(57)【要約】【課題】小型で且つ回転子の可動範囲を狭めることなく回転子の回転位置を得ることができる多自由度アクチュエータの位置検出装置を提供する。【解決手段】第１〜第３のローラ７〜９が回転子６の表面に接触すると共に回転子６の回転に伴って回転可能に配置されている。振動子３を駆動することにより、回転子６が回転すると、そのＸ軸回りの回転成分に応じて第１のローラ７が、Ｙ軸回りの回転成分に応じて第２のローラ８が、Ｚ軸回りの回転成分に応じて第３のローラ９がそれぞれ回転子６の回転運動に従動して回転し、これら第１〜第３のローラ７〜９の回転方向と回転量がそれぞれ第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２で検出されて検出信号が回転位置算出部１６に送出される。回転位置算出部１６は、第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２からそれぞれ入力された検出信号に基づき回転子６の回転位置を算出する。【選択図】図１
2008072804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略球形状の回転子を固定子に圧接した状態で前記固定子に超音波振動を発生させることにより前記回転子を複数の軸の回りにそれぞれ回転させる多自由度アクチュエータの位置検出装置において、
前記回転子の表面に対して互いに異なる位置に配置され且つそれぞれ前記回転子の表面に接触すると共に前記回転子の回転に伴って回転可能な複数の回転部材と、
前記複数の回転部材にそれぞれ対応して配置され且つ対応する前記回転部材の回転方向と回転量を検出する複数の回転検出センサと、
前記複数の回転検出センサによる検出信号に基づいて前記回転子の回転位置を算出する回転位置算出部と
を備えたことを特徴とする多自由度アクチュエータの位置検出装置。
【請求項２】
前記複数の回転部材は、前記回転子の回転を３軸方向に分解して検出するための３つの回転軸の回りにそれぞれ回転可能な３つのローラからなる請求項１に記載の多自由度アクチュエータの位置検出装置。
【請求項３】
前記複数の回転部材は、前記回転子の回転を３軸方向に分解して検出するための３つの回転軸のうち１つの回転軸の回りに回転可能な１つのローラと、残り２つの回転軸の回りに回転可能な１つの球体からなる請求項１に記載の多自由度アクチュエータの位置検出装置。
【請求項４】
前記複数の回転部材は、前記回転子の回転を３軸方向に分解して検出するための３つの回転軸のうち少なくとも１つの回転軸の回りに回転可能な第１の球体と、残り２つの回転軸の回りに回転可能な第２の球体からなる請求項１に記載の多自由度アクチュエータの位置検出装置。
【請求項５】
前記ローラは、外周に沿って互いに平行に軸方向に延びる複数のスリットが形成された被検知面を有し、前記ローラに対応する前記回転検出センサは、前記被検知面のスリットを光学的に検知する光センサからなる請求項２または３に記載の多自由度アクチュエータの位置検出装置。
【請求項６】
前記ローラは、外周に沿って着磁された被検知面を有し、前記ローラに対応する前記回転検出センサは、前記被検知面の磁性を検知する磁気センサからなる請求項２または３に記載の多自由度アクチュエータの位置検出装置。
【請求項７】
前記ローラは、前記回転子の表面に接触して回転する回転部と、前記回転子の表面に接触することなく前記回転部と一体に回転する被検知部とを有し、
前記被検知部の外周部に前記被検知面が形成された請求項５または６に記載の多自由度アクチュエータの位置検出装置。
【請求項８】
前記球体は、マーキング処理された表面を有し、前記球体に対応する前記回転検出センサは、前記球体の表面を撮像すると共に画像認識して前記球体の回転方向と回転量を検出する請求項３または４に記載の多自由度アクチュエータの位置検出装置。
【請求項９】
前記固定子は前記回転子を臨む面に凹部を有し、前記複数の回転部材のうち少なくとも一つとこれに対応する前記回転検出センサが前記凹部内に収容された請求項１〜８のいずれか一項に記載の多自由度アクチュエータの位置検出装置。
【請求項１０】
前記複数の回転部材は、前記回転子を前記固定子に対して予圧する予圧手段を兼ねている請求項１〜８のいずれか一項に記載の多自由度アクチュエータの位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多自由度アクチュエータの位置検出装置に係り、特に球形状の回転子の回転位置を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波振動を利用して球形状の回転子を回転させる多自由度アクチュエータが提案され、実用化されている。この多自由度アクチュエータは、圧電素子を用いて固定子の表面に楕円運動または進行波を発生させ、固定子に回転子を加圧接触させることによりこれら両者間の摩擦力を介して回転子を移動させるものである。
