JP7200550B2 - 圧電駆動装置、ロボットおよびプリンター - Google Patents

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Description

本発明は、圧電駆動装置、ロボットおよびプリンターに関するものである。
特許文献１に記載の振動子は、一定の周波数と振幅を有する主振動モードで振動子を発振させることにより、微小物質の付着や液体の粘度変化等を検出し得る振動子である。このような振動子は、基板と、この基板の薄肉部上に形成した下地電極と、この下地電極上に形成した圧電体層と、この圧電体層上に形成した駆動電極および検出電極と、を備えている。この振動子では、圧電体層の厚さ方向から見たとき、下地電極が駆動電極および検出電極の双方と重なるように配置されている。すなわち、下地電極は、駆動電極と検出電極の双方に共通した対向電極になっている。
特開２００９－２８４３７５号公報
特許文献１に記載の振動子では、前述したように、駆動電極に対向する下地電極と検出電極に対向する下地電極とが、共通になっている。このため、駆動電極と下地電極との間に電圧が印加され、それに伴って駆動電極と下地電極との間に電流が流れるとき、その電流に含まれるノイズは、下地電極を介して、検出電極と下地電極との間に発生する電位差の波形に重畳する。このため、検出電極からはノイズが重畳した電位差の波形が取り出されることになる。その結果、取り出した電位差の波形から振幅や位相を取得する際、その取得した値の精度が低下するという課題がある。
本発明の適用例に係る圧電駆動装置は、振動によって被駆動部材を駆動する振動部と、
前記振動部の振動を制御する制御部と、
を有し、
前記振動部は、
基板と、
前記基板上に設けられ、互いに表裏の関係にある第１面と第２面を有する圧電体と、
前記基板上に設けられ、互いに異なる第３面および第４面を有する保護層と、
前記第１面に配置されている第１電極と前記第２面に配置されている第２電極を備え、前記制御部からの駆動信号を前記第２電極に入力することで、前記圧電体が振動する駆動用電極と、
前記第１面に配置されている第３電極と前記第２面に配置されている第４電極を備え、前記圧電体の振動に応じた検出信号を、前記第４電極を介して前記制御部へ出力する検出用電極と、
前記保護層の前記第３面に設けられ、前記第３電極と前記制御部とを電気的に接続する第１振動部配線を有する第１検出配線と、
前記保護層の前記第３面に前記第１振動部配線から離れて設けられ、前記第４電極と前記制御部とを電気的に接続する第２振動部配線を有する第２検出配線と、
前記第１振動部配線の端部に設けられている第１端子と、
前記第２振動部配線の端部に設けられている第２端子と、
を備え、
前記第１面において、前記第１電極と前記第３電極とが離れており、かつ、前記第２面において、前記第２電極と前記第４電極とが離れており、
前記第４電極は前記第３電極よりも前記基板から離れており、
前記第２端子の面積は、前記第１端子の面積より大きい。
本発明の第１実施形態に係る圧電モーターを示す平面図である。 図１に示す圧電モーターに含まれる圧電アクチュエーターのうち電極の配置を示す平面図である。 図１に示す圧電モーターに含まれる圧電アクチュエーターのうち配線の配置を示す平面図である。 図３のＡ－Ａ線断面図である。 図３のＢ－Ｂ線断面図である。 図３のＣ－Ｃ線断面図である。 図３のＤ－Ｄ線断面図である。 図２に示す圧電アクチュエーターに印加する交番電圧を示す図である。 図１に示す圧電モーターの駆動状態を示す平面図である。 図１に示す圧電モーターの駆動状態を示す平面図である。 図１中のＥ－Ｅ線断面図である。 図１および図３に示す制御装置を示す回路図である。 従来の圧電駆動装置に含まれる回路を模式的に示す図である。 本実施形態に係る圧電駆動装置に含まれる回路を模式的に示す図である。 図７に示す支持部の部分拡大図である。 本発明の第２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３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。
以下、本発明の圧電駆動装置、ロボットおよびプリンターの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターを示す平面図である。図２は、図１に示す圧電モーターに含まれる圧電アクチュエーターのうち電極の配置を示す平面図である。図３は、図１に示す圧電モーターに含まれる圧電アクチュエーターのうち配線の配置を示す平面図である。図４は、図３のＡ－Ａ線断面図である。図５は、図３のＢ－Ｂ線断面図である。図６は、図３のＣ－Ｃ線断面図である。図７は、図３のＤ－Ｄ線断面図である。図８は、図２に示す圧電アクチュエーターに印加する交番電圧を示す図である。図９および図１０は、それぞれ、図１に示す圧電モーターの駆動状態を示す平面図である。図１１は、図１中のＥ－Ｅ線断面図である。
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軸とし、Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向、Ｙ軸に沿う方向をＹ軸方向、Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向とも言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」とも言い、矢印と反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｘ軸方向プラス側を「上」または「上側」とも言い、Ｘ軸方向マイナス側を「下」または「下側」とも言う。
図１に示す圧電モーター１は、円盤状をなしその中心軸Ｏまわりに回転可能な被駆動部材としてのローター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。なお、圧電モーター１の構成としては、図１の構成に限定されない。例えば、ローター２の周方向に沿って複数の圧電駆動装置３を配置し、複数の圧電駆動装置３の駆動によってローター２を回転させてもよい。また、圧電駆動装置３は、ローター２の外周面２１ではなく、ローター２の主面２２に当接していてもよい。また、被駆動部材は、ローター２のような回転体に限定されず、例えば、直線移動するスライダーであってもよい。
また、本実施形態では、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としては、特に限定されず、例えば、ローター２の回転時にその回転量を検出するインクリメンタル型のエンコーダーであってもよいし、ローター２の回転の有無に関わらず、ローター２の原点からの絶対位置を検出するアブソリュート型のエンコーダーであってもよい。
本実施形態のエンコーダー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。ただし、エンコーダー９の構成としては、上記の構成に限定されない。例えば、撮像素子９２２に代えて、スケール９１からの反射光または透過光を受光する受光素子を備えた構成であってもよい。
また、圧電駆動装置３は、振動部であ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、制御部である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。
図２に示すように、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に接続され、振動体４１の振動をローター２に伝達する凸部４４と、を有する。
振動体４１は、Ｘ軸方向を厚さ方向とし、Ｙ軸およびＺ軸を含むＹ－Ｚ平面に広がる板状をなし、Ｙ軸方向に伸縮しながらＺ軸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軸方向からの平面視で、伸縮方向であるＹ軸方向を長手とする長手形状となっている。ただし、振動体４１の形状としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
