压电驱动装置、机器人及机器人的驱动方法
【专利摘要】本发明涉及压电驱动装置，具备对被驱动部件进行驱动的多个压电驱动部，上述多个压电驱动部分别具有：振动板；压电振动体，其设置于上述振动板；以及接触部件，其能够与上述被驱动部件接触，上述多个压电驱动部分类为第一压电驱动部组和第二压电驱动部组，上述第一压电驱动部组具有的多个压电驱动部的各接触部件被配置在相对于上述被驱动部件的移动中心轴或移动中心线呈对称的位置，上述第二压电驱动部组所具有的多个压电驱动部的各接触部件被配置在相对于上述被驱动部件的移动中心轴或移动中心线呈对称的位置，上述第一压电驱动部组的上述各接触部件按压上述被驱动部件的时机和上述第二压电驱动部组的上述各接触部件按压上述被驱动部件的时机不同。
【专利说明】
压电驱动装置、机器人及机器人的驱动方法
技术领域
[0001]本发明涉及压电驱动装置、机器人及机器人的驱动方法。
【背景技术】
[0002]专利文献I中记载了具备I个被驱动体和对被驱动体进行驱动的多个致动器，通过使各致动器相互协调来对被驱动体进行驱动的内容。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献I:日本特开2004 — 260990号公报
【发明内容】
[0006]然而，在专利文献I中，并没有充分考虑由各致动器的驱动引起的被驱动体的振动、松动。
[0007]本发明是为了解决上述课题的至少一部分而提出的，能够以下述方式或适用例来实现。
[0008](I)根据本发明的一方式，提供一种压电驱动装置。该压电驱动装置具备对被驱动部件进行驱动的多个压电驱动部，上述多个压电驱动部分别具有:振动板;压电振动体，其设置于上述振动板；以及接触部件，其能够与上述被驱动部件接触，上述多个压电驱动部分类为第一压电驱动部组和第二压电驱动部组，上述第一压电驱动部组所具有的多个压电驱动部的各接触部件被配置在相对于上述被驱动部件的移动中心轴或移动中心线呈对称的位置处，上述第二压电驱动部组所具有的多个压电驱动部的各接触部件被配置在相对于上述被驱动部件的移动中心轴或移动中心线呈对称的位置处，上述第一压电驱动部组的上述各接触部件按压上述被驱动部件的时机和上述第二压电驱动部组的上述各接触部件按压上述被驱动部件的时机不同。根据该方式，由于第一压电驱动部组所具有的多个压电驱动部的各接触部件被配置在相对于被驱动部件的移动中心轴或移动中心线呈对称的位置处，第二压电驱动部组所具有的多个压电驱动部的各接触部件被配置在相对于被驱动部件的移动中心轴或移动中心线呈对称的位置处，因而能够将被驱动部件的振动、松动抑制得较小。
[0009](2)在上述方式的压电驱动装置中，上述第一压电驱动部组的上述各接触部件分别按压上述被驱动部件的时机相同，上述第二压电驱动部组的上述各接触部件分别按压上述被驱动部件的时机相同。根据该方式，由于第一压电驱动部组的上述各接触部件分别按压上述被驱动部件的时机相同，第二压电驱动部组的上述各接触部件分别按压被驱动部件的时机相同，因而能够进一步抑制被驱动部件的振动、松动。
[0010](3)在上述方式的压电驱动装置中，被驱动部件具有圆板形状，上述第一压电驱动部组的上述各接触部件可被配置在相对于上述移动中心轴呈点对称位置或旋转对称位置处，上述第二压电驱动部组的上述各接触部件被配置在相对于上述移动中心轴呈点对称位置或旋转对称位置处。根据该方式，在被驱动部件具有圆板形状的情况下，能够进一步抑制被驱动部件的振动、松动。
[0011](4)在上述方式的压电驱动装置中，上述第一压电驱动部组的上述各接触部件所接触的接触点的几何学重心及上述第二压电驱动部组的上述各接触部件所接触的接触点的几何学重心可以是上述移动中心轴的位置。根据该方式，由于第一压电驱动部组的各接触部件所接触的接触点的几何学重心及第二压电驱动部组的各接触部件所接触的接触点的几何学重心是移动中心轴的位置，因而能够抑制被驱动部件的振动、松动。
[0012](5)在上述方式的压电驱动装置中，上述第一压电驱动部组的上述各接触部件可隔着上述被驱动部件分开配置在对置位置处，上述第二压电驱动部组的上述各接触部件可隔着上述被驱动部件分开配置在对置位置处。根据该方式，由于第一压电驱动部组的上述各接触部件隔着被驱动部件分开配置在对置位置处，第二压电驱动部组的上述各接触部件隔着被驱动部件分开配置在对置位置处，因而能够抑制被驱动部件的振动、松动。
[0013](6)根据本发明的一方式，提供一种机器人。该机器人具备:多个链接部;关节部，其将上述多个链接部连接;上述方式中任一方式所述的压电驱动装置，其以上述关节部使上述多个链接部转动。根据该方式，能够将压电驱动装置用于机器人的驱动。
[0014](7)根据本发明的一方式，提供一种机器人的驱动方法。该驱动方法通过在压电振动体施加周期性变化的电压对上述压电驱动装置进行驱动，以上述关节部使上述多个链接部转动。
[0015]本发明可以通过各种方式实现，例如，除压电驱动装置之外，能够用压电驱动装置的驱动方法、压电驱动装置的制造方法、搭载压电驱动装置的机器人、搭载压电驱动装置的机器人的驱动方法、送液栗、投药栗等各种方式实现。
【附图说明】
[0016]图1是示出压电驱动部的示意结构的俯视图及剖视图。
[0017]图2是振动板的俯视图。
[0018]图3是示出压电驱动部与驱动电路的电连接状态的说明图。
[0019]图4是不出压电驱动部的弯曲振动的例子的说明图。
[0020]图5是示出第一实施方式的压电驱动装置的压电驱动部的配置的说明图。
[0021]图6是示出第二实施方式的压电驱动装置的压电驱动部的配置的说明图。
