JP2018074773A - 駆動装置、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 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を図りつつ、過大電圧による圧電素子の損傷を低減することができる駆動装置を提供すること、また、この駆動装置を備える圧電アクチュエーター、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を提供すること。【解決手段】基板と、前記基板上に配置されている圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続され、かつ、前記基板とともにショットキー接合を構成している第１金属部と、を備えることを特徴とする駆動装置。【選択図】図７

Description

本発明は、駆動装置、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関するものである。

従来から、圧電素子を備える駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１に記載の駆動装置は、基板と、基板上に配置されている圧電素子と、圧電素子を駆動する駆動回路と、圧電素子と電気的に並列に設けられている電流バイパス用のダイオードと、を有する。

特開平４−２８６６５８号公報

特許文献１に記載の駆動装置では、圧電素子が設けられている基板の外側にダイオードを設けなければならず、その結果、装置の大型化を招くという問題があった。

本発明の目的は、装置の小型化を図りつつ、過大電圧による圧電素子の損傷を低減することができる駆動装置を提供すること、また、この駆動装置を備える圧電モーター、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。
本発明の駆動装置は、基板と、
前記基板上に配置されている圧電素子と、
前記圧電素子に電気的に接続され、かつ、前記基板とともにショットキー接合を構成している第１金属部と、を備えることを特徴とする。

このような駆動装置によれば、第１金属部が圧電素子に電気的に接続されかつ基板とともにショットキー接合（ショットキーバリアダイオード）を構成しているため、圧電素子に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧以下であるとき、圧電素子と基板とを電気的に絶縁して、圧電素子を効率的に駆動することができ、一方、圧電素子に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧を超えたとき、圧電素子と基板とを電気的に接続して、電荷を圧電素子から基板へ逃すことができる。そのため、過大電圧による圧電素子の破損を低減することができる。また、ショットキー接合が基板および第１金属部で構成されているため、基板の外部にダイオードを設ける場合に比べて、小型化を図ることができる。

本発明の駆動装置では、前記圧電素子を駆動する駆動信号を生成する駆動回路を備え、
前記圧電素子は、前記駆動信号が入力される駆動電極を有し、
前記第１金属部は、前記駆動電極の少なくとも一部を兼ねていることが好ましい。

これにより、駆動信号が過大電圧となるような電位となったとき、駆動電極から第１金属部を介して基板に駆動信号の少なくとも一部を効率的に逃すことができる。

本発明の駆動装置では、前記基板と前記第１金属部との間には、半導体の酸化物で構成されている絶縁層が設けられていることが好ましい。

これにより、圧電素子に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧以下であるときの第１金属部と基板との間の絶縁性を高め、駆動装置の信頼性を向上させることができる。

本発明の駆動装置では、前記絶縁層の厚さは、１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。

これにより、圧電素子に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧以下であるときの第１金属部と基板との間の絶縁性を優れたものとしつつ、圧電素子に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧を超えたとき、第１金属部から基板へ電荷を円滑に逃すことができる。

本発明の駆動装置では、前記基板と前記圧電素子とが重なる方向から見た平面視で前記圧電素子とは異なる位置に配置され、前記基板とともにショットキー接合を構成している第２金属部を備えることが好ましい。

これにより、圧電素子に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧を超えたとき、基板から第２金属部を介して外部へ電荷を逃すことができる。

本発明の駆動装置では、前記第２金属部は、グランド電位に電気的に接続されていることが好ましい。

これにより、圧電素子に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧を超えたとき、基板から第２金属部を介して外部へ電荷を円滑に逃すことができる。

本発明の駆動装置では、前記圧電素子からの駆動力を被駆動部に伝達する力伝達部を備えることが好ましい。

これにより、被駆動部を駆動する圧電アクチュエーターを実現することができる。また、このような駆動装置（圧電アクチュエーター）において、力伝達部には、被駆動部からの反力が加わる。この反力が例えば想定の範囲を超えたとき、圧電素子に過大電圧がかかる場合がある。そのため、このような駆動装置において、過大電圧による圧電素子の破損を低減することは、特に有効である。

本発明の圧電モーターは、本発明の駆動装置を備えることを特徴とする。
このような圧電モーターによれば、過大電圧による圧電素子の破損を低減することで、圧電モーターの信頼性を高めることができる。

本発明のロボットは、本発明の駆動装置を備えることを特徴とする。
このようなロボットによれば、過大電圧による圧電素子の破損を低減することで、ロボットの信頼性を高めることができる。

本発明の電子部品搬送装置は、本発明の駆動装置を備えることを特徴とする。
このような電子部品搬送装置によれば、過大電圧による圧電素子の破損を低減することで、電子部品搬送装置の信頼性を高めることができる。

