JP2018019540A - 圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動板の変形量の低下を低減することのできる圧電アクチュエーターを提供すること、また、この圧電アクチュエーターを備える圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置を提供する。【解決手段】圧電アクチュエーターは、振動板と、前記振動板の一方の主面側に配置され、圧電体を含む振動部と、を有し、前記振動板と前記振動部とが重なる方向から見た平面視で、前記振動板の前記振動部と重ならない部分に前記振動部と重なる部分よりも厚さが小さい薄肉部が配置されていることを特徴とする。また、前記薄肉部は、前記振動板の厚さ方向から見た平面視で、前記振動板の外縁部の少なくとも一部に沿って配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置に関するものである。

従来から、圧電素子を備える圧電アクチュエーターが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の圧電アクチュエーター（共振振動子）は、振動板と、振動板の一方の面に配置された圧電体と、を有し、圧電体が伸縮することで振動板が振動するように構成されている。

特開２０１２−１７４９９５号公報

しかしながら、引用文献１の圧電アクチュエーターでは、振動板をその厚さ方向から見た平面視で、圧電体が振動板よりも一回り小さく、振動板の外縁部を除くように配置されている。そのため、振動板の外縁部が圧電体の伸縮による振動板の振動を阻害してしまい、振動板の変位量が低下するという問題がある。

本発明の目的は、振動板の変形量の低下を低減することのできる圧電アクチュエーターを提供すること、また、この圧電アクチュエーターを備える圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置を提供することにある。

上記目的は、下記の本発明により達成される。

本発明の圧電アクチュエーターは、振動板と、
前記振動板上に配置され、圧電体を含む振動部と、を有し、
前記振動板と前記振動部とが重なる方向から見た平面視で、前記振動板の前記振動部と重ならない部分に前記振動部と重なる部分よりも厚さが小さい薄肉部が配置されていることを特徴とする。
このように、振動板の振動部と重ならない部分の厚さを小さくすることで、振動部と重ならない部分が振動部の伸縮による振動板の振動を阻害してしまうことを低減することができる。そのため、振動板の変形量の低下を低減することのできる圧電アクチュエーターを提供することができる。

本発明の圧電アクチュエーターでは、前記薄肉部は、前記振動板の厚さ方向から見た平面視で、前記振動板の外縁部の少なくとも一部に沿って配置されていることが好ましい。
このような外縁部は、振動部を配置し難い場所であるため、振動部の配置を阻害することなく薄肉部を配置することができる。

本発明の圧電アクチュエーターでは、前記振動板に接続され、圧電アクチュエーターにより駆動される被駆動部と接触する部位である凸部を有することが好ましい。
これにより、被駆動部に振動板の振動を効率的に伝達することができる。

本発明の圧電アクチュエーターでは、前記振動板に接続されている接続部を有し、
前記接続部の厚さは、前記薄肉部の厚さよりも大きいことが好ましい。
これにより、接続部の機械的強度を高めることができる。

本発明の圧電アクチュエーターでは、前記薄肉部は、前記振動板の厚さ方向から見た平面視で、前記重なる部分の全周を囲っていることが好ましい。
これにより、振動板の変形量の低下をより効果的に低減することができる。

本発明の圧電アクチュエーターでは、前記振動板の外縁部であって前記凸部と接続されている部分の厚さは、前記薄肉部の厚さよりも大きいことが好ましい。
これにより、振動板の凸部と接続されている部分の機械的強度を高めることができ、例えば、振動板の破損や凸部の意図しない変位（撓み）等の可能性を低減することができる。

本発明の圧電アクチュエーターでは、前記振動板の外縁部であって前記接続部と接続されている部分の厚さは、前記薄肉部の厚さよりも大きいことが好ましい。
これにより、振動板の接続部と接続されている部分の機械的強度を高めることができる。

本発明の圧電アクチュエーターでは、前記重なる部分には、前記振動板の前記振動部が配置されている側の裏面に開口する凹部が配置されていることが好ましい。
これにより、振動板の振動部と重なる部分をより変形させ易くすることができる。そのため、振動部の伸縮によって振動板をより大きく変形させることができる。

