(57)【要約】【課題】小型でありながら正確に回転子の回転位置を測定することができる振動アクチュエータを提供する。【解決手段】振動体３の駆動により回転子７がＸ軸回りに回転すると、回転子７と共にジョイント部材１２が回転し、スライダ１３の突出部１４がアーチ状部材８のガイド溝１５に案内された状態でスライダ１３がアーチ状部材８に沿って移動する。スライダ１３に固定されたブラシがアーチ状部材８の第１及び第２の帯部材１０及び１１の表面にそれぞれ接触しながらスライダ１３が移動するため、Ｘ軸回り回転位置測定回路１７で第１の帯部材１０の一端Ａから第２の帯部材１１の一端Ｂまでの抵抗値を計測することにより、スライダ１３の移動位置、すなわちＸ軸回りの回転子７の回転位置が測定される。【選択図】図５
2008295241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子を固定子に対し加圧した状態で前記固定子に振動を発生させることにより前記回転子を少なくとも第１の回転軸の回りに回転させる振動アクチュエータにおいて、
前記第１の回転軸を跨ぐように配置されると共に前記固定子に対して固定されたスライダ受け用部材と、
前記スライダ受け用部材に沿って配設された第１の被計測体と、
前記第１の回転軸の回りの前記回転子の回転に伴って前記スライダ受け用部材に沿って前記回転子と共に移動するスライダと、
前記スライダに固定されて前記スライダと共に移動し且つ前記第１の被計測体から位置情報を読み取るための第１の読取体と、
前記スライダの移動に伴う前記第１の被計測体と前記第１の読取体の位置変化により得られる位置情報に基づいて前記第１の回転軸の回りの前記回転子の回転位置を測定する回転位置測定回路と
を備えたことを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記スライダ受け用部材に交差して前記スライダ受け用部材を跨ぐように配置されると共に前記回転子に対して固定されたジョイント部材を備え、
前記スライダは、前記ジョイント部材に接続されている請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記スライダに固定された棒状部材と、
前記棒状部材に固定された第２の読取体と
を備え、
前記ジョイント部材は、前記回転子が前記第１の回転軸に直交する第２の回転軸の回りに回転したときに前記棒状部材が移動するように挿入される溝を有すると共に前記溝に沿って前記溝の近傍に配設される第２の被計測体を有し、
前記回転位置測定回路は、前記第２の被計測体と前記第２の読取体の位置変化により得られる位置情報に基づいて前記第２の回転軸の回りの前記回転子の回転位置を測定する請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記棒状部材は、矩形の断面形状を有する請求項３に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記棒状部材は、円形の断面形状を有し、
前記回転子は、前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸の双方に直交する第３の回転軸の回りにも回転する請求項３に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記回転位置測定回路は、前記第３の回転軸の回りの前記回転子の回転位置を測定する請求項５に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記第１の被計測体は抵抗体からなり、前記第１の読取体は前記第１の被計測体と接触するブラシからなる請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項８】
前記第２の被計測体は抵抗体からなり、前記第２の読取体は前記第２の被計測体と接触するブラシからなる請求項３〜６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項９】
前記第１の被計測体は第１の導体からなり、前記第１の読取体は第２の導体からなり、前記第１の被計測体に対する前記第１の読取体の位置の変化に応じて前記第１の被計測体と前記第１の読取体との間の静電容量が変化する請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１０】
前記第２の被計測体は第３の導体からなり、前記第２の読取体は第４の導体からなり、前記第２の被計測体に対する前記第２の読取体の位置の変化に応じて前記第２の被計測体と前記第２の読取体との間の静電容量が変化する請求項３〜６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１１】
