JP6641910B2 - Piezoelectric driving device and manufacturing method thereof, motor, robot, and pump - Google Patents
Piezoelectric driving device and manufacturing method thereof, motor, robot, and pump Download PDFInfo
- Publication number
- JP6641910B2 JP6641910B2 JP2015222938A JP2015222938A JP6641910B2 JP 6641910 B2 JP6641910 B2 JP 6641910B2 JP 2015222938 A JP2015222938 A JP 2015222938A JP 2015222938 A JP2015222938 A JP 2015222938A JP 6641910 B2 JP6641910 B2 JP 6641910B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- piezoelectric
- driving device
- electrode
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Reciprocating Pumps (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
本発明は、圧電駆動装置およびその製造方法、モーター、ロボット、ならびにポンプに関する。 The present invention relates to a piezoelectric driving device and a manufacturing method thereof, a motor, a robot, and a pump.
圧電体を振動させて被駆動体を駆動する超音波モーターは、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)。このような超音波モーターには、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)。 An ultrasonic motor that drives a driven body by vibrating a piezoelectric body does not require a magnet or a coil, and is therefore used in various fields (for example, see Patent Document 1). Such an ultrasonic motor generally uses a piezoelectric element (bulk piezoelectric element) including a bulk piezoelectric body (see, for example, Patent Document 2).
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。 On the other hand, as a piezoelectric element, an element having a thin-film piezoelectric body (thin-film piezoelectric element) is known. The thin film piezoelectric element is mainly used for ejecting ink in a head of an ink jet printer.
上記のような薄膜圧電素子を超音波モーターに用いれば、超音波モーター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。しかしながら、薄膜圧電素子は、一般的に、バルク圧電素子と比べて著しく出力が小さい。よって、現存する薄膜圧電素子では、例えばロボットの関節を駆動するモーターの駆動源として利用するのに、十分な出力を得ることができない場合がある。 If such a thin film piezoelectric element is used for an ultrasonic motor, there is a high possibility that the ultrasonic motor and devices driven by the ultrasonic motor can be miniaturized. However, thin-film piezoelectric elements generally have significantly lower output than bulk piezoelectric elements. Therefore, the existing thin film piezoelectric element may not be able to obtain a sufficient output to be used as a drive source of a motor for driving a joint of a robot, for example.
本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、高出力化を図ることができる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、高出力化を図ることができる圧電駆動装置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、上記の圧電駆動装置を含むモーター、ロボット、またはポンプを提供することにある。 One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide a piezoelectric drive device that can achieve high output. Another object of some embodiments of the present invention is to provide a method of manufacturing a piezoelectric driving device that can achieve high output. Another object of some embodiments of the present invention is to provide a motor, a robot, or a pump including the above-described piezoelectric driving device.
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。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.
[適用例1]
本発明に係る圧電駆動装置の一態様は、
基板と、
前記基板上に設けられた第1電極、前記第1電極上に設けられた圧電体層、および前記第1圧電体層上に設けられた第2電極を有する圧電素子と、
平面視において前記基板の外周に沿って設けられ、前記第1電極と電気的に接続された銅を含む層と、
前記銅を含む層を覆うように設けられたニッケルおよびリンを含む導電層と、
を含む。
[Application Example 1]
One aspect of the piezoelectric driving device according to the present invention is:
Board and
A piezoelectric element having a first electrode provided on the substrate, a piezoelectric layer provided on the first electrode, and a second electrode provided on the first piezoelectric layer;
A layer including copper provided along an outer periphery of the substrate in plan view and electrically connected to the first electrode;
A conductive layer containing nickel and phosphorus provided to cover the layer containing copper,
including.
このような圧電駆動装置では、第1電極と圧電駆動装置の端子とを電気的に接続する部材の抵抗を低くすることができる。これにより、このような圧電駆動装置では、高出力化を図ることができる。 In such a piezoelectric driving device, the resistance of the member that electrically connects the first electrode to the terminal of the piezoelectric driving device can be reduced. Thus, in such a piezoelectric driving device, high output can be achieved.
なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材(以下「A部材」という)に「電気的に接続」された他の特定の部材(以下「B部材」という)」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、A部材とB部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、A部材とB部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。 In the description according to the present invention, the term “electrically connected” refers to, for example, “a specific member (hereinafter, referred to as an“ A member ”) and another specific member (hereinafter,“ electrically connected ”) that is“ electrically connected ”. B member)). In the description according to the present invention, in such a case as in this example, the case where the A member and the B member are in direct contact and are electrically connected, and the case where the A member and the B member are other members. The term “electrically connected” is used to include the case where the connection is made electrically through the connection.
[適用例2]
適用例1において、
前記導電層は、
ニッケルおよびリンを含む層と、
前記ニッケルおよびリンを含む層を覆うように設けられた金層と、
を有していてもよい。
[Application Example 2]
In application example 1,
The conductive layer,
A layer containing nickel and phosphorus;
A gold layer provided to cover the layer containing nickel and phosphorus,
May be provided.
このような圧電駆動装置では、圧電素子と電気的に接続される端子の構成と、導電層の構成とが同じであって、端子に接続される外部配線の材質が金である場合に、金属結合(Au−Au結合)によって、端子と、外部配線と、を接合することができる。 In such a piezoelectric driving device, when the configuration of the terminal electrically connected to the piezoelectric element and the configuration of the conductive layer are the same and the material of the external wiring connected to the terminal is gold, The terminal and the external wiring can be joined by coupling (Au-Au coupling).
[適用例3]
適用例2において、
前記導電層は、
ニッケルおよびリンを含む層と、金層と、の間に設けられたパラジウム層を有していてもよい。
[Application Example 3]
In application example 2,
The conductive layer,
A palladium layer provided between a layer containing nickel and phosphorus and a gold layer may be provided.
このような圧電駆動装置では、パラジウム層によって、ニッケルおよびリンを含む層と、金層と、の間の拡散を抑制することができる。 In such a piezoelectric driving device, the palladium layer can suppress diffusion between the layer containing nickel and phosphorus and the gold layer.
[適用例4]
適用例1ないし3のいずれか1例において、
前記導電層は、無電解めっき層であってもよい。
[Application Example 4]
In any one of Application Examples 1 to 3,
The conductive layer may be an electroless plating layer.
このような圧電駆動装置では、容易に導電層を形成することができる。 In such a piezoelectric driving device, the conductive layer can be easily formed.
[適用例5]
適用例1ないし4のいずれか1例において、
前記基板は、第1面と、前記第1面とは反対側の第2面と、を有し、
前記第1面には、前記圧電素子が設けられ、
前記第2面には、金属層が設けられ、
前記金属層は、前記導電層に接続されていてもよい。
[Application Example 5]
In any one of Application Examples 1 to 4,
The substrate has a first surface and a second surface opposite to the first surface,
The piezoelectric element is provided on the first surface,
A metal layer is provided on the second surface;
The metal layer may be connected to the conductive layer.
このような圧電駆動装置では、第1電極と圧電駆動装置の端子とを電気的に接続する部材の抵抗を、より低くすることができる。 In such a piezoelectric driving device, the resistance of the member that electrically connects the first electrode to the terminal of the piezoelectric driving device can be further reduced.
[適用例6]
適用例5において、
第1圧電振動体と、前記第1圧電振動体に接合された第2圧電振動体と、を含み、
前記第1圧電振動体および前記第2圧電振動体は、
前記基板と、前記圧電素子と、前記銅を含む層と、を含み、
前記第1圧電振動体の前記銅を含む層と、前記第2圧電振動体の前記銅を含む層とは、接合されていてもよい。
[Application Example 6]
In application example 5,
A first piezoelectric vibrator, and a second piezoelectric vibrator joined to the first piezoelectric vibrator,
The first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator,
The substrate, the piezoelectric element, and a layer containing copper, including,
The copper-containing layer of the first piezoelectric vibrator and the copper-containing layer of the second piezoelectric vibrator may be joined.
