JP2016144269A - 圧電駆動装置、ロボット及びロボットの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被駆動部材（第２部材）の移動速度を上げる。
【解決手段】圧電駆動装置は、第１部材と、第１方向に移動可能な第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に配置され、前記第１部材に対して前記第１方向に移動可能な第１圧電駆動部と、を備え、前記第１圧電駆動部は、第１振動板と、前記第１振動板に設けられ、前記第１部材と接触可能な第１接触部材と、前記第１振動板に設けられ、前記第２部材と接触可能な第２接触部材と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、圧電駆動装置、ロボット及びロボットの駆動方法に関する。

特許文献１には、圧電振動装置に設けられたスペーサ（接触部材）をベルト状の素材に接触させて、素材を移動させる装置が記載されている。

特表２００２−５０９６８８号公報

特許文献１では、圧電装置の振動の周波数を上げる、あるいは、振幅を大きくしなければ素材（被駆動部材）の移動速度を上げることが出来なかった。

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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、圧電駆動装置が提供される。この圧電駆動装置は、第１部材と、第１方向に移動可能な第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に配置され、前記第１部材に対して前記第１方向に移動可能な第１圧電駆動部と、を備え、前記第１圧電駆動部は、第１振動板と、前記第１振動板に設けられ、前記第１部材と接触可能な第１接触部材と、前記第１振動板に設けられ、前記第２部材と接触可能な第２接触部材と、を有する。この形態によれば、第１圧電駆動部は、第１部材に対して第１方向に移動し、第２部材は、第１圧電駆動部に対して第１方向に移動するので、第２部材の移動速度を大きく出来る。

（２）上記形態の圧電駆動装置において、前記第１の部材は固定されていてもよい。この形態によれば、第２部材の移動速度を大きく出来る。

（３）上記形態の圧電駆動装置において、第３部材と、前記第２部材と前記第３部材との間に配置され、前記第２部材に対して前記第１方向または前記第１方向と逆の方向に移動可能な第２圧電駆動部と、を備え、前記第２圧電駆動部は、第２振動板と、前記第２振動板に設けられ、前記第２部材と接触可能な第３接触部材と、前記第２振動板に設けられ、前記第３部材と接触可能な第４接触部材と、を有しても良い。この形態によれば、第２圧電駆動部が前記第２部材に対して前記第１方向に移動すれば、第３部材の移動速度を大きく出来る。また、第２圧電駆動部が前記第２部材に対して前記第１方向と逆の方向に移動すれば、第２部材の力を大きく出来る。

（４）上記形態の圧電駆動装置において、前記第３部材は固定されていてもよい。この形態によれば、第２部材の力を大きく出来る。

（５）本発明の一形態によれば、ロボットが提供される。このロボットは、複数のリンク部と、前記複数のリンク部を接続する関節部と、前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる、上記形態のいずれかに記載の圧電駆動装置と、を備える。この形態によれば、圧電駆動装置をロボットの駆動に利用できる。

（６）本発明の一形態によれば、ロボットの駆動方法が提供される。この駆動方法は、前記第１圧電駆動部は、前記第１振動板に設けられた圧電振動体を有し、前記圧電振動体に周期的に変化する電圧を印加することで前記圧電駆動装置を駆動し、前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、圧電駆動装置の他、圧電駆動装置の駆動方法、圧電駆動装置の製造方法、圧電駆動装置を搭載するロボット、圧電駆動装置を搭載するロボットの駆動方法等、様々な形態で実現することができる。

圧電駆動部の概略構成を示す平面図及び断面図。 振動板の平面図。 圧電駆動部と駆動回路の電気的接続状態を示す説明図。 圧電駆動部の屈曲振動の例を示す説明図。 第１の実施形態の圧電駆動装置を示す説明図。 第２の実施形態の圧電駆動装置を示す説明図。 第３の実施形態の圧電駆動装置を示す説明図。 第４の実施形態の圧電駆動装置を示す説明図。 第５の実施形態の圧電駆動装置を示す説明図。 本発明の他の実施形態としての圧電駆動部の断面図。 本発明の更に他の実施形態としての圧電駆動部の平面図。 上述の圧電駆動部を利用したロボットの一例を示す説明図。 ロボットの手首部分の説明図。

