(57)【要約】【課題】圧電素子の厚さを厚くしても、駆動効率を高めることができる圧電アクチュエーターを提供すること、また、かかる圧電アクチュエーターを備える圧電駆動装置、ロボット、電子部品搬送装置およびプリンターを提供すること。【解決手段】振動部と、前記振動部と一体に構成され、前記振動部を支持している支持部と、前記振動部上に配置されている圧電素子と、を備え、前記圧電素子は、厚さ方向に延びている柱状の結晶粒を含む圧電体膜を有し、前記圧電体膜の厚さをＴ［μｍ］とし、前記結晶粒の幅方向での平均粒径をＤ［μｍ］としたとき、Ｔ／Ｄが１０以上１００以下の範囲内にあり、前記圧電体膜の厚さＴが２μｍ以上であり、前記結晶粒の幅方向での粒径の標準偏差が１．８μｍ以下であることを特徴とする圧電アクチュエーター。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部と、
前記振動部と一体に構成され、前記振動部を支持している支持部と、
前記振動部上に配置されている圧電素子と、を備え、
前記圧電素子は、厚さ方向に延びている柱状の結晶粒を含む圧電体膜を有し、
前記圧電体膜の厚さをＴ［μｍ］とし、前記結晶粒の幅方向での平均粒径をＤ［μｍ］としたとき、Ｔ／Ｄが１０以上１００以下の範囲内にあり、
前記圧電体膜の厚さＴが２μｍ以上であり、
前記結晶粒の幅方向での粒径の標準偏差が１．８μｍ以下であることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項２】
前記圧電体膜は、ペロブスカイト型結晶構造を有する材料で構成され、（１００）配向率が９０％以上である請求項１に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項３】
前記圧電体膜の誘電損失が２％以下である請求項１または２に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項４】
前記圧電体膜の厚さＴは、２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にある請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項５】
前記結晶粒の幅方向での平均粒径Ｄは、０．１μｍ以上１μｍ以下の範囲内にある請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項６】
前記圧電体膜は、圧電体材料で構成されている複数の層を有しており、
前記圧電素子は、前記圧電体膜の層間に配置され、チタンを含んで構成されている中間層を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項７】
前記中間層の厚さが２ｎｍ以上６ｎｍ以下の範囲内にある請求項６に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項８】
前記中間層は、前記複数の層の層間のうち最も前記振動部側に位置する層間に配置されている請求項６または７に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項９】
前記複数の層のうち最も前記振動部側に位置している層の厚さが６０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下の範囲内にある請求項８に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターと、
前記圧電アクチュエーターからの駆動力により駆動される被駆動部材と、を備えることを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とするロボット。
【請求項１２】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする電子部品搬送装置。
【請求項１３】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とするプリンター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエーター、圧電駆動装置、ロボット、電子部品搬送装置およびプリンターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエーターが備える圧電素子は、一般に、２つの電極間に圧電体を介挿した構造を有する。このような圧電素子として、ゾルゲル法を用いて形成した圧電体を有する圧電素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１に係る圧電体薄膜素子は、シリコン基板と、シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜と、シリコン酸化膜上形成されたチタン酸化膜と、チタン酸化膜上に形成された下部電極と、下部電極上に形成されたＰＺＴ膜と、ＰＺＴ膜上に形成された上部電極を備えて構成されている。ここで、ＰＺＴ膜は多結晶体からなり、この結晶体は、結晶粒の膜厚方向の幅が、当該結晶粒の粒径方向の幅より長く、結晶粒の膜厚方向の幅と、当該結晶粒の粒径方向の幅との関係が、粒径方向の幅／膜厚方向の幅＝１／３ないし１／１０の範囲内で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９０３４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、圧電素子の高速駆動における高効率化を図るべく、圧電素子の厚さを厚くして圧電素子の容量低減を図り、大電流が流れるのを抑制することが求められている。しかし、特許文献１に係る圧電体薄膜素子では、前述したような結晶粒の粒径方向の幅／膜厚方向の幅の関係を満たしたまま、厚さを厚くすると、膜内にクラックが発生してしまうため、駆動効率を十分に向上させることができないという課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、圧電素子の厚さを厚くしても、駆動効率を高めることができる圧電アクチュエーターを提供すること、また、かかる圧電アクチュエーターを備える圧電駆動装置、ロボット、電子部品搬送装置およびプリンターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、以下の適用例又は形態として実現することが可能である。
【０００８】
本適用例の圧電アクチュエーターは、振動部と、
前記振動部と一体に構成され、前記振動部を支持している支持部と、
前記振動部上に配置されている圧電素子と、を備え、
前記圧電素子は、厚さ方向に延びている柱状の結晶粒を含む圧電体膜を有し、
前記圧電体膜の厚さをＴ［μｍ］とし、前記結晶粒の幅方向での平均粒径をＤ［μｍ］としたとき、Ｔ／Ｄが１０以上１００以下の範囲内にあり、
前記圧電体膜の厚さＴが２μｍ以上であり、
前記結晶粒の幅方向での粒径の標準偏差が１．８μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
このような圧電アクチュエーターによれば、圧電体膜の厚さＴおよび結晶粒の幅方向での平均粒径Ｄの比であるＴ／Ｄが１０以上１００以下の範囲内にあること、圧電体膜の厚さＴが２μｍ以上であること、および、結晶粒の幅方向での粒径の標準偏差が１．８μｍ以下であることにより、圧電アクチュエーターの駆動効率を高めることができる。
