圧電アクチュエーター、ロボット及びロボットハンド
【課題】摺動部の磨耗の進行状況を検出可能な圧電アクチュエーターを得る。
【解決手段】圧電素子と、圧電素子に積層される振動板３１と、振動板３１から被駆動部に当接するように突出して圧電素子の振動を被駆動部に伝達する摺動部４１と、を含む圧電アクチュエーターであって、摺動部４１は、被駆動部に当接する第１部材１１と、少なくとも振動板３１側を除く三方を第１部材１１に囲まれた部材であり、かつ、第１部材１１とは異なる材質からなる部材である第２部材２１と、を含んで構成されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【解決手段】圧電素子と、圧電素子に積層される振動板３１と、振動板３１から被駆動部に当接するように突出して圧電素子の振動を被駆動部に伝達する摺動部４１と、を含む圧電アクチュエーターであって、摺動部４１は、被駆動部に当接する第１部材１１と、少なくとも振動板３１側を除く三方を第１部材１１に囲まれた部材であり、かつ、第１部材１１とは異なる材質からなる部材である第２部材２１と、を含んで構成されてい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備えたロボット及びロボットハンドに関する。
【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振動（機械的振動）に変換する圧電素子と、該圧電素子の振動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。上述の振動は、平面視で圧電素子の一端面から突き出した摺動部（突出部）によって、被駆動部に伝達される。摺動部は被駆動部に当接しており、摩擦力を利用して圧電素子の振動を被駆動部に伝達する。被駆動部がローターの場合、圧電素子の振動を回転力として利用可能な圧電モーターを構成できる。すなわち、圧電モーターは圧電アクチュエーターの一分野である。
【０００３】
かかる摺動部の態様としては、例えば特許文献１に示すように、圧電素子に積層される補強板を利用するものが知られている。圧電素子を補強板に積層して、該補強板の一部を平面視で圧電素子から突き出るようにパターニングすることで、圧電素子の振動を被駆動部に効率的に伝達可能な摺動部を形成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８６１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし上述の構成の圧電アクチュエーターとしての圧電モーターでは、摺動部の磨耗の進行状況を検出しにくいという課題がある。詳しくは、圧電モーターを設計寿命を超えて長期間使用した場合や、過負荷が継続して加わった場合等、摺動部が削れて消耗してしまうことが想定されるが、この消耗の度合いを検出することは困難であった。特に磨耗が進行して圧電素子の端部に達すると圧電素子が損傷して圧電モーターが停止してしまう恐れがあった。換言すれば、圧電モーターの異常（寿命）を検出することが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、圧電素子と、上記圧電素子に積層される振動板と、上記振動板から被駆動部に向かって突出して配置された摺動部と、を含む圧電アクチュエーターであって、上記摺動部は、上記被駆動部に当接する第１部材と、上記第１部材の内側に形成され、かつ、上記第１部材とは異なる材質からなる第２部材と、を含んで構成されていることを特徴とする。
【０００８】
上述したように、圧電アクチュエーターは被駆動部に摺動部を当接させて駆動されるため、駆動中に動作音（駆動音若しくは摩擦音）を生じる。かかる場合において、摺動部の構成要素のうちの第１部材の磨耗が進行して、上述の第２部材が被駆動部に当接するようになると、材質の違いにより、動作音の音質すなわち周波数成分等に変化が生じる。したがって、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の磨耗の進行を検出できる。そして、摺動部の磨耗が所定量に達したと判断される場合、圧電素子の交換等を実施できる。したがって、上述の圧電素子の損傷等を低減でき、圧電アクチュエーターの信頼性を向上させることができる。
【０００９】
なお、上述の「内側に形成され」とは、第１部材が第２部材を平面視すなわち二次元的に囲んでいる場合と、第１部材が第２部材の表面を三次元的に覆っている場合と、の双方を含んでいる。摺動部の磨耗は二次元的に進行するため、どちらの態様であっても、第１部材の磨耗が所定量進んだ後で、第２部材を被駆動部に当接させることができる。
また、上述の「内側に形成され」とは、振動板側は含まない表現である。したがって、振動板と摺動部との境界において振動板と第２部材とがつながっていても良い。すなわち、「内側に形成され」とは、第２部材の全周囲が第１部材に囲まれている場合と、第２部材における振動板側を除く３方が第１部材に囲まれている場合と、の双方を含んでいる。摺動部が振動板側から磨耗することはあり得ないため、３方が第１部材に囲まれていれば、上述の効果を発揮できる。
【００１０】
［適用例２］上述の圧電アクチュエーターであって、上記圧電素子は圧電体層と電極とが積層されてなる平面視で略長方形の板状部材であり、上記第２部材は平面視で上記圧電素子の短辺から突出していることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１１】
このような構成であれば、上述の磨耗が圧電素子に達する前に第２部材の磨耗が開始される。したがって、圧電素子が被駆動部に直接当接される現象を低減でき、圧電アクチュエーターの信頼性を向上できる。
【００１２】
［適用例３］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２部材は上記振動板の一部を平面視で上記短辺から突出させて形成された部分であることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１３】
このような構成であれば、容易に摺動部内に第２部材を形成できる。したがって、圧電アクチュエーターの信頼性を、コストの上昇を抑制しつつ向上させることができる。なお、上述したように第１部材と第２部材は材質が異なる。したがって上記の構成では、第１部材は振動板の材質とは異なる材料で形成されている。
【００１４】
［適用例４］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第１部材の材質は、上記振動板の材質と異なっており、上記第２部材は平面視で上記第１部材内に島状に形成されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１５】
このような構成であれば、振動板の材質と第１部材の材質とのいずれとも異なる第３の材料で第２部材を形成できる。すなわち、第２部材の材質の選択の幅を広げることができる。そのため、上述の動作音の音質の変化をより一層確実に生じさせることができ、圧電アクチュエーターの信頼性をより一層向上させることができる。
【００１６】
［適用例５］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第１部材は、上記振動板の一部を平面視で上記短辺から突出させて形成されており、上記第２部材は平面視で上記第１部材内に島状に形成されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１７】
このような構成であれば、振動板の強度を低下させることなく摺動部を形成できる。そして該摺動部を、外側の第１部材と該第１部材で囲まれた第２部材とで構成できる。したがって、圧電アクチュエーターの信頼性をより一層向上させることができる。
【００１８】
［適用例６］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第１部材の材質と上記第２部材の材質とでは、上記被駆動部に対する摩擦係数が互いに異なることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１９】
上述の動作音は、擦り合わされる要素間の摩擦係数により異なる。したがってこのような構成であれば、動作音の音質変化を強調でき、摺動部の磨耗進行の検出精度を向上できる。
【００２０】
［適用例７］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２部材の材質の上記被駆動部に対する摩擦係数は、上記第１部材の材質の上記被駆動部に対する摩擦係数よりも高いことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００２１】
一般的に、上述の動作音は、擦り合わされる要素間の摩擦係数が高いほど鮮明になる。したがってこのような構成であれば、摺動部の磨耗が進行して第２部材に達したときに、上述の動作音をより一層鮮明にできる。そのため、摺動部の磨耗の進行の検出精度をより一層向上できる。
【００２２】
［適用例８］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第１部材の材質と上記第２部材の材質とでは、硬度が互いに異なることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００２３】
上述の動作音は、被駆動部と擦り合わされる要素の硬度により異なる。したがってこのような構成であれば、動作音の音質変化を強調でき、摺動部の磨耗進行の検出精度を向上できる。
【００２４】
［適用例９］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２部材の材質の硬度は、上記第１部材の材質の硬度よりも高いことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００２５】
一般的に、上述の動作音は、被駆動部に擦り合わされる要素の硬度が高いほど鮮明になる。したがってこのような構成であれば、摺動部の磨耗が進行して第２部材に達したときに、上述の動作音をより一層鮮明にできる。そのため、摺動部の磨耗の進行の検出精度をより一層向上できる。
【００２６】
［適用例１０］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２部材の形状は、上記短辺から上記被駆動部に向かうに従って幅が狭くなることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００２７】
このような構成であれば、第２部材の磨耗による動作音を、該磨耗の進行に伴い徐々に増大させることができる。したがって摺動部の磨耗の進行を容易に把握でき、圧電アクチュエーターの信頼性をより一層向上させることができる。なお、上述の第２部材の「形状」とは、平面形状（平面視での形状）の意味である。
【００２８】
［適用例１１］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２部材の形状は、上記短辺から上記被駆動部に向かうに従って幅が広がることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００２９】
このような構成であれば、上記の磨耗が圧電素子の長辺方向に対して角度を有する方向から進行した場合にも、動作音の変化を早期に生じさせることができる。したがって摺動部の磨耗の進行を容易に把握でき、圧電アクチュエーターの信頼性をより一層向上させることができる。
【００３０】
［適用例１２］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２部材の形状は、略長方形であることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００３１】
このような構成であれば、摺動部の磨耗が第２部材まで達した時点で、動作音を充分に変化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信頼性をより一層向上させることができる。
【００３２】
［適用例１３］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。
【００３３】
このような構成であれば、ロボットハンドを駆動する圧電アクチュエーターにおいて、摺動部の磨耗により異常が生じたことを容易に検知できる。したがって、連続的にロボットハンドを用いる場合の安全性等を向上できる。
【００３４】
［適用例１４］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。
【００３５】
このような構成であれば、ロボットハンドを駆動する圧電アクチュエーターに異常が発生した場合、早期に検知できる。したがって、ロボットを長期かつ連続的に使用する場合において、部品（圧電素子）の交換等の装置保守作業を計画的に実施できるため、突然の装置停止による想定外の生産中断を回避できるという効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施形態にかかる圧電アクチュエーターとしての圧電モーターの分解斜視図。
【図２】圧電素子の第２電極の区分を摺動部と共に示す平面図。
【図３】第１の実施形態の振動板と摺動部を示す図。
【図４】第１の実施形態の振動体を示す図。
【図５】第２部材の磨耗の進行を示す図。
【図６】第１の実施形態の変形例の摺動部を示す図。
【図７】第２の実施形態の摺動部を示す図。
【図８】第３の実施形態の摺動部を示す図。
【図９】第４の実施形態にかかるロボットの概略を示す図。
【図１０】第４の実施形態にかかるロボットハンドの概略を示す図。
【図１１】ロボットハンドが備える第１の指の概略を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態にかかる圧電アクチュエーターについて、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。
【００３８】
（第１の実施形態）
本実施形態、及び後述する各実施形態の圧電アクチュエーターとしての圧電モーターは、振動体１０を構成する、振動板３１と摺動部（突出部）４１等に特徴を有している。そこで、まず圧電モーター１の概略について説明した後、振動板３１及び摺動部４１等について説明する。
【００３９】
