CN106452169A - 压电驱动装置、机器人以及压电驱动装置的驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压电驱动装置、机器人以及压电驱动装置的驱动方法。降低来自压电元件的驱动力的传递损失。压电驱动装置(10)具备：压电振动部(100)，其具备振动体(210)、配置于上述振动体(210)的至少一方的面的压电元件(110)、以及支承上述振动体的支承部(220)；弹性部件(50)，其将上述振动体(210)向被驱动部件(95)按压；热传导部件(80)，其被配置为与上述弹性部件保持面接触状态且能够变更相互的位置关系。
Description
技术领域
本发明涉及压电驱动装置、机器人以及压电驱动装置的驱动方法。
背景技术
使压电体振动来驱动被驱动体的压电促动器(压电驱动装置)不需要磁铁、线圈，所以被利用于各种领域(例如专利文献1)。该压电驱动装置的基本的构成是在加强板的两个面的每一个上以2行2列配置四个压电元件的构成，并通过弹簧与筐体连结。
专利文献1：日本特开平8-237971号公报
在驱动压电驱动装置的情况下，对压电体施加周期性的电压，所以压电体发热，压电驱动装置变热。然而，在以往的压电驱动装置中，未充分考虑散热。
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来实现。
(1)根据本发明的一方式，提供一种压电驱动装置。该压电驱动装置具备：压电振动部，其具备振动体、配置于上述振动体的至少一方的面的压电元件、以及支承上述振动体的支承部；弹性部件，其将上述振动体向被驱动部件按压；以及热传导部件，其被配置为与上述弹性部件保持面接触状态且能够变更相互的位置关系。根据该方式，使用被配置成与弹性部件保持面接触状态且能够变更相互的位置关系的热传导部件，能够容易散发压电驱动装置(压电振动部)的热量。
(2)在上述方式的压电驱动装置中，也可以具备中间部件，该中间部件位于上述振动体与上述弹性部件之间，与上述支承部接触且与配置于上述振动体的上述压电元件不接触。根据该方式，能够经由中间部 件容易地散发压电驱动装置(压电振动部)的热量。
(3)在上述方式的压电驱动装置中，上述弹性部件也可以与上述支承部接触，与上述振动体上的上述压电元件不接触。根据该方式，能够经由弹性部件容易地散发压电驱动装置(压电振动部)的热量。
(4)在上述方式的压电驱动装置中，上述弹性部件也可以在与上述压电振动部接触的面相反的一侧的面与上述热传导部件接触。根据该方式，弹性部件能够从与压电元件或振动体的至少一方接触的面向相反的一侧的面容易地转移热量。
(5)在上述方式的压电驱动装置中，具备收纳上述振动体、上述压电元件、上述支承部以及上述弹性部件的筐体，上述热传导部件也可以构成上述筐体的一部分。根据该方式，不需要另外的散热构造。
(6)在上述方式的压电驱动装置中，上述热传导部件的热传导率也可以是0.1W/mK以上。根据该方式，作为热传导部件，能够使用成本较低的树脂。
(7)在上述方式的压电驱动装置中，上述热传导部件的热传导率也可以是10W/mK以上。根据该方式，作为热传导部件，能够使用热传导率较高的不锈钢等金属材料。
(8)在上述方式的压电驱动装置中，上述热传导部件也可以由硅形成。硅的热传导率约为170W/mK，能够进一步转移热量进行散热。
(9)在上述方式的压电驱动装置中，上述振动体和上述支承部也可以由相同的材料一体地形成。根据该方式，由于振动体和支承部由相同的材料一体地形成，所以能够从振动体向支承部容易地转移热量。
(10)根据本发明的一方式，提供一种机器人。该机器人具备多个连杆部、连接上述多个连杆部的关节部、以及使上述多个连杆部在上述关节部转动的上述方式的任意一个所记载的压电驱动装置。根据该方式，能够将压电驱动装置利用于机器人的驱动。
(11)根据本发明的一方式，提供一种上述方式的压电驱动装置的 驱动方法。在该驱动方法中，对上述压电元件施加脉动电压，上述脉动电压为周期性地变化的电压，上述脉动电压的施加至上述压电元件的压电体的电场的方向为一方向。根据该方式，由于施加至压电元件的压电体的电压仅为一方向，所以能够提高压电体的耐老化性。
本发明能够通过各种方式来实现，例如，除了压电驱动装置之外，能够通过压电驱动装置的驱动方法、压电驱动装置的制造方法、搭载压电驱动装置的机器人、搭载压电驱动装置的机器人的驱动方法、电子部件输送装置、输液泵、投药泵等各种方式来实现。
附图说明
图1是压电驱动装置的立体图。
图2是压电驱动装置的分解立体图。
图3是表示压电振动部的简要结构的说明图。
图4是表示基板与形成在基板上的布线图案的俯视图。
图5是表示压电驱动装置的等效电路的说明图。
图6是表示压电振动部的动作的例子的说明图。
图7是表示在压电振动部的制造工序执行的膜形成工序的流程图的说明图。
图8是图示压电振动部的制造工序的说明图。
图9是表示布线电极的图案的说明图。
图10是表示层叠多个压电振动部的构成例的说明图。
图11是表示外框的结构的说明图。
