(57)【要約】【課題】圧電駆動装置の静電容量を低減する。【解決手段】圧電駆動装置は、第１電極、第２電極、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する圧電体、により形成される圧電素子を複数有し、前記振動板の前記第１面及び第２面のうちの少なくとも一方の面に配置された圧電振動体と、を備え、前記複数の圧電素子は、直列に接続されている。【選択図】図１
2019092378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面及び第２面を有する振動板と、
第１電極、第２電極、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する圧電体、により形成される圧電素子を複数有し、前記振動板の前記第１面及び第２面のうちの少なくとも一方の面に配置された圧電振動体と、
を備え、
前記複数の圧電素子は、直列に接続されている、圧電駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電駆動装置において、
前記複数の圧電素子の大きさが同一である、圧電駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電駆動装置において、
前記複数の圧電素子に駆動電圧を印加したときに、前記複数の圧電素子の分極の方向が同一方向である、圧電駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電駆動装置において、
前記分極の方向は、前記第２電極から前記第１電極に向かう向きである、圧電駆動装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の圧電駆動装置において、
前記複数の圧電素子のうちの第１の圧電素子の第２電極と第２の圧電素子の第２電極とは連続した１つの電極を形成している、圧電駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電駆動装置において、
前記圧電振動体は、前記振動板の前記第１面と前記第２面の両面に配置されている、圧電駆動装置。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電駆動装置において、
前記第１面に配置された圧電振動体の圧電素子と、前記第２面に配置された圧電振動体の圧電素子とは、直列に接続されている、圧電駆動装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電駆動装置において、
前記複数の第１電極と前記振動板との間に基板が設けられている、圧電駆動装置。
【請求項９】
請求項８に記載の圧電駆動装置において、
前記基板は、シリコンを含む、圧電駆動装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧電駆動装置において、
前記振動板は、被駆動体に接触する突起部を備える、圧電駆動装置。
【請求項１１】
複数のリンク部と
前記複数のリンク部を接続する関節部と、
前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる請求項１〜１０のいずれか一項に記載の圧電駆動装置と、
を備えるロボット。
【請求項１２】
請求項１１に記載のロボットの駆動方法であって
前記圧電駆動装置の前記第１電極と前記第２電極との間に周期的に変化する電圧を印加することで前記圧電駆動装置を駆動し、前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる、ロボットの駆動方法。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の圧電駆動装置の駆動方法であって、
前記圧電素子の第１電極と前記第２電極との間に、周期的に変化する電圧であって、前記圧電素子の圧電体に印加する電界の方向が前記電極のうちの一方の電極から他方の電極に向かう一方向である脈流電圧を印加する圧電駆動装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動装置及びその駆動方法、ロボット及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体を振動させて被駆動体を駆動する圧電アクチュエーター（圧電駆動装置）は、磁石やコイルが不要のため、様々な分野で利用されている（例えば特許文献１）。この圧電駆動装置の基本的な構成は、補強板の２つの面のそれぞれの上に、４つの圧電素子が２行２列に配置された構成であり、合計で８つの圧電素子が補強板の両側に設けられている。個々の圧電素子は、圧電体をそれぞれ２枚の電極で挟んだユニットであり、補強板は、圧電素子の一方の電極としても利用される。補強板の一端には、被駆動体としてのローターに接してローターを回転させるための突起部が設けられている。４つの圧電素子のうちの対角に配置された２つの圧電素子に交流電圧を印加すると、この２つの圧電素子が伸縮運動を行い、これに応じて補強板の突起部が往復運動又は楕円運動を行う。そして、この補強板の突起部の往復運動又は楕円運動に応じて、被駆動体としてのローターが所定の回転方向に回転する。また、交流電圧を印加する２つの圧電素子を他の２つの圧電素子に切り換えることによって、ローターを逆方向に回転させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２０９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記圧電駆動装置では、対角に配置された２つの圧電素子が並列に接続されているため、静電容量が大きく、駆動に大きな電流が必要である、という問題があった。圧電駆動装置を小さな空間（例えばロボットの関節内）に収容して用いる場合、従来の圧電体を用いた圧電駆動装置では配線スペースが不足する可能性があるため、圧電体を薄くしたいという要望がある。しかし、静電容量は、圧電体を挟む電極間の距離に反比例するため、圧電体を薄くすると、静電容量が大きくなってしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、圧電駆動装置が提供される。この圧電駆動装置は、第１電極、第２電極、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する圧電体、により形成される圧電素子を複数有し、前記振動板の前記第１面及び第２面のうちの少なくとも一方の面に配置された圧電振動体と、を備え、前記複数の圧電素子は、直列に接続されている。この形態によれば、複数の圧電素子は、直列に接続されているので、圧電素子全体の静電容量を低減できる。
【０００７】
（２）上記形態の圧電駆動装置において、前記複数の圧電素子の大きさが同一であってもよい。この形態によれば、複数の圧電素子の静電容量の大きさが同じ大きさとなるので、各圧電素子に印加される電圧の大きさは同じ大きさとなり、耐久性を向上できる。
【０００８】
（３）上記形態の圧電駆動装置において、前記複数の圧電素子に駆動電圧を印加したときに、前記複数の圧電素子の分極の方向が同一方向であってもよい。この形態によれば、圧電素子の境界部分で分極の方向が変わらないので、圧電素子の耐久性を向上できる。
【０００９】
（４）上記形態の圧電駆動装置において、前記分極の方向は、前記第２電極から前記第１電極に向かう向きであってもよい。分極の方向が第２電極から第１電極に向かう向きの方が、第１電極から第２電極に向かう向きよりも耐久性が大きい。
【００１０】
（５）上記形態の圧電駆動装置において、前記複数の圧電素子のうちの第１の圧電素子の第２電極と第２の圧電素子の第２電極とは連続した１つの電極を形成してもよい。この形態によれば、配線や配線層を用いなくても、圧電素子を直列に接続することが可能となる。
【００１１】
（６）上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電振動体は、前記振動板の前記第１面と前記第２面の両面に配置されていてもよい。この形態によれば、振動板の第１面と第２面の両面に圧電素子が配置されているので、圧電駆動装置の駆動力を大きく出来る。
【００１２】
（７）上記形態の圧電駆動装置において、前記第１面に配置された圧電振動体の圧電素子と、前記第２面に配置された圧電振動体の圧電素子とは、直列に接続されていてもよい。この形態によれば、さらに静電容量を低減できる。
【００１３】
