(57)【要約】【課題】被駆動体の位置を検出しつつ、駆動信号制御を行い得る圧電駆動装置を提供すること、および、かかる圧電駆動装置を備えるロボットを提供すること。【解決手段】進行方向で異なる表面状態を有している位置検出用領域と、駆動制御用領域と、を備える被駆動体と、第１振動部および位置検出用領域に当接する第１先端部を備え、第１振動部の振動状態に応じた第１信号を出力する第１圧電振動体と、第２振動部および駆動制御用領域に当接する第２先端部を備え、被駆動体を駆動し、第２振動部の振動状態に応じた第２信号を出力する第２圧電振動体と、被駆動体の位置を検出する位置検出部と、圧電振動体の振動を制御する駆動制御部と、を有し、位置検出部は、第１信号に基づいて被駆動体の位置を検出し、駆動制御部は、第２信号に基づいて第１圧電振動体および第２圧電振動体の振動を制御することを特徴とする圧電駆動装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行方向に延在し、前記進行方向で異なる表面状態を有している位置検出用領域と、前記進行方向に延在し、前記位置検出用領域とは異なる駆動制御用領域と、を備える被駆動体と、
振動する第１振動部、および、前記第１振動部に配置され前記位置検出用領域に当接する第１先端部を備え、前記第１振動部の振動状態に応じた第１信号を出力する第１圧電振動体と、
振動する第２振動部、および、前記第２振動部に配置され前記駆動制御用領域に当接する第２先端部を備え、前記第２振動部の振動により前記被駆動体を駆動し、前記第２振動部の振動状態に応じた第２信号を出力する第２圧電振動体と、
前記被駆動体の位置を検出する位置検出部と、
前記第１圧電振動体および前記第２圧電振動体の振動を制御する駆動制御部と、
を有し、
前記位置検出部は、前記第１信号に基づいて、前記被駆動体の位置を検出し、
前記駆動制御部は、前記第２信号に基づいて、前記第１圧電振動体および前記第２圧電振動体の振動を制御することを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項２】
前記位置検出用領域は、第１領域と、
前記進行方向において前記第１領域に隣り合って設けられ、前記表面状態である表面硬度が前記第１領域とは異なる第２領域と、を有する請求項１に記載の圧電駆動装置。
【請求項３】
前記位置検出用領域は、第１領域と、
前記進行方向において前記第１領域に隣り合って設けられ、前記表面状態である表面粗さが前記第１領域とは異なる第２領域と、を有する請求項１に記載の圧電駆動装置。
【請求項４】
前記位置検出用領域および前記駆動制御用領域は、前記進行方向と直交する直交方向において互いにずれている請求項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】
前記進行方向は、円弧に沿っており、
前記位置検出用領域は、前記駆動制御用領域よりも前記円弧の外側に位置している請求項４に記載の圧電駆動装置。
【請求項６】
前記進行方向は、円弧に沿っており、
前記駆動制御用領域は、前記位置検出用領域よりも前記円弧の外側に位置している請求項４に記載の圧電駆動装置。
【請求項７】
前記位置検出用領域および前記駆動制御用領域は、前記進行方向に延在する互いに同じ線上で、かつ互いに前記進行方向にずれた位置に設けられている請求項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８】
前記進行方向に並べて設けられ、時分割で前記第１圧電振動体または前記第２圧電振動体のいずれかになる第３圧電振動体を複数有し、
前記位置検出部は、前記第３圧電振動体が前記位置検出用領域に位置するとき、前記第３圧電振動体を前記第１圧電振動体として制御し、
前記駆動制御部は、前記第３圧電振動体が前記駆動制御用領域に位置するとき、前記第３圧電振動体を前記第２圧電振動体として制御し、
前記位置検出用領域および前記駆動制御用領域は、前記第１圧電振動体になる前記第３圧電振動体、および、前記第２圧電振動体になる前記第３圧電振動体の双方が存在するように設定されている請求項７に記載の圧電駆動装置。
【請求項９】
前記第１圧電振動体になる前記第３圧電振動体の数が、前記第２圧電振動体になる前記第３圧電振動体の数よりも多くなるように、前記進行方向における前記位置検出用領域の長さおよび前記進行方向における前記駆動制御用領域の長さが設定されている請求項８に記載の圧電駆動装置。
【請求項１０】
前記第２振動部は、伸縮振動および屈曲振動を行い、
前記第１振動部は、伸縮振動を行う請求項１ないし９のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
【請求項１１】
圧電駆動装置を備えるロボットであって、
前記圧電駆動装置は、
進行方向に延在し、表面状態が前記進行方向で変化している位置検出用領域と、前記進行方向に延在し、前記位置検出用領域とは異なる駆動制御用領域と、を備える被駆動体と、
振動する第１振動部、および、前記第１振動部に配置され前記位置検出用領域に当接する第１先端部を備え、前記第１振動部の振動状態に応じた第１信号を出力する第１圧電振動体と、
振動する第２振動部、および、前記第２振動部に配置され前記駆動制御用領域に当接する第２先端部を備え、前記第２振動部の振動により前記被駆動体を駆動し、前記第２振動部の振動状態に応じた第２信号を出力する第２圧電振動体と、
前記被駆動体の位置を検出する位置検出部と、
前記第１圧電振動体および前記第２圧電振動体の振動を制御する駆動制御部と、
を有し、
前記位置検出部は、前記第１信号に基づいて、前記被駆動体の位置を検出し、
前記駆動制御部は、前記第２信号に基づいて、前記第１圧電振動体および前記第２圧電振動体の振動を制御す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】
超音波アクチュエーターは、例えばレンズ駆動ユニットに用いられ、正確なレンズ駆動が可能な駆動装置である。このような超音波アクチュエーターでは、圧電素子を有する圧電振動体を移動体に接触させ、圧電振動体を振動させることによって移動体を駆動する。
【０００３】
特許文献１には、圧電振動子、突起部、および圧電振動子の振動状態を検出する振動状態検知電極を有する振動体と、突起部に接触し、振動体の振動により駆動される移動体と、移動体の位置情報を算出する演算部と、演算部により算出された位置情報に基づいて移動体の駆動を制御する制御部と、を備える超音波アクチュエーターが開示されている。そして、演算部は、移動体に対する振動体の位置に応じて変化する、圧電振動子における共振状態を検出し、移動体の位置情報を算出する。具体的には、振動状態検知電極から出力される圧電振動子の振動状態を示す信号（振動検知電圧）、および、振動体の駆動電圧と、を対比して、その位相差を算出する。そして、算出した位相差に基づき、移動体の移動量等の位置情報を算出する。
【０００４】
一方、移動体であるローターのうち、突起部と接触している面には、等間隔で溝が形成されている。これにより、振動体によってローターが駆動されると、突起部が周期的に溝を通過することになるが、その際、圧電振動子の共振状態が変化し、前述した位相差が変化する。したがって、これらの共振状態が変化した回数をカウントすることにより、ローターの回転角や回転数を検出することができる。
【０００５】
さらに、超音波アクチュエーターでは、圧電振動子の振動検知電圧と振動体の駆動電圧との位相差を取得し、この位相差を振動体の駆動電圧に反映させる駆動信号のフィードバック制御が行われる。このような駆動信号制御により、例えば振動体の振動の安定化が図られるとともに、振動体の変位量を変化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１６１８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の超音波アクチュエーターでは、突起部がローターに形成された溝を通過する際に圧電振動子の振動状態が変化する。したがって、振動状態検知電極から出力される振動検知電圧には、圧電振動子の振動状態を示す信号のみでなく、突起部が溝を通過することに伴って発生する圧電振動子の共振状態の変化を示す信号も重畳することになる。このため、移動体の位置情報を取得しつつ、駆動信号制御を行うことができないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の適用例に係る圧電駆動装置は、進行方向に延在し、前記進行方向で異なる表面状態を有している位置検出用領域と、前記進行方向に延在し、前記位置検出用領域とは異なる駆動制御用領域と、を備える被駆動体と、
振動する第１振動部、および、前記第１振動部に配置され前記位置検出用領域に当接する第１先端部を備え、前記第１振動部の振動状態に応じた第１信号を出力する第１圧電振動体と、
振動する第２振動部、および、前記第２振動部に配置され前記駆動制御用領域に当接する第２先端部を備え、前記第２振動部の振動により前記被駆動体を駆動し、前記第２振動部の振動状態に応じた第２信号を出力する第２圧電振動体と、
前記被駆動体の位置を検出する位置検出部と、
前記第１圧電振動体および前記第２圧電振動体の振動を制御する駆動制御部と、
を有し、
前記位置検出部は、前記第１信号に基づいて、前記被駆動体の位置を検出し、
前記駆動制御部は、前記第２信号に基づいて、前記第１圧電振動体および前記第２圧電振動体の振動を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る圧電駆動装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す圧電駆動装置の平面図である。
【図３】図１の圧電駆動装置を示すブロック図である。
【図４】図３の制御装置および振動体を示すブロック図である。
【図５】図３の制御装置および振動体を示すブロック図である。
【図６】図１に示す振動体の電極の配置を示す平面図である。
【図７】図１に示す振動体の電極の配置を示す平面図である。
【図８】図６および図７のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】図６および図７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】図６および図７のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１１】図３に示す振動部に印加する交番電圧を示す図である。
【図１２】図１に示す振動部の駆動状態を示す図である。
