(57)【要約】【課題】高出力化を図ることができる圧電駆動装置を提供する。【解決手段】本発明に係る圧電駆動装置１００は、長手方向と、長手方向と直交する短手方向と、を有するシリコン基板１０と、シリコン基板１０上に設けられ、第１電極３２と、第２電極３６と、第１電極３２と第２電極３６との間に位置する圧電体３４と、を有する圧電素子３０と、長手方向の先端部１２に設けられ、被駆動体２に接触する突起部４０と、を含み、シリコン基板１０の短手方向のヤング率は、シリコン基板１０の長手方向のヤング率よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向と、前記長手方向と直交する短手方向と、を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板上に設けられ、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する圧電体と、を有する圧電素子と、
前記長手方向の先端部に設けられ、被駆動体に接触する突起部と、
を含み、
前記シリコン基板の前記短手方向のヤング率は、前記シリコン基板の前記長手方向のヤング率よりも小さい、圧電駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記シリコン基板は、｛１１０｝基板である、圧電駆動装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記シリコン基板の前記長手方向は、＜１１０＞方向であり、
前記シリコン基板の前記短手方向は、＜１００＞方向である、圧電駆動装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記シリコン基板の前記長手方向は、＜１１１＞方向であり、
前記シリコン基板の前記短手方向は、＜１１２＞方向である、圧電駆動装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記圧電体の厚さは、５０ｎｍ以上２０μｍ以下である、圧電駆動装置。
【請求項６】
面内において直交する２方向のヤング率が互いに異なるシリコンウェハーを準備する工程と、
前記シリコンウェハー上に、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する圧電体と、を有する圧電素子を形成する工程と、
前記シリコンウェハーを加工して、長手方向と前記長手方向と直交する短手方向とを有するシリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された前記圧電素子と、を有するチップを取り出す工程と、
前記チップの前記長手方向の先端部に、被駆動体に接触する突起部を取り付ける工程と、
を含み、
前記シリコン基板の前記短手方向のヤング率が、前記シリコン基板の前記長手方向のヤング率よりも小さくなるように、前記シリコンウェハー内に前記チップを配列する、圧電駆動装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記シリコン基板は、｛１１０｝基板である、圧電駆動装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記シリコン基板の前記長手方向は、＜１１０＞方向であり、
前記シリコン基板の前記短手方向は、＜１００＞方向である、圧電駆動装置の製造方法。
【請求項９】
請求項７において、
前記シリコン基板の前記長手方向は、＜１１１＞方向であり、
前記シリコン基板の前記短手方向は、＜１１２＞方向である、圧電駆動装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれか１項において、
前記圧電体の厚さは、５０ｎｍ以上２０μｍ以下である、圧電駆動装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電駆動装置と、
前記圧電駆動装置によって回転されるローターと、
を含む、モーター。
【請求項１２】
複数のリンク部と、
複数の前記リンク部を接続する関節部と、
複数の前記リンク部を前記関節部で回動させる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電駆動装置と、
を含む、ロボット。
【請求項１３】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電駆動装置と、
液体を輸送するチューブと、
前記圧電駆動装置の駆動によって前記チューブを閉鎖する複数のフィンガーと、
を含む、ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動装置およびその製造方法、モーター、ロボット、ならびにポンプに関する。