（８）上記形態の圧電駆動装置において、前記複数の第１電極と前記振動板との間に基板が設けられていてもよい。圧電素子から大きなエネルギーを取り出すためには、共振状態で大きな振幅が得られるように、機械的品質係数Ｑｍを大きくすればよい。この形態によれば、前記複数の第１電極と前記振動板との間に基板が設けられているので、基板が無い場合に比べて圧電駆動装置の機械的品質係数Ｑｍの値を大きくできる。
【００１４】
（９）上記形態の圧電駆動装置において、前記基板は、シリコンを含んでいてもよい。圧電素子の機械的品質係数Ｑｍの値は、数千であるのに対し、シリコンの機械的品質係数Ｑｍの値は、１０万程度である。したがって、この形態によれば、圧電駆動装置の機械的品質係数Ｑｍの値を大きくできる。
【００１５】
（１０）上記形態の圧電駆動装置において、前記振動板は、被駆動体に接触する突起部を備えていてもよい。この形態によれば、突起部により被駆動体を押して被駆動体を駆動できる。
【００１６】
（１１）本発明の一形態によれば、ロボットが提供される。このロボットは、複数のリンク部と、前記複数のリンク部を接続する関節部と、前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる、上記形態のいずれかに記載の圧電駆動装置と、を備える。この形態によれば、圧電駆動装置をロボットの駆動に利用できる。
【００１７】
（１２）本発明の一形態によれば、ロボットの駆動方法が提供される。この駆動方法は、前記圧電駆動装置の前記第１電極と前記第２電極との間に周期的に変化する電圧を印加することで前記圧電駆動装置を駆動し、前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる。
【００１８】
（１３）本発明の一形態によれば、上記形態の圧電駆動装置の駆動方法が提供される。この駆動方法は、前記圧電素子の第１電極と前記第２電極との間に、周期的に変化する電圧であって、前記圧電素子の圧電体に印加する電界の方向が前記電極のうちの一方の電極から他方の電極に向かう一方向である脈流電圧を印加する。この形態によれば、圧電素子の圧電体に印加される電圧は一方向だけなので、圧電体の耐久性を向上できる。
【００１９】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、圧電駆動装置の他、圧電駆動装置の駆動方法、圧電駆動装置の製造方法、圧電駆動装置を搭載するロボット、圧電駆動装置を搭載するロボットの駆動方法、電子部品搬送装置、送液ポンプ、投薬ポンプ等、様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の圧電駆動装置の概略構成を示す平面図及び断面図。
【図２】振動板の平面図。
【図３】圧電駆動装置と駆動回路の電気的接続状態を示す説明図。
【図４】圧電駆動装置の動作の例を示す説明図である。
【図５】図１に示した断面構造の例を更に詳細に示した断面図。
【図６】圧電駆動装置の製造フローチャート。
【図７】図６のステップＳ１００における圧電振動体の製造プロセスを示す説明図。
【図８】図６のステップＳ１００における圧電振動体の製造プロセスを示す説明図。
【図９】圧電素子の形状配置のバリエーション例を示す説明図。
【図１０】第１の実施形態の変形例にかかる圧電駆動装置を示す説明図である。
【図１１】第２の実施形態にかかる圧電駆動装置の圧電振動体の断面を示す説明図
【図１２】第２の実施形態の圧電駆動装置に用いられる圧電素子の製造工程を簡潔に示す説明図。
【図１３】本発明の第３の実施形態としての圧電駆動装置の断面図。
【図１４】図１３に示す圧電駆動装置の製造工程を示す説明図。
【図１５】圧電駆動装置を利用したロボットの一例を示す説明図。
【図１６】ロボットの手首部分の説明図。
【図１７】圧電駆動装置を利用した送液ポンプの一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
・第１実施形態：
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態における圧電駆動装置１０の概略構成を示す平面図であり、図１（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。圧電駆動装置１０は、振動板２００と、振動板２００の両面（第１面２１１と第２面２１２）にそれぞれ配置された２つの圧電振動体１００とを備える。２つの圧電振動体１００は、振動板２００を中心として対称に配置されている。２つの圧電振動体１００は同じ構成を有しているので、以下では特に断らない限り、振動板２００の上側にある圧電振動体１００の構成を説明する。
【００２２】
圧電振動体１００は、基板１２０と、基板１２０の上に形成された複数の圧電素子１１０ａ１，１１０ａ２，１１０ｂ１，１１０ｂ２，１１０ｃ１，１１０ｃ２，１１０ｄ１，１１０ｄ２，１１０ｅ１，１１０ｅ２，１１０ｅ３，１１０ｅ４と、を備える。これらの個々の圧電素子の構造は同一なので、互いに区別する必要が無い場合には、「圧電素子１１０」と呼ぶ。
【００２３】
圧電素子１１０は、第１電極１３０と、第１電極１３０の上に形成された圧電体１４０と、圧電体１４０の上に形成された第２電極１５０と、を備えている。第１電極１３０と第２電極１５０は、圧電体１４０を挟持している。圧電素子１１０は、１つの連続的な圧電体と、圧電体を挟持する２つの連続的な導電体層（第１電極、第２電極）とを有する１つの大きな圧電素子を、イオンミリングやドライエッチングなどの物理的、あるいは化学的方法により複数に（複数の圧電素子に）分割することにより形成することが可能である。圧電素子１１０ｅ１〜１１０ｅ４は、略長方形形状に形成されており、基板１２０の幅方向の中央において、基板１２０の長手方向に沿って形成されている。圧電素子１１０ａ１と１１０ａ２は、長手方向に沿って並べられて圧電素子グループ１１０ａを形成している。圧電素子１１０ｂ１と１１０ｂ２，１１０ｃ１と１１０ｃ２，１１０ｄ１と１１０ｄ２についても同様に、それぞれ、圧電素子グループ１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄを形成している。圧電素子グループ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは、基板１２０の四隅の位置に形成されている。
【００２４】
圧電振動体１００の基板１２０は、第１電極と圧電体と第２電極を成膜プロセスで形成するための基板として使用される。また、基板１２０は機械的な振動を行う振動板としての機能も有する。基板１２０は、例えば、Ｓｉ，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２などで形成することができる。Ｓｉ製の基板１２０（「シリコン基板１２０」とも呼ぶ。）として、例えば半導体製造用のＳｉウェハーを利用することが可能である。この実施形態において、基板１２０の平面形状は長方形である。基板１２０の厚みは、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲とすることが好ましい。基板１２０の厚みを１０μｍ以上とすれば、基板１２０上の成膜処理の際に基板１２０を比較的容易に取扱うことができる。なお、基板１２０の厚みを５０μｍ以上とすれば、基板１２０をさらに容易に取扱うことができる。また、基板１２０の厚みを１００μｍ以下とすれば、薄膜で形成された圧電体の伸縮に応じて、基板１２０を容易に振動させることができる。
【００２５】
上述したように、分割前の第１電極や第２電極は、例えばスパッタリングによって形成される薄膜である。第１電極や第２電極の材料としては、例えばＡｌ（アルミニウム）や、Ｎｉ（ニッケル），Ａｕ（金），Ｐｔ（白金），Ｉｒ（イリジウム）などの導電性の高い任意の材料を利用可能である。なお、第１電極１３０と、第２電極１５０と、駆動回路との間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）とは、図１では図示が省略されている。
【００２６】
