(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１振動部と、前記第１振動部を支持する第１支持部と、を有する第１基板と、
第２振動部と、前記第２振動部を支持する第２支持部と、を有する第２基板と、
前記第１振動部と前記第２振動部との間にあって、積層している第１圧電体および電極と、
前記第１支持部と前記第２支持部との間にあって、積層している第２圧電体および金属膜と、
凸部を有し、前記第１支持部と前記第２支持部を接続し、前記電極と電気的に接続された電極端子と、
前記凸部と接続している凹部を有する回路基板と、
を備え、
前記第１圧電体と前記電極の厚さの合計と、前記第２圧電体と前記金属膜の厚さの合計とが一致している、電気デバイス。
【請求項２】
第１振動部と、前記第１振動部を支持する第１支持部と、を有する第１基板と、
第２振動部と、前記第２振動部を支持する第２支持部と、を有する第２基板と、
前記第１振動部と前記第２振動部との間にあって、積層している第１圧電体および電極と、
前記第１支持部と前記第２支持部との間にあって、積層している第２圧電体および金属膜と、
凸部を有し、前記第１支持部と前記第２支持部を接続し、前記電極と電気的に接続された電極端子と、
前記凸部と電気的に接続している接続部を有する回路基板と、
を備え、
前記第１圧電体と前記電極の厚さの合計と、前記第２圧電体と前記金属膜の厚さの合計とが一致しており、
前記凸部のヤング率は、前記接続部のヤング率よりも大きい、電気デバイス。
【請求項３】
前記回路基板はフレキシブルプリント基板を含む、請求項１または２に記載の電気デバイス。
【請求項４】
前記凸部の一部はめっき層で構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気デバイス。
【請求項５】
前記凸部がニッケルを含み、前記接続部が銅を含む、請求項２に記載の電気デバイス。
【請求項６】
前記凸部は、表面に金めっき層を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気デバイス。
【請求項７】
前記電極端子は、複数の前記凸部を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気デバイス。
【請求項８】
前記第１基板と前記回路基板は、前記第１振動部の主面を含む第１の仮想平面と、前記第１基板と前記回路基板との接続面を含む第２の仮想平面と、が交差する向きに配置されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気デバイス。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気デバイスを備える圧電モーター。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気デバイスを備えるロボット。
【請求項１１】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気デバイスを備えるハンド。
【請求項１２】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気デバイスを備える送液ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気デバイス及びこれらを用いた各種の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動子に発生する超音波振動により被移動部材を移動させる超音波モーターが知られて
いる（例えば、特許文献１）。この超音波モーターでは、振動子の電極端子が回路基板（
フレキシブル基板）の接続部に電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３３８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、振動子が小型化すると、電極端子と回路基板との接触面積が小さくなり、電極
端子間の接触抵抗のバラツキが発生するおそれがある。このような問題は、超音波モータ
ーに限らず、他の種類の電気デバイスにも共通する問題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現す
ることが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、電気デバイスが提供される。この電気デバイスは、凸部
を備えている電極端子を有する電気部品と、前記凸部と電気的に接続している接続部を有
する回路基板と、を備え、前記接続部は前記凸部と接触している凹部を備えている。この
形態によれば、接続部は凸部と接触している凹部を備えている結果、電極端子と回路基板
の接続部との接触面積を大きくすることができ、電極端子間での接触抵抗のバラツキを発
生し難く出来る。
【０００７】
（２）本発明の一形態によれば、電気デバイスが提供される。この電気デバイスは、凸部
を備えている電極端子を有する電気部品と、前記凸部と電気的に接続している接続部を有
する回路基板と、を備え、前記凸部のヤング率は、前記接続部のヤング率よりも大きい。
この形態によれば、凸部のヤング率は、回路基板の接続部のヤング率よりも大きいので、
凸部が接続部に食い込み易く、電極端子と回路基板の接続部との接触面積を大きくするこ
とができ、電極端子間での接触抵抗のバラツキを発生し難く出来る。
【０００８】
（３）上記形態において、前記回路基板はフレキシブルプリント基板を含んでいても良い
。フレキシブルプリント基板は、弾性に富むので、凸部が接続部に食い込みやすい。よっ
て、電極端子と回路基板の接続部との接触面積を大きくすることができ、電極端子間での
接触抵抗のバラツキを発生し難く出来る。
【０００９】
（４）上記形態において、前記凸部の少なくとも一部はめっき層で構成されていてもよい
