JP2015208077A - piezoelectric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電アクチュエーターに関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator.
圧電アクチュエーターは、高周波の交流電圧等の駆動電圧を機械的振動に変換する圧電素子と、圧電素子によって駆動される被駆動体とを有する駆動装置である。この圧電アクチュエーターの形態として、ローターや長手形状の部材を被駆動体とする圧電アクチュエーターが知られている(例えば、特許文献1)。圧電アクチュエーターは、圧電素子の屈曲振動を、圧電素子を含む振動体から突出する凸部を介して伝達し、ローターを所定の方向に回転させるものである。 The piezoelectric actuator is a driving device having a piezoelectric element that converts a driving voltage such as a high-frequency AC voltage into mechanical vibration and a driven body that is driven by the piezoelectric element. As a form of this piezoelectric actuator, a piezoelectric actuator having a rotor or a longitudinal member as a driven body is known (for example, Patent Document 1). The piezoelectric actuator transmits bending vibration of a piezoelectric element via a convex portion protruding from a vibrating body including the piezoelectric element, and rotates the rotor in a predetermined direction.
特許文献1に記載の圧電アクチュエーターでは、振動体の凸部が楕円軌道を描くように振動する。そして、振動体の各電極への通電パターンの選択により振動体の振動パターンを変更して、振動体の凸部の振動の方向を変え、これにより、ローターを正方向と逆方向(反時計回りと時計回り)のいずれの方向にも回転させることができるように構成されている。また、特許文献1に記載の圧電アクチュエーターでは、コイルバネにより振動体をローターに向けて付勢している。
In the piezoelectric actuator described in
このような圧電アクチュエーターは、例えば、ロボットの関節等、各ロボットの各部の駆動源として注目されている。ロボットに教示を行う際は、圧電アクチュエーターを停止させ、外部から力を加えてロボットの関節を曲げたり、伸ばしたりする。 Such a piezoelectric actuator is attracting attention as a drive source for each part of each robot such as a joint of the robot. When teaching the robot, the piezoelectric actuator is stopped and external force is applied to bend or extend the joint of the robot.
しかしながら、特許文献1に記載の圧電アクチュエーターでは、ロボットに教示を行う際は、圧電アクチュエーターが停止し、振動体の凸部が常にローターに当接しているので、ローターにブレーキがかかった状態になっており、このため、そのブレーキの保持力を上回る力を加える必要がある。また、ロボットの駆動源が減速機を有している場合には、その減速比分、さらに大きな力が必要になる。また、例えば、ロボットに対し、専門のスキルを持った手感覚等の微妙な動作を教示する場合には、前記保持力が大きいとその手感覚が正確に伝わり難いという問題がある。
However, in the piezoelectric actuator described in
本発明の目的は、圧電アクチュエーター以外の外部の力で被駆動体を変位させようとしたとき、被駆動体を容易かつ確実に変位させることができる圧電アクチュエーターを提供することである。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator capable of easily and reliably displacing a driven body when the driven body is displaced by an external force other than the piezoelectric actuator.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
(適用例1)
本発明に係わる圧電アクチュエーターは、複数の電極が設けられた圧電素子と、
前記圧電素子に信号を印加することによって、少なくとも縦振動をする振動板と、
前記振動板と当接する被駆動体と、を有し、
前記振動板を前記縦振動させる際、前記信号は、前記複数の電極のうちの少なくとも第1電極と第2電極とに印加され、
前記縦振動の振動方向と異なる方向において、前記第1電極と前記第2電極との間に第3電極が配置されることを特徴とする。
(Application example 1)
A piezoelectric actuator according to the present invention includes a piezoelectric element provided with a plurality of electrodes,
A diaphragm that vibrates at least longitudinally by applying a signal to the piezoelectric element;
A driven body that comes into contact with the diaphragm,
When causing the diaphragm to vibrate longitudinally, the signal is applied to at least the first electrode and the second electrode of the plurality of electrodes,
A third electrode is disposed between the first electrode and the second electrode in a direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration.
これにより、振動板が縦振動をすることにより、被駆動体を変位させずに、かつ、非駆動状態の場合に比べて振動板と被駆動体との間の摩擦力を減少させることができる。これによって、圧電アクチュエーター以外の外部の力で被駆動体を変位させようとしたとき、被駆動体を容易かつ確実に変位させることができる。これにより、例えば、本発明の圧電アクチュエーターをロボットに適用し、そのロボットの関節の駆動源に用いた場合、ロボットに教示を行う際、振動板を縦振動させることにより、外部の力で容易かつ確実にロボットの関節を曲げたり、伸ばしたりすることができ、これによって、容易かつ確実に前記教示を行うことができる。 As a result, when the diaphragm vibrates longitudinally, the friction force between the diaphragm and the driven body can be reduced without displacing the driven body and compared to the non-driven state. . Thus, when the driven body is displaced by an external force other than the piezoelectric actuator, the driven body can be easily and reliably displaced. Thus, for example, when the piezoelectric actuator of the present invention is applied to a robot and used as a drive source for a joint of the robot, when the robot is taught, the diaphragm is vibrated longitudinally and easily and externally. The joint of the robot can be surely bent or extended, whereby the teaching can be performed easily and reliably.
また、振動板の被駆動体との当接部分の縦振動の振動方向の電極のみ、すなわち、振動体の中心を通る縦方向の電極のみに信号を印加して振動板を縦振動させる場合に比べて、振動板から被駆動体に加わる力の縦振動の振動方向に直交する方向のバランスが安定し、これにより、振動を安定させることができる。 Also, when the vibration plate is vibrated longitudinally by applying a signal only to the electrode in the vibration direction of the longitudinal vibration of the contact portion of the vibration plate with the driven body, i.e., the vertical electrode passing through the center of the vibration body. In comparison, the balance of the force applied from the diaphragm to the driven body in the direction orthogonal to the vibration direction of the longitudinal vibration is stabilized, and thus the vibration can be stabilized.
また、信号をすべての電極に印加して振動板を縦振動させる場合に比べて、振動板の共振時の圧電素子のインピーダンスを高くすることができ、これにより、振動を安定させることができ、また、消費電力を低減することができる。 In addition, the impedance of the piezoelectric element at the time of resonance of the diaphragm can be increased compared with the case where the signal is applied to all the electrodes and the diaphragm is longitudinally vibrated, thereby stabilizing the vibration, In addition, power consumption can be reduced.
(適用例2)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第1電極と前記第2電極とは、前記縦振動の振動方向と異なる方向に延びる所定の第1の直線に対して非対称に設けられていることが好ましい。
これにより、振動をより安定させることができる。
(Application example 2)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, it is preferable that the first electrode and the second electrode are provided asymmetrically with respect to a predetermined first straight line extending in a direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration.
Thereby, a vibration can be stabilized more.
(適用例3)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記複数の電極は、前記縦振動の振動方向と異なる方向に延びる所定の第1の直線に対して線対称に設けられていることが好ましい。
(Application example 3)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, it is preferable that the plurality of electrodes are provided in line symmetry with respect to a predetermined first straight line extending in a direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration.
