JP2019160975A - Piezoelectric actuator, additional force detection method of piezoelectric actuator, resonance state detection method of piezoelectric actuator, piezoelectric drive device, hand, robot, electronic component transfer device, printer and projector - Google Patents
Piezoelectric actuator, additional force detection method of piezoelectric actuator, resonance state detection method of piezoelectric actuator, piezoelectric drive device, hand, robot, electronic component transfer device, printer and projector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019160975A JP2019160975A JP2018044616A JP2018044616A JP2019160975A JP 2019160975 A JP2019160975 A JP 2019160975A JP 2018044616 A JP2018044616 A JP 2018044616A JP 2018044616 A JP2018044616 A JP 2018044616A JP 2019160975 A JP2019160975 A JP 2019160975A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- detection
- piezoelectric actuator
- driving
- piezoelectric element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
本発明は、圧電アクチュエーター、圧電アクチュエーターの付加力検出方法、圧電アクチュエーターの共振状態検出方法、圧電駆動装置、ハンド、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric actuator, a method for detecting an applied force of a piezoelectric actuator, a method for detecting a resonance state of a piezoelectric actuator, a piezoelectric drive device, a hand, a robot, an electronic component transport device, a printer, and a projector.
従来から、圧電素子を備える駆動装置(圧電アクチュエーター)が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の駆動装置は、補強板と、補強板の表裏両面に設けられ回動軸に当接する振動体と、を備えている。そして、振動体が略楕円軌跡を描くことにより回動軸を回動させる。
Conventionally, a driving device (piezoelectric actuator) including a piezoelectric element is known (see, for example, Patent Document 1). The drive device described in
このような振動体は、圧電材料により形成された圧電素子と、表裏両面に形成されている電極と、を有する。この電極としては、駆動信号が入力される第1駆動電極および一対の第2駆動電極と、圧電素子の歪みを検出する検出電極と、が用いられている。 Such a vibrating body includes a piezoelectric element formed of a piezoelectric material and electrodes formed on both front and back surfaces. As the electrodes, a first drive electrode and a pair of second drive electrodes to which a drive signal is input, and a detection electrode that detects distortion of the piezoelectric element are used.
圧電素子の歪みを検出することにより、これを駆動周波数の制御に利用することができる。 By detecting the distortion of the piezoelectric element, this can be used to control the driving frequency.
しかしながら、特許文献1に記載の圧電アクチュエーターでは、振動体の駆動に用いる駆動電極だけでなく、圧電素子の歪みを検出する検出電極についても、振動体の表面に設けられている。このため、圧電アクチュエーターに付加される力を検出したい場合、検出電極においてはその力を検出することができない。したがって、従来は、圧電アクチュエーターとは別に、圧電アクチュエーターに付加される力を検出する力センサーを用いている。
However, in the piezoelectric actuator described in
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following application examples.
本適用例の圧電アクチュエーターは、駆動用圧電体および駆動用電極を含む駆動用圧電素子を備える振動部と、
前記振動部を固定する固定部と、
前記振動部と前記固定部とを接続し、第1検出用圧電体および第1検出用電極を含む第1検出用圧電素子ならびに第2検出用圧電体および第2検出用電極を含む第2検出用圧電素子を備える接続部と、
を有することを特徴とする。
The piezoelectric actuator of this application example includes a vibration unit including a driving piezoelectric element including a driving piezoelectric body and a driving electrode;
A fixing part for fixing the vibrating part;
A first detection piezoelectric element that includes the first detection piezoelectric member and the first detection electrode, and a second detection piezoelectric member that includes the second detection piezoelectric member and the second detection electrode. A connecting portion including a piezoelectric element for use;
It is characterized by having.
以下、本発明の圧電アクチュエーター、圧電アクチュエーターの付加力検出方法、圧電アクチュエーターの共振状態検出方法、圧電駆動装置、ハンド、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a piezoelectric actuator, an applied force detection method for a piezoelectric actuator, a resonance state detection method for a piezoelectric actuator, a piezoelectric drive device, a hand, a robot, an electronic component transport device, a printer, and a projector according to preferred embodiments shown in the accompanying drawings will be described below. This will be described in detail.
1.圧電アクチュエーター
まず、本発明の圧電アクチュエーターの実施形態について説明する。
1. Piezoelectric Actuator First, an embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention will be described.
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る圧電アクチュエーターの全体構成を示す概略図である。図2は、図1に示す圧電アクチュエーターが備える圧電振動体を示す平面図である。図3は、図2中のA−A線断面図である。図4は、図2に示す圧電振動体の動作を説明する図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the piezoelectric actuator according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a piezoelectric vibrating body included in the piezoelectric actuator shown in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the piezoelectric vibrating body shown in FIG.
図1に示す圧電アクチュエーター1は、図示しない被駆動部に与える駆動力を発生する圧電振動体10と、圧電振動体10を駆動する駆動回路20と、圧電振動体10からの検出信号を取得する検出回路30と、検出信号に基づいて駆動回路20を制御する制御部40と、を有している。以下、圧電アクチュエーター1の各部を順次説明する。
A
(圧電振動体)
図2および図3に示す圧電振動体10は、2つの圧電素子ユニット11と、2つの圧電素子ユニット11を互いに接合している接着層12と、2つの圧電素子ユニット11に跨って設けられている凸部材13と、を有している。ここで、2つの圧電素子ユニット11は、接着層12に対して対称(図3中の上下対称)に構成され、互いに同様の構成を有する。
(Piezoelectric vibrator)