このような球形状の回転子を精度よく回転させるためには、回転子の回転位置を高精度に検出する必要がある。
例えば、特許文献１には、一対の位置検出板でジンバル機構を構成し、双方の位置検出板の回転角度をそれぞれロータリーエンコーダで検出することにより球体からなる回転子の回転位置を検知する方法が示されている。また、特許文献２には、球体からなる回転子の表面にマーキングを施し、カメラで回転子の表面を撮影して画像処理することにより回転子の回転位置を検知する方法が示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２１０５８５号公報
【特許文献２】特開２００４−１５９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の方法では、ジンバル機構を構成するために回転子の外周部に沿って一対の位置検出板を配置する必要があり、また、これらの位置検出板の回転角度を検出するためにロータリーエンコーダが必要となり、全体として位置検出装置が大型化するという問題点があった。
また、上述したように、この種の多自由度アクチュエータは、固定子に回転子を加圧接触させ、これら両者間の摩擦力を介して回転子を回転させるものである。このため、特許文献２の方法のように回転子の表面に施されたマーキングが回転子の回転に伴って固定子に接触すると、マーキングにより摩擦力が低下して所望の駆動力を得ることができなかったり、回転子の磨耗によりマーキングが消えて位置検出ができなくなるおそれがある。したがって、実際には、マーキングが施された部分が固定子に接触しない範囲内でしか回転子を移動させることができず、回転子の可動範囲が狭くなるという問題点があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、小型で且つ回転子の可動範囲を狭めることなく回転子の回転位置を得ることができる多自由度アクチュエータの位置検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る多自由度アクチュエータの位置検出装置は、略球形状の回転子を固定子に圧接した状態で前記固定子に超音波振動を発生させることにより前記回転子を複数の軸の回りにそれぞれ回転させる多自由度アクチュエータの位置検出装置において、回転子の表面に対して互いに異なる位置に配置され且つそれぞれ回転子の表面に接触すると共に回転子の回転に伴って回転可能な複数の回転部材と、これら複数の回転部材にそれぞれ対応して配置され且つ対応する回転部材の回転方向と回転量を検出する複数の回転検出センサと、複数の回転検出センサによる検出信号に基づいて回転子の回転位置を算出する回転位置算出部とを備えたものである。
【０００６】
回転子の回転に伴って回転可能な複数の回転部材を回転子の表面に接触させて配置し、これらの回転部材の回転方向と回転量をそれぞれ対応する回転検出センサで検出することで、回転位置算出部により回転子の回転位置が算出される。
【０００７】
複数の回転部材としては、回転子の回転を３軸方向に分解して検出するための３つの回転軸の回りにそれぞれ回転可能な３つのローラを用いることができる。あるいは、複数の回転部材として、回転子の回転を３軸方向に分解して検出するための３つの回転軸のうち１つの回転軸の回りに回転可能な１つのローラと、残り２つの回転軸の回りに回転可能な１つの球体を用いることもできる。さらに、複数の回転部材として、回転子の回転を３軸方向に分解して検出するための３つの回転軸のうち少なくとも１つの回転軸の回りに回転可能な第１の球体と、残り２つの回転軸の回りに回転可能な第２の球体を用いてもよい。
【０００８】
なお、ローラとして、外周に沿って互いに平行に軸方向に延びる複数のスリットが形成された被検知面を有するローラを用い、このローラの被検知面のスリットを光学的に検知する光センサを回転検出センサとして用いることができる。あるいは、ローラとして、外周に沿って着磁された被検知面を有するローラを用い、このローラの被検知面の磁性を検知する磁気センサを回転検出センサとして用いることもできる。
さらに、回転子の表面に接触して回転する回転部と、回転子の表面に接触することなく回転部と一体に回転する被検知部とを有し、この被検知部の外周部に被検知面が形成されたローラを使用してもよい。
【０００９】