【図１３】図１に示す振動部の駆動状態を示す図である。
【図１４】図１に示す振動部の駆動状態を示す図である。
【図１５】図１に示す振動部の駆動状態を示す図である。
【図１６】図１中のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１７】第１実施形態の変形例を示す平面図である。
【図１８】第２実施形態に係る圧電駆動装置の平面図である。
【図１９】第３実施形態に係る圧電駆動装置の平面図である。
【図２０】第３実施形態の変形例１を示す平面図である。
【図２１】第３実施形態の変形例２を示す平面図である。
【図２２】第４実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【図２３】第５実施形態に係るプリンターの全体構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の圧電駆動装置およびロボットの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は、第１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に示す圧電駆動装置の平面図である。図３は、図１の圧電駆動装置を示すブロック図である。図４および図５は、それぞれ図３の制御装置および振動体を示すブロック図である。図６および図７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８は、図６および図７のＡ−Ａ線断面図である。図９は、図６および図７のＢ−Ｂ線断面図である。図１０は、図６および図７のＣ−Ｃ線断面図である。図１１は、図３に示す振動部に印加する交番電圧を示す図である。図１２ないし図１５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１６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８ないし図１０中の上側を「上」、下側を「下」ともいう。
【００１２】
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、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」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。
【００１３】
図１および図２に示す圧電駆動装置１は、回転モーターまたはロータリーアクチュエーターとして利用され、回転軸Ｏまわりに回転可能な被駆動体であるローター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装置７と、を有している。また、振動アクチュエーター３は、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂという２つの振動体４と、各振動体４をローター２に向けて付勢する２つの付勢部材５と、を有している。なお、本実施形態では、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの構成が互いに同じである。したがって、以下の説明では、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの双方を区別することなく「振動体４」ということがある。なお、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの構成は、互いに同じであることが好ましいが、互いに異なっていてもよい。
【００１４】
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支持されている。ただし、ローター２の回転軸Ｏまわりの構成については、特に限定されない。このようなローター２には、後に詳述するが、円形をなす上面２０に当接するように２つの振動体４が配置されている。
【００１５】
また、図３ないし図５に示す制御装置７は、２つの振動体４に対し、それぞれ駆動信号Ｓｄを出力するように構成されている。そして、制御装置７は、一方の振動体４から出力された検出信号Ｓｓ１を受信し、ローター２の位置を検出するとともに、他方の振動体４から出力された検出信号Ｓｓ２を受信し、振動体４の駆動においてフィードバック制御による駆動信号制御を行う。
【００１６】
次に、振動体４について詳述する。
図６および図７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および支持部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。
【００１７】
また、図６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圧電素子６Ａ〜６Ｆと、振動部４１の振動を検出するための検出用の圧電素子６Ｇと、を有する。
【００１８】
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、すなわち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および圧電素子６Ｄは、図３に示すように、互いに電気的に接続されている。
【００１９】
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。
【００２０】
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３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。
【００２１】
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の振動に応じた外力を受け、受けた外力に応じた信号を出力する。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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
以上のような振動部４１および接続部４３は、図８ないし図１０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８ないし図１０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およ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８ないし図１０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。
【００２７】
圧電素子６０Ａ〜６０Ｆは、それぞれ、図８および図１０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および第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および第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。
【００２８】
一方、圧電素子６０Ｇは、図９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および第４電極６０６は、検出用の圧電素子６０Ｇの圧電体６０２の振動に応じた検出信号を、後述する制御装置７へ出力する検出用電極である。
【００２９】
なお、本実施形態では、図７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。
【００３０】
また、第１電極６０１、第２電極６０３、第３電極６０４、および第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６および図７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６は、第２電極６０３および第４電極６０６が設けられている階層を図示しており、一方、図７は、第１電極６０１および第３電極６０４が設けられている階層を図示している。
【００３１】
以上のような２つの圧電素子ユニット６０は、圧電素子６０Ａ〜６０Ｇ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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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２０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。
【００３７】
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および接続部４３を省略するようにしてもよい。また、以下の説明では、図１ないし図３に示すように、第１圧電振動体４Ａが有する振動部４１を特に「第１振動部４１Ａ」といい、先端部４４を特に「第１先端部４４Ａ」という。同様に、第２圧電振動体４Ｂが有する振動部４１を特に「第２振動部４１Ｂ」といい、先端部４４を特に「第２先端部４４Ｂ」ということもある。
【００３８】
次に、振動体４の作動原理について説明する。
このような振動体４において、図１１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１２および図１４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および圧電素子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をする。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１２および図１４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Ｓｓ１、Ｓｓ２が出力される。
【００３９】
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２０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２０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。
