JP2010259193A - Drive device and robot - Google Patents

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Susumu Makinouchi
進 牧野内
Yoshiro Tomikawa
義朗 富川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a drive device which has a simple configuration, can be miniaturized and attains cost reduction, and to provide a robot. <P>SOLUTION: The drive device includes: a mover driven in a predetermined driving direction; an electromechanical conversion element, having a piezoelectric layer pair formed by integrating a pair of piezoelectric layers polarized in different directions and formed to vibrate in a direction close to the mover and vibrate in the driving direction of the mover; and a control section for causing the electromechanical conversion element to selectively vibrate in the closing direction and the driving direction. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、駆動装置及びロボット装置に関する。   The present invention relates to a drive device and a robot apparatus.

例えば超音波モータのようなモータ装置として、縦振動モードと捩り振動モードとを組み合わせた複合振動型の超音波モータ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このモータ装置においては、縦振動モード用の圧電素子と、捩り振動モード用の圧電素子とを組み合わせて用いる構成になっている。   For example, as a motor device such as an ultrasonic motor, a composite vibration type ultrasonic motor device combining a longitudinal vibration mode and a torsional vibration mode is known (for example, see Patent Document 1). In this motor device, a longitudinal vibration mode piezoelectric element and a torsional vibration mode piezoelectric element are used in combination.

特開昭61−121777号公報JP 61-121777 A

しかしながら、上記のモータ装置のように2種類の振動モードの圧電素子を組み合わせる構成とする場合、構造が複雑になってしまい、小型化が難しいという問題がある。   However, when a configuration in which two types of vibration mode piezoelectric elements are combined as in the motor device described above, there is a problem that the structure becomes complicated and it is difficult to reduce the size.

上記のような事情に鑑み、本発明は、単純な構成とすることができ、小型化が可能な駆動装置及びロボット装置を提供することを目的とする。   In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to provide a drive device and a robot device that can have a simple configuration and can be miniaturized.

本発明に係る駆動装置(1)は、所定の駆動方向に駆動される可動子(2)と、互いに反対方向に分極された一対の圧電層(31)が一体化された圧電層対(35)を有し、前記可動子への近接方向に振動すると共に前記可動子の駆動方向に振動するように形成された電気機械変換素子(30)と、前記電気機械変換素子に対して、前記近接方向の振動と前記駆動方向の振動とを選択的に行わせる制御部(CONT)とを備えることを特徴とする。   The driving device (1) according to the present invention includes a piezoelectric layer pair (35) in which a mover (2) driven in a predetermined driving direction and a pair of piezoelectric layers (31) polarized in opposite directions are integrated. And an electromechanical transducer element (30) formed so as to vibrate in the proximity direction to the mover and to vibrate in the drive direction of the mover, and the proximity to the electromechanical transducer element And a control unit (CONT) that selectively performs vibration in the driving direction and vibration in the driving direction.

本発明に係るロボット装置(RBT)は、移動部材(104a)と、前記移動部材を駆動させる駆動装置(ACT)とを備え、前記駆動装置として、上記の駆動装置(1)が用いられていることを特徴とする。   A robot apparatus (RBT) according to the present invention includes a moving member (104a) and a driving apparatus (ACT) for driving the moving member, and the driving apparatus (1) is used as the driving apparatus. It is characterized by that.

本発明よれば、単純な構成とすることができ、小型化が可能となる。   According to the present invention, a simple configuration can be achieved, and downsizing is possible.

本発明の第1実施形態に係る駆動装置の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the drive device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本実施形態に係る駆動装置の一部の構成を示す図。The figure which shows the structure of a part of drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電素子の構成を示す図。The figure which shows the structure of the piezoelectric element which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電素子の一部の構成を示す図。The figure which shows the structure of a part of piezoelectric element which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電層対の振動の様子を示す図。The figure which shows the mode of the vibration of the piezoelectric layer pair which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電素子の一部の構成を示す図。The figure which shows the structure of a part of piezoelectric element which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電素子の動作の一例を示す図。The figure which shows an example of operation | movement of the piezoelectric element which concerns on this embodiment. 本発明の第2実施形態に係る駆動装置の一部の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of a part of drive device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本実施形態に係る駆動装置の一部の構成を示す図。The figure which shows the structure of a part of drive device which concerns on this embodiment. 本発明の第3実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す図。The figure which shows the structure of a part of robot apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る駆動装置の他の構成を示す図。The figure which shows the other structure of the drive device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る駆動装置の他の構成を示す図。The figure which shows the other structure of the drive device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る駆動装置の他の構成を示す図。The figure which shows the other structure of the drive device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る駆動装置の他の構成を示す図。The figure which shows the other structure of the drive device which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明に係る駆動装置の第1実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。本実施形態では、駆動装置の回転軸方向(及び当該回転軸方向に平行な方向)をZ軸方向とし、当該Z軸方向に直交する水平面内の所定方向をX軸方向、水平面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向とする。また、駆動装置の回転方向、すなわち、Z軸まわりの回転方向をθZ方向とする。   Hereinafter, a first embodiment of a drive device according to the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to this. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. In this embodiment, the rotation axis direction of the drive device (and the direction parallel to the rotation axis direction) is the Z axis direction, the predetermined direction in the horizontal plane perpendicular to the Z axis direction is the X axis direction, and the X axis is in the horizontal plane. A direction orthogonal to the direction is defined as a Y-axis direction. The rotation direction of the drive device, that is, the rotation direction around the Z axis is defined as the θZ direction.

図1は、本実施形態に係る駆動装置1の構成を示す斜視図である。
図1に示すように、駆動装置1は、ロータ2、駆動部3、保持部4及び制御部CONTを有している。駆動装置1は、ロータ2及び駆動部3が保持部4によって保持された構成になっている。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a driving device 1 according to the present embodiment.
As illustrated in FIG. 1, the drive device 1 includes a rotor 2, a drive unit 3, a holding unit 4, and a control unit CONT. The drive device 1 has a configuration in which the rotor 2 and the drive unit 3 are held by a holding unit 4.

ロータ2は、駆動装置1のZ方向のほぼ中央に配置されており、平面視で円環状に形成されている。図1においては、駆動装置1の構成を判別しやすくするため、ロータ2を透過させて示している。ロータ2は、本発明における回転子である。   The rotor 2 is disposed substantially at the center in the Z direction of the drive device 1 and is formed in an annular shape in plan view. In FIG. 1, the rotor 2 is shown in a transparent manner so that the configuration of the driving device 1 can be easily discriminated. The rotor 2 is a rotor in the present invention.

駆動部3は、ロータ2の−Z側に配置されている。駆動部3は、複数の圧電素子30を有している。圧電素子30は、駆動装置1の回転方向(θZ方向)に沿って例えば3つ設けられている。   The drive unit 3 is disposed on the −Z side of the rotor 2. The drive unit 3 has a plurality of piezoelectric elements 30. For example, three piezoelectric elements 30 are provided along the rotation direction (θZ direction) of the driving device 1.

