(57)【要約】【課題】本発明は、薄膜形成技術を用いて形成された圧電素子を備えた圧電薄膜振動子およびその製造方法、並びにそれを用いた駆動装置および圧電モータに関し、低コストで製造できる圧電薄膜振動子およびその製造方法、並びにそれを用いた駆動装置および圧電モータを提供することを目的とする。【解決手段】進行波を発生させるレゾネータ４と、薄膜形成技術により形成された、第１の電極３と、第１の電極３上に形成された圧電薄膜２と、圧電薄膜２上に形成された第２の電極１３とを備え、レゾネータ４上に貼り合わされた複数の圧電素子１ａ〜１ｄおよび圧電素子１１ａ〜１１ｄと、複数の圧電素子１ａ〜１ｄおよび圧電素子１１ａ〜１１ｄのそれぞれをレゾネータ４に貼り合わせる接着層４０とを有するように構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行波を発生させるレゾネータと、
薄膜形成技術により形成された、第１の電極と、前記第１の電極上に形成された圧電薄膜と、前記圧電薄膜上に形成された第２の電極とを備え、前記レゾネータ上に貼り合わされた複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子のそれぞれを前記レゾネータに貼り合わせる接着層と
を有することを特徴とする圧電薄膜振動子。
【請求項２】
請求項１記載の圧電薄膜振動子であって、
前記圧電薄膜は、前記第１の電極上に形成されたエピタキシャル成長した膜であること
を特徴とする圧電薄膜振動子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電薄膜振動子であって、
前記複数の圧電素子は、異なる配置領域の２つの圧電素子部のいずれかに属し、
前記圧電素子の貼り合わせ位置の間隔は、前記２つの圧電素子部で等しいこと
を特徴とする圧電薄膜振動子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電薄膜振動子であって、
前記レゾネータは薄板形状を有し、
前記複数の圧電素子は、前記レゾネータの表面及び裏面に貼り合わされていること
を特徴とする圧電薄膜振動子。
【請求項５】
請求項４記載の圧電薄膜振動子であって、
前記裏面に貼り合わされた前記圧電素子は、前記表面に貼り合わされた前記圧電素子の直下に貼り合わされていること
を特徴とする圧電薄膜振動子。
【請求項６】
請求項４記載の圧電薄膜振動子であって、
隣り合う２つの前記圧電素子は、一方は前記レゾネータの表面に貼り合わされ、
他方は前記レゾネータの裏面に貼り合わされていること
を特徴とする圧電薄膜振動子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧電薄膜振動子であって、
前記圧電薄膜振動子は円形状の外周を有し、
前記複数の圧電素子は放射状に配置されていること
を特徴とする圧電薄膜振動子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の圧電薄膜振動子であって、
前記圧電素子の形状は、前記レゾネータの板面に垂直な方向に見て矩形であること
を特徴とする圧電薄膜振動子。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の圧電薄膜振動子であって、
前記圧電素子の形状は、前記レゾネータの板面に垂直な方向に見て扇形であること
を特徴とする圧電薄膜振動子。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の圧電薄膜振動子であって、
前記圧電素子の形状は、前記レゾネータの板面に垂直な方向に見て台形であること
を特徴とする圧電薄膜振動子。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の圧電薄膜振動子であって、
前記レゾネータは金属で形成されていること
を特徴とする圧電薄膜振動子。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の圧電薄膜振動子であって、
前記レゾネータは樹脂で形成されていること
を特徴とする圧電薄膜振動子。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項（請求項６を除く）に記載の圧電薄膜振動子と、
隣り合う前記複数の圧電素子に位相が半周期ずれた交流電圧を印加する交流電源と
を有することを特徴とする駆動装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の駆動装置を備えたステータと、
前記圧電薄膜振動子上に配置されたロータと
を有することを特徴とする圧電モータ。
【請求項１５】
基板上に第１の金属薄膜を成膜し、
前記第１の金属薄膜上に圧電薄膜を成膜し、
前記圧電薄膜上に第２の金属薄膜を成膜して圧電素子層を形成し、
前記圧電素子層を所定の形状にパターニングし、
前記圧電素子層を個片化して複数の圧電素子を形成し、
前記複数の圧電素子を接着層を介してレゾネータ上に貼り合わせること
を特徴とする圧電薄膜振動子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の圧電薄膜振動子の製造方法であって、
前記圧電薄膜は、前記第1の金属薄膜上にエピタキシャル成長により成膜されること
を特徴とする圧電薄膜振動子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の圧電薄膜振動子の製造方法であって、
前記複数の圧電素子を、異なる２つの配置領域のいずれかに貼り合わせて２つの圧電素子部を形成し、
前記圧電素子を、前記２つの圧電素子部で等間隔に貼り合わせること
を特徴とする圧電薄膜振動子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の圧電薄膜振動子の製造方法であって、
前記複数の圧電素子を前記レゾネータの表面及び裏面に貼り合わせること
を特徴とする圧電薄膜振動子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の圧電薄膜振動子の製造方法であって、
前記裏面に貼り合わせる前記圧電素子を前記表面に貼り合わせる前記圧電素子の直下に貼り合わせること
を特徴とする圧電薄膜振動子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１８記載の圧電薄膜振動子の製造方法であって、
隣り合う２つの前記圧電素子の一方を前記レゾネータの表面に貼り合わせ、
他方を前記レゾネータの裏面に貼り合わせること
を特徴とする圧電薄膜振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成技術を用いて形成された圧電素子を備えた圧電薄膜振動子およびその製造方法、並びにそれを用いた駆動装置および圧電モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子の圧電効果を利用した圧電薄膜振動子は、超音波モータ（圧電モータ）や圧電アクチュエータなどに用いられている。圧電素子は一般に、一対の電極と電極間に狭持された圧電薄膜とを有している。
【０００３】
圧電素子は、蒸着装置やスパッタリング装置、あるいはＣＶＤ装置などを用いた薄膜形成技術によって形成されている。薄膜形成技術を用いると、圧電素子の素子厚を薄くできるので、印加電圧を小さくできると共に圧電素子全体の小型化を図ることができる。
【０００４】
図１６は従来の薄膜形成技術を用いた圧電薄膜振動子１０６の製造方法を示している。図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、Ｓｉ単結晶基板で形成されたレゾネータ１１４上に第１の金属薄膜（下部電極）１０３を成膜する。次に、図１６（ｃ）に示すように、第１の金属薄膜１０３上に圧電薄膜１０２を成膜する。次に、図１６（ｄ）に示すように、圧電薄膜１０２上に第２の金属薄膜１３３を成膜する。次に、図１６（ｅ）に示すように、第２の金属薄膜１３３を所定の形状にパターニングして複数の上部電極１１３を形成する。次に、レゾネータ１１４と第１の金属薄膜１０３、および圧電薄膜１０２とをレゾネータ１１４の板面に垂直な方向（図中上下方向）に切断して複数の圧電薄膜振動子１０６が製造される。
