JP2016178711A - Piezoelectric drive device, robot, and method of driving the robot - Google Patents

Piezoelectric drive device, robot, and method of driving the robot Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent excessively strong braking from being applied to a driven body.SOLUTION: A piezoelectric drive device comprises: a piezoelectric drive part for driving a driven body; and a drive circuit for driving the piezoelectric drive part. The piezoelectric drive part comprises: a piezoelectric vibrator having a first piezoelectric element and a second piezoelectric element; and a contact part contacted with the driven body. In the piezoelectric vibrator, at least a part of the first piezoelectric element is arranged at one side with respect to a center line along a longitudinal direction of the piezoelectric vibrator, and at least a part of the second piezoelectric element is arranged at the other side with respect to the center line. The drive circuit, at least at one of a stop or a braking of the driven body, supplies to the first piezoelectric element a first drive signal whose voltage is periodically changed in a predetermined cycle, and supplies to the second piezoelectric element a second drive signal whose voltage is periodically changed in a predetermined cycle having a different phase from the first drive signal, and thereby, makes the contact part vibrate in a width direction crossing the longitudinal direction.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、圧電駆動装置、ロボット及びその駆動方法に関する。   The present invention relates to a piezoelectric driving device, a robot, and a driving method thereof.

圧電素子によって振動体を振動させて被駆動体を駆動する圧電アクチュエーター(圧電駆動装置)として、例えば、特許文献1に記載の圧電駆動装置が知られている。この圧電駆動装置では、圧電素子への交流電圧の印加によって、振動体を長さ方向に伸縮させる伸縮振動(「縦振動」ともいう)と、振動体を幅方向に屈曲させる屈曲振動とによって、振動体に設けられた当接部を、略楕円の軌道を描くように運動させ、この楕円運動(「楕円振動」ともいう)に応じて当接部を被駆動体に当接させて被駆動体を駆動している。   As a piezoelectric actuator (piezoelectric driving device) that drives a driven body by vibrating a vibrating body by a piezoelectric element, for example, a piezoelectric driving device described in Patent Document 1 is known. In this piezoelectric driving device, by applying an alternating voltage to the piezoelectric element, stretching vibration that expands and contracts the vibrating body in the length direction (also referred to as “longitudinal vibration”), and bending vibration that causes the vibrating body to bend in the width direction, The abutting portion provided on the vibrating body is moved so as to draw a substantially elliptical trajectory, and the abutting portion is brought into contact with the driven body according to the elliptical motion (also referred to as “elliptical vibration”) to be driven. Driving the body.

特開2013−13218号公報JP2013-13218A

圧電駆動装置の圧電素子への交流電圧の印加を停止し、被駆動体の駆動を停止すると、圧電駆動装置(振動体)の振動が停止する。このとき、当接部と被駆動体との間に働く大きな摩擦力によって被駆動体に過度な制動力が働き、圧電駆動装置を用いる装置から異音が発生する場合や、圧電駆動装置を用いる装置が滑らかに動作できない場合があった。また、大きな摩擦力によって当接部と被駆動体との間に滑りが生じ、当接部や被駆動体に摩擦による劣化が生じて耐久性が低下する場合があった。また、被駆動体の駆動を停止して被駆動体の動きが停止した状態では、被駆動体を手動により動かすことが困難であった。   When the application of the AC voltage to the piezoelectric element of the piezoelectric driving device is stopped and the driving of the driven body is stopped, the vibration of the piezoelectric driving device (vibrating body) stops. At this time, excessive braking force acts on the driven body due to a large frictional force acting between the contact portion and the driven body, and abnormal noise is generated from the apparatus using the piezoelectric driving apparatus, or the piezoelectric driving apparatus is used. In some cases, the device could not operate smoothly. In addition, slippage may occur between the contact portion and the driven body due to a large frictional force, and the contact portion or the driven body may be deteriorated due to friction, resulting in a decrease in durability. Further, in a state where the drive of the driven body is stopped and the movement of the driven body is stopped, it is difficult to manually move the driven body.

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。   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.

(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、被駆動体を駆動する圧電駆動部と;前記圧電駆動部を駆動する駆動回路と;を備える。前記圧電駆動部は、第1の圧電素子及び第2の圧電素子を有する圧電振動体と;前記被駆動体に接触する接触部と;を備える。前記圧電振動体は、少なくとも前記第1の圧電素子の一部が、前記圧電振動体の長手方向に沿った中央線に対して片側の一方に配置されており;少なくとも前記第2の圧電素子の一部が、前記中央線に対して前記片側の他方に配置されている。前記駆動回路は、前記被駆動体の停止時または制動時の少なくとも一方において、前記第1の圧電素子には、所定の周期で周期的に電圧が変化する第1の駆動信号を供給し、前記第2の圧電素子には、前記第1の駆動信号とは異なる位相の前記所定の周期で周期的に電圧が変化する第2の駆動信号を供給することにより、前記接触部を前記長手方向に交わる幅方向に沿って振動させる。
この形態によれば、接触部が幅方向に沿って振動するので、被駆動体の制動時には、被駆動体と接触部との間に働く摩擦力が低減し、被駆動体に過度な制動力が働くことを抑制することができる。これにより、圧電駆動装置を用いる装置の制動を滑らかに行うことができ、圧電駆動装置を用いる装置から異音が発生することを抑制することができる。また、被駆動体の停止時において、被駆動体を手動により動かすことが可能である。
(1) According to one aspect of the present invention, a piezoelectric driving device is provided. The piezoelectric drive device includes a piezoelectric drive unit that drives a driven body; and a drive circuit that drives the piezoelectric drive unit. The piezoelectric driving unit includes a piezoelectric vibrating body having a first piezoelectric element and a second piezoelectric element; and a contact part that contacts the driven body. In the piezoelectric vibrator, at least a part of the first piezoelectric element is disposed on one side with respect to a center line along the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator; at least of the second piezoelectric element. A part is arranged on the other side of the one side with respect to the center line. The drive circuit supplies a first drive signal whose voltage periodically changes at a predetermined cycle to the first piezoelectric element when the driven body is stopped or braked. The second piezoelectric element is supplied with a second drive signal whose voltage periodically changes in the predetermined cycle with a phase different from that of the first drive signal, thereby moving the contact portion in the longitudinal direction. Vibrate along the intersecting width direction.
According to this aspect, since the contact portion vibrates along the width direction, when the driven body is braked, the frictional force acting between the driven body and the contact portion is reduced, and an excessive braking force is applied to the driven body. Can be prevented from working. As a result, braking of the device using the piezoelectric drive device can be performed smoothly, and generation of abnormal noise from the device using the piezoelectric drive device can be suppressed. Further, when the driven body is stopped, the driven body can be manually moved.

(2)上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電振動体は、前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とが前記中央線に対して対称位置に配置されているとしてもよい。
この形態によれば、被駆動体の制動時には、効果的に被駆動体と接触部との間に働く摩擦力が低減し、被駆動体に過度な制動力が働くことを抑制することができる。また、被駆動体の停止時において、被駆動体を手動により動かすことが可能である。
(2) In the piezoelectric driving device according to the aspect described above, the piezoelectric vibrating body may be configured such that the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are arranged symmetrically with respect to the center line.
According to this aspect, at the time of braking of the driven body, the frictional force acting between the driven body and the contact portion can be effectively reduced, and an excessive braking force can be prevented from acting on the driven body. . Further, when the driven body is stopped, the driven body can be manually moved.

(3)上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電振動体は、前記片側の一方に、前記長手方向に沿って前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子が配置されており、前記片側の他方に、前記長手方向に沿って前記第2の圧電素子と前記第1の圧電素子が配置されているとしてもよい。
この形態によれば、被駆動体の制動時には、さらに効果的に被駆動体と接触部との間に働く摩擦力が低減し、被駆動体に過度な制動力が働くことを抑制することができる。また、被駆動体の停止時において、被駆動体を手動により動かすことが可能である。
(3) In the piezoelectric driving device according to the above aspect, the piezoelectric vibrating body includes the first piezoelectric element and the second piezoelectric element arranged along the longitudinal direction on one side of the one side. On the other hand, the second piezoelectric element and the first piezoelectric element may be arranged along the longitudinal direction.
According to this aspect, at the time of braking of the driven body, the frictional force acting between the driven body and the contact portion is more effectively reduced, and it is possible to suppress the excessive braking force from acting on the driven body. it can. Further, when the driven body is stopped, the driven body can be manually moved.

(4)上記形態の圧電駆動装置において、前記駆動回路は、前記第1の駆動信号の電圧の振幅と前記第2の駆動信号の電圧の振幅と前記位相の差とのうち少なくとも一つを変化させる調整回路を含むこととしてもよい。
この形態によれば、例えば、第1の駆動信号と第2の駆動信号との位相差や振幅、DCオフセット等を調整することにより、第1の圧電素子と第2の圧電素子の特性差の補償や、圧電駆動部の組み付位置の位置ズレの補償等を行うことができる。また、振動の中立点を調整することができる。
(4) In the piezoelectric drive device according to the above aspect, the drive circuit changes at least one of a voltage amplitude of the first drive signal, a voltage amplitude of the second drive signal, and a phase difference. It is good also as including the adjustment circuit to make.
According to this aspect, for example, by adjusting the phase difference, amplitude, DC offset, and the like between the first drive signal and the second drive signal, the characteristic difference between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element can be reduced. Compensation, compensation for displacement of the assembly position of the piezoelectric drive unit, and the like can be performed. Moreover, the neutral point of vibration can be adjusted.

(5)上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電振動体は、さらに、前記中央線に沿った配置された第3の圧電素子を含み;前記駆動回路は、前記停止時または制動時の少なくとも一方において、a)前記第1の圧電素子に前記第1の駆動信号を供給するとともに、前記第2の圧電素子に前記第2の駆動信号の供給することにより、前記接触部を、前記幅方向に沿って振動させる屈曲振動と、b)前記第3の圧電素子に前記所定の周期で周期的に電圧が変化する第3の駆動信号を供給することにより、前記接触部を、前記長手方向に沿って振動させる縦振動と、のいずれか一方を、切り替え可能に実行することとしてもよい。
この形態によれば、被駆動体の停止時または制動時において、屈曲振動と縦振動を適宜切り替えて動作させることができる。
(5) In the piezoelectric driving device according to the above aspect, the piezoelectric vibrating body further includes a third piezoelectric element disposed along the center line; the driving circuit is at least one of the stop state and the brake state A) supplying the first drive signal to the first piezoelectric element and supplying the second drive signal to the second piezoelectric element, thereby moving the contact portion in the width direction. B) bending vibration to be oscillated along, and b) supplying a third drive signal whose voltage periodically changes at the predetermined period to the third piezoelectric element, thereby causing the contact portion to extend along the longitudinal direction. It is also possible to execute either one of the longitudinal vibration to vibrate in a switchable manner.
According to this aspect, when the driven body is stopped or braked, the bending vibration and the longitudinal vibration can be appropriately switched and operated.

(6)上記形態の圧電駆動装置において、前記駆動回路は、前記停止時または制動時の少なくとも一方において、a)前記第1の圧電素子に前記第1の駆動信号を供給するとともに、前記第2の圧電素子に前記第2の駆動信号の供給することにより、前記接触部を前記幅方向に沿って振動させる屈曲振動と、b)前記第1の圧電素子及び前記第2の圧電素子に前記所定の周期で周期的に電圧が変化する第3の駆動信号を供給することにより、前記接触部を前記長手方向に沿って振動させる縦振動と、のいずれか一方を、切り替え可能に実行することしてもよい。
この形態においても、被駆動体の停止時または制動時において、屈曲振動と縦振動を適宜切り替えて動作させることができる。
(6) In the piezoelectric drive device of the above aspect, the drive circuit supplies the first drive signal to the first piezoelectric element and at least one of the second drive at least one of the stop time and the brake time. Bending vibration that causes the contact portion to vibrate along the width direction by supplying the second driving signal to the piezoelectric element; and b) applying the predetermined force to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element. By supplying a third drive signal whose voltage periodically changes at a period of, it is possible to switch any one of the longitudinal vibration that vibrates the contact portion along the longitudinal direction. Also good.
Also in this form, when the driven body is stopped or braked, the bending vibration and the longitudinal vibration can be appropriately switched and operated.

(7)上記形態の圧電駆動装置において、前記接触部は、前記圧電振動体の長手方向に沿って配置される前記被駆動体に対して接触可能に設けられており;前記縦振動は、前記長手方向に沿って前記被駆動体と前記接触部とが接触及び非接触を繰り返す振動であり;前記第1の屈曲振動及び前記第2の屈曲振動は、それぞれ、前記長手方向に交わる方向に沿って前記被駆動体と前記接触部とが摺動お非摺動を繰り返す振動である;としてもよい。
この形態によれば、圧電振動体の長手方向に沿って配置される被駆動体に過度な制動力が働くことを抑制することができる。また、被駆動体の停止時において、被駆動体を手動により動かすことが可能である。
(7) In the piezoelectric driving device according to the aspect described above, the contact portion is provided so as to be able to contact the driven body disposed along the longitudinal direction of the piezoelectric vibrating body; A vibration in which the driven body and the contact portion repeat contact and non-contact along the longitudinal direction; the first bending vibration and the second bending vibration are each along a direction intersecting the longitudinal direction. The driven body and the contact portion may be vibrations that repeat sliding and non-sliding.
According to this aspect, it is possible to suppress an excessive braking force from acting on the driven body disposed along the longitudinal direction of the piezoelectric vibrating body. Further, when the driven body is stopped, the driven body can be manually moved.

(8)上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電振動体は振動板上に設けられていてもよい。 (8) In the piezoelectric drive device according to the above aspect, the piezoelectric vibrating body may be provided on a diaphragm.

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、電子部品搬送装置、送液ポンプ、投薬ポンプ等、様々な形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms. For example, in addition to a piezoelectric driving device, a driving method of the piezoelectric driving device, a manufacturing method of the piezoelectric driving device, a robot equipped with the piezoelectric driving device, and a piezoelectric driving device. It can be realized in various forms such as a driving method of a robot to be mounted, an electronic component conveying device, a liquid feeding pump, a medication pump, and the like.

