CN106411173B

CN106411173B - 压电驱动装置以及机器人

Info

Publication number: CN106411173B
Application number: CN201610412956.1A
Authority: CN
Inventors: 宫泽修
Original assignee: Seiko Corp
Current assignee: Seiko Corp
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2019-11-26
Anticipated expiration: 2036-06-13
Also published as: JP6592993B2; JP2017017970A; US20170012605A1; CN106411173A; US10493619B2

Abstract

本发明涉及压电驱动装置以及机器人。抑制压电驱动装置驱动被驱动部件的驱动特性的变动。发明的压电驱动装置具备驱动被驱动部件的多个压电振动部，多个压电振动部的各自的共振频率中最大的共振频率与最小的共振频率之差在多个压电振动部的平均共振频率的0.001％以上5％以下的范围内。

Description

压电驱动装置以及机器人

技术领域

本发明涉及压电驱动装置以及机器人。

背景技术

通过压电元件使振动体振动来驱动被驱动体(被驱动部件)的压电促动器(压电驱动装置)利用于各种装置的各种动作控制。例如，专利文献1公开了在同时驱动共振频率不同的多个超声波马达(压电促动器)的情况下，将各自的能够驱动的频率的重复的频率的范围内的频率作为同时驱动频率。

专利文献1：日本特开2010-16978号公报

压电促动器的共振频率容易由于负载、温度变动而偏移，若共振频率偏移，则压电促动器的驱动频率(通常，设定在共振频率或者共振频率的附近に)下的驱动特性(阻抗特性、振幅特性等)偏移。另外，若以损耗较少的部件构成振动体，则振动体的机械品质因数(Qm)较高，随之Q值(表示共振的锐度的量)较高，所以随着共振频率的偏移驱动频率下的驱动特性的变动较大。例如，在使用硅(Si)基板作为振动体的情况下，有Q值较高的趋势，所以有驱动特性的变动的影响较大的趋势。另外，在同时驱动多个压电促动器的情况下，使各自的共振频率一致较困难，使各自的驱动特性相配合较困难。因此，为了使用不同的共振频率的多个压电促动器驱动被驱动部，期望抑制驱动特性的变动的影响。

此外，在上述专利文献1中，关于由于负载、温度变动所引起的各个共振频率的偏移，而驱动频率下的各个促动器的驱动特性变动这样的问题，未进行任何考虑。

发明内容

本发明是为了解决上述的课题的至少一部分而提出的，能够作为以下的方式或者应用例实现。

(1)根据本发明的一方式，提供压电驱动装置。该压电驱动装置具备驱动被驱动部件的多个压电振动部，上述多个压电振动部各自的共振频率中最大的共振频率与最小的共振频率之差在上述多个压电振动部的平均共振频率的0.001％以上5％以下的范围内。

根据该方式，利用多个压电驱动的各个共振频率中最大的共振频率与最小的共振频率之差在平均共振频率的0.001％以上5％以下的范围内的多个压电振动部驱动被驱动部件。该情况下，多个压电振动部各自的频率特性例如，由于阻抗特性重合，而在驱动被驱动部件的压电驱动装置整体的阻抗特性中，能够较低地抑制相对于频率变化的阻抗变化(变化率)，能够抑制压电驱动装置驱动被驱动部件的驱动特性的变动，能够提高驱动效率。

(2)在上述方式的压电驱动装置中，也可以上述最大的共振频率与上述最小的共振频率之差在上述平均共振频率的0.003％以上5％以下的范围内。

在该方式中，以多个压电驱动的各个共振频率中最大的共振频率与最小的共振频率之差在平均共振频率的0.003％以上5％以下的范围内的多个压电振动部驱动被驱动部，从而也能够抑制压电驱动装置驱动被驱动部件的驱动特性的变动，能够提高驱动效率。

(3)在上述方式的压电驱动装置中，也可以上述最大的共振频率与上述最小的共振频率之差在上述平均共振频率的0.1％以上5％以下的范围内。

在该方式中，以多个压电驱动的各个共振频率中，最大的共振频率与最小的共振频率之差在平均共振频率的0.1％以上5％以下的范围内的多个压电振动部驱动被驱动部，从而也能够抑制压电驱动装置驱动被驱动部件的驱动特性的变动，能够提高驱动效率。

(4)在上述方式的压电驱动装置中，也可以上述最大的共振频率与上述最小的共振频率之差在大于上述平均共振频率的1％且在5％以下的范围内。

在该方式中，以多个压电驱动的各个共振频率中，最大的共振频率与最小的共振频率之差在大于平均共振频率的1％且在5％以下的范围内的多个压电振动部驱动被驱动部，从而也能够抑制压电驱动装置驱动被驱动部件的驱动特性的变动，能够提高驱动效率。

(5)在上述方式的压电驱动装置中，也可以上述多个压电振动部作为一个压电振动单元为一体。

根据该方式，一体形成构成一个压电振动单元的多个压电振动部，从而各自的频率特性例如，阻抗特性重合并合成的效果提高。因此，在压电驱动装置整体的阻抗特性中，能够更有效地较低地抑制相对于频率变化的阻抗变化(变化率)，能够更有效地抑制压电驱动装置驱动被驱动部件的驱动特性的变动，能够提高驱动效率。

(6)在上述方式的压电驱动装置中，也可以具备驱动上述被驱动部件的多个压电振动单元，对上述多个压电振动单元的各个而言，上述多个压电振动部中的至少两个以上的压电振动部为一体。

根据该方式，一体形成多个压电振动部的压电振动单元的频率特性例如，在阻抗特性中，能够更有效地较低地抑制相对于频率变化的阻抗变化(变化率)，能够有效地抑制压电振动单元驱动被驱动部件的驱动特性的变动。另外，由于多个压电振动单元的各个阻抗特性重合，在压电驱动装置整体的阻抗特性中，能够较低地抑制相对于频率变化的阻抗变化(变化率)，能够抑制压电驱动装置驱动被驱动部件的驱动特性的变动，能够提高驱动效率。