【００４０】
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１３および図１５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および圧電素子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１３および図１５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Ｓｓ１、Ｓｓ２が出力される。
【００４１】
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２０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２０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。
【００４２】
また、第１圧電振動体４Ａから出力される検出信号Ｓｓ１は、後に詳述するが、ローター２の位置を検出するために用いられる。すなわち、第１圧電振動体４Ａは、第１振動部４１Ａの振動状態に応じた第１信号である検出信号Ｓｓ１を制御装置７に向けて出力し、制御装置７では、この検出信号Ｓｓ１に基づいてローター２の位置を検出する。
【００４３】
一方、第２圧電振動体４Ｂから出力される検出信号Ｓｓ２は、後に詳述するが、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振動を制御するために用いられる。すなわち、第２圧電振動体４Ｂは、第２振動部４１Ｂの振動状態に応じた第２信号である検出信号Ｓｓ２を制御装置７に向けて出力し、制御装置７では、この検出信号Ｓｓ２に基づいて第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振動を制御する。
【００４４】
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。
【００４５】
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および第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における伸縮振動および屈曲振動は、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。
【００４６】
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。
【００４７】
なお、本明細書における「平行」とは、前述した伸縮振動およ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。
【００４８】
また、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。
【００４９】
次に、ローター２について詳述する。
図１および図２に示すように、ローター２は、その上面２０に設けられた、位置検出用領域２１と、駆動制御用領域２２と、を備える。
【００５０】
このうち、本実施形態に係る位置検出用領域２１は、図２に示すように、ローター２の上面のうち、最も外縁側に位置し、かつ外縁に沿って設けられた、回転軸Ｏを中心とする円環状をなしている。このような位置検出用領域２１は、第１圧電振動体４Ａの第１先端部４４Ａが当接する領域である。そして、位置検出用領域２１から第１先端部４４Ａが受ける反力の変化に基づいて、第１圧電振動体４Ａにおける振動状態が変化するため、その変化に応じた成分を含む第１信号を出力させる。制御装置７では、後に詳述するが、このような第１信号に基づき、ローター２の位置を検出する。また、制御装置７は、必要に応じて、ローター２の位置検出結果に基づき、ローター２の駆動量に反映させる等の制御を行う。
【００５１】
したがって、位置検出用領域２１では、ローター２の回転方向、すなわち進行方向ＤＲで表面状態が変化していることが求められる。このように表面状態が変化していることにより、ローター２の回転に伴って第１先端部４４Ａが受ける反力を変化させることが可能になる。図１および図２に示す位置検出用領域２１では、この進行方向ＤＲに沿って第１領域２１１と第２領域２１２とが交互に並んでいる。第１領域２１１および第２領域２１２は、表面状態が互いに異なる領域である。なお、図２に示す進行方向ＤＲは、円板状をなすローター２の周方向である。
【００５２】
第１領域２１１および第２領域２１２で互いに異ならせる表面状態としては、後に詳述するが、例えば、上面２０の表面硬度、表面粗さ、凸部または凹部の有無等が挙げられる。
【００５３】
一方、駆動制御用領域２２は、第２圧電振動体４Ｂの第２先端部４４Ｂが当接する領域である。そして、後述する原理により、第２先端部４４Ｂで駆動制御用領域２２を所定の方向に送り出す送り出し力が付与される。これにより、ローター２を駆動することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、このような駆動制御用領域２２を、前述した位置検出用領域２１と異なる位置に設けている。具体的には、本実施形態に係る駆動制御用領域２２は、図２に示すように、位置検出用領域２１よりも回転軸Ｏ側に位置し、かつ回転軸Ｏを中心とする円環状をなしている。このため、駆動制御用領域２２の表面状態を、位置検出用領域２１の表面状態と異ならせることが可能になる。そして、駆動制御用領域２２の表面状態を、ローター２の駆動に適した状態にすることができる。一例として、駆動制御用領域２２の表面状態は、平滑面とされる。その結果、第２圧電振動体４Ｂは、より高い効率でローター２を駆動することができる。
【００５５】
また、駆動制御用領域２２では、前述した位置検出用領域２１のような表面状態の変化を形成する必要がないため、全域にわたって表面状態を一様にすることができる。このため、駆動制御用領域２２から第２先端部４４Ｂが受ける反力には、表面状態の変化の成分が加味されないことになる。したがって、第２圧電振動体４Ｂでは、そのような表面状態の変化の成分に影響されないで、それ自身の振動に伴って発生する電荷が第２信号として出力される。制御装置７では、後に詳述するが、このような第２信号に基づき、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振動を制御する。
【００５６】
付勢部材５は、振動体４の先端部４４をローター２の上面２０に向けて付勢する部材である。付勢部材５は、図１６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および第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。
【００５７】
ここで、本実施形態では、１つの振動体４を第１基板５１および第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および第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。
【００５８】
また、図１６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を前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２０に向けて付勢することができる。
【００５９】
なお、付勢部材５の構成は、先端部４４をローター２の上面２０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および第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。
【００６０】
次に、制御装置７について説明する。
本実施形態に係る制御装置７は、図３に示すように、駆動制御部７３と、位置検出部７４と、を有している。また、駆動制御部７３は、検出信号処理部７１と、駆動信号生成部７２と、を有している。以下、各部について説明する。
【００６１】
検出信号処理部７１は、図３および図５に示すように、第２圧電振動体４Ｂからの検出信号Ｓｓ２を取得する。そして、駆動信号Ｓｄと検出信号Ｓｓ２との位相差θ２を検出する。検出した位相差θ２のデータは、駆動信号生成部７２に出力される。
【００６２】
検出信号処理部７１は、図５に示すように、第２圧電振動体４Ｂ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Ｓｓ２を２値化して、デジタル信号である検出パルス信号Ｐｓ２を生成する検出パルス信号生成部７１１と、駆動パルス信号Ｐｄと検出パルス信号Ｐｓ２との位相差θ２を取得する位相差取得部７１２と、を備えている。
【００６３】
駆動信号生成部７２は、検出信号処理部７１からの位相差θ２のデータを取得し、この位相差θ２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θ２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θ２は、第２圧電振動体４Ｂ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部７２は、図４および図５に示すように、駆動信号Ｓｄの波形を決める制御値を生成する制御値生成部７２０と、第１圧電振動体４Ａに出力する駆動信号Ｓｄを生成するための駆動パルス信号Ｐｄを生成する第１ＰＷＭ信号生成部７２１Ａと、第２圧電振動体４Ｂに出力する駆動信号Ｓｄを生成するための駆動パルス信号Ｐｄを生成する第２ＰＷＭ信号生成部７２１Ｂと、駆動パルス信号Ｐｄから駆動信号Ｓｄを生成し、第１圧電振動体４Ａに向けて出力する第１駆動波形生成部７２２Ａと、駆動パルス信号Ｐｄから駆動信号Ｓｄを生成し、第２圧電振動体４Ｂに向けて出力する第２駆動波形生成部７２２Ｂと、を備えている。
【００６５】
このうち、制御値生成部７２０は、検出信号処理部７１から取得した位相差θ２のデータに基づき、駆動信号Ｓｄの周波数を決定する。また、位置検出部７４から取得したローター２の位置のデータに基づき、駆動信号Ｓｄの周波数や出力の要否を決定する。
【００６６】
