(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有している筐体と、
凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、
前記振動体の質量を調整する質量調整部と、
を備え、
前記質量調整部は前記振動体の表面に配置され、
前記表面は前記凸部が突出する方向を向いている圧電アクチュエーター。
【請求項２】
開口部を有している筐体と、
凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、
前記振動体の質量を調整する質量調整部と、
を備え、
前記凸部が突出する方向からの平面視で、前記開口部と前記質量調整部とが重なっている圧電アクチュエーター。
【請求項３】
前記振動体が積層されている請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項４】
前記凸部が突出する方向に前記振動体を付勢する付勢部を有する請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項５】
前記振動体の駆動信号を伝達するための配線基板を有する請求項１乃至請求項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】
開口部を有している筐体と、
凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、
前記振動体の質量を調整する質量調整部と、
を備え、
前記質量調整部は前記振動体の表面に配置され、
前記表面は前記凸部が突出する方向を向いている圧電アクチュエーター
を有する圧電モーター。
【請求項７】
開口部を有している筐体と、
凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、
前記振動体の質量を調整する質量調整部と、
を備え、
前記凸部が突出する方向からの平面視で、前記開口部と前記質量調整部とが重なっている圧電アクチュエーター
を有する圧電モーター。
【請求項８】
開口部を有している筐体と、
凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、
前記振動体の質量を調整する質量調整部と、
を備え、
前記質量調整部は前記振動体の表面に配置され、
前記表面は前記凸部が突出する方向を向いている圧電アクチュエーター
を有するロボット。
【請求項９】
開口部を有している筐体と、
凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、
前記振動体の質量を調整する質量調整部と、
を備え、
前記凸部が突出する方向からの平面視で、前記開口部と前記質量調整部とが重なっている圧電アクチュエーター
を有するロボット。
【請求項１０】
開口部を有している筐体と、
凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、
前記振動体の質量を調整する質量調整部と、
を備え、
前記質量調整部は前記振動体の表面に配置され、
前記表面は前記凸部が突出する方向を向いている圧電アクチュエーター
を有するハンド。
【請求項１１】
開口部を有している筐体と、
凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、
前記振動体の質量を調整する質量調整部と、
を備え、
前記凸部が突出する方向からの平面視で、前記開口部と前記質量調整部とが重なっている圧電アクチュエーター
を有するハンド。
【請求項１２】
開口部を有している筐体と、
凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、
前記振動体の質量を調整する質量調整部と、
を備え、
前記質量調整部は前記振動体の表面に配置され、
前記表面は前記凸部が突出する方向を向いている圧電アクチュエーター
を有する送液ポンプ。
【請求項１３】
開口部を有している筐体と、
凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、
前記振動体の質量を調整する質量調整部と、
を備え、
前記凸部が突出する方向からの平面視で、前記開口部と前記質量調整部とが重なっている圧電アクチュエーター
を有する送液ポンプ。
【請求項１４】
（ａ）突出している形状の凸部を有する振動体と、前記凸部が突出する方向に前記振動体を付勢する付勢部と、が筐体に収容されている圧電アクチュエーターを準備する工程と、
（ｂ）前記振動体の共振周波数を測定する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で測定した共振周波数が許容範囲から外れている場合において、前記凸部が突出する方向を向く前記振動体の表面に配置する質量調整部の質量を調整して、前記振動体の質量を調整する工程と、
を含む圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法。
【請求項１５】
（ａ）突出している形状の凸部を有する振動体と、前記凸部が突出する方向に前記振動体を付勢する付勢部と、が筐体に収容されている圧電アクチュエーターを準備する工程と、
（ｂ）前記振動体の共振周波数を測定する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で測定した共振周波数が許容範囲から外れている場合において、前記凸部が突出する方向からの平面視で、前記筐体の開口部と重なるように配置する質量調整部の質量を調整して、前記振動体の質量を調整する工程と、
を含む圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法。
【請求項１６】
前記工程（ｃ）は、調整後の前記振動体の共振周波数を測定するステップを含む請求項１４または請求項１５に記載の圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法。
【請求項１７】
前記工程（ｂ）及び前記工程（ｃ）を繰り返す請求項１４または請求項１５に記載の圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法。
【請求項１８】
前記工程（ｃ）は錘を付加して質量を調整する請求項１４乃至請求項１７のいずれか一項に記載の圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法。
【請求項１９】
