压电驱动装置、机器人及这些的驱动方法
【专利摘要】本发明的课题在于提供一种高输出并且小型且轻量的压电驱动装置的适当结构。本发明的解决手段是压电驱动装置具备振动板和多个压电驱动部，该多个压电驱动部分别具有设置于振动板且能够与被驱动体接触的接触部。
【专利说明】
压电驱动装置、机器人及这些的驱动方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及压电驱动装置及具备压电驱动装置的机器人等各种装置。
【背景技术】
[0002]由于使压电体振动来对被驱动体进行驱动的压电致动器(压电驱动装置)不需要磁铁、线圈，因此用于多种领域(例如专利文献I)。该压电驱动装置的基本结构是在加强板的2个表面的每个面上以2行2列配置有4个压电元件的结构，共计8个压电元件被设置于加强板的两侧。每个压电元件是用每2片电极夹着压电体的单元，加强板还被用作压电元件的一侧的电极。在加强板的一端设置有与作为被驱动体的转子接触来使转子旋转的突起部。若对4个压电元件中的以对角配置的2个压电元件施加交流电压，则该2个压电元件进行伸缩运动，与此相应地，加强板的突起部进行往复运动或者椭圆运动。并且，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2个压电元件切换成其他2个压电元件，能够使转子向反方向旋转。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献I:日本特开2004 — 320979号公报
[0006]专利文献2:日本特开2008 — 227123号公报
【发明内容】
[0007]另外，作为提高压电驱动装置对被驱动体进行驱动的力(以下还称为“驱动力”)的方法，简单地能想到使用多个上述的现有压电驱动装置的方法。然而，在该情况下，将所使用的多个压电驱动装置以整体看做I个压电驱动装置，则存在与所使用的压电驱动装置的数成正比地作为压电驱动装置的整体的尺寸大型化的课题。因此，例如，由于如用于驱动机器人的关节的驱动装置那样，对驱动装置的配置空间有限制，因此可能会难以实现作为被期望小型且高输出的驱动装置的应用。因此，没有对高输出并且小型且轻量的压电驱动装置的适当结构进行充分研讨。
[0008]本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而提出的，可以以下述方式或适用例来实现。
[0009](I)根据发明的一方式，提供一种压电驱动装置。该压电驱动装置具备:振动板;多个压电驱动部，其排列设置在上述振动板，并分别具有能够与被驱动体接触的接触部。
[0010]根据该方式，由于在振动板排列设置有多个压电驱动部，与如现有的那样使用多个压电驱动装置的情况相比，能够实现高输出并且小型且轻量的压电驱动装置。
[0011](2)在上述方式的压电驱动装置中，上述多个压电驱动部也可以分别具有包括设置有电极的压电体的压电振动体。
[0012]根据该方式，由于包括包含设有电极的压电体的压电振动体的多个压电驱动部排列设置在振动板，所以与现有的那样使用多个压电驱动装置的情况相比，能够实现高输出且小型且轻量的压电驱动装置。
[0013](3)在上述方式的压电驱动装置中，上述振动板可具有第一面、第二面、以及将上述第一面与上述第二面之间连接的第三面和第四面;上述压电振动体可设置于上述振动板的上述第一面；上述接触部可以是设置在上述振动板的上述第三面或上述第四面的突起部。
[0014]根据该方式，由于在振动板的第一面排列设置有包括压电振动体的压电驱动部，所以与现有的那样使用多个压电驱动装置的情况相比，能够实现高输出且小型且轻量的压电驱动装置。
[0015](4)在上述方式的压电驱动装置中，上述压电驱动部可以具有设置在上述第二面的压电振动体。
[0016]根据该方式，由于压电驱动部隔着振动板具有2个压电振动体，容易提高振动板的振动的效率。
[0017](5)在上述方式的压电驱动装置中，上述接触部在上述第三面和上述第四面的至少一个排成一列而设置。
[0018]根据该方式，能够将通过各压电驱动部的压电振动体的振动产生的驱动力分别经由接触部有效地传递给被驱动体。
[0019](6)在上述方式的压电驱动装置中，设置有上述多个压电驱动部的上述振动板可以层叠多个。
[0020]根据该方式，由于不仅是沿着振动板设置多个压电驱动部，还沿着与振动板垂直的方向设置有多个压电驱动部，因此多个压电驱动部有效地以二维方式设置，与现有的那样使用多个压电驱动装置的情况相比，能够实现更加高输出并且小型且轻量的压电驱动装置。
[0021](7)在上述方式的压电驱动装置中，上述电极可以包括第一电极和第二电极，上述压电振动体可以具有:基板、形成于上述基板的上述第一电极、形成于上述第一电极的上述压电体、以及形成于上述压电体的上述第二电极。
[0022]根据该方式，由于能够将压电振动体以小型形成，所以能够实现小型且轻量的压电驱动装置。
[0023](8)在上述方式的压电驱动装置中，上述振动板可以由上述基板构成。
[0024]根据该方式，由于压电振动体的基板作为振动板构成，所以能够更有效地实现高输出并且小型且轻量的压电驱动装置。
