(57)【要約】【課題】振動板に対する先端部の接着強度が高い圧電駆動装置およびその製造方法、ならびに、前記圧電駆動装置を備えるロボットを提供すること。【解決手段】圧電素子、第１面、および前記第１面に配置されている凹部を有する振動板と、前記第１面と対向する第２面と、前記凹部内に配置されている凸部と、を有し、被駆動部に前記振動板の振動を伝達する先端部と、前記第１面と前記第２面との間、および、前記凹部と前記凸部との間に配置されている接着剤と、を備えることを特徴とする圧電駆動装置。【選択図】図１３
2020141451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子、第１面、および前記第１面に配置されている凹部を有する振動板と、
前記第１面と対向する第２面と、前記凹部内に配置されている凸部と、を有し、被駆動部に前記振動板の振動を伝達する先端部と、
前記第１面と前記第２面との間、および、前記凹部と前記凸部との間に配置されている接着剤と、
を備えることを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項２】
前記圧電素子は、圧電体と電極とを備え、前記電極の表面と平行な方向に振動することにより前記先端部を楕円運動させる請求項１に記載の圧電駆動装置。
【請求項３】
前記圧電体は、薄膜である請求項２に記載の圧電駆動装置。
【請求項４】
複数の前記振動板が積層されていて、
前記先端部は、複数の前記振動板に接着されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
【請求項５】
前記先端部は、前記凸部とは反対側に突出する接触部を有する請求項４に記載の圧電駆動装置。
【請求項６】
前記凹部は、前記第１面に囲まれている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
【請求項７】
前記凸部は、前記第２面に囲まれている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
【請求項８】
圧電素子、第１面、および前記第１面に配置されている凹部を有する振動板と、第２面および凸部を有する先端部と、を用意する工程と、
前記第１面と前記第２面との間、および、前記凹部と前記凸部との間、に接着剤を配置して、前記振動板に対して前記先端部を装着する工程と、
を含むことを特徴とする圧電駆動装置の製造方法。
【請求項９】
前記装着する工程よりも前に、前記第１面および前記凹部の内面を研削または研磨する工程を含む請求項８に記載の圧電駆動装置の製造方法。
【請求項１０】
前記振動板は、Ｓｉ基板であり、
前記用意する工程は、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、Ｓｉウエハーに加工を施し、前記凹部を形成するステップを含む請求項８または９に記載の圧電駆動装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電駆動装置と、
ロボットアームまたはエンドエフェクターと、を有し、
前記圧電駆動装置が前記ロボットアームまたは前記エンドエフェクターを駆動することを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動装置、圧電駆動装置の製造方法およびロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電素子の振動を利用して被駆動体を駆動する超音波モーターが知られている。特許文献１に記載の超音波モーターは、被駆動体と、被駆動体を駆動させるための圧電素子と、円弧形状の内周面を有する切取部を含み、圧電素子によって振動させられる振動板と、振動板とは異なる材料からなり、振動板の切取部に嵌め込まれていて被駆動体に接触する円板形状の接触部と、を備えている。また、特許文献１には、切取部と接触部とを接合している接合部の補強のため、接着剤を用いることも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５４１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の超音波モーターでは、接着剤により固定されている箇所は、振動板の切取部のみである。このため、例えば接触部による被駆動体の駆動方向、すなわち、接触部を被駆動体に押し当てる方向と直交する方向から接触部に対して力が加わったとき、接触部が切取部から外れやすいという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の適用例に係る圧電駆動装置は、圧電素子、第１面、および前記第１面に配置されている凹部を有する振動板と、前記第１面と対向する第２面と、前記凹部内に配置されている凸部と、を有し、被駆動部に前記振動板の振動を伝達する先端部と、前記第１面と前記第２面との間、および、前記凹部と前記凸部との間に配置されている接着剤と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る圧電駆動装置を示す平面図である。
【図２】図１に示す振動体の電極の配置を示す平面図である。
【図３】図１に示す振動体の電極の配置を示す平面図である。
【図４】図２および図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図２および図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図２および図３のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】図２および図３のＥ−Ｅ線断面図である。
【図８】図７に示す圧電素子ユニットを４つ積層した上で配線基板と電気的に接続した状態を示す断面図である。
【図９】図３に示す振動部に印加する交番電圧の例を示す図である。
【図１０】図１に示す振動部の駆動状態を示す平面図である。
【図１１】図１に示す振動部の駆動状態を示す平面図である。
【図１２】図１中のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１３】図８に示す振動部とそれに装着される先端部とを分解して示す部分拡大斜視図である。
【図１４】図１３に示す先端部を振動部に装着した状態を示す断面図である。
【図１５】第２実施形態に係る圧電駆動装置が備える振動部とそれに装着される先端部とを分解して示す部分拡大斜視図である。
【図１６】第２実施形態に係る圧電駆動装置を備える微動ステージを示す分解斜視図である。
【図１７】変形例に係る圧電駆動装置が備える振動部および先端部の断面図である。
【図１８】変形例に係る圧電駆動装置が備える振動部および先端部の断面図である。
【図１９】第３実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法を示す工程図である。
【図２０】第３実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法を説明するための図である。
【図２１】第３実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法を説明するための図である。
【図２２】第３実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法を説明するための図である。
【図２３】第４実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の圧電駆動装置、圧電駆動装置の製造方法およびロボット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。
【０００８】
