(57)【要約】【課題】電流効率を向上させることができる振動子およびその製造方法を提供すること、また、この振動子を備える圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置を提供すること。【解決手段】基板と、前記基板の一方の面側に配置されている電極を有する圧電素子と、を備え、前記基板は、ｐ型およびｎ型のうちの一方の半導体で構成されている第１半導体部と、前記第１半導体部の前記電極側の面上に、前記第１半導体部と前記電極とが重なる方向から見た平面視で前記電極の少なくとも一部に重なって配置され、ｐ型およびｎ型のうちの他方の半導体で構成されている第２半導体部と、を有することを特徴とする振動子。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置されている圧電素子と、を備え、
前記圧電素子は前記基板との間に電極を有し、
前記基板は、
ｐ型およびｎ型のうちの一方の半導体で構成されている第１半導体部と、
前記第１半導体部と前記電極との間にあって前記第１半導体に接合し、前記第１半導体部と前記電極とが重なる方向から見た平面視で前記電極の少なくとも一部に重なって配置され、ｐ型およびｎ型のうちの他方の半導体で構成されている第２半導体部と、を有することを特徴とする振動子。
【請求項２】
前記基板と前記電極との間に配置されている誘電体層を備える請求項１に記載の振動子。
【請求項３】
前記第２半導体部は、前記第１半導体部と前記誘電体層との間に配置されている請求項２に記載の振動子。
【請求項４】
前記第１半導体部は、ｐ型半導体で構成され、
前記第２半導体部は、ｎ型半導体で構成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項５】
前記圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項６】
前記圧電体は、バルク状である請求項５に記載の振動子。
【請求項７】
前記電極は、前記圧電素子を駆動する駆動信号を生成する駆動回路に電気的に接続されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動子と、
前記振動子に設けられている凸部と、を有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動子を備えることを特徴とする圧電モーター。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動子を備えることを特徴とするロボット。
【請求項１１】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動子を備えることを特徴とする電子部品搬送装置。
【請求項１２】
基板を準備する基板準備工程と、
前記基板の一方の面側に、電極を有する圧電素子を配置する素子配置工程と、を含み、
前記基板準備工程で準備する前記基板は、ｐ型およびｎ型のうちの一方の半導体で構成されている第１半導体部と、前記第１半導体部上に配置され、ｐ型およびｎ型のうちの他方の半導体で構成されている第２半導体部と、を有し、
前記素子配置工程は、前記第２半導体部に対して前記第１半導体部とは反対側にて、前記第１半導体部と前記電極とが重なる方向から見た平面視で前記電極の少なくとも一部が前記第２半導体部に重なるように前記圧電素子を配置することを特徴とする振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置および振動子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電素子を用いた振動子を備える圧電アクチュエーターが知られている（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１に記載のアクチュエーターは、シリコン基板と、このシリコン基板上に下部電極、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）および上部電極をこの順で積層して構成されている圧電素子と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０９６１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のアクチュエーターのように、シリコン基板上に圧電素子を配置している圧電アクチュエーターでは、一般に、シリコン基板と圧電素子の下部電極との間に、シリコン酸化膜のような誘電体膜を配置することが行われる。かかる誘電体膜の膜厚は、一般に、生産効率等の都合から、比較的薄い。そのため、従来では、下部電極とシリコン基板との間の静電容量が比較的大きいため、圧電素子を駆動するための電流を下部電極に供給したとき、当該電流の一部が誘電体膜を介してシリコン基板に流れてしまい、その結果、電流効率を低下させてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、電流効率を向上させることができる振動子およびその製造方法を提供すること、また、この振動子を備える圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の振動子は、基板と、
前記基板上に配置されている圧電素子と、を備え、
前記圧電素子は前記基板との間に電極を有し、
前記基板は、
ｐ型およびｎ型のうちの一方の半導体で構成されている第１半導体部と、
前記第１半導体部と前記電極との間にあって前記第１半導体に接合し、前記第１半導体部と前記電極とが重なる方向から見た平面視で前記電極の少なくとも一部に重なって配置され、ｐ型およびｎ型のうちの他方の半導体で構成されている第２半導体部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このような振動子によれば、第１半導体部および第２半導体部がｐｎ接合を構成することで、電極と基板との間の電流の流れを制限し、振動子内のリーク電流等を低減することができる。そのため、振動子の電流効率を向上させることができる。
【０００８】
本発明の振動子では、前記基板と前記電極との間に配置されている誘電体層を備えることが好ましい。