また、球体として、マーキング処理された表面を有する球体を用い、この球体に対応する回転検出センサが、球体の表面を撮像すると共に画像認識して球体の回転方向と回転量を検出するように構成することもできる。
【００１０】
固定子が回転子を臨む面に凹部を有し、この凹部内に、複数の回転部材のうち少なくとも一つとこれに対応する回転検出センサを収容することもできる。
さらに、複数の回転部材が、回転子を固定子に対して予圧する予圧手段を兼ねるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、回転子の表面にマーキングを施すことなく、回転子の表面に接触配置した複数の回転部材の回転方向と回転量をそれぞれ対応する回転検出センサで検出するので、回転子の可動範囲を狭めずに、また小型の装置で回転子の回転位置を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る位置検出装置が備えられた多自由度アクチュエータを示す。基部ブロック１と固定子２との間に振動子３が挟持されており、これらによりほぼ円柱状の外形を有する本体部４が形成されている。固定子２には、振動子３に接する面とは反対側に凹部５が形成されており、この凹部５内に略球形状の回転子６の下部が収容されている。
ここで、説明の便宜上、基部ブロック１から固定子２へと向かう円柱状の本体部４の中心軸をＺ軸と規定し、Ｚ軸に対して垂直方向にＸ軸を、Ｚ軸およびＸ軸に対して垂直にＹ軸をそれぞれ規定するものとする。
【００１３】
固定子２の上方には、位置検出装置の一部を構成する第１〜第３のローラ７〜９がそれぞれ回転子６の表面に接触するように配置されると共に、これら第１〜第３のローラ７〜９の近傍に第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２がそれぞれ配置されている。
第１のローラ７は固定子２の上端部に固定された支持部材１３によりＸ軸方向に延びる回転軸の回りに回転可能に支持され、この第１のローラ７に対向するように第１の回転検出センサ１０が支持部材１３に支持されている。同様に、第２のローラ８は固定子２の上端部に固定された支持部材１４によりＹ軸方向に延びる回転軸の回りに回転可能に支持され、この第２のローラ８に対向するように第２の回転検出センサ１１が支持部材１４に支持されている。さらに、第３のローラ９は固定子２の上端部に固定された支持部材１５によりＺ軸方向に延びる回転軸の回りに回転可能に支持され、この第３のローラ９に対向するように第３の回転検出センサ１２が支持部材１５に支持されている。
【００１４】
これら第１〜第３のローラ７〜９は、回転子６の表面に接触しているため、回転子６の回転に従動してそれぞれ回転する。すなわち、回転子６がＸ軸の回りに回転すると、それに伴って第１のローラ７が回転し、回転子６がＹ軸の回りに回転すると、第２のローラ８が回転し、回転子６がＺ軸の回りに回転すると、第３のローラ９が回転する。回転子６が斜めの方向に回転すると、その回転をＸＹＺの３軸方向に分解したときのＸ軸回りの回転成分に応じて第１のローラ７が、Ｙ軸回りの回転成分に応じて第２のローラ８が、Ｚ軸回りの回転成分に応じて第３のローラ９がそれぞれ回転する。
【００１５】
第１〜第３のローラ７〜９は、それぞれ円筒形状を有すると共に外周に沿って互いに平行に軸方向に延びる複数のスリットが形成された被検知面を有している。第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２は、それぞれ対応するローラ７〜９の被検知面からの反射光を利用してスリットを検知する光センサであり、これら回転検出センサ１０〜１２によってローラ７〜９の回転方向と回転量がそれぞれ検出される。
第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２がそれぞれ回転位置算出部１６に電気的に接続されている。回転位置算出部１６は、第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２による検出信号に基づいて回転子６の回転位置を算出するものである。
【００１６】
図２に示されるように、基部ブロック１と固定子２とが振動子３内に通された連結ボルト１７を介して互いに連結されている。
固定子２の凹部５は、回転子６の直径より小さな内径を有する小径部１８と、回転子６の直径より大きな内径を有する大径部１９とからなり、これら小径部１８および大径部１９との境界部にＸＹ平面上に位置する環状の段差２０が形成されている。回転子６はこの凹部５内の段差２０に当接した状態で回転可能に支持され、図示しない予圧手段により固定子２に対して加圧されている。
