CN112636630B - 压电致动器、压电电机及机器人 - Google Patents
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Abstract
提供具备难以磨损或损伤的突起部的压电致动器以及具备该压电致动器的压电电机及机器人。一种压电致动器,其特征在于,具备:振动部,所述振动部具有压电元件、前端面和在所述前端面开口的凹部;以及突起部,所述突起部在俯视观察所述前端面时与所述凹部重叠,并具有固定于所述前端面的基部和设置于所述基部并向所述前端面的相反方向突出的凸部,所述突起部将所述振动部的驱动力向被驱动部传递,在俯视观察所述前端面时,所述凸部配置在所述凹部的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及压电致动器、压电电机及机器人。
背景技术
已知有利用压电元件的振动来驱动被驱动部的超声波电机。
在专利文献1中,公开有包括由具备设置在前端的前端部的压电振动元件构成的振动子和与前端部摩擦接触的滑块(被驱动部)的超声波电机。在该超声波电机中,压电振动元件通过同时生成伸缩动作和弯曲动作,从而使前端部进行椭圆运动,结果将滑块朝向一个方向间歇地送出。由此,产生超声波电机的驱动力。
另外,专利文献1所记载的振动子形成为长方体形状,并且在其前端面粘合有具备销形部件和销台的前端部。销形部件形成为圆柱形或棱柱形。另外,销台是俯视观察形状为圆形状或矩形状的柱状体,并且粘合于振动子的前端面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-155761号公报。
发明内容
然而,专利文献1所记载的前端部随着与滑块的摩擦接触而受到反作用力,但在结构上无法释放所受到的反作用力。因此,存在由于所受到的反作用力而引起前端部磨损或损伤这一技术问题。
本发明的适用例所涉及的压电致动器,其特征在于,具备:振动部,所述振动部具有压电元件、前端面和在所述前端面开口的凹部;以及突起部,所述突起部在俯视观察所述前端面时与所述凹部重叠,并具有固定于所述前端面的基部和设置于所述基部并向所述前端面的相反方向突出的凸部,所述突起部将所述振动部的驱动力向被驱动部传递,在俯视观察所述前端面时,所述凸部配置在所述凹部的范围内。
附图说明
图1是示出第一实施方式所涉及的压电电机的俯视图。
图2是示出图1所示的振动体的电极的配置的俯视图。
图3是示出图1所示的振动体的电极的配置的俯视图。
图4是图2及图3的A-A线剖视图。
图5是图2及图3的B-B线剖视图。
图6是图2及图3的C-C线剖视图。
图7是图2及图3的E-E线剖视图。
图8是示出在层叠了四个图7所示的压电元件单元的基础上与布线基板电连接的状态的剖视图。
图9是示出施加于图3所示的振动部的交变电压的示例的图。
图10是示出图1所示的振动部的驱动状态的俯视图。
图11是示出图1所示的振动部的驱动状态的俯视图。
图12是图1中的F-F线剖视图。
图13是将图8所示的振动部和装配于此的突起部分解并示出的部分放大立体图。
图14是示出将图13所示的突起部装配于振动部后的状态的剖视图。
图15是从Y轴正侧观察图14所示的突起部及振动部的俯视图。
图16是示出图14所示的压电致动器的变形例的剖视图。
图17是示出第二实施方式所涉及的压电电机所具备的振动部和装配于此的突起部的剖视图。
图18是将第三实施方式所涉及的压电电机所具备的振动部和装配于此的突起部分解并示出的部分放大立体图。
图19是从Y轴正侧观察图18所示的突起部及振动部的俯视图。
图20是示出凹部的开口部的形状的变形例的图,并且是仅示出具备了变形例所涉及的凹部的振动部的图。
图21是示出凹部的开口部的形状的变形例的图,并且是仅示出具备了变形例所涉及的凹部的振动部的图。
图22是示出凹部的开口部的形状的变形例的图,并且是仅示出具备了变形例所涉及的凹部的振动部的图。
图23是示出第四实施方式所涉及的机器人的立体图。
符号说明
1、压电电机;2、转子;3、压电致动器;4、振动体;5、施力部件;6A、压电元件;6B、压电元件;6C、压电元件;6D、压电元件;6E、压电元件;6F、压电元件;6G、压电元件;7、控制装置;8、布线基板;9、编码器;21、外周面;22、主面;41、振动部;41B、振动部;42、支承部;43、连接部;44、突起部;44A、突起部;45、粘合剂;51、第一基板;52、第二基板;53、间隔件;59、贯通孔;60、压电元件单元;60A、压电元件;60B、压电元件;60C、压电元件;60D、压电元件;60E、压电元件;60F、压电元件;60G、压电元件;60a、第一压电元件单元;60b、第二压电元件单元;61、振动板;61a、第一振动板;61b、第二振动板;63、第一绝缘膜;64、第二绝缘膜;65、第三绝缘膜;81、柔性基板;82、布线;83、导通部件;91、标尺;92、光学元件;412、前端面;414、凹部;414B、凹部;414C、凹部;442、基部;442A、基部;444、凸部;444A、凸部;446、球体;513、弹簧部;601、第一电极;602、压电体;603、第二电极;604、第三电极;605、布线层;607、布线层;611、端面;613a、第一表面;615、第一背面;633、面;691、粘合剂;692、粘合剂;693、粘合剂;921、发光元件;922、摄像元件;1000、机器人;1010、基座;1020、臂;1030、臂;1040、臂;1050、臂;1060、臂;1070、臂;1080、控制装置;1090、末端执行器;4421、第一面;4422、第二面;4423、固定部;4424、贯通孔;4441、接触面;6021、面;6022、面;A1、箭头;A2、箭头;B1、箭头;B2、箭头;O、中心轴;Ss、检测信号;V1、交变电压;V2、交变电压;V3、交变电压。
具体实施方式
下面,基于附图所示的优选实施方式对本发明的压电致动器、压电电机及机器人进行详细说明。
1.第一实施方式
1.1压电电机
首先,对第一实施方式所涉及的压电电机进行说明。
图1是示出第一实施方式所涉及的压电电机的俯视图。图2及图3是分别示出图1所示的振动体的电极的配置的俯视图。图4是图2及图3的A-A线剖视图。图5是图2及图3的B-B线剖视图。图6是图2及图3的C-C线剖视图。图7是图2及图3的E-E线剖视图。
此外,以下为了便于说明,将互相正交的三轴设为X轴、Y轴及Z轴。另外,也将各轴的箭头侧称为“正侧”,将箭头的相反侧称为“负侧”。
