(57)【要約】【課題】駆動に要する最低電圧を低く抑え得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優れた信頼性を有する圧電駆動装置、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターを提供すること。【解決手段】振動板と、前記振動板に積層され、圧電体と、前記圧電体の一方の面上に配置され駆動信号が入力される第１電極と、前記圧電体の他方の面上に配置され基準電位に接続される第２電極と、を備える圧電素子と、前記圧電素子に配置され、被駆動部材に当接する当接面を含む先端チップと、を有し、前記第１電極に直交する第１平面で前記当接面を切断したときの第１断面形状が、曲率を有し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７
2019146365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、
前記振動板に積層され、圧電体と、前記圧電体の一方の面上に配置され駆動信号が入力される第１電極と、前記圧電体の他方の面上に配置され基準電位に接続される第２電極と、を備える圧電素子と、
前記圧電素子に配置され、被駆動部材に当接する当接面を含む先端チップと、
を有し、
前記第１電極に直交する第１平面で前記当接面を切断したときの第１断面形状が、曲率を有し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】
前記第１平面に直交し前記第１電極に平行な第２平面で前記当接面を切断したときの第２断面形状が、曲率を有している請求項１に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項３】
前記第２断面形状が有する曲率半径は、前記第１断面形状が有する曲率半径より小さい請求項２に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項４】
前記振動板と前記圧電素子とを含む単位構造を複数有する請求項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】
前記第１電極に前記駆動信号が入力され、前記第２電極が前記基準電位に接続されたとき、
前記第１電極と前記第２電極とを結ぶ方向に振動するように構成されている請求項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】
前記第１電極および前記第２電極は、形状が異なる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項７】
前記振動板として、前記圧電素子を介して反対側に配置されている第１振動板および第２振動板を有し、
前記第１振動板および前記第２振動板は、厚さが異なる請求項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。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターと、
前記圧電アクチュエーターにより駆動される被駆動部材と、を備えることを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項９】
請求項１ないし７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１０】
請求項１ないし７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電子部品搬送装置。
【請求項１１】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とするプリンター。
【請求項１２】
請求項１ないし７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プロジェクター。
【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、圧電駆動装置、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電素子を備える超音波モーター（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）。特許文献１に記載の超音波モーターは、圧電振動素子で構成された楕円運動をする振動子と、振動子の先端部分に接着されている摩擦接触子と、を備えている。そして、特許文献１に記載の超音波モーターでは、摩擦接触子に用いられるピン形部材として、円柱形または角柱形の部材を用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５５７６１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、ピン形部材と、ピン形部材が当接することによって駆動される被駆動部材と、の接触面の面積が比較的大きい。このため、摩擦接触子の拘束力が大きくなり、駆動に要する最低電圧が高くなるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
【０００６】
本適用例の圧電アクチュエーターは、振動板と、
前記振動板に積層され、圧電体と、前記圧電体の一方の面上に配置され駆動信号が入力される第１電極と、前記圧電体の他方の面上に配置され基準電位に接続される第２電極と、を備える圧電素子と、
前記圧電素子に配置され、被駆動部材に当接する当接面を含む先端チップと、
を有し、
前記第１電極に直交する第１平面で前記当接面を切断したときの第１断面形状が、曲率を有していることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電駆動装置（圧電モーター）の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す圧電駆動装置の動作を説明するための図である。
【図３】図１に示す圧電アクチュエーターが備える振動部、支持部および接続部の斜視図である。
【図４】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図１に示す圧電アクチュエーターが備える圧電素子の平面図（第１振動板側から見た図）である。