＜圧電モーター＞
図１は、第１の実施形態にかかる圧電モーター１の分解斜視図である。図示するように、圧電モーター１は、基台２、被駆動部としてのローター（回転体）３、圧電素子３０と振動板３１の積層体を含む振動体１０、振動体１０を固定する付勢手段８０、等から構成されている。ローター３は、基台２の一方の面に対して略垂直方向の回転軸ｒを有している。
【００４０】
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としての交流電圧の印加により振動する圧電体層４０を含む部材であり、平面視で略長方形である。振動板３１は厚さ略０．５ｍｍのＳＵＳ３０１ＥＨ（生材）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。
【００４１】
振動体１０は、支持部３５と摺動部（突出部）４１とをさらに備えている。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り、振動板３１と一体的に成型されている。すなわち、振動板３１と支持部３５は、上述の厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３０１ＥＨ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。支持部３５は、該長辺ｂ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。なお、短辺ａ及び長辺ｂについては、図３等を用いて後述する。
【００４２】
摺動部４１は、振動板３１の一方の短辺ａ、すなわち長辺ｂ方向の一方の端部から、平面視で突出する部材である。上述したように、振動板３１及び圧電素子３０は平面視で略長方形である。摺動部４１は、かかる略長方形の振動板３１及び圧電素子３０の短辺ａ側から突出する部材である。本実施形態の摺動部４１（及び後述する各実施形態の摺動部）は、第１部材１１（図３参照）と第２部材２１（図３参照）とで構成されている。ただし、本図では摺動部４１を簡略化して図示している。
後述するように、摺動部４１の一部は、上述のＳＵＳ３０１ＥＨの板材から振動板３１等と一体的に成型される場合もあり得る。かかる場合においては、上述の短辺ａから突出する部分が摺動部４１である。すなわち、同一の板材から一体的に成型された場合であっても、短辺ａを境界として摺動部４１と称する。
【００４３】
振動体１０は、摺動部４１がローター３に所定の圧力で当接するように支持部３５を（正確には貫通孔３７）介して、後述する付勢手段８０に固定されている。駆動電圧の印加により圧電素子３０が振動すると、圧電素子３０に積層された部材である振動板３１、及び該振動板を含む振動体１０全体が振動する。そして後述するように、振動板３１の端部から突出する摺動部４１は、楕円軌道を描くように振動する。ローター３が、かかる楕円軌道を描く振動が伝導されて所定の速度で回転することで、圧電モーター１としての機能を果たす。
【００４４】
ここで圧電素子３０について説明する。図示するように、圧電素子３０は、圧電体層４０と、圧電体層４０の振動板３１側に設けられた第１電極５０と、圧電体層４０の第１電極５０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５０は、圧電体層４０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７１及び第２の溝部７２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５０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。なお、第２電極６０（６０ａ〜６０ｅ）及び溝部（７１，７２）については後述する。
【００４５】
圧電体層４０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４０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。
【００４６】
図２は、圧電素子３０の第２電極６０の区分を摺動部４１と共に示す平面図である。第２電極６０は、第１の溝部７１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７２によって、さらに長辺ｂ方向に略二等分割されている。したがって第２電極６０は、第２電極６０ａ〜第２電極６０ｅの計５つの電極に分割されている。なお、短辺ａ及び長辺ｂについては、図３等を用いて後述する。
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。
【００４７】
第２電極６０ａ、第２電極６０ｅ、及び第２電極６０ｃのみに選択的に駆動電圧を印加すると、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、主に第２電極６０ａと第２電極６０ｅによって、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の短軸方向に沿って屈曲する屈曲二次振動が励振される。
【００４８】
上記双方の振動の程度、すなわち圧電素子３０の振幅は、駆動電圧の周波数によって変動する。振幅の逆数を振動体１０のインピーダンスとした場合、駆動周波数に対してインピーダンスが極小となる周波数、すなわち振幅がピークとなる周波数が、上記双方の振動毎に現れる。かかる周波数が共振周波数（共振点）である。縦一次振動がピークとなる周波数が縦共振周波数（ｆｒ１）であり、屈曲二次振動がピークとなる周波数が屈曲共振周波数（ｆｒ２）である。そして、縦共振周波数の方が屈曲共振周波数よりも低い値（周波数）となる。双方の共振周波数の略中間の周波数で圧電アクチュエーターを駆動することで、圧電素子３０に縦一次振動と屈曲二次振動の双方を励振させることができる。
そして、かかる縦一次振動と屈曲二次振動とが組み合せることで、圧電素子３０に、図２における二点鎖線で示されるように伸縮しながら屈曲する振動を励振させることができる。その結果、摺動部４１は、かかる２つの振動を組み合わせた楕円軌道Ｒを描いて振動する。
【００４９】
摺動部４１を反対方向に回転させる場合には、圧電素子３０において駆動電圧を印加する第２電極６０を、振動体１０の長辺ｂ方向に沿った中心線を軸として線対称に切り替えればよい。すなわち、複数に分割された第２電極６０のうち、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ることで、図示する回転（振動）方向（右回り方向）とは反対の方向に回転する楕円振動を得ることができる。
【００５０】
ここで図１に戻り、付勢手段８０について説明する。付勢手段８０は、振動体１０を保持する保持部材８１と、保持部材８１に一端が固定されたコイルばね等のばね部材８２と、ばね部材８２の他端に当接すると共に基台２に固定された支持ピン８３と、を少なくとも備えている。
【００５１】
保持部材８１は、振動体１０の支持部３５が固定される一対の固定部８４と、固定部８４の間に一体的に設けられて基台２に対してスライド移動可能に支持されるスライド部８５とを備えている。固定部８４には、支持部３５の貫通孔３７に対応して、ねじ部材８６が螺合される雌ねじ部８７が形成されている。この雌ねじ部８７に支持部３５の後述する貫通孔３７を挿通したねじ部材８６を螺合させることで、振動体１０は保持部材８１に対して固定される。
【００５２】
スライド部８５には、厚さ方向に貫通し、且つスライド方向に延設された長孔である２つのスライド孔８８が設けられている。そして、各スライド孔８８に挿通されて基台２に固定されたスライドピン８９によって、スライド部８５は基台２に対してスライド移動可能に支持されている。
【００５３】
ばね部材８２は、スライド部８５のスライド方向に沿って配置されたコイルばねである。ばね部材８２は、固定部８４に一端が固定されると共に、基台２に固定された支持ピン８３の側面に他端が当接するように配置されている。ばね部材８２は、振動体１０が備える摺動部４１をローター３に向かって付勢、すなわち押圧する。かかる状態で圧電素子３０に楕円軌道を描く振動を発生させ、かつ、該振動を摺動部４１によりローター３に伝達することで、ローター３を回転させることができる。上述したように、圧電素子３０は任意の方向の楕円振動を発生させることができる。したがって、圧電モーターは、右回りと左回りとのどちらの方向にも回転可能である。
【００５４】
上述したようにローター３は、該ローターと摺動部４１との間に働く摩擦力によって回転する。すなわち圧電モーター１は、ローター３と摺動部４１とが擦り合わされることで回転する。したがって、ローター３と摺動部４１は磨耗しにくい材料で形成される必要がある。本実施形態の圧電モーター１が備えるローター３は、硬度が略７００Ｈｖ（ビッカース硬度）のマルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０Ｃで構成されている。かかる材料により、ローター３は耐磨耗性と強度とを両立している。
【００５５】
後述するように、本実施形態の摺動部４１も、磨耗しにくい高硬度材料で形成されている。しかし、高硬度材料であっても、圧電モーター１の長期の使用により徐々に磨耗する。上述したように摺動部４１は付勢手段８０によりローター３に対して所定の圧力で当接されている。したがって、若干の磨耗であるならば、圧電モーター１の機能には影響しない。しかし磨耗がより一層進行すると、圧電素子３０の振動の伝達に支障をきたし得る。また、摺動部４１が完全に消滅した場合、圧電体層４０とローター３とが短絡して、圧電モーター１を破壊し得る。そのため、本実施形態の摺動部４１は、かかる磨耗（の進行）を検出するために、第１部材１１と第２部材２１とを組み合せて形成されている。以下、本実施形態の摺動部４１及び振動板３１等について詳述する。
【００５６】
＜摺動部＞
図３は、本実施形態の振動板３１と摺動部４１を、支持部３５及び貫通孔３７と共に示す図である。図４は、本実施形態の振動体１０を示す図である。図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’線における断面を示す図である。上述したように、そして図４（ｂ）に示すように、振動体１０は図３に示す振動板３１の表裏の双方の面に各１つの圧電素子３０、すなわち計２つの圧電素子３０を配置して構成されている。ただし、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つのみ備える構成の振動体１０も可能である。なお、以下の記載において、支持部３５及び貫通孔３７の説明は一部省略する。また、圧電素子３０の構成については上述したので、第２電極６０、及び溝部（７１，７２）等の説明の記載は省略する。
【００５７】
圧電素子３０は、平面視で略長方形であり、一対の短辺ａと一対の長辺ｂで構成されている。振動板３１も平面視で略長方形であり、第２部材２１の両側に形成された切れ込み３４を除くと、圧電素子３０と重なっている。したがって、振動板３１の長辺ｂは圧電素子３０の長辺ｂと重なっており、振動板３１の短辺ａは、切れ込み３４を除くと圧電素子３０の短辺ａと重なっている。そして図４に示すように、平面視で短辺ａから突出する部分が、摺動部４１である。
【００５８】
図示するように、摺動部４１は、平面視で第１部材１１と第２部材２１とを組み合せて構成されている。第１部材１１は、硬度が１８ＧＰａ（略１８００Ｈｖ）のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成されている。そして第２部材２１は、振動板３１と一体的に形成されている。すなわち、支持部３５と同様に、ＳＵＳ３０１ＥＨの板材から、プレス加工等の手法で一体的に成型されている。成型されたＳＵＳ３０１ＥＨの板材のうち、平面視で略長方形の圧電素子３０（図１等参照）と重なる部分が振動板３１である。そして、短辺ａから突出する部分が第２部材２１となり、両側の長辺ｂから突出する部分を支持部３５としている。したがって、本実施形態の摺動部４１は、平面視で、短辺ａから突出する第２部材２１と、該第２部材における振動板３１側を除く３方を囲む第１部材１１と、で構成されている。したがって、第２部材２１は第１部材１１の内側に形成されている。
【００５９】
上述したように、振動板３１における、第２部材２１が形成されている短辺ａには、該第２部材の両側に切れ込み３４が形成されている。かかる切れ込み３４は、第１部材１１の密着性を強化するために形成されている。第１部材１１の厚さは、振動板３１と同様の略０．５ｍｍである。そして第１部材１１は、図示するように平面視で逆Ｕ字状の外形線を有しており、内側が上述の切れ込み３４と第２部材２１に嵌合するように成型されている。そして第１部材１１は、エポキシ樹脂等の接着材で振動板３１と接合されている。切れ込み３４は、第１部材１１の接着面積を増加させて、接着強度を増加させる機能を果たしている。上述したように、摺動部４１は短辺ａから突出する部分である。したがって、第１部材１１のうち、上記切れ込み３４に嵌合する部分は、摺動部４１の構成要素ではない。
【００６０】
上述したように、第２部材２１と該第２部材を囲む第１部材１１とからなる摺動部４１は、圧電素子３０の短辺ａから突出している。したがって、摺動部４１とローター３が擦り合わされて、摺動部４１の磨耗が進行する場合において、まず第１部材１１が磨耗し始める。そして第１部材１１の磨耗がある程度まで進行した後に、第２部材２１が磨耗し始める。
【００６１】
図５は、第２部材２１の磨耗の進行を示す図である。図５（ａ）は、第１部材１１の磨耗が進行して、該第１部材に囲まれていた第２部材２１、すなわち該第１部材の内側に配置されていた第２部材２１がローター３に当接した状態を示す図である。図５（ｂ）は、第２部材２１の磨耗がある程度まで進行した状態を示す図である。かかる状態でも、圧電素子３０はローター３と接触していない。したがって、本実施形態の摺動部４１であれば、ローター３と第１部材１１とが擦り合わされて該第１部材１１の磨耗が進行した後、圧電素子３０がローター３と接触するまでの間に、ローター３と第２部材２１とが擦り合わされる状態を確保できる。そして、ローター３と、第１部材１１あるいは第２部材２１とが擦り合わされる際には、動作音（駆動音若しくは摩擦音）が発生する。
【００６２】