[0025](9)在上述方式的压电驱动装置中，上述基板可以是硅基板。
[0026]根据该方式，使用硅基板，能够更有效地实现高输出并且小型且轻量的压电驱动装置。另外，压电体的机械质量系数Qm的值是数千，硅基板的机械质量系数Qm的值是10万左右。因此，根据该方式，能够增大压电振动体及振动板的机械质量系数Qm的值，从而能够增大压电驱动装置的机械质量系数Qm的值。
[0027]本发明可以用多种方式实现，例如，除压电驱动装置之外，能够以压电驱动装置的驱动方法、压电驱动装置的制造方法、搭载压电驱动装置的机器人、搭载压电驱动装置的机器人的驱动方法、送液栗、投药栗等多种方式实现。
【附图说明】
[0028]图1是第一实施方式的压电驱动装置的示意结构图。
[0029I图2是压电驱动部的示意结构图。
[0030]图3是振动板的俯视图。
[0031]图4是示出各压电驱动部与驱动电路的电连接状态的说明图。
[0032]图5是示出压电驱动装置的动作的例子的说明图。
[0033]图6是示出第一实施方式的变形例的压电驱动装置的示意结构的侧视图。
[0034]图7是示出第二实施方式的压电驱动装置的示意结构的侧视图。
[0035]图8是示出第三实施方式的压电驱动装置的示意结构的俯视图。
[0036]图9是第四实施方式的压电驱动装置的示意结构图。
[0037]图10是示出第四实施方式的压电驱动装置的制造工序的一例的流程图。
[0038]图11是示出第四实施方式的变形例的压电驱动装置的示意结构的剖视图。
[0039]图12是第五实施方式的压电驱动装置的示意结构图。
[0040]图13是示出第五实施方式的压电驱动装置的制造工序的一例的一部分的说明图。
[0041]图14是示出第五实施方式的压电驱动装置的制造工序的一例的另一部分的说明图。
[0042]图15是示出第五实施方式的压电驱动装置的制造工序的一例的又一部分的说明图。
[0043]图16是示出第六实施方式的压电驱动装置的示意结构的侧视图。
[0044]图17是示出利用了压电驱动装置的机器人的一例的说明图。
[0045]图18是机器人的手腕部分的说明图。
[0046]图19是示出利用了压电驱动装置的送液栗的一例的说明图。
【具体实施方式】
[0047]A.第一实施方式:
[0048]图1是本发明的第一实施方式的压电驱动装置11的示意结构图。图1(A)是压电驱动装置11的俯视图，图1(B)是其侧视图。压电驱动装置11具备振动板200和排列设置在振动板200的多个压电驱动部10。排列有压电驱动部10的振动板200被支承体30的支承部310支承并固定。压电驱动部10具备分别配置在振动板200的双面的2个压电振动体100。此外，在图1中，为便于图示，使用影线示出振动板200及支承体30。
[0049]图2是压电驱动部10的示意结构图。图2(A)是压电驱动部10的俯视图，图2(B)是2
(A)的B — B剖视图，图2(C)是2(A)的C一C剖视图。如上所述，压电驱动部10具备分别配置在振动板200的双面(第一面211(还称为“表面”或“上表面”)和第二面212(还称为“背面”或“下表面”))的2个压电振动体100。压电振动体100具备基板120、形成于基板120上的第一电极130、形成于第一电极130上的压电体140、以及形成于压电体140上的第二电极150。第一电极130和第二电极150夹持着压电体140。2个压电振动体100以为振动板200中心对称配置。由于2个压电振动体100具有相同结构，故在下文中若没有特别提及，则对位于振动板200上侧的压电振动体100的结构进行说明。
[0050]压电振动体100的基板120用作用于在成膜工艺中形成第一电极130、压电体140和第二电极150的基板。另外，基板120还具有作为进行机械振动的振动板的功能。基板120可以由例如S1、Al203、Zr02等形成。作为Si (硅)制的基板120，例如可以利用半导体制造用Si晶片。在该实施方式中，基板120的平面形状是长方形。基板120的厚度优选在例如ΙΟμπι以上ΙΟΟμπι以下的范围内。若使基板120的厚度在ΙΟμπι以上，则能够在基板120上进行成膜处理时比较容易操作基板120。另外，若使基板120的厚度在ΙΟΟμπι以下，则能够根据由薄膜形成的压电体140的伸缩，使基板120容易地振动。
[0051]第一电极130形成为在基板120上形成的一个连续的导电体层。另外，如图2(A)所不，第二电极150被划分为5个导电体层150a?150e(还称为“第二电极150a?150e” )。位于中央的第二电极150e在基板120的宽度方向的中央，形成为遍及基板120的几乎整个长度方向的长方形形状。其余4个第二电极150a、150b、150c、150d具有相同的平面形状，在基板120的四角位置形成。在图2的例子中，第一电极130和第二电极150均具有长方形的平面形状。第一电极130、第二电极150是通过例如溅射方式形成的薄膜。作为第一电极130、第二电极150的材料，可以利用例如Al(铝)、Ni(镍)、Au(金)、Pt(白金)、Ir(铱)等导电性高的任意材料。此外，可以代替将第一电极130设为I个连续的导电体层的方式，而将第一电极130划分为与第二电极150a?150e实际上具有相同平面形状的5个导电体层。此外，对用于第二电极150a?150e之间的电连接的布线(或布线层及绝缘层)和用于第一电极130及第二电极150a?150e与驱动电路之间的电连接的布线(或布线层及绝缘层)，在图2中省略了图示。
