(57)【要約】【課題】優れた駆動特性を有する圧電駆動装置およびロボットを提供すること。【解決手段】圧電駆動装置は、圧電素子を備える振動部と前記振動部から突出している凸部とを有し、前記圧電素子の振動により前記凸部が楕円軌道を描く圧電振動子と、前記凸部の先端面と接触することで移動する接触面を備える被駆動部と、を有し、前記先端面は、前記接触面の移動方向に沿った溝を備える。また、前記被駆動部の前記凸部との接触面は、前記被駆動部の移動方向に沿い、前記溝と係合する係合部を有する。【選択図】図１
2020089162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を備える振動部と前記振動部から突出している凸部とを有し、前記圧電素子の振動により前記凸部が楕円軌道を描く圧電振動子と、
前記凸部の先端面と接触することで移動する接触面を備える被駆動部と、を有し、
前記先端面は、前記接触面の移動方向に沿った溝を備えることを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項２】
前記溝の両端が前記凸部の外縁に開放している請求項１に記載の圧電駆動装置。
【請求項３】
前記凸部の振動方向を含む面を第１面とし、
前記第１面の法線方向を第１方向とし、
前記第１面と平行であり、前記振動部の前記第１方向の幅の中心を通る面を第２面としたとき、
前記第２面は、前記溝と交差している請求項１または２に記載の圧電駆動装置。
【請求項４】
前記凸部のヤング率は、前記被駆動部のヤング率よりも大きい請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
【請求項５】
前記凸部および前記被駆動部は、アルミナで構成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
【請求項６】
前記先端面と、前記移動方向とは垂直な方向で前記先端面の外縁に接続される面と、のなす角をθ１とし、
前記先端面と、前記溝の前記先端面と接続される面と、のなす角をθ２としたとき、
θ１＞θ２である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
【請求項７】
前記θ１は、鈍角であり、
前記θ２は、鋭角である請求項６に記載の圧電駆動装置。
【請求項８】
前記接触面は、前記接触面の移動方向に沿って、前記溝と係合する係合部を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
【請求項９】
前記係合部は、前記溝と係合する凸条を有する請求項８に記載の圧電駆動装置。
【請求項１０】
前記係合部は、前記先端面と接触する凹条を有する請求項８または９に記載の圧電駆動装置。
【請求項１１】
関節を介して接続されている２つのリンクと、
一方の前記リンクに対して他方の前記リンクを変位させる圧電駆動装置と、を有し、
前記圧電駆動装置は、
圧電素子を備える振動部と前記振動部から突出している凸部とを有し、前記圧電素子の振動により前記凸部が楕円軌道を描く圧電振動子と、
前記凸部の先端面と接触することで移動する接触面を備える被駆動部と、を有し、
前記先端面は、前記接触面の移動方向に沿った溝を備える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、圧電駆動装置およびロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されている圧電駆動装置は、円環状のローターと、ローターの内周面に当接した振動体と、を有し、振動体が振動することによりローターが回転するように構成されている。このような圧電駆動装置では、ローターの内周面にＶ字状の溝が形成されており、この溝に振動体が嵌め込まれているため、振動体のスラスト方向へのぶれが抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６５２２１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、上述のような構成の圧電駆動装置では、ローターの内周面や振動体のローターとの当接面が摩耗すると、例えば、振動体が溝からはみ出してしまい、振動体がスラスト方向へぶれることを十分に抑制することができなくなるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の圧電駆動装置は、圧電素子を備える振動部と前記振動部から突出している凸部とを有し、前記圧電素子の振動により前記凸部が楕円軌道を描く圧電振動子と、
前記凸部の先端面と接触することで移動する接触面を備える被駆動部と、を有し、
