TW201630327A - 壓電元件驅動電路及機器人 - Google Patents
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Abstract
本發明所欲解決之問題在於，於使用了壓電體之厚度未達100μm之薄膜之壓電元件之壓電致動器中，因壓電元件之靜電電容較大，故流動之電流亦較大，於先前之技術中無法充分降低消耗電流。
本發明之壓電元件驅動電路係包含：壓電元件，其具有厚度為0.05μm以上且20μm以下之壓電體、及夾著上述壓電體之2個電極；電感器，其與上述壓電元件並聯連接；及驅動電壓產生電路，其對上述壓電元件與上述電感器施加包含交流成分之驅動電壓。
Description
本發明係關於一種壓電元件驅動電路、及具備壓電元件驅動電路之機器人等之各種裝置。
先前以來，已知有使用了壓電元件之壓電致動器(壓電驅動裝置)(例如專利文獻1)。該壓電驅動裝置之基本構成係於補強板之2個面之各者上，4個壓電元件配置成2列2行之構成，即合計8個壓電元件設置於補強板之兩側。各個壓電元件係以各自2片電極夾著壓電體之單元，補強板亦作為壓電元件之一者之電極而加以利用。於補強板之一端，設置有用以與作為被驅動體之轉子相接且使轉子旋轉之突起部。若對4個壓電元件中配置於對角之2個壓電元件施加交流電壓，則該2個壓電元件進行伸縮運動，與此相應，補強板之突起部進行往返運動或橢圓運動。接著，根據該補強板之突起部之往返運動或橢圓運動，作為被驅動體之轉子沿特定旋轉方向旋轉。又，藉由將施加交流電壓之2個壓電元件切換成另2個壓電元件，可使轉子逆方向旋轉。
先前，作為壓電驅動裝置所使用之壓電體，而使用所謂之塊狀之壓電體。於本說明書中，所謂「塊狀之壓電體」意指厚度為100μm以上之壓電體。利用塊狀之壓電體之理由在於，為了使自壓電驅動裝置施加於被驅動體之力足夠大而欲增大壓電體之厚度。
又，已知有於使用了壓電元件之壓電驅動裝置中，為了減少消
耗電力而相對於壓電元件並聯連接誘導性元件之技術(專利文獻2)。
[專利文獻1]日本專利特開2004-320979號公報
[專利文獻2]日本專利特開平7-231683號公報
又，存在所謂之將壓電驅動裝置小型化，作為能夠收納於較小之空間內之小型致動器加以利用之期望。然而，於使用了壓電體之厚度未達100μm之薄膜之壓電元件之致動器中，存在所謂之因壓電元件之靜電電容較大，故流動之電流亦較大，而於先前之技術中無法充分降低消耗電流之問題。
本發明係為了解決上述問題中之至少一部分而完成者，能夠作為以下形態或應用例而實現。
(1)根據本發明之一形態，提供驅動壓電元件之壓電元件驅動電路。上述壓電元件驅動電路係具備：壓電元件，其具有厚度為0.05μm以上且20μm以下之壓電體、及夾著上述壓電體之2個電極；電感器，其與上述壓電元件並聯連接；及驅動電壓產生電路，其對上述壓電元件與上述電感器施加包含交流成分之驅動電壓。
根據該壓電元件驅動電路，因可藉由電感器而降低流動於具有薄膜壓電體之壓電元件之電流，故可降低壓電元件驅動電路之消耗電力。
(2)於上述壓電元件驅動電路中，具備串聯連接於上述電感器之電容器，上述驅動電壓亦可為對交流成分加入直流成分之電壓。
根據該構成，因可藉由電容器阻止流動於電感器之直流電流成
分，故可進而降低壓電元件驅動電路之消耗電力。
(3)於上述壓電元件驅動電路中，上述電感器之電感為與上述壓電元件構成並聯共振之第1電感、及與上述電容器構成串聯共振之第2電感之和，亦可設為以使上述並聯共振之共振頻率與上述串聯共振之共振頻率一致之方式而設定者。
根據該構成，因可阻止直流電流成分且達成共振，故可進而降低壓電元件驅動電路之消耗電力。
(4)於上述壓電元件驅動電路中，上述電感器係並聯連接於複數個上述壓電元件，上述壓電元件驅動電路亦可為對並聯連接之上述複數個壓電元件共通地供給上述驅動電壓者。
