壓電驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)器人以及它們的驅(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、以及具備壓電驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)器人等各種裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以往已知一種使用了壓電元件的壓電致動(dòng)器(壓電驅(qū)動(dòng)裝置)(例如專利文獻(xiàn)1等)。該壓電驅(qū)動(dòng)裝置的基本構(gòu)成是在加強(qiáng)板的2個(gè)面的各個(gè)上將4個(gè)壓電元件配置成2行2列的構(gòu)成，合計(jì)8個(gè)壓電元件被設(shè)置在加強(qiáng)板的兩側(cè)。各個(gè)壓電元件是分別以2枚電極夾著壓電體的單元，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)子接觸來使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的突起部。若對(duì)4個(gè)壓電元件中的配置在對(duì)角的2個(gè)壓電元件施加交流電壓，則該2個(gè)壓電元件進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，與此對(duì)應(yīng)，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，對(duì)應(yīng)于該加強(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)子沿著規(guī)定的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。另外，通過將施加交流電壓的2個(gè)壓電元件切換為其它2個(gè)壓電元件，能夠使轉(zhuǎn)子向反方向旋轉(zhuǎn)。
[0003]以往，作為使用于壓電驅(qū)動(dòng)裝置的壓電體，使用所謂的塊狀的壓電體。在本說明書中，“塊狀的壓電體”意味著厚度為100 μπι以上的壓電體。利用塊狀的壓電體的理由是為了使從壓電驅(qū)動(dòng)裝置賦予給被驅(qū)動(dòng)體的力充分大而想要增大壓電體的厚度。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004 - 320979號(hào)公報(bào)
[0005]專利文獻(xiàn)2:日本特開平8 - 111991號(hào)公報(bào)
[0006]然而，在將壓電驅(qū)動(dòng)裝置收納在較小的空間(例如機(jī)器人的關(guān)節(jié)內(nèi))來使用的情況下，在使用了以往的壓電體的壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，有可能配線空間不足，有想要將壓電體減薄到小于100 μπι的厚度這種期望。然而，以往沒有充分研究對(duì)于適合厚度較小的壓電體的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)。
[0007]另外，以往，驅(qū)動(dòng)電路與壓電元件之間的配線通過在壓電元件的電極焊接線狀的導(dǎo)線來進(jìn)行(專利文獻(xiàn)1，2)。因此，需要用于導(dǎo)線的空間，另外，存在配線作業(yè)中容易斷線這個(gè)課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是為了解決上述的課題的至少一部分而完成的，能夠作為以下的方式或者應(yīng)用例實(shí)現(xiàn)。
[0009](1)根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種具有振動(dòng)板和壓電振動(dòng)體的壓電驅(qū)動(dòng)裝置。上述壓電振動(dòng)體具有基板、設(shè)置在上述基板與上述振動(dòng)板之間的壓電體、設(shè)置在上述壓電體與上述基板之間的第1電極、和設(shè)置在上述壓電體與上述振動(dòng)板之間的第2電極。在上述振動(dòng)板形成有與上述第1電極或者上述第2電極的至少一方電連接的配線圖案。
[0010]根據(jù)該壓電驅(qū)動(dòng)裝置，形成在振動(dòng)板的配線圖案與第1電極和第2電極的至少一方電連接，所以與使用導(dǎo)線、焊料使第1電極、第2電極與驅(qū)動(dòng)電路連接的情況相比，能夠?qū)⑴渚€用的空間抑制得較小，另外，能夠降低斷線的可能性。
[0011](2)在上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，上述配線圖案也可以包括與上述第1電極電連接的第1配線、和與上述第2電極電連接的第2配線。
[0012]根據(jù)該構(gòu)成，振動(dòng)板的配線圖案的第1配線和第2配線與第1電極和第2電極連接，所以將配線用的空間抑制得較小，另外，能夠降低斷線的可能性。
[0013](3)在上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，也可以是上述第1電極和上述第1配線經(jīng)由第1層疊導(dǎo)電部電連接，上述第2電極和上述第2配線經(jīng)由第2層疊導(dǎo)電部電連接。
