(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を形成する工程と、
振動板の表面に前記圧電素子を設ける工程と、
を含み、
前記圧電素子を形成する工程は、
第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第２電極層を形成する工程と、
前記第２電極層をパターニングする工程と、
前記圧電体層をウェットエッチングによりパターニングする工程と、
パターニングされた前記圧電体層の側面、前記第１電極層、および前記第２電極層を覆うように、第１有機絶縁層を形成する工程と、
前記第１有機絶縁層をパターニングして、第１コンタクトホールおよび第２コンタクトホールを形成する工程と、
前記第１コンタクトホールおよび前記第１有機絶縁層上に、前記第２電極層と接続される第１配線層を形成し、前記第２コンタクトホールおよび前記第１有機絶縁層上に、前記第１電極層と接続される第２配線層を形成する工程と、
前記第１配線層および前記第２配線層を覆うように、前記第１有機絶縁層上に第２有機絶縁層を形成する工程と、
前記第２有機絶縁層をパターニングして、第３コンタクトホールおよび第４コンタクトホールを形成する工程と、
前記第３コンタクトホールおよび前記第２有機絶縁層上に、前記第１配線層と接続される第３配線層を形成し、前記第４コンタクトホールおよび前記第２有機絶縁層上に、前記第２配線層と接続される第４配線層を形成する工程と、
を有し、
前記振動板の表面に前記圧電素子を設ける工程では、
前記第３配線層および前記第４配線層が前記振動板側を向くように、前記振動板の表面に前記圧電素子を設け、
前記第３配線層は、平面視において、前記圧電体層と重なり、
前記第４配線層は、平面視において、
前記圧電体層と重なる第１部分と、
前記圧電体層と重ならない第２部分と、
を有し、
前記第３配線層の上面の高さと、前記第１部分の上面の高さは、同じであり、
前記第２部分の上面の高さは、前記第１部分の上面の高さよりも低い、圧電駆動装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧電体層は、液相法による前駆体層の形成と前記前駆体層の結晶化とを繰り返すことによって形成される、圧電駆動装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１有機絶縁層の材質は、感光性の材料である、圧電駆動装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１有機絶縁層のヤング率は、１ＧＰａ以上である、圧電駆動装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記第１有機絶縁層の厚さは、前記圧電体層の厚さの１．５倍以上３倍以下である、圧電駆動装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記圧電体層の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下である、圧電駆動装置の製造方法。
【請求項７】
振動板と、
前記振動板の表面に設けられた圧電素子と、
を含み、
前記圧電素子は、
第１電極層と、
前記第１電極層の上方に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第２電極層と、
前記圧電体層の側面、前記第１電極層上、および前記第２電極層上に設けられた第１有機絶縁層と、
前記第１有機絶縁層に設けられた第１コンタクトホール、および前記第１有機絶縁層上に設けられ、前記第２電極層に接続された第１配線層と、
前記第１有機絶縁層に設けられた第２コンタクトホール、および前記第１有機絶縁層上に設けられ、前記第１電極層に接続された第２配線層と、
前記第１配線層および前記第２配線層を覆って、前記第１有機絶縁層上に設けられた第２有機絶縁層と、
前記第２有機絶縁層に設けられた第３コンタクトホール、および前記第２有機絶縁層上に設けられ、前記第１配線層に接続された第３配線層と、
前記第２有機絶縁層に設けられた第４コンタクトホール、および前記第２有機絶縁層上に設けられ、前記第２配線層に接続された第４配線層と、
を有し、
前記圧電体層は、
液相法による前駆体層の形成と前記前駆体層の結晶化とを繰り返して積層体を形成し、前記積層体をウェットエッチングによりパターニングすることによって形成され、
前記圧電素子は、前記第３配線層および前記第４配線層が前記振動板側を向くように設けられ、
前記第３配線層は、平面視において、前記圧電体層と重なり、
前記第４配線層は、平面視において、
前記圧電体層と重なる第１部分と、
前記圧電体層と重ならない第２部分と、
を有し、
前記第３配線層の上面の高さと、前記第１部分の上面の高さは、同じであり、
前記第２部分の上面の高さは、前記第１部分の上面の高さよりも低い、圧電駆動装置。
【請求項８】
複数のリンク部と、
複数の前記リンク部を接続する関節部と、
複数の前記リンク部を前記関節部で回動させる請求項７に記載の圧電駆動装置と、
を含む、ロボット。
【請求項９】
請求項７記載の圧電駆動装置と、
液体を輸送するチューブと、
前記圧電駆動装置の駆動によって前記チューブを閉鎖する複数のフィンガーと、
を含む、ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の製造方法、圧電素子、圧電駆動装置、ロボット、およびポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体を振動させて被駆動体を駆動する圧電アクチュエーター（圧電駆動装置）は、磁石やコイルが不要のため、様々な分野で利用されている（例えば特許文献１参照）。このような圧電駆動装置には、一般的に、バルク状の圧電体を備えた圧電素子（バルク圧電素子）が利用されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
一方、圧電素子としては、薄膜状の圧電体を備えたもの（薄膜圧電素子）が知られている。薄膜圧電素子は、主に、インクジェットプリンターのヘッドにおいて、インクの射出を行うために利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２０９７９号公報
【特許文献２】特開２００８−２２７１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような薄膜圧電素子を圧電駆動装置に用いれば、圧電駆動装置やこれによって駆動される機器を小型化することができる可能性が高い。薄膜圧電素子を圧電駆動装置に用いる場合、例えば圧電素子の上部電極と下部電極との短絡を防ぐ等のために、圧電体の側面を絶縁層で覆うことが望ましい。しかしながら、このような絶縁層は、該絶縁層を形成する工程後の製造工程中や圧電駆動装置の駆動時などに剥離してしまうことがある。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、絶縁層の剥離を抑制することができる圧電素子の製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、絶縁層の剥離を抑制することができる圧電素子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧電素子を含む圧電駆動装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧電駆動装置を含むロボットまたはポンプ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、以下の態様又は適用例として実現することができる。