[0022]图7是示出第三实施方式的压电驱动装置的压电驱动部的配置的说明图。
[0023]图8是示出由第一压电驱动部组的压电驱动部作用于转子的力的说明图。
[0024]图9是示出第四实施方式的压电驱动装置的压电驱动部的配置的说明图。
[0025]图10是示出第四实施方式的变形例的压电驱动装置的说明图。
[0026]图11是作为本发明另一实施方式的压电驱动部的剖视图。
[0027]图12是作为本发明又一实施方式的压电驱动部的俯视图。
[0028]图13是示出利用上述的压电驱动部的机器人的一例的说明图。
[0029]图14是机器人的手腕部分的说明图。
[0030]图15是示出利用上述的压电驱动部的送液栗的一例的说明图。
【具体实施方式】
[0031 ]压电驱动部的结构:
[0032]图1(A)是示出用于本发明的压电驱动部10的示意结构的俯视图，图1(B)是用图1(A)的B — B截断线切压电驱动部10时，从其剖面观察压电驱动部10时的图。压电驱动部10具备振动板200和分别配置在振动板200的双面(第一面211(还称为“表面”)和第二面212(还称为“背面”))的2个压电振动体100。压电振动体100具备基板120、在基板120上形成的第一电极130、在第一电极130上形成的压电体140、以及在压电体140上形成的第二电极150。第一电极130和第二电极150夹持压电体140。2个压电振动体100以振动板200为中心对称配置。由于2个压电振动体100具有相同结构，因而在下文中若没有特别提及，则对位于振动板200的上侧的压电振动体100的结构进行说明。
[0033]压电振动体100的基板120用作用于在成膜工序中形成第一电极130、压电体140和第二电极150的基板。另外，基板120还具有作为进行机械振动的振动板的功能。基板120可以由例如S1、Al2O3、ZrO2等形成。作为硅(下文中还称为“Si” )制的基板120，例如可以利用半导体制造用Si晶片。在该实施方式中，基板120的平面形状是长方形。基板120的厚度优选在例如ΙΟμπι以上ΙΟΟμπι以下的范围内。若使基板120的厚度在ΙΟμπι以上，则能够在基板120上的成膜处理时比较容易操作基板120。另外，若使基板120的厚度在ΙΟΟμπι以下，则能够根据由薄膜形成的压电体140的伸缩，使基板120容易地振动。
[0034]第一电极130形成为在基板120上形成的一个连续的导电体层。另外，如图1(A)所不，第二电极150被划分为5个导电体层150a?150e(还称为“第二电极150a?150e” )。位于中央的第二电极150e在基板120的宽度方向的中央处形成为几乎遍及基板120的整个长度方向的长方形形状。其余4个第二电极150a、150b、150c、150d具有相同的平面形状，且形成在基板120的四角位置上。在图1的例子中，第一电极130和第二电极150均具有长方形的平面形状。第一电极130、第二电极150是通过例如溅射方式形成的薄膜。作为第一电极130、第二电极150的材料，可以利用例如Al(铝)、Ni(镍)、Au(金)、Pt(白金)、Ir(铱)等导电性高的任意材料。此外，可以代替将第一电极130设为I个连续的导电体层的方式，将第一电极130划分为与第二电极150a?150e具有实质相同的平面形状的5个导电体层。此外，对于用于第二电极150a?150e之间的电连接的布线(或布线层及绝缘层)和用于第一电极130及第二电极150a?150e与驱动电路之间的电连接的布线(或布线层及绝缘层)，在图1中省略了图示。
[0035]压电体140形成为与第二电极150a?150e具有实质相同的平面形状的5个压电体层。也可以代替这种方式，将压电体140形成为与第一电极130具有实质相同的平面形状的I个连续的压电体层。通过第一电极130、压电体140、及第二电极150a?150e的层叠结构构成5个压电元件IlOa?IlOe(图1(A))。
[0036]压电体140是通过例如溶胶凝胶法、溅射法形成的薄膜。作为压电体140的材料，可以利用采用ABO3型的钙钛矿结构的陶瓷材料等表现出压电效果的任意材料。作为采用ABO3型的钙钛矿结构的陶瓷材料，例如可以使用锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡、钛酸铅、铌酸钾、铌酸锂、钽酸锂、钨酸钠、氧化锌、钛酸锶钡(BST)、钽酸锶铋(SBT)、偏铌酸铅、锌铌酸铅、钪铌酸铅等。另外，还可以使用除陶瓷之外的表现出压电效应的材料，例如聚偏二氟乙烯、水晶等。压电体140的厚度优选在例如50nm(0.05ym)以上20μπι以下的范围内。具有该范围内的厚度的压电体140的薄膜可以利用成膜工序容易地形成。若使压电体140的厚度在0.05μπι以上，则能够根据压电体140的伸缩产生充分大的力。另外，若使压电体140的厚度在20μπι以下，则能够使压电驱动部10充分小型化。
[0037]图2是振动板200的俯视图。振动板200具有长方形形状的振动体部210和从振动体部210的左右长边分别各3个延伸的连接部220，另外还具有与左右3个连接部220分别连接的2个安装部230。此外，在图2中，为便于图示，振动体部210带有影线。安装部230用于由螺丝240在其他部件处安装压电驱动部10。振动板200可以由例如硅、硅化合物、不锈钢、铝、铝合金、钛、钛合金、铜、铜合金、铁一镍合金等金属、金属氧化物、或者金刚石等材料形成。
