圧電アクチュエーター、ロボットハンド及びロボット
【課題】圧電アクチュエーターの駆動効率を向上する。
【解決手段】回転軸ｒを有するローター５と、ローター５に当接する摺動部３３と、摺動部３３に楕円振動を励起する圧電素子３０と、圧電素子３０に積層された振動板３１と、摺動部３３の中心軸７９を、回転軸ｒに垂直な面方向において、楕円振動の回転方向に応じて、回転軸ｒと交差する状態からシフトすることを許容する移動機構３と、を少なくとも有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【解決手段】回転軸ｒを有するローター５と、ローター５に当接する摺動部３３と、摺動部３３に楕円振動を励起する圧電素子３０と、圧電素子３０に積層された振動板３１と、摺動部３３の中心軸７９を、回転軸ｒに垂直な面方向において、楕円振動の回転方向に応じて、回転軸ｒと交差する状態からシフトすることを許容する移動機構３と、を少なくとも有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエーター、及び当該圧電アクチュエーターを有するロボットハンド及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエーターは、高周波の交流電圧等の駆動電圧を機械的振動に変換する圧電素子と、該圧電素子によって駆動される被駆動部と、を少なくとも有する駆動装置である。圧電モーターは、圧電アクチュエーターの一種である。すなわち圧電モーターは、上述の被駆動部としてローターを用いた駆動装置であり、圧電素子の振動を回転力として利用可能な駆動装置である。
【０００３】
圧電モーターの用途としては、時計のカレンダー送り機能のように、正転方向（正回転）のみの駆動を行うものが知られていた。他方、新たな用途として、ロボット（ロボットハンド）の駆動手段としての用途が注目されている。かかる用途の場合、回転方向を正転と逆転とに切替え可能であることが求められている。
例えば、特許文献１には、ローターの中心に向かって対向配置されたセラミック製の摺動部と、当該摺動部をローターに押圧する振動板とを有する圧電モーターが開示されている。この振動板には、圧電素子と、複数の電極とが形成されており、各電極への駆動電圧を変更することにより、摺動部のローターへの押圧軌道（楕円軌道）を切替えて、正転と逆転とを切替え可能としていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１８４３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の圧電モーターでは、ローターに対して摺動部をニュートラルな位置に配置した状態で、電気的な駆動信号のみで正転と逆転とを切替えていたため、駆動状態の調整幅には限界があるという課題があった。具体的には、正転のみでより大きな駆動力を出したい場合などは、駆動信号のみでの制御では限界があった。
また、極微速で正転と逆転とを切替える場合などでは、回転方向の安定性を確保することが困難であるという課題もあった。
つまり、従来の技術では、正転と逆転の両駆動態様において、より効率的な駆動を行うことは困難であるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例の圧電アクチュエーターは、回転軸を有するローターと、上記ローターに当接する摺動部と、上記摺動部に楕円振動を励起する圧電素子と、上記圧電素子に積層された振動板と、上記摺動部の中心軸を、上記回転軸に垂直な面方向において、上記楕円振動の回転方向に応じて、上記回転軸と交差する状態からシフトすることを許容する移動機構と、を少なくとも有することを特徴とする。
【０００８】
このような構成の圧電アクチュエーターであれば、摺動部におけるローターと当接する位置を、摺動部の回転方向等に合せて調節できる。したがって圧電素子の駆動条件を好適化でき、圧電アクチュエーターの駆動効率を向上できる。
【０００９】
［適用例２］上述の圧電アクチュエーターであって、上記移動機構は、上記振動板を上記ローターの方向へ付勢する付勢手段を有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１０】
このような構成の圧電アクチュエーターであれば、摺動部をシフトさせた場合において、摺動部がローターに当接する際の当接力を安定させることができる。したがって、圧電アクチュエーターの駆動効率をより一層向上できる。
【００１１】
［適用例３］上述の圧電アクチュエーターであって、上記ローターを支持する基台を有し、上記移動機構は、上記基台に配置された第１のガイドピンと、上記回転軸と上記第１のガイドピンの中心とを結ぶ線上に中心が位置するように配置された第２のガイドピンと、上記振動板を保持する部材であり、上記基台に対向する側に、上記第１のガイドピンが摺動可能な幅を有する第１のガイド溝と、上記第１のガイド溝に連通しかつ上記回転軸から離れるにつれて幅が広がる第２のガイド溝と、を有する第１の保持部と、をさらに有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１２】
このような構成の圧電アクチュエーターであれば、第１の保持部を、第２のガイドピンでシフト方向の移動を制御しつつ、第１のガイドピンに沿ってローターの方向に移動させることができる。その結果、摺動部におけるローターと当接する位置を容易に調整でき、圧電アクチュエーターの駆動効率を容易に向上できる。
【００１３】
［適用例４］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２のガイド溝の幅は、上記第１のガイドピンと上記回転軸を結ぶ線を中心として左右各３０度の角度で広がっていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１４】
このような構成の圧電アクチュエーターであれば、第１の保持部、及び該第１の保持部に保持される振動板を、左右各３０度の範囲でシフト方向に移動させることができる。かかる角度範囲の移動ができれば、摺動部におけるローターと当接する位置を充分に調節でき、圧電アクチュエーターの駆動効率を充分に向上できる。
【００１５】
［適用例５］上述の圧電アクチュエーターであって、上記ローターを支持する基台を有し、上記移動機構は、上記ローターの方向を長手方向とするガイド孔を有し、上記基台と対向する下部保持部と、上記振動板を保持し上記下部保持部に軸を介して回転可能に支持された上部保持部と、を有する第２の保持部と、上記下部保持部を上記ガイド孔を介して上記基台に摺動可能に支持する第３のガイドピンと、をさらに有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１６】
このような構成の圧電アクチュエーターであれば、下部保持部をローターの方向に移動させつつ、該下部保持部に支持された上部保持部をシフト方向に移動させることができる。したがって、第２の保持部に保持される振動板の摺動部がローターと当接する位置を容易に調節でき、圧電アクチュエーターの駆動効率を容易に向上できる。
【００１７】
［適用例６］上述の圧電アクチュエーターであって、上記下部保持部には、上記上部保持部のシフト方向の移動を、上記長手方向を中心に左右各３０度の範囲に制限するストッパーが配置されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１８】
このような構成の圧電アクチュエーターであれば、上部保持部、及び該上部保持部に保持される振動板を左右各３０度の範囲でシフト方向に移動させることができる。かかる角度範囲の移動ができれば、摺動部におけるローターと当接する位置を充分に調節でき、圧電アクチュエーターの駆動効率を充分に向上できる。
【００１９】
［適用例７］本適用例のロボットハンドは、上述の圧電アクチュエーターを備えたことを特徴とする。
【００２０】
上述の圧電アクチュエーターは駆動効率が向上しているため、同等の作業を行う他の圧電アクチュエーターに比べて小型化されている。したがって、このような構成のロボットハンドであれば、同一の作業に用いられる他のロボットハンドに比べて小型化そして軽量化することが可能となる。
【００２１】
［適用例８］本適用例のロボットは、上述のロボットハンドを備えたことを特徴とする。
【００２２】
上述の圧電アクチュエーターは駆動効率が向上しているため、同等の作業を行う他の圧電アクチュエーターに比べて小型化、かつ低消費電力化されている。したがって、このような構成のロボットであれば、同一の作業が可能な他のロボットに比べて小型化そして軽量化することが可能となる。そしてこのような構成のロボットであれば、同一の作業を他のロボットに比べて低い消費電力で実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態にかかる圧電モーターの概略を示す模式平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ’線における断面を示す、圧電モーターの断面図。
【図３】第１の実施形態の保持部等を示す図。
【図４】振動体の展開斜視図。
【図５】圧電素子及び摺動部の振動方向を示す図。
【図６】保持部の移動を示す図。
【図７】第１の実施形態における保持部及び振動体が、ローター方向とシフト方向に移動した状態の圧電モーターを示す図。
【図８】第２の実施形態にかかる圧電モーターの概略を示す模式平面図。
【図９】図８のＤ−Ｄ’線における断面を示す、圧電モーターの断面図。
【図１０】第２実施形態の保持部等を示す図。
【図１１】第２の実施形態における保持部及び振動体が、ローター方向とシフト方向に移動した状態の圧電モーターを示す図。
【図１２】変形例１にかかる、被駆動部にスライド部材を用いた形態を示す図。
【図１３】変形例２にかかる保持部を示す図。
【図１４】第３の実施形態にかかるロボットの概略を示す図。
【図１５】第３の実施形態にかかるロボットハンドの概略を示す図。
【図１６】ロボットハンドが有する第１の指の概略を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態にかかる圧電アクチュエーター、すなわち回転方向を（正回転と逆回転に）切り換え可能な圧電モーターについて、図面を参照しつつ述べる。なお本発明の実施の形態は、以下の各図に示す構造、形状に限定されるものではない。また、以下の各図においては、各構成要素を図面で認識可能な程度の寸法とするため、該構成要素の縮尺を実際とは異ならせてある。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかる圧電モーター１の平面視における概略を示す模式平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線における断面を示す、圧電モーター１の断面図である。図３は、本実施形態の第１の保持部２１等を示す図である。図３（ａ）は、図１のＢ−Ｂ’線における断面を示す、圧電モーター１の断面図である。そして図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ’線における断面を示す、第１の保持部２１の断面図である。なお、図３（ｃ）については後述する。
【００２６】
図１、及び図２に示すように、圧電モーター１は、基台４と、ローター５と、少なくとも圧電体層５０（後述する図４参照）と摺動部３３と振動板３１とを含む振動体１０と、移動機構３と、を有している。移動機構３は、摺動部３３を含む振動体１０を、摺動部３３がローター５の回転軸ｒからシフトする方向への移動することを許容するように保持する機構である。本実施形態の移動機構３は、付勢手段８０と第１の保持部２１と第１のガイドピン４１と、第２のガイドピン４２とで構成されている。
【００２７】
第１のガイドピン４１及び第２のガイドピン４２は、基台４の一方の面上の第１の保持部２１と重なる領域に配置されている。ローター５に近い方のピンが第１のガイドピン４１であり、もう一方のピンが第２のガイドピン４２である。上記双方のガイドピン（４１，４２）のうち、少なくとも第１のガイドピン４１は断面が円形である。そして、ローター５の回転軸ｒと、第１のガイドピン４１の中心と、第２のガイドピン４２の中心と、は、同一線上に位置している。かかる、回転軸ｒと第１のガイドピン４１の中心と第２のガイドピン４２の中心とを結ぶ線が長軸７７である。長軸７７は、Ｙ方向と平行である。そして、上記のＡ−Ａ’線は長軸７７と重なっている。
【００２８】
ローター５は、基台４の一方の面に垂直な方向、すなわちＺ方向の回転軸ｒを有する円盤状の部材であり、ＳＵＳ４４０Ｃ等の硬度の高い材料で形成されている。そして、図２に示すように、外周に沿って断面が円弧状の凹部６が形成されている。そしてローター５は軸１４を有しており、基台４に嵌合された軸受けピン１３で回転可能に支持されている。図２に示すように、摺動部３３は凹部６に当接している。
【００２９】
付勢手段８０は、ばね支持部８１とＹ方向に延在する付勢ばね８２とで構成されている。ばね支持部８１は基台４に対して固定されており、付勢ばね８２の一方の端部は、該ばね支持部に固定されている。そして付勢ばね８２のもう一方の端部は、第１の保持部２１のバネ受け部８４に固定されている。付勢ばね８２は一般的なコイルばねであり、図１及び図２に示す状態で、若干圧縮されている。したがって、上述の状態において、第１の保持部２１にはローター５の方向への押し圧が加えられている。
【００３０】
