JP6361365B2 - Piezoelectric driving device and driving method thereof, robot and driving method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、圧電駆動装置及びその駆動方法、ロボット及びその駆動方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric driving device and a driving method thereof, a robot and a driving method thereof.
圧電体を振動させて被駆動体を駆動する圧電アクチュエーター(圧電駆動装置)は、磁石やコイルが不要のため、様々な分野で利用されている(例えば特許文献1)。この圧電駆動装置の基本的な構成は、補強板の2つの面のそれぞれの上に、4つの圧電素子が2行2列に配置された構成であり、合計で8つの圧電素子が補強板の両側に設けられている。個々の圧電素子は、圧電体をそれぞれ2枚の電極で挟んだユニットであり、補強板は、圧電素子の一方の電極としても利用される。補強板の一端には、被駆動体としてのローターに接してローターを回転させるための突起部が設けられている。4つの圧電素子のうちの対角に配置された2つの圧電素子に交流電圧を印加すると、この2つの圧電素子が伸縮運動を行い、これに応じて補強板の突起部が往復運動又は楕円運動を行う。そして、この補強板の突起部の往復運動又は楕円運動に応じて、被駆動体としてのローターが所定の回転方向に回転する。また、交流電圧を印加する2つの圧電素子を他の2つの圧電素子に切り換えることによって、ローターを逆方向に回転させることができる。 A piezoelectric actuator (piezoelectric driving device) that drives a driven body by vibrating a piezoelectric body is used in various fields because it does not require a magnet or a coil (for example, Patent Document 1). The basic configuration of this piezoelectric drive device is a configuration in which four piezoelectric elements are arranged in two rows and two columns on each of two surfaces of the reinforcing plate, and a total of eight piezoelectric elements are included in the reinforcing plate. It is provided on both sides. Each piezoelectric element is a unit in which a piezoelectric body is sandwiched between two electrodes, and the reinforcing plate is also used as one electrode of the piezoelectric element. One end of the reinforcing plate is provided with a protrusion for rotating the rotor in contact with the rotor as a driven body. When an AC voltage is applied to two of the four piezoelectric elements arranged diagonally, the two piezoelectric elements expand and contract, and the protrusion of the reinforcing plate reciprocates or elliptically moves accordingly. I do. And according to the reciprocating motion or elliptical motion of the protrusion of the reinforcing plate, the rotor as the driven body rotates in a predetermined rotation direction. In addition, the rotor can be rotated in the reverse direction by switching the two piezoelectric elements to which the AC voltage is applied to the other two piezoelectric elements.
また、圧電駆動体(圧電振動体)を厚み方向に重ねて出力を大きくするスタック構造の圧電駆動装置が知られている(特許文献2)。この圧電駆動装置の圧電振動体は、弾性支持体で支持されている。また、非特許文献1に記載の圧電駆動装置は、圧電振動体から外装に固定されたフレキシブル基板までをジャンパ線を用いて配線している。 Further, there is known a piezoelectric driving device having a stack structure in which piezoelectric driving bodies (piezoelectric vibrating bodies) are stacked in the thickness direction to increase the output (Patent Document 2). The piezoelectric vibrating body of this piezoelectric drive device is supported by an elastic support. Moreover, the piezoelectric drive device described in Non-Patent Document 1 uses a jumper wire to wire from the piezoelectric vibrating body to the flexible substrate fixed to the exterior.
従来の圧電駆動装置では、厚み方向に空間を占有する。特に出力を大きくするために、圧電振動体を積層するスタック構造をとると大きな空間を必要とする。従来は、圧電振動体の厚みを薄くし、圧電振動体を多層化した場合であっても、圧電振動体の薄さというメリットを損なわない構造については十分に検討されていなかった。また、従来の圧電駆動装置では、圧電振動体にジャンパ線を接続しているため、振動により圧電振動体とジャンパ線との接続が切れるおそれがあった。また、圧電振動体にジャンパ線の機械的な負荷が加わるため、固有振動数(共振振動数)が変化するおそれがあった。 The conventional piezoelectric drive device occupies space in the thickness direction. In particular, in order to increase the output, a large space is required when a stack structure in which piezoelectric vibrators are stacked is taken. Conventionally, even when the thickness of the piezoelectric vibrator is reduced and the piezoelectric vibrator is multilayered, a structure that does not impair the merit of thin piezoelectric vibrator has not been sufficiently studied. Further, in the conventional piezoelectric drive device, since the jumper wire is connected to the piezoelectric vibrating body, there is a possibility that the connection between the piezoelectric vibrating body and the jumper wire is broken due to vibration. In addition, since a mechanical load of a jumper wire is applied to the piezoelectric vibrator, the natural frequency (resonance frequency) may change.
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
(1)本発明の一形態によれば、圧電駆動装置が提供される。この圧電駆動装置は、圧電素子を有する圧電振動体と、前記圧電振動体が設けられた振動板と、前記振動板の厚み方向から見て前記振動板と重なる部分を有し、面内方向に弾性変形可能な第1板バネと、前記振動板と前記第1板バネとを固定する固定部材と、を備える。この形態によれば、圧電振動体を薄くすれば、それに応じて圧電駆動装置を薄く形成出来る。また、振動板の厚み方向から見て振動板と重なる部分を有さず、面と垂直な方向に弾性変形可能なバネを備える場合に比べて、圧電駆動装置を薄く形成出来る。 (1) According to one aspect of the present invention, a piezoelectric driving device is provided. The piezoelectric driving device includes a piezoelectric vibrator having a piezoelectric element, a diaphragm provided with the piezoelectric vibrator, and a portion overlapping the diaphragm as viewed from the thickness direction of the diaphragm, and is arranged in an in-plane direction. A first plate spring that is elastically deformable; and a fixing member that fixes the diaphragm and the first plate spring. According to this embodiment, if the piezoelectric vibrator is made thinner, the piezoelectric driving device can be made thinner accordingly. In addition, the piezoelectric driving device can be formed thinner than the case where a spring that can be elastically deformed in a direction perpendicular to the surface is provided without having a portion overlapping the diaphragm as viewed from the thickness direction of the diaphragm.
(2)上記形態の圧電駆動装置において、前記第1板バネは、前記圧電振動体が振動するときに、前記振動板が前記被駆動体に加える力以下の力で弾性変形可能であってもよい。 (2) In the piezoelectric driving device according to the above aspect, the first plate spring may be elastically deformed by a force equal to or less than a force applied to the driven body when the piezoelectric vibrating body vibrates. Good.
(3)上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電駆動装置を支持する支持部材を備え、前記第1板バネは、前記支持部材に前記第1板バネを固定するための第1部位と、前記振動板と重なる部分であって前記振動板に前記第1板バネを固定するための第2部位と、を備えてもよい。この形態によれば、第2部位が第1部位に対して相対的に移動することで、第1板バネが変形し、弾性力を生じさせることが出来る。 (3) The piezoelectric drive device according to the above aspect includes a support member that supports the piezoelectric drive device, wherein the first leaf spring includes a first portion for fixing the first leaf spring to the support member, and A second portion for overlapping the diaphragm and for fixing the first leaf spring to the diaphragm. According to this aspect, the first plate spring is deformed and the elastic force can be generated by moving the second portion relative to the first portion.