ここで、第１部材１１と第２部材２１、及びローター３の材質の硬度等を述べる。上述したように、ローター３の材質は、硬度が略７００Ｈｖ（ビッカース硬度）のマルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０Ｃである。第１部材１１の材質は硬度が１８ＧＰａ（略１８００Ｈｖ）のアルミナである。そして上述したように、第２部材２１の材質は振動板３１の材質と共通するＳＵＳ３０１ＥＨであり、硬度は略５５０Ｈｖである。このように、本実施形態の摺動部４１における第１部材１１の材質と第２部材２１の材質とでは、硬度が互いに異なっている。
また、ローター３の材質のＳＵＳ４４０Ｃとアルミナの摩擦係数（μ）は略１．１である。そして、ＳＵＳ４４０ＣとＳＵＳ３０１ＥＨの摩擦係数は略０．９９である。このように、本実施形態の摺動部４１における第１部材１１の材質と第２部材２１の材質とでは、ローター３に対する摩擦係数も異なっている。
【００６３】
このように、第１部材１１と第２部材２１とでは硬度が異なり、かつ、ローター３に対する摩擦係数も異なる。したがって、第１部材１１と第２部材２１とでは、ローター３と擦り合わされる際に発生する動作音が異なってくる。そのため、圧電モーター１を長期間使用して第１部材１１の磨耗が進行し、ローター３に第２部材２１が当接するようになると動作音に変化が生じる。したがって、圧電モーター１の使用者等は、動作音（駆動音）によって第２部材に達するまで磨耗が進行したことを把握できる。そして本実施形態の圧電モーター１は、かかる進行状況の発信を摺動部４１の材質の差を利用して行うため、磨耗度合を検出するためのセンサーや電子回路等を必要とせずに、圧電素子３０の寿命が近いことを上記の使用者等に知らしめることができる。
また、マイクを含む音響センサーや周波数解析手段、ＰＣ等の計算手段を用いて、上記の動作音（の変化）自動的に検出することもできる。そしてかかる検出結果を、表示ランプ（傾向ランプ）等を用いて上記の使用者等に知らしめることができる。
【００６４】
＜第１の実施形態の効果＞
このように、本実施形態の圧電モーター１は、摺動部４１の磨耗の進行状況を周囲に発信できる。そのため、本実施形態の圧電モーター１の使用者は、摺動部４１の磨耗の進行状況、及び圧電素子３０が寿命に近づいたか否かを、圧電モーター１及び該圧電モーターを駆動用アクチュエーターとして用いる電子機器等を停止させずに把握できる。そして、本実施形態の圧電モーター１の使用者は、摺動部４１の磨耗が所定の段階に達した時点で振動体１０等を交換することが可能となる。したがって、本実施形態のアクチュエーターを用いることで、上述の磨耗が圧電素子３０の端部に達して圧電素子３０及び圧電モーター１が損傷する現象を低減でき、上述の電子機器等の安全性を向上できる。また、上述の損傷を低減できるため、上述の電子機器等、及び該電子機器等を用いる製造ライン等が、圧電素子３０の損傷により停止する事態も低減でき、経済性を向上できる。
【００６５】
（変形例）
次に、本実施形態の圧電モーター１が備える摺動部であって、図３に示す態様以外の摺動部４１を、変形例として図６（図６（ａ）〜図６（ｃ））に示す。なお、図６においては振動板３１と、摺動部４１を構成する第１部材１１及び第２部材２１を示し、圧電素子３０を構成する第２電極等の図示は省略している。
【００６６】
図６（ａ）は、変形例１の摺動部４１を示す図である。本変形例の摺動部４１は、第２部材２１が、図３に示す台形ではなく略長方形である点に特徴がある。このような態様の摺動部４１であれば、摺動部４１の磨耗が第２部材２１まで達した時点で、動作音を充分に変化させることができる。したがって、磨耗の進行をより確実に発信でき、圧電素子３０及び該圧電素子を含む圧電モーター１が損傷する現象をより確実に低減できる。
【００６７】
図６（ｂ）は、変形例２の摺動部４１を示す図である。本変形例の摺動部４１は、第２部材２１が、図３に示す台形ではなく、先端に向かうに従って幅が広がっている点に特徴がある。このような態様の摺動部４１であれば、摺動部４１の磨耗が斜め方向から進行した場合であっても、動作音を確実に変化させることができる。したがって、摺動部４１がローター３に斜め方向から当接している場合であっても磨耗の進行をより確実に発信でき、圧電素子３０及び該圧電素子を含む圧電モーター１が損傷する現象をより確実に低減できる。
なお、上述の「先端に向かうに従って幅が広がっている」とは、幅が一定の割合で広がる逆テーパー状と、幅の広がり方が一定ではなく、曲線的に広がる形状と、の双方を含んでいる。
【００６８】
図６（ｃ）は、変形例３の摺動部４１を示す図である。本変形例の摺動部４１は、第２部材２１が変形例１の第２部材２１と同様に略長方形であり、該第２部材を囲む第１部材１１における、先端の半円状の部分から短辺ａに向かって延在する部分の幅が、振動板３１に向かうに従って広がっている点に特徴がある。このような態様の摺動部４１であれば、該摺動部がローター３に対して斜め方向に当接する場合における強度を向上できる。
なお、上述の「振動板３１に向かうに従って広がっている」とは、側部が直線で構成されたテーパー状でも良く、また側部が曲線で構成された形状でも良い。
【００６９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の圧電モーターについて説明する。本実施形態の圧電モーターは、上述の第１の実施形態の圧電モーター１と同様に振動体１０が備える摺動部４２（図７参照）の構造に特徴がある。そして本実施形態の圧電モーターは、該摺動部を除くと圧電モーター１と略同一である。そこで本実施形態の説明は、第１の実施形態における図１等に対応する図は省略して、摺動部４２の構造を示す図のみを用いて行う。
【００７０】
図７は、本実施形態の圧電モーターが備える振動体１０が含む摺動部４２の態様を示す図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）の各図は、夫々が変形例１〜変形例３に対応している。図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、本実施形態の摺動部４２は、第１部材１２が第２部材２２の全周を囲んでいる点で、第１の実施形態にかかる摺動部４１と異なっている。すなわち、本実施形態の第２部材２２は振動板３２と一体的には形成されておらず、他の部材とは完全に独立している。したがって、第２部材２２は第１部材１２の中に島状に配置されている。なお、本実施形態の摺動部４２は、第１部材１２が振動板３２と一体的に形成されていない点においては、第１の実施形態にかかる摺動部４１と共通している。かかる構成により、本実施形態の摺動部４２は、第２部材２２の材質に、振動板３２の材質及び第１部材１２の材質のいずれとも異なる材料を選択することが可能である。以下、各要素の材質について述べる。なお、本実施形態の圧電モーターのローターの材質は、第１の実施形態のローター３の材質と同様に、マルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０Ｃである。
【００７１】
本実施形態の振動板３２の材質は、第１の実施形態の振動板３１の材質と共通の、ＳＵＳ３０１ＥＨであり、硬度は略５５０Ｈｖである。本実施形態の第１部材１２の材質は、硬度が略１６ＧＰａのジルコニア（ＺｒＯ2）である。そして本実施形態の第２部材２２の材質は、硬度が略１８ＧＰａのアルミナである。
第１部材１２の材質のジルコニアとローター３の材質であるＳＵＳ４４０Ｃとの間の摩擦係数は略０．９５である。そして、第２部材２２の材質のアルミナとローター３の材質であるＳＵＳ４４０Ｃとの間の摩擦係数は略１．１である。
【００７２】
このように、本実施形態の摺動部４２を構成する第１部材１２と第２部材２２は、第１の実施形態の第１部材１１及び第２部材２１と同様に硬度が互いに異なり、かつ、被駆動部であるローター３に対する摩擦係数も異なっている。そして、上述の第１の実施形態の摺動部４１とは異なり、本実施形態の摺動部４２においては、第２部材２２の材質の硬度が、第１部材１２の材質の硬度よりも高い。また、本実施形態の摺動部４２においては、第２部材２２の材質のローター３（の材質）に対する摩擦係数が、第１部材１２の材質のローター３（の材質）に対する摩擦係数よりも高い。
一般的に、動作音は、擦り合わされる要素間の摩擦係数が高いほど大きくなる。そしてローター３に擦り合わされる要素の硬度が高いほど高音になる。したがって、本実施形態の摺動部４２を用いることで、磨耗が進行して第２部材２２がローター３に当接するようになった段階で、より大きくより高い動作音を発生させることができる。
【００７３】
＜第２の実施形態の効果＞
本実施形態の摺動部４２を備える圧電モーターは、動作音の変化を利用することで、摺動部４２の磨耗の進行状況を、該圧電モーター等を停止させずに把握できる点で、第１の実施形態の摺動部４１を備える圧電モーター１と共通している。そして、本実施形態の摺動部４２は、第２部材２２が第１部材１２に囲まれるように島状に形成されているため、材質の選択の幅を広げることができる。したがって、第１部材１２と第２部材２２の双方を好適な材料で形成できる。その結果、上述したように磨耗の進行に伴い動作音を増大させることができる。したがって、本実施形態の摺動部４２を備える圧電モーターの使用者は、上記磨耗の進行状況をより一層確実に把握できる。すなわち、本実施形態の摺動部４２を備える圧電モーターは、使用者に対してより効果的に寿命を認知させることができる。したがって、本実施形態の摺動部４２であれば、上述の磨耗が圧電素子３０の端部に達して圧電素子３０及び圧電モーター等が損傷する現象をより一層低減でき、安全性及び経済性をより一層向上できる。
【００７４】
なお、第１部材１２及び第２部材２２の材質は、上述の材料に限定されるものではない。例えば、第１部材１２に炭化タングステン（ＷＣ）等を含む超硬合金を用いることもできる。かかる超硬合金は、炭化タングステンの粒径等を工夫することで、９１〜９３のＨＲＡ硬度（ロックウェル硬度Ａスケール）を得られる。また、ＳＵＳ４４０Ｃに対する摩擦係数は、略０．８である。したがって、超硬合金からなる第１部材１２に、ＳＵＳ４４０Ｃに対する摩擦係数が略１．１のアルミナからなる第２部材を組み合せた場合も、摺動部４２の磨耗の進行に伴い動作音を充分に変化させることができる。
【００７５】
また、第２部材２２の材料には、上記のアルミナに換えて窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）を用いることもできる。窒化シリコンは、アルミナの硬度に近い、略１６ＧＰａの硬度を有している。そしてＳＵＳ４４０Ｃに対する摩擦係数は略１．１であり、この点はアルミナと同等である。したがって、ジルコニア又は超硬合金からなる第１部材１２に、窒化シリコンからなる第２部材２２を組み合せた摺動部４２であっても、磨耗の進行に伴い動作音を充分に変化させることができる。
【００７６】
（変形例）
次に本実施形態の変形例について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は変形例１の摺動部４２を示す平面図であり、図７（ｂ）は変形例２の摺動部４２を示す平面図であり、図７（ｃ）は変形例３の摺動部４２を示す平面図である。第１部材１２の外形は、逆Ｕ字型、すなわち半円の部分と略長方形の部分とを組み合せた形状で共通している。そして第２部材２２の形状が、各々の変形例において異なっている。
【００７７】
図７（ａ）に示す変形例１の摺動部４２の第２部材２２は、第１部材１２と同様に逆Ｕ字型の外形を有している。このような外形の第２部材２２を含む摺動部４２は、磨耗が斜め方向から進行した場合であっても、動作音の音質を充分に変化させることができる。したがって、摺動部４２の磨耗の進行方向を限定できない場合において好適である。
【００７８】
図７（ｂ）に示す変形例２の摺動部４２の第２部材２２は、摺動部４２の先端方向にかけて幅が狭まるテーパー状の外形を有している。このような外形の第２部材２２を含む摺動部４２は、磨耗の進行に伴い摺動部４２に占める第２部材の比率を増大させて、動作音の変化を強調できる。したがって、摺動部４２の磨耗が、主として振動板３２の長辺ｂ（図４等参照）の方向から進行するような使用形態において好適である。
【００７９】
図７（ｃ）に示す変形例３の摺動部４２の第２部材２２は、摺動部４２の先端方向にかけて幅が広がっており、かつ、先端が第１部材１２と同様の円弧状の外形を有している。このような外形の第２部材２２を含む摺動部４２は、該摺動部の磨耗が、振動板３２の長辺ｂの方向から進行する場合であっても斜め方向から進行する場合であっても略同等に動作音の音質の変化を生じさせることができる。したがって、磨耗の進行方向が限定できないような使用形態において好適である。
【００８０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態の圧電モーターについて説明する。本実施形態の圧電モーターは、上述の第１の実施形態の圧電モーター１と同様に振動体１０が備える摺動部４３（図８参照）の構造に特徴がある。そして本実施形態の圧電モーターは、該摺動部を除くと圧電モーター１と略同一である。そこで本実施形態の説明は、上記の第２の実施形態の説明と同様に、摺動部４３の構造を示す図のみを用いて行う。なお、本実施形態の圧電モーターが備えるローター３の材質は、上述の各実施形態と同様に、ＳＵＳ４４０Ｃである。
【００８１】
図８は、本実施形態の圧電モーターが備える振動体１０が含む摺動部４３の態様を示す図である。図８（ａ）〜図８（ｃ）の各図は、夫々が変形例１〜変形例３に対応している。図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、本実施形態の摺動部４３は、第１部材１３が、振動板３３と一体的に形成されている点に特徴がある。すなわち、本実施形態の第１部材１３は、板材をプレス加工等で成型して振動板３３を形成する際に支持部３５（図３等参照）及び貫通孔３７（図３等参照）と同様に、振動板３３と一体的に成型されている。
【００８２】
本実施形態の振動板３３（及び第１部材１３）は、第１実施形態及び第２実施形態の振動板（３１，３２）と同様に、硬度が略５５０ＨｖのＳＵＳ３０１ＥＨで形成されている。第２部材２３の材質は、アルミナである。そして第２部材２３は、第２の実施形態の第２部材２２と同様に、第１部材１３内に島状に配置されている。すなわち第２部材２３は、平面視で全周囲を第１部材１３に囲まれている。したがって、摺動部４３の磨耗が進行した場合、ローター３と擦り合わされる部分の材質は、ＳＵＳ３０１ＥＨの単体から、ＳＵＳ３０１ＥＨとアルミナの組み合わせ、に変化する。したがって、動作音の音質も変化する。