本発明の圧電アクチュエーターでは、前記重なる部分と前記薄肉部との境界部には段差が配置され、
前記段差は、前記振動板の前記振動部が配置されている側の裏面に位置していることが好ましい。
これにより、例えば、振動板の裏面側からのエッチング等によって薄肉部を形成することができる。そのため、薄肉部を形成する際に振動部が邪魔にならず、薄肉部を容易に形成することができる。また、薄肉部を形成する際に振動部が損傷する可能性を低減することもできる。

本発明の圧電アクチュエーターでは、前記振動板は、シリコンを含んでいることが好ましい。
これにより、振動板の構成が簡単となる。

本発明の圧電モーターは、本発明の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い圧電モーターが得られる。

本発明のロボットは、本発明の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高いロボットが得られる。

本発明の電子部品搬送装置は、本発明の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子部品搬送装置が得られる。

本発明の第１実施形態に係る圧電モーターの全体構成を示す概略図である。 図１に示す圧電モーターが備える圧電アクチュエーターの断面図（図１中のＡ−Ａ線断面図）である。 図１に示す圧電モーターの駆動を説明する概略図である。 図２に示す圧電アクチュエーターを図１とは反対の主面側から見た平面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターの平面図である。 図５中のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエーターの平面図である。 本発明の第４実施形態に係る圧電アクチュエーターの平面図である。 図８中のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の第５実施形態に係るロボットの斜視図である。 本発明の第６実施形態に係る電子部品搬送装置の斜視図である。 図１１に示す電子部品搬送装置が有する電子部品保持部の斜視図である。

以下、本発明の圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターについて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターの全体構成を示す概略図である。図２は、図１に示す圧電モーターが備える圧電アクチュエーターの断面図（図１中のＡ−Ａ線断面図）である。図３は、図１に示す圧電モーターの駆動を説明する概略図である。図４は、図２に示す圧電アクチュエーターを図１とは反対の主面側から見た平面図である。なお、「主面側」とは振動部が配置されている側の振動板の面側である。

図１に示す圧電モーター１００（超音波モーター）は、回動軸Ｏまわりに回転可能な被駆動部（従動部）としてのローター６と、ローター６の外周面６１に当接する圧電アクチュエーター１と、を有している。このような圧電モーター１００では、圧電アクチュエーター１を駆動（振動）させることで、ローター６を回動軸Ｏまわりに回転させることができる。なお、圧電モーター１００の構成としては図１の構成に限定されない。例えば、本実施形態では、圧電アクチュエーター１により駆動される被駆動部として、回転移動するローター６を用いているが、これに限定されず、例えば、被駆動部として直線移動するものを用いてもよい。

図１に示すように、圧電アクチュエーター１は、振動板２１と、振動板２１上（振動板の上面。一方の主面）に配置され、圧電体３２を含む振動部３２０と、を有し、振動板２１と振動部３２０とが重なる方向（振動板２１の厚さ方向）から見た平面視（以下、単に「平面視」ともいう）で、振動板２１の振動部３２０と重ならない部分に振動部３２０と重なる部分よりも厚さが小さい（薄い）薄肉部２１２が配置されている。このような構成によれば、薄肉部２１２によって振動板２１の振動部３２０と重ならない部分を柔らかくすることができ、振動部３２０と重ならない部分が振動部３２０の伸縮による振動板２１の振動（変形）を阻害してしまうことを低減することができる。そのため、振動板２１の変形量の低下を低減することのできる圧電アクチュエーター１、言い換えると、振動板２１に大きな変位を発生させることのできる圧電アクチュエーター１を提供することができる。以下、このような圧電アクチュエーター１について、詳細に説明する。

図１に示すように、圧電アクチュエーター１は、基板２と、圧電素子３と、を有している。基板２は、振動板２１と、固定部２２と、振動板２１と固定部２２とを接続する１対の接続部２３１、２３２と、振動板２１に接続され、圧電アクチュエーター１により駆動されるローター６（被駆動部）に接触する部位である凸部２４（接触部）と、を有している。このような構成では、図示していないが、固定部２２において、圧電アクチュエーター１が対象物に固定される。なお、以下では、説明の便宜上、振動板２１の凸部２４が設けられている側を先端側とし、反対側を基端側とする。