(4)上記形態の圧電駆動装置において、前記第1板バネは、前記圧電振動体と接触していてもよい。この形態によれば、第1板バネが圧電振動体と接触しているので、圧電振動体の伸縮が第1板バネを変形させて、弾性力を生じさせることが出来る。 (4) In the piezoelectric drive device of the above aspect, the first leaf spring may be in contact with the piezoelectric vibrating body. According to this aspect, since the first plate spring is in contact with the piezoelectric vibrating body, the expansion and contraction of the piezoelectric vibrating body can deform the first plate spring and generate an elastic force.
(5)上記形態の圧電駆動装置において、前記振動板の厚み方向から見て前記振動板と重なる部分を有し、面内方向に弾性変形可能な第2板バネを備え、前記振動板は、前記第1板バネと前記第2板バネとの間に位置してもよい。この形態によれば、第1板バネに加え第2板バネを備えるので、弾性力を大きく出来る。また、振動板の一方の側のみに第1板バネと第2板バネがあると、弾性力が偏って振動板が湾曲するおそれがあるが、振動板が、第1板バネと第2板バネとの間に位置していれば、振動板が湾曲するおそれが少ない。 (5) In the piezoelectric drive device according to the above aspect, the piezoelectric drive device includes a second plate spring that has a portion overlapping the diaphragm as viewed from the thickness direction of the diaphragm and is elastically deformable in an in-plane direction. It may be located between the first leaf spring and the second leaf spring. According to this aspect, since the second plate spring is provided in addition to the first plate spring, the elastic force can be increased. In addition, if the first plate spring and the second plate spring are provided only on one side of the diaphragm, the elastic force may be biased and the diaphragm may be bent. However, the diaphragm is not provided with the first plate spring and the second plate. If it is located between the springs, the vibration plate is less likely to bend.
(6)本発明の一形態によれば、ロボットが提供される。このロボットは、2つのリンク部と、前記2つのリンク部を接続する関節部と、前記2つのリンク部を前記関節部で回動させる請求項1〜4のいずれか一項に記載の圧電駆動装置と、を備える。この形態によれば、圧電駆動装置をロボットの駆動に利用できる。 (6) According to one aspect of the present invention, a robot is provided. The piezoelectric drive according to any one of claims 1 to 4, wherein the robot rotates two link parts, a joint part connecting the two link parts, and the two link parts at the joint part. An apparatus. According to this embodiment, the piezoelectric driving device can be used for driving the robot.
(7)本発明の一形態によれば、ロボットの駆動方法が提供される。この駆動方法は、前記圧電駆動装置の前記圧電素子に交流電圧又は脈流電圧を印加することで前記圧電駆動装置を駆動し、前記2つのリンク部を前記関節部で回動させる。 (7) According to one aspect of the present invention, a method for driving a robot is provided. In this driving method, the piezoelectric driving device is driven by applying an AC voltage or a pulsating voltage to the piezoelectric element of the piezoelectric driving device, and the two link portions are rotated by the joint portion.
(8)本発明の一形態によれば、上記形態の圧電駆動装置の駆動方法が提供される。この駆動方法は、前記圧電素子に、交流電圧又は脈流電圧を印加する。 (8) According to one aspect of the present invention, there is provided a driving method for the piezoelectric driving device according to the above aspect. In this driving method, an alternating voltage or a pulsating voltage is applied to the piezoelectric element.
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、圧電駆動装置の他、圧電駆動装置の駆動方法、圧電駆動装置の製造方法、圧電駆動装置を搭載するロボット、圧電駆動装置を搭載するロボットの駆動方法、送液ポンプ、投薬ポンプ等、様々な形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, in addition to a piezoelectric driving device, a driving method of the piezoelectric driving device, a manufacturing method of the piezoelectric driving device, a robot equipped with the piezoelectric driving device, and a piezoelectric driving device. It can be realized in various forms such as a driving method of a robot to be mounted, a liquid feeding pump, and a medication pump.
A.圧電振動体ユニットの実施形態:
A1.圧電振動体ユニットの第1の実施形態:
図1(A)は、本発明の一実施形態における圧電振動体ユニット10の概略構成を示す平面図であり、図1(B)はそのB−B断面図である。圧電振動体ユニット10は、振動板200と、振動板200の両面(第1面211と第2面212)にそれぞれ配置された2つの圧電振動体100とを備える。圧電振動体100は、基板120と、基板120の上に形成された第1電極130と、第1電極130の上に形成された圧電体140と、圧電体140の上に形成された第2電極150と、を備えている。第1電極130と第2電極150は、圧電体140を挟持して圧電素子を構成する。2つの圧電振動体100は、振動板200を中心として対称に配置されている。また、この実施形態では、基板120と振動板200とが圧電素子(130,140,150)を挟むように、圧電振動体100が振動板200上に設置されている。2つの圧電振動体100は同じ構成を有しているので、以下では特に断らない限り、振動板200の下側にある圧電振動体100の構成を説明する。
A. Embodiment of piezoelectric vibrator unit:
A1. First embodiment of piezoelectric vibrator unit:
FIG. 1A is a plan view showing a schematic configuration of a piezoelectric vibrating