前記第１の被計測体は光反射体からなり、前記第１の読取体は光学センサからなり、前記第１の被計測体は前記スライダ受け用部材に沿った前記第１の読取体の位置の変化に応じて光学特性が変化する請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１２】
前記第２の被計測体は光反射体からなり、前記第２の読取体は光学センサからなり、前記第２の被計測体は前記第２の読取体の位置の変化に応じて光学特性が変化する請求項３〜６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１３】
前記スライダ受け用部材は、前記回転子の外周部に沿って配置されるアーチ状部材である請求項１〜１２のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１４】
前記第１の被計測体は、間隔を隔てて互いに平行に配置された第１及び第２の帯部材からなり、
前記第１の読取体は、前記第１及び第２の帯部材の双方に接触してこれらを電気的に接続し、
前記回転位置測定回路は、前記第１の帯部材の一端部と前記第２の帯部材の一端部との間の抵抗値を計測する請求項７に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１５】
前記第１の被計測体は、前記アーチ状部材の周面に配設された請求項１４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１６】
前記第１の被計測体は、前記アーチ状部材の側面に配設された請求項１４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１７】
前記第２の被計測体は、間隔を隔てて互いに平行に配置された第３及び第４の帯部材からなり、
前記第２の読取体は、前記第３及び第４の帯部材の双方に接触してこれらを電気的に接続し、
前記回転位置測定回路は、前記第３の帯部材の一端部と前記第４の帯部材の一端部との間の抵抗値を計測する請求項８に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１８】
ロボットハンドに用いられる請求項１〜１７のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動アクチュエータに係り、特に回転子の回転位置を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波振動を利用して回転子を回転させる振動アクチュエータが提案され、実用化されている。この振動アクチュエータは、圧電素子を用いて固定子の表面に進行波を発生させ、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測定する必要がある。
例えば、特許文献１には、回転子の出力軸に連結された被駆動部材の端面と固定子を収容するケースの端面との間の距離を測距センサで計測することにより、回転子と共に移動する被駆動部材の位置を測定する振動アクチュエータが開示されている。測距センサは、被駆動部材とケースのうち一方の端面に取り付けられた送受信センサを備え、送受信センサから赤外線等の信号を発したときの他方の端面からの反射信号を捉えることにより距離の計測を行っている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３４５２６８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のように測距センサを用いて回転子の回転位置を測定しようとすると、回転子の回転に伴って相互間の距離が変化するような一対の対向面を回転子側と固定子側とに設定し、さらに、これら対向面の一方に送受信センサを設置しなければならないため、振動アクチュエータが大型化するという問題がある。
また、送受信センサから赤外線等の信号を発したときの反射信号を捉えて距離を計測するので、振動アクチュエータの周辺環境によっては、外光の存在に起因して反射信号のみを捉えることができず、回転子の回転位置を正確に測定することが困難になるおそれを生じてしまう。
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、小型でありながら正確に回転子の回転位置を測定することができる振動アクチュエータ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】