另外,在以下的说明中,“设置于面上”是指直接位于该面上的状态或者隔着某些夹装物间接地位于面上的状态中的任意一种。
图1所示的压电电机1具有:转子2,形成为圆板状并作为能够绕中心轴O旋转的被驱动部;以及压电致动器3,抵接于转子2的外周面21。在这样的压电电机1中,若使压电致动器3振动,则转子2绕与X轴平行的中心轴O旋转。此外,作为压电电机1的构成,不限制于图1的构成。例如也可以沿着转子2的周向配置多个压电致动器3,并且通过多个压电致动器3的驱动而使转子2旋转。另外,压电致动器3也可以不抵接于转子2的外周面21,而是抵接于转子2的主面22。另外,被驱动部不限制于转子2那样的旋转体,例如,也可以是直线移动的滑块。
另外,在本实施方式中,在转子2设置有编码器9,并且通过编码器9可以检测转子2的形迹,特别是旋转量以及角速度。作为编码器9没有特别限制,例如可以是在转子2的旋转时检测其旋转量的增量型的编码器,还可以是与转子2的旋转的有无无关地,检测从转子2的原点起的绝对位置的绝对型的编码器。
本实施方式所涉及的编码器9具有:标尺91,固定于转子2的X轴正侧的面上;以及光学元件92,设置于标尺91的X轴正侧。另外,标尺91形成为圆板状,并且在其X轴正侧的面上设置有图中没示出的图案。另一方面,光学元件92具有:发光元件921,朝向标尺91的图案照射光;以及摄像元件922,对标尺91的图案进行摄像。在这样构成的编码器9中,能够通过模板匹配由摄像元件922获取的图案的图像,来检测转子2的旋转量、驱动速度及绝对位置等。但是,作为编码器9的构成不限制于上述的构成。例如,也可以由具备了接收来自标尺91的反射光或透射光的受光元件的构成来代替摄像元件922。
1.1.1压电致动器
压电致动器3具有:振动体4;施力部件5,朝向转子2对振动体4施力;以及控制装置7,控制振动体4的驱动。
其中,如图2及图3所示,振动体4具有:振动部41;支承部42,支承振动部41;连接部43,连接振动部41和支承部42;以及突起部44,与振动部41连接并且将振动部41的振动传递到转子2。
在振动部41中,将沿着X轴的长度称为“厚度”。并且,振动部41形成在包括Y轴及Z轴的Y-Z平面上扩展的板状,并通过边沿着Y轴伸缩边沿着Z轴弯曲而呈S字状弯曲振动。另外,在沿着X轴俯视观察时,振动部41形成为与伸缩方向即Y轴平行的方向为长轴的大致长方形。但是,作为振动部41的形状,只要能够发挥其功能则没有特别限制。
另外,如图3所示,振动部41具有:驱动用的压电元件6A~6F,用于使振动部41振动;检测用的压电元件6G,用于检测振动部41的振动;前端面412,作为振动部41的Y轴正侧的端面;以及开口于前端面412的凹部414。
压电元件6C、6D分别在振动部41的沿着Z轴的中央部,沿着振动部41的长边方向即Y轴而配置。另外,压电元件6C位于压电元件6D的Y轴正侧,另一方面,压电元件6D位于压电元件6C的Y轴负侧。并且,在压电元件6C与压电元件6D之间配置有压电元件6G。另外,压电元件6C及压电元件6D互相电连接。
此外,也可以设置一个压电元件来代替两个压电元件6C、6D。
另外,压电元件6A、6B相对于压电元件6C、6D在振动部41的Z轴正侧排列配置在振动部41的长边方向上,并且压电元件6E、6F在Z轴负侧排列配置在振动部41的长边方向上。另外,这些压电元件6A~6F分别通过通电在振动部41的长边方向伸缩。另外,压电元件6A、6F互相电连接,压电元件6B、6E互相电连接。如后所述,对压电元件6C、6D、压电元件6A、6F及压电元件6B、6E施加相位互相不同且频率互相相同的交变电压,并且通过将它们的伸缩定时错开,从而能够在该面内使振动部41呈S字状弯曲振动。
压电元件6G位于压电元件6C与压电元件6D之间。即,压电元件6G相对于压电元件6C、6D沿着其伸缩方向即Y轴排列配置。该压电元件6G受到与随着压电元件6A~6F的驱动而振动部41的振动相应的外力,并输出与所受到的外力相应的信号。因此,能够基于从压电元件6G输出的信号,来检测振动部41的振动状态。此外,“压电元件6G相对于压电元件6C、6D在其伸缩方向上排列配置”是指压电元件6G的至少一部分,优选的是压电元件6G的整体位于如下的区域内:将压电元件6C向伸缩方向延长的区域与将压电元件6D向伸缩方向延长的区域重复的区域内。
另外,压电元件6G配置在成为振动部41的弯曲振动的波节的部分。弯曲振动的波节是指沿着Z轴的振幅实质上为零的部分,即实质上未发生弯曲振动的部分。这样,通过将压电元件6G配置为相对于压电元件6C、6D在其伸缩方向上进行排列且配置在振动部41的包括弯曲振动的波节的部分,从而振动部41的沿着Y轴的伸缩振动变得易于传送至压电元件6G,并且振动部41的沿着Z轴的弯曲振动变得难以传送至压电元件6G。即,能够在提高伸缩振动的灵敏度的同时,使弯曲振动的灵敏度降低。因此,通过压电元件6G,能够更高精度地检测振动部41的沿着Y轴的伸缩振动。
但是,作为压电元件6G的配置,只要能够检测振动部41的沿着Y轴的伸缩振动,则没有特别限制,例如,也可以配置在振动部41的成为弯曲振动的波腹的部分。另外,也可以将压电元件6G分割为多个。
另外,支承部42支承振动部41。在沿着X轴俯视观察时,支承部42形成为包围振动部41的基端侧即Y轴负侧的U字形状。但是,作为支承部42的形状、配置,只要能够发挥其功能则没有特别限制。
另外,连接部43是振动部41的成为弯曲振动的波节的部分,具体而言将振动部41的沿着Y轴的中央部与支承部42连接。但是,连接部43的构成只要能够发挥其功能则没有特别限制。
如图4至图6所示,如上所述的振动部41、支承部42及连接部43成为使两个压电元件单元60互相面对面地粘贴在一起的构成。即,在图4至图6所示的剖视图中,压电元件单元60彼此的构成满足了相对于穿过它们中间的线而呈镜像的关系。
另外,各压电元件单元60分别由层叠多个层而成的层叠体构成,并且这些各层为后述的压电体、电极、布线层、绝缘膜。
图2及图3分别是构成压电元件单元60的层叠体的各层的俯视图。图2及图3所示的各层隔着图中没示出的绝缘膜被电气绝缘。
首先,图2所示的第一电极601设置在振动板61的X轴正侧的面即第一表面613a上,并且针对压电元件6A~6G是公共的电极。
另外,图3所示的六个第二电极603为压电元件6A~6F的独立电极,并且图3所示的一个第三电极604为压电元件6G的独立电极。并且,这些第二电极603及第三电极604分别隔着后述的压电体602与第一电极601相对配置。
此外,第一电极601、第二电极603及第三电极604分别经由图中没示出的布线拉绕至支承部42的Y轴负侧的端部为止。