。この形態によれば、凸部を容易に構成できる。
【００１０】
（５）上記形態において、前記凸部がニッケルを含み、前記接続部が銅を含んでもよい。
この形態によれば、凸部が接続部に食い込みやすい。
【００１１】
（６）上記形態において、前記凸部は、表面に金めっき層を有していてもよい。この形態
によれば、凸部は、表面に金めっき層を有しているので、腐食が発生することを低減して
、電極端子間での接触抵抗のバラツキを発生し難く出来る。
【００１２】
（７）上記形態において、前記電極端子は、複数の前記凸部を備えてもよい。この形態に
よれば、電極端子は複数の凸部で回路基板の接続部に接触するので、電極端子と回路基板
の接続部との合計の接触面積を大きくすることができ、電極端子間での接触抵抗のバラツ
キを発生し難く出来る。
【００１３】
（８）上記形態において、前記電気部品は、振動子を備えている振動板を有する圧電アク
チュエーターであってもよい。
【００１４】
（９）上記形態において、前記電気部品は、複数の前記圧電アクチュエーターが積層され
ている積層アクチュエーターであってもよい。この形態によれば、電気デバイスは、駆動
力を大きくすることが出来る。
【００１５】
（１０）上記形態において、前記電気部品と前記回路基板は、前記振動子の主面を含む第
１の仮想平面と、前記電気部品と前記回路基板との接続面を含む第２の仮想平面と、が交
差する向きに配置されていてもよい。この形態によれば、１枚の回路基板で電気デバイス
の複数の圧電アクチュエーターの電極端子と接続できる。
【００１６】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気デバイスの他、圧電
アクチュエーター、積層アクチュエーター、電気デバイスを備える圧電モーター、電気デ
バイスを備えるロボット、ハンド、送液ポンプ等様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態における電気デバイスを示す説明図。
【図２】凸部の構造の変形例を示す説明図。
【図３】第２の実施形態における電気デバイスを示す説明図。
【図４】第３の実施形態における電気部品である圧電アクチュエーターを示す説明図。
【図５】圧電アクチュエーターの断面図。
【図６】圧電アクチュエーターを回路基板が接続される側から見たときの説明図。
【図７】圧電アクチュエーターの製造工程を示すフローチャート。
【図８】圧電アクチュエーターユニットの製造工程を示す説明図。
【図９】配線電極による配線のパターンを示す説明図。
【図１０】２つの圧電アクチュエーターユニットを用いて圧電アクチュエーターを製造する工程を示す説明図。
【図１１】圧電アクチュエーターと基板とを接続する工程を示す説明図。
【図１２】圧電アクチュエーターの等価回路を示す説明図。
【図１３】圧電アクチュエーターの動作の例を示す説明図。
【図１４】第４の実施形態の圧電アクチュエーターを示す説明図。
【図１５】第５の実施形態の積層アクチュエーターを示す説明図。
【図１６】圧電アクチュエーターを利用したロボットの一例を示す説明図。
【図１７】圧電アクチュエーターを利用したハンドを示す説明図。
【図１８】圧電アクチュエーターを利用した指アシスト装置を示す説明図。
【図１９】圧電アクチュエーターを利用した送液ポンプの一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
・第１の実施形態：
図１は、第１の実施形態における電気デバイス１３を示す説明図である。電気デバイス
１３は、電気部品１０３と、回路基板３００とを備える。電気部品１０３は、電気回路と
しての圧電素子１１０と、配線２５５，２５６を備える。配線２５５，２５６の一方の端
部は、圧電素子１１０の圧電体を挟む２つの電極（図示せず）に接続されている。配線２
５５，２５６の他方の端部は、回路基板３００に向かって突き出ている電極端子２５５ｔ
，２５６ｔを有している。電極端子２５５ｔ，２５６ｔは、例えばニッケルで構成されて
おり、凸部２８５を備える。ニッケルのヤング率は、２０７ＧＰａである。なお、ヤング
率とは、フックの法則が成立する弾性範囲における、同軸方向のひずみと応力の比例定数
であり、ヤング率をＥ、ひずみをε、応力をσとすると、Ｅ＝σ／εで表される。ここで
ヤング率Ｅは、横軸に応力σ、縦軸にひずみをとった時の応力−ひずみ曲線における、弾
性変形領域の直線の勾配である。応力−ひずみ曲線を求める方法は以下の通りである。材
料に２つの標点を記し、２つの標点が並ぶ方向に引っ張り荷重が加わるように、材料を引
張試験機（または万能試験機など）に取り付ける。そして、材料に引張荷重Ｐを加えてい
きながら標点間距離Ｌを計測する。応力σは引張荷重Ｐを２つの標点間の変形前の断面積
Ａ０で割って求められので、σ＝Ｐ／Ａ０である。ひずみεは伸びΔＬ（＝Ｌ−Ｌ０）を
変形前の標点間距離Ｌ０で割って求められるので、ε＝ΔＬ／Ｌ０である。応力σとひず
みεを記録紙等にプロットして応力−ひずみ曲線が求められる。材料（試験片）の形状お
よび標点間距離については、ＪＩＳ  Ｚ２２０１（日本工業規格）またはＩＳＯ６８９２
（International Organization for Standardization）を参考にする。材料の都合に十分
な寸法が取れない場合はこの限りではない。
【００１９】
回路基板３００は、例えばフレキシブルプリント基板であり、ＦＰＣ基板本体３０１と
、ＦＰＣ基板本体３０１上に配置された複数の接続部３０２とを備える。接続部３０２は
、配線電極であり、電気部品１０３の電極端子２５５ｔ，２５６ｔの凸部２８５と電気的
に接続される。接続部３０２は、凸部２８５よりもヤング率の小さな部材（例えば銅のよ
うな金属）で構成されている。ここで銅のヤング率は、１１０ＧＰａである。したがって
、ニッケル製の凸部２８５のヤング率は、銅製の接続部３０２のヤング率よりも大きい。
なお、凸部２８５と接続部３０２は、いずれも金属で構成されることが好ましい。
【００２０】
