JP2016082834A - Piezoelectrically-actuated device, actuation method for the same, robot and actuation method for the same - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To protect an actuated body from excessively strong braking force.SOLUTION: A piezoelectrically-actuated device comprises: an oscillation plate; a piezoelectrically-oscillated body which has a plurality of piezoelectric elements and is arranged on the oscillation plate; a protrusion section which is arranged on the piezoelectrically-oscillated body and contacts an actuated body; and an actuation circuit to actuate the plurality of piezoelectric elements. The actuation circuit can generate bending oscillation which bends the piezoelectrically-oscillated body to rotate the oscillated body and longitudinal oscillation which oscillates the piezoelectrically-oscillated body along a longitudinal direction thereof so that the actuated body and the protrusion section are repeatedly contacted with and separated from each other. When decelerating the actuated body, the actuation circuit actuates the plurality of piezoelectric elements in a manner that makes a ratio of the longitudinal oscillation to the bending oscillation during deceleration larger than the same before the deceleration.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、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に関する。   The present invention relates to a piezoelectric driving device and a driving method thereof, a robot and a driving method thereof.

圧電体を振動させて被駆動体を駆動する圧電アクチュエーター（圧電駆動装置）は、磁石やコイルが不要のため、様々な分野で利用されている（例えば特許文献１）。この圧電駆動装置の基本的な構成は、補強板の２つの面のそれぞれの上に、４つの圧電素子が２行２列に配置された構成であり、合計で８つの圧電素子が補強板の両側に設けられている。個々の圧電素子は、圧電体をそれぞれ２枚の電極で挟んだユニットであり、補強板は、圧電素子の一方の電極としても利用される。補強板の一端には、被駆動体としてのローターに接してローターを回転させるための突起部が設けられている。４つの圧電素子のうちの対角に配置された２つの圧電素子に交流電圧を印加すると、この２つの圧電素子が伸縮運動を行い、これに応じて補強板の突起部が往復運動又は楕円運動を行う。そして、この補強板の突起部の往復運動又は楕円運動に応じて、被駆動体としてのローターが所定の回転方向に回転する。また、交流電圧を印加する２つの圧電素子を他の２つの圧電素子に切り換えることによって、ローターを逆方向に回転させることができる。   A piezoelectric actuator (piezoelectric driving device) that drives a driven body by vibrating a piezoelectric body is used in various fields because it does not require a magnet or a coil (for example, Patent Document 1). The basic configuration of this piezoelectric drive device is a configuration in which four piezoelectric elements are arranged in two rows and two columns on each of two surfaces of the reinforcing plate, and a total of eight piezoelectric elements are included in the reinforcing plate. It is provided on both sides. Each piezoelectric element is a unit in which a piezoelectric body is sandwiched between two electrodes, and the reinforcing plate is also used as one electrode of the piezoelectric element. One end of the reinforcing plate is provided with a protrusion for rotating the rotor in contact with the rotor as a driven body. When an AC voltage is applied to two of the four piezoelectric elements arranged diagonally, the two piezoelectric elements expand and contract, and the protrusion of the reinforcing plate reciprocates or elliptically moves accordingly. I do. And according to the reciprocating motion or elliptical motion of the protrusion of the reinforcing plate, the rotor as the driven body rotates in a predetermined rotation direction. In addition, the rotor can be rotated in the reverse direction by switching the two piezoelectric elements to which the AC voltage is applied to the other two piezoelectric elements.

特開２００４−３２０９７９号公報JP 2004-320979 A

圧電駆動装置への交流電圧の印加を停止すると、圧電駆動装置の振動が停止する。このとき補強板の突起部が被駆動体に接触した状態で、圧電駆動装置は振動を停止する。その結果、突起部と被駆動体との間の摩擦力によって、被駆動体に過度に強いブレーキが掛かってしまい、圧電駆動装置を用いる装置から異音が発生する場合や、圧電駆動装置を用いる装置が滑らかに動作できない場合があった。   When the application of the AC voltage to the piezoelectric driving device is stopped, the vibration of the piezoelectric driving device is stopped. At this time, the piezoelectric driving device stops the vibration in a state where the protruding portion of the reinforcing plate is in contact with the driven body. As a result, excessively strong braking is applied to the driven body due to the frictional force between the protrusion and the driven body, and abnormal noise is generated from the apparatus using the piezoelectric driving apparatus, or the piezoelectric driving apparatus is used. In some cases, the device could not operate smoothly.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

（１）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、複数の圧電素子を有する圧電振動体と、前記圧電振動体に設けられ、被駆動体に接触する接触部と、前記複数の圧電素子を駆動する駆動回路と、を備える。前記駆動回路は、前記駆動回路は、前記圧電振動体を屈曲させることにより、前記被駆動体を駆動させることが可能な屈曲振動と、前記屈曲振動による前記圧電振動体の屈曲よりも、前記圧電振動体の屈曲が小さく、前記被駆動体と前記接触部とが接触および非接触を繰り返す縦振動と、を実行可能であり、前記被駆動体を減速するときには、減速中における前記屈曲振動に対する前記縦振動の割合が、減速前における前記屈曲振動に対する前記縦振動の割合よりも高くなるように前記複数の圧電素子を駆動する。この形態によれば、駆動回路は、被駆動体を減速させるときに屈曲振動に対する前記縦振動の割合を高くするので、減速前よりも突起部と被駆動体との間の非接触の割合が増加する。非接触の間はブレーキが掛からないので、過度に強いブレーキを掛けずに被駆動体を減速できる。 (1) According to one aspect of the present invention, a piezoelectric driving device is provided. The piezoelectric driving device includes a piezoelectric vibrating body having a plurality of piezoelectric elements, a contact portion provided on the piezoelectric vibrating body and in contact with a driven body, and a driving circuit for driving the plurality of piezoelectric elements. The drive circuit includes a bending vibration capable of driving the driven body by bending the piezoelectric vibrating body, and bending of the piezoelectric vibrating body by the bending vibration. The bending of the vibrating body is small, and the longitudinal vibration in which the driven body and the contact portion repeat contact and non-contact can be performed, and when the driven body is decelerated, the bending vibration during deceleration is reduced with respect to the bending vibration The plurality of piezoelectric elements are driven so that a ratio of longitudinal vibration is higher than a ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration before deceleration. According to this aspect, since the drive circuit increases the ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration when the driven body is decelerated, the non-contact ratio between the protrusion and the driven body is lower than before the deceleration. To increase. Since the brake is not applied during non-contact, the driven body can be decelerated without applying an excessively strong brake.

（２）上記形態の圧電駆動装置において、前記駆動回路は、前記被駆動体を停止させる時には、前記圧電振動体を縦振動させてもよい。この形態によれば、縦振動により、被駆動体に急ブレーキを掛けずに、被駆動体を停止できる。 (2) In the piezoelectric driving device according to the above aspect, the driving circuit may cause the piezoelectric vibrating body to vibrate longitudinally when the driven body is stopped. According to this aspect, the driven body can be stopped by applying vertical vibration without suddenly braking the driven body.

（３）上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電振動体は、２行×２列に配置された４個の圧電素子を有し、前記駆動回路は、前記４個の圧電素子のうちの第１の対角に配置された２個の圧電素子を駆動することで、前記被駆動体を第１の方向に駆動させる屈曲振動を実行し、前記４個の圧電素子のうちの前記第１の対角とは異なる第２の対角に配置された２個の圧電素子を駆動することで、前記被駆動体を前記第１の方向と逆方向である第２の方向に駆動させる屈曲振動を実行し、前記４個の圧電素子を駆動することで、前記縦振動を実行してもよい。この形態によれば、第１の方向の屈曲振動の横方向成分と、第２の方向の屈曲振動の横方向成分とは、向きが逆なので相殺できるが、第１の方向の屈曲振動の縦方向成分と、第２の方向の屈曲振動の縦方向成分の向きは同じなので、相殺できず、加算される。その結果、圧電振動体は、被駆動体と接触とが接触・非接触を繰り返すように縦振動を繰り返すので、急ブレーキを掛けずに被駆動体を減速、停止することが可能となる。 (3) In the piezoelectric driving device according to the above aspect, the piezoelectric vibrating body includes four piezoelectric elements arranged in 2 rows × 2 columns, and the driving circuit includes a first of the four piezoelectric elements. By driving two piezoelectric elements arranged at one diagonal, bending vibration that drives the driven body in a first direction is performed, and the first of the four piezoelectric elements is performed. By driving two piezoelectric elements arranged at a second diagonal different from the diagonal, the bending vibration that drives the driven body in a second direction opposite to the first direction is performed. The longitudinal vibration may be executed by driving the four piezoelectric elements. According to this aspect, the lateral component of the bending vibration in the first direction and the lateral component of the bending vibration in the second direction can be canceled because the directions are opposite, but the longitudinal component of the bending vibration in the first direction can be canceled. Since the direction component and the direction of the longitudinal component of the bending vibration in the second direction are the same, they cannot be canceled out and are added. As a result, the piezoelectric vibrating body repeats longitudinal vibration so that the driven body and the contact repeat contact / non-contact, so that the driven body can be decelerated and stopped without sudden braking.

（４）上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電振動体は、前記圧電振動体の幅方向の中央に配置された第１の圧電素子と、前記圧電振動体の四隅に配置された４個の第２の圧電素子の計５個の圧電素子を有し、前記駆動回路は、前記４個の第２の圧電素子のうちの第１の対角に配置された２個の第２の圧電素子を駆動することで、前記被駆動体を第１の方向に駆動させる屈曲振動を実行し、前記４個の第２の圧電素子のうちの前記第１の対角とは異なる第２の対角に配置された２個の第２の圧電素子を駆動することで、前記被駆動体を前記第１の方向と逆方向である第２の方向に駆動させる屈曲振動を実行し、前記第１の圧電素子と、前記４個の第２の圧電素子と、のうちの少なくとも一方の圧電素子を駆動することで、前記縦振動を実行してもよい。第１の圧電素子を駆動することで、被駆動体と接触とが接触・非接触を繰り返すように縦振動を実行できる。また、４個の第２の圧電素子を駆動することで、第１の方向の屈曲振動の横方向成分と、第２の方向の屈曲振動の横方向成分とを相殺し、第１の方向の屈曲振動の縦方向成分と、第２の方向の屈曲振動の縦方向成分とを加算することで、被駆動体と接触とが接触・非接触を繰り返すように縦振動を実行できる。この形態によれば、第１の圧電素子と、４個の第２の圧電素子と、のうちの少なくとも一方の圧電素子を駆動することで、縦振動を実行し、急ブレーキを掛けずに被駆動体を減速、停止できる。 (4) In the piezoelectric driving device according to the aspect described above, the piezoelectric vibrating body includes a first piezoelectric element disposed at the center in the width direction of the piezoelectric vibrating body and four pieces disposed at four corners of the piezoelectric vibrating body. The second piezoelectric element has a total of five piezoelectric elements, and the drive circuit includes two second piezoelectric elements arranged at a first diagonal of the four second piezoelectric elements. To drive the driven body in a first direction, and a second diagonal different from the first diagonal of the four second piezoelectric elements. By driving the two second piezoelectric elements arranged in the first direction, bending vibration that drives the driven body in a second direction opposite to the first direction is performed, and the first The longitudinal vibration is realized by driving at least one of the piezoelectric element and the four second piezoelectric elements. It may be. By driving the first piezoelectric element, the longitudinal vibration can be executed so that the driven body and the contact repeat contact / non-contact. In addition, by driving the four second piezoelectric elements, the lateral component of the bending vibration in the first direction and the lateral component of the bending vibration in the second direction cancel each other. By adding the longitudinal component of the flexural vibration and the longitudinal component of the flexural vibration in the second direction, the longitudinal vibration can be executed so that the driven body and the contact repeat contact / non-contact. According to this aspect, by driving at least one of the first piezoelectric element and the four second piezoelectric elements, the longitudinal vibration is performed and the target is applied without sudden braking. The drive body can be decelerated and stopped.

