JP2016040988A - 圧電駆動装置及びその駆動方法、ロボット及びその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
A1.圧電振動体ユニットの第1の実施形態:
図1(A)は、本発明の一実施形態における圧電振動体ユニット10の概略構成を示す平面図であり、図1(B)はそのB−B断面図である。圧電振動体ユニット10は、振動板200と、振動板200の両面(第1面211と第2面212)にそれぞれ配置された2つの圧電振動体100とを備える。圧電振動体100は、基板120と、基板120の上に形成された第1電極130と、第1電極130の上に形成された圧電体140と、圧電体140の上に形成された第2電極150と、を備えている。第1電極130と第2電極150は、圧電体140を挟持して圧電素子を構成する。2つの圧電振動体100は、振動板200を中心として対称に配置されている。また、この実施形態では、基板120と振動板200とが圧電素子(130,140,150)を挟むように、圧電振動体100が振動板200上に設置されている。2つの圧電振動体100は同じ構成を有しているので、以下では特に断らない限り、振動板200の下側にある圧電振動体100の構成を説明する。
(1)第1圧電素子グループPG1:圧電素子110a,110d
(2)第2圧電素子グループPG2:圧電素子110b,110c
(3)第3圧電素子グループPG3:圧電素子110e
各圧電素子グループに含まれる圧電素子110は、常に同時に駆動される。また、第1圧電素子グループPG1は、2つの圧電素子110a,110dを含むので、これらの圧電素子110a,110dの第2電極150a,150d同士が配線151を介して直接接続されている。第2圧電素子グループPG2も同様である。なお、他の実施形態として、3つ以上の圧電素子110で1組の圧電素子グループを構成することも可能であり、一般には、複数の圧電素子をN組(Nは2以上の整数)の圧電素子グループに区分することが可能である。この場合にも、同じ圧電素子グループに2つ以上の圧電素子110が含まれる場合には、それらの第2電極150同士が配線を介して直接接続される。ここで、「配線を介して直接接続される」という意味は、配線の途中に受動素子(抵抗、コイル、コンデンサなど)や能動素子を含まないことを意味する。また、本実施形態では、第1電極130として、5つの圧電素子110a〜110eに共通する1つの導電層が使用されているが、第1電極130が個々の圧電素子毎に分離されている場合には、同じ圧電素子グループに属する2つ以上の圧電素子の第1電極同士も配線を介して直接接続されることが好ましい。
図5(A)は、本発明の更に他の実施形態としての圧電振動体ユニット10bの平面図であり、第1実施形態の図1(A)に対応する図である。図5(A)〜(C)では、図示の便宜上、振動板200の接続部220や取付部230は図示が省略されている。図5(A)の圧電振動体ユニット10bでは、一対の第2電極150b,150cが省略されている。この圧電振動体ユニット10bも、図4に示すような1つの方向zにローター50を回転させることが可能である。なお、図5(A)の3つの第2電極150a,150e,150dには同じ電圧が印加されるので、これらの3つの第2電極150a,150e,150dを、連続する1つの電極層として形成してもよい。
B1.圧電振動体モジュールの第1の実施形態:
図6は、第1の実施形態の圧電振動体モジュール11を示す斜視図である。図7は、第1の実施形態の圧電振動体モジュール11の分解斜視図である。圧電振動体モジュール11は、圧電振動体ユニット10(振動板200と、圧電振動体100)と、板バネ400と、モジュール支持板500と、固定部材600と、ネジ240、242、244と、ワッシャー245と、を備える。本実施形態では、上から、第1板バネ400a、圧電振動体ユニット10、第2板バネ400b、モジュール支持板500、固定部材600の順番に配置されている。第1板バネ400a、第2板バネ400bは、区別する必要がない場合には、単に「板バネ400」と呼ぶ。なお、振動板200の接続部220と取付部230(図2)には、圧電振動体100の第2電極150a、150b、150e(図3)に電圧を印加するための配線204a、204b、204eが形成されている。なお配線204a、204b、204eは、それぞれ図3に示した配線314、310、312の一部である。