【０００５】
円板形状の圧電薄膜振動子１０６を製造する場合、隣接する複数の圧電薄膜振動子１０６間に圧電薄膜振動子１０６として用いられないＳｉ単結晶基板の領域が必ず形成される。その領域にも第１の電極薄膜１０３と圧電膜膜１０２と第２の金属薄膜１３３とを成膜する必要があるため、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
また、圧電薄膜振動子１０６内の圧電素子を形成する必要がない領域にも第１の電極薄膜１０３と圧電膜膜１０２、および第２の金属薄膜１３３とを成膜する必要があるため、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平９―２２３８２４号公報
【特許文献２】特開２０００−３３２５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、低コストで製造できる圧電薄膜振動子およびその製造方法、並びにそれを用いた駆動装置および圧電モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、進行波を発生させるレゾネータと、薄膜形成技術により形成された、第１の電極と、前記第１の電極上に形成された圧電薄膜と、前記圧電薄膜上に形成された第２の電極とを備え、前記レゾネータ上に貼り合わされた複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを前記レゾネータに貼り合わせる接着層とを有することを特徴とする圧電薄膜振動子によって達成される。
【００１０】
上記本発明の圧電薄膜振動子であって、前記圧電薄膜は、前記第１の電極上に形成されたエピタキシャル成長した膜であることを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の圧電薄膜振動子であって、前記複数の圧電素子は、異なる配置領域の２つの圧電素子部のいずれかに属し、前記圧電素子の貼り合わせ位置の間隔は、前記２つの圧電素子部で等しいことを特徴とする。
【００１２】
上記本発明の圧電薄膜振動子であって、前記レゾネータは薄板形状を有し、前記複数の圧電素子は、前記レゾネータの表面及び裏面に貼り合わされていることを特徴とする。
【００１３】
上記本発明の圧電薄膜振動子であって、前記裏面に貼り合わされた前記圧電素子は、前記表面に貼り合わされた前記圧電素子の直下に貼り合わされていることを特徴とする。
【００１４】
上記本発明の圧電薄膜振動子であって、隣り合う２つの前記圧電素子は、一方は前記レゾネータの表面に貼り合わされ、他方は前記レゾネータの裏面に貼り合わされていることを特徴とする。
【００１５】
上記本発明の圧電薄膜振動子であって、前記圧電薄膜振動子は円形状の外周を有し、前記複数の圧電素子は放射状に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
上記本発明の圧電薄膜振動子であって、前記圧電素子の形状は、前記レゾネータの板面に垂直な方向に見て矩形であることを特徴とする。
【００１７】
上記本発明の圧電薄膜振動子であって、前記圧電素子の形状は、前記レゾネータの板面に垂直な方向に見て扇形であることを特徴とする。
【００１８】
上記本発明の圧電薄膜振動子であって、前記圧電素子の形状は、前記レゾネータの板面に垂直な方向に見て台形であることを特徴とする。
【００１９】
上記本発明の圧電薄膜振動子であって、前記レゾネータは金属で形成されていることを特徴とする。
【００２０】
上記本発明の圧電薄膜振動子であって、前記レゾネータは樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、上記目的は、上記本発明の圧電薄膜振動子と、隣り合う前記複数の圧電素子に位相が半周期ずれた交流電圧を印加する交流電源とを有することを特徴とする駆動装置によって達成される。
【００２２】
また、上記目的は、上記本発明の駆動装置を備えたステータと、前記圧電薄膜振動子上に配置されたロータとを有することを特徴とする圧電モータによって達成される。
【００２３】
また、上記目的は、基板上に第１の金属薄膜を成膜し、前記第１の金属薄膜上に圧電薄膜を成膜し、前記圧電薄膜上に第２の金属薄膜を成膜して圧電素子層を形成し、前記圧電素子層を所定の形状にパターニングし、前記圧電素子層を個片化して複数の圧電素子を形成し、前記複数の圧電素子を接着層を介してレゾネータ上に貼り合わせることを特徴とする圧電薄膜振動子の製造方法によって達成される。
【００２４】
上記本発明の圧電薄膜振動子の製造方法であって、前記圧電薄膜は、前記第１の金属薄膜上にエピタキシャル成長により成膜されることを特徴とする。
【００２５】
上記本発明の圧電薄膜振動子の製造方法であって、前記複数の圧電素子を、異なる２つの配置領域のいずれかに貼り合わせて２つの圧電素子部を形成し、前記圧電素子を、前記２つの圧電素子部で等間隔に貼り合わせることを特徴とする。
【００２６】
上記本発明の圧電薄膜振動子の製造方法であって、前記複数の圧電素子を前記レゾネータの表面及び裏面に貼り合わせることを特徴とする。
【００２７】
上記本発明の圧電薄膜振動子の製造方法であって、前記裏面に貼り合わせる前記圧電素子を前記表面に貼り合わせる前記圧電素子の直下に貼り合わせることを特徴とする。
【００２８】
上記本発明の圧電薄膜振動子の製造方法であって、隣り合う２つの前記圧電素子の一方を前記レゾネータの表面に貼り合わせ、他方を前記レゾネータの裏面に貼り合わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、低コストで製造できる圧電薄膜振動子およびその製造方法、並びにそれを用いた駆動装置および圧電モータを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態による圧電薄膜振動子およびその製造方法、並びにそれを用いた駆動装置および圧電モータについて図１乃至図１０を用いて説明する。図１は本実施の形態による圧電薄膜振動子の構成を示す斜視図である。図２は、本実施の形態による圧電薄膜振動子６の平面図である。また、図３は図２のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図１乃至図３に示すように本実施の形態による圧電薄膜振動子６は、進行波を発生させるレゾネータ４と、薄膜形成技術により形成された、第１の電極３と、第１の電極３上に形成された圧電薄膜２と、圧電薄膜２上に形成された第２の電極１３とを備え、レゾネータ上４に貼り合わされた複数の圧電素子１ａ〜１ｄおよび圧電素子１１ａ〜１１ｄと、複数の圧電素子１ａ〜１ｄおよび圧電素子１１ａ〜１１ｄのそれぞれをレゾネータ４に貼り合わせる接着層４０とを有している。
【００３１】
レゾネータ４は薄板状に形成されて、円形状の外周を有している。レゾネータ４は、例えば熱可塑性のポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエチレンテフタレート（ＰＥＴ）、あるいは熱硬化性のフェノール樹脂、エポキシ樹脂などの合成樹脂で形成され、板厚は数十μｍ〜１ｍｍ程度である。圧電薄膜振動子６の中央部には中心が圧電薄膜振動子６の外周円６ａの中心にほぼ一致する円形状の貫通孔５が形成されている。
【００３２】
図２に示すように、レゾネータ４上には異なる配置領域に圧電素子部１および１１が形成されている。圧電素子部１は、長辺の長さが例えば１０ｍｍであり、短辺の長さが例えば１ｍｍであり、厚さが例えば３μｍ程度である直方体形状の圧電素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを有している。すなわち、圧電素子１ａ〜１ｄの形状は、レゾネータ４の板面に垂直な方向に見て矩形である。圧電素子１ａ〜１ｄは、長辺を圧電薄膜振動子６の中心から半径方向に向けて貼り合わされている。同様に、圧電素子部１１は圧電素子１ａ〜１ｄと同一形状の圧電素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを有している。圧電素子１１ａ〜１１ｄは、長辺を圧電薄膜振動子６の中心から半径方向に向けて貼り合わされている。圧電素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄおよび圧電素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄはこの順に円周状に時計回りに配置されている。