（５）上記形態の圧電駆動装置において、前記駆動回路は、前記４個の第２の圧電素子のうちの第１の対角に配置された２個の第２の圧電素子と、前記第１の圧電素子と、を駆動することで、前記被駆動体を第１の方向に駆動させる屈曲振動を実行し、前記４個の第２の圧電素子のうちの前記第１の対角とは異なる第２の対角に配置された２個の第２の圧電素子と、前記第１の圧電素子と、を駆動することで、前記被駆動体を前記第１の方向と逆方向である第２の方向に駆動させる屈曲振動を実行してもよい。この形態によれば、屈曲振動を行うときに、第１の圧電素子も駆動するので、圧電駆動装置の駆動力を大きく出来る。 (5) In the piezoelectric drive device according to the aspect described above, the drive circuit includes two second piezoelectric elements arranged at a first diagonal of the four second piezoelectric elements, and the first The piezoelectric element is driven to perform bending vibration that drives the driven body in the first direction, and is different from the first diagonal of the four second piezoelectric elements. By driving two second piezoelectric elements arranged in a second diagonal direction and the first piezoelectric element, the second body is driven in a direction opposite to the first direction. Bending vibrations driven in the direction may be executed. According to this embodiment, when the bending vibration is performed, the first piezoelectric element is also driven, so that the driving force of the piezoelectric driving device can be increased.

（６）上記形態の圧電駆動装置において、前記被駆動体を減速または停止させる場合には、前記駆動回路は、前記被駆動体の駆動時と異なる周波数の電圧を印加して前記縦振動を実行してもよい。この形態によれば、前記被駆動体を減速または停止させる場合には、前記駆動回路は、縦振動の周波数を、被駆動体の駆動時における周波数と異ならせるので、圧電駆動装置への交流電圧の印加を停止する場合に比べると弱いが、縦振動を被駆動体の駆動時における周波数と同じ周波数で行う場合よりも、摩擦力を上げて強いブレーキを掛けることが出来る。 (6) In the piezoelectric driving device according to the above aspect, when the driven body is decelerated or stopped, the drive circuit applies the voltage having a frequency different from that when the driven body is driven to execute the longitudinal vibration. May be. According to this aspect, when the driven body is decelerated or stopped, the drive circuit makes the frequency of longitudinal vibration different from the frequency at the time of driving the driven body. Although it is weaker than the case where the application of is stopped, it is possible to increase the friction force and apply a strong brake, compared to the case where the longitudinal vibration is performed at the same frequency as that when the driven body is driven.

（７）上記形態の圧電駆動装置において、前記駆動回路は、前記被駆動体の減速を始めてから所定の時間が経過した場合、あるいは、前記被駆動体の速度が所定の速度以下となった場合には、前記圧電振動体の縦振動を停止してもよい。この形態によれば、圧電駆動装置への交流電圧の印加を停止して被駆動体を停止させても、急ブレーキとなりにくい。 (7) In the piezoelectric driving device according to the above aspect, the driving circuit may be configured such that when a predetermined time has elapsed since the start of deceleration of the driven body, or when the speed of the driven body is equal to or lower than a predetermined speed. Alternatively, the longitudinal vibration of the piezoelectric vibrating body may be stopped. According to this aspect, even if the application of the alternating voltage to the piezoelectric driving device is stopped and the driven body is stopped, it is difficult to suddenly brake.

（８）本発明の一形態によれば、ロボットが提供される。このロボットは、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、上記形態のいずれかに記載の圧電駆動装置と、を備える。この形態によれば、圧電駆動装置をロボットの駆動に利用できる。 (8) According to one aspect of the present invention, a robot is provided. The robot includes: a plurality of link units; a joint unit that connects the plurality of link units; and the piezoelectric drive device according to any one of the above aspects, wherein the plurality of link units are rotated by the joint unit. Prepare. According to this embodiment, the piezoelectric driving device can be used for driving the robot.

（９）本発明の一形態によれば、ロボットの駆動方法が提供される。この駆動方法は、前記複数の圧電素子の少なくとも一部を駆動することで前記複数のリンク部を前記関節部で回動させ、前記複数のリンク部の前記関節部での回動を減速するときには、減速中における前記屈曲振動に対する前記縦振動の割合が、減速前における前記屈曲振動に対する前記縦振動の割合よりも高くなるように前記複数の圧電素子を駆動する。この形態によれば、急ブレーキを掛けずに複数のリンク部の回動を減速または停止できる。 (9) According to one aspect of the present invention, a method for driving a robot is provided. In this driving method, when at least a part of the plurality of piezoelectric elements is driven, the plurality of link portions are rotated by the joint portions, and the rotation of the plurality of link portions at the joint portions is reduced. The plurality of piezoelectric elements are driven such that a ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration during deceleration is higher than a ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration before deceleration. According to this aspect, the rotation of the plurality of link portions can be decelerated or stopped without sudden braking.

（１０）本発明の一形態によれば、上記形態の圧電駆動装置の駆動方法が提供される。この駆動方法は、前記被駆動体を減速するときには、減速中における前記屈曲振動に対する前記縦振動の割合が、減速前における前記屈曲振動に対する前記縦振動の割合よりも高くなるように前記複数の圧電素子を駆動する。この形態によれば、被駆動体を減速させるときに屈曲振動に対する前記縦振動の割合を高くするので、減速前よりも突起部と被駆動体との間の非接触の割合が増加する。非接触の間はブレーキが掛からないので、急ブレーキを掛けずに被駆動体を減速できる。 (10) According to one aspect of the present invention, there is provided a driving method for the piezoelectric driving device according to the above aspect. In this driving method, when the driven body is decelerated, the ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration during deceleration is higher than the ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration before deceleration. Drive the element. According to this aspect, since the ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration is increased when the driven body is decelerated, the non-contact ratio between the protrusion and the driven body is increased as compared with that before the deceleration. Since the brake is not applied during non-contact, the driven body can be decelerated without applying the sudden brake.

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、圧電駆動装置の他、圧電駆動装置の駆動方法、圧電駆動装置の製造方法、圧電駆動装置を搭載するロボット、圧電駆動装置を搭載するロボットの駆動方法、電子部品搬送装置、送液ポンプ、投薬ポンプ等、様々な形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms. For example, in addition to a piezoelectric driving device, a driving method of the piezoelectric driving device, a manufacturing method of the piezoelectric driving device, a robot equipped with the piezoelectric driving device, and a piezoelectric driving device. It can be realized in various forms such as a driving method of a robot to be mounted, an electronic component conveying device, a liquid feeding pump, a medication pump, and the like.

圧電駆動装置の概略構成を示す平面図及び断面図。The top view and sectional drawing which show schematic structure of a piezoelectric drive device. 振動板の平面図。The top view of a diaphragm. 圧電駆動装置と駆動回路の電気的接続状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the electrical connection state of a piezoelectric drive device and a drive circuit. 圧電駆動装置の屈曲振動の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of the bending vibration of a piezoelectric drive device. 圧電駆動装置の縦振動の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of the longitudinal vibration of a piezoelectric drive device. 第１の駆動パターンの説明図。Explanatory drawing of a 1st drive pattern. 第２の駆動パターンの説明図。Explanatory drawing of a 2nd drive pattern. 第３の駆動パターンの説明図。Explanatory drawing of a 3rd drive pattern. 屈曲振動時に３つの圧電素子を駆動する駆動パターンの説明図。Explanatory drawing of the drive pattern which drives three piezoelectric elements at the time of bending vibration. 被駆動体の減速または停止時に圧電素子の駆動周波数を変える駆動パターンの説明図。Explanatory drawing of the drive pattern which changes the drive frequency of a piezoelectric element when the to-be-driven body decelerates or stops. 他の実施形態の圧電駆動装置の断面図。Sectional drawing of the piezoelectric drive device of other embodiment. 他の実施形態の圧電駆動装置の平面図。The top view of the piezoelectric drive device of other embodiment. 圧電駆動装置を利用したロボットの一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the robot using a piezoelectric drive device. ロボットの手首部分の説明図。Explanatory drawing of the wrist part of a robot. 圧電駆動装置を利用した送液ポンプの一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the liquid feeding pump using a piezoelectric drive device.

図１（Ａ）は、圧電駆動装置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。圧電駆動装置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を挟持している。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。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の上側にある圧電振動体１００の構成を説明する。   FIG. 1A is a plan view showing a schematic configuration of the piezoelectric driving device 10, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line BB. The piezoelectric driving device 10 includes a vibration plate 200 and two piezoelectric vibration members 100 arranged on both surfaces (first surface 211 and second surface 212) of the vibration plate 200, respectively. The piezoelectric vibrating body 100 includes a substrate 120, a first electrode 130 formed on the substrate 120, a piezoelectric body 140 formed on the first electrode 130, and a second electrode formed on the piezoelectric body 140. An electrode 150. The first electrode 130 and the second electrode 150 sandwich the piezoelectric body 140. The two piezoelectric vibrators 100 are arranged symmetrically about the diaphragm 200. Since the two piezoelectric vibrators 100 have the same configuration, the configuration of the piezoelectric vibrator 100 on the upper side of the diaphragm 200 will be described below unless otherwise specified.

圧電振動体１００の基板１２０は、第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０を成膜プロセスで形成するための基板として使用される。また、基板１２０は機械的な振動を行う振動板としての機能も有する。基板１２０は、例えば、Ｓｉ，Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２などで形成することができる。Ｓｉ製の基板１２０として、例えば半導体製造用のＳｉウェハーを利用することが可能である。この実施形態において、基板１２０の平面形状は長方形である。基板１２０の厚みは、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲とすることが好ましい。基板１２０の厚みを１０μｍ以上とすれば、基板１２０上の成膜処理の際に基板１２０を比較的容易に取扱うことができる。また、基板１２０の厚みを１００μｍ以下とすれば、薄膜で形成された圧電体１４０の伸縮に応じて、基板１２０を容易に振動させることができる。 The substrate 120 of the piezoelectric vibrating body 100 is used as a substrate for forming the first electrode 130, the piezoelectric body 140, and the second electrode 150 by a film forming process. The substrate 120 also has a function as a diaphragm that performs mechanical vibration. The substrate 120 can be formed of, for example, Si, Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ or the like. As the Si substrate 120, for example, a Si wafer for semiconductor manufacturing can be used. In this embodiment, the planar shape of the substrate 120 is a rectangle. The thickness of the substrate 120 is preferably in the range of 10 μm to 100 μm, for example. If the thickness of the substrate 120 is 10 μm or more, the substrate 120 can be handled relatively easily during the film forming process on the substrate 120. If the thickness of the substrate 120 is 100 μm or less, the substrate 120 can be easily vibrated according to the expansion and contraction of the piezoelectric body 140 formed of a thin film.