第1実施形態としての圧電駆動装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the piezoelectric drive device as 1st Embodiment. 圧電駆動部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a piezoelectric drive part. 振動板の平面図である。It is a top view of a diaphragm. 圧電駆動部と駆動回路の電気的接続状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electrical connection state of a piezoelectric drive part and a drive circuit. 第1及び第2の屈曲駆動信号と縦駆動信号の波形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a waveform of the 1st and 2nd bending drive signal and a longitudinal drive signal. 交流駆動電圧SACの波形の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the waveform of alternating current drive voltage SAC. 圧電駆動部の縦振動動作を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the longitudinal vibration operation | movement of a piezoelectric drive part. 圧電駆動部の屈曲振動動作を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the bending vibration operation | movement of a piezoelectric drive part. 圧電駆動部の楕円振動動作を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the elliptical vibration operation | movement of a piezoelectric drive part. 図8の屈曲振動の振動方向について示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the vibration direction of the bending vibration of FIG. 第2実施形態の圧電駆動装置における圧電駆動部と駆動回路の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the piezoelectric drive part and drive circuit in the piezoelectric drive device of 2nd Embodiment. 圧電駆動部の楕円振動動作について示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the elliptical vibration operation | movement of a piezoelectric drive part. 圧電駆動部の屈曲振動動作について示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the bending vibration operation | movement of a piezoelectric drive part. 圧電駆動部の縦振動動作について示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the longitudinal vibration operation | movement of a piezoelectric drive part. 本発明の他の実施形態としての圧電駆動部の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric drive part as other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態としての圧電駆動部の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of the piezoelectric drive part as other embodiment of this invention. 圧電駆動装置を利用したロボットの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the robot using a piezoelectric drive device. ロボットの手首部分の説明図である。It is explanatory drawing of the wrist part of a robot. 圧電駆動装置を利用した送液ポンプの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the liquid feeding pump using a piezoelectric drive device.

A.第1実施形態の圧電駆動装置:
A1.圧電駆動装置の構成:
図1は、第1実施形態としての圧電駆動装置1000の概略構成を示すブロック図である。圧電駆動装置1000は、被駆動体(本例ではローター)50を駆動する圧電駆動部10と、圧電駆動部10を駆動する駆動回路300と、を備えている。
A. Piezoelectric drive device of the first embodiment:
A1. Piezoelectric drive configuration:
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a piezoelectric driving apparatus 1000 as the first embodiment. The piezoelectric drive device 1000 includes a piezoelectric drive unit 10 that drives a driven body (rotor in this example) 50 and a drive circuit 300 that drives the piezoelectric drive unit 10.

図2は、圧電駆動部10の概略構成図である。図2(A)は、圧電駆動部10の平面図であり、図2(B)はそのB−B断面図である。圧電駆動部10は、振動板200と、振動板200の両面(第1面211と第2面212)にそれぞれ配置された2つの圧電振動体100とを備える。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。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the piezoelectric driving unit 10. 2A is a plan view of the piezoelectric drive unit 10, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB. The piezoelectric drive unit 10 includes a vibration plate 200 and two piezoelectric vibration members 100 disposed on both surfaces (first surface 211 and second surface 212) of the vibration plate 200, respectively. The piezoelectric vibrating body 100 includes a substrate 120, a first electrode 130 formed on the substrate 120, a piezoelectric body 140 formed on the first electrode 130, and a second electrode formed on the piezoelectric body 140. An electrode 150. The first electrode 130 and the second electrode 150 sandwich the piezoelectric body 140. The two piezoelectric vibrators 100 are arranged symmetrically about the diaphragm 200. Since the two piezoelectric vibrators 100 have the same configuration, the configuration of the piezoelectric vibrator 100 on the upper side of the diaphragm 200 will be described below unless otherwise specified.

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,ZrOなどで形成することができる。Si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。 The substrate 120 of the piezoelectric vibrating body 100 is used as a substrate for forming the first electrode 130, the piezoelectric body 140, and the second electrode 150 by a film forming process. The substrate 120 also has a function as a diaphragm that performs mechanical vibration. The substrate 120 can be formed of, for example, Si, Al 2 O 3 , ZrO 2 or the like. As the Si substrate 120, for example, a Si wafer for semiconductor manufacturing can be used. In this embodiment, the planar shape of the substrate 120 is a rectangle. The thickness of the substrate 120 is preferably in the range of 10 μm to 100 μm, for example. If the thickness of the substrate 120 is 10 μm or more, the substrate 120 can be handled relatively easily during the film forming process on the substrate 120. If the thickness of the substrate 120 is 100 μm or less, the substrate 120 can be easily vibrated according to the expansion and contraction of the piezoelectric body 140 formed of a thin film.

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2(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2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2では図示が省略されている。   The first electrode 130 is formed as one continuous conductor layer formed on the substrate 120. On the other hand, as shown in FIG. 2A, the second electrode 150 is divided into five conductor layers 150a to 150e (also referred to as “second electrodes 150a to 150e”). The second electrode 150e at the center is formed in a rectangular shape covering almost the entire length of the substrate 120 at the center in the width direction of the substrate 120. The other four second electrodes 150 a, 150 b, 150 c, and 150 d have the same planar shape and are formed at the four corner positions of the substrate 120. In the example of FIG. 2, both the first electrode 130 and the second electrode 150 have a rectangular planar shape. The first electrode 130 and the second electrode 150 are thin films formed by sputtering, for example. As a material of the first electrode 130 and the second electrode 150, for example, any material having high conductivity such as Al (aluminum), Ni (nickel), Au (gold), Pt (platinum), Ir (iridium) or the like is used. Is available. Instead of the first electrode 130 being one continuous conductor layer, the first electrode 130 may be divided into five conductor layers having substantially the same planar shape as the second electrodes 150a to 150e. In addition, wiring (or wiring layer and insulating layer) for electrical connection between the second electrodes 150a to 150e, and electrical connection between the first electrode 130 and the second electrodes 150a to 150e and the drive circuit The wiring for the purpose (or the wiring layer and the insulating layer) is not shown in FIG.

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2(A))が構成される。5つの圧電素子110a〜110eのうちの4つの圧電素子110a〜110dは、第1の対角にある一対の圧電素子110a,110dと、第2の対角にある一対の圧電素子110b,110cとに区分され、これらは、圧電振動体100の長手方向に沿った中央線CXに対して、左右対称の位置関係にある。残りの圧電素子110eは、一対の圧電素子110a,110dと他の一対の圧電素子110b,110cに挟まれたて、中央線CXに沿って圧電振動体100の幅方向の中央位置にある。なお、以下では、一対の圧電素子110a,110dを「第1の圧電素子110a,110d」とも呼び、他の一対の圧電素子110b,110cを「第2の圧電素子110b,110c」とも呼ぶ。また、中央の圧電素子110eを「第3の圧電素子110e」とも呼ぶ。   The piezoelectric body 140 is formed as five piezoelectric layers having substantially the same planar shape as the second electrodes 150a to 150e. Alternatively, the piezoelectric body 140 may be formed as one continuous piezoelectric layer having substantially the same planar shape as the first electrode 130. Five piezoelectric elements 110a to 110e (FIG. 2A) are configured by a laminated structure of the first electrode 130, the piezoelectric body 140, and the second electrodes 150a to 150e. Of the five piezoelectric elements 110a to 110e, four piezoelectric elements 110a to 110d are a pair of piezoelectric elements 110a and 110d at a first diagonal, and a pair of piezoelectric elements 110b and 110c at a second diagonal. These are symmetric with respect to the center line CX along the longitudinal direction of the piezoelectric vibrating body 100. The remaining piezoelectric element 110e is sandwiched between the pair of piezoelectric elements 110a and 110d and the other pair of piezoelectric elements 110b and 110c, and is at the center position in the width direction of the piezoelectric vibrating body 100 along the center line CX. Hereinafter, the pair of piezoelectric elements 110a and 110d is also referred to as “first piezoelectric elements 110a and 110d”, and the other pair of piezoelectric elements 110b and 110c is also referred to as “second piezoelectric elements 110b and 110c”. The central piezoelectric element 110e is also referred to as “third piezoelectric element 110e”.

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、圧電振動体100(圧電駆動部10)を十分に小型化することができる。 The piezoelectric body 140 is a thin film formed by, for example, a sol-gel method or a sputtering method. As a material of the piezoelectric body 140, any material exhibiting a piezoelectric effect such as ceramics having an ABO 3 type perovskite structure can be used. Examples of ceramics having an ABO 3 type perovskite structure include lead zirconate titanate (PZT), barium titanate, lead titanate, potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, sodium tungstate, zinc oxide, titanium Barium strontium acid (BST), strontium bismuth tantalate (SBT), lead metaniobate, lead zinc niobate, lead scandium niobate, or the like can be used. It is also possible to use a material exhibiting a piezoelectric effect other than ceramic, such as polyvinylidene fluoride and quartz. The thickness of the piezoelectric body 140 is preferably in the range of, for example, 50 nm (0.05 μm) to 20 μm. A thin film of the piezoelectric body 140 having a thickness in this range can be easily formed using a film forming process. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 0.05 μm or more, a sufficiently large force can be generated according to the expansion and contraction of the piezoelectric body 140. Moreover, if the thickness of the piezoelectric body 140 is 20 μm or less, the piezoelectric vibrating body 100 (piezoelectric drive unit 10) can be sufficiently downsized.

図3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。   FIG. 3 is a plan view of the diaphragm 200. The diaphragm 200 has a rectangular-shaped vibrating body portion 210 and three connecting portions 220 that extend from the left and right long sides of the vibrating body portion 210, respectively. Two attachment portions 230 are connected to each other. In FIG. 2, the vibrating body portion 210 is hatched for convenience of illustration. The attaching part 230 is used for attaching the piezoelectric driving part 10 to another member with a screw 240. The diaphragm 200 is formed of a material such as silicon, silicon compound, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, titanium, titanium alloy, copper, copper alloy, iron-nickel alloy or the like, metal oxide, or diamond. It is possible.

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2)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。   The piezoelectric vibrating body 100 (FIG. 2) is bonded to the upper surface (first surface) and the lower surface (second surface) of the vibrating body portion 210 using an adhesive. The ratio of the length L to the width W of the vibrating body part 210 is preferably L: W = about 7: 2. This ratio is a preferable value for performing ultrasonic vibration (described later) in which the vibrating body portion 210 bends left and right along the plane. The length L of the vibrating body portion 210 can be set in a range of 0.1 mm to 30 mm, for example, and the width W can be set in a range of 0.05 mm to 8 mm, for example. In addition, in order for the vibrating body part 210 to perform ultrasonic vibration, the length L is preferably set to 50 mm or less. The thickness of the vibrating body part 210 (thickness of the vibration plate 200) can be in the range of 20 μm to 700 μm, for example. If the thickness of the vibrating body portion 210 is 20 μm or more, the vibrating body portion 210 has sufficient rigidity to support the piezoelectric vibrating body 100. Further, if the thickness of the vibrating body portion 210 is 700 μm or less, a sufficiently large deformation can be generated according to the deformation of the piezoelectric vibrating body 100.

振動板200の一方の短辺には、突起部20(「接触部」や「当接部」、「作用部」とも呼ぶ)が設けられている。突起部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。突起部20は、セラミックス(例えばSi,SiC,Al,Zr0)などの耐久性がある材料で形成することが好ましい。 On one short side of the diaphragm 200, a protrusion 20 (also referred to as “contact portion”, “contact portion”, or “action portion”) is provided. The protrusion 20 is a member that is in contact with the driven body and applies a force to the driven body. The protrusion 20 is preferably formed of a durable material such as ceramics (for example, Si, SiC, Al 2 O 3 , Zr0 2 ).

図4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。圧電駆動部10の5つの第2電極150a〜150eのうちで、第1の対角にある一対の第1の圧電素子110a,110d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、他の第2の対角の一対の第2の圧電素子110b,110c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4の右側にある3つの第2電極150b,150e,150dと、第1電極130(図2)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。なお、図4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2では図示が省略されている。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing an electrical connection state between the piezoelectric drive unit 10 and the drive circuit 300. Among the five second electrodes 150 a to 150 e of the piezoelectric driving unit 10, the second electrodes 150 a and 150 d of the pair of first piezoelectric elements 110 a and 110 d at the first diagonal are electrically connected to each other via the wiring 151. The second electrodes 150b and 150c of the pair of second piezoelectric elements 110b and 110c of the other second diagonal are also electrically connected to each other via the wiring 152. These wirings 151 and 152 may be formed by a film forming process, or may be realized by wire-like wiring. The three second electrodes 150b, 150e, and 150d on the right side of FIG. 4 and the first electrode 130 (FIG. 2) are electrically connected to the drive circuit 300 via wirings 310, 312, 314, and 320. . Note that the wirings (or wiring layers and insulating layers) constituting the wirings 151, 152, 310, 312, 314, and 320 shown in FIG. 4 are not shown in FIG.

圧電駆動回路300は、交流駆動電圧発生回路332と、屈曲振動駆動回路334と、縦振動駆動回路336と、駆動選択回路338とを含んでいる。交流駆動電圧発生回路332は、接地電位に対してプラス側とマイナス側に変動する交流駆動電圧SACを発生する。この交流駆動電圧SACは、圧電駆動部10の機械的な共振周波数に近い周波数の電圧信号であることが好ましい。   The piezoelectric drive circuit 300 includes an AC drive voltage generation circuit 332, a bending vibration drive circuit 334, a longitudinal vibration drive circuit 336, and a drive selection circuit 338. The AC drive voltage generation circuit 332 generates an AC drive voltage SAC that varies between a plus side and a minus side with respect to the ground potential. The AC drive voltage SAC is preferably a voltage signal having a frequency close to the mechanical resonance frequency of the piezoelectric drive unit 10.

駆動選択回路338は、第1の選択回路SW1及び第2の選択回路SW2により、交流駆動電圧SACを、屈曲振動駆動回路334と縦振動駆動回路336の少なくとも一方に供給する。具体的には、屈曲振動駆動回路334のみを動作させる場合には、第1の選択回路SW1を選択(ON)とし、第2の選択回路SW2を非選択(OFF)として、屈曲振動駆動回路334にのみ交流駆動電圧SACを供給する。縦振動駆動回路336のみを動作させる場合には、第1の選択回路SW1を非選択(OFF)とし、第2の選択回路SW2を選択(ON)として、縦振動駆動回路336にのみ交流駆動電圧SACを供給する。屈曲振動駆動回路334及び縦振動駆動回路336を動作させる場合には第1及び第2の選択回路SW1,SW2を選択(ON)として、両方の駆動回路334,336に交流駆動電圧SACを供給する。   The drive selection circuit 338 supplies the AC drive voltage SAC to at least one of the bending vibration drive circuit 334 and the longitudinal vibration drive circuit 336 by the first selection circuit SW1 and the second selection circuit SW2. Specifically, when only the bending vibration driving circuit 334 is operated, the first selection circuit SW1 is selected (ON), the second selection circuit SW2 is not selected (OFF), and the bending vibration driving circuit 334 is operated. The AC drive voltage SAC is supplied only to. When only the longitudinal vibration drive circuit 336 is operated, the first selection circuit SW1 is not selected (OFF), the second selection circuit SW2 is selected (ON), and the AC drive voltage is applied only to the longitudinal vibration drive circuit 336. Supply SAC. When the bending vibration driving circuit 334 and the longitudinal vibration driving circuit 336 are operated, the first and second selection circuits SW1 and SW2 are selected (ON), and the AC driving voltage SAC is supplied to both the driving circuits 334 and 336. .