分割前の圧電体は、例えばゾル−ゲル法やスパッタリング法によって形成され、薄膜形状を有している。圧電体の材料としては、ＡＢＯ３型のペロブスカイト構造を採るセラミックスなど、圧電効果を示す任意の材料を利用可能である。ＡＢＯ３型のペロブスカイト構造を採るセラミックスとしては、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、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等を用いることが可能である。またセラミック以外の圧電効果を示す材料、例えばポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いることも可能である。圧電体の厚みは、例えば５０ｎｍ（０．０５μｍ）以上２０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。この範囲の厚みを有する圧電体の薄膜は、成膜プロセスを利用して容易に形成することができる。圧電体の厚みを０．０５μｍ以上とすれば、圧電体の伸縮に応じて十分に大きな力を発生することができる。また、圧電体の厚みを２０μｍ以下とすれば、圧電駆動装置１０を十分に小型化することができる。
【００２７】
図２は、振動板２００の平面図である。振動板２００は、長方形形状の振動体部２１０と、振動体部２１０の左右の長辺からそれぞれ３本ずつ延びる接続部２２０とを有しており、また、左右の３本の接続部２２０にそれぞれ接続された２つの取付部２３０を有している。なお、図２では、図示の便宜上、振動体部２１０にハッチングを付している。取付部２３０は、ネジ２４０によって他の部材に圧電駆動装置１０を取り付けるために用いられる。振動板２００は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、銅、銅合金などの金属材料で形成することが可能である。
【００２８】
振動体部２１０の上面（第１面）及び下面（第２面）には、圧電振動体１００（図１）がそれぞれ接着剤を用いて接着される。振動体部２１０の長さＬと幅Ｗの比は、Ｌ：Ｗ＝約７：２とすることが好ましい。この比は、振動体部２１０がその平面に沿って左右に屈曲する超音波振動（後述）を行うために好ましい値である。振動体部２１０の長さＬは、例えば３．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲とすることができ、幅Ｗは、例えば１ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲とすることができる。なお、振動体部２１０が超音波振動を行うために、長さＬは５０ｍｍ以下とすることが好ましい。振動体部２１０の厚み（振動板２００の厚み）は、例えば５０μｍ以上７００μｍ以下の範囲とすることができる。振動体部２１０の厚みを５０μｍ以上とすれば、圧電振動体１００を支持するために十分な剛性を有するものとなる。また、振動体部２１０の厚みを７００μｍ以下とすれば、圧電振動体１００の変形に応じて十分に大きな変形を発生することができる。
【００２９】
振動板２００の一方の短辺には、突起部２０（「接触部」又は「作用部」とも呼ぶ）が設けられている。突起部２０は、被駆動体と接触して、被駆動体に力を与えるための部材である。突起部２０は、セラミックス（例えばＡｌ２Ｏ３）などの耐久性がある材料で形成することが好ましい。
【００３０】
図３は、圧電駆動装置１０と駆動回路３００の電気的接続状態を示す説明図である。本実施形態では、圧電素子は、それぞれ４つの圧電素子を有する３つのグループに分けられる。第１グループは、圧電素子１１０ｃ１，１１０ｃ２，１１０ｂ１，１１０ｂ２を有する。第２グループは、圧電素子１１０ａ１，１１０ａ２，１１０ｄ１，１１０ｄ２を有する。第３グループは、圧電素子１１０ｅ１，１１０ｅ２，１１０ｅ３，１１０ｅ４を有する。
【００３１】
第１グループにおいては、以下のように配線されている。
・駆動回路３００と、圧電素子１１０ｃ１の第１電極１３０とが配線３２０により配線されている。
・圧電素子１１０ｃ１の第２電極１５０と、圧電素子１１０ｃ２の第１電極１３０とが配線１５５ｃ１により配線されている。
・圧電素子１１０ｃ２の第２電極１５０と、圧電素子１１０ｂ１の第１電極１３０とが配線１５２により配線されている。
・圧電素子１１０ｂ１の第２電極１５０と、圧電素子１１０ｂ２の第１電極１３０とが配線１５５ｂ１により配線されている。
・圧電素子１１０ｂ２の第２電極１５０と、駆動回路３００とが、配線３１０により配線されている。
この配線により、圧電素子１１０ｃ１，１１０ｃ２，１１０ｂ１，１１０ｂ２は、直列に接続される。
【００３２】
第２グループにおいては、以下のように配線されている。
・駆動回路３００と、圧電素子１１０ａ１の第１電極１３０とが配線３２４により配線されている。
・圧電素子１１０ａ１の第２電極１５０と、圧電素子１１０ａ２の第１電極１３０とが配線１５５ａ１により配線されている。
・圧電素子１１０ａ２の第２電極１５０と、圧電素子１１０ｄ１の第１電極１３０とが配線１５１により配線されている。
・圧電素子１１０ｄ１の第２電極１５０と、圧電素子１１０ｄ２の第１電極１３０とが配線１５５ｄ１により配線されている。
・圧電素子１１０ｄ２の第２電極１５０と、駆動回路３００とが、配線３１４により配線されている。
この配線により、圧電素子１１０ａ１，１１０ａ２，１１０ｄ１，１１０ｄ２は、直列に接続される。
【００３３】
第３グループにおいては、以下のように配線されている。
・駆動回路３００と、圧電素子１１０ｅ１の第１電極１３０とが配線３２２により配線されている。
・圧電素子１１０ｅ１の第２電極１５０と、圧電素子１１０ｅ２の第１電極１３０とが配線１５５ｅ１により配線されている。
・圧電素子１１０ｅ２の第２電極１５０と、圧電素子１１０ｅ３の第１電極１３０とが配線１５５ｅ２により配線されている。
・圧電素子１１０ｅ３の第２電極１５０と、圧電素子１１０ｅ４の第１電極１３０とが配線１５５ｅ３により配線されている。
・圧電素子１１０ｅ４の第２電極１５０と、駆動回路３００とが、配線３１２により配線されている。
この配線により、圧電素子１１０ｅ１，１１０ｅ２，１１０ｅ３，１１０ｅ４は、直列に接続される。
【００３４】
これらの配線１５１，１５２、１５５ａ１〜１５５ｅ３は、成膜処理によって形成しても良く、或いは、ワイヤ状の配線によって実現してもよい。駆動回路３００は、配線３１４と３２４との間に周期的に変化する交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、圧電駆動装置１０を超音波振動させて、突起部２０に接触するローター（被駆動体）を所定の回転方向に回転させることが可能である。ここで、「脈流電圧」とは、交流電圧にＤＣオフセットを付加した電圧を意味し、その電圧（電界）の向きは、一方の電極から他方の電極に向かう一方向である。また、配線３１０と３２０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、突起部２０に接触するローターを逆方向に回転させることが可能である。このような電圧の印加は、振動板２００の両面に設けられた２つの圧電振動体１００に同時に行われる。なお、図３に示した配線１５１，１５２，１５５ａ１〜１５５ｅ３，３１０，３１２，３１４，３２０，３２２，３２４を構成する配線（又は配線層及び絶縁層）は、図１では図示が省略されている。
【００３５】
本実施形態では、以下の効果により、駆動回路３００から見た圧電駆動装置１０の静電容量が小さくなる。
（１）面積の効果：本実施形態の圧電素子１１０の第１電極１３０、第２電極１５０の面積は、先行技術（特開２００４−３２０９７９号公報）の図６に示されている圧電素子の第１電極、第２電極の面積と比較して、半分である。静電容量は電極の面積に比例するので、圧電素子の静電容量は、１／２となる。
【００３６】
（２）直列接続の効果：一般に、同一の静電容量Ｃを有するＮ個（Ｎは２以上の整数）の容量素子を直列に接続すると、その合計の静電容量は、Ｃ／Ｎとなる。本実施形態では、略同型の圧電素子を直列に４つ接続しているので、合成静電容量は、１／４となる。一方、同一の静電容量Ｃを有するＭ個（Ｍは２以上の整数）の容量素子を並列に接続すると、その合成静電容量は、Ｍ×Ｃとなる。上記先行技術では、２個の圧電素子が並列に接続されているので、合成静電容量は、２Ｃとなる。この先行技術と比較すれば、本実施形態の圧電素子の合成静電容量は、１／８である。これらの両方の効果により、上記先行技術における圧電素子の合成静電容量を１とすると、直列接続された４つの圧電素子の合成静電容量は、１／１６となる。このように、圧電素子を分割して圧電素子とし、圧電素子を直列に接続することにより、静電容量を小さく出来る。
【００３７】