图12是表示中间部件的结构的说明图，图12(A)是俯视图，图12(B)是仰视图，12(C)是图12(A)中的C-C剖视图，12(D)是图12(A)中的D-D剖视图。
图13是表示内框的结构的说明图。
图14是表示板弹簧的结构的说明图。
图15是表示固定框的结构的说明图。
图16是表示盖的结构的说明图。
图17是表示压电振动部中的热量的转移的说明图。
图18是表示压电驱动装置中的热量的转移的说明图。
图19是表示作为其它的实施方式的压电振动部的说明图。
图20是表示机器人的一个例子的说明图。
图21是机器人的手腕部分的说明图。
图22是表示输液泵的一个例子的说明图。
具体实施方式
图1是压电驱动装置10的立体图。图2是压电驱动装置10的分解立体图。压电驱动装置10具备多个压电振动部100、外框30、内框40、板弹簧50、中间部件60、固定框70、盖80、以及柔性基板90。各部件通过以下方式配置。多个压电振动部100在z方向层叠。中间部件60是2个，如图2所示，从上下方向(z方向)夹着多个压电振动部100。应予说明，中间部件60仅夹着压电振动部100的表面的一部分。这一点在后面说明。固定框70从x方向以及y方向包围压电振动部100和中间部件60。2个板弹簧50从上下方向(z方向)夹着中间部件60、压电振动部100以及固定框70。内框40具有三个侧面部42、43、44，这些侧面部42、43、44贯通板弹簧50，并被插入至压电振动部100与固定框70之间。外框30包围固定框70。盖80配置在上侧的板弹簧50的上方(z方向)。柔性基板90贯通盖80、板弹簧50，并与压电振动部100连接。以下，对各部件的构造进行说明。
图3是表示压电振动部100的简要结构的说明图，图3(A)是俯视图，图3(B)是其3B-3B剖视图。在图3(A)所示的俯视图中，对于图3(B)所示的绝缘层240、布线电极250、保护膜260省略图示。
压电振动部100具备基板200、压电元件110、绝缘层240、布线电极250、以及保护膜260。基板200具备振动体210以及支承部220。振 动体210和支承部220在振动体210的长边的中央连接。将支承部220中与振动体210连接的端部称作“第一连接部222”、“第二连接部223”，将第一连接部222、第二连接部223以外的部分称作“固定部221”。应予说明，在不区别第一连接部222和第二连接部223的情况下，也将“第一连接部222”、“第二连接部223”分别称作“连接部222”、“连接部223”。在基板200上形成有压电元件110。在压电元件110上形成有绝缘层240、布线电极250、以及保护膜260。
压电元件110具备第一电极130(由于以薄膜状形成，所以也称作“第一电极膜130”。)、形成在第一电极130上的压电体140(由于以薄膜状形成，所以也称作“压电体膜140”。)、以及形成在压电体140上的第二电极150(由于以薄膜状形成，所以也称作“第二电极膜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，例如能够使用Al(铝)、Ni(镍)、Au(金)、Pt(白金)、Ir(铱)、Cu(铜)等导电性较高的任意的材料。
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，能够使用采用ABO3型的钙钛矿构造的陶瓷等表现压电效应的任意的材料。作为采用ABO3型的钙钛矿构造的陶瓷，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、钨酸鈉，氧化锌，钛酸钡锶(BST)、钽酸锶铋(SBT)、铌酸铅、锌铌酸铅、钪铌酸铅等。另外，也能够使用陶瓷以外的表现压电效应的材料，例如也能够使用聚二氟乙烯、水晶等。优选压电体140的厚度例如是50nm(0.05μm)以上20μm以下的范围。对于具有该范围的厚度的压电体140的薄膜，利用膜形成工序(也称作“成膜工序”。)能够容易地形成。若将压电体140的厚度设为0.05μm以上，则能够根据压电体140的伸缩产生充分大的力。另外，若将压电体140的厚度设为20μm以下，则能够将压电振动部100充分地小型化。
在本实施方式中，压电振动部100作为压电元件110包括五个压电元件110a、110b、110c、110d、110e。压电元件110e形成为大致长方形形状，沿振动体210的长边方向形成在振动体210的宽度方向的中央。压电元件110a，110b，110c，110d形成在振动体210的四角的位置。 应予说明，在图3中示出压电元件110形成在振动体210的一方的面的例子，但压电元件110也可以形成于振动体210的两个面。在这种情况下，优选一方的面的压电元件110a～110e和另一方的面的压电元件110a～110e配置在以振动体210为对称面的对称位置。
