(57)【要約】【課題】始動時に、駆動状態での共振周波数で駆動すると、接触子が被駆動部材から離間しにくいために高い駆動電圧が必要となり、一方、停止状態での共振周波数で駆動すると、被駆動部材の移動量が小さく非効率な動作となってしまう。【解決手段】圧電駆動装置は、圧電振動体と駆動回路とを備える。圧電振動体は、被駆動部材に接触する接触子と、駆動電圧に応じて振動を発生する圧電素子と、を備える。停止状態の圧電振動体の第１共振周波数は、駆動状態の圧電振動体の第２共振周波数よりも高い。駆動回路は、停止状態から始動するときに、駆動電圧の駆動周波数を、第２共振周波数よりも第１共振周波数に近い第１周波数に設定して駆動を開始し、始動の後の駆動状態において、駆動電圧の駆動周波数を、第１共振周波数よりも第２共振周波数に近い第２周波数に設定する。【選択図】図６
2019030092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動部材を駆動する圧電駆動装置であって、
圧電振動体と、
前記圧電振動体を電気的に駆動する駆動回路と、
を備え、
前記圧電振動体は、
前記被駆動部材に接触する接触子と、
前記駆動回路から供給される駆動電圧に応じて振動を発生する圧電素子と、
を備え、
停止状態の前記圧電振動体の第１共振周波数は、駆動状態の前記圧電振動体の第２共振周波数よりも高く、
前記駆動回路は、
前記停止状態から始動するときに、前記駆動電圧の駆動周波数を、前記第２共振周波数よりも前記第１共振周波数に近い第１周波数に設定して駆動を開始し、
前記始動の後の駆動状態において、前記駆動電圧の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも前記第２共振周波数に近い第２周波数に設定する、圧電駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電駆動装置であって、
前記圧電振動体は、バネ部材によって前記被駆動部材に押しつけられている、圧電駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電駆動装置であって、
前記駆動回路は、前記駆動状態における前記駆動電圧の値を、前記始動における前記駆動電圧の値よりも低く設定する、圧電駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電駆動装置であって、
前記駆動回路は、前記駆動周波数を、前記第１周波数からダウンスウィープして前記第２周波数まで低下させる、圧電駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電駆動装置であって、
前記駆動回路は、
前記駆動電圧の電圧波形を有する電圧波形信号を生成する電圧波形生成回路と、
前記電圧波形信号の電圧を増幅して前記駆動電圧を生成する電圧増幅回路と、
を有し、
前記電圧増幅回路は、前記第２周波数における電圧増幅率よりも前記第１周波数における電圧増幅率が高くなるように構成されている、圧電駆動装置。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電駆動装置であって、
前記電圧増幅回路は、共振周波数を有し、前記共振周波数が前記第１周波数よりも高くなるように構成されている、圧電駆動装置。
【請求項７】
被駆動部材に接触する接触子と、駆動電圧に応じて振動を発生する圧電素子と、を備える圧電振動体を有する圧電駆動装置の駆動方法であって、
前記圧電振動体は、停止状態の第１共振周波数が駆動状態の第２共振周波数よりも高くなるように構成されており、
前記停止状態から始動するときに、前記駆動電圧の駆動周波数を、前記第２共振周波数よりも前記第１共振周波数に近い第１周波数に設定して駆動を開始し、