【００１０】
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記圧電体膜は、ペロブスカイト型結晶構造を有する材料で構成され、（１００）配向率が９０％以上であることが好ましい。
これにより、圧電アクチュエーターの駆動効率を的確に高めることができる。
【００１１】
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記圧電体膜の誘電損失が２％以下であることが好ましい。
これにより、圧電アクチュエーターの駆動効率を効率的に高めることができる。
【００１２】
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記圧電体膜の厚さＴは、２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００１３】
これにより、駆動効率の優れた圧電アクチュエーターを生産性良く製造することができる。
【００１４】
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記結晶粒の幅方向での平均粒径Ｄは、０．１μｍ以上１μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
これにより、圧電アクチュエーターの駆動効率を的確に高めることができる。
【００１５】
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記圧電体膜は、圧電体材料で構成されている複数の層を有しており、
前記圧電素子は、前記圧電体膜の層間に配置され、チタンを含んで構成されている中間層を有することが好ましい。
【００１６】
これにより、単に圧電体膜が複数層に分かれている場合に比べて、圧電素子の電極の電極成分が圧電体膜内に拡散するのを低減することができ、しかも、圧電体膜を構成する圧電体材料の配向率を高めることができる。
【００１７】
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記中間層の厚さが２ｎｍ以上６ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００１８】
これにより、中間層は、圧電素子の電極の電極成分が圧電体膜内に拡散するのを低減する機能、および、圧電体膜を構成する圧電体材料の配向率を高める機能の双方の機能を好適に発揮させることができる。
【００１９】
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記中間層は、前記複数の層の層間のうち最も前記振動部側に位置する層間に配置されていることが好ましい。
【００２０】
これにより、圧電体膜が有する複数層のうち最も振動部側に位置している層の厚さを薄くして、圧電素子の電極の電極成分が圧電体膜内に拡散するのを中間層で効果的に低減することができる。また、最も振動部側に位置している層の厚さに応じて、中間層と電極との間の距離を簡単かつ高精度に規定することができる。圧電体膜が有する複数層のうち中間層に対して振動部とは反対側に位置する層の数を増やすことで、圧電体膜の厚さを容易に厚くすることができる。
【００２１】
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記複数の層のうち最も前記振動部側に位置している層の厚さが６０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００２２】
これにより、圧電素子の電極の電極成分が圧電体膜へ拡散するのを効果的に低減することができる。
【００２３】
本適用例の圧電駆動装置は、本適用例の圧電アクチュエーターと、
前記圧電アクチュエーターからの駆動力により駆動される被駆動部材と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
このような圧電駆動装置によれば、圧電アクチュエーターの駆動効率を高めることで、圧電駆動装置の駆動効率を高めることができる。
【００２５】
本適用例のロボットは、本適用例の圧電アクチュエーター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、圧電アクチュエーターの駆動効率を高めることで、ロボットの特性を高めることができる。また、圧電アクチュエーターの小型化を図ることができ、その結果、ロボットの設計の自由度を高めることができる。
【００２６】
本適用例の電子部品搬送装置は、本適用例の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
【００２７】
このような電子部品搬送装置によれば、圧電アクチュエーターの駆動効率を高めることで、電子部品搬送装置の特性を高めることができる。また、圧電アクチュエーターの小型化を図ることができる。その結果、電子部品搬送装置の設計の自由度を高めることができる。
【００２８】
本適用例のプリンターは、本適用例の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
【００２９】
このようなプリンターによれば、圧電アクチュエーターの駆動効率を高めることで、プリンターの特性を高めることができる。また、圧電アクチュエーターの小型化を図ることができ、その結果、プリンターの設計の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２に示す圧電素子の部分拡大断面図である。
【図４】図３に示す層構成の圧電素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図５】図４に示す基板準備工程を説明する図である。
【図６】図４に示す第１電極形成工程を説明する図である。
【図７】図４に示す第１圧電体層形成工程を説明する図である。
【図８】図４に示す中間層形成工程を説明する図である。
【図９】図４に示す第２圧電体層形成工程を説明する図である。
【図１０】図４に示す第２電極形成工程を説明する図である。
【図１１】図４に示すパターニング工程を説明する図である。
【図１２】本発明の圧電駆動装置の実施形態を示す概略図である。
【図１３】本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。
【図１４】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１５】図１４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。
【図１６】本発明のプリンターの実施形態を示す図である。
【図１７】実施例１〜３および比較例１〜４に係る圧電素子の圧電体層の厚さと配向率との関係を示すグラフである。
【図１８】実施例２に係る圧電体膜の断面を示すＳＥＭ写真である。
【図１９】実施例２に係る圧電体膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図２０】比較例２に係る圧電体膜の断面を示すＳＥＭ写真である。
【図２１】比較例２に係る圧電体膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図２２】実施例２および比較例２に係る圧電体膜中の鉛（Ｐｂ）を二次イオン質量分析法により分析した結果を示すグラフである。
【図２３】実施例２および比較例２に係る圧電体膜中の炭素（Ｃ）を二次イオン質量分析法により分析した結果を示すグラフである。
