(57)【要約】【課題】駆動効率の良い圧電駆動装置の調整方法、圧電駆動装置、及びロボットを提供する。【解決手段】圧電駆動装置の調整方法は、圧電素子が縦振動と屈曲振動とを行うことにより先端部が楕円運動を行う圧電駆動装置の調整方法であって、縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との差である周波数差を検出し、周波数差が所望の値に近づくように縦振動の駆動電圧を変化させる。【選択図】図１４
2020127332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子が縦振動と屈曲振動とを行うことにより先端部が楕円運動を行う圧電駆動装置の調整方法であって、
前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差である周波数差を検出し、
前記周波数差が所望の値に近づくように前記縦振動の駆動電圧を変化させることを特徴とする圧電駆動装置の調整方法。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記縦振動に応じて検出信号が出力される縦振動検出用電極と、前記屈曲振動に応じて検出信号が出力される屈曲振動検出用電極とを有し、
前記縦振動の駆動電圧と前記縦振動検出用電極の検出信号の電圧との位相差が９０°となる周波数を前記縦振動の共振周波数とする、前記縦振動の共振周波数を設定するステップと、
前記屈曲振動の駆動電圧と前記屈曲振動検出用電極の検出信号の電圧との位相差が９０°となる周波数を前記屈曲振動の共振周波数とする、前記屈曲振動の共振周波数を設定するステップと、
前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差の絶対値を前記周波数差とする、前記周波数差を検出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電駆動装置の調整方法。
【請求項３】
前記圧電素子は、前記縦振動の駆動電圧が入力される縦振動駆動用電極と、前記屈曲振動の駆動電圧が入力される屈曲振動駆動用電極とを有し、
前記縦振動の共振周波数を設定するステップ及び前記屈曲振動の共振周波数を設定するステップでは、前記縦振動駆動用電極と前記屈曲振動駆動用電極とに、駆動周波数をダウンスイープしながら交流電圧を印加することを特徴とする請求項２に記載の圧電駆動装置の調整方法。
【請求項４】
前記圧電素子は、前記縦振動に応じて検出信号が出力される縦振動検出用電極と、前記屈曲振動に応じて検出信号が出力される屈曲振動検出用電極とを有し、
前記縦振動検出用電極の検出信号の電圧振幅が最大となる周波数を前記縦振動の共振周波数とする、前記縦振動の共振周波数を設定するステップと、
前記屈曲振動検出用電極の検出信号の電圧振幅が最大となる周波数を前記屈曲振動の共振周波数とする、前記屈曲振動の共振周波数を設定するステップと、
前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差の絶対値を前記周波数差とする、前記周波数差を検出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電駆動装置の調整方法。
【請求項５】
前記縦振動の駆動電流が最大となる周波数を前記縦振動の共振周波数とする、前記縦振動の共振周波数を設定するステップと、
前記屈曲振動の駆動電流が最大となる周波数を前記屈曲振動の共振周波数とする、前記屈曲振動の共振周波数を設定するステップと、
前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差の絶対値を前記周波数差とする、前記周波数差を検出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電駆動装置の調整方法。
【請求項６】
前記圧電素子は、圧電体と、前記圧電体に設けられている電極とを有し、
前記屈曲振動及び前記縦振動は、前記電極の表面と平行な平面における振動であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電駆動装置の調整方法。
【請求項７】
縦振動を行う縦振動用圧電素子と、
屈曲振動を行う屈曲振動用圧電素子と、
前記縦振動用圧電素子と前記屈曲振動用圧電素子とを有し、先端部が楕円運動を行う振動部と、
前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差である周波数差を検出し、前記周波数差が所望の値に近づくように前記縦振動の駆動電圧を変化させる制御部と、
を含むことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項８】
前記縦振動用圧電素子及び前記屈曲振動用圧電素子は、圧電体と、前記圧電体に設けられている電極とを有し、
前記屈曲振動及び前記縦振動は、前記電極の表面と平行な平面における振動であることを特徴とする請求項７に記載の圧電駆動装置。
【請求項９】
前記縦振動に応じて検出信号が出力される縦振動検出用電極と、前記屈曲振動に応じて検出信号が出力される屈曲振動検出用電極と、を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の圧電駆動装置。
【請求項１０】
圧電駆動装置を有するロボットであって、
前記圧電駆動装置は、
縦振動を行う縦振動用圧電素子と、
屈曲振動を行う屈曲振動用圧電素子と、
前記縦振動用圧電素子と前記屈曲振動用圧電素子とを有し、先端部が楕円運動を行う振動部と、
前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差である周波数差を検出し、前記周波数差が所望の値に近づくように前記縦振動の駆動電圧を変化させる制御部と、
を含むことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動装置の調整方法、圧電駆動装置、及びロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の振動アクチュエーターは、複数の電気機械エネルギー変換素子を備えた振動体を有している。このような振動アクチュエーターでは、振動体に位相の異なる複数相の交番信号を印加し、定在波を励起させることで振動体に縦振動としての伸縮振動と屈曲振動とを生じさせる。これにより、振動体の作用部を円又は楕円状の軌跡となるように振動させ、振動体と振動体が接触する接触体とを相対的に移動させることができる。このようにして振動アクチュエーターが超音波モーターとして機能する。このような定在波を安定的に励起するためには、振動アクチュエーターの各個体に固有な特性に応じて、交番信号を制御することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−５２０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、縦振動と屈曲振動との共振周波数の差である周波数差が所望の値からずれると、駆動周波数として使える周波数範囲が狭くなるために、駆動効率が悪くなるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願の圧電駆動装置の調整方法は、圧電素子が縦振動と屈曲振動とを行うことにより先端部が楕円運動を行う圧電駆動装置の調整方法であって、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差である周波数差を検出し、前記周波数差が所望の値に近づくように前記縦振動の駆動電圧を変化させることを特徴とする。