根據該構成，並聯連接之複數個壓電元件之靜電電容變大，但藉由並聯連接於該等複數個壓電元件之電感器，可降低壓電元件驅動電路之消耗電力。
本發明可以各種形態實現，例如，除壓電元件驅動電路外，可以壓電驅動裝置、壓電驅動裝置之驅動方法、壓電驅動裝置之製造方法、搭載壓電驅動裝置之機器人等各種裝置及其驅動方法等各種形態實現。
10‧‧‧壓電驅動裝置
10a‧‧‧壓電驅動裝置
10b‧‧‧壓電驅動裝置
10c‧‧‧壓電驅動裝置
10d‧‧‧壓電驅動裝置
20‧‧‧突起部
50‧‧‧轉子
51‧‧‧中心
100‧‧‧壓電振動體
110‧‧‧壓電元件
110a~110e‧‧‧壓電元件
120‧‧‧基板
130‧‧‧第1電極
140‧‧‧壓電體
150‧‧‧第2電極
150a~150e‧‧‧導電體層
151‧‧‧配線
152‧‧‧配線
200‧‧‧振動板
210‧‧‧振動體部
211‧‧‧第1面
212‧‧‧第2面
220‧‧‧連接部
230‧‧‧安裝部
240‧‧‧螺紋
300‧‧‧驅動電路
310‧‧‧配線
312‧‧‧配線
314‧‧‧配線
320‧‧‧配線
340‧‧‧驅動電壓產生電路
350‧‧‧共振元件
350a‧‧‧共振元件
352‧‧‧電感器
352a‧‧‧電感器
352b‧‧‧電感器
354‧‧‧電容器
2000‧‧‧機器手
2003‧‧‧把持部
2010‧‧‧機械臂
2012‧‧‧連桿部
2020‧‧‧關節部
2022‧‧‧手腕轉動部
2050‧‧‧機器人
2200‧‧‧送液泵
2202‧‧‧凸輪
2202A‧‧‧突起部
2211‧‧‧儲存器
2212‧‧‧管
2213~2219‧‧‧指針
2222‧‧‧轉子
2223‧‧‧減速傳遞機構
2230‧‧‧殼體
Cpz‧‧‧靜電電容
Cpz1‧‧‧靜電電容
Cpz2‧‧‧靜電電容
Cs‧‧‧靜電電容
fvin‧‧‧頻率
L‧‧‧振動體部之長度
Ls‧‧‧電感
Lsa‧‧‧電感
Lsb‧‧‧電感
Vac‧‧‧交流成分
Vin‧‧‧驅動電壓
W‧‧‧振動體部之寬度
x‧‧‧箭頭
y‧‧‧箭頭
z‧‧‧方向
圖1(A)、(B)係表示第1實施形態之壓電驅動裝置之概略構成之俯視圖及剖視圖。
圖2係振動板之俯視圖。
圖3係表示壓電驅動裝置與驅動電路之電性連接狀態之說明圖。
圖4(A)~(C)係表示驅動電壓之交流成分之波形之例之說明圖。
圖5係表示壓電驅動裝置之動作之例之說明圖。
圖6(A)、(B)係表示比較例與第1實施形態之壓電元件驅動電路之構成之說明圖。
圖7(A)、(B)係表示第2實施形態之壓電元件驅動電路之構成之說明圖。
圖8(A)、(B)係表示第3實施形態之壓電元件驅動電路之構成之說明圖。
圖9係其他實施形態之壓電驅動裝置之剖視圖。
圖10(A)~(C)係其他實施形態之壓電驅動裝置之俯視圖。
圖11係表示利用壓電驅動裝置之機器人之一例之說明圖。
圖12係機器人之手腕部分之說明圖。
圖13係表示利用壓電驅動裝置之送液泵之一例之說明圖。
‧壓電驅動裝置之整體構成：
圖1(A)係表示本發明之第1實施形態中之壓電驅動裝置10之概略構成之俯視圖，圖1(B)係其B-B剖視圖。壓電驅動裝置10係具備振動板200、及分別配置於振動板200之兩面(第1面211與第2面212)之2個壓電振動體100。壓電振動體100係具備基板120、形成於基板120上之第1電極130、形成於第1電極130上之壓電體140、及形成於壓電體140上之第2電極150。第1電極130與第2電極150夾持壓電體140。2個壓電振動體100係以振動板200為中心對稱而配置。因2個壓電振動體100具有相同構成，故除非下文中另有說明，否則說明位於振動板200之上側之壓電振動體100之構成。
