(57)【要約】【課題】振動効率の低下を低減することのできる振動子、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提供する。【解決手段】振動子は、振動板と、前記振動板の第１の面に配置されている配線と、前記振動板の前記第１の面側に配置され、圧電体、および前記圧電体の前記振動板側に配置されていて、前記配線と電気的に接続されている電極を備えている圧電素子と、を有し、前記振動板の前記第１の面に垂直な方向から見た平面視で、前記圧電体の、前記電極とは重ならずかつ前記配線とは重なる領域の少なくとも一部には、凹部が設けられている。【選択図】図２
2018037829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、
前記振動板の第１の面に配置されている配線と、
前記振動板の前記第１の面側に配置され、圧電体、および前記圧電体の前記振動板側に配置されていて、前記配線と電気的に接続されている電極を備えている圧電素子と、を有し、
前記振動板の前記第１の面に垂直な方向から見た平面視で、前記圧電体の、前記電極とは重ならずかつ前記配線とは重なる領域の少なくとも一部には、凹部が設けられていることを特徴とする振動子。
【請求項２】
前記凹部は、底面に凹凸を有する請求項１に記載の振動子。
【請求項３】
前記圧電体の前記領域には、前記凹部が複数配置されている請求項１に記載の振動子。
【請求項４】
前記振動板は、シリコンを含んでいる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項５】
前記電極の前記振動板側の面の表面粗さは、前記振動板の前記圧電素子側の面の表面粗さよりも大きい請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動子と、
前記振動子に配置されている凸部と、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７】
請求項１ないし５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８】
請求項１ないし５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９】
請求項１ないし５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１０】
板状の圧電体と、前記圧電体の第１の面に配置されている電極と、を有する圧電素子を準備し、前記圧電素子の前記第１の面に垂直な方向から見た平面視で、前記圧電体の前記電極とは重ならない領域の少なくとも一部に、凹部を形成する工程と、
第２の面に配線が配置されている振動板を準備し、前記振動板の厚さ方向から見た平面視で、前記振動板と前記圧電素子とを、前記圧電体の前記第１の面と前記振動板の前記第２の面とが対向するように、かつ、前記凹部が前記配線の少なくとも一部と重なるように接合する工程と、を含む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、圧電アクチュエーターとして、例えば、特許文献１に記載の構成が知られている。特許文献１の圧電アクチュエーターは、振動板と、振動板に配置された圧電素子と、を有し、通電により圧電素子を振動させることで、振動板を振動させるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７１４８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような特許文献１の圧電アクチュエーターでは、リード線を用いて圧電素子が有する電極の引出しを行っている。これに対して、例えば、振動板に配置された配線を介して圧電素子が有する電極の引出しを行うことも可能である。しかしながら、振動板に配置された配線を介して電極の引出しを行う場合、例えば、圧電素子の非振動領域（圧電体が２つの電極で挟まれていない領域）と重なるように配線が配置されることで、非振動領域と配線との間で電流が流れてしまい、圧電アクチュエーターの振動効率が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、振動効率の低下を低減することのできる振動子、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。
【０００７】
本発明の振動子は、振動板と、
前記振動板の第１の面に配置されている配線と、
前記振動板の前記第１の面側に配置され、圧電体、および前記圧電体の前記振動板側に配置されていて、前記配線と電気的に接続されている電極を備えている圧電素子と、を有し、
前記振動板の前記第１の面に垂直な方向から見た平面視で、前記圧電体の、前記電極とは重ならずかつ前記配線とは重なる領域の少なくとも一部には、凹部が設けられていることを特徴とする。
これにより、圧電体に凹部が形成されているため、圧電体の非振動領域（圧電体が電極と重ならない領域）と配線とが接触し難くなり、これらの間で電流が流れ難くなる。そのため、振動効率の低下を低減することのできる振動子が得られる。
【０００８】
本発明の振動子では、前記凹部は、底面に凹凸を有することが好ましい。
これにより、仮に、圧電体の非振動領域と配線とが接触してしまっても、その接触面積を小さく抑えることができるため、振動効率の低下を低減することができる。
【０００９】
本発明の振動子では、前記圧電体の前記領域には、前記凹部が複数配置されていることが好ましい。
このように、凹部を複数配置しても、振動効率の低下を低減することができる。
【００１０】
本発明の振動子では、前記振動板は、シリコンを含んでいることが好ましい。
これにより、振動板の構成が簡単となる。