【０００６】
上記の圧電駆動装置の調整方法は、前記圧電素子は、前記縦振動に応じて検出信号が出力される縦振動検出用電極と、前記屈曲振動に応じて検出信号が出力される屈曲振動検出用電極とを有し、前記縦振動の駆動電圧と前記縦振動検出用電極の検出信号の電圧との位相差が９０°となる周波数を前記縦振動の共振周波数とする、前記縦振動の共振周波数を設定するステップと、前記屈曲振動の駆動電圧と前記屈曲振動検出用電極の検出信号の電圧との位相差が９０°となる周波数を前記屈曲振動の共振周波数とする、前記屈曲振動の共振周波数を設定するステップと、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差の絶対値を前記周波数差とする、前記周波数差を検出するステップと、を含むことが好ましい。
【０００７】
上記の圧電駆動装置の調整方法は、前記圧電素子は、前記縦振動の駆動電圧が入力される縦振動駆動用電極と、前記屈曲振動の駆動電圧が入力される屈曲振動駆動用電極とを有し、前記縦振動の共振周波数を設定するステップ及び前記屈曲振動の共振周波数を設定するステップでは、前記縦振動駆動用電極と前記屈曲振動駆動用電極とに、駆動周波数をダウンスイープしながら交流電圧を印加することが好ましい。
【０００８】
上記の圧電駆動装置の調整方法では、前記圧電素子は、前記縦振動に応じて検出信号が出力される縦振動検出用電極と、前記屈曲振動に応じて検出信号が出力される屈曲振動検出用電極とを有し、前記縦振動検出用電極の検出信号の電圧振幅が最大となる周波数を前記縦振動の共振周波数とする、前記縦振動の共振周波数を設定するステップと、前記屈曲振動検出用電極の検出信号の電圧振幅が最大となる周波数を前記屈曲振動の共振周波数とする、前記屈曲振動の共振周波数を設定するステップと、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差の絶対値を前記周波数差とする、前記周波数差を検出するステップと、を含むことが好ましい。
【０００９】
上記の圧電駆動装置の調整方法は、前記縦振動の駆動電流が最大となる周波数を前記縦振動の共振周波数とする、前記縦振動の共振周波数を設定するステップと、前記屈曲振動の駆動電流が最大となる周波数を前記屈曲振動の共振周波数とする、前記屈曲振動の共振周波数を設定するステップと、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差の絶対値を前記周波数差とする、前記周波数差を検出するステップと、を含むことが好ましい。
【００１０】
上記の圧電駆動装置の調整方法では、前記圧電素子は、圧電体と、前記圧電体に設けられている電極とを有し、前記屈曲振動及び前記縦振動は、前記電極の表面と平行な平面における振動であることが好ましい。
【００１１】
本願の圧電駆動装置は、縦振動を行う縦振動用圧電素子と、屈曲振動を行う屈曲振動用圧電素子と、前記縦振動用圧電素子と前記屈曲振動用圧電素子とを有し、先端部が楕円運動を行う振動部と、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差である周波数差を検出し、前記周波数差が所望の値に近づくように前記縦振動の駆動電圧を変化させる制御部と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
上記の圧電駆動装置では、前記縦振動用圧電素子及び前記屈曲振動用圧電素子は、圧電体と、前記圧電体に設けられている電極とを有し、前記屈曲振動及び前記縦振動は、前記電極の表面と平行な平面における振動であることが好ましい。
【００１３】
上記の圧電駆動装置では、前記縦振動に応じて検出信号が出力される縦振動検出用電極と、前記屈曲振動に応じて検出信号が出力される屈曲振動検出用電極と、を含むことが好ましい。
【００１４】
本願のロボットは、圧電駆動装置を有するロボットであって、前記圧電駆動装置は、縦振動を行う縦振動用圧電素子と、屈曲振動を行う屈曲振動用圧電素子と、前記縦振動用圧電素子と前記屈曲振動用圧電素子とを有し、先端部が楕円運動を行う振動部と、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差である周波数差を検出し、前記周波数差が所望の値に近づくように前記縦振動の駆動電圧を変化させる制御部と、を含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る圧電駆動装置を示す斜視図。
【図２】図１の圧電駆動装置を示すブロック図。
【図３】図２の制御装置を示すブロック図。
【図４】図１に示す振動体の電極の配置を示す平面図。
【図５】図１に示す振動体の電極の配置を示す平面図。
【図６】図４及び図５のＡ−Ａ線断面図。
【図７】図４及び図５のＢ−Ｂ線断面図。
【図８】図４及び図５のＤ−Ｄ線断面図。
【図９】図４及び図５のＣ−Ｃ線断面図。
【図１０】図２に示す振動部に印加する交番電圧を示す図。
【図１１】図１に示す振動部の駆動状態を示す図。
【図１２】図１に示す振動部の駆動状態を示す図。
【図１３】図１中のＥ−Ｅ線断面図。
【図１４】圧電駆動装置の調整方法を示すフローチャート。
【図１５】駆動電圧による共振変化を示す図。
【図１６】駆動周波数における屈曲振動振幅を示す図。
【図１７】周波数差の設定を説明するブロック図。
【図１８】周波数差の設定を説明するブロック図。
【図１９】第２実施形態に係るロボットを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る圧電駆動装置を示す斜視図である。図２は、図１の圧電駆動装置を示すブロック図である。図３は、図２の制御装置を示すブロック図である。図４及び図５は、それぞれ図１に示す振動体の電極の配置を示す平面図である。図６は、図４及び図５のＡ−Ａ線断面図である。図７は、図４及び図５のＢ−Ｂ線断面図である。図８は、図４及び図５のＤ−Ｄ線断面図である。図９は、図４及び図５のＣ−Ｃ線断面図である。図１０は、図２に示す振動部に印加する交番電圧を示す図である。図１１及び図１２は、それぞれ図１に示す振動部の駆動状態を示す図である。図１３は、図１中のＥ−Ｅ線断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図６ないし図９中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。
【００１８】
また、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸とし、Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向、Ｙ軸に沿う方向をＹ軸方向、Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向とも言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」とも言い、矢印と反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｘ軸方向プラス側を「上」又は「上側」とも言い、Ｘ軸方向マイナス側を「下」又は「下側」とも言う。
【００１９】
図１に示す圧電駆動装置１は、回転モーター（超音波モーター）として利用され、回転軸Ｏまわりに回転可能なローター（被駆動体）２と、ローター２を回転させるように駆動する振動アクチュエーター３と、振動アクチュエーター３の駆動を制御する制御部としての制御装置７と、を有している。また、振動アクチュエーター３は、振動体４と、振動体４をローター２に向けて付勢する付勢部材５と、を有している。