(7)在上述方式的压电驱动装置中，也可以上述压电振动部具备：振动板；压电振动体，其具有第一电极、第二电极、以及位于上述第一电极与上述第二电极之间的压电体，上述压电元件设置在上述振动板；以及接触部，其设置在上述振动板和上述压电元件的至少一方，上述接触部能够与上述被驱动部件接触。

(8)在上述方式的压电驱动装置中，也可以上述压电体的厚度在50nm以上20μm以下。根据该方式，能够实现薄型且小型的压电驱动装置。

本发明能够以各种方式实现，例如，除了压电驱动装置之外，还能够以压电驱动装置的驱动方法、安装压电驱动装置的机器人、安装压电驱动装置的机器人的驱动方法、电子部件输送装置、送液泵、投药泵等各种方式实现。

附图说明

图1是第一实施方式中的压电驱动装置的概略结构图。

图2是基板的俯视图。

图3是表示压电驱动装置与驱动电路的电连接状态的说明图。

图4是表示压电驱动装置的动作的例子的说明图。

图5是表示压电驱动装置的特征的说明图。

图6是表示压电振动部的阻抗特性的测定电路的说明图。

图7是表示纵向一次振动的共振频率和面内弯曲二次振动的共振频率偏移的情况下的阻抗特性的说明图。

图8是作为压电驱动装置的变形例的压电驱动装置的剖视图。

图9是作为压电驱动装置的其它的变形例的压电驱动装置的剖视图。

图10是第二实施方式中的压电驱动装置的概略结构图。

图11是第三实施方式中的压电驱动装置的概略结构图。

图12是作为其它的实施方式的压电振动部的俯视图。

图13是作为其它的实施方式的压电驱动装置的剖视图。

图14是表示利用上述的压电驱动装置的机器人的一个例子的说明图。

图15是图14所示的机器人的手腕部分的说明图。

图16是表示利用压电驱动装置的机器人的一个例子的说明图。

具体实施方式

A.第一实施方式：

图1(A)是表示第一实施方式中的压电驱动装置10的概略俯视图，图1(B)是其1B-1B剖视图。压电驱动装置10具备多个压电振动部100，图1例示具备两个压电振动部100a、100b的构成。压电振动部100a、100b分别具有具备了基板200、和形成在基板200上的压电元件110的相同的构成，压电驱动装置10由通过未图示的粘合剂使压电振动部100a、100b各自的基板200彼此相对地接合而一体形成的单元(也称为“压电振动单元”)构成。以下，除了区别压电振动部100a、100b进行说明的情况之外，仅以“压电振动部100”进行说明。

此外，压电振动部100的基板200具备振动体210、固定部220、以及连接振动体210和固定部220的连接部230(第一连接部231和第二连接部232)。也将固定部220和连接部230合称为“支承部”。压电元件110形成在振动体210上的绝缘层260上。

压电元件110具备第一电极130、形成在第一电极130上的压电体140、以及形成在压电体140上的第二电极150，第一电极130和第二电极150夹持压电体140。第一电极130、第二电极150例如是通过溅射形成的薄膜。作为第一电极130、第二电极150的材料，例如能够利用Al(铝)、Ni(镍)、Au(金)、Pt(白金)、Ir(铱)、Cu(铜)等导电性高的任意的材料。

压电体140例如通过溶胶凝胶法、溅射法形成，具有薄膜形状。作为压电体140的材料，能够利用采用ABO₃型的钙钛矿结构的陶瓷等，示出压电效应的任意的材料。作为采用ABO₃型的钙钛矿结构的陶瓷，例如能够使用锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡、钛酸铅、铌酸钾、铌酸锂、钽酸锂、钨酸钠、氧化锌、钛酸钡锶(BST)、钽酸锶铋(SBT)、偏铌酸铅、锌铌酸铅、钪铌酸铅等。另外也能够使用陶瓷以外的示出压电效应的材料，例如聚偏氟乙烯、石英等。压电体140的厚度例如优选为50nm(0.05μm)以上20μm以下的范围。具有该范围的厚度的压电体140的薄膜能够容易地利用膜形成工序(也称为“成膜工序”。)形成。若使压电体140的厚度在0.05μm以上，则能够与压电体140的伸缩对应地产生足够大的力。另外，若使压电体140的厚度在20μm以下，则能够充分地使压电振动部100小型化。

在本实施方式中，压电振动部100作为压电元件110包含五个压电元件110a、110b、110c、110d、110e。压电元件110e形成为大致长方形形状，在振动体210的宽度方向的中央，沿振动体210的长边方向形成。四个压电元件110a、110b、110c、110d形成在振动体210的四角的位置。四个压电元件110a、110b、110c、110d划分为处于第一对角的一对压电元件110a、110d、和处于第二对角的一对压电元件110b、110c，它们处于以中央的压电元件110e为中心左右对称的位置关系。此外，以下，也将一对压电元件110a、110d称为“第一压电元件”，也将另外一对压电元件110b、110c称为“第二压电元件”。另外，也将中央的压电元件110e称为“第三压电元件”。与各压电元件110a、110b、110c、110d对应地，第一电极130以及第二电极150被划分为五个第一电极130a、130b、130c、130d、130e以及五个第二电极150a、150b、150c、150d、150e。但是，在五个第一电极130a～130e施加有共同的电压，所以不需要一定进行划分。以下，也有并不特别划分第一电极130a～130e，而作为第一电极130进行说明的情况。

构成压电振动单元的第一压电振动部100a和第二压电振动部100b以在基板200侧相互背靠背的方式接合，所以第二压电振动部100b的压电元件110a、110b、110c、110d、110e作为相对于第一压电振动部100a的压电元件110a、110b、110c、110d、110e配置在以振动体210为对称面的对称位置的压电元件。即，第二压电振动部100b的四个压电元件110a、110b、110c、110d中，压电元件110a、110d作为第二压电元件110c、110b，压电元件110b、110c作为第一压电元件110d、110a。