本発明のプリンターは、本発明の駆動装置を備えることを特徴とする。
このようなプリンターによれば、過大電圧による圧電素子の破損を低減することで、プリンターの信頼性を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る圧電モーターの概略構成を示す平面図である。 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（駆動装置）の分解斜視図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 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配線基板側から見た図である。 図４中のＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示す圧電モーターの動作を説明するための図である。 図２に示す圧電アクチュエーターの第１金属部および第２金属部の作用を説明するための概念的な模式図である。 本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーター（駆動装置）を示す斜視図である。 図８に示す圧電アクチュエーターの断面図である。 図８に示す圧電アクチュエーターの動作（第１振動モード）を説明するための図である。 図８に示す圧電アクチュエーターの動作（第２振動モード）を説明するための図である。 本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。 本発明の電子部品搬送装置の実施形態を示す斜視図である。 図１３に示す電子部品搬送装置が備える電子部品保持部の斜視図である。 本発明のプリンターの実施形態を示す斜視図である。

以下、本発明の駆動装置、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。

（圧電モーター）
まず、本発明の圧電モーター（本発明の駆動装置または圧電アクチュエーターを備える圧電モーター）について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターの概略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備える圧電アクチュエーター（駆動装置）の分解斜視図である。図３は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図４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配線基板側から見た図である。図５は、図４中のＢ−Ｂ線断面図である。図６は、図１に示す圧電モーターの動作を説明するための図である。なお、以下では、説明の便宜上、図３中の上側を「上」、下側を「下」ともいう。

図１に示す圧電モーター２００は、回動軸Ｏまわりに回動可能な被駆動部（従動部）であるローター２１０と、ローター２１０の外周面２１１に当接する圧電アクチュエーター１００（駆動装置）と、を有している。この圧電モーター２００では、圧電アクチュエーター１００を駆動（振動）させることで、その駆動力をローター２１０に伝達し、ローター２１０を回動軸Ｏまわりに回動（回転）させる。なお、圧電モーター２００は、図示では被駆動部を回転運動させる構成であるが、これに限定されず、例えば、被駆動部を直線運動させる構成であってもよい。また、圧電モーター２００は、１つの被駆動部に対して複数の圧電アクチュエーター１００を当接させる構成であってもよい。

［圧電アクチュエーター］
圧電アクチュエーター１００（駆動装置）は、振動子１と、振動子１に設けられている凸部１１０と、振動子１に電気的に接続されている配線基板１２０と、を有している。

図２に示すように、振動子１は、１対の基板２、３と、これら基板２、３間に配置されている圧電素子４およびスペーサー５と、を有している。ここで、基板２の基板３側の面（図２中の上面）上には、電極６０（第２金属部）および配線６１（第１金属部）が配置されている。また、基板３の基板２側の面（図２中の下面）上には、配線６２が配置されている。そして、図３に示すように、基板２の上面と圧電素子４の下面とは、圧電素子４（より具体的には後述する第１電極４１）が配線６１に電気的に接続されるように、絶縁性の接着剤７１を介して接合されている。同様に、基板３の下面と圧電素子４の上面とは、圧電素子４（より具体的には後述する第２電極４３）が配線６２に電気的に接続されるように、絶縁性の接着剤７２を介して接合されている。また、図示しないが、同様に、基板２の上面および基板３の下面とスペーサー５とは、接着剤７１、７２を介して接合されている。また、接着剤７１、７２としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコン系等の各種接着剤が挙げられる。

基板２は、前述した接着剤７１により圧電素子４に接合されている振動部２１と、図示しない接着剤によりスペーサー５に接合されている支持部２２と、これらを接続している１対の接続部２３と、を有している。振動部２１は、基板２、３が重なる方向から見た平面視（以下、単に「平面視」ともいう）で、長方形（長手形状）をなしている。また、支持部２２は、平面視で振動部２１の長手方向での一端側の部分の外周を囲う形状をなしている。また、１対の接続部２３は、振動部２１の幅方向（長手方向に対して直交する方向）での両端と支持部２２とを接続している。

本実施形態では、基板２、３は、互いに実質的に同じ平面視形状をなしており、基板３は、基板２と同様に、前述した接着剤７２により圧電素子４に接合されている振動部３１と、図示しない接着剤によりスペーサー５に接合されている支持部３２と、これらを接続している１対の接続部３３と、を有している。

なお、振動部２１、３１、支持部２２、３２および接続部２３、３３の形状や配置等は、図示のものに限定されない。例えば、支持部２２、３２が接続部２３または３３ごとに分離して設けられていてもよい。また、接続部２３、３３の数、形状および配置等も任意である。また、基板２、３の平面視形状が互いに異なっていてもよい。