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態に係る圧電駆動装置について説明する。
【０００９】
図１は、第１実施形態に係る圧電駆動装置を示す平面図である。図２および図３は、それぞれ図１に示す振動体の電極の配置を示す平面図である。図４は、図２および図３のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図２および図３のＢ−Ｂ線断面図である。図６は、図２および図３のＣ−Ｃ線断面図である。図７は、図２および図３のＥ−Ｅ線断面図である。
【００１０】
なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸と平行な方向をＸ軸方向、Ｙ軸と平行な方向をＹ軸方向、Ｚ軸と平行な方向をＺ軸方向とも言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」とも言い、矢印と反対側を「マイナス側」とも言う。
【００１１】
また、以下の説明で「面上に設けられる」とは、その面上に直接位置している状態、または、何らかの介在物を介して間接的に面上に位置している状態のいずれかを指す。
【００１２】
図１に示す圧電駆動装置１は、円板状をなし中心軸Ｏまわりに回転可能な被駆動体としてのローター２と、ローター２の外周面２１に当接する振動アクチュエーター３と、を有する。このような圧電駆動装置１では、振動アクチュエーター３を振動させると、ローター２がＸ軸と平行な中心軸Ｏまわりに回転する。なお、圧電駆動装置１の構成としては、図１の構成に限定されない。例えばローター２の周方向に沿って複数の振動アクチュエーター３を配置し、複数の振動アクチュエーター３の駆動によってローター２を回転させてもよい。また、振動アクチュエーター３は、ローター２の外周面２１ではなく、ローター２の主面２２に当接していてもよい。また、被駆動体は、ローター２のような回転体に限定されず、例えば、直線移動するスライダーであってもよい。
【００１３】
また、本実施形態では、ローター２にエンコーダー９が設けられており、エンコーダー９によって、ローター２の挙動、特に回転量および角速度を検出することができる。エンコーダー９としては、特に限定されず、例えばローター２の回転時にその回転量を検出するインクリメンタル型のエンコーダーであってもよいし、ローター２の回転の有無に関わらず、ローター２の原点からの絶対位置を検出するアブソリュート型のエンコーダーであってもよい。
【００１４】
本実施形態に係るエンコーダー９は、ローター２のＸ軸プラス側の面に固定されたスケール９１と、スケール９１のＸ軸プラス側に設けられた光学素子９２と、を有する。また、スケール９１は、円板状をなし、そのＸ軸プラス側の面に図示しないパターンが設けられている。一方、光学素子９２は、スケール９１のパターンに向けて光を照射する発光素子９２１と、スケール９１のパターンを撮像する撮像素子９２２と、を有する。このような構成のエンコーダー９では、撮像素子９２２により取得されるパターンの画像をテンプレートマッチングすることにより、ローター２の回転量、駆動速度、絶対位置等を検出することができる。ただし、エンコーダー９の構成としては、上記の構成に限定されない。例えば、撮像素子９２２に代えて、スケール９１からの反射光または透過光を受光する受光素子を備えた構成であってもよい。
【００１５】
また、振動アクチュエーター３は、振動体４と、振動体４をローター２に向けて付勢する付勢部材５と、振動体４の駆動を制御する制御装置７と、を有する。
【００１６】
このうち、振動体４は、図２および図３に示すように、振動部４１と、振動部４１を支持する支持部４２と、振動部４１と支持部４２とを接続する接続部４３と、振動部４１に接続され、振動部４１の振動をローター２に伝達する先端部４４と、を有する。
【００１７】
振動部４１は、Ｘ軸方向を厚さ方向とし、Ｙ軸およびＺ軸を含むＹ−Ｚ平面に広がる板状をなし、Ｙ軸方向に伸縮しながらＺ軸方向に屈曲することによりＳ字状に屈曲振動する。また、振動部４１は、Ｘ軸方向からの平面視で、伸縮方向であるＹ軸方向を長軸とする略長方形をなしている。ただし、振動部４１の形状としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
【００１８】
また、図３に示すように、振動部４１は、振動部４１を振動させるための駆動用の圧電素子６Ａ〜６Ｆと、振動部４１の振動を検出するための検出用の圧電素子６Ｇと、を有する。
【００１９】
圧電素子６Ｃ、６Ｄは、それぞれ、振動部４１のＺ軸方向の中央部において、振動部４１の長手方向、すなわちＹ軸方向に沿って配置されている。また、圧電素子６Ｃは、圧電素子６ＤよりもＹ軸方向プラス側に位置しており、一方、圧電素子６Ｄは、圧電素子６ＣよりもＹ軸方向マイナス側に位置している。そして、圧電素子６Ｃと圧電素子６Ｄとの間には、圧電素子６Ｇが配置されている。また、圧電素子６Ｃおよび圧電素子６Ｄは、互いに電気的に接続されている。
【００２０】
なお、２つの圧電素子６Ｃ、６Ｄに代えて、１つの圧電素子を設けるようにしてもよい。
【００２１】
また、圧電素子６Ｃ、６Ｄに対して振動部４１のＺ軸方向プラス側には圧電素子６Ａ、６Ｂが振動部４１の長手方向に並んで配置され、Ｚ軸方向マイナス側には圧電素子６Ｅ、６Ｆが振動部４１の長手方向に並んで配置されている。また、これら圧電素子６Ａ〜６Ｆは、それぞれ、通電によって振動部４１の長手方向に伸縮する。また、圧電素子６Ａ、６Ｆが互いに電気的に接続されており、圧電素子６Ｂ、６Ｅが互いに電気的に接続されている。後述するように、圧電素子６Ｃ、６Ｄと、圧電素子６Ａ、６Ｆと、圧電素子６Ｂ、６Ｅとに、互いに位相が異なりかつ互いに同じ周波数の交番電圧を印加し、これらの伸縮タイミングをずらすことにより、振動部４１をその面内においてＳ字状に屈曲振動させることができる。
【００２２】
圧電素子６Ｇは、圧電素子６Ｃと圧電素子６Ｄとの間に位置している。すなわち、圧電素子６Ｇは、圧電素子６Ｃ、６Ｄに対してその伸縮方向、すなわちＹ軸方向に並んで配置されている。この圧電素子６Ｇは、圧電素子６Ａ〜６Ｆの駆動に伴う振動部４１の振動に応じた外力を受け、受けた外力に応じた信号を出力する。そのため、圧電素子６Ｇから出力される信号に基づいて、振動部４１の振動状態を検知することができる。なお、「圧電素子６Ｇが圧電素子６Ｃ、６Ｄに対してその伸縮方向に並んで配置されている」とは、圧電素子６Ｃを伸縮方向に延長した領域と、圧電素子６Ｄを伸縮方向に延長した領域と、が重複する領域内に、圧電素子６Ｇの少なくとも一部が位置することを意味し、好ましくは、圧電素子６Ｇの全体が位置することを意味する。
【００２３】
また、圧電素子６Ｇは、振動部４１の屈曲振動の節となる部分に配置されている。屈曲振動の節とは、Ｚ軸方向への振幅が実質的にゼロとなる部分、すなわち実質的に屈曲振動が生じない部分である。このように、圧電素子６Ｇを圧電素子６Ｃ、６Ｄに対してその伸縮方向に並ぶように配置し、かつ、振動部４１の屈曲振動の節を含む部分に配置することにより、圧電素子６Ｇに振動部４１のＹ軸方向への伸縮振動が伝わり易くなるとともに、振動部４１のＺ軸方向への屈曲振動が伝わり難くなる。すなわち、伸縮振動の感度を高めつつ、屈曲振動の感度を低下させることができる。そのため、圧電素子６Ｇによって、振動部４１のＹ軸方向への伸縮振動をより精度よく検出することができる。
【００２４】
ただし、圧電素子６Ｇの配置としては、振動部４１のＹ軸方向への伸縮振動を検出することができれば、特に限定されず、例えば、振動部４１の屈曲振動の腹となる部分に配置されていてもよい。また、圧電素子６Ｇを複数に分割するようにしてもよい。
【００２５】
また、支持部４２は、振動部４１を支持している。支持部４２は、Ｘ軸方向からの平面視で、振動部４１の基端側、すなわちＹ軸方向マイナス側を囲むＵ字形状となっている。ただし、支持部４２の形状や配置としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