The piezoelectric
各圧電素子ユニット11は、基板14と、基板14上に設けられている複数の駆動用圧電素子15と、複数の駆動用圧電素子15を覆っている保護層16と、を有する。
Each
基板14は、図2に示すように、駆動部141と、固定部142と、これらを接続している1対の接続部143a、143bと、を有する。本実施形態では、駆動部141は、基板14の厚さ方向から見た平面視(以下、単に「平面視」ともいう)で、長方形をなしている。また、固定部142は、平面視で駆動部141の長手方向での一端側の部分の外周に沿って、駆動部141に対して離間して設けられている。また、1対の接続部143a、143bは、駆動部141の幅方向(長手方向に対して直交する方向)での両側に配置されている。そして、1対の接続部143a、143bは、駆動部141の長手方向での中央部と固定部142とを接続している。なお、駆動部141の所望の変形または振動が可能であれば、駆動部141、固定部142および1対の接続部143a、143bの形状や配置等は、前述したものに限定されない。例えば、固定部142が接続部143a、143bごとに分離して設けられていてもよい。また、接続部143a、143bの数、形状および配置等も任意である。
As shown in FIG. 2, the
基板14としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。また、図示しないが、基板14の駆動用圧電素子15側の面には、絶縁層が設けられている。この絶縁層は、特に限定されないが、例えば、基板14としてシリコン基板を用いる場合、当該シリコン基板の表面を熱酸化することにより形成することができる。
As the
このような基板14の駆動部141上には、複数の駆動用圧電素子15が配置されている。本実施形態では、複数の駆動用圧電素子15が、5つの駆動用の駆動用圧電素子15a、15b、15c、15d、15eからなる。
A plurality of driving
駆動用圧電素子15eは、駆動部141の幅方向での中央部において、駆動部141の長手方向に沿って配置されている。この駆動用圧電素子15eに対して駆動部141の幅方向での一方側には、駆動用圧電素子15a、15bが配置され、他方側には、駆動用圧電素子15c、15dが配置されている。駆動用圧電素子15a、15b、15c、15dは、駆動部141の長手方向および幅方向に沿って分割した4つの領域に対応して配置されている。本実施形態では、駆動用圧電素子15a、15bが、駆動部141の幅方向での一方側に配置され、駆動用圧電素子15c、15dが、駆動部141の幅方向での他方側に配置されている。また、駆動用圧電素子15a、15cが、駆動部141の長手方向での一方側(凸部材13側)に配置され、駆動用圧電素子15b、15dが、駆動部141の長手方向での他方側に配置されている。
The driving
このように配置された駆動用圧電素子15a、15b、15c、15d、15eは、それぞれ、基板14上に設けられている駆動用共通電極151と、駆動用共通電極151上に設けられている駆動用圧電体152と、駆動用圧電体152上に設けられている駆動用個別電極153と、を有している。
The driving
駆動用共通電極151は、駆動用圧電素子15a、15b、15c、15d、15eに共通して設けられている共通電極である。一方、駆動用個別電極153は、駆動用圧電素子15a、15b、15c、15d、15eごとに個別に設けられている個別電極である。なお、駆動用共通電極151についても、駆動用圧電素子15a、15b、15c、15d、15eごとに個別に設けられていてもよい。
The driving
また、本実施形態では、駆動用圧電体152は、駆動用圧電素子15a、15b、15c、15d、15eごとに個別に設けられている。なお、駆動用圧電体152は、駆動用圧電素子15a、15b、15c、15d、15eのうちの少なくとも2つ以上に共通して一体的に設けられていてもよい。
In the present embodiment, the driving
ここで、複数の駆動用個別電極153は、駆動用圧電素子15aに対応して設けられている駆動用個別電極153a、駆動用圧電素子15bに対応して設けられている駆動用個別電極153b、駆動用圧電素子15cに対応して設けられている駆動用個別電極153c、駆動用圧電素子15dに対応して設けられている駆動用個別電極153d、および、駆動用圧電素子15eに対応して設けられている駆動用個別電極153eからなる。
Here, the plurality of
駆動用個別電極153aと駆動用個別電極153dは、図示しない配線を介して電気的に接続されている。同様に、駆動用個別電極153bと駆動用個別電極153cは、図示しない配線を介して電気的に接続されている。また、駆動用個別電極153上や上記2つの配線間等には、図示しないSiO2膜等の絶縁膜が適宜設けられている。
The
また、駆動用共通電極151は、図示しない配線を介して接地(グランド電位に接続)されている。
The driving
また、2つの圧電素子ユニット11の駆動用共通電極151同士、駆動用個別電極153a同士または駆動用個別電極153d同士、駆動用個別電極153b同士または駆動用個別電極153c同士、および、駆動用個別電極153e同士は、それぞれ、図示しない配線を介して電気的に接続されている。
Further, the driving
このような駆動用共通電極151および駆動用個別電極153のそれぞれの構成材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、金(Au)、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、銅(Cu)等の金属材料が用いられる。また、駆動用共通電極151および駆動用個別電極153は、それぞれ、スパッタリングにより形成することができる。
For example, aluminum (Al), nickel (Ni), gold (Au), platinum (Pt), iridium (Ir), copper are used as the constituent materials of the driving
駆動用圧電体152は、駆動部141の厚さ方向に沿った方向の電界が印加されることにより駆動部141の長手方向に沿った方向に伸縮するように構成されている。このような駆動用圧電体152の構成材料としては、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、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電セラミックスを用いることができる。圧電セラミックスで構成された駆動用圧電体152は、例えば、バルク材料から形成してもよいし、ゾル−ゲル法のような湿式法、スパッタリング法のような乾式法(蒸着法)を用いて形成してもよい。なお、駆動用圧電体152の構成材料としては、ポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いてもよい。
The driving
以上のような構成の複数の駆動用圧電素子15a、15b、15c、15d、15e上には、これらを一括して覆うように保護層16が設けられている。この保護層16の構成材料としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。また、保護層16は、例えば、スピンコート法を用いて形成することができる。
A
また、前述したような駆動用共通電極151、駆動用圧電体152、駆動用個別電極153および保護層16からなる積層体は、基板14の固定部142上にも配置されている。これにより、接着層12を介して2つの圧電素子ユニット11を安定的に接合することができる。
Further, the laminated body including the driving
ここで、図5は、図2中のB−B線断面図である。
2つの圧電素子ユニット11のうち、図3の上方に位置する圧電素子ユニット11は、第1検出用圧電素子18および第2検出用圧電素子19を備えている。具体的には、圧電素子ユニット11の基板14のうち、接続部143a上には、第1検出用圧電素子18が配置され、一方、基板14のうち、接続部143b上には、第2検出用圧電素子19が配置されている。
Here, FIG. 5 is a sectional view taken along line BB in FIG.
Of the two
このように配置された第1検出用圧電素子18は、接続部143aにおいて、基板14上に設けられている第1検出用電極181と、第1検出用電極181上に設けられている第1検出用圧電体182と、第1検出用圧電体182上に設けられている第1検出用電極183と、を有している。
The first
また、第2検出用圧電素子19は、接続部143bにおいて、基板14上に設けられている第2検出用電極191と、第2検出用電極191上に設けられている第2検出用圧電体192と、第2検出用圧電体192上に設けられている第2検出用電極193と、を有している。
Further, the second
また、第1検出用電極183および第2検出用電極193は、それぞれ図示しない配線を介して接地(グランド電位に接続)されている。
The
なお、2つの圧電素子ユニット11の第1検出用電極181同士、第1検出用電極183同士、第2検出用電極191同士、および、第2検出用電極193同士は、それぞれ、図示しない配線を介して電気的に接続されている。
Note that the
このような第1検出用電極181、第1検出用電極183、第2検出用電極191および第2検出用電極193のそれぞれの構成材料としては、例えば、前述した駆動用共通電極151および駆動用個別電極153のそれぞれの構成材料として列挙した材料から適宜選択される。
Examples of the constituent materials of the
また、第1検出用圧電体182および第2検出用圧電体192の構成材料としては、例えば、前述した駆動用圧電体152の構成材料として列挙した材料から適宜選択される。
The constituent materials of the first
また、第1検出用圧電素子18および第2検出用圧電素子19上には、それぞれを覆うように保護層16が設けられている。
Further, a
また、図6は、図5に示す断面図の変形例である。
なお、駆動用圧電体152、第1検出用圧電体182および第2検出用圧電体192は、図5に示すように互いに個別のものであってもよいが、図6に示すように一体になっていてもよい。すなわち、図6に示す圧電振動体10’では、駆動用圧電体152、第1検出用圧電体182および第2検出用圧電体192が互いに繋がっており、全体として一体になっている。この場合、圧電振動体10’の製造が容易になるとともに、一体になった圧電体の機械的強度を高めることができるので、圧電振動体10’の信頼性を高めることができる。
FIG. 6 is a modification of the cross-sectional view shown in FIG.
