さを有する。磁歪性アクチュエータは、それに第１磁界が与えられると第１長さ を有し、それに第２磁界が与えられると第２長さを有する。本明細書では、「フ ィールド・アクチュエータ」という用語は、圧電性、磁歪性、または電歪性アク チュエータを指す。 また、構造的に、温度の変動に応じて同様の寸法変化を呈する形状記憶合金構 造体のように、サーモスタットで使用されるバイメタル細片と同様に挙動する「 曲がり」アクチュエータとして構成された圧電性およびその他のフィールド・ア クチュエータも、「フィールド・アクチュエータ」という用語に包含されること も企図される。したがって、「フィールド・アクチュエータ」という用語を、何 らかのエネルギーのフィールドを与えるか除去するかに応じて少なくとも１つの 寸法が変化するよう構成されている構造体を包含するよう特徴付けることも適切 である。 原動力要素として圧電性アクチュエータを使用するモータは、先行技術で、直 線および回転運動を生成するために使用されている。たとえば、Ｏｒｂａｃｈそ の他に帰される米国特許第５，０２７，０２７号は、軸の周囲に配置され圧電的 に起動される前部、中央部、および後部の円筒形要素を含む「尺取り虫」モータ と呼ばれるリニア・モータについて述べている。軸は、たとえば前部要素を締め 中央部要素を拡張し、後部要素を締め、前部要素を解放することによって前方に 移動する。 Ｔｏｊｏその他に帰される米国特許第４，５７８，６０７号は、圧電性アクチ ュエータがセクションを動かしてディスクを回転させるシステムについて述べて いる。ディスクをセクション上に下げ、その後、アクチュエータがセクションを 移動させる。次に、アクチュエータのリセット中にディスクを上げる。他のアク チュエータが収縮している間に伸張するアクチュエータもある。 発明の要約 本発明は、リニア式にしてもロータリ式にしても、直結式モータ要素の連続運 動またはインクリメンタル運動に適合可能な、ユニークでコンパクト、高トルク の変速モータを提供する。 本発明のモータは、ロボットの手の指、様々なロボットのデザインの四肢の関 節、電気機械制御システム、および高トルクまたは精密配置制御が望ましいその 他の用途、さらに小型、軽量および信頼性が設計の制約要因である従来のモータ 用途など、様々な用途に合わせて簡単に構成される。 本明細書に加えられた請求の範囲内に将来入るかもしれない他の実施例に対す る何らかの制約としてではなく、発明者が現在企図したままの本発明のモータは 、「フィンガ・モータ」、「星形モータ」、または「ラチェット・モータ」とし て機能するよう、構造的に構成することができるステッパ・モータである。本明 細書で開示される本発明の実施例はすべて、原動力のために、電界、磁界または その他のエネルギーのフィールドの周期的変動に応じて（本明細書の上記で規定 したように）フィールド・アクチュエータ内に誘発された寸法変化を利用し、本 明細書では「回転子」とも呼ばれる可動要素を直線または回転方向に駆動する。 フィンガ・モータは、ロボットの指または義手の使用に容易に適用できるため にこのように呼ばれ、回転方向に相互に可動の少なくとも２つの部分を使用する 。一方の部分を回転可能な被駆動要素にロックする締付け手段のための原動力要 素として、選択的に付勢される第１フィールド・アクチュエータを使用し、第１ フィールド・アクチュエータが付勢されて締付け手段を起動する時に、回転可能 な被駆動要素を噛み合わせるための原動力要素として、選択的に付勢される第２ フィールド・アクチュエータを他の部分と共に使用する。回転する部分によって 、より大きなパワーを提供し、実質的に連続する動作を実行するため、２つの逆 回転する駆動アクチュエータを使用することができ、以下で述べるように、それ ぞれは、共働する締付け用アクチュエータと共働して、適宜、周期的に付勢され る。 星形モータは、ロータリ式実施例の側面図または平面図が多くの先端を有する 星に似ているためにこのように呼ばれ、原動力要素として、固定子アセンブリに 支持された１対または複数対のフィールド・アクチュエータを使用し、被駆動回 転子要素に対して回転する長円形の軌跡で、弾性の拘束手段に対して駆動要素す なわちシューを周期的に駆動し、この回転子要素は、実際に、回転または直線方 向に移動することができ、「回転子」という用語は、固定子アセンブリに対して 移動する要素を特定する記述的意味でのみ使用される。望ましい特定の方向に応 じて、対のフィールド・アクチュエータはそれぞれ、駆動シューによって係合さ れた回転子の表面に対して斜角の方向にするか（以降、「Ｖドライブ」モータと 呼ぶ）、あるいは回転子の表面にほぼ垂直で、それに対してほぼ平行の方向にす ることができる（以降、「Ｌドライブ」モータと呼ぶ）。適切な時点に適切な間 隔で一方または両方のアクチュエータを選択的に付勢および消勢し、正確な順序 を、モータに使用されるのがＶドライブかＬドライブかによって決定すると、駆 動シューが回転子と係合し、望ましい回転子の移動の方向を伝達して、その後回 転子から切り離され、アクチュエータに対する始動位置に復帰する。その他のア クチュエータの方向付けおよびモータの構成も開示する。 ラチェット・モータは、単数または複数の駆動フィールド・アクチュエータが 回転子に作用を及ぼす方法のためにこのように呼ばれ、ある意味では、フィール ド・アクチュエータによって制御される単数または複数の締付け手段を、単数ま たは複数の駆動アクチュエータと組み合わせて使用し、リニア駆動アクチュエー タの動作を回転子に伝達するという点で、フィンガ・モータに似ている。 本発明のモータは、多くの場合、動力化されるアセンブリの既存の部品を使用 することによって製造することができるということが、理解され、認識されるべ きである。たとえば、いかなる回転接合部においても、構造部材の間には通常、 ベアリング手段と軸とが挿入される。アクチュエータを受けるよう既存の構造を 変更し、追加部品を幾つか追加することにより、本発明によるモータを簡単に製 造することができる。フィールド・アクチュエータがコンパクトで、出力密度が 極めて高く、さらに本発明の一部を形成する駆動系のため、モータを、トルク出 力に対して非常に小さく軽量にすることができ、好ましい用途の大多数において トランスミッションを必要としない。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の第１の好ましい実施例によるフィンガ・モータ・アセンブリ の側面図である。 図２Ａは、図１の２−２線から見た図１のフィンガ・モータ・アセンブリの分 解上面図である。 図２Ｂは、図１の２−２線から見たフィンガ・モータ・アセンブリの上面図で ある。 図２Ｃは、図２Ｂのフィンガ・モータ・アセンブリの一部の斜視図である。 図３は、図２Ａの３−３線から見たフィンガ・モータ・アセンブリの駆動サブ セグメントの側面図である。 図４は、図２Ａの４−４線から見たフィンガ・モータ・アセンブリの締付けサ ブアセンブリの側面図である。 図５は、図１のフィンガ・モータ・アセンブリに使用される圧電性アクチュエ ータへの相互接続部および制御回路の部分概略図である。 図６は、図１のフィンガ・モータ・アセンブリに使用されるアクチュエータの 付勢および消勢の好ましいシーケンスを図示したものである。 図７は、本発明による３セグメントのフィンガ・モータを概略的に図示する。 図８は、図７の３セグメントのフィンガ・モータの少なくとも中央セグメント に使用するのに適した駆動構造および締付け構造の両方を有するセグメントを示 す。 図９は、本発明によるフィンガ・モータの別の実施例の上面図である。 図１０は、図９のフィンガ・モータの駆動構造体の側面図または平面図である 。 図１０Ａは、図９および図１０のフィンガ・モータの別の実施例の変更例の上 面図である。 図１１は、Ｖドライブ・リニア星形モータの第１の好ましい実施例の側面図で ある。 図１２は、図１１のＶドライブ・リニア星形モータのアクチュエータ動作シー ケンスを図示したものである。 図１３は、Ｌドライブ・リニア星形モータの第１の好ましい実施例の側面図で ある。 図１４は、図１３のＬドライブ・リニア星形モータのアクチュエータ動作シー ケンスを図示したものである。 図１５は、Ｖドライブを使用するロータリ星形モータの側面図または正面図で ある。 図１６は、図１５のロータリ星形モータの部分側断面図である。 図１７は、図１５および図１６の星形モータの２相ドライブに使用される整相 された正弦波信号を示す。 図１８は、ロボットのグリップとして構成された２つのＬドライブ星形モータ の概略側面図である。 図１８Ａは、図１８に示した右側の星形モータの拡大側面図である。 図１９は、複数の星形モータを使用する把持力のあるロボットの脚部の概略側 面図である。 図２０は、複数の星形モータを使用する通常のロボットの脚部の概略側面図で ある。 図２１は、ピッチおよびヨーの制御のためにリニア星形モータを使用するロボ ットの手首の部分想像概略斜視図である。 図２２は、図２１のロボットの手首に使用されるコンパクトなタンデム式リニ ア星形モータ配置構成の概略側面図である。 図２３は、ロボットの足部を回転するためのコンパクトなタンデム式リニア星 形モータの概略側面図である。 図２４は、伸張性のあるロボットの腿部を駆動するための、「Ｘ」字形ドライ ブ構成の高出力タンデム式星形モータの概略側面図である。 図２５は、本発明の好ましいラチェット・モータの実施例の概略側面図である 。 図２６は、本発明の好ましいラチェット・モータの実施例の概略上面図である 。 図２７は、リニア・フィンガ・モータの概略斜視図である。 図２８は、図２７のリニア・フィンガ・モータの上面図である。 図２９は、Ｌ字ドライブ・リニア星形モータ構成の側面図である。 図３０は、本発明による平行ドライブの別のリニア星形モータの側面図である 。 図３１は、本発明による変更された、コンパクトなＬ字ドライブ・ロータリ星 形モータの概略上面図である。 図３２は、図３１のモータの概略側面図である。 実施例の詳細な説明 前述したように、本発明は、少なくとも３タイプのモータの実施例を企図し、 便宜上それを「フィンガ・モータ」、「星形モータ」および「ラチェット・モー タ」と呼ぶ。