JP2018074011A - 圧電駆動装置、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよび圧電駆動装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな駆動力を発揮することのできる圧電駆動装置、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよび圧電駆動装置の製造方法を提供する。【解決手段】圧電駆動装置は、圧電体と前記圧電体に配置されている電極とを有する圧電素子を備え、前記圧電体と前記電極とが並ぶ方向である第１方向に直交する第２方向に振動する振動部を有し、前記振動部の前記第１方向の長さをＬ１とし、前記振動部の前記第２方向の長さをＬ２としたとき、Ｌ１／Ｌ２は、１／５以上、１０／７以下の範囲内である。【選択図】図２

Description

本発明は、圧電駆動装置、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよび圧電駆動装置の製造方法に関するものである。

従来から、圧電アクチュエーターとして、例えば、特許文献１に記載の構成が知られている。特許文献１の圧電アクチュエーターは、圧電素子を備える複数の振動子が積層された構成となっている。このように、複数の振動子を積層することで、振動子が１つの場合よりも大きな駆動力を発生させることができる。

特開２００６−３４０５０３号公報

しかしながら、特許文献１の圧電アクチュエーターでは、圧電アクチュエーターの長さと厚さの関係については、何ら検討されていない。そこで、本願発明者は、鋭意検討を重ねた結果、圧電アクチュエーターの長さと厚さの関係を所定の関係とすることで、より大きな駆動力を発生させることができることを見出した。

本発明の目的は、大きな駆動力を発揮することのできる圧電駆動装置、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよび圧電駆動装置の製造方法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。

本発明の圧電駆動装置は、圧電体と前記圧電体に配置されている電極とを有する圧電素子を備え、前記圧電体と前記電極とが並ぶ方向である第１方向に直交する第２方向に振動する振動部を有し、
前記振動部の前記第１方向の長さをＬ１とし、前記振動部の前記第２方向の長さをＬ２としたとき、
Ｌ１／Ｌ２は、１／５以上、１０／７以下の範囲内であることを特徴とする。
これにより、第２方向の振動に、第１方向の振動が重畳し易くなり、第２方向により大きく変位する。そのため、大きな駆動力を発揮することのできる圧電駆動装置が得られる。

本発明の圧電駆動装置では、前記振動部は、前記圧電素子が配置されている基板を有していることが好ましい。
これにより、基板によって振動部の強度を高めることができる。

本発明の圧電駆動装置では、前記基板には、複数の前記圧電素子が配置されていることが好ましい。
これにより、第２方向と異なる方向（前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向）にも振動部を振動させることができる。

本発明の圧電駆動装置では、前記振動部は、前記基板と前記圧電素子とを備える振動部ユニットを複数有し、
複数の前記振動部ユニットは、前記第１方向に沿って積層されていることが好ましい。
これにより、より大きな駆動力を発生させることができる。

本発明の圧電駆動装置では、前記第１方向に１次で振動する振動モードである第１方向１次振動モードの共振周波数をｆ１とし、前記第２方向に１次で振動する振動モードである第２方向１次振動モードの共振周波数をｆ２としたとき、
ｆ１／ｆ２は、０．８以上、１．２以下の範囲内にあることが好ましい。
これにより、第２方向の振動に、第１方向の振動が重畳し易くなる。

本発明の圧電駆動装置では、前記振動部に設けられ、前記振動部から前記第２方向に向けて突出する突出部を有することが好ましい。
これにより、例えば、突出部を対象物に接触させることで、突出部を介して振動部の振動を対象物に効率的に伝達することができる。

本発明の圧電駆動装置では、前記振動部は、前記第２方向に振動すると共に、前記第１方向と前記第２方向とにそれぞれ交差する第３方向に振動することが好ましい。
これにより、駆動部をＳ字状に屈曲振動させることができ、例えば、ローター等の回転体を効率的に回転させることができる圧電駆動装置となる。

本発明の圧電モーターは、本発明の圧電駆動装置を備えていることを特徴とする。
これにより、本発明の圧電駆動装置の効果を享受でき、信頼性の高い圧電モーターとなる。

本発明のロボットは、本発明の圧電駆動装置を備えていることを特徴とする。
これにより、本発明の圧電駆動装置の効果を享受でき、信頼性の高いロボットとなる。

本発明の電子部品搬送装置は、本発明の圧電駆動装置を備えていることを特徴とする。
これにより、本発明の圧電駆動装置の効果を享受でき、信頼性の高い電子部品搬送装置となる。