The driving
以上説明したような構成の2つの圧電素子ユニット11の保護層16同士は、接着層12を介して接合されている。接着層12としては、例えば、エポキシ樹脂等が挙げられる。
The protective layers 16 of the two
また、2つの圧電素子ユニット11の駆動部141の固定部142とは反対側の端部には、凸部材13が例えば接着剤により固定されている。本実施形態では、凸部材13は、円柱状をなし、その一部が駆動部141から突出して設けられている。凸部材13の構成材料としては、耐摩耗性に優れた材料が好ましく、例えば、セラミックス等が挙げられる。なお、凸部材13の形状は、駆動力を被駆動部に伝達可能であれば、円柱状に限定されない。
Moreover, the
また、圧電アクチュエーター1は、複数の圧電振動体10を備えていてもよい。これにより、ローター50の複数箇所に対して同時に駆動力を伝達することができる。このため、より大きな駆動力を伝達することができる。
In addition, the
また、圧電アクチュエーター1は、圧電振動体10に代えて、図3に示すような圧電振動体10を基板14の厚さ方向にさらに積層してなる積層構造(スタック構造)を備えていてもよい。これにより、ローター50の一箇所に対してより大きな駆動力を伝達することができる。この際の積層数は、特に限定されないが、例えば2層以上50層以下とされる。
Further, the
(駆動回路)
図1に示すように、駆動回路20は、圧電振動体10の駆動用個別電極153b、153dおよび駆動用共通電極151とそれぞれ電気的に接続されている。この駆動回路20は、周期的に電圧値が変化する電圧信号を駆動信号として駆動用個別電極153b、153dのそれぞれに入力することにより、駆動用圧電素子15a、15b、15c、15dを駆動する機能を有する。また、駆動回路20は、周期的に電圧値が変化する電圧信号を駆動信号として駆動用個別電極153eに入力することにより、駆動用圧電素子15eを駆動する機能を有する。このような駆動回路20は、図示しないが、周期的に電圧値が変化する電圧信号を出力する駆動電圧発生回路を有する。
(Drive circuit)
As shown in FIG. 1, the
周期的に電圧値が変化する駆動信号が駆動用個別電極153bに入力されると、駆動用圧電素子15b、15cのそれぞれが図4中の矢印aで示す方向に伸張と収縮を繰り返す。これにより、駆動部141の屈曲振動を伴って、駆動部141の長手方向での一端部に設けられた凸部材13が図4中の矢印bに示す方向に往復移動(振動)する。このように振動する凸部材13の駆動力を、被駆動部であるローター50に伝達することにより、ローター50をその回動軸Oまわりに図4中の矢印cに示す方向に回転させることができる。このとき、駆動用圧電素子15b、15cの伸縮に同期した駆動信号を駆動用圧電素子15eに入力することにより、凸部材13からローター50に与える駆動力を大きくしたり、凸部材13の軌道を制御したりすることができる。なお、周期的に電圧値が変化する駆動信号を駆動用個別電極153dに入力しても、同様に、駆動用圧電素子15a、15dの駆動により、凸部材13を図4中の矢印bに示す方向に往復移動(振動)することができる。この場合、駆動用個別電極153bに駆動信号を入力してもよく、その際、例えば、その駆動信号の位相を、駆動用個別電極153dに入力する駆動信号の位相に対して180度ずらせばよい。
When a drive signal whose voltage value periodically changes is input to the drive
なお、圧電アクチュエーター1およびローター50は、圧電モーター100(圧電駆動装置)を構成する。すなわち、圧電モーター100は、圧電アクチュエーター1と、圧電アクチュエーター1により駆動されるローター50(被駆動部)と、を備えている。このような圧電モーター100によれば、圧電アクチュエーター1に付加される力を検出することができるため、検出される力、すなわちローター50から圧電アクチュエーター1が受ける力に基づいて駆動力を制御することが可能になる。
The
(検出回路)
図1に示すように、検出回路30は、圧電振動体10の第1検出用電極181、第1検出用電極183、第2検出用電極191および第2検出用電極193とそれぞれ電気的に接続されている。前述したように駆動部141を駆動すると、その駆動に伴って、第1検出用圧電素子18および第2検出用圧電素子19に歪みが発生する。この歪みに伴って、圧電効果により、第1検出用電極181および第2検出用電極191から検出信号が出力される。
(Detection circuit)
As shown in FIG. 1, the
検出回路30は、第1検出用電極181、183および第2検出用電極191、193から出力される検出信号を取得する。
The
(制御部)
図1に示す制御部40は、検出回路30からの検出信号に基づいて、圧電アクチュエーター1に付加されている力を検出する機能を有する。これにより、圧電アクチュエーター1とは別に力センサーを用意することなく、駆動部141に付加されている力を検出することができる。このようにして検出した力に基づき、例えば圧電アクチュエーター1に力をモニターしながらローター50に駆動力を与えることができ、さらに、検出した力に基づき駆動力を制御することが可能になる。
(Control part)
The
また、制御部40は、検出回路30からの検出信号に基づいて、圧電アクチュエーター1の共振状態を検出する機能を有する。
すなわち、制御部40は、駆動回路20および検出回路30の動作を制御する。
Further, the
That is, the
以上のように、圧電アクチュエーター1は、駆動用圧電体152、駆動用電極(駆動用共通電極151および駆動用個別電極153)を含む駆動用圧電素子15を備える駆動部141(振動部)と、駆動部141を固定する固定部142と、駆動部141と固定部142とを接続し、第1検出用圧電体182および第1検出用電極181、183を含む第1検出用圧電素子18ならびに第2検出用圧電体192および第2検出用電極191、193を含む第2検出用圧電素子19を備える接続部143a、143bと、を有する。
As described above, the
また、本実施形態に係る圧電アクチュエーター1は、さらに、駆動用共通電極151および駆動用個別電極153に駆動信号を入力し駆動用圧電素子15を駆動する駆動回路20と、第1検出用電極181、183および第2検出用電極191、193から出力される検出信号を取得する検出回路30と、駆動回路20および検出回路30の動作を制御する制御部40と、を有する。
Further, the
このような圧電アクチュエーター1によれば、それとは別に力センサーを用意することなく、駆動部141に付加されている力を検出することができる。このため、圧電アクチュエーター1の構造の簡素化、小型化および低コスト化を図ることができる。
According to such a
また、力を検出するための第1検出用圧電素子18および第2検出用圧電素子19は、いずれも接続部143a、143bに設けられている。このため、駆動部141に検出用圧電素子を設ける必要がなく、その分、駆動用圧電素子15が占める面積を拡大することができる。このため、大型化を招くことなく、駆動部141の振動能力を高めることができる。その結果、例えば、より小型で、かつ、より駆動力を高めた圧電アクチュエーター1を実現することができる。
Further, the first
一方、第1検出用圧電素子18および第2検出用圧電素子19からの検出信号の位相に基づいて、圧電アクチュエーター1の共振状態を検出することができる。これにより、検出した共振状態に基づき、駆動回路20を制御し、駆動信号に反映させることができる。その結果、より安定した駆動力を発生させ得る圧電アクチュエーター1を実現することができる。
On the other hand, the resonance state of the
(圧電アクチュエーターの付加力検出方法および共振状態検出方法)
以下、図7ないし図9に基づいて、圧電アクチュエーター1に付加されている力の検出方法(本実施形態に係る圧電アクチュエーターの付加力検出方法)、および、駆動部141が駆動されているときの圧電アクチュエーター1の共振状態の検出方法(本実施形態に係る圧電アクチュエーターの共振状態検出方法)について説明する。
(Method for detecting applied force of piezoelectric actuator and method for detecting resonance state)
Hereinafter, based on FIG. 7 to FIG. 9, a method for detecting the force applied to the piezoelectric actuator 1 (method for detecting the applied force of the piezoelectric actuator according to the present embodiment) and the
−振動部が駆動されていない状態−
まず、圧電アクチュエーター1の駆動部141が駆動されていない状態における力の検出について説明する。
-State where the vibration part is not driven-
First, detection of force in a state where the
図7は、図2に示す圧電アクチュエーター1の駆動部141が駆動されていない状態において、経過時間と検出信号の電圧との関係の一例を示すグラフである。そして、図7では、時間ごとに付加する力を変化させており、図8は、圧電アクチュエーター1に力を付加する様子を説明するための図である。
FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the elapsed time and the voltage of the detection signal in a state where the
図8は、図7および図9のグラフを作成する際に用いた圧電アクチュエーター1とそれによって駆動される被駆動部の一例である。この被駆動部51は、棒状(直線状)をなしており、圧電アクチュエーター1が当接する面は平坦面になっている。
FIG. 8 is an example of the
図7の横軸に示す経過時間のうち、0〜5マイクロ秒の間では、力F1が0から2Nまで経時的に大きくなるように圧電アクチュエーター1を被駆動部51に向かって押圧している。また、5〜10マイクロ秒の間では、2Nで一定の力F1を加えている。また、10〜20マイクロ秒の間では、力F1を加えたまま、図7の左側に向かって1m/sの速度で被駆動部51を強制的に移動させている。一方、20〜30マイクロ秒の間では、図7の右側に向かって1m/sの速度で被駆動部51を強制的に移動させている。
Of the elapsed time shown on the horizontal axis in FIG. 7, the
図7では、第1検出用圧電素子18からの検出信号を「第1検出信号185」とし、第2検出用圧電素子19からの検出信号を「第2検出信号195」とする。
In FIG. 7, the detection signal from the first
前述したように被駆動部51を変位させたとき、それに伴って圧電アクチュエーター1に力F2が付加される。この力F2に応じて第1検出信号185および第2検出信号195が出力される。
As described above, when the driven
0〜5マイクロ秒では、圧電アクチュエーター1を変位させたとき、電圧が経時的に高くなるような第1検出信号185および第2検出信号195が出力される。5〜10マイクロ秒では、一定な電圧の第1検出信号185および第2検出信号195が出力される。
In 0 to 5 microseconds, when the
以上のような期間では、第1検出信号185と第2検出信号195との間に差がないため、圧電アクチュエーター1には図8の左右方向の成分の力F2が加わっていない(凸部材13が左右方向の中立点に位置している)ことを検出することができる。また、第1検出信号185および第2検出信号195が経時的に大きくなることに、図8の上下方向の成分の力F1が経時的に大きくなっていることを検出することができる。 In the period as described above, since there is no difference between the first detection signal 185 and the second detection signal 195, the force F2 of the horizontal component in FIG. 8 is not applied to the piezoelectric actuator 1 (the convex member 13). Is located at a neutral point in the left-right direction). Further, it can be detected that the first detection signal 185 and the second detection signal 195 increase with time, and that the force F1 of the vertical component in FIG. 8 increases with time.