【００２０】
ローター２は、円板状をなしており、回転軸Ｏまわりに回転可能に軸受けされている。ただし、ローター２の構成としては、特に限定されない。このようなローター２には、その上面２１に当接するように振動体４が配置されている。なお、本実施形態では、１つの振動体４が配置されているが、振動体４の数としては、特に限定されず、２つ以上であってもよい。
【００２１】
また、図３に示す制御装置７は、振動体４に対し、駆動信号Ｓｄを出力するように構成されている。
【００２２】
なお、圧電駆動装置１は、直動モーター（リニアモーター）として利用されてもよい。この場合、圧電駆動装置１は、ローター２に代えて、振動アクチュエーター３の駆動によって直線移動するスライダーを有していればよい。
【００２３】
次に、振動体４について説明する。
図４及び図５に示すように、振動体４は、振動可能な振動部４１と、振動部４１を支持する支持部４２と、振動部４１及び支持部４２を接続する一対の接続部４３と、振動部４１に設けられた先端部４４と、を有している。振動部４１は、Ｘ軸方向からの平面視で、伸縮方向である縦方向としてのＹ軸方向を長軸とする略長方形の板状をなしている。そして、振動部４１の長軸の先端に先端部４４が設けられている。また、支持部４２は、振動部４１の基端側を囲むＵ字形状となっている。なお、振動体４の形状は、その機能が発揮される限り、特に限定されない。
【００２４】
また、図４に示すように、振動部４１は、振動部４１を屈曲振動させるための駆動用の屈曲振動用圧電素子としての圧電素子６Ａ，６Ｂ，６Ｅ，６Ｆと、振動部４１を縦振動としての伸縮振動させるための駆動用の縦振動用圧電素子としての圧電素子６Ｃ，６Ｄと、振動部４１の伸縮振動を検出するための検出用の圧電素子６Ｇと、振動部４１の屈曲振動を検出するための検出用の圧電素子６Ｈと、を有する。
【００２５】
圧電素子６Ｃ，６Ｄは、それぞれ、振動部４１のＺ軸方向の中央部において、振動部４１の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って配置されている。また、圧電素子６Ｃは、圧電素子６ＤよりもＹ軸方向プラス側に位置しており、一方、圧電素子６Ｄは、圧電素子６ＣよりもＹ軸方向マイナス側に位置している。そして、圧電素子６Ｃと圧電素子６Ｄとの間には、圧電素子６Ｇが配置されている。また、圧電素子６Ｃ及び圧電素子６Ｄは、図２及び図４に示すように、互いに電気的に接続されている。
【００２６】
なお、２つの圧電素子６Ｃ，６Ｄに代えて、１つの圧電素子を設けるようにしてもよい。
【００２７】
また、圧電素子６Ｃ，６Ｄに対して振動部４１のＺ軸方向プラス側には圧電素子６Ａ，６Ｂが振動部４１の長手方向に並んで配置され、Ｚ軸方向マイナス側には圧電素子６Ｅ，６Ｆが振動部４１の長手方向に並んで配置されている。また、これら圧電素子６Ａ〜６Ｆは、それぞれ、通電によって振動部４１の長手方向に伸縮する。また、図２に示すように、圧電素子６Ａ，６Ｆが互いに電気的に接続されており、圧電素子６Ｂ，６Ｅが互いに電気的に接続されている。そして、後述するように、圧電素子６Ｃ，６Ｄと、圧電素子６Ａ，６Ｆと、圧電素子６Ｂ，６Ｅとに、互いに位相が異なりかつ互いに同じ周波数の交番電圧を印加し、これらの伸縮タイミングをずらすことにより、振動部４１をその面内においてＳ字状に屈曲振動させることができる。
【００２８】
圧電素子６Ｇは、好ましくは圧電素子６Ｃと圧電素子６Ｄとの間に位置している。すなわち、圧電素子６Ｇは、圧電素子６Ｃ，６Ｄに対して、それらの伸縮方向に並んで配置されている。この圧電素子６Ｇは、圧電素子６Ａ〜６Ｆの駆動に伴う振動部４１の振動に応じて外力を受け、受けた外力に応じて信号を出力する。そのため、圧電素子６Ｇから出力される信号に基づいて、振動部４１の振動状態を検知することができる。なお、「圧電素子６Ｇが圧電素子６Ｃ，６Ｄに対してその伸縮方向に並んで配置されている」とは、圧電素子６Ｃを伸縮方向に延長した領域と、圧電素子６Ｄを伸縮方向に延長した領域と、が重複する領域内に、圧電素子６Ｇの少なくとも一部が位置していることを意味し、好ましくは、圧電素子６Ｇの全体が位置していることを意味する。
【００２９】
また、圧電素子６Ｇは、振動部４１の屈曲振動の節となる部分に配置されている。屈曲振動の節とは、Ｚ軸方向への振幅が実質的に０（ゼロ）となる部分、すなわち実質的に屈曲振動が生じない部分である。このように、圧電素子６Ｇを圧電素子６Ｃ，６Ｄに対してその伸縮方向に並ぶように配置し、かつ、振動部４１の屈曲振動の節を含む部分に配置することにより、圧電素子６Ｇに振動部４１のＹ軸方向への伸縮振動が伝わり易くなるとともに、振動部４１のＺ軸方向への屈曲振動が伝わり難くなる。すなわち、圧電素子６Ｇにおいて、伸縮振動の感度を高めつつ、屈曲振動の感度を低下させることができる。そのため、圧電素子６Ｇによって、振動部４１のＹ軸方向への伸縮振動をより精度よく検出することができる。
【００３０】
ただし、圧電素子６Ｇの配置としては、振動部４１のＹ軸方向への伸縮振動を検出することができれば、特に限定されず、例えば、振動部４１の屈曲振動の腹となる部分に配置されていてもよい。また、圧電素子６Ｇを複数に分割するようにしてもよい。
【００３１】
圧電素子６Ｈは、好ましくは圧電素子６Ｂの外側端部に位置している。すなわち、圧電素子６Ｈは、圧電素子６Ｂに対して、それらの屈曲方向に並んで配置されている。この圧電素子６Ｈは、圧電素子６Ａ〜６Ｆの駆動に伴う振動部４１の振動に応じて外力を受け、受けた外力に応じて信号を出力する。そのため、圧電素子６Ｈから出力される信号に基づいて、振動部４１の振動状態を検知することができる。
【００３２】
また、支持部４２は、振動部４１を支持している。支持部４２は、Ｘ軸方向からの平面視で、振動部４１の基端側、すなわちＹ軸方向マイナス側を囲むＵ字形状となっている。ただし、支持部４２の形状や配置としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
【００３３】
また、接続部４３は、振動部４１の屈曲振動の節となる部分、具体的には振動部４１のＹ軸方向の中央部と支持部４２とを接続している。ただし、接続部４３の構成は、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
【００３４】
以上のような振動部４１及び接続部４３は、図６〜図９に示すように、２つの圧電素子ユニット６０を互いに向かい合わせて貼り合わせた構成となっている。すなわち、図６〜図９に示す断面図では、圧電素子ユニット６０同士の構成が、これらの中間を通過する線に対して鏡像の関係を満たしている。また、支持部４２も、図示しないものの、２つの圧電素子ユニット６０を互いに向かい合わせて貼り合わせた構成となっている。各圧電素子ユニット６０は、基板６１と、基板６１上に配置された駆動用の圧電素子６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ，６０Ｅ，６０Ｆ及び検出用の圧電素子６０Ｇと、各圧電素子６０Ａ〜６０Ｇを覆う保護層６３と、を有する。保護層６３は、絶縁性を有するので絶縁部とも言える。基板６１としては、特に限定されないが、例えばシリコン基板を用いることができる。また、以下の説明では、図６〜図９に示す２つの圧電素子ユニット６０のうち、各図の下方に位置する圧電素子ユニット６０を代表にして説明している。
【００３５】