図10は、第2の実施形態の圧電振動体モジュール11aを示す斜視図である。図11は、圧電振動体モジュール11aの分解斜視図である。図6、図7に示す圧電振動体モジュール11では、圧電振動体ユニット10が1個であるのに対し、圧電振動体モジュール11aは、圧電振動体ユニット10が3個である点が異なっている。隣り合う2つの圧電振動体ユニット10の間(10aと10bの間、及び10bと10cの間)には、3枚の板バネ400(400a、400c、400b)が配置されている。最上部の圧電振動体ユニット10aの上には、2枚の板バネ400(400aと400c)が配置され、最下部の圧電振動体ユニット10cの下には、2枚の板バネ400(400bと400c)が配置されている。以上のように、複数の圧電振動体ユニット10を積層した圧電振動体モジュール11aにおいて、振動板200と重なる部分を有し、面内方向に弾性変形可能な板バネ400を用いることができる。なお、振動板200や板バネ400は、中心面に対して面対称位置に配置することが好ましい。
C1.配線構造の第1の実施形態:
図12は、複数の圧電振動体ユニットを有する圧電振動体モジュールの配線構造の第1の実施形態を示す説明図である。上記圧電振動体モジュールの第2の実施形態では、2つの圧電振動体ユニット10の間に3枚の板バネ400を備える構成であったが、第3の実施形態では、2つの振動板200の間に1枚の板バネ400を備える構成として説明する。なお、上述したように、板バネ400の枚数は、所望される弾性力によって決められるものであり、2つの圧電振動体ユニット10の間に、1枚の板バネ400を配置するようにしても良い。配線構造の第1の実施形態では、3個の圧電振動体ユニット10(10a、10b、10c)と、4枚の板バネ400を備えており、板バネ400と、圧電振動体ユニット10とは交互に配置されている。
図14は、複数の振動板200を有する場合の配線の他の例を示す説明図である。配線構造の第2の実施形態では、配線310、312、314が形成された3枚の可撓性基板701により配線を行う。各可撓性基板701の配線314、310、312は、各振動板200a、200b、200cの第1面211a、211b、211cにおいて、配線204a、204b、204e(図12)と接続される。この形態によれば、各振動板200の圧電振動体100を独立に制御することも可能である。なお、配線構造の第2の実施形態でも、圧電振動体ユニット10が3個の場合を例にとり説明したが、圧電振動体ユニット10は1個でも、2個でも、あるいは3個以上であってもよい。圧電振動体ユニット10の数がn個の場合、n枚の可撓性基板701を用いれば良い。
図15は、複数の振動板200を有する場合の配線のさらに他の例を示す説明図である。第5の実施形態では、1枚の可撓性基板702により配線を行う。可撓性基板702は、一方の面に配線310、312、314が形成されている。可撓性基板702は、配線310、312、314が各振動板200a、200b、200cの配線204a、204b、204cと接するように7回折り畳まれている。その結果、可撓性基板702の配線310,312、314は、第1振動板200aの第1面211aの配線204a、204b、204e、第2振動板200bの第1面211bと第2面212bの配線204a、204b、204e、第3振動板200cの第2面212cの配線204a、204b、204eと接触するので、1枚の可撓性基板702により全ての圧電振動体100に電圧を印加することが出来る。なお、配線構造の第3の実施形態でも、圧電振動体ユニット10が3個の場合を例にとり説明したが、圧電振動体ユニット10は1個でも、2個でも良く、あるいは3個以上であってもよい。圧電振動体ユニット10の数がn個の場合、可撓性基板702を、2n+1回折り畳めば良い。
図17は、複数の振動板200を有する場合の配線の他の例を示す説明図である。配線構造の第4の実施形態では、可撓性基板703は、第1振動板200aの第2面212aの配線204a、204b、204eに接続されている。隣接する2枚の振動板200の向かい合う2つの面(例えば第1振動板200aの第1面211aと、第2振動板200bの第2面212b)との間の電気的接続は、可撓性基板703と異なる配線部材704により接続している。これらに配線部材704には、配線310、312、314の一部が設けられており、これらに配線によって、各圧電振動体ユニット10(10a、10b、10c)に圧電素子と駆動回路300とが接続される。なお、配線部材704は、可撓性があっても良く、無くても良い。なお、配線構造の第4の実施形態でも、圧電振動体ユニット10が3個の場合を例にとり説明したが、圧電振動体ユニット10は2個でも、あるいは3個以上であってもよい。圧電振動体ユニット10の数がn個(nは2以上の整数)の場合、配線部材704を、n−1個設ければ良い。
