CN106253742B - 马达用压电驱动装置、马达、机器人以及泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及马达用压电驱动装置、马达、机器人以及泵。本发明提供能够实现高输出化的马达用压电驱动装置。一种马达用压电驱动装置，包括：振动板，其具有固定部、和设置有压电元件并被上述固定部支承的振动体部；以及接触部，其与被驱动体接触，并将上述振动板的动作传递至上述被驱动体，在将与上述振动板的主面平行并且相互正交的两个方向设为X方向以及Y方向，将与上述振动板的主面垂直的方向设为Z方向时，从上述Y方向观察，上述固定部、上述振动体部以及上述接触部按该顺序沿着上述X方向被设置。
Description
技术领域
本发明涉及马达用压电驱动装置、马达、机器人以及泵。
背景技术
使压电体振动而驱动被驱动体的压电促动器(马达用压电驱动装置)不需要磁石、线圈，因此可在各种领域被利用。
例如专利第2847758号公报记载有，使用使一个端部固定并使另一个端部自由的弹性板的长边方向纵向振动一次模式的共振振动和长边方向的弯曲振动高次模式的共振振动，使与弹性板接触地配置的转子转子旋转的超声波马达(马达用压电驱动装置)。在这样的压电驱动装置中，通过缩小纵向振动的共振频率与弯曲振动(横向振动)的共振频率之差，能够高效地使转子转子旋转。
另外，例如在日本特开2004-140947号公报记载有，在包括：具备压电元件的振动板、支承振动板的臂部、以及借助臂部将振动板支承为能够振动的固定板的驱动装置中，臂部从两侧在两个支点支承振动板的长边方向大致中央(中央支承构造)。
然而，在日本专利第2847758号公报所记载的压电驱动装置中，与振动板的主面(振动板的上表面)接触地配置有转子。因此，在专利第2847758号公报所记载的压电驱动装置中，将振动板向振动板的主面的垂线方向按压，因此例如，应力在振动板的固定部(振动板的夹具所夹持的部分)与振动的部分的边界集中，存在振动板破坏的可能性。因此，存在无法增大按压振动板的力，从而无法提高输出的情况。
另外，在日本特开2004-140947号公报所记载的压电驱动装置中，支承振动板的臂部是不阻碍振动板的振动的细长部件，例如，对这样的细长部件施加应力(剪应力)，从而存在臂部破坏的可能性。因此，存在无法增大按压振动板的力，从而无法提高输出的情况。
发明内容
本发明的几个方式的目的之一在于提供一种能够实现高输出化的马达用压电驱动装置。另外，本发明的几个方式的目的之一在于提供一种包括上述的马达用压电驱动装置的马达、机器人以及泵。
另外，在上述那样的压电驱动装置中，在将振动板(弹性板)安装于固定部件时，存在若振动板相对于固定部件的位置偏移(从所希望的位置偏离)，则纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差变大的情况。因此，存在无法高效地使转子旋转的情况。并且，存在压电驱动装置的特性的差别变大的情况。
本发明的几个方式的目的之一在于提供一种即使振动板相对于固定部件的位置偏移，也难以使纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差变大的马达用压电驱动装置。另外，本发明的几个方式的目的之一在于提供一种包括上述的马达用压电驱动装置的马达、机器人以及泵。
本发明是为了解决上述的课题的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式或者应用例来实现。
[应用例1]
本发明的马达用压电驱动装置的一方式包括：
振动板，其具有固定部、和设置有压电元件并被上述固定部支承的振动体部；以及
接触部，其与被驱动体接触，并将上述振动板的动作传递至上述被驱动体，
在将与上述振动板的主面平行并且相互正交的两个方向设为X方向以及Y方向，将与上述振动板的主面垂直的方向设为Z方向时，
从上述Y方向观察，上述固定部、上述振动体部以及上述接触部按该顺序，沿着上述X方向被设置。
对于这样的马达用压电驱动装置而言，能够使将振动板按压于被驱动体的力(推压力)变大，从而能够实现高输出化。
[应用例2]
在应用例1中，
也可以在上述固定部设置有与上述压电元件的电极电连接的端子。
对于这样的马达用压电驱动装置而言，能够缩小连接于端子的布线(具体而言，连接于用于使马达用压电驱动装置驱动的驱动电路的布线)给予振动体主体部的振动的影响。另外，能够减少因振动体主体部的振动而布线与端子的连接被切断的可能性。
[应用例3]
在应用例1或者2中，
也可以在上述振动体部以使在上述X方向上产生纵向振动、在上述Y方向上产生弯曲振动的方式设置有多个上述压电元件。
对于这样的马达用压电驱动装置而言，与例如振动体部在X方向上没有纵向振动的情况相比，能够使从接触部给予被驱动体的力变大。
[应用例4]
在应用例1～3中任1例中，
上述振动板也可以在上述Z方向上层叠有多个。
对于这样的马达用压电驱动装置而言，能够进一步实现高输出化。
[应用例5]
在应用例1～4的任1例中，
上述振动板也可以由硅基板构成。
对于这样的马达用压电驱动装置而言，能够利用半导体制造工序(例如光刻以及蚀刻技术)来加工振动板。
[应用例6]
本发明的马达用压电驱动装置的一方式包括：
振动板，其具有基部、设置有压电元件的振动体部、以及连接上述基部和上述振动体部的连接部；以及
接触部，其与被驱动体接触，并将上述振动板的动作传递至上述被驱动体，
在将与上述振动板的主面平行并且相互正交的两个方向设为X方向以及Y方向，将与上述振动板的主面垂直的方向设为Z方向，将包括上述Y方向以及上述Z方向的面设为YZ面时，
从上述Y方向观察，上述基部、上述连接部以及上述振动体部按该顺序，沿着上述X方向被设置，
上述连接部的与上述YZ面平行的截面的面积比上述基部的与上述YZ面平行的截面的面积小。
对于这样的马达用压电驱动装置而言，即使振动板相对于固定部件的位置偏移，在同例如连接部的与YZ面平行的截面的面积同基部的与YZ面平行的截面的面积相同的情况相比，难以使纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差变大(详细情况参照后述的实验例)。
[应用例7]
在应用例6中，
也可以上述连接部的与上述YZ面平行的截面的面积比上述振动体部的与上述YZ面平行的截面的面积小。
对于这样的马达用压电驱动装置而言，即使振动板相对于固定部件的位置偏移，也难以使纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差变大。
[应用例8]
在应用例6或者7中，
上述连接部的上述Y方向的大小也可以小于上述基部以及上述振动体部的上述Y方向的大小。
对于这样的马达用压电驱动装置而言，能够使连接部的与上述YZ面平行的截面的面积比基部以及振动体部的与上述YZ面平行的截面的面积小。
[应用例9]
在应用例6～8的任1例中，
进一步具有：安装有上述振动板的上述基部的固定部件，
也可以在将从上述基部朝向上述振动体部一侧的方向设为+X方向时，上述连接部相比上述固定部件的上述+X方向侧的端部而被设置于靠上述+X方向侧。
在这样的马达用压电驱动装置中，即使振动板相对于固定部件的位置偏移，也能够减少连接部被固定于固定部件的可能性。
[应用例10]
在应用例6～9的任1例中，
也可以在上述振动体部以使在上述X方向上产生纵向振动、在上述Y方向上产生弯曲振动的方式设置有多个上述压电元件。
对于这样的马达用压电驱动装置而言，与例如振动体部在X轴方向上没有纵向振动的情况相比，能够使从接触部给予被驱动体的力变大。
[应用例11]
在应用例6～10的任1例中，