壓電振動體100之基板120係作為用以於成膜製程中形成第1電極130、壓電體140及第2電極150之基板而使用。又，基板120亦具有作為進行機械性振動之振動板之功能。基板120例如可以Si、Al2O3、ZrO2等形成。作為Si製之基板120，可利用例如半導體製造用之Si晶圓。於該實施形態中，基板120之平面形狀為長方形。基板120之厚度較佳為例如為10μm以上且100μm以下之範圍內。只要將基板120之厚
度設為10μm以上，即可於基板120上之成膜處理時較簡單地處理基板120。又，只要將基板120之厚度設為100μm以下，即可根據由薄膜形成之壓電體140之伸縮，使基板120容易地振動。
第1電極130係作為形成於基板120上之1個連續導電體層而形成。另一方面，第2電極150如圖1(A)所示，劃分成5個導電體層150a~150e(亦稱為「第2電極150a~150e」)。位於中央之第2電極150e係於基板120之寬方向之中央，以跨及基板120之長度方向之大致整體之長方形形狀而形成。其他4個第2電極150a、150b、150c、150d具有相同平面形狀，且形成於基板120之四角之位置。於圖1之例中，第1電極130與第2電極150之任一者皆具有長方形之平面形狀。第1電極130或第2電極150係藉由例如濺鍍而形成之薄膜。作為第1電極130或第2電極150之材料，能夠利用例如Al(鋁)、Ni(鎳)、Au(金)、Pt(鉑)、Ir(銥)等之導電性較高之任意材料。再者，亦可將第1電極劃分成具有與第2電極150a~150e實質性相同之平面形狀之5個導電體層，以取代1個連續之導電體層。再者，用以電性連接第2電極150a~150e之間之配線(或配線層及絕緣層)、與用以電性連接第1電極130及第2電極150a~150e與驅動電路之間之配線(或配線層及絕緣層)係於圖1中省略了圖示。
壓電體140係作為具有與第2電極150a~150e實質性相同之平面形狀之5個壓電體層而形成。取而代之，亦可將壓電體140作為具有與第1電極130實質性相同之平面形狀之1個連續壓電體層而形成。藉由第1電極130、壓電體140及第2電極150a~150e之積層構造，而構成5個壓電元件110a~110e(圖1(A))。
壓電體140係藉由例如溶膠凝膠法或濺鍍法而形成之薄膜。作為壓電體140之材料，能夠利用採用ABO3型之鈣鈦礦構造之陶瓷等顯示壓電效果之任意材料。作為採用ABO3型之鈣鈦礦構造之陶瓷，能夠
使用例如鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鈮酸鉀、鈮酸鋰、鉭酸鋰、鎢酸鈉、氧化鋅、鈦酸鍶鋇(BST)、鉭酸鍶鉍(SBT)、偏鈮酸鉛、鋅鈮酸鉛、鈧鈮酸鉛等。又，亦能夠使用陶瓷以外之顯示壓電效果之材料，例如聚偏氟乙烯、水晶等。壓電體140之厚度較佳為例如為50nm(0.05μm)以上且20μm以下之範圍內。具有該範圍之厚度之壓電體140之薄膜可利用成膜製程簡單地形成。若將壓電體140之厚度設為0.05μm以上，則根據壓電體140之伸縮可產生足夠大之力。又，只要將壓電體140之厚度設為20μm以下，則可使壓電驅動裝置10充分小型化。
圖2係振動板200之俯視圖。振動板200具有長方形形狀之振動體部210、及自振動體部210之左右之長邊分別延伸3條之連接部220，又，具有分別連接於左右之3條連接部220之2個安裝部230。再者，於圖2中，為便於圖示，而於振動體部210附註陰影線。安裝部230係為了利用螺紋240於其他構件安裝壓電驅動裝置10而使用。振動板200係例如能夠以矽、矽化合物、不鏽鋼、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、銅、銅合金、鐵-鎳合金等之金屬、金屬氧化物、或金剛石等材料形成。