振動板２１は、振動板２１の厚さ方向から見た平面視で、略長方形状をなしている。また、固定部２２は、振動板２１の基端側を囲むようにＵ字形状となっている。また、接続部２３１、２３２は、振動板２１の幅方向両側に位置し、振動板２１を両持ち支持するようにして振動板２１と固定部２２とを接続している。また、接続部２３１、２３２は、振動板２１が変形する際の節となる部分に配置されている（図３参照）。また、凸部２４は、振動板２１の先端部に接続されており、振動板２１から先端側へ突出していると共に、その先端面がローター６の外周面６１に接触している。このような凸部２４を有することで、ローター６に振動板２１の振動を効率的に伝達することができる。また、振動板２１とローター６の接触を防止でき、振動板２１の破損の可能性を低減することができる。なお、振動板２１、固定部２２、接続部２３１、２３２および凸部２４の形状や配置としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。

このような基板２は、シリコン基板（半導体基板）から形成されている。すなわち、振動板２１は、シリコンを含んでいる。このような構成とすることで、基板２（振動板２１）の構成が簡単となる。また、例えば、半導体プロセスを用いて振動板２１上に圧電素子３を形成することができるため、圧電アクチュエーター１の製造が容易となる。なお、図示しないが、振動板２１の表面には絶縁層が設けられている。例えば、振動板２１としてシリコン基板を用いる場合、絶縁層は、シリコン基板の表面を熱酸化して形成した酸化シリコンで構成することができる。

複数の圧電素子３は、５つの駆動用の圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅを含んでいる。圧電素子３ｅは、振動板２１の幅方向の中央部において、振動板２１の長手方向に沿って配置されている。この圧電素子３ｅに対して振動板２１の幅方向の一方側には圧電素子３ａ、３ｂが振動板２１の長手方向に沿って配置され、他方側には圧電素子３ｃ、３ｄが振動板２１の長手方向に沿って配置されている。

このように配置された５つの圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅは、図１および図２に示すように、それぞれ、振動板２１上に設けられた第１電極３１と、第１電極３１上に設けられた圧電体３２と、圧電体３２上に設けられた第２電極３３と、を有している。

第１電極３１は、圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅに共通して設けられた共通電極である。一方、第２電極３３は、圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅごとに個別に設けられた個別電極である。また、圧電体３２は、圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅに共通して一体的に設けられている。なお、圧電体３２は、圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅごとに個別に設けられていてもよい。また、本実施形態とは逆に、第１電極３１が圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅごとに個別に設けられ、第２電極３３が圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅに共通して設けられていてもよい。

第１電極３１および第２電極３３の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料が用いられる。また、第１電極３１および第２電極３３は、それぞれ、蒸着、スパッタリング等により形成することができる。

圧電体３２は、振動板２１の厚さ方向に沿った方向の電界が印加されることにより振動板２１の長手方向を含む振動板２１の面内方向に伸縮する。圧電体３２の構成材料としては、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、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電セラミックスを用いることができる。圧電セラミックスで構成された圧電体３２は、例えば、バルク材料から形成してもよいし、ゾル−ゲル法やスパッタリング法を用いて形成してもよい。なお、圧電体３２の構成材料としては、上述した圧電セラミックスの他にも、ポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いてもよい。

ここで、圧電体３２では、第１電極３１と第２電極３３とで挟まれた領域が通電により伸縮する振動部３２０となる。すなわち、圧電体３２は、振動部３２０として、第１電極３１と圧電素子３ａの第２電極３３とで挟まれた第１振動部３２０ａと、第１電極３１と圧電素子３ｂの第２電極３３とで挟まれた第２振動部３２０ｂと、第１電極３１と圧電素子３ｃの第２電極３３とで挟まれた第３振動部３２０ｃと、第１電極３１と圧電素子３ｄの第２電極３３とで挟まれた第４振動部３２０ｄと、第１電極３１と圧電素子３ｅの第２電極３３とで挟まれた第５振動部３２０ｅと、を有している。