一方、10〜20マイクロ秒では、図8の左側に向かって被駆動部51を強制的に移動させているので、凸部材13と被駆動部51との間の摩擦力に伴って、凸部材13が左側に引っ張られる力が付加される。このため、第1検出信号185および第2検出信号195は経時的に変化する。また、第1検出用圧電素子18と第2検出用圧電素子19とで歪みの加わり方が互いに異なるため、第1検出信号185と第2検出信号195との間で差が生じる。
On the other hand, in 10 to 20 microseconds, the driven
具体的には、図7の10〜13マイクロ秒では、第1検出信号185が経時的に大きく、第2検出信号195が経時的に小さくなっており、かつ、それらの差分200(第1検出信号185から第2検出信号195を引いた差分)が経時的に大きくなっている。一方、13〜20マイクロ秒では、第1検出信号185および第2検出信号195がそれぞれ一定値を示している。13マイクロ秒付近における検出信号の変化は、被駆動部51による引っ張り力が凸部材13と被駆動部51との間の摩擦力を上回ってしまい、凸部材13と被駆動部51との間に滑りが生じていることに基づくものである。
Specifically, in 10 to 13 microseconds in FIG. 7, the first detection signal 185 is large with time, the second detection signal 195 is small with time, and the difference 200 (first detection) The difference obtained by subtracting the second detection signal 195 from the signal 185 increases with time. On the other hand, in 13 to 20 microseconds, the first detection signal 185 and the second detection signal 195 each show a constant value. The change in the detection signal in the vicinity of 13 microseconds is that the pulling force by the driven
したがって、10〜13マイクロ秒では、第2検出信号195が第1検出信号185よりも大きく、かつ、これらの差分が経時的に大きくなっていることから、圧電アクチュエーター1を左側に引っ張る力が経時的に大きくなるように付加されていることを検出することができる。また、13〜20マイクロ秒では、第2検出信号195が第1検出信号185よりも大きく、かつ、これらの差分が一定になっていることから、圧電アクチュエーター1を左側に引っ張る力が一定に付加されていることを検出することができる。
Therefore, in 10 to 13 microseconds, since the second detection signal 195 is larger than the first detection signal 185 and the difference between them is increased with time, the force pulling the
また、20〜30マイクロ秒では、図8の右側に向かって被駆動部51を強制的に移動させているので、凸部材13が右側に引っ張られる力が付加される。
Further, in 20 to 30 microseconds, the driven
具体的には、図7の20〜23マイクロ秒では、第1検出信号185が経時的に小さく、第2検出信号195が経時的に大きくなっており、かつ、それらの差分が経時的に小さくなっている。このため、この期間では、左側に引っ張られていた凸部材13が中立点に向かって徐々に戻されていることを検出することができる。
Specifically, in 20 to 23 microseconds in FIG. 7, the first detection signal 185 is small with time, the second detection signal 195 is large with time, and the difference between them is small with time. It has become. For this reason, during this period, it can be detected that the
また、図7の23〜25マイクロ秒では、第1検出信号185と第2検出信号195の差分が経時的に大きくなっている。このため、この期間では、凸部材13が中立点よりも右側に向かって引っ張る力が経時的に大きくなるように付加されていることを検出することができる。また、25〜30マイクロ秒では、第1検出信号185が第2検出信号195よりも大きく、かつ、これらの差分が一定になっていることから、圧電アクチュエーター1を右側に引っ張る力が一定に付加されていることを検出することができる。
In addition, in 23 to 25 microseconds in FIG. 7, the difference between the first detection signal 185 and the second detection signal 195 increases with time. For this reason, during this period, it can be detected that the force with which the
なお、接続部143a、143bに設けられている第1検出用圧電素子18および第2検出用圧電素子19は、対になって設けられているため、これらから出力される第1検出信号185および第2検出信号195は、基本的に位相が揃った状態で出力される。このため、第1検出信号185と第2検出信号195の差分を取得することにより、随時、第1検出用圧電素子18および第2検出用圧電素子19に加わった力の向きや大きさをより精度よく検出することができる。
Since the first
具体的には、第1検出信号185と第2検出信号195の差分200は、第1検出用圧電素子18に発生する歪みの大きさと第2検出用圧電素子19に発生する歪みの大きさとの差に対応しているため、圧電アクチュエーター1に加わった力の向きと大きさに対応している。したがって、第1検出信号185と第2検出信号195の差分を取得することにより、図8の左右方向の成分の力F2を検出することができる。また、差分200によれば、図8の左右方向における凸部材13の変位方向と変位量を見積もることができる。
Specifically, the difference 200 between the first detection signal 185 and the second detection signal 195 is the difference between the magnitude of distortion generated in the first
−振動部が駆動されている状態−
次に、圧電アクチュエーター1の駆動部141が駆動されている状態における力の検出について説明する。
-State where the vibration part is driven-
Next, detection of force in a state where the
図9は、図2に示す圧電アクチュエーター1の駆動部141が駆動されている状態において、経過時間と検出信号の電圧との関係の一例を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing an example of the relationship between the elapsed time and the voltage of the detection signal in a state where the
図9に示すグラフでは、一定の周波数および振幅の波形の駆動信号を入力して駆動部141が駆動されたとき、その駆動に応じた波形の検出信号が図示されている。また、図9では、第1検出用圧電素子18からの検出信号を「第1検出信号186」とし、第2検出用圧電素子19からの検出信号を「第2検出信号196」とする。
In the graph shown in FIG. 9, when a drive signal having a waveform having a constant frequency and amplitude is input and the
図9では、第1検出信号186が第2検出信号196よりも電圧が高くなっている。また、第1検出信号186と第2検出信号196の差分201(第1検出信号186から第2検出信号196を引いた差分)は、図8の左右方向において圧電アクチュエーター1に加わった力の向きと大きさに対応している。したがって、第1検出信号186と第2検出信号196の差分201を取得することにより、圧電アクチュエーター1が駆動されている状態においても、図8の左右方向の成分の力F2を検出することができる。また、差分201によれば、図8の左右方向における凸部材13の変位方向と変位量を見積もることができる。
In FIG. 9, the voltage of the
また、図9に示す第1検出信号186と第2検出信号196の和202は、図8の上下方向において圧電アクチュエーター1に加わった力の向きと大きさに対応している。したがって、第1検出信号186と第2検出信号196の和202を取得することにより、圧電アクチュエーター1が駆動されている状態においても、図8の上下方向の成分の力F1を検出することができる。また、和202によれば、図8の上下方向における凸部材13の変位方向と変位量を見積もることができる。
Further, the
さらに、和202で生成される演算信号の位相と、駆動部141に入力される駆動信号(図9には図示せず)の位相と、を比較することにより、圧電アクチュエーター1の駆動部141の共振状態をモニターすることができる。すなわち、和202で生成される演算信号と駆動信号の位相差を取得することにより、駆動部141が安定的に共振しているか否かを容易に評価することができる。
Further, by comparing the phase of the calculation signal generated by the
したがって、例えば位相差を所定の値に近づける駆動条件を制御部40において設定し、その駆動条件に基づいて駆動回路20から出力される駆動信号を制御することにより、駆動部141において適切な共振状態を維持することができる。これにより、例えば圧電アクチュエーター1によりローター50をより高速で回転させることができる。
Therefore, for example, by setting a driving condition for bringing the phase difference close to a predetermined value in the