也可以从上述Y方向观察，上述基部、上述连接部、上述振动体部以及上述接触部按该顺序，沿着上述X方向被设置。
对于这样的马达用压电驱动装置而言，能够使将振动板按压于被驱动体的力变大，从而能够实现高输出化。
[应用例12]
本发明的马达的一方式包括：
应用例1～11中任1例所记载的马达用压电驱动装置；和
通过上述马达用压电驱动装置而旋转的转子。
这样的马达能够包括本发明的马达用压电驱动装置。
[应用例13]
本发明的机器人的一方式包括：
多个连杆部；
连接多个上述连杆部的关节部；以及
通过上述关节部使多个上述连杆部转动的应用例1～11中任1例所记载的马达用压电驱动装置。
对于这样的机器人而言，能够包括本发明的马达用压电驱动装置。
[应用例14]
本发明的泵的一方式包括：
应用例1～11中任1例所记载的马达用压电驱动装置；
输送液体的管件；以及
利用上述马达用压电驱动装置的驱动将上述管件闭塞的多个指状物。
对于这样的泵而言，能够包括本发明的马达用压电驱动装置。
附图说明
图1是示意性地表示第一实施方式的马达用压电驱动装置的剖视图。
图2是示意性地表示第一实施方式的马达用压电驱动装置的俯视图。
图3是示意性地表示第一实施方式的马达用压电驱动装置的剖视图。
图4是示意性地表示第一实施方式的马达用压电驱动装置的俯视图。
图5是用于对第一实施方式的马达用压电驱动装置与驱动电路的电连接状态进行说明的图。
图6是用于对第一实施方式的马达用压电驱动装置的动作进行说明的图。
图7是用于对模拟使用的模型进行说明的图。
图8是用于对模拟使用的模型进行说明的图。
图9是表示振动板所产生的最大应力的表。
图10是示意性地表示第一实施方式的变形例的马达用压电驱动装置的剖视图。
图11是示意性地表示第二实施方式的马达用压电驱动装置的俯视图。
图12是示意性地表示第二实施方式的马达用压电驱动装置的剖视图。
图13是示意性地表示第二实施方式的第一变形例的马达用压电驱动装置的俯视图。
图14是示意性地表示第二实施方式的第二变形例的马达用压电驱动装置的俯视图。
图15是示意性地表示第二实施方式的第三变形例的马达用压电驱动装置的剖视图。
图16是用于对模拟所使用的模型进行说明的立体图。
图17A是用于对模拟所使用的模型进行说明的俯视图。
图17B是用于对模拟所使用的模型进行说明的俯视图。
图17C是用于对模拟所使用的模型进行说明的俯视图。
图18A是用于对模拟所使用的模型的振动板的振动进行说明的俯视图。
图18B是用于对模拟所使用的模型的振动板的振动进行说明的俯视图。
图19是表示纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差的变化率的表。
图20是表示纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差的变化率的图。
图21是表示纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差的表。
图22是表示纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差的变化率的表。
图23是用于对模拟所使用的模型进行说明的立体图。
图24是表示纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差的变化率的图。
图25是表示纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差的变化率的图。
图26是表示纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差的变化率的表。
图27是表示纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差的变化率的图。
图28是表示纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差的变化率的图。
图29是表示纵向振动的共振频率的表。
图30是表示纵向振动的共振频率的图。
图31是用于对模拟所使用的模型进行说明的立体图。
图32是表示纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差的变化率的图。
图33是用于对第三实施方式的机器人进行说明的图。
图34是用于对第三实施方式的机器人的手臂部分进行说明的图。
图35是用于对第三实施方式的泵进行说明的图。
附图标记的说明
2...转子；2a...中心；4...布线；5...端子；6a、6b、6c...布线；7...端子；10...基板；12...凸部；20...固定部件；21...端部；30...弹簧；40...振动板；40a...主面；42...固定部；42a...第一部分；42b...第二部分；43...基部；44...连接部；45...缺口部；46...振动体部；50、50a、50b、50c...压电元件；52...第一电极层；54...压电体层；56...第二电极层；60...接触部；70...驱动电路；80、82、84、86...布线；100...马达用压电驱动装置；101...马达；120...固定板；140...振动板；142a...第一部分；142b...第二部分；143...基部；144...连接部；146...振动体部；200...马达用压电驱动装置；240...振动板；242a...第一部分；242b...第二部分；243...基部；244...连接部；246...振动体部；300...马达用压电驱动装置；320...固定部件；340...振动板；342a...第一部分；342b...第二部分；343...基部；344...连接部；345...缺口部；346...振动体部；400...马达用压电驱动装置；420...固定部件；440...振动板；500...马达用压电驱动装置；520...固定部件；540...振动板；542a...第一部分；542b...第二部分；543...基部；544...连接部；546...振动体部；600...马达用压电驱动装置；2000...机器人手；2003...把持部；2010...臂；2012...连杆部；2020...关节部；2050...机器人；2200...输液泵；2202...凸轮；2202A...突起部；2211...储液槽；2212...管件；2213、2214、2215、2216、2217、2218、2219...指状物；2222...转子；2223...减速传递机构；2230...壳体。
具体实施方式
以下，利用附图对本发明的优选的实施方式详细地进行说明。此外，以下进行说明的实施方式并未不当地限定技术方案所记载的本发明的内容。另外，以下所说明的结构的全部不限定于是本发明的必需构成要件。
1.第一实施方式
1.1.马达用压电驱动装置
首先，参照附图对第一实施方式的马达用压电驱动装置进行说明。图1是示意性地表示第一实施方式的马达用压电驱动装置100的剖视图。图2是示意性地表示第一实施方式的马达用压电驱动装置100的俯视图。此外，图1是图2的I-I线剖视图。另外，图1、图2以及后述的图3～图8、图10图示出相互正交的X轴、Y轴以及Z轴。
如图1以及图2所示，马达用压电驱动装置100具备基板10、固定板20、弹簧30、振动板40、压电元件50以及接触部(突起部)60。马达用压电驱动装置100和转子(被驱动体)2构成马达101。转子2通过马达用压电驱动装置100而旋转。此外，为了方便，在图2中，省略基板10、固定板20、弹簧30，将压电元件50简化而图示。