以上のような圧電アクチュエーター１の作動の一例を説明する。ただし、圧電アクチュエーター１の作動方法は、以下の方法に限定されない。所定の周波数の駆動信号（交番電圧）を、圧電素子３ａ、３ｄと圧電素子３ｂ、３ｃとの位相差が１８０°となり、圧電素子３ａ、３ｄと圧電素子３ｅとの位相差が３０°となるように各圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅに印加すると、図３に示すように、各振動部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ、３２０ｅがそれぞれ伸縮して振動板２１がその面内方向でＳ字形状に屈曲変形（長手方向へ伸縮変形すると共に幅方向へ屈曲変形）し、凸部２４の先端が楕円運動する。その結果、ローター６は、その回動軸Ｏまわりに矢印方向に回転する。なお、圧電素子３ａ、３ｄとの位相差が２１０°となるように圧電素子３ｅに駆動信号を印加すれば、ローター６を逆回転させることができる。

次に、前述した基板２の構成についてさらに詳細に説明する。前述したように、振動板２１は、振動板２１の厚さ方向から見た平面視で、振動板２１の振動部３２０と重ならない部分に振動部３２０と重なる部分よりも厚さが小さい（薄い）薄肉部２１２が配置されている。より具体的には、図４に示すように、振動板２１は、振動部３２０と重なる部分に設けられた厚肉部２１１と、振動部３２０と重ならない部分に設けられ、厚肉部２１１よりも厚さが小さい（薄い）薄肉部２１２と、を有している。

また、図４に示すように、薄肉部２１２は、振動板２１の厚さ方向から見た平面視で、振動板２１の外縁部の少なくとも一部に沿って配置されている。振動板２１の外縁部は、圧電アクチュエーター１の製造上（例えば、基板２とバルクの圧電体３２との貼り合せ精度上）、圧電素子３を配置し難い領域である。また、仮に、振動板２１の外縁部に圧電素子３を配置した場合、圧電素子３が接触等によって破損し易くなり、例えば、圧電体３２が欠けてしまうことで第１電極３１と第２電極３３とがショートして振動特性が悪化するおそれもある。この問題は、特に、ゾル−ゲル法やスパッタリングを用いて形成された薄膜の圧電体３２の場合に顕著である。そのため、振動板２１の振動部３２０の外周部（振動板２１の外縁部）には、振動板２１の余白部分残しておくのが良いが、本実施形態のように、振動板２１の外縁部の少なくとも一部に沿って薄肉部２１２を配置することで、前記問題を解決することができると共に、振動板２１のスペースを有効活用することができる。言い換えると、圧電素子３の配置を阻害することなく、薄肉部２１２を配置することができる。

さらに本実施形態では、薄肉部２１２は、振動板２１の厚さ方向から見た平面視で、厚肉部２１１を囲むように、振動板２１の外縁部の一部を除いてほぼ全周にわたって形成されている。振動板２１の外縁部のうち、薄肉部２１２が形成されていない領域は、凸部２４との接続部と接続部２３１、２３２との接続部であり、薄肉部２１２は、振動板２１の外周部に沿って４分割されて配置されている。

振動板２１の外縁部であって凸部２４と接続されている部分２１４の厚さは、薄肉部２１２の厚さよりも厚くなっている（大きくなっている）。これにより、振動板２１の凸部２４と接続されている部分２１４の機械的強度を高めることができ、例えば、振動板２１の破損や凸部２４の意図しない変位（撓み）等の可能性を低減することができる。なお、凸部２４と接続されている部分２１４は、凸部２４と厚肉部２１１とを接続しており、凸部２４および厚肉部２１１と同じ厚さとなっている。これにより、部分２１４を厚肉部２１１と異なる厚さとする場合と比較して、部分２１４の厚さを調整する工程が不要となる分、部分２１４の形成が容易となる。なお、以下では、部分２１４を厚肉部２１１の一部ともみなす。

また、振動板２１の外縁部であって接続部２３１、２３２と接続されている部分２１５の厚さは、薄肉部２１２の厚さよりも厚くなっている（大きくなっている）。これにより、振動板２１の接続部２３１、２３２と接続されている部分２１５の機械的強度を高めることができ、例えば、当該部分２１５の破損の可能性を低減することができる。なお、接続部２３１、２３２と接続されている部分２１５は、接続部２３１、２３２と厚肉部２１１とを接続しており、接続部２３１、２３２および厚肉部２１１と同じ厚さとなっている。これにより、部分２１５を厚肉部２１１と異なる厚さとする場合と比較して、部分２１５の厚さを調整する工程が不要となる分、部分２１５の形成が容易となる。なお、以下では、部分２１５を厚肉部２１１の一部ともみなす。