圧電振動体100の基板120は、第1電極130と圧電体140と第2電極150を成膜プロセスで形成するための基板として使用される。また、基板120は機械的な振動を行う振動板としての機能も有する。基板120は、例えば、Si,Al2O3,ZrO2などで形成することができる。Si製の基板120として、例えば半導体製造用のSiウェハーを利用することが可能である。この実施形態において、基板120の平面形状は長方形である。基板120の厚みは、例えば10μm以上100μm以下の範囲とすることが好ましい。基板120の厚みを10μm以上とすれば、基板120上の成膜処理の際に基板120を比較的容易に取扱うことができる。また、基板120の厚みを100μm以下とすれば、薄膜で形成された圧電体140の伸縮に応じて、基板120を容易に振動させることができる。
The
第1電極130は、基板120上に形成された1つの連続的な導電体層として形成されている。一方、第2電極150は、図1(A)に示すように、5つの導電体層150a〜150e(「第2電極150a〜150e」とも呼ぶ)に区分されている。中央にある第2電極150eは、基板120の幅方向の中央において、基板120の長手方向のほぼ全体に亘る長方形形状に形成されている。他の4つの第2電極150a,150b,150c,150dは、同一の平面形状を有しており、基板120の四隅の位置に形成されている。図1の例では、第1電極130と第2電極150は、いずれも長方形の平面形状を有している。第1電極130や第2電極150は、例えばスパッタリングによって形成される薄膜である。第1電極130や第2電極150の材料としては、例えばAl(アルミニウム)や、Ni(ニッケル)、Au(金)、Pt(白金)、Ir(イリジウム)などの導電性の高い任意の材料を利用可能である。なお、第1電極130を1つの連続的な導電体層とする代わりに、第2電極150a〜150eと実質的に同じ平面形状を有する5つの導電体層に区分してもよい。なお、第2電極150a〜150eの間の電気的接続のための配線(又は配線層及び絶縁層)と、第1電極130及び第2電極150a〜150eと駆動回路との間の電気的接続のための配線(又は配線層及び絶縁層)とは、図1では図示が省略されている。
The
圧電体140は、第2電極150a〜150eと実質的に同じ平面形状を有する5つの圧電体層として形成されている。この代わりに、圧電体140を、第1電極130と実質的に同じ平面形状を有する1つの連続的な圧電体層として形成してもよい。第1電極130と圧電体140と第2電極150a〜150eとの積層構造によって、5つの圧電素子110a〜110e(図1(A))が構成される。
The
圧電体140は、例えばゾル−ゲル法やスパッタリング法によって形成される薄膜である。圧電体140の材料としては、ABO3型のペロブスカイト構造を採るセラミックスなど、圧電効果を示す任意の材料を利用可能である。ABO3型のペロブスカイト構造を採るセラミックスとしては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウムストロンチウム(BST)、タンタル酸ストロンチウムビスマス(SBT)、メタニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等を用いることが可能である。またセラミック以外の圧電効果を示す材料、例えばポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いることも可能である。圧電体140の厚みは、例えば50nm(0.05μm)以上20μm以下の範囲とすることが好ましい。この範囲の厚みを有する圧電体140の薄膜は、成膜プロセスを利用して容易に形成することができる。圧電体140の厚みを0.05μm以上とすれば、圧電体140の伸縮に応じて十分に大きな力を発生することができる。また、圧電体140の厚みを20μm以下とすれば、圧電振動体ユニット10を十分に小型化することができる。
The
図2は、振動板200の平面図である。振動板200は、長方形形状の振動体部210と、振動体部210の左右の長辺からそれぞれ3本ずつ延びる接続部220とを有しており、また、左右の3本の接続部220にそれぞれ接続された2つの取付部230を有している。なお、図2では、図示の便宜上、振動体部210にハッチングを付している。取付部230は、ネジ240によって他の部材に圧電振動体ユニット10を取り付けるために用いられる。振動板200は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、銅、銅合金、鉄−ニッケル合金などの金属材料で形成することが可能である。
FIG. 2 is a plan view of the
振動体部210の上面(第1面211)及び下面(第2面212)には、圧電振動体100(図1)がそれぞれ接着剤を用いて接着される。振動体部210の長さLと幅Wの比は、L:W=約7:2とすることが好ましい。この比は、振動体部210がその平面に沿って左右に屈曲する超音波振動(後述)を行うために好ましい値である。振動体部210の長さLは、例えば3.5mm以上30mm以下の範囲とすることができ、幅Wは、例えば1mm以上8mm以下の範囲とすることができる。なお、振動体部210が超音波振動を行うために、長さLは50mm以下とすることが好ましい。振動体部210の厚み(振動板200の厚み)は、例えば50μm以上700μm以下の範囲とすることができる。振動体部210の厚みを50μm以上とすれば、圧電振動体100を支持するために十分な剛性を有するものとなる。また、振動体部210の厚みを700μm以下とすれば、圧電振動体100の変形に応じて十分に大きな変形を発生することができる。
The piezoelectric vibrating body 100 (FIG. 1) is bonded to the upper surface (first surface 211) and the lower surface (second surface 212) of the vibrating
振動板200の一方の短辺には、突起部20(「接触部」又は「作用部」とも呼ぶ)が設けられている。突起部20は、被駆動体と接触して、被駆動体に力を与えるための部材である。突起部20は、セラミックス(例えばAl2O3)などの耐久性がある材料で形成することが好ましい。
On one short side of the
図3は、圧電振動体ユニット10と駆動回路300の電気的接続状態を示す説明図である。5つの第2電極150a〜150eのうちで、対角にある一対の第2電極150a,150dが配線151を介して互いに電気的に接続され、他の対角の一対の第2電極150b,150cも配線152を介して互いに電気的に接続されている。これらの配線151,152は成膜処理によって形成しても良く、或いは、ワイヤ状の配線によって実現してもよい。図3の3つの第2電極150b,150e,150aと、第1電極130(図1)は、配線310,312,314,320を介して駆動回路300に電気的に接続されている。駆動回路300は、一対の第2電極150a,150dと第1電極130との間に周期的に変化する交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、圧電振動体ユニット10を超音波振動させて、突起部20に接触するローター(被駆動体)を所定の回転方向に回転させることが可能である。ここで、「脈流電圧」とは、交流電圧にDCオフセットを付加した電圧を意味し、その電圧(電界)の向きは、一方の電極から他方の電極に向かう一方向である。また、他の一対の第2電極150b,150cと第1電極130との間に交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、突起部20に接触するローターを逆方向に回転させることが可能である。このような電圧の印加は、振動板200の両面に設けられた2つの圧電振動体100に同時に行われる。なお、図3に示した配線151,152,310,312,314,320を構成する配線(又は配線層及び絶縁層)は、図1では図示が省略されている。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an electrical connection state between the piezoelectric vibrating
図3に示した実施形態では、5つの圧電素子110a〜110eが以下の3組の圧電素子グループに区分されている。
(1)第1圧電素子グループPG1:圧電素子110a,110d
(2)第2圧電素子グループPG2:圧電素子110b,110c
(3)第3圧電素子グループPG3:圧電素子110e
各圧電素子グループに含まれる圧電素子110は、常に同時に駆動される。また、第1圧電素子グループPG1は、2つの圧電素子110a,110dを含むので、これらの圧電素子110a,110dの第2電極150a,150d同士が配線151を介して直接接続されている。第2圧電素子グループPG2も同様である。なお、他の実施形態として、3つ以上の圧電素子110で1組の圧電素子グループを構成することも可能であり、一般には、複数の圧電素子をN組(Nは2以上の整数)の圧電素子グループに区分することが可能である。この場合にも、同じ圧電素子グループに2つ以上の圧電素子110が含まれる場合には、それらの第2電極150同士が配線を介して直接接続される。ここで、「配線を介して直接接続される」という意味は、配線の途中に受動素子(抵抗、コイル、コンデンサなど)や能動素子を含まないことを意味する。また、本実施形態では、第1電極130として、5つの圧電素子110a〜110eに共通する1つの導電層が使用されているが、第1電極130が個々の圧電素子毎に分離されている場合には、同じ圧電素子グループに属する2つ以上の圧電素子の第1電極同士も配線を介して直接接続されることが好ましい。
In the embodiment shown in FIG. 3, the five
(1) First piezoelectric element group PG1:
(2) Second piezoelectric element group PG2:
(3) Third piezoelectric element group PG3:
The piezoelectric elements 110 included in each piezoelectric element group are always driven simultaneously. Further, since the first piezoelectric element group PG1 includes two
図4は、圧電振動体ユニット10の動作の例を示す説明図である。圧電振動体ユニット10の突起部20は、被駆動体としてのローター50の外周に接触している。図4(A)に示す例では、駆動回路300(図3)は、一対の第2電極150a,150dと第1電極130との間に交流電圧又は脈流電圧を印加しており、圧電素子110a,110dは図4の矢印xの方向に伸縮する。これに応じて、圧電振動体ユニット10の振動体部210が振動体部210の平面内で屈曲して蛇行形状(S字形状)に変形し、突起部20の先端が矢印yの向きに往復運動するか、又は、楕円運動する。その結果、ローター50は、その中心51の周りに所定の方向z(図4では時計回り方向)に回転する。図2で説明した振動板200の3つの接続部220(図2)は、このような振動体部210の振動の節(ふし)の位置に設けられている。なお、駆動回路300が、他の一対の第2電極150b,150cと第1電極130との間に交流電圧又は脈流電圧を印加する場合には、ローター50は逆方向に回転する。なお、中央の第2電極150eに、一対の第2電極150a,150d(又は他の一対の第2電極150b,150c)と同じ電圧を印加すれば、圧電振動体ユニット10が長手方向に伸縮するので、突起部20からローター50に与える力をより大きくすることが可能である。なお、圧電振動体ユニット10(又は圧電振動体100)のこのような動作については、上記先行技術文献1(特開2004−320979号公報、又は、対応する米国特許第7224102号)に記載されており、その開示内容は参照により組み込まれる。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of the operation of the piezoelectric vibrating
図4(B)は、図4(A)のように圧電振動体ユニット10がその面内方向に振動する際に、その厚み方向にも湾曲する様子を示いている。このような厚み方向の湾曲は、圧電振動体ユニット10の表面に撓み(ひずみ)を発生させる点で望ましくない。しかしながら、本実施形態の圧電振動体ユニット10では、基板120と振動板200とが圧電素子110(130,140,150)を挟むように圧電振動体100が振動板200上に設置されているので、このような望ましくない撓み(ひずみ)を基板120によって抑制することができる。図4(C)は、図4(B)とは逆に、基板120が振動板200と接するように圧電振動体100が振動板200上に設置されている例である。図4(C)の積層構造では、第2電極150の表面において望ましくない撓み(ひずみ)が過度に大きくなる可能性がある。従って、図4(B)に示すように、基板120と振動板200とが圧電素子(130,140,150)を挟むように、圧電振動体100を振動板200上に設置することが好ましい。こうすれば、圧電振動体ユニット10の故障や損傷の可能性を低減することが可能である。特に、基板120をシリコン製とすれば、撓み(ひずみ)に対して損傷し難いので好ましい。また、本実施形態では、振動板200と圧電素子110(130,140,150)とが接触している。そのため、振動板200に配線層を形成することにより、振動板200の配線層を経由して、圧電素子110に電圧を印加できる。但し、図4(C)のように、基板120が振動板200と接するように圧電振動体100を振動板200に設置すれば、駆動回路300と圧電素子110(130,140,150)との間の配線が、図4(B)に示す例に比べて容易となる。
FIG. 4B shows a state in which the piezoelectric vibrating
A2.圧電振動体ユニットの他1の実施形態:
図5(A)は、本発明の更に他の実施形態としての圧電振動体ユニット10bの平面図であり、第1実施形態の図1(A)に対応する図である。図5(A)〜(C)では、図示の便宜上、振動板200の接続部220や取付部230は図示が省略されている。図5(A)の圧電振動体ユニット10bでは、一対の第2電極150b,150cが省略されている。この圧電振動体ユニット10bも、図4に示すような1つの方向zにローター50を回転させることが可能である。なお、図5(A)の3つの第2電極150a,150e,150dには同じ電圧が印加されるので、これらの3つの第2電極150a,150e,150dを、連続する1つの電極層として形成してもよい。
A2. Another embodiment of the piezoelectric vibrator unit:
FIG. 5A is a plan view of a
図5(B)は、本発明の更に他の実施形態としての圧電振動体ユニット10cの平面図である。この圧電振動体ユニット10cでは、図1(A)の中央の第2電極150eが省略されており、他の4つの第2電極150a,150b,150c,150dが図1(A)よりも大きな面積に形成されている。この圧電振動体ユニット10cも、第1実施形態とほぼ同様な効果を達成することができる。
FIG. 5B is a plan view of a piezoelectric vibrating
図5(C)は、本発明の更に他の実施形態としての圧電振動体ユニット10dの平面図である。この圧電振動体ユニット10dでは、図1(A)の4つの第2電極150a,150b,150c,150dが省略されており、1つの第2電極150eが大きな面積で形成されている。この圧電振動体ユニット10dは、長手方向に伸縮するだけであるが、突起部20から被駆動体(図示省略)に対して大きな力を与えることが可能である。
FIG. 5C is a plan view of a
図1及び図5(A)〜(C)から理解できるように、圧電振動体100の第2電極150としては、少なくとも1つの電極層を設けることができる。但し、図1及び図5(A),(B)に示す実施形態のように、長方形の圧電振動体100の対角の位置に第2電極150を設けるようにすれば、圧電振動体100及び振動板200を、その平面内で屈曲する蛇行形状に変形させることが可能である点で好ましい。
As can be understood from FIG. 1 and FIGS. 5A to 5C, at least one electrode layer can be provided as the
B.圧電振動体モジュールの実施形態:
B1.圧電振動体モジュールの第1の実施形態:
図6は、第1の実施形態の圧電振動体モジュール11を示す斜視図である。図7は、第1の実施形態の圧電振動体モジュール11の分解斜視図である。圧電振動体モジュール11は、圧電振動体ユニット10(振動板200と、圧電振動体100)と、板バネ400と、モジュール支持板500と、固定部材600と、ネジ240、242、244と、ワッシャー245と、を備える。本実施形態では、上から、第1板バネ400a、圧電振動体ユニット10、第2板バネ400b、モジュール支持板500、固定部材600の順番に配置されている。第1板バネ400a、第2板バネ400bは、区別する必要がない場合には、単に「板バネ400」と呼ぶ。なお、振動板200の接続部220と取付部230(図2)には、圧電振動体100の第2電極150a、150b、150e(図3)に電圧を印加するための配線204a、204b、204eが形成されている。なお配線204a、204b、204eは、それぞれ図3に示した配線314、310、312の一部である。
B. Embodiment of piezoelectric vibrator module:
B1. First embodiment of piezoelectric vibrator module:
FIG. 6 is a perspective view showing the piezoelectric vibrating
第1の実施形態では、圧電振動体ユニット10を挟むように、第1板バネ400aと第2板バネ400bが配置されている。第1板バネ400aと第2板バネ400bの形状は同一である。板バネ400の形状や動作については、後述する。第1の実施形態では、2枚の板バネ400を用いたが、板バネ400の枚数は、所望される弾性力により決められる。したがって、所望される弾性力によっては、板バネ400の枚数は1枚であっても良く、2枚以上であっても良い。板バネ400の枚数が1枚の場合、1枚の板バネ400とモジュール支持板500とで圧電振動体ユニット10を挟むように板バネ400を配置することが好ましい。板バネ400の枚数が2枚以上の場合には、2枚の板バネ400が圧電振動体ユニット10を挟むように、板バネ400を配置することが好ましい。板バネ400は、圧電振動体ユニット10が振動するときに、振動板200が被駆動体50に加える力以下の力で弾性変形可能であってもよい。
In the first embodiment, the
圧電振動体モジュール11の一方の端には、モジュール支持板500が配置されている。モジュール支持板500と、2枚の板バネ400a、400bと、圧電振動体ユニット10とは、ネジ240により一体に固定されている。
A