【００２６】
また、接続部４３は、振動部４１の屈曲振動の節となる部分、具体的には振動部４１のＹ軸方向の中央部と支持部４２とを接続している。ただし、接続部４３の構成は、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
【００２７】
以上のような振動部４１、支持部４２および接続部４３は、図４ないし図６に示すように、２つの圧電素子ユニット６０を互いに向かい合わせて貼り合わせた構成となっている。すなわち、図４ないし図６に示す断面図では、圧電素子ユニット６０同士の構成が、これらの中間を通過する線に対して鏡像の関係を満たしている。
【００２８】
また、各圧電素子ユニット６０は、それぞれ複数の層が積層されてなる積層体で構成されており、これらの各層は、後述する圧電体や電極、配線層や絶縁膜である。
【００２９】
図２および図３は、それぞれ圧電素子ユニット６０を構成する積層体の各層の平面図である。図２および図３に示す各層は、図示しない絶縁膜を介して電気的に絶縁されている。
【００３０】
まず、図２に示す第１電極６０１は、振動板６１のＸ軸プラス側の面である第１表面６１３ａ（第１主面）上に設けられ、圧電素子６Ａ〜６Ｇに共通な電極である。
【００３１】
また、図３に示す６つの第２電極６０３は、圧電素子６Ａ〜６Ｆの個別電極であり、図３に示す１つの第３電極６０４は、圧電素子６Ｇの個別電極である。そして、これらの第２電極６０３および第３電極６０４は、それぞれ後述する圧電体６０２を介して第１電極６０１と対向配置されている。
【００３２】
なお、第１電極６０１、第２電極６０３および第３電極６０４は、それぞれ図示しない配線を介して支持部４２のＹ軸方向マイナス側の端部まで引き回されている。
【００３３】
図４ないし図６は、上述した図２または図３に示す振動部４１の断面図であって、切断面の位置が互いに異なっている。以下の説明では、図４ないし図６に示す２つの圧電素子ユニット６０のうち、各図のＸ軸マイナス側に位置する圧電素子ユニット６０を代表にして説明する。
【００３４】
図４ないし図６に示す圧電素子ユニット６０は、振動板６１と、振動板６１の第１表面６１３ａ上に配置された駆動用の圧電素子６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆおよび検出用の圧電素子６０Ｇと、各圧電素子６０Ａ〜６０Ｇを覆う第１絶縁膜６３と、振動板６１のＸ軸マイナス側の面である第１裏面６１５上を覆う第２絶縁膜６４と、振動板６１の端面６１１上を覆う第３絶縁膜６５と、を有する。
【００３５】
圧電素子６０Ａ〜６０Ｆは、それぞれ、図４ないし図６に示すように、振動板６１の第１表面６１３ａ上に配置された第１電極６０１と、第１電極６０１のＸ軸プラス側の面上に配置された圧電体６０２と、圧電体６０２のＸ軸プラス側の面上に配置された第２電極６０３と、を有する。すなわち、第１電極６０１は、圧電体６０２のＸ軸マイナス側の面６０２１に設けられ、第２電極６０３は、圧電体６０２のＸ軸プラス側の面６０２２に設けられている。第２電極６０３は、駆動信号に基づき、駆動用の圧電素子６０Ａ〜６０Ｆの各圧電体６０２を振動させる駆動用電極である。
【００３６】
また、圧電素子６０Ｇは、図５に示すように、振動板６１の第１表面６１３ａ上に配置された第１電極６０１と、第１電極６０１のＸ軸プラス側の面上に配置された圧電体６０２と、圧電体６０２のＸ軸プラス側の面上に配置された第３電極６０４と、を有する。すなわち、第１電極６０１は、圧電体６０２のＸ軸マイナス側の面６０２１に設けられ、第３電極６０４は、圧電体６０２のＸ軸プラス側の面６０２２に設けられている。第３電極６０４は、検出用の圧電素子６０Ｇの圧電体６０２の振動に応じた検出信号を、後述する制御装置７へ出力する検出用電極である。
【００３７】
２つの圧電素子ユニット６０は、圧電素子６０Ａ〜６０Ｇが配置されている側の面を対向させた状態で接着剤６９１を介して接合されている。このように複数の圧電素子ユニット６０を貼り合わせることにより、圧電駆動装置１の出力を高めることができる。
【００３８】
接着剤６９１としては、例えば、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、ウレタン系接着剤、アクリル系接着剤等が挙げられる。このうち、接着力、耐熱性等の観点でエポキシ系接着剤が好ましく用いられる。
【００３９】
また、各図に示す第１電極６０１は、圧電素子６Ａ〜６Ｇに共通な電極になっているが、これに限定されず、圧電素子ごとに分割され、配線等で互いに接続されるようになっていてもよい。
【００４０】
図４ないし図６に示す第１絶縁膜６３は、圧電素子６０Ａ〜６０Ｇを覆うように設けられている。また、図４ないし図６に示す第２絶縁膜６４は、振動板６１の第１裏面６１５上を覆うように設けられている。さらに、図４ないし図６に示す第３絶縁膜６５は、振動板６１の端面６１１上を覆うように設けられている。なお、第３絶縁膜６５は、第１絶縁膜６３から連続する絶縁膜であることから、圧電素子６０Ａ〜６０Ｇの端面上も覆っている。その結果、第１絶縁膜６３および第３絶縁膜６５は、一体の膜として、振動板６１のＸ軸プラス側に位置する構造物全体を覆うことになる。これにより、絶縁性および耐候性を高めることができ、信頼性の高い振動体４が得られる。
【００４１】
また、図７に示す配線層６０５は、図示しないコンタクトを介して第１電極６０１と電気的に接続されている。また、図示しないものの、第２電極６０３および第３電極６０４のそれぞれと電気的に接続された配線層も設けられている。
【００４２】
配線層６０５は、第１絶縁膜６３のＸ軸プラス側の面６３３上に引き回され、さらに、支持部４２のＹ軸方向マイナス側の端部まで引き回されている。
【００４３】
そして、図７に示す圧電素子ユニット６０は、さらに、振動板６１の端面６１１上に設けられている配線層６０７を有している。この配線層６０７は、前述した配線層６０５から連続する配線層である。したがって、圧電素子６０Ａ〜６０Ｇの第１電極６０１は、配線層６０５、６０７を経て、振動板６１の端面６１１上まで引き出されている。
【００４４】
このような配線層６０７を設けることにより、圧電素子ユニット６０では、振動板６１のＸ軸プラス側の面である第１表面６１３ａ上やＸ軸マイナス側の面である第１裏面６１５上ではなく、端面６１１上において外部との電気的接続を図ることが可能になる。
【００４５】
図７では、圧電素子ユニット６０を配線基板８と電気的に接続した様子も示している。図７に示す配線基板８は、圧電素子ユニット６０と図１に示す制御装置７とを電気的に接続する配線板である。配線基板８は、フレキシブル基板８１と、フレキシブル基板８１の一方の面に設けられた配線８２と、を含んでいる。そして、圧電素子ユニット６０が備える配線層６０７に対応するように、複数の配線８２が引き回されている。なお、フレキシブル基板８１に代えて、リジッド基板を用いるようにしてもよい。
【００４６】
また、図７に示す圧電駆動装置１は、互いに積層された２つの圧電素子ユニット６０を備えているが、これらの圧電素子ユニット６０は、振動板６１の端面６１１上に設けられている配線層６０７を介して配線基板８と電気的に接続されている。このため、複数の圧電素子ユニット６０を積層した場合でも、積層された圧電素子ユニット６０と配線基板８とを一括して接続することが可能になる。このため、圧電素子ユニット６０を１つずつ積み上げながら配線基板８との接続を図る必要がなく、電気的接続の作業効率を各段に高めることができる。
【００４７】
さらに、図７に示す圧電駆動装置１において、圧電素子ユニット６０と配線基板８との間は、導通部材８３を介して電気的に接続されている。
【００４８】
導通部材８３としては、例えば、半田、ろう材、金属ペーストのような導電金属、異方性導電ペースト、異方性導電シートのような異方性導電材料、導電性接着剤、ワイヤーボンディング材等が挙げられる。