この発明に係る振動アクチュエータは、回転子を固定子に対し加圧した状態で前記固定子に振動を発生させることにより前記回転子を少なくとも第１の回転軸の回りに回転させる振動アクチュエータにおいて、第１の回転軸を跨ぐように配置されると共に固定子に対して固定されたスライダ受け用部材と、スライダ受け用部材に沿って配設された第１の被計測体と、第１の回転軸の回りの回転子の回転に伴ってスライダ受け用部材に沿って回転子と共に移動するスライダと、スライダに固定されてスライダと共に移動し且つ第１の被計測体から位置情報を読み取るための第１の読取体と、スライダの移動に伴う第１の被計測体と第１の読取体の位置変化により得られる位置情報に基づいて第１の回転軸の回りの回転子の回転位置を測定する回転位置測定回路とを備えたものである。
【０００６】
なお、スライダ受け用部材に交差してスライダ受け用部材を跨ぐように配置されると共に回転子に対して固定されたジョイント部材を備え、このジョイント部材にスライダを接続してもよい。
【０００７】
また、回転子を第１の回転軸とこの第１の回転軸に直交する第２の回転軸とからなる２軸の回りに回転させることもできる。この場合、スライダに固定された棒状部材と、棒状部材に固定された第２の読取体とをさらに備え、ジョイント部材が、回転子が第１の回転軸に直交する第２の回転軸の回りに回転したときに棒状部材が移動するように挿入される溝を有すると共に溝に沿って溝の近傍に配設される第２の被計測体を有し、回転位置測定回路は第２の読取体と第２の被計測体との位置変化により得られる位置情報に基づいて第２の回転軸の回りの前記回転子の回転位置を測定するように構成すればよい。このように、回転子を２軸の回りに回転させる場合には、棒状部材は、矩形の断面形状を有することが好ましい。
さらに、回転子を第１の回転軸及び第２の回転軸とこれら第１及び第２の回転軸の双方に直交する第３の回転軸とからなる３軸の回りに回転させる場合には、第３の回転軸の回りの回転子の回転位置を測定することが好ましい。このように、回転子を３軸の回りに回転させる場合には、棒状部材は、円形の断面形状を有することが好ましい。
【０００８】
なお、第１の被計測体を抵抗体から形成し、第１の読取体として第１の被計測体と接触するブラシを用いることができる。同様に、第２の被計測体を抵抗体から形成し、第２の読取体として第２の被計測体と接触するブラシを用いることができる。
また、第１の被計測体を第１の導体から形成すると共に第１の読取体を第２の導体から形成し、第１の被計測体に対する第１の読取体の位置の変化に応じて第１の被計測体と第１の読取体との間の静電容量が変化するように構成してもよい。同様に、第２の被計測体を第３の導体から形成すると共に第２の読取体を第４の導体から形成し、第２の被計測体に対する第２の読取体の位置の変化に応じて第２の被計測体と第２の読取体との間の静電容量が変化するように構成してもよい。
さらに、第１の被計測体を光反射体から形成し、第１の読取体として光学センサを用い、スライダ受け用部材に沿った第１の読取体の位置の変化に応じて第１の被計測体の光学特性が変化するように構成することもできる。同様に、第２の被計測体を光反射体から形成し、第２の読取体として光学センサを用い、第２の読取体の位置の変化に応じて第２の被計測体の光学特性が変化するように構成することもできる。
【０００９】
スライダ受け用部材として、回転子の外周部に沿って配置されるアーチ状部材を用いることができる。
なお、抵抗体からなる第１の被計測体が、間隔を隔てて互いに平行に配置された第１及び第２の帯部材からなり、ブラシからなる第１の読取体が、第１及び第２の帯部材の双方に接触してこれらを電気的に接続し、回転位置測定回路が、第１の帯部材の一端部と第２の帯部材の一端部との間の抵抗値を計測するように構成することもできる。
抵抗体からなる第１の被計測体は、アーチ状部材の周面あるいは側面に配設することができる。
なお、抵抗体からなる第２の被計測体が、間隔を隔てて互いに平行に配置された第３及び第４の帯部材からなり、ブラシからなる第２の読取体が、第３及び第４の帯部材の双方に接触してこれらを電気的に接続し、回転位置測定回路が、第３の帯部材の一端部と第４の帯部材の一端部との間の抵抗値を計測するように構成することもできる。
また、この振動アクチュエータをロボットハンドに用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、回転子の回転に伴ってスライダをスライダ受け用部材に沿って移動させ、スライダの読取体でスライダ受け用部材に配設された被計測体から位置情報を読み取るようにしたので、スライダの移動に伴う被計測体と読取体の位置変化により得られる位置情報に基づいてスライダの移動位置が検出され、小型でありながら正確に回転子の回転位置を測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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及び２に、この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータを示す。基部１と固定子２との間に振動体３が挟持され、基部１と固定子２とが振動体３内に通された連結ボルト４を介して互いに連結されている。固定子２には、振動体３に接する面とは反対側に凹部５が形成されると共に、凹部５内に環状の段差６が形成され、略球体状の回転子７が段差６に当接した状態で回転可能に支持されている。
