JP7069815B2 - 圧電駆動装置、ロボットハンド、ロボット、電子部品搬送装置、プリンター、プロジェクターおよび圧電駆動装置の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電駆動装置、ロボットハンド、ロボット、電子部品搬送装置、プリンター、プロジェクターおよび圧電駆動装置の駆動方法に関するものである。

従来から、特許文献１に記載された超音波駆動装置が知られている。特許文献１の超音波駆動装置は、基台と、基台に対してスライド可能なステージと、ステージの側面に設けられたアルミナセラミックスからなる摺接板と、摺接板と接触する接触部を有し基台に固定された超音波モーターと、を有する。このような超音波駆動装置では、超音波モーターを駆動することにより、ステージが基台に対してスライドする。

特開２００７－１６６７３７号公報

しかしながら、このような超音波駆動装置では、しばらく駆動させずにいると、摺接板の表面（超音波モーターとの接触面）に埃、塵等の浮遊物や水分が付着してしまい、これに起因して、摺接板と超音波モーターとの間の摩擦係数が低下し、十分な駆動力が得られないという課題があった。

本発明の適用例に係る圧電駆動装置は、圧電アクチュエーターと、
前記圧電アクチュエーターと当接し、前記圧電アクチュエーターの駆動力が伝達される被駆動部材と、
前記圧電アクチュエーターを駆動する駆動回路と、を備える圧電駆動装置であって、
前記駆動回路は、通常駆動に先立って、前記圧電アクチュエーターと前記被駆動部材との間の摩擦力が所定範囲内となるように前記圧電アクチュエーターの準備駆動を行うことを特徴とする。

本発明の第１実施形態に係る圧電駆動装置を示す平面図である。 図１に示す圧電駆動装置の側面図である。 図１に示す圧電駆動装置が有する圧電モジュールの斜視図である。 図３に示す圧電モジュールが有する圧電アクチュエーターの平面図である。 図４に示す圧電アクチュエーターに印加する駆動電圧を示す図である。 図５に示す駆動電圧を印加したときの圧電アクチュエーターの駆動を示す図である。 図４に示す圧電アクチュエーターに印加する駆動電圧を示す図である。 図７に示す駆動電圧を印加したときの圧電アクチュエーターの駆動を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る圧電駆動装置を示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係るロボットハンドを示す斜視図である。 制御回路による制御方法を説明するためのフローチャートである。 制御回路による制御方法を説明するためのフローチャートである。 制御回路による制御方法を説明するためのフローチャートである。 制御回路による制御方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 本発明の第５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１６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。 本発明の第６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。 本発明の第７実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図である。

以下、本発明の圧電駆動装置の駆動方法、ロボットハンド、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を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る圧電駆動装置の駆動方法について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電駆動装置を示す平面図である。図２は、図１に示す圧電駆動装置の側面図である。図３は、図１に示す圧電駆動装置が有する圧電モジュールの斜視図である。図４は、図３に示す圧電モジュールが有する圧電アクチュエーターの平面図である。図５は、図４に示す圧電アクチュエーターに印加する駆動電圧を示す図である。図６は、図５に示す駆動電圧を印加したときの圧電アクチュエーターの駆動を示す図である。図７は、図４に示す圧電アクチュエーターに印加する駆動電圧を示す図である。図８は、図７に示す駆動電圧を印加したときの圧電アクチュエーターの駆動を示す図である。

図１および図２に示す圧電駆動装置１は、ベース１１と、ベース１１に対してスライド可能なスライダー１２と、スライダー１２に設けられた被駆動部材１３と、ベース１１に固定され被駆動部材１３に押し付けられた複数の圧電モジュール１４と、圧電モジュール１４の駆動を制御する制御回路１９（駆動回路）と、を有する。このような圧電駆動装置１では、制御回路１９によって各圧電モジュール１４を駆動することにより、スライダー１２がベース１１に対して矢印で示す方向にスライドする。なお、圧電モジュール１４の駆動が停止しているときは、圧電モジュール１４が被駆動部材１３に押し付けられた状態となるため、これらの間の摩擦力によってスライダー１２がベース１１に対して固定される。

制御回路１９は、コンピューターは、制御を行うコンピューター部分と、圧電モジュール１４を駆動する駆動回路とから構成され、例えば、プロセッサ（ＣＰＵ）、メモリー、Ｉ／Ｆ（インターフェース）等を有している。そして、プロセッサが、メモリーに格納されている所定のプログラム（コード列）を実行することで、圧電駆動装置１の駆動を制御するようになっている。

各圧電モジュール１４は、図３に示すように、複数の圧電アクチュエーター１５が積層した積層体１５０と、積層体１５０を被駆動部材１３に向けて付勢する付勢部１６と、を有する。また、図４に示すように、各圧電アクチュエーター１５は、振動部１５１と、振動部１５１を支持する支持部１５２と、振動部１５１と支持部１５２とを接続する一対の接続部１５３と、振動部１５１の先端部に設けられ、被駆動部材１３に振動部１５１の駆動力を伝達する伝達部１５４と、を有する。

振動部１５１には５つの圧電素子１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄ、１５１ｅが設けられている。圧電素子１５１ｃは、振動部１５１の幅方向の中央部において振動部１５１の長手方向に沿って配置されている。この圧電素子１５１ｃに対して振動部１５１の幅方向の一方側には圧電素子１５１ａ、１５１ｂが振動部１５１の長手方向に沿って配置され、他方側には圧電素子１５１ｄ、１５１ｅが振動部１５１の長手方向に沿って配置されている。各圧電素子１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄ、１５１ｅは、電圧の印加によって振動部１５１の長手方向に伸縮する。