図４は、圧電駆動装置１０の動作の例を示す説明図である。圧電駆動装置１０の突起部２０は、被駆動体としてのローター５０の外周に接触している。図４に示す例では、駆動回路３００（図３）は、直列接続された４つの圧電素子１１０ａ１，１１０ａ２，１１０ｄ１，１１０ｄ２に交流電圧又は脈流電圧を印加しており、圧電素子１１０ａ１，１１０ａ２，１１０ｄ１，１１０ｄ２は図４の矢印ｘの方向に伸縮する。これに応じて、圧電駆動装置１０の振動体部２１０が振動体部２１０の平面内で屈曲して蛇行形状（Ｓ字形状）に変形し、突起部２０の先端が矢印ｙの向きに往復運動するか、又は、楕円運動する。その結果、ローター５０は、その中心５１の周りに所定の方向ｚ（図４では時計回り方向）に回転する。図２で説明した振動板２００の３つの接続部２２０（図２）は、このような振動体部２１０の振動の節（ふし）の位置に設けられている。なお、駆動回路３００が、他の４つの圧電素子１１０ｃ１，１１０ｃ２，１１０ｂ１，１１０ｂ２に交流電圧又は脈流電圧を印加する場合には、ローター５０は逆方向に回転する。なお、中央の４つの圧電素子１１０ｅ１，１１０ｅ２，１１０ｅ３，１１０ｅ４に、交流電圧又は脈流電圧を印加すれば、圧電駆動装置１０が長手方向に伸縮するので、突起部２０からローター５０に与える力をより大きくすることが可能である。なお、圧電駆動装置１０（又は圧電振動体１００）のこのような動作については、上記先行技術文献１（特開２００４−３２０９７９号公報、又は、対応する米国特許第７２２４１０２号）に記載されており、その開示内容は参照により組み込まれる。
【００３８】
図５は、図１（Ｂ）に示した断面構造の例を更に詳細に示した断面図である。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、圧電振動体１００の一部を図示している。図５（Ａ）は、圧電素子の第１電極と第２電極との間の配線を、ワイヤ状の配線１５５ｃ１により形成する場合に用いられる構成である。図５（Ｂ）は、圧電素子の第１電極と第２電極との間の配線を、成膜処理によって形成する場合に用いられる構成である。図５（Ｃ）は、別の板状部材、例えば振動板２００（図１）に配線層を形成し、その配線層を利用して圧電素子の第１電極と第２電極との間の配線を形成する場合に用いられる構成である。ただし、図５（Ｃ）に示す構成の場合においても、圧電素子の第１電極と第２電極との間の配線をワイヤ状の配線により形成してもよい。
【００３９】
圧電振動体１００は、基板１２０と、絶縁層１２５と、第１電極１３０ｃ１，１３０ｃ２，１３０ｄ１と、圧電体１４０ｃ１，１４０ｃ２，１４０ｄ１と、第２電極１５０ｃ１，１５０ｃ２，１５０ｄ１と、絶縁層１６０と、リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２，１７３ｄ１，１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１と、を備える。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の構成においては、リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２，１７３ｄ１，１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１の形状が異なるが、その他の構成、形状は同じである。なお、図５では、紙面の都合上、圧電素子１１０ｄ２（図３）の第１電極１３０ｄ２、圧電体１４０ｄ２、第２電極１５０ｄ２、リード電極）は図示せずに省略している。
【００４０】
絶縁層１２５は、基板１２０上に形成されており、基板１２０と、第１電極１３０ｃ１，１３０ｃ２，１３０ｄ１との間を絶縁する。第１電極１３０ｃ１，１３０ｃ２，１３０ｄ１は、絶縁層１２５の上に形成されている。圧電体１４０ｃ１，１４０ｃ２，１４０ｄ１は、それぞれ第１電極１３０ｃ１，１３０ｃ２，１３０ｄ１の上に形成されている。第２電極１５０ｃ１，１５０ｃ２，１５０ｄ１は、それぞれ圧電体１４０ｃ１，１４０ｃ２，１４０ｄ１の上に形成されている。絶縁層１６０は、第１電極１３０ｃ１，１３０ｃ２，１３０ｄ１と、第２電極１５０ｃ１，１５０ｃ２，１５０ｄ１の上に形成されている。なお、絶縁層１６０は、第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２，１７３ｄ１がそれぞれ第１電極１３０ｃ１，１３０ｃ２，１３０ｄ１と接触でき、第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１が第２電極１５０と接触できるように、その一部に開口（コンタクトホール）を有している。第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２，１７３ｄ１は、絶縁層１６０の上に形成され、それぞれ第１電極１３０ｃ１，１３０ｃ２，１３０ｄ１と接している。第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１は、絶縁層１６０の上に形成され、それぞれ第２電極１５０ｃ１，１５０ｃ２，１５０ｄ１と接している。なお、図５（Ａ）に示す構成では、リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２，１７３ｄ１，１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１は、互いに直接接続されていない。その代わり、第１リード電極１７３ｃ２と第２リード電極１７４ｃ１とは、配線１５５ｃ１により配線されている。第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１は、下部に圧電体１４０が存在しない領域まで伸びていても良い。下部に圧電体１４０ｃ１，１４０ｃ２，１４０ｄ１が存在しない領域で配線を第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１に接続すれば、配線１５５ｃ１の接続による圧電体１４０の静電破壊が発生し難い。
【００４１】
図５（Ｂ）の圧電振動体１００は、図５（Ａ）の圧電振動体１００と比べると、第１リード電極１７３ｃ２を備えず、第２リード電極１７４ｃ１が、第１電極１３０ｃ２と接触するまで伸びている点が異なる。図５（Ａ）に示す圧電振動体１００では、第１リード電極１７３ｃ２と配線１５５ｃ１と第２リード電極１７４ｃ１とを用いて、第１電極１３０ｃ２と、第２電極１５０ｃ１との間を導通させる。これに対し、図５（Ｂ）に示す圧電振動体では、第２リード電極１７４ｃ１（配線層）を用いて、第１電極１３０ｃ２と、第２電極１５０ｃ１との間を導通させる。なお、図５（Ｂ）の圧電振動体１００では、第２電極１５０ｃ２と、第１電極１３０ｄ１とは導通させないので、第２リード電極１７４ｃ２を第１電極１３０ｄ１まで伸ばさず、第１リード電極１７３ｄ１を独立に設けている。
【００４２】
図５（Ｃ）の圧電振動体１００は、図５（Ａ）の圧電振動体１００と比べると、第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２，１７３ｄ１、第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１の形状が異なっている。図５（Ｃ）に示す圧電振動体１００では、第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２，１７３ｄ１は、第２電極１５０ｃ１，１５０ｃ２，１５０ｄ１の上方まで伸びている。基板１２０から圧電体１４０ｃ１，１４０ｃ２，１４０ｄ１上の第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２，１７３ｄ１までの高さと、基板１２０から第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１までの高さとは、ほぼ同じ高さとなっている。そのため、図５（Ｃ）に示す例では、第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２，１７３ｄ１，第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１の上に配線層を有する板状部材を配置し、板状部材の配線層を用いて、例えば、第１リード電極１７３ｃ２と第２リード電極１７４ｃ１との接続を行うことが出来る。なお、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の構成と同様に、配線１５５ｃ１による配線にも対応できる。なお、図５（Ｃ）では、第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１は、圧電体１４０ｃ１，１４０ｃ２，１４０ｄ１の上のみに形成しているが、図５（Ａ）の第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１と同様に、下部に圧電体１４０が存在しない領域まで伸びていても良い。配線１５５ｃ１の接続による圧電体１４０の静電破壊が発生し難い。