屈曲振動駆動回路334は、交流駆動電圧SACに基づいて交流電圧または脈流電圧の2つの屈曲駆動信号SBa,SBbを生成する。屈曲振動駆動回路334は、第1の屈曲駆動信号SBaを一対の第1の圧電素子110a,110dの第2電極150a,150dに配線314を介して供給し、第2の屈曲駆動信号SBbを他の一対の第2の圧電素子110b,110cの第2電極150b,150cに配線310を介して供給する。なお、駆動回路300は、接地電位と同電位の電圧を基準電圧信号SCとして第1電極130に配線320を介して供給する。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。   The bending vibration drive circuit 334 generates two bending drive signals SBa and SBb of an AC voltage or a pulsating voltage based on the AC drive voltage SAC. The bending vibration driving circuit 334 supplies the first bending driving signal SBa to the second electrodes 150a and 150d of the pair of first piezoelectric elements 110a and 110d via the wiring 314, and the second bending driving signal SBb. The second electrodes 150b and 150c of the pair of second piezoelectric elements 110b and 110c are supplied via a wiring 310. Note that the drive circuit 300 supplies a voltage having the same potential as the ground potential to the first electrode 130 via the wiring 320 as the reference voltage signal SC. Here, the pulsating voltage means a voltage obtained by adding a DC offset to an AC voltage, and the direction of the voltage (electric field) is one direction from one electrode to the other electrode.

縦振動駆動回路336は、交流駆動電圧SACに基づいて交流または脈流の縦駆動信号SSVを生成し、中央の第3の圧電素子110eの第2電極150eに配線312を介して供給する。   The longitudinal vibration drive circuit 336 generates an alternating current or pulsating longitudinal drive signal SSV based on the alternating current drive voltage SAC, and supplies the vertical drive signal SSV to the second electrode 150e of the third piezoelectric element 110e at the center via the wiring 312.

図5は、第1及び第2の屈曲駆動信号SBa,SBbと縦駆動信号SSVの波形例を示す説明図である。第1及び第2の屈曲駆動信号SBa,SBbと縦駆動振動SSVは、基準電圧Vcが接地電位(0V)であって、交流駆動電圧SACの周波数に対応する所定の周期で周期的に変化する交流電圧の信号を例として示している。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing waveform examples of the first and second bending drive signals SBa and SBb and the vertical drive signal SSV. The first and second bending drive signals SBa and SBb and the longitudinal drive vibration SSV periodically change at a predetermined cycle corresponding to the frequency of the AC drive voltage SAC when the reference voltage Vc is the ground potential (0 V). An AC voltage signal is shown as an example.

図5(A)に示すように、第2の屈曲駆動信号SBbは、第1の屈曲駆動信号SBaに対して180度位相が遅れた交流電圧の信号であり、第2の屈曲駆動信号SBbの電圧は、第1の屈曲駆動信号SBaの符号を、基準電圧Vcを中心として反転させた電圧に等しい。なお、以下では、第1の屈曲駆動信号SBaの電圧をSBaとも表し第2の屈曲駆動信号SBbの電圧をSBb=−SBaとも表す。   As shown in FIG. 5A, the second bending drive signal SBb is an AC voltage signal delayed by 180 degrees in phase with respect to the first bending drive signal SBa, and the second bending drive signal SBb The voltage is equal to a voltage obtained by inverting the sign of the first bending drive signal SBa around the reference voltage Vc. Hereinafter, the voltage of the first bending drive signal SBa is also expressed as SBa, and the voltage of the second bending drive signal SBb is also expressed as SBb = −SBa.

図5(B)に示すように、縦駆動信号SSVは、縦振動駆動回路336に含まれる不図示の位相調整回路によって、第1の屈曲駆動信号SBa及び第2の屈曲駆動信号SBbに対して位相が調整された信号である。図の例では、第1の屈曲駆動信号SBaに対して90度位相が進み、第2の屈曲駆動信号SBbに対して90度位相が遅れた状態を示している。縦駆動信号SSVは、例えば、第1の屈曲駆動信号SBa及び第2の屈曲駆動信号SBbに対して、−180度〜+180度の範囲で調整することができる。なお、以下では、縦駆動信号SSVの電圧をSSVとも表す。   As shown in FIG. 5B, the longitudinal drive signal SSV is generated by the phase adjustment circuit (not shown) included in the longitudinal vibration drive circuit 336 with respect to the first bending drive signal SBa and the second bending drive signal SBb. The signal is adjusted in phase. In the example shown in the figure, the phase is advanced by 90 degrees with respect to the first bending drive signal SBa and the phase is delayed by 90 degrees with respect to the second bending drive signal SBb. The longitudinal drive signal SSV can be adjusted, for example, in the range of −180 degrees to +180 degrees with respect to the first bending drive signal SBa and the second bending drive signal SBb. Hereinafter, the voltage of the vertical drive signal SSV is also expressed as SSV.

図6は、交流駆動電圧SACの波形の例を示す説明図である。図6(A)の交流駆動電圧SACは、正弦波である。図6(B),(C)の交流駆動電圧SACは、正弦波ではないが、周期的な波形を有している。これらの例からも理解できるように、交流駆動電圧SAC及びこれに基づいて生成される駆動信号SBa,SBb,SSVの交流成分は周期的に変化するものであれば良く、その波形としては種々のものを採用することが可能である。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the waveform of the AC drive voltage SAC. The AC drive voltage SAC in FIG. 6A is a sine wave. The AC drive voltage SAC in FIGS. 6B and 6C is not a sine wave, but has a periodic waveform. As can be understood from these examples, the AC drive voltage SAC and the AC components of the drive signals SBa, SBb, and SSV generated based on the AC drive voltage SAC need only change periodically, and various waveforms are available. Can be used.

圧電駆動部10は、上記した第1の屈曲駆動信号SBaが第1の圧電素子110a,110dに供給され、第2の屈曲駆動信号SBbが第2の圧電素子110b,110cに供給され、縦駆動信号SSVが第3の圧電素子110eに供給されることにより、以下で説明するように動作する。   In the piezoelectric driving unit 10, the first bending drive signal SBa is supplied to the first piezoelectric elements 110a and 110d, the second bending drive signal SBb is supplied to the second piezoelectric elements 110b and 110c, and the longitudinal driving is performed. When the signal SSV is supplied to the third piezoelectric element 110e, the operation is as described below.

A2.圧電駆動部の動作:
<縦振動動作(弱制動時)>
図7は、圧電駆動部10の縦振動動作を模式的に示す説明図である。なお、図7では、便宜上、振動板200の図示を省略している。圧電駆動部10は、中央の第3の圧電素子110e(クロスハッチングで示した素子)に縦駆動信号SSVを供給することにより、振動板200の振動体部210(図3)が長手方向に沿って伸縮し、突起部20が長手方向に沿って振動する伸縮振動(以下、「縦振動」とも呼ぶ)で動作する。
A2. Operation of the piezoelectric drive:
<Vertical vibration operation (during weak braking)>
FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing the longitudinal vibration operation of the piezoelectric drive unit 10. In FIG. 7, the illustration of the diaphragm 200 is omitted for convenience. The piezoelectric driving unit 10 supplies the vertical driving signal SSV to the third piezoelectric element 110e (element shown by cross-hatching) in the center, so that the vibrating body part 210 (FIG. 3) of the diaphragm 200 extends along the longitudinal direction. The projection 20 operates in a stretching vibration (hereinafter also referred to as “longitudinal vibration”) that vibrates along the longitudinal direction.

図7(A)において、縦駆動信号SSVの電圧が基準電圧Vcである場合の圧電駆動部10の状態P0を基準として、縦振動について説明する。SSV>Vcの状態では、第3の圧電素子110eが長手方向に伸びて、振動板200の振動体部210(図3)がその平面内で長手方向に伸びた状態PS1となり、SSV<Vcの状態では、第3の圧電素子110eが長手方向に沿って縮んで、振動体部210がその平面内で長手方向に縮んだ状態PS2となる。これにより、圧電駆動部10は、供給される縦駆動信号SSVに従って、その突起部20が長手方向に沿って伸びた状態と縮んだ状態とに交互に変形する振動状態となる。このように、長手方向に沿って交互に変化する振動動作が「縦振動」である。なお、この長手方向を「縦振動方向」とも呼ぶ。この縦振動の振幅は、縦駆動信号SSVの電圧振幅に依存し、電圧振幅が大きいほど大きくなり、逆に電圧振幅が小さいほど小さくなる。   In FIG. 7A, the longitudinal vibration will be described with reference to the state P0 of the piezoelectric drive unit 10 when the voltage of the longitudinal drive signal SSV is the reference voltage Vc. In the state of SSV> Vc, the third piezoelectric element 110e extends in the longitudinal direction, and the vibrating body portion 210 (FIG. 3) of the diaphragm 200 extends in the longitudinal direction in the plane, and becomes PS1, and SSV <Vc. In the state, the third piezoelectric element 110e is contracted along the longitudinal direction, and the vibrating body portion 210 is contracted in the longitudinal direction within the plane PS2. As a result, the piezoelectric drive unit 10 is in a vibration state in which the protrusion 20 is alternately deformed into a stretched state and a contracted state in accordance with the supplied vertical drive signal SSV. In this way, the vibration operation that alternately changes along the longitudinal direction is “longitudinal vibration”. This longitudinal direction is also referred to as “longitudinal vibration direction”. The amplitude of this longitudinal vibration depends on the voltage amplitude of the longitudinal drive signal SSV, and increases as the voltage amplitude increases, and conversely decreases as the voltage amplitude decreases.

被駆動体50を動作(本例では回転)させた状態において、図7(A)に示すように圧電駆動部10を縦振動させた場合、図7(B)に示すように、突起部20が被駆動体50の外周面を押圧した状態(図7(B)の左側)と、突起部20が被駆動体50から離間した状態(図7(B)の右側)と、を繰り返し、被駆動体50を制動することができる。なお、被駆動体50を動作させるための圧電駆動部10の駆動動作については後述する。   In a state where the driven body 50 is operated (rotated in this example), when the piezoelectric drive unit 10 is longitudinally vibrated as shown in FIG. 7A, as shown in FIG. Repeatedly presses the outer peripheral surface of the driven body 50 (left side in FIG. 7B) and the projection 20 is separated from the driven body 50 (right side in FIG. 7B). The driver 50 can be braked. The driving operation of the piezoelectric driving unit 10 for operating the driven body 50 will be described later.

突起部20が被駆動体50を押圧している間においては(図7(B)の左側)、押圧力Nfに応じた摩擦力(動摩擦力)Fkが発生する。この摩擦力Fkは、運動(本例では回転)している被駆動体50に対しては制動力として働き、被駆動体50を制動することができる。これに対して、突起部20が被駆動体50から離間している場合(図7(B)の右側)には、摩擦力Fkは発生しないので、被駆動体50に対して制動力は働かない。この結果、縦振動の場合、圧電駆動部10の駆動を停止して、突起部20が被駆動体50を常時押圧した状態の場合に比べて、実効的な制動力は小さくなる。特に、縦振動において突起部20が被駆動体50に接触する時間は非常に短いため、これによっても実効的な制動力はさらに小さくなる。従って、縦振動の場合、圧電駆動部10の駆動を停止した場合の制動に比べて、なだらかな(滑らかな)減速を実行することができる。   While the protrusion 20 is pressing the driven body 50 (left side in FIG. 7B), a frictional force (dynamic frictional force) Fk corresponding to the pressing force Nf is generated. The frictional force Fk acts as a braking force on the driven body 50 that is moving (rotating in this example), and can brake the driven body 50. On the other hand, when the protrusion 20 is separated from the driven body 50 (on the right side of FIG. 7B), the frictional force Fk is not generated, so that the braking force is applied to the driven body 50. Absent. As a result, in the case of longitudinal vibration, the effective braking force is smaller than in the case where the driving of the piezoelectric driving unit 10 is stopped and the protrusion 20 constantly presses the driven body 50. In particular, since the time during which the protrusion 20 contacts the driven body 50 in the longitudinal vibration is very short, the effective braking force is further reduced by this. Therefore, in the case of longitudinal vibration, a gentle (smooth) deceleration can be executed as compared with the braking when the driving of the piezoelectric driving unit 10 is stopped.

縦振動による制動力は、縦駆動信号SSVの電圧の振幅の大きさを変えることにより調整することができる。例えば、電圧の振幅を大きくして振動の振幅が大きくなるほど押圧力が大きくなるので、制動力は大きくなって減速の度合いは大きくなる。これに対して、駆動電圧を小さくして振動の振幅が小さくなるほど押圧力が小さくなるので、制動力は小さくなって減速の度合いは小さくなる。   The braking force due to the longitudinal vibration can be adjusted by changing the magnitude of the voltage amplitude of the longitudinal drive signal SSV. For example, as the amplitude of the voltage is increased and the amplitude of the vibration is increased, the pressing force is increased, so that the braking force is increased and the degree of deceleration is increased. On the other hand, as the drive voltage is reduced and the vibration amplitude is reduced, the pressing force is reduced, so that the braking force is reduced and the degree of deceleration is reduced.

<屈曲振動動作(中程度制動時)>
図8は、圧電駆動部10の屈曲振動動作を模式的に示す説明図である。なお、図8においても、図7と同様に振動板200の図示を省略している。圧電駆動部10の第1の対角である一対の第1の圧電素子110a,110d(左斜め下向きのハッチングで示した素子)に第1の屈曲駆動信号SBaを供給するとともに、第2の対角である他の一対の第2の圧電素子110b,110c(右斜め下向きのハッチングで示した素子)に第2の屈曲駆動信号SBbを供給する。これにより、振動板200の振動体部210が長手方向と交わる幅(横)方向で屈曲し、突起部20が幅方向に沿って振動する横振動(以下、「屈曲振動」とも呼ぶ)で動作する。
<Bending vibration operation (during moderate braking)>
FIG. 8 is an explanatory diagram schematically showing the bending vibration operation of the piezoelectric driving unit 10. Also in FIG. 8, the illustration of the diaphragm 200 is omitted as in FIG. 7. A first bending drive signal SBa is supplied to the pair of first piezoelectric elements 110a and 110d (elements shown by hatching diagonally to the left), which is the first diagonal of the piezoelectric drive unit 10, and the second pair The second bending drive signal SBb is supplied to the other pair of second piezoelectric elements 110b and 110c (elements shown by hatching diagonally downward to the right) that are corners. Thereby, the vibrating body portion 210 of the diaphragm 200 bends in the width (lateral) direction intersecting with the longitudinal direction, and the projection portion 20 operates in the lateral vibration in which the vibration occurs along the width direction (hereinafter also referred to as “bending vibration”). To do.