本発明のプリンターは、本発明の圧電駆動装置を備えていることを特徴とする。
これにより、本発明の圧電駆動装置の効果を享受でき、信頼性の高いプリンターとなる。

本発明の圧電駆動装置の製造方法は、圧電体と前記圧電体に配置されている電極とを有する圧電素子を備え、前記圧電体と前記電極とが並ぶ方向である第１方向に直交する第２方向に振動し、前記第１方向の長さをＬ１とし、前記第２方向の長さをＬ２としたとき、Ｌ１／Ｌ２が、１／５以上、１０／７以下の範囲内である振動部を形成する工程を含むことを特徴とする。
これにより、第２方向の振動に、第３方向の振動が重畳し易くなり、第２方向により大きく変位し、大きな駆動力を発揮することのできる圧電駆動装置が得られる。

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平面図である。 図１に示す圧電モーターが有する圧電駆動装置を示す斜視図である。 図２に示す圧電駆動装置が有する振動子を示す斜視図である。 図３中のＡ−Ａ線断面図である。 図３中のＢ−Ｂ線断面図である。 図３中のＣ−Ｃ線断面図である。 図３に示す振動子の基端部を示す斜視図である。 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。 振動部の第１方向１次振動モードを示す斜視図である。 振動部の第２方向１次振動モードを示す斜視図である。 振動部の厚さと振動部の振幅の関係を示すグラフである。 振動子のサイズを示す斜視図である。 振動部の厚さと共振周波数ｆ１、ｆ２との関係を示すグラフである。 図２に示す圧電駆動装置の変形例を示す斜視図である。 図２に示す圧電駆動装置の変形例を示す斜視図である。 図２に示す圧電駆動装置の変形例を示す斜視図である。 図２に示す圧電駆動装置の製造方法を示す図である。 図２に示す圧電駆動装置の製造方法を示す斜視図である。 図２に示す圧電駆動装置の製造方法を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る電子部品搬送装置を示す斜視図である。 図２１に示す電子部品搬送装置が有する電子部品保持部を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係るプリンターの全体構成を示す概略図である。

以下、本発明の圧電駆動装置、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよび圧電駆動装置の製造方法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平面図である。図２は、図１に示す圧電モーターが有する圧電駆動装置を示す斜視図である。図３は、図２に示す圧電駆動装置が有する振動子を示す斜視図である。図４は、図３中のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図３中のＢ−Ｂ線断面図である。図６は、図３中のＣ−Ｃ線断面図である。図７は、図３に示す振動子の基端部を示す斜視図である。図８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９は、振動部の第１方向１次振動モードを示す斜視図である。図１０は、振動部の第２方向１次振動モードを示す斜視図である。図１１は、振動部の厚さと振動部の振幅の関係を示すグラフである。図１２は、振動子のサイズを示す斜視図である。図１３は、振動部の厚さと共振周波数ｆ１、ｆ２との関係を示すグラフである。図１４ないし図１６は、それぞれ、図２に示す圧電駆動装置の変形例を示す斜視図である。図１７は、図２に示す圧電駆動装置の製造方法を示す図である。図１８および図１９は、それぞれ、図２に示す圧電駆動装置の製造方法を示す斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側を「上」とも言い、図１中の紙面奥側を「下」とも言う。また、圧電駆動装置のローター側を「先端側」とも言い、ローターと反対側を「基端側」とも言う。また、図１ないし図１０に示すように、互いに直交する３方向を第１方向ｚ、第２方向ｙおよび第３方向ｘとする。

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１１０と、ローター１１０の外周面１１１に当接する圧電駆動装置１（圧電アクチュエーター）と、を有している。このような圧電モーター１００では、圧電駆動装置１を振動させることで、ローター１１０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、ローター１１０の周方向に沿って複数の圧電駆動装置１を配置し、複数の圧電駆動装置１の駆動によってローター１１０を回転させてもよい。このような構成によれば、より大きい駆動力（トルク）、より速い回転速度でローター１１０を回転可能な圧電モーター１００となる。また、本実施形態では、被駆動部として回転移動するローター１１０を用いているが、被駆動部は、ローター１１０に限定されない。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。