例えば、図５に示す電圧Ｖ１を圧電素子１５１ａ、１５１ｅに印加し、電圧Ｖ２を圧電素子１５１ｃに印加し、電圧Ｖ３を圧電素子１５１ｂ、１５１ｄに印加すると、振動部１５１がＳ字状に屈曲振動し、これに伴って、伝達部１５４が図６に示すように図中反時計回りに楕円運動する。反対に、図７中の電圧Ｖ１’を圧電素子１５１ａ、１５１ｅに印加し、電圧Ｖ２’を圧電素子１５１ｃに印加し、電圧Ｖ３’を圧電素子１５１ｂ、１５１ｄに印加すると、振動部１５１がＳ字状に屈曲振動し、これに伴って、伝達部１５４が図８に示すように図中時計回りに楕円運動する。このような伝達部１５４の楕円運動が被駆動部材１３に伝わることによりスライダー１２がベース１１に対してスライドする。

積層体１５０には付勢部１６が取り付けられており、この付勢部１６を介して積層体１５０がベース１１に固定されている。付勢部１６は、伝達部１５４を被駆動部材１３に押し付ける（付勢する）機能を有し、図３に示すように、積層体１５０を挟持する一対の基板１６０を有する。一対の基板１６０は、それぞれ、基部１６１と、固定部１６２と、基部１６１と固定部１６２とを接続するばね部１６３と、を有する。そして、接着剤等を介して基部１６１に圧電アクチュエーター１５の支持部１５２が固定されている。また、図２に示すように、固定部１６２は、ねじによってベース１１に固定されている。

伝達部１５４および被駆動部材１３の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、耐摩耗性に優れた材料が好ましい。このような耐摩耗性に優れた材料としては、例えば、アルミナ、ジルコニア等の各種セラミックスが挙げられる。特に、本実施形態では、伝達部１５４および被駆動部材１３は、純度９０％以上のアルミナから形成されている。伝達部１５４および被駆動部材１３の構成材料としてセラミックスを用いることにより、伝達部１５４および被駆動部材１３の耐摩耗性を十分に高くすることができると共に、伝達部１５４および被駆動部材１３の間の摩擦係数を十分に高くすることができる。そのため、圧電モジュール１４を駆動させた際には、より確実に、ベース１１に対してスライダー１２をスライドさせることができるし、圧電モジュール１４の駆動を停止した際には、十分に強い力で、ベース１１に対してスライダー１２を固定することができる。

このような圧電駆動装置１は、制御回路１９によって、通常駆動と準備駆動とを切り換えることができるようになっている。通常駆動とは、例えば、スライダー１２に取り付けられた図示しない作業部（例えば、後述するロボットハンド２の指部２３、２４、後述するロボット３のアーム３１２～３１７等）に、所定作業（命令した作業）をさせるために行う圧電駆動装置１の駆動を言う。一方、準備駆動とは、前記作業部が所定作業をより確実に行うことができるように、所定作業を行う前に、圧電駆動装置１が所定の駆動特性を発揮できる状態とするために行う圧電駆動装置１の駆動、すなわち、所定作業を行わない空駆動を言う。

例えば、圧電駆動装置１が停止している時間が長く続くと（しばらく駆動させないでいると）、空気中にある塵、埃等の浮遊物や水分が伝達部１５４や被駆動部材１３の表面に付着してしまい、伝達部１５４と被駆動部材１３との間の摩擦力が、浮遊物や水分が付着していない正常状態における摩擦力から低下する場合がある。伝達部１５４と被駆動部材１３との間の摩擦力が正常状態から低下した状態（異常状態）では、正常状態と比べて、圧電駆動装置１の駆動を停止しているときのベース１１に対するスライダー１２の固定力が不十分となり、正常状態ではスライダー１２とベース１１との固定状態が維持されるような弱い力であっても、その力が加わることでスライダー１２がベース１１に対して不本意にスライドしてしまうことがある。また、伝達部１５４と被駆動部材１３との間の摩擦力が正常状態から低下した状態では、圧電駆動装置１を駆動させたときに、正常状態と比べて伝達部１５４と被駆動部材１３との間でスリップが発生し易く、スライダー１２の移動速度が低下することがある。反対に、浮遊物が伝達部１５４や被駆動部材１３の表面に付着し、この浮遊物が伝達部１５４と被駆動部材１３との間に噛んだような状態となると、被駆動部材１３との間の摩擦力が正常状態における摩擦力から増加する場合がある。伝達部１５４と被駆動部材１３との間の摩擦力が正常状態から増加した状態（異常状態）では摩擦力が強すぎてスライダー１２が動き難くなり、圧電駆動装置１のスムーズな駆動が阻害されることがある。また、スライダー１２の移動速度が増加することもある。このように、異常状態では正常状態において発揮できる駆動特性を発揮することができず、異常状態にある圧電駆動装置１で通常駆動を行ってしまうと、前記作業部に所定作業を実行させることができなかったり、所定作業にかかる時間が長くなってしまったりする。そのため、所定作業にエラーが生じ易くなる。

そこで、制御回路１９は、圧電駆動装置１による通常駆動を行うのに先立って、圧電駆動装置１の状態を正常状態とするための準備駆動を行うようになっている。準備駆動を行うタイミングとしては、特に限定されない。例えば、電源が投入されたときには必ず準備駆動を行ってもよい。また、例えば、圧電駆動装置１を所定時間（例えば、１分以上）駆動していなかった場合や、サイクルタイム中で作業動作を行っていない期間が１分以上ある場合に圧電駆動装置１が「異常状態」にあると判断し、通常駆動に先立って準備駆動を行ってもよい。また、例えば、圧電駆動装置１を駆動させてみて、伝達部１５４と被駆動部材１３との間の摩擦力やスライダー１２の移動速度を検出し、検出した摩擦力や移動速度が所定範囲（正常状態として認められる範囲）外であった場合に圧電駆動装置１が「異常状態」にあると判断し、通常駆動に先立って準備駆動を行ってもよい。なお、前述した摩擦力や移動速度は、通常駆動に先立って検出してもよいし、通常駆動中に（通常駆動を行いながら）検出してもよい。