図8(A)において、SBa=SBb=Vcの場合の圧電駆動部10の状態P0を基準として説明する。SBa>Vc,SBb(=−SBa)<Vcの状態では、第1の圧電素子110a,110dは長手方向に伸び、第2の圧電素子110b,110cは長手方向に縮む。従って、長手方向の中央線CXに対して線対称な第1の圧電素子110aと第2の圧電素子110cとで、及び、第1の圧電素子110dと第2の圧電素子110bとで、それぞれ、反対の変形となるとともに、中央線CXに沿った第1の圧電素子110aと第2の圧電素子110bとで、及び、第2の圧電素子110cと第1の圧電素子110dとで、それぞれ、反対の変形となる。従って、圧電駆動部10は、振動体部210がその平面内で屈曲した蛇行形状(S字形状)の状態PB1となる。これに対して、SBa<V0,SBb(=−SBa)>Vcの状態では、第1の圧電素子110a,110dは長手方向に縮み、第2の圧電素子110b,110cは長手方向に伸び、圧電駆動部10は、状態PB1とは反対向きの蛇行形状(S字形状)の状態PB2となる。これにより、圧電駆動部10は、供給される第1の屈曲駆動信号SBa及び第2の屈曲駆動信号SBbに従って、蛇行の向きが反対向きの状態に交互に変形する振動状態となり、圧電駆動部10の突起部20の位置が幅方向に変化する。このように、屈曲振動は、幅方向に沿って圧電駆動部10(振動体部210)の屈曲方向が交互に変化し、圧電駆動部10の突起部20の位置が幅方向に沿って振動する動作である。図3で説明した振動板200の3つの接続部220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、この幅方向(短手方向)を「屈曲振動方向」とも呼ぶ。この屈曲振動の振幅は、第1の屈曲駆動信号SBa及び第2の屈曲駆動信号SBbの電圧振幅に依存し、電圧振幅が大きいほど大きくなり、逆に電圧振幅が小さいほど小さくなる。   In FIG. 8A, description will be made with reference to the state P0 of the piezoelectric driving unit 10 when SBa = SBb = Vc. In the state of SBa> Vc, SBb (= −SBa) <Vc, the first piezoelectric elements 110a and 110d extend in the longitudinal direction, and the second piezoelectric elements 110b and 110c contract in the longitudinal direction. Accordingly, the first piezoelectric element 110a and the second piezoelectric element 110c that are line-symmetric with respect to the longitudinal center line CX, and the first piezoelectric element 110d and the second piezoelectric element 110b, respectively. In the opposite deformation, the first piezoelectric element 110a and the second piezoelectric element 110b along the center line CX, and the second piezoelectric element 110c and the first piezoelectric element 110d are opposite to each other. It becomes the deformation of. Therefore, the piezoelectric drive unit 10 is in a meandering (S-shaped) state PB1 in which the vibrating body unit 210 is bent in the plane. On the other hand, in the state of SBa <V0, SBb (= −SBa)> Vc, the first piezoelectric elements 110a and 110d are contracted in the longitudinal direction, and the second piezoelectric elements 110b and 110c are expanded in the longitudinal direction. The drive unit 10 is in a meandering (S-shaped) state PB2 opposite to the state PB1. Accordingly, the piezoelectric driving unit 10 is in a vibration state in which the meandering direction is alternately deformed in the opposite direction in accordance with the supplied first bending driving signal SBa and second bending driving signal SBb. The position of the protrusion 20 changes in the width direction. As described above, in the bending vibration, the bending direction of the piezoelectric driving unit 10 (vibrating body part 210) is alternately changed along the width direction, and the position of the protrusion 20 of the piezoelectric driving unit 10 vibrates along the width direction. Is the action. The three connection portions 220 of the diaphragm 200 described with reference to FIG. 3 are provided at the positions of the vibration nodes of the vibrating body portion 210. This width direction (short direction) is also referred to as “bending vibration direction”. The amplitude of this bending vibration depends on the voltage amplitude of the first bending drive signal SBa and the second bending drive signal SBb, and increases as the voltage amplitude increases, and conversely decreases as the voltage amplitude decreases.

被駆動体50を動作(本例では回転)させた状態において、図8(A)に示すように圧電駆動部10を屈曲振動させた場合、図8(B)に示すように、突起部20が被駆動体50の外周面を摺動した状態(図8(B)の左側)と、突起部20が被駆動体50から離間した状態(図8(B)の右側)と、を繰り返し、被駆動体50を制動することができる。なお、被駆動体50を動作させるための圧電駆動部10の駆動動作については後述する。   In a state where the driven body 50 is operated (rotated in this example), when the piezoelectric driving unit 10 is bent and vibrated as shown in FIG. 8A, as shown in FIG. Repeatedly slide the outer peripheral surface of the driven body 50 (left side of FIG. 8B) and the state where the protrusion 20 is separated from the driven body 50 (right side of FIG. 8B), The driven body 50 can be braked. The driving operation of the piezoelectric driving unit 10 for operating the driven body 50 will be described later.

突起部20が被駆動体50を摺動している間においては(図8(B)の左側)、突起部20が被駆動体50に接触している間に、被駆動体50の回転に応じて突起部20に加わる変形力(突起部20を変形させる力)Ndに抗する変形抗力Nrが発生する。この変形抗力Nrは、運動(本例では回転)している被駆動体50に対しては制動力として働き、被駆動体50を制動することができる。但し、この変形抗力Nrは、圧電駆動部10が被駆動状体において突起部20が被駆動体50を押圧する押圧力による摩擦力(動摩擦力及び静止摩擦力)に比べて弱い。また、突起部20が被駆動体50から離間して非摺動の間においては(図8(B)の右側)、変形抗力Nrは発生せず、被駆動体50に対して制動力は働かない。この結果、屈曲振動の場合においても圧電駆動部10の駆動を停止して、突起部20が被駆動体50を常時押圧した状態の場合に比べて、実効的な制動力は小さくなる。従って、屈曲振動の場合、圧電駆動部10の駆動を停止した場合の制動に比べて、制動力を抑制してなだらかな(滑らかな)減速を実行することができる。   While the protrusion 20 is sliding on the driven body 50 (left side of FIG. 8B), the rotation of the driven body 50 is performed while the protrusion 20 is in contact with the driven body 50. Correspondingly, a deformation force Nr against the deformation force Nd applied to the protrusion 20 (a force for deforming the protrusion 20) Nd is generated. The deformation drag Nr acts as a braking force on the driven body 50 that is moving (rotating in this example), and can brake the driven body 50. However, this deformation resistance Nr is weaker than the frictional force (dynamic frictional force and static frictional force) caused by the pressing force of the protrusion 20 pressing the driven member 50 when the piezoelectric driving unit 10 is driven. Further, when the protrusion 20 is separated from the driven body 50 and is not slid (right side in FIG. 8B), the deformation drag Nr is not generated and the braking force is applied to the driven body 50. Absent. As a result, even in the case of flexural vibration, the effective braking force is reduced as compared with the case where the driving of the piezoelectric driving unit 10 is stopped and the protrusion 20 constantly presses the driven body 50. Therefore, in the case of bending vibration, it is possible to execute a gentle (smooth) deceleration by suppressing the braking force, compared to the braking when the driving of the piezoelectric driving unit 10 is stopped.

ここで、屈曲振動による制動力は、上記したように、突起部20の摺動している間の変形抗力Nrに基づく。また、縦振動による制動力は、上記したように、圧電駆動部10が伸びて突起部20が被駆動体に接触している間の摩擦力Fkに基づく。そして、上記したように、変形抗力Nrは摩擦力Fkに比べて小さい。従って、単純には、屈曲振動による制動力のほうが縦振動による制動力に比べて弱いと考えられる。しかしながら、縦振動において突起部20が被駆動体50に接触している時間は、屈曲振動において突起部20が被駆動体50を摺動している時間に比べて非常に短い。このため、実効的な制動力としては、縦振動による制動力に比べて屈曲振動による制動力のほうが大きく、具体的には2倍程度大きくなる。従って、屈曲振動による制動のほうが縦振動による制動に比べて減速の傾斜が大きくなる。   Here, the braking force due to the bending vibration is based on the deformation drag Nr while the protrusion 20 is sliding, as described above. Further, as described above, the braking force due to the longitudinal vibration is based on the frictional force Fk while the piezoelectric driving unit 10 is extended and the protrusion 20 is in contact with the driven body. As described above, the deformation resistance Nr is smaller than the frictional force Fk. Therefore, simply, it is considered that the braking force due to bending vibration is weaker than the braking force due to longitudinal vibration. However, the time during which the protrusion 20 is in contact with the driven body 50 in the longitudinal vibration is much shorter than the time during which the protrusion 20 slides on the driven body 50 in the bending vibration. For this reason, as an effective braking force, the braking force due to flexural vibration is larger than the braking force due to longitudinal vibration, specifically about twice as large. Accordingly, braking by bending vibration has a greater deceleration slope than braking by longitudinal vibration.

屈曲振動による制動力は、屈曲駆動信号SBa,SBbの電圧の振幅の大きさや、DCオフセットを変えることにより調整することができる。例えば、電圧の振幅を大きくして振動の振幅が大きくなるほど摺動時間が短くなるので、制動力は小さくなって減速の度合いは小さくなる。これに対して、電圧の振幅を小さくして振動の振幅が小さくなるほど摺動時間が長くなるので、制動力は大きくなって減速の度合いは大きくなる。また、DCオフセットを高くするほど突起部20の被駆動体50に対する接触の度合いを高めることができるので、被駆動体50を摺動する力が強くなり、これに応じて制動力は高くなる。これに対して、DCオフセットを低くするほど突起部20の被駆動体50に対する接触の度合いを弱めることができるので、被駆動体50を摺動する力が弱くなり、これに応じて制動力は弱くなる。   The braking force due to the bending vibration can be adjusted by changing the magnitude of the voltage amplitude of the bending drive signals SBa and SBb and the DC offset. For example, as the voltage amplitude is increased and the vibration amplitude is increased, the sliding time is shortened, so that the braking force is reduced and the degree of deceleration is reduced. On the other hand, as the voltage amplitude is reduced and the vibration amplitude is reduced, the sliding time becomes longer. Therefore, the braking force is increased and the degree of deceleration is increased. Further, since the degree of contact of the protrusion 20 with the driven body 50 can be increased as the DC offset is increased, the force for sliding the driven body 50 is increased, and the braking force is increased accordingly. On the other hand, the lower the DC offset, the weaker the degree of contact of the protrusion 20 with the driven body 50, so that the force of sliding the driven body 50 becomes weaker, and the braking force is accordingly increased. become weak.

以上説明したように、屈曲振動駆動によっても被駆動体50の制動を行なうことが可能である。但し、縦振動駆動の場合には、被駆動体50に対して長手方向での振動であり、また、被駆動体50への接触時間が短いため、と接触している間に被駆動体50に加わる押圧力が高くなる傾向にあるため、押圧した際の衝撃によって、突起部20及び被駆動体50の接触面が劣化しやすく耐久性が低くなる可能性がある。また、縦振動駆動は屈曲振動駆動に比べてその制動力が小さく、制動力の調整効果も小さい。従って、屈曲振動駆動による制動の方が、縦振動駆動による制動に比べて制動効果、制動の調整効果、及び、耐久性の点で効果が高い、と言える。なお、全ての圧電素子110a〜110eへの電圧の印加を停止して圧電駆動部10の動作を停止すれば、突起部20が被駆動体50に当接して押圧した状態を維持することにより強い制動とすることができる。但し、この場合には、課題で説明したように、過度な制動力が働き、急激な減速動作となる。   As described above, the driven body 50 can be braked also by bending vibration driving. However, in the case of longitudinal vibration drive, the vibration is in the longitudinal direction with respect to the driven body 50, and since the contact time with the driven body 50 is short, the driven body 50 is in contact with the driven body 50. Since the pressing force applied to the surface tends to increase, the contact surface between the protrusion 20 and the driven body 50 is likely to deteriorate due to the impact when pressed, and the durability may be lowered. Further, the longitudinal vibration drive has a smaller braking force than the flexural vibration drive, and the effect of adjusting the braking force is also small. Therefore, it can be said that the braking by the bending vibration driving is more effective in terms of the braking effect, the braking adjustment effect, and the durability than the braking by the longitudinal vibration driving. Note that if the application of voltage to all the piezoelectric elements 110a to 110e is stopped to stop the operation of the piezoelectric drive unit 10, the protrusion 20 is strong by maintaining the pressed state against the driven body 50. It can be braking. However, in this case, as described in the problem, an excessive braking force works, resulting in a rapid deceleration operation.

なお、所望する制動に応じて駆動選択回路338によって切り替えて、屈曲振動による制動と縦振動による制動とのいずれか一方の制動を実行することができる。例えば、弱い制動の場合には、縦振動による制動を用い、中程度の制動の場合には屈曲振動による制動を用いるようにすることができる。また、制動動作の途中で切り替えるようにしてもよい。   It should be noted that either the braking by the bending vibration or the braking by the longitudinal vibration can be executed by switching by the drive selection circuit 338 according to the desired braking. For example, in the case of weak braking, braking by longitudinal vibration can be used, and in the case of moderate braking, braking by bending vibration can be used. Moreover, you may make it switch in the middle of braking operation | movement.

