JP2019030091A - 圧電駆動装置、圧電駆動装置の駆動方法、ロボット、電子部品搬送装置、プリンター、及び、プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】縦振動よりも屈曲振動の方が共振周波数が高い場合には、圧電駆動装置の駆動制御が難しい。【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、第１方向に延びて被駆動部材に接触する接触子と、第１駆動電圧に応じて第１方向と交差する方向に屈曲振動を発生する第１圧電素子と、第２駆動電圧に応じて第１方向に縦振動を発生する第２圧電素子と、を備える。圧電振動体は、縦振動の共振周波数が屈曲振動の共振周波数よりも高くなるように構成されている。駆動回路は、第１駆動電圧及び第２駆動電圧の駆動周波数を、縦振動の共振周波数以上に設定する。【選択図】図６

Description

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。

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に記載された圧電駆動装置では、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。また、特許文献１には、屈曲振動の共振周波数を縦振動の共振周波数よりも高く設定し、これらの２つの共振周波数の間の周波数を駆動電圧の駆動周波数として使用することによって、駆動効率を高めることが開示されている。

特開２０１６−０４０９９４号公報

しかしながら、本願の発明者は、特許文献１のように縦振動の共振周波数よりも屈曲振動の共振周波数の方が高い場合には、以下のような問題があることを見いだした。すなわち、屈曲振動の共振周波数よりも高い周波数領域で圧電素子を駆動した場合には、圧電駆動装置の接触子が被駆動部材を押す力を減少させながら駆動力を伝達する引張駆動モード（プル駆動モード）で動作するので、大きなトルクを出すことが困難である。一方、縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との間の周波数領域で圧電素子を駆動した場合には、圧電駆動装置の接触子が被駆動部材を押す力を増大させながら駆動力を伝達する押出駆動モード（プッシュ駆動モード）で動作するので、大きなトルクを出すことが可能である。しかし、この押出駆動モードを実現できる周波数は、縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数の間だけなので、これらの２つの共振周波数が近い場合には適切な駆動周波数の範囲が極めて狭くなる。このため、圧電駆動装置の駆動特性が非常にピーキー（急峻な山型の特性）になってしまい、うまく制御することが難しいという問題がある。

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。

（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、前記被駆動部材に対して第１方向に延びて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第１駆動電圧に応じて前記第１方向と交差する方向に屈曲振動を発生する第１圧電素子と、前記駆動回路から供給される第２駆動電圧に応じて前記第１方向に縦振動を発生する第２圧電素子と、を備える。前記圧電振動体は、前記縦振動の共振周波数が前記屈曲振動の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、前記第１駆動電圧及び前記第２駆動電圧の駆動周波数を、前記縦振動の共振周波数以上に設定する。
この形態によれば、縦振動の共振周波数が屈曲振動の共振周波数よりも高くなるように圧電振動モジュール構成されているので、第１駆動電圧及び第２駆動電圧として、縦振動の共振周波数以上の駆動周波数を有する電圧を生成して第１圧電素子と第２圧電素子を駆動することにより、安定して大きなトルクを発生させながら被駆動部材を駆動することが可能である。

（２）上記形態の圧電駆動装置において、前記駆動回路は、前記駆動周波数を、前記縦振動の共振周波数よりも高い周波数からダウンスウィープして前記縦振動の共振周波数以上の周波数に設定するものとしてもよい。
この形態によれば、駆動周波数が徐々に縦振動の共振周波数に近づくようにダウンスウィープするので、更に安定した状態で被駆動部材を駆動できる。

（３）上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電振動体は、更に、前記圧電振動体の振動を検出して前記駆動回路に振動検出信号を供給するピックアップ電極を備え、前記駆動回路は、前記振動検出信号に応じて前記駆動周波数を決定し、前記ピックアップ電極は、前記第１方向に沿って延びる前記圧電振動体の中心軸上の位置に配置されているものとしてもよい。
この形態によれば、ピッチアップ電極が、縦振動を検出し易く屈曲振動を検出し難い位置に形成されるので、駆動周波数を縦振動の共振周波数に近い値に容易に近付けることができる。

