压电驱动装置及其驱动方法、机器人及其驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压电驱动装置及其驱动方法、机器人及其驱动方法。
【背景技术】
[0002]使压电体振动来驱动被驱动体的压电促动器(压电驱动装置)不需要磁铁、线圈，因此在各种领域中应用(例如专利文献1)。该压电驱动装置的基本结构是在加强板的两个面的各自之上四个压电元件被配置为两行两列的结构，合计八个压电元件被设置于加强板的两侧。各个压电元件是分别通过两个电极夹持着压电体的单元，加强板也作为压电元件的一方的电极被利用。在加强板的一端设置有用于与作为被驱动体的转子接触而使转子旋转的突起部。若对四个压电元件中被配置于对角的两个压电元件施加交流电压，则该两个压电元件进行伸缩运动，与此对应地，加强板的突起部进行往复运动或者椭圆运动。而且，根据该加强板的突起部的往复运动或者椭圆运动，作为被驱动体的转子向规定的旋转方向旋转。另外，通过将施加交流电压的两个压电元件切换为其他两个压电元件，能够使转子向相反方向旋转。
[0003]专利文献1:日本特开2004-320979号公报
[0004]在上述压电驱动装置中，被配置于对角的两个压电元件以并联方式连接，因此静电容量较大，从而存在驱动需要较大的电流的问题。在将压电驱动装置收纳于较小的空间(例如机器人的关节内)使用的情况下，在使用了现有的压电体的压电驱动装置中，存在布线空间不足的可能性，因此希望使压电体变薄。但是，静电容量与夹持压电体的电极间的距离成反比，因此若使压电体变薄，则存在静电容量变大的问题。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下方式或者应用例来实现。
[0006](1)根据本发明的一个方式提供压电驱动装置。该压电驱动装置具备压电振动体，该压电振动体具有多个由第一电极、第二电极以及位于上述第一电极与上述第二电极之间的压电体形成的压电元件，并且该压电振动体被配置于上述振动板的上述第一面以及第二面中的至少一面，上述多个压电元件以串联方式被连接。根据该方式，多个压电元件以串联方式被连接，因此能够减少压电元件整体的静电容量。
[0007](2)在上述方式的压电驱动装置中，也可以为上述多个压电元件的大小相同。根据该方式，多个压电元件的静电容量的大小成为相同的大小，因此被施加于各压电元件的电压的大小成为相同的大小，从而能够提高耐久性。
[0008](3)在上述方式的压电驱动装置中，也可以为在对上述多个压电元件施加驱动电压时，上述多个压电元件的极化方向为相同方向。根据该方式，在压电元件的边界部分极化方向没有改变，因此能够提高压电元件的耐久性。
[0009](4)在上述方式的压电驱动装置中，也可以为上述极化方向是从上述第二电极朝向上述第一电极的方向。极化方向为从第二电极朝向第一电极的方向与为从第一电极朝向第二电极的方向相比，耐久性更好。
[0010](5)在上述方式的压电驱动装置中，也可以为上述多个压电元件中的第一压电元件的第二电极与第二压电元件的第二电极形成连续的一个电极。根据该方式，不使用布线、布线层，也能够将压电元件以串联方式连接。
[0011 ] (6)在上述方式的压电驱动装置中，上述压电振动体也可以被配置于上述振动板的上述第一面与上述第二面的两面。根据该方式，在振动板的第一面与第二面的两面配置有压电元件，因此能够使压电驱动装置的驱动力较大。
[0012](7)在上述方式的压电驱动装置中，被配置于上述第一面的压电振动体的压电元件与被配置于上述第二面的压电振动体的压电元件也可以以串联方式被连接。根据该方式，能够进一步减少静电容量。
[0013](8)在上述方式的压电驱动装置中，也可以在上述多个第一电极与上述振动板之间设置有基板。为了从压电元件获取较大的能量，以通过共振状态获得较大的振幅的方式使机械品质因数Qm较大即可。根据该方式，在上述多个第一电极与上述振动板之间设置有基板，因此与没有基板的情况相比，能够使压电驱动装置的机械品质因数Qm的值较大。
[0014](9)在上述方式的压电驱动装置中，上述基板也可以包含硅。相对于压电元件的机械品质因数Qm的值为几千，硅的机械品质因数Qm的值为10万左右。因此，根据该方式，能够使压电驱动装置的机械品质因数Qm的值较大。
[0015](10)在上述方式的压电驱动装置中，上述振动板也可以具备与被驱动体接触的突起部。根据该方式，能够通过突起部按压被驱动体来驱动被驱动体。
[0016](11)根据本发明的一个方式提供机器人。该机器人具备:多个连杆部；关节部，其连接上述多个连杆部；以及上述方式中的任一个所记载的压电驱动装置，其通过上述关节部使上述多个连杆部转动。根据该方式，能够将压电驱动装置用于机器人的驱动。
[0017](12)根据本发明的一个方式提供机器人的驱动方法。该驱动方法通过在上述压电驱动装置的上述第一电极与上述第二电极之间施加周期性变化的电压来驱动上述压电驱动装置，从而通过上述关节部使上述多个连杆部转动。
