壓電驅(qū)動(dòng)裝置及其驅(qū)動(dòng)方法、機(jī)器人及其驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓電驅(qū)動(dòng)裝置及其驅(qū)動(dòng)方法、機(jī)器人及其驅(qū)動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使壓電體振動(dòng)來驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)體的壓電促動(dòng)器(壓電驅(qū)動(dòng)裝置)不需要磁鐵、線圈，因此在各種領(lǐng)域中應(yīng)用(例如專利文獻(xiàn)1)。該壓電驅(qū)動(dòng)裝置的基本結(jié)構(gòu)是在加強(qiáng)板的兩個(gè)面的各自之上四個(gè)壓電元件被配置為兩行兩列的結(jié)構(gòu)，合計(jì)八個(gè)壓電元件被設(shè)置于加強(qiáng)板的兩側(cè)。各個(gè)壓電元件是分別通過兩個(gè)電極夾持著壓電體的單元，加強(qiáng)板也作為壓電元件的一方的電極被利用。在加強(qiáng)板的一端設(shè)置有用于與作為被驅(qū)動(dòng)體的轉(zhuǎn)子接觸而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的突起部。若對(duì)四個(gè)壓電元件中被配置于對(duì)角的兩個(gè)壓電元件施加交流電壓，則該兩個(gè)壓電元件進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，與此對(duì)應(yīng)地，加強(qiáng)板的突起部進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)或者橢圓運(yùn)動(dòng)。而且，根據(jù)該加強(qiáng)板的突起部的往復(fù)運(yùn)動(dòng)或者橢圓運(yùn)動(dòng)，作為被驅(qū)動(dòng)體的轉(zhuǎn)子向規(guī)定的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。另外，通過將施加交流電壓的兩個(gè)壓電元件切換為其他兩個(gè)壓電元件，能夠使轉(zhuǎn)子向相反方向旋轉(zhuǎn)。
[0003]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-320979號(hào)公報(bào)
[0004]在上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，被配置于對(duì)角的兩個(gè)壓電元件以并聯(lián)方式連接，因此靜電容量較大，從而存在驅(qū)動(dòng)需要較大的電流的問題。在將壓電驅(qū)動(dòng)裝置收納于較小的空間(例如機(jī)器人的關(guān)節(jié)內(nèi))使用的情況下，在使用了現(xiàn)有的壓電體的壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，存在布線空間不足的可能性，因此希望使壓電體變薄。但是，靜電容量與夾持壓電體的電極間的距離成反比，因此若使壓電體變薄，則存在靜電容量變大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能夠作為以下方式或者應(yīng)用例來實(shí)現(xiàn)。
[0006](1)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式提供壓電驅(qū)動(dòng)裝置。該壓電驅(qū)動(dòng)裝置具備壓電振動(dòng)體，該壓電振動(dòng)體具有多個(gè)由第一電極、第二電極以及位于上述第一電極與上述第二電極之間的壓電體形成的壓電元件，并且該壓電振動(dòng)體被配置于上述振動(dòng)板的上述第一面以及第二面中的至少一面，上述多個(gè)壓電元件以串聯(lián)方式被連接。根據(jù)該方式，多個(gè)壓電元件以串聯(lián)方式被連接，因此能夠減少壓電元件整體的靜電容量。
[0007](2)在上述方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，也可以為上述多個(gè)壓電元件的大小相同。根據(jù)該方式，多個(gè)壓電元件的靜電容量的大小成為相同的大小，因此被施加于各壓電元件的電壓的大小成為相同的大小，從而能夠提高耐久性。
[0008](3)在上述方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，也可以為在對(duì)上述多個(gè)壓電元件施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，上述多個(gè)壓電元件的極化方向?yàn)橄嗤较?。根?jù)該方式，在壓電元件的邊界部分極化方向沒有改變，因此能夠提高壓電元件的耐久性。
[0009](4)在上述方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，也可以為上述極化方向是從上述第二電極朝向上述第一電極的方向。極化方向?yàn)閺牡诙姌O朝向第一電極的方向與為從第一電極朝向第二電極的方向相比，耐久性更好。
[0010](5)在上述方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，也可以為上述多個(gè)壓電元件中的第一壓電元件的第二電極與第二壓電元件的第二電極形成連續(xù)的一個(gè)電極。根據(jù)該方式，不使用布線、布線層，也能夠?qū)弘娫源?lián)方式連接。
[0011 ] (6)在上述方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，上述壓電振動(dòng)體也可以被配置于上述振動(dòng)板的上述第一面與上述第二面的兩面。根據(jù)該方式，在振動(dòng)板的第一面與第二面的兩面配置有壓電元件，因此能夠使壓電驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力較大。