このような圧電駆動装置では、圧電振動体を1つしか含んでいない場合に比べて、より高出力化を図ることができる。 In such a piezoelectric driving device, higher output can be achieved as compared with the case where only one piezoelectric vibrator is included.
[適用例7]
適用例6において、
前記第1圧電振動体および前記第2圧電振動体は、接合体を構成し、
前記接合体は、前記金属層を含み、
前記接合体は、前記基板の厚さ方向に複数積層され、
隣り合う前記接合体において、一方の前記接合体の前記金属層と、他方の前記接合体の前記金属層とは、接合されていてもよい。
[Application Example 7]
In application example 6,
The first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator constitute a joined body,
The joined body includes the metal layer,
A plurality of the joined bodies are stacked in a thickness direction of the substrate,
In the adjacent joined bodies, the metal layer of one joined body and the metal layer of the other joined body may be joined.
このような圧電駆動装置では、接合体が1つしか構成されていない場合に比べて、より高出力化を図ることができる。 In such a piezoelectric driving device, higher output can be achieved as compared with the case where only one joined body is configured.
[適用例8]
本発明に係る圧電駆動装置の製造方法の一態様は、
基板上に第1電極を形成する工程と、
前記第1電極上に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に第2電極を形成する工程と、
平面視において前記基板の外周に沿うように、前記第1電極と電気的に接続される銅を含む層を形成する工程と、
前記銅を含む層を覆うように無電解めっき層を形成する工程と、
を含む。
[Application Example 8]
One embodiment of a method of manufacturing a piezoelectric driving device according to the present invention includes:
Forming a first electrode on the substrate;
Forming a piezoelectric layer on the first electrode;
Forming a second electrode on the piezoelectric layer;
Forming a layer containing copper electrically connected to the first electrode so as to be along the outer periphery of the substrate in plan view;
Forming an electroless plating layer so as to cover the layer containing copper,
including.
このような圧電駆動装置の製造方法では、高出力化を図ることができる圧電駆動装置を製造することができる。 According to such a method of manufacturing a piezoelectric drive device, a piezoelectric drive device capable of achieving high output can be manufactured.
[適用例9]
本発明に係るモーターの一態様は、
適用例1ないし7のいずれか1例に記載の圧電駆動装置と、
前記圧電駆動装置によって回転されるローターと、
を含む。
[Application Example 9]
One embodiment of the motor according to the present invention includes:
A piezoelectric driving device according to any one of application examples 1 to 7,
A rotor rotated by the piezoelectric driving device,
including.
このようなモーターでは、本発明に係る圧電駆動装置を含むため、高出力化を図ることができる。 Since such a motor includes the piezoelectric driving device according to the present invention, high output can be achieved.
[適用例10]
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1ないし7のいずれか1例に記載の圧電駆動装置と、
を含む。
[Application Example 10]
One aspect of the robot according to the present invention is:
A plurality of links,
A joint connecting the plurality of links,
A piezoelectric driving device according to any one of application examples 1 to 7, wherein the plurality of link portions are rotated by the joint portions;
including.
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。 Such a robot can include the piezoelectric driving device according to the present invention.
[適用例11]
本発明に係るポンプの一態様は、
適用例1ないし7のいずれか1例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。
[Application Example 11]
One embodiment of the pump according to the present invention includes:
A piezoelectric driving device according to any one of application examples 1 to 7,
A tube for transporting the liquid,
A plurality of fingers for closing the tube by driving the piezoelectric driving device;
including.
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。 Such a pump may include the piezoelectric drive according to the present invention.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, all of the configurations described below are not necessarily essential components of the invention.