これにより、電極から基板へ電流をより流れ難くすることができる。
【０００９】
本発明の振動子では、前記第２半導体部は、前記第１半導体部と前記誘電体層との間に配置されていることが好ましい。
これにより、電極と第１半導体部との間にｐｎ接合が介在することとなり、電極と基板との間の電流の流れを効果的に制限することができる。
【００１０】
本発明の振動子では、前記第１半導体部は、ｐ型半導体で構成され、
前記第２半導体部は、ｎ型半導体で構成されていることが好ましい。
これにより、電極から基板（第１半導体部）への電流の流れを制限することができる。
【００１１】
本発明の振動子では、前記圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体を有することが好ましい。
これにより、優れた圧電性を有する圧電素子を実現することができる。そのため、振動子の電流効率をより向上させることができる。
【００１２】
本発明の振動子では、前記圧電体は、バルク状であることが好ましい。
これにより、圧電素子の製造を容易にすることができる。
【００１３】
本発明の振動子では、前記電極は、前記圧電素子を駆動する駆動信号を生成する駆動回路に電気的に接続されていることが好ましい。
このように基板上の電極に駆動信号を入力する場合において、電極と基板との間の電流の流れを制限することによる振動子の電流効率を高める効果が顕著となる。
【００１４】
本発明の圧電アクチュエーターは、本発明の振動子と、
前記振動子に設けられている凸部と、を有することを特徴とする。
このような圧電アクチュエーターによれば、振動子の電流効率を向上させることで、駆動力を効率的に発生させることができる。
【００１５】
本発明の圧電モーターは、本発明の振動子を備えることを特徴とする。
このような圧電モーターによれば、振動子の電流効率を向上させることで、駆動力（回転力）を効率的に発生させることができる。
【００１６】
本発明のロボットは、本発明の振動子を備えることを特徴とする。
このようなロボットによれば、振動子の電流効率を向上させることで、ロボットの特性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の電子部品搬送装置は、本発明の振動子を備えることを特徴とする。
このような電子部品搬送装置によれば、振動子の電流効率を向上させることで、電子部品搬送装置の特性を向上させることができる。
【００１８】
本発明の振動子の製造方法は、基板を準備する基板準備工程と、
前記基板の一方の面側に、電極を有する圧電素子を配置する素子配置工程と、を含み、
前記基板準備工程で準備する前記基板は、ｐ型およびｎ型のうちの一方の半導体で構成されている第１半導体部と、前記第１半導体部上に配置され、ｐ型およびｎ型のうちの他方の半導体で構成されている第２半導体部と、を有し、
前記素子配置工程は、前記第２半導体部に対して前記第１半導体部とは反対側にて、前記第１半導体部と前記電極とが重なる方向から見た平面視で前記電極の少なくとも一部が前記第２半導体部に重なるように前記圧電素子を配置することを特徴とする。
【００１９】
このような振動子の製造方法によれば、優れた電流効率を有する振動子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電モーターの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す圧電モーターが備える圧電アクチュエーターの分解斜視図である。
【図３】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１に示す圧電モーターの動作を説明するための図である。
【図５】図３に示す圧電アクチュエーターが備えるｐｎ接合部の作用を説明するための模式図である。
【図６】図３に示す圧電アクチュエーターが備えるｐｎ接合部の変形例の作用を説明するための模式図である。
【図７】図１に示す圧電モーター（圧電アクチュエーター）が備える振動子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。
【図９】図８に示す圧電アクチュエーターが備える基板の斜視図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。
【図１１】図１０に示す圧電アクチュエーターが備える支持基板の斜視図である。
【図１２】本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。
【図１３】本発明の電子部品搬送装置の実施形態を示す斜視図である。
【図１４】図１３に示す電子部品搬送装置が備える電子部品保持部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の振動子、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置および振動子の製造方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
（圧電モーター）
まず、本発明の圧電モーター（本発明の振動子または圧電アクチュエーターを備える圧電モーター）について説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターの概略構成を示す平面図である。図２は、図１に示す圧電モーターが備える圧電アクチュエーターの分解斜視図である。図３は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図１に示す圧電モーターの動作を説明するための図である。なお、以下では、説明の便宜上、図３中の上側を「上」、下側を「下」ともいう。
【００２４】
図１に示す圧電モーター２００は、回動軸Ｏまわりに回動可能な被駆動部（従動部）であるローター２１０と、ローター２１０の外周面２１１に当接する圧電アクチュエーター１００と、を有している。この圧電モーター２００では、圧電アクチュエーター１００を駆動（振動）させることで、その駆動力をローター２１０に伝達し、ローター２１０を回動軸Ｏまわりに回動（回転）させる。なお、圧電モーター２００は、図示では被駆動部を回転運動させる構成であるが、これに限定されず、例えば、被駆動部を直線運動させる構成であってもよい。また、圧電モーター２００は、１つの被駆動部に対して複数の圧電アクチュエーター１００を当接させる構成であってもよい。