前記先端面は、前記接触面の移動方向に沿った溝を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電モーターを示す平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】駆動信号を示す図である。
【図５】圧電モーターの駆動状態を示す平面図である。
【図６】圧電モーターの駆動状態を示す平面図である。
【図７】従来の圧電モーターの問題点を説明するための側面図である。
【図８】図１に示す圧電振動子が有する凸部を示す斜視図である。
【図９】ローターの外周面を示す斜視図である。
【図１０】圧電モーターの部分拡大断面図である。
【図１１】圧電モーターの変形例を示す部分拡大断面図である。
【図１２】圧電モーターの製造方法を示す部分拡大断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る圧電モーターの部分拡大断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る圧電モーターの部分拡大断面図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係る圧電モーターの部分拡大断面図である。
【図１６】本発明の第５実施形態に係る圧電モーターの部分拡大断面図である。
【図１７】本発明の第６実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の圧電駆動装置およびロボットを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターを示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図４は、駆動信号を示す図である。図５および図６は、それぞれ、圧電モーターの駆動状態を示す平面図である。図７は、従来の圧電モーターの問題点を説明するための側面図である。図８は、図１に示す圧電振動子が有する凸部を示す斜視図である。図９は、ローターの外周面を示す斜視図である。図１０は、圧電モーターの部分拡大断面図である。図１１は、圧電モーターの変形例を示す部分拡大断面図である。図１２は、圧電モーターの製造方法を示す部分拡大断面図である。
【０００９】
なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸および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（第１方向）、Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向（第２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」または「上側」とも言い、Ｘ軸方向マイナス側を「下」または「下側」とも言う。
【００１０】
図１に示す圧電モーター１は、圧電駆動装置であり、円盤状をなし、その中心軸Ｏまわりに回転可能な被駆動部としてのローター２と、ローター２の外周面２１に当接し、ローター２を中心軸Ｏまわりに回転させる圧電振動子４と、を有する。このような圧電モーター１では、圧電振動子４が屈曲振動すると、その振動が圧電振動子４の凸部４４を介してローター２に伝わり、ローター２が中心軸Ｏまわりに矢印Ｂ１方向または矢印Ｂ２方向に回転する。
【００１１】
なお、圧電モーター１の構成としては、図１の構成に限定されない。例えば、ローター２の周方向に沿って複数の圧電振動子４を配置し、複数の圧電振動子４の駆動によってローター２を回転させてもよい。また、圧電振動子４の凸部４４は、ローター２の外周面２１ではなく、ローター２の主面２９、特に主面２９のローター外周部に当接していてもよい。また、被駆動部は、ローター２のような回転体に限定されず、例えば、直線移動するスライダーであってもよい。これらの場合でも、凸部４４が接触する接触面である主面２９やスライダーの表面には、後述するような係合部２０が形成されている。
【００１２】
圧電振動子４は、振動部４１と、振動部４１を支持する支持部４２と、振動部４１と支持部４２とを接続する接続部４３と、振動部４１に接続され、振動部４１の振動をローター２に伝達する凸部４４と、を有する。
【００１３】
振動部４１は、Ｘ軸方向を厚さ方向とし、Ｙ軸およびＺ軸を含むＹ−Ｚ平面に広がる板状をなし、Ｙ軸方向に伸縮しながらＺ軸方向に屈曲することによりＳ字状に屈曲振動する。また、振動部４１は、Ｘ軸方向からの平面視で、伸縮方向であるＹ軸方向を長手とする長手形状となっている。ただし、振動部４１の形状としては、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。
【００１４】