そのモータはいずれも、従来の電気モータと異なり、回転子の高速 度を減衰してトルク出力を強化するためのトランスミッションを必要とせず、指 、肢、弁またはその他の構造に回転子が固定または係合される点で、「直結式」 モータと呼ぶことができる。以下、モータの実施例を上記で言及した順に詳細に 検討する。 Ａ．フィンガ・モータ フィンガ・モータは、その用途がロボットの指または人工的な人間の指（義指 ）への使用を含むので、その名称が与えられた。フィンガ・モータは、単数また は複数の振動式駆動構造体および単数または複数の振動式締付け構造体を使用し て、人間の指の１セグメントが関節を中心にして別のセグメントに対し回転する のと同様の方法で、フィンガ・モータの１セグメントが他のセグメントに対して 回転するようにする。本明細書で使用する「振動する」という用語は、電界、磁 界、またはその他のエネルギーのフィールドの適用に応じて、選択的に、長さや 幅な どの少なくとも１つの寸法が変化するか、あるいは形状が変化し（たとえば曲が り）、フィールドを除去するか反対の極性が適用されるのに応じて本来の寸法ま たは寸法に戻るような要素を含む構造を指す。このような変化は周期的に誘起さ れ、本発明のモータの駆動に使用される。 電気用語と同様の用語で述べると、本発明のフィンガ・モータは、伸縮フィー ルド・アクチュエータの前後動作の１方向を利用して、被駆動モータ要素の大き い直線または回転方向の動作を生じさせる機械的整流器として述べることができ る。 １．第１の好ましい実施例 図１〜図６は、本発明によるフィンガ・モータの第１の好ましい実施例を図示 する。 図１は、第１セグメント１４および第２セグメント１６を含むフィンガ・モー タ・アセンブリ１０の側面図を示し、第２セグメント１６は、セグメント１４に 回転可能な状態で固定され、開示されたように、モータ１０が作動するとセグメ ント１４に対して回転する。（セグメント１６が回転するよう、セグメント１４ は静止状態に保持されると仮定する。代替方法として、セグメント１４が回転す るように、セグメント１６を静止状態に保持することもできる。）セグメント１ ４は、２つの振動式駆動構造体を含み、セグメント１６は２つの振動式締付け構 造体を含む。 セグメント１６は、セグメント１４に対して（図１で見えるように）セグメン ト１６の時計回りの動きを最終的に制限するうね２０Ｂと、セグメント１４に対 してセグメント１６の反時計回りの動きを最終的に制限するうね２２Ｂとを含む 。うね２０Ｂおよび２２Ｂの形状および位置は、セグメント１４に対するセグメ ント１６の時計回りおよび反時計回りの動きの範囲を様々に制限できるよう、望 み通りに変更することができる。 図２Ａは、図１の２−２線から見たフィンガ・モータ・アセンブリ１０の分解 上面図を示す。図２Ｂは、図１の２−２線から見たフィンガ・モータ・アセンブ リ１０の上面図を示す。フィンガ・モータ１０の構築および組立てに便利なよう に、セグメント１４をサブセグメント１４Ａおよび１４Ｂで構成することができ 、これを別個に製造し、最終的な組立てで接合する。同様に、セグメント１６を サブセグメント１６Ａおよび１６Ｂで構成することができ、これを別個に製造し 、最終的な組立てで接合する。サブセグメントをピン、ねじ、ブラケット、接着 剤、またはその他の当技術分野で既知の便利な手段で接合し、セグメントを形成 することができる。サブセグメント１４Ａは、サブセグメント１４Ｂの鏡像であ る。サブセグメント１６Ａは、サブセグメント１６Ｂの鏡像であるが、後述する ように、好ましい実施例の変更例においては、それによって支持される振動式駆 動構造体の方向は異なる。本明細書の記述および図面の番号では、「Ｂ」という 文字が後に付いた参照番号は、「Ａ」という文字が後に付き、同じ参照番号で識 別された構成要素と同じ、またはおおむねこの構成要素の鏡像である構成要素を 識別する。たとえば、セグメント１６Ａは外側のうね２０Ａおよび２２Ａ（図示 せず）を含み、これはうね２０Ｂおよび２２Ｂの鏡像である。 サブセグメント１６Ａおよび１６Ｂは、整列したブッシング用空洞２４Ａおよ び２４Ｂを含み、これらの空洞は、ブッシング２６Ａおよび２６Ｂを含む回転式 駆動要素の直径よりわずかに大きい直径を有する。ナックル・ピン２８などの円 筒形の棒が、ブッシング用空洞２４Ａおよび２４Ｂ内に保持されたブッシング２ ６Ａおよび２６Ｂを通して延び、各々の端が、それぞれセグメント１６Ａおよび １６Ｂ内のピン受け３０Ａおよび３０Ｂの当技術分野で既知の手段によって固定 される。ブッシング２６Ａおよび２６Ｂは、ブッシング用空洞２４Ａおよび２４ Ｂ内でナックル・ピン２８の周囲を自由に回転する。フィンガ・モータ１０のセ グメント１４のように組み立てた場合、これに対してセグメント１６が動くため に適切なクリアランスを設けるため、シムまたはセパレータ（図示せず）でセグ メント１４Ａと１４Ｂとを分離してもよい。 振動式駆動構造体３２Ａおよび３２Ｂを、図３との関係で述べる。図３は、図 ２Ａの３−３線から見たセグメント１４Ａの側面図を示す。図３を参照すると、 サブセグメント１４Ａは、平行であるが横方向に食い違う表面３４Ａおよび３６ Ａ、さらにスロット３８Ａを含み、このスロットは表面３６Ａ内に形成される。 スロット３８Ａは、圧電性またはその他の同様の構成のフィールド・アクチュエ ータ（以降、おおむね「ＰＺＡ」と呼ぶ）４４Ａを支持するよう成形された主要 部分４０Ａ、およびＰＺＡ４４Ａに隣接する駆動シュー４６Ａが中に延びる弓形 の副次的部分４２Ａを含む。副次的スロット部分４２Ａは、その遠位端で弾性ま たはその他の弾力性のある復帰部材４８Ａと、ブッシング２６Ａ（線）の外周部 において副次的スロット部４２Ａの駆動シュー４６Ａおよび復帰部材４８Ａの間 に横方向に延びる（図２Ａ参照）駆動ピン５２Ａとをも受ける。この第１の実施 例では、振動式駆動構造体３２Ａは、ＰＺＡ４４Ａ、駆動シュー４６Ａおよび復 帰部材４８Ａを含む。サブセグメント１４Ａの記述の最後に、ＰＺＡ４４Ａの縦 軸と一直線上にあるネジ穴６０Ａが、主要スロット部分４０Ａ内のＰＺＡ４４Ａ の位置調節に使用されるネジ（番号なし）を受ける。以上により、ＰＺＡが膨張 すると駆動シュー４６Ａが動いて駆動ピン５２Ａに押しつけられることになる。 ネジとＰＺＡ４４Ａとの間にシムを配置してもよい。穴６４Ａおよび６６Ａは、 図５に示す制御回路７４からの電線を受け、制御信号を駆動ＰＺＡ４４Ａに与え る。 ＰＺＡ４４Ａに与えられる制御または駆動信号は、たとえば正弦波、三角波、 方形波、または矩形波などの様々な波形から選択することができる。制御信号の 電圧が電圧Ｖ１（ゼロ・ボルトすなわち「接地」、またはマイナスの電圧の場合 さえある）から電圧Ｖ２に増加すると、駆動ピン５２Ａに対して駆動シュー４６ Ａを時計回り方向に移動させ、弾性の復帰部材４８Ａに突き当てるよう、ＰＺＡ ４４Ａが長くなる。言うまでもなく、ブッシング２６Ａは駆動ピン５２Ａの動き と共に回転し、後述するようにセグメント１６がブッシング２６Ａに押し付けら れると、セグメント１６がブッシング２６Ａと共に回転する。制御信号の電圧が 電圧Ｖ２から電圧Ｖ１に低下すると、ＰＺＡ４４Ａが短くなり、圧縮された復帰 部材４８Ａ内に蓄積されたエネルギーが、駆動ピン５２Ａを反時計回りの方向に 移動させる。ＰＺＡ４４Ａとその駆動波形および弾性部材４８Ａのパラメータは 、ブッシング２６Ａが時計回りの方向と反時計回りの方向との間で回転するよう 選択される。 振動式駆動構造体３２Ｂは、ＰＺＡ４４Ｂ、駆動シュー４６Ｂおよび復帰部材 ４８Ｂを含み、これらおよびセグメント１４Ｂのその他の構成要素は、セグメン ト１４Ａに関して前述したこれらに対応する要素と、素材および構成が実質的に 同一である。したがって、第２の振動式駆動構造体３２Ｂを使用すると、セグメ ント１６が連続的に駆動される。というのは、ＰＺＡ４４Ａの収縮によって駆動 構造体３２Ａが「リセット」され、復帰部材４８Ａによってブッシング２６Ａが 移動すると、駆動構造体３２Ｂが、ブッシング２６Ｂを介してラチェット様の現 象で、セグメント１６を駆動するからである。弾性復帰部材４８Ａおよび４８Ｂ を使用し、それに従って締付け構造体７８Ａおよび７８Ｂのタイミングを再度合 わせることによって、後述するように、遠位セグメント１６を逆回転させ、最初 の位置に戻すことができるということが理解されよう。あるいは、単に締付け構 造体を消勢すると、セグメント１６がセグメント１４に対して、ナックル・ピン ２８の回りを自由に旋回することができる。この特徴は、障害のある通路からロ ボットの手を引っ込めたいなら、有用性があると考えられる。ＰＺＡ４４Ｂの駆 動波形は、ＰＺＡ４４Ａのそれと通常は実質的に同一である。 確実な逆回転のための別の選択肢は、セグメント１４Ｂ内のスロット３８Ｂの 方向を変更し、ＰＺＡ４４Ｂの伸張に応じてブッシング２６Ｂを反時計回りの方 向に駆動することである。図３を参照すると、このように変更した駆動方向にお けるスロット３８Ｂの方向付けは、スロット３８Ａの駆動方向が上および右と述 べられるのに対し、下および右と述べられる。したがって、ブッシング２６Ｂは 、 ブッシング２６Ａと同様に、反時計回りの方向と時計回りの方向との間で回転す るようにされる。しかし、ブッシング２６Ａと異なり、反時計回り方向のブッシ ング２６Ｂの移動はＰＺＡ４４Ｂの伸張に起因し、時計回り方向の移動は圧縮さ れた弾性復帰部材４８Ｂの蓄積されたエネルギーに起因する。 振動式締付け構造体７８Ａおよび７８Ｂを、図２Ａおよび図２Ｂ、ならびに図 ４との関連で述べ、図４は図２Ａの４−４線から見たサブセグメント１６Ａを示 す。図４を参照すると、サブセグメント１６Ａは前述したブッシング用空洞２４ Ａを含み、それはブッシング２６Ａの直径よりわずかに大きい直径を有する。サ ブセグメント１６Ａはスロット８６Ａも含み、これはブッシング用空洞２４Ａの 中心８８Ａからの放射線と一直線上の方向で、ＰＺＡ９０ＡとＰＺＡ９０Ａに隣 接する締付けシュー９２Ａとを支持するよう形成されることが好ましい。