【００１１】
本発明の振動子では、前記電極の前記振動板側の面の表面粗さは、前記振動板の前記圧電素子側の面の表面粗さよりも大きいことが好ましい。
これにより、電極と配線とを接触させ易くなる。
【００１２】
本発明の圧電アクチュエーターは、本発明の振動子と、
前記振動子に配置されている凸部と、を有することを特徴とする。
これにより、駆動効率の高い圧電アクチュエーターが得られる。
【００１３】
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。
これにより、信頼性の高い圧電モーターが得られる。
【００１４】
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。
これにより、信頼性の高いロボットが得られる。
【００１５】
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。
これにより、信頼性の高い電子部品搬送装置が得られる。
【００１６】
本発明の振動子の製造方法は、板状の圧電体と、前記圧電体の第１の面に配置されている電極と、を有する圧電素子を準備し、前記圧電素子の前記第１の面に垂直な方向から見た平面視で、前記圧電体の前記電極とは重ならない領域の少なくとも一部に、凹部を形成する工程と、
第２の面に配線が配置されている振動板を準備し、前記振動板の厚さ方向から見た平面視で、前記振動板と前記圧電素子とを、前記圧電体の前記第１の面と前記振動板の前記第２の面とが対向するように、かつ、前記凹部が前記配線の少なくとも一部と重なるように接合する工程と、を含むことを特徴とする。
これにより、振動効率の低下を低減することのできる振動子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電モーターの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す振動子が有する基板の平面図である。
【図４】図１に示す振動子が有する圧電素子の平面図（上面図）である。
【図５】図１に示す振動子が有する圧電素子の平面図（透過図）である。
【図６】図２の一部を拡大した断面図である。
【図７】図１に示す圧電モーターの駆動を説明する概略図である。
【図８】図１に示す圧電アクチュエーターの製造方法を示すフローチャートである。
【図９】図１に示す圧電アクチュエーターの製造方法を示す断面図である。
【図１０】図１に示す圧電アクチュエーターの製造方法を示す断面図である。
【図１１】図１に示す圧電アクチュエーターの製造方法を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターの断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエーターの断面図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る圧電アクチュエーターの断面図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る圧電アクチュエーターの斜視図である。
【図１６】本発明の第６実施形態に係るロボットの斜視図である。
【図１７】本発明の第７実施形態に係る電子部品搬送装置の斜視図である。
【図１８】図１７に示す電子部品搬送装置が有す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】
【００１８】
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。
【００１９】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターについて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターの全体構成を示す概略図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１に示す振動子が有する基板の平面図である。図４は、図１に示す振動子が有する圧電素子の平面図（上面図）である。図５は、図１に示す振動子が有する圧電素子の平面図（透過図）である。図６は、図２の一部を拡大した断面図である。図７は、図１に示す圧電モーターの駆動を説明する概略図である。図８は、図１に示す圧電アクチュエーターの製造方法を示すフローチャートである。図９ないし図１１は、それぞれ、図１に示す圧電アクチュエーターの製造方法を示す断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側を「上」とも言い、図１中の紙面奥側を「下」とも言う。
【００２１】
図１に示す圧電モーター２００（超音波モーター）は、回動軸Ｏまわりに回転可能な被駆動部（従動部）としてのローター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（振動子１）と、を有している。このような圧電モーター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、ローター２１０を回動軸Ｏまわりに回転させることができる。なお、圧電モーター２００の構成としては図１の構成に限定されない。例えば、本実施形態では、被駆動部として回転移動するローター２１０を用いているが、被駆動部として直線移動するものを用いてもよい。
【００２２】
また、圧電アクチュエーター１００は、振動子１と、振動子１に配置されている凸部１１０と、を有している。
【００２３】
