(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１の面上に配置されていて、電極を有して前記第１の面を含む平面に沿う方向に振動する圧電体と、を備える振動体と、
被駆動体を駆動するための突起部と、
前記振動体の振動の周波数を調整する周波数調整部と、
を備え、
前記圧電体による前記振動体の振動は、前記第１の面を含む平面に沿う方向に伸縮する縦振動のモードと、前記第１の面を含む平面に沿う方向において前記伸縮する方向と交わる方向に屈曲する屈曲振動のモード、とを含み、
前記突起部は、前記縦振動の方向に沿って突出するように、前記第１の面と互いの垂線が直交する前記基板の第２の面上に配置されており、
前記周波数調整部は、前記突起部が配置されている前記第２の面上に配置されていて前記振動の周波数を自身の配置位置及び質量によって調整する、
圧電アクチュエーター。
【請求項２】
前記電極は、
前記縦振動を発生させる縦振動電極と、
前記屈曲振動を発生させる屈曲振動電極と、
を有する、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の面を含む平面は、前記縦振動の方向と交差する、請求項２に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項４】
前記第１の面に垂直な方向に沿った平面視において、前記縦振動電極と前記屈曲振動電極とは前記第１の面上に配置されていて、前記周波数調整部は、前記屈曲振動電極に対して前記縦振動する方向に配置されている、請求項２または３に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項５】
前記第２の面の垂直な方向からの平面視において、前記周波数調整部は、前記第２の面における前記第１の面に沿った幅方向の中央部に対して両側に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項６】
複数の前記振動体が前記第１の面の垂直な方向に沿って配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項７】
前記周波数調整部は、複数の前記振動体が配置される方向に沿って複数の前記振動体の全体に配置されている、請求項６に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項８】
前記周波数調整部は、複数の前記振動体のうちの一部の振動体に配置されている、請求項６に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項９】
基板と、
前記基板の第１の面上に配置されていて、電極を有して前記第１の面を含む平面に沿う方向に振動する圧電体と、を備える振動体と、
被駆動体を駆動するための突起部と、
前記振動体の振動の周波数を調整する周波数調整部と、
を備え、
前記圧電体による前記振動体の振動は、前記第１の面を含む平面に沿う方向に伸縮する縦振動のモードと、前記第１の面を含む平面に沿う方向において前記伸縮する方向と交わる方向に屈曲する屈曲振動のモード、とを含み、
前記突起部は、前記縦振動の方向に沿って突出するように、前記第１の面と互いの垂線が直交する前記基板の第２の面上に配置されており、
前記周波数調整部は、前記突起部が配置されている前記第２の面上に配置されていて前記振動の周波数を自身の配置位置及び質量によって調整する、
圧電アクチュエーターを備える、ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体、積層振動体、圧電アクチュエーター、および圧電アクチュエーターを用いた各種の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、圧電素子を有する振動体の同一面内の方向（以下、「面内方向」とも呼ぶ）の一次の縦振動と二次の屈曲振動の合成振動を用いた圧電デバイス（超音波モーター）において、振動体の平面（主面）上に付加質量部もしくは質量除去部を設けることによって振動の周波数の調整を行なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９６０４２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、上記圧電デバイスの場合、周波数調整のために設けられた付加質量部もしくは質量除去部によって、面内方向と交わる方向（以下、「面外方向」とも呼ぶ）を振動方向とする不要な振動が発生し、圧電デバイスの振動特性が悪化する可能性がある。
【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、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の圧電アクチュエーターは、基板と、前記基板の第１の面上に配置されていて、電極を有して前記第１の面を含む平面に沿う方向に振動する圧電体と、を備える振動体と、被駆動体を駆動するための突起部と、前記振動体の振動の周波数を調整する周波数調整部と、を備える。前記圧電体による前記振動体の振動は、前記第１の面を含む平面に沿う方向に伸縮する縦振動のモードと、前記第１の面を含む平面に沿う方向において前記伸縮する方向と交わる方向に屈曲する屈曲振動のモード、とを含む。前記突起部は、前記縦振動の方向に沿って突出するように、前記第１の面と互いの垂線が直交する前記基板の第２の面上に配置されている。前記周波数調整部は、前記突起部が配置されている前記第２の面上に配置されていて前記振動の周波数を自身の配置位置及び質量によって調整する。
この形態の圧電アクチュエーターによれば、電極によって発生される振動は、第１の面を含む平面に沿っており、言い換えれば面内振動である。この面内振動の方向と直交している面すなわち第２の面上に周波数調整部が配置されるので、不要な面外方向の振動が発生することを低減することができる。よって、振動体を有する圧電デバイスの振動特性が悪化することを低減して、振動体の面内振動の周波数を調整することができる。
その他、本発明は、以下の形態としても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、振動体が提供される。この振動体は、第１の面と、前記第１の面と交わる第２の面と、前記第１の面上に配置されている電極と、前記第２の面上に配置されていて、前記第１の面に沿う振動の周波数を調整する周波数調整部と、を備える。
この形態の振動体によれば、電極によって発生される振動は、第１の面に沿っており、言い換えれば面内振動である。この面内振動の方向と交差している面すなわち第２の面上に周波数調整部が配置されるので、不要な面外方向の振動が発生することを低減することができる。よって、振動体を有する圧電デバイスの振動特性が悪化すること低減して、振動体の面内振動の周波数を調整することができる。
【０００７】
（２）上記形態の振動体において、前記振動体は、前記第１の面と前記第２の面とを有する基板と、前記基板上に配置されていて前記電極を有する圧電体と、を備える、としてもよい。
この形態の振動体によれば、周波数調整部が基板の第２の面上に配置されるので、効率よく周波数を調整することができる。
【０００８】
（３）本発明の他の形態によれば、振動体が提供される。この振動体は、基板と、前記基板の第１の面上に配置されていて前記第１の面に沿う方向に振動する圧電体と、前記第１の面と交わる前記基板の第２の面上に配置されていて前記振動の周波数を調整する周波数調整部と、を備える。
この形態の振動体によれば、電極によって発生される振動は、第１の面に沿っており、言い換えれば面内振動である。この面内振動の方向と交差している面すなわち第２の面上に周波数調整部が配置されるので、不要な面外方向の振動が発生することを低減することができ、周波数調整部が基板の第２の面上に配置されるので、効率よく周波数を調整することができる。よって、振動体を有する圧電デバイスの振動特性が悪化すること低減して、振動体の面内振動の周波数を調整することができる。
【０００９】
