(57)【要約】【課題】複数の圧電素子のうちの一部の圧電素子が故障しても、残りの圧電素子を駆動することができる圧電アクチュエーターを提供すること、また、かかる圧電アクチュエーターを備える圧電モーター、ロボット、ハンドおよびポンプを提供すること。【解決手段】被駆動部に伝達する駆動力を発生させる複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれに電力を供給する電力供給部と、を備え、前記複数の圧電素子が電気的に並列に接続されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動部に伝達する駆動力を発生させる複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子のそれぞれに電力を供給する電力供給部と、を備え、
前記電力供給部に対し前記複数の圧電素子がそれぞれ電気的に並列に接続されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項２】
前記複数の圧電素子が積層されている請求項１に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項３】
積層された前記複数の圧電素子を複数組備える請求項２に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項４】
前記駆動力は前記被駆動部を回転させる力である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項５】
前記複数の圧電素子とともに電気的に並列に接続されているコイルを備える請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項６】
前記コイルのインダクタンスが可変である請求項５に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする圧電モーター。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とするロボット。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とするハンド。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボット、ハンドおよびポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の圧電素子を備える圧電アクチュエーターが知られている（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１に記載の圧電アクチュエーターは、複数の圧電素子を有する圧電アクチュエーター本体と、この圧電アクチュエーター本体の端部に設けられた伝達体と、を備え、複数の圧電素子が電気的に直列に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１１５５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の圧電アクチュエーターでは、複数の圧電素子が電気的に直列に接続されているため、１つの圧電素子が故障しただけで、他の圧電素子も駆動することができず、その結果、伝達体を駆動することができないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、複数の圧電素子のうちの一部の圧電素子が故障しても、残りの圧電素子を駆動することができる圧電アクチュエーターを提供すること、また、かかる圧電アクチュエーターを備える圧電モーター、ロボット、ハンドおよびポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の圧電アクチュエーターは、被駆動部に伝達する駆動力を発生させる複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子のそれぞれに電力を供給する電力供給部と、を備え、
前記電力供給部に対し前記複数の圧電素子がそれぞれ電気的に並列に接続されていることを特徴とする。
【０００７】
このような圧電アクチュエーターによれば、複数の圧電素子のうちの一部の圧電素子が断線等により故障しても、残りの圧電素子を駆動して被駆動部に駆動力を伝達することができる。
【０００８】
本発明の圧電アクチュエーターでは、前記複数の圧電素子が積層されていることが好ましい。
【０００９】
これにより、被駆動部の一箇所に対して大きな駆動力を伝達することができる。また、一部の圧電素子が故障しても、その故障した圧電素子を残りの圧電素子の駆動に伴って駆動することができる。
【００１０】
本発明の圧電アクチュエーターでは、積層された前記複数の圧電素子を複数組備えることが好ましい。
これにより、被駆動部の複数箇所に対して駆動力を伝達することができる。
【００１１】
