JP2022070448A - 圧電駆動装置及びロボット - Google Patents

Abstract

【課題】所望の振動を精度良く検出し、安定した駆動が可能な圧電駆動装置及びロボットを提供する。
【解決手段】圧電駆動装置３は、基板４５と、基板４５に接続し被駆動体に対して駆動力を伝達する凸部４４と、基板４５上に配置され、基板４５と凸部４４とが並ぶＹ方向に基板４５を振動させる第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂと、基板４５上に配置され、Ｙ方向と直交するＺ方向に基板４５を振動させる第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆと、基板４５上に配置され、Ｙ方向の振動を受けて検出信号を出力する参照圧電素子７Ｇと、Ｙ方向及びＺ方向と直交するＸ方向からの平面視で、参照圧電素子７ＧとＺ方向に並んで配置されている凹部４６と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧電駆動装置及びロボットに関する。

近年、圧電素子の振動を利用する振動アクチュエーターが開発され、圧電モーターの駆動装置として用いられている。このような振動アクチュエーターとして、例えば特許文献１には、圧電素子となる電気機械変換素子の表裏面に複数の駆動用電極を設け、対称伸び振動と面内屈曲振動とを行わせることでローターを回転させるような楕円運動を発生させている。また、電気機械変換素子の表面に振動検出用電極を設けることで、電気機械変換素子の振動を検出し、電気機械変換素子を効率的に駆動している。

特開２００１－３４６３８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の振動アクチュエーターは、振動検出用電極が対称伸び振動と面内屈曲振動とが重畳した信号を検出するため、対称伸び振動の信号を精度良く検出することができないという課題があった。

圧電駆動装置は、基板と、前記基板に接続し被駆動体に対して駆動力を伝達する凸部と、前記基板上に配置され、前記基板と前記凸部とが並ぶ第１方向に前記基板を振動させる第１駆動圧電素子と、前記基板上に配置され、前記第１方向と直交する第２方向に前記基板を振動させる第２駆動圧電素子と、前記基板上に配置され、前記第１方向の振動を受けて検出信号を出力する参照圧電素子と、前記第１方向及び前記第２方向と直交する第３方向からの平面視で、前記参照圧電素子と前記第２方向に並んで配置されている凹部と、を備える。

ロボットは、上記に記載の圧電駆動装置を有する圧電モーターを備えている。

第１実施形態に係る圧電駆動装置を備える圧電モーターの概略構成を示す平面図。 第１実施形態に係る圧電駆動装置の電極の配置を示す平面図。 第１実施形態に係る圧電駆動装置の配線の配置を示す平面図。 図２及び図３中のＡ－Ａ線断面図。 図２及び図３中のＢ－Ｂ線断面図。 第２実施形態に係る圧電駆動装置の電極の配置を示す平面図。 図６中のＣ－Ｃ線断面図。 第３実施形態に係る圧電駆動装置の電極の配置を示す平面図。 図８中のＤ－Ｄ線断面図。 第４実施形態に係る圧電駆動装置の電極の配置を示す平面図。 図１０中のＥ－Ｅ線断面図。 第５実施形態に係る圧電駆動装置の電極の配置を示す平面図。 図１２中のＦ－Ｆ線断面図。 第６実施形態に係る圧電駆動装置の電極の配置を示す平面図。 図１４中のＧ－Ｇ線断面図。 第７実施形態に係る圧電駆動装置の電極の配置を示す平面図。 図１６中のＨ－Ｈ線断面図。 第８実施形態に係る圧電駆動装置を備えたロボットの概略構成を示す斜視図。

１．第１実施形態
先ず、第１実施形態に係る圧電駆動装置３について、圧電駆動装置３を備える圧電モーター１を一例として挙げ、図１～図５を参照して説明する。
尚、説明の便宜上、図２において、最上層の保護層７４及び図３に示す配線の図示を省略している。また、以降の各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。また、Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ方向」と言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」、矢印と反対側を「マイナス側」、Ｘ方向のプラス側を「上」、Ｘ方向のマイナス側を「下」とも言う。また、本実施形態における第１方向とは、Ｙ方向であり、第２方向とは、Ｚ方向であり、第３方向とは、Ｘ方向である。