以上をまとめると、本実施形態に係る圧電アクチュエーター1の付加力検出方法は、圧電アクチュエーター1に付加されている力を検出する方法であって、駆動部141(振動部)と固定部142とを接続する接続部143aに設けられた第1検出用圧電素子18(第1検出用電極181)から出力される第1検出信号186と、駆動部141と固定部142とを接続する接続部143bに設けられた第2検出用圧電素子19(第2検出用電極191)から出力される第2検出信号196と、の差分200、201を取得する工程と、差分200、201に基づき、付加されている力を取得する工程と、を有する。
In summary, the applied force detection method for the
このような検出方法によれば、圧電アクチュエーター1の駆動力を犠牲にしたり、大型化を招いたりすることなく、力を検出することができる。
According to such a detection method, the force can be detected without sacrificing the driving force of the
また、本実施形態に係る圧電アクチュエーター1の共振状態検出方法は、圧電アクチュエーター1の共振状態を検出する方法であって、駆動部141(振動部)に設けられた駆動用圧電素子15(駆動用共通電極151および駆動用個別電極153)に駆動信号を入力し駆動用圧電素子15を駆動する工程と、駆動部141と固定部142とを接続する接続部143aに設けられた第1検出用圧電素子18(第1検出用電極181)から出力される第1検出信号186および駆動部141と固定部142とを接続する接続部143bに設けられた第2検出用圧電素子19(第2検出用電極191)から出力される第2検出信号196の和で生成される演算信号を取得する工程と、駆動信号と演算信号の位相差を取得する工程と、を有する。
Further, the resonance state detection method of the
このような検出方法によれば、位相差に基づいて、圧電アクチュエーター1の共振状態を検出することができる。
According to such a detection method, the resonance state of the
以上、力の検出方法および共振状態の検出方法について説明したが、より精度よく検出するためには、後述するように、第1検出用圧電素子18および第2検出用圧電素子19の配置等が最適化されることが好ましい。
The force detection method and the resonance state detection method have been described above. However, in order to detect with higher accuracy, the arrangement of the first
例えば、第1検出用圧電素子18および第2検出用圧電素子19は、その双方が接続部143a(第1接続部)に配置されていてもよく、双方が接続部143b(第2接続部)に配置されていてもよいが、本実施形態では、平面視で、駆動部141を介して互いに反対側に配置されている。すなわち、第1検出用圧電素子18は、接続部143aに配置され、第2検出用圧電素子19は、駆動部141を介して接続部143aとは反対側の位置する接続部143bに配置されている。
For example, both the first
このように配置されていることで、例えば圧電アクチュエーター1に力F2が付加されたとき、第1検出用圧電素子18および第2検出用圧電素子19は互いに反対の挙動を示す。このため、このような素子から出力される第1検出信号185および第2検出信号195を用いることにより、圧電アクチュエーター1に付加される力をより精度よく検出することができる。
By being arranged in this way, for example, when a force F2 is applied to the
なお、駆動部141と固定部142とを接続する接続部143a(第1接続部)および接続部143b(第2接続部)は、いずれか一方が省略されてもよい(片持ち支持であってもよい)が、好ましくは本実施形態のように接続部143aおよび接続部143bの双方が設けられる。すなわち、接続部143aおよび接続部143bは、図2に示すように、駆動部141を介して互いに反対側に設けられているのが好ましい。これにより、図2に示すように、駆動部141を両持ち支持することができるので、駆動部141の駆動が安定化するとともに、圧電振動体10の機械的強度を高めることができる。
Note that either one of the connecting
また、駆動用共通電極151の平面視で、接続部143aと接続部143bとを結ぶ線分L1の垂直二等分線L2を引いたとき、本実施形態では、第1検出用圧電素子18および第2検出用圧電素子19は、垂直二等分線L2を対称軸とする線対称の関係を満たす。具体的には、第1検出用圧電素子18は、接続部143aのうちの凸部材13側に偏って配置されており、第2検出用圧電素子19は、接続部143bのうちの凸部材13側に偏って配置されており、結果的に、第1検出用圧電素子18および第2検出用圧電素子19は、垂直二等分線L2を対称軸とする線対称の関係を満たしている。
In addition, when the vertical bisector L2 of the line segment L1 connecting the
これにより、第1検出信号185および第2検出信号195についても、検出信号の波形の振幅や位相において、良好な対称性を有するものとなる。このため、圧電アクチュエーター1に付加される力をより精度よく検出することができる。
As a result, the first detection signal 185 and the second detection signal 195 also have good symmetry in the amplitude and phase of the waveform of the detection signal. For this reason, the force applied to the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図10は、本発明の第2実施形態に係る圧電アクチュエーターが備える圧電振動体を示す平面図である。 FIG. 10 is a plan view showing a piezoelectric vibrating body included in the piezoelectric actuator according to the second embodiment of the present invention.
以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図10において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付してある。 In the following description, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted. In FIG. 10, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the above-described embodiment.
本実施形態に係る圧電振動体10Aは、第1検出用圧電素子および第2検出用圧電素子の構成が異なる以外、前述した第1実施形態と同様である。
The piezoelectric vibrating
すなわち、前述した第1実施形態では、圧電素子ユニット11の基板14のうち、接続部143a上に第1検出用圧電素子18が配置され、基板14のうち、接続部143b上に第2検出用圧電素子19が配置されている。
That is, in the first embodiment described above, the first
これに対し、本実施形態では、圧電素子ユニット11の基板14のうち、接続部143a上に第1検出用圧電素子18と第2検出用圧電素子19の双方が配置されている。
On the other hand, in the present embodiment, both the first
その上で、第1検出用圧電素子18は、接続部143aのうちの凸部材13側に偏って配置されている。一方、第2検出用圧電素子19は、接続部143aのうちの凸部材13とは反対側に偏って配置されている。
In addition, the first
このような配置になっていることにより、本実施形態においても、圧電アクチュエーター1に付加される力や圧電アクチュエーター1の共振状態を検出することができる。
With this arrangement, the force applied to the
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図11は、本発明の第3実施形態に係る圧電アクチュエーターが備える圧電振動体を示す断面図である。 FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a piezoelectric vibrating body included in a piezoelectric actuator according to a third embodiment of the present invention.
以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図11において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付してある。 In the following description, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted. In FIG. 11, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the above-described embodiment.
本実施形態に係る圧電振動体10Bは、駆動用圧電素子、第1検出用圧電素子および第2検出用圧電素子の構成が異なる以外、前述した第1実施形態と同様である。 The piezoelectric vibrating body 10B according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment described above except that the configuration of the driving piezoelectric element, the first detecting piezoelectric element, and the second detecting piezoelectric element is different.