【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１参照）。このような圧電駆動装置には、一般的に、バルク状の圧電体を備えた圧電素子（バルク圧電素子）が利用されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
一方、圧電素子としては、薄膜状の圧電体を備えたもの（薄膜圧電素子）が知られている。薄膜圧電素子は、主に、インクジェットプリンターのヘッドにおいて、インクの射出を行うために利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２０９７９号公報
【特許文献２】特開２００８−２２７１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような薄膜圧電素子を圧電駆動装置に用いれば、圧電駆動装置やこれによって駆動される機器を小型化することができる。しかしながら、このような薄膜圧電素子を用いた圧電駆動装置では、小型であるがために、出力が不足する場合がある。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、高出力化を図ることができる圧電駆動装置を提供することにある。また本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、高出力化を図ることができる圧電駆動装置の製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記の圧電駆動装置を含むモーター、ロボット、およびポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、以下の態様又は適用例として実現することができる。
【０００８】
［適用例１］
本発明に係る圧電駆動装置の一態様は、
長手方向と、前記長手方向と直交する短手方向と、を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板上に設けられ、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する圧電体と、を有する圧電素子と、
前記長手方向の先端部に設けられ、被駆動体に接触する突起部と、
を含み、
前記シリコン基板の前記短手方向のヤング率は、前記シリコン基板の前記長手方向のヤング率よりも小さい。
【０００９】
このような圧電駆動装置では、シリコン基板のヤング率が小さい方向を、長手方向ではなく短手方向にすることによって、シリコン基板の短手方向に沿った屈曲振動の振幅を大
きくすることができ、高出力化を図ることができる。
【００１０】
［適用例２］
適用例１において、
前記シリコン基板は、｛１１０｝基板であってもよい。
【００１１】
このような圧電駆動装置では、シリコン基板の面内において直交する２方向のヤング率を、異ならせることができる。
【００１２】
［適用例３］
適用例２において、
前記シリコン基板の前記長手方向は、＜１１０＞方向であり、
前記シリコン基板の前記短手方向は、＜１００＞方向であってもよい。
【００１３】
このような圧電駆動装置では、高出力化を図ることができる。
【００１４】
［適用例４］
適用例２において、
前記シリコン基板の前記長手方向は、＜１１１＞方向であり、
前記シリコン基板の前記短手方向は、＜１１２＞方向であってもよい。
【００１５】
このような圧電駆動装置では、高出力化を図ることができる。
【００１６】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれか１例において、
前記圧電体の厚さは、５０ｎｍ以上２０μｍ以下であってもよい。
【００１７】
このような圧電駆動装置では、圧電体の絶縁破壊を防ぎつつ、高出力化を図ることができる。
【００１８】
［適用例６］
本発明に係る圧電駆動装置の製造方法の一態様は、
面内において直交する２方向のヤング率が互いに異なるシリコンウェハーを準備する工程と、
前記シリコンウェハー上に、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する圧電体と、を有する圧電素子を形成する工程と、
前記シリコンウェハーを加工して、長手方向と前記長手方向と直交する短手方向とを有するシリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された前記圧電素子と、を有するチップを取り出す工程と、
前記チップの前記長手方向の先端部に、被駆動体に接触する突起部を取り付ける工程と、
を含み、
前記シリコン基板の前記短手方向のヤング率が、前記シリコン基板の前記長手方向のヤング率よりも小さくなるように、前記シリコンウェハー内に前記チップを配列する。
【００１９】
このような圧電駆動装置の製造方法では、高出力化を図ることができる圧電駆動装置を製造することができる。
【００２０】
［適用例７］
適用例６において、
前記シリコン基板は、｛１１０｝基板であってもよい。
【００２１】
