特許 6592993 圧電駆動装置及びロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6592993

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】圧電駆動装置及びロボット

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/14 20060101AFI20191010BHJP

   H01L 41/09 20060101ALI20191010BHJP

   H01L 41/187 20060101ALI20191010BHJP

【ＦＩ】

   H02N2/14

   H01L41/09

   H01L41/187

【請求項の数】9

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-135776(P2015-135776)

(22)【出願日】2015年7月7日

(65)【公開番号】特開2017-17970(P2017-17970A)

(43)【公開日】2017年1月19日

【審査請求日】2018年5月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮澤 修

【審査官】 服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３３６６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５７４２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ ２／１４

Ｈ０１Ｌ ４１／０９

Ｈ０１Ｌ ４１／１８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被駆動部材を駆動する複数の圧電振動部であって、それぞれ振動板を有する複数の圧電振動部を備え、
前記複数の圧電振動部は、少なくとも２つの異なる共振周波数を有する圧電振動部を含み、
前記複数の圧電振動部のそれぞれの共振周波数のうち、最大の共振周波数と最小の共振周波数との差は、前記最大の共振周波数の圧電振動部のインピーダンス特性と前記最小の共振周波数の圧電振動部のインピーダンス特性が異なる特性となるように、前記複数の圧電駆動部の平均共振周波数の０．００１％以上５％以下の範囲内である、圧電駆動装置。

【請求項2】

請求項１に記載の圧電駆動装置であって、
前記最大の共振周波数と前記最小の共振周波数との差は、前記平均共振周波数の０．００３％以上５％以下の範囲内である、圧電駆動装置。

【請求項3】

請求項２に記載の圧電駆動装置であって、
前記最大の共振周波数と前記最小の共振周波数との差は、前記平均共振周波数の０．１％以上５％以下の範囲内である、圧電駆動装置。

【請求項4】

請求項３に記載の圧電駆動装置であって、
前記最大の共振周波数と前記最小の共振周波数との差は、前記平均共振周波数の１％を超え５％以下の範囲内である、圧電駆動装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電駆動装置であって、
前記複数の圧電振動部は、一体形成されている、圧電駆動装置。

【請求項6】

請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電駆動装置であって、
前記被駆動部材を駆動する複数の圧電振動ユニットを備え、
前記複数の圧電振動ユニットは、それぞれ、前記複数の圧電振動部のうちの少なくとも２以上の圧電振動部が一体形成されている、圧電駆動装置。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれ一項に記載の圧電駆動装置であって、
前記圧電振動部は、
振動板と、
第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する圧電体と、を有し、前記振動板に設けられた圧電素子と、
前記振動板と前記圧電素子の少なくとも一方に設けられ、前記被駆動部材と接触可能な接触部と、
を備える、圧電駆動装置。

【請求項8】

請求項７に記載の圧電駆動装置であって、
前記圧電体の厚さは、５０ｎｍ以上２０μｍ以下の範囲内である、圧電駆動装置。

【請求項9】

複数のリンク部と
前記複数のリンク部を接続する関節部と、
前記圧電振動部を用いて前記リンク部を前記関節部において回動させる請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の圧電駆動装置と、
を備えるロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電駆動装置及びロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電素子によって振動体を振動させて被駆動体（被駆動部材）を駆動する圧電アクチュエーター（圧電駆動装置）が各種の装置の種々の動作制御に利用されている。例えば、特許文献１には、共振周波数の異なる複数の超音波モーター（圧電アクチュエーター）を同時に駆動する場合に、それぞれの駆動可能な周波数の重複する周波数の範囲内の周波数を同時駆動周波数とする、ことが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１６９７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

圧電アクチュエーターの共振周波数は負荷や温度変動でずれ易く、共振周波数がずれると、圧電アクチュエーターの駆動周波数（通常、共振周波数あるいは共振周波数の近傍に設定）での駆動特性(インピーダンス特性，振幅特性等)がずれてしまう。また、損失が少ない部材で振動体を構成すると、振動体の機械的品質係数（Ｑｍ）が高くなり、これに伴ってＱ値（共振の鋭さを表す量）が高くなるので、共振周波数のずれに伴って駆動周波数での駆動特性の変動が大きくなる。例えば、シリコン（Ｓｉ）基板を振動体として用いる場合、Ｑ値は高くなる傾向にあるので、駆動特性の変動の影響が大きくなる傾向にある。さらにまた、複数の圧電アクチュエーターを同時に駆動する場合に、それぞれの共振周波数を一致させることは困難であり、それぞれの駆動特性を合わせることは困難である。そこで、異なった共振周波数の複数の圧電アクチュエーターを用いて被駆動部を駆動するために、駆動特性の変動の影響を抑制することが望まれている。

【0005】

なお、上記特許文献１では、負荷や温度変動によるそれぞれの共振周波数のずれによって、駆動周波数でのそれぞれのアクチュエーターの駆動特性が変動してしまうという問題に関して、何ら考慮されていない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、圧電駆動装置が提供される。この圧電駆動装置は、被駆動部材を駆動する複数の圧電振動部であって、それぞれ振動板を有する複数の圧電振動部を備える。前記複数の圧電振動部は、少なくとも２つの異なる共振周波数を有する圧電振動部を含む。前記複数の圧電振動部のそれぞれの共振周波数のうち、最大の共振周波数と最小の共振周波数との差は、前記最大の共振周波数の圧電振動部のインピーダンス特性と前記最小の共振周波数の圧電振動部のインピーダンス特性が異なる特性となるように、前記複数の圧電駆動部の平均共振周波数の０．００１％以上５％以下の範囲内である。
この形態によれば、少なくとも２つの異なる共振周波数を有する複数の圧電振動部のそれぞれの共振周波数のうち、最大の共振周波数と最小の共振周波数との差は、最大の共振周波数の圧電振動部のインピーダンス特性と最小の共振周波数の圧電振動部のインピーダンス特性が異なる特性となるように、複数の圧電振動部の平均共振周波数の０．００１％以上５％以下の範囲内となっている複数の圧電振動部で被駆動部材を駆動する。この場合、複数の圧電振動部のそれぞれのインピーダンス特性が重なり合うことによって、被駆動部材を駆動する圧電駆動装置全体でのインピーダンス特性において、周波数変化に対するインピーダンス変化（変化率）を低く抑えることができ、圧電駆動装置が被駆動部材を駆動する駆動特性の変動を抑制することができ、駆動効率を向上させることができる。
その他、本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、圧電駆動装置が提供される。この圧電駆動装置は、被駆動部材を駆動する複数の圧電振動部を備え、前記複数の圧電振動部のそれぞれの共振周波数のうち、最大の共振周波数と最小の共振周波数との差は、前記複数の圧電駆動部の平均共振周波数の０．００１％以上５％以下の範囲内である。
この形態によれば、複数の圧電駆動のそれぞれの共振周波数のうち、最大の共振周波数と最小の共振周波数との差が平均共振周波数の０．００１％以上５％以下の範囲内である複数の圧電振動部で被駆動部材を駆動する。この場合、複数の圧電振動部のそれぞれの周波数特性、例えば、インピーダンス特性が重なり合うことによって、被駆動部材を駆動する圧電駆動装置全体でのインピーダンス特性において、周波数変化に対するインピーダンス変化（変化率）を低く抑えることができ、圧電駆動装置が被駆動部材を駆動する駆動特性の変動を抑制することができ、駆動効率を向上させることができる。