また、圧電駆動装置１は、圧電体５２と圧電体５２に配置されている電極としての第１、第２電極５１、５３とを有する圧電素子５を備え、圧電体５２と第１、第２電極５１、５３とが並ぶ方向である第１方向ｚに直交する第２方向ｙに振動する振動部２１０を有し、図２に示すように、振動部２１０の第１方向ｚの長さ（厚さ）をＬ１とし、振動部２１０の第２方向ｙの長さをＬ２としたとき、Ｌ１／Ｌ２は、１／５以上、１０／７以下の範囲内である。このような関係を満足することで、後に詳細に説明するように、第２方向ｙの振動に第１方向ｚの振動が重畳し易くなり、振動部２１０が第２方向ｙにより大きく変位する。そのため、より大きな駆動力を発揮することのできる圧電駆動装置１となる。以下、このような圧電駆動装置１について詳細に説明する。

図２に示すように、圧電駆動装置１は、複数の振動子２が積層した積層体２００を有し、この積層体２００は、振動部２１０と、振動部２１０を支持する支持部２２０と、振動部２１０および支持部２２０を接続する一対の接続部２３０と、を有している。また、圧電駆動装置１は、振動部２１０に設けられ、振動部２１０から第２方向ｙに向けて突出する突出部２４０を有している。突出部２４０は、振動部２１０の振動をローター１１０に伝達する部位（伝達部）であり、図１に示すように、その先端面がローター１１０の外周面１１１に接触している。そのため、振動部２１０が振動すると、その振動が突出部２４０を介してローター１１０に伝わり、ローター１１０が回動軸Ｏまわりに回転する。このような突出部２４０を設けることで、振動部２１０の振動を効率的かつ確実にローター１１０に伝達することができる。

次に、複数の振動子２について説明する。複数の振動子２は、互いに同様の構成であるため、以下では、説明の便宜上、１つの振動子２について代表して説明し、他の振動子２については、その説明を省略する。

図３に示すように、振動子２は、対向配置された第１基板３および第２基板４と、これら第１、第２基板３、４の間に位置し、接着剤を介して接合された圧電素子５および層間部６と、を有している。

また、第１基板３は、基板としての振動板３１と、振動板３１を支持する支持板３２と、振動板３１および支持板３２を接続する一対の接続部３３と、を有している。同様に、第２基板４は、基板としての振動板４１と、振動板４１を支持する支持板４２と、振動板４１および支持板４２を接続する一対の接続部４３と、を有している。第１基板３および第２基板４は、実質的に同じ形状および大きさを有しており、圧電素子５を挟んで振動板３１、４１が配置され、層間部６を挟んで支持板３２、４２が配置されている。そして、振動板３１、圧電素子５および振動板４１の積層体で振動部ユニット２１が構成され、支持板３２、層間部６および支持板４２の積層体で支持部ユニット２２が構成されている。

また、各振動子２の振動部ユニット２１が第１方向ｚ（振動子２の厚さ方向）に沿って積層して振動部２１０が構成され、各振動子２の支持部ユニット２２が第１方向ｚに沿って積層して支持部２２０が構成されている。そのため、振動部２１０は、圧電素子５が配置されている振動板３１、４１を有している。これにより、振動板３１、４１が補強板として機能し、振動部２１０の強度を高めることができる。また、振動部２１０は、振動板３１、４１と圧電素子５とを備える振動部ユニット２１を複数有し、複数の振動部ユニット２１は、第１方向ｚに沿って積層されている。このように、振動部ユニット２１を複数有することで、圧電素子５を複数設けることができ、その分、各圧電素子５を薄くすることができる。そのため、各圧電素子５の電界効率を高くすることができ、低電力で大きな駆動力を発生させることができる。

第１基板３および第２基板４としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板を用いることができる。これにより、例えば、エッチング等によって、高い寸法精度で第１基板３および第２基板４を形成することができる。また、振動子２の製造にシリコンウエハプロセス（ＭＥＭＳプロセス）を用いることができ、振動子２を効率的に製造することができる。

なお、図示しないが、第１基板３および第２基板４の表面（特に、圧電素子５が配置されている面）には絶縁層が設けられている。例えば、第１基板３および第２基板４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。