【図２４】実施例２および比較例２に係る圧電体膜中の水素（Ｈ）を二次イオン質量分析法により分析した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の圧電アクチュエーター、圧電駆動装置、ロボット、電子部品搬送装置およびプリンター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。
【００３２】
１．圧電アクチュエーター
まず、本発明の圧電アクチュエーターの実施形態について説明する。
【００３３】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００３４】
図１に示す圧電アクチュエーター１は、図２に示すように、２つの圧電素子ユニット１１と、２つの圧電素子ユニット１１を互いに接合している接着層１２と、２つの圧電素子ユニット１１に跨って設けられている凸部材１３と、を有している。ここで、２つの圧電素子ユニット１１は、接着層１２に対して対称（図２中の上下対称）に構成され、互いに同様の構成を有する。
【００３５】
各圧電素子ユニット１１は、基板１４と、基板１４上に設けられている複数の圧電素子１５と、複数の圧電素子１５を覆っている保護層１６と、を有する。
【００３６】
基板１４は、図１に示すように、振動部１４１と、支持部１４２と、これらを接続している１対の接続部１４３と、を有する。本実施形態では、振動部１４１は、基板１４の厚さ方向から見た平面視（以下、単に「平面視」ともいう）で、長方形をなしている。また、支持部１４２は、平面視で振動部１４１の長手方向での一端側の部分の外周に沿って、振動部１４１に対して離間して設けられている。また、１対の接続部１４３は、振動部１４１の幅方向（長手方向に対して直交する方向）での両側に配置されている。そして、１対の接続部１４３は、振動部１４１の長手方向での中央部と支持部１４２とを接続している。なお、振動部１４１の所望の変形または振動が可能であれば、振動部１４１、支持部１４２および１対の接続部１４３の形状や配置等は、前述したものに限定されない。例えば、支持部１４２が接続部１４３ごとに分離して設けられていてもよい。また、接続部１４３の数、形状および配置等も任意である。
【００３７】
基板１４は、例えば、シリコン基板である。また、図示しないが、基板１４の圧電素子１５側の面には、絶縁層が設けられている。この絶縁層は、特に限定されないが、例えば、基板１４がシリコン基板である場合、当該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厚さ１μｍ程度の熱酸化膜（二酸化ケイ素膜）である。また、この熱酸化膜上には、他の絶縁層、例えばＺｒＯ２膜が設けられていてもよい。このＺｒＯ２膜は、例えば、スパッタ法または真空蒸着法により成膜したＺｒ膜を酸素雰囲気下で熱処理することで形成することができる。
【００３８】
このような基板１４の振動部１４１上には、複数の圧電素子１５が配置されている。本実施形態では、複数の圧電素子１５は、５つの駆動用の圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｆおよび１つの検出用の圧電素子１５ｅからなる。
【００３９】
圧電素子１５ｆは、振動部１４１の幅方向での中央部において、振動部１４１の長手方向に沿って配置されている。この圧電素子１５ｆに対して振動部１４１の幅方向での一方側には、圧電素子１５ａ、１５ｂが配置され、他方側には、圧電素子１５ｃ、１５ｄが配置されている。圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、振動部１４１の長手方向および幅方向に沿って分割した４つの領域に対応して配置されている。また、圧電素子１５ｅは、振動部１４１の幅方向での一方側において、圧電素子１５ａに対して圧電素子１５ｂとは反対側に配置されている。なお、圧電素子１５ｅは、図示の配置に限定されず、また、省略することもできる。
【００４０】
このように配置された圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆは、それぞれ、基板１４上に設けられている第１電極１５１と、第１電極１５１上に設けられている圧電体膜１５２と、圧電体膜１５２上に設けられている第２電極１５３と、を有している。ここで、第１電極１５１および第２電極１５３は、圧電体膜１５２をその厚さ方向で挟むようにして設けられている。また、圧電体膜１５２は、そ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部１４１の長手方向に沿った方向に伸縮するように構成されている。なお、各圧電素子１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ）の層構成については、後に詳述する。
【００４１】
第１電極１５１は、圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆに共通して設けられている共通電極である。一方、第２電極１５３は、圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆごとに個別に設けられている個別電極である。本実施形態では、圧電体膜１５２は、圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｆごとに個別に設けられているが、圧電素子１５ａ、１５ｅに共通して設けられている。なお、圧電体膜１５２は、圧電素子１５ａ、１５ｅごとに個別に設けられていてもよいし、圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆに共通して一体的に設けられていてもよい。
【００４２】
ここで、複数の第２電極１５３は、圧電素子１５ａに対応して設けられている第２電極１５３ａ、圧電素子１５ｂに対応して設けられている第２電極１５３ｂ、圧電素子１５ｃに対応して設けられている第２電極１５３ｃ、圧電素子１５ｄに対応して設けられている第２電極１５３ｄ、圧電素子１５ｅに対応して設けられている第２電極１５３ｅ、および、圧電素子１５ｆに対応して設けられている第２電極１５３ｆからなる。
【００４３】
第２電極１５３ａと第２電極１５３ｄは、図示しない配線を介して電気的に接続されている。同様に、第２電極１５３ｂと第２電極１５３ｃは、図示しない配線を介して電気的に接続されている。また、第２電極１５３上や上記２つの配線間等には、図示しないＳｉＯ２膜等の絶縁膜が適宜設けられている。また、第１電極１５１は、図示しない配線を介して接地（グランド電位に接続）されている。また、２つの圧電素子ユニット１１の第１電極１５１同士、第２電極１５３ａ同士または第２電極１５３ｄ同士、第２電極１５３ｂ同士または第２電極１５３ｃ同士、および、第２電極１５３ｆ同士は、それぞれ、図示しない配線を介して電気的に接続されている。
【００４４】
このような配線により、圧電アクチュエーター１が有する２つの圧電素子ユニット１１の圧電素子１５ａ、１５ｄ同士が電気的に並列に接続されている。同様に、圧電アクチュエーター１が有する２つの圧電素子ユニット１１の圧電素子１５ｂ、１５ｃ同士が電気的に並列に接続されている。また、圧電アクチュエーター１が有する２つの圧電素子ユニット１１の圧電素子１５ｆ同士が電気的に並列に接続されている。
【００４５】