圧電素子６０Ａ〜６０Ｆは、それぞれ、図６及び図９に示すように、基板６１上に配置された第１電極６０１と、第１電極６０１上に配置された圧電体６０２と、圧電体６０２上に配置された縦振動駆動用電極及び屈曲振動駆動用電極としての第２電極６０３と、を有する。すなわち、第１電極６０１は、圧電体６０２の下面６０２１に設けられ、第２電極６０３は、圧電体６０２の上面６０２２に設けられている。第１電極６０１、圧電体６０２、及び第２電極６０３は、それぞれ、圧電素子６０Ａ〜６０Ｆに設けられている。すなわち、第１電極６０１及び第２電極６０３は、駆動信号に基づき、駆動用の圧電素子６０Ａ〜６０Ｆの各圧電体６０２を振動させる駆動用電極である。第２電極６０３には、縦振動の駆動電圧が入力される。第２電極６０３には、屈曲振動の駆動電圧が入力される。
【００３６】
一方、圧電素子６０Ｇは、図７に示すように、基板６１上に配置された第３電極６０４と、第３電極６０４上に配置された圧電体６０２と、圧電体６０２上に配置された縦振動検出用電極としての第４電極６０６と、を有する。すなわち、第３電極６０４は、圧電体６０２の下面６０２１に設けられ、第４電極６０６は、圧電体６０２の上面６０２２に設けられている。第３電極６０４は、第１電極６０１と個別に設けられ、第４電極６０６は、第２電極６０３と個別に設けられている。すなわち、第３電極６０４及び第４電極６０６は、検出用の圧電素子６０Ｇの圧電体６０２の振動に応じて検出信号を、後述する制御装置７へ出力する検出用電極である。第４電極６０６は、振動体４の略中央に配置され、主に伸縮振動成分を検出する。これによれば、第４電極６０６を用いることで、共振状態を正確に把握できる。
【００３７】
また、圧電素子６０Ｈは、図８に示すように、基板６１上に配置された第５電極６０８と、第５電極６０８上に配置された圧電体６０２と、圧電体６０２上に配置された屈曲振動検出用電極としての第６電極６１０と、を有する。すなわち、第５電極６０８は、圧電体６０２の下面６０２１に設けられ、第６電極６１０は、圧電体６０２の上面６０２２に設けられている。第５電極６０８は、第１電極６０１と個別に設けられ、第６電極６１０は、第２電極６０３と個別に設けられている。すなわち、第５電極６０８及び第６電極６１０は、検出用の圧電素子６０Ｈの圧電体６０２の振動に応じて検出信号を、後述する制御装置７へ出力する検出用電極である。第６電極６１０は、振動体４の後端側端に配置され、主に屈曲振動成分を検出する。これによれば、第６電極６１０を用いることで、共振状態を正確に把握できる。
【００３８】
なお、本実施形態では、図５に示すように、第１電極６０１と第３電極６０４とを個別の電極としているが、これらは１つの共通した電極になっていてもよい。
【００３９】
また、第１電極６０１、第２電極６０３、第３電極６０４、及び第４電極６０６は、図示しない配線を介して制御装置７と電気的に接続されている。なお、図４及び図５は、圧電体６０２を介した異なる階層を図示した平面図であり、このうち、図４は、第２電極６０３及び第４電極６０６が設けられている階層を図示しており、一方、図５は、第１電極６０１及び第３電極６０４が設けられている階層を図示している。
【００４０】
以上のような２つの圧電素子ユニット６０は、圧電素子６０Ａ〜６０Ｈが配置されている側の面を対向させた状態で、接着剤６９を介して接合されている。なお、圧電素子ユニット６０は、それ単独で用いられてもよい。また、貼り合わせる数も、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。
【００４１】
また、各圧電素子６０Ａの第１電極６０１同士が図示しない配線等を介して電気的に接続されている。また、各圧電素子６０Ａの第２電極６０３同士が図示しない配線等を介して電気的に接続されている。そして、これら２つの圧電素子６０Ａから圧電素子６Ａが構成されている。他の圧電素子６０Ｂ〜６０Ｆについても同様であり、２つの圧電素子６０Ｂから圧電素子６Ｂが構成され、２つの圧電素子６０Ｃから圧電素子６Ｃが構成され、２つの圧電素子６０Ｄから圧電素子６Ｄが構成され、２つの圧電素子６０Ｅから圧電素子６Ｅが構成され、２つの圧電素子６０Ｆから圧電素子６Ｆが構成されている。
【００４２】
一方、各圧電素子６０Ｇの第３電極６０４同士が図示しない配線等を介して電気的に接続されている。また、各圧電素子６０Ｇの第４電極６０６同士が図示しない配線等を介して電気的に接続されている。そして、これら２つの圧電素子６０Ｇから圧電素子６Ｇが構成されている。
【００４３】
圧電体６０２の構成材料としては、特に限定されず、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、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電セラミックスを用いることができる。また、圧電体６０２としては、上述した圧電セラミックスの他にも、ポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いてもよい。
【００４４】
また、圧電体６０２の形成方法としては、特に限定されず、バルク材料から形成してもよいし、ゾル−ゲル法やスパッタリング法を用いて形成してもよい。本実施形態では、圧電体６０２をゾル−ゲル法を用いて形成している。これにより、例えばバルク材料から形成する場合と比べて薄い圧電体６０２が得られ、振動体４の薄型化を図ることができる。
【００４５】
先端部４４は、振動部４１の先端に設けられ、振動部４１からＹ軸方向プラス側へ突出している。そして、先端部４４は、ローター２の上面２１と接触している。そのため、振動部４１の振動は、先端部４４を介してローター２に伝達される。先端部４４の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ジルコニア、アルミナ、チタニア等の各種セラミックスが挙げられる。これにより、耐久性に優れた先端部４４となる。
【００４６】
このような振動体４において、図１０に示す交番電圧Ｖ１を圧電素子６Ａ，６Ｆに印加し、交番電圧Ｖ２を圧電素子６Ｃ，６Ｄに印加し、交番電圧Ｖ３を圧電素子６Ｂ，６Ｅに印加すると、図１１に示すように、振動部４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつＺ軸方向にＳ字状に屈曲振動する。このとき、圧電素子６Ｃ，６Ｄに印加される交番電圧Ｖ２は、振動部４１に伸縮振動を発生させる。一方、圧電素子６Ａ，６Ｆに印加される交番電圧Ｖ１及び圧電素子６Ｂ，６Ｅに印加される交番電圧Ｖ３は、振動部４１に屈曲振動を発生させる。つまり、交番電圧Ｖ２は、振動部４１に伸縮振動を発生させる縦振動駆動信号としての伸縮振動駆動信号であり、交番電圧Ｖ１，Ｖ３は、それぞれ振動部４１に屈曲振動を発生させる屈曲振動駆動信号である。そして、これらの振動が合成されると、先端部４４の先端が矢印Ａ１で示すように反時計回りに楕円軌道を描く楕円運動する。したがって、交番電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が圧電駆動装置１における駆動信号Ｓｄである。このような先端部４４の楕円運動によってローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ１で示す図１１の右方向に回転する。また、このような振動部４１の振動に対応して、圧電素子６Ｇから検出信号Ｓｓが出力される。圧電素子６Ｈから検出信号が出力される。なお、検出信号Ｓｓの周波数は、駆動信号Ｓｄの周波数とほぼ等しくなる。
【００４７】
なお、矢印Ａ１で示す先端部４４の楕円運動では、点Ａ１’から点Ａ１”までは、先端部４４がローター２の上面２１と当接してローター２を矢印Ｂ１の方向に送り出し、点Ａ１”から点Ａ１’までは、先端部４４がローター２の上面２１から離間している。そのため、点Ａ１”から点Ａ１’までは、ローター２の矢印Ｂ１とは反対側への回転が抑制される。