制御回路１９は、準備駆動として各圧電モジュール１４を駆動してスライダー１２をスライドさせる。具体的は、スライダー１２を往復してスライドさせる（一方側と他方側とに交互にスライドさせる）。これにより、伝達部１５４と被駆動部材１３とが擦れ、これらの表面に付着した空気中の浮遊物や水分が除去されて圧電駆動装置１が正常状態に復帰する。

制御回路１９は、圧電駆動装置１が正常状態に復帰したら準備駆動を終了する。圧電駆動装置１が正常状態に復帰したかどうかの判断方法は、特に限定されない。例えば、伝達部１５４と被駆動部材１３との間の摩擦力やスライダー１２の移動速度を検出し、検出した摩擦力や移動速度が所定範囲内（正常状態として認められる範囲内）となった場合に圧電駆動装置１が「正常状態」に復帰したと判断してもよい。また、準備駆動が所定時間以上連続して行われた場合やスライダー１２のスライド回数（往復回数）が所定回以上連続して行われた場合に、圧電駆動装置１が「正常状態」に復帰したと判断してもよい。

ここで、準備駆動では、スライダー１２を少なくとも１往復させることが好ましい。これにより、両方向から伝達部１５４と被駆動部材１３とを擦り合わせることができるため、伝達部１５４や被駆動部材１３の表面に付着した浮遊物や水分を効果的に除去することができる。また、準備駆動では、スライダー１２（被駆動部材１３）をその可動範囲の全域でスライドさせることが好ましい。これにより、スライダー１２の可動範囲の全域において、伝達部１５４や被駆動部材１３の表面に付着した浮遊物や水分を除去することができる。そのため、スライダー１２の可動範囲の全域において正常状態に復帰させることができる。ただし、これに限定されず、例えば、通常駆動では可動範囲の一部でしかスライダー１２をスライドさせないような場合には、その一部の範囲でスライダー１２をスライドさせてもよい。これにより、通常駆動で用いられる範囲については正常状態に復帰させることができるため、圧電駆動装置１の通常駆動を問題なく行うことができるし、準備駆動にかかる時間を短縮することもできる。

制御回路１９は、このような準備駆動を行って、伝達部１５４と被駆動部材１３との間の摩擦力を正常状態に復帰させた後、圧電駆動装置１の通常駆動を行う。これにより、圧電駆動装置１は、通常駆動において所望の駆動特性を発揮することができ、前記作業部は、命令された作業をより確実に実行することができる。

なお、圧電駆動装置１は、上述の構成に限定されない。例えば、上述した構成では、３つの圧電モジュール１４を有しているが、圧電モジュール１４の数としては、特に限定されず、２つ以下であってもよいし、４つ以上であってもよい。また、各圧電モジュール１４が積層された４つの圧電アクチュエーター１５を有しているが、圧電アクチュエーター１５の積層枚数としては、特に限定されず、３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよい。また、各圧電アクチュエーター１５の構成についても特に限定されず、例えば、圧電素子１５１ｃを省略してもよい。

以上、圧電駆動装置１について説明した。このような圧電駆動装置１は、前述したように、圧電アクチュエーター１５と、圧電アクチュエーター１５と当接し、圧電アクチュエーター１５の駆動力が伝達される被駆動部材１３と、圧電アクチュエーター１５を駆動する制御回路１９（駆動回路）と、を備える。そして、制御回路１９は、通常駆動に先立って、圧電アクチュエーター１５と被駆動部材１３との間の摩擦力が所定範囲内となるように圧電アクチュエーター１５の準備駆動を行う。このように、通常駆動に先立って準備駆動を行うことにより、通常駆動の際に、所定の駆動特性を発揮することができる。そのため、通常駆動をより確実に行うことができる。

また、前述したように、制御回路１９は、圧電アクチュエーター１５と被駆動部材１３との間の摩擦力を検出し、検出した摩擦力が所定範囲外であった場合に準備駆動を行う。これにより、より確実に、通常駆動の際に、所定の駆動特性を発揮することができる。また、例えば、検出した摩擦力が所定範囲内であった場合に準備駆動を省略することができるため、通常駆動を行うまでの時間を短くすることができる。

また、前述したように、制御回路１９は、通常駆動に先立って、被駆動部材１３の移動速度が所定範囲内となるように圧電アクチュエーター１５の準備駆動を行うことを特徴とする。このように、通常駆動に先立って準備駆動を行うことにより、通常駆動の際に、所定の駆動特性を発揮することができる。そのため、通常駆動をより確実に行うことができる。

また、前述したように、制御回路１９は、被駆動部材１３の移動速度を検出し、検出した移動速度が所定範囲外であった場合に準備駆動を行う。これにより、通常駆動の際に、より確実に所定の駆動特性を発揮することができる。また、例えば、検出した移動速度が所定範囲内であった場合に準備駆動を省略することができるため、通常駆動を行うまでの時間を短くすることができる。

また、前述したように、制御回路１９は、圧電アクチュエーター１５の駆動が停止している時間が所定時間を超えた場合に準備駆動を行う。これにより、通常駆動の際に、より確実に所定の駆動特性を発揮することができる。