以上のような構成の複数の圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ上には、これらを一括して覆うように保護層１６が設けられている。この保護層１６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１６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。
【００４６】
また、前述したような第１電極１５１、圧電体膜１５２、第２電極１５３および保護層１６からなる積層体は、基板１４の支持部１４２上にも配置されている。これにより、接着層１２を介して２つの圧電素子ユニット１１を安定的に接合することができる。
【００４７】
以上説明したような構成の２つの圧電素子ユニット１１の保護層１６同士は、接着層１２を介して接合されている。接着層１２としては、例えば、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００４８】
また、２つの圧電素子ユニット１１の振動部１４１の支持部１４２とは反対側の端部には、凸部材１３が例えば接着剤により固定されている。本実施形態では、凸部材１３は、円筒状をなし、その円筒面の一部が振動部１４１から突出して設けられている。凸部材１３の構成材料としては、耐摩耗性に優れた材料が好ましく、例えば、セラミックス等が挙げられる。なお、凸部材１３の形状は、駆動力を被駆動部に伝達可能であれば、円筒状に限定されない。
【００４９】
以上説明したように構成されている圧電アクチュエーター１では、駆動用の圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｆが凸部材１３の先端を楕円運動させるように逆圧電効果により伸縮する。これにより、凸部材１３は、図示しない被駆動部材に対して一方向の駆動力を与えて、当該被駆動部材を駆動する。このとき、振動部１４１の振動は、圧電素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの伸縮によるＳ字状（または逆Ｓ字状）の屈曲振動（横振動）と、圧電素子１５ｆの伸縮による縦振動とを複合した振動である。検出用の圧電素子１５ｅは、振動部１４１の振動に伴って、圧電効果により、振動部１４１の駆動状態（振動状態）に応じた信号を出力する。
【００５０】
（圧電素子の層構成）
以下、圧電素子１５の層構成について詳述する。
【００５１】
図３は、図２に示す圧電素子の部分拡大断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００５２】
図３に示すように、圧電素子１５は、基板１４上に、チタン層２、白金層３、イリジウム層４、チタン層５、第１圧電体層６、中間層７、第２圧電体層８、イリジウム層９がこの順で積層されて構成されている。ここで、チタン層２、白金層３、イリジウム層４およびチタン層５からなる積層体が、前述した第１電極１５１を構成している。また、第１圧電体層６、中間層７および第２圧電体層８からなる積層体が、前述した圧電体膜１５２を構成している。また、イリジウム層９が、前述した第２電極１５３を構成している。
【００５３】
すなわち、前述したように、圧電素子１５は、基板１４と、基板１４上に配置されている第１電極１５１と、第１電極１５１上に配置されている圧電体膜１５２と、圧電体膜１５２上に配置されている第２電極１５３と、を備えている。そして、第１電極１５１は、基板１４側から、チタン層２、白金層３、イリジウム層４、チタン層５がこの順に積層されて構成されている。また、圧電体膜１５２は、第１電極１５１側から第２電極１５３側へ、第１圧電体層６、中間層７、第２圧電体層８がこの順で積層されて構成されている。また、第２電極１５３がイリジウム層９で構成されている。ここで、後に詳述するが、圧電体膜１５２は、圧電体材料を含んで構成されている「複数の層」として、第１圧電体層６および第２圧電体層８（後述する層８１〜８３）を有する。なお、「複数の層」とは、複数の層の集合体または積層体を意味する。
【００５４】
以下、圧電素子１５を構成する各層を順次詳細に説明する。
（第１、２電極）
前述したように、第１電極１５１は、基板１４側から、チタン層２、白金層３、イリジウム層４、チタン層５がこの順に積層されて構成されている。
【００５５】
チタン層２は、チタン（Ｔｉ）で構成されている。このチタン層２は、基板１４に対する第１電極１５１の密着性を向上させる密着層として機能を有する。ここで、チタン層２の厚さは、特に限定されないが、例えば、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度とされる。なお、チタン層２に代えて、密着層として、クロムで構成されているクロム層を用いてもよい。
【００５６】
白金層３は、白金（Ｐｔ）で構成され、また、イリジウム層４は、イリジウム（Ｉｒ）で構成されている。イリジウムおよび白金は、ともに導電性に優れた電極材料であり、かつ、互いに化学的性質が近い。このような白金層３およびイリジウム層４を設けることにより、第１電極１５１の電極としての特性を優れたものとすることができる。ここで、白金層３の厚さは、特に限定されないが、例えば、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度とされる。また、イリジウム層４の厚さは、特に限定されないが、例えば、４ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度とされる。
【００５７】
なお、白金層３またはイリジウム層４のいずれかを省略してもよいし、白金層３に対してイリジウム層４とは反対側に、さらにイリジウムで構成された層を設けてもよい。また、白金層３およびイリジウム層４に代えて、または、白金層３およびイリジウム層４に加えて、イリジウムおよび白金以外の電極材料で構成された層を用いてもよい。イリジウムおよび白金以外の電極材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５８】
チタン層５は、チタン（Ｔｉ）で構成されている。このチタン層５は、第１圧電体層６を形成する際に、島状のＴｉが結晶核となって第１圧電体層６の配向を制御して、第１圧電体層６の結晶性（配向性）を向上させる機能を有する。ここで、チタン層５の厚さは、特に限定されないが、例えば、３ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度とされる。
【００５９】
一方、前述したように、第２電極１５３がイリジウム層９で構成されている。このイリジウム層９は、イリジウム（Ｉｒ）で構成されている。ここで、イリジウム層９の厚さは、特に限定されないが、例えば、１５ｎｍ以上７０ｎｍ以下程度とされる。なお、第２電極１５３は、イリジウム層９に代えて、または、イリジウム層９に加えて、白金で構成された層を用いてもよい。また、第２電極１５３は、イリジウムおよび白金以外の電極材料で構成された層を用いてもよい。
【００６０】
（圧電体層）
前述したように、圧電体膜１５２は、前述した第１電極１５１と第２電極１５３との間に介挿されている。そして、圧電体膜１５２は、第１電極１５１側から第２電極１５３側へ、第１圧電体層６、中間層７、第２圧電体層８がこの順で積層されて構成されている。
【００６１】
［第１、第２圧電体層］
