JP2017103954A - Piezoelectric driving device, motor, robot, and pump - Google Patents

Piezoelectric driving device, motor, robot, and pump Download PDF

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智明 ▲高▼橋
智明 ▲高▼橋
Tomoaki Takahashi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric driving device that can reduce the amount of change in resonance frequency of a vibrator part by specifying the spring constant of a contact member that is in contact with a driving target body.SOLUTION: There is provided a piezoelectric driving device comprising: a substrate including a stationary part and a vibrator part that is provided with a piezoelectric element and supported by the stationary part; and a contact member that is in contact with a driving target body and transmits the movement of the vibrator part to the driving target body, in which the contact member is provided on the vibrator part via an adhesive; a low spring constant area having a spring constant equal to or lower than an initial spring constant is provided between the vibrator part and the contact member; the low spring constant area includes the adhesive; the initial spring constant is a spring constant of a system in which a first virtual sphere of the same material and same volume as those of the contact member is pressed against a second virtual sphere of the same material and same volume as those of the driving target body.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、圧電駆動装置、モーター、ロボット、およびポンプに関する。   The present invention relates to a piezoelectric drive device, a motor, a robot, and a pump.

圧電素子により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)は、磁石やコイルが不要のため、様々な分野で利用されている。   Piezoelectric actuators (piezoelectric driving devices) that drive a driven body by vibrating a vibrating body by a piezoelectric element are used in various fields because they do not require a magnet or a coil.

このような圧電駆動装置において、過渡的な振動の防止、超音波振動子と被駆動体部材との接触部の磨耗の防止、および電力効率の向上などを目的として、圧電駆動装置の被駆動体との接触部近傍にバネ領域を設けることが記載されている(例えば特許文献1〜3参照)。   In such a piezoelectric driving device, the driven body of the piezoelectric driving device is used for the purpose of preventing transient vibration, preventing wear of the contact portion between the ultrasonic vibrator and the driven body member, and improving power efficiency. It is described that a spring region is provided in the vicinity of the contact portion with (see Patent Documents 1 to 3, for example).

特開2008−295234号公報JP 2008-295234 A 特開平06−22565号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-22565 特開2015−80329号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-80329

しかしながら、特許文献1〜3には、バネ領域があるという定性的なことしか記載されておらず、具体的なバネ領域のバネ定数や押圧による接触部材の変形量などについては、言及されていない。   However, Patent Documents 1 to 3 only describe qualitatively that there is a spring region, and do not mention a specific spring constant of the spring region, a deformation amount of the contact member due to pressing, or the like. .

本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、被駆動体に接触する接触部材のバネ定数を特定することにより、振動体部の共振周波数の変化量を小さくすることができる圧電駆動装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記の圧電駆動装置を含むモーター、ロボット、またはポンプを提供することにある。   One of the objects according to some aspects of the present invention is to specify a spring constant of a contact member that is in contact with a driven body, thereby reducing the amount of change in the resonance frequency of the vibrating body portion. Is to provide. Another object of some embodiments of the present invention is to provide a motor, a robot, or a pump including the piezoelectric driving device described above.

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、以下の態様又は適用例として実現することができる。   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 aspects or application examples.

[適用例1]
本発明に係る圧電駆動装置の一態様は、
固定部、および圧電素子が設けられ前記固定部に支持された振動体部を有する基板と、
被駆動体に接触し、前記振動体部の動きを前記被駆動体に伝える接触部材と、
を含み、
前記接触部材は、接着剤を介して、前記振動体部に設けられ、
前記振動体部と前記接触部材との間に、初期バネ定数以下のバネ定数を有する低バネ定数領域が設けられ、
前記低バネ定数領域は、前記接着剤を含み、
前記初期バネ定数は、前記接触部材と同じ材質および同じ体積の第1仮想球を、前記被駆動体と同じ材質および同じ体積の第2仮想球に押し当てた系のバネ定数である。
[Application Example 1]
One aspect of the piezoelectric drive device according to the present invention is:
A fixed portion, and a substrate having a vibrating body portion provided with a piezoelectric element and supported by the fixed portion;
A contact member that contacts the driven body and transmits the movement of the vibrating body portion to the driven body;
Including
The contact member is provided on the vibrating body part via an adhesive,
A low spring constant region having a spring constant equal to or less than an initial spring constant is provided between the vibrating body portion and the contact member,
The low spring constant region includes the adhesive,
The initial spring constant is a spring constant of a system in which a first phantom sphere having the same material and the same volume as the contact member is pressed against a second phantom sphere having the same material and the same volume as the driven body.

このような圧電駆動装置では、接触部材が被駆動体と接触することにより磨耗したり、外乱によって接触部材と被駆動体との接触状態が変化したりしても、振動体部の共振周波
数(縦振動の共振周波数)の変化量を小さくすることができる(詳細は後述する)。
In such a piezoelectric driving device, even if the contact member is worn due to contact with the driven body or the contact state between the contact member and the driven body is changed due to a disturbance, the resonance frequency ( The amount of change in the resonance frequency of the longitudinal vibration) can be reduced (details will be described later).

[適用例2]
適用例1において、
前記第1仮想球の、ヤング率をE、ポアソン比をν、半径をRとし、
前記第2仮想球の、ヤング率をE、ポアソン比をν、半径をRとし、
押圧力Fで前記第1仮想球を前記第2仮想球に押し当てたときの、前記第1仮想球と前記第2仮想球との接触面の半径をaとすると、前記低バネ定数領域のバネ定数Kは、
の関係を満たしてもよい。
ただし、
である。
[Application Example 2]
In application example 1,
The Young's modulus of the first phantom sphere is E 1 , the Poisson's ratio is ν 1 , the radius is R 1 ,
The Young's modulus of the second phantom sphere is E 2 , the Poisson's ratio is ν 2 , the radius is R 2 ,
When the radius of the contact surface between the first phantom sphere and the second phantom sphere when the first phantom sphere is pressed against the second phantom sphere with the pressing force F 0 is a 0 , the low spring constant The spring constant K of the region is
May be satisfied.
However,
It is.

このような圧電駆動装置では、振動体部の共振周波数の変化量を小さくすることができる。   In such a piezoelectric drive device, the amount of change in the resonance frequency of the vibrating body portion can be reduced.

[適用例3]
適用例1または2において、
前記低バネ定数領域は、前記接着剤であってもよい。
[Application Example 3]
In application example 1 or 2,
The low spring constant region may be the adhesive.

このような圧電駆動装置では、振動体部の共振周波数の変化量を小さくすることができる。   In such a piezoelectric drive device, the amount of change in the resonance frequency of the vibrating body portion can be reduced.

[適用例4]
本発明に係るモーターの一態様は、
適用例1ないし3のいずれか1例に記載の圧電駆動装置と、
前記圧電駆動装置によって回転されるローターと、
を含む。
[Application Example 4]
One aspect of the motor according to the present invention is:
The piezoelectric drive device according to any one of Application Examples 1 to 3,
A rotor rotated by the piezoelectric drive device;
including.

このようなモーターでは、本発明に係る圧電駆動装置を含むことができる。   Such a motor can include a piezoelectric drive according to the present invention.

[適用例5]
本発明に係るロボットの一態様は、
複数のリンク部と、
複数の前記リンク部を接続する関節部と、
複数の前記リンク部を前記関節部で回動させる適用例1ないし3のいずれか1例に記載
の圧電駆動装置と、
を含む。
[Application Example 5]
One aspect of the robot according to the present invention is:
A plurality of link parts;
A joint part connecting a plurality of the link parts;
The piezoelectric drive device according to any one of Application Examples 1 to 3, in which a plurality of the link portions are rotated at the joint portions,
including.

このようなロボットでは、本発明に係る圧電駆動装置を含むことができる。   Such a robot can include the piezoelectric driving device according to the present invention.

[適用例6]
本発明に係るポンプの一態様は、
適用例1ないし3のいずれか1例に記載の圧電駆動装置と、
液体を輸送するチューブと、
前記圧電駆動装置の駆動によって前記チューブを閉鎖する複数のフィンガーと、
を含む。
[Application Example 6]
One aspect of the pump according to the present invention is:
The piezoelectric drive device according to any one of Application Examples 1 to 3,
A tube that transports the liquid;
A plurality of fingers for closing the tube by driving the piezoelectric driving device;
including.

このようなポンプでは、本発明に係る圧電駆動装置を含むことができる。   Such a pump can include a piezoelectric drive according to the present invention.