[0012](7)在上述方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，被配置于上述第一面的壓電振動(dòng)體的壓電元件與被配置于上述第二面的壓電振動(dòng)體的壓電元件也可以以串聯(lián)方式被連接。根據(jù)該方式，能夠進(jìn)一步減少靜電容量。
[0013](8)在上述方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，也可以在上述多個(gè)第一電極與上述振動(dòng)板之間設(shè)置有基板。為了從壓電元件獲取較大的能量，以通過共振狀態(tài)獲得較大的振幅的方式使機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm較大即可。根據(jù)該方式，在上述多個(gè)第一電極與上述振動(dòng)板之間設(shè)置有基板，因此與沒有基板的情況相比，能夠使壓電驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm的值較大。
[0014](9)在上述方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，上述基板也可以包含硅。相對(duì)于壓電元件的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm的值為幾千，硅的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm的值為10萬(wàn)左右。因此，根據(jù)該方式，能夠使壓電驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm的值較大。
[0015](10)在上述方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，上述振動(dòng)板也可以具備與被驅(qū)動(dòng)體接觸的突起部。根據(jù)該方式，能夠通過突起部按壓被驅(qū)動(dòng)體來驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)體。
[0016](11)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式提供機(jī)器人。該機(jī)器人具備:多個(gè)連桿部；關(guān)節(jié)部，其連接上述多個(gè)連桿部；以及上述方式中的任一個(gè)所記載的壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其通過上述關(guān)節(jié)部使上述多個(gè)連桿部轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)該方式，能夠?qū)弘婒?qū)動(dòng)裝置用于機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)。
[0017](12)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式提供機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方法。該驅(qū)動(dòng)方法通過在上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置的上述第一電極與上述第二電極之間施加周期性變化的電壓來驅(qū)動(dòng)上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置，從而通過上述關(guān)節(jié)部使上述多個(gè)連桿部轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0018](13)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式提供上述方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法。該驅(qū)動(dòng)方法在上述壓電元件的第一電極與上述第二電極之間施加脈沖電壓，該脈沖電壓是周期性變化的電壓，且施加于上述壓電元件的壓電體的電場(chǎng)的方向是從上述電極中的一方的電極朝向另一方的電極的單向。根據(jù)該方式，被施加于壓電元件的壓電體的電壓僅是一個(gè)方向，因此能夠提高壓電體的耐久性。
[0019]本發(fā)明能夠通過各種方式實(shí)現(xiàn)，例如除壓電驅(qū)動(dòng)裝置之外，還能夠通過壓電驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法、壓電驅(qū)動(dòng)裝置的制造方法、搭載壓電驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)器人、搭載壓電驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方法、電子部件輸送裝置、送液栗、投藥栗等各種方式實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0020]圖1是表示第一實(shí)施方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的俯視圖以及剖視圖。
[0021 ] 圖2是振動(dòng)板的俯視圖。
[0022]圖3是表示壓電驅(qū)動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)電路的電連接狀態(tài)的說明圖。