第１、第２圧電体層６、８は、圧電体膜１５２を複数回の成膜および熱処理に分けて形成することにより得られる層である。このように、圧電体膜１５２を複数回の成膜および熱処理に分けて形成することで、第１電極１５１の電極成分が圧電体膜１５２へ拡散するのを低減することができる。本実施形態では、第２圧電体層８は、３つの層８１、８２、８３が積層されて構成されている。これにより、第２圧電体層８の厚膜化が容易となる。また、第１電極１５１の電極成分が圧電体膜１５２へ拡散するのを低減することにも効果的に寄与する。なお、第２圧電体層８を構成する層の数は、図示のものに限定されず、２層または４層以上であってもよい。また、第１圧電体層６も複数層で構成されていてもよい。
【００６２】
第１、第２圧電体層６、８は、それぞれ、一般組成式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する圧電セラミックス材料で構成されている。具体的には、第１、第２圧電体層６、８の構成材料としては、それぞれ、例えば、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３）、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等が挙げられる。特に、第１、第２圧電体層６、８を構成する圧電体材料は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）であることが好ましい。
【００６３】
ここで、第１圧電体層６および第２圧電体層８の合計厚さは、２μｍ以上であり、好ましくは、２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にある。これにより、厚さが厚い圧電素子１５が得られる。なお、後述する中間層７の厚さは、第１圧電体層６または第２圧電体層８の厚さに比べて大幅に薄いため、概略的には、圧電体膜１５２全体の厚さＴを第１圧電体層６および第２圧電体層８の合計厚さとみなすことができる。
【００６４】
また、第１圧電体層６の厚さは、第２圧電体層８の厚さよりも薄く、より好ましくは、第２圧電体層８の厚さの０．０１倍以上０．７倍以下の範囲内にある。これにより、第１電極１５１の電極成分が圧電体膜１５２へ拡散するのを効果的に低減しつつ、圧電素子１５の厚さを厚くすることができる。
【００６５】
圧電体膜１５２が有する複数の層のうち最も第１電極１５１側（すなわち振動部１４１側）に位置している層の厚さ、すなわち、第１圧電体層６の具体的な厚さは、６０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、８０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。これにより、第１電極１５１の電極成分が圧電体膜１５２へ拡散するのを効果的に低減することができる。これに対し、かかる厚さが薄すぎると、圧電体膜１５２を厚くしたときに、第１電極１５１からの電極成分を第１圧電体層６内に閉じ込めることが難しく、当該電極成分が第２圧電体層８に及んでしまい、その結果、第１電極１５１の電極成分が圧電体膜１５２へ拡散する範囲が拡がる傾向を示す。一方、かかる厚さが薄すぎても、第１電極１５１の電極成分が圧電体膜１５２へ拡散する範囲が拡がる傾向を示す。
【００６６】
また、前述したように、第１圧電体層６を形成する際、チタン層５の島状のＴｉを結晶核として第１圧電体層６の圧電体材料を厚さ方向に成長させることができる。また、それに伴って、第２圧電体層８の圧電体材料も厚さ方向に成長させることができる。そのため、圧電体膜１５２は、厚さ方向に延びている柱状の結晶粒を含む（図１８および図１９参照）。これにより、圧電体膜１５２の結晶性を高めることができる。特に、Ｔｉは結晶方位（１００）方向に延びる柱状の結晶粒を形成させるため、圧電体膜１５２の圧電体特性を高めることができる。
【００６７】
そして、前述したような圧電体膜１５２の厚さで圧電素子１５の駆動効率を高めるため、圧電体膜１５２に含まれる結晶粒の幅方向での粒径が所定の条件を満たす。具体的には、圧電体膜１５２の厚さをＴ［μｍ］とし、圧電体膜１５２に含まれる結晶粒の幅方向（圧電体膜１５２の厚さ方向に直交する方向）での平均粒径をＤ［μｍ］としたとき、Ｔ／Ｄが１０以上１００以下の範囲内にあり、好ましくは、１３以上６７以下の範囲内にあり、より好ましくは、２０以上３５以下の範囲内にある。また、圧電体膜１５２に含まれる結晶粒の幅方向での粒径の標準偏差（粒径のバラつきの程度）が１．８μｍ以下であり、好ましくは、１μｍ以下であり、より好ましくは、０．５μｍ以下である。なお、圧電体膜１５２に含まれる結晶粒は、圧電体膜１５２の厚さ方向でのほぼ全域にわたって形成されており（図１８参照）、圧電体膜１５２の厚さＴは、圧電体膜１５２の厚さ方向に沿った当該結晶粒の長さにほぼ等しい。また、平均粒径Ｄ（平均結晶粒径）の測定は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１「鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法」に準拠して行われる。
【００６８】
［中間層］
中間層７は、前述した第１圧電体層６と第２圧電体層８との層間に介挿されている。中間層７は、チタン（Ｔｉ）を含んで構成されている。この中間層７は、前述したように圧電体膜１５２を第１圧電体層６および第２圧電体層８の２層に分けることと相まって、第１電極１５１の電極成分が圧電体膜１５２へ拡散するのを低減する機能、より具体的には、第１電極１５１の電極成分が第１圧電体層６から第２圧電体層８へ移動するのを阻止する機能（「拡散防止層」としての機能）を有する。
【００６９】
このように、圧電体膜１５２は、圧電体材料で構成されている複数の層を有しており、圧電素子１５は、圧電体膜１５２の層間に配置され、チタンを含んで構成されている中間層７を有する。これにより、単に圧電体膜１５２が複数層に分かれている場合に比べて、圧電素子１５の第１電極１５１の電極成分が圧電体膜１５２内に拡散するのを低減することができ、しかも、圧電体膜１５２を構成する圧電体材料の所望の配向率を高めることができる。
【００７０】
ここで、中間層７は、圧電体膜１５２を構成する「複数の層」である第１圧電体層６および第２圧電体層８（層８１〜８３）が有する層間のうち最も第１電極１５１側（振動部１４１側）に位置している層間、すなわち、第１圧電体層６と第２圧電体層８との層間に配置されている。これにより、圧電体膜１５２が有する複数層のうち最も第１電極１５１側に位置している層（第１圧電体層６）の厚さを薄くして、第１電極１５１の電極成分が圧電体膜１５２内に拡散するのを中間層７で効果的に低減することができる。また、最も第１電極１５１側に位置している層（第１圧電体層６）の厚さに応じて、中間層７と第１電極１５１との間の距離を簡単かつ高精度に規定することができる。そのため、圧電素子１５の所望の特性を得やすいという利点がある。また、圧電体膜１５２が有する複数層のうち中間層７に対して第２電極１５３側に位置する層（層８１〜８３）の数を増やすことで、圧電体膜１５２の厚さを容易に厚くすることができる。
【００７１】
また、中間層７の厚さは、２ｎｍ以上６ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、３ｎｍ以上５ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。これにより、前述した中間層７の機能、すなわち、第１電極１５１の電極成分が圧電体膜１５２内に拡散するのを低減する機能（厚すぎると、低誘電率層の挿入による電圧降下が起こりうる）を好適に発揮させることができる。これに対し、かかる厚さが小さすぎると、前述した結晶核としての作用が少なくなる傾向を示す。一方、かかる厚さが大きすぎると、第１圧電体層６と第２圧電体層８とが中間層７を境に完全に分断されてしまい、第１圧電体層６と第２圧電体層８との間において結晶が不連続となったり層間剥離が生じやすくなったりする傾向を示す。