【0008】

（２）上記形態の圧電駆動装置において、前記最大の共振周波数と前記最小の共振周波数との差は、前記平均共振周波数の０．００３％以上５％以下の範囲内である、としてもよい。
この形態においても、複数数の圧電駆動のそれぞれの共振周波数のうち、最大の共振周波数と最小の共振周波数との差が平均共振周波数の０．００３％以上５％以下の範囲内である複数の圧電振動部で被駆動部を駆動することにより、圧電駆動装置が被駆動部材を駆動する駆動特性の変動を抑制することができ、駆動効率を向上させることができる。

【0009】

（３）上記形態の圧電駆動装置において、前記最大の共振周波数と前記最小の共振周波数との差は、前記平均共振周波数の０．１％以上５％以下の範囲内である、としてもよい。
この形態においても、複数数の圧電駆動のそれぞれの共振周波数のうち、最大の共振周波数と最小の共振周波数との差が平均共振周波数の０．１％以上５％以下の範囲内である複数の圧電振動部で被駆動部を駆動することにより、圧電駆動装置が被駆動部材を駆動する駆動特性の変動を抑制することができ、駆動効率を向上させることができる。

【0010】

（４）上記形態の圧電駆動装置において、前記最大の共振周波数と前記最小の共振周波数との差は、前記平均共振周波数の１％を超え５％以下の範囲内である、としてもよい。
この形態においても、複数数の圧電駆動のそれぞれの共振周波数のうち、最大の共振周波数と最小の共振周波数との差が平均共振周波数の１％を超え５％以下の範囲内である複数の圧電振動部で被駆動部を駆動することにより、圧電駆動装置が被駆動部材を駆動する駆動特性の変動を抑制することができ、駆動効率を向上させることができる。

【0011】

（５）上記形態の圧電駆動装置において、前記複数の圧電振動部は、１つの圧電振動ユニットとして一体形成されている、としてもよい。
この形態によれば、１つの圧電振動ユニットを構成する複数の圧電振動部が一体形成されることによって、それぞれの周波数特性、例えば、インピーダンス特性が重なり合って合成される効果が高められる。このため、圧電駆動装置全体でのインピーダンス特性において、周波数変化に対するインピーダンス変化（変化率）をより効果的に低く抑えることができ、圧電駆動装置が被駆動部材を駆動する駆動特性の変動をより効果的に抑制することができ、駆動効率を向上させることができる。

【0012】

（６）上記形態の圧電駆動装置において、前記被駆動部材を駆動する複数の圧電振動ユニットを備え、前記複数の圧電振動ユニットは、それぞれ、前記複数の圧電振動部のうちの少なくとも２以上の圧電振動部が一体形成されている、としてもよい。
この形態によれば、複数の圧電振動部が一体形成された圧電駆動ユニットでの周波数特性、例えば、インピーダンス特性において、周波数変化に対するインピーダンス変化（変化率）をより効果的に低く抑えることができ、圧電振動ユニットが被駆動部材を駆動する駆動特性の変動を効果的に抑制することができる。また、複数の圧電振動ユニットのそれぞれのインピーダンス特性が重なり合うことによって、圧電駆動装置全体でのインピーダンス特性において、周波数変化に対するインピーダンス変化（変化率）を低く抑えることができ、圧電駆動装置が被駆動部材を駆動する駆動特性の変動を抑制することができ、駆動効率を向上させることができる。

【0013】

（７）上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電振動部は、振動板と；第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する圧電体と、を有し、前記振動板に設けられた圧電振動体と；前記振動板と前記圧電素子のいずれかに設けられ、前記被駆動部材と接触可能な接触部と；を備える、としてもよい。

【0014】

（８）上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電体の厚さは、５０ｎｍ以上２０μｍ以下である、としてもよい。この形態によれば、薄型で小型の圧電駆動装置を実現できる。

【0015】

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、圧電駆動装置の他、圧電駆動装置の駆動方法、圧電駆動装置を搭載するロボット、圧電駆動装置を搭載するロボットの駆動方法、電子部品搬送装置、送液ポンプ、投薬ポンプ等、様々な形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態における圧電駆動装置の概略構成図である。

【図2】基板の平面図である。

【図3】圧電駆動装置と駆動回路の電気的接続状態を示す説明図である。

【図4】圧電駆動装置の動作の例を示す説明図である。

【図5】圧電駆動装置の特徴について示す説明図である。

【図6】圧電振動部のインピーダンス特性の測定回路について示す説明図である。

【図7】縦一次振動の共振周波数と面内屈曲二次振動の共振周波数とがずれた場合のインピーダンス特性を示す説明図である。

【図8】圧電駆動装置の変形例としての圧電駆動装置の断面図である。

【図9】圧電駆動装置の他の変形例としての圧電駆動装置の断面図である。

【図10】第２実施形態における圧電駆動装置の概略構成図である。

【図11】第３実施形態における圧電駆動装置の概略構成図である。

【図12】他の実施形態としての圧電振動部の平面図である。

【図13】他の実施形態としての圧電駆動装置の断面図である。

【図14】上述の圧電駆動装置を利用したロボットの一例を示す説明図である。

【図15】図１４に示したロボットの手首部分の説明図である。

【図16】圧電駆動装置を利用したロボットの一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

Ａ．第１実施形態：
図１（Ａ）は第１実施形態における圧電駆動装置１０の概略平面図であり、図１（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。圧電駆動装置１０は、複数の圧電振動部１００を備えるものであり、図１は、２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂを備えた構成を例に示している。圧電振動部１００ａ，１００ｂは、それぞれ、基板２００と、基板２００上に形成された圧電素子１１０とを備えた同じ構成を有しており、圧電駆動装置１０は、圧電振動部１００ａ，１００ｂのそれぞれの基板２００同士を向かい合せて不図示の接着剤により接合させて一体形成したユニット（「圧電振動ユニット」とも呼ぶ）で構成されている。以下では、圧電振動部１００ａ，１００ｂを区別して説明する場合を除いて、単に「圧電振動部１００」として説明する。

【0018】

なお、圧電振動部１００の基板２００は、振動体２１０と、固定部２２０と、振動体２１０と固定部２２０とを接続する接続部２３０（第１接続部２３１と第２接続部２３２）とを備える。固定部２２０と接続部２３０とを合わせて「支持部」とも呼ぶ。圧電素子１１０は、振動体２１０上の絶縁層２６０の上に形成されている。

【0019】

圧電素子１１０は、第１電極１３０と、第１電極１３０の上に形成された圧電体１４０と、圧電体１４０の上に形成された第２電極１５０と、を備え、第１電極１３０と第２電極１５０は、圧電体１４０を挟持している。第１電極１３０や第２電極１５０は、例えばスパッタリングによって形成される薄膜である。第１電極１３０や第２電極１５０の材料としては、例えばＡｌ（アルミニウム）や、Ｎｉ（ニッケル），Ａｕ（金），Ｐｔ（白金），Ｉｒ（イリジウム）、Ｃｕ（銅）などの導電性の高い任意の材料を利用可能である。