なお、基部ブロック１および固定子２はそれぞれ例えばジェラルミンから形成され、回転子６としては鋼球が用いられる。
【００１７】
振動子３は、固定子２に超音波振動を発生させて回転子６をＸ、Ｙ、Ｚの３軸の回りにそれぞれ回転させるためのものであり、それぞれＸＹ平面上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板状の第１〜第３の圧電素子部３１〜３３を有している。これら第１〜第３の圧電素子部３１〜３３がそれぞれ駆動回路２１に電気的に接続されている。
具体的には、図３に示されるように、第１の圧電素子部３１は、それぞれ円板形状を有する電極板３１ａ、圧電素子板３１ｂ、電極板３１ｃ、圧電素子板３１ｄおよび電極板３１ｅが順次重ね合わされた構造を有している。同様に、第２の圧電素子部３２は、それぞれ円板形状を有する電極板３２ａ、圧電素子板３２ｂ、電極板３２ｃ、圧電素子板３２ｄおよび電極板３２ｅが順次重ね合わされた構造を有し、第３の圧電素子部３３は、それぞれ円板形状を有する電極板３３ａ、圧電素子板３３ｂ、電極板３３ｃ、圧電素子板３３ｄおよび電極板３３ｅが順次重ね合わされた構造を有している。これらの圧電素子部３１〜３３が絶縁シート３４〜３７を介して固定子２および基部ブロック１から、また互いに絶縁された状態で配置されている。
【００１８】
図４に示されるように、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂおよび３１ｄは、Ｙ軸方向に２分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれＺ軸方向（厚み方向）に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３１ｂと圧電素子板３１ｄは互いに裏返しに配置されている。
第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂおよび３２ｄは、２分割されることなく全体がＺ軸方向（厚み方向）に膨張あるいは収縮の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３２ｂと圧電素子板３２ｄは互いに裏返しに配置されている。
第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂおよび３３ｄは、Ｘ軸方向に２分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれＺ軸方向（厚み方向）に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３３ｂと圧電素子板３３ｄは互いに裏返しに配置されている。
【００１９】
第１の圧電素子部３１の両面部分に配置されている電極板３１ａおよび電極板３１ｅと、第２の圧電素子部３２の両面部分に配置されている電極板３２ａおよび電極板３２ｅと、第３の圧電素子部３３の両面部分に配置されている電極板３３ａおよび電極板３３ｅがそれぞれ電気的に接地されている。また、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂおよび３１ｄの間に配置されている電極板３１ｃと、第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂおよび３２ｄの間に配置されている電極板３２ｃと、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂおよび３３ｄの間に配置されている電極板３３ｃがそれぞれ駆動回路２０に電気的に接続されている。
【００２０】
次に、この実施の形態１に係る多自由度アクチュエータの位置検出装置の動作について説明する。
まず、振動子３に対して、第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃに固定子２の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂおよび３１ｄの２分割された部分がＺ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、固定子２にＹ軸方向のたわみ振動を発生する。同様に、第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃに交流電圧を印加すると、第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂおよび３２ｄがＺ軸方向に膨張と収縮を繰り返し、固定子２にＺ軸方向の縦振動を発生する。さらに、第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃに交流電圧を印加すると、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂおよび３３ｄの２分割された部分がＺ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、固定子２にＸ軸方向のたわみ振動を発生する。