本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a piezoelectric drive device according to an embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 第1仮想球を第2仮想球に押し当てた状態を説明するための図。The figure for demonstrating the state which pressed the 1st virtual sphere against the 2nd virtual sphere. 本実施形態に係る圧電駆動装置を説明するための等価回路を示す図。The figure which shows the equivalent circuit for demonstrating the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の動作を説明するための図。The figure for demonstrating operation | movement of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 接触面の半径と、荷重、変位、および等価バネ定数と、の関係を示す表。The table | surface which shows the relationship between the radius of a contact surface, a load, a displacement, and an equivalent spring constant. 接触面の半径と、荷重、変位、および等価バネ定数と、の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the radius of a contact surface, a load, a displacement, and an equivalent spring constant. 圧電駆動装置の駆動時間と、接触面の直径と、の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the drive time of a piezoelectric drive device, and the diameter of a contact surface. 圧電駆動装置の駆動時間と、縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との差と、の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the drive time of a piezoelectric drive device, and the difference of the resonant frequency of longitudinal vibration, and the resonant frequency of bending vibration. 周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a frequency and an impedance. 周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a frequency and an impedance. シミュレーションに用いたモデルを説明するための図。The figure for demonstrating the model used for simulation. バネ定数と共振周波数との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a spring constant and a resonant frequency. バネ定数の変化量および縦振動の共振周波数の変化量を示す表。The table | surface which shows the variation | change_quantity of the change amount of a spring constant, and the resonance frequency of a longitudinal vibration. バネ定数と共振周波数の変化量との関係を示す表。The table | surface which shows the relationship between a spring constant and the variation | change_quantity of a resonant frequency. ヤング率と厚さとの関係を示す表。A table showing the relationship between Young's modulus and thickness. 本実施形態の第1変形例に係る圧電駆動装置を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on the 1st modification of this embodiment. 本実施形態の第2変形例に係る圧電駆動装置を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on the 2nd modification of this embodiment. 本実施形態に係るロボットを説明するための図。The figure for demonstrating the robot which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るロボットの手首部分を説明するための図。The figure for demonstrating the wrist part of the robot which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るポンプを説明するための図。The figure for demonstrating the pump which concerns on this embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

1. 圧電駆動装置
まず、本実施形態に係る圧電駆動装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る圧電駆動装置100を模式的に示す平面図である。図2は、本実施形態に係る圧電駆動装置100を模式的に示す図1のII−II線断面である。図3は、図
1の接触部材近傍の拡大図である。
1. Piezoelectric Drive Device First, a piezoelectric drive device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view schematically showing a piezoelectric driving device 100 according to this embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1 schematically showing the piezoelectric driving device 100 according to the present embodiment. FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the contact member in FIG. 1.

圧電駆動装置100は、図1〜図3に示すように、基板10と、接触部材20と、低バネ定数領域22と、圧電素子30と、を含む。   As shown in FIGS. 1 to 3, the piezoelectric driving device 100 includes a substrate 10, a contact member 20, a low spring constant region 22, and a piezoelectric element 30.

基板10は、例えば、シリコン基板と、シリコン基板上に設けられた酸化シリコン層と、酸化シリコン層上に設けられた酸化ジルコニウム層と、の積層体から構成されている。   The substrate 10 is composed of, for example, a stacked body of a silicon substrate, a silicon oxide layer provided on the silicon substrate, and a zirconium oxide layer provided on the silicon oxide layer.

基板10は、図1に示すように、振動体部12と、固定部14と、第1接続部16と、第2接続部18と、を有している。図示の例では、振動体部12の平面形状(基板10の厚さ方向からみた形状)は、長方形である。振動体部12上には、圧電素子30が設けられ、振動体部12は、圧電素子30の変形により振動することができる。固定部14は、接続部16,18を介して、振動体部12を支持している。固定部14は、例えば、外部部材(図示せず)に固定されている。図示の例では、接続部16,18は、振動体部12の長手方向における中央部から、該長手方向と直交する方向に延出し、固定部14に接続されている。   As shown in FIG. 1, the substrate 10 includes a vibrating body portion 12, a fixing portion 14, a first connection portion 16, and a second connection portion 18. In the illustrated example, the planar shape (the shape viewed from the thickness direction of the substrate 10) of the vibrating body portion 12 is a rectangle. A piezoelectric element 30 is provided on the vibrating body portion 12, and the vibrating body portion 12 can vibrate by deformation of the piezoelectric element 30. The fixing portion 14 supports the vibrating body portion 12 via the connection portions 16 and 18. For example, the fixing portion 14 is fixed to an external member (not shown). In the illustrated example, the connecting portions 16 and 18 extend from a central portion in the longitudinal direction of the vibrating body portion 12 in a direction orthogonal to the longitudinal direction and are connected to the fixing portion 14.

接触部材20は、低バネ定数領域22を介して、振動体部12の長手方向(以下、単に「長手方向」ともいう)における端部12aに設けられている。端部12aは、平面視において(基板10の厚さ方向からみて)、振動体部12の短辺によって構成されている。図示の例では、接触部材20の形状は、直方体である。接触部材20は、被駆動部材(具体的には、後述する図6に示すローター4)と接触して、振動体部12の動きを被駆動部材に伝える部材である。接触部材20の材質は、例えば、セラミックス(具体的にはアルミナ(Al)、ジルコニア(ZrO)、窒化ケイ素(SiN)、またはこれらの混合物など)である。 The contact member 20 is provided on the end portion 12 a in the longitudinal direction (hereinafter, also simply referred to as “longitudinal direction”) of the vibrating body portion 12 via the low spring constant region 22. The end portion 12 a is configured by the short side of the vibrating body portion 12 in plan view (as viewed from the thickness direction of the substrate 10). In the illustrated example, the shape of the contact member 20 is a rectangular parallelepiped. The contact member 20 is a member that contacts the driven member (specifically, the rotor 4 shown in FIG. 6 described later) and transmits the movement of the vibrating body portion 12 to the driven member. The material of the contact member 20 is, for example, ceramics (specifically, alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silicon nitride (Si 3 N), or a mixture thereof).

低バネ定数領域22は、振動体部12と接触部材20との間に設けられている。図示の例では、低バネ定数領域22の形状は、直方体である。低バネ定数領域22は、接着剤を含む。図示の例では、低バネ定数領域22は、接着剤である。具体的には、低バネ定数領域22は、シリコーン系、ウレタン系、エポキシ系などの弾性接着剤である。   The low spring constant region 22 is provided between the vibrating body portion 12 and the contact member 20. In the illustrated example, the shape of the low spring constant region 22 is a rectangular parallelepiped. The low spring constant region 22 includes an adhesive. In the illustrated example, the low spring constant region 22 is an adhesive. Specifically, the low spring constant region 22 is an elastic adhesive such as silicone, urethane, or epoxy.

低バネ定数領域22は、長手方向において、初期バネ定数以下のバネ定数を有する。ここで、「初期バネ定数」とは、図4に示すように、接触部材20と同じ材質および同じ体積の第1仮想球Bを、被駆動体と同じ材質および同じ体積の第2仮想球Bに押し当てた系のバネ定数である(詳細は後述する「3. 実験例」参照)。 The low spring constant region 22 has a spring constant equal to or less than the initial spring constant in the longitudinal direction. Here, the “initial spring constant” means that, as shown in FIG. 4, the first phantom sphere B 1 having the same material and the same volume as the contact member 20 is replaced with the second phantom sphere having the same material and the same volume as the driven body. This is the spring constant of the system pressed against B 2 (for details, see “3. Experimental example” described later).

さらに、第1仮想球Bの、ヤング率をE、ポアソン比をν、半径をRとし、第2仮想球Bの、ヤング率をE、ポアソン比をν、半径をRとし、押圧力Fで第1仮想球Bを前記第2仮想球Bに押し当てたときの、仮想球B,Bが変形して形成される接触面Cの半径をaとすると、低バネ定数領域22のバネ定数Kは、下記式(1)の関係を満たす。 Further, the Young's modulus of the first phantom sphere B 1 is E 1 , the Poisson's ratio is ν 1 and the radius is R 1, and the Young's modulus of the second phantom sphere B 2 is E 2 , the Poisson's ratio is ν 2 , and the radius is R 2 is the radius of the contact surface C formed by deforming the phantom spheres B 1 and B 2 when the first phantom sphere B 1 is pressed against the second phantom sphere B 2 with the pressing force F 0 . Assuming a 0 , the spring constant K of the low spring constant region 22 satisfies the relationship of the following formula (1).

ただし、E*、a、およびRは、下記式(2)〜式(4)の関係を満たす。 However, E *, a 0, and R satisfy the relationship of formula (2) to (4).

圧電素子30は、図2に示すように、基板10上に設けられている。具体的には、圧電素子30は、振動体部12上に設けられている。圧電素子30は、第1電極32と、圧電体層34と、第2電極36と、を有している。   The piezoelectric element 30 is provided on the substrate 10 as shown in FIG. Specifically, the piezoelectric element 30 is provided on the vibrating body portion 12. The piezoelectric element 30 includes a first electrode 32, a piezoelectric layer 34, and a second electrode 36.