これにより、被駆動体を正逆両方向に変位させる構成にした場合、被駆動体の変位方向によって、被駆動体の駆動特性に不均等が生じることを低減することができる。 Thereby, when it is set as the structure which displaces a to-be-driven body to the normal / reverse direction, it can reduce that the nonuniformity arises in the drive characteristic of a to-be-driven body by the displacement direction of a to-be-driven body.
(適用例4)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記振動板は、前記被駆動体に当接する凸部を有し、
前記第1電極および前記第2電極は、前記第1の直線よりも前記凸部側に配置されていることが好ましい。
これにより、消費電力を低減しつつ、縦振動を大きくすることができる。
(Application example 4)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, the diaphragm has a convex portion that comes into contact with the driven body,
It is preferable that the first electrode and the second electrode are arranged closer to the convex portion than the first straight line.
Thereby, longitudinal vibration can be increased while reducing power consumption.
(適用例5)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第1の直線は、前記縦振動の振動方向における前記圧電素子の中央部を通ることが好ましい。
(Application example 5)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, it is preferable that the first straight line passes through a central portion of the piezoelectric element in the vibration direction of the longitudinal vibration.
これにより、第1電極および第2電極を好適な位置に配置することができ、振動をより安定させることができる。 Thereby, a 1st electrode and a 2nd electrode can be arrange | positioned in a suitable position, and a vibration can be stabilized more.
(適用例6)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記縦振動の振動方向と異なる方向は、前記縦振動の振動方向に直交する方向であることが好ましい。
(Application example 6)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, the direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration is preferably a direction orthogonal to the vibration direction of the longitudinal vibration.
これにより、第1電極および第2電極をバランス良く配置することができ、振動をより安定させることができる。 Thereby, a 1st electrode and a 2nd electrode can be arrange | positioned with sufficient balance, and a vibration can be stabilized more.
(適用例7)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第1電極と前記第2電極とは、前記縦振動の振動方向に延びる所定の第2の直線に対して線対称に設けられていることが好ましい。
これにより、振動をより安定させることができる。
(Application example 7)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, it is preferable that the first electrode and the second electrode are provided symmetrically with respect to a predetermined second straight line extending in the vibration direction of the longitudinal vibration.
Thereby, a vibration can be stabilized more.
(適用例8)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記複数の電極は、前記縦振動の振動方向に延びる所定の第2の直線に対して線対称に設けられていることが好ましい。
(Application example 8)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, it is preferable that the plurality of electrodes are provided symmetrically with respect to a predetermined second straight line extending in the vibration direction of the longitudinal vibration.
これにより、被駆動体を正逆両方向に変位させる構成にした場合、被駆動体の変位方向によって、被駆動体の駆動特性に不均等が生じることを低減することができる。 Thereby, when it is set as the structure which displaces a to-be-driven body to the normal / reverse direction, it can reduce that the nonuniformity arises in the drive characteristic of a to-be-driven body by the displacement direction of a to-be-driven body.
(適用例9)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記第2の直線は、前記縦振動の振動方向に直交する方向における前記圧電素子の中央部を通ることが好ましい。
(Application example 9)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, it is preferable that the second straight line passes through a central portion of the piezoelectric element in a direction orthogonal to the vibration direction of the longitudinal vibration.
これにより、第1電極および第2電極をバランス良く配置することができ、振動をより安定させることができる。 Thereby, a 1st electrode and a 2nd electrode can be arrange | positioned with sufficient balance, and a vibration can be stabilized more.
(適用例10)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記被駆動体は、回転可能に設けられており、
前記振動板の前記被駆動体との当接部分における前記縦振動の振動方向は、前記被駆動体の回転中心に向かう方向であることが好ましい。
(Application Example 10)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, the driven body is rotatably provided.
It is preferable that the vibration direction of the longitudinal vibration at the contact portion of the diaphragm with the driven body is a direction toward the rotation center of the driven body.
これにより、振動板が縦振動する際に被駆動体が回転してしまうことを抑制することができる。 Thereby, it can suppress that a to-be-driven body rotates when a diaphragm vibrates longitudinally.
(適用例11)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記被駆動体は、移動可能に設けられており、
前記被駆動体の前記振動板との当接部分の移動方向と、前記縦振動の振動方向とが直交していることが好ましい。
(Application Example 11)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, the driven body is movably provided,
It is preferable that the moving direction of the contact portion of the driven body with the diaphragm is orthogonal to the vibration direction of the longitudinal vibration.
これにより、振動板が縦振動する際に被駆動体が移動してしまうことを抑制することができる。 Thereby, it can suppress that a to-be-driven body moves when a diaphragm vibrates longitudinally.
(適用例12)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記振動板は、前記被駆動体に当接する凸部を有し、
前記凸部は、前記縦振動の振動方向に直交する方向における前記振動板の中央部に配置されていることが好ましい。
(Application Example 12)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, the diaphragm has a convex portion that comes into contact with the driven body,
It is preferable that the convex portion is disposed at a central portion of the diaphragm in a direction orthogonal to the vibration direction of the longitudinal vibration.
これにより、振動板が縦振動する際に被駆動体が変位してしまうことを抑制することができる。 Thereby, it can suppress that a to-be-driven body displaces when a diaphragm vibrates longitudinally.
(適用例13)
本発明に係わる圧電アクチュエーターでは、前記圧電アクチュエーターの駆動モードとして、前記縦振動を行う第1の駆動モードと、
前記縦振動と異なる振動を行う第2の駆動モードと、を有することが好ましい。
(Application Example 13)
In the piezoelectric actuator according to the present invention, as a driving mode of the piezoelectric actuator, a first driving mode for performing the longitudinal vibration,
It is preferable to have a second drive mode that performs vibration different from the longitudinal vibration.
これにより、第1の駆動モードにおいて、被駆動体に外力を加えて被駆動体を変位させることができ、また、第2の駆動モードにおいて、圧電アクチュエーターの駆動力により、被駆動体を変位させることができる。 Thereby, in the first driving mode, the driven body can be displaced by applying an external force to the driven body, and in the second driving mode, the driven body is displaced by the driving force of the piezoelectric actuator. be able to.
以下、本発明の圧電アクチュエーターを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a piezoelectric actuator of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<第1実施形態>
図1は、本発明の圧電アクチュエーターの第1実施形態を示す平面図である。図2は、図1中のA−A線での断面図である。図3は、図1に示す圧電アクチュエーターの振動体の斜視図である。図4は、図1に示す圧電アクチュエーターの縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。図5は、図1に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。図6は、図1に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。図7は、図1に示す圧電アクチュエーターの動作を説明するための振動体の図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a perspective view of a vibrating body of the piezoelectric actuator shown in FIG. FIG. 4 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes of the piezoelectric actuator shown in FIG. FIG. 5 is a diagram of a vibrating body for explaining the operation of the piezoelectric actuator shown in FIG. FIG. 6 is a diagram of a vibrating body for explaining the operation of the piezoelectric actuator shown in FIG. FIG. 7 is a diagram of a vibrating body for explaining the operation of the piezoelectric actuator shown in FIG.
