CN113872465A - 压电驱动装置、压电电机以及机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够高精度地控制被驱动部的驱动的压电驱动装置、压电电机以及机器人。压电驱动装置具有：振动体，具有振动部和凸部，该振动部具备压电元件并进行纵向振动和弯曲振动，该凸部配置于振动部并进行椭圆运动；以及施力部件，具备基台、保持部以及弹簧部，该保持部保持振动体，该弹簧部在一端处与基台连接，并在另一端处与保持部连接，该弹簧部朝向被驱动部对凸部施力，在将沿纵向振动的方向的一端与凸部的分离距离设为d1，将另一端与凸部的分离距离设为d2时，在振动体未被施力部件施力的自然状态下，d1＞d2，振动体未被施力部件朝向被驱动部施力的施力状态下的|d1‑d2|小于自然状态下的|d1‑d2|。

Description

压电驱动装置、压电电机以及机器人
技术领域
本发明涉及压电驱动装置、压电电机以及机器人。
背景技术
例如，专利文献1中记载的压电电机具有作为被驱动部的转子、由于压电元件的伸缩而进行振动的振动体、以及朝向转子对振动体施力而将振动体压抵在转子上的弹簧。
专利文献1：日本专利特开2015-186329号公报
然而，在专利文献1的压电电机中，弹簧在自然状态下沿着与振动体的纵向振动方向正交的方向延伸，因而在对振动体施加了作用力的施力状态下相对于与振动体的纵向振动方向正交的方向倾斜。为此，根据转子的旋转方向、即在正转时和反转时转子的移动量、移动速度产生差异，存在难以高精度地控制转子的旋转的技术问题。
发明内容
本发明的压电驱动装置具有振动体和施力部件，所述振动体具有振动部和凸部，所述振动部具备压电元件，所述振动部进行纵向振动和弯曲振动，所述凸部配置于所述振动部，所述凸部进行椭圆运动，所述施力部件具备基台、保持部以及弹簧部，所述保持部保持所述振动体，所述弹簧部在一端处与所述基台连接，并在另一端处与所述保持部连接，所述弹簧部朝向被驱动部对所述凸部施力，在将所述一端与所述凸部沿着所述纵向振动的方向的分离距离设为d1，并将所述另一端与所述凸部沿着所述纵向振动的方向的分离距离设为d2时，在所述振动体未被所述施力部件施力的自然状态下，d1＞d2，所述振动体被所述施力部件朝向所述被驱动部施力的施力状态下的|d1-d2|小于所述自然状态下的|d1-d2|。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的压电电机的俯视图。
图2是表示压电电机所具有的压电驱动装置的立体图。
图3是表示压电驱动装置所具有的压电致动器的俯视图。
图4是表示施加于压电致动器的驱动信号的图。
图5是表示压电致动器的驱动状态的俯视图。
图6是表示压电致动器的驱动状态的俯视图。
图7是表示自然状态的施力部件的俯视图。
图8是表示施力状态的施力部件的俯视图。
图9是用于说明现有的施力部件中产生的问题的俯视图。
图10是用于说明现有的施力部件中产生的问题的俯视图。
图11是表示现有的施力部件引起的控制偏差的图表。
图12是表示本实施方式的施力部件引起的控制偏差的图表。
图13是表示施力部件的变形例的俯视图。
图14是表示本发明的第二实施方式涉及的施力部件的俯视图。
图15是表示图14所示的施力部件的变形例的俯视图。
图16是表示本发明的第三实施方式涉及的施力部件的自然状态的俯视图。
图17是表示图16所示的施力部件的施力状态的俯视图。
图18是表示本发明的第四实施方式涉及的机器人的立体图。
附图标记说明