【０００８】
［適用例１］
本発明に係る圧電素子の製造方法の一態様は、
第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第２電極層を形成する工程と、
前記第２電極層をパターニングする工程と、
前記圧電体層をウェットエッチングによりパターニングする工程と、
パターニングされた前記圧電体層の側面に、有機絶縁層を形成する工程と、
を含む。
【０００９】
このような圧電素子の製造方法では、圧電体層の側面を凹凸形状にすることができる。これにより、圧電体層と有機絶縁層との接触面の面積を大きくすることができる。したがって、このような圧電素子の製造方法では、圧電体層と有機絶縁層との密着性を向上させることができ、有機絶縁層の剥離を抑制することができる。
【００１０】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【００１１】
［適用例２］
適用例１において、
前記圧電体層は、液相法による前駆体層の形成と前記前駆体層の結晶化とを繰り返すことによって形成されてもよい。
【００１２】
このような圧電素子の製造方法では、圧電体層の側面に溝部を形成することができ、圧電体層の側面を凹凸形状にすることができる。
【００１３】
［適用例３］
適用例１または２において、
前記有機絶縁層の材質は、感光性の材料であってもよい。
【００１４】
このような圧電素子の製造方法では、有機絶縁層を、エッチングをすることなく、露光、現像、およびベーク（熱処理）によってパターニングすることができる。したがって、このような圧電素子の製造方法では、工程の短縮化を図ることができ、低コスト化を図ることができる。
【００１５】
［適用例４］
適用例３において、
前記有機絶縁層のヤング率は、１ＧＰａ以上であってもよい。
【００１６】
このような圧電素子の製造方法では、電圧の印加によって圧電体層４０に生じる力（変形）を、有機絶縁層を介して、後述する振動板に効率よく伝えることができる。
【００１７】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれか１例において、
前記有機絶縁層の厚さは、前記圧電体層の厚さの１．５倍以上３倍以下であってもよい。
【００１８】
このような圧電素子の製造方法では、有機絶縁層は圧電体層の側面を確実に覆いつつ、有機絶縁層に設けられたコンタクトホールの開口面積が大きくなることを抑制することができる。
【００１９】
［適用例６］
適用例１ないし５のいずれか１例において、
前記圧電体層の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。
【００２０】
このような圧電素子の製造方法では、圧電素子を超音波モーターに用いた場合に超音波モーターの出力を確保しつつ、圧電体層にクラックが生じることを抑制することができる
。
【００２１】
［適用例７］
本発明に係る圧電素子の一態様は、
第１電極層と、
前記第１電極層の上方に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第２電極層と、
前記圧電体層の側面に設けられた有機絶縁層と、
を含み、
前記圧電体層は、
液相法による前駆体層の形成と前記前駆体層の結晶化とを繰り返して積層体を形成し、前記積層体をウェットエッチングによりパターニングすることによって形成される。
【００２２】
このような圧電素子では、有機絶縁層の剥離を抑制することができる。
【００２３】
［適用例８］
本発明に係る圧電駆動装置の一態様は、
振動板と、
前記振動板の表面に設けられた適用例７に記載の圧電素子と、
を含む。
【００２４】
このような圧電駆動装置では、本発明に係る圧電素子を含むため、高い信頼性を有することができる。
【００２５】
［適用例９］
本発明に係るロボットの一態様は、
複数のリンク部と、
複数の前記リンク部を接続する関節部と、
複数の前記リンク部を前記関節部で回動させる適用例８に記載の圧電駆動装置と、
を含む。
【００２６】
このようなロボットでは、本発明に係る圧電駆動装置を含むことができる。
【００２７】
［適用例１０］
本発明に係るポンプの一態様は、
適用例８に記載の圧電駆動装置と、
液体を輸送するチューブと、
前記圧電駆動装置の駆動によって前記チューブを閉鎖する複数のフィンガーと、
を含む。
【００２８】
このようなポンプでは、本発明に係る圧電駆動装置を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る圧電素子の製造方法を説明するためのフローチャート。
【図３】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１３】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１４】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図１５】ＳＥＭ観察の結果。
【図１６】各材料のシート抵抗を示すグラフ。
【図１７】本実施形態の変形例に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図１８】本実施形態の変形例に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図１９】本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す平面図および断面図。
【図２０】本実施形態に係る圧電駆動装置の振動板を模式的に示す平面図。
【図２１】本実施形態に係る圧電駆動装置と駆動回路との電気的接続状態を説明するための図。
【図２２】本実施形態に係る圧電駆動装置の動作を説明するための図。
【図２３】本実施形態に係るロボットを説明するための図。
【図２４】本実施形態に係るロボットの手首部分を説明するための図。
【図２５】本実施形態に係るポンプを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３１】
１．  圧電素子
まず、本実施形態に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示す断面図である。
【００３２】
圧電素子１００は、図１に示すように、基板１０と、下地層２０と、第１電極層３０と、圧電体層４０と、第２電極層５０と、有機絶縁層６０，６２と、配線層７０，７２，７４，７６と、を含む。
【００３３】
基板１０の形状は、平板状である。基板１０は、例えば、半導体基板（具体的にはシリコン基板）である。基板１０は、圧電体層４０の変形に応じて、変形することができる。
【００３４】
下地層２０は、基板１０上に設けられている。下地層２０は、基板１０上に設けられた酸化シリコン層と、酸化シリコン層上に設けられた酸化ジルコニウム層と、によって構成されていてもよい。下地層２０は、第１有機絶縁層６０をエッチングする際のエッチングストッパー層として機能することができる。下地層２０は、圧電体層４０の変形に応じて、変形することができる。
【００３５】
第１電極層３０は、下地層２０上に設けられている。第１電極層３０は、下地層２０上に設けられたイリジウム層と、イリジウム層上に設けられた白金層と、によって構成されていてもよい。イリジウム層の厚さは、例えば、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、好ましくは２０ｎｍ程度である。白金層の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、好ましくは１３０ｎｍ程度である。第１電極層３０は、圧電体層４０に電圧を印加するための一方の電極である。なお、第１電極層３０の材質は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属材料の１種のみ、ま