[0014]根據(jù)該構(gòu)成，振動(dòng)板的配線圖案的第1配線和第2配線經(jīng)由第1層疊導(dǎo)電部和第2層疊導(dǎo)電部分別與第1電極和第2電極連接，所以與使用導(dǎo)線、焊料的情況相比，能夠?qū)⑴渚€用的空間抑制得較小，另外，能夠降低斷線的可能性。
[0015](4)在上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，也可以包括設(shè)置在上述第1電極與上述配線圖案之間的至少1層導(dǎo)電圖案，上述第1層疊導(dǎo)電部和上述第2層疊導(dǎo)電部形成在各層的導(dǎo)電圖案上。
[0016]根據(jù)該構(gòu)成，能夠經(jīng)由1層以上的導(dǎo)電圖案，使壓電元件的第1電極以及第2電極和振動(dòng)板的配線圖案容易連接。
[0017](5)在上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，也可以是所述至少1層的導(dǎo)電圖案中的處于在層疊方向上與所述基板最遠(yuǎn)的位置的導(dǎo)電圖案通過面接觸與所述振動(dòng)板的所述配線圖案電連接。
[0018]根據(jù)該構(gòu)成，處于與基板最遠(yuǎn)的位置的導(dǎo)電圖案通過面接觸與振動(dòng)板的配線圖案電連接，所以能夠可靠并且容易地連接兩者。
[0019](6)在上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，也可以在所述至少1層的導(dǎo)電圖案中的處于在層疊方向上與所述第2電極最近的位置的導(dǎo)電圖案與所述第2電極之間設(shè)置有絕緣層，處于與所述第2電極最近的位置的導(dǎo)電圖案和所述第2電極經(jīng)由設(shè)置在所述絕緣層上的多個(gè)接觸孔電連接。
[0020]根據(jù)該構(gòu)成，由于利用多個(gè)接觸孔連接導(dǎo)電圖案和第2電極，所以能夠降低兩者之間的薄膜電阻(寄生電阻)。
[0021](7)在上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，也可以是所述至少1層的導(dǎo)電圖案包括第1導(dǎo)電圖案、第2導(dǎo)電圖案、和設(shè)置在所述第1導(dǎo)電圖案與所述第2導(dǎo)電圖案之間的絕緣層，所述第1導(dǎo)電圖案內(nèi)的所述第1層疊導(dǎo)電部和所述第2導(dǎo)電圖案內(nèi)的所述第1層疊導(dǎo)電部經(jīng)由設(shè)置在所述絕緣層上的多個(gè)接觸孔電連接，所述第1導(dǎo)電圖案內(nèi)的所述第2層疊導(dǎo)電部和所述第2導(dǎo)電圖案內(nèi)的所述第2層疊導(dǎo)電部經(jīng)由設(shè)置在所述絕緣層上的多個(gè)接觸孔電連接。
[0022]根據(jù)該構(gòu)成，由于利用多個(gè)接觸孔使導(dǎo)電圖案彼此電連接，所以能夠降低兩者之間的薄膜電阻(寄生電阻)。
[0023](8)在上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，也可以是所述振動(dòng)板包括未載置有所述壓電振動(dòng)體的表面部分，所述配線圖案延伸到未載置有所述壓電振動(dòng)體的表面部分。
[0024]根據(jù)該構(gòu)成，能夠容易地進(jìn)行壓電元件的電極和驅(qū)動(dòng)電路的連接。
[0025](9)在上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，上述壓電體的厚度也可以為0.05 μ m以上20 μ m以下。
[0026]在該構(gòu)成中，導(dǎo)電圖案通過多個(gè)接觸孔連接，降低薄膜電阻(寄生電阻)，所以在使用厚度為0.05 μπι以上20 μπι以下的薄膜的壓電體的情況下，即使提高施加給壓電體的電壓，也可以是損失少、提高效率。
[0027](10)在上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，也可以是上述振動(dòng)板由導(dǎo)電性部件形成，
[0028]上述配線圖案的一部分遍及上述振動(dòng)板的側(cè)面而形成，并與上述振動(dòng)板電連接。
[0029]根據(jù)該構(gòu)成，能夠容易使壓電元件的電極和振動(dòng)板電連接。
[0030](11)在上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置中，所述壓電振動(dòng)體具備多個(gè)由所述第1電極、所述壓電體、和所述第2電極構(gòu)成的壓電元件，
[0031]在將同時(shí)被驅(qū)動(dòng)的一個(gè)以上的壓電元件作為1組壓電元件組的情況下，所述多個(gè)壓電元件被劃分為N組(N為2以上的整數(shù))的壓電元件組，
[0032]在各組的壓電元件組中，在該壓電元件組包括2個(gè)以上的壓電元件的情況下，該2個(gè)以上的壓電元件的所述第2電極彼此經(jīng)由連接配線直接連接，
[0033]與所述N組的壓電元件組的所述第2電極分別對(duì)應(yīng)地以相互絕緣的狀態(tài)設(shè)置N個(gè)所述第2配線和N個(gè)所述第2層疊導(dǎo)電部，