また、図２に示すように、振動体４１は、振動体４１を屈曲振動させるための駆動用の圧電素子６Ａ～６Ｆと、振動体４１の振動を検出するための検出用の圧電素子６Ｇと、を有する。
圧電素子６Ｃ、６Ｄは、それぞれ、振動体４１のＺ軸方向の中央部において、振動体４１の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って配置されている。また、圧電素子６Ｃは、圧電素子６ＤよりもＹ軸方向プラス側に位置しており、一方、圧電素子６Ｄは、圧電素子６ＣよりもＹ軸方向マイナス側に位置している。そして、圧電素子６Ｃと圧電素子６Ｄとの間には、圧電素子６Ｇが配置されている。また、圧電素子６Ｃおよび圧電素子６Ｄは、互いに電気的に接続されている。
なお、２つの圧電素子６Ｃ、６Ｄに代えて、１つの圧電素子を設けるようにしてもよい。
また、圧電素子６Ｃ、６Ｄに対して振動体４１のＺ軸方向プラス側には圧電素子６Ａ、６Ｂが振動体４１の長手方向に並んで配置され、Ｚ軸方向マイナス側には圧電素子６Ｅ、６Ｆが振動体４１の長手方向に並んで配置されている。また、これら圧電素子６Ａ～６Ｆは、それぞれ、通電によって振動体４１の長手方向（Ｙ軸方向）に伸縮する。また、圧電素子６Ａ、６Ｆが互いに電気的に接続されており、圧電素子６Ｂ、６Ｅが互いに電気的に接続されている。後述するように、圧電素子６Ｃ、６Ｄと、圧電素子６Ａ、６Ｆと、圧電素子６Ｂ、６Ｅと、にそれぞれ位相の異なる同周波数の交番電圧を印加し、これらの伸縮タイミングをずらすことにより、振動体４１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。
圧電素子６Ｇは、圧電素子６Ｃと圧電素子６Ｄとの間に位置している。すなわち、圧電素子６Ｇは、圧電素子６Ｃ、６Ｄに対して、その伸縮方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。この圧電素子６Ｇは、圧電素子６Ａ～６Ｆの駆動に伴う振動体４１の振動に応じた外力を受け、受けた外力に応じた信号を出力する。そのため、圧電素子６Ｇから出力される信号に基づいて、振動体４１の振動状態を検知することができる。なお、「圧電素子６Ｇが圧電素子６Ｃ、６Ｄに対してその伸縮方向に並んで配置されている」とは、圧電素子６Ｃを伸縮方向（Ｙ軸方向）に延長した領域と、圧電素子６Ｄを伸縮方向（Ｙ軸方向）に延長した領域と、が重複する領域内に、圧電素子６Ｇの少なくとも一部が位置することを意味し、好ましくは、圧電素子６Ｇの全体が位置することを意味する。
また、圧電素子６Ｇは、振動体４１の屈曲振動の節となる部分に配置されている。屈曲振動の節とは、Ｚ軸方向への振幅が実質的に０（ゼロ）となる部分、すなわち実質的に屈曲振動が生じない部分である。このように、圧電素子６Ｇを圧電素子６Ｃ、６Ｄに対してその伸縮方向（Ｙ軸方向）に並ぶように配置し、かつ、振動体４１の屈曲振動の節を含む部分に配置することにより、圧電素子６Ｇに振動体４１のＹ軸方向への伸縮振動が伝わり易くなると共に、振動体４１のＺ軸方向への屈曲振動が伝わり難くなる。すなわち、伸縮振動の感度を高めつつ、屈曲振動の感度を低下させることができる。そのため、圧電素子６Ｇによって、振動体４１のＹ軸方向への伸縮振動をより精度よく検出することができる。
ただし、圧電素子６Ｇの配置としては、振動体４１のＹ軸方向への伸縮振動を検出することができれば、特に限定されず、例えば、振動体４１の屈曲振動の腹となる部分に配置されていてもよい。また、圧電素子６Ｇを複数に分割するようにしてもよい。
また、支持部４２は、振動体４１を支持している。支持部４２は、Ｘ軸方向からの平面視で、振動体４１の基端側（Ｙ軸方向マイナス側）を囲むＵ字形状となっている。ただし、支持部４２の形状や配置としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
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軸方向の中央部と支持部４２とを接続している。接続部４３は、振動体４１に対してＺ軸方向マイナス側に位置する第１接続部４３１と、Ｚ軸方向プラス側に位置する第２接続部４３２と、を有する。ただし、接続部４３の構成は、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
以上のような振動体４１、支持部４２および接続部４３は、図４から図７に示すように、２つの圧電素子ユニット６０を互いに向かい合わせて貼り合わせた構成となっている。すなわち、図４ないし図７に示す断面図では、圧電素子ユニット６０同士の構成が、これらの中間を通過する線に対して鏡像の関係を満たしている。各圧電素子ユニット６０は、基板６１と、基板６１上に配置された駆動用の圧電素子６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆおよび検出用の圧電素子６０Ｇと、各圧電素子６０Ａ～６０Ｇを覆う保護層６３と、を有する。保護層６３は絶縁性を有するので絶縁部とも言える。基板６１としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板を用いることができる。また、以下の説明では、図４から図７に示す２つの圧電素子ユニット６０のうち、各図の下方に位置する圧電素子ユニット６０を代表にして説明している。
圧電素子６０Ａ～６０Ｆは、それぞれ、図４に示すように、基板６１上に配置された第１電極６０１と、第１電極６０１上に配置された圧電体６０２と、圧電体６０２上に配置された第２電極６０３と、を有する。第１電極６０１、圧電体６０２および第２電極６０３は、それぞれ、圧電素子６０Ａ～６０Ｆに個別に設けられている。すなわち、第１電極６０１および第２電極６０３は、駆動信号に基づき、駆動用の圧電素子６０Ａ～６０Ｆの各圧電体６０２を振動させる駆動用電極である。
一方、圧電素子６０Ｇは、図５に示すように、基板６１上に配置された第３電極６０４と、第３電極６０４上に配置された圧電体６０２と、圧電体６０２上に配置された第４電極６０６と、を有する。第３電極６０４は、第１電極６０１と個別に設けられ、第４電極６０６は、第２電極６０３と個別に設けられている。すなわち、第３電極６０４および第４電極６０６は、検出用の圧電素子６０Ｇの圧電体６０２の振動に応じた検出信号を、後述する制御装置７へ出力する検出用電極である。
２つの圧電素子ユニット６０は、圧電素子６０Ａ～６０Ｇが配置されている側の面を対向させた状態で接着剤６９を介して接合されている。なお、圧電素子ユニット６０は、それ単独で用いられてもよい。また、貼り合わせる数も、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。
また、各圧電素子６０Ａの第１電極６０１同士が図示しない配線等を介して電気的に接続されている。また、各圧電素子６０Ａの第２電極６０３同士が図示しない配線等を介して電気的に接続されている。そして、これら２つの圧電素子６０Ａから圧電素子６Ａが構成されている。他の圧電素子６０Ｂ～６０Ｆについても同様であり、２つの圧電素子６０Ｂから圧電素子６Ｂが構成され、２つの圧電素子６０Ｃから圧電素子６Ｃが構成され、２つの圧電素子６０Ｄから圧電素子６Ｄが構成され、２つの圧電素子６０Ｅから圧電素子６Ｅが構成され、２つの圧電素子６０Ｆから圧電素子６Ｆが構成されている。
一方、各圧電素子６０Ｇの第３電極６０４同士が図示しない配線等を介して電気的に接続されている。また、各圧電素子６０Ｇの第４電極６０６同士が図示しない配線等を介して電気的に接続されている。そして、これら２つの圧電素子６０Ｇから圧電素子６Ｇが構成されている。
圧電体６０２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６０２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６０２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。本実施形態では、圧電体６０２をゾル－ゲル法を用いて形成している。これにより、例えば、バルク材料から形成する場合と比べて薄い圧電体６０２が得られ、圧電駆動装置３の薄型化を図ることができる。