图4至图6是上述的图2或图3所示的振动部41的剖视图,且截面的位置互相不同。在以下的说明中,以图4至图6所示的两个压电元件单元60中的位于各图的X轴负侧的压电元件单元60为代表进行说明。
图4至图6所示的压电元件单元60具有:振动板61;配置在振动板61的第一表面613a上的驱动用的压电元件60A、60B、60C、60D、60E、60F及检测用的压电元件60G;第一绝缘膜63,覆盖各压电元件60A~60G;第二绝缘膜64,覆盖在振动板61的X轴负侧的面即第一背面615上;以及第三绝缘膜65,覆盖在振动板61的端面611上。
如图4至图6所示,压电元件60A~60F分别具有:第一电极601,配置在振动板61的第一表面613a上;压电体602,配置在第一电极601的X轴正侧的面上;以及第二电极603,配置在压电体602的X轴正侧的面上。即,第一电极601设置在压电体602的X轴负侧的面6021上,第二电极603设置在压电体602的X轴正侧的面6022上。第二电极603是基于驱动信号,使驱动用的压电元件60A~60F的各压电体602振动的驱动用电极。
另外,如图5所示,压电元件60G具有:第一电极601,配置在振动板61的第一表面613a上;压电体602,配置在第一电极601的X轴正侧的面上;以及第三电极604,配置在压电体602的X轴正侧的面上。即,第一电极601设置在压电体602的X轴负侧的面6021上,第三电极604设置在压电体602的X轴正侧的面6022上。第三电极604是将与检测用的压电元件60G的压电体602的振动相应的检测信号向后述的控制装置7输出的检测用电极。
在使配置有压电元件60A~60G的侧的面相对的状态下,两个压电元件单元60经由粘合剂691而接合。这样,通过使多个压电元件单元60粘贴在一起,从而能够提高压电电机1的输出。
作为粘合剂691,例如列举有:环氧系粘合剂、硅酮系粘合剂、聚氨酯系粘合剂、丙烯酸系粘合剂等。其中,从粘合力、耐热性等观点来看,优选使用环氧系粘合剂。
另外,各图所示的第一电极601是针对压电元件6A~6G成为公共的电极,但不限制于此,也可以是针对每个压电元件而被分割并通过布线等互相连接。
图4至图6所示的第一绝缘膜63被设置为覆盖压电元件60A~60G。另外,图4至图6所示的第二绝缘膜64被设置为覆盖在振动板61的第一背面615上。而且,图4至图6所示的第三绝缘膜65被设置为覆盖在振动板61的端面611上。此外,第三绝缘膜65由于是从第一绝缘膜63连续的绝缘膜,所以也覆盖在压电元件60A~60G的端面上。其结果,第一绝缘膜63及第三绝缘膜65作为一体的膜,来覆盖位于振动板61的X轴正侧的结构物整体。由此,能够提高绝缘性及耐候性,并且能够获得可靠性较高的振动体4。
另外,图7所示的布线层605经由图中没示出的触头与图4至图6所示的第一电极601电连接。另外,虽然图中没示出,但也设置有与第二电极603及第三电极604分别电连接的布线层。
在第一绝缘膜63的X轴正侧的面633上拉绕布线层605,而且拉绕至支承部42的Y轴负侧的端部为止。
并且,图7所示的压电元件单元60还具有设置在振动板61的端面611上的布线层607。该布线层607是从前述的布线层605连续的布线层。因此,压电元件60A~60G的第一电极601经过布线层605、607被拉出到振动板61的端面611上为止。
通过设置这样的布线层607,从而在压电元件单元60中能够实现在端面611上与外部电连接,而不是在振动板61的X轴正侧的面即第一表面613a上、X轴负侧的面即第一背面615上与外部电连接。
在图7中,还示出了将压电元件单元60与布线基板8电连接的情况。图7所示的布线基板8是将压电元件单元60和图1所示的控制装置7电连接的布线板。布线基板8包括柔性基板81及设置在柔性基板81的一个面上的布线82。并且,以与压电元件单元60所具备的布线层607对应的方式拉绕有多个布线82。此外,也可以使用刚性基板来代替柔性基板81。
另外,图7所示的压电电机1具备互相层叠的两个压电元件单元60,但这些压电元件单元60经由设置在振动板61的端面611上的布线层607与布线基板8电连接。因此,即使在将多个压电元件单元60层叠的情况下,也能够将层叠的压电元件单元60与布线基板8一并地连接。因此,没有必要实现将压电元件单元60一个一个地堆叠并与布线基板8连接,从而能够在各个阶段提高电连接的作业效率。
而且,在图7所示的压电电机1中,压电元件单元60与布线基板8之间经由导通部件83电连接。
作为导通部件83,例如列举有:焊料、硬钎料、金属膏那样的导电金属;各向异性导电膏、各向异性导电薄片那样的各向异性导电材料;导电性粘合剂;以及引线结合材料等。
此外,在图7中,压电元件单元60与布线基板8之间除了导通部件83之外经由粘合剂693粘合。由此,能够将压电元件单元60与布线基板8之间更可靠地连接。
另外,将图7所示的两个压电元件单元60中的下方的压电元件单元60设为“第一压电元件单元60a”,上方的压电元件单元60设为“第二压电元件单元60b”。
在图7中,第一压电元件单元60a与第二压电元件单元60b隔着粘合剂691而层叠。在第一压电元件单元60a与第二压电元件单元60b之间,压电元件60A彼此经由导通部件83连接。由此,由两个压电元件60A构成了“压电元件6A”。
其他的压电元件60B~60G也是同样的,由两个压电元件60B构成“压电元件6B”,由两个压电元件60C构成“压电元件6C”,由两个压电元件60D构成“压电元件6D”,由两个压电元件60E构成“压电元件6E”,由两个压电元件60F构成“压电元件6F”,以及由两个压电元件60G构成“压电元件6G”。
压电体602的构成材料没有特别限制,例如可以使用锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡、钛酸铅、铌酸钾、铌酸锂、钽酸锂、钨酸钠、氧化锌、钛酸钡锶(BST)、钽酸锶铋(SBT)、偏铌酸铅、钪铌酸铅等压电陶瓷。另外,作为压电体602,除了上述的压电陶瓷之外还可以使用聚偏二氟乙烯、水晶等。
另外,压电体602可以是块体,也可以是通过溶胶-凝胶法、溅射法构成的薄膜体。在本实施方式中,使用溶胶-凝胶法来形成压电体602。也就是说,本实施方式所涉及的压电元件60A~60G具有与第一电极601、第二电极603及第三电极604相接的压电体602,但该压电体602为薄膜体。由此,例如,与是块体的情况相比,能够获得薄的压电体602而实现压电致动器3的薄型化。另外,如后所述,由于能够利用半导体制造技术来制造压电元件单元60,所以能够提高制造效率并且实现低成本化。