如图1所示，在基板10载置有固定板20以及转子2。在图示的例子中，基板10具有向+Z轴方向侧突出的凸部12。基板10的材质未特别限定，例如是金属材料、树脂材料、陶瓷材料、半导体材料。
固定板(固定部件)20被设置在基板10上。在固定板20固定有振动板40的固定部42。固定板20能够相对于基板10位移(图示的例子中沿X轴方向位移)。固定板20的材质例如是不锈钢。
弹簧30将基板10的凸部12与固定板20连接。在图示的例子中，弹簧30将固定板20向+X轴方向侧推压。由此，能够将接触部60向转子2按压(推压)。
振动板40被设置在固定板20上。振动板40例如由半导体基板(具体而言硅基板)构成。此外，振动板40的材质也可以是例如不锈钢、铝、铝合金、钛、钛合金、铜、铜合金、铁-镍合金等金属材料、氧化铝、氧化锆等陶瓷材料。在图示的例子中，振动板40例如具有X轴方向成为长边方向的形状。振动板40具有固定部42、连接部44以及振动体部46。
固定部42被固定于固定板20。固定部42是在从Z轴方向观察(俯视中)，振动板40的与固定板20重叠的部分。固定部42也可以例如借助粘合剂(未图示)与固定板20连接。如图1所示，振动板40以悬臂梁状被固定板20支承。
连接部44将固定部42与振动体部46连接。连接部44与固定板20分离地设置。在图示的例子中，连接部44的Y轴方向的大小(宽度)小于固定部42的宽度以及振动体部46的宽度。此外，虽未图示，但连接部44的宽度也可以与固定部42的宽度相同，连接部44也可以具有宽度与固定部42相同的部分和宽度小于固定部42的部分。另外，也可以不设置连接部44，固定部42与振动体部46相互连接。
振动体部46经由连接部44被固定部42支承。振动体部46与固定板20分离地设置。在振动体部46设置有压电元件50。在图示的例子中，振动体部46的Y轴方向的大小与固定部42的Y轴方向的大小相同。振动体部46能够与压电元件50的变形对应地变形。振动体部46的厚度例如为700μm以下。由此，振动体部46能够与压电元件50的变形对应地充分地变形。
压电元件50被设置在振动体部46上。在图示的例子中，压电元件50被设置于振动板40的主面40a。主面40a是与X方向(X轴方向)以及Y方向(Y轴方向)平行的面(与XY平面平行的面)，且是与Z方向(Z轴方向)垂直的面(垂线是Z轴方向的面)。在图示的例子中，主面40a是朝向+Z轴方向的面。此处，图3是示意性地表示马达用压电驱动装置100的剖视图。图4是示意性地表示马达用压电驱动装置100的俯视图。此外，图3是图4的III-III线剖视图。另外，为了方便，图3以及图4中，省略基板10、固定板20以及弹簧30而图示。
如图4所示，压电元件50被设置有多个。图4所示的例子中，压电元件50被设置有三个。压电元件50a被设置于压电元件50b与压电元件50c之间。压电元件50b被设置于比压电元件50a更靠-Y轴方向侧。压电元件50c被设置于比压电元件50a更靠+Y轴方向侧。如图3所示，压电元件50具有第一电极层52、压电体层54以及第二电极层56。
第一电极层52被设置在振动体部46上。第一电极层52也可以由被设置在振动体部46上的铱层、和被设置在铱层上的白金层构成。铱层的厚度例如在5nm以上100nm以下。白金层的厚度例如在50nm以上300nm以下。此外，第一电极层52也可以由Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Cu等构成的金属层、或者将这些的两种以上混合或者层叠。
第一电极层52是用于对压电体层54施加电压的一方的电极。在图示的例子中，三个压电元件50a、50b、50c的第一电极层52相互连接而被设置为一个电极层(构成共用的电极层)。
如图4所示，第一电极层52经由布线4与端子5电连接。图示的例子中，端子5的Y轴方向的大小大于布线4的Y轴方向的大小。端子5被设置在固定部42上。端子5也可以接地。此外，为了方便，图1以及图2中，省略布线4以及端子5的图示。
压电体层54被设置在第一电极层52上。压电体层54的厚度例如在0.05μm以上20μm以下，优选在1μm以上7μm以下。这样，压电元件50是薄膜压电元件。若压电体层54的厚度小于0.05μm，则存在马达用压电驱动装置100的输出变小的情况。具体而言，若欲提高输出而增大朝压电体层54的施加电压，则存在压电体层54产生绝缘破坏的情况。若压电体层54的厚度大于20μm，则存在在压电体层54产生裂缝的情况。并且，若压电体层54的厚度大于20μm，则压电元件50的质量变大，从而存在振动板40无法具有悬臂梁状的构造的情况。在图示的例子中，三个压电元件50a、50b、50c的压电体层54相互分离地设置。
作为压电体层54使用钙钛矿型氧化物的压电材料。具体而言，压电体层54的材质例如是锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3：PZT)、铌锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti，Nb)O3：PZTN)。
第二电极层56被设置在压电体层54上。第二电极层56也可以由被设置在压电体层54上的密合层、和被设置在密合层上的导电层构成。密合层的厚度例如在10nm以上100nm以下。密合层例如是TiW层、Ti层、Cr层、NiCr层、这些的层叠体。导电层的厚度例如在1μm以上10μm以下。导电层例如是Cu层、Au层、Al层、这些的层叠体。
第二电极层56是用于对压电体层54施加电压的另一方的电极。在图示的例子中，三个压电元件50a、50b、50c的第二电极层56相互分离地设置。
如图4所示，第二电极层56经由布线6a、6b、6c与端子7a、7b、7c电连接。具体而言，压电元件50a的第二电极层56与端子7a电连接，压电元件50b的第二电极层56与端子7b电连接，压电元件50c的第二电极层56与端子7c电连接。在图示的例子中，端子7a、7b、7c的Y轴方向的大小大于布线6a、6b、6c的Y轴方向的大小。端子7a、7b、7c被设置在固定部42上。布线6a、6b、6c以不与布线4以及第一电极层52接触的方式被设置。此外，为了方便，在图1以及图2中，省略布线6a、6b、6c以及端子7a、7b、7c的图示。
此外，虽未图示，但也可以三个压电元件50a、50b、50c的第一电极层52相互分离地设置，三个压电元件50a、50b、50c的第二电极层56相互连接而作为一个电极层来设置。另外，三个压电元件50a、50b、50c的压电体层54也可以相互连接而作为一个压电体层而设置。另外，压电元件50也可以被设置于朝向与振动体部46的主面(上表面)40a相反的下表面。
接触部60被设置于振动体部46的前端(图示的例子中+X轴方向侧的端部)。接触部60是与转子2接触将振动板40的动作(振动)传递于转子2的部件。接触部60也可以作为与振动板40分开独立的部件设置，也可以与振动板40一体地设置。接触部60也可以借助粘合剂(未图示)而被设置于振动板40。接触部60的材质例如是陶瓷(具体而言氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氮化硅(Si3N)等)。
如图1所示那样从Y轴方向观察，固定部42、连接部44、振动体部46以及接触部60按该顺序沿着X轴方向被设置。从Y轴方向观察，固定部42、连接部44、振动体部46以及接触部60按该顺序沿着与X轴平行的假想直线(未图示)被设置。在图示的例子中，固定部42、连接部44、振动体部46、接触部60以及转子2按该顺序沿着X轴方向被设置。
此处，图5是用于对马达用压电驱动装置100与驱动电路70的电连接状态进行说明的图。如图5所示，端子5、7a、7b、7c分别经由布线80、82、84、86，与驱动电路70电连接。