また、振動部４１は、振動部４１を屈曲振動させるための圧電素子６Ａ〜６Ｅを有する。圧電素子６Ｃは、振動部４１の中央部において、振動部４１の長手方向であるＹ軸方向に沿って配置されている。この圧電素子６Ｃ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６Ｄ、６Ｅ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〜６Ｅは、それぞれ、通電によって振動部４１の長手方向であるＹ軸方向に伸縮する。また、圧電素子６Ａ、６Ｅが互いに電気的に接続され、圧電素子６Ｂ、６Ｄが互いに電気的に接続されている。
【００１５】
後述するように、圧電素子６Ｃと、圧電素子６Ａ、６Ｅと、圧電素子６Ｂ、６Ｄと、にそれぞれ位相の異なる駆動信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加することにより、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。
【００１６】
圧電振動子４は、図２および図３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上に配置された圧電素子６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅと、各圧電素子６０Ａ〜６０Ｅを覆う保護層６３と、を有する。
【００１７】
圧電素子６０Ａ〜６０Ｅは、それぞれ、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上に配置された第２電極６０３と、を有する。第１電極６０１は、圧電素子６０Ａ〜６０Ｅに共通して設けられている。一方、圧電体６０２および第２電極６０３は、それぞれ、圧電素子６０Ａ〜６０Ｅに個別に設けられている。
【００１８】
２つの圧電素子ユニット６０は、圧電素子６０Ａ〜６０Ｅ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。また、各圧電素子ユニット６０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、各圧電素子ユニット６０の圧電素子６０Ａが有する第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おり、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〜６０Ｅ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が構成されている。
【００１９】
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。
【００２０】
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、振動部４１の薄型化を図ることができる。
【００２１】
図１に示すように、凸部４４は、振動部４１の先端部に設けられ、振動部４１からＹ軸方向プラス側へ突出している。そして、凸部４４の先端面４４１が、ローター２の外周面２１と接触している。すなわち、ローター２の外周面２１は、先端面４４１が接触する接触面である。そのため、振動部４１の振動は、凸部４４を介してローター２の外周面２１に伝達され、外周面２１がその周方向に移動し、ローター２が回転する。
【００２２】
例えば、図４に示す駆動信号Ｖ１を圧電素子６Ａ、６Ｅに印加し、駆動信号Ｖ２を圧電素子６Ｃに印加し、駆動信号Ｖ３を圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加すると、図５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字状に屈曲振動し、これらの振動が合成されて、凸部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。すなわち、凸部４４がＹ−Ｚ平面方向である二次元方向に振動する。このような凸部４４の楕円運動によって外周面２１が送り出され、ローター２が矢印Ｂ１で示すように時計回りに回転する。また、駆動信号Ｖ１、Ｖ３を切り換えると、すなわち、駆動信号Ｖ１を圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加し、駆動信号Ｖ２を圧電素子６Ｃに印加し、駆動信号Ｖ３を圧電素子６Ａ、６Ｅに印加すると、図６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字状に屈曲振動し、これらの振動が合成されて、凸部４４が矢印Ａ２で示すように時計回りに楕円運動する。このような凸部４４の楕円運動によって外周面２１が送り出され、ローター２が矢印Ｂ２で示すように反時計回りに回転する。このように、凸部４４の振動により、外周面２１が矢印Ｂ１または矢印Ｂ２で示す周方向に移動し、ローター２が時計回りまたは反時計回りに回転する。