【００４８】
また、交番電圧Ｖ１，Ｖ３を切り換えると、すなわち交番電圧Ｖ１を圧電素子６Ｂ，６Ｅに印加し、交番電圧Ｖ２を圧電素子６Ｃ，６Ｄに印加し、交番電圧Ｖ３を圧電素子６Ａ，６Ｆに印加すると、図１２に示すように、振動部４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつＺ軸方向にＳ字状に屈曲振動する。このときも、圧電素子６Ｃ，６Ｄに印加される交番電圧Ｖ２は、振動部４１に伸縮振動を発生させる。一方、圧電素子６Ｂ，６Ｅに印加される交番電圧Ｖ１及び圧電素子６Ａ，６Ｆに印加される交番電圧Ｖ３は、振動部４１に屈曲振動を発生させる。そして、これらの振動が合成されると、先端部４４が矢印Ａ２で示すように時計回りに楕円運動する。このような先端部４４の楕円運動によってローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ２で示す図１２の左方向に回転する。また、このような振動部４１の振動に対応して、圧電素子６Ｇから検出信号Ｓｓが出力される。圧電素子６Ｈから検出信号が出力される。なお、検出信号Ｓｓの周波数は、駆動信号Ｓｄの周波数とほぼ等しくなる。
【００４９】
なお、矢印Ａ２で示す先端部４４の楕円運動では、点Ａ２’から点Ａ２”までは、先端部４４がローター２の上面２１と当接してローター２を矢印Ｂ２の方向に送り出し、点Ａ２”から点Ａ２’までは、先端部４４がローター２の上面２１から離間している。そのため、点Ａ２”から点Ａ２’までは、ローター２の矢印Ｂ２とは反対側への回転が抑制される。
【００５０】
本実施形態に係る交番電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、周波数が互いに等しく、位相が互いに異なっている。ただし、本実施形態では、ローター２を少なくとも一方向に回転させることができれば、圧電素子６Ａ〜６Ｆに印加する交番電圧のパターンは、特に限定されない。また、圧電素子６Ａ〜６Ｆに印加する電圧は、交番電圧でなく、例えば、間欠的に印加する直流電圧でもよい。
【００５１】
また、振動部４１は、前述したように、圧電体６０２と、この圧電体６０２に設けられている第１電極６０１及び第２電極６０３と、を有する圧電素子６Ａ〜６Ｆを備えている。この振動部４１における伸縮振動及び屈曲振動は、それぞれ、圧電体６０２と第１電極６０１との界面、すなわち第１電極６０１の表面に平行な平面における振動である。
【００５２】
これにより、振動部４１における振動効率が高くなり、消費電力の小さい圧電駆動装置１を実現することができる。
【００５３】
なお、本明細書における「平行」とは、前述した伸縮振動及び屈曲振動の振動面と第１電極６０１の表面とのなす角度が０°の状態に加え、この角度が±５°の範囲内にある状態を指す概念である。
【００５４】
なお、先端部４４は、必要に応じて設けられればよく、その他の部材で代替されてもよい。
【００５５】
付勢部材５は、先端部４４をローター２の上面２１に向けて付勢する部材である。付勢部材５は、図１３に示すように、振動体４の上面側、すなわちＸ軸方向プラス側に位置する第１基板５１と、振動体４の下面側、すなわちＸ軸方向マイナス側に位置する第２基板５２と、を有する。そして、第１基板５１と第２基板５２とで振動体４を挟み込んでいる。なお、第１基板５１及び第２基板５２としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板を用いることができる。
【００５６】
ここで、本実施形態では、１つの振動体４を第１基板５１及び第２基板５２で挟み込んでいるが、これに限定されず、例えば、複数の振動体４が積層してなる積層体を第１基板５１及び第２基板５２で挟み込んだ構成であってもよい。これにより、１つの圧電駆動装置１に含まれる振動体４の数が増えるため、その分、大きいトルクでローター２を回転させることができる。
【００５７】
また、図１３に示すように、支持部５１２，５２２の間には、振動体４と等しい厚さの間座５３が設けられている。また、当該部分には、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔５９が形成されており、この貫通孔５９を利用して、付勢部材５が筐体等にねじ止めされる。図１に示すばね部５１３をＹ軸方向に撓ませた状態で付勢部材５を上記筐体等に固定することにより、ばね部５１３の復元力を利用して先端部４４をローター２の上面２１に向けて付勢することができる。
【００５８】
なお、付勢部材５の構成は、先端部４４をローター２の上面２１に向けて付勢することができれば、特に限定されない。例えば、第１基板５１及び第２基板５２のいずれか一方を省略してもよい。また、例えば、付勢部材５として、コイルスプリング、板ばね等を用いるようにしてもよい。
【００５９】
以上、振動体４の構成について説明したが、振動体４の構成としては、特に限定されない。例えば、支持部４２及び接続部４３を省略するようにしてもよい。
【００６０】
次に、制御装置７について説明する。
制御装置７は、図２に示すように、検出信号処理回路７１と、駆動信号生成回路７２と、を有する。制御装置７は、伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との差である周波数差を検出し、周波数差が所望の値に近づくように伸縮振動の駆動電圧を変化させる。
【００６１】
以下、各回路について説明する。
検出信号処理回路７１は、図３に示すように、振動体４からの検出信号Ｓｓを取得する。そして、駆動信号Ｓｄと検出信号Ｓｓとの位相差θを検出する。検出した位相差θのデータは、駆動信号生成回路７２に出力される。
【００６２】
検出信号処理回路７１は、図３に示すように、振動体４の伸縮振動に伴って圧電素子６Ｇから出力されるアナログ信号である検出信号Ｓｓと、振動体４の屈曲振動に伴って圧電素子６Ｈから出力されるアナログ信号である検出信号と、を２値化して、デジタル信号である検出パルス信号Ｐｓを生成する検出パルス信号生成部７１Ｓと、駆動パルス信号Ｐｄと検出パルス信号Ｐｓとの位相差θを取得する位相差取得部７１Ｐと、を備えている。
【００６３】
駆動信号生成回路７２は、検出信号処理回路７１からの位相差θのデータを取得し、この位相差θのデータに基づいて駆動信号Ｓｄの周波数を随時変化させる。例えば位相差θが所定値を追尾するように、駆動信号Ｓｄの周波数を随時変化させる。位相差θは、振動体４の振幅との間に相関関係を有するため、これを利用することでローター２の回転状態を変化させることができる。
【００６４】
また、本実施形態に係る駆動信号生成回路７２は、図３に示すように、駆動信号Ｓｄを生成するための駆動パルス信号Ｐｄ（デジタル信号）を生成する駆動パルス信号生成部７２Ｐと、駆動パルス信号生成部７２Ｐで生成された駆動パルス信号Ｐｄからアナログ信号である駆動信号Ｓｄを生成する駆動信号生成部７２Ｓと、を備えている。
【００６５】
このうち、駆動パルス信号生成部７２Ｐで生成される駆動パルス信号Ｐｄは、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗに２値化された矩形波である。駆動パルス信号生成部７２Ｐでは、駆動パルス信号Ｐｄのデューティーを変化させることで、駆動信号Ｓｄの振幅を変更することができる。
【００６６】
また、駆動パルス信号生成部７２Ｐは、図３に示すように、交番電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３やその位相を異ならせた信号を生成するために、第１駆動パルス信号生成部７２１Ｐ、第２駆動パルス信号生成部７２２Ｐ、及び第３駆動パルス信号生成部７２３Ｐを備えている。