【００２５】
［圧電アクチュエーター］
圧電アクチュエーター１００は、振動子１と、振動子１に設けられている凸部１１０と、を有している。
【００２６】
図２に示すように、振動子１は、１対の基板２、３と、これら基板２、３間に配置されている圧電素子４およびスペーサー５と、を有している。ここで、基板２の基板３側の面（図２中の上面）上には、配線６１が配置されている。また、基板３の基板２側の面（図２中の下面）上には、配線６２が配置されている。そして、図３に示すように、基板２の上面と圧電素子４の下面とは、圧電素子４（より具体的には後述する第１電極４１）が配線６１に電気的に接続されるように、絶縁性の接着剤７１を介して接合されている。同様に、基板３の下面と圧電素子４の上面とは、圧電素子４（より具体的には後述する第２電極４３）が配線６２に電気的に接続されるように、絶縁性の接着剤７２を介して接合されている。また、図示しないが、基板２の上面および基板３の下面とスペーサー５とは、接着剤７１、７２と同様の接着剤を介して接合されている。接着剤７１、７２としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコン系等の各種接着剤が挙げられる。また、接着剤を介さない、例えばＡｕ−Ａｕ接合などの個体接合であれば接着剤７１、７２はなくてもよい。
【００２７】
基板２は、前述した接着剤７１により圧電素子４に接合されている振動部２１と、図示しない接着剤によりスペーサー５に接合されている支持部２２と、これらを接続している１対の接続部２３と、を有している。振動部２１は、基板２、３が重なる方向から見た平面視（以下、単に「平面視」ともいう）で、長方形（長手形状）をなしている。また、支持部２２は、平面視で振動部２１の長手方向での一端側の部分の外周を囲う形状をなしている。また、１対の接続部２３は、振動部２１の幅方向（長手方向に対して直交する方向）での両端と支持部２２とを接続している。
【００２８】
本実施形態では、基板２、３は、互いに実質的に同じ平面視形状をなしており、基板３は、基板２と同様に、前述した接着剤７２により圧電素子４に接合されている振動部３１と、図示しない接着剤によりスペーサー５に接合されている支持部３２と、これらを接続している１対の接続部３３と、を有している。
【００２９】
なお、振動部２１、３１、支持部２２、３２および接続部２３、３３の形状や配置等は、図示のものに限定されない。例えば、支持部２２、３２が接続部２３、３３ごとに分離して設けられていてもよい。また、接続部２３、３３の数、形状および配置等も任意である。また、基板２、３の平面視形状が互いに異なっていてもよい。
【００３０】
このような基板２、３としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板、シリコンカーバイト基板等の半導体基板を用いることができる。基板２、３として半導体基板（特にシリコン基板）を用いることで、前述したような振動部２１、３１、支持部２２、３２および接続部２３、３３を有する基板２、３をシリコンウエハプロセス（ＭＥＭＳプロセス）により生産性よく高精度に製造することができる。
【００３１】
図３に示すように、基板２の圧電素子４側の面（上面）には、誘電体層２４が設けられている。これにより、基板２を介した配線６１の短絡を低減することができる。同様に、基板３の圧電素子４側の面（下面）には、誘電体層３４が設けられている。これにより、基板３を介した配線６２の短絡を低減することができる。誘電体層２４、３４は、それぞれ、例えば、基板２、３がシリコン基板である場合、シリコン基板の表面を熱酸化することにより形成されたシリコン酸化膜である。
【００３２】
また、基板２は、板状の第１半導体部２５と、第１半導体部２５の圧電素子４側の面に設けられている複数の第２半導体部２６と、を有する。ここで、第１半導体部２５および第２半導体部２６のうち、一方がｎ型半導体で構成され、他方がｐ型半導体で構成されている。そして、第１半導体部２５と第２半導体部２６との間には、ｐｎ接合が形成されている。
【００３３】
特に、複数の第２半導体部２６は、後述する圧電素子４の複数の第１電極４１に対応して設けられ、それぞれ、第１電極４１と第１半導体部２５との間に介在している。このように第２半導体部２６を配置することにより、基板２を介した複数の第１電極４１間の電流の流れを遮るように、第１半導体部２５および第２半導体部２６によるｐｎ接合を配置することができる。これにより、第１電極４１と基板２との間の電流の流れを制限し、振動子１におけるリーク電流を低減することができる。その結果、振動子１の電流効率を向上させることができる。なお、この点については、後に詳述する。
また、基板３を構成する半導体は、ｎ型またはｐ型のいずれの半導体であってもよく、また、不純物を含まない真正半導体であってもよい。また、基板３は、基板２と同様の構成であってもよい。
【００３４】
なお、基板２は、前述した第１半導体部２５および第２半導体部２６以外の部分を有していてもよく、例えば、第１半導体部２５の第２半導体部２６とは反対側の面（下面）に、第１半導体部２５とは不純物の導電型またはドープ量が異なる半導体で構成された半導体部が設けられていてもよい。また、図示では、第１半導体部２５と第２半導体部２６との界面が明確に示されているが、かかる界面は、明確でなくてもよく、例えば、かかる界面付近では、第１半導体部２５および第２半導体部２６に含まれる不純物が混在していてもよい。
【００３５】
前述した基板２、３の振動部２１、３１は、圧電素子４を挟んでおり、圧電素子４とともに振動する「振動板」を構成している。このような振動部の長手方向での一端部（先端部）には、その幅方向での中央部に凸部１１０が設けられている。この凸部１１０は、振動子１の振動を摩擦摺動によりローター２１０へ伝達する伝達部として機能するものであり、例えば、セラミックス等の耐摩耗性に優れた材料で構成された部材が当該一端部に接着剤等により接合されることにより構成されている。なお、凸部１１０の形状は、駆動力をローター２１０（被駆動部）に伝達可能であればよく、図示の形状に限定されない。
【００３６】