[0038]在振动体部210的上表面(第一面)及下表面(第二面)上，使用粘合剂分别粘合有压电振动体100(图1)。振动体部210的长度L和宽度W之比优选为L:W=约7:2。该比值是在用于使振动体部210进行沿着其所在平面向左右弯曲的超声波振动(后述)而优选的值。振动体部210的长度L可以优选在例如0.1mm以上30mm以下的范围内，宽度W可以优选在例如
0.05mm以上8mm以下的范围。此外，为了使振动体部210进行超声波振动，长度L优选在50mm以下。振动体部210的厚度(振动板200的厚度)可以优选在例如20μπι以上700μπι以下的范围内。若使振动体部210的厚度在20μπι以上，则具有用于支撑压电振动体100的充分的刚性。另夕卜，若使振动体部210的厚度在700μπι以下，则能够根据压电振动体100的变形产生充分大的变形。
[0039]在振动板200的一侧的短边设置有接触部件20。接触部件20是用于与被驱动体可接触而对被驱动体赋予力的部件。接触部件20优选由陶瓷材料(例如Al2O3)等具有耐久性的材料形成。
[0040]图3是示出压电驱动部1与驱动电路300的电连接状态的说明图。5个第二电极150a?150e中，位于对角的一对第二电极150a、150d经由布线151相互电连接，位于另一对角上的一对第二电极150b、150c也经由布线152相互电连接。这些布线151、152可以通过成膜处理形成，或者也可以通过线材状的布线实现。在图3的右侧的3个第二电极150b、150e、150d、第一电极130(图1)经由布线310、312、314、320与驱动电路300电连接。驱动电路300通过在一对第二电极150a、150d和第一电极130之间施加周期性变化的交流电压或脉动电压，使压电驱动部10进行超声波振动，能够使与接触部件20接触的转子(被驱动体)向规定旋转方向旋转。其中，“脉动电压”是指在交流电压中加入DC偏置后的电压，其电压(电场)的朝向是从一个电极朝向另一个电极的单向。另外，通过在另一对第二电极150b、150c和第一电极130之间施加交流电压或脉动电压，能够使与接触部件20接触的转子向反方向旋转。这种电压施加在设置于振动板200的双面的2个压电振动体100中同时进行。此外，对图3所示的构成布线151、152、310、312、314、320的布线(或布线层及绝缘层)，在图1中省略了图示。
[0041]图4是示出压电驱动部10的弯曲振动的例子的说明图。压电驱动部10的接触部件20与作为被驱动体的转子50的外周接触。在图4所示的例子中，驱动电路300(图3)在配置于第一对角的一对第二电极150a、150d和第一电极130之间施加交流电压或脉动电压，压电兀件110a、IlOd在图4的箭头X的方向上伸缩。与此相应地，压电驱动部10的振动体部210以图4(A)所示的没有形成蛇形的笔直形状和图4(B)所示的在振动体部210的平面内弯曲而成的蛇形形状(S字形状)交替变形，接触部件20的前端向箭头y的方向进行椭圆运动。其结果为，转子50以其中心51为中心向第一方向z(在图4中是顺时针方向)旋转。在本实施方式中，将振动体部210的以图4(A)所示的没有形成蛇形的笔直形状、与图4(B)所示的在振动体部210的平面内弯曲而成的蛇形形状(S字形状)交替变形这一情况称为弯曲振动。图2中描述过的振动板200的3个连接部220(图2)被设置于这种振动体部210的振动的节的位置。此外，在驱动电路300对配置在和第一对角不同的第二对角的另一对第二电极150b、150c与第一电极130之间施加交流电压或脉动电压的情况下，转子50向反方向(第二方向或逆时针方向)旋转。此外，在弯曲振动中，在顺时针旋转时驱动的2个压电元件I 1a、I 1d位于相对于振动体部210 (或压电振动体100)的中心205呈点对称位置处，在逆时针旋转时被驱动的2个压电元件110b、IlOc位于相对于振动体部210(或压电振动体100)的中心205呈点对称位置。若对中央的第二电极150e施加与一对第二电极150a、150d(或另一对的第二电极150b、150c)相同的电压，则压电驱动部10在长边方向上伸缩，因此，可以进一步增大由接触部件20对转子50赋予的力。此外，驱动电路300在弯曲振动时驱动的压电元件可以不位于点对称位置处，例如可以位于相对于中心205偏离的位置处。此外，关于压电驱动部10(或压电振动体100)的这种动作，已在上述现有技术文献I (日本特开2004 — 320979号公报或者对应的美国专利第7224102号)中记载，其公开内容以参照方式组入本文中。
[0〇42]第一实施方式:
[0043]图5是示出第一实施方式的压电驱动装置1000的压电驱动部的配置的说明图。图5(A)示出从转子50的法线方向观察压电驱动装置1000的图，图5(B)示出从图5(A)所述的B方向观察压电驱动装置1000的图。此外，在图5(B)中，由于难以观察附图，所以省略了压电驱动部10s3、10t2及这些接触部件20。压电驱动装置1000具备6个压电驱动部1sl?10s3、1tl?10t3。压电驱动部1sl?10s3、1tl?10t3被分类成2个组、即第一压电驱动部组和第二压电驱动部组。第一压电驱动部组包括压电驱动部1sl?10s3，第二压电驱动部组包括压电驱动部1tl?10t3。第一压电驱动部组的3个压电驱动部1sl?10s3的接触部件20被配置于沿着转子50 (被驱动部件50)的圆板形状的外周以转子50的中心51为中心的旋转角为120°的旋转对称位置。3个压电驱动部1sl?10s3的3个接触部件20和转子50的3个接触点的几何学重心与转子50的中心51—致。第二压电驱动部组的3个压电驱动部1tl?10t3的接触部件20也配置于沿着转子50的外周以转子50的中心51为中心的旋转角为120°的旋转对称位置，3个压电驱动部1tl?10t3的3个接触部件20和转子50的3个接触点的几何学重心与转子50的中心51—致。此外，“几何学重心”是指由3个以上的接触点构成的凸多边形(在本实施方式中是三角形)的重心。