第１電極１３０は、基板１２０上に形成された１つの連続的な導電体層として形成されている。一方、第２電極１５０は、図１（Ａ）に示すように、５つの導電体層１５０ａ〜１５０ｅ（「第２電極１５０ａ〜１５０ｅ」とも呼ぶ）に区分されている。中央にある第２電極１５０ｅは、基板１２０の幅方向の中央において、基板１２０の長手方向のほぼ全体に亘る長方形形状に形成されている。他の４つの第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄは、同一の平面形状を有しており、基板１２０の四隅の位置に形成されている。図１の例では、第１電極１３０と第２電極１５０は、いずれも長方形の平面形状を有している。第１電極１３０や第２電極１５０は、例えばスパッタリングによって形成される薄膜である。第１電極１３０や第２電極１５０の材料としては、例えばＡｌ（アルミニウム）や、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）などの導電性の高い任意の材料を利用可能である。なお、第１電極１３０を１つの連続的な導電体層とする代わりに、第２電極１５０ａ〜１５０ｅと実質的に同じ平面形状を有する５つの導電体層に区分してもよい。なお、第２電極１５０ａ〜１５０ｅの間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）と、第１電極１３０及び第２電極１５０ａ〜１５０ｅと駆動回路との間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）とは、図１では図示が省略されている。   The first electrode 130 is formed as one continuous conductor layer formed on the substrate 120. On the other hand, as shown in FIG. 1A, the second electrode 150 is divided into five conductor layers 150a to 150e (also referred to as “second electrodes 150a to 150e”). The second electrode 150e at the center is formed in a rectangular shape covering almost the entire length of the substrate 120 at the center in the width direction of the substrate 120. The other four second electrodes 150 a, 150 b, 150 c, and 150 d have the same planar shape and are formed at the four corner positions of the substrate 120. In the example of FIG. 1, both the first electrode 130 and the second electrode 150 have a rectangular planar shape. The first electrode 130 and the second electrode 150 are thin films formed by sputtering, for example. As a material of the first electrode 130 and the second electrode 150, for example, any material having high conductivity such as Al (aluminum), Ni (nickel), Au (gold), Pt (platinum), Ir (iridium) or the like is used. Is available. Instead of the first electrode 130 being one continuous conductor layer, the first electrode 130 may be divided into five conductor layers having substantially the same planar shape as the second electrodes 150a to 150e. In addition, wiring (or wiring layer and insulating layer) for electrical connection between the second electrodes 150a to 150e, and electrical connection between the first electrode 130 and the second electrodes 150a to 150e and the drive circuit The wiring for the purpose (or the wiring layer and the insulating layer) is not shown in FIG.

圧電体１４０は、第２電極１５０ａ〜１５０ｅと実質的に同じ平面形状を有する５つの圧電体層として形成されている。この代わりに、圧電体１４０を、第１電極１３０と実質的に同じ平面形状を有する１つの連続的な圧電体層として形成してもよい。第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０ａ〜１５０ｅとの積層構造によって、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅ（図１（Ａ））が構成される。   The piezoelectric body 140 is formed as five piezoelectric layers having substantially the same planar shape as the second electrodes 150a to 150e. Alternatively, the piezoelectric body 140 may be formed as one continuous piezoelectric layer having substantially the same planar shape as the first electrode 130. Five piezoelectric elements 110a to 110e (FIG. 1A) are configured by a laminated structure of the first electrode 130, the piezoelectric body 140, and the second electrodes 150a to 150e.

圧電体１４０は、例えばゾル−ゲル法やスパッタリング法によって形成される薄膜である。圧電体１４０の材料としては、ＡＢＯ_３型のペロブスカイト構造を採るセラミックスなど、圧電効果を示す任意の材料を利用可能である。ＡＢＯ_３型のペロブスカイト構造を採るセラミックスとしては、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、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等を用いることが可能である。またセラミック以外の圧電効果を示す材料、例えばポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いることも可能である。圧電体１４０の厚みは、例えば５０ｎｍ（０．０５μｍ）以上２０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。この範囲の厚みを有する圧電体１４０の薄膜は、成膜プロセスを利用して容易に形成することができる。圧電体１４０の厚みを０．０５μｍ以上とすれば、圧電体１４０の伸縮に応じて十分に大きな力を発生することができる。また、圧電体１４０の厚みを２０μｍ以下とすれば、圧電駆動装置１０を十分に小型化することができる。 The piezoelectric body 140 is a thin film formed by, for example, a sol-gel method or a sputtering method. As a material of the piezoelectric body 140, any material exhibiting a piezoelectric effect such as ceramics having an ABO ₃ type perovskite structure can be used. Examples of ceramics having an ABO ₃ type perovskite structure include lead zirconate titanate (PZT), barium titanate, lead titanate, potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, sodium tungstate, zinc oxide, titanium Barium strontium acid (BST), strontium bismuth tantalate (SBT), lead metaniobate, lead zinc niobate, lead scandium niobate, or the like can be used. It is also possible to use a material exhibiting a piezoelectric effect other than ceramic, such as polyvinylidene fluoride and quartz. The thickness of the piezoelectric body 140 is preferably in the range of, for example, 50 nm (0.05 μm) to 20 μm. A thin film of the piezoelectric body 140 having a thickness in this range can be easily formed using a film forming process. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 0.05 μm or more, a sufficiently large force can be generated according to the expansion and contraction of the piezoelectric body 140. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 20 μm or less, the piezoelectric driving device 10 can be sufficiently downsized.

図２は、振動板２００の平面図である。振動板２００は、長方形形状の振動体部２１０と、振動体部２１０の左右の長辺からそれぞれ３本ずつ延びる接続部２２０とを有しており、また、左右の３本の接続部２２０にそれぞれ接続された２つの取付部２３０を有している。なお、図２では、図示の便宜上、振動体部２１０にハッチングを付している。取付部２３０は、ネジ２４０によって他の部材に圧電駆動装置１０を取り付けるために用いられる。振動板２００は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、銅、銅合金、鉄−ニッケル合金などの金属材料で形成することが可能である。   FIG. 2 is a plan view of the diaphragm 200. The diaphragm 200 has a rectangular-shaped vibrating body portion 210 and three connecting portions 220 that extend from the left and right long sides of the vibrating body portion 210, respectively. Two attachment portions 230 are connected to each other. In FIG. 2, the vibrating body portion 210 is hatched for convenience of illustration. The attachment portion 230 is used for attaching the piezoelectric driving device 10 to another member with a screw 240. The diaphragm 200 can be formed of a metal material such as stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, titanium, a titanium alloy, copper, a copper alloy, or an iron-nickel alloy, for example.

振動体部２１０の上面（第１面）及び下面（第２面）には、圧電振動体１００（図１）がそれぞれ接着剤を用いて接着される。振動体部２１０の長さＬと幅Ｗの比は、Ｌ：Ｗ＝約７：２とすることが好ましい。この比は、振動体部２１０がその平面に沿って左右に屈曲する超音波振動（後述）を行うために好ましい値である。振動体部２１０の長さＬは、例えば３．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲とすることができ、幅Ｗは、例えば１ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲とすることができる。なお、振動体部２１０が超音波振動を行うために、長さＬは５０ｍｍ以下とすることが好ましい。振動体部２１０の厚み（振動板２００の厚み）は、例えば５０μｍ以上７００μｍ以下の範囲とすることができる。振動体部２１０の厚みを５０μｍ以上とすれば、圧電振動体１００を支持するために十分な剛性を有するものとなる。また、振動体部２１０の厚みを７００μｍ以下とすれば、圧電振動体１００の変形に応じて十分に大きな変形を発生することができる。   The piezoelectric vibrating body 100 (FIG. 1) is bonded to the upper surface (first surface) and the lower surface (second surface) of the vibrating body portion 210 using an adhesive. The ratio of the length L to the width W of the vibrating body part 210 is preferably L: W = about 7: 2. This ratio is a preferable value for performing ultrasonic vibration (described later) in which the vibrating body portion 210 bends left and right along the plane. The length L of the vibrating body portion 210 can be set in a range of, for example, 3.5 mm or more and 30 mm or less, and the width W can be set in a range of, for example, 1 mm or more and 8 mm or less. In addition, in order for the vibrating body part 210 to perform ultrasonic vibration, the length L is preferably set to 50 mm or less. The thickness of the vibrating body part 210 (thickness of the vibration plate 200) can be in the range of, for example, 50 μm or more and 700 μm or less. If the thickness of the vibrating body portion 210 is 50 μm or more, the vibrating body portion 210 has sufficient rigidity to support the piezoelectric vibrating body 100. Further, if the thickness of the vibrating body portion 210 is 700 μm or less, a sufficiently large deformation can be generated according to the deformation of the piezoelectric vibrating body 100.

振動板２００の一方の短辺には、突起部２０（「接触部」又は「作用部」とも呼ぶ）が設けられている。突起部２０は、被駆動体と接触して、被駆動体に力を与えるための部材である。突起部２０は、セラミックス（例えばＡｌ_２Ｏ_３）などの耐久性がある材料で形成することが好ましい。 On one short side of the diaphragm 200, a protrusion 20 (also referred to as “contact portion” or “action portion”) is provided. The protrusion 20 is a member that is in contact with the driven body and applies a force to the driven body. The protrusion 20 is preferably formed of a durable material such as ceramics (for example, Al ₂ O ₃ ).

図３は、圧電駆動装置１０と駆動回路３００の電気的接続状態を示す説明図である。５つの第２電極１５０ａ〜１５０ｅのうちで、第１の対角にある一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄが配線１５１を介して互いに電気的に接続され、他の第２の対角の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃも配線１５２を介して互いに電気的に接続されている。これらの配線１５１，１５２は成膜処理によって形成しても良く、或いは、ワイヤ状の配線によって実現してもよい。図３の右側にある３つの第２電極１５０ｂ，１５０ｅ，１５０ｄと、第１電極１３０（図１）は、配線３１０，３１２，３１４，３２０を介して駆動回路３００に電気的に接続されている。駆動回路３００は、一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄと第１電極１３０との間に周期的に変化する交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、圧電駆動装置１０を超音波振動させて、突起部２０に接触するローター（被駆動体）を所定の回転方向に回転させることが可能である。ここで、「脈流電圧」とは、交流電圧にＤＣオフセットを付加した電圧を意味し、その電圧（電界）の向きは、一方の電極から他方の電極に向かう一方向である。また、他の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃと第１電極１３０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、突起部２０に接触するローターを逆方向に回転させることが可能である。このような電圧の印加は、振動板２００の両面に設けられた２つの圧電振動体１００に同時に行われる。なお、図３に示した配線１５１，１５２，３１０，３１２，３１４，３２０を構成する配線（又は配線層及び絶縁層）は、図１では図示が省略されている。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing an electrical connection state between the piezoelectric driving device 10 and the driving circuit 300. Among the five second electrodes 150a to 150e, a pair of second electrodes 150a and 150d at the first diagonal are electrically connected to each other via the wiring 151, and another pair of second diagonals at the second diagonal are connected. The second electrodes 150b and 150c are also electrically connected to each other via the wiring 152. These wirings 151 and 152 may be formed by a film forming process, or may be realized by wire-like wiring. Three second electrodes 150b, 150e, and 150d on the right side of FIG. 3 and the first electrode 130 (FIG. 1) are electrically connected to the drive circuit 300 via wirings 310, 312, 314, and 320. . The drive circuit 300 ultrasonically vibrates the piezoelectric drive device 10 by applying an alternating voltage or a pulsating voltage that periodically changes between the pair of second electrodes 150a and 150d and the first electrode 130, It is possible to rotate the rotor (driven body) in contact with the protrusion 20 in a predetermined rotation direction. Here, the “pulsating voltage” means a voltage obtained by adding a DC offset to an AC voltage, and the direction of the voltage (electric field) is one direction from one electrode to the other electrode. In addition, by applying an AC voltage or a pulsating current voltage between the other pair of second electrodes 150b and 150c and the first electrode 130, it is possible to rotate the rotor in contact with the protrusion 20 in the reverse direction. is there. Such voltage application is performed simultaneously on the two piezoelectric vibrating bodies 100 provided on both surfaces of the diaphragm 200. Note that the wirings (or wiring layers and insulating layers) constituting the wirings 151, 152, 310, 312, 314, and 320 shown in FIG. 3 are not shown in FIG.