モジュール支持板500の外側には、固定部材600が配置されている。板バネ400は、固定部材600と、ネジ242により固定される。ただし、振動板200は、固定部材600と、直接固定されておらず、板バネ400を介して間接的に接続されている。固定部材600は、ネジ244により、圧電駆動装置の筐体(図示せず)に固定される。
A fixing
図8は、板バネ400が変形していないときの圧電振動体モジュール11の平面図である。図8では、図示の便宜上、板バネ400の表面にハッチングを付している。板バネ400は、固定部材600と固定される第1部位410と、振動板200と固定される第2部位420と、第1部位410と第2部位とを接続する第3部位430とを備える。本実施形態では、第1部位410は、長手方向が、固定部材600の長手方向と平行な細長い形状を有しており、ネジ242により、固定部材600に取り付けられている。但し、第1部位410は、固定部材600と固定されていれば良く、その形状は、任意である。本実施形態では、第2部位420は、略長方形をしており、ネジ240により、振動板200の取付部230に取り付けられている。そのため、板バネ400は、振動板200の厚み方向から見て振動板200と重なる部分を有している。なお、第2部位420についても、振動板200の取付部230に取り付けられていればよく、その形状は任意である。第3部位430は、第1部位410と第2部位とを接続する2本の細長い部分である。板バネ400は、略長方形の板を、額縁形状の1辺を除いた3辺の形状で打ち抜くことにより、容易に形成できる。なお、打ち抜き形状は、額縁形状の1辺を除いた3辺の形状以外の形状、例えば略長方形であってもよい。この場合、板バネ400は、1辺が太い略額縁形状としてもよい。太い辺が第2部位420に対応し、太い辺の対辺が第1部位410に対応し、残りの2辺が第3部位430となる。
FIG. 8 is a plan view of the piezoelectric vibrating
図9は、板バネ400が変形しているときの圧電振動体モジュール11の平面図である。圧電振動体ユニット10が伸縮すると、振動板200の突起部20が被駆動体50を力Fで押圧する。作用・反作用の法則により、突起部20及び振動板200は、被駆動体50から力Fに対する反力(−F)を受ける。ここで振動板200は、板バネ400の第2部位420とネジ240で接続されている。振動板200と板バネ400の第2部位420は、被駆動体50と反対側に移動する。これに対し、板バネ400の第1部位410は、固定部材600に固定されているので、被駆動体50から反力(−F)を受けても移動しない。第2部位420は、第1部位410に対して相対的に移動する。その結果、板バネ400の第3部位430が変形する。この変形を元に戻そうとする弾性力により、振動板200は被駆動体50の方向に押され、突起部20は、被駆動体50に押圧される。
FIG. 9 is a plan view of the piezoelectric vibrating
仮に、振動板200の厚み方向から見て振動板200と重なる部分を有さず、面と垂直な方向に弾性変形する板バネを使用する場合、この板バネは、例えば、板バネの表面の法線方向が圧電振動体100の長手方向と平行になるように第3部位の位置に配置される。この場合、圧電振動体モジュール11の厚さは、板バネの幅により制限される。そのため、圧電振動体100の厚さを薄くしても、圧電振動体モジュール11の厚さを、板バネの幅よりも薄く出来ない。これに対し、第1の実施形態では、振動板200の厚み方向から見て振動板200と重なる部分を有し、面内方向に弾性変形可能な板バネ400を用いるので、圧電振動体モジュール11の厚さは、圧電振動体ユニット10の厚さと、板バネ400の厚さの和である。したがって、圧電振動体100の厚さを薄くして圧電振動体ユニット10の厚さを薄くすれば、圧電振動体モジュール11の厚さも薄く出来る。したがって、圧電素子110を成膜プロセスで形成し、薄い圧電振動体100を形成出来る場合には、振動板200と重なる部分を有し、面内方向に弾性変形可能な板バネ400を用いた方が、圧電振動体モジュール11の厚さを薄く出来る。
If a leaf spring that does not overlap with the
第1の実施形態によれば、板バネ400は、固定部材600(支持部材)と固定するための第1部位410と、振動板200と固定するための第2部位420と、第1部位410と第2部位420とを繋ぐ第3部位430とを備え、第2部位420は振動板200と重なる部分である。このような形状とすれば、板バネ400の変形(第3部位430の変形)により弾性力を生じさせることが出来る。
According to the first embodiment, the
板バネ400は、圧電振動体100と接触していることが好ましい。板バネ400が圧電振動体100と接触していれば、圧電振動体100の伸縮が板バネ400を変形させて、弾性力を生じさせることが出来る。なお、板バネ400は、圧電振動体100と接触していなくても良い。例えば、板バネ400と、圧電振動体100との間に他のシート部材を配置しても良い。あるいは、振動板200と、板バネ400との間に配置するワッシャー245の枚数を調整することで、圧電振動体100と、板バネ400との間を離間させるようにしても良い。
The
圧電振動体モジュール11が複数枚の板バネ400、例えば、第1板バネ400aと第2板バネ400bとを有する場合には、圧電振動体ユニット10は、第1板バネ400aと第2板バネ400bの間に位置することが好ましい。振動板200の一方の側のみに板バネ400を設けると、弾性力が偏り振動板200が湾曲するおそれがあるが、第1板バネ400aと第2板バネ400bとの間に振動板200を配置すれば、振動板200が湾曲するおそれが少ない。
When the
このように、圧電振動体モジュールの第1の実施形態によれば、圧電振動体100を薄くすれば、それに応じて圧電振動体ユニット10を薄く形成出来る。また、振動板200の厚み方向から見て振動板200と重なる部分を有さず、面と垂直な方向に弾性変形可能なバネを備える場合に比べて、圧電振動体ユニット10を薄く形成出来る。さらに、振動板200を、第1板バネ400aと第2板バネ400bとの間に配置することで、振動板200の湾曲を抑制できる。
Thus, according to the first embodiment of the piezoelectric vibrator module, if the
B2.圧電モジュールの第2の実施形態:
図10は、第2の実施形態の圧電振動体モジュール11aを示す斜視図である。図11は、圧電振動体モジュール11aの分解斜視図である。図6、図7に示す圧電振動体モジュール11では、圧電振動体ユニット10が1個であるのに対し、圧電振動体モジュール11aは、圧電振動体ユニット10が3個である点が異なっている。隣り合う2つの圧電振動体ユニット10の間(10aと10bの間、及び10bと10cの間)には、3枚の板バネ400(400a、400c、400b)が配置されている。最上部の圧電振動体ユニット10aの上には、2枚の板バネ400(400aと400c)が配置され、最下部の圧電振動体ユニット10cの下には、2枚の板バネ400(400bと400c)が配置されている。以上のように、複数の圧電振動体ユニット10を積層した圧電振動体モジュール11aにおいて、振動板200と重なる部分を有し、面内方向に弾性変形可能な板バネ400を用いることができる。なお、振動板200や板バネ400は、中心面に対して面対称位置に配置することが好ましい。
B2. Second embodiment of the piezoelectric module:
FIG. 10 is a perspective view showing the piezoelectric vibrating
C.配線構造の実施形態:
C1.配線構造の第1の実施形態:
図12は、複数の圧電振動体ユニットを有する圧電振動体モジュールの配線構造の第1の実施形態を示す説明図である。上記圧電振動体モジュールの第2の実施形態では、2つの圧電振動体ユニット10の間に3枚の板バネ400を備える構成であったが、第3の実施形態では、2つの振動板200の間に1枚の板バネ400を備える構成として説明する。なお、上述したように、板バネ400の枚数は、所望される弾性力によって決められるものであり、2つの圧電振動体ユニット10の間に、1枚の板バネ400を配置するようにしても良い。配線構造の第1の実施形態では、3個の圧電振動体ユニット10(10a、10b、10c)と、4枚の板バネ400を備えており、板バネ400と、圧電振動体ユニット10とは交互に配置されている。
C. Embodiment of wiring structure:
C1. First embodiment of wiring structure:
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a first embodiment of a wiring structure of a piezoelectric vibrator module having a plurality of piezoelectric vibrator units. In the second embodiment of the piezoelectric vibrator module described above, the three