图8是示出在层叠了四个图7所示的压电元件单元60的基础上与布线基板8电连接的状态的剖视图。
图8所示的压电电机1具备两个堆栈单元。具体而言,首先,两个压电元件单元60隔着图7所示的粘合剂691层叠,由此形成有一个堆栈单元。并且,还通过隔着粘合剂692将堆栈单元彼此粘合,从而能够获得将四个压电元件单元60层叠而成的堆栈结构体。该堆栈结构体成为前述的振动部41、支承部42及连接部43。在此基础上,各压电元件单元60经由导通部件83与布线基板8电连接。
通过这样地具备多个压电元件单元60,从而能够实现能够产生特别高的输出的压电电机1。
此外,作为粘合剂692没有特别限制,但例如可以从列举为前述的粘合剂691的内容中适当地进行选择。
另外,作为第一振动板61a及第二振动板61b,例如列举有硅基板、碳化硅基板及化合物半导体基板等。其中,第一振动板61a或第二振动板61b优选为硅基板。由此,在制造第一压电元件单元60a或第二压电元件单元60b时,可以转用硅半导体制造技术。因此,能够高效且高精度地制造第一压电元件单元60a或第二压电元件单元60b。
突起部44设置在振动部41的前端,并且从振动部41向Y轴正侧突出。此外,在以下的说明中,将振动部41的Y轴正侧的端面称为“前端”。
图8所示的突起部44固定于将四个压电元件单元60层叠而成的堆栈结构体即振动部41的前端面412。并且,突起部44与转子2的外周面21接触。因此,振动部41的振动经由突起部44传递到转子2。
图9是示出施加于图3所示的振动部的交变电压的示例的图。图10及图11分别是示出图1所示的振动部的驱动状态的俯视图。图12是图1中的F-F线剖视图。
在这样的振动体4中,如图10所示,若将图9所示的交变电压V1施加于压电元件6A、6F,将交变电压V2施加于压电元件6C、6D,将交变电压V3施加于压电元件6B、6E,则振动部41边沿着Y轴伸缩振动边沿着Z轴弯曲振动。这时,被施加于压电元件6C、6D的交变电压V2使振动部41产生伸缩振动。另一方面,被施加于压电元件6A、6F的交变电压V1及被施加于压电元件6B、6E的交变电压V3使振动部41产生弯曲振动。并且,若将这些振动合成,则突起部44的前端如箭头A1所示在逆时针方向上描绘椭圆轨道地进行椭圆运动。因此,交变电压V1、V2、V3是压电致动器3中的驱动信号。通过这样的突起部44的椭圆运动从而转子2被送出并且转子2如箭头B1所示在顺时针方向上旋转。另外,与振动部41的振动对应地从压电元件6G输出检测信号Ss。
此外,在由图10的箭头A1所示的突起部44的椭圆运动中,从点A1’到点A1”为止突起部44与转子2的外周面21抵接并将转子2向箭头B1的方向送出,从点A1”到点A1’为止突起部44与转子2的外周面21分开。因此,抑制了从点A1”到点A1’为止转子2向箭头B1的相反侧旋转。
另外,如图11所示,若互相切换交变电压V1、V3,即将交变电压V1施加于压电元件6B、6E,将交变电压V2施加于压电元件6C、6D,将交变电压V3施加于压电元件6A、6F,则振动部41边沿着Y轴伸缩振动边沿着Z轴弯曲振动。这时,被施加于压电元件6C、6D的交变电压V2还使振动部41产生伸缩振动。另一方面,被施加于压电元件6B、6E的交变电压V1及被施加于压电元件6A、6F的交变电压V3使振动部41产生弯曲振动。并且,若将这些振动合成,则突起部44的前端如箭头A2所示在顺时针方向上进行椭圆运动。通过这样的突起部44的椭圆运动从而转子2被送出并且转子2如箭头B2所示在逆时针方向上旋转。另外,与这样的振动部41的振动对应地从压电元件6G输出检测信号Ss。
此外,在由图11的箭头A2所示的突起部44的椭圆运动中,从点A2’到点A2”为止突起部44与转子2的外周面21抵接并将转子2向箭头B2的方向送出,从点A2”到点A2’为止突起部44与转子2的外周面21分开。因此,抑制了从点A2”到点A2’为止转子2向箭头B2的相反侧旋转。
此外,如果能够使转子2至少向一个方向旋转,则施加于压电元件6A~6F的交变电压的图案不限制于图示的图案。施加于压电元件6A~6F的电压例如也可以是间歇地施加的直流电压,而并非是交变电压。
另外,如上所述,振动部41具备压电元件6A~6F(驱动用压电元件),所述压电元件6A~6F具有:压电体602及设置于该压电体602的第一电极601和第二电极603。该振动部41的伸缩振动及弯曲振动分别是平行于压电体602与第一电极601的边界面即第一电极601的表面的方向上的振动,并且通过该振动使突起部44进行椭圆运动,并驱动作为被驱动部的转子2。
这样的平面上的振动能够提高振动部41的振动效率,并实现功耗较小的压电电机1。
此外,本说明书中的“平行”是指如下的概念:除了与成为对象的线或面所成的角度为0°的状态之外,该角度在±5°的范围内的状态。
施力部件5是朝向转子2的外周面21对突起部44进行施力的部件。如图12所示,施力部件5具有:第一基板51,位于振动体4的X轴正侧;以及第二基板52,位于振动体4的X轴负侧。并且,通过第一基板51和第二基板52来夹持振动体4。此外,作为第一基板51及第二基板52没有特别限制,但例如可以使用硅基板。
另外,如图12所示,在第一基板51与第二基板52之间设置有与振动体4相等厚度的间隔件53。另外,在该部分形成有沿着X轴贯通的贯通孔59,并且利用该贯通孔59将施力部件5用螺丝固定于壳体等。通过在使图1所示的弹簧部513沿着Y轴挠曲的状态下将施力部件5固定于所述壳体等,从而能够利用弹簧部513的恢复力朝向转子2的外周面21对突起部44施力。
此外,如果能够朝向转子2的外周面21对突起部44施力,则施力部件5的构成没有特别限制。例如,也可以省略第一基板51及第二基板52中的任意一方。另外,例如也可以使用螺旋弹簧、板弹簧等作为施力部件5。
如图1所示,控制装置7通过适当调整施加于压电元件6A~6F的交变电压V1、V2、V3,来控制基于振动体4的转子2的驱动。
此外,控制装置7例如由具有如CPU那样的处理器、存储器、接口等的计算机构成。并且,通过由处理器执行保存在存储器中的预定的程序,来控制各部分的动作。此外,程序也可以是经由接口从外部下载的。另外,也可以是如下的构成:控制装置7的构成的全部或一部分设置在压电电机1的外部,并经由LAN(局域网)等通信网被连接。
1.1.2突起部
接下来,对突起部44进行详细说明。
图13是将图8所示的振动部41和装配于此的突起部44分解并示出的部分放大立体图。图14是示出将图13所示的突起部44装配于振动部41后的状态的剖视图。图15是从Y轴正侧观察图14所示的突起部44及振动部41的俯视图。此外,在图15中,透视地对突起部44进行了图示。