1…压电电机、2…转子、3…压电驱动装置、4…压电致动器、4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G…压电元件、6…施力部件、7…控制装置、21…外周面、22…主面、41…振动部、42…支撑部、43…连接部、44…凸部、48…压电元件层、49…基板、61…保持部、62…基台、63、64…弹簧组、65…弹簧部、66…显示机构、431…第一连接部、432…第二连接部、610…基端部、661…刻度、620…基端部、621…插通孔、650…弹簧部、651…第一弹簧部、652…第二弹簧部、1000…机器人、1100…基座、1210…第一臂、1220…第二臂、1230…第三臂、1240…第四臂、1250…第五臂、1260…第六臂、1310…第一臂转动机构、1320…第二臂转动机构、1330…第三臂转动机构、1340…第四臂转动机构、1350…第五臂转动机构、1360…第六臂转动机构、1400…机器人控制部、1500…末端执行器、A1、A2、B1、B2…箭头、d1、d2…分离距离、F0、F1、F2、F3、F4…力、O…旋转轴、P1…第一端、P2…第二端、S…螺钉、ST…工作台、V1、V2、V3…驱动信号、Vpu…检测信号、θ、θ1、θ2…倾斜度
具体实施方式
以下，根据附图所示的优选实施方式，对本发明的压电驱动装置、压电电机以及机器人详细进行说明。
第一实施方式
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的压电电机的俯视图。图2是表示压电电机所具有的压电驱动装置的立体图。图3是表示压电驱动装置所具有的压电致动器的俯视图。图4是表示施加于压电致动器的驱动信号的图。图5和图6是表示压电致动器的驱动状态的俯视图。图7是表示自然状态的施力部件的俯视图。图8是表示施力状态的施力部件的俯视图。图9和图10是用于说明现有的施力部件中产生的问题的俯视图。图11是表示现有的施力部件引起的控制偏差的图表。图12是表示本实施方式的施力部件引起的控制偏差的图表。图13是表示施力部件的变形例的俯视图。
需要指出，以下为了便于说明，将图1中的纸面近前侧也称为“上”，将图1中的纸面里侧也称为“下”。另外，将压电致动器的转子侧也称为“前端侧”，将转子的相反侧也称为“基端侧”。另外，将相互正交的三个轴设为X轴、Y轴以及Z轴，将沿着X轴的方向也称为X轴方向，将沿着Y轴的方向也称为Y轴方向，将沿着Z轴的方向也称为Z轴方向。另外，将各轴的箭头侧也称为“正侧”，将箭头的相反侧也称为“负侧”。另外，将X轴方向正侧也称为“上”或“上侧”，将X轴方向负侧也称为“下”或“下侧”。
如图1所示，压电电机1具有：能够绕旋转轴O旋转的作为被驱动部的转子2；与转子2的外周面21抵接的压电驱动装置3；以及控制压电驱动装置3的驱动的控制装置7。在这样的压电电机1中，通过控制装置7的控制驱动压电驱动装置3，从而压电驱动装置3中产生的驱动力传递至转子2，转子2绕旋转轴O进行旋转。
不过，作为压电电机1的构成，并无特别限定。例如，也可以沿着转子2的周向配置多个压电驱动装置3，并通过多个压电驱动装置3的驱动而使转子2旋转。另外，压电驱动装置3也可以与转子2的主面22抵接，而不是与转子2的外周面21抵接。另外，被驱动部并不限定于转子2这样的旋转体，例如也可以是直线移动的滑块。
另外，如图2所示，压电驱动装置3具有作为振动体的压电致动器4、以及将压电致动器4夹在其间而配置的一对施力部件6、6。另外，如图3所示，压电致动器4具有振动部41、支撑振动部41的支撑部42、连接振动部41与支撑部42的连接部43、以及固定于振动部41的前端部并将振动部41的振动传递至转子2的凸部44。
振动部41呈以X轴方向为厚度方向，并在包含Y轴和Z轴的Y-Z平面上扩展的板状。另外，振动部41通过一边在Y轴方向上伸缩一边在Z轴方向上屈曲(bend)而呈S字状进行弯曲振动(bending vibration)。另外，振动部41在俯视观察时呈以作为伸缩方向的Y轴方向为长边的长条形状，特别是在本实施方式中呈长方形。不过，振动部41的形状只要能够发挥其功能，便无特别限定。