・圧電駆動部の構成：
図１（Ａ）は、本発明に用いられる圧電駆動部１０の概略構成を示す平面図であり、図１（Ｂ）は、圧電駆動部１０を図１（Ａ）のＢ−Ｂ切断線で切ったときに、その断面から圧電駆動部１０を見たときの図である。圧電駆動部１０は、振動板２００と、振動板２００の両面（第１面２１１（「表面」とも呼ぶ）と第２面２１２（「裏面」とも呼ぶ））にそれぞれ配置された２つの圧電振動体１００と、接触部材２０と、を備える。接触部材２０は、圧電駆動部１０の短辺に配置されている。圧電振動体１００は、基板１２０と、基板１２０の上に形成された第１電極１３０と、第１電極１３０の上に形成された圧電体１４０と、圧電体１４０の上に形成された第２電極１５０と、を備えている。第１電極１３０と第２電極１５０は、圧電体１４０を挟持している。２つの圧電振動体１００は、振動板２００を中心として対称に配置されている。２つの圧電振動体１００は同じ構成を有しているので、以下では特に断らない限り、振動板２００の上側にある圧電振動体１００の構成を説明する。

圧電振動体１００の基板１２０は、第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０を成膜プロセスで形成するための基板として使用される。また、基板１２０は機械的な振動を行う振動板としての機能も有する。基板１２０は、例えば、Ｓｉ，Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２などで形成することができる。シリコン（以下「Ｓｉ」とも呼ぶ。）製の基板１２０として、例えば半導体製造用のＳｉウェハーを利用することが可能である。この実施形態において、基板１２０の平面形状は長方形である。基板１２０の厚みは、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲とすることが好ましい。基板１２０の厚みを１０μｍ以上とすれば、基板１２０上の成膜処理の際に基板１２０を比較的容易に取扱うことができる。また、基板１２０の厚みを１００μｍ以下とすれば、薄膜で形成された圧電体１４０の伸縮に応じて、基板１２０を容易に振動させることができる。

第１電極１３０は、基板１２０上に形成された１つの連続的な導電体層として形成されている。一方、第２電極１５０は、図１（Ａ）に示すように、５つの導電体層１５０ａ〜１５０ｅ（「第２電極１５０ａ〜１５０ｅ」とも呼ぶ）に区分されている。中央にある第２電極１５０ｅは、基板１２０の幅方向の中央において、基板１２０の長手方向のほぼ全体に亘る長方形形状に形成されている。他の４つの第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄは、同一の平面形状を有しており、基板１２０の四隅の位置に形成されている。図１の例では、第１電極１３０と第２電極１５０は、いずれも長方形の平面形状を有している。第１電極１３０や第２電極１５０は、例えばスパッタリングによって形成される薄膜である。第１電極１３０や第２電極１５０の材料としては、例えばＡｌ（アルミニウム）や、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）などの導電性の高い任意の材料を利用可能である。なお、第１電極１３０を１つの連続的な導電体層とする代わりに、第２電極１５０ａ〜１５０ｅと実質的に同じ平面形状を有する５つの導電体層に区分してもよい。なお、第２電極１５０ａ〜１５０ｅの間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）と、第１電極１３０及び第２電極１５０ａ〜１５０ｅと駆動回路との間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）とは、図１では図示が省略されている。

圧電体１４０は、第２電極１５０ａ〜１５０ｅと実質的に同じ平面形状を有する５つの圧電体層として形成されている。この代わりに、圧電体１４０を、第１電極１３０と実質的に同じ平面形状を有する１つの連続的な圧電体層として形成してもよい。第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０ａ〜１５０ｅとの積層構造によって、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅ（図１（Ａ））が構成される。