前記工程（ｃ）は前記振動体またはあらかじめ付加された錘の一部を除去して前記質量を調整する請求項１４乃至請求項１７のいずれか一項に記載の圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法。
【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、圧電モーター、ロボット、ハンド、送液ポンプ及び圧電アクチュエーターの調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、圧電デバイスとしての超音波モーター（圧電モーター）に用いられる振動体の共振周波数の調整を、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て振動体の重さ（質量）を調整することで行うことが記載されている。また、調整前の振動体の共振周波数の測定を、構成部材を組み込んで超音波モーターの形にユニット化し、移動体に対して振動体が摩擦部材を介して加圧された状態で行うことが記載されている。
【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、調整前の共振周波数の測定後に共振周波数の調整を行なうためには、超音波モーターを分解して振動体を取り出す必要があり、作業効率が悪く、コストが高くなる、という問題があった。
【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、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、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、開口部を有している筐体と、凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、前記振動体の質量を調整する質量調整部と、を備え、前記質量調整部は前記振動体の表面に配置され、前記表面は前記凸部が突出する方向を向いている。
この形態の圧電アクチュエーターによれば、振動体を収容している筐体に開口部を有しているので、振動体が組み込まれた圧電アクチュエーターの状態のままでも、筐体の開口部を介して振動体の質量が調整され、振動体の共振周波数の調整が可能である。従って、作業効率の改善が図られ、コストの改善が図られた圧電アクチュエーターを提供することが可能である。また、振動体が組み込まれた圧電アクチュエーターの状態のままでも、筐体の開口部を介して振動体の質量が調整され、振動体の共振周波数の調整が可能である。従って、作業効率の改善が図られ、コストの改善が図られた圧電アクチュエーターを提供することが可能である。
また、他の一形態の圧電アクチュエーターは、開口部を有している筐体と、凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、前記振動体の質量を調整する質量調整部と、を備え、前記凸部が突出する方向からの平面視で、前記開口部と前記質量調整部とが重なっている。
この形態の圧電アクチュエーターによっても、振動体を収容している筐体に開口部を有しているので、振動体が組み込まれた圧電アクチュエーターの状態のままでも、筐体の開口部を介して振動体の質量が調整され、振動体の共振周波数の調整が可能である。従って、作業効率の改善が図られ、コストの改善が図られた圧電アクチュエーターを提供することが可能である。また、振動体が組み込まれた圧電アクチュエーターの状態のままでも、筐体の開口部を介して振動体の質量が調整され、振動体の共振周波数の調整が可能である。従って、作業効率の改善が図られ、コストの改善が図られた圧電アクチュエーターを提供することが可能である。
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、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、開口部を有している筐体と、凸部を有し、前記筐体に収容されている振動体と、を備える。前記振動体に前記振動体の質量を調整する質量調整部が配置されている。
この形態によれば、振動体を収容している筐体に開口部を有しているので、振動体が組み込まれた圧電アクチュエーターの状態のままでも、筐体の開口部を介して振動体の質量が調整され、振動体の共振周波数の調整が可能である。従って、作業効率の改善が図られ、コストの改善が図られた圧電アクチュエーターを提供することが可能である。
【０００７】
（２）上記形態の圧電アクチュエーターにおいて、前記振動体が積層されていてもよい。この形態によれば、振動体が積層されているので、振動力を大きくできる。
【０００８】
（３）上記形態の圧電アクチュエーターにおいて、前記凸部が突出する方向に前記振動体を付勢する付勢部を有するとしてもよい。この形態によれば、付勢部により振動体が付勢される状態となるので、圧電アクチュエーターを実際の使用状態に近づけた状態で質量調整部を配置して共振周波数を調整することができる。
【０００９】
（４）上記形態の圧電アクチュエーターにおいて、前記質量調整部は前記凸部が突出する方向に交差する前記振動体の面上に配置されているとしてもよい。この形態によれば、凸部を有する振動体の面上に質量調整部が配置されるので、効率良く振動体の質量を調整して、共振周波数を調整することができるとともに、振動体の振動の方向と交差する方向の不要な振動の発生を低減することができる。
【００１０】
（５）上記形態の圧電アクチュエーターにおいて、前記凸部が突出する方向からの平面視で、前記開口部の中に前記質量調整部の少なくとも一部が配置されているとしてもよい。この形態によれば、凸部が突出する方向からの平面視で、開口部の中に質量調整部の少なくとも一部が配置されているので、振動体が組み込まれた圧電アクチュエーターの状態のままでも、筐体の開口部を介して振動体の質量が調整され、振動体の共振周波数の調整が可能である。従って、作業効率の改善が図られ、コストの改善が図られた圧電アクチュエーターを提供することが可能である。
【００１１】
（６）上記形態の圧電アクチュエーターにおいて、前記振動体の駆動信号を伝達するための配線基板を有するとしてもよい。
【００１２】
（７）本発明の他の一形態によれば、上記いずれかの圧電アクチュエーターを備える圧電モーターが提供される。
【００１３】
（８）本発明の他の一形態によれば、上記いずれかの圧電アクチュエーターを備えるロボットが提供される。
【００１４】
（９）本発明の他の一形態によれば、上記いずれかの圧電アクチュエーターを備えるハンドが提供される。
【００１５】
（１０）本発明の他の一形態によれば、上記いずれかの圧電アクチュエーターを備える送液ポンプが提供される。