於振動體部210之上表面(第1面)及下表面(第2面)，分別使用接著劑接著壓電振動體100(圖1)。振動體部210之長度L與寬度W之比較佳為L：W約等於7：2。該比係為了使振動體部210進行沿其平面左右彎曲之超音波振動(下述)而較佳之值。振動體部210之長度L可為例如0.1mm以上且30mm以下之範圍內，寬度W可為例如0.05mm以上且8mm以下之範圍內。再者，為了使振動體部210進行超音波振動，長度L較佳為設為50mm以下。振動體部210之厚度(振動板200之厚度)可為例如20μm以上且700μm以下之範圍內。只要將振動體部210之厚度設為20μm以上，即可成為具有足夠支持壓電振動體100之剛性者。又，只要將振動體部210之厚度設為700μm以下，即可根據壓電振動體100之
變形而產生足夠大之變形。
於振動板200之一側之短邊，設置有突起部20(亦稱為「接觸部」或「作用部」)。突起部20係與被驅動體接觸，用以對被驅動體施加力之構件。突起部20較佳為以陶瓷(例如Al2O3)等具有耐久性之材料形成。
圖3係表示壓電驅動裝置10與驅動電路300之電性連接狀態之說明圖。驅動電路300係包含有驅動電壓產生電路340、及共振元件350。驅動電壓產生電路340係產生包含交流成分之驅動電壓。又，驅動電壓產生電路340較佳為以作為驅動電壓可產生僅包含相對於接地電位而朝正側與負側變動之交流成分之交流驅動電壓、與包含交流成分與DC偏移(直流成分)之附偏移驅動電壓中至少一者之方式而構成。該驅動電壓之交流成分較佳為接近壓電驅動裝置10之機械性共振頻率之頻率之電壓信號。再者，交流成分之波形典型為正弦波，亦可具有正弦波以外之波形。直流成分不必嚴格固定，亦可略微變動。例如，直流成分亦可於其平均值之±10%以內變動。
圖4(A)~(C)表示有驅動電壓之交流成分Vac之波形之例。圖4(A)之交流成分Vac為正弦波。圖4(B)、(C)之交流成分Vac並非正弦波，但具有週期性波形。由該等之例亦可理解，驅動電壓之交流成分Vac只要為週期性者即可，該波形可採用各種者。
如圖3所示之驅動電路300與壓電驅動裝置10之電極130、150係以下述方式連接。於壓電驅動裝置10之5個第2電極150a~150e中，位於對角之一對第2電極150a、150d經由配線151而彼此電性連接，其他對角之一對之第2電極150b、150c亦經由配線152而彼此電性連接。該等配線151、152亦可藉由成膜處理而形成，或亦可藉由引線狀之配線而實現。位於圖3之右側之3個第2電極150b、150e、150d、與第1電極130(圖1)係經由配線310、312、314、320而電性連接於驅動電壓產生
電路340。再者，於圖3之例中，配線320接地。又，共振元件350係於接地配線320與其他配線310、312、314之間，與驅動電壓產生電路340並聯連接。
驅動電壓產生電路340可藉由於一對第2電極150a、150d與第1電極130之間施加包含交流成分之驅動電壓，而使壓電驅動裝置10超音波振動，並使接觸於突起部20之轉子(被驅動體)沿特定旋轉方向旋轉。又，可藉由於另一對第2電極150b、150c與第1電極130之間施加包含交流成分之驅動電壓，而使接觸於突起部20之轉子沿逆方向旋轉。此種電壓之施加係於設置於振動板200之兩面之2個壓電振動體100同時進行。再者，構成圖3所示之配線151、152、310、312、314、320之配線(或配線層及絕緣層)係於圖1中省略了圖示。
圖5係表示壓電驅動裝置10之動作之例之說明圖。壓電驅動裝置10之突起部20係接觸於作為被驅動體之轉子50之外周。於圖5所示之例中，驅動電路300(圖3)係於一對第2電極150a、150d與第1電極130之間施加驅動電壓，壓電元件110a、110d係沿圖5之箭頭x之方向伸縮。與此相應，壓電驅動裝置10之振動體部210於壓電振動體部210之平面內彎曲且變形成蜿蜒形狀(S字形狀)，突起部20之前端朝箭頭y之方向往返運動或橢圓運動。其結果，轉子50係繞其中心51沿特定方向z(圖5中順時針方向)旋轉。