図２に示すように、振動子１は、振動板２１と、振動板２１の上面（第１の面）に配置されている配線３と、振動板２１の上面（第１の面）側に配置され、圧電体４２、および圧電体４２の下側（振動板２１側）に配置されていて、配線３と電気的に接続されている電極４３を備えている圧電素子４と、を有し、振動板２１の上面に垂直な方向から見た平面視で、圧電体４２の、電極４３とは重ならずかつ配線３とは重なる領域の少なくとも一部には、凹部４２３が設けられている。このような構成によれば、圧電体４２の非振動領域４２２（圧電体４２が電極４３と重ならない領域）と配線３との間のギャップＧを、凹部４２３が無い場合と比較して大きくすることができ、非振動領域４２２と配線３とが接触し難くなり、これらの間に電流が流れ難くなる。そのため、振動バランスの低下および振動効率の低下が低減された振動子１となる。以下、このような振動子１を備える圧電アクチュエーター１００について詳細に説明する。
【００２４】
図２に示すように、圧電アクチュエーター１００は、配線３が配置されている基板２と、基板２に配置されている圧電素子４と、基板２と圧電素子４とを接合している接着剤５と、を有している。基板２は、図３に示すように、振動板２１と、固定部２２と、振動板２１と固定部２２とを接続する１対の接続部２３と、振動板２１に配置され、ローター２１０に接触する凸部１１０（接触部）と、を有している。このような構成では、図示していないが、固定部２２において、圧電アクチュエーター１００が対象物に固定される。また、以下では、説明の便宜上、圧電アクチュエーター１００の凸部１１０側を先端側とし、反対側を基端側とする。
【００２５】
図３に示すように、振動板２１は、振動板２１の厚さ方向から見た平面視で、略長方形状をなしている。また、固定部２２は、振動板２１の基端側を囲むようにＵ字形状となっている。また、接続部２３は、振動板２１の幅方向両側に位置し、振動板２１を両持ち支持するようにして振動板２１と固定部２２とを接続している。また、接続部２３は、振動板２１が変形する際の節となる部分に配置されている（図７参照）。また、凸部１１０は、振動板２１の先端部に接続されており、振動板２１から先端側へ突出すると共に、その先端面がローター２１０の外周面２１１に接触している（図１参照）。このような凸部１１０を有することで、ローター２１０に振動板２１の振動を効率的に伝達することができる。また、振動板２１とローター２１０の接触を防止でき、振動板２１の破損の可能性を低減することができる。なお、振動板２１、固定部２２、接続部２３および凸部１１０の形状や配置としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
【００２６】
このような基板２は、シリコン基板（半導体基板）から形成されている。すなわち、振動板２１は、シリコンを含んでいる。このような構成とすることで、基板２（振動板２１）の構成が簡単となる。また、例えば、半導体プロセスを用いて振動板２１上に圧電素子４を形成することができるため、圧電アクチュエーター１００の製造が容易となる。なお、図示しないが、基板２の表面には絶縁層が設けられている。例えば、基板２としてシリコン基板を用いる場合、絶縁層は、シリコン基板の表面を熱酸化して形成した酸化シリコン層で構成することができる。
【００２７】
図１に示すように、圧電素子４は、５つの圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅを含んでいる。圧電素子４ｅは、振動板２１の幅方向の中央部において、振動板２１の長手方向に沿って配置されている。この圧電素子４ｅに対して振動板２１の幅方向の一方側には圧電素子４ａ、４ｂが振動板２１の長手方向に沿って配置され、他方側には圧電素子４ｃ、４ｄが振動板２１の長手方向に沿って配置されている。
【００２８】
このように配置された５つの圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅは、図４および図５に示すように、それぞれ、板状の圧電体４２と、圧電体４２の下面（基板２側の面）に配置された電極４３と、圧電体４２の上面（基板２と反対側の面）に配置された電極４１と、を有している。なお、図４は、圧電素子４を電極４１側から見た平面図であり、図５は、圧電素子４を電極４１側から見た透過図である。
【００２９】
電極４１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。一方、電極４３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。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。また、本実施形態とは逆に、電極４１が圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられ、電極４３が圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに共通して設けられていてもよい。
【００３０】
電極４１、４３の構成材料としては、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）等の金属材料や、チタン（Ｔｉ）／タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）／銅（Ｃｕ）等の合金材料が用いられる。また、電極４１、４３は、それぞれ、蒸着、スパッタリング、めっき等により形成することができる。
【００３１】
圧電体４２は、振動板２１の厚さ方向に沿った方向の電界が印加されることにより振動板２１の長手方向に沿った方向に伸縮する。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を用いることができる。圧電セラミックスで構成された圧電体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。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。