如上所述,图13所示的振动部41具有将四个压电元件单元60层叠而成的堆栈结构体。振动部41具有为Y轴正侧的端面的前端面412和开口于前端面412的凹部414。图13所示的凹部414设置在振动部41的沿着Z轴的长度的中央部,并且是从前端面412起将Y轴负侧设为深度方向的凹部。另外,图13所示的凹部414是以贯通所层叠的四个压电元件单元60的方式形成切口并沿着X轴延伸的槽。在Y-Z面上切断时的凹部414的剖面形状形成为长方形。此外,凹部414的沿着Z轴的位置优选为振动部41的中央部,但也可以是除了中央部之外的位置。另外,凹部414的所述剖面形状也可以是除了长方形之外的形状,例如三角形、正方形、梯形、五边形那样的多边形、半圆形及其他的形状等。
图13所示的突起部44具有基部442和凸部444,并且将振动部41的驱动力向转子2传递。
在俯视观察前端面412时,基部442位于振动部41的外形的内侧,且形成为与凹部414重叠的板状。基部442具有前端面412侧的第一面4421和与第一面4421相反的第二面4422作为成为互相表里的关系的两个主面。基部442以横跨凹部414的方式被配置。并且,如图14所示,第一面4421与沿着Z轴位于凹部414的两侧的前端面412之间通过粘合剂45被粘合。
另外,第二面4422形成为具有与Z轴平行的长轴的长方形。此外,第二面4422的形状不限制于长方形,也可以是其他的形状。另外,基部442的沿着Y轴的长度即厚度也可以沿着Z轴为恒定的,还可以一部分不同。
在第二面4422的长轴的中央部配置有凸部444。凸部444形成为半球状,并且向前端面412的相反方向即Y轴正侧突出。凸部444通过使Y轴正侧的端部与转子2接触,从而将振动部41的驱动力向转子2传递。此外,凸部444的形状也可以是除了半球状之外的形状。具体而言,凸部444的形状也可以是具有与Y轴平行的中心轴的圆柱状、棱柱状、圆锥状、棱锥状、圆锥台状、棱锥台状、炮弹形状及具有与X轴平行的中心轴的半圆柱状等。
这里,在沿着其法线俯视观察前端面412时,如图15所示,凸部444被配置在凹部414的范围内。也就是说,凸部444位于凹部414的开口部的内侧。因此,基部442中的凸部444所处的部分变得易于沿着Y轴进行弹性变形。由此,凸部444也变得易于沿着Y轴位移。其结果,通过在凸部444与转子2接触时凸部444沿着Y轴位移,从而能够释放从转子2受到的反作用力。换言之,本实施方式所涉及的突起部44具有机械上的适配性,并且易于追随转子2。因此,能够抑制由于反作用力而凸部444较大地磨损或凸部444受到损伤,并实现突起部44的长寿命化。
另外,若凸部444较大地磨损,则凸部444与转子2的接触状态较大地变化,因此振动部41的振动的振幅和/或共振频率较大地变化。如此一来,会产生由压电致动器3引起的转子2的驱动特性变化,或者控制驱动变得困难这些问题。
相对于此,在本实施方式中,由于能够减少凸部444的磨损量,所以能够抑制上述那样的问题的产生。因此,能够实现压电电机1的性能的提高,并且提高可靠性。
如上所述,本实施方式所涉及的压电致动器3具备:振动部41;以及突起部44,将振动部41的驱动力向作为被驱动部的转子2传递。
振动部41具有压电元件6A~6G、前端面412及在前端面412开口的凹部414。
突起部44具有基部442和凸部444。其中,在俯视观察前端面412时,基部442与凹部414重叠并固定于前端面412。另外,凸部444被设置于基部442,并向前端面412的相反方向突出。
并且,在本实施方式所涉及的压电致动器3中,在俯视观察前端面412时,凸部444配置在凹部414的范围内。
根据这样的构成,如上所述,在使凸部444与转子2接触时,通过凸部444沿着Y轴位移,从而能够释放凸部444从转子2受到的反作用力。即,由于存在有凹部414,从而凸部444及支承其的基部442的一部分能够产生用于沿着Y轴位移的空间。由此,抑制了由于反作用力而凸部444较大地磨损或凸部444受到损伤。其结果,能够实现压电致动器3的高耐久化以及长寿命化。
另外,本实施方式所涉及的压电电机1具备:压电致动器3;以及转子2,作为被压电致动器3驱动的被驱动部。
根据这样的构成,通过压电致动器3的高耐久化以及长寿命化,能够实现压电电机1的高性能化及高可靠化。
另外,如上所述,凹部414形成为槽形状。也就是说,凹部414沿着X轴贯通振动部41,并在振动部41的厚度方向的两侧开口。在本实施方式中,这里所说的振动部41的厚度方向是指X轴方向,是与振动部41的驱动方向(Z轴方向)及施力方向(Y轴方向)正交的方向。通过凹部414形成为这样的形状,从而能够容易地制造凹部414。因此,难以产生凹部414的形状的个体差,并且也难以产生随着个体差的性能差。另外,根据槽形状,能够使凹部414的沿着X轴的长度最大化。因此,能够使凹部414的开口部更大,并且在俯视观察下也能够使配置在其范围内的凸部444更大。因此,在提高俯视观察下的凸部444的大小的自由度这一观点上,将凹部414设置为槽形状是有用的。
凸部444具有与作为被驱动部的转子2接触的接触面4441。在图13所示的凸部444中,该接触面4441带有圆角。通过具有这样的接触面4441,即使在施加有较大的负载时也难以对凸部444产生损伤。因此,具备该凸部444的压电致动器3能够对转子2产生更大的驱动力。此外,接触面4441带有圆角是指包括球面、非球面的曲面。
另外,图13所示的接触面4441包括了球面。在接触面4441包括了球面时,接触面4441与转子2的接触面积易于变为恒定的。因此,存在即使接触面4441的相对于转子2的接触角度变化,也易于将对转子2传递的驱动力维持在恒定这一优点。此外,该球面除了真球面之外,还包括椭圆球面、长圆球面等。
另外,在图14所示的突起部44中,基部442及凸部444形成为一体结构。因此,即使在突起部44的机械的强度变高并且相对于转子2传递较大的驱动力时,突起部44也难以破损。由此,能够实现可靠性较高的压电致动器3。此外,一体结构是指由同一材料构成并且在剖面上没有边界线的结构。
作为突起部44的构成材料,例如列举有氧化锆、矾土、钛白、氮化硅及蓝宝石等各种陶瓷,特别优选使用氧化锆或矾土。由此,能够实现耐久性优异的突起部44。
如图14及图15所示,将基部442的第一面4421中的被粘合剂45粘合的部分设置为固定部4423。即,基部442包括固定在振动部41的前端面412的固定部4423。并且,固定部4423分别设置在图1中箭头B1、B2所表示的驱动力的方向、即与Z轴平行的方向上的凹部414的两侧。