另外，振动部41具有使振动部41进行弯曲振动的驱动用的压电元件4A～4F以及检测振动部41的振动的检测用的压电元件4G。在振动部41的中央部，沿Y轴方向排列配置有压电元件4C、4D。另外，在压电元件4C、4D的Z轴方向正侧，沿Y轴方向排列配置有压电元件4A、4B，在Z轴方向负侧，沿Y轴方向排列配置有压电元件4E、4F。这些压电元件4A～4F分别通过通电而在Y轴方向上伸缩。不过，驱动用的压电元件的数量、配置只要能够使振动部41弯曲振动，便无特别限定。
压电元件4G配置于压电元件4C、4D之间。压电元件4G受到与振动部41的弯曲振动相应的外力，并输出与受到的外力相应的检测信号。为此，压电驱动装置3能够根据从压电元件4G输出的检测信号检测振动部41的振动状态。需要指出，检测用的压电元件的数量、配置只要能够检测振动部41的振动，便无特别限定。另外，也可以省略检测用的压电元件。
如图2所示，振动部41呈将具备压电元件4A～4G的压电元件层48夹在一对基板49、49之间的构成。各基板49例如为硅基板。另外，压电元件4A～4F呈将压电体夹在一对电极之间的构成。需要指出，作为压电体的构成材料，并无特别限定，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，除了上述压电陶瓷以外，还可以使用聚偏氟乙烯、水晶等。
另外，作为压电体的形成方法，并无特别限定，可以由块体(bulk)材料形成，也可以使用溶胶-凝胶法、溅射法形成。在本实施方式中，使用溶胶-凝胶法形成压电体。由此，例如与由块体材料形成时相比，可得到薄的压电体，能够实现压电致动器4的薄型化。
如图2所示，凸部44设置于振动部41的前端部，从振动部41朝向Y轴方向正侧突出。于是，凸部44的前端部与转子2的外周面21接触，被施力部件6按压。为此，振动部41的振动经由凸部44传递至转子2。作为凸部44的构成材料，并无特别限定，例如可以举出氧化锆、氧化铝、二氧化钛等各种陶瓷。由此，成为耐久性优异的凸部44。
支撑部42具有支撑振动部41的功能。支撑部42在俯视观察时呈将振动部41的两侧以及基端侧包围的U形形状。不过，支撑部42的构成只要能够发挥其功能，便无特别限定。
另外，连接部43将振动部41的成为弯曲振动的波节的部分、具体而言为Y轴方向的中央部与支撑部42连接。连接部43具有第一连接部431和第二连接部432，第一连接部431位于振动部41的Z轴方向正侧，连接振动部41与支撑部42，第二连接部432位于振动部41的Z轴方向负侧，连接振动部41与支撑部42。
不过，连接部43的构成只要能够发挥其功能，便无特别限定。例如，本实施方式的第一连接部431、第二连接部432分别由一根梁构成，但也可以由多根梁构成。另外，本实施方式的第一连接部431、第二连接部432分别呈在Z轴方向上笔直伸长的形状，但也可以在其中途屈曲(bend，折曲)或弯曲，还可以在其中途使宽度、厚度发生变化。
控制装置7例如由计算机构成，具有处理信息的处理器、与处理器可通信地连接的存储器以及外部接口。另外，存储器中保存有能够由处理器执行的程序，处理器读入并执行存储于存储器中的程序。这样的控制装置7接收来自未图示的主计算机的指令，并根据该指令驱动压电致动器4。
例如，当向压电元件4A、4F施加了图4所示的驱动信号V1，向压电元件4C、4D施加了驱动信号V2，向压电元件4B、4E施加了驱动信号V3时，如图5所示，振动部41一面在Y轴方向上进行伸缩振动，一面在Z轴方向上呈倒S字状地进行弯曲振动，合成这些振动，凸部44的前端如箭头A1所示那样，进行向逆时针方向描绘椭圆轨道的椭圆运动。由此，送出转子2，转子2如箭头B1所示那样向顺时针方向旋转。另外，从压电元件4G输出与振动部41的弯曲振动所包含的Y轴方向的伸缩振动相应的检测信号Vpu。
另外，当切换了驱动信号V1、V3的波形时，如图6所示，振动部41一面在Y轴方向上进行伸缩振动，一面在Z轴方向上呈S字状地进行弯曲振动，合成这些振动，凸部44如箭头A2所示那样向顺时针方向进行椭圆运动。由此，送出转子2，转子2如箭头B2所示那样向逆时针方向旋转。另外，从压电元件4G输出与振动部41的弯曲振动所包含的Y轴方向的伸缩振动相应的检测信号Vpu。