基板200作为用于通过膜形成工序形成第一电极130、压电体140以及第二电极150的基板来使用。另外，基板200的振动体210也具有进行机械式的振动的作为振动板的功能。基板200例如能够通过Si、Al2O3、ZrO2等形成。作为Si制的基板200(也称作“硅基板200”。)，例如能够使用半导体制造用的Si晶体。优选基板200的厚度例如为10μm以上100μm以下的范围。若将基板200的厚度设为10μm以上，则能够在基板200上的成膜处理时比较容易地处理基板200。应予说明，若将基板200的厚度设为50μm以上，则能够更加容易地处理基板200。另外，若将基板200(振动体210)的厚度设为100μm以下，则能够容易与以薄膜形成的压电体140的伸缩相应地使振动体210振动。
在本实施方式中，在支承部220上也形成有第一电极130、压电体140、第二电极150、绝缘层240、布线电极250、以及保护膜260。作为其结果，能够使振动体210中的压电振动部100的厚度与支承部220中的压电振动部100的厚度几乎相同(例如使厚度的差为6μm以下，或3μm以下)。由此，能够在将多个压电振动部100重叠地构成压电驱动装置10的情况下，使振动体210中的相邻接的2个压电振动部100之间的间隙与支承部220中的相邻接的2个压电振动部100之间的间隙几乎相同，所以不易产生压电振动部100间的松动。应予说明，优选固定部221上的第一电极130、压电体140、以及第二电极150不构成能够动作的压电元件。若不构成能够动作的压电元件，则压电体140不产生变形，所以容易将固定部221与其它的部件固定。在本实施方式中，如后述那样，将由布线电极250对由振动板210上的第一电极130和第二电极150施加电压。若要不构成能够动作的压电元件，则进行以下的至少一方即可：(i)不将固定部221上的第一电极130和第二电极150与用于对振动板210上的第一电极130和第二电极150施加电压的布线电极250连接，或(ii)将固定部221上的第一电极130和固定部221上的第二电极150相互连接。应予说明，固定部221上的电极130、150和振动体210上的电极130、150相互连接，不分离。在上述说明中， 第一电极130、压电体140、以及第二电极150形成在支承部220(固定部221和连接部222、223)上，但也可以是不在支承部220中的连接部222、223上形成第一电极130、压电体140、以及第二电极150的构成。
图4是表示基板200的俯视图。基板200具备振动体210和支承部220(固定部221和连接部222、223)。在图4中，为了使振动体210和支承部220容易区别，对振动体210标注阴影线，不对支承部220(固定部221和连接部222、223)标注阴影线。振动体210具有包括第一边211、第二边212、第三边213、以及第四边214的4条边的长方形形状。第一边211和第二边212相互是对边，第三边213和第四边214相互是对边。第三边213和第四边214分别连接第一边211与第二边212之间，比第一边长。2个连接部222、223分别设置于固定部221的端部，与振动体210的第三边213和第四边214的每一边中央的位置连接。固定部221以从第一连接部222绕第二边212侧至第二连接部223的方式，配置在比第一边211接近第二边212的一侧。振动体210和支承部220由1个硅基板一体地形成。具体地说，通过蚀刻形成压电元件110的硅基板，形成各个基板200的形状，并且形成振动体210和支承部220间的间隙205。由此，振动体210和支承部220(固定部221和连接部222、223)一体形成。
优选振动体210的长度L(第三边213以及第四边214的长度)和宽度W(第一边211以及第二边212的长度)的比为L：W＝大约7：2。该比是为了振动体210进行沿其平面左右地弯曲的超声波振动(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。应予说明，为了振动体210进行超声波振动，优选长度L为50mm以下。
在振动体210的第一边211形成有凹部216。在凹部216被嵌入能够与被驱动部件接触的接触件20并被接合(通常为粘合)。接触件20是与被驱动部件接触，用于向被驱动部件提供力的部件。优选接触件20由陶瓷(例如Al2O3)等有耐老化性的材料形成。
图5是表示压电驱动装置10的等效电路的说明图。为便于图示，在图5中记载驱动电路300和一个压电振动部100。在压电驱动装置10具备多个压电振动部100的情况下，能够将多个压电振动部100与驱动 电路300以并联的方式连接。压电元件110被分成3组。第一组具有2个压电元件110a、110d。第二组具有2个压电元件110b、110c。第三组仅具有一个压电元件110e。第一组的压电元件110a、110d相互以并联的方式连接，并与驱动电路300连接。第二组的压电元件110b、110c相互以并联的方式连接，并与驱动电路300连接。第三组的压电元件110e单独地与驱动电路300连接。