保持部4は、台座部41、ロータ側支持部42、軸部43及び押圧部44を有している。台座部41は、各圧電素子30を載置させる載置部である。台座部41は、圧電素子30を載置させる面(+Z側の面)が平坦に形成されている。ロータ側支持部42は、ロータ2を+Z側から支持する。駆動部側支持部41及びロータ側支持部42は、駆動部3及びロータ2を挟む位置に配置されている。   The holding part 4 includes a pedestal part 41, a rotor side support part 42, a shaft part 43, and a pressing part 44. The pedestal portion 41 is a placement portion on which each piezoelectric element 30 is placed. The pedestal portion 41 has a flat surface (+ Z side surface) on which the piezoelectric element 30 is placed. The rotor side support part 42 supports the rotor 2 from the + Z side. The drive unit side support unit 41 and the rotor side support unit 42 are arranged at positions sandwiching the drive unit 3 and the rotor 2.

軸部43は、台座部41とロータ側支持部42とを接続するように一体的に形成されている。軸部43は、ロータ2及び駆動部3のZ方向視中央部を貫通するように形成されている。軸部43とロータ2との間には、例えば不図示のベアリング機構が設けられている。   The shaft portion 43 is integrally formed so as to connect the pedestal portion 41 and the rotor side support portion 42. The shaft portion 43 is formed so as to penetrate the central portion of the rotor 2 and the drive portion 3 as viewed in the Z direction. A bearing mechanism (not shown) is provided between the shaft portion 43 and the rotor 2, for example.

押圧部44は、ロータ側支持部42とロータ2との間に配置されている。押圧部44は、ロータ側支持部42からロータ2へ−Z方向の力を加える。押圧部44によってロータ2を−Z側へ押圧することで、駆動部3の駆動力がロータ2に伝達されやすくなっている。   The pressing portion 44 is disposed between the rotor side support portion 42 and the rotor 2. The pressing portion 44 applies a force in the −Z direction from the rotor side support portion 42 to the rotor 2. By pressing the rotor 2 to the −Z side by the pressing portion 44, the driving force of the driving portion 3 is easily transmitted to the rotor 2.

制御部CONTは、図1に示すように、駆動部3の各圧電素子30に接続されている。制御部CONTは、駆動部3による駆動動作を制御する。   The control part CONT is connected to each piezoelectric element 30 of the drive part 3 as shown in FIG. The control unit CONT controls the driving operation by the driving unit 3.

図2は、Z方向に見たときの圧電素子30の配置を示す図である。
同図に示すように、3つの圧電素子30は、θZ方向に例えば120°ずつずれた位置に配置されている。図2内に矢印で示した方向は、各圧電素子30の駆動方向である。圧電素子30は、それぞれが当該矢印で示した方向にロータ2を駆動するようになっている。各圧電素子30は、軸部43から径方向に延在するように配置されている。
FIG. 2 is a diagram showing the arrangement of the piezoelectric elements 30 when viewed in the Z direction.
As shown in the figure, the three piezoelectric elements 30 are arranged at positions shifted by, for example, 120 ° in the θZ direction. A direction indicated by an arrow in FIG. 2 is a driving direction of each piezoelectric element 30. Each piezoelectric element 30 drives the rotor 2 in the direction indicated by the arrow. Each piezoelectric element 30 is disposed so as to extend in the radial direction from the shaft portion 43.

図3は、圧電素子30の構成を示す斜視図である。
圧電素子30は、圧電層31、電極32及び接触子33を有している。圧電素子30は、電圧を印加されることで振動する電気機械振動子である。圧電層31は、例えば矩形の板状に形成されている。本実施形態における圧電層31は、例えば、ピエゾなどであって、圧電体を含む構成となっている。
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the piezoelectric element 30.
The piezoelectric element 30 has a piezoelectric layer 31, an electrode 32, and a contact 33. The piezoelectric element 30 is an electromechanical vibrator that vibrates when a voltage is applied thereto. The piezoelectric layer 31 is formed in a rectangular plate shape, for example. The piezoelectric layer 31 in the present embodiment is, for example, a piezo or the like, and includes a piezoelectric body.

電極32は、圧電層31に電圧を印加する。電極32は、制御部CONTに接続されている。圧電素子30は、圧電層31と電極32とが互いに交互に積層された構成(積層構造体34)を有している。接触子33は、例えば円筒状に形成されており、積層構造体34の+Z側端面上に固定されている。接触子33は、ロータ2に接触し、圧電素子30の駆動力をロータ2に直接伝達する部分である。   The electrode 32 applies a voltage to the piezoelectric layer 31. The electrode 32 is connected to the control unit CONT. The piezoelectric element 30 has a configuration (laminated structure 34) in which piezoelectric layers 31 and electrodes 32 are alternately stacked. The contact 33 is formed, for example, in a cylindrical shape, and is fixed on the + Z side end face of the laminated structure 34. The contactor 33 is a part that contacts the rotor 2 and directly transmits the driving force of the piezoelectric element 30 to the rotor 2.

図4は、本実施形態における圧電層31の構成を示す図である。
図4(a)に示すように、各圧電層31は、板の厚さ方向に分極されている。圧電層31に対して分極方向と反対方向に電界を発生させた場合、圧電層31の分極方向に変位して伸長する振動(d33モード)や、当該分極方向の垂直方向に変位して伸長する振動(d31モード)などが生じる。これらの振動モードのうち、本実施形態では、d31モードの振動を利用する。したがって、圧電層31は、d31モードの振動方向である分極方向の垂直方向がロータ2への近接方向となるように配置されている。したがって、本実施形態では、圧電層31の分極方向の直交方向と、圧電層31の振動方向と、ロータ2への近接方向とが一致した構成となっている。これらの各方向は、本実施形態におけるZ方向に該当する。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the piezoelectric layer 31 in the present embodiment.
As shown in FIG. 4A, each piezoelectric layer 31 is polarized in the thickness direction of the plate. When an electric field is generated in the direction opposite to the polarization direction with respect to the piezoelectric layer 31, vibration (d33 mode) that displaces and expands in the polarization direction of the piezoelectric layer 31, or displaces and expands in a direction perpendicular to the polarization direction. Vibration (d31 mode) occurs. Among these vibration modes, in the present embodiment, d31 mode vibration is used. Therefore, the piezoelectric layer 31 is arranged so that the direction perpendicular to the polarization direction, which is the vibration direction of the d31 mode, is the proximity direction to the rotor 2. Therefore, in the present embodiment, the orthogonal direction of the polarization direction of the piezoelectric layer 31, the vibration direction of the piezoelectric layer 31, and the proximity direction to the rotor 2 are configured to match. Each of these directions corresponds to the Z direction in the present embodiment.

本実施形態では、このような構成を有する圧電層31を図4(b)に示すように、圧電層対35として組み合わせた構成となっている。図4(b)に示すように、圧電層対35は、2つの圧電層31が互いの分極方向が対向するように接着されている。2つの圧電層31の間には電極32が配置されている。この電極32は、2つの圧電層31に挟持されるように設けられている。また、各圧電層31について対向面とは反対面にもそれぞれ電極32が形成されている。   In the present embodiment, the piezoelectric layer 31 having such a configuration is combined as a piezoelectric layer pair 35 as shown in FIG. As shown in FIG. 4B, the piezoelectric layer pair 35 is bonded so that the two piezoelectric layers 31 face each other in the polarization direction. An electrode 32 is disposed between the two piezoelectric layers 31. The electrode 32 is provided so as to be sandwiched between the two piezoelectric layers 31. Further, electrodes 32 are also formed on the surface opposite to the facing surface of each piezoelectric layer 31.