図４は、圧電駆動装置１０の屈曲振動の例を示す説明図である。圧電駆動装置１０の突起部２０は、被駆動体としてのローター５０の外周に接触している。図４に示す例では、駆動回路３００（図３）は、第１の対角に配置された一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄと第１電極１３０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加しており、圧電素子１１０ａ，１１０ｄは図４の矢印ｘの方向に伸縮する。これに応じて、圧電駆動装置１０の振動体部２１０は、図４（Ａ）に示す蛇行していないまっすぐな形状と、図４（Ｂ）に示す振動体部２１０の平面内で屈曲して蛇行形状（Ｓ字形状）に交互に変形し、突起部２０の先端が矢印ｙの向きに往復運動するか、又は、楕円運動する。その結果、ローター５０は、その中心５１の周りに第１の方向ｚ（図４では時計回り方向）に回転する。本実施形態では、振動体部２１０は、図４（Ａ）に示すような蛇行していないまっすぐな形状と、図４（Ｂ）に示すような振動体部２１０の平面内で屈曲して蛇行形状（Ｓ字形状）と、に交互に変形することを屈曲振動と呼ぶ。図２で説明した振動板２００の３つの接続部２２０（図２）は、このような振動体部２１０の振動の節（ふし）の位置に設けられている。なお、駆動回路３００が、第１の対角とは異なる第２の対角に配置された他の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃと第１電極１３０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加する場合には、ローター５０は逆方向（第２の方向あるいは、反時計回り方向）に回転する。なお、屈曲振動では、時計回り時に駆動される２つの圧電素子１１０ａ，１１０ｄは、振動体部２１０（あるいは圧電振動体１００）の中心２１１に対して点対称位置にあり、反時計回り時に駆動される２つの圧電素子１１０ｂ，１１０ｃは、振動体部２１０（あるいは圧電振動体１００）の中心２１１に対して点対称位置にある。中央の第２電極１５０ｅに、一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄ（又は他の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃ）と同じ電圧を印加すれば、圧電駆動装置１０が長手方向に伸縮するので、突起部２０からローター５０に与える力をより大きくすることが可能である。なお、駆動回路３００が屈曲振動時に駆動する圧電素子は、点対称位置になくてもよく、例えば、中心２１１に対して偏った位置にあっても良い。なお、圧電駆動装置１０（又は圧電振動体１００）のこのような動作については、上記先行技術文献１（特開２００４−３２０９７９号公報、又は、対応する米国特許第７２２４１０２号）に記載されており、その開示内容は参照により組み込まれる。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of bending vibration of the piezoelectric driving device 10. The protrusion 20 of the piezoelectric driving device 10 is in contact with the outer periphery of the rotor 50 as a driven body. In the example illustrated in FIG. 4, the drive circuit 300 (FIG. 3) applies an alternating voltage or a pulsating voltage between the pair of second electrodes 150 a and 150 d and the first electrode 130 that are disposed at the first diagonal. The piezoelectric elements 110a and 110d expand and contract in the direction of the arrow x in FIG. In response to this, the vibrating member 210 of the piezoelectric driving device 10 is bent in a straight shape not meandering as shown in FIG. 4A and in the plane of the vibrating member 210 shown in FIG. It alternately deforms into a meandering shape (S-shape), and the tip of the protrusion 20 reciprocates in the direction of the arrow y or moves elliptically. As a result, the rotor 50 rotates around the center 51 in the first direction z (clockwise direction in FIG. 4). In the present embodiment, the vibrating member 210 has a straight shape that does not meander as shown in FIG. 4A and a meander that is bent in the plane of the vibrating member 210 as shown in FIG. The alternating deformation to the shape (S-shape) is called bending vibration. The three connection portions 220 (FIG. 2) of the diaphragm 200 described with reference to FIG. 2 are provided at the positions of the vibration nodes (interferences) of the vibration body portion 210. Note that the driving circuit 300 applies an AC voltage or a pulsating voltage between the first electrode 130 and the other pair of second electrodes 150b and 150c arranged at a second diagonal different from the first diagonal. When applied, the rotor 50 rotates in the reverse direction (second direction or counterclockwise direction). In bending vibration, the two piezoelectric elements 110a and 110d driven in the clockwise direction are in a point-symmetrical position with respect to the center 211 of the vibrating body part 210 (or the piezoelectric vibrating body 100) and are driven in the counterclockwise direction. The two piezoelectric elements 110b and 110c are in a point-symmetrical position with respect to the center 211 of the vibrating body part 210 (or the piezoelectric vibrating body 100). If the same voltage as the pair of second electrodes 150a and 150d (or another pair of second electrodes 150b and 150c) is applied to the center second electrode 150e, the piezoelectric driving device 10 expands and contracts in the longitudinal direction. It is possible to increase the force applied from the portion 20 to the rotor 50. Note that the piezoelectric element that the drive circuit 300 drives during bending vibration does not have to be in a point-symmetrical position, and may be in a position that is biased with respect to the center 211, for example. Such an operation of the piezoelectric driving device 10 (or the piezoelectric vibrating body 100) is described in the above-mentioned prior art document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-320979 or corresponding US Pat. No. 7,224,102). The disclosure of which is incorporated by reference.

図５は、圧電駆動装置１０の縦振動の例を示す説明図である。本実施形態では、振動体部２１０が、振動体部２１０の平面内で伸びた形状（図５（Ａ））と縮んだ形状（図５（Ｂ））とに交互に変形することを縦振動と呼ぶ。図５（Ａ）に示すような振動体部２１０が振動体部２１０の平面内で伸びた形状においては、振動板２００の長さはＬ１であり、突起部２０は、被駆動体５０に接触する。被駆動体５０は、被駆動体の中心５１方向（被駆動体の外周の法線方向）の力Ｎを受ける。この力Ｎにより生じる被駆動体５０と突起部２０との間の摩擦力により、被駆動体５０の回転は減速し、あるいは停止する。一方、図５（Ｂ）に示すような振動体部２１０が振動体部２１０の平面内で縮んだ形状においては、振動板２００の長さはＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）であり、突起部２０は、被駆動体５０から離間する。突起部２０は、被駆動体５０から離間している間は、被駆動体５０と突起部２０との間に摩擦力が生じないので、被駆動体５０は、慣性により運動状態を持続する。縦振動では、突起部２０は、被駆動体５０への接触・非接触を繰り返す。その結果、急ブレーキではなく、ゆっくりとしたブレーキで、被駆動体５０の回転を減速または停止できる。   FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of longitudinal vibration of the piezoelectric driving device 10. In the present embodiment, it is the longitudinal vibration that the vibrating body portion 210 is alternately deformed into a shape extending in the plane of the vibrating body portion 210 (FIG. 5A) and a contracted shape (FIG. 5B). Call it. In the shape in which the vibrating body portion 210 extends in the plane of the vibrating body portion 210 as shown in FIG. 5A, the length of the vibrating plate 200 is L1, and the protruding portion 20 contacts the driven body 50. To do. The driven body 50 receives a force N in the direction of the center 51 of the driven body (the normal direction of the outer periphery of the driven body). Due to the frictional force between the driven body 50 and the protrusion 20 generated by this force N, the rotation of the driven body 50 is decelerated or stopped. On the other hand, in the shape in which the vibrating body portion 210 is contracted in the plane of the vibrating body portion 210 as shown in FIG. 5B, the length of the vibrating plate 200 is L2 (L2 <L1), and the protruding portion 20 is , Separated from the driven body 50. While the protrusion 20 is separated from the driven body 50, no frictional force is generated between the driven body 50 and the protrusion 20, so that the driven body 50 continues to move due to inertia. In the longitudinal vibration, the protrusion 20 repeats contact / non-contact with the driven body 50. As a result, the rotation of the driven body 50 can be decelerated or stopped by a slow brake, not a sudden brake.

縦振動は、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅを、以下に示す３つの駆動パターンのいずれかで駆動することにより、実現可能である。なお、圧電素子１１０ｅを「第１の圧電素子」、圧電素子１１０ａ〜１１０ｄを「第２の圧電素子」とも呼ぶ。
（１）第１の駆動パターン
第１の圧電素子１１０ｅを除いた４つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｄを駆動する。
（２）第２の駆動パターン
５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅを駆動する。
（３）第３の駆動パターン
圧電素子１１０ｅのみを駆動する。
上記各縦振動の駆動パターンでは、同時に駆動される圧電素子は、突起部２０を通り圧電振動体の長手方向に伸びる中心線２０２に対して線対称に配置されている圧電素子である。 The longitudinal vibration can be realized by driving the five piezoelectric elements 110a to 110e with any one of the following three driving patterns. The piezoelectric element 110e is also referred to as “first piezoelectric element”, and the piezoelectric elements 110a to 110d are also referred to as “second piezoelectric elements”.
(1) First drive pattern The four piezoelectric elements 110a to 110d excluding the first piezoelectric element 110e are driven.
(2) Second drive pattern Five piezoelectric elements 110a to 110e are driven.
(3) Third drive pattern Only the piezoelectric element 110e is driven.
In each of the longitudinal vibration driving patterns, the piezoelectric elements that are driven simultaneously are piezoelectric elements that are arranged symmetrically with respect to the center line 202 that extends through the protrusion 20 in the longitudinal direction of the piezoelectric vibrating body.

＜縦振動の第１の駆動パターン＞
図６は、第１の駆動パターンの説明図である。ここでは、被駆動体５０を時計回りに回転させ、その後、被駆動体５０の回転を停止させ、さらに、被駆動体５０を反時計回りに回転させる場合を例にとって説明する。なお、被駆動体５０を時計回りに回転させるとき、あるいは、反時計回りに回転させるときに、被駆動体５０の回転を減速させることを行う。 <First drive pattern of longitudinal vibration>
FIG. 6 is an explanatory diagram of the first drive pattern. Here, a case where the driven body 50 is rotated clockwise, and then the rotation of the driven body 50 is stopped, and further, the driven body 50 is rotated counterclockwise will be described as an example. Note that when the driven body 50 is rotated clockwise or counterclockwise, the rotation of the driven body 50 is decelerated.

