特開 2024-128370 振動駆動装置の制御方法、振動駆動装置およびロボットシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024128370

(43)【公開日】2024-09-24

(54)【発明の名称】振動駆動装置の制御方法、振動駆動装置およびロボットシステム

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/14 20060101AFI20240913BHJP

   B25J 9/06 20060101ALI20240913BHJP

   B25J 19/00 20060101ALI20240913BHJP

【ＦＩ】

H02N2/14

B25J9/06 B

B25J19/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023037312

(22)【出願日】2023-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】露木 幸一郎

(72)【発明者】

【氏名】梶野 喜一

【テーマコード（参考）】

3C707

5H681

【Ｆターム（参考）】

3C707AS00

3C707BS12

3C707HS29

5H681AA12

5H681AA14

5H681BB02

5H681BB14

5H681BC08

5H681CC02

5H681DD23

5H681DD64

5H681FF26

5H681FF30

5H681FF33

5H681FF36

(57)【要約】

【課題】駆動特性の変動を抑制することのできる振動駆動装置の制御方法、振動駆動装置およびロボットシステムを提供する。
【解決手段】振動部および前記振動部から突出し先端部が先細りしている凸部を備える振動体と、前記凸部の先端部に接触し前記凸部を介して前記振動部の駆動力を受ける被駆動体と、を有する振動駆動装置の制御方法であって、前記振動部を振動させて、前記凸部が前記被駆動体を送り出す移動モードを第１モードとし、前記振動部を前記第１モードとは異なる方向に振動させるモードを第２モードとしたとき、前記第２モードを選択して実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動部および前記振動部から突出し先端部が先細りしている凸部を備える振動体と、前記凸部の先端部に接触し前記凸部を介して前記振動部の駆動力を受ける被駆動体と、を有する振動駆動装置の制御方法であって、
前記振動部を振動させて、前記凸部が前記被駆動体を送り出す移動モードを第１モードとし、前記振動部を前記第１モードとは異なる方向に振動させるモードを第２モードとしたとき、前記第２モードを選択して実行することを特徴とする振動駆動装置の制御方法。

【請求項2】

前記第２モードでは、前記凸部が前記被駆動体と擦れ合って摩耗する請求項１に記載の振動駆動装置の制御方法。

【請求項3】

前記第１モードでは、前記振動部は、面内方向に振動し、
前記第２モードでは、前記振動部は、面外方向に振動する請求項２に記載の振動駆動装置の制御方法。

【請求項4】

前記振動部は、共振モードとして面外方向に振動する面外振動モードを有し、
前記第２モードでは、前記面外振動モードの共振周波数で前記振動部を振動させる請求項１に記載の振動駆動装置の制御方法。

【請求項5】

前記振動部は、厚さ方向に並んで配置されている第１圧電素子および第２圧電素子を有し、
前記第２モードでは、前記第１圧電素子および前記第２圧電素子に逆位相の駆動信号を印加する請求項１に記載の振動駆動装置の制御方法。

【請求項6】

前記振動部は、共振モードとして面内で屈曲振動する屈曲振動モードと、面内で伸縮振動する縦振動モードと、を有し、
前記第１モードでは、前記屈曲振動モードの共振周波数と前記縦振動モードの共振周波数との間の周波数で前記振動部を振動させる請求項１に記載の振動駆動装置の制御方法。

【請求項7】

振動部および前記振動部から突出し先端部が先細りしている凸部を備える振動体と、
前記凸部の先端部に接触し前記凸部を介して前記振動部の駆動力を受ける被駆動体と、
前記振動体の駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記振動部を振動させて前記凸部が前記被駆動体を送り出す移動モードを第１モードとし、前記振動部を前記第１モードとは異なる方向に振動させるモードを第２モードとしたとき、前記第２モードを選択して実行することを特徴とする振動駆動装置。

【請求項8】

ロボットアームを備えるロボットと、
前記ロボットアームに装着されている移動ステージと、
前記移動ステージに装着されている工具と、を有し、
前記移動ステージは、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動駆動装置を備えていることを特徴とするロボットシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動駆動装置の制御方法、振動駆動装置およびロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載された振動体は、圧電素子と、圧電素子に配置された弾性体と、弾性体から突出する突起部と、を有し、突起部を介して被駆動体と加圧接触している。圧電素子に交流電界を印加すると、圧電素子が屈曲振動して突起部に楕円運動が励振され、これにより、被駆動体が押し出されてスライドする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－８０３２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された振動体では突起部が先細りする形状のため、被駆動体との摩擦による摩耗により突起部がすり減って被駆動体との接触面積が増加し、突起部の先端剛性（接触剛性）が変化する。そのため、駆動初期から駆動特性が経時的に変化してしまうという問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の振動駆動装置の制御方法は、振動部および前記振動部から突出し先端部が先細りしている凸部を備える振動体と、前記凸部の先端部に接触し前記凸部を介して前記振動部の駆動力を受ける被駆動体と、を有する振動駆動装置の制御方法であって、
前記振動部を振動させて、前記凸部が前記被駆動体を送り出す移動モードを第１モードとし、前記振動部を前記第１モードとは異なる方向に振動させるモードを第２モードとしたとき、前記第２モードを選択して実行する。