前記始動の後の駆動状態において、前記駆動電圧の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも前記第２共振周波数に近い第２周波数に設定する、
圧電駆動装置の駆動方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電駆動装置を備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動装置と、圧電駆動装置を備えたロボットなどの各種の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電駆動装置は、圧電素子を用いて振動体を振動させ、その振動を利用して被駆動部材を移動させる装置である。特許文献１には、縦振動と屈曲振動とを利用して圧電駆動装置の先端の接触子に楕円運動を発生させ、この接触子の楕円運動によって被駆動部材を移動させることが開示されている。このように被駆動部材を駆動する際には、接触子が被駆動部材に接触した状態と、被接触部材から離間した状態とが交互に現れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０４０９９４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、本願の発明者は、被駆動部材の駆動を開始する際に、以下のような問題があることを見いだした。すなわち、圧電駆動装置の停止状態では、接触子が被駆動部材に押しつけられた状態にあり、この停止状態における圧電駆動装置の共振周波数は、駆動状態での共振周波数と大幅に異なる値となる。通常は、停止状態での共振周波数は、駆動状態での共振周波数よりもかなり高い値となる。従って、始動時に、駆動状態での共振周波数で圧電駆動装置を駆動すると、接触子が被駆動部材から離間しにくいために高い駆動電圧が必要となり、接触子が一旦離間すると駆動電圧が高いために急加速してしまうという問題が生じる。一方、停止状態での共振周波数で圧電駆動装置を駆動すると、被駆動部材の移動量が小さく非効率な動作となってしまうという問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、被駆動部材を駆動する圧電駆動装置が提供される。この圧電駆動装置は、圧電振動体と、前記圧電振動体を電気的に駆動する駆動回路と、を備える。前記圧電振動体は、前記被駆動部材に接触する接触子と、前記駆動回路から供給される駆動電圧に応じて振動を発生する圧電素子と、を備える。前記圧電振動体は、停止状態の第１共振周波数が駆動状態の第２共振周波数よりも高くなるように構成されている。前記駆動回路は、前記停止状態から始動するときに、前記駆動電圧の駆動周波数を、前記第２共振周波数よりも前記第１共振周波数に近い第１周波数に設定して駆動を開始し、前記始動の後の駆動状態において、前記駆動電圧の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも前記第２共振周波数に近い第２周波数に設定する。
この形態によれば、始動時とその後の駆動状態の両方において機械的な共振周波数に近い周波数で圧電振動体を駆動するので、大きな力で被駆動部材を駆動することが可能である。
【０００７】
（２）上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電振動体は、バネ部材によって前記被駆動部材に押しつけられているものとしてもよい。
この形態によれば、停止状態の圧電振動体の第１共振周波数が、駆動状態の圧電振動体の第２共振周波数よりも高くなる構成を容易に得ることができる。
【０００８】
（３）上記形態の圧電駆動装置において、前記駆動回路は、前記駆動状態における前記駆動電圧の値を、前記始動における前記駆動電圧の値よりも低く設定するものとしてもよい。