第１の実施形態によれば、凸部２８５のヤング率は、接続部３０２のヤング率よりも大
きいので、電気部品１０３と回路基板３００との接続時に、凸部２８５を接続部３０２に
押しつけることにより、凸部２８５が接続部３０２に食い込む。つまり、接続部３０２に
は凹部が形成され。凹部内に凸部２８５が接触する。その結果、凸部２８５と接続部３０
２との接触面積が大きくなるので、凸部２８５と接続部３０２との間の接触抵抗のバラツ
キを発生し難くできる。また、凸部２８５と接続部３０２とを接続するときに、高温に加
熱する必要がない。
【００２１】
また、回路基板３００は、フレキシブルプリント基板であるので、弾性に富む。その結
果、凸部２８５を接続部３０２に食い込みやすくできる。
【００２２】
上記、第１の実施形態において、圧電素子１１０を有する電気部品１０３を用いたが、
他の種類の電気部品にも本発明を適用可能である。
【００２３】
・第１の実施形態の変形例：
図２は、凸部の構造の変形例を示す説明図である。図２では、図１の凸部２８５と接続
部３０２との接続部分の拡大図に相当する部分のみを図示している。変形例では、電極端
子２５５ｔの構造と材料が、第１の実施形態と異なっている。変形例の電極端子２５５ｔ
は、基端部２５７と凸状接続部２５８とで構成されている。基端部２５７は、例えば、ア
ルミニウムや銅で構成されている。凸状接続部２５８は、例えばニッケルめっき層で構成
されており、凸部２８５を構成している。このような構造を採用すれば、基端部２５７を
、ヤング率が小さく、加工のしやすいアルミニウムや銅などを用いて構成することができ
る。そして、凸部２８５を有する凸状接続部２５８は、ヤング率の大きなニッケルで構成
されているので、凸部２８５と接続部３０２との間の接触抵抗のバラツキを発生し難くで
きる。
【００２４】
この変形例では、ニッケルめっき層で凸状接続部２５８を構成したが、ニッケルめっき
層の代わりに、導電性ペーストを用いて凸状接続部２５８（又は凸部２８５）を構成して
も良い。導電性ペーストは、例えば銀を含んでおり、銀のヤング率は７６ＧＰａである。
したがって、接続部３０２の材料として、例えばアルミニウム（ヤング率６８ＧＰａ）を
用いれば良い。
【００２５】
・第２の実施形態：
図３は、第２の実施形態における電気デバイス１４を示す説明図である。第１の実施形
態の電気デバイス１３との違いは、凸部２８５の構造である。第１の実施形態では、電極
端子２５５ｔは、凸部２８５を１つ備えていたが、第２の実施形態では、電極端子２５５
ｔは、凸部２８５を２つ備えている。凸部２８５を２つ備えることにより、凸部２８５と
接続部３０２との接触面積がさらに大きくなるので、凸部２８５と接続部３０２との間の
接触抵抗のバラツキをさらに発生し難くできる。このように、電極端子２５５ｔは、凸部
２８５を複数備えていてもよい。
【００２６】
なお、第２の実施形態では、凸部２８５の形状として、矩形を採用している。第１の実
施形態では、凸部２８５の先端がとがった形状、変形例では、凸部２８５の先端が丸まっ
た形状を採用している。このように、凸部２８５を備えていれば、凸部２８５の形状は、
様々な形状を採用可能である。
【００２７】
また、第２の実施形態では、電気部品１０４を２つ備え、２つの電気部品１０４は、ｚ
方向（電気部品１０４の厚さ方向）に積層されている。このように、電気デバイスは、電
気部品１０４を複数備えても良い。
【００２８】
・第３の実施形態：
図４は、第３の実施形態における電気部品である圧電アクチュエーター１０を示す説明
図である。圧電アクチュエーター１０は、振動子としての圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，
１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅと、基板２００と、突起部２０と、を備える。基板２００
は、振動部２１０と、振動部２１０を支持する支持部２２０とを有する。振動部２１０は
略長方形形状を有しており、圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０
ｅを配置している。圧電素子１１０ｅは、略長方形形状に配置されており、振動部２１０
の幅方向の中央において、振動部２１０の長手方向に沿って配置されている。圧電素子１
１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄは、振動部２１０の四隅の位置に配置されている
。支持部２２０は、振動部２１０の約半分を囲うように配置されており、支持部２２０の
端部は、振動部２１０と、振動部２１０の長辺の中央で接続されている。支持部２２０の
うちの振動部２１０と接続されている端部を「第１接続部２２２」、「第２接続部２２３
」と呼び、第１接続部２２２、第２接続部２２３以外の部分を「固定部２２１」と呼ぶ。
振動部２１０と支持部２２０との間には、隙間２０５が構成されている。圧電素子１１０
ａ〜１１０ｅに電圧を印加すると圧電素子１１０ａ〜１１０ｅが伸縮し、振動部２１０が
振動するが、隙間２０５は、この振動によっても振動部２１０が支持部２２０の固定部２
２１と接触しない大きさに構成されている。振動部２１０の支持部２２０に囲われていな
い側の短辺には、突起部２０が配置されている。突起部２０は、セラミックス（例えばＡ
ｌ２Ｏ３）などの耐久性がある材料で構成することが好ましい。
【００２９】
図５は、図４の圧電アクチュエーター１０の５Ａ−５Ａ断面図である。但し、図示の便
宜上、厚さ方向の寸法を誇張して描いている。圧電アクチュエーター１０は、２つの圧電
アクチュエーターユニット１００と、ニッケルめっき層２８０と、金めっき層２９０と、
を備える。なお、上述した図４では、ニッケルめっき層２８０と、金めっき層２９０は、
図示が省略されている。
【００３０】
２つの圧電アクチュエーターユニット１００は、それぞれ、基板２００と、基板２００