圧電モーター１は、図１に示すように、円盤状をなしその中心軸Ｏまわりに回転可能な被駆動体としてのローター２と、ローター２の外周面２１に当接する圧電駆動装置３と、を有する。このような圧電モーター１では、圧電駆動装置３を屈曲振動させるとローター２がＸ軸と平行な中心軸Ｏまわりに回転する。

また、ローター２にエンコーダー９が設けられており、エンコーダー９によって、ローター２の挙動、特に、回転量および角速度が検出できる。エンコーダー９は、ローター２の上面に固定されたスケール９１と、スケール９１の上側に設けられた光学素子９２と、を有する。また、スケール９１は、円板状をなし、その上面に図示しないパターンが設けられている。一方、光学素子９２は、スケール９１のパターンに向けて光を照射する発光素子９２１と、スケール９１のパターンを撮像する撮像素子９２２と、を有する。このような構成のエンコーダー９では、撮像素子９２２により取得されるパターンの画像をテンプレートマッチングすることにより、ローター２の回転量、駆動速度、絶対位置等を検出することができる。

本実施形態の圧電駆動装置３は、振動する圧電アクチュエーター４と、圧電アクチュエーター４をローター２に向けて付勢する付勢部材５と、圧電アクチュエーター４の駆動を制御する制御装置７と、を有する。

圧電アクチュエーター４は、振動体４１と、振動体４１を支持する支持部４２と、振動体４１と支持部４２とを接続する接続部４３と、振動体４１に接続し、被駆動体としてのローター２に対して駆動力を伝達する凸部４４と、を有する。

振動体４１は、図２に示すように、Ｘ方向を厚さ方向とし、Ｙ軸及びＺ軸を含むＹ－Ｚ平面に広がる板状をなし、Ｙ方向に伸縮しながらＺ方向に屈曲することによりＳ字状に屈曲振動する。また、振動体４１は、Ｘ方向からの平面視で、伸縮方向であるＹ方向を長手とする長方形状となっている。

また、振動体４１は、基板４５と、基板４５上に配置され、基板４５と凸部４４とが並ぶＹ方向に基板４５を振動させる第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂと、基板４５上に配置され、Ｚ方向に基板４５を振動させる第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆと、基板４５上に配置され、Ｙ方向の振動を受けて検出信号を出力する参照圧電素子７Ｇと、を有する。

第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂは、基板４５のＺ方向の中央部において、基板４５のＹ方向に並んで配置されている。また、第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂに対して基板４５のＺ方向のプラス側には、第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄが基板４５のＹ方向に並んで配置され、Ｚ方向のマイナス側には、第２駆動圧電素子７Ｅ，７Ｆが基板４５のＹ方向に並んで配置されている。

参照圧電素子７Ｇは、基板４５のＹ方向及びＺ方向の中央部において、第１駆動圧電素子７Ａと第１駆動圧電素子７Ｂとの間に配置されている。また、基板４５には、基板４５の厚さ方向であるＸ方向からの平面視で、参照圧電素子７ＧとＺ方向に並んで凹部４６が配置されている。尚、本実施形態では、２つの凹部４６が参照圧電素子７Ｇを挟み、Ｚ方向のプラス側とマイナス側とに配置されている。つまり、参照圧電素子７Ｇは、Ｘ方向からの平面視で、２つの凹部４６の間に配置されている。

支持部４２は、接続部４３を介して振動体４１となる基板４５を支持している。支持部４２は、Ｘ方向からの平面視で、振動体４１のＹ方向のマイナス側を囲むＵ字形状となっている。また、接続部４３は、振動体４１の屈曲振動の節となる部分、具体的には振動体４１のＹ方向の中央部と支持部４２とを接続している。

また、支持部４２及び接続部４３上には、図３に示すように、基準電位配線８１、第１駆動配線８２、第２駆動配線８３、第１検出配線８４、第２検出配線８５が配置されている。

基準電位配線８１の一方の端部は、基板４５の第１面１１上に設けられた第１電極７１と電気的に接続されており、基準電位配線８１の他方の端部は、外部配線８６を介して制御装置７と電気的に接続されている。尚、基板４５のＹ方向のプラス側に設けられた第１電極７１と基板４５のＹ方向のマイナス側に設けられた第１電極７１とは、接続電極７８により電気的に接続されている。