ここで、説明の便宜上、基部１から回転子７に向かってＺ軸が延び、Ｚ軸に対して垂直方向にＸ軸が、Ｚ軸及びＸ軸に対して垂直にＹ軸がそれぞれ延びているものとする。
【００１２】
固定子２の上部には、ＹＺ面内に延びるアーチ状部材（スライダ受け用部材）８が配置されている。このアーチ状部材８は、Ｘ軸（第１の回転軸）を跨ぐように回転子７の外周部に沿って配置されており、回転子７の回転中心を中心とした円弧状の周面９を有し、この周面９上に第１の被計測体として互いに間隔を隔てて平行に配置された第１及び第２の帯部材１０及び１１が貼付されている。これら第１及び第２の帯部材１０及び１１は、それぞれその長さに比例した抵抗値を有する抵抗体から形成されている。
【００１３】
回転子７には、ＸＺ面内に延びるジョイント部材１２が固定されている。ジョイント部材１２は、アーチ状部材８に交差してアーチ状部材８を跨ぐような形状を有し、その下端が回転子７のＸ軸方向の両端部に固定されている。ジョイント部材１２の頂部下面には、スライダ１３が垂設されている。スライダ１３は、アーチ状部材８を跨ぐように、その両端部が回転子７の方向に垂れ下がり、この垂れ下がり部の内側に互いに対向するようにピン形状の突出部１４が形成されている。アーチ状部材８の両側面には、それぞれ回転子７の回転中心を中心とした円弧状のガイド溝１５が形成されており、このガイド溝１５にスライダ１３の突出部１４が摺動可能に挿入されている。すなわち、回転子７がＸ軸の回りに回転すると、突出部１４がガイド溝１５に案内された状態で、ジョイント部材１２を介してスライダ１３がアーチ状部材８に沿って移動するように構成されている。
【００１４】
さらに、スライダ１３の天井部には、第１の読取体として、アーチ状部材８の第１及び第２の帯部材１０及び１１の表面にそれぞれ接触するブラシ１６が固定されている。ブラシ１６は、導電体から形成されており、このブラシ１６により第１及び第２の帯部材１０及び１１は互いに電気的に短絡している。第１及び第２の帯部材１０及び１１の一端部Ａ及びＢには、Ｘ軸回り回転位置測定回路１７が電気的に接続されている。
また、図２に示されるように、アーチ状部材８の頂部には、予圧部材１８が垂設され、この予圧部材１８が回転子７のほぼ頂点部分に当接して、回転子７を固定子２の段差６に対して加圧接触させている。
【００１５】
振動体３は、固定子２に超音波振動を発生させて回転子７をＸ軸の回りに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の圧電素子部３１及び第２の圧電素子部３２を有している。これら第１及び第２の圧電素子部３１及び３２がそれぞれ駆動回路１９に電気的に接続されている。
【００１６】
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及び電極板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及び電極板３２ｅが順次重ね合わされた構造を有している。これら第１の圧電素子部３１及び第２圧電素子部３２が絶縁シート３４〜３６を介して固定子２及び基部１から、また互いに絶縁された状態で配置されている。
【００１７】
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及び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及び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。
【００１８】
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及び電極板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及び電極板３２ｅと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及び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及び３２ｄの間に配置されている電極板３２ｃとがそれぞれ駆動回路１９に電気的に接続されている。
【００１９】
次に、この実施の形態１に係る振動アクチュエータの動作について説明する。