基板200作为用于以膜形成工序形成第一电极130、压电体140以及第二电极150的基板使用。另外，基板200的振动体210也具有作为进行机械振动的振动板的功能。基板200例如，能够由Si、Al₂O₃、ZrO₂等形成。作为Si制的基板200(也称为“硅基板200”。)，例如能够利用半导体制造用的Si晶圆。基板200的厚度例如优选在10μm以上100μm以下的范围。若使基板200的厚度在10μm以上，则在基板200上的成膜处理时能够比较容易操作基板200。此外，若使基板200的厚度在50μm以上，则能够更容易地操作基板200。另外，若使基板200(振动体210)的厚度在100μm以下，则能够容易地使振动体210与由薄膜形成的压电体140的伸缩对应地振动。

在本实施方式中，在固定部220上也形成第一电极130、压电体140、以及第二电极150。其结果，能够使振动体210中的压电振动部100的厚度与固定部220中的压电振动部100的厚度几乎相同(例如使厚度的差在6μm以下，或者3μm以下)。由此在重叠多个压电振动部100构成压电驱动装置10的情况下，能够使振动体210中的邻接的两个压电振动部100之间的缝隙、和固定部220中的邻接得两个压电振动部100之间的缝隙几乎相同，所以不容易产生压电振动部100间的空隙。此外，优选固定部220上的第一电极130、压电体140、以及第二电极150未构成能够工作的压电元件。若未构成压电元件，则压电体140不变形，所以容易将固定部220与其它的部件固定。此外，经由基板电极250进行对第一电极130和第二电极150的电压的施加。但是，固定部220上的电极130、150以及压电体140以通过固定部220上的电极130、150和压电体140不构成能够工作的压电元件的方式，与振动体210上的电极130、150以及压电体140分离。

图2是基板200的俯视图。基板200具备振动体210、固定部220、以及连接振动体210和固定部220的两个连接部230(第一连接部231和第二连接部232)。振动体210具有包括第一边211、第二边212、以及连接第一边211和第二边212之间且比第一边长的第三边213和第四边214共四个边的长方形形状。两个连接部230分别设在固定部220的端部，并与振动体210的第三边213和第四边214的各自中央的位置连接。固定部220以从第一连接部231绕过第二边212侧，并到达第二连接部232的方式，配置在与第一边211相比接近第二边212的侧。振动体210、固定部220、以及连接部230由一块硅基板一体地形成。具体而言，通过蚀刻形成压电元件110的硅基板，形成为各个基板200的形状，并且形成振动体210与固定部220之间的缝隙205。由此，一体形成基板200(振动体210、固定部220、以及连接部230)。

此外，虽然省略图示，但在压电元件110上层或者下层形成有构成用于对压电元件110进行通电的布线的布线层。在布线层设有分别与五个压电元件110a、110b、110c、110d、110e各自的第二电极150a、150b、150c、150d、150e连接的未图示的布线图案，并设有与第一电极130a～130e共同地连接的未图示的布线图案。这些布线图案能够在基板200的振动体210上形成压电元件110a、110b、110c、110d、110e的膜形成工序中形成。

振动体210的长度L(第三边213以及第四边214的长度)与宽度W(第一边211以及第二边212的长度)之比优选大约为L：W＝7：2。该比例是振动体210为了进行沿其平面向左右弯曲的超声波振动(后述)而优选的值。振动体210的长度L例如能够为0.1mm以上30mm以下的范围，宽度W例如能够为0.02mm以上9mm以下的范围。此外，为了振动体210进行超声波振动，优选长度L在50mm以下。

在振动体210的第一边211设有接触部20(也称为“突起部”或者“作用部”)。接触部20是用于与被驱动部件50接触，并给予被驱动部件力的部分，接触部20优选由陶瓷(例如Si、SiC、Al₂O₃、Zr0₂)等具有耐久性的材料形成。例如，能够通过对形成压电元件110的硅基板进行蚀刻，作为各个基板200的形状的一部分一体地形成。另外，也能够通过以粘合剂将独立的接触部与基板200接合来形成。此外，在独立的接触部的情况下，也可以不与作为振动板的振动体210接合而与压电元件110接合。

图3是表示压电驱动装置10和驱动电路30的电连接状态的说明图。驱动电路30产生包含交流成分的驱动电压。优选构成为作为包含交流成分的驱动电压，能够产生仅由相对于接地电位向正侧和负侧变动的交流成分构成的交流驱动电压、包含交流成分和DC偏移(直流成分)的带偏移驱动电压中的至少一方。优选该驱动电压的交流成分是以与压电振动部100的设计上的机械共振频率接近的频率，理想而言以共振频率为驱动频率的电信号。此外，交流成分的波形典型而言是正弦波，但也可以具有正弦波以外的波形。直流成分严格来说并不需要恒定，也可以稍微变动。例如，直流成分也可以在其平均值的±10％以内变动。驱动电路30与压电振动部100a、100b的电极130、150如以下那样连接。

在第一压电振动部100a的五个第二电极150a、150b、150c、150d、150e中，处于第一对角的一对第一压电元件110a、110d的第二电极150a、150d经由布线151相互电连接，另外的第二对角的一对第二压电元件110b、110c的第二电极150b、150c也经由布线152相互电连接。这些布线151、152如上述那样通过成膜处理形成在基板电极250内。但是，这些布线也可以由线状的布线实现。位于图3的右侧的三个第二电极150b、150e、150d、和第一电极130(图2)经由布线310、312、314、320与驱动电路30电连接。此外，在图3的例子中，布线320接地。另外，第一压电元件110a、110d、第二压电元件110b、110c以及第三压电元件110e在接地布线320和其它的布线310、312、314之间，与驱动电路30并联连接。此外，布线310、312、314、320的一部分如上述那样通过成膜处理在布线层内形成，除了在布线层内形成的一部分以外的其它的部分由形成在布线层内的一部分的布线的端子与驱动电路30之间的线状的布线形成。但是，也可以通过线状的布线形成布线310、312、314、320的全部。此外，第二压电振动部100b的连接也与第一压电振动部100a的连接相同。