この第 １の実施例では、締付け構造体７８Ａは、ＰＺＡ９０Ａおよび締付けシュー９２ Ａを含む。締付け構造体７８Ｂは、ＰＺＡ９０Ｂおよび締付けシュー９２Ｂを含 む。 ネジ穴１０２Ａは、ＰＺＡ９０Ａの位置の調節に使用されるネジを受ける。シ ムをネジとＰＺＡ９０Ａとの間に配置することができる。穴１０６Ａおよび１０ ８Ａは、制御回路７４からの電線を受け、制御信号を駆動ＰＺＡ９０Ａに与える 。 ＰＺＡ４４Ａと同様、ＰＺＡ９０Ａに与えられる制御すなわち駆動信号は、正 弦波、三角波、方形波、または矩形波などの様々な例示的波形から選択すること ができるが、実際には、特定の波形が必要なことはない。というのは、締付けＰ ＺＡ９０Ａは、「オン」または「オフ」のいずれか一方であるからである。 しかし、ＰＺＡ９０Ａへの制御すなわち駆動信号として矩形波を使用する場合 は、アクチュエータと直列に抵抗を配置し、サイクルの付勢部分の間の波形の速 度を減速させて、構成要素間の衝撃力を減少させ、それに付随して磨耗およびノ イズを減少させることが好ましい。 制御信号の電圧が電圧Ｖ３（ゼロ・ボルトまたはマイナスの電圧の場合さえあ る）から電圧Ｖ４に増加すると、サブセグメント１６Ａがブッシング２６Ａにロ ックされる（つまり、ブッシング２６Ａが回転するとサブセグメントが回転し、 ブッシング２６Ａが回転しないとサブセグメントが回転しない）よう十分な力で 締付けシュー９２Ａをブッシング２６Ａに押し付けるよう、ＰＺＡ９０Ａが長く なる。電圧Ｖ３およびＶ４は、実際のところ、電圧Ｖ１およびＶ２と対応してい てもよい。制御信号の電圧が電圧Ｖ４から電圧Ｖ３に減少すると、ＰＺＡ９０Ａ が収縮するので、シュー９２Ａは十分な力でブッシング２６Ａに圧力をかけず、 セグメント１６Ａはブッシング２６Ａと共に回転しない。振動式駆動構造体３２ と同様に、単数または複数の弾性復帰部材９４Ａを締付け構造体７８に容易に組 み込み、ＰＺＡ９０Ａに対して締付けシュー９２Ａに正のバイアスをかけ、ＰＺ Ａ９０Ａが収縮状態にある場合に締付けシュー９２Ａがブッシング２６Ａに対し てかける力を減少させることができる。 前述したように、セグメント１６Ｂはセグメント１６Ａの鏡像の対であり、振 動式締付け構造体７８は、構造体７８Ｂと実質的に同一である。ＰＺＡ９０Ａと 同様に、ＰＺＡ９０Ｂに与えられる制御信号は、セグメント１６Ｂがブッシング ２６Ｂにロックされるような十分な力で、締付けシュー９２Ｂがブッシング２６ Ｂに圧力をかけるか否かを制御する。 図５を参照すると、制御回路７４（これは、フィールド・アクチュエータを駆 動するエネルギー源と特徴づけることができる）が電線などの導体を介してＰＺ Ａ４４Ａ、４４Ｂ、９０Ａ、および９０Ｂに接続され、導体はセグメント１４お よび１６の側面に固定することが好ましい。制御回路７４は、おおむね圧電性モ ータ駆動エレクトロニクスと呼ぶことができ、図６に示した方形波形などの整相 された電圧波形を生成するよう設計される。印加電圧は通常、選択される特定の アクチュエータに応じて、−４０Ｖ〜＋５００Ｖの範囲である。ディジタル論理 回路を使用して論理レベルのパルスを生成し、そのタイミングは簡単に調節する ことができる。というのは、当技術分野で周知のように、回路類は、システム・ クロックによって駆動されるシフト・レジスタおよびカウンタを使用しているか らである。クロックの周波数の変動を利用して、モータの速度を比例して変化さ せられるよう、クロックは関数発生器であることが好ましい。ロ−電圧論理レベ ル・パルスは、ＭＯＳＦＥＴのゲートを駆動し、これは制御信号をアクチュエー タに与える。抵抗器のリード線をアクチュエータと直列で使用して、アクチュエ ータの容量性負荷を切り離し、かつアクチュエータの付勢および消勢の両方の間 の電流を制限する。 上述した構成要素はすべて市販され、作動可能な制御回路７４へそれらを組み 込むことは、当技術分野の通常の技術で可能な範囲に十分入るので、機能に関す ること以外に制御回路７４についてはこれ以上説明しない。ＰＺＡを付勢および 消勢するために適切な形状およびタイミングの信号を与えることに関する以外、 制御信号７４は本発明の一部を形成しないということが理解されるべきである。 制御回路７４は、たとえば人間のオペレータの指の動きを直接たどるなど、外部 の制御デバイスによる実時間制御に反応するか、あるいは様々なシーケンスで動 作するよう予めプログラミングすることができる。いずれの場合も、このような 制御の方法は当技術分野で周知であり、本発明の一部を形成しない。圧電性タイ プ以外のフィールド・アクチュエータは、改造された制御回路すなわちエネルギ ー源を必要とすることがあるが、このような改造は簡単に実行でき、当業者の能 力の範囲内であることは、当業者には理解されよう。 制御回路７４は、出力部１２２、１２４、１２６、１２８および１３０を含む 。出力部１３０は接地電位を提供する。ＰＺＡ４４Ａに与えられる制御信号は出 力部１２２および１３０に送られ、これらは穴６４Ａおよび６６Ａを通る導体に よってＰＺＡ４４Ａに接続される。ＰＺＡ９０Ａに与えられる制御信号は、出力 部１２４および１３０に送られ、これらは穴１０６Ａおよび１０８Ａを通る（電 線などの）導電体によってＰＺＡ４４Ａに接続される。ＰＺＡ４４Ｂに与えられ る制御信号は、出力部１２８および１３０に送られ、これらは穴６４Ｂおよび６ ６ Ｂを通る導体によってＰＺＡ４４Ｂに接続される。ＰＺＡ９０Ｂに与えられる制 御信号は、出力部１２６および１３０に送られ、これらは穴１０６Ｂおよび１０ ８Ｂを通る導体によってＰＺＡ９０Ｂに接続される。 セグメント１４Ａおよび１４Ｂに対するセグメント１６Ａおよび１６Ｂの回転 、したがってフィンガ・モータ・アセンブリ１０の動作は、以下のように引き起 こされ、制御される。セグメント１６Ａおよび１６Ｂを時計回りの方向に回転さ せたい場合は、ＰＺＡ４４Ａの膨張によってブッシング２６Ａを時計回りの方向 に回転させる間、ＰＺＡ９０Ａを付勢し、次にＰＺＡ４４Ｂと組み合わせてＰＺ Ａ９０Ｂを付勢して、ブッシング２６Ａをセグメント１６から解放して反時計回 りに回転させる間にブッシング２６Ｂを回転させる。ＰＺＡ４４Ａが膨張するご とに、ブッシング２６Ａはたとえば０．１５度〜０．３度という非常に小さい円 弧を回転するが、人間の指のサイズのモータ内でＰＺＡ４４Ａが膨張すると、比 較的大きい力、通常は２１ｋｇの力が生じるということに留意されたい。したが って、フィンガ・モータ１０は、高トルク低速モータと言うことができる。セグ メント１６Ａおよび１６Ｂを反時計回りの方向に回転させたい場合は、ＰＺＡ４ ４Ｂの膨張によってブッシング２６Ｂが反時計回りの方向に回転させられる間、 ＰＺＡ９０Ｂを付勢し、下記の場合を除いて、ＰＺＡ９０Ａを付勢しない。 図６は、セグメント１６の位置を制御するために方形波の制御信号を使用する ＰＺＡ４４Ａ、４４Ｂ、９０Ａ、および９０Ｂの付勢および消勢の状態の好まし いシーケンスを図示する。図６で、ｘ軸は時間、ｙ軸はＰＺＡ４４Ａ、４４Ｂ、 ９０Ａおよび９０Ｂが付勢状態か消勢状態かを示し、消勢状態は対応する波形の 基線で示され、完全に付勢された状態は、方形波の頂部で示される。 時点ｔ₀から時点ｔ₁まで、制御回路７４はセグメント１６が回転しないよう決 定する。したがって、時点ｔ₀から時点ｔ₁まで、ＰＺＡ４４Ａおよび４４Ｂの状 態は一定である。セグメント１６が重力に引かれてナックル・ピン２８の周囲で 下方に回転することがないよう、ＰＺＡ９０Ａおよび９０Ｂの少なくとも１ つ（たとえばＰＺＡ９０Ａ）を付勢し、ブッシングをセグメント１６にロックす ると、ブッシングの駆動ピンの移動が制限されているため、それによる回転が防 止される。セグメント１６の回転を防止するのに適切なロック用トルクより大き いトルクをＰＺＡ９０Ａから得ることができ、より大きくする必要があるなら、 より大きいＰＺＡを使用するか、あるいはＰＺＡ９０Ａと９０Ｂとの両方を付勢 することができるということに留意されたい。 時点ｔ₁の直前に、制御回路７４は、セグメント１６が時点ｔ₁から時点ｔ₄ま で時計回りの方向に回転するよう決定する。したがって、時点ｔ₁から時点ｔ₄ま で、ＰＺＡ４４Ａは、ＰＺＡ４４Ｂと同様に付勢状態と消勢状態とが交互になり 、ＰＺＡ４４Ｂは、ＰＺＡ４４Ａが付勢されている期間との交代期間に付勢され る。ＰＺＡ４４Ａが付勢されて駆動シュー４６Ａをして駆動ピン５２Ａを移動さ せ、これによってブッシング２６Ａを時計回りに回転させる間、ＰＺＡ９０Ａを 付勢し、ＰＺＡ９０Ｂを消勢するのがよい。ＰＺＡ４４Ａは時点ｔ₂まで付勢さ れたままであり、時点ｔ₂は、ブッシング２６Ａが時計回りの回転を停止して弾 性復帰部材４８Ａが完全に圧縮される時点に対応する。セグメント１６が重力に 引かれて下方に回転することがないよう、ＰＺＡ９０ＡとＰＺＡ９０Ｂとの両方 が消勢されている時間がない、あるいは本質的にないのがよい。およそ時点ｔ₂ で、ブッシング２６Ａが本質的に時計回りにも反時計まわりにも移動しない短い 期間がある。この短期間にＰＺＡ９０Ｂは付勢され、ＰＺＡ９０Ａが消勢される 。ある状況では、ＰＺＡ４４Ａが消勢された時に、弾性復帰部材４８Ａの膨張に 応じてセグメント１６が反時計回りに回転することがないよう、ＰＺＡ９０Ａが 消勢される前にＰＺＡ９０Ｂを付勢することが好ましい。 しかし、この要件は幾つかの要因によって決まる。たとえば、ＰＺＡ４４の付 勢パルスまたは波の周波数が比較的低い（たとえば５００Ｈｚ以下）場合は、Ｐ ＺＡ４４Ａが消勢された時の弾性復帰部材４８Ａの復帰力と共に、重力またはそ の他の負荷のために、セグメント１６が意図された移動方向と反対に回転する傾 向または可能性が高い。しかし、復帰部材４８Ａの膨張に応じたセグメント１６ の反対方向の動きは、ＰＺＡ４４Ａがその膨張の限度に近づきつつある際に、Ｐ ＺＡ９０Ａの消勢および締付けシュー９２Ａの解放のタイミングを適切に早めに とることにより、最小限に抑えることができる。フィンガ・モータ１０を高めの 周波数（たとえば１ｋＨｚ超）で操作すると、セグメント１６にかかる負荷によ る滑りが減少する。