【図６】図１に示す伝達部近傍を拡大して示す斜視図である。
【図７】図６に示す伝達部を取り出して示す斜視図である。
【図８】伝達部がローター（被駆動部材）に当接する当接面を、図７に示す第１平面Ｆ１で切断したときの第１断面形状を示す図である。
【図９】伝達部がローター（被駆動部材）に当接する当接面を、図７に示す振動面Ｆ２で切断したときの第２断面形状を示す図である。
【図１０】図１に示す圧電アクチュエーターに含まれる振動部の第１変形例を示す断面図である。
【図１１】図１に示す圧電アクチュエーターに含まれる振動部の第２変形例を示す断面図である。
【図１２】本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。
【図１３】本発明の電子部品搬送装置の実施形態を示す斜視図である。
【図１４】図１３に示す電子部品搬送装置が備える電子部品保持部の斜視図である。
【図１５】本発明のプリンターの実施形態を示す斜視図である。
【図１６】本発明のプロジェクターの実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の圧電アクチュエーター、圧電駆動装置、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクター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。
【０００９】
１．圧電駆動装置および圧電アクチュエーター
図１は、本発明の実施形態に係る圧電駆動装置（圧電モーター）の概略構成を示す平面図である。図２は、図１に示す圧電駆動装置の動作を説明するための図である。図３は、図１に示す圧電アクチュエーターが備える振動部、支持部および接続部の斜視図である。図４は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図１に示す圧電アクチュエーターが備える圧電素子の平面図（第１振動板側から見た図）である。
【００１０】
図１に示す圧電駆動装置１００は、逆圧電効果を利用して回転力を出力する圧電モーターである。この圧電駆動装置１００は回動軸Ｏまわりに回動可能な被駆動部材（従動部）であるローター１１０と、ローター１１０の外周面１１１に当接する圧電アクチュエーター１と、を有する。この圧電駆動装置１００では、圧電アクチュエーター１がその駆動力をローター１１０に伝達することで、ローター１１０が回動軸Ｏまわりに回動（回転）する。
【００１１】
なお、圧電アクチュエーター１の配置は、圧電アクチュエーター１から被駆動部材へ所望の駆動力を伝達することができれば、図示の位置に限定されず、例えば、ローター１１０の板面（底面）に圧電アクチュエーター１を当接させてもよい。また、圧電駆動装置１００は、１つの被駆動部材に対して複数の圧電アクチュエーター１を当接させる構成であってもよい。また、圧電駆動装置１００は、図示のような被駆動部材を回転運動させる構成に限定されず、例えば、被駆動部材を直線運動させる構成であってもよい。
【００１２】
圧電アクチュエーター１は、図１に示すように、長手形状をなす振動部１１と、支持部１２と、これらを接続している１対の接続部１３と、振動部１１の長手方向での一端部（先端部）から突出している伝達部１４（先端チップ）と、を有する。また、振動部１１は、圧電素子４を有する。
【００１３】
圧電素子４は、駆動用の圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅと、検出用の圧電素子４ｆと、を有する。図２に示すように、駆動用の圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅは、伝達部１４の先端を楕円運動させるように逆圧電効果により伸縮する。これにより、伝達部１４は、外周面１１１にその周方向での一方向への駆動力を与えて、ローター１１０を回動軸Ｏまわりに回動させる。このとき、振動部１１の振動は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの伸縮によるＳ字状（または逆Ｓ字状）の屈曲振動（横振動）と、圧電素子４ｅの伸縮による縦振動とを複合した振動である。また、検出用の圧電素子４ｆは、振動部１１の振動に伴って、圧電効果により、振動部１１の駆動状態（振動状態）に応じた信号（電荷）を出力する。ここで、振動部１１は、横振動（屈曲振動）の節ＰＳａ、ＰＳｂおよび縦振動と横振動との共通の節ＰＳｃを有する。
【００１４】
このような圧電アクチュエーター１は、図３に示すような積層構造を有して構成されている。すなわち、図３に示すように、振動部１１、支持部１２および接続部１３は、第１振動板２と、第２振動板３と、これらの間に配置されている圧電素子４および中間部材５と、を有する。そして、第１振動板２は、接着剤６１を介して圧電素子４および中間部材５に接合されている。同様に、第２振動板３は、接着剤６２を介して圧電素子４および中間部材５に接合されている。以下、圧電アクチュエーター１の各部を順次説明する。
【００１５】
（第１、第２振動板）
第１振動板２および第２振動板３は、それぞれ、前述した振動部１１、支持部１２および接続部１３に対応した平面視形状をなしている。そして、第１振動板２および第２振動板３は、圧電素子４を挟んでいる部分を有し、当該部分および圧電素子４を含む積層体が振動部１１を構成している。また、第１振動板２および第２振動板３は、中間部材５を挟んでいる部分を有し、当該部分および中間部材５を含む積層体が支持部１２を構成している。なお、接続部１３には、圧電素子４および中間部材５がいずれも配置されておらず、第１振動板２と第２振動板３との間には、接続部１３の長さと、圧電素子４または中間部材５の厚さと、に応じた隙間が形成されている。
【００１６】
このような第１振動板２および第２振動板３としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、シリコン基板、シリコンカーバイト基板等の半導体基板を用いることができる。第１振動板２または第２振動板３として半導体基板（特にシリコン基板）を用いることで、第１振動板２または第２振動板３をシリコンウエハープロセス（ＭＥＭＳプロセス）により生産性よく高精度に製造することができる。