また、前述したように、制御回路１９は、準備駆動を被駆動部材１３の可動範囲の全域において行う。これにより、被駆動部材１３の可動範囲の全域において、伝達部１５４や被駆動部材１３の表面に付着した浮遊物や水分を除去することができる。そのため、通常駆動の際に、より確実に所定の駆動特性を発揮することができる。

また、前述したように、被駆動部材１３には、所定作業を行う作業部が接続され、制御回路１９は、準備駆動では、前記作業部に前記所定作業をさせず、通常駆動では、作業部に前記所定作業をさせる。これにより、所定作業時に圧電駆動装置１が所定の駆動特性を発揮することができ、所定作業をより確実に行うことができる。

また、前述したように、被駆動部材１３は、セラミックスを含んでいる。これにより、被駆動部材１３の耐摩耗性を十分に高くすることができると共に、圧電アクチュエーター１５と被駆動部材１３との間の摩擦係数を十分に高くすることができる。そのため、圧電アクチュエーター１５を駆動させた際には、より確実に、ベース１１に対してスライダー１２をスライドさせることができるし、圧電アクチュエーター１５の駆動を停止した際には、十分に強い力で、ベース１１に対してスライダー１２を固定することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る圧電駆動装置の駆動方法について説明する。

図９は、本発明の第２実施形態に係る圧電駆動装置を示す平面図である。
図９に示す圧電駆動装置１Ａは、ベース１１と、ベース１１に対して回転可能なローター１７と、ローター１７に設けられた環状の被駆動部材１３と、ベース１１に固定され被駆動部材１３に押し付けられた複数の圧電モジュール１４と、圧電モジュール１４の駆動を制御する制御回路１９と、を有する。このような圧電駆動装置１では、制御回路１９によって各圧電モジュール１４を駆動することにより、ローター１７がベース１１に対して回転軸Ｊまわりに回転する。なお、圧電モジュール１４の駆動が停止しているときは、圧電モジュール１４が被駆動部材１３に押し付けられた状態となるため、これらの間の摩擦力によってローター１７がベース１１に対して固定される。

前述した第１実施形態の圧電駆動装置１が有するスライダー１２に替えてローター１７を配置していること以外、本実施形態の圧電駆動装置１Ａは、前述した第１実施形態の圧電駆動装置１と同様である。したがって、圧電駆動装置１Ａの詳細な説明（特に、制御回路１９の説明）については省略する。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るロボットハンドについて説明する。

図１０は、本発明の第３実施形態に係るロボットハンドを示す斜視図である。図１１ないし図１４は、それぞれ、制御回路による制御方法を説明するためのフローチャートである。

図１０に示すロボットハンド２は、対象物Ｗを把持することのできるハンドであり、ベース２０と、ベース２０に対してスライド可能に支持された一対のスライダー２１、２２と、スライダー２１、２２に固定された指部２３、２４と、スライダー２１、２２に係合するピニオンギア２６と、ピニオンギア２６を回転駆動させる圧電駆動装置１Ｂと、圧電駆動装置１Ｂに接続されたエンコーダー（図示せず）と、指部２３、２４に加わる応力を検出する応力検出部２７と、を有する。圧電駆動装置１Ｂとしては、例えば、前述した第２実施形態の圧電駆動装置１Ａを用いることができる。

このようなロボットハンド２では、圧電駆動装置１Ｂの駆動によって指部２３、２４が接近・離間するように移動し、これら指部２３、２４で対象物Ｗを把持することができる。また、ロボットハンド２では、十分な把持力で対象物Ｗを把持できるように（圧電駆動装置１Ｂが所定の駆動特性を発揮できるように）、必要に応じて、指部２３、２４で対象物Ｗを把持する前に圧電駆動装置１Ｂの準備駆動を行う。これにより、指部２３、２４で対象物Ｗをより確実に把持することができ、ロボットハンド２からの意図しない対象物Ｗの落下を効果的に抑制することができる。以下、ロボットハンド２について詳細に説明する。

スライダー２１、２２は、それぞれ、スライドガイド２５を介してベース２０に支持され、ベース２０に対して同じ方向にスライド可能となっている。また、スライダー２１のスライダー２２と対向する面にはラックギア２１１が形成され、スライダー２２のスライダー２１と対向する面にはラックギア２２１が形成されている。さらに、スライダー２１、２２の間にはピニオンギア２６が設けられており、このピニオンギア２６がラックギア２１１、２２１と噛合している。そのため、圧電駆動装置１Ｂの駆動によってピニオンギア２６が回転すると、スライダー２１、２２が互いに逆方向に移動し、それに伴って、指部２３、２４同士が接近・離間する。

ロボットハンド２に搭載された圧電駆動装置１Ｂは、前述した実施形態と同様に、制御回路１９を有し、制御回路１９によって通常駆動と準備駆動とを切り換えることができるようになっている。以下に、制御回路１９による通常駆動と準備駆動との切り替え動作について説明する。