【0006】

本発明の振動駆動装置は、振動部および前記振動部から突出し先端部が先細りしている凸部を備える振動体と、
前記凸部の先端部に接触し前記凸部を介して前記振動部の駆動力を受ける被駆動体と、
前記振動体の駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記振動部を振動させて前記凸部が前記被駆動体を送り出す移動モードを第１モードとし、前記振動部を前記第１モードとは異なる方向に振動させるモードを第２モードとしたとき、前記第２モードを選択して実行する。

【0007】

本発明のロボットシステムは、ロボットアームを備えるロボットと、
前記ロボットアームに装着されている移動ステージと、
前記移動ステージに装着されている工具と、を有し、
前記移動ステージは、上記の振動駆動装置を備えている。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る振動駆動装置を示す図である。

【図2】振動駆動装置が有する振動体の斜視図である。

【図3】図２に示す振動体の平面図である。

【図4】駆動モード時に振動体に印加する駆動信号を示す図である。

【図5】振動体が駆動モードで駆動している状態を示す平面図である。

【図6】振動体が駆動モードで駆動している状態を示す平面図である。

【図7】振動体に含まれる共振モードと周波数の関係を示すグラフである。

【図8】凸部の摩耗の様子を示す拡大図である。

【図9】振動駆動装置の駆動特性の変化の一例を示すグラフである。

【図10】振動駆動装置の駆動特性の変化の一例を示すグラフである。

【図11】メンテナンスモード時に振動体に印加する駆動信号を示す図である。

【図12】振動体がメンテナンスモードで駆動している状態を示す平面図である。

【図13】メンテナンスモード終了後の凸部の状態を示す拡大図である。

【図14】振動駆動装置の制御方法を示すフローチャートである。

【図15】振動駆動装置の制御方法を示すフローチャートである。

【図16】第２実施形態に係る振動駆動装置においてメンテナンスモード時に振動体に印加する駆動信号を示す図である。

【図17】振動体がメンテナンスモードで駆動している状態を示す平面図である。

【図18】第３実施形態に係るロボットシステムの全体構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の振動駆動装置の制御方法、振動駆動装置およびロボットシステムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0010】

なお、図１、図２、図３、図５、図６、図８、図１２、図１３および図１７に、互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を示す。以下では、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、Ｚ軸方向プラス側を「上（表）」、マイナス側を「下（裏）」とも言い、Ｘ軸方向プラス側を「先端」、マイナス側を「基端」とも言う。

【0011】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る振動駆動装置を示す図である。図２は、振動駆動装置が有する振動体の斜視図である。図３は、図２に示す振動体の平面図である。図４は、駆動モード時に振動体に印加する駆動信号を示す図である。図５および図６は、それぞれ、振動体が駆動モードで駆動している状態を示す平面図である。図７は、振動体に含まれる共振モードと周波数の関係を示すグラフである。図８は、凸部の摩耗の様子を示す拡大図である。図９および図１０は、それぞれ、振動駆動装置の駆動特性の変化の一例を示すグラフである。図１１は、メンテナンスモード時に振動体に印加する駆動信号を示す図である。図１２は、振動体がメンテナンスモードで駆動している状態を示す平面図である。図１３は、メンテナンスモード終了後の凸部の状態を示す拡大図である。図１４および図１５は、それぞれ、振動駆動装置の制御方法を示すフローチャートである。

【0012】

図１に示すように、振動駆動装置１は、回転軸Ｏまわりに回転する被駆動体としてのローター２と、ローター２の側面に当接する振動体３と、振動体３の駆動を制御する制御装置９と、を有する。このような振動駆動装置１では、振動体３が振動することにより生じる駆動力がローター２に伝わり、ローター２が回転軸Ｏまわりに回転する。なお、振動駆動装置１は、さらに、図示しないエンコーダーを有し、エンコーダーからの出力に基づいて、ローター２の移動距離（回転角度）、移動速度等を検出することができる。また、振動駆動装置１は、さらに、図示しないトルクセンサーを有し、トルクセンサーからの出力に基づいて、回転軸Ｏに加わる負荷を検出することができる。