第１駆動配線８２の一方の端部は、保護層７４に設けられた図示しない貫通電極を介して、第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂの駆動電極となる図２に示す第２電極７３と電気的に接続されており、第１駆動配線８２の他方の端部は、外部配線８６を介して制御装置７と電気的に接続されている。尚、第１駆動圧電素子７Ａの第２電極７３と第１駆動圧電素子７Ｂの第２電極７３とは、図２に示すように、接続電極７７により電気的に接続され、接続電極７７を介して第１駆動配線８２と電気的に接続されている。

第２駆動配線８３の一方の端部は、保護層７４に設けられた図示しない貫通電極を介して、第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆの駆動電極となる図２に示す第２電極７３と電気的に接続されており、第２駆動配線８３の他方の端部は、外部配線８６を介して制御装置７と電気的に接続されている。

第１検出配線８４の一方の端部は、参照圧電素子７Ｇの検出電極となる基板４５の第１面１１上に設けられた第３電極７５と電気的に接続されており、第１検出配線８４の他方の端部は、外部配線８６を介して制御装置７と電気的に接続されている。

第２検出配線８５の一方の端部は、保護層７４に設けられた図示しない貫通電極を介して、参照圧電素子７Ｇの検出電極となる図２に示す第４電極７６と電気的に接続されており、第２検出配線８５の他方の端部は、外部配線８６を介して制御装置７と電気的に接続されている。

第１駆動圧電素子７Ａ、第２駆動圧電素子７Ｃ、及び第２駆動圧電素子７Ｅは、それぞれ、図４に示すように、基板４５の第１面１１上に配置された第１電極７１と、第１電極７１上に配置された圧電体７２と、圧電体７２上に配置された第２電極７３と、を有する。尚、第２電極７３上及び図３に示す各配線上には、電極間のショートを防止するための保護層７４が設けられている。また、第１駆動圧電素子７Ｂ、第２駆動圧電素子７Ｄ、及び第２駆動圧電素子７Ｆについても同様の構成となっている。また、第１電極７１は、図３に示すように、第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂ及び第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆに共通であるが、圧電体７２及び第２電極７３は、それぞれ、第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂ及び第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆに個別に設けられている。

参照圧電素子７Ｇは、図５に示すように、基板４５の第１面１１上に配置された第３電極７５と、第３電極７５上に配置された圧電体７２と、圧電体７２上に配置された第４電極７６と、を有する。第３電極７５は、第１電極７１と個別に設けられ、第４電極７６は、第２電極７３と個別に設けられている。すなわち、第３電極７５及び第４電極７６は、参照圧電素子７Ｇの圧電体７２の振動に応じた検出信号を制御装置７へ出力する検出用電極である。また、第４電極７６上には、保護層７４が設けられている。尚、参照圧電素子７ＧのＺ方向の両側に設けられた凹部４６は、基板４５の参照圧電素子７Ｇが配置されている面である第１面１１に配置され、基板４５の第１面１１側に開口し、基板４５の第２面１２側に底面を有している。

圧電体７２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７２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。

また、圧電体７２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。

尚、基板４５の構成材料としては、振動体４１の外形形成や凹部４６形成等において、加工精度に優れているシリコンを用いることができる。

第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂは、交番電圧を印加することによって、基板４５をＹ方向に伸縮させる縦振動をする。また、第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆも第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂと同様に、交番電圧を印加することによって、基板４５をＹ方向に伸縮させる縦振動をする。

そのため、第２駆動圧電素子７Ｃと第２駆動圧電素子７Ｆとを電気的に接続し、第２駆動圧電素子７Ｄと第２駆動圧電素子７Ｅとを電気的に接続し、第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｆと第２駆動圧電素子７Ｄ，７Ｅとにそれぞれ位相の異なる同周波数の交番電圧を印加する。これにより、第２駆動圧電素子７Ｃ，７ＦがＹ方向に伸びたときに第２駆動圧電素子７Ｄ，７ＥがＹ方向に縮み、逆に、第２駆動圧電素子７Ｃ，７ＦがＹ方向に縮んだときに第２駆動圧電素子７Ｄ，７ＥがＹ方向に伸びる。よって、基板４５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。従って、第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂ及び第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆにそれぞれ位相の異なる交番電圧を印加することで、振動体４１がＹ方向に縦振動しつつＺ方向にＳ字状に屈曲振動し、これらの振動が合成されて、凸部４４の先端が楕円軌道を描く楕円運動をする。