（４）上記形態の振動体において、前記振動は、第１の振動モードと第２の振動モードと、を含み、前記第１の振動モードが前記第１の面に沿う方向に伸縮する縦振動のモードであり、前記第２の振動モードが前記第１の面に沿う方向において前記伸縮する方向と交わる方向に屈曲する屈曲振動のモードである、としてもよい。
この形態の振動体によれば、振動体の第１の面に沿う方向に交差する第の２面上に周波数調整部が配置されるので、不要な面外方向の振動が発生することを低減し、振動体の振動特性が悪化すること低減して、振動体の周波数を調整することができる。
【００１０】
（５）上記形態の振動体において、前記電極は、前記縦振動を発生させる縦振動電極と、前記屈曲振動を発生させる屈曲振動電極と、を有する、としてもよい。
この形態の振動体によれば、振動体の屈曲振動の方向または縦振動の方向を含む面内方向に交差する第２の面上に周波数調整部が配置されるので、不要な面外振動が発生することを低減し、振動体の振動特性が悪化すること低減して、振動体の周波数を調整することができる。
【００１１】
（６）上記形態の振動体において、前記第２の面は、前記縦振動の方向と交差する、としてもよい。
この形態の振動体によれば、不要な面外振動が発生することを低減し、振動体の振動特性が悪化すること低減して、振動体の周波数を調整することができる。
【００１２】
（７）上記形態の振動体において、前記第１の面に垂直な方向に沿った平面視において、前記縦振動電極と前記屈曲振動電極とは前記第１の面上に配置されていて、前記周波数調整部は、前記屈曲振動電極から見て前記縦振動する方向に配置されている、としてもよい。
この形態の振動体によれば、効率よく屈曲振動の周波数を調整することができる。
【００１３】
（８）上記形態の振動体において、前記第２の面の垂直な方向からの平面視において、前記周波数調整部は、前記第２の面における前記第１の面に沿った幅方向の中央部に対して両側に配置されている、としてもよい。
この形態の振動体によれば、振動体の振動のバランスを維持しながら、不要な面外振動が発生することを低減し、振動体の振動特性が悪化すること低減して、振動体の面内振動の周波数を調整することができる。
【００１４】
（９）本発明の他の形態によれば、積層振動体が提供される。この積層振動体は、前記第１の方向と交わる方向に上記いずれか一つの振動体が複数配置されている。
この形態の積層振動体によれば、振動体が複数積層されているので、振動力を大きくできる。
【００１５】
（１０）上記形態の積層振動体において、前記周波数調整部は、複数の前記振動体が配置される方向に沿って複数の前記振動体の全体に配置されている、としてもよい。
この形態によれば、振動体が複数積層された積層振動体において、不要な面外方向の振動が発生することを低減し、積層振動体の振動特性が悪化すること低減して、積層振動体の振動の周波数を調整することができる。
【００１６】
（１１）上記形態の積層振動体において、前記周波数調整部は、複数の前記振動体のうちの一部の振動体に配置されている、としてもよい。
この形態によれば、振動体が複数積層された積層振動体において、不要な面外方向の振動が発生することを低減し、積層振動体の振動特性が悪化すること低減して、積層振動体の面内振動の周波数調整を精度よく行なうことができる。
【００１７】
（１２）本発明の更に他の形態によれば、圧電アクチュエーターが提供される。この圧電アクチュエーターは、上記いずれか一つの振動体、または、上記いずれか一つの積層振動体と、前記周波数調整部が配置されている前記第２の面に配置されていて、被駆動体を駆動するための突起部と、を備える。
この形態の圧電アクチュエーターによれば、不要な面外振動が発生することを低減し、振動体または積層振動体の振動特性が悪化すること低減して、振動体または積層振動体の振動の周波数を調整することができる。
【００１８】
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、圧電振動体、圧電素子、圧電振動体を備える圧電アクチュエーターの他、圧電アクチュエーターを備える圧電モーター、圧電アクチュエーターを備えるロボット、圧電アクチュエーターを備えるハンド、圧電アクチュエーターを備える送液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】
【００１９】
【図１Ａ】第１実施形態の圧電アクチュエーターの概略構成を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの圧電アクチュエーターの１Ｂ−１Ｂ断面図である。
【図２】配線層による配線のパターンの例を示す説明図である。
【図３】圧電振動体の等価回路を示す説明図である。
【図４Ａ】圧電振動体の縦振動の例を示す説明図である。
【図４Ｂ】圧電振動体の屈曲振動の例を示す説明図である。
【図５Ａ】圧電振動体の主面からの平面視における周波数調整部の配置位置の例を示す説明図である。
【図５Ｂ】図５Ａの周波数調整部の配置位置の例を周波数調整部が配置される側面からの側面視において示す説明図である。
【図６Ａ】第１の位置における周波数調整部の質量変化に対する共振周波数変化を示すグラフである。
【図６Ｂ】第２の位置における周波数調整部の質量変化に対する共振周波数変化を示すグラフである。
【図６Ｃ】第３の位置における周波数調整部の質量変化に対する共振周波数変化を示すグラフである。
【図６Ｄ】各位置における周波数調整部の質量変化に対する屈曲振動と縦振動の共振周波数の差分変化を示すグラフである。
【図７】変形例としての圧電アクチュエーターの概略構成を示す断面図である。
【図８】第２実施形態の圧電アクチュエーターの概略構成を示す断面図である。
【図９Ａ】第３実施形態の圧電アクチュエーターの概略構成を示す平面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの圧電アクチュエーターの１Ｂ−１Ｂ断面図である。
【図１０】第４実施形態の圧電アクチュエーターの概略構成を示す断面図である。
【図１１】第５実施形態の圧電アクチュエーターの概略構成を示す断面図である。
【図１２】第６実施形態の圧電アクチュエーターの概略構成を示す平面図である。
【図１３Ａ】第７実施形態の圧電アクチュエーターの概略構成を示す斜視図である。
【図１３Ｂ】変形例としての圧電アクチュエーターの概略構成を示す斜視図である。
【図１４Ａ】他の実施形態としての圧電振動体ユニットの概略構成を示す平面図である。
【図１４Ｂ】他の実施形態としての圧電振動体ユニットの概略構成を示す平面図である。
【図１４Ｃ】他の実施形態としての圧電振動体ユニットの概略構成を示す平面図である。
【図１５】圧電アクチュエーターを用いた圧電モーターの例を示す説明図である。
【図１６】圧電アクチュエーターを利用したロボットの一例を示す説明図である。
【図１７】圧電アクチュエーターを利用したハンドを示す説明図である。
【図１８】圧電アクチュエーターを利用した送液ポンプの一例を示す説明図である。
【図１９】圧電アクチュエーターを利用した指アシスト装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
Ａ．第１実施形態：