振動体３に対して、第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃに振動アクチュエータ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及び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及び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。
【００２０】
そこで、例えば、駆動回路１９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７と接触する固定子２の段差６にＹＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子７がＸ軸回りに回転する。
【００２１】
このようにして回転子７がＸ軸回りに回転すると、図５に示されるように、回転子７と共にジョイント部材１２が回転し、スライダ１３の突出部１４がアーチ状部材８のガイド溝１５に案内された状態でスライダ１３がアーチ状部材８に沿って移動する。
このとき、スライダ１３に固定されたブラシ１６がアーチ状部材８の第１及び第２の帯部材１０及び１１の表面にそれぞれ接触しながらスライダ１３が移動し、第１及び第２の帯部材１０及び１１は、それぞれその長さに比例した抵抗値を有している。このため、図６に示されるように、第１の帯部材１０の一端Ａから第２の帯部材１１の一端Ｂまでの抵抗値は、アーチ状部材８に沿ったスライダ１３の移動位置に対応したものとなる。したがって、Ｘ軸回り回転位置測定回路１７でＡＢ間の抵抗値を計測することにより、スライダ１３の移動位置に対応する位置情報が得られ、Ｘ軸回りの回転子７の回転位置を測定することができる。
【００２２】
ここで、ＡＢ間の抵抗値ではなく、例えば第１の帯部材１０の一端Ａからブラシ１６までの抵抗値を計測しても回転子７の回転位置の測定は可能であるが、ＡＢ間の抵抗値を計測した方が、スライダ１３の移動位置に対する抵抗値の変化量がほぼ２倍となるため、高精度の測定が可能となる。また、ＡＢ間の抵抗値を計測すれば、スライダ１３にリード線等を接続する必要がなく、リード線がスライダ１３の移動に影響を与えることが防止されるので好ましい。
【００２３】
このように、回転子７の回転に伴ってスライダ１３をアーチ状部材８に沿って移動させ、スライダ１３のブラシ１６をアーチ状部材８に配設された第１及び第２の帯部材１０及び１１の表面に接触させるようにしたので、第１及び第２の帯部材１０及び１１の一端部間の抵抗値によりスライダ１３の移動位置が検出され、小型でありながら正確に回転子７の回転位置を測定することが可能となる。
なお、この実施の形態１では、回転子７をＸ軸の回りにのみ回転させるので、略球体状の回転子７の代わりに、例えば円柱形状の回転子を用いることもできる。
【００２４】
実施の形態２
図７及び８に、この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータを示す。この実施の形態２は、回転子７をＸ軸回りだけでなく、Ｙ軸回りにも回転するように構成されたものである。実施の形態１の振動アクチュエータと同様に、回転子７には、ＸＺ面内に延びるジョイント部材２０が固定されている。ジョイント部材２０は、アーチ状部材８に交差してアーチ状部材８を跨ぐような形状を有し、その下端が回転子７のＸ軸方向の両端部に固定されている。ジョイント部材２０の頂部には、回転子７のＹ軸方向の回転中心を中心とした互いに平行な一対の円弧状の凸面２１及び２２が形成され、これら凸面２１及び２２上にそれぞれ第３及び第４の帯部材２３及び２４が貼付されている。第３及び第４の帯部材２３及び２４は、それぞれその長さに比例した抵抗値を有する抵抗体から形成されている。また、一対の凸面２１及び２２の間には、Ｘ軸方向に延びる溝２５が形成されている。
【００２５】
実施の形態１と同様に、スライダ１３がアーチ状部材８を跨ぐように配置されている。スライダ１３は、ジョイント部材２０からは独立しており、スライダ１３の上部に棒状部材２６が突出形成され、棒状部材２６がジョイント部材２０の溝２５に挿入されている。ジョイント部材２０の頂部から上方へ突出した棒状部材２６に第２のブラシ２７が固定されている。第２のブラシ２７は、導電体から形成されると共に第３及び第４の帯部材２３及び２４の表面にそれぞれ接触し、これにより第３及び第４の帯部材２３及び２４は互いに電気的に短絡している。第３及び第４の帯部材２３及び２４の一端部Ｃ及びＤには、Ｙ軸回り回転位置測定回路２８が電気的に接続されている。
図９に示されるように、棒状部材２６は、矩形の断面形状を有し、ジョイント部材２０の溝２５内をＸ軸方向に円滑に移動できるように挿入されている。
【００２６】
