JP7517020B2 - 圧電駆動装置及びロボット - Google Patents
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Description
本発明は、圧電駆動装置及びロボットに関する。
近年、圧電素子の振動を利用する圧電モーターが開発されている。このような圧電モーターとして、例えば特許文献１には、複数の圧電素子を備えた超音波振動子を有する超音波モーターが開示されている。超音波振動子は、圧電駆動装置として機能し、圧電素子に電気信号を入力することで、圧電素子の振動により、超音波振動子が振動し、その振動がローターと接触する接触部に伝達されることで、ローターを回転させることができる。
しかしながら、特許文献１に記載の圧電駆動装置である超音波振動子では、高い重量出力比を得るために圧電素子を小型化すると複数の圧電素子に電気信号を入力する配線が細くなり、配線抵抗が増大してしまうという課題があった。そのため、駆動効率が低下し、高い重量出力比を得ることができなかった。
圧電駆動装置は、基板と、前記基板上に配置されている複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の間に設けられている第１溝部と、前記第１溝部の側面の少なくとも一部と底部とに設けられている第１配線と、を備える。
ロボットは、上記に記載の圧電駆動装置を有する圧電モーターを備えている。
１．第１実施形態
先ず、第１実施形態に係る圧電駆動装置３について、圧電駆動装置３を備える圧電モーター１を一例として挙げ、図１～図５を参照して説明する。
尚、説明の便宜上、以降における図６及び図１１を除く各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。また、Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ方向」と言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」、矢印と反対側を「マイナス側」、Ｘ方向のプラス側を「上」、Ｘ方向のマイナス側を「下」とも言う。
先ず、第１実施形態に係る圧電駆動装置３について、圧電駆動装置３を備える圧電モーター１を一例として挙げ、図１～図５を参照して説明する。
尚、説明の便宜上、以降における図６及び図１１を除く各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。また、Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ方向」と言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」、矢印と反対側を「マイナス側」、Ｘ方向のプラス側を「上」、Ｘ方向のマイナス側を「下」とも言う。
圧電モーター１は、図１に示すように、円盤状をなしその中心軸Ｏまわりに回転可能な被駆動部材としてのローター２と、ローター２の外周面２１に当接する圧電駆動装置３と、を有する。このような圧電モーター１では、圧電駆動装置３を屈曲振動させるとローター２がＸ軸と平行な中心軸Ｏまわりに回転する。
また、ローター２にエンコーダー９が設けられており、エンコーダー９によって、ローター２の挙動、特に、回転量および角速度が検出できる。エンコーダー９は、ローター２の上面に固定されたスケール９１と、スケール９１の上側に設けられた光学素子９２と、を有する。また、スケール９１は、円板状をなし、その上面に図示しないパターンが設けられている。一方、光学素子９２は、スケール９１のパターンに向けて光を照射する発光素子９２１と、スケール９１のパターンを撮像する撮像素子９２２と、を有する。このような構成のエンコーダー９では、撮像素子９２２により取得されるパターンの画像をテンプレートマッチングすることにより、ローター２の回転量、駆動速度、絶対位置等を検出することができる。
本実施形態の圧電駆動装置３は、振動する圧電アクチュエーター４と、圧電アクチュエーター４をローター２に向けて付勢する付勢部材５と、圧電アクチュエーター４の駆動を制御する制御装置７と、を有する。
圧電アクチュエーター４は、振動体４１と、振動体４１を支持する支持部４２と、振動体４１と支持部４２とを接続する接続部４３と、振動体４１に接続され、振動体４１の振動をローター２に伝達する凸部４４と、を有する。