たはこれらの２種以上を混合または積層したものであってもよい。
【００３６】
圧電体層４０は、第１電極層３０上に設けられている。圧電体層４０は、例えば、複数の層から構成されている。図示の例では、圧電体層４０は、第１電極層３０上に設けられた第１層４２と、第１層４２上に設けられた第２層４４と、第２層４４上に設けられた第３層４６と、から構成されている。
【００３７】
なお、便宜上、図１では、３つの層４２，４４，４６からなる圧電体層４０を示しているが、圧電体層４０を構成する層の数は、特に限定されず、圧電体層４０の厚さＴ１によって適宜決定される。例えば厚さ１μｍの圧電体層４０の場合、圧電体層４０は、５つ〜６つの層から構成されていてもよい。
【００３８】
圧電体層４０の第１層４２の下面の幅は、第２層４４の下面の幅よりも大きい。第２層４４の下面の幅は、第３層４６の下面の幅よりも大きい。図示の例では、層４２，４４，４６の幅は、第１電極層３０側から第２電極層５０側に向かうに連れて、小さくなっている。各層４２，４４，４６の側面は、基板１０の上面１２に対して傾斜している。図示の例では、各層４２，４４，４６の側面の上面１２に対する傾斜角は、互いに同じである。
【００３９】
圧電体層４０の側面４には、溝部５が設けられている。溝部５は、層４２，４４，４６の端部によって構成されている。溝部５は、圧電体層４０を構成する複数の層の数に応じて、複数設けられている。圧電体層４０の側面４は、層４２，４４，４６の端部によって、凹凸形状を有しているともいえる。
【００４０】
圧電体層４０の厚さＴ１は、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下であり、好ましくは、１．５μｍ以上７μｍ以下であり、より好ましくは３μｍ程度である。圧電体層４０の厚さが１μｍより小さいと、圧電体層４０を超音波モーターに用いた場合に、超音波モーターの出力が足りない場合がある。具体的には、出力を上げようとして圧電体層４０への印加電圧を高くすると、圧電体層４０が絶縁破壊を起こす場合がある。圧電体層４０の厚さが１μｍだと、圧電体層４０に２０Ｖ〜４０Ｖの電圧を印加することができる。圧電体層４０の厚さが１０μｍより大きいと、圧電体層４０にクラックが生じる場合がある。
【００４１】
圧電体層４０としては、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料を用いる。具体的には、圧電体層４０の材質は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）である。
【００４２】
第２電極層５０は、圧電体層４０上に設けられている。第２電極層５０の厚さＴ２は、例えば、５０ｎｍ以上１０μｍ以下であり、好ましくは、１μｍ以上７μｍ以下であり、より好ましくは１．０μｍ程度である。第２電極層５０の厚さが５０ｎｍより小さいと、第２電極層５０の抵抗が高くなってしまう場合がある。例えば、圧電素子１００全体の抵抗は、第２電極層５０の厚さが１０μｍで飽和状態にあり、第２電極層５０の厚さを１０μｍより大きくしても、圧電素子１００全体の抵抗を低くすることができないにも関わらず、第２電極層５０の厚さが大きくなってしまう。第２電極層５０は、圧電体層４０に電圧を印加するための他方の電極である。図示の例では、第２電極層５０は、圧電体層４０上に設けられた密着層５２と、密着層５２上に設けられた導電層５４と、を有している。
【００４３】
第２電極層５０の密着層５２の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、好ましくは５０ｎｍ程度である。密着層５２は、例えば、ＴｉＷ層、Ｔｉ層、Ｃｒ層、ＮｉＣｒ層や、これらの積層体である。密着層５２は、圧電体層４０と導電層５４との密着性を向上させることができる。なお、圧電体層４０の材質がＰＺＴの場合、密着層５２は
、ＴｉＷ層であることが好ましい。これにより、密着層５２によって圧電体層４０の変形が抑制されることを、防ぐことができる。
【００４４】
第２電極層５０の導電層５４の厚さは、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。導電層５４の厚さが１μｍより小さいと、第２電極層５０の抵抗が高くなってしまう場合がある。導電層５４の厚さが１０μｍより大きいと、圧電素子１００が大型化してしまう場合がある。導電層５４は、例えば、Ｃｕ層、Ａｕ層、Ａｌ層やこれらの積層体である。すなわち、導電層５４は、銅および金の少なくとも一方を含んでいる。導電層５４によって、第２電極層５０の抵抗を下げることができる。
【００４５】
第１有機絶縁層６０は、圧電体層４０の側面４に設けられている。具体的には、第１有機絶縁層６０は、圧電体層４０の側面４を覆って設けられている。溝部５は、第１有機絶縁層６０によって充填されている。図示の例では、第１有機絶縁層６０は、さらに、電極層３０，５０上にも設けられている。第１有機絶縁層６０の厚さ（第１電極層３０上に位置する第１有機絶縁層６０の厚さ）Ｔ３は、例えば、圧電体層４０の厚さＴ１の１．５倍以上３倍以下である。第１有機絶縁層６０の厚さが圧電体層４０の厚さの１．５倍より小さいと、圧電体層４０の側面４を覆うことができない場合がある。第１有機絶縁層６０の厚さが圧電体層４０の厚さの３倍より大きいと、第１有機絶縁層６０に設けられたコンタクトホール６０ａ，６０ｂの開口面積が大きくなってしまう場合がある。具体的には、第１有機絶縁層６０の厚さは、１．５μｍ以上３０μｍ以下であり、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下であり、より好ましくは３μｍ程度である。
【００４６】
第１有機絶縁層６０の材質は、有機材料である。具体的には、第１有機絶縁層６０の材質は、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂等である。第１有機絶縁層６０の材質は、感光性の材料である。「感光性」とは、物質が光によって化学反応を引き起こす性質のことである。具体的には、第１有機絶縁層６０は、エッチングを用いなくても、露光、現像、およびベーク（熱処理）によってパターニングされることができる。第１有機絶縁層６０のヤング率は、例えば、１ＧＰａ以上である。第１有機絶縁層６０のヤング率は、ＪＩＳ  Ｋ７１６１に基づいて求められてもよい。第１有機絶縁層６０の耐熱性は高いことが好ましく、第１有機絶縁層６０の荷重たわみ温度（熱変形温度）は、例えば、２００℃以上であることが好ましい。
【００４７】
第１配線層７０は、第２電極層５０に接続されている。第１配線層７０は、第１有機絶縁層６０の第２電極層５０上に設けられた第１コンタクトホール６０ａに設けられている。第１コンタクトホール６０ａは、複数設けられ、その数は特に限定されない。第１配線層７０は、さらに、第１有機絶縁層６０上に設けられている。
【００４８】
第２配線層７２は、第１電極層３０に接続されている。第２配線層７２は、第１有機絶縁層６０の第１電極層３０上に設けられた第２コンタクトホール６０ｂに設けられている。第２コンタクトホール６０ｂは、複数設けられ、その数は特に限定されない。第２配線層７２は、さらに、第１有機絶縁層６０上に設けられている。第２配線層７２は、圧電体層４０を挟むようにして（圧電体層４０の両側方に）設けられている。
【００４９】