【００２３】
以上、圧電モーター１の構成について簡単に説明した。このような圧電モーター１では、図７に示すように、例えば、凸部４４とローター２との接触状態やローター２への押圧方向によっては、圧電振動子４が接続部４３を軸にしてＺ軸まわりに回動し、凸部４４がＹ−Ｚ面内方向だけではなくＸ軸方向にも振動してしまうおそれがある。このように、凸部４４がＸ軸方向に振動してしまうと、圧電振動子４の振動をローター２に効率的に伝達することが困難となり、圧電モーター１の駆動特性が低下する。そこで、圧電モーター１では、上述のような凸部４４のＸ軸方向への振動を抑制するための工夫が凸部４４およびローター２に施されている。以下、凸部４４およびローター２の構成について詳細に説明する。
【００２４】
図８に示すように、凸部４４は、略四角柱状をなし、ローター２の外周面２１と当接する先端面４４１と、先端面４４１の外縁に接続された４つの側面４４３〜４４６と、を有する。また、４つの側面４４３〜４４６のうち、側面４４３、４４４がＺ軸方向に対向し、側面４４５、４４６がＸ軸方向に対向する。ただし、凸部４４の形状は、特に限定されず、例えば、円柱状、円錐台状等であってもよい。
【００２５】
また、凸部４４の先端面４４１は、凸部４４の屈曲振動方向、言い換えるとローター２の外周面２１の動方向であり、図示の構成ではＺ軸方向に沿った溝４４２を有する。溝４４２は、Ｚ軸方向に沿う長手形状であり、その長手方向の両端部が凸部４４の外縁に開放している。具体的には、溝４４２のＺ軸方向プラス側の端４４２ａが側面４４３に開放し、Ｚ軸方向マイナス側の端４４２ｂが側面４４４に開放している。
【００２６】
一方、図９に示すように、ローター２の外周面２１は、凸部４４と係合し、凸部４４のＹ軸方向およびＺ軸方向の振動は許容するが、Ｘ軸方向の振動を規制する係合部２０を有する。係合部２０は、ローター２の回転方向すなわち外周面２１の移動方向に沿って設けられた環状の凹条２２と、凹条２２の内面から突出し、ローター２の回転方向に沿って設けられた環状の凸条２３と、を有する。凹条２２および凸条２３は、それぞれ、ローター２の回転方向に沿って連続的に設けられており、図１０に示すように、凹条２２には先端面４４１が係合し、凸条２３には溝４４２が係合している。すなわち、凹条２２に凸部４４の先端部が嵌め込まれており、溝４４２に凸条２３が嵌め込まれている。このような構成によれば、ローター２の回転に寄与しない凸部４４のＸ軸方向の振動が規制され、凸部４４のＹ−Ｚ平面に沿った振動を効率的にローター２に伝達することができる。そのため、高い駆動特性を有する圧電モーター１となる。
【００２７】
なお、溝４４２の両端は、凸部４４の外縁に開放せずに閉じていてもよい。また、凹条２２および凸条２３は、それぞれ、ローター２の外周面２１の移動方向すなわち周方向に沿って不連続、すなわち、間欠的に配置されていてもよい。
【００２８】
特に、本実施形態では、凸条２３は、Ｘ軸方向の長さである幅Ｗ２３がその先端側に向けて漸減した部分を有し、溝４４２は、Ｘ軸方向の長さである幅Ｗ４４２がその底面側に向けてほぼ一定な部分を有している。これにより、溝４４２と凸条２３との接触面積を小さくすることができ、これらの間の摩擦抵抗が過度に大きくなることによる凸部４４の楕円運動の阻害を効果的に抑制することができる。そのため、圧電モーター１の駆動がよりスムーズなものとなる。ただし、これに限定されず、例えば、図１１に示すように、凸条２３は、幅Ｗ２３がその先端側に向けてほぼ一定な部分を有し、かつ、幅Ｗ２３が幅Ｗ４４２とほぼ等しく、凸条２３の側面が溝４４２の内側面と面接触していてもよい。この構成によれば、本実施形態と比べて、凸条２３と溝４４２との係合力が増し、凸部４４のＸ軸方向への振動をより効果的に抑制することができる。
【００２９】
また、図１０に示すように、凸条２３の高さＴ２３は、溝４４２の深さＴ４４２よりも小さい。つまり、Ｔ２３＜Ｔ４４２である。そのため、凸条２３の先端面は、溝４４２の底面と接触していない。これにより、凸部４４の先端面４４１をローター２の外周面２１により確実に接触させることができる。ただし、これに限定されず、例えば、Ｔ２３＝Ｔ４４２であり、先端面４４１が凹条２２の内面に接触すると共に、溝４４２の底面が凸条２３の先端面に接触していてもよい。また、例えば、Ｔ２３＞Ｔ４４２であり、溝４４２の底面が凸条２３の先端面に接触し、先端面４４１が凹条２２の内面に接触していなくてもよい。
【００３０】
さらに、高さＴ２３は、凸部４４の回転運動のＹ軸方向における振幅Ｈ（図５および図６参照）よりも大きい。つまり、Ｔ２３＞Ｈである。これにより、圧電モーター１の駆動中に、凸条２３が溝４４２から離脱してしまうのを抑制することができ、凸条２３と溝４４２との係合状態をより確実に維持することができる。ただし、これに限定されず、例えば、Ｔ２３≦Ｈであってもよい。