【００１７】
第１振動板２の圧電素子４側（図４中上側）の面には、絶縁層２４が設けられている。これにより、第１振動板２を介した配線層７の短絡を低減することができる。同様に、第２振動板３の圧電素子４側（図４中下側）の面には、絶縁層３４が設けられている。これにより、第２振動板３を介した配線層８の短絡を低減することができる。絶縁層２４、３４は、それぞれ、例えば、第１振動板２および第２振動板３にそれぞれシリコン基板を用いた場合、シリコン基板の表面を熱酸化することにより形成されたシリコン酸化膜である。なお、絶縁層２４、３４は、それぞれ、熱酸化によるシリコン酸化膜に限定されず、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたＣＶＤ法等で形成したシリコン酸化膜であってもよい。また、絶縁層２４、３４は、それぞれ、絶縁性を有していればシリコン酸化膜に限定されず、例えば、シリコン窒化膜等の無機膜、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ユリア系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、エステル系樹脂、アクリル系樹脂等の各種樹脂材料で構成された有機膜であってもよい。さらに、絶縁層２４、３４は、それぞれ、異なる材料で構成された複数の層の積層膜であってもよい。
【００１８】
第１振動板２の絶縁層２４上には、配線層７が配置されている。配線層７は、振動部１１に配置されている複数の第１電極７１（配線電極）と、複数の第１電極７１から接続部１３を経由して支持部１２にわたって配置されている複数の第１配線７２と、を有する（図４参照）。これらは、例えば、公知の成膜工程により一括して形成される。
【００１９】
複数の第１電極７１は、前述した圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆに対応して設けられ、対応する圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ（より具体的には後述の第１電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅまたは第３電極４４）に電気的に接続されている。複数の第１配線７２は、複数の第１電極７１に対応して設けられ、それぞれ対応する第１電極７１から支持部１２の端部まで引き回されている。また、各第１配線７２の端部には、中間部材５上の配線５３を介して、図示しない基板に電気的に接続される端子９１が接続されている（図４参照）。なお、各第１配線７２の端部に端子９１を直接設けてもよい。
【００２０】
一方、第２振動板３の絶縁層３４上には、配線層８が配置されている。配線層８は、図４に示すように、振動部１１に配置されている第２電極８１と、第２電極８１から接続部１３を経由して支持部１２にわたって配置されている第２配線８２と、を有する。これらは、例えば、公知の成膜工程により一括して形成される。
【００２１】
第２電極８１は、前述した圧電素子４（より具体的には後述の第２電極４３）に電気的に接続されている。第２配線８２は、支持部１２の端部まで引き回されている。また、第２配線８２の端部には、図示しない基板に電気的に接続される端子９２が設けられている（図４参照）。
【００２２】
配線５３、配線層７、８および端子９２、９１の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）等の金属材料が挙げられる。また、端子９１、９２は、公知の成膜法を用いて形成することができる。
【００２３】
以上のような第１振動板２および第２振動板３は、接着剤６１、６２により、圧電素子４および中間部材５に接合されている。ここで、接着剤６１は、配線層７と圧電素子４との電気的接続を許容するように、第１振動板２と圧電素子４とを接合している。また、接着剤６２は、配線層８と圧電素子４との電気的接続を許容するように、第２振動板３と圧電素子４とを接合している。接着剤６１、６２としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコン系等の各種接着剤、異方導電性接着剤等を用いることができる。
【００２４】
（圧電素子）
圧電素子４は、図５に示すように、板状の圧電体４１と、圧電体４１の一方（第１振動板２側）の面上に配置されている第１電極４２（駆動用電極）および第３電極４４（検出用電極）と、圧電体４１の他方（第２振動板３側）の面上に配置されている第２電極４３（グランド電極）と、を有する。
【００２５】
圧電体４１は、平面視で長方形をなしている。この圧電体４１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が挙げられる。なお、圧電体４１の構成材料としては、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。
【００２６】
また、圧電体４１は、例えば、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が、バルク材料から形成することが好ましい。これにより、圧電体４１の厚さを厚くし、圧電素子４の変位量を大きくすることができる。そのため、圧電アクチュエーター１の電流効率をさらに向上させることができる。
【００２７】
第１電極４２（駆動用電極）は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられた個別電極である複数（５つ）の第１電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅで構成されている。第１電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅには、それぞれ、駆動信号（駆動電圧）が入力される。また、第３電極４４（検出用電極）は、圧電素子４ｆに設けられた個別電極であり、圧電素子４の駆動状態に応じた検出信号を出力する。一方、第２電極４３（グランド電極）は、第１電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅおよび第３電極４４に対して個別に対向するように設けられた電極であり、基準電位（例えばグランド電位）に電気的に接続される。