【００３３】
圧電素子１ａ〜１ｄの隣り合う圧電素子間には、圧電素子同士を電気的に絶縁するほぼ扇形の形状の空間部１７が形成されている。圧電薄膜振動子６の中心（図２中、外周円６ａの中心）から半径方向に延びて圧電素子１ａを２等分する仮想直線と圧電素子１ｂを２等分する仮想直線とが成す角度θ１はほぼπ／５（ｒａｄ）になっている。同様に圧電素子１ｂを２等分する仮想直線と圧電素子１ｃを２等分する仮想直線との成す角度θ２はほぼπ／５になっている。また、圧電素子１ｃを２等分する仮想直線と圧電素子１ｄを２等分する仮想直線との成す角度θ３もほぼπ／５になっている。
【００３４】
圧電素子１１ａ〜１１ｄの隣り合う圧電素子間には、圧電素子同士を絶縁するほぼ扇形の形状の空間部１７が形成されている。圧電薄膜振動子６の中心（図２中、外周円６ａの中心）から半径方向に延びて圧電素子１１ａを２等分する仮想直線と圧電素子１１ｂを２等分する仮想直線とが成す角度θ５はほぼπ/５（ｒａｄ）になっている。同様に圧電素子１１ｂを２等分する仮想直線と圧電素子１１ｃを２等分する仮想直線との成す角度θ６はほぼπ／５になっている。また、圧電素子１１ｃを２等分する仮想直線と圧電素子１１ｄを２等分する仮想直線との成す角度θ７もほぼπ／５になっている。すなわち、圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄの貼り合わせ位置の間隔は、２つの圧電素子部１および１１で等しい。
【００３５】
圧電素子１ｄを２等分する仮想直線と圧電素子１１ａを２等分する仮想直線との成す角度θ４はほぼπ／２（ｒａｄ）になっている。すなわち角度θ４は角度θ１のほぼ２．５倍になっている。また圧電素子１１ｄを２等分する仮想直線と圧電素子１ａを２等分する仮想直線との成す角度θ８はほぼ３π／１０（ｒａｄ）になっている。すなわち角度θ８は角度θ１のほぼ１．５倍になっている。
【００３６】
レゾネータ４上には、円弧形状の接続電極５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄと円環形状の接続電極５４と電極端子５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、および電極端子５７とが形成されている。電極端子５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄおよび電極端子５７は、圧電素子１ｄと圧電素子１１ａとの間隙に形成されている。接続電極５３ａは、貫通孔５および圧電素子部１近傍に形成され、電極端子５５ａに電気的に接続されている。また、接続電極５３ａは、レゾネータ４板面に垂直な方向に見て圧電素子１ａおよび１ｃと重なる突起部を有している。接続電極５３ｂは、外周円６ａおよび圧電素子部１近傍に形成され、電極端子５５ｂに電気的に接続されている。また、接続電極５３ｂは、レゾネータ４板面に垂直な方向に見て圧電素子１ｂおよび１ｄと重なる突起部を有している。
【００３７】
接続電極５３ｃは、貫通孔５および圧電素子部１１近傍に形成され、電極端子５５ｃに電気的に接続されている。また、接続電極５３ｃは、レゾネータ４板面に垂直な方向に見て圧電素子１１ｂおよび１１ｄと重なる突起部を有している。接続電極５３ｄは、外周円６ａおよび圧電素子部１１近傍に形成され、電極端子５５ｄに電気的に接続されている。また、接続電極５３ｄは、レゾネータ４板面に垂直な方向に見て圧電素子１１ａおよび１１ｃと重なる突起部を有している。接続電極５４は、レゾネータ４板面に垂直な方向に見て各圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄの中央部と交差し、電極端子５７に電気的に接続されている。電極端子５７はグランドに接続されている。
【００３８】
図３に示すように、圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄは、エピタキシャル膜である第１の電極３と、第１の電極３上に形成された例えばチタン酸ジルコン酸鉛などから構成されたエピタキシャル膜である圧電薄膜２と、圧電薄膜２上に形成された第２の電極１３とを備えている。圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄは、側壁と第２の電極１３表面とがポリイミド膜７２によって覆われ、第１の電極３表面３ｓが不図示の酸化物膜によって覆われている。
【００３９】
圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄの端部にはポリイミド膜７２から第２の電極１３表面にまで達する穴部２５が開口され、中央部にはポリイミド膜７２から第１の電極３表面にまで達する穴部３５が開口されている。穴部３５の内壁面は、ポリイミド膜７２によって覆われている。穴部２５および穴部３５はそれぞれＡｕによって充填され、ビアホール７７およびビアホール７８が形成されている。穴部３５の内壁面はポリイミド膜７２によって覆われているため、第１の電極３と第２の電極１３とは電気的に絶縁されている。ビアホール７７およびビアホール７８の先端には電極パッド６３および電極パッド６４が形成されている。
【００４０】
圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄは、第２の電極１３側（電極パッド６３および電極パッド６４形成面）がレゾネータ４と対向しており、接着層４０によってレゾネータ４に貼り合わされている。図３に示すように、電極パッド６３と重なる接着層４０の端部には穴部４５が形成され、電極パッド６４と重なる中央部には穴部６５が形成されている。
【００４１】
圧電素子１ａ、１ｃの第２の電極１３は、ビアホール７７および電極パッド６３を介して接続電極５３ａに電気的に接続されている（図３では、圧電素子１ｃのみを図示している）。同様に、圧電素子１ｂ、１ｄの第２の電極１３は、ビアホール７７および電極パッド６３を介して接続電極５３ｂに電気的に接続されている。
【００４２】
また、圧電素子１１ａ、１１ｃの第２の電極１３は、ビアホール７７および電極パッド６３を介して接続電極５３ｄに電気的に接続されている。同様に、圧電素子１１ｂ、１１ｄの第２の電極１３は、ビアホール７７および電極パッド６３を介して接続電極５３ｃに電気的に接続されている。各圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄの第１の電極３は、ビアホール７８および電極パッド６４を介して接続電極５４に電気的に接続されている。
【００４３】
次に、本実施の形態による圧電薄膜振動子６の動作について図４を用いて説明する。図４は図２のＢ−Ｂ線で切断した断面を模式的に示した図である。図４に示すように、レゾネータ４に貼り合わされた圧電素子１ａ〜１ｄの圧電薄膜２ａ〜２ｄの分極方向は同一であり、その方向は圧電薄膜振動子６の基板面法線方向である（図４中、分極方向を矢の先端が上を向く複数の矢印で模式的に示す）。また、図４では図示されていないが、圧電素子１１ａ〜１１ｄの圧電薄膜２の分極方向は、圧電薄膜２ａ〜２ｄの分極方向と同一の方向に揃っている。
【００４４】
第１の電極３をグランド電位に維持して、圧電素子１ａ、１ｃの第２の電極１３に正極性電圧（図４中、「＋」で示す）を印加すると、第１の電極３と第２の電極１３との間の圧電薄膜２ａ、２ｃには、図４において矢の先端が向き合う２つの矢印で示すように圧縮力が生じる。これにより、レゾネータ４の圧電薄膜２ａ、２ｃ近傍は図４の下方に凸状に反る。一方、圧電素子１ｂ、１ｄの第２の電極１３に負極性電圧（図４中、「−」で示す）を印加すると、第１の電極３と第２の電極１３との間の圧電薄膜２ｂ、２ｄには、図４において矢の先端が互いに逆方向を向く２つの矢印で示すように伸張力が生じる。これにより、レゾネータ４の圧電薄膜２ｂ、２ｄ近傍は図４の上方に凸状に反る。
【００４５】