驱动电路30通过对压电振动部100a、100b各自的一对第一压电元件110a、110d的第二电极150a、150d与第一电极130之间施加包含驱动频率的交流成分的驱动电压，能够使压电振动部100a、100b同时进行超声波振动，使与接触部20接触的被驱动部件(在本例中是转子)50向规定的旋转方向旋转。另外，通过对压电振动部100a、100b各自的一对第二压电元件110b、110c的第二电极150b、150c与第一电极130之间施加包含驱动频率的交流成分的驱动电压，能够使与接触部20接触的被驱动部件50向相反方向旋转。此外，构成图3所示的布线151、152、310、312、314、320的布线(或者布线层以及绝缘层)在图2中省略图示。

图4是表示压电驱动装置10的动作的例子的说明图。压电驱动装置10的接触部20与由转子构成的被驱动部件50的与中心51垂直的旋转面接触。在图4所示的例子中，驱动电路30在压电振动部100a、100b各自的一对第一压电元件110a、110d施加驱动电压，一对第一压电元件110a、110d向箭头x的方向伸缩。与此对应，压电振动部100a、100b的振动体210在振动体210的平面内弯曲并变形为曲折形状(S形状)，而接触部20的前端向箭头y的方向进行往复运动，或者，进行椭圆运动。其结果，被驱动部件50绕其中心51向规定的方向z旋转。即，一对第一压电元件110a、110d合作使振动体210弯曲。此外，驱动电路30在对另外的一对第二压电元件110b、110c施加驱动电压的情况下，被驱动部件50向相反方向旋转。此外，若对中央的第三压电元件110e施加与一对第一压电元件110a、110d(或者另外的一对第二压电元件110b、110c相同的驱动电压，则压电振动部100a、100b在长边方向伸缩，所以进一步增大从接触部20给予被驱动部件50的力。此外，对于压电驱动装置10(或者压电振动部100a、100b)的这样的动作，记载于专利文献1(日本特开2004-320979号公报，或者对应的美国专利第7224102号)，其公开内容通过参照而引用。

图5是表示本实施方式的压电驱动装置10的特征的说明图。如图5(A)所示，压电驱动装置10具备作为压电振动单元一体形成的两个压电振动部100a、100b。图中以虚线示出的矩形区域简单地示出形成在振动体210上的压电元件110(压电元件110a、110b、110c、110d、110e)的区域。第一压电振动部100a的尺寸(长度La、宽度Wa)设定为比第二压电振动部100b的尺寸(长度Lb、宽度Wb)大。此外，在图5(A)中，夸张地描绘两个压电振动部100a、100b的尺寸之差。第一压电振动部100a的尺寸与设计的基准尺寸的尺寸差、第二压电振动部100b的尺寸与设计的基准尺寸的尺寸差、以及第一压电振动部100a的尺寸与第二压电振动部100b的尺寸的尺寸差分别设定为与尺寸加工精度相比认为是显著差异的尺寸差。此外，这些尺寸差在后面进行说明。

压电振动部100的沿长度方向(沿图5(A)的La、Lb的方向)的伸缩的振动(称为“纵向一次振动”)的共振频率frv以下式(1)表示，沿宽度方向(沿图5(A)的Wa、Wb的方向)的弯曲的振动(称为“面内弯曲二次振动”)的共振频率frh以下式(2)表示。

frv＝(krv/l)·(E/ρ)^1/2…(1)

frh＝(krh·w/l²)·(E/ρ)^1/2…(2)

这里，l是压电振动部的长度，w是压电振动部的宽度，E是构成压电振动部的部件的杨氏模量，ρ是构成压电振动部的部件的密度。另外，krv、krh是根据构成压电振动部的部件求出的常量，在本例中，krv＝1/2，krh＝2.83。

通常，为了使纵向一次振动的共振频率frv以及面内弯曲二次振动的共振频率frh一致，而优选根据上述(1)式以及(2)式，以满足下式(3)的方式设定压电振动部的长度L与宽度W的尺寸比L/W。

L/W＝l/w＝krh/krv…(3)

因此，通常，压电振动部100的基准尺寸的尺寸比L0/W0以成为与上述(3)式相等的尺寸比的方式设定，压电振动部100的基准共振频率成为纵向一次振动的共振频率以及面内弯曲二次振动的共振频率一致的共振频率。同样地，第一压电振动部100a的尺寸比La/Wa以及第二压电振动部100b的尺寸比Lb/Wb也以成为与上述(3)式相等的尺寸比的方式设定，第一压电振动部100a以及第二压电振动部100b的共振频率也成为纵向一次振动的共振频率以及面内弯曲二次振动的共振频率一致的共振频率。以下，将第一压电振动部100a的共振频率设为fra，并将第二压电振动部100b的共振频率设为frb。此外，实际的尺寸比L/W如图2所说明的那样设定为7/2，是与krh/Krv＝5.66相比较小的值。这是因为若压电元件的厚度变薄，则有面内弯曲二次振动变得容易的趋势，由此推断为实际的面内弯曲共振频率比计算值低。因此，通过将实际的尺寸比L/W设定为比根据上式求出的尺寸比小的7/2，使纵向一次振动的共振频率与面内弯曲二次振动的共振频率一致。

这里，压电振动部100的共振频率如根据上述(1)式以及(2)式所明确的那样，若长度l增大则变低，所以第一压电振动部100a的共振频率fra比第二压电振动部100b的共振频率frb低。