第1電極32は、振動体部12上に設けられている。図1に示す例では、第1電極32の平面形状は、長方形である。第1電極32は、振動体部12上に設けられたイリジウム層と、イリジウム層上に設けられた白金層と、によって構成されていてもよい。イリジウム層の厚さは、例えば、5nm以上100nm以下である。白金層の厚さは、例えば、50nm以上300nm以下である。なお、第1電極32は、Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Cuなどからなる金属層、またはこれらの2種以上を混合または積層したものであってもよい。第1電極32は、圧電体層34に電圧を印加するための一方の電極である。   The first electrode 32 is provided on the vibrating body portion 12. In the example illustrated in FIG. 1, the planar shape of the first electrode 32 is a rectangle. The first electrode 32 may be configured by an iridium layer provided on the vibrating body portion 12 and a platinum layer provided on the iridium layer. The thickness of the iridium layer is, for example, not less than 5 nm and not more than 100 nm. The thickness of the platinum layer is, for example, not less than 50 nm and not more than 300 nm. The first electrode 32 is a metal layer made of Ti, Pt, Ta, Ir, Sr, In, Sn, Au, Al, Fe, Cr, Ni, Cu, or a mixture or stack of two or more of these. It may be a thing. The first electrode 32 is one electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer 34.

圧電体層34は、第1電極32上に設けられている。図示の例では、圧電体層34の平面形状は、長方形である。圧電体層34の厚さは、例えば、50nm以上20μm以下であり、好ましくは、1μm以上7μm以下である。このように、圧電素子30は、薄膜圧電素子である。圧電体層34の厚さが50nmより小さいと、圧電駆動装置100の出力が小さくなる場合がある。具体的には、出力を上げようとして圧電体層34への印加電圧を高くすると、圧電体層34が絶縁破壊を起こす場合がある。圧電体層34の厚さが20μmより大きいと、圧電体層34にクラックが生じる場合がある。   The piezoelectric layer 34 is provided on the first electrode 32. In the illustrated example, the planar shape of the piezoelectric layer 34 is a rectangle. The thickness of the piezoelectric layer 34 is, for example, not less than 50 nm and not more than 20 μm, and preferably not less than 1 μm and not more than 7 μm. Thus, the piezoelectric element 30 is a thin film piezoelectric element. If the thickness of the piezoelectric layer 34 is smaller than 50 nm, the output of the piezoelectric driving device 100 may be small. Specifically, when the voltage applied to the piezoelectric layer 34 is increased in order to increase the output, the piezoelectric layer 34 may cause dielectric breakdown. If the thickness of the piezoelectric layer 34 is greater than 20 μm, the piezoelectric layer 34 may crack.

圧電体層34としては、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料を用いる。具体的には、圧電体層34の材質は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O:PZT)、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti,Nb)O:PZTN)である。圧電体層34は、電極32,36によって電圧が印加されることにより、変形(伸縮)することができる。 As the piezoelectric layer 34, a perovskite oxide piezoelectric material is used. Specifically, the material of the piezoelectric layer 34 is, for example, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 : PZT), lead zirconate titanate niobate (Pb (Zr, Ti, Nb) O). 3 : PZTN). The piezoelectric layer 34 can be deformed (stretched) when a voltage is applied by the electrodes 32 and 36.

第2電極36は、圧電体層34上に設けられている。図示の例では、第2電極36の平面形状は、長方形である。第2電極36は、圧電体層34上に設けられた密着層と、密着層上に設けられた導電層と、によって構成されていてもよい。密着層の厚さは、例えば、10nm以上100nm以下である。密着層は、例えば、TiW層、Ti層、Cr層、NiCr層や、これらの積層体である。導電層の厚さは、例えば、1μm以上10μm以下である。導電層は、例えば、Cu層、Au層、Al層やこれらの積層体である。第2電極36は、圧電体層34に電圧を印加するための他方の電極である。   The second electrode 36 is provided on the piezoelectric layer 34. In the illustrated example, the planar shape of the second electrode 36 is a rectangle. The second electrode 36 may be configured by an adhesion layer provided on the piezoelectric layer 34 and a conductive layer provided on the adhesion layer. The thickness of the adhesion layer is, for example, 10 nm or more and 100 nm or less. The adhesion layer is, for example, a TiW layer, a Ti layer, a Cr layer, a NiCr layer, or a laminate thereof. The thickness of the conductive layer is, for example, 1 μm or more and 10 μm or less. The conductive layer is, for example, a Cu layer, an Au layer, an Al layer, or a laminate thereof. The second electrode 36 is the other electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer 34.

圧電素子30は、複数設けられている。図1に示す例では、圧電素子30は、5つ設けられている(圧電素子30a,30b,30c,30d,30e)。平面視において、例えば、圧電素子30a〜30dの面積は同じであり、圧電素子30eは、圧電素子30a
〜30dよりも大きな面積を有している。圧電素子30eは、振動体部12の短手方向の中央部において、振動体部12の長手方向に沿って設けられている。圧電素子30a,30b,30c,30dは、振動体部12の四隅に設けられている。図示の例では、圧電素子30a〜30eにおいて、第1電極32は、1つの連続的な導電層として設けられている。
A plurality of piezoelectric elements 30 are provided. In the example shown in FIG. 1, five piezoelectric elements 30 are provided (piezoelectric elements 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e). In plan view, for example, the areas of the piezoelectric elements 30a to 30d are the same, and the piezoelectric element 30e is equivalent to the piezoelectric element 30a.
It has an area larger than ˜30d. The piezoelectric element 30 e is provided along the longitudinal direction of the vibrating body 12 at the central portion in the short direction of the vibrating body 12. The piezoelectric elements 30 a, 30 b, 30 c, and 30 d are provided at the four corners of the vibrating body portion 12. In the illustrated example, in the piezoelectric elements 30a to 30e, the first electrode 32 is provided as one continuous conductive layer.

なお、図示はしないが、圧電駆動装置100は、圧電素子30を覆うように設けられた絶縁層や、第1電極32と電気的に接続された第1配線層、および第2電極36と電気的に接続された第2配線層を有していてもよい。   Although not shown, the piezoelectric driving device 100 is electrically connected to the insulating layer provided so as to cover the piezoelectric element 30, the first wiring layer electrically connected to the first electrode 32, and the second electrode 36. There may be a second wiring layer connected to each other.

図5は、圧電駆動装置100を説明するための等価回路を示す図である。圧電素子30は、3つのグループに分けられる。第1グループは、2つの圧電素子30a,30dを有する。第2グループは、2つの圧電素子30b,30cを有する。第3グループは、1つの圧電素子30eのみを有する。図5に示すように、第1グループの圧電素子30a,30dは、互いに並列に接続され、駆動回路110に接続されている。第2グループの圧電素子30b,30cは、互いに並列に接続され、駆動回路110に接続されている。第3グループの圧電素子30eは、単独で駆動回路110に接続されている。   FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit for explaining the piezoelectric driving device 100. The piezoelectric elements 30 are divided into three groups. The first group has two piezoelectric elements 30a and 30d. The second group has two piezoelectric elements 30b and 30c. The third group has only one piezoelectric element 30e. As shown in FIG. 5, the first group of piezoelectric elements 30 a and 30 d are connected in parallel to each other and connected to the drive circuit 110. The second group of piezoelectric elements 30 b and 30 c are connected in parallel to each other and connected to the drive circuit 110. The third group of piezoelectric elements 30e are connected to the drive circuit 110 independently.

駆動回路110は、5つの圧電素子30a,30b,30c,30d,30eのうちの所定の圧電素子、例えば、圧電素子30a,30d,30eの第1電極32と第2電極36との間に周期的に変化する交流電圧または脈流電圧を印加する。これにより、圧電駆動装置100は、振動体部12を超音波振動させて、接触部材20に接触するローター(被駆動部材)を所定の回転方向に回転させることができる。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、脈流電圧の電圧(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 drive circuit 110 has a period between predetermined electrodes of the five piezoelectric elements 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e, for example, the first electrode 32 and the second electrode 36 of the piezoelectric elements 30a, 30d, and 30e. An alternating voltage or a pulsating voltage that changes with time is applied. Thereby, the piezoelectric driving device 100 can rotate the rotor (driven member) contacting the contact member 20 in a predetermined rotation direction by ultrasonically vibrating the vibrating body portion 12. 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) of the pulsating voltage is one direction from one electrode to the other electrode.

なお、電界の向きは、第1電極32から第2電極36に向かうよりも第2電極36から第1電極32に向かう方が好ましい。また、圧電素子30b,30c,30eの電極32,36間に交流電圧または脈流電圧を印加することにより、接触部材20に接触するローターを逆方向に回転させることができる。   The direction of the electric field is preferably from the second electrode 36 to the first electrode 32 rather than from the first electrode 32 to the second electrode 36. Further, by applying an AC voltage or a pulsating voltage between the electrodes 32 and 36 of the piezoelectric elements 30b, 30c and 30e, the rotor contacting the contact member 20 can be rotated in the reverse direction.