凸部４４は、振動体４１の先端部に設けられ、振動体４１からＹ軸方向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。凸部４４の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ジルコニア、アルミナ、チタニア等の各種セラミックスが挙げられる。これにより、耐久性に優れた凸部４４となる。
このような圧電アクチュエーター４において、図８に示す交番電圧Ｖ１を圧電素子６Ａ、６Ｆに印加し、交番電圧Ｖ２を圧電素子６Ｃ、６Ｄに印加し、交番電圧Ｖ３を圧電素子６Ｂ、６Ｅに印加すると、図９に示すように、振動体４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつＺ軸方向にＳ字状に屈曲振動し、これらの振動が合成されて、凸部４４の先端が矢印Ａ１で示すように反時計回りに楕円軌道を描く楕円運動（回転運動）する。したがって、交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が圧電駆動装置３における駆動信号Ｓｄである。このような凸部４４の楕円運動によってローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ１で示すように時計回りに回転する。また、このような振動体４１の振動に対応して、圧電素子６Ｇから検出信号Ｓｓが出力される。
なお、矢印Ａ１で示す凸部４４の楕円運動では、点Ａ１’から点Ａ１”までは、凸部４４がローター２の外周面２１と当接してローター２を矢印Ｂ１の方向に送り出し、点Ａ１”から点Ａ１’までは、凸部４４がローター２の外周面２１から離間している。そのため、ローター２の矢印Ｂ１とは反対側への回転が抑制される。
また、交番電圧Ｖ１、Ｖ３を切り換えると、すなわち交番電圧Ｖ１を圧電素子６Ｂ、６Ｅに印加し、交番電圧Ｖ２を圧電素子６Ｃ、６Ｄに印加し、交番電圧Ｖ３を圧電素子６Ａ、６Ｆに印加すると、図１０に示すように、振動体４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつＺ軸方向にＳ字状に屈曲振動し、これらの振動が合成されて、凸部４４が矢印Ａ２で示すように時計回りに楕円運動する。このような凸部４４の楕円運動によってローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ２で示すように反時計回りに回転する。また、このような振動体４１の振動に対応して、圧電素子６Ｇから検出信号Ｓｓが出力される。
なお、矢印Ａ２で示す凸部４４の楕円運動では、点Ａ２’から点Ａ２”までは、凸部４４がローター２の外周面２１と当接してローター２を矢印Ｂ２の方向に送り出し、点Ａ２”から点Ａ２’までは、凸部４４がローター２の外周面２１から離間している。そのため、ローター２の矢印Ｂ２とは反対側への回転が抑制される。
ただし、本実施形態では、ローター２を少なくとも一方向に回転させることができれば、圧電素子６Ａ～６Ｆに印加する交番電圧のパターンは、特に限定されない。また、圧電素子６Ａ～６Ｆに印加する電圧は、交番電圧でなく、例えば、間欠的に印加する直流電圧でもよい。
また、凸部４４は、必要に応じて設けられればよく、その他の部材で代替されてもよい。
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、図１１に示すように、圧電アクチュエーター４の上面側（Ｘ軸方向プラス側）に位置する第１基板５１と、圧電アクチュエーター４の下面側（Ｘ軸方向マイナス側）に位置する第２基板５２と、を有する。そして、第１基板５１と第２基板５２とで圧電アクチュエーター４を挟み込んでいる。なお、第１基板５１および第２基板５２としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板を用いることができる。
ここで、本実施形態では、１つの圧電アクチュエーター４を第１基板５１および第２基板５２で挟み込んでいるが、これに限定されず、例えば、複数の圧電アクチュエーター４が積層してなる積層体を第１基板５１および第２基板５２で挟み込んだ構成であってもよい。これにより、１つの圧電駆動装置３に含まれる圧電アクチュエーター４の数が増えるため、その分、大きいトルクでローター２を回転させることができる。
また、図１１に示すように、支持部５１２、５２２の間には、圧電アクチュエーター４と等しい厚さの間座５３が設けられている。また、当該部分には、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔５９が形成されており、この貫通孔５９を利用して、付勢部材５が筐体等にねじ止めされる。ばね部５１３をＹ軸方向に撓ませた状態で付勢部材５を前記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。
以上、付勢部材５について説明したが、付勢部材５の構成は、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れば、特に限定されない。例えば、第１基板５１および第２基板５２のいずれか一方を省略してもよい。また、例えば、付勢部材５として、コイルスプリング、板ばね等を用いてもよい。
制御装置７は、圧電素子６Ａ～６Ｆに交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加することにより、圧電駆動装置３の駆動を制御する。
図１２は、図１および図３に示す制御装置を示す回路図である。
図１２に示すように、制御装置７は、駆動パルス信号Ｐｄを生成する駆動パルス信号生成部７１と、駆動パルス信号Ｐｄから圧電素子６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆに印加する駆動信号Ｓｄを生成する駆動信号生成部７２と、圧電素子６Ｇから出力される検出信号Ｓｓを２値化して検出パルス信号Ｐｓを生成する検出パルス信号生成部７３と、駆動パルス信号Ｐｄと検出パルス信号Ｐｓとの位相差を取得する位相差取得部７４と、位相差に基づいて駆動パルス信号生成部７１の駆動を制御する駆動制御部７５と、を有している。
駆動パルス信号生成部７１は、駆動信号Ｓｄを生成するための駆動パルス信号Ｐｄ（デジタル信号）を生成する回路である。図１２に示すように、駆動パルス信号生成部７１で生成される駆動パルス信号Ｐｄは、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗに２値化された矩形波である。駆動パルス信号生成部７１は、駆動パルス信号ＰｄのＤｕｔｙ（デューティー）を変化させることができる。駆動パルス信号ＰｄのＤｕｔｙを変更することで、駆動信号Ｓｄの振幅を変更することができる。例えば、Ｄｕｔｙを５０％とすれば、駆動信号Ｓｄの振幅が最大となり、Ｄｕｔｙを０％に近づけるにつれて、駆動信号Ｓｄの振幅が減少する。
なお、駆動パルス信号生成部７１の構成は、上述した駆動パルス信号Ｐｄを生成することができ、かつ、駆動パルス信号ＰｄのＤｕｔｙを変更することができれば、特に限定されない。本実施形態の駆動パルス信号生成部７１は、図１２に示すように、ＧＮＤの電位となっている電極７１Ａと、＋ＶＤＤの電位となっている電極７１Ｂと、スイッチング素子７１Ｃと、を有しており、電極７１Ａとスイッチング素子７１Ｃとが接続されている状態と、電極７１Ｂとスイッチング素子７１Ｃとが接続されている状態と、を交互に切り替えることで駆動パルス信号Ｐｄを生成する構成となっている。また、本実施形態では、駆動パルス信号生成部７１は、異なる３つの駆動信号、例えば交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３やその位相を異ならせた信号を生成するために、第１駆動パルス信号生成部７１１、第２駆動パルス信号生成部７１２および第３駆動パルス信号生成部７１３を有している。