また、図２に示すように、本実施形態では、厚肉部２１１（振動部３２０と重なる部分）と薄肉部２１２との境界部に段差２１３が配置されており、段差部２１３は、振動板２１の圧電素子３が配置されている側の裏面（他方の主面）に位置している。言い換えると、薄肉部２１２は、振動板２１の一方の主面側に偏在している。また、厚肉部２１１および薄肉部２１２は、振動板２１の圧電素子３が配置されている側の主面において面一となっている。これにより、例えば、振動板２１の圧電素子３が配置されている主面とは反対の主面側をエッチング（特に、反応性イオンエッチング等のドライエッチング（シリコンディープエッチング））等によって除去することで薄肉部２１２を形成することができる。薄肉部２１２は、例えば、振動板２１に圧電素子３を配置した後に形成するため、このような構成によれば、薄肉部２１２を形成する際に圧電素子３が邪魔にならず、薄肉部２１２を容易に形成することができる。また、薄肉部２１２を形成する際にエッチングにより圧電素子３が損傷する可能性を低減することもできる。

なお、本実施形態では、薄肉部２１２は、振動板２１の他方の主面側に偏在していてもよいし、振動板２１の厚さ方向の中央部に位置していてもよい。

また、本実施形態では、厚肉部２１１は、振動板２１の幅方向の中央部において、振動板２１の長手方向の全域にわたって直線的に延在する第１延在部２１１ａと、振動板２１の長手方向の中央部において、振動板２１の幅方向の全域にわたって直線的に延在する第２延在部２１１ｂと、を有している。第１延在部２１１ａの先端部は、凸部２４と接続されており、第２延在部２１１ｂの両端部は、接続部２３１、２３２に接続されている。このような第１、第２延在部２１１ａ、２１１ｂを有することで、振動板２１の機械的強度を効果的に高めることができ、振動板２１が破損し難くなる。

ここで、薄肉部２１２の厚さとしては、振動板２１の大きさ（平面サイズ）によっても異なるが、例えば、厚肉部２１１の厚さの１／５以上、１／２以下とすることが好ましい。このような条件を満足することで、薄肉部２１２の機械的強度を維持しつつ、薄肉部２１２を十分に薄くすることができる。また、振動板２１の具体的なサイズの一例としては、例えば、振動板２１の長さを３．５ｍｍ程度とし、厚肉部２１１の厚さを１００μｍ程度とし、薄肉部２１２の厚さを２５μｍ程度とし、薄肉部２１２の幅を６０μｍ程度とすることができる。なお、薄肉部２１２の厚さは、薄肉部２１２全域にわたって同一でもよいし、異なる部分があってもよい。

以上のような振動板２１に接続されている接続部２３１、２３２の厚さは、薄肉部２１２の厚さよりも厚くなっている（大きくなっている）。これにより、接続部２３１、２３２の機械的強度を高めることができる。なお、接続部２３１、２３２は、厚肉部２１１と同じ厚さとなっている。これにより、接続部２３１、２３２の機械的強度を十分に確保することができると共に、基板２から接続部２３１、２３２を容易に形成することができる。

以上のような圧電アクチュエーター１によれば、振動板２１の振動部３２０と重ならない部分に薄肉部２１２を有しているため、振動板２１の振動部３２０と重ならない部分を柔らかくすることができ、振動部３２０と重ならない部分が振動部３２０の伸縮による振動板２１の振動（変形）を阻害してしまうことを低減することができる。そのため、振動板２１の変形量の低下を低減することのできる圧電アクチュエーター１、言い換えると、振動板２１に大きな変位を発生させることのできる圧電アクチュエーター１となる。また、このような圧電アクチュエーター１を備える圧電モーター１００は、上述した圧電アクチュエーター１の効果を享受することができるため、優れた信頼性を発揮することができる。