驱动电路300通过对5个压电元件110a～110e中的规定的压电元件，例如第一组的压电元件110a、110d的第一电极130与第二电极150之间施加周期性地变化的交流电压或者脉动电压，能够使压电振动部100产生超声波振动，使与接触件20接触的转子(被驱动体、被驱动部件)向规定的旋转方向旋转。在此，“脉动电压”是指对交流电压施加了DC偏置的电压，脉动电压的电压(电场)的方向是从一方的电极朝向另一方的电极的一方向。与电流的方向从第一电极130朝向第二电极150相比，优选从第二电极150朝向第一电极130。另外，通过对第二组的压电元件110b、110c的第一电极130与第二电极150施加交流电压或者脉动电压，能够使与接触件20接触的转子向相反方向旋转。
图6是表示压电振动部100的动作的例子的说明图。压电振动部100的接触件20与作为被驱动部件的转子95的外周接触。在图6所示例子中，对2个压电元件110a、110d施加交流电压或者脉动电压，压电元件110a、110d在图6的箭头x的方向伸缩。与其相应地，压电振动部100的振动体210在振动体210的平面内弯曲并变形为蛇行形状(S字形状)，接触件20的前端在箭头y的方向往复运动或者椭圆运动。作为其结果，转子95若其中心96在规定的方向z(在图6中为顺时针方向)旋转。应予说明，在驱动电路300对2个压电元件110b、110c施加交流电压或者脉动电压的情况下，转子95向相反方向旋转。应予说明，若对中央的压电元件110e施加交流电压或者脉动电压，则压电驱动装置10在长边方向伸缩，所以能够使从接触件20提供给转子95的力进一步增大。应予说明，对于压电驱动装置10(或者压电振动部100)的这样的动作，在上述先行技术文献1(日本特开2004-320979号公报、或者对应的美国专利第7224102号)中有记载，参照适用其公开内容。
图7是表示在压电振动部100的制造工序执行的膜形成工序的流程 图的说明图。图8是图示压电振动部100的制造工序的说明图。在步骤S100，在基板200上形成绝缘层201。作为基板200例如能使用Si晶体。能够在一个Si晶体上形成多个压电振动部100。作为绝缘层201，例如能够使用对基板200的表面进行热氧化形成的SiO2层。应予说明，在图3中，省略绝缘层201的图示。除此而外，作为绝缘层201，能够使用氧化铝(Al2O3)、丙烯酸、聚酰亚胺等的有机材料。应予说明，在基板200为绝缘体的情况下，能够省略形成绝缘层201的工序。
在步骤S110，形成第一电极130，进行刻画图案。第一电极130例如能够通过溅射来形成，刻画图案能够通过蚀刻来进行。
在步骤S120，在第一电极130上形成压电体140，进行刻画图案。压电体140的形成例如能够会用溶胶-凝胶法来进行。即，通过将压电体材料的溶胶凝胶溶液滴落在基板200(第一电极130)上，并使基板200高速旋转，能够在第一电极130上形成溶胶凝胶溶液的薄膜。然后，以200～300℃的温度预烧，在第一电极130上形成压电体材料的第一层。然后，通过反复多个溶胶凝胶溶液的滴落、高速旋转、预烧的周期，在第一电极130上形成压电体层至所期望的厚度。应予说明，在1个周期中形成的压电体的一层的厚度也取决于溶胶凝胶溶液的粘度、基板200的旋转速度，但约为50nm～150nm的厚度。通过在形成压电体层至所期望的厚度后以600℃～1000℃的温度烧结，形成压电体140。若将烧结后的压电体140的厚度设为50nm(0.05μm)以上20μm以下，则能够实现小型的压电驱动装置10。应予说明，若将压电体140的厚度设为0.05μm以上，则能够与压电体140的伸缩相应地产生充分大的力。另外，若将压电体140的度设为20μm以下，则即使将对压电体140施加的电压设为600V以下，也能够产生充分大的力。作为其结果，能够以低价的元件构成压用于驱动电驱动装置10的驱动电路300。应予说明，也可以将压电体的厚度设为400nm以上，在这种情况下，能够使通过压电元件产生的力增大。应予说明，预烧、烧结的温度、时间是一个例子，能够根据压电体材料适当地选择。
在使用溶胶-凝胶法形成压电体材料的薄膜后进行了烧结的情况下，与混合原料粉末进行烧结的以往的烧结法相比，有如下优点：(a)容易形成薄膜，(b)使晶格方向一致容易结晶化，(c)能够提高压电体的耐 压。
在本实施方式中，在步骤S120，通过使用了氩离子束的离子铣削来进行压电体140的刻画图案。应予说明，也可以代替使用离子铣削来进行刻画图案，而通过其它的任意的刻画图案方法(例如使用了氯系的气体的干式蚀刻)来进行刻画图案。
在步骤S130，在压电体140上形成第二电极150，进行刻画图案。第二电极150的形成以及刻画图案与第一电极130相同，能够通过溅射和蚀刻来进行。
在步骤S140，在第二电极150上形成绝缘层240。在步骤S150，在绝缘层240上形成布线电极250。