振動体４１は、図２に示すように、Ｘ方向を厚さ方向とし、Ｙ軸およびＺ軸を含むＹ－Ｚ平面に広がる板状をなし、Ｙ方向に伸縮しながらＺ方向に屈曲することによりＳ字状に屈曲振動する。また、振動体４１は、Ｘ方向からの平面視で、伸縮方向であるＹ方向を長手とする長手形状となっている。
また、振動体４１は、基板６０と、基板６０上に配置され、振動体４１を屈曲振動させるための駆動用の５つの圧電素子７Ａ～７Ｅと、を有する。
圧電素子７Ｃは、基板６０のＺ方向の中央部において、基板６０の長手方向であるＹ方向に沿って配置されている。また、圧電素子７Ｃに対して基板６０のＺ方向のプラス側には、圧電素子７Ａ，７Ｂが基板６０の長手方向に並んで配置され、Ｚ方向のマイナス側には、圧電素子７Ｄ，７Ｅが基板６０の長手方向に並んで配置されている。
圧電素子７Ａ～７Ｅは、それぞれ、図３に示すように、基板６０上に配置された第１電極７１と、第１電極７１上に配置された圧電体７２と、圧電体７２上に配置された第２電極７３と、を有する。尚、第２電極７３上には、電極間のショートを防止するための絶縁層７４が設けられている。第１電極７１、圧電体７２、及び第２電極７３は、それぞれ、圧電素子７Ａ～７Ｅに個別に設けられている。第２電極７３は、電気信号に基づき、駆動用の圧電素子７Ａ～７Ｅの各圧電体７２を振動させる駆動用電極である。また、圧電素子７Ａ～７Ｅのそれぞれの第１電極７１は、後述する第１溝部６１に設けられた第１配線８１によって電気的に接続されている共通電極である。
圧電素子７Ｃは、通電によって振動体４１の長手方向であるＹ方向に伸縮させる縦振動をする。また、圧電素子７Ａ，７Ｅ上の第２電極７３が互いに電気的に接続されており、圧電素子７Ｂ，７Ｄ上の第２電極７３が互いに電気的に接続され、振動体４１をＺ方向に屈曲させる屈曲振動をする。そのため、圧電素子７Ｃと、圧電素子７Ａ，７Ｅと、圧電素子７Ｂ，７Ｄと、にそれぞれ電気信号として位相の異なる同周波数の交番電圧を印加し、これらの伸縮タイミングをずらすことにより、振動体４１をその面内においてＳ字状に屈曲振動させることができる。つまり、本実施形態の圧電駆動装置３は、振動体４１が圧電素子７Ａ～７Ｅの振動によって、Ｙ－Ｚ平面内で変位し振動する面内振動方式である。
基板６０の圧電素子７Ａ～７Ｅが配置された面には、第１溝部６１，６１Ｃと第２溝部６２とが設けられている。尚、基板６０は、溝形成等において、加工精度に優れているシリコンで構成されている。
第１溝部６１は、基板６０の長手方向であるＹ方向に延在し、Ｘ方向からの平面視で、圧電素子７Ａと圧電素子７Ｃとの間、圧電素子７Ｂと圧電素子７Ｃとの間、圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｄとの間、及び圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｅとの間に配置されている。尚、圧電素子７Ａと圧電素子７Ｃとの間の第１溝部６１と、圧電素子７Ｂと圧電素子７Ｃとの間の第１溝部６１と、はそれぞれのＹ方向の端部どうしが連結している。また、図３に示すように、第１溝部６１の側面６５の少なくとも一部と底部６６には、第１配線８１が設けられている。
ここで、圧電素子間隔を６０μｍとすると、素子間の配線幅は、最大でも５０μｍである。そのため、素子間に幅５０μｍで溝深さ２５μｍの第１溝部６１を設け、第１溝部６１の側面６５と底部６６に第１配線８１を設けることで、実質的な配線幅を１００μｍとすることができ、配線抵抗を半減することができる。
第１溝部６１は、基板６０の長手方向であるＹ方向に延在し、Ｘ方向からの平面視で、圧電素子７Ａと圧電素子７Ｃとの間、圧電素子７Ｂと圧電素子７Ｃとの間、圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｄとの間、及び圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｅとの間に配置されている。尚、圧電素子７Ａと圧電素子７Ｃとの間の第１溝部６１と、圧電素子７Ｂと圧電素子７Ｃとの間の第１溝部６１と、はそれぞれのＹ方向の端部どうしが連結している。また、図３に示すように、第１溝部６１の側面６５の少なくとも一部と底部６６には、第１配線８１が設けられている。
ここで、圧電素子間隔を６０μｍとすると、素子間の配線幅は、最大でも５０μｍである。そのため、素子間に幅５０μｍで溝深さ２５μｍの第１溝部６１を設け、第１溝部６１の側面６５と底部６６に第１配線８１を設けることで、実質的な配線幅を１００μｍとすることができ、配線抵抗を半減することができる。