[0034]根據(jù)該構(gòu)成，能夠使用N個(gè)第2層疊導(dǎo)電部使N組壓電元件組的第2電極與振動(dòng)板的N個(gè)第2配線容易連接。
[0035](12)上述壓電驅(qū)動(dòng)裝置也可以具備突起部，該突起部被設(shè)置在所述振動(dòng)板，并能夠與被驅(qū)動(dòng)體接觸。
[0036]根據(jù)該構(gòu)成，能夠使用突起部使被驅(qū)動(dòng)體動(dòng)作。
[0037]本發(fā)明能夠以各種方式實(shí)現(xiàn)，例如，除了壓電驅(qū)動(dòng)裝置之外，能夠以壓電驅(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)器人等各種裝置以及其驅(qū)動(dòng)方法等各種方式實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0038]圖1是表示第1實(shí)施方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖以及剖視圖。
[0039]圖2是振動(dòng)板的俯視圖。
[0040]圖3是表示壓電驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)電路的電連接狀態(tài)的說明圖。
[0041]圖4是表示壓電驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作的例子的說明圖。
[0042]圖5是壓電振動(dòng)體的剖視圖。
[0043]圖6是壓電驅(qū)動(dòng)裝置的制造流程圖。
[0044]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。
[0045]圖8是表不緊接著圖7的工序的說明圖。
[0046]圖9是表示各種配線層、絕緣層的一個(gè)例子的俯視圖。
[0047]圖10是表不形成在振動(dòng)板上的配線圖案的一個(gè)例子的俯視圖。
[0048]圖11是表不形成在振動(dòng)板上的配線圖案的其它例子的俯視圖。
[0049]圖12是壓電驅(qū)動(dòng)裝置的層疊配線結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0050]圖13是表示壓電元件和驅(qū)動(dòng)電路的等效電路的電路圖。
[0051]圖14是表示其它層疊配線結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0052]圖15是其它實(shí)施方式的壓電驅(qū)動(dòng)裝置的俯視圖。
[0053]圖16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。
[0054]圖17是機(jī)器人的手腕部分的說明圖。
[0055]圖18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】
[0056].第1實(shí)施方式:
[0057]圖1(A)是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的壓電驅(qū)動(dòng)裝置10的概略結(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、和分別配置在振動(dòng)板200的兩面(第1面211和第2面212)的2個(gè)壓電振動(dòng)體100。壓電振動(dòng)體100具備基板120、形成在基板120上的第1電極130、形成在第1電極130上的壓電體140、和形成在壓電體140上的第2電極150。第1電極130和第2電極150夾持壓電體140來構(gòu)成壓電元件。2個(gè)壓電振動(dòng)體100以振動(dòng)板200為中心對(duì)稱配置。另外，在該實(shí)施方式中，以基板120和振動(dòng)板200夾持壓電元件(130、140、150)的方式將壓電振動(dòng)體100設(shè)置在振動(dòng)板200上。2個(gè)壓電振動(dòng)體100具有相同的構(gòu)成，所以以下只要未特別說明，對(duì)處于振動(dòng)板200的下側(cè)的壓電振動(dòng)體100的構(gòu)成進(jìn)行說明。
[0058]壓電振動(dòng)體100的基板120作為用于通過成膜工序形成第1電極130、壓電體140、和第2電極150的基板被使用。另外，基板120也可以具有作為進(jìn)行機(jī)械式的振動(dòng)的振動(dòng)板的功能?；?20能夠例如由S1、A1203、Zr02等形成。作為Si制的基板120，能夠利用例如半導(dǎo)體制造用的Si晶片。在該實(shí)施方式中，基板120的平面形狀為長方形?；?20的厚度優(yōu)選例如10 μπι以上100 μπι以下的范圍。如果將基板120的厚度設(shè)為10 μπι以上，則在基板120上的成膜處理時(shí)能夠比較容易處理基板120。另外，如果將基板120的厚度設(shè)為100 μπι以下，則能夠根據(jù)由薄膜形成的壓電體140的伸縮，容易地使基板120振動(dòng)。
[0059]第1電極130形成為在基板120上形成的一個(gè)連續(xù)的導(dǎo)電體層。另一方面，如圖1 (Α)所不，第2電極150被劃分為5個(gè)導(dǎo)電體層150a?150e (也稱為“第2電極150a?150e”