【００３１】
また、振動部４１の厚さ方向であるＸ軸方向の幅の中心Ｏｘと交わり、凸部４４の楕円運動の方向を含むＹ−Ｚ平面（第１面）と平行な面Ｆｙｚ（第２面）は、溝４４２と交差している。すなわち、Ｙ軸方向からの平面視で、溝４４２は、中心Ｏｘと重なっている。このような位置に溝４４２を設けることにより、溝４４２が振動部４１に対して、その厚さ方向にバランスよく配置され、圧電モーター１の駆動中、溝４４２と凸条２３との係合状態をより確実に維持することができる。ただし、これに限定されず、例えば、溝４４２は、面Ｆｙｚと重なっておらず、面Ｆｙｚに対してＸ軸方向プラス側に位置していてもよいし、Ｘ軸方向マイナス側に位置していてもよい。さらに、溝４４２は、Ｘ軸方向に沿って複数本、例えば、２本並んで離間して配置されていてもよい。この場合、面Ｆｙｚに対して、一方の溝４４２がＸ軸方向プラス側、他方の溝４４２がＸ軸方向マイナス側に位置していてもよい。
【００３２】
また、凸部４４のＸ軸方向の長さ、より具体的には、先端面４４１のＸ軸方向の長さである厚さをＬ１とし、溝４４２のＸ軸方向の長さ、より具体的には、先端面４４１に開口する開口部の長さである幅Ｌ２（＝Ｗ４４２）としたとき、Ｌ２／Ｌ１＜０．５であることが好ましく、Ｌ２／Ｌ１≦０．４であることがより好ましい。これにより、先端面４４１の面積を十分に確保することができ、先端面４４１とローター２の外周面２１との摩擦抵抗を十分に高く維持することができる。そのため、例えば、凸部４４のスリップが抑制され、凸部４４の楕円運動を効率的にローター２に伝達することができる。なお、Ｌ２／Ｌ１の下限値としては、特に限定されないが、例えば、Ｌ２／Ｌ１＞０．２であることが好ましい。これにより、溝４４２の幅が細くなり過ぎて、溝４４２に凸条２３が係合し難くなったり、凸条２３の幅が細くなり過ぎて、凸条２３が破損し易くなったりするのを効果的に抑制することができる。
【００３３】
また、先端面４４１は、ドーム状に湾曲した湾曲凸面である。つまり、先端面４４１は、Ｘ軸方向からの平面視において凸状に湾曲しており、Ｚ軸方向からの平面視においても凸状に湾曲している。このように、先端面４４１を丸み付けすることにより、凸部４４がローター２の外周面２１に引っ掛かり難くなり、凸部４４をよりスムーズに楕円運動させることができる。一方、ローター２の外周面２１に設けられた凹条２２の内面は、凸部４４の先端面４４１の形状に対応した湾曲凹面となっており、先端面４４１と相補的な形状となっている。これにより、凹条２２の内面と先端面４４１との接触面積がより大きくなり、これらの間の摩擦抵抗を十分に大きく確保することができる。そのため、凸部４４の楕円運動を効率的にローター２に伝達することができる。
【００３４】
また、図１０に示すＸ−Ｙ平面の断面視において、先端面４４１と側面４４５、４４６との成す角をθ１とし、先端面４４１と溝４４２の内面との成す角をθ２としたとき、θ１＞θ２である。このようにθ１をθ２よりも大きくすることにより、凸部４４がローター２の外周面２１に引っ掛かり難くなり、凸部４４をよりスムーズに楕円運動させることができる。一方で、θ２をθ１よりも小さくすることにより、溝４４２が凸条２３に引っ掛かり易くなり、凸部４４のＸ軸方向の振動をより効果的に抑制することができる。そのため、圧電モーター１は、エネルギーロスが小さく、より優れた駆動特性を発揮することができる。
【００３５】
本実施形態では、θ１が鈍角であり、θ２が鋭角である。つまり、θ１＞９０°であり、θ２＜９０°である。これにより、圧電モーター１は、上述した効果すなわち優れた駆動特性をより顕著に発揮することができる。なお、θ１、θ２としては、特に限定されないが、例えば、９５°≦θ１≦１１０°、７０°≦θ２≦８５°であることが好ましい。これにより、先端面４４１の曲率が大きくなり過ぎることを抑制でき、先端面４４１とローター２の外周面２１との接触面積を大きく確保し易くなる。ただし、θ１、θ２の関係やそれぞれの値は、これに限定されず、例えば、θ１≦θ２であってもよい。
【００３６】
また、凸部４４およびローター２の構成材料としては、特に限定されないが、耐摩耗性に優れた材料が好ましい。このような耐摩耗性に優れた材料としては、例えば、アルミナ、ジルコニア等の各種セラミックス、サファイヤ、水晶等が挙げられる。特に、本実施形態では、凸部４４およびローター２は、それぞれ、アルミナ（酸化アルミニウム）で構成されている。これにより、耐摩耗性に優れ、かつ、製造が容易な凸部４４およびローター２となる。なお、ローター２全体がアルミナで構成されている場合に限らず、ローター２の少なくとも外周面２１を含む部分がアルミナで構成されていてもよい。
【００３７】