なお、以下では、説明の都合上、図2、図3、図4中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う(図8〜図14も同様)。 Hereinafter, for convenience of explanation, the upper side in FIGS. 2, 3 and 4 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower” (the same applies to FIGS. 8 to 14). ).
また、図1〜図7には、互いに直交する3つの軸として、x軸、y軸およびz軸が図示されている。x軸に平行な方向を「x軸方向」、y軸に平行な方向を「y軸方向」、z軸に平行な方向を「z軸方向」という。また、x軸とy軸で規定される平面を「zy平面」と言い、y軸とz軸で規定される平面を「yz平面」と言い、z軸とx軸で規定される平面を「xz平面」と言う。また、x方向、x方向およびz方向において、矢印先端側を「+(正)側」、矢印基端側を「−(負)側」とする。なお、振動体、振動板、圧電素子および各電極の長手方向がそれぞれx軸方向、短手方向(幅方向)がそれぞれy軸方向、厚さ方向がそれぞれz軸方向になっている(図8〜図15も同様)。 1 to 7 show an x-axis, a y-axis, and a z-axis as three axes orthogonal to each other. A direction parallel to the x-axis is referred to as “x-axis direction”, a direction parallel to the y-axis is referred to as “y-axis direction”, and a direction parallel to the z-axis is referred to as “z-axis direction”. A plane defined by the x axis and the y axis is referred to as a “zy plane”, a plane defined by the y axis and the z axis is referred to as a “yz plane”, and a plane defined by the z axis and the x axis is referred to as “ xz plane ". Further, in the x direction, the x direction, and the z direction, the arrow tip side is defined as “+ (positive) side” and the arrow base end side is defined as “− (negative) side”. The longitudinal direction of the vibrating body, the diaphragm, the piezoelectric element, and each electrode is the x-axis direction, the lateral direction (width direction) is the y-axis direction, and the thickness direction is the z-axis direction, respectively (FIG. 8). To FIG. 15).
また、図1では、振動体の電極の図示を省略している(図15も同様)。また、図4〜図7では、振動体について、連結部の図示を省略する等、簡略化して図示している(図8〜図14も同様)。 Further, in FIG. 1, illustration of electrodes of the vibrating body is omitted (the same applies to FIG. 15). Moreover, in FIGS. 4-7, about the vibrating body, illustration of the connection part is abbreviate | omitted etc. and simplified (FIGS. 8-14 is also the same).
また、また、図4〜図7では、振動体の各電極のうち、通電する電極に対して斜線を付けている(図8〜図14も同様)。 Moreover, in FIGS. 4-7, among the electrodes of the vibrating body, the electrodes to be energized are hatched (the same applies to FIGS. 8-14).
また、また、図3〜図7では、振動体の各電極のうち、裏側の見えない電極については、各符号のみを括弧内に示した(図8〜図14も同様)。 Moreover, in FIGS. 3 to 7, among the electrodes of the vibrating body, only the reference numerals are shown in parentheses for the electrodes that cannot be seen on the back side (the same applies to FIGS. 8 to 14).
――基本構成――
圧電アクチュエーター1は、電圧の印加により振動する振動体2を有する振動部10と、回転可能(変位可能)な円盤状のローター(被駆動体)5と、振動部10とローター5とを支持する支持体6とを有している。なお、ローター5は、換言すれば、横断面形状が円形状の被駆動体である。
-Basic configuration-
The
圧電アクチュエーター1は、振動体2が振動することにより、ローター5に動力(駆動力)を伝達して回転(駆動)させる装置である。以下、圧電アクチュエーター1が有する各部について順次説明する。
The
――振動部10――
振動部10は、振動体2と、振動体2を振動可能に保持する保持部(保持機構)3と、基台4と、振動体2をローター5に向けて付勢する付勢部として1対の板バネ(弾性体)71、72とを備えている。1対の板バネ(弾性体)71、72は、本実施形態では、保持部3と基台4とを連結し、保持部3を介して振動体2の後述する凸部26をローター5に向けて付勢する。
--Vibrating
The vibrating
――振動体2――
振動体2は、長方形の板状をなし、図2および図3の上側から5つの電極21a、21b、21c、21dおよび21eと、板状の圧電素子22と、凸部(接触部)26および1対の連結部27、28を有する補強板である振動板(シム)23と、板状の圧電素子24と、5つの電極25a、25b、25c、25dおよび25e(図3中、電極25a、25bおよび25eは、図示せず、各符号のみを括弧内に示す)とをこの順に積層して構成されている。なお、図2および図3では、厚さ方向を誇張して示している。
--Vibrating
The vibrating
この振動体2は、電圧の印加により圧電素子22および24が変形することにより振動して、凸部26を介してローター5に動力を伝達して、ローター5を回転させる。
The vibrating
圧電素子22および24は、それぞれ、長方形状をなし、振動板23の両面にそれぞれ固着されている。
The
これらの圧電素子22および24は、電圧を印加することにより、その長手方向に伸長または収縮し、電圧の印加を中止することにより、元の形状に戻る。
The
圧電素子22および24の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、チタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT)、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
The constituent materials of the
この圧電素子22の上面には、この上面を6つの長方形の領域にほぼ等しく分割、すなわち、X軸方向に2分割、Y軸方向に3分割し、分割されたY軸方向の両端の4つの領域に、それぞれ、長方形状をなす電極21a、21b、21cおよび21dが設置されている。そして、圧電素子22の上面のY軸方向の中央部の2つの領域に跨って、電極21a、21b、21cおよび21dの約2倍の長さの長方形状をなす電極21eが設置されている。なお、各電極21a、21b、21c、21dおよび21eは、互いに離間している。
On the upper surface of the
同様に、圧電素子24の下面には、この下面を6つの長方形の領域にほぼ等しく分割、すなわち、X軸方向に2分割、Y軸方向に3分割し、分割されたY軸方向の両端の4つの領域に、それぞれ、長方形状をなす電極25a、25b、25cおよび25dが設置されている。そして、圧電素子24の下面のY軸方向の中央部の2つの領域に跨って、電極25a、25b、25cおよび25dの約2倍の長さの長方形状をなす電極25eが設置されている。なお、各電極25a、25b、25c、25dおよび25eは、互いに離間している。
Similarly, on the lower surface of the