【００１６】
（１１）本発明の他の一形態によれば、圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法が提供される。この圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法は、（ａ）突出している形状の凸部を有する振動体と、前記凸部が突出する方向に前記振動体を付勢する付勢部と、が筐体に収容されている圧電アクチュエーターを準備する工程と、（ｂ）前記振動体の共振周波数を測定する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で測定した共振周波数が許容範囲から外れている場合において、前記振動体の質量を調整する工程と、を含む。
この形態によれば、効率良く振動体の質量を調整して、振動体の共振周波数を調整することができる。
【００１７】
（１２）上記圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法において、前記工程（ｃ）は、調整後の前記振動体の共振周波数を測定するステップを含むとしてもよい。この形態によれば、質量調整後の共振周波数が許容範囲内に収まっていることを確認することができる。
【００１８】
（１３）上記圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法において、前記工程（ｂ）及び前記工程（ｃ）を繰り返すとしてもよい。この形態によれば、共振周波数を測定しつつ、質量を調整して、共振周波数を調整することができる。
【００１９】
（１４）上記圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法において、前記工程（ｃ）は錘を付加して質量を調整するとしてもよい。
【００２０】
（１５）上記圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法において、前記工程（ｃ）は前記振動体またはあらかじめ付加された錘の一部を除去して前記質量を調整するとしてもよい。
【００２１】
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、圧電アクチュエーターの他、圧電アクチュエーターの共振周波数調整方法、圧電アクチュエーターを搭載する圧電モーター、圧電アクチュエーターを搭載するロボット、圧電アクチュエーターを搭載するハンド、圧電アクチュエーターを搭載する送液ポンプ、圧電アクチュエーターを搭載する電子部品搬送装置、圧電アクチュエーターを搭載する投薬ポンプ等、様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】圧電アクチュエーターの斜視図である。
【図２】圧電アクチュエーターの分解斜視図である。
【図３Ａ】圧電振動体の概略構成を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの圧電振動体の３Ｂ−３Ｂ断面図である。
【図４】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５】圧電振動部の等価回路を示す説明図である。
【図６Ａ】圧電振動体の縦振動の例を示す説明図である。
【図６Ｂ】圧電振動体の屈曲振動の例を示す説明図である。
【図７】圧電アクチュエーターの共振周波数の調整手順を示す説明図である。
【図８】圧電アクチュエーターの共振周波数の測定回路の一例について示す説明図である。
【図９】圧電振動部のインピーダンス特性の一例を示す説明図である。
【図１０Ａ】質量調整部の配置位置の例を拡大して示す斜視図である。
【図１０Ｂ】質量調整部の配置位置の例を拡大して示す斜視図である。
【図１０Ｃ】質量調整部の配置位置の例を拡大して示す斜視図である。
【図１１Ａ】第１の対称位置における質量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１１Ｂ】第２の対称位置における質量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１１Ｃ】第３の対称位置における質量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１１Ｄ】各位置における質量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１２Ａ】質量調整部の配置の変形例を示す斜視図である。
【図１２Ｂ】質量調整部の配置の変形例を示す斜視図である。
【図１２Ｃ】質量調整部の配置の他の変形例を示す斜視図である。
【図１３】変形例の圧電振動体の概略構成を示す断面図である。
【図１４Ａ】変形例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】変形例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】変形例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】圧電モーターの例を示す説明図である。
【図１６】ロボットの一例を示す説明図である。
【図１７】ロボットの手首部分の説明図である。
【図１８】指アシスト装置を示す説明図である。
【図１９】送液ポンプの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
Ａ．圧電アクチュエーターの構成：
図１は、圧電アクチュエーター１０の斜視図である。図２は、圧電アクチュエーター１０の分解斜視図である。圧電アクチュエーター１０は、複数の圧電振動部１００と、質量調整部２４と、外枠３０と、内枠４０と、板バネ５０と、中間部材６０と、固定枠７０と、フタ８０と、フレキシブル基板９０と、を備える。外枠３０と固定枠７０とフタ８０は、筐体を構成している。なお、図２は、図示の便宜上、質量調整部２４を省略している。
【００２４】
各部材は、以下のように配置されている。圧電振動部１００は、接着剤で互いに貼り合わされることによりｚ方向に積層された複数の圧電振動体１０１で構成されている。中間部材６０は２枚あり、図２に示すように、圧電振動部１００を上下方向（ｚ方向）から挟んでいる。なお、中間部材６０は、圧電振動部１００の表面の一部分のみを挟んでいる。この点は後で説明する。固定枠７０は、圧電振動部１００と中間部材６０とをｘ方向及びｙ方向から囲んでいる。２枚の板バネ５０は、中間部材６０と圧電振動部１００と固定枠７０とを中央部５２で上下方向（ｚ方向）から挟む。内枠４０は、３つの側面部４２，４３，４４を有し、これらの側面部４２，４３，４４は、板バネ５０を貫通し、圧電振動部１００と固定枠７０との間に挿入されている。外枠３０は、固定枠７０を囲んでいる。フタ８０は、上側の板バネ５０の上方（ｚ方向）に配置されている。フレキシブル基板９０は、フタ８０、板バネ５０を貫通し、圧電振動部１００に接続されている。圧電振動部１００のうち、各圧電振動体１０１に凸部２０が設けられている側面は、固定枠７０の開口部７１を介してｘ方向に向けて外部に露出している。