根据这样的构成,在将凸部444配置在凹部414的范围内并确保了机械的适配性的情况下,也能够将突起部44相对于振动部41坚固地固定。由此,在从转子2受到较大的反作用力的情况下,也能够抑制突起部44从振动部41脱落。
另外,如上所述,本实施方式所涉及的压电致动器3具备将基部442与振动部41的前端面412粘合的粘合剂45。优选固化后的粘合剂45的杨氏模量低于基部442的杨氏模量。根据这样的构成,在凸部444从转子2受到较大的反作用力时,不仅基部442会弹性变形,也能够利用粘合剂45的低杨氏模量来释放反作用力。其结果,能够抑制由于反作用力而凸部444较大地磨损或凸部444受到损伤,并实现突起部44的进一步的长寿命化。
作为粘合剂45,例如列举有:环氧系粘合剂、硅酮系粘合剂、丙烯酸系粘合剂、聚氨酯系粘合剂等。
粘合剂45的固化后的杨氏模量没有特别限制,但较优选的是设为500~12500MPa左右,更优选的是设为1000~10000MPa左右。粘合剂45的固化物的杨氏模量使用依据JISK7127:1999的方法在温度25℃被测定。粘合剂45不限制于在粘合后固化的粘合剂。如果是在粘合后即使不会固化,也从液体向固体状态变化的粘合剂,则能够测定变为固体后的粘合剂的杨氏模量。另外,可以测定完成为装置的压电致动器3的将基部442与振动部41的前端面412粘合的粘合剂的杨氏模量。
此外,除了粘合剂45之外的部件,固定部4423例如也可以使用粘合胶带等固定。
图16是示出图14所示的压电致动器3的变形例的剖视图。
在图16所示的压电致动器3中,不仅在振动部41的前端面412与基部442之间,还以在凹部414中埋设的方式设置有粘合剂45。由此,与图14所示的压电致动器3相比,能够增加粘合剂45的粘合面积。其结果,在从转子2受到较大的反作用力的情况下,也能够抑制突起部44从振动部41脱落。
此外,在这种情况下,如果固化后的粘合剂45的杨氏模量低于基部442的杨氏模量,则即使凹部414被粘合剂45填满,也能够利用粘合剂45的低杨氏模量来释放凸部444所受到的反作用力。
另一方面,通过将粘合剂45设置于凹部414,从而能够对振动部41的凹部414附近进行加强。因此,能够实现振动部41的可靠性的提高。
此外,粘合剂45没有必要将凹部414整体进行填满,例如也可以仅将凹部414中的前端面412附近进行填满。列举有图14所示的粘合剂45的量较多并且一部分向凹部414侧流出的情况等作为这样的示例。
图14所示的凹部414的开口部的沿着Z轴的长度Z1根据振动部41的大小等而适当设定,但较优选的是在0.2mm以上且2.0mm以下,更优选的是在0.5mm以上且1.5mm以下。
凸部444的沿着Z轴的长度Z2根据振动部41和/或凹部414的大小等而适当设定,但较优选的是在0.1mm以上且2.0mm以下,更优选的是在0.3mm以上且1.0mm以下。
长度Z1与长度Z2的差没有特别限制,但较优选的是在1.0mm以下,更优选的是在0.01mm以上且0.50mm以下。由于长度Z1与长度Z2的差会影响前述的机械的适配性,所以通过使该差在所述范围内,来进一步抑制凸部444的磨损、损伤。
基部442的沿着Z轴的长度Z3根据振动部41的大小等而适当设定,但较优选的是在0.5mm以上且5.0mm以下,更优选的是在1.0mm以上且3.0mm以下。
长度Z1较优选的是在长度Z3的30%以上且90%以下,更优选的是在50%以上且80%以下。通过将长度Z1的相对于长度Z3的比例设定在所述范围内,从而能够必要且充分地确保固定部4423的长度。由此,在从转子2受到较大的反作用力的情况下,也能够抑制突起部44从振动部41脱落。
根据以上的内容,较优选的是,长度Z1、Z2、Z3至少为Z3>Z1≥Z2。由此,边将突起部44更可靠地固定于振动部41,边即使凸部444从转子2受到较大的反作用力,也能够高效释放该反作用力。
图15所示的凹部414的开口部的沿着X轴的长度X1减去凸部444的沿着X轴的长度X2后的值没有特别限制,但较优选的是在-0.5mm以上且1.0mm以下,更优选的是在-0.2mm以上且0.50mm以下。由于X1-X2的值会影响前述的机械的适配性,所以通过使该值在所述范围内,来进一步抑制凸部444的磨损、损伤。
基部442的沿着X轴的长度X3较优选的是在长度X2的100%以上且200%以下,更优选的是在105%以上且150%以下。
图14所示的凹部414的沿着Y轴的长度Y1即凹部414的深度没有特别限制,但较优选的是在0.05mm以上且1.0mm以下,更优选的是在0.10mm以上且0.50mm以下。通过将凹部414的深度设定在所述范围内,能够边抑制凹部414的深度过深而引起的弊端,例如凹部414会对从振动部41产生的驱动力带来影响,边为凸部444发生位移确保充分的空间。
基部442的沿着Y轴的长度Y2即基部442的厚度没有特别限制,但较优选的是在0.03mm以上且0.70mm以下,更优选的是在0.05mm以上且0.50mm以下。通过将基部442的厚度设定在所述范围内,从而基部442边确保了不会破损的程度的刚性,边具有能够弹性变形的机械的适配性。
凸部444的沿着Y轴的长度Y3即凸部444的突出高度没有特别限制,但较优选的是在长度Z2的10%以上且70%以下,更优选的是在30%以上且60%以下。
这里,突起部44的构成不仅可以根据上述的尺寸,还可以通过从形状和/或构成材料等求出的“弹性常数”来实现最优化。弹性常数是前述的机械的适配性的倒数,并且是将施加的负载除以延伸率而获得的比例常数。
在将凸部444的弹性常数设为Ka,基部442的弹性常数设为Kb时,突起部44整体的合成弹性常数Kt由Kt=1/{(1/Ka)+(1/Kb)}表示。若压电致动器3的运转时间变长,则如上所述凸部444磨损或受到损伤的概率变高。这样,即使凸部444的形状变化而弹性常数Ka发生了变化,如果合成弹性常数Kt的变化较小,则能够抑制前述的振动部41的振动的振幅和/或共振频率的变化。由此,压电致动器3的可靠性变高。
若考虑到弹性常数Ka对合成弹性常数Kt带来的影响,则较优选的是Kb≤0.5Ka,更优选的是Kb≤0.1Ka。由此,即使由于磨损等而弹性常数Ka发生变化,也能够将合成弹性常数Kt的变化抑制为较小。
下面的表1为如下的表:在基部442的弹性常数Kb是磨损等前的凸部444的弹性常数Ka的10倍的示例中,在Ka变化为2倍、3倍的情况下,计算了合成弹性常数Kt的变化率。
表1
Ka | 10 | 20 | 30 |