【００７２】
（圧電アクチュエーターの製造方法）
以下、圧電アクチュエーター１の製造方法について簡単に説明する。
図４は、図３に示す層構成の圧電素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【００７３】
圧電アクチュエーター１の製造方法は、図１２に示すように、［１］基板準備工程Ｓ１０と、［２］第１電極形成工程Ｓ２０と、［３］第１圧電体層形成工程Ｓ３０と、［４］中間層形成工程Ｓ４０と、［５］第２圧電体層形成工程Ｓ５０と、［６］第２電極形成工程Ｓ６０と、［７］パターニング工程Ｓ７０と、を有する。以下、各工程を順次簡単に説明する。
【００７４】
［１］基板準備工程Ｓ１０
図５は、図４に示す基板準備工程を説明する図である。
【００７５】
まず、図５に示すように、基板１４を用意する。この基板１４は、例えば、シリコン基板を用意し、そのシリコン基板の一方の面に熱酸化によりシリコン酸化膜を形成することで得られる。なお、シリコン酸化膜上に、スパッタ法または真空蒸着法によりＺｒＯ２膜を形成してもよい。
【００７６】
［２］第１電極形成工程Ｓ２０
図６は、図４に示す第１電極形成工程を説明する図である。
【００７７】
次に、図６に示すように、基板１４の一方の面上に、チタン層２、白金層３、イリジウム層４、チタン層５をこの順で成膜して、第１電極１５１を形成する。ここで、チタン層２、白金層３、イリジウム層４、チタン層５の形成は、それぞれ、例えば、スパッタ法等により行う。
【００７８】
［３］第１圧電体層形成工程Ｓ３０
図７は、図４に示す第１圧電体層形成工程を説明する図である。
【００７９】
次に、図７に示すように、第１電極１５１上に、第１圧電体層６を形成する。ここで、第１圧電体層６の形成は、例えば、ゾルゲル法により圧電体の前駆体層を形成し、その前駆体層を焼成して結晶化することにより行う。なお、前駆体層の形成を繰り返し、その後に複数層の前駆体層を一括して焼成してもよい。
【００８０】
［４］中間層形成工程Ｓ４０
図８は、図４に示す中間層形成工程を説明する図である。
【００８１】
次に、図８に示すように、第１圧電体層６上に、中間層７を形成する。ここで、中間層７の形成は、例えば、スパッタ法等により行う。
【００８２】
［５］第２圧電体層形成工程Ｓ５０
図９は、図４に示す第２圧電体層形成工程を説明する図である。
【００８３】
次に、図９に示すように、中間層７上に、第２圧電体層８を形成する。ここで、第２圧電体層８の形成は、第１圧電体層６の形成と同様、例えば、ゾルゲル法により圧電体の前駆体層を形成し、その前駆体層を焼成して結晶化することにより行うが、本工程では、前駆体層の形成および焼成を複数回繰り返すことで、所望厚さの第２圧電体層８を形成する。すなわち、層８１〜８３のそれぞれの形成について、前駆体層の形成および焼成を行う。これにより、複数の第２圧電体層８を１回の前駆体層の形成および焼成によって形成する場合に比べて、配向性に優れた第２圧電体層８を形成することができる。
【００８４】
［６］第２電極形成工程Ｓ６０
図１０は、図４に示す第２電極形成工程を説明する図である。
【００８５】
次に、図１０に示すように、第２圧電体層８上に、イリジウム層９を形成する。ここで、イリジウム層９の形成は、例えば、スパッタ法等により行う。
【００８６】
［７］パターニング工程Ｓ７０
図１１は、図４に示すパターニング工程を説明する図である。
【００８７】
最後に、図１１に示すように、第１圧電体層６、中間層７、第２圧電体層８およびイリジウム層９を一括してパターニングすることで、圧電体膜１５２および第２電極１５３を形成する。ここで、かかるパターニングは、例えば、フォトレジスト法を用いてマスクを形成し、そのマスクを介してドライエッチングすることにより行う。
以上により、圧電素子１５を得ることができる。
【００８８】
以上のように、圧電アクチュエーター１は、振動部１４１と、接続部１４３を介して振動部１４１と一体に構成され、振動部１４１を支持している支持部１４２と、振動部１４１上に配置されている圧電素子１５と、を備える。そして、圧電素子１５は、厚さ方向に延びている柱状の結晶粒を含む圧電体膜１５２を有する。特に、圧電体膜１５２の厚さをＴ［μｍ］とし、圧電体膜１５２に含まれる結晶粒の幅方向での平均粒径をＤ［μｍ］としたとき、Ｔ／Ｄが１０以上１００以下の範囲内にある。また、圧電体膜１５２の厚さＴが２μｍ以上である。さらに、圧電体膜１５２に含まれる結晶粒の幅方向での粒径の標準偏差が１．８μｍ以下である。
【００８９】
このような圧電アクチュエーター１によれば、圧電体膜１５２の厚さＴおよび結晶粒の幅方向での平均粒径Ｄの比であるＴ／Ｄが１０以上１００以下の範囲内にあること、圧電体膜１５２の厚さＴが２μｍ以上であること、および、結晶粒の幅方向での粒径の標準偏差が１．８μｍ以下であることにより、圧電アクチュエーター１の駆動効率を高めることができる。
【００９０】
ここで、圧電体膜１５２は、ペロブスカイト型結晶構造を有する材料で構成されている。そして、圧電体膜１５２は、（１００）配向率が９０％以上であることが好ましい。これにより、圧電アクチュエーター１の駆動効率を的確に高めることができる。
【００９１】
また、圧電体膜１５２の誘電損失が２％以下であることが好ましい。これにより、圧電アクチュエーター１の駆動効率を効率的に高めることができる。
【００９２】
さらに、圧電体膜１５２の厚さＴは、２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、３μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以上１０μｍ以下であることがさらに好ましい。これにより、駆動効率の優れた圧電アクチュエーター１を生産性良く製造することができる。
【００９３】
また、圧電体膜１５２に含まれる結晶粒の幅方向での平均粒径Ｄは、０．１μｍ以上１μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、０．１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲内にあることがより好ましく、０．１μｍ以上０．３μｍ以下の範囲内にあることがさらに好ましい。これにより、圧電アクチュエーター１の駆動効率を的確に高めることができる。
【００９４】
２．圧電駆動装置
次に、本発明の圧電駆動装置の実施形態について説明する。
【００９５】
図１２は、本発明の圧電駆動装置の実施形態を示す概略図である。
図１２に示す圧電駆動装置１００は、圧電モーターである。この圧電駆動装置１００は、回動軸Ｏまわりに回転可能な被駆動部材であるローター５０と、ローター５０の外周面に沿って並んで配置されている複数の圧電アクチュエーター１と、を有する。
【００９６】
このような圧電駆動装置１００では、複数の圧電アクチュエーター１のそれぞれを駆動（振動）させることにより、ローター５０を回動軸Ｏまわりに図１２中の矢印Ｃで示す方向に回転させる。
【００９７】
以上説明したような圧電駆動装置１００は、圧電アクチュエーター１と、圧電アクチュエーター１からの駆動力により駆動される被駆動部材であるローター５０と、を備える。このような圧電駆動装置１００によれば、圧電アクチュエーター１の駆動効率を高めることで、圧電駆動装置１００の駆動効率を高めることができる。