【００４３】
図６は、圧電駆動装置１０の製造フローチャートを示す説明図である。ステップＳ１００では、基板１２０上に圧電素子１１０を形成することによって、圧電振動体１００を形成する。この際、基板１２０としては、例えばＳｉウェハーを利用することができる。１枚のＳｉウェハー上には、圧電振動体１００を複数個形成することが可能である。またＳｉは機械的品質係数Ｑｍの値が１０万程度と大きいため、圧電振動体１００や、圧電駆動装置１０の機械的品質係数Ｑｍを大きく出来る。ステップＳ２００では、圧電振動体１００が形成された基板１２０をダイシングして、個々の圧電振動体１００に分割する。なお、基板１２０をダイシングする前に基板１２０の裏面を研磨して、基板１２０を所望の厚さにしても良い。ステップＳ３００では、２つの圧電振動体１００を振動板２００の両面に接着剤で接着する。ステップＳ４００では、圧電振動体１００の配線層と駆動回路とを配線で電気的に接続する。
【００４４】
図７、図８は、図６のステップＳ１００における圧電振動体１００の製造プロセスを示す説明図である。図７、図８では、基板１２０上に、図５の右半分の上部に示した圧電素子１１０ｃ１，１１０ｃ２，１１０ｄ１を形成するプロセスを示している。図７のステップＳ１１０では、基板１２０を準備し、基板１２０の表面に絶縁層１２５を形成する。絶縁層１２５としては、例えば、基板１２０の表面を熱酸化して形成されるＳｉＯ２層を利用することができる。その他、絶縁層としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、アクリルやポリイミドなどの有機材料を用いることができる。なお、基板１２０が絶縁体である場合には、絶縁層１２５を形成する工程は省略可能である。
【００４５】
ステップＳ１２０では、絶縁層１２５の上に第１電極１３０を形成する。第１電極１３０は、例えば、スパッタリングにより形成できる。この段階では、第１電極１３０をパターニングして複数に分割しなくても良い。
【００４６】
ステップＳ１３０では、第１電極１３０の上に圧電体１４０を形成する。具体的には、例えばゾル−ゲル法を用いて圧電体１４０を形成することが可能である。すなわち、圧電体材料のゾルゲル溶液を基板１２０（第１電極１３０）の上に滴下し、基板１２０を高速回転させることにより、第１電極１３０の上にゾルゲル溶液の薄膜を形成する。その後、２００〜３００℃の温度で仮焼きして第１電極１３０の上に圧電体材料の第１層を形成する。その後、ゾルゲル溶液の滴下、高速回転、仮焼き、のサイクルを複数回繰り返すことによって、第１電極１３０の上に所望の厚さまで圧電体層を形成する。なお、１サイクルで形成される圧電体の一層の厚みは、ゾルゲル溶液の粘度や、基板１２０の回転速度にも依存するが、約５０ｎｍ〜１５０ｎｍの厚さとなる。所望の厚さまで圧電体層を形成した後、６００℃〜１０００℃の温度で焼結することにより、圧電体１４０を形成する。焼結後の圧電体１４０の厚さを、５０ｎｍ（０．０５μｍ）以上２０μｍ以下とすれば、小型の圧電駆動装置１０を実現できる。なお、圧電体１４０の厚さを０．０５μｍ以上とすれば、圧電体１４０の伸縮に応じて十分に大きな力を発生することができる。また、圧電体１４０の厚さを２０μｍ以下とすれば、圧電体１４０に印加する電圧を６００Ｖ以下としても十分に大きな力を発生することができる。その結果、圧電駆動装置１０を駆動するための駆動回路３００を安価な素子で構成できる。なお、圧電体の厚さを４００ｎｍ以上としてもよく、この場合、圧電素子で発生する力を大きく出来る。なお、仮焼きや焼結の温度、時間は、一例であり、圧電体材料により、適宜選択される。
【００４７】
ゾル−ゲル法を用いて圧電体材料の薄膜を形成した後に焼結した場合には、原料粉末を混合して焼結する従来の焼結法と比較して、（ａ）薄膜を形成しやすい、（ｂ）格子方向を揃えて結晶化し易い、（ｃ）圧電体の耐圧を向上できる、というメリットがある。
【００４８】
ステップＳ１４０では、圧電体１４０の上に第２電極１５０を形成する。第２電極１５０の形成は、第１電極と同様に、スパッタリングにより行うことが出来る。
【００４９】
ステップＳ１５０では、第２電極１５０と圧電体１４０をパターニングして、第２電極１５０ｃ１，１５０ｃ２，１５０ｄ１と、圧電体１４０ｃ１，１４０ｃ２，１４０ｄ１を形成する。本実施形態では、アルゴンイオンビームを用いたイオンミリングにより、第２電極１５０と圧電体１４０のパターニングを行っている。なお、イオンミリングの時間を制御することにより、第２電極１５０と圧電体１４０のみをパターニングし、第１電極１３０をパターニングしないことが可能である。なお、イオンミリングを用いてパターニングを行う代わりに、他の任意のパターニング方法（例えば、塩素系のガスを用いたドライエッチング）によりパターニングを行っても良い。
【００５０】
図８のステップＳ１６０では、第１電極１３０をパターニングして、第１電極１３０ｃ１，１３０ｃ２，１３０ｄ１を形成する。なお、ステップＳ１６０で用いられるマスクと、ステップＳ１５０で用いられるマスクとは、異なるので、本実施形態では、別ステップとして記載している。
【００５１】
ステップＳ１７０では、第１電極１３０ｃ１，１３０ｃ２，１３０ｄ１と第２電極１５０ｃ１，１５０ｃ２，１５０ｄ１の上に絶縁層１６０を形成する。絶縁層１６０としては、リン含有シリコン酸化膜（ＰＳＧ膜）、ボロン・リン含有シリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）、ＮＳＧ膜（ボロンやリン等の不純物を含まないシリコン酸化膜）、窒化ケイ素膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）等を用いることが可能である。絶縁層１６０は、例えばＣＶＤ法により形成できる。絶縁層１６０の形成後には、第１電極１３０ｃ１，１３０ｃ２，１３０ｄ１と第２電極１５０ｃ１，１５０ｃ２，１５０ｄ１とのコンタクトホール１６３ｃ１，１６３ｃ２，１６３ｄ１，１６４ｃ１，１６４ｃ２，１６４ｄ１を形成するためのパターニングを行う。
【００５２】
ステップＳ１８０では、リード電極用の導電体層１７０を形成する。この導電体層１７０は、例えばアルミニウムで形成することができ、例えばスパッタリングにより形成される。
【００５３】
その後、導電体層１７０をパターニングすることによって、第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２，１７３ｄ１と第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１を形成する。パターニングに用いるマスクの形状により、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）のいずれの形状にも対応できる。
【００５４】
その後、図示していないが、第１リード電極１７１及び第２リード電極１７２の上にパッシベーション膜を形成する。パッシベーション膜は、例えばＳｉＮ、ポリイミドを用いて形成できる。そして、パッシベーション膜に、第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２，１７３ｄ１及び第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２，１７４ｄ１を、例えば配線１５１，１５２，３１０，３１２，３１４，３２０，３２２，３２４，１５５ｃ１（図３）等と接続するための開口部（コンタクトホール）を形成する。
【００５５】
以上、本実施形態によれば、４個の圧電素子を直列に接続するので、圧電駆動装置１０の圧電素子の合成静電容量を１／１６に低減出来る。なお、駆動電圧については説明しなかったが、４個の圧電素子を直列に接続する場合には、印加電圧を４倍にすれば、１つの圧電素子に印加される電圧の大きさを同じにできる。
【００５６】
本実施形態によれば、圧電素子の大きさは略同型であり、ほぼ同じ静電容量を有している。そのため、直列接続した場合の各圧電素子に印加される電圧の大きさはほぼ同じとなる。また、他の圧電素子に比べて高電圧が印加される圧電素子が無いので、全体として耐久性を向上できる。
【００５７】