次に、振動部ユニット２１について説明する。振動部ユニット２１は、振動子２の厚さ方向から見た平面視で、略長方形状（長手形状）をなしている。ただし、振動部ユニット２１の形状としては、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。

図３に示すように、圧電素子５は、振動板３１と振動板４１との間に位置しており、振動板３１との間に配置された絶縁性の接着剤７を介して振動板３１と接合され、振動板４１との間に配置された絶縁性の接着剤７を介して振動板４１と接合されている。なお、接着剤７としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系、ユリア樹脂系、メラミン樹脂系、フェノール樹脂系、エステル樹脂系等の各種熱硬化性樹脂系の接着剤、酢酸ビニル樹脂系、ポリビニルアルコール系、エチレン酢酸ビニル樹脂系、塩化ビニル樹脂系、アクリル樹脂系、ポリアミド系、セルロース系、ポリビニルピロリドン系、ポリスチレン系等の各種熱可塑性樹脂系の接着剤等を用いることができる。

また、圧電素子５は、５つの圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅを含んでいる。すなわち、振動板３１、４１には、複数の圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅが配置されている。これにより、第２方向ｙと異なる方向（第１方向ｚおよび第２方向ｙに交差する第３方向ｘ）にも振動部２１０を振動させることができる。そのため、後述するように、振動部２１０をＳ字状に屈曲振動させることができ、ローター１１０を効率的に回転させることができる。

図１に示すように、圧電素子５ｅは、振動部ユニット２１の幅方向の中央部において、振動部ユニット２１の長手方向に沿って配置されている。この圧電素子５ｅに対して振動部ユニット２１の幅方向の一方側には圧電素子５ａ、５ｂが振動部ユニット２１の長手方向に沿って配置され、他方側には圧電素子５ｃ、５ｄが振動部ユニット２１の長手方向に沿って配置されている。

また、図４ないし図６に示すように、５つの圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅは、それぞれ、圧電体５２と、圧電体５２の上面（振動板３１側の主面）に設けられた第１電極５１と、圧電体５２の下面（振動板４１側の主面）に設けられた第２電極５３と、を有している。

第１電極５１は、圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅに共通して設けられた共通電極である。一方、第２電極５３は、圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅごとに個別に設けられた個別電極である。また、圧電体５２は、圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅに共通して一体的に設けられている。なお、圧電体５２は、圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ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５１が圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅごとに個別に設けられ、第２電極５３が圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅに共通して設けられていてもよい。

圧電体５２は、振動部ユニット２１の厚さ方向に沿った方向の電界が印加されることで振動部ユニット２１の長手方向に沿った方向に伸縮する。このような圧電体５２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５２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が、バルク材料から形成することが好ましい。これにより、振動子２の製造が容易となる。なお、圧電体５２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。

本実施形態では、圧電体５２は、バルク材料から形成されている。この場合、圧電体５２の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、１００μｍ以上、６００μｍ以下とすることが好ましい。

第１電極５１および第２電極５３の構成材料としては、導電性を有していれば、特に限定されず、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）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）等の金属材料、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金（例えば、チタン（Ｔｉ）／タングステン（Ｗ）系合金、銅（Ｃｕ）／アルミニウム（Ａｌ）系合金等）、金属間化合物が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば２層以上の積層体として）用いることができる。また、第１電極５１および第２電極５３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。

次に、支持部ユニット２２について説明する。図３に示すように、支持部ユニット２２は、平面視で、振動部ユニット２１の基端側を囲むＵ字形状となっている。ただし、支持部ユニット２２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。

また、図３に示すように、層間部６は、支持板３２と支持板４２との間に位置し、支持板３２との間に配置された絶縁性の接着剤７を介して支持板３２と接合され、支持板４２との間に配置された絶縁性の接着剤７を介して支持板４２と接合されている。このような層間部６は、絶縁性を有している。また、層間部６の厚さは、圧電素子５の厚さとほぼ等しい。

層間部６としては、特に限定されず、例えば、ジルコニア、アルミナ、チタニア等の各種セラミックス、各種金属材料、シリコン、各種樹脂材料等を用いることができる。これらの中でも、各種セラミックス、各種金属材料、シリコンを用いることが好ましく、これにより、硬質な層間部６が得られる。ただし、金属材料を用いる場合には、層間部６に絶縁性を付与するために、例えば、その表面に絶縁処理を施す等の加工が必要となる。また、シリコンを用いることで、シリコンウエハプロセスを用いて層間部６を配置することができるため、振動子２を効率的に製造することができる。