第１の保持部２１はブロック状の部材であり、図３（ａ）に示すように、Ｘ方向における両側の肉厚の部分と、Ｘ方向における中央部の肉薄の部分と、を有している。そして上記肉厚の部分には、振動体１０の支持部３５が固定されている。なお、振動体１０については後述する。
【００３１】
第１の保持部２１の上記肉薄の部分には、Ｙ方向に延在する、第１のガイド溝４３と第２のガイド溝４４とが形成されている。本実施形態の第１の保持部２１においては、双方のガイド溝（４３，４４）は第１の保持部２１の基台４に対向する側に形成されている。なお、上記肉薄の部分を完全に貫通させて、「溝」ではなく「切り欠き」状とした態様も可能である。
【００３２】
第１のガイド溝４３は、幅（Ｘ方向の寸法）が一定である。一方、第２のガイド溝４４の幅は、付勢手段８０側に向かうにつれて広がっている。すなわち、第２のガイド溝４４の幅は、所定の角度で広がっている。すなわち、第２のガイド溝４４は平面視で略三角形である。本実施形態の第１の保持部２１における上記角度は、略６０である。
図示するように、第１のガイド溝４３と第２のガイド溝４４は連通している。したがって、ガイド溝のうち、幅が一定の部分が第１のガイド溝４３であり、幅が変化する部分が第２のガイド溝４４である。
【００３３】
ここで、第１のガイド溝４３の幅は、第１のガイドピン４１の直径よりも若干大きく形成されている。したがって、第１の保持部２１は、第１のガイド溝４３に第１のガイドピン４１が挿入された状態で、Ｙ方向に移動可能である。なお、本実施形態における第２のガイド溝４４は、側面（溝面）が（平面視で）直線で構成されており、開く角度が一定である。しかし、該側面を曲線で構成して、開く角度を変化させる態様も可能である。
【００３４】
次に振動体１０について説明する。図４は、振動体１０の展開斜視図である。図示するように、振動体１０は、振動板３１と該振動板の両面に配置された一対の圧電素子３０等で構成されている。圧電素子３０は後述するように駆動電圧（具体的には交流電圧）の印加により振動する圧電体層５０を含む部材であり、平面視で略矩形である。振動板３１はＳＵＳ３０１からなる板状部材であり、圧電素子３０と略同一の平面形状を有している。振動板３１は、圧電素子３０を補強する機能も果たしている。そして振動板３１自体は振動しないが、圧電素子３０と積層されているため、圧電素子３０が振動すると振動板３１も略同等に振動する。
なお、振動体１０の構成は、上述の態様に限定されるものではない。例えば、振動板３１のどちらか一方の面に１つの圧電素子３０を配置する構成、すなわち圧電素子３０を１つのみ有する構成の振動体１０も可能である。
【００３５】
振動体１０は、支持部３５と摺動部３３とをさらに有している。支持部３５は、振動板３１の双方の長辺ｂから突き出している部材である。摺動部３３は、振動板３１の一方の短辺ａから突き出している部材である。支持部３５及び摺動部３３は、振動板３１と一体的に成型されている。すなわち、上記の３つの要素は、上述のＳＵＳ３０１の板材から、プレス加工、エッチング加工、切削加工、レーザー加工等の手法で一体的に成型されている。かかる一体的に形成された部材のうち、圧電素子３０と重なる矩形の部分が振動板３１である。
【００３６】
圧電素子３０及び振動板３１は矩形であるため、短辺ａ方向と長辺ｂ方向のそれぞれに中心線を有している。長辺ｂ方向の中心線が、中心軸７９である。摺動部３３及び支持部３５は、中心軸７９に対して対称に形成されている。したがって、圧電素子３０及び振動板３１の中心軸７９は、摺動部３３の中心軸７９であり、振動体１０の中心軸７９である。図１に示す状態において、中心軸７９は長軸７７と平面視で重なっている。したがって、中心軸７９は、ローター５の回転軸ｒと交差している。
【００３７】
支持部３５は、中心軸７９に略直交する方向に延在する腕状の部分と、該腕状の部分の先端に位置する略円形に広がった部分と、を有している。そして上述の略円形の部分には、貫通孔３７が形成されている。図１〜図３に示すように、振動体１０は、貫通孔３７に挿通された固定ねじ３６により、第１の保持部２１に固定されている。すなわち、振動体１０は、図３（ｂ）に示すように、平面視で圧電素子３０と振動板３１の積層体から突き出した支持部３５により、宙に浮いた状態で固定されている。したがって、駆動電圧の印加により圧電素子３０が振動すると、振動体１０は、上述の貫通孔３７の近傍を除く全体が振動する。
【００３８】
摺動部３３は、上述したようにローター５（の凹部６）に当接されている。そして、振動体１０を保持する第１の保持部２１は、付勢手段８０によりローター５の方向へ向けて付勢されているため、振動体１０のローター５側の端部に位置する摺動部３３は、所定の圧力でローター５に当接されている。したがって、振動体１０が振動すると、該振動は摺動部３３を介してローター５に伝達される。後述するように、圧電素子３０に駆動電圧が印加されると、摺動部３３は平面視で楕円軌道を描くように振動する。したがって、かかる振動が伝達されるローター５は、所定の速度で回転駆動される。ローター５が所定の速度で回転することで、図１等に示す構成が、圧電モーター１として機能する。
なお、摺動部３３はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の高硬度材料を用いて別途形成した後、振動板３１に接着することもできる。
【００３９】
次に、圧電素子３０及び摺動部３３の振動方向等について説明する。図４に示すように、圧電素子３０は、圧電体層５０と、圧電体層５０の振動板３１側に設けられた第１電極５５と、圧電体層５０の第１電極５５とは反対側に設けられた第２電極６０と、を含んでいる。第１電極５５は、圧電体層５０の振動板３１側の略全面に亘って形成されている一方、第２電極６０は、第１の溝部６３及び第２の溝部６４によって、互いに電気的に隔離された５つの電極（第２電極６０ａ〜６０ｅ）に分割されている。そして第１電極５５は、かかる複数に分割された第２電極６０（６０ａ〜６０ｅ）に対する共通電極として機能している。
【００４０】
圧電体層５０は、電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ3で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層５０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等を用いることができる。
【００４１】
第１電極５５と第２電極６０との間に駆動電圧が印加されると、かかる圧電体層５０は、電気機械変換作用により、振動板３１と共に、面方向に振動する。そして本実施形態の圧電素子３０は第２電極６０が分割されているため、振動の方向を切り換えることができる。なお、「面方向」とは、振動板３１が位置する面である。振動板３１の厚さは略０．５ｍｍと薄いため、「面」に近似できる。
【００４２】
図５は、圧電素子３０及び摺動部３３の振動方向を示す図である。図示するように、圧電素子３０の第２電極６０は、第１の溝部６３により短辺ａ方向に略三等分割されている。そして短辺ａ方向における両側の２つの電極は、第２の溝部６４によって、さらに長辺ｂ方向に略二等分割されている。上記の５つの第２電極６０のうち、第２電極６０ｃは縦振動用電極として機能する。そして第２電極６０ｃの短辺ａ方向における両側に対をなすように形成された第２電極６０ａと第２電極６０ｅは、第１屈曲振動用電極として機能する。また、第２電極６０ｂと第２電極６０ｄは第２屈曲振動用電極として機能する。
【００４３】
図５（ａ）は、第２電極６０ａ、第２電極６０ｅ、及び第２電極６０ｃの３つの第２電極６０と、共通電極である第１電極５５との間に駆動電圧を印加した場合の、振動方向を示す図である。第２電極６０ａ、第２電極６０ｅ、及び第２電極６０ｃに対する駆動電圧の印加により、圧電素子３０には、主に第２電極６０ｃによって圧電素子３０の長辺ｂ（図４参照）の方向の略中心を中心に伸縮する縦一次振動が励振される。また、第２電極６０ａと第２電極６０ｅに対する駆動電圧の印加により、圧電素子３０の面内で縦一次振動と直交する方向、つまり圧電素子３０の短辺ａ（図４参照）の方向に沿って屈曲する屈曲二次振動が励振される。圧電素子３０は、かかる２つの振動を合成した振動が励振される。その結果、摺動部３３は、平面視で右回りの楕円軌道Ｒ1を描くように振動する。本明細書では、かかる右回りの回転を「正回転（正転）」と称する。
【００４４】
図５（ｂ）は、逆方向の回転を示す図である。すなわち、第２電極６０ｂ、第２電極６０ｄ及び第２電極６０ｃのみに選択的に駆動電圧を印加することにより得られる縦一次振動と、第２電極６０ｂと第２電極６０ｄによって得られる屈曲二次振動とを組み合せた振動を示す図である。かかる第２電極６０に選択的に駆動電圧を印加することで、摺動部３３は、平面視で左回りの楕円軌道Ｒ2を描くように振動する。本明細書では、かかる左回りの回転を「逆回転（逆転）」と称する。なお、摺動部３３が正回転すなわち右回りに回転すると、ローター５は左回りに回転する。摺動部３３が逆回転すなわち左回りに回転すると、ローター５は右回りに回転する。
【００４５】
このように、本実施形態の振動体１０が有する摺動部３３は上述の双方向の回転が可能である。したがって、摺動部３３に駆動されるローター５も双方向の回転が可能である。ここで、ローター５と摺動部３３の位置関係について述べる。図５に示すように、摺動部３３は、振動板３１の長辺ｂに対して斜めに傾いた楕円軌道を描くように振動する。そして、摺動部３３の駆動力は、かかる楕円軌道の長軸に平行な接線方向で最大となる。したがって、圧電モーターの駆動効率、すなわち駆動電圧に対する駆動力の比を向上するためには、摺動部３３におけるローター５と当接する位置を、頂点すなわち中心軸７９上の点から左右どちらかにシフトさせる必要がある。すなわち、摺動部３３の中心軸７９を、ローター５の回転軸ｒからシフトさせることが好ましい。本実施形態の圧電モーター１は、移動機構３を用いることで、摺動部３３をシフトさせることを可能にしている。すなわち、摺動部３３の中心軸７９を回転軸ｒからシフトさせて摺動部３３がローター５に当接する位置を調整し、正回転と逆回転の双方を好適な条件で行うことを可能にしている。
【００４６】
図６は、本実施形態における第１の保持部２１の移動を示す図である。すなわち、本実施形態の圧電モーター１において、摺動部３３の中心軸７９を回転軸ｒからシフトさせて、摺動部３３におけるローター５と当接する位置を、該摺動部の回転方向に合せて調整する仕組みを説明する図である。以下、本図、及び図３（ｃ）を用いて、上述の仕組みを説明する。
【００４７】
図６（ａ）は、圧電素子３０に駆動電圧が印加されず、振動体１０が振動していない状態を示している。摺動部３３の中心軸７９とローター５の回転軸ｒとは、交差している。したがって摺動部３３は、頂点すなわち中心軸７９上の点で、ローター５に当接している。そしてかかる状態においても、第１の保持部２１（図１等参照）には、付勢手段８０（図１等参照）による付勢力８５が印加されている。したがって振動体１０には、ローター５の方向への押し圧が加えられている。以下、上述の「ローター５の方向」、すなわち振動体１０とローター５との距離を調節する方向を、ローター方向７１と定義する。
【００４８】
図６（ｂ）は、圧電素子３０の、第２電極６０ａ、第２電極６０ｅ、及び第２電極６０ｃの３つの第２電極６０と、第１電極５５との間に駆動電圧が印加され、摺動部３３が正回転、すなわち右回りの楕円軌道Ｒ1を描く振動を開始した状態を示す図である。摺動部３３がローター５に当接した状態でかかる振動を開始することで、摺動部３３、該摺動部を含む振動体１０、及び該振動体を保持する第１の保持部２１には、右回りに回転させる向きの力が働く。ここで、振動体１０の中心軸７９を、平面視で回転軸ｒの左右どちらかにシフトさせる方向を、シフト方向７２と定義する。シフト方向７２は、直線方向であるローター方向７１とは異なり、角度方向である。ただし、（後述するように）本実施形態の振動体１０は上述のローター方向７１に移動しつつシフト方向７２にシフト（移動）するため、シフト方向７２の中心点は定義できない。
【００４９】
このように、本実施形態の圧電モーター１においては、駆動電圧が印加されない状態において、振動体１０保持する第１の保持部２１には、付勢力８５が印加されている。そして、圧電素子３０に駆動電圧が印加されて、摺動部３３が正回転すなわち右回りの楕円軌道Ｒ1を描く振動を開始した場合、振動体１０及び該振動体を保持する第１の保持部２１には、シフト方向７２において中心軸７９を平面視で右回りに（右側に）シフトさせる向きの力が加わる。そして、本実施形態の第１の保持部２１は基台４に配置された２本のガイドピン（４１，４２）に対して摺動可能に配置されている。したがって、上記双方の力により、第１の保持部２１及び該保持部に保持される振動体１０は、摺動部３３がローター５に当接する状態を保ちつつ、ローター方向７１とシフト方向７２に移動する。
【００５０】
ここで、第２のガイドピン４２と第２のガイド溝４４は、シフト方向７２への移動の角度を制御する機能を果たしている。上述したように、第２のガイド溝４４は、平面視で略６０度の角度で開いている。したがって、シフト方向７２への移動すなわちシフトする角度は、右回りと左回りの双方で略３０度以内に抑えられている。
【００５１】