【0020】

圧電体１４０は、例えばゾル−ゲル法やスパッタリング法によって形成され、薄膜形状を有している。圧電体１４０の材料としては、ＡＢＯ_３型のペロブスカイト構造を採るセラミックスなど、圧電効果を示す任意の材料を利用可能である。ＡＢＯ_３型のペロブスカイト構造を採るセラミックスとしては、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、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等を用いることが可能である。またセラミック以外の圧電効果を示す材料、例えばポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いることも可能である。圧電体１４０の厚みは、例えば５０ｎｍ（０．０５μｍ）以上２０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。この範囲の厚みを有する圧電体１４０の薄膜は、膜形成プロセス（「成膜プロセス」とも呼ぶ。）を利用して容易に形成することができる。圧電体１４０の厚みを０．０５μｍ以上とすれば、圧電体１４０の伸縮に応じて十分に大きな力を発生することができる。また、圧電体１４０の厚みを２０μｍ以下とすれば、圧電振動部１００を十分に小型化することができる。

【0021】

本実施形態では、圧電振動部１００は、圧電素子１１０として、５つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅを含んでいる。圧電素子１１０ｅは、略長方形形状に形成されており、振動体２１０の幅方向の中央において、振動体２１０の長手方向に沿って形成されている。４つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄは、振動体２１０の四隅の位置に形成されている。４つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄは、第１の対角にある一対の圧電素子１１０ａ，１１０ｄと、第２の対角にある一対の圧電素子１１０ｂ，１１０ｃとに区分され、これらは、中央の圧電素子１１０ｅを中心として、左右対称の位置関係にある。なお、以下では、一対の圧電素子１１０ａ，１１０ｄを「第１の圧電素子」とも呼び、他の一対の圧電素子１１０ｂ，１１０ｃを「第２の圧電素子」とも呼ぶ。また、中央の圧電素子１１０ｅを「第３の圧電素子」とも呼ぶ。各圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに応じて、第１電極１３０及び第２電極１５０は、５つの第１電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ，１３０ｅ及び５つの第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄに区分されている。但し、５つの第１電極１３０ａ〜１３０ｅには、共通の電圧が印加されるので、必ずしも区分される必要はない。以下では、第１電極１３０ａ〜１３０ｅを特に区別することなく、第１電極１３０として説明する場合もある。

【0022】

圧電振動ユニットを構成する第１の圧電振動部１００ａと第２の圧電振動部１００ｂは基板２００側で互いに背中合わせに接合されているので、第２の圧電振動部１００ｂの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅは、第１の圧電振動部１００ａの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅに対して振動体２１０を対称面とする対称位置に配置されるものとして扱われる。すなわち、第２の圧電振動部１００ｂの４つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄのうち、圧電素子１１０ａ，１１０ｄは第２の圧電素子１１０ｃ，１１０ｂとして扱われ、圧電素子１１０ｂ，１１０ｃは第１の圧電素子１１０ｄ，１１０ａとして扱われる。

【0023】

基板２００は、第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０を膜形成プロセスで形成するための基板として使用される。また、基板２００の振動体２１０は機械的な振動を行う振動板としての機能も有する。基板２００は、例えば、Ｓｉ，Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２などで形成することができる。Ｓｉ製の基板２００（「シリコン基板２００」とも呼ぶ。）として、例えば半導体製造用のＳｉウェハーを利用することが可能である。基板２００の厚みは、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲とすることが好ましい。基板２００の厚みを１０μｍ以上とすれば、基板２００上の成膜処理の際に基板２００を比較的容易に取扱うことができる。なお、基板２００の厚みを５０μｍ以上とすれば、基板２００をさらに容易に取扱うことができる。また、基板２００（振動体２１０）の厚みを１００μｍ以下とすれば、薄膜で形成された圧電体１４０の伸縮に応じて、振動体２１０を容易に振動させることができる。

【0024】

本実施形態では、固定部２２０の上にも、第１電極１３０と、圧電体１４０と、第２電極１５０とが形成されている。その結果、振動体２１０における圧電振動部１００の厚さと固定部２２０における圧電振動部１００の厚さをほぼ同じにする（例えば厚さの差を６μｍ以下、あるいは３μｍ以下にする）ことができる。これにより複数の圧電振動部１００を重ねて圧電駆動装置１０を構成する場合、振動体２１０における隣接する２つの圧電振動部１００の間の隙間と、固定部２２０における隣接する２つの圧電振動部１００の間の隙間とをほぼ同じにできるので、圧電振動部１００間のガタツキが発生し難い。なお、固定部２２０の上の第１電極１３０と、圧電体１４０と、第２電極１５０とは、動作可能な圧電素子を構成していないことが好ましい。圧電素子を構成していなければ、圧電体１４０が変形しないので、固定部２２０を他の部材と固定しやすい。なお、第１電極１３０と第２電極１５０への電圧の印加は、基板電極２５０を介して行われる。但し、固定部２２０の上の電極１３０，１５０及び圧電体１４０は、固定部２２０の上の電極１３０，１５０と圧電体１４０とにより動作可能な圧電素子が構成されないように、振動体２１０の上の電極１３０，１５０及び圧電体１４０から分離されている。

【0025】

図２は、基板２００の平面図である。基板２００は、振動体２１０と、固定部２２０と、振動体２１０と固定部２２０とを接続する２つの接続部２３０（第１接続部２３１と第２接続部２３２）とを備えている。振動体２１０は、第１辺２１１と、第２辺２１２と、第１辺２１１と第２辺２１２との間をつなぎ第１辺よりも長い第３辺２１３と第４辺２１４と、の４辺を含む長方形形状を有している。２つの接続部２３０は、それぞれ固定部２２０の端部に設けられ、振動体２１０の第３辺２１３と第４辺２１４のそれぞれ中央の位置に接続されている。固定部２２０は、第１接続部２３１から第２辺２１２側を回って、第２接続部２３２に至るように、第１辺２１１よりも第２辺２１２に近い側に配置されている。振動体２１０と、固定部２２０と、接続部２３０は、１枚のシリコン基板から一体形成されている。具体的には、圧電素子１１０が形成されたシリコン基板をエッチングにより、個々の基板２００の形状に形成するとともに、振動体２１０と、固定部２２０との間の隙間２０５を形成する。これにより、基板２００（振動体２１０と、固定部２２０と、接続部２３０）が一体形成される。

【0026】

なお、図示は省略するが、圧電素子１１０の上層または下層には、圧電素子１１０に電気を通電するための配線を構成する配線層が形成されている。配線層には、５つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅのそれぞれの第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ，１５０ｅにそれぞれ接続される不図示の配線パターンが設けられ、第１電極１３０ａ〜１３０ｅに共通に接続される不図示の配線パターンが設けられている。これらの配線パターンは、基板２００の振動体２１０上に圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅが形成される膜形成プロセスにおいて形成することができる。

【0027】

振動体２１０の長さＬ（第３辺２１３及び第４辺２１４の長さ）と幅Ｗ（第１辺２１１及び第２辺２１２の長さ）の比は、Ｌ：Ｗ＝約７：２とすることが好ましい。この比は、振動体２１０がその平面に沿って左右に屈曲する超音波振動（後述）を行うために好ましい値である。振動体２１０の長さＬは、例えば０．１ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲とすることができ、幅Ｗは、例えば０．０２ｍｍ以上９ｍｍ以下の範囲とすることができる。なお、振動体２１０が超音波振動を行うために、長さＬは５０ｍｍ以下とすることが好ましい。