【００２８】
すなわち、圧電素子４ａは、圧電体４１、第１電極４２ａおよび第２電極４３を含んで構成されている。同様に、圧電素子４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅは、圧電体４１、第１電極４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅおよび第２電極４３を含んで構成されている。圧電素子４ｆは、圧電体４１、第３電極４４および第２電極４３を含んで構成されている。このように、圧電素子４は、６つの圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆを有している。
【００２９】
ここで、駆動用電極である第１電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅのうち、第１電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは、駆動信号の入力により圧電体４１を屈曲振動（前述した横振動）させる電界を第２電極４３との間に発生させる屈曲用電極である。これに対し、第１電極４２ｅは、駆動信号の入力により圧電体４１を屈曲させずに伸縮振動（前述した縦振動）させる電界を第２電極４３との間に発生させる縦振動用電極である。
【００３０】
本実施形態では、第１電極４２ｅは、圧電体４１の幅方向の中央部に圧電体４１の長手方向に沿って配置されている。第１電極４２ａ、４２ｂは、第１電極４２ｅに対して圧電体４１の幅方向の一方側に圧電体４１の長手方向に沿って配置されている。第１電極４２ｃ、４２ｄは、第１電極４２ｅに対して圧電体４１の幅方向の他方側に圧電体４１の長手方向に沿って配置されている。第３電極４４は、第１電極４２ｅに対して伝達部１４とは反対側に配置されている。
【００３１】
なお、圧電体４１は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆに共通して一体的に構成されているが、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆごとに個別に分割して設けられていてもよい。
【００３２】
第１電極４２、第２電極４３および第３電極４４の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、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）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）等の金属材料が挙げられる。
【００３３】
（中間部材）
中間部材５は、前述した支持部１２において、第１振動板２と第２振動板３との間に設けられ、平面視で、支持部１２と実質的に同じ形状および大きさを有している。この中間部材５は、支持部１２を補強するとともに、支持部１２における第１振動板２と第２振動板３との間の距離を振動部１１における第１振動板２と第２振動板３との間の距離と等しくするように規制する機能を有する。
【００３４】
図４に示すように、中間部材５は、本体５１と、本体５１上に設けられている絶縁層５２と、を有する。このような中間部材５は、例えば、本体５１がシリコンで構成され、絶縁層５２がシリコン酸化膜で構成されている。なお、中間部材５の構成材料としては、これに限定されず、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、各種樹脂材料等を用いてもよい。
【００３５】
（伝達部）
伝達部１４（先端チップ）は、例えば、セラミックス等の耐摩耗性に優れた材料で構成され、振動部１１に対して接着剤等により接合されている。すなわち、伝達部１４は、圧電素子４、第１振動板２および第２振動板３に接合するように配置され、ローター１１０（被駆動部材）に当接する当接面を含む。
【００３６】
図６は、図１に示す伝達部近傍を拡大して示す斜視図である。また、図７は、図６に示す伝達部を取り出して示す斜視図である。また、図８は、伝達部がローター（被駆動部材）に当接する当接面を、図７に示す第１平面Ｆ１で切断したときの第１断面形状を示す図である。
【００３７】
伝達部１４は、図７に示すように、直方体形状をなす基部１４１と、基部１４１の一面１４１ａから突出する突出部１４２と、を備えている。そして、突出部１４２の表面のうち、ローター１１０に臨む面が当接面１４３である。
【００３８】
一面１４１ａは、圧電体４１の厚さ方向に長軸を持つ長方形をなしている。この長軸の長さは、振動部１１の厚さと同じになっている。そして、一面１４１ａを平面視したとき、突出部１４２の幅は、一面１４１ａの短辺よりも狭くなっており、かつ、突出部１４２の長さは、一面１４１ａの長辺と同じ長さになっている。
【００３９】
なお、本願明細書では、圧電体４１の厚さ方向（図７の上下方向）を「垂直方向Ｄ１」ともいう。
【００４０】
ここで、図７に示す仮想的な第１平面Ｆ１について説明する。この第１平面Ｆ１は、第１電極４２（図５参照）に直交するとともに、当接面１４３を通過する平面である。すなわち、第１平面Ｆ１は、前述した垂直方向Ｄ１に平行であり、かつ、突出部１４２の幅を二分するように通過する。このような第１平面Ｆ１で切断されたとき、当接面１４３の断面形状（第１断面形状）は、図８に示すように曲率を有している。
【００４１】
このような形状を有する伝達部１４によれば、当接面１４３のうち、突出部１４２とローター１１０との接触面積を小さくすることができる。これにより、伝達部１４が楕円運動するように振動部１１を駆動するときの拘束力（運動抵抗）を小さくすることができる。その結果、振動部１１を駆動するための最低電圧を低くすることができ、圧電アクチュエーター１の高性能化を図ることができる。
【００４２】
なお、「曲率を有している」とは、当接面１４３の断面形状が曲線になっている状態をいう。この曲線は、いかなる線形であってもよいが、好ましくは円弧またはそれに準じた形状とされる。これにより、当接面１４３とローター１１０とが接触したとき、当接面１４３の摩耗による形状変化、および、それに伴う当接面１４３とローター１１０との接触状態が安定しやすくなる。また、当接面１４３の設計も比較的容易になる。