この形態によれば、始動時に大きな力で被駆動部材を動かし始めることができ、また、始動後の駆動状態では過度に大きな力で被駆動部材を駆動しないようにすることができる。
【０００９】
（４）上記形態の圧電駆動装置において、前記駆動周波数を、前記第１周波数からダウンスウィープして前記第２周波数まで低下させるものとしてもよい。
この形態によれば、駆動周波数をダウンスウィープするので、始動時から駆動状態に至るまでの動作をスムーズに移行させることができる。
【００１０】
（５）上記形態の圧電駆動装置において、前記駆動回路は、前記駆動電圧の電圧波形を有する電圧波形信号を生成する電圧波形生成回路と、前記電圧波形信号の電圧を増幅して前記駆動電圧を生成する電圧増幅回路と、を有し、前記電圧増幅回路は、前記第２周波数における電圧増幅率よりも前記第１周波数における電圧増幅率が高くなるように構成されているものとしてもよい。
この形態によれば、第２周波数における電圧増幅率よりも第１周波数における電圧増幅率が高いので、駆動周波数を第１周波数からダウンスウィープして第２周波数まで低下させる際に、駆動電圧を滑らかに低下させることができる。
【００１１】
（６）上記形態の圧電駆動装置において、前記電圧増幅回路は、共振周波数を有し、前記共振周波数が前記第１周波数よりも高くなるように構成されているものとしてもよい。
この形態によれば、電圧増幅回路の共振周波数が第１周波数よりも高いので、第２周波数における電圧増幅率よりも第１周波数における電圧増幅率が高いという特性を容易に得ることができる。
【００１２】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、圧電駆動装置の他、圧電駆動装置の駆動方法、圧電駆動装置を備えるロボット等の、様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の圧電駆動装置を備えた駆動機構を示す斜視図。
【図２】圧電振動モジュールの平面図。
【図３】圧電振動モジュールの振動の様子を示す図。
【図４】圧電振動モジュールの駆動電圧波形の例を示す図。
【図５】駆動電圧生成部の構成の一例を示すブロック図。
【図６】実施形態における動作特性を示すグラフ。
【図７】第２実施形態の圧電駆動装置を備えた駆動機構を示す斜視図。
【図８】第２実施形態の第２の圧電振動モジュールの平面図。
【図９】他の実施形態のロボットを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の圧電駆動装置４００を備えた駆動機構を示す斜視図である。圧電駆動装置４００は、被駆動部材２２０を駆動する圧電振動体１００と、圧電振動体１００を電気的に駆動する駆動回路３００と、を備えている。この例では、被駆動部材２２０は回転軸Ｏのまわりに回転可能なローターである。但し、被駆動部材２２０としては、直線的に移動可能な部材などの他の種類の部材を使用可能である。なお、１つの被駆動部材２２０に対して複数の圧電振動体１００を設けてもよい。
【００１５】
圧電振動体１００は、振動可能な振動部１１０と、振動部１１０を支持する支持部１２０と、振動部１１０と支持部１２０とを接続する一対の接続部１３０とを有している。振動部１１０は、略長方形の板状の形状を有する。振動部１１０の先端には、振動部１１０からＸ方向に延びて被駆動部材２２０に接触する接触子１６０が設けられている。ここで、「振動部１１０からＸ方向に延びる」という語句は、振動部１１０のＸ方向側に設けられていることを意味する。接触子１６０は、例えば、耐摩耗性の高いセラミックスによって形成されて、振動部１１０に接着される。
【００１６】
圧電振動体１００の支持部１２０は、振動部１１０の基端側（図１では上端側）を囲むＵ字形の形状を有している。また、支持部１２０は、支持部材としてのステージ２００に固定されている。ステージ２００は、バネ部材２１０によって被駆動部材２２０側（図１では下方側）に向けて押されている。なお、バネ部材２１０を固定している構造材は図示が省略されている。