【００２５】
質量調整部２４は、開口部７１を介して外部に露出している圧電振動部１００の側面上に配置されて、圧電振動部１００の共振周波数を調整している。なお、質量調整部２４の配置位置については後述する。
【００２６】
図３Ａは、圧電振動部１００の圧電振動体１０１の概略構成を示す平面図である。圧電振動体１０１は、圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅと、基板２００と、凸部２０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〜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〜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。凸部２０は、振動部２１０の支持部２２０に囲われていない側の短辺を含む側面２１４の中央位置（平面視における中心軸ＣＸ上の位置）の凹部２１６に配置されている。凸部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。
【００２７】
図３Ｂは、図３Ａの圧電振動体１０１の３Ｂ−３Ｂ断面図である。なお、図３Ｂ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。圧電振動体１０１は、２つの圧電振動体ユニット１０２を備える。２つの圧電振動体ユニット１０２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３Ｂ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３Ａ）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（圧電振動部１００の平面、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。
【００２８】
２つの圧電振動体ユニット１０２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。すなわち、圧電振動体１０１は、２つの圧電振動体ユニット１０２が、基板２００上に圧電素子１１０ａ〜１１０ｅが配置される方向に沿って配置(積層）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１０２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、圧電振動体１０１が構成される。凸部２０は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、略直方体形状をしており、２つの基板２００に跨って取り付けられている。但し、凸部２０を略円柱形状、球体形状、楕円体形状としてもよく、また、各基板２００のそれぞれに設けるようにしてもよい。なお、圧電振動体ユニット１０２が一つの「振動体」に相当し、圧電振動部１００が複数の「振動体」が積層された構造に相当する。
【００２９】
圧電振動体１０１は、図３Ｂ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、圧電振動体１０１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１０２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１０２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。
【００３０】
圧電振動体ユニット１０２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。
【００３１】
圧電振動体ユニット１０２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、凸部２０を取り付けるための凹部２１６（図３Ａ）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１０２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１０２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１０２の被覆部２６０同士を接着し、２つの基板２００の凹部２１６に跨って凸部２０を接着剤で接着する。これにより、圧電振動体１０１を作製することができる。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
図４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３Ａ，図３Ｂ）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〜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。
【００４０】
保護層２６０（図１Ｂ）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。
【００４１】
圧電アクチュエーター１０の圧電振動部１００は、基板２００の支持部２２０（図４）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）にフレキシブル基板９０（図１，２）が接続され、フレキシブル基板９０を介して、外部の駆動回路（不図示）に電気的に接続される。
【００４２】
図５は、圧電振動部１００の等価回路を示す説明図である。なお、圧電振動部１００は複数の圧電振動体１０１を有し、複数の圧電振動体１０１はそれぞれ２つの圧電振動体ユニット１０２を有しているが、図５では、図示の便宜上、一つの圧電振動体ユニット１０２のみを図示している。図５から分かるように、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅの第１電極１３０は、第４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、第１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、第２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、第３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。