1. 圧電駆動装置
まず、本実施形態に係る圧電駆動装置について、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駆動装置100を模式的に示す平面図である。図2は、本実施形態に係る圧電駆動装置100を模式的に示す図1のII−II線断面図である。図3は、本実施形態に係る圧電駆動装置100を模式的に示す図1の矢印III方向から見た図である。
1. First, a piezoelectric drive device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view schematically showing a
圧電駆動装置100は、図1〜図3に示すように、第1圧電振動体101と、第1圧電振動体101に接合された第2圧電振動体102と、を含む。なお、図2および図3では、圧電振動体101,102を簡略化して図示している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
ここで、図4および図5は、第1圧電振動体101を模式的に示す平面図である。図6は、第1圧電振動体101を模式的に示す図4,5のVI−VI線断面図である。第1圧電振動体101および第2圧電振動体102は、基本的に、同じ構成を有している。したがって、以下では、図4〜図6を用いて、第1圧電振動体101について説明する。第1圧電振動体101における説明は、基本的に、第2圧電振動体102に適用することができる。
Here, FIGS. 4 and 5 are plan views schematically showing the first piezoelectric vibrating
第1圧電振動体101は、図4〜図6に示すように、基板10と、接触部20と、圧電素子30と、第1絶縁層40と、第2絶縁層42と、第1配線層50と、第2配線層52と、を含む。なお、便宜上、図4では、基板10、接触部20、および圧電素子30以外の部材の図示を省略している。また、図5では、基板10、接触部20、および第2配線層52の一部以外の部材の図示を省略している。
As shown in FIGS. 4 to 6, the first piezoelectric vibrating
基板10は、図6に示すように、第1面10aと、第1面10aとは反対側の第2面10bと、第1面10aと第2面10bとを接続する第3面(側面)10cと、を有している。第1面10aには、圧電素子30が設けられている。基板10は、例えば、シリコン基板である。なお、基板10は、シリコン基板と、シリコン基板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、の積層体から構成されていてもよい。
As shown in FIG. 6, the
基板10は、図4および図5に示すように、振動体部12と、支持部14と、第1接続部16と、第2接続部18と、を有している。振動体部12の平面形状(基板10の厚さ方向からみた形状)は、略長方形である。振動体部12上には、圧電素子30が設けられ、振動体部12は、圧電素子30の変形により振動することができる。支持部14は、接続部16,18を介して、振動体部12を支持している。図示の例では、接続部16,18は、振動体部12の長手方向における中央部から、該長手方向と直交する方向に延出し、支持部14に接続されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
接触部20は、振動体部12に設けられている。図示の例では、振動体部12に凹部12aが設けられ、凹部12aに接触部20が嵌め込まれて接合(例えば接着)されている。接触部20は、被駆動部材と接触して、振動体部12の動きを被駆動部材に伝える部材である。接触部20の材質は、例えば、セラミックス(具体的にはアルミナ(Al2O3))、ジルコニア(ZrO2)、窒化ケイ素(Si3N)など)である。
The
圧電素子30は、基板10上に設けられている。具体的には、圧電素子30は、振動体部12上に設けられている。圧電素子30は、第1電極32と、圧電体層34と、第2電極36と、を有している。
The
第1電極32は、振動体部12上に設けられている。図示の例では、第1電極32の平面形状は、長方形である。第1電極32は、振動体部12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以下である。白金層の厚さは、例えば、50nm以上300nm以下である。なお、第1電極32は、Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Cuなどからなる金属層、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。第1電極32は、圧電体層34に電圧を印加するための一方の電極である。