第１溝部６１Ｃは、２つの圧電素子７Ｄ，７Ｅの間に配置され、第１溝部６１が延在する方向と直交するＺ方向に延在している。また、第１溝部６１Ｃの側面６５の少なくとも一部と底部６６には、第１配線８１Ｃが設けられている。
第２溝部６２は、圧電素子７Ｃの長手方向の両端側に、つまり、圧電素子７ＣのＹ方向のプラス側とマイナス側とにそれぞれ配置され、圧電素子７Ａ，７Ｂと圧電素子７Ｃとの間に配置された第１溝部６１と、圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｄ，７Ｅとの間に配置された第１溝部６１と、に連結している。具体的には、圧電素子７ＣのＹ方向のプラス側に配置された第２溝部６２は、圧電素子７Ａと圧電素子７Ｃとの間に配置された第１溝部６１と、圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｄとの間に配置された第１溝部６１と、に連結し、圧電素子７ＣのＹ方向のマイナス側に配置された第２溝部６２は、圧電素子７Ｂと圧電素子７Ｃとの間に配置された第１溝部６１と、圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｅとの間に配置された第１溝部６１と、に連結している。また、図５に示すように、第２溝部６２の側面６５の少なくとも一部と底部６６には、第２配線８２が設けられており、第１溝部６１に設けられている第１配線８１どうしを繋いでいる。具体的には、第２配線８２は、圧電素子７Ａ，７Ｂと圧電素子７Ｃとの間に配置された第１溝部６１に設けられた第１配線８１と、圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｄ，７Ｅとの間に配置された第１溝部６１に設けられた第１配線８１と、を電気的に接続している。
支持部４２は、接続部４３を介して振動体４１となる基板６０を支持している。支持部４２は、Ｘ方向からの平面視で、振動体４１のＹ方向のマイナス側を囲むＵ字形状となっている。また、接続部４３は、振動体４１の屈曲振動の節となる部分、具体的には振動体４１のＹ方向の中央部と支持部４２とを接続している。
また、支持部４２上には、６つの第３溝部６３，６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，６３Ｅと、共通電極用端子８６と、５つの駆動電極用端子８７と、が設けられている。尚、６つの第３溝部６３，６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，６３Ｅは、それぞれ接続部４３にも設けられている。また、共通電極用端子８６及び５つの駆動電極用端子８７は、支持部４２のＹ方向のマイナス側の端部に、Ｚ方向に沿って並んで配置されている。
支持部４２及び接続部４３に設けられた第３溝部６３，６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，６３Ｅには、それぞれの側面６５の少なくとも一部と底部６６に、第３配線８３，８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄ，８３Ｅがそれぞれ設けられている。
第３配線８３の一方の端部は、共通電極用端子８６と電気的に接続されており、第３配線８３の他方の端部は、圧電素子７Ａ，７Ｂと圧電素子７Ｃとの間に配置された第１溝部６１に設けられた第１配線８１と電気的に接続されている。
第３配線８３の一方の端部は、共通電極用端子８６と電気的に接続されており、第３配線８３の他方の端部は、圧電素子７Ａ，７Ｂと圧電素子７Ｃとの間に配置された第１溝部６１に設けられた第１配線８１と電気的に接続されている。
第３配線８３Ｂの一方の端部は、駆動電極用端子８７と電気的に接続されており、第３配線８３Ｂの他方の端部は、圧電素子７Ｂ上に設けられた第３配線８３Ｂと電気的に接続されている。尚、圧電素子７Ｂ上に設けられた第３配線８３Ｂは、図４に示すように、圧電素子７Ｂの絶縁層７４に設けられた貫通孔６７内の電極を介して、圧電素子７Ｂの第２電極７３と電気的に接続されている。そのため、圧電素子７Ｂの第２電極７３は、第３配線８３Ｂを介して、駆動電極用端子８７と電気的に接続される。
３つの第３配線８３Ａ，８３Ｄ，８３Ｅも第３配線８３Ｂと同様に、一方の端部は、駆動電極用端子８７と電気的に接続され、他方の端部は、それぞれ圧電素子７Ａ，７Ｄ，７Ｅの第２電極７３と電気的に接続されている。