[0052]压电体140形成为与第二电极150a?150e实际上具有相同平面形状的5个压电体层。也可以代替这种方式，将压电体140形成为与第一电极130实际上具有相同平面形状的I个连续的压电体层。通过第一电极130、压电体140、及第二电极150a?150e的层叠结构构成5个压电元件IlOa?IlOe(图2(A))。
[0053]压电体140是通过例如溶胶凝胶法、溅射法形成的薄膜。作为压电体140的材料，可以利用采用ABO3型的钙钛矿结构的陶瓷材料等表现出压电效应的任意材料。作为采用ABO3型的钙钛矿结构的陶瓷材料，例如可以使用锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡、钛酸铅、铌酸钾、铌酸锂、钽酸锂、钨酸钠、氧化锌、钛酸锶钡(BST)、钽酸锶铋(SBT)、偏铌酸铅、锌铌酸铅、钪铌酸铅等。另外，还可以使用除陶瓷之外的表现出压电效应的材料，例如聚偏二氟乙烯、水晶等。压电体140的厚度优选在例如50nm(0.05ym)以上20μπι以下的范围内。具有该范围内的厚度的压电体140的薄膜可以利用成膜工艺而容易地形成。若使压电体140的厚度在0.05μπι以上，则能够根据压电体140的伸缩产生充分大的力。另外，若使压电体140的厚度在20μπι以下，则能够使压电振动体100(压电驱动部10)充分小型化。
[0054]图3是振动板200的俯视图。振动板200具有由多个贯通孔252形成的长方形形状的多个振动体部210、从振动体部210的左右的长边分别延伸各3个的连接部220、以及与左右三个连接部220分别连接的2个固定部230。其中，在相邻的2个振动体部210的左侧的振动体部210的右侧的连接部220和右侧的振动体部210的左侧的连接部220共同连接于固定部230。此外，在图3中，为便于图示，对振动体部210使用了影线。固定部230用于通过粘合剂将压电驱动装置11固定于支承体30。振动板200可以用例如不锈钢、铝、铝合金、钛、钛合金、铜、铜合金、铁一镍合金等金属材料形成。另外，也可以用氧化锆、氧化钛、氧化铝、氧化锌等金属氧化物材料形成。另外，也可以用陶瓷如3;[、3;[02、3;[(]、41203、21'02等形成，也可以用金刚石形成。
[0055]在振动体部210的上表面(第一面)及下表面(第二面)分别使用粘合剂粘合压电振动体100 (图2)。振动体部210的长度L和宽度W之比优选为L: W =约7:2。该比是对用于使振动体部210进行沿着其平面向左右弯曲的超声波振动(后述)而言优选的值。振动体部210的长度L可以在例如0.1mm以上30mm以下的范围内，宽度W可以在例如0.05mm以上8mm以下的范围内。此外，为了使振动体部210进行超声波振动，长度L优选在50mm以下。振动体部210的厚度(振动板200的厚度)可以在例如20μπι以上700μπι以下的范围内。若使振动体部210的厚度在20μπι以上，则具有用于支承压电振动体100的充分的刚性。另外，若使振动体部210的厚度在700μπι以下，则能够根据压电振动体100的变形产生充分大的变形。
[0056]在夹在振动板200的第一面211及第二面212之间的一个第三面213，一体设置有与各压电驱动部10对应的突起部20(还称为“接触部”或“作用部”)。突起部20是与被驱动体(未图示)接触，通过滑动对被驱动体赋予力的部件。突起部20由与振动板200相同的部件一体形成。但不限于此，可以利用其它部件通过粘合剂在振动板200的第三面粘合而一体设置。另外，突起部20优选用陶瓷(例如S1、SiC、Al203、Zr02)等具有耐久性的材料形成。
[0057]如图2(C)所示，振动板200的固定部230使用粘合剂粘合并固定于支承体30的支承部310。由此，固定有压电振动体100的振动体部210、即压电驱动部1以可振动的方式被左右的支承部310支承。
[0058]图4是示出各压电驱动部10与驱动电路300的电连接状态的说明图。在各压电驱动部10中，压电振动体100的5个第二电极150a?150e中，在对角上的一对第二电极150a、150d经由布线151彼此电连接，在另一对角上的一对第二电极150b、150c也经由布线152彼此电连接。这些布线151、152可通过成膜处理形成，或者可通过线状的布线实现。在图4的右侧的各压电驱动部10的3个第二电极150b、150d、150e和第一电极130(图2)经由布线310、312、314、320与驱动电路300电连接。驱动电路300在各压电驱动部10的一对第二电极150a、150d和第一电极130之间共同供给周期性变化的交流电压或脉动电压，由此使各压电驱动部10同样地进行超声波振动，从而能够对与突起部20接触的被驱动体进行驱动。