【００６７】
そして、駆動信号生成部７２Ｓも、図３に示すように、第１駆動パルス信号生成部７２１Ｐと接続された第１駆動信号生成部７２１Ｓと、第２駆動パルス信号生成部７２２Ｐと接続された第２駆動信号生成部７２２Ｓと、第３駆動パルス信号生成部７２３Ｐと接続された第３駆動信号生成部７２３Ｓと、を有している。
以上のような制御装置７を用いて圧電駆動装置１を駆動することができる。
【００６８】
また、本実施形態に係る制御装置７は、前述した検出信号処理回路７１及び駆動信号生成回路７２に加え、図２に示す制御回路７３を有している。図２に示す制御回路７３は、ＩＤ読取部７３１を備えている。
【００６９】
ＩＤ読取部７３１は、各振動体４が有する固有情報、すなわちＩＤを読み取る機能を有する。具体的には、ＩＤ読取部７３１は、振動体４が有するＩＤ記憶部４０にアクセスし、記憶されているＩＤを読み取る機能を有する。
【００７０】
ＩＤ記憶部４０には、振動体４の個体差に関する情報がＩＤとして記憶されている。具体的には、振動体４に固有な共振周波数ｆ０を示す情報又はそれを導き得る間接的な情報の他、目標の共振周波数に合わせるために印加すべき交番電圧Ｖ２の振幅を示す情報又はそれを導き得る間接的な情報等がＩＤとして記憶されている。
【００７１】
なお、共振周波数ｆ０又はそれを導き得る情報については、特に限定されないが、例えば、既知の条件においてあらかじめ求めた数値等が挙げられる。
【００７２】
ＩＤ読取部７３１がこれらのＩＤ記憶部４０に記憶されている情報にアクセスすると、記憶されている情報が読み取られる。
【００７３】
ＩＤ記憶部４０としては、各種情報を記憶し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、ＲＯＭ（Read only memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶素子、１次元バーコード、２次元バーコードのようなバーコード、ホログラム、文字列、記号、模様等が挙げられる。また、記憶の方式も、特に限定されず、ＩＤ読取部７３１において再生可能な方式であれば、いかなる方式であってもよい。
【００７４】
一方、ＩＤ読取部７３１も、このようなＩＤ記憶部４０に記憶している各種情報を読み取り得るものであれば、特に限定されない。
【００７５】
ところで、本実施形態に係る圧電駆動装置１は、長期使用による特性変動や製造ばらつきによって異なってしまう周波数差を測定し最適となる様、駆動電圧を調整することが望ましい。
【００７６】
一方、本発明者は、駆動電圧に対する共振周波数の変化が、伸縮振動より屈曲振動の方が鈍いことを見出した。
【００７７】
（実施例１）
図１４は、圧電駆動装置１の調整方法を示すフローチャートである。
圧電駆動装置１の調整方法は、圧電素子６Ａ〜６Ｈが伸縮振動と屈曲振動とを行うことにより先端部４４が楕円運動を行う調整方法である。
【００７８】
先ず、ステップＳ１０において、制御装置７は、伸縮振動の共振周波数を設定する。
【００７９】
次に、ステップＳ２０において、制御装置７は、屈曲振動の共振周波数を設定する。
【００８０】
次に、ステップＳ３０において、制御装置７は、伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との差である周波数差を検出する。
【００８１】
次に、ステップＳ４０において、制御装置７は、周波数差が所望の値に近づくように伸縮振動の駆動電圧を変化させる。制御装置７は、伸縮振動の駆動電圧の値を変化させて、周波数差を所望の値に近づける。
【００８２】
図１５は、駆動電圧による共振変化を示す図である。図１６は、駆動周波数における屈曲振動振幅を示す図である。
図１５に示すように、伸縮駆動電圧を変えた場合、屈曲振動の共振周波数１５−１は、殆ど変化せず、伸縮振動の共振周波数１５−２のみ変化する。伸縮駆動電圧が高くなると、伸縮振動の共振周波数１５−２は低くなり、周波数差１５−３は小さくなる。
【００８３】
図１６に示すように、伸縮駆動電圧を大きくすると伸縮振幅１６−１が大きくなり、離間している時間割合が増えるため、フリー状態に近づき伸縮振動の共振周波数は、低下する。なお、使用可能な伸縮駆動電圧の範囲は、離間する電圧以上、応力限界電圧（ｏｒ静電破壊電圧ｏｒ最大駆動電圧）以下になる。寸法のばらつきや、長期使用による先端摩耗などで変化してしまった周波数差を伸縮駆動電圧で所望の値に調整することが可能である。本例で周波数差を０〜５ｋＨｚにできる伸縮駆動電圧は、１〜１．５Ｖであり、伸縮駆動電圧を１．２Ｖに設定することが望ましい。
【００８４】
（実施例２）
図１７は、周波数差の設定を説明するブロック図である。
上述したステップＳ１０において、周波数差特定＆伸縮電圧決定回路７８は、駆動信号生成回路７２が生成し伸縮駆動回路７４が出力する伸縮振動の駆動電圧と、検出信号処理回路７１が検出する振動体４の第４電極６０６の電圧との位相差が９０°となる周波数を伸縮振動の共振周波数とする、伸縮振動の共振周波数を設定する。これによれば、第４電極６０６を用いることで、駆動電圧に応じて変化する共振周波数の差を容易に求めることができる。
【００８５】
上述したステップＳ２０において、周波数差特定＆伸縮電圧決定回路７８は、駆動信号生成回路７２が生成し屈曲駆動回路７６が出力する屈曲振動の駆動電圧と、検出信号処理回路７１が検出する振動体４の第６電極６１０の電圧との位相差が９０°となる周波数を屈曲振動の共振周波数とする、屈曲振動の共振周波数を設定する。これによれば、第６電極６１０を用いることで、共振状態を正確に把握できる。
【００８６】
上述したステップＳ３０において、周波数差特定＆伸縮電圧決定回路７８は、伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との差の絶対値を周波数差とする、周波数差を検出する。これによれば、正確に共振状態を把握できる。
【００８７】
上述したステップＳ１０では、伸縮駆動回路７４は、振動体４の第２電極６０３に、駆動周波数をダウンスイープしながら交流電圧を印加することが好ましい。これによれば、駆動周波数をダウンスイープしながら交流電圧を印加することで、共振状態を作るのに低電圧で済む。
【００８８】
上述したステップＳ２０では、屈曲駆動回路７６は、振動体４の第２電極６０３に、駆動周波数をダウンスイープしながら交流電圧を印加することが好ましい。これによれば、共振状態を作るのに低電圧で済む。
【００８９】
制御装置７は、最適周波数差の計測シーケンスを有し、標準伸縮駆動電圧で実測した周波数差と、目標周波数差の差分に基づきモーター駆動時の伸縮駆動電圧を決定する。
【００９０】
先ず、制御装置７は、第１基準電圧で、第２電極６０３に、交流電圧を、駆動周波数をダウンスイープしながら印加する。
【００９１】
次に、制御装置７は、伸縮駆動電圧と第４電極６０６の電圧との位相差が９０°となる周波数を伸縮振動の共振周波数として設定する。
【００９２】
次に、制御装置７は、屈曲駆動電圧と第６電極６１０の電圧との位相差が９０°となる周波数を屈曲振動の共振周波数として設定する。
【００９３】
次に、制御装置７は、伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との差を第１周波数差として特定する。
【００９４】
次に、制御装置７は、第２基準電圧で、上記と同様のことを繰り返し実行し、第２周波数差を特定する。
【００９５】
次に、制御装置７は、第１基準電圧時の第１周波数差、第２基準電圧時の第２周波数差より、最適周波数差となる駆動電圧を決定する。なお、本最適周波数差の計測は、製造時の他、電源ＯＮ毎、１週間など一定期間ごとに実施してもよい。これによれば、長期使用時の特性経時変化や温度など使用環境変化により周波数差が変動してしまった場合でも、周波数差の計測シーケンスを有することで、常に最適な駆動電圧を設定できる。