３つの第３配線８３Ａ，８３Ｄ，８３Ｅも第３配線８３Ｂと同様に、一方の端部は、駆動電極用端子８７と電気的に接続され、他方の端部は、それぞれ圧電素子７Ａ，７Ｄ，７Ｅの第２電極７３と電気的に接続されている。
第３配線８３Ｃの一方の端部は、駆動電極用端子８７と電気的に接続されており、第３配線８３Ｃの他方の端部は、第１溝部６１Ｃに設けられた第１配線８１Ｃを介して、圧電素子７Ｃ上に設けられた第１配線８１Ｃと電気的に接続されている。尚、圧電素子７Ｃ上に設けられた第１配線８１Ｃは、第３配線８３Ｂと同様に、圧電素子７Ｃの絶縁層７４に設けられた貫通孔６７内の電極を介して、圧電素子７Ｃの第２電極７３と電気的に接続されている。
圧電素子７Ａ～７Ｅの第１電極７１と電気的に接続されている第１配線８１、第２配線８２、及び第３配線８３は、共通電極用配線８４であり、ＧＮＤに接地されている。また、共通電極用端子８６から外部配線８８を介して、制御装置７と電気的に接続されている。
圧電素子７Ａ～７Ｅの第２電極７３と電気的に接続されている第１配線８１Ｃ及び第３配線８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄ，８３Ｅは、駆動電極用配線８５であり、駆動電極用端子８７から外部配線８９を介して、制御装置７と電気的に接続されている。
凸部４４は、振動体４１の先端部に設けられ、振動体４１からＹ方向のプラス側へ突出している。そして、凸部４４の先端部は、ローター２の外周面２１と接触している。そのため、振動体４１の振動は、凸部４４を介してローター２に伝達される。圧電素子７Ａ～７Ｅに印加する交番電圧をそれぞれ調整することで、伸縮タイミングをずらし、図１に示すように、ローター２を矢印Ｂ１で示すように時計回りに回転させたり、ローター２を矢印Ｂ２で示すように反時計回りに回転させたりすることができる。
付勢部材５は、凸部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢する部材である。付勢部材５は、圧電アクチュエーター４を支持する基部５１に設けられたばね部５１３をＹ方向に撓ませた状態で付勢部材５を筐体等に固定することにより、ばね部５１３の復元力を利用して凸部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢することができる。
制御装置７は、圧電素子７Ａ～７Ｅに電気信号として位相の異なる同周波数の交番電圧を印加することにより、圧電駆動装置３の駆動を制御する。
次に、第１実施形態に係る圧電駆動装置３の製造方法について、図６を参照して説明する。
圧電駆動装置３の製造方法は、図６に示すように、酸化膜形成工程、第１電極形成工程、圧電体形成工程、第２電極形成工程、絶縁層形成工程、溝形成工程、配線形成工程、及び外形形成工程を含んでいる。
圧電駆動装置３の製造方法は、図６に示すように、酸化膜形成工程、第１電極形成工程、圧電体形成工程、第２電極形成工程、絶縁層形成工程、溝形成工程、配線形成工程、及び外形形成工程を含んでいる。
１．１ 酸化膜形成工程
先ず、ステップＳ１において、シリコン基板を準備し、シリコン基板を大気中において高温で加熱することで、シリコン基板の表面に絶縁層となる酸化膜を形成する。
先ず、ステップＳ１において、シリコン基板を準備し、シリコン基板を大気中において高温で加熱することで、シリコン基板の表面に絶縁層となる酸化膜を形成する。
１．２ 第１電極形成工程
次に、ステップＳ２において、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属をスパッタ法又は蒸着法でシリコン基板の酸化膜上に成膜し、第１電極７１を形成する。
次に、ステップＳ２において、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属をスパッタ法又は蒸着法でシリコン基板の酸化膜上に成膜し、第１電極７１を形成する。
１．３ 圧電体形成工程
次に、ステップＳ３において、ゾル－ゲル法やスパッタリング法を用いて第１電極７１上に圧電層を形成し、その後、フォトリソグラフィー技法で圧電層と第１電極７１をパタニングして圧電素子パターンを形成し、圧電体７２を形成する。尚、圧電体７２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。