ここで、凸部４４のヤング率Ｅ１は、ローター２のヤング率Ｅ２よりも大きい。すなわち、Ｅ１＞Ｅ２であり、凸部４４の方がローター２よりも硬い。これにより、凸部４４の摩耗が抑制され、溝４４２の深さＴ４４２の減少さらには溝４４２の消失を効果的に抑制することができる。また、使用を続けることにより、外周面２１が摩耗して削れ、凹条２２および凸条２３の深さが増し、ますます、凸部４４のＸ軸方向への振動を抑制することができるようになる。なお、Ｅ１、Ｅ２の関係は、Ｅ１／Ｅ２≧１．１であることが好ましく、Ｅ１／Ｅ２≧１．２以上であることがより好ましい。これにより、上述した効果をより顕著に発揮することができる。前述したように、凸部４４およびローター２は、共にアルミナで構成されているが、例えば、アルミナに含まれる添加物の種類、含有量を変更することにより、同じアルミナでもヤング率の異なる凸部４４およびローター２を得ることができる。
【００３８】
なお、ローター２が有する係合部２０は、製造時に形成してもよいし、圧電モーター１の駆動により形成してもよい。例えば、製造完了では、図１２に示すように、ローター２の外周面２１に係合部２０が形成されておらず、さらには、凸部４４の先端面４４１が平坦面となっている。この状態で、圧電モーター１を駆動させ、経時的に凸部４４およびローター２を摩耗させて削ることにより係合部２０を形成してもよい。つまり、製造時において係合部２０を省略してもよい。なお、駆動を始めてしばらくは、凸部４４がＸ軸方向にも振動し易いため、先端面４４１は、本実施形態のように湾曲凸面状に削れ、それに伴って凹条２２の内面が湾曲凹面となり、凸条２３が先細りした形状となる。
【００３９】
以上、圧電駆動装置としての圧電モーター１について説明した。このような圧電モーター１は、前述したように、圧電素子６Ａ〜６Ｅを備える振動部４１と振動部４１から突出している凸部４４とを有し、圧電素子６Ａ〜６Ｅの振動により凸部４４が楕円軌道を描く圧電振動子４と、凸部４４の先端面４４１と接触することで移動する接触面である外周面２１を備える被駆動部としてのローター２と、を有する。そして、先端面４４１は、ローター２の外周面２１の移動方向に沿った溝４４２を備える。このような構成とすることにより、溝４４２がローター２の外周面２１と係合し、凸部４４のＸ軸方向への振動、すなわち、前記二次元方向（Ｙ−Ｚ平面）に対して直交する方向への振動を抑制することができる。そのため、凸部４４の振動をローター２に効率的に伝達することができ、高い駆動特性を有する圧電モーター１となる。
【００４０】
また、前述したように、溝４４２の両端が凸部４４の外縁に開放している。これにより、溝４４２がローター２の外周面２１により係合し易くなり、凸部４４のＸ軸方向への振動をより効果的に抑制することができる。
【００４１】
また、前述したように、凸部４４の楕円運動の振動方向を含む面であるＹ−Ｚ平面を第１面とし、第１面の法線方向である第１方向をＸ軸方向とし、第１面と平行であり、振動部４１のＸ軸方向の幅の中心Ｏｘを通る面を面Ｆｙｚとしたとき、面Ｆｙｚは、溝４４２と交差している。これにより、溝４４２が振動部４１に対して、その厚さ方向にバランスよく配置され、圧電モーター１の駆動中、溝４４２とローター２との係合状態をより確実に維持することができる。
【００４２】
また、前述したように、凸部４４のヤング率Ｅ１は、ローター２のヤング率Ｅ２よりも大きい。これにより、凸部４４の摩耗が抑制され、溝４４２の深さＴ４４２の減少さらには溝４４２の消失を効果的に抑制することができる。また、使用を続けることにより、外周面２１が摩耗して削れ、凸部４４とローター２の外周面２１との係合がますます強くなる。
【００４３】
また、前述したように、凸部４４およびローター２は、アルミナで構成されている。これにより、耐摩耗性に優れた凸部４４およびローター２となる。
【００４４】
また、前述したように、凸部４４の楕円運動の振動方向を含む面であるＹ−Ｚ平面（面Ｆｙｚ）を第１面とし、第１面の法線方向である第１方向をＸ軸方向とし、凸部４４のＸ軸方向の長さをＬ１とし、溝４４２のＸ軸方向の長さをＬ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１＜０．５である。これにより、先端面４４１の面積を十分に確保することができ、先端面４４１とローター２の外周面２１との摩擦抵抗を十分に高く維持することができる。そのため、例えば、凸部４４のスリップが抑制され、凸部４４の楕円運動を効率的にローター２に伝達することができる。
【００４５】
また、前述したように、先端面４４１と、移動方向とは垂直な方向で先端面４４１の外縁に接続される面である側面４４５、４４６と、のなす角をθ１とし、先端面４４１と、溝４４２の先端面４４１と接続される面と、のなす角をθ２としたとき、θ１＞θ２である。このように、θ１をθ２よりも大きくすることにより、凸部４４がローター２の外周面２１に引っ掛かり難くなり、凸部４４をよりスムーズに楕円運動させることができる。特に、本実施形態では、θ１は、鈍角であり、θ２は、鋭角である。これにより、圧電モーター１は、上述の効果をより顕著に発揮することができる。