このような圧電駆動装置の製造方法では、シリコン基板の面内において直交する２方向のヤング率を、異ならせることができる。
【００２２】
［適用例８］
適用例７において、
前記シリコン基板の前記長手方向は、＜１１０＞方向であり、
前記シリコン基板の前記短手方向は、＜１００＞方向であってもよい。
【００２３】
このような圧電駆動装置の製造方法では、高出力化を図ることができる圧電駆動装置を製造することができる。
【００２４】
［適用例９］
適用例７において、
前記シリコン基板の前記長手方向は、＜１１１＞方向であり、
前記シリコン基板の前記短手方向は、＜１１２＞方向であってもよい。
【００２５】
このような圧電駆動装置の製造方法では、高出力化を図ることができる圧電駆動装置を製造することができる。
【００２６】
［適用例１０］
適用例６ないし９のいずれか１例において、
前記圧電体の厚さは、５０ｎｍ以上２０μｍ以下であってもよい。
【００２７】
このような圧電駆動装置の製造方法では、圧電体にクラックが発生することを抑制しつつ、高出力化を図ることができる圧電駆動装置を製造することができる。
【００２８】
［適用例１１］
本発明に係るモーターの一態様は、
適用例１ないし５のいずれか１例に記載の圧電駆動装置と、
前記圧電駆動装置によって回転されるローターと、
を含む。
【００２９】
このようなモーターは、本発明に係る圧電駆動装置を含むため、高出力化を図ることができる。
【００３０】
［適用例１２］
本発明に係るロボットの一態様は、
複数のリンク部と、
複数の前記リンク部を接続する関節部と、
複数の前記リンク部を前記関節部で回動させる適用例１ないし５のいずれか１例に記載の圧電駆動装置と、
を含む。
【００３１】
このようなロボットでは、本発明に係る圧電駆動装置を含むことができる。
【００３２】
［適用例１３］
本発明に係るロボットの一態様は、
適用例１ないし５のいずれか１例に記載の圧電駆動装置と、
液体を輸送するチューブと、
前記圧電駆動装置の駆動によって前記チューブを閉鎖する複数のフィンガーと、
を含む。
【００３３】
このようなポンプでは、本発明に係る圧電駆動装置を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す平面図。
【図２】本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す平面図。
【図４】シリコン基板の長手方向および短手方向を説明するための平面図。
【図５】シリコン基板の長手方向および短手方向を説明するための平面図。
【図６】本実施形態に係る圧電駆動装置と駆動回路との電気的接続状態を説明するための図。
【図７】本実施形態に係る圧電駆動装置の動作を説明するための図。
【図８】本実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法を説明するためのフローチャート。
【図９】本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す平面図。
【図１０】ヤング率を計算する際に用いたシリコンの基本定数を示す表。
【図１１】シリコン（１１０）ウェハーにおけるヤング率の面内方向の分布。
【図１２】シリコン（１１０）ウェハーにおけるヤング率の面内方向の分布。
【図１３】本実施形態に係るロボットを説明するための図。
【図１４】本実施形態に係るロボットの手首部分を説明するための図。
【図１５】本実施形態に係るポンプを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３６】
１．  圧電駆動装置
まず、本実施形態に係る圧電駆動装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る圧電駆動装置１００を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態に係る圧電駆動装置１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、本実施形態に係る圧電駆動装置１００を模式的に示す平面図である。
【００３７】
圧電駆動装置１００は、図１〜図３に示すように、シリコン基板１０と、取付部２０と、圧電素子３０と、突起部４０と、を含む。圧電駆動装置１００と、ローター（被駆動体）２とは、モーター１０１を構成している。ローター２は、圧電駆動装置１００によって回転される。なお、便宜上、図３では、ローター２および圧電素子３０の部材の図示を省略している。
【００３８】
シリコン基板１０は、例えば、｛１１０｝基板である。シリコン基板１０は、例えば、｛１１０｝面で切り出された基板である。ここで、｛１１０｝は、（１１０）と等価な面を表している。したがって、シリコン基板１０は、例えば、（１１０）基板であってもよいし、（−１１０）基板であってもよいし、（−１−１０）基板であってもよい。なお、本明細書において、単位格子の負の面方位または負の方向の「１ｂａｒ」や「２ｂａｒ」については、それぞれ「−１」、「−２」と表記している。