圧電素子４は、図１および図２に示すように、複数（図示では５つ）の第１電極４１と、圧電体４２と、第２電極４３と、を有し、これらがこの順で積層されて構成されている。圧電体４２は、板状をなし、前述した基板２、３の振動部２１、３１と同様の平面視形状をなしている。この圧電体４２の一方の面（下面）には、５つの第１電極４１が設けられ、他方の面（上面）には、第２電極４３が設けられている。
【００３７】
５つの第１電極４１は、圧電体４２の幅方向の中央部に圧電体４２の長手方向に沿って配置されている第１電極４１ｅと、第１電極４１ｅに対して圧電体４２の幅方向の一方側に圧電体４２の長手方向に沿って配置されている２つの第１電極４１ａ、４１ｂと、第１電極４１ｅに対して圧電体４２の幅方向の他方側に圧電体４２の長手方向に沿って配置されている２つの第１電極４１ｃ、４１ｄとで構成されている。
【００３８】
そして、第１電極４１ａ、圧電体４２および第２電極４３を含む積層体が圧電素子４ａを構成している。同様に、第１電極４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、圧電体４２および第２電極４３を含む積層体が圧電素子４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅを構成している。このように、圧電素子４は、５つの圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅを有している。
【００３９】
このように、第１電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅは、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられた個別電極である。一方、第２電極４３は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに共通して設けられた共通電極である。また、圧電体４２は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに共通して一体的に設けられている。なお、圧電体４２は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられていてもよい。
【００４０】
第１、第２電極４１、４３の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料が挙げられる。
【００４１】
圧電体４２は、圧電体４２の厚さ方向に沿った方向の電界が印加されることで、前述した基板２、３の振動部２１、３１の長手方向に沿った方向に伸縮する。このような圧電体４２の構成材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）、メタニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電セラミックスが挙げられる。なお、圧電体４２の構成材料としては、上述した圧電セラミックスの他にも、ポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いてもよい。
【００４２】
中でも、圧電体４２の構成材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛を用いることが好ましい。このように、圧電素子４がチタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体４２を有することにより、優れた圧電性を有する圧電素子４を実現することができる。そのため、振動子１の電流効率をより向上させることができる。
【００４３】
また、圧電体４２は、例えば、バルク材料から形成してもよいし、ゾル−ゲル法やスパッタリング法を用いて形成してもよいが、バルク材料から形成することが好ましい。すなわち、圧電体４２は、バルク状であることが好ましい。これにより、圧電素子４の製造が容易になる。なお、「バルク」とは、薄膜でないもの、例えば分厚い塊状のものを意味し、複数個が集まったもの、例えば積層したものも含む。
【００４４】
また、前述した基板２、３の支持部２２、３２は、スペーサー５を挟んでおり、支持部２２が１対の接続部２３を介して振動部２１を支持しているとともに、支持部３２が１対の接続部３３を介して振動部３１を支持している。接続部２３、３３間には、圧電素子４およびスペーサー５がいずれも配置されておらず、圧電素子４またはスペーサー５の厚さに応じた隙間が形成されている。
【００４５】
スペーサー５は、平面視で、前述した基板２、３の支持部２２、３２と実質的に同じ形状および大きさを有している。このスペーサー５は、支持部２２、３２の剛性を高める機能を有する。また、スペーサー５の少なくとも表面は、誘電体性を有している。これにより、スペーサー５を介して配線６１、６２の短絡を防止することができる。このようなスペーサー５の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ジルコニア、アルミナ、チタニア等の各種セラミックス、シリコン、各種樹脂材料等が挙げられる。なお、金属材料のような導電性材料を用いてスペーサー５を構成することもでき、この場合、スペーサー５の表面に絶縁処理を施せばよい。また、スペーサー５は、１つの部材で構成されていてもよいが、複数の部材、例えば、複数層が積層・接合された積層体で構成されていてもよい。
【００４６】
図２に示すように、配線６１は、前述した誘電体層２４上に配置され、基板２と圧電素子４およびスペーサー５との間に位置している。一方、配線６２は、前述した誘電体層３４上に配置され、基板３と圧電素子４およびスペーサー５との間に位置している。このように、圧電素子４およびスペーサー５に対して一方側（下側）に配線６１を配置し、他方側（上側）に配線６２を配置することで、配線６１と配線６２との短絡を防止しつつ、配線６１および配線６２の配置の自由度を高めることができる。
【００４７】
