JP6543951B2 - 圧電駆動装置、ロボット、及び、それらの駆動方法 - Google Patents
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Description
本発明の一形態によれば、圧電駆動装置が提供される。この圧電駆動装置は、振動板と、前記振動板に一列に並んで設けられ、被駆動体と接触可能な接触部をそれぞれ有する複数の圧電駆動部と、を備え、前記複数の圧電駆動部は、それぞれ、独立して楕円運動が可能であり、それぞれ、互いに同期して前記楕円運動を行なって、前記接触部を介して前記被駆動体を駆動する。前記複数の圧電駆動部はそれぞれ、電極が設けられた圧電体を含む圧電振動体を有す。前記振動板は、第1面と、第2面と、前記第1面と前記第2面との間をつなぐ第3面および第4面とを有す。前記圧電振動体は、前記振動板の前記第1面に設けられている。前記接触部は、前記振動板の前記第3面または前記第4面に設けられた突起部である。
この形態によれば、振動板に複数の圧電駆動部が一列に並んで設けられ、それぞれ、互いに同期して楕円運動を行なって、接触部を介して被駆動体を駆動することにより、従来のように圧電駆動装置を複数用いる場合に比べて、高出力で、かつ、小型で軽量な圧電駆動装置を実現できる。また、電極が設けられた圧電体を含む圧電振動体を含む複数の圧電駆動部が振動板に配列して設けられているので、従来のように圧電駆動装置を複数用いる場合に比べて、高出力で、かつ、小型で軽量な圧電駆動装置を実現できる。また、振動板の第1面に圧電振動体が含まれる圧電駆動部が配列して設けられているので、従来のように圧電駆動装置を複数用いる場合に比べて、高出力で、かつ、小型で軽量な圧電駆動装置を実現できる。
その他、本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。
この形態によれば、振動板に複数の圧電駆動部が配列して設けられているので、従来のように圧電駆動装置を複数用いる場合に比べて、高出力で、かつ、小型で軽量な圧電駆動装置を実現できる。
この形態によれば、電極が設けられた圧電体を含む圧電振動体を含む複数の圧電駆動部が振動板に配列して設けられているので、従来のように圧電駆動装置を複数用いる場合に比べて、高出力で、かつ、小型で軽量な圧電駆動装置を実現できる。
この形態によれば、振動板の第1面に圧電振動体が含まれる圧電駆動部が配列して設けられているので、従来のように圧電駆動装置を複数用いる場合に比べて、高出力で、かつ、小型で軽量な圧電駆動装置を実現できる。
この形態によれば、圧電駆動部は、振動板を挟んで2つの圧電振動体を有しているので、振動板の振動の効率を高めることが容易である。
この形態によれば、各圧電駆動部の圧電振動体の振動によって発生する駆動力を、それぞれ、接触部を介して被駆動体に効率よく伝えることができる。
この形態によれば、振動板に沿って複数の圧電駆動部が設けられるだけでなく、振動板に垂直な方向に沿って複数の圧電駆動部が設けられているので、複数の圧電駆動部が効率良く二次元的に設けられており、従来のように圧電駆動装置を複数用いる場合に比べて、より高出力で、かつ、小型で軽量な圧電駆動装置を実現できる。
この形態によれば、圧電振動体を小型に形成することができるので、小型で軽量な圧電駆動装置を実現できる。
この形態によれば、圧電振動体の基板が振動板として構成されているので、より効率良く、高出力で、かつ、小型で軽量な圧電駆動装置を実現することができる。
この形態によれば、シリコン基板を用いて、より効率良く、高出力で、かつ、小型で軽量な圧電駆動装置を実現することができる。また、圧電体の機械的品質係数Qmの値は、数千であるのに対し、シリコン基板の機械的品質係数Qmの値は、10万程度である。したがって、この形態によれば、圧電振動体および振動板の機械的品質係数Qmの値を大きくでき、圧電駆動装置の機械的品質係数Qmの値を大きくできる。