すなわち、前述した第1実施形態に係る圧電振動体10は、圧電素子ユニット11同士が接着剤12を介して接合されることによって構成されている。これに対し、本実施形態に係る圧電振動体10Bは、このような接合構造ではなく、基板14同士が単層の圧電体を介して積層された構造になっている点で相違している。
このような第3実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
That is, the piezoelectric vibrating
In the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
また、圧電振動体10Bは、その厚さ方向に複数積層されていてもよい。すなわち、本実施形態に係る圧電アクチュエーターは、図11に示す圧電振動体10Bをその厚さ方向に複数積層してなる積層体(スタック構造)を備えていてもよい。これにより、より大きな駆動力を発生させ得る圧電アクチュエーターが得られる。 A plurality of piezoelectric vibrators 10B may be stacked in the thickness direction. That is, the piezoelectric actuator according to this embodiment may include a stacked body (stacked structure) formed by stacking a plurality of piezoelectric vibrating bodies 10B illustrated in FIG. 11 in the thickness direction. Thereby, a piezoelectric actuator capable of generating a larger driving force is obtained.
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
図12は、本発明の第4実施形態に係る圧電アクチュエーターが備える圧電振動体を示す断面図である。 FIG. 12 is a cross-sectional view showing a piezoelectric vibrating body included in a piezoelectric actuator according to a fourth embodiment of the present invention.
以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図12において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付してある。 In the following description, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted. In FIG. 12, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the above-described embodiment.
本実施形態に係る圧電振動体10Cは、駆動用圧電素子、第1検出用圧電素子および第2検出用圧電素子の構成が異なる以外、前述した第3実施形態と同様である。
The piezoelectric vibrating
すなわち、前述した第3実施形態に係る圧電振動体10Bでは、駆動用圧電体152、第1検出用圧電体182および第2検出用圧電体192が互いに離間している。これに対し、本実施形態に係る圧電振動体10Cは、駆動用圧電体152、第1検出用圧電体182および第2検出用圧電体192が互いに繋がっており、全体として一体になっている。
このような第4実施形態においても、第1〜第3実施形態と同様の効果が得られる。
That is, in the piezoelectric vibrating body 10B according to the third embodiment described above, the driving
In the fourth embodiment, the same effect as in the first to third embodiments can be obtained.
また、この場合、圧電振動体10Cの製造が容易になるとともに、一体になった圧電体の機械的強度を高めることができるので、圧電振動体10Cの信頼性を高めることができる。
In this case, the piezoelectric vibrating
2.ロボットおよびハンド
次に、本発明のロボットおよびハンドの実施形態について説明する。
2. Next, an embodiment of the robot and hand of the present invention will be described.
図13は、本発明のロボットの実施形態の概略構成を示す図である。図14は、図13に示すロボットが備えるハンドを説明する概略図である。 FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the robot of the present invention. FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a hand included in the robot shown in FIG.
図13に示すロボット1000は、精密機器やこれを構成する部品(対象物)の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。
A
ロボット1000は、6軸の垂直多関節ロボットであり、基台1100と、基台1100に接続されたロボットアーム1200と、ロボットアーム1200の先端部に設けられた力検出器(図示せず)とハンド1400と、を有する。また、ロボット1000は、ロボットアーム1200を駆動させる動力を発生させる複数の駆動源(圧電アクチュエーター1を含む駆動源)を有している。
The
基台1100は、ロボット1000を任意の設置箇所に取り付ける部分である。なお、基台1100の設置箇所は、特に限定されず、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などが挙げられる。
The
ロボットアーム1200は、第1アーム1210と、第2アーム1220と、第3アーム1230と、第4アーム1240と、第5アーム1250と、第6アーム1260と、を有し、これらが基端側(基台1100側)から先端側に向ってこの順に連結されている。第1アーム1210は、基台1100に接続されている。第6アーム1260の先端には、例えば、各種部品等を把持するハンド1400(エンドエフェクター)が着脱可能に取り付けられている。このハンド1400は、2本の指1410を有しており、指1410で例えば各種部品等を把持することができる。
The
第5アーム1250には、第6アーム1260を駆動する駆動源として複数の圧電振動体10が設けられている。また、図示しないが、基台1100、第1アーム1210、第2アーム1220、第3アーム1230および第4アーム1240には、それぞれ、モーターおよび減速機を有する駆動源が設けられている。そして、各駆動源は、図示しない制御装置により制御される。
The
図14に示すように、第5アーム1250に設けられた複数の圧電振動体10は、第5アーム1250に対する第6アーム1260の回動軸Oまわりに周方向に並んで設けられている。そして、この各圧電振動体10は、第6アーム1260の端面に回動軸Oまわりの駆動力を与える。これにより、第5アーム1250に対して第6アーム1260を回動軸Oまわりに回動させることができる。
As shown in FIG. 14, the plurality of piezoelectric vibrating
また、多指ハンドであるハンド1400にも、複数の圧電振動体10が各指1410に対応して設けられており、この各圧電振動体10は、指1410に回動軸Oに接近または離間する方向の駆動力を与える。これにより、2本の指1410を接近または離間する方向に移動させることができる。
A
以上説明したようなロボット1000およびハンド1400によれば、それぞれ、圧電アクチュエーター1を備えるので、圧電アクチュエーター1に付加される力を検出することができる。このため、例えばロボットアーム1200が停止または駆動されているとき、検出した力に基づいて、圧電アクチュエーター1の駆動力を制御することができる。また、例えばハンド1400が何らかの物体を把持しているとき、検出した力に基づいて、圧電アクチュエーター1の駆動力を制御することができる。
According to the
3.電子部品搬送装置
次に、本発明の電子部品搬送装置の実施形態について説明する。
3. Next, an embodiment of the electronic component conveying device of the present invention will be described.
図15は、本発明の電子部品搬送装置の実施形態を示す斜視図である。図16は、図15に示す電子部品搬送装置が備える電子部品保持部の斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する3軸をX軸、Y軸およびZ軸とする。 FIG. 15 is a perspective view showing an embodiment of the electronic component carrying apparatus of the present invention. 16 is a perspective view of an electronic component holding unit provided in the electronic component transport apparatus shown in FIG. In the following, for convenience of explanation, three axes that are orthogonal to each other are referred to as an X axis, a Y axis, and a Z axis.
図15に示す電子部品搬送装置2000は、電子部品検査装置に適用されており、基台2100と、基台2100の側方に配置された支持台2200と、を有している。また、基台2100には、検査対象の電子部品Qが載置されてY軸方向に搬送される上流側ステージ2110と、検査済みの電子部品Qが載置されてY軸方向に搬送される下流側ステージ2120と、上流側ステージ2110と下流側ステージ2120との間に位置し、電子部品Qの電気的特性を検査する検査台2130と、が設けられている。なお、電子部品Qの例として、例えば、半導体、半導体ウェハー、CLDやOLED等の表示デバイス、水晶デバイス、各種センサー、インクジェットヘッド、各種MEMSデバイス等が挙げられる。
An electronic
また、支持台2200には、支持台2200に対してY軸方向に移動可能なYステージ2210が設けられており、Yステージ2210には、Yステージ2210に対してX軸方向に移動可能なXステージ2220が設けられており、Xステージ2220には、Xステージ2220に対してZ軸方向に移動可能な電子部品保持部2230が設けられている。
The support table 2200 is provided with a
また、図16に示すように、電子部品保持部2230は、X軸方向およびY軸方向に移動可能な微調整プレート2231と、微調整プレート2231に対してZ軸まわりに回動可能な回動部2232と、回動部2232に設けられ、電子部品Qを保持する保持部2233と、を有している。また、電子部品保持部2230には、微調整プレート2231をX軸方向に移動させるための圧電アクチュエーター1(1x)と、微調整プレート2231をY軸方向に移動させるための圧電アクチュエーター1(1y)と、回動部2232をZ軸まわりに回動させるための圧電アクチュエーター1(1θ)と、が内蔵されている。
Further, as shown in FIG. 16, the electronic
以上のような電子部品搬送装置2000は、圧電アクチュエーター1を備える。このような電子部品搬送装置2000によれば、圧電アクチュエーター1を備えるので、圧電アクチュエーター1に付加される力を検出することができる。このため、例えば電子部品搬送装置2000が停止または駆動されているとき、検出した力に基づいて、圧電アクチュエーター1の駆動力を制御することができる。
The electronic
4.プリンター
図17は、本発明のプリンターの実施形態を示す斜視図である。
4). Printer FIG. 17 is a perspective view showing an embodiment of a printer of the present invention.