図１Ａは、第１実施形態の圧電アクチュエーター１０の概略構成を示す平面図である。圧電アクチュエーター１０は、圧電振動体（振動体）１２と、突起部２０と、周波数調整部３０と、を備える。圧電振動体１２は、圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅと、基板２００と、を備える。基板２００は、振動部２１０と、支持部２２０とを有する。振動部２１０は略長方形形状を有しており、圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅを配置している。圧電素子１１０ｅは、略長方形形状に構成されており、振動部２１０の短手方向（「短辺方向」あるいは「幅方向」とも呼ぶ）の中央において、振動部２１０の長手方向（中心軸ＣＸに沿った方向）に沿って配置されている。圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄは、振動部２１０の四隅の位置に配置されている。支持部２２０は、振動部２１０の約半分を囲うように配置されており、支持部２２０の端部は、振動部２１０と、振動部２１０の長辺の中央で接続されている。支持部２２０のうちの振動部２１０と接続されている端部を「第１接続部２２２」、「第２接続部２２３」と呼び、第１接続部２２２、第２接続部２２３以外の部分を「固定部２２１」と呼ぶ。振動部２１０と支持部２２０との間には、隙間２０５が配置されている。圧電素子１１０ａ〜１１０ｅに電圧を印加すると圧電素子１１０ａ〜１１０ｅが伸縮し、振動部２１０が振動するが、隙間２０５は、この振動によっても振動部２１０が支持部２２０の固定部２２１と接触しない大きさに構成されている。振動部２１０の支持部２２０に囲われていない側の短辺を含む第２の面、すなわち側面の中央位置（平面視における中心軸ＣＸ上の位置）の凹部２１６には、突起部２０が配置されている。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構成することが好ましい。また、突起部２０が配置されている側面には、幅方向の中央位置に対して両側の対称な位置に周波数調整部３０が配置されている。周波数調整部３０は、ＵＶ接着剤やバランスウェイト剤等の樹脂材料を配置位置に塗工して硬化させた部材や、金属材料やある程度の剛性のある部材を配置位置に接着剤で接着した部材や、金属膜、等で構成される。また周波数調整部３０は前述の材料を組み合せて積層してもよく、前述材料のいずれかを下地として配置してもよい。
【００２１】
図１Ｂは、図１Ａの圧電アクチュエーター１０の１Ｂ−１Ｂ断面図である。なお、図１Ｂでは、図示の便宜上、上下方向の寸法を誇張して描いている。圧電アクチュエーター１０の圧電振動体１２は、２つの圧電振動体ユニット１００を備える。２つの圧電振動体ユニット１００は、それぞれ、基板２００と、基板２００上に配置された５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅを備える。なお、図１Ｂでは、２つの圧電素子１１０ｃ，１１０ｄが図示され、他の３つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｅは図示されていない。圧電素子１１０ａ〜１１０ｅは、平面視（図１Ａ）で２枚の基板２００が重なっている領域（振動部２１０の領域）において、２枚の基板２００が互いに向かい合う側の平面（圧電振動体１２の第１の面、すなわち主面、に沿った平面）上にそれぞれ配置されている。また、同一の符号を付した２つの圧電素子、例えば、２つの圧電素子１１０ａは、２枚の基板２００の平面視で、互いに重なって見える位置にある。他の圧電素子１１０ｂ〜１１０ｅについても同様である。２つの圧電振動体ユニット１００は、基板２００を外側にして、それぞれの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅを２枚の基板２００で挟むようにして配置されている。圧電素子１１０ａ〜１１０ｅは、保護層２６０により覆われている。ここで「保護層２６０」を「被覆部２６０」とも呼ぶ。２つの圧電振動体ユニット１００の被覆部２６０同士が、接着層２７０により接着されることにより、１つの圧電振動体１２が構成される。図１Ａでは、突起部２０の形状について説明しなかったが、突起部２０は、略円柱形状をしており、２つの圧電振動体ユニット１００に跨って取り付けられている。但し、突起部を球、楕円体として、各基板２００のそれぞれ設ける様にしても良い。また、周波数調整部３０は、２つの圧電振動体ユニット１００に跨って取り付けられている。
【００２２】
圧電振動体１２は、図１Ｂに示すように、支持部２２０の上にも、圧電素子構造１１１を備える。ここで、圧電アクチュエーター１０が基板２００の支持部２２０の上に圧電素子構造１１１を備えない場合、２つの支持部２２０は、隙間を空けて配置されることになる。一方、振動部２１０では、２枚の基板２００の間に圧電素子１１０ａ〜１１０ｅが配置される。そのため、支持部２２０の上に圧電素子構造１１１を備えない場合、振動部２１０と支持部２２０とで厚さが異なる為、支持部２２０において、圧電振動体ユニット１００同士が接触せず、構造が不安定となる場合がある。支持部２２０の上に、圧電素子構造１１１を備えると、振動部２１０と支持部２２０とで厚さがほぼ一致し、支持部２２０においても、圧電振動体ユニット１００同士が接触するため、構造が安定しやすい。なお、圧電素子構造１１１に電圧が印加されて、伸張、収縮すると支持部２２０が振動するおそれがあるので、圧電素子構造１１１は、その圧電体に電圧が印加されないように、あるいは電圧が印加されても伸張、収縮しないように、構成されていることが好ましい。例えば、圧電素子構造１１１の圧電体を挟む２枚の電極を接地する、あるいは、短絡すればよい。
【００２３】
圧電振動体ユニット１００は、基板２００の上に絶縁層２０１、第１電極１３０、圧電体１４０、第２電極１５０、絶縁層２４０、配線層２５０、保護層２６０（被覆部２６０）の順に各部材が配置されている。絶縁層２０１は、基板２００を他の電極（第１電極１３０と第２電極１５０と配線層２５０）から絶縁する。第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０は、圧電素子１１０ａ〜１１０ｅを構成する。絶縁層２４０は、圧電素子１１０ａ〜１１０ｅを覆い絶縁する。但し、絶縁層２４０は、圧電素子１１０ａ〜１１０ｅの第１電極１３０と第２電極１５０を、配線層２５０に接触させるためのコンタクトホールを備える。配線層２５０は、第１電極１３０と第２電極１５０に通電するための配線を配置する。保護層２６０は、上述したように、圧電素子１１０ａ〜１１０ｅを保護する。
【００２４】
なお、圧電振動体ユニット１００は、例えば、成膜プロセスを利用して作製可能である。概略すると、以下の通りである。基板２００としてのＳｉウェハー上に、絶縁層２０１、第１電極１３０、圧電体１４０、第２電極１５０、絶縁層２４０、配線層２５０、保護層（被覆部）２６０を順に形成する。そして、エッチングにより、個々の基板２００の形状を形成すると同時に、振動部２１０と、支持部２２０との間の隙間２０５を形成し、突起部２０を取り付けるための凹部２１６（図１Ａ参照）を形成する。これにより、１枚のＳｉウェハー上に、複数の圧電振動体ユニット１００を形成することができる。そして、２つの圧電振動体ユニット１００を、互いに基板２００が外側、圧電素子１１０ａ〜１１０ｅが内側を向き、同一符号の部材が面対称となるように配置し、接着層２７０を用いて２つの圧電振動体ユニット１００の被覆部２６０同士を接着することにより（図１Ｂ参照）、圧電振動体１２を作製することができる。そして、圧電振動体１２の凹部２１６に突起部２０を接着剤で接着するとともに、圧電振動体１２の平面視において（図１Ａ参照）、突起部２０から振動部２１０の幅方向の両側の対称位置に周波数調整部３０を設ける。これにより、圧電アクチュエーター１０を作製することができる。
【００２５】
なお、絶縁層２０１，２４０としては、例えば、基板２００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。また、絶縁層２０１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もできる。基板２００が絶縁体である場合には、絶縁層２０１を形成する工程は省略可能である。
【００２６】
また、電極１３０，１５０の材料としては、Ａｌ（アルミニウム）や、Ｎｉ（ニッケル），Ａｕ（金），Ｐｔ（白金），Ｉｒ（イリジウム），Ｃｕ（銅）などの導電性の高い任意の材料を利用可能である。電極１３０，１５０は、例えば、スパッタリングにより形成でき、パターニングは、例えば、エッチングにより行うことができる。
【００２７】
また、圧電体１４０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。
【００２８】