【００２１】
そこで、例えば、駆動回路２１から第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｙ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子２の段差２０にＹＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＸ軸回りに回転する。
同様に、駆動回路２１から第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃと第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｘ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子２の段差２０にＸＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＹ軸回りに回転する。
また、駆動回路２１から第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｘ軸方向のたわみ振動とＹ軸方向のたわみ振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子２の段差２０にＸＹ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＺ軸回りに回転する。
【００２２】
このようにして、回転子６がＸ軸回りに回転すると、回転子６の表面に接触している第１のローラ７が回転子６の回転運動に従動して回転し、この第１のローラ７の回転方向と回転量が第１の回転検出センサ１０で検出されて検出信号が回転位置算出部１６に送出される。このとき、第２のローラ８および第３のローラ９は、いずれもＸ軸回りには回転できないため、回転子６の表面との間でスリップを生じ、回転することがない。したがって、第２の回転検出センサ１１および第３の回転検出センサ１２からそれぞれ回転量ゼロを示す検出信号が回転位置算出部１６に送出される。
回転位置算出部１６は、第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２からそれぞれ入力された検出信号に基づき、回転子６のＸ軸回りの回転位置を算出することができる。
【００２３】
一方、回転子６がＹ軸回りに回転すると、回転子６の表面に接触している第２のローラ８が回転子６の回転運動に従動して回転し、この第２のローラ８の回転方向と回転量が第２の回転検出センサ１１で検出されて検出信号が回転位置算出部１６に送出される。このとき、第１のローラ７および第３のローラ９は、いずれもＹ軸回りには回転できないため、回転子６の表面との間でスリップを生じ、回転することがない。したがって、第１の回転検出センサ１０および第３の回転検出センサ１２からそれぞれ回転量ゼロを示す検出信号が回転位置算出部１６に送出される。
回転位置算出部１６は、第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２からそれぞれ入力された検出信号に基づき、回転子６のＹ軸回りの回転位置を算出することができる。
【００２４】
また、回転子６がＺ軸回りに回転すると、回転子６の表面に接触している第３のローラ９が回転子６の回転運動に従動して回転し、この第３のローラ９の回転方向と回転量が第３の回転検出センサ１２で検出されて検出信号が回転位置算出部１６に送出される。このとき、第１のローラ７および第２のローラ８は、いずれもＺ軸回りには回転できないため、回転子６の表面との間でスリップを生じ、回転することがない。したがって、第１の回転検出センサ１０および第２の回転検出センサ１１からそれぞれ回転量ゼロを示す検出信号が回転位置算出部１６に送出される。
回転位置算出部１６は、第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２からそれぞれ入力された検出信号に基づき、回転子６のＺ軸回りの回転位置を算出することができる。