【００４９】
なお、図７では、導通部材８３に加え、接着剤６９３を介して圧電素子ユニット６０と配線基板８との間が接着されている。これにより、圧電素子ユニット６０と配線基板８との間をより確実に接続することができる。
【００５０】
また、図７に示す２つの圧電素子ユニット６０のうち、下方の圧電素子ユニット６０を「第１圧電素子ユニット６０ａ」とし、上方の圧電素子ユニット６０を「第２圧電素子ユニット６０ｂ」とする。
【００５１】
図７では、接着剤６９１を介して第１圧電素子ユニット６０ａと第２圧電素子ユニット６０ｂとが積層されている。第１圧電素子ユニット６０ａと第２圧電素子ユニット６０ｂとの間では、導通部材８３を介して圧電素子６０Ａ同士が接続されている。これにより、２つの圧電素子６０Ａから「圧電素子６Ａ」が構成されている。
【００５２】
他の圧電素子６０Ｂ〜６０Ｇについても同様であり、２つの圧電素子６０Ｂから「圧電素子６Ｂ」が構成され、２つの圧電素子６０Ｃから「圧電素子６Ｃ」が構成され、２つの圧電素子６０Ｄから「圧電素子６Ｄ」が構成され、２つの圧電素子６０Ｅから「圧電素子６Ｅ」が構成され、２つの圧電素子６０Ｆから「圧電素子６Ｆ」が構成され、２つの圧電素子６０Ｇから「圧電素子６Ｇ」が構成されている。
【００５３】
圧電体６０２の構成材料は、特に限定されず、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。また、圧電体６０２としては、上述した圧電セラミックスの他にも、ポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いてもよい。
【００５４】
また、圧電体６０２の形成方法としては、特に限定されず、バルク材料から形成してもよいし、ゾル−ゲル法やスパッタリング法を用いて形成してもよい。本実施形態では、圧電体６０２をゾル−ゲル法を用いて形成している。つまり、本実施形態に係る圧電素子６０Ａ〜６０Ｇは、第１電極６０１、第２電極６０３および第３電極６０４と接する圧電体６０２を有しているが、この圧電体６０２は、薄膜である。これにより、例えば、バルク材料から形成する場合と比べて薄い圧電体６０２が得られ、振動アクチュエーター３の薄型化を図ることができる。また、後述するように、半導体製造技術を利用して圧電素子ユニット６０を製造することができるので、製造効率を高めるとともに、低コスト化を図ることができる。
【００５５】
図８は、図７に示す圧電素子ユニット６０を４つ積層した上で配線基板８と電気的に接続した状態を示す断面図である。
【００５６】
図８に示す圧電駆動装置１は、２つのスタックユニットを備えている。具体的には、まず、２つの圧電素子ユニット６０が図７に示す接着剤６９１を介して積層され、これにより１つのスタックユニットが形成されている。そして、さらに、接着剤６９２を介してスタックユニット同士を接着することにより、圧電素子ユニット６０を４つ積層してなるスタック構造体が得られる。このスタック構造体が前述した振動部４１、支持部４２および接続部４３となる。その上で、各スタックユニットが、導通部材８３を介して配線基板８と電気的に接続されている。
【００５７】
このようにして複数のスタックユニットを備えることにより、特に高い出力を発生させ得る圧電駆動装置１を実現することができる。
【００５８】
なお、接着剤６９２としては、特に限定されないが、例えば前述した接着剤６９１として挙げたものから適宜選択される。
【００５９】
また、第１振動板６１ａおよび第２振動板６１ｂとしては、例えばシリコン基板、炭化ケイ素基板、化合物半導体基板等が挙げられる。このうち、第１振動板６１ａまたは第２振動板６１ｂは、シリコン基板であるのが好ましい。これにより、第１圧電素子ユニット６０ａまたは第２圧電素子ユニット６０ｂの製造に際し、シリコン半導体製造技術を転用することができる。このため、効率よくかつ高精度に、第１圧電素子ユニット６０ａまたは第２圧電素子ユニット６０ｂを製造することができる。
【００６０】
先端部４４は、振動部４１の先端に設けられ、振動部４１からＹ軸方向プラス側へ突出している。
【００６１】
図８に示す先端部４４は、４つの圧電素子ユニット６０を積層してなるスタック構造体、すなわち振動部４１の先端に設けられている。そして、先端部４４は、ローター２の外周面２１と接触している。そのため、振動部４１の振動は、先端部４４を介してローター２に伝達される。先端部４４の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ジルコニア、アルミナ、チタニア等の各種セラミックスが挙げられる。これにより、耐久性に優れた先端部４４となる。なお、先端部４４については、後に詳述する。
【００６２】
図９は、図３に示す振動部に印加する交番電圧の例を示す図である。図１０および図１１は、それぞれ、図１に示す振動部の駆動状態を示す平面図である。図１２は、図１中のＦ−Ｆ線断面図である。
【００６３】
このような振動体４において、図９に示す交番電圧Ｖ１を圧電素子６Ａ、６Ｆに印加し、交番電圧Ｖ２を圧電素子６Ｃ、６Ｄに印加し、交番電圧Ｖ３を圧電素子６Ｂ、６Ｅに印加すると、図１０に示すように、振動部４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつＺ軸方向に屈曲振動する。このとき、圧電素子６Ｃ、６Ｄに印加される交番電圧Ｖ２は、振動部４１に伸縮振動を発生させる。一方、圧電素子６Ａ、６Ｆに印加される交番電圧Ｖ１および圧電素子６Ｂ、６Ｅに印加される交番電圧Ｖ３は、振動部４１に屈曲振動を発生させる。そして、これらの振動が合成されると、先端部４４の先端が矢印Ａ１で示すように反時計回りに楕円軌道を描く楕円運動をする。したがって、交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が振動アクチュエーター３における駆動信号である。このような先端部４４の楕円運動によってローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ１で示すように時計回りに回転する。また、振動部４１の振動に対応して、圧電素子６Ｇから検出信号Ｓｓが出力される。
【００６４】
なお、図１０の矢印Ａ１で示す先端部４４の楕円運動では、点Ａ１’から点Ａ１”までは、先端部４４がローター２の外周面２１と当接してローター２を矢印Ｂ１の方向に送り出し、点Ａ１”から点Ａ１’までは、先端部４４がローター２の外周面２１から離間している。そのため、点Ａ１”から点Ａ１’までは、ローター２の矢印Ｂ１とは反対側への回転が抑制される。
【００６５】
また、交番電圧Ｖ１、Ｖ３を互いに切り換えると、すなわち交番電圧Ｖ１を圧電素子６Ｂ、６Ｅに印加し、交番電圧Ｖ２を圧電素子６Ｃ、６Ｄに印加し、交番電圧Ｖ３を圧電素子６Ａ、６Ｆに印加すると、図１１に示すように、振動部４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつＺ軸方向に屈曲振動する。このときも、圧電素子６Ｃ、６Ｄに印加される交番電圧Ｖ２は、振動部４１に伸縮振動を発生させる。一方、圧電素子６Ｂ、６Ｅに印加される交番電圧Ｖ１および圧電素子６Ａ、６Ｆに印加される交番電圧Ｖ３は、振動部４１に屈曲振動を発生させる。そして、これらの振動が合成されると、先端部４４が矢印Ａ２で示すように時計回りに楕円運動する。このような先端部４４の楕円運動によってローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ２で示すように反時計回りに回転する。また、このような振動部４１の振動に対応して、圧電素子６Ｇから検出信号Ｓｓが出力される。
【００６６】