圧電体１４０の形成は、例えばゾル−ゲル法を用いて行うことが可能である。すなわち、圧電体材料のゾルゲル溶液を基板２００（第１電極１３０）の上に滴下し、基板２００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２００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、小型の圧電アクチュエーター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、圧電アクチュエーター１０を駆動するための駆動回路（図示せず）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できる。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。
【００２９】
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。
【００３０】
圧電体１４０のパターニングは、アルゴンイオンビームを用いたイオンミリングにより行うことができる、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。
【００３１】
配線層２５０は、銅または真鍮を用いて形成することができる。配線層２５０は、例えば、スパッタリングにより形成でき、配線層２５０には、パターニングにより配線を形成することができる。配線のパターニングは、例えば、エッチングにより行うことができる。
【００３２】
図２は、配線層２５０による配線のパターンの例を示す説明図である。配線層２５０は、４つの配線２５１，２５２，２５３，２５４を有している。これらの配線２５１〜２５４は、固定部２２１の上から接続部２２２，２２３の上を通って振動部２１０に渡るように形成されている。第１配線２５１は、振動部２１０上で、圧電素子１１０ａ，１１０ｄ（図１）の第２電極１５０と接続される。同様に、第２配線２５２は、振動部２１０上で、圧電素子１１０ｂ，１１０ｃの第２電極１５０と接続され、第３配線２５３は、振動部２１０上で、圧電素子１１０ｅの第２電極１５０と接続され、第４配線２５４は、振動部２１０上で、圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅの第１電極１３０と接続される。また、これらの配線２５１〜２５４は、支持部２２０上で、配線基板と接続される。なお、配線２５１〜２５４は、固定部２２１上の圧電素子構造１１１とは接続されていない。
【００３３】
保護層２６０は、例えば、ＪＣＲ（ジャンクション・コーティング・レジン）のようなシリコ−ン樹脂で形成される。なお、ＪＣＲの代わりに、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂材料を用いて形成されてもよい。
【００３４】
圧電アクチュエーター１０の圧電振動体１２は、支持部２２０（図２参照）において、配線層２５０の配線２５１〜２５４の端部に形成された接続端子（不図示）に接続された配線基板（不図示）を介して、外部の駆動回路（不図示）に電気的に接続される。
【００３５】
図３は、圧電アクチュエーター１０の圧電振動体１２の等価回路を示す説明図である。なお、圧電振動体１２は、２つの圧電振動体ユニット１００を有しているが、図３では、一方の圧電振動体ユニット１００のみを図示している。図３から分かるように、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅの第１電極１３０は、配線２５４に接続され、駆動回路４００に接続される。圧電素子１１０ａ，１１０ｄの第２電極１５０は、配線２５１に接続され、駆動回路４００に接続される。圧電素子１１０ｂ，１１０ｃの第２電極１５０は、配線２５２に接続され、駆動回路４００に接続される。圧電素子１１０ｅの第２電極１５０は、配線２５３に接続され、駆動回路４００に接続される。すなわち、圧電素子１１０は、３つのグループに分けられる。第１グループは、２つの圧電素子１１０ａ，１１０ｄを有する。第２グループは、２つの圧電素子１１０ｂ，１１０ｃを有する。第３グループは、１つの圧電素子１１０ｅのみを有する。第１グループの圧電素子１１０ａ，１１０ｄは、互いに並列に接続され、駆動回路４００に接続される。第２グループの圧電素子１１０ｂ，１１０ｃは、互いに並列に接続され、駆動回路４００に接続される。並列接続すると、各圧電素子１１０ａ〜１１０ｄに掛かる電圧を大きくできる。第３グループの圧電素子１１０ｅは、単独で駆動回路４００に接続される。なお、第１グループの圧電素子１１０ａ，１１０ｄは直列に接続されていても良い。この場合、電圧が印加されたときの圧電素子１１０ａと１１０ｄの分極の向きは同じであることが好ましい。第２グループの圧電素子１１０ｂ，１１０ｃについても同様に直列に接続されていてもよい。直列接続すると、容量を小さくできる。
【００３６】
駆動回路４００から、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅのうちの所定の圧電素子、例えば第１グループの圧電素子１１０ａ，１１０ｄの第１電極１３０と第２電極１５０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、圧電アクチュエーター１０の圧電振動体１２を縦振動あるいは屈曲振動の超音波振動で動作させることができる。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、脈流電圧の電圧（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。電流の向きは、第１電極１３０から第２電極１５０に向かうよりも第２電極１５０から第１電極１３０に向かう方が好ましい。
【００３７】
図４Ａは、圧電振動体１２の縦振動の例を示す説明図である。支持部２２０については、図示の都合上、省略している。図４Ａに示す例では、第３グループの１つの圧電素子１１０ｅに交流電圧又は脈流電圧を印加しており、圧電素子１１０ｅは図４Ａの矢印ｘの方向に伸縮するように振動（縦振動）する。この振動が、基板２００の振動部２１０に伝えられ、振動部２１０も図４Ａの矢印ｘの方向に伸縮するように振動（縦振動）する。そして、突起部２０が圧電振動体１２の平面内でｘ方向の向きに往復運動し、圧電振動体１２は、振動部２１０の長手方向に縦振動することで往復運動する。
【００３８】
図４Ｂは、圧電振動体１２の屈曲振動の例を示す説明図である。図４Ａと同様に支持部２２０を省略している。図４Ｂに示す例では、第１グループの２つの圧電素子１１０ａ，１１０ｄに交流電圧または脈流電圧を印加しており、第１グループの２つの圧電素子１１０ａ，１１０ｄは図４Ｂの矢印ｘの方向に伸縮する。この振動が、基板２００の振動部２１０に伝えられ、振動部２１０が振動部２１０の平面内で屈曲して蛇行形状（Ｓ字形状）に変形するように振動（屈曲振動）する。そして、突起部２０が圧電振動体１２の平面内で矢印ｙの向き（振動部２１０の幅方向）に往復運動したり、又は、楕円運動をする。なお、駆動回路４００が、第２グループの２つの圧電素子１１０ｂ，１１０ｃ（図３）に交流電圧又は脈流電圧を印加する場合にも、伸縮する振動部２１０の位置は異なるが、同様に、屈曲振動の超音波振動を発生する。
【００３９】
なお、第１グループの２つの圧電素子１１０ａ，１１０ｄおよび第２グループの２つの圧電素子１１０ｂ，１１０ｃの第１電極１３０および第２電極１５０が、本発明の「屈曲振動電極」に相当し、第３グループの１つの圧電素子１１０ｅの第１電極１３０および第２電極１５０が、本発明の「縦振動電極」に相当する。また、振動部２１０の長手方向あるいは幅方向に沿った方向が圧電振動体１２あるいは圧電素子１１０の面内方向に対応する。また、縦振動あるいは屈曲振動の動作のいずれか一方が本発明の「第１の振動モード」、他方が「第２の振動モード」に相当する。
【００４０】
圧電アクチュエーター１０は、縦振動による伸縮運動、および、屈曲振動による往復運動あるいは楕円運動により発生する駆動力を、突起部２０を介して被駆動部に伝えることにより、被駆動部を駆動することができる。
【００４１】