【００８３】
ここで、第１部材１３と第２部材２３との硬度、及びローター３の材質であるＳＵＳ４４０Ｃに対する摩擦係数を比較する。ＳＵＳ３０１ＥＨの硬度は上述したように略５５０Ｈｖであり、アルミナの硬度は上述したように略１８ＧＰａである。ＳＵＳ４４０Ｃに対する摩擦係数は、ＳＵＳ３０１ＥＨが略０．９９であり、アルミナは略１．１である。
このように、本実施形態の摺動部４３においては、第２部材２３の材質の硬度が、第１部材１３の材質の硬度よりも高い。また、本実施形態の摺動部４３においては、第２部材２３の材質のローター３（の材質）に対する摩擦係数が、第１部材１３の材質のローター３（の材質）に対する摩擦係数よりも高い。
【００８４】
上述したように、動作音は、擦り合わされる要素間の摩擦係数が高いほど鮮明になる。そしてローター３に擦り合わされる要素の硬度が高いほど鮮明になる。したがって、本実施形態の摺動部４３を用いることで、磨耗が進行して第２部材２３がローター３に当接するようになった段階で、より大きくより鮮明な動作音を発生させることができる。したがって、本実施形態の摺動部４３は、上述の他の実施形態の摺動部（４１，４２）と同様に、電子回路等を用いずに、磨耗の進行状況を周囲に発信できる。
【００８５】
＜第３の実施形態の効果＞
本実施形態の摺動部４３を備える圧電モーターは、動作音の変化を利用することで、摺動部４３の磨耗の進行状況を、該圧電モーター等を停止させずに把握できる点で、上述の各実施形態の圧電モーターと共通している。そして、本実施形態の摺動部４３は、第２部材２３が第１部材１３に囲まれるように島状に形成されているため、材質の選択の幅を広げることができる。すなわち、第１部材１３よりも硬度等が高い材料で、第２部材２３を形成できる。したがって、摺動部４３の磨耗が進行して第２部材２３の磨耗が始まった時点で、動作音の音質を大きく変化させて、使用者等に磨耗の進行状況を把握させることができる。したがって、本実施形態の摺動部４３であれば、上述の磨耗が圧電素子３０の端部に達して圧電素子３０及び圧電モーター等が損傷する現象をより一層低減でき、安全性及び経済性をより一層向上できる。
また、本実施形態においては、第１部材１３と振動板３３とが一体的に形成されているため、摺動部４３の加工精度も向上している。そしてさらには、振動板３３に切れ込み３４等が形成されていないため、該振動板の強度の低下も抑制されている。
【００８６】
なお、第１部材１３及び第２部材２３の材質は、上述の材料に限定されるものではない。例えば、振動板の材質に上述の超硬合金を用いることもできる。また、第２部材２３を、アルミナに換えて窒化シリコンで形成することもできる。
【００８７】
（変形例）
次に本実施形態の各変形例について、図８を用いて説明する。図８（ａ）は変形例１の摺動部４３を示す平面図であり、図８（ｂ）は変形例２の摺動部４３を示す平面図であり、図８（ｃ）は変形例３の摺動部４３を示す平面図である。図示するように、本実施形態の各変形例の摺動部４３は、第２部材２３の形状が、上記第２実施形態の各変形例の第２部材２２の形状と略同一である。したがって、本実施形態の各変形例の摺動部４３の特徴及び効果は、上記第２の実施形態の各変形例の効果等に類似している。
【００８８】
図８（ａ）に示す変形例１の摺動部４３の第２部材２３は、第１部材１３と同様に逆Ｕ字型の外形を有している。したがって、磨耗が斜め方向から進行した場合であっても、動作音の音質を充分に変化させることができ、磨耗の進行方向を限定できない場合において好適である。
【００８９】
図８（ｂ）に示す変形例２の摺動部４３の第２部材２３は、摺動部４３の先端方向にかけて幅が狭まる外形を有している。このような外形の第２部材２３を含む摺動部４３は、磨耗の進行に伴い動作音の変化を強調できるため、摺動部４３の磨耗が、主として振動板３３の長辺ｂ（図４等参照）の方向から進行するような使用形態において好適である。
【００９０】
図８（ｃ）に示す変形例３の摺動部４３の第２部材２３は、摺動部４３の先端方向にかけて幅が広がっており、かつ、先端が第１部材１３と同様の円弧状の外形を有している。このような外形の第２部材２３を含む摺動部４３は、どの方向から磨耗が進行しても略同等に動作音の音質の変化を生じさせることができるため、磨耗の進行方向が限定できないような使用形態において好適である。
なお、上述の「先端方向にかけて幅が狭まる」とは、側部が直線で構成されたテーパー状でもよく、また側部が曲線で構成されていても良い。同じく、「先端方向にかけて幅が広がって」とは、側部が直線で構成された逆テーパー状でもよく、また側部が曲線で構成されていても良い。
【００９１】
（第４の実施形態）
次に第４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、あるいは第２の実施形態又は第３の実施形態に記載した摺動部（４１，４２，４３）を備える圧電モーター、のいずれかと同様の構成の圧電モーターを備えたロボットハンド、及び該ロボットハンドを備えたロボットについて、図９〜図１１を用いて説明する。
【００９２】
図９は、ロボットハンド（２０１，２０２）を備えた、本発明の第４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を備えており、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。
【００９３】
図１０は、本発明の第４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１０（ａ）、図１０（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を備えている。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。
【００９４】
図１０（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。
【００９５】
図１０（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、複数の駆動用の圧電モーターを備えている。
【００９６】
図１１（ａ）〜（ｄ）は、ロボットハンド２０１が備える第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１１（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１１（ｄ）参照）内に格納された状態を示している。図１１（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１１（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。
【００９７】
かかる動作は第２の関節（回転軸）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（回転軸）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、あるいは第２の実施形態又は第３の実施形態に記載した摺動部４１（図３等参照）を備える圧電モーター、のいずれかと同様の構成を有する、第２の圧電モーター２１４及び第３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３の圧電モーター２１６には、第２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。
【００９８】
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等に類似する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は、摺動部４１が、第２部材２１と該第２部材を囲む第１部材１１とで構成されており、摺動部４１の磨耗の進行を動作音の音質の変化により発信できる。すなわち、使用者に磨耗の進行を知らしめることができる。
したがって、磨耗が圧電素子３０（図１等参照）に達して該圧電素子が損傷する前に該圧電素子を含む振動体１０（図４等参照）の交換等を実施できる。その結果、圧電モーターの、損傷さらにはロボットハンド２０１及びロボット２００の損傷によるコストを低減できる。また、ロボット２００を備える製造ラインの停止に伴うコストも低減できる。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
（変形例１）
上述の実施形態では、圧電アクチュエーターとして、被駆動部が回転軸を有するローターである圧電モーターを例に説明していた。しかし、本発明の実施の対象となる圧電アクチュエーターは、圧電モーターに限定される物ではない。例えば、直線状の被駆動部を有し、該被駆動部を往復運動させる圧電アクチュエーターも対象となる。かかる場合かかる圧電アクチュエーターであっても、被駆動部は、摺動部との間に働く摩擦力で駆動される。したがって、摺動部の磨耗の進行を把握して、圧電素子等の損傷を抑制することは重要となる。かかる場合において、上述の各実施形態の摺動部（４１等）であれば磨耗の進行を周囲に発信できるため、圧電素子及び該圧電素子を用いた圧電アクチュエーターの損傷等することを低減できる。
【０１０２】
（変形例２）
上述の各実施形態においては、第１部材（１１等）は第２部材（２１等）を平面視で囲んでいた。しかし、第１部材（１１等）が、第２に部材（２１等）を立体的に覆う態様も可能である。かかる態様の摺動部は、振動板の厚さが充分あり、かつ第２部材に金属ガラス材料等の用いる場合に効果的である。
【０１０３】
（変形例３）
上述の第４の実施形態では、上述の第１の実施形態等にかかる圧電モーター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等）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】
【０１０４】
１…圧電アクチュエーターとしての圧電モーター、２…基台、３…被駆動部としてのローター、１０…振動体、１１…第１の実施形態の第１部材、１２…第２の実施形態の第１部材、１３…第３の実施形態の第１部材、２１…第１の実施形態の第２部材、２２…第２の実施形態の第２部材、２３…第３の実施形態の第２部材、３０…圧電素子、３１…第１の実施形態の振動板、３２…第２の実施形態の振動板、３３…第３の実施形態の振動板、３４…切れ込み、３５…支持部、３７…貫通孔、４０…圧電体層、４１…第１の実施形態の摺動部、４２…第２の実施形態の摺動部、４３…第３の実施形態の摺動部、５０…第１電極、６０…第２電極、７１…第１の溝部、７２…第２の溝部、８０…付勢手段、８１…保持部材、８２…ばね部材、８３…支持ピン、８４…固定部、８５…スライド部、８６…ねじ部材、８７…雌ねじ部、８８…スライド孔、８９…スライドピン、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２の圧電モーター、２１５…第２の関節、２１６…第３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備えたロボット及びロボットハンドに関する。
【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振動（機械的振動）に変換する圧電素子と、該圧電素子の振動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。上述の振動は、平面視で圧電素子の一端面から突き出した摺動部（突出部）によって、被駆動部に伝達される。摺動部は被駆動部に当接しており、摩擦力を利用して圧電素子の振動を被駆動部に伝達する。被駆動部がローターの場合、圧電素子の振動を回転力として利用可能な圧電モーターを構成できる。すなわち、圧電モーターは圧電アクチュエーターの一分野である。
【０００３】
かかる摺動部の態様としては、例えば特許文献１に示すように、圧電素子に積層される補強板を利用するものが知られている。圧電素子を補強板に積層して、該補強板の一部を平面視で圧電素子から突き出るようにパターニングすることで、圧電素子の振動を被駆動部に効率的に伝達可能な摺動部を形成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８６１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし上述の構成の圧電アクチュエーターとしての圧電モーターでは、摺動部の磨耗の進行状況を検出しにくいという課題がある。詳しくは、圧電モーターを設計寿命を超えて長期間使用した場合や、過負荷が継続して加わった場合等、摺動部が削れて消耗してしまうことが想定されるが、この消耗の度合いを検出することは困難であった。特に磨耗が進行して圧電素子の端部に達すると圧電素子が損傷して圧電モーターが停止してしまう恐れがあった。換言すれば、圧電モーターの異常（寿命）を検出することが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、圧電素子と、上記圧電素子に積層される振動板と、上記振動板から被駆動部に向かって突出して配置された摺動部と、を含む圧電アクチュエーターであって、上記摺動部は、上記被駆動部に当接する第１部材と、上記第１部材の内側に形成され、かつ、上記第１部材とは異なる材質からなる第２部材と、を含んで構成されていることを特徴とする。
【０００８】
上述したように、圧電アクチュエーターは被駆動部に摺動部を当接させて駆動されるため、駆動中に動作音（駆動音若しくは摩擦音）を生じる。かかる場合において、摺動部の構成要素のうちの第１部材の磨耗が進行して、上述の第２部材が被駆動部に当接するようになると、材質の違いにより、動作音の音質すなわち周波数成分等に変化が生じる。したがって、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の磨耗の進行を検出できる。そして、摺動部の磨耗が所定量に達したと判断される場合、圧電素子の交換等を実施できる。したがって、上述の圧電素子の損傷等を低減でき、圧電アクチュエーターの信頼性を向上させることができる。
【０００９】
なお、上述の「内側に形成され」とは、第１部材が第２部材を平面視すなわち二次元的に囲んでいる場合と、第１部材が第２部材の表面を三次元的に覆っている場合と、の双方を含んでいる。摺動部の磨耗は二次元的に進行するため、どちらの態様であっても、第１部材の磨耗が所定量進んだ後で、第２部材を被駆動部に当接させることができる。