図６（ｃ）は、第１の保持部２１がローター方向７１及びシフト方向７２に移動した場合における、振動体１０及び摺動部３３を示す図である。振動体１０は、ローター方向７１に、ローター５との間隔を縮小するように移動している。かかる振動体１０の移動距離が、移動距離７３である。同時に、振動体１０は、シフト方向７２において、中心軸７９を回転軸ｒの右側にシフトする向きにシフトしている。かかる振動体１０のシフト方向７２への移動の角度が、シフト角度７４である。かかる振動体１０の移動の結果、摺動部３３におけるローター５に当接する位置が中心軸７９から左側にシフトされている。そして、摺動部３３の描く正回転の楕円軌道Ｒ1の接線方向とローター５の外周線における、摺動部３３が当接する位置の接線方向とは略一致している。
【００５２】
図３（ｃ）は、第１の保持部２１が、図３（ｂ）示す状態から、ローター方向７１において移動距離７３だけローター５に近づき、かつシフト方向７２においてシフト角度７４だけシフトされた状態を示す図である。上述したように、第１のガイドピン４１の断面形状は円形であり、第１のガイド溝４３の幅は、第１のガイドピン４１の直径よりも若干大きい。したがって、第１のガイド溝４３内に第１のガイドピン４１が収まった状態でローター方向７１へ移動する。そして、第２のガイドピン４２を中心にシフト方向７２へ右回りに回転する。このように第１の保持部２１が移動する結果、該保持部に保持される振動体１０が有する摺動部３３の中心軸７９は、図６（ｃ）に示すようにシフト方向７２において右回りにシフトする。
【００５３】
図７は、第１の保持部２１及び振動体１０が上述したように移動した場合における、圧電モーター１を示す図である。このように、第１の保持部２１及び該保持部に保持される振動体１０が、ローター方向７１に移動距離７３として示す距離だけ移動している。また、シフト方向７２にシフト角度７４として示す角度だけシフトしている。その結果、摺動部３３が好適な状態でローター５に当接している。なお、かかる状態において、付勢ばね８２は若干曲がっている。しかし付勢ばね８２はコイルばねであるため、かかる状態でも付勢力８５（図６参照）を充分に発揮できる。
【００５４】
摺動部３３の回転方向の切り換え時における第１の保持部２１の移動は、以下のように行われる。まず、駆動電圧が印加される電極が、第２電極６０ｂ、第２電極６０ｄ及び第２電極６０ｃに切り換えられると、摺動部３３は、逆回転すなわち左回りの楕円軌道Ｒ2（図５参照）を描く振動を開始する。その結果、摺動部３３及び該摺動部を有する振動体１０には、ローター方向７１とシフト方向７２の双方の方向において、右回りの楕円軌道Ｒ1を描く振動をしていたときと反対の向きに移動させる力が加わる。かかる力により、まず振動体１０及び該振動体を有する第１の保持部２１は、図１に示す位置まで押し戻される。そしてさらに、中心軸７９が回転軸ｒに対して左回りにシフトするまで、第１の保持部２１がシフト方向７２に移動する。また、第１の保持部２１は、ローター方向７１へローター５との間隔を縮小する向きに移動する。その結果、図７に示す状態から長軸７７を中心に反転させた状態となる。その結果、摺動部３３が逆回転Ｒ2を描くように振動する場合においても、圧電モーター１は好適な状態で駆動される。
【００５５】
＜本実施形態の効果＞
このように、本実施形態の圧電モーター１は、正回転と逆回転の双方を、摺動部３３を好適な位置でローター５に当接させた状態、すなわち楕円軌道（Ｒ1，Ｒ2）の接線方向と、当接位置におけるローター５の外周線の接線方向と、が略一致した状態で行うことができる。どちらの方向の回転も、上記双方の接線方向が略一致した状態で行えるため駆動電圧を有効に駆動力に変換でき、駆動効率が向上している。したがって、本実施形態の圧電モーター１は、どちらの方向の回転も、回転方向が単一の圧電モーターと略同等の効率で行うことができる。したがって、正回転と逆回転が切り換え可能なモーターにおいて、ダイナミックな駆動が可能となる。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図８〜図１１の各図を用いて説明する。図８は、本実施形態にかかる圧電モーター２の平面視における概略を示す模式平面図である。図９は、図８のＤ−Ｄ’線における断面を示す、圧電モーター２の断面図である。図１０は、本実施形態の第２の保持部２２等を示す図である。図１１は、本実施形態における第２の保持部２２及び振動体１０が、ローター方向７１とシフト方向７２に移動した状態の圧電モーター２を示す図である。
【００５７】
本実施形態の圧電モーター２は、移動機構３、特に移動機構３に含まれる保持部とガイドピンに特徴がある。振動体１０については、第１の実施形態の圧電モーター１が有する振動体１０と共通である。したがって、振動体１０の構成要素である振動板３１、圧電素子３０、支持部３５及び摺動部３３についても、第１の実施形態における該構成要素と略同一である。そこで、上記各要素についての説明は、上述した図４及び図５を用いて行う。また、ローター方向７１及びシフト方向７２等の説明は、上述した図６を用いて行う。
【００５８】
図８及び図９に示すように、本実施形態の圧電モーター２は、第１の実施形態の圧電モーター１と同様に、基台４とローター５と、振動体１０と、移動機構３と、を有している。本実施形態の移動機構３は、付勢手段８０と第２の保持部２２と第３のガイドピン４７で構成されている。そして第２の保持部２２は、ガイド孔４８と、ストッパーとしての位置決めピン４９を有している。
【００５９】
ローター５は、第１の実施形態におけるローター５と同一である。すなわち、基台４の一方の面に垂直な方向の回転軸ｒを有し、外周に沿って断面が円弧状の凹部６を有する円盤状の部材である。そして、軸１４を有しており、基台４に嵌合された軸受けピン１３で回転可能に支持されている。付勢手段８０も、第１の実施形態における付勢手段８０と同一である。すなわち、基台４に対して固定されたばね支持部８１と、一方の端部が該ばね支持部に固定され、もう一方の端部が第２の保持部２２のバネ受け部８４に固定された付勢ばね８２と、で構成されている。第２の保持部２２には、かかる付勢手段８０により、ローター５の方向すなわちローター方向７１（後述する図１１参照）への押し圧が加えられている。
【００６０】
図１０は、本実施形態の第２の保持部２２を示す図である。図１０（ａ）は、第２の保持部２２の、図８のＥ−Ｅ’線における断面を示す図である。そして図１０（ｂ）は、第２の保持部２２における図１０（ａ）のＦ−Ｆ’線における断面を示す図である。本実施形態の第２の保持部２２は、上部保持部２５と下部保持部２４とで構成されている。上部保持部２５は振動体１０を保持しており、下部保持部２４は基台４の一方の面上に摺動可能に配置されている。なお、バネ受け部８４は、下部保持部２４に形成されている。
【００６１】
下部保持部２４は、Ｘ方向における中央に、Ｙ方向に延在する肉厚部を有している。そしてかかる肉厚部の両側に、長軸７７方向に延在する肉薄部を有している。そして該肉厚部の中央近傍には、上部保持部２５を回転可能に支持する軸としての第２の軸１８と該第２の軸を支持する第２の軸受けピン１７が配置されている。
【００６２】
肉薄部には、Ｙ方向に延在する長孔であるガイド孔４８が形成されている。そして、ガイド孔４８を介して計４本の第３のガイドピン４７が基台４に嵌合されている。ここで、第３のガイドピン４７の径は、ガイド孔４８の幅すなわちＸ方向の寸法よりも若干小さい。したがって、下部保持部２４は基台４上において長軸７７方向に摺動可能に保持されている。
なお、第３のガイドピン４７の本数は４本に限定されるものではない。左右どちらかのガイド孔４８に対して２本配置されていれば、もう一方のガイド孔４８に対しては、１本でも機能を果たすことができる。また、第３のガイドピン４７の断面形状は円形に限定されるものではなく、矩形、あるいはその他の形状とすることもできる。
【００６３】
ここで、上述したように下部保持部２４にはバネ受け部８４が形成されているため、下部保持部２４には、ローター方向７１への押し圧が常に印加されている。したがって、下部保持部２４は、上部保持部２５に保持される振動体１０の摺動部３３がローター５に当接される状態を保ちつつ、ローター方向７１に移動可能である。
【００６４】
上部保持部２５は、上述したように、下部保持部２４に配置された第２の軸１８により回転可能に支持されている。したがって、上部保持部２５及び該上部保持部に支持される振動体１０は、シフト方向７２にシフト可能である。そして下部保持部２４には、かかるシフト方向７２の移動すなわち上部保持部２５の回転を所定の範囲内（角度内）に抑制するためのストッパーとしての位置決めピン４９が配置されている。位置決めピン４９を配置する位置、そして該位置決めピンにより制限する上部保持部２５の回転の角度は、任意に定めることができる。したがって、振動体１０及び摺動部３３の形状等を考慮して、ローター５が最適な条件で駆動されるように、上記角度を定めることができる。本実施形態の第２の保持部２２では、かかる角度が左右各３０度となるように、位置決めピン４９が配置されている。
【００６５】
振動体１０は、第１の実施形態の振動体１０と同様に、振動可能に支持されている。上部保持部２５は、Ｘ方向に置ける両側に肉厚部を有している。振動体１０は、第１の実施形態の振動体１０と同様に、支持部３５の端部に形成された貫通孔３７に挿通された固定ねじ３６により、肉厚部に固定されている。ここで、上記の肉厚部の厚さは、支持した振動体１０が第２の軸１８と干渉しないように設定されている。したがって、振動体１０は宙に浮いた状態で支持されている。駆動電圧の印加により圧電素子３０が振動すると、振動体１０は第２の軸１８に妨げられることなく振動する。
【００６６】
このように、本実施形態の移動機構３が有する第２の保持部２２は、ローター方向７１に移動可能な下部保持部２４と、シフト方向７２に移動可能な上部保持部２５と、で構成されている。したがって、摺動部３３が図５に示すように楕円軌道（Ｒ1，Ｒ2）を描くように振動すると、上記楕円の長軸方向の接線の方向とローター５における摺動部３３が当接する位置の接線方向とが略一致するように、振動体１０の中心軸７９をローター５の回転軸ｒに対してシフトできる。同時に、下部保持部２４がローター方向７１に移動して、第２の保持部２２とローター５との間隔を縮小できる。その結果、振動体１０がシフト方向７２にシフトしても、摺動部３３はローター５に所定の圧力で当接される。
【００６７】
図１１は、摺動部３３が正回転Ｒ1を描くように振動して、下部保持部２４がローター方向７１に移動し、かつ上部保持部２５がシフト方向７２に移動した状態の圧電モーター２を示す図である。上述の図６及び図７と同様に、図１１では、ローター方向７１への移動距離を移動距離７３として図示し、シフト方向７２への移動角度をシフト角度７４として図示している。なお、本実施形態の圧電モーター２におけるシフト角度７４は、略３０度である。
【００６８】
このように本実施形態の圧電モーター２では、振動体１０（の中心軸７９）がシフト方向７２に移動可能であるため、正回転Ｒ1の接線方向と摺動部３３が当接する位置におけるローター５の接線方向とを略一致させることができる。そして、付勢手段８０による付勢力８５（図６参照）により、振動体１０がローター方向７１に移動可能であるため、摺動部３３がローター５に当接する際の圧力も、好適な値に保たれている。したがって、本実施形態の圧電モーター２は、第１の実施形態の圧電モーター１と同様にローター５が好適な状態で駆動されており、駆動効率が向上している。
なお、本実施形態の圧電モーター２も、摺動部３３が逆回転Ｒ2を描くように振動した場合、第１の実施形態の圧電モーター１と同様に、図１１に示す状態から長軸７７を中心に反転させた状態となる。
【００６９】
＜本実施形態の効果＞
このように、本実施形態の圧電モーター２は、第１の実施形態の圧電モーター１と同様に、正回転と逆回転の双方を、摺動部３３を好適な位置でローター５に当接させた状態、すなわち楕円軌道（Ｒ1，Ｒ2）の接線方向と、当接位置におけるローター５の外周線の接線方向と、が略一致した状態で行うことができる。そのため、正回転と逆回転が切り換え可能な圧電モーターにおいて高い駆動効率を実現できる。したがって、正回転と逆回転が切り換え可能なモーターにおいて、ダイナミックな駆動が可能となる。
【００７０】
そして本実施形態の圧電モーター２は、シフト方向７２の移動の範囲を位置決めピン４９により制御している。かかる位置決めピン４９は、配置位置の変更が容易である。したがって、例えば摺動部３３の形状変更等の駆動条件の変更に合せて、シフト方向７２の移動範囲、すなわちシフト角度を変更することが容易である。
【００７１】
また、本実施形態の移動機構３が有する第２の保持部２２は、付勢ばね８２を固定するばね受け部８４が下部保持部２４に配置されており、該下部保持部２４はシフトしない。したがって、振動体１０及び摺動部３３がローター５の回転軸ｒからシフトしても、付勢ばね８２は直線状に保たれている。すなわち、付勢ばね８２が曲がることを考慮する必要がない。そのため、付勢ばね８２の長さを短縮でき、圧電モーターを小型化できる。
【００７２】
（第３の実施形態）
次に第３の実施形態として、第１の実施形態にかかる圧電モーター１又は第２の実施形態にかかる圧電モーター２の、いずれかと同様の構成の圧電モーターを有するロボットハンド、及び該ロボットハンドを有したロボットについて、図１４〜図１６を用いて説明する。
【００７３】
図１４は、ロボットハンド（２０１，２０２）を有した、本発明の第３の実施形態にかかるロボット２００の概略を示す図である。ロボット２００は第１のアーム２４０と第２のアーム２５０を有しており、夫々のアーム（２４０，２５０）の先端には、第１のロボットハンド２０１と第２のロボットハンド２０２が配置されている。第１のロボットハンド２０１と第２のロボットハンド２０２とは、互いに略同一の構成を有している。そこで、以降、第１のロボットハンド２０１（以下、単に「ロボットハンド２０１」と称する。）についてのみ説明する。