本実施形態によれば、複数の第１電極１３０と振動板２００との間に基板１２０が設けられているので、基板１２０が無い場合に比べて圧電駆動装置１０の機械的品質係数Ｑｍの値を大きくできる。
【００５８】
また、本実施形態のように圧電素子を直列に接続すれば、圧電素子を並列に接続する場合と比較して、配線数が減るので、配線による抵抗を減らすことができる。また、圧電素子の変形の拘束や振動エネルギーの漏れを減らすことができる。それにより、安定した大振幅の振動が得られ、効率の良い圧電駆動装置１０が実現できる。
【００５９】
駆動電圧を印加するときに、複数の圧電素子１１０の分極の方向が同一方向であるように、脈流電圧を印加してもよい。動作中に圧電振動体１００の圧電体の分極の向きが反転しないので、圧電素子１１０の耐久性を向上できる。分極の向きは、第２電極から第１電極に向かう向きであってもよい。
【００６０】
また、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、第１電極１３０ｃ２と第２電極１５０ｃ１との接続は、ワイヤ状の配線１５５ｃ１を用いて行っても良く、第２リード電極１７４ｃ１を用いて行っても良い。ワイヤ状の配線を用いて行う場合は、圧電素子の第１電極と第２電極の接続を比較的自由に変更できる。第２リード電極１７４ｃ１を用いる場合には、断線が起こり難い。
【００６１】
・第１の実施形態の変形例１：
上記説明では、各圧電素子グループ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄの圧電素子をそれぞれ２個に分割し、圧電素子グループ１１０ｅの圧電素子を４個に分割し、４個の圧電素子を直列に接続した例を用いて説明したが、各圧電素子グループ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄの圧電素子分割の数Ｎ個（Ｎは２以上）であってもよい。この場合、圧電素子グループ１１０ｅの圧電素子は、２Ｎ個に分割すれば良い。各圧電素子グループ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄの圧電素子をＮ個に分割した場合、合成静電容量は、１／（２Ｎ）２となる。
【００６２】
・第１の実施形態の変形例２：
図９は、圧電素子の形状、配置のバリエーション例を示す説明図である。図９（Ａ）に示す例は、個々の圧電素子１１０の平面形状が三角形である点で、図１に示した第１の実施形態と異なる。しかしながら、圧電素子１１０の平面形状が異なっても、圧電素子の２枚の電極が重なる部分の面積が同じであれば、静電容量もほぼ同じになる。したがって、図９（Ａ）に示す例においても、第１の実施形態と同様に合成静電容量を低減できる。
【００６３】
図９（Ｂ）に示す例は、８つの圧電素子１１０が、図１に示す第１の実施形態に比べてさらに小さく分割されている。また、図１に示した第１の実施形態では、圧電素子１１０ｅ１〜１１０ｅ４は長手方向に沿って一直線に配置されているが、図９（Ｂ）に示す例では、長手方向に沿ってジグザグに配置されている。このように配置しても、合成静電容量は変わらない。図９（Ａ）、（Ｂ）から分かるように、複数の圧電素子が直列に接続されていれば、圧電素子の平面形状やその配置位置については、自由である。
【００６４】
図９（Ｃ）に示す例は、圧電素子グループ１１０ｅの圧電素子のみを圧電素子１１０ｅ１、１１０ｅ２の２つに分割し、他の圧電素子グループ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄの圧電素子を分割していない。そして、圧電素子１１０ａと１１０ｄとを直列に接続し、圧電素子１１０ｃと１１０ｂとを直列に接続し、圧電素子１１０ｅ１と１１０ｅ２とを直列に接続する。このよう接続すれば、先行技術（特開２００４−３２０９７９号公報）と比較して、合成静電容量を１／４にできる。
【００６５】
・第１の実施形態の変形例３：
図１０は、第１の実施形態の変形例にかかる圧電駆動装置１０を示す説明図であり、図１（Ｂ）に対応する図である。図１０に示す変形例の圧電駆動装置１０は、振動板２００の両面に圧電振動体１００を配置し、表面の圧電振動体１００の圧電素子１１０と、裏面の圧電振動体１００の圧電素子１１０とを、さらに直列に接続している。このようにすれば、圧電駆動装置１０の静電容量をさらに半分にできる。
【００６６】
・第２の実施形態：
図１１は、第２の実施形態にかかる圧電駆動装置の圧電振動体１００ｂの断面を示す説明図である。なお、図１１では、図１に示した第３グループの圧電素子１１０ｅ１〜１１０ｅ４に関して、図１の実施形態と異なる積層構造を示している。この第２の実施形態では、３個の第１電極１３０ｅ１１〜１３０ｅ１３と、２個の圧電体１４０ｅ１１〜１４０ｅ１２と、２個の第２電極１５０ｅ１１〜１５０ｅ１２を備えている。第１電極１３０ｅ１１と、圧電体１４０ｅ１１の一部（第１電極１３０ｅ１１と重なる部分）と第２電極１５０ｅ１１の一部（第１電極１３０ｅ１１と重なる部分）で圧電素子１１０ｅ１が形成されている。第１電極１３０ｅ１２の一部（第２電極１５０ｅ１１と重なる部分）と圧電体１４０ｅ１１の一部（第１電極１３０ｅ１２と重なる部分）と第２電極１５０ｅ１１の一部（第１電極１３０ｅ１２と重なる部分）で圧電素子１１０ｅ２が形成されている。言い換えれば、第１の圧電素子１１０ｅ１の第１電極と第２の圧電素子１１０ｅ２の第１電極とは連続した１つの第１の電極１３０ｅ１１を形成し、第２の圧電素子１１０ｅ２の第２電極と第３の圧電素子１１０ｅ３の第２電極とは連続した１つの第２の電極１５０ｅ１１を形成している。同様に、圧電素子１１０ｅ３が形成されている。なお、図１１では、圧電体１４０が複数に分割（１４０ｅ１１、１４０ｅ１２、）されているが、圧電体１４０は、分割されずに連続していても良い。
【００６７】
図１２は、第２の実施形態の圧電駆動装置に用いられる圧電振動体の製造工程を簡潔に示す説明図である。図１２（Ｃ）の状態までは、図７で説明した工程と同じであるため、その後の工程を説明する。
【００６８】
ステップＳ５１０では、第１電極１３０をパターニングして、第１電極１３０ｅ１１，１３０ｅ１２，１３０ｅ１３に分割する。このパターンニングは、アルゴンガスを用いたイオンミリングや塩素系ガスを用いたドライエッチングにより行うことが出来る。
【００６９】
ステップＳ５２０では、絶縁層１６１を形成し、パターニングすることで、第１電極１３０ｅ１１と１３０ｅ１２の隙間、及び第１電極１３０ｅ１２と１３０ｅ１３とのを埋めて表面を平坦化する。ステップＳ５３０では、第１電極１３０ｅ１１，１３０ｅ１２，１３０ｅ１３の上に圧電体１４０を形成し、ステップ５４０では、圧電体１４０の上に第２電極１５０を形成する。ステップＳ５５０では、第２電極１５０と圧電体１４をパターニングする。ステップＳ５３０、Ｓ５４０、Ｓ５５０は、図７のステップＳ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０と同様のプロセスで実行できるため、説明を省略する。図７では、以後、絶縁層１６０の形成、パターニング、リード電極の形成を行っているが、本実施形態においても、同様に、絶縁層１６０の形成、パターニング、リード電極の形成を行ってもよい。この説明は、同じ説明の繰り返しとなるため、これ以上の説明を省略する。
【００７０】
圧電素子１１０ｅ１の静電容量は、第１電極１３０ｅ１１と第２電極１５０ｅ１１の重なる部分の面積に比例する。第２の実施例によれば、第１電極１３０ｅ１１と第２電極１５０ｅ１１の重なる部分の面積は、先行技術の第１電極と第２電極の重なる面積よりも小さいので、第１の実施形態と同様に、静電容量を小さく出来る。さらに、圧電素子１１０ｅ１と圧電素子１１０ｅ２は第２電極１５０ｅ１１により直列に接続され、圧電素子１１０ｅ２と圧電素子１１０ｅ３は第１電極１３０ｅ１２により直列に接続されている。そのため、直列接続の効果により、合成静電容量を低減出来る。
【００７１】
第２の実施形態によれば、ワイヤ状の配線やリード電極を用いなくても、圧電素子の直列接続が可能となる。
【００７２】
・第３の実施形態：