第一压电振动部100a以及第二压电振动部100b分别在单独的状态下，具有图5(B)所示的各个阻抗特性(图中以实线示出)。因此，考虑若分别在单独的状态下，由于温度变动、负载变动而阻抗特性变化，则共振频率fra、frb、驱动特性较大地变动。此外，机械振动的共振频率在本例中为最小的阻抗的频率。

另一方面，如图5(B)以虚线所示，作为包含两个压电振动部100a、100b的压电驱动装置10整体的合成的阻抗特性由于两个压电振动部100a、100b的阻抗特性重合，而示出相对于频率变化的阻抗变化(变化率)被较低地抑制的状态的特性。因此，合成后的阻抗特性中的设定在共振频率或者其附近频率的驱动频率fd的附近的阻抗的变化率被较低地抑制。由此，即使由于温度变动、负载变动而压电振动部100a、100b的阻抗特性变化，也能够较低地抑制驱动被驱动部件50时的驱动频率fd下的作为压电驱动装置10整体的阻抗变化，能够抑制驱动特性(驱动电压、驱动电流的振幅等)的变动的影响。特别是，考虑由于压电驱动装置10是一体形成两个压电振动部100a、100b的压电振动单元，所以彼此的动作相互干扰，各自的阻抗特性的合成效果提高，压电驱动装置10整体的阻抗特性的相对于频率变化的阻抗变化(变化率)的抑制效果提高。

此外，在通过上述的成膜工序形成压电振动部100的情况下，能够以±0.3μm～±1.0μm的加工精度进行尺寸(长度、宽度)的加工，由于压电振动部100的长度的最大尺寸为60mm，所以相对于基准尺寸最高能够进行±0.0005％的尺寸加工精度的加工。因此，为了通过多个压电振动部100a、100b各自的压电振动部的尺寸差，而使它们的阻抗特性具有显著差异，优选针对这些多个压电振动部的平均尺寸至少设定尺寸加工精度的两倍的0.001％以上的尺寸差，但也可以设定在成膜工序上修正的0.003％以上的尺寸差，也可以设定在机械加工上修正的0.1％以上的尺寸差。另外，优选设定5％以下的尺寸差。另外，也可以在相对于平均尺寸大于1％且在5％以下的范围设定尺寸差。

另外，如根据上述(1)式以及(2)式所明确的那样，与压电振动部100a、100b的尺寸的差异对应的共振频率fra、frb的变化几乎跟随尺寸的变化。因此，优选第一压电振动部100a的共振频率fra与第二压电振动部100b的共振频率frb之差是相对于这些多个压电振动部的平均共振频率在0.001％以上的差，另外，优选是在5％以下的差。另外，也可以是平均共振频率的0.003％以上的差，也可以是0.1％以上的差，也可以是大于1％且在5％以下的范围的差。

此外，作为构成作为压电驱动装置10的压电振动单元的压电振动部100a、100b使用的压电振动部100的共振频率是否在上述的范围的确认能够如以下那样执行。

图6是表示压电振动部100的阻抗特性的测定电路的说明图。压电振动部100的阻抗特性能够使用阻抗测定电路34进行测定，压电振动部100的共振频率能够基于测定出的阻抗特性求出。作为阻抗测定电路34，使用阻抗分析器、阻抗计等。

将测定对象的压电振动部100的五个压电元件110a、110b、110c、110d、110e的全部与阻抗测定电路34并联连接并测定阻抗特性，并通过解析测定结果来求出共振频率fr。此外，作为该共振频率fr，在本例中，如上述那样，使用阻抗最小的频率。然后，选择测定出的压电振动部100中，共振频率的差处在平均共振频率的0.001％以上5％以下的范围内的两个压电振动部100，并将较低的共振频率的压电振动部100设为第一压电振动部100a，将较高的共振频率的压电振动部100设为第二压电振动部100b。由此，能够使用一体形成了最小的共振频率与最大的共振频率之差在平均共振频率的0.001％以上5％以下或者在大于1％且在5％以下的范围的两个压电振动部100a、100b的压电振动单元，构成压电驱动装置10。

图7是表示纵向一次振动的共振频率frv与面内弯曲二次振动的共振频率frh偏移的情况下的阻抗特性的说明图。有时由于压电振动部100的尺寸比L/W的设定的差异、加工精度，而成为纵向一次振动的共振频率frv与面内弯曲二次振动的共振频率frh偏移的状态的阻抗特性。该情况下，将基于压电驱动装置10的负担被驱动部件的主要的驱动的面内弯曲二次振动的共振频率frh作为共振频率fr，进行作为两个压电振动部100a、100b使用的压电振动部100的选择即可。但是，并不限定于此，也可以将一次振动的共振频率frv作为共振频率fr，进行作为两个压电振动部100a、100b使用的压电振动部100的选择。

图8是表示作为压电驱动装置10的变形例的压电驱动装置10a、10b的剖视图。图1所示的实施方式的压电驱动装置10是通过以相对的方式接合两个压电振动部100a、100b的基板200的振动体210彼此而一体形成的压电振动单元，与此相对，图8(A)的压电驱动装置10a是通过以相同的方向层叠两个压电振动部100a、100b并接合而一体形成的压电振动单元。另外，图8(B)的压电驱动装置10b是接合两个压电振动部100a、100b的压电元件110彼此的压电振动单元。此外，在图8以及在以下进行说明的图9中，也与图1相同省略形成在压电元件110上层或者下层的布线层。

图9是作为压电驱动装置10的其它的变形例的压电驱动装置10c的剖视图。压电驱动装置10c是通过层叠两个压电振动部100c、100d并接合而一体形成的压电振动单元。两个压电振动部100c、100d均为在振动体210的两面具备压电元件的构成，例如，能够通过在通过成膜工序在基板200的一面上形成压电元件110之后，在另一面形成压电元件110来形成。两个压电振动部100c、100d通过以未图示的粘合剂粘合上侧的第一压电振动部100c的下侧的压电元件110和第二压电振动部100d的上侧的压电元件110来接合。此外，压电振动部100c、100d的共振频率能够通过将形成在振动体210的两面的全部的压电元件110与阻抗测定电路34(图6)并联连接并测定阻抗特性来求出。