時刻ｔ０〜ｔ１までの間：
駆動回路３００は、２つの圧電素子１１０ａと１１０ｄを駆動する。図４で説明したように、振動体部２１０は、屈曲振動し、被駆動体５０を時計回りに回転させる。 Between time t0 and t1:
The drive circuit 300 drives the two piezoelectric elements 110a and 110d. As described with reference to FIG. 4, the vibrating body section 210 bends and vibrates to rotate the driven body 50 clockwise.

時刻ｔ１〜ｔ２までの間：
駆動回路３００は、さらに２つの圧電素子１００ｂと１００ｃを駆動し、合計４つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｄを駆動する第１の駆動パターンを実行する。２つの圧電素子１１０ａと１１０ｄは、被駆動体５０を時計回りに回転させようとする第１の屈曲運動を行い、２つの圧電素子１１０ｂと１１０ｃは、被駆動体５０を反時計回りに回転させようとする第２の屈曲運動を行う。第１の屈曲運動の振動体部２１０の長手方向と交わる方向の成分（「横振動の成分」とも呼ぶ。）と、第２の屈曲運動の振動体部２１０の長手方向と交わる方向の成分とは、相殺され、振動体部２１０の長手方向に沿った成分（「縦振動の成分」とも呼ぶ。）が加算される。その結果、減速前における接触部２０の屈曲振動に対する接触部２０の縦振動の割合よりも、減速中における屈曲振動に対する縦振動の割合が高くなる。図５で説明したように、振動体部２１０は縦振動し、突起部２０は被駆動体５０に間欠的に接触する。被駆動体５０の回転は、ゆっくりと減速する。 Between time t1 and t2:
The drive circuit 300 further drives the two piezoelectric elements 100b and 100c, and executes a first drive pattern that drives a total of four piezoelectric elements 110a to 110d. The two piezoelectric elements 110a and 110d perform a first bending motion that attempts to rotate the driven body 50 clockwise, and the two piezoelectric elements 110b and 110c rotate the driven body 50 counterclockwise. The second bending motion to be performed is performed. A component in a direction intersecting with the longitudinal direction of the vibrating body portion 210 of the first bending motion (also referred to as “transverse vibration component”), and a component in a direction intersecting with the longitudinal direction of the vibrating body portion 210 of the second bending motion. Are offset, and a component along the longitudinal direction of the vibrating body part 210 (also referred to as “longitudinal vibration component”) is added. As a result, the ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration during the deceleration is higher than the ratio of the longitudinal vibration of the contact section 20 to the bending vibration of the contact section 20 before the deceleration. As described with reference to FIG. 5, the vibrating body portion 210 vibrates longitudinally, and the protruding portion 20 contacts the driven body 50 intermittently. The rotation of the driven body 50 slowly decelerates.

時刻ｔ２〜ｔ３までの間、時刻ｔ４〜ｔ５までの間：
駆動回路３００は、２つの圧電素子１００ｂと１００ｃの駆動を停止し、時刻ｔ０〜ｔ１までと同様に、２つの圧電素子１１０ａと１１０ｄを駆動する。振動体部２１０は、屈曲振動し、被駆動体５０を時計回りに回転させる。 From time t2 to t3, from time t4 to t5:
The drive circuit 300 stops driving the two piezoelectric elements 100b and 100c, and drives the two piezoelectric elements 110a and 110d in the same manner as from time t0 to t1. The vibrating body portion 210 is bent and vibrated to rotate the driven body 50 clockwise.

時刻ｔ３〜ｔ４までの間、時刻ｔ５〜ｔ６までの間：
駆動回路３００は、時刻ｔ１〜ｔ２までの間と同様にさらに２つの圧電素子１００ｂと１００ｃを駆動し、合計４つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｄを駆動する第１の駆動パターンを実行する。図５で説明したように、振動体部２１０は縦振動し、突起部２０は被駆動体５０に間欠的に接触し、被駆動体５０の回転は、ゆっくりと減速する。なお、時刻ｔ６に至ると、被駆動体５０は、回転を停止する。 From time t3 to t4, from time t5 to t6:
The drive circuit 300 further drives the two piezoelectric elements 100b and 100c in the same manner as from the time t1 to the time t2, and executes a first drive pattern for driving a total of four piezoelectric elements 110a to 110d. As described with reference to FIG. 5, the vibrating body portion 210 vibrates longitudinally, the protrusion 20 contacts the driven body 50 intermittently, and the rotation of the driven body 50 slowly decelerates. Note that when the time t6 is reached, the driven body 50 stops rotating.

時刻ｔ６〜ｔ７までの間：
駆動回路３００は、圧電素子１１０ａ〜１１０ｄの駆動を停止する。振動体部２１０は、突起部２０が被駆動体５０に接触した状態で動作を停止し、屈曲振動も縦振動も行わない。被駆動体５０が回転している最中に圧電素子の駆動が停止されれば、振動体部２１０は、突起部２０が被駆動体５０に接触した状態で動作を停止するので、被駆動体５０に急ブレーキが掛かる。しかし、被駆動体５０が回転を停止した後に圧電素子の駆動が停止されても、被駆動体５０に急ブレーキが掛かることは無い。なお、非駆動体５０が停止する前であっても、被駆動体５０の減速を始めてから所定時間経過した場合や、被駆動体の回転速度が予め定められた速度以下となった場合には、駆動回路３００は、圧電素子の駆動を停止してもよい。被駆動体５０の減速を始めてから所定時間経過すれば、被駆動体の回転速度は、低くなる。被駆動体の回転速度が予め定められた速度以下であれば、圧電素子の駆動を停止して大きなブレーキ力を掛けても、停止状態との速度差が小さいので、異音が発生し難く、動作も比較的滑らかである。 Between time t6 and t7:
The drive circuit 300 stops driving the piezoelectric elements 110a to 110d. The vibrating body portion 210 stops operating in a state where the protruding portion 20 is in contact with the driven body 50 and does not perform bending vibration or longitudinal vibration. If the driving of the piezoelectric element is stopped while the driven body 50 is rotating, the vibrating body portion 210 stops its operation in a state where the protruding portion 20 is in contact with the driven body 50. 50 suddenly brakes. However, even if the driving of the piezoelectric element is stopped after the driven body 50 stops rotating, the driven body 50 is not suddenly braked. Even before the non-driving body 50 is stopped, when a predetermined time has elapsed since the deceleration of the driven body 50 is started, or when the rotational speed of the driven body is equal to or lower than a predetermined speed. The drive circuit 300 may stop driving the piezoelectric element. If a predetermined time elapses after starting to decelerate the driven body 50, the rotational speed of the driven body decreases. If the rotational speed of the driven body is equal to or lower than a predetermined speed, even if the driving of the piezoelectric element is stopped and a large braking force is applied, the difference in speed from the stopped state is small, so it is difficult for noise to occur. The operation is also relatively smooth.

時刻ｔ７〜ｔ８までの間、時刻ｔ９〜ｔ１０までの間、時刻ｔ１１〜ｔ１２までの間：
駆動回路３００は、２つの圧電素子１１０ｂと１１０ｃを駆動する。振動体部２１０は、屈曲振動し、被駆動体５０を反時計回りに回転させる。 From time t7 to t8, from time t9 to t10, from time t11 to t12:
The drive circuit 300 drives the two piezoelectric elements 110b and 110c. The vibrating body portion 210 bends and vibrates and rotates the driven body 50 counterclockwise.

時刻ｔ８〜ｔ９までの間、時刻ｔ１０〜ｔ１１までの間、時刻ｔ１２〜ｔ１３までの間：
駆動回路３００は、さらに２つの圧電素子１００ａと１００ｄを駆動し、合計４つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｄを駆動する。振動体部２１０は、縦振動し、被駆動体５０の回転をゆっくりと減速させる。なお、時刻ｔ１３に至ると、被駆動体５０は、回転を停止する。 From time t8 to t9, from time t10 to t11, from time t12 to t13:
The drive circuit 300 further drives two piezoelectric elements 100a and 100d, and drives a total of four piezoelectric elements 110a to 110d. The vibrating body part 210 vibrates longitudinally and slowly decelerates the rotation of the driven body 50. Note that when the time t13 is reached, the driven body 50 stops rotating.

＜縦振動の第２の駆動パターン＞
図７は、第２の駆動パターンの説明図である。時刻ｔ０〜ｔ１までの間、時刻ｔ２〜ｔ３までの間、時刻ｔ４〜ｔ５までの間の動作は、第１の駆動パターンで説明した動作と同一であるので、説明を省略する。 <Second drive pattern of longitudinal vibration>
FIG. 7 is an explanatory diagram of the second drive pattern. Since the operation from time t0 to t1, from time t2 to t3, and from time t4 to t5 is the same as the operation described in the first drive pattern, the description is omitted.

時刻ｔ１〜ｔ２までの間、時刻ｔ３〜ｔ４までの間、時刻ｔ５〜ｔ６までの間：
駆動回路３００は、さらに３つの圧電素子１００ｂと１００ｃと１００ｅとを駆動し、合計５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅを駆動する第２の駆動パターンを実行する。図５で説明したように、振動体部２１０は縦振動し、突起部２０は被駆動体５０に間欠的に接触し、被駆動体５０の回転は、ゆっくりと減速する。なお、時刻ｔ６に至ると、被駆動体５０は、回転を停止する。第１の駆動パターンと比較すると、圧電素子１００ｅの縦振動が加わるため、縦振動の割合がさらに大きくなる。そのため、突起部２０が被駆動体５０に接触したときに力Ｎの大きさが大きくなり、摩擦力も大きくなる。その結果、圧電素子の駆動を停止した場合よりは弱いが、第１の駆動パターンよりも強いブレーキを掛けることができる。 From time t1 to t2, from time t3 to t4, from time t5 to t6:
The drive circuit 300 further drives the three piezoelectric elements 100b, 100c, and 100e, and executes a second drive pattern that drives a total of five piezoelectric elements 110a to 110e. As described with reference to FIG. 5, the vibrating body portion 210 vibrates longitudinally, the protrusion 20 contacts the driven body 50 intermittently, and the rotation of the driven body 50 slowly decelerates. Note that when the time t6 is reached, the driven body 50 stops rotating. Compared with the first drive pattern, the longitudinal vibration of the piezoelectric element 100e is applied, so that the ratio of the longitudinal vibration is further increased. Therefore, when the protrusion 20 contacts the driven body 50, the magnitude of the force N increases and the frictional force also increases. As a result, it is possible to apply a brake that is weaker than when the driving of the piezoelectric element is stopped but stronger than the first driving pattern.