図17に示すプリンター3000は、インクジェット記録方式のプリンターである。このプリンター3000は、装置本体3010と、装置本体3010の内部に設けられている印刷機構3020、給紙機構3030および制御部3040と、を備えている。
A
装置本体3010には、記録用紙Pを設置するトレイ3011と、記録用紙Pを排出する排紙口3012と、液晶ディスプレイ等の操作パネル3013とが設けられている。
The apparatus
印刷機構3020は、ヘッドユニット3021と、キャリッジモーター3022と、キャリッジモーター3022の駆動力によりヘッドユニット3021を往復動させる往復動機構3023と、を備えている。ヘッドユニット3021は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド3021aと、ヘッド3021aにインクを供給するインクカートリッジ3021bと、ヘッド3021aおよびインクカートリッジ3021bを搭載したキャリッジ3021cと、を有している。往復動機構3023は、キャリッジ3021cを往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸3023bと、キャリッジモーター3022の駆動力によりキャリッジ3021cをキャリッジガイド軸3023b上で移動させるタイミングベルト3023aと、を有している。
The
給紙機構3030は、互いに圧接している従動ローラー3031および駆動ローラー3032と、駆動ローラー3032を駆動する給紙モーターである圧電モーター100(圧電アクチュエーター1)と、を有している。
The
制御部3040は、例えばパーソナルコンピュータ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷機構3020や給紙機構3030等を制御する。
The
このようなプリンター3000では、給紙機構3030が記録用紙Pを一枚ずつヘッドユニット3021の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット3021が記録用紙Pの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Pへの印刷が行なわれる。
In such a
以上のようなプリンター3000は、圧電アクチュエーター1を備える。このようなプリンター3000によれば、圧電アクチュエーター1を備えるので、圧電アクチュエーター1に付加される力を検出することができる。このため、例えばプリンター3000が停止または駆動されているとき、検出した力に基づいて、圧電アクチュエーター1の駆動力を制御することができる。
The
5.プロジェクター
図18は、本発明のプロジェクターの実施形態を示す模式図である。
5). Projector FIG. 18 is a schematic diagram showing an embodiment of a projector of the present invention.
図18に示すプロジェクター4000は、赤色光を出射する光源4100Rと、緑色光を出射する光源4100Gと、青色光を出射する光源4100Bと、レンズアレイ4200R、4200G、4200Bと、透過型の液晶ライトバルブ(光変調部)4300R、4300G、4300Bと、クロスダイクロイックプリズム4400と、投射レンズ(投射部)4500と、圧電駆動装置4700と、を有している。
A
光源4100R、4100G、4100Bから出射された光は、各レンズアレイ4200R、4200G、4200Bを介して、液晶ライトバルブ4300R、4300G、4300Bに入射する。各液晶ライトバルブ4300R、4300G、4300Bは、入射した光をそれぞれ画像情報に応じて変調する。
Light emitted from the
各液晶ライトバルブ4300R、4300G、4300Bによって変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム4400に入射して合成される。クロスダイクロイックプリズム4400によって合成された光は、投射光学系である投射レンズ4500に入射する。投射レンズ4500は、液晶ライトバルブ4300R、4300G、4300Bによって形成された像を拡大して、スクリーン4600(表示面)に投射する。これにより、スクリーン4600上に所望の映像が映し出される。ここで、投射レンズ4500は、圧電アクチュエーター1を有する圧電駆動装置4700に支持されており、圧電駆動装置4700の駆動により位置および姿勢の変更(位置決め)が可能となっている。これにより、スクリーン4600に投射される映像の形状や大きさ等を調整することができる。
The three color lights modulated by the liquid
なお、上述の例では、光変調部として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device)が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。また、プロジェクターとしては、光をスクリーン上で走査させることにより、表示面に所望の大きさの画像を表示させる走査型のプロジェクターであってもよい。 In the above-described example, a transmissive liquid crystal light valve is used as the light modulation unit, but a light valve other than liquid crystal may be used, or a reflective light valve may be used. Examples of such a light valve include a reflective liquid crystal light valve and a digital micromirror device. Further, the configuration of the projection optical system is appropriately changed depending on the type of light valve used. Further, the projector may be a scanning projector that displays an image of a desired size on the display surface by scanning light on a screen.
以上のように、プロジェクター4000は、圧電アクチュエーター1を備える。このようなプロジェクター4000によれば、圧電アクチュエーター1を備えるので、圧電アクチュエーター1に付加される力を検出することができる。このため、例えばプロジェクター4000が停止または駆動されているとき、検出した力に基づいて、圧電アクチュエーター1の駆動力を制御することができる。
As described above, the
以上、本発明の圧電アクチュエーター、圧電駆動装置、ハンド、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。 As described above, the piezoelectric actuator, the piezoelectric driving device, the hand, the robot, the electronic component conveying device, the printer, and the projector of the present invention have been described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to this, The configuration of each part can be replaced with any configuration having a similar function. In addition, any other component may be added to the present invention. Moreover, you may combine each embodiment suitably.
また、前述した実施形態では、圧電アクチュエーターを圧電駆動装置(圧電モーター)、ハンド、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターに適用した構成について説明したが、圧電アクチュエーターは、これら以外の各種電子デバイスにも適用することができる。 In the above-described embodiment, the configuration in which the piezoelectric actuator is applied to a piezoelectric driving device (piezoelectric motor), a hand, a robot, an electronic component conveying device, a printer, and a projector has been described. However, the piezoelectric actuator is an electronic device other than these. It can also be applied to.