また、上述の「内側に形成され」とは、振動板側は含まない表現である。したがって、振動板と摺動部との境界において振動板と第２部材とがつながっていても良い。すなわち、「内側に形成され」とは、第２部材の全周囲が第１部材に囲まれている場合と、第２部材における振動板側を除く３方が第１部材に囲まれている場合と、の双方を含んでいる。摺動部が振動板側から磨耗することはあり得ないため、３方が第１部材に囲まれていれば、上述の効果を発揮できる。
【００１０】
［適用例２］上述の圧電アクチュエーターであって、上記圧電素子は圧電体層と電極とが積層されてなる平面視で略長方形の板状部材であり、上記第２部材は平面視で上記圧電素子の短辺から突出していることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１１】
このような構成であれば、上述の磨耗が圧電素子に達する前に第２部材の磨耗が開始される。したがって、圧電素子が被駆動部に直接当接される現象を低減でき、圧電アクチュエーターの信頼性を向上できる。
【００１２】
［適用例３］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２部材は上記振動板の一部を平面視で上記短辺から突出させて形成された部分であることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１３】
このような構成であれば、容易に摺動部内に第２部材を形成できる。したがって、圧電アクチュエーターの信頼性を、コストの上昇を抑制しつつ向上させることができる。なお、上述したように第１部材と第２部材は材質が異なる。したがって上記の構成では、第１部材は振動板の材質とは異なる材料で形成されている。
【００１４】
［適用例４］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第１部材の材質は、上記振動板の材質と異なっており、上記第２部材は平面視で上記第１部材内に島状に形成されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１５】
このような構成であれば、振動板の材質と第１部材の材質とのいずれとも異なる第３の材料で第２部材を形成できる。すなわち、第２部材の材質の選択の幅を広げることができる。そのため、上述の動作音の音質の変化をより一層確実に生じさせることができ、圧電アクチュエーターの信頼性をより一層向上させることができる。
【００１６】
［適用例５］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第１部材は、上記振動板の一部を平面視で上記短辺から突出させて形成されており、上記第２部材は平面視で上記第１部材内に島状に形成されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１７】
このような構成であれば、振動板の強度を低下させることなく摺動部を形成できる。そして該摺動部を、外側の第１部材と該第１部材で囲まれた第２部材とで構成できる。したがって、圧電アクチュエーターの信頼性をより一層向上させることができる。
【００１８】
［適用例６］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第１部材の材質と上記第２部材の材質とでは、上記被駆動部に対する摩擦係数が互いに異なることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００１９】
上述の動作音は、擦り合わされる要素間の摩擦係数により異なる。したがってこのような構成であれば、動作音の音質変化を強調でき、摺動部の磨耗進行の検出精度を向上できる。
【００２０】
［適用例７］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２部材の材質の上記被駆動部に対する摩擦係数は、上記第１部材の材質の上記被駆動部に対する摩擦係数よりも高いことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００２１】
一般的に、上述の動作音は、擦り合わされる要素間の摩擦係数が高いほど鮮明になる。したがってこのような構成であれば、摺動部の磨耗が進行して第２部材に達したときに、上述の動作音をより一層鮮明にできる。そのため、摺動部の磨耗の進行の検出精度をより一層向上できる。
【００２２】
［適用例８］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第１部材の材質と上記第２部材の材質とでは、硬度が互いに異なることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００２３】
上述の動作音は、被駆動部と擦り合わされる要素の硬度により異なる。したがってこのような構成であれば、動作音の音質変化を強調でき、摺動部の磨耗進行の検出精度を向上できる。
【００２４】
［適用例９］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２部材の材質の硬度は、上記第１部材の材質の硬度よりも高いことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００２５】
一般的に、上述の動作音は、被駆動部に擦り合わされる要素の硬度が高いほど鮮明になる。したがってこのような構成であれば、摺動部の磨耗が進行して第２部材に達したときに、上述の動作音をより一層鮮明にできる。そのため、摺動部の磨耗の進行の検出精度をより一層向上できる。
【００２６】
［適用例１０］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２部材の形状は、上記短辺から上記被駆動部に向かうに従って幅が狭くなることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００２７】
このような構成であれば、第２部材の磨耗による動作音を、該磨耗の進行に伴い徐々に増大させることができる。したがって摺動部の磨耗の進行を容易に把握でき、圧電アクチュエーターの信頼性をより一層向上させることができる。なお、上述の第２部材の「形状」とは、平面形状（平面視での形状）の意味である。
【００２８】
［適用例１１］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２部材の形状は、上記短辺から上記被駆動部に向かうに従って幅が広がることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００２９】
このような構成であれば、上記の磨耗が圧電素子の長辺方向に対して角度を有する方向から進行した場合にも、動作音の変化を早期に生じさせることができる。したがって摺動部の磨耗の進行を容易に把握でき、圧電アクチュエーターの信頼性をより一層向上させることができる。
【００３０】
［適用例１２］上述の圧電アクチュエーターであって、上記第２部材の形状は、略長方形であることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【００３１】
このような構成であれば、摺動部の磨耗が第２部材まで達した時点で、動作音を充分に変化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信頼性をより一層向上させることができる。
【００３２】
［適用例１３］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。
【００３３】
このような構成であれば、ロボットハンドを駆動する圧電アクチュエーターにおいて、摺動部の磨耗により異常が生じたことを容易に検知できる。したがって、連続的にロボットハンドを用いる場合の安全性等を向上できる。
【００３４】
［適用例１４］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。
【００３５】
このような構成であれば、ロボットハンドを駆動する圧電アクチュエーターに異常が発生した場合、早期に検知できる。したがって、ロボットを長期かつ連続的に使用する場合において、部品（圧電素子）の交換等の装置保守作業を計画的に実施できるため、突然の装置停止による想定外の生産中断を回避できるという効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施形態にかかる圧電アクチュエーターとしての圧電モーターの分解斜視図。
【図２】圧電素子の第２電極の区分を摺動部と共に示す平面図。
【図３】第１の実施形態の振動板と摺動部を示す図。
【図４】第１の実施形態の振動体を示す図。
【図５】第２部材の磨耗の進行を示す図。
【図６】第１の実施形態の変形例の摺動部を示す図。
【図７】第２の実施形態の摺動部を示す図。
【図８】第３の実施形態の摺動部を示す図。
【図９】第４の実施形態にかかるロボットの概略を示す図。
【図１０】第４の実施形態にかかるロボットハンドの概略を示す図。
【図１１】ロボットハンドが備える第１の指の概略を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態にかかる圧電アクチュエーターについて、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。
【００３８】
（第１の実施形態）
本実施形態、及び後述する各実施形態の圧電アクチュエーターとしての圧電モーターは、振動体１０を構成する、振動板３１と摺動部（突出部）４１等に特徴を有している。そこで、まず圧電モーター１の概略について説明した後、振動板３１及び摺動部４１等について説明する。
【００３９】
＜圧電モーター＞
図１は、第１の実施形態にかかる圧電モーター１の分解斜視図である。図示するように、圧電モーター１は、基台２、被駆動部としてのローター（回転体）３、圧電素子３０と振動板３１の積層体を含む振動体１０、振動体１０を固定する付勢手段８０、等から構成されている。ローター３は、基台２の一方の面に対して略垂直方向の回転軸ｒを有している。
【００４０】
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としての交流電圧の印加により振動する圧電体層４０を含む部材であり、平面視で略長方形である。振動板３１は厚さ略０．５ｍｍのＳＵＳ３０１ＥＨ（生材）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。
【００４１】
振動体１０は、支持部３５と摺動部（突出部）４１とをさらに備えている。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り、振動板３１と一体的に成型されている。すなわち、振動板３１と支持部３５は、上述の厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３０１ＥＨ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。支持部３５は、該長辺ｂ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。なお、短辺ａ及び長辺ｂについては、図３等を用いて後述する。
【００４２】
摺動部４１は、振動板３１の一方の短辺ａ、すなわち長辺ｂ方向の一方の端部から、平面視で突出する部材である。上述したように、振動板３１及び圧電素子３０は平面視で略長方形である。摺動部４１は、かかる略長方形の振動板３１及び圧電素子３０の短辺ａ側から突出する部材である。本実施形態の摺動部４１（及び後述する各実施形態の摺動部）は、第１部材１１（図３参照）と第２部材２１（図３参照）とで構成されている。ただし、本図では摺動部４１を簡略化して図示している。
後述するように、摺動部４１の一部は、上述のＳＵＳ３０１ＥＨの板材から振動板３１等と一体的に成型される場合もあり得る。かかる場合においては、上述の短辺ａから突出する部分が摺動部４１である。すなわち、同一の板材から一体的に成型された場合であっても、短辺ａを境界として摺動部４１と称する。
【００４３】
振動体１０は、摺動部４１がローター３に所定の圧力で当接するように支持部３５を（正確には貫通孔３７）介して、後述する付勢手段８０に固定されている。駆動電圧の印加により圧電素子３０が振動すると、圧電素子３０に積層された部材である振動板３１、及び該振動板を含む振動体１０全体が振動する。そして後述するように、振動板３１の端部から突出する摺動部４１は、楕円軌道を描くように振動する。ローター３が、かかる楕円軌道を描く振動が伝導されて所定の速度で回転することで、圧電モーター１としての機能を果たす。
【００４４】
ここで圧電素子３０について説明する。図示するように、圧電素子３０は、圧電体層４０と、圧電体層４０の振動板３１側に設けられた第１電極５０と、圧電体層４０の第１電極５０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５０は、圧電体層４０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７１及び第２の溝部７２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５０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。なお、第２電極６０（６０ａ〜６０ｅ）及び溝部（７１，７２）については後述する。
【００４５】
圧電体層４０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４０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。
【００４６】
図２は、圧電素子３０の第２電極６０の区分を摺動部４１と共に示す平面図である。第２電極６０は、第１の溝部７１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７２によって、さらに長辺ｂ方向に略二等分割されている。したがって第２電極６０は、第２電極６０ａ〜第２電極６０ｅの計５つの電極に分割されている。なお、短辺ａ及び長辺ｂについては、図３等を用いて後述する。