なお、本実施形態の圧電アクチュエーター１では振動板２１に５つの圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅが配置された構成について説明したが、振動板２１に配置する圧電素子３の数としては、振動板２１を振動させることができれば特に限定されず、１つ以上、４つ以下であってもよいし、６つ以上であってもよい。また、圧電素子３の配置としても特に限定されない。

また、本実施形態では、基板２をシリコン基板で構成しているが、例えば、基板２をＳＯＩ基板（２つのシリコン層の間に酸化シリコン層が介在している基板）で構成してもよい。ＳＯＩ基板によれば、薄肉部２１２を形成するために一方のシリコン層側からエッチングする際に、酸化シリコン層がエッチングストップ層として機能するため、薄肉部２１２をより精度よく形成することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターについて説明する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターの平面図である。図６は、図５中のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施形態は、振動板の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。

なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図５において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図５および図６に示すように、本実施形態の圧電アクチュエーター１では、薄肉部２１２は、振動板２１の厚さ方向から見た平面視で、振動部３２０と重なる部分（厚肉部２１１）の全周を囲っている。言い換えると、薄肉部２１２は、振動板２１の厚さ方向から見た平面視で、振動板２１の外縁部に沿って、外縁部の全周にわたって枠状（環状）に配置されている。そのため、凸部２４と厚肉部２１１との間には薄肉部２１２が形成され、薄肉部２１２によってこれらが分断されている。同様に、接続部２３１、２３２と厚肉部２１１との間にも薄肉部２１２が形成され、薄肉部２１２によってこれらが分断されている。このような構成とすることで、例えば、前述した第１実施形態と比較して、振動板２１の振動部３２０と重ならない部分における薄肉部２１２の占有率を高めることができ、振動板２１の振動部３２０と重ならない部分をより柔らかくすることができる。よって、振動板２１の振動部３２０と重ならない部分が振動部３２０の伸縮による振動板２１の振動（変形）を阻害してしまうことをより効果的に低減することができる。そのため、振動板２１の変形量の低下をより効果的に低減することのできる圧電アクチュエーター１、言い換えると、振動板２１により大きな変位を発生させることのできる圧電アクチュエーター１となる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエーターについて説明する。

図７は、本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエーターの平面図である。
本実施形態は、振動板の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。

なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図７に示すように、本実施形態の圧電アクチュエーター１では、薄肉部２１２は、振動板２１の厚さ方向から見た平面視で、振動部３２０と重ならない部分に加えて、振動部３２０と重なる部分の一部にも設けられている。すなわち、振動板２１の振動部３２０と重なる部分には、厚肉部２１１と薄肉部２１２とが共に配置されている。特に、本実施形態では、薄肉部２１２は、振動板２１の振動部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄと重なる部分に配置されており、厚肉部２１１は、振動板２１の振動部３２０ｅと重なる部分に配置されている。また、厚肉部２１１は、第１延在部２１１ａと第２延在部２１１ｂとからなる十字形状をなしている。

このような構成によれば、例えば、前述した第１実施形態と比較して、振動板２１に対する薄肉部２１２の占有率を高めることができるため、振動板２１により大きな変位を発生させることのできる圧電アクチュエーター１となる。特に、本実施形態では、前述したように、薄肉部２１２が振動部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄと重なる部分に配置されている。これら振動部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄは、振動板２１を主に横方向（斜め方向）に屈曲変形させるのに用いられる圧電素子であるため、各振動部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄと重なる部分に薄肉部２１２を設けることで、振動板２１の振動バランス（変形バランス）が崩れてしまうことを抑制することができる。また、このような構成によれば、前述したように、厚肉部２１１が第１延在部２１１ａおよび第２延在部２１１ｂを有する構成とし易く、振動板２１の機械的強度の過度な低下も抑制することができる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る圧電アクチュエーターについて説明する。