例如，在被驱动体是转子的情况下，能够相对于转子中心向规定的旋转方向旋转；另外在被驱动体是向规定方向可移动的移动体的情况下，可以使其向规定方向移动。其中，“脉动电压”是指在交流电压中加入了DC偏移的电压，该电压(电场)的朝向是从一个电极朝向另一个电极的单向。另外，通过在各压电驱动部10的另一对第二电极150b、150c和第一电极130之间共同施加交流电压或脉动电压，可以使与突起部20接触的作为被驱动体的转子向反方向旋转，并且可以使作为被驱动体的移动体向反方向移动。另外，还可以在各压电驱动部10的一对第二电极150a、150d和第一电极130之间，各压电驱动部10的另一对第二电极150b、150c和第一电极130之间施加彼此错开180度相位的交流电压或脉动电压。在该情况下，对于上述彼此错开180度相位的交流电压或脉动电压，在各压电驱动部10的一个第二电极150e和第一电极130之间施加调整了相位的交流电压或脉动电压，可以根据所调整的相位改变被驱动体的旋转方向、移动方向。这种电压施加在设置于振动板200的双面的各压电振动体100同时进行。此外，对构成图4所示的布线151、152、310、312、314、320的布线(或布线层及绝缘层)，在图2中省略了图示。
[0059]图5是示出压电驱动装置11的动作的例子的说明图。各压电驱动部10的突起部20与垂直于作为被驱动体的转子50的中心51的旋转面(朝直面垂直方向的面)52的外周侧接触。在图5所示的例子中，驱动电路300(图4)在各压电驱动部10的一对第二电极150a、150d和第一电极130之间施加交流电压或脉动电压，压电元件110a、IlOd在图4的箭头X的方向伸缩。与此相应地，各压电驱动部10的振动体部210在振动体部210的平面内弯曲而变形为蛇形形状(S字形状)。由此，各压电驱动部10的突起部20的前端22基于与转子50的旋转面52平行的方向的往复运动(以下还称为“弯曲振动”)成分和垂直于旋转面52的方向的往复运动(以下还称为“纵振动”)成分在箭头y的方向上进行椭圆运动。此时，在突起部20与旋转面52接触的期间，各压电驱动部10根据基于从突起部20对旋转面52赋予的力所产生的摩擦力，在旋转面52上朝用粗箭头表示的方向滑动。其结果为，转子50根据从各压电驱动部10被赋予的力的总和，绕其中心51向规定的方向z (在图4中，从压电驱动部10侧看时逆时针方向)旋转。此外，图3中描述过的振动板200的3个连接部220被设置于这种振动体部210的振动的节的位置。此外，在驱动电路300对另一对第二电极150b、150c和第一电极130之间施加交流电压或脉动电压的情况下，突起部20的前端22向反方向进行椭圆移动，转子50向反方向旋转。此外，若对中央的第二电极150e施加与一对第二电极150a、150d(或另一对第二电极150b、150c)相同的电压，则压电驱动部10在长边方向伸缩，因此可以进一步增大从突起部20对转子50赋予的力。此外，对于压电驱动部10(或压电振动体100)的这种动作，已在上述现有技术文献1(日本特开2004 — 320979号公报或对应的美国专利第7224102号)中记载，其公开内容以参照方式纳入本文中。
[0060]以上，在本实施方式的压电驱动装置11中，多个压电振动体100在振动板200的第一面211排成一列，并且多个压电振动体100在第二面212以成对方式排成一列，由上下一对压电振动体100构成的多个压电驱动部10具有在振动板200排成一列的结构。由此，与像现有的那样，使用与本实施方式的一个压电驱动部10对应的使用了多个压电驱动装置的驱动装置相比，能够实现小型且轻量的压电驱动装置。
[0061 ]另外，在本实施方式中，压电体140的长度可以在0.1mm以上30mm以下的范围内，宽度W可以在例如0.05mm以上8mm以下的范围内，因此能够实现小型的压电驱动部10。此外，若使压电体140的厚度在0.05μπι以上，则能够根据压电体140的伸缩产生充分大的力。另外，若使压电体140的厚度在20μπι以下，则即使施加于压电体140的电压在600V以下也能够产生充分大的力。因此，能够用廉价的元件构成用于对压电驱动部10进行驱动的驱动电路300。但实际上，施加于压电体140的电压在20?40V的范围内已充分。此外，可使压电体的厚度在400nm以上，在该情况下，能够增大在压电元件产生的力。
[0062]若将压电体140通过溶胶凝胶法形成，则在容易形成薄压电体这一点上优选。另夕卜，容易使压电体的结晶的晶格方向一致，因此能够增大施加相同电压时的压电体的形状的变形，并且在能够增大耐压这一点上优选。此外，压电体140也可以通过溅射法形成。通过溅射法也能够得到与溶胶凝胶法相同的效果。
[0063]另外，在本实施方式中，压电元件(IlOa?IlOe)在作为基板120的Si制的基板等机械质量系数Qm值高的基板上形成，因此与没有这种基板120的情况相比，能够增加压电驱动部10的机械质量系数Qm的值。尤其是，Si制的基板的机械质量系数Qm值是10万左右，因此若使用Si制的基板120，则能够增加压电驱动部10的机械质量系数Qm的值。