上述した圧電振動体ユニットを駆動装置とした圧電駆動装置は、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。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(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。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施形態では、基板120の上に第1電極130と圧電体140と第2電極150とが形成されていたが、基板120を省略して、振動板200の上に第1電極130と圧電体140と第2電極150とを形成するようにしてもよい。
上記実施形態では、振動板200の両面にそれぞれ1つの圧電振動体100を設けていたが、圧電振動体100の一方を省略することも可能である。但し、振動板200の両面にそれぞれ圧電振動体100を設けるようにすれば、振動板200をその平面内で屈曲した蛇行形状に変形させることがより容易である点で好ましい。
11、11a…圧電振動体モジュール
12…チューブ
20…突起部(接触部、作用部)
50…ローター(被駆動体)
51…被駆動体の中心
100、100a、100b…圧電振動体
110a、110b、110e…圧電素子
120…基板
130…第1電極
140…圧電体
150、150a、150b、150c、150d、150e…第2電極
151、152…配線
200、200a、200b、200c…振動板
204a、204b、204c…配線
210…振動体部
211、211a、211b、211c…第1面
212、212a、212b、212c…第2面
220…接続部
230…取付部
240、242、244…ネジ
245…ワッシャー
300…駆動回路
310、310a、312、312a、314、314a、320…配線
400、400a、400b、400c…板バネ
410…第1部位
420…第2部位
430…第3部位
500…モジュール支持板
600…固定部材
700、701、702、703…可撓性基板
704…配線部材
800…圧電駆動装置
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…フィンガー
2222…ローター
2223…減速伝達機構
2230…ケース
Claims (8)
- 圧電素子を有する圧電振動体と、
前記圧電振動体が設けられた振動板と、
前記振動板の厚み方向から見て前記振動板と重なる部分を有し、面内方向に弾性変形可能な第1板バネと、
前記振動板と前記第1板バネとを固定する固定部材と、
を備える、圧電駆動装置。 - 請求項1に記載の圧電駆動装置において、
前記第1板バネは、前記圧電振動体が振動するときに、前記振動板が前記被駆動体に加える力以下の力で弾性変形可能である、圧電駆動装置。 - 請求項2に記載の圧電駆動装置において、
前記圧電駆動装置を支持する支持部材を備え、
前記第1板バネは、
前記支持部材に前記第1板バネを固定するための第1部位と、
前記振動板と重なる部分であって前記振動板に前記第1板バネを固定するための第2部位と、
を備える、圧電駆動装置。 - 請求項2または3に記載の圧電駆動装置において、
前記第1板バネは、前記圧電振動体と接触している、圧電駆動装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電駆動装置において、
前記振動板の厚み方向から見て前記振動板と重なる部分を有し、面内方向に弾性変形可能な第2板バネを備え、
前記振動板は、前記第1板バネと前記第2板バネとの間に位置する、圧電駆動装置。 - 2つのリンク部と、
前記2つのリンク部を接続する関節部と、
前記2つのリンク部を前記関節部で回動させる請求項1〜5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6に記載のロボットの駆動方法であって
前記圧電駆動装置の前記圧電素子に交流電圧又は脈流電圧を印加することで前記圧電駆動装置を駆動し、前記2つのリンク部を前記関節部で回動させる、ロボットの駆動方法。 - 請求項1〜5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、
前記圧電素子に、交流電圧又は脈流電圧を印加する圧電駆動装置の駆動方法。
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