【００７４】
図１５は、本発明の第３の実施形態にかかるロボットハンド２０１の概略を示す図である。図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、ロボットハンド２０１は、手のひら２２５と、第１の指２１０と第２の指２２０を有している。第１の指２１０は第１のリンク２１１と第２のリンク２１２で構成され、第２の指２２０は第１のリンク２２１と第２のリンク２２２で構成されている。そしてロボットハンド２０１は、把持するワークの大小により使用するリンク変更可能である。
【００７５】
図１５（ａ）は、ロボットハンド２０１が大型ワーク２３３を把持している状態を示している。大型ワーク２３３は、第１の指２１０の第１のリンク２１１と、第２の指２２０の第１のリンク２２１と、で把持されている。そして、第１の指２１０の第２のリンク２１２は第１のリンク２１１の中に格納され、第２の指２２０の第２のリンク２２２は第１のリンク２２１の中に格納されている。
【００７６】
図１５（ｂ）は、ロボットハンド２０１が小型ワーク２３４を把持している状態を示している。小型ワーク２３４は、第１の指２１０の第２のリンク２１２と第２の指２２０の第２のリンク２２２とで把持されている。
このように、ロボットハンド２０１は把持するワークにより使用するリンクを変更することで、夫々のワーク（２３３，２３４）を好適に把持できる。そしてロボットハンド２０１は、ワークの把持及び第２のリンク（２１２，２２２）の格納等のために複数の駆動機構としての圧電モーターを有している。
【００７７】
図１６（ａ）〜（ｄ）は、ロボットハンド２０１が有する第１の指２１０の概略を示す図である。なお、第２の指２２０も同一の構成を有している。図１６（ａ）は、第２のリンク２１２が、第１のリンク２１１に形成された溝２２６（図１６（ｄ）参照）内に格納された状態を示している。図１６（ｂ）は、第２のリンク２１２が第１のリンク２１１から取り出される途中の状態を示している。図１６（ｃ）は、第２のリンク２１２が第１のリンク２１１から取り出された状態を示している。
【００７８】
かかる動作は第２の関節（中心軸）２１５を中心に行われる。そして第１のリンク２１１の開閉動作は第１の関節（中心軸）２１３を中心に行われる。そして各関節（２１３，２１５）には、駆動用のアクチュエーターとして、第１の実施形態にかかる圧電モーター１又は第２の実施形態にかかる圧電モーター２の、いずれかと同様の構成を有する第３の圧電モーター２１４及び第４の圧電モーター２１６が配置されている。
上述したように、第２のリンク２１２は、小型ワーク２３４を把持するリンクである。したがって第４の圧電モーター２１６には、第３の圧電モーター２１４に比べて小型かつ低駆動力の圧電モーターを用いることができる。
【００７９】
このようにロボットハンド２０１は、把持動作を行うためのアクチュエーターとして、第１の実施形態の圧電モーター１等と同様の構成の圧電モーター（２１４，２１６）を用いている。上述したように、第１の実施形態の圧電モーター１等は、駆動効率が向上しているため、同一の作業の実施に要する電力を節減できる。また、駆動効率が高いということは、同一のトルク等を発揮する圧電モーターを小型化できるということである。したがって、本実施形態のロボットハンド２０１、及び該ロボットハンドを有するロボット２００は、小型化、軽量化され、かつ低コスト化されている。そしてロボット２００は、同一の作業を、他のロボットに比べて低電力すなわち低コストで実施できる。
【００８０】
なお、ロボットハンド（２０１，２０２）のみではなく、第１のアーム２４０及び第２のアーム２５０を駆動するためのアクチュエーターとしても、第１の実施形態にかかる圧電モーター１等と同様の構成を有する圧電モーターを用いることができる。
また、圧電モーターを上述のようにロボットハンドの把持動作を行うためのアクチュエーターとして用いる場合、歯車等の増減速手段を介して用いることが好ましい。一般に、圧電モーターの回転数はかなり速いため、リンク（第１のリンク２１１等）の動きに合せて、回転数の減速を要する場合もあり得る。また一方では、回転数の増速を要する場合もあり得る。かかる場合において、圧電モーターを歯車等の増減速手段を介して用いることで、多様な動作を行うロボットハンドのアクチュエーターとして、圧電モーターを好適に利用できる。
【００８１】
本発明の実施の形態は、上述の各実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
【００８２】
（変形例１）
上述の第１の実施形態及び第２の実施形態では、圧電アクチュエーターとして、被駆動部として回転軸ｒを有するローター５を有する圧電モーター（１，２）を例に説明した。しかし、本発明の実施の形態はかかる構成に限定されるものではなく、回転軸を有さない被駆動部を用いた圧電アクチュエーターの形態も可能である。
【００８３】
図１２は、変形例１として、直線方向に移動可能なスライド部材９を用いた圧電アクチュエーターを示している。図１２（ａ）は、圧電素子３０に駆動電圧が印加されず、摺動部３３が楕円軌道を描く振動をしていない状態を示す図である。図１２（ｂ）は、摺動部３３が正回転Ｒ1を描くように振動している状態を示す図である。図１２（ｃ）は、摺動部３３が逆回転Ｒ2を描くように振動している状態を示す図である。
【００８４】
なお、本変形例の圧電アクチュエーターは、上述の第１の実施形態の第１の保持部２１、又は第２の実施形態の第２の保持部２２を有しているが、本図では図示を省略している。また、付勢手段８０（図１等参照）は図示を省略し、振動体１０及び圧電素子３０についても、摺動部３３の近辺の一部のみを図示している。
【００８５】
被駆動部が回転軸を有さないスライド部材９の場合であっても、摺動部３３が該スライド部材に当接された状態で回転すると、振動体１０には、中心軸７９をシフトさせる方向の力が加わる。かかる場合において、振動体１０を保持する保持部に上述の第１の実施形態の第１の保持部２１、又は第２の実施形態にかかる第２の保持部２２を用いた場合、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すように、振動体１０を、中心軸７９がシフトするように移動させることができる。
【００８６】
すなわち、上述の保持部（２１，２２）を用いた場合において、摺動部３３が正回転Ｒ1を描くように振動させてスライド部材９を矢印の方向に移動させる場合、図１２（ｂ）に示すように中心軸７９をシフト方向７２において右回りにシフトさせることができる。同様に、摺動部３３が逆回転Ｒ2を描くように振動させてスライド部材９を矢印の方向に移動させる場合、図１２（ｃ）に示すように中心軸７９をシフト方向７２において左回りにシフトさせることができる。
【００８７】
このように、上述の保持部（２１，２２）を用いた場合摺動部３３の回転方向に合せて振動体１０の中心軸７９をシフトさせることができる。その結果、スライド部材９の延在方向と摺動部３３の回転時の接線方向との角度差が低減される。したがって、振動体１０及び摺動部３３はスライド部材９を効率的に駆動でき、圧電アクチュエーターの駆動効率を向上できる。
【００８８】
（変形例２）
上述の第１実施形態においては、第１の保持部２１の第２のガイド溝４４が開く角度は固定されていた。しかし、本発明の実施の形態はかかる構成に限定されるものではなく、上記の角度を可変とすることもできる。図１３は、変形例２にかかる、第２のガイド溝４４が開く角度が可変の保持部２３を示す図である。図１３（ａ）は保持部２３をＹ方向から見た状態を示す図である。そして図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）は、図１３（ａ）のＧ−Ｇ’線における断面を基台４（図１等参照）から見た状態を示す図である。
【００８９】
図示するように、本変形例の保持部２３は、第１のガイド溝４３、第２のガイド溝４４、そしてばね受け部８４等を有する点で、第１の実施形態にかかる第１の保持部２１と共通している。そして、第２のガイド溝４４が、可変部材であるガイド部材４５で構成されている点で、上記の第１の保持部２１とは異なっている。ガイド部材４５は第１のガイド溝４３と連通する部分にガイド軸４６を有しており、該ガイド軸により所定の範囲で、幅、すなわち開く角度を変えることができる。図１３（ｂ）は上記角度を狭くした状態を示す図であり、図１３（ｃ）は上記角度を広くした状態を示す図である。
【００９０】
このように、本変形例の保持部２３は第２のガイド溝４４をガイド軸４６と可変部材であるガイド部材４５とで構成しているため、該第２のガイド溝の角度を任意に調整できる。したがって、摺動部３３の形状等に合せて、シフト方向７２（図６等参照）のシフト角度７４（図６等参照）を任意に制御できる。そのため、圧電モーター（圧電アクチュエーター）の駆動効率を、より一層向上させることができる。
【００９１】
（変形例３）
上述の第３の実施形態では、上述の第１の実施形態にかかる圧電モーター１、あるいは上述の第２の実施形態にかかる圧電モーター２を用いる機器として、ロボットハンド２０１及び該ロボットハンドを用いるロボット２００について述べた。しかし、上述の圧電モーター（１，２）を用いる機器は、ロボット２００に限定される物ではない。時計のカレンダー送り装置、ＩＣハンドラー、印刷装置、投薬ポンプ等の各種の機器におけるアクチュエーターとして用いることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１…第１の実施形態にかかる圧電モーター、２…第２の実施形態にかかる圧電モーター、３…移動機構、４…基台、５…ローター、６…凹部、９…スライド部材、１０…振動体、１３…軸受けピン、１４…軸、１７…第２の軸受けピン、１８…軸としての第２の軸、２１…第１の保持部、２２…第２の保持部、２３…変形例２にかかる保持部、２４…下部保持部、２５…上部保持部、３０…圧電素子、３１…振動板、３３…摺動部、３５…支持部、３６…固定ねじ、３７…貫通孔、４１…第１のガイドピン、４２…第２のガイドピン、４３…第１のガイド溝、４４…第２のガイド溝、４５…ガイド部材、４６…ガイド軸、４７…第３のガイドピン、４８…ガイド孔、４９…ストッパーとしての位置決めピン、５０…圧電体層、５５…第１電極、６０…第２電極、６３…第１の溝部、６４…第２の溝部、７１…ローター方向、７２…シフト方向、７７…長軸、７９…中心軸、８０…付勢手段、８１…ばね支持部、８２…付勢ばね、８４…バネ受け部、８５…付勢力、２００…ロボット、２０１…第１のロボットハンド、２０２…第２のロボットハンド、２１０…第１の指、２１１…第１のリンク、２１２…第２のリンク、２１３…第１の関節、２１４…第３の圧電モーター、２１５…第２の関節、２１６…第４の圧電モーター、２２０…第２の指、２２１…第１のリンク、２２２…第２のリンク、２２５…手のひら、２２６…溝、２３３…大型ワーク、２３４…小型ワーク、２４０…第１のアーム、２５０…第２のアーム、ａ…短辺、ｂ…長辺、ｒ…回転軸。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエーター、及び当該圧電アクチュエーターを有するロボットハンド及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエーターは、高周波の交流電圧等の駆動電圧を機械的振動に変換する圧電素子と、該圧電素子によって駆動される被駆動部と、を少なくとも有する駆動装置である。圧電モーターは、圧電アクチュエーターの一種である。すなわち圧電モーターは、上述の被駆動部としてローターを用いた駆動装置であり、圧電素子の振動を回転力として利用可能な駆動装置である。
【０００３】
圧電モーターの用途としては、時計のカレンダー送り機能のように、正転方向（正回転）のみの駆動を行うものが知られていた。他方、新たな用途として、ロボット（ロボットハンド）の駆動手段としての用途が注目されている。かかる用途の場合、回転方向を正転と逆転とに切替え可能であることが求められている。
例えば、特許文献１には、ローターの中心に向かって対向配置されたセラミック製の摺動部と、当該摺動部をローターに押圧する振動板とを有する圧電モーターが開示されている。この振動板には、圧電素子と、複数の電極とが形成されており、各電極への駆動電圧を変更することにより、摺動部のローターへの押圧軌道（楕円軌道）を切替えて、正転と逆転とを切替え可能としていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１８４３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の圧電モーターでは、ローターに対して摺動部をニュートラルな位置に配置した状態で、電気的な駆動信号のみで正転と逆転とを切替えていたため、駆動状態の調整幅には限界があるという課題があった。具体的には、正転のみでより大きな駆動力を出したい場合などは、駆動信号のみでの制御では限界があった。
また、極微速で正転と逆転とを切替える場合などでは、回転方向の安定性を確保することが困難であるという課題もあった。