[0064]另外，虽然在本实施方式中，设置有从振动体部210的左右长边分别延伸各3个的连接部220(参照图3)，但连接部220的配置位置、数量并不限于此，可以采用多种配置位置、数量。例如，可以采用在振动体部210的突起部20与为相反侧的短边设置连接部，以悬臂梁方式支承振动体部210的结构。在采用这种悬臂梁结构的情况下，可以省略振动体部210的长边的侧方的固定部230(参照图3)。
[0065]图6是示出第一实施方式的变形例的压电驱动装置11A、11B的示意结构的侧视图。图6也与图1相同地，为便于图示，使用影线示出对振动板200及支承体30。在上述实施方式中，示出了在振动板200的双面分别排列有多个压电振动体100的结构的压电驱动装置11。然而，并不限于此，如图6(A)所示，可以采用在振动板200的第一面211排列有多个压电振动体100的结构的压电驱动装置11A，并且如图6(B)所示，可以采用在振动板200的第二面212排列有多个压电振动体100的结构。这些压电驱动装置11A、IIB也能够实现与上述第一实施方式的压电驱动装置11相同的小型且轻量压电驱动装置。其中，采用在振动板200的双面分别设置有压电振动体100的结构，在使振动板200的各振动体部210变形为在其平面内弯曲的蛇形形状更容易实现这一点优选。此外，虽然省略了图示，但也可以采用在振动板200的第一面211和第二面212交替排列多个压电驱动部10的结构、在第一面211和第二面适当分配而排列的结构。
[0066]B.第二实施方式:
[0067]图7是示出第二实施方式的压电驱动装置IlC的示意结构的侧视图。图7也与图1相同地，为便于图示，使用影线示出振动板200及支承体30。压电驱动装置IlC是将第一实施方式的压电驱动装置11(参照图1)沿着与排列有压电驱动部10的面(第一面211、第二面)垂直的方向层叠多个的结构的压电驱动装置。即，该压电驱动装置IlC是将排列有多个压电振动体100的振动板200沿着与排列有压电振动体100的面垂直的方向隔着支承体30层叠多个的层叠结构的压电驱动装置。各压电驱动装置11用粘合剂固定于在正下方的压电驱动装置11的支承体30设置的支承框312上。
[0068]以上，本实施方式的压电驱动装置IIC具有将在振动板200排列有多个压电驱动部10的压电驱动装置11沿着与排列有多个压电驱动部10的面垂直的方向层叠多个的结构。由此，与如现有的那样使用与本实施方式的一个压电驱动部10对应的使用了多个压电驱动装置的驱动装置相比，能够实现小型且轻量压电驱动装置。另外，在第一实施方式的压电驱动装置11中，多个压电驱动部10以线性排列的情况，在第二实施方式的压电驱动装置IlC中，多个压电驱动部10以二维形式排列。由此，能够更有效地排列多个压电驱动部10，因此能够更有效地实现高输出并且小型且轻量的压电驱动装置。
[0069]C.第三实施方式:
[0070]图8是示出第三实施方式的压电驱动装置IlD的示意结构的俯视图。压电驱动装置IlD是在振动板200D的夹在第一面211及第二面212之间的第三面213具有突起部20的第一压电驱动部10a、和在与第三面213对置的第四面214具有突起部20的第二压电驱动部1b交替排列而成的结构的压电驱动装置。图8也与图1相同地，为便于图示，使用影线示出振动板200D。另外，支承体30被省略。
[0071]第一压电驱动部10a、第二压电驱动部1b的结构与第一实施方式的压电驱动部10相同。另外，多个第一压电驱动部1a各自的3个第二电极150b、150d、150e和第一电极130(参照图2)经由布线310a、312a、314a、320a与驱动电路300D电连接。另外，多个第二压电驱动部1b各自的3个第二电极150b、150d、150e和第一电极130(参照图2)经由布线310b、312b、314b、320b与驱动电路300D电连接。并且，多个第一压电驱动部1a及多个第二压电驱动部1b的每个分别被驱动电路300D驱动。驱动电路300D的对多个第一压电驱动部1a进行驱动的电路部分及对多个第二压电驱动部1b进行驱动的电路部分与第一实施方式的驱动电路300相同。
[0072]本实施方式的压电驱动装置IlD与现有的那样，使用了与本实施方式的一个压电驱动部10对应的多个压电驱动装置的驱动装置相比，也能够实现小型且轻量的压电驱动装置。
[0073]另外，在压电驱动装置IlD中，通过多个第一压电驱动部1a被驱动电路300D驱动，能够使被驱动体50a动作，并且通过多个第二压电驱动部1b被驱动，能够对被驱动体50b进行驱动。由此，能够用压电驱动装置IlD对于被驱动体50b的动作量和被驱动体50a对于压电驱动装置11D的动作量之和的动作量使被驱动体50a相对于被驱动体50b动作。
[0074]D.第四实施方式:
[0075]图9是第四实施方式的压电驱动装置IlE的示意结构图，是与第一实施方式的压电驱动装置11的图2对应的图。图9(A)是示出压电驱动装置IlE的I个压电驱动部1E的示意结构的俯视图，图9(B)是图9(A)的B—B剖视图，图9(C)是图9(A)的C—C剖视图。压电驱动装置IlE与第一实施方式的变形例的压电驱动装置11A(参照图6)相同，是仅在振动板200E的第一面211排列有多个作为压电驱动部1E的压电振动体100E的压电驱动装置。与图2作比较可知，压电振动体100E为省略了基板120的结构。这是因为，在压电驱动装置IlE中，通过在形成于基板120E的多个压电振动体100E的周围形成贯通孔252，在基板120E形成振动体部210、连接部220和固定部230，并且将基板120E的外形形状形成为与振动板200E的外形形状(参照图3)及突起部20对应的形状，使基板120E作为振动板200E及突起部20发挥功能。此夕卜，其余结构与第一实施方式的压电驱动装置11的变形例的压电驱动装置IlA相同。
[0076]图10是示出压电驱动装置IlE的制造工序的一例的流程图。在步骤SlO中，在作为基板120E的Si晶片120W上，通过成膜处理，对多个压电驱动装置IlE的每个形成与I个压电驱动装置IlE对应的多个压电元件110E，由此形成用于各压电驱动装置IlE而排列的多个压电振动体100E。此外，压电振动体10E的形成与第一实施方式的压电振动体100(参照图2)相同，因此在此省略对其的说明。Si (硅)的机械质量系数Qm的值是10万左右的较大值，因此能够增加压电振动体100E(压电驱动部10E)及振动板200E的机械质量系数Qm。在步骤S20中，在与Si晶片120W上的各压电驱动装置IlE对应的基板120E的部分，经蚀刻形成振动板200E的外形形状及突起部20，并在各压电振动体100E的周围形成贯通孔252，由此形成振动体部210、连接部220和固定部230，并在Si晶片120W形成多个压电驱动装置11E。在步骤S30中，将形成于Si晶片120W的多个压电驱动装置IlE通过激光切割而分离。其结果，能够从I片Si晶片120W同时制造多个压电驱动装置11E。
[0077]图11是示出第四实施方式的变形例的压电驱动装置IlF的I个压电驱动部1F的示意结构的剖视图。图11与图9(B)的B — B剖视图对应。该压电驱动装置IlF是如下压电驱动装置:对于2个压电驱动装置11E(参照图9)，将作为振动板200E的基板120E的第二面212贴在一起，以使2个压电驱动装置IlE各自的压电驱动部1E上下对称，该压电驱动装置IlF是与第一实施方式的压电驱动装置11(参照图2)对应的压电驱动装置。
[0078]以上，在本实施方式的压电驱动装置IlE中，通过成膜工艺，能够在Si基板120E上一体形成多个作为使压电驱动部1E的多个压电振动体100E排列在振动板200E而得的压电驱动装置。另外，通过将压电驱动装置IlE贴在一起，能够一体形成压电驱动装置11F。通过成膜工艺能够在Si晶片120W上精确制造压电驱动装置IlE，因此与第一实施方式及其变形例的压电驱动装置11、11A?IlB相比，可以实现更为小型且轻量的压电驱动装置。另外，通过成膜处理，能够在一片Si晶片120W上同时形成多个压电驱动装置11E，从而能够提高制造效率。
[0079]对于变形例的压电驱动装置11F，作为将本实施方式的压电驱动装置IlE贴在一起的压电驱动装置进行了说明，但在压电驱动装置IlE的基板120E的第二面212侧也可以与第一面211侧相同地，通过成膜处理形成压电振动体100E，由此进行制造。
[0080]此外，在本实施方式及变形例中，对将Si制的基板作为压电振动体的基板并作为振动板而发挥功能的情况进行了说明，但不限于此，可以利用能用作成膜处理的基板的多种基板，一体形成压电振动体的基板及振动板。
[0081 ] E.第五实施方式:
[0082]在第四实施方式中，以将Si制的基板作为压电振动体的基板并作为振动板发挥功能的方式，将使用成膜工艺一体形成压电振动体和振动板的压电驱动装置以与支承体30的支承部310粘合而固定的压电驱动装置11E(参照图9)示出。对此，如下所述，除使用成膜工序一体形成压电振动体和振动板之外，还能够一体形成支承体。
[0083]图12是第五实施方式的压电驱动装置IlG的示意结构图，是与第一实施方式的图1对应的图。图12(A)是压电驱动装置IlG的俯视图，图12(B)是其侧视图。此外，为了便于进行以下的图示及说明，图12中以在振动板200G排列有3个压电驱动部1G的结构为例示出，但不限于此，可以采用排列有多种个数的压电驱动部10G。
[0084]压电驱动装置IlG与压电驱动装置11E(参照图9)相同地，在振动板200G的上表面(第一面)一体形成有作为压电驱动部1G的压电振动体100G。另外，在与振动板200G的下表面(第二面)的固定部230对应的位置一体形成有构成支承体30G的支承部310。该压电驱动装置IlG与压电驱动装置IlE同样地，可以使用成膜工艺来制造。
[0085]图13?图15是示出压电驱动装置IIG的制造工序的一例的说明图。首先，如图13
(B)的侧视图所示，通过使Si晶片120W的上表面氧化，形成成为振动板200G的S12层120G，在其上表面，如图13(A)的俯视图所示，形成压电振动体100G。压电振动体100G的形成与第一实施方式的压电振动体100(参照图2)相同，因此在此省略对其的说明。此外，可以通过在Si晶片120W的上表面形成氧化铝等，形成振动板200G。