上に配置された５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅ（図４）を備える。なお、図５は、５
Ａ−５Ａ断面図のため、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅのうち２つの圧電素子１１０
ｃ，１１０ｄが図示され、他の３つの圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｅは図示され
ていない。圧電素子１１０ａ〜１１０ｅは、それぞれ、第１電極１３０と圧電体１４０と
、第２電極１５０を備える。圧電素子１１０ａ〜１１０ｅは、平面視（図４）で２枚の基
板２００が重なっている領域（振動部２１０の領域）において、２枚の基板２００が互い
に向かい合う側の主面上にそれぞれ配置されている。また、同一の符号を付した２つの圧
電素子、例えば、２つの圧電素子１１０ａは、２枚の基板２００の平面視で、互いに重な
って見える位置にある。他の圧電素子１１０ｂ〜１１０ｅについても同様である。
【００３１】
圧電素子１１０ｂ〜１１０ｅの上には、絶縁層２４０，配線層２５０，保護層２６０が
配置されている。絶縁層２４０は、圧電素子１１０ａ〜１１０ｅを絶縁する。配線層２５
０は、圧電素子１１０ａ〜１１０ｅの第１電極１３０と第２電極１５０に電圧を印加する
ための配線を構成する。保護層２６０は、圧電素子１１０ａ〜１１０ｅを外傷から保護す
る。ここで「保護層２６０」を「被覆部２６０」とも呼ぶ。
【００３２】
２つの圧電アクチュエーターユニット１００は、基板２００を外側にして、圧電素子１
１０ａ〜１１０ｅを２枚の基板２００で挟むようにして配置され、接着層２７０により接
着されている。すなわち、２つの圧電アクチュエーターユニット１００の被覆部２６０同
士が、接着層２７０により接着されることにより、圧電アクチュエーター１０が形成され
る。
【００３３】
図４では、突起部２０の形状について説明しなかったが、突起部２０は、略円柱形状を
しており、図５に示す様に２つの基板２００に跨がっている。但し、凸部材を球形状又は
楕円体形状として、各基板２００のそれぞれに設ける様にしても良い。
【００３４】
圧電アクチュエーター１０は、図５に示すように、支持部２２０の上にも、圧電体１４
０を第１電極１３０と第２電極１４０で挟んでいる圧電素子構造１１１を備える。ここで
、圧電アクチュエーター１０が基板２００の支持部２２０の上に圧電素子構造１１１を備
えない場合、２つの支持部２２０は、隙間を空けて配置されることになる。一方、振動部
２１０では、２枚の基板２００の間に圧電素子１１０ａ〜１１０ｅが配置される。そのた
め、支持部２２０の上に圧電素子構造１１１を備えない場合、振動部２１０と支持部２２
０とで厚さが異なる為、支持部２２０において、圧電アクチュエーターユニット１００同
士が接触せず、構造が不安定となる場合がある。支持部２２０の上に、圧電素子構造１１
１を備えると、振動部２１０と支持部２２０とで厚さがほぼ一致し、支持部２２０におい
ても、圧電アクチュエーターユニット１００同士が接触するため、構造が安定しやすい。
なお、圧電素子構造１１１に電圧が印加されて、伸張、収縮すると支持部２２０が振動す
るおそれがあるので、圧電素子構造１１１は、その圧電体１４０に電圧が印加されないよ
うに、あるいは電圧が印加されても伸張、収縮しないように、構成されていることが好ま
しい。例えば、圧電素子構造１１１の圧電体１４０を挟む２枚の電極１３０，１５０を接
地する、あるいは、短絡すればよい。
【００３５】
ニッケルめっき層２８０は、支持部２２０において、配線層２５０を覆うように構成さ
れており、支持部２２０から少しはみ出た凸部２８５を構成している。ニッケルめっき層
２８０の上には、金めっき層２９０が配置されている。金めっき層２９０は、ニッケルめ
っき層２８０の腐食し難くする。なお、本明細書において、金めっき層２９０は、凸部２
８５とは別部材である。従って、「凸部２８５のヤング率」という場合には、金めっき層
２９０の無い状態の凸部２８５のヤング率を意味する。本実施形態において、金めっき層
２９０を省略しても良い。また、ニッケルめっき層２８０以外の他のめっき層で凸部２８
５の一部または全部を構成しても良い。
【００３６】
図６は、圧電アクチュエーター１０を回路基板３００が接続される側から（図５の６Ｂ
の矢印の向きに）見たときの説明図である。４つの金めっき層２９０が見える。この４つ
の金めっき層２９０は、それぞれ配線層２５０により構成される４つの配線（後述）に対
応して配置されている。
【００３７】
図７は、圧電アクチュエーターの製造工程を示すフローチャートである。図８は、圧電
アクチュエーターユニットの製造工程を示す説明図である。ステップＳ１００では、基板
２００上に絶縁層２０１を形成する。基板２００として例えばＳｉウェハーを利用するこ
とができる。１枚のＳｉウェハー上には、圧電アクチュエーターユニット１００を複数個
形成することが可能である。絶縁層２０１としては、例えば、基板２００の表面を熱酸化
して形成されるＳｉＯ２層を利用することができる。絶縁層２０１としてアルミナ（Ａｌ
２Ｏ３），アクリルやポリイミドなどの有機材料を用いることができる。なお、基板２０
０が絶縁体である場合には、絶縁層２０１を形成する工程は省略可能である。
【００３８】
ステップＳ１１０では、第１電極１３０を形成し、パターニングする。第１電極１３０
の材料としては、Ａｌ（アルミニウム）や、Ｎｉ（ニッケル），Ａｕ（金），Ｐｔ（白金
），Ｉｒ（イリジウム），Ｃｕ（銅）などの導電性の高い任意の材料を利用可能である。
第１電極１３０は、例えば、スパッタリングにより形成でき、パターニングは、例えば、
エッチングにより行うことが出来る。
【００３９】
ステップＳ１２０では、第１電極１３０の上に圧電体１４０を形成し、パターニングす
る。圧電体１４０の材料としては、ＡＢＯ３型のペロブスカイト構造を採るセラミックス
など、圧電効果を示す任意の材料を利用可能である。ＡＢＯ３型のペロブスカイト構造を