図13は、圧電振動体ユニット10の配線パターンの例を示す斜視図である。圧電振動体ユニット10aの振動板を第1振動板200aと呼び、第1振動板200aの圧電振動体を第1圧電振動体100aと呼び、第1圧電振動体100aに含まれる圧電素子を第1圧電素子とも呼ぶ。振動板200aは、接続部220と取付部230に配線204a、204b、204eと2つの配線204gとを備えている。なお、第1振動板200aの配線204a、204b、204eを第1配線とも呼ぶ。配線204a、204b、204eは、それぞれ図3に示す配線314、312、310の一部であり、配線204gは、配線320の一部である。配線204a、204b、204eは、ネジ穴200hを避けて形成されているが、2つの配線204gは、ネジ穴200hを避けていない。圧電振動体ユニット10の駆動時の第1電極130の電位はグランド電位であり、配線204g及びネジ240を介して筐体に接続されている。配線204a、204b、204eは、グランドとのショートを避けるため、ネジ穴200hを避けて形成されている。なお、図12に示した圧電振動体ユニット10bの振動板を第2振動板と呼び、第2振動板の圧電振動体を第2圧電振動体と呼び、第2圧電振動体に含まれる圧電素子を第2圧電素子とも呼ぶ。同様に、圧電振動体ユニット10cの振動板を第3振動板と呼び、第3振動板の圧電振動体を第3圧電振動体と呼び、第3圧電振動体に含まれる圧電素子を第3圧電素子とも呼ぶ。但し、第2振動板の配線(204a、204b、204e)は、第3配線と呼び、第3振動板の配線(204a、204b、204e)は、第4配線と呼ぶ。
FIG. 13 is a perspective view illustrating an example of a wiring pattern of the
配線204a、204b、204e、204gは、第1振動板200aの第1面211aと、第2面212aと、第1面211aと第2面212aとの間の側面213aと、の3つの面に形成されている。第1面211aの配線204a、204b、204eと、第2面212aの配線204a、204b、204eとは、それぞれ、側面213aの配線の204a、204b、204eを介して繋がっている。
The
図12に示す例では、フレキシブル基板のような可撓性基板700に配線310、312、314を形成し、各振動板200a、200b、200cの側面213a、213b、213cにおいて、配線204a、204b、204eと、配線314、310、312とをそれぞれ接続する。なお、可撓性基板700に形成された配線を第2配線と呼ぶ。この接続は、例えばハンダや導電性ペーストにより行われても良い。この形態によれば、1枚の可撓性基板700により複数の振動板200a〜200cに配線を行うことが出来る。なお、可撓性基板700に配線310、312、314を3本ずつ形成し、3枚の振動板200a〜200cの配線204a、204b、204eとそれぞれ接続すれば、各振動板200a〜200cの圧電振動体100a〜100cを独立に制御することも可能である。なお、圧電振動体モジュール11と、可撓性基板700と、駆動回路300とを備える装置を圧電駆動装置と呼ぶ。
In the example shown in FIG. 12,
配線構造の第1の実施形態によれば、振動板200aに形成された配線204b、204e、204a(第1配線)を、可撓性基板700に形成された配線310、312、314(第2配線)に接触させた状態で電気的接続を行うので、駆動回路300から圧電振動体100への配線を容易に形成出来る。
According to the first embodiment of the wiring structure, the
配線構造の第1の実施形態によれば、配線204b、204e、204aは、振動板200aの側面213aにも形成されている。その結果、側面213aで配線204b、204e、204a(第1配線)と可撓性基板700に形成された配線310、312、314(第2配線)とを接続することにより、第1配線と第2配線とを容易に接続できる。
According to the first embodiment of the wiring structure, the
また、配線構造の第1の実施形態によれば、第2圧電素子を有する第2圧電振動体100bと、第2圧電振動体100bが設けられた第2振動板200bと、第2振動板200bに設けられた配線204b、204e、204a(第3配線)とを備え、配線204b、204e、204a(第3配線)と可撓性基板700に形成された配線310、312、314(第2配線)とを接続することにより、第3配線と第2配線とを容易に接続できる。なお、配線構造の第1の実施形態では、圧電振動体ユニット10が3個の場合を例にとり説明したが、圧電振動体ユニット10は1個でも、2個でも良く、あるいは3個以上であってもよい。
Also, according to the first embodiment of the wiring structure, the second piezoelectric vibrating body 100b having the second piezoelectric element, the second vibrating
C2.配線構造の第2の実施形態:
図14は、複数の振動板200を有する場合の配線の他の例を示す説明図である。配線構造の第2の実施形態では、配線310、312、314が形成された3枚の可撓性基板701により配線を行う。各可撓性基板701の配線314、310、312は、各振動板200a、200b、200cの第1面211a、211b、211cにおいて、配線204a、204b、204e(図12)と接続される。この形態によれば、各振動板200の圧電振動体100を独立に制御することも可能である。なお、配線構造の第2の実施形態でも、圧電振動体ユニット10が3個の場合を例にとり説明したが、圧電振動体ユニット10は1個でも、2個でも、あるいは3個以上であってもよい。圧電振動体ユニット10の数がn個の場合、n枚の可撓性基板701を用いれば良い。
C2. Second embodiment of wiring structure:
FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating another example of wiring when a plurality of
C3.配線構造の第3の実施形態:
図15は、複数の振動板200を有する場合の配線のさらに他の例を示す説明図である。第5の実施形態では、1枚の可撓性基板702により配線を行う。可撓性基板702は、一方の面に配線310、312、314が形成されている。可撓性基板702は、配線310、312、314が各振動板200a、200b、200cの配線204a、204b、204cと接するように7回折り畳まれている。その結果、可撓性基板702の配線310,312、314は、第1振動板200aの第1面211aの配線204a、204b、204e、第2振動板200bの第1面211bと第2面212bの配線204a、204b、204e、第3振動板200cの第2面212cの配線204a、204b、204eと接触するので、1枚の可撓性基板702により全ての圧電振動体100に電圧を印加することが出来る。なお、配線構造の第3の実施形態でも、圧電振動体ユニット10が3個の場合を例にとり説明したが、圧電振動体ユニット10は1個でも、2個でも良く、あるいは3個以上であってもよい。圧電振動体ユニット10の数がn個の場合、可撓性基板702を、2n+1回折り畳めば良い。
C3. Third embodiment of wiring structure:
FIG. 15 is an explanatory diagram showing still another example of wiring in the case where a plurality of
図16は、配線構造の第3の実施形態における可撓性基板702を折り畳まずに展開した状態を示す説明図である。可撓性基板702の配線310、312、314は、それぞれ、各振動板200の配線204b、204e、204aと接続するための配線310a〜310c、312a〜312c、314a〜314cに分かれている。このように、配線310a〜310c、312a〜312c、314a〜314cを備えることで、1枚の可撓性基板702により、各振動板200の圧電振動体100に独立して電圧を印加できる。なお、配線310を配線310a〜310cに分けず、配線312を配線312a〜312cに分けず、配線314を配線314a〜314cに分けなくても良い。この場合、全ての圧電振動体に同じ電圧を印加できる。
FIG. 16 is an explanatory view showing a state where the
C4.配線構造の第4の実施形態:
図17は、複数の振動板200を有する場合の配線の他の例を示す説明図である。配線構造の第4の実施形態では、可撓性基板703は、第1振動板200aの第2面212aの配線204a、204b、204eに接続されている。隣接する2枚の振動板200の向かい合う2つの面(例えば第1振動板200aの第1面211aと、第2振動板200bの第2面212b)との間の電気的接続は、可撓性基板703と異なる配線部材704により接続している。これらに配線部材704には、配線310、312、314の一部が設けられており、これらに配線によって、各圧電振動体ユニット10(10a、10b、10c)に圧電素子と駆動回路300とが接続される。なお、配線部材704は、可撓性があっても良く、無くても良い。なお、配線構造の第4の実施形態でも、圧電振動体ユニット10が3個の場合を例にとり説明したが、圧電振動体ユニット10は2個でも、あるいは3個以上であってもよい。圧電振動体ユニット10の数がn個(nは2以上の整数)の場合、配線部材704を、n−1個設ければ良い。
C4. Fourth embodiment of wiring structure:
FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating another example of wiring when a plurality of
なお、図13の例において、各振動板200の第1面211と第2面212と側面213に、第1配線(204a、204b、204e)に加えて、その振動板200に配置される圧電振動体100の圧電素子110と接続されないダミー配線を、さらに備えても良い。配線部材704の配線と、各振動板200の圧電素子110と接続されている第1配線とを接続すれば、その振動板200の圧電素子を駆動できる。一方、第2配線とダミー配線とを接続すれば、その振動板200の圧電素子を駆動しないことが可能となる。すなわち、可撓性基板703の配線パターンと、配線部材704の配線パターンと、各振動板200の第1配線(204a、204b、204e)及びダミー配線の配線パターンと、を適切に設計して配線すれば、駆動回路300は、複数の振動板200のうちの任意の振動板200に配置された圧電振動体100のみを駆動できる。
In addition, in the example of FIG. 13, in addition to the first wiring (204a, 204b, 204e) on the
複数の振動板200がある場合、図12の例、図15の例で説明したように、1枚の可撓性基板700、702により全ての振動板200の配線310,312、314に配線しても良く、図14の例で説明したように、複数の可撓性基板701により接続しても良い。また、図17の例で説明したように、1枚の可撓性基板703により1枚の振動板200、例えば振動板200aの配線310,312、314に配線し、他の振動板200b、200cについては、配線部材704を用いて配線しても良い。
When there are a plurality of
なお、配線構造の実施形態の説明においては、板バネ400を備える構成を例にとって説明したが、板バネ400は無くてもよい。
In the description of the embodiment of the wiring structure, the configuration including the
D.圧電駆動装置を用いた装置の実施形態:
上述した圧電振動体ユニットを駆動装置とした圧電駆動装置は、共振を利用することで被駆動体に対して大きな力を与えることができるものであり、各種の装置に適用可能である。圧電駆動装置は、例えば、ロボット(電子部品搬送装置(ICハンドラー)も含む)、投薬用ポンプ、時計のカレンダー送り装置、印刷装置(例えば紙送り機構。ただし、ヘッドに利用される圧電駆動装置では、振動板を共振させないので、ヘッドには適用不可である。)等の各種の機器における駆動装置として用いることが出来る。以下、代表的な実施の形態について説明する。
D. Embodiments of a device using a piezoelectric drive:
A piezoelectric driving device using the above-described piezoelectric vibrating body unit as a driving device can apply a large force to a driven body by utilizing resonance, and can be applied to various devices. Examples of the piezoelectric driving device include a robot (including an electronic component conveying device (IC handler)), a dosing pump, a calendar feeding device for a clock, and a printing device (for example, a paper feeding mechanism. However, in a piezoelectric driving device used for a head, It is not applicable to the head because the diaphragm is not resonated.) And can be used as a driving device in various devices. Hereinafter, representative embodiments will be described.
図18は、上述の圧電駆動装置800を利用したロボット2050の一例を示す説明図である。ロボット2050は、複数本のリンク部2012(「リンク部材」とも呼ぶ)と、それらリンク部2012の間を回動又は屈曲可能な状態で接続する複数の関節部2020とを備えたアーム2010(「腕部」とも呼ぶ)を有している。それぞれの関節部2020には、上述した圧電駆動装置が内蔵されており、圧電駆動装置を用いて関節部2020を任意の角度だけ回動又は屈曲させることが可能である。アーム2010の先端には、ロボットハンド2000が接続されている。ロボットハンド2000は、一対の把持部2003を備えている。ロボットハンド2000にも圧電駆動装置800が内蔵されており、圧電駆動装置800を用いて把持部2003を開閉して物を把持することが可能である。また、ロボットハンド2000とアーム2010との間にも圧電駆動装置800が設けられており、圧電駆動装置800を用いてロボットハンド2000をアーム2010に対して回転させることも可能である。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing an example of a
図19は、図18に示したロボット2050の手首部分の説明図である。手首の関節部2020は、手首回動部2022を挟持しており、手首回動部2022に手首のリンク部2012が、手首回動部2022の中心軸O周りに回動可能に取り付けられている。手首回動部2022は、圧電駆動装置800を備えており、圧電駆動装置800は、手首のリンク部2012及びロボットハンド2000を中心軸O周りに回動させる。ロボットハンド2000には、複数の把持部2003が立設されている。把持部2003の基端部はロボットハンド2000内で移動可能となっており、この把持部2003の根元の部分に圧電駆動装置800が搭載されている。このため、圧電駆動装置800を動作させることで、把持部2003を移動させて対象物を把持することができる。
FIG. 19 is an explanatory diagram of the wrist portion of the
なお、ロボットとしては、単腕のロボットに限らず、腕の数が2以上の多腕ロボットにも圧電駆動装置800を適用可能である。ここで、手首の関節部2020やロボットハンド2000の内部には、圧電駆動装置800の他に、力覚センサーやジャイロセンサー等の各種装置に電力を供給する電力線や、信号を伝達する信号線等が含まれ、非常に多くの配線が必要になる。従って、関節部2020やロボットハンド2000の内部に配線を配置することは非常に困難だった。しかしながら、上述した実施形態の圧電駆動装置800は、通常の電動モーターや、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流を小さくできるので、関節部2020(特に、アーム2010の先端の関節部)やロボットハンド2000のような小さな空間でも配線を配置することが可能になる。
The robot is not limited to a single-arm robot, and the
図20は、上述の圧電駆動装置800を利用した送液ポンプ2200の一例を示す説明図である。送液ポンプ2200は、ケース2230内に、リザーバー2211と、チューブ2212と、圧電駆動装置800と、ローター2222と、減速伝達機構2223と、カム2202と、複数のフィンガー2213、2214、2215、2216、2217、2218、2219と、が設けられている。リザーバー2211は、輸送対象である液体を収容するための収容部である。チューブ2212は、リザーバー2211から送り出される液体を輸送するための管である。圧電駆動装置800の突起部20は、ローター2222の側面に押し付けた状態で設けられており、圧電駆動装置800がローター2222を回転駆動する。ローター2222の回転力は減速伝達機構2223を介してカム2202に伝達される。フィンガー2213から2219はチューブ2212を閉塞させるための部材である。カム2202が回転すると、カム2202の突起部2202Aによってフィンガー2213から2219が順番に放射方向外側に押される。フィンガー2213から2219は、輸送方向上流側(リザーバー2211側)から順にチューブ2212を閉塞する。これにより、チューブ2212内の液体が順に下流側に輸送される。こうすれば、極く僅かな量を精度良く送液可能で、しかも小型な送液ポンプ2200を実現することができる。なお、各部材の配置は図示されたものには限られない。また、フィンガーなどの部材を備えず、ローター2222に設けられたボールなどがチューブ2212を閉塞する構成であってもよい。上記のような送液ポンプ2200は、インシュリンなどの薬液を人体に投与する投薬装置などに活用できる。ここで、上述した実施形態の圧電駆動装置800を用いることにより、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流が小さくなるので、投薬装置の消費電力を抑制することができる。従って、投薬装置を電池駆動する場合は、特に有効である。
FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of a