驱动电路70通过对端子5与端子7a之间以及端子5与端子7b之间施加周期性地变化的交流电压或者脉动电压，使马达用压电驱动装置100超声波振动，从而能够使与接触部60接触的转子2向规定的旋转方向旋转。此处，“脉动电压”是指对交流电压附加了DC偏置的电压，其电压(电场)的方向是从一方的电极朝向另一方的电极的一个方向。另外，驱动电路70通过在端子5与端子7c之间以及端子5与端子7a之间施加交流电压或者脉动电压，能够使与接触部60接触的转子2向相反方向旋转。
图6是用于对马达用压电驱动装置100的动作进行说明的图。马达用压电驱动装置100的接触部60如图6所示与转子2的外周接触。驱动电路70对端子5与端子7b之间施加交流电压或者脉动电压。由此，压电元件50b的压电体层54沿图6的箭头A的方向伸缩。与此对应地，振动体部46在Y轴方向上(与XY平面平行的面内)进行弯曲振动。并且，驱动电路70对端子5与端子7a之间施加交流电压或者脉动电压。由此，压电元件50c的压电体层54沿图6的箭头B的方向伸缩。与此对应地，振动体部46在X轴方向上进行纵向振动(伸缩)。由于振动体部46的弯曲振动以及纵向振动，所以接触部60进行椭圆运动，转子2以其中心2a作为轴而向方向R(图6中顺时针方向)旋转。
此外，驱动电路70在对端子5与端子7c之间以及端子5与端子7a之间施加交流电压或者脉动电压的情况下，转子2向与方向R相反的方向(逆时针方向)旋转。
如以上那样，在振动体部46，以使X轴方向上产生纵向振动、使Y轴方向上产生弯曲振动的方式设置有多个压电元件50。具体而言，压电元件50a是用于使振动板40在X轴方向上产生纵向振动的压电元件，压电元件50b、50c是用于使振动板40在Y轴方向上产生弯曲振动的压电元件。
马达用压电驱动装置100例如具有以下的特征。
在马达用压电驱动装置100中，从Y轴方向观察，固定部42、连接部44、振动体部46以及接触部60按该顺序沿着X轴方向设置。因此，在马达用压电驱动装置100中，能够增大将振动板40向转子2按压的力，从而能够实现高输出化。并且，在马达用压电驱动装置100中，例如，相对于来自外部的冲击等难以损坏，从而能够具有较高的可靠性。
例如，在与振动板的主面接触地配置有转子的情况下(在振动板的主面设置有接触部的情况下)，由于将振动板向振动板的主面的垂线方向按压，所以应力在振动板的固定部与连接部的边界集中而存在振动板破坏的可能性，从而存在无法增大按压振动板的力的情况(详细情况参照后述的实验例)。另外，存在振动板的固定部与连接部的边界容易破坏，可靠性低的情况。
另外，例如，通过作为细长部件的臂部，从两侧在两个支点支承振动板的长边方向大致中央的情况下(中央支承构造)，应力(剪应力)在振动板与臂部的边界集中而存在振动板破坏的可能性，从而存在无法增大按压振动板的力的情况(详细情况参照后述的实验例)。另外，存在振动板与臂部的边界容易破坏，可靠性低的情况。
另外，马达用压电驱动装置100中，振动板40是悬臂梁构造，因此与例如通过作为细长部件的臂部支承振动板的中央支承构造的情况相比，能够增大将端子5、7a、7b、7c与压电元件50电连接的布线4、6a、6b、6c的宽度(Y轴方向的大小)。因此，能够减少布线4、6a、6b、6c的电阻，从而能够高效地对压电元件50施加电压。并且，能够抑制布线4、6a、6b、6c的发热。
另外，在马达用压电驱动装置100中，例如与中央支承构造的情况相比，缩小振动板40的X轴方向的大小而也能够实现高输出化。即，马达用压电驱动装置100中，与中央支承构造的情况相比，能够实现小型化，并且实现高输出化。因此，能够使例如一个硅晶片的振动板40的采用数量增加。另外，能够缩小振动板40的容量。
在马达用压电驱动装置100中，在固定部42设置有与上述压电元件50的电极层52、56电连接的端子5、7a、7b、7c。因此，能够减少布线80、82、84、86对振动体部46的振动给予的影响。另外，能够减小由于振动体部46的振动而使端子5、7a、7b、7c与布线80、82、84、86的连接切断的可能性。
在马达用压电驱动装置100中，在振动体部46以使X轴方向上产生纵向振动、使Y轴方向上产生弯曲振动的方式设置有多个压电元件50。因此，在马达用压电驱动装置100中，与例如振动体部在X轴方向上不产生纵向振动的情况相比，能够增大从接触部60给予转子2的力。
在马达用压电驱动装置100中，振动板40由硅基板构成。因此，在马达用压电驱动装置100中，能够使用半导体制造工序(例如光刻以及蚀刻技术)加工振动板40。
1.2.马达用压电驱动装置的制造方法
接下来，参照附图对第一实施方式的马达用压电驱动装置100的制造方法进行说明。
如图2所示，形成振动板40。振动板40例如通过光刻以及蚀刻对硅晶片(未图示)进行刻画图案而形成。
如图3所示，在振动板40的振动体部46上将第一电极层52、压电体层54、第二电极层56按该顺序形成。电极层52、56通过例如利用溅射法、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)法、电镀法使导电层成膜，并通过光刻以及蚀刻对该导电层进行刻画图案而形成。压电体层54通过例如利用溶胶-凝胶法、MOD(Metal Organic Deposition：有机金属沉积)法使绝缘层成膜，并通过光刻以及蚀刻对该绝缘层进行刻画图案而形成。通过本工序，能够形成压电元件50。
此外，在形成第一电极层52的工序中，能够形成布线4以及端子5。另外，在形成第二电极层56的工序中，能够形成布线6a、6b、6c以及端子7a、7b、7c。
接下来，使接触部60与振动体部46连接。接触部60与振动体部46的连接例如使用粘合剂进行。
接下来，将设置有压电元件50以及接触部60的振动板40固定于固定板20。固定板20与振动板40的连接例如使用粘合剂进行。
通过以上的工序，能够制造马达用压电驱动装置100。
接下来，分别经由布线80、82、84、86使马达用压电驱动装置100的端子5、7a、7b、7c与驱动电路70连接。
1.3.实验例
以下示出实验例，进一步具体地对本发明进行说明。此外，本发明未被以下的实验例进行任何的限定。
1.3.1.模拟使用的模型
使用模型M1、M2，利用有限元法进行了模拟。图7是用于对模拟所使用的模型M1进行说明的图，图8是用于对模拟所使用的模型M2进行说明的图。
在模型M1中，如图7所示，振动板140以悬臂梁状被支承(悬臂梁构造)。振动板140的-X轴方向侧的端部被固定于固定板120。振动板140的形状是立方体。在振动板140的+X轴方向侧的端部设置有突起部160。振动板140的未被固定于固定板120的部分的长度(X轴方向的大小)是2.5mm。振动板140的宽度(Y轴方向的大小)是1mm。突起部160的长度是0.2mm。突起部160的宽度是0.4mm。振动板140以及突起部160的厚度是0.2mm。振动板140以及突起部160的材质是硅。
在模型M2中，如图8所示，对于振动板240而言，在振动板240的X轴方向的中央从Y轴方向侧通过支承部220被支承(中央支承构造)。振动板240的形状是立方体。在振动板240的+X轴方向侧的端部设置有突起部260。振动板240的长度是5mm。振动板240的宽度是1mm。支承部220的长度以及宽度是0.2mm。突起部260的长度以及宽度分别与突起部160的长度以及宽度相同。支承部220、振动板240以及突起部260厚度是0.2mm。支承部220、振动板240以及突起部260材质是硅。
1.3.2.模拟结果