このような基板２、３としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板、シリコンカーバイト基板等の半導体基板を用いることができる。基板２、３として半導体基板（特にシリコン基板）を用いることで、前述したような振動部２１、３１、支持部２２、３２および接続部２３、３３を有する基板２、３をシリコンウエハプロセス（ＭＥＭＳプロセス）により生産性よく高精度に製造することができる。

図３に示すように、基板２の圧電素子４側の面（上面）には、絶縁層２４が設けられている。これにより、基板２を介した配線６１の短絡を低減することができる。同様に、基板３の圧電素子４側の面には、絶縁層３４が設けられている。これにより、基板３を介した配線６２の短絡を低減することができる。絶縁層２４、３４は、それぞれ、例えば、基板２、３がシリコン基板である場合、シリコン基板の表面を熱酸化することにより形成されたシリコン酸化膜である。

前述した基板２、３の振動部２１、３１は、圧電素子４を挟んでおり、圧電素子４とともに振動する「振動板」を構成している。このような振動部の長手方向での一端部（先端部）には、その幅方向での中央部に凸部１１０が設けられている。この凸部１１０は、例えば、セラミックス等の耐摩耗性に優れた材料で構成された部材が当該一端部に接着剤等により接合されることにより構成されている。なお、凸部１１０の形状は、駆動力をローター２１０（被駆動部）に伝達可能であればよく、図示の形状に限定されない。

圧電素子４は、図１および図２に示すように、複数（図示では５つ）の第１電極４１と、圧電体４２と、第２電極４３と、を有し、これらがこの順で積層されて構成されている。圧電体４２は、板状をなし、前述した基板２、３の振動部２１、３１と同様の平面視形状をなしている。この圧電体４２の一方の面（下面）には、５つの第１電極４１が設けられ、他方の面（上面）には、第２電極４３が設けられている。

５つの第１電極４１は、圧電体４２の幅方向の中央部に圧電体４２の長手方向に沿って配置されている第１電極４１ｅと、第１電極４１ｅに対して圧電体４２の幅方向の一方側に圧電体４２の長手方向に沿って配置されている２つの第１電極４１ａ、４１ｂと、第１電極４１ｅに対して圧電体４２の幅方向の他方側に圧電体４２の長手方向に沿って配置されている２つの第１電極４１ｃ、４１ｄとで構成されている。

そして、第１電極４１ａ、圧電体４２および第２電極４３を含む積層体が圧電素子４ａを構成している。同様に、第１電極４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、圧電体４２および第２電極４３を含む積層体が圧電素子４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅを構成している。このように、圧電素子４は、５つの圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅを有している。

このように、第１電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅは、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられた個別電極である。一方、第２電極４３は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに共通して設けられた共通電極である。また、圧電体４２は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに共通して一体的に設けられている。なお、圧電体４２は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられていてもよい。

第１、第２電極４１、４３の構成材料としては、それぞれ、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）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）等の金属材料が挙げられる。

圧電体４２は、圧電体４２の厚さ方向に沿った方向の電界が印加されることで、前述した基板２、３の振動部２１、３１の長手方向に沿った方向に伸縮する。このような圧電体４２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が挙げられる。なお、圧電体４２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。

中でも、圧電体４２の構成材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛を用いることが好ましい。このように、圧電素子４がチタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体４２を有することにより、優れた圧電性を有する圧電素子４を実現することができる。そのため、振動子１の電流効率をより向上させることができる。

また、圧電体４２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。すなわち、圧電体４２は、バルク状であることが好ましい。これにより、圧電体４２の厚さを厚くし、圧電素子４の変位量を大きくすることができる。そのため、振動子１の電流効率をさらに向上させることができる。また、バルク材料から圧電体４２を形成する場合、ゾル−ゲル法等の製膜法を用いる場合に比べて、圧電体４２の厚さを厚くすることが容易となる。

また、前述した基板２、３の支持部２２、３２は、スペーサー５を挟んでおり、支持部２２が１対の接続部２３を介して振動部２１を支持しているとともに、支持部３２が１対の接続部３３を介して振動部３１を支持している。接続部２３、３３間には、圧電素子４およびスペーサー５がいずれも配置されておらず、圧電素子４またはスペーサー５の厚さに応じた隙間が形成されている。

スペーサー５は、平面視で、前述した基板２、３の支持部２２、３２と実質的に同じ形状および大きさを有している。このスペーサー５は、支持部２２、３２の剛性を高める機能を有する。また、スペーサー５の少なくとも表面は、絶縁性を有している。これにより、スペーサー５を介して配線６１、６２の短絡を防止することができる。また、図４および図５に示すように、スペーサー５の上面および下面には、電極６０、配線６１および配線６２の一端部を露出させるための凹部５１が設けられている。このようなスペーサー５の構成材料としては、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、シリコン、各種樹脂材料等が挙げられる。なお、金属材料のような導電性材料を用いてスペーサー５を構成することもでき、この場合、スペーサー５の表面に絶縁処理を施せばよい。また、スペーサー５は、１つの部材で構成されていてもよいが、複数の部材、例えば、複数層が積層・接合された積層体で構成されていてもよい。