本発明の圧電アクチュエーターでは、前記駆動力は前記被駆動部を回転させる力であることが好ましい。
これにより、被駆動部を回転させることができる。
【００１２】
本発明の圧電アクチュエーターでは、前記複数の圧電素子とともに電気的に並列に接続されているコイルを備えることが好ましい。
【００１３】
これにより、複数の圧電素子が電気的に並列に接続されていることによる電圧効果を低減することができる。
【００１４】
本発明の圧電アクチュエーターでは、前記コイルのインダクタンスが可変であることが好ましい。
【００１５】
これにより、複数の圧電素子のうちの一部の圧電素子が故障しても、コイルのインダクタンスを調整することで、残りの複数の圧電素子が電気的に並列に接続されていることによる電圧効果を低減することができる。
【００１６】
本発明の圧電モーターは、本発明の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する圧電モーターを提供することができる。
【００１７】
本発明のロボットは、本発明の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有するロボットを提供することができる。
【００１８】
本発明のハンドは、本発明の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有するハンドを提供することができる。
【００１９】
本発明のポンプは、本発明の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有するポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエーターの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す圧電アクチュエーターが備える圧電振動体を示す平面図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１に示す圧電アクチュエーターが備える複数の圧電素子の接続状態を示す図である。
【図５】図２に示す圧電振動体の動作を説明する図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターが備える複数の圧電素子の接続状態を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエーターが備える圧電振動体を示す断面図である。
【図８】本発明の圧電モーターの実施形態を示す概略斜視図である。
【図９】本発明のロボットの実施形態を示す概略斜視図である。
【図１０】図９に示すロボットが備えるハンドを説明する概略図である。
【図１１】本発明のポンプの実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボット、ハンドおよびポンプを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
１．圧電アクチュエーター
まず、本発明の圧電アクチュエーターの実施形態について説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエーターの全体構成を示す概略図である。図２は、図１に示す圧電アクチュエーターが備える圧電振動体を示す平面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図１に示す圧電アクチュエーターが備える複数の圧電素子の接続状態を示す図である。図５は、図２に示す圧電振動体の動作を説明する図である。
【００２４】
図１に示す圧電アクチュエーター１は、図示しない被駆動部に与える駆動力を発生する複数の圧電振動体１０と、複数の圧電振動体１０を駆動する駆動回路２０と、を有している。以下、圧電アクチュエーター１の各部を順次説明する。
【００２５】
（圧電振動体）
複数の圧電振動体１０は、互いに同様に構成されている。また、図１に示すように、複数の圧電振動体１０は、電気的に並列に接続されている。圧電振動体１０の数は、図示では４つ以上であるが、これに限定されず、２つ、３つまたは５つ以上であってもよい。
【００２６】
図２に示す圧電振動体１０は、図３に示すように、２つの圧電素子ユニット１１と、２つの圧電素子ユニット１１を互いに接合している接着層１２と、２つの圧電素子ユニット１１に跨って設けられている凸部材１３と、を有している。ここで、２つの圧電素子ユニット１１は、接着層１２に対して対称（図３中の上下対称）に構成され、互いに同様の構成を有する。
【００２７】
各圧電素子ユニット１１は、基板１４と、基板１４上に設けられている複数の圧電素子１５と、複数の圧電素子１５を覆っている保護層１６と、を有する。
【００２８】
