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JP2016040984A - Piezoelectric driving device and driving method thereof, robot and driving method thereof - Google Patents

Piezoelectric driving device and driving method thereof, robot and driving method thereof Download PDF

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JP2016040984A
JP2016040984A JP2014164618A JP2014164618A JP2016040984A JP 2016040984 A JP2016040984 A JP 2016040984A JP 2014164618 A JP2014164618 A JP 2014164618A JP 2014164618 A JP2014164618 A JP 2014164618A JP 2016040984 A JP2016040984 A JP 2016040984A
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Japan
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piezoelectric
electrode
driving device
substrate
diaphragm
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JP2014164618A
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宮澤 修
Osamu Miyazawa
修 宮澤
晃雄 小西
Akio Konishi
晃雄 小西
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

【課題】小型の圧電駆動装置の適切な構成を提供する。【解決手段】圧電駆動装置は、振動板と、前記振動板に設けられた圧電振動体と、を備える。前記圧電振動体は、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を有し、前記圧電体の厚さは、50nm以上20μm以下である。【選択図】図1An appropriate configuration of a small piezoelectric drive device is provided. A piezoelectric driving device includes a vibration plate and a piezoelectric vibration member provided on the vibration plate. The piezoelectric vibrating body includes a first electrode, a second electrode, and a piezoelectric body positioned between the first electrode and the second electrode, and the thickness of the piezoelectric body is 50 nm or more and 20 μm or less. is there. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、圧電駆動装置及びその駆動方法、ロボット及びその駆動方法に関する。   The present invention relates to a piezoelectric driving device and a driving method thereof, a robot and a driving method thereof.

圧電体を振動させて被駆動体を駆動する圧電アクチュエーター(圧電駆動装置)は、磁石やコイルが不要のため、様々な分野で利用されている(例えば特許文献1)。この圧電駆動装置の基本的な構成は、補強板の2つの面のそれぞれの上に、4つの圧電素子が2行2列に配置された構成であり、合計で8つの圧電素子が補強板の両側に設けられている。個々の圧電素子は、圧電体をそれぞれ2枚の電極で挟んだユニットであり、補強板は、圧電素子の一方の電極としても利用される。補強板の一端には、被駆動体としてのローターに接してローターを回転させるための突起部が設けられている。4つの圧電素子のうちの対角に配置された2つの圧電素子に交流電圧を印加すると、この2つの圧電素子が伸縮運動を行い、これに応じて補強板の突起部が往復運動又は楕円運動を行う。そして、この補強板の突起部の往復運動又は楕円運動に応じて、被駆動体としてのローターが所定の回転方向に回転する。また、交流電圧を印加する2つの圧電素子を他の2つの圧電素子に切り換えることによって、ローターを逆方向に回転させることができる。特許文献2では、圧電体を有する圧電振動体の製造方法が開示されている。この製造方法で製造される圧電体は、いわゆるバルク状の圧電体であり、その厚さは0.15mm(150μm)である。   A piezoelectric actuator (piezoelectric driving device) that drives a driven body by vibrating a piezoelectric body is used in various fields because it does not require a magnet or a coil (for example, Patent Document 1). The basic configuration of this piezoelectric drive device is a configuration in which four piezoelectric elements are arranged in two rows and two columns on each of two surfaces of the reinforcing plate, and a total of eight piezoelectric elements are included in the reinforcing plate. It is provided on both sides. Each piezoelectric element is a unit in which a piezoelectric body is sandwiched between two electrodes, and the reinforcing plate is also used as one electrode of the piezoelectric element. One end of the reinforcing plate is provided with a protrusion for rotating the rotor in contact with the rotor as a driven body. When an AC voltage is applied to two of the four piezoelectric elements arranged diagonally, the two piezoelectric elements expand and contract, and the protrusion of the reinforcing plate reciprocates or elliptically moves accordingly. I do. And according to the reciprocating motion or elliptical motion of the protrusion of the reinforcing plate, the rotor as the driven body rotates in a predetermined rotation direction. In addition, the rotor can be rotated in the reverse direction by switching the two piezoelectric elements to which the AC voltage is applied to the other two piezoelectric elements. Patent Document 2 discloses a method for manufacturing a piezoelectric vibrating body having a piezoelectric body. The piezoelectric body manufactured by this manufacturing method is a so-called bulk piezoelectric body, and its thickness is 0.15 mm (150 μm).

特開2004−320979号公報JP 2004-320979 A 特開2008−227123号公報JP 2008-227123 A

圧電駆動装置を小さな空間(例えばロボットの関節内)に収容して用いる場合、従来の圧電体を用いた圧電駆動装置では配線スペースが不足する可能性があるという問題があった。また、圧電体を薄くしすぎると、圧電素子で発生する力が過度に小さくなり、被駆動体を駆動することができないという問題があった。このように、従来は、被駆動体を駆動することができる小型の圧電駆動装置の適切な構成については十分に検討されていなかった。   When the piezoelectric drive device is housed and used in a small space (for example, in the joint of a robot), the conventional piezoelectric drive device using a piezoelectric body has a problem that wiring space may be insufficient. Further, when the piezoelectric body is made too thin, the force generated by the piezoelectric element becomes excessively small, and there is a problem that the driven body cannot be driven. Thus, conventionally, an appropriate configuration of a small piezoelectric drive device that can drive a driven body has not been sufficiently studied.

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。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

(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、振動板と、第1電極、第2電極、前記第1電極と前記第2電極との間に位置する圧電体、を有し、前記振動板に設けられた圧電振動体と、を備え、前記圧電素子の厚さは、50nm以上20μm以下である。この形態によれば、圧電素子の厚さを50nm(0.05μm)以上20μm以下とするので、小型の圧電駆動装置を実現できる。 (1) According to one aspect of the present invention, a piezoelectric driving device is provided. The piezoelectric driving device includes a vibration plate, a first electrode, a second electrode, and a piezoelectric body positioned between the first electrode and the second electrode, and the piezoelectric vibration member provided on the vibration plate The thickness of the piezoelectric element is not less than 50 nm and not more than 20 μm. According to this aspect, since the thickness of the piezoelectric element is set to 50 nm (0.05 μm) or more and 20 μm or less, a small piezoelectric driving device can be realized.

(2)上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電体の厚さは、400nm以上20μm以下であってもよい。この形態によれば、圧電体の厚さを400nm以上とするので、圧電素子で発生する力を大きく出来る。 (2) In the piezoelectric drive device of the above aspect, the thickness of the piezoelectric body may be not less than 400 nm and not more than 20 μm. According to this aspect, since the thickness of the piezoelectric body is set to 400 nm or more, the force generated by the piezoelectric element can be increased.

(3)上記形態の圧電駆動装置において、前記圧電振動体は、基板と、前記基板に形成された前記第1電極と、前記第1電極に形成された前記圧電体と、前記圧電体に形成された前記第2電極と、を有し、前記基板は、前記振動板に貼り合わされていてもよい。圧電素子から大きなエネルギーを取り出すためには、共振状態で大きな振幅が得られるように、機械的品質係数Qmを大きくすればよい。この形態によれば、圧電体と第1電極と第2電極は、基板に形成されているので、基板が無い場合に比べて圧電駆動装置の機械的品質係数Qmの値を大きくできる。 (3) In the piezoelectric driving device according to the above aspect, the piezoelectric vibrator is formed on a substrate, the first electrode formed on the substrate, the piezoelectric body formed on the first electrode, and the piezoelectric body. The second electrode, and the substrate may be bonded to the diaphragm. In order to extract large energy from the piezoelectric element, the mechanical quality factor Qm may be increased so that a large amplitude can be obtained in the resonance state. According to this aspect, since the piezoelectric body, the first electrode, and the second electrode are formed on the substrate, the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric driving device can be increased as compared with the case where there is no substrate.

(4)上記形態の圧電駆動装置において、前記基板は、シリコン基板であってもよい。圧電体の機械的品質係数Qmの値は、数千であるのに対し、シリコン基板の機械的品質係数Qmの値は、10万程度である。したがって、この形態によれば、圧電駆動装置の機械的品質係数Qmの値を大きくできる。 (4) In the piezoelectric driving device according to the above aspect, the substrate may be a silicon substrate. The value of the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric body is several thousand, whereas the value of the mechanical quality factor Qm of the silicon substrate is about 100,000. Therefore, according to this embodiment, the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric drive device can be increased.

(5)上記形態の圧電駆動装置において、前記振動板は、第1面及び第2面を有し、前記圧電振動体は、前記振動板の前記第1面及び前記第2面に設けられていてもよい。この形態によれば、振動板の第1面及び第2面に圧電素子が設けられているので、圧電駆動装置の駆動力を大きく出来る。 (5) In the piezoelectric driving device according to the aspect described above, the diaphragm has a first surface and a second surface, and the piezoelectric vibrating body is provided on the first surface and the second surface of the diaphragm. May be. According to this aspect, since the piezoelectric elements are provided on the first surface and the second surface of the diaphragm, the driving force of the piezoelectric driving device can be increased.

(6)上記形態の圧電駆動装置において、前記振動板は、被駆動体に接触する突起部を備えていてもよい。この形態によれば、突起部により被駆動体を押して被駆動体を駆動できる。 (6) In the piezoelectric drive device according to the above aspect, the diaphragm may include a protrusion that contacts the driven body. According to this aspect, the driven body can be driven by pushing the driven body by the protrusion.