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。
【００４７】
第２電極６０ａ、第２電極６０ｅ、及び第２電極６０ｃのみに選択的に駆動電圧を印加すると、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、主に第２電極６０ａと第２電極６０ｅによって、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の短軸方向に沿って屈曲する屈曲二次振動が励振される。
【００４８】
上記双方の振動の程度、すなわち圧電素子３０の振幅は、駆動電圧の周波数によって変動する。振幅の逆数を振動体１０のインピーダンスとした場合、駆動周波数に対してインピーダンスが極小となる周波数、すなわち振幅がピークとなる周波数が、上記双方の振動毎に現れる。かかる周波数が共振周波数（共振点）である。縦一次振動がピークとなる周波数が縦共振周波数（ｆｒ１）であり、屈曲二次振動がピークとなる周波数が屈曲共振周波数（ｆｒ２）である。そして、縦共振周波数の方が屈曲共振周波数よりも低い値（周波数）となる。双方の共振周波数の略中間の周波数で圧電アクチュエーターを駆動することで、圧電素子３０に縦一次振動と屈曲二次振動の双方を励振させることができる。
そして、かかる縦一次振動と屈曲二次振動とが組み合せることで、圧電素子３０に、図２における二点鎖線で示されるように伸縮しながら屈曲する振動を励振させることができる。その結果、摺動部４１は、かかる２つの振動を組み合わせた楕円軌道Ｒを描いて振動する。
【００４９】
摺動部４１を反対方向に回転させる場合には、圧電素子３０において駆動電圧を印加する第２電極６０を、振動体１０の長辺ｂ方向に沿った中心線を軸として線対称に切り替えればよい。すなわち、複数に分割された第２電極６０のうち、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ることで、図示する回転（振動）方向（右回り方向）とは反対の方向に回転する楕円振動を得ることができる。
【００５０】
ここで図１に戻り、付勢手段８０について説明する。付勢手段８０は、振動体１０を保持する保持部材８１と、保持部材８１に一端が固定されたコイルばね等のばね部材８２と、ばね部材８２の他端に当接すると共に基台２に固定された支持ピン８３と、を少なくとも備えている。
【００５１】
保持部材８１は、振動体１０の支持部３５が固定される一対の固定部８４と、固定部８４の間に一体的に設けられて基台２に対してスライド移動可能に支持されるスライド部８５とを備えている。固定部８４には、支持部３５の貫通孔３７に対応して、ねじ部材８６が螺合される雌ねじ部８７が形成されている。この雌ねじ部８７に支持部３５の後述する貫通孔３７を挿通したねじ部材８６を螺合させることで、振動体１０は保持部材８１に対して固定される。
【００５２】
スライド部８５には、厚さ方向に貫通し、且つスライド方向に延設された長孔である２つのスライド孔８８が設けられている。そして、各スライド孔８８に挿通されて基台２に固定されたスライドピン８９によって、スライド部８５は基台２に対してスライド移動可能に支持されている。
【００５３】
ばね部材８２は、スライド部８５のスライド方向に沿って配置されたコイルばねである。ばね部材８２は、固定部８４に一端が固定されると共に、基台２に固定された支持ピン８３の側面に他端が当接するように配置されている。ばね部材８２は、振動体１０が備える摺動部４１をローター３に向かって付勢、すなわち押圧する。かかる状態で圧電素子３０に楕円軌道を描く振動を発生させ、かつ、該振動を摺動部４１によりローター３に伝達することで、ローター３を回転させることができる。上述したように、圧電素子３０は任意の方向の楕円振動を発生させることができる。したがって、圧電モーターは、右回りと左回りとのどちらの方向にも回転可能である。
【００５４】
上述したようにローター３は、該ローターと摺動部４１との間に働く摩擦力によって回転する。すなわち圧電モーター１は、ローター３と摺動部４１とが擦り合わされることで回転する。したがって、ローター３と摺動部４１は磨耗しにくい材料で形成される必要がある。本実施形態の圧電モーター１が備えるローター３は、硬度が略７００Ｈｖ（ビッカース硬度）のマルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０Ｃで構成されている。かかる材料により、ローター３は耐磨耗性と強度とを両立している。
【００５５】
後述するように、本実施形態の摺動部４１も、磨耗しにくい高硬度材料で形成されている。しかし、高硬度材料であっても、圧電モーター１の長期の使用により徐々に磨耗する。上述したように摺動部４１は付勢手段８０によりローター３に対して所定の圧力で当接されている。したがって、若干の磨耗であるならば、圧電モーター１の機能には影響しない。しかし磨耗がより一層進行すると、圧電素子３０の振動の伝達に支障をきたし得る。また、摺動部４１が完全に消滅した場合、圧電体層４０とローター３とが短絡して、圧電モーター１を破壊し得る。そのため、本実施形態の摺動部４１は、かかる磨耗（の進行）を検出するために、第１部材１１と第２部材２１とを組み合せて形成されている。以下、本実施形態の摺動部４１及び振動板３１等について詳述する。
【００５６】
＜摺動部＞
図３は、本実施形態の振動板３１と摺動部４１を、支持部３５及び貫通孔３７と共に示す図である。図４は、本実施形態の振動体１０を示す図である。図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’線における断面を示す図である。上述したように、そして図４（ｂ）に示すように、振動体１０は図３に示す振動板３１の表裏の双方の面に各１つの圧電素子３０、すなわち計２つの圧電素子３０を配置して構成されている。ただし、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つのみ備える構成の振動体１０も可能である。なお、以下の記載において、支持部３５及び貫通孔３７の説明は一部省略する。また、圧電素子３０の構成については上述したので、第２電極６０、及び溝部（７１，７２）等の説明の記載は省略する。
【００５７】
圧電素子３０は、平面視で略長方形であり、一対の短辺ａと一対の長辺ｂで構成されている。振動板３１も平面視で略長方形であり、第２部材２１の両側に形成された切れ込み３４を除くと、圧電素子３０と重なっている。したがって、振動板３１の長辺ｂは圧電素子３０の長辺ｂと重なっており、振動板３１の短辺ａは、切れ込み３４を除くと圧電素子３０の短辺ａと重なっている。そして図４に示すように、平面視で短辺ａから突出する部分が、摺動部４１である。
【００５８】
図示するように、摺動部４１は、平面視で第１部材１１と第２部材２１とを組み合せて構成されている。第１部材１１は、硬度が１８ＧＰａ（略１８００Ｈｖ）のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成されている。そして第２部材２１は、振動板３１と一体的に形成されている。すなわち、支持部３５と同様に、ＳＵＳ３０１ＥＨの板材から、プレス加工等の手法で一体的に成型されている。成型されたＳＵＳ３０１ＥＨの板材のうち、平面視で略長方形の圧電素子３０（図１等参照）と重なる部分が振動板３１である。そして、短辺ａから突出する部分が第２部材２１となり、両側の長辺ｂから突出する部分を支持部３５としている。したがって、本実施形態の摺動部４１は、平面視で、短辺ａから突出する第２部材２１と、該第２部材における振動板３１側を除く３方を囲む第１部材１１と、で構成されている。したがって、第２部材２１は第１部材１１の内側に形成されている。
【００５９】
上述したように、振動板３１における、第２部材２１が形成されている短辺ａには、該第２部材の両側に切れ込み３４が形成されている。かかる切れ込み３４は、第１部材１１の密着性を強化するために形成されている。第１部材１１の厚さは、振動板３１と同様の略０．５ｍｍである。そして第１部材１１は、図示するように平面視で逆Ｕ字状の外形線を有しており、内側が上述の切れ込み３４と第２部材２１に嵌合するように成型されている。そして第１部材１１は、エポキシ樹脂等の接着材で振動板３１と接合されている。切れ込み３４は、第１部材１１の接着面積を増加させて、接着強度を増加させる機能を果たしている。上述したように、摺動部４１は短辺ａから突出する部分である。したがって、第１部材１１のうち、上記切れ込み３４に嵌合する部分は、摺動部４１の構成要素ではない。
【００６０】
上述したように、第２部材２１と該第２部材を囲む第１部材１１とからなる摺動部４１は、圧電素子３０の短辺ａから突出している。したがって、摺動部４１とローター３が擦り合わされて、摺動部４１の磨耗が進行する場合において、まず第１部材１１が磨耗し始める。そして第１部材１１の磨耗がある程度まで進行した後に、第２部材２１が磨耗し始める。
【００６１】
図５は、第２部材２１の磨耗の進行を示す図である。図５（ａ）は、第１部材１１の磨耗が進行して、該第１部材に囲まれていた第２部材２１、すなわち該第１部材の内側に配置されていた第２部材２１がローター３に当接した状態を示す図である。図５（ｂ）は、第２部材２１の磨耗がある程度まで進行した状態を示す図である。かかる状態でも、圧電素子３０はローター３と接触していない。したがって、本実施形態の摺動部４１であれば、ローター３と第１部材１１とが擦り合わされて該第１部材１１の磨耗が進行した後、圧電素子３０がローター３と接触するまでの間に、ローター３と第２部材２１とが擦り合わされる状態を確保できる。そして、ローター３と、第１部材１１あるいは第２部材２１とが擦り合わされる際には、動作音（駆動音若しくは摩擦音）が発生する。
【００６２】
ここで、第１部材１１と第２部材２１、及びローター３の材質の硬度等を述べる。上述したように、ローター３の材質は、硬度が略７００Ｈｖ（ビッカース硬度）のマルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０Ｃである。第１部材１１の材質は硬度が１８ＧＰａ（略１８００Ｈｖ）のアルミナである。そして上述したように、第２部材２１の材質は振動板３１の材質と共通するＳＵＳ３０１ＥＨであり、硬度は略５５０Ｈｖである。このように、本実施形態の摺動部４１における第１部材１１の材質と第２部材２１の材質とでは、硬度が互いに異なっている。
また、ローター３の材質のＳＵＳ４４０Ｃとアルミナの摩擦係数（μ）は略１．１である。そして、ＳＵＳ４４０ＣとＳＵＳ３０１ＥＨの摩擦係数は略０．９９である。このように、本実施形態の摺動部４１における第１部材１１の材質と第２部材２１の材質とでは、ローター３に対する摩擦係数も異なっている。
【００６３】
このように、第１部材１１と第２部材２１とでは硬度が異なり、かつ、ローター３に対する摩擦係数も異なる。したがって、第１部材１１と第２部材２１とでは、ローター３と擦り合わされる際に発生する動作音が異なってくる。そのため、圧電モーター１を長期間使用して第１部材１１の磨耗が進行し、ローター３に第２部材２１が当接するようになると動作音に変化が生じる。したがって、圧電モーター１の使用者等は、動作音（駆動音）によって第２部材に達するまで磨耗が進行したことを把握できる。そして本実施形態の圧電モーター１は、かかる進行状況の発信を摺動部４１の材質の差を利用して行うため、磨耗度合を検出するためのセンサーや電子回路等を必要とせずに、圧電素子３０の寿命が近いことを上記の使用者等に知らしめることができる。
また、マイクを含む音響センサーや周波数解析手段、ＰＣ等の計算手段を用いて、上記の動作音（の変化）自動的に検出することもできる。そしてかかる検出結果を、表示ランプ（傾向ランプ）等を用いて上記の使用者等に知らしめることができる。
【００６４】
＜第１の実施形態の効果＞
このように、本実施形態の圧電モーター１は、摺動部４１の磨耗の進行状況を周囲に発信できる。そのため、本実施形態の圧電モーター１の使用者は、摺動部４１の磨耗の進行状況、及び圧電素子３０が寿命に近づいたか否かを、圧電モーター１及び該圧電モーターを駆動用アクチュエーターとして用いる電子機器等を停止させずに把握できる。そして、本実施形態の圧電モーター１の使用者は、摺動部４１の磨耗が所定の段階に達した時点で振動体１０等を交換することが可能となる。したがって、本実施形態のアクチュエーターを用いることで、上述の磨耗が圧電素子３０の端部に達して圧電素子３０及び圧電モーター１が損傷する現象を低減でき、上述の電子機器等の安全性を向上できる。また、上述の損傷を低減できるため、上述の電子機器等、及び該電子機器等を用いる製造ライン等が、圧電素子３０の損傷により停止する事態も低減でき、経済性を向上できる。
【００６５】
（変形例）
次に、本実施形態の圧電モーター１が備える摺動部であって、図３に示す態様以外の摺動部４１を、変形例として図６（図６（ａ）〜図６（ｃ））に示す。なお、図６においては振動板３１と、摺動部４１を構成する第１部材１１及び第２部材２１を示し、圧電素子３０を構成する第２電極等の図示は省略している。
【００６６】
図６（ａ）は、変形例１の摺動部４１を示す図である。本変形例の摺動部４１は、第２部材２１が、図３に示す台形ではなく略長方形である点に特徴がある。このような態様の摺動部４１であれば、摺動部４１の磨耗が第２部材２１まで達した時点で、動作音を充分に変化させることができる。したがって、磨耗の進行をより確実に発信でき、圧電素子３０及び該圧電素子を含む圧電モーター１が損傷する現象をより確実に低減できる。
【００６７】
図６（ｂ）は、変形例２の摺動部４１を示す図である。本変形例の摺動部４１は、第２部材２１が、図３に示す台形ではなく、先端に向かうに従って幅が広がっている点に特徴がある。このような態様の摺動部４１であれば、摺動部４１の磨耗が斜め方向から進行した場合であっても、動作音を確実に変化させることができる。したがって、摺動部４１がローター３に斜め方向から当接している場合であっても磨耗の進行をより確実に発信でき、圧電素子３０及び該圧電素子を含む圧電モーター１が損傷する現象をより確実に低減できる。
なお、上述の「先端に向かうに従って幅が広がっている」とは、幅が一定の割合で広がる逆テーパー状と、幅の広がり方が一定ではなく、曲線的に広がる形状と、の双方を含んでいる。
【００６８】