【００１７】
接触子１６０の先端は、被駆動部材２２０の表面２２２に接触している。圧電振動体１００は、バネ部材２１０によって被駆動部材２２０側に向けて押しつけられており、これにより、接触子１６０が十分な摩擦力で被駆動部材２２０の表面２２２と接触する。そのため、スリップが抑制され、接触子１６０を介して振動部１１０の振動を効率的に被駆動部材２２０へ伝達することができる。
【００１８】
圧電振動体１００の構成としては、図１に示した構成以外の種々の構成を採用可能であり、例えば、支持部１２０と接続部１３０を省略してもよい。なお、以下では、説明の便宜上、振動部１１０と被駆動部材２２０の並び方向（すなわち、振動部１１０の長手方向）を「第１方向Ｘ」と呼び、第１方向Ｘと交差する圧電振動体１００の厚さ方向（振動面の法線方向）を「第２方向Ｙ」と呼び、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに交差する振動部１１０の幅方向を「第３方向Ｚ」と呼ぶ。さらに、第１方向Ｘと第３方向Ｚとで規定される面を「ＸＺ面」と呼ぶ。ＸＺ面は、圧電振動体１００の表面に平行である。３つの方向Ｘ，Ｙ，Ｚは互いに直交していることが好ましい。
【００１９】
圧電振動体１００は、第２方向Ｙに積層された複数の圧電振動モジュール１４０を有している。図１の例では、圧電振動モジュール１４０の数は３である。複数の圧電振動モジュール１４０は、接着剤等の電気絶縁性の接合部材によって接合されている。但し、圧電振動体１００は、１つの圧電振動モジュール１４０で構成されていてもよい。
【００２０】
複数の圧電振動モジュール１４０は、駆動回路３００に接続されている。駆動回路３００は、駆動電圧生成部３１０と、振動検出部３２０とを有している。駆動電圧生成部３１０は、圧電振動体１００の圧電素子（後述）に駆動電圧を供給する機能を有する。振動検出部３２０は、圧電振動体１００のピックアップ電極（後述）に接続されており、圧電振動体１００の振動を検出する機能を有する。駆動電圧生成部３１０は、ピックアップ電極から振動検出部３２０に供給される振動検出信号Ｓｖに応じて、駆動電圧の周波数を調整し、その駆動電圧を圧電素子に供給する。駆動回路３００の動作については更に後述する。
【００２１】
図２は、圧電振動モジュール１４０の一例を示す平面図である。圧電振動モジュール１４０の振動部１１０は、５つの圧電素子１４７Ａ〜１４７Ｅを含んでいる。矩形の振動部１１０の１つの対角線上にある一対の圧電素子１４７Ａ，１４７Ｅは同時にＸ方向に伸縮して、振動部１１０に屈曲振動を生じさせる。振動部１１０の他の１つの対角線上にある他の一対の圧電素子１４７Ｂ，１４７Ｄも同時にＸ方向に伸縮して、振動部１１０に屈曲振動を生じさせる。但し、一対の圧電素子１４７Ａ，１４７Ｅの伸縮と、他の一対の圧電素子１４７Ｂ，１４７Ｄの伸縮は、位相が１８０度異なることが好ましい。振動部１１０の幅方向の中央にある圧電素子１４７Ｃは、Ｘ方向に伸縮して、振動部１１０にＸ方向に沿った縦振動を生じさせる。
【００２２】
個々の圧電素子１４７Ａ〜１４７Ｅは、圧電体（図示省略）と、圧電体の両面を挟む２つの電極（図示省略）とを有している。圧電体の構成材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）、メタニオブ酸鉛、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。圧電セラミックスで構成された圧電体は、例えば、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。なお、圧電体の構成材料としては、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。
【００２３】