(7)本発明の一形態によれば、ロボットが提供される。このロボットは、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、前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる、上記形態のいずれかに記載の圧電駆動装置と、を備える。この形態によれば、圧電駆動装置をロボットの駆動に利用できる。 (7) According to one aspect of the present invention, a robot is provided. The robot includes: a plurality of link units; a joint unit that connects the plurality of link units; and the piezoelectric drive device according to any one of the above aspects, wherein the plurality of link units are rotated by the joint unit. Prepare. According to this embodiment, the piezoelectric driving device can be used for driving the robot.

(8)本発明の一形態によれば、ロボットの駆動方法が提供される。この駆動方法は、前記圧電駆動装置の前記第1電極と前記第2電極との間に周期的に変化する電圧を印加することで前記圧電駆動装置を駆動し、前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる。 (8) According to one aspect of the present invention, a method for driving a robot is provided. In this driving method, the piezoelectric driving device is driven by applying a periodically changing voltage between the first electrode and the second electrode of the piezoelectric driving device, and the plurality of link portions are connected to the joint. Rotate at the part.

(9)本発明の一形態によれば、上記形態の圧電駆動装置の駆動方法が提供される。この駆動方法は、前記第1電極と前記第2電極との間に、周期的に変化する電圧であって、前記圧電体に印加される電界の方向が前記電極のうちの一方の電極から他方の電極に向かう一方向である脈流である電圧を印加する。この形態によれば、圧電体に印加される電圧は一方向だけなので、圧電体の耐久性を向上できる。 (9) According to an aspect of the present invention, there is provided a driving method for the piezoelectric driving device according to the above aspect. In this driving method, a voltage that periodically changes between the first electrode and the second electrode, and the direction of the electric field applied to the piezoelectric body is changed from one of the electrodes to the other. A voltage that is a pulsating flow in one direction toward the electrode is applied. According to this aspect, since the voltage applied to the piezoelectric body is only in one direction, the durability of the piezoelectric body can be improved.

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、圧電駆動装置の製造方法、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、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。   The present invention can be realized in various forms. For example, in addition to a piezoelectric driving device, a driving method of the piezoelectric driving device, a manufacturing method of the piezoelectric driving device, a robot equipped with the piezoelectric driving device, and a piezoelectric driving device. It can be realized in various forms such as a driving method of a robot to be mounted, a liquid feeding pump, and a medication pump.

第1実施形態の圧電駆動装置の概略構成を示す平面図及び断面図。The top view and sectional drawing which show schematic structure of the piezoelectric drive device of 1st Embodiment. 振動板の平面図。The top view of a diaphragm. 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。It is explanatory drawing which shows the electrical connection state of a piezoelectric drive device and a drive circuit. 圧電駆動装置の動作の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of operation | movement of a piezoelectric drive device. 圧電駆動装置を長手方向と平行な切断面で切ったときの詳細な断面図。FIG. 3 is a detailed cross-sectional view of the piezoelectric driving device when cut by a cutting plane parallel to the longitudinal direction. 圧電駆動装置の製造フローチャート。The manufacturing flowchart of a piezoelectric drive device. 図6のステップS100における圧電振動体の製造プロセスを示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing process of the piezoelectric vibrating body in step S100 of FIG. 圧電駆動装置と駆動回路との配線の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the wiring of a piezoelectric drive device and a drive circuit. 本発明の他の実施形態としての圧電駆動装置の断面図。Sectional drawing of the piezoelectric drive device as other embodiment of this invention. 他の実施形態の圧電駆動装置の断面図。Sectional drawing of the piezoelectric drive device of other embodiment. 他の実施形態の圧電駆動装置の平面図。The top view of the piezoelectric drive device of other embodiment. 圧電駆動装置を利用したロボットの一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the robot using a piezoelectric drive device. ロボットの手首部分の説明図。Explanatory drawing of the wrist part of a robot. 圧電駆動装置を利用した送液ポンプの一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the liquid feeding pump using a piezoelectric drive device.

・第1実施形態:
図1(A)は、本発明の第1実施形態における圧電駆動装置10の概略構成を示す平面図であり、図1(B)はそのB−B断面図である。圧電駆動装置10は、振動板200と、振動板200の両面(第1面211(「表面」とも呼ぶ)と第2面212(「裏面」とも呼ぶ))にそれぞれ配置された2つの圧電振動体100とを備える。圧電振動体100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。第1電極130と第2電極150は、圧電体140を挟持している。2つの圧電振動体100は、振動板200を中心として対称に配置されている。2つの圧電振動体100は同じ構成を有しているので、以下では特に断らない限り、振動板200の上側にある圧電振動体100の構成を説明する。
First embodiment:
FIG. 1A is a plan view showing a schematic configuration of the piezoelectric driving device 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along the line BB. The piezoelectric driving device 10 includes a vibration plate 200 and two piezoelectric vibrations disposed on both surfaces (first surface 211 (also referred to as “front surface”) and second surface 212 (also referred to as “back surface”) of the vibration plate 200. A body 100. The piezoelectric vibrating body 100 includes a substrate 120, a first electrode 130 formed on the substrate 120, a piezoelectric body 140 formed on the first electrode 130, and a second electrode formed on the piezoelectric body 140. An electrode 150. The first electrode 130 and the second electrode 150 sandwich the piezoelectric body 140. The two piezoelectric vibrators 100 are arranged symmetrically about the diaphragm 200. Since the two piezoelectric vibrators 100 have the same configuration, the configuration of the piezoelectric vibrator 100 on the upper side of the diaphragm 200 will be described below unless otherwise specified.

圧電振動体100の基板120は、第1電極130と圧電体140と第2電極150を成膜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120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120は、例えば、Si,Al,ZrOなどで形成することができる。Si製の基板120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。この実施形態において、基板120の平面形状は長方形である。基板120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120の厚みを10μm以上とすれば、基板120上の成膜処理の際に基板120を比較的容易に取扱うことができる。また、基板120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、基板120を容易に振動させることができる。 The substrate 120 of the piezoelectric vibrating body 100 is used as a substrate for forming the first electrode 130, the piezoelectric body 140, and the second electrode 150 by a film forming process. The substrate 120 also has a function as a diaphragm that performs mechanical vibration. The substrate 120 can be formed of, for example, Si, Al 2 O 3 , ZrO 2 or the like. As the Si substrate 120, for example, a Si wafer for semiconductor manufacturing can be used. In this embodiment, the planar shape of the substrate 120 is a rectangle. The thickness of the substrate 120 is preferably in the range of 10 μm to 100 μm, for example. If the thickness of the substrate 120 is 10 μm or more, the substrate 120 can be handled relatively easily during the film forming process on the substrate 120. If the thickness of the substrate 120 is 100 μm or less, the substrate 120 can be easily vibrated according to the expansion and contraction of the piezoelectric body 140 formed of a thin film.

第1電極130は、基板120上に形成された1つの連続的な導電体層として形成されている。一方、第2電極150は、図1(A)に示すように、5つの導電体層150a〜150e(「第2電極150a〜150e」とも呼ぶ)に区分されている。中央にある第2電極150eは、基板120の幅方向の中央において、基板120の長手方向のほぼ全体に亘る長方形形状に形成されている。他の4つの第2電極150a,150b,150c,150dは、同一の平面形状を有しており、基板120の四隅の位置に形成されている。図1の例では、第1電極130と第2電極150は、いずれも長方形の平面形状を有している。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)などの導電性の高い任意の材料を利用可能である。なお、第1電極130を1つの連続的な導電体層とする代わりに、第2電極150a〜150eと実質的に同じ平面形状を有する5つの導電体層に区分してもよい。なお、第2電極150a〜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〜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1では図示が省略されている。   The first electrode 130 is formed as one continuous conductor layer formed on the substrate 120. On the other hand, as shown in FIG. 1A, the second electrode 150 is divided into five conductor layers 150a to 150e (also referred to as “second electrodes 150a to 150e”). The second electrode 150e at the center is formed in a rectangular shape covering almost the entire length of the substrate 120 at the center in the width direction of the substrate 120. The other four second electrodes 150 a, 150 b, 150 c, and 150 d have the same planar shape and are formed at the four corner positions of the substrate 120. In the example of FIG. 1, both the first electrode 130 and the second electrode 150 have a rectangular planar shape. The first electrode 130 and the second electrode 150 are thin films formed by sputtering, for example. As a material of the first electrode 130 and the second electrode 150, for example, any material having high conductivity such as Al (aluminum), Ni (nickel), Au (gold), Pt (platinum), Ir (iridium) or the like is used. Is available. Instead of the first electrode 130 being one continuous conductor layer, the first electrode 130 may be divided into five conductor layers having substantially the same planar shape as the second electrodes 150a to 150e. In addition, wiring (or wiring layer and insulating layer) for electrical connection between the second electrodes 150a to 150e, and electrical connection between the first electrode 130 and the second electrodes 150a to 150e and the drive circuit The wiring for the purpose (or the wiring layer and the insulating layer) is not shown in FIG.

圧電体140は、第2電極150a〜150eと実質的に同じ平面形状を有する5つの圧電体層として形成されている。この代わりに、圧電体140を、第1電極130と実質的に同じ平面形状を有する1つの連続的な圧電体層として形成してもよい。第1電極130と圧電体140と第2電極150a〜150eとの積層構造によって、5つの圧電素子110a〜110e(図1(A))が構成される。   The piezoelectric body 140 is formed as five piezoelectric layers having substantially the same planar shape as the second electrodes 150a to 150e. Alternatively, the piezoelectric body 140 may be formed as one continuous piezoelectric layer having substantially the same planar shape as the first electrode 130. Five piezoelectric elements 110a to 110e (FIG. 1A) are configured by a laminated structure of the first electrode 130, the piezoelectric body 140, and the second electrodes 150a to 150e.