圖2說明之振動板200之3個連接部220(圖2)係設置於此種振動體部210之振動波節(節)之位置。再者，於驅動電壓產生電路340於其他一對第2電極150b、150c與第1電極130之間施加驅動電壓之情形時，轉子50逆方向旋轉。再者，若對中央之第2電極150e，施加與一對第2電極150a、150d(或其他一對第2電極150b、150c)相同之電壓，則壓電驅動裝置10沿長度方向伸縮，因此可使自突起部20施加於轉子50之力更大。再者，關於壓電驅動裝置10(或壓電振動體100)之此種動作，記述於上述先前技術文獻1(日本專利特開
2004-320979號公報、或對應之美國專利第7224102號)中，其揭示內容藉由參照而併用。
‧壓電元件驅動電路之各種實施形態：
圖6係表示比較例與第1實施形態之壓電元件驅動電路之構成之說明圖。圖6(A)所示之比較例之壓電元件驅動電路係以驅動電壓產生電路340、與連接於驅動電壓產生電路340之壓電元件110構成，不具有共振元件350。壓電元件110係與具有靜電電容Cpz之電容器等價。如圖6(B)所示之第1實施形態之壓電元件驅動電路係以驅動電壓產生電路340、連接於驅動電壓產生電路340之壓電元件110、及並聯連接於壓電元件110之共振元件350構成。該共振元件350係由電感器352構成。電感器352係例如與圖3之壓電元件110e對應而設置者。對於其他壓電元件110b、110d，亦較佳為同樣分別設置電感器。驅動電壓產生電路340將僅包含交流成分之驅動電壓Vin供給至壓電元件110。
圖6中之電感器352之電感Ls較佳為以滿足下述式之方式設定。
f
vin
=1/{2 π√(Ls‧Cpz)}…(1)
此處，fvin為驅動電壓Vin之交流成分之頻率，Ls為電感器352之電感，Cpz為壓電元件110之靜電電容，Ls及Cpz為相對於驅動電壓Vin之頻率及峰值電壓之值。
於滿足上述(1)式之情形時，壓電元件110與電感器352構成並聯共振電路，又，該共振頻率與驅動電壓Vin之交流成分之頻率一致。因此，因可藉由電感器352降低流動於壓電元件110之電流，故可降低壓電元件驅動電路之消耗電力。尤其，於壓電體140之厚度為0.05μm以上且20μm以下之薄膜之壓電元件110中，雖與厚膜(塊狀)之壓電元件相比靜電電容要大，但可藉由電感器352降低壓電元件驅動電路之消耗電力。
再者，電感器352之電感Ls未必滿足上述(1)式，亦可具有與其略
微偏差之值。即，電感器352亦可不存在於嚴格意義之共振元件上。但是，電感器352之電感Ls較佳為於將上述(1)式所賦予之值設為100%時，為100±10%之範圍之值。或者，上述(1)式之右邊之值較佳為位於驅動電壓Vin之交流成分之頻率fvin之±5%之範圍內。
圖7係表示第2實施形態之壓電元件驅動電路之構成之說明圖。如圖7(A)所示，第2實施形態之壓電元件驅動電路係以驅動電壓產生電路340、連接於驅動電壓產生電路340之壓電元件110、及並聯連接於壓電元件110之共振元件350a構成。該共振元件350a係由電感器352與電容器354之串聯連接而構成。電感器352具有電感Ls，電容器354具有靜電電容Cs。驅動電壓產生電路340係供給包含DC偏壓(直流成分)與交流成分之驅動電壓Vin。設置有電容器354之理由在於，於驅動電壓Vin具有直流成分之情形時，藉由電容器354阻止流動於電感器352之直流電流成分。
圖7(B)係圖7(A)之等價電路。此處，電感器352被分割成具有第1電感Lsa之第1電感器352a、與具有第2電感Lsb之第2電感器352b。該等電感Lsa、Lsb之和等於電感器352之電感Ls。電感器352之電感Ls(=Lsa+Lsb)較佳為以滿足下述式之方式設定。
f
vin
=1/{2 π√(Lsa‧Cpz)}…(2a)
f
vin
=1/{2 π√(Lsb‧Cs)}…(2b)