図6は、圧電駆動装置100の振動体部12の動作を説明するための図である。圧電駆動装置100の接触部材20は、図6に示すように、被駆動部材としてのローター4の外周に接触している。駆動回路110は、圧電素子30a,30dの電極32,36間に交流電圧または脈流電圧を印加する。これにより、圧電素子30a,30dは、矢印xの方向に伸縮する。これに応じて、振動体部12は、振動体部12の平面内で屈曲振動して蛇行形状(S字形状)に変形する。さらに、駆動回路110は、圧電素子30eの電極32,36間に交流電圧または脈流電圧を印加する。これにより、圧電素子30eは、矢印yの方向に伸縮する。これにより、振動体部12は、振動体部12の平面内で縦振動する。上記のような振動体部12の屈曲振動および縦振動によって、接触部材20は、矢印zのように楕円運動する。その結果、ローター4は、その中心4aの周りに所定の方向R(図示の例では時計回り方向)に回転する。   FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the vibrating body portion 12 of the piezoelectric driving device 100. As shown in FIG. 6, the contact member 20 of the piezoelectric driving device 100 is in contact with the outer periphery of the rotor 4 as a driven member. The drive circuit 110 applies an alternating voltage or a pulsating voltage between the electrodes 32 and 36 of the piezoelectric elements 30a and 30d. Thereby, the piezoelectric elements 30a and 30d expand and contract in the direction of the arrow x. In response to this, the vibrating body portion 12 is bent and vibrated in the plane of the vibrating body portion 12 and deformed into a meandering shape (S-shape). Furthermore, the drive circuit 110 applies an alternating voltage or a pulsating voltage between the electrodes 32 and 36 of the piezoelectric element 30e. Thereby, the piezoelectric element 30e expands and contracts in the direction of the arrow y. Thereby, the vibrating body portion 12 vibrates longitudinally within the plane of the vibrating body portion 12. Due to the bending vibration and longitudinal vibration of the vibrating body 12 as described above, the contact member 20 moves elliptically as indicated by an arrow z. As a result, the rotor 4 rotates around the center 4a in a predetermined direction R (clockwise direction in the illustrated example).

なお、駆動回路110が、圧電素子30b,30c,30eの電極32,36間に交流電圧または脈流電圧を印加する場合には、ローター4は、方向Rとは反対方向(反時計回り方向)に回転する。   When the drive circuit 110 applies an AC voltage or a pulsating voltage between the electrodes 32 and 36 of the piezoelectric elements 30b, 30c, and 30e, the rotor 4 is in a direction opposite to the direction R (counterclockwise direction). Rotate to.

また、振動体部12の屈曲振動の共振周波数と縦振動の共振周波数とは、同じであることが好ましい。これにより、圧電駆動装置100は、効率よくローター4を回転させることができる。   Moreover, it is preferable that the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the longitudinal vibration of the vibrating body 12 are the same. Thereby, the piezoelectric drive device 100 can rotate the rotor 4 efficiently.

図6に示すように、本実施形態に係るモーター120は、本発明に係る圧電駆動装置(図示の例では圧電駆動装置100)と、圧電駆動装置100によって回転されるローター4と、を含む。ローター4の材質は、例えば、セラミックスである。図示の例では、ローター4の形状は、円柱状である。   As shown in FIG. 6, the motor 120 according to the present embodiment includes the piezoelectric driving device (piezoelectric driving device 100 in the illustrated example) according to the present invention and the rotor 4 rotated by the piezoelectric driving device 100. The material of the rotor 4 is ceramics, for example. In the illustrated example, the rotor 4 has a cylindrical shape.

圧電駆動装置100は、例えば、以下の特徴を有する。   The piezoelectric drive device 100 has the following features, for example.

圧電駆動装置100では、振動体部12と接触部材20との間に、初期バネ定数以下のバネ定数を有する低バネ定数領域22が設けられている。そのため、圧電駆動装置100では、接触部材20がローター4と接触することにより磨耗したり、外乱によって接触部材20とローター4との接触状態が変化したりしても、振動体部12の共振周波数の変化量を小さくすることができる(詳細は後述する「3. 実験例」を参照)。その結果、圧電駆動装置100では、出力特性を安定にすることができ、長寿命化を図ることができる。   In the piezoelectric driving device 100, a low spring constant region 22 having a spring constant equal to or less than the initial spring constant is provided between the vibrating body portion 12 and the contact member 20. Therefore, in the piezoelectric driving device 100, even if the contact member 20 is worn due to contact with the rotor 4 or the contact state between the contact member 20 and the rotor 4 is changed due to a disturbance, the resonance frequency of the vibrating body portion 12. (See “3. Experimental example” described later for details). As a result, in the piezoelectric drive device 100, the output characteristics can be stabilized and the life can be extended.

2. 圧電駆動装置の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
2. Next, a method for manufacturing a piezoelectric drive device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図1および図2に示すように、基板10の振動体部12上に第1電極32を形成する。第1電極32は、例えば、スパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、真空蒸着法などによる成膜、およびパターニング(フォトリソグラフィーおよびエッチングによるパターニング)により形成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the first electrode 32 is formed on the vibrating body portion 12 of the substrate 10. The first electrode 32 is formed, for example, by sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition), vacuum deposition, or the like, and patterning (patterning by photolithography and etching).

次に、第1電極32上に圧電体層34を形成する。圧電体層34、例えば、液相法による前駆体層の形成と該前駆体層の結晶化とを繰り返した後、パターニングすることによって形成される。液相法とは、薄膜(圧電体層)の構成材料を含む原料液を用いて薄膜材料を成膜する方法であり、具体的には、ゾルゲル法やMOD(Metal Organic
Deposition)法などである。結晶化は、酸素雰囲気において、例えば、700℃〜800℃の熱処理により行われる。
Next, the piezoelectric layer 34 is formed on the first electrode 32. The piezoelectric layer 34 is formed, for example, by repeating the formation of a precursor layer by a liquid phase method and the crystallization of the precursor layer, followed by patterning. The liquid phase method is a method of forming a thin film material using a raw material liquid containing a constituent material of a thin film (piezoelectric layer), and specifically, a sol-gel method or MOD (Metal Organic).
Deposition) method and the like. Crystallization is performed by, for example, heat treatment at 700 ° C. to 800 ° C. in an oxygen atmosphere.

次に、圧電体層34に第2電極36を形成する。第2電極36は、例えば、第1電極32と同じ方法で形成される。なお、図示はしないが、第2電極36のパターニングと圧電体層34のパターニングとは、同一の工程として行われてもよい。   Next, the second electrode 36 is formed on the piezoelectric layer 34. The second electrode 36 is formed by the same method as the first electrode 32, for example. Although not shown, the patterning of the second electrode 36 and the patterning of the piezoelectric layer 34 may be performed as the same process.

以上の工程により、基板10の振動体部12上に、圧電素子30を形成することができる。   Through the above steps, the piezoelectric element 30 can be formed on the vibrating body portion 12 of the substrate 10.

次に、接着剤である低バネ定数領域22を介して、接触部材20を振動体部12に接着させる。   Next, the contact member 20 is bonded to the vibrating body portion 12 through the low spring constant region 22 that is an adhesive.

以上の工程により、圧電駆動装置100を製造することができる。   The piezoelectric driving device 100 can be manufactured through the above steps.

3. 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
3. Experimental Example An experimental example is shown below to describe the present invention more specifically. The present invention is not limited by the following experimental examples.

3.1. 接触面の半径および等価バネ定数の計算
アルミナからなる第1仮想球Bおよび第2仮想球Bを想定した。第1仮想球B
、接触部材に相当し、第2仮想球Bは、ローターに相当する。第1仮想球Bの、半径Rを1×10−4m、ヤング率Eを3.7×1011Pa、ポアソン比νを0.23とした。第2仮想球Bの、半径Rを1×10−2m、ヤング率Eを3.7×1011Pa、ポアソン比νを0.23とした。
3.1. Calculation of radius of contact surface and equivalent spring constant A first phantom sphere B 1 and a second phantom sphere B 2 made of alumina were assumed. First virtual sphere B 1 represents, corresponds to the contact member, the second virtual sphere B 2 corresponds to the rotor. The first phantom sphere B 1 has a radius R 1 of 1 × 10 −4 m, a Young's modulus E 1 of 3.7 × 10 11 Pa, and a Poisson's ratio ν 1 of 0.23. The radius R 2 of the second phantom sphere B 2 was 1 × 10 −2 m, the Young's modulus E 2 was 3.7 × 10 11 Pa, and the Poisson's ratio ν 2 was 0.23.

上記のような第1仮想球Bを、押圧力F=0.6Nで第2仮想球Bに押し当てることを想定した(図4参照)。式(2)〜式(4)により、換算ヤング率E*、換算半径R、およびFで押し当てられることにより仮想球B,Bが変形して形成される接触面Cの半径(初期半径)aを、下記のように求めた。接触面Cの形状は、円形となる。 It was assumed that the first phantom sphere B 1 as described above was pressed against the second phantom sphere B 2 with a pressing force F 0 = 0.6 N (see FIG. 4). According to the equations (2) to (4), the radius of the contact surface C formed by deforming the phantom spheres B 1 and B 2 by being pressed with the converted Young's modulus E *, the converted radius R, and F 0 ( the initial radius) a 0, was determined as follows. The shape of the contact surface C is a circle.