（４）上記形態の圧電駆動装置において、前記ピックアップ電極は、前記屈曲振動の節となる位置に配置されているものとしてもよい。
この形態によれば、ピッチアップ電極により検出される振動が屈曲振動の影響を受け難くなるので、駆動周波数を縦振動の共振周波数に近い値に更に容易に近付けることができる。

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各種の装置等の、様々な形態で実現することができる。この各種の装置は、例えば、ロボットや、電子部品搬送装置、プリンター、プロジェクターなどを含んでいる。

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。 圧電振動モジュールの平面図。 圧電振動モジュールの振動の様子を示す図。 圧電振動モジュールの駆動電圧波形の例を示す図。 接触子の押出駆動モードと引張駆動モードの動きを示す説明図。 実施形態における変位量及び駆動速度の特性を示すグラフ。 比較例における変位量及び駆動速度の特性を示すグラフ。 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。 第２実施形態の第２の圧電振動モジュールの平面図。 他の実施形態のロボットを示す斜視図。 更に他の実施形態の電子部品搬送装置を示す斜視図。 電子部品搬送装置の電子部品保持部を示す斜視図。 更に他の実施形態のプリンターを示す概略図。 更に他の実施形態のプロジェクターを示す概略図。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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」に相当する。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」に相当する。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。

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」に相当する。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」に相当する。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。

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。

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。

図５は、接触子１６０の動きの違いによる２つの駆動モードを示す説明図である。接触子１６０による駆動モードとしては、押出駆動モードＰＳ（プッシュ駆動モード）と、引張駆動モードＰＬ（プル駆動モード）とが存在する。押出駆動モードＰＳでは、接触子１６０が被駆動部材２２０を押す力を増大させながら、被駆動部材２２０に駆動方向に沿った駆動力を伝達する。従って、押出駆動モードＰＳでは、大きな駆動力を被駆動部材２２０に与えることができる。一方、引張駆動モードＰＬでは、接触子１６０が被駆動部材２２０を押す力を減少させながら被駆動部材２２０に駆動方向に沿った駆動力を伝達する。従って、引張駆動モードＰＬでは、大きな駆動力を被駆動部材２２０に与えることは困難である。これらの特性を考慮すると、引張駆動モードＰＬでなく、押出駆動モードＰＳで被駆動部材２２０を駆動することが好ましい。

図６は、第１実施形態における変位量及び駆動速度の特性を示すグラフである。横軸は、駆動電圧Ｖ１〜Ｖ３（図４）の周波数である。圧電振動体１００は、縦振動の共振周波数ｆａが屈曲振動の共振周波数ｆｂよりも高くなるように構成されている。なお、これらの共振周波数ｆａ，ｆｂは、圧電振動体１００の振動部１１０（図１）の長さと幅を調整することによって変更可能である。「振動部１１０の長さ」は、振動部１１０の長手方向（第１方向Ｘ）の寸法を意味する。「振動部１１０の幅」は、振動部１１０の短手方向（第３方向Ｚ）の寸法を意味する。例えば、振動部１１０の長さと幅の比を約７：２に設定すれば、縦振動の共振周波数ｆａと屈曲振動の共振周波数ｆｂをほぼ等しい値にすることができる。振動部１１０の幅をこれより短く設定すれば、縦振動の共振周波数ｆａを屈曲振動の共振周波数ｆｂよりも高くすることができる。

図６には、縦変位量Ｄａと屈曲変位量Ｄｂと駆動速度Ｓｐの周波数依存特性のグラフが描かれている。縦変位量Ｄａは、縦振動における接触子１６０の第１方向Ｘに沿った変位量を意味する。屈曲変位量Ｄｂは、屈曲振動における接触子１６０の第３方向Ｚに沿った変位量を意味する。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。縦変位量Ｄａは、縦振動の共振周波数ｆａで最大となる。屈曲変位量Ｄｂは、屈曲振動の共振周波数ｆｂで最大となる。駆動速度Ｓｐは、２つの共振周波数ｆａ，ｆｂの中間の位置で最大となる。