また、第１ＰＷＭ信号生成部７２１Ａおよび第２ＰＷＭ信号生成部７２１Ｂ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。第１ＰＷＭ信号生成部７２１Ａおよび第２ＰＷＭ信号生成部７２１Ｂ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、交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の振幅、すなわち駆動信号Ｓｄの振幅を変更することができる。
【００６７】
また、第１ＰＷＭ信号生成部７２１Ａおよび第２ＰＷＭ信号生成部７２１Ｂは、図４および図５に示すように、それぞれ、交番電圧Ｖ１を生成するための駆動パルス信号Ｐｄを生成する信号生成部７２１１Ａ、７２１１Ｂ、交番電圧Ｖ２を生成するための駆動パルス信号Ｐｄを生成する信号生成部７２１２Ａ、７２１２Ｂ、および、交番電圧Ｖ３を生成するための駆動パルス信号Ｐｄを生成する信号生成部７２１３Ａ、７２１３Ｂを備えている。
【００６８】
さらに、第１駆動波形生成部７２２Ａおよび第２駆動波形生成部７２２Ｂは、図４および図５に示すように、それぞれ、交番電圧Ｖ１を生成する波形生成部７２２１Ａ、７２２１Ｂ、交番電圧Ｖ２を生成する波形生成部７２２２Ａ、７２２２Ｂ、および、交番電圧Ｖ３を生成する波形生成部７２２３Ａ、７２２３Ｂを備えている。
【００６９】
また、本実施形態に係る位置検出部７４は、図４に示すように、第１圧電振動体４Ａ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Ｓｓ１を２値化して、デジタル信号である検出パルス信号Ｐｓ１を生成する検出パルス信号生成部７４１と、駆動パルス信号Ｐｄと検出パルス信号Ｐｓ１との位相差θ１を取得する位相差取得部７４２と、位相差θ１の変化に基づき、ローター２の位置を算出する位置算出部７４３と、を備えている。算出したローター２の位置のデータは、制御値生成部７２０に向けて出力される。
【００７０】
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。なお、本実施形態では、第１ＰＷＭ信号生成部７２１Ａと第２ＰＷＭ信号生成部７２１Ｂを個別に設けているが、これらは共通化されていてもよい。同様に、本実施形態では、第１駆動波形生成部７２２Ａと第２駆動波形生成部７２２Ｂを個別に設けているが、これらは共通化されていてもよい。この場合、駆動パルス信号Ｐｄや駆動信号Ｓｄをそれぞれ２つに分岐して各振動体４に入力すればよい。これにより、駆動信号生成部７２の回路構成の簡素化を図ることができる。
【００７１】
以上のように、本実施形態に係る圧電駆動装置１は、進行方向ＤＲに延在し、進行方向ＤＲで異なる表面状態を有している位置検出用領域２１と、進行方向ＤＲに延在し、位置検出用領域２１とは異なる駆動制御用領域２２と、を備える被駆動体であるローター２と、振動する第１振動部４１Ａおよび第１振動部４１Ａに配置され位置検出用領域２１に当接する第１先端部４４Ａを備える第１圧電振動体４Ａと、振動する第２振動部４１Ｂおよび第２振動部４１Ｂに配置され駆動制御用領域２２に当接する第２先端部４４Ｂを備え、第２振動部４１Ｂが振動することによりローター２を駆動する第２圧電振動体４Ｂと、ローター２の位置を検出する位置検出部７４と、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振動を制御する駆動制御部７３と、を有している。そして、第１圧電振動体４Ａは、第１振動部４１Ａの振動状態に応じた第１信号として検出信号Ｓｓ１を出力し、第２圧電振動体４Ｂは、第２振動部４１Ｂの振動状態に応じた第２信号として検出信号Ｓｓ２を出力する。また、位置検出部７４は、検出信号Ｓｓ１に基づいて、ローター２の位置を検出し、駆動制御部７３は、検出信号Ｓｓ２に基づいて、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振動を制御する。
【００７２】
このような圧電駆動装置１によれば、互いに独立した振動体４から得られた検出信号Ｓｓ１に基づいてローター２の位置を検出するとともに、いわゆるフィードバック制御によって第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振動を制御する。すなわち、検出信号Ｓｓ１を用いてローター２の位置を検出し、検出信号Ｓｓ２を用いて各振動体４の振動を制御する。これにより、１つの圧電駆動装置１において、別途エンコーダーを用いることなくローター２の位置を検出しつつ、一方、ローター２の位置の検出に用いた検出信号Ｓｓ１とは異なる検出信号Ｓｓ２をフィードバックして各振動体４の振動を制御することができる。この検出信号Ｓｓ２には、位置検出用領域２１における表面状態の変化に伴う成分が加味されていないため、各振動部４１の振動状態が良好に反映されている。したがって、この検出信号Ｓｓ２を用いて各振動部４１の振動を制御することにより、圧電駆動装置１におけるローター２の駆動を精度よく安定的に制御することが可能になる。
【００７３】
また、圧電駆動装置１では、エンコーダーを用いることなく、第１圧電振動体４Ａから得られる検出信号Ｓｓ１を用いてローター２の位置を検出することが可能である。このため、エンコーダーに必要なスペースを削減することができ、圧電駆動装置１の小型化を図ることができる。
【００７４】
ここで、圧電駆動装置１においてローター２の位置を検出する方法について説明する。
前述したように、第２圧電振動体４Ｂに駆動信号Ｓｄが入力されると、第２振動部４１Ｂが振動し、第２先端部４４Ｂが楕円運動する。これにより、第２先端部４４Ｂによって駆動制御用領域２２を所定の方向に送り出す力が付与される。また、第１圧電振動体４Ａにも同様に駆動信号Ｓｄが入力されるので、第１振動部４１Ａが振動し、第１先端部４４Ａが楕円運動する。これにより、第１先端部４４Ａによって位置検出用領域２１を所定の方向に送り出す力が付与される。
【００７５】
また、第２圧電振動体４Ｂの圧電素子６Ｇからは、第２圧電振動体４Ｂの振動に対応して検出信号Ｓｓ２が出力される。この検出信号Ｓｓ２の周波数は、駆動信号Ｓｄの周波数とほぼ等しくなる。そして、駆動信号Ｓｄを生成するための駆動パルス信号Ｐｄと検出信号Ｓｓ２をデジタル化してなる検出パルス信号Ｐｓ２との位相差θ２は、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振幅との間に相関関係を有していることから、制御装置７では、この関係を利用してローター２の回転状態を制御することが可能になる。
【００７６】
一方、第１圧電振動体４Ａの圧電素子６Ｇからは、第１圧電振動体４Ａの振動に対応する成分に、位置検出用領域２１における表面状態の変化に伴う成分が重畳し、これが検出信号Ｓｓ１として出力される。したがって、駆動パルス信号Ｐｄと、検出信号Ｓｓ１をデジタル化してなる検出パルス信号Ｐｓ１と、の位相差θ１は、第１圧電振動体４Ａの振動に対応する成分のみでなく、位置検出用領域２１における表面状態の変化に伴う成分も含むことになる。
【００７７】
具体的には、図１４および図１５に示すように、第１領域２１１と第２領域２１２とが交互に並んでいる位置検出用領域２１に第１先端部４４Ａが当接し、矢印Ｂ１または矢印Ｂ２で示す方向、すなわち進行方向ＤＲにローター２を回転させるとき、第１先端部４４Ａは、第１領域２１１と第２領域２１２とを交互に通過する。前述したように、第１領域２１１および第２領域２１２は、その表面状態が互いに異なっている。このため、第１先端部４４Ａが第１領域２１１に当接している際に受ける反力と、第１先端部４４Ａが第２領域２１２に当接している際に受ける反力と、が異なり、それに伴って、第１振動部４１Ａの振動状態も異なる。したがって、第１先端部４４Ａが第１領域２１１に当接している際の位相差θ１と、第１先端部４４Ａが第２領域２１２に当接している際の位相差θ１と、の間には、差が生じることとなる。よって、制御装置７の位置検出部７４では、このような位相差θ１の変化を検出することにより、第１先端部４４Ａが第１領域２１１と第２領域２１２との境界を通過したことを検出することができる。このため、位置算出部７４３において位相差θ１が変化した回数を計数することにより、通過した境界の数を求めることができる。その結果、ローター２の回転角度、すなわちローター２の位置を求めることができる。すなわち、圧電駆動装置１に対し、ローター２を駆動する機能に加え、インクリメンタル方式のエンコーダーとしての機能を付与することができる。
【００７８】
なお、図２に示すローター２では、全周にわたって第１領域２１１と第２領域２１２とが交互に並んでいるが、このうちの１つの第１領域２１１を省略するようにしてもよい。その場合、第１領域２１１を省略した箇所を、ローター２の原点とすることができる。この原点を第１先端部４４Ａが通過するとき、位相差θ１が変化しない時間が他の箇所に比べて長くなる。このため、そのように位相差θ１が変化しない時間の長さに基づいて、第１先端部４４Ａが原点を通過したとみなすことができる。その結果、原点からの回転角度を求めることができるため、圧電駆動装置１に対し、アブソリュート方式のエンコーダーとしての機能を付与することができる。
【００７９】
なお、原点の構成は、上記の構成に限定されず、例えば、表面状態が第１領域２１１および第２領域２１２の双方と異なる第３領域を設け、その第３領域を原点とするようにしてもよい。
【００８０】
また、位置検出用領域２１は、前述したように、第１領域２１１と、進行方向ＤＲにおいて第１領域２１１に隣り合って設けられ、第１領域２１１とは表面状態が異なる第２領域２１２と、を有している。このうち、表面状態は、例えば表面硬度とされる。この場合、第１領域２１１は、例えば第２領域２１２よりも表面硬度が小さくなるように設定される。
【００８１】
このように表面硬度を異ならせることにより、第１先端部４４Ａが第１領域２１１に当接しているときと、第１先端部４４Ａが第２領域２１２に当接しているときとで、第１先端部４４Ａが受ける反力が異なるため、振動状態にも変化が生じ、位相差θ１に差を生じさせることができる。具体的には、第１先端部４４Ａが相対的に低硬度である第１領域２１１に当接しているとき、第１先端部４４Ａが相対的に高硬度である第２領域２１２に当接しているときに比べて、検出信号Ｓｓ１の周波数が高くなる。このため、例えば第１先端部４４Ａが第１領域２１１から第２領域２１２へと移動するとき、位相差θ１が大きくなるような変化が生じる。一方、例えば第１先端部４４Ａが第２領域２１２から第１領域２１１へと移動するときには、位相差θ１が小さくなるような変化が生じる。したがって、位相差θ１の変化の仕方および変化の回数を取得することにより、位置検出用領域２１を第１先端部４４Ａが移動した距離、すなわち、ローター２の回転角度を求めることができる。