[0086]接下来，如图14(A)的俯视图、图14(B)(即，图14(A)的B — B剖视图)、及图14(C)(SP，图14(A)的C一C剖视图)所示，通过将各压电振动体100G的周D的S12层120G(振动板200G)的一部用蚀刻等去除，形成突起部20、振动体部210、连接部220、及固定部230。
[0087]接下来，如图15(A)的俯视图、图15(B)(即，图15(A)的B— B剖视图)、及15(C)(即，图15 (A)的C 一 C剖视图)所示，以将与沿着振动板200G (S i02层120G)的振动体部210的长边方向的固定部230对应的Si晶片120W的部分作为支承部310留下的方式，将其余部分以蚀刻方式去除，从而形成支承体30G。由此、能够制造一体形成有支承体30G的压电驱动装置IlG(参照图12)。
[0088]此外，虽然省略了图示，但像在第四实施方式说明的那样，能够在Si晶片120W形成多个压电驱动装置11G，因此将这些多个压电驱动装置IlG通过激光切割而分离。由此，能够从I片Si晶片120W同时制造多个压电驱动装置11G。
[0089]F.第六实施方式:
[0090]图16是示出第六实施方式的压电驱动装置IlH的示意结构的侧视图，是与第二实施方式的图7对应的图。压电驱动装置IlH是通过经由支承体30G的支承部310将压电驱动装置11G(参照图12)层叠在其他压电驱动装置11G，具有层叠有多个压电驱动装置IlG的层叠结构的压电驱动装置。在各压电驱动装置IlG中，上侧的压电驱动装置IlG的支承部310的下表面和下侧的压电驱动装置IlG的振动板200G之间用粘合剂粘合。
[0091]G.使用了压电驱动装置的装置的实施方式:
[0092]上述压电驱动装置11?IlH是能够通过利用谐振对被驱动体赋予较大的力装置，可适用于各种装置。压电驱动装置11?IlH例如可以用作机器人(也包括电子部件搬送装置(IC处理器))、投药用栗、表的送日历装置、印刷装置(例如送纸机构。其中，在用于头部的压电驱动装置中，不使振动板谐振，因此不可以用于头部。)等各种机器的驱动装置。下文中，对代表性的实施方式进行说明。
[0093]图17是示出利用上述压电驱动装置IlC的机器人2050的一例的说明图。机器人2050具有臂2010(还称为“腕部”)，臂2010具备多个连杆部2012(还称为“连杆部件”)和多个关节部2020，多个关节部2020以可转动或弯曲的状态连接这些连杆部2012之间。每个关节部2020中内置有上述压电驱动装置11C，可以使用压电驱动装置IlC使关节部2020转动或弯曲任意角度。在臂2010的前端连接有机器人手2000。机器人手2000具备一对把持部2003。在机器人手2000中也内置有压电驱动装置11C，可以使用压电驱动装置IlC对把持部2003进行开闭而把持物品。另外，在机器人手2000和臂2010之间也设置有压电驱动装置11C，可以使用压电驱动装置IlC使机器人手2000相对于臂2010旋转。
[0094]图18是图17所示的机器人2050的手腕部分的说明图。手腕的关节部2020夹持手腕转动部2022，手腕的连杆部2012以绕手腕转动部2022的中心轴O可转动的方式安装在手腕转动部2022。手腕转动部2022具备压电驱动装置11C，压电驱动装置IIC使手腕的连杆部2012及机器人手2000绕中心轴O转动。机器人手2000立设有多个把持部2003。把持部2003的基端部在机器人手2000内可移动，在该把持部2003的根部搭载有压电驱动装置11C。因此，通过使压电驱动装置IIC动作，能够移动把持部2003而使其把持目标。
[0095]此外，作为机器人，不限于单腕的机器人，在腕的个数在2以上的多腕机器人中也可以适用压电驱动装置11C。其中，在手腕的关节部2020、机器人手2000的内部，除了压电驱动装置IlC之外，包含对力传感器、陀螺仪传感器等各种装置供应电力的电源线、传递信号的信号线等，从而需要非常多的布线。因此，在关节部2020、机器人手2000的内部配置布线是非常困难的。然而，在上述实施方式的压电驱动装置11C，由于可以相比通常的电动马达、现有的压电驱动装置减小驱动电流，所以在像关节部2020(尤其是臂2010的顶端的关节部)、机器人手2000这种小空间中也可以配置布线。另外，由于压电驱动装置IlC是小型且轻量结构，与为了获得相同输出而使用多个现有的压电驱动装置的情况相比，更容易内置于关节部2020、机器人手2000，并且容易产生为了使这些动作所需的输出。