逆に、圧電素子１ａ、１ｃの第２の電極１３に負極性電圧を印加すると、第１の電極３と第２の電極１３との間に形成された圧電薄膜２ａ、２ｃに伸張力が生じる。これにより、レゾネータ４の圧電薄膜２ａ、２ｃ近傍は図４の上方に凸状に反る。また、圧電素子１ｂ、１ｄの第２の電極１３に正極性電圧を印加すると、第１の電極３と第２の電極１３との間に形成された圧電薄膜２ｂ、２ｄには圧縮力が生じる。これにより、レゾネータ４の圧電薄膜２ｂ、２ｄ近傍は図４の下方に凸状に反る。
【００４６】
放射状に並ぶ圧電素子１ａ〜１ｄに上述のように圧電素子１ａ、１ｃと、圧電素子１ｂ、１ｄとに互いに逆極性の電圧を印加することにより、レゾネータ４の圧電素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに対応する領域には凹凸状のたわみが発生する。
【００４７】
圧電素子１ａ、１ｃに実効値３．３Ｖの交流電圧Ｖ１＝Ａｓｉｎ（ωｔ）（Ｖ）（ここで、Ａは最大振幅、ωは角振動数、ｔは時間）を印加し、圧電素子１ｂ、１ｄに交流電圧Ｖ２＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋π）（Ｖ）を印加すると、圧電薄膜２ａ、２ｃには伸張力と圧縮力とが周波数ｆ１＝ω／２π（Ｈｚ）で繰り返されるたわみ振動が発生する。一方、圧電薄膜２ｂ、２ｄには圧電薄膜２ａ、２ｃでのたわみ振動と同じ周波数ｆ１で位相がπ（半周期）だけずれたたわみ振動が発生する。
【００４８】
これらのたわみ振動はレゾネータ４全体に伝播して、周波数ｆ１＝ω／２π（Ｈｚ）で圧電薄膜振動子６の基板面法線方向に振動する定在波となる。このとき、圧電薄膜振動子６の外周円６ａにおける定在波の波長は、外周円６ａの長さの１／５である。
【００４９】
一方、圧電素子１１ａ、１１ｃに実効値３．３Ｖの交流電圧Ｖ３＝Ａｓｉｎ{ωｔ−（π／２）}（Ｖ）を印加し、圧電素子１１ｂ、１１ｄにＶ４＝Ａｓｉｎ{ωｔ＋（π／２）}（Ｖ）を印加すると、圧電素子１１ａ〜１１ｄの圧電薄膜２には周波数ｆ１＝ω／２π（Ｈｚ）で繰り返されるたわみ振動と、当該たわみ振動と同じ周波数ｆ１で位相がπだけずれたたわみ振動が発生する。
【００５０】
これらのたわみ振動はレゾネータ４全体に伝播して、周波数ｆ１＝ω／２π（Ｈｚ）で圧電薄膜振動子６の基板面法線方向に振動する定在波となる。このとき、圧電薄膜振動子６の外周円６ａにおける定在波の波長は、外周円６ａの長さの１／５である。
【００５１】
圧電素子部１に印加される交流電圧で発生する定在波の位相と圧電素子部１１に印加される交流電圧で発生する定在波の位相とはπ／２異なっている。位相がπ／２異なる２つの定在波の干渉により圧電薄膜振動子６全体にたわみ進行波が発生する。たわみ進行波の進行方向は圧電振動子６の円周方向（図２中、外周円６ａの半径方向と垂直な方向）である。
【００５２】
次に、本実施の形態による圧電薄膜振動子６の製造方法について図５乃至図７を参照して説明する。
【００５３】
圧電薄膜振動子６の作製には、以下に説明する蒸着法およびスパッタリング法を用いるのが好ましい。まず、不図示の蒸着装置のホルダに、Ｓｉ単結晶基板１４を（１００）面が露出するようにセットする（図５(ａ)参照。）。ここで、基板表面１４ａは、鏡面仕上げのウエハを用い基板表面１４ａをエッチング洗浄しておくことが好ましい。具体的には、４０％フッ化アンモニウム水溶液等によりエッチング洗浄する。また、清浄化されたＳｉ単結晶基板１４は極めて反応性が高いため、所定の表面処理を施して、汚染などから保護することが好ましい。
【００５４】
次に、Ｓｉ単結晶基板１４の基板表面１４ａに、厚さ０．０１μｍのＺｒＯ２膜及び厚さ０．０４μｍのＹ２Ｏ３膜を蒸着法により順次エピタキシャル成長して酸化物膜を形成する（図５では不図示）。ここで、ＺｒＯ２膜は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）で構成されたエピタキシャル膜であり、Ｙ２Ｏ３膜は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）で構成されたエピタキシャル膜である。より具体的には、４００℃以上に加熱されたＳｉ単結晶基板１４の表面１４ａに、ガス供給装置によって得られる酸素雰囲気下で、Ｚｒ蒸発部からＺｒを供給して厚さ０．０１μｍのＺｒＯ２膜をエピタキシャル成長させ、次いで、Ｙ蒸発部からＹを供給して、厚さ０．０４μｍのＹ２Ｏ３膜をエピタキシャル成長させる。このようにしてエピタキシャル成長されたＺｒＯ２膜の膜面は（００１）面となり、Ｙ２Ｏ３膜の膜面は（１００）面となる。
【００５５】
なお、基板面積が１０ｃｍ２以上、たとえば直径２インチの大きな単結晶基板面に成膜する場合には、複数の吹き出し口を有するガス供給装置を用いて酸素ガスを基板付近に供給しながら、Ｓｉ単結晶基板１４をモータで回転させることにより、高酸素分圧を基板全面に供給することができ、大面積での均一な膜作製が可能となる。このとき、基板の回転数は、１０ｒｐｍ以上であることが望ましい。回転数が遅いと基板面内で膜厚の分布が生じるためである。この基板の回転数の上限は特にないが、通常は真空装置の機構上１２０ｒｐｍ程度である。
【００５６】
次に、Ｙ２Ｏ３膜上に厚さ０．１から０．３μｍの金属薄膜をエピタキシャル成長させ、第１の金属薄膜２３を形成する（図５（ｂ）参照）。より具体的には、酸素プラズマ環境下で、上記Ｙ２Ｏ３エピタキシャル膜が形成されたＳｉ単結晶基板１４の上面に、Ｐｔ蒸発部からＰｔを供給して、Ｐｔで構成される厚さ０．０１から０．１μｍの金属薄膜を蒸着法を用いてエピタキシャル成長させ、その上にさらにスパッタリング法を用いてＰｔで構成される厚さ０．１から０．２μｍの金属薄膜をエピタキシャル成長させ、第１の金属薄膜２３を成膜する。このようにしてエピタキシャル成長されたＰｔ金属薄膜２３は＜１００＞方向に配向している。
【００５７】
次に、第１の金属薄膜２３上に、厚さ０．０２μｍのＰＬＴ膜及び厚さ２．５μｍのＰＺＴ膜をスパッタリング法を用いて順次エピタキシャル成長して圧電薄膜２２を成膜する（図５（ｃ）参照）。ここで、ＰＬＴ膜は、Ｌａをドープしたチタン酸鉛（ＰＬＴ）で構成されたエピタキシャル膜であり、ＰＺＴ膜は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成されたエピタキシャル膜である。これらのＰＬＴ膜及びＰＺＴ膜はいずれもペロブスカイト型結晶構造を有しており、その成長方向（厚さ方向）が＜００１＞方向のｃ面単一配向エピタキシャル膜であるか、または＜００１＞方向のドメインと＜１００＞方向のドメインが混在するドメイン構造のエピタキシャル膜で＜００１＞方向のドメインが優勢な膜である。
【００５８】
次に、圧電薄膜２２上に厚さ０．２μｍの第２の金属薄膜３３をスパッタリング法を用いて形成する（図５（ｄ）参照）。以上の工程によって、第１の金属薄膜２３と圧電薄膜２２および第２の金属薄膜３３がこの順に積層された圧電素子層１０１が形成される。こうして形成されたＰＺＴ／ＰＬＴ／Ｐｔ／Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２／Ｓｉ構造のエピタキシャル膜の方位関係は、一例としてＰＺＴとＰＬＴが共にｃ面単一配向の場合は、膜面に垂直な方向においてＰＺＴ＜００１＞／ＰＬＴ＜００１＞／Ｐｔ＜１００＞／Ｙ２Ｏ３＜１００＞／ＺｒＯ２＜００１＞／Ｓｉ＜１００＞を有し、面内方向においてＰＺＴ＜１００＞／／ＰＬＴ＜１００＞／／Ｐｔ＜１００＞／／Ｙ２Ｏ３＜１００＞／／ＺｒＯ２＜１００＞／／Ｓｉ＜１００＞を有する。ＰＺＴやＰＬＴがドメイン構造を有する場合には、ＰＺＴとＰＬＴの＜１００＞の一部が＜００１＞に置き換わり、＜００１＞の一部が＜１００＞に置き換わった方位関係となる。
【００５９】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて圧電素子層１０１を長辺が１０ｍｍ、短辺が１ｍｍの矩形状にパターニングして複数の積層体１１１を形成する（図５（ｅ）参照）。より具体的には、第２の金属薄膜３３上の全面にポジ型フォトレジストを塗布して不図示のレジスト層を形成する。次いで、当該レジスト層をパターニングしてレジストパターンを形成し、レジストパターンをエッチングマスクとして第２の金属薄膜３３と圧電薄膜２２、および第１の金属薄膜２３をエッチングし、第２の電極１３と圧電素子２、および第１の電極３を有する複数の積層体１１１を複数形成する。このパターニングにより、後述する圧電素子の外縁が確定される。また、このパターニングに併せて、パターニングによって分離された個々の積層体１１１の中央部に、第１の電極３の表面を露出する穴部３５を形成する。