【0013】

なお、振動駆動装置１の構成は、特に限定されない。例えば、ローター２に対して複数の振動体３を配置し、複数の振動体３の駆動によってローター２を回転させてもよい。また、振動体３は、ローター２の表面や裏面に当接していてもよい。また、被駆動体は、ローター２のように回転するものではなく、例えば、スライダーのように直線移動するものであってもよい。

【0014】

また、図２に示すように、振動体３は、板状の振動部３１と、振動部３１を支持する支持部３２と、振動部３１と支持部３２とを接続する接続部３３と、振動部３１の先端部に設けられ、振動部３１の振動をローター２に伝達する凸部３４と、を有する。このような振動体３は、Ｚ軸方向を厚さ方向とし、Ｘ軸およびＹ軸を含むＸ－Ｙ平面に広がる板状である。

【0015】

振動部３１は、板状をなし、Ｚ軸方向からの平面視でＸ軸方向に延在する長方形状である。支持部３２は、振動部３１の三方を囲むＵ形状である。また、接続部３３は、振動部３１のＹ軸方向プラス側に位置する第１接続部３３１と、振動部３１のＹ軸方向マイナス側に位置する第２接続部３３２と、を有する。凸部３４は、振動部３１の先端部に設けられ、振動部３１からＸ軸方向プラス側へ突出している。このような振動体３は、図示しない付勢部材によってＸ軸方向プラス側に付勢されており、これにより、凸部３４の先端がローター２に押し付けられている。そのため、振動部３１の振動は、凸部３４を介してローター２に伝達される。

【0016】

また、凸部３４は、その先端部が先細りしている。つまり、先端部の幅（Ｙ軸方向の長さ）がＸ軸方向プラス側に向けて漸減している。特に、本実施形態の凸部３４は、半円形状である。ただし、凸部３４は、先端部が先細りしていれば、半円形状に限定されず、例えば、台形状、三角形状等、いかなる形状であってもよい。

【0017】

また、図２および図３に示すように、振動部３１には圧電素子Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５、Ｐ１６、Ｐ１７と圧電素子Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５、Ｐ２６、Ｐ２７とが振動部３１の厚さ方向、つまり、Ｚ軸方向に二段に重なって配置されている。

【0018】

具体的には、Ｚ軸方向からの平面視で、振動部３１の中央部に圧電素子Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３がＸ軸方向に並んで配置され、その下側に重なって圧電素子Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３がＸ軸方向に並んで配置されている。また、圧電素子Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３のＹ軸方向プラス側に圧電素子Ｐ１４、Ｐ１５がＸ軸方向に並んで配置され、その下側に重なって圧電素子Ｐ２４、Ｐ２５がＸ軸方向に並んで配置されている。また、Ｙ軸方向マイナス側に圧電素子Ｐ１６、Ｐ１７がＸ軸方向に並んで配置され、その下側に重なって圧電素子Ｐ２６、Ｐ２７がＸ軸方向に並んで配置されている。

【0019】

これら圧電素子Ｐ１１～Ｐ１７、Ｐ２１～Ｐ２７は、通電によりＸ軸方向に伸縮し、振動部３１に所望の振動モード、具体的には、後述する縦屈曲振動モードおよび面外振動モードを励振させる。ただし、圧電素子の数や配置は、振動部３１に縦屈曲振動モードおよび面外振動モードを励振させることができれば、特に限定されない。

【0020】

図２に示すように、このような振動体３は、Ｚ軸方向に重なって配置された２つの圧電アクチュエーター４Ａ、４Ｂの積層体に凸部３４を設けて構成されている。各圧電アクチュエーター４Ａ、４Ｂは、圧電素子層４８を一対の基板４９、４９で挟み込んだ構成であり、図示しない接着材を介して接合されている。そして、Ｚ軸方向プラス側に位置する圧電アクチュエーター４Ａの圧電素子層４８に圧電素子Ｐ１１～Ｐ１７が上述した配置で形成されており、Ｚ軸方向マイナス側に位置する圧電アクチュエーター４Ｂの圧電素子層４８に圧電素子Ｐ２１～Ｐ２７が上述した配置で形成されている。

【0021】

制御装置９は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサーと、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。また、メモリーにはプロセッサーにより実行可能なプログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶されたプログラムを読み込んで実行する。このような制御装置９は、図示しないホストコンピューターからの指令を受け、この指令に基づいて振動駆動装置１を駆動する。

【0022】

制御装置９には、ローター２を回転軸Ｏまわりに回転させる第１モードとしての駆動モードと、凸部３４の先端を摩耗させて先端剛性を調整する第２モードとしてのメンテナンスモードと、が設定されている。そして、制御装置９は、駆動モードとメンテナンスモードとを選択して実行する。