The
圧電体層34は、第1電極32上に設けられている。図示の例では、圧電体層34の平面形状は、長方形である。圧電体層34の厚さは、例えば、50nm以上20μm以下で
あり、好ましくは、1μm以上7μm以下である。このように、圧電素子30は、薄膜圧電素子である。圧電体層34の厚さが50nmより小さいと、圧電駆動装置100の出力が小さくなる場合がある。具体的には、出力を上げようとして圧電体層34への印加電圧を高くすると、圧電体層34が絶縁破壊を起こす場合がある。圧電体層34の厚さが20μmより大きいと、圧電体層34にクラックが生じる場合がある。
The
圧電体層34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34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。圧電体層34は、電極32,36によって電圧が印加されることにより、変形(伸縮)することができる。
The
第2電極36は、圧電体層34上に設けられている。図示の例では、第2電極36の平面形状は、長方形である。第2電極36は、圧電体層34上に設けられた密着層と、密着層上に設けられた導電層と、によって構成されていてもよい。密着層の厚さは、例えば、10nm以上100nm以下である。密着層は、例えば、TiW層、Ti層、Cr層、NiCr層や、これらの積層体である。導電層の厚さは、例えば、1μm以上10μm以下である。導電層は、例えば、Cu層、Au層、Al層やこれらの積層体である。第2電極36は、圧電体層34に電圧を印加するための他方の電極である。
The
圧電素子30は、図4に示すように、複数設けられている。図示の例では、圧電素子30は、5つ設けられている(圧電素子30a,30b,30c,30d,30e)。平面視において(基板10の厚さ方向からみて)、例えば、圧電素子30a〜30dの面積は同じであり、圧電素子30eは、圧電素子30a〜30dよりも大きな面積を有している。圧電素子30eは、振動体部12の短手方向の中央部において、振動体部12の長手方向に沿って設けられている。圧電素子30a,30b,30c,30dは、振動体部12の四隅に設けられている。図示の例では、圧電素子30a〜30eにおいて、第1電極32は、1つの連続的な導電層として設けられている。
As shown in FIG. 4, a plurality of
第1絶縁層40は、図6に示すように、圧電素子30を覆うように設けられている。第1絶縁層40の材質は、酸化シリコンや酸化アルミニウム等の無機材料であってもよいし、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の有機材料であってもよい。第1絶縁層40の材質は、感光性の材料であってもよい。
The first insulating
第1配線層50は、第2電極36上に設けられている。第1配線層50は、第2電極36と電気的に接続されている。図示の例では、第1配線層50は、第1絶縁層40上と、第1絶縁層40に形成されたコンタクトホール40aと、に設けられて、第2電極36と接続されている。
The
第1配線層50は、銅を含む層である。第1配線層50は、チタンタングステン層と、チタンタングステン層上に設けられた銅層と、から構成されていてもよい。図示の例では、第1配線層50は、無電解めっきで形成された無電解めっき層51に覆われている。無電解めっき層51は、ニッケルおよびリンを含む層(Ni−P層)から構成されていてもよい。または、無電解めっき層51は、Ni−P層と、Ni−P層上に設けられた金層と、から構成されていてもよい。または、無電解めっき層51は、Ni−P層と、Ni−P層上に設けられたパラジウム層と、パラジウム層上に設けられた金層と、から構成されていてもよい。
The
第2絶縁層42は、第1配線層50を覆うように設けられている。図示の例では、第2絶縁層42は、無電解めっき層51を介して、第1配線層50を覆うように設けられてい
る。第2絶縁層42の材質は、例えば、第1絶縁層40の材質と同じである。
The second insulating
第2配線層52は、第1電極32と電気的に接続された第1部分52aと、第2電極36と電気的に接続された第2部分52bと、を有している。図5に示すように、第1部分52aと第2部分52bとは、電気的に分離されている。第2配線層52は、銅を含む層である。第2配線層52は、チタンタングステン層と、チタンタングステン層上に設けられた銅層と、から構成されていてもよい。