図１３は、本発明の第３の実施形態としての圧電駆動装置１０ｂの断面図であり、第１実施形態の図１（Ｂ）に対応する図である。この圧電駆動装置１０ｂでは、圧電振動体１００が、図１（Ｂ）とは上下を逆にした状態で振動板２００に配置されている。すなわち、ここでは、第２電極１５０ｃ１，１５０ｃ２，１５０ｄ１，１５０ｄ２が振動板２００に近く、基板１２０が振動板２００から最も遠くなるように配置されている。なお、図９においても、図１（Ｂ）と同様に、第１電極１３０ａ１，１３０ａ２，１３０ｂ１，１３０ｂ２，１３０ｃ１，１３０ｃ２，１３０ｄ１，１３０ｄ２，１３０ｅ１，１３０ｅ２，１３０ｅ３，１３０ｅ４と、第２電極１５０ａ１，１５０ａ２，１５０ｂ１，１５０ｂ２，１５０ｃ１，１５０ｃ２，１５０ｄ１，１５０ｄ２，１５０ｅ１，１５０ｅ２，１５０ｅ３，１５０ｅ４と、駆動回路との間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）とは、図示が省略されている。この圧電駆動装置１０ｂも、第１実施形態と同様な効果を達成することができる。
【００７３】
図１４は、図１３に示す圧電駆動装置１０ｂの製造工程を示す説明図である。ステップＳ６１０では、振動板２００を準備し、絶縁層２０２を形成する。絶縁層２０２は、例えば、ポリイミドなどの絶縁性樹脂を用いて形成可能である。ステップＳ６２０では、絶縁層２０２の上に配線層２０４を形成し、配線層２０４をパターニングする。配線層２０４は、第１電極と第２電極とを直列に接続するための配線や、圧電素子を駆動回路に接続するための配線を含んでいる。配線層２０４としては、銅やアルミニウムを用いることができる。ステップＳ６３０では、配線層２０４の上に絶縁層２０６を形成し、開口部をパターニングする。絶縁層２０６は、例えば、ソルダーレジストを用いて形成できる。
【００７４】
ステップＳ６４０では、図６、図７の工程により個々に作成された圧電振動体１００（図５（Ｃ））を振動板２００の両面に貼り付ける。このとき、配線層２０４と、第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２、第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２との間に導電性部材２０８を配置し、導電性部材２０８を介して電気的に接触させる。導電性部材２０８を介すれば、振動板２００の配線層２０４と、圧電振動体１００の第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２、第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２と、の間に段差が多少あっても、その段差を緩和して電気的に接触させることができる。導電性部材２０８として、例えば、マイクロバンプや導電性ペーストを用いることが出来る。図１４（Ｅ）の第１面側は、圧電振動体１００を貼り付けた状態、第２面側は、圧電振動体１００を貼り付ける直前の状態を示している。なお、図１４（Ｅ）に示す圧電振動体１００の上部には、上述したパッシベーション膜１８０が形成されている。パッシベーション膜１８０は、第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２、第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２の周りを保護するとともに、第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２、第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２と、他の部材との間の電気的ショートを抑制する。なお、本実施形態では、第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２の形状は、下部に圧電体１４０が存在しない領域まで伸びていない。これは、導電性部材２０８を介して振動板２００の配線層２０４と接続されるので、第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２は、下部に圧電体１４０が存在しない領域まで伸ばす必要がないからである。但し、第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２を下部に圧電体１４０が存在しない領域まで伸ばしても良い。
【００７５】
その後、配線層２０４と、駆動回路３００（図８）との間を配線３１０，３１２，３１４，３２０，３２２，３２４で接続する。すなわち、この実施形態では、配線３１０，３１２，３１４，３２０，３２２，３２４で第１リード電極１７３ｃ１，１７３ｃ２，第２リード電極１７４ｃ１，１７４ｃ２に直接配線をするのではなく、配線層２０４を介して配線をする。そのため、振動する圧電振動体１００に直接配線しなくてもよく、圧電振動体１００が振動しても、配線が外れにくい。本実施形態では、圧電振動体１００を振動板２００に貼り付けた後に配線３１０，３１２，３１４，３２０，３２２，３２４を接続したが、先に、圧電振動体１００に配線３１０，３１２，３１４，３２０，３２２，３２４を接続した後に、圧電振動体１００を振動板２００に貼り付けてもよい。
【００７６】
・圧電駆動装置を用いた装置の実施形態：
上述した圧電駆動装置１０は、共振を利用することで被駆動体に対して大きな力を与えることができるものであり、各種の装置に適用可能である。圧電駆動装置１０は、例えば、ロボット（電子部品搬送装置（ＩＣハンドラー）も含む）、投薬用ポンプ、時計のカレンダー送り装置、印刷装置（例えば紙送り機構。ただし、ヘッドに利用される圧電駆動装置では、振動板を共振させないので、ヘッドには適用不可である。）等の各種の機器における駆動装置として用いることが出来る。以下、代表的な実施の形態について説明する。
【００７７】
図１５は、上述の圧電駆動装置１０を利用したロボット２０５０の一例を示す説明図である。ロボット２０５０は、複数本のリンク部２０１２（「リンク部材」とも呼ぶ）と、それらリンク部２０１２の間を回動又は屈曲可能な状態で接続する複数の関節部２０２０とを備えたアーム２０１０（「腕部」とも呼ぶ）を有している。それぞれの関節部２０２０には、上述した圧電駆動装置１０が内蔵されており、圧電駆動装置１０を用いて関節部２０２０を任意の角度だけ回動又は屈曲させることが可能である。アーム２０１０の先端には、ロボットハンド２０００が接続されている。ロボットハンド２０００は、一対の把持部２００３を備えている。ロボットハンド２０００にも圧電駆動装置１０が内蔵されており、圧電駆動装置１０を用いて把持部２００３を開閉して物を把持することが可能である。また、ロボットハンド２０００とアーム２０１０との間にも圧電駆動装置１０が設けられており、圧電駆動装置１０を用いてロボットハンド２０００をアーム２０１０に対して回転させることも可能である。
【００７８】
図１６は、図１５に示したロボット２０５０の手首部分の説明図である。手首の関節部２０２０は、手首回動部２０２２を挟持しており、手首回動部２０２２に手首のリンク部２０１２が、手首回動部２０２２の中心軸Ｏ周りに回動可能に取り付けられている。手首回動部２０２２は、圧電駆動装置１０を備えており、圧電駆動装置１０は、手首のリンク部２０１２及びロボットハンド２０００を中心軸Ｏ周りに回動させる。ロボットハンド２０００には、複数の把持部２００３が立設されている。把持部２００３の基端部はロボットハンド２０００内で移動可能となっており、この把持部２００３の根元の部分に圧電駆動装置１０が搭載されている。このため、圧電駆動装置１０を動作させることで、把持部２００３を移動させて対象物を把持することができる。
【００７９】
図１６に示す実施形態では、２つの圧電駆動装置１０（振動板）を用いて、手首のリンク部２０１２及びロボットハンド２０００を中心軸Ｏ周りに回動させている。この場合、２つの圧電駆動装置１０の間を直列に接続しても良い。電流低減と配線省略の効果が得られる。なお、直列接続されるそれぞれの圧電駆動装置１０の内部においては、複数の圧電素子は、直列、並列のいずれに接続されていてもよい。
【００８０】
なお、ロボットとしては、単腕のロボットに限らず、腕の数が２以上の多腕ロボットにも圧電駆動装置１０を適用可能である。ここで、手首の関節部２０２０やロボットハンド２０００の内部には、圧電駆動装置１０の他に、力覚センサーやジャイロセンサー等の各種装置に電力を供給する電力線、信号を伝達する信号線等が含まれ、非常に多くの配線が必要になる。従って、関節部２０２０やロボットハンド２０００の内部に配線を配置することは非常に困難だった。しかしながら、上述した実施形態の圧電駆動装置１０は、通常の電動モーターや、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流を小さくできるので、関節部２０２０（特に、アーム２０１０の先端の関節部）やロボットハンド２０１０のような小さな空間でも配線を配置することが可能になる。
【００８１】
