JP2012210050A - 圧電アクチュエーター、ロボットハンド及びロボット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転軸rを有するローター5と、ローター5に当接する摺動部33と、摺動部33に楕円振動を励起する圧電素子30と、圧電素子30に積層された振動板31と、摺動部33の中心軸79を、回転軸rに垂直な面方向において、楕円振動の回転方向に応じて、回転軸rと交差する状態からシフトすることを許容する移動機構3と、を少なくとも有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【選択図】図7
Description
例えば、特許文献1には、ローターの中心に向かって対向配置されたセラミック製の摺動部と、当該摺動部をローターに押圧する振動板とを有する圧電モーターが開示されている。この振動板には、圧電素子と、複数の電極とが形成されており、各電極への駆動電圧を変更することにより、摺動部のローターへの押圧軌道(楕円軌道)を切替えて、正転と逆転とを切替え可能としていた。
また、極微速で正転と逆転とを切替える場合などでは、回転方向の安定性を確保することが困難であるという課題もあった。
つまり、従来の技術では、正転と逆転の両駆動態様において、より効率的な駆動を行うことは困難であるという課題があった。
図1は、本実施形態にかかる圧電モーター1の平面視における概略を示す模式平面図である。図2は、図1のA−A’線における断面を示す、圧電モーター1の断面図である。図3は、本実施形態の第1の保持部21等を示す図である。図3(a)は、図1のB−B’線における断面を示す、圧電モーター1の断面図である。そして図3(b)は、図3(a)のC−C’線における断面を示す、第1の保持部21の断面図である。なお、図3(c)については後述する。
図示するように、第1のガイド溝43と第2のガイド溝44は連通している。したがって、ガイド溝のうち、幅が一定の部分が第1のガイド溝43であり、幅が変化する部分が第2のガイド溝44である。
なお、振動体10の構成は、上述の態様に限定されるものではない。例えば、振動板31のどちらか一方の面に1つの圧電素子30を配置する構成、すなわち圧電素子30を1つのみ有する構成の振動体10も可能である。
なお、摺動部33はアルミナ(Al2O3)等の高硬度材料を用いて別途形成した後、振動板31に接着することもできる。
このように、本実施形態の圧電モーター1は、正回転と逆回転の双方を、摺動部33を好適な位置でローター5に当接させた状態、すなわち楕円軌道(R1,R2)の接線方向と、当接位置におけるローター5の外周線の接線方向と、が略一致した状態で行うことができる。どちらの方向の回転も、上記双方の接線方向が略一致した状態で行えるため駆動電圧を有効に駆動力に変換でき、駆動効率が向上している。したがって、本実施形態の圧電モーター1は、どちらの方向の回転も、回転方向が単一の圧電モーターと略同等の効率で行うことができる。したがって、正回転と逆回転が切り換え可能なモーターにおいて、ダイナミックな駆動が可能となる。
次に、本発明の第2の実施形態について、図8〜図11の各図を用いて説明する。図8は、本実施形態にかかる圧電モーター2の平面視における概略を示す模式平面図である。図9は、図8のD−D’線における断面を示す、圧電モーター2の断面図である。図10は、本実施形態の第2の保持部22等を示す図である。図11は、本実施形態における第2の保持部22及び振動体10が、ローター方向71とシフト方向72に移動した状態の圧電モーター2を示す図である。
なお、第3のガイドピン47の本数は4本に限定されるものではない。左右どちらかのガイド孔48に対して2本配置されていれば、もう一方のガイド孔48に対しては、1本でも機能を果たすことができる。また、第3のガイドピン47の断面形状は円形に限定されるものではなく、矩形、あるいはその他の形状とすることもできる。
なお、本実施形態の圧電モーター2も、摺動部33が逆回転R2を描くように振動した場合、第1の実施形態の圧電モーター1と同様に、図11に示す状態から長軸77を中心に反転させた状態となる。
このように、本実施形態の圧電モーター2は、第1の実施形態の圧電モーター1と同様に、正回転と逆回転の双方を、摺動部33を好適な位置でローター5に当接させた状態、すなわち楕円軌道(R1,R2)の接線方向と、当接位置におけるローター5の外周線の接線方向と、が略一致した状態で行うことができる。そのため、正回転と逆回転が切り換え可能な圧電モーターにおいて高い駆動効率を実現できる。したがって、正回転と逆回転が切り換え可能なモーターにおいて、ダイナミックな駆動が可能となる。
次に第3の実施形態として、第1の実施形態にかかる圧電モーター1又は第2の実施形態にかかる圧電モーター2の、いずれかと同様の構成の圧電モーターを有するロボットハンド、及び該ロボットハンドを有したロボットについて、図14〜図16を用いて説明する。
このように、ロボットハンド201は把持するワークにより使用するリンクを変更することで、夫々のワーク(233,234)を好適に把持できる。そしてロボットハンド201は、ワークの把持及び第2のリンク(212,222)の格納等のために複数の駆動機構としての圧電モーターを有している。