なお、圧電素子１１０（１１０ａ〜１１０ｅ）に印加する電圧の周期は、圧電振動体１２の振動を効率良く利用して、圧電アクチュエーター１０としての出力特性を高めるために、あらかじめ、圧電振動体１２の共振周波数あるいはその近傍の周波数の周期に設定される。
【００４２】
ここで、圧電振動体の共振周波数（縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数）は、製造時の寸法ばらつき等によって変動し、これによって、圧電振動体を用いて構成される圧電アクチュエーターの特性（駆動力、消費電力等）も変動してしまう。このため、圧電振動体を用いて構成される圧電アクチュエーターに対して質量の付加や除去を行なうことによって、あらかじめ、その共振周波数を所望の値に調整しておくことが好ましい。
【００４３】
第１実施形態の圧電アクチュエーター１０では、図１Ａ，図１Ｂに示すように、突起部２０が設けられている圧電振動体１２の第２の面（側面）に周波数調整部３０を配置することにより、共振周波数の調整が可能な状態となっている。周波数調整部３０による共振周波数の調整は、以下で説明するように、周波数調整部３０の配置位置および周波数調整部３０の質量によって行われる。言い換えれば、周波数調整部３０では質量を調整することで、周波数を調整するものである。
【００４４】
図５Ａは、圧電アクチュエーター１０の圧電振動体１２の主面（第１の面）に垂直な方向に沿って観察した平面視における周波数調整部３０の配置位置の例を示す説明図である。図５Ｂは、図５Ａの周波数調整部３０の配置位置の例を周波数調整部３０が配置される側面に垂直な方向に沿って観察した側面視において示す説明図である。なお、圧電振動体１２の主面は、図１Ａにおける平面に対応する。
【００４５】
周波数調整部３０の配置位置として、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、圧電振動体１２の主面の幅方向の中心に配置された突起部２０から両側の対称位置として、中心から最も遠い第１の位置ＰＡと、最も近い第３の位置ＰＣと、第１の位置ＰＡと第３の位置ＰＣの中間の第２の位置ＰＢが例示されている。図１Ａにおける周波数調整部３０は、第１の位置ＰＡに配置された状態を示している。なお、以下では、圧電振動体１２の主面の幅方向の中心に配置された突起部２０の位置を単に「中央位置」とも呼ぶ。
【００４６】
図６Ａは第１の位置ＰＡにおける周波数調整部３０の質量変化に対する共振周波数変化を示すグラフであり、図６Ｂは第２の位置ＰＢにおける周波数調整部３０の質量変化に対する共振周波数変化を示すグラフであり、図６Ｃは第３の位置ＰＣにおける周波数調整部３０の質量変化に対する共振周波数変化を示すグラフである。また、図６Ｄは、各位置ＰＡ，ＰＢ，ＰＣにおける周波数調整部３０の質量変化に対する屈曲振動と縦振動の共振周波数の差分変化を示すグラフである。なお、各グラフの縦軸は、縦振動の共振周波数ｆｖと屈曲振動の共振周波数ｆｂとを一致（縮退）させた状態を「縮退周波数がゼロ」の状態として、その縮退周波数からの周波数を示している。また、各グラフの横軸は、周波数調整部３０の質量を示している。そして、図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃの各グラフには、縮退時の質量Ｗ３と、質量Ｗ３よりも軽い（小さい）質量Ｗ１およびＷ２（＞Ｗ１）と、質量Ｗ３よりも重い（大きい）質量Ｗ４およびＷ５（＞Ｗ４）の５つの質量における縦振動の共振周波数ｆｖおよび屈曲振動の共振周波数ｆｂ、が示されている。また、図６Ｄのグラフには、位置ＰＡ，ＰＢ，ＰＣのそれぞれについて、５つの質量Ｗ１〜Ｗ５における屈曲振動の共振周波数ｆｂと縦振動の共振周波数ｆｖの差分Δｆ［ＰＡ］（＝ｆｂ−ｆｖ），Δｆ［ＰＢ］（＝ｆｂ−ｆｖ），Δｆ（Ｐｃ）（＝ｆｂ−ｆｖ）が示されている。
【００４７】
図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃに示すように、周波数調整部３０の質量が縮退時の質量Ｗ３よりも軽い（小さい）程、共振周波数ｆｖ，ｆｂは縮退周波数より高くなり、重い（大きい）程低くなる。但し、縦振動の共振周波数ｆｖは、周波数調整部３０の配置位置に関係なく、その質量変化に応じた周波数変化は同一である。これに対して、屈曲振動の共振周波数ｆｂは、周波数調整部３０の配置位置が中央位置に近い程質量変化に対する周波数変化が小さくなり、中央位置から遠い程大きくなっている。このため、図６Ｄに示すように、質量変化に応じた屈曲振動の共振周波数ｆｂと縦振動の共振周波数ｆｖとの差分Δｆの変化は、中央位置から最も遠い第１の位置ＰＡでは非常に大きくなり（Δｆ［ＰＡ］）、中央位置に最も近い第３の位置ＰＣでは非常に小さく（Δｆ［ＰＣ］）、中間の第２の位置ＰＢでは中間の大きさとなっている（Δｆ［ＰＢ］）。すなわち、周波数調整部３０の質量の変化に応じた屈曲振動の共振周波数ｆｂと縦振動の共振周波数ｆｖとの差分Δｆの変化は、周波数調整部３０の配置位置が中央位置に近い程小さく、中央位置から遠い程大きくなる。つまり、周波数調整部３０の配置位置が中央位置に近い程、質量変化に対する周波数変化の感度が低く、中央位置から遠い程、質量変化に対する周波数変化の感度が高くなる。
【００４８】
従って、目標の共振周波数からのズレや縦振動と屈曲振動との共振周波数の差に応じて、周波数調整部３０の配置位置を決めて、その配置位置に配置した周波数調整部３０の質量を調整することにより、圧電アクチュエーター１０の共振周波数を調整することが可能である。なお、中央位置から遠い外側の配置位置ほど単位質量当たりの周波数変化が大きいので粗調整が可能であり、中央位置から近い内側の配置位置ほど単位質量当たりの周波数変化が小さいので微調整が可能である。例えば、図６Ａに示すように、ある基準質量の周波数調整部３０を設けた圧電アクチュエーター１０のサンプルＳｐの調整前の共振周波数ｆｖ，ｆｂが、縮退周波数に比べて高い周波数ｆｖｐ，ｆｂｐを示している場合には、その基準質量に周波数の調整幅に対応する質量（Ｗ３−Ｗｐ）を追加することにより、共振周波数ｆｖ，ｆｂを低下させて縮退周波数に近付くように調整することができる。逆に、調整前の共振周波数ｆｖｐ，ｆｂｐが縮退周波数に比べて低い場合には、基準質量から周波数の調整幅に対応する質量を除去することにより、共振周波数ｆｖ，ｆｂを上昇させて縮退周波数に近付くように調整することができる。
【００４９】
以上、第１実施形態では、圧電アクチュエーター１０は、圧電振動体１２の突起部２０が配置された側面上に周波数調整部３０が配置されている。周波数調整部３０が配置された側面は、圧電振動体１２の面内振動（縦振動および屈曲振動）のうち縦振動の方向と交差する面であるので、周波数調整部３０は、面内振動が発生する圧電振動体１２の同一面内の方向（面内方向）に配置されている、と言える。これにより、面外方向への不要な振動をほとんど発生させることなく、共振周波数の調整を行なうことができる。また、周波数調整部が基板に配置されているので、効率よく周波数調整を行うことができる。
【００５０】
図７は、変形例としての圧電アクチュエーター１０Ａの概略構成を示す断面図である。変形例の圧電アクチュエーター１０Ａは、２つの圧電振動体ユニット１００の基板２００同士を接着層２７０により接着することにより、１つの圧電振動体１２が構成されている。突起部２０および周波数調整部３０は、圧電振動体１２の短辺側の側面である２つの基板２００の側面上にまたがって取り付けられている。
【００５１】
変形例の圧電アクチュエーター１０Ａも、第１実施形態の圧電アクチュエーター１０と同様に、面外方向への不要な振動をほとんど発生させることなく、共振周波数の調整を行なうことができる。
【００５２】
なお、上記圧電アクチュエーター１０，１０Ａでは（図１Ａ，図１Ｂ，図７参照）、一対の対称位置（図５Ａ，図５Ｂの位置ＰＡ）に周波数調整部３０が配置されているが、複数対の対称位置に周波数調整部３０が配置される構成とし、粗調整と微調整を組み合わせることで共振周波数の調整が行なわれるものとしても良い。また、周波数調整部３０は対称位置の両方ではなく、いずれか一方に配置されるようにしてもよい。但し、対称位置の両方に配置する方が、振動、特に、屈曲振動のバランスの点で好ましい。なお、周波数調整部３０の配置に関するこれらの変形については、以下で説明する他の実施形態および変形例についても同様に適用可能である。