また、電極21a、21b、21c、21dおよび21eは、後述する縦振動の振動方向と異なる方向に延びる所定の第1の直線91に対して線対称に配置され、また、縦振動の振動方向に延びる所定の第2の直線92に対して線対称に配置されている。同様に、電極25a、25b、25c、25dおよび25eは、後述する縦振動の振動方向と異なる方向に延びる所定の第1の直線91に対して線対称に配置され、また、縦振動の振動方向に延びる所定の第2の直線92に対して線対称に配置されている。
The
なお、本実施形態では、振動体2(振動板23)の縦振動の振動方向93は、X軸方向であり、縦振動の振動方向93に直交する方向は、Y軸方向である。また、振動体2の凸部26のローター5との当接部分における縦振動の振動方向94は、ローター5の回転中心50に向かう方向である。また、前記縦振動の振動方向93と異なる方向は、縦振動の振動方向93に直交する方向、すなわち、Y軸方向であり、第1の直線91は、Y軸方向に延びている。また、第1の直線91は、X軸方向(縦振動の振動方向93)における圧電素子22、24の中央部を通り、第2の直線92は、Y軸方向(縦振動の振動方向93に直交する方向)における圧電素子22、24の中央部を通る。
In this embodiment, the
また、電極21aと電極25a、電極21bと電極25b、電極21cと電極25c、電極21dと電極25d、および、電極21eと電極25eが、それぞれ、振動体2の厚さ方向に対向して配置されている。また、図3に示すように、電極21aとその裏側に位置する電極25a、電極21bとその裏側に位置する電極25b、電極21cとその裏側に位置する電極25c、電極21dとその裏側に位置する電極25d、電極21eとその裏側に位置する電極25eは、それぞれ、電気的に接続されている。
In addition, the
振動板23は、振動体2全体を補強する機能を有しており、振動体2が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。振動板23の構成材料としては、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の各種金属材料であるのが好ましい。
The
この振動板23は、圧電素子22および24よりも厚さが薄い(小さい)ものであることが好ましい。これにより、振動体2を高い効率で振動させることができる。
The
また、振動板23は、接地(グランド電位に接続)されており、圧電素子22および24に対する共通の電極としての機能をも有している。すなわち、圧電素子22には、電極21a、21b、21c、21dおよび21eのうちの所定の電極と、振動板23とによって電圧が印加され、圧電素子24には、電極25a、25b、25c、25dおよび25eのうちの所定の電極と、振動板23とによって電圧が印加される。
The
なお、振動板23を圧電素子22および24に対する共通電極として用いずに、例えば、振動板23と圧電素子22との間および振動板23と圧電素子24との間に、それぞれ圧電素子22および圧電素子24に対する共通電極をさらに設けてもよい。
In addition, without using the
また、振動板23の長手方向の一端部(ローター5側の端部)には、凸部26が一体的に形成されている。換言すれば、圧電素子22、24は、それぞれ、凸部26のローター5と反対側に設けられている。
Further, a
凸部26は、振動体2(振動板23)の幅方向(Y軸方向)の中央部に位置しており、その先端が平面視で半円状をなしている。なお、凸部26の形状や位置は、これに限定されないことは、言うまでもない。
The
この凸部26は、振動体2が振動することによりローター5に当接したり、ローター5から離間したりする。
The
また、振動板23の幅方向の両端部には、それぞれ、振動体2を振動可能に、振動板23を保持部3に連結する連結部27、28が一体的に形成されている。各連結部27、28は、振動板23の図1中右側と左側とに、互いに線対称となるように配置されている。
Further, at both ends in the width direction of the
連結部27は、長方形状をなし、後述する保持部3に取り付けられる取り付け部273と、取り付け部273の長手方向の両端部に形成され、振動体2を振動可能に、振動板23を取り付け部273に連結し、支持する支持部271、272とを有している。同様に、連結部28は、長方形状をなし、保持部3に取り付けられる取り付け部283と、取り付け部283の長手方向の両端部に形成され、振動体2を振動可能に、振動板23を取り付け部283に連結し、支持する支持部281、282とを有している。なお、支持部271、272、281および282は、振動体2(振動板23)の後述する屈曲振動の節の位置に配置されている。
The connecting
――保持部3――
保持部3は、振動体2の振動を阻害しないように構成され、振動体2を振動可能に保持している。この保持部3は、互いに離間するように配置された1対の支柱31、32と、支柱31の上側の端部と支柱32の下側の端部とを連結する連結部33とを有している。支柱32は、支柱31よりも基台4から離間する側に配置されており、その支柱32の下側の端部は、支柱31から離間する方向に突出している。
-Holding part 3-
The holding
振動体2は、支柱31と支柱32との間に配置され、図1中左側の連結部27の取り付け部273が、支持部271、272に対応する位置において、ネジ115、117により支柱31に固定され、図1中右側の連結部28の取り付け部283が、支持部281、282に対応する位置において、ネジ116、118により支柱31に固定されている。
The vibrating
保持部3の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種金属材料、各種セラミック材料等を用いることができる。
The constituent material of the holding
――基台4――
基台4は、振動体2を保持した保持部3を1対の板バネ71、72を介して支持し、支持体6に固定されている。基台4の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、横断面の形状が略四角形である棒状、すなわち、一方向に長い略直方体をなしている。
-Base 4-
The
――板バネ71、72――
1対の板バネ71、72は、互いに離間しており、保持部3の全体を挟んだ状態で、その保持部3と基台4とを連結している。この場合、板バネ71の一方(図1中左側)の端部が、基台4の上側の端部にネジ111で固定され、板バネ71の他方(図1中右側)の端部が、保持部3の支柱31の上側の端部にネジ112で固定されている。同様に、板バネ72の一方(図1中左側)の端部が、基台4の下側の端部にネジ113で固定され、板バネ72の他方(図1中右側)の端部が、保持部3の支柱32の下側の端部にネジ114で固定されている。
-Leaf springs 71, 72-
The pair of
そして、板バネ71、72は、それぞれ、弾性変形し、振動体2を保持している保持部3をローター5に向けて付勢している。すなわち、板バネ71、72は、それぞれ、保持部3を介して振動体2の凸部26をローター5に向けて付勢している。これにより、振動体2によるローター5への動力伝達を効率良く行うことができる。
The leaf springs 71 and 72 are elastically deformed and urge the holding
また、板バネ71、72の形状は、それぞれ特に限定されないが、本実施形態では、S字状をなしている。
Further, the shape of the
――ローター5――
このような構成の振動部10のX軸方向前方には、ローター5が配置されている。
--Rotor 5--
The rotor 5 is disposed in front of the
ローター5は、支持体6に立設された棒状の軸部51を回転中心として、正方向(時計回り)およびその逆方向である負方向(反時計回り)に回転可能に保持されている。
The rotor 5 is held so as to be rotatable in the forward direction (clockwise) and in the negative direction (counterclockwise) that is the opposite direction, with a rod-shaped
そして、このようなローター5の外周面52に、振動体2が振動することによって、凸部26が繰り返し当接する。
以上、圧電アクチュエーター1の基本的な構成について説明した。
And the
The basic configuration of the
――駆動――
次に、圧電アクチュエーター1の動作について説明する。
--Drive--
Next, the operation of the
圧電アクチュエーター1は、その駆動モードとして、圧電アクチュエーター1を駆動するが、振動体2の振動ではローター5を回転させない第1の駆動モード(教示モード)と、圧電アクチュエーター1を駆動してローター5を回転させる第2の駆動モード(通常駆動モード)とを有している。
The
圧電アクチュエーター1は、第1の駆動モードでは、振動体2の所定の電極に所定の信号、すなわち一定周期で正電圧を印加(通電)することで、凸部26がX軸方向に沿って往復するように振動体2(振動板23)を振動(縦振動)させる。なお、以下では、この振動を縦振動と言う。
In the first driving mode, the