【００４６】
また、前述したように、ローター２の凸部４４との接触面である外周面２１は、その移動方向すなわち周方向に沿い、溝４４２と係合する係合部２０を有する。これにより、より確実に、凸部４４のＸ軸方向への振動を抑制することができる。
【００４７】
また、前述したように、係合部２０は、溝４４２と係合する凸条２３を有する。これにより、係合部２０の構成が簡単なものとなる。また、係合部２０は、先端面４４１と接触する凹条２２を有する。これにより、係合部２０の構成が簡単なものとなる。なお、溝４４２のＸ−Ｙ面での断面形状は、本実施形態では、四角形であるが、これに限定されず、例えば、三角形（Ｖ字溝）、五角形以上の多角形、半円形、半楕円形等であってもよい。
【００４８】
＜第２実施形態＞
図１３は、本発明の第２実施形態に係る圧電モーターの部分拡大断面図である。
【００４９】
本実施形態は、係合部２０および凸部４４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１３において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００５０】
図１３に示すように、本実施形態の係合部２０は、凸条２３で構成されている。つまり、前述した第１実施形態から凹条２２が省略されている。また、凸部４４は、Ｘ−Ｙ平面の断面視では、平坦面となっている。このような構成によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００５１】
＜第３実施形態＞
図１４は、本発明の第３実施形態に係る圧電モーターの部分拡大断面図である。
【００５２】
本実施形態は、係合部２０および凸部４４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１４において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００５３】
図１４に示すように、係合部２０は、凹条２２と、凸条２３と、を有する。また、凹条２２は、凸部４４の側面４４５、４４６と当接する側面２２１、２２２を有する。これにより、前述した第１実施形態と比べて、凹条２２と凸部４４との係合がより強くなる。そのため、凸部４４の凹条２２からの離脱がより効果的に抑制され、凸部４４のＸ軸方向への振動をより効果的に抑制することができる。このような構成によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００５４】
＜第４実施形態＞
図１５は、本発明の第４実施形態に係る圧電モーターの部分拡大断面図である。
【００５５】
本実施形態は、複数の圧電振動子４が積層されていること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１５において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００５６】
図１５に示すように、本実施形態では、複数の圧電振動子４が積層されている。これにより、前述した第１実施形態と比べて、より大きいトルクでローター２を回転させることができる。このような構成によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、積層する圧電振動子４の数は、特に限定されない。また、本実施形態では、複数の圧電振動子４の凸部４４が一体化されているが、これに限定されず、凸部４４が圧電振動子４ごとに別体で形成されていてもよい。
【００５７】
＜第５実施形態＞
図１６は、本発明の第５実施形態に係る圧電モーターの部分拡大断面図である。
【００５８】
本実施形態は、溝４４１が複数形成されていること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００５９】
図１６に示すように、本実施形態では、凸部４４の先端面４４１は、複数の溝４４２を有する。複数の溝４４２は、Ｘ軸方向に並び、互いに離間して配置されている。一方、係合部２０は、各溝４４２に対した複数の凸条２３を有する。そして、各溝４４２が対応する１つの凸条２３と係合している。このように、複数の溝４４２をそれぞれ凸条２３に係合させることにより、凸部４４のＸ軸方向への振動をより効果的に抑制することができる。このような構成によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６０】
＜第６実施形態＞
図１７は、本発明の第６実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【００６１】