【0023】

まずは、駆動モードについて説明する。例えば、図４に示す駆動信号Ｖ１を圧電素子Ｐ１４、Ｐ２４、Ｐ１７、Ｐ２７に印加し、駆動信号Ｖ２を圧電素子Ｐ１１、Ｐ２１に印加し、駆動信号Ｖ３を圧電素子Ｐ１５、Ｐ２５、Ｐ１６、Ｐ２６に印加すると、図５に示すように、振動部３１に縦屈曲振動モードが励振される。これにより、振動部３１がＸ軸方向に縦振動（伸縮振動）しつつＹ軸方向に逆Ｓ字状に屈曲振動し、これらの振動が合成されて凸部３４の先端が矢印で示すように反時計回りに楕円軌道を描くように楕円運動する。これにより、ローター２が送り出されてＹ軸方向プラス側に回転する。

【0024】

また、駆動信号Ｖ１、Ｖ３の波形を切り換えると、図６に示すように、振動部３１がＸ軸方向に縦振動しつつＹ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３４が矢印で示すように時計回りに楕円運動する。これにより、ローター２が送り出されてＹ軸方向マイナス側に回転する。

【0025】

このような駆動モードでは、圧電素子Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ１３、Ｐ２３は、振動検出用に用いられる。圧電素子Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ１３、Ｐ２３は、上述した振動部３１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Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ１３、Ｐ２３から出力される信号に基づいて、振動部３１の振動状態を検知することができる。

【0026】

ここで、図７に振動部３１の共振モードと周波数の関係の一例を示す。駆動モードでは、駆動信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の周波数ｆ１が、縦振動モードの共振周波数ｆａと屈曲振動モードの共振周波数ｆｂとの間に設定されている。つまり、駆動モードでは、屈曲振動モードの共振周波数ｆｂと縦振動モードの共振周波数ｆａとの間の周波数で振動部３１を振動させる。そのため、縦振動モードおよび屈曲振動モードが共に励振され易く、より確実に、振動部３１を縦屈曲振動モードで振動させることができる。ただし、振動部３１を縦屈曲振動モードで振動させることができれば、周波数ｆ１は、特に限定されない。

【0027】

ここで、駆動モードでの駆動を続けると、ローター２との接触・摩擦によって凸部３４の先端、つまり、ローター２との接触箇所が徐々に摩耗して擦り減っていく。凸部３４の先端が擦り減り続けると、図８に示すように、当初は、凸部３４がローター２に点接触または線接触していたものが、次第に面接触となり、さらには、その面積が徐々に増加する。また、凸部３４が先細りした形状であるため、擦り減ることで先端の面積が徐々に増加する。そのため、凸部３４の先端剛性、言い換えると、ローター２との接触剛性が徐々に増加し、初期から駆動特性が変化する。そのため、図９に示すグラフの実線Ｌ１のように、一定範囲Δｄの駆動特性を長期間維持することが困難である。

【0028】

そこで、振動駆動装置１は、凸部３４の先端部を意図的に摩耗させて、つまり、削って、凸部３４の先端剛性を低下させるメンテナンスモードを有する。このようなメンテナンスモードを行うことにより、凸部３４の先端剛性の初期値からのずれが抑制され、図１０に示すグラフの実線Ｌ２のように、一定範囲Δｄの駆動特性を長期間維持することができる。そのため、安定した駆動特性を発揮することができ、かつ、長寿命の振動駆動装置１が得られる。

【0029】

次に、メンテナンスモードについて説明する。例えば、全ての圧電素子Ｐ１１～Ｐ１７、Ｐ２１～Ｐ２７に図１１に示す駆動信号Ｖ４を印加すると、図１２に示すように、振動部３１に面外振動モードが励振される。これにより、振動部３１が、Ｘ軸方向の両端部がＺ軸方向プラス側に反った状態とＺ軸方向マイナス側に反った状態とを繰り返すようにＺ軸方向に面外振動し、凸部３４の先端が矢印で示すようにＺ軸方向に往復運動する。これにより、図１３に示すように、ローター２との摩擦によって凸部３４の先端のＺ軸方向の両端部が摩耗して擦り減り、それに伴ってローター２との接触面積が徐々に減少すると共に、先端の面積が徐々に減少する。これにより、凸部３４の先端剛性が低下し、駆動特性を初期値に近づける、好ましくは等しくすることができる。そのため、駆動特性を一定範囲Δｄ内に収めることができる。

【0030】

なお、図７に戻って、メンテナンスモードでは、駆動信号Ｖ４の周波数ｆ２が面外振動モードの共振周波数ｆｃと等しい。つまり、メンテナンスモードでは、面外振動モードの共振周波数ｆｃで振動部３１を振動させる。そのため、容易に、面外振動モードを励振させることができる。なお、周波数ｆ２が共振周波数ｆｃと等しいとは、周波数ｆ２＝共振周波数ｆｃの他、面外振動モードを励振させることができる程度、例えば、±１０％程度のずれを有する場合も含む意味である。