というのは、駆動シュー４６Ａの駆動ストロークがきわめて 急速に連続して発生するので、ＰＺＡ９０Ａの消勢の前にＰＺＡ９０Ｂを付勢す る必要があるのは、高負荷条件の場合だけである。 おおよそ時点ｔ₂から時点ｔ₃まで、ブッシング２６Ａは弾性部材４８Ａの復帰 力により反時計回りの方向に回転する。しかし、ＰＺＡ９０ＢがＰＺＡ４４Ｂと 同様に付勢されるので、ブッシング２６Ｂとセグメント１６とは、駆動ピン５２ Ｂの移動限界まで時計回りの方向に再度回転し、限界に達すると、およそｔ₃で ＰＺＡ４４Ｂが消勢される。およそｔ₃で、ブッシング２６Ａと２６Ｂとの両方 が本質的に時計回りにも反時計回りにも移動しない短い期間がある。この短期間 にＰＺＡ９０Ａは付勢され、ＰＺＡ９０Ｂが消勢される。上述したように、この 場合も、セグメント１４に対してセグメント１６が滑らないよう、ＰＺＡ９０Ｂ が消勢される前にＰＺＡ９０Ａを付勢しても、しなくても良い。 およそｔ₃で、ＰＺＡ９０Ａの付勢後に、ＰＺＡ４４Ａを付勢して、ブッシン グ２６Ａが再度、時計回りに回転するようにする。ＰＺＡ４４Ａを時点ｔ₄まで 付勢し、時点ｔ₄は、弾性復帰部材４８Ａが完全に圧縮されるのでブッシング２ ６Ａが時計回りの回転を停止する時点に対応する。同じ期間に、ブッシング２６ Ｂは反時計回りに自由に回転する。というのは、ＰＺＡ９０Ｂが消勢されている からである。およそｔ₄で、ブッシング２６Ａと２６Ｂとが本質的に時計回りに も反時計回りにも動かない短い期間がある。この場合も、ブッシング２６Ｂを駆 動するＰＺＡ４４Ｂの付勢の準備として、この短期間にＰＺＡ９０Ｂは付勢され 、ＰＺＡ９０Ａは消勢される。 しかし、時点ｔ₄で制御回路７４は、セグメント１６が時点ｔ₅から時点ｔ₆ま で反時計回りに回転するよう決定し、セグメント１６を所定の位置にロックする よう、ＰＺＡ９０Ａが付勢状態を維持するよう決定する。次に、時点ｔ₅からｔ₈ で、再度ＰＺＡ４４ＢはＰＺＡ４４Ａと交互に付勢状態および消勢状態になる。 しかし、セグメント１６を反時計回りに回転させるため、復帰部材４８Ａまたは ４８Ｂ内に蓄積されたエネルギーの復帰力に対応して関連するブッシング２６Ａ または２６Ｂが反時計回りに回転している間、ＰＺＡ９０ＢおよびＰＺＡ９０Ａ をそれぞれ付勢するのがよい。ＰＺＡ４４Ｂは時点ｔ₅から時点ｔ₆まで付勢状態 を維持し、時点ｔ₆は、弾性復帰部材４８Ｂが完全に圧縮されるのでブッシング ２６Ｂ（およびセグメント１６）が時計回りの回転を停止する時点に対応する。 およそ時点ｔ₆で、ブッシング２６Ｂが基本的に時計回りにも反時計まわりにも 移動しない短い期間がある。この短期間にＰＺＡ９０Ｂは付勢され、ＰＺＡ９０ Ａは消勢されて、ブッシング２６Ｂおよびセグメント１６は、復帰部材４８Ｂに よって反時計回りの方向に回転する。およそ時点ｔ₆から時点ｔ₇頃も、ＰＺＡ４ ４Ａは付勢されて復帰部材４８Ａに加重する。およそ時点ｔ₇で、ブッシング２ ６Ｂが本質的に時計回りにも反時計まわりにも動かない短い期間がある。この短 期間にＰＺＡ９０Ａは付勢され、ＰＺＡ９０Ｂは消勢されて、ブッシング２６Ａ およびセグメント１６は反時計回りの方向に回転する。 およそ時点ｔ₇で、ＰＺＡ４４Ｂが付勢され、それによってブッシング２６Ｂ が反時計回りに回転する。ＰＺＡ４４Ｂは時点ｔ₈まで付勢状態を維持し、時点 ｔ₈は、弾性復帰部材４８Ｂが完全に圧縮されるのでブッシング２６Ｂ（および セグメント１６）が時計回りの回転を停止する時点に対応する。およそ時点ｔ₈ で、ブッシング２６Ｂが本質的に時計回りにも反時計回りにも移動しない短い期 間がある。この短期間にＰＺＡ９０Ｂは付勢され、ＰＺＡ９０Ａは消勢されて、 ブッシング２６Ｂおよびセグメント１６は、反時計回りの方向に回転する。 本発明の好ましい実施例の原動力要素を構成する圧電性アクチュエータは、チ タン酸バリウムやジルコン酸チタン酸鉛のような多結晶質のセラミック材である 。このような圧電性セラミックは、圧電現象が発生するためには極性を与えなけ ればならず、そのようなプロセスは当技術分野では周知であるので、本明細書で は説明しない。 アクチュエータを形成するためには、個々のセラミック・ウェーハ要素の大き い部材を直列に積み重ね、次いでこれらの要素を並列に配線するのが普通である 。長く、あるいは高く積み重ねるほど、アクチュエータを付勢した時にその変位 は大きくなる。圧電性アクチュエータは現在では市販され、１００Ｖという低い 電圧でほぼ０．１％の歪みを生成し、より高い電圧では、より大きい歪みが観察 されている。このようなアクチュエータは、厚さ約０．１ｍｍの個々の層を保有 し、層は高圧固体焼結プロセスで団結される。 サイズ及び寸法の異なる２つの適切な圧電性アクチュエータの特性を、以下に 述べる。 駆動ＰＺＡとして使用するには、より小さいアクチュエータが適しているが、 締付けＰＺＡとしては、人間のサイズのロボットの指には、より大きいアクチュ エータが有用であることが分かっている。 フィンガ・モータ１０および本発明のその他の実施例に使用するのに適した圧 電性アクチュエータは、たとえば日本の東京のＮＥＣ、日本の東京のＴokin Ｃo rporation、カナダ、オンタリオ州Ｃollingwood のＳensor Ｔechnology Ｌimi ted、およびドイツ連邦共和国のミュンヘンのＤr．Ｌutz Ｐickelmann，Ｐiezo mechanik．Ｏptikなどから市販されている。このようなアクチュエータは、実質 的に全部のＰＺＡと同様、ゼロ変位で最大の力を生じ、最大変位でゼロの力を生 じる。 このようなアクチュエータは、約１５０℃を下回る温度で、１０¹¹オームのオ ーダーの高い抵抗を有する。したがって、（膨張後の）静止動作状態では、活性 化状態を維持するのに事実上電流は流れず、電力も消費しない。つまり、特定の 位置でロボットの指または義手を固定したいなら、消費電力は無視できる。これ は携帯用電源またはその他の制限のある電源を使用する場合に、主要な利点であ る。 また、本発明の使用に適した特定のＰＺＡに、（ゼロ・ボルトまたは接地電圧 ではなく）マイナス範囲から電圧を印加すると、達成されるアクチュエータの伸 びすなわち変位が増加することも発見され、この既知の現象が望ましい場合、そ れを利用するために適した回路を使用することができる。 人間のサイズのロボットの手の指を駆動するなどの用途では、本発明による圧 電性モータを指に組み込むことによって追加される質量は、上記のように必要な 全構成部品を含めて、関節またはセグメントごとに１０グラム未満であることは 、注目に値する。言うまでもなく、重い物体を扱うには、より大きいアクチュエ ータを利用することができ、拡大したはるかに大きい手に組み込むことができる 。 本発明によるフィンガ・モータの材料は、企図された動作環境に従って選択す ることができるが、おおむね軽量で強度があることが理想的である。たとえば、 セグメント１４および１６は高張力アルミニウム、ベアリング２６およびナック ル・ピン２８は鋼またはステンレス鋼でもよい。より新種のセグメント材料には チタンがあり、ブッシングは、真鍮、ベリリウム銅またはｌｎｃｏｎｅｌ（登録 商標）金属など、当技術分野で周知の種々の合金から機械加工することができる 。 弾性復帰部材４８Ａは、コイルバネ、エラストマーの止め具かプラグ、板バネ か捻りバネ、皿ワッシャ、あるいは当技術分野で周知のその他の手段でよい。 ２．別の好ましい実施例 前述したように、本発明は、磁歪性アクチュエータまたは電歪性アクチュエー タなど、ＰＺＡ以外のフィールド・アクチュエータを使用することができる。 フィンガ・モータは、３個以上のセグメントを有してもよい。たとえば、図７ はセグメント１４０、１４２および１４４を有するセグメント３個の機械的フィ ンガ・モータ１３８を示す。基本セグメント１４０を静止状態に維持し、近位セ グメント１４２および遠位セグメント１４４を回転可能にすることができる。近 位セグメント１４２は、たとえば図８で概略的に示すように、基本セグメント１ ４０の振動式駆動構造体に応じて動き、締付け構造体を有する遠位セグメント１ ４４を動かすことができるよう、振動式駆動構造体３２と締付け構造体７８との 両方を含むことができる。 図９および１０は、回転子用ブッシングのために弾性または弾力的な復帰では なく積極的な復帰を用いるフィンガ・モータの別の実施例を示す。フィンガ・モ ータ１６０は、振動式駆動構造体１６４を含み、これは２つのＰＺＡ１６８およ び１７０を含み、支持部１７２によって支持される。ＰＺＡ１６８および１７０ は交互に膨張して、遠位セグメント１８２を取り付けた固定軸１８０に回転式に 搭載した回転子１７８を押す。２つの振動式締付け構造体１８６および１８８を 使用する。構造体１８６および１８８の起動のタイミングは、回転する遠位セグ メント１８２が、ＰＺＡ１７０の起動および締付け構造体１８６による回転子１ ７８の締付けによって時計回りの方向に遠位セグメント１８２を移動させ、その 後、ＰＺＡ１６８によって回転子１７８が最初の位置に復帰すると、締付け構造 体１８８によって遠位セグメントが軸１８０上の所定の位置にロックされるよう にする。回転方向が逆になると、ＰＺＡ１６８が駆動ＰＺＡになり、ＰＺＡ１７ ０が復帰ＰＺＡになる。 図９および１０の実施例は、図１０Ａで示すように、第２組のＰＺＡ１９６お よび１９８を使用し、第２回転子２００を駆動することによって、さらに改造さ れる。このような配置を用いることにより、遠位セグメント１８２を連続的に駆 動することができた。というのは、回転子２００を最初の位置にリセットする間 に回転子１７８がセグメント１８２を駆動することができたからである。したが って、利用可能なトルクを維持しながら、潜在的な回転速度を実質的に２倍にす ることができた。 図６に関連して図示した例で、時点ｔ₁の前に、ＰＺＡ９０Ａは既に伸張状態 にあり、ＰＺＡ９０Ｂは短縮状態にあった。第１のコンピュータ・プログラムで は（図６の例に従う）、ＰＺＡ９０Ｂは、伸張する必要がない限り、短縮状態の ままになる。第２のコンピュータ・プログラムでは、回転シーケンスの開始前に 、ＰＺＡ９０ＡとＰＺＡ９０Ｂとの両方が伸張する。 