在上述那样的模型M1、M2中，计算出对突起部160、260施加1.0N的力(推压)而产生于振动板140、240的最大应力。施加于突起部160的力的方向(按压方向)为(a)-X轴方向、(b)+Y轴方向、(c)-Z轴方向，施加于突起部260的力的方向为(d)-X轴方向、(e)+Y轴方向、(f)-Z轴方向。图9是示出振动板140、240所产生的最大应力的表。
根据图9可知，在模型M1的悬臂梁构造中，在(a)-X轴方向施加了力的情况与在(b)+Y轴方向、(c)-Z轴方向施加了力的情况相比，振动板所产生的最大应力变小。因此，(a)的情况与(b)、(c)的情况相比，即使施加较大的力而使振动板破坏的可能性也变小。
另外，根据图9可知，在-X轴方向施加了力的情况下，(a)模型M1的悬臂梁构造的情况与(d)模型M2的中央支承构造的情况相比，振动板所产生的最大应力变小。因此，可知(a)的情况与(d)的情况相比，即使施加较大的力使振动板破坏的可能性也变小。
此处，马达的输出同产生力与转子的旋转速度的积成比例。马达用压电驱动装置利用摩擦力将振动板的振动传递于转子，因此产生力与将突起部向转子推压的力F成比例。具体而言，产生力利用力F同突起部与转子之间的摩擦系数μ的积来表示。因此，为了得到较大的输出，需要对突起部(振动板)施加较大的力。
如上述那样，图9的(a)的情况与(b)～(f)的情况相比，振动板所产生的最大应力变小，即使对突起部施加较大的力使振动板破坏的可能性也变小。因此，图9的(a)的情况能够实现高输出化。因此，固定部42、连接部44、振动体部46、接触部60按该顺序沿着X轴方向设置的马达用压电驱动装置100能够实现高输出化。
1.4.马达用压电驱动装置的变形例
接下来，参照附图对第一实施方式的变形例的马达用压电驱动装置进行说明。图10是示意性地表示第一实施方式的变形例的马达用压电驱动装置200的剖视图。此外，为了方便，图10中，将压电元件50简化，省略布线4、6a、6b、6c以及端子5、7a、7b、7c的图示。
以下，在第一实施方式的变形例的马达用压电驱动装置200中，对具有与第一实施方式的马达用压电驱动装置100的构成部件相同的功能的部件标注相同的附图标记，省略其详细的说明。
在上述的马达用压电驱动装置100中，如图1所示，固定板20设置有一个。与此相对地，在马达用压电驱动装置200中，如图10所示，固定板20设置有两个。两个固定板20以在Z轴方向上夹持振动板40的固定部42的方式被设置。
在图示的例子中，在固定部42的-Z轴方向侧设置有固定板20a，在固定部42的+Z轴方向侧设置有固定板20b。例如，也可以在固定板20b的下表面(朝向-Z轴方向的面)设置有多个布线(未图示)，该多个布线分别与端子5、7a、7b、7c连接。而且，该多个布线也可以通过被设置于固定板20b的贯通孔(未图示)而到达固定板20b的上表面，分别与布线80、82、84、86连接。
在马达用压电驱动装置200中，两个固定板20以在Z轴方向上夹持振动板40的固定部42的方式被设置。因此，马达用压电驱动装置200中，例如与马达用压电驱动装置100相比，固定板20的变形小，接触部60较强地振动，因此能够更加高效地使转子旋转。
此外，虽未图示，但在本发明的马达用压电驱动装置中，也可以振动板的朝向-X轴方向的侧面(端面)被固定(连接)于固定板。
2.第二实施方式
2.1.马达用压电驱动装置
接下来，参照附图对第二实施方式的马达用压电驱动装置进行说明。图11是示意性地表示第二实施方式的马达用压电驱动装置300的俯视图。图12是示意性地表示第二实施方式的马达用压电驱动装置300的图11的XII-XII线剖视图。此外，图11、图12以及后述的图13～图18B、图23、图31中，图示出相互正交的X轴、Y轴以及Z轴。另外，为了方便，在图11中，省略基板10、固定部件20、以及弹簧30。另外，在图11以及图12中，将压电元件50简化。
以下，在第二实施方式的马达用压电驱动装置300中，对具有与第一实施方式的马达用压电驱动装置100的构成部件相同的功能的部件标注相同的附图标记，省略其详细的说明。
在马达用压电驱动装置300中，如图11以及图12所示，振动板40具有基部43、连接部44以及振动体部46。
基部43被设置在固定部件20上。图示的例子中，基部43的平面形状(从Z轴方向观察的形状)是长方形。基部43例如从Z轴方向观察(俯视中)，具有与固定部件20重叠的第一部分42a、和不与固定部件20重叠的第二部分42b。第一部分42a被固定于固定部件20。第一部分42a例如也可以借助粘合剂(未图示)被连接于固定部件20。第二部分42b被连接于第一部分42a。第二部分42b也可以伴随着振动体部46的振动(变形)而变形。如图12所示，振动板40以悬臂梁状被支承于固定部件20。此外，虽未图示，但基部43也可以不具有第二部分42b，仅由第一部分42a构成。
连接部44将基部43与振动体部46连接。连接部44与固定部件20分离地设置。连接部44是振动板40的未设置有压电元件50的部分，且是位于基部43与振动体部46之间的部分。图示的例子中，连接部44的平面形状是长方形。
与连接部44的YZ面平行的截面的面积小于与基部43的YZ面平行的截面的面积，也小于与振动体部46的YZ面平行的截面的面积。图示的例子中，连接部44的Y轴方向的大小小于基部43的Y轴方向的大小，也小于振动体部46的Y轴方向的大小。连接部44的Y轴方向的大小例如为0.1mm以上16mm以下，振动体部46的Y轴方向的大小例如为0.2mm以上20mm以下。连接部44的厚度(Z轴方向的大小)与基部43以及振动体部46的厚度相同。连接部44的厚度例如为0.05mm以上1mm以下。此外，YZ面是包括Y方向(Y轴方向)以及Z方向(Z轴方向)的面(包括Y轴以及Z轴的面)。
连接部44相比固定部件20的+X方向(+X轴方向(从基部43朝向振动体部46侧的方向))侧的端部21，被设置于+X轴方向侧。即，连接部44俯视中不与固定部件20重叠，基部43具有不与固定部件20重叠的第二部分42b。
连接部44例如通过在振动板40设置有缺口部45而形成。图示的例子中，缺口部45沿着Y轴被设置有两个，在Z轴方向贯通振动板40。缺口部45的X轴方向的大小α例如为0.05mm以上5mm以下，优选为0.1mm以上0.5mm以下。缺口部45的Y轴方向的大小β例如为0.05mm以上5mm以下，优选为0.1mm以上0.5mm以下。连接部44也可以随着振动体部46的变形而变形。
振动体部46经由连接部44被基部43支承。振动体部46与固定部件20分离地设置。在振动体部46设置有压电元件50。图示的例子中，振动体部46是位于振动板40的比连接部44更靠+X轴方向侧的部分。振动体部46的平面形状例如为大致长方形。图示的例子中，振动体部46的Y轴方向的大小与基部43的Y轴方向的大小相同。振动体部46能够与压电元件50的变形对应地变形。振动体部46的厚度例如为700μm以下。由此，振动体部46能够与压电元件50的变形对应地充分变形。
端子7a、7b、7c被设置在基部43上。布线4、6a、6b、6c在连接部44上通过。
从图11所示Y轴方向观察，基部43、连接部44、振动体部46、接触部60按该顺序沿着X轴方向被设置。从Y轴方向观察，基部43、连接部44、振动体部46、接触部60按该顺序沿着与X轴平行的假想直线(未图示)被设置。图示的例子中，基部43、连接部44、振动体部46、接触部60、转子2按该顺序沿着X轴方向被设置。
马达用压电驱动装置300例如具有以下的特征。
马达用压电驱动装置300中，与连接部44的YZ面平行的截面的面积小于与基部43的YZ面平行的截面的面积。因此，马达用压电驱动装置300中，即使振动板40相对于固定部件20的位置偏移，与例如与连接部的YZ面平行的截面的面积同与基部的YZ面平行的截面的面积相同的情况相比，也使纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差难以变大(详细情况参照后述的实验例)。其结果，马达用压电驱动装置300能够高效地使转子旋转。并且，马达用压电驱动装置300例如，振动板相对于固定部件的位置偏移，也能够使压电驱动装置的特性的差别变小。