【００６０】
次に、Ｓｉ単結晶基板１４の全面に亘ってポリイミドを塗布して、個々の積層体１１１の上面及び側壁をポリイミド膜（保護膜）７２で一体的に覆うと共に、個々の積層体１１１の穴部３５にポリイミドを充填する（図６（ａ）参照）。そして、ポリイミド膜７２のパターニングを行ない、個々の積層体１１１に対応するポリイミド膜７２の外縁を確定する。このとき、積層体１１１の端部上のポリイミド膜７２をパターニングすることによって第２の電極１３表面を露出する穴部２５を得、穴部３５内のポリイミド膜７２を穴部３５よりわずかに小さい寸法でエッチング除去することにより、内壁面がポリイミド膜７２で覆われた穴部３５を得る（図６（ｂ）参照）。
【００６１】
続いて、個々の積層体１１１において、内壁面が露出した穴部２５および内壁面がポリイミド膜７２で覆われた穴部３５それぞれに、Ａｕを充填し、２つのビアホール７７，７８を形成する（図６（ｃ）参照）。すなわち、ビアホール７７は第２の電極１３まで延びており、ビアホール７８は第１の電極３まで延びている。ビアホール７８の内壁面はポリイミド膜７２によって覆われているため、第１の電極３と第２の電極１３とは電気的に絶縁される。また、同一の工程によりビアホール７７の先端に電極パッド６３を形成し、ビアホール７８の先端に電極パッド６４を形成する。
【００６２】
次に、水酸化カリウム等のアルカリ溶液、フッ酸、フッ硝酸等のエッチング液で、Ｓｉ単結晶基板１４を除去する（図６（ｄ）参照）。それにより、複数の積層体１１１がＳｉ単結晶基板１４から分離され、第２の電極１３表面および側壁がポリイミド膜７２で覆われ、第１の電極３表面３ｓが不図示の酸化物膜で覆われた複数の圧電素子が得られる（図６（ｄ）では圧電素子１ｃのみ図示している）。
【００６３】
次に、圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄの電極パッド６３および電極パッド６４形成面を、熱可塑性フィルムタイプ接着剤（例えばＳＴＡＹＳＴＩＫ（テクノアルファ製）など）１４０を挟んで、例えばポリエチレンテフタレートなどの合成樹脂で形成されたレゾネータ４に接触させる。（図７（ａ）参照。図７（ａ）では図３の右半分のみ図示している。）。
【００６４】
電極パッド６３および電極パッド６４と重なる接着剤１４０の部位には穴部４５および穴部６５が形成されている。レゾネータ４上には予め接続電極５３ａ〜５３ｄおよび接続電極５４が例えばフォトリソグラフィ法によって形成されており、電極パッド６３および電極パッド６４がそれぞれ穴部４５および穴部６５を介して接続電極５３ａ〜５３ｄおよび接続電極５４に接触する。電極パッド６３および電極パッド６４と接続電極５３ａ〜５３ｄおよび接続電極５４とを電気的に確実に接続させるために、接着剤１４０の穴部４５および穴部６５の近傍に銀ペーストなどを塗っておくとよい。この状態で接着剤１４０をホットプレートで１３０℃、５分間加熱すると、接着剤１４０が硬化して塑性接着層４０となり、圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄが接着層４０を介してレゾネータ４に貼り合わされる（図７（ｂ）参照）。
【００６５】
次に、レゾネータ４の中心部をサンドブラスト法またはフォトリソグラフィ法により研削して貫通孔５を形成する。以上のようにして、レゾネータ４上に、複数の圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄが接着層４０を介して貼り合わされた圧電薄膜振動子６の製造が完了する。
【００６６】
本実施の形態による圧電薄膜振動子６では、レゾネータ４とは異なる基板であるＳｉ単結晶基板１４上に複数の矩形状の圧電素子が形成される。Ｓｉ単結晶基板１４上に複数の圧電素子を密集して形成することができるので、１つのＳｉ単結晶基板１４からの圧電素子の取り数が多くなり、低コストで圧電素子を製造することができる。
【００６７】
また、圧電薄膜振動子６として機能するために必要な数だけ必要な部位にのみ圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄがレゾネータ４に貼り合わされている。不要な部位に金属薄膜や圧電薄膜などを成膜しなくてもよいので、低コストで圧電薄膜振動子６を製造することができる。また、レゾネータ４として安価なポリエチレンテフタレートなどの合成樹脂が用いられるため、さらに低コストで圧電薄膜振動子６を製造することができる。さらに、Ｓｉ単結晶基板１４とレゾネータ４とが異なる基板なので、レゾネ−タ４の材質を種々の材料から選択できるため、圧電薄膜振動子６のたわみ量やたわみ振動数の設計の自由度が広がり、回転動作の場合、高速化が可能となる。
【００６８】
また、エピタキシャル成長により形成される薄膜の結晶方位は下地の結晶方位と特定の関係にある方位に揃う。第１の電極３はＳｉ単結晶基板１４の表面の（１００）面上にエピタキシャル成長により形成されている。第１の電極３は＜１００＞方向に配向している。そして、第１の電極３上に圧電薄膜２がエピタキシャル成長により形成されている。圧電薄膜２は＜００１＞方向に優先的に配向している。従って、Ｓｉ単結晶基板１４上に形成された複数の圧電素子の圧電薄膜２の分極方向が所定の方向に揃っているため、良好な圧電特性の圧電薄膜２が得られるとともに、分極処理が不要になるので圧電素子の製造工程が簡素になり、低コストで良好な圧電特性を備えた圧電素子が得られる。
【００６９】
また、製造された複数の圧電素子は、同一面がレゾネータ４に貼り合わされる。従って、レゾネータ４に貼り合わされた圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄの圧電薄膜２の分極方向は、圧電薄膜振動子６の基板面法線方向に揃っている（図４中、分極方向を矢の先端が上を向複数の矢印で模式的に示す）。
【００７０】
上述の本実施の形態による圧電薄膜振動子６では単層の圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄを用いたが、単層の圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄの代わりに図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、単層の圧電素子１０を接着剤８０を介して貼り合わせて２層にした圧電素子２０、３０を用いてもよい。２層の圧電素子２０、３０が用いられることによって、後述するたわみ進行波によって発生する回転運動のトルクがほぼ倍になり、たわみ進行波の振幅も増幅する効果が得られる。
【００７１】
図８（ａ）に示すように、２層の圧電素子２０では、２つの単層の圧電素子１０の圧電薄膜２の分極方向が逆方向（図８（ａ）中、先端が対向する２つの矢印で模式的に示す）になるように、それぞれの第２の電極１３表面が接着剤８０を介して貼り合わされている。２層の圧電素子２０を圧電薄膜振動子６に用いる場合、外側に形成された２つの第１の電極３は図８（ａ）中「−」で模式的に示すようにグランド電位に維持され、内側に形成された２つの第２の電極１３には図８（ａ）中「＋」で模式的に示すように交流電源部５１から所定の交流電圧が印加される。
【００７２】
２つの圧電素子１０分極方向が逆方向になるように貼り合わせた場合、一方の圧電素子１０の膜面に垂直な方向に働く応力と、他方の圧電素子１０の膜面に垂直な方向に働く応力とが打ち消されるため、圧電素子２０の反りがなくなる効果が得られる。そのため、圧電素子２０をレゾネータ４に貼り合わせることが容易になる。
【００７３】
２つの圧電薄膜２の分極方向が逆方向である圧電素子２０の製造方法は、上述の単層の圧電素子の製造方法と、圧電素子層１０１の形成工程（図５（ｄ））までは同一の工程である。２つのＳｉ単結晶基板１４上にそれぞれ上述のように圧電素子層１０１を形成した後、２つのＳｉ単結晶基板１４の第２の金属薄膜３３表面を接着剤８０を介して貼り合わせて圧電素子層１０１を積層し、２つのＳｉ単結晶基板１４の一方を研削して除去し、積層された圧電素子層１０１を所定の形状にパターニングし、２つのＳｉ単結晶基板１４の他方を研削して除去して複数の２層の圧電素子２０が形成される。