駆動信号生成部７２は、駆動パルス信号生成部７１で生成された駆動パルス信号Ｐｄからアナログ信号である駆動信号Ｓｄを生成する回路である。図１２に示すように、駆動信号生成部７２で生成される駆動信号Ｓｄは、略正弦波状の信号である。
なお、駆動信号生成部７２の構成は、上述した駆動信号Ｓｄを生成することができれば、特に限定されない。本実施形態の駆動信号生成部７２は、図１２に示すように、主に、バッファー７２Ａとコイル７２Ｂとを備えた構成となっている。また、本実施形態では、駆動信号生成部７２は、異なる３つの駆動信号、例えば交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３やその位相を異ならせた信号を生成するために、第１駆動パルス信号生成部７１１と接続された第１駆動信号生成部７２１と、第２駆動パルス信号生成部７１２と接続された第２駆動信号生成部７２２と、第３駆動パルス信号生成部７１３と接続された第３駆動信号生成部７２３と、を有している。
駆動信号生成部７２によって生成された３つの駆動信号、ここでは交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を圧電素子６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆに印加することで、前述したように、振動体４１が屈曲振動し、それに伴ってローター２が回転する。
検出パルス信号生成部７３は、振動体４１の屈曲振動に伴って圧電素子６Ｇから出力されるアナログ信号である検出信号Ｓｓを２値化して、デジタル信号である検出パルス信号Ｐｓを生成する回路である。図１２に示すように、圧電素子６Ｇから出力される検出信号Ｓｓは、振動体４１の振幅に対応した略正弦波状の信号であり、検出パルス信号Ｐｓは、検出信号ＳｓをＨｉｇｈ／Ｌｏｗに２値化した矩形波状の信号である。なお、検出パルス信号生成部７３の構成は、上述した検出パルス信号Ｐｓを生成することができれば、特に限定されない。本実施形態の検出パルス信号生成部７３は、図１２に示すように、差動アンプ７３Ａおよびコンパレーター７３Ｂを有する構成となっている。
位相差取得部７４は、駆動パルス信号Ｐｄと検出パルス信号Ｐｓとの位相差を取得する回路である。このように、位相差を取得することで、振動体４１の振動状態をモニターすることができる。
駆動制御部７５は、位相差取得部７４が取得した位相差に基づいて駆動パルス信号生成部７１の駆動を制御する回路である。駆動制御部７５は、例えば、位相差が所定値を追尾するように、各駆動パルス信号Ｐｄの周波数を随時変化させる。振動体４１の振幅と位相差とには相関関係があるため、位相差を振動体４１の振幅が最大値となる値に合わせ込むことで、ローター２をより高速で回転させることができる。
以上のようにして、圧電駆動装置３の駆動を制御することができる。
ここで、図１３は、従来の圧電駆動装置に含まれる回路を模式的に示す図である。なお、説明の便宜上、図１３においても図２と同様の符号を用いている。
図１３に示す従来の圧電駆動装置３’では、駆動用の圧電素子６Ａ～６Ｆが、それぞれ、前述したように第１電極６０１および第２電極６０３を有している。そして、第１電極６０１がＧＮＤ（基準電位）に接続されている。また、第２電極６０３は駆動パルス信号生成部７１および駆動信号生成部７２と電気的に接続されている。
また、図１３に示す検出用の圧電素子６Ｇは、前述したように第３電極６０４および第４電極６０６を有している。そして、第３電極６０４と第１電極６０１とが電気的に接続されている。すなわち、従来の回路では、駆動用の圧電素子６Ａ～６Ｆの第１電極６０１と、検出用の圧電素子６Ｇの第３電極６０４とが、共通の電極になっている。また、第４電極６０６は検出パルス信号生成部と電気的に接続されている。
また、駆動信号生成部７２と圧電素子６Ａ～６Ｆとをつなぐ配線等には、内部抵抗Ｒ１が存在している。同様に、圧電素子６Ａ～６ＦとＧＮＤとをつなぐ配線等にも、内部抵抗Ｒ２が存在している。さらに、圧電素子６Ｇと検出パルス信号生成部７３とをつなぐ配線等にも、内部抵抗Ｒ３が存在している。
このような従来の圧電駆動装置３’を駆動するときには、駆動信号生成部７２から駆動用の圧電素子６Ａ～６Ｆに対し、例えば略正弦波状の電圧波形を有する駆動信号Ｓｄが入力される。このような駆動信号Ｓｄが入力されると、駆動信号Ｓｄの電圧波形に応じた波形の電流ｉｄが、駆動用の圧電素子６Ａ～６Ｆの第１電極６０１と第２電極６０３との間に流れる。
しかしながら、この電流ｉｄには、経時的に変化する配線の寄生容量や圧電素子６Ａ～６Ｆの振動の影響により、駆動信号Ｓｄよりも高次のノイズ成分が重畳する。すなわち、電流ｉｄは、略正弦波状の波形に、高調波のノイズ成分が重畳した波形となる。そして、このような電流ｉｄが内部抵抗Ｒ２を流れるとき、内部抵抗Ｒ２の両端には、電流ｉｄに抵抗値を乗じた電位差が生じる。したがって、第１電極６０１の電位Ｖ６０１の波形は、ノイズ成分が重畳した電流ｉｄの波形が反映された波形となる。
また、従来の圧電駆動装置３’では、前述したように、第１電極６０１と第３電極６０４とが電気的に接続されている。このため、第３電極６０４の電位Ｖ６０４の波形は、第１電極６０１の電位Ｖ６０１の波形とほぼ等しい波形となる。すなわち、駆動用の圧電素子６Ａ～６Ｆにおいて電位Ｖ６０１に重畳したノイズ成分が、そのまま、電位Ｖ６０４にも移行する。
また、圧電素子６Ａ～６Ｆの第２電極６０３の電位Ｖ６０３によって圧電体６０２が変形し、振動体４１が振動すると、それに応じた電荷が圧電素子６Ｇの第４電極６０６に発生する。したがって、圧電素子６Ｇの第４電極６０６の電位Ｖ６０６の波形は、振動体４１の振動が反映された成分、すなわち信号成分を含む波形となる。
ここで、検出用の圧電素子６Ｇの第３電極６０４と第４電極６０６との間に電流が流れると、電位Ｖ６０４に重畳したノイズ成分が、第４電極６０６の電位Ｖ６０６にも移行する。その結果、電位Ｖ６０６の波形は、振動体４１の振動に基づく信号成分のみでなく、ノイズ成分も重畳した波形となる。なお、説明の便宜上、図１３に示す電位Ｖ６０６の波形は、信号成分を差し引いた波形、すなわちノイズ成分のみを示す波形として図示している。
以上のような従来の圧電駆動装置３’では、このようなノイズ成分が重畳した電位Ｖ６０６の波形がコンパレーターに入力され、検出パルス信号が生成される。このため、従来の圧電駆動装置３’では、ノイズ成分を含む電位Ｖ６０６に基づいて検出パルス信号が生成され、それに基づいて圧電駆動装置３’の駆動が制御される。このため、従来の圧電駆動装置３’では、その駆動を正確に制御することが困難であった。
これに対し、図１４は、本実施形態に係る圧電駆動装置に含まれる回路を模式的に示す図である。なお、以下の説明では、図１３に示す従来の圧電駆動装置３’との相違点を中心に説明し、同様の事項については説明を省略する。
図１４に示す圧電駆動装置３では、前述したように、第３電極６０４が第１電極６０１と個別に設けられている。すなわち、第１電極６０１および第３電極６０４は、それぞれ図４および図５に示す圧電体６０２の下面６０２１（第１面）に配置されており、かつ、下面６０２１において互いに離れている。
一方、前述したように、第４電極６０６は第２電極６０３と個別に設けられている。そして、第２電極６０３および第４電極６０６は、それぞれ図４および図５に示す圧電体６０２の上面６０２２（第２面）に配置されており、かつ、上面６０２２において互いに離れている。ここで、離れているとは、配線等の導体を介して接続されていない状態を指している。本実施形態では、第１電極６０１および第３電極６０４、ならびに、第２電極６０３および第４電極６０６が、それぞれ、基板６１等の非導体を介して接続されている。
そして、第３電極６０４は、差動アンプ７３Ａの負極入力端子に接続されている。また、第４電極６０６は、差動アンプ７３Ａの正極入力端子に接続されている。なお、圧電素子６Ｇの第４電極６０６と差動アンプ７３Ａとをつなぐ配線等には、前述した内部抵抗Ｒ３が存在しているが、第３電極６０４と差動アンプ７３Ａとをつなぐ配線等にも、内部抵抗Ｒ４が存在している。