圧電体１４０は、例えばゾル−ゲル法やスパッタリング法によって形成される薄膜である。圧電体１４０の材料としては、ＡＢＯ_３型のペロブスカイト構造を採るセラミックスなど、圧電効果を示す任意の材料を利用可能である。ＡＢＯ_３型のペロブスカイト構造を採るセラミックスとしては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）、メタニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等を用いることが可能である。またセラミック以外の圧電効果を示す材料、例えばポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いることも可能である。圧電体１４０の厚みは、例えば５０ｎｍ（０．０５μｍ）以上２０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。この範囲の厚みを有する圧電体１４０の薄膜は、成膜プロセスを利用して容易に形成することができる。圧電体１４０の厚みを０．０５μｍ以上とすれば、圧電体１４０の伸縮に応じて十分に大きな力を発生することができる。また、圧電体１４０の厚みを２０μｍ以下とすれば、圧電駆動部１０を十分に小型化することができる。

図２は、振動板２００の平面図である。振動板２００は、長方形形状の振動体部２１０と、振動体部２１０の左右の長辺からそれぞれ３本ずつ延びる接続部２２０とを有しており、また、左右の３本の接続部２２０にそれぞれ接続された２つの取付部２３０を有している。なお、図２では、図示の便宜上、振動体部２１０にハッチングを付している。取付部２３０は、ネジ２４０によって他の部材に圧電駆動部１０を取り付けるために用いられる。振動板２００は、例えば、シリコン、シリコン化合物、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、銅、銅合金、鉄−ニッケル合金などの金属、金属酸化物、またはダイヤモンド等の材料で形成することが可能である。

振動体部２１０の上面（第１面）及び下面（第２面）には、圧電振動体１００（図１）がそれぞれ接着剤を用いて接着される。振動体部２１０の長さＬと幅Ｗの比は、Ｌ：Ｗ＝約７：２とすることが好ましい。この比は、振動体部２１０がその平面に沿って左右に屈曲する超音波振動（後述）を行うために好ましい値である。振動体部２１０の長さＬは、例えば０．１ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲とすることができ、幅Ｗは、例えば０．０５ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲とすることができる。なお、振動体部２１０が超音波振動を行うために、長さＬは５０ｍｍ以下とすることが好ましい。振動体部２１０の厚み（振動板２００の厚み）は、例えば２０μｍ以上７００μｍ以下の範囲とすることができる。振動体部２１０の厚みを２０μｍ以上とすれば、圧電振動体１００を支持するために十分な剛性を有するものとなる。また、振動体部２１０の厚みを７００μｍ以下とすれば、圧電振動体１００の変形に応じて十分に大きな変形を発生することができる。

振動板２００の２つの短辺には、接触部材２０が設けられている。接触部材２０は、被駆動体と接触して、被駆動体に力を与えるための部材である。接触部材２０は、セラミックス（例えばＡｌ_２Ｏ_３）などの耐久性がある材料で形成することが好ましい。

図３は、圧電駆動部１０と駆動回路３００の電気的接続状態を示す説明図である。５つの第２電極１５０ａ〜１５０ｅのうちで、対角にある一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄが配線１５１を介して互いに電気的に接続され、他の対角の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃも配線１５２を介して互いに電気的に接続されている。これらの配線１５１，１５２は成膜処理によって形成しても良く、或いは、ワイヤ状の配線によって実現してもよい。図３の右側にある３つの第２電極１５０ｂ，１５０ｅ，１５０ｄと、第１電極１３０（図１）は、配線３１０，３１２，３１４，３２０を介して駆動回路３００に電気的に接続されている。駆動回路３００は、一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄと第１電極１３０との間に周期的に変化する交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、圧電駆動部１０を超音波振動させて、接触部材２０に接触する被駆動体を所定の方向に移動させることが可能である。ここで、「脈流電圧」とは、交流電圧にＤＣオフセットを付加した電圧を意味し、その電圧（電界）の向きは、一方の電極から他方の電極に向かう一方向である。また、他の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃと第１電極１３０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、接触部材２０に接触する被駆動部材ーを逆方向に移動させることが可能である。このような電圧の印加は、振動板２００の両面に設けられた２つの圧電振動体１００に同時に行われる。なお、図３に示した配線１５１，１５２，３１０，３１２，３１４，３２０を構成する配線（又は配線層及び絶縁層）は、図１では図示が省略されている。