<楕円振動動作(通常駆動時)>
図9は、圧電駆動部10の楕円振動動作を模式的に示す説明図である。なお、図9においても、図7と同様に振動板200の図示を省略している。圧電駆動部10の第1の対角である一対の第1の圧電素子110a,110d(左斜め下向きのハッチングで示した素子)に第1の屈曲駆動信号SBaを供給するとともに、第2の対角である他の一対の第2の圧電素子110b,110c(右斜め下向きのハッチングで示した素子)に第2の屈曲駆動信号SBbを供給する。また、中央の第3の圧電素子110eにも縦駆動信号SSVを供給する。これにより、上記した屈曲振動と縦振動の両方が複合されて、突起部20が略楕円の軌跡を描くように運動する楕円振動で動作する。なお、図の例では紙面手前方向から見て反時計回りとなっている。以下の説明では、特に断りの無い限り、回転の方向は紙面手前方向から見た場合を基準とする。この運動の方向は、図5に示した縦駆動信号SSVの位相を、第1の屈曲駆動信号SBaに対して位相が90度遅れ、第2の屈曲駆動信号SBbに対して位相が90度遅れた信号とすれば、時計回りとすることができる。なお、位相の遅れと進みは90度に限定されるものではなく、他の種々の数値としてもよく、この位相の値に応じて、楕円の軌跡の形状や方向を変化させることができる。
<Oval vibration operation (during normal driving)>
FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing the elliptical vibration operation of the piezoelectric drive unit 10. 9 also omits the illustration of the diaphragm 200 as in FIG. A first bending drive signal SBa is supplied to the pair of first piezoelectric elements 110a and 110d (elements shown by hatching diagonally to the left), which is the first diagonal of the piezoelectric drive unit 10, and the second pair The second bending drive signal SBb is supplied to the other pair of second piezoelectric elements 110b and 110c (elements shown by hatching diagonally downward to the right) that are corners. Further, the vertical drive signal SSV is also supplied to the third piezoelectric element 110e at the center. As a result, both the bending vibration and the longitudinal vibration described above are combined, and the protrusion 20 operates with an elliptical vibration that moves so as to draw a substantially elliptical locus. In the example shown in the figure, it is counterclockwise when viewed from the front side of the drawing. In the following description, unless otherwise specified, the direction of rotation is based on the case viewed from the front side of the page. The direction of this movement is such that the phase of the longitudinal drive signal SSV shown in FIG. 5 is delayed by 90 degrees with respect to the first bending drive signal SBa and delayed by 90 degrees with respect to the second bending drive signal SBb. If it is a signal, it can be clockwise. Note that the phase delay and advance are not limited to 90 degrees, and may be various other numerical values, and the shape and direction of the locus of the ellipse can be changed according to the phase value.

被駆動体50を動作(本例では回転)させる通常駆動時において、図9(A)に示すように圧電駆動部10を楕円振動させた場合、図9(B)に示すように、突起部20が楕円の軌跡を描くように運動する。この際、図9(B)の左側に示すように、突起部20が被駆動体50に接触している間に被駆動体50を摺動して駆動力が発生し、図9(B)の右側に示すように、突起部20が被駆動体50から離間している間に被駆動体50を摺動せずに楕円の軌跡をたどる。これにより、圧電駆動部10の突起部20は、被駆動体50を一定方向にのみ摺動することができ、これに応じて被駆動体50を一定方向に回転させることができる。なお、本例では、突起部20の楕円の軌跡に応じて時計回りに回転する。なお、通常駆動時とは、圧電駆動部10によって被駆動体(本例ではローター)50を加速状態あるいは定速状態で駆動(回転)する場合を言うものとする。   When the piezoelectric driving unit 10 is caused to elliptically vibrate as shown in FIG. 9A during normal driving in which the driven body 50 operates (rotates in this example), as shown in FIG. It moves so that 20 draws the locus of an ellipse. At this time, as shown on the left side of FIG. 9B, while the protrusion 20 is in contact with the driven body 50, the driven body 50 slides to generate a driving force, and FIG. As shown on the right side of the figure, the ellipse trajectory is traced without sliding the driven body 50 while the protrusion 20 is separated from the driven body 50. Thereby, the protrusion part 20 of the piezoelectric drive part 10 can slide the to-be-driven body 50 only to a fixed direction, and can rotate the to-be-driven body 50 according to this to a fixed direction. In this example, it rotates clockwise according to the locus of the ellipse of the protrusion 20. The normal driving means a case where the driven body (rotor in this example) 50 is driven (rotated) in an accelerated state or a constant speed state by the piezoelectric driving unit 10.

なお、第1の対角にある一対の第1の圧電素子110a,110dに第1の屈曲駆動信号SBaを供給することにより、圧電駆動部10を反時計回りの楕円振動とし、被駆動体50を時計回りで駆動することも可能である。また、第2の対角にある他の一対の第2の圧電素子110b,110cに第2の屈曲駆動信号SBbを供給することにより、圧電駆動部10を時計回りの楕円振動とし、被駆動体50を反時計回りで駆動することも可能である。また中央の第3の圧電素子110eに、縦駆動信号SSVを供給すれば、縦振動の成分が多く加わって、突起部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、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、先行技術文献(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。   In addition, by supplying the first bending drive signal SBa to the pair of first piezoelectric elements 110a and 110d at the first diagonal, the piezoelectric drive unit 10 is caused to counterclockwise elliptically vibrate, and the driven body 50 is driven. Can also be driven clockwise. Further, by supplying the second bending drive signal SBb to the other pair of second piezoelectric elements 110b and 110c at the second diagonal, the piezoelectric drive unit 10 is caused to rotate in the clockwise direction, and the driven body is driven. It is also possible to drive 50 counterclockwise. Further, if the longitudinal drive signal SSV is supplied to the third piezoelectric element 110e in the center, a large amount of longitudinal vibration components are added, and the force applied from the protrusion 20 to the driven body 50 can be further increased. Such an operation of the piezoelectric drive unit 10 (or the piezoelectric vibrator 100) is described in the prior art document (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-320979 or the corresponding US Pat. No. 7,224,102). The disclosure is incorporated by reference.

<屈曲振動の方向>
図10は、図8の屈曲振動の振動方向について示す説明図である。図10(A)は参考例として第1の圧電素子110a,110dのみに第1の屈曲駆動信号SBaを供給した場合の屈曲振動(屈曲振動A)を示し、図10(B)は参考例として第2の圧電素子110b,110cのみに第2の屈曲駆動信号を供給した場合の屈曲振動(屈曲振動B)を示している。また、図10(C)は図8の屈曲振動の方向を示している。
<Bending vibration direction>
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the vibration direction of the bending vibration of FIG. FIG. 10A shows bending vibration (bending vibration A) when the first bending drive signal SBa is supplied only to the first piezoelectric elements 110a and 110d as a reference example, and FIG. 10B shows a reference example. The bending vibration (bending vibration B) when the second bending driving signal is supplied only to the second piezoelectric elements 110b and 110c is shown. FIG. 10C shows the direction of bending vibration in FIG.

屈曲振動Aでは、図10(A)に示すように、第1の対角にある一対の第1の圧電素子110a,110d(ハッチングで示した素子)に第1の屈曲駆動信号SBaが供給され、第2の対角にある他の一対の第2の圧電素子110b,110c及び中央の第3の圧電素子110eには駆動信号は供給されていない。この場合、圧電駆動部10の振動体部210に発生する振動は、幅方向(屈曲振動方向)の成分のみではなく、長手方向(縦振動方向)の成分も含まれることになり、例えば、紙面手前方向から見て、反時計回りの楕円であって、長軸が左斜め下方向に傾斜した楕円の軌跡を描く楕円振動VRAとなる。   In the bending vibration A, as shown in FIG. 10A, the first bending drive signal SBa is supplied to the pair of first piezoelectric elements 110a and 110d (elements indicated by hatching) at the first diagonal. No driving signal is supplied to the other pair of second piezoelectric elements 110b and 110c and the central third piezoelectric element 110e at the second diagonal. In this case, the vibration generated in the vibrating body part 210 of the piezoelectric drive unit 10 includes not only the component in the width direction (bending vibration direction) but also the component in the longitudinal direction (longitudinal vibration direction). The elliptical vibration VRA is a counterclockwise ellipse as viewed from the front, and draws a locus of an ellipse whose major axis is inclined diagonally to the left.

また、屈曲振動Bでは、図10(B)に示すように、第2の対角にある一対の第2の圧電素子110b,110c(ハッチングで示した素子)に第2の屈曲駆動信号SBbが供給され、第1の対角にある一対の第1の圧電素子110a,110d及び中央の第3の圧電素子110eには駆動信号は供給されていない。この場合、圧電駆動部10の振動体部210に発生する振動は、同様に、楕円振動VRBとなる。但し、楕円振動VRBは、例えば、紙面手前方向から見て、楕円振動VRAとは反対の時計回りで、長軸が左斜め上方向に傾斜した軌跡となる。   In the bending vibration B, as shown in FIG. 10B, the second bending drive signal SBb is applied to the pair of second piezoelectric elements 110b and 110c (elements indicated by hatching) at the second diagonal. The drive signal is not supplied to the pair of first piezoelectric elements 110a and 110d and the central third piezoelectric element 110e that are supplied and are located at the first diagonal. In this case, the vibration generated in the vibrating body part 210 of the piezoelectric driving unit 10 is similarly an elliptical vibration VRB. However, the elliptical vibration VRB is, for example, a locus in which the major axis is inclined obliquely in the upper left direction in the clockwise direction opposite to the elliptical vibration VRA when viewed from the front side of the drawing.

図8に示した屈曲振動は、図10(A)の屈曲振動Aの楕円振動を実行するとともに、図10(B)の屈曲振動Bの楕円振動を実行したものである。但し、第2の圧電電素子110b,110cに供給する第2の屈曲駆動信号SBbは、第1の屈曲駆動信号SBaと180度位相が異なった差動信号であるので、長手方向の振動の位相が180度異なり、振動の基準点Srが180度異なっている。このため、図8の屈曲振動は、図10(C)に示すように、長手方向の振動(縦振動)の成分がキャンセルされて、楕円振動ではなく、幅方向のみの横振動となる。なお、図10(C)に示した屈曲振動Aの楕円の軌跡及び屈曲振動Bの楕円の軌跡は、説明の便宜上、図10(A)及び図10(B)に示した長軸の傾斜を無視した状態で示している。   The bending vibration shown in FIG. 8 is obtained by executing the elliptical vibration of the bending vibration A shown in FIG. 10A and the elliptical vibration of the bending vibration B shown in FIG. 10B. However, the second bending drive signal SBb supplied to the second piezoelectric elements 110b and 110c is a differential signal that is 180 degrees out of phase with the first bending drive signal SBa. Are different by 180 degrees, and the vibration reference point Sr is different by 180 degrees. For this reason, as shown in FIG. 10C, the flexural vibration of FIG. 8 cancels the longitudinal vibration component (longitudinal vibration) and becomes a lateral vibration only in the width direction, not the elliptical vibration. Note that the elliptical trajectory of the bending vibration A and the elliptical trajectory of the bending vibration B shown in FIG. 10C have the inclination of the major axis shown in FIGS. 10A and 10B for convenience of explanation. Ignored.

<フリーモード時>
被駆動部50の駆動を停止して被駆動体50の動作が停止した状態では、通常、圧電駆動部10の突起部20が被駆動体50を押圧した状態を維持し、その押圧力により発生する摩擦力に応じた保持力によって被駆動体50が固定状態(「ロック状態」ともいう)となる。このため、被駆動体50に繋がっている装置、例えば、ロボットのアームに外力を与えて手動で動かすことは困難な場合が多い。そこで、圧電駆動装置を用いた装置では、この固定状態を解除して、外力によって手動で動かすことができる状態(いわゆる「フリモード」と呼ぶ)を備えることが好ましい。このフリーモードを備える装置、例えば、ロボットのアームでは、アームの動作を記憶させる操作、いわゆる「ティーチング」が可能となる。
<In free mode>
In a state where the driving of the driven unit 50 is stopped and the operation of the driven unit 50 is stopped, the projection 20 of the piezoelectric driving unit 10 normally keeps pressing the driven unit 50 and is generated by the pressing force. The driven body 50 is in a fixed state (also referred to as “locked state”) by the holding force corresponding to the frictional force to be generated. For this reason, it is often difficult to manually move the device connected to the driven body 50 by applying an external force to the arm of the robot. Therefore, it is preferable that an apparatus using a piezoelectric drive device is provided with a state (so-called “free mode”) in which the fixed state is released and the device can be manually moved by an external force. In an apparatus having this free mode, for example, an arm of a robot, an operation for storing the movement of the arm, so-called “teaching” is possible.

ここで、上記した縦振動(図7)では、縦振動による被駆動体50の制動を例に説明したが、被駆動体50を静止状態に保つ保持力についても、制動力と同様に、圧電駆動部10を縦振動させることにより低減することができる。   Here, in the above-described longitudinal vibration (FIG. 7), the braking of the driven body 50 by the longitudinal vibration has been described as an example. This can be reduced by causing the drive unit 10 to vibrate longitudinally.

図示は省略するが、保持力は突起部20の押圧力により発生する静止摩擦力に基づいて発生するものであり、制動力と同様に、縦振動によれば、突起部20が被駆動体50を押圧している間のみ保持力を発生させることにより、実効的な保持力を小さくすることができる。そして、この実効的な保持力よりも大きな外力を被駆動体50(実際には、被駆動体50に繋がっている装置)に与えることにより、被駆動体50を手動で動かすことが可能となる。従って、縦振動を用いることにより、フリーモードを実現することができる。   Although not shown, the holding force is generated based on the static frictional force generated by the pressing force of the protruding portion 20. Like the braking force, the protruding portion 20 is driven 50 by the longitudinal vibration. The effective holding force can be reduced by generating the holding force only while pressing. Then, by applying an external force larger than the effective holding force to the driven body 50 (actually, a device connected to the driven body 50), the driven body 50 can be manually moved. . Therefore, the free mode can be realized by using the longitudinal vibration.

また、上記した屈曲振動(図8)では、屈曲振動による被駆動体50の制動を例に説明したが、被駆動体50を保持する保持力についても、縦振動の場合と同様に、圧電駆動部10を屈曲振動させることにより低減することができる。   In the above-described bending vibration (FIG. 8), braking of the driven body 50 by bending vibration has been described as an example. However, the holding force for holding the driven body 50 is also piezoelectrically driven as in the case of longitudinal vibration. It can be reduced by bending vibration of the portion 10.

図示は省略するが、屈曲振動においては、上記した変形抗力Nr(図8)が保持力として働き、この保持力よりも大きな外力を加えなければ、被駆動体50が繋がった装置を動かすことはできない。ここで、上記したように、変形抗力Nrは、圧電駆動部10が被駆動の状態において突起部20が被駆動体50を押圧する押圧力による摩擦力(静止摩擦力および動摩擦力)に比べて弱い。また、突起部20が被駆動体50に接触していない非摺動の状態の間は発生しないので、実効的な保持力は変形抗力Nrによる保持力よりも小さくなる。従って、変形抗力Nrに基づく実効的な保持力よりも大きな外力を被駆動体50(実際には、被駆動体50に繋がっている装置)に与えることにより、被駆動体50を手動で動かすことが可能となる。従って、屈曲振動を用いることにより、フリーモードを実現することができる。   Although not shown, in bending vibration, the deformation drag Nr (FIG. 8) acts as a holding force, and unless an external force larger than this holding force is applied, it is not possible to move the device to which the driven body 50 is connected. Can not. Here, as described above, the deformation resistance Nr is larger than the frictional force (static frictional force and dynamic frictional force) due to the pressing force with which the protrusion 20 presses the driven body 50 when the piezoelectric driving unit 10 is driven. weak. Moreover, since it does not generate | occur | produce during the non-sliding state which the protrusion part 20 is not contacting the to-be-driven body 50, effective holding force becomes smaller than the holding force by deformation | transformation drag Nr. Therefore, the driven body 50 is manually moved by applying an external force larger than the effective holding force based on the deformation drag Nr to the driven body 50 (actually, a device connected to the driven body 50). Is possible. Therefore, the free mode can be realized by using the bending vibration.