図１１に示す例では、通常駆動と準備駆動との切り替えは、準備駆動を開始するステップＳ１１と、準備運動の終了を判断するステップＳ１２と、準備駆動を終了するステップＳ１３と、通常駆動を行うステップＳ１４と、を有する。具体的に説明すると、まず、制御回路１９は、圧電駆動装置１Ｂの準備駆動を開始する（ステップＳ１１）。次に、制御回路１９は、準備駆動の駆動時間ｔが予め設定された時間ｔ０よりも長いか否かを判断する（ステップＳ１２）。ｔ＜ｔ０である場合は、準備駆動が不十分で、圧電駆動装置１Ｂが所定の駆動特性を発揮することができないと判断し、そのまま準備駆動を継続する。一方、ｔ≧ｔ０である場合は、準備駆動が十分に行われ、圧電駆動装置１Ｂが所定の駆動特性を発揮することができると判断し、準備駆動を終了する（ステップＳ１３）。そして、制御回路１９は、準備駆動を終了した後、速やかに通常駆動を開始する（ステップＳ１４）。このように、準備駆動の駆動時間ｔの長さに基づいて、準備駆動が十分であるか否かを判断する方法によれば、十分な準備駆動を行うことができ、通常駆動の際に圧電駆動装置１Ｂに所定の駆動特性を発揮させることができる。そのため、通常駆動をより確実に行うことができる。

また、図１２に示す例では、通常駆動と準備駆動との切り替えは、準備駆動を開始するステップＳ２１と、準備運動の終了を判断するステップＳ２２と、準備駆動を終了するステップＳ２３と、通常駆動を行うステップＳ２４と、を有する。具体的に説明すると、制御回路１９は、まず、圧電駆動装置１Ｂの準備駆動を開始し、ローター１７を決められた回数（ｎ回）往復回転させる（ステップＳ２１）。次に、制御回路１９は、指部２３、２４を閉じて、指部２３、２４同士を押し付け（ステップＳ２２１）、その際に応力検出部２７に加わる力に基づいて、指部２３、２４による最大把持力Ｆｍを検出する（ステップＳ２２２）。なお、この最大把持力Ｆｍは、実質的に、伝達部１５４と被駆動部材１３との間の摩擦力に比例するため、最大把持力Ｆｍを伝達部１５４と被駆動部材１３との間の最大摩擦力として捉えることができる。また、最大把持力Ｆｍは、指部２３、２４同士を押し付けるのではなく、指部２３、２４によってダミーの対象物を挟み込んで把持することにより検出してもよい。次に、制御回路１９は、最大把持力Ｆｍが予め設定された把持力Ｆｍ０±αの範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ２２３）。Ｆｍ＜Ｆｍ０－αまたはＦｍ＞Ｆｍ０＋αである場合は、準備駆動が不十分で、圧電駆動装置１Ｂが所定の駆動特性を発揮することができないと判断し、そのまま準備駆動を継続する。一方、Ｆｍ０－α≦Ｆｍ≦Ｆｍ０＋αである場合は、準備駆動が十分に行われ、圧電駆動装置１Ｂが所定の駆動特性を発揮することができると判断し、準備駆動を終了する（ステップＳ２３）。そして、制御回路１９は、準備駆動を終了した後、速やかに通常駆動を開始する（ステップＳ２４）。このように、最大把持力Ｆｍの大きさに基づいて、準備駆動が十分であるか否かを判断する方法によれば、十分な準備駆動を行うことができ、通常駆動の際に圧電駆動装置１Ｂに所定の駆動特性を発揮させることができる。そのため、通常駆動をより確実に行うことができる。

また、図１３に示す例では、通常駆動と準備駆動との切り替えは、準備駆動を開始するステップＳ３１と、準備運動の終了を判断するステップＳ３２と、準備駆動を終了するステップＳ３３と、通常駆動を行うステップＳ３４と、を有する。具体的に説明すると、制御回路１９は、まず、圧電駆動装置１Ｂの準備駆動を開始し、ローター１７を所定時間回転させる（ステップＳ３１）。次に、制御回路１９は、図示しないエンコーダー等からローター１７の回転角（移動距離）を検出し（ステップＳ３２１）、検出した回転角に基づいて、ローター１７の回転速度Ｇ（移動速度）を検出する（ステップＳ３２２）。なお、ローター１７の回転速度Ｇは、実質的に、伝達部１５４と被駆動部材１３との間の摩擦力に比例する。次に、制御回路１９は、回転速度Ｇが予め設定された回転速度Ｇ０±αの範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ３２３）。Ｇ＜Ｇ０－αまたはＧ＞Ｇ０＋αである場合は、準備駆動が不十分で、圧電駆動装置１Ｂが所定の駆動特性を発揮することができないと判断し、そのまま準備駆動を継続する。一方、Ｇ０－α≦Ｇ≦Ｇ０＋αである場合は、準備駆動が十分に行われ、圧電駆動装置１Ｂが所定の駆動特性を発揮することができると判断し、準備駆動を終了する（ステップＳ３３）。そして、制御回路１９は、準備駆動を終了した後、速やかに通常駆動を開始する（ステップＳ３４）。このように、回転速度Ｇに基づいて、準備駆動が十分であるか否かを判断する方法によれば、十分な準備駆動を行うことができ、通常駆動の際に圧電駆動装置１Ｂに所定の駆動特性を発揮させることができる。そのため、通常駆動をより確実に行うことができる。