第1の駆動モードでは、電極21a、21b、21c、21dおよび21eのうちの一部の電極(以下、縦振動用電極と言う)と、電極25a、25b、25c、25dおよび25eのうちの一部の電極(以下、縦振動用電極と言う)とに通電する。電極21a、21b、21c、21d、21e、25a、25b、25c、25dおよび25eのすべてに通電しても振動体2は縦振動をするが、縦振動用電極のみに通電することにより、前記すべての電極に通電する場合に比べて、振動体2の共振時の圧電素子22、24のインピーダンスを高くすることができ、これにより、振動を安定させることができ、また、消費電力を低減することができる。
In the first drive mode, some of the
以下、縦振動用電極について、さらに説明するが、電極21a、21b、21c、21dおよび21eの縦振動用電極の配置と、電極25a、25b、25c、25dおよび25eの縦振動用電極の配置とは、同様であるので、以下では、代表的に、電極21a、21b、21c、21dおよび21eにおける縦振動用電極について説明する。
Hereinafter, the longitudinal vibration electrode will be further described. The arrangement of the longitudinal vibration electrodes of the
まず、縦振動用電極には、Y軸方向において隣り合わずに並んでいる第1電極と第2電極とが含まれており、本実実施形態では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第2電極)21dとで構成されている。この場合、Y軸方向において、電極21aと電極21dとの間に、第3電極として、電極21eが配置される。また、本実施形態では、電極21eは、縦振動用電極ではない。なお、電極25a、25b、25c、25dおよび25eについては、縦振動用電極は、電極(第1電極)25aと電極(第2電極)25dとで構成され、電極25eが第3電極である。また、電極25eは、縦振動用電極ではない。
First, the longitudinal vibration electrode includes a first electrode and a second electrode that are arranged adjacent to each other in the Y-axis direction. In the present embodiment, the longitudinal vibration electrode is an electrode (first electrode). Electrode) 21a and electrode (second electrode) 21d. In this case, the
また、縦振動用電極は、第1の直線91に対して非対称に設けられている。そして、電極21a、21dは、第1の直線91よりも凸部26側に配置されている。
The longitudinal vibration electrode is provided asymmetrically with respect to the first
また、縦振動用電極、すなわち、電極21aと電極21dとは、第2の直線92に対して線対称に配置されている。本実施形態では、電極21aと電極21dとは、第2の直線92を中心にして、圧電素子24の図中の左側の端部と右側の端部に配置されている。
Further, the longitudinal vibration electrodes, that is, the
このように縦振動用電極として電極21a、21dを用いることにより、縦振動用電極として電極21eを用いる場合に比べて、振動体2からローター5に加わる力のY軸方向のバランスが安定し、これにより、振動を安定させることができる。
By using the
また、電極21a、21dは、第1の直線91よりも凸部26側(ローター5側)に配置されているので、消費電力を低減しつつ、縦振動を大きくすることができる。
In addition, since the
そして、この第1の駆動モードでは、振動体2(振動板23)が縦振動をするので、圧電アクチュエーター1を駆動させずに非駆動状態とした場合(停止させた場合)に比べて振動体2の凸部26がローター5に作用する保持力を格段に減少させることができる。これにより、圧電アクチュエーター1以外の外部の力でローター5を回転させようとしたとき、ローター5を容易かつ確実に回転させることができる。
In this first drive mode, the vibrating body 2 (the vibration plate 23) vibrates longitudinally, so that the vibrating body is compared with a case where the
例えば、圧電アクチュエーター1をロボットの関節の駆動源に適用した場合を例に挙げて説明すると、第1の駆動モードは、第2の駆動モードで圧電アクチュエーター1を駆動してローター5を回転させることでロボットが所定の作業を行う際に、例えば、操作者により、予めロボットの関節を手動で曲げたり、伸ばしたりして位置合わせをする作業(以下では、この作業を教示または教示作業と言う)等に用いられる。教示作業により位置合わせされた位置は、例えば、座標等の位置情報として図示しない制御装置の記憶部に記憶される。
For example, a case where the
また、圧電アクチュエーター1は、第2の駆動モードでは、振動体2の所定の電極に所定の信号、すなわち一定周期で正電圧を印加(通電)することで、振動体2(振動板23)を前記縦振動と異なるように振動させる。本実施形態では、凸部26が楕円軌道を描くように振動体2(振動板23)を振動(屈曲振動)させ、この振動によってローター5を回転する。なお、以下では、この振動を屈曲振動と言う。
Further, in the second drive mode, the
第2の駆動モードでは、電極21a、21b、21c、21d、21e、25a、25b、25c、25dおよび25eのうちの一部の電極、本実施形態では、電極21a、21c、21e、25a、25cおよび25e、または、電極21b、21d、21e、25b、25dおよび25eに通電する。
In the second drive mode, some of the
以下、第1の駆動モードでは、凸部26がX軸方向に沿って往復し、第2の駆動モードでは、凸部26が楕円軌道を描く理由を説明する。
Hereinafter, the reason why the
――凸部26の動き――
圧電素子22および24は、前述したように、正電圧の印加と解除とを繰り返す(一定の周期で正電荷が印加される)ことで、その長手方向に伸長する動作と元の形状に戻る動作(伸張している状態から収縮する動作)とを繰り返す。
-Movement of convex part-
As described above, the
第1の駆動モードでは、電極21a、21d、25aおよび25dに一定周期で通電し、これら電極21a、21d、25aおよび25dと、振動板23との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子22の電極21aおよび21dに対応する部分と、圧電素子24の電極25aおよび25dに対応する部分とが、収縮および伸長を繰り返す。
In the first drive mode, when the
これに対して、電極21b、21d、21e、25b、25dおよび25eは通電されていないため、圧電素子22の電極21b、21dおよび21eに対応する部分と、圧電素子24の電極25b、25dおよび25eに対応する部分とは、収縮したり伸長したりはしない。
On the other hand, since the
これのような伸長および収縮に伴って、振動体2全体は、XY平面内で、X軸方向に沿って図5に示すような縦振動(伸縮振動)をする。
Along with such expansion and contraction, the entire vibrating
また、電圧を印加する周波数を変化させていくと、ある特定の周波数となったときに伸縮量が急に大きくなり、一種の共振現象が発生する。縦振動で共振が発生する周波数(共振周波数)は、振動体2の物性と、振動体2の寸法(幅W、長さL、厚さT)等の諸条件によって決定される。
Further, when the frequency at which the voltage is applied is changed, the amount of expansion / contraction suddenly increases when a certain frequency is reached, and a kind of resonance phenomenon occurs. The frequency (resonance frequency) at which resonance occurs due to longitudinal vibration is determined by various conditions such as the physical properties of the vibrating