【００５３】
また、支持部２２０の構造は、図１Ａに示した構造に限定されるものではない。例えば、振動部の両側の長辺に沿った固定部と、振動部の両側の長辺から延びて振動部と固定部とを接続する１つ以上の接続部と、で構成される構造であってもよい。また、長手方向に沿った片側のみに支持部を備える構造であってもよい。すなわち、振動部を振動可能に支持可能な構造であれば支持部の構造に特に限定はない。この点については、以下の実施形態においても同様である。
【００５４】
また、上記圧電アクチュエーター１０，１０Ａでは、突起部２０が配置された側面上に周波数調整部３０が配置されている。これは、突起部２０が配置された側面とは反対側の側面（以下、「後方側面」とも呼ぶ）が、支持部２２０の固定部２２１に覆われているため、周波数調整部３０の配置が困難なためである。また、この後方側面は、圧電アクチュエーター１０，１０Ａを筐体に収容した際に、見えなくなる場合が多い。共振周波数の調整を筐体収容後に行なう場合には、外部から見える場所とすることが好ましい。但し、この後方側面上に周波数調整部３０が配置可能であり、かつ、調整可能であれば、この後方側面上に周波数調整部３０を配置するようにしてもよい。
【００５５】
なお、上記した縦振動の方向は本発明の「第１の方向」に対応し、屈曲振動の方向は本発明の「第１の方向に交わる第２の方向」に対応する。
【００５６】
Ｂ．第２実施形態：
図８は、第２実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｂの概略構成を示す断面図である。第２実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｂは、１つの圧電振動体ユニット１００で１つの圧電振動体１２が構成されている。突起部２０および周波数調整部３０は、圧電振動体１２の短辺側の側面である基板２００の振動部２１０の短辺側の側面上に取り付けられている。
【００５７】
第２実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｂも、第１実施形態の圧電アクチュエーター１０と同様に、面外方向への不要な振動をほとんど発生させることなく、共振周波数の調整を行なうことができる。
【００５８】
なお、１つの圧電振動体ユニット１００で１つの圧電振動体１２を構成することは、以下の説明において、複数の圧電振動体ユニットで１つの圧電振動体を構成する他の実施形態においても同様に適用可能である。
【００５９】
Ｃ．第３実施形態：
図９Ａは、第３実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｃの概略構成を示す平面図であり、図９Ｂは、図９Ａの圧電アクチュエーター１０Ｃの１Ｂ−１Ｂ断面図である。第３実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｃは、振動板としての基板２００Ｘの両面に圧電素子１１０Ｘが接着層２８０を介して貼り合わされることによって、２つの圧電振動体ユニット１００Ｘが設けられた構造を有している。
【００６０】
基板２００Ｘは、図２に示した基板２００の構造とは異なり、振動部２１０の両側の長辺に沿った固定部２２１と、振動部２１０の両側の長辺からそれぞれ３本ずつ延びて振動部２１０と固定部２２１とを接続する接続部２２２と、で構成されている例を示している。これら３つの接続部２２２は、振動部２１０の屈曲振動の節の位置に設けられており、振動部２１０を振動可能に支持する。基板２００Ｘは、例えば、シリコン、シリコン化合物、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、鉄−ニッケル合金などの金属、金属酸化物、またはダイヤモンド等の材料で構成することが可能である。
【００６１】
突起部２０および周波数調整部３０は、基板２００Ｘの振動部２１０の短辺側の側面部に配置されている。圧電素子１１０Ｘは、上記第１実施形態の圧電素子１１０（１１０ａ〜１１０ｅ）と同様に５つの圧電素子１１０Ｘａ〜１１０Ｘｅで構成されている（図１Ａ，図１Ｂ参照）。但し、第１実施形態の圧電素子１１０は、Ｓｉウェハーを用いた基板２００上に、成膜プロセスにより、第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０とが形成されるものであったのに対して、第３実施形態の圧電素子１１０Ｘは、図９Ｂに示すように、Ｓｉウェハーを用いた基板１２０上に、成膜プロセスにより、第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０とが形成されたものである。
【００６２】
第３実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｃも、第１実施形態の圧電アクチュエーター１０と同様に、面外方向への不要な振動をほとんど発生させることなく、共振周波数の調整を行なうことができる。
【００６３】
なお、第１実施形態でも説明したように、支持部２２０の構造に特に限定はなく、振動部２１０を振動可能に支持可能な構造であれば支持部の構造に特に限定はない。
【００６４】
Ｄ．第４実施形態：
図１０は、第４実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｄの概略構成を示す断面図である第４実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｄは、第３実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｃ（図９Ａ，図９Ｂ参照）と同様に、振動板としての基板２００Ｙの両面に、圧電素子１１０Ｙが接着層２８０を介して貼り合わされることによって、２つの圧電振動体ユニット１００が設けられた構造を有している。但し、圧電アクチュエーター１０Ｃの圧電素子１１０Ｘは、Ｓｉウェハーを用いた基板１２０上に成膜プロセスによって形成されたものであるのに対して、圧電アクチュエーター１０Ｄの圧電素子１１０Ｙは、圧電体１４０の一方の面に第１電極１３０が形成され、他方の面に第２電極１５０が形成され５つの圧電素子１１０Ｙａ〜１１０Ｙｅで構成されている。
【００６５】
第４実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｄも、第１実施形態の圧電アクチュエーター１０と同様に、面外方向への不要な振動をほとんど発生させることなく、共振周波数の調整を行なうことができる。
【００６６】
Ｅ．第５実施形態：
図１１は、第５実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｅの概略構成を示す断面図である。第５実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｅは、圧電体１４０の一方の面（第１の面）に第１電極１３０が形成され、他方の面に５つの第２電極１５０が形成されることにより、５つの圧電素子１１０Ｚａ〜１１０Ｚｅが形成された圧電素子１１０Ｚを圧電振動体ユニット１００Ｚとし、１つの圧電振動体ユニット１００Ｚで１つの圧電振動体１２が構成されている。この圧電アクチュエーター１０Ｅは、振動板としての基板を備えていない。突起部２０および周波数調整部３０は、圧電素子１１０Ｚの短辺側の側面である圧電体１４０の側面（第２の面）に取り付けられている。なお、第１電極１３０も第２電極１５０と同様に５つの第１電極１３０としてもよい。
【００６７】
第５実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｅも、第１実施形態の圧電アクチュエーター１０と同様に、面外方向への不要な振動をほとんど発生させることなく、共振周波数の調整を行なうことができる。
【００６８】
Ｆ．第６実施形態：