马达用压电驱动装置300中，连接部44的Y方向的大小小于基部43以及振动体部46的Y方向的大小。因此，马达用压电驱动装置300中，能够使与连接部44的YZ面平行的截面的面积小于与基部43的YZ面平行的截面的面积、以及与振动体部46的YZ面平行的截面的面积。
马达用压电驱动装置300中，连接部44相比固定部件20的+X轴方向侧的端部21而被设置于+X轴方向侧。因此，马达用压电驱动装置300中，即使振动板40相对于固定部件20的位置偏移，也能够使连接部44被固定于固定部件20的可能性变小。若连接部被固定于固定部件，则存在马达用压电驱动装置的特性较大变动的情况。
马达用压电驱动装置300中，从Y轴方向观察，基部43、连接部44、振动体部46、接触部60按该顺序沿着X轴方向被设置。因此，马达用压电驱动装置300中，能够增大将振动板40向转子2按压的力，能够实现高输出化。例如，在与振动板的主面接触地配置转子的情况下(在振动板的主面设置有接触部的情况下)，将振动板向振动板的主面的垂线方向按压，因此存在应力在振动板的固定部与连接部的边界集中而使振动板破坏的可能性，进而存在无法增大按压振动板的力的情况。
2.2.马达用压电驱动装置的制造方法
接下来，第二实施方式的马达用压电驱动装置300的制造方法与第一实施方式的马达用压电驱动装置100的制造方法基本相同。因此，省略其详细的说明。
2.3.马达用压电驱动装置的变形例
2.3.1.第一变形例
接下来，参照附图对第二实施方式的第一变形例的马达用压电驱动装置进行说明。图13是示意性地表示第二实施方式的第一变形例的马达用压电驱动装置400的俯视图。此外，在图13中，省略基板10、固定部件20、弹簧30、布线4、6a、6b、6c、以及端子5、7a、7b、7c，将压电元件50简化。
以下，在第二实施方式的第一变形例的马达用压电驱动装置400中，对具有与第二实施方式的马达用压电驱动装置300的构成部件相同的功能的部件标注相同的附图标记，省略其详细的说明。这与后述的第二实施方式的第二、第三变形例的马达用压电驱动装置也相同。
在上述的马达用压电驱动装置300中，如图11所示，基部43的Y轴方向的大小与振动体部46的Y轴方向的大小相同。与此相对地，马达用压电驱动装置400中，如图13所示，基部43的Y轴方向的大小大于振动体部46的Y轴方向的大小。基部43的Y轴方向的大小例如为0.5mm以上30mm以下。
马达用压电驱动装置400中，与马达用压电驱动装置300相同，与连接部44的YZ面平行的截面的面积小于与基部43的YZ面平行的截面的面积。因此，马达用压电驱动装置400与马达用压电驱动装置300相同，即使振动板40相对于固定部件20的位置偏移，也难以使纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差变大。
2.3.2.第二变形例
接下来，参照附图对第二实施方式的第二变形例的马达用压电驱动装置进行说明。图14是示意性地表示第二实施方式的第二变形例的马达用压电驱动装置500的俯视图。此外，在图14中，省略基板10、固定部件20、弹簧30、布线4、6a、6b、6c、以及端子5、7a、7b、7c，将压电元件50简化。
上述的马达用压电驱动装置300中，如图11所示，基部43的Y轴方向的大小与振动体部46的Y轴方向的大小相同。并且，马达用压电驱动装置300中，连接部44的Y轴方向的大小小于振动体部46的Y轴方向的大小。与此相对地，马达用压电驱动装置500中，如图14所示，基部43的Y轴方向的大小大于振动体部46的Y轴方向的大小。并且，马达用压电驱动装置500中，连接部44的Y轴方向的大小与振动体部46的Y轴方向的大小相同。
马达用压电驱动装置500中，与马达用压电驱动装置300相同，与连接部44的YZ面平行的截面的面积小于与基部43的YZ面平行的截面的面积。因此，马达用压电驱动装置500与马达用压电驱动装置300相同，即使振动板40相对于固定部件20的位置偏移，也难以使纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差变大(详细情况参照后述的实验例)。
2.3.3.第三变形例
接下来，参照附图对第二实施方式的第三变形例的马达用压电驱动装置进行说明。图15是示意性地表示第二实施方式的第三变形例的马达用压电驱动装置600的剖视图。此外，为了方便，图15将压电元件50简化。
上述的马达用压电驱动装置300中，如图12所示，基部43的厚度与连接部44的厚度以及振动体部46的厚度相同。与此相对地，马达用压电驱动装置600中，如图15所示，基部43的厚度大于连接部44的厚度以及振动体部46的厚度。基部43的厚度例如为0.1mm以上2mm以下。
马达用压电驱动装置600中，与马达用压电驱动装置300相同，与连接部44的YZ面平行的截面的面积小于与基部43的YZ面平行的截面的面积。因此，马达用压电驱动装置600与马达用压电驱动装置300相同，即使振动板40相对于固定部件20的位置偏移，也难以使纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差变大。
此外，虽未图示，但在上述的马达用压电驱动装置400中，也可以使基部43的厚度大于连接部44的厚度以及振动体部46的厚度。另外，在上述的马达用压电驱动装置500中，也可以使基部43的厚度大于连接部44的厚度以及振动体部46的厚度。
2.4.实验例
以下示出实验例，进一步具体地对本发明进行说明。此外，本发明未被以下的实验例进行任何限定。
2.4.1.模拟所使用的模型
使用模型M3进行了模拟。模拟通过有限元法进行。图16是用于对模拟所使用的模型M3进行说明的立体图。图17A、图17B、及图17C是用于对模拟所使用的模型M3进行说明的俯视图。
在模型M3中，如图16、图17A、图17B、以及图17C所示，振动板340以悬臂梁状被固定部件320支承。振动板340具有被安装于固定部件320的基部343、振动的振动体部346、以及连接基部343与振动体部346的连接部344。基部343具有俯视中与固定部件320重叠的第一部分342a、和未与固定部件320重叠的第二部分342b。连接部344通过在振动体部346设置有缺口部345而形成。振动体部346的材质是硅。固定部件320的材质是不锈钢。
模型M3中的固定部件320以及振动板340分别与马达用压电驱动装置300的固定部件20以及振动板40对应。振动板340的基部332、连接部344以及振动体部346分别与马达用压电驱动装置300的振动板40的基部43、连接部44以及振动体部46对应。
在模型M3中，将振动体部346的X轴方向的大小L1(长度L1)设为2.5mm。将振动板340的厚度(Z轴方向的大小)设为0.2mm。将缺口部345的X轴方向的大小(缺口部345的长度)α设为0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm。将缺口部345的Y轴方向的大小(缺口部345的深度)β设为0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm。此外，在α＝0mm、β＝0mm的情况是未设置有缺口部345的形态，该情况下，振动板340的俯视中未与固定部件320重叠的部分的X轴方向的大小L2(长度L2)为2.7mm。
2.4.2.振动板相对于固定部件的位置与Δf的关系