【００３２】
圧電体４２では、電極４１、４３で挟まれた領域が通電により伸縮する振動領域４２１となる。一方、それ以外の領域、すなわち電極４１、４３で挟まれていない領域が通電によっても実質的に伸縮しない非振動領域４２２となる。なお、非振動領域４２２は、圧電体４２の厚さ方向から見た平面視で、電極４３と重なっていない領域（言い換えると、電極４３からずれている領域）と言う事もできる。
【００３３】
ここで、圧電体４２の更なる詳細な説明に先立って、一旦、基板２に配置された配線３について説明する。図３に示すように、配線３は、６本の配線３１、３２、３３、３４、３５、３６を含んでいる。このうち、配線３１は、圧電素子４ａの電極４３と電気的に接続され、配線３２は、圧電素子４ｂの電極４３と電気的に接続され、配線３３は、圧電素子４ｃの電極４３と電気的に接続され、配線３４は、圧電素子４ｄの電極４３と電気的に接続され、配線３５は、圧電素子４ｅの電極４３と電気的に接続されている。また、配線３６は、電極４１と電気的に接続されている。
【００３４】
配線３１、３２、３３、３４、３５は、それぞれ、接続部２３を介して振動板２１と固定部２２とに跨って配置されており、振動板２１上にて電極４３と重なり合って接触することで、電極４３と電気的に接続されている。また、配線３１、３２、３３、３４、３５は、例えば、引き回しの都合上、その一部が圧電体４２の非振動領域４２２と重なって配置されている。また、配線３６は、固定部２２に配置されており、例えば、リード線を介して電極４１と電気的に接続されている。ただし、配線３６は、接続部２３を介して振動板２１と固定部２２とに跨って配置されていてもよく、この場合は、例えば、圧電体４２を貫通して形成されているビア（貫通電極）を介して電極４１と電気的に接続されていてもよい。
【００３５】
このような電極４１、４３の構成材料としては、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）等の金属材料や、チタン（Ｔｉ）／タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）／銅（Ｃｕ）等の合金材料が用いられる。また、電極４１、４３は、それぞれ、蒸着、スパッタリング、めっき等により形成することができる。
【００３６】
以上、配線３について説明した。次に、圧電体４２の説明に戻って、圧電体４２の構成について詳細に説明する。
【００３７】
図２に示すように、振動板２１の厚さ方向から見た平面視で、圧電体４２の非振動領域４２２（電極４３とは重ならない領域）には、下面（振動板２１側の面）に開口する凹部４２３が形成されている。このような凹部４２３を形成することで、非振動領域４２２と配線３との間のギャップＧを、凹部４２３が無い場合と比較して大きくすることができ、非振動領域４２２が配線３に接触し難くなる。そのため、非振動領域４２２と配線３との間に電流が流れ難くなり、非振動領域４２２が意図せずに振動（伸縮）してしまう（振動領域４２１として振る舞ってしまう）ことを抑制することができる。このように、非振動領域４２２の意図しない振動を抑制することで、圧電アクチュエーター１００（振動子１）の振動バランスの悪化を低減することができる。また、通常、振動効率が良い領域（圧電体４２の伸縮が振動板２１の屈曲変形に寄与し易い領域）が振動領域４２１となり、振動効率の悪い領域（圧電体４２の伸縮が振動板２１の屈曲変形に寄与し難い領域）が非振動領域４２２となるように、振動領域４２１の配置を決定する。そのため、非振動領域４２２に凹部４２３を形成することで、振動効率の悪い領域が振動してしまうことを抑制することができ、圧電アクチュエーター１００（振動子１）の振動効率の低下を低減することができる。
【００３８】
なお、凹部４２３の配置としては、振動板２１の厚さ方向から見た平面視で、非振動領域４２２の配線３と重なる箇所の少なくとも一部に配置されていれば、特に限定されない。
【００３９】
凹部４２３の深さとしては、特に限定されないが、例えば、圧電体４２の厚さの１／１０以上、１／５以下であることが好ましい。これにより、非振動領域４２２と配線３とのギャップを、非振動領域４２２と配線３との接触を低減するのに十分な大きさとすることができると共に、圧電体４２の非振動領域４２２の機械的強度の過度な低下を抑制することができる。
【００４０】
また、図６に示すように、凹部４２３は、その底面に凹凸４２３ａを有している。このように、凹部４２３の底面に凹凸４２３ａを形成することで、仮に、非振動領域４２２と配線３とが接触しても、その接触面積を例えば底面が平坦面である場合と比較して小さく抑えることができる。そのため、非振動領域４２２と配線３とが接触した場合に、非振動領域４２２と配線３との間に流れる電流を小さくすることができ、非振動領域４２２の意図しない振動を効果的に抑制することができる。すなわち、振動効率の低下を低減することができる。また、凹凸４２３ａを有することで、圧電体４２と接着剤５との接触面積が増えるため、圧電体４２と接着剤５との接合強度を高めることができ、圧電アクチュエーター１００の機械的強度が向上する。
【００４１】
また、圧電体４２の厚さ方向から見た平面視で、凹部４２３は、その縁部が電極４３の端部と重なるように配置されている。これにより、接着剤５が圧電体４２と電極４３との間に入り込むため、接着剤５と圧電素子４との接着強度をより高めることができる。そのため、圧電アクチュエーター１００の機械的強度がより向上する。ここで、例えば、電極４３をマスクとして用いて圧電体４２をウェットエッチングすると、圧電体４２が面方向にもエッチング（サイドエッチング）されるため、このような凹部４２３を容易に形成することができる。ただし、凹部４２３の構成としては、特に限定されず、電極４３の端部と重ならないように構成されていてもよい。また、凹部４２３の形成方法としても特に限定されず、例えば、ドライエッチング、ダイシング（研磨、研削等）等の方法で形成してもよい。