この実施の形態２における振動体３は、固定子２に超音波振動を発生させて回転子７をＸ軸及びＹ軸の２軸の回りにそれぞれ回転させるためのものであり、Ｚ軸方向の縦振動を生じる第１の圧電素子部３１及びＸ軸方向のたわみ振動を生じる第２の圧電素子部３２に加えて、Ｙ軸方向のたわみ振動を生じる第３の圧電素子部３３を有しており、この第３の圧電素子部３３も、第１及び第２の圧電素子部３１及び３２と同様に、駆動回路１９に電気的に接続されている。
【００２７】
図１０に示されるように、第３の圧電素子部３３は、第１及び第２の圧電素子部３１及び３２と同様に、電極板３３ａ、圧電素子板３３ｂ、電極板３３ｃ、圧電素子板３３ｄ及び電極板３３ｅが順次重ね合わされた構造を有し、絶縁シート３６及び３７を介して第２の圧電素子部３２及び基部１からそれぞれ絶縁されるように配置されている。
図１１に示されるように、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び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。
なお、第３の圧電素子部３３の電極板３３ａ及び電極板３３ｅはそれぞれ電気的に接地され、電極板３３ｃは駆動回路１９に電気的に接続されている。
【００２８】
次に、この実施の形態２に係る振動アクチュエータの動作について説明する。
振動体３に対して、第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃに振動アクチュエータ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及び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及び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及び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。
【００２９】
そこで、例えば、駆動回路１９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７と接触する固定子２の段差６にＹＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子７がＸ軸回りに回転する。
【００３０】
このようにして回転子７がＸ軸回りに回転すると、図１２に示されるように、回転子７と共にジョイント部材２０がＸ軸回りに回転するが、ジョイント部材２０の溝２５に棒状部材２６が挿入されているため、棒状部材２６を介してスライダ１３もＸ軸回りに回転する。このとき、スライダ１３の突出部１４がアーチ状部材８のガイド溝１５に案内された状態でスライダ１３がアーチ状部材８に沿って移動する。
したがって、実施の形態１と同様に、スライダ１３に固定されたブラシ１６がアーチ状部材８の第１及び第２の帯部材１０及び１１の表面にそれぞれ接触しながらスライダ１３が移動し、Ｘ軸回り回転位置測定回路１７で第１の帯部材１０の一端Ａと第２の帯部材１１の一端Ｂとの間の抵抗値を計測することにより、スライダ１３の移動位置、すなわちＸ軸回りの回転子７の回転位置を測定することができる。
【００３１】
次に、駆動回路１９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７と接触する固定子２の段差６にＸＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子７がＹ軸回りに回転する。
【００３２】
このようにして回転子７がＹ軸回りに回転すると、図１３に示されるように、回転子７と共にジョイント部材２０がＹ軸回りに回転するが、ジョイント部材２０の溝２５がＸ軸方向に延びて形成されているため、溝２５に挿入されている棒状部材２６とジョイント部材２０とが相対移動し、ジョイント部材２０のみがＹ軸回りに回転する。
このため、棒状部材２６に固定された第２のブラシ２７に接触しながらジョイント部材２０の第３及び第４の帯部材２３及び２４が移動する。第３及び第４の帯部材２３及び２４は、それぞれその長さに比例した抵抗値を有しているので、第３の帯部材２３の一端Ｃから第４の帯部材２４の一端Ｄまでの抵抗値は、ジョイント部材２０の移動位置に対応したものとなる。したがって、Ｙ軸回り回転位置測定回路２８でＣＤ間の抵抗値を計測することにより、ジョイント部材２０の移動位置、すなわちＹ軸回りの回転子７の回転位置を測定することができる。
【００３３】
このようにして、回転子７をＸ軸回り及びＹ軸回りに回転させると共に、Ｘ軸回りの回転子７の回転位置及びＹ軸回りの回転子７の回転位置を測定することが可能となる。
なお、図９に示したように、矩形の断面形状を有する棒状部材２６がジョイント部材２０の溝２５内に挿入されているため、振動アクチュエータの製造公差等に起因して、振動体３を駆動したときに回転子７をＺ軸回りに回転させる力の成分が発生したとしても、ジョイント部材２０の溝２５内に挿入されている棒状部材２６によってＺ軸回りの回転が規制され、回転子７をＸ軸回り及びＹ軸回りに安定して回転させることが可能となる。