圧電振動モジュール１４０は、更に、２つのピックアップ電極１８０を有している。ピックアップ電極１８０は、圧電振動体１００の振動を検出して駆動回路３００に振動検出信号Ｓｖ（図１）を供給するための電極である。図２の例では、ピックアップ電極１８０は、振動部１１０の中央にある圧電素子１４７Ｃの上側と下側にそれぞれ設けられている。但し、ピックアップ電極１８０を１つだけ設けるようにしてもよく、ピックアップ電極１８０を省略してもよい。
【００２４】
図３は、圧電振動モジュール１４０の振動の様子を示す概念図である。圧電振動モジュール１４０は、接触子１６０を楕円運動させるように振動することができる。このような楕円運動は、一対の圧電素子１４７Ａ，１４７Ｅの伸縮と他の一対の圧電素子１４７Ｂ，１４７Ｄの伸縮によって屈曲振動を発生させ、また、中央の圧電素子１４７Ｃの伸縮によって縦振動を発生させることによって実現される。「屈曲振動」は、圧電振動モジュール１４０の平面内において、圧電振動モジュール１４０が図３に示すようにＳ字状に屈曲する振動である。「縦振動」は、圧電振動モジュール１４０の長手方向（第１方向Ｘ）に沿って伸縮する振動である。圧電振動体１００の全体も、圧電振動モジュール１４０と同様に振動する。４つの圧電素子１４７Ａ，１４７Ｂ，１４７Ｄ，１４７Ｅは、屈曲振動を発生するものであり、「第１圧電素子」とも呼ぶ。圧電素子１４７Ｃは、縦振動を発生するものであり、「第２圧電素子」とも呼ぶ。第１圧電素子１４７Ａ，１４７Ｂ，１４７Ｄ，１４７Ｅや第２圧電素子１４７Ｃの数は一例であり、第１圧電素子と第２圧電素子の数は、これ以外の値に適宜設定可能である。例えば、一対の第１圧電素子１４７Ａ，１４７Ｂを省略し、他の一対の第１圧電素子１４７Ｄ，１４７Ｅで屈曲振動を発生させてもよい。
【００２５】
図４は、圧電素子１４７Ａ〜１４７Ｅに供給される駆動電圧の波形の例を示している。駆動電圧Ｖ１は一対の圧電素子１４７Ａ，１４７Ｅに印加され、駆動電圧Ｖ２は圧電素子１４７Ｃに印加され、駆動電圧Ｖ３は他の一対の圧電素子１４７Ｂ，１４７Ｄに印加される。なお、駆動電圧Ｖ３は、駆動電圧Ｖ１から位相をπ（＝１８０度）変えたものであり、実質的には駆動電圧Ｖ１と等価である。これらの駆動電圧Ｖ１，Ｖ３は、圧電振動モジュール１４０に屈曲振動を発生させるための駆動電圧であり、「第１駆動電圧」とも呼ぶ。駆動電圧Ｖ２は、圧電振動モジュール１４０に縦振動を発生させるための駆動電圧であり、「第２駆動電圧」とも呼ぶ。なお、第１駆動電圧Ｖ１，Ｖ３の周波数と、第２駆動電圧Ｖ２の周波数は通常は等しい値に設定される。
【００２６】
圧電振動モジュール１４０は、屈曲振動と縦振動との合成により、接触子１６０が楕円運動を行うように振動する（図３）。このように、一対の圧電素子１４７Ａ，１４７Ｅと、他の一対の圧電素子１４７Ｂ，１４７Ｄと、圧電素子１４７Ｃと、を異なる位相で伸縮させることによって、接触子１６０を楕円軌道に沿って振動させることができる。ただし、接触子１６０を楕円軌道に沿って振動させることができるのであれば、圧電振動モジュール１４０の駆動電圧の波形は、図４に示したもの以外の種々の波形を使用可能である。例えば、駆動電圧は、交流成分の他に直流成分を含むようにしても良い。この場合に、「駆動電圧の周波数」とは、その交流成分の周波数を意味する。
【００２７】
図２に示したように、ピックアップ電極１８０は、平面視において、第１方向Ｘに沿って延びる圧電振動体１００の中心軸ＣＸ上の位置に配置されていることが好ましい。この中心軸ＣＸは、平面視において、振動部１１０の中心軸と一致する位置にある。ピックアップ電極１８０を圧電振動体１００の中心軸ＣＸ上の位置に配置すれば、屈曲振動の影響が少なくなり、縦振動を正確に検出し易いという利点がある。ピックアップ電極１８０は、更に、屈曲振動の節ｎ１，ｎ２，ｎ３のいずれか位置に配置されていることが好ましい。図２の例では、屈曲振動の節ｎ１は、振動部１１０の中央に存在し、他の２つの節ｎ２，ｎ３は中心軸ＣＸ上において振動部１１０の端部近傍の位置に存在する。これらの屈曲振動の節ｎ１，ｎ２，ｎ３のいずれかの位置にピックアップ電極１８０を配置すれば、屈曲振動の影響を更に低減できるので、圧電振動体１００の縦振動を更に検出し易くなるという利点がある。但し、ピックアップ電極１８０をこれら以外の位置に配置してもよい。