图9是表示布线电极250的图案的说明图。布线电极250具有4个布线图案251、252、253、254。这些的布线图案251～254形成为从固定部221上通过连接部222、223上至振动体210上。第一布线图案251在振动体210上与压电元件110a、110d(图3(A))的第二电极150连接。同样，第二布线图案252在振动体210上与压电元件110b、110c的第二电极150连接，第三布线图案253在振动体210上与压电元件110e的第二电极150连接，第四布线图案254在振动体210上与压电元件110a、110b、110c、110d、110e的第一电极130连接。另外，这些布线图案251～254在支承部220上(除连接部222、223上之外)与柔性基板90(图1、2)的布线连接。柔性基板90的布线与驱动电路300(图5)连接。应予说明，布线图案251～254不与固定部221上的第一电极130以及第二电极150连接。
在步骤S160，形成保护膜260，在步骤S170，通过蚀刻形成各个基板200的形状，同时在振动体210与支承部220之间形成间隙205，在第一边211形成凹部216。在凹部216通过粘合剂粘合接触件20。
图10是表示层叠多个压电振动部100的构成例的说明图。在本实施方式的压电驱动装置10中，将多个压电振动部100在基板200的法线方向上层叠来使用。图10(A)所示的压电驱动装置10a具备4个压电振动部100a、100b、100c、100d。各压电振动部100a～100d与上述 的压电振动部100相同，具备振动体210以及支承部220。将第二压电振动部100b的支承部称作“第二支承部”。以下，对于第三压电振动部100c、第四压电振动部100d也相同。在该例中，通过粘合剂层270粘合第一压电振动部100a的振动体210和与第一压电振动部100a相邻接的第二压电振动部100b的压电元件110(第二压电元件)。
图10(B)所示的压电驱动装置10b也同样具备4个压电振动部100a、100b、100c、100d。但是，在图10(B)中，第一压电振动部100a的振动体210和与第一压电振动部100a相邻接的第二压电振动部100b的振动体210(也称作“第二振动体210”。)通过粘合剂层270粘合，第二压电振动部100b的压电元件110和与第二压电振动部100b相邻接的第三压电振动部100c的压电元件110通过粘合剂层270粘合。
图10(C)所示的压电驱动装置10c具备2个压电振动部100e、100f，这些压电振动部100e、100f均是在振动体210的两面具备压电元件110的构成。第一压电振动部100e的压电元件110和与第一压电振动部100e相邻接的第二压电振动部100f的压电元件110通过粘合剂层270粘合。
以下，对构成压电驱动装置10的各部件进行说明。
图11是表示外框30的结构的说明图。外框30由树脂、金属构成，作为压电驱动装置10的筐体发挥功能。外框30具备底面部31和侧面部32、33。底面部31具有平板形状，在几乎中央部具备开口部34。侧面部32、33分别设置于底面部31的y方向的2个端部，与底面部31垂直。在图11所示的构成中，在底面部31的x方向的端部未设置侧面部，但也可以是在底面部31的x方向的一方的端部具备侧面部的构成。应予说明，对于底面部31的x方向的另一方的端部，由于压电振动部100的振动体210突出，所以不需要侧面部。
图12是表示中间部件60的结构的说明图。中间部件60例如是由不锈钢(热传导率约为17～20W/mK)、硅(热传导率约为170W/mK)构成的呈平板形状的部件，具备平板部61和突起部62。突起部62是平板部61的一方的面的外缘，设置于中间部件60的y方向的两端部和x方向的一端部，从中央至x方向的另一方的端部未设置。另外，突起部62未设置于平板部61的另一方的面。若进行其它的表现，则中 间部件60也可以是在平板的一方的面从平板的中央朝向一条边形成凹部的构造。通过该构造，中间部件60与支承部220、或支承部220上的压电元件110接触，但不与振动体210、或振动体210上的压电元件110接触。因此，不抑制振动体210的振动。在如图2所示那样层叠各部件来构成压电驱动装置10的情况下，中间部件60被配置为突起部62位于压电振动部100侧。作为其结果，突起部62与压电振动部100的支承部220接触，平板部61与板弹簧50面接触。在该构造的情况下，从压电振动部100产生的热量从突起部62转移至平板部61，从平板部61转移至板弹簧50。
图13是表示内框40的结构的说明图。内框40由树脂或金属形成，具备作为平板的底面部41、以及3个侧面部42、43、44。侧面部42设置于底面部41的x方向的一方的端部，与底面部41垂直。侧面部43、44分别设置于底面部41的y方向的2个端部，与底面部41垂直。侧面部43、44在与底面部41的边界具备凸缘45。在将内框40配置于外框30时，在外框30的开口部34(图11)嵌入内框40的底面部41。凸缘45以内框40不向外框30的z方向掉落的方式支承。在被内框40的底面部41、以及3个侧面部42、43、44包围的大致长方体的区域46收纳压电振动部100的一半以及配置于其两侧的中间部件60。