需要指出，以下也将振动部41在Y轴方向上的伸缩振动称为“纵向振动”。
如上所述，一对施力部件6、6从X轴方向的两侧将压电致动器4夹在其间。也就是说，在压电致动器4的X轴方向正侧配置有一施力部件6，X轴方向负侧配置有另一施力部件6。由此，能够从厚度方向的两侧平衡地对压电致动器4施力。为此，压电致动器4的姿势的偏差、尤其是向X轴方向的倾斜被抑制，能够更高效地将压电致动器4产生的驱动力传递至转子2。因此，成为具有高驱动效率的压电驱动装置3。不过，并不限定于此，也可以省略任意一方的施力部件6。
由于一对施力部件6、6的构成彼此是同样的，因此，以下为了便于说明，以相对于压电致动器4位于X轴方向正侧的施力部件6为代表进行说明，而省略位于X轴方向负侧的施力部件6的说明。
施力部件6具有朝向转子2对压电致动器4施力而将凸部44压抵于转子2的外周面21的功能。如图7及图8所示，施力部件6经由未图示的接合部件接合于压电致动器4的上表面，并具有保持压电致动器4的保持部61、将压电驱动装置3固定于工作台ST的基台62、以及连接保持部61与基台62的一对弹簧组63、64。
这些保持部61、基台62以及弹簧组63、64是一体的。由此，例如，与将分体形成的各部连接时相比，施力部件6具有更高的机械强度，而且容易形成。保持部61、基台62以及弹簧组63、64例如可以由硅基板一体形成。由此，可得到具有足够的机械强度和弹性的施力部件6。另外，能够使用硅晶片工艺，还能够以高加工精度制造施力部件6。另外，由于能够减小与压电致动器4的热膨胀系数之差，因而能够减少热应力的发生，能够抑制压电致动器4的挠曲、形变等。
不过，保持部61、基台62以及弹簧组63、64也可以分体形成。另外，施力部件6的构成材料并无特别限定，例如也可以使用各种树脂材料、各种金属材料、各种玻璃材料、各种陶瓷材料等。
保持部61与压电致动器4的支撑部42的上表面接合。在保持部61的与振动部41重叠的部分形成有在下表面开口的凹部，以便抑制与振动部41接触。由此，抑制保持部61与振动部41接触。由此，不会妨碍振动部41的振动，能够更加稳定地驱动压电驱动装置3。
基台62位于保持部61的Z轴方向正侧。基台62是用于将压电驱动装置3固定于工作台ST的部分。在本实施方式中，在基台62上形成有两个螺钉的插通孔621，如图8所示，通过插入穿过这些插通孔621的螺钉S将基台62固定于工作台ST。不过，基台62与工作台ST的固定方法并无特别限定。
弹簧组63、64配置于保持部61与基台62之间。另外，弹簧组63、64沿着压电致动器4的施力方向即Y轴方向排列配置。这样，通过将弹簧组63、64沿Y轴方向排列配置，能够更稳定地朝向转子2对压电致动器4施加更强的作用力。
弹簧组63、64分别具有沿Y轴方向等间距排列的多个弹簧部65。另外，多个弹簧部65各自的Z轴方向正侧的端即第一端P1连接于基台62，Z轴方向负侧的端即第二端P2连接于保持部61。通过在使多个弹簧部65沿Y轴方向弹性变形的状态下将压电驱动装置3固定于工作台ST，从而沿Y轴方向对压电致动器4施力，将凸部44按压于转子2的外周面21。
需要指出，弹簧部65其厚度比保持部61及基台62薄，偏向上侧而配置。为此，在弹簧部65与振动部41之间形成有用于抑制它们接触、干扰的空隙。由此，不会妨碍弹簧部65的变形、振动部41的振动，能够更稳定地驱动压电驱动装置3。
接着，对多个弹簧部65的构成进行详细说明，由于它们的构成彼此是同样的，因而以下为了便于说明，对一个弹簧部65进行说明，而省略关于其它弹簧部65的说明。
首先，在对弹簧部65进行说明之前，对现有的弹簧部650的问题点进行简单说明。现有的弹簧部650在对压电致动器4施加了作用力的状态下，从X轴方向俯视观察时，沿着相对于与振动部41的纵向振动的方向即Y轴方向正交的Z轴方向倾斜的方向延伸。为此，在转子2向箭头B1方向旋转时，对弹簧部650施加图9所示的力，在转子2向反向的箭头B2方向旋转时，对弹簧部650施加图10所示的力。需要指出，图9和图10所示的力F0是转子2停止时的作用力，力F1是在凸部44与转子2之间产生的摩擦力施加于弹簧部650的力，力F3是相对于力F1产生的弹簧的反作用力，力F2和力F4是将力F3分解而得的力，以力F1与力F2平衡的方式产生力F3。