在由这些变形例的压电振动单元构成的压电驱动装置10a、10b、10c中，也与实施方式相同，能够较低地抑制作为压电驱动装置整体驱动被驱动部件时的驱动频率下的阻抗变化，能够抑制驱动特性的变动的影响。

另外，压电驱动装置10、10a、10b、10c以一体形成两个压电振动部的压电振动单元为例进行了说明，但并不限定于此，也可以是一体形成三个以上的压电振动部的压电振动单元。该情况下，多个压电振动部是各自的共振频率中，最大的共振频率与最小的共振频率之差在平均共振频率的0.001％以上5％以下的范围内，或者，在大于平均共振频率的1％且在5％以下的范围内的多个压电振动部即可。在由一体形成三个以上的压电振动部的压电振动单元构成压电驱动装置的情况下，由于各自的阻抗特性的合成效果，能够更有效地提高压电驱动装置10整体的阻抗特性的相对于频率变化的阻抗变化(变化率)的抑制效果，能够更有效地抑制驱动特性的变动的影响。

此外，三个以上的压电振动部的情况下的“尺寸差”是指最大的压电振动部与最小的压电振动部的尺寸差。另外，“尺寸差处在允许范围内”这样的语句是指矩形状的振动板的纵向尺寸彼此的尺寸差、以及横向尺寸彼此的尺寸差双方在其允许范围内。而且，最大的压电振动部的纵向尺寸比最小的压电振动部的纵向尺寸大，并且，最大的压电振动部的横向尺寸也比最小的压电振动部的横向尺寸大。另外，最大的压电振动部与最小的压电振动部以外也可以具有与平均值几乎相等的尺寸。即，也可以与平均值的尺寸差比允许范围小。另外，三个以上的压电振动部的情况的共振频率之差也与尺寸差的情况相同，是指最大的压电振动部与最小的压电振动部之差，也可以最大的压电振动部与最小的压电振动部以外具有与平均共振频率几乎相等的共振频率。即，也可以与平均共振频率的频率的差比允许范围小。

另外，压电驱动装置10、10a、10b、10c以在与振动体210的平面垂直的法线方向层叠两个压电振动部100而一体形成的压电振动单元为例进行了说明，但也可以是沿振动体的平面配置两个以上的压电振动部100而一体形成的压电振动单元。

B.第二实施方式：

图10是第二实施方式中的压电驱动装置10d的概略结构图。在第一实施方式中对具备一体形成两个压电振动部100a、100b的一个压电振动单元的压电驱动装置10以及其变形例进行了说明，但并不限定于此。如图10所示，也可以是具备多个(在图的例子中为四个)压电振动单元180的构成的压电驱动装置10d。此外，压电振动单元180是一体形成两个压电振动部100a、100b的单元，相当于第一实施方式的压电驱动装置10。但是，多个压电振动单元180由各自所包含的压电振动部100的共振频率中，最大的共振频率与最小的共振频率之差在平均共振频率的0.001％以上5％以下的范围内，或者，在平均共振频率的0.003％以上5％以下的范围内，或者，在平均共振频率的0.1％以上5％以下的范围内，或者，在大于平均共振频率的1％且在5％以下的范围内的压电振动部构成。

本实施方式的压电驱动装置10d与第一实施方式的压电驱动装置10相同，使用一体形成两个压电振动部100a、100b的压电振动单元180，所以在压电振动单元的阻抗特性中，能够有效地较低地抑制相对于频率变化的阻抗变化(变化率)，能够有效地抑制压电振动单元180驱动被驱动部件50的驱动特性的变动。另外，由于多个压电振动单元180各自的阻抗特性重合，在压电驱动装置10d整体的阻抗特性中，能够较低地抑制相对于频率变化的阻抗变化(变化率)，能够抑制压电驱动装置10d驱动被驱动部件50的驱动特性的变动，能够提高驱动效率。

此外，压电振动单元180的数目并不限定于四个，只要是多个即可。另外，作为压电振动单元180，并不限定于压电驱动装置10，能够使用在第一实施方式说明的各种变形例的压电驱动装置。

C.第三实施方式：

图11是第三实施方式中的压电驱动装置10e的概略结构图。在第二实施方式中，例示了具备多个压电振动单元180的构成的压电驱动装置10d，但如图11所示，也可以是具备多个压电振动部100的构成的压电驱动装置10e。但是，作为多个压电振动部100，如上述那样，使用各自的共振频率中，最大的共振频率与最小的共振频率之差在平均共振频率的0.001％以上5％以下的范围内，或者，在平均共振频率的0.003％以上5％以下的范围内，或者，在平均共振频率的0.1％以上5％以下的范围内，或者，在大于平均共振频率的1％且在5％以下的范围内的多个压电振动部。

本实施方式的压电驱动装置10e由于多个压电振动部100各自的阻抗特性重合，而在压电驱动装置10e整体的阻抗特性中，能够较低地抑制相对于频率变化的阻抗变化(变化率)，能够抑制压电驱动装置10e驱动被驱动部件50的驱动特性的变动，能够提高驱动效率。

此外，也可以不使用压电振动部100，而使用图9所示的在振动体210的两面形成压电元件110的压电振动部。

D.压电振动部的其它的实施方式：

图12(A)是作为其它的实施方式的压电振动部100e的俯视图，是与上述实施方式的图1(A)对应的图。在图12(A)～(C)中，为了方便图示，仅图示振动体210，而固定部220、连接部230省略图示。在图12(A)的压电振动部100e中，省略一对压电元件110b、110c。使用了该压电振动部100e的压电驱动装置也能够使被驱动部件(转子)50向图5所示那样的一个方向z旋转。此外，由于在图12(A)的三个压电元件110a、110e、110d的第二电极150a、150e、150d施加有相同的电压，所以也可以作为连接的一个电极层形成这三个第二电极150a、150e、150d。