駆動電圧の周波数の全領域は、屈曲振動の共振周波数ｆｂ以下の周波数領域ＲＡと、２つの共振周波数ｆａ，ｆｂの間の周波数領域ＲＢと、縦振動の共振周波数ｆａ以上の周波数領域ＲＣとに区分することができる。周波数領域ＲＡでは、押出駆動モードＰＳで被駆動部材２２０を駆動することができるが、駆動速度Ｓｐはかなり小さい。周波数領域ＲＢは、駆動速度Ｓｐは最も大きいが、その駆動特性がピーキー（急峻な山型の特性）になってしまい、うまく制御することが難しい。周波数領域ＲＣは、駆動速度Ｓｐが比較的大きく、かつ、その変化がなだらかで制御し易いという利点がある。

駆動回路３００の駆動電圧生成部３１０は、図６の周波数領域ＲＣにおいて圧電振動体１００の圧電素子１４７Ａ〜１４７Ｅを駆動する。すなわち、駆動電圧生成部３１０は、圧電素子１４７Ａ〜１４７Ｅの駆動電圧Ｖ１〜Ｖ３（図４）として、縦振動の共振周波数ｆａ以上の駆動周波数を有する電圧を生成する。こうすれば、安定して大きなトルクを発生させて被駆動部材２２０を駆動することが可能である。

なお、圧電素子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、縦振動の共振周波数ｆａ以上の周波数領域ＲＣにおいて、駆動周波数を縦振動の共振周波数ｆａよりも高い周波数からダウンスウィープさせながら適切な周波数に設定することが好ましい。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。図６の例では、圧電素子１４７Ａ〜１４７Ｅの駆動を開始する際には、まず、駆動周波数を予め定めた周波数ｆ０に設定し、その後、徐々に駆動周波数を低下させて、縦振動の共振周波数ｆａ以上で、かつ、縦振動の共振周波数ｆａに近い周波数に設定する。こうすれば、常に押出駆動モードＰＳで被駆動部材２２０を駆動しながら、徐々に駆動速度Ｓｐを増大させることができるので、安定して大きなトルクを発生しつつ、好ましい駆動速度Ｓｐに調整することが可能である。

図７は、比較例における変位量及び駆動速度の特性を示すグラフである。この比較例では、屈曲振動の共振周波数ｆｂの方が縦振動の共振周波数ｆａよりも高い点が図６に示した第１実施形態と異なっている。屈曲振動の共振周波数ｆｂよりも高い周波数領域ＲＣで圧電素子を駆動した場合には、接触子１６０が引張駆動モードＰＬで動作し、大きなトルクを出すことが困難である。一方、縦振動の共振周波数ｆａと屈曲振動の共振周波数ｆｂとの間の周波数領域ＲＢで圧電素子を駆動した場合には、接触子１６０が押出駆動モードＰＳで動作するが、押出駆動モードＰＳを実現できる周波数は、２つの共振周波数ｆａ，ｆｂの間の周波数領域ＲＢだけなので、これらの２つの共振周波数ｆａ，ｆｂが近い場合には適切な駆動周波数の範囲も極めて狭い。このため、圧電駆動装置の駆動特性が非常にピーキー（急峻な山型の特性）になってしまい、うまく制御することが難しいという問題がある。

一方、図６に示した第１実施形態の特性によれば、縦振動の共振周波数ｆａが屈曲振動の共振周波数ｆｂよりも高いので、縦振動の共振周波数ｆａ以上の周波数領域ＲＣで圧電素子を駆動することによって、安定して大きな駆動力で被駆動部材２２０を駆動することが可能である。

なお、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、圧電素子に供給する駆動電圧Ｖ１（又はＶ２）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Ｖ１〜Ｖ３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Ｖ１〜Ｖ３の周波数を調整してもよい。

第１実施形態では、図２に即して説明したように、ピックアップ電極１８０が第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ので、圧電振動体１００の縦振動を検出し易いという利点がある。更に、ピックアップ電極１８０を、屈曲振動の節ｎ１，ｎ２，ｎ３のいずれかの位置に配置すれば、屈曲振動の影響を低減できるので、圧電振動体１００の縦振動を更に検出し易くなる。この結果、駆動電圧の周波数を適切な値に容易に設定することが可能である。

以上のように、第１実施形態の圧電駆動装置４００では、縦振動の共振周波数ｆａが屈曲振動の共振周波数ｆｂよりも高くなるように圧電振動体１００が構成されており、また、駆動回路３００は、縦振動の共振周波数ｆａ以上の駆動周波数を有する駆動電圧を生成して圧電素子に供給する。従って、圧電駆動装置４００により、安定して大きなトルクを発生させて被駆動部材２２０を駆動することが可能である。