【００２５】
さらに、第１〜第３の圧電素子部３１〜３３を駆動することにより、回転子６がＸＹＺ軸に対して斜めに方向に回転すると、Ｘ軸回りの回転成分に応じて第１のローラ７が、Ｙ軸回りの回転成分に応じて第２のローラ８が、Ｚ軸回りの回転成分に応じて第３のローラ９がそれぞれ回転子６の回転運動に従動して回転する。このときの第１〜第３のローラ７〜９の回転方向と回転量がそれぞれ第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２で検出されて検出信号が回転位置算出部１６に送出される。回転位置算出部１６は、第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２からそれぞれ入力された検出信号に基づき、回転子６のＸ軸回りの回転成分、Ｙ軸回りの回転成分およびＺ軸回りの回転成分を合成することにより回転子６の回転位置を算出することができる。
【００２６】
このように、回転子６の表面に第１〜第３のローラ７〜９を接触させて回転子６と共に回転させ、これらローラの回転方向と回転量をそれぞれ第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２で検出するように構成したので、回転子６の表面にマーキングを施す必要がなく、回転子６の可動範囲を狭めずに回転子６の回転位置を検出することができる小型の位置検出装置が実現される。
【００２７】
実施の形態２
図５および図６に、それぞれこの発明の実施の形態２に係る位置検出装置を備えた多自由度アクチュエータの断面図および平面図を示す。この実施の形態２は、実施の形態１において支持部材１３〜１５により固定子２の上端部に配置されていた第１〜第３のローラ７〜９と第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２を固定子２の凹部５の小径部１８内に収容したものである。第１〜第３のローラ７〜９はそれぞれ小径部１８内で回転子６の表面に接触しており、回転子６の回転を３軸方向に分解したときのＸ軸回りの回転成分に応じて第１のローラ７が、Ｙ軸回りの回転成分に応じて第２のローラ８が、Ｚ軸回りの回転成分に応じて第３のローラ９がそれぞれ回転する。
【００２８】
このような構成としても、実施の形態１と同様にして回転子６の回転位置を算出することができる。
第１〜第３のローラ７〜９と第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２が固定子２の凹部５の小径部１８内に収容されているため、極めて小型の位置検出装置が実現され、回転子６の可動範囲を狭めることもない。
【００２９】
なお、第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２からの信号線は、固定子２または連結ボルト１７に貫通孔を形成して、この貫通孔から外部に引き出し、回転位置算出部１６に接続すればよい。
あるいは、固定子２の凹部５内に形成された環状の段差２０を、その全周にわたって連続させずに、ここに複数の切り欠きを設けて周方向の複数箇所でのみ回転子６の表面に接触するように構成し、段差２０の切り欠きを通して第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２からの信号線を外部に引き出すこともできる。
【００３０】
実施の形態３
図７および図８に、それぞれこの発明の実施の形態３に係る位置検出装置で用いられるローラの正面図および平面図を示す。このローラは、それぞれ円筒形状を有する回転部２２と被検知部２３とが同軸上に一体に形成されたものであり、支持部材２５により所定の回転軸の回りに回転可能に支持されている。図８に示されるように、回転部２２は回転子６の表面に接触して回転子６と共に回転し、被検知部２３は回転子６の表面に接触しないように配置されている。被検知部２３は、外周に沿って互いに平行に軸方向に延びる複数のスリットが形成された被検知面を有しており、図７に示されるように、被検知部２３の被検知面に対向するように光センサからなる回転検出センサ２４が配置されている。なお、回転部２２の外周面にはスリットが形成されていない。
【００３１】
回転子６が回転すると、回転子６の表面に接触している回転部２２が回転するため、回転部２２と一体の被検知部２３も回転し、被検知面からの反射光を利用して被検知部２３の回転方向と回転量がそれぞれ回転検出センサ２４により検出される。