第１の好ましい実施例では、付勢に対応して、ＰＺＡが図２Ａの矢印７０の方 向に伸張し、短縮する。しかし、前述したように、曲げタイプのフィールド・ア クチュエータが知られており、より大きい変位（およびモータ速度）が望ましく 、力（およびモータのトルク）がそれほど重大でない、本発明のある用途に適す ることがある。 第１の好ましい実施例は、両方の駆動構造体がセグメント１４に支持され、両 方の締付け構造体がセグメント１６に支持される好ましい実施例の配置ではなく 、セクション１４が１個の振動式駆動構造体と１個の締付け構造体を含み、セク ション１６が１個の振動式駆動構造体と１個の締付け構造体を含むことができる のが望ましい場合は、そのように改造することができた。 図１〜図４に示したような「半」フィンガ・モータ１０は、駆動構造体３２Ａ が１個と締付け構造体７８Ａが１個のみを使用して製造できることも企図される 。このような実施例は、水車または衝動水車のように作動し、ＰＺＡ４４Ａの駆 動ストロークおよびＰＺＡ９０Ａによるブッシング２６Ａへのセグメント１６の 締付けは、適切にタイミングをとる。このような実施例には、好ましい実施例の パワーがないが、多くの用途に適している。 フィンガ・モータのさらに別の実施例は、図２７および図２８に示したリニア ・モータである。この実施例では、モータ６００が、支持ベース６０４に対する 要素６０２の直線並進運動を提供する。ベース６０４はその上に、固定された円 筒形のガイド軸６０６と、ガイド軸６０６に平行に延びて縦方向に振動すなわち 往復する駆動軸６０８とを支持する。ＰＺＡ６１０および６１２は、駆動軸６０ ８の個々の端に配置され、軸の端とベース６０４に固定された支持部との間に挿 入される。可動要素６０２は、締付けシュー６２２および６２４に作用するＰＺ Ａ６１８および６２０によって駆動される２つの締付け構造体６１４および６１ ６を有する板を含むことができ、締付け構造体６１４は、要素６０２をガイド軸 ６０６に選択的にロックする能力を有し、締付け構造体６１６は要素６０２を駆 動軸６０８に選択的にロックする能力を有する。 要素６０２は、締付け構造体６１６を介して要素６０２を振動式駆動軸６０８ に締め付けてから、タイミングを合わせたＰＺＡ６１０および６１２の付勢およ び消勢に応じて所望の方向に振動式駆動軸６０８を移動させ、その方向のストロ ークの最後で要素６０２を駆動軸６０８から解放し、ほぼ同時に締付け構造体６ １６を介して固定ガイド軸６０６に要素６０２を締め付けて、別のパワー・スト ロークのために駆動軸６０８がリセットされるにつれ要素６０２が逆に移動する ことを防止することによって動く。このように、モータ６００はフィンガ・モー タ１０と正確に同じ方法で作動するが、直線モードのみであるということはきわ めて明白であろう。 平行な振動式駆動軸６０８を２本以上使用し、場合によってはガイド軸６０６ を削除することができるということも明白であろう。駆動軸が２本の場合、パワ ー・ストロークまたは駆動ストロークを、より頻繁に要素６０２に与えて、その 潜在速度を上げることができる。さらに、駆動軸１本あたりＰＺＡを１個しか使 用せず、反対側の端にバネまたはその他の弾性部材を配置して軸の「復帰」スト ロークを実行させることも企図される。最後に、モータ６００に２つの要素６０ ２を取り入れ、１本以上の駆動軸６０８を適切なタイミングに合わせてロックお よびロック解除し、各要素６０２を所望の方向に動かすことによって、可動グリ ップ顎として使用することができる。 さらにフィンガ・モータの実施例に関して、３６０度未満の制限された回転で はなく連続的な回転が可能なセグメント１６を有するフィンガ・モータは、回転 セグメントによって支持される単数または複数の締付け構造体（または駆動構造 体）に電力を伝達するスリップ・リング整流子を使用することによって、簡単に 製造できることも企図される。 Ｂ．星形モータ 以下で、リニア星形モータおよびロータリ星形モータの幾つかの実施例につい て述べる。星形モータは、ロボットの四肢、伸張可能な四肢、および強力な把持 力を有するロボットの手のための回転接合部と組み合わせて使用すると、特定の 効用があると考えられる。このようなモータは、停動トルクの約４倍の保持トル クを有し、増分の小さいステッパ・モータ程度の高い位置決め精度を有すること ができる。これは、動力喪失時に自動制動するか、または自由回転するよう設計 することができ、特定の用途では、小さい重量増だけで高い冗長性を持つことが できるので、モータの特定の駆動セットが動作不能となった場合にも、モータは 依然として機能することができる。モータは非常に堅固かつ非常にコンパクトで あり、ほぼ平面で、３次元目は非常に薄い。複数の固定子アセンブリを積み重ね ることによって、モータのコンパクトな特性を失うことなく、共通の回転子にか かるトルクをさらに強化することができる。最後に、星形モータは回転動作にも 直線動作にも同様に適用することができる。 １．リニア星形モータ 図１１は、Ｖドライブ・リニア星形モータ２５０の第１の好ましい実施例の側 面図を示す。金属の棒、板、または細片などの被駆動要素２５４が、支持部２５ ６によって支持される。駆動機構２６０は、ほぼ三角形の駆動シュー２６２、Ｐ ＺＡ２７０、ＰＺＡ２７２、およびバイアス構造体２７６を含み、これらはすべ て固定子ブロック２７８内に組み込まれ、これは固体の金属片であることが好ま しい。駆動シュー２６２は、ＰＺＡ２７０および２７２にそれぞれ隣接する上面 ２６４および２６６と、要素２５４の上にある下方駆動面２６８とを含む。ＰＺ Ａ２７０および２７２はそれぞれ、要素２５４に対して斜角に方向づけられ、「 Ｖ字」形を規定する。「Ｖ字」の開先角度は、４５度と１３５度との間が最適で ある。この角度は、モータの速度または力を最適化するか、あるいはその釣り合 いをとるかによって異なる。たとえば、開先角度の小さい「狭い」Ｖドライブを 使用し、ＰＺＡ２７０および２７２を要素２５４に対して比較的垂直に方向づけ ると、ＰＺＡ２７０と２７２とが「広い」Ｖに方向づけられる場合より、駆動シ ュー２６２を通して要素２５４に与えられる力が比較的大きくなり、後者の構成 は、力を犠牲にして、駆動シュー２６２の１サイクル当たりの要素２５４の変位 が大きくなる。 バイアス構造体２７６は、皿ワッシャ２８２と駆動シュー２６２に取り付けら れたピアノ線２８０とを含むことができ、前者はワッシャ用空洞２８４内に配置 され、後者は固定子ブロック２７８内のスロットすなわち溝２８６を通ってシュ ー２６２に延び、駆動シューを要素２５４との接触状態から引き離す。駆動シュ ー２６２に上方向のバイアスをかけるには、言うまでもなく他の配置構成を用い 得るが、開示される構成は特に簡単で効果的である。ＰＺＡ２７０またはＰＺＡ ２７２のいずれかが付勢されると、これは駆動シュー２６４を押し、これが要素 ２５４を押す。ＰＺＡ２７０もＰＺＡ２７２も付勢しないと、バイアス構造体２ ７６は、駆動シュー２６２を要素２５４からわずかに引き離す。概略的に図示さ れたスライド機構２８８が、駆動機構２６０の位置を上下に調節し、厚さが大き く異なる要素２５４に対応する。スライド機構２８８は、支持構造２９２内の溝 で受けた固定子ブロック２７８のうねにロック可能な単純な止めネジを含むか、 マイクロメートルの設定値を有する精密な歯車タイプの調節装置を含むか、ある いは要素２５４に垂直方向で固定子ブロック２７８に作用する別の星形モータ駆 動装置を含むこともできる。同様の要素２５４の寸法公差に対応するための調節 装置しか必要がない場合には、ＰＺＡ２７０および２７２による駆動シュー２６ ２への適切な加重を補助するために、いずれの場合もモータ２５０に含まれる止 めネジのように、固定子ブロック２７８にねじ込まれ、ＰＺＡ２７０および２７ ２の上端に配置されて、それと縦方向に整列する単純な調節用止めネジを使用す ることができる。 図１２および１２Ａは、Ｖドライブ・リニア星形モータ２５０の動作を図示し 、図１２は、図１７に図示したような整相された正弦波によって駆動されるＰＺ Ａ２７０および２７２の付勢状態を示す。「Ｅ」はＰＺＡが付勢されていること を示し、「ＮＥ」は消勢されていることを示す。「Ｅ」の表示の隣にある分数は 、正弦波の駆動信号による付勢のおおよその程度を示す。図１２は、ＰＺＡ２７ ０および２７２の付勢状態に応じた駆動シュー２６２および要素２５４の動作方 向も示し、方向は図１１の凡例に従う。「ＮＭ」は対象に動きがないことを示す 。図１２Ａは、駆動シュー２６２の軌跡のおおむね円形の性質を示し、文字ａ〜 ｈは駆動シュー２６２の様々な位置で、これは図１２の上部にある同様の文字に よって、時点ｔ₀からｔ₈におけるＰＺＡ２７０および２７２の様々な付勢状態に 対応する。図１２Ａの破線は、駆動シュー２６２が要素２５４に接触した結果、 平坦でより長円体になった軌跡を示す。モータ２５０に伴うバイアス構造体によ って、駆動シューが多少移動し、その影響が図１２および１２Ａに考慮されてい るということに留意されたい。さらに、モータの駆動信号間の相の関係を変更し て、駆動シューの軌跡をより長円形にすることができ、長円形の長軸を所望の方 向にすることができるということにも留意されたい。駆動シューの面２６５と２ ６６との角度、さらにＰＺＡ２７０と２７２との間の開先角度も駆動シュー２６ ２の軌跡に影響を及ぼすということにも留意されたい。 図１３は、Ｌドライブ・リニア星形モータ３００の第１の好ましい実施例の側 面図を示す。モータ２６０の諸要素と同じモータ３００の諸要素は、同じ番号で ある。被駆動要素２５４は、この場合も支持部２５６によって支持される。駆動 機構３０４は、駆動シュー３０６、ＰＺＡ２７０、ＰＺＡ２７２、およびバイア ス構造体２７６を含み、これはすべて固定子ブロック２７８内に組み込まれる。 駆動シュー３０６は、矩形または正方形であることが好ましい。ＰＺＡ２７０は 、被駆動要素２５４の方向に対して平行に方向づけられ、ＰＺＡ２７２はそれに 垂直に方向づけられる。Ｌドライブ・モータでは、ＰＺＡ２７０を付勢すると、 これは駆動シュー３０６を右方に移動させる。