以下の説明においては、圧電層対35を構成する2つの圧電層31のうち一方(例えば図中左側)を圧電層31Aと表記し、他方(例えば図中右側)を圧電層31Bと表記する。また、電極32については、各圧電層31A及び31Bの対向面と反対側に形成された電極については、圧電素子の符号と対応するように電極32A、電極32Bと表記する。また、圧電層31A及び圧電層31Bによって挟持される電極を電極32Cと表記する。   In the following description, one (for example, the left side in the figure) of the two piezoelectric layers 31 constituting the piezoelectric layer pair 35 is denoted as a piezoelectric layer 31A, and the other (for example, the right side in the figure) is denoted as a piezoelectric layer 31B. Regarding the electrode 32, the electrodes formed on the opposite side of the opposing surfaces of the piezoelectric layers 31A and 31B are referred to as electrodes 32A and 32B so as to correspond to the reference numerals of the piezoelectric elements. An electrode sandwiched between the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B is referred to as an electrode 32C.

図4(b)に示すように、電極32Cを正極とし電極32A及び電極32Bを負極として圧電層31A及び圧電層31Bに電圧を印加すると、圧電層31A及び圧電層31Bは同時に分極方向の垂直方向に伸長する。図示を省略するが、電極Cを負極とし電極32A及び電極32Bを正極として圧電層31A及び圧電層31Bに電圧を印加すると、圧電層31A及び圧電層31Bは同時に分極方向の垂直方向に収縮する。   As shown in FIG. 4B, when a voltage is applied to the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B with the electrode 32C as a positive electrode and the electrodes 32A and 32B as a negative electrode, the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B are simultaneously perpendicular to the polarization direction. Elongate. Although illustration is omitted, when a voltage is applied to the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B using the electrode C as a negative electrode and the electrodes 32A and 32B as positive electrodes, the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B simultaneously contract in the direction perpendicular to the polarization direction.

図4(c)に示すように、圧電層31A及び圧電層31Bが同時に伸長している状態から、一方の圧電層31(例えば圧電層31A)に印加する電圧のみを反転させると、当該圧電層31Aのみが収縮方向に振動する。この結果、圧電層対35は、圧電層31Aの収縮に引っ張られ、図中左側へ屈曲する。   As shown in FIG. 4C, when only the voltage applied to one piezoelectric layer 31 (for example, the piezoelectric layer 31A) is reversed from the state where the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B are simultaneously expanded, the piezoelectric layer Only 31A vibrates in the contraction direction. As a result, the piezoelectric layer pair 35 is pulled by the contraction of the piezoelectric layer 31A and bends to the left in the drawing.

図示を省略するが、図4(b)の状態から、圧電層31Bに印加する電圧のみを反転させると、圧電層対35は、図中右側へ屈曲する。また、2つの圧電層31が収縮している状態から一方の圧電層31を伸長させる場合においても同様に、圧電層対35は収縮している圧電層31に引っ張られるように屈曲する。このように、2つの圧電層31について、一方を伸長させ、他方を収縮させるように電圧を印加すると、圧電層対35は、収縮する圧電層31側に引っ張られるように屈曲する。   Although not shown, when only the voltage applied to the piezoelectric layer 31B is reversed from the state of FIG. 4B, the piezoelectric layer pair 35 bends to the right side in the drawing. Similarly, when one piezoelectric layer 31 is extended from a state in which the two piezoelectric layers 31 are contracted, the piezoelectric layer pair 35 is bent so as to be pulled by the contracting piezoelectric layer 31. As described above, when a voltage is applied so that one of the two piezoelectric layers 31 is expanded and the other is contracted, the piezoelectric layer pair 35 is bent so as to be pulled toward the contracting piezoelectric layer 31.

この性質を用いて、本実施形態では、例えば図4(d)に示すように、圧電層31A及び圧電層31Bのそれぞれに位相の異なる正弦波電圧を印加するように構成されている。図4(d)では、圧電層31Aには電源D1を用いてサイン波の電圧を印加し、圧電層31Bには電源D2を用いてコサイン波の電圧を印加するように構成されている。   Using this property, in this embodiment, as shown in FIG. 4D, for example, sinusoidal voltages having different phases are applied to the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B, respectively. In FIG. 4D, a sine wave voltage is applied to the piezoelectric layer 31A using the power source D1, and a cosine wave voltage is applied to the piezoelectric layer 31B using the power source D2.

図5は、図4(d)に示す構成を用いて2つの圧電層31に電圧を印加したときの圧電層対35の形状の変化を示す概念図である。図5においては、電源D1及び電源D2の電圧波形と圧電層対35の形状とを対応させて示している。また、図5においては、電極32Cへ電圧を印加する場合を正の電圧として示している。   FIG. 5 is a conceptual diagram showing a change in the shape of the piezoelectric layer pair 35 when a voltage is applied to the two piezoelectric layers 31 using the configuration shown in FIG. In FIG. 5, the voltage waveforms of the power supply D <b> 1 and the power supply D <b> 2 are associated with the shape of the piezoelectric layer pair 35. In FIG. 5, the case where a voltage is applied to the electrode 32C is shown as a positive voltage.

図5に示すように、時刻0〜π/2の間、電源D1及び電源D2が共に正の電圧を印加する。したがって、圧電層31A及び圧電層31Bが共に伸長するように電圧が印加されることになる。この場合、圧電層対35は分極方向の直交方向に伸長することになる。   As shown in FIG. 5, between time 0 and π / 2, both the power supply D1 and the power supply D2 apply a positive voltage. Therefore, a voltage is applied so that the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B extend together. In this case, the piezoelectric layer pair 35 extends in a direction orthogonal to the polarization direction.

時刻π/2〜πの間、電源D1は正の電圧を印加した状態であり、電源D2は負の電圧を印加した状態である。したがって、圧電層31Aが伸長し圧電層31Bが収縮するように電圧が印加されることになる。この場合、圧電層対35は、収縮する圧電層31Bに引っ張られるように屈曲するため、図5に示すように、図中右側に屈曲することになる。   During time π / 2 to π, the power source D1 is in a state where a positive voltage is applied, and the power source D2 is in a state where a negative voltage is applied. Therefore, a voltage is applied so that the piezoelectric layer 31A expands and the piezoelectric layer 31B contracts. In this case, since the piezoelectric layer pair 35 is bent so as to be pulled by the contracting piezoelectric layer 31B, it is bent to the right side in the drawing as shown in FIG.