図１２は、第６実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｆの概略構成を示す平面図である。第６実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｆは、第１実施形態の圧電アクチュエーター１０（図１Ａ参照）において、突起部２０が取り付けられた振動部２１０の短辺側の側面上に周波数調整部３０が取り付けられていたのに対して、振動部２１０の長辺に沿った両側の側面上に、中心軸ＣＸを挟んで面対称な位置に取り付けられている。
【００６９】
振動部２１０の長辺に沿った側面は、圧電振動体１２の面内振動（縦振動および屈曲振動）のうち屈曲振動の方向と交差する面であり、第１実施形態の圧電アクチュエーター１０と同様に、周波数調整部３０は、面内振動が発生する圧電振動体１２の同一面内の方向（面内方向）に配置されている、と言える。これにより、面外方向への不要な振動をほとんど発生させることなく、共振周波数の調整を行なうことができる。
【００７０】
なお、振動部２１０の長辺には、屈曲振動の節と腹が存在する。腹に近い位置ほど、質量変化に対する屈曲振動の周波数変化の度合いが大きくなり、縦振動の周波数変化との差の度合いが大きくなるので、粗調整が可能である。逆に、節に近い位置ほど、質量変化に対する屈曲振動の周波数変化の度合いが小さくなり、縦振動の周波数変化との差の度合いが小さくなるので、微調整が可能である。従って、長辺側の側面上に周波数調整部３０を配置する場合においても、調整前の共振周波数に応じてその配置位置および質量を調整することにより共振周波数を調整することができる。
【００７１】
第６実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｆも、第１実施形態の圧電アクチュエーター１０と同様に、面外方向への不要な振動をほとんど発生させることなく、共振周波数の調整を行なうことができる。
【００７２】
Ｇ．第７実施形態：
図１３Ａは、第７実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｇの概略構成を示す斜視図である。第７実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｇは、第１実施形態の圧電アクチュエーター１０（図１Ａ，図１Ｂ参照）を、圧電振動体１２の主面（第１の面）に垂直な方向（厚み方向）に沿ってＮ個（図の例では１０個）積層した積層振動体の構造を有している。積層とは、主面（第１の面）の方向に複数配置されている状態をいう。また、Ｎ個の圧電アクチュエーター１０の全体に亘って周波数調整部３０が設けられた構造を有している。この場合の周波数調整部３０は、１個の圧電アクチュエーター１０の場合の周波数調整部３０の質量のＮ倍の質量とすることにより、１個の場合と同様の調整が可能である。ただし、これは、設計上の値であり、実際の調整においては、共振周波数を測定しつつ付与あるいは除去する質量を調整することにより、最適な質量の付与あるいは除去が実行される。
【００７３】
なお、上記圧電アクチュエーター１０Ｇでは、Ｎ個の圧電アクチュエーター１０の積層方向の全体に亘って一つの周波数調整部３０が設けられた構造として説明しているが、Ｎ個の圧電各圧電アクチュエーター１０Ｇのごとに設けられたＮ個の周波数調整部３０が積層方向で繋がった構造としてもよい。
【００７４】
第７実施形態の圧電アクチュエーター１０Ｆも、第１実施形態の圧電アクチュエーター１０と同様に、面外方向への不要な振動をほとんど発生させることなく、共振周波数の調整を行なうことができる。
【００７５】
図１３Ｂは、変形例としての圧電アクチュエーター１０Ｈの概略構成を示す斜視図である。変形例の圧電アクチュエーター１０Ｈは、Ｎ個の圧電アクチュエーター１０が積層された圧電アクチュエーター１０Ｈの中心軸ＣＸを中心とする対角線上の端部に、４つの周波数調整部３０が取り付けられた構造を有している。この場合、質量変化に対する共振周波数の変化が小さくなるので、調整分解能を上げることができる。
【００７６】
なお、圧電アクチュエーター１０Ｈでは、４つの周波数調整部３０は、上端の１つの圧電アクチュエーター１０と下端の１つの圧電アクチュエーター１０の側面上に取り付けられているが、これらの４つの周波数調整部３０は、それぞれ、複数の圧電アクチュエーター１０の積層方向に亘って取り付けられていてもよい。
【００７７】
なお、図１３Ａ，図１３Ｂでは、第１実施形態の圧電アクチュエーター１０を絶縁性の接着剤で複数貼り合せて積層した構造を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の実施形態や変形例の圧電アクチュエーターを絶縁性の接着剤で複数貼り合せて積層した構造としてもよい。また、接着剤で貼り合せずに単に積層した構造としてもよい。この場合、各圧電アクチュエーターの間に絶縁層を介在させて、各圧電アクチュエーターを分離させることが好ましい。このようにすれば、各圧電アクチュエーターを独立して機能させることができる。
【００７８】
Ｈ．圧電振動体ユニットの他の実施形態：
図１４Ａ，図１４Ｂ，図１４Ｃは、圧電アクチュエーターを構成する圧電振動体ユニットの他の実施形態としての圧電振動体ユニット１００Ｊ，１００Ｋ，１００Ｌの概略構成を示す平面図である。図１４Ａ〜図１４Ｃでは、図示の便宜上、基板２００の固定部２２１や接続部２２２，２２３や周波数調整部３０は図示が省略されている。
【００７９】
図１４Ａの圧電振動体ユニット１００Ｊは、図１Ａの第２グループの一対の圧電素子１１０ｂ，１１０ｃが省略されている例を示している。図１４Ｂの圧電振動体ユニット１００Ｋは、図１Ａの第３グループの圧電素子１１０ｅが省略されており、他のグループの４つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄが図１Ａよりも大きな面積に配置されている例を示している。図１４Ｃの圧電振動体ユニット１００Ｌは、図１Ａの第１および第２グループの４つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄが省略されており、第３グル―プの一つの圧電素子１１０ｅが大きな面積で配置されている例を示している。
【００８０】
これらの圧電振動体ユニット１００Ｊ，１００Ｋ，１００Ｌを用いた圧電アクチュエーターにおいても、同様に、周波数調整部３０を取り付けることにより共振周波数の調整を行なうことができる。
【００８１】
Ｊ．圧電アクチュエーターを用いた圧電モーター：
図１５は、圧電アクチュエーター１０を用いた圧電モーターの例を示す説明図である。支持部２２０については、図示の都合上、省略している。圧電アクチュエーター１０の突起部２０は、被駆動部材（被駆動体）としてのローター５０の外周に接触している。図１５に示す例では、図４Ｂを用いて説明したように、第１グループの２つの圧電素子１１０ａ，１１０ｄの矢印ｘの方向への伸縮に応じて、振動部２１０が振動部２１０の平面内で屈曲振動し、これに応じて、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１５では時計回り方向）に回転する。なお、第２グループの２つの圧電素子１１０ｂ，１１０ｃ（図１Ａ参照）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、図４Ａを用いて説明したように、中央の第３グループの圧電素子１１０ｅの伸縮に応じて、圧電アクチュエーター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。以上のように、圧電アクチュエーター１０を、圧電モーターとして用いることが可能である。なお、圧電アクチュエーター１０のこのような動作については、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。
【００８２】
Ｋ．圧電アクチュエーターを用いた装置の実施形態：