ＰＺＡ２７２を付勢すると、これ は駆動シュー３０６が要素２５４にしっかり押し付けられるまで、これを下方に 移動させる。ＰＺＡ２７０もＰＺＡ２７２も付勢しない場合は、バイアス構造体 ２７６が駆動シュー３０６を要素２５４からわずかに引き離す。したがって、ほ ぼ三角形の駆動シューの軌跡が得られる。スライド機構２８８により、駆動機構 ３０４を上下に調節し、厚さが大きく異なる被駆動要素に対応することができる 。 図１４は、Ｌドライブ・リニア星形モータ３００の動作を図示する。図１４は 、ＰＺＡの付勢に関して図１２に使用したのと同じ記号を使用し、駆動シュー２ ６２および要素２５４の移動方向は図１３の凡例に従い、「ＮＭ」は対象が動か ないことを示す。時点ｔ₀から時点ｔ₁まで、ＰＺＡ２７０とＰＺＡ２７２とは両 方とも消勢され、駆動シュー３０６は要素２５４に有意の力を何も係合しない。 時点ｔ₁から時点ｔ₂まで、ＰＺＡ２７０は消勢され、ＰＺＡ２７２は付勢されて 、シュー３０６が対象２５４にしっかり係合するまで、これを下方に移動させる 。時点ｔ₂から時点ｔ₃まで、ＰＺＡ２７０および２７２は付勢され、前者は 駆動シュー３０６を右方に移動させ、これが要素２５４を右方に移動させる。時 点ｔ₃から時点ｔ₄まで、ＰＺＡ２７０および２７２は消勢され、バイアス構造体 ２７６は駆動シュー３０６を上方かつ左方に移動させ、元の位置に戻す。時点ｔ₄ から時点ｔ₅まで、ＰＺＡ２７０は消勢され、ＰＺＡ２７２は付勢されて、シュ ー３０６が再び要素２５４としっかり係合するまで、これを下方に移動させる。 時点ｔ₅から時点ｔ₆まで、ＰＺＡ２７０および２７２は付勢され、駆動シュー３ ０６を右方に移動させ、これが要素２５４を右方に移動させる。各時点間の所要 時間は、必ずしも等しくない。たとえば、時点ｔ₂とｔ₃との間の時間は、時点ｔ₃ とｔ₄との間の時間と同じではない。モータ３００の方向を逆にしたい場合は、 シュー３０６がバイアス構造体２７６によって左方に後退するにつれ、シュー３ ０６が要素２５４に接触するように、ＰＺＡ２７０および２７２の付勢シーケン スを変更する。 ２．ロータリ星形モータ 図１５を参照すると、明瞭にするために回転子円盤、軸およびベアリングのア センブリを省略したＶドライブ・ロータリ星形モータ５００が図示されている。 モータ５００は、相互の開先角度がほぼ９０度に位置づけられたＰＺＡ５０２と ５０４との対を備える複数の駆動アセンブリを含み、ＰＺＡ５０２および５０４ の駆動面はそれぞれ、駆動シュー５０８の荷重面５０６に接触し、駆動シュー５ ０８の弓形の外面５１０は、固定子アセンブリ５１４の周囲に配置された回転子 ５１２の内径と係合して、固定子アセンブリ５１４は駆動アセンブリを支持する 。前述したリニア星形モータと同様に、ロータリ星形モータ５００は、適切なバ イアス構造体５１６によって、張力のかかった各駆動シュー５０８にバイアスを かける。対になったＰＺＡの付勢シーケンスは、リニアＶドライブ星形モータに 関して前述し、図１２に図示したのと同じである。 図１６は、図１５のモータ５００を、モータ５００の中心線５２０から見た側 面断面図で、回転子の縁５１２の上にあってそれに固定されている回転子円盤 ５２２と、ベアリング５２４とを示し、ベアリング５２４によって、回転子の軸 ５２６が固定子アセンブリ５１４に対して自由に回転し、したがって回転子全体 もこれに対して自由に回転する。図１６は、ＰＺＡ５０２、５０４の下にあるＴ ｅｆｌｏｎ（登録商標）（テトラフルオロエチレン）製シートまたは摩擦を軽減 するその他の素材５２６の層も示し、この層は、急速に伸張および収縮するＰＺ Ａと固定子アセンブリ５１４との間の摩擦を軽減する。固定子アセンブリ５１４ 内でＰＺＡ５０２および５０４を受ける空洞の側面も、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標 ）または摩擦を軽減するその他の素材で内張りして、ＰＺＡの伸張および収縮を 容易にし、モータの磨耗および摩擦による加熱を減少させることも望ましい。 ＰＺＡの対はすべて、単相で駆動することができるが、回転子５１２の動きを より滑らかにし、ノイズ・レベルを低下させるよう、ＰＺＡの対を交互に異相で 作動させることが好ましい。さらに、より多くの相を使用することが企図される 。たとえば、図１５に図示したような６ドライブ・アセンブリ・モータでは、各 ドライブ・アセンブリを別個の相で駆動し、滑らかなトルク出力を引き出すこと ができる。これに対して、６個のドライブ・アセンブリをすべて同相で作動させ ると、非常に大きい力が出るが、モータから多大なトルクの脈動が生じる。駆動 信号の位相変化によって、ドライブ・アセンブリが複数あるモータでモータの出 力特性をこのように変化させることができれば、様々な作動要件に対応するのに 、有意の融通性が得られる。リニアＶドライブ星形モータのシューと同様に、モ ータ５００のシュー５０８は、円形または長円形の経路中を並進し、ＰＺＡの付 勢シーケンスを逆転させるだけで、回転子の方向すなわち回転が逆転する。 図１７は、ＰＺＡの２相起動のためにロータリ星形モータ５００に使用される のが好ましい、正弦電圧波形のタイミングを示し、対になったＰＺＡは図１５お よび図１７の両方で、「Ａ」相または「Ｂ」相とする。 言うまでもなく、Ｌドライブ・ロータリ星形モータを製造することは可能で、 その詳細は前記のリニアＬドライブ・モータの記述から明白であろう。ロータリ 星形モータの構成では、ＬドライブがＶドライブに対して、幾つかの利点を有す ることがある。たとえば、コンパクトなので、任意のモータの直径に対して、よ り多くのアクチュエータ対を使用することができる。また、Ｌドライブの接線Ｐ ＺＡは、Ｖドライブの実施例で使用されるＰＺＡより小さいことがある。という のは、前者は回転子要素の移動方向に整列しているので、半径方向に与えられた 通常のＰＺＡの力に駆動シュー５１０と通常のＰＺＡとの間の摩擦係数をかけた 値に等しい力を発生するだけでよいが、Ｖドライブの実施例では、各ＰＺＡが半 径方向および接線方向にかかった力を発生し、駆動シューの内面と両方のＰＺＡ との間に摩擦摺動接触がある。 本発明の他の実施例と同様に、ロータリ（およびリニア）星形モータは、新種 の材料を使用せず、妥当な費用で製造することができる。固定子アセンブリの本 体は、アルミニウムを加工して円盤にし、それに溝をフライス加工してＰＺＡを 受けることができる。上述したように、ＰＺＡの溝をＴｅｆｌｏｎの細片で内張 りし、同様にＴｅｆｌｏｎの帯をＰＺＡに隣接して適切に配置した薄いアルミニ ウムの保持板を、ネジで固定子上に固定する。駆動シューは、アルミニウム、陽 極酸化アルミニウム、鋼、炭化タングステン、アルミ青銅、セラミック、または 当技術分野で周知の他の耐磨耗性材料でよい。バイアス構造体は、単数または複 数の皿ワッシャまたはその他のバネ手段によって張力のかかったピアノ線を備え ることができる。回転子の軸は、縁と同様に鋼でよく、双方ともアルミニウムの 回転子の円盤に固定される。別法として、回転子の縁、円盤および軸を一体にし てもよい。 ３．星形モータの別の構成および用途 星形モータには、多種多様な用途があることが、当業者には容易に理解されよ う。たとえば、図１８に示すように、直線の棒の上に２個のＬドライブ・モータ ３００を取り付け、それぞれがロボットのグリップの顎として機能することがで きる。Ｌドライブ・モータは、前述したコンパクトさのために好まれるが、Ｖド ライブのグリップも製造することができる。図１８Ａは、右側のＬドライブ・モ ータ３００の拡大図である。 図１８ＡのＬドライブ・モータ３００は、固定子ブロック２７８′内に支持さ れて改造された矩形の駆動シュー３０６′に作用するＰＺＡ２７０および２７２ を含み、駆動シュー３０６′が棒材２５４上の固定子ブロック２７８′を動かす 。駆動シュー３０６′は開口部３０８を含み、それを通って弾性要素３１０が設 定され、さらに、弾性要素３１０を通って伸びて固定子ブロック２７８に固定さ れ（固定手段は図示せず）、弾性要素３１０に予め加重して、駆動シュー３０６ ′に上方および右方のバイアスをかけるネジ、ボルトまたは棒３１２を含む。駆 動シュー３０６′にバイアスをかけるのに、皿バネ３１４も使用することができ る。星形モータの別の実施例に関して前述した調節用止めネジ３１６および３１ ８を、図１８Ａに示す。支持部２５６は、その上面に磨耗軽減コーティングを施 し、棒材２５４上における固定子ブロック２７８′の移動を容易にすることがで きる。したがって図１８Ａは、本発明のＬドライブ・モータのさらに別の変形を 示す。 上述したように、ロータリ星形モータには、１個の回転子で複数の固定子を使 用して、トルクを複数倍にすることができる。固定子は接合しても別個でもよく 、別個の回転子または共通の回転子を駆動することができる。回転子は、所望す ればその外径上で駆動され、ＰＺＡおよび駆動シューが簡単に内側を向くか、あ るいは内径と外径との両方で駆動してもよい。回転子は、輪ではなく円盤を備え ることもでき、ＰＺＡの駆動アセンブリを円盤の面に対してある角度の方向にし て、回転子の円盤面に作用することができる。回転子の縁と固定子との間にシー ルを使用して、粒子の侵入を防止してもよい。様々なタイプのベアリングを使用 でき、二硫化モリブデンなどの固体潤滑材が好ましい。 図１９〜図２４は、アクチュエータＡおよび駆動シューＤを使用するロータリ およびリニア星形モータの様々なロボットの用途を、概略的に図示する。図１９ の装置は、把持力のある脚部に３個のロータリ・モータＲ１〜Ｒ３および３個の リニア・モータＬ１〜Ｌ３を使用し、これは前腕の端にある「手」にフィンガ・ モータを使用することもできる。図２０は、２個のロータリ・モータＲ１〜Ｒ２ および１個のリニア・モータＬ１を使用した普通の脚部を示す。望ましければ、 図１９のロボットの「くるぶし」に小型のロータリ星形モータを使用して、前腕 がその基部で縦軸を中心に回転できるようにすることができる。図２１は、ロボ ットの手首のデザインを示し、それは手首のピッチおよびヨーの制御のために、 ２個のリニア星形モータＬ１およびＬ２を使用する。