第１配線層７０および第２配線層７２は、例えば、シード層６と、シード層６上に設けられた導電層７と、を有している。シード層６の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。シード層６は、例えば、ＴｉＷ層、Ｔｉ層、Ｃｒ層、ＮｉＣｒ層や、これらの積層体である。特に電蝕（電気化学的腐蝕）を考慮すると、シード層６はＴｉＷ層であることが好ましい。導電層７の厚さは、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。導電層７は、例えば、Ｃｕ層、Ｎｉ層、Ａｕ層、Ａｌ層や、これらの積層体である。
【００５０】
第２有機絶縁層６２は、配線層７０，７２を覆って、第１有機絶縁層６０上に設けられている。第２有機絶縁層６２の厚さおよび材質は、第１有機絶縁層６０の厚さおよび材質と同じであってもよい。
【００５１】
第３配線層７４は、第１配線層７０に接続されている。第３配線層７４は、第２有機絶縁層６２の第１配線層７０上に設けられた第３コンタクトホール６２ａに設けられている。第３配線層７４は、さらに、第２有機絶縁層６２上に設けられている。
【００５２】
第４配線層７６は、第２配線層７２に接続されている。第４配線層７４は、第２有機絶縁層６２の第２配線層７２上に設けられた第４コンタクトホール６２ｂに設けられている。第４配線層７６は、さらに、第２有機絶縁層６２上に設けられている。
【００５３】
第３配線層７４および第４配線層７６は、例えば、シード層８と、シード層８上に設けられた導電層９と、を有している。シード層８の厚さおよび材質は、シード層６の厚さおよび材質と同じであってもよい。導電層９の厚さは、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。導電層９は、例えば、Ｃｕ層、Ｎｉ層、Ａｕ層をこの順に積層させた積層体であり、Ｎｉ層の厚さは２μｍ程度であり、Ａｕ層の厚さは３００ｎｍ以下である。Ｎｉ層によって、Ｃｕ層とＡｕ層との反応を抑制することができる。また、Ａｕ層によって、後述する超音波モーターの配線と接合する際に、該配線と、配線層７４，７６と、をＡｕ層同士で接合（金−金接合）させることができる。
【００５４】
なお、上記では、有機絶縁層は２層設けられている例について説明したが、その数は特に限定されない。また、配線層の数も特に限定されない。
【００５５】
２．  圧電素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法を説明するためのフローチャートである。図３〜図１３は、本実施形態に係る圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００５６】
図３に示すように、基板１０上に下地層２０を形成し、下地層２０上に第１電極層３０を形成する（Ｓ１０２）。具体的には、基板（シリコン基板）１０を熱酸化して酸化シリコン層を形成した後、該酸化シリコン層上にジルコニウム層を形成し、該ジルコニウム層を熱酸化して酸化ジルコニウム層を形成して、酸化シリコン層と酸化ジルコニウム層とからなる下地層２０を形成する。ジルコニウム層は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成される。第１電極層３０は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法により形成される。
【００５７】
図４に示すように、第１電極層３０上に圧電体層（積層体）４０を形成する（Ｓ１０４）。圧電体層４０は、例えば、液相法による前駆体層の形成と該前駆体層の結晶化とを繰り返すことによって形成される。図示の例では、第１電極層３０上に第１前駆体層を形成し、該第１前駆体層を結晶化して第１層４２を形成する。次に、第１層４２層上に第２前駆体層を形成し、該第２前駆体層を結晶化して第２層４４を形成する。次に、第２層４４層上に第３前駆体層を形成し、該第３前駆体層を結晶化して第３層４６を形成する。１つの前駆体層は、例えば、液相法による塗布および乾燥（脱脂）を３回繰り返すことによって形成される。結晶化は、例えば、６００℃以上１２００℃以下の焼成によって行われる。
【００５８】
なお、液相法とは、薄膜（圧電体層）の構成材料を含む原料液を用いて薄膜材料を成膜する方法であり、具体的には、ゾルゲル法やＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などである。
【００５９】
図５に示すように、圧電体層４０上に第２電極層５０を形成する（Ｓ１０６）。具体的には、本工程は、密着層５２を形成する工程と、密着層５２上に導電層５４を形成する工程と、を有する。密着層５２および導電層５４は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、めっき法により形成される。次に、第２電極層５０上に、所定形状の第１レジスト層８０を形成する（Ｓ１０８）。第１レジスト層８０は、例えば、フォトリソグラフィーにより形成される。
【００６０】
図６に示すように、第１レジスト層８０をマスクとして、第２電極層５０をウェットエッチングによりパターニングする（Ｓ１１０）。具体的には、まず第２電極層５０の導電層５４をエッチングし、次に第２電極層５０の密着層５２をエッチングする。密着層５２のエッチングにおけるエッチング液としては、例えば、密着層５２がＴｉＷ層であれば過酸化水素水を用いる。導電層５４のエッチングにおけるエッチング液としては、例えば、導電層５４がＣｕ層であれば過硫酸アンモニウムを用いる。
【００６１】
図７に示すように、第２電極層５０をマスクとして、圧電体層４０をウェットエッチングによりパターニングする（Ｓ１１２）。エッチング液としては、例えば、圧電体層４０の材質がＰＺＴであれば、塩酸、硝酸、およびフッ酸のうち少なくとも１以上を含有する混合液を用いる。本工程により、圧電体層４０の側面４には、溝部５が形成される。ここで、上述した前駆体層の結晶化のための焼成において、各前駆体層における鉛は厚さ方向に分布を持ち、上方側で鉛元素の数が大きくなる。本工程のエッチング液は、鉛元素の数が多いほど、エッチング速度が速くなるので、図７に示すように、圧電体層４０の層４２，４４，４６は、上方側ほど幅が狭くなるテーパー形状を有し、圧電体層４０の側面４に溝部５が形成される。さらに、本工程において圧電体層４０にサイドエッチが生じ、第２電極層５０は庇部５６を有する。庇部５６は、第２電極層５０の、圧電体層４０の上面と接していない部分であり、図示の例では、圧電体層４０の側面４の上方に位置する部分である。
【００６２】
図８に示すように、圧電体層４０をパターニングする工程（Ｓ１１２）におけるサイドエッチにより生じた第２電極層５０の庇部５６を、ウェットエッチングにより除去する（Ｓ１１４）。具体的には、まず庇部５６の密着層５２を除去し、次に庇部５６の導電層５４を除去する。密着層５２のエッチングにおけるエッチング液、およびエッチング液としては、例えば、第２電極層５０をパターニングする工程（Ｓ１１０）で用いたエッチング液を用いる。その後、例えば剥離液としてアセトンなどを用いて、第１レジスト層８０を除去する。なお、本工程の後に、第１電極層３０を所望の形状にパターニングしてもよい。
【００６３】
図９に示すように、パターニングされた圧電体層４０の側面４に、第１有機絶縁層６０を形成する（Ｓ１１６）。具体的には、圧電体層４０の側面４、第１電極層３０の上面、ならびに第２電極層５０の上面および側面を覆うように、第１有機絶縁層６０を形成する。第１有機絶縁層６０は、例えば、スピンコート法、ＣＶＤ法によって形成される。
【００６４】