【００８２】
なお、上述したような位相差θ１の変化の仕方は、振動体４の構成等に応じて異なるため、上記に限定されず、上記と反対であってもよい。
【００８３】
また、上記のように表面硬度を異ならせるためには、例えば第１領域２１１と第２領域２１２とで構成材料を異ならせるようにすればよい。具体的には、図１４および図１５に示すように、ローター２の位置検出用領域２１に例えばレーザー加工法や機械的加工法等により溝２１０を形成し、その溝２１０に、ローター２の構成材料とは異なる材料を充填するようにすればよい。これにより、第１領域２１１と第２領域２１２とで構成する材料が異なることになるため、表面硬度を異ならせることができる。また、溝２１０を形成するものの、その溝２１０は埋められることになるので、位置検出用領域２１における溝２１０の影響を抑えることができる。このため、位置検出用領域２１に第１先端部４４Ａを当接させたとき、溝２１０の開口端が第１先端部４４Ａによって削られてしまうといった懸念をなくすことができ、経時変化が少なく精度の高い位置検出が可能になる。
【００８４】
なお、第１領域２１１および第２領域２１２の表面硬度は、例えばＪＩＳ  Ｚ  ２２４４：２００９に規定されたビッカース硬さ試験−試験方法に準じて測定される。ここで、圧子の試験力は９．８Ｎとし、試験力の保持時間は１５秒とする。
【００８５】
第１領域２１１と第２領域２１２との間の表面硬度の差は、特に限定されないが、ビッカース硬さで５０以上であるのが好ましく、１００以上１０００以下であるのがより好ましい。これにより、位相差θ１に十分な変化を生じさせることができ、かつ、第１領域２１１の摩耗を抑えることができる。その結果、ローター２の位置を長期にわたって高精度に検出することができる。
【００８６】
ローター２の構成材料、すなわち第２領域２１２の構成材料としては、例えば、アルミナ、ジルコニアのようなセラミックス材料、ステンレス鋼のような金属材料等が挙げられる。一方、溝２１０に充填される材料、すなわち第１領域２１１の構成材料としては、ローター２の構成材料よりも低硬度の材料であれば、特に限定されないが、例えば、アルミニウム合金、銅合金のような金属材料、ポリイミド、ポリアミド等の樹脂材料が挙げられる。
【００８７】
また、位置検出用領域２１は、前述したように、第１領域２１１と、進行方向ＤＲにおいて第１領域２１１に隣り合って設けられ、第１領域２１１とは表面状態が異なる第２領域２１２と、を有しているが、位置検出用領域２１における前述した表面状態は、例えば表面粗さであってもよい。この場合、第１領域２１１は、例えば第２領域２１２よりも表面粗さが大きくなるように設定される。
【００８８】
このように表面粗さを異ならせることにより、第１先端部４４Ａが第１領域２１１に当接しているときと、第１先端部４４Ａが第２領域２１２に当接しているときとで、第１先端部４４Ａが受ける反力が異なるため、振動状態にも変化が生じ、位相差θ１に差を生じさせることができる。具体的には、第１先端部４４Ａが相対的に粗い面である第１領域２１１に当接しているとき、第１先端部４４Ａが相対的に平滑な面である第２領域２１２に当接しているときに比べて、検出信号Ｓｓ１の周波数が高くなる。このため、例えば第１先端部４４Ａが第１領域２１１から第２領域２１２へと移動するとき、位相差θ１が大きくなるような変化が生じる。一方、例えば第１先端部４４Ａが第２領域２１２から第１領域２１１へと移動するときには、位相差θ１が小さくなるような変化が生じる。したがって、位相差θ１の変化の仕方および変化の回数を取得することにより、位置検出用領域２１を第１先端部４４Ａが移動した距離、すなわち、ローター２の回転角度を求めることができる。
【００８９】
なお、上述したような位相差θ１の変化の仕方は、振動体４の構成等に応じて異なるため、上記に限定されず、上記と反対であってもよい。
【００９０】
また、上記のように表面粗さを異ならせるためには、例えば第２領域２１２にマスキングを施した状態で第１領域２１１に粗面化処理を施すようにすればよい。粗面化処理としては、例えばサンドブラスト処理、ショットブラスト処理、エッチング処理、レーザー処理、プラズマ処理、機械的処理等が挙げられる。
【００９１】
なお、第１領域２１１および第２領域２１２の表面粗さは、例えばＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３に規定された幾何特性仕様のうち、最大高さ粗さＲｚとして測定される。
【００９２】
第１領域２１１と第２領域２１２との間の表面粗さの差は、特に限定されないが、最大高さ粗さＲｚで１μｍ以上であるのが好ましく、５μｍ以上５００μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、位相差θ１に十分な変化を生じさせることができ、かつ、第１領域２１１の摩耗を抑えることができる。その結果、ローター２の位置を長期にわたって高精度に検出することができる。
【００９３】
以上、位置検出用領域２１における表面状態について説明したが、表面状態には上記の他に、例えば凹凸の有無も挙げられる。なお、位置検出用領域２１も第１先端部４４Ａによって送り出す力が付与され、ローター２の駆動に寄与することを踏まえると、位置検出用領域２１もできるだけ平滑な方が摩耗しにくい。したがって、前述した表面状態、すなわち第１領域２１１と第２領域２１２とで異ならせる表面状態は、表面硬度であるのが好ましい。これにより、位置検出用領域２１を平滑面にすることができるので、摩耗を抑制し、長期にわたって高精度の位置検出が可能になる。
【００９４】
一方、駆動制御用領域２２は、前述したように、第２圧電振動体４Ｂの第２先端部４４Ｂが当接する領域である。したがって、駆動制御用領域２２は、前述したように平滑面であることが好ましく、また、表面硬度が高い面であることが好ましい。よって、駆動制御用領域２２の表面硬度は、第１領域２１１よりも大きいことが好ましく、表面粗さは、第１領域２１１よりも小さいことが好ましい。そして、双方の表面硬度の差および表面粗さの差は、前述した第１領域２１１と第２領域２１２との間における差の範囲内であることが好ましい。
【００９５】
また、進行方向ＤＲにおける第１領域２１１の長さは、進行方向ＤＲにおける第１先端部４４Ａの長さより長くてもよいが、第１先端部４４Ａの長さの１０％以上１００％以下であるのが好ましく、１０％以上６０％以下であるのがより好ましい。これにより、第１先端部４４Ａが第１領域２１１のみに当接することが抑制される。すなわち、第１先端部４４Ａを、常時、第１領域２１１と第２領域２１２の双方に当接させる確率が高くなる。その結果、例えば表面硬度が相対的に低い第１領域２１１が大きく削られてしまうのを抑制することができる。
【００９６】
なお、進行方向ＤＲにおける第１領域２１１の長さとは、ローター２の外縁における長さのことをいう。
【００９７】
また、進行方向ＤＲにおける第１領域２１１の長さと第２領域２１２の長さとの比は、特に限定されず、第２領域２１２の長さに対して第１領域２１１の長さが長くても短くてもよい。
【００９８】
また、第１領域２１１同士で、長さは互いに異なっていてもよいが、互いに同じであるのが好ましい。これにより、位相差θ１の変化の回数を計数することにより、簡単な演算によってローター２の回転角度を算出することができる。
【００９９】
また、図１および図２に示す位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２は、進行方向ＤＲと直交する直交方向、すなわち円形をなす上面２０の半径方向において互いにずれている。これにより、１つのローター２に対し、２つの振動体４を配置することができるので、圧電駆動装置１の小型化を図りつつ、エンコーダーの機能を付与することができる。
【０１００】
さらに、図１および図２に示すローター２の進行方向ＤＲは、上面２０の円周方向、つまり外縁の円弧に沿う方向であるが、位置検出用領域２１は、駆動制御用領域２２よりも円弧の外側に位置している。すなわち、ローター２の上面２０の外側に位置検出用領域２１が位置し、その内側に駆動制御用領域２２が位置している。このような配置を採用することにより、円環状をなす位置検出用領域２１の全長、すなわち円周をより長くすることができる。その結果、第１領域２１１と第２領域２１２との境界をより多く形成することができ、ローター２の位置検出における分解能を高めることができる。
【０１０１】
なお、上記の説明では、第１先端部４４Ａが第１領域２１１に当接しているときと、第１先端部４４Ａが第２領域２１２に当接しているときとで、位相差θ１に差が生じる場合について説明したが、位相差θ１ではなく、検出信号Ｓｓ１の振幅に差が生じる場合であってもよい。すなわち、位置検出部７４は、位相差θ１の変化ではなく、検出信号Ｓｓ１の振幅の変化に基づいてローター２の位置を検出するように構成されていてもよい。ただし、位相差θ１の変化は、振幅の変化よりも応答性が高いため、位置検出のレスポンスの観点で、位相差θ１の変化に基づくローター２の位置検出が好ましく用いられる。
【０１０２】
また、上記の説明では、第１圧電振動体４Ａの第１振動部４１Ａ、および、第２圧電振動体４Ｂの第２振動部４１Ｂの双方が、伸縮振動と屈曲振動を行っている。これにより、第１先端部４４Ａおよび第２先端部４４Ｂの双方が楕円運動をして、ローター２を送り出す力を付与している。
【０１０３】
一方、第１圧電振動体４Ａについては、ローター２の位置を検出するエンコーダーとしての機能のみを与え、ローター２を駆動する機能を省略するようにしてもよい。つまり、第２振動部４１Ｂは、伸縮振動および屈曲振動する一方、第１振動部４１Ａについては、伸縮振動のみを行うように制御してもよい。この場合であっても、第１圧電振動体４Ａから出力される検出信号Ｓｓ１には、位置検出用領域２１の表面状態の変化による成分が重畳しているため、位相差θ１の変化や振幅の変化を検出することができ、ローター２の位置を検出することができる。また、この場合、屈曲振動を行わせない分、第１圧電振動体４Ａの消費電力を削減することができる。
【０１０４】
なお、位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２は、それぞれローター２の上面２０ではなく、側面２３に設けられていてもよい。この場合も、位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２は、ローター２の進行方向、すなわち周方向に延在するように設けられる。
【０１０５】