なお、屈曲振動による保持力も、制動力と同様に、縦振動による保持力に比べて大きく、具体的には、2倍程度大きくなる。従って、より小さな外力で軽く装置を手動で動かす場合には、フリーモードにおいて縦振動を用いた方が好ましい。これに対して、装置の重さを感じながら装置を手動で動かす場合や、過度の力が加わって動かしすぎないようにしたい場合には、フリーモードにおいて屈曲振動を用いた方が好ましい。また、大きく動かす場合には縦振動駆動とし、小さく動かす場合には屈曲振動駆動とするように、途中で切り替えるようにしてもよい。   The holding force due to the bending vibration is also larger than the holding force due to the longitudinal vibration, specifically about twice as large as the braking force. Therefore, when the apparatus is manually moved lightly with a smaller external force, it is preferable to use the longitudinal vibration in the free mode. On the other hand, when the apparatus is moved manually while feeling the weight of the apparatus or when it is desired not to move the apparatus excessively due to excessive force, it is preferable to use the bending vibration in the free mode. Further, switching may be performed in the middle, such as longitudinal vibration drive when moving a large amount and bending vibration drive when moving a small amount.

また、制動動作は屈曲振動駆動を用い、フリーモード動作は縦振動駆動を用いるようにしてもよい。   Also, the braking operation may use bending vibration drive, and the free mode operation may use longitudinal vibration drive.

なお、以上の説明からわかるように、本実施形態において、第1及び第2の屈曲駆動信号SBa,SBbが発明の第1及び第2の駆動信号に相当し、縦駆動信号SSVが第3の駆動信号に相当する。   As can be seen from the above description, in this embodiment, the first and second bending drive signals SBa, SBb correspond to the first and second drive signals of the invention, and the vertical drive signal SSV is the third. This corresponds to the drive signal.

B.第2実施形態の圧電駆動装置:
B1.圧電駆動装置の構成:
図11は、第2実施形態の圧電駆動装置1000Bにおける圧電駆動部10Bと駆動回路300Bの概略構成を示す説明図である。なお、被駆動体50については図示を省略している。
B. Piezoelectric drive device of the second embodiment:
B1. Piezoelectric drive configuration:
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the piezoelectric drive unit 10B and the drive circuit 300B in the piezoelectric drive device 1000B of the second embodiment. The driven body 50 is not shown.

圧電駆動部10Bは、圧電駆動部10(図2参照)の中央の第3の圧電素子110eを備えていない点を除いて、圧電駆動部10と同じである。すなわち、圧電駆動部10Bは、第1の対角にある一対の第1の圧電素子110a,110dと第2の対角にある一対の第2の圧電素子110b,110cを備えており、これらの圧電素子が圧電振動体100の中央線CXに対して左右対称の位置関係にある構造を有している。   The piezoelectric drive unit 10B is the same as the piezoelectric drive unit 10 except that the third piezoelectric element 110e at the center of the piezoelectric drive unit 10 (see FIG. 2) is not provided. That is, the piezoelectric drive unit 10B includes a pair of first piezoelectric elements 110a and 110d at a first diagonal and a pair of second piezoelectric elements 110b and 110c at a second diagonal. The piezoelectric element has a structure that is symmetrical with respect to the center line CX of the piezoelectric vibrating body 100.

駆動回路300Bは、交流駆動電圧発生回路332と、屈曲振動駆動回路334と、縦振動駆動回路336と、駆動選択回路338Bとを含んでいる。交流駆動電圧発生回路332と、屈曲振動駆動回路334と、縦振動駆動回路336のそれぞれの機能は、第1実施形態における駆動回路300(図4)と同様であり、ここでは、説明を省略する。   The drive circuit 300B includes an AC drive voltage generation circuit 332, a bending vibration drive circuit 334, a longitudinal vibration drive circuit 336, and a drive selection circuit 338B. The functions of the AC drive voltage generation circuit 332, the bending vibration drive circuit 334, and the longitudinal vibration drive circuit 336 are the same as those of the drive circuit 300 (FIG. 4) in the first embodiment, and the description thereof is omitted here. .

駆動選択回路338Bは、第1の選択回路SW11と第2の選択回路SW12と第3の選択回路SW13の組み合わせにより、屈曲駆動回路334で生成された2つの差動の屈曲駆動信号SBa,SBbの供給先を選択する。具体的には、第1の屈曲駆動信号SBaのみを第1の駆動信号Saとして選択するか、第1の屈曲駆動信号SBaのみを第2の駆動信号Sbとして選択するか、第1の屈曲駆動信号SBaを第1の駆動信号Saとし第2の屈曲駆動信号SBbを第2の駆動信号Sbとして選択するか、いずれも選択しないか、を選択する。また、駆動選択回路338Bは、2つの屈曲駆動信号SBa,SBbを選択しない場合に、第4の選択回路SW14によって、縦振動駆動回路336で生成された縦駆動信号SSVを第1の駆動信号Sa及び第2の駆動信号Sbとして選択する。   The drive selection circuit 338B includes two differential bending drive signals SBa and SBb generated by the bending drive circuit 334 by a combination of the first selection circuit SW11, the second selection circuit SW12, and the third selection circuit SW13. Select a supplier. Specifically, only the first bending driving signal SBa is selected as the first driving signal Sa, only the first bending driving signal SBa is selected as the second driving signal Sb, or the first bending driving is performed. The signal SBa is selected as the first drive signal Sa and the second bending drive signal SBb is selected as the second drive signal Sb, or neither is selected. In addition, when the drive selection circuit 338B does not select the two bending drive signals SBa and SBb, the fourth selection circuit SW14 uses the longitudinal drive signal SSV generated by the longitudinal vibration drive circuit 336 as the first drive signal Sa. And the second drive signal Sb.

第1の駆動信号Saは、配線314を介して第1の対角の一対の第1の圧電素子110a,110dの第2電極150a,150dに供給されるとともに、第2の駆動信号Sbは、配線310を介して第2の対角の一対の第2の圧電素子110b,110cの第2の電極150b,150cに供給される。第1電極130には、駆動回路300Bの接地電位と同電位の基準電圧(=0V)が基準電圧信号SCとして、配線320を介して供給される。   The first drive signal Sa is supplied to the second electrodes 150a and 150d of the first pair of first piezoelectric elements 110a and 110d via the wiring 314, and the second drive signal Sb is The electric power is supplied to the second electrodes 150b and 150c of the pair of second piezoelectric elements 110b and 110c in the second diagonal via the wiring 310. A reference voltage (= 0V) having the same potential as the ground potential of the drive circuit 300B is supplied to the first electrode 130 through the wiring 320 as a reference voltage signal SC.

圧電駆動部10Bは、後述するように、供給される第1の駆動信号Sa及び第2の駆動信号Sbに基づいて、縦振動と屈曲振動と楕円振動のいずれかで振動し、この振動状態に応じて被駆動体50を駆動する。   As will be described later, the piezoelectric driving unit 10B vibrates in one of longitudinal vibration, bending vibration, and elliptical vibration based on the supplied first driving signal Sa and second driving signal Sb, and enters this vibration state. Accordingly, the driven body 50 is driven.

B2.圧電駆動部の動作:
<楕円振動動作>
図12は、圧電駆動部10Bの楕円振動動作について示す説明図である。図12(A)は、駆動選択回路338B(図11)の第1の選択回路SW11を選択(ON)とし、第2〜第4の選択回路SW12〜SW14を非選択(OFF)とした場合の楕円振動駆動Aについて示している。この場合、第1の屈曲駆動信号SBaが第1の駆動信号Saとして選択されて(図11)、第1の圧電素子110a,110d(ハッチングで示された素子)に供給されるので、圧電駆動部10Bは、その突起部20が楕円振動VRAの軌跡で振動することができる(図10)。これにより、圧電駆動部10Bは、被駆動体(ローター)50を駆動することができ、時計回りで被駆動体50を回転させることができる。
B2. Operation of the piezoelectric drive:
<Oval vibration operation>
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the elliptical vibration operation of the piezoelectric drive unit 10B. FIG. 12A shows the case where the first selection circuit SW11 of the drive selection circuit 338B (FIG. 11) is selected (ON) and the second to fourth selection circuits SW12 to SW14 are not selected (OFF). An elliptical vibration drive A is shown. In this case, since the first bending drive signal SBa is selected as the first drive signal Sa (FIG. 11) and supplied to the first piezoelectric elements 110a and 110d (elements indicated by hatching), piezoelectric drive is performed. The protrusion 10 of the part 10B can vibrate along the locus of the elliptical vibration VRA (FIG. 10). Thereby, the piezoelectric drive part 10B can drive the driven body (rotor) 50, and can rotate the driven body 50 clockwise.

これに対して、図12(B)は、駆動選択回路338Bの第2の選択回路SW12を選択(ON)とし、第1,第3,第4の選択回路SW11,SW13,SW14を非選択(OFF)とした場合の楕円振動駆動Bについて示している。この場合、第1の屈曲駆動電圧SBaが第2の駆動信号Sbとして選択されて(図11)、第2の圧電素子110b,110c(ハッチングで示された素子)に供給されるので、圧電駆動部10Bは、その突起部20が楕円振動VRAの軌跡で振動することができる(図10)。これにより、圧電駆動部10Bは、被駆動体(ローター)50を駆動することができ、反時計回りで被駆動体50を回転させることができる。   In contrast, in FIG. 12B, the second selection circuit SW12 of the drive selection circuit 338B is selected (ON), and the first, third, and fourth selection circuits SW11, SW13, and SW14 are not selected ( The elliptical vibration drive B in the case of “OFF” is shown. In this case, since the first bending drive voltage SBa is selected as the second drive signal Sb (FIG. 11) and supplied to the second piezoelectric elements 110b and 110c (elements indicated by hatching), piezoelectric drive is performed. The protrusion 10 of the part 10B can vibrate along the locus of the elliptical vibration VRA (FIG. 10). Thereby, the piezoelectric drive part 10B can drive the driven body (rotor) 50, and can rotate the driven body 50 counterclockwise.

<屈曲振動動作>
図13は、圧電駆動部10Bの屈曲振動動作について示す説明図である。圧電駆動部10Bは、駆動選択回路338B(図11)の第1,第3の選択回路SW11,SW13を選択(ON)とし、第2,第4の選択回路SW12,SW14を非選択(OFF)とすることにより、屈曲振動駆動させることができる。この場合、第1の屈曲駆動電圧SBaが第1の駆動信号Saとして選択されて第1の圧電素子110a,110d(右斜め上向きのハッチングで示した素子)に供給され、かつ、差動電圧である第2の屈曲駆動電圧SBbが第2の駆動信号Sbとして選択されて第2の圧電素子110b,110c(右斜め下向きのハッチングで示した素子)に供給される。これにより、圧電駆動部10Bを、第1実施形態の圧電駆動部10でも説明したように(図8)、幅方向に沿って屈曲振動させることができる。従って、圧電駆動部10Bは、第1実施形態の圧電駆動部10と同様に(図8)、被駆動体50をなだらかに制動させることができ、また、フリーモード動作を実現できる。
<Bending vibration operation>
FIG. 13 is an explanatory diagram showing the bending vibration operation of the piezoelectric drive unit 10B. The piezoelectric drive unit 10B selects (ON) the first and third selection circuits SW11 and SW13 of the drive selection circuit 338B (FIG. 11) and does not select (OFF) the second and fourth selection circuits SW12 and SW14. Thus, it is possible to drive bending vibration. In this case, the first bending drive voltage SBa is selected as the first drive signal Sa, supplied to the first piezoelectric elements 110a and 110d (elements shown by hatching upward to the right), and the differential voltage A certain second bending drive voltage SBb is selected as the second drive signal Sb, and is supplied to the second piezoelectric elements 110b and 110c (elements shown by hatching downward to the right). Accordingly, the piezoelectric driving unit 10B can be flexibly vibrated along the width direction as described in the piezoelectric driving unit 10 of the first embodiment (FIG. 8). Accordingly, the piezoelectric drive unit 10B can gently brake the driven body 50 and can implement a free mode operation, similarly to the piezoelectric drive unit 10 of the first embodiment (FIG. 8).

<縦振動駆動>
図14は、圧電駆動部10Bの縦振動動作について示す説明図である。圧電駆動部10Bは、駆動選択回路338B(図11)の第1〜第3の選択回路SW11〜SW13を非選択(OFF)とし、第4の選択回路SW14を選択(ON)とすることにより、縦振動駆動させることができる。この場合、第1の屈曲駆動信号SBaが第1,第2の駆動信号Sa、Sbとして選択されて第1の圧電素子110a,110d及び第2の圧電素子110b,110c(ハッチングで示した全ての素子)に供給される。これにより、第1の圧電素子110a,110d及び第2の圧電素子110b,110cは、第1実施形態の圧電駆動部10の第3の圧電素子110eと同様に動作し(図7)、長手方向に沿って縦振動させることができる。従って、圧電駆動部10Bは、第1実施形態の圧電駆動部10と同様に(図7)、被駆動体50をなだらかに制動させることができ、また、フリーモード動作を実現できる。
<Vertical vibration drive>
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the longitudinal vibration operation of the piezoelectric drive unit 10B. The piezoelectric drive unit 10B deselects (OFF) the first to third selection circuits SW11 to SW13 of the drive selection circuit 338B (FIG. 11), and selects (ON) the fourth selection circuit SW14. It can be driven by longitudinal vibration. In this case, the first bending drive signal SBa is selected as the first and second drive signals Sa and Sb, and the first piezoelectric elements 110a and 110d and the second piezoelectric elements 110b and 110c (all hatched areas) are selected. Device). As a result, the first piezoelectric elements 110a and 110d and the second piezoelectric elements 110b and 110c operate in the same manner as the third piezoelectric element 110e of the piezoelectric driving unit 10 of the first embodiment (FIG. 7), and in the longitudinal direction. Can be vibrated longitudinally. Accordingly, the piezoelectric drive unit 10B can gently brake the driven body 50 and can implement a free mode operation, similarly to the piezoelectric drive unit 10 of the first embodiment (FIG. 7).