このような本実施形態に係る圧電駆動装置３において、駆動信号生成部７２から駆動用の圧電素子６Ａ～６Ｆの第２電極６０３に対し、駆動信号Ｓｄが入力される。このような駆動信号Ｓｄが入力されると、駆動信号Ｓｄの電圧波形に応じた波形の電流ｉｄが、駆動用の圧電素子６Ａ～６Ｆの第１電極６０１と第２電極６０３との間に流れる。
しかしながら、この電流ｉｄには、前述したように、経時的に変化する配線の寄生容量や圧電素子６Ａ～６Ｆの振動の影響により、駆動信号Ｓｄよりも高次のノイズ成分が重畳する。そして、このような電流ｉｄが内部抵抗Ｒ２を流れるとき、内部抵抗Ｒ２の両端には、電流ｉｄに抵抗値を乗じた電位差が生じる。したがって、この電位差に基づく第１電極６０１側の電位Ｖ６０１の波形は、ノイズ成分が重畳した電流ｉｄの波形が反映された波形となる。このとき、従来の圧電駆動装置３’では、検出用の圧電素子６Ｇの第３電極６０４は第１電極６０１と共通であり、第３電極６０４の電位Ｖ６０４は電位Ｖ６０１と等しくなる。さらに電位Ｖ６０４に重畳したノイズ成分が、第４電極６０６の電位Ｖ６０６にも移行する。そのため、電位Ｖ６０６の波形は電位Ｖ６０１のノイズ成分をほぼ減衰なく重畳したものとなる。
ここで、図１４に示す本実施形態に係る圧電駆動装置３では、前述したように、第３電極６０４が第１電極６０１と個別に設けられている。このため、第１電極６０１の電位Ｖ６０１の波形は、原則として、第３電極６０４の電位Ｖ６０４の波形にそのまま移行することはない。ただし、前述したように、第１電極６０１と第３電極６０４とが基板６１等を介して構造的につながっているため、第１電極６０１と第３電極６０４との間が電気的に結合している場合がある。このような場合、電位Ｖ６０１の波形に含まれるノイズ成分は、減衰しつつも、電位Ｖ６０４に重畳する。したがって、第３電極６０４の電位Ｖ６０４の波形は、減衰したノイズ成分を含む波形となる。
そして、電位Ｖ６０４に重畳したノイズ成分が、第４電極６０６の電位Ｖ６０６にも移行する。その結果、電位Ｖ６０６の波形は、振動体４１の振動に基づく信号成分のみでなく、減衰したノイズ成分が重畳した波形となる。なお、説明の便宜上、図１４に示す電位Ｖ６０６の波形は、信号成分を差し引いた波形、すなわちノイズ成分のみを示す波形として図示している。
以上のような圧電駆動装置３では、第４電極６０６の電位Ｖ６０６の波形を含む検出信号Ｓｓの波形は、ノイズ成分を含む波形ではあるものの、そのノイズ成分は従来よりも減衰したものとなる。このため、検出信号Ｓｓは、より精度の高い信号として、第４電極６０６から取り出される。そして、検出信号Ｓｓは、第４電極６０６を介して制御装置７へと出力される。したがって、検出パルス信号生成部７３において、この検出信号Ｓｓから検出パルス信号Ｐｓを生成するとき、精度の高い検出パルス信号Ｐｓが生成され、位相差取得部７４において、駆動パルス信号Ｐｄと検出パルス信号Ｐｓとの位相差をより精度よく取得することができる。その結果、駆動パルス信号生成部７１の駆動をより正確に制御し、圧電駆動装置３の駆動を安定的に制御することができる。
以上のような圧電駆動装置３は、振動によってローター２（被駆動部材）を駆動する圧電アクチュエーター４（振動部）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（制御部）と、を有している。このうち、圧電アクチュエーター４は、表裏の関係にある下面６０２１（第１面）と上面６０２２（第２面）とを有する圧電体６０２と、下面６０２１に配置されている第１電極６０１と上面６０２２に配置されている第２電極６０３とを備え、制御装置７からの駆動信号Ｓｄを第２電極６０３に入力することで、圧電体６０２が振動する駆動用電極と、下面６０２１に配置されている第３電極６０４と上面６０２２に配置されている第４電極６０６とを備え、圧電体６０２の振動に応じた検出信号Ｓｓを、第４電極６０６を介して制御装置７（制御部）へ出力する検出用電極と、を備えている。そして、下面６０２１において、第１電極６０１と第３電極６０４とが離れており、かつ、上面６０２２において、第２電極６０３と第４電極６０６とが互いに離れている。
このような圧電駆動装置３によれば、精度の高い検出信号Ｓｓを取得することができる。このため、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。
また、制御装置７（制御部）は、前述したように、検出パルス信号生成部７３に含まれる差動アンプ７３Ａを有している。そして、第４電極６０６の電位Ｖ６０６、すなわち第４電極６０６から取り出された検出信号Ｓｓが、差動アンプ７３Ａの正極入力端子に入力されている。
検出信号Ｓｓは、振動体４１の振動に伴う信号成分とともに、前述したような経路で重畳したノイズ成分を含んでいる。このノイズ成分は、検出信号ＳｓのＳ／Ｎ比を低下させる原因となるため、例えば、駆動パルス信号Ｐｄと検出パルス信号Ｐｓとの位相差を求める際の精度を低下させる。
一方、第３電極６０４の電位Ｖ６０４は、差動アンプ７３Ａの負極入力端子に入力されている。この電位Ｖ６０４にも、検出信号Ｓｓに重畳したノイズ成分と同程度のノイズ成分が重畳する。
差動アンプ７３Ａは、同じ位相の成分を抑制し、異なる位相の成分を増幅する。このため、正極入力端子に入力されたノイズ成分と負極入力端子に入力されたノイズ成分は、同じ位相である確率が高いことから、差動アンプ７３Ａにおいて選択的に減衰させることができる。これにより、差動アンプ７３Ａでは、本来検出すべき信号成分を精度よく出力し、続いてコンパレーター７３Ｂに入力させることができる。その結果、差動アンプ７３Ａでは、ノイズ成分の相殺によって検出信号ＳｓのＳ／Ｎ比を向上させることができ、位相差取得部７４において、検出パルス信号Ｐｓの位相を精度よく求めることができる。
なお、本実施形態に係る制御装置７は、差動アンプ７３Ａを有しているが、この差動アンプ７３Ａは、ノイズ成分が小さい場合には省略されていてもよい。また、差動アンプ７３Ａは、これと同等の機能を有するその他の素子や回路、ソフトウェア等で代替されてもよい。
また、前述したようにして差動アンプ７３Ａ等によりノイズ成分を相殺するためには、第３電極６０４から差動アンプ７３Ａまでの経路と、第４電極６０６から差動アンプ７３Ａまでの経路との間で、電気特性が揃っていることが好ましい。これにより、双方の経路においてノイズ成分の波形が揃いやすくなり、差動アンプ７３Ａにおいてノイズ成分をより良好に相殺し、減少させることができる。
具体的には、圧電駆動装置３は、図２、図３および図５に示すように、第３電極６０４と制御装置７（制御部）とを電気的に接続する第１検出配線８１と、第４電極６０６と制御装置７とを電気的に接続する第２検出配線８２と、を有している。そして、第１検出配線８１のうち、圧電アクチュエーター４（振動部）に配置されている部分を第１振動部配線８１ａとし、第２検出配線８２のうち、圧電アクチュエーター４に配置されている部分を第２振動部配線８２ａとしたとき、この圧電駆動装置３では、図３、図６および図７に示すように、基板６１上において、第１振動部配線８１ａと第２振動部配線８２ａとが離れて配置されている。
このように配置されていることにより、例えば、第１振動部配線８１ａの面積および第２振動部配線８２ａの面積という調整可能なパラメーターを制御することで、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａの寄生容量や電気抵抗といった電気特性を比較的揃えやすくなる。また、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａは、第１検出配線８１および第２検出配線８２のうち、寄生容量や電気抵抗が大きくなりやすい部分でもあるため、このような工夫によって、第１検出配線８１および第２検出配線８２の全体の電気特性をより揃えやすくなる。その結果、第１検出配線８１および第２検出配線８２において、ノイズ成分の波形が互いにずれにくくなり、差動アンプ７３Ａにおいてノイズ成分をより良好に相殺し、減少させることができる。
また、第４電極６０６と第２振動部配線８２ａとの間は、保護層６３を貫通する貫通配線８６を介して電気的に接続されている。