図２または図３に示すように、配線６１（第１金属部）は、前述した絶縁層２４上に配置され、基板２と圧電素子４およびスペーサー５との間に位置している。一方、配線６２は、前述した絶縁層３４上に配置され、基板３と圧電素子４およびスペーサー５との間に位置している。このように、圧電素子４およびスペーサー５に対して一方側（下側）に配線６１を配置し、他方側（上側）に配線６２を配置することで、配線６１と配線６２との短絡を防止しつつ、配線６１および配線６２の配置の自由度を高めることができる。

配線６１は、複数の配線６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅを含んでいる。配線６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅは、それぞれ、基板２の接続部２３上を介して振動部２１上および支持部２２上にわたって配置されており、一端部が振動部２１上に配置され、他端部が支持部２２上に配置されている。そして、配線６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅの一端部は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに対応して設けられており、第１電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅに接続されている。また、配線６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅの他端部は、基板２の支持部２２とスペーサー５との間（より具体的には凹部５１による隙間）から露出し、この露出した部分が「端子」を構成している。

一方、配線６２は、基板３の接続部３３上を介して振動部３１上および支持部３２上にわたって配置されており、一端部が振動部３１上に配置され、他端部が支持部３２上に配置されている。そして、配線６２の一端部は、圧電素子４の第２電極４３に接続されている。また、配線６２の他端部は、基板３の支持部３２とスペーサー５との間（より具体的には凹部５１による隙間）から露出し、この露出した部分が「端子」を構成している。

このような配線６１、６２の構成材料としては、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）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）等の金属材料が挙げられる。また、配線６１、６２の形成方法としては、特に限定されず、例えば、蒸着、スパッタリング、めっき法等を用いることができる。

ここで、配線６１は、絶縁層２４または基板２とともにショットキー接合（ショットキーバリアダイオード）を構成している。これにより、前述した圧電素子４に過大電圧がかかったとき、圧電素子４の第１電極４１から配線６１および絶縁層２４を介して基板２へ電荷を逃がし、圧電素子４の損傷を低減することができる。なお、かかるショットキー接合については、後に詳述する。

電極６０は、前述した絶縁層２４上に配置され、図２に示すように、基板２とスペーサー５との間に位置している。この電極６０は、基板２の支持部２２上に配置され、配線６１に対して離間している。また、電極６０の少なくとも一部は、基板２の支持部２２とスペーサー５との間（より具体的には凹部５１による隙間）から露出し、この露出した部分が「端子」を構成している。この電極６０は、絶縁層２４または基板２とともにショットキー接合（ショットキーバリアダイオード）を構成している。これにより、前述したように基板２へ逃した電荷を、電極６０および絶縁層２４を介して外部へ逃すことができる。なお、かかるショットキー接合については、配線６１によるショットキー接合とともに後に詳述する。

前述した電極６０、配線６１および配線６２の端子には、それぞれ、導電部６３が接触している。この導電部６３は、前述した凹部５１による隙間内で各端子に接合されているとともに、基板２、３およびスペーサー５の側面よりも外側に突出している。導電部６３の構成材料としては、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）、銅（Ｃｕ）等の金属材料が挙げられる。また、導電部６３の形成方法としては、特に限定されず、例えば、蒸着、スパッタリング、めっき法等を用いることができる。ただし、これらの中でも、めっき法（特に、無電解めっき法）によって導電部６３を成膜することが好ましい。これにより、導電部６３をより簡単に形成することができる。

このような導電部６３には、配線基板１２０が電気的に接続されている。配線基板１２０は、基板２、３およびスペーサー５からなる積層体の側面に対して、前述した接着剤７１、７２と同様の接着剤７３を介して接合されている。この配線基板１２０は、絶縁性の基板１２１と、基板１２１の一方の面上に配置されている複数の配線１２２と、を有している。ここで、複数の配線１２２は、前述した電極６０、複数の配線６１および配線６２に対応して設けられている。複数の配線６１に対応する配線１２２は、図示しない駆動回路に電気的に接続されている。また、電極６０および配線６２に対応する配線１２２は、グランド電位に電気的に接続されている。ただし、本実施形態では、電極６０のための配線１２２は、配線６２のための配線と共通となっている。なお、配線基板１２０は、フレキシブル配線基板であってもよいし、リジット配線基板であってもよい。