＜他の実施形態＞
図８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８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。

図９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。

図１０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。

図１１は、更に他の実施形態に係る電子部品搬送装置を示す斜視図である。図１２は、図１１に示す電子部品搬送装置が有する電子部品保持部を示す斜視図である。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軸とする。これらの３軸の方向Ｘ，Ｙ，Ｚは、図１等で説明した３つの方向Ｘ，Ｙ，Ｚとは無関係である。

図１１に示す電子部品搬送装置２０００は、電子部品検査装置に適用されており、基台２１００と、基台２１００の側方に配置された支持台２２００と、を有している。また、基台２１００には、検査対象の電子部品Ｑが載置されてＹ軸方向に搬送される上流側ステージ２１１０と、検査済みの電子部品Ｑが載置されてＹ軸方向に搬送される下流側ステージ２１２０と、上流側ステージ２１１０と下流側ステージ２１２０との間に位置し、電子部品Ｑの電気的特性を検査する検査台２１３０と、が設けられている。なお、電子部品Ｑの例として、例えば、半導体、半導体ウェハー、ＣＬＤやＯＬＥＤ等の表示デバイス、水晶デバイス、各種センサー、インクジェットヘッド、各種ＭＥＭＳデバイス等などが挙げられる。支持台２２００には、支持台２２００に対してＹ軸方向に移動可能なＹステージ２２１０が設けられており、Ｙステージ２２１０には、Ｙステージ２２１０に対してＸ軸方向に移動可能なＸステージ２２２０が設けられており、Ｘステージ２２２０には、Ｘステージ２２２０に対してＺ軸方向に移動可能な電子部品保持部２２３０が設けられている。

図１２に示すように、電子部品保持部２２３０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な微調整プレート２２３１と、微調整プレート２２３１に対してＺ軸まわりに回動可能な回動部２２３２と、回動部２２３２に設けられ、電子部品Ｑを保持する保持部２２３３と、を有している。また、電子部品保持部２２３０には、微調整プレート２２３１をＸ軸方向に移動させるための圧電駆動装置４００と、微調整プレート２２３１をＹ軸方向に移動させるための圧電駆動装置４００と、回動部２２３２をＺ軸まわりに回動させるための圧電駆動装置４００と、が内蔵されている。この電子部品搬送装置２０００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。

図１３は、更に他の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。このプリンター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および制御部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。

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、を有している。

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、を有している。

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を駆動する給紙モーターである圧電駆動装置４００と、を有している。

制御部３０４０は、例えばパーソナルコンピューター等のホストコンピューターから入力された印刷データに基づいて、印刷機構３０２０や給紙機構３０３０等を制御する。

このプリンター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への印刷が行なわれる。

このプリンター３０００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。なお、本実施系形態では、圧電駆動装置４００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。

図１４は、更に他の実施形態に係るプロジェクターの全体構成を示す概略図である。このプロジェクター４０００は、ＬＣＤ方式のプロジェクターであり、光源４０１０と、ミラー４０２１，４０２２，４０２３と、ダイクロイックミラー４０３１，４０３２と、液晶表示素子４０４０Ｒ，４０４０Ｇ，４０４０Ｂと，ダイクロイックプリズム４０５０と、投射レンズ系４０６０と、圧電駆動装置４００と、を備えている。

光源４０１０としては、例えば、ハロゲンランプ、水銀ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等が挙げられる。また、この光源４０１０としては、白色光が出射するものが用いられる。そして、光源４０１０から出射された光は、まず、ダイクロイックミラー４０３１によって赤色光（Ｒ）とその他の光とに分離される。赤色光は、ミラー４０２１で反射された後、液晶表示素子４０４０Ｒに入射し、その他の光は、ダイクロイックミラー４０３２によってさらに緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）とに分離される。そして、緑色光は、液晶表示素子４０４０Ｇに入射し、青色光は、ミラー４０２２，４０２３で反射された後、液晶表示素子４０４０Ｂに入射する。