[0023]圖4是表示壓電驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作的例子的說明圖。
[0024]圖5是進(jìn)一步詳細(xì)地示出圖1所示的剖面構(gòu)造的例子的剖視圖。
[0025]圖6是壓電驅(qū)動(dòng)裝置的制造流程圖。
[0026]圖7是表示圖6的步驟S100中的壓電振動(dòng)體的制造工序的說明圖。
[0027]圖8是表示圖6的步驟S100中的壓電振動(dòng)體的制造工序的說明圖。
[0028]圖9是表示壓電元件的形狀配置的變更例的說明圖。
[0029]圖10是表示第一實(shí)施方式的變形例的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的說明圖。
[0030]圖11是表示第二實(shí)施方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的壓電振動(dòng)體的剖面的說明圖。
[0031]圖12是簡(jiǎn)要地表示第二實(shí)施方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置所使用的壓電元件的制造工序的說明圖。
[0032]圖13是作為本發(fā)明的第三實(shí)施方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的剖視圖。
[0033]圖14是表示圖13所示的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的制造工序的說明圖。
[0034]圖15是表示利用了壓電驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)器人的一個(gè)例子的說明圖。
[0035]圖16是機(jī)器人的手腕部分的說明圖。
[0036]圖17是表示利用了壓電驅(qū)動(dòng)裝置的送液栗的一個(gè)例子的說明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037].第一實(shí)施方式:
[0038]圖1 (A)是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置10的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖1(B)是其B-B剖視圖。壓電驅(qū)動(dòng)裝置10具備振動(dòng)板200、和分別被配置于振動(dòng)板200的兩面(第一面211與第二面212)的兩個(gè)壓電振動(dòng)體100。兩個(gè)壓電振動(dòng)體100以振動(dòng)板200為中心對(duì)稱地配置。兩個(gè)壓電振動(dòng)體100具有相同的結(jié)構(gòu)，因此以下只要沒有特別規(guī)定，對(duì)處于振動(dòng)板200的上側(cè)的壓電振動(dòng)體100的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
[0039]壓電振動(dòng)體100具備基板120、被形成于基板120之上的多個(gè)壓電元件llOal、110a2、110bl、110b2、110cl、110c2、110dl、110d2、110el、110e2、110e3、110e4。上述各個(gè)壓電元件的構(gòu)造相同，因此在不需要相互區(qū)別的情況下，稱為“壓電元件110”。
[0040]壓電元件110具備第一電極130、被形成于第一電極130之上的壓電體140以及被形成于壓電體140之上的第二電極150。第一電極130與第二電極150夾持著壓電體140。壓電元件110能夠通過離子銑削、干式蝕刻等物理的或者化學(xué)的方法將具有一個(gè)連續(xù)的壓電體、和夾持壓電體的兩個(gè)連續(xù)的導(dǎo)電體層(第一電極、第二電極)的一個(gè)大壓電元件分割為多個(gè)(多個(gè)壓電元件)來形成。壓電元件llOel?110e4大致被形成為長(zhǎng)方形形狀，在基板120的寬度方向的中央，沿基板120的長(zhǎng)邊方向形成。壓電元件llOal與壓電元件110a2沿長(zhǎng)邊方向并列形成壓電元件組110a。壓電元件llObl與壓電元件110b2、壓電元件llOcl與壓電元件110c2、壓電元件llOdl與壓電元件110d2也同樣，分別形成壓電元件組110b、110cU10do壓電元件組110a、110b、110c、110d形成于基板120的四角的位置。
[0041]壓電振動(dòng)體100的基板120作為用于通過成膜工序形成第一電極、壓電體以及第二電極的基板被使用。另外，基板120也具有作為進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)的振動(dòng)板的功能?；?20例如能夠通過S1、A1203、ZrO^形成。作為Si制的基板120(也稱為“硅基板120”。)，例如能夠利用半導(dǎo)體制造用的Si晶片。在該實(shí)施方式中，基板120的平面形狀是長(zhǎng)方形?；?20的厚度例如優(yōu)選為10 μm以上100 μm以下的范圍。若使基板120的厚度為10 μπι以上，則在基板120上的成膜處理時(shí)能夠比較容易地操作基板120。此外，若使基板120的厚度為50 μπι以上，則能夠進(jìn)一步容易地操作基板120。另外，若使基板120的厚度為100 μπι以下，則能夠根據(jù)由薄膜形成的壓電體的伸縮容易地使基板120振動(dòng)。
[0042]如上述那樣，分割前的第一電極、第二電極例如是通過濺射形成的薄膜。作為第一電極、第二電極的材料，例如能夠利用Α1 (鋁)、Ni (鎳)、Au (金)、Pt (白金)、Ir (銥)等導(dǎo)電性高的任意材料。此外，用于第一電極130、第二電極150與驅(qū)動(dòng)電路之間的電連接的布線(或者布線層以及絕緣層)在圖1中被省略圖示。
[0043]分割前的壓電體例如通過溶膠-凝膠法、濺射法形成，具有薄膜形狀。作為壓電體的材料，能夠利用采