参照圧電素子７Ｇは、第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂ及び第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆの駆動に伴う振動体４１の縦振動や屈曲振動等の振動に応じた外力を受けると、受けた外力に応じた検出信号を出力する。そのため、参照圧電素子７Ｇから出力される検出信号に基づいて、振動体４１の振動状態を検知することができる。

本実施形態では、Ｙ方向の振動である縦振動の振動状態を精度良く検知するために、参照圧電素子７ＧとＺ方向に並んで凹部４６を配置している。そのため、振動体４１のＺ方向の振動である屈曲振動が参照圧電素子７Ｇに伝わり難くなり、屈曲振動の感度が低下するので、振動体４１のＹ方向の振動である縦振動を精度良く検出することができる。また、図２及び図３に示すように、凹部４６のＹ方向の長さは、参照圧電素子７ＧのＹ方向の長さより長くなっているので、屈曲振動の影響をより低減することができる。

凸部４４は、振動体４１の先端部に設けられ、振動体４１からＹ方向のプラス側へ突出している。そして、凸部４４の先端部は、ローター２の外周面２１と接触している。そのため、振動体４１の振動は、凸部４４を介してローター２に伝達される。第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂ及び第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆに印加する交番電圧をそれぞれ調整することで、伸縮タイミングをずらし、図１に示すように、ローター２を矢印Ｂ１で示すように時計回りに回転させたり、ローター２を矢印Ｂ２で示すように反時計回りに回転させたりすることができる。

付勢部材５は、凸部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢する部材である。付勢部材５は、圧電アクチュエーター４を支持する基部５１に設けられたばね部５１３をＹ方向に撓ませた状態で付勢部材５を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凸部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢することができる。

制御装置７は、参照圧電素子７Ｇから出力される検出信号に基づいて、振動体４１の振動状態を検知し、第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂ及び第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆに印加する交番電圧の電圧値や交番電圧の印加時間を調整することにより、圧電駆動装置３の駆動を制御する。

上述したような圧電駆動装置３によれば、基板４５上に参照圧電素子７ＧとＺ方向に並んで凹部４６が配置されているため、振動体４１の屈曲振動が参照圧電素子７Ｇに伝わり難くなり、振動体４１の縦振動を精度良く検出することができる。そのため、安定した駆動が可能な圧電駆動装置３を実現することができる。

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る圧電駆動装置３ａについて、図６及び図７を参照して説明する。

本実施形態の圧電駆動装置３ａは、第１実施形態の圧電駆動装置３に比べ、圧電アクチュエーター４ａの基板４５ａに設けられている凹部４６ａの位置が異なること以外は、第１実施形態の圧電駆動装置３と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。また、図６及び図７では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の圧電駆動装置３ａは、図６及び図７に示すように、圧電アクチュエーター４ａの基板４５ａの参照圧電素子７Ｇが配置された第１面１１とは反対側の面である第２面１２に、凹部４６ａが設けられている。

凹部４６ａは、基板４５ａの第２面１２側に開口し、基板４５ａの第１面１１側に底面を有している。

このような構成とすることで、前述した第１実施形態と同等の効果を得ることができる。また、第１実施形態に比べ、凹部４６ａが素子や配線が配置されていない第２面１２に設けられているので、凹部４６ａを基板４５ａに形成し易くなる。

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る圧電駆動装置３ｂについて、図８及び図９を参照して説明する。

本実施形態の圧電駆動装置３ｂは、第１実施形態の圧電駆動装置３に比べ、圧電アクチュエーター４ｂの基板４５ｂに設けられている参照圧電素子７Ｇｂと凹部４６ｂとの位置が異なることと、第１駆動圧電素子７Ａｂの形状が異なること以外は、第１実施形態の圧電駆動装置３と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。また、図８及び図９では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の圧電駆動装置３ｂは、図８及び図９に示すように、圧電アクチュエーター４ｂの基板４５ｂの第１駆動圧電素子７Ａｂが配置された第１面１１とは反対側の第２面１２に、参照圧電素子７Ｇｂと凹部４６ｂとが設けられている。また、参照圧電素子７Ｇｂの第４電極７６と電気的に接続している第２検出配線８５ｂや参照圧電素子７Ｇｂの第３電極７５と電気的に接続している図示しない第１検出配線８４ｂも第２面１２に設けられている。