図４は、圧電駆動部１０の屈曲振動の例を示す説明図である。圧電駆動部１０の接触部材２０は、被駆動体５０と接触している。図４に示す例では、駆動回路３００（図３）は、第１の対角に配置された一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄと第１電極１３０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加しており、圧電素子１１０ａ，１１０ｄは図４の矢印ｘの方向に伸縮する。これに応じて、圧電駆動部１０の振動体部２１０は、図４（Ａ）に示す蛇行していないまっすぐな形状と、図４（Ｂ）に示す振動体部２１０の平面内で屈曲して蛇行形状（Ｓ字形状）に交互に変形し、接触部材２０の先端が矢印ｙの向きに楕円運動する。その結果、被駆動体５０は、第１の方向ｚ（図４では下方向）に移動する。本実施形態では、振動体部２１０は、図４（Ａ）に示すような蛇行していないまっすぐな形状と、図４（Ｂ）に示すような振動体部２１０の平面内で屈曲して蛇行形状（Ｓ字形状）と、に交互に変形することを屈曲振動と呼ぶ。図２で説明した振動板２００の３つの接続部２２０（図２）は、このような振動体部２１０の振動の節（ふし）の位置に設けられている。なお、駆動回路３００が、第１の対角とは異なる第２の対角に配置された他の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃと第１電極１３０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加する場合には、被駆動部材５０は逆方向（第２の方向（図４では上方向））に移動する。なお、屈曲振動では、時計回り時に駆動される２つの圧電素子１１０ａ，１１０ｄは、振動体部２１０（あるいは圧電振動体１００）の中心２０５に対して点対称位置にあり、反時計回り時に駆動される２つの圧電素子１１０ｂ，１１０ｃは、振動体部２１０（あるいは圧電振動体１００）の中心２０５に対して点対称位置にある。中央の第２電極１５０ｅに、一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄ（又は他の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃ）と同じ電圧を印加すれば、圧電駆動部１０が長手方向に伸縮するので、接触部材２０から被駆動体５０に与える力をより大きくすることが可能である。なお、駆動回路３００が屈曲振動時に駆動する圧電素子は、点対称位置になくてもよく、例えば、中心２０５に対して偏った位置にあっても良い。なお、圧電駆動部１０（又は圧電振動体１００）のこのような動作については、上記先行技術文献１（特開２００４−３２０９７９号公報、又は、対応する米国特許第７２２４１０２号）に記載されており、その開示内容は参照により組み込まれる。

・第１の実施形態：
図５は、第１の実施形態の圧電駆動装置１０００を示す説明図である。圧電駆動装置１０００は、第１部材６０と第２部材６１と、圧電駆動部１０とを備える。圧電駆動部１０は、請求項の第１圧電駆動部に対応する。第１部材６０と第２部材６１とは、略長方形の板状部材であり、それぞれ圧電駆動部１０の２つの接触部材２０ａ、２０ｂとそれぞれ接触可能なように、圧電駆動部１０を挟んでいる。接触部材２０ａは、請求項の第１接触部材に対応し、接触部材２０ｂは、第２接触部材に対応し、振動板２００（図１）に設けられている。なお、第１圧電駆動部の振動板を第１振動板と呼ぶ。第１部材６０と第２部材６１は、圧電駆動部１０の方向に押圧されている。第１部材６０は、移動しないように固定されている。第１部材６０と第２部材６１とは接続されておらず、分離されている。