また、制御装置７は、例えばＣＰＵのようなプロセッサー、メモリー、インターフェース等を有するコンピューターで構成される。そして、メモリーに格納されている所定のプログラムをプロセッサーによって実行することにより、各部の作動が制御される。なお、プログラムは、インターフェースを介して外部からダウンロードされたものであってもよい。また、制御装置７の構成の全部または一部が、圧電駆動装置１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であってもよい。
【０１０６】
−変形例−
次に、第１実施形態に変形例について説明する。
図１７は、第１実施形態の変形例を示す平面図である。
【０１０７】
以下、変形例について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１７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。
【０１０８】
変形例では、被駆動体としてローターではなく直線状に延びるスライダーを用いるようにした以外、前述した実施形態と同様である。
【０１０９】
図１７に示す圧電駆動装置１ａは、第１実施形態に係るローター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２ａを備えている。そして、スライダー２ａは、その上面２０に設けられた、位置検出用領域２１と、駆動制御用領域２２と、を備える。したがって、圧電駆動装置１ａは、リニアエンコーダーの機能を内蔵した直動モーターまたはリニアアクチュエーターとして利用される。
【０１１０】
図１７に示す位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２は、それぞれ進行方向ＤＲに延在する直線状をなしている。また、位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２は、進行方向ＤＲに直交する直交方向に並んでいる。
【０１１１】
一方、第１圧電振動体４Ａは、第１先端部４４Ａが位置検出用領域２１に当接するように配置され、第２圧電振動体４Ｂは、第２先端部４４Ｂが駆動制御用領域２２に当接するように配置されている。
以上のような変形例においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１２】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る圧電駆動装置について説明する。
図１８は、第２実施形態に係る圧電駆動装置の平面図である。
【０１１３】
以下、第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１８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。
【０１１４】
第２実施形態は、ローターの構成および振動体の配置が異なる以外、第１実施形態と同様である。
【０１１５】
すなわち、図１８に示す圧電駆動装置１ｂにおいても、ローター２ｂの進行方向ＤＲは、上面２０の円周方向、つまり外縁の円弧に沿う方向であるが、図１８に示す駆動制御用領域２２は、位置検出用領域２１よりも円弧の外側に位置している。すなわち、ローター２ｂの上面２０の外側に駆動制御用領域２２が位置し、その内側に位置検出用領域２１が位置している。つまり、本実施形態と前述した第１実施形態とでは、位置検出用領域２１の位置と駆動制御用領域２２の位置とが互いに入れ替わっている。そして、いずれの実施形態でも、位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２は、それぞれ回転軸Ｏを中心とする同心の円環状をなしており、かつ、回転軸Ｏからの距離が互いに異なる領域である。
【０１１６】
一方、これらの領域の配置に対応して、第２圧電振動体４Ｂは、第１圧電振動体４Ａよりも外側に配置されている。
【０１１７】
このような配置を採用することにより、円環状をなす駆動制御用領域２２の全長、すなわち円周をより長くすることができる。したがって、第２圧電振動体４Ｂは、回転軸Ｏからより離れた位置において、駆動制御用領域２２を送り出す力を付与することができる。その結果、ローター２ｂの回転モーメント、すなわちトルクを増加させることができる。
以上のような第２実施形態においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１８】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る圧電駆動装置について説明する。
図１９は、第３実施形態に係る圧電駆動装置の平面図である。
【０１１９】
以下、第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１９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。
【０１２０】
第３実施形態は、ローターの構成および振動体の配置が異なる以外、第１実施形態と同様である。
【０１２１】
前述した第１実施形態では、ローター２ｃの上面２０に設けられた位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２が、上面２０の半径方向で互いにずれた位置に設けられているのに対し、本実施形態では、位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２が、進行方向ＤＲに延在する互いに同じ線Ｌ上に設けられており、かつ、進行方向ＤＲで互いにずれた位置に設けられている。
【０１２２】
具体的には、図１９に示す位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２は、それぞれ回転軸Ｏからの距離が互いに等しい円形の線Ｌ上に配置されている。そして、回転軸Ｏを通過する２本の直線で上面２０をほぼ４等分したとき、回転軸Ｏを介して互いに対向する２つの部分には位置検出用領域２１が設けられ、残る２つの部分には駆動制御用領域２２が設けられている。つまり、位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２は、線Ｌ上において互いにずれるように、交互に配置されている。したがって、上面２０には、２つの位置検出用領域２１と、２つの駆動制御用領域２２とが、進行方向ＤＲで交互に配置されている。
【０１２３】
これにより、本実施形態では、位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２の双方を、上面２０の外縁に近い部分、換言すれば回転軸Ｏから遠い部分に設けることが可能にある。このため、ローター２ｃの位置検出における分解能を高めることができるとともに、ローター２ｃのトルクを増加させることができる。加えて、スペースを必要とする振動体４を互いに離れた２か所に分散して配置することができるので、圧電駆動装置１ｃ全体の小型化が図られやすいという利点もある。
【０１２４】
一方、本実施形態に係る圧電駆動装置１ｃは、２つの第３圧電振動体４Ｃを備えている。これらの第３圧電振動体４Ｃは、進行方向ＤＲに並べて設けられている。つまり、これらの第３圧電振動体４Ｃは、線Ｌ上において互いに離れた位置に設けられている。したがって、ローター２ｃが回転するとき、各第３圧電振動体４Ｃは、位置検出用領域２１と駆動制御用領域２２とを交互に通過することとなる。
【０１２５】
ここで、第３圧電振動体４Ｃは、構造上、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂと同じである。すなわち、第３圧電振動体４Ｃは、第１振動部４１Ａや第２振動部４１Ｂと同様の第３振動部４１Ｃ、および、第１先端部４４Ａや第２先端部４４Ｂと同様の第３先端部４４Ｃを備えている。一方、本実施形態では、制御装置７における回路構成が第１実施形態と異なっている。このため、第３圧電振動体４Ｃは、制御装置７の制御によって、第１圧電振動体４Ａにも第２圧電振動体４Ｂにもなり得る。つまり、進行方向ＤＲに並べて設けられている複数の第３圧電振動体４Ｃは、それぞれ、時分割で、第１圧電振動体４Ａまたは第２圧電振動体４Ｂのいずれかになる。そして、本実施形態に係る制御装置７は、ローター２ｃの上面２０に対して第３圧電振動体４Ｃが相対的に移動するとき、その位置に応じて、第３圧電振動体４Ｃを第１圧電振動体４Ａとして制御したり、第２圧電振動体４Ｂとして制御したりするように構成されている。
【０１２６】
具体的には、図１９に示す制御装置７の位置検出部７４は、第３圧電振動体４Ｃが位置検出用領域２１に位置するとき、第３圧電振動体４Ｃを第１圧電振動体４Ａとして制御する。位置検出用領域２１に位置するときの第３圧電振動体４Ｃを、特に「第３圧電振動体４Ｃ−Ａ」とすると、図１９に示す位置検出部７４では、第３圧電振動体４Ｃ−Ａを第１実施形態に係る第１圧電振動体４Ａとして機能させるため、図示しない切替部を介して回路が切り替わるようになっている。これにより、第３圧電振動体４Ｃ−Ａから出力された検出信号Ｓｓ１を位置検出部７４において受信し、ローター２ｃの位置を検出することができる。
【０１２７】
また、図１９に示す制御装置７の駆動制御部７３は、第３圧電振動体４Ｃが駆動制御用領域２２に位置するとき、第３圧電振動体４Ｃを第２圧電振動体４Ｂとして制御する。駆動制御用領域２２に位置するときの第３圧電振動体４Ｃを、特に「第３圧電振動体４Ｃ−Ｂ」とすると、図１９に示す駆動制御部７３では、第３圧電振動体４Ｃ−Ｂを第１実施形態に係る第２圧電振動体４Ｂとして機能させるため、図示しない切替部を介して回路が切り替わるようになっている。これにより、第３圧電振動体４Ｃ−Ｂから出力された検出信号Ｓｓ２を駆動制御部７３において受信し、第３圧電振動体４Ｃの駆動を制御することができる。
【０１２８】
また、２つの第３圧電振動体４Ｃは、一方が第３圧電振動体４Ｃ−Ａになるとき、同じタイミングで他方が第３圧電振動体４Ｃ−Ｂになるように設定されている。具体的には、図１９に示す圧電駆動装置１ｃでは、１つの位置検出用領域２１に対応する中心角α１と、２つの第３圧電振動体４Ｃの離角α２と、が等しく設定されている。これにより、一方の第３圧電振動体４Ｃが位置検出用領域２１から駆動制御用領域２２に移動するとき、同じタイミングで、他方の第３圧電振動体４Ｃが駆動制御用領域２２から位置検出用領域２１に移動することとなる。その結果、圧電駆動装置１ｃでは、常時、第３圧電振動体４Ｃ−Ａと第３圧電振動体４Ｃ−Ｂとが存在することになり、前述した効果を確実に得ることができる。すなわち、位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２は、第１圧電振動体４Ａになる第３圧電振動体４Ｃ、および、第２圧電振動体４Ｂになる第３圧電振動体４Ｃの双方が、任意の時刻で存在するように設定されているため、前記実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２９】