【００４３】
なお、本願明細書では、前述した圧電体４１の横振動の方向をローター１１０の「送り方向Ｄ２」ともいい、圧電体４１の縦運動の方向をローター１１０に対する「押圧方向Ｄ３」ともいう。そして、送り方向Ｄ２と押圧方向Ｄ３とを含む平面を「振動面Ｆ２」という。垂直方向Ｄ１は、振動面Ｆ２に直交する。
【００４４】
以上のように、圧電アクチュエーター１は、第１振動板２および第２振動板３と、第１振動板２と第２振動板３との間に積層され圧電体４１とその一方の面上に配置され駆動信号が入力される第１電極４２と圧電体４１の他方の面上に配置され基準電位に接続される第２電極４３とを備える圧電素子４と、圧電素子４に配置されローター１１０（被駆動部材）に当接する当接面１４３を含む伝達部１４（先端チップ）と、を有し、第１電極４２に直交する第１平面Ｆ１で当接面１４３を切断したときの断面形状（第１断面形状）が、曲率を有している。
【００４５】
このような圧電アクチュエーター１によれば、当接面１４３とローター１１０との接触面積を小さくすることができ、振動部１１を駆動するための最低電圧を低くすることができる。その結果、圧電アクチュエーター１の高性能化を図ることができる。
【００４６】
より具体的に説明すると、第１平面Ｆ１による当接面１４３の第１断面形状（図８参照）は、その全長の中間付近の突出高さが最も高く、中間から離れるにつれて突出高さが徐々に低くなっている。そして、全体としては円弧状になっている。このため、当接面１４３のうちローター１１０と接触し得る部分は、図７に破線で示すように、当接面１４３の第１断面形状の中間付近に限られることとなり、接触面積を小さくすることができる。その結果、振動部１１を駆動するための最低電圧を低くすることができる。
【００４７】
また、当接面１４３の第１断面形状が曲率を有することにより、例えば振動部１１が垂直方向Ｄ１に振動したとしても、その振動に伴う当接面１４３の摩耗を最小限に留めることができる。すなわち、当接面１４３の第１断面形状が曲率を有することにより、振動部１１が垂直方向Ｄ１に振動したとしても、突出部１４２とローター１１０との接触面積が時間経過ととともに大きく拡大するといった顕著な変化が抑えられる。
【００４８】
なお、仮に、伝達部１４とローター１１０との接触面積が経時的に変化してしまうと、圧電アクチュエーター１の特性も経時的に変化してしまい、信頼性の低下を招くおそれがある。
【００４９】
これに対し、本実施形態に係る当接面１４３は、振動部１１が垂直方向に振動した場合に生じる摩耗に伴う形状変化をあらかじめ見越した形状ともいえるため、そのような伝達部１４を備える圧電アクチュエーター１では、その駆動に際して発生する当接面１４３の摩耗が当初から少なく抑えられる。その結果、伝達部１４とローター１１０との接触状態が当初から安定することとなり、当初から設計通りの特性を安定的に発揮し得る、信頼性の高い圧電アクチュエーター１を実現することができる。
【００５０】
当接面１４３の第１断面形状は、圧電アクチュエーター１やローター１１０の大きさに応じて適宜設定されるが、例えば曲率半径が１ｍｍ以上２０００ｍｍ以下の曲率を有する形状であるのが好ましく、３ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の曲率を有する形状であるのがより好ましい。これにより、摩耗による接触状態の変化が少なく、かつ、十分な大きさの駆動力を発生させ得る当接面１４３を実現することができる。
【００５１】
一方、当接面１４３は、振動面Ｆ２で切断されたときの断面形状（第２断面形状）も曲率を有していることが好ましい。
【００５２】
図９は、伝達部がローター（被駆動部材）に当接する当接面を、図７に示す振動面Ｆ２で切断したときの第２断面形状を示す図である。
【００５３】
振動面Ｆ２は、第１平面Ｆ１に直交し、第１電極４２（図５参照）に平行な平面（第２平面）である。このような振動面Ｆ２による当接面１４３の第２断面形状が曲率を有していることにより、当接面１４３とローター１１０との接触面積をより小さくすることができる。その結果、振動部１１を駆動するための最低電圧をさらに低くすることができる。
【００５４】
当接面１４３の第２断面形状は、圧電アクチュエーター１やローター１１０の大きさに応じて適宜設定されるが、第２断面形状の曲率半径は、第１断面形状の曲率半径より小さいことが好ましく、第１断面形状の曲率半径の５０％以下であるのがより好ましい。これにより、摩耗がより少なく、かつ、十分な大きさの駆動力を発生させ得る当接面１４３を実現することができる。
【００５５】
なお、以上のような当接面１４３の形状、すなわち第１断面形状および第２断面形状は、伝達部１４を製造する際にあらかじめ形作られたものであってもよいし、ローター１１０との接触による摩耗を利用して形作られたものであってもよい。前者は、機械的加工またはその他の加工方法によって目的の形状を得ることができ、後者は、整形前の母材に摩耗を生じさせることによって目的の形状を得ることができる。
【００５６】
このうち、後者の方法によれば、形作られた当接面１４３の形状が、ローター１１０との接触による摩耗を少なく抑え得る形状となる。すなわち、後者の方法では、当接面１４３の形状変化の原因であるローター１１０との接触を利用して当接面１４３の形状を整形しているため、整形後に同様の摩耗が生じたとしても、その摩耗量は非常に少ないものとなり、著しい形状変化を抑制することができる。このため、伝達部１４とローター１１０との接触状態が経時的に変化しにくくなり、特性の経時的変化が特に抑えられた圧電アクチュエーター１が得られる。すなわち、使用開始直後から安定した特性を示す圧電アクチュエーター１が得られる。
【００５７】
したがって、圧電アクチュエーター１の製造にあたっては、当接面１４３をローター１１０に当接させ、形状変化が収束するまで圧電アクチュエーター１を駆動するプロセス（エージング）を経るようにしてもよい。このようなプロセスを経ることによって、当接面１４３とローター１１０との接触状態に個体差があったとしても、その個体差を踏まえた形状に当接面１４３を整形することができる。これにより、特性の経時的変化が特に抑えられた圧電アクチュエーター１が得られる。
【００５８】