[0044]压电驱动部1sl?10s3、1tl?10t3的接触部件20在转子50的厚度中央与转子50的外周面52(还称为“接触面52”。)接触。接触点的轨迹TR(还称为“移动轨迹TR”。)构成沿着外周面52的圆。转子50的中心51相当于位于外周面52的移动轨迹TR的中心的“移动中心轴”。换言之，在假设多个压电驱动部1sl?10s3、1tl?10t3的多个接触部件20在与其接触的转子50的接触面52上的移动轨迹TR时，可以说转子50的中心51是位于该移动轨迹TR的中心的移动中心轴。
[0045]在压电驱动装置1000中，第一压电驱动部组的3个压电驱动部1sl?10s3在同一时机按压转子50。其中，对于各压电驱动部1sl?10s3的按压的时机，在将按压的周期的长度作为100 %时，彼此可以存在± 5 %左右的差。若为这种程度的差，则能够充分抑制转子50的振动、松动，从而能够减小转子50的振动、松动。另外，第二压电驱动部组的3个压电驱动部1tl?10t3均以同一时机按压转子50。同样地，对于各压电驱动部1tl?10t3的按压时机，在将按压的周期的长度作为100%时，彼此也可以存在±5%左右的差。第一压电驱动部组的压电驱动部1sl?10s3对转子50的按压的时机和第二压电驱动部组的压电驱动部1tl?10t3对转子50的按压的时机彼此不同，交替进行按压。
[0046]图5(C)是示出由第一压电驱动部组的压电驱动部1sl?10s3作用于转子50的按压力FlOsl?F10s3的说明图。按压力FlOsl?F10s3的大小相同，朝向转子50与接触部件20的切点处的接线的方向。像这样，若从位于旋转对称的位置的接触点作用旋转对称的力，则不作用旋转以外的力。从第一压电驱动部组的压电驱动部作用于转子50的按压力FlOsl?F10s3仅使转子50旋转，并不对转子50作用平移方向的力。其结果为，能够抑制转子50的振动、松动。
[0047]图5(D)是示出按压力FlOsl?F10s3朝向除转子50的外周面52的切线方向以外的方向的情况的说明图。按压力FlOsl可以被分为外周面52的切线方向的力FlOsla和转子50的中心方向(放射方向)的力FlOslb。同样地，对于按压力F10s2和F10s3也可以分别分为切线方向的力F10s2a、F10s3a和中心方向的力F10s2b、F10s3b。中心方向的力F10slb、F10s2b、F10s3b的作用线穿过转子50的中心51，从而使F10slb、F10s2b、F10s3b之和为零，因此不对转子50作用平移方向的力。像在图5(0中说明的那样，切线方向的力？1081&41082&、F10s3a仅使转子50旋转，不对转子50作用平移方向的力。因此，在按压力FlOsl?F10s3朝向转子50的外周面52的切线方向以外的方向的情况下，按压力FlOsl?F10s3也仅使转子50旋转而不对转子50作用平移方向的力。其结果为，能够抑制转子50的振动、松动。
[0048]以上，根据第一实施方式，第一压电驱动部组所具有的3个压电驱动部1sl?10s3的各接触部件20被配置在相对于转子50的中心51 (移动中心轴)呈旋转角为120°的旋转对称位置处，第二压电驱动部组所具有的3个压电驱动部1sl?10s3的各接触部件20被配置在相对于转子50的中心51(移动中心轴)呈旋转角为120°的旋转对称位置处，在第一压电驱动部组的各接触部件20按压转子50之后，第二压电驱动部组的各接触部件20按压转子50，因此能够减小转子50的振动、松动。
[0049]第二实施方式:
[0050]图6是示出第二实施方式的压电驱动装置100s的压电驱动部的配置的说明图。图6(A)示出从转子50的法线方向观察压电驱动装置100s的图，图6(B)示出从图6(A)所述的B方向观察压电驱动装置100s的图。此外，在图6(B)中，因为难以观察附图，省略了压电驱动部1(^1及其接触部件20。压电驱动装置10008具备4个压电驱动部1081、1082、1(^1、1(^2。第一压电驱动部组包括压电驱动部1sl、10s2，第二压电驱动部组包括压电驱动部1tl、10t2。第一压电驱动部组的2个压电驱动部lOsl、10s2的接触部件20配置于沿着转子50的外周以转子50的中心51 (是转子50的旋转中心，与技术方案中的“移动中心轴”对应。)为中心的点对称位置处。2个压电驱动部I Os 1、1 s2的重心与转子50的中心51—致。第二压电驱动部组的2个压电驱动部1tl、10t2的接触部件20也配置于沿着转子50的外周配置于以转子50的中心51为中心的点对称位置，2个压电驱动部1011、1012的重心与转子50的中心51 —致。
[0051 ] 压电驱动部1sl、10s2、1tl、10t2的接触部件20在转子50的厚度的中央处与转子50的外周面52(还称为“接触面52”。)接触。接触点的轨迹TR(还称为“移动轨迹TR”。)构成沿着外周面52的圆。
[0052]第一压电驱动部组的2个压电驱动部10sl、10s2按压转子50，第二压电驱动部组的2个压电驱动部1tl、10t2按压转子50。第一压电驱动部组的压电驱动部1sl、10s2对转子50的按压和第二压电驱动部组的压电驱动部10tl、10t2对转子50的按压交替进行。