圧電駆動部１０が屈曲振動すると、図４で説明したように、圧電駆動部１０は、第１部材６０を、例えば図５の左方向に移動させようとする。しかし、上述したように、第１部材６０は、移動しないように固定されているので、圧電駆動部１０が第１部材６０に対して図５の右方向（第１方向）に移動する。また、圧電駆動部１０が屈曲振動すると、圧電駆動部１０は、第２部材６１を、例えば図５の右方向に移動させようとする。その結果、第２部材６１は、第１部材６０に対して、圧電駆動部１０よりも速く移動する。具体的には、第１部材６０に対して圧電駆動部１０は、移動速度ｖで移動し、第２部材６１は、第１部材６０に対して移動速度２ｖで移動する。

仮に圧電駆動装置が第１部材６０を備えない場合、圧電駆動部１０の移動速度は０であり、第２部材６１の移動速度はｖである。従って、圧電駆動部１０の駆動信号の周波数を上げる、あるいは、振幅を大きくする、あるいは増速ギアを設けなければ第２部材６１の移動速度を上げることが出来なかった。これに対し第１の実施形態によれば、第２部材６１の移動速度を大きく出来る。また、増速ギアは不要である。

・第２の実施形態：
図６は、第２の実施形態の圧電駆動装置１０００ｓを示す説明図である。第１の実施形態の圧電駆動装置１０００との違いは、第１の実施形態の圧電駆動装置１０００では、第１部材６０が固定されているが、第２の実施形態の圧電駆動装置１０００ｓでは、圧電駆動部１０が固定されている点である。その他については同じである。

第２の実施形態によれば、圧電駆動部１０は、第１部材６０を、例えば図５の左方向に移動させ、第２部材６１を図５の右方向に移動させる。したがって、１つの圧電駆動部１０で第１部材６０と第２部材６１をそれぞれ異なる方向に移動させることが出来る。なお、第２の実施形態においても、第１部材６０を基準とすれば、圧電駆動部１０は、第１部材６０に対して右方向（第１方向）に移動可能である。本明細書においては、「圧電駆動部１０が第１部材６０に対して移動可能」という文言は、第１の実施形態のように圧電駆動部１０が実際に移動する場合と、第２の実施形態のように圧電駆動部１０は停止しているが、第１部材６０が移動するので、圧電駆動部１０が第１部材６０に対して相対的に移動すると見なせる場合の両方を包含している。

・第３の実施形態：
図７は、第３の実施形態の圧電駆動装置１０００ｔを示す説明図である。圧電駆動装置１０００ｔは、第１部材６０と第２部材６１と第３部材６２と、圧電駆動部１０、１１とを備える。圧電駆動部１０は、求項の第１圧電駆動部に対応し、圧電駆動部１１は、第２圧電駆動部に対応する。第１部材６０と第２部材６１とは、それぞれ圧電駆動部１０の構成は、第１の実施形態と同じである。第２部材６１と第３部材６２とは、それぞれ圧電駆動部１１の２つの接触部材２０ｃ、２０ｄとそれぞれ接触可能なように、圧電駆動部１１を挟んでいる。接触部材２０ｃは、請求項の第３接触部材に対応し、接触部材２０ｄは、第４接触部材に対応し、振動板２００（図１）に設けられている。なお、第２圧電駆動部１１の振動板を第２振動板と呼ぶ。第１部材６０は、圧電駆動部１０の方向に押圧され、第３部材６２は、圧電駆動部１１の方向に押圧されている。第１部材６０は、移動しないように固定されている。第１部材６０と第２部材６１と第３部材６２とは、互いに接続されておらず、分離されている。

第１部材６０と第２部材６１と圧電駆動部１０の動作については、第１の実施形態と同様である。すなわち、第１部材６０に対して圧電駆動部１０は、右方向（第１方向）に移動速度ｖ１で移動し、第２部材６１は、第１部材６０に対して右方向（第１方向）に移動速度２ｖ１で移動する。また、圧電駆動部１１は、第２部材６１に対して右方向に移動速度ｖ２で移動する。したがって、第１部材６０に対する第３部材６２の移動速度は、２ｖ１＋２ｖ２となる。なお、２つの圧電駆動部１０、１１の移動速度ｖ１、ｖ２は、同じでも良く、異なっていても良い。第３の実施形態の圧電駆動装置１０００ｔによれば、第３部材６２の移動速度をさらに速くすることができる。