基板１４は、図２に示すように、駆動部１４１と、固定部１４２と、これらを接続している１対の接続部１４３と、を有する。本実施形態では、駆動部１４１は、基板１４の厚さ方向から見た平面視（以下、単に「平面視」ともいう）で、長方形をなしている。また、固定部１４２は、平面視で駆動部１４１の長手方向での一端側の部分の外周に沿って、駆動部１４１に対して離間して設けられている。また、１対の接続部１４３は、駆動部１４１の幅方向（長手方向に対して直交する方向）での両側に配置されている。そして、１対の接続部１４３は、駆動部１４１の長手方向での中央部と固定部１４２とを接続している。なお、駆動部１４１の所望の変形または振動が可能であれば、駆動部１４１、固定部１４２および１対の接続部１４３の形状や配置等は、前述したものに限定されない。例えば、固定部１４２が接続部１４３ごとに分離して設けられていてもよい。また、接続部１４３の数、形状および配置等も任意である。
【００２９】
基板１４としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。また、図示しないが、基板１４の圧電素子１５側の面には、絶縁層が設けられている。この絶縁層は、特に限定されないが、例えば、基板１４としてシリコン基板を用いる場合、当該シリコン基板の表面を熱酸化することにより形成することができる。
【００３０】
このような基板１４の駆動部１４１上には、複数の圧電素子１５が配置されている。本実施形態では、複数の圧電素子１５は、４つの駆動用の圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｆおよび１つの検出用の圧電素子１５ｅからなる。ここで、複数の圧電振動体１０が有する駆動用の圧電素子１５ａ、１５ｃは、駆動部に伝達する駆動力を発生させる「複数の圧電素子」である。また、複数の圧電振動体１０が有する駆動用の圧電素子１５ｂ、１５ｄも、駆動部に伝達する駆動力を発生させる「複数の圧電素子」である。また、複数の圧電振動体１０が有する駆動用の圧電素子１５ｆも、駆動部に伝達する駆動力を発生させる「複数の圧電素子」である。
【００３１】
圧電素子１５ｆは、駆動部１４の幅方向での中央部において、駆動部１４の長手方向に沿って配置されている。この圧電素子１５ｆに対して駆動部１４の幅方向での一方側には、圧電素子１５ａ、１５ｂが配置され、他方側には、圧電素子１５ｃ、１５ｄが配置されている。圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、駆動部１４１の長手方向および幅方向に沿って分割した４つの領域に対応して配置されている。本実施形態では、圧電素子１５ａ、１５ｂが、駆動部１４１の幅方向での一方側に配置され、圧電素子１５ｃ、１５ｄが、駆動部１４１の幅方向での他方側に配置されている。また、圧電素子１５ａ、１５ｃが、駆動部１４１の長手方向での一方側に配置され、圧電素子１５ｂ、１５ｄが、駆動部１４１の長手方向での他方側に配置されている。また、圧電素子１５ｅは、駆動部１４１の幅方向での一方側において、圧電素子１５ａに対して圧電素子１５ｂとは反対側に配置されている。なお、圧電素子１５ｅの配置は、図示のものに限定されない。
【００３２】
このように配置された圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆは、それぞれ、基板１４上に設けられている第１電極１５１と、第１電極１５１上に設けられている圧電体１５２と、圧電体１５２上に設けられている第２電極１５３と、を有している。
【００３３】
第１電極１５１は、圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆに共通して設けられている共通電極である。一方、第２電極１５３は、圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆごとに個別に設けられている個別電極である。本実施形態では、圧電体１５２は、圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｆごとに個別に設けられているが、圧電素子１５ａ、１５ｅに共通して設けられている。なお、圧電体１５２は、圧電素子１５ａ、１５ｅごとに個別に設けられていてもよいし、圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆに共通して一体的に設けられていてもよい。
【００３４】
ここで、複数の第２電極１５３は、圧電素子１５ａに対応して設けられている第２電極１５３ａ、圧電素子１５ｂに対応して設けられている第２電極１５３ｂ、圧電素子１５ｃに対応して設けられている第２電極１５３ｃ、圧電素子１５ｄに対応して設けられている第２電極１５３ｄ、圧電素子１５ｅに対応して設けられている第２電極１５３ｅ、および、圧電素子１５ｆに対応して設けられている第２電極１５３ｆからなる。
【００３５】
第２電極１５３ａと第２電極１５３ｄは、図示しない配線を介して電気的に接続されている。同様に、第２電極１５３ｂと第２電極１５３ｃは、図示しない配線を介して電気的に接続されている。また、第２電極１５３上や上記２つの配線間等には、図示しないＳｉＯ２膜等の絶縁膜が適宜設けられている。また、第１電極１５１は、図示しない配線を介して接地（グランド電位に接続）されている。また、２つの圧電素子ユニット１１の第１電極１５１同士、第２電極１５３ａ同士または第２電極１５３ｄ同士、第２電極１５３ｂ同士または第２電極１５３ｃ同士、および、第２電極１５３ｆ同士は、それぞれ、図示しない配線を介して電気的に接続されている。