E.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
E. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
・変形例1:
上記実施形態では、基板120の上に第1電極130と圧電体140と第2電極150とが形成されていたが、基板120を省略して、振動板200の上に第1電極130と圧電体140と第2電極150とを形成するようにしてもよい。
・ Modification 1:
In the above embodiment, the
・変形例2:
上記実施形態では、振動板200の両面にそれぞれ1つの圧電振動体100を設けていたが、圧電振動体100の一方を省略することも可能である。但し、振動板200の両面にそれぞれ圧電振動体100を設けるようにすれば、振動板200をその平面内で屈曲した蛇行形状に変形させることがより容易である点で好ましい。
Modification 2
In the above embodiment, one
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。 The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.
10、10a、10b、10c、10d…圧電振動体ユニット
11、11a…圧電振動体モジュール
12…チューブ
20…突起部(接触部、作用部)
50…ローター(被駆動体)
51…被駆動体の中心
100、100a、100b…圧電振動体
110a、110b、110e…圧電素子
120…基板
130…第1電極
140…圧電体
150、150a、150b、150c、150d、150e…第2電極
151、152…配線
200、200a、200b、200c…振動板
204a、204b、204c…配線
210…振動体部
211、211a、211b、211c…第1面
212、212a、212b、212c…第2面
220…接続部
230…取付部
240、242、244…ネジ
245…ワッシャー
300…駆動回路
310、310a、312、312a、314、314a、320…配線
400、400a、400b、400c…板バネ
410…第1部位
420…第2部位
430…第3部位
500…モジュール支持板
600…固定部材
700、701、702、703…可撓性基板
704…配線部材
800…圧電駆動装置
2000…ロボットハンド
2003…把持部
2010…アーム
2012…リンク部
2020…関節部
2050…ロボット
2200…送液ポンプ
2202…カム
2202A…突起部
2211…リザーバー
2212…チューブ
2213…フィンガー
2222…ローター
2223…減速伝達機構
2230…ケース
DESCRIPTION OF
50 ... Rotor (driven body)
51 ... Center of driven
Claims (8)
前記圧電振動体が設けられた振動板と、
前記振動板の厚み方向から見て前記振動板と重なる部分を有し、面内方向に弾性変形可能な第1板バネと、
前記振動板と前記第1板バネとを固定する固定部材と、
を備える、圧電駆動装置。 A piezoelectric vibrator having a piezoelectric element;
A diaphragm provided with the piezoelectric vibrator;
A first leaf spring having a portion overlapping the diaphragm as viewed from the thickness direction of the diaphragm, and elastically deformable in an in-plane direction;
A fixing member for fixing the diaphragm and the first leaf spring;
A piezoelectric drive device comprising:
前記第1板バネは、前記圧電振動体が振動するときに、前記振動板が被駆動体に加える力以下の力で弾性変形可能である、圧電駆動装置。 The piezoelectric drive device according to claim 1,
The first plate spring is a piezoelectric drive device that can be elastically deformed by a force equal to or less than a force applied by the diaphragm to the driven body when the piezoelectric vibrator vibrates.
前記圧電駆動装置を支持する支持部材を備え、
前記第1板バネは、
前記支持部材に前記第1板バネを固定するための第1部位と、
前記振動板と重なる部分であって前記振動板に前記第1板バネを固定するための第2部位と、
を備える、圧電駆動装置。 The piezoelectric drive device according to claim 2,
A support member for supporting the piezoelectric driving device;
The first leaf spring is
A first portion for fixing the first leaf spring to the support member;
A second portion for fixing the first leaf spring to the diaphragm, which is a portion overlapping the diaphragm;
A piezoelectric drive device comprising:
前記第1板バネは、前記圧電振動体と接触している、圧電駆動装置。 The piezoelectric drive device according to claim 2 or 3,
The piezoelectric driving device, wherein the first leaf spring is in contact with the piezoelectric vibrating body.
前記振動板の厚み方向から見て前記振動板と重なる部分を有し、面内方向に弾性変形可能な第2板バネを備え、
前記振動板は、前記第1板バネと前記第2板バネとの間に位置する、圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 4,
A second plate spring having a portion overlapping the diaphragm as viewed from the thickness direction of the diaphragm, and elastically deformable in an in-plane direction;
The diaphragm is a piezoelectric drive device that is located between the first plate spring and the second plate spring.
前記2つのリンク部を接続する関節部と、
前記2つのリンク部を前記関節部で回動させる請求項1〜5のいずれか一項に記載の圧電駆動装置と、
を備えるロボット。 Two links,
A joint part connecting the two link parts;
The piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 5, wherein the two link portions are rotated by the joint portion;
Robot equipped with.
前記圧電駆動装置の前記圧電素子に交流電圧又は脈流電圧を印加することで前記圧電駆動装置を駆動し、前記2つのリンク部を前記関節部で回動させる、ロボットの駆動方法。 The robot driving method according to claim 6, wherein the piezoelectric driving device is driven by applying an AC voltage or a pulsating voltage to the piezoelectric element of the piezoelectric driving device, and the two link portions are connected to the joint portion. The robot drive method is rotated by the
前記圧電素子に、交流電圧又は脈流電圧を印加する圧電駆動装置の駆動方法。 It is a drive method of the piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 5,
A driving method of a piezoelectric driving device in which an alternating voltage or a pulsating voltage is applied to the piezoelectric element.
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