一方、圧電駆動装置３は、図３に示すように、第２電極６０３と制御装置７とを電気的に接続する駆動側配線８５を有している。そして、駆動側配線８５のうち、圧電アクチュエーター４に配置されている部分を第３振動部配線８５ａとする。圧電駆動装置３では、図３に示すように、接続部４３から支持部４２にかけて、第３振動部配線８５ａが配置されている。
また、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａは、それぞれ、圧電アクチュエーター４のうち、支持部４２から接続部４３にかけて配置されている。第１振動部配線８１ａは、第３電極６０４に接続され、第２振動部配線８２ａは、第４電極６０６に接続されている。
一方、本実施形態に係る圧電駆動装置３は、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａと並列して延在する基準電位配線８３を基板６１上に有している。
また、本実施形態に係る圧電駆動装置３は、図１５に示すように、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａを覆う保護層６３上に設けられた基準電位配線８４を有している。この基準電位配線８４は、図示しない配線を介して、基板６１上に設けられた端子８４ｃと電気的に接続されている。
これらの基準電位配線８３、８４は、それぞれ基準電位、すなわちＧＮＤの電位に接続されている。
図１５は、図７に示す支持部４２の部分拡大図である。
図１５に示す第１振動部配線８１ａでは、左面、右面および上面が、いずれも側面８１ｂである。同様に、図１５に示す第２振動部配線８２ａでも、左面、右面および上面が、いずれも側面８２ｂである。
本実施形態に係る圧電駆動装置３では、保護層６３を介して第１振動部配線８１ａの側面８１ｂに重なるように基準電位配線８３、８４が配置されている。同様に、圧電駆動装置３では、保護層６３を介して第２振動部配線８２ａの側面８２ｂに重なるように基準電位配線８３、８４が配置されている。
具体的には、図１５に示す側面８１ｂのうち、左面および右面にそれぞれ重なるように基準電位配線８３（第１基準電位配線および第２基準電位配線）が配置されている。すなわち、第１基準電位配線および第２基準電位配線という２つの基準電位配線８３の間に、第１振動部配線８１ａと第２振動部配線８２ａとが並んで配置されている。また、図１５に示す側面８１ｂのうち、上面に重なるように基準電位配線８４が配置されている。
同様に、図１５に示す側面８２ｂのうち、左面および右面にそれぞれ重なるように基準電位配線８３が配置されている。また、図１５に示す側面８２ｂのうち、上面に重なるように基準電位配線８４が配置されている。
このように基準電位配線８３、８４を配置することにより、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａの双方において、基準電位配線８３、８４との間の寄生容量を揃えやすくなる。すなわち、側面８１ｂ、８２ｂと重なるように基準電位配線８３、８４を配置することによって、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａに寄生する容量を強制的に揃えることが容易になる。その結果、第１検出配線８１および第２検出配線８２の電気特性が互いに揃えられることとなり、双方の間において、ノイズ成分の波形が互いにずれにくくなる。これにより、差動アンプ７３Ａにおいてノイズ成分をより良好に相殺し、減少させることができる。
また、このように基準電位配線８３、８４を配置することにより、例えば空間を伝搬してくる電磁波によって誘導されるノイズ成分が第１振動部配線８１ａや第２振動部配線８２ａに重畳するのを抑制する電磁シールドの機能が付加される。このため、このような経路で重畳するノイズ成分を抑制し、差動アンプ７３Ａにおいてノイズ成分をより良好に減少させることができる。
この場合、基準電位配線８３、８４がそれぞれ基準電位（ＧＮＤ）に接続されていることにより、基準電位配線８３、８４に発生する渦電流を極小化させ、渦電流によって誘導されるノイズ成分についても抑制する機能を付加することができる。
なお、側面８１ｂ、８２ｂに基準電位配線８３、８４が重なるとは、側面８１ｂ、８２ｂをそれぞれ平面視したとき、側面８１ｂ、８２ｂの少なくとも一部を覆うように、保護層６３を介して基準電位配線８３、８４が配置されている状態をいう。また、側面８１ｂ、８２ｂのそれぞれ半分以上を覆うように、基準電位配線８３、８４が配置されているのが好ましい。
また、本実施形態に係る基準電位配線８３は、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａのそれぞれ左面および右面に重なるように配置されているが、いずれか一方のみ重なるように配置されていてもよい。
さらに、基準電位配線８４は、必要に応じて設けられればよく、省略されてもよいし、反対に、基準電位配線８４が設けられている場合には、基準電位配線８３を省略するようにしてもよい。
また、基準電位配線８４（第３基準電位配線）は、圧電体６０２の下面６０２１（第１面）の平面視で、２つの基準電位配線８３（第１基準電位配線および第２基準電位配線）と、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａと、に重なるように配置されている。
これにより、第１検出配線８１および第２検出配線８２の電気特性が特に正確に揃えられることとなり、双方の間において、ノイズ成分の波形が互いにずれにくくなる。その結果、差動アンプ７３Ａにおいてノイズ成分をより良好に相殺し、減少させることができる。
また、このように基準電位配線８３、８４を配置することにより、前述した電磁シールドとしての機能がより強化される。このため、空間を伝搬してくるノイズ成分の重畳をより確実に抑制し、差動アンプ７３Ａにおいてノイズ成分をより良好に減少させることができる。
なお、上記の配置を換言すると、基準電位配線８３、８４は、第１振動部配線８１ａの側面８１ｂおよび第２振動部配線８２ａの側面８２ｂに重なるように配置されていることになる。すなわち、基準電位配線８３、８４は、第１振動部配線８１ａを囲む位置および第２振動部配線８２ａを囲む位置にそれぞれ配置されている。
なお、囲む位置とは、図１５に示す第１振動部配線８１ａの左面、右面および上面の３面について、それぞれ、少なくとも一部を覆う位置、および、図１５に示す第２振動部配線８２ａの左面、右面および上面の３面について、それぞれ、少なくとも一部を覆う位置のことをいう。
かかる観点からも、電磁シールドとしての機能がより強化される。
また、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａは、前述したように、それぞれ基板６１上に配置されているが、本実施形態においてこれらの並ぶ方向は、第１振動部配線８１ａの幅方向になっている。このように第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａを並列させることにより、基準電位配線８３、８４の数や面積を抑えつつ、図１５に示すように、側面８１ｂ、８２ｂに重なるように基準電位配線８３、８４を配置することができる。これにより、圧電アクチュエーター４の小型化を図ることができる。
また、このように配置することにより、第１振動部配線８１ａと基準電位配線８３との距離、および、第２振動部配線８２ａと基準電位配線８３との距離、を互いに揃えることが容易になる。すなわち、本実施形態では、図１５に示す第１振動部配線８１ａと２つの基準電位配線８３との距離の合計と、第２振動部配線８２ａと２つの基準電位配線８３との距離の合計と、を等しくすることが容易になる。これにより、第１振動部配線８１ａにおける寄生容量と、第２振動部配線８２ａにおける寄生容量と、を揃えることができ、第１振動部配線８１ａと第２振動部配線８２ａとの間において、ノイズ成分の波形が互いにずれにくくなる。その結果、差動アンプ７３Ａにおいてノイズ成分をより良好に相殺し、減少させることができる。
なお、第１振動部配線８１ａと第２振動部配線８２ａとの間にも、必要に応じて、基準電位配線８３を追加するようにしてもよい。