Kb | 100 | 100 | 100 |
Kt | 9.1 | 16.7 | 23.1 |
Kt的变化率 | - | 83% | 154% |
如表1所示,在基部442的弹性常数Kb大于凸部444的弹性常数Ka时,认为由于Ka变化引起的对Kt的影响较大。
另一方面,下面的表2为如下的表:在基部442的弹性常数Kb与磨损等前的凸部444的弹性常数Ka相等的示例中,在Ka变化为2倍、3倍的情况下,计算了合成弹性常数Kt的变化率。
表2
Ka | 10 | 20 | 30 |
Kb | 10 | 10 | 10 |
Kt | 5.0 | 6.7 | 7.5 |
Kt的变化率 | - | 33% | 50% |
如表2所示,在基部442的弹性常数Kb与凸部444的弹性常数Ka相等时,虽然与表1相比Kt的变化率得到了抑制,但变化率依然较大。
另外,下面的表3为如下的表:在基部442的弹性常数Kb是磨损等前的凸部444的弹性常数Ka的0.1倍的示例中,在Ka变化为2倍、3倍的情况下,计算了合成弹性常数Kt的变化率。
表3
Ka | 10 | 20 | 30 |
Kb | 1 | 1 | 1 |
Kt | 0.9 | 1.0 | 1.0 |
Kt的变化率 | - | 5% | 6% |
如表3所示,在使基部442的弹性常数Kb小于凸部444的弹性常数Ka的情况下,认为充分地将Kt的变化率抑制为较小。
根据以上的计算例,认为考虑弹性常数并研究基部442及凸部444的各构成是有用的。在后述的第二实施方式中,使基部442和凸部444的构成材料不同而作为其一例。
2.第二实施方式
接下来,对第二实施方式所涉及的压电电机进行说明。
图17是示出第二实施方式所涉及的压电电机所具备的振动部41和装配于此的突起部44A的剖视图。
以下,虽然对第二实施方式进行说明,但在以下的说明中以与所述实施方式的不同点为中心进行说明,对于同样的事项省略其说明。此外,在图17中,对与前述的实施方式同样的构成标注相同的符号。
第二实施方式除了突起部44A的构成不同之外,与第一实施方式是同样的。
如图17所示,突起部44A具有基部442A和球体446。
基部442A形成为与第一实施方式同样的板状。并且,在基部442A中包括的两个固定部4423与振动部41的前端面412之间经由粘合剂45而被粘合。另外,基部442A具有从第一面4421贯通至第二面4422为止的贯通孔4424。该贯通孔4424的内表面形成为与球体446的表面形状配合的曲面。
球体446被插入到贯通孔4424。并且,球体446的表面与贯通孔4424的内表面接触。由此,球体446与贯通孔4424嵌合。此外,贯通孔4424的最小内径Φ1小于球体446的直径Φ2。由此,球体446在插入到贯通孔4424的状态下被固定。并且,球体446中的从基部442A的第二面4422突出的部分成为具有球面的凸部444A。该凸部444A与第一实施方式所涉及的凸部444具有同样的功能。
球体446也可以嵌合地固定于贯通孔4424,还可以通过粘合剂等夹装物固定于贯通孔4424。另外,凸部444A与第一实施方式所涉及的凸部444同样地可以设为除了球面之外的形状。
此外,通过调整贯通孔4424的最小内径Φ1,能够调整凸部444A的突出高度Y3。凸部444A的突出高度Y3较优选的是在球体446的直径Φ2的10%以上且70%以下,更优选的是在30%以上且60%以下。由此,能够兼顾可靠固定球体446和充分确保突出高度Y3。其结果,能够实现边确保可靠性边即使磨损、特性的变化也较少的突起部44A。
另外,虽然图中没示出,但贯通孔4424也可以是不贯通地在第二面4422开口的嵌合用凹部。这种情况下,与贯通孔4424同样地,通过将球体446插入到其嵌合用凹部并进行互相嵌合,从而将球体446固定于基部442A。此外,这种情况下,也可以不通过嵌合,而是通过粘合剂等夹装物而被固定。
如上所述,在本实施方式中,基部442A及凸部444A为单独结构。根据这样的构成,能够使基部442A的构成材料与凸部444A的构成材料不同。因此,例如可以将硬度较高且耐磨损性优异的材料用于凸部444A的构成材料,将韧性较高且弹性变形能力优异的材料用于基部442A的构成材料。也就是说,能够选择适合各自的材料。其结果,能够抑制随着反作用力的凸部444A的显著的磨损、损伤,并且能够实现突起部44A的进一步的长寿命化。另外,还能够实现压电电机1的高性能化及高可靠化。
另外,在本实施方式中,基部442A具有:振动部41的前端面412侧的第一面4421;与第一面4421相反的第二面4422;以及从第一面4421贯通至第二面4422为止的贯通孔4424或嵌合用凹部。并且,凸部444A被插入到贯通孔4424或嵌合用凹部。
根据这样的构成,在将凸部444A和基部442A设为单独结构的情况下,也能够将凸部444A可靠地固定于基部442A。因此,即使在凸部444A从转子2受到较大的反作用力的情况下,也能够抑制凸部444A偏离或脱落。
作为基部442A的构成材料,例如列举有:不锈钢、磷青铜等金属材料、矾土、氧化锆那样的陶瓷材料等,特别优选使用金属材料。金属材料的韧性较高且弹性变形能力优异,因此能够促进突起部44A的变形,并高效释放突起部44A所受到的反作用力。另外,从弹性常数的观点来看,由于金属材料相比于陶瓷材料也易于使弹性常数下降,所以作为基部442A的构成材料是有用的。
此外,在本实施方式中,球体446贯通了贯通孔4424。并且,球体446被插入到凹部414。这种情况下,只要以球体446与凹部414的内表面不接触的方式适当设定凹部414的深度、凹部414的开口部的大小等即可。
在如上所述的第二实施方式中,也能够获得与第一实施方式同样的效果。
3.第三实施方式
接下来,对第三实施方式所涉及的压电电机进行说明。
图18是将第三实施方式所涉及的压电电机所具备的振动部41B和装配于此的突起部44分解并示出的部分放大立体图。图19是从Y轴正侧观察图18所示的突起部44及振动部41B的俯视图。此外,在图19中,透视地对突起部44进行了图示。
以下,虽然对第三实施方式进行说明,但在以下的说明中以与所述实施方式的不同点为中心进行说明,对于同样的事项省略其说明。此外,在图18及图19中,对与前述的实施方式同样的构成标注相同的符号。
第三实施方式除了振动部41B的构成不同之外,与第一实施方式是同样的。
相对于在前述的第一实施方式中,凹部414沿着X轴贯通四个压电元件单元60,图18所示的振动部41B所具有的凹部414B被设置于所层叠的四个压电元件单元60中的内侧的两个压电元件单元60,未设置于外侧的两个压电元件单元60。