【００４３】
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駆動信号として印加することにより、圧電振動部１００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。
【００４４】
図６Ａは、圧電振動体１０１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６Ａ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６Ａ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６Ａ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、凸部２０が圧電振動体１０１の平面内でｘ方向の向きに往復運動し、圧電振動体１０１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。
【００４５】
図６Ｂは、圧電振動体１０１の屈曲振動の例を示す説明図である。図６Ａと同様に支持部２２０を省略している。図６Ｂ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６Ｂ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、凸部２０が圧電振動体１０１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５）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。
【００４６】
なお、第１グループの２つの圧電素子１１０ａ，１１０ｄ及び第２グループの２つの圧電素子１１０ｂ，１１０ｃの第１電極１３０及び第２電極１５０が、「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及び第２電極１５０が、「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１０１あるいは圧電素子１１０の「第１の面に沿う方向（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「第１の振動モード」、他方が「第２の振動モード」に相当する。本例では、縦振動が「第１の振動モード」であり、屈曲振動が「第２の振動モード」である。
【００４７】
圧電振動体１０１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振動力（駆動力）を、凸部２０を介して被駆動体に伝えることにより、被駆動体を駆動することができる。そして、圧電振動部１００は、複数の圧電振動体１０１を有しており、複数の圧電振動体１０１を同時に縦振動させることで大きな縦振動の振動力を得ることができ、また、複数の圧電振動体１０１を同時に屈曲振動させることで大きな屈曲振動の振動力を得ることができ、大きな駆動力で被駆動体を駆動することができる。
【００４８】
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１０１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、圧電振動部１００の共振周波数、すなわち、複数の圧電振動体１０１の各共振周波数が合成された共振周波数、あるいは、その近傍の周波数の周期に設定されることが好ましい。
【００４９】
上述した圧電アクチュエーター１０の構造の説明において（図１，図２）、中間部材６０は圧電振動部１００の表面の一部分のみを挟んでいる、と説明した。これは、各圧電振動体１０１の振動部２１０(図３Ａ）の振動を抑制しないためであり、中間部材６０によって挟まれる圧電振動部１００の表面の一部分は、上端および下端の圧電振動体１０１の基板２００の支持部２２０に相当する。
【００５０】
また、固定枠７０（図２）は、略額縁形状を有する部材であるが、額縁形状の１辺の中央には、開口部７１が設けられている。固定枠７０の内部には、上述したように、内枠４０と、圧電振動部１００と、中間部材６０とが収納（収容）される。上述したように、各圧電振動体１０１に凸部２０が設けられている側面の側の圧電振動部１００の一部が、固定枠７０の開口部７１から外に露出する。なお、開口部７１が「筐体の開口部」に相当する。
【００５１】
また、圧電アクチュエーター１０を構成したとき、図２に示すように、固定枠７０の上下には、板バネ５０が配置される。２枚の板バネ５０のバネ部５３，５４は、中央部５２と外枠部５１とを繋ぐ細長い部分であり、屈曲構造を有している。圧電振動部１００が駆動されると、各圧電振動体１０１の振動部２１０（図３Ａ）が伸縮する。振動部２１０が伸びると、支持部２２０が凹部２１６と反対方向に移動するため、中間部材６０、板バネ５０の中央部５２も同方向に移動する。その結果、中央部５２と外枠部５１との相対的位置が変わり、バネ部５３，５４に歪みが生じる。歪んだバネ部５３，５４はバネ（弾性体）として機能し、圧電振動部１００が被駆動体（不図示）を押圧するように、圧電振動部１００を凸部２０が突出する方向に付勢する「付勢部」（加圧する「加圧部」ともいえる）として機能する。
【００５２】
ところで、圧電振動部１００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、圧電振動体ユニット１０２及び圧電振動体１０１の製造時の寸法ばらつき等によって変動する。また、圧電アクチュエーター１０として組み込まれることによっても変動する。このため、圧電アクチュエーター１０に組み込まれた状態の圧電振動部１００に対して質量の付加や除去を行なうことによって、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。
【００５３】