配線６１は、複数の配線６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅを含んでいる。配線６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅは、それぞれ、基板２の接続部２３上を介して振動部２１上および支持部２２上にわたって配置されており、一端部が振動部２１上に配置され、他端部が支持部２２上に配置されている。そして、配線６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅの一端部は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに対応して設けられており、第１電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅに接続されている。また、配線６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅの他端部は、基板２の支持部２２とスペーサー５との間から露出し、図示しないフレキシブル配線基板を介して、図示しない駆動回路に電気的に接続されている。
【００４８】
一方、配線６２は、基板３の接続部３３上を介して振動部３１上および支持部３２上にわたって配置されており、一端部が振動部３１上に配置され、他端部が支持部３２上に配置されている。そして、配線６２の一端部は、圧電素子４の第２電極４３に接続されている。また、配線６２の他端部は、基板３の支持部３２とスペーサー５との間から露出し、図示しないフレキシブル配線基板を介して、グランド電位に電気的に接続（接地）されている。
【００４９】
このような配線６１、６２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料が挙げられる。また、配線６１、６２の形成方法としては、特に限定されず、例えば、蒸着、スパッタリング、めっき法等を用いることができる。
【００５０】
以上説明したような構成の圧電モーター２００は、図示しない駆動回路から所定周波数の駆動信号が配線６１を介して圧電素子４の第１電極４１に入力されることにより作動する。例えば、圧電素子４ａ、４ｄへの駆動信号と圧電素子４ｂ、４ｃへの駆動信号との位相差を１８０°とし、圧電素子４ａ、４ｄへの駆動信号と圧電素子４ｅへの駆動信号との位相差を３０°とすることで、各圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅの伸縮により、圧電素子４が基板２、３の振動部２１、３１とともに図４に示すようにＳ字形状に屈曲振動し、これにより、凸部１１０の先端が楕円運動する。その結果、ローター２１０は、外周面２１１が凸部１１０から一方向に駆動力を繰り返し受けて、回動軸Ｏまわりに矢印方向に回転する。なお、圧電素子４ａ、４ｄへの駆動信号との位相差が２１０°となるように（すなわち片回転していた位相条件の逆位相となるように）圧電素子４ｅに駆動信号を印加すれば、ローター２１０を逆回転させることができる。
【００５１】
以下、基板２の第１半導体部２５および第２半導体部２６について詳述する。
図５は、図３に示す圧電アクチュエーターが備えるｐｎ接合部の作用を説明するための模式図である。図６は、図３に示す圧電アクチュエーターが備えるｐｎ接合部の変形例の作用を説明するための模式図である。
【００５２】
前述したように、振動子１は、基板２と、基板２の一方の面（上面）側に配置されている「電極」である第１電極４１を有する圧電素子４と、を備えている。そして、基板２は、ｐ型およびｎ型のうちの一方の半導体で構成されている第１半導体部２５と、第１半導体部２５の第１電極４１側の面上に、第１半導体部２５と第１電極４１とが重なる方向から見た平面視で第１電極４１の少なくとも一部に重なって配置され、ｐ型およびｎ型のうちの他方の半導体で構成されている第２半導体部２６と、を有する。
【００５３】
このような振動子１によれば、第１半導体部２５および第２半導体部２６がｐｎ接合を構成することで、第１電極４１と基板２との間の電流の流れを制限し、振動子１内のリーク電流等を低減することができる。そのため、振動子１の電流効率を向上させることができる。なお、配線６１の平面視で第１電極４１と重なる部分は、第１電極４１に電気的に接続されているため、第１電極４１の一部とみなすことができ、その場合、当該部分および第１電極４１が「電極」を構成しているといえる。
【００５４】
より具体的に説明すると、図５に示すように、「電極」である第１電極４１は、圧電素子４を駆動する駆動信号を生成する駆動回路１０に電気的に接続されている。そして、圧電素子４の第１電極４１には、駆動回路１０から駆動信号として電流が入力される。このとき、第１電極４１に入力された電流が、図５中の実線矢印で示すように、圧電体４２を介して第２電極４３へ流れることにより、圧電素子４が駆動される。このように基板２上の第１電極４１に駆動信号を入力する場合において、以下に述べるように、第１電極４１と基板２との間の電流の流れを制限することによる振動子１の電流効率を高める効果が顕著となる。
【００５５】
振動子１は、基板２と「電極」である第１電極４１との間に配置されている誘電体層２４を備える。これにより、第１電極４１から基板２へ電流をより流れ難くすることができる。
【００５６】
しかし、第１電極４１が誘電体層２４を介して半導体基板である基板２に対向しており、誘電体層２４がキャパシタＣｓを形成している。誘電体層２４の誘電率は圧電体４２よりも小さいので厚さと面積が同じであれば、キャパシタＣｓは圧電体４２が形成するキャパシタＣｐよりも小さくなるが、誘電体層２４の厚さが圧電体４２の厚さよりも極めて薄いため、このキャパシタＣｓとキャパシタＣｐとの容量の差が小さくなってしまう場合がある。
【００５７】
そのため、仮に基板２が例えば単なるシリコン基板であると、第１電極４１に入力された電流の少なくとも一部が、図５中の二点鎖線矢印で示すように、誘電体層２４を介して基板２に漏れ電流として流れてしまう。このような漏れ電流（以下、単に「漏れ電流」ともいう）は、抵抗Ｒとなる基板２を通じて他の第１電極４１に入力され、振動子１の電流効率の低下を招いたり、振動子１の意図しない振動の原因となったりする。
【００５８】
そこで、振動子１では、前述したように、基板２にｐｎ接合を設けることで、第１電極４１から基板２への電流の流れ、または、基板２から第１電極４１への電流の流れを制限し、前述したような漏れ電流を低減する。
【００５９】