また、圧電素子４は、圧電体４１の一方（第１電極４２と同じ側）の面上に、第１電極４２に対して伝達部１４とは反対側に配置され、圧電体４１の振動に伴って電荷を出力する検出用電極である第３電極４４を有する。これにより、圧電体４１上の領域を有効利用して、検出用電極である第３電極４４を配置することができる。また、当該領域に第３電極４４を配置することで、第３電極４４が伝達部１４とローター１１０との接触・離間による衝撃波の影響を受け難くなるため、ノイズの少ない検出信号が得られるという効果もある。なお、第３電極４４は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。省略した場合、第１電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅのいずれかを検出用電極との兼用にすればよい。
【００５９】
なお、本実施形態に係る複数（６つ）の第２電極４３は、圧電体４１を介し、第１電極４２および第３電極４４に対向して設けられている。これらの複数の第２電極４３は、例えば互いに等電位に設定されることから、第１電極４２や第３電極４４と対向していれば第２電極４３の形状は特に限定されない。
【００６０】
本実施形態では、各第２電極４３が、複数の第１電極４２および第３電極４４のそれぞれと対向するように配置されているとともに、その面積は、対応する第１電極４２または第３電極４４の面積よりもそれぞれ大きくなるように設定されている。このように、第１電極４２と第２電極４３とで面積差を設定する（形状を異ならせる）ことにより、振動部１１を送り方向Ｄ２や押圧方向Ｄ３のみでなく、垂直方向Ｄ１にも振動させることができる。このため、前述した第１断面形状および第２断面形状を整形するプロセスを効率よく行うことができる。
【００６１】
つまり、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１は、第１電極４２に駆動信号が入力され、第２電極４３が基準電位に接続されたとき、第１電極４２と第２電極４３とを結ぶ方向（垂直方向Ｄ１）に振動するように構成されている。これにより、振動部１１を垂直方向Ｄ１に振動させることができ、前述した第１断面形状および第２断面形状を整形するプロセスを効率よく行うことができる。
【００６２】
また、振動部１１の中心ＣＰは、圧電体４１を屈曲させずに伸縮振動させたときの振動の節の位置に配置されていることが好ましい。これにより、圧電アクチュエーター１の起動時および定常振動時の双方における駆動電圧を効果的に低減することができる。
【００６３】
また、支持部１２は、１対の接続部１３を介して振動部１１を支持しており、振動部１１の中心ＣＰは、１対の接続部１３間に配置されていることが好ましい。これにより、圧電アクチュエーター１の起動時および定常振動時の双方における駆動電圧を効果的に低減することができる。
【００６４】
また、圧電駆動装置１００は、圧電アクチュエーター１と、圧電アクチュエーター１により駆動される被駆動部材であるローター１１０と、を備える。このような圧電駆動装置１００によれば、圧電アクチュエーター１の優れた特性を利用して、圧電駆動装置１００の特性を高めることができる。
【００６５】
（第１変形例）
また、振動部１１を垂直方向Ｄ１にも振動させる手段は、上記のものに限定されない。
【００６６】
図１０は、図１に示す圧電アクチュエーター１に含まれる振動部１１の第１変形例を示す断面図である。
【００６７】
図１０に示す振動部１１は、第１振動板２と第２振動板３とで厚さが異なる以外、図５に示す振動部１１と同様である。
【００６８】
すなわち、図１０に示す振動部１１では、第２振動板３の厚さが第１振動板２の厚さより厚くなっている。
【００６９】
このようにして第１振動板２と第２振動板３とで厚さを異ならせることにより、例えば圧電素子４が第１振動板２側に屈曲しようとするときの曲げ剛性と第２振動板３側に屈曲しようとするときの曲げ剛性とが異なる。このように曲げ剛性を非対称にすることで、振動部１１を垂直方向Ｄ１にも振動させることができる。
【００７０】
第１振動板２および第２振動板３は、構成材料が互いに同じ場合、例えば、一方の厚さを他方の厚さの１．０１倍以上３倍以下程度に異ならせるのが好ましい。
【００７１】
なお、第１変形例は上記のものに限定されず、例えば第１振動板２および第２振動板３の間で厚さが同じである一方、材質が異なっていてもよい。すなわち、第１振動板２と第２振動板３との間で構成材料を異ならせることにより、厚さが同じであっても曲げ剛性が異なるように設定してもよい。
以上のような第１変形例によっても、図５に示す振動部１１と同様の効果が得られる。
【００７２】
なお、図１０では、第１振動板２、第２振動板３、圧電素子４および伝達部１４以外の部位の図示を省略している。
【００７３】
（第２変形例）
図１１は、図１に示す圧電アクチュエーター１に含まれる振動部１１の第２変形例を示す断面図である。なお、図１１では、接着剤や電極等の一部の図示を省略している。
【００７４】
図１１に示す振動部１１は、第１振動板２および第２振動板３と圧電素子４とを含む単位構造６が複数積層されてなる以外、図５に示す振動部１１と同様である。
【００７５】
すなわち、図１１に示す振動部１１は、複数の単位構造６を積層してなるものである（スタック構造）。このような振動部１１によれば、単位構造６による変位量が積層数の分だけ累積するため、ローター１１０の一か所に対してより大きな駆動力を伝達することができる。
【００７６】
単位構造６の積層数は、特に限定されないが、２以上２０以下であるのが好ましく、３以上１５以下であるのがより好ましい。これにより、圧電アクチュエーター１の大型化を抑制しつつ、十分な駆動量を確保することができる。
以上のような第２変形例によっても、図５に示す振動部１１と同様の効果が得られる。
【００７７】
なお、図１１では、第１振動板２、第２振動板３、圧電素子４および伝達部１４以外の部位の図示を省略している。
【００７８】
２．ロボット
次に、本発明のロボットの実施形態について説明する。
【００７９】
図１２は、本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。