図１０に示すように、第１有機絶縁層６０をパターニングして、コンタクトホール６０ａ，６０ｂを形成する（Ｓ１１８）。第１有機絶縁層６０の材質が感光性の材料である場合、第１有機絶縁層６０を、エッチングすることなく、露光、現像、およびベークによってパターニングすることができる。なお、第１有機絶縁層６０の材質が感光性の材料でない場合は、第１有機絶縁層６０を、フォトリソグラフィーおよびエッチングによってパターニングする。
【００６５】
図１１に示すように、第１有機絶縁層６０上およびコンタクトホール６０ａ，６０ｂにシード層６ａを形成し、シード層６ａ上に第１導電層７ａを形成する。シード層６ａおよび第１導電層７ａは、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法により形成される。第１導電層７ａの厚さは、例えば、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００６６】
図１２に示すように、第１導電層７ａ上に、所定形状の第２レジスト層８２を形成する。第２レジスト層８２は、例えば、フォトリソグラフィーにより形成される。次に、めっき法（電気めっき法）により、第１導電層７ａ上に第２導電層７ｂを成長させる。その後、第２レジスト層８２を除去する。第２レジスト層８２は、例えば、第１レジスト層８０と同じ方法で除去される。
【００６７】
図１３に示すように、全面を（シード層６ａおよび導電層７ａ，７ｂ）をウェットエッチングして第１有機絶縁層６０の一部を露出させて、シード層６ａからなるシード層６、および導電層７ａ，７ｂからなる導電層７を形成する。以上のように、いわゆるセミアディティブ法によって配線層７０，７２を形成することができる（Ｓ１２０）。
【００６８】
図１に示すように、配線層７０，７２上に第２有機絶縁層６２を形成し（Ｓ１２２）、第２有機絶縁層６２をパターニングしてコンタクトホール６２ａ，６２ｂを形成する（Ｓ１２４）。第２有機絶縁層６２は、例えば、第１有機絶縁層６０と同じ方法で形成され、同じ方法でパターニングされる。次に、第２有機絶縁層６２上およびコンタクトホール６２ａ，６２ｂに配線層７４，７６を形成する（Ｓ１２６）。配線層７４，７６は、例えば、配線層７０，７２と同じ方法で形成される。なお、配線層７４，７６がＣｕ層上にＮｉ層およびＡｕ層を有する場合、Ｎｉ層およびＡｕ層は、無電界めっき法により形成されてもよい。
【００６９】
以上の工程により、圧電素子１００を製造することができる。
【００７０】
圧電素子１００の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００７１】
圧電素子１００の製造方法では、圧電体層４０をウェットエッチングによりパターニングし、パターニングされた圧電体層４０の側面４に、第１有機絶縁層６０を形成する。そのため、圧電体層４０の側面４に例えば溝部５を形成することができ、側面４を凹凸形状にすることができる。これにより、圧電体層４０と第１有機絶縁層６０との接触面の面積を大きくすることができる。したがって、圧電素子１００の製造方法では、圧電体層４０と第１有機絶縁層６０との密着性を向上させることができ、第１有機絶縁層６０の剥離を抑制することができる。
【００７２】
圧電素子１００の製造方法では、圧電体層４０は、液相法による前駆体層の形成と該前駆体層の結晶化とを繰り返すことによって形成される。そのため、圧電素子１００の製造方法では、圧電体層４０の側面４に溝部５を形成することができ、側面４を凹凸形状にすることができる。
【００７３】
圧電素子１００の製造方法では、有機絶縁層６０，６２の材質は、感光性の材料である。そのため、有機絶縁層を、エッチングをすることなく、露光、現像、およびベークによってパターニングすることができる。したがって、圧電素子１００の製造方法では、工程の短縮化を図ることができ、低コスト化を図ることができる。
【００７４】
圧電素子１００の製造方法では、有機絶縁層６０，６２のヤング率は、１ＧＰａ以上である。そのため、電圧の印加によって圧電体層４０に生じる力（変形）を、有機絶縁層６０，６２を介して、後述する振動板５１０（図１９参照）に効率よく伝えることができる
。例えば有機絶縁層６０，６２のヤング率が１ＧＰａより小さいと、有機絶縁層６０，６２が圧電体層４０に生じる力を吸収してしまい、振動板に伝わる力が弱くなってしまう場合がある。
【００７５】
圧電素子１００の製造方法では、第１有機絶縁層６０の厚さＴ３は、圧電体層４０の厚さＴ１の１．５倍以上３倍以下である。そのため、圧電素子１００の製造方法では、第１有機絶縁層６０は圧電体層４０の側面４を確実に覆いつつ、コンタクトホール６０ａ，６０ｂの開口面積が大きくなることを抑制することができる。
【００７６】
圧電素子１００の製造方法では、圧電体層４０の厚さＴ１は、１μｍ以上１０μｍ以下である。これにより、圧電素子１００を超音波モーターに用いた場合に超音波モーターの出力を確保しつつ、圧電体層４０にクラックが生じることを抑制することができる。
【００７７】
圧電素子１００の製造方法では、ウェットエッチングにより、圧電体層４０および第２電極層５０をパターニングする。そのため、圧電素子１００の製造方法では、ドライエッチングにより圧電体層および第２電極層をパターニングする場合に比べて、低コスト化を図ることができる。例えば１μｍの圧電体層や第２電極層をエッチングする場合、ドライエッチングでは１０分程度かかるが、ウェットエッチングの場合は２分程度でエッチングすることができる。さらに、ウェットエッチングの場合は、エッチングのマスクとして用いたレジスト層を、アセトン等の溶液で簡易に剥離することができ、レジスト層の剥離とウェハー（圧電体層等が形成されてる基板）の洗浄を同時に行うことができる。一方、ドライエッチングの場合は、レジスト層が変質してしまい、アッシング等を行う必要が生じ、簡易な工程でレジスト層を剥離することができない。さらに、ウェットエッチング用のエッチング装置の値段は、ドライエッチング用のエッチング装置の値段よりも安い。したがって、ドライエッチングにより圧電体層および第２電極層をパターニングする圧電素子１００の製造方法では、低コスト化を図ることができる。また、ドライエッチングによって、金や銅からなる層をエッチングすると、エッチング装置内が汚染される場合がある。また、ドライエッチングによって圧電体層をエッチングすると、第１電極層にエッチングダメージが与えられる場合がある。圧電素子１００の製造方法では、このような装置汚染やエッチングダメージの問題を回避することができる。
【００７８】
圧電素子１００の製造方法では、庇部５６を除去する工程（Ｓ１１４）において、密着層５２を除去した後に、導電層５４を除去する。そのため、短時間で庇部５６の導電層５４を除去することができる。例えば密着層を除去する前に導電層を除去しようとすると、導電層の、エッチング液に接触する面積が小さく、導電層を除去するのに時間がかかる場合がある。なお、庇部５６が残ったままだと、庇部５６が第１有機絶縁層６０を突き破り、第１電極層３０と第２電極層５０とが短絡してしまう場合がある。
【００７９】
圧電素子１００の製造方法では、第２電極層５０の厚さＴ２は、１μｍ以上１０μｍ以下である。これにより、第２電極層５０の抵抗を低くしつつ、圧電素子１００が大型化することを抑制することができる。第２電極層５０の抵抗を低くすることによって、印加電圧の効率の向上を図ることができ、さらに、第２電極層５０の抵抗による発熱の量を少なくすることができる。さらに、薄膜圧電素子はバルク圧電素子に比べてキャパシタンスが大きいので、圧電体層のインピーダンスが小さくなる。そのため、第２電極層５０の抵抗を低くすれば、圧電体層のインピーダンスを大きくすることができ、圧電体層に印加される電圧を大きくすることができる。その結果、圧電素子１００を超音波モーターに用いた場合に、高出力化を図ることができる。
【００８０】