次に、ステップＳ３において、ゾル－ゲル法やスパッタリング法を用いて第１電極７１上に圧電層を形成し、その後、フォトリソグラフィー技法で圧電層と第１電極７１をパタニングして圧電素子パターンを形成し、圧電体７２を形成する。尚、圧電体７２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。
１．４ 第２電極形成工程
次に、ステップＳ４において、第１電極７１と同様に、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属をスパッタ法又は蒸着法でシリコン基板の酸化膜上に成膜し、その後、フォトリソグラフィー技法で圧電素子パターンを形成し、第２電極７３を形成する。
次に、ステップＳ４において、第１電極７１と同様に、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属をスパッタ法又は蒸着法でシリコン基板の酸化膜上に成膜し、その後、フォトリソグラフィー技法で圧電素子パターンを形成し、第２電極７３を形成する。
１．５ 絶縁層形成工程
次に、ステップＳ５において、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、第２電極７３上にＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3等の絶縁膜を成膜し、その後、フォトリソグラフィー技法で圧電素子パターンを形成し、絶縁層７４を形成する。また、圧電素子７Ａ～７Ｅの第２電極７３と、第３配線８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｄ，８３Ｅ又は第１配線８１Ｃと、の電気的な接続を図るために、第２電極７３にＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により貫通孔６７を形成する。
次に、ステップＳ５において、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、第２電極７３上にＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3等の絶縁膜を成膜し、その後、フォトリソグラフィー技法で圧電素子パターンを形成し、絶縁層７４を形成する。また、圧電素子７Ａ～７Ｅの第２電極７３と、第３配線８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｄ，８３Ｅ又は第１配線８１Ｃと、の電気的な接続を図るために、第２電極７３にＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により貫通孔６７を形成する。
１．６ 溝形成工程
次に、ステップＳ６において、ＲＩＥ法又はＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）法等のドライエッチングにより、圧電素子７Ａ～７Ｅの周辺や支持部４２に相当するシリコン基板上に、所定の深さとなるようにハーフエッチングして第１溝部６１、第２溝部６２、及び第３溝部６３等を形成する。また、シリコン基板の厚みが５０μｍの場合には、溝の深さは２５μｍが好適であり、シリコン基板の厚みが２０μｍ～２００μｍの場合には、溝の深さはシリコン基板の厚みの半分となる１０μｍ～１００μｍが好適である。
次に、ステップＳ６において、ＲＩＥ法又はＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）法等のドライエッチングにより、圧電素子７Ａ～７Ｅの周辺や支持部４２に相当するシリコン基板上に、所定の深さとなるようにハーフエッチングして第１溝部６１、第２溝部６２、及び第３溝部６３等を形成する。また、シリコン基板の厚みが５０μｍの場合には、溝の深さは２５μｍが好適であり、シリコン基板の厚みが２０μｍ～２００μｍの場合には、溝の深さはシリコン基板の厚みの半分となる１０μｍ～１００μｍが好適である。
１．７ 配線形成工程
次に、ステップＳ７において、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属をスパッタ法又は蒸着法でシリコン基板や絶縁層７４上に成膜し、その後、フォトリソグラフィー技法で配線パターンを形成し、第１配線８１、第２配線８２、及び第３配線８３等を形成する。なお、溝の側面６５に金属を成膜する場合には、溝の側面６５への回り込み性の良いプラズマＣＶＤ法を用いるのが好ましい。また、スパッタ法の場合には、シリコン基板を斜めに配置し回転させながら成膜することが好ましい。また、配線の厚みとしては、２μｍが好適であるが、０．５μｍ～５μｍの範囲にあれば構わない。