また、第１駆動圧電素子７Ａｂは、Ｙ方向の長さが第２駆動圧電素子７ＣのＹ方向のプラス側の端部から第２駆動圧電素子７ＤのＹ方向のマイナス側の端部まであり、Ｘ方向からの平面視で、参照圧電素子７Ｇｂと重なって、配置されている。

このような構成とすることで、前述した第１実施形態と同等の効果を得ることができる。また、参照圧電素子７Ｇｂが第２面１２に設けられているので、第１実施形態の第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂの面積に比べ、第１駆動圧電素子７Ａｂの面積を大きくすることができ、基板４５ｂの縦振動のＹ方向への振幅をより大きくすることができる。そのため、圧電駆動装置３ｂの駆動能力を向上させることができる。

４．第４実施形態
次に、第４実施形態に係る圧電駆動装置３ｃについて、図１０及び図１１を参照して説明する。

本実施形態の圧電駆動装置３ｃは、第１実施形態の圧電駆動装置３に比べ、圧電アクチュエーター４ｃの基板４５ｃに設けられている参照圧電素子７Ｇｃと凹部４６ｃとの位置が異なることと、第１駆動圧電素子７Ａｃの形状が異なること以外は、第１実施形態の圧電駆動装置３と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。また、図１０及び図１１では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の圧電駆動装置３ｃは、図１０及び図１１に示すように、圧電アクチュエーター４ｃの基板４５ｃの第１駆動圧電素子７Ａｃが配置された第１面１１において、Ｘ方向からの平面視で、第１駆動圧電素子７ＡｃのＹ方向のプラス側で、第１駆動圧電素子７Ａｃと重ならない位置に、参照圧電素子７Ｇｃと凹部４６ｃとがＹ方向に並んで配置されている。

また、第１駆動圧電素子７ＡｃのＹ方向の長さは、第２駆動圧電素子７ＣのＹ方向のプラス側の端部から第２駆動圧電素子７ＤのＹ方向のマイナス側の端部まである。

このような構成とすることで、前述した第１実施形態と同等の効果を得ることができる。また、第１実施形態の第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂの面積に比べ、第１駆動圧電素子７Ａｃの面積が大きいので、基板４５ｃの縦振動のＹ方向への振幅をより大きくすることができ、圧電駆動装置３ｃの駆動能力を向上させることができる。

５．第５実施形態
次に、第５実施形態に係る圧電駆動装置３ｄについて、図１２及び図１３を参照して説明する。

本実施形態の圧電駆動装置３ｄは、第１実施形態の圧電駆動装置３に比べ、圧電アクチュエーター４ｄの基板４５ｄに設けられている参照圧電素子７Ｇｄと凹部４６ｄとの位置が異なることと、第１駆動圧電素子７Ａｄの形状が異なること以外は、第１実施形態の圧電駆動装置３と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。また、図１２及び図１３では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の圧電駆動装置３ｄは、図１２及び図１３に示すように、圧電アクチュエーター４ｄの基板４５ｄの第１駆動圧電素子７Ａｄ及び第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆが配置された第１面１１において、Ｘ方向からの平面視で、第２駆動圧電素子７ＥのＹ方向のプラス側で、第１駆動圧電素子７Ａｄと第２駆動圧電素子７Ｅとに重ならない位置に、参照圧電素子７Ｇｄと凹部４６ｄとが設けられている。

また、参照圧電素子７Ｇｄは、Ｙ方向に沿って伸びている基板４５ｄの側面に隣接して配置され、凹部４６ｄは、参照圧電素子７Ｇｄに対して、端面とは反対側に配置されている。

また、第１駆動圧電素子７ＡｄのＹ方向の長さは、第２駆動圧電素子７ＣのＹ方向のプラス側の端部と基板４５ｄのＹ方向のプラス側の端部との間から第２駆動圧電素子７ＤのＹ方向のマイナス側の端部まである。