なお、図４ないし図６に示すように、第１基板３の内面（圧電素子５側の面）には圧電素子５の第１電極５１と電気的に接続された配線９１が設けられており、第２基板４の内面（圧電素子５側の面）には圧電素子５の各第２電極５３と電気的に接続された配線９２、９３、９４、９５、９６が設けられている。そして、図７に示すように、これら配線９１、９２、９３、９４、９５、９６は、支持部ユニット２２の基端側の側面２２１に端子部９０として露出している。そのため、端子部９０を介して圧電素子５を外部と電気的に接続することができる。

図示しない電源部より供給される駆動信号を端子部９０、配線９１、９２、９３、９４、９５、９６を介して第１電極５１と第２電極５３との間に印加すると、それに応じて圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅが振動し、振動子２が振動する。

このような構成の圧電駆動装置１は、次のようにして駆動する。ただし、圧電駆動装置１の駆動方法は、下記の方法に限定されない。例えば、所定の周波数の駆動信号（例えば、後述する共振周波数ｆ２と等しい交番電圧）を、圧電素子５ａ、５ｄと圧電素子５ｂ、５ｃとの位相差が１８０°となり、圧電素子５ａ、５ｄと圧電素子５ｅとの位相差が３０°となるように各圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅに印加すると、図８に示すように、各圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅがそれぞれ伸縮し、振動部２１０がＳ字形状に屈曲変形する。すなわち、振動部２１０は、第２方向ｙ（振動部２１０の長手方向）に振動すると共に、第１方向ｚと第２方向ｙとに交差する第３方向ｘ（振動部２１０の幅方向）に振動する。これにより、伝達部２３の先端が楕円運動し、その結果、ローター１１０が回動軸Ｏまわりに矢印方向に回転する。なお、例えば、圧電素子５ａ、５ｄとの位相差が２１０°となるように圧電素子５ｅに駆動信号を印加すれば、ローター１１０を逆回転させることができる。

次に、上記のような振動部２１０の第２方向ｙへの伸縮変形を大きくし、より大きな駆動力を得るための特徴について説明する。前述したように、圧電駆動装置１では、振動部２１０の第１方向ｚの長さ（厚さ）をＬ１とし、振動部２１０の第２方向ｙの長さをＬ２としたとき、（１／５）・Ｌ２≦Ｌ１≦（１０／７）・Ｌ２の関係を満足している。このように、Ｌ１とＬ２との差を小さくすることで、図９に示すような、第１方向ｚに１次で振動する第１方向１次振動モードの共振周波数と、図１０に示すような、第２方向ｙに１次で振動する第２方向１次振動モードの共振周波数との差が小さくなり、第２方向１次振動モードに第１方向１次振動モードが重畳し易くなる。言い換えると、振動部２１０を、第２方向１次振動モードで振動させる際に、第２方向１次振動モードと共に、第１方向１次振動モードが発生し易くなる。このように、第２方向１次振動モードに第１方向１次振動モードが重畳すると、振動部２１０が第２方向１次振動モードだけで振動する場合と比較して、振動部２１０の第２方向ｙへの伸縮変形が増大する。そのため、より大きな駆動力を発生させることのできる圧電駆動装置１となる。

なお、第１方向ｚに１次で振動する振動モードである第１方向１次振動モードの共振周波数をｆ１とし、第２方向ｙに１次で振動する振動モードである第２方向１次振動モードの共振周波数をｆ２としたとき、ｆ１／ｆ２は、０．８以上、１．２以下の範囲内であることが好ましく、０．９以上、１．１以下の範囲内であることがより好ましく、０．９５以上、１．０５以下の範囲内であることがさらに好ましい。このような関係を満足することで、第２方向１次振動モードに、第１方向１次振動モードがより重畳し易くなる。そのため、より確実に、より大きな駆動力を発生させることのできる圧電駆動装置１となる。