図1は、本発明の第1実施形態における圧電駆動装置11の概略構成図である。図1(A)は圧電駆動装置11の平面図であり、図1(B)はその側面図である。圧電駆動装置11は、振動板200と、振動板200に配列された複数の圧電駆動部10と、を備える。圧電駆動部10が配列された振動板200は、支持体30の支持部310で支持及び固定される。圧電駆動部10は、振動板200の両面にそれぞれ配置された2つの圧電振動体100を備えている。なお、図1では、図示の便宜上、振動板200及び支持体30にハッチングを付して示している。
図7は、第2実施形態における圧電駆動装置11Cの概略構成を示す側面図である。図7も図1と同様に、図示の便宜上、振動板200及び支持体30にハッチングを付して示している。圧電駆動装置11Cは、第1実施形態の圧電駆動装置11(図1参照)を、圧電駆動部10が配列された面(第1面211,第2面)に垂直な方向に沿って複数積層した構成の圧電駆動装置である。すなわち、この圧電駆動装置11Cは、複数の圧電振動体100が配列された振動板200を、圧電振動体100の配列された面に垂直な方向に沿って、支持体30を介して複数積層した積層構造の圧電駆動装置である。各圧電駆動装置11は、直下の圧電駆動装置11の支持体30に設けられた支持枠312上に接着剤で固定されている。
図8は、第3実施形態における圧電駆動装置11Dの概略構成を示す平面図である。圧電駆動装置11Dは、振動板200Dの第1面211及び第2面212に挟まれた第3面213に突起部20を有する第1の圧電駆動部10aと、第3面213に対向する第4面214に突起部20を有する第2の圧電駆動部10bと、が交互に配列された構成の圧電駆動装置である。図8も図1と同様に、図示の便宜上、振動板200Dにハッチングを付して示している。ただし、支持体30は省略している。
図9は、第4実施形態における圧電駆動装置11Eの概略構成図であり、第1実施形態の圧電駆動装置11の図2に対応する図面である。図9(A)は、圧電駆動装置11Eのうちの1つの圧電駆動部10Eの概略構成を示す平面図であり、図9(B)はそのB−B断面図であり、図9(C)はそのC−C断面図である。圧電駆動装置11Eは、第1実施形態の変形例の圧電駆動装置11A(図6参照)と同様に、振動板200Eの第1面211にのみ複数の圧電駆動部10Eとしての圧電振動体100Eが配列された圧電駆動装置である。圧電振動体100Eは、図2と比較すればわかるように、基板120が省略された構造となっている。これは、基板120Eに形成された複数の圧電振動体100Eの周囲に貫通孔252を形成することにより、基板120Eに振動体部210と接続部220と固定部230とを形成するとともに、基板120Eの外形形状を振動板200Eの外形形状(図3参照)及び突起部20に対応する形状として、基板120Eを振動板200E及び突起部20として機能させたものである。なお、その他の構成は、第1実施形態の圧電駆動装置11の変形例の圧電駆動装置11Aと同じである。
第4実施形態では、Si製の基板を圧電振動体の基板とするとともに振動板として機能させるように、成膜プロセスを用いて圧電振動体と振動板を一体形成した圧電駆動装置を、支持体30の支持部310に接着して固定した圧電駆動装置11E(図9参照)を示した。これに対して、以下で説明するように、成膜プロセスを用いて、圧電振動体と振動板を一体形成するのに加えて、さらに、支持体を一体形成することもできる。
図16は、第6実施形態における圧電駆動装置11Hの概略構成を示す側面図であり、第2実施形態の図7に対応する図面である。圧電駆動装置11Hは、圧電駆動装置11G(図12参照)を、支持体30Gの支持部310を介して他の圧電駆動装置11Gに積層することにより、複数の圧電駆動装置11Gを積層した積層構造の圧電駆動装置である。各圧電駆動装置11Gは、上側の圧電駆動装置11Gの支持部310の下面と下側の圧電駆動装置11Gの振動板200Gとの間が接着剤で接合されている。