採るセラミックスとしては、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，亜鉛ニオブ酸鉛，スカンジウムニオ
ブ酸鉛等を用いることが可能である。またセラミック以外の圧電効果を示す材料、例えば
ポリフッ化ビニリデン，水晶等を用いることも可能である。
【００４０】
圧電体１４０の形成は、例えばゾル−ゲル法を用いて行うことが可能である。すなわち
、圧電体材料のゾルゲル溶液を基板２００（第１電極１３０）の上に滴下し、基板２００
を高速回転させることにより、第１電極１３０の上にゾルゲル溶液の薄膜を形成する。そ
の後、２００〜３００℃の温度で仮焼きして第１電極１３０の上に圧電体材料の第１層を
形成する。その後、ゾルゲル溶液の滴下、高速回転、仮焼き、のサイクルを複数回繰り返
すことによって、第１電極１３０の上に所望の厚さまで圧電体層を形成する。なお、１サ
イクルで形成される圧電体の一層の厚さは、ゾルゲル溶液の粘度や、基板２００の回転速
度にも依存するが、約５０ｎｍ〜１５０ｎｍの厚さとなる。所望の厚さまで圧電体層を形
成した後、６００℃〜１０００℃の温度で焼結することにより、圧電体１４０を形成する
。焼結後の圧電体１４０の厚さを、５０ｎｍ（０．０５μｍ）以上２０μｍ以下の範囲内
とすれば、小型の圧電アクチュエーター１０を実現できる。なお、圧電体１４０の厚さを
０．０５μｍ以上とすれば、圧電体１４０の伸縮に応じて十分に大きな力を発生すること
ができる。また、圧電体１４０の厚さを２０μｍ以下とすれば、圧電体１４０に印加する
電圧を６００Ｖ以下としても十分に大きな力を発生することができる。その結果、圧電ア
クチュエーター１０を駆動するための駆動回路（図示せず）を安価な素子で構成できる。
なお、圧電体の厚さを４００ｎｍ以上としてもよく、この場合、圧電素子で発生する力を
大きく出来る。なお、仮焼きや焼結の温度、時間は、一例であり、圧電体材料により、適
宜選択される。
【００４１】
ゾル−ゲル法を用いて圧電体材料の薄膜を形成した後に焼結した場合には、原料粉末を
混合して焼結する従来の焼結法と比較して、（ａ）薄膜を形成しやすい、（ｂ）格子方向
を揃えて結晶化し易い、（ｃ）圧電体の耐圧を向上できる、というメリットがある。
【００４２】
第１の実施形態では、ステップＳ１２０において、アルゴンイオンビームを用いたイオ
ンミリングにより、圧電体１４０のパターニングを行っている。なお、イオンミリングを
用いてパターニングを行う代わりに、他の任意のパターニング方法（例えば、塩素系のガ
スを用いたドライエッチング）によりパターニングを行っても良い。
【００４３】
ステップＳ１３０では、圧電体１４０の上に第２電極１５０を形成し、パターニングす
る。第２電極１５０の形成及びパターニングは、第１電極１３０と同様に、エッチングに
より行うことが出来る。
【００４４】
ステップＳ１４０では、第２電極１５０の上に絶縁層２４０を形成し、パターニングし
てコンタクトホールを形成する。なお、図８では、コンタクトホールの図示は省略されて
いる。ステップＳ１５０では、絶縁層２４０の上に、銅または真鍮を用いて配線層２５０
を形成し、配線層２５０をパターニングして配線を形成する。
【００４５】
図９は、配線層２５０による配線のパターンを示す説明図である。配線層２５０は、４
つの配線２５１，２５２，２５３，２５４を有している。これらの配線２５１〜２５４は
、固定部２２１の上から接続部２２２，２２３の上を通って振動部２１０に渡るように形
成されている。第１配線２５１は、振動部２１０上で、圧電素子１１０ａ，１１０ｄ（図
１）の第２電極１５０と接続される。同様に、第２配線２５２は、振動部２１０上で、圧
電素子１１０ｂ，１１０ｃの第２電極１５０と接続され、第３配線２５３は、振動部２１
０上で、圧電素子１１０ｅの第２電極１５０と接続され、第４配線２５４は、振動部２１
０上で、圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅの第１電極１３０
と接続される。また、これらの配線２５１〜２５４は、支持部２２０上で、回路基板と接
続される。なお、配線２５１〜２５４は、固定部２２１上の圧電素子構造１１１とは接続
されていない。図９からわかるように、支持部２２０の基板３００が接続される側（図９
では右側）に４本の配線２５１〜２５４が突き出ている。図６で説明した４つの金めっき
層２９０は、ニッケルめっき層２８０を介してこれらの４本の配線２５１〜２５４を覆う
ように形成されている。
【００４６】
ステップＳ１６０では、保護層２６０（被覆部２６０）を形成する。被覆部２６０は、
例えば、ＪＣＲ（ジャンクション・コーティング・レジン）のようなシリコ−ン樹脂で形
成される。なお、ＪＣＲの代わりに、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂材料を用いて形成
されてもよい。
【００４７】
ステップＳ１７０では、エッチングにより、個々の基板２００の形状を形成すると同時
に、振動部２１０と、支持部２２０との間に隙間２０５を形成し、突起部２０を取り付け
るための凹部２１６を形成する。
【００４８】
図１０は、２つの圧電アクチュエーターユニット１００を用いて圧電アクチュエーター
１０を製造する工程を示す説明図である。ステップＳ１８０では、２つの圧電アクチュエ
ーターユニット１００を、互いに基板２００が外側、圧電素子１１０ａ〜１１０ｅが内側
を向き、同一符号の部材が面対称となるように配置する。その後、接着層２７０を用いて
２つの圧電アクチュエーターユニット１００の被覆部２６０同士を接着する。圧電素子１
１０ａ〜１１０ｅは、被覆部２６０で覆われると共に、２枚の基板２００に挟まれるので
、ゴミなどによる外傷を受け難くなる。ステップＳ１９０では、凹部２１６に突起部２０
を接着剤で接着する。
【００４９】
図１１は、圧電アクチュエーターと回路基板との接続工程を示す説明図である。図１１