【００９６】
（実施例３）
上述したステップＳ１０において、周波数差特定＆伸縮電圧決定回路７８は、検出信号処理回路７１が検出する振動体４の第４電極６０６の検出電圧の電圧振幅が最大となる周波数を伸縮振動の共振周波数とする、伸縮振動の共振周波数を設定する。
【００９７】
上述したステップＳ２０において、周波数差特定＆伸縮電圧決定回路７８は、検出信号処理回路７１が検出する振動体４の第６電極６１０の検出電圧の電圧振幅が最大となる周波数を屈曲振動の共振周波数とする、屈曲振動の共振周波数を設定する。
【００９８】
上述したステップＳ３０において、周波数差特定＆伸縮電圧決定回路７８は、伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との差の絶対値を周波数差とする、周波数差を検出する。これによれば、処理が簡素化されるためＣＰＵの負荷が少なくなり、安価なＣＰＵを使用することができる。
【００９９】
本実施例では、位相差ではなく、第４電極６０６の電圧振幅が最大となる周波数を伸縮振動の共振周波数として設定する。また、第６電極６１０の電圧振幅が最大となる周波数を屈曲振動の共振周波数として設定する。
【０１００】
（実施例４）
図１８は、周波数差の設定を説明するブロック図である。
上述したステップＳ１０において、周波数差特定＆伸縮電圧決定回路７８は、駆動信号生成回路７２が生成し伸縮駆動回路７４が出力する伸縮振動の駆動電流が電流計測回路８０の計測において最大となる周波数を伸縮振動の共振周波数とする、伸縮振動の共振周波数を設定する。
【０１０１】
上述したステップＳ２０において、周波数差特定＆伸縮電圧決定回路７８は、駆動信号生成回路７２が生成し屈曲駆動回路７６が出力する屈曲振動の駆動電流が電流計測回路８０の計測において最大となる周波数を屈曲振動の共振周波数とする、屈曲振動の共振周波数を設定する。
【０１０２】
上述したステップＳ３０において、周波数差特定＆伸縮電圧決定回路７８は、伸縮振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との差の絶対値を周波数差とする、周波数差を検出する。これによれば、検出用電極が不要になり回路構成が簡素化される。
【０１０３】
本実施例は、第４電極６０６を用いずに、駆動周波数をダウンスイープしながら、第４電極６０６に流れる電流量を計測し、電流が最大となる周波数を伸縮振動の共振周波数として設定する。同様に、第６電極６１０に流れる電流量が最大となる周波数を屈曲振動の共振周波数として設定する。
【０１０４】
（実施例５）
振動体４が初期状態の周波数差の情報をＩＤとして有していてもよい。ＩＤは、ＱＲコード（登録商標）あるいは、数字・記号で振動子モジュールに記載されていてもよい。ＩＤの情報は、振動体４ごとのＩＤ記憶部４０内に保持されていてもよい。
【０１０５】
本実施形態によれば、駆動電圧が変化したときに、伸縮振動の共振周波数の変化より屈曲振動の共振周波数の変化の方が小さいため、伸縮振動の駆動電圧を変化させることで周波数差を調整することができる。よって所望の周波数差の値に近づくので、駆動効率が改善する。
【０１０６】
また、屈曲振動変位を一定以上に確保できるので、速度をコントロールする屈曲振動電圧を低くすることができる。さらに、楕円形状を膨らんだ押し出し楕円とすることができ、当接部の摩擦や損傷を最小限にすることができる。
【０１０７】
＜第２実施形態＞
図１９は、本実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【０１０８】
図１９に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送、及び組立等の作業を行うことができる。ロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に回動自在に連結されたアーム１０７０と、これらアーム１０２０，１０３０，１０４０，１０５０，１０６０，１０７０の駆動を制御する制御装置１０８０と、を有する。
【０１０９】
また、アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じてエンドエフェクター１０９０が装着される。また、各関節部のうちの全部又は一部には圧電駆動装置１が搭載されており、この圧電駆動装置１の駆動によって各アーム１０２０，１０３０，１０４０，１０５０，１０６０，１０７０が回動する。なお、圧電駆動装置１は、エンドエフェクター１０９０に搭載され、エンドエフェクター１０９０の駆動に用いられてもよい。
【０１１０】
制御装置１０８０は、コンピューターで構成され、例えば、ＣＰＵのようなプロセッサー、メモリー、インターフェイス等を有する。そして、プロセッサーが、メモリーに格納されている所定のプログラムを実行することで、ロボット１０００の各部の駆動を制御する。なお、上記プログラムは、インターフェイスを介して外部のサーバーからダウンロードされたものであってよい。また、制御装置１０８０の構成の全部又は一部は、ロボット１０００の外部に設けられ、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等の通信網を介して接続された構成となっていてもよい。
【０１１１】
このようなロボット１０００は、前述したように、圧電駆動装置１を備えている。すなわち、本実施形態に係るロボット１０００は、振動部４１及び振動部４１に配置されている先端部４４を備え、振動部４１が伸縮振動及び屈曲振動することにより、先端部４４が楕円運動する振動体４と、先端部４４の楕円運動により駆動されるローター２（被駆動体）と、振動体４に交番電圧Ｖ２（伸縮振動駆動信号）を出力する駆動信号生成回路７２と、を有する圧電駆動装置１を備えている。
【０１１２】
本実施形態によれば、駆動電圧が変化したときに、縦振動の共振周波数の変化より屈曲振動の共振周波数の変化の方が小さいため、縦振動の駆動電圧を変化させることで共振周波数差を調整することができる。よって所望の周波数差の値に近づくので、駆動効率が改善する。
【０１１３】
以上、本発明の圧電駆動装置、ロボット、及びプリンターを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【０１１４】
以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。
【０１１５】
圧電駆動装置の調整方法は、圧電素子が縦振動と屈曲振動とを行うことにより先端部が楕円運動を行う圧電駆動装置の調整方法であって、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差である周波数差を検出し、前記周波数差が所望の値に近づくように前記縦振動の駆動電圧を変化させることを特徴とする。
これによれば、駆動電圧が変化したときに、縦振動の共振周波数の変化より屈曲振動の共振周波数の変化の方が小さいため、縦振動の駆動電圧を変化させることで周波数差を調整することができる。よって所望の周波数差の値に近づくので、駆動効率が改善する。
【０１１６】