また、第１振動部配線８１ａの長さおよび第２振動部配線８２ａの長さは、互いに異なっていてもよいが、互いに揃っていることが好ましい。これにより、例えば第１振動部配線８１ａの幅と第２振動部配線８２ａの幅とを揃えることによって、第１検出配線８１および第２検出配線８２の電気抵抗等の電気特性をより容易に揃えることができる。その結果、差動アンプ７３Ａにおいてノイズ成分をより良好に相殺し、減少させることができる。
なお、長さが互いに揃っているとは、各配線の幅の中心を通過する線分の長さを比較したとき、その差が、短い方の長さの５％以下に収まっている状態をいう。
第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａは、構成材料が互いに異なっていてもよいが、構成材料が互いに同じであることが好ましい。なお、構成材料は、特に限定されないが、例えば各種金属材料等が挙げられる。
また、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａは、設けられている位置が互いに異なっていてもよいが、図７に示すように、圧電体６０２のＸ軸方向における位置が互いに同じであることが好ましい。具体的には、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａは、いずれも基板６１の同一面上に配置されている。これらを満たすことにより、第１検出配線８１および第２検出配線８２の電気特性が特に揃いやすくなり、双方の間において、ノイズ成分の波形が互いにずれにくくなる。その結果、差動アンプ７３Ａにおいてノイズ成分をより良好に相殺し、減少させることができる。また、このような配置によれば、第１振動部配線８１ａおよび第２振動部配線８２ａの形成が容易になるという利点もある。
また、本実施形態に係る圧電アクチュエーター４は、基板６１と、基板６１の一方の面側に配置されている圧電体６０２と、を備えている。このとき、この圧電アクチュエーター４では、第１振動部配線８１ａおよび第３電極６０４と基板６１との間の寄生容量と、第２振動部配線８２ａおよび第４電極６０６と基板６１との間の寄生容量とは、互いに異なっていてもよいが、互いに同じであることが好ましい。これにより、これらの寄生容量に基づいて変化するノイズ成分の変化量を抑えることができ、第１振動部配線８１ａと第２振動部配線８２ａの双方の間において、重畳するノイズ成分の波形が互いにずれにくくなる。その結果、差動アンプ７３Ａにおいてノイズ成分をより良好に相殺し、減少させることができる。
なお、第１振動部配線８１ａおよび第３電極６０４と基板６１との間の寄生容量と、第２振動部配線８２ａおよび第４電極６０６と基板６１との間の寄生容量と、を互いに同じにするためには、例えば、第１振動部配線８１ａの面積および第２振動部配線８２ａの面積を互いに同じにしたり、第１振動部配線８１ａと基板６１との距離および第２振動部配線８２ａと基板６１との距離を互いに同じにしたりすることが挙げられる。そして、例えば、距離を同じにすることができない部分については、それに伴う寄生容量の差を埋めるように、面積を異ならせるようにすればよい。同様に、面積を同じにすることができない部分については、それに伴う寄生容量の差を埋めるように、距離を異ならせるようにすればよい。
図３に示す圧電アクチュエーター４の場合、第２振動部配線８２ａの端部に設けられた端子８２ｃの面積が、第１振動部配線８１ａの端部に設けられた端子８１ｃの面積よりも大きくなっている。これは、図５に示すように、第４電極６０６と基板６１との距離が、第３電極６０４と基板６１との距離よりも大きいことに伴う措置である。このようにして端子８２ｃの面積を端子８１ｃの面積よりも大きくすることにより、第１振動部配線８１ａおよび第３電極６０４と基板６１との間の寄生容量と、第２振動部配線８２ａおよび第４電極６０６と基板６１との間の寄生容量と、を互いに近い値にして揃えることができ、差動アンプ７３Ａにおいてノイズ成分をより良好に相殺し、減少させることができる。
なお、端子８２ｃの面積は、寄生容量の差や端子８１ｃの面積に応じて適宜設定されるが、一例として、端子８１ｃの面積の１００％超１０００％以下であるのが好ましく、１０５％以上８００％以下であるのがより好ましい。
＜第２実施形態＞
図１６は、本発明の第２実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
図１６に示すロボット１０００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（インターフェース）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（コード列）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（振動部）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（制御部）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（被駆動部材）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、表裏の関係にある下面６０２１（第１面）と上面６０２２（第２面）とを有する圧電体６０２と、下面６０２１に配置されている第１電極６０１と上面６０２２に配置されている第２電極６０３とを備え、制御装置７からの駆動信号Ｓｄを第２電極６０３に入力することで、圧電体６０２が振動する駆動用電極と、下面６０２１に配置されている第３電極６０４と上面６０２２に配置されている第４電極６０６とを備え、圧電体６０２の振動に応じた検出信号Ｓｓを、第４電極６０６を介して制御装置７（制御部）へ出力する検出用電極と、を備えている。そして、下面６０２１において第１電極６０１と第３電極６０４とが離れており、かつ、上面６０２２において第２電極６０３と第４電極６０６とが離れている。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Ｓｓを取得することができる。このため、この検出信号Ｓｓ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。
＜第３実施形態＞
図１７は、本発明の第３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１７に示すプリンター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および制御装置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、を有する。
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、を有する。また、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を駆動する圧電モーター１と、を有する。
このようなプリンター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。
制御装置３０４０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（インターフェース）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（コード列）を実行することで、プリンター３０００の各部の駆動を制御する。このような制御は、例えば、Ｉ／Ｆを介して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実行される。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３０４０の構成の全部または一部は、プリンター３０００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。