時刻π〜3π/2の間、電源D1は負の電圧を印加した状態であり、電源D2は負の電圧を印加した状態である。したがって、圧電層31A及び圧電層31Bが共に収縮するように電圧が印加されることになる。この場合、圧電層対35は、分極方向の直交方向に収縮することになる。   Between times π and 3π / 2, the power source D1 is in a state where a negative voltage is applied, and the power source D2 is in a state where a negative voltage is applied. Therefore, a voltage is applied so that the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B contract together. In this case, the piezoelectric layer pair 35 contracts in a direction orthogonal to the polarization direction.

時刻3π/2〜2πの間、電源D1は負の電圧を印加した状態であり、電源D2は正の電圧を印加した状態である。したがって、圧電層31Aが収縮し圧電層31Bが伸長するように電圧が印加されることになる。この場合、圧電層対35は、収縮する圧電層31Aに引っ張られるように屈曲するため、図5に示すように、図中左側に屈曲することになる。   During the time 3π / 2 to 2π, the power supply D1 is in a state where a negative voltage is applied, and the power supply D2 is in a state where a positive voltage is applied. Therefore, a voltage is applied so that the piezoelectric layer 31A contracts and the piezoelectric layer 31B expands. In this case, since the piezoelectric layer pair 35 is bent so as to be pulled by the contracting piezoelectric layer 31A, the piezoelectric layer pair 35 is bent leftward in the drawing as shown in FIG.

このような動作を周期的に繰り返すことにより、圧電層対35の図中上端は、例えば図中時計回りの方向に回転運動することになる。また、電源D1及び電源D2の電圧を正負反転させることにより、圧電層対35の図中上端を反時計回りの方向に回転運動させることもできる。   By periodically repeating such an operation, the upper end of the piezoelectric layer pair 35 in the figure rotates, for example, in the clockwise direction in the figure. Further, the upper ends of the piezoelectric layer pair 35 in the figure can be rotated counterclockwise by reversing the voltages of the power source D1 and the power source D2.

図6は、このような圧電層対35を複数組み合わせた積層構造体34の構成を示している。
図6に示す積層構造体34は、一例として、8つの圧電層31が積層された構成になっている。8つの圧電層31のうち、図中左側4つの圧電層31は、上記圧電層31Aに対応する圧電素子である。図中右側4つの圧電層31は、上記圧電層31Bに対応する圧電素子である。
FIG. 6 shows a configuration of a laminated structure 34 in which a plurality of such piezoelectric layer pairs 35 are combined.
As an example, the laminated structure 34 shown in FIG. 6 has a configuration in which eight piezoelectric layers 31 are laminated. Of the eight piezoelectric layers 31, the four piezoelectric layers 31 on the left side in the figure are piezoelectric elements corresponding to the piezoelectric layer 31A. The four piezoelectric layers 31 on the right side in the figure are piezoelectric elements corresponding to the piezoelectric layer 31B.

一般に、圧電層31は積層数を増すことよって電圧対歪量が増す効果がある。これを利用して、本実施形態では、8つの圧電層31に対して図中左側4つの圧電層31Aにサイン波の電圧信号を供給し、図中右側4つの圧電層31Bにコサイン波の電圧信号を供給する構成としている。上記の電圧信号の制御は、例えば制御部CONTにおいて行われるようになっている。   In general, the piezoelectric layer 31 has an effect of increasing the amount of voltage versus strain by increasing the number of stacked layers. By utilizing this, in the present embodiment, voltage signals of sine waves are supplied to the four piezoelectric layers 31A on the left side in the figure with respect to the eight piezoelectric layers 31, and the voltages of cosine waves are supplied to the four piezoelectric layers 31B on the right side in the figure. The signal is supplied. The control of the voltage signal is performed in, for example, the control unit CONT.

図7は、圧電素子30の駆動動作を示す図である。
まず、制御部CONTは、図7(a)に示すように、積層構造体34が回転方向の上流側に屈曲した状態となるように電圧信号を供給する。この状態から、制御部CONTは、積層構造体34をロータ2側へ伸長させるように電圧信号を供給する。この動作により、接触子33がロータ2側へZ方向に近づきながら当該ロータ2の回転方向へ移動する。積層構造体34が最も伸長する状態において、図7(b)に示すように、接触子33の上面がロータ2に当接する。
FIG. 7 is a diagram illustrating a driving operation of the piezoelectric element 30.
First, as shown in FIG. 7A, the control unit CONT supplies a voltage signal so that the laminated structure 34 is bent toward the upstream side in the rotation direction. From this state, the control unit CONT supplies a voltage signal so as to extend the laminated structure 34 toward the rotor 2 side. By this operation, the contactor 33 moves in the rotation direction of the rotor 2 while approaching the rotor 2 side in the Z direction. In the state where the laminated structure 34 is extended most, the upper surface of the contactor 33 comes into contact with the rotor 2 as shown in FIG.

この状態から、制御部CONTは、図7(c)に示すように、積層構造体34が回転方向の下流側に屈曲した状態となるように電圧信号を供給する。この動作により、接触子33がロータ2の回転方向に移動する。この移動時に、接触子33とロータ2との間に摩擦が生じ、当該摩擦力によってロータ2が回転する。   From this state, as shown in FIG. 7C, the control unit CONT supplies a voltage signal so that the laminated structure 34 is bent downstream in the rotation direction. By this operation, the contactor 33 moves in the rotation direction of the rotor 2. During this movement, friction occurs between the contactor 33 and the rotor 2, and the rotor 2 rotates due to the frictional force.

このように、本実施形態によれば、互いに反対方向に分極された一対の圧電層31A及び31Bが一体化された圧電層対35を用いて圧電素子30を構成し、制御部CONTによって、当該圧電素子30をロータ2への近接方向に振動させると共にロータ2の回転方向に振動させることで、ロータ2を回転させることとしたので、縦振動用及び捩り振動用の2種類の振動モードの圧電素子を用いる必要が無くなる。これにより、駆動部3を単純な構成とすることができるため、駆動装置1の小型化が可能であり、低コスト化を実現可能となる。また、本実施形態によれば、小型で高トルクの駆動装置1を実現可能となる。   Thus, according to the present embodiment, the piezoelectric element 30 is configured using the piezoelectric layer pair 35 in which the pair of piezoelectric layers 31A and 31B polarized in opposite directions is integrated, and the control unit CONT Since the rotor 2 is rotated by vibrating the piezoelectric element 30 in the direction close to the rotor 2 and in the rotating direction of the rotor 2, the piezoelectric element has two types of vibration modes for longitudinal vibration and torsional vibration. There is no need to use an element. Thereby, since the drive part 3 can be made into a simple structure, the drive device 1 can be reduced in size and cost reduction is realizable. Further, according to the present embodiment, it is possible to realize a small and high torque drive device 1.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を説明する。本実施形態では、第1実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付して説明する。本実施形態では、圧電素子の配置及び台座部の形状が第1実施形態とは異なっており、他の部分については第1実施形態とほぼ同一の構成となっている。以下、当該相違点を中心に説明する。本実施形態においては、第1実施形態と共通のXYZ座標系を用いて説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. In the present embodiment, the arrangement of the piezoelectric elements and the shape of the pedestal portion are different from those of the first embodiment, and the other parts have substantially the same configuration as that of the first embodiment. Hereinafter, the difference will be mainly described. In the present embodiment, description will be made using an XYZ coordinate system common to the first embodiment.