圧電素子１００の製造方法では、第２電極層５０は、銅および金の少なくとも一方を含む。そのため、第２電極層５０の抵抗を、例えばイリジウムからなる第２電極層に比べて
、低くすることができる。なお、銅は金に比べて結合性が高い（他の材料と結合しやすい）ので、第１有機絶縁層６０と密着性がよい。そのため、第２電極層５０の最表面は、銅であることが好ましい。
【００８１】
なお、上記では、圧電体層４０を液相法により形成する例について説明したが、圧電体層４０の形成方法は、特に限定されず、スパッタ法やレーザーアブレーション法などのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法であってもよい。例えば圧電体層４０をスパッタ法で形成すると、ウェットエッチングによって形成される側面４は、図１４に示すように、上方に向けて凸のドーム状を有する凸部４５が複数形成される。これは、スパッタ法により圧電体層４０形成すると、圧電体層４０は、柱状の結晶構造を有するためである。圧電体層４０をスパッタ法で形成する場合は、図１４に示すように、前駆体層の形成と該前駆体層の結晶化とを繰り返さずに、一度に所定の厚さを有する前駆体層を形成し、該前駆体層を結晶化させて、圧電体層４０を形成してもよい。
【００８２】
また、上記の例では、いわゆるセミアディティブ法により配線層７０，７２，７４，７６を形成したが、いわゆるサブトラクティブ法により配線層７０，７２，７４，７６を形成してもよい。すなわち、シード層および導電層をスパッタ法などにより形成し、該導電層上にレジスト層を形成し、該レジスト層をマスクとして導電層およびシード層をエッチングすることにより、配線層７０，７２，７４，７６を形成してもよい。
【００８３】
３．  実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
【００８４】
３．１．  ＳＥＭ観察
図１５は、実験例に係る圧電素子の製造工程における断面ＳＥＭ写真であり、（Ａ）は圧電体層４０をパターニングする工程（Ｓ１１２）後の写真であり、（Ｂ）庇部５６を除去する工程（Ｓ１１４）後の写真であり、（Ｃ）は全工程終了後の写真である。下地層としては、ＳｉＯ２層とＺｒＯ２層との積層体を用いた。第１電極としては、Ｐｔ層を用いた。圧電体層としてはＰＺＴ層を用いた。第２電極層としては、ＴｉＷ層とＡｕ層との積層体を用いた。有機絶縁層としては、アクリル系感光性絶縁膜を用いた。ＴｉＷ層は、過酸化水素水を用いてウェットエッチングした。Ａｕ層は、よう素系混合溶剤を用いてウェットエッチングした。
【００８５】
図１５より、圧電体層の側面には溝部が形成され、凹凸形状となっていることがわかった。さらに、圧電体層をパターニングする工程におけるサイドエッチで第２電極層には庇部が生じ、ウェットエッチングによって庇部を除去できることがわかった。
【００８６】
３．２．  シート抵抗測定
図１６は、各材料のシート抵抗を示すグラフである。（Ａ）では、Ｉｒ層５０ｎｍ、Ｉｒ層１００ｎｍ、およびＣｕ層１０００ｎｍのシート抵抗を示している。（Ｂ）では、Ａｕ層１μｍ、Ｃｕ層１μｍのシート抵抗を示している。図１６より、銅は、イリジウムおよび金よりシート抵抗が低いことがわかる。
【００８７】
４．  圧電素子の変形例
４．１．  第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図１７は、本実施形態の第１変形例に係る圧電素子２００を模式的に示す断面図である。
【００８８】
以下、本実施形態の第１変形例に係る圧電素子２００において、本実施形態に係る圧電素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、以下に示す本実施形態の第２変形例に係る圧電素子についても同様である。
【００８９】
圧電素子２００は、図１７に示すように、第２電極層５０が、導電層５４上に設けられた酸化防止層５５を有する点において、上述した圧電素子１００と異なる。酸化防止層５５は、導電層５４が酸化されることを防止することができる。
【００９０】
酸化防止層５５は、例えば、ＴｉＷ層、Ｔｉ層、Ｃｒ層、ＮｉＣｒ層や、これらの積層体である。酸化防止層５５の材質は、密着層５２の材質と同じであってもよい。酸化防止層５５は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法により形成される。酸化防止層５５の材質を密着層５２の材質と同じにすることにより、例えば、密着層５２を形成したスパッタ装置と同じスパッタ装置を用いて（同じスパッタリングターゲットを用いて）、酸化防止層５５を形成することができ、低コスト化を図ることができる。
【００９１】
酸化防止層５５の材質は、ポリマーであってもよい。具体的には、酸化防止層５５の材質は、チアゾール系やイミダゾール系の混合ポリマーであってもよい。ポリマーからなる酸化防止層５５の厚さは、例えば、数ｎｍ以下である。ポリマーからなる酸化防止層５５は、例えば、ポリマーを含む薬液に、導電層５５を浸漬させることで形成される。このようにポリマーからなる酸化防止層５５は、簡易な方法で形成されることができる。ポリマーからなる酸化防止層５５を形成するための処理は、導電層５４を形成した後に行われ、さらに、庇部５６を除去し第１レジスト層８０を除去した後に、行われてもよい。また、配線層７０，７２の導電層７、および配線層７４，７６の導電層９を形成した後に、ポリマーからなる酸化防止層を形成するための処理を行ってもよい。すなわち、配線層７０，７２は、導電層７上に設けられた酸化防止層を有してもよい。また、配線層７４，７６は、導電層９上に設けられた酸化防止層を有してもよい。これにより、導電層７，９が酸化されることを防止することができる。
【００９２】
４．２．  第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図１８は、本実施形態の第２変形例に係る圧電素子３００を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図１８では、有機絶縁層６０，６２および配線層７０，７２，７４，７６の図示を省略している。
【００９３】
上述した圧電素子１００では、図１に示すように、１つの圧電体層４０を有していた。これに対し、圧電素子３００では、図１８に示すように、複数の圧電体層４０を有している。
【００９４】
圧電素子３００では、第１電極層３０を共通の電極として、第１電極層３０上に複数の圧電体層４０を有している。圧電体層４０の数は、特に限定されないが、図示の例では、圧電体層４０は、５つ設けられている。５つの圧電体層４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅは、互いに離間している。図示の例では、圧電体層４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの面積は同じであり、圧電体層４０ｅは、圧電体層４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄよりも大きな面積を有している。圧電体層４０ａ，４０ｂは圧電体層の長手方向に並んで設けられ、圧電体層４０ｃ，４０ｄは圧電体層の長手方向に並んで設けられ、圧電体層４０ａ，４０ｂと圧電体層４０ｃ，４０との間に圧電体層４０ｅが設けられている。圧電体層４０の平面形状は、例えば、長方形である。
【００９５】
第２電極層５０は、圧電体層４０の数に応じて複数設けられている。図示の例では、第
２電極層５０は、５つ設けられ、第２電極層５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅは、それぞれ圧電体層４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ上に設けられている。第２電極層５０の平面形状は、例えば、長方形である。