図２２は、ジグザグかつ平 行で重なった外向きのリニア星形モータの列を示し、これは図２１のロボットの 手首でピッチおよびヨーの制御のためにコンパクトさが要求される構成に使用す ることができる。図２３は、ジグザグかつ平行で重なった外向きのリニア星形モ ータの列を示し、これはたとえば図１９および図２０のモータＲ２のように、ロ ボットの脚部の回転モータとして使用される。図２３では、回転子の要素がフレ キシブルな細片または帯を備えているということに留意されたい。図２４は、「 Ｘ」字形の駆動星形モータを示し、平行で内向きのリニア星形モータの列がロボ ットの腿の伸張および収縮に使用される。言うまでもなく、ロータリおよびリニ ア星形モータは他にも多くの組合せが可能で、多くは前述したフィンガ・モータ および後述のラチェット・モータと組み合わせて使用される。 図２９は、前述したバイアス構造体の代わりに円盤タイプのシュー復帰バネ３ １４のみを使用した、改造型Ｌドライブ・リニア星形モータ３００を示す。 図３０は、平行ドライブのリニア星形モータ３００′を示し、ここで通常は垂 直なＰＺＡ２７２が要素２５４に対して平行に方向づけられてスペースを有効利 用し、ＰＺＡ２７０が要素２５４の下に配置され、駆動シュー３０６が要素２５ ４にしっかり接触するのを確実にするための締付け効果は、締付けウェッジ３２ ０によって達成される。この実施例では、締付けウェッジ３２０の要素との接触 面を、摩擦を軽減させる材料３２２でコーティングまたは覆うことが望ましい。 図３１および３２は、Ｌドライブ星形モータのさらに別の変形例を示し、これ はある意味では図３０のモータに類似し、図３１および図３２のモータが締付け 構造体を使用しているという点で、ある意味では前述したフィンガ・モータに類 似する。モータ７００は、締付けＰＺＡ７０２および７０４を含み、これは締付 けウェッジ７０６および７０８に作用して、駆動シュー７１０および７１２を外 側に移動させて、適切なタイミングの間隔で回転子構造体７１６の内縁７１４に 押しつけ、それと共に駆動ＰＺＡ７１８および７２０が周期的に付勢されて、駆 動シュー７１０および７１２を内縁７１４に対してほぼ接線方向に移動させるの で、回転子構造体７１６が回転する。調節用止めネジ（図の７２２、２７４など ）は、ＰＺＡが作用対象の要素としっかり接触するのを確保するため使用される 。望ましければ、モータ７００の適切な位置に弾性の復帰部材を追加し、ＰＺＡ ７１８および７２０の消勢時に駆動シュー７１０および７１２をリセットし、Ｐ ＺＡ７０２および７０４の消勢時に締付けウェッジをリセットすることができる 。締付けウェッジと駆動シューとの間、およびＰＺＡの周囲に摩擦を軽減する材 料を追加して、その伸張および収縮を容易にすることも望ましい。 上述した星形モータは、一自由度系のモータであり、回転子の要素が１本の直 線または弓形の経路内を移動するが、本発明はこれに制限されるものではない。 適切な形状の駆動シューによって、回転子要素の棒が直線状に移動し、その軸を 中心に回転運動もするモータは明らかに可能で、本発明の範囲内と考えられる。 同様に、薄板または板状の回転子要素は、幾つかのＰＺＡ駆動アセンブリを適切 に方向づけることによって、その面でいかなる方向にも動かすことができる。た とえば１つを「Ｘ」方向にして、１つを「Ｘ」方向に対して９０度にある「Ｙ」 方向にし、この面の他の方向の動きは、異なった方向の２個（以上）の駆動アセ ンブリの軌跡を組み合わせることによって達成される。 Ｃ．ラチェット・モータ 次に図２５および２６を参照すると、本発明によるラチェット・モータ４００ が、それぞれ側面図と上面図との内部に概略的に図示されている。ラチェット・ モータ４００は、回転子４０４を支持する固定子アセンブリ４０２を備え、回転 子４０４は、固定子アセンブリ４０２の２本の脚部４０８、４１０内に整列した ブッシング用空洞４０５、４０６を通って延びる。回転子４０４は、円形ブッシ ング４１２によって各ブッシング用空洞４０５、４０６内に支持されているので 、ロボットの肢の「手首」または「腿」を、「ヨー」と呼べる動作で横に回転さ せるためにラチェット・モータを使用する場合に経験されるように、不均一また は偏った荷重がかかった場合でも、自由に回転でき、反り返ったり閉塞したりし ない。このようなロボットでは、固定子アセンブリ４０２は、ロボットの胴に固 定するか、あるいはその一部であり、回転子４０４は、ロボットの腕部または脚 部の要素または肢４１４に固定されることが好ましい。 それらを貫通する締付け用開口部４２０、４２２を有する２つの割りリング締 付けアセンブリ４１６、４１８が、固定子アセンブリ４０２の脚部４０８、４１ ０内で回転子４０４の周囲に配置される。締付けアセンブリ４１６、４１８が、 応力のかからない弛緩状態にある場合、締付け用開口部４２０、４２２の内径は 、回転子４０４の外径より小さい。ＰＺＡ４２４およびＰＺＡ４２６は、回転子 ４０４からずれて、これにほぼ接線方向の締付け構造内にある空洞４２８および ４３０の中にそれぞれ配置され、締付けアセンブリ４１６、４１８内のスリット ４３２、４３４を橋絡する。ＰＺＡ４２４または４２６が付勢されると、個々の 締付けアセンブリを拡張し、回転子４０４の相対的な回転を可能にする。ＰＺＡ が消勢されると、締付けアセンブリ材の弾性の性質のために、締付けアセンブリ が回転子４０４上でロックする。割りリング締付けアセンブリは、フィンガ・モ ータの実施例の振動式締付け構造体に類似させることができる。 固定子アセンブリ４０２は、アセンブリの基部４４０付近に、少なくとも１つ 、好ましくは２つの振動式駆動アセンブリ４３６、４３８を収容する。駆動アセ ンブリ４３６、４３８はそれぞれ、駆動シュー４４４を有するＰＺＡ４４２を備 え、駆動シュー４４４は、締付けアセンブリ４１６または４１８上にある駆動タ ブ４ ４８の、（回転子４０４に対して）半径方向に整列して外方向に延びる駆動面４ ４６を圧迫する（図２５参照）。ＰＺＡ４４２に対向し、これと縦方向に整列し ているのは弾性の復帰部材４５０で、これは適宜、コイルバネ、エラストマー製 の要素、１個以上の皿バネ、または１枚以上の板バネで構成することができる。 ロータ４０４を迅速かつほぼ連続的に動作させたい場合は、ＰＺＡを介して各回 転方向を積極的に駆動するよう、同じ方法で方向付けるか（一方の締付けアセン ブリを逆転させて）対向する方向にした２個の駆動アセンブリを使用してもよい 。言うまでもなく、１個のＰＺＡを使用して、構成要素の復帰部材４５０に蓄積 されたエネルギーで、フィンガ・モータに関して述べたように、回転子４０４を 回転させることができる。トルク出力をより滑らかにするか、速度を上げるか、 あるいはその両方のために、星形モータ・ドライブと同様、３個、４個またはそ れ以上の駆動アセンブリを「積み重ねて」、適宜、複数の相で駆動することも考 えられる。 割りリング締付けアセンブリ４１６、４１８の固有の弾性に加えて、アセンブ リ４１６、４１８は任意選択で、調節可能なネジ付き圧縮棒４５６、４５８を収 容する突起４５２、４５４（図２５参照）も含むことができる。圧縮棒４５６、 ４５８は、１個以上の皿バネ４６０、４６２（またはその他の適切なバイアス手 段）によって作用し、ＰＺＡ４２４、４２６の消勢時に締付けアセンブリ４１６ 、４１８を回転子４０４にロックするための追加的な締付け力を提供する。力の 調節は、ネジ付き圧縮棒４５６、４５８を調節し、または元に戻すことによって もたらされる。言うまでもなく、モータの用途によって望ましい、あるいは必要 な場合には、他の構造を採用して追加の締付け力を提供することが容易である。 フィンガ・モータの場合と同様、１個以上の駆動アセンブリ４３６、４３８に 使用された１個以上のＰＺＡのタイミングを合わされた付勢とともに、締付けア センブリ４１６、４１８の締付けモードと解放モードとのタイミングを適切にと ると、回転子４０４を把持するためにＰＺＡによって解放されている締付けアセ ンブリが、駆動ＰＺＡ４４２によって回転する時に、回転子４０４が回転する。 言い換えると、２個の駆動ＰＺＡを有するラチェット・モータは、手首を強化 するためのよく知られた運動と同様の態様で動作する。この運動では、箒の柄の 一部を使用し、ロープを柄の中央に固定し、ロープの他の端に錘を取り付ける。 運動では、両手で箒の柄の両端を握り、箒の柄にロープを巻き付けて錘を上げる ため、柄を回転させる。これは、以下の事象のシーケンスで達成される。 １．右手の握りを締めながら、左手の握りを解放する。 ２．右手の手首を後方に、体に向かって返す。 ３．左手の握りを締めながら、右手の握りを解放する。 ４．左手の手首を後方に返しながら、右手の手首を前方に返し、ステップ１の 元の位置に戻す。 交互の締め付け、回転、解放、および復帰の動作が、必要な回数だけ繰り返さ れる。反対方向の回転動作は、単に、握りの位相を逆転させることによって達成 される。 ラチェット・モータ４００を駆動するための制御回路は、フィンガ・モータに 使用される制御回路に類似し、これも当業者が市販の集積回路の構成要素から簡 単に製造することができる。駆動信号は、フィンガ・モータの場合と同様に、適 切なタイミングの方形、矩形、三角形、またはその他の適切な波でよい。フィン ガ・モータの場合と同様、締付けＰＺＡは付勢または消勢され、特定の信号を必 要としない。 ラチェット・モータに適した材料については既に検討したので、繰り返さない 。ＰＺＡは前述したタイプでよく、所望の力および動作の迅速さに対応するよう サイズを決める。 本発明のある実施例は、ロボットの手、肢などの様々な構造に組み込む場合に 、消勢時に柔軟になる、あるいは「気が抜ける」ようにすることができるという ことは既に述べた。このような性能は、モータの用途に適するように締め付け、 ロ ックし、あるいは制動するため、モータ・セグメントまたは構成要素を所定の位 置にロックし、アクチュエータの付勢時に構造が硬化する機能と同様に、本発明 の例示された実施例およびその他の実施例すべてについて企図される。 