图14是表示板弹簧50的结构的说明图。板弹簧50是由金属形成的板状的弹性部件，具备外框部51、中央部52、弹簧部53、54、以及3个开口部55、56、57。外框部51是处于板弹簧50的外缘的呈边框形状的部分。中央部52是设置于板弹簧50的中央的呈长方形形状的部分。中央部52具有与中间部件60的大小几乎相同的大小。另外，中央部52在将中间部件60和板弹簧50重叠时处于与中间部件60面接触的位置。板弹簧50能够从与压电元件110或振动体210的至少一方接触的面向相反的一侧的面(盖80(图2)侧的面)容易地转移热量。
弹簧部53、54是连接中央部52和外框部51的细长的部分，具有弯曲构造。若压电振动部100驱动，则振动体210伸缩。若振动体210伸长，则支承部220向与凹部216相反方向移动，所以中间部件60、板弹簧50的中央部52也同方向移动。作为其结果，中央部52与外框部51的相对的位置改变，在弹簧部53、54产生形变。产生形变的弹簧部53、54作为弹簧(弹性体)发挥功能，将振动体210按压至被驱动部件95(图6)。
3个开口部55、56、57分别处于与内框40的3个侧面部42、43、44对应的位置，在层叠各部件来构成压电驱动装置10时，内框40的3个侧面部42、43、44分别贯通开口部55、56、57。
图15是表示固定框70的结构的说明图。固定框70由树脂、金属构成。固定框70是具有大致边框形状的部件，但在边框形状的1边的中央设置有开口部71。在固定框70的内部收纳内框40、压电振动部100、以及中间部件60。应予说明，压电振动部100的振动体210的一部分从开口部71向外突出。在构成压电驱动装置10时，如图2所示那样，在固定框70的上下配置板弹簧50。
图16是表示盖80的结构的说明图。盖80由热传导率0.1W/mK以上的材料，例如由树脂、金属形成。盖80在外框30的上部作为压电驱动装置10的筐体的一部分具有进行盖上盖的功能，具有散发热量的作为板状的热传导部件的功能。若为热传导率0.1W/mK以上的材料，则能够进行充分的散热，并且作为材料能够使用成本较低的树脂。应予说明，盖80也可以由热传导率10W/mK以上的材料，例如由不锈钢(热传导率约为16～20W/mK)形成。能够进一步提高散热性。也可以将盖80的材料设为硅。硅的热传导率约为170W/mK，能够进一步提高散热性。盖80的热传导率也可以是与板弹簧50、中间部件60的热传导率同等以上。由于盖与板弹簧50、中间部件60相比，热传导率较大，所以不易在压电驱动装置10的内部封闭热量。盖80具备3个开口部81、82、83。开口部81是内框40的侧面部42和柔性基板90贯通的孔。开口部82、83分别是内框的侧面部43、44贯通的孔。被3个开口部81、82、83围起的中央部84与板弹簧50的中央部52面接触。因此，能够使板弹簧50的热量迅速地转移至盖80。
图17是表示压电振动部100中的热量的转移的说明图。在压电元件110a～110e中产生热量。热量从压电元件110a～110e转移至振动体210，并如以箭头H1表示的那样，从振动体210经由连接部222、223转移至固定部221，并进一步如以箭头H2表示的那样，扩散至固定部221。在本实施方式中，振动体210和支承部220由相同的材料(例如 硅)一体地形成，所以向支承部220(固定部221)的热量的转移很容易。另外，若振动体210和支承部220由硅形成，则由于硅的传导率极大，约为170W/mK，所以热量的转移很容易。
图18是表示压电驱动装置10中的热量的转移的说明图。转移至固定部221的热量如箭头H3所示那样，通过中间部件60的突起部62转移至中间部件60的平板部61。热量进一步如以箭头H4所示那样，扩散至平板部61。由于中间部件60的平板部61和板弹簧50的中央部52面接触，所以热量如以箭头H5所示那样，转移至板弹簧50。由于板弹簧50的中央部52和盖80的中央部84面接触，所以热量如以箭头H6所示那样转移至盖80，并从盖80散发至外部空气。
以上，根据本实施方式，具备振动体210、配置于振动体210的至少一方的面的压电元件110、支承振动体210的支承部220(支承部)、将振动体210按压至被驱动部件的作为弹性部件的板弹簧50、被配置为与板弹簧50保持面接触状态且能够变更相互的位置关系的作为热传导部件的盖80，所以能够使压电驱动装置10的热量容易散放。
在本实施方式中，设置中间部件60，使板弹簧50与压电元件110或振动体210的至少一方间接地接触，但也可以不具备中间部件60，使板弹簧50与压电元件110或振动体210的至少一方直接地接触。由于不具有中间部件60，所以容易使热量转移至板弹簧50。在这种情况下，优选与具有中间部件60不与振动体210上的压电元件110接触的构造相同地，为了使板弹簧50与振动体210上的压电元件110不接触而使支承部220中的压电振动部100的厚度比振动体210中的压电振动部100的厚度厚、或使板弹簧50的压电振动部100侧的外框部51增厚。
变形例：