このように、回転子６の表面に接触して回転する回転部２２と被検知面が形成された被検知部２３とを区分けし、これら回転部２２と被検知部２３とが一体に回転するように構成したので、回転子６との磨耗による被検知面の損傷を防止することができ、位置検出の信頼性が向上する。
それぞれこのように構成された３個のローラを実施の形態１または２の位置検出装置における第１〜第３のローラ７〜９の代わりに用いて回転子６の回転位置を検出することができる。
【００３２】
実施の形態４
図９に、この発明の実施の形態４に係る位置検出装置を備えた多自由度アクチュエータの断面図を示す。この実施の形態４は、実施の形態１における第１〜第３のローラ７〜９のうちの一つ、例えば第２のローラ８と、表面にマーキングが施された球体２６とを用いて回転子６の回転位置を検出するものである。図１０に示されるように、球体２６は、ＸＹＺの３軸方向に回転可能に保持されると共に回転子６の表面に接触するように配置されており、球体２６の近傍に回転検出センサ２７が配置されている。この回転検出センサ２７は、球体２６の表面を撮像すると共に画像認識して球体２６の回転方向と回転量を検出するもので、球体２６の表面を撮影するカメラと、カメラで撮影された画像を処理する画像処理回路とを含んでいる。
【００３３】
実施の形態１で述べたように、第２のローラ８は、Ｙ軸方向に延びる回転軸の回りに回転可能に支持され、Ｙ軸回りに回転する回転子６に伴って回転する。一方、球体２６は、Ｘ軸回りあるいはＺ軸回りに回転する回転子６に伴って回転する。
そして、第２のローラ８に対応する回転検出センサ１１と球体２６に対応する回転検出センサ２７が回転位置算出部１６に電気的に接続されている。
【００３４】
振動子３を駆動することにより、回転子６が回転すると、そのＹ軸回りの回転成分に応じて第２のローラ８が、Ｘ軸回りおよびＺ軸回りの回転成分に応じて球体２６がそれぞれ回転子６の回転運動に従動して回転する。このときの第２のローラ８の回転方向と回転量が回転検出センサ１１で検出されると共に球体２６の回転方向と回転量が回転検出センサ２７で検出され、それぞれ検出信号が回転位置算出部１６に送出される。回転位置算出部１６は、これらの検出信号に基づき、回転子６の回転位置を算出することができる。
【００３５】
この実施の形態４では、第２のローラ８と球体２６の２つの回転部材で３軸方向の位置検出が可能となるため、部品点数が削減され、より小型、軽量且つ低コストの位置検出装置が実現される。
なお、第２のローラ８の代わりに実施の形態１における第１のローラ７あるいは第３のローラ９を用いることもできる。
【００３６】
さらに、図１１に示されるように、第２のローラ８の代わりに表面にマーキングが施された第２の球体２８をＸＹＺの３軸方向に回転可能に保持すると共に回転子６の表面に接触するように配置し、この第２の球体２８の回転方向と回転量を回転検出センサ２９で検出するようにしてもよい。この回転検出センサ２９は、球体２６に対応する回転検出センサ２７と同様に、球体２８の表面を撮像すると共に画像認識して球体２８の回転方向と回転量を検出するもので、球体２８の表面を撮影するカメラと、カメラで撮影された画像を処理する画像処理回路とを含んでいる。
【００３７】
これら２つの球体２６および２８の一方で、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうち２軸の回りの回転成分を検出し、他方で残りの１軸の回りの回転成分を検出することにより、回転子６の回転位置を算出することができる。
なお、この実施の形態４における球体２６あるいは２８を実施の形態２に適用し、固定子２の凹部５の小径部１８内に収容配置することもできる。
【００３８】
実施の形態５
図１２に、この発明の実施の形態５に係る位置検出装置を備えた多自由度アクチュエータの断面図を示す。この実施の形態５は、実施の形態１における第１〜第３のローラ７〜９を予圧手段として兼用するものである。第１〜第３のローラ７〜９を、それぞれ弾性を有する支持部材４１〜４３で固定子２の上方に配置し、これら支持部材４１〜４３により、ローラ７〜９がそれぞれ回転子６に力Ｆで圧接され、この力ＦのＺ軸方向の成分により回転子６に固定子２に対する予圧を付与することができる。
【００３９】
このようにして、第１〜第３のローラ７〜９を予圧手段として兼用すれば、予圧のための専用の部材が不要となり、小型の多自由度アクチュエータが実現される。
なお、第１〜第３のローラ７〜９は、それぞれ支持部材４１〜４３で規制される方向にのみ回転するため、これらのローラ７〜９により回転子６が安定して回転することとなり、回転子６の位置制御を高精度で行うことが可能となる。したがって、制御系を含めたシステム全体の小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。