【００３６】
このような配線により、圧電振動体１０が有する２つの圧電素子ユニット１１は、図４に示すように、圧電素子１５ａ、１５ｄ同士が電気的に並列に接続されている。同様に、圧電振動体１０が有する２つの圧電素子ユニット１１は、圧電素子１５ｂ、１５ｃ同士が電気的に並列に接続されている。また、圧電振動体１０が有する２つの圧電素子ユニット１１は、圧電素子１５ｆ同士が電気的に並列に接続されている。また、図１に示すように、複数の圧電振動体１０は、駆動用の圧電素子１５ａ、１５ｄ同士が電気的に並列に接続されている。また、複数の圧電振動体１０は、圧電素子１５ｂ、１５ｃ同士が電気的に並列に接続されている。また、複数の圧電振動体１０は、圧電素子１５ｆ同士が電気的に並列に接続されている。
【００３７】
このような第１電極１５１および第２電極１５３のそれぞれの構成材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料が用いられる。また、第１電極１５１および第２電極１５３は、それぞれ、スパッタリングにより形成することができる。
【００３８】
圧電体１５２は、駆動部１４１の厚さ方向に沿った方向の電界が印加されることにより駆動部１４１の長手方向に沿った方向に伸縮するように構成されている。このような圧電体１５２の構成材料としては、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、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電セラミックスを用いることができる。圧電セラミックスで構成された圧電体１５２は、例えば、バルク材料から形成してもよいし、ゾル−ゲル法を用いて形成してもよい。なお、圧電体１５２の構成材料としては、ポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いてもよい。
【００３９】
以上のような構成の複数の圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ上には、これらを一括して覆うように保護層１６が設けられている。この保護層１６の構成材料としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。また、保護層１６は、例えば、スピンコート法を用いて形成することができる。
【００４０】
また、前述したような第１電極１５１、圧電体１５２、第２電極１５３および保護層１６からなる積層体は、基板１４の固定部１４２上にも配置されている。これにより、接着層１２を介して２つの圧電素子ユニット１１を安定的に接合することができる。
【００４１】
以上説明したような構成の２つの圧電素子ユニット１１の保護層１６同士は、接着層１２を介して接合されている。接着層１２としては、例えば、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００４２】
このようにして、２つの圧電素子ユニット１１の圧電素子１５が積層されている。これにより、被駆動部の一箇所に対して大きな駆動力を伝達することができる。また、一方の圧電素子ユニット１１の圧電素子１５が故障しても、その故障した圧電素子ユニット１１の圧電素子１５を残りの圧電素子ユニット１１の圧電素子１５の駆動に伴って駆動することができる。
【００４３】
また、２つの圧電素子ユニット１１の駆動部１４１の固定部１４２とは反対側の端部には、凸部材１３が例えば接着剤により固定されている。本実施形態では、凸部材１３は、円筒状をなし、その円筒面の一部が駆動部１４１から突出して設けられている。凸部材１３の構成材料としては、耐摩耗性に優れた材料が好ましく、例えば、セラミックス等が挙げられる。なお、凸部材１３の形状は、駆動力を被駆動部に伝達可能であれば、円筒状に限定されない。
【００４４】
（駆動回路）
図１に示すように、駆動回路２０は、５つの圧電振動体１０のそれぞれの第２電極１５３ｂ、１５３ｄに電気的に接続されている。この駆動回路２０は、周期的に電圧値が変化する電圧信号を駆動信号として第２電極１５３ｂ、１５３ｄのそれぞれに入力することにより、圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを駆動する機能を有する。また、このような駆動回路２０は、図４に示すように、周期的に電圧値が変化する電圧信号Ｖｉｎを出力する駆動電圧発生回路２１を有する。また、図示しないが、駆動回路２０は、５つの圧電振動体１０のそれぞれの第２電極１５３ｆに電気的に接続されている。そして、駆動回路２０は、周期的に電圧値が変化する電圧信号を駆動信号として第２電極１５３ｆに入力することにより、圧電素子１５ｆを駆動する機能を有する。ここで、駆動電圧発生回路２１は、複数の圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｆのそれぞれに電力を供給する「電力供給部」である。