上述したように、第2のリンク212は、小型ワーク234を把持するリンクである。したがって第4の圧電モーター216には、第3の圧電モーター214に比べて小型かつ低駆動力の圧電モーターを用いることができる。
また、圧電モーターを上述のようにロボットハンドの把持動作を行うためのアクチュエーターとして用いる場合、歯車等の増減速手段を介して用いることが好ましい。一般に、圧電モーターの回転数はかなり速いため、リンク(第1のリンク211等)の動きに合せて、回転数の減速を要する場合もあり得る。また一方では、回転数の増速を要する場合もあり得る。かかる場合において、圧電モーターを歯車等の増減速手段を介して用いることで、多様な動作を行うロボットハンドのアクチュエーターとして、圧電モーターを好適に利用できる。
上述の第1の実施形態及び第2の実施形態では、圧電アクチュエーターとして、被駆動部として回転軸rを有するローター5を有する圧電モーター(1,2)を例に説明した。しかし、本発明の実施の形態はかかる構成に限定されるものではなく、回転軸を有さない被駆動部を用いた圧電アクチュエーターの形態も可能である。
上述の第1実施形態においては、第1の保持部21の第2のガイド溝44が開く角度は固定されていた。しかし、本発明の実施の形態はかかる構成に限定されるものではなく、上記の角度を可変とすることもできる。図13は、変形例2にかかる、第2のガイド溝44が開く角度が可変の保持部23を示す図である。図13(a)は保持部23をY方向から見た状態を示す図である。そして図13(b)及び図13(c)は、図13(a)のG−G’線における断面を基台4(図1等参照)から見た状態を示す図である。
上述の第3の実施形態では、上述の第1の実施形態にかかる圧電モーター1、あるいは上述の第2の実施形態にかかる圧電モーター2を用いる機器として、ロボットハンド201及び該ロボットハンドを用いるロボット200について述べた。しかし、上述の圧電モーター(1,2)を用いる機器は、ロボット200に限定される物ではない。時計のカレンダー送り装置、ICハンドラー、印刷装置、投薬ポンプ等の各種の機器におけるアクチュエーターとして用いることができる。
Claims (8)
- 回転軸を有するローターと、
前記ローターに当接する摺動部と、
前記摺動部に楕円振動を励起する圧電素子と、
前記圧電素子に積層された振動板と、
前記摺動部の中心軸を、前記回転軸に垂直な面方向において、前記楕円振動の回転方向に応じて、前記回転軸と交差する状態からシフトすることを許容する移動機構と、を少なくとも有することを特徴とする圧電アクチュエーター。 - 請求項1に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記移動機構は、前記振動板を前記ローターの方向へ付勢する付勢手段を有することを特徴とする圧電アクチュエーター。 - 請求項2に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記ローターを支持する基台を有し、
前記移動機構は、
前記基台に配置された第1のガイドピンと、
前記回転軸と前記第1のガイドピンの中心とを結ぶ線上に中心が位置するように配置された第2のガイドピンと、
前記振動板を保持する部材であり、前記基台に対向する側に、前記第1のガイドピンが摺動可能な幅を有する第1のガイド溝と、前記第1のガイド溝に連通しかつ前記回転軸から離れるにつれて幅が広がる第2のガイド溝と、を有する第1の保持部と、
をさらに有することを特徴とする圧電アクチュエーター。 - 請求項3に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記第2のガイド溝の幅は、前記第1のガイドピンと前記回転軸を結ぶ線を中心として左右各30度の角度で広がっていることを特徴とする圧電アクチュエーター。 - 請求項2に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記ローターを支持する基台を有し、
前記移動機構は、
前記ローターの方向を長手方向とするガイド孔を有し、前記基台と対向する下部保持部と、前記振動板を保持し前記下部保持部に軸を介して回転可能に支持された上部保持部と、を有する第2の保持部と、
前記下部保持部を前記ガイド孔を介して前記基台に摺動可能に支持する第3のガイドピンと、
をさらに有することを特徴とする圧電アクチュエーター。 - 請求項5に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記下部保持部には、前記上部保持部のシフト方向の移動を、前記長手方向を中心に左右各30度の範囲に制限するストッパーが配置されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーターを備えたことを特徴とするロボットハンド。
- 請求項7に記載のロボットハンドを備えたことを特徴とするロボット。
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