本発明のフィールド・アクチュエータ・モータについて、ある好ましい実施例 および代替実施例に関して述べてきたが、本発明はそれらに限定されるものでは なく、当業者には多くの追加、削除、および改造が明白であり、請求の範囲に記 載されている本発明の精神および範囲から逸脱することなく実施することができ る。 たとえば、多くの回転子要素の形状、さらに１つ以上の面でフレキシブルな回 転子要素を使用することができる。アクチュエータを並列関係で配置し、より大 きな駆動シュー面に作用させることができる。異なるタイプおよび形状のフィー ルド・アクチュエータを、１個のモータ内で組み合わせることができる。本発明 のモータおよびその構成要素の様々な実施例を、様々な方法で組み合わせて、本 発明の範囲内でさらに別の実施例を得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．エネルギーのフィールドが加えられるのに応じて少なくとも１つの寸法が 変化するよう構成されている第１フィールド・アクチュエータ駆動手段を支持す る固定子部材と、 前記固定子部材に対して移動可能な回転子要素と、 前記第１フィールド・アクチュエータ駆動手段と接触し、前記回転子要素に隣 接し、前記第１フィールド・アクチュエータの前記寸法変化に応じて移動して前 記回転子要素と接触することができ、前記固定子部材に対してそれを移動させる 第１駆動シューと、 前記エネルギーのフィールドを与えるエネルギー源と、 を備えるモータ。 ２．前記回転子要素が前記固定子部材に蝶番で接続され、前記第１駆動シュー の前記接触によって、前記回転子要素が前記固定子部材に対して前記蝶番の周囲 で回転する請求項１記載のモータ。 ３．前記蝶番が、前記固定子部材に固定され且つそれに取り付けられたロータ リ駆動要素を有するピンを含み、前記ロータリ駆動要素は、前記第１駆動シュー に隣接して配置された第１駆動面を含み、前記ロータリ駆動要素は、前記第１駆 動シューによる前記駆動面への接触に応じて第１位置から第２位置へ回転可能で あり、前記回転子要素は、前記回転子要素を前記ロータリ駆動要素に選択的に締 め付ける締付け構造体を有する請求項２記載のモータ。 ４．前記第１フィールド・アクチュエータ駆動手段の寸法変化がない場合に、 前記ロータリ駆動要素を前記第２位置から前記第１位置に復帰させる手段を更に 含む請求項３記載のモータ。 ５．前記ロータリ駆動要素を前記第１位置に復帰させる前記手段が、バイアス 手段を備える請求項４記載のモータ。 ６．前記ロータリ駆動要素を前記第１位置に復帰させる前記手段が、エネル ギーのフィールドが加えられるのに応じて少なくとも１つの寸法を変化させるよ う構成されている第２フィールド・アクチュエータ駆動手段と、前記第２フィー ルド・アクチュエータ駆動手段と接触する第２駆動シューと、前記ロータリ駆動 要素上の第２駆動面とを備える請求項４記載のモータ。 ７．前記締付け構造体が、エネルギーのフィールドが加えられるのに応じて少 なくとも１つの寸法を変化させるよう構成されている第１フィールド・アクチュ エータ締付け手段と、前記第１フィールド・アクチュエータ締付け手段に接触し 且つ前記ロータリ駆動要素に隣接する、前記回転子要素を前記ロータリ駆動要素 に締め付ける第１締付けシューとを含む請求項３記載のモータ。 ８．前記締付け構造体が、エネルギーのフィールドが加えられるのに応じて少 なくとも１つの寸法を変化させるよう構成されている第２フィールド・アクチュ エータ締付け手段と、前記第２フィールド・アクチュエータ締付け手段と接触す る、前記固定子部材に対して前記回転子要素を固定する第２締付けシューとを更 に含む請求項７記載のモータ。 ９．エネルギーのフィールドが加えられるのに応じて少なくとも１つの寸法を 変化させるよう構成されている第２フィールド・アクチュエータ駆動手段と、前 記第２フィールド・アクチュエータ駆動手段に接触し、その前記寸法変化に応じ て移動して前記回転子要素と接触することができ、前記固定子部材に対してそれ を移動させる第２駆動シューとを更に含む請求項１記載のモータ。 １０．前記第２駆動シューが、前記第１駆動シューと同じ方向に前記回転子要 素を移動させるよう方向づけられた請求項９記載のモータ。 １１．前記第２駆動シューが、前記第１駆動シューとは反対の方向に前記回転 子要素を移動させるよう方向づけられた請求項９記載のモータ。 １２．前記回転子要素と結び付いているロータリ駆動要素を更に含み、前記ロ ータリ駆動要素は、前記第１駆動シューに隣接する駆動面を有し、前記ロータリ 駆動要素は、前記第１駆動シューによる前記駆動面との接触に応じて第１位置 から第２位置へ回転することができ、且つ、前記ロータリ駆動要素を前記回転子 要素に選択的に締め付ける締付け構造体を更に含む請求項１記載のモータ。 １３．前記締付け構造体が、エネルギーのフィールドが加えられるのに応じて 少なくとも１つの寸法を変化させるよう構成されている第１フィールド・アクチ ュエータ締付け手段を含む請求項１２記載のモータ。 １４．前記ロータリ駆動要素が、前記回転子要素の周囲に配置され、且つ、前 記第１フィールド・アクチュエータ締付け手段が、前記ロータリ駆動要素に支持 され、前記エネルギーのフィールドが加えられるのに応じて前記回転子要素から 前記ロータリ駆動要素を解放するよう方向づけられてそれらの間の相互の回転を 可能にする請求項１３記載のモータ。 １５．前記第１フィールド・アクチュエータ駆動手段の前記寸法変化がない場 合に、前記ロータリ駆動要素を前記第２位置から前記第１位置に復帰させる手段 を更に含む請求項１２記載のモータ。 １６．前記ロータリ駆動要素の復帰手段が、バイアス手段を備える請求項１５ 記載のモータ。 １７．エネルギーのフィールドが加えられるのに応じて少なくとも１つの寸法 を変化させるよう構成され且つ前記第１駆動シューと接触する第２フィールド・ アクチュエータ駆動手段を更に含み、前記駆動シューも、前記第２フィールド・ アクチュエータ駆動手段の前記寸法変化に応じて移動可能であり、且つ、前記寸 法変化の間、前記第１および第２フィールド・アクチュエータ駆動手段の少なく とも１つと接触する前記第１駆動シューを維持するバイアス手段を更に含む請求 項１記載のモータ。 １８．前記第１駆動シューが実質的に三角形であり、前記フィールド・アクチ ュエータ駆動手段の各々が前記三角形の一側面に接触し、且つ、前記三角形の第 ３の側面が前記回転子要素に隣接する請求項１７記載のモータ。 １９．前記第１駆動シューが実質的に矩形であり、前記フィールド・アクチュ エータ駆動手段のうち一方が、前記回転子要素に隣接するその側面の反対側の側 面と接触し、且つ、前記フィールド・アクチュエータ駆動手段の他方が、前記一 方のフィールド・アクチュエータ駆動手段と接触する側面に対して垂直な前記第 １駆動シューの側面と接触する請求項１７記載のモータ。 ２０．前記回転子要素が、前記第１駆動シューに隣接する弓形の表面を含み、 且つ、隣接する駆動シューの側面が、前記回転子表面と実質的に同じ半径で湾曲 する請求項１７記載のモータ。 ２１．前記第１および第２フィールド・アクチュエータ駆動手段、前記バイア ス手段、および前記駆動シューが、前記回転子要素を移動させる駆動アセンブリ を含み、且つ、前記モータが、複数の前記駆動アセンブリを含む請求項１７記載 のモータ。 ２２．前記複数の駆動アセンブリの少なくとも１つに、前記複数の駆動アセン ブリの少なくとも別の１つに前記エネルギーのフィールドが加えられる期間とは 完全には一致しない期間に、前記エネルギーのフィールドが周期的に加えられる 請求項２１記載のモータ。 ２３．前記第１駆動シューが実質的に矩形であり、前記フィールド・アクチュ エータ駆動手段の一方が、前記回転子要素にほぼ垂直なその側面に接触し、且つ 、前記フィールド・アクチュエータ駆動手段の他方が、ウェッジ手段を介して前 記回転子要素に接触する請求項１７記載のモータ。 ２４．前記第１および第２フィールド・アクチュエータ駆動手段が、前記回転 子要素に実質的に平行に方向づけられ、その対向する側面上にある請求項２３記 載のモータ。 ２５．前記第１フィールド・アクチュエータ駆動手段が圧電性アクチュエータ を備え、且つ、前記エネルギーのフィールドが電圧信号を備える請求項１記載の モータ。 ２６．前記第１フィールド・アクチュエータ駆動手段が電歪性アクチュエータ を備え、且つ、前記エネルギーのフィールドが電界を備える請求項１記載のモー タ。 ２７．前記第１フィールド・アクチュエータ駆動手段が磁歪性アクチュエータ を備え、且つ、前記エネルギーのフィールドが磁界を備える請求項１記載のモー タ。 ２８．第１フィールド・アクチュエータ締付け手段と、それと前記第１駆動シ ューとに接触する第１締付けシューとを更に含み、前記第１フィールド・アクチ ュエータ締付け手段は、エネルギーのフィールドが加えられるのに応じて少なく とも１つの寸法を変化させるよう構成され、前記第１駆動シューを移動させて前 記第１締付け手段を介して前記回転子要素に接触させる請求項１記載のモータ。 ２９．エネルギーのフィールドが加えられるのに応じて少なくとも１つの寸法 を変化させるよう構成されている第１フィールド・アクチュエータ駆動手段を支 持する固定子部材と、 前記固定子部材に対して移動可能な回転子要素と、 前記第１フィールド・アクチュエータ駆動手段に接触し且つ前記フィールド・ アクチュエータ駆動手段の前記寸法変化に応じて移動可能な、第１の往復可能な リニア駆動要素と、 前記回転子要素を前記第１往復駆動要素に選択的に締め付ける第１締付け構造 体と、 前記第１フィールド・アクチュエータ駆動手段に前記エネルギーのフィールド を周期的に加えるエネルギー源と、 を備えるモータ。 ３０．前記第１リニア駆動要素と実質的に平行に方向づけられた前記回転子要 素用のリニア・ガイド手段を更に含む請求項２９記載のモータ。 ３１．第２フィールド・アクチュエータ駆動手段と、これに接触し且つ前記第 １リニア往復駆動要素と実質的に平行に方向づけられた第２リニア往復駆動要素 と、前記回転子要素を前記第２往復駆動要素に選択的に締め付ける第２締付け構 造体とを更に含む請求項２９記載のモータ。