では、図示の都合上、第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０（図５）とを分け
ずに圧電素子構造１１１として図示している。ステップＳ２００では、無電解ニッケル−
リンめっき法を用いて配線層２５０の上にニッケルめっき層２８０を形成する。具体的に
は、先ず、パラジウムイオンを含む触媒溶液に圧電アクチュエーター１０の端部を浸漬す
る。配線層２５０は、銅または真鍮で形成されているため、銅の一部がパラジウムで置換
されパラジウム金属が配線層２５０に吸着する。
【００５０】
次に、圧電アクチュエーター１０の端部を無電解ニッケル−リンめっき液に浸漬する。
無電解ニッケル−リンめっき液は、ニッケルイオン（Ｎｉ２＋）と、次亜リン酸イオン（
Ｈ２ＰＯ２−）とを含む。ニッケルイオン（Ｎｉ２＋）と、次亜リン酸イオン（Ｈ２ＰＯ
２−）とは、パラジウムを触媒として以下の式（１）の酸化還元反応を起こし、還元され
たニッケルが配線層２５０上に析出する。ニッケルは、配線層２５０に沿って析出するた
め、基板２００（支持部２２０）に沿って、基板２００よりも外縁側に突き出る凸部２８
５を有する形状となる。なお、上述したように、配線層は４つの配線２５１〜２５４を有
するため、４つのニッケルめっき層２８０が形成される。ニッケルは、析出するときに、
リンを含んでも良い。
Ｎｉ２＋  ＋  Ｈ２ＰＯ２−  ＋  Ｈ２Ｏ  →  Ｎｉ  ＋  Ｈ２ＰＯ３−  ＋  Ｈ２ 
・・・（１）
【００５１】
ステップＳ２１０では、ニッケルめっき層２８０上に金めっき層２９０を形成する。ス
テップＳ２２０では、圧電アクチュエーター１０と回路基板３００とを接合する。回路基
板３００は、フレキシブル基板３０１上に接続部３０２が形成された構造を有する。この
接続部３０２は、ニッケルめっき層２８０で形成された凸部２８５よりもヤング率の小さ
な材料（例えば銅）で形成されている。凸部２８５を回路基板３００に押しつけることで
、凸部２８５を回路基板３００の接続部３０２に食い込ませ、圧電アクチュエーター１０
と回路基板３００とを接合し、電気的に接続させる。このとき、振動子（圧電素子１１０
ａ〜１１０ｅ）の主面を含む第１の仮想平面は、ｘｙ平面であり、圧電アクチュエーター
１０（電気部品）と回路基板３００との接続面を含む第２の仮想平面は、ｙｚ平面であり
、ｘｙ平面とｙｚ平面とは交差する。すなわち、振動子（圧電素子１１０ａ〜１１０ｅ）
の主面を含む第１の仮想平面と、電気部品（圧電アクチュエーター１０）と回路基板３０
０との接続面を含む第２の仮想平面と、が交差する。こうすると、回路基板３００の接続
部３０２の法線方向に凸部２８５が押しつけられるため、接触抵抗のバラツキを発生し難
く出来る。また、１枚の回路基板３００で、複数の圧電アクチュエーター１０を接続する
ことが可能となる。
【００５２】
図１２は、圧電アクチュエーター１０の等価回路を示す説明図である。なお、圧電アク
チュエーター１０は、２つの圧電アクチュエーターユニット１００を有しているが、図１
２では、一方の圧電アクチュエーターユニット１００のみを図示している。図１２から分
かるように、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅの第１電極１３０は、配線２５４に接続
され、回路基板３００に接続されている。圧電素子１１０ａ，１１０ｄの第２電極１５０
は、配線２５１に接続され、回路基板３００に接続されている。圧電素子１１０ｂ，１１
０ｃの第２電極１５０は、配線２５２に接続され、回路基板３００に接続されている。圧
電素子１１０ｅの第２電極１５０は、配線２５３に接続され、回路基板３００に接続され
ている。すなわち、圧電素子１１０は、３つのグループに分けられる。第１グループは、
２つの圧電素子１１０ａ，１１０ｄを有する。第２グループは、２つの圧電素子１１０ｂ
，１１０ｃを有する。第３グループは、１つの圧電素子１１０ｅのみを有する。第１グル
ープの圧電素子１１０ａ，１１０ｄは、互いに並列に接続され、回路基板３００に接続さ
れている。第２グループの圧電素子１１０ｂ，１１０ｃは、互いに並列に接続され、回路
基板３００に接続されている。並列接続すると、各圧電素子１１０ａ〜１１０ｄに掛かる
電圧を大きく出来る。第３グループの圧電素子１１０ｅは、単独で回路基板３００に接続
されている。なお、第１グループの圧電素子１１０ａ，１１０ｄは直列に接続されていて
も良い。この場合、電圧が印加されたときの圧電素子１１０ａと１１０ｄの分極の向きは
同じであることが好ましい。第２グループの圧電素子１１０ｂ，１１０ｃについても同様
に直列に接続されていてもよい。直列接続すると、容量を小さく出来る。
【００５３】
回路基板３００から、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅのうちの所定の圧電素子、例
えば第１グループの圧電素子１１０ａ，１１０ｄの第１電極１３０と第２電極１５０との
間に周期的に変化する交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、圧電アクチュエータ
ー１０を超音波振動させて、突起部２０に接触するローター（被駆動体、被駆動部材）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、脈流電圧の電圧（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。電流の向きは、第１電極１３０から第２電極１５
０に向かうよりも第２電極１５０から第１電極１３０に向かう方が好ましい。また、第２
グループの圧電素子１１０ｂ，１１０ｃの第１電極１３０と第２電極１５０との間に交流
電圧又は脈流電圧を印加することにより、突起部２０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。すなわち、圧電アクチュエーター１０は、圧電モーターとして
機能する。
【００５４】