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る薄膜である。圧電体140の材料としては、ABO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、成膜プロセス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、圧電駆動装置10を十分に小型化することができる。 The piezoelectric body 140 is a thin film formed by, for example, a sol-gel method or a sputtering method. As a material of the piezoelectric body 140, any material exhibiting a piezoelectric effect such as ceramics having an ABO 3 type perovskite structure can be used. Examples of ceramics having an ABO 3 type perovskite structure include lead zirconate titanate (PZT), barium titanate, lead titanate, potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, sodium tungstate, zinc oxide, titanium Barium strontium acid (BST), strontium bismuth tantalate (SBT), lead metaniobate, lead zinc niobate, lead scandium niobate, or the like can be used. It is also possible to use a material exhibiting a piezoelectric effect other than ceramic, such as polyvinylidene fluoride and quartz. The thickness of the piezoelectric body 140 is preferably in the range of, for example, 50 nm (0.05 μm) to 20 μm. A thin film of the piezoelectric body 140 having a thickness in this range can be easily formed using a film forming process. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 0.05 μm or more, a sufficiently large force can be generated according to the expansion and contraction of the piezoelectric body 140. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 20 μm or less, the piezoelectric driving device 10 can be sufficiently downsized.

図2は、振動板200の平面図である。振動板200は、長方形形状の振動体部210と、振動体部210の左右の長辺からそれぞれ3本ずつ延びる接続部220とを有しており、また、左右の3本の接続部220にそれぞれ接続された2つの取付部230を有している。なお、図2では、図示の便宜上、振動体部210にハッチングを付している。取付部230は、ネジ240によって他の部材に圧電駆動装置10を取り付けるために用いられる。振動板200は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、銅、銅合金、鉄−ニッケル合金などの金属材料で形成することが可能である。   FIG. 2 is a plan view of the diaphragm 200. The diaphragm 200 has a rectangular-shaped vibrating body portion 210 and three connecting portions 220 that extend from the left and right long sides of the vibrating body portion 210, respectively. Two attachment portions 230 are connected to each other. In FIG. 2, the vibrating body portion 210 is hatched for convenience of illustration. The attachment portion 230 is used for attaching the piezoelectric driving device 10 to another member with a screw 240. The diaphragm 200 can be formed of a metal material such as stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, titanium, a titanium alloy, copper, a copper alloy, or an iron-nickel alloy, for example.

振動体部210の上面(第1面)及び下面(第2面)には、圧電振動体100(図1)がそれぞれ接着剤を用いて接着される。振動体部210の長さLと幅Wの比は、L:W=約7:2とすることが好ましい。この比は、振動体部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。振動体部210の長さLは、例えば3.5mm以上30mm以下の範囲とすることができ、幅Wは、例えば1mm以上8mm以下の範囲とすることができる。なお、振動体部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。振動体部210の厚み(振動板200の厚み)は、例えば50μm以上700μm以下の範囲とすることができる。振動体部210の厚みを50μm以上とすれば、圧電振動体100を支持するために十分な剛性を有するものとなる。また、振動体部210の厚みを700μm以下とすれば、圧電振動体100の変形に応じて十分に大きな変形を発生することができる。   The piezoelectric vibrating body 100 (FIG. 1) is bonded to the upper surface (first surface) and the lower surface (second surface) of the vibrating body portion 210 using an adhesive. The ratio of the length L to the width W of the vibrating body part 210 is preferably L: W = about 7: 2. This ratio is a preferable value for performing ultrasonic vibration (described later) in which the vibrating body portion 210 bends left and right along the plane. The length L of the vibrating body portion 210 can be set in a range of, for example, 3.5 mm or more and 30 mm or less, and the width W can be set in a range of, for example, 1 mm or more and 8 mm or less. In addition, in order for the vibrating body part 210 to perform ultrasonic vibration, the length L is preferably set to 50 mm or less. The thickness of the vibrating body part 210 (thickness of the vibration plate 200) can be in the range of, for example, 50 μm or more and 700 μm or less. If the thickness of the vibrating body portion 210 is 50 μm or more, the vibrating body portion 210 has sufficient rigidity to support the piezoelectric vibrating body 100. Further, if the thickness of the vibrating body portion 210 is 700 μm or less, a sufficiently large deformation can be generated according to the deformation of the piezoelectric vibrating body 100.

振動板200の一方の短辺には、突起部20(「接触部」又は「作用部」とも呼ぶ)が設けられている。突起部20は、被駆動体と接触して、被駆動体に力を与えるための部材である。突起部20は、セラミックス(例えばAl)などの耐久性がある材料で形成することが好ましい。 On one short side of the diaphragm 200, a protrusion 20 (also referred to as “contact portion” or “action portion”) is provided. The protrusion 20 is a member that is in contact with the driven body and applies a force to the driven body. The protrusion 20 is preferably formed of a durable material such as ceramics (for example, Al 2 O 3 ).

図3は、圧電駆動装置10と駆動回路300の電気的接続状態を示す説明図である。5つの第2電極150a〜150eのうちで、対角にある一対の第2電極150a,150dが配線151を介して互いに電気的に接続され、他の対角の一対の第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は成膜処理によって形成しても良く、或いは、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1)は、配線310,312,314,320を介して駆動回路300に電気的に接続されている。駆動回路300は、一対の第2電極150a,150dと第1電極130との間に周期的に変化する交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、圧電駆動装置10を超音波振動させて、突起部20に接触するローター(被駆動体)を所定の回転方向に回転させることが可能である。ここで、「脈流電圧」とは、交流電圧にDCオフセットを付加した電圧を意味し、その電圧(電界)の向きは、一方の電極から他方の電極に向かう一方向である。また、他の一対の第2電極150b,150cと第1電極130との間に交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、突起部20に接触するローターを逆方向に回転させることが可能である。このような電圧の印加は、振動板200の両面に設けられた2つの圧電振動体100に同時に行われる。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1では図示が省略されている。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing an electrical connection state between the piezoelectric driving device 10 and the driving circuit 300. Among the five second electrodes 150a to 150e, a pair of diagonal second electrodes 150a and 150d are electrically connected to each other via the wiring 151, and another diagonal pair of second electrodes 150b and 150c. Are also electrically connected to each other via the wiring 152. These wirings 151 and 152 may be formed by a film forming process, or may be realized by wire-like wiring. Three second electrodes 150b, 150e, and 150d on the right side of FIG. 3 and the first electrode 130 (FIG. 1) are electrically connected to the drive circuit 300 via wirings 310, 312, 314, and 320. . The drive circuit 300 ultrasonically vibrates the piezoelectric drive device 10 by applying an alternating voltage or a pulsating voltage that periodically changes between the pair of second electrodes 150a and 150d and the first electrode 130, It is possible to rotate the rotor (driven body) in contact with the protrusion 20 in a predetermined rotation direction. Here, the “pulsating voltage” means a voltage obtained by adding a DC offset to an AC voltage, and the direction of the voltage (electric field) is one direction from one electrode to the other electrode. In addition, by applying an AC voltage or a pulsating current voltage between the other pair of second electrodes 150b and 150c and the first electrode 130, it is possible to rotate the rotor in contact with the protrusion 20 in the reverse direction. is there. Such voltage application is performed simultaneously on the two piezoelectric vibrating bodies 100 provided on both surfaces of the diaphragm 200. Note that the wirings (or wiring layers and insulating layers) constituting the wirings 151, 152, 310, 312, 314, and 320 shown in FIG. 3 are not shown in FIG.

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の突起部20は、被駆動体としてのローター50の外周に接触している。図4に示す例では、駆動回路300(図3)は、一対の第2電極150a,150dと第1電極130との間に交流電圧又は脈流電圧を印加しており、圧電素子110a,110dは図4の矢印xの方向に伸縮する。これに応じて、圧電駆動装置10の振動体部210が振動体部210の平面内で屈曲して蛇行形状(S字形状)に変形し、突起部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、ローター50は、その中心51の周りに所定の方向z(図4では時計回り方向)に回転する。図2で説明した振動板200の3つの接続部220(図2)は、このような振動体部210の振動の節(ふし)の位置に設けられている。なお、駆動回路300が、他の一対の第2電極150b,150cと第1電極130との間に交流電圧又は脈流電圧を印加する場合には、ローター50は逆方向に回転する。なお、中央の第2電極150eに、一対の第2電極150a,150d(又は他の一対の第2電極150b,150c)と同じ電圧を印加すれば、圧電駆動装置10が長手方向に伸縮するので、突起部20からローター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(又は圧電振動体100)のこのような動作については、上記先行技術文献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。   FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of the operation of the piezoelectric driving device 10. The protrusion 20 of the piezoelectric driving device 10 is in contact with the outer periphery of the rotor 50 as a driven body. In the example shown in FIG. 4, the drive circuit 300 (FIG. 3) applies an AC voltage or a pulsating voltage between the pair of second electrodes 150a and 150d and the first electrode 130, and the piezoelectric elements 110a and 110d. Expands and contracts in the direction of arrow x in FIG. In response to this, the vibrating body portion 210 of the piezoelectric driving device 10 is bent in the plane of the vibrating body portion 210 and deformed into a meandering shape (S-shape), and the tip of the protrusion 20 reciprocates in the direction of the arrow y. Or elliptical motion. As a result, the rotor 50 rotates around the center 51 in a predetermined direction z (clockwise direction in FIG. 4). The three connection portions 220 (FIG. 2) of the diaphragm 200 described with reference to FIG. 2 are provided at the positions of the vibration nodes (interferences) of the vibration body portion 210. When the drive circuit 300 applies an AC voltage or a pulsating voltage between the other pair of second electrodes 150b and 150c and the first electrode 130, the rotor 50 rotates in the reverse direction. If the same voltage as the pair of second electrodes 150a and 150d (or the other pair of second electrodes 150b and 150c) is applied to the center second electrode 150e, the piezoelectric driving device 10 expands and contracts in the longitudinal direction. The force applied to the rotor 50 from the protrusion 20 can be further increased. Such an operation of the piezoelectric driving device 10 (or the piezoelectric vibrating body 100) is described in the above-mentioned prior art document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-320979 or corresponding US Pat. No. 7,224,102). The disclosure of which is incorporated by reference.