图19(A)、(B)、(C)是作为本发明的其它的实施方式的压电振动部100的俯视图，是与本实施方式的图3(A)对应的图。在图19(A)、(B)、(C)中，为便于图示，仅图示振动体210，省略支承部220、连接部222、223的图示。在图19(A)的压电振动部100g中，省略一对压电元件110b、110c。该压电振动部100g也能够在如图6所示那样的一个方向z使转子95旋转。应予说明，由于对图19(A)的3个压电 元件110a、110e、110d施加相同的电压，所以也可以将这3个压电元件110a、110e、110d的第二电极(150a、150e、150d)形成为连续的一个电极层。
图19(B)是作为本发明的又一其它的实施方式的压电振动部100h的俯视图。在该压电振动部100h中，省略图3(A)的中央的压电元件110e，其它的4个压电元件110a、110b、110c、110d与图3(A)相比，形成较大的面积。该压电振动部100h也能够实现与第一实施方式几乎相同的效果。
图19(C)是作为本发明的又一其它的实施方式的压电振动部100j的俯视图。在该压电振动部100j中，省略图3(A)的4个第二电极150a、150b、150c、150d，一个第二电极150e以较大的面积形成。该压电振动部100j仅在长边方向伸缩，但能够从接触件20针对被驱动体(图示省略)提供较大的力。
如由图3以及图19(A)、(B)、(C)所理解的那样，作为压电振动部100的第二电极150，也能够设置至少一个电极层。但是，若在图3以及图19(A)、(B)所示的实施方式那样，若在长方形的振动体210的对角的位置设置压电元件110(第二电极150)，则能够使振动体210变形为在其平面内弯曲的蛇行形状，在这一点上优选。
·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10能够通过利用共振来向被驱动部件提供较大的力，能够适用于各种的装置。压电驱动装置10例如能够作为机器人(也包括电子部件输送装置(IC分选机))、投药用泵、表的日历发送装置、印刷装置(例如纸张输送机构。但是，由于在被利用于打印头的压电驱动装置中，不使振动体共振，所以不能够应用于打印头。)等各种设备中的驱动装置来使用。以下，对代表性的实施方式进行说明。
图20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具有臂2010(也称作“腕部”)，该臂2010具备多个连杆部2012(也称作“连杆部件”)、以及能够使这些连杆部2012间转动或者弯曲的状态对其进行连接的多个关节部2020。在各关 节部2020内置有上述的压电驱动装置10，能够使用压电驱动装置10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，能够使用压电驱动装置10对把持部2003开闭来把持物件。另外，在机器人手2000与臂2010之间也设置有压电驱动装置10，也能够使用压电驱动装置10使机器人手2000相对于臂2010旋转。
图21是表示图20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，手腕的连杆部2012被以能够绕手腕转动部2022的中心轴O转动的方式安装。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的根端的部分搭载有压电驱动装置10。因此，能够通过使压电驱动装置10动作，来使把持部2003移动而把持对象物。
应予说明，作为机器人，并不局限于单臂的机器人，对于臂的个数为2个以上的多臂机器人也能够应用压电驱动装置10。在此，在手腕的关节部2020、机器人手2000的内部除了包括压电驱动装置10外，还包括向力觉传感器、陀螺仪传感器等各种装置供给电力的电力线、传输信号的信号线等，需要非常多的布线。因此，在关节部2020、机器人手2000的内部配置布线非常困难。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，能够使驱动电流减小，所以即使在关节部2020(尤其是臂2010的前端的关节部)、机器人手2000这样的较小的空间也能够配置布线。
图22是表示利用了上述的压电驱动装置10的输液泵2200的一个例子的说明图。输液泵2200在壳体2230内设置有油箱2211、管2212、压电驱动装置10、转子2222、减速传递机构2223、凸轮2202、多个机械手2213、2214、2215、2216、2217、2218、2219。油箱2211是用于收纳作为输送对象的液体的收纳部。管2212是用于输送从油箱2211发送出的液体的管。压电驱动装置10的接触件20以被按压至转子2222的侧面的状态设置，压电驱动装置10使转子2222旋转驱动。转子2222 的旋转力经由减速转移机构2223被传递至凸轮2202。机械手2213～2219是用于阻塞管2212的部件。若凸轮2202旋转，则由机械手2213至2219被凸轮2202的突起部2202A按顺序向放射方向外侧按压。由机械手2213至2219从输送方向上游侧(油箱2211侧)按顺序阻塞管2212。由此，管2212内的液体按顺序被输送至下游侧。这样，能够高精度地输送极少的量，而且能够实现小型的输液泵2200。应予说明，各部件的配置并不局限于图示的配置。另外，也可以是不具备机械手等部件，而是设置于转子2222的球状体等阻塞管2212的构成。上述那样的输液泵2200能够活用于将胰岛素等药液注入人体的投药装置等。在此，通过使用上述的实施方式的压电驱动装置10，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，在电池驱动投药装置的情况下特别有效。