図１３は、圧電アクチュエーター１０の動作の例を示す説明図である。支持部２２０に
ついては、図示の都合上、省略している。圧電アクチュエーター１０の突起部２０は、被
駆動部材としてのローター５０の外周に接触している。図１３に示す例では、第１グルー
プの２つの圧電素子１１０ａ，１１０ｄに交流電圧又は脈流電圧を印加しており、圧電素
子１１０ａ，１１０ｄは図１３の矢印ｘの方向に伸縮する。これに応じて、圧電アクチュ
エーター１０の振動部２１０が振動部２１０の平面内で屈曲して蛇行形状（Ｓ字形状）に
変形し、突起部２０の先端が矢印ｙの向きに往復運動するか、又は、楕円運動する。その
結果、ローター５０は、その中心５１の周りに所定の方向ｚ（図１３では時計回り方向）
に回転する。なお、回路基板３００が、第２グループの２つの圧電素子１１０ｂ，１１０
ｃ（図１２）に交流電圧又は脈流電圧を印加する場合には、ローター５０は逆方向に回転
する。なお、中央の圧電素子１１０ｅに、交流電圧又は脈流電圧を印加すれば、圧電アク
チュエーター１０が長手方向に伸縮するので、突起部２０からローター５０に与える力を
より大きくすることが可能である。なお、圧電アクチュエーター１０のこのような動作に
ついては、特開２００４−３２０９７９号公報（又は、対応する米国特許第７２２４１０
２号）に記載されており、その開示内容は参照により組み込まれる。
【００５５】
以上、第３の実施形態によれば、振動子（圧電素子１１０ａ〜１１０ｅ）の主面を含む
第１の仮想平面と、電気部品（圧電アクチュエーター１０）と回路基板３００との接続面
を含む第２の仮想平面と、が交差しているので、回路基板３００の接続部３０２の法線方
向に凸部２８５が押しつけられるため、接触抵抗のバラツキを発生し難く出来る。
【００５６】
・第４の実施形態：
図１４は、第４の実施形態の圧電アクチュエーター１１を示す説明図である。第３の実
施形態の圧電アクチュエーター１０は、２つの圧電アクチュエーターユニット１００を備
えていたが、第４の実施形態の圧電アクチュエーター１１は、圧電アクチュエーターユニ
ット１００を１つのみ備え、第３の実施形態の２つ目の圧電アクチュエーターユニット１
００の代わりに、圧電素子が配置されていない基板２００を備えている。すなわち、第１
の圧電アクチュエーターユニット１００の圧電素子１１０ａ〜１１０ｅを、第１の圧電ア
クチュエーターユニット１００の基板２００と、圧電素子が配置されていない基板２００
とで挟んでいる。この形態によれば、１つの電極端子が１つの凸部２８５を有する圧電ア
クチュエーター１１を構成できる。
【００５７】
・第５の実施形態：
図１５は、第５の実施形態の積層アクチュエーター１２を示す説明図である。第３の実
施形態では、圧電アクチュエーター１０を１つのみ有する形態について説明した。第３の
実施形態の圧電アクチュエーター１０を、基板２００の法線方向に複数積層して、積層ア
クチュエーター１２を構成することが可能である。積層アクチュエーター１２は、複数の
圧電アクチュエーター１０を備えるので、駆動力を大きく出来る。第５の実施形態では、
１つの回路基板３００で複数の圧電アクチュエーター１０と接続可能である。なお、第５
の実施形態では、第３の実施形態の圧電アクチュエーター１０を複数積層したが、第４の
実施形態の圧電アクチュエーター１１を複数個積層してもよい。
【００５８】
・他の実施形態：
上述した圧電アクチュエーター１０は、共振を利用することで被駆動部材に対して大き
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。圧電アクチュエー
ター１０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
用される圧電アクチュエーターでは、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。
【００５９】
図１６は、上述の圧電アクチュエーター１０を利用したロボット２０５０の一例を示す
説明図である。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の間を回動又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。それぞれの関節
部２０２０には、上述した圧電アクチュエーター１０が内蔵されており、圧電アクチュエ
ーター１０を用いて関節部２０２０を任意の角度だけ回動又は屈曲させることが可能であ
る。アーム２０１０の先端には、ハンド２０００が接続されている。ハンド２０００は、
一対の把持部２００３を備えている。ハンド２０００にも圧電アクチュエーター１０が内
蔵されており、圧電アクチュエーター１０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、ハンド２０００とアーム２０１０との間にも圧電アクチュエ
ーター１０が設けられており、圧電アクチュエーター１０を用いてハンド２０００をアー
ム２０１０に対して回転させることも可能である。
【００６０】
図１７は、図１６に示したロボット２０５０の手首部分の説明図である。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、圧電アクチュエーター１０を備えており、圧電アクチュエーター１０
は、手首のリンク部２０１２及びハンド２０００を中心軸Ｏ周りに回動させる。ハンド２
０００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アクチュエ
ーター１０が搭載されている。このため、圧電アクチュエーター１０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。
【００６１】
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
も圧電アクチュエーター１０を適用可能である。ここで、手首の関節部２０２０やハンド