また、第2の駆動モードでは、電極21a、21c、21e、25a、25cおよび25eに一定周期で通電し、これら電極21a、21c、21e、25a、25cおよび25eと、振動板23との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子22の電極21a、21cおよび21eに対応する部分と、圧電素子24の電極25a、25cおよび25eに対応する部分とが、収縮および伸長を繰り返す。
In the second drive mode, the
これに対して、電極21b、21d、25bおよび25dは通電されていないため、圧電素子22の電極21bおよび21dに対応する部分と、圧電素子24の電極25bおよび25dに対応する部分とは、収縮したり伸長したりはしない。
In contrast, since the
このような伸長および収縮に伴って、振動体2全体は、XY平面内で、図6に示すような屈曲振動をする。すなわち、圧電素子22の電極21aおよび21cに対応する部分の伸縮による屈曲振動と、圧電素子24の電極25aおよび25cに対応する部分の伸縮による屈曲振動と、圧電素子22の電極21eに対応する部分の伸縮による縦振動と、圧電素子24の電極25eに対応する部分の伸縮による縦振動とが合成され、振動体2全体として図6に示すような屈曲振動をする。
Along with such extension and contraction, the
また、第2の駆動モードでは、電極21b、21d、21e、25b、25dおよび25eに一定周期で通電し、これら電極21b、21d、21e、25b、25dおよび25eと、振動板23との間に一定周期で正電圧が印加されると、圧電素子22の電極21b、21dおよび21eに対応する部分と、圧電素子24の電極25b、25dおよび25eに対応する部分とが、収縮および伸長を繰り返す。
In the second drive mode, the
これに対して、電極21a、21c、25aおよび25cは通電されていないため、圧電素子22の電極21aおよび21cに対応する部分と、圧電素子24の電極25aおよび25cに対応する部分とは、収縮したり伸長したりはしない。
On the other hand, since the
このような伸長および収縮に伴って、振動体2全体は、XY平面内で、図7に示すような屈曲振動をする。すなわち、圧電素子22の電極21bおよび21dに対応する部分の伸縮による屈曲振動と、圧電素子24の電極25bおよび25dに対応する部分の伸縮による屈曲振動と、圧電素子22の電極21eに対応する部分の伸縮による縦振動と、圧電素子24の電極25eに対応する部分の伸縮による縦振動とが合成され、振動体2全体として図7に示すような屈曲振動をする。
Along with such expansion and contraction, the
なお、図6および図7に示す屈曲振動についても、振動体2の物性と、振動体2の寸法(幅W、長さL、厚さT)等の諸条件によって決まる共振周波数が存在する。
6 and 7 also have a resonance frequency determined by various properties such as the physical properties of the vibrating
上述したとおり、図5に示す縦振動の共振周波数も、図6または図7に示す屈曲振動の共振周波数も、振動体2の物性や、振動体2の寸法(幅W、長さL、厚さT)等によって決定される。したがって、振動体2の寸法(幅W、長さL、厚さT)を適切に選んでやれば共振周波数を一致または互いに接近させることができる。そして、そのような振動体2に対して、図6または図7に示すような屈曲振動の形態の電圧を共振周波数で印加すると、さらに縦振動も誘起される。
As described above, both the resonance frequency of the longitudinal vibration shown in FIG. 5 and the resonance frequency of the bending vibration shown in FIG. 6 or 7 are the physical properties of the vibrating
その結果、図6に示す態様で電圧を印加した場合には、振動体2は、図6に示すように、凸部26が矢印DL(図面上で時計回り)の楕円軌道(第1楕円軌道)を描くよう振動する。このような振動を第1振動モードという。
As a result, when a voltage is applied in the manner shown in FIG. 6, the vibrating
一方、図7に示す態様で電圧を印加した場合には、振動体2は、図7に示すように、凸部26が矢印DR(図面上で反時計回り)の楕円軌道(第2楕円軌道)を描くよう振動する。このような振動を第2振動モードという。
On the other hand, when a voltage is applied in the mode shown in FIG. 7, the vibrating
なお、以上の説明では振動体2に正電圧を印加するものとして説明したが、圧電素子22および24は、負電圧を印加することによっても変形する。したがって、振動体2に負電圧を印加することによって屈曲振動(および伸縮振動)を発生させても良いし、正電圧と負電圧とを繰り返すような交番電圧を印加することによって屈曲振動(および伸縮振動)を発生させても良い。
Although the above description has been made assuming that a positive voltage is applied to the vibrating
また、上述した説明では、共振周波数の電圧を印加するものとして説明したが、共振周波数を含んだ波形の電圧を印加すれば十分であり、例えばパルス状の電圧であっても構わない。 In the above description, the voltage having the resonance frequency is applied. However, it is sufficient to apply a voltage having a waveform including the resonance frequency. For example, a pulse voltage may be used.
――ローター5の動き――
振動体2は、第2の駆動モードにおいて、このような第1振動モードまたは第2振動モードを利用して、ローター5を回転させる。
-Movement of rotor 5-
The vibrating
具体的には、図6に示すように、第1振動モードで振動体2を振動させると、振動体2は、凸部26が矢印DLの楕円軌道を描くよう振動するので、ローター5は、凸部26から受ける摩擦力によって図6中矢印SRで示すように反時計回りに回転する。
Specifically, as shown in FIG. 6, when the vibrating
一方、図7に示すように、第2振動モードで振動体2を振動させると、振動体2は、図7に示すように、凸部26が矢印DRの楕円軌道を描くよう振動するので、ローター5は、凸部26から受ける摩擦力によって図7中矢印SLで示すように時計回りに回転する。
On the other hand, as shown in FIG. 7, when the vibrating
このようにしてローター5は、振動体2の振動によって時計回りまたは反時計回りに回転する。
In this way, the rotor 5 rotates clockwise or counterclockwise by the vibration of the vibrating
以上説明したように、この圧電アクチュエーター1によれば、第1の駆動モードにおいて、振動体2が縦振動をすることにより、ローター5を変位させずに、かつ、非駆動状態の場合に比べて振動体2の凸部26がローター5に作用する保持力を格段に減少させることができる。これによって、圧電アクチュエーター1以外の外部の力でローター5を回転させようとしたとき、ローター5を容易かつ確実に回転させることができる。これにより、例えば、圧電アクチュエーター1をロボットに適用し、そのロボットの関節の駆動源に用いた場合、ロボットに教示を行う際、振動体2を縦振動させることにより、外部の力で容易かつ確実にロボットの関節を曲げたり、伸ばしたりすることができ、これによって、容易かつ確実に前記教示を行うことができる。
As described above, according to the
また、縦振動用電極として電極21a、21bを用いることにより、縦振動用電極として電極21eを用いる場合に比べて、振動体2からローター5に加わる力のY軸方向のバランスが安定し、これにより、振動を安定させることができる。
Also, by using the
また、すべての電極に通電して振動体2を縦振動させる場合に比べて、振動体2の共振時の圧電素子22、24のインピーダンスを高くすることができ、これにより、振動を安定させることができ、また、消費電力を低減することができる。
In addition, the impedance of the
<第2実施形態>
図8は、本発明の圧電アクチュエーターの第2実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
Second Embodiment
FIG. 8 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the second embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.