図8は、Z方向に見たときの圧電素子130の配置を示す図である。
図8(a)に示すように、圧電素子130は、ロータの回転方向に沿って延在するように形成されている。圧電素子130は、ロータの回転方向に120°ずれて配置されており、この点については第1実施形態と同様である。
FIG. 8 is a diagram showing the arrangement of the piezoelectric elements 130 when viewed in the Z direction.
As shown in FIG. 8A, the piezoelectric element 130 is formed so as to extend along the rotation direction of the rotor. The piezoelectric element 130 is arranged so as to be shifted by 120 ° in the rotation direction of the rotor, and this is the same as in the first embodiment.

図8(b)に示すように、各圧電素子130は、例えばネジなどの固定部材48を介して台座部41の側部に固定されている。本実施形態の圧電素子130は、延在方向にロータを回転させる構成になっている。圧電素子130は、積層体131A及び積層体131Bを含む圧電層対135を有している。積層体131A及び積層体131Bは、ロータの回転方向に隣接して配置されている。   As shown in FIG. 8B, each piezoelectric element 130 is fixed to the side portion of the pedestal portion 41 via a fixing member 48 such as a screw. The piezoelectric element 130 of the present embodiment is configured to rotate the rotor in the extending direction. The piezoelectric element 130 has a piezoelectric layer pair 135 including a stacked body 131A and a stacked body 131B. The stacked body 131A and the stacked body 131B are arranged adjacent to each other in the rotation direction of the rotor.

図9は、本実施形態に係る圧電素子130の構成を示す図である。図9(a)は圧電素子130の全体構成を示す模式図であり、図9(b)は圧電素子130の断面構成を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the piezoelectric element 130 according to the present embodiment. FIG. 9A is a schematic diagram showing an overall configuration of the piezoelectric element 130, and FIG. 9B is a diagram showing a cross-sectional configuration of the piezoelectric element 130.

図9(a)及び図9(b)に示すように、圧電素子130は、積層体131A、積層体131B、電極132A、電極132B、電極132Cを有している。積層体131Aは、ロータの回転方向の直交方向に積層された4層の圧電層136A〜139Aを有している。積層体131Bは、ロータの回転方向の直交方向に積層された4層の圧電層136B〜139Bを有している。積層体131Aと積層体131Bとの間は、接着材などによって固定されている。   As shown in FIGS. 9A and 9B, the piezoelectric element 130 includes a stacked body 131A, a stacked body 131B, an electrode 132A, an electrode 132B, and an electrode 132C. The stacked body 131A includes four piezoelectric layers 136A to 139A stacked in a direction orthogonal to the rotation direction of the rotor. The stacked body 131B includes four piezoelectric layers 136B to 139B stacked in a direction orthogonal to the rotational direction of the rotor. The laminate 131A and the laminate 131B are fixed by an adhesive or the like.

積層体131Aは、圧電層136A及び圧電層137Aの分極方向が対向するように配置されると共に、圧電層138A及び圧電層139Aの分極方向が対向するように配置されている。積層体131Bは、圧電層136B及び圧電層137Bの分極方向が対向すると共に、圧電層138B及び圧電層139Bの分極方向が対向するように配置されている。   The stacked body 131A is disposed so that the polarization directions of the piezoelectric layer 136A and the piezoelectric layer 137A are opposed to each other, and the polarization directions of the piezoelectric layer 138A and the piezoelectric layer 139A are opposed to each other. The stacked body 131B is disposed so that the polarization directions of the piezoelectric layer 136B and the piezoelectric layer 137B are opposed to each other, and the polarization directions of the piezoelectric layer 138B and the piezoelectric layer 139B are opposed to each other.

電極132Aは、圧電層136Aと圧電層137Aとの間に配置される部分と、圧電層138Aと圧電層139Aとの間に配置される部分とを有しており、2つの部分が接続された構成になっている。同様に、電極132Bは、圧電層136Bと圧電層137Bとの間に配置される部分と、圧電層138Bと圧電層139Bとの間に配置される部分とを有しており、2つの部分が接続された構成になっている。電極132A及び電極132Bは、例えばサイン波の電圧信号を供給する電源D1に接続されている。   The electrode 132A has a portion disposed between the piezoelectric layer 136A and the piezoelectric layer 137A and a portion disposed between the piezoelectric layer 138A and the piezoelectric layer 139A, and the two portions are connected. It is configured. Similarly, the electrode 132B has a portion disposed between the piezoelectric layer 136B and the piezoelectric layer 137B, and a portion disposed between the piezoelectric layer 138B and the piezoelectric layer 139B. Connected configuration. The electrode 132A and the electrode 132B are connected to a power source D1 that supplies a voltage signal of, for example, a sine wave.

電極132Cは、圧電層136A〜139A、圧電層136B〜圧電層139Bのうち、電極132A及び電極132Bが設けられていない面に配置されている。電極132Cは、例えばコサイン波の電圧信号を供給する電源D2に接続されている。   The electrode 132C is disposed on the surface of the piezoelectric layers 136A to 139A and the piezoelectric layers 136B to 139B where the electrode 132A and the electrode 132B are not provided. The electrode 132C is connected to a power source D2 that supplies, for example, a cosine wave voltage signal.

上記のように構成された圧電素子130においても、電源D1及び電源D2を用いて積層体131A及び積層体131Bに電圧信号を供給することにより、積層体131Aと積層体131Bとをそれぞれ図中上下方向に振動させることができる。このため、第1実施形態と同様、一方の圧電素子を伸長させ、他方の圧電素子を収縮させることにより、収縮する圧電素子側に屈曲させることができる。   Also in the piezoelectric element 130 configured as described above, by supplying a voltage signal to the stacked body 131A and the stacked body 131B using the power source D1 and the power source D2, the stacked body 131A and the stacked body 131B are respectively moved up and down in the drawing. Can vibrate in the direction. For this reason, as in the first embodiment, one piezoelectric element can be extended and the other piezoelectric element can be contracted to bend toward the contracting piezoelectric element.

この動作を用いることにより、圧電素子130をロータの回転方向に沿って延在させる場合であっても、当該圧電素子130をロータへの近接方向に振動させると共にロータの回転方向に振動させることで、ロータを回転させることができる。本実施形態では、圧電層136A〜139Aと、圧電層136B〜139Bとがそれぞれ圧電層対を成す構成となる。   By using this operation, even when the piezoelectric element 130 is extended along the rotation direction of the rotor, the piezoelectric element 130 is vibrated in the direction close to the rotor and is vibrated in the rotation direction of the rotor. The rotor can be rotated. In the present embodiment, the piezoelectric layers 136A to 139A and the piezoelectric layers 136B to 139B each constitute a piezoelectric layer pair.