・第４の実施形態：
図８は、第４の実施形態の圧電駆動装置１０００ｕを示す説明図である。第３の実施形態の圧電駆動装置１０００ｔとの違いは、第３の実施形態の圧電駆動装置１０００ｔでは、第１部材６０が固定されているが、第３の実施形態の圧電駆動装置１０００ｕでは、第３部材６２も固定されている点である。また、圧電駆動部１１と第３部材６２との間の相対的移動方向が、圧電駆動部１０と第１部材６０との間の相対的移動方向と逆である点が異なっている。

第１部材６０と第２部材６１と圧電駆動部１０の動作については、第１の実施形態と同様である。すなわち、第１部材６０に対して圧電駆動部１０は、移動速度ｖで例えば図の右方向に移動し、第２部材６１は、第１部材６０に対して図の右方向に、移動速度２ｖで移動する。第２部材６１と第３部材６２と圧電駆動部１１の動作については、第３部材６２に対して圧電駆動部１１は、移動速度ｖで例えば図の右方向に移動し、第２部材６１は、第３部材６２に対して図の右方向に、移動速度２ｖで移動する。この場合、第２部材６１の速度は合成されないが、第２部材６１を図面の右に移動させる力は、２倍の２ｐとなる。以上、第４の実施形態によれば、第２部材６１を移動させる力を２倍に出来る。

・第５の実施形態：
図９は、第５の実施形態の圧電駆動装置１０００ｖを示す説明図である。第５の実施形態の圧電駆動装置１０００ｖは、第１部材７０と第２部材７１と、圧電駆動部１０と、レール７２を備える。第１部材７０と第２部材７１は、円板形状を有しており、それぞれ圧電駆動部１０の２つの接触部材２０とそれぞれ接触するように、圧電駆動部１０を挟んでいる。第１部材７０は、固定されており回転しないが、第２部材７１は、固定されておらず、第２部材７１の中心軸の軸７３周りに回転可能である。レール７２は、円筒形の部材であり第１部材７０に固定されている。レール７２の中心は、軸７３と一致している。レール７２の内側には、圧電駆動部１０が配置されている。

圧電駆動部１０が屈曲振動すると、第１の実施形態と同様に、圧電駆動部１０が移動する。このとき、圧電駆動部１０は、レール７２によって移動方向が規制され、レール７２に沿った円形の軌跡に沿って第１の方向（図面では、反時計回り方向）に円軌道で移動する。第２部材７１は、第１の実施形態と同様に、圧電駆動部１０に対して第１の方向（反時計回り方向）に移動する。すなわち、第２部材７１は、軸７３を中心として、回転運動する。圧電駆動部１０の回転の角速度をωとすると、第２部材７１の回転の角速度は２ωとなる。以上、第５の実施形態によれば、第２部材７１の回転の角速度を大きく出来る。

・圧電駆動装置の他の実施形態：
図１０は、本発明の他の実施形態としての圧電駆動部１０ａの断面図であり、第１実施形態の図１（Ｂ）に対応する図である。この圧電駆動部１０ａでは、圧電振動体１００が、図１（Ｂ）とは上下を逆にした状態で振動板２００に配置されている。すなわち、ここでは、第２電極１５０が振動板２００に近く、基板１２０が振動板２００から最も遠くなるように配置されている。なお、図１０においても、図１（Ｂ）と同様に、第２電極１５０ａ〜１５０ｅの間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）と、第１電極１３０及び第２電極１５０ａ〜１５０ｅと駆動回路との間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）とは、図示が省略されている。この圧電駆動部１０ａも、第１実施形態と同様な効果を達成することができる。第２の実施形態と同様に、圧電振動体１００の基板１２０を振動板２００より突出させても良く、接触部材の形状を第３の実施形態と同様の形状としても良い。