【0028】

振動体２１０の第１辺２１１には、接触部２０（「突起部」又は「作用部」とも呼ぶが設けられている。接触部２０は、被駆動部材５０と接触して、被駆動部材に力を与えるための部分である、接触部２０は、セラミックス（例えばＳｉ，ＳｉＣ，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｚｒ０_２）などの耐久性がある材料で形成することが好ましい。例えば、圧電素子１１０が形成されたシリコン基板をエッチングにより、個々の基板２００の形状の一部として一体形成することができる。また、独立した接触部を基板２００に接着剤で接合することによっても形成することもできる。なお、独立した接触部の場合、振動板としての振動体２１０ではなく圧電素子１１０に接合するようにしてもよい。

【0029】

図３は、圧電駆動装置１０と駆動回路３０の電気的接続状態を示す説明図である。駆動回路３０は、交流成分を含む駆動電圧を発生する。交流成分を含む駆動電圧としては、接地電位に対してプラス側とマイナス側に変動する交流成分のみからなる交流駆動電圧と、交流成分とＤＣオフセット（直流成分）とを含むオフセット付駆動電圧と、のうちの少なくとも一方を発生できるように構成されていることが好ましい。この駆動電圧の交流成分は、圧電振動部１００の設計上の機械的な共振周波数に近い周波数、理想的には共振周波数を、駆動周波数とする電気信号であることが好ましい。なお、交流成分の波形は、典型的には正弦波であるが、正弦波以外の波形を有していてもよい。直流成分は、厳密に一定である必要はなく、多少変動しても良い。例えば、直流成分は、その平均値の±１０％以内で変動しても良い。駆動回路３０と圧電振動部１００ａ，１００ｂの電極１３０，１５０とは以下のように接続されている。

【0030】

第１の圧電振動部１００ａの５つの第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ，１５０ｅのうちで、第１の対角にある一対の第１の圧電素子１１０ａ，１１０ｄの第２電極１５０ａ，１５０ｄが配線１５１を介して互いに電気的に接続され、他の第２の対角の一対の第２の圧電素子１１０ｂ，１１０ｃの第２電極１５０ｂ，１５０ｃも配線１５２を介して互いに電気的に接続されている。これらの配線１５１，１５２は、上述したように成膜処理によって基板電極２５０内に形成されている。但し、これらの配線はワイヤ状の配線によって実現してもよい。図３の右側にある３つの第２電極１５０ｂ，１５０ｅ，１５０ｄと、第１電極１３０（図２）は、配線３１０，３１２，３１４，３２０を介して駆動回路３０に電気的に接続されている。なお、図３の例では、配線３２０は接地されている。また、第１の圧電素子１１０ａ，１１０ｄと第２の圧電素子１１０ｂ，１１０ｃと第３の圧電素子１１０ｅとは、接地配線３２０と他の配線３１０，３１２，３１４との間に、駆動回路３０と並列に接続されている。なお、配線３１０，３１２，３１４，３２０の一部は、上述したように成膜処理によって配線層内に形成されており、配線層内に形成されている一部を除く他の部分は、配線層内に形成されている一部の配線の端子と駆動回路３０との間のワイヤ状の配線によって形成されている。但し、ワイヤ状の配線によって配線３１０，３１２，３１４，３２０の全てを形成するようにしてもよい。なお、第２の圧電振動部１００ｂの接続も第１の圧電振動部１００ａの接続と同様である。

【0031】

駆動回路３０は、圧電振動部１００ａ，１００ｂのそれぞれの一対の第１の圧電素子１１０ａ，１１０ｄの第２電極１５０ａ，１５０ｄと第１電極１３０との間に駆動周波数の交流成分を含む駆動電圧を印加することにより、圧電振動部１００ａ，１００ｂを同時に超音波振動させ、接触部２０に接触する被駆動部材（本例ではローター）５０を所定の回転方向に回転させることが可能である。また、圧電振動部１００ａ，１００ｂのそれぞれの一対の第２の圧電素子１１０ｂ，１１０ｃの第２電極１５０ｂ，１５０ｃと第１電極１３０との間に駆動周波数の交流成分を含む駆動電圧を印加することにより、接触部２０に接触する被駆動部材５０を逆方向に回転させることが可能である。なお、図３に示した配線１５１，１５２，３１０，３１２，３１４，３２０を構成する配線（又は配線層及び絶縁層）は、図２では図示が省略されている。

【0032】

図４は、圧電駆動装置１０の動作の例を示す説明図である。圧電駆動装置１０の接触部２０は、ローターで構成された被駆動部材５０の中心５１に垂直な回転面に接触している。図４に示す例では、駆動回路３０は、圧電振動部１００ａ，１００ｂのそれぞれの一対の第１の圧電素子１１０ａ，１１０ｄに駆動電圧を印加しており、一対の第１の圧電素子１１０ａ，１１０ｄは矢印ｘの方向に伸縮する。これに応じて、圧電振動部１００ａ，１００ｂの振動体２１０が振動体２１０の平面内で屈曲して蛇行形状（Ｓ字形状）に変形し、接触部２０の先端が矢印ｙの向きに往復運動するか、又は、楕円運動する。その結果、被駆動部材５０は、その中心５１の周りに所定の方向ｚに回転する。すなわち、一対の第１の圧電素子１１０ａ，１１０ｄは、協調して振動体２１０を屈曲させる。なお、駆動回路３０が、他の一対の第２の圧電素子１１０ｂ，１１０ｃに駆動電圧を印加する場合には、被駆動部材５０は逆方向に回転する。なお、中央の第３の圧電素子１１０ｅに、一対の第１の圧電素子１１０ａ，１１０ｄ(又は他の一対の第２の圧電素子１１０ｂ，１１０ｃ)と同様の駆動電圧を印加すれば、圧電振動部１００ａ，１００ｂが長手方向に伸縮するので、接触部２０から被駆動部材５０に与える力をより大きくすることが可能である。なお、圧電駆動装置１０（又は圧圧電振動部１００ａ，１００ｂ）のこのような動作については、先行技術文献１（特開２００４−３２０９７９号公報、又は、対応する米国特許第７２２４１０２号）に記載されており、その開示内容は参照により組み込まれる。

【0033】

図５は、本実施形態の圧電駆動装置１０の特徴について示す説明図である。圧電駆動装置１０は、図５（Ａ）に示すように、圧電振動ユニットとして一体形成された２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂを備えている。図中に破線で示す矩形領域は、振動体２１０上に形成された圧電素子１１０（圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ）の領域を簡略化して示している。第１の圧電振動部１００ａの寸法（長さＬａ，幅Ｗｂ）は、第２の圧電振動部１００ｂの寸法（長さＬｂ，幅Ｗｂ）よりも大きく設定されている。なお、図５（Ａ）では、２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂの寸法の差が誇張されて描かれている。第１の圧電振動部１００ａの寸法と設計の基準寸法との寸法差、第２の圧電振動部１００ｂの寸法と設計の基準寸法との寸法差、及び、第１の圧電振動部１００ａの寸法と第２の圧電振動部１００ｂの寸法との寸法差は、それぞれ、寸法加工精度に比べて有意差が認められる寸法差に設定される。なお、これらの寸法差については後で説明する。