【0031】

次に、メンテナンスモードを行うタイミングの一例について説明する。メンテナンスモードは、駆動モードでのローター２の移動距離が所定距離Ｄを超えた場合に行われる。なお、移動距離は、メンテナンスモードを行うことでリセットされる。つまり、過去にメンテナンスモードが行われている場合は、直前に行ったメンテナンスモード終了後からの移動距離を意味する。移動距離によれば、凸部３４の先端剛性の初期値からのずれが大きくなってきていることを容易に推定することができる。そのため、メンテナンスモードを効果的なタイミングで行うことができ、より確実に、駆動特性を一定範囲Δｄ内に収めることができる。

【0032】

また、メンテナンスモードは、駆動モードの駆動時間が所定時間Ｔを超えた場合に行われる。なお、駆動時間は、メンテナンスモードを行うことでリセットされる。つまり、過去にメンテナンスモードが行われている場合は、直前に行ったメンテナンスモード終了後からの駆動時間を意味する。駆動時間によれば、凸部３４の先端剛性の初期値からのずれが大きくなってきていることを容易に推定することができる。そのため、メンテナンスモードを効果的なタイミングで行うことができ、より確実に、駆動特性を一定範囲Δｄ内に収めることができる。

【0033】

また、メンテナンスモードは、駆動モードでのローター２の移動速度が所定速度範囲ΔＳ外となった場合に行われる。凸部３４の先端剛性の高まりによってローター２を送り出す力が低下し、それに起因してローター２の移動速度が初期の移動速度に対して大きく低下する場合がある。反対に、構成によっては、凸部３４の先端剛性の高まりによってローター２を送り出す力が増加し、それに起因してローター２の移動速度が初期の移動速度に対して大きく増加する場合もある。そのため、移動速度によれば、凸部３４の先端剛性の初期値からのずれが大きくなってきていることを容易に推定することができる。したがって、メンテナンスモードを効果的なタイミングで行うことができ、より確実に、駆動特性を一定範囲Δｄ内に収めることができる。なお、所定速度範囲ΔＳは、例えば、初期の移動速度の上下に幅を持たせた範囲に設定される。

【0034】

また、メンテナンスモードは、ローター２の回転軸Ｏに加わる負荷（以下、「軸負荷」とも言う。）が所定負荷範囲ΔＦ外となった場合に行われる。凸部３４の先端剛性の高まりによってローター２を送り出す力が低下し、それに起因して軸負荷が初期の軸負荷に対して大きく低下する場合がある。反対に、構成によっては、凸部３４の先端剛性の高まりによってローター２を送り出す力が増加し、それに起因して軸負荷が初期の軸負荷に対して大きく増加する場合もある。そのため、軸負荷によれば、凸部３４の先端剛性の初期値からのずれが大きくなってきていることを容易に推定することができる。したがって、メンテナンスモードを効果的なタイミングで行うことができ、より確実に、駆動特性を一定範囲Δｄ内に収めることができる。なお、所定負荷範囲ΔＦは、例えば、初期の軸負荷度の上下に幅を持たせた範囲に設定される。

【0035】

次に、振動駆動装置１の制御方法について、図１４に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ１として、制御装置９は、駆動モードでのローター２の移動距離が所定距離Ｄを超えたか否かを判定する。当該判定は、エンコーダーからの出力に基づいて行うことができる。ローター２の移動距離が所定距離Ｄを超えていない場合、ステップＳ２として、制御装置９は、駆動モードの駆動時間が所定時間Ｔを超えたか否かを判定する。駆動時間が所定時間Ｔを超えていない場合、ステップＳ３として、制御装置９は、駆動モードでのローター２の移動速度が所定速度範囲ΔＳ外となったか否かを判定する。当該判定は、エンコーダーからの出力に基づいて行うことができる。ローター２の移動速度が所定速度範囲ΔＳ内の場合、ステップＳ４として、制御装置９は、ローター２に加わる軸負荷が所定負荷範囲ΔＦ外となったか否かを判定する。当該判定は、トルクセンサーからの出力に基づいて行うことができる。軸負荷が所定負荷範囲ΔＦ内の場合は、ステップＳ１に戻る。

【0036】

一方、ステップＳ１においてローター２の移動距離が所定距離Ｄを超えていた場合、ステップＳ２において駆動時間が所定時間Ｔを超えていた場合、ステップＳ３においてローター２の移動速度が所定速度範囲ΔＳ外であった場合およびステップＳ４において軸負荷が所定負荷範囲ΔＦ外であった場合、ステップＳ５として、制御装置９は、振動体３が停止しているか否かを判定する。