つまり、従来の技術では、正転と逆転の両駆動態様において、より効率的な駆動を行うことは困難であるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例の圧電アクチュエーターは、回転軸を有するローターと、上記ローターに当接する摺動部と、上記摺動部に楕円振動を励起する圧電素子と、上記圧電素子に積層された振動板と、上記摺動部の中心軸を、上記回転軸に垂直な面方向において、上記楕円振動の回転方向に応じて、上記回転軸と交差する状態からシフトすることを許容する移動機構と、を少なくとも有することを特徴とする。
【０００８】
このような構成の圧電アクチュエーターであれば、摺動部におけるローターと当接する位置を、摺動部の回転方向等に合せて調節できる。したがって圧電素子の駆動条件を好適化でき、圧電アクチュエーターの駆動効率を向上できる。
【０００９】
［適用例２］上述の圧電アクチュエーターであって、上記移動機構は、上記振動板を上記ローターの方向へ付勢する付勢手段を有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１０】
このような構成の圧電アクチュエーターであれば、摺動部をシフトさせた場合において、摺動部がローターに当接する際の当接力を安定させることができる。したがって、圧電アクチュエーターの駆動効率をより一層向上できる。
【００１１】
［適用例３］上述の圧電アクチュエーターであって、上記ローターを支持する基台を有し、上記移動機構は、上記基台に配置された第１のガイドピンと、上記回転軸と上記第１のガイドピンの中心とを結ぶ線上に中心が位置するように配置された第２のガイドピンと、上記振動板を保持する部材であり、上記基台に対向する側に、上記第１のガイドピンが摺動可能な幅を有する第１のガイド溝と、上記第１のガイド溝に連通しかつ上記回転軸から離れるにつれて幅が広がる第２のガイド溝と、を有する第１の保持部と、をさらに有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１２】
このような構成の圧電アクチュエーターであれば、第１の保持部を、第２のガイドピンでシフト方向の移動を制御しつつ、第１のガイドピンに沿ってローターの方向に移動させることができる。その結果、摺動部におけるローターと当接する位置を容易に調整でき、圧電アクチュエーターの駆動効率を容易に向上できる。
【００１３】
［適用例４］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２のガイド溝の幅は、上記第１のガイドピンと上記回転軸を結ぶ線を中心として左右各３０度の角度で広がっていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１４】
このような構成の圧電アクチュエーターであれば、第１の保持部、及び該第１の保持部に保持される振動板を、左右各３０度の範囲でシフト方向に移動させることができる。かかる角度範囲の移動ができれば、摺動部におけるローターと当接する位置を充分に調節でき、圧電アクチュエーターの駆動効率を充分に向上できる。
【００１５】
［適用例５］上述の圧電アクチュエーターであって、上記ローターを支持する基台を有し、上記移動機構は、上記ローターの方向を長手方向とするガイド孔を有し、上記基台と対向する下部保持部と、上記振動板を保持し上記下部保持部に軸を介して回転可能に支持された上部保持部と、を有する第２の保持部と、上記下部保持部を上記ガイド孔を介して上記基台に摺動可能に支持する第３のガイドピンと、をさらに有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１６】
このような構成の圧電アクチュエーターであれば、下部保持部をローターの方向に移動させつつ、該下部保持部に支持された上部保持部をシフト方向に移動させることができる。したがって、第２の保持部に保持される振動板の摺動部がローターと当接する位置を容易に調節でき、圧電アクチュエーターの駆動効率を容易に向上できる。
【００１７】
［適用例６］上述の圧電アクチュエーターであって、上記下部保持部には、上記上部保持部のシフト方向の移動を、上記長手方向を中心に左右各３０度の範囲に制限するストッパーが配置されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１８】
このような構成の圧電アクチュエーターであれば、上部保持部、及び該上部保持部に保持される振動板を左右各３０度の範囲でシフト方向に移動させることができる。かかる角度範囲の移動ができれば、摺動部におけるローターと当接する位置を充分に調節でき、圧電アクチュエーターの駆動効率を充分に向上できる。
【００１９】
［適用例７］本適用例のロボットハンドは、上述の圧電アクチュエーターを備えたことを特徴とする。
【００２０】
上述の圧電アクチュエーターは駆動効率が向上しているため、同等の作業を行う他の圧電アクチュエーターに比べて小型化されている。したがって、このような構成のロボットハンドであれば、同一の作業に用いられる他のロボットハンドに比べて小型化そして軽量化することが可能となる。
【００２１】
［適用例８］本適用例のロボットは、上述のロボットハンドを備えたことを特徴とする。
【００２２】
上述の圧電アクチュエーターは駆動効率が向上しているため、同等の作業を行う他の圧電アクチュエーターに比べて小型化、かつ低消費電力化されている。したがって、このような構成のロボットであれば、同一の作業が可能な他のロボットに比べて小型化そして軽量化することが可能となる。そしてこのような構成のロボットであれば、同一の作業を他のロボットに比べて低い消費電力で実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態にかかる圧電モーターの概略を示す模式平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ’線における断面を示す、圧電モーターの断面図。
【図３】第１の実施形態の保持部等を示す図。
【図４】振動体の展開斜視図。
【図５】圧電素子及び摺動部の振動方向を示す図。
【図６】保持部の移動を示す図。
【図７】第１の実施形態における保持部及び振動体が、ローター方向とシフト方向に移動した状態の圧電モーターを示す図。
【図８】第２の実施形態にかかる圧電モーターの概略を示す模式平面図。
【図９】図８のＤ−Ｄ’線における断面を示す、圧電モーターの断面図。
【図１０】第２実施形態の保持部等を示す図。
【図１１】第２の実施形態における保持部及び振動体が、ローター方向とシフト方向に移動した状態の圧電モーターを示す図。
【図１２】変形例１にかかる、被駆動部にスライド部材を用いた形態を示す図。
【図１３】変形例２にかかる保持部を示す図。
【図１４】第３の実施形態にかかるロボットの概略を示す図。
【図１５】第３の実施形態にかかるロボットハンドの概略を示す図。
【図１６】ロボットハンドが有する第１の指の概略を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態にかかる圧電アクチュエーター、すなわち回転方向を（正回転と逆回転に）切り換え可能な圧電モーターについて、図面を参照しつつ述べる。なお本発明の実施の形態は、以下の各図に示す構造、形状に限定されるものではない。また、以下の各図においては、各構成要素を図面で認識可能な程度の寸法とするため、該構成要素の縮尺を実際とは異ならせてある。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかる圧電モーター１の平面視における概略を示す模式平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線における断面を示す、圧電モーター１の断面図である。図３は、本実施形態の第１の保持部２１等を示す図である。図３（ａ）は、図１のＢ−Ｂ’線における断面を示す、圧電モーター１の断面図である。そして図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ’線における断面を示す、第１の保持部２１の断面図である。なお、図３（ｃ）については後述する。
【００２６】
図１、及び図２に示すように、圧電モーター１は、基台４と、ローター５と、少なくとも圧電体層５０（後述する図４参照）と摺動部３３と振動板３１とを含む振動体１０と、移動機構３と、を有している。移動機構３は、摺動部３３を含む振動体１０を、摺動部３３がローター５の回転軸ｒからシフトする方向への移動することを許容するように保持する機構である。本実施形態の移動機構３は、付勢手段８０と第１の保持部２１と第１のガイドピン４１と、第２のガイドピン４２とで構成されている。
【００２７】
第１のガイドピン４１及び第２のガイドピン４２は、基台４の一方の面上の第１の保持部２１と重なる領域に配置されている。ローター５に近い方のピンが第１のガイドピン４１であり、もう一方のピンが第２のガイドピン４２である。上記双方のガイドピン（４１，４２）のうち、少なくとも第１のガイドピン４１は断面が円形である。そして、ローター５の回転軸ｒと、第１のガイドピン４１の中心と、第２のガイドピン４２の中心と、は、同一線上に位置している。かかる、回転軸ｒと第１のガイドピン４１の中心と第２のガイドピン４２の中心とを結ぶ線が長軸７７である。長軸７７は、Ｙ方向と平行である。そして、上記のＡ−Ａ’線は長軸７７と重なっている。
【００２８】
ローター５は、基台４の一方の面に垂直な方向、すなわちＺ方向の回転軸ｒを有する円盤状の部材であり、ＳＵＳ４４０Ｃ等の硬度の高い材料で形成されている。そして、図２に示すように、外周に沿って断面が円弧状の凹部６が形成されている。そしてローター５は軸１４を有しており、基台４に嵌合された軸受けピン１３で回転可能に支持されている。図２に示すように、摺動部３３は凹部６に当接している。
【００２９】
付勢手段８０は、ばね支持部８１とＹ方向に延在する付勢ばね８２とで構成されている。ばね支持部８１は基台４に対して固定されており、付勢ばね８２の一方の端部は、該ばね支持部に固定されている。そして付勢ばね８２のもう一方の端部は、第１の保持部２１のバネ受け部８４に固定されている。付勢ばね８２は一般的なコイルばねであり、図１及び図２に示す状態で、若干圧縮されている。したがって、上述の状態において、第１の保持部２１にはローター５の方向への押し圧が加えられている。
【００３０】
第１の保持部２１はブロック状の部材であり、図３（ａ）に示すように、Ｘ方向における両側の肉厚の部分と、Ｘ方向における中央部の肉薄の部分と、を有している。そして上記肉厚の部分には、振動体１０の支持部３５が固定されている。なお、振動体１０については後述する。
【００３１】
第１の保持部２１の上記肉薄の部分には、Ｙ方向に延在する、第１のガイド溝４３と第２のガイド溝４４とが形成されている。本実施形態の第１の保持部２１においては、双方のガイド溝（４３，４４）は第１の保持部２１の基台４に対向する側に形成されている。なお、上記肉薄の部分を完全に貫通させて、「溝」ではなく「切り欠き」状とした態様も可能である。
【００３２】
第１のガイド溝４３は、幅（Ｘ方向の寸法）が一定である。一方、第２のガイド溝４４の幅は、付勢手段８０側に向かうにつれて広がっている。すなわち、第２のガイド溝４４の幅は、所定の角度で広がっている。すなわち、第２のガイド溝４４は平面視で略三角形である。本実施形態の第１の保持部２１における上記角度は、略６０である。
図示するように、第１のガイド溝４３と第２のガイド溝４４は連通している。したがって、ガイド溝のうち、幅が一定の部分が第１のガイド溝４３であり、幅が変化する部分が第２のガイド溝４４である。
【００３３】
ここで、第１のガイド溝４３の幅は、第１のガイドピン４１の直径よりも若干大きく形成されている。したがって、第１の保持部２１は、第１のガイド溝４３に第１のガイドピン４１が挿入された状態で、Ｙ方向に移動可能である。なお、本実施形態における第２のガイド溝４４は、側面（溝面）が（平面視で）直線で構成されており、開く角度が一定である。しかし、該側面を曲線で構成して、開く角度を変化させる態様も可能である。
【００３４】
次に振動体１０について説明する。図４は、振動体１０の展開斜視図である。図示するように、振動体１０は、振動板３１と該振動板の両面に配置された一対の圧電素子３０等で構成されている。圧電素子３０は後述するように駆動電圧（具体的には交流電圧）の印加により振動する圧電体層５０を含む部材であり、平面視で略矩形である。振動板３１はＳＵＳ３０１からなる板状部材であり、圧電素子３０と略同一の平面形状を有している。振動板３１は、圧電素子３０を補強する機能も果たしている。そして振動板３１自体は振動しないが、圧電素子３０と積層されているため、圧電素子３０が振動すると振動板３１も略同等に振動する。
なお、振動体１０の構成は、上述の態様に限定されるものではない。例えば、振動板３１のどちらか一方の面に１つの圧電素子３０を配置する構成、すなわち圧電素子３０を１つのみ有する構成の振動体１０も可能である。
【００３５】
振動体１０は、支持部３５と摺動部３３とをさらに有している。支持部３５は、振動板３１の双方の長辺ｂから突き出している部材である。摺動部３３は、振動板３１の一方の短辺ａから突き出している部材である。支持部３５及び摺動部３３は、振動板３１と一体的に成型されている。すなわち、上記の３つの要素は、上述のＳＵＳ３０１の板材から、プレス加工、エッチング加工、切削加工、レーザー加工等の手法で一体的に成型されている。かかる一体的に形成された部材のうち、圧電素子３０と重なる矩形の部分が振動板３１である。
【００３６】