【００７４】
図８（ｂ）に示すように、２層の圧電素子３０では、２つの単層の圧電素子１０の圧電薄膜２の分極方向が同一方向（図８（ｂ）中、先端が同一方向を向く２つの矢印で模式的に示す）になるように、一方の圧電素子１０の第１の電極３表面および他方の圧電素子１０の第２の電極１３表面が接着剤８０を介して貼り合わされている。２層の圧電素子３０を圧電薄膜振動子６に用いる場合、２つの第１の電極３は図８（ｂ）中「−」で模式的に示すようにグランド電位に維持され、２つの第２の電極１３には図８（ｂ）中「＋」で模式的に示すように交流電源部５１から所定の交流電圧が印加される。
【００７５】
次に、本実施の形態による駆動装置について図９を用いて説明する。図９は本実施の形態による駆動装置の構成を示している。図９に示すように本実施の形態による駆動装置は圧電薄膜振動子６と交流電源部５１とを有している。交流電源部５１は交流電源５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを有している。
【００７６】
交流電源５１ａは電極端子５５ａを介して圧電素子１ａ、１ｃの第２の電極１３に電気的に接続されている。交流電源５１ｂは電極端子５５ｂを介して圧電素子１ｂ、１ｄの第２の電極１３に電気的に接続されている。交流電源５１ｄは電極端子５５ｄを介して圧電素子１１ａ、１１ｃの第２の電極１３に電気的に接続されている。交流電源５１ｃは電極端子５５ｃを介して圧電素子１１ｂ、１１ｄの第２の電極１３に電気的に接続されている。
【００７７】
本実施の形態による駆動装置は後述する圧電モータに用いられるだけでなく、圧電薄膜振動子６上に液体または気体（たとえば空気）の流体を介して着脱式の回転式記録メディアを取り付け、流体の介在によって非接触で当該メディアを回転させる駆動力を付与することもできる。流体はたわみ進行波の進行方向と逆方向に移動し、当該メディアは流体の回転移動方向に倣って回転する。
【００７８】
次に、本実施の形態による圧電モータについて図１０を用いて説明する。図１０は本実施の形態による圧電モータの構成を示す斜視図である。図１０に示すように本実施の形態による圧電モータは本実施の形態による駆動装置（図１０では圧電薄膜振動子６のみを図示してある）を備えたステータと、圧電薄膜振動子６上に配置されたロータ７とを有している。
【００７９】
ロータ７は薄板状に形成されて円形状の外周を有している。ロータ７の中央部にはロータ７の外周円７ａと中心がほぼ一致する円形状の貫通孔１５が形成されている。貫通孔５および貫通孔１５を不図示の円柱形状の軸（シャフト）が貫通し、ロータ７の回転軸は圧電薄膜振動子６の中心軸にほぼ一致している（図中、一点鎖線で示している）。本実施の形態による圧電モータでは圧電薄膜振動子６の圧電素子部１形成面がロータ７と対向しているが、レゾネータ４形成面がロータ７と対向してもよい。
【００８０】
上述のように、位相がπ／２（ｒａｄ）異なる２つの定在波が干渉しあうことにより圧電薄膜振動子６全体にたわみ進行波が発生する。たわみ進行波の進行方向は圧電振動子６の円周方向（図１０中、基板面内で外周円６ａの半径方向に直交する方向）である。圧電薄膜振動子６とロータ７とを圧接すると、ロータ７は摩擦により圧電薄膜振動子６に発生するたわみ進行波の進行方向と反対の方向に回転する。
【００８１】
〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態による圧電薄膜振動子について図１１を用いて説明する。図１１は本実施の形態による圧電薄膜振動子１６の構成を示す断面図である。なおこれ以降の圧電薄膜振動子等の説明において、第１の実施の形態と同一の機能、作用を奏する構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８２】
本実施の形態による圧電薄膜振動子１６では、圧電素子がレゾネータ４の表面および裏面に貼り合わされている。レゾネータ４の表面には、第１の実施の形態と同様に圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄが接着層４０を介して貼り合わされ、接続電極５３ａ〜５３ｄ、５４および電極端子５５ａ〜５５ｄ、５７が形成されている。表面に貼り合わされた各圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄの直下には、圧電素子２１ａ〜２１ｄおよび圧電素子３１ａ〜３１ｄがそれぞれ接着層４０を介してレゾネータ４の裏面に貼り合わされている（図１１では圧電素子２１ｃおよび圧電素子３１ｂのみを図示している）。
【００８３】
裏面に貼り合わされた圧電素子２１ａ〜２１ｄおよび圧電素子３１ａ〜３１ｄは、第２の電極１３側（電極パッド６３および電極パッド６４形成面）がレゾネータ４と対向している。従って、表面に形成された圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄの圧電薄膜２の分極方向と、裏面に形成された圧電素子２１ａ〜２１ｄおよび圧電素子３１ａ〜３１ｄの圧電薄膜２の分極方向とは逆方向になっている。
【００８４】
レゾネータ４の裏面には接続電極５３ａ〜５３ｄおよび接続電極５４とほぼ同一形状の接続電極７３ａ〜７３ｄおよび接続電極７４が形成されている。圧電素子２１ａ〜２１ｄおよび圧電素子３１ａ〜３１ｄの第２の電極１３は、電極パッド６３を介して接続電極７３ａ〜７３ｄに電気的に接続され、第１の電極３は電極パッド６４を介して接続電極７４に電気的に接続される。
【００８５】
圧電素子２１ａ、２１ｃには圧電素子１ｂ、１ｄに印加される電圧と同一の交流電圧Ｖ２＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋π）（Ｖ）が印加され、圧電素子２１ｂ、２１ｄには圧電素子１ａ、１ｃに印加される電圧と同一の交流電圧Ｖ１＝Ａｓｉｎ（ωｔ）（Ｖ）が印加される。また、圧電素子３１ａ、３１ｃには圧電素子１１ｂ、１１ｄに印加される電圧と同一の交流電圧Ｖ４＝Ａｓｉｎ{ωｔ＋（π／２）}（Ｖ）が印加され、圧電素子３１ｂ、３１ｄには圧電素子１１ａ、１１ｃに印加される電圧と同一の交流電圧Ｖ３＝Ａｓｉｎ{ωｔ−（π／２）}（Ｖ）が印加される。すなわち、表面に形成された圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄと、裏面に形成された圧電素子２１ａ〜２１ｄおよび圧電素子３１ａ〜３１ｄとには、位相が半周期ずれた交流電圧が印加される。
【００８６】
その結果、表面に形成された圧電素子１ａ〜１ｄおよび１１ａ〜１１ｄに圧縮力が生じた場合、その直下に形成された圧電素子２１ａ〜２１ｄおよび圧電素子３１ａ〜３１ｄには伸張力が生じる。本実施の形態による圧電薄膜振動子１６では、第１の実施の形態による圧電薄膜振動子６と比較して、たわみ進行波によって発生する回転運動のトルクが倍になり、たわみ進行波の振幅もほぼ倍になる効果が得られる。
【００８７】
〔第３の実施の形態〕
本発明の第３の実施の形態による圧電薄膜振動子２６について図１２および図１３を用いて説明する。図１２は本実施の形態による圧電薄膜振動子２６の構成を示す平面図である。また、図１３は図１２のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【００８８】
図１２に示すように、レゾネータ４上には圧電素子部４１および６１が形成されている。圧電素子部４１は図２の圧電素子部１と同一の機能を奏し、圧電素子部６１は図２の圧電素子部１１と同一の機能を奏する。圧電素子部４１は、圧電素子１ａ〜１ｄと同一形状の圧電素子４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを有している。同様に、圧電素子部６１は圧電素子４１ａ〜４１ｄと同一形状の圧電素子６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄを有している。圧電素子４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄおよび圧電素子６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄはこの順に円周状に時計回りに配置されている。