【００２８】
図５は、駆動電圧生成部３１０の構成の一例を示すブロック図である。駆動電圧生成部３１０は、駆動電圧Ｖｄの電圧波形を有する電圧波形信号Ｓｄを生成する電圧波形生成回路３３０と、電圧波形信号Ｓｄの電圧を増幅して駆動電圧Ｖｄを生成する電圧増幅回路３４０と、を有している。駆動電圧Ｖｄは、圧電素子１４７に供給されて圧電素子１４７を駆動する。図５の例では、電圧増幅回路３４０は、共振回路（より具体的にはＬＣ直列共振回路）で構成されている。但し、電圧増幅回路３４０は、電圧波形信号Ｓｄの電圧を増幅できる回路であれば良く、他の種々の構成を有する回路を採用可能である。例えば、オペアンプを利用して電圧増幅回路３４０を構成するようにしてもよい。
【００２９】
駆動電圧生成部３１０で生成される駆動電圧Ｖｄは、図４に示した３つの駆動電圧Ｖ１〜Ｖ３のいずれかに相当している。駆動回路３００は、駆動電圧Ｖ１〜Ｖ３を生成するために、図５に示す駆動電圧生成部３１０を３つ有するものとしてもよい。或いは、駆動回路３００は、図５に示す駆動電圧生成部３１０で生成された駆動電圧Ｖｄの位相を調整する位相調整回路を利用して、図４に示した駆動電圧Ｖ１〜Ｖ３を生成するようにしてもよい。以下では、駆動電圧生成部３１０で生成される駆動電圧Ｖｄが、図４の駆動電圧Ｖ１〜Ｖ３を代表するものとして圧電駆動装置４００の動作説明を行う。
【００３０】
図６は、第１実施形態における動作特性を示すグラフである。横軸は、駆動電圧Ｖｄ（図５）の周波数である。破線は、停止状態における圧電振動体１００の変位量Ｄｃを示している。停止状態の変位量Ｄｃは、停止状態における圧電振動体１００の共振周波数ｆｒ１（第１共振周波数）において最も大きくなる。実線は、駆動状態における圧電振動体１００の変位量Ｄｄを示している。駆動状態の変位量Ｄｄは、駆動状態における圧電振動体１００の共振周波数ｆｒ２（第２共振周波数）において最も大きくなる。点線は、駆動速度Ｓｐを示している。駆動速度Ｓｐは、被駆動部材２２０が駆動される速度を意味する。駆動速度Ｓｐは、駆動状態の共振周波数ｆｒ２において最も大きくなる。
【００３１】
図６に示されているように、圧電振動体１００は、停止状態の共振周波数ｆｒ１が駆動状態の共振周波数ｆｒ２よりも高くなるように構成されている。図１で説明したように、圧電振動体１００は、バネ部材２１０によって被駆動部材２２０に押しつけられているので、停止状態では、接触子１６０が被駆動部材２２０に押しつけられた状態にある。この場合には、停止状態の共振周波数ｆｒ１が駆動状態の共振周波数ｆｒ２よりも高くなるのが普通である。但し、バネ部材２１０以外の手段を用いて同様の効果を得るようにしてもよい。なお、本実施形態では、圧電振動体１００の縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とが等しいものと仮定している。両者が異なる場合には、図６に示す共振周波数ｆｒ１，ｆｒ２は、縦振動の共振周波数によって定義される。
【００３２】
駆動回路３００は、停止状態から始動するときに、駆動電圧Ｖｄの駆動周波数を、駆動時の共振周波数ｆｒ２よりも停止状態の共振周波数ｆｒ１に近い第１周波数ｆ１に設定して駆動を開始する。駆動回路３００は、始動後の駆動状態において、駆動電圧Ｖｄの駆動周波数を、停止状態の共振周波数ｆｒ１よりも駆動状態の共振周波数ｆｒ２に近い第２周波数ｆ２に設定する。こうすれば、始動時と駆動状態の両方において機械的な共振周波数に近い周波数で圧電振動体１００を駆動するので、大きな力で被駆動部材２２０を駆動することが可能である。