以上，基于几个实施例对本发明的实施方式进行了说明，上述的发明的实施方式是用于使本发明容易理解的方式，并不限定本发明。本发明能够不脱离其主旨以及请求保护的范围地进行变更、改进，并且本发明当然包括其等效物。
附图标记的说明：10、10a、10b、10c…压电驱动装置；20…接触件；30…外框；31…底面部；32，33…侧面部；34…开口部；40…内框；41…底面部；42，43，44…侧面部；45…凸缘；46…区域；50…板弹簧；95…转子；96…中心；51…外框部；52…中央部；53，54…弹簧部；55…开口部；60…中间部件；61…平板部；62…突起部；70…固定框；71…开口部；80…盖；81，82，83…开口部；84…中央部；90…柔性基板；100、100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100j…压电振动部；110、110a、110b、110c、110d、110e…压电元件；130…第一电极；140…压电体；150、150a、150d、150e…第二电极；200…基板；205…间隙；210…振动体；211…第一边；212…第二边；213…第三边；214…第四边；216…凹部；220…支承部；221…固定部；222…第一连接部；223…第二连接部；240…绝缘层；250…布线电极；251…第一布线图案；252…第二布线图案；253…第三布线图案；254…第四布线图案；260…绝缘层；270…粘合剂层；300…驱动电路；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…输液泵；2202…凸轮；2202A…突起部；2211…油箱；2212…管；2213…机械手；2222…转子；2223…减速传递机构。
Claims (11)
1.一种压电驱动装置，其特征在于，具备：
压电振动部，其具备振动体、配置于上述振动体的至少一方的面的压电元件、以及支承上述振动体的支承部；
弹性部件，其将上述振动体向被驱动部件按压；以及
热传导部件，其被配置为与上述弹性部件保持面接触状态且能够变更相互的位置关系。
2.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，
具备中间部件，该中间部件位于上述振动体与上述弹性部件之间，与上述支承部接触且与配置于上述振动体的上述压电元件不接触。
3.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，
上述弹性部件与上述支承部接触，与上述振动体上的上述压电元件不接触。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的压电驱动装置，其特征在于，上述弹性部件在与上述压电振动部接触的面相反的一侧的面与上述热传导部件接触。
5.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，
具备收纳上述振动体、上述压电元件、上述支承部以及上述弹性部件的筐体，
上述热传导部件构成上述筐体的一部分。
6.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，
上述热传导部件的热传导率为0.1W/mK以上。
7.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，
上述热传导部件的热传导率为10W/mK以上。
8.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，
上述热传导部件含有硅。
9.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，
上述振动体和上述支承部含有相同的材料并且为一体。
10.一种机器人，其特征在于，具备：
多个连杆部；
连接上述多个连杆部的关节部；以及
使上述多个连杆部在上述关节部转动的权利要求1所述的压电驱动装置。
11.一种压电驱动装置的驱动方法，其特征在于，
是权利要求1所述的压电驱动装置的驱动方法，
对上述压电元件施加脉动电压，上述脉动电压为周期性地变化的电压，上述脉动电压的施加至上述压电元件的压电体的电场的方向为一方向。
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