次に、ステップＳ７において、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属をスパッタ法又は蒸着法でシリコン基板や絶縁層７４上に成膜し、その後、フォトリソグラフィー技法で配線パターンを形成し、第１配線８１、第２配線８２、及び第３配線８３等を形成する。なお、溝の側面６５に金属を成膜する場合には、溝の側面６５への回り込み性の良いプラズマＣＶＤ法を用いるのが好ましい。また、スパッタ法の場合には、シリコン基板を斜めに配置し回転させながら成膜することが好ましい。また、配線の厚みとしては、２μｍが好適であるが、０．５μｍ～５μｍの範囲にあれば構わない。
１．８ 外形形成工程
次に、ステップＳ８において、フォトリソグラフィー技法で振動体４１、支持部４２、及び接続部４３が一体となっている圧電アクチュエーター外形パターンを形成し、ＲＩＥ法又はＩＣＰ法等のドライエッチングにより、圧電アクチュエーター４の外形を形成する。
次に、ステップＳ８において、フォトリソグラフィー技法で振動体４１、支持部４２、及び接続部４３が一体となっている圧電アクチュエーター外形パターンを形成し、ＲＩＥ法又はＩＣＰ法等のドライエッチングにより、圧電アクチュエーター４の外形を形成する。
以上によって、基板６０上に配置されている複数の圧電素子７Ａ～７Ｅの間に配置されている第１溝部６１、圧電素子７Ｃの周辺に配置されている第２溝部６２、及び支持部４２に配置されている第３溝部６３のそれぞれの溝部の側面６５の少なくとも一部と底部６６とに第１配線８１、第２配線８２、及び第３配線８３が設けられた圧電駆動装置３を得ることができる。
上述したような圧電駆動装置３によれば、基板６０上に配置されている複数の圧電素子７Ａ～７Ｅの間に配置されている第１溝部６１の側面６５の少なくとも一部と底部６６とに第１配線８１が設けられているので、圧電素子７Ａ～７Ｅの間の狭い領域において、第１配線８１の断面積を大きくすることができ、配線抵抗を下げることができる。そのため、駆動効率を高め、高い重量出力比を有する圧電駆動装置３を得ることができる。
２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る圧電駆動装置３ａについて、図７及び図８を参照して説明する。
次に、第２実施形態に係る圧電駆動装置３ａについて、図７及び図８を参照して説明する。
本実施形態の圧電駆動装置３ａは、第１実施形態の圧電駆動装置３に比べ、圧電アクチュエーター４ａに第１溝部６１Ｃと、第３溝部６３，６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，６３Ｅと、が設けられていないこと以外は、第１実施形態の圧電駆動装置３と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。また、図７及び図８では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の圧電駆動装置３ａは、図７に示すように、圧電アクチュエーター４ａの基板６０の圧電素子７Ａ～７Ｅが配置された面に、第１溝部６１と第２溝部６２とが設けられている。
第１溝部６１は、基板６０の長手方向であるＹ方向に延在し、Ｘ方向からの平面視で、圧電素子７Ａと圧電素子７Ｃとの間、圧電素子７Ｂと圧電素子７Ｃとの間、圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｄとの間、及び圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｅとの間に配置されている。尚、圧電素子７Ａと圧電素子７Ｃとの間の第１溝部６１と、圧電素子７Ｂと圧電素子７Ｃとの間の第１溝部６１と、はそれぞれのＹ方向の端部どうしが連結している。また、図８に示すように、第１溝部６１の側面６５の少なくとも一部と底部６６には、第１配線８１が設けられている。