E*=1.95×1011N/cm
R=9.9×10−5
=6.1×10−6
E * = 1.95 × 10 11 N / cm 2
R = 9.9 × 10 −5 m
a 0 = 6.1 × 10 −6 m

次に、接触面Cの半径aを振って、ヘルツ応力理論に基づいた下記式(5)〜式(7)により、荷重(仮想球B,Bに働く力)F、変位(第1仮想球Bの変形量と第2仮想球Bの変形量との合計)δ、および等価バネ定数Kを求めた。 Next, the radius a of the contact surface C is swung, and the load (force acting on the phantom spheres B 1 and B 2 ) F, displacement (first) according to the following formulas (5) to (7) based on the Hertzian stress theory. The sum of the deformation amount of the phantom sphere B 1 and the deformation amount of the second phantom sphere B 2 ) and the equivalent spring constant K were obtained.

図7は、半径aを振った場合の、荷重F、変位δ、および等価バネ定数Kを示す表である。図8は、半径aと等価バネ定数Kとの関係を示すグラフである。   FIG. 7 is a table showing the load F, displacement δ, and equivalent spring constant K when the radius a is swung. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the radius a and the equivalent spring constant K.

図7および図8により、接触面Cの半径aと等価バネ定数Kとは比例関係にあり、半径aが大きくなると、等価バネ定数Kは大きくなることがわかった。荷重Fを強くしていくと、仮想球B,Bが変形し、接触面Cの面積が増えるため、等価バネ定数Kは大きくなる。また、仮想球B,Bが削れて接触面Cの面積が増えたときも同容に、等価バネ定数Kは大きくなるといえる。 7 and 8, it was found that the radius a of the contact surface C and the equivalent spring constant K are in a proportional relationship, and that the equivalent spring constant K increases as the radius a increases. As the load F is increased, the phantom spheres B 1 and B 2 are deformed and the area of the contact surface C is increased, so that the equivalent spring constant K is increased. Further, when the phantom spheres B 1 and B 2 are shaved and the area of the contact surface C increases, it can be said that the equivalent spring constant K increases.

図7および図8において、半径a=6.1×10−6mは、半径aに相当し、仮想球B,Bを接触させた直後の接触面Cの半径であり、等価バネ定数K=1.6×10N/mは、0.6Nの押圧力で、第1仮想球Bに第2仮想球Bを押し当てたときの系のバネ定数(初期バネ定数)である。 7 and 8, the radius a = 6.1 × 10 −6 m corresponds to the radius a 0 and is the radius of the contact surface C immediately after the phantom spheres B 1 and B 2 are brought into contact with each other. Constant K = 1.6 × 10 6 N / m is a spring constant of the system when the second phantom sphere B 2 is pressed against the first phantom sphere B 1 with a pressing force of 0.6 N (initial spring constant). It is.

3.2. 接触面の大きさおよび共振周波数の変化に関する実験
次に、アルミナからなる接触部材およびローターを用いて実験を行った。接触部材を0.6Nの荷重でローターに押圧させて圧電駆動装置を駆動させ、接触部材とローターとの接触面Cの直径Φ、および圧電駆動装置の振動体部における縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との差Δfを求めた。接触部材として、半径1×10−4mの球体を用いた。ローターとして、半径1×10−2mの円柱体を用いた。なお、ローターの半径は接
触部材の半径に比べて十分に大きいので、接触部材とローターとの接触面Cは、接触部材が削れて(変形して)形成されたものとみなすことができる。
3.2. Experiment on Change of Contact Surface Size and Resonant Frequency Next, an experiment was performed using a contact member made of alumina and a rotor. The contact member is pressed against the rotor with a load of 0.6 N to drive the piezoelectric drive device, the diameter Φ of the contact surface C between the contact member and the rotor, and the resonance frequency and bending of the longitudinal vibration in the vibrating body of the piezoelectric drive device A difference Δf from the resonance frequency of vibration was determined. A spherical body having a radius of 1 × 10 −4 m was used as the contact member. A cylindrical body having a radius of 1 × 10 −2 m was used as the rotor. In addition, since the radius of the rotor is sufficiently larger than the radius of the contact member, the contact surface C between the contact member and the rotor can be regarded as formed by shaving (deforming) the contact member.

図9は、圧電駆動装置の駆動時間と、接触面Cの直径Φと、の関係を示すグラフである。図10は、圧電駆動装置の駆動時間と、縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との差Δfと、の関係を示すグラフである。   FIG. 9 is a graph showing the relationship between the driving time of the piezoelectric driving device and the diameter Φ of the contact surface C. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the driving time of the piezoelectric driving device and the difference Δf between the resonance frequency of the longitudinal vibration and the resonance frequency of the bending vibration.

図9および図10に示すように、圧電駆動装置の駆動により、接触部材は削れて、振動体部の共振周波数が変化することがわった。約15分の駆動で、接触部材は、接触面Cの直径Φが36μmになるまで削れ、共振周波数の差Δfは、駆動開始直後から14kHz増加した。   As shown in FIGS. 9 and 10, it was found that the contact member was shaved by the driving of the piezoelectric driving device, and the resonance frequency of the vibrating body portion was changed. With about 15 minutes of driving, the contact member was scraped until the diameter Φ of the contact surface C reached 36 μm, and the difference Δf in resonance frequency increased by 14 kHz immediately after the start of driving.

図11および図12は、周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフである。図11は、圧電駆動装置の駆動開始直後(駆動時間ゼロ)の状態を示しており、図12は、約15分経過後の状態を示している。   11 and 12 are graphs showing the relationship between frequency and impedance. FIG. 11 shows a state immediately after the start of driving of the piezoelectric driving device (drive time zero), and FIG. 12 shows a state after about 15 minutes have elapsed.

図11に示すように、圧電駆動装置の駆動開始直後では、インピーダンス曲線の谷は1つだけ確認された。これは、振動体部の縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とが、一致しているためである。一方、図12に示すように、約15分経過後では、インピーダンス曲線の谷は2つ確認された。これは、振動体部の縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とがずれたためである。レーザードップラー振動計により、周波数の小さい方の谷が屈曲振動に相当し、周波数の大きい方の谷が縦振動に相当することがわかった。屈曲振動の共振周波数は、駆動開始直後から約10kHz増加した。縦振動の共振周波数は、駆動開始直後から約24kHz増加した。縦振動の共振周波数の変化に比べて、屈曲振動の共振周波数の変化が小さいのは、屈曲方向(横方向)には、接触部材とローターとの間で滑りが生じたためであると考えられる。   As shown in FIG. 11, immediately after the start of driving of the piezoelectric driving device, only one valley of the impedance curve was confirmed. This is because the resonance frequency of the longitudinal vibration of the vibrating body portion and the resonance frequency of the bending vibration are the same. On the other hand, as shown in FIG. 12, two valleys of the impedance curve were confirmed after about 15 minutes. This is because the resonance frequency of the longitudinal vibration of the vibrating body portion and the resonance frequency of the bending vibration are shifted. The laser Doppler vibrometer revealed that the valley with the lower frequency corresponds to bending vibration, and the valley with the higher frequency corresponds to longitudinal vibration. The resonance frequency of the bending vibration increased by about 10 kHz immediately after the start of driving. The resonance frequency of the longitudinal vibration increased by about 24 kHz immediately after the start of driving. The reason why the change in the resonance frequency of the bending vibration is smaller than the change in the resonance frequency of the longitudinal vibration is considered to be due to slippage between the contact member and the rotor in the bending direction (lateral direction).

3.3. 計算と実験との整合に関するシミュレーション
図13に示すようなモデルMを用いて、有限要素法によるシミュレーションを行った。シミュレーションでは、モデルMに荷重Fを加えてモデルMの長手方向のバネ定数を変化させ、そのときの縦振動の共振周波数を求めた。
3.3. Simulation concerning matching between calculation and experiment A simulation by a finite element method was performed using a model M as shown in FIG. In the simulation, the load F was applied to the model M to change the spring constant in the longitudinal direction of the model M, and the resonance frequency of the longitudinal vibration at that time was obtained.

図14は、モデルMの長手方向のバネ定数と、モデルMの縦振動の共振周波数と、の関係を示すグラフである。   FIG. 14 is a graph showing the relationship between the spring constant in the longitudinal direction of the model M and the resonance frequency of the longitudinal vibration of the model M.