時刻ｔ６〜ｔ７までの間：
駆動回路３００は、圧電素子１１０ａ〜１１０ｅの駆動を停止する。振動体部２１０は、突起部２０が被駆動体５０に接触した状態で動作を停止し、屈曲振動も縦振動も行わない。被駆動体５０が回転している最中に圧電素子の駆動が停止されれば、振動体部２１０は、突起部２０が被駆動体５０に接触した状態で動作を停止するので、被駆動体５０に急ブレーキが掛かる。しかし、被駆動体５０が回転を停止した後に圧電素子の駆動が停止されても、被駆動体５０に急ブレーキが掛かることは無い。 Between time t6 and t7:
The drive circuit 300 stops driving the piezoelectric elements 110a to 110e. The vibrating body portion 210 stops operating in a state where the protruding portion 20 is in contact with the driven body 50 and does not perform bending vibration or longitudinal vibration. If the driving of the piezoelectric element is stopped while the driven body 50 is rotating, the vibrating body portion 210 stops its operation in a state where the protruding portion 20 is in contact with the driven body 50. 50 suddenly brakes. However, even if the driving of the piezoelectric element is stopped after the driven body 50 stops rotating, the driven body 50 is not suddenly braked.

時刻ｔ７以降の動作は、被駆動体５０の回転方向が逆になるだけで、時刻ｔ０〜ｔ６までの動作と同じであるので、説明を省略する。   Since the operation after the time t7 is the same as the operation from the time t0 to the time t6 except that the rotation direction of the driven body 50 is reversed, the description thereof is omitted.

＜縦振動の第３の駆動パターン＞
図８は、第３の駆動パターンの説明図である。時刻ｔ０〜ｔ１までの間、時刻ｔ２〜ｔ３までの間、時刻ｔ４〜ｔ５までの間の動作は、第１の駆動パターンで説明した動作と同一であるので、説明を省略する。 <Third drive pattern of longitudinal vibration>
FIG. 8 is an explanatory diagram of the third drive pattern. Since the operation from time t0 to t1, from time t2 to t3, and from time t4 to t5 is the same as the operation described in the first drive pattern, the description is omitted.

時刻ｔ１〜ｔ２までの間、時刻ｔ３〜ｔ４までの間、時刻ｔ５〜ｔ６までの間：
駆動回路３００は、２つの圧電素子１００ａと１００ｄの駆動を停止し、代わりに圧電素子１００ｅのみを駆動する第３の駆動パターンを実行する。図５で説明したように、振動体部２１０は縦振動し、突起部２０は被駆動体５０に間欠的に接触し、被駆動体５０の回転は、ゆっくりと減速する。なお、時刻ｔ６に至ると、被駆動体５０は、回転を停止する。第１の駆動パターンと比較すると、縦振動の振幅の時に駆動される圧電体は１００ｅの１つだけであり、縦振動の振幅が小さくなる。そのため、突起部２０が被駆動体５０に接触したときに力Ｎの大きさが小さくなり、摩擦力も小さくなる。その結果、ブレーキ力は第１の駆動パターンよりもさらに弱くなり、さらにゆっくりとしたブレーキを掛けることができる。なお、被駆動体５０を減速、または停止させようとする場合、第３の駆動パターンでは、屈曲振動が無くなるので、屈曲振動に対する縦振動の比率は、高くなる。 From time t1 to t2, from time t3 to t4, from time t5 to t6:
The drive circuit 300 stops driving the two piezoelectric elements 100a and 100d, and instead executes a third drive pattern that drives only the piezoelectric element 100e. As described with reference to FIG. 5, the vibrating body portion 210 vibrates longitudinally, the protrusion 20 contacts the driven body 50 intermittently, and the rotation of the driven body 50 slowly decelerates. Note that when the time t6 is reached, the driven body 50 stops rotating. Compared to the first drive pattern, only one piezoelectric element 100e is driven when the amplitude of the longitudinal vibration is, and the amplitude of the longitudinal vibration is small. Therefore, when the protrusion 20 contacts the driven body 50, the magnitude of the force N is reduced and the frictional force is also reduced. As a result, the braking force becomes even weaker than that of the first drive pattern, and the brake can be applied more slowly. When the driven body 50 is to be decelerated or stopped, in the third driving pattern, since the bending vibration is eliminated, the ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration is increased.

時刻ｔ７以降の動作は、被駆動体の回転方向が逆になるだけで、時刻ｔ０〜ｔ６までの動作と同じであるので、説明を省略する。   Since the operation after the time t7 is the same as the operation from the time t0 to the time t6 except that the rotation direction of the driven body is reversed, the description thereof is omitted.

以上、本実施形態によれば、被駆動体５０を減速あるいは停止させる場合において、駆動回路は、縦振動の第１の駆動パターン〜第３の駆動パターンの１つを行うことにより、屈曲振動に対する前記縦振動の割合を高くして、減速前よりも接触部２０と被駆動体５０との間の非接触の割合を増加させる。接触部２０と被駆動体５０とが非接触の間は被駆動体５０にブレーキが掛からないので、急ブレーキを掛けずにゆっくりと被駆動体５０を減速または停止できる。   As described above, according to the present embodiment, when the driven body 50 is decelerated or stopped, the drive circuit performs one of the first drive pattern to the third drive pattern of the longitudinal vibration, thereby preventing bending vibration. By increasing the ratio of the longitudinal vibration, the ratio of non-contact between the contact portion 20 and the driven body 50 is increased more than before deceleration. Since the brake is not applied to the driven body 50 while the contact portion 20 and the driven body 50 are not in contact with each other, the driven body 50 can be slowly decelerated or stopped without sudden braking.

上記第１の駆動パターン〜第３の駆動パターンは、１つの減速期間において、タイミングにより使い分けても良い。一例をあげれば、時刻ｔ１からｔ２の間の前半を第１の駆動パターンで駆動し、後半を第３の駆動パターンで駆動しても良い。   The first drive pattern to the third drive pattern may be selectively used according to timing in one deceleration period. For example, the first half between times t1 and t2 may be driven with the first drive pattern, and the second half may be driven with the third drive pattern.

図９は、屈曲振動時に３つの圧電素子を駆動する駆動パターンの説明図である。図９の動作は、時刻ｔ２〜ｔ３の間と、時刻ｔ９〜ｔ１０の間を除き、図７の動作と同じである。また時刻ｔ２〜ｔ３の間と、時刻ｔ９〜ｔ１０の間の動作は、回転方向が逆である点を除き同じ動作なので、時刻ｔ２〜ｔ３の間の動作についてのみ説明する。   FIG. 9 is an explanatory diagram of a drive pattern for driving three piezoelectric elements during bending vibration. The operation of FIG. 9 is the same as the operation of FIG. 7 except between the times t2 and t3 and between the times t9 and t10. The operations between time t2 and t3 and between time t9 and t10 are the same except that the rotation direction is reversed, and therefore only the operation between times t2 and t3 will be described.

時刻ｔ２〜ｔ３の間では、図７に示す実施形態では、駆動回路３００は、圧電素子１００ａ、１００ｄのみを駆動する。これに対し、図９に示す実施形態では、駆動回路３００は、圧電素子１００ａ、１００ｄに加え、圧電素子１００ｅも駆動する。屈曲振動は、縦振動と横振動とを含んでいる。図９に示す実施形態では、圧電素子１００ａ、１００ｄにより生じる屈曲振動（縦振動＋横振動）に圧電素子１００ｅの縦振動が加わるので、全体として屈曲振動の大きさを大きくできる。その結果、圧電駆動装置１０の駆動力を大きく出来る。   Between time t2 and t3, in the embodiment shown in FIG. 7, the drive circuit 300 drives only the piezoelectric elements 100a and 100d. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 9, the drive circuit 300 drives the piezoelectric element 100e in addition to the piezoelectric elements 100a and 100d. Bending vibration includes longitudinal vibration and lateral vibration. In the embodiment shown in FIG. 9, since the longitudinal vibration of the piezoelectric element 100e is added to the bending vibration (longitudinal vibration + lateral vibration) generated by the piezoelectric elements 100a and 100d, the magnitude of the bending vibration can be increased as a whole. As a result, the driving force of the piezoelectric driving device 10 can be increased.

図１０は、被駆動体の減速または停止時に圧電素子の駆動周波数を変える駆動パターンの説明図である。駆動回路３００は、圧電振動体１００の共振周波数と同じ周波数の交流電圧または脈流電圧を印加する。こうすることで、圧電振動体１００を滑らかに屈曲振動又は縦振動させることができる。本実施形態では、被駆動体の減速または停止させようとする場合に、縦振動の駆動周波数を、共振周波数より高くする（図１０（Ａ））または、低くする（図１０（Ｂ））。こうすることで、共振周波数で縦振動させるよりも、縦振動がギクシャクし、接触部２０が被駆動体５０に強く接触する。その結果、圧電駆動装置１０への電圧の印加を停止する場合に比べると弱いが、縦振動を共振周波数で行う場合よりも、強いブレーキを掛けることが出来る。   FIG. 10 is an explanatory diagram of a drive pattern for changing the drive frequency of the piezoelectric element when the driven body is decelerated or stopped. The drive circuit 300 applies an alternating voltage or a pulsating voltage having the same frequency as the resonance frequency of the piezoelectric vibrating body 100. By doing so, the piezoelectric vibrating body 100 can be smoothly flexed or longitudinally oscillated. In the present embodiment, when the driven body is to be decelerated or stopped, the longitudinal vibration drive frequency is set higher than the resonance frequency (FIG. 10A) or lower (FIG. 10B). By doing so, the longitudinal vibration is more jerky than the longitudinal vibration at the resonance frequency, and the contact portion 20 comes into strong contact with the driven body 50. As a result, although it is weaker than when the voltage application to the piezoelectric driving device 10 is stopped, it is possible to apply a stronger brake than when longitudinal vibration is performed at the resonance frequency.

・圧電駆動装置の他の実施形態：
図１１は、本発明の他の実施形態としての圧電駆動装置１０ａの断面図であり、第１実施形態の図１（Ｂ）に対応する図である。この圧電駆動装置１０ａでは、圧電振動体１００が、図１（Ｂ）とは上下を逆にした状態で振動板２００に配置されている。すなわち、ここでは、第２電極１５０が振動板２００に近く、基板１２０が振動板２００から最も遠くなるように配置されている。なお、図１１においても、図１（Ｂ）と同様に、第２電極１５０ａ〜１５０ｅの間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）と、第１電極１３０及び第２電極１５０ａ〜１５０ｅと駆動回路との間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）とは、図示が省略されている。この圧電駆動装置１０ａも、第１実施形態と同様な効果を達成することができる。 -Other embodiments of the piezoelectric drive:
FIG. 11 is a cross-sectional view of a piezoelectric driving device 10a as another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 1B of the first embodiment. In the piezoelectric driving device 10a, the piezoelectric vibrating body 100 is disposed on the diaphragm 200 in a state where the top and bottom of FIG. That is, here, the second electrode 150 is disposed close to the diaphragm 200 and the substrate 120 is disposed farthest from the diaphragm 200. In FIG. 11 as well, as in FIG. 1B, wiring (or wiring layer and insulating layer) for electrical connection between the second electrodes 150a to 150e, the first electrode 130, and the second electrode Illustration of wirings (or wiring layers and insulating layers) for electrical connection between 150a to 150e and the drive circuit is omitted. This piezoelectric drive device 10a can also achieve the same effect as that of the first embodiment.