【0034】

圧電振動部１００の長さ方向（図５（Ａ）のＬａ，Ｌｂに沿った方向）に沿った伸縮の振動(「縦一次振動」と呼ばれる)の共振周波数ｆｒｖは下式（１）で表され、幅方向（図５（Ａ）のＷａ，Ｗｂに沿った方向）に沿った屈曲の振動（「面内屈曲二次振動」と呼ばれる）の共振周波数ｆｒｈは下式（２）で表される。
ｆｒｖ＝（ｋｒｖ／ｌ）・（Ｅ／ρ）^１／２ …（１）
ｆｒｈ＝（ｋｒｈ・ｗ／ｌ^２）・（Ｅ／ρ）^１／２ …（２）
ここで、ｌは圧電振動部の長さ、ｗは圧電振動部の幅、Ｅは圧電振動部を構成する部材のヤング率、ρは圧電振動部を構成する部材の密度である。また、ｋｒｖ，ｋｒｈは圧電振動部を構成する部材から求められる定数であり、本例では、ｋｒｖ＝１／２、ｋｒｈ＝２．８３である。

【0035】

通常、圧電振動部の長さＬと幅Ｗの寸法比Ｌ／Ｗは、縦一次振動の共振周波数ｆｒｖ及び面内屈曲二次振動の共振周波数ｆｒｈを一致させるように、上記（１）式及び（２）式から、下式（３）を満たすように設定することが好ましい。
Ｌ／Ｗ＝ｌ／ｗ＝ｋｒｈ／ｋｒｖ …（３）

【0036】

このため、通常、圧電振動部１００の基準寸法の寸法比Ｌ０／Ｗ０は、上記（３）式に等しい寸法比となるように設定されており、圧電振動部１００の基準共振周波数は、縦一次振動の共振周波数及び面内屈曲二次振動の共振周波数が一致した共振周波数となる。同様に、第１の圧電振動部１００ａの寸法比Ｌａ／Ｗｂ及び第２の圧電振動部１００ｂの寸法比Ｌｂ／Ｗｂも、上記（３）式に等しい寸法比となるように設定されており、第１の圧電振動部１００ａ及び第２の圧電振動部１００ｂの共振周波数も、縦一次振動の共振周波数及び面内屈曲二次振動の共振周波数が一致した共振周波数となる。以下では、第１の圧電振動部１００ａの共振周波数をｆｒａとし、第２の圧電振動部１００ｂの共振周波数をｆｒｂとする。なお、実際の寸法比Ｌ／Ｗは、図２で説明したように７／２に設定されており、ｋｒｈ／Ｋｒｖ＝５．６６に比べて小さい値となっている。これは、圧電素子の厚さが薄くなると、面内屈曲二次振動がし易くなる傾向にあり、これによって実際の面内屈曲共振周波数は計算値よりも低くなるものと推定される。このため、実際の寸法比Ｌ／Ｗを、上式から求められる寸法比よりも小さい７／２と設定することにより、縦一次振動の共振周波数と面内屈曲二次振動の共振周波数を一致させている。

【0037】

ここで、圧電振動部１００の共振周波数は上記（１）式及び（２）式からわかるように、長さｌが大きくなると低くなるため、第１の圧電振動部１００ａの共振周波数ｆｒａは、第２の圧電振動部１００ｂの共振周波数ｆｒｂよりも低くなる。

【0038】

第１の圧電振動部１００ａ及び第２の圧電振動部１００ｂは、それぞれ単独の状態では、図５（Ｂ）に示すそれぞれのインピーダンス特性（図中実線で示す）を有する。このため、それぞれ、単独の状態では、温度変動や負荷変動によってインピーダンス特性が変化すると、共振周波数ｆｒａ，ｆｒｂや駆動特性が大きく変動してしまう、と考えられる。なお、機械的な振動の共振周波数は、本例では最小のインピーダンスの周波数としている。

【0039】

一方、２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂを含む圧電駆動装置１０全体としての合成されたインピーダンス特性は、図５（Ｂ）に破線で示すように、２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂのインピーダンス特性が重なり合うことによって、周波数変化に対するインピーダンス変化(変化率)が低く抑えられた状態の特性を示す。このため、合成後のインピーダンス特性における共振周波数あるいはその近傍周波数に設定した駆動周波数ｆｄの近傍でのインピーダンスの変化率が低く抑えられる。これにより、温度変動や負荷変動によって圧電震振動部１００ａ，１００ｂのインピーダンス特性が変化しても、被駆動部材５０を駆動する際の駆動周波数ｆｄにおける圧電駆動装置１０全体としてのインピーダンス変化を低く抑えることができ、駆動特性（駆動電圧や駆動電流の振幅等）の変動の影響を抑制することが可能である。特に、圧電駆動装置１０は、２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂを一体形成した圧電振動ユニットとしているので、互いの動作が干渉し合って、それぞれのインピーダンス特性の合成効果が高められ、圧電駆動装置１０全体でのインピーダンス特性における周波数変化に対するインピーダンス変化(変化率)の抑制効果が高くなる、と考えられる。

【0040】

なお、圧電振動部１００を上記した成膜プロセスにより形成する場合、±０．３μｍ〜±１．０μｍの加工精度で寸法（長さ，幅）の加工が可能であり、圧電振動部１００の長さの最大寸法は６０ｍｍであることから、基準寸法に対して最高±０．０００５％の寸法加工精度での加工が可能である。このことから、複数の圧電振動部１００ａ，１００ｂのそれぞれの圧電振動部の寸法差によって、それらのインピーダンス特性に優位差を持たせるためには、それら複数の圧電振動部の平均寸法に対して少なくとも寸法加工精度の２倍の０．００１％以上の寸法差が設定されることが好ましいが、成膜プロセス上作りこめる０．００３％以上の寸法差が設定されてもよく、機械加工上作りこめる０．１％以上の寸法差が設定されてもよい。また、５％以下の寸法差が設定されることが好ましい。また、平均寸法に対して１％を超えて５％以下の範囲で寸法差が設定されるようにしてもよい。

【0041】

また、圧電振動部１００ａ，１００ｂの寸法の違いに応じた共振周波数ｆｒａ，ｆｒｂの変化は、上記（１）式及び（２）式からかわるように、ほぼ寸法の変化に従う。従って、第１の圧電振動部１００ａの共振周波数ｆｒａと第２の圧電振動部１００ｂの共振周波数ｆｒｂとの差は、それら複数の圧電振動部の平均共振周波数に対して０．００１％以上の差であることが好ましく、また、５％以下の差であることが好ましい。また、平均共振周波数の０．００３％以上の差であってもよく、０．１％以上の差であってもよく、１％を超えて５％以下の範囲の差であってもよい。

【0042】

なお、圧電駆動装置１０としての圧電振動ユニットを構成する圧電振動部１００ａ，１００ｂとして用いられる圧電振動部１００の共振周波数が、上述した範囲にあるか否かの確認は、以下のように実行することができる。

【0043】

図６は、圧電振動部１００のインピーダンス特性の測定回路について示す説明図である。圧電振動部１００のインピーダンス特性はインピーダンス測定回路３４を用いて測定することができ、圧電振動部１００の共振周波数は測定したインピーダンス特性に基づいて求めることができる。インピーダンス測定回路３４としては、インピーダンスアナライザーやインピーダンスメーター等が用いられる。

【0044】

インピーダンス測定回路３４に対して測定対象の圧電振動部１００の５つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅの全てを並列に接続してインピーダンス特性を測定し、測定結果を解析することによって共振周波数ｆｒを求める。なお、この共振周波数ｆｒとしては、本例では、上述したように、インピーダンスが最小となる周波数が用いられる。そして、測定した圧電振動部１００のうち、共振周波数の差が平均共振周波数の０．００１％以上５％以下の範囲にある２つの圧電振動部１００を選択し、低い共振周波数の圧電振動部１００を第１の圧電振動部１００ａとし、高い共振周波数の圧電振動部１００を第２の圧電振動部１００ｂとする。これにより、最小の共振周波数と最大の共振周波数との差が平均共振周波数の０．００１％以上５％以下あるいは１％を超えて５％以下の範囲の２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂを一体形成した圧電振動ユニットを用いて、圧電駆動装置１０を構成することができる。