図６（ｃ）は、変形例３の摺動部４１を示す図である。本変形例の摺動部４１は、第２部材２１が変形例１の第２部材２１と同様に略長方形であり、該第２部材を囲む第１部材１１における、先端の半円状の部分から短辺ａに向かって延在する部分の幅が、振動板３１に向かうに従って広がっている点に特徴がある。このような態様の摺動部４１であれば、該摺動部がローター３に対して斜め方向に当接する場合における強度を向上できる。
なお、上述の「振動板３１に向かうに従って広がっている」とは、側部が直線で構成されたテーパー状でも良く、また側部が曲線で構成された形状でも良い。
【００６９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の圧電モーターについて説明する。本実施形態の圧電モーターは、上述の第１の実施形態の圧電モーター１と同様に振動体１０が備える摺動部４２（図７参照）の構造に特徴がある。そして本実施形態の圧電モーターは、該摺動部を除くと圧電モーター１と略同一である。そこで本実施形態の説明は、第１の実施形態における図１等に対応する図は省略して、摺動部４２の構造を示す図のみを用いて行う。
【００７０】
図７は、本実施形態の圧電モーターが備える振動体１０が含む摺動部４２の態様を示す図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）の各図は、夫々が変形例１〜変形例３に対応している。図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、本実施形態の摺動部４２は、第１部材１２が第２部材２２の全周を囲んでいる点で、第１の実施形態にかかる摺動部４１と異なっている。すなわち、本実施形態の第２部材２２は振動板３２と一体的には形成されておらず、他の部材とは完全に独立している。したがって、第２部材２２は第１部材１２の中に島状に配置されている。なお、本実施形態の摺動部４２は、第１部材１２が振動板３２と一体的に形成されていない点においては、第１の実施形態にかかる摺動部４１と共通している。かかる構成により、本実施形態の摺動部４２は、第２部材２２の材質に、振動板３２の材質及び第１部材１２の材質のいずれとも異なる材料を選択することが可能である。以下、各要素の材質について述べる。なお、本実施形態の圧電モーターのローターの材質は、第１の実施形態のローター３の材質と同様に、マルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０Ｃである。
【００７１】
本実施形態の振動板３２の材質は、第１の実施形態の振動板３１の材質と共通の、ＳＵＳ３０１ＥＨであり、硬度は略５５０Ｈｖである。本実施形態の第１部材１２の材質は、硬度が略１６ＧＰａのジルコニア（ＺｒＯ2）である。そして本実施形態の第２部材２２の材質は、硬度が略１８ＧＰａのアルミナである。
第１部材１２の材質のジルコニアとローター３の材質であるＳＵＳ４４０Ｃとの間の摩擦係数は略０．９５である。そして、第２部材２２の材質のアルミナとローター３の材質であるＳＵＳ４４０Ｃとの間の摩擦係数は略１．１である。
【００７２】
このように、本実施形態の摺動部４２を構成する第１部材１２と第２部材２２は、第１の実施形態の第１部材１１及び第２部材２１と同様に硬度が互いに異なり、かつ、被駆動部であるローター３に対する摩擦係数も異なっている。そして、上述の第１の実施形態の摺動部４１とは異なり、本実施形態の摺動部４２においては、第２部材２２の材質の硬度が、第１部材１２の材質の硬度よりも高い。また、本実施形態の摺動部４２においては、第２部材２２の材質のローター３（の材質）に対する摩擦係数が、第１部材１２の材質のローター３（の材質）に対する摩擦係数よりも高い。
一般的に、動作音は、擦り合わされる要素間の摩擦係数が高いほど大きくなる。そしてローター３に擦り合わされる要素の硬度が高いほど高音になる。したがって、本実施形態の摺動部４２を用いることで、磨耗が進行して第２部材２２がローター３に当接するようになった段階で、より大きくより高い動作音を発生させることができる。
【００７３】
＜第２の実施形態の効果＞
本実施形態の摺動部４２を備える圧電モーターは、動作音の変化を利用することで、摺動部４２の磨耗の進行状況を、該圧電モーター等を停止させずに把握できる点で、第１の実施形態の摺動部４１を備える圧電モーター１と共通している。そして、本実施形態の摺動部４２は、第２部材２２が第１部材１２に囲まれるように島状に形成されているため、材質の選択の幅を広げることができる。したがって、第１部材１２と第２部材２２の双方を好適な材料で形成できる。その結果、上述したように磨耗の進行に伴い動作音を増大させることができる。したがって、本実施形態の摺動部４２を備える圧電モーターの使用者は、上記磨耗の進行状況をより一層確実に把握できる。すなわち、本実施形態の摺動部４２を備える圧電モーターは、使用者に対してより効果的に寿命を認知させることができる。したがって、本実施形態の摺動部４２であれば、上述の磨耗が圧電素子３０の端部に達して圧電素子３０及び圧電モーター等が損傷する現象をより一層低減でき、安全性及び経済性をより一層向上できる。
【００７４】
なお、第１部材１２及び第２部材２２の材質は、上述の材料に限定されるものではない。例えば、第１部材１２に炭化タングステン（ＷＣ）等を含む超硬合金を用いることもできる。かかる超硬合金は、炭化タングステンの粒径等を工夫することで、９１〜９３のＨＲＡ硬度（ロックウェル硬度Ａスケール）を得られる。また、ＳＵＳ４４０Ｃに対する摩擦係数は、略０．８である。したがって、超硬合金からなる第１部材１２に、ＳＵＳ４４０Ｃに対する摩擦係数が略１．１のアルミナからなる第２部材を組み合せた場合も、摺動部４２の磨耗の進行に伴い動作音を充分に変化させることができる。
【００７５】
また、第２部材２２の材料には、上記のアルミナに換えて窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）を用いることもできる。窒化シリコンは、アルミナの硬度に近い、略１６ＧＰａの硬度を有している。そしてＳＵＳ４４０Ｃに対する摩擦係数は略１．１であり、この点はアルミナと同等である。したがって、ジルコニア又は超硬合金からなる第１部材１２に、窒化シリコンからなる第２部材２２を組み合せた摺動部４２であっても、磨耗の進行に伴い動作音を充分に変化させることができる。
【００７６】
（変形例）
次に本実施形態の変形例について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は変形例１の摺動部４２を示す平面図であり、図７（ｂ）は変形例２の摺動部４２を示す平面図であり、図７（ｃ）は変形例３の摺動部４２を示す平面図である。第１部材１２の外形は、逆Ｕ字型、すなわち半円の部分と略長方形の部分とを組み合せた形状で共通している。そして第２部材２２の形状が、各々の変形例において異なっている。
【００７７】
図７（ａ）に示す変形例１の摺動部４２の第２部材２２は、第１部材１２と同様に逆Ｕ字型の外形を有している。このような外形の第２部材２２を含む摺動部４２は、磨耗が斜め方向から進行した場合であっても、動作音の音質を充分に変化させることができる。したがって、摺動部４２の磨耗の進行方向を限定できない場合において好適である。
【００７８】
図７（ｂ）に示す変形例２の摺動部４２の第２部材２２は、摺動部４２の先端方向にかけて幅が狭まるテーパー状の外形を有している。このような外形の第２部材２２を含む摺動部４２は、磨耗の進行に伴い摺動部４２に占める第２部材の比率を増大させて、動作音の変化を強調できる。したがって、摺動部４２の磨耗が、主として振動板３２の長辺ｂ（図４等参照）の方向から進行するような使用形態において好適である。
【００７９】
図７（ｃ）に示す変形例３の摺動部４２の第２部材２２は、摺動部４２の先端方向にかけて幅が広がっており、かつ、先端が第１部材１２と同様の円弧状の外形を有している。このような外形の第２部材２２を含む摺動部４２は、該摺動部の磨耗が、振動板３２の長辺ｂの方向から進行する場合であっても斜め方向から進行する場合であっても略同等に動作音の音質の変化を生じさせることができる。したがって、磨耗の進行方向が限定できないような使用形態において好適である。
【００８０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態の圧電モーターについて説明する。本実施形態の圧電モーターは、上述の第１の実施形態の圧電モーター１と同様に振動体１０が備える摺動部４３（図８参照）の構造に特徴がある。そして本実施形態の圧電モーターは、該摺動部を除くと圧電モーター１と略同一である。そこで本実施形態の説明は、上記の第２の実施形態の説明と同様に、摺動部４３の構造を示す図のみを用いて行う。なお、本実施形態の圧電モーターが備えるローター３の材質は、上述の各実施形態と同様に、ＳＵＳ４４０Ｃである。
【００８１】
図８は、本実施形態の圧電モーターが備える振動体１０が含む摺動部４３の態様を示す図である。図８（ａ）〜図８（ｃ）の各図は、夫々が変形例１〜変形例３に対応している。図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、本実施形態の摺動部４３は、第１部材１３が、振動板３３と一体的に形成されている点に特徴がある。すなわち、本実施形態の第１部材１３は、板材をプレス加工等で成型して振動板３３を形成する際に支持部３５（図３等参照）及び貫通孔３７（図３等参照）と同様に、振動板３３と一体的に成型されている。
【００８２】
本実施形態の振動板３３（及び第１部材１３）は、第１実施形態及び第２実施形態の振動板（３１，３２）と同様に、硬度が略５５０ＨｖのＳＵＳ３０１ＥＨで形成されている。第２部材２３の材質は、アルミナである。そして第２部材２３は、第２の実施形態の第２部材２２と同様に、第１部材１３内に島状に配置されている。すなわち第２部材２３は、平面視で全周囲を第１部材１３に囲まれている。したがって、摺動部４３の磨耗が進行した場合、ローター３と擦り合わされる部分の材質は、ＳＵＳ３０１ＥＨの単体から、ＳＵＳ３０１ＥＨとアルミナの組み合わせ、に変化する。したがって、動作音の音質も変化する。
【００８３】
ここで、第１部材１３と第２部材２３との硬度、及びローター３の材質であるＳＵＳ４４０Ｃに対する摩擦係数を比較する。ＳＵＳ３０１ＥＨの硬度は上述したように略５５０Ｈｖであり、アルミナの硬度は上述したように略１８ＧＰａである。ＳＵＳ４４０Ｃに対する摩擦係数は、ＳＵＳ３０１ＥＨが略０．９９であり、アルミナは略１．１である。
このように、本実施形態の摺動部４３においては、第２部材２３の材質の硬度が、第１部材１３の材質の硬度よりも高い。また、本実施形態の摺動部４３においては、第２部材２３の材質のローター３（の材質）に対する摩擦係数が、第１部材１３の材質のローター３（の材質）に対する摩擦係数よりも高い。
【００８４】
上述したように、動作音は、擦り合わされる要素間の摩擦係数が高いほど鮮明になる。そしてローター３に擦り合わされる要素の硬度が高いほど鮮明になる。したがって、本実施形態の摺動部４３を用いることで、磨耗が進行して第２部材２３がローター３に当接するようになった段階で、より大きくより鮮明な動作音を発生させることができる。したがって、本実施形態の摺動部４３は、上述の他の実施形態の摺動部（４１，４２）と同様に、電子回路等を用いずに、磨耗の進行状況を周囲に発信できる。
【００８５】
＜第３の実施形態の効果＞
本実施形態の摺動部４３を備える圧電モーターは、動作音の変化を利用することで、摺動部４３の磨耗の進行状況を、該圧電モーター等を停止させずに把握できる点で、上述の各実施形態の圧電モーターと共通している。そして、本実施形態の摺動部４３は、第２部材２３が第１部材１３に囲まれるように島状に形成されているため、材質の選択の幅を広げることができる。すなわち、第１部材１３よりも硬度等が高い材料で、第２部材２３を形成できる。したがって、摺動部４３の磨耗が進行して第２部材２３の磨耗が始まった時点で、動作音の音質を大きく変化させて、使用者等に磨耗の進行状況を把握させることができる。したがって、本実施形態の摺動部４３であれば、上述の磨耗が圧電素子３０の端部に達して圧電素子３０及び圧電モーター等が損傷する現象をより一層低減でき、安全性及び経済性をより一層向上できる。
また、本実施形態においては、第１部材１３と振動板３３とが一体的に形成されているため、摺動部４３の加工精度も向上している。そしてさらには、振動板３３に切れ込み３４等が形成されていないため、該振動板の強度の低下も抑制されている。
【００８６】
なお、第１部材１３及び第２部材２３の材質は、上述の材料に限定されるものではない。例えば、振動板の材質に上述の超硬合金を用いることもできる。また、第２部材２３を、アルミナに換えて窒化シリコンで形成することもできる。
【００８７】
（変形例）
次に本実施形態の各変形例について、図８を用いて説明する。図８（ａ）は変形例１の摺動部４３を示す平面図であり、図８（ｂ）は変形例２の摺動部４３を示す平面図であり、図８（ｃ）は変形例３の摺動部４３を示す平面図である。図示するように、本実施形態の各変形例の摺動部４３は、第２部材２３の形状が、上記第２実施形態の各変形例の第２部材２２の形状と略同一である。したがって、本実施形態の各変形例の摺動部４３の特徴及び効果は、上記第２の実施形態の各変形例の効果等に類似している。
【００８８】
図８（ａ）に示す変形例１の摺動部４３の第２部材２３は、第１部材１３と同様に逆Ｕ字型の外形を有している。したがって、磨耗が斜め方向から進行した場合であっても、動作音の音質を充分に変化させることができ、磨耗の進行方向を限定できない場合において好適である。
【００８９】
図８（ｂ）に示す変形例２の摺動部４３の第２部材２３は、摺動部４３の先端方向にかけて幅が狭まる外形を有している。このような外形の第２部材２３を含む摺動部４３は、磨耗の進行に伴い動作音の変化を強調できるため、摺動部４３の磨耗が、主として振動板３３の長辺ｂ（図４等参照）の方向から進行するような使用形態において好適である。
【００９０】
図８（ｃ）に示す変形例３の摺動部４３の第２部材２３は、摺動部４３の先端方向にかけて幅が広がっており、かつ、先端が第１部材１３と同様の円弧状の外形を有している。このような外形の第２部材２３を含む摺動部４３は、どの方向から磨耗が進行しても略同等に動作音の音質の変化を生じさせることができるため、磨耗の進行方向が限定できないような使用形態において好適である。
なお、上述の「先端方向にかけて幅が狭まる」とは、側部が直線で構成されたテーパー状でもよく、また側部が曲線で構成されていても良い。同じく、「先端方向にかけて幅が広がって」とは、側部が直線で構成された逆テーパー状でもよく、また側部が曲線で構成されていても良い。