针对上述那样的模型M3，对振动板340相对于固定部件320的位置与Δf的关系进行了研究。具体而言，如图17A所示，将基部343的第二部分342b的X轴方向的大小P＝0.2mm的情况作为基准，针对如图17B那样使振动板340相对于固定部件320向-X轴方向移动了0.1mm的情况(即P＝0.1mm的情况)、和如图17C那样使振动板340相对于固定部件320向+X轴方向移动了0.1mm的情况(即P＝0.3mm的情况)，对Δf进行计算，并计算了根据基准的变化率。
Δf是振动板340的纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差。具体而言，Δf是从纵向振动的共振频率减去了弯曲振动的共振频率的值。振动板340在图18A所示X轴方向上进行纵向振动(纵向1次振动)，在图18B所示Y轴方向上进行弯曲振动(横向2次振动)。此外，图18A以及图18B是用于对模型M3的振动板340的振动进行说明的俯视图。图18A以及图18B是模态分析的结果，图18A以及图18B的浓淡之差示出模型M3产生的应力的大小的不同。
图19是表示使缺口部345的长度α以及深度β变化时的ΔfRANGE的变化率的表。图20是将图19所示的表的值曲线化的坐标图。此外，ΔfRANGE是使振动板340相对于固定部件320变化了±0.1mm时(参照图17B以及图17C)的Δf的变化幅度相对于基准的状态(参照图17A)的纵向振动的共振频率之比率。
根据图19和图20可知，在设置缺口部345的情况下，与未设置缺口部345的情况相比，ΔfRANGE变小。与连接部344的YZ面平行的截面的面积小于与基部343的YZ面平行的截面的面积。因此，可知通过使与连接部344的YZ面平行的截面的面积小于与基部343的YZ面平行的截面的面积，即使振动板340相对于固定部件320的位置偏移，也难以使纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差变大。
特别是根据图19以及图20可知，通过使缺口部345的长度α以及深度β成为0.2mm以上，能够使ΔfRANGE小于1％。
此处，利用图21以及图22，对ΔfRANGE的计算方法进行说明。图21是表示针对未与振动板的固定部件重叠的部分(俯视中未重叠的部分)的长度L2的纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率之差Δf的表。图22是表示Δf的变化率相对于振动板的长度L2的变化率的表，且用变化率示出图21所示的表的值。图21以及图22是使用了图23所示的模型M4的模拟的结果。如图23所示，模型M4具有固定部件420、和被安装于固定部件420的振动板440，未设置有缺口部。在模型M4中，将振动板440的Y轴方向的大小W(宽度W)设为1.03mm，将振动板440的厚度T设为0.2mm。
图22示出将L2＝2.5mm的情况作为基准，基于该基准的情况下的变化率。具体而言，图22所示的Δf的变化率示出图21所示的Δf除以纵向振动的共振频率的值。例如，图22的L2的变化率为0％时的Δf的变化率0.1％是图21所示的“1.2”除以“850.9”的值。例如，图22的L2的变化率为-4％时的Δf的变化率-1.1％是图21所示的“-9.0”除以“888.0”的值。
上述的ΔfRANGE成为L2从基准的情况变化了±0.1mm变化时的Δf的变化幅度(最大值-最小值)相对于L2为基准的情况的纵向振动的共振频率的比率。具体而言，模型M2的ΔfRANGE成为(11.2-(-9.0))/850.9＝2.37％。
图24是表示模型M4中，从L2＝2.5mm的情况，使振动板440相对于固定部件420的位置变化时的Δf的变化率的图。在图24中，在从L2＝2.5mm的情况下，使振动板440相对于固定部件420向-X轴方向变化的情况下，用“-”表示振动板440相对于固定部件420的位置，使振动板440相对于固定部件420向+X轴方向变化的情况下，用“+”表示振动板440相对于固定部件420的位置。在图24中，例如横轴的“4％”是L2＝2.6mm的情况，横轴的“-4％”是L2＝2.4mm的情况。在图24中，也将纵向振动的变化率以及弯曲振动的变化率曲线化。
图25是表示使振动板相对于基部的位置变化时的Δf的变化率的图。在图25中“无缺口部”利用模型M4来计算。在图25中，“α＝β＝0.1mm”、“α＝β＝0.2mm”以及“α＝β＝0.3mm”利用模型M3来计算。即，“无缺口”是L2＝2.5mm，“α＝β＝0.1mm”、“α＝β＝0.2mm”以及“α＝β＝0.3mm”成为L2＝2.7+β。此外，如上述那样，α是缺口部345的长度，β是缺口部345的深度。
根据图25也可知，通过设置缺口部345，能够缩小Δf的变化率。此外，Δf的变化率的宽度(范围)优选抑制为±1％以内。
图26是表示在模型M3中，使缺口部345的长度α以及深度β变化时的ΔfRANGE的变化率的表。在图26中，“截面积”是指与YZ面平行的截面的面积。图26中也示出，截面积减少率A(A＝1-“连接部344的面积”/“振动体部346的面积”)、缺口长度比B(B＝α/L1)以及A×B的值。
图27是将图26所示的表的A×B的值与ΔfRANGE曲线化的坐标图。图28是将图26所示的表的A与ΔfRANGE曲线化的坐标图。
根据图26以及图27可知，通过使A×B的值成为0.032以上，能够使ΔfRANGE成为1％以下。
此外，若使连接部344的截面积过小，则存在连接部344的强度变低的情况。并且，若使连接部344的截面积过小，则存在难以设置用于对压电元件施加电压的布线的情况。例如，在L1＝2.5mm、W＝1mm的情况下，直至α＝0.3mm，β＝0.4mm(连接部344的宽度0.2mm)成为现实的尺寸。此时，截面积减少率A＝0.8，缺口长度比B＝0.12，A×B＝0.096。
2.4.3.缺口部与共振频率的绝对值的关系
图29是表示模型M3中使缺口部345的长度α以及深度β变化时的纵向振动的共振频率(kHz)的表。其中，在图29中，仅α＝β＝0(无缺口部)是利用模型M4计算的值。图30是将图29所示的表的值曲线化的坐标图。
根据图29以及图30可知，通过设置缺口部345，能够降低共振频率。在例如无缺口部的情况下，共振频率为850.9kHz，相对于此，在缺口部345的长度α以及深度β为0.2mm的情况下(α＝β＝0.2mm的情况下)，共振频率为660.8kHz。因此，α＝β＝0.2mm的情况与无缺口部的情况相比，降低了20％以上共振频率。若共振频率低，则能够缩小用于使马达用压电驱动装置驱动的驱动电流，从而能够减少因阻抗引起的损失。因此，通过设置缺口部能够减少电力消耗，实现低成本化。
2.4.4.其他模型的模拟
利用模型M5进行了模拟。图31是用于对模拟所使用的模型M5进行说明的立体图。在模型M5中，如图31所示，振动板540以悬臂梁状被固定部件520支承。振动板540具有：被安装于固定部件520的基部542、振动的振动体部546、以及连接基部543与振动体部546的连接部544。基部543具备俯视中与固定部件520重叠的第一部分542a、和不与固定部件520重叠的第二部分542b。振动体部546的材质是硅。固定部件520的材质是不锈钢。
模型M5的固定部件520以及振动板540分别相当于马达用压电驱动装置500的固定部件20以及振动板40。振动板540的基部543、连接部544以及振动体部546分别与马达用压电驱动装置500的振动板40的基部43、连接部44以及振动体部46对应。