圧電素子３０及び振動板３１は矩形であるため、短辺ａ方向と長辺ｂ方向のそれぞれに中心線を有している。長辺ｂ方向の中心線が、中心軸７９である。摺動部３３及び支持部３５は、中心軸７９に対して対称に形成されている。したがって、圧電素子３０及び振動板３１の中心軸７９は、摺動部３３の中心軸７９であり、振動体１０の中心軸７９である。図１に示す状態において、中心軸７９は長軸７７と平面視で重なっている。したがって、中心軸７９は、ローター５の回転軸ｒと交差している。
【００３７】
支持部３５は、中心軸７９に略直交する方向に延在する腕状の部分と、該腕状の部分の先端に位置する略円形に広がった部分と、を有している。そして上述の略円形の部分には、貫通孔３７が形成されている。図１〜図３に示すように、振動体１０は、貫通孔３７に挿通された固定ねじ３６により、第１の保持部２１に固定されている。すなわち、振動体１０は、図３（ｂ）に示すように、平面視で圧電素子３０と振動板３１の積層体から突き出した支持部３５により、宙に浮いた状態で固定されている。したがって、駆動電圧の印加により圧電素子３０が振動すると、振動体１０は、上述の貫通孔３７の近傍を除く全体が振動する。
【００３８】
摺動部３３は、上述したようにローター５（の凹部６）に当接されている。そして、振動体１０を保持する第１の保持部２１は、付勢手段８０によりローター５の方向へ向けて付勢されているため、振動体１０のローター５側の端部に位置する摺動部３３は、所定の圧力でローター５に当接されている。したがって、振動体１０が振動すると、該振動は摺動部３３を介してローター５に伝達される。後述するように、圧電素子３０に駆動電圧が印加されると、摺動部３３は平面視で楕円軌道を描くように振動する。したがって、かかる振動が伝達されるローター５は、所定の速度で回転駆動される。ローター５が所定の速度で回転することで、図１等に示す構成が、圧電モーター１として機能する。
なお、摺動部３３はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の高硬度材料を用いて別途形成した後、振動板３１に接着することもできる。
【００３９】
次に、圧電素子３０及び摺動部３３の振動方向等について説明する。図４に示すように、圧電素子３０は、圧電体層５０と、圧電体層５０の振動板３１側に設けられた第１電極５５と、圧電体層５０の第１電極５５とは反対側に設けられた第２電極６０と、を含んでいる。第１電極５５は、圧電体層５０の振動板３１側の略全面に亘って形成されている一方、第２電極６０は、第１の溝部６３及び第２の溝部６４によって、互いに電気的に隔離された５つの電極（第２電極６０ａ〜６０ｅ）に分割されている。そして第１電極５５は、かかる複数に分割された第２電極６０（６０ａ〜６０ｅ）に対する共通電極として機能している。
【００４０】
圧電体層５０は、電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ3で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層５０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等を用いることができる。
【００４１】
第１電極５５と第２電極６０との間に駆動電圧が印加されると、かかる圧電体層５０は、電気機械変換作用により、振動板３１と共に、面方向に振動する。そして本実施形態の圧電素子３０は第２電極６０が分割されているため、振動の方向を切り換えることができる。なお、「面方向」とは、振動板３１が位置する面である。振動板３１の厚さは略０．５ｍｍと薄いため、「面」に近似できる。
【００４２】
図５は、圧電素子３０及び摺動部３３の振動方向を示す図である。図示するように、圧電素子３０の第２電極６０は、第１の溝部６３により短辺ａ方向に略三等分割されている。そして短辺ａ方向における両側の２つの電極は、第２の溝部６４によって、さらに長辺ｂ方向に略二等分割されている。上記の５つの第２電極６０のうち、第２電極６０ｃは縦振動用電極として機能する。そして第２電極６０ｃの短辺ａ方向における両側に対をなすように形成された第２電極６０ａと第２電極６０ｅは、第１屈曲振動用電極として機能する。また、第２電極６０ｂと第２電極６０ｄは第２屈曲振動用電極として機能する。
【００４３】
図５（ａ）は、第２電極６０ａ、第２電極６０ｅ、及び第２電極６０ｃの３つの第２電極６０と、共通電極である第１電極５５との間に駆動電圧を印加した場合の、振動方向を示す図である。第２電極６０ａ、第２電極６０ｅ、及び第２電極６０ｃに対する駆動電圧の印加により、圧電素子３０には、主に第２電極６０ｃによって圧電素子３０の長辺ｂ（図４参照）の方向の略中心を中心に伸縮する縦一次振動が励振される。また、第２電極６０ａと第２電極６０ｅに対する駆動電圧の印加により、圧電素子３０の面内で縦一次振動と直交する方向、つまり圧電素子３０の短辺ａ（図４参照）の方向に沿って屈曲する屈曲二次振動が励振される。圧電素子３０は、かかる２つの振動を合成した振動が励振される。その結果、摺動部３３は、平面視で右回りの楕円軌道Ｒ1を描くように振動する。本明細書では、かかる右回りの回転を「正回転（正転）」と称する。
【００４４】
図５（ｂ）は、逆方向の回転を示す図である。すなわち、第２電極６０ｂ、第２電極６０ｄ及び第２電極６０ｃのみに選択的に駆動電圧を印加することにより得られる縦一次振動と、第２電極６０ｂと第２電極６０ｄによって得られる屈曲二次振動とを組み合せた振動を示す図である。かかる第２電極６０に選択的に駆動電圧を印加することで、摺動部３３は、平面視で左回りの楕円軌道Ｒ2を描くように振動する。本明細書では、かかる左回りの回転を「逆回転（逆転）」と称する。なお、摺動部３３が正回転すなわち右回りに回転すると、ローター５は左回りに回転する。摺動部３３が逆回転すなわち左回りに回転すると、ローター５は右回りに回転する。
【００４５】
このように、本実施形態の振動体１０が有する摺動部３３は上述の双方向の回転が可能である。したがって、摺動部３３に駆動されるローター５も双方向の回転が可能である。ここで、ローター５と摺動部３３の位置関係について述べる。図５に示すように、摺動部３３は、振動板３１の長辺ｂに対して斜めに傾いた楕円軌道を描くように振動する。そして、摺動部３３の駆動力は、かかる楕円軌道の長軸に平行な接線方向で最大となる。したがって、圧電モーターの駆動効率、すなわち駆動電圧に対する駆動力の比を向上するためには、摺動部３３におけるローター５と当接する位置を、頂点すなわち中心軸７９上の点から左右どちらかにシフトさせる必要がある。すなわち、摺動部３３の中心軸７９を、ローター５の回転軸ｒからシフトさせることが好ましい。本実施形態の圧電モーター１は、移動機構３を用いることで、摺動部３３をシフトさせることを可能にしている。すなわち、摺動部３３の中心軸７９を回転軸ｒからシフトさせて摺動部３３がローター５に当接する位置を調整し、正回転と逆回転の双方を好適な条件で行うことを可能にしている。
【００４６】
図６は、本実施形態における第１の保持部２１の移動を示す図である。すなわち、本実施形態の圧電モーター１において、摺動部３３の中心軸７９を回転軸ｒからシフトさせて、摺動部３３におけるローター５と当接する位置を、該摺動部の回転方向に合せて調整する仕組みを説明する図である。以下、本図、及び図３（ｃ）を用いて、上述の仕組みを説明する。
【００４７】
図６（ａ）は、圧電素子３０に駆動電圧が印加されず、振動体１０が振動していない状態を示している。摺動部３３の中心軸７９とローター５の回転軸ｒとは、交差している。したがって摺動部３３は、頂点すなわち中心軸７９上の点で、ローター５に当接している。そしてかかる状態においても、第１の保持部２１（図１等参照）には、付勢手段８０（図１等参照）による付勢力８５が印加されている。したがって振動体１０には、ローター５の方向への押し圧が加えられている。以下、上述の「ローター５の方向」、すなわち振動体１０とローター５との距離を調節する方向を、ローター方向７１と定義する。
【００４８】
図６（ｂ）は、圧電素子３０の、第２電極６０ａ、第２電極６０ｅ、及び第２電極６０ｃの３つの第２電極６０と、第１電極５５との間に駆動電圧が印加され、摺動部３３が正回転、すなわち右回りの楕円軌道Ｒ1を描く振動を開始した状態を示す図である。摺動部３３がローター５に当接した状態でかかる振動を開始することで、摺動部３３、該摺動部を含む振動体１０、及び該振動体を保持する第１の保持部２１には、右回りに回転させる向きの力が働く。ここで、振動体１０の中心軸７９を、平面視で回転軸ｒの左右どちらかにシフトさせる方向を、シフト方向７２と定義する。シフト方向７２は、直線方向であるローター方向７１とは異なり、角度方向である。ただし、（後述するように）本実施形態の振動体１０は上述のローター方向７１に移動しつつシフト方向７２にシフト（移動）するため、シフト方向７２の中心点は定義できない。
【００４９】
このように、本実施形態の圧電モーター１においては、駆動電圧が印加されない状態において、振動体１０保持する第１の保持部２１には、付勢力８５が印加されている。そして、圧電素子３０に駆動電圧が印加されて、摺動部３３が正回転すなわち右回りの楕円軌道Ｒ1を描く振動を開始した場合、振動体１０及び該振動体を保持する第１の保持部２１には、シフト方向７２において中心軸７９を平面視で右回りに（右側に）シフトさせる向きの力が加わる。そして、本実施形態の第１の保持部２１は基台４に配置された２本のガイドピン（４１，４２）に対して摺動可能に配置されている。したがって、上記双方の力により、第１の保持部２１及び該保持部に保持される振動体１０は、摺動部３３がローター５に当接する状態を保ちつつ、ローター方向７１とシフト方向７２に移動する。
【００５０】
ここで、第２のガイドピン４２と第２のガイド溝４４は、シフト方向７２への移動の角度を制御する機能を果たしている。上述したように、第２のガイド溝４４は、平面視で略６０度の角度で開いている。したがって、シフト方向７２への移動すなわちシフトする角度は、右回りと左回りの双方で略３０度以内に抑えられている。
【００５１】
図６（ｃ）は、第１の保持部２１がローター方向７１及びシフト方向７２に移動した場合における、振動体１０及び摺動部３３を示す図である。振動体１０は、ローター方向７１に、ローター５との間隔を縮小するように移動している。かかる振動体１０の移動距離が、移動距離７３である。同時に、振動体１０は、シフト方向７２において、中心軸７９を回転軸ｒの右側にシフトする向きにシフトしている。かかる振動体１０のシフト方向７２への移動の角度が、シフト角度７４である。かかる振動体１０の移動の結果、摺動部３３におけるローター５に当接する位置が中心軸７９から左側にシフトされている。そして、摺動部３３の描く正回転の楕円軌道Ｒ1の接線方向とローター５の外周線における、摺動部３３が当接する位置の接線方向とは略一致している。
【００５２】
図３（ｃ）は、第１の保持部２１が、図３（ｂ）示す状態から、ローター方向７１において移動距離７３だけローター５に近づき、かつシフト方向７２においてシフト角度７４だけシフトされた状態を示す図である。上述したように、第１のガイドピン４１の断面形状は円形であり、第１のガイド溝４３の幅は、第１のガイドピン４１の直径よりも若干大きい。したがって、第１のガイド溝４３内に第１のガイドピン４１が収まった状態でローター方向７１へ移動する。そして、第２のガイドピン４２を中心にシフト方向７２へ右回りに回転する。このように第１の保持部２１が移動する結果、該保持部に保持される振動体１０が有する摺動部３３の中心軸７９は、図６（ｃ）に示すようにシフト方向７２において右回りにシフトする。
【００５３】
図７は、第１の保持部２１及び振動体１０が上述したように移動した場合における、圧電モーター１を示す図である。このように、第１の保持部２１及び該保持部に保持される振動体１０が、ローター方向７１に移動距離７３として示す距離だけ移動している。また、シフト方向７２にシフト角度７４として示す角度だけシフトしている。その結果、摺動部３３が好適な状態でローター５に当接している。なお、かかる状態において、付勢ばね８２は若干曲がっている。しかし付勢ばね８２はコイルばねであるため、かかる状態でも付勢力８５（図６参照）を充分に発揮できる。
【００５４】
摺動部３３の回転方向の切り換え時における第１の保持部２１の移動は、以下のように行われる。まず、駆動電圧が印加される電極が、第２電極６０ｂ、第２電極６０ｄ及び第２電極６０ｃに切り換えられると、摺動部３３は、逆回転すなわち左回りの楕円軌道Ｒ2（図５参照）を描く振動を開始する。その結果、摺動部３３及び該摺動部を有する振動体１０には、ローター方向７１とシフト方向７２の双方の方向において、右回りの楕円軌道Ｒ1を描く振動をしていたときと反対の向きに移動させる力が加わる。かかる力により、まず振動体１０及び該振動体を有する第１の保持部２１は、図１に示す位置まで押し戻される。そしてさらに、中心軸７９が回転軸ｒに対して左回りにシフトするまで、第１の保持部２１がシフト方向７２に移動する。また、第１の保持部２１は、ローター方向７１へローター５との間隔を縮小する向きに移動する。その結果、図７に示す状態から長軸７７を中心に反転させた状態となる。その結果、摺動部３３が逆回転Ｒ2を描くように振動する場合においても、圧電モーター１は好適な状態で駆動される。
【００５５】
＜本実施形態の効果＞