図5は、図1(B)に示した断面構造の一例を更に詳細に示した断面図である。圧電振動体100は、基板120と、絶縁層125と、第1電極130と、圧電体140と、第2電極150と、絶縁層160と、リード電極171、172と、を備える。なお、図5では、複数の第2電極150と、複数のリード電極171、172については、添え字「c」または「d」を付記して区別している。なお、図5では、図3に示した配線151,152は図示が省略されている。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the cross-sectional structure shown in FIG. The piezoelectric vibrating body 100 includes a substrate 120, an insulating layer 125, a first electrode 130, a piezoelectric body 140, a second electrode 150, an insulating layer 160, and lead electrodes 171 and 172. In FIG. 5, the plurality of second electrodes 150 and the plurality of lead electrodes 171 and 172 are distinguished from each other by adding a suffix “c” or “d”. In FIG. 5, the wirings 151 and 152 shown in FIG. 3 are not shown.

絶縁層125は、基板120上に形成されており、基板120と、第1電極130との間を絶縁する。第1電極130は、絶縁層125の上に形成されている。圧電体140は、第1電極130の上に形成されている。第2電極150は、圧電体140の上に形成されている。絶縁層160は、第2電極150の上に形成されている。なお、絶縁層160は、第1リード電極171が第1電極130と接触でき、第2リード電極172が第2電極150と接触できるように、その一部に開口(コンタクトホール)を有している。第1リード電極171は、絶縁層160の上に形成され、第1電極130と接している。第2リード電極172は、絶縁層160の上に形成され、第2電極150と接している。なお、2つのリード電極171,172は、互いに直接接続されていない。なお、図5では、図示の都合上、圧電素子110cと圧電素子110dの境界に近い位置に第2リード電極172c、172dを形成しているが、圧電素子110cと圧電素子110dの境界と反対側、振動板200の長手方向の両端側にそれぞれ第2リード電極172c、172dが形成されていてもよい。この場合、第1リード電極171c、171dと、第2リード電極172c、172dと幅方向(振動板200の短手方向)の位置が異なれば、互いに接続されない。第2リード電極172c、172dは、下部に圧電体140が存在しない領域まで伸びていても良い。下部に圧電体140が存在しない領域で配線151、152、314を第2リード電極に接続すれば、配線の接続による圧電体140の静電破壊が発生し難い。   The insulating layer 125 is formed on the substrate 120 and insulates the substrate 120 from the first electrode 130. The first electrode 130 is formed on the insulating layer 125. The piezoelectric body 140 is formed on the first electrode 130. The second electrode 150 is formed on the piezoelectric body 140. The insulating layer 160 is formed on the second electrode 150. The insulating layer 160 has an opening (contact hole) at a part thereof so that the first lead electrode 171 can contact the first electrode 130 and the second lead electrode 172 can contact the second electrode 150. Yes. The first lead electrode 171 is formed on the insulating layer 160 and is in contact with the first electrode 130. The second lead electrode 172 is formed on the insulating layer 160 and is in contact with the second electrode 150. The two lead electrodes 171 and 172 are not directly connected to each other. In FIG. 5, for convenience of illustration, the second lead electrodes 172c and 172d are formed at positions close to the boundary between the piezoelectric element 110c and the piezoelectric element 110d. The second lead electrodes 172c and 172d may be formed on both ends in the longitudinal direction of the vibration plate 200, respectively. In this case, if the positions of the first lead electrodes 171c and 171d and the second lead electrodes 172c and 172d are different from each other in the width direction (short direction of the diaphragm 200), they are not connected to each other. The second lead electrodes 172c and 172d may extend to a region where the piezoelectric body 140 does not exist below. If the wirings 151, 152, and 314 are connected to the second lead electrode in a region where the piezoelectric body 140 does not exist in the lower portion, the electrostatic breakdown of the piezoelectric body 140 due to the connection of the wiring hardly occurs.

図6は、圧電駆動装置10の製造フローチャートを示す説明図である。ステップS100では、基板120上に圧電素子110を形成することによって、圧電振動体100を形成する。この際、基板120としては、例えばSiウェハーを利用することができる。1枚のSiウェハー上には、圧電振動体100を複数個形成することが可能である。またSiは機械的品質係数Qmの値が10万程度と大きいため、圧電振動体100や、圧電駆動装置10の機械的品質係数Qmを大きく出来る。ステップS200では、圧電振動体100が形成された基板120をダイシングして、個々の圧電振動体100に分割する。なお、基板120をダイシングする前に基板120の裏面を研磨して、基板120を所望の厚さにしても良い。ステップS300では、2つの圧電振動体100を振動板200の両面に接着剤で接着する。ステップS400では、圧電振動体100の配線層と駆動回路とを配線で電気的に接続する。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing a manufacturing flowchart of the piezoelectric driving device 10. In step S <b> 100, the piezoelectric vibrating body 100 is formed by forming the piezoelectric element 110 on the substrate 120. At this time, for example, a Si wafer can be used as the substrate 120. A plurality of piezoelectric vibrators 100 can be formed on one Si wafer. Further, since Si has a large mechanical quality factor Qm of about 100,000, the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric vibrator 100 and the piezoelectric driving device 10 can be increased. In step S <b> 200, the substrate 120 on which the piezoelectric vibrating body 100 is formed is diced and divided into individual piezoelectric vibrating bodies 100. Note that before the substrate 120 is diced, the back surface of the substrate 120 may be polished so that the substrate 120 has a desired thickness. In step S300, the two piezoelectric vibrators 100 are bonded to both surfaces of the diaphragm 200 with an adhesive. In step S400, the wiring layer of the piezoelectric vibrating body 100 and the drive circuit are electrically connected by wiring.

図7は、図6のステップS100における圧電振動体100の製造プロセスを示す説明図である。図7では、基板120上に、図5の右半分の上部に示した圧電素子110dを形成するプロセスを示している。ステップS110では、基板120を準備し、基板120の表面に絶縁層125を形成する。絶縁層125としては、例えば、基板120の表面を熱酸化して形成されるSiO層を利用することができる。その他に、絶縁層としてアルミナ(Al)、アクリルやポリイミドなどの有機材料を用いることができる。なお、基板120が絶縁体である場合には、絶縁層125を形成する工程は省略可能である。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the piezoelectric vibrating body 100 in step S100 of FIG. FIG. 7 shows a process of forming the piezoelectric element 110d shown in the upper part of the right half of FIG. In step S110, the substrate 120 is prepared, and the insulating layer 125 is formed on the surface of the substrate 120. As the insulating layer 125, for example, an SiO 2 layer formed by thermally oxidizing the surface of the substrate 120 can be used. In addition, an organic material such as alumina (Al 2 O 3 ), acrylic, or polyimide can be used for the insulating layer. Note that in the case where the substrate 120 is an insulator, the step of forming the insulating layer 125 can be omitted.

ステップS120では、絶縁層125の上に第1電極130を形成する。第1電極130は、例えば、スパッタリングにより形成できる。   In step S <b> 120, the first electrode 130 is formed on the insulating layer 125. The first electrode 130 can be formed by sputtering, for example.