【００４２】
以上のような圧電アクチュエーター１００の作動の一例を説明する。ただし、圧電アクチュエーター１００の作動方法は、以下の方法に限定されない。例えば、所定の周波数の駆動信号（交番電圧）を、圧電素子４ａ、４ｄと圧電素子４ｂ、４ｃとの位相差が１８０°となり、圧電素子４ａ、４ｄと圧電素子４ｅとの位相差が３０°となるように各圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに印加すると、図７に示すように、各圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅがそれぞれ伸縮して振動板２１がその面内方向でＳ字形状に屈曲変形（長手方向へ伸縮変形すると共に幅方向へ屈曲変形）し、凸部１１０の先端が楕円運動する。その結果、ローター２１０は、その回動軸Ｏまわりに矢印方向に回転する。なお、圧電素子４ａ、４ｄとの位相差が２１０°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。
【００４３】
以上、振動子１、この振動子１を備える圧電アクチュエーター１００および圧電モーター２００について詳細に説明した。圧電アクチュエーター１００および圧電モーター２００は、振動子１を備えており、上述した振動子１の効果を享受することができるため、優れた信頼性および振動効率を発揮することができる。
【００４４】
次に、圧電アクチュエーター１００（振動子１）の製造方法について説明する。図８に示すように、圧電アクチュエーター１００（振動子１）の製造方法は、板状の圧電体４２と、圧電体４２の第１の面（一方の主面）に配置されている電極４３と、を有する圧電素子４を準備し、圧電素子４の第１の面に垂直な方向から見た平面視で、圧電体４２の電極４３とは重ならない領域の少なくとも一部に、凹部４２３を形成する凹部形成工程と、第２の面（一方の主面）に配線３が配置されている振動板２１を準備し、振動板２１の厚さ方向から見た平面視で、振動板２１と圧電素子４とを、圧電体４２の前記第１の面と振動板２１の前記第２の面とが対向するように、かつ、凹部４２３が配線３の少なくとも一部と重なるように接合する接合工程と、を含んでいる。以下、これら各工程について順に説明する。
【００４５】
［凹部形成工程］
まず、バルク材料から形成された圧電体４２を準備する。次に、図９に示すように、この圧電体４２の上面に電極４１を形成すると共に、圧電体４２の下面に電極４３を形成する。電極４１、４３は、例えば、蒸着、スパッタリング、めっき等の成膜方法を用いて圧電体４２の上下面に金属膜を成膜し、この金属膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで形成することができる。次に、図１０に示すように、圧電体４２の非振動領域４２２に下面（電極４３側の面）に開口する凹部４２３を形成する。凹部４２３の形成方法は、特に限定されず、例えば、エッチング（ドライエッチング、ウェットエッチング）、ダイシング（ハーフダイシング）等を用いることができる。なお、本実施形態では、ウェットエッチングによって凹部４２３を形成し、その際に生じるサイドエッチングを利用して、凹部４２３を電極４３の端部と重なるように形成している。
【００４６】
［接合工程］
次に、上面に配線３が配置されている基板２を準備する。なお、配線３は、例えば、蒸着、スパッタリング等の成膜方法を用いて基板２の表面に金属膜を成膜し、この金属膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで形成することができる。次に、図１１に示すように、圧電素子４と基板２とを、圧電素子４の電極４１が配置されている側の面と基板２の配線３が配置されている側面とを対向させて、絶縁性の接着剤５を介して接合する。これにより、配線３１、３２、３３、３４、３５と電極４３とが電気的に接続される。次に、例えば、ワイヤーボンディング技術を用いて、電極４１と配線３６とをボンディングワイヤー（リード線）を介して接続する。以上により、圧電アクチュエーター１００（振動子１）が得られる。
【００４７】
このような製造方法によれば、比較的簡単な方法で、振動効率の低下を低減することのできる圧電アクチュエーター１００（振動子１）が得られる。なお、上述した製造方法では、圧電体４２に電極４１、４３を配置してから凹部４２３を形成しているが、凹部４２３は、電極４１、４３を配置する前に形成してもよい。
【００４８】
＜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。
【００４９】
図１２は、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターの断面図である。なお、図１２は、図６に対応する断面図である。
【００５０】
本実施形態は、圧電素子の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【００５１】
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１２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。
【００５２】