1…圧電アクチュエーター、1x…圧電アクチュエーター、1y…圧電アクチュエーター、1θ…圧電アクチュエーター、10…圧電振動体、10’…圧電振動体、10A…圧電振動体、10B…圧電振動体、10C…圧電振動体、11…圧電素子ユニット、12…接着層、13…凸部材、14…基板、15…駆動用圧電素子、15a…駆動用圧電素子、15b…駆動用圧電素子、15c…駆動用圧電素子、15d…駆動用圧電素子、15e…駆動用圧電素子、16…保護層、18…第1検出用圧電素子、19…第2検出用圧電素子、20…駆動回路、30…検出回路、40…制御部、50…ローター、51…被駆動部、100…圧電モーター、141…駆動部、142…固定部、143a…接続部、143b…接続部、151…駆動用共通電極、152…駆動用圧電体、153…駆動用個別電極、153a…駆動用個別電極、153b…駆動用個別電極、153c…駆動用個別電極、153d…駆動用個別電極、153e…駆動用個別電極、181…第1検出用電極、182…第1検出用圧電体、183…第1検出用電極、185…第1検出信号、186…第1検出信号、191…第2検出用電極、192…第2検出用圧電体、193…第2検出用電極、195…第2検出信号、196…第2検出信号、200…差分、201…差分、202…和、1000…ロボット、1100…基台、1200…ロボットアーム、1210…第1アーム、1220…第2アーム、1230…第3アーム、1240…第4アーム、1250…第5アーム、1260…第6アーム、1400…ハンド、1410…指、2000…電子部品搬送装置、2100…基台、2110…上流側ステージ、2120…下流側ステージ、2130…検査台、2200…支持台、2210…Yステージ、2220…Xステージ、2230…電子部品保持部、2231…微調整プレート、2232…回動部、2233…保持部、3000…プリンター、3010…装置本体、3011…トレイ、3012…排紙口、3013…操作パネル、3020…印刷機構、3021…ヘッドユニット、3021a…ヘッド、3021b…インクカートリッジ、3021c…キャリッジ、3022…キャリッジモーター、3023…往復動機構、3023a…タイミングベルト、3023b…キャリッジガイド軸、3030…給紙機構、3031…従動ローラー、3032…駆動ローラー、3040…制御部、4000…プロジェクター、4100B…光源、4100G…光源、4100R…光源、4200B…レンズアレイ、4200G…レンズアレイ、4200R…レンズアレイ、4300B…液晶ライトバルブ、4300G…液晶ライトバルブ、4300R…液晶ライトバルブ、4400…クロスダイクロイックプリズム、4500…投射レンズ、4600…スクリーン、4700…圧電駆動装置、F1…力、F2…力、L1…線分、L2…垂直二等分線、O…回動軸、P…記録用紙、Q…電子部品、a…矢印、b…矢印、c…矢印
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記振動部を固定する固定部と、
前記振動部と前記固定部とを接続し、第1検出用圧電体および第1検出用電極を含む第1検出用圧電素子ならびに第2検出用圧電体および第2検出用電極を含む第2検出用圧電素子を備える接続部と、
を有することを特徴とする圧電アクチュエーター。 A vibrating portion including a driving piezoelectric element including a driving piezoelectric body and a driving electrode;
A fixing part for fixing the vibrating part;
A first detection piezoelectric element that includes the first detection piezoelectric member and the first detection electrode, and a second detection piezoelectric member that includes the second detection piezoelectric member and the second detection electrode. A connecting portion including a piezoelectric element for use;
A piezoelectric actuator characterized by comprising:
前記第2検出用圧電素子は、前記第2接続部に設けられている請求項3に記載の圧電アクチュエーター。 The first detection piezoelectric element is provided in the first connection portion,
The piezoelectric actuator according to claim 3, wherein the second detection piezoelectric element is provided in the second connection portion.
前記第1検出用電極および前記第2検出用電極から出力される検出信号を取得する検出回路と、
前記駆動回路および前記検出回路の動作を制御する制御部と、
を有する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。 A drive circuit for inputting a drive signal to the drive electrode and driving the drive piezoelectric element;
A detection circuit for obtaining a detection signal output from the first detection electrode and the second detection electrode;
A control unit for controlling operations of the drive circuit and the detection circuit;
The piezoelectric actuator according to claim 1, comprising:
振動部と固定部とを接続する接続部に設けられた第1検出用圧電素子から出力される第1検出信号と、前記接続部に設けられた第2検出用圧電素子から出力される第2検出信号と、の差分を取得する工程と、
前記差分に基づき、付加されている力を取得する工程と、
を有することを特徴とする圧電アクチュエーターの付加力検出方法。 An additional force detection method for detecting a force applied to a piezoelectric actuator,
A first detection signal output from the first detection piezoelectric element provided in the connection portion connecting the vibrating portion and the fixed portion, and a second output from the second detection piezoelectric element provided in the connection portion. Obtaining a difference between the detection signal and the detection signal;
Obtaining the applied force based on the difference;
A method for detecting an additional force of a piezoelectric actuator, comprising:
振動部に設けられた駆動用圧電素子に駆動信号を入力し前記駆動用圧電素子を駆動する工程と、
前記振動部と固定部とを接続する接続部に設けられた第1検出用圧電素子から出力される第1検出信号および前記接続部に設けられた第2検出用圧電素子から出力される第2検出信号の和で生成される演算信号を取得する工程と、
前記駆動信号と前記演算信号の位相差を取得する工程と、
を有することを特徴とする圧電アクチュエーターの共振状態検出方法。 A resonance state detection method for detecting a resonance state of a piezoelectric actuator,
A step of inputting a driving signal to the driving piezoelectric element provided in the vibration unit to drive the driving piezoelectric element;
A first detection signal output from a first detection piezoelectric element provided at a connection portion connecting the vibrating portion and the fixed portion, and a second output from a second detection piezoelectric element provided at the connection portion. Obtaining a calculation signal generated by the sum of detection signals;
Obtaining a phase difference between the drive signal and the calculation signal;
A method for detecting a resonance state of a piezoelectric actuator, comprising:
前記圧電アクチュエーターにより駆動される被駆動部と、
を備えることを特徴とする圧電駆動装置。 The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 5,
A driven part driven by the piezoelectric actuator;
A piezoelectric drive device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018044616A JP2019160975A (en) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | Piezoelectric actuator, additional force detection method of piezoelectric actuator, resonance state detection method of piezoelectric actuator, piezoelectric drive device, hand, robot, electronic component transfer device, printer and projector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018044616A JP2019160975A (en) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | Piezoelectric actuator, additional force detection method of piezoelectric actuator, resonance state detection method of piezoelectric actuator, piezoelectric drive device, hand, robot, electronic component transfer device, printer and projector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019160975A true JP2019160975A (en) | 2019-09-19 |
Family
ID=67994940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018044616A Pending JP2019160975A (en) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | Piezoelectric actuator, additional force detection method of piezoelectric actuator, resonance state detection method of piezoelectric actuator, piezoelectric drive device, hand, robot, electronic component transfer device, printer and projector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019160975A (en) |
-
2018
- 2018-03-12 JP JP2018044616A patent/JP2019160975A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11411512B2 (en) | Control device and method for controlling a piezoelectric drive device using phase difference | |
JP2017184316A (en) | Piezoelectric actuator, piezoelectric motor, robot, hand, and pump | |
US11205974B2 (en) | Piezoelectric driving device, piezoelectric motor, robot, electronic component conveyance apparatus, printer, and projector | |
CN110784122B (en) | Piezoelectric driving device, robot, and printer | |
US11482661B2 (en) | Piezoelectric driving device, driving method of piezoelectric driving device, robot, electronic component transport apparatus, printer, and projector | |
JP2018186680A (en) | Method for controlling vibration actuator, method for detecting abnormality of vibration actuator, control apparatus for vibration actuator, robot, electronic component conveying apparatus, printer, projector, and vibration device | |
US11133453B2 (en) | Piezoelectric driving device, piezoelectric motor, robot, electronic-component conveying apparatus, printer, and projector | |
JP7200550B2 (en) | Piezo drives, robots and printers | |
US11430938B2 (en) | Piezoelectric driving device having a detection element at the center of a vibrating portion | |
JP2019160975A (en) | Piezoelectric actuator, additional force detection method of piezoelectric actuator, resonance state detection method of piezoelectric actuator, piezoelectric drive device, hand, robot, electronic component transfer device, printer and projector | |
JP2019146435A (en) | Piezoelectric drive device, method for controlling piezoelectric actuator, robot, electronic component conveying device, printer, and projector | |
CN111130381B (en) | Piezoelectric driving device, robot, and printer | |
US11031884B2 (en) | Control device for vibration actuator, method of controlling vibration actuator, robot, electronic component conveyance apparatus, printer, projector, and vibration device | |
JP2019114671A (en) | Piezoelectric actuator, piezoelectric drive device, robot, electronic component transfer device, printer and projector | |
US20180316283A1 (en) | Piezoelectric drive device, drive method of piezoelectric drive device, robot, electronic component transport apparatus, printer, and projector | |
JP2019146365A (en) | Piezoelectric actuator, piezoelectric drive device, robot, electronic component transfer device, printer, and projector | |
JP6954007B2 (en) | Piezoelectric drive devices, piezoelectric motors, robots, electronic component transfer devices, printers and projectors | |
JP2019117853A (en) | Piezoelectric actuator, piezoelectric drive device, robot, electronic component transfer device, printer, and projector | |
JP2019068546A (en) | Piezoelectric actuator, piezoelectric driving device, robot, electronic component conveying device, printer, and projector | |
JP2018037507A (en) | Vibrator, piezoelectric actuator, piezoelectric motor, robot, and electronic component transfer device |