JP2012210053A - 圧電アクチュエーター、ロボット及びロボットハンド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電体層120と圧電体層120に駆動電圧を印加可能な電極121とを含む圧電素子22と、圧電素子22と積層される短辺と長辺とを有する長方形の板材であり、かつ長辺方向の一方の端部から平面方向に突出する突出部23を有する振動板21と、突出部23に当接されるローター100と、を少なくとも備える圧電アクチュエーター1であって、突出部23は振動板21の略中心を通り長辺方向に延在する第1の中心線71からオフセットされた位置に配置されており、振動板21は、突出部23が配置された位置の略対角位置にカウンターウェイト25を備えていることを特徴とする圧電アクチュエーター1。
【選択図】図4
Description
<圧電モーター>
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる圧電アクチュエーターとしての圧電モーター1の概略を示す平面図である。図2は、圧電モーター1の構成要素である圧電素子22と振動板21、及び圧電素子22と振動板21の積層体を振動可能に支持する支持体3等を示す概略斜視図である。そして図3は、圧電モーター1の図1のA−A’線における断面を示す断面図である。
突出部23は、かかる凹部97に当接されている。後述するように、圧電素子22に駆動電圧が印加されると、該圧電素子及び振動板21は振動する。その結果、振動板21から突出した部分である突出部23は、楕円軌道を描くように振動する。ローター100は、かかる楕円軌道を描く振動により回転する。
図4は、本実施形態の圧電モーター1が備える振動板21を、ローター100と共に示す平面図である。なお、凹部97の図示は省略している。
振動板21は、厚さ0.5mmのSUS301からなり、横(X)方向の寸法が略2.0mm、縦(Y)方向の寸法が略7.0mmである。したがって、アスペクト比すなわち縦寸法と横寸法の比は、7:2である。
また、カウンターウェイト25の長辺方向の寸法L(略1.0mm)は、突出部23の長辺方向の寸法(略0.5mm)よりも大きい。かかる寸法比も、振動板21が振動する際のバランスの確保に寄与している。
しかし、かかる駆動方法の場合は、楕円軌道の回転方向を逆転させるためには、上述したように圧電素子22の一方の面に複数の電極を形成する必要がある。本実施形態にかかる圧電モーター1は、どちらか一方の振動のみでローター100を回転させるため、表裏両面に単一の電極を備える圧電素子22を用いて、左右両方向の回転を可能としている。
図示するように、横軸すなわち振動板21の短辺方向に対して略40度の傾きを有している。したがって、突出部23をローター100に当接させた場合、該ローターを好適に回転させることができる。
図7(a)は、振動板21に縦一次振動が発生している場合を示している。縦一次振動の軌跡101が右回りの楕円を描くため、ローター100は左回りに回転する。すなわち正転する。
図7(b)は、振動板21に屈曲二次振動が発生している場合を示している。屈曲二次振動の軌跡102が左回りの楕円を描くため、ローター100は右回りに回転する。すなわち逆転する。
上述したように、本実施形態の圧電モーター1は、駆動電圧の周波数を切り換えることで、縦一次振動と屈曲二次振動とを切り換えることができる。したがって本実施形態の圧電モーター1は、駆動電圧の周波数の切り換えのみで、回転方向の正転と逆転とを切り換えることができる。
以上述べたように、本実施形態の圧電モーター1は、正転と逆転の双方向の回転が可能である。そのため、ロボット(ロボットハンド)等の往復動作が必要な電子機器の駆動用アクチュエーターとして用いることができる。上述したように、本実施形態の圧電モーター1は、かかる回転方向の切り換えを、駆動電圧の周波数を切り換えることのみで行うことができる。したがって、圧電素子22の表裏両面に形成する電極(121,122)も、単一の物(単板)とすることができ、コストを低減できる。
また、本実施形態の圧電モーター1を用いる電子機器も、電極配線及び駆動電圧を印加する電極配線の切り換え機構等を省くことができ、駆動回路等を簡略化できる。したがって、本実施形態の圧電モーター1を用いることで、往復動作が可能な電子機器を低コストで製造することができる。
次に、第2の実施形態として、第1の実施形態にかかる圧電アクチュエーターとしての圧電モーター1と同様の圧電モーターを備えたロボットハンド、及び該ロボットハンドを備えたロボットについて、図8〜図10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備えている。
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2の圧電モーター216には、第1の圧電モーター214に比べて小型かつ低トルク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。
上述したように、振動板21の形状は図4に示す形状以外にも、色々考えることができる。図11は変形例1の振動板151の平面形状を示す図である。本変形例の振動板151は、全体の形状は上述の振動板21と略同一であり、突出部23の形状のみが異なっている。
第1の実施形態の圧電モーター1における圧電素子22は、表裏両面に振動板21と重なる平面視で長方形の、単板の電極を有している。しかし圧電素子22の形態はかかる構成に限定されるものではない。例えば、単板の電極の一部をくり貫くようにパターニングして、振動等の検出用の電極を別途配置しても良い。検出用の電極の面積が極小さい物であれば、駆動には殆んど影響を及ぼさない。したがって、振動等の検出が容易であり、かつ、簡略化された駆動回路等を有する低コストの圧電モーターを実現できる。
上述の第2の実施形態では、第1の実施形態の圧電モーター1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、第1の実施形態の圧電モーター1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、ICハンドラー、印刷装置、投薬ポンプ等の各種の機器が考えられる。特にICハンドラーでは、回転方向の変更を頻繁に行う必要があるため、圧電モーター1の特性を効果的に利用することができる。
Claims (7)
- 圧電体層と前記圧電体層に駆動電圧を印加可能な電極とを含む圧電素子と、前記圧電素子と積層される短辺と長辺とを有する長方形の板材であり、かつ長辺方向の一方の端部から平面方向に突出する突出部を有する振動板と、前記突出部に当接されるローターと、を備える圧電アクチュエーターであって、
前記突出部は前記振動板の略中心を通り前記長辺方向に延在する第1の中心線からオフセットされた位置に配置されており、前記振動板は、前記突出部が配置された位置の略対角位置にカウンターウェイトを備え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に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記突出部は前記振動板の前記第1の中心線と略平行な第2の中心線を有し、前記ローターの回転軸の中心は前記第2の中心線上に位置し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、
前記圧電素子は単板であ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、
前記突出部の前記長辺方向の寸法は、前記カウンターウェイトの前記長辺方向の寸法よりも小さいことを特徴とする圧電アクチュエーター。 - 請求項4に記載の圧電アクチュエーターであって、
前記振動板の長辺寸法と前記振動板の短辺寸法との比は略7対2であることを特徴とする圧電アクチュエーター。 - 請求項1〜5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6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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