上述した圧電アクチュエーターは、共振を利用することで被駆動部材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。圧電アクチュエーター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）、ハンド（指アシスト装置を含む）、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アクチュエーターでは、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できる。以下、代表的な実施の形態について説明する。
【００８３】
図１６は、上述の圧電アクチュエーター１０を圧電モーターとして利用したロボット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、上述した圧電アクチュエーター１０が内蔵されており、圧電アクチュエーター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、ハンド２０００が接続されている。ハンド２０００は、一対の把持部２００３を備えている。ハンド２０００にも圧電アクチュエーター１０が内蔵されており、圧電アクチュエーター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、ハンド２０００とアーム２０１０との間にも圧電アクチュエーター１０が設けられており、圧電アクチュエーター１０を用いてハンド２０００をアーム２０１０に対して回転させることも可能である。
【００８４】
図１７は、図１６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、圧電アクチュエーター１０を備えており、圧電アクチュエーター１０は、手首のリンク部２０１２およびハンド２０００を中心軸Ｏ周りに回動させる。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アクチュエーター１０が搭載されている。このため、圧電アクチュエーター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。
【００８５】
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アクチュエーター１０を適用可能である。ここで、手首の関節部２０２０やハンド２０００の内部には、圧電アクチュエーター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や、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アクチュエーター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）やハンド２０００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。
【００８６】
上記説明では、ハンド２０００を備えるロボット２０５０を例にとって説明したが、ハンド２０００は、ロボット２０５０の部品としてのみならず、単独の製品として構成されていても良い。
【００８７】
図１８は、上述の圧電アクチュエーター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、圧電アクチュエーター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。圧電アクチュエーター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、圧電アクチュエーター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アクチュエーター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。
【００８８】
図１９は、上述の圧電アクチュエーター１０を利用した指アシスト装置１０００を示す説明図である。指アシスト装置１０００は、第１の指アシスト部１００１と、第２の指アシスト部１００２と、ベース部材１００３と、を備え、指７００に装着される。第１の指アシスト部１００１は、圧電アクチュエーター１０と、減速機５０１と、指支持部７０１と、を備える。第２の指アシスト部１００２は、圧電アクチュエーター１０と、減速機５０２と、指支持部７０２と、バンド７０３と、を備える。バンド７０３を除き、第１の指アシスト部１００１と第２の指アシスト部１００２とは、ほぼ同じ構成である。バンド７０３は、指７００の腹側から第２の指アシスト部１００２を固定する。なお、バンド７０３は、第１の指アシスト部１００１にも、設けられるが、図１７では省略されている。指アシスト装置１０００は、圧電アクチュエーター１０により、指７００の屈伸をアシストする。なお、本実施形態では、指アシスト装置１０００は、指７００の屈伸をアシストするものとして説明したが、指７００の代わりにロボットのハンドを用い、ハンドと指アシスト装置１０００とを一体化してもよい。この場合、ハンドが、圧電アクチュエーター１０により駆動され、屈伸する。
【００８９】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１０，１０Ａ〜１０Ｈ…圧電アクチュエーター、１２…圧電振動体（振動体）、２０…突起部、３０…周波数調整部、５０…ローター、５１…中心、１００，１００Ｊ〜１００Ｌ，１００Ｘ〜１００Ｚ…圧電振動体ユニット、１１０ａ〜１１０ｅ，１１０Ｘａ〜１１０Ｘｅ，１１０Ｙａ〜１１０Ｙｄ，１１０Ｚａ〜１１０Ｚｅ…圧電素子、１１１…圧電素子構造、１３０…第１電極、１４０…圧電体、１５０…第２電極、２００，２００Ｘ，２００Ｙ…基板、２０１…絶縁層、２０５…隙間、２１０…振動部、２１６…凹部、２２０…支持部、２２１…固定部、２２２…接続部（第１接続部）、２２３…接続部（第２接続部）、２４０…絶縁層、２５０…配線層、２５１…第１配線、２５２…第２配線、２５３…第３配線、２５４…第４配線、２６０…被覆部（保護層）、２７０，２８０…接着層、４００…駆動回路、５０１，５０２…減速機、７００…指、７０１，７０２…指支持部、７０３…バンド、１０００…指アシスト装置、１００１，１００２…指アシスト部、１００３…ベース部材、２０００…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
【図１Ａ】
0006657902.tif 000002
【図１Ｂ】
0006657902.tif 000003
【図２】
0006657902.tif 000004
【図３】
0006657902.tif 000005
【図４Ａ】
0006657902.tif 000006
【図４Ｂ】
0006657902.tif 000007
【図５Ａ】
0006657902.tif 000008
【図５Ｂ】
0006657902.tif 000009
【図６Ａ】
0006657902.tif 000010
【図６Ｂ】
0006657902.tif 000011
【図６Ｃ】
0006657902.tif 000012
【図６Ｄ】
0006657902.tif 000013
【図７】
0006657902.tif 000014
【図８】
0006657902.tif 000015
【図９Ａ】
0006657902.tif 000016
【図９Ｂ】
0006657902.tif 000017
【図１０】
0006657902.tif 000018
【図１１】
0006657902.tif 000019
【図１２】
0006657902.tif 000020
【図１３Ａ】
0006657902.tif 000021
【図１３Ｂ】
0006657902.tif 000022
【図１４Ａ】
0006657902.tif 000023
【図１４Ｂ】
0006657902.tif 000024
【図１４Ｃ】
0006657902.tif 000025
【図１５】
0006657902.tif 000026
【図１６】
0006657902.tif 000027
【図１７】
0006657902.tif 000028
【図１８】
0006657902.tif 000029
【図１９】
0006657902.tif 000030