上記圧電アクチュエーター１０では、図１に示すように、開口部７１から外部に露出している圧電振動部１００の側面（凸部２０が突出する方向に交差する側面）上に質量調整部２４が配置されている。このため、圧電アクチュエーター１０として圧電振動部１００が組み込まれた状態で圧電振動部１００の共振周波数の調整が可能である。また、組み込まれた状態の圧電振動部１００は、付勢部として機能するバネ部５３，５４によって、凸部２０が突出する方向（ｘ方向）に付勢される状態となるので、圧電アクチュエーターが被駆動体(不図示）を押圧する状態に近づけて、共振周波数の調整が可能である。従って、作業効率の改善が図られ、コストの改善が図られた圧電アクチュエーターを提供することが可能である。なお、質量調整部２４による共振周波数の調整は、以下で説明するように、質量調整部２４の配置位置及び質量調整部２４による質量の付与あるいは除去によって行われる。
【００５４】
Ｂ．共振周波数の調整：
図７は、圧電アクチュエーターの共振周波数の調整手順を示す説明図である。まず、ステップＳ１１０では、調整前の圧電アクチュエーター１０（図１）を準備する。そして、ステップＳ１２０では、準備した調整前の圧電アクチュエーター１０の共振周波数の測定を実行する。
【００５５】
図８は、圧電アクチュエーター１０の共振周波数の測定回路の一例について示す説明図である。図８では、図示の便宜上、圧電アクチュエーター１０の圧電振動部１００に含まれる一つの圧電振動体ユニット１０２のみを図示している。
【００５６】
圧電アクチュエーター１０、すなわち、圧電振動部１００の共振周波数は、複数の圧電振動体ユニット１０２のそれぞれのインピーダンス特性が合成された圧電振動部１００のインピーダンス特性に基づいて求めることができる。圧電振動部１００のインピーダンス特性はインピーダンス測定回路５００を用いて測定することができる。インピーダンス測定回路５００としては、インピーダンスアナライザーやインピーダンスメーター等が用いられる。そして、圧電振動部１００の共振周波数は、インピーダンス測定回路５００に対して測定対象の圧電振動部１００の複数の圧電振動体ユニット１０２のそれぞれに含まれる５つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅの全てを並列に接続してインピーダンス特性を測定し、測定結果を解析することによって求めることができる。
【００５７】
図９は、圧電振動部１００のインピーダンス特性の一例を示す説明図である。図９は、縦振動の共振周波数ｆｖと屈曲振動の共振周波数ｆｂとがずれた場合のインピーダンス特性を示している。なお、これらの共振周波数としては、例えば、インピーダンスが極小となる周波数が用いられる。
【００５８】
図７のステップＳ１３０では、測定した調整前の共振周波数が許容範囲内に有るか否か確認する。調整前の共振周波数が許容範囲内に有る場合は、共振周波数の調整を行なう必要はないので、そのまま、共振周波数の調整を終了する。一方、調整前の共振周波数が許容範囲内に無い場合には、ステップＳ１４０において、質量調整部２４の配置による質量の調整を行なって共振周波数が許容範囲内に収まるように調整する。なお、許容範囲は所望する精度に応じて設定される。
【００５９】
図１０Ａ，図１０Ｂ，図１０Ｃは、質量調整部２４の配置位置の例を拡大して示す斜視図である。図１０Ａは、凸部２０が設けられている圧電振動体１０１の側面で構成される圧電振動部１００の側面上において、第１の対称位置ＰＡに質量調整部２４が配置された状態を示している。この第１の対称位置ＰＡは、ｚ方向及びｙ方向の中央位置（中心軸ＣＸ上）にある凸部２０から最も遠いｙ方向の両側の端部位置である。図１０Ｂは、中央位置から最も近い第３の対称位置ＰＣに質量調整部２４が配置された状態を示している。図１０Ｃは、第１の対称位置ＰＡと第３の対称位置ＰＣの中間の第２の対称位置ＰＢに質量調整部２４が配置された状態を示している。
【００６０】
図１１Ａは第１の対称位置ＰＡにおける質量調整部２４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１１Ｂは第２の対称位置ＰＢにおける質量調整部２４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１１Ｃは第３の対称位置ＰＣにおける質量調整部２４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１１Ｄは、各対称位置ＰＡ，ＰＢ，ＰＣにおける質量調整部２４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、質量調整部２４の質量を示している。そして、図１１Ａ〜図１１Ｃ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１１Ｄのグラフには、対称位置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。
【００６１】
図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、質量調整部２４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、質量調整部２４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、質量調整部２４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１１Ｄ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の対称位置ＰＡでは非常に大きくなり（Δｆ［ＰＡ］）、中央位置に最も近い第３の対称位置ＰＣでは非常に小さく（Δｆ［ＰＣ］）、中間の第２の対称位置ＰＢでは中間の大きさとなっている（Δｆ［ＰＢ］）。すなわち、質量調整部２４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、質量調整部２４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、質量調整部２４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。
【００６２】
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、質量調整部２４の配置位置を決めて、その配置位置に配置した質量調整部２４の質量（錘の重さ）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できる。例えば、図１１Ａに示すように、ある基準質量の質量調整部２４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。なお、質量調整部２４の質量の付与は、例えば、樹脂材料をディップすることによって実行される。また、質量の除去は、例えば、基準質量として付与されている樹脂材料をレーザーによって除去することによって実行される。また、圧電振動部１００の基板２００をレーザーによって除去することによって実行されるようにしてもよい。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。