The
第2配線層52の第1部分52aは、第1電極32に接続されている。図6に示す例では、第1部分52aは、第1電極32の上面、第1絶縁層40の側面、ならびに第2絶縁層42の上面および側面に設けられている。第1部分52aは、図5に示すように、平面視において基板10の外周に沿って設けられている。
The
第2配線層52の第1部分52aは、図5に示すように、平面視において、振動体部12から第1接続部16を通って支持部14の辺(接触部20とは反対側の辺)14a近傍にまで延出している。
As shown in FIG. 5, the
第2配線層52の第2部分52bは、図6に示すように、無電解めっき層51を介して、第1配線層50上に設けられている。図示の例では、第2部分52bは、第2絶縁層42上と、第2絶縁層42に形成されたコンタクトホール42aと、に設けられて、無電解めっき層51と接続されている。図示の例では、第2絶縁層42上であって、第1部分52aと第2部分52bとの間に、第3絶縁層44が設けられている。これにより、第1部分52aと第2部分52bとを、より確実に電気的に分離することができる。
As shown in FIG. 6, the
第2配線層52の第2部分52bは、図5に示すように、さらに3つのパートに分かれている。すなわち、第2配線層52の第2部分52bは、第1パート52b1と、第2パート52b2と、第3パート52b3と、を有している。第1パート52b1は、圧電素子30a,30dの第2電極36と接続されている。第1パート52b1は、平面視において、振動体部12から第1接続部16を通って支持部14の辺14a近傍にまで延出している。第2パート52b2は、圧電素子30eの第2電極36と接続されている。第2パート52b2は、平面視において、振動体部12から第2接続部18を通って支持部14の辺14a近傍にまで延出している。第3パート52b3は、圧電素子30b,30cの第2電極36と接続されている。第3パート52b3は、平面視において、振動体部12から第2接続部18を通って支持部14の辺14a近傍にまで延出している。
The
図7は、圧電駆動装置100を模式的に示す図1のVII−VII線断面図である。第1圧電振動体101および第2圧電振動体102は、図7に示すように、基板10の厚さ方向に積層されている。第1圧電振動体101の基板10と第2圧電振動体102の基板10との間の距離は、例えば、20μm程度である。第1圧電振動体101の第2配線層52と、第2圧電振動体102の第2配線層52とは、接合されている。図示の例では、第1圧電振動体101の第2配線層52と、第2圧電振動体102の第2配線層52とは、接着剤2を介して接合されている。接着剤2は、例えば、導電性接着剤である。これにより、第1圧電振動体101の第2配線層52と、第2圧電振動体102の第2配線層52と、を電気的に接続させることができる。
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 1 schematically illustrating the
なお、第1圧電振動体101の第2配線層52と、第2圧電振動体102の第2配線層52とは、金属結合(Cu−Cu接合)によって接合されていてもよい。これにより、接着剤を用いずに、圧電振動体101,102を強固に接合させることができる。
Note that the
圧電駆動装置100は、図7に示すように、ニッケルおよびリンを含む導電層60と、
金属層70と、を含む。
As shown in FIG. 7, the
A
導電層60は、第2配線層52の端部を覆うように設けられている。図示の例では、導電層60は、圧電振動体101,102の第2配線層52の第1部分52a側方に設けられ、第1部分52aに接続されている。言い換えると、導電層60は、第1圧電振動体101と第2圧電振動体102とが接合されたときに、第2配線層52が側部に露出している部分上に設けられている。
The
導電層60は、無電解めっき法で形成された無電解めっき層である。導電層60は、例えば、ニッケルおよびリンを含む層(Ni−P層)62と、パラジウム層64と、金層66と、を有している。Ni−P層62は、第1部分52aを覆うように設けられている。パラジウム層64は、Ni−P層62を覆うように設けられている。パラジウム層64は、Ni−P層62と金層66との間に設けられている。金層66は、パラジウム層64を介して、Ni−P層62を覆うように設けられている。なお、図示はしないが、パラジウム層64は、設けられていなくてもよい。また、パラジウム層64および金層66は、設けられていなくてもよい。