例えば、図５に示すように、第１半導体部２５がｐ型半導体で構成され、第２半導体部２６がｎ型半導体で構成されている場合、第１電極４１に入力された電流は、その第１電極４１の直下のｎ型の第２半導体部２６に流れても、第２半導体部２６の下面および側面とｐ型の第１半導体部２５とで構成されているｐｎ接合により、第１半導体部２５へ流れることが阻止される。そのため、第１電極４１に入力された電流が漏れ電流となって他の第１電極４１に入力されることを低減することができる。
【００６０】
また、図６に示すように、第１半導体部２５がｎ型半導体で構成され、第２半導体部２６がｐ型半導体で構成されている場合、第１電極４１に入力された電流は、その第１電極４１の直下のｐ型の第２半導体部２６に流れても、ｎ型の第１半導体部２５に流れるものの、他の第２半導体部２６の下面および側面とｎ型の第１半導体部２５とで構成されているｐｎ接合により、他の第２半導体部２６へ流れることが阻止される。そのため、第１電極４１に入力された電流が漏れ電流となって他の第１電極４１に入力されることを低減することができる。
【００６１】
このように第１半導体部２５および第２半導体部２６の一方がｐ型半導体で構成され、
他方がｎ型半導体で構成されていることにより、漏れ電流を低減することができるが、前述した図５に示すように、第１半導体部２５がｐ型半導体で構成され、第２半導体部２６がｎ型半導体で構成されていることが好ましい。これにより、前述したように、第１電極４１から基板２（第１半導体部２５）への電流の流れを制限することができる。そのため、漏れ電流が第１半導体部２５を流れることが低減され、振動子１の電流効率を効果的に向上させることができる。
【００６２】
また、第２半導体部２６は、第１半導体部２５と誘電体層２４との間に配置されている。これにより、第１電極４１と第１半導体部２５との間にｐｎ接合が介在することとなり、第１電極４１と基板２との間の電流の流れを効果的に制限することができる。
【００６３】
ここで、第２半導体部２６は、平面視で、対応する第１電極４１の少なくとも一部に重なりかつ他の第１電極４１に重なっていなければよいが、配線６１および第１電極４１の双方に重なっていることが好ましく、図示では、第１電極４１を包含する領域にわたって配置されている。これにより、第１電極４１と基板２との間の電流の流れを効果的に制限（阻止）することができる。例えば、平面視で、第２半導体部２６の外周縁は、配線６１の第１電極４１に重なる部分の外周縁よりも外側に位置し、これらの外周縁間の距離Ｌ１（図３参照）が、２μｍ以上であることが好ましい。また、平面視で、第２半導体部２６の外周縁は、第１電極４１の外周縁よりも外側に位置し、これらの外周縁間の距離Ｌ２（図３参照）が、２μｍ以上であることがより好ましい。
【００６４】
また、圧電アクチュエーター１００は、前述したような振動子１と、振動子１に設けられている凸部１１０と、を有する。これにより、前述したように振動子１の電流効率を向上させることで、駆動力を効率的に発生させることができる。
【００６５】
また、圧電モーター２００は、前述したように、圧電アクチュエーター１００と、この圧電アクチュエーター１００により駆動（回転）するローター２１０と、を備える。したがって、圧電モーター２００は、前述したような振動子１を備える。これにより、前述したように振動子１の電流効率を向上させることで、駆動力（回転力）を効率的に発生させることができる。
【００６６】
（振動子の製造方法）
次に、振動子１の製造方法について説明する。
図７は、図１に示す圧電モーター（圧電アクチュエーター）が備える振動子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００６７】
振動子１の製造方法は、図１に示すように、基板準備工程Ｓ１０と、素子配置工程Ｓ２０と、を含む。以下、各工程について順次説明する。
【００６８】
［基板準備工程］
基板準備工程Ｓ１０では、基板２、３を準備する。具体的には、まず、例えば、ｐ型またはｎ型のシリコンで構成されているシリコン基板を用意する。次に、このシリコン基板を基板２の平面視形状となるようにエッチングにより加工する。そして、シリコン基板の一方の面に、イオン注入により不純物をドープした後に熱による活性化処理することにより、第２半導体部２６を形成する。このとき、ｐ型の第２半導体部２６を形成する場合、シリコン基板はｎ型の半導体で構成され、不純物としてボロン（Ｂ）等の不純物を用い、一方、ｎ型の第２半導体部２６を形成する場合、シリコン基板はｐ型の半導体で構成され、リン（Ｐ）等の不純物を用いる。このように第２半導体部２６を形成することで、シリコン基板の第２半導体部２６以外の部分が第１半導体部２５となる。その後、シリコン基板の当該一方の面を熱酸化することで、誘電体層２４を形成する。これにより、基板２が得られる。また、基板２上に公知の成膜方法により配線６１を形成する。
【００６９】
また、不純物のドープおよび熱処理を省略した以外は、基板２と同様にして、基板３を得る。また、基板３上に公知の成膜法により配線６２を形成する。
【００７０】
一方、圧電体のバルク材料を加工して圧電体４２を形成するとともに、第１電極４１および第２電極４３を公知の成膜法を用いて形成することで、圧電素子４を得る。
【００７１】
［素子配置工程］
素子配置工程Ｓ２０では、基板２の一方の面側に、圧電素子４を配置する。具体的には、基板２の配線６１側の面に、圧電素子４の第１電極４１側の面を接着剤により接合する。このとき、対応する配線６１と第１電極４１とを接触させた状態で、基板２と圧電素子４とを接合する。同様に、基板３の配線６２側の面に、圧電素子４の第２電極４３側の面を接着剤により接合する。
【００７２】
以上のようにして振動子１が得られる。この振動子１に凸部１１０を接着剤により接合することで、圧電アクチュエーター１００が得られる。
【００７３】
以上説明した振動子１の製造方法は、基板２を準備する基板準備工程Ｓ１０と、基板２の一方の面側に、「電極」である第１電極４１を有する圧電素子４を配置する素子配置工程Ｓ２０と、を含む。基板準備工程Ｓ１０で準備する基板２は、ｐ型およびｎ型のうちの一方の半導体で構成されている第１半導体部２５と、第１半導体部２５上に配置され、ｐ型およびｎ型のうちの他方の半導体で構成されている第２半導体部２６と、を有する。素子配置工程Ｓ２０は、第２半導体部２６に対して第１半導体部２５とは反対側にて、第１半導体部２５と「電極」である第１電極４１とが重なる方向から見た平面視で第１電極４１の少なくとも一部が第２半導体部２６に重なるように圧電素子４を配置する。このような振動子１の製造方法によれば、前述したように優れた電流効率を有する振動子１を容易に得ることができる。