図１２（Ａ）は、本発明の更に他の実施形態としての圧電駆動装置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１２（Ａ）、（Ｂ）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１２（Ａ）の圧電駆動装置１０ｂでは、２組の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃが省略されている。この圧電駆動装置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。本実施形態では、被駆動体５０を減速あるいは停止させる場合には、圧電素子１００ｅのみ駆動すればよい。   FIG. 12A is a plan view of a piezoelectric driving device 10b as still another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 1A of the first embodiment. 12A and 12B, for convenience of illustration, the connection part 220 and the attachment part 230 of the diaphragm 200 are not shown. In the piezoelectric driving device 10b of FIG. 12A, the two pairs of second electrodes 150b and 150c are omitted. The piezoelectric driving device 10b can also rotate the rotor 50 in one direction z as shown in FIG. In the present embodiment, when the driven body 50 is decelerated or stopped, only the piezoelectric element 100e needs to be driven.

図１２（Ｂ）は、本発明の更に他の実施形態としての圧電駆動装置１０ｃの平面図である。この圧電駆動装置１０ｃでは、図１（Ａ）の中央の第２電極１５０ｅが省略されており、他の４つの第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄが２行×２列に配置され、図１（Ａ）よりも大きな面積に形成されている。この圧電駆動装置１０ｃも、第１実施形態とほぼ同様な効果を達成することができる。本実施形態では、被駆動体５０を減速あるいは停止させる場合には、圧電素子１００ａ〜１００ｄを駆動すればよい。   FIG. 12B is a plan view of a piezoelectric driving device 10c as still another embodiment of the present invention. In the piezoelectric driving device 10c, the second electrode 150e at the center of FIG. 1A is omitted, and the other four second electrodes 150a, 150b, 150c, and 150d are arranged in 2 rows × 2 columns. It is formed in an area larger than 1 (A). This piezoelectric drive device 10c can also achieve substantially the same effect as in the first embodiment. In the present embodiment, when the driven body 50 is decelerated or stopped, the piezoelectric elements 100a to 100d may be driven.

・圧電駆動装置を用いた装置の実施形態：
上述した圧電駆動装置１０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１０は、例えば、ロボット、電子部品搬送装置（ＩＣハンドラー）、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。 -Embodiments of a device using a piezoelectric drive:
The piezoelectric drive device 10 described above can apply a large force to the driven body by utilizing resonance, and can be applied to various devices. The piezoelectric driving device 10 is, for example, a robot, an electronic component conveying device (IC handler), a dosing pump, a calendar feeding device for a clock, or a printing device (for example, a paper feeding mechanism. However, in a piezoelectric driving device used for a head, vibration is used. Since the plate does not resonate, it cannot be applied to the head. Hereinafter, representative embodiments will be described.

図１３は、上述の圧電駆動装置１０を利用したロボット２０５０の一例を示す説明図である。ロボット２０５０は、複数本のリンク部２０１２（「リンク部材」とも呼ぶ）と、それらリンク部２０１２の間を回動又は屈曲可能な状態で接続する複数の関節部２０２０とを備えたアーム２０１０（「腕部」とも呼ぶ）を有している。それぞれの関節部２０２０には、上述した圧電駆動装置１０が内蔵されており、圧電駆動装置１０を用いて関節部２０２０を任意の角度だけ回動又は屈曲させることが可能である。アーム２０１０の先端には、ロボットハンド２０００が接続されている。ロボットハンド２０００は、一対の把持部２００３を備えている。ロボットハンド２０００にも圧電駆動装置１０が内蔵されており、圧電駆動装置１０を用いて把持部２００３を開閉して物を把持することが可能である。また、ロボットハンド２０００とアーム２０１０との間にも圧電駆動装置１０が設けられており、圧電駆動装置１０を用いてロボットハンド２０００をアーム２０１０に対して回転させることも可能である。   FIG. 13 is an explanatory view showing an example of a robot 2050 using the piezoelectric driving device 10 described above. The robot 2050 includes a plurality of link portions 2012 (also referred to as “link members”) and an arm 2010 (“a” that includes a plurality of joint portions 2020 that connect the link portions 2012 in a rotatable or bendable state. It is also called “arm”. Each joint portion 2020 includes the above-described piezoelectric drive device 10, and the joint portion 2020 can be rotated or bent by an arbitrary angle using the piezoelectric drive device 10. A robot hand 2000 is connected to the tip of the arm 2010. The robot hand 2000 includes a pair of grip portions 2003. The robot hand 2000 also has a built-in piezoelectric driving device 10, and the piezoelectric driving device 10 can be used to open and close the gripping unit 2003 to grip an object. The piezoelectric drive device 10 is also provided between the robot hand 2000 and the arm 2010, and the robot hand 2000 can be rotated with respect to the arm 2010 using the piezoelectric drive device 10.

図１４は、図１３に示したロボット２０５０の手首部分の説明図である。手首の関節部２０２０は、手首回動部２０２２を挟持しており、手首回動部２０２２に手首のリンク部２０１２が、手首回動部２０２２の中心軸Ｏ周りに回動可能に取り付けられている。手首回動部２０２２は、圧電駆動装置１０を備えており、圧電駆動装置１０は、手首のリンク部２０１２及びロボットハンド２０００を中心軸Ｏ周りに回動させる。ロボットハンド２０００には、複数の把持部２００３が立設されている。把持部２００３の基端部はロボットハンド２０００内で移動可能となっており、この把持部２００３の根元の部分に圧電駆動装置１０が搭載されている。このため、圧電駆動装置１０を動作させることで、把持部２００３を移動させて対象物を把持することができる。   FIG. 14 is an explanatory diagram of the wrist portion of the robot 2050 shown in FIG. The wrist joint portion 2020 sandwiches the wrist rotating portion 2022, and the wrist link portion 2012 is attached to the wrist rotating portion 2022 so as to be rotatable around the central axis O of the wrist rotating portion 2022. . The wrist rotation unit 2022 includes the piezoelectric driving device 10, and the piezoelectric driving device 10 rotates the wrist link unit 2012 and the robot hand 2000 around the central axis O. The robot hand 2000 is provided with a plurality of gripping units 2003. The proximal end portion of the grip portion 2003 can be moved in the robot hand 2000, and the piezoelectric driving device 10 is mounted on the base portion of the grip portion 2003. For this reason, by operating the piezoelectric driving device 10, it is possible to move the gripping part 2003 and grip the object.

なお、ロボットとしては、単腕のロボットに限らず、腕の数が２以上の多腕ロボットにも圧電駆動装置１０を適用可能である。ここで、手首の関節部２０２０やロボットハンド２０００の内部には、圧電駆動装置１０の他に、力覚センサーやジャイロセンサー等の各種装置に電力を供給する電力線や、信号を伝達する信号線等が含まれ、非常に多くの配線が必要になる。従って、関節部２０２０やロボットハンド２０００の内部に配線を配置することは非常に困難だった。しかしながら、上述した実施形態の圧電駆動装置１０は、通常の電動モーターや、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流を小さくできるので、関節部２０２０（特に、アーム２０１０の先端の関節部）やロボットハンド２０００のような小さな空間でも配線を配置することが可能になる。   The robot is not limited to a single-arm robot, and the piezoelectric driving device 10 can be applied to a multi-arm robot having two or more arms. Here, inside the wrist joint 2020 and the robot hand 2000, in addition to the piezoelectric driving device 10, a power line for supplying power to various devices such as a force sensor and a gyro sensor, a signal line for transmitting a signal, and the like And requires a lot of wiring. Therefore, it is very difficult to arrange the wiring inside the joint portion 2020 and the robot hand 2000. However, since the piezoelectric drive device 10 of the above-described embodiment can reduce the drive current compared to a normal electric motor or a conventional piezoelectric drive device, the joint portion 2020 (particularly, the joint portion at the tip of the arm 2010) or a robot hand. Wiring can be arranged even in a small space such as 2000.

図１５は、上述の圧電駆動装置１０を利用した送液ポンプ２２００の一例を示す説明図である。送液ポンプ２２００は、ケース２２３０内に、リザーバー２２１１と、チューブ２２１２と、圧電駆動装置１０と、ローター２２２２と、減速伝達機構２２２３と、カム２２０２と、複数のフィンガー２２１３、２２１４、２２１５、２２１６、２２１７、２２１８、２２１９と、が設けられている。リザーバー２２１１は、輸送対象である液体を収容するための収容部である。チューブ２２１２は、リザーバー２２１１から送り出される液体を輸送するための管である。圧電駆動装置１０の突起部２０は、ローター２２２２の側面に押し付けた状態で設けられており、圧電駆動装置１０がローター２２２２を回転駆動する。ローター２２２２の回転力は減速伝達機構２２２３を介してカム２２０２に伝達される。フィンガー２２１３から２２１９はチューブ２２１２を閉塞させるための部材である。カム２２０２が回転すると、カム２２０２の突起部２２０２Ａによってフィンガー２２１３から２２１９が順番に放射方向外側に押される。フィンガー２２１３から２２１９は、輸送方向上流側（リザーバー２２１１側）から順にチューブ２２１２を閉塞する。これにより、チューブ２２１２内の液体が順に下流側に輸送される。こうすれば、極く僅かな量を精度良く送液可能で、しかも小型な送液ポンプ２２００を実現することができる。なお、各部材の配置は図示されたものには限られない。また、フィンガーなどの部材を備えず、ローター２２２２に設けられたボールなどがチューブ２２１２を閉塞する構成であってもよい。上記のような送液ポンプ２２００は、インシュリンなどの薬液を人体に投与する投薬装置などに活用できる。ここで、上述した実施形態の圧電駆動装置１０を用いることにより、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流が小さくなるので、投薬装置の消費電力を抑制することができる。従って、投薬装置を電池駆動する場合は、特に有効である。   FIG. 15 is an explanatory view showing an example of a liquid feed pump 2200 using the piezoelectric driving device 10 described above. The liquid feed pump 2200 includes a reservoir 2211, a tube 2212, the piezoelectric driving device 10, a rotor 2222, a deceleration transmission mechanism 2223, a cam 2202, a plurality of fingers 2213, 2214, 2215, 2216, and a case 2230. 2217, 2218, and 2219 are provided. The reservoir 2211 is a storage unit for storing a liquid to be transported. The tube 2212 is a tube for transporting the liquid sent out from the reservoir 2211. The protrusion 20 of the piezoelectric driving device 10 is provided in a state of being pressed against the side surface of the rotor 2222, and the piezoelectric driving device 10 rotationally drives the rotor 2222. The rotational force of the rotor 2222 is transmitted to the cam 2202 via the deceleration transmission mechanism 2223. Fingers 2213 to 2219 are members for closing the tube 2212. When the cam 2202 rotates, the fingers 2213 to 2219 are sequentially pushed outward in the radial direction by the protrusion 2202A of the cam 2202. The fingers 2213 to 2219 close the tube 2212 in order from the upstream side in the transport direction (reservoir 2211 side). Thereby, the liquid in the tube 2212 is transported to the downstream side in order. In this way, it is possible to realize a small liquid feed pump 2200 that can deliver an extremely small amount with high accuracy and that is small. In addition, arrangement | positioning of each member is not restricted to what was illustrated. Further, a member such as a finger may not be provided, and a ball or the like provided on the rotor 2222 may close the tube 2212. The liquid feed pump 2200 as described above can be used for a medication device that administers a drug solution such as insulin to the human body. Here, by using the piezoelectric driving device 10 according to the above-described embodiment, the driving current is smaller than that of the conventional piezoelectric driving device, so that the power consumption of the dosing device can be suppressed. Therefore, it is particularly effective when the medication apparatus is battery-driven.