【００４５】
周期的に電圧値が変化する駆動信号が第２電極１５３ｂに入力されると、圧電素子１５ｂ、１５ｃのそれぞれが図５中の矢印ａで示す方向に伸張と収縮を繰り返す。これにより、駆動部１４１の屈曲振動を伴って、駆動部１４１の長手方向での一端部に設けられた凸部材１３が図５中の矢印ｂに示す方向とその逆方向に往復移動（振動）する。このように振動する凸部材１３の駆動力を、被駆動部であるローター５０に回転力として伝達することにより、ローター５０をその回動軸Ｏまわりに図５中の矢印ｃに示す方向に回転させることができる。このとき、圧電素子１５ｂ、１５ｃに同期した駆動信号を圧電素子１５ｆに入力することにより、凸部材１３からローター５０に与える駆動力を大きくしたり、凸部材１３の軌道を制御したりすることができる。なお、周期的に電圧値が変化する駆動信号を第２電極１５３ｄに入力しても、同様に、圧電素子１５ａ、１５ｄの駆動により、凸部材１３を図５中の矢印ｂに示す方向に往復移動（振動）することができる。この場合、第２電極１５３ｂに駆動信号を入力してもよく、その際、例えば、その駆動信号の位相を、第２電極１５３ｄに入力する駆動信号の位相に対して１８０度ずらせばよい。
【００４６】
以上説明したような圧電アクチュエーター１によれば、同一の駆動電圧発生回路２１に対して複数の圧電振動体１０の圧電素子１５ａ、１５ｄが電気的に並列に接続されている。そのため、圧電アクチュエーター１が有する複数の圧電素子１５ａ、１５ｄのうちの一部の圧電素子が断線等により故障しても、残りの圧電素子を駆動して被駆動部に駆動力を伝達することができる。同様に、複数の圧電振動体１０の圧電素子１５ｂ、１５ｃが電気的に並列に接続されている。そのため、圧電アクチュエーター１が有する複数の圧電素子１５ｂ、１５ｃのうちの一部の圧電素子が断線等により故障しても、残りの圧電素子を駆動して被駆動部に駆動力を伝達することができる。
【００４７】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４８】
図６は、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターが備える複数の圧電素子の接続状態を示す図である。
【００４９】
本実施形態は、コイルおよびキャパシターを追加した以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【００５０】
なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００５１】
図６に示す圧電アクチュエーター１Ａは、駆動電圧発生回路２１および共振素子２２を有する駆動回路２０Ａを備える。共振素子２２は、複数の圧電素子１５ａ、１５ｄとともに電気的に並列に接続されている。この共振素子２２は、電気的に直列に接続されているコイル２２１およびキャパシター２２２を有する。
【００５２】
コイル２２１は、電流の変化が誘導起電力となって現れる性質を有するインダクターである。コイル２２１のインダクタンスをＬＳとし、駆動信号の周波数をｆＶｉｎとし、電気的に並列に接続されている複数の圧電素子１５ａ、１５ｄまたは複数の圧電素子１５ｂ、１５ｃの合計の静電容量をＣｐｚとしたとき、ｆＶｉｎ＝１／（２π√（ＬＳ・Ｃｐｚ））なる関係を満たすことが好ましい。これにより、複数の圧電素子１５ａ、１５ｄまたは複数の圧電素子１５ｂ、１５ｃおよびコイル２２１により並列共振回路を構成することができる。また、その並列共振回路の共振周波数を駆動信号の周波数（交流成分の周波数）と一致させることができる。したがって、コイル２２１によって各圧電素子１５ａ、１５ｄまたは各圧電素子１５ｂ、１５ｃに流れる電流を低減することができる。その結果、駆動回路２０Ａの消費電力を低減することができる。
【００５３】
このように、複数の圧電素子１５ａ、１５ｄまたは複数の圧電素子１５ｂ、１５ｃとともに電気的に並列に接続されているコイル２２１を備えることにより、複数の圧電素子１５ａ、１５ｄまたは複数の１５ｂ、１５ｃが電気的に並列に接続されていることによる電圧効果を低減することができる。
【００５４】
なお、インダクタンスＬＳは、前述した関係を満足する値から多少ずれていても、例えば、前述した関係を満足する値を１００％としたときに９０％以上１１０％以下の範囲であれば、前述した効果を発揮することができる。ここで、前述した関係の式の右辺の値が、周波数ｆＶｉｎの±５％の範囲内にあることが好ましい。
【００５５】
また、コイル２２１のインダクタンスは、可変である。これにより、複数の圧電素子１５ａ、１５ｄまたは複数の圧電素子１５ｂ、１５ｃのうちの一部の圧電素子が故障しても、コイル２２１のインダクタンスを調整することで、前述した関係を維持し、残りの複数の圧電素子が電気的に並列に接続されていることによる電圧効果を低減することができる。なお、コイル２２１のインダクタンスは、固定であってもよい。
【００５６】