上記の圧電駆動装置の調整方法は、前記圧電素子は、前記縦振動に応じて検出信号が出力される縦振動検出用電極と、前記屈曲振動に応じて検出信号が出力される屈曲振動検出用電極とを有し、前記縦振動の駆動電圧と前記縦振動検出用電極の検出信号の電圧との位相差が９０°となる周波数を前記縦振動の共振周波数とする、前記縦振動の共振周波数を設定するステップと、前記屈曲振動の駆動電圧と前記屈曲振動検出用電極の検出信号の電圧との位相差が９０°となる周波数を前記屈曲振動の共振周波数とする、前記屈曲振動の共振周波数を設定するステップと、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差の絶対値を前記周波数差とする、前記周波数差を検出するステップと、を含むことが好ましい。
これによれば、縦振動検出用電極と屈曲振動検出用電極とを用いることで、駆動電圧に応じて変化する共振周波数の差を容易に求めることができる。
【０１１７】
上記の圧電駆動装置の調整方法は、前記圧電素子は、前記縦振動の駆動電圧が入力される縦振動駆動用電極と、前記屈曲振動の駆動電圧が入力される屈曲振動駆動用電極とを有し、前記縦振動の共振周波数を設定するステップ及び前記屈曲振動の共振周波数を設定するステップでは、前記縦振動駆動用電極と前記屈曲振動駆動用電極とに、駆動周波数をダウンスイープしながら交流電圧を印加することが好ましい。
これによれば、駆動周波数をダウンスイープしながら交流電圧を印加することで、共振状態を作るのに低電圧で済む。
【０１１８】
上記の圧電駆動装置の調整方法は、前記圧電素子は、前記縦振動に応じて検出信号が出力される縦振動検出用電極と、前記屈曲振動に応じて検出信号が出力される屈曲振動検出用電極とを有し、前記縦振動検出用電極の検出信号の電圧振幅が最大となる周波数を前記縦振動の共振周波数とする、前記縦振動の共振周波数を設定するステップと、前記屈曲振動検出用電極の検出信号の電圧振幅が最大となる周波数を前記屈曲振動の共振周波数とする、前記屈曲振動の共振周波数を設定するステップと、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差の絶対値を前記周波数差とする、前記周波数差を検出するステップと、を含むことが好ましい。
これによれば、処理が簡素化されるためＣＰＵの負荷が少なくなり、安価なＣＰＵを使用することができる。
【０１１９】
上記の圧電駆動装置の調整方法は、前記縦振動の駆動電流が最大となる周波数を前記縦振動の共振周波数とする、前記縦振動の共振周波数を設定するステップと、前記屈曲振動の駆動電流が最大となる周波数を前記屈曲振動の共振周波数とする、前記屈曲振動の共振周波数を設定するステップと、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差の絶対値を前記周波数差とする、前記周波数差を検出するステップと、を含むことが好ましい。
これによれば、検出用電極が不要になり回路構成が簡素化される。
【０１２０】
上記の圧電駆動装置の調整方法では、前記圧電素子は、圧電体と、前記圧電体に設けられている電極とを有し、前記屈曲振動及び前記縦振動は、前記電極の表面と平行な平面における振動であることが好ましい。
これによれば、圧電素子を重ね合わせることで高出力化できる。
【０１２１】
圧電駆動装置は、縦振動を行う縦振動用圧電素子と、屈曲振動を行う屈曲振動用圧電素子と、前記縦振動用圧電素子と前記屈曲振動用圧電素子とを有し、先端部が楕円運動を行う振動部と、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差である周波数差を検出し、前記周波数差が所望の値に近づくように前記縦振動の駆動電圧を変化させる制御部と、を含むことを特徴とする。
これによれば、駆動電圧が変化したときに、縦振動の共振周波数の変化より屈曲振動の共振周波数の変化の方が小さいため、縦振動の駆動電圧を変化させることで周波数差を調整することができる。よって所望の周波数差の値に近づくので、駆動効率が改善する。
【０１２２】
上記の圧電駆動装置では、前記縦振動用圧電素子及び前記屈曲振動用圧電素子は、圧電体と、前記圧電体に設けられている電極とを有し、前記屈曲振動及び前記縦振動は、前記電極の表面と平行な平面における振動であることが好ましい。
これによれば、圧電素子を重ね合わせることで高出力化できる。
【０１２３】
上記の圧電駆動装置は、前記縦振動に応じて検出信号が出力される縦振動検出用電極と、前記屈曲振動に応じて検出信号が出力される屈曲振動検出用電極と、を含むことが好ましい。
これによれば、縦振動検出用電極と屈曲振動検出用電極とを用いることで、共振状態を正確に把握できる。
【０１２４】
ロボットは、圧電駆動装置を有するロボットであって、前記圧電駆動装置は、縦振動を行う縦振動用圧電素子と、屈曲振動を行う屈曲振動用圧電素子と、前記縦振動用圧電素子と前記屈曲振動用圧電素子とを有し、先端部が楕円運動を行う振動部と、前記縦振動の共振周波数と前記屈曲振動の共振周波数との差である周波数差を検出し、前記周波数差が所望の値に近づくように前記縦振動の駆動電圧を変化させる制御部と、を含むことを特徴とする。
これによれば、駆動電圧が変化したときに、縦振動の共振周波数の変化より屈曲振動の共振周波数の変化の方が小さいため、縦振動の駆動電圧を変化させることで共振周波数差を調整することができる。よって所望の周波数差の値に近づくので、駆動効率が改善する。
【符号の説明】
【０１２５】
１…圧電駆動装置  ２…ローター（被駆動体）  ３…振動アクチュエーター  ４…振動体  ５…付勢部材  ６Ａ…圧電素子（屈曲振動用圧電素子）  ６Ｂ…圧電素子（屈曲振動用圧電素子）  ６Ｃ…圧電素子（縦振動用圧電素子）  ６Ｄ…圧電素子（縦振動用圧電素子）  ６Ｅ…圧電素子（屈曲振動用圧電素子）  ６Ｆ…圧電素子（屈曲振動用圧電素子）  ６Ｇ…圧電素子  ６Ｈ…圧電素子  ７…制御装置（制御部）  ２１…上面  ４０…ＩＤ記憶部  ４１…振動部  ４２…支持部  ４３…接続部  ４４…先端部  ５１…第１基板  ５２…第２基板  ５３…間座  ５９…貫通孔  ６０…圧電素子ユニット  ６０Ａ…圧電素子  ６０Ｂ…圧電素子  ６０Ｃ…圧電素子  ６０Ｄ…圧電素子  ６０Ｅ…圧電素子  ６０Ｆ…圧電素子  ６０Ｇ…圧電素子  ６０Ｈ…圧電素子  ６１…基板  ６３…保護層  ６９…接着剤  ７１…検出信号処理回路  ７１Ｐ…位相差取得部  ７１Ｓ…検出パルス信号生成部  ７２…駆動信号生成回路  ７２Ｐ…駆動パルス信号生成部  ７２Ｓ…駆動信号生成部  ７３…制御回路  ７４…伸縮駆動回路  ７６…屈曲駆動回路  ７８…周波数特定＆伸縮電圧決定回路  ８０…電流計測回路  ５１２…支持部  ５１３…ばね部  ５２２…支持部  ６０１…第１電極  ６０２…圧電体  ６０３…第２電極（縦振動駆動用電極）（屈曲振動駆動用電極）  ６０４…第３電極  ６０６…第４電極（縦振動検出用電極）  ６０８…第５電極  ６１０…第６電極（屈曲振動検出用電極）  ７２１Ｐ…第１駆動パルス信号生成部  ７２１Ｓ…第１駆動信号生成部  ７２２Ｐ…第２駆動パルス信号生成部  ７２２Ｓ…第２駆動信号生成部  ７２３Ｐ…第３駆動パルス信号生成部  ７２３Ｓ…第３駆動信号生成部  ７３１…ＩＤ読取部  １０００…ロボット  １０１０…ベース  １０２０…アーム  １０３０…アーム  １０４０…アーム  １０５０…アーム  １０６０…アーム  １０７０…アーム  １０８０…制御装置  １０９０…エンドエフェクター  ６０２１…下面  ６０２２…上面  Ａ１…矢印  Ａ２…矢印  Ｂ１…矢印  Ｂ２…矢印  Ｏ…回転軸  Ｐｄ…駆動パルス信号  Ｐｓ…検出パルス信号  Ｓｄ…駆動信号  Ｓｓ…検出信号  Ｖ１…交番電圧  Ｖ２…交番電圧  Ｖ３…交番電圧。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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