【００３９】
シリコン基板１０は、図１および図３に示すように、長手方向と、長手方向と直交する短手方向と、を有する形状である。図示の例では、シリコン基板１０の平面形状は、長方形である。長手方向は、長辺が延びる方向であり、短手方向は、短辺が延びる方向である。
【００４０】
取付部２０は、図１および図３に示すように、例えば、平面視においてシリコン基板１０の長辺からそれぞれ３本ずつ延びる接続部２２を介して、シリコン基板１０に設けられている。取付部２０および接続部２２の材質は、シリコン基板１０と同じ材質であってもよい。取付部２０および接続部２２は、図３に示すように、シリコン基板１０と一体的に設けられていてもよい。取付部２０は、ネジ２４によって他の部材に圧電駆動装置１００を取り付けるために用いられる。
【００４１】
圧電素子３０は、シリコン基板１０上に設けられている。図示はしないが、圧電素子３０は、例えば、圧電素子３０とシリコン基板１０との密着性を向上させる密着層などを介して、シリコン基板１０上に形成されていてもよい。シリコン基板１０、取付部２０、接続部２２、および圧電素子３０は、チップ１１０を構成している。圧電素子３０は、図２に示すように、第１電極３２と、圧電体３４と、第２電極３６と、を有している。
【００４２】
第１電極３２は、シリコン基板１０上に設けられている。図１に示す例では、第１電極３２の平面形状は、長方形である。第１電極３２は、シリコン基板１０上に設けられたイリジウム層と、イリジウム層上に設けられた白金層と、によって構成されていてもよい。イリジウム層の厚さは、例えば、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。白金層の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。なお、第１電極３２は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕなどからなる金属層、またはこれらの２種以上を混合または積層したものであってもよい。第１電極３２は、圧電体３４に電圧を印加するための一方の電極である。
【００４３】
圧電体３４は、第１電極３２上に設けられている。圧電体３４は、第１電極３２と第２電極３６との間に位置する。圧電体３４の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上２０μｍ以下であり、好ましくは、１μｍ以上７μｍ以下である。このように、圧電素子３０は、薄膜圧電素子である。圧電体３４の厚さが５０ｎｍより小さいと、圧電駆動装置１００の出力が小さくなる場合がある。具体的には、出力を上げようとして圧電体３４への印加電圧を高くすると、圧電体３４が絶縁破壊を起こす場合がある。圧電体３４の厚さが２０μｍより大きいと、圧電体３４にクラックが生じる場合がある。
【００４４】
圧電体３４としては、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料を用いる。具体的には、圧電体３４の材質は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）である。
【００４５】
第２電極３６は、圧電体３４上に設けられている。第２電極３６は、圧電体３４上に設けられた密着層と、密着層上に設けられた導電層と、によって構成されていてもよい。密着層の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。密着層は、例えば、ＴｉＷ層、Ｔｉ層、Ｃｒ層、ＮｉＣｒ層や、これらの積層体である。導電層の厚さは、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。導電層は、例えば、Ｃｕ層、Ａｕ層、Ａｌ層やこれらの積層体である。第２電極３６は、圧電体３４に電圧を印加するための他方の電極である。
【００４６】
圧電素子３０では、図１および図２に示すように、第１電極３２は、１つの連続的な導電体層（第１電極層）として形成されている。一方、第２電極３６は、５つの導電体層（第２電極層）３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅに区分されている。同様に、圧電体３４は、５つの圧電体層３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅに区分されている。
図示の例では、圧電体層３４ａ〜３４ｄの面積は同じであり、圧電体層３４ｅは、圧電体層３４ａ〜３４ｄよりも大きな面積を有している。圧電体層３４ａ，３４ｂは圧電体層の長手方向に並んで設けられ、圧電体層３４ｃ，３４ｄは圧電体層の長手方向に並んで設けられ、圧電体層３４ａ，３４ｂと圧電体層３４ｃ，３４との間に圧電体層３４ｅが設けられている。第２電極層３６ａ〜３６ｅは、それぞれ圧電体層３４ａ〜３４ｅ上に設けられている。図１に示す例では、圧電体層３４ａ〜３４ｅおよび第２電極層３６ａ〜３６ｅの平面形状は、矩形である。