[0018](13)根据本发明的一个方式提供上述方式的压电驱动装置的驱动方法。该驱动方法在上述压电元件的第一电极与上述第二电极之间施加脉冲电压，该脉冲电压是周期性变化的电压，且施加于上述压电元件的压电体的电场的方向是从上述电极中的一方的电极朝向另一方的电极的单向。根据该方式，被施加于压电元件的压电体的电压仅是一个方向，因此能够提高压电体的耐久性。
[0019]本发明能够通过各种方式实现，例如除压电驱动装置之外，还能够通过压电驱动装置的驱动方法、压电驱动装置的制造方法、搭载压电驱动装置的机器人、搭载压电驱动装置的机器人的驱动方法、电子部件输送装置、送液栗、投药栗等各种方式实现。
【附图说明】
[0020]图1是表示第一实施方式的压电驱动装置的简要结构的俯视图以及剖视图。
[0021 ] 图2是振动板的俯视图。
[0022]图3是表示压电驱动装置与驱动电路的电连接状态的说明图。
[0023]图4是表示压电驱动装置的动作的例子的说明图。
[0024]图5是进一步详细地示出图1所示的剖面构造的例子的剖视图。
[0025]图6是压电驱动装置的制造流程图。
[0026]图7是表示图6的步骤S100中的压电振动体的制造工序的说明图。
[0027]图8是表示图6的步骤S100中的压电振动体的制造工序的说明图。
[0028]图9是表示压电元件的形状配置的变更例的说明图。
[0029]图10是表示第一实施方式的变形例的压电驱动装置的说明图。
[0030]图11是表示第二实施方式的压电驱动装置的压电振动体的剖面的说明图。
[0031]图12是简要地表示第二实施方式的压电驱动装置所使用的压电元件的制造工序的说明图。
[0032]图13是作为本发明的第三实施方式的压电驱动装置的剖视图。
[0033]图14是表示图13所示的压电驱动装置的制造工序的说明图。
[0034]图15是表示利用了压电驱动装置的机器人的一个例子的说明图。
[0035]图16是机器人的手腕部分的说明图。
[0036]图17是表示利用了压电驱动装置的送液栗的一个例子的说明图。
【具体实施方式】
[0037].第一实施方式:
[0038]图1 (A)是表示本发明的第一实施方式的压电驱动装置10的简要结构的俯视图，图1(B)是其B-B剖视图。压电驱动装置10具备振动板200、和分别被配置于振动板200的两面(第一面211与第二面212)的两个压电振动体100。两个压电振动体100以振动板200为中心对称地配置。两个压电振动体100具有相同的结构，因此以下只要没有特别规定，对处于振动板200的上侧的压电振动体100的结构进行说明。
[0039]压电振动体100具备基板120、被形成于基板120之上的多个压电元件llOal、110a2、110bl、110b2、110cl、110c2、110dl、110d2、110el、110e2、110e3、110e4。上述各个压电元件的构造相同，因此在不需要相互区别的情况下，称为“压电元件110”。
[0040]压电元件110具备第一电极130、被形成于第一电极130之上的压电体140以及被形成于压电体140之上的第二电极150。第一电极130与第二电极150夹持着压电体140。压电元件110能够通过离子铣削、干式蚀刻等物理的或者化学的方法将具有一个连续的压电体、和夹持压电体的两个连续的导电体层(第一电极、第二电极)的一个大压电元件分割为多个(多个压电元件)来形成。压电元件llOel?110e4大致被形成为长方形形状，在基板120的宽度方向的中央，沿基板120的长边方向形成。压电元件llOal与压电元件110a2沿长边方向并列形成压电元件组110a。压电元件llObl与压电元件110b2、压电元件llOcl与压电元件110c2、压电元件llOdl与压电元件110d2也同样，分别形成压电元件组110b、110cU10do压电元件组110a、110b、110c、110d形成于基板120的四角的位置。
[0041]压电振动体100的基板120作为用于通过成膜工序形成第一电极、压电体以及第二电极的基板被使用。另外，基板120也具有作为进行机械振动的振动板的功能。基板120例如能够通过S1、A1203、ZrO^形成。作为Si制的基板120(也称为“硅基板120”。)，例如能够利用半导体制造用的Si晶片。在该实施方式中，基板120的平面形状是长方形。基板120的厚度例如优选为10 μm以上100 μm以下的范围。若使基板120的厚度为10 μπι以上，则在基板120上的成膜处理时能够比较容易地操作基板120。此外，若使基板120的厚度为50 μπι以上，则能够进一步容易地操作基板120。另外，若使基板120的厚度为100 μπι以下，则能够根据由薄膜形成的压电体的伸缩容易地使基板120振动。
[0042]如上述那样，分割前的第一电极、第二电极例如是通过溅射形成的薄膜。作为第一电极、第二电极的材料，例如能够利用Α1 (铝)、Ni (镍)、Au (金)、Pt (白金)、Ir (铱)等导电性高的任意材料。此外，用于第一电极130、第二电极150与驱动电路之间的电连接的布线(或者布线层以及绝缘层)在图1中被省略图示。
[0043]分割前的压电体例如通过溶胶-凝胶法、溅射法形成，具有薄膜形状。作为压电体的材料，能够利用采