【００３４】
実施の形態３
実施の形態１では、アーチ状部材８の円弧状の周面９上に第１及び第２の帯部材１０及び１１が貼付されたが、図１４に示されるように、アーチ状部材８の両側面上にそれぞれ円弧形状に切り抜かれた第１及び第２の帯部材１０及び１１を貼付することもできる。なお、図１４では、アーチ状部材８の一方の側面に貼付された第１の帯部材１０のみが示されているが、アーチ状部材８の他方の側面にも第２の帯部材１１が貼付されている。
このようにすれば、第１及び第２の帯部材１０及び１１を平面的な抵抗体から形成することができる。
同様に、実施の形態２においても、図１５に示されるように、アーチ状部材８の両側面上にそれぞれ円弧形状に切り抜かれた第１及び第２の帯部材１０及び１１を貼付することができる。
【００３５】
実施の形態４
実施の形態１及び２では、抵抗体からなる第１及び第２の帯部材１０及び１１にスライダ１３のブラシ１６を接触させて抵抗値を計測することによりＸ軸回りの回転子７の回転位置を測定したが、抵抗値以外の物理量を用いて回転子７の回転位置の測定を行うこともできる。
【００３６】
例えば、図１６に示されるように、実施の形態１において、第１及び第２の帯部材１０及び１１の代わりに、第１の被計測体として、長さ方向に対して幅が次第に変化する第１の導体板４１をアーチ状部材８の円弧状の周面９上に貼付すると共に、ブラシ１６の代わりに、第１の読取体として、スライダ１３の天井部に第２の導体板４２を貼付し、これら第１の導体板４１及び第２の導体板４２間の静電容量を計測することもできる。これらの導体板４１及び４２は、互いに接触することなく、わずかな間隙を介して対向しているものとする。また、第１の導体板４１はアーチ状部材８から電気的に絶縁されていることが好ましい。
【００３７】
図１７は、アーチ状部材８の円弧状の周面９上に貼付された第１の導体板４１を模式的に平面状に伸ばし、スライダ１３の第２の導体板４２との位置関係を示したものである。導体板４１及び４２間の静電容量は、これら導体板４１及び４２が互いに重なり合った部分の面積Ｓに比例するが、導体板４１は長さ方向に対して次第に変化する幅を有している。このため、導体板４１及び４２間の静電容量は、アーチ状部材８に沿ったスライダ１３の移動位置に対応したものとなる。したがって、導体板４１及び４２間の静電容量を計測することにより、スライダ１３の移動位置、すなわちＸ軸回りの回転子７の回転位置を測定することができる。
【００３８】
同様にして、実施の形態２における第３及び第４の帯部材２３及び２４の代わりに、長さ方向に対して次第に変化する幅を有した第３の導体板をジョイント部材２０の頂部に貼付すると共に、第２のブラシ２７の代わりに、第４の導体板を棒状部材２６に支持させ、これら導体板間の静電容量を計測することによっても、Ｙ軸回りの回転子７の回転位置を測定することができる。
【００３９】
また、図１８に示されるように、第１の被計測体として、長さ方向に対して次第に変化する幅を有する光反射体４３をアーチ状部材８の円弧状の周面９上に配置し、スライダ１３に支持された第１の読取体としての光学センサ４４で板部材４３の幅を計測してもよい。実施の形態２に対しても、長さ方向に対して次第に変化する幅を有する光反射体をジョイント部材２０の頂部に配置し、棒状部材２６に支持された光学センサで板部材の幅を計測してもよい。このようにしても、同様に、Ｘ軸回りの回転子７の回転位置及びＹ軸回りの回転子７の回転位置を測定することができる。なお、光反射体４３は、アーチ状部材８の周面９上あるいはジョイント部材２０の頂部に、光反射板を貼付してもよく、または、長さ方向に対して次第に変化する幅を有する図形を直接描いたり、印刷することもできる。また、光反射体４３として、長さ方向に対して幅が次第に変化するものを用いたが、これに限るものではなく、長さ方向に対して次第に光の反射量が変化するものや、次第に色が変化するもの等、各種の光学特性が変化するものを用いることができる。
【００４０】
実施の形態５
実施の形態２において、矩形の断面形状を有する棒状部材２６の代わりに、図１９に示されるように、円形の断面形状を有する棒状部材４５を用い、回転子７をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の回りにそれぞれ回転するように構成することができる。
振動体３に対して、駆動回路１９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７と接触する固定子２の段差６にＸＹ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子７がＺ軸回りに回転する。