[0096]图19是示出利用了上述压电驱动装置IlC的送液栗2200的一例的说明图。在送液栗2200的壳体2230内设置有容器2211、管2212、压电驱动装置11C、转子2222、减速传达机构2223、凸轮2202、多个指状物 2213、2214、2215、2216、2217、2218、2219。容器 2211 是用于收容作为运输对象的液体的收容部。管2212是用于运输从容器2211送出的液体的管。压电驱动装置IIC的多个突起部20以向转子2222的侧面按压的状态设置，压电驱动装置IIC使转子2222旋转驱动。转子2222的旋转力经由减速传达机构2223向凸轮2202传递。指状物2213至2219是用于封闭管2212的部件。若凸轮2202旋转，则通过凸轮2202的突起部2202A，指状物2213至2219依次被推向放射方向外侧。指状物2213至2219从运输方向上游侧(容器2211侧)开始依次封闭管2212。由此，管2212内的液体依次被运向下游侧。这样的话，可以以高精度运输极少量的液体，而且还能够实现小型送液栗2200。此外，各部件的配置不限于图示中的配置。另外，也可以采用不具备指状物等部件而由设置于转子2222的球等封闭管2212的结构。上述送液栗2200可以用于将胰岛等药液投药给人体的投药装置等。其中，由于通过使用上述实施方式的压电驱动装置11C，相比现有的压电驱动装置减小驱动电流，所以能够抑制投药装置的电力消耗。因此，在对投药装置进行电池驱动的情况下尤其有效。
[0097]本发明并不限于上述的实施方式、实施例、变形例，在不脱离本发明的主旨的范围的情况下能够以各种结构实现。例如，对于与记载在
【发明内容】
一项的各方式中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征，为了解决上述课题的一部分或全部，或者起到上述效果的一部分或全部，可进行适当的替换、组合。另外，若在本说明书中没有说明该技术特征是必要的，则可以适当删除。
[0098]附图标记说明
[0099]10、1(^."压电驱动部；1(^、101^"压电驱动部；11、11厶、118、11(:、110、1^、11卩、116、11!1‘"压电驱动装置;20‘"突起部(接触部、作用部)；5(^_转子(被驱动体)；50&、5013...转子(被驱动体)；51…被驱动体的中心；100、100E、100G…压电振动体；110、110a、110b、110(:、110(1、11(^"压电元件；120、12(^"基板；1206"^02层；1201.^晶片；13(^.第一电极；140 …压电体；150、15(^、15013、150(3、150(1、15(^."第二电极；151、152丨布线；200、20(?、200G…振动板;210…振动体部；211...第一面；212…第二面；213…第三面；214…第四面；220…连接部；230…固定部；300、300D...驱动电路；310、312、314、32(^.布线；31(^、312&、314a、320a …布线；310b、312b、314b、320b …布线；2000...机器人手；2003...把持部；2010...臂；2012…连杆部；2020…关节部；2022...手腕转动部；2050…机器人；2200...送液栗；2202...凸轮;2202A …突起部；2211...容器;2212..?管；2213...指状物;2222...转子;2223...减速传达机构;2230...壳体。
【主权项】
1.一种压电驱动装置，其特征在于，具备: 振动板;和 多个压电驱动部，设置于所述振动板，并分别具有能够与被驱动体接触的接触部。2.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于， 所述多个压电驱动部分别具有包括压电体的压电振动体，所述压电体设置有电极。3.根据权利要求2所述的压电驱动装置，其特征在于， 所述振动板具有第一面、第二面、以及将所述第一面与所述第二面之间连接的第三面和第四面， 所述压电振动体设置于所述振动板的所述第一面， 所述接触部是设置于所述振动板的所述第三面或所述第四面的突起部。4.根据权利要求3所述的压电驱动装置，其特征在于， 所述压电驱动部具有设置于所述第二面的压电振动体。5.根据权利要求3所述的压电驱动装置，其特征在于， 多个所述接触部排成一列地设置在所述第三面和所述第四面中的至少一个。6.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于， 设置有所述多个压电驱动部的所述振动板被层叠多个。7.根据权利要求2所述的压电驱动装置，其特征在于， 所述电极包括第一电极和第二电极， 所述压电振动体具有基板、形成于所述基板的所述第一电极、形成于所述第一电极的所述压电体、以及形成于所述压电体的所述第二电极。8.根据权利要求7所述的压电驱动装置，其特征在于， 所述振动板由所述基板构成。9.根据权利要求8所述的压电驱动装置，其特征在于， 所述基板是硅基板。10.一种机器人，其特征在于，具备: 多个连杆部； 关节部，其将所述多个连杆部连接；以及 权利要求1所述的压电驱动装置，其用所述关节部使所述多个连杆部转动。11.根据权利要求2所述的压电驱动装置的驱动方法，其特征在于， 通过对多个所述压电振动体各自的所述电极施加周期性变化的电压，来对所述被驱动体进行驱动。
【文档编号】H02N2/14GK105897037SQ201610086752
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月16日
【发明人】宫泽修
【申请人】精工爱普生株式会社