【0045】

図７は、縦一次振動の共振周波数ｆｒｖと面内屈曲二次振動の共振周波数ｆｒｈとがずれた場合のインピーダンス特性を示す説明図である。圧電振動部１００の寸法比Ｌ／Ｗの設定の違いや加工精度に依存して、縦一次振動の共振周波数ｆｒｖと面内屈曲二次振動の共振周波数ｆｒｈとがずれた状態のインピーダンス特性となる場合がある。この場合には、圧電駆動装置１０による被駆動部材の主な駆動を司る面内屈曲二次振動の共振周波数ｆｒｈを共振周波数ｆｒとして、２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂとして用いられる圧電振動部１００の選択を行なえばよい。但し、これに限定されるものではなく、一次振動の共振周波数ｆｒｖを共振周波数ｆｒとして、２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂとして用いられる圧電振動部１００の選択を行なうようにしてもよい。

【0046】

図８は、圧電駆動装置１０の変形例としての圧電駆動装置１０ａ，１０ｂの断面図である。図１に示した実施形態の圧電駆動装置１０が２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂの基板２００の振動体２１０同士を向かい合せて接合することにより一体形成した圧電振動ユニットであるのに対して、図８（Ａ）の圧電駆動装置１０ａは、２つの圧電振動部１００ａ、１００ｂを同じ向きで積層して接合することにより一体形成した圧電振動ユニットである。また、図８（Ｂ）の圧電駆動装置１０ｂは、２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂの圧電素子１１０同士を接合した圧電振動ユニットである。なお、図８及び以下で説明する図９においても、図１と同様に圧電素子１１０の上層または下層に形成される配線層を省略して示している。

【0047】

図９は、圧電駆動装置１０の他の変形例としての圧電駆動装置１０ｃの断面図である。圧電駆動装置１０ｃは、２つの圧電振動部１００ｃ，１００ｄを積層して接合することにより一体形成した圧電振動ユニットである。２つの圧電振動部１００ｃ，１００は、いずれも、振動体２１０の両面に圧電素子を備えた構成であり、例えば、成膜プロセスによって基板２００の一方の面上に圧電素子１１０を形成した後、他方の面に圧電素子１１０を形成することにより形成することができる。２つの圧電振動部１００ｃ，１００ｄは、上側の第１の圧電振動部１００ｃの下側の圧電素子１１０と第２の圧電振動部１００ｄの上側の圧電素子１１０とが不図示の接着剤により接着されることによって接合される。なお、圧電振動部１００ｃ，１００ｄの共振周波数は、振動体２１０の両面に形成された全ての圧電素子１１０をインピーダンス測定回路３４（図６）に並列に接続してインピーダンス特性を測定することにより求めることができる。

【0048】

これら変形例の圧電振動ユニットで構成された駆動装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおいても、実施形態と同様に、圧電駆動装置全体として被駆動部材を駆動する際の駆動周波数におけるインピーダンス変化を低く抑えることができ、駆動特性の変動の影響を抑制することが可能である。

【0049】

また、圧電駆動装置１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、２つの圧電振動部を一体形成した圧電振動ユニットを例に説明したが、これに限定されるものではなく、２以上の複数の圧電振動部を一体形成した圧電振動ユニットとしてもよい。この場合、複数の圧電振動部は、それぞれの共振周波数のうち、最大の共振周波数と最小の共振周波数との差が、平均共振周波数の０．００１％以上５％以下の範囲内、または、平均共振周波数の１％を超え５％以下の範囲内である複数の圧電振動部とされればよい。２以上の複数の圧電振動部を一体形成した圧電振動ユニットで圧電駆動装置を構成した場合、それぞれのインピーダンス特性の合成効果により、圧電駆動装置１０全体でのインピーダンス特性における周波数変化に対するインピーダンス変化(変化率)の抑制効果をより効果的に高めることができ、駆動特性の変動の影響をより効果的に抑制することが可能である。

【0050】

なお、３つ以上の圧電振動部の場合における「寸法差」は、最大のものと最小のものの寸法差を意味する。また、「寸法差が許容範囲内にある」という語句は、矩形状の振動板の縦寸法同士の寸法差、及び、横寸法同士の寸法さ、の両方がその許容範囲内であることを意味する。そして、最大のものの縦寸法は最小のものの縦寸法より大きく、かつ、最大のものの横寸法も最小のものの横寸法よりも大きい。また、最大のものと最小のもの以外は、平均値にほぼ等しい寸法を有していてもよい。すなわち、平均値からの寸法差が許容範囲よりも小さくてもよい。また、３つ以上の圧電振動部の場合における共振周波数の差も、寸法差の場合と同様に、最大のものと最小のものの差を意味し、最大のものと最小のもの以外は、平均共振周波数にほぼ等しい共振周波数を有していてもよい。すなわち、平均共振周波数からの周波数の差が許容範囲よりも小さくてもよい。

【0051】

また、圧電駆動装置１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、２つの圧電振動部１００を振動体２１０の平面に垂直な法線方向に積層して一体形成した圧電振動ユニットを例に説明したが、２以上の圧電振動部１００を振動体の平面に沿って配置して一体形成した圧電振動ユニットとしてもよい。

【0052】

Ｂ．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態における圧電駆動装置１０ｄの概略構成図である。第１実施形態では、２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂが一体形成された１つの圧電振動ユニットを備える圧電駆動装置１０及びその変形例について説明したが、これに限定されるものではない。図１０に示すように、複数（図の例では４つ）の圧電振動ユニット１８０を備えた構成の圧電駆動装置１０ｄとしてもよい。なお、圧電振動ユニット１８０は、２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂが一体形成されたものであり、第１実施形態の圧電駆動装置１０に相当する。但し、複数の圧電振動ユニット１８０は、それぞれに含まれる圧電振動部１００の共振周波数のうち、最大の共振周波数と最小の共振周波数との差が、平均共振周波数の０．００１％以上５％以下の範囲内、または、平均共振周波数の０．００３％以上５％以下の範囲内、または、平均共振周波数の０．１％以上５％以下の範囲内、または、平均共振周波数の１％を超え５％以下の範囲内である圧電振動部で構成されていればよい。

【0053】

本実施形態の圧電駆動装置１０ｄは、第１実施形態の圧電駆動装置１０と同様に、２つの圧電振動部１００ａ，１００ｂが一体形成された圧電振動ユニット１８０を用いているので、圧電駆動ユニットのインピーダンス特性において、周波数変化に対するインピーダンス変化（変化率）を効果的に低く抑えることができ、圧電振動ユニット１８０が被駆動部材５０を駆動する駆動特性の変動を効果的に抑制することができる。また、複数の圧電振動ユニット１８０のそれぞれのインピーダンス特性が重なり合うことによって、圧電駆動装置１０ｄ全体でのインピーダンス特性において、周波数変化に対するインピーダンス変化（変化率）を低く抑えることができ、圧電駆動装置１０ｄが被駆動部材５０を駆動する駆動特性の変動を抑制することができ、駆動効率を向上させることができる。