图12(B)是作为本发明的其它的实施方式的压电振动部100f的俯视图。在该压电振动部100f中，省略图1(A)的中央的压电元件110e，而在比图1(A)大的面积形成其它的四个压电元件110a、110b、110c、110d。该压电振动部100f也能够实现与第一实施方式几乎相同的效果。

图12(C)是作为本发明的其它的实施方式的压电振动部100g的俯视图。在该压电振动部100g中，省略图1(A)的四个压电元件110a、110b、110c、110d，而在较大的面积形成一个压电元件110e。该压电振动部100g虽然仅向长边方向伸缩，但能够从接触部20给予被驱动部件(图示省略)较大的力。

如根据图1以及图12(A)～(C)所能够理解的那样，作为压电振动部100的第二电极150，至少能够设置一个电极层。但是，若如图1以及图12(A)、(B)所示的实施方式那样，在长方形的压电振动部100的对角的位置设置第二电极150，则在能够使压电振动部100在其平面内变形为弯曲的曲折形状这一点优选。

E.压电驱动装置的其它的实施方式：

图13是作为本发明的其它的实施方式的压电驱动装置10j、10k的剖视图，是与图1(B)对应的图。在第一实施方式的压电驱动装置10中，一使基板200作为成膜工序的基板发挥作用，并且使基板200的振动体210作为振动板发挥作用的构成位例进行了说明。然而，并不限定于此，也可以如以下进行说明的那样，构成为独立地具备成膜工序的基板、和振动板。

图13(A)的压电驱动装置10j具备振动板200、和分别配置在振动板200的两面(第一面215和第二面216)的两个压电元件110j、110k。压电元件110j、110k具备基板120、形成在基板120上的第一电极130、形成在第一电极130上的压电体140、以及形成在压电体140上的第二电极150。图13(B)的压电驱动装置10k的压电元件110j、110k以与图13(A)上下相反的状态配置于振动板200。即，这里，以第二电极150接近振动板200，基板120距离振动板200最远的方式配置。此外，在图13(A)、(B)中，与图8、9相同，用于第二电极150a、150b、150c、150d、150e之间的电连接的布线(或者布线层以及绝缘层)、和用于第一电极130以及第二电极150a、150b、150c、150d、150e与驱动电路之间的电连接的布线(或者布线层以及绝缘层)省略图示。

压电元件110j、110k分别与第一实施方式的压电振动部100a、100b的压电元件110(图1)相同，能够通过成膜工序形成。振动板200和压电元件110j、以及振动板200和压电元件110k分别相当于本实施方式中一体形成的两个压电振动部100j、100k。作为两个压电振动部100j、100k，测定配置于振动板200之前的压电元件110的共振频率，并通过在振动板200配置满足上述的共振频率的范围的压电元件110而构成。这些压电驱动装置10j、10k也能够实现与第一实施方式相同的效果。

另外，也能够将在振动板200的一面211形成压电元件110j的多个压电振动部100j与图8所示的压电驱动装置10a、10b同样地接合来构成压电驱动装置。另外，也能够将多个压电驱动装置10j、压电驱动装置10k与图9所示的压电驱动装置10c同样地接合来构成压电驱动装置。

F.使用了压电驱动装置的装置的实施方式：

上述的压电驱动装置能够通过利用共振来给予被驱动部件较大的力，而能够应用于各种装置。压电驱动装置例如，能够作为机器人、电子部件输送装置(IC自动分拣机)、用药泵、钟表的日历进给装置、打印装置(例如供纸机构。但是，在打印头所利用的压电驱动装置中，由于不使振动板共振，所以不能够应用于打印头。)等各种设备中的驱动装置使用。以下，对代表的实施方式进行说明。

图14是表示利用了上述的压电驱动装置10的机器人2050的一个例子的说明图。机器人2050具有具备多个连杆部2012(也称为“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之间的多个关节部2020的臂2010(也称为“臂部”)。在各个关节部2020内置有上述的压电驱动装置10，使用压电驱动装置10能够使关节部2020转动或者弯曲任意的角度。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也内置有压电驱动装置10，使用压电驱动装置10能够开闭把持部2003来把持物体。另外，在机器人手2000与臂2010之间也设有压电驱动装置10，使用压电驱动装置10能够使机器人手2000相对于臂2010旋转。此外，控制各压电驱动装置10的驱动电路30包含于未图示的控制电路。

图15是图14所示的机器人2050的手腕部分的说明图。手腕的关节部2020夹持手腕转动部2022，在手腕转动部2022以能够绕手腕转动部2022的中心轴O转动的方式安装手腕的连杆部2012。手腕转动部2022具备压电驱动装置10，压电驱动装置10使手腕的连杆部2012以及机器人手2000绕中心轴O转动。在机器人手2000竖立设置有多个把持部2003。把持部2003的基端部在机器人手2000内能够移动，在该把持部2003的根部的部分安装压电驱动装置10。因此，通过使压电驱动装置10动作，能够使把持部2003移动来把持对象物。另外，通过使压电驱动装置10以自由模式动作，能够以手动使臂2010、手腕动作(所谓的“示教”)，能够存储使机器人2050执行的动作。

此外，作为机器人，并不限定于单臂的机器人，在臂的数目在两个以上的多臂机器人也能够应用压电驱动装置10。这里，在手腕的关节部2020、机器人手2000的内部，除了压电驱动装置10之外，还需要包括针对力觉传感器、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的内部配置布线非常地困难。然而，上述的实施方式的压电驱动装置10与通常的电动马达、以往的压电驱动装置相比能够减小驱动电流，所以即使在关节部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。