[0053]图6(C)是示出由第一压电驱动部组的压电驱动部lOsl、10s2作用于转子50的按压力FlOsl、F10s2的说明图。按压力FlOsl、F10s2大小相同。按压力FlOsl、F10s2分别朝向转子50与接触部件20的切点处的切线方向，朝向相反。另外，按压力F10sl、F10s2不在同一直线上。因此，按压力FlOsl、F10s2构成力偶。因此，按压力FlOsl、F10s2仅使转子50旋转，不对转子50作用平移方向的力。其结果为，能够减小转子50的振动、松动。对由第二压电驱动部组的压电驱动部10tl、10t2作用于转子50的按压力也是相同的。
[0054]以上，根据第二实施方式，第一压电驱动部组的压电驱动部1sl、10s2的各接触部件配置于沿着转子50的外周以转子50的中心51为中心的点对称位置，第二压电驱动部组的压电驱动部10tl、10t2的各接触部件配置于沿着转子50的外周以转子50的中心51为中心的点对称位置，在第一压电驱动部组的各接触部件20按压转子50之后，第二压电驱动部组的各接触部件20按压转子50，因此能够减小转子50的振动、松动。
[0055]第三实施方式:
[0056]图7是示出第三实施方式的压电驱动装置100t的压电驱动部的配置的说明图。图7(A)示出从与转子50平行的方向观察压电驱动装置100t状态，图7(B)示出从转子50的法线方向观察压电驱动装置100t的状态。压电驱动装置100t具备12个压电驱动部1slu?10s3u、10sld?10s3d、10tlu?10t3u、10tld?10t3d。第一压电驱动部组包括压电驱动部1slu?10s3u、10sld?10s3d，第二压电驱动部组包括压电驱动部1tlu?10t3u、10tld?10t3do
[0057]第一压电驱动部组的压电驱动部1slu?10s3u的接触部件20在转子50的一个面50u侧配置于旋转角为120°的旋转对称位置，压电驱动部1sld?10s3d的接触部件20在转子50的另一面50d侧配置于旋转角为120°的旋转对称位置。压电驱动部1slu和1sld组成一组，隔着转子50分开配置在对置位置处。对于压电驱动部10s2u和10s2d、压电驱动部10s3u和10s3d也是相同的。第二压电驱动部组的压电驱动部1tlu?10t3u也以与第一压电驱动部组的压电驱动部1slu?10s3u相同的方式配置。
[0058]第一压电驱动部组的压电驱动部1slu?10s3u的接触部件20与转子50的一个面50u接触。接触点的移动轨迹TR构成以转子50的中心51为中心的圆。转子50的中心51相当于位于外周面52上的移动轨迹TR的中心的“移动中心轴”。换言之，在假设多个压电驱动部1sl?10s3、1tl?10t3的多个接触部件20在与其接触的转子50的外周面52上的移动轨迹TR时，可以说转子50的中心51是位于移动轨迹TR的中心的移动中心轴。此外，第二压电驱动部组的压电驱动部1tlu?10t3u的接触部件20同样也与面50u接触，同样形成以转子50的中心51为中心的圆形的移动轨迹。此外，基于第一压电驱动部组的压电驱动部1slu?10s3u的接触部件20的移动轨迹TR和基于第二压电驱动部组的压电驱动部1tlu?10t3u的接触部件20的移动轨迹可以重合，也可以不重合。第一压电驱动部组的压电驱动部1sld?10s3d及第二压电驱动部组的压电驱动部1tld?10t3d的接触部件20同样也与转子50的另一面50d接触。对于这些的移动轨迹也是相同的。此外，第一压电驱动部组的压电驱动部1slu?10s3u的接触部件20的移动轨迹TR和第一压电驱动部组的压电驱动部1sld?10s3d的接触部件20的移动轨迹对置，第二压电驱动部组的压电驱动部1tlu?10t3u的接触部件20的移动轨迹和第二压电驱动部组的压电驱动部1tld?10t3d的接触部件20的移动轨迹对置。
[0059]图8是示出由第一压电驱动部组的压电驱动部10slu、10sld、10s2u、10s2d、10s3u、10s3d作用于转子50的力F10sl、F10s3、F10s2的说明图。基于压电驱动部1slu的力和基于1sld的力是相同方向且其大小相同，因此在图8中都称为力FlOsl。对于F10s2、F10s3也是相同的。力F10Sl、F10s2、F10s3的大小相同，并在移动轨迹TR的切线方向上作用。因此，与第一实施方式相同，仅使转子50旋转，不对转子50作用平移方向的力。其结果为，能够抑制转子50的振动、松动。
[0060]压电驱动部1slu和10sld、10s2u和10s2d、10s3u和10s3d分别隔着转子50对置并按压转子50，因此在转子50的法线方向(沿着转子50的旋转轴的方向)的力被抵消，不作用使转子50的旋转轴摆动的力。因此，能够减小转子50的振动、松动。对于第二压电驱动部组的压电驱动部101:111?1(^311、101:1(1?1(^3(1也是相同的。
[0061]以上，根据第三实施方式，第一压电驱动部组所具有的6个压电驱动部1slu?10s3u、10sld?10s3d的各接触部件20被配置在相对于转子50的中心51(移动中心轴)呈旋转角为120°的旋转对称位置，第二压电驱动部组所具有的6个压电驱动部1tlu?10t3u、1tld?10t3d的各接触部件20被配置在相对于转子50的中心51 (移动中心轴)呈旋转角为120°的旋转对称位置处，第一压电驱动部组的各接触部件20按压转子50的时机和第二压电驱动部组的各接触部件20按压转子50的时机相互不同，交替地进行按压，因此能够减小转子50的振动、松动。