【0054】

なお、圧電振動ユニット１８０の数は４つに限定されるものではなく、複数であればよい。また、圧電振動ユニット１８０としては、圧電駆動装置１０に限定されるものではなく、第１実施形態で説明した種々の変形例の圧電駆動装置を用いることが可能である。

【0055】

Ｃ．第３実施形態：
図１１は、第３実施形態における圧電駆動装置１０ｅの概略構成図である。第２実施形態では、複数の圧電振動ユニット１８０を備える構成の圧電駆動装置１０ｄを例に示したが、図１１に示すように、複数の圧電振動部１００を備えた構成の圧電駆動装置１０ｅとしてもよい。但し、複数の圧電振動部１００としては、上述したように、それぞれの共振周波数のうち、最大の共振周波数と最小の共振周波数との差が、平均共振周波数の０．００１％以上５％以下の範囲内、または、平均共振周波数の０．００３％以上５％以下の範囲内、または、平均共振周波数の０．１％以上５％以下の範囲内、または、平均共振周波数の１％を超え５％以下の範囲内である複数の圧電振動部が用いられる。

【0056】

本実施形態の圧電駆動装置１０ｅは、複数の圧電振動部１００のそれぞれのインピーダンス特性が重なり合うことによって、圧電駆動装置１０ｅ全体でのインピーダンス特性において、周波数変化に対するインピーダンス変化（変化率）を低く抑えることができ、圧電駆動装置１０ｅが被駆動部材５０を駆動する駆動特性の変動を抑制することができ、駆動効率を向上させることができる。

【0057】

なお、圧電振動部１００ではなく、図９に示した振動体２１０の両面に圧電素子１１０が形成された圧電振動部を用いるようにしても良い。

【0058】

Ｄ．圧電振動部の他の実施形態：
図１２（Ａ）は、他の実施形態としての圧電振動部１００ｅの平面図であり、上記実施形態の図１（Ａ）に対応する図である。図１２（Ａ）〜（Ｃ）では、図示の便宜上、振動体２１０のみを図示し、固定部２２０や接続部２３０は、図示が省略されている。図１２（Ａ）の圧電振動部１００ｅでは、一対の圧電素子１１０ｂ，１１０ｃが省略されている。この圧電振動部１００ｅを用いた圧電駆動装置も、図５に示すような１つの方向ｚに被駆動部材（ローター）５０を回転させることが可能である。なお、図１２（Ａ）の３つの圧電素子１１０ａ，１１０ｅ，１１０ｄの第２電極１５０ａ，１５０ｅ，１５０ｄには同じ電圧が印加されるので、これらの３つの第２電極１５０ａ，１５０ｅ，１５０ｄを、連続する１つの電極層として形成してもよい。

【0059】

図１２（Ｂ）は、本発明の更に他の実施形態としての圧電振動部１００ｆの平面図である。この圧電振動部１００ｆでは、図１（Ａ）の中央の圧電素子１１０ｅが省略されており、他の４つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄが図１（Ａ）よりも大きな面積に形成されている。この圧電振動部１００ｆも、第１実施形態とほぼ同様な効果を達成することができる。

【0060】

図１２（Ｃ）は、本発明の更に他の実施形態としての圧電振動部１００ｇの平面図である。この圧電振動部１００ｇでは、図１（Ａ）の４つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄが省略されており、１つの圧電素子１１０ｅが大きな面積で形成されている。この圧電振動部１００ｇは、長手方向に伸縮するだけであるが、接触部２０から被駆動部材（図示省略）に対して大きな力を与えることが可能である。

【0061】

図１及び図１２（Ａ）〜（Ｃ）から理解できるように、圧電振動部１００の第２電極１５０としては、少なくとも１つの電極層を設けることができる。但し、図１及び図１２（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態のように、長方形の圧電振動部１００の対角の位置に第２電極１５０を設けるようにすれば、圧電振動部１００を、その平面内で屈曲する蛇行形状に変形させることが可能である点で好ましい。

【0062】

Ｅ．圧電駆動装置の他の実施形態：
図１３は、本発明の他の実施形態としての圧電駆動装置１０ｊ，１０ｋの断面図であり、図１（Ｂ）に対応する図である。第１実施形態の圧電駆動装置１０では、基板２００を成膜プロセスの基板として機能させるとともに、基板２００の振動体２１０を振動板として機能させる構成を例に説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、以下で説明するように、成膜プロセスの基板と、振動板とを独立して備える構成としてもよい。

【0063】

図１３（Ａ）の圧電駆動装置１０ｊは、振動板２００と、振動板２００の両面（第１面２１５と第２面２１６）にそれぞれ配置された２つの圧電素子１１０ｊ，１１０ｋとを備える。圧電素子１１０ｊ，１１０ｋは、基板１２０と、基板１２０の上に形成された第１電極１３０と、第１電極１３０の上に形成された圧電体１４０と、圧電体１４０の上に形成された第２電極１５０と、を備えている。図１３（Ｂ）の圧電駆動装置１０ｋは、圧電素子１１０ｊ，１１０ｊが、図１３（Ａ）とは上下を逆にした状態で振動板２００に配置されている。すなわち、ここでは、第２電極１５０が振動板２００に近く、基板１２０が振動板２００から最も遠くなるように配置されている。なお、図１３（Ａ），（Ｂ）においては、図８，９と同様に、第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ，１５０ｅの間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）と、第１電極１３０及び第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ，１５０ｅと駆動回路との間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）とは、図示が省略されている。

【0064】

圧電素子１１０ｊ，１１０ｋは、それぞれ、第１実施形態の圧電振動部１００ａ，１００ｂの圧電素子１１０（図１）と同様に、成膜プロセスによって形成することができる。振動板２００と圧電素子１１０ｊ、及び、振動板２００と圧電素子１１０ｋが、それぞれ、本実施形態において一体形成されている２つの圧電振動部１００ｊ，１００ｋに相当する。２つの圧電振動部１００ｊ，１００ｋとしては、振動板２００に配置される前の圧電素子１１０の共振周波数を測定し、上述した共振周波数の範囲を満足する圧電素子１１０を振動板２００に配置することにより構成される。これらの圧電駆動装置１０ｊ，１０ｋも、第１実施形態と同様な効果を達成することができる。

【0065】

また、振動板２００の一方の面２１１に圧電素子１１０ｊが形成された複数の圧電振動部１００ｊを、図８に示した圧電駆動措置１０ａ，１０ｂと同様に接合して圧電駆動装置を構成することも可能である。また、複数の圧電駆動装置１０ｊや圧電駆動装置１０ｋを、図９に示した圧電駆動装置１０ｃと同様に接合して圧電駆動装置を構成することも可能である。

【0066】

Ｆ．圧電駆動装置を用いた装置の実施形態：
上述した圧電駆動装置は、共振を利用することで被駆動部材に対して大きな力を与えることができるものであり、各種の装置に適用可能である。圧電駆動装置は、例えば、ロボット、電子部品搬送装置（ＩＣハンドラー）、投薬用ポンプ、時計のカレンダー送り装置、印刷装置（例えば紙送り機構。ただし、ヘッドに利用される圧電駆動装置では、振動板を共振させないので、ヘッドには適用不可である。）等の各種の機器における駆動装置として用いることが出来る。以下、代表的な実施の形態について説明する。