【００３３】
なお、圧電素子１４７の駆動に適した駆動周波数は、被駆動部材２２０の形態や環境温度等の状況に応じて変化する。圧電駆動装置４００に高い駆動力を発生させるためには、それらの状況に適した駆動周波数を追従するように駆動制御を行うことが望まれる。このためには、駆動周波数を始動時の周波数ｆ１からダウンスウィープさせて駆動状態の周波数ｆ２まで低下させることが好ましい。こうすれば、各種の状況に応じた適切な駆動周波数をうまく設定することが可能である。また、始動時から駆動状態に至るまでの動作をスムーズに移行させることができる。
【００３４】
図６の一点鎖線は、電圧増幅回路３４０（図５）の電圧増幅率Ａｖを示している。電圧増幅率Ａｖは、周波数ｆ０で最大ピークを有し、周波数ｆ０から離れるに従って低下する。電圧増幅回路３４０が共振回路として構成されている場合には、この周波数ｆ０は電圧増幅回路３４０の共振周波数に等しい。例えば、電圧増幅回路３４０がＬＣ共振回路で構成されている場合には、共振周波数ｆ０は、１／｛２π√（ＬＣ）｝である。
【００３５】
前述したように、始動時には圧電素子１４７が第１周波数ｆ１で駆動され、その後の駆動状態では第２周波数ｆ２で駆動される。駆動状態の第２周波数ｆ２における電圧増幅率Ａｖは、始動時の第１周波数ｆ１における電圧増幅率Ａｖよりも低く設定されている。換言すれば、第２周波数ｆ２における電圧増幅率Ａｖよりも第１周波数ｆ１における電圧増幅率Ａｖが高い。このような特性を利用すれば、始動時に大きな力で被駆動部材を動かし始めることができ、また、始動後の駆動状態では過度に大きな力で被駆動部材２２０を駆動しないようにすることができる。
【００３６】
なお、本実施形態においては、電圧増幅回路３４０が第１周波数ｆ１よりも高い共振周波数ｆ０を有する回路として構成されており、この回路構成によって、駆動状態の第２周波数ｆ２における電圧増幅率Ａｖが始動時の第１周波数ｆ１における電圧増幅率Ａｖよりも低いという特性が実現されている。但し、これ以外の回路構成を利用して、２つの周波数ｆ１，ｆ２における電圧増幅率Ａｖの好ましい特性を実現するようにしてもよい。一方、電圧増幅回路３４０が始動時の駆動周波数ｆ１よりも高い共振周波数ｆ０を有するように構成されていれば、駆動周波数を第１周波数ｆ１からダウンスウィープして第２周波数ｆ２まで低下させる際に、駆動電圧Ｖｄを滑らかに低下させることができるという利点がある。
【００３７】
なお、駆動状態における好ましい駆動周波数の値は、ピックアップ電極１８０から駆動回路３００に供給される振動検出信号Ｓｖ（図１）に応じて決定されることが好ましい。例えば、始動後の駆動状態では、圧電素子１４７に供給する駆動電圧Ｖｄと、ピックアップ電極１８０で検出された振動検出信号Ｓｖとの位相差が予め定めた好ましい値となるように、駆動電圧Ｖｄの周波数を調整することが可能である。或いは、振動検出信号Ｓｖの振幅が十分に大きくなるように、駆動電圧Ｖｄの周波数を調整してもよい。
【００３８】
以上のように、第１実施形態の圧電駆動装置４００では、停止状態の共振周波数ｆｒ１が駆動状態の第２共振周波数よりも高くなるように圧電振動体１００が構成されている。また、駆動回路３００は、停止状態から始動するときに、駆動電圧Ｖｄの駆動周波数を、駆動状態の共振周波数ｆｒ２よりも停止状態の共振周波数ｆｒ１に近い第１周波数ｆ１に設定して駆動を開始し、始動後の駆動状態において、駆動電圧Ｖｄの駆動周波数を、停止状態の共振周波数ｆｒ１よりも駆動状態の共振周波数ｆｒ２に近い第２周波数ｆ２に設定する。この結果、始動時と駆動状態の両方において機械的な共振周波数ｆｒ１，ｆｒ２に近い周波数で圧電振動体１００を駆動するので、大きな力で被駆動部材２２０を駆動することが可能である。
【００３９】
＜他の実施形態＞