此處，fvin為驅動電壓Vin之交流成分之頻率，Lsa、Lsb為電感器352a、352b之電感，Cpz為壓電元件110之靜電電容，Cs為電容器354之靜電電容，Lsa、Lsb、Cpz、Cs為相對於驅動電壓Vin之頻率及峰值電壓之值。
於滿足上述(2a)式及(2b)式之情形時，壓電元件110與第1電感器352a構成並聯共振電路，並且第2電感器352b與電容器354構成串聯共振電路。又，該等共振頻率與驅動電壓Vin之交流成分之頻率一致。
因此，可藉由電感器352與電容器354而降低流動於壓電元件110之電流，因而可降低壓電元件驅動電路之消耗電力。尤其，於壓電體140之厚度為0.05μm以上且20μm以下之薄膜之壓電元件110中，雖與厚膜(塊狀)之壓電元件相比靜電電容更大，但可藉由電感器352與電容器354降低壓電元件驅動電路之消耗電力。又，於第2實施形態中，於驅動電壓Vin具有直流成分之情形時，可藉由電容器354阻止流動於電感器352之直流電流成分。
再者，電感Lsa未必滿足上述(2a)式，亦可具有與其略微偏差之值。(2b)式之電感Lsb或靜電電容Cs亦同樣。即，電感器352與靜電電容354亦可不存在於嚴格意義之共振元件上。但是，上述(2a)式及(2b)式之右邊之各者之值較佳為位於驅動電壓Vin之交流成分之頻率fvin之±5%之範圍內。
作為包含交流成分與直流成分(DC偏移)之附偏移驅動電壓，較佳為使用其電壓值始終為正或負之脈動流電壓。若使用此種脈動流電壓作為驅動電壓，則可進而減小壓電驅動裝置10之驅動電流。
圖8係表示第3實施形態之壓電元件驅動電路之構成之說明圖。如圖8(A)所示之第3實施形態之壓電元件驅動電路係於對於驅動電壓產生電路340並聯連接有複數個壓電元件110之方面，與圖7(A)之第2實施形態不同，其他構成與第2實施形態相同。於該例中，2個壓電元件110相對於驅動電壓產生電路340連接。各者之壓電元件110假定為具有靜電電容Cpz1、Cpz2者。此處，靜電電容Cpz1、Cpz2亦可相等，亦可為不同值。
圖8(B)係圖8(A)之等價電路。此處，以1個合成靜電電容Cpz代表複數個壓電元件110。又，與圖7(B)同樣，電感器352被分割成2個電感器352a、352b。靜電電容Cpz與電感Ls(=Lsa+Lsb)較佳為以滿足上述(2a)式及(2b)式之方式設定。該第3實施形態亦與第2實施形態同
樣，可降低壓電元件驅動電路之消耗電力。再者，壓電元件110之個數未限定為2個，亦可3個以上並聯連接。例如，於同時驅動彼此並聯連接之10個以上之複數個壓電元件110之情形時，圖8(B)之合成靜電電容Cpz變為較大之值。具體而言，合成靜電電容Cpz可變為100nF以上之較大之值。於該情形時，藉由如圖8(A)般設置電感器352與電容器354，可充分降低電流。又，於合成靜電電容Cpz變為較大之值之情形時，因上述(2a)式之電感Lsa變小，故電感器352之尺寸亦變小之方面較佳。再者，於驅動電壓Vin未含直流成分之情形時，亦可於圖8(A)之構成中，省略電容器354。
‧壓電驅動裝置之其他實施形態：
圖9係作為本發明之其他實施形態之壓電驅動裝置10a之剖視圖，即與第1實施形態之圖1(B)對應之圖。於該壓電驅動裝置10a中，壓電振動體100以與圖1(B)上下相反之狀態配置於振動板200。即，此處，以第2電極150接近振動板200，基板120離振動板200最遠之方式而配置。再者，於圖9中，亦與圖1(B)同樣，用以電性連接第2電極150a~150e之間之配線(或配線層及絕緣層)、及用以電性連接第1電極130及第2電極150a~150e與驅動電路之間之配線(或配線層及絕緣層)係省略了圖示。該壓電驅動裝置10a亦可達成與第1實施形態同樣之效果。