ここで、上述した「3.2.」の実験により、駆動時間が約15分経過すると、接触面Cの直径Φが36μmとなり、縦振動は、駆動開始直後に比べて約24kHz増加することがわかった。接触面Cの直径Φが36μm(すなわち半径aが18μm)の場合、上述した「3.1.」の計算により(図7より)、等価バネ定数は、4.6×10N/mである。また、上述した「3.2.」の実験では、荷重F=0.6Nであるので、駆動開始直後の等価バネ定数は、1.6×10N/mである。すなわち、上述した「3.1.」の計算および「3.2.」の実験により、等価バネ定数が1.6×10N/mから4.6×10N/mに変化すると、縦振動の共振周波数は、約24kHz増加するといえる。 Here, according to the experiment of “3.2.” Described above, when the driving time is about 15 minutes, the diameter Φ of the contact surface C becomes 36 μm, and the longitudinal vibration may increase by about 24 kHz compared to immediately after the start of driving. all right. When the diameter Φ of the contact surface C is 36 μm (that is, the radius a is 18 μm), the equivalent spring constant is 4.6 × 10 6 N / m according to the calculation of “3.1.” Described above (from FIG. 7). is there. In the experiment of “3.2.” Described above, since the load F is 0.6 N, the equivalent spring constant immediately after the start of driving is 1.6 × 10 6 N / m. That is, when the equivalent spring constant is changed from 1.6 × 10 6 N / m to 4.6 × 10 6 N / m by the calculation of “3.1.” And the experiment of “3.2.” Described above, It can be said that the resonance frequency of the longitudinal vibration increases by about 24 kHz.

図14に示すシミュレーション結果では、バネ定数が1.6×10N/mから4.6×10N/mに変化すると、縦振動の共振周波数は、約30kHz増加した。この縦振動の共振周波数の増加量は、「3.2.」の実験で求めた約24kHzという値にほぼ一致した。接触部材が削れると、バネ定数が変化し、振動体部の共振周波数が変化するといえる。 In the simulation result shown in FIG. 14, when the spring constant is changed from 1.6 × 10 6 N / m to 4.6 × 10 6 N / m, the resonance frequency of the longitudinal vibration is increased by about 30 kHz. The increase amount of the resonance frequency of the longitudinal vibration almost coincided with the value of about 24 kHz obtained in the experiment of “3.2.”. It can be said that when the contact member is scraped, the spring constant changes and the resonance frequency of the vibrating body portion changes.

なお、接触部材の形状が球状、蒲鉾形状(半円柱状)の場合は、磨耗により接触部材が削れて接触部材とローターとの接触面積が増加するため、振動体部の共振周波数は変化する。接触部材の形状が直方体や円筒系の場合でも、組立誤差や外部ショックによりローターが接触部材の角に当たったり、ローターの偏心やうねりなどで接触部材とローターとの接触状態が変わったりするため、圧電駆動装置の駆動中に、振動体部の共振周波数は変化する。   When the shape of the contact member is spherical or bowl-shaped (semi-cylindrical), the contact member is shaved due to wear and the contact area between the contact member and the rotor increases, so that the resonance frequency of the vibrating body portion changes. Even when the shape of the contact member is a rectangular parallelepiped or cylindrical system, the rotor hits the corner of the contact member due to assembly error or external shock, or the contact state between the contact member and the rotor changes due to the eccentricity or undulation of the rotor. During the driving of the piezoelectric driving device, the resonance frequency of the vibrating body portion changes.

3.4. 低バネ定数領域のバネ定数および共振周波数の変化に関する計算
次に、接触部材と振動体部との間に低バネ定数領域を設けた圧電駆動装置を想定し、低バネ定数領域のバネ定数と、振動体部の縦振動の共振周波数の変化と、の関係を計算した。接触部材と振動体部との間に低バネ定数領域を設けた、直列接続の系では、接触部材と低バネ定数領域との合成バネ定数は、バネ定数の低い低バネ定数領域のバネ定数に依存する。
3.4. Calculation on change in spring constant and resonance frequency in low spring constant region Next, assuming a piezoelectric drive device in which a low spring constant region is provided between the contact member and the vibrating body, a spring constant in the low spring constant region, The relationship between the change in the resonance frequency of the longitudinal vibration of the vibrating body portion was calculated. In a series connection system in which a low spring constant region is provided between the contact member and the vibrating body, the combined spring constant of the contact member and the low spring constant region is the spring constant of the low spring constant region having a low spring constant. Dependent.

図15は、バネ定数K=1.6×10N/mを有する低バネ定数領域を有する場合(有りの場合)と、有さない場合(無しの場合)と、のバネ定数の変化量および縦振動の共振周波数の変化量を示す表である。 FIG. 15 shows changes in the spring constant when a low spring constant region having a spring constant K T = 1.6 × 10 6 N / m is provided (when present) and when not present (when not present). It is a table | surface which shows the variation | change_quantity of the resonance frequency of quantity and longitudinal vibration.

図15において、「無し」の場合で、「バネ定数初期」は、圧電駆動装置の駆動直後の接触部材のバネ定数KS1に相当し、「バネ定数変化後」は、圧電駆動装置を例えば15分間駆動させた場合の接触部材のバネ定数KS2に相当している。「有り」の場合で、「バネ定数初期」は、接触部材と低バネ定数領域との合成バネ定数KG1に相当し、下記式(8)により算出した。「有り」の場合で、「バネ定数変化後」は、接触部材と低バネ定数領域との合成バネ定数KG2に相当し、下記式(9)により算出した。 In FIG. 15, in the case of “none”, “initial spring constant” corresponds to the spring constant K S1 of the contact member immediately after driving the piezoelectric driving device, and “after spring constant change” indicates that the piezoelectric driving device is, for example, 15 This corresponds to the spring constant K S2 of the contact member when driven for a minute. In the case of "Yes", "spring constant initial" corresponds to the synthetic spring constant K G1 between the contact member and the low spring constant area was calculated by the following equation (8). In the case of "Yes", "after the spring constant variation" corresponds to the combined spring constant K G2 between the contact member and the low spring constant area was calculated by the following equation (9).

図15において、「無し」の場合で、「縦共振周波数変化量」の24kHzは、上述した「3.2.」の実験により求めた値である。「有り」の場合で、「縦共振周波数変化量」の値ΔF(=3.097kHz)は、図11に示すように、バネ定数と共振周波数とは比例関係にあることから、「無し」の場合のバネ定数変化量をΔK(=3×10N/m)とし、「無し」の場合の縦共振周波数変化量をΔF(=24kHz)とし、「有り」の場合のバネ定数変化量をΔK(=3.9×10N/m)として、下記式(10)より算出した。 In FIG. 15, in the case of “none”, 24 kHz of “longitudinal resonance frequency change amount” is a value obtained by the above-described experiment of “3.2.”. In the case of “present”, the value ΔF T (= 3.097 kHz) of the “longitudinal resonance frequency change amount” has a proportional relationship between the spring constant and the resonance frequency as shown in FIG. The change amount of the spring constant in the case of is ΔK S (= 3 × 10 6 N / m), the change amount of the longitudinal resonance frequency in the case of “None” is ΔF S (= 24 kHz), and the spring constant in the case of “Yes” The amount of change was calculated from the following formula (10) as ΔK T (= 3.9 × 10 5 N / m).

図15に示すように、バネ定数K=1.6×10N/mの低バネ定数領域を設けることにより、振動体部の縦振動の共振周波数の変化量を、低バネ定数領域を設けない場合に比べて、1/8程度に抑えられることがわかった。ここで、「1.6×10N/mのバネ定数」は、上述した「3.1.」の計算に示したように、第1仮想球Bを第2仮想
球Bに押し当てたときのバネ定数(初期バネ定数)である。したがって、振動体部と接触部材との間に、長手方向において、初期バネ定数以下のバネ定数を有する低バネ定数を設けることにより、例えば接触部材が磨耗しても、振動体部の縦振動の共振周波数の変化量を小さくすることができることがわかった。
As shown in FIG. 15, by providing a low spring constant region with a spring constant K T = 1.6 × 10 6 N / m, the amount of change in the resonance frequency of the longitudinal vibration of the vibrating body portion can be reduced. It was found that it was suppressed to about 1/8 compared with the case where it was not provided. Here, “1.6 × 10 6 N / m spring constant” indicates that the first phantom sphere B 1 is pushed against the second phantom sphere B 2 as shown in the calculation of “3.1.” Above. This is the spring constant when applied (initial spring constant). Therefore, by providing a low spring constant having a spring constant equal to or less than the initial spring constant in the longitudinal direction between the vibrating body portion and the contact member, for example, even if the contact member is worn, the longitudinal vibration of the vibrating body portion is reduced. It was found that the amount of change in resonance frequency can be reduced.

図16は、低バネ定数領域のバネ定数と、振動体部の縦振動の共振周波数の変化量と、の関係を示す表である。各バネ定数に対する共振周波数の変化量は、図12と同様の方法で算出した。   FIG. 16 is a table showing the relationship between the spring constant in the low spring constant region and the amount of change in the resonance frequency of the longitudinal vibration of the vibrating body portion. The amount of change in resonance frequency for each spring constant was calculated by the same method as in FIG.

図16に示すように、低バネ定数領域のバネ定数を5×10N/m以下とすることで共振周波数変化量を1kHz未満に抑えられることがわかった。 As shown in FIG. 16, it was found that the amount of change in resonance frequency can be suppressed to less than 1 kHz by setting the spring constant in the low spring constant region to 5 × 10 5 N / m or less.