図１１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の更に他の実施形態としての圧電駆動部１０ｂの平面図であり、第１実施形態の図１（Ａ）に対応する図である。図１１（Ａ）、（Ｂ）では、図示の便宜上、振動板２００の接続部２２０や取付部２３０は図示が省略されている。図１１（Ａ）の圧電駆動部１０ｂでは、一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃが省略されている。この圧電駆動部１０ｂも、図４に示すような１つの方向ｚに被駆動部材５０を移動させることが可能である。なお、図１１（Ａ）の３つの第２電極１５０ａ，１５０ｅ，１５０ｄには同じ電圧が印加されるので、これらの３つの第２電極１５０ａ，１５０ｅ，１５０ｄを、連続する１つの電極層として形成してもよい。

図１１（Ｂ）は、本発明の更に他の実施形態としての圧電駆動部１０ｃの平面図である。この圧電駆動部１０ｃでは、図１（Ａ）の中央の第２電極１５０ｅが省略されており、他の４つの第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄが図１（Ａ）よりも大きな面積に形成されている。この圧電駆動部１０ｃも、第１実施形態とほぼ同様な効果を達成することができる。

図１及び図１１（Ａ）、（Ｂ）から理解できるように、圧電振動体１００の第２電極１５０としては、少なくとも１つの電極層を設けることができる。但し、図１及び図１１（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態のように、長方形の圧電振動体１００の対角の位置に第２電極１５０を設けるようにすれば、圧電振動体１００及び振動板２００を、その平面内で屈曲する蛇行形状に変形させることが可能である点で好ましい。

・圧電駆動装置を用いた装置の実施形態：
上述した圧電駆動部１０は、共振を利用することで被駆動体に対して大きな力を与えることができるものであり、各種の装置に適用可能である。圧電駆動部１０は、例えば、ロボット（電子部品搬送装置（ＩＣハンドラー）も含む）、時計のカレンダー送り装置、印刷装置（例えば紙送り機構。ただし、ヘッドに利用される圧電駆動装置では、振動板を共振させないので、ヘッドには適用不可である。）等の各種の機器における駆動装置として用いることが出来る。以下、代表的な実施の形態について説明する。

図１２は、上述の圧電駆動部１０を利用したロボット２０５０の一例を示す説明図である。ロボット２０５０は、複数本のリンク部２０１２（「リンク部材」とも呼ぶ）と、それらリンク部２０１２の間を回動又は屈曲可能な状態で接続する複数の関節部２０２０とを備えたアーム２０１０（「腕部」とも呼ぶ）を有している。それぞれの関節部２０２０には、上述した圧電駆動部１０が内蔵されており、圧電駆動部１０を用いて関節部２０２０を任意の角度だけ回動又は屈曲させることが可能である。アーム２０１０の先端には、ロボットハンド２０００が接続されている。ロボットハンド２０００は、一対の把持部２００３を備えている。ロボットハンド２０００にも圧電駆動部１０が内蔵されており、圧電駆動部１０を用いて把持部２００３を開閉して物を把持することが可能である。また、ロボットハンド２０００とアーム２０１０との間にも圧電駆動部１０が設けられており、圧電駆動部１０を用いてロボットハンド２０００をアーム２０１０に対して回転させることも可能である。

図１３は、図１１に示したロボット２０５０の手首部分の説明図である。手首の関節部２０２０は、手首回動部２０２２を挟持しており、手首回動部２０２２に手首のリンク部２０１２が、手首回動部２０２２の中心軸Ｏ周りに回動可能に取り付けられている。手首回動部２０２２は、圧電駆動部１０を備えており、圧電駆動部１０は、手首のリンク部２０１２及びロボットハンド２０００を中心軸Ｏ周りに回動させる。ロボットハンド２０００には、複数の把持部２００３が立設されている。把持部２００３の基端部はロボットハンド２０００内で移動可能となっており、この把持部２００３の根元の部分に圧電駆動部１０が搭載されている。このため、圧電駆動部１０を動作させることで、把持部２００３を移動させて対象物を把持することができる。