【００９８】
３．ロボット
図１３は、本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。
【００９９】
図１３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駆動装置１００（圧電アクチュエーター１）が搭載されており、この圧電駆動装置１００の駆動によって各アーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０が回動する。なお、各圧電駆動装置１００の駆動は、制御部１０８０によって制御される。
【０１００】
以上説明したようなロボット１０００は、圧電アクチュエーター１を備える。このようなロボット１０００によれば、圧電アクチュエーター１の駆動効率を高めることで、ロボット１０００の特性を高めることができる。また、圧電アクチュエーター１の小型化を図ることができ、その結果、ロボット１０００の設計の自由度を高めることができる。
【０１０１】
４．電子部品搬送装置
図１４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１５は、図１４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。
【０１０２】
図１４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デバイス等が挙げられる。
【０１０３】
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１５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１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１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１と、が内蔵されている。
【０１０４】
以上説明したような電子部品搬送装置２０００は、圧電アクチュエーター１を備える。このような電子部品搬送装置２０００によれば、圧電アクチュエーター１の駆動効率を高めることで、電子部品搬送装置２０００の特性を高めることができる。また、圧電アクチュエーター１の小型化を図ることができる。その結果、電子部品搬送装置２０００の設計の自由度を高めることができる。
【０１０５】
５．プリンター
図１６は、本発明のプリンターの実施形態を示す図である。
【０１０６】
図１６に示すプリンター３０００は、インクジェット記録方式のプリンターである。このプリンター３０００は、装置本体３０１０と、装置本体３０１０の内部に設けられている印刷機構３０２０、給紙機構３０３０および制御部３０４０と、を備えている。
【０１０７】
装置本体３０１０には、記録用紙Ｐを設置するトレイ３０１１と、記録用紙Ｐを排出する排紙口３０１２と、液晶ディスプレイ等の操作パネル３０１３とが設けられている。
【０１０８】
印刷機構３０２０は、ヘッドユニット３０２１と、キャリッジモーター３０２２と、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりヘッドユニット３０２１を往復動させる往復動機構３０２３と、を備えている。ヘッドユニット３０２１は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド３０２１ａと、ヘッド３０２１ａにインクを供給するインクカートリッジ３０２１ｂと、ヘッド３０２１ａおよびインクカートリッジ３０２１ｂを搭載したキャリッジ３０２１ｃと、を有している。往復動機構３０２３は、キャリッジ３０２１ｃを往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸３０２３ａと、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりキャリッジ３０２１ｃをキャリッジガイド軸３０２３ａ上で移動させるタイミングベルト３０２３ｂと、を有している。
【０１０９】
給紙機構３０３０は、互いに圧接している従動ローラー３０３１および駆動ローラー３０３２と、駆動ローラー３０３２を駆動する給紙モーターである圧電駆動装置１００（圧電アクチュエーター１）と、を有している。
【０１１０】
制御部３０４０は、例えばパーソナルコンピュータ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷機構３０２０や給紙機構３０３０等を制御する。
【０１１１】
このようなプリンター３０００では、給紙機構３０３０が記録用紙Ｐを一枚ずつヘッドユニット３０２１の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット３０２１が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。
【０１１２】
以上説明したようなプリンター３０００は、圧電アクチュエーター１を備える。このようなプリンター３０００によれば、圧電アクチュエーター１の駆動効率を高めることで、プリンター３０００の特性を高めることができる。また、圧電アクチュエーター１の小型化を図ることができ、その結果、プリンター３０００の設計の自由度を高めることができる。
【０１１３】
以上、本発明の圧電アクチュエーター、圧電駆動装置、ロボット、電子部品搬送装置およびプリンターを、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。
【実施例】
【０１１４】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．圧電アクチュエーターの製造
（実施例１）
図１および図２に示すような圧電アクチュエーターを以下のようにして製造した。
【０１１５】
まず、シリコン基板を用意し、そのシリコン基板の一方の面に熱酸化により厚さ１μｍのシリコン酸化膜を形成した。
【０１１６】
次に、シリコン基板の熱酸化膜上に、厚さ２０ｎｍのチタン層、厚さ１３０ｎｍの白金層、厚さ５ｎｍのイリジウム層、厚さ４ｎｍのチタン層をこの順でスパッタ法により成膜し、第１電極を形成した。
【０１１７】
次に、第１電極上に、インクジェット法によりＰＺＴのゾル組成物を塗布し、これを乾燥させることでＰＺＴの前駆体層を形成し、その前駆体層をＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）により７４０℃で焼成して結晶化することにより、厚さ１１０ｎｍの第１圧電体層を形成した。
【０１１８】
次に、第１圧電体層上に、スパッタ法によりチタンを成膜し、厚さ４ｎｍの中間層を形成した。
【０１１９】
次に、中間層上に、前述した第１圧電体層の形成と同様のゾル組成部の塗布・乾燥および前駆体層の焼成を交互に繰り返し行うことにより、厚さ２μｍの第２圧電体層を形成した。
【０１２０】
次に、第２圧電体層上に、スパッタ法によりイリジウムを成膜し、第２電極となるべき厚さ５０ｎｍのイリジウム層を形成した。
【０１２１】
次に、第１圧電体層、中間層、第２圧電体層およびイリジウム層をドライエッチングにより一括してパターニングすることで、圧電体膜および第２電極を形成した。これにより、シリコン基板上に第１電極、圧電体膜および第２電極がこの順で積層された積層体を得た。