なお、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、圧電層136A〜139A及び圧電層136B〜圧電層139Bの振動モードとして、当該分極方向の垂直方向について伸長する振動モード(d31モード)を用いている。また、第1実施形態と同様に、圧電層136A〜139A及び圧電層136B〜圧電層139Bの振動方向がロータ2への近接方向となるように積層体131A及び積層体131Bが配置されている。   In the present embodiment, as in the first embodiment, the vibration mode (d31 mode) extending in the direction perpendicular to the polarization direction is used as the vibration mode of the piezoelectric layers 136A to 139A and the piezoelectric layers 136B to 139B. Used. Similarly to the first embodiment, the stacked body 131A and the stacked body 131B are arranged so that the vibration directions of the piezoelectric layers 136A to 139A and the piezoelectric layers 136B to 139B are close to the rotor 2.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図10は、第1実施形態に記載の駆動装置1を備えるロボット装置RBTの一部(指部分の先端)の構成を示す図である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a part (tip of a finger portion) of a robot apparatus RBT including the driving apparatus 1 described in the first embodiment.

同図に示すように、ロボット装置RBTは、末節部101、中節部102及び関節部103を有しており、末節部101と中節部102とが関節部103を介して接続された構成になっている。関節部103には軸支持部103a及び軸部103bが設けられている。軸支持部103aは中節部102に固定されている。軸部103bは、軸支持部103aによって固定された状態で支持されている。   As shown in the figure, the robot apparatus RBT includes a distal node portion 101, a middle node portion 102, and a joint portion 103, and the distal node portion 101 and the middle node portion 102 are connected via the joint portion 103. It has become. The joint portion 103 is provided with a shaft support portion 103a and a shaft portion 103b. The shaft support portion 103 a is fixed to the middle joint portion 102. The shaft portion 103b is supported in a state of being fixed by the shaft support portion 103a.

末節部101は、接続部101a及び歯車101bを有している。接続部101aには、関節部103の軸部103bが貫通した状態になっており、当該軸部103bを回転軸として末節部101が回転可能になっている。この歯車101bは、接続部101aに固定されたベベルギアである。接続部101aは、歯車101bと一体的に回転するようになっている。   The end node portion 101 includes a connecting portion 101a and a gear 101b. The shaft portion 103b of the joint portion 103 is penetrated through the connecting portion 101a, and the end node portion 101 is rotatable with the shaft portion 103b as a rotation axis. The gear 101b is a bevel gear fixed to the connecting portion 101a. The connecting portion 101a rotates integrally with the gear 101b.

中節部102は、筐体102a及びモータ装置ACTを有している。モータ装置ACTは、上記実施形態に記載の駆動装置1を用いることができる。モータ装置ACTは、筐体102a内に設けられている。モータ装置ACTには、回転軸部材104aが取り付けられている。回転軸部材104aの先端には、歯車104bが設けられている。この歯車104bは、回転軸部材104aに固定されたベベルギアである。歯車104bは、上記の歯車101bとの間で噛み合った状態になっている。   The middle joint portion 102 includes a housing 102a and a motor device ACT. The motor apparatus ACT can use the driving apparatus 1 described in the above embodiment. The motor device ACT is provided in the housing 102a. A rotation shaft member 104a is attached to the motor device ACT. A gear 104b is provided at the tip of the rotating shaft member 104a. The gear 104b is a bevel gear fixed to the rotating shaft member 104a. The gear 104b is in mesh with the gear 101b.

上記のように構成されたロボット装置RBTは、モータ装置ACTの駆動によって回転軸部材104aが回転し、当該回転軸部材104aと一体的に歯車104bが回転する。歯車104bの回転は、当該歯車104bと噛み合った歯車101bに伝達され、歯車101bが回転する。当該歯車101bが回転することで接続部101aも回転し、これにより末節部101が軸部103bを中心に回転する。   In the robot apparatus RBT configured as described above, the rotation shaft member 104a is rotated by driving the motor apparatus ACT, and the gear 104b is rotated integrally with the rotation shaft member 104a. The rotation of the gear 104b is transmitted to the gear 101b meshed with the gear 104b, and the gear 101b rotates. As the gear 101b rotates, the connecting portion 101a also rotates, whereby the end node portion 101 rotates about the shaft portion 103b.

このように、本実施形態によれば、低電圧で低速高トルクの回転を出力することができるモータ装置ACTを搭載することにより、例えば減速器を介することなく直接末節部101を回転させることができる。さらに本実施形態では、モータ装置ACTが非共振に駆動される構成になっているため、樹脂など軽量な材料で大部分を構成することが可能になる。   As described above, according to the present embodiment, by mounting the motor device ACT capable of outputting low-speed and high-torque rotation at a low voltage, for example, the end joint 101 can be directly rotated without using a speed reducer. it can. Furthermore, in the present embodiment, since the motor device ACT is configured to be driven non-resonantly, most of it can be configured with a light material such as resin.

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記第1実施形態においては、圧電素子30における圧電層31A及び圧電層31Bの配置について、図6に示すように、図中左側4つの圧電層31を圧電層31Aに対応する圧電素子とし、図中右側4つの圧電層31を圧電層31Bに対応する圧電素子としたが、これに限られることは無い。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and appropriate modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the first embodiment, with respect to the arrangement of the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B in the piezoelectric element 30, as shown in FIG. 6, the four left piezoelectric layers 31 in the figure are piezoelectric elements corresponding to the piezoelectric layer 31A. Although the four piezoelectric layers 31 on the right side in the figure are piezoelectric elements corresponding to the piezoelectric layer 31B, the present invention is not limited to this.

例えば図11に示すように、8つの圧電層31のうち中央の4つの圧電素子を圧電層31Bに対応させ、左右2つずつの圧電素子を圧電層31Aに対応させる構成としても構わない。この場合、例えば中央の4つの圧電層31B層にコサイン波の電圧信号が供給され、図中左側の2つの圧電層31Aにサイン波の電圧信号が供給され、図中右側の2つの圧電層31Aにはサイン波の電圧信号を正負反転させた信号が供給されるようにする。これにより積層構造体34の上端を回転運動させることができる。   For example, as shown in FIG. 11, the configuration may be such that the central four piezoelectric elements of the eight piezoelectric layers 31 correspond to the piezoelectric layer 31B, and the two left and right piezoelectric elements correspond to the piezoelectric layer 31A. In this case, for example, a cosine wave voltage signal is supplied to the four piezoelectric layers 31B in the center, a sine voltage signal is supplied to the two piezoelectric layers 31A on the left side in the figure, and the two piezoelectric layers 31A on the right side in the figure. Is supplied with a signal obtained by inverting a sine wave voltage signal. Thereby, the upper end of the laminated structure 34 can be rotated.

この場合、制御部CONTは、中央の4つの圧電層31Bにロータ2への近接方向への振動を行わせるようにし、左右2つずつの圧電層31Aに屈曲方向の振動を行わせるように電圧信号を制御しても構わない。曲げモーメントは(応力×曲げ中心までの距離)によって与えられる。屈曲用の圧電層31Aを積層方向の外側に配置することにより、曲げ中心である積層方向の中央から応力発生部分である圧電層31Aまでの距離が大きくなる。このため、大きな曲げを発生することができる。   In this case, the control unit CONT causes the central four piezoelectric layers 31B to vibrate in the direction close to the rotor 2, and causes the left and right piezoelectric layers 31A to vibrate in the bending direction. The signal may be controlled. The bending moment is given by (stress x distance to the bending center). By disposing the bending piezoelectric layer 31A on the outer side in the stacking direction, the distance from the center in the stacking direction, which is the bending center, to the piezoelectric layer 31A, which is the stress generating portion, is increased. For this reason, a large bending can be generated.