なお、ロボットとしては、単腕のロボットに限らず、腕の数が２以上の多腕ロボットにも圧電駆動部１０を適用可能である。ここで、手首の関節部２０２０やロボットハンド２０００の内部には、圧電駆動部１０の他に、力覚センサーやジャイロセンサー等の各種装置に電力を供給する電力線や、信号を伝達する信号線等が含まれ、非常に多くの配線が必要になる。従って、関節部２０２０やロボットハンド２０００の内部に配線を配置することは非常に困難だった。しかしながら、上述した実施形態の圧電駆動部１０は、通常の電動モーターや、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流を小さくできるので、関節部２０２０（特に、アーム２０１０の先端の関節部）やロボットハンド２０００のような小さな空間でも配線を配置することが可能になる。

・変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

・変形例１：
上記実施形態では、基板１２０の上に第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０とが形成されていたが、基板１２０を省略して、振動板２００の上に第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０とを形成するようにしてもよい。

・変形例２：
上記実施形態では、振動板２００の両面にそれぞれ１つの圧電振動体１００を設けていたが、圧電振動体１００の一方を省略することも可能である。但し、振動板２００の両面にそれぞれ圧電振動体１００を設けるようにすれば、振動板２００をその平面内で屈曲した蛇行形状に変形させることがより容易である点で好ましい。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０、１０ａ〜１０ｃ、１１…圧電駆動部 ２０、２０ａ〜２０ｄ…接触部材
５０…被駆動体 ６０…第１部材 ６１…第２部材 ６２…第３部材 ７０…第１部材 ７１…第２部材 ７２…レール ７３…軸 １００…圧電振動体 １１０ａ、１００ｂ…圧電素子 １２０…基板 １３０…第１電極 １４０…圧電体 １５０、１５０ａ〜１５０ｅ…第２電極 １５１、１５２…配線 ２００…振動板 ２０５…中心 ２１０…振動体部 ２１１…第１面 ２１２…第２面 ２２０…接続部 ２３０…取付部 ２４０…ネジ ３００…駆動回路 ３１０…配線 １０００、１０００ｓ〜１０００ｖ…圧電駆動装置 ２０００…ロボットハンド ２００３…把持部 ２０１０…アーム ２０１２…リンク部 ２０２０…関節部 ２０２２…手首回動部 ２０５０…ロボット ｖ、ｖ１、ｖ２…移動速度 ｘ…矢印 ｙ…矢印 ｚ…方向 ω…角速度

Claims (6)

1. 第１部材と、
   第１方向に移動可能な第２部材と、
   前記第１部材と前記第２部材との間に配置され、前記第１部材に対して前記第１方向に移動可能な第１圧電駆動部と、を備え、
   前記第１圧電駆動部は、
   第１振動板と、
   前記第１振動板に設けられ、前記第１部材と接触可能な第１接触部材と、
   前記第１振動板に設けられ、前記第２部材と接触可能な第２接触部材と、を有する、圧電駆動装置。
2. 請求項１に記載の圧電駆動装置であって、
   前記第１部材は固定されている、圧電駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の圧電駆動装置であって、
   第３部材と、
   前記第２部材と前記第３部材との間に配置され、前記第２部材に対して前記第１方向または前記第１方向と逆の方向に移動可能な第２圧電駆動部と、を備え、
   前記第２圧電駆動部は、
   第２振動板と、
   前記第２振動板に設けられ、前記第２部材と接触可能な第３接触部材と、
   前記第２振動板に設けられ、前記第３部材と接触可能な第４接触部材と、を有する、圧電駆動装置。
4. 請求項３に記載の圧電駆動装置であって、
   前記第３部材は固定されている、
   圧電駆動装置。
5. 複数のリンク部と、
   前記複数のリンク部を接続する関節部と、
   前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電駆動装置と、
   を備えるロボット。
6. 請求項５に記載のロボットの駆動方法であって、
   前記第１圧電駆動部は、前記第１振動板に設けられた圧電振動体を有し、
   前記圧電振動体に周期的に変化する電圧を印加することで前記圧電駆動装置を駆動し、前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる、ロボットの駆動方法。

Images