以上説明したような構成の圧電モーター２００は、図示しない駆動回路から所定周波数の駆動信号が配線６２を介して圧電素子４の第１電極４１に入力されることにより作動する。例えば、圧電素子４ａ、４ｄへの駆動信号と圧電素子４ｂ、４ｃへの駆動信号との位相差を１８０°とし、圧電素子４ａ、４ｄへの駆動信号と圧電素子４ｅへの駆動信号との位相差を３０°とすることで、各圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅの伸縮により、圧電素子４が基板２、３の振動部２１、３１とともに図６に示すようにＳ字形状に屈曲振動し、これにより、凸部１１０の先端が楕円運動する。その結果、ローター２１０は、外周面２１１が凸部１１０から一方向の駆動力を繰り返し受けて、回動軸Ｏまわりに矢印方向に回転する。なお、圧電素子４ａ、４ｄへの駆動信号との位相差が２１０°となるように圧電素子４ｅに駆動信号を印加すれば、ローター２１０を逆回転させることができる。

以下、配線６１によるショットキー接合について詳述する。
図７は、図２に示す圧電アクチュエーターの第１金属部および第２金属部の作用を説明するための概念的な模式図である。

前述したように、「駆動装置」である圧電アクチュエーター１００は、基板２と、基板２の一方の面側に配置されている圧電素子４と、圧電素子４に電気的に接続され、かつ、基板２とともにショットキー接合を構成している「第１金属部」である配線６１と、を備える。

このような圧電アクチュエーター１００（駆動装置）によれば、図７に示すように、配線６１が圧電素子４（より具体的には第１電極４１）に電気的に接続されかつ基板２とともにショットキー接合（ショットキーバリアダイオード）を構成しているため、圧電素子４に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧以下であるとき、圧電素子４と基板２とを電気的に絶縁して、図７中実線矢印で示すように電流を流し、圧電素子４を効率的に駆動することができる。

一方、圧電素子４に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧を超えたとき、圧電素子４と基板２とを電気的に接続して、図７中に点鎖線矢印で示すように電流を流し、電荷を圧電素子４から基板２へ逃すことができる。そのため、過大電圧による圧電素子４の破損を低減することができる。

また、ショットキー接合（ショットキーバリアダイオード）が基板２および配線６１で構成されているため、基板２の外部にダイオードを設ける場合に比べて、小型化を図ることができる。

ここで、圧電アクチュエーター１００（駆動装置）は、圧電素子４からの駆動力を「被駆動部」であるローター２１０に伝達する「力伝達部」である凸部１１０を備える。これにより、ローター２１０を駆動する圧電アクチュエーター１００を実現することができる。また、このような圧電アクチュエーター１００において、凸部１１０には、ローター２１０からの反力が加わる。この反力が例えば想定の範囲を超えたとき、圧電素子４に過大電圧がかかる場合がある。そのため、このような圧電アクチュエーター１００において、過大電圧による圧電素子４の破損を低減することは、特に有効である。

また、圧電アクチュエーター１００（駆動装置）は、圧電素子４を駆動する駆動信号を生成する駆動回路１０を備える。そして、圧電素子４は、かかる駆動信号が入力される「駆動電極」である第１電極４１を有する。また、配線６１（第１金属部）は、第１電極４１の少なくとも一部を兼ねているといえる。すなわち、配線６１および第１電極４１の積層体が「第１金属部」を構成しているともいえる。これにより、駆動信号が過大電圧となるような電位となったとき、第１電極４１から配線６１を介して基板２に駆動信号の少なくとも一部を効率的に逃すことができる。

また、基板２の配線６１（第１金属部）側の面には、半導体の酸化物で構成されている絶縁層２４が設けられている。これにより、配線６１と絶縁層２４とがショットキー接触し、ショットキー接合を構成することができる。また、圧電素子４に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧以下であるときの配線６１と基板２との間の絶縁性を高め、圧電アクチュエーター１００の信頼性を向上させることができる。

このような絶縁層２４の厚さは、１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、５００ｎｍ以上５μｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。これにより、圧電素子４に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧以下であるときの配線６１と基板２との間の絶縁性を優れたものとしつつ、圧電素子４に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧を超えたとき、配線６１から基板２へ電荷を円滑に逃すことができる。これに対し、絶縁層２４の厚さが薄すぎると、絶縁層２４のキャパシタンスＣｓが圧電素子４のキャパシタンスＣｐに比べて大きくなりすぎて、圧電素子４に過大電圧が印加されているとき以外において、配線６１から基板２へ流れる電流が多くなり、圧電素子４の電流効率が低下する傾向を示す。一方、絶縁層２４の厚さが厚すぎると、圧電素子４に過大電圧が印加されたときに、配線６１から基板２へ電流が流れにくくなる傾向を示す。