上述した圧電駆動装置11〜11Hは、共振を利用することで被駆動体に対して大きな力を与えることができるものであり、各種の装置に適用可能である。圧電駆動装置11〜11H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(例えば紙送り機構。ただし、ヘッドに利用される圧電駆動装置では、振動板を共振させないので、ヘッドには適用不可である。)等の各種の機器における駆動装置として用いることが出来る。以下、代表的な実施の形態について説明する。
10a,10b…圧電駆動部
11,11A,11B,11C,11D,11E,11F,11G,11H…圧電駆動装置
20…突起部(接触部、作用部)
50…ローター(被駆動体)
50a,50b…ローター(被駆動体)
51…被駆動体の中心
100,100E,100G…圧電振動体
110,110a,110b,110c,110d,110e…圧電素子
120,120E…基板
120G…SiO2層
120W…Siウェハー
130…第1電極
140…圧電体
150,150a,150b,150c,150d,150e…第2電極
151,152…配線
200,200E,200G…振動板
210…振動体部
211…第1面
212…第2面
213…第3面
214…第4面
220…接続部
230…固定部
300,300D…駆動回路
310,312,314,320…配線
310a,312a,314a,320a…配線
310b,312b,314b,320b…配線
2000…ロボットハンド
2003…把持部
2010…アーム
2012…リンク部
2020…関節部
2022…手首回動部
2050…ロボット
2200…送液ポンプ
2202…カム
2202A…突起部
2211…リザーバー
2212…チューブ
2213…フィンガー
2222…ローター
2223…減速伝達機構
2230…ケース
Claims (9)
- 振動板と、
前記振動板に一列に並んで設けられ、被駆動体と接触可能な接触部をそれぞれ有する複数の圧電駆動部と、を備え、
前記複数の圧電駆動部は、
それぞれ、独立して楕円運動が可能であり、
それぞれ、互いに同期して前記楕円運動を行なって、前記接触部を介して前記被駆動体を駆動し、
前記複数の圧電駆動部はそれぞれ、電極が設けられた圧電体を含む圧電振動体を有し、
前記振動板は、第1面と、第2面と、前記第1面と前記第2面との間をつなぐ第3面および第4面とを有し、
前記圧電振動体は、前記振動板の前記第1面に設けられており、
前記接触部は、前記振動板の前記第3面または前記第4面に設けられた突起部である、圧電駆動装置。 - 請求項1に記載の圧電駆動装置において、
前記圧電駆動部は、前記第2面に設けられた圧電振動体を有する、圧電駆動装置。 - 請求項1または請求項2に記載の圧電駆動装置において、
複数の前記接触部は、前記第3面と前記第4面の少なくとも一方に一列に並んで設けられている、圧電駆動装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の圧電駆動装置において、
前記電極は、第1電極と、第2電極と、を含み、
前記圧電振動体は、基板と、前記基板に形成された前記第1電極と、前記第1電極に形成された前記圧電体と、前記圧電体に形成された前記第2電極と、を有する、圧電駆動装置。 - 請求項4に記載の圧電駆動装置において、
前記振動板は、前記基板で構成されている、圧電駆動装置。 - 請求項5に記載の圧電駆動装置において、
前記基板は、シリコン基板である、圧電駆動装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の圧電駆動装置において、
前記複数の圧電駆動部が設けられた前記振動板が複数積層されている、圧電駆動装置。 - 複数のリンク部と
前記複数のリンク部を接続する関節部と、
前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の圧電駆動装置と、
を備えるロボット。 - 請求項1〜7までのいずれか一項に記載の圧電駆動装置の駆動方法であって、
複数の前記圧電振動体のそれぞれの前記電極に周期的に変化する電圧を印加することで前記被駆動体を駆動する、圧電駆動装置の駆動方法。
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