図８は、本発明の第４実施形態に係る圧電アクチュエーターの平面図である。図９は、図８中のＣ−Ｃ線断面図である。

本実施形態は、振動板の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。

なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図８において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図８および図９に示すように、本実施形態の圧電アクチュエーター１では、振動板２１の振動部３２０と重なる部分には、振動板２１の圧電素子３が配置されている側の裏面（他方の主面）に開口する凹部２１９が配置されている。なお、この凹部２１９の底部は、薄肉部２１２と同様の薄肉部であるとも言える。このような凹部２１９を配置することで、例えば、前述した第１実施形態と比較して、振動板２１の振動部３２０と重なる部分をより変形させ易くすることができる。そのため、振動部３２０の伸縮によって振動板２１をより大きく変形させることができる。特に、凹部２１９を振動板２１の圧電素子３が配置されている主面とは反対の主面に開口させることで、凹部２１９をエッチング等により容易に形成することができる。なお、凹部２１９の深さとしては、特に限定されないが、例えば、段差２１３の深さと等しいことが好ましい。これにより、凹部２１９と薄肉部２１２とを同一エッチング工程で一括して形成することができる。そのため、圧電アクチュエーター１の製造工程をより少なくすることができる。

なお、凹部２１９の形状、配置、数としては特に限定されないが、本実施形態では複数の２１９が振動板２１の長手方向および幅方向に行列状に並ぶと共に、振動板２１の中心に対して対称となるように複数配置されている。より具体的には、凹部２１９は、振動板２１の厚さ方向から見た平面視で、第１振動部３２０ａに内包されて重なるように配置された複数の第１凹部２１９ａと、第２振動部３２０ｂに内包されて重なるように配置された複数の第２凹部２１９ｂと、第３振動部３２０ｃに内包されて重なるように配置された複数の第３凹部２１９ｃと、第４振動部３２０ｄに内包されて重なるように配置された複数の第４凹部２１９ｄと、第５振動部３２０ｅに内包されて重なるように配置された複数の第５凹部２１９ｅと、を有している。このように、各振動部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ、３２０ｅの配置に対応して複数の凹部２１９を配置することで、振動板２１の振動バランスを保つことができる。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係るロボットについて説明する。

図１０は、本発明の第５実施形態に係るロボットの斜視図である。
図１０に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に回動自在に連結されたアーム１０７０と、これらアーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０の駆動を制御する制御部１０８０と、を有している。また、アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９０が装着される。また、各関節部のうちの全部または一部には圧電モーター１００（圧電アクチュエーター１）が搭載されており、この圧電モーター１００の駆動によって各アーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０が回動する。なお、各圧電モーター１００の駆動は、制御部１０８０によって制御される。

このようなロボット１０００は、圧電モーター１００（圧電アクチュエーター１）を備えているため、上述した圧電アクチュエーター１の効果を享受することができ、優れた信頼性を発揮することができる。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る電子部品搬送装置について説明する。

図１１は、本発明の第６実施形態に係る電子部品搬送装置の斜視図である。図１２は、図９に示す電子部品搬送装置が有する電子部品保持部の斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。

図１１に示す電子部品搬送装置２０００は、電子部品検査装置に適用されており、基台２１００と、基台２１００の側方に配置された支持台２２００と、を有している。また、基台２１００には、検査対象の電子部品Ｑが載置されてＹ軸方向に搬送される上流側ステージ２１１０と、検査済みの電子部品Ｑが載置されてＹ軸方向に搬送される下流側ステージ２１２０と、上流側ステージ２１１０と下流側ステージ２１２０との間に位置し、電子部品Ｑの電気的特性を検査する検査台２１３０と、が設けられている。なお、電子部品Ｑの例として、例えば、半導体、半導体ウェハー、ＣＬＤやＯＬＥＤ等の表示デバイス、水晶デバイス、各種センサー、インクジェットヘッド、各種ＭＥＭＳデバイス等などが挙げられる。

また、支持台２２００には、支持台２２００に対してＹ軸方向に移動可能なＹステージ２２１０が設けられており、Ｙステージ２２１０には、Ｙステージ２２１０に対してＸ軸方向に移動可能なＸステージ２２２０が設けられており、Ｘステージ２２２０には、Ｘステージ２２２０に対してＺ軸方向に移動可能な電子部品保持部２２３０が設けられている。また、図１２に示すように、電子部品保持部２２３０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な微調整プレート２２３１と、微調整プレート２２３１に対してＺ軸まわりに回動可能な回動部２２３２と、回動部２２３２に設けられ、電子部品Ｑを保持する保持部２２３３と、を有している。また、電子部品保持部２２３０には、微調整プレート２２３１をＸ軸方向に移動させるための圧電アクチュエーター１（１ｘ）と、微調整プレート２２３１をＹ軸方向に移動させるための圧電アクチュエーター１（１ｙ）と、回動部２２３２をＺ軸まわりに回動させるための圧電アクチュエーター１（１θ）と、が内蔵されている。