このように、本実施形態の圧電モーター１は、正回転と逆回転の双方を、摺動部３３を好適な位置でローター５に当接させた状態、すなわち楕円軌道（Ｒ1，Ｒ2）の接線方向と、当接位置におけるローター５の外周線の接線方向と、が略一致した状態で行うことができる。どちらの方向の回転も、上記双方の接線方向が略一致した状態で行えるため駆動電圧を有効に駆動力に変換でき、駆動効率が向上している。したがって、本実施形態の圧電モーター１は、どちらの方向の回転も、回転方向が単一の圧電モーターと略同等の効率で行うことができる。したがって、正回転と逆回転が切り換え可能なモーターにおいて、ダイナミックな駆動が可能となる。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図８〜図１１の各図を用いて説明する。図８は、本実施形態にかかる圧電モーター２の平面視における概略を示す模式平面図である。図９は、図８のＤ−Ｄ’線における断面を示す、圧電モーター２の断面図である。図１０は、本実施形態の第２の保持部２２等を示す図である。図１１は、本実施形態における第２の保持部２２及び振動体１０が、ローター方向７１とシフト方向７２に移動した状態の圧電モーター２を示す図である。
【００５７】
本実施形態の圧電モーター２は、移動機構３、特に移動機構３に含まれる保持部とガイドピンに特徴がある。振動体１０については、第１の実施形態の圧電モーター１が有する振動体１０と共通である。したがって、振動体１０の構成要素である振動板３１、圧電素子３０、支持部３５及び摺動部３３についても、第１の実施形態における該構成要素と略同一である。そこで、上記各要素についての説明は、上述した図４及び図５を用いて行う。また、ローター方向７１及びシフト方向７２等の説明は、上述した図６を用いて行う。
【００５８】
図８及び図９に示すように、本実施形態の圧電モーター２は、第１の実施形態の圧電モーター１と同様に、基台４とローター５と、振動体１０と、移動機構３と、を有している。本実施形態の移動機構３は、付勢手段８０と第２の保持部２２と第３のガイドピン４７で構成されている。そして第２の保持部２２は、ガイド孔４８と、ストッパーとしての位置決めピン４９を有している。
【００５９】
ローター５は、第１の実施形態におけるローター５と同一である。すなわち、基台４の一方の面に垂直な方向の回転軸ｒを有し、外周に沿って断面が円弧状の凹部６を有する円盤状の部材である。そして、軸１４を有しており、基台４に嵌合された軸受けピン１３で回転可能に支持されている。付勢手段８０も、第１の実施形態における付勢手段８０と同一である。すなわち、基台４に対して固定されたばね支持部８１と、一方の端部が該ばね支持部に固定され、もう一方の端部が第２の保持部２２のバネ受け部８４に固定された付勢ばね８２と、で構成されている。第２の保持部２２には、かかる付勢手段８０により、ローター５の方向すなわちローター方向７１（後述する図１１参照）への押し圧が加えられている。
【００６０】
図１０は、本実施形態の第２の保持部２２を示す図である。図１０（ａ）は、第２の保持部２２の、図８のＥ−Ｅ’線における断面を示す図である。そして図１０（ｂ）は、第２の保持部２２における図１０（ａ）のＦ−Ｆ’線における断面を示す図である。本実施形態の第２の保持部２２は、上部保持部２５と下部保持部２４とで構成されている。上部保持部２５は振動体１０を保持しており、下部保持部２４は基台４の一方の面上に摺動可能に配置されている。なお、バネ受け部８４は、下部保持部２４に形成されている。
【００６１】
下部保持部２４は、Ｘ方向における中央に、Ｙ方向に延在する肉厚部を有している。そしてかかる肉厚部の両側に、長軸７７方向に延在する肉薄部を有している。そして該肉厚部の中央近傍には、上部保持部２５を回転可能に支持する軸としての第２の軸１８と該第２の軸を支持する第２の軸受けピン１７が配置されている。
【００６２】
肉薄部には、Ｙ方向に延在する長孔であるガイド孔４８が形成されている。そして、ガイド孔４８を介して計４本の第３のガイドピン４７が基台４に嵌合されている。ここで、第３のガイドピン４７の径は、ガイド孔４８の幅すなわちＸ方向の寸法よりも若干小さい。したがって、下部保持部２４は基台４上において長軸７７方向に摺動可能に保持されている。
なお、第３のガイドピン４７の本数は４本に限定されるものではない。左右どちらかのガイド孔４８に対して２本配置されていれば、もう一方のガイド孔４８に対しては、１本でも機能を果たすことができる。また、第３のガイドピン４７の断面形状は円形に限定されるものではなく、矩形、あるいはその他の形状とすることもできる。
【００６３】
ここで、上述したように下部保持部２４にはバネ受け部８４が形成されているため、下部保持部２４には、ローター方向７１への押し圧が常に印加されている。したがって、下部保持部２４は、上部保持部２５に保持される振動体１０の摺動部３３がローター５に当接される状態を保ちつつ、ローター方向７１に移動可能である。
【００６４】
上部保持部２５は、上述したように、下部保持部２４に配置された第２の軸１８により回転可能に支持されている。したがって、上部保持部２５及び該上部保持部に支持される振動体１０は、シフト方向７２にシフト可能である。そして下部保持部２４には、かかるシフト方向７２の移動すなわち上部保持部２５の回転を所定の範囲内（角度内）に抑制するためのストッパーとしての位置決めピン４９が配置されている。位置決めピン４９を配置する位置、そして該位置決めピンにより制限する上部保持部２５の回転の角度は、任意に定めることができる。したがって、振動体１０及び摺動部３３の形状等を考慮して、ローター５が最適な条件で駆動されるように、上記角度を定めることができる。本実施形態の第２の保持部２２では、かかる角度が左右各３０度となるように、位置決めピン４９が配置されている。
【００６５】
振動体１０は、第１の実施形態の振動体１０と同様に、振動可能に支持されている。上部保持部２５は、Ｘ方向に置ける両側に肉厚部を有している。振動体１０は、第１の実施形態の振動体１０と同様に、支持部３５の端部に形成された貫通孔３７に挿通された固定ねじ３６により、肉厚部に固定されている。ここで、上記の肉厚部の厚さは、支持した振動体１０が第２の軸１８と干渉しないように設定されている。したがって、振動体１０は宙に浮いた状態で支持されている。駆動電圧の印加により圧電素子３０が振動すると、振動体１０は第２の軸１８に妨げられることなく振動する。
【００６６】
このように、本実施形態の移動機構３が有する第２の保持部２２は、ローター方向７１に移動可能な下部保持部２４と、シフト方向７２に移動可能な上部保持部２５と、で構成されている。したがって、摺動部３３が図５に示すように楕円軌道（Ｒ1，Ｒ2）を描くように振動すると、上記楕円の長軸方向の接線の方向とローター５における摺動部３３が当接する位置の接線方向とが略一致するように、振動体１０の中心軸７９をローター５の回転軸ｒに対してシフトできる。同時に、下部保持部２４がローター方向７１に移動して、第２の保持部２２とローター５との間隔を縮小できる。その結果、振動体１０がシフト方向７２にシフトしても、摺動部３３はローター５に所定の圧力で当接される。
【００６７】
図１１は、摺動部３３が正回転Ｒ1を描くように振動して、下部保持部２４がローター方向７１に移動し、かつ上部保持部２５がシフト方向７２に移動した状態の圧電モーター２を示す図である。上述の図６及び図７と同様に、図１１では、ローター方向７１への移動距離を移動距離７３として図示し、シフト方向７２への移動角度をシフト角度７４として図示している。なお、本実施形態の圧電モーター２におけるシフト角度７４は、略３０度である。
【００６８】
このように本実施形態の圧電モーター２では、振動体１０（の中心軸７９）がシフト方向７２に移動可能であるため、正回転Ｒ1の接線方向と摺動部３３が当接する位置におけるローター５の接線方向とを略一致させることができる。そして、付勢手段８０による付勢力８５（図６参照）により、振動体１０がローター方向７１に移動可能であるため、摺動部３３がローター５に当接する際の圧力も、好適な値に保たれている。したがって、本実施形態の圧電モーター２は、第１の実施形態の圧電モーター１と同様にローター５が好適な状態で駆動されており、駆動効率が向上している。
なお、本実施形態の圧電モーター２も、摺動部３３が逆回転Ｒ2を描くように振動した場合、第１の実施形態の圧電モーター１と同様に、図１１に示す状態から長軸７７を中心に反転させた状態となる。
【００６９】
＜本実施形態の効果＞
このように、本実施形態の圧電モーター２は、第１の実施形態の圧電モーター１と同様に、正回転と逆回転の双方を、摺動部３３を好適な位置でローター５に当接させた状態、すなわち楕円軌道（Ｒ1，Ｒ2）の接線方向と、当接位置におけるローター５の外周線の接線方向と、が略一致した状態で行うことができる。そのため、正回転と逆回転が切り換え可能な圧電モーターにおいて高い駆動効率を実現できる。したがって、正回転と逆回転が切り換え可能なモーターにおいて、ダイナミックな駆動が可能となる。
【００７０】
そして本実施形態の圧電モーター２は、シフト方向７２の移動の範囲を位置決めピン４９により制御している。かかる位置決めピン４９は、配置位置の変更が容易である。したがって、例えば摺動部３３の形状変更等の駆動条件の変更に合せて、シフト方向７２の移動範囲、すなわちシフト角度を変更することが容易である。
【００７１】
また、本実施形態の移動機構３が有する第２の保持部２２は、付勢ばね８２を固定するばね受け部８４が下部保持部２４に配置されており、該下部保持部２４はシフトしない。したがって、振動体１０及び摺動部３３がローター５の回転軸ｒからシフトしても、付勢ばね８２は直線状に保たれている。すなわち、付勢ばね８２が曲がることを考慮する必要がない。そのため、付勢ばね８２の長さを短縮でき、圧電モーターを小型化できる。
【００７２】
（第３の実施形態）
次に第３の実施形態として、第１の実施形態にかかる圧電モーター１又は第２の実施形態にかかる圧電モーター２の、いずれかと同様の構成の圧電モーターを有するロボットハンド、及び該ロボットハンドを有したロボットについて、図１４〜図１６を用いて説明する。
【００７３】
図１４は、ロボットハンド（２０１，２０２）を有した、本発明の第３の実施形態にかかるロボット２００の概略を示す図である。ロボット２００は第１のアーム２４０と第２のアーム２５０を有しており、夫々のアーム（２４０，２５０）の先端には、第１のロボットハンド２０１と第２のロボットハンド２０２が配置されている。第１のロボットハンド２０１と第２のロボットハンド２０２とは、互いに略同一の構成を有している。そこで、以降、第１のロボットハンド２０１（以下、単に「ロボットハンド２０１」と称する。）についてのみ説明する。
【００７４】
図１５は、本発明の第３の実施形態にかかるロボットハンド２０１の概略を示す図である。図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、ロボットハンド２０１は、手のひら２２５と、第１の指２１０と第２の指２２０を有している。第１の指２１０は第１のリンク２１１と第２のリンク２１２で構成され、第２の指２２０は第１のリンク２２１と第２のリンク２２２で構成されている。そしてロボットハンド２０１は、把持するワークの大小により使用するリンク変更可能である。
【００７５】
図１５（ａ）は、ロボットハンド２０１が大型ワーク２３３を把持している状態を示している。大型ワーク２３３は、第１の指２１０の第１のリンク２１１と、第２の指２２０の第１のリンク２２１と、で把持されている。そして、第１の指２１０の第２のリンク２１２は第１のリンク２１１の中に格納され、第２の指２２０の第２のリンク２２２は第１のリンク２２１の中に格納されている。
【００７６】
図１５（ｂ）は、ロボットハンド２０１が小型ワーク２３４を把持している状態を示している。小型ワーク２３４は、第１の指２１０の第２のリンク２１２と第２の指２２０の第２のリンク２２２とで把持されている。
このように、ロボットハンド２０１は把持するワークにより使用するリンクを変更することで、夫々のワーク（２３３，２３４）を好適に把持できる。そしてロボットハンド２０１は、ワークの把持及び第２のリンク（２１２，２２２）の格納等のために複数の駆動機構としての圧電モーターを有している。
【００７７】
図１６（ａ）〜（ｄ）は、ロボットハンド２０１が有する第１の指２１０の概略を示す図である。なお、第２の指２２０も同一の構成を有している。図１６（ａ）は、第２のリンク２１２が、第１のリンク２１１に形成された溝２２６（図１６（ｄ）参照）内に格納された状態を示している。図１６（ｂ）は、第２のリンク２１２が第１のリンク２１１から取り出される途中の状態を示している。図１６（ｃ）は、第２のリンク２１２が第１のリンク２１１から取り出された状態を示している。
【００７８】
かかる動作は第２の関節（中心軸）２１５を中心に行われる。そして第１のリンク２１１の開閉動作は第１の関節（中心軸）２１３を中心に行われる。そして各関節（２１３，２１５）には、駆動用のアクチュエーターとして、第１の実施形態にかかる圧電モーター１又は第２の実施形態にかかる圧電モーター２の、いずれかと同様の構成を有する第３の圧電モーター２１４及び第４の圧電モーター２１６が配置されている。
上述したように、第２のリンク２１２は、小型ワーク２３４を把持するリンクである。したがって第４の圧電モーター２１６には、第３の圧電モーター２１４に比べて小型かつ低駆動力の圧電モーターを用いることができる。
【００７９】
このようにロボットハンド２０１は、把持動作を行うためのアクチュエーターとして、第１の実施形態の圧電モーター１等と同様の構成の圧電モーター（２１４，２１６）を用いている。上述したように、第１の実施形態の圧電モーター１等は、駆動効率が向上しているため、同一の作業の実施に要する電力を節減できる。また、駆動効率が高いということは、同一のトルク等を発揮する圧電モーターを小型化できるということである。したがって、本実施形態のロボットハンド２０１、及び該ロボットハンドを有するロボット２００は、小型化、軽量化され、かつ低コスト化されている。そしてロボット２００は、同一の作業を、他のロボットに比べて低電力すなわち低コストで実施できる。