以下、第2実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第1実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21dおよび21eにおける縦振動用電極について説明する。
Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted. Similarly to the first embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the
図8に示すように、第2実施形態の圧電アクチュエーター1では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第1電極)21bと、電極(第2電極)21cと、電極(第2電極)21dとで構成されている。
この第2実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 8, in the
According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
<第3実施形態>
図9は、本発明の圧電アクチュエーターの第3実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the third embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.
以下、第3実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第1実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21dおよび21eにおける縦振動用電極について説明する。
Hereinafter, the third embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and descriptions of the same matters will be omitted. Similarly to the first embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the
図9に示すように、第3実施形態の圧電アクチュエーター1では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第2電極)21dと、電極(第3電極)21eとで構成されている。電極21eは、Y軸方向において、電極21aと電極21dとの間に位置する部位を有している。すなわち、電極21eの凸部26側のほぼ半分が、Y軸方向において、電極21aと電極21dとの間に配置されている。
この第3実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 9, in the
According to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
<第4実施形態>
図10は、本発明の圧電アクチュエーターの第4実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
<Fourth embodiment>
FIG. 10 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the fourth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.
以下、第4実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第1実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21dおよび21eにおける縦振動用電極について説明する。
Hereinafter, the fourth embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment described above, and description of similar matters will be omitted. Similarly to the first embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the
図10に示すように、第4実施形態の圧電アクチュエーター1では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21bと、電極(第2電極)21cと、電極(第3電極)21eとで構成されている。電極21eは、Y軸方向において、電極21aと電極21dとの間に位置する部位を有している。すなわち、電極21eの凸部26と反対側のほぼ半分が、Y軸方向において、電極21bと電極21cとの間に配置されている。
この第4実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 10, in the
According to the fourth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
<第5実施形態>
図11は、本発明の圧電アクチュエーターの第5実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 11 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the fifth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.
以下、第5実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第1実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21d、21fおよび21gにおける縦振動用電極について説明する。
Hereinafter, the fifth embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and descriptions of similar matters will be omitted. Similarly to the first embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the
図11に示すように、第5実施形態の圧電アクチュエーター1では、圧電素子22に、6つの電極21a、21b、21c、21d、21fおよび21gが設けられ、圧電素子24に、6つの電極25a、25b、25c、25d、25fおよび25gが設けられている。電極21fおよび21gは、第1実施形態の電極21eを2つに等分割して設けたものである。同様に、電極25fおよび25gは、第1実施形態の電極25eを2つに等分割して設けたものである。したがって、第2の駆動モードでは、電極21eへの通電に代えて、電極21fおよび21gに通電する。
As shown in FIG. 11, in the
また、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第2電極)21dと、電極(第3電極)21fとで構成されている。電極21fは、Y軸方向において、その全体が電極21aと電極21dとの間に配置されている。
この第5実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
The longitudinal vibration electrode is composed of an electrode (first electrode) 21a, an electrode (second electrode) 21d, and an electrode (third electrode) 21f. The
According to the fifth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
<第6実施形態>
図12は、本発明の圧電アクチュエーターの第6実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
<Sixth Embodiment>
FIG. 12 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the sixth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.
以下、第6実施形態について、前述した第5実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第5実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21d、21fおよび21gにおける縦振動用電極について説明する。
Hereinafter, the sixth embodiment will be described with a focus on differences from the above-described fifth embodiment, and description of similar matters will be omitted. Similarly to the fifth embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the
図12に示すように、第6実施形態の圧電アクチュエーター1では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第1電極)21bと、電極(第2電極)21cと、電極(第2電極)21dと、電極(第3電極)21fとで構成されている。電極21fは、Y軸方向において、その全体が電極21aと電極21dとの間に配置されている。
この第5実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 12, in the
According to the fifth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
<第7実施形態>
図13は、本発明の圧電アクチュエーターの第7実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
<Seventh embodiment>
FIG. 13 is a diagram of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the seventh embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.
以下、第7実施形態について、前述した第5実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第5実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21d、21fおよび21gにおける縦振動用電極について説明する。
Hereinafter, the seventh embodiment will be described with a focus on differences from the above-described fifth embodiment, and description of similar matters will be omitted. Similarly to the fifth embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the
図13に示すように、第7実施形態の圧電アクチュエーター1では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第2電極)21dと、電極(第3電極)21fと、電極21gとで構成されている。電極21fは、Y軸方向において、その全体が電極21aと電極21dとの間に配置されている。
この第7実施形態によれば、前述した第5実施形態と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 13, in the
According to the seventh embodiment, the same effect as that of the fifth embodiment described above can be obtained.
<第8実施形態>
図14は、本発明の圧電アクチュエーターの第8実施形態において、縦振動用電極の配置を説明するための振動体の図である。
<Eighth Embodiment>
FIG. 14 is a view of a vibrating body for explaining the arrangement of the longitudinal vibration electrodes in the eighth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.
以下、第8実施形態について、前述した第5実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、第5実施形態と同様に、縦振動用電極については、代表的に、電極21a、21b、21c、21d、21fおよび21gにおける縦振動用電極について説明する。
Hereinafter, the eighth embodiment will be described focusing on differences from the above-described fifth embodiment, and description of similar matters will be omitted. Similarly to the fifth embodiment, as for the longitudinal vibration electrodes, the longitudinal vibration electrodes in the
図14に示すように、第8実施形態の圧電アクチュエーター1では、縦振動用電極は、電極(第1電極)21aと、電極(第1電極)21bと、電極(第2電極)21cと、電極(第2電極)21dと、電極(第3電極)21gとで構成されている。電極21gは、Y軸方向において、その全体が電極21bと電極21cとの間に配置されている。
この第8実施形態によれば、前述した第5実施形態と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 14, in the
According to the eighth embodiment, the same effects as those of the fifth embodiment described above can be obtained.
<第9実施形態>
図15は、本発明の圧電アクチュエーターの第9実施形態を示す平面図である。
<Ninth Embodiment>
FIG. 15 is a plan view showing a ninth embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.
以下、第9実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the ninth embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.