【００４７】
なお、図示はしないが、第２電極３６が１つの連続的な導電層として形成されており、第１電極３２が５つの導電体層に区分されていてもよい。また、図２に示す例では、シリコン基板１０の一方の主面に圧電素子３０が設けられているが、シリコン基板１０の他方の主面（一方の主面と反対側の主面）にも圧電素子３０が設けられていてもよい。
【００４８】
突起部４０は、シリコン基板１０の長手方向Ａの先端部１２に設けられている。図示の例では、突起部４０は、シリコン基板１０の長手方向Ａの側面に設けられている。突起部４０は、ローター２に接触し、シリコン基板１０の動きをローター２に伝える部材である。突起部４０は、接着剤（図示せず）を介してシリコン基板１０に設けられていてもよい。突起部４０の材質は、例えば、セラミックス（具体的にはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ）など）である。
【００４９】
ここで、図４および図５は、シリコン基板１０の長手方向Ａおよび短手方向Ｂを説明するための平面図である。図４および図５に示すように、シリコンウェハー４上に多数のチップ１１０を配列することで、１枚のシリコンウェハー４から多数のチップ１１０を得ることができる。チップ１１０をどのような向きに配列するかは、シリコン基板１０のヤング率を考慮して決定される。
【００５０】
なお、図４および図５において、「ＯＦ」は、オリフラ（オリエンテーション・フラット(ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ｆｌａｔ)）を意味し、＜１１１＞方向に（例えば、シリコン基板１０が（１１０）基板である場合には、［−１１１］方向に）位置している。
【００５１】
図４に示すように、シリコン基板１０の長手方向Ａ（矢印Ａの方向）は、＜１１０＞方向であり、シリコン基板１０の短手方向Ｂ（矢印Ｂの方向）は、＜１００＞方向であってもよい。ここで、＜１１０＞方向は、［１１０］方向と等価な方向を表しており、＜１００＞方向は、［１００］方向と等価な方向を表している。例えばシリコン基板１０が（１１０）基板である場合、シリコン基板１０の長手方向Ａは、［−１１０］方向であり、シリコン基板１０の短手方向Ｂは、［００１］方向であってもよい。
【００５２】
または、図５に示すように、シリコン基板１０の長手方向Ａは、＜１１１＞方向であり、シリコン基板１０の短手方向Ｂは、＜１１２＞方向であってもよい。ここで、＜１１１＞方向は、［１１１］方向と等価な方向を表しており、＜１１２＞方向は、［１１２］方向と等価な方向を表している。例えばシリコン基板１０が（１１０）基板である場合、シリコン基板１０の長手方向Ａは、［−１１１］方向であり、シリコン基板１０の短手方向Ｂは、［１−１２］方向であってもよい。
【００５３】
シリコン基板１０では、面内において直交する２方向においてヤング率が異なる。シリコン基板１０の短手方向Ｂのヤング率は、シリコン基板１０の長手方向Ａのヤング率よりも小さい。シリコン基板１０は、圧電素子３０の変形によって、変形することができる。
【００５４】
ここで、図６は、圧電駆動装置１００と駆動回路５０との電気的接続状態を説明するための図である。図６に示すように、５つの第２電極層３６ａ〜３６ｅのうちで、対角にあ
る一対の第２電極層３６ａ，３６ｄは、配線６０を介して互いに電気的に接続され、他の対角の一対の第２電極層３６ｂ，３６ｃは、配線６２を介して互いに電気的に接続されている。配線６０，６２は、成膜処理によって形成されてもよく、ワイヤー状の配線によって実現されてもよい。図示の例では、３つの第２電極層３６ｂ，３６ｅ，３６ｄと、第１電極３２は、それぞれ配線７０，７２，７４，７６を介して駆動回路５０に電気的に接続されている。
【００５５】
駆動回路５０は、一対の第２電極層３６ａ，３６ｄと第１電極３２との間、および第２電極層３６ｅと第１電極３２との間に周期的に変化する交流電圧または脈流電圧を印加することにより、圧電駆動装置１００を超音波振動させて、突起部４０に接触するローター（被駆動体）２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、駆動回路５０は、他の一対の第２電極層３６ｂ，３６ｃと第１電極３２との間、および第２電極層３６ｅと第１電極３２との間に交流電圧または脈流電圧を印加することにより、突起部４０に接触するローター２を逆方向に回転させることが可能である。
【００５６】