圖10(A)係作為本發明之進而其他實施形態之壓電驅動裝置10b之俯視圖，即與第1實施形態之圖1(A)對應之圖。於圖10(A)~(C)中，為便於圖示，振動板200之連接部220或安裝部230係省略了圖示。於圖10(A)之壓電驅動裝置10b中，省略了一對第2電極150b、150c。該壓電驅動裝置10b，亦可使轉子50沿圖5所示般之1個方向z旋轉。再者，因相同電壓施加於圖10(A)之3個第2電極150a、150e、150d，故亦可將該等3個第2電極150a、150e、150d作為連續之1個電極層而形成。
圖10(B)係作為本發明之進而其他實施形態之壓電驅動裝置10c之俯視圖。於該壓電驅動裝置10c中，省略了圖1(A)之中央之第2電極150e，其他4個第2電極150a、150b、150c、150d以較圖1(A)更大之面積形成。該壓電驅動裝置10c亦可達成與第1實施形態大致同樣之效果。
圖10(C)係作為本發明之進而其他實施形態之壓電驅動裝置10d之俯視圖。於該壓電驅動裝置10d中，省略了圖1(A)之4個第2電極150a、150b、150c、150d，且以較大之面積形成1個第2電極150e。該壓電驅動裝置10d雖僅沿長度方向伸縮，但可自突起部20對被驅動體(省略圖示)施加較大之力。
根據圖1及圖10(A)~(C)可理解，作為壓電振動體100之第2電極150，可設置至少1個電極層。但是，如圖1及圖10(A)、(B)所示之實施形態，較佳之方面在於，若於長方形之壓電振動體100之對角之位置設置第2電極150，則可使壓電振動體100及振動板200於其平面內變化成彎曲之蜿蜒形狀。
‧使用壓電驅動裝置之裝置之實施形態：
上述之壓電驅動裝置10係可藉由利用共振而對被驅動體施加較大之力者，且可應用於各種裝置。壓電驅動裝置10可例如作為機器人(亦包含電子零件搬送裝置(IC處理器))、投藥用泵、時鐘日曆滾送裝置、印刷裝置(例如送紙機構，其中，因用於印刷頭之壓電驅動裝置中，未使振動板共振，故不可應用於印刷頭)等各種機器之驅動裝置而使用。以下，說明代表性實施形態。
圖11係表示利用了上述壓電驅動裝置10之機器人2050之一例之說明圖。機器人2050係具有：機械臂2010(亦稱為「臂部」)，其具備複數條連桿部2012(亦稱為「連桿構件」)、及以可轉動或彎曲之狀態連接該等連桿部2012之間之複數個關節部2020。於各關節部2020，內置
有上述之壓電驅動裝置10，可使用壓電驅動裝置10使關節部2020轉動或彎曲任意角度。於機械臂2010之前端，連接有機器手2000。機器手2000係具備一對把持部2003。於機器手2000亦內置有壓電驅動裝置10，可使用壓電驅動裝置10開閉把持部2003並把持物件。又，於機器手2000與機械臂2010之間亦設置有壓電驅動裝置10，亦可使用壓電驅動裝置10使機器手2000相對於機械臂2010旋轉。
圖12係圖11所示之機器人2050之手腕部分之說明圖。手腕之關節部2020係夾持著手腕轉動部2022，於手腕轉動部2022，手腕之連桿部2012被安裝成可繞手腕轉動部2022之中心軸O轉動。手腕轉動部2022具備壓電驅動裝置10，壓電驅動裝置10使手腕之連桿部2012及機器手2000繞中心軸O轉動。於機器手2000豎立設置有複數個把持部2003。把持部2003之基端部可於機器手2000內移動，於該把持部2003之根部搭載有壓電驅動裝置10。因此，藉由使壓電驅動裝置10動作，可移動把持部2003把持對象物。
再者，作為機器人，並未限定於單臂機器人，於臂數為2以上之多臂機器人亦可應用壓電驅動裝置10。此處，於手腕之關節部2020或機器手2000之內部，除壓電驅動裝置10外，必須包含對力覺感測器或陀螺儀等之各種裝置供給電力之電力線、或傳遞信號之信號線等，非常多之配線。因此，於關節部2020或機器手2000之內部配置配線非常困難。然而，因上述之實施形態之壓電驅動裝置10可使驅動電流較通常之電動馬達或先前之壓電驅動裝置更小，故於關節部2020(尤其，機械臂2010之前端之關節部)或機器手2000般較小之空間內亦可配置配線。