この場合、Ｚ軸回り回転位置測定回路を設置して、Ｚ軸の回りの回転子７の回転位置を測定することが好ましい。
【００４１】
なお、上記の各実施の形態では、略球体状の回転子７の頂点付近から予圧を付与していたが、この発明は予圧力のかけ方には何ら限定されるものではない。
また、回転子７をＸ軸、Ｙ軸の２軸の回りにそれぞれ回転するように構成する場合や、回転子７をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の回りにそれぞれ回転するように構成する場合であっても、測定が必要な回転軸について回転位置を測定できるようにすればよい。例えば、回転子７をＸ軸、Ｙ軸の２軸の回りにそれぞれ回転するような構成で、回転位置の測定はＸ軸回りのみにしてもよい。
【００４２】
また、この発明の振動アクチュエータは、例えば図２０に示されるように、ロボットハンドに用いることができる。このロボットハンドは、実施の形態１に係る振動アクチュエータのジョイント部材１２に指部４６を固定し、回転子７の回転と共に指部４６をＸ軸の回りに移動できるようにしたものである。Ｘ軸回り回転位置測定回路１７でＸ軸回りの回転子７の回転位置を測定することにより、指部４６の移動位置を把握することができる。
同様にして、実施の形態２〜５の振動アクチュエータをロボットハンドに用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態１に係る振動アクチュエータを示す側面図である。
【図２】実施の形態１に係る振動アクチュエータを示す正面図である。
【図３】実施の形態１で用いられた振動体の構成を示す部分断面図である。
【図４】実施の形態１で用いられた振動体の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１において回転子が回転された状態を示す側面図である。
【図６】実施の形態１の原理を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る振動アクチュエータを示す側面図である。
【図８】実施の形態２に係る振動アクチュエータを示す正面図である。
【図９】実施の形態２の部分拡大斜視図である。
【図１０】実施の形態２で用いられた振動体の構成を示す部分断面図である。
【図１１】実施の形態２で用いられた振動体の３対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。
【図１２】実施の形態２において回転子がＸ軸回りに回転された状態を示す側面図である。
【図１３】実施の形態２において回転子がＹ軸回りに回転された状態を示す正面図である。
【図１４】実施の形態３に係る振動アクチュエータを示す側面図である。
【図１５】実施の形態３の変形例に係る振動アクチュエータを示す側面図である。
【図１６】実施の形態４に係る振動アクチュエータを示す正面図である。
【図１７】実施の形態４において双方の導体板の位置関係を模式的に示す図である。
【図１８】実施の形態４の変形例において板部材と光学センサの位置関係を模式的に示す図である。
【図１９】実施の形態５の部分拡大斜視図である。
【図２０】実施の形態１の振動アクチュエータを用いて構成されたロボットハンドを示す側面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  基部、２  固定子、３  振動体、４  連結ボルト、５  凹部、６  段差、７  回転子、８  アーチ状部材、９  周面、１０  第１の帯部材、１１  第２の帯部材、１２，２０  ジョイント部材、１３  スライダ、１４  突出部、１５  ガイド溝、１６  ブラシ、１７  Ｘ軸回り回転位置測定回路、１８  予圧部材、１９  駆動回路、２１，２２  凸面、２３  第３の帯部材、２４  第４の帯部材、２５  溝、２６，４５  棒状部材、２７  第２のブラシ、２８  Ｙ軸回り回転位置測定回路、４１，４２  導体板、４３  光反射体、４４  光学センサ、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ  一端、Ｓ  面積。
【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】
2008295241.tif 000016
【図１５】
2008295241.tif 000017
【図１６】
2008295241.tif 000018
【図１７】
2008295241.tif 000019
【図１８】
2008295241.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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