また、圧電アクチュエーター１００（駆動装置）は、基板２と圧電素子４とが重なる方向から見た平面視で圧電素子４とは重ならない位置に配置され、基板２とともにショットキー接合を構成している「第２金属部」である電極６０を備える。これにより、圧電素子４に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧を超えたとき、基板２から電極６０を介して外部へ電荷を逃すことができる。ここで、配線６１と電極６０との間の電荷の流れは、基板２の任意の部位を介して生じ得るが、通常、平面視で配線６１と電極６０との間の距離が最も近い領域に対応する基板２の部位（例えば導電部６３付近）で生じやすい。

本実施形態では、電極６０（第２金属部）は、グランド電位に電気的に接続されている。これにより、圧電素子４に印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧を超えたとき、基板２から電極６０を介して外部へ電荷を円滑に逃すことができる。なお、グランド電位は、基準となる電位であって、０電位に限定されず、正電位または負電位であってもよい。また、電極６０は、シグナル・グランド、フレーム・グランド、アースのいずれに電気的に接続されていてもよい。

以上のような配線６１および電極６０の構成材料は、前述したようなショットキー接合の逆耐電圧と駆動電圧（例えば数十Ｖ〜数百Ｖ）との関係に応じて適宜選択される。ここで、このショットキー接合の逆耐圧は、圧電素子４の破壊電圧よりも小さければよいが、駆動電圧に対して、１．５倍以上２倍以下であることが好ましい。これにより、所望時の圧電素子４の駆動を可能としつつ、過大電圧による圧電素子４の損傷を的確に低減することができる。なお、圧電素子４の破壊電圧とは、圧電素子４の損傷により、圧電素子４が駆動不可能となるか、または、圧電素子４の変位量が５０％以上低下することとなる電圧をいう。また、ショットキー接合の逆耐圧は、配線６１または電極６０の構成材料と絶縁層２４または基板２の構成材料との仕事関数差に応じた値となる。

また、圧電モーター２００は、前述したような「駆動装置」である圧電アクチュエーター１００を備える。これにより、過大電圧による圧電素子４の破損を低減することで、圧電モーター２００の信頼性を高めることができる。

（振動子の製造方法）
次に、振動子１の製造方法の一例について簡単に説明する。

振動子１の製造方法は、基板準備工程と、素子配置工程と、を含む。以下、各工程について順次説明する。

［基板準備工程］
基板準備工程では、基板２、３を準備する。具体的には、まず、例えば、シリコン基板を用意する。次に、このシリコン基板を基板２の平面視形状となるようにエッチングにより加工する。そして、シリコン基板の当該一方の面を熱酸化することで、絶縁層２４を形成する。これにより、基板２が得られる。また、基板２上に公知の成膜方法により電極６０および配線６１を形成する。また、基板２と同様にして、基板３を得る。また、基板３上に公知の成膜法により配線６２を形成する。

一方、圧電体のバルク材料を加工して圧電体４２を形成するとともに、第１電極４１および第２電極４３を公知の成膜法を用いて形成することで、圧電素子４を得る。また、公知の成形法を用いて、スペーサー５を形成する。

［素子配置工程］
素子配置工程では、基板２の一方の面側に、圧電素子４を配置する。具体的には、基板２の配線６１側の面に、圧電素子４の第１電極４１側の面を接着剤により接合する。このとき、対応する配線６１と第１電極４１とを接触させた状態で、基板２と圧電素子４とを接合する。このとき、スペーサー５も基板２に接着剤により接合する。同様に、基板３の配線６２側の面に、圧電素子４の第２電極４３側の面を接着剤により接合する。このとき、スペーサー５も基板３に接着剤により接合する。
また、例えば無電解めっき法を用いて、導電部６３を形成する。

以上のようにして振動子１が得られる。この振動子１に凸部１１０を接着剤により接合するとともに、配線基板１２０を接着剤により接合することで、圧電アクチュエーター１００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２実施形態に係る圧電アクチュエーター（駆動装置）を示す斜視図である。図９は、図８に示す圧電アクチュエーターの断面図である。図１０は、図８に示す圧電アクチュエーターの動作（第１振動モード）を説明するための図である。図１１は、図８に示す圧電アクチュエーターの動作（第２振動モード）を説明するための図である。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および図９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に示す圧電アクチュエーター１００Ａは、１対の基板２Ａ１、２Ａ２と、これら基板２Ａ１、２Ａ２間に配置されている圧電素子４Ａと、基板２Ａ１の圧電素子４Ａとは反対側の面上に設けられている１対の凸部１１０Ａ（力伝達部）と、を有する。