液晶表示素子４０４０Ｒ，４０４０Ｇ，４０４０Ｂは、それぞれ、空間光変調器として用いられる。これらの液晶表示素子４０４０Ｒ，４０４０Ｇ，４０４０Ｂは、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの原色に対応する透過型の空間光変調器であり、例えば縦１０８０行、横１９２０列のマトリクス状に配列した画素を備えている。各画素では、入射光に対する透過光の光量が調整され、各液晶表示素子４０４０Ｒ，４０４０Ｇ，４０４０Ｂにおいて全画素の光量分布が変調制御される。このような液晶表示素子４０４０Ｒ，４０４０Ｇ，４０４０Ｂによってそれぞれ空間的に変調された光は、ダイクロイックプリズム４０５０で合成され、ダイクロイックプリズム４０５０からフルカラーの映像光ＬＬが出射される。そして、出射された映像光ＬＬは、投射レンズ系４０６０によって拡大されて、例えばスクリーン等に投射される。圧電駆動装置４００は、投射レンズ系４０６０に含まれる少なくとも１つのレンズを光軸方向に移動させて焦点距離を変更することができる。このプロジェクター４０００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。

上述した各種の実施形態では、圧電駆動装置をロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターに適用した構成について説明したが、圧電駆動装置は、これら以外の各種の装置に適用することができる。

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、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、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、２０００…電子部品搬送装置、２１００…基台、２１１０…上流側ステージ、２１２０…下流側ステージ、２１３０…検査台、２２００…支持台、２２１０…Ｙステージ、２２２０…Ｘステージ、２２３０…電子部品保持部、２２３１…微調整プレート、２２３２…回動部、２２３３…保持部、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…制御部、４０００…プロジェクター、４０１０…光源、４０２１…ミラー、４０２２…ミラー、４０３１…ダイクロイックミラー、４０３２…ダイクロイックミラー、４０４０Ｂ…液晶表示素子、４０４０Ｇ…液晶表示素子、４０４０Ｒ…液晶表示素子、４０５０…ダイクロイックプリズム、４０６０…投射レンズ系

Claims (9)

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、
   前記被駆動部材に対して第１方向に延びて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第１駆動電圧に応じて前記第１方向と交差する方向に屈曲振動を発生する第１圧電素子と、
   前記駆動回路から供給される第２駆動電圧に応じて前記第１方向に縦振動を発生する第２圧電素子と、
   を備え、
   前記圧電振動体は、前記縦振動の共振周波数が前記屈曲振動の共振周波数よりも高くなるように構成されており、
   前記駆動回路は、前記第１駆動電圧及び前記第２駆動電圧の駆動周波数を、前記縦振動の共振周波数以上に設定する、圧電駆動装置。
2. 請求項１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、前記縦振動の共振周波数よりも高い周波数からダウンスウィープして前記縦振動の共振周波数以上の周波数に設定する、圧電駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載の圧電駆動装置であって、
   前記圧電振動体は、更に、前記圧電振動体の振動を検出して前記駆動回路に振動検出信号を供給するピックアップ電極を備え、
   前記駆動回路は、前記振動検出信号に応じて前記駆動周波数を決定し、
   前記ピックアップ電極は、前記第１方向に沿って延びる前記圧電振動体の中心軸上の位置に配置されている、圧電駆動装置。
4. 請求項３に記載の圧電駆動装置であって、
   前記ピックアップ電極は、前記屈曲振動の節となる位置に配置されている、圧電駆動装置。
5. 被駆動部材に対して第１方向に延びて前記被駆動部材に接触する接触子と、第１駆動電圧に応じて前記第１方向と交差する方向に屈曲振動を発生する第１圧電素子と、第２駆動電圧に応じて前記第１方向に縦振動を発生する第２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、前記縦振動の共振周波数が前記屈曲振動の共振周波数よりも高くなるように構成されており、
   前記縦振動の共振周波数以上の駆動周波数を有する第１駆動電圧及び第２駆動電圧を前記第１圧電素子及び前記第２圧電素子に供給する、圧電駆動装置の駆動方法。
6. 請求項１〜４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。
7. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電駆動装置を備える電子部品搬送装置。
8. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電駆動装置を備えるプリンター。
9. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電駆動装置を備えるプロジェクター。

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