図１７は、上述の圧電駆動装置１０を利用した送液ポンプ２２００の一例を示す説明図である。送液ポンプ２２００は、ケース２２３０内に、リザーバー２２１１と、チューブ２２１２と、圧電駆動装置１０と、ローター２２２２と、減速伝達機構２２２３と、カム２２０２と、複数のフィンガー２２１３、２２１４、２２１５、２２１６、２２１７、２２１８、２２１９と、が設けられている。リザーバー２２１１は、輸送対象である液体を収容するための収容部である。チューブ２２１２は、リザーバー２２１１から送り出される液体を輸送するための管である。圧電駆動装置１０の突起部２０は、ローター２２２２の側面に押し付けた状態で設けられており、圧電駆動装置１０がローター２２２２を回転駆動する。ローター２２２２の回転力は減速伝達機構２２２３を介してカム２２０２に伝達される。フィンガー２２１３から２２１９はチューブ２２１２を閉塞させるための部材である。カム２２０２が回転すると、カム２２０２の突起部２２０２Ａによってフィンガー２２１３から２２１９が順番に放射方向外側に押される。フィンガー２２１３から２２１９は、輸送方向上流側（リザーバー２２１１側）から順にチューブ２２１２を閉塞する。これにより、チューブ２２１２内の液体が順に下流側に輸送される。こうすれば、極く僅かな量を精度良く送液可能で、しかも小型な送液ポンプ２２００を実現することができる。なお、各部材の配置は図示されたものには限られない。また、フィンガーなどの部材を備えず、ローター２２２２に設けられたボールなどがチューブ２２１２を閉塞する構成であってもよい。上記のような送液ポンプ２２００は、インシュリンなどの薬液を人体に投与する投薬装置などに活用できる。ここで、上述した実施形態の圧電駆動装置１０を用いることにより、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流が小さくなるので、投薬装置の消費電力を抑制することができる。従って、投薬装置を電池駆動する場合は、特に有効である。
【００８２】
・変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８３】
・変形例１：
上記実施形態では、基板１２０の上に第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０とが形成されていたが、基板１２０を省略して、振動板２００の上に第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０とを形成するようにしてもよい。
【００８４】
・変形例２：
上記実施形態では、振動板２００の両面にそれぞれ１つの圧電振動体１００を設けていたが、圧電振動体１００の一方を省略することも可能である。但し、振動板２００の両面にそれぞれ圧電振動体１００を設けるようにすれば、振動板２００をその平面内で屈曲した蛇行形状に変形させることがより容易である点で好ましい。
【００８５】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００８６】
１０、１０ａ、１０ｂ…圧電駆動装置
２０…突起部（接触部、作用部）
５０…ローター（被駆動体）
５１…被駆動体の中心
１００、１００ｂ…圧電振動体
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ…圧電素子グループ
１１０ａ１、１１０ａ２、１１０ｂ１、１１０ｂ２、１１０ｃ１、１１０ｃ２、１１０ｄ１、１１０ｄ２、１１０ｅ１〜１１０ｅ４、１１０ｅ１１〜１１０ｅ１３…圧電素子
１２０…基板
１２５…絶縁層
１３０、１３０ｅ１１、１３０ｅ１２、１３０ｅ１３…第１電極
１４０、１４０ｅ１１、１４０ｅ１２…圧電体
１５０、１５０ｅ１１、１５０ｅ１２…第２電極
１５１、１５２…配線
１５５ａ１、１５５ａ２、１５５ｂ１、１５５ｂ２、１５５ｃ１、１５５ｃ２、１５５ｄ１、１５５ｄ２、１５５ｅ１〜１５５ｅ３…配線
１６０…絶縁層
１６３ｃ１，１６３ｃ２，１６３ｄ１，１６４ｃ１，１６４ｃ２，１６４ｄ１…コンタクトホール
１７３ａ１、１７３ａ２、１７３ｂ１、１７３ｂ２、１７３ｃ１，１７３ｃ２、１７３ｄ１、…第１リード電極
１７４ａ１、１７４ａ２、１７４ｂ１、１７４ｂ２、１７４ｃ１，１７４ｃ２、１７４ｄ１…第２リード電極
１８０…パッシベーション膜
２００…振動板
２０２…絶縁層
２０４…配線層
２０６…絶縁層
２０８…導電性部材
２１０…振動体部
２１１…第１面
２１２…第２面
２２０…接続部
２３０…取付部
２４０…ネジ
３００…駆動回路
３１０、３１２、３１４、３２０、３２２、３２４…配線
２０００…ロボットハンド
２００３…把持部
２０１０…アーム
２０１２…リンク部
２０２０…関節部
２０２２…手首回動部
２０５０…ロボット
２２００…送液ポンプ
２２０２…カム
２２０２Ａ…突起部
２２１１…リザーバー
２２１２…チューブ
２２１３…フィンガー
２２２２…ローター
２２２３…減速伝達機構
２２３０…ケース
【図１】
2019092378.tif 000003
【図２】
2019092378.tif 000004
【図３】
2019092378.tif 000005
【図４】
2019092378.tif 000006
【図５】
2019092378.tif 000007
【図６】
2019092378.tif 000008
【図７】
2019092378.tif 000009
【図８】
2019092378.tif 000010
【図９】
2019092378.tif 000011
【図１０】
2019092378.tif 000012
【図１１】
2019092378.tif 000013
【図１２】
2019092378.tif 000014
【図１３】
2019092378.tif 000015
【図１４】
2019092378.tif 000016
【図１５】
2019092378.tif 000017
【図１６】
2019092378.tif 000018
【図１７】
2019092378.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月24日(2019.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、
前記振動板上に、第１電極、圧電体、第２電極の順に形成された個別の圧電素子である第１圧電素子および第２圧電素子と、
を備え、
前記第１圧電素子と前記第２圧電素子とは、直列に接続されており、
前記第１圧電素子の前記第２電極と、前記第２圧電素子の前記第１電極とが接続していることを特徴とする、圧電駆動装置。
【請求項２】
前記第１圧電素子の前記第２電極と、前記第２圧電素子の前記第１電極とが、ワイヤ−を介して接続していることを特徴とする、請求項１に記載の圧電駆動装置。
【請求項３】
前記第１圧電素子の前記第２電極と、前記第２圧電素子の前記第１電極とが、成膜処理された配線を介して接続していることを特徴とする、請求項１または２に記載の圧電駆動装置。
【請求項４】
前記振動板と前記圧電体との間に前記第１電極が配置され、
前記第１圧電素子の前記第２電極の上方に配置されていて、コンタクトホールを有する絶縁層と、
前記コンタクトホールを通って、前記第１圧電素子の前記第２電極と前記第２圧電素子の前記第１電極とを接続するリード電極と、
を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電駆動装置。
【請求項５】
複数のリンク部と
前記複数のリンク部を接続する関節部と、
前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電駆動装置と、
を備えるロボット。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットの駆動方法であって
前記圧電駆動装置の前記第１電極と前記第２電極との間に周期的に変化する電圧を印加することで前記圧電駆動装置を駆動し、前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる、
ロボットの駆動方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電駆動装置の駆動方法であって、
前記第１圧電素子の第１電極と前記第２圧電素子の第２電極との間に、周期的に変化する電圧であって、前記第１圧電素子及び前記第２圧電素子の圧電体に印加する電界の方向が前記第１電極と前記第２電極のうちの一方の電極から他方の電極に向かう一方向である脈流電圧を印加する圧電駆動装置の駆動方法。