なお、第３圧電振動体４Ｃがいずれの領域に存在するかについては、ローター２ｃの設計情報と検出されたローター２ｃの回転角度とに基づいて判断することができる。例えば、図１９において中心角α１が９０°である場合、ローター２ｃが９０°回転したタイミングで、位置検出部７４の接続先と駆動制御部７３の接続先とを入れ替えるようにすればよい。すなわち、このタイミングで、２つの第３圧電振動体４Ｃのうち、一方については、第１圧電振動体４Ａとしての制御から第２圧電振動体４Ｂとしての制御へと切り替え、他方については、第２圧電振動体４Ｂとしての制御から第１圧電振動体４Ａとしての制御へと切り替えるようにすればよい。
【０１３０】
また、本実施形態では、２つの第３圧電振動体４Ｃが同一の線Ｌ上を通過するため、第３圧電振動体４Ｃ同士で第３先端部４４Ｃの摩耗量が均一になりやすい。つまり、例えば図２では、第１先端部４４Ａと第２先端部４４Ｂが互いに異なる線上を通過しており、通過距離も異なることから、摩耗量にも差が生じるおそれがある。しかし、本実施形態では、同一の線Ｌ上を通過するため、摩耗量に差が生じにくい。したがって、本実施形態では、第３先端部４４Ｃの摩耗量の均一化を図ることができ、圧電駆動装置１ｃの長寿命化に寄与することができる。
【０１３１】
−変形例１−
次に、第３実施形態に変形例１について説明する。
【０１３２】
図２０は、第３実施形態の変形例１を示す平面図である。なお、図２０では、振動体４と制御装置７とを接続する配線の図示を省略している。
【０１３３】
以下、変形例１について説明するが、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図２０において、前述した第３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。
【０１３４】
変形例１では、進行方向ＤＲにおける位置検出用領域２１の長さを駆動制御用領域２２の長さより長くするとともに、圧電駆動装置１ｄが備える第３圧電振動体４Ｃの数を２つから８つに増やすようにした以外、前述した第３実施形態と同様である。
【０１３５】
図２０に示す圧電駆動装置１ｄにおいても、位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２は、線Ｌ上において互いに進行方向ＤＲにずれた位置に設けられている。一方、進行方向ＤＲにおける位置検出用領域２１の長さは、進行方向ＤＲにおける駆動制御用領域２２の長さより長くなっており、図２０の場合、駆動制御用領域２２の長さの約７倍になっている。
【０１３６】
また、圧電駆動装置１ｄは、８つの第３圧電振動体４Ｃを備えている。８つの第３圧電振動体４Ｃは、線Ｌ上において等間隔に並べて設けられている。そして、８つの第３圧電振動体４Ｃのうち、７つが位置検出用領域２１に位置し、１つが駆動制御用領域２２に位置する。その結果、圧電駆動装置１ｄでは、常時、第１圧電振動体４Ａとして制御される７つの第３圧電振動体４Ｃ−Ａと、第２圧電振動体４Ｂとして制御される１つの第３圧電振動体４Ｃ−Ｂとが存在することになる。
【０１３７】
ここで、図２０において、隣り合う２つの第３圧電振動体４Ｃと回転軸Ｏとを結ぶ線分がなす中心角を離角α３とする。また、図２０において、この隣り合う２つの第３圧電振動体４Ｃの第３先端部４４Ｃにそれぞれ最も近い位置にある第１領域２１１と回転軸Ｏとを結ぶ線分同士がなす中心角を離角α４とする。さらに、図２０において、隣り合う第１領域２１１と回転軸Ｏとを結ぶ線分同士がなす中心角を離角α５とする。
【０１３８】
このとき、離角α３と離角α４との大小関係は、特に限定されず、離角α３と離角α４とが等しくてもよいが、好ましくは多少ずれるように設定する。例えば離角α３と離角α４との差｜θ３−θ４｜は、離角α５より小さいことが好ましく、離角α５の５％以上５０％以下であることが好ましい。差｜θ３−θ４｜をこのように設定することにより、演算によって離角α５よりも小さい角度をも検出することができるようになるため、ローター２ｄの位置をより精度よく検出することができる。すなわち、各第３圧電振動体４Ｃ−Ａから出力される７つの検出信号Ｓｓ１のうち、２つ以上を統合し、各第３圧電振動体４Ｃ−Ａの相対位置の違いおよびそれに伴う各検出信号Ｓｓ１の周波数変化の違いを考慮することにより、第１実施形態に係る圧電駆動装置１に比べてローター２ｄの位置の角度分解能を高めることができる。また、多数の第３圧電振動体４Ｃを用いることにより、ローター２ｄのトルクを増加させることができる。その結果、ローター２ｄをより大きなトルクで駆動することができ、かつ、検出される位置の分解能も高い圧電駆動装置１ｄを実現することができる。
【０１３９】
一方、第３圧電振動体４Ｃのフィードバック制御に用いる検出信号Ｓｓ２については、１つ検出信号Ｓｓ２を８つの第３圧電振動体４Ｃのフィードバック制御に共通して用いることができる。このため、第３圧電振動体４Ｃ−Ｂは少なくとも１つあればよい。
【０１４０】
したがって、本変形例１では、第１圧電振動体４Ａになる第３圧電振動体４Ｃ−Ａの数が、第２圧電振動体４Ｂになる第３圧電振動体４Ｃ−Ｂの数よりも多くなるように、進行方向ＤＲにおける位置検出用領域２１の長さおよび進行方向ＤＲにおける駆動制御用領域２２の長さが設定されている。これにより、フィードバック制御の精度を低下させることなく、ローター２のトルクを増加させるとともに、ローター２の位置検出の分解能を高めることができる。
【０１４１】
以上のような変形例１においても、前記第３実施形態と同様の効果が得られる。なお、圧電駆動装置１ｄが備える第３圧電振動体４Ｃの数は、特に限定されず、３つ以上７つ以下であってもよく、９つ以上であってもよい。
【０１４２】
−変形例２−
次に、第３実施形態に変形例２について説明する。
図２１は、第３実施形態の変形例２を示す平面図である。
【０１４３】
以下、変形例２について説明するが、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図２１において、前述した第３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。
【０１４４】
変形例２では、被駆動体としてローターではなく直線状に延びるスライダーを用いるようにした以外、前述した第３実施形態と同様である。
【０１４５】
図２１に示す圧電駆動装置１ｅは、第３実施形態に係るローター２ｃ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２ｅを備えている。そして、スライダー２ｅは、その上面２０に設けられた、位置検出用領域２１と、駆動制御用領域２２と、を備える。
【０１４６】
図２１に示す位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２は、それぞれ進行方向ＤＲに延在する直線状をなしている。また、位置検出用領域２１および駆動制御用領域２２は、それぞれ進行方向ＤＲと平行な線Ｌ上に配置され、かつ、線Ｌ上において互いにずれるように、交互に配置されている。したがって、上面２０には、２つの位置検出用領域２１と、２つの駆動制御用領域２２とが、進行方向ＤＲで交互に配置されている。
【０１４７】
一方、本変形例２に係る圧電駆動装置１ｅは、２つの第３圧電振動体４Ｃを備えている。これらの第３圧電振動体４Ｃは、進行方向ＤＲに並べて設けられている。そして、２つの第３圧電振動体４Ｃは、一方が第３圧電振動体４Ｃ−Ａになるとき、同じタイミングで他方が第３圧電振動体４Ｃ−Ｂになるように設定されている。したがって、図２１に示す圧電駆動装置１ｅでは、進行方向ＤＲにおける位置検出用領域２１長さおよび駆動制御用領域２２の長さと、第３圧電振動体４Ｃ同士のピッチと、が等しく設定されている。これにより、一方の第３圧電振動体４Ｃが位置検出用領域２１から駆動制御用領域２２に移動するとき、同じタイミングで、他方の第３圧電振動体４Ｃが駆動制御用領域２２から位置検出用領域２１に移動することとなる。その結果、圧電駆動装置１ｅでは、常時、第１圧電振動体４Ａと第２圧電振動体４Ｂが存在することになり、前述した効果を確実に得ることができる。
以上のような変形例２においても、前記第３実施形態と同様の効果が得られる。
【０１４８】
＜第４実施形態＞
図２２は、第４実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【０１４９】
図２２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。
【０１５０】
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、各関節部のうちの全部また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。
【０１５１】
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、インターフェース等を有する。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、前記プログラムは、インターフェー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の構成の全部または一部は、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。
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。
【０１５２】