同様にして、実施の形態３に示したローラの回転部２２、実施の形態４に示した球体２６および２８を用いて回転子６に固定子２に対する予圧を付与することもできる。
【００４０】
実施の形態６
図１３に、この発明の実施の形態６に係る位置検出装置を備えた多自由度アクチュエータの構成を示す。基部ブロック４４と固定子４５との間に振動子４６が挟持され、基部ブロック４４と固定子４５とが振動子４６内に通された連結ボルト１７を介して互いに連結されている。これら基部ブロック４４、固定子４５および振動子４６が円筒状のケーシング４７内に収容され、ケーシング４７の上部に支持部材１３〜１５を介して第１〜第３のローラ７〜９および第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２が支持されている。固定子４５は、振動子４６に接する面とは反対側に回転子６の直径より小さな内径を有する凹部４８を有し、この凹部４８の周縁部に形成された環状の段差４９に回転子６が当接して回転可能に支持されている。
【００４１】
すなわち、この実施の形態６は、基部ブロック４４と固定子４５と振動子４６からなる振動系から独立したケーシング４７に第１〜第３のローラ７〜９および第１〜第３の回転検出センサ１０〜１２を支持したものである。
このような構成としても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
なお、この実施の形態６を実施の形態２〜５に適用することもできる。
【００４２】
実施の形態７
上記の各実施の形態では、ローラ７〜９および被検知部２３が、それぞれ外周に沿って互いに平行に軸方向に延びる複数のスリットが形成された被検知面を有し、光センサからなる回転検出センサ１０〜１２，２４が、この被検知面からの反射光を利用してスリットを検知したが、これに限るものではなく、外周に沿って着磁された被検知面を有するローラあるいは被検知部の近傍に磁気センサからなる回転検出センサを配置し、この回転検出センサで被検知面の磁性を検知してもよい。このようにしても、ローラあるいは被検知部の回転方向と回転量を検出して回転子の回転位置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る位置検出装置が備えられた多自由度アクチュエータを示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る位置検出装置が備えられた多自由度アクチュエータを示す断面図である。
【図３】実施の形態１で用いられた振動子の構成を示す部分断面図である。
【図４】実施の形態１で用いられた振動子の３対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。
【図５】実施の形態２に係る位置検出装置が備えられた多自由度アクチュエータを示す断面図である。
【図６】実施の形態２に係る位置検出装置が備えられた多自由度アクチュエータを示す平面図である。
【図７】実施の形態３に係る位置検出装置で用いられるローラを示す正面図である。
【図８】実施の形態３に係る位置検出装置で用いられるローラを示す平面図である。
【図９】実施の形態４に係る位置検出装置を備えた多自由度アクチュエータを示す断面図である。
【図１０】実施の形態４で用いられる球体と回転子の関係を示す斜視図である。
【図１１】実施の形態４の変形例に係る位置検出装置を備えた多自由度アクチュエータを示す断面図である。
【図１２】実施の形態５に係る位置検出装置を備えた多自由度アクチュエータを示す断面図である。
【図１３】実施の形態６に係る位置検出装置を備えた多自由度アクチュエータを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，４４  基部ブロック、２，４５  固定子、３，４６  振動子、４  本体部、５，４８  凹部、６  回転子、７，８，９  ローラ、１０，１１，１２，２４，２７，２９  回転検出センサ、１３，１４，１５，２５，４１，４２，４３  支持部材、１６  回転位置算出部、１７  連結ボルト、１８  小径部、１９  大径部、２０，４９  段差、２１  駆動回路、２２  回転部、２３  被検知部、２６，２８  球体、３１  第１の圧電素子部、３２  第２の圧電素子部、３３  第３の圧電素子部、４７  ケーシング。
【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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