【００９６】
なお、第１電極層３０は、１つの共通の電極ではなく、第２電極層５０と同じ平面形状を有して５つ設けられていてもよい。また、圧電体層４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅは、互いに離間せずに、連続した１つの圧電体層であってもよい。
【００９７】
５．  圧電駆動装置
次に、本実施形態に係る圧電駆動装置（超音波モーター）５００について、図面を参照しながら説明する。図１９（Ａ）は、本実施形態に係る圧電駆動装置５００を模式的に示す平面図である。図１９（Ｂ）は、本実施形態に係る圧電駆動装置５００を模式的に示す図１９（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。圧電駆動装置５００は、本発明に係る圧電素子を含む。以下では、本発明に係る圧電素子として上述した圧電素子３００を含む圧電駆動装置５００について説明する。なお、便宜上、図１９では、圧電素子３００を簡略化して図示している。
【００９８】
圧電駆動装置５００は、図１９に示すように、圧電素子３００と、振動板５１０と、を含む。圧電駆動装置５００は、圧電素子３００を含むため、高い信頼性を有することができる。
【００９９】
圧電素子３００は、振動板５１０を挟んで２つ設けられている。２つの圧電素子３００は、振動板５１０に関して対称に設けられていてもよい。図示の例では、圧電素子３００は、振動板５１０の第１表面５１０ａおよび第２表面５１０ｂに設けられている。圧電素子３００は、配線層７４，７６が振動板５１０側を向くように設けられている。図示はしないが、第１表面５１０ａおよび第２表面５１０ｂには、金配線が設けられ、該金配線と配線層７４，７６の金層とが金−金接合されることにより、圧電素子３００は、振動板５１０に設けられていてもよい。なお、圧電素子３００は、導電性接着剤によって振動板５１０に接着されていてもよい。
【０１００】
振動板５１０は、２つの圧電素子３００の間に設けられている。ここで、図２０は、振動板５１０を模式的に示す平面図である。振動板５１０は、図２０に示すように、長方形状の振動体部５１２と、振動体部５１２の左右の長辺からそれぞれ３本ずつ延びる接続部５１４と、左右の３本の接続部５１４にそれぞれ接続された２つの取付部５１６と、を有している。なお、便宜上、図２０では、振動体部５１２にハッチングを付している。取付部５１６は、ネジ５１８によって他の部材に圧電駆動装置５００を取り付けるために用いられる。振動板５１０の材質は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、銅、銅合金、鉄−ニッケル合金などの金属材料やアルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料やケイ素等である。
【０１０１】
振動体部５１２の上面（第１表面５１０ａ）および下面（第２表面５１０ｂ）には、圧電素子１００が設けられている。振動体部５１２の長さＬと幅Ｗとの比は、Ｌ：Ｗ＝約７：２とすることが好ましい。この比は、振動体部５１２がその平面に沿って左右に屈曲する超音波振動（後述）を行うために好ましい値である。振動体部５１２の長さＬは、例えば、３．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、幅Ｗは、例えば、１ｍｍ以上８ｍｍ以下である。なお、振動体部５１２が超音波振動を行うために、長さＬは５０ｍｍ以下であることが好ましい。振動体部５１２の厚さ（振動板５１０の厚さ）は、例えば、５０μｍ以上７００μｍ以下である。振動体部５１２の厚さが５０μｍ以上であれば、圧電素子３００を支持するために十分な剛性を有するものとなる。また、振動体部５１２の厚さが７００μｍ以下であれば、圧電素子１００の変形に応じて十分に大きな変形を発生することができる
。
【０１０２】
振動板５１０の一方の短辺には、突起部５２０（「接触部」または「作用部」とも呼ぶ）が設けられている。突起部５２０は、被駆動体と接触して、被駆動体に力を与えるための部材である。突起部５２０は、セラミックス（例えばＡｌ２Ｏ３）などの耐久性がある材料で形成することが好ましい。
【０１０３】
図２１は、圧電駆動装置５００と駆動回路６００との電気的接続状態を説明するための図である。なお、便宜上、図２１では、圧電素子３００を簡略化して図示している。５つの第２電極層５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅのうちで、対角にある一対の第２電極層５０ａ，５０ｄは、配線５３０を介して互いに電気的に接続され、他の対角の一対の第２電極層５０ｂ，５０ｃは、配線５３２を介して互いに電気的に接続されている。配線５３０，５３２は、成膜処理によって形成されてもよく、ワイヤー状の配線によって実現されてもよい。図２１の右側にある３つの第２電極層５０ｂ，５０ｅ，５０ｄと、第１電極層３０は、配線６１０，６１２，６１４，６１６を介して駆動回路６００に電気的に接続されている。
【０１０４】
駆動回路６００は、一対の第２電極層５０ａ，５０ｄと第１電極層３０との間に周期的に変化する交流電圧または脈流電圧を印加することにより、圧電駆動装置５００を超音波振動させて、突起部５２０に接触するローター（被駆動体）を所定の回転方向に回転させることが可能である。ここで、「脈流電圧」とは、交流電圧にＤＣオフセットを付加した電圧を意味し、その電圧（電界）の向きは、一方の電極から他方の電極に向かう一方向である。また、駆動回路６００は、他の一対の第２電極層５０ｂ，５０ｃと第１電極層３０との間に交流電圧または脈流電圧を印加することにより、突起部５２０に接触するローターを逆方向に回転させることが可能である。このような電圧の印加は、振動板５１０の両面に設けられた２つの圧電素子３００に同時に行われる。図２１に示す例では、圧電体層４０ａ，４０ｄは、同時に駆動される。また、圧電体層４０ｂ，４０ｃは、同時に駆動される。なお、便宜上、図１９では、配線５３０，５３２，６１０，６１２，６１４，６１６の図示を省略している。
【０１０５】
図２２は、圧電駆動装置５００の動作を説明するための図である。圧電駆動装置５００の突起部５２０は、図２２に示すように、被駆動体としてのローター７００の外周に接触している。図示の例では、駆動回路６００は、一対の第２電極層５０ａ，５０ｄと第１電極層３０との間に交流電圧または脈流電圧を印加しており、圧電体層４０ａ，４０ｄは図２２の矢印ｘの方向に伸縮する。これに応じて、圧電駆動装置５００の振動体部５１２が振動体部５１２の平面内で屈曲して蛇行形状（Ｓ字形状）に変形し、突起部５２０の先端が矢印ｙの向きに往復運動するか、または、楕円運動する。その結果、ローター７００は、その中心７０２の周りに所定の方向ｚ（図２２では時計回り方向）に回転する。振動板５１０の３つの接続部５１４は、このような振動体部５１２の振動の節（ふし）の位置に設けられている。
【０１０６】
なお、駆動回路６００が、他の一対の第２電極層５０ｂ，５０ｃと第１電極層３０との間に交流電圧または脈流電圧を印加する場合には、ローター７００は逆方向に回転する。また、中央の第２電極層５０ｅに、一対の第２電極層５０ａ，５０ｄ（または他の一対の第２電極層５０ｂ，５０ｃ）と同じ電圧を印加すれば、圧電駆動装置５００が長手方向に伸縮するので、突起部５２０からローター７００に与える力をより大きくすることができる。
【０１０７】
６  圧電駆動装置を用いた装置
上述した圧電駆動装置５００は、共振を利用することで被駆動体に対して大きな力を与