基板２Ａ１は、前述した基板２の振動部２１と同様の振動部２１と、振動部２１を挟んで設けられている１対の支持部２２Ａと、振動部２１と１対の支持部２２Ａとを接続している１対の接続部２３Ａとで構成されている。基板２Ａ２は、前述した基板２の振動部２１と同様の振動部２１で構成されている。このような基板２Ａ１、２Ａ２の圧電素子４Ａ側の面には、それぞれ、絶縁層２４が設けられている。そして、この絶縁層２４上には、配線６１（第１金属部）が設けられている。ここで、基板２Ａ１の１対の支持部２２Ａには、配線６１に電気的に接続されている複数の端子６４と、配線６１に対して離間している電極６０Ａ（第２金属部）とが設けられている。この電極６０Ａは、グランド電位に電気的に接続されている。また、基板２Ａ１、２Ａ２は、図示しない配線を介して、互いに電気的に接続され、互いに同電位となっている。

圧電素子４Ａは、基板２Ａ１、２Ａ２のそれぞれに対して、接着剤７１を介して接合されている。圧電素子４Ａは、第１電極４１と、圧電体４２Ａと、第２電極４３と、圧電体４２Ａと、第１電極４１とを有し、これらがこの順で積層されている。ここで、第１電極４１は、前述した第１実施形態と同様に配置されている個別電極（駆動電極）である。また、第２電極４３は、共通電極であり、図示しない配線を介して、前述した電極６０Ａに電気的に接続されている。

このような構成の圧電アクチュエーター１００Ａでは、図１０に示すように、１対の凸部１１０Ａが並ぶ方向に対して垂直な側方から見たとき、圧電素子４ＡがＳ字状となるように屈曲変形するように圧電素子４Ａを振動させる第１振動モードと、図１１に示すように、１対の凸部１１０Ａが並ぶ方向に沿った側方から見たとき、圧電素子４ＡがＵ字状（凹状）となるように屈曲変形する第２振動モードとを組み合わせて振動させる。このような振動を生じさせるには、例えば、第１振動モードを生じさせる駆動信号と、第２振動モードを生じさせる駆動信号を重畳させて圧電素子４Ａに入力すればよい。

第１振動モードでは、各凸部１１０Ａの先端が、図１０中矢印ａで示すように、圧電素子４Ａの板面に沿った一方向（１対の凸部１１０Ａが並ぶ方向に沿った一方向）に変位する。これに対し、第２振動モードでは、各凸部１１０Ａの先端が、図１１中矢印ｂで示すように、圧電素子４Ａの厚さ方向に変位する。したがって、これらの振動モードを組み合わせることで、各凸部１１０Ａの先端が圧電素子４Ａの板面に対して垂直な面に沿って楕円運動する。これにより、各凸部１１０Ａを被駆動部（図示せず）に接触させ、当該被駆動部を駆動させることができる。

このような圧電アクチュエーター１００Ａにおいても、配線６１が圧電素子４Ａ（より具体的には第１電極４１）に電気的に接続されかつ基板２Ａ１、２Ａ２とともにショットキー接合（ショットキーバリアダイオード）を構成しているため、圧電素子４Ａに印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧以下であるとき、圧電素子４Ａと基板２Ａ１、２Ａ２とを電気的に絶縁して、圧電素子４Ａを効率的に駆動することができる。一方、圧電素子４Ａに印加される電圧がショットキー接合の逆耐圧を超えたとき、圧電素子４Ａと基板２Ａ１、２Ａ２とを電気的に接続して、電荷を圧電素子４Ａから基板２Ａ１、２Ａ２へ逃すことができる。そのため、過大電圧による圧電素子４Ａの破損を低減することができる。

以上説明したような圧電アクチュエーター１００Ａによっても、装置の小型化を図りつつ、過大電圧による圧電素子４Ａの損傷を低減することができる。

（ロボット）
次に、本発明のロボットの実施形態について説明する。
図１２は、本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。

図１２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、圧電アクチュエーター１００または１００Ａを備える圧電モーター２００が搭載されており、この圧電モーター２００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２００の駆動は、制御部１０８０によって制御される。

以上のようなロボット１０００は、前述したような「駆動装置」である圧電アクチュエーター１００または１００Ａを備える。これにより、前述したように過大電圧による圧電素子４の破損を低減することで、ロボット１０００の信頼性を高めることができる。

（電子部品搬送装置）
次に、本発明の電子部品搬送装置の実施形態について説明する。

図１３は、本発明の電子部品搬送装置の実施形態を示す斜視図である。図１４は、図１３に示す電子部品搬送装置が備え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１３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１４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１００（１００ｘ）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１００（１００ｙ）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１００（１００θ）と、が内蔵されている。なお、圧電アクチュエーター１００は、圧電アクチュエーター１００Ａに代えることができる。