【００７４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターについて説明する。
【００７５】
図８は、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。図９は、図８に示す圧電アクチュエーターが備える基板の斜視図である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図８および図９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００７６】
図８に示す圧電アクチュエーター１００Ａは、圧電素子４Ａを有する２つの振動子１Ａを備え、これらの圧電素子４Ａ側の面が互いに前述した接着剤７１、７２と同様の接着剤７３を介して接合されている。ここで、２つの振動子１Ａは、互いに同様の構成であり、対称（互いに鏡像の関係）となるように構成されている。
【００７７】
振動子１Ａは、基板２と、基板２上に配置されている圧電素子４Ａと、を有する。ここで、圧電素子４Ａは、複数の第１電極４１と、圧電体４２Ａと、第２電極４３と、を有し、これらがこの順で積層されている。また、圧電素子４Ａの外表面には、保護層４４が設けられている。この保護層４４の構成材料としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。また、保護層４４は、例えば、スピンコート法を用いて形成することができる。
【００７８】
また、図９に示すように、基板２の一方の面上には、複数の配線６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅを含んでいる配線６１Ａが配置されている。配線６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅの一端部は、基板２の振動部２１上に配置され、圧電素子４Ａの第１電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅを兼ねている。このような第１電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅは、公知の成膜法により配線６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅと一括して形成することができる。また、圧電体４２Ａは、配線６１Ａの形成後に、基板２上に公知の成膜法（例えばゾル−ゲル法）により形成することができる。
【００７９】
以上説明したような第２実施形態によっても、電流効率を向上させることができる。なお、図示では、２つの振動子１Ａの圧電素子４Ａ側の面同士を接着剤７３により接合したが、２つの振動子１Ａの基板２側の面同士を接着剤７３により接合してもよい。
【００８０】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエーターについて説明する。
【００８１】
図１０は、本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。図１１は、図１０に示す圧電アクチュエーターが備える支持基板の斜視図である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１０および図１１において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００８２】
図１０に示す圧電アクチュエーター１００Ｂは、圧電素子４Ａを有する２つの振動子１Ｂと、これらの間に配置されている基板８と、を備え、これらが前述した接着剤７１、７２と同様の接着剤７４を介して接合されている。ここで、２つの振動子１Ｂは、互いに同様の構成であり、対称（互いに鏡像の関係）となるように構成されている。
【００８３】
振動子１Ｂは、基板２Ｂと、基板２Ｂ上に配置されている圧電素子４Ａと、を有する。ここで、基板２Ｂは、前述した基板２の振動部２１で構成されている。
【００８４】
基板８は、図１１に示すように、接着剤７４により圧電素子４Ａに接合されている振動部８１と、振動部８１を挟んで配置されている１対の支持部８２と、これらを接続している６つの接続部８３と、を有している。ここで、１対の支持部８２には、それぞれ、固定用の複数の孔８２１が設けられており、これらの孔８２１を用いて、図示しない部材に対してネジ等により固定される。振動部８１は、１対の支持部８２に対して、６つの接続部８３を介して振動可能に支持されており、圧電素子４Ａとともに振動する。この振動部８１の先端部には、凸部８１１が設けられている。このような基板８の構成材料としては、前述した基板２と同様の材料を用いてもよいし、金属材料を用いることもできる。
【００８５】
以上説明したような第３実施形態によっても、電流効率を向上させることができる。なお、図示では、２つの振動子１Ｂの圧電素子４Ａ側の面を基板８に対して接着剤７４により接合したが、２つの振動子１Ｂの基板２Ｂ側の面を基板８に対して接着剤７４により接合してもよい。
【００８６】
（ロボット）
次に、本発明のロボットの実施形態について説明する。
図１２は、本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。
【００８７】
図１２に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に回動自在に連結されたアーム１０７０と、これらアーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０の駆動を制御する制御部１０８０と、を有している。また、アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９０が装着される。また、各関節部のうちの全部または一部には圧電モーター２００が搭載されており、この圧電モーター２００の駆動によって各アーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０が回動する。圧電モーター２００は、圧電アクチュエーター１００、１００Ａ、１００Ｂのいずれかを備える。なお、各圧電モーター２００の駆動は、制御部１０８０によって制御される。