すなわち、本実施形態に係るロボット１０００は、進行方向ＤＲに延在し、表面状態が進行方向ＤＲで変化している位置検出用領域２１と、進行方向ＤＲに延在し、位置検出用領域２１とは異なる駆動制御用領域２２と、を備える被駆動体であるローター２と、振動する第１振動部４１Ａおよび第１振動部４１Ａに配置され位置検出用領域２１に当接する第１先端部４４Ａを備える第１圧電振動体４Ａと、振動する第２振動部４１Ｂおよび第２振動部４１Ｂに配置され駆動制御用領域２２に当接する第２先端部４４Ｂを備え、第２振動部４１Ｂが振動することによりローター２を駆動する第２圧電振動体４Ｂと、ローター２の位置を検出する位置検出部７４と、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振動を制御する駆動制御部７３と、を有する圧電駆動装置１を備えている。そして、第１圧電振動体４Ａは、第１振動部４１Ａの振動状態に応じた第１信号として検出信号Ｓｓ１を出力し、第２圧電振動体４Ｂは、第２振動部４１Ｂの振動状態に応じた第２信号として検出信号Ｓｓ２を出力する。また、位置検出部７４は、検出信号Ｓｓ１に基づいて、ローター２の位置を検出し、駆動制御部７３は、検出信号Ｓｓ２に基づいて、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振動を制御する。
【０１５３】
このようなロボット１０００によれば、１つの圧電駆動装置１において、別途エンコーダーを用いることなくローター２の位置を検出しつつ、一方、ローター２の位置の検出に用いた検出信号Ｓｓ１とは異なる検出信号Ｓｓ２をフィードバックして第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振動を制御することができる。このため、高精度かつ安定した駆動が可能で小型化も容易なロボット１０００が得られる。
【０１５４】
なお、ロボット１０００は、圧電駆動装置１に代えて、圧電駆動装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅのいずれか１つを備えていてもよい。
【０１５５】
＜第５実施形態＞
図２３は、第５実施形態に係るプリンターの全体構成を示す概略図である。
【０１５６】
図２３に示すプリンター３０００は、装置本体３０１０と、装置本体３０１０の内部に設けられている印刷機構３０２０、給紙機構３０３０および制御装置３０４０と、を備えている。また、装置本体３０１０には、記録用紙Ｐを設置するトレイ３０１１と、記録用紙Ｐを排出する排紙口３０１２と、液晶ディスプレイ等の操作パネル３０１３とが設けられている。
【０１５７】
印刷機構３０２０は、ヘッドユニット３０２１と、キャリッジモーター３０２２と、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりヘッドユニット３０２１を往復動させる往復動機構３０２３と、を備えている。また、ヘッドユニット３０２１は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド３０２１ａと、ヘッド３０２１ａにインクを供給するインクカートリッジ３０２１ｂと、ヘッド３０２１ａおよびインクカートリッジ３０２１ｂを搭載したキャリッジ３０２１ｃと、を有する。
【０１５８】
往復動機構３０２３は、キャリッジ３０２１ｃを往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸３０２３ａと、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりキャリッジ３０２１ｃをキャリッジガイド軸３０２３ａ上で移動させるタイミングベルト３０２３ｂと、を有する。また、給紙機構３０３０は、互いに圧接している従動ローラー３０３１および駆動ローラー３０３２と、駆動ローラー３０３２を駆動する圧電駆動装置１と、を有する。
【０１５９】
このようなプリンター３０００では、給紙機構３０３０が記録用紙Ｐを一枚ずつヘッドユニット３０２１の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット３０２１が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【０１６０】
制御装置３０４０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、インターフェース等を有する。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、プリンター３０００の各部の駆動を制御する。このような制御は、例えば、インターフェースを介して外部から入力された印刷データに基づいて実行される。なお、前記プログラムは、インターフェー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もよい。また、制御装置３０４０の構成の全部または一部は、プリンター３０００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。
このようなプリンター３０００は、前述したように、圧電駆動装置１を備えている。
【０１６１】
すなわち、本実施形態に係るプリンター３０００は、進行方向ＤＲに延在し、表面状態が進行方向ＤＲで変化している位置検出用領域２１と、進行方向ＤＲに延在し、位置検出用領域２１とは異なる駆動制御用領域２２と、を備える被駆動体であるローター２と、振動する第１振動部４１Ａおよび第１振動部４１Ａに配置され位置検出用領域２１に当接する第１先端部４４Ａを備える第１圧電振動体４Ａと、振動する第２振動部４１Ｂおよび第２振動部４１Ｂに配置され駆動制御用領域２２に当接する第２先端部４４Ｂを備え、第２振動部４１Ｂが振動することによりローター２を駆動する第２圧電振動体４Ｂと、ローター２の位置を検出する位置検出部７４と、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振動を制御する駆動制御部７３と、を有する圧電駆動装置１を備えている。そして、第１圧電振動体４Ａは、第１振動部４１Ａの振動状態に応じた第１信号として検出信号Ｓｓ１を出力し、第２圧電振動体４Ｂは、第２振動部４１Ｂの振動状態に応じた第２信号として検出信号Ｓｓ２を出力する。また、位置検出部７４は、検出信号Ｓｓ１に基づいて、ローター２の位置を検出し、駆動制御部７３は、検出信号Ｓｓ２に基づいて、第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振動を制御する。
【０１６２】
このようなプリンター３０００によれば、１つの圧電駆動装置１において、別途エンコーダーを用いることなくローター２の位置を検出しつつ、一方、ローター２の位置の検出に用いた検出信号Ｓｓ１とは異なる検出信号Ｓｓ２をフィードバックして第１圧電振動体４Ａおよび第２圧電振動体４Ｂの振動を制御することができる。このため、高精度かつ安定した駆動が可能で小型化も容易なプリンター３０００が得られる。
【０１６３】
なお、本実施形態では、圧電駆動装置１が給紙用の駆動ローラー３０３２を駆動しているが、この他にも、例えば、キャリッジ３０２１ｃを駆動してもよい。
【０１６４】
また、プリンター３０００は、圧電駆動装置１に代えて、圧電駆動装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅのいずれか１つを備えていてもよい。
【０１６５】
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】
【０１６６】
１…圧電駆動装置、１ａ…圧電駆動装置、１ｂ…圧電駆動装置、１ｃ…圧電駆動装置、１ｄ…圧電駆動装置、１ｅ…圧電駆動装置、２…ローター、２ａ…スライダー、２ｂ…ローター、２ｃ…ローター、２ｅ…スライダー、３…振動アクチュエーター、４…振動体、４Ａ…第１圧電振動体、４Ｂ…第２圧電振動体、４Ｃ…第３圧電振動体、４Ｃ−Ａ…第３圧電振動体、４Ｃ−Ｂ…第３圧電振動体、５…付勢部材、６Ａ…圧電素子、６Ｂ…圧電素子、６Ｃ…圧電素子、６Ｄ…圧電素子、６Ｅ…圧電素子、６Ｆ…圧電素子、６Ｇ…圧電素子、７…制御装置、２０…上面、２１…位置検出用領域、２２…駆動制御用領域、２３…側面、４１…振動部、４１Ａ…第１振動部、４１Ｂ…第２振動部、４１Ｃ…第３振動部、４２…支持部、４３…接続部、４４…先端部、４４Ａ…第１先端部、４４Ｂ…第２先端部、４４Ｃ…第３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、６１…基板、６３…保護層、６９…接着剤、７１…検出信号処理部、７２…駆動信号生成部、７３…駆動制御部、７４…位置検出部、２１０…溝、２１１…第１領域、２１２…第２領域、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、６０４…第３電極、６０６…第４電極、７１１…検出パルス信号生成部、７１２…位相差取得部、７２０…制御値生成部、７２１Ａ…第１ＰＷＭ信号生成部、７２１Ｂ…第２ＰＷＭ信号生成部、７２２Ａ…第１駆動波形生成部、７２２Ｂ…第２駆動波形生成部、７４１…検出パルス信号生成部、７４２…位相差取得部、７４３…位置算出部、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、３０００…プリンター、３０１０…装置本体、３０１１…トレイ、３０１２…排紙口、３０１３…操作パネル、３０２０…印刷機構、３０２１…ヘッドユニット、３０２１ａ…ヘッド、３０２１ｂ…インクカートリッジ、３０２１ｃ…キャリッジ、３０２２…キャリッジモーター、３０２３…往復動機構、３０２３ａ…キャリッジガイド軸、３０２３ｂ…タイミングベルト、３０３０…給紙機構、３０３１…従動ローラー、３０３２…駆動ローラー、３０４０…制御装置、６０２１…下面、６０２２…上面、７２１１Ａ…信号生成部、７２１１Ｂ…信号生成部、７２１２Ａ…信号生成部、７２１２Ｂ…信号生成部、７２１３Ａ…信号生成部、７２１３Ｂ…信号生成部、７２２１Ａ…波形生成部、７２２１Ｂ…波形生成部、７２２２Ａ…波形生成部、７２２２Ｂ…波形生成部、７２２３Ａ…波形生成部、７２２３Ｂ…波形生成部、Ａ１…矢印、Ａ２…矢印、Ｂ１…矢印、Ｂ２…矢印、ＤＲ…進行方向、Ｌ…線、Ｏ…回転軸、Ｐ…記録用紙、Ｐｄ…駆動パルス信号、Ｐｓ１…検出パルス信号、Ｐｓ２…検出パルス信号、Ｓｄ…駆動信号、Ｓｓ１…検出信号、Ｓｓ２…検出信号、Ｖ１…交番電圧、Ｖ２…交番電圧、Ｖ３…交番電圧、α１…中心角、α２…離角、α３…離角、α４…離角、α５…離角
【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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【図２０】
2020089161.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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