由该图可知，在转子2向箭头B1方向旋转时，力F0与和其相反方向的力F4合成，实际的作用力变得比F0小。另一方面，在转子2向箭头B2方向旋转时，力F0与和其相同方向的力F4合成，实际的作用力变得比F0大。为此，转子2的移动量、移动速度根据转子2的旋转方向而产生差异，存在难以高精度地控制转子2的旋转的技术问题。实际上，发明人用现有的弹簧部650进行了实验后得知，如图11所示，箭头B1方向的转数与箭头B2方向的转数产生了差异。另外，虽未图示，但可知箭头B1方向的转矩与箭头B2方向的转矩之间也产生了与转数同样的差异。
因此，在本实施方式中，在弹簧部65的构成上下功夫，以使施力状态下的弹簧部65相对于Z轴方向的倾斜度变得更小。如图7所示，在施力部件6未对压电致动器4施力，而且实质上未对施力部件6施加外力的自然状态下，弹簧部65在从X轴方向俯视观察时沿着相对于与振动部41的纵向振动方向即Y轴方向正交的Z轴倾斜的方向延伸。为此，在将弹簧部65的第一端P1与凸部44的前端部沿着振动部41的纵向振动方向即Y轴方向的分离距离设为d1、将弹簧部65的第二端P2与凸部44的前端部沿着振动部41的纵向振动方向即Y轴方向的分离距离设为d2时，在自然状态下d1＞d2。
然后，如图8所示，在施力部件6对压电致动器4施力，将凸部44按压于转子2的施力状态下，弹簧部65相对于Z轴方向的倾斜度θ变得比自然状态小，弹簧部65与Z轴大致平行。也就是说，在将自然状态下的|d1-d2|设为D1，将施力状态下的|d1-d2|设为D2时，D1＞D2。由此，施力状态下的弹簧部65相对于Z轴的倾斜度θ变小，能够将上述力F3抑制得更小。为此，在上述现有的弹簧部650中产生的问题减少。结果，在转子2向箭头B1方向旋转与向箭头B2方向旋转两者间，转子2的移动量、移动速度不易产生差异，能够高精度地控制转子2的旋转。需要指出，倾斜度θ意指连接第一端P1和第二端P2的线段与Z轴所成的角。
实际上，发明人用本实施方式的弹簧部65进行了实验后得知，如图12所示，箭头B1方向的转数与箭头B2方向的转数之差与现有技术相比降低。同样地，虽未图示，但可知箭头B1方向的转矩与箭头B2方向的转矩之差也与现有技术相比降低。因此，明显发挥上述效果。
需要指出，只要D1＞D2便无特别限定，例如，优选D2/D1≤0.5，更优选D2/D1≤0.3，进一步优选D2/D1≤0.1。另外，施力状态下的倾斜度θ并无特别限定，例如优选10°以下，更优选5°以下，进一步优选1°以下。由此，在施力状态下，能够使弹簧部65与Z轴更加接近于平行。为此，上述效果变得更加显著。
尤其是在本实施方式中，如图8所示，在施力部件6以目标作用力将凸部44按压于转子2的状态下，D2＝0，也就是说，d1＝d2，弹簧部65与Z轴平行。由此，上述效果变得更加显著，在转子2向箭头B1方向旋转与向箭头B2方向旋转两者间，转子2的移动量、移动速度实质上并无差异，能够进一步高精度地控制转子2的旋转。
另外，施力部件6具有作为显示部的显示机构66，该显示机构66根据基台62与保持部61的相对位置关系示出|d1-d2|的大小。由此，能够简单地视觉确认弹簧部65的倾斜度θ，容易使弹簧部65成为目标的倾斜度θ，优选为0°，也就是说与Z轴平行。特别是，本实施方式的显示机构66根据保持部61的基端部610与基台62的基端部620的相对位置关系示出|d1-d2|的大小，如图8所示，在基端部610、620彼此在Z轴方向上对齐的状态下D2＝0，也就是说d1＝d2。为此，仅通过以使基端部610、620彼此在Z轴方向上对齐的方式将基台62固定于工作台ST，便可容易地使弹簧部65的倾斜度θ为0°。由此，压电驱动装置3的设置变容易。