図１２に示すように、本実施形態の圧電アクチュエーター１００（振動子１）では、圧電素子４の電極４３の表面は、微細な凹凸（複数の凸部）を有する粗面で構成されている。そして、電極４３の表面（基板２側の面）の表面粗さＲａは、振動板２１の表面（圧電素子４側の面）の表面粗さＲａよりも大きくなっている。これにより、電極４３と配線３とを接触させ易くなる。この効果について詳細に説明すると、仮に、電極４３の表面が平坦面であった場合、例えば接着剤５の塗布量が過多であった場合等には、接着剤５が配線３と電極４３との間に薄膜状に残存してしまうおそれがある。そのため、配線３と電極４３との電気的な接続が不十分となり、圧電体４２の振動領域４２１に印加される電界にムラが生じて振動特性が悪化したり、電気抵抗が増大してしまったりする可能性がある。これに対して、電極４３の表面が粗く、微小な凹凸が形成されていれば、図１２に示すように、凸部が接着剤５の薄膜を突き抜けて配線３に接触するため、電極４３と配線３とをより確実に接触させることができる。また、電極４３の全域にわたって均一に配線３と接触させることもできる。そのため、電気抵抗の増大を抑制することができると共に、圧電体４２の振動領域４２１に印加される電界をより均一にすることができ、振動特性の悪化を抑制することができる。
【００５３】
なお、電極４３の表面を粗面化する方法としては特に限定されず、例えば、表面を粗い研磨盤で研磨する方法や、表面をブラスト（サンドブラスト等）処理する方法を用いることができる。
【００５４】
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００５５】
＜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。
【００５６】
図１３は、本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエーターの断面図である。なお、図１３は、図６に対応する断面図である。
【００５７】
本実施形態は、振動板の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【００５８】
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１３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。
【００５９】
図１３に示すように、本実施形態の圧電アクチュエーター１００（振動子１）では、圧電体４２の非振動領域４２２には下面（基板２側の面）に開口する凹部４２３が複数配置されている。これにより、非振動領域４２２と配線３とが接触し難くなると共に、仮に、非振動領域４２２と配線３とが接触したとしても、その接触面積を十分に小さくすることができる。そのため、圧電アクチュエーター１００の振動効率の低下を低減することができる。また、凹部４２３を複数配置することで、例えば、前述した第１実施形態と比較して、非振動領域４２２の機械的強度を高くすることができる。なお、凹部４２３の形状や配置は、特に限定されない。
【００６０】
また、本実施形態では、配線３の上面であって非振動領域４２２と重なる領域には微小な凹凸（複数の凹部）が形成されている。そのため、配線３の上面であって非振動領域４２２と重なる領域の表面粗さＲａは、配線３の上面であって振動領域４２１と重なる領域の表面粗さＲａよりも大きくなっている。これにより、非振動領域４２２と配線３とがさらに接触し難くなると共に、仮に、非振動領域４２２と配線３とが接触したとしても、その接触面積をさらに小さくすることができる。
【００６１】
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６２】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４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。
【００６３】
図１４は、本発明の第４実施形態に係る圧電アクチュエーターの断面図である。なお、図１４は、図２に対応する断面図である。
【００６４】
本実施形態は、圧電素子の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【００６５】
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１４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。
【００６６】
図１４に示すように、本実施形態の圧電アクチュエーター１００（振動子１）では、振動板２１の上面および下面のそれぞれに配線３および圧電素子４が配置されている。なお、振動板２１の上面に配置されている配線３および圧電素子４と、振動板２１の下面に配置されている配線３および圧電素子４は、振動板２１を介して対称に配置されている。このような構成によれば、振動板２１を挟むように圧電素子４が配置されているため、振動時の振動板２１の厚さ方向への撓みを抑制することができる。
【００６７】
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６８】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５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。
【００６９】
図１５は、本発明の第５実施形態に係る圧電アクチュエーターの斜視図である。
本実施形態は、圧電素子の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【００７０】
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１５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。