・変形例：
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。 ・ Modification:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

・変形例１：
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。 ・ Modification 1:
In the above embodiment, the first electrode 130, the piezoelectric body 140, and the second electrode 150 are formed on the substrate 120. However, the substrate 120 is omitted, and the first electrode 130 and the piezoelectric material are formed on the vibration plate 200. The body 140 and the second electrode 150 may be formed.

・変形例２：
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。 Modification 2
In the above embodiment, one piezoelectric vibrating body 100 is provided on each of both surfaces of the vibration plate 200, but one of the piezoelectric vibrating bodies 100 can be omitted. However, providing the piezoelectric vibrating bodies 100 on both surfaces of the diaphragm 200 is preferable in that it is easier to deform the diaphragm 200 into a meandering shape bent in the plane.

上記各実施形態では、圧電素子として、成膜プロセスにより形成した圧電体を用いるものを例に取り説明したが、圧電体は、バルクの圧電体であってもよい。   In each of the above embodiments, the piezoelectric element using a piezoelectric body formed by a film forming process has been described as an example. However, the piezoelectric body may be a bulk piezoelectric body.

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。   The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、…圧電駆動装置
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…圧電振動体
１１０ａ、１１０ｂ、１１ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ…圧電素子
１２０…基板
１２５…絶縁層
１３０…第１電極
１４０…圧電体
１５０、１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅ…第２電極
１５１、１５２…配線
２００…振動板
２０１…振動体部（振動板）の中心
２０２…中心線
２１０…振動体部
２２０…接続部
２３０…取付部
２４０…ネジ
３００…駆動回路
３１０、３１２、３１４、３２０…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 10, 10a, 10b, 10c, 10d,... Piezoelectric drive device 12 ... Tube 20 ... Projection (contact part, action part)
50 ... Rotor (driven body)
51 ... Center of driven body 100 ... Piezoelectric vibrator 110a, 110b, 11c, 110d, 110e ... Piezoelectric element 120 ... Substrate 125 ... Insulating layer 130 ... First electrode 140 ... Piezoelectric body 150, 150a, 150b, 150c, 150d, 150e ... second electrode 151, 152 ... wiring 200 ... diaphragm 201 ... center of vibrating body part (vibrating plate) 202 ... center line 210 ... vibrating body part 220 ... connecting part 230 ... mounting part 240 ... screw 300 ... driving circuit 310 , 312, 314, 320 ... wiring 2000 ... robot hand 2003 ... gripping part 2010 ... arm 2012 ... link part 2020 ... joint part 2022 ... wrist rotating part 2050 ... robot 2200 ... liquid feed pump 2202 ... cam 2202A ... projection part 2211 ... Reservoir 2212 ... Tube 2213 ... Finger 22 22 ... Rotor 2223 ... Deceleration transmission mechanism 2230 ... Case

Claims (10)

複数の圧電素子を有する圧電振動体と、
前記圧電振動体に設けられ、被駆動体に接触する接触部と、
前記複数の圧電素子を駆動する駆動回路と、
を備え、
前記駆動回路は、
前記圧電振動体を屈曲させることにより、前記被駆動体を駆動させることが可能な屈曲振動と、
前記屈曲振動による前記圧電振動体の屈曲よりも、前記圧電振動体の屈曲が小さく、前記被駆動体と前記接触部とが接触および非接触を繰り返す縦振動と、を実行可能であり、
前記被駆動体を減速するときには、減速中における前記屈曲振動に対する前記縦振動の割合が、減速前における前記屈曲振動に対する前記縦振動の割合よりも高くなるように前記複数の圧電素子を駆動する、
圧電駆動装置。 A piezoelectric vibrator having a plurality of piezoelectric elements;
A contact portion provided on the piezoelectric vibrating body and in contact with the driven body;
A drive circuit for driving the plurality of piezoelectric elements;
With
The drive circuit is
Bending vibration capable of driving the driven body by bending the piezoelectric vibrating body;
Longitudinal vibration in which bending of the piezoelectric vibrating body is smaller than bending of the piezoelectric vibrating body due to the bending vibration, and the driven body and the contact portion repeat contact and non-contact, and can be executed.
When decelerating the driven body, the plurality of piezoelectric elements are driven such that a ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration during deceleration is higher than a ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration before deceleration.
Piezoelectric drive device. 請求項１に記載の圧電駆動装置において、
前記駆動回路は、前記被駆動体を停止させる時には、前記圧電振動体を縦振動させる、圧電駆動装置。 The piezoelectric drive device according to claim 1,
The drive circuit is a piezoelectric drive device that causes the piezoelectric vibrating body to vibrate longitudinally when the driven body is stopped. 請求項１または２に記載の圧電駆動装置において、
前記圧電振動体は、２行×２列に配置された４個の圧電素子を有し、
前記駆動回路は、
前記４個の圧電素子のうちの第１の対角に配置された２個の圧電素子を駆動することで、前記被駆動体を第１の方向に駆動させる屈曲振動を実行し、
前記４個の圧電素子のうちの前記第１の対角とは異なる第２の対角に配置された２個の圧電素子を駆動することで、前記被駆動体を前記第１の方向と逆方向である第２の方向に駆動させる屈曲振動を実行し、
前記４個の圧電素子を駆動することで、前記縦振動を実行する、
圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to claim 1 or 2,
The piezoelectric vibrating body has four piezoelectric elements arranged in 2 rows × 2 columns,
The drive circuit is
By driving two piezoelectric elements arranged in a first diagonal among the four piezoelectric elements, a bending vibration for driving the driven body in a first direction is executed,
By driving two piezoelectric elements arranged at a second diagonal different from the first diagonal among the four piezoelectric elements, the driven body is opposite to the first direction. Performing a bending vibration to be driven in the second direction,
The longitudinal vibration is executed by driving the four piezoelectric elements.
Piezoelectric drive device. 請求項１または２に記載の圧電駆動装置において、
前記圧電振動体は、前記圧電振動体の幅方向の中央に配置された第１の圧電素子と、前記圧電振動体の四隅に配置された４個の第２の圧電素子の計５個の圧電素子を有し、
前記駆動回路は、
前記４個の第２の圧電素子のうちの第１の対角に配置された２個の第２の圧電素子を駆動することで、前記被駆動体を第１の方向に駆動させる屈曲振動を実行し、
前記４個の第２の圧電素子のうちの前記第１の対角とは異なる第２の対角に配置された２個の第２の圧電素子を駆動することで、前記被駆動体を前記第１の方向と逆方向である第２の方向に駆動させる屈曲振動を実行し、
前記第１の圧電素子と、前記４個の第２の圧電素子と、のうちの少なくとも一方の圧電素子を駆動することで、前記縦振動を実行する、
圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to claim 1 or 2,
The piezoelectric vibrating body includes a total of five piezoelectric elements including a first piezoelectric element arranged at the center in the width direction of the piezoelectric vibrating body and four second piezoelectric elements arranged at four corners of the piezoelectric vibrating body. Having elements,
The drive circuit is
By driving two second piezoelectric elements arranged at the first diagonal of the four second piezoelectric elements, bending vibration that drives the driven body in the first direction is generated. Run,
By driving two second piezoelectric elements arranged at a second diagonal different from the first diagonal among the four second piezoelectric elements, the driven body is Performing a bending vibration that is driven in a second direction that is opposite to the first direction;
The longitudinal vibration is executed by driving at least one of the first piezoelectric element and the four second piezoelectric elements.
Piezoelectric drive device. 請求項４に記載の圧電駆動装置において、
前記駆動回路は、
前記４個の第２の圧電素子のうちの第１の対角に配置された２個の第２の圧電素子と、前記第１の圧電素子と、を駆動することで、前記被駆動体を第１の方向に駆動させる屈曲振動を実行し、
前記４個の第２の圧電素子のうちの前記第１の対角とは異なる第２の対角に配置された２個の第２の圧電素子と、前記第１の圧電素子と、を駆動することで、前記被駆動体を前記第１の方向と逆方向である第２の方向に駆動させる屈曲振動を実行する、圧電駆動装置。 The piezoelectric drive device according to claim 4.
The drive circuit is
The driven body is driven by driving the two second piezoelectric elements arranged at the first diagonal of the four second piezoelectric elements and the first piezoelectric element. Performing flexural vibrations driven in a first direction;
Drives two second piezoelectric elements arranged at a second diagonal different from the first diagonal of the four second piezoelectric elements, and the first piezoelectric element Thus, a piezoelectric driving device that executes bending vibration that drives the driven body in a second direction that is opposite to the first direction. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電駆動装置において、
前記被駆動体を減速または停止させる場合には、前記駆動回路は、前記被駆動体の駆動時と異なる周波数の電圧を印加して前記縦振動を実行する、圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 5,
When the driven body is decelerated or stopped, the drive circuit applies the voltage having a frequency different from that when the driven body is driven to execute the longitudinal vibration. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電駆動装置において、
前記駆動回路は、前記被駆動体の減速を始めてから所定の時間が経過した場合、あるいは、前記被駆動体の速度が所定の速度以下となった場合には、前記圧電振動体の縦振動を停止する、圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 6,
When a predetermined time has elapsed since the start of deceleration of the driven body, or when the speed of the driven body is equal to or lower than a predetermined speed, the drive circuit performs longitudinal vibration of the piezoelectric vibrating body. A piezoelectric drive that stops. 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１〜７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。 A plurality of link portions and a joint portion connecting the plurality of link portions;
The piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 7, wherein the plurality of link portions are rotated by the joint portions;
Robot equipped with. 請求項８に記載のロボットの駆動方法であって
前記複数の圧電素子の少なくとも一部を駆動することで前記複数のリンク部を前記関節部で回動させ、
前記複数のリンク部の前記関節部での回動を減速するときには、減速中における前記屈曲振動に対する前記縦振動の割合が、減速前における前記屈曲振動に対する前記縦振動の割合よりも高くなるように前記複数の圧電素子を駆動する、ロボットの駆動方法。 The robot driving method according to claim 8, wherein the plurality of link parts are rotated by the joint parts by driving at least a part of the plurality of piezoelectric elements,
When decelerating the rotation of the plurality of link portions at the joint, the ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration during deceleration is higher than the ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration before deceleration. A robot driving method for driving the plurality of piezoelectric elements. 請求項１〜７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、
前記被駆動体を減速するときには、減速中における前記屈曲振動に対する前記縦振動の割合が、減速前における前記屈曲振動に対する前記縦振動の割合よりも高くなるように前記複数の圧電素子を駆動する、
圧電駆動装置の駆動方法。 It is a drive method of the piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 7,
When decelerating the driven body, the plurality of piezoelectric elements are driven such that a ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration during deceleration is higher than a ratio of the longitudinal vibration to the bending vibration before deceleration.
Driving method of the piezoelectric driving device.

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