また、図１４に示す例では、通常駆動と準備駆動との切り替えは、通常駆動を開始するステップＳ４１と、準備駆動の必要があるか否かを判断するステップＳ４２と、準備駆動の必要がある場合に通常駆動を停止して準備駆動を開始するステップＳ４３と、準備運動の終了を判断するステップＳ４４と、準備駆動を終了するステップＳ４５と、通常駆動を開始（再開）するステップＳ４６と、を有する。具体的に説明すると、制御回路１９は、まず、圧電駆動装置１Ｂの通常駆動を開始する（ステップＳ４１）。なお、ここでは、通常駆動時に行う所定作業して、指部２３、２４によって対象物Ｗを把持する作業を行うこととなる。次に、指部２３、２４で対象物Ｗを把持する作業を行いながら、制御回路１９は、指部２３、２４による把持力Ｆを応力検出部２７に加わる力に基づいて検出する（ステップＳ４２１）。次に、制御回路１９は、把持力Ｆが予め設定された把持力Ｆ０±αの範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ４２２）。Ｆ０－α≦Ｆ≦Ｆ０＋αである場合は、準備駆動の必要がないと判断し、そのまま通常駆動を継続する。一方、Ｆ＜Ｆ０－αまたはＦ＞Ｆ０＋αである場合は、準備駆動が必要であると判断し、通常駆動を終了する（ステップＳ４３１）。次に、制御回路１９は、圧電駆動装置１Ｂの準備駆動を開始し、ローター１７を決められた回数（ｎ回）往復回転させる（ステップＳ４３２）。次に、制御回路１９は、指部２３、２４を閉じて、指部２３、２４同士を押し付け（ステップＳ４４１）、その際に応力検出部２７に加わる力に基づいて、指部２３、２４による最大把持力Ｆｍを検出する（ステップＳ４４２）。次に、制御回路１９は、最大把持力Ｆｍが予め設定された把持力Ｆｍ０±αの範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ４４３）。Ｆｍ＜Ｆｍ０－αまたはＦｍ＞Ｆｍ０＋αである場合は、準備駆動が不十分で、圧電駆動装置１Ｂが所定の駆動特性を発揮することができないと判断し、そのまま準備駆動を継続する。一方、Ｆｍ０－α≦Ｆｍ≦Ｆｍ０＋αである場合は、準備駆動が十分に行われ、圧電駆動装置１Ｂが所定の駆動特性を発揮することができると判断し、準備駆動を終了する（ステップＳ４５）。そして、制御回路１９は、準備駆動を終了した後、速やかに通常駆動を開始する（ステップＳ４６）。このように、通常駆動を行い、その最中に圧電駆動装置１Ｂの状態（準備駆動が必要か否か）を判断することにより、無駄な準備駆動がなくなるため、ロボットハンド２の作業効率が向上する。

なお、準備駆動の時間を短縮するために、図１１ないし図１４に示すいずれの方法においても、準備駆動では圧電駆動装置１を最大速度（最大速度の９０％以上）で駆動させることが好ましい。

以上、ロボットハンド２について説明した。このようなロボットハンド２は、圧電駆動装置１を含む。そのため、前述した圧電駆動装置１の効果を享受することができ、優れた信頼性を有するロボットハンド２が得られる。

なお、ロボットハンド２の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、本実施形態では、２本の指部２３、２４を有しているが、指部の数としては、特に限定されず、例えば、３本以上であってもよい。また、本実施形態では、圧電駆動装置１Ｂとして、前述した第２実施形態の圧電駆動装置１Ａを用いているが、これに限定されず、例えば、前述しただ第１実施形態の圧電駆動装置１を用いてもよい。また、別の構成の圧電駆動装置を用いてもよい。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るロボットについて説明する。

図１５は、本発明の第４実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
図１５に示すロボット３は、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３は、ロボット本体３１と、ロボット本体３１に装着されているロボットハンド２と、を有する。

ロボット本体３１は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース３１１と、ベース３１１に回動自在に連結されたアーム３１２と、アーム３１２に回動自在に連結されたアーム３１３と、アーム３１３に回動自在に連結されたアーム３１４と、アーム３１４に回動自在に連結されたアーム３１５と、アーム３１５に回動自在に連結されたアーム３１６と、アーム３１６に回動自在に連結されたアーム３１７と、これらアーム３１２～３１７の駆動を制御する制御装置３１８と、を有する。また、アーム３１７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本体３１に実行させる作業に応じたエンドエフェクターとして、ロボットハンド２が装着される。

また、ロボット本体３１は、ベース３１１に対してアーム３１２を回動させるための圧電駆動装置１Ｃと、アーム３１２に対してアーム３１３を回動させるための圧電駆動装置１Ｃと、アーム３１３に対してアーム３１４を回動させるための圧電駆動装置１Ｃと、アーム３１４に対してアーム３１５を回動させるための圧電駆動装置１Ｃと、アーム３１５に対してアーム３１６を回動させるための圧電駆動装置１Ｃと、アーム３１６に対してアーム３１７を回動させるための圧電駆動装置１Ｃと、を有する。各圧電駆動装置１Ｃとしては、例えば、前述した第１、第２実施形態の圧電駆動装置１、１Ａを用いることができる。そして、各圧電駆動装置１Ｃは、前述した圧電駆動装置１、１Ａと同様に、通常駆動と準備駆動との切り替えが可能となっている。

なお、圧電駆動装置１Ｂの構成や通常駆動と準備駆動との切り替え方法については、前述した実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

以上、ロボット３について説明した。このようなロボット３は、圧電駆動装置１を含む。そのため、前述した圧電駆動装置１の効果を享受することができ、優れた信頼性を有するロボット３が得られる。

なお、ロボット３の構成としては、本実施形態の構成に限定されず、例えば、水平多関節ロボット（スカラロボット）や双腕ロボットであってもよい。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る電子部品搬送装置について説明する。

図１６は、本発明の第５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１７は、図１６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。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。

図１６に示す電子部品搬送装置４は、電子部品検査装置に適用されており、基台４１と、基台４１の側方に配置された支持台４２と、を有する。また、基台４１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４１１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４１２と、上流側ステージ４１１と下流側ステージ４１２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４１３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、ＬＣＤ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。

また、支持台４２には、支持台４２に対してＹ軸方向に移動可能なＹステージ４２１が設けられており、Ｙステージ４２１には、Ｙステージ４２１に対してＸ軸方向に移動可能なＸステージ４２２が設けられており、Ｘステージ４２２には、Ｘステージ４２２に対してＺ軸方向に移動可能な電子部品保持部４２３が設けられている。