図７は、圧電駆動装置１００の動作を説明するための図である。突起部４０は、図７に示すように、ローター２の外周に接触している。駆動回路５０は、一対の第２電極層３６ａ，３６ｄと第１電極３２との間に交流電圧または脈流電圧を印加する。これにより、圧電体層３４ａ，３４ｄは、図７の矢印ｘの方向に伸縮する。これに応じて、シリコン基板１０は、シリコン基板１０の平面内で屈曲振動（例えば、圧電素子３０に電圧が印加されていない状態でのシリコン基板１０の短手方向Ｂに沿って屈曲振動）して蛇行形状（Ｓ字形状）に変形する。さらに、駆動回路５０は、第２電極層３６ｅと第１電極３２との間に交流電圧または脈流電圧を印加する。これにより、圧電体層３４ｅは、図７の矢印ｙの方向に伸縮する。これにより、シリコン基板１０は、シリコン基板１０の平面内で縦振動（例えば、圧電素子３０に電圧が印加されていない状態でのシリコン基板１０の長手方向Ａに沿って縦振動）する。上記のようなシリコン基板１０の屈曲振動および縦振動によって、突起部４０は、図７の矢印ｚのように楕円運動する。その結果、ローター２は、その中心２ａの周りに所定の方向Ｒ（図７では時計回り方向）に回転する。
【００５７】
なお、駆動回路５０が、一対の第２電極層３６ｂ，３６ｃと第１電極３２との間に交流電圧または脈流電圧を印加する場合には、ローター２は、方向Ｒとは反対方向（計回り方向）に回転する。
【００５８】
また、シリコン基板１０の屈曲振動の共振周波数と縦振動の共振周波数とは、同じであることが好ましい。これにより、効率よくローター２を回転させることができる。
【００５９】
圧電駆動装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００６０】
圧電駆動装置１００では、シリコン基板１０の短手方向のヤング率は、シリコン基板１０の長手方向のヤング率よりも小さい。このように、圧電駆動装置１００では、シリコン基板１０においてヤング率が小さい方向を、長手方向ではなく短手方向にすることによって、シリコン基板１０の短手方向に沿った屈曲振動の振幅を大きくすることができ、高出力化を図ることができる。
【００６１】
ここで、シリコン基板の短手方向に沿った屈曲振動の振幅は、大きければ大きいほど、圧電駆動装置の出力を高くすることができる。一方、シリコン基板の長手方向に沿った縦振動は、ローターと突起部との接触および離間に作用し、屈曲振動に比べて圧電駆動装置の出力に影響しない。そこで、圧電駆動装置１００では、短手方向のヤング率が長手方向
のヤング率よりも小さくなるようにシリコン基板１０を形成することにより、シリコン基板１０の短手方向に沿った屈曲振動の振幅を大きくすることができ、高出力化を図ることができる。
【００６２】
圧電駆動装置１００では、シリコン基板１０は、｛１１０｝基板である。そのため、シリコン基板１０は、シリコン基板の面内において直交する２方向のヤング率を、異ならせることができる（後述する実験例参照）。圧電駆動装置１００では、シリコン基板の面内において直交する２方向に、シリコン基板１０の長手方向および短手方向をそろえることができる。
【００６３】
圧電駆動装置１００では、圧電体３４の厚さは、５０ｎｍ以上２０μｍ以下である。そのため、圧電駆動装置１００では、圧電体３４にクラックが発生することを抑制しつつ、高出力化を図ることができる。
【００６４】
なお、上記の例では、突起部４０は、シリコン基板１０の長手方向の先端部１２に設けられていたが、本発明に係る圧電駆動装置は、ステンレス鋼などからなる金属板を有し、突起部４０は、該金属板の長手方向の先端部に設けられていてもよい。この場合、シリコン基板１０は、金属板上に設けられる。ただし、短手方向のヤング率が長手方向のヤング率よりも小さくなるようにシリコン基板１０を形成することにより、圧電駆動装置の高出力化を図るためには、上述した圧電駆動装置１００のように、金属板は設けられていないことが好ましい。
【００６５】
２．  圧電駆動装置の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電駆動装置１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る圧電駆動装置１００の製造方法を説明するためのフローチャートである。図９は、本実施形態に係る圧電駆動装置１００の製造工程を模式的に示す平面図である。
【００６６】
図９に示すように、面内において直交する２方向のヤング率が互いに異なるシリコンウェハー４を準備する（Ｓ１）。図９に示す例では、シリコンウェハー４は、（１１０）面で切り出されたシリコンウェハーであり、＜１１０＞方向（シリコン基板１０の長手方向Ａとなる方向）のヤング率と、＜１００＞方向（シリコン基板１０の短手方向Ｂとなる方向）のヤング率とは、異なる。
【００６７】
図４に示すように、シリコンウェハー４上に、圧電素子３０を形成する（Ｓ２）。具体的には、シリコンウェハー上に第１電極３２を形成し、第１電極３２上に圧電体３４を形成し、圧電体３４上に第２電極３６を形成する。第１電極３２および第２電極３６は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、めっき法により導電層を成膜し、該導電層を、フォトリソグラフィーおよびエッチングによってパターニングすることにより形成される。圧電体３４は、例えば、ゾルゲル法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により絶縁層を成膜し、該絶縁層を、フォトリソグラフィーおよびエッチングによってパターニングすることにより形成される。