【００７１】
図１５に示すように、本実施形態の圧電アクチュエーター１００（振動子１）は、一対の基板２を有し、一対の基板２の間に圧電素子４が配置されている。また、図示しないが、下側（電極４３側）の基板２（２Ａ）には配線３１、３２、３３、３４、３５が配置されており、これら配線３１、３２、３３、３４、３５は、振動板２１上で電極４３と接触することで、電極４３と電気的に接続されている。一方、上側（電極４１側）の基板２（２Ｂ）には配線３６が配置されており、配線３６は、振動板２１上で電極４１と接触することで、電極４１と電気的に接続されている。
【００７２】
なお、一方の基板２の固定部２２と他方の基板２の固定部２２との間には、圧電素子４の厚さとほぼ等しい厚さの層間部材６が配置されている。
【００７３】
このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、圧電アクチュエーター１００は、本実施形態の圧電アクチュエーター１００を、その厚さ方向に複数積層させた構成としてもよい。
【００７４】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係るロボットについて説明する。
【００７５】
図１６は、本発明の第６実施形態に係るロボットの斜視図である。
図１６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（振動子１）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。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。
【００７６】
このようなロボット１０００は、圧電モーター２００（振動子１）を備えているため、上述した振動子１の効果を享受することができ、優れた信頼性を発揮することができる。
【００７７】
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係る電子部品搬送装置について説明する。
【００７８】
図１７は、本発明の第７実施形態に係る電子部品搬送装置の斜視図である。図１８は、図１７に示す電子部品搬送装置が有す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。
【００７９】
図１７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。
【００８０】
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。また、図１８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。
【００８１】
このような電子部品搬送装置２０００は、圧電アクチュエーター１００（振動子１）を備えているため、上述した振動子１の効果を享受することができ、優れた信頼性を発揮することができる。
【００８２】
以上、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、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。
【００８３】
また、前述した実施形態では、圧電アクチュエーター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、圧電アクチュエーターは、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。より具体的には、例えば、圧電アクチュエーターは、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】
【００８４】
１…振動子、２、２Ａ、２Ｂ…基板、２１…振動板、２２…固定部、２３…接続部、３、３１、３２、３３、３４、３５、３６…配線、４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ…圧電素子、４１…電極、４２…圧電体、４２１…振動領域、４２２…非振動領域、４２３…凹部、４２３ａ…凹凸、４３…電極、５…接着剤、６…層間部材、１００、１００ｘ、１００ｙ、１００θ…圧電アクチュエーター、１１０…凸部、２００…圧電モーター、２１０…ローター、２１１…外周面、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、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、Ｇ…ギャップ、Ｏ…回動軸、Ｑ…電子部品
【図１】
2018037829.tif 000003
【図２】
2018037829.tif 000004
【図３】
2018037829.tif 000005
【図４】
2018037829.tif 000006
【図５】
2018037829.tif 000007
【図６】
2018037829.tif 000008
【図７】
2018037829.tif 000009
【図８】
2018037829.tif 000010
【図９】
2018037829.tif 000011
【図１０】
2018037829.tif 000012
【図１１】
2018037829.tif 000013
【図１２】
2018037829.tif 000014
【図１３】
2018037829.tif 000015
【図１４】
2018037829.tif 000016
【図１５】
2018037829.tif 000017
【図１６】
2018037829.tif 000018
【図１７】
2018037829.tif 000019
【図１８】
2018037829.tif 000020