【0037】

振動体３が停止していない場合、つまり、駆動モードで駆動中である場合、制御装置９は、振動体３が停止するまでステップＳ５を繰り返す。反対に、振動体３が停止している場合、ステップＳ６として、制御装置９は、メンテナンスモードで振動体３を所定時間駆動させる。これにより、凸部３４の先端部が摩耗して凸部３４の先端剛性が低下し、駆動特性が初期の特性に近づく、好ましくは等しくなる。ステップＳ６の終了後は、再びステップＳ１に戻る。

【0038】

以上のような制御方法によれば、ローター２の移動距離、移動速度、駆動時間、軸負荷に基づいて、メンテナンスモードを効果的なタイミングで行うことができ、より確実に駆動特性を一定範囲Δｄ内に収めることができる。

【0039】

なお、上述した制御方法の変形例を図１５に示す。同図の制御方法では、ステップＳ１においてローター２の移動距離が所定距離Ｄを超えていた場合、ステップＳ２において駆動時間が所定時間Ｔを超えていた場合、ステップＳ３においてローター２の移動速度が所定速度範囲ΔＳ外であった場合およびステップＳ４において軸負荷が所定負荷範囲ΔＦ外であった場合、ステップＳ５として、制御装置９は、メンテナンスモードの実施が必要であることをユーザーに報知する。次に、ステップＳ６として、制御装置９は、ユーザーからメンテナンスモードの実施命令を受け付けたか否かを判定する。そして、メンテナンスモードの実施命令を受け付けた場合に、ステップＳ７として、制御装置９は、メンテナンスモードで振動体３を所定時間駆動させる。

【0040】

このような制御方法によれば、ユーザーがメンテナンスモードの実施タイミングを決定することができるため、意図しないタイミングでメンテナンスモードが行われてしまうことを防止することができる。

【0041】

以上、振動駆動装置１について説明した。このような振動駆動装置１の制御方法は、前述したように、振動部３１および振動部３１から突出し先端部が先細りしている凸部３４を備える振動体３と、凸部３４の先端部に接触し凸部３４を介して振動部３１の駆動力を受ける被駆動体であるローター２と、を有する振動駆動装置１の制御方法であって、凸部３４を振動部３１の面内方向に振動させる第１モードである駆動モードと、凸部３４を振動部３１の面外方向に振動させる第２モードであるメンテナンスモードと、を選択して実行する。メンテナンスモードを実行することにより、振動駆動装置１の駆動特性の初期値からのずれを抑制することができ、より確実に、駆動特性を一定範囲Δｄ内に収めることができる。そのため、安定した駆動特性を発揮することができ、かつ、長寿命の振動駆動装置１となる。また、振動部３１の面内方向に振動させて、凸部３４が被駆動体を送り出す移動モードを第１モードとし、凸部３４を第１モードとは異なる方向に振動させるモードを第２モードとしたとき、前記第２モードを選択して実行することによっても、同様な効果を得ることができる。

【0042】

また、前述したように、駆動モードでは、ローター２が凸部３４に送り出させて移動し、メンテナンスモードでは、凸部３４がローター２と擦れ合って摩耗する。これにより、メンテナンスモードによって凸部３４の先端剛性を低めることができ、駆動モードにおける駆動特性を一定範囲Δｄ内に収めることができる。

【0043】

また、前述したように、振動部３１は、共振モードとして面外方向に振動する面外振動モードを有し、メンテナンスモードでは、面外振動モードの共振周波数ｆｃで振動部３１を振動させる。これにより、より確実に、凸部３４を面外方向に振動させることができる。

【0044】

また、前述したように、振動部３１は、共振モードとして面内で屈曲振動する屈曲振動モードと、面内で伸縮振動する縦振動モードと、を有し、駆動モードでは、屈曲振動モードの共振周波数ｆｂと縦振動モードの共振周波数ｆａとの間の周波数で振動部３１を振動させる。これにより、より確実に、凸部３４を面内方向に振動させることができる。

【0045】

また、前述したように、振動駆動装置１は、板状の振動部３１および振動部３１から突出し先端部が先細りしている凸部３４を備える振動体３と、凸部３４の先端部に接触し凸部３４を介して振動部３１の駆動力を受ける被駆動体であるローター２と、振動体３の駆動を制御する制御装置９と、を有する。そして、制御装置９は、凸部３４を振動部３１の面内方向に振動させる第１モードである駆動モードと、凸部３４を振動部３１の面外方向に振動させる第２モードであるメンテナンスモードと、を選択して実行する。メンテナンスモードを実行することにより、振動駆動装置１の駆動特性の初期値からのずれを抑制することができ、より確実に、駆動特性を一定範囲Δｄ内に収めることができる。そのため、安定した駆動特性を発揮することができ、かつ、長寿命の振動駆動装置１となる。