【００８９】
図１３に示すように、圧電素子４１ａはレゾネータ４の表面に接着層４０を介して貼り合わされ、圧電素子４１ａと隣り合う圧電素子４１ｂはレゾネータ４の裏面に接着層４０を介して貼り合わされている。また、圧電素子４１ｂと隣り合う圧電素子４１ｃはレゾネータ４の表面に接着層４０を介して貼り合わされ、圧電素子４１ｃと隣り合う圧電素子４１ｄはレゾネータ４の裏面に接着層４０を介して貼り合わされている。
【００９０】
同様に、圧電素子６１ａはレゾネータ４の裏面に接着層４０を介して貼り合わされ、圧電素子６１ａと隣り合う圧電素子６１ｂはレゾネータ４の表面に接着層４０を介して貼り合わされている。また、圧電素子６１ｂと隣り合う圧電素子６１ｃはレゾネータ４の裏面に接着層４０を介して貼り合わされ、圧電素子６１ｃと隣り合う圧電素子６１ｄはレゾネータ４の表面に接着層４０を介して貼り合わされている。
【００９１】
図１３に示すように、圧電素子４１ａ〜４１ｄおよび圧電素子６１ａ〜６１ｄは、全て第２の電極１３形成面がレゾネータ４に対向して貼り合わされている（圧電素子６１ａ〜６１ｄは図１３では不図示）。従って、レゾネータ４の表面に貼り合わされた圧電素子４１ａ、４１ｃおよび圧電素子６１ｂ、６１ｄの圧電薄膜２の分極方向は、裏面に貼り合わされた圧電素子４１ｂ、４１ｄおよび圧電素子６１ａ、６１ｃの圧電薄膜２の分極方向の逆方向である（図中上下方向を向く矢印で模式的に示す）。
【００９２】
レゾネータ４の表面には第１の実施の形態と同様に接続電極５３ａ、５３ｃと接続電極５４、および電極端子５５ａ、５５ｃ、５７が形成されている。レゾネータ４の裏面には接続電極５３ａ、５３ｃとほぼ同一形状の接続電極８３ｂ、８３ｄが形成され、接続電極５４とほぼ同一形状の接続電極８４が形成されている。接続電極８３ｂは接続電極５３ａに電気的に接続され、接続電極８３ｄは接続電極５３ｃに電気的に接続されている。また、接続電極８４はグランドに接続されている。
【００９３】
裏面に形成された圧電素子４１ｂ、４１ｄの第２の電極１３は、接続電極８３ｂに電気的に接続されている。また、裏面に形成された圧電素子６１ａ、６１ｃの第２の電極１３は、接続電極８３ｄに電気的に接続されている。圧電素子４１ｂ、４１ｄおよび圧電素子６１ａ、６１ｃの第１の電極３は接続電極８４に電気的に接続されている。
【００９４】
第１の電極３をグランド電位に維持して、圧電素子４１ａ〜４１ｄの第２の電極１３に正極性電圧（図１３中、「＋」で示す）を印加すると、圧電素子４１ａ〜４１ｄの圧電薄膜２には、図１３において矢の先端が向き合う２つの矢印で示すように圧縮力が生じる。これにより、圧電素子４１ａ、４１ｃ近傍のレゾネータ４は図１３の下方に凸状に反り、圧電素子４１ｂ、４１ｄ近傍のレゾネータ４は図１３の上方に凸状に反る。一方、圧電素子４１ａ〜４１ｄの第２の電極１３に負極性電圧を印加すると、圧電素子４１ａ〜４１ｄの圧電薄膜２には伸張力が生じる。これにより、圧電素子４１ａ、４１ｃ近傍のレゾネータ４は図１３の上方に凸状に反り、圧電素子４１ｂ、４１ｄ近傍のレゾネータ４は図１３の下方に凸状に反る。
【００９５】
同様に、第１の電極３をグランド電位に維持して、圧電素子６１ａ〜６１ｄの第２の電極１３に正極性電圧を印加すると、圧電素子６１ａ〜６１ｄの圧電薄膜２には、圧縮力が生じる。これにより、圧電素子６１ａ、６１ｃ近傍のレゾネータ４は図１３の上方に凸状に反り、圧電素子６１ｂ、６１ｄ近傍のレゾネータ４は図１３の下方に凸状に反る。一方、圧電素子６１ａ〜６１ｄの第２の電極１３に負極性電圧を印加すると、圧電素子６１ａ〜６１ｄの圧電薄膜２には伸張力が生じる。これにより、圧電素子６１ａ、６１ｃ近傍のレゾネータ４は図１３の下方に凸状に反り、圧電素子６１ｂ、６１ｄ近傍のレゾネータ４は図１３の上方に凸状に反る。
【００９６】
圧電素子４１ａ〜４１ｄには、交流電源部５１から同一の交流電圧Ｖ１＝Ａｓｉｎ（ωｔ）（Ｖ）が印加される。同様に、圧電素子６１ａ〜６１ｄには、交流電源部５１から同一の交流電圧Ｖ３＝Ａｓｉｎ{ωｔ−（π／２）}（Ｖ）が印加される。本実施の形態による圧電薄膜振動子２６によっても第１の実施の形態による圧電薄膜振動子６と同一の機能および効果が得られる。
【００９７】
〔第４の実施の形態〕
本発明の第４の実施の形態による圧電薄膜振動子３６について図１４を用いて説明する。図１４は本実施の形態による圧電薄膜振動子３６の構成を示す平面図である。
【００９８】
図１４に示すように、本実施の形態による圧電薄膜振動子３６では、合成樹脂で形成されたレゾネータ４に代えて、例えばＮｉなどの金属で形成されたレゾネータ２４が用いられている。レゾネータ２４は薄板形状を有している。レゾネータ２４上の内周部には円環状の絶縁膜７０ａが形成され、外周部には円環状の絶縁膜７０ｂが形成されている。絶縁膜７０ａと絶縁膜７０ｂとの間隙にはレゾネータ２４が円環状に露出している。レゾネータ２４はグランドに接続されている。
【００９９】
絶縁膜７０ａ上には接続電極５３ａ、５３ｃおよび電極端子５５ａ、５５ｃが形成されている。絶縁膜７０ｂ上には接続電極５３ｂ、５３ｄおよび電極端子５５ｂ、５５ｄが形成されている。レゾネータ２４および絶縁膜７０ａ、７０ｂ上には、圧電素子１ａ〜１ｄおよび圧電素子１１ａ〜１１ｄが接着層４０（図１４では不図示）を介して貼り合わされている。圧電素子１ａ〜１ｄおよび圧電素子１１ａ〜１１ｄの第１の電極３（図１４では不図示）は、電極パッド６４を介してレゾネータ２４に電気的に接続されている。圧電素子１ａ、１ｃの第２の電極１３（図１４では不図示）は電極パッド６３を介して接続電極５３ａに電気的に接続され、圧電素子１ｂ、１ｄの第２の電極１３は電極パッド６３を介して接続電極５３ｂに電気的に接続されている。また、圧電素子１１ａ、１１ｃの第２の電極１３は電極パッド６３を介して接続電極５３ｄに電気的に接続され、圧電素子１１ｂ、１１ｄの第２の電極１３は電極パッド６３を介して接続電極５３ｃに電気的に接続されている。
【０１００】
絶縁膜７０ａおよび絶縁膜７０ｂによって、同一の圧電素子１ａ〜１ｄおよび圧電素子１１ａ〜１１ｄの第１の電極３と第２の電極１３間が電気的に絶縁され、隣り合う圧電素子（例えば圧電素子１ａ、１ｂ）の第２の電極１３間が電気的に絶縁される。本実施の形態による圧電薄膜振動子３６によっても第１の実施の形態による圧電薄膜振動子６と同一の機能および効果が得られる。
【０１０１】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、レゾネータの板面に垂直な方向に見て矩形状の圧電素子１０（図１５（ａ）参照）を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、レゾネータの板面に垂直な方向に見て扇形状の圧電素子１２０（図１５（ｂ）参照）およびレゾネータの板面に垂直な方向に見て台形状の圧電素子１３０（図１５（ｃ）参照）を用いた場合にももちろん適用できる。
【０１０２】
また、上記実施の形態では円板状のレゾネータで回転するたわみ進行波を発生させているが、本発明はこれに限られない、たとえば、薄板長方形状のレゾネータの一表面に直線状に離散的に並ぶように圧電素子を貼り合わせてもよい。こうすることにより、直線状に進行するたわみ進行波を発生させたリニア駆動を実現できる。
【０１０３】
さらに、上記実施の形態ではレゾネータ４がポリエチレンテフタレートなどの合成樹脂で形成された圧電薄膜振動子６を例に説明したが、本発明はこれに限らず、減衰比の小さな合成樹脂、またはＳｉやＧａＡｓなどの半導体単結晶基板、あるいはガラスやセラミックスで形成されたレゾネータを備えた圧電薄膜振動子６にももちろん適用できる。
【０１０４】
さらに、上記実施の形態では第１の電極３および第２の電極１３の材料としてＰｔが用いられた圧電薄膜振動子６を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、例えばＡｕ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、ＣｕおよびＡｇからなる金属材料群のうち少なくとも１種類を含むものであってもいい。