また、図12に示すように、図中右側の2つの圧電層31Aの分極方向を他の組とは逆方向、すなわち、互いにの分極方向が対向方向とは逆方向となるようにしても構わない。この場合、当該2つの圧電層31Aにはサイン波の電圧信号が供給されるようにする。これにより、回路構成を単純にすることができる。   In addition, as shown in FIG. 12, the polarization directions of the two piezoelectric layers 31A on the right side in the figure may be opposite to the other sets, that is, the polarization directions of each other may be opposite to the opposing direction. Absent. In this case, a sinusoidal voltage signal is supplied to the two piezoelectric layers 31A. As a result, the circuit configuration can be simplified.

また、上記第1実施形態においては、圧電層31の積層数を2層、4層、2層の計8層としたが、勿論これに限られることは無く、例えば4層、10層、4層の計18層とする場合など、印加電圧と振幅に応じて積層数を増やすようにしても構わない。   In the first embodiment, the number of piezoelectric layers 31 is two, four, two, and a total of eight. However, the number of layers is not limited to this. For example, four, ten, four, In the case of a total of 18 layers, the number of layers may be increased according to the applied voltage and amplitude.

また、例えば上記第2実施形態においては、積層体131A及び積層体131Bがロータの回転方向に隣接して配置されている構成としたが、これに限られることは無い。例えば図13に示すように、ロータの回転方向に沿って2つの積層体131Aと1つの積層体131Bとを配列し、2つの積層体131Aによって積層体131Bが挟まれるように接合させる構成としても構わない。この場合、中央に配置される積層体131Bにロータへの近接方向への振動を行わせるようにし、左右の積層体131Aに屈曲方向の振動を行わせるように電圧信号を制御しても構わない。これにより、上記同様に大きな曲げを発生することができる。   Further, for example, in the second embodiment, the stacked body 131A and the stacked body 131B are arranged adjacent to each other in the rotational direction of the rotor. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 13, two stacked bodies 131A and one stacked body 131B may be arranged along the rotation direction of the rotor, and the stacked bodies 131B may be joined so as to be sandwiched between the two stacked bodies 131A. I do not care. In this case, the voltage signal may be controlled such that the laminated body 131B disposed in the center performs vibration in the direction close to the rotor, and the left and right laminated bodies 131A perform vibration in the bending direction. . Thereby, a big bending can be generated like the above.

また、上記各実施形態においては、圧電層31の電界による歪効果によって振動する例を説明したが、これに限られることは無い。例えば圧電層31に機械的な共振を発生させることによって当該圧電層31の振動振幅を拡大し、駆動効率を向上させることも可能である。   Further, in each of the above embodiments, the example in which the piezoelectric layer 31 vibrates due to the distortion effect due to the electric field has been described, but the present invention is not limited to this. For example, it is possible to increase the vibration amplitude of the piezoelectric layer 31 by generating mechanical resonance in the piezoelectric layer 31 and improve the driving efficiency.

圧電層31自体には機械的な縦振動モードと屈曲モードが存在することが知られている。圧電層31の機械的な形状・寸法を調整し、当該圧電層31の縦振動モードの周波数と圧電層31の1次屈曲モード(あるいは2次屈曲モード)の周波数とがほぼ同一になるようにする。   It is known that the piezoelectric layer 31 itself has a mechanical longitudinal vibration mode and a bending mode. The mechanical shape and dimensions of the piezoelectric layer 31 are adjusted so that the frequency of the longitudinal vibration mode of the piezoelectric layer 31 and the frequency of the primary bending mode (or secondary bending mode) of the piezoelectric layer 31 are substantially the same. To do.

このように形成した圧電層31を当該周波数で駆動すると、機械共振が発生し、接触子33の振動振幅が増大する。この結果、小さい電力で大きな回転を得ることができる。また、縦振動モードと屈曲モードの周波数を近づけず、どちらか片方の周波数のみを用いて機械共振を発生させることも可能であるし、機械共振を発生させずに駆動させることも可能である。   When the piezoelectric layer 31 formed in this way is driven at the frequency, mechanical resonance occurs and the vibration amplitude of the contactor 33 increases. As a result, a large rotation can be obtained with a small electric power. In addition, it is possible to generate mechanical resonance using only one of the frequencies of the longitudinal vibration mode and the bending mode without making them close to each other, and it is possible to drive without generating mechanical resonance.

また、上記各実施形態では、圧電層に対して分極方向と反対方向に電圧を印加した場合において、当該分極方向の垂直方向について伸長する振動モード(d31モード)を用いる構成としたが、これに限られることは無い。例えば分極方向と反対方向に電圧を印加した場合に、当該分極方向に伸長する振動モード(d33モード)を用いる構成としても構わない。   In each of the above embodiments, when a voltage is applied to the piezoelectric layer in a direction opposite to the polarization direction, a vibration mode (d31 mode) extending in a direction perpendicular to the polarization direction is used. There is no limit. For example, when a voltage is applied in the direction opposite to the polarization direction, a configuration using a vibration mode (d33 mode) extending in the polarization direction may be used.

このような構成として、例えば図14に示す構成とすることができる。
図14に示す積層構造体34は、圧電層31A及び圧電層31BがZ方向に積層された構成となっている。圧電層31A側については、1対の圧電層31Aが4組積層されており、各組の圧電層31Aは、分極方向が対向するように配置されている。同様に、圧電層31B側についても、1対の圧電層31Bが4組積層されており、各組の圧電層31Bは、分極方向が対向するように配置されている。
As such a configuration, for example, the configuration shown in FIG. 14 can be adopted.
The laminated structure 34 shown in FIG. 14 has a configuration in which the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B are laminated in the Z direction. On the piezoelectric layer 31A side, four sets of a pair of piezoelectric layers 31A are laminated, and the piezoelectric layers 31A of each set are arranged so that the polarization directions face each other. Similarly, on the piezoelectric layer 31B side, four pairs of piezoelectric layers 31B are stacked, and the piezoelectric layers 31B of each pair are arranged so that the polarization directions are opposed to each other.

電極32Aは、圧電層31A側において、一対の圧電層31Aの間に挟持される部分が各組について設けられており、これらの部分が接続されている。電極32Bは、圧電層31B側において、一対の圧電層31Bの間に挟持される部分が各組について設けられており、これらの部分が接続されている。電極32Cは、圧電層31Aの各組、圧電層31Bの各組の間に設けられている。   In the electrode 32A, on the piezoelectric layer 31A side, a portion sandwiched between the pair of piezoelectric layers 31A is provided for each set, and these portions are connected. In the electrode 32B, on the piezoelectric layer 31B side, a portion sandwiched between the pair of piezoelectric layers 31B is provided for each set, and these portions are connected. The electrode 32C is provided between each pair of the piezoelectric layers 31A and each pair of the piezoelectric layers 31B.