【００６３】
以上のように、ステップＳ１４０（図７）における質量の調整を行なった後は、ステップＳ１５０において調整後の共振周波数の測定を行い、ステップＳ１３０において圧電アクチュエーター１０の共振周波数が許容範囲内に収まっていることを確認して、共振周波数の調整処理を終了する。
【００６４】
ここで、調整後の共振周波数を確認したが、許容範囲内に収まっていなかった場合には、ステップＳ１３０〜ステップＳ１５０の処理を、共振周波数が許容範囲内に収まるまで繰り返し実行すればよい。また、上記の調整処理では、図１１Ａで説明したように、あらかじめ、質量調整部２４の質量変化に対する共振周波数変化を示すグラフから推定される質量の付与あるいは除去による質量の調整を行なった後、共振周波数が許容範囲内に収まっていることを確認する手順を例に説明した。これに対して、質量の付与あるいは除去を徐々に行いつつ、質量の変化に伴って発生するインピーダンス特性の変化を測定することにより共振周波数の変化を測定し、共振周波数が許容範囲内に収まるまで、質量調整を繰り返し行うようにしてもよい。
【００６５】
以上、上記圧電アクチュエーター１０は、開口部７１から露出した圧電振動部１００の部分のうちの凸部２０が配置された側面上、すなわち、筐体の開口部に対応する振動体の部分に、質量調整部２４を配置して、共振周波数の調整を行なうことが可能である。従って、振動体が組み込まれた圧電アクチュエーターの状態のままで、振動体の質量を調整して、振動体の共振周波数の調整を行なうことができるので、作業効率の改善が図られ、コストの改善が図られた圧電アクチュエーターを提供することが可能である。
【００６６】
Ｃ．質量調整部の変形例：
図１２Ａ及び図１２Ｂは、質量調整部２４の配置の変形例を示す斜視図であり、図１０Ａに対応する図である。前述した図１０Ａは、ｚ方向及びｙ方向の中央位置（中心軸ＣＸ上）における凸部２０からｙ方向の両側の端部の対称位置に質量調整部２４が配置されている例を示したが、図１２Ａは、ｙ方向の両側の端部の対称位置に、ｚ方向に沿って圧電振動部１００の全体に亘って質量調整部２４を配置した例を示している。但し、この配置例では、図１０Ａの場合に比べて質量変化に対する共振周波数の変化大きくなり、調整分解能は低くなる。図１２Ｂは、中心軸ＣＸを中心とする対角線上の４つの端部の対称位置に質量調整部２４を配置した例を示している。この場合には、図１０Ａと同様に、対角線上の内側の４つの対称位置に質量調整部２４を配置することにより、調整分解能を高めることができる。
【００６７】
なお、図１２Ａ及び図１２Ｂの配置に対しても、図１０Ｂ，図１０Ｃと同様に配置位置をずらすことにより調整感度を変化させることができる。また、図１２Ａ及び図１２Ｂは、質量（錘）が付与される質量調整部２４を例として示したが、質量が除去される質量調整部であってもよい。この場合の質量調整部は、上述したように、レーザーによって圧電振動部１００の基板２００が除去されることによって配置される。また、あらかじめ付与されている錘の部分をレーザーによって除去することによっても構成されることも可能である。
【００６８】
図１２Ｃは、質量調整部２４の配置の他の変形例を示す斜視図である。図１２Ｃは、圧電振動部１００の凸部２０が配置された側面上ではなく、開口部７１から露出している圧電振動部１００の上表面（ｘｙ平面に平行な表面）上に質量調整部２４が配置されている例を示している。この場合にも、同様に振動体の質量を調整し、共振周波数を調整することが可能である。なお、この配置の場合にも、質量が付与される質量調整部２４ではなく、質量が除去される構成の質量調整部とすることも可能である。但し、圧電振動部１００の上表面に質量調整部２４が配置される場合、圧電振動部１００の縦振動および屈曲振動（以下、「面内振動」とも呼ぶ）の方向（以下、「面内方向」とも呼ぶ）に交わる面外方向への不要な振動が発生しやすくなる。これに対して、図１０Ａ〜１０Ｃ，図１２Ａ，図１２Ｂのように、凸部２０が配置されている圧電振動部１００の側面上に質量調整部２４が配置されている場合、面外方向への不要な振動の発生を低減しつつ、共振周波数の調整を行なうことができる点で有利である。圧電体１４０の厚みが０．０５μｍ〜２０μｍの薄膜であるとより効果が高い。
【００６９】
質量調整部２４は、開口部７１から露出した圧電振動部１００の側面上（図１０Ａ〜１０Ｃ，図１２Ａ，図１２Ｂ）や、開口部７１から露出した圧電振動部１００の上表面上（図１２Ｃ）等の、筐体の開口部に対応する圧電振動部１００のいずれかの部分に配置されて、圧電振動部１００の質量が調整可能であれば、その配置位置や形状に特に限定はない。すなわち、開口部７１から露出した圧電振動部１００の中に質量調整部２４の少なくとも一部が配置されていてればよい。但し、図１０Ａ〜１０Ｃ，図１２Ａ〜１２Ｃに示したように、対称な位置に配置される方が、バランス良く質量を調整して共振周波数の調整が可能である。また、凸部２０を有する圧電振動部１００の側面が露出する開口部７１ではなく、筐体に別の開口部を設けて、その開口部に対応する圧電振動部１００の部分に質量調整部２４が配置されるようにしてもよい。
【００７０】
Ｄ．圧電振動部及び圧電振動体の変形例：
図１３は、変形例の圧電振動体１０１Ｂの概略構成を示す断面図である。上記圧電アクチュエーター１０の圧電振動部１００（図１，図２）を構成する圧電振動体１０１（図３Ｂ）は、２つの圧電振動体ユニット１０２が貼り合わされて積層されている。これに対して、変形例の圧電振動体１０１Ｂは、圧電振動体ユニット１０２を１つのみ備え、２つ目の圧電振動体ユニット１０２の代わりに、圧電素子が配置されていない基板２００を備えている。すなわち、第１の圧電振動体ユニット１０２の圧電素子１１０ａ〜１１０ｅを、第１の圧電振動体ユニット１０２の基板２００と、圧電素子が配置されていない基板２００とで挟んでいる。圧電素子が配置されていない基板２００は、不図示の接着層によって圧電振動体ユニット１０２に貼り合わされている。この変形例の圧電振動体１０１Ｂを複数積層した圧電振動部を用いて圧電アクチュエーターを構成するようにしてもよい。なお、圧電素子が配置されていない基板２００については省略してもよい。また、複数の圧電振動体ユニット１０２を積層し、上端の圧電振動体ユニット１０２の上にのみ圧電素子が配置されていない基板２００を備える構成としてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、複数の圧電振動体が積層された圧電振動部を用いて圧電アクチュエーターを構成する場合を例に説明したが、１つの圧電振動体を用いて圧電アクチュエーターを構成するようにしてもよい。