図15に示すように、第2実施形態の圧電アクチュエーター1は、被駆動体として、ローター5に代えて、横断面形状が長手形状の被駆動体、すなわち、スライダー8を備えている。
As shown in FIG. 15, the
スライダー8は、横断面の形状が略四角形である棒状、すなわち、一方向に長い略直方体をなしており、その長手方向(軸方向)に移動可能(変位可能)に設置されている。圧電アクチュエーター1は、振動体2が振動することにより、スライダー8に動力(駆動力)を伝達して移動(駆動)させる装置である。スライダー8の振動体2の凸部26の当接部分の移動方向96と、振動体2の縦振動の振動方向93および振動体2の凸部26のスライダー8との当接部分における縦振動の振動方向94とが直交している。
The
このスライダー8には、2つのローラー80a、80bと、スライダー8の移動を規制する2つの凸部(移動規制手段)83a、83bが設けられている。
The
2つのローラー80a、80b同士は、所定距離離間して、図15中左右方向に並設されている。そして、2つのローラー80a、80bは、それぞれ、スライダー8の一方(図15中上側)の面に、スライダー8と平行な姿勢で、正逆両方向に回転可能に中心に位置する軸81a、81bで支持されている。
The two
また、ローラー80a、80bの周面(外周面)には、それぞれ、溝82a、82bが外周に沿って形成されている。そして、これらローラー80aの溝82a内およびローラー80bの溝82b内に、それぞれ、スライダー8が配設されている(位置している)。
Further,
また、凸部83aは、8スライダーのローラー80aよりも図15中左側の端部に位置し、凸部83bは、スライダー8のローラー80bよりも図15中右側の端部に位置している。
Further, the
なお、凸部の位置や数は、これに限らず、例えば、2つのローラー80a、80bの間に配置してもよく、また、凸部の数は、1つであってもよい。また、ローラーの数もこれに限定されない。
In addition, the position and number of convex parts are not restricted to this, For example, you may arrange | position between the two
この第9実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
また、第9実施形態は、前述した第2〜第8実施形態にも適用することができる。
According to the ninth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
The ninth embodiment can also be applied to the second to eighth embodiments described above.
以上、本発明の圧電アクチュエーターを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。 Although the piezoelectric actuator of the present invention has been described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is replaced with an arbitrary configuration having the same function. be able to. In addition, any other component may be added to the present invention.
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。 Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.
また、前記実施形態では、1つの圧電素子の一方の面(振動板と反対側の面)に設けられた電極の数は、5つまたは6つであるが、本発明では、これに限定されず、例えば、7つ以上でもよい。 In the embodiment, the number of electrodes provided on one surface (surface opposite to the diaphragm) of one piezoelectric element is five or six. However, the present invention is not limited to this. For example, seven or more may be sufficient.
また、前記実施形態では、付勢部として板バネを用いたが、本発明では、これに限定されず、例えば、コイルバネ等を用いてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the leaf | plate spring was used as an urging | biasing part, in this invention, it is not limited to this, For example, you may use a coil spring etc.
また、前記実施形態では、被駆動体として、ローターと、スライダーとを例に挙げて説明したが、本発明では、被駆動体は、これに限定されない。回転可能な被駆動体としては、その横断面の形状は、前記円形に限定されず、例えば、20角形等の多角形等が挙げられる。また、移動可能な被駆動体としては、その横断面の形状は、前記一方向に長い四角形に限定されず、例えば、湾曲した棒状等が挙げられる。また、被駆動体は、剛体であってもよく、また、可撓性を有していてもよい。 In the above embodiment, the rotor and the slider are exemplified as the driven body. However, the driven body is not limited to this in the present invention. As a rotatable driven body, the shape of the cross section is not limited to the circular shape, and examples thereof include a polygon such as a decagon. Moreover, as a movable to-be-driven body, the shape of the cross section is not limited to the rectangle long in the said one direction, For example, the curved rod shape etc. are mentioned. Further, the driven body may be a rigid body or may have flexibility.
また、本発明の圧電アクチュエーターの用途は、特に限定されず、本発明の圧電アクチュエーターは、例えば、各種ロボットの関節の駆動、ハンド等の各種のエンドエフェクターの駆動等、各種の装置の所定の部位の駆動に用いることができる。 Further, the use of the piezoelectric actuator of the present invention is not particularly limited, and the piezoelectric actuator of the present invention is a predetermined part of various devices such as driving of joints of various robots, driving of various end effectors such as hands. Can be used for driving.
1…圧電アクチュエーター
10…振動部
2…振動体
21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g…電極
22、24…圧電素子
23…振動板
25a、25b、25c、25d、25e、25f、25g…電極
26…凸部
27、28…連結部
271、272、281、282…支持部
273、283…取り付け部
3…保持部
31、32…支柱
33…連結部
4…基台
5…ローター
50…回転中心
51…軸部
52…外周面
6…支持体
71、72…板バネ
8…スライダー
80a、80b…ローラー
81a、81b…軸
82a、82b…溝
83a、83b…凸部
91、92…直線
93、94…振動方向
96…移動方向
111〜118…ネジ
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記圧電素子に信号を印加することによって、少なくとも縦振動をする振動板と、
前記振動板と当接する被駆動体と、を有し、
前記振動板を前記縦振動させる際、前記信号は、前記複数の電極のうちの少なくとも第1電極と第2電極とに印加され、
前記縦振動の振動方向と異なる方向において、前記第1電極と前記第2電極との間に第3電極が配置されることを特徴とする圧電アクチュエーター。 A piezoelectric element provided with a plurality of electrodes;
A diaphragm that vibrates at least longitudinally by applying a signal to the piezoelectric element;
A driven body that comes into contact with the diaphragm,
When causing the diaphragm to vibrate longitudinally, the signal is applied to at least the first electrode and the second electrode of the plurality of electrodes,
A piezoelectric actuator, wherein a third electrode is disposed between the first electrode and the second electrode in a direction different from the vibration direction of the longitudinal vibration.
前記第1電極および前記第2電極は、前記第1の直線よりも前記凸部側に配置されている請求項2または3に記載の圧電アクチュエーター。 The diaphragm has a convex portion that comes into contact with the driven body,
4. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the first electrode and the second electrode are arranged closer to the convex portion than the first straight line. 5.
前記振動板の前記被駆動体との当接部分における前記縦振動の振動方向は、前記被駆動体の回転中心に向かう方向である請求項1ないし9のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。 The driven body is rotatably provided,
10. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a vibration direction of the longitudinal vibration at a contact portion of the vibration plate with the driven body is a direction toward a rotation center of the driven body.
前記被駆動体の前記振動板との当接部分の移動方向と、前記縦振動の振動方向とが直交している請求項1ないし9のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。 The driven body is provided to be movable,
The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 9, wherein a moving direction of a contact portion of the driven body with the diaphragm is orthogonal to a vibration direction of the longitudinal vibration.
前記凸部は、前記縦振動の振動方向に直交する方向における前記振動板の中央部に配置されている請求項1ないし11のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。 The diaphragm has a convex portion that comes into contact with the driven body,
The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 11, wherein the convex portion is disposed at a central portion of the diaphragm in a direction orthogonal to a vibration direction of the longitudinal vibration.
前記縦振動と異なる振動を行う第2の駆動モードと、を有する請求項1ないし12のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。 As a drive mode of the piezoelectric actuator, a first drive mode for performing the longitudinal vibration,
The piezoelectric actuator according to claim 1, further comprising: a second drive mode that performs vibration different from the longitudinal vibration.
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Citations (2)
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WO2003077410A1 (en) * | 2002-03-11 | 2003-09-18 | Seiko Epson Corporation | Rotation/movement converting actuator |
JP2013121192A (en) * | 2011-12-06 | 2013-06-17 | Seiko Epson Corp | Actuator, robot hand, robot, electronic component transfer apparatus, electronic component inspection apparatus, and printer |
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2014
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