不过，显示机构66的构成并不限定于此，例如，如图13所示，也可以构成为在保持部61和基台62上配置示出|d1-d2|的大小的刻度661，通过使该刻度661对准而使|d1-d2|成为所期望的大小。
以上，对压电电机1进行了说明。如上所述，这样的压电电机1所包括的压电驱动装置3具有作为振动体的压电致动器4和施力部件6，其中，压电致动器4具有振动部41和凸部44，该振动部41具备压电元件4A～4F，进行纵向振动和弯曲振动，该凸部44配置于振动部41，进行椭圆运动，施力部件6具备基台62、保持部61以及弹簧部65，该保持部61保持压电致动器4，该弹簧部65在作为一端的第一端P1处与基台62连接，并在作为另一端的第二端P2处与保持部61连接，弹簧部65朝向作为被驱动部的转子2对凸部44施力。此外，在将第一端P1与凸部44沿着纵向振动方向即Y轴方向的分离距离设为d1，将第二端P2与凸部44沿着纵向振动方向即Y轴方向的分离距离设为d2时，在压电致动器4未被施力部件6施力的自然状态下，d1＞d2，压电致动器4被施力部件6朝向转子2施力的施力状态下的|d1-d2|小于自然状态下的|d1-d2|。根据这样的构成，能够减小施力状态时弹簧部65相对于Z轴的倾斜度θ。为此，在转子2向箭头B1方向旋转与向箭头B2方向旋转两者间，转子2的移动量、移动速度不易产生差异，能够高精度地控制转子2的旋转。
另外，如上所述，在施力状态下，d1＝d2。由此，在施力状态下，弹簧部65平行于与纵向振动方向即Y轴方向正交的Z轴，因此，在转子2向箭头B1方向旋转与向箭头B2方向旋转两者间，转子2的移动量、移动速度更不易产生差异，能够更高精度地控制转子2的旋转。
另外，如上所述，基台62、保持部61以及弹簧部65是一体的。由此，与将分体形成的各部连接时相比，施力部件6具有更高的机械强度，而且容易形成。
另外，如上所述，弹簧部65在俯视观察时在相对于与沿着纵向振动的Y轴方向正交的Z轴方向倾斜的方向上延伸。由此，能够以简单的构成在自然状态下使d1＞d2。
另外，如上所述，施力部件6具有作为显示部的显示机构66，该显示机构66根据基台62与保持部61的相对位置关系示出|d1-d2|的大小。由此，能够简单地视觉确认弹簧部65的倾斜度θ，容易使弹簧部65成为目标的倾斜度θ，优选使其为0°。
另外，如上所述，显示机构66示出在保持部61的与凸部44相反一侧的端部即基端部610和基台62的与凸部44相反一侧的端部即基端部620在与沿着纵向振动的Y轴方向正交的Z轴方向上对齐时为d1＝d2。为此，仅通过以使基端部610、620彼此在Z轴方向上对齐的方式将基台62固定于工作台ST，便可容易地使弹簧部的倾斜度θ为0°。由此，压电驱动装置3的设置变容易。
另外，如上所述，压电电机1具有压电驱动装置3和由压电致动器4的振动进行驱动的作为被驱动部的转子2。由此，压电电机1能够得到上述压电驱动装置3的效果，能够发挥高可靠性。
第二实施方式
图14是表示本发明的第二实施方式涉及的施力部件的俯视图。图15是表示图14所示的施力部件的变形例的俯视图。
本实施方式除了弹簧部65的构成不同以外与上述第一实施方式是同样的。需要指出，在以下的说明中，围绕与上述第一实施方式的不同点对本实施方式进行说明，至于同样的事项，则省略其说明。另外，在图14和图15中，对于与上述实施方式同样的构成标注相同的附图标记。需要指出，由于多个弹簧部65的构成彼此是同样的，因而以下为了便于说明，以一个弹簧部65为代表进行说明，而省略其它弹簧部65的说明。
如图14所示，本实施方式的弹簧部65呈在延伸方向的中途弯曲成S字状的构成。具体而言，弹簧部65的两端部沿Z轴方向延伸，并且，保持部61侧的端部位于比基台62侧的端部更靠凸部侧即Y轴方向正侧的位置。另外，弹簧部65的中央部以将位于其两侧的端部彼此连接的方式呈S字状弯曲。由此，能够以简单的构成在自然状态下使d1＞d2。不过，弹簧部65的形状并不限定于此，例如，如图15所示，也可以在延伸方向的中途呈S字状屈曲。通过这样的构成，也可以得到与本实施方式同样的效果。