因此,凹部414B未向X轴正侧以及负侧开放。并且,凹部414B的开口部成为被前端面412包围的状态。因此,如图19所示,作为基部442的一部分的固定部4423以围绕凹部414B的方式形成为环状。由此,能够将突起部44更坚固地固定于振动部41。特别是,即使在沿着X轴对凸部444施加力的情况下,突起部44也变得难以从振动部41B脱落。
此外,在俯视观察前端面412时,图19所示的凹部414B的开口部的形状形成为长方形,但该形状没有特别限制。
图20至图22分别是仅示出凹部414B的开口部的形状的变形例和具备了变形例所涉及的凹部414C的振动部41B的图。
在图20所示的凹部414C中,开口部形成为六边形。在具有这样的开口部的凹部414C中,开口部的轮廓由直线的组合构成且内角为钝角,因此应力比较难以集中。因此,能够实现兼顾制造容易性和抗裂性。此外,开口部除了六边形之外,例如还可以是八边形、十边形那样的其他的多边形。
在图21所示的凹部414C中,开口部形成为圆形。在具有这样的开口部的凹部414C中,开口部的轮廓仅由曲线构成,因此特别易于缓和应力集中。因此,在抗裂性上是特别优异的。
在图22所示的凹部414C中,开口部形成为椭圆形。在具有这样的开口部的凹部414C中,开口部的轮廓仅由曲线构成,且与开口部为圆形的情况相比,能够确保更大的面积。因此,抗裂性优异,并且能够使基部442位移的范围进一步放大。其结果,变得更易于释放凸部444所受到的反作用力。
如上所述,在本实施方式所涉及的压电致动器3中,在俯视观察前端面412时,凹部414C的开口部形成为多边形、圆形或椭圆形。根据这样的构成,能够基于与开口部的形状相应的各种功能,例如抗裂性的提高,来附加使凹部414C附近的机械强度提高的功能。
此外,凹部414C的开口部的形状不限制于图示那样的封闭的形状,也可以是至少一部分为开放的形状。
4.第四实施方式
图23是示出第四实施方式所涉及的机器人的立体图。
图23所示的机器人1000例如是进行精密设备、构成精密设备的零件的给材、除材、输送及组装等作业的机器人。机器人1000为六轴机器人并且具有:基座1010,固定于地板、顶棚;臂1020,经由关节部以能够转动的方式连结于基座1010;臂1030,经由关节部以能够转动的方式连结于臂1020;臂1040,经由关节部以能够转动的方式连结于臂1030;臂1050,经由关节部以能够转动的方式连结于臂1040;臂1060,经由关节部以能够转动的方式连结于臂1050;臂1070,经由关节部以能够转动的方式连结于臂1060;以及控制装置1080,控制包括这些臂1020、1030、1040、1050、1060、1070的机械臂的驱动。
另外,在臂1070设置有手连接部,并且在手连接部装配有与使机器人1000执行的作业相应的末端执行器1090。另外,针对各关节部中的全部或一部分搭载有压电电机1,并且由于该压电电机1的驱动而各臂1020、1030、1040、1050、1060、1070进行转动。此外,压电电机1也可以搭载于末端执行器1090,并用于末端执行器1090的驱动。
控制装置1080例如具有如CPU那样的处理器、存储器、接口等。并且,通过处理器执行包括在存储器中的预定的程序,来控制机器人1000的各部分的驱动。此外,所述程序也可以是经由接口从外部的服务器下载的程序。另外,也可以是如下的构成:构成控制装置1080的全部或一部分被设置在机器人1000的外部,并经由LAN(局域网)等通信网而被连接。
如上所述,这样的机器人1000具有压电电机1、及机械臂或末端执行器1090,并且压电电机1驱动机械臂或末端执行器1090。
即,本实施方式所涉及的机器人1000具备:压电电机1;以及机械臂,被压电电机1驱动。
如上所述,根据这样的构成,通过压电致动器3的高耐久化以及长寿命化,能够实现压电电机1的高性能化及高可靠化,因此也能够实现机器人1000的高性能化及高可靠化。特别是,即使以高转矩驱动机械臂,也能够实现维持较高的性能和较高的可靠性的机器人1000。
以上,基于图示的实施方式对本发明的压电致动器、压电电机及机器人进行了说明,但本发明并非限制于此,所述实施方式的各部分的构成可以替换为具有同样的功能的任意构成。另外,也可以对所述实施方式附加任意的构成物。而且,也可以适当组合各实施方式。
此外,本发明的压电电机除了上述的机器人之外,例如还可以用于手表用的日历拨动机构、微动工作台等。
Claims (12)
1.一种压电致动器,其特征在于,具备:
振动部,所述振动部具有压电元件、前端面和开口于所述前端面的凹部;以及
突起部,所述突起部在俯视观察所述前端面时与所述凹部重叠,并具有固定于所述前端面的基部和设置于所述基部并向与所述前端面为相反的方向突出的凸部,所述突起部将所述振动部的驱动力向被驱动部传递,
在俯视观察所述前端面时,所述凸部配置在所述凹部的范围内。
2.根据权利要求1所述的压电致动器,其特征在于,
所述凹部是在所述振动部的厚度方向的两侧为开口的。
3.根据权利要求1或2所述的压电致动器,其特征在于,
在俯视观察所述前端面时,所述凹部的开口部形成为多边形、圆形或椭圆形。
4.根据权利要求1所述的压电致动器,其特征在于,
所述基部包括固定在所述前端面的固定部,
所述固定部被设置在所述凹部的、在所述驱动力的方向上的两侧。
5.根据权利要求1所述的压电致动器,其特征在于,
所述压电致动器具备将所述基部与所述前端面粘合的粘合剂,
固化后的所述粘合剂的杨氏模量低于所述基部的杨氏模量。
6.根据权利要求1所述的压电致动器,其特征在于,
所述凸部具有与所述被驱动部接触的接触面,
所述接触面带有圆角。
7.根据权利要求6所述的压电致动器,其特征在于,
所述接触面包括球面。
8.根据权利要求1所述的压电致动器,其特征在于,
所述基部与所述凸部为一体结构。
9.根据权利要求1所述的压电致动器,其特征在于,
所述基部与所述凸部为单独结构。
10.根据权利要求9所述的压电致动器,其特征在于,
所述基部具有:所述前端面侧的第一面;与所述第一面相反的第二面;以及从所述第一面贯通至所述第二面为止的贯通孔或在所述第二面开口的嵌合用凹部,
所述凸部被插入到所述贯通孔或所述嵌合用凹部。
11.一种压电电机,其特征在于,具备:
权利要求1至10中任一项所述的压电致动器;以及
所述被驱动部,被所述压电致动器驱动。
12.一种机器人,其特征在于,具备:
权利要求11所述的压电电机;以及
机械臂,被所述压电电机驱动。
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