【００９１】
（第４の実施形態）
次に第４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、あるいは第２の実施形態又は第３の実施形態に記載した摺動部（４１，４２，４３）を備える圧電モーター、のいずれかと同様の構成の圧電モーターを備えたロボットハンド、及び該ロボットハンドを備えたロボットについて、図９〜図１１を用いて説明する。
【００９２】
図９は、ロボットハンド（２０１，２０２）を備えた、本発明の第４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を備えており、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。
【００９３】
図１０は、本発明の第４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１０（ａ）、図１０（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を備えている。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。
【００９４】
図１０（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。
【００９５】
図１０（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、複数の駆動用の圧電モーターを備えている。
【００９６】
図１１（ａ）〜（ｄ）は、ロボットハンド２０１が備える第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１１（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１１（ｄ）参照）内に格納された状態を示している。図１１（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１１（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。
【００９７】
かかる動作は第２の関節（回転軸）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（回転軸）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、あるいは第２の実施形態又は第３の実施形態に記載した摺動部４１（図３等参照）を備える圧電モーター、のいずれかと同様の構成を有する、第２の圧電モーター２１４及び第３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３の圧電モーター２１６には、第２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。
【００９８】
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等に類似する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は、摺動部４１が、第２部材２１と該第２部材を囲む第１部材１１とで構成されており、摺動部４１の磨耗の進行を動作音の音質の変化により発信できる。すなわち、使用者に磨耗の進行を知らしめることができる。
したがって、磨耗が圧電素子３０（図１等参照）に達して該圧電素子が損傷する前に該圧電素子を含む振動体１０（図４等参照）の交換等を実施できる。その結果、圧電モーターの、損傷さらにはロボットハンド２０１及びロボット２００の損傷によるコストを低減できる。また、ロボット２００を備える製造ラインの停止に伴うコストも低減できる。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
（変形例１）
上述の実施形態では、圧電アクチュエーターとして、被駆動部が回転軸を有するローターである圧電モーターを例に説明していた。しかし、本発明の実施の対象となる圧電アクチュエーターは、圧電モーターに限定される物ではない。例えば、直線状の被駆動部を有し、該被駆動部を往復運動させる圧電アクチュエーターも対象となる。かかる場合かかる圧電アクチュエーターであっても、被駆動部は、摺動部との間に働く摩擦力で駆動される。したがって、摺動部の磨耗の進行を把握して、圧電素子等の損傷を抑制することは重要となる。かかる場合において、上述の各実施形態の摺動部（４１等）であれば磨耗の進行を周囲に発信できるため、圧電素子及び該圧電素子を用いた圧電アクチュエーターの損傷等することを低減できる。
【０１０２】
（変形例２）
上述の各実施形態においては、第１部材（１１等）は第２部材（２１等）を平面視で囲んでいた。しかし、第１部材（１１等）が、第２に部材（２１等）を立体的に覆う態様も可能である。かかる態様の摺動部は、振動板の厚さが充分あり、かつ第２部材に金属ガラス材料等の用いる場合に効果的である。
【０１０３】
（変形例３）
上述の第４の実施形態では、上述の第１の実施形態等にかかる圧電モーター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等）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】
【０１０４】
１…圧電アクチュエーターとしての圧電モーター、２…基台、３…被駆動部としてのローター、１０…振動体、１１…第１の実施形態の第１部材、１２…第２の実施形態の第１部材、１３…第３の実施形態の第１部材、２１…第１の実施形態の第２部材、２２…第２の実施形態の第２部材、２３…第３の実施形態の第２部材、３０…圧電素子、３１…第１の実施形態の振動板、３２…第２の実施形態の振動板、３３…第３の実施形態の振動板、３４…切れ込み、３５…支持部、３７…貫通孔、４０…圧電体層、４１…第１の実施形態の摺動部、４２…第２の実施形態の摺動部、４３…第３の実施形態の摺動部、５０…第１電極、６０…第２電極、７１…第１の溝部、７２…第２の溝部、８０…付勢手段、８１…保持部材、８２…ばね部材、８３…支持ピン、８４…固定部、８５…スライド部、８６…ねじ部材、８７…雌ねじ部、８８…スライド孔、８９…スライドピン、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２の圧電モーター、２１５…第２の関節、２１６…第３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】
圧電素子と、前記圧電素子に積層される振動板と、前記振動板から被駆動部に向かって突出して配置された摺動部と、を含む圧電アクチュエーターであって、
前記摺動部は、前記被駆動部に当接する第１部材と、前記第１部材の内側に形成され、かつ、前記第１部材とは異なる材質からなる第２部材と、を含んで構成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、
前記圧電素子は圧電体層と電極とが積層されてなる平面視で略長方形の板状部材であり、前記第２部材は平面視で前記圧電素子の短辺から突出してい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、
前記第２部材は前記振動板の一部を平面視で前記短辺から突出させて形成された部分であ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２に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第１部材の材質は、前記振動板の材質と異なっており、
前記第２部材は平面視で前記第１部材内に島状に形成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、
前記第１部材は、前記振動板の一部を平面視で前記短辺から突出させて形成されており、
前記第２部材は平面視で前記第１部材内に島状に形成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６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第１部材の材質と前記第２部材の材質とでは、前記被駆動部に対する摩擦係数が互いに異な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６に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第２部材の材質の前記被駆動部に対する摩擦係数は、前記第１部材の材質の前記被駆動部に対する摩擦係数よりも高いことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第１部材の材質と前記第２部材の材質とでは、硬度が互いに異なることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項９】
請求項８に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第２部材の材質の硬度は、前記第１部材の材質の硬度よりも高いことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第２部材の形状は、前記短辺から前記被駆動部に向かうに従って幅が狭くなることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第２部材の形状は、前記短辺から前記被駆動部に向かうに従って幅が広がることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第２部材の形状は、略長方形であることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項１３】
請求項１〜１２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１４】
請求項１３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】
圧電素子と、前記圧電素子に積層される振動板と、前記振動板から被駆動部に向かって突出して配置された摺動部と、を含む圧電アクチュエーターであって、
前記摺動部は、前記被駆動部に当接する第１部材と、前記第１部材の内側に形成され、かつ、前記第１部材とは異なる材質からなる第２部材と、を含んで構成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、
前記圧電素子は圧電体層と電極とが積層されてなる平面視で略長方形の板状部材であり、前記第２部材は平面視で前記圧電素子の短辺から突出してい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、
前記第２部材は前記振動板の一部を平面視で前記短辺から突出させて形成された部分であ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２に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第１部材の材質は、前記振動板の材質と異なっており、
前記第２部材は平面視で前記第１部材内に島状に形成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、
前記第１部材は、前記振動板の一部を平面視で前記短辺から突出させて形成されており、
前記第２部材は平面視で前記第１部材内に島状に形成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６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第１部材の材質と前記第２部材の材質とでは、前記被駆動部に対する摩擦係数が互いに異な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６に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第２部材の材質の前記被駆動部に対する摩擦係数は、前記第１部材の材質の前記被駆動部に対する摩擦係数よりも高いことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第１部材の材質と前記第２部材の材質とでは、硬度が互いに異なることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項９】
請求項８に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第２部材の材質の硬度は、前記第１部材の材質の硬度よりも高いことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第２部材の形状は、前記短辺から前記被駆動部に向かうに従って幅が狭くなることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第２部材の形状は、前記短辺から前記被駆動部に向かうに従って幅が広がることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第２部材の形状は、略長方形であることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項１３】
請求項１〜１２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１４】
請求項１３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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２１００４９（Ｐ２０１２−２１００４９Ａ）
【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２０１１−７３５５６（Ｐ２０１１−７３５５６）
【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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