２０００の内部には、圧電アクチュエーター１０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。従って、関節部２０２０やハンド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アクチュエーター１
０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。
【００６２】
上記説明では、ハンド２０００を備えるロボット２０５０を例にとって説明したが、ハ
ンド２０００は、ロボット２０５０の部品としてのみならず、単独の製品として構成され
ていても良い。
【００６３】
図１８は、上述の圧電アクチュエーター１０を利用した指アシスト装置１０００を示す
説明図である。指アシスト装置１０００は、第１の指アシスト部１００１と、第２の指ア
シスト部１００２と、ベース部材１００３と、を備え、指７００に装着される。第１の指
アシスト部１００１は、圧電アクチュエーター１０と、減速機５０１と、指支持部７０１
と、を備える。第２の指アシスト部１００２は、圧電アクチュエーター１０と、減速機５
０２と、指支持部７０２と、バンド７０３と、を備える。バンド７０３を除き、第１の指
アシスト部１００１と第２の指アシスト部１００２とは、ほぼ同じ構成である。バンド７
０３は、指７００の腹側から第２の指アシスト部１００２を固定する。なお、バンド７０
３は、第１の指アシスト部１００１にも、設けられるが、図１８では省略されている。指
アシスト装置１０００は、圧電アクチュエーター１０により、指７００の屈伸をアシスト
する。なお、本実施形態では、指アシスト装置１０００は、指７００の屈伸をアシストす
るものとして説明したが、指７００の代わりにロボットのハンドを用い、ハンドと指アシ
スト装置１０００とを一体化してもよい。この場合、ハンドが、圧電アクチュエーター１
０により駆動され、屈伸する。
【００６４】
図１９は、上述の圧電アクチュエーター１０を利用した送液ポンプ２２００の一例を示
す説明図である。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、圧電アクチュエーター１０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２２１３，２２１４，２２１５，２２１
６，２２１７，２２１８，２２１９と、が設けられている。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２２１
１から送り出される液体を輸送するための管である。圧電アクチュエーター１０の突起部
２０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、圧電アクチュエー
ター１０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、極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。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
た実施形態の圧電アクチュエーター１０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。従って、投薬
装置を電池駆動する場合は、特に有効である。
【００６５】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記
した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定す
るものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、
改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００６６】
１０，１１…圧電アクチュエーター、１２…積層アクチュエーター、１３，１４…電
気デバイス、２０…突起部、５０…ローター、５１…中心、１００…圧電アクチュエータ
ーユニット、１０３，１０４…電気部品、１１０，１１０ａ，１１０ｂ、１１０ｃ、１１
０ｄ、１１０ｅ…圧電素子、１１１…圧電素子構造、１３０…第１電極、１４０…圧電体
、１５０…第２電極、２００…基板、２０１…絶縁層、２０５…隙間、２１０…振動部、
２１６…凹部、２２０…支持部、２２１…固定部、２２２、２２３…接続部、２４０…絶
縁層、２５０…配線層、２５１、２５２、２５３、２５４、２５５、２５６…配線、２５
５ｔ、２５６ｔ…電極端子、２５７…基端部、２５８…凸状接続部、２６０…保護層（被
覆部）、２７０…接着層、２８０…ニッケルめっき層、２８５…凸部、２９０…金めっき
層、３００…回路基板、３０１…ＦＰＣ基板本体、３０２…接続部、５０１、５０２…減
速機、７００…指、７０１、７０２…指支持部、７０３…バンド、１０００…指アシスト
装置、１００１、１００２…指アシスト部、１００３…ベース部材、２０００…ハンド、
２００３…把持部、２０１０…アーム、２０１２…リンク部、２０２０…関節部、２０２
２…手首回動部、２０５０…ロボット、２２００…送液ポンプ、２２０２…カム、２２０
２Ａ…突起部、２２１１…リザーバー、２２１２…チューブ、２２１３…フィンガー、２
２２２…ローター、２２２３…減速伝達機構
【図１】
0006676935.tif 000002
【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】
0006676935.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0006676935.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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