【0067】

図１４は、上述の圧電駆動装置１０を利用したロボット２０５０の一例を示す説明図である。ロボット２０５０は、複数本のリンク部２０１２（「リンク部材」とも呼ぶ）と、それらリンク部２０１２の間を回動又は屈曲可能な状態で接続する複数の関節部２０２０とを備えたアーム２０１０（「腕部」とも呼ぶ）を有している。それぞれの関節部２０２０には、上述した圧電駆動装置１０が内蔵されており、圧電駆動装置１０を用いて関節部２０２０を任意の角度だけ回動又は屈曲させることが可能である。アーム２０１０の先端には、ロボットハンド２０００が接続されている。ロボットハンド２０００は、一対の把持部２００３を備えている。ロボットハンド２０００にも圧電駆動装置１０が内蔵されており、圧電駆動装置１０を用いて把持部２００３を開閉して物を把持することが可能である。また、ロボットハンド２０００とアーム２０１０との間にも圧電駆動装置１０が設けられており、圧電駆動装置１０を用いてロボットハンド２０００をアーム２０１０に対して回転させることも可能である。なお、各圧電駆動装置１０を制御する駆動回路３０は不図示の制御回路に含まれている。

【0068】

図１５は、図１４に示したロボット２０５０の手首部分の説明図である。手首の関節部２０２０は、手首回動部２０２２を挟持しており、手首回動部２０２２に手首のリンク部２０１２が、手首回動部２０２２の中心軸Ｏ周りに回動可能に取り付けられている。手首回動部２０２２は、圧電駆動装置１０を備えており、圧電駆動装置１０は、手首のリンク部２０１２及びロボットハンド２０００を中心軸Ｏ周りに回動させる。ロボットハンド２０００には、複数の把持部２００３が立設されている。把持部２００３の基端部はロボットハンド２０００内で移動可能となっており、この把持部２００３の根元の部分に圧電駆動装置１０が搭載されている。このため、圧電駆動装置１０を動作させることで、把持部２００３を移動させて対象物を把持することができる。また、圧電駆動装置１０をフリーモードで動作させることにより、アーム２０１０や手首を手動で動作させること(いわゆる「ティーチング」)ができ、ロボット２０５０に実行させる動作を記憶させることができる。

【0069】

なお、ロボットとしては、単腕のロボットに限らず、腕の数が２以上の多腕ロボットにも圧電駆動装置１０を適用可能である。ここで、手首の関節部２０２０やロボットハンド２０００の内部には、圧電駆動装置１０の他に、力覚センサーやジャイロセンサー等の各種装置に電力を供給する電力線や、信号を伝達する信号線等が含まれ、非常に多くの配線が必要になる。従って、関節部２０２０やロボットハンド２０００の内部に配線を配置することは非常に困難だった。しかしながら、上述した実施形態の圧電駆動装置１０は、通常の電動モーターや、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流を小さくできるので、関節部２０２０（特に、アーム２０１０の先端の関節部）やロボットハンド２０００のような小さな空間でも配線を配置することが可能になる。

【0070】

図１６は、上述の圧電駆動装置１０を利用した送液ポンプ２２００の一例を示す説明図である。送液ポンプ２２００は、ケース２２３０内に、リザーバー２２１１と、チューブ２２１２と、圧電駆動装置１０と、ローター２２２２と、減速伝達機構２２２３と、カム２２０２と、複数のフィンガー２２１３、２２１４、２２１５、２２１６、２２１７、２２１８、２２１９と、が設けられている。なお、駆動回路３０は不図示である。リザーバー２２１１は、輸送対象である液体を収容するための収容部である。チューブ２２１２は、リザーバー２２１１から送り出される液体を輸送するための管である。圧電駆動装置１０の接触部２０は、ローター２２２２の側面に押し付けた状態で設けられており、圧電駆動装置１０がローター２２２２を回転駆動する。ローター２２２２の回転力は減速伝達機構２２２３を介してカム２２０２に伝達される。フィンガー２２１３から２２１９はチューブ２２１２を閉塞させるための部材である。カム２２０２が回転すると、カム２２０２の突起部２２０２Ａによってフィンガー２２１３から２２１９が順番に放射方向外側に押される。フィンガー２２１３から２２１９は、輸送方向上流側（リザーバー２２１１側）から順にチューブ２２１２を閉塞する。これにより、チューブ２２１２内の液体が順に下流側に輸送される。こうすれば、極く僅かな量を精度良く送液可能で、しかも小型な送液ポンプ２２００を実現することができる。なお、各部材の配置は図示されたものには限られない。また、フィンガーなどの部材を備えず、ローター２２２２に設けられたボールなどがチューブ２２１２を閉塞する構成であってもよい。上記のような送液ポンプ２２００は、インシュリンなどの薬液を人体に投与する投薬装置などに活用できる。ここで、上述した実施形態の圧電駆動装置１０を用いることにより、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流が小さくなるので、投薬装置の消費電力を抑制することができる。従って、投薬装置を電池駆動する場合は、特に有効である。

【0071】

Ｇ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0072】

（１）上記各実施形態では、圧電素子として、成膜プロセスにより形成した圧電体を用いるものを例に取り説明したが、圧電体は、バルクの圧電体であってもよい。

【0073】

（２）上記実施形態では、振動体２１０の左右の長辺からそれぞれ１本ずつ延びる接続部２３０によって振動体２１０を振動可能に支持する構成を例に説明したが、接続部２１０の配置位置や数は、これに限定されるものではなく、種々の配置位置や数を採用することができる。例えば、振動体２１０の左右の長辺からそれぞれ複数本ずつ延びる接続部２３０によって振動体２１０を振動可能に支持する構成としても良い。また、長手方向に沿った片側のみに接続部を設けて、振動体２１０を片持ち状態で支持する構造としても良い。また、振動体２１０の接触部２０とは反対側の短辺に接続部を設けて、振動体２１０を片持ち状態で支持する構造としても良い。

【0074】

（３）上記実施形態では、複数の圧電振動部のそれぞれの周波数特性としてインピーダンス特性を測定し、測定したインピーダンス特性に基づいてそれぞれの共振周波数を求める場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、電流特性や電圧特性等の種々の周波数特性を測定し、測定した周波数特性からそれぞれの共振周波数を求めることも可能である。

【0075】

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0076】

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｊ，１０ｋ…圧電駆動装置
１２…チューブ
２０…接触部
３０…駆動回路
５０…被駆動部材（ローター）
５１…被駆動部材の中心
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ，１００ｇ…圧電振動部
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ…圧電素子
１１０ｊ，１１０ｋ…圧電素子
１２０…基板
１２５…絶縁層
１３０…第１電極
１４０…圧電体
１５０，１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ，１５０ｅ…第２電極
１５１，１５２…配線
１８０…圧電振動ユニット
２００…基板（振動板）
２０５…隙間
２１０…振動体
２１１…第１辺
２１２…第２辺
２１３…第３辺
２１４…第４辺
２１５…第１面
２１６…第２面
２２０…固定部
２３０…接続部
２３１…第１接続部
２３２…第２接続部
３１０，３１２，３１４，３２０…配線
２０００…ロボットハンド
２００３…把持部
２０１０…アーム
２０１２…リンク部
２０２０…関節部
２０２２…手首回動部
２０５０…ロボット
２２００…送液ポンプ
２２０２…カム
２２０２Ａ…突起部
２２１１…リザーバー
２２１２…チューブ
２２１３…フィンガー
２２２２…ローター
２２２３…減速伝達機構
２２３０…ケース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】