なお、図１１の矢印Ａ２で示す先端部４４の楕円運動では、点Ａ２’から点Ａ２”までは、先端部４４がローター２の外周面２１と当接してローター２を矢印Ｂ２の方向に送り出し、点Ａ２”から点Ａ２’までは、先端部４４がローター２の外周面２１から離間している。そのため、点Ａ２”から点Ａ２’までは、ローター２の矢印Ｂ２とは反対側への回転が抑制される。
【００６７】
なお、ローター２を少なくとも一方向に回転させることができれば、圧電素子６Ａ〜６Ｆに印加する交番電圧のパターンは、図示したパターンに限定されない。圧電素子６Ａ〜６Ｆに印加する電圧は、交番電圧でなく、例えば、間欠的に印加する直流電圧でもよい。
【００６８】
また、振動部４１は、前述したように、圧電体６０２と、この圧電体６０２に設けられている第１電極６０１および第２電極６０３と、を有する圧電素子６Ａ〜６Ｆ（駆動用圧電素子）を備えている。この振動部４１における伸縮振動および屈曲振動は、それぞれ、圧電体６０２と第１電極６０１との界面、すなわち第１電極６０１の表面に平行な方向における振動であって、この振動により、先端部４４を楕円運動させ、被駆動部であるローター２を駆動する。
【００６９】
このような平面における振動は、振動部４１における振動効率が高くなり、消費電力の小さい圧電駆動装置１を実現することができる。
【００７０】
なお、本明細書における「平行」とは、前述した伸縮振動および屈曲振動の振動面と第１電極６０１の表面とのなす角度が０°の状態に加え、この角度が±５°の範囲内にある状態を指す概念である。
【００７１】
付勢部材５は、先端部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢する部材である。付勢部材５は、図１２に示すように、振動体４のＸ軸プラス側に位置する第１基板５１と、振動体４のＸ軸マイナス側に位置する第２基板５２と、を有する。そして、第１基板５１と第２基板５２とで振動体４を挟み込んでいる。なお、第１基板５１および第２基板５２としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板を用いることができる。
【００７２】
また、図１２に示すように、第１基板５１と第２基板５２との間には、振動体４と等しい厚さの間座５３が設けられている。また、当該部分には、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔５９が形成されており、この貫通孔５９を利用して、付勢部材５が筐体等にねじ止めされる。図１に示すばね部５１３をＹ軸方向に撓ませた状態で付勢部材５を前記筐体等に固定することにより、ばね部５１３の復元力を利用して先端部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢することができる。
【００７３】
なお、付勢部材５の構成は、先端部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢することができれば、特に限定されない。例えば、第１基板５１および第２基板５２のいずれか一方を省略してもよい。また、例えば、付勢部材５として、コイルスプリング、板ばね等を用いてもよい。
【００７４】
制御装置７は、圧電素子６Ａ〜６Ｆに印加する交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を適宜調整することにより、振動体４によるローター２の駆動を制御する。
【００７５】
なお、制御装置７は、例えばＣＰＵのようなプロセッサー、メモリー、インターフェース等を有するコンピューターで構成される。そして、メモリーに格納されている所定のプログラムをプロセッサーによって実行することにより、各部の動作が制御される。なお、プログラムは、インターフェースを介して外部からダウンロードされたものであってもよい。また、制御装置７の構成の全部または一部が、圧電駆動装置１の外部に設けられ、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等の通信網を介して接続された構成であってもよい。
【００７６】
（先端部）
次に、先端部４４について説明する。
【００７７】
図１３は、図８に示す振動部４１とそれに装着される先端部４４とを分解して示す部分拡大斜視図である。図１４は、図１３に示す先端部４４を振動部４１に装着した状態を示す断面図である。
【００７８】
図１３に示す振動部４１は、前述したように、４つの圧電素子ユニット６０を積層してなるスタック構造体を有している。振動部４１は、先端部４４が装着される面である先端面４１２（第１面）と、先端面４１２に開口する凹部４１４と、を有している。凹部４１４は、振動部４１のＺ軸方向の中央部に設けられ、Ｙ軸方向を深さ方向とし、４つの圧電素子ユニット６０を貫通するように、Ｘ軸方向に延在する溝である。ＹＺ面で切断したときの凹部４１４の断面形状は、長方形をなしている。
【００７９】
図１３に示す先端部４４は、底面の形状が「＋」状をなし、Ｘ軸方向に延びる軸を持つ柱状体である。具体的には、Ｚ軸方向に延在する長手形状をなす基部４４２と、基部４４２からＹ軸方向マイナス側に突出する凸部４４４と、基部４４２からＹ軸方向プラス側に突出する接触部４４６と、を有している。このうち、凸部４４４は、図１３に矢印で示すようにして、振動部４１が有する凹部４１４に挿入される。このようにして先端部４４が振動部４１に装着される。
【００８０】
図１４に示すように、先端部４４は、振動部４１に装着した状態で、接着剤４５を介して接着されている。すなわち、本実施形態に係る圧電駆動装置１は、図８に示すように、互いに積層されている複数の振動板６１を備えており、先端部４４は、接着剤４５を介して、これら複数の振動板６１に接着されている。これにより、複数の圧電素子ユニット６０を積層することによって圧電駆動装置１の出力の増大を図りつつ、振動部４１に対して先端部４４をより強固に固定することができる。
【００８１】
接着剤４５は、凹部４１４と凸部４４４との隙間を充填するように配置される。これにより、凹部４１４と凸部４４４とを強固に固定することができる。
【００８２】
また、先端部４４の基部４４２の表面のうち、Ｙ軸方向マイナス側の面は、振動部４１の先端面４１２に対向する対向面４４２ａ（第２面）である。前述した凸部４４４は、この対向面４４２ａからＹ軸方向マイナス側に向かって突出している。したがって、凹部４１４に対して凸部４４４を挿入すると、振動部４１の先端面４１２（第１面）と、先端部４４の対向面４４２ａ（第２面）と、が対向することになる。そして、図１４に示すように、先端面４１２と対向面４４２ａとの間も、接着剤４５を介して接着されている。
【００８３】
以上のように、本実施形態に係る圧電駆動装置１は、先端面４１２（第１面）と、先端面４１２に開口する凹部４１４と、を有する振動板６１と、振動板６１を振動させる前述した圧電素子６Ａ〜６Ｆと、先端面４１２と対向する対向面４４２ａ（第２面）と、対向面４４２ａから突出し、凹部４１４内に配置される凸部４４４と、被駆動部であるローター２に駆動力を伝達する先端部４４と、先端面４１２と対向面４４２ａとの間、および、凹部４１４と凸部４４４との間に配置されている接着剤４５と、を備えている。
【００８４】
このような構成によれば、凹部４１４と凸部４４４との間のみでなく、凹部４１４の外側において、先端面４１２と対向面４４２ａとの間も接着に寄与している。凹部４１４の外側においてこのような接着領域が存在することにより、先端部４４は、例えば図１４に示すような回転力Ｍが加わった場合でも、振動部４１から脱落しにくくなるという効果をもたらす。
【００８５】
具体的には、Ｘ軸方向を回転軸とする回転力Ｍが加わると、先端部４４が回転し、凸部４４４が凹部４１４から抜け出るおそれがある。これに対し、図１４に示す先端部４４は、凹部４１４の外側に設けられた対向面４４２ａを有しており、この対向面４４２ａと先端面４１２とが接着されている。このため、先端部４４が回転しようとしても、対向面４４２ａが先端面４１２に当接した状態で接着されていることから、回転が阻害されることになる。つまり、振動板６１に対する先端部４４の接着強度が高くなっている。その結果、凸部４４４が凹部４１４から抜け出ようとする挙動が起きにくくなり、先端部４４の脱落を防止することができる。