【００８０】
なお、ロボットハンド（２０１，２０２）のみではなく、第１のアーム２４０及び第２のアーム２５０を駆動するためのアクチュエーターとしても、第１の実施形態にかかる圧電モーター１等と同様の構成を有する圧電モーターを用いることができる。
また、圧電モーターを上述のようにロボットハンドの把持動作を行うためのアクチュエーターとして用いる場合、歯車等の増減速手段を介して用いることが好ましい。一般に、圧電モーターの回転数はかなり速いため、リンク（第１のリンク２１１等）の動きに合せて、回転数の減速を要する場合もあり得る。また一方では、回転数の増速を要する場合もあり得る。かかる場合において、圧電モーターを歯車等の増減速手段を介して用いることで、多様な動作を行うロボットハンドのアクチュエーターとして、圧電モーターを好適に利用できる。
【００８１】
本発明の実施の形態は、上述の各実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
【００８２】
（変形例１）
上述の第１の実施形態及び第２の実施形態では、圧電アクチュエーターとして、被駆動部として回転軸ｒを有するローター５を有する圧電モーター（１，２）を例に説明した。しかし、本発明の実施の形態はかかる構成に限定されるものではなく、回転軸を有さない被駆動部を用いた圧電アクチュエーターの形態も可能である。
【００８３】
図１２は、変形例１として、直線方向に移動可能なスライド部材９を用いた圧電アクチュエーターを示している。図１２（ａ）は、圧電素子３０に駆動電圧が印加されず、摺動部３３が楕円軌道を描く振動をしていない状態を示す図である。図１２（ｂ）は、摺動部３３が正回転Ｒ1を描くように振動している状態を示す図である。図１２（ｃ）は、摺動部３３が逆回転Ｒ2を描くように振動している状態を示す図である。
【００８４】
なお、本変形例の圧電アクチュエーターは、上述の第１の実施形態の第１の保持部２１、又は第２の実施形態の第２の保持部２２を有しているが、本図では図示を省略している。また、付勢手段８０（図１等参照）は図示を省略し、振動体１０及び圧電素子３０についても、摺動部３３の近辺の一部のみを図示している。
【００８５】
被駆動部が回転軸を有さないスライド部材９の場合であっても、摺動部３３が該スライド部材に当接された状態で回転すると、振動体１０には、中心軸７９をシフトさせる方向の力が加わる。かかる場合において、振動体１０を保持する保持部に上述の第１の実施形態の第１の保持部２１、又は第２の実施形態にかかる第２の保持部２２を用いた場合、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すように、振動体１０を、中心軸７９がシフトするように移動させることができる。
【００８６】
すなわち、上述の保持部（２１，２２）を用いた場合において、摺動部３３が正回転Ｒ1を描くように振動させてスライド部材９を矢印の方向に移動させる場合、図１２（ｂ）に示すように中心軸７９をシフト方向７２において右回りにシフトさせることができる。同様に、摺動部３３が逆回転Ｒ2を描くように振動させてスライド部材９を矢印の方向に移動させる場合、図１２（ｃ）に示すように中心軸７９をシフト方向７２において左回りにシフトさせることができる。
【００８７】
このように、上述の保持部（２１，２２）を用いた場合摺動部３３の回転方向に合せて振動体１０の中心軸７９をシフトさせることができる。その結果、スライド部材９の延在方向と摺動部３３の回転時の接線方向との角度差が低減される。したがって、振動体１０及び摺動部３３はスライド部材９を効率的に駆動でき、圧電アクチュエーターの駆動効率を向上できる。
【００８８】
（変形例２）
上述の第１実施形態においては、第１の保持部２１の第２のガイド溝４４が開く角度は固定されていた。しかし、本発明の実施の形態はかかる構成に限定されるものではなく、上記の角度を可変とすることもできる。図１３は、変形例２にかかる、第２のガイド溝４４が開く角度が可変の保持部２３を示す図である。図１３（ａ）は保持部２３をＹ方向から見た状態を示す図である。そして図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）は、図１３（ａ）のＧ−Ｇ’線における断面を基台４（図１等参照）から見た状態を示す図である。
【００８９】
図示するように、本変形例の保持部２３は、第１のガイド溝４３、第２のガイド溝４４、そしてばね受け部８４等を有する点で、第１の実施形態にかかる第１の保持部２１と共通している。そして、第２のガイド溝４４が、可変部材であるガイド部材４５で構成されている点で、上記の第１の保持部２１とは異なっている。ガイド部材４５は第１のガイド溝４３と連通する部分にガイド軸４６を有しており、該ガイド軸により所定の範囲で、幅、すなわち開く角度を変えることができる。図１３（ｂ）は上記角度を狭くした状態を示す図であり、図１３（ｃ）は上記角度を広くした状態を示す図である。
【００９０】
このように、本変形例の保持部２３は第２のガイド溝４４をガイド軸４６と可変部材であるガイド部材４５とで構成しているため、該第２のガイド溝の角度を任意に調整できる。したがって、摺動部３３の形状等に合せて、シフト方向７２（図６等参照）のシフト角度７４（図６等参照）を任意に制御できる。そのため、圧電モーター（圧電アクチュエーター）の駆動効率を、より一層向上させることができる。
【００９１】
（変形例３）
上述の第３の実施形態では、上述の第１の実施形態にかかる圧電モーター１、あるいは上述の第２の実施形態にかかる圧電モーター２を用いる機器として、ロボットハンド２０１及び該ロボットハンドを用いるロボット２００について述べた。しかし、上述の圧電モーター（１，２）を用いる機器は、ロボット２００に限定される物ではない。時計のカレンダー送り装置、ＩＣハンドラー、印刷装置、投薬ポンプ等の各種の機器におけるアクチュエーターとして用いることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１…第１の実施形態にかかる圧電モーター、２…第２の実施形態にかかる圧電モーター、３…移動機構、４…基台、５…ローター、６…凹部、９…スライド部材、１０…振動体、１３…軸受けピン、１４…軸、１７…第２の軸受けピン、１８…軸としての第２の軸、２１…第１の保持部、２２…第２の保持部、２３…変形例２にかかる保持部、２４…下部保持部、２５…上部保持部、３０…圧電素子、３１…振動板、３３…摺動部、３５…支持部、３６…固定ねじ、３７…貫通孔、４１…第１のガイドピン、４２…第２のガイドピン、４３…第１のガイド溝、４４…第２のガイド溝、４５…ガイド部材、４６…ガイド軸、４７…第３のガイドピン、４８…ガイド孔、４９…ストッパーとしての位置決めピン、５０…圧電体層、５５…第１電極、６０…第２電極、６３…第１の溝部、６４…第２の溝部、７１…ローター方向、７２…シフト方向、７７…長軸、７９…中心軸、８０…付勢手段、８１…ばね支持部、８２…付勢ばね、８４…バネ受け部、８５…付勢力、２００…ロボット、２０１…第１のロボットハンド、２０２…第２のロボットハンド、２１０…第１の指、２１１…第１のリンク、２１２…第２のリンク、２１３…第１の関節、２１４…第３の圧電モーター、２１５…第２の関節、２１６…第４の圧電モーター、２２０…第２の指、２２１…第１のリンク、２２２…第２のリンク、２２５…手のひら、２２６…溝、２３３…大型ワーク、２３４…小型ワーク、２４０…第１のアーム、２５０…第２のアーム、ａ…短辺、ｂ…長辺、ｒ…回転軸。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有するローターと、
前記ローターに当接する摺動部と、
前記摺動部に楕円振動を励起する圧電素子と、
前記圧電素子に積層された振動板と、
前記摺動部の中心軸を、前記回転軸に垂直な面方向において、前記楕円振動の回転方向に応じて、前記回転軸と交差する状態からシフトすることを許容する移動機構と、を少なくとも有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記移動機構は、前記振動板を前記ローターの方向へ付勢する付勢手段を有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記ローターを支持する基台を有し、
前記移動機構は、
前記基台に配置された第１のガイドピンと、
前記回転軸と前記第１のガイドピンの中心とを結ぶ線上に中心が位置するように配置された第２のガイドピンと、
前記振動板を保持する部材であり、前記基台に対向する側に、前記第１のガイドピンが摺動可能な幅を有する第１のガイド溝と、前記第１のガイド溝に連通しかつ前記回転軸から離れるにつれて幅が広がる第２のガイド溝と、を有する第１の保持部と、
をさらに有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第２のガイド溝の幅は、前記第１のガイドピンと前記回転軸を結ぶ線を中心として左右各３０度の角度で広がっていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項５】
請求項２に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記ローターを支持する基台を有し、
前記移動機構は、
前記ローターの方向を長手方向とするガイド孔を有し、前記基台と対向する下部保持部と、前記振動板を保持し前記下部保持部に軸を介して回転可能に支持された上部保持部と、を有する第２の保持部と、
前記下部保持部を前記ガイド孔を介して前記基台に摺動可能に支持する第３のガイドピンと、
をさらに有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記下部保持部には、前記上部保持部のシフト方向の移動を、前記長手方向を中心に左右各３０度の範囲に制限するストッパーが配置されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えたことを特徴とするロボットハンド。
【請求項８】
請求項７に記載のロボットハンドを備えたことを特徴とするロボット。
【請求項１】
回転軸を有するローターと、
前記ローターに当接する摺動部と、
前記摺動部に楕円振動を励起する圧電素子と、
前記圧電素子に積層された振動板と、
前記摺動部の中心軸を、前記回転軸に垂直な面方向において、前記楕円振動の回転方向に応じて、前記回転軸と交差する状態からシフトすることを許容する移動機構と、を少なくとも有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記移動機構は、前記振動板を前記ローターの方向へ付勢する付勢手段を有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記ローターを支持する基台を有し、
前記移動機構は、
前記基台に配置された第１のガイドピンと、
前記回転軸と前記第１のガイドピンの中心とを結ぶ線上に中心が位置するように配置された第２のガイドピンと、
前記振動板を保持する部材であり、前記基台に対向する側に、前記第１のガイドピンが摺動可能な幅を有する第１のガイド溝と、前記第１のガイド溝に連通しかつ前記回転軸から離れるにつれて幅が広がる第２のガイド溝と、を有する第１の保持部と、
をさらに有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第２のガイド溝の幅は、前記第１のガイドピンと前記回転軸を結ぶ線を中心として左右各３０度の角度で広がっていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項５】
請求項２に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記ローターを支持する基台を有し、
前記移動機構は、
前記ローターの方向を長手方向とするガイド孔を有し、前記基台と対向する下部保持部と、前記振動板を保持し前記下部保持部に軸を介して回転可能に支持された上部保持部と、を有する第２の保持部と、
前記下部保持部を前記ガイド孔を介して前記基台に摺動可能に支持する第３のガイドピンと、
をさらに有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記下部保持部には、前記上部保持部のシフト方向の移動を、前記長手方向を中心に左右各３０度の範囲に制限するストッパーが配置されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えたことを特徴とするロボットハンド。
【請求項８】
請求項７に記載のロボットハンドを備えたことを特徴とするロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２１００５０（Ｐ２０１２−２１００５０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７３５５７（Ｐ２０１１−７３５５７）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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