なお、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、駆動回路338Bによって切り替えて、屈曲振動による制動と縦振動による制動とのいずれか一方の制動を実行することができる。例えば、弱い制動の場合には、縦振動による制動を用い、中程度の制動の場合には屈曲振動による制動を用いるようにすることができる。また、制動動作の途中で切り替えるようにしてもよい。また、縦振動駆動によるフリーモードと、屈曲振動駆動によるフリーモードとは、使用状況に応じて種々の使い分けが可能である。また、制動動作は屈曲振動駆動を用い、フリーモード動作は縦振動駆動を用いるようにしてもよい。   In this embodiment as well, as in the first embodiment, switching by the drive circuit 338B can be performed to perform either braking by bending vibration or braking by longitudinal vibration. For example, in the case of weak braking, braking by longitudinal vibration can be used, and in the case of moderate braking, braking by bending vibration can be used. Moreover, you may make it switch in the middle of braking operation | movement. In addition, the free mode based on the longitudinal vibration drive and the free mode based on the flexural vibration drive can be used in various ways depending on the use situation. Also, the braking operation may use bending vibration drive, and the free mode operation may use longitudinal vibration drive.

なお、以上の説明からわかるように、本実施形態において、第1の圧電素子110a,110dに供給する第1の屈曲駆動信号SBaが発明の第1の駆動信号に相当し、第2の圧電素子110b,110cに供給する第2の屈曲駆動信号SBbが発明の第2の駆動信号に相当する。また、第3の圧電素子110eに供給する第1の屈曲駆動信号SBaが発明の第3の駆動信号に相当する。   As can be seen from the above description, in this embodiment, the first bending drive signal SBa supplied to the first piezoelectric elements 110a and 110d corresponds to the first drive signal of the invention, and the second piezoelectric element. The second bending drive signal SBb supplied to 110b and 110c corresponds to the second drive signal of the invention. Further, the first bending drive signal SBa supplied to the third piezoelectric element 110e corresponds to the third drive signal of the invention.

C.圧電駆動部の他の実施形態:
図15は、本発明の他の実施形態としての圧電駆動部10Cの断面図であり、第1実施形態の図2(B)に対応する図である。この圧電駆動部10Cでは、圧電振動体100が、図2(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15においても、図2(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10Cも、第1実施形態と同様な効果を達成することができる。
C. Other embodiments of the piezoelectric drive:
FIG. 15 is a cross-sectional view of a piezoelectric drive unit 10C as another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 2B of the first embodiment. In the piezoelectric driving unit 10C, the piezoelectric vibrating body 100 is disposed on the diaphragm 200 in a state where the top and bottom of FIG. That is, here, the second electrode 150 is disposed close to the diaphragm 200 and the substrate 120 is disposed farthest from the diaphragm 200. In FIG. 15, as in FIG. 2B, wiring (or a wiring layer and an insulating layer) for electrical connection between the second electrodes 150 a to 150 e, the first electrode 130, and the second electrode Illustration of wirings (or wiring layers and insulating layers) for electrical connection between 150a to 150e and the drive circuit is omitted. This piezoelectric drive unit 10C can also achieve the same effects as in the first embodiment.

図16(A)は、本発明の更に他の実施形態としての圧電駆動部10Dの平面模式図であり、第1実施形態の図8に対応する図である。図16(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16(A)の圧電駆動部10Dでは、中央線CXに対して対称な位置の第1の圧電素子110aと第2の圧電素子110c(ハッチングで示した素子)に対して、差動の屈曲駆動信号を供給する構成を示している。また、図16(B)の圧電駆動10Eでは、中央線CXにたいして対称な位置の第1の圧電素子110dと第2の圧電素子110b(ハッチングで示した素子)に対して、差動の屈曲駆動信号を供給する構成を示している。ただし、これらの構成の場合圧電駆動部10(図4参照)における配線151,152は削除され、各圧電素子の第2電極には、それぞれ、独立した配線が接続される必要がある。これらの圧電駆動部10D,10Eにおいても、幅方向に振動する屈曲振動を発生させることができる。すなわち、中央線CXに対して対称位置にある第1の圧電素子と第2の圧電素子とに位差動の電圧が印加され構成とすれば、幅方向に振動する屈曲振動を発生させることができる。   FIG. 16A is a schematic plan view of a piezoelectric drive unit 10D as still another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 8 of the first embodiment. 16A and 16B, for convenience of illustration, the connection part 220 and the attachment part 230 of the diaphragm 200 are not shown. In the piezoelectric drive unit 10D of FIG. 16A, differential bending is performed with respect to the first piezoelectric element 110a and the second piezoelectric element 110c (elements indicated by hatching) symmetrical to the center line CX. The structure which supplies a drive signal is shown. In the piezoelectric drive 10E of FIG. 16B, differential bending drive is performed with respect to the first piezoelectric element 110d and the second piezoelectric element 110b (elements indicated by hatching) symmetrical to the center line CX. The structure which supplies a signal is shown. However, in these configurations, the wires 151 and 152 in the piezoelectric driving unit 10 (see FIG. 4) are deleted, and independent wires need to be connected to the second electrodes of the respective piezoelectric elements. Also in these piezoelectric driving units 10D and 10E, it is possible to generate a bending vibration that vibrates in the width direction. That is, if a differential voltage is applied to the first and second piezoelectric elements that are symmetrical with respect to the center line CX, bending vibration that vibrates in the width direction can be generated. it can.

D.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。圧電駆動装置は、例えば、ロボット、電子部品搬送装置(ICハンドラー)、投薬用ポンプ、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。
D. Embodiments of a device using a piezoelectric drive:
The piezoelectric drive unit described above can apply a large force to the driven body by utilizing resonance, and can be applied to various devices. Piezoelectric driving devices include, for example, robots, electronic component conveying devices (IC handlers), medication pumps, clock calendar feeding devices, printing devices (for example, paper feeding mechanisms. However, in piezoelectric driving devices used for heads, diaphragms Therefore, it can be used as a driving device in various devices. Hereinafter, representative embodiments will be described.

図17は、上述の圧電駆動装置1000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、上述した圧電駆動装置1000のうちの圧電駆動部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。なお、各圧電駆動部10を制御する駆動回路300は不図示の制御回路に含まれている。   FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of a robot 2050 using the piezoelectric driving device 1000 described above. The robot 2050 includes a plurality of link portions 2012 (also referred to as “link members”) and an arm 2010 (“a” that includes a plurality of joint portions 2020 that connect the link portions 2012 in a rotatable or bendable state. It is also called “arm”. Each joint unit 2020 incorporates the piezoelectric drive unit 10 of the above-described piezoelectric drive unit 1000, and the joint unit 2020 can be rotated or bent by an arbitrary angle using the piezoelectric drive unit 10. It is. A robot hand 2000 is connected to the tip of the arm 2010. The robot hand 2000 includes a pair of grip portions 2003. The robot hand 2000 also has a built-in piezoelectric driving unit 10, and the piezoelectric driving unit 10 can be used to open and close the gripping unit 2003 to grip an object. The piezoelectric drive unit 10 is also provided between the robot hand 2000 and the arm 2010, and the robot hand 2000 can be rotated with respect to the arm 2010 using the piezoelectric drive unit 10. A drive circuit 300 for controlling each piezoelectric drive unit 10 is included in a control circuit (not shown).

図18は、図17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。また、圧電駆動部10をフリーモードで動作させることにより、アーム2010や手首を手動で動作させること(いわゆる「ティーチング」)ができ、ロボット2050に実行させる動作を記憶させることができる。   FIG. 18 is an explanatory diagram of a wrist portion of the robot 2050 shown in FIG. The wrist joint portion 2020 sandwiches the wrist rotating portion 2022, and the wrist link portion 2012 is attached to the wrist rotating portion 2022 so as to be rotatable around the central axis O of the wrist rotating portion 2022. . The wrist rotating unit 2022 includes the piezoelectric driving unit 10, and the piezoelectric driving unit 10 rotates the wrist link unit 2012 and the robot hand 2000 around the central axis O. The robot hand 2000 is provided with a plurality of gripping units 2003. The proximal end portion of the gripping part 2003 is movable in the robot hand 2000, and the piezoelectric drive part 10 is mounted on the base part of the gripping part 2003. For this reason, by operating the piezoelectric drive unit 10, the gripping unit 2003 can be moved to grip the object. Further, by operating the piezoelectric drive unit 10 in the free mode, the arm 2010 and the wrist can be manually operated (so-called “teaching”), and the operation to be executed by the robot 2050 can be stored.

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。   The robot is not limited to a single-arm robot, and the piezoelectric drive unit 10 can be applied to a multi-arm robot having two or more arms. Here, in the wrist joint 2020 and the robot hand 2000, in addition to the piezoelectric drive unit 10, a power line for supplying power to various devices such as a force sensor and a gyro sensor, a signal line for transmitting a signal, and the like And requires a lot of wiring. Therefore, it is very difficult to arrange the wiring inside the joint portion 2020 and the robot hand 2000. However, since the piezoelectric drive unit 10 of the above-described embodiment can reduce the drive current as compared with a normal electric motor or a conventional piezoelectric drive device, the joint unit 2020 (particularly, the joint unit at the tip of the arm 2010) or a robot hand. Wiring can be arranged even in a small space such as 2000.

図19は、上述の圧電駆動装置1000を利用した送液ポンプ2200の一例を示す説明図である。送液ポンプ2200は、ケース2230内に、リザーバー2211と、チューブ2212と、圧電駆動部10と、ローター2222と、減速伝達機構2223と、カム2202と、複数のフィンガー2213、2214、2215、2216、2217、2218、2219と、が設けられている。なお、駆動回路300は不図示である。リザーバー2211は、輸送対象である液体を収容するための収容部である。チューブ2212は、リザーバー2211から送り出される液体を輸送するための管である。圧電駆動部10の突起部20は、ローター2222の側面に押し付けた状態で設けられており、圧電駆動部10がローター2222を回転駆動する。ローター2222の回転力は減速伝達機構2223を介してカム2202に伝達される。フィンガー2213から2219はチューブ2212を閉塞させるための部材である。カム2202が回転すると、カム2202の突起部2202Aによってフィンガー2213から2219が順番に放射方向外側に押される。フィンガー2213から2219は、輸送方向上流側(リザーバー2211側)から順にチューブ2212を閉塞する。これにより、チューブ2212内の液体が順に下流側に輸送される。こうすれば、極く僅かな量を精度良く送液可能で、しかも小型な送液ポンプ2200を実現することができる。なお、各部材の配置は図示されたものには限られない。また、フィンガーなどの部材を備えず、ローター2222に設けられたボールなどがチューブ2212を閉塞する構成であってもよい。上記のような送液ポンプ2200は、インシュリンなどの薬液を人体に投与する投薬装置などに活用できる。ここで、上述した実施形態の圧電駆動部装置1000を用いることにより、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流が小さくなるので、投薬装置の消費電力を抑制することができる。従って、投薬装置を電池駆動する場合は、特に有効である。   FIG. 19 is an explanatory diagram showing an example of a liquid feed pump 2200 using the piezoelectric driving device 1000 described above. In the case 2230, the liquid feed pump 2200 includes a reservoir 2211, a tube 2212, a piezoelectric drive unit 10, a rotor 2222, a deceleration transmission mechanism 2223, a cam 2202, a plurality of fingers 2213, 2214, 2215, 2216, 2217, 2218, and 2219 are provided. The drive circuit 300 is not shown. The reservoir 2211 is a storage unit for storing a liquid to be transported. The tube 2212 is a tube for transporting the liquid sent out from the reservoir 2211. The protrusion 20 of the piezoelectric drive unit 10 is provided in a state of being pressed against the side surface of the rotor 2222, and the piezoelectric drive unit 10 rotationally drives the rotor 2222. The rotational force of the rotor 2222 is transmitted to the cam 2202 via the deceleration transmission mechanism 2223. Fingers 2213 to 2219 are members for closing the tube 2212. When the cam 2202 rotates, the fingers 2213 to 2219 are sequentially pushed outward in the radial direction by the protrusion 2202A of the cam 2202. The fingers 2213 to 2219 close the tube 2212 in order from the upstream side in the transport direction (reservoir 2211 side). Thereby, the liquid in the tube 2212 is transported to the downstream side in order. In this way, it is possible to realize a small liquid feed pump 2200 that can deliver an extremely small amount with high accuracy and that is small. In addition, arrangement | positioning of each member is not restricted to what was illustrated. Further, a member such as a finger may not be provided, and a ball or the like provided on the rotor 2222 may close the tube 2212. The liquid feed pump 2200 as described above can be used for a medication device that administers a drug solution such as insulin to the human body. Here, by using the piezoelectric drive unit device 1000 of the above-described embodiment, the drive current is smaller than that of the conventional piezoelectric drive device, so that the power consumption of the dosing device can be suppressed. Therefore, it is particularly effective when the medication apparatus is battery-driven.

E.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。
E. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

(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。 (1) In the above embodiment, the first electrode 130, the piezoelectric body 140, and the second electrode 150 are formed on the substrate 120. However, the substrate 120 is omitted and the first electrode is formed on the vibration plate 200. 130, the piezoelectric body 140, and the second electrode 150 may be formed.

(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。 (2) In the above embodiment, one piezoelectric vibrating body 100 is provided on each of both surfaces of the vibration plate 200, but one of the piezoelectric vibrating bodies 100 can be omitted. However, providing the piezoelectric vibrating bodies 100 on both surfaces of the diaphragm 200 is preferable in that it is easier to deform the diaphragm 200 into a meandering shape bent in the plane.

(3)上記各実施形態では、圧電素子として、成膜プロセスにより形成した圧電体を用いるものを例に取り説明したが、圧電体は、バルクの圧電体であってもよい。 (3) In each of the above embodiments, the piezoelectric element that uses a piezoelectric body formed by a film forming process has been described as an example. However, the piezoelectric body may be a bulk piezoelectric body.

(4)上記実施形態では、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によって振動体部210を振動可能に支持する構成を例に説明したが、接続部220の配置位置や数は、これに限定されるものではなく、種々の配置位置や数を採用することができる。例えば、長手方向に沿った片側のみに接続部を設けて、振動体部210を片持ち状態で支持する構造としても良い。また、振動体部210の突起部20とは反対側の短辺に接続部を設けて、振動体部210を片持ち状態で支持する構造としても良い。 (4) In the above-described embodiment, the configuration in which the vibration body portion 210 is supported by the connection portions 220 extending from the left and right long sides of the vibration body portion 210 so as to be able to vibrate is described as an example. The position and number are not limited to this, and various arrangement positions and numbers can be adopted. For example, a connection part may be provided only on one side along the longitudinal direction, and the vibrating body part 210 may be supported in a cantilever state. In addition, a connection portion may be provided on the short side of the vibrating body portion 210 opposite to the protruding portion 20 to support the vibrating body portion 210 in a cantilever state.