えることができるものであり、各種の装置に適用可能である。圧電駆動装置５００は、例えば、ロボット（電子部品搬送装置（ＩＣハンドラー）も含む）、投薬用ポンプ、時計のカレンダー送り装置、印刷装置（例えば紙送り機構。ただし、ヘッドに利用される圧電駆動装置では、振動板を共振させないので、ヘッドには適用不可である。）等の各種の機器における駆動装置として用いることが出来る。以下、代表的な実施の形態について説明する。
【０１０８】
６．１．  ロボット
図２３は、上述の圧電駆動装置５００を利用したロボット２０５０を説明するための図である。ロボット２０５０は、複数本のリンク部２０１２（「リンク部材」とも呼ぶ）と、それらリンク部２０１２の間を回動または屈曲可能な状態で接続する複数の関節部２０２０と、を備えたアーム２０１０（「腕部」とも呼ぶ）を有している。
【０１０９】
それぞれの関節部２０２０には、上述した圧電駆動装置５００が内蔵されており、圧電駆動装置５００を用いて関節部２０２０を任意の角度だけ回動または屈曲させることが可能である。アーム２０１０の先端には、ロボットハンド２０００が接続されている。ロボットハンド２０００は、一対の把持部２００３を備えている。ロボットハンド２０００にも圧電駆動装置５００が内蔵されており、圧電駆動装置５００を用いて把持部２００３を開閉して物を把持することが可能である。また、ロボットハンド２０００とアーム２０１０との間にも圧電駆動装置５００が設けられており、圧電駆動装置５００を用いてロボットハンド２０００をアーム２０１０に対して回転させることも可能である。
【０１１０】
図２４は、図２３に示したロボット２０５０の手首部分を説明するための図である。手首の関節部２０２０は、手首回動部２０２２を挟持しており、手首回動部２０２２に手首のリンク部２０１２が、手首回動部２０２２の中心軸Ｏ周りに回動可能に取り付けられている。手首回動部２０２２は、圧電駆動装置５００を備えており、圧電駆動装置５００は、手首のリンク部２０１２およびロボットハンド２０００を中心軸Ｏ周りに回動させる。ロボットハンド２０００には、複数の把持部２００３が立設されている。把持部２００３の基端部はロボットハンド２０００内で移動可能となっており、この把持部２００３の根元の部分に圧電駆動装置５００が搭載されている。このため、圧電駆動装置５００を動作させることで、把持部２００３を移動させて対象物を把持することができる。なお、ロボットとしては、単腕のロボットに限らず、腕の数が２以上の多腕ロボットにも圧電駆動装置５００を適用可能である。
【０１１１】
ここで、手首の関節部２０２０やロボットハンド２０００の内部には、圧電駆動装置５００の他に、力覚センサーやジャイロセンサー等の各種装置に電力を供給する電力線や、信号を伝達する信号線等が含まれ、非常に多くの配線が必要になる。したがって、関節部２０２０やロボットハンド２０００の内部に配線を配置することは非常に困難だった。しかしながら、上述した実施形態の圧電駆動装置５００は、通常の電動モーターや、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流を小さくできるので、関節部２０２０（特に、アーム２０１０の先端の関節部）やロボットハンド２０００のような小さな空間でも配線を配置することが可能になる。
【０１１２】
６．２．  ポンプ
図２５は、上述の圧電駆動装置５００を利用した送液ポンプ２２００の一例を示す説明するための図である。送液ポンプ２２００は、ケース２２３０内に、リザーバー２２１１と、チューブ２２１２と、圧電駆動装置５００と、ローター２２２２と、減速伝達機構２２２３と、カム２２０２と、複数のフィンガー２２１３，２２１４，２２１５，２２１６，２２１７，２２１８，２２１９と、が設けられている。
【０１１３】
リザーバー２２１１は、輸送対象である液体を収容するための収容部である。チューブ２２１２は、リザーバー２２１１から送り出される液体を輸送するための管である。圧電駆動装置５００の突起部５２０は、ローター２２２２の側面に押し付けた状態で設けられており、圧電駆動装置５００がローター２２２２を回転駆動する。ローター２２２２の回転力は減速伝達機構２２２３を介してカム２２０２に伝達される。フィンガー２２１３から２２１９はチューブ２２１２を閉塞させるための部材である。カム２２０２が回転すると、カム２２０２の突起部２２０２Ａによってフィンガー２２１３から２２１９が順番に放射方向外側に押される。フィンガー２２１３から２２１９は、輸送方向上流側（リザーバー２２１１側）から順にチューブ２２１２を閉塞する。これにより、チューブ２２１２内の液体が順に下流側に輸送される。こうすれば、ごく僅かな量を精度良く送液可能で、しかも小型な送液ポンプ２２００を実現することができる。
【０１１４】
なお、各部材の配置は図示されたものには限られない。また、フィンガーなどの部材を備えず、ローター２２２２に設けられたボールなどがチューブ２２１２を閉塞する構成であってもよい。上記のような送液ポンプ２２００は、インシュリンなどの薬液を人体に投与する投薬装置などに活用できる。ここで、上述した実施形態の圧電駆動装置５００を用いることにより、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流が小さくなるので、投薬装置の消費電力を抑制することができる。したがって、投薬装置を電池駆動する場合は、特に有効である。
【０１１５】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１１６】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１１７】
４…側面、５…溝部、６，６ａ…シード層、７…導電層、７ａ…第１導電層、７ｂ…第２導電層、８…シード層、９…導電層、１０…基板、１２…表面、２０…下地層、３０…第１電極層、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ…圧電体層、４２…第１層、４４…第２層、４５…凸部、４６…第３層、５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ…第２電極層、５２…密着層、５４…導電層、５５…酸化防止層、５６…庇部、６０…第１有機絶縁層、６０ａ…第１コンタクトホール、６０ｂ…第２コンタクトホール、６２…第２有機絶縁層、６２ａ…第３コンタクトホール、６２ｂ…第４コンタクトホール、７０…第１配線層、７２…第２配線層、７４…第３配線層、７６…第４配線層、８０…第１レジスト層、８２…第２レジスト層、１００，２００，３００…圧電素子、５００…圧電駆動装置、５１０…振動板、５１０ａ…第１表面、５１０ｂ…第２表面、５１２…振動本部、５１４…接続部、５１６…取付部、５１８…ネジ、５２０…突起部、５３０，５３２…配線、６００…駆動回路、６１０，６１２，６１４，６１６…配線、７００…ローター、７０２…中心、２０００…ロボットハンド、２００３…把持部、２０１０…アーム、２０１２…リンク部、２０２０…関節部、２０５０…ロボット、２２００…送液ポンプ、２２０２…カム、２２０２Ａ…突起部、２２１１…リザーバー、２２１２…チューブ、２２１３，２２１４，２２１５，２２１６，２２１７，２２１８，２２１９…フィンガー、２２２２…ローター、２２２３…減速伝達機構、２２３０…ケース
【図１】
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【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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【図２５】
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