図７は、第２実施形態の圧電駆動装置４００ａを備えた駆動機構を示す斜視図である。圧電駆動装置４００ａは、複数の圧電振動モジュール１４０の間に第２の圧電振動モジュール１５０が配置されている点が第１実施形態と異なっており、他の構成は第１実施形態と同じである。すなわち、前述した図１では、３つの圧電振動モジュール１４０が第２方向Ｙに積層されていたが、図７に示す第２実施形態では、２つの第１の圧電振動モジュール１４０の間に、これと異なる構造を有する第２の圧電振動モジュール１５０が配置されている。
【００４０】
図８は、第２実施形態の第２の圧電振動モジュール１５０の平面図である。第２の圧電振動モジュール１５０は、その振動部１１０のほぼ全域に広がって配置された１つの圧電素子１５７を有している。この圧電素子１５７は、第１の圧電振動モジュール１４０の中央に配置された圧電素子１４７Ｃ（図２）と同様に、縦振動を発生するものであり、「第２圧電素子」に相当する。従って、この圧電素子１５７には、圧電素子１４７Ｃに供給される駆動電圧Ｖ２（図４）と同じ駆動電圧を供給するようにしてもよい。なお、第２実施形態では、第２の圧電振動モジュール１５０が縦振動を発生するので、第１の圧電振動モジュール１４０（図２）の圧電素子１４７Ｃを省略してもよい。この第２実施形態の圧電駆動装置４００ａも、第１実施形態の圧電駆動装置４００とほぼ同様の効果を有する。
【００４１】
図９は、他の実施形態に係るロボットを示す斜視図である。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１０２０，１０３０，１０４０，１０５０，１０６０，１０７０と、これらアーム１０２０，１０３０，１０４０，１０５０，１０６０，１０７０の駆動を制御するロボット制御部１０８０と、を有している。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４００が搭載されており、この圧電駆動装置４００の駆動によって各アーム１０２０，１０３０，１０４０，１０５０，１０６０，１０７０が回動する。なお、各圧電駆動装置４００の駆動は、ロボット制御部１０８０によって制御される。また、圧電駆動装置４００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。このロボット１０００は、圧電駆動装置４００を備えているので、上述した圧電駆動装置４００の効果を享受することができる。
【００４２】
上述した各種の実施形態では、圧電駆動装置をロボットに適用した構成について説明したが、圧電駆動装置は、これ以外の各種の装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１００，１００ａ…圧電振動体、１１０…振動部、１２０…支持部、１３０…接続部、１４０…圧電振動モジュール、１４７，１４７Ａ〜１４７Ｅ…圧電素子、１５０…圧電振動モジュール、１５７…圧電素子、１６０…接触子、１８０…ピックアップ電極、２００…ステージ、２１０…バネ部材、２２０…被駆動部材、２２２…表面、３００…駆動回路、３１０…駆動電圧生成部、３２０…振動検出部、３３０…電圧波形生成回路、３４０…電圧増幅回路、４００，４００ａ…圧電駆動装置、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…ロボット制御部、１０９０…エンドエフェクター
【図１】
2019030092.tif 000003
【図２】
2019030092.tif 000004
【図３】
2019030092.tif 000005
【図４】
2019030092.tif 000006
【図５】
2019030092.tif 000007
【図６】
2019030092.tif 000008
【図７】
2019030092.tif 000009
【図８】
2019030092.tif 000010
【図９】
2019030092.tif 000011