【００６８】
次に、シリコンウェハー４を加工して、シリコン基板１０と、取付部２０と、接続部２２と、圧電素子３０と、を有するチップ１１０（図１および図２参照）を取り出す（Ｓ３）。具体的には、シリコンウェハー４を、フォトリソグラフィーおよびエッチングすることによって、チップ１１０を取り出す。
【００６９】
図４および図５に示すように、シリコンウェハー４上に多数のチップ１１０を配列する
ことで、１枚のシリコンウェハー４から多数のチップ１１０を取り出すことができる。工程Ｓ２およびＳ３において、チップ１１０をどのような向きに配列するかは、シリコン基板１０のヤング率を考慮して決定される。具体的には、シリコン基板１０の短手方向のヤング率が、シリコン基板１０の長手方向のヤング率よりも小さくなるように、シリコンウェハー４内にチップ１１０を配列する。
【００７０】
図１および図２に示すように、チップ１１０の長手方向の先端部（図示の例では、シリコン基板１０の長手方向の先端部）１２に、突起部４０を取り付ける（Ｓ４）。具体的には、接着剤を用いて、先端部１２に突起部４０を接着させる。
【００７１】
以上の工程により、圧電駆動装置１００を製造することができる。
【００７２】
圧電駆動装置１００の製造方法では、シリコン基板１０の短手方向のヤング率が、シリコン基板１０の長手方向のヤング率よりも小さくなるように、シリコンウェハー４内にチップ１１０を配列する。そのため、高出力化を図ることができる圧電駆動装置１００を製造することができる。
【００７３】
３．  実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
【００７４】
実験例として、シリコン（１１０）ウェハー（（１１０）面で切り出されたシリコンウェハー）の面内方向におけるヤング率を計算した。ヤング率は、弾性スティッフネスの行列を用いて計算した。図１０は、ヤング率を計算する際に用いたシリコンの基本定数を示す表である。図１０において、「ｃｉｊ」はスティッフネスを示しており、「ｓｉｊ」はコンプライアンスを示している。
【００７５】
図１１および図１２は、上記の方法で計算したシリコン（１１０）ウェハーにおけるヤング率の面内方向の分布を示す図である。図１１および図１２において、太線でヤング率の分布を示している。図１１および図１２では、オリフラを［−１１１］方向とした。
【００７６】
図１１に示すように、［００１］方向のヤング率は、シリコン（１１０）ウェハーにおいて最も小さく、１３０．８ＧＰａであった。また、［００１］方向と直交する［−１１０］方向のヤング率は、１６９．７ＧＰａであった。したがって、図１１に示すように、圧電駆動装置を構成するシリコン基板１０の長手方向を［−１１０］方向とし、短手方向を［００１］方向とすることにより、シリコン基板１０の短手方向のヤング率を、シリコン基板１０の長手方向のヤング率よりも大きくすることができる。特に、［００１］方向は、シリコン（１１０）ウェハーにおいて最もヤング率が小さい方向なので、短手方向に沿った屈曲振動の振幅を、シリコン（１１０）ウェハーから形成されるシリコン基板１０において、最も大きくすることができる。
【００７７】
図１２に示すように、［１−１２］方向のヤング率は、１６９．７ＧＰａであった。また、［１−１２］方向と直交する［−１１１］方向のヤング率は、１８８．４ＧＰａであった。したがって、図１２に示すように、圧電駆動装置を構成するシリコン基板１０の長手方向を［−１１１］方向とし、短手方向を［１−１２］方向とすることにより、シリコン基板１０の短手方向のヤング率を、シリコン基板１０の長手方向のヤング率よりも大きくすることができる。［−１１１］方向は、シリコン（１１０）ウェハーにおいて最もヤング率が大きい方向である。なお、図１１および図１２に示すように、［１−１１］方向のヤング率は、［−１１１］方向のヤング率と同じで、１８８．４ＧＰａであった。
【００７８】
４．  圧電駆動装置を用いた装置
本発明に係る圧電駆動装置は、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。本発明に係る圧電駆動装置は、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、印刷装置の紙送り機構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。以下では、本発明に係る圧電駆動装置として、圧電駆動装置１００を含む装置について説明する。
【００７９】
４．１．  ロボット