また、図１７に示すように、電子部品保持部４２３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４２３１と、微調整プレート４２３１に対してＺ軸まわりに回動可能な回動部４２３２と、回動部４２３２に設けられ、電子部品Ｑを保持する保持部４２３３と、を有する。また、電子部品保持部４２３には、微調整プレート４２３１をＸ軸方向に移動させるための圧電駆動装置１ｘと、微調整プレート４２３１をＹ軸方向に移動させるための圧電駆動装置１ｙと、回動部４２３２をＺ軸まわりに回動させるための圧電駆動装置１θと、が内蔵されている。なお、例えば、圧電駆動装置１ｘ、１ｙとして、前述した第１実施形態の圧電駆動装置１を用いることができ、圧電駆動装置１θとして、前述した第２実施形態の圧電駆動装置１Ａを用いることができる。

なお、圧電駆動装置１ｘ、１ｙ、１θの構成や通常駆動と準備駆動との切り替え方法については、前述した実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

以上、電子部品搬送装置４について説明した。このような電子部品搬送装置４は、圧電駆動装置１を含む。そのため、前述した圧電駆動装置１の効果を享受することができ、優れた信頼性を有する電子部品搬送装置４が得られる。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係るプリンターについて説明する。

図１８は、本発明の第６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。
図１８に示すプリンター５は、装置本体５１と、装置本体５１の内部に設けられている印刷機構５２、給紙機構５３および制御部５４と、を有する。また、装置本体５１には、記録用紙Ｐを設置するトレイ５１１と、記録用紙Ｐを排出する排紙口５１２と、液晶ディスプレイ等の操作パネル５１３とが設けられている。

印刷機構５２は、ヘッドユニット５２１と、圧電駆動装置１Ｄと、圧電駆動装置１Ｄの駆動力によりヘッドユニット５２１を往復動させる往復動機構５２３と、を有する。圧電駆動装置１Ｄとしては、例えば、前述した第１、第２実施形態の圧電駆動装置１、１Ａを用いることができる。なお、圧電駆動装置１Ｄの構成や通常駆動と準備駆動との切り替え方法については、前述した実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

また、ヘッドユニット５２１は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド５２１ａと、ヘッド５２１ａにインクを供給するインクカートリッジ５２１ｂと、ヘッド５２１ａおよびインクカートリッジ５２１ｂを搭載したキャリッジ５２１ｃと、を有する。往復動機構５２３は、キャリッジ５２１ｃを往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸５２３ａと、圧電駆動装置１Ｄの駆動力によりキャリッジ５２１ｃをキャリッジガイド軸５２３ａ上で移動させるタイミングベルト５２３ｂと、を有する。

給紙機構５３は、互いに圧接している従動ローラー５３１および駆動ローラー５３２と、駆動ローラー５３２を駆動する圧電駆動装置１Ｅと、を有する。なお、圧電駆動装置１Ｅとしては、例えば、前述した第１、第２実施形態の圧電駆動装置１、１Ａを用いることができる。なお、圧電駆動装置１Ｅの構成や通常駆動と準備駆動との切り替え方法については、前述した実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

また、制御部５４は、例えばパーソナルコンピュータ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷機構５２や給紙機構５３等を制御する。このようなプリンター５では、給紙機構５３が記録用紙Ｐを一枚ずつヘッドユニット５２１の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット５２１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。なお、本実施系形態では、圧電駆動装置１Ｃが給紙用の駆動ローラー５３２を駆動しているが、この他にも、例えば、キャリッジ５２１ｃを駆動してもよい。

以上、プリンター５について説明した。このようなプリンター５は、圧電駆動装置１を含む。そのため、前述した圧電駆動装置１の効果を享受することができ、優れた信頼性を有するプリンター５が得られる。

＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係るプロジェクターについて説明する。

図１９は、本発明の第７実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図である。
図１９に示すプロジェクター６は、ＬＣＤ方式のプロジェクターであり、光源６１と、ミラー６２１、６２２、６２３と、ダイクロイックミラー６３１、６３２と、液晶表示素子６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂと、ダイクロイックプリズム６５と、投射レンズ系６６と、圧電駆動装置１Ｆと、を有する。

光源６１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６１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６１から出射された光は、まず、ダイクロイックミラー６３１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６２１で反射された後、液晶表示素子６４Ｒに入射し、その他の光は、ダイクロイックミラー６３２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６４Ｇに入射し、青色光は、ミラー６２２、６２３で反射された後、液晶表示素子６４Ｂに入射する。

液晶表示素子６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂ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６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂ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６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂにおいて全画素の光量分布が協調制御される。このような液晶表示素子６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂ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６５で合成され、ダイクロイックプリズム６５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６６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１Ｆは、投射レンズ系６６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。

なお、圧電駆動装置１Ｆとしては、例えば、前述した第１、第２実施形態の圧電駆動装置１、１Ａを用いることができる。圧電駆動装置１Ｆの構成や通常駆動と準備駆動との切り替え方法については、前述した実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

以上、プロジェクター６について説明した。このようなプロジェクター６は、圧電駆動装置１を含む。そのため、前述した圧電駆動装置１の効果を享受することができ、優れた信頼性を有するプロジェクター６が得られる。