第２溝部６２は、圧電素子７ＣのＹ方向のプラス側とマイナス側とにそれぞれ配置され、圧電素子７Ａ，７Ｂと圧電素子７Ｃとの間に配置された第１溝部６１と、圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｄ，７Ｅとの間に配置された第１溝部６１と、に連結している。また、第２溝部６２の側面６５の少なくとも一部と底部６６には、第２配線８２が設けられており圧電素子７Ａ，７Ｂと圧電素子７Ｃとの間に配置された第１溝部６１に設けられた第１配線８１と、圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｄ，７Ｅとの間に配置された第１溝部６１に設けられた第１配線８１と、を電気的に接続している。
このような構成とすることで、前述した第１実施形態と同等の効果を得ることができる。また、第１実施形態に比べ、圧電アクチュエーター４ａに第１溝部６１Ｃと、第３溝部６３，６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，６３Ｅと、を形成しないので、溝部における配線の断線等の発生確率が減少するので、製造歩留まりの向上を図ることができる。
３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る圧電駆動装置３ｂについて、図９及び図１０を参照して説明する。
次に、第３実施形態に係る圧電駆動装置３ｂについて、図９及び図１０を参照して説明する。
本実施形態の圧電駆動装置３ｂは、第１実施形態の圧電駆動装置３に比べ、圧電アクチュエーター４ｂに第１溝部６１Ｃと、第２溝部６２と、第３溝部６３，６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，６３Ｅと、が設けられていないこと以外は、第１実施形態の圧電駆動装置３と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。また、図９及び図１０では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の圧電駆動装置３ｂは、図９に示すように、圧電アクチュエーター４ｂの基板６０の圧電素子７Ａ～７Ｅが配置された面に、第１溝部６１が設けられている。
第１溝部６１は、基板６０の長手方向であるＹ方向に延在し、Ｘ方向からの平面視で、圧電素子７Ａと圧電素子７Ｃとの間、圧電素子７Ｂと圧電素子７Ｃとの間、圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｄとの間、及び圧電素子７Ｃと圧電素子７Ｅとの間に配置されている。尚、圧電素子７Ａと圧電素子７Ｃとの間の第１溝部６１と、圧電素子７Ｂと圧電素子７Ｃとの間の第１溝部６１と、はそれぞれのＹ方向の端部どうしが連結している。また、図１０に示すように、第１溝部６１の側面６５の少なくとも一部と底部６６には、第１配線８１が設けられている。尚、圧電素子７Ｃの両側の第１溝部６１に設けられた第１配線８１は、それぞれＹ方向の端部で第２配線８２によって電気的に接続されている。
このような構成とすることで、前述した第１実施形態と同等の効果を得ることができる。また、第１実施形態に比べ、圧電アクチュエーター４ｂに第１溝部６１Ｃと、第２溝部６２と、第３溝部６３，６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，６３Ｅと、を形成しないので、溝部における配線の断線等の発生確率が減少するので、製造歩留まりの向上を図ることができる。
４．第４実施形態
次に、第４実施形態に係る圧電駆動装置３，３ａ，３ｂを備えているロボット１０００について、図１１を参照して説明する。尚、以下の説明では、圧電駆動装置３を備えた圧電モーター１を適用した構成を例示して説明する。
次に、第４実施形態に係る圧電駆動装置３，３ａ，３ｂを備えているロボット１０００について、図１１を参照して説明する。尚、以下の説明では、圧電駆動装置３を備えた圧電モーター１を適用した構成を例示して説明する。
ロボット１０００は、図１１に示すように、精密機器やこれを構成する部品の給材、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装置１０８０と、を有する。
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１が搭載されており、この圧電モーター１の駆動によって各アーム１０２０，１０３０，１０４０，１０５０，１０６０，１０７０が回動する。なお、圧電モーター１は、エンドエフェクター１０９０に搭載され、エンドエフェクター１０９０の駆動に用いられてもよい。