【0046】

＜第２実施形態＞
図１６は、第２実施形態に係る振動駆動装置においてメンテナンスモード時に振動体に印加する駆動信号を示す図である。図１７は、振動体がメンテナンスモードで駆動している状態を示す平面図である。

【0047】

本実施形態の振動駆動装置１は、メンテナンスモードの励振方法が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の各図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

【0048】

本実施形態のメンテナンスモードでは、図１６に示す駆動信号Ｖ５を第１圧電素子である圧電素子Ｐ１２に印加し、駆動信号Ｖ５と逆位相の駆動信号Ｖ６を第２圧電素子であり、圧電素子Ｐ１１と重なる圧電素子Ｐ２２に印加する。これにより、図１７に示すように、振動部３１の先端部が表面側に反った状態と裏面側に反った状態とが交互に繰り返され、凸部３４がＺ軸方向に往復振動する。このような方法によっても、メンテナンスモードを容易に励振させることができる。なお、当該方法では、振動部３１の共振を利用しなくてもよいため、駆動信号Ｖ５、Ｖ６の周波数は、特に限定されない。

【0049】

以上のように、本実施形態の振動駆動装置１では、振動部３１は、厚さ方向に並んで配置されている第１圧電素子である圧電素子Ｐ１２および第２圧電素子である圧電素子Ｐ２２を有する。そして、メンテナンスモードでは、圧電素子Ｐ１２および圧電素子Ｐ２２に逆位相の駆動信号Ｖ５、Ｖ６を印加する。このような方法によれば、凸部３４を容易に面外振動させることができる。

【0050】

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。なお、駆動信号Ｖ５、Ｖ６を印加する圧電素子は、上述したような振動を励振することができれば、特に限定されない。例えば、第１圧電素子としての圧電素子Ｐ１４、Ｐ１６に駆動信号Ｖ５を印加し、第２圧電素子としての圧電素子Ｐ２４、Ｐ２６に駆動信号Ｖ６を印加してもよい。

【0051】

＜第３実施形態＞
図１８は、第３実施形態に係るロボットシステムの全体構成図である。

【0052】

図１８に示すロボットシステム１０００は、ロボット１１００と、ロボット１１００に装着された移動ステージ１２００と、移動ステージ１２００に装着された工具１３００と、これらの駆動を制御する制御部１４００と、を有する。

【0053】

ロボット１１００は、６軸ロボットであり、床に固定されたベース１１１０と、ベース１１１０に連結されたロボットアーム１１２０と、を有する。また、ロボットアーム１１２０は、ベース１１１０に回動自在に連結された第１アーム１１２１と、第１アーム１１２１に回動自在に連結された第２アーム１１２２と、第２アーム１１２２に回動自在に連結された第３アーム１１２３と、第３アーム１１２３に回動自在に連結された第４アーム１１２４と、第４アーム１１２４に回動自在に連結された第５アーム１１２５と、第５アーム１１２５に回動自在に連結された第６アーム１１２６と、を有する。また、第６アーム１１２６にはハンド接続部が設けられ、ハンド接続部には移動ステージ１２００が装着される。

【0054】

また、ロボット１１００は、ベース１１１０と第１アーム１１２１との関節部に配置され、ベース１１１０に対して第１アーム１１２１を回動させる第１アーム回動機構１１３１と、第１アーム１１２１と第２アーム１１２２との関節部に配置され、第１アーム１１２１に対して第２アーム１１２２を回動させる第２アーム回動機構１１３２と、第２アーム１１２２と第３アーム１１２３との関節部に配置され、第２アーム１１２２に対して第３アーム１１２３を回動させる第３アーム回動機構１１３３と、第３アーム１１２３と第４アーム１１２４との関節部に配置され、第３アーム１１２３に対して第４アーム１１２４を回動させる第４アーム回動機構１１３４と、第４アーム１１２４と第５アーム１１２５との関節部に配置され、第４アーム１１２４に対して第５アーム１１２５を回動させる第５アーム回動機構１１３５と、第５アーム１１２５と第６アーム１１２６との関節部に配置され、第５アーム１１２５に対して第６アーム１１２６を回動させる第６アーム回動機構１１３６と、を有する。

【0055】

そして、第１～第６アーム回動機構１１３１～１１３６の一部または全部には、その動力源として振動駆動装置１が搭載されており、振動駆動装置１の駆動によって対象のアーム１１２１～１１２６が回動する。そのため、ロボット１１００は、上述した振動駆動装置１の効果を享受することができ、高い信頼性を発揮することができる。