如上所述，本实施方式的弹簧部65具有弯曲或屈曲(bend，折曲)的部分。由此，能够以简单的构成在自然状态下使d1＞d2。
根据上述那样的第二实施方式，也能够发挥与上述第一实施方式同样的效果。
第三实施方式
图16是表示本发明的第三实施方式涉及的施力部件的自然状态的立体图。图17是表示图16所示的施力部件的施力状态的俯视图。
本实施方式除了弹簧部65的构成不同以外与上述第一实施方式是同样的。需要指出，在以下的说明中，围绕与上述第一实施方式的不同点对本实施方式进行说明，至于同样的事项，则省略其说明。另外，在图16和图17中，对于与上述实施方式同样的构成标注相同的附图标记。
如图16所示，多个弹簧部65中包括自然状态下的倾斜度θ为θ1的多个第一弹簧部651、以及自然状态下的倾斜度θ为比θ1大的θ2的多个第二弹簧部652。特别是，在本实施方式中，构成弹簧组63的多个弹簧部65由第二弹簧部652构成，构成弹簧组64的多个弹簧部65由第一弹簧部651构成。
这些第一弹簧部651及第二弹簧部652在自然状态下相对于Z轴朝向相同方向倾斜，但在施力状态下，如图17所示，相对于Z轴朝向不同方向倾斜。为此，第一弹簧部651为d1-d2＜0，第二弹簧部652为d1-d2＞0。由此，各第一弹簧部651中产生的力F4与各第二弹簧部652中产生的力F4互为反向，至少一部分相互抵消。为此，能够减少作用力中起作用的力F4，在转子2向箭头B1方向旋转与向箭头B2方向旋转两者间，转子2的移动量、移动速度不易产生差异，能够高精度地控制转子2的旋转。
需要指出，优选适当地设定第一弹簧部651及第二弹簧部652的配置数、自然状态下的倾斜度θ、施力状态下的|d1-d2|的值等，以使由全部的第一弹簧部651产生的力F4的大小与由全部的第二弹簧部652产生的力F4的大小之差尽可能小，优选差为零。由此，上述效果更加显著。
如上所述，本实施方式的弹簧部65具有在施力状态下d1-d2＜0的第一弹簧部651、以及在施力状态下d1-d2＞0的第二弹簧部652。由此，第一弹簧部651中产生的力F4与第二弹簧部652中产生的力F4互为反向而相互抵消。为此，能够减少作用力中起作用的力F4，在转子2向箭头B1方向旋转与向箭头B2方向旋转两者间，转子2的移动量、移动速度不易产生差异，能够高精度地控制转子2的旋转。
根据这样的第三实施方式，也能够发挥与上述第一实施方式同样的效果。
不过，弹簧部65的构成并无特别限定。例如，在本实施方式中，构成弹簧组63的多个弹簧部65由第二弹簧部652构成，构成弹簧组64的多个弹簧部65由第一弹簧部651构成，但并不限定于此，也可以是构成弹簧组63的多个弹簧部65及构成弹簧组64的多个弹簧部65分别包括第一弹簧部651及第二弹簧部652。另外，例如也可以由第一弹簧部651构成一方的施力部件6所包括的全部的弹簧部65，由第二弹簧部652构成另一方的施力部件6所包括的全部的弹簧部65。
第四实施方式
图18是表示本发明的第四实施方式涉及的机器人的立体图。
图18所示的机器人1000能够进行精密设备、构成精密设备的部件的供料、除料、搬运以及组装等作业。这样的机器人1000是六轴机器人，具有固定于地板或顶板上的基座1100、转动自如地连结于基座1100的第一臂1210、转动自如地连结于第一臂1210的第二臂1220、转动自如地连结于第二臂1220的第三臂1230、转动自如地连结于第三臂1230的第四臂1240、转动自如地连结于第四臂1240的第五臂1250、以及转动自如地连结于第五臂1250的第六臂1260。另外，在第六臂1260上设置手爪连接部，在手爪连接部上安装与使机器人1000执行的作业相应的末端执行器1500。