図１７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、搬送およ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に関節１１１０を介して回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に関節１１２０を介して回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に関節１１３０を介して回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に関節１１４０を介して回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に関節１１５０を介して回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に関節１１６０を介して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。
【００６２】
なお、これらベース１０１０およびアーム１０２０〜１０７０は、それぞれ、本実施形態における「リンク」であり、関節を介して接続されているもの同士が「２つのリンク」である。つまり、「一方のリンク」がベース１０１０であれば「他方のリンク」がアーム１０２０であり、「一方のリンク」がアーム１０２０であれば「他方のリンク」がアーム１０３０であり、「一方のリンク」がアーム１０３０であれば「他方のリンク」がアーム１０４０であり、「一方のリンク」がアーム１０４０であれば「他方のリンク」がアーム１０５０であり、「一方のリンク」がアーム１０５０であれば「他方のリンク」がアーム１０６０であり、「一方のリンク」がアーム１０６０であれば「他方のリンク」がアーム１０７０である。
【００６３】
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たエンドエフェクター１０９０が装着される。また、各関節１１１０〜１１６０のうちの全部または一部には圧電モーター１が搭載され、この圧電モーター１の駆動によって各アーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０がその根本側にあるベース１０１０またはアーム１０２０〜１０６０に対して回動する。なお、圧電モーター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。
【００６４】
このようなロボット１０００は、前述したように、関節を介して接続されている２つのリンクと、一方のリンクに対して他方のリンクを変位させる圧電駆動装置としての圧電モーター１と、を有する。また、圧電モーター１は、前述の第１実施形態のように、圧電素子６Ａ〜６Ｅを備える振動部４１と振動部４１から突出している凸部４４とを有し、圧電素子６Ａ〜６Ｅの振動により凸部４４が楕円軌道を描く圧電振動子４と、凸部４４の先端面４４１と接触することで移動する接触面である外周面２１を備える被駆動部としてのローター２と、を有する。そして、先端面４４１は、ローター２の外周面２１の移動方向に沿った溝４４２を備える。これにより、ロボット１０００は、前述した圧電モーター１の効果を享受でき、高い駆動特性を発揮することができる。
【００６５】
以上、本発明の圧電駆動装置およびロボット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。
【符号の説明】
【００６６】
１…圧電モーター、２…ローター、２０…係合部、２１…外周面、２２…凹条、２２１…側面、２２２…側面、２３…凸条、２９…主面、４…圧電振動子、４１…振動部、４２…支持部、４３…接続部、４４…凸部、４４１…先端面、４４２…溝、４４２ａ、４４２ｂ…端、４４３〜４４６…側面、６Ａ〜６Ｅ、６０Ａ〜６０Ｅ…圧電素子、６０…圧電素子ユニット、６０１…第１電極、６０２…圧電体、６０３…第２電極、６１…基板、６３…保護層、６９…接着剤、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０〜１０７０…アーム、１０８０…制御装置、１０９０…エンドエフェクター、１１１０〜１１６０…関節、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２…矢印、Ｆｙｚ…面、Ｈ…振幅、Ｏ…中心軸、Ｏｘ…中心、Ｔ２３…高さ、Ｔ４４２…深さ、Ｗ２３、Ｗ４４２…幅、Ｖ１〜Ｖ３…駆動信号
【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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