このような構成とすることで、前述した第１実施形態と同等の効果を得ることができる。また、参照圧電素子７Ｇｄが基板４５ｄの側面に隣接して配置されているので、第１実施形態の第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂの面積に比べ、第１駆動圧電素子７Ａｄの面積を大きくすることができ、基板４５ｄの縦振動のＹ方向への振幅をより大きくすることができる。そのため、圧電駆動装置３ｄの駆動能力を向上させることができる。

６．第６実施形態
次に、第６実施形態に係る圧電駆動装置３ｅについて、図１４及び図１５を参照して説明する。

本実施形態の圧電駆動装置３ｅは、第１実施形態の圧電駆動装置３に比べ、圧電アクチュエーター４ｅの基板４５ｅに設けられている参照圧電素子７Ｇｅと凹部４６ｅとの位置が異なることと、参照圧電素子７Ｇｅの個数がことなることと、第１駆動圧電素子７Ａｅの形状が異なること以外は、第１実施形態の圧電駆動装置３と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。また、図１４及び図１５では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の圧電駆動装置３ｅは、図１４及び図１５に示すように、圧電アクチュエーター４ｅの基板４５ｅの第１駆動圧電素子７Ａｅ等が配置された第１面１１において、Ｘ方向からの平面視で、第２駆動圧電素子７Ｃ及び第２駆動圧電素子７ＥのＹ方向のプラス側で、第１駆動圧電素子７Ａｅ、第２駆動圧電素子７Ｃ、及び第２駆動圧電素子７Ｅに重ならない位置に、２つの参照圧電素子７Ｇｅと２つの凹部４６ｅとが設けられている。

また、参照圧電素子７Ｇｅは、Ｙ方向に沿って伸びている基板４５ｅの両側の側面に隣接して配置され、凹部４６ｅは、それぞれ、参照圧電素子７Ｇｅに対して、隣接する端面とは反対側に配置されている。

また、第１駆動圧電素子７ＡｅのＹ方向の長さは、第２駆動圧電素子７ＣのＹ方向のプラス側の端部と基板４５ｅのＹ方向のプラス側の端部との間から第２駆動圧電素子７ＤのＹ方向のマイナス側の端部まである。

このような構成とすることで、前述した第１実施形態と同等の効果を得ることができる。また、２つの参照圧電素子７Ｇｅが基板４５ｅの両側の側面に隣接して配置されているので、屈曲振動の影響を相殺することができ、より精度良く縦振動を検出することができる。更に、第１実施形態の第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂの面積に比べ、第１駆動圧電素子７Ａｅの面積を大きくすることができ、基板４５ｅの縦振動のＹ方向への振幅をより大きくすることができる。そのため、圧電駆動装置３ｅの駆動能力を向上させることができる。

７．第７実施形態
次に、第７実施形態に係る圧電駆動装置３ｆについて、図１６及び図１７を参照して説明する。

本実施形態の圧電駆動装置３ｆは、第１実施形態の圧電駆動装置３に比べ、圧電アクチュエーター４ｆの基板４５ｆに設けられている凹部４６ｆの形状が異なること以外は、第１実施形態の圧電駆動装置３と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。また、図１６及び図１７では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の圧電駆動装置３ｆは、図１６及び図１７に示すように、圧電アクチュエーター４ｆの基板４５ｆに、参照圧電素子７Ｇが配置された第１面１１から第１面１１とは反対側の第２面１２に貫通する凹部４６ｆが設けられている。

このような構成とすることで、前述した第１実施形態と同等の効果を得ることができる。また、凹部４６ｆが基板４５ｆの第１面１１から第２面１２に貫通しているので、第１実施形態の凹部４６に比べ、深さばらつきが生じ難くなり、凹部４６ｆの形成が容易となる。

８．第８実施形態
次に、第８実施形態に係る圧電駆動装置３～３ｆを備えているロボット１０００について、図１８を参照して説明する。尚、以下の説明では、圧電駆動装置３を備えた圧電モーター１を適用した構成を例示して説明する。

ロボット１０００は、図１８に示すように、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。

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モーター１が搭載されており、この圧電モーター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、圧電モーター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。