【０１０５】
さらに、上記実施の形態では圧電薄膜２としてＬａをドープしたチタン酸鉛（ＰＬＴ）で構成されたエピタキシャル膜上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成されたエピタキシャル膜が形成された薄膜を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、ＰＭＮ−ＰＴなどに代表されるリラクサー系材料、ＬｉＮｂＯ３やＫＴａＯ３、チタン酸バリウムストロンチウムや、チタン酸鉛、ＺｎＯやＡｌＮを主成分とするウルツァイト型圧電体材料で構成されたエピタキシャル膜であってもいい。
【０１０６】
本実施の形態では電極（第１の電極３および第２の電極１３）および圧電体薄膜２の成膜方法として蒸着法およびスパッタリング法を例に挙げたが、成膜方法はこれらに限定されず、物理的気相成長法（蒸着法、スパッタリング法、ＭＢＥ法など）、化学気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ、プラズマＣＶＤなど）、液相・固相成長法（ゾルゲル法など）などでも圧電薄膜振動子が作製可能であるため、これらの中から各層ごとに適宜選択して用いることができる。
【０１０７】
圧電薄膜振動子を作製するための基板としては、本実施の形態で述べたＳｉ単結晶基板１４のほかに、ＧａＡｓなどの半導体単結晶基板、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３、サファイアなどの単結晶基板、石英やガラスなどが利用可能である。単結晶基板を用いると基板上にエピタキシャル成長した電極膜が形成可能となるため、その上に極めて電気特性の良い高結晶性の圧電体薄膜が形成できる。また、石英やガラスなどの基板上では通常多結晶の電極膜が形成され、その上にエピタキシャル成長した良好な電気特性の多結晶の圧電体膜が作製可能となる。
【０１０８】
本明細書において「エピタキシャル成長する」とは、対象となる膜の結晶が、直接接触している下地の膜の結晶に対して、面内および面に垂直な方向において共に特定の方位関係を持って成長していることを表す。また、「エピタキシャル膜」および「エピタキシャル成長した膜」とは、その膜が直接接触する下地の膜に対してエピタキシャル成長した膜であることを表す。
【０１０９】
圧電体薄膜がＰＺＴなどのように正方晶のペロブスカイト構造である場合には、（００１）と（１００）に配向したドメイン構造のＰＺＴ膜がしばしば得られるが、この場合でも（００１）ドメインと（１００）ドメインがそれぞれ下地の結晶（Ｐｔなど）と面内および面垂直方向とも特定の方位関係を持っていればエピタキシャル膜であるといえる。これは、ＰＺＴをキュリー温度より高温の６００℃で成膜する場合、成膜温度では立方晶としてエピタキシャル成長しても、成膜後の基板温度降下中にＰＺＴ膜は立方晶から正方晶へと相転移し、基板からの応力によって（００１）配向ドメインと（１００）配向ドメインが発生するためである。
【０１１０】
なお、膜がエピタキシャル膜かどうかということは、その膜およびその下地膜が単結晶であるか多結晶であるかということには依存しない。また、結晶粒の大きさや、ドメインの大きさによって限定されるものではない。例えば、表面が熱酸化ＳｉＯ２膜で覆われたＳｉ（１００）基板上に（１００）配向の多結晶のＰｔ膜を作製し、この上にＰＺＴ多結晶膜を形成した場合、Ｐｔ膜中の結晶粒の面内方向とその上に形成されているＰＺＴ膜の結晶粒の結晶方位が、面内方向および面に垂直な方向に共に特定の方位関係を持っていれば、それぞれの結晶粒の大きさによらず、このＰＺＴ膜はエピタキシャル成長した膜であるといえる。さらに、ＰＺＴ膜が（００１）配向と（１００）配向のドメイン構造からなっていても、各ドメインに対して下地結晶と特定の方位関係が成り立てば、エピタキシャル成長した膜であるといえる。
【０１１１】
本実施の形態ではレゾネ−タに圧電素子を接着する方法として熱可塑性フィルムタイプを例に挙げたが、接着方法はこれらに限定されず、例えば、レゾネータにあまり熱をかけたくない場合は、低融点タイプのホットメルト接着剤（水系ポリエステル樹脂接着剤：アロンメルト等）、アクリル系接着剤（アクリル樹脂用接着剤：アクリサンデー等）、また、紫外線硬化性樹脂(ＵＶ接着剤)：ケミシール(ＰＥＴ用接着剤)等も適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による圧電薄膜振動子の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による圧電薄膜振動子の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による圧電薄膜振動子の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による圧電薄膜振動子の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による圧電薄膜振動子の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による圧電薄膜振動子の製造方法を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態による圧電薄膜振動子の製造方法を示す図である。
【図８】積層された圧電素子の構成を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態による駆動装置の構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態による圧電モータの構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による圧電薄膜振動子の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態による圧電薄膜振動子の構成を示す平面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態による圧電薄膜振動子の構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態による圧電薄膜振動子の構成を示す平面図である。
【図１５】圧電素子の形状を示す図である。
【図１６】従来の圧電薄膜振動子の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１、１１  圧電素子部
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１０、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  圧電素子
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  圧電薄膜
３  第１の電極
３ｓ  第１の電極表面
４、２４  レゾネータ
５、１５  貫通孔
６、１６、２６、３６  圧電薄膜振動子
６ａ、２６ａ、３６ａ  圧電薄膜振動子の外周円
７  ロータ
７ａ  ロータの外周円
１３  第２の電極
１４  Ｓｉ単結晶基板
１４ａ  Ｓｉ単結晶基板表面
１７  空間部
２０、３０  ２層の圧電素子
２２  第１の金属薄膜
２３  第２の金属薄膜
２５、３５、４５、６５  穴部
４０  接着層
５１  交流電源部
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ  交流電源
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５４  接続電極
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５７  電極端子
６３、６４  電極パッド
７２  ポリイミド膜
７７、７８  ビアホール
１０１  圧電素子層
１１１  積層体
【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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