ステップS130では、第1電極130の上に圧電体140を形成する。具体的には、例えばゾル−ゲル法を用いて圧電体140を形成することが可能である。すなわち、圧電体材料のゾルゲル溶液を基板120(第1電極130)の上に滴下し、基板120を高速回転させることにより、第1電極130の上にゾルゲル溶液の薄膜を形成する。その後、200〜300℃の温度で仮焼きして第1電極130の上に圧電体材料の第1層を形成する。その後、ゾルゲル溶液の滴下、高速回転、仮焼き、のサイクルを複数回繰り返すことによって、第1電極130の上に所望の厚さまで圧電体層を形成する。なお、1サイクルで形成される圧電体の一層の厚みは、ゾルゲル溶液の粘度や、基板120の回転速度にも依存するが、約50nm〜150nmの厚さとなる。所望の厚さまで圧電体層を形成した後、600℃〜1000℃の温度で焼結することにより、圧電体140を形成する。焼結後の圧電体140の厚さを、50nm(0.05μm)以上20μm以下とすれば、小型の圧電駆動装置10を実現できる。なお、圧電体140の厚さを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の厚さを20μm以下とすれば、圧電体140に印加する電圧を600V以下としても十分に大きな力を発生することができる。その結果、圧電駆動装置10を駆動するための駆動回路300を安価な素子で構成できる。なお、圧電体の厚さを400nm以上としてもよく、この場合、圧電素子で発生する力を大きく出来る。なお、仮焼きや焼結の温度、時間は、一例であり、圧電体材料により、適宜選択される。   In step S <b> 130, the piezoelectric body 140 is formed on the first electrode 130. Specifically, the piezoelectric body 140 can be formed using, for example, a sol-gel method. That is, a sol-gel solution of a piezoelectric material is dropped on the substrate 120 (first electrode 130), and the substrate 120 is rotated at a high speed to form a sol-gel solution thin film on the first electrode 130. Thereafter, the first layer of the piezoelectric material is formed on the first electrode 130 by calcining at a temperature of 200 to 300 ° C. Thereafter, the piezoelectric layer is formed on the first electrode 130 to a desired thickness by repeating the sol-gel solution dripping, high-speed rotation, and calcination cycles a plurality of times. The thickness of one layer of the piezoelectric body formed in one cycle is about 50 nm to 150 nm, although it depends on the viscosity of the sol-gel solution and the rotation speed of the substrate 120. After the piezoelectric layer is formed to a desired thickness, the piezoelectric body 140 is formed by sintering at a temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. If the thickness of the sintered piezoelectric body 140 is 50 nm (0.05 μm) or more and 20 μm or less, a small piezoelectric drive device 10 can be realized. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 0.05 μm or more, a sufficiently large force can be generated according to the expansion and contraction of the piezoelectric body 140. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 20 μm or less, a sufficiently large force can be generated even if the voltage applied to the piezoelectric body 140 is 600 V or less. As a result, the drive circuit 300 for driving the piezoelectric drive device 10 can be configured with inexpensive elements. The thickness of the piezoelectric body may be 400 nm or more. In this case, the force generated by the piezoelectric element can be increased. The temperature and time for calcining and sintering are examples, and are appropriately selected depending on the piezoelectric material.

ゾル−ゲル法を用いて圧電体材料の薄膜を形成した後に焼結した場合には、原料粉末を混合して焼結する従来の焼結法と比較して、(a)薄膜を形成しやすい、(b)格子方向を揃えて結晶化し易い、(c)圧電体の耐圧を向上できる、というメリットがある。   In the case of sintering after forming a thin film of piezoelectric material using the sol-gel method, (a) it is easier to form a thin film as compared with a conventional sintering method in which raw material powders are mixed and sintered. (B) It is easy to crystallize by aligning the lattice direction, and (c) it is possible to improve the breakdown voltage of the piezoelectric body.

ステップS140では、圧電体140の上に第2電極150を形成する。第2電極150の形成は、第1電極と同様に、スパッタリングにより行うことが出来る。   In step S <b> 140, the second electrode 150 is formed on the piezoelectric body 140. The formation of the second electrode 150 can be performed by sputtering in the same manner as the first electrode.

ステップS150では、第2電極150と圧電体140をパターニングする。本実施形態では、アルゴンイオンビームを用いたイオンミリングにより、第2電極150と圧電体140のパターニングを行っている。なお、イオンミリングの時間を制御することにより、第2電極150と圧電体140のみをパターニングし、第1電極130をパターニングしないことが可能である。なお、イオンミリングを用いてパターニングを行う代わりに、他の任意のパターニング方法(例えば、塩素系のガスを用いたドライエッチング)によりパターニングを行っても良い。   In step S150, the second electrode 150 and the piezoelectric body 140 are patterned. In the present embodiment, the second electrode 150 and the piezoelectric body 140 are patterned by ion milling using an argon ion beam. By controlling the ion milling time, it is possible to pattern only the second electrode 150 and the piezoelectric body 140 and not pattern the first electrode 130. Instead of patterning using ion milling, patterning may be performed by any other patterning method (for example, dry etching using a chlorine-based gas).

ステップS160では、第1電極130と第2電極150の上に絶縁層160を形成する。絶縁層160としては、リン含有シリコン酸化膜(PSG膜)、ボロン・リン含有シリコン酸化膜(BPSG膜)、NSG膜(ボロンやリン等の不純物を含まないシリコン酸化膜)、窒化ケイ素膜(Si膜)等を用いることが可能である。絶縁層160は、例えばCVD法により形成できる。絶縁層160の形成後には、第1電極130と第2電極150とのコンタクトホール163、165を形成するためのパターニングを行う。 In step S <b> 160, the insulating layer 160 is formed on the first electrode 130 and the second electrode 150. As the insulating layer 160, a phosphorus-containing silicon oxide film (PSG film), a boron-phosphorus-containing silicon oxide film (BPSG film), an NSG film (a silicon oxide film not containing impurities such as boron and phosphorus), a silicon nitride film (Si 3 N 4 film) or the like. The insulating layer 160 can be formed by, for example, a CVD method. After the formation of the insulating layer 160, patterning for forming contact holes 163 and 165 between the first electrode 130 and the second electrode 150 is performed.

ステップS170では、リード電極用の導電体層を形成し、パターニングを行う。この導電体層は、例えばアルミニウムで形成することができ、スパッタリングにより形成される。その後、導電体層をパターニングすることによって、第1リード電極171と第2リード電極172を形成する。第1リード電極171は、第1電極130と接続され、第2リード電極172は、第2電極150と接続されている。なお、圧電素子110a〜110eの第1電極130が1つの連続的な導電体層を形成する場合には、他の圧電素子110a、110b、110c、110eには、第2リード電極172が形成されていなくてもよい。第2リード電極172は、下部に圧電体140が存在しない領域まで伸びていても良い。配線151、152、314を、下部に圧電体140が存在しない領域で第2リード電極172と接続すれば、配線の接続による影響は、圧電体140に及ばない。また、第1リード電極171、第2リード電極172は、いずれも、絶縁層160の上側に残っていてもよい。振動板200に配線層を形成し、基板120と振動板200の間に圧電素子110を配置するときに、振動板200の配線層と、第1リード電極171、第2リード電極172との間を、電気的に接続し易くできる。   In step S170, a conductor layer for the lead electrode is formed and patterned. This conductor layer can be formed of aluminum, for example, and is formed by sputtering. Thereafter, the first lead electrode 171 and the second lead electrode 172 are formed by patterning the conductor layer. The first lead electrode 171 is connected to the first electrode 130, and the second lead electrode 172 is connected to the second electrode 150. When the first electrode 130 of the piezoelectric elements 110a to 110e forms one continuous conductor layer, the second lead electrode 172 is formed on the other piezoelectric elements 110a, 110b, 110c, and 110e. It does not have to be. The second lead electrode 172 may extend to a region where the piezoelectric body 140 does not exist below. If the wirings 151, 152, and 314 are connected to the second lead electrode 172 in a region where the piezoelectric body 140 does not exist below, the influence of the connection of the wiring does not reach the piezoelectric body 140. Further, both the first lead electrode 171 and the second lead electrode 172 may remain above the insulating layer 160. When a wiring layer is formed on the vibration plate 200 and the piezoelectric element 110 is disposed between the substrate 120 and the vibration plate 200, the wiring layer of the vibration plate 200 is interposed between the first lead electrode 171 and the second lead electrode 172. Can be easily connected electrically.

その後、図示していないが、第1リード電極171及び第2リード電極172の上にパッシベーション膜を形成する。パッシベーション膜は、例えばSiN、ポリイミドを用いて形成できる。そして、パッシベーション膜に、第1リード電極171及び第2リード電極172を配線151,152,310,312,314,320(図3)と接続するための開口部(コンタクトホール)を形成する。   Thereafter, although not shown, a passivation film is formed on the first lead electrode 171 and the second lead electrode 172. The passivation film can be formed using, for example, SiN or polyimide. Then, openings (contact holes) for connecting the first lead electrode 171 and the second lead electrode 172 to the wirings 151, 152, 310, 312, 314, and 320 (FIG. 3) are formed in the passivation film.

図8は、圧電駆動装置10と、駆動回路300との配線の一例を示す説明図である。ここでは、圧電駆動装置10の表面側と裏面側における配線の結線状態を示している。なお、図示の便宜上電極150a〜150e等のサイズは、図1と多少異なる。圧電駆動装置の表面と裏面には、それぞれ、第2電極150a、150b、150c、150d、150eと、第1リード電極171a、171b、171c、171d、171eと、第2リード電極172a、172b、172c、172d、172eが設けられている。ここでは、圧電素子110a〜110eを区別するために、第2電極150、第1リード電極171、第2リード電極172の末尾に添字a、b、c、d、eを付記している。なお、第1電極130が1つの連続的な導電体層を形成する場合には、図8において破線で示した第1リード電極171a、171b、171c、171eについては、形成されていなくても良い。   FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of wiring between the piezoelectric driving device 10 and the driving circuit 300. Here, the wiring connection state on the front surface side and the back surface side of the piezoelectric driving device 10 is shown. For convenience of illustration, the sizes of the electrodes 150a to 150e and the like are slightly different from those in FIG. On the front and back surfaces of the piezoelectric driving device, the second electrodes 150a, 150b, 150c, 150d, and 150e, the first lead electrodes 171a, 171b, 171c, 171d, and 171e, and the second lead electrodes 172a, 172b, and 172c, respectively. , 172d, 172e. Here, in order to distinguish the piezoelectric elements 110a to 110e, suffixes a, b, c, d, and e are added to the end of the second electrode 150, the first lead electrode 171, and the second lead electrode 172. When the first electrode 130 forms one continuous conductor layer, the first lead electrodes 171a, 171b, 171c, and 171e indicated by broken lines in FIG. 8 do not have to be formed. .