【００８６】
しかも、本実施形態に係る先端部４４は、Ｚ軸方向、すなわち先端部４４によってローター２を送り出す方向において、凸部４４４を挟んだ両側にそれぞれ設けられた２つの対向面４４２ａを有している。このため、図１４において、右回りの回転力Ｍが加わった場合でも、左回りの回転力Ｍが加わった場合でも、先端部４４の回転を阻害することができ、先端部４４の脱落を防止することができる。
【００８７】
凸部４４４のＺ軸方向における長さＷ１は、特に限定されないが、一例を挙げれば、１００μｍ以上３００μｍ以下程度とすることができる。これにより、凹部４１４との引っ掛かりを生じることによって脱落を抑制するとともに、十分な接着面積を確保し得る凸部４４４が得られる。
【００８８】
また、対向面４４２ａのＺ軸方向における長さＷ２も、特に限定されないが、一例を挙げれば、それぞれ１００μｍ以上５００μｍ以下程度とすることができる。これにより、接着面積を十分に確保するとともに、対向面４４２ａに加わる圧力を分散し、先端部４４の破損等が生じるのを抑制することができる。
【００８９】
一方、基部４４２の表面のうち、Ｙ軸方向プラス側の面は、前述した対向面４４２ａとは反対に位置する面であり、これを反対面４４２ｂ（第３面）とする。前述した接触部４４６は、この反対面４４２ｂからＹ軸方向プラス側に向かって突出している。この接触部４４６がローター２に接触し、駆動力を発生させることになる。
【００９０】
すなわち、先端部４４は、対向面４４２ａ（第２面）と、対向面４４２ａとは反対に位置する反対面４４２ｂと、を有する基部４４２と、凸部４４４と、反対面４４２ｂから突出、つまり凸部４４４とは反対側に突出する接触部４４６と、を有している。
【００９１】
接触部４４６が反対面４４２ｂから突出した形状をなしていることにより、振動部４１の屈曲振動における共振周波数の安定化を図ることができる。すなわち、振動部４１は、前述したようにＺ軸方向に屈曲振動するが、この振動は一般的には特定の共振周波数を持つ共振とされる。この共振周波数は、安定した駆動のためには一定であるのが好ましい。しかしながら、長期にわたる駆動の継続によって、先端部４４が摩耗してくると、共振周波数が変化してしまうことがある。これに対し、接触部４４６が反対面４４２ｂから突出した形状をなしていると、仮に接触部４４６が摩耗したとしても、摩耗によって変化する面積を最小限に留めることができる。このため、摩耗に伴う共振周波数の変化を抑えることができる。その結果、安定した駆動を実現することができる。
【００９２】
また、被駆動部であるローター２と接触する接触部４４６は、Ｙ軸方向、すなわち先端部４４と振動板６１を含む先端部４４とが並ぶ方向からの平面視において、対向面４４２ａ（第２面）の外縁の内側に位置している。これにより、例えば接触部４４６の先端に回転力Ｍが加わったとしても、先端部４４の回転を阻止しようとする対向面４４２ａの外縁の内側に力点が存在することになるため、対向面４４２ａの外縁の外側に力点が存在する場合に比べて、先端部４４は特に回転しにくい状態となる。その結果、先端部４４の脱落をより高い確率で防止することができる。
【００９３】
接触部４４６のＺ軸方向における長さＷ３は、特に限定されないが、一例を挙げれば、１００μｍ以上３００μｍ以下程度とすることができる。これにより、接触部４４６の破損等を抑制しつつ、共振周波数の変化を最小限に抑えることができる。
【００９４】
なお、前述した凸部４４４のＺ軸方向における長さＷ１と、接触部４４６のＺ軸方向における長さＷ３は、同程度であるのが好ましい。これにより、先端部４４が特に脱落しにくくなるとともに、特に安定した駆動が可能になる。なお、同程度とは、Ｗ１／Ｗ３の比が、０．８以上１．２以下であることをいう。
【００９５】
また、凹部４１４の深さｄは、特に限定されないが、一例を挙げれば、１００μｍ以上５００μｍ以下程度とすることができる。これにより、凹部４１４と凸部４４４との間で、十分な接着面積を確保することができる。
【００９６】
さらに、基部４４２の厚さｔも、特に限定されないが、一例を挙げれば、１００μｍ以上３００μｍ以下程度とすることができる。
【００９７】
接着剤４５としては、例えば、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤等が挙げられる。
【００９８】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る圧電駆動装置について説明する。
【００９９】
図１５は、第２実施形態に係る圧電駆動装置が備える振動部４１とそれに装着される先端部４４とを分解して示す部分拡大斜視図である。図１６は、第２実施形態に係る圧電駆動装置を備える微動ステージを示す分解斜視図である。
【０１００】
以下、第２実施形態について説明するが、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１５および図１６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。
【０１０１】
第２実施形態は、先端部４４Ａおよび振動部４１Ａの構成が異なること以外、第１実施形態と同様である。
【０１０２】
前述した第１実施形態では、凹部４１４が、４つの圧電素子ユニット６０を貫通するように設けられているのに対し、図１５に示す振動部４１Ａが有する凹部４１４は、積層された４つの圧電素子ユニット６０のうち、内側の２つの圧電素子ユニット６０に設けられ、外側の２つの圧電素子ユニット６０には設けられていない。
【０１０３】
このため、凹部４１４は、Ｘ軸方向プラス側およびマイナス側には開放しておらず、凹部４１４の開口部は、先端面４１２（第１面）に囲まれた状態になっている。これにより、先端部４４は、前述したようなＸ軸を回転軸とする回転力に伴う先端部４４の脱落だけでなく、Ｚ軸を回転軸とする回転力に伴う先端部４４の脱落についても、より確実に防止することが可能になる。つまり、Ｚ軸を回転軸とする回転力が加わった場合でも、本実施形態の構成によれば、凸部４４４が凹部４１４の内面に接触することができるので、それによって回転が阻害されやすくなる。その結果、先端部４４がより脱落しにくくなる。
【０１０４】
また、前述した第１実施形態では、Ｚ軸方向において凸部４４４を挟んだ両側にそれぞれ対向面４４２ａが位置しているのに対し、図１５に示す先端部４４Ａでは、凸部４４４が対向面４４２ａ（第２面）に囲まれている。これにより、対向面４４２ａは、凸部４４４の全周において、先端面４１２（第１面）に当接した状態で接着される。このため、先端部４４Ａに対してＸ軸まわりの回転力が加わった場合であっても、Ｚ軸まわりの回転力が加わった場合であっても、対向面４４２ａが回転を阻害する。その結果、先端部４４Ａがさらに脱落しにくくなる。
【０１０５】
このような第２実施形態は、例えば図１６に示すような微動ステージ等において有用である。
【０１０６】
図１６に示す微動ステージ２０００は、ステージ２０１０と、ステージ２０１０の下面に当接する２つの圧電駆動装置１Ａ、１Ｂと、を有している。この２つの圧電駆動装置１Ａ、１Ｂは、それぞれ上述した先端部４４Ａおよび振動部４１Ａを有している。このうち、圧電駆動装置１Ａは、Ｘ’軸方向においてステージ２０１０を駆動する。一方、圧電駆動装置１Ｂは、Ｙ’軸方向においてステージ２０１０を駆動する。圧電駆動装置１Ａおよび圧電駆動装置１Ｂを互いに独立して作動させることにより、Ｘ’Ｙ’平面内においてステージ２０１０を自在に駆動することができる。
【０１０７】