图16是表示利用了上述的压电驱动装置10的送液泵2200的一个例子的说明图。送液泵2200在壳体2230内，设置贮液器2211、软管2212、压电驱动装置10、转子2222、减速传递机构2223、凸轮2202、以及多个指状件2213、2214、2215、2216、2217、2218、2219。此外，驱动电路30未图示。贮液器2211是用于收纳作为输送对象的液体的收纳部。软管2212是用于输送从贮液器2211送出的液体的管。压电驱动装置10的接触部20以按压在转子2222的侧面的状态设置，压电驱动装置10旋转驱动转子2222。转子2222的旋转力经由减速传递机构2223传递到凸轮2202。指状件2213～2219是用于使软管2212闭塞的部件。若凸轮2202旋转，则由于凸轮2202的突起部2202A而指状件2213～2219依次被按压向放射方向外侧。指状件2213～2219从输送方向上游侧(贮液器2211侧)依次使软管2212闭塞。由此，软管2212内的液体依次向下游侧输送。这样一来，能够精度良好地对极少的量进行送液，并且能够实现小型的送液泵2200。此外，各部件的配置并不限定于图示的配置。另外，也可以构成为不具备指状件等部件，而设在转子2222的球等使软管2212闭塞。上述那样的送液泵2200能够应用在向人体对胰岛素等药液进行给药的投药装置等。这里，通过使用上述的实施方式的压电驱动装置10，由于与以往的压电驱动装置相比驱动电流变小，所以能够抑制投药装置的消耗电力。因此，在以电池驱动投药装置的情况下，特别有效。

G.变形例：

此外，该发明并不限定于上述的实施例、实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够在各种方式中进行实施，例如也能够进行以下那样的变形。

(1)在上述各实施方式中，以作为压电元件，使用通过成膜工序形成的压电体为例进行了说明，但压电体也可以是块状的压电体。

(2)在上述实施方式中，以通过从振动体210的左右的长边分别各延伸一个的连接部230以能够振动的方式支承振动体210的构成为例进行了说明，但连接部210的配置位置、数目并不限定于此，能够采用各种配置位置、数目。例如，也可以构成为通过从振动体210的左右的长边分别各延伸多个的连接部230以能够振动的方式支承振动体210。另外，也可以是仅在沿长边方向的单侧设置连接部，并以单臂的状态支承振动体210的结构。另外，也可以是在振动体230的与接触部20相反的一侧的短边设置连接部，并以单臂的状态支承振动体210的结构。

(3)在上述实施方式中，以作为多个压电振动部各自的频率特性测定阻抗特性，并基于测定出的阻抗特性求出各自的共振频率的情况为例进行了说明。然而，并不限定于此，也能够测定电流特性、电压特性等各种频率特性，并根据测定出的频率特性求出各自的共振频率。

本发明并不限定于上述的实施方式、实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种构成实现。例如，与发明内容所记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征为了解决上述的课题的一部分或者全部，或者，为了实现上述的效果的一部分或者全部，能够适当地进行替换、组合。另外，若该技术特征在本说明书中未作为必需的技术特征进行说明，则能够适当地删除。

附图标记的说明：10、10a、10b、10c、10d、10e、10j、10k…压电驱动装置，12…软管，20…接触部，30…驱动电路，50…被驱动部件(转子)，51…被驱动部件的中心，100、100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g…压电振动部，110a、110b、110c、110d、110e…压电元件，110j、110k…压电元件，120…基板，125…绝缘层，130…第一电极，140…压电体，150、150a、150b、150c、150d、150e…第二电极，151、152…布线，180…压电振动单元，200…基板(振动板)，205…缝隙，210…振动体，211…第一边，212…第二边，213…第三边，214…第四边，215…第一面，216…第二面，220…固定部，230…连接部，231…第一连接部，232…第二连接部，310、312、314、320…布线，2000…机器人手，2003…把持部，2010…臂，2012…连杆部，2020…关节部，2022…手腕转动部，2050…机器人，2200…送液泵，2202…凸轮，2202A…突起部，2211…贮液器，2212…软管，2213…指状件，2222…转子，2223…减速传递机构，2230…壳体。

Claims

1.一种压电驱动装置，其特征在于，

具备驱动被驱动部件的多个压电振动部，

上述多个压电振动部各自的共振频率中最大的共振频率与最小的共振频率之差在上述多个压电振动部的平均共振频率的0.001％以上5％以下的范围内，

上述多个压电振动部分别具备：

振动板；以及

压电元件，其具有第一电极、第二电极、以及位于上述第一电极与上述第二电极之间的压电体，上述压电元件设置在上述振动板。

2.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，

上述最大的共振频率与上述最小的共振频率之差在上述平均共振频率的0.003％以上5％以下的范围内。

3.根据权利要求2所述的压电驱动装置，其特征在于，

上述最大的共振频率与上述最小的共振频率之差在上述平均共振频率的0.1％以上5％以下的范围内。

4.根据权利要求3所述的压电驱动装置，其特征在于，

上述最大的共振频率与上述最小的共振频率之差在大于上述平均共振频率的1％且在5％以下的范围内。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的压电驱动装置，其特征在于，

上述多个压电振动部作为一个压电振动单元而为一体。

6.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，

具备驱动上述被驱动部件的多个压电振动单元，

对上述多个压电振动单元的各个而言，上述多个压电振动部中的至少两个以上的压电振动部为一体。

7.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，

上述多个压电振动部还分别具备接触部，

该接触部设置在上述振动板与上述压电元件的至少一方，上述接触部能够与上述被驱动部件接触。

8.根据权利要求7所述的压电驱动装置，其特征在于，

上述压电体的厚度在50nm以上20μm以下。

9.一种机器人，其特征在于，具备：

多个连杆部；

关节部，其连接上述多个连杆部；以及

权利要求1所述的压电驱动装置，其使用上述压电振动部使上述多个连杆部在上述关节部转动。