(5)上記実施形態では、屈曲振動において第1の圧電素子110a,110dへ供給する第1の駆動信号と第2の圧電素子110b,110cへ供給する第2の駆動信号とは、位相が180度異なる差動電圧の信号を例として説明した。しかしながら、第1の駆動振動と第2の駆動信号とは差動電圧の信号に限定されるものではない。屈曲振動駆動回路334に、2つの屈曲駆動信号SBa,SBbのそれぞれの電圧の振幅や、位相差、DCオフセットを変化させる調整回路を備えて、種々の位相差を有する信号や、振幅が異なる電圧の信号、DCオフセットが異なる電圧の信号としてもよい。第1の駆動信号と第2の駆動信号との位相差や振幅、DCオフセット等を調整することにより、第1の圧電素子と第2の圧電素子の特性差の補償や、圧電駆動部の組み付位置の位置ズレの補償等を行うことができる。また、振動の中立点の位置を変化させることが可能となり、屈曲振動や縦振動によるフリーモードにおいて、接触部の被駆動体への接触力を変化させて、被駆動体に繋がった装置を動かすための外力を変化させることができる。 (5) In the above embodiment, the phase of the first drive signal supplied to the first piezoelectric elements 110a and 110d and the second drive signal supplied to the second piezoelectric elements 110b and 110c in bending vibration is 180. The example has been described using differential voltage signals of different degrees. However, the first drive vibration and the second drive signal are not limited to differential voltage signals. The bending vibration drive circuit 334 includes an adjustment circuit that changes the amplitude, phase difference, and DC offset of each of the two bending drive signals SBa and SBb, and signals having various phase differences and voltages having different amplitudes. Or a signal with a different DC offset. By adjusting the phase difference, amplitude, DC offset, etc. between the first drive signal and the second drive signal, compensation of the characteristic difference between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, and the combination of the piezoelectric drive unit It is possible to compensate for misalignment of the attached position. In addition, it is possible to change the position of the neutral point of vibration, and in free mode by bending vibration or longitudinal vibration, the contact force of the contact part to the driven body is changed to move the device connected to the driven body. The external force for changing can be changed.

(6)上記実施形態では、屈曲振動、縦振動のための駆動信号を、圧電駆動部10の機械的な共振周波数に近い周波数の電圧信号である交流駆動電圧SACに基づいて生成し、交流駆動電圧SACと同じ周波数(周期)の信号としたが、例えば、縦振動による制動の場合の縦駆動信号の周波数(周期)は、屈曲振動の屈曲駆動信号の周波数よりも高い周波数としてもよい。 (6) In the above embodiment, drive signals for bending vibration and longitudinal vibration are generated based on the AC drive voltage SAC that is a voltage signal having a frequency close to the mechanical resonance frequency of the piezoelectric drive unit 10, and AC drive is performed. Although the signal has the same frequency (cycle) as the voltage SAC, for example, the frequency (cycle) of the longitudinal drive signal in the case of braking by longitudinal vibration may be higher than the frequency of the flexural drive signal of flexural vibration.

(7)上記実施形態では、一対の圧電振動体を振動板に接合した構成を例に説明したが、圧電振動体は1つであっても良い。また、複数の圧電振動体を積層した構成としてもよい。 (7) In the above-described embodiment, the configuration in which a pair of piezoelectric vibrating bodies is joined to the diaphragm has been described as an example. However, the number of piezoelectric vibrating bodies may be one. Moreover, it is good also as a structure which laminated | stacked the some piezoelectric vibrating body.

(8)上記した実施形態では、振動板上に圧電振動体が設けられている構成を例に説明したが、振動板は必須の構成ではなく省略することも可能である。 (8) In the above-described embodiment, the configuration in which the piezoelectric vibrating body is provided on the diaphragm has been described as an example, but the diaphragm is not an essential configuration and may be omitted.

(9)上記した実施形態では、圧電振動体の長手方向に交わる幅方向に沿った一方の短辺に突起部(接触部)が設けられている構成を例に説明したが、長手方向に沿った一方の長辺に突起部(接触部)が設けられた構成でもよい。 (9) In the above-described embodiment, the configuration in which the protrusion (contact portion) is provided on one short side along the width direction intersecting with the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator has been described as an example. A configuration in which a protruding portion (contact portion) is provided on the other long side may be employed.

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

1000,1000B…圧電駆動装置
10,10B,10C,10D,10E…圧電駆動部装置
12…チューブ
20…突起部(接触部、作用部)
50…ローター(被駆動体)
51…被駆動体の中心
100…圧電振動体
110a,110b,110c,110d,110e…圧電素子
120…基板
125…絶縁層
130…第1電極
140…圧電体
150,150a,150b,150c,150d,150e…第2電極
151,152…配線
200…振動板
201…振動体部(振動板)の中心
202…中央線
210…振動体部
220…接続部
230…取付部
240…ネジ
300,300B…駆動回路
310,312,314,320…配線
332…交流駆動電圧発生回路
334…屈曲振動駆動回路
336…縦振動駆動回路
338,338B…駆動選択回路
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
2200…送液ポンプ
2202…カム
2202A…突起部
2211…リザーバー
2212…チューブ
2213…フィンガー
2222…ローター
2223…減速伝達機構
2230…ケース
SW1,SW2…選択回路
SW11,SW12,SW13,SW14…選択回路
1000, 1000B ... Piezoelectric drive device 10, 10B, 10C, 10D, 10E ... Piezoelectric drive device 12 ... Tube 20 ... Projection (contact portion, action portion)
50 ... Rotor (driven body)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 51 ... Center of driven body 100 ... Piezoelectric vibrator 110a, 110b, 110c, 110d, 110e ... Piezoelectric element 120 ... Substrate 125 ... Insulating layer 130 ... First electrode 140 ... Piezoelectric body 150, 150a, 150b, 150c, 150d, 150e ... second electrode 151,152 ... wiring 200 ... diaphragm 201 ... center of vibrating body part (vibrating plate) 202 ... center line 210 ... vibrating body part 220 ... connecting part 230 ... mounting part 240 ... screw 300, 300B ... drive Circuits 310, 312, 314, 320 ... wiring 332 ... AC drive voltage generation circuit 334 ... flexural vibration drive circuit 336 ... longitudinal vibration drive circuit 338, 338B ... drive selection circuit 2000 ... robot hand 2003 ... gripping part 2010 ... arm 2012 ... link Part 2020 ... joint part 2022 ... wrist rotation part 2050 ... robot 2200 ... Liquid feed pump 2202 ... Cam 2202A ... Projection 2211 ... Reservoir 2212 ... Tube 2213 ... Finger 2222 ... Rotor 2223 ... Deceleration transmission mechanism 2230 ... Case SW1, SW2 ... Selection circuit SW11, SW12, SW13, SW14 ... Selection circuit

Claims (10)

被駆動体を駆動する圧電駆動部と、
前記圧電駆動部を駆動する駆動回路と、
を備え、
前記圧電駆動部は、
第1の圧電素子及び第2の圧電素子を有する圧電振動体と、
前記被駆動体に接触する接触部と、
を備え、 前記圧電振動体は、
少なくとも前記第1の圧電素子の一部が、前記圧電振動体の長手方向に沿った中央線に対して片側の一方に配置されており、
少なくとも前記第2の圧電素子の一部が、前記中央線に対して前記片側の他方に配置されており、
前記駆動回路は、
前記被駆動体の停止時または制動時の少なくとも一方において、前記第1の圧電素子には、所定の周期で周期的に電圧が変化する第1の駆動信号を供給し、前記第2の圧電素子には、前記第1の駆動信号とは異なる位相の前記所定の周期で周期的に電圧が変化する第2の駆動信号を供給することにより、前記接触部を前記長手方向に交わる幅方向に沿って振動させる
ことを特徴とする圧電駆動装置。
A piezoelectric drive for driving the driven body;
A drive circuit for driving the piezoelectric drive unit;
With
The piezoelectric drive unit is
A piezoelectric vibrator having a first piezoelectric element and a second piezoelectric element;
A contact portion that contacts the driven body;
The piezoelectric vibrating body includes:
At least a part of the first piezoelectric element is disposed on one side with respect to a center line along the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator,
At least a portion of the second piezoelectric element is disposed on the other of the one side with respect to the center line;
The drive circuit is
At least one of when the driven body is stopped or braked, the first piezoelectric element is supplied with a first drive signal whose voltage periodically changes at a predetermined period, and the second piezoelectric element The second drive signal whose voltage periodically changes in the predetermined cycle having a phase different from that of the first drive signal is supplied along the width direction intersecting the longitudinal direction with the contact portion. A piezoelectric drive device characterized by being vibrated.
請求項1に記載の圧電駆動装置であって、
前記圧電振動体は、前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とが前記中央線に対して対称位置に配置されていることを特徴とする圧電駆動装置。
The piezoelectric drive device according to claim 1,
The piezoelectric vibration device is characterized in that the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are arranged symmetrically with respect to the center line.
請求項2に記載の圧電駆動装置であって、
前記圧電振動体は、前記片側の一方に、前記長手方向に沿って前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子が配置されており、前記片側の他方に、前記長手方向に沿って前記第2の圧電素子と前記第1の圧電素子が配置されていることを特徴とする圧電駆動装置。
The piezoelectric drive device according to claim 2,
In the piezoelectric vibrating body, the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are arranged along the longitudinal direction on one side of the piezoelectric element, and the piezoelectric vibrator is arranged along the longitudinal direction on the other side of the piezoelectric element. A piezoelectric driving device comprising a second piezoelectric element and the first piezoelectric element.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の圧電駆動装置であって、
前記駆動回路は、前記第1の駆動信号の電圧の振幅と前記第2の駆動信号の電圧の振幅と前記位相の差とのうち少なくとも一つを変化させる調整回路を含むことを特徴とする圧電駆動装置。
The piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 3, wherein
The drive circuit includes an adjustment circuit that changes at least one of an amplitude of a voltage of the first drive signal, an amplitude of a voltage of the second drive signal, and a difference between the phases. Drive device.
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の圧電駆動装置であって、
前記圧電振動体は、さらに、前記中央線に沿った配置された第3の圧電素子を含み、
前記駆動回路は、前記停止時または制動時の少なくとも一方において、
a)前記第1の圧電素子に前記第1の駆動信号を供給するとともに、前記第2の圧電素子に前記第2の駆動信号の供給することにより、前記接触部を、前記幅方向に沿って振動させる屈曲振動と、
b)前記第3の圧電素子に前記所定の周期で周期的に電圧が変化する第3の駆動信号を供給することにより、前記接触部を、前記長手方向に沿って振動させる縦振動と、
のいずれか一方を、切り替え可能に実行することを特徴とする圧電駆動装置。
The piezoelectric driving device according to any one of claims 1 to 4, wherein
The piezoelectric vibrating body further includes a third piezoelectric element disposed along the center line,
The drive circuit is at least at the time of stopping or braking,
a) supplying the first drive signal to the first piezoelectric element and supplying the second drive signal to the second piezoelectric element, thereby causing the contact portion to extend along the width direction. Bending vibration to vibrate;
b) Longitudinal vibration that vibrates the contact portion along the longitudinal direction by supplying a third drive signal whose voltage periodically changes at the predetermined period to the third piezoelectric element;
Any one of the above is executed in a switchable manner.
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の圧電駆動装置であって、
前記駆動回路は、前記停止時または制動時の少なくとも一方において、
a)前記第1の圧電素子に前記第1の駆動信号を供給するとともに、前記第2の圧電素子に前記第2の駆動信号の供給することにより、前記接触部を前記幅方向に沿って振動させる屈曲振動と、
b)前記第1の圧電素子及び前記第2の圧電素子に前記所定の周期で周期的に電圧が変化する第3の駆動信号を供給することにより、前記接触部を前記長手方向に沿って振動させる縦振動と、
のいずれか一方を、切り替え可能に実行することを特徴とする圧電駆動装置。
The piezoelectric driving device according to any one of claims 1 to 4, wherein
The drive circuit is at least at the time of stopping or braking,
a) supplying the first drive signal to the first piezoelectric element and supplying the second drive signal to the second piezoelectric element, thereby vibrating the contact portion along the width direction. Bending vibration,
b) Vibrating the contact portion along the longitudinal direction by supplying a third drive signal whose voltage periodically changes at the predetermined period to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element. With longitudinal vibration,
Any one of the above is executed in a switchable manner.
請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の圧電駆動装置であって、
前記接触部は、前記圧電振動体の長手方向に沿って配置される前記被駆動体に対して接触可能に設けられており、
前記縦振動は、前記長手方向に沿って前記被駆動体と前記接触部とが接触及び非接触を繰り返す振動であり、
前記第1の屈曲振動及び前記第2の屈曲振動は、それぞれ、前記長手方向に交わる方向に沿って前記被駆動体と前記接触部とが摺動お非摺動を繰り返す振動である
ことを特徴とする圧電駆動装置。
The piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 6, wherein
The contact portion is provided so as to be able to contact the driven body arranged along the longitudinal direction of the piezoelectric vibrating body,
The longitudinal vibration is vibration in which the driven body and the contact portion repeat contact and non-contact along the longitudinal direction,
The first bending vibration and the second bending vibration are vibrations in which the driven body and the contact portion repeat sliding and non-sliding along a direction intersecting with the longitudinal direction, respectively. A piezoelectric drive device.
請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の圧電駆動装置であって、
前記圧電振動体は振動板上に設けられていることを特徴とする圧電駆動装置。
A piezoelectric driving device according to any one of claims 1 to 7,
The piezoelectric driving device according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrating body is provided on a diaphragm.
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から請求項4までのいずれか一項に記載の少なくとも一つの圧電駆動装置と、
を備えるロボット。
A plurality of link portions and a joint portion connecting the plurality of link portions;
The at least one piezoelectric driving device according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of link portions are rotated by the joint portions.
Robot equipped with.
請求項9に記載のロボットの駆動方法であって
前記圧電駆動装置の少なくとも一つを駆動することで前記複数のリンク部を前記関節部で回動させ、
前記複数のリンク部の前記関節部での回動の停止時または制動時の少なくとも一方において、前記第1の圧電素子に所定の周期で周期的に電圧が変化する第1の駆動信号を供給し、前記第2の圧電素子に前記第1の駆動信号とは異なる位相の前記所定の周期で周期的に電圧が変化する第2の駆動信号を供給することにより、前記接触部が前記圧電振動体の長手方向に交わる幅方向に沿って振動するように、前記圧電駆動装置を駆動する、ロボットの駆動方法。
The robot driving method according to claim 9, wherein the plurality of link parts are rotated by the joint parts by driving at least one of the piezoelectric driving devices,
A first drive signal whose voltage periodically changes at a predetermined cycle is supplied to the first piezoelectric element when at least one of the rotation of the plurality of link portions at the joint portion is stopped or during braking. By supplying a second drive signal whose voltage periodically changes in the predetermined cycle having a phase different from that of the first drive signal to the second piezoelectric element, the contact portion is made to be the piezoelectric vibrator. A driving method of a robot, wherein the piezoelectric driving device is driven so as to vibrate along a width direction intersecting with a longitudinal direction of the robot.
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