このような電子部品搬送装置２０００は、圧電アクチュエーター１を備えているため、上述した圧電アクチュエーター１の効果を享受することができ、優れた信頼性を発揮することができる。

以上、本発明の圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、前述した実施形態では、圧電アクチュエーターをロボットや電子部品搬送装置に適用した構成について説明したが、圧電アクチュエーターは、これら以外の各種電子デバイスに適用することができる。より具体的には、例えば、圧電アクチュエーターは、プリンターの紙送りローラーの駆動源、プリンターのインクジェットヘッドの駆動源等に適用することができる。

１、１ｘ、１ｙ、１θ…圧電アクチュエーター、２…基板、２１…振動板、２１１…厚肉部、２１１ａ…第１延在部、２１１ｂ…第２延在部、２１２…薄肉部、２１３…段差、２１４…部分、２１５…部分、２１９…凹部、２１９ａ…第１凹部、２１９ｂ…第２凹部、２１９ｃ…第３凹部、２１９ｄ…第４凹部、２１９ｅ…第５凹部、２２…固定部、２３１、２３２…接続部、２４…凸部、３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ…圧電素子、３１…第１電極、３２…圧電体、３２０…振動部、３２０ａ…第１振動部、３２０ｂ…第２振動部、３２０ｃ…第３振動部、３２０ｄ…第４振動部、３２０ｅ…第５振動部、３３…第２電極、６…ローター、６１…外周面、１００…圧電モーター、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０…アーム、１０８０…制御部、１０９０…エンドエフェクター、２０００…電子部品搬送装置、２１００…基台、２１１０…上流側ステージ、２１２０…下流側ステージ、２１３０…検査台、２２００…支持台、２２１０…Ｙステージ、２２２０…Ｘステージ、２２３０…電子部品保持部、２２３１…微調整プレート、２２３２…回動部、２２３３…保持部、Ｏ…回動軸、Ｑ…電子部品

Claims (13)

1. 振動板と、
   前記振動板上に配置され、圧電体を含む振動部と、を有し、
   前記振動板と前記振動部とが重なる方向から見た平面視で、前記振動板の前記振動部と重ならない部分に前記振動部と重なる部分よりも厚さが小さい薄肉部が配置されていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
2. 前記薄肉部は、前記振動板の厚さ方向から見た平面視で、前記振動板の外縁部の少なくとも一部に沿って配置されている請求項１に記載の圧電アクチュエーター。
3. 前記振動板に接続され、圧電アクチュエーターにより駆動される被駆動部と接触する部位である凸部を有する請求項１または２に記載の圧電アクチュエーター。
4. 前記振動板に接続されている接続部を有し、
   前記接続部の厚さは、前記薄肉部の厚さよりも大きい請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
5. 前記薄肉部は、前記振動板の厚さ方向から見た平面視で、前記重なる部分の全周を囲っている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
6. 前記振動板の外縁部であって前記凸部と接続されている部分の厚さは、前記薄肉部の厚さよりも大きい請求項３に記載の圧電アクチュエーター。
7. 前記振動板の外縁部であって前記接続部と接続されている部分の厚さは、前記薄肉部の厚さよりも大きい請求項４に記載の圧電アクチュエーター。
8. 前記重なる部分には、前記振動板の前記振動部が配置されている側の裏面に開口する凹部が配置されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
9. 前記重なる部分と前記薄肉部との境界部には段差が配置され、
   前記段差は、前記振動板の前記振動部が配置されている側の裏面に位置している請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
10. 前記振動板は、シリコンを含んでいる請求項１ないし９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする圧電モーター。
12. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とするロボット。
13. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする電子部品搬送装置。

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