次に、上記の効果について、図１１に示すグラフに基づいて説明する。図１１に示すグラフは、振動部２１０の厚さＬ１を変化させたときの伝達部２３の振幅（前述した駆動方法で駆動させたときの第２方向ｙの振幅および第３方向ｘの振幅）の変化を示すシミュレーション結果である。なお、振動部２１０の厚さＬ１は、振動子２の積層数を変えることで調整した。また、このシミュレーションに用いた振動子２の振動部ユニット２１のサイズは、図１２に示すように、長さ（第２方向ｙの長さ）が７ｍｍ、幅（第３方向ｘの長さ）が１．６ｍｍ、厚さ（第１方向ｚの長さ）が０．５ｍｍ（圧電素子５が０．３ｍｍ、振動板３１、４１がそれぞれ０．１ｍｍ）である。また、図１１に示すグラフは、振動子２の積層数が１のときの振幅を１００％として規格化されている。

図１１に示すグラフから、Ｌ１／Ｌ２が、１／５以上、１０／７以下の範囲内にある場合、すなわち、領域Ｓ１内に位置する場合であれば、第２方向ｙの振幅がほとんどの領域で１００％を超え、第２方向ｙに大きな伸縮変形が生じていることが分かる。また、Ｌ１／Ｌ２が、５／７以上、７．５／７以下の範囲内にある場合、すなわち、領域Ｓ２内に位置する場合であれば、第２方向ｙの振幅が１５０％を超え、第２方向ｙにより大きな伸縮変形が生じていることが分かる。また、Ｌ１／Ｌ２が、６／７以上、７．２５／７以下の範囲内にある場合、すなわち、領域Ｓ３内に位置する場合であれば、第２方向ｙの振幅が１７０％を超え、第２方向ｙにさらに大きな伸縮変形が生じていることが分かる。このことから、Ｌ１／Ｌ２が、１／５以上、１０／７以下の範囲内にあれば、振動部２１０の第２方向ｙへの伸縮変形を増大させることができ、この範囲の中でも、５／７以上、７．５／７以下の範囲内とすることで、振動部２１０の第２方向ｙへの伸縮変形をより増大させることができ、６／７以上、７．２５／７以下の範囲内とすることで、振動部２１０の第２方向ｙへの伸縮変形をさらに増大させることができると言える。

また、図１３は、振動部２１０の厚さと、第１方向１次振動モードの共振周波数ｆ１および第２方向１次振動モードの共振周波数ｆ２と、の関係を示すグラフである。同図に示すグラフから、振動部２１０の第２方向ｙに沿った長さ（長手方向の長さ）Ｌ２と第１方向ｚに沿った長さ（厚さ）Ｌ１との差が小さくなる程、共振周波数ｆ１と共振周波数ｆ２との差が小さくなることが分かる。そのため、前述したように、Ｌ１／Ｌ２が、１／５以上、１０／７以下、好ましくは、５／７以上、７．５／７以下、より好ましくは、６／７以上、７．２５／７以下の範囲内であることで、すなわち、Ｌ１、Ｌ２の差をより小さくすることで、振動部２１０を第２方向１次振動モードで振動させる際に、第２方向１次振動モードと共に、第１方向１次振動モードが発生し易くなることが分かる。

以上、圧電駆動装置１について説明した。なお、圧電駆動装置１の構成としては、本実施形態の構成に限定されない。例えば、図１４に示すように、圧電駆動装置１は、１つの振動子２を有している構成であってもよい。また、図１５に示すように、圧電駆動装置１は、１つの振動子２を有し、振動板３１、４１の間に、複数の圧電素子５が積層されている構成であってもよい。また、図１６に示すように、圧電駆動装置１は、積層された複数の振動子２を有し、各振動子２が積層された複数の圧電素子５を有する構成であってもよい。

以上、圧電モーター１００について説明した。圧電モーター１００は、圧電駆動装置１を備えている。そのため、上述した圧電駆動装置１の効果を享受することができ、優れた駆動特性を発揮することができる。

次に、圧電駆動装置１の製造方法について説明する。圧電駆動装置１の製造方法は、圧電体５２と圧電体５２に配置されている電極としての第１、第２電極５１、５３とを有する圧電素子５を備え、圧電体５２と第１、第２電極５１、５３とが並ぶ方向である第１方向ｚに直交する第２方向ｙに振動し、第１方向ｚの長さをＬ１とし、第２方向ｙの長さをＬ２としたとき、Ｌ１／Ｌ２が、１／５以上、１０／７以下の範囲内である振動部２１０を形成する工程を有している。具体的には、図１７に示すように、圧電駆動装置１の製造方法は、複数の振動子２を準備する振動子準備工程と、複数の振動子２を積層する積層工程と、突出部を配置する突出部配置工程と、を有している。