3.5. 接着剤の厚さに関する計算
低バネ定数領域が接着剤である場合に、「1.6×10N/mのバネ定数K」を得るには、接着剤の厚さ(長手方向の大きさ)T(図3参照)を、どの位にすればよいのか計算した。図3に示すように、接触部材の形状および接着剤の形状を直方体とした。接触部材と接着剤との接触面積Sを1×10−8とした。
3.5. Calculation for Adhesive Thickness In order to obtain “1.6 × 10 6 N / m spring constant K T ” when the low spring constant region is an adhesive, the thickness of the adhesive (large in the longitudinal direction) is obtained. The calculation of how much T (see FIG. 3) should be set. As shown in FIG. 3, the shape of the contact member and the shape of the adhesive were rectangular parallelepiped. The contact area S between the contact member and the adhesive was 1 × 10 −8 m 2 .

図17は、接着剤のヤング率Eを変化させたときに、K=1.6×10N/mとなる接着剤の厚さTを示す表である。厚さTは、下記式(11)により求めた。 FIG. 17 is a table showing the thickness T of the adhesive when K T = 1.6 × 10 6 N / m when the Young's modulus E of the adhesive is changed. The thickness T was determined by the following formula (11).

シリコーン系およびウレタン系の接着剤(例えば、3M社製の弾性接着剤590)のヤング率は、3×10Pa程度である。したがって、このような接着剤を用いた場合、図17より、厚さを0.19μm以上とすれば、接着剤のバネ定数を、1.6×10N/m以下にすることができる。 The Young's modulus of a silicone-based and urethane-based adhesive (for example, an elastic adhesive 590 manufactured by 3M) is about 3 × 10 7 Pa. Therefore, when such an adhesive is used, the spring constant of the adhesive can be made 1.6 × 10 6 N / m or less as shown in FIG. 17 if the thickness is made 0.19 μm or more.

シリコーン系の接着剤(例えば、東レ社製のDA6501ダウコーニング)のヤング率は、9×10Pa程度である。したがって、このような接着剤を用いた場合、図13より、厚さを0.0056μm以上とすれば、接着剤のバネ定数を、1.6×10N/m以下にすることができる。 The Young's modulus of a silicone-based adhesive (for example, DA6501 Dow Corning manufactured by Toray Industries, Inc.) is about 9 × 10 5 Pa. Therefore, when such an adhesive is used, the spring constant of the adhesive can be made 1.6 × 10 6 N / m or less from FIG. 13 if the thickness is made 0.0056 μm or more.

エポキシ系の接着剤(例えば、エイブルスティック社製の342−37)のヤング率は、2.94×10Pa程度である。したがって、このような接着剤を用いた場合、図13より、厚さを18μm以上とすれば、接着剤のバネ定数を、1.6×10N/m以下にすることができる。 The Young's modulus of an epoxy adhesive (for example, 342-37 manufactured by Able Stick) is about 2.94 × 10 9 Pa. Accordingly, when such an adhesive is used, the spring constant of the adhesive can be made 1.6 × 10 6 N / m or less as shown in FIG. 13 if the thickness is made 18 μm or more.

上記の3つの接着剤の中では、圧電駆動装置の小型化を考慮すると、シリコーン系およびウレタン系の接着剤、またはシリコーン系の接着剤の接着剤が好ましい。   Among the above three adhesives, in consideration of miniaturization of the piezoelectric driving device, silicone-based and urethane-based adhesives or silicone-based adhesives are preferable.

4. 圧電駆動装置の変形例
4.1. 第1変形例
次に、本実施形態の第1変形例に係る圧電駆動装置について、図面を参照しながら説明する。図18は、本実施形態の第1変形例に係る圧電駆動装置200を模式的に示す平面図である。
4). 4. Modified example of piezoelectric drive device 4.1. First Modification Next, a piezoelectric drive device according to a first modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 18 is a plan view schematically showing a piezoelectric driving device 200 according to a first modification of the present embodiment.

以下、本実施形態の第1変形例に係る圧電駆動装置200において、本実施形態に係る圧電駆動装置100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、以下に示す本実施形態の第2変形例に係る圧電駆動装置についても同様である。   Hereinafter, in the piezoelectric driving device 200 according to the first modification of the present embodiment, members having the same functions as those of the constituent members of the piezoelectric driving device 100 according to the present embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is given. Is omitted. The same applies to the piezoelectric drive device according to the second modification of the present embodiment described below.

上述した圧電駆動装置100では、図3に示すように、接触部材20の形状は、直方体であった。これに対し、圧電駆動装置200では、図18に示すように、接触部材20の形状は、球状である。図示の例では、振動体部12に切り欠き13が設けられ、切り欠き13に接着剤である低バネ定数領域22が充填されている。接触部材20は、切り欠き13内の低バネ定数領域22によって接着されている。   In the piezoelectric drive device 100 described above, as shown in FIG. 3, the shape of the contact member 20 is a rectangular parallelepiped. On the other hand, in the piezoelectric drive device 200, as shown in FIG. 18, the shape of the contact member 20 is spherical. In the illustrated example, a notch 13 is provided in the vibrating body 12, and the notch 13 is filled with a low spring constant region 22 that is an adhesive. The contact member 20 is bonded by a low spring constant region 22 in the notch 13.

圧電駆動装置200では、圧電駆動装置100と同様に、振動体部の縦振動の共振周波数と、屈曲振動の共振周波数と、の差を小さくすることができる。   In the piezoelectric driving device 200, similarly to the piezoelectric driving device 100, the difference between the resonance frequency of the longitudinal vibration of the vibrating body portion and the resonance frequency of the bending vibration can be reduced.

4.2. 第2変形例
次に、本実施形態の第2変形例に係る圧電駆動装置について、図面を参照しながら説明する。図19は、本実施形態の第2変形例に係る圧電駆動装置300を模式的に示す平面図である。
4.2. Second Modified Example Next, a piezoelectric driving device according to a second modified example of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 19 is a plan view schematically showing a piezoelectric driving device 300 according to a second modification of the present embodiment.

上述した圧電駆動装置100では、図3に示すように、低バネ定数領域22は、接着剤であった。これに対し、圧電駆動装置300では、図19に示すように、低バネ定数領域22は、プラスチックシートである。低バネ定数領域22の材質は、例えば、ABS、ポリウレタン、ポリエチレン等の樹脂である。   In the piezoelectric driving device 100 described above, as shown in FIG. 3, the low spring constant region 22 is an adhesive. On the other hand, in the piezoelectric driving device 300, as shown in FIG. 19, the low spring constant region 22 is a plastic sheet. The material of the low spring constant region 22 is, for example, a resin such as ABS, polyurethane, or polyethylene.

プラスチックシートである低バネ定数領域22は、振動体部12と接触部材20との間に設けられている。低バネ定数領域22は、接着剤24によって振動体部12に接着されている。接触部材20は、接着剤25によって低バネ定数領域22に接着されている。   The low spring constant region 22, which is a plastic sheet, is provided between the vibrating body portion 12 and the contact member 20. The low spring constant region 22 is bonded to the vibrating body portion 12 with an adhesive 24. The contact member 20 is bonded to the low spring constant region 22 with an adhesive 25.

圧電駆動装置300では、圧電駆動装置100と同様に、振動体部の縦振動の共振周波数と、屈曲振動の共振周波数と、の差を小さくすることができる。   In the piezoelectric driving device 300, similarly to the piezoelectric driving device 100, the difference between the resonance frequency of the longitudinal vibration of the vibrating body portion and the resonance frequency of the bending vibration can be reduced.

さらに、圧電駆動装置300では、低バネ定数領域22は接着剤とは別部材なので(低バネ定数領域22は接着剤ではないので)、接着剤24,25として、厚さやヤング率を考慮せずに、接着性の高い材料を選択することができる。   Furthermore, in the piezoelectric driving device 300, since the low spring constant region 22 is a separate member from the adhesive (because the low spring constant region 22 is not an adhesive), the thicknesses and Young's modulus are not considered as the adhesives 24 and 25. In addition, a material having high adhesiveness can be selected.

5. 圧電駆動装置を用いた装置
本発明に係る圧電駆動装置は、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。本発明に係る圧電駆動装置は、例えば、ロボット(電子部品搬送装置(ICハンドラー)も含む)、投薬用ポンプ、時計のカレンダー送り装置、印刷装置の紙送り機構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。以下では、本発明に係る圧電駆動装置として、圧電駆動装置100を含む装置について説明する。
5). Device Using Piezoelectric Drive Device The piezoelectric drive device according to the present invention can apply a large force to a driven body by utilizing resonance, and can be applied to various devices. The piezoelectric drive device according to the present invention is, for example, as a drive device in various devices such as a robot (including an electronic component transfer device (IC handler)), a dosing pump, a calendar feeding device for a clock, and a paper feeding mechanism for a printing device. Can be used. Hereinafter, representative embodiments will be described. Hereinafter, an apparatus including the piezoelectric driving apparatus 100 will be described as the piezoelectric driving apparatus according to the present invention.