圧電駆動装置10の各電極を接続する配線は、以下のように配線されている。
・配線151は、表面側の第2リード電極172aと172dとを接続する。
・配線152は、表面側の第2リード電極172bと172cとを接続する。
・配線182aは、表面側の第2リード電極172aと、裏面側の第2リード電極172aとを接続する。
・配線182bは、表面側の第2リード電極172bと、裏面側の第2リード電極172bとを接続する。
・配線182cは、表面側の第2リード電極172cと、裏面側の第2リード電極172cとを接続する。
・配線182dは、表面側の第2リード電極172dと、裏面側の第2リード電極172dとを接続する。
Wirings connecting the electrodes of the piezoelectric driving device 10 are wired as follows.
The wiring 151 connects the second lead electrodes 172a and 172d on the surface side.
The wiring 152 connects the second lead electrodes 172b and 172c on the surface side.
The wiring 182a connects the second lead electrode 172a on the front surface side and the second lead electrode 172a on the rear surface side.
The wiring 182b connects the second lead electrode 172b on the front surface side and the second lead electrode 172b on the rear surface side.
The wiring 182c connects the second lead electrode 172c on the front surface side and the second lead electrode 172c on the rear surface side.
The wiring 182d connects the second lead electrode 172d on the front surface side and the second lead electrode 172d on the rear surface side.

圧電駆動装置10の各電極と駆動回路とは、以下のように接続されている。
・配線310は、駆動回路300と、表面側の第2リード電極172bとを接続する。
・配線312は、駆動回路300と、表面側の第2リード電極172e及び裏面側の第2リード電極172eとを接続する。
・配線314は、駆動回路300と、表面側の第2リード電極172dとを接続する。
・配線320は、駆動回路300と、表面側の第1リード電極171d及び裏面側の第1リード電極171dと、を接続する。
Each electrode of the piezoelectric drive device 10 and the drive circuit are connected as follows.
The wiring 310 connects the drive circuit 300 and the second lead electrode 172b on the surface side.
The wiring 312 connects the driving circuit 300 to the second lead electrode 172e on the front surface side and the second lead electrode 172e on the rear surface side.
The wiring 314 connects the drive circuit 300 and the second lead electrode 172d on the surface side.
The wiring 320 connects the drive circuit 300 to the first lead electrode 171d on the front surface side and the first lead electrode 171d on the rear surface side.

配線310と320の間に交流電圧あるいは脈流電圧を印加すれば、上述したように、圧電素子110b、110c(図1(A))を駆動できる。また、配線314と320の間に交流電圧あるいは脈流電圧を印加すれば、圧電素子110a、110d(図1(A))を駆動できる。配線312と320の間に交流電圧あるいは脈流電圧を印加すれば、圧電素子110e(図1(A))を駆動できる。   When an AC voltage or a pulsating voltage is applied between the wirings 310 and 320, the piezoelectric elements 110b and 110c (FIG. 1A) can be driven as described above. In addition, when an AC voltage or a pulsating voltage is applied between the wirings 314 and 320, the piezoelectric elements 110a and 110d (FIG. 1A) can be driven. When an AC voltage or a pulsating voltage is applied between the wirings 312 and 320, the piezoelectric element 110e (FIG. 1A) can be driven.

以上、本実施形態によれば、圧電体140の厚さを、50nm(0.05μm)以上20μm以下とするので、小型の圧電駆動装置10を実現できる。なお、圧電体140の厚さを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の厚さを20μm以下とすれば、圧電体140に印加する電圧を600V以下としても十分に大きな力を発生することができる。従って、圧電駆動装置10を駆動するための駆動回路300を安価な素子で構成できる。但し、実際には圧電体140に印加する電圧は、20〜40Vの範囲で十分である。なお、圧電体の厚さを400nm以上としてもよく、この場合、圧電素子で発生する力を大きく出来る。   As described above, according to this embodiment, since the thickness of the piezoelectric body 140 is set to 50 nm (0.05 μm) or more and 20 μm or less, a small piezoelectric driving device 10 can be realized. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 0.05 μm or more, a sufficiently large force can be generated according to the expansion and contraction of the piezoelectric body 140. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 20 μm or less, a sufficiently large force can be generated even if the voltage applied to the piezoelectric body 140 is 600 V or less. Therefore, the drive circuit 300 for driving the piezoelectric drive device 10 can be configured with inexpensive elements. However, in practice, the voltage applied to the piezoelectric body 140 is sufficient in the range of 20 to 40V. The thickness of the piezoelectric body may be 400 nm or more. In this case, the force generated by the piezoelectric element can be increased.

また、本実施形態によれば、圧電素子(110a〜110e)が、基板120上に形成されているので、基板120が無い場合に比べて、圧電駆動装置10の機械的品質係数Qmの値を大きくできる。特に、Si製の基板の機械的品質係数Qm値は10万程度であるので、Si製の基板120を用いると、圧電駆動装置10の機械的品質係数Qmの値を大きくできる。   Further, according to the present embodiment, since the piezoelectric elements (110a to 110e) are formed on the substrate 120, the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric driving device 10 is set to be smaller than that when the substrate 120 is not provided. Can be big. In particular, since the mechanical quality factor Qm value of the Si substrate is about 100,000, the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric driving device 10 can be increased by using the Si substrate 120.

圧電体140を、ゾル−ゲル法により形成するようにすれば、薄い圧電体を形成しやすい点で好ましい。また、圧電体の結晶の格子方向を揃え易いので、同じ電圧を加えたときの圧電体の形状の変形を大きくすることができ、また、耐圧を大きく出来る点で好ましい。なお、圧電体140は、スパッタ法により形成されていても良い。スパッタ法によっても、ゾル−ゲル法と同様の効果を得ることが出来る。   If the piezoelectric body 140 is formed by a sol-gel method, it is preferable because a thin piezoelectric body can be easily formed. In addition, since it is easy to align the lattice direction of the crystal of the piezoelectric body, it is preferable in that the deformation of the shape of the piezoelectric body when the same voltage is applied can be increased and the breakdown voltage can be increased. The piezoelectric body 140 may be formed by a sputtering method. The same effect as the sol-gel method can be obtained also by the sputtering method.

・圧電駆動装置の他の実施形態:
図9は、本発明の他の実施形態としての圧電駆動装置10aの断面図であり、第1実施形態の図1(B)に対応する図である。この圧電駆動装置10aでは、圧電振動体100が、図1(B)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9においても、図1(B)と同様に、第2電極150a〜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〜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。この圧電駆動装置10aも、第1実施形態と同様な効果を達成することができる。
-Other embodiments of the piezoelectric drive:
FIG. 9 is a cross-sectional view of a piezoelectric drive device 10a as another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 1B of the first embodiment. In the piezoelectric driving device 10a, the piezoelectric vibrating body 100 is disposed on the diaphragm 200 in a state where the top and bottom of FIG. That is, here, the second electrode 150 is disposed close to the diaphragm 200 and the substrate 120 is disposed farthest from the diaphragm 200. In FIG. 9, as in FIG. 1B, wiring (or a wiring layer and an insulating layer) for electrical connection between the second electrodes 150a to 150e, the first electrode 130, and the second electrode Illustration of wirings (or wiring layers and insulating layers) for electrical connection between 150a to 150e and the drive circuit is omitted. This piezoelectric drive device 10a can also achieve the same effect as that of the first embodiment.

図10は、図9に示す圧電駆動装置10aの製造工程を示す説明図である。ステップS510では、振動板200を準備し、絶縁層202を形成する。絶縁層202は、例えば、ポリイミドなどの絶縁性樹脂を用いて形成可能である。ステップS520では、絶縁層202の上に配線層204を形成し、配線層204をパターニングする。配線層204は、第1の配線と、第2の配線とを含んでいる。配線層204としては、銅やアルミニウムを用いることができる。ステップS530では、配線層204の上に絶縁層206を形成し、開口部をパターニングする。絶縁層206は、例えば、ソルダーレジストを用いて形成できる。   FIG. 10 is an explanatory view showing a manufacturing process of the piezoelectric driving device 10a shown in FIG. In step S510, the diaphragm 200 is prepared and the insulating layer 202 is formed. The insulating layer 202 can be formed using, for example, an insulating resin such as polyimide. In step S520, the wiring layer 204 is formed on the insulating layer 202, and the wiring layer 204 is patterned. The wiring layer 204 includes a first wiring and a second wiring. As the wiring layer 204, copper or aluminum can be used. In step S530, the insulating layer 206 is formed on the wiring layer 204, and the opening is patterned. The insulating layer 206 can be formed using, for example, a solder resist.