［振動子準備工程］
まず、複数の振動子２を準備する。各振動子２の構成（サイズ）は、それぞれ、同じであり、振動部２１０の厚さ（第１方向ｚの長さをＬ１）は、振動子２の積層枚数の選択により設定することができる。

［積層工程］
次に、Ｌ１／Ｌ２が、１／５以上、１０／７以下の範囲内となる振動部２１０が得られるように、複数の振動子２を積層し、重なり合う振動子２同士を接着剤（図示せず）で接合する。これにより、図１８に示すように、積層体２００が得られる。ここで、先の準備工程において準備される振動子２は、振動部ユニット２１の長さ（第２方向ｙの長さ）が、厚さ（第１方向ｚの長さ）の２倍以上の整数倍であることが好ましい。これにより、Ｌ１とＬ２との差が小さい積層体２００を容易に得ることができる。例えば、振動部ユニット２１の長さが厚さの３倍である場合には、３枚の振動子２を積層させれば、Ｌ１とＬ２との差が小さい（接着剤の厚みを考慮しなければ、Ｌ１、Ｌ２が等しい）積層体２００を容易に得ることができる。

［突出部配置工程］
次に、図１９に示すように、図示しない接着剤を用いて、振動部２１０の先端部に突出部２４０を接合する。

以上により、圧電駆動装置１が得られる。このような圧電駆動装置の製造方法によれば、第２方向ｙの振動に、第１方向ｚの振動が重畳し易くなり、第２方向ｙにより大きく変位し、よって、より大きな駆動力を発揮することのできる圧電駆動装置１が得られる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るロボットについて説明する。
図２０は、本発明の第２実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

図２０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の駆動を制御するロボット制御部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（圧電駆動装置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、ロボット制御部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（圧電駆動装置１）を備えている。そのため、上述した圧電駆動装置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３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る電子部品搬送装置について説明する。

図２１は、本発明の第３実施形態に係る電子部品搬送装置を示す斜視図である。図２２は、図２１に示す電子部品搬送装置が有する電子部品保持部を示す斜視図である。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２１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２２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駆動装置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駆動装置１（１ｙ）と、回動部２２３２をＺ軸まわりに回動させるための圧電駆動装置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、圧電駆動装置１を備えている。そのため、上述した圧電駆動装置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４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るプリンターについて説明する。
図２３は、本発明の第４実施形態に係るプリンターの全体構成を示す概略図である。

図２３に示すプリンター３０００は、装置本体３０１０と、装置本体３０１０の内部に設けられている印刷機構３０２０、給紙機構３０３０および制御部３０４０と、を備えている。

装置本体３０１０には、記録用紙Ｐを設置するトレイ３０１１と、記録用紙Ｐを排出する排紙口３０１２と、液晶ディスプレイ等の操作パネル３０１３とが設けられている。

印刷機構３０２０は、ヘッドユニット３０２１と、キャリッジモーター３０２２と、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりヘッドユニット３０２１を往復動させる往復動機構３０２３と、を備えている。

ヘッドユニット３０２１は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド３０２１ａと、ヘッド３０２１ａにインクを供給するインクカートリッジ３０２１ｂと、ヘッド３０２１ａおよびインクカートリッジ３０２１ｂを搭載したキャリッジ３０２１ｃと、を有している。

往復動機構３０２３は、キャリッジ３０２１ｃを往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸３０２３ａと、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりキャリッジ３０２１ｃをキャリッジガイド軸３０２３ａ上で移動させるタイミングベルト３０２３ｂと、を有している。

給紙機構３０３０は、互いに圧接している従動ローラー３０３１および駆動ローラー３０３２と、駆動ローラー３０３２を駆動する給紙モーターである圧電モーター１００（圧電駆動装置１）と、を有している。

制御部３０４０は、例えばパーソナルコンピュータ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷機構３０２０や給紙機構３０３０等を制御する。