図１２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。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の駆動を制御する制御部１０８０と、を有している。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、圧電アクチュエーター１を備える圧電駆動装置１００が搭載されており、この圧電駆動装置１００の駆動によって各アーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０が回動する。なお、各圧電駆動装置１００の駆動は、制御部１０８０によって制御される。
【００８０】
以上のようなロボット１０００は、圧電アクチュエーター１を備える。このようなロボット１０００によれば、圧電アクチュエーター１の優れた特性を利用して、ロボット１０００の特性を高めることができる。
【００８１】
３．電子部品搬送装置
次に、本発明の電子部品搬送装置の実施形態について説明する。
【００８２】
図１３は、本発明の電子部品搬送装置の実施形態を示す斜視図である。図１４は、図１３に示す電子部品搬送装置が備える電子部品保持部の斜視図である。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軸とする。
【００８３】
図１３に示す電子部品搬送装置２０００は、電子部品検査装置に適用されており、基台２１００と、基台２１００の側方に配置された支持台２２００と、を有している。また、基台２１００には、検査対象の電子部品Ｑが載置されてＹ軸方向に搬送される上流側ステージ２１１０と、検査済みの電子部品Ｑが載置されてＹ軸方向に搬送される下流側ステージ２１２０と、上流側ステージ２１１０と下流側ステージ２１２０との間に位置し、電子部品Ｑの電気的特性を検査する検査台２１３０と、が設けられている。なお、電子部品Ｑの例として、例えば、半導体、半導体ウェハー、ＣＬＤやＯＬＥＤ等の表示デバイス、水晶デバイス、各種センサー、インクジェットヘッド、各種ＭＥＭＳデバイス等が挙げられる。
【００８４】
また、支持台２２００には、支持台２２００に対してＹ軸方向に移動可能なＹステージ２２１０が設けられており、Ｙステージ２２１０には、Ｙステージ２２１０に対してＸ軸方向に移動可能なＸステージ２２２０が設けられており、Ｘステージ２２２０には、Ｘステージ２２２０に対してＺ軸方向に移動可能な電子部品保持部２２３０が設けられている。
【００８５】
また、図１４に示すように、電子部品保持部２２３０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な微調整プレート２２３１と、微調整プレート２２３１に対してＺ軸まわりに回動可能な回動部２２３２と、回動部２２３２に設けられ、電子部品Ｑを保持する保持部２２３３と、を有している。また、電子部品保持部２２３０には、微調整プレート２２３１をＸ軸方向に移動させるための圧電アクチュエーター１（１ｘ）と、微調整プレート２２３１をＹ軸方向に移動させるための圧電アクチュエーター１（１ｙ）と、回動部２２３２をＺ軸まわりに回動させるための圧電アクチュエーター１（１θ）と、が内蔵されている。
【００８６】
以上のような電子部品搬送装置２０００は、圧電アクチュエーター１を備える。このような電子部品搬送装置２０００によれば、圧電アクチュエーター１の優れた特性を利用して、電子部品搬送装置２０００の特性を高めることができる。
【００８７】
４．プリンター
図１５は、本発明のプリンターの実施形態を示す斜視図である。
【００８８】
図１５に示すプリンター３０００は、インクジェット記録方式のプリンターである。このプリンター３０００は、装置本体３０１０と、装置本体３０１０の内部に設けられている印刷機構３０２０、給紙機構３０３０および制御部３０４０と、を備えている。
【００８９】
装置本体３０１０には、記録用紙Ｐを設置するトレイ３０１１と、記録用紙Ｐを排出する排紙口３０１２と、液晶ディスプレイ等の操作パネル３０１３とが設けられている。
【００９０】
印刷機構３０２０は、ヘッドユニット３０２１と、キャリッジモーター３０２２と、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりヘッドユニット３０２１を往復動させる往復動機構３０２３と、を備えている。ヘッドユニット３０２１は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド３０２１ａと、ヘッド３０２１ａにインクを供給するインクカートリッジ３０２１ｂと、ヘッド３０２１ａおよびインクカートリッジ３０２１ｂを搭載したキャリッジ３０２１ｃと、を有している。往復動機構３０２３は、キャリッジ３０２１ｃを往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸３０２３ｂと、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりキャリッジ３０２１ｃをキャリッジガイド軸３０２３ｂ上で移動させるタイミングベルト３０２３ａと、を有している。
【００９１】
給紙機構３０３０は、互いに圧接している従動ローラー３０３１および駆動ローラー３０３２と、駆動ローラー３０３２を駆動する給紙モーターである圧電駆動装置１００（圧電アクチュエーター１）と、を有している。
【００９２】
制御部３０４０は、例えばパーソナルコンピュータ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷機構３０２０や給紙機構３０３０等を制御する。
【００９３】
このようなプリンター３０００では、給紙機構３０３０が記録用紙Ｐを一枚ずつヘッドユニット３０２１の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット３０２１が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。
【００９４】
以上のようなプリンター３０００は、圧電アクチュエーター１を備える。このようなプリンター３０００によれば、圧電アクチュエーター１の優れた特性を利用して、プリンター３０００の特性を高めることができる。
【００９５】
５．プロジェクター
図１６は、本発明のプロジェクターの実施形態を示す模式図である。
【００９６】