5.1. ロボット
図20は、圧電駆動装置100を利用したロボット2050を説明するための図である。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の間を回動また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。
5.1. Robot FIG. 20 is a diagram for explaining a robot 2050 using the piezoelectric driving device 100. The robot 2050 includes an arm 2010 (a plurality of link portions 2012 (also referred to as “link members”) and a plurality of joint portions 2020 that connect the link portions 2012 in a rotatable or bendable state. It is also called “arm”.

それぞれの関節部2020には、圧電駆動装置100が内蔵されており、圧電駆動装置
100を用いて関節部2020を任意の角度だけ回動また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にも圧電駆動装置100が内蔵されており、圧電駆動装置100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装置100が設けられており、圧電駆動装置100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。
Each joint portion 2020 includes a piezoelectric drive device 100, and the joint portion 2020 can be rotated or bent by an arbitrary angle using the piezoelectric drive device 100. 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 device 100, and the piezoelectric driving device 100 can be used to open and close the gripping unit 2003 to grip an object. Further, the piezoelectric driving device 100 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 driving device 100.

図21は、図20に示したロボット2050の手首部分を説明するための図である。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、圧電駆動装置100を備えており、圧電駆動装置100は、手首のリンク部2012およびロボットハンド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装置100が搭載されている。このため、圧電駆動装置100を動作させることで、把持部2003を移動させて対象物を把持することができる。なお、ロボットとしては、単腕のロボットに限らず、腕の数が2以上の多腕ロボットにも圧電駆動装置100を適用可能である。   FIG. 21 is a diagram for explaining 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 rotation unit 2022 includes the piezoelectric driving device 100, and the piezoelectric driving device 100 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 grip portion 2003 is movable in the robot hand 2000, and the piezoelectric drive device 100 is mounted on the base portion of the grip portion 2003. For this reason, by operating the piezoelectric driving device 100, the gripping portion 2003 can be moved to grip the target. The robot is not limited to a single-arm robot, and the piezoelectric drive device 100 can be applied to a multi-arm robot having two or more arms.

ここで、手首の関節部2020やロボットハンド2000の内部には、圧電駆動装置100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。したがって、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、圧電駆動装置100は、通常の電動モーター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。   Here, in the wrist joint 2020 and the robot hand 2000, in addition to the piezoelectric drive device 100, 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 wiring inside the joint portion 2020 and the robot hand 2000. However, since the piezoelectric drive device 100 can reduce the drive current as compared with a normal electric motor, wiring can be arranged even in a small space such as the joint portion 2020 (particularly, the joint portion at the tip of the arm 2010) or the robot hand 2000. Is possible.

5.2. ポンプ
図22は、圧電駆動装置100を利用した送液ポンプ2200の一例を示す説明するための図である。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、圧電駆動装置100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、を含む。
5.2. Pump FIG. 22 is a diagram for explaining an example of a liquid feed pump 2200 using the piezoelectric driving device 100. The liquid feed pump 2200 includes a reservoir 2211, a tube 2212, a piezoelectric driving device 100, a rotor 2222, a deceleration transmission mechanism 2223, a cam 2202, a plurality of fingers 2213, 2214, 2215, 2216, and a case 2230. 2217, 2218, 2219.

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。圧電駆動装置100の接触部材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、圧電駆動装置100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、ご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。   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 contact member 20 of the piezoelectric driving device 100 is provided in a state of being pressed against the side surface of the rotor 2222, and the piezoelectric driving device 100 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 feed a very small amount with high accuracy.

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、圧電駆動装置100を用いることにより、通常の電動モーターよりも駆動電流を小さくできるので、投薬装置の消費電力を抑制することができる。したがって、投薬装置を電池駆動する場合は、特に有効である。
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, since the drive current can be made smaller than that of a normal electric motor by using the piezoelectric drive device 100, the power consumption of the dosing device can be suppressed. Therefore, it is particularly effective when the medication apparatus is battery-driven.

本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。   In the present invention, a part of the configuration may be omitted within a range having the characteristics and effects described in the present application, or each embodiment or modification may be combined.

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

4…ローター、4a…中心、10…基板、12…振動体部、12a…端部、13…切り欠き、14…固定部、16…第1接続部、18…第2接続部、20…接触部材、22…低バネ定数領域、24,25…接着剤、30,30a,30b,30c,30d,30e…圧電素子、32…第1電極、34…圧電体層、36…第2電極、100…圧電駆動装置、110…駆動回路、120…モーター、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、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、2213,2214,2215,2216,2217,2218,2219…フィンガー、2222…ローター、2223…減速伝達機構、2230…ケース DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Rotor, 4a ... Center, 10 ... Board | substrate, 12 ... Vibrating body part, 12a ... End part, 13 ... Notch, 14 ... Fixed part, 16 ... 1st connection part, 18 ... 2nd connection part, 20 ... Contact Member, 22 ... low spring constant region, 24, 25 ... adhesive, 30, 30a, 30b, 30c, 30d, 30e ... piezoelectric element, 32 ... first electrode, 34 ... piezoelectric layer, 36 ... second electrode, 100 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Piezoelectric drive device, 110 ... Drive circuit, 120 ... Motor, 2000 ... Robot hand, 2003 ... Gripping part, 2010 ... Arm, 2012 ... Link part, 2020 ... Joint part, 2050 ... Robot, 2200 ... Liquid feed pump, 2202 ... Cam, 2202A ... projection, 2211 ... reservoir, 2212 ... tube, 2213, 2214, 2215, 2216, 2217, 2218, 2219 ... finger, 2222 ... Ta, 2223 ... deceleration transmission mechanism, 2230 ... case

Claims (6)

固定部、および圧電素子が設けられ前記固定部に支持された振動体部を有する基板と、
被駆動体に接触し、前記振動体部の動きを前記被駆動体に伝える接触部材と、
を含み、
前記接触部材は、接着剤を介して、前記振動体部に設けられ、
前記振動体部と前記接触部材との間に、初期バネ定数以下のバネ定数を有する低バネ定数領域が設けられ、
前記低バネ定数領域は、前記接着剤を含み、
前記初期バネ定数は、前記接触部材と同じ材質および同じ体積の第1仮想球を、前記被駆動体と同じ材質および同じ体積の第2仮想球に押し当てた系のバネ定数である、圧電駆動装置。
A fixed portion, and a substrate having a vibrating body portion provided with a piezoelectric element and supported by the fixed portion;
A contact member that contacts the driven body and transmits the movement of the vibrating body portion to the driven body;
Including
The contact member is provided on the vibrating body part via an adhesive,
A low spring constant region having a spring constant equal to or less than an initial spring constant is provided between the vibrating body portion and the contact member,
The low spring constant region includes the adhesive,
The initial spring constant is a spring constant of a system in which a first phantom sphere having the same material and the same volume as the contact member is pressed against a second phantom sphere having the same material and the same volume as the driven body. apparatus.
請求項1において、
前記第1仮想球の、ヤング率をE、ポアソン比をν、半径をRとし、
前記第2仮想球の、ヤング率をE、ポアソン比をν、半径をRとし、
押圧力Fで前記第1仮想球を前記第2仮想球に押し当てたときの、前記第1仮想球と前記第2仮想球との接触面の半径をaとすると、前記低バネ定数領域のバネ定数Kは、
の関係を満たす、圧電駆動装置。
ただし、
である。
In claim 1,
The Young's modulus of the first phantom sphere is E 1 , the Poisson's ratio is ν 1 , the radius is R 1 ,
The Young's modulus of the second phantom sphere is E 2 , the Poisson's ratio is ν 2 , the radius is R 2 ,
When the radius of the contact surface between the first phantom sphere and the second phantom sphere when the first phantom sphere is pressed against the second phantom sphere with the pressing force F 0 is a 0 , the low spring constant The spring constant K of the region is
Piezoelectric drive device that satisfies the above relationship.
However,
It is.
請求項1または2において、
前記低バネ定数領域は、前記接着剤である、圧電駆動装置。
In claim 1 or 2,
The low-spring constant region is the piezoelectric drive device, which is the adhesive.
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の圧電駆動装置と、
前記圧電駆動装置によって回転されるローターと、
を含む、モーター。
A piezoelectric driving device according to any one of claims 1 to 3,
A rotor rotated by the piezoelectric drive device;
Including a motor.
複数のリンク部と、
複数の前記リンク部を接続する関節部と、
複数の前記リンク部を前記関節部で回動させる請求項1ないし3のいずれか1項に記載の圧電駆動装置と、
を含む、ロボット。
A plurality of link parts;
A joint part connecting a plurality of the link parts;
The piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of the link portions are rotated by the joint portions;
Including robots.
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の圧電駆動装置と、
液体を輸送するチューブと、
前記圧電駆動装置の駆動によって前記チューブを閉鎖する複数のフィンガーと、
を含む、ポンプ。
A piezoelectric driving device according to any one of claims 1 to 3,
A tube that transports the liquid;
A plurality of fingers for closing the tube by driving the piezoelectric driving device;
Including a pump.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018216778A1 (en) 2017-05-25 2018-11-29 ミツミ電機株式会社 Camera actuator, camera module, and camera mounted device

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