ステップS540では、図6のステップS200(図7)により個々に作成された圧電振動体100を振動板200の両面に貼り付ける。このとき、配線層204と、第1リード電極171、第2リード電極172との間に導電性部材208を配置し、導電性部材208を介して電気的に接触させる。具体的には、配線層204の第1の配線と第1リード電極171とを電気的に接触させ、配線層204の第2の配線と第2リード電極172とを電気的に接触させる。導電性部材208を介すれば、振動板200の配線層204と、圧電振動体100の第1リード電極171、第2リード電極172と、の間に段差があっても、その段差を緩和して電気的に接触させることができる。導電性部材208として、例えば、マイクロバンプや導電性ペーストを用いることが出来る。図10(E)の第1面側は、圧電振動体100を貼り付けた状態、第2面側は、圧電振動体100を貼り付ける直前の状態を示している。なお、図10(E)に示す圧電振動体100の上部には、上述したパッシベーション膜180が形成されている。パッシベーション膜180は、第1リード電極171、第2リード電極172の周りを保護するとともに、第1リード電極171、第2リード電極172と、他の部材との間の電気的ショートを抑制する。なお、この実施形態では、第2リード電極172の形状を、下部に圧電体140が存在しない領域まで伸ばしているが、伸ばさなくてもよい。これは、導電性部材208を介して振動板200の配線層204と接続されるので、第2リード電極172は、下部に圧電体140が存在しない領域まで伸ばす必要がないからである。   In step S540, the piezoelectric vibrators 100 individually created in step S200 (FIG. 7) of FIG. 6 are attached to both surfaces of the diaphragm 200. At this time, the conductive member 208 is disposed between the wiring layer 204 and the first lead electrode 171 and the second lead electrode 172, and is in electrical contact via the conductive member 208. Specifically, the first wiring of the wiring layer 204 and the first lead electrode 171 are brought into electrical contact, and the second wiring of the wiring layer 204 and the second lead electrode 172 are brought into electrical contact. By using the conductive member 208, even if there is a step between the wiring layer 204 of the diaphragm 200 and the first lead electrode 171 and the second lead electrode 172 of the piezoelectric vibrator 100, the step is reduced. Can be brought into electrical contact. As the conductive member 208, for example, a micro bump or a conductive paste can be used. In FIG. 10E, the first surface side shows a state where the piezoelectric vibrating body 100 is attached, and the second surface side shows a state immediately before the piezoelectric vibrating body 100 is attached. Note that the above-described passivation film 180 is formed on the piezoelectric vibrator 100 shown in FIG. The passivation film 180 protects the periphery of the first lead electrode 171 and the second lead electrode 172 and suppresses an electrical short circuit between the first lead electrode 171 and the second lead electrode 172 and other members. In this embodiment, the shape of the second lead electrode 172 is extended to a region where the piezoelectric body 140 does not exist in the lower portion, but it may not be extended. This is because the second lead electrode 172 does not need to extend to a region where the piezoelectric body 140 does not exist in the lower part because it is connected to the wiring layer 204 of the diaphragm 200 via the conductive member 208.

その後、配線層204と、駆動回路300(図8)を配線310、312、314、320で接続する。すなわち、この実施形態では、配線310、312、314、320で第1リード電極171、第2リード電極172に直接配線をするのではなく、配線層204を介して配線をする。そのため、振動する圧電振動体100に直接配線しなくてもよく、圧電振動体100が振動しても、配線が外れにくい。本実施形態では、圧電振動体100を振動板200に貼り付けた後に配線310、312、314、320を接続したが、先に、圧電振動体100に配線310、312、314、320を接続した後に、圧電振動体100を振動板200に貼り付けてもよい。   Thereafter, the wiring layer 204 and the drive circuit 300 (FIG. 8) are connected by wirings 310, 312, 314, and 320. That is, in this embodiment, the wirings 310, 312, 314, 320 are not directly wired to the first lead electrode 171 and the second lead electrode 172, but are wired via the wiring layer 204. Therefore, it is not necessary to directly wire the vibrating piezoelectric vibrating body 100, and even if the piezoelectric vibrating body 100 vibrates, the wiring is difficult to come off. In the present embodiment, the wirings 310, 312, 314, and 320 are connected after the piezoelectric vibrating body 100 is attached to the vibration plate 200, but the wirings 310, 312, 314, and 320 are connected to the piezoelectric vibrating body 100 first. Later, the piezoelectric vibrating body 100 may be attached to the vibration plate 200.

図11(A)は、本発明の更に他の実施形態としての圧電駆動装置10bの平面図であり、第1実施形態の図1(A)に対応する図である。図11(A)〜(C)では、図示の便宜上、振動板200の接続部220や取付部230は図示が省略されている。図11(A)の圧電駆動装置10bでは、一対の第2電極150b,150cが省略されている。この圧電駆動装置10bも、図4に示すような1つの方向zにローター50を回転させることが可能である。なお、図11(A)の3つの第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。   FIG. 11A is a plan view of a piezoelectric driving device 10b as still another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 1A of the first embodiment. 11A to 11C, for convenience of illustration, the connection part 220 and the attachment part 230 of the diaphragm 200 are not shown. In the piezoelectric driving device 10b of FIG. 11A, the pair of second electrodes 150b and 150c are omitted. The piezoelectric driving device 10b can also rotate the rotor 50 in one direction z as shown in FIG. Since the same voltage is applied to the three second electrodes 150a, 150e, and 150d in FIG. 11A, these three second electrodes 150a, 150e, and 150d are formed as one continuous electrode layer. May be.

図11(B)は、本発明の更に他の実施形態としての圧電駆動装置10cの平面図である。この圧電駆動装置10cでは、図1(A)の中央の第2電極150eが省略されており、他の4つの第2電極150a,150b,150c,150dが図1(A)よりも大きな面積に形成されている。この圧電駆動装置10c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。   FIG. 11B is a plan view of a piezoelectric driving device 10c as still another embodiment of the present invention. In the piezoelectric driving device 10c, the second electrode 150e at the center in FIG. 1A is omitted, and the other four second electrodes 150a, 150b, 150c, and 150d have a larger area than that in FIG. Is formed. This piezoelectric drive device 10c can also achieve substantially the same effect as in the first embodiment.

図11(C)は、本発明の更に他の実施形態としての圧電駆動装置10dの平面図である。この圧電駆動装置10dでは、図1(A)の4つの第2電極150a,150b,150c,150dが省略されており、1つの第2電極150eが大きな面積で形成されている。この圧電駆動装置10dは、長手方向に伸縮するだけであるが、突起部20から被駆動体(図示省略)に対して大きな力を与えることが可能である。   FIG. 11C is a plan view of a piezoelectric drive device 10d as still another embodiment of the present invention. In the piezoelectric driving device 10d, the four second electrodes 150a, 150b, 150c, and 150d in FIG. 1A are omitted, and one second electrode 150e is formed with a large area. The piezoelectric driving device 10d only expands and contracts in the longitudinal direction, but can apply a large force from the protrusion 20 to the driven body (not shown).

図1及び図11(A)〜(C)から理解できるように、圧電振動体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11(A),(B)に示す実施形態のように、長方形の圧電振動体100の対角の位置に第2電極150を設けるようにすれば、圧電振動体100及び振動板200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。   As can be understood from FIG. 1 and FIGS. 11A to 11C, at least one electrode layer can be provided as the second electrode 150 of the piezoelectric vibrating body 100. However, if the second electrode 150 is provided at a diagonal position of the rectangular piezoelectric vibrator 100 as in the embodiment shown in FIGS. 1 and 11A and 11B, the piezoelectric vibrator 100 and The diaphragm 200 is preferable in that it can be deformed into a meandering shape that bends in the plane.

・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10は、共振を利用することで被駆動体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10は、例えば、ロボット(電子部品搬送装置(ICハンドラー)も含む)、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。
-Embodiments of a device using a piezoelectric drive:
The piezoelectric drive device 10 described above can apply a large force to the driven body by utilizing resonance, and can be applied to various devices. The piezoelectric driving device 10 is, for example, a robot (including an electronic component conveying device (IC handler)), a dosing pump, a calendar feeding device for a clock, and a printing device (for example, a paper feeding mechanism. However, a piezoelectric driving device used for a head. Then, since the diaphragm is not resonated, it cannot be applied to the head. Hereinafter, representative embodiments will be described.

図12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。   FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a robot 2050 using the piezoelectric driving device 10 described above. The robot 2050 includes a plurality of link portions 2012 (also referred to as “link members”) and an arm 2010 (“a” that includes a plurality of joint portions 2020 that connect the link portions 2012 in a rotatable or bendable state. It is also called “arm”. Each joint portion 2020 includes the above-described piezoelectric drive device 10, and the joint portion 2020 can be rotated or bent by an arbitrary angle using the piezoelectric drive device 10. A robot hand 2000 is connected to the tip of the arm 2010. The robot hand 2000 includes a pair of grip portions 2003. The robot hand 2000 also has a built-in piezoelectric driving device 10, and the piezoelectric driving device 10 can be used to open and close the gripping unit 2003 to grip an object. The piezoelectric drive device 10 is also provided between the robot hand 2000 and the arm 2010, and the robot hand 2000 can be rotated with respect to the arm 2010 using the piezoelectric drive device 10.

図13は、図12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。   FIG. 13 is an explanatory diagram of the wrist portion of the robot 2050 shown in FIG. The wrist joint portion 2020 holds the wrist rotation portion 2022, and the wrist link portion 2012 is attached to the wrist rotation portion 2022 so as to be rotatable around the central axis O of the wrist rotation portion 2022. . The wrist rotation unit 2022 includes the piezoelectric driving device 10, and the piezoelectric driving device 10 rotates the wrist link unit 2012 and the robot hand 2000 around the central axis O. The robot hand 2000 is provided with a plurality of gripping units 2003. The proximal end portion of the grip portion 2003 can be moved in the robot hand 2000, and the piezoelectric driving device 10 is mounted on the base portion of the grip portion 2003. For this reason, by operating the piezoelectric driving device 10, it is possible to move the gripping part 2003 and grip the object.