電極32Aと電極32Cとの間には電源D1が接続されている。電源D1は、電極32Aと電極32Cとの間にサイン波の電圧信号を供給可能になっている。電極32Bと電極32Cとの間には電源D2が接続されている。電源D2は、電極32Bと電極32Cとの間にコサイン波の電圧信号を供給可能になっている。   A power supply D1 is connected between the electrode 32A and the electrode 32C. The power source D1 can supply a sine wave voltage signal between the electrode 32A and the electrode 32C. A power supply D2 is connected between the electrode 32B and the electrode 32C. The power source D2 can supply a cosine wave voltage signal between the electrode 32B and the electrode 32C.

このような構成において、電源D1及び電源D2から電圧信号を供給することにより、例えば圧電層31A及び圧電層31Bを分極方向(積層方向、Z方向)に伸長振動させることができ、当該振動を用いて積層構造体34を屈曲させることができるようになっている。このように、圧電層31A及び圧電層31Bのどの振動モードを用いる場合であっても、本発明の適用は可能である。   In such a configuration, by supplying voltage signals from the power supply D1 and the power supply D2, for example, the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B can be extended and vibrated in the polarization direction (stacking direction, Z direction), and the vibration is used. Thus, the laminated structure 34 can be bent. As described above, the present invention can be applied to any vibration mode of the piezoelectric layer 31A and the piezoelectric layer 31B.

また、上記実施形態においては、駆動装置1を用いてロータを回転させる構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば可動子を直進移動させる場合や、曲線移動させる場合など、回転移動以外の移動を行わせる場合であっても、本発明の適用は可能である。   Moreover, in the said embodiment, although the structure which rotates a rotor using the drive device 1 was mentioned as an example and demonstrated, it is not restricted to this, For example, when moving a needle | mover straightly, or when moving a curve The present invention can be applied even when a movement other than the rotational movement is performed.

CONT…制御部 1…駆動装置 2…ロータ(回転子) 3…駆動部 30…圧電素子(電気機械振動子) 31、31A、31B、136A〜139A、136B〜139B…圧電層 34…積層構造体 35…圧電層対 CONT ... control unit 1 ... drive device 2 ... rotor (rotor) 3 ... drive unit 30 ... piezoelectric element (electromechanical vibrator) 31, 31A, 31B, 136A-139A, 136B-139B ... piezoelectric layer 34 ... stacked structure 35 ... Piezoelectric layer pair

Claims (15)

所定の駆動方向に駆動される可動子と、
互いに反対方向に分極された一対の圧電層が一体化された圧電層対を有し、前記可動子への近接方向に振動すると共に前記可動子の駆動方向に振動するように形成された電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子に対して、前記近接方向の振動と前記駆動方向の振動とを選択的に行わせる制御部と
を備えることを特徴とする駆動装置。
A mover driven in a predetermined drive direction;
An electric machine having a piezoelectric layer pair in which a pair of piezoelectric layers polarized in directions opposite to each other is integrated, and vibrates in a direction close to the movable element and vibrates in a driving direction of the movable element A conversion element;
A drive unit comprising: a control unit that selectively causes the electromechanical transducer to vibrate in the proximity direction and vibration in the drive direction.
前記電気機械変換素子は、前記圧電層対が複数積層されて形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
The drive device according to claim 1, wherein the electromechanical conversion element is formed by stacking a plurality of the piezoelectric layer pairs.
前記制御部は、複数の前記圧電層対のうち一部の前記圧電層対に対しては前記近接方向に振動させ、他の前記圧電層対に対しては前記駆動方向に振動させる
ことを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。
The control unit vibrates a part of the piezoelectric layer pairs in the proximity direction among the plurality of piezoelectric layer pairs, and vibrates the other piezoelectric layer pairs in the driving direction. The driving device according to claim 2.
前記制御部は、複数の前記圧電層対のうち積層方向の端部側に配置される圧電層対には前記駆動方向に振動させる
ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の駆動装置。
4. The drive according to claim 2, wherein the controller vibrates the piezoelectric layer pair arranged on the end side in the stacking direction among the plurality of piezoelectric layer pairs in the driving direction. 5. apparatus.
前記制御部は、前記電気機械変換素子に対して前記近接方向の振動及び前記駆動方向の振動を交互に繰り返させる
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
5. The control unit according to claim 1, wherein the control unit causes the electromechanical conversion element to alternately repeat the vibration in the proximity direction and the vibration in the driving direction. 6. Drive device.
前記制御部は、前記電気機械変換素子に対して位相の異なる正弦波信号を供給する
ことを特徴とする請求項5に記載の駆動装置。
The driving device according to claim 5, wherein the control unit supplies sinusoidal signals having different phases to the electromechanical transducer.
前記可動子と前記電気機械変換素子との間に接触子を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
The drive device according to claim 1, further comprising a contact between the movable element and the electromechanical conversion element.
前記電気機械変換素子は、前記駆動方向に沿って複数配置されている
ことを特徴とする請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
The drive device according to any one of claims 1 to 7, wherein a plurality of the electromechanical transducer elements are arranged along the drive direction.
前記駆動方向は、前記可動子を回転させる方向である
ことを特徴とする請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
The drive device according to any one of claims 1 to 8, wherein the drive direction is a direction in which the mover is rotated.
前記駆動方向は、前記可動子を直進させる方向である
ことを特徴とする請求項1から請求項9のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
The drive device according to any one of claims 1 to 9, wherein the drive direction is a direction in which the mover moves straight.
前記電気機械変換素子は、前記圧電層の分極方向と直交する方向又は該直交する方向と平行な方向に、前記圧電層対が複数積層されて形成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項10のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
The electromechanical transducer is formed by laminating a plurality of the piezoelectric layer pairs in a direction orthogonal to the polarization direction of the piezoelectric layer or in a direction parallel to the orthogonal direction. The drive device according to claim 10.
前記近接方向は、前記圧電層の分極方向と直交する方向又は該直交する方向と平行な方向である
ことを特徴とする請求項1から請求項11のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
The driving device according to any one of claims 1 to 11, wherein the proximity direction is a direction orthogonal to a polarization direction of the piezoelectric layer or a direction parallel to the orthogonal direction.
前記電気機械変換素子は、前記圧電層の分極方向又は該分極方向と平行な方向に、前記圧電層対が複数積層されて形成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項10のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
The electromechanical transducer is formed by laminating a plurality of the piezoelectric layer pairs in a polarization direction of the piezoelectric layer or in a direction parallel to the polarization direction. The drive device as described in any one.
前記近接方向は、前記圧電層の分極方向又は該分極方向と平行な方向である
ことを特徴とする請求項1から請求項10、請求項13のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
The drive device according to any one of claims 1 to 10, wherein the proximity direction is a polarization direction of the piezoelectric layer or a direction parallel to the polarization direction.
移動部材と、
前記移動部材を駆動させる駆動装置と
を備え、
前記駆動装置として、請求項1から請求項14のうちいずれか一項に記載の駆動装置が用いられている
ことを特徴とするロボット装置。
A moving member;
A driving device for driving the moving member,
The robot device according to claim 1, wherein the drive device according to claim 1 is used as the drive device.
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