在模型M5中，使振动板540的俯视中不与固定部件520重叠的部分的X轴方向的长度L2成为2.7mm。使振动体部546的Y轴方向的大小W成为0.975mm。使基部542的Y轴方向的大小Q成为1.975mm。使振动板540的厚度T成为0.2mm。使基部543的第二部分542b的X轴方向的大小P成为0.2mm。
图32是表示使振动板相对于基部的位置变化时的Δf的变化率的图。此外，图32中，“M5”是用上述的模型M5计算的值，“无缺口部”是与图25所示的“无缺口部”相同的数据(曲线)，图32的“α＝β＝0.2”是与图25所示的“α＝β＝0.2”相同的数据。
根据图32可知，通过使基部的Y轴方向的大小比连接部的Y轴方向的大小大，即使与连接部的YZ面平行的截面的面积比与基部的YZ面平行的截面的面积小，也能够使Δf的变化率变小。
3.第三实施方式
本发明的马达用压电驱动装置是通过利用共振能够对被驱动体给予较大的力的装置，并能够用于各种装置。本发明的压电驱动装置能够作为例如机器人(也包括电子部件搬运装置(IC处理程序))、投药用泵、时钟的日历推进装置、打印装置的供纸机构等各种机器的驱动装置使用。以下，对代表的实施方式进行说明。以下，作为本发明的马达用压电驱动装置，对包括马达用压电驱动装置100的装置进行说明。
3.1.机器人
图33是用于对利用了马达用压电驱动装置100的机器人2050进行说明的图。机器人2050具有臂2010(也称为“臂部”)，该臂2010具备多个连杆部2012(称为“连杆部件”)、和以能够转动或者弯曲的状态连接这些连杆部2012间的多个关节部2020。
在各个关节部2020内置有马达用压电驱动装置100，能够使用马达用压电驱动装置100使关节部2020以任意的角度转动或者弯曲。在臂2010的前端连接有机器人手2000。机器人手2000具备一对把持部2003。在机器人手2000也内置有马达用压电驱动装置100，能够使用马达用压电驱动装置100来使把持部2003开闭而把持物品。另外，在机器人手2000与臂2010之间也设置有马达用压电驱动装置100，也能够使用马达用压电驱动装置100来使机器人手2000相对于臂2010旋转。
图34是用于对图33所示的机器人2050的手臂部分进行说明的图。手臂的关节部2020夹持手臂转动部2022，手臂的连杆部2012以能够绕手臂转动部2022的中心轴O转动的方式被安装于手臂转动部2022。手臂转动部2022具备马达用压电驱动装置100，马达用压电驱动装置100使手臂的连杆部2012以及机器人手2000绕中心轴O转动。在机器人手2000立设有多个把持部2003。把持部2003的基端部能够在机器人手2000内移动，在该把持部2003的根部搭载有马达用压电驱动装置100。因此，通过使马达用压电驱动装置100动作，能够使把持部2003移动来把持对象物。此外，作为机器人，不局限于单臂的机器人，在臂的数量在2个以上的多臂机器人也能够应用马达用压电驱动装置100。
此处，在手臂的关节部2020、机器人手2000的内部，除了马达用压电驱动装置100之外，还包括对力传感器、陀螺仪传感器等各种装置供给电力的电力线、传递信号的信号线等，需要非常多的布线。因此，在关节部2020、机器人手2000的内部配置布线是非常困难的。然而，马达用压电驱动装置100与通常的电动马达相比能够缩小驱动电流，因此即使是关节部2020(特别是，臂2010的前端的关节部)、机器人手2000那样的较小的空间也能够配置布线。
3.2.泵
图35是用于对示出利用了马达用压电驱动装置100的输液泵2200的一个例子的进行说明的图。输液泵2200在壳体2230内设置有储液槽2211、管件2212、马达用压电驱动装置100、转子2222、减速传递机构2223、凸轮2202、多个指状物2213、2214、2215、2216、2217、2218、2219。
储液槽2211是用于收纳作为输送对象的液体的收纳部。管件2212是用于输送从储液槽2211送出的液体的管。马达用压电驱动装置100的接触部60以按压于转子2222的侧面的状态被设置，马达用压电驱动装置500将转子2222驱动为旋转。转子2222的转矩经由减速传递机构2223被传递至凸轮2202。指状物2213～2219是用于使管件2212闭塞的部件。若凸轮2202旋转，则通过凸轮2202的突起部2202A将指状物2213～2219按顺序向放射方向外侧按压。指状物2213～2219从输送方向上游侧(储液槽2211侧)按顺序闭塞管件2212。由此，管件2212内的液体按顺序向下游侧输送。这样，能够高精度地对极少的量进行输液，而且能够实现小型的输液泵2200。
此外，各部件的配置不局限于图示。另外，也可以是不具备指状物等部件，而被设置于转子2222的球状物等闭塞管件2212的结构。上述那样的输液泵2200能够应用于将胰岛素等药液给予人体的投药装置等。此处，通过使用马达用压电驱动装置100，相比通常的电动马达能够缩小驱动电流，因此能够抑制投药装置的消耗电力。因此，在电池驱动投药装置的情况下，特别有效。
上述的实施方式以及变形例是一个例子，未限定于这些。例如，也能够将各实施方式以及各变形例适当地组合。
本发明包括与实施方式所说明的结构实际上相同的结构(例如，功能、方法以及结果相同的结构或目的以及效果相同的结构)。另外，本发明包括置换了不是实施方式所说明的结构的本质的部分的结构。另外，本发明包括能够实现起到与实施方式所说明的结构相同的作用效果的结构或者相同的目的的结构。另外，本发明包括对实施方式所说明的结构附加了公知技术的结构。
Claims (8)
1.一种马达用压电驱动装置，其特征在于，包括：
振动板，其具有基部、设置有压电元件的振动体部、以及连接所述基部和所述振动体部的连接部；以及
接触部，其与被驱动体接触，并将所述振动板的动作传递至所述被驱动体，
在将与所述振动板的主面平行并且相互正交的两个方向设为X方向以及Y方向，将与所述振动板的主面垂直的方向设为Z方向，将包括所述Y方向以及所述Z方向的面设为YZ面时，
从所述Y方向观察，所述基部、所述连接部以及所述振动体部按该顺序，沿着所述X方向被设置，
所述连接部的与所述YZ面平行的截面的面积比所述基部的与所述YZ面平行的截面的面积小，
所述连接部的与所述YZ面平行的截面的面积比所述振动体部的与所述YZ面平行的截面的面积小。
2.根据权利要求1所述的马达用压电驱动装置，其特征在于，
所述连接部的所述Y方向的大小小于所述基部以及所述振动体部的所述Y方向的大小。
3.根据权利要求1或2所述的马达用压电驱动装置，其特征在于，
进一步具有：安装有所述振动板的所述基部的固定部件，
在将从所述基部朝向所述振动体部一侧的方向设为+X方向时，所述连接部相比所述固定部件的所述+X方向侧的端部而被设置于靠所述+X方向侧。
4.根据权利要求1或2所述的马达用压电驱动装置，其特征在于，
在所述振动体部以使在所述X方向上产生纵向振动、在所述Y方向上产生弯曲振动的方式设置有多个所述压电元件。
5.根据权利要求1或2所述的马达用压电驱动装置，其特征在于，
从所述Y方向观察，所述基部、所述连接部、所述振动体部以及所述接触部按该顺序，沿着所述X方向被设置。
6.一种马达，其特征在于，包括：
权利要求1～5中任一项所述的马达用压电驱动装置；和
通过所述马达用压电驱动装置而旋转的转子。
7.一种机器人，其特征在于，包括：
多个连杆部；
连接多个所述连杆部的关节部；以及
通过所述关节部使多个所述连杆部转动的权利要求1～5中任一项所述的马达用压电驱动装置。
8.一种泵，其特征在于，包括：
权利要求1～5中任一项所述的马达用压电驱动装置；
输送液体的管件；以及
利用所述马达用压电驱动装置的驱动将所述管件闭塞的多个指状物。
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