図１３は、圧電駆動装置１００を利用したロボット２０５０を説明するための図である。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の間を回動また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。
【００８０】
それぞれの関節部２０２０には、圧電駆動装置１００が内蔵されており、圧電駆動装置１００を用いて関節部２０２０を任意の角度だけ回動また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１００が内蔵されており、圧電駆動装置１００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１００が設けられており、圧電駆動装置１００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。
【００８１】
図１４は、図１３に示したロボット２０５０の手首部分を説明するための図である。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１００を備えており、圧電駆動装置１００は、手首のリンク部２０１２およびロボットハンド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１００が搭載されている。このため、圧電駆動装置１００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。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１００を適用可能である。
【００８２】
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１００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。したがって、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、圧電駆動装置１００は、通常の電動モーター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。
【００８３】
４．２．  ポンプ
図１５は、圧電駆動装置１００を利用した送液ポンプ２２００の一例を示す説明するための図である。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１００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。
【００８４】
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１００の突起部４０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５００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、ご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。
【００８５】
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、圧電駆動装置１００を用いることにより、通常の電動モーターよりも駆動電流を小さくできるので、投薬装置の消費電力を抑制することができる。したがって、投薬装置を電池駆動する場合は、特に有効である。
【００８６】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００８７】
２…ローター、２ａ…中心、４…シリコンウェハー、１０…シリコン基板、１２…先端部、２０…取付部、２２…接続部、２４…ネジ、３０…圧電素子、３２…第１電極、３４…圧電体、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ…圧電体層、３６…第２電極、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ…第２電極層、４０…突起部、５０…駆動回路、６０，６２，７０，７２，７４，７６…配線、１００…圧電駆動装置、１０１…モーター、１１０…チップ、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、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、２２１３，２２１４，２２１５，２２１６，２２１７，２２１８，２２１９…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３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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