【００７２】
Ｅ．圧電振動体ユニットの他の実施形態：
図１４Ａ，図１４Ｂ，図１４Ｃは、圧電振動体を構成する圧電振動体ユニットの変形例としての圧電振動体ユニット１０２Ｊ，１０２Ｋ，１０２Ｌ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は図示が省略されている。
【００７３】
図１４Ａの圧電振動体ユニット１０２Ｊは、図３Ａ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１０２Ｋは、図３Ａ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３Ａ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１０２Ｌは、図３Ａの第１及び第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。
【００７４】
これらの圧電振動体ユニット１０２Ｊ，１０２Ｋ，１０２Ｌで構成された圧電振動体を用いて圧電アクチュエーターを構成するようにしてもよい。
【００７５】
Ｆ．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の凸部２０は、被駆動部材（被駆動体）としてのローター９５の外周に接触している。図１５に示す例では、図６Ｂ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、凸部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９５は、その中心９６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３Ａ）に交流電圧又は脈流電圧を印加する場合には、ローター９５は逆方向に回転する。なお、図６Ａ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、凸部２０からローター９５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、圧電デバイスの一つである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。
【００７６】
Ｇ．圧電アクチュエーターを搭載した装置の実施形態：
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
図１８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１８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。
【００８２】
図１９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（被駆動体）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の凸部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。
【００８３】
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】
【００８４】
１０…圧電アクチュエーター、２０…凸部、２４…質量調整部、３０…外枠、４０…内枠、４２，４３，４４…側面部、５０…板バネ、５１…外枠部、５２…中央部、５３，５４…バネ部、６０…中間部材、７０…固定枠、７１…開口部、８０…フタ、９０…フレキシブル基板、９５…ローター（被駆動体）９６…中心、１００…圧電振動部、１０１，１０１Ｂ…圧電振動体、１０２，１０２Ｊ〜１０２Ｌ…圧電振動体ユニット（振動体）、１１０，１１０ａ〜１１０ｅ…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…基板、２０１…絶縁層、２０５…隙間、２１０…振動部、２１４…側面、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…接着層、４００…駆動回路、５００…インピーダンス測定回路、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、２２１３〜２２１９…フィンガー、２２２２…ローター、２２２３…減速伝達機構、２２３０…ケース
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
0006693150.tif 000004
【図３Ｂ】
0006693150.tif 000005
【図４】
0006693150.tif 000006
【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
0006693150.tif 000009
【図７】
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【図８】
0006693150.tif 000011
【図９】
0006693150.tif 000012
【図１０Ａ】
0006693150.tif 000013
【図１０Ｂ】
0006693150.tif 000014
【図１０Ｃ】
0006693150.tif 000015
【図１１Ａ】
0006693150.tif 000016
【図１１Ｂ】
0006693150.tif 000017
【図１１Ｃ】
0006693150.tif 000018
【図１１Ｄ】
0006693150.tif 000019
【図１２Ａ】
0006693150.tif 000020
【図１２Ｂ】
0006693150.tif 000021
【図１２Ｃ】
0006693150.tif 000022
【図１３】
0006693150.tif 000023
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
0006693150.tif 000025
【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0006693150.tif 000029
【図１８】
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【図１９】
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