【００８８】
以上のようなロボット１０００は、前述したような振動子１を備える（圧電モーター２００を備える）。これにより、振動子１の電流効率を向上させることができ、ロボット１０００の特性を向上させることができる。
【００８９】
（電子部品搬送装置）
次に、本発明の電子部品搬送装置の実施形態について説明する。
図１３は、本発明の電子部品搬送装置の実施形態を示す斜視図である。図１４は、図１３に示す電子部品搬送装置が備える電子部品保持部の斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。
【００９０】
図１３に示す電子部品搬送装置２０００は、電子部品検査装置に適用されており、基台２１００と、基台２１００の側方に配置された支持台２２００と、を有している。また、基台２１００には、検査対象の電子部品Ｑが載置されてＹ軸方向に搬送される上流側ステージ２１１０と、検査済みの電子部品Ｑが載置されてＹ軸方向に搬送される下流側ステージ２１２０と、上流側ステージ２１１０と下流側ステージ２１２０との間に位置し、電子部品Ｑの電気的特性を検査する検査台２１３０と、が設けられている。なお、電子部品Ｑの例として、例えば、半導体、半導体ウェハー、ＣＬＤやＯＬＥＤ等の表示デバイス、水晶デバイス、各種センサー、インクジェットヘッド、各種ＭＥＭＳデバイス等などが挙げられる。
【００９１】
また、支持台２２００には、支持台２２００に対してＹ軸方向に移動可能なＹステージ２２１０が設けられており、Ｙステージ２２１０には、Ｙステージ２２１０に対してＸ軸方向に移動可能なＸステージ２２２０が設けられており、Ｘステージ２２２０には、Ｘステージ２２２０に対してＺ軸方向に移動可能な電子部品保持部２２３０が設けられている。
【００９２】
また、図１４に示すように、電子部品保持部２２３０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な微調整プレート２２３１と、微調整プレート２２３１に対してＺ軸まわりに回動可能な回動部２２３２と、回動部２２３２に設けられ、電子部品Ｑを保持する保持部２２３３と、を有している。また、電子部品保持部２２３０には、微調整プレート２２３１をＸ軸方向に移動させるための圧電アクチュエーター１００（１００ｘ）と、微調整プレート２２３１をＹ軸方向に移動させるための圧電アクチュエーター１００（１００ｙ）と、回動部２２３２をＺ軸まわりに回動させるための圧電アクチュエーター１００（１００θ）と、が内蔵されている。なお、圧電アクチュエーター１００ｘ、１００ｙ、１００θは、圧電アクチュエーター１００Ａまたは１００Ｂとすることもできる。
【００９３】
以上のような電子部品搬送装置２０００は、前述したような振動子１を備える（圧電アクチュエーター１００、１００Ａ、１００Ｂを備える）。これにより、振動子１の電流効率を向上させることができ、電子部品搬送装置２０００の特性を向上させることができる。
【００９４】
以上、本発明の振動子およびその製造方法、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【００９５】
また、前述した実施形態では振動子をロボットや電子部品搬送装置に適用した構成について説明したが、振動子は、これら以外の各種電子デバイスに適用することができる。具体的には、例えば、振動子（圧電アクチュエーター、圧電モーター）は、プリンターの紙送りローラーの駆動源、プリンターのインクジェットヘッドの駆動源等に適用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１…振動子、１Ａ…振動子、１Ｂ…振動子、２…基板、２Ｂ…基板、３…基板、４…圧電素子、４Ａ…圧電素子、４ａ…圧電素子、４ｂ…圧電素子、４ｃ…圧電素子、４ｄ…圧電素子、４ｅ…圧電素子、５…スペーサー、８…基板、１０…駆動回路、２１…振動部、２２…支持部、２３…接続部、２４…誘電体層、２５…第１半導体部、２６…第２半導体部、３１…振動部、３２…支持部、３３…接続部、３４…誘電体層、４１…第１電極（電極）、４１ａ…第１電極（電極）、４１ｂ…第１電極（電極）、４１ｃ…第１電極（電極）、４１ｄ…第１電極（電極）、４１ｅ…第１電極（電極）、４２…圧電体、４２Ａ…圧電体、４３…第２電極、４４…保護層、６１…配線、６１Ａ…配線、６１ａ…配線、６１ｂ…配線、６１ｃ…配線、６１ｄ…配線、６１ｅ…配線、６２…配線、７１…接着剤、７２…接着剤、７３…接着剤、７４…接着剤、８１…振動部、８２…支持部、８３…接続部、１００…圧電アクチュエーター、１００Ａ…圧電アクチュエーター、１００Ｂ…圧電アクチュエーター、１００ｘ…圧電アクチュエーター、１００ｙ…圧電アクチュエーター、１００θ…圧電アクチュエーター、１１０…凸部、１４２…固定部、１４３…接続部、２００…圧電モーター、２１０…ローター、２１１…外周面、８１１…凸部、８２１…孔、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０…アーム、１０３０…アーム、１０４０…アーム、１０５０…アーム、１０６０…アーム、１０７０…アーム、１０８０…制御部、１０９０…エンドエフェクター、２０００…電子部品搬送装置、２１００…基台、２１１０…上流側ステージ、２１２０…下流側ステージ、２１３０…検査台、２２００…支持台、２２１０…Ｙステージ、２２２０…Ｘステージ、２２３０…電子部品保持部、２２３１…微調整プレート、２２３２…回動部、２２３３…保持部、Ｃｐ…キャパシタ、Ｃｓ…キャパシタ、Ｌ１…距離、Ｌ２…距離、Ｏ…回動軸、Ｑ…電子部品、Ｒ…抵抗、Ｓ１０…基板準備工程、Ｓ２０…素子配置工程
【図１】
2018085866.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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