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。   The robot is not limited to a single-arm robot, and the piezoelectric driving device 10 can be applied to a multi-arm robot having two or more arms. Here, inside the wrist joint 2020 and the robot hand 2000, in addition to the piezoelectric driving device 10, a power line for supplying power to various devices such as a force sensor and a gyro sensor, a signal line for transmitting a signal, and the like And requires a lot of wiring. Therefore, it is very difficult to arrange the wiring inside the joint portion 2020 and the robot hand 2000. However, since the piezoelectric drive device 10 of the above-described embodiment can reduce the drive current compared to a normal electric motor or a conventional piezoelectric drive device, the joint portion 2020 (particularly, the joint portion at the tip of the arm 2010) or a robot hand. Wiring can be arranged even in a small space such as 2000.

図14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。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の突起部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。   FIG. 14 is an explanatory view showing an example of a liquid feed pump 2200 using the piezoelectric driving device 10 described above. The liquid feed pump 2200 includes a reservoir 2211, a tube 2212, the piezoelectric driving device 10, a rotor 2222, a deceleration transmission mechanism 2223, a cam 2202, a plurality of fingers 2213, 2214, 2215, 2216, and a case 2230. 2217, 2218, and 2219 are provided. The reservoir 2211 is a storage unit for storing a liquid to be transported. The tube 2212 is a tube for transporting the liquid sent out from the reservoir 2211. The protrusion 20 of the piezoelectric driving device 10 is provided in a state of being pressed against the side surface of the rotor 2222, and the piezoelectric driving device 10 rotationally drives the rotor 2222. The rotational force of the rotor 2222 is transmitted to the cam 2202 via the deceleration transmission mechanism 2223. Fingers 2213 to 2219 are members for closing the tube 2212. When the cam 2202 rotates, the fingers 2213 to 2219 are sequentially pushed outward in the radial direction by the protrusion 2202A of the cam 2202. The fingers 2213 to 2219 close the tube 2212 in order from the upstream side in the transport direction (reservoir 2211 side). Thereby, the liquid in the tube 2212 is transported to the downstream side in order. In this way, it is possible to realize a small liquid feed pump 2200 that can deliver an extremely small amount with high accuracy and that is small. In addition, arrangement | positioning of each member is not restricted to what was illustrated. Further, a member such as a finger may not be provided, and a ball or the like provided on the rotor 2222 may close the tube 2212. The liquid feed pump 2200 as described above can be used for a medication device that administers a drug solution such as insulin to the human body. Here, by using the piezoelectric driving device 10 according to the above-described embodiment, the driving current is smaller than that of the conventional piezoelectric driving device, so that the power consumption of the dosing device can be suppressed. Therefore, it is particularly effective when the medication apparatus is battery-driven.

・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。
・ Modification:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

・変形例1:
上記実施形態では、基板120の上に第1電極130と圧電体140と第2電極150とが形成されていたが、基板120を省略して、振動板200の上に第1電極130と圧電体140と第2電極150とを形成するようにしてもよい。
・ Modification 1:
In the above embodiment, the first electrode 130, the piezoelectric body 140, and the second electrode 150 are formed on the substrate 120. However, the substrate 120 is omitted, and the first electrode 130 and the piezoelectric material are formed on the vibration plate 200. The body 140 and the second electrode 150 may be formed.

・変形例2:
上記実施形態では、振動板200の両面にそれぞれ1つの圧電振動体100を設けていたが、圧電振動体100の一方を省略することも可能である。但し、振動板200の両面にそれぞれ圧電振動体100を設けるようにすれば、振動板200をその平面内で屈曲した蛇行形状に変形させることがより容易である点で好ましい。
Modification 2
In the above embodiment, one piezoelectric vibrating body 100 is provided on each of both surfaces of the vibration plate 200, but one of the piezoelectric vibrating bodies 100 can be omitted. However, providing the piezoelectric vibrating bodies 100 on both surfaces of the diaphragm 200 is preferable in that it is easier to deform the diaphragm 200 into a meandering shape bent in the plane.

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。   The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.

10、10a、10b、10c、10d、10e…圧電駆動装置
12…チューブ
20…突起部(接触部、作用部)
50…ローター(被駆動体)
51…被駆動体の中心
100…圧電振動体
110a、110b、110e…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
160…絶縁層
163、165…コンタクトホール
171、171a、171b、171c、171d、171e…第1リード電極
172、172a、172b、172c、172d、172e…第2リード電極
180…パッシベーション膜
181a、181b、182c、181d…配線
200…振動板
202…絶縁層
204…配線層
206…絶縁層
208…導電性部材
210…振動体部
211…第1面
212…第2面
220…接続部
230…取付部
240…ネジ
300…駆動回路
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
10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e ... Piezoelectric drive device 12 ... Tube 20 ... Projection (contact part, action part)
50 ... Rotor (driven body)
51 ... Center of driven body 100 ... Piezoelectric vibrator 110a, 110b, 110e ... Piezoelectric element 120 ... Substrate 125 ... Insulating layer 130 ... First electrode 140 ... Piezoelectric body 150, 150a, 150b, 150c, 150d, 150e ... Second Electrodes 151, 152 ... Wiring 160 ... Insulating layer 163, 165 ... Contact hole 171, 171a, 171b, 171c, 171d, 171e ... First lead electrode 172, 172a, 172b, 172c, 172d, 172e ... Second lead electrode 180 ... Passivation film 181a, 181b, 182c, 181d ... Wiring 200 ... Vibration plate 202 ... Insulating layer 204 ... Wiring layer 206 ... Insulating layer 208 ... Conductive member 210 ... Vibrating body part 211 ... First surface 212 ... Second surface 220 ... Connection Part 230 ... Mounting part 240 ... Screw 300 ... Drive Routes 310, 312, 314, 320 ... Wiring 2000 ... Robot hand 2003 ... Grasping part 2010 ... Arm 2012 ... Link part 2020 ... Joint part 2022 ... Wrist rotation part 2050 ... Robot 2200 ... Liquid feed pump 2202 ... Cam 2202A ... Projection part 2211 ... Reservoir 2212 ... Tube 2213 ... Finger 2222 ... Rotor 2223 ... Deceleration transmission mechanism 2230 ... Case

Claims (9)

振動板と、
第1電極、第2電極、前記第1電極と前記第2電極との間に位置する圧電体、を有し、前記振動板に設けられた圧電振動体と、
を備え、
前記圧電体の厚さは、50nm以上20μm以下である、圧電駆動装置。
A diaphragm,
A first electrode, a second electrode, a piezoelectric body positioned between the first electrode and the second electrode, and a piezoelectric vibrating body provided on the diaphragm;
With
The piezoelectric driving device, wherein the piezoelectric body has a thickness of 50 nm or more and 20 μm or less.
請求項1に記載の圧電駆動装置において、
前記圧電体の厚さは、400nm以上20μm以下である、圧電駆動装置。
The piezoelectric drive device according to claim 1,
The piezoelectric driving device, wherein the piezoelectric body has a thickness of 400 nm or more and 20 μm or less.
請求項1又は2に記載の圧電駆動装置において、
前記圧電振動体は、基板と、前記基板に形成された前記第1電極と、前記第1電極に形成された前記圧電体と、前記圧電体に形成された前記第2電極と、を有し、
前記基板は、前記振動板に貼り合わされている、圧電駆動装置。
In the piezoelectric drive device according to claim 1 or 2,
The piezoelectric vibrating body includes a substrate, the first electrode formed on the substrate, the piezoelectric body formed on the first electrode, and the second electrode formed on the piezoelectric body. ,
The piezoelectric drive device, wherein the substrate is bonded to the diaphragm.
請求項3に記載の圧電駆動装置において、
前記基板は、シリコン基板である、圧電駆動装置。
The piezoelectric drive device according to claim 3.
The piezoelectric driving device, wherein the substrate is a silicon substrate.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の圧電駆動装置において、
前記振動板は、第1面及び第2面を有し、
前記圧電振動体は、前記振動板の前記第1面及び前記第2面に設けられている、圧電駆動装置。
In the piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 4,
The diaphragm has a first surface and a second surface,
The piezoelectric vibration device is a piezoelectric driving device provided on the first surface and the second surface of the diaphragm.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の圧電駆動装置において、
前記振動板は、被駆動体に接触する突起部を備える、圧電駆動装置。
In the piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 5,
The diaphragm is a piezoelectric driving device including a protrusion that contacts a driven body.
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、
前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる請求項1〜6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。
A plurality of link portions and a joint portion connecting the plurality of link portions;
The piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of link portions are rotated by the joint portions.
Robot equipped with.
請求項7に記載のロボットの駆動方法であって
前記圧電駆動装置の前記第1電極と前記第2電極との間に周期的に変化する電圧を印加することで前記圧電駆動装置を駆動し、前記複数のリンク部を前記関節部で回動させる、ロボットの駆動方法。
The robot driving method according to claim 7, wherein the piezoelectric driving device is driven by applying a periodically changing voltage between the first electrode and the second electrode of the piezoelectric driving device, A robot driving method in which the plurality of link portions are rotated by the joint portions.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の圧電駆動装置の駆動方法であって、
前記第1電極と前記第2電極との間に、周期的に変化する電圧であって、前記圧電体に印加される電界の方向が前記電極のうちの一方の電極から他方の電極に向かう一方向である脈流である電圧を印加する圧電駆動装置の駆動方法。
It is a drive method of the piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 6,
The voltage periodically changes between the first electrode and the second electrode, and the direction of the electric field applied to the piezoelectric body is one from the electrode toward the other electrode. A driving method of a piezoelectric driving device that applies a voltage that is a pulsating flow that is a direction.
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