このようなプリンター３０００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、プリンター３０００は、圧電アクチュエーター４（振動部）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（制御部）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（被駆動部材）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、互いに表裏の関係にある下面６０２１（第１面）と上面６０２２（第２面）とを有する圧電体６０２と、下面６０２１に配置されている第１電極６０１と上面６０２２に配置されている第２電極６０３とを備え、制御装置７からの駆動信号Ｓｄを第２電極６０３に入力することで、圧電体６０２が振動する駆動用電極と、下面６０２１に配置されている第３電極６０４と上面６０２２に配置されている第４電極６０６とを備え、圧電体６０２の振動に応じた検出信号Ｓｓを、第４電極６０６を介して制御装置７（制御部）へ出力する検出用電極と、を備えている。そして、下面６０２１において第１電極６０１と第３電極６０４とが離れており、かつ、上面６０２２において第２電極６０３と第４電極６０６とが離れている。このようなプリンター３０００によれば、圧電駆動装置３において、精度の高い検出信号Ｓｓを取得することができる。このため、この検出信号Ｓｓ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プリンター３０００が得られる。
なお、本実施形態では、圧電モーター１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。
以上、本発明の圧電駆動装置、ロボットおよびプリンター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。
１…圧電モーター、２…ローター、３…圧電駆動装置、３’…圧電駆動装置、４…圧電アクチュエーター、５…付勢部材、６Ａ…圧電素子、６Ｂ…圧電素子、６Ｃ…圧電素子、６Ｄ…圧電素子、６Ｅ…圧電素子、６Ｆ…圧電素子、６Ｇ…圧電素子、７…制御装置、９…エンコーダー、１１…振動体、２１…外周面、２２…主面、４１…振動体、４２…支持部、４３…接続部、４４…凸部、５１…第１基板、５２…第２基板、５３…間座、５９…貫通孔、６０…圧電素子ユニット、６０Ａ…圧電素子、６０Ｂ…圧電素子、６０Ｃ…圧電素子、６０Ｄ…圧電素子、６０Ｅ…圧電素子、６０Ｆ…圧電素子、６０Ｇ…圧電素子、６１…基板、６３…保護層、６９…接着剤、７１…駆動パルス信号生成部、７１Ａ…電極、７１Ｂ…電極、７１Ｃ…スイッチング素子、７２…駆動信号生成部、７２Ａ…バッファー、７２Ｂ…コイル、７３…検出パルス信号生成部、７３Ａ…差動アンプ、７３Ｂ…コンパレーター、７４…位相差取得部、７５…駆動制御部、８１…第１検出配線、８１ａ…第１振動部配線、８１ｂ…側面、８１ｃ…端子、８２…第２検出配線、８２ａ…第２振動部配線、８２ｂ…側面、８２ｃ…端子、８３…基準電位配線、８４…基準電位配線、８４ｃ…端子、８５…駆動側配線、８５ａ…第３振動部配線、８６…貫通配線、９１…スケール、９２…光学素子、４３１…第１接続部、４３２…第２接続部、５１２…支持部、５１３…ばね部、５２２…支持部、６０１…第１電極、６０２…圧電体、６０３…第２電極、６０４…第３電極、６０６…第４電極、７１１…第１駆動パルス信号生成部、７１２…第２駆動パルス信号生成部、７１３…第３駆動パルス信号生成部、７２１…第１駆動信号生成部、７２２…第２駆動信号生成部、７２３…第３駆動信号生成部、９２１…発光素子、９２２…撮像素子、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…制御装置、１０９０…エンドエフェクター、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…制御装置、６０２１…下面、６０２２…上面、Ａ１…矢印、Ａ２…矢印、Ｂ１…矢印、Ｂ２…矢印、Ｏ…中心軸、Ｐ…記録用紙、Ｐｄ…駆動パルス信号、Ｐｓ…検出パルス信号、Ｒ１…内部抵抗、Ｒ２…内部抵抗、Ｒ３…内部抵抗、Ｒ４…内部抵抗、Ｓｄ…駆動信号、Ｓｓ…検出信号、Ｖ１…交番電圧、Ｖ２…交番電圧、Ｖ３…交番電圧、Ｖ６０１…電位、Ｖ６０２…電位、Ｖ６０４…電位、Ｖ６０６…電位、ｉｄ…電流

Claims (10)

  1. 振動によって被駆動部材を駆動する振動部と、
    前記振動部の振動を制御する制御部と、
    を有し、
    前記振動部は、
    基板と、
    前記基板上に設けられ、互いに表裏の関係にある第１面と第２面を有する圧電体と、
    前記基板上に設けられ、互いに異なる第３面および第４面を有する保護層と、
    前記第１面に配置されている第１電極と前記第２面に配置されている第２電極を備え、前記制御部からの駆動信号を前記第２電極に入力することで、前記圧電体が振動する駆動用電極と、
    前記第１面に配置されている第３電極と前記第２面に配置されている第４電極を備え、前記圧電体の振動に応じた検出信号を、前記第４電極を介して前記制御部へ出力する検出用電極と、
    前記保護層の前記第３面に設けられ、前記第３電極と前記制御部とを電気的に接続する第１振動部配線を有する第１検出配線と、
    前記保護層の前記第３面に前記第１振動部配線から離れて設けられ、前記第４電極と前記制御部とを電気的に接続する第２振動部配線を有する第２検出配線と、
    前記第１振動部配線の端部に設けられている第１端子と、
    前記第２振動部配線の端部に設けられている第２端子と、
    を備え、
    前記第１面において、前記第１電極と前記第３電極とが離れており、かつ、前記第２面において、前記第２電極と前記第４電極とが離れており、
    前記第４電極は前記第３電極よりも前記基板から離れており、
    前記第２端子の面積は、前記第１端子の面積より大きいことを特徴とする圧電駆動装置。
  2. 前記保護層を貫通し、前記第２振動部配線と前記第４電極との間に設けられる貫通配線を備える請求項１に記載の圧電駆動装置。
  3. 前記制御部は、前記第１検出配線と前記第２検出配線に接続されている差動アンプを有する請求項１または２に記載の圧電駆動装置。
  4. 前記保護層の前記第３面に設けられ、基準電位に接続されている、第１基準電位配線と第２基準電位配線を有し、
    前記第１基準電位配線と前記第２基準電位配線との間に、前記第１振動部配線と前記第２振動部配線が配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
  5. 前記保護層の前記第４面に設けられ、基準電位に接続されている第３基準電位配線を有し、
    前記第１面の平面視で、前記第１基準電位配線、前記第２基準電位配線、前記第１振動部配線、および前記第２振動部配線と、前記第３基準電位配線とが重なっている請求項４に記載の圧電駆動装置。
  6. 前記第１振動部配線の長さと前記第２振動部配線の長さが揃っている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
  7. 前記第１振動部配線および前記第２振動部配線は、構成材料が同じである請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
  8. 前記第１振動部配線および前記第３電極と前記基板との間の寄生容量と、前記第２振動部配線および前記第４電極と前記基板との間の寄生容量とが、同じである請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
  9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧電駆動装置を有することを特徴とするロボット。
  10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧電駆動装置を有することを特徴とするプリンター。
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