また、キャパシター２２２は、コイル２２１に流れる直流成分を阻止する機能を有する。これにより、駆動信号が直流成分を有する場合、コイル２２１に流れる直流成分をキャパシター２２２により阻止することで、前述した電圧効果を低減する効果を好適に発揮させることができる。なお、駆動信号が直流成分を有しない場合、キャパシター２２２を省略してもよい。
【００５７】
以上説明した第２実施形態によっても、複数の圧電素子のうちの一部の圧電素子が故障しても、残りの圧電素子を駆動することができる。
【００５８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００５９】
図７は、本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエーターが備える圧電振動体を示す断面図である。
【００６０】
本実施形態は、圧電振動体の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【００６１】
なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００６２】
本実施形態の圧電アクチュエーターが備える圧電振動体１０Ｂは、図１０に示すように、複数の圧電振動体１０が積層されている。ここで、互いに隣り合う２つの圧電振動体１０の基板１４同士が接着剤１７により接合されている。この接着剤１７としては、特に限定されず、例えば、エポキシ系接着剤等が挙げられる。このように複数の圧電振動体１０の圧電素子１５を積層することにより、被駆動部の一箇所に対して大きな駆動力を伝達することができる。また、一部の圧電振動体１０の圧電素子１５が故障しても、その故障した圧電振動体１０の圧電素子１５を残りの圧電振動体１０の圧電素子１５の駆動に伴って駆動することができる。
【００６３】
以上説明した第３実施形態によっても、複数の圧電素子のうちの一部の圧電素子が故障しても、残りの圧電素子を駆動することができる。
【００６４】
２．圧電モーター
次に、本発明の圧電モーターの実施形態について説明する。
【００６５】
図８は、本発明の圧電モーターの実施形態を示す概略斜視図である。
図８に示す圧電モーター１００は、回動軸Ｏまわりに回転可能な被駆動部であるローター５０と、ローター５０の外周面に沿って並んで配置されている複数の圧電振動体１０と、を有する。また、図示しないが、複数の圧電振動体１０には、前述した第１実施形態と同様の駆動回路２０が電気的に接続されている。すなわち、圧電モーター１００は、前述した圧電アクチュエーター１を備えている。
【００６６】
このような圧電モーター１００では、複数の圧電振動体１０のそれぞれを駆動（振動）させることにより、ローター５０を回動軸Ｏまわりに図８中の矢印Ｃで示す方向に回転させる。
【００６７】
このような圧電アクチュエーター１を備える圧電モーター１００によれば、複数の圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄのうちの一部の圧電素子が断線等により故障しても、残りの圧電素子を駆動して被駆動部に駆動力を伝達することができる。そのため、圧電モーター１００は、優れた信頼性を有する。
【００６８】
また、積層された２つの圧電素子ユニット１１の圧電素子１５を複数組備えるため、被駆動部の複数箇所に対して駆動力を伝達することができる。
【００６９】
３．ロボットおよびハンド
次に、本発明のロボットおよびハンドの実施形態について説明する。
【００７０】
図９は、本発明のロボットの実施形態を示す概略構成図である。図１０は、図９に示すロボットが備える多指ハンドを説明する概略図である。
【００７１】
図９に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。
【００７２】
ロボット１０００は、６軸の垂直多関節ロボットであり、基台１１００と、基台１１００に接続されたロボットアーム１２００と、ロボットアーム１２００の先端部に設けられた力検出器（図示せず）とハンド１４００と、を有する。また、ロボット１０００は、ロボットアーム１２００を駆動させる動力を発生させる複数の駆動源（圧電アクチュエーター１を含む駆動源）を有している。
【００７３】
基台１１００は、ロボット１０００を任意の設置箇所に取り付ける部分である。なお、基台１１００の設置箇所は、特に限定されず、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などが挙げられる。
【００７４】
ロボットアーム１２００は、第１アーム１２１０と、第２アーム１２２０と、第３アーム１２３０と、第４アーム１２４０と、第５アーム１２５０と、第６アーム１２６０と、を有し、これらが基端側（基台１１００側）から先端側に向ってこの順に連結されている。第１アーム１２１０は、基台１１００に接続されている。第６アーム１２６０の先端には、例えば、各種部品等を把持するハンド１４００（エンドエフェクター）が着脱可能に取り付けられている。このハンド１４００は、２本の指１４１０を有しており、指１４１０で例えば各種部品等を把持することができる。