なお、圧電駆動装置１Ａと圧電駆動装置１Ｂの双方が同時に作動するとき、圧電駆動装置１Ａの先端部４４Ａには、それ自身が発生させたＸ’軸方向の送り出し力に対する反力だけでなく、圧電駆動装置１Ｂの先端部４４Ａによって発生したＹ’軸方向の送り出し力が加わることになる。同様に、圧電駆動装置１Ｂの先端部４４Ａにも、それ自身が発生させたＹ’軸方向の送り出し力に対する反力だけでなく、圧電駆動装置１Ａの先端部４４Ａによって発生したＸ’軸方向の送り出し力が加わることになる。
【０１０８】
したがって、このような圧電駆動装置１Ａ、１Ｂにおいて、前述した先端部４４Ａおよび振動部４１Ａを用いることにより、先端部４４Ａに対してＸ’軸方向の力とＹ’軸方向の力の双方が加わった場合でも、先端部４４Ａの脱落をより高い確率で防止することができる。その結果、信頼性の高い微動ステージ２０００を容易に実現することができる。また、２つの圧電駆動装置１Ａ、１Ｂは、その構造が互いに同じである。このため、互いに異なる構造の圧電駆動装置を用いる必要がなく、微動ステージ２０００の低コスト化を図りやすいという利点もある。
【０１０９】
＜変形例＞
次に、圧電駆動装置の変形例について説明する。
【０１１０】
図１７および図１８は、それぞれ、変形例に係る圧電駆動装置が備える振動部および先端部の断面図である。
【０１１１】
以下、変形例について説明するが、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１７および図１８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。
本変形例は、接触部４４６の構成が異なる以外、前記実施形態と同様である。
【０１１２】
図１７に示す先端部４４Ｂでは、基部４４２から接触部４４６に向かうにつれて、Ｚ軸方向における長さが徐々に短くなっている。その結果、接触部４４６のＹ軸方向プラス側の面、すなわちローター２に当接する面は、曲面になっている。このような接触部４４６は、ローター２に対する当接の状態を一定に維持しやすいという利点を有する。つまり、接触部４４６が摩耗しても、曲面の形状が維持されやすいことから、接触面積が変化しにくい。その結果、摩耗に伴う共振周波数の変化を抑えることができる。その結果、安定した駆動を実現することができる。
【０１１３】
図１８に示す先端部４４Ｃでは、基部４４２から接触部４４６に向かうにつれて、Ｚ軸方向における長さが一定になっている。その結果、接触部４４６のＹ軸方向プラス側の面、すなわちローター２に当接する面は、第１実施形態に係る接触部４４６よりも広くなっている。このような接触部４４６は、破損しにくく、耐久性に優れるという利点を有する。その結果、長期にわたる駆動を可能にする。
【０１１４】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法について説明する。
【０１１５】
図１９は、第３実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法を示す工程図である。また、図２０ないし図２２は、それぞれ第３実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法を説明するための図である。
【０１１６】
以下、第３実施形態について説明するが、以下の説明では、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図２０ないし図２２において、前記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。
【０１１７】
ここでは、第３実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法として、図８に示す圧電駆動装置１を製造する方法を例に説明する。
【０１１８】
かかる製造方法は、図１９に示すように、部材準備工程Ｓ１と、研削研磨工程Ｓ２と、先端部接着工程Ｓ３と、を含む。以下、各工程について順次説明する。
【０１１９】
［１］部材準備工程Ｓ１
まず、図８に示す振動板６１および圧電素子６０Ａ〜６０Ｇを含む圧電素子ユニット６０を用意する。
【０１２０】
なお、振動板６１は、前述したように半導体基板が用いられるが、この中でもＳｉ基板が好ましく用いられる。すなわち、振動板６１は、凹部４１４を有するＳｉ基板であるのが好ましい。そして、この凹部４１４は、研削等の機械加工、レーザー加工等で形成されてもよいが、好ましくはフォトリソグラフィーおよびエッチングにより形成されるのが好ましい。つまり、振動板６１を用意する本工程は、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、Ｓｉウエハーに加工を施し、凹部４１４を有するＳｉ基板を形成する工程であるのが好ましい。これにより、シリコン半導体製造技術を用いて、凹部４１４をより精度よく低コストで形成することができる。
【０１２１】
そして、このようにして形成された振動板６１と圧電素子６０Ａ〜６０Ｇとを積層し、圧電素子ユニット６０が得られる。本実施形態では、２つの圧電素子ユニット６０を積層してスタックユニット６００を得るとともに、図２０に示すように、このスタックユニット６００を２つ積層する。スタックユニット６００同士の積層には、例えば接着剤が用いられる。このようにして図２１に示す部材６００Ａが得られる。
【０１２２】
なお、本工程で形成する凹部４１４の深さは、凹部４１４の目的とする深さよりも若干深くなるように設定される。換言すれば、部材６００Ａには、加工を施すことにより、形成しようとする凹部４１４の深さを実現することができるように、加工しろが見込まれている。
【０１２３】
［２］研削研磨工程Ｓ２
次に、部材６００Ａに対して研削または研磨を施す。具体的には、部材６００Ａの先端面４１２（第１面）および凹部４１４の内面を研削または研磨する。これにより、これらの面の精度を高め、各部の寸法を設計値に近づけることができる。具体的には、先端面４１２を研削または研磨することにより、凹部４１４の深さを浅くする。図２１に斜線で示した部分は、本工程で除去される部分の一例である。
【０１２４】
また、凹部４１４の内面を研削または研磨し、部材準備工程Ｓ１において圧電素子ユニット６０同士を積層した際の位置ずれに伴う内面の凹凸を解消する。これにより、先端面４１２および凹部４１４を有する振動板６１を含む振動部４１が得られる。
【０１２５】
なお、研削と研磨の双方を行うようにしてもよい。また、本工程は、必要に応じて行えばよく、省略されてもよい。
【０１２６】
［３］先端部接着工程Ｓ３
次に、凹部４１４に対して先端部４４を装着する。装着には、接着剤４５が用いられる。具体的には、先端面４１２と対向する先端部４４の対向面４４２ａ（第２面）および凸部４４４に接着剤４５を塗布する。または、振動部４１の先端面４１２（第１面）および凹部４１４に接着剤４５を塗布する。なお、接着剤４５は、これらの双方に塗布してもよい。その後、図２２に示すように、先端部４４の凸部４４４を振動部４１の凹部４１４に挿入した後、塗布しておいた接着剤４５を硬化させる。これにより、接着が完了する。
【０１２７】
その後、図８に示す配線基板８に対して振動部４１等を実装するとともに、付勢部材５等を組み付ける。その後、ローター２を組み合わせることにより、圧電駆動装置１が得られる。
【０１２８】
以上のように、本実施形態に係る圧電駆動装置１の製造方法は、先端面４１２（第１面）と、先端面４１２に開口する凹部４１４と、を有する振動板６１、および、振動板６１を振動させる圧電素子６０Ａ〜６０Ｇを用意する部材準備工程Ｓ１と、先端面４１２および凹部４１４の内面を研削または研磨する研削研磨工程Ｓ２と、先端面４１２と対向する対向面４４２ａ（第２面）と、対向面４４２ａから突出する凸部４４４と、を有する先端部４４を用意し、先端面４１２と対向面４４２ａとの間、および、凹部４１４と凸部４４４との間、を接着剤４５で接着することにより、振動板６１を含む振動部４１に対して先端部４４を接着する先端部接着工程Ｓ３と、を有する。