[0062]对于第一至第三实施方式的总结如下:第一压电驱动部组的多个(η个，η为2以上的整数)的压电驱动部的各接触部件20被配置在相对于转子50的中心51(移动中心轴)呈对称的位置(一般是旋转角为360°/η的旋转对称位置或点对称位置)，第二压电驱动部组所具有的多个(η个)的压电驱动部的各接触部件20被配置在相对于转子50的中心51呈对称的位置(旋转角为360°/n的旋转对称位置或点对称位置)，第一压电驱动部组的各接触部件20按压转子50的时机和第二压电驱动部组的各接触部件20按压转子50的时机相互不同，交替进行按压，因此能够减小转子50的振动、松动。
[0063]此外，在上述第一至第三实施方式，优选第一压电驱动部组的各接触部件20按压转子50的时机相同，第二压电驱动部组的各接触部件20按压转子50的时机相同。能够进一步抑制转子50的振动、松动。其中，对于第一压电驱动部组、第二压电驱动部组的各接触部件20按压转子50的时机，至少组成组的2个压电驱动部如压电驱动部1slu和1sld同时按压转子即可，压电驱动部1slu和1sld这一组与压电驱动部10s2u和10s2d这一组并不是一定要同时进行。
[0064]第四实施方式:
[0065]图9是示出第四实施方式的压电驱动装置100u的压电驱动部的配置的说明图。图9(A)是压电驱动装置100u的侧视图，图9(B)是压电驱动装置100u的俯视图，图9(C)示出压电驱动装置100u的仰视图。在第一至第三实施方式中，作为被驱动部件使用了转子50，但第四实施方式的被驱动部件53是长方形的平板。
[0066]压电驱动装置100u具备8个压电驱动部1slu、1sId、10s2u、10s2d、1tlu、10tld、10t2u、10t2d。压电驱动部10slu、10sld、10s2u、10s2d构成第一压电驱动部组，压电驱动部10tlu、10tld、10t2u、10t2d构成第二压电驱动部组。
[0067]对于第一压电驱动部组，压电驱动部1slu和10s2u被配置于被驱动部件53的一个面53u侧，压电驱动部1sld和10s2d被配置于被驱动部件53的另一个面53d侧。压电驱动部1slu和1sld组成一组，并隔着被驱动部件53对置配置，压电驱动部1slu和10s2d同样也组成一组，并隔着被驱动部件53对置而分开配置。第二压电驱动部组的压电驱动部lOtlu、10tld、10t2u、10t2d也以相同方式配置。在本实施方式中，在被驱动部件53的面53u侧，以从图的左侧开始为压电驱动部10slu、10tlu、10s2u、10t2u的方式，交替配置有第一压电驱动部组的压电驱动部和第二压电驱动部组的压电驱动部。
[0068]压电驱动部10slu、10s2u、10tlu、10t2u的接触部件20与被驱动部件53的一个面53u接触。接触点的移动轨迹TRu构成沿着被驱动部件53的一个面53u的被驱动部件53的移动方向的直线。压电驱动部10sld、10s2d、10tld、10t2d的接触部件20与被驱动部件53的另一个面53d接触。接触点的移动轨迹TRd构成沿着被驱动部件53的另一个面53d的被驱动部件53的移动方向的直线。被驱动部件53沿着移动轨迹TRu和TRd移动。若将移动轨迹TRu和TRd的中间线称为移动中心线54，则可以说压电驱动部10slu、10sld、10s2u、10s2d、10tlu、10tld、10t2u、10t2d的各接触部件20被配置在相对于移动中心线54呈对称的位置处。换言之，在假设多个压电驱动部 10slu、10sld、10s2u、10s2d、10tlu、10tld、10t2u、10t2d 的多个接触部件20在与其接触的被驱动部件53的面53u、53d上的移动轨迹TRu、TRd时，可以说被驱动部件53的中心线是位于这些移动轨迹TRu、TRd的中心(中间)的移动中心线54。
[0069]在本实施方式中，第一压电驱动部组所具有的多个压电驱动部10slu、10sld、10s2u、10s2d的各接触部件20被配置在相对于被驱动部件53的移动中心线54呈对称的位置处，第二压电驱动部组所具有的多个压电驱动部10tlu、10tld、10t2u、10t2d的各接触部件
20被配置在相对于被驱动部件53的移动中心线54呈对称的位置处，第一压电驱动部组的4个压电驱动部10slu、10sld、10s2u、10s2d按压被驱动部件53的时机和第二压电驱动部组的4个压电驱动部10tlu、10tld、10t2u、10t2d按压被驱动部件53的时机不同，交替进行按压，因此能够抑制被驱动部件53的振动、松动。
[0070]此外，优选隔着被驱动部件53的移动中心线54对置配置的组成组的压电驱动部，例如压电驱动部1s Iu和1s Id同时按压被驱动部件。能够进一步抑制被驱动部件53的振动、松动。
[0071]图10是示出作为第四实施方式的变形例的压电驱动装置100v的说明图。在第四实施方式的压电驱动装置100u中，以从图的左侧开始为压电驱动部10slu、10tlu、10s2u、10t2u的方式交替配置有第一压电驱动部组的压电驱动部和第二压电驱动部组的压电驱动部，与此相对，在变形例的压电驱动装置100v中，将与移动中心线54垂直的面55作为对称面，第一压电驱动部组的压电驱动部和第二压电驱动部组的压电驱动部被配置在呈面对称位置处，在这一点上不同。作为第三实施方式的变形例的压电驱动装置100v也以与第三实施方式相同的方式，能够进一步抑制被驱动部件53的振动、松动。
[0072]在上述各实施方式中，对于压电驱动部组是2个的情况为例进行了说明，但压电驱动部组的个数可以在3个以上，3个压电驱动部组的压电驱动部按压被驱动部件的时机可以相互不同，可以采用依次交替地进行按压的方式。能够抑制被驱动部件的振动、松动。
[0073]压电驱动装置的他的实施方式:
[0074]图11是作为本发明的另一实施方式的压电驱动部1a的剖视图，是与第一实施方式的图1 (B)对应的图。在该压电驱动部1a中，压电振动体100以与图1 (B)上下相反的状态配置于振动板200。即，此时被配置为第二电极150离振动板200近，基板120离振动板200最远。此外，在图11中，也与图1(B)相同地，对用于第二电极150a?150e之间的电连接的布线(或布线层及绝缘层)和用于第一电极130及第二电极150a?150e与驱动电路之间的电连接的布线(或布线层及绝缘层)省略了图示。该压电驱动部1a也能够起到与第一实施方式相同的效果。可以与第二实施方式相同地，使压电振动体100的基板120相比振动板200突出，也可以以与第三实施方式相同的形状形成接触部件的形状。
[0075]图12(A)、(B)是作为本发明的又一实施方式的压电驱动部1b的俯视图，是与第一实施方式的图1 (A)对应的图。在图12(A)、(B)中，为便于图示，对振动板200的连接部220、安装部230省略了图示。在图12(A)的压电驱动部1b中，省略了一对第二电极150b、150c。该压电驱动部1b也可以使转子50向图4所示的I个方向z旋转。此外，由于对图12(A)的3个第二电极150a、150e、150d施加相同电压，故这3个第二电极150a、150e、150d可以形成为连续的I个电极层。
[0076]图12(B)是作为本发明的又一实施方式的压电驱动部1c的俯视图。在该压电驱动部1c中，省略了图1(A)的中央的第二电极150e，其余4个第二电极150a、150b、150c、150d以大于图1(A)的面积形成。该压电驱动部1c也能够起到几乎与第一实施方式相同的效果。
[0077]由图1及图12(A)、(B)可以理解，作为压电振动体100的第二电极150可以设置至少I个电极层。其中，如图1及图12(A)、(B)所示的实施方式那样，若在长方形的压电振动体100的对角位置上设置第二电极150，则在能够使压电振动体100及振动板200变形为在其平面内弯曲的蛇形形状这一点上是优选的。
[0078]使用了压电驱动装置的装置的实施方式:
[0079]上述压电驱动部10是能够通过利用谐振对被驱动体赋予较大的力的装置，可以用于各种装置。压电驱动部10例如可以用作机器人(也包括电子部件搬送装置(IC处理器))、投药用栗、时钟的送日历装置、印刷装置(例如送纸机构。其中，在用于头部的压电驱动装置中，不使振动板共振，因此不可以用于头部。)等各种机器的驱动装置。下文中，对代表性的实施方式进行说明。
[0080]图13是示出利用上述压电驱动部10的机器人2050的一例的说明图。机器人2050具有臂2010(还称为“腕部”)，臂2010具备多个链接部2012(还称为“链接部件”)和多个关节部2020，多个关节部2020以可转动或弯曲的状态将这些链接部2012之间连接。每个关节部2020中内置有上述压电驱动部10，可以使用压电驱动部10使关节部2020转动或弯曲任意角度。在臂2010的前端连接有机器人手2000。机器人手2000具备一对把持部2003。在机器人手2000中也内置有压电驱动部10，可以使用压电驱动部10对把持部2003进行开闭来把持物品。另外，在机器人手2000和臂2010之间也设置有压电驱动部10，可以使用压电驱动部10使机器人手2000相对于臂2010旋转。
[0081 ]图14是图13所示的机器人2050的手腕部分的说明图。手腕的关节部2020夹持手腕转动部2022，手腕的链接部2012以将手腕转动部2022的中心轴O作为中心轴可转动的方式安装在手腕转动部2022。手腕转动部2022具备压电驱动部10，压电驱动部10使手腕的链接部2012及机器人手2000将中心轴O作为中心轴转动。机器人手2000立设有多个把持部2003。把持部2003的基端部在机器人手2000内可移动，在该把持部2003的根部搭载有压电驱动部
10。因此，通过使压电驱动部10运作，能够移动把持部2003而使其把持对象物。
[0082]此外，作为机器人，不限于单腕的机器人，在腕的个数在2以上的多腕机器人中也可以适用压电驱动部10。其中，在手腕的关节部2020、机器人手2000的内部，除了压电驱动部10之外，包含对力传感器、陀螺仪传感器等各种装置供应电力的电源线、传递信号的信号线等，从而需要非常多的布线。因此，在关节部2020、机器人手2000的内部配置布线是非常困难的。然而，在上述实施方式的压电驱动部10，由于可以相比通常的电动马达、现有的压电驱动装置减小驱动电流，所以在如关节部2020(尤其是臂2010的前端的关节部)、机器人手2000这种小空间中也可以配置布线。
[0083]图15示出利用了上述的压电驱动部1的送液栗2200的一例的说明图。在送液栗2200的壳体2230内设置有容器2211、管2212、压电驱动部10、转子2222、减速传达机构2223、凸轮2202、以及多个指状物2213、2214、2215、2216、2217、2218、2219。容器2211是用于收容作为运输对象的液体的收容部。管2212是用于运输从容器2211送出的液体的管。压电驱动部10的接触部件20以向转子2222的侧面按压的状态而设置，压电驱动部10使转子2222旋转驱动。转子2222的旋转力经由减速传达机构2223向凸轮2202传递。指状物2213至2219是用于封闭管2212的部件。若凸轮2202旋转，则通过凸轮2202的突起部2202A，指状物2213至2219依次被推向放射方向外侧。指状物2213至2219从运输方向上游侧(容器2211侧)开始依次封闭管2212。由此，管2212内的液体依次被运向下游侧。这样的话，可以以高精度运输极少量的液体，而且还能够实现小型送液栗2200。此外，各部件的配置不限于图示中的配置。另外，也可以采用不具备指状物等部件而由设置于转子2222的球等封闭管2212的结构。上述送液栗2200可以用于将胰岛等药液投药给人体的投药装置等。其中，由于通过使用上述实施方式的压电驱动部10，相比现有的压电驱动装置减小驱动电流，所以能够抑制投药装置的电力消耗。因此，在对投药装置进行电池驱动的情况下尤其有效。