圖13係表示利用上述之壓電驅動裝置10之送液泵2200之一例之說明圖。送液泵2200係於殼體2230內設置有儲存器2211、管2212、壓電驅動裝置10、轉子2222、減速傳遞機構2223、凸輪2202、複數個指
針2213、2214、2215、2216、2217、2218、2219。儲存器2211係用以收納作為輸送對象之液體之收納部。管2212係用以輸送自儲存器2211送出之液體之管。壓電驅動裝置10之突起部20係以按壓轉子2222之側面之狀態設置，壓電驅動裝置10旋轉驅動轉子2222。轉子2222之旋轉力經由減速傳遞機構2223而傳遞至凸輪2202。指針2213至2219係用以使管2212閉塞之構件。若凸輪2202旋轉，則藉由凸輪2202之突起部2202A而將指針2213至2219按序押往放射方向外側。指針2213至2219係自輸送方向上游側(儲存器2211側)按序閉塞管2212。藉此，管2212內之液體按序輸送至下游側。藉此，可高精度地輸送極少量之液體，且可實現小型送液泵2200。再者，各構件之配置並未限定於圖示者。又，亦可不具備指針等構件，而採用設置於轉子2222之球等閉塞管2212之構成。如上所述之送液泵2200可活用於將胰島素等之藥液注入人體之投藥裝置等。此處，藉由使用上述之實施形態之壓電驅動裝置10，因可使驅動電流變得較先前之壓電驅動裝置更小，故可抑制投藥裝置之消耗電力。因此，於電池驅動投藥裝置之情形時特別有效。
‧變化例：
再者，本發明並非限定於上述實施例或實施形態者，在未脫離其主旨之範圍內可以多種態樣予以實施，例如亦可進行下述般之變化。
‧變化例1：
於上述實施形態中，於基板120上形成了第1電極130與壓電體140與第2電極150，亦可省略基板，於振動板200上形成第1電極130與壓電體140與第2電極150。
‧變化例2：
於上述實施形態中，於振動板200之兩面分別設置有1個壓電振動體100，亦可省略壓電振動體100之一者。但是，較佳之方面在於，
只要於振動板200之兩面分別設置壓電振動體100，則更容易使振動板200於其平面內變化成彎曲之蜿蜒形狀。
以上，基於數個實施例說明了本發明之實施形態，但上述之發明之實施形態係為了便於理解本發明者，並非限定本發明者。本發明在未脫離其主旨及申請專利範圍之前提下，可進行變更、改良，並且其等價物當然亦包含於本發明內。
110‧‧‧壓電元件
340‧‧‧驅動電壓產生電路
350‧‧‧共振元件
352‧‧‧電感器
Cpz‧‧‧靜電電容
Ls‧‧‧電感
Vin‧‧‧驅動電壓
Claims (5)
- 一種壓電元件驅動電路，其包含：壓電元件，其具有厚度為0.05μm以上且20μm以下之壓電體、及夾著上述壓電體之2個電極；電感器，其與上述壓電元件並聯連接；及驅動電壓產生電路，其對上述壓電元件與上述電感器施加包含交流成分之驅動電壓。
- 如請求項1之壓電元件驅動電路，其中包含串聯連接於上述電感器之電容器；且上述驅動電壓為對上述交流成分加入直流成分之電壓。
- 如請求項2之壓電元件驅動電路，其中上述電感器之電感為與上述壓電元件構成並聯共振之第1電感、及與上述電容器構成串聯共振之第2電感之和，且以使上述並聯共振之共振頻率與上述串聯共振之共振頻率一致之方式而設定。
- 如請求項1之壓電元件驅動電路，其中上述電感器係並聯連接於複數個上述壓電元件；且上述驅動電壓產生電路係對並聯連接之上述複數個壓電元件共通地供給上述驅動電壓。
- 一種機器人，其包含：複數個連桿部；關節部，其連接上述複數個連桿部；及如請求項1之壓電元件驅動電路，其使用上述壓電元件使上述複數個連桿部以上述關節部轉動。
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