另外，机器人1000具有：第一臂转动机构1310，配置于基座1100与第一臂1210的关节部，使第一臂1210相对于基座1100转动；第二臂转动机构1320，配置于第一臂1210与第二臂1220的关节部，使第二臂1220相对于第一臂1210转动；第三臂转动机构1330，配置于第二臂1220与第三臂1230的关节部，使第三臂1230相对于第二臂1220转动；第四臂转动机构1340，配置于第三臂1230与第四臂1240的关节部，使第四臂1240相对于第三臂1230转动；第五臂转动机构1350，配置于第四臂1240与第五臂1250的关节部，使第五臂1250相对于第四臂1240转动；以及第六臂转动机构1360，配置于第五臂1250与第六臂1260的关节部，使第六臂1260相对于第五臂1250转动。另外，机器人1000具有控制这些第一至第六臂转动机构1310～1360的驱动的机器人控制部1400。
此外，在第一至第六臂转动机构1310～1360的一部分或全部中搭载有压电电机1作为其动力源，通过压电电机1的驱动而使作为对象的臂1210～1260转动。需要指出，压电电机1中组装有压电驱动装置3。为此，机器人1000能够得到上述压电驱动装置3的效果，能够发挥高可靠性。
如上所述，机器人1000具有压电驱动装置3。为此，能够得到上述压电驱动装置3的效果，能够发挥优异的可靠性。
根据这样的第四实施方式，也能够发挥与上述第一实施方式同样的效果。
以上，根据图示的实施方式对本发明的压电驱动装置、压电电机以及机器人进行了说明，但本发明并不限定于此，各部的构成可以替换为具有同样功能的任意的构成。另外，也可以对本发明附加其它任意的构成物。另外，也可以将各实施方式适当地组合。另外，在上述实施方式中，对于将压电驱动装置应用于机器人的构成进行了说明，但压电驱动装置也可以应用于机器人以外的、需要驱动力的各种电子设备、例如打印机、投影仪等。

Claims (10)

1.一种压电驱动装置，其特征在于，具有振动体和施力部件，
所述振动体具有振动部和凸部，所述振动部具备压电元件，所述振动部进行纵向振动和弯曲振动，所述凸部配置于所述振动部，所述凸部进行椭圆运动，
所述施力部件具备基台、保持部以及弹簧部，所述保持部保持所述振动体，所述弹簧部在一端处与所述基台连接，并在另一端处与所述保持部连接，所述弹簧部朝向被驱动部对所述凸部施力，
在将所述一端与所述凸部沿着所述纵向振动的方向的分离距离设为d1，并将所述另一端与所述凸部沿着所述纵向振动的方向的分离距离设为d2时，
在所述振动体未被所述施力部件施力的自然状态下，d1＞d2，
所述振动体被所述施力部件朝向所述被驱动部施力的施力状态下的|d1-d2|小于所述自然状态下的|d1-d2|。
2.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，
在所述施力状态下，d1＝d2。
3.根据权利要求1或2所述的压电驱动装置，其特征在于，
所述基台、所述保持部以及所述弹簧部是一体的。
4.根据权利要求1或2所述的压电驱动装置，其特征在于，
所述弹簧部在俯视观察时在相对于与沿着所述纵向振动的方向正交的方向倾斜的方向上延伸。
5.根据权利要求1或2所述的压电驱动装置，其特征在于，
所述弹簧部具有弯曲或屈曲的部分。
6.根据权利要求1或2所述的压电驱动装置，其特征在于，
所述弹簧部具有在所述施力状态下d1-d2＜0的第一弹簧部和在所述施力状态下d1-d2＞0的第二弹簧部。
7.根据权利要求1或2所述的压电驱动装置，其特征在于，
所述施力部件具有显示部，所述显示部根据所述基台与所述保持部的相对位置关系示出|d1-d2|的大小。
8.根据权利要求7所述的压电驱动装置，其特征在于，
所述显示部示出在所述保持部的与所述凸部相反一侧的端部和所述基台的与所述凸部相反一侧的端部在与沿着所述纵向振动的方向正交的方向上对齐时为d1＝d2。
9.一种压电电机，其特征在于，具有：
权利要求1至8中任一项所述的压电驱动装置；以及
被驱动部，由所述振动体的振动进行驱动。
10.一种机器人，其特征在于，
具有权利要求1至8中任一项所述的压电驱动装置。
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