図１６に示すプロジェクター４０００は、赤色光を出射する光源４１００Ｒと、緑色光を出射する光源４１００Ｇと、青色光を出射する光源４１００Ｂと、レンズアレイ４２００Ｒ、４２００Ｇ、４２００Ｂと、透過型の液晶ライトバルブ（光変調部）４３００Ｒ、４３００Ｇ、４３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム４４００と、投射レンズ（投射部）４５００と、圧電駆動装置４７００と、を有している。
【００９７】
光源４１００Ｒ、４１００Ｇ、４１００Ｂから出射された光は、各レンズアレイ４２００Ｒ、４２００Ｇ、４２００Ｂを介して、液晶ライトバルブ４３００Ｒ、４３００Ｇ、４３００Ｂに入射する。各液晶ライトバルブ４３００Ｒ、４３００Ｇ、４３００Ｂは、入射した光をそれぞれ画像情報に応じて変調する。
【００９８】
各液晶ライトバルブ４３００Ｒ、４３００Ｇ、４３００Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム４４００に入射して合成される。クロスダイクロイックプリズム４４００によって合成された光は、投射光学系である投射レンズ４５００に入射する。投射レンズ４５００は、液晶ライトバルブ４３００Ｒ、４３００Ｇ、４３００Ｂによって形成された像を拡大して、スクリーン４６００（表示面）に投射する。これにより、スクリーン４６００上に所望の映像が映し出される。ここで、投射レンズ４５００は、圧電アクチュエーター１を有する圧電駆動装置４７００に支持されており、圧電駆動装置４７００の駆動により位置および姿勢の変更（位置決め）が可能となっている。これにより、スクリーン４６００に投射される映像の形状や大きさ等を調整することができる。
【００９９】
なお、上述の例では、光変調部として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。また、プロジェクターとしては、光をスクリーン上で走査させることにより、表示面に所望の大きさの画像を表示させる走査型のプロジェクターであってもよい。
【０１００】
以上のように、プロジェクター４０００は、圧電アクチュエーター１を備える。このようなプロジェクター４０００によれば、圧電アクチュエーター１の優れた特性を利用して、プロジェクター４０００の特性を高めることができる。
【０１０１】
以上、本発明の圧電アクチュエーター、圧電駆動装置、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターを、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。
【０１０２】
また、前述した実施形態では圧電アクチュエーターを圧電駆動装置（圧電モーター）、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターに適用した構成について説明したが、圧電アクチュエーターは、これら以外の各種電子デバイスにも適用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１…圧電アクチュエーター、２…第１振動板、３…第２振動板、４…圧電素子、４ａ…圧電素子、４ｂ…圧電素子、４ｃ…圧電素子、４ｄ…圧電素子、４ｅ…圧電素子、４ｆ…圧電素子、５…中間部材、６…単位構造、７…配線層、８…配線層、１１…振動部、１２…支持部、１３…接続部、１４…伝達部、２４…絶縁層、３４…絶縁層、４１…圧電体、４２…第１電極、４２ａ…第１電極、４２ｂ…第１電極、４２ｃ…第１電極、４２ｄ…第１電極、４２ｅ…第１電極、４３…第２電極、４４…第３電極、５１…本体、５２…絶縁層、５３…配線、６１…接着剤、６２…接着剤、７１…第１電極、７２…第１配線、８１…第２電極、８２…第２配線、９１…端子、９２…端子、１００…圧電駆動装置、１１０…ローター、１１１…外周面、１４１…基部、１４１ａ…一面、１４２…突出部、１４３…当接面、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…制御部、１０９０…エンドエフェクター、２０００…電子部品搬送装置、２１００…基台、２１１０…上流側ステージ、２１２０…下流側ステージ、２１３０…検査台、２２００…支持台、２２１０…Ｙステージ、２２２０…Ｘステージ、２２３０…電子部品保持部、２２３１…微調整プレート、２２３２…回動部、２２３３…保持部、３０００…プリンター、３０１０…装置本体、３０１１…トレイ、３０１２…排紙口、３０１３…操作パネル、３０２０…印刷機構、３０２１…ヘッドユニット、３０２１ａ…ヘッド、３０２１ｂ…インクカートリッジ、３０２１ｃ…キャリッジ、３０２２…キャリッジモーター、３０２３…往復動機構、３０２３ａ…タイミングベルト、３０２３ｂ…キャリッジガイド軸、３０３０…給紙機構、３０３１…従動ローラー、３０３２…駆動ローラー、３０４０…制御部、４０００…プロジェクター、４１００Ｂ…光源、４１００Ｇ…光源、４１００Ｒ…光源、４２００Ｂ…レンズアレイ、４２００Ｇ…レンズアレイ、４２００Ｒ…レンズアレイ、４３００Ｂ…液晶ライトバルブ、４３００Ｇ…液晶ライトバルブ、４３００Ｒ…液晶ライトバルブ、４４００…クロスダイクロイックプリズム、４５００…投射レンズ、４６００…スクリーン、４７００…圧電駆動装置、ＣＰ…中心、Ｄ１…垂直方向、Ｄ２…送り方向、Ｄ３…押圧方向、Ｆ１…第１平面、Ｆ２…振動面、Ｏ…回動軸、Ｐ…記録用紙、ＰＳａ…節、ＰＳｂ…節、ＰＳｃ…節、Ｑ…電子部品
【図１】
2019146365.tif 000003
【図２】
2019146365.tif 000004
【図３】
2019146365.tif 000005
【図４】
2019146365.tif 000006
【図５】
2019146365.tif 000007
【図６】
2019146365.tif 000008
【図７】
2019146365.tif 000009
【図８】
2019146365.tif 000010
【図９】
2019146365.tif 000011
【図１０】
2019146365.tif 000012
【図１１】
2019146365.tif 000013
【図１２】
2019146365.tif 000014
【図１３】
2019146365.tif 000015
【図１４】
2019146365.tif 000016
【図１５】
2019146365.tif 000017
【図１６】
2019146365.tif 000018