制御装置１０８０は、コンピューターで構成され、例えば、プロセッサー（ＣＰＵ）、メモリー、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）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、Ｉ／Ｆを介して外部のサーバーからダウンロードしてもよい。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、圧電モーター１を備えている。すなわち、ロボット１０００は、圧電アクチュエーター４と、圧電アクチュエーター４の振動を制御する制御装置７と、を備え、圧電アクチュエーター４を振動させて圧電アクチュエーター４に当接するローター２を駆動する圧電駆動装置３を有している。このうち、圧電アクチュエーター４は、基板４５上に配置され、基板４５をＹ方向に縦振動させる第１駆動圧電素子７Ａ，７Ｂと、基板４５をＺ方向に屈曲振動させる第２駆動圧電素子７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆと、縦振動及び屈曲振動を受けて検出信号を出力する参照圧電素子７Ｇと、を備えている。また、凹部４６が参照圧電素子７ＧとＺ方向に並んで配置されているので、振動体４１の屈曲振動が参照圧電素子７Ｇに伝わり難くなり、振動体４１の縦振動を精度良く検出でき、振動体４１の振動状態をより正確に検知することができる。このようなロボット１０００によれば、圧電駆動装置３において、精度の高い検出信号を取得することができる。このため、この検出信号に基づいて駆動することにより、安定した駆動が可能な圧電駆動装置３を実現することができる。その結果、安定した駆動が可能なロボット１０００が得られる。

１…圧電モーター、２…ローター、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ…圧電駆動装置、４…圧電アクチュエーター、５…付勢部材、７Ａ，７Ｂ…第１駆動圧電素子、７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆ…第２駆動圧電素子、７Ｇ…参照圧電素子、７…制御装置、９…エンコーダー、２１…外周面、４１…振動体、４２…支持部、４３…接続部、４４…凸部、４５…基板、４６…凹部、５１…基部、７１…第１電極、７２…圧電体、７３…第２電極、７４…保護層、７５…第３電極、７６…第４電極、７７，７８…接続電極、８１…基準電位配線、８２…第１駆動配線、８３…第２駆動配線、８４…第１検出配線、８５…第２検出配線、８６…外部配線、９１…スケール、９２…光学素子、５１３…ばね部、９２１…発光素子、９２２…撮像素子、１０００…ロボット、Ｂ１…矢印、Ｂ２…矢印、Ｏ…中心軸。

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板に接続し被駆動体に対して駆動力を伝達する凸部と、
   前記基板上に配置され、前記基板と前記凸部とが並ぶ第１方向に前記基板を振動させる第１駆動圧電素子と、
   前記基板上に配置され、前記第１方向と直交する第２方向に前記基板を振動させる第２駆動圧電素子と、
   前記基板上に配置され、前記第１方向の振動を受けて検出信号を出力する参照圧電素子と、
   前記第１方向及び前記第２方向と直交する第３方向からの平面視で、前記参照圧電素子と前記第２方向に並んで配置されている凹部と、を備える、
   圧電駆動装置。
2. 前記凹部は、複数あり、
   前記参照圧電素子は、前記平面視で、複数の前記凹部の間に配置されている、
   請求項１に記載の圧電駆動装置。
3. 前記凹部は、前記基板の前記参照圧電素子が配置されている面に配置されている、
   請求項１又は請求項２に記載の圧電駆動装置。
4. 前記凹部は、前記基板の前記参照圧電素子が配置されている面の反対側の面に配置されている、
   請求項１又は請求項２に記載の圧電駆動装置。
5. 前記参照圧電素子は、前記基板の前記第１駆動圧電素子が配置されている面の反対側の面に配置されている、
   請求項１又は請求項２に記載の圧電駆動装置。
6. 前記第１駆動圧電素子と前記参照圧電素子とは、前記平面視で、前記第１方向に並んで配置されている、
   請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の圧電駆動装置。
7. 前記参照圧電素子は、前記第１方向に沿って伸びている前記基板の端面に隣接して配置され、
   前記凹部は、前記参照圧電素子に対し、前記端面とは反対側に配置されている、
   請求項１に記載の圧電駆動装置。
8. 前記基板は、シリコンである、
   請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の圧電駆動装置。
9. 前記凹部は、前記基板を貫通している、
   請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の圧電駆動装置。
10. 請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の圧電駆動装置を有する圧電モーターを備えている、
    ロボット。

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