【0056】

移動ステージ１２００は、第６アーム１１２６のハンド接続部に接続された基部１２１０と、基部１２１０に対して第１方向Ｕに移動する第１ステージ１２２０と、第１ステージ１２２０に対して第１方向Ｕと直交する第２方向Ｖに移動する第２ステージ１２３０と、基部１２１０に対して第１ステージ１２２０を第１方向Ｕに移動させる第１ステージ移動機構１２４０と、第１ステージ１２２０に対して第２ステージ１２３０を第２方向Ｖに移動させる第２ステージ移動機構１２５０と、を有する。

【0057】

そして、第１、第２ステージ移動機構１２４０、１２５０の一方または両方には、その動力源として振動駆動装置１が搭載されており、振動駆動装置１の駆動によって対象のステージ１２２０、１２３０が移動する。そのため、移動ステージ１２００は、上述した振動駆動装置１の効果を享受することができ、高い信頼性を発揮することができる。

【0058】

また、第２ステージ１２３０には、工具１３００が装着されている。工具１３００としては、特に限定されず、目的の作業の内容によって異なるが、本実施形態ではインクジェットヘッド１３１０である。ロボットシステム１０００では、インクジェットヘッド１３１０からインクを吐出することにより、対象物Ｑに対して印刷作業を行う。前述したように、ロボット１１００とインクジェットヘッド１３１０との間に移動ステージ１２００が介在している。そのため、例えば、ロボット１１００を停止した状態で、移動ステージ１２００によってインクジェットヘッド１３１０を移動させることができる。これにより、安定した印刷作業を行うことができる。

【0059】

以上のように、本実施形態のロボットシステム１０００は、ロボットアーム１１２０を備えるロボット１１００と、ロボットアーム１１２０に装着されている移動ステージ１２００と、移動ステージ１２００に装着されている工具１３００と、を有し、移動ステージ１２００は、振動駆動装置１を備えている。このような構成によれば、上述した振動駆動装置１の効果を享受することができ、高い信頼性を発揮することができるロボットシステム１０００となる。

【0060】

このような第３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。

【0061】

以上、本発明の振動駆動装置の制御方法、振動駆動装置およびロボットシステム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または他の任意の工程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、振動駆動装置をロボットに適用した構成について説明したが、振動駆動装置は、ロボット以外の、駆動力を必要とする各種電子デバイス、例えば、プリンター、プロジェクター等に適用することもできる。

【符号の説明】

【0062】

１…振動駆動装置、２…ローター、３…振動体、３１…振動部、３２…支持部、３３…接続部、３３１…第１接続部、３３２…第２接続部、３４…凸部、４Ａ…圧電アクチュエーター、４Ｂ…圧電アクチュエーター、４８…圧電素子層、４９…基板、９…制御装置、１０００…ロボットシステム、１１００…ロボット、１１１０…ベース、１１２０…ロボットアーム、１１２１…第１アーム、１１２２…第２アーム、１１２３…第３アーム、１１２４…第４アーム、１１２５…第５アーム、１１２６…第６アーム、１１３１…第１アーム回動機構、１１３２…第２アーム回動機構、１１３３…第３アーム回動機構、１１３４…第４アーム回動機構、１１３５…第５アーム回動機構、１１３６…第６アーム回動機構、１２００…移動ステージ、１２１０…基部、１２２０…第１ステージ、１２３０…第２ステージ、１２４０…第１ステージ移動機構、１２５０…第２ステージ移動機構、１３００…工具、１３１０…インクジェットヘッド、１４００…制御部、Ｄ…所定距離、Ｌ１…実線、Ｌ２…実線、Ｏ…回転軸、Ｐ１１…圧電素子、Ｐ１２…圧電素子、Ｐ１３…圧電素子、Ｐ１４…圧電素子、Ｐ１５…圧電素子、Ｐ１６…圧電素子、Ｐ１７…圧電素子、Ｐ２１…圧電素子、Ｐ２２…圧電素子、Ｐ２３…圧電素子、Ｐ２４…圧電素子、Ｐ２５…圧電素子、Ｐ２６…圧電素子、Ｐ２７…圧電素子、Ｑ…対象物、Ｓ１…ステップ、Ｓ２…ステップ、Ｓ３…ステップ、Ｓ４…ステップ、Ｓ５…ステップ、Ｓ６…ステップ、Ｓ７…ステップ、Ｔ…所定時間、Ｕ…第１方向、Ｖ…第２方向、Ｖ１…駆動信号、Ｖ２…駆動信号、Ｖ３…駆動信号、Ｖ４…駆動信号、Ｖ５…駆動信号、Ｖ６…駆動信号、ｆ１…周波数、ｆ２…周波数、ｆａ…共振周波数、ｆｂ…共振周波数、ｆｃ…共振周波数、ΔＦ…所定負荷範囲、ΔＳ…所定速度範囲、Δｄ…一定範囲

【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17】

【図18】