制御装置１０８０は、コンピューターで構成され、例えば、プロセッサー（ＣＰＵ）、メモリー、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）等を有する。そして、プロセッサーが、メモリーに格納されている所定のプログラムを実行することで、ロボット１０００の各部の駆動を制御する。なお、前記プログラムは、Ｉ／Ｆを介して外部のサーバーからダウンロードしてもよい。また、制御装置１０８０の構成の全部または一部は、ロボット１０００の外部に設けられ、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等の通信網を介して接続された構成となっていてもよい。
このようなロボット１０００は、前述したように、圧電モーター１を備えている。すなわち、ロボット１０００は、圧電アクチュエーター４と、圧電アクチュエーター４の振動を制御する制御装置７と、を備え、圧電アクチュエーター４を振動させて圧電アクチュエーター４に当接するローター２を駆動する圧電駆動装置３を有している。このうち、圧電アクチュエーター４は、基板６０上に配置されている複数の圧電素子７Ａ～７Ｅの間に設けられている第１溝部６１の側面６５と底部６６とに第１配線８１が設けられているので、第１配線８１の断面積が増え、配線抵抗を下げることができる。このようなロボット１０００によれば、圧電駆動装置３において、配線抵抗の小さい配線構造としているため、駆動効率が高くなり、高い重量出力比を有する圧電駆動装置３を実現することができる。その結果、高い重量出力比が可能なロボット１０００が得られる。
１…圧電モーター、２…ローター、３，３ａ，３ｂ…圧電駆動装置、４…圧電アクチュエーター、５…付勢部材、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ…圧電素子、７…制御装置、９…エンコーダー、２１…外周面、４１…振動体、４２…支持部、４３…接続部、４４…凸部、５１…基部、６０…基板、６１，６１Ｃ…第１溝部、６２…第２溝部、６３，６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，６３Ｅ…第３溝部、６５…側面、６６…底部、７１…第１電極、７２…圧電体、７３…第２電極、７４…絶縁層、８１，８１Ｃ…第１配線、８２…第２配線、８３，８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄ，８３Ｅ…第３配線、８４…共通電極用配線、８５…駆動電極用配線、８６…共通電極用端子、８７…駆動電極用端子、８８，８９…外部配線、９１…スケール、９２…光学素子、５１３…ばね部、９２１…発光素子、９２２…撮像素子、１０００…ロボット、Ｂ１…矢印、Ｂ２…矢印、Ｏ…中心軸。
Claims (7)
- 基板と、
前記基板上に配置されている複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子の間に設けられている第１溝部と、
前記第１溝部の側面の少なくとも一部と底部とに設けられている第１配線と、
を備え、
前記基板を支持している支持部を有し、
前記支持部に第２配線と第２溝部とが設けられており、
前記第２配線は、前記第２溝部の側面の少なくとも一部と底部とに設けられている、
る、
圧電駆動装置。 - 前記第１溝部は、前記基板に設けられている、
請求項１に記載の圧電駆動装置。 - 前記基板は、シリコンである、
請求項１又は請求項２に記載の圧電駆動装置。 - 前記第１配線及び前記第１溝部が複数あり、
複数の前記第１配線どうしを繋ぐ第３配線と複数の前記第１溝部と連結する第３溝部と
が設けられており、
前記第３配線は、前記第３溝部の側面の少なくとも一部と底部とに設けられている、
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の圧電駆動装置。 - 前記第１配線、前記第２配線、及び前記第３配線は、共通電極用配線である、
請求項１に記載の圧電駆動装置。 - 前記第１配線及び前記第２配線は、駆動電極用配線である、
請求項１に記載の圧電駆動装置。 - 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の圧電駆動装置を有する圧電モーターを備え
ている、
ロボット。
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2020
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