以上、本発明の圧電駆動装置、ロボットハンド、ロボット、電子部品搬送装置、プリンター、プロジェクターおよび圧電駆動装置の駆動方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。また、前述した実施形態では、圧電駆動装置をロボットハンド、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、これら以外の各種電子デバイスに適用することができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１ｘ、１ｙ、１θ…圧電駆動装置、１１…ベース、１２…スライダー、１３…被駆動部材、１４…圧電モジュール、１５…圧電アクチュエーター、１５０…積層体、１５１…振動部、１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄ、１５１ｅ…圧電素子、１５２…支持部、１５３…接続部、１５４…伝達部、１６…付勢部、１６０…基板、１６１…基部、１６２…固定部、１６３…ばね部、１７…ローター、１９…制御回路、２…ロボットハンド、２０…ベース、２１、２２…スライダー、２１１、２２１…ラックギア、２３、２４…指部、２５…スライドガイド、２６…ピニオンギア、２７…応力検出部、３…ロボット、３１…ロボット本体、３１１…ベース、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、３１７…アーム、３１８…制御装置、４…電子部品搬送装置、４１…基台、４１１…上流側ステージ、４１２…下流側ステージ、４１３…検査台、４２…支持台、４２１…Ｙステージ、４２２…Ｘステージ、４２３…電子部品保持部、４２３１…微調整プレート、４２３２…回動部、４２３３…保持部、５…プリンター、５１…装置本体、５１１…トレイ、５１２…排紙口、５１３…操作パネル、５２…印刷機構、５２１…ヘッドユニット、５２１ａ…ヘッド、５２１ｂ…インクカートリッジ、５２１ｃ…キャリッジ、５２３…往復動機構、５２３ａ…キャリッジガイド軸、５２３ｂ…タイミングベルト、５３…給紙機構、５３１…従動ローラー、５３２…駆動ローラー、５４…制御部、６…プロジェクター、６１…光源、６２１、６２２、６２３…ミラー、６３１、６３２…ダイクロイックミラー、６４Ｂ、６４Ｇ、６４Ｒ…液晶表示素子、６５…ダイクロイックプリズム、６６…投射レンズ系、Ｊ…回転軸、ＬＬ…映像光、Ｐ…記録用紙、Ｑ…電子部品、Ｖ１、Ｖ１’、Ｖ２、Ｖ２’、Ｖ３、Ｖ３’…電圧、Ｗ…対象物

Claims (14)

1. 圧電アクチュエーターと、
   前記圧電アクチュエーターと当接し、前記圧電アクチュエーターの駆動力が伝達される被駆動部材と、
   前記圧電アクチュエーターを駆動する駆動回路と、を備える圧電駆動装置の駆動方法であって、
   前記駆動回路は、通常駆動に先立って、前記圧電アクチュエーターと前記被駆動部材との間の摩擦力が所定範囲内となるように前記圧電アクチュエーターの準備駆動を行い、
   前記駆動回路は、前記準備駆動では、前記被駆動部材を往復移動させることを特徴とする圧電駆動装置の駆動方法。
2. 前記駆動回路は、前記圧電アクチュエーターと前記被駆動部材との間の摩擦力を検出し、検出した前記摩擦力が前記所定範囲外であった場合に前記準備駆動を行う請求項１に記載の圧電駆動装置の駆動方法。
3. 圧電アクチュエーターと、
   前記圧電アクチュエーターと当接し、前記圧電アクチュエーターの駆動力が伝達される被駆動部材と、
   前記圧電アクチュエーターを駆動する駆動回路と、を備える圧電駆動装置の駆動方法であって、
   前記駆動回路は、通常駆動に先立って、前記被駆動部材の移動速度が所定範囲内となるように前記圧電アクチュエーターの準備駆動を行い、
   前記駆動回路は、前記準備駆動では、前記被駆動部材を往復移動させることを特徴とする圧電駆動装置の駆動方法。
4. 前記駆動回路は、前記被駆動部材の移動速度を検出し、検出した移動速度が前記所定範囲外であった場合に前記準備駆動を行う請求項３に記載の圧電駆動装置の駆動方法。
5. 前記駆動回路は、前記圧電アクチュエーターの駆動が停止している時間が所定時間を超えた場合に前記準備駆動を行う請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電駆動装置の駆動方法。
6. 前記駆動回路は、前記準備駆動を前記被駆動部材の可動範囲の全域において行う請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電駆動装置の駆動方法。
7. 前記被駆動部材には、所定作業を行う作業部が接続され、
   前記駆動回路は、前記準備駆動では、前記作業部に前記所定作業をさせずに、前記所定作業とは異なる作業をさせ、前記通常駆動では、前記作業部に前記所定作業をさせる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電駆動装置の駆動方法。
8. 前記被駆動部材は、セラミックスを含む請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電駆動装置の駆動方法。
9. 圧電アクチュエーターと、
   前記圧電アクチュエーターと当接し、前記圧電アクチュエーターの駆動力が伝達される被駆動部材と、
   前記圧電アクチュエーターを駆動する駆動回路と、を備える圧電駆動装置であって、
   前記駆動回路は、通常駆動に先立って、前記圧電アクチュエーターと前記被駆動部材との間の摩擦力が所定範囲内となるように前記圧電アクチュエーターの準備駆動を行い、
   前記駆動回路は、前記準備駆動では、前記被駆動部材を往復移動させることを特徴とする圧電駆動装置。
10. 請求項９に記載の圧電駆動装置を含むことを特徴とするロボットハンド。
11. 請求項９に記載の圧電駆動装置を含むことを特徴とするロボット。
12. 請求項９に記載の圧電駆動装置を含むことを特徴とする電子部品搬送装置。
13. 請求項９に記載の圧電駆動装置を含むことを特徴とするプリンター。
14. 請求項９に記載の圧電駆動装置を含むことを特徴とするプロジェクター。

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