【００７５】
第５アーム１２５０には、第６アーム１２６０を駆動する駆動源として複数の圧電振動体１０が設けられている。また、図示しないが、基台１１００、第１〜第４アーム１２１０〜１２４０には、それぞれ、モーターおよび減速機を有する駆動源が設けられている。そして、各駆動源は、図示しない制御装置により制御される。
【００７６】
図１０に示すように、第５アーム１２５０に設けられた複数の圧電振動体１０は、第５アーム１２５０に対する第６アーム１２６０の回動軸Ｏまわりに周方向に並んで設けられている。そして、この各圧電振動体１０は、第６アーム１２６０の端面に回動軸Ｏまわりの駆動力を与える。これにより、第５アーム１２５０に対して第６アーム１２６０を回動軸Ｏまわりに回動させることができる。
【００７７】
また、多指ハンドであるハンド１４００にも、複数の圧電振動体１０が各指１４１０に対応して設けられており、この各圧電振動体１０は、指１４１０に回動軸Ｏに接近または離間する方向の駆動力を与える。これにより、２本の指１４１０を接近または離間する方向に移動させることができる。
【００７８】
以上説明したようなロボット１０００および多指ハンドであるハンド１４００によれば、それぞれ、圧電アクチュエーター１を備えているため、優れた信頼性を発揮することができる。
【００７９】
４．ポンプ
次に、本発明のポンプの実施形態について説明する。
【００８０】
図１１は、本発明のポンプの実施形態を示す概略図である。
図１１に示す送液ポンプ２０００（ポンプ）は、リザーバー２１００と、チューブ２２００と、圧電アクチュエーター１と、ローター２３００と、減速伝達機構２４００と、カム２５００と、複数のフィンガー２６００と、を有し、これらがケース２７００内に収納されている。リザーバー２１００には、輸送対象である液体が貯留されている。チューブ２２００は、リザーバー２１００から液体を輸送するための流路を有する可撓性の管である。圧電アクチュエーター１が備える複数の圧電振動体１０は、凸部材１３がローター２３００の外周面に接触しており、ローター２３００を回転駆動する。ローター２３００の回転力は、減速伝達機構２４００を介してカム２５００に伝達される。複数のフィンガー２６００は、チューブ２２００の長手方向に沿って並んで配置されており、カム２５００の回転に伴って順に、カム２５００の外周面に設けられた突起部２５１０によってチューブ２２００に向けて押される。これにより、複数のフィンガー２６００は、チューブ２２００の液体の輸送方向上流側のフィンガー２６００から下流側のフィンガー２６００へ順にチューブ２２００を押圧により閉塞する。そうすると、チューブ２２００内の液体が、輸送方向上流側から下流側へ輸送される。
【００８１】
このような送液ポンプ２０００によれば、少量の液体を高精度に送液することができ、しかも送液ポンプ２０００全体を小型化することができる。したがって、送液ポンプ２０００は、例えば、インシュリン等の薬液を人体に投与する投薬装置等に好適に用いることができる。
【００８２】
特に、送液ポンプ２０００によれば、圧電アクチュエーター１を備えていることにより、優れた信頼性を発揮することができる。
【００８３】
以上、本発明の圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボット、ハンドおよびポンプを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１…圧電アクチュエーター、１Ａ…圧電アクチュエーター、１０…圧電振動体、１０Ｂ…圧電振動体、１１…圧電素子ユニット、１２…接着層、１３…凸部材、１４…基板、１５…圧電素子、１５ａ…圧電素子、１５ｂ…圧電素子、１５ｃ…圧電素子、１５ｄ…圧電素子、１５ｅ…圧電素子、１５ｆ…圧電素子、１６…保護層、１７…接着剤、２０…駆動回路、２０Ａ…駆動回路、２１…駆動電圧発生回路、２２…共振素子、５０…ローター、１００…圧電モーター、１４１…駆動部、１４２…固定部、１４３…接続部、１５１…第１電極、１５２…圧電体、１５３…第２電極、１５３ａ…第２電極、１５３ｂ…第２電極、１５３ｃ…第２電極、１５３ｄ…第２電極、１５３ｅ…第２電極、１５３ｆ…第２電極、２２１…コイル、２２２…キャパシター、１０００…ロボット、１１００…基台、１２００…ロボットアーム、１２１０…第１アーム、１２２０…第２アーム、１２３０…第３アーム、１２４０…第４アーム、１２５０…第５アーム、１２６０…第６アーム、１４００…ハンド、１４１０…指、２０００…送液ポンプ、２１００…リザーバー、２２００…チューブ、２３００…ローター、２４００…減速伝達機構、２５００…カム、２５１０…突起部、２６００…フィンガー、２７００…ケース、Ｃ…矢印、Ｏ…回動軸、Ｖｉｎ…電圧信号、ａ…矢印、ｂ…矢印、ｃ…矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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