以上のような電子部品搬送装置２０００は、前述したような「駆動装置」である圧電アクチュエーター１００または１００Ａを備える。これにより、前述したように過大電圧による圧電素子４の破損を低減することで、電子部品搬送装置２０００の信頼性を高めることができる。

（プリンター）
図１５は、本発明のプリンターの実施形態を示す斜視図である。

図１５に示すプリンター３０００は、インクジェット記録方式のプリンターである。このプリンター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２００（圧電アクチュエーター１００または１００Ａ）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。

以上のようなプリンター３０００は、前述したような「駆動装置」である圧電アクチュエーター１００または１００Ａを備える。これにより、前述したように過大電圧による圧電素子４の破損を低減することで、プリンター３０００の信頼性を高めることができる。なお、ヘッド３０２１ａに本発明の駆動装置を適用することも可能である。例えば、ヘッド３０２１ａが圧電駆動方式である場合、振動板を有する基板と、その基板上に配置されている圧電素子との間に、前述した実施形態のようなショットキー接合を基板とともに構成する第１金属部を設ければよい。

以上、本発明の駆動装置、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駆動装置をロボット、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、駆動装置は、これら以外の各種電子デバイスにも適用することができる。

１…振動子、２…基板、２Ａ１…基板、２Ａ２…基板、３…基板、４…圧電素子、４Ａ…圧電素子、４ａ…圧電素子、４ｂ…圧電素子、４ｃ…圧電素子、４ｄ…圧電素子、４ｅ…圧電素子、５…スペーサー、１０…駆動回路、２１…振動部、２２…支持部、２２Ａ…支持部、２３…接続部、２３Ａ…接続部、２４…絶縁層、３１…振動部、３２…支持部、３３…接続部、３４…絶縁層、４１…第１電極（駆動電極）、４１ａ…第１電極（駆動電極）、４１ｂ…第１電極（駆動電極）、４１ｃ…第１電極（駆動電極）、４１ｄ…第１電極（駆動電極）、４１ｅ…第１電極（駆動電極）、４２…圧電体、４２Ａ…圧電体、４３…第２電極、５１…凹部、６０…電極（第２金属部）、６０Ａ…電極（第２金属部）、６１…配線（第１金属部）、６１ａ…配線（第１金属部）、６１ｂ…配線（第１金属部）、６１ｃ…配線（第１金属部）、６１ｄ…配線（第１金属部）、６１ｅ…配線（第１金属部）、６２…配線、６３…導電部、６４…端子、７１…接着剤、７２…接着剤、７３…接着剤、１００…圧電アクチュエーター（駆動装置）、１００Ａ…圧電アクチュエーター（駆動装置）、１００ｘ…圧電アクチュエーター（駆動装置）、１００ｙ…圧電アクチュエーター（駆動装置）、１００θ…圧電アクチュエーター（駆動装置）、１１０…凸部（力伝達部）、１１０Ａ…凸部（力伝達部）、１２０…配線基板、１２１…基板、１２２…配線、２００…圧電モーター、２１０…ローター、２１１…外周面、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０…アーム、１０３０…アーム、１０４０…アーム、１０５０…アーム、１０６０…アーム、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、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、Ｃｐ…キャパシタンス、Ｃｓ…キャパシタンス、Ｏ…回動軸、Ｐ…記録用紙、Ｑ…電子部品、ａ…矢印、ｂ…矢印

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に配置されている圧電素子と、
   前記圧電素子に電気的に接続され、かつ、前記基板とともにショットキー接合を構成している第１金属部と、を備えることを特徴とする駆動装置。
2. 前記圧電素子を駆動する駆動信号を生成する駆動回路を備え、
   前記圧電素子は、前記駆動信号が入力される駆動電極を有し、
   前記第１金属部は、前記駆動電極の少なくとも一部を兼ねている請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記基板と前記第１金属部との間には、半導体の酸化物で構成されている絶縁層が設けられている請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 前記絶縁層の厚さは、１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内にある請求項３に記載の駆動装置。
5. 前記基板と前記圧電素子とが重なる方向から見た平面視で前記圧電素子とは異なる位置に配置され、前記基板とともにショットキー接合を構成している第２金属部を備える請求項１ないし４のいずれか１項に記載の駆動装置。
6. 前記第２金属部は、グランド電位に電気的に接続されている請求項５に記載の駆動装置。
7. 前記圧電素子からの駆動力を被駆動部に伝達する力伝達部を備える請求項１ないし６のいずれか１項に記載の駆動装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の駆動装置を備え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項に記載の駆動装置を備え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項に記載の駆動装置を備え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項に記載の駆動装置を備えることを特徴とするプリンター。

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