このようなプリンター３０００では、給紙機構３０３０が記録用紙Ｐを一枚ずつヘッドユニット３０２１の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット３０２１が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。

このようなプリンター３０００は、圧電モーター１００（圧電駆動装置１）を備えている。そのため、上述した圧電駆動装置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。なお、本実施系形態では、圧電モーター１００が給紙用の駆動ローラー３０３２を駆動しているが、この他にも、例えば、キャリッジ３０２１ｃを駆動してもよい。

以上、本発明の圧電駆動装置、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよび圧電駆動装置の製造方法を、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、圧電駆動装置を圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置およびプリンターに適用した構成について説明したが、圧電駆動装置は、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。

１、１ｘ、１ｙ、１θ…圧電駆動装置、２…振動子、２１…振動部ユニット、２２…支持部ユニット、２３…伝達部、３…第１基板、３１…振動板、３２…支持板、３３…接続部、４…第２基板、４１…振動板、４２…支持板、４３…接続部、５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ…圧電素子、５１…第１電極、５２…圧電体、５３…第２電極、６…層間部、７…接着剤、９０…端子部、９１…配線、９２…配線、９３…配線、９４…配線、９５…配線、９６…配線、１００…圧電モーター、１１０…ローター、１１１…外周面、２００…積層体、２１０…振動部、２２０…支持部、２２１…側面、２３０…接続部、２４０…突出部、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０…アーム、１０８０…ロボット制御部、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、３０００…プリンター、３０１０…装置本体、３０１１…トレイ、３０１２…排紙口、３０１３…操作パネル、３０２０…印刷機構、３０２１…ヘッドユニット、３０２１ａ…ヘッド、３０２１ｂ…インクカートリッジ、３０２１ｃ…キャリッジ、３０２２…キャリッジモーター、３０２３…往復動機構、３０２３ａ…キャリッジガイド軸、３０２３ｂ…タイミングベルト、３０３０…給紙機構、３０３１…従動ローラー、３０３２…駆動ローラー、３０４０…制御部、Ｌ１、Ｌ２…長さ、Ｏ…回動軸、Ｐ…記録用紙、Ｑ…電子部品

Claims (12)

1. 圧電体と前記圧電体に配置されている電極とを有する圧電素子を備え、前記圧電体と前記電極とが並ぶ方向である第１方向に直交する第２方向に振動する振動部を有し、
   前記振動部の前記第１方向の長さをＬ１とし、前記振動部の前記第２方向の長さをＬ２としたとき、
   Ｌ１／Ｌ２は、１／５以上、１０／７以下の範囲内であることを特徴とする圧電駆動装置。
2. 前記振動部は、前記圧電素子が配置されている基板を有している請求項１に記載の圧電駆動装置。
3. 前記基板には、複数の前記圧電素子が配置されている請求項２に記載の圧電駆動装置。
4. 前記振動部は、前記基板と前記圧電素子とを備える振動部ユニットを複数有し、
   複数の前記振動部ユニットは、前記第１方向に沿って積層されている請求項２または３に記載の圧電駆動装置。
5. 前記第１方向に１次で振動する振動モードである第１方向１次振動モードの共振周波数をｆ１とし、前記第２方向に１次で振動する振動モードである第２方向１次振動モードの共振周波数をｆ２としたとき、
   ｆ１／ｆ２は、０．８以上、１．２以下の範囲内にある請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
6. 前記振動部に設けられ、前記振動部から前記第２方向に向けて突出する突出部を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
7. 前記振動部は、前記第２方向に振動すると共に、前記第１方向と前記第２方向とにそれぞれ交差する第３方向に振動する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電駆動装置を備えていることを特徴とする圧電モーター。
9. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電駆動装置を備えていることを特徴とするロボット。
10. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電駆動装置を備えていることを特徴とする電子部品搬送装置。
11. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧電駆動装置を備えていることを特徴とするプリンター。
12. 圧電体と前記圧電体に配置されている電極とを有する圧電素子を備え、前記圧電体と前記電極とが並ぶ方向である第１方向に直交する第２方向に振動し、前記第１方向の長さをＬ１とし、前記第２方向の長さをＬ２としたとき、Ｌ１／Ｌ２が、１／５以上、１０／７以下の範囲内である振動部を形成する工程を含むことを特徴とする圧電駆動装置の製造方法。

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