[0084]变形例:
[0085]此外，本发明不限于上述实施例及实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内可实施多种方式，例如可进行如下变形。
[0086]变形例1:
[0087]在上述实施方式中，在基板120上形成有第一电极130、压电体140和第二电极150，但也可以省略基板120，在振动板200上形成第一电极130、压电体140和第二电极150。
[0088]变形例2:
[0089]在上述实施方式中，在振动板200的双面分别设置了I个压电振动体100，但也可以省略压电振动体100中的一个。其中，若在振动板200的双面分别设置压电振动体100，则在使振动板200在其平面内更容易以弯曲的蛇形形状变形这一点上是优选的。
[0090]上文中，基于几个实施例对本发明的实施方式进行了说明，但上述的发明实施方式是为了便于理解本发明的，而不是限定本发明。对于本发明，当然可以在不脱离其主旨及权利要求书的范围的情况下，进行变更、改良，并且本发明中包含其等同物。
[0091]附图标记说明
[0092]10、10&?10。、108111?108311、1081(1?1083(1、1(^1(1?1(^3(1...压电驱动部；20...接触部件；50...转子(被驱动部件)；51…中心；52...外周面(接触面)；53…被驱动部件53u、53d.??面;54…移动中心线;55…面;100…压电振动体；I 1a?I1e…压电兀件；120…基板；130…第一电极；140…压电体；150、150a?150e…第二电极(导电体层)；151、152…布线；200…振动板;205…中心；210…振动体部；211…第一面；212…第二面；220…连接部；230...安装部；240…螺丝；300…驱动电路；310…布线；1000、100s?ΙΟΟΟν...压电驱动装置；2000…机器人手;2003...把持部;2010…臂；2012…链接部；2020…关节部；2022…手腕转动部；2050...机器人；2200...送液栗；2202...凸轮；2202A...突起部；221L...容器；2212..?管；2213...指状物；2222...转子;2223...减速传达机构;FlOsl ?F10s3..?力；TR、TRu、TRd...移动轨迹;X…箭头;y…箭头;z…第一方向。
【主权项】
1.一种压电驱动装置，其特征在于， 具备对被驱动部件进行驱动的多个压电驱动部， 所述多个压电驱动部分别具有: 振动板； 压电振动体，其设置于所述振动板；以及 接触部件，其能够与所述被驱动部件接触， 所述多个压电驱动部分类为第一压电驱动部组和第二压电驱动部组， 所述第一压电驱动部组所具有的多个压电驱动部的各接触部件被配置在相对于所述被驱动部件的移动中心轴或移动中心线呈对称的位置处， 所述第二压电驱动部组所具有的多个压电驱动部的各接触部件配置在相对于所述被驱动部件的移动中心轴或移动中心线呈对称的位置处， 所述第一压电驱动部组的所述各接触部件按压所述被驱动部件的时机和所述第二压电驱动部组的所述各接触部件按压所述被驱动部件的时机不同。2.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于， 所述第一压电驱动部组的所述各接触部件分别按压所述被驱动部件的时机相同， 所述第二压电驱动部组的所述各接触部件分别按压所述被驱动部件的时机相同。3.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于， 所述被驱动部件具有圆板形状， 所述第一压电驱动部组的所述各接触部件被配置在相对于所述移动中心轴呈点对称位置或旋转对称位置处， 所述第二压电驱动部组的所述各接触部件被配置在相对于所述移动中心轴呈点对称位置或旋转对称位置处。4.根据权利要求3所述的压电驱动装置，其特征在于， 所述第一压电驱动部组的所述各接触部件所接触的接触点的几何学重心及所述第二压电驱动部组的所述各接触部件所接触的接触点的几何学重心是所述移动中心轴的位置。5.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于， 所述第一压电驱动部组的所述各接触部件隔着所述被驱动部件被分开配置在对置位置处， 所述第二压电驱动部组的所述各接触部件隔着所述被驱动部件被分开配置在对置位置处。6.一种机器人，其特征在于，具备: 多个链接部； 关节部，其将所述多个链接部连接；以及 权利要求1所述的压电驱动装置，其以所述关节部使所述多个链接部转动。7.一种机器人的驱动方法，其特征在于，是权利要求6所述的机器人的驱动方法， 通过对所述压电振动体施加周期性变化的电压，来对所述压电驱动装置进行驱动，并以所述关节部使所述多个链接部转动。
【文档编号】H02N2/14GK105846716SQ201610059932
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】荒川丰, 小西晃雄
【申请人】精工爱普生株式会社