【０１２２】
最後に、この積層体のシリコン基板をドライエッチングすることにより、振動部、支持部および接続部を形成した。これにより、圧電素子ユニットを得た。このようにして２つの圧電素子ユニットを得た後、その２つの圧電素子ユニットをエポキシ系接着剤で互いに接合し、その接合体の振動部にエポキシ系接着剤によりセラミックス製の凸部材（被駆動部材）を接合した。これにより、図１および図２に示す構造の圧電アクチュエーターを得た。
【０１２３】
（実施例２、３、比較例１）
第２圧電体層の厚さを表１に示すように変更した以外は、前述した実施例１と同様にして、圧電アクチュエーターを製造した。ここで、第２圧電体層の厚さの調整は、ゾル組成部の塗布・乾燥および前駆体層の焼成の繰り返し回数を変更することで行った。
【０１２４】
【表１】
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【０１２５】
（比較例２）
第１圧電体層および第２圧電体層をそれぞれ形成するための各前駆体層（最終層の除く）の焼成温度を６００℃とし、第２圧電体層を形成するための複数の前駆体層のうち最終層の焼成をファーネス（炉焼き）法により７５０℃で行った以外は、前述した実施例２と同様にして、圧電アクチュエーターを製造した。
【０１２６】
（比較例３、４）
第２圧電体層の厚さを表１に示すように変更した以外は、前述した比較例２と同様にして、圧電アクチュエーターを製造した。ここで、第２圧電体層の厚さの調整は、ゾル組成部の塗布・乾燥および前駆体層の焼成の繰り返し回数を変更することで行った。
【０１２７】
２．圧電アクチュエーターの評価
（出力割合・効率割合）
実施例１〜３および比較例１、２について、回転可能なローターを圧電アクチュエーターにより回転させ、出力および効率を測定した。出力は、（ロータートルク）×（ローターの回転速度）＝（出力）の関係式から算出した。効率は、（圧電素子からの出力電力）／（圧電素子への入力電力）の関係式から算出した。そして、比較例１の出力を１とした出力割合の結果、および、比較例１の効率を１とした効率割合の結果を表１に示す。また、圧電体膜の厚さＴおよび結晶粒の幅方向での平均粒径Ｄの比Ｔ／Ｄおよび圧電体膜の厚さＴと併せて表１に示す。
【０１２８】
表１に示すように、実施例１〜３は、それぞれ、比較例１に比べて優れた出力割合および効率割合となり、また、比較例２に比べても同等またはそれ以上の出力割合および効率割合となる。
【０１２９】
（圧電体膜の（１００）配向率）
図１７は、実施例１〜３および比較例１〜４に係る圧電素子の圧電体層の厚さと配向率との関係を示すグラフである。
【０１３０】
前述したように、実施例１〜３および比較例１では、ＰＺＴの前駆体層の焼成を各前駆体層ごとにＲＴＡで比較的高温の７４０℃で行った。このような焼成を行った場合、図１７に示すように、圧電体膜の厚さＴが厚くなるほど、（１００）配向率が高くなる傾向を示す。これに対し、比較例２〜４では、ＰＺＴの前駆体層の焼成を、最終層を除いて各前駆体層ごとにＲＴＡで比較的低温の６００℃で行い、最終層についてファーネスで比較的高温の７５０℃で行った。このような焼成を行った場合、図１７に示すように、圧電体膜の厚さＴが厚くなるほど、（１００）配向率が低くなる傾向を示す。
【０１３１】
（結晶粒の粒径バラつき）
図１８は、実施例２に係る圧電体膜の断面を示すＳＥＭ写真である。図１９は、実施例２に係る圧電体膜の表面を示すＳＥＭ写真である。図２０は、比較例２に係る圧電体膜の断面を示すＳＥＭ写真である。図２１は、比較例２に係る圧電体膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【０１３２】
実施例２に係る圧電体膜は、図１８に示すように、柱状の結晶粒を含んでおり、その結晶粒が圧電体膜の厚さ方向での全域にわたって延びている。また、実施例２に係る圧電体膜は、図１９に示すように、結晶粒の粒径のバラつきが比較的小さい。これに対し、比較例２に係る圧電体膜は、図２０に示すように、柱状の結晶粒を含んでおり、その結晶粒が圧電体膜の厚さ方向での全域にわたって延びているものの、図２１に示すように、結晶粒の粒径のバラつきが比較的大きい。また、各実施例および各比較例の圧電体膜の結晶粒の幅方向での粒径の標準偏差を表１に示す。
【０１３３】
（元素解析）
図２２は、実施例２および比較例２に係る圧電体膜中の鉛（Ｐｂ）を二次イオン質量分析法により分析した結果を示すグラフである。図２３は、実施例２および比較例２に係る圧電体膜中の炭素（Ｃ）を二次イオン質量分析法により分析した結果を示すグラフである。図２４は、実施例２および比較例２に係る圧電体膜中の水素（Ｈ）を二次イオン質量分析法により分析した結果を示すグラフである。図２２ないし図２４中の横軸（Times）は、圧電体膜の厚さ方向での位置に対応し、縦軸（Intensity）は、測定対象となる元素の量に対応している。
【０１３４】
図２２に示すように、実施例２および比較例２は、ともに鉛の量が同等である。しかし、図２３および図２４に示すように、実施例２は、比較例２に比べて、炭素および水素の量が少なく、膜厚方向での組成揺らぎが少なく、良好な膜質であると言える。
【０１３５】
（誘電損失）
実施例１および比較例１、２について、圧電体膜の誘電損失を測定した。その結果、実施例１に係る圧電体膜の誘電損失は、０．９１％であり、比較例１に係る圧電体膜の誘電損失は、１．１１％であり、比較例２に係る圧電体膜の誘電損失は、２．４６％であった。なお、誘電損失は、インピーダンスアナライザーにて、Ｒ−Ｘモード、Ｆｒ＝１ＭＨｚにて測定を行った。
【符号の説明】
【０１３６】
１…圧電アクチュエーター、２…チタン層、３…白金層、４…イリジウム層、５…チタン層、６…第１圧電体層、７…中間層、８…第２圧電体層、９…イリジウム層、１１…圧電素子ユニット、１２…接着層、１３…凸部材、１４…基板、１５…圧電素子、１５ａ…圧電素子、１５ｂ…圧電素子、１５ｃ…圧電素子、１５ｄ…圧電素子、１５ｅ…圧電素子、１５ｆ…圧電素子、１６…保護層、５０…ローター（被駆動部材）、８１…層、８２…層、８３…層、１００…圧電駆動装置、１４１…振動部、１４２…支持部、１４３…接続部、１５１…第１電極、１５２…圧電体膜、１５３…第２電極、１５３ａ…第２電極、１５３ｂ…第２電極、１５３ｃ…第２電極、１５３ｄ…第２電極、１５３ｅ…第２電極、１５３ｆ…第２電極、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、３０００…プリンター、３０１０…装置本体、３０１１…トレイ、３０１２…排紙口、３０１３…操作パネル、３０２０…印刷機構、３０２１…ヘッドユニット、３０２１ａ…ヘッド、３０２１ｂ…インクカートリッジ、３０２１ｃ…キャリッジ、３０２２…キャリッジモーター、３０２３…往復動機構、３０２３ａ…キャリッジガイド軸、３０２３ｂ…タイミングベルト、３０３０…給紙機構、３０３１…従動ローラー、３０３２…駆動ローラー、３０４０…制御部、Ｃ…矢印、Ｄ…平均粒径、Ｏ…回動軸、Ｐ…記録用紙、Ｑ…電子部品、Ｓ１０…基板準備工程、Ｓ２０…第１電極形成工程、Ｓ３０…第１圧電体層形成工程、Ｓ４０…中間層形成工程、Ｓ５０…第２圧電体層形成工程、Ｓ６０…第２電極形成工程、Ｓ７０…パターニング工程
【図１】
2019067861.tif 000004
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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