【０１２９】
このような製造方法によれば、凹部４１４と凸部４４４との間のみでなく、凹部４１４の外側において、先端面４１２と対向面４４２ａとの間も接着に寄与させることができる。これにより、振動板６１に対する先端部４４の接着強度が高くなっている。したがって、先端部４４の脱落を防止する構造を容易に製造することができる。
【０１３０】
＜第４実施形態＞
図２３は、第４実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【０１３１】
図２３に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に回動自在に連結されたアーム１０７０と、これらアーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０を含むロボットアームの駆動を制御する制御装置１０８０と、を有する。
【０１３２】
また、アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９０が装着される。また、各関節部のうちの全部または一部には圧電駆動装置１が搭載されており、この圧電駆動装置１の駆動によって各アーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０が回動する。なお、圧電駆動装置１は、エンドエフェクター１０９０に搭載され、エンドエフェクター１０９０の駆動に用いられてもよい。
【０１３３】
制御装置１０８０は、コンピューターで構成され、例えば、ＣＰＵのようなプロセッサー、メモリー、インターフェース等を有する。そして、プロセッサーが、メモリーに格納されている所定のプログラムを実行することで、ロボット１０００の各部の駆動を制御する。なお、前記プログラムは、インターフェースを介して外部のサーバーからダウンロードされたものであってよい。また、制御装置１０８０の構成の全部または一部は、ロボット１０００の外部に設けられ、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等の通信網を介して接続された構成となっていてもよい。
【０１３４】
このようなロボット１０００は、前述したように、圧電駆動装置１と、ロボットアームまたはエンドエフェクター１０９０と、を有し、圧電駆動装置１がロボットアームまたはエンドエフェクター１０９０を駆動する。
【０１３５】
そして、圧電駆動装置１は、先端面４１２（第１面）と、先端面４１２に開口する凹部４１４と、を有する振動板６１と、振動板６１を振動させる前述した圧電素子６Ａ〜６Ｆと、先端面４１２と対向する対向面４４２ａ（第２面）と、対向面４４２ａから突出し、凹部４１４内に配置される凸部４４４と、を有し、被駆動部であるローター２に駆動力を伝達する先端部４４と、先端面４１２と対向面４４２ａとの間、および、凹部４１４と凸部４４４との間に配置されている接着剤４５と、を備えている。
【０１３６】
このような圧電駆動装置１では、凹部４１４と凸部４４４との間のみでなく、凹部４１４の外側において、先端面４１２と対向面４４２ａとの間も接着に寄与している。その結果、凸部４４４が凹部４１４から抜け出ようとする挙動が起きにくくなり、先端部４４の脱落を防止することができる。その結果、高トルクで駆動しても、高い信頼性を維持する圧電駆動装置１を備えるロボット１０００を実現することができる。
【０１３７】
以上、本発明の圧電駆動装置、圧電駆動装置の製造方法およびロボット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、前記実施形態の各部の構成は、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、前記実施形態において、他の任意の構成物が付加されていてもよい。さらに、前記実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法には、任意の目的の工程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るようにしてもよい。
【０１３８】
なお、本発明の圧電駆動装置は、上述したロボットの他に、例えば腕時計用のカレンダー送り機構、微動ステージ等においても用いることができる。
【符号の説明】
【０１３９】
１…圧電駆動装置、１Ａ…圧電駆動装置、１Ｂ…圧電駆動装置、２…ローター、３…振動アクチュエーター、４…振動体、５…付勢部材、６Ａ…圧電素子、６Ｂ…圧電素子、６Ｃ…圧電素子、６Ｄ…圧電素子、６Ｅ…圧電素子、６Ｆ…圧電素子、６Ｇ…圧電素子、７…制御装置、８…配線基板、９…エンコーダー、２１…外周面、２２…主面、４１…振動部、４１Ａ…振動部、４２…支持部、４３…接続部、４４…先端部、４４Ａ…先端部、４４Ｂ…先端部、４４Ｃ…先端部、４５…接着剤、５１…第１基板、５２…第２基板、５３…間座、５９…貫通孔、６０…圧電素子ユニット、６０Ａ…圧電素子、６０Ｂ…圧電素子、６０Ｃ…圧電素子、６０Ｄ…圧電素子、６０Ｅ…圧電素子、６０Ｆ…圧電素子、６０Ｇ…圧電素子、６０ａ…第１圧電素子ユニット、６０ｂ…第２圧電素子ユニット、６１…振動板、６１ａ…第１振動板、６１ｂ…第２振動板、６３…第１絶縁膜、６４…第２絶縁膜、６５…第３絶縁膜、８１…フレキシブル基板、８２…配線、８３…導通部材、９１…スケール、９２…光学素子、４１２…先端面、４１４…凹部、４４２…基部、４４２ａ…対向面、４４２ｂ…反対面、４４４…凸部、４４６…接触部、５１３…ばね部、６００…スタックユニット、６００Ａ…部材、６０１…第１電極、６０２…圧電体、６０３…第２電極、６０４…第３電極、６０５…配線層、６０７…配線層、６１１…端面、６１３ａ…第１表面、６１５…第１裏面、６３３…面、６９１…接着剤、６９２…接着剤、６９３…接着剤、９２１…発光素子、９２２…撮像素子、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０…アーム、１０３０…アーム、１０４０…アーム、１０５０…アーム、１０６０…アーム、１０７０…アーム、１０８０…制御装置、１０９０…エンドエフェクター、２０００…微動ステージ、２０１０…ステージ、６０２１…面、６０２２…面、Ａ１…矢印、Ａ２…矢印、Ｂ１…矢印、Ｂ２…矢印、Ｍ…回転力、Ｏ…中心軸、Ｓ１…部材準備工程、Ｓ２…研削研磨工程、Ｓ３…先端部接着工程、Ｓｓ…検出信号、Ｖ１…交番電圧、Ｖ２…交番電圧、Ｖ３…交番電圧
【図１】
2020141451.tif 000003
【図２】
2020141451.tif 000004
【図３】
2020141451.tif 000005
【図４】
2020141451.tif 000006
【図５】
2020141451.tif 000007
【図６】
2020141451.tif 000008
【図７】
2020141451.tif 000009
【図８】
2020141451.tif 000010
【図９】
2020141451.tif 000011
【図１０】
2020141451.tif 000012
【図１１】
2020141451.tif 000013
【図１２】
2020141451.tif 000014
【図１３】
2020141451.tif 000015
【図１４】
2020141451.tif 000016
【図１５】
2020141451.tif 000017
【図１６】
2020141451.tif 000018
【図１７】
2020141451.tif 000019
【図１８】
2020141451.tif 000020
【図１９】
2020141451.tif 000021
【図２０】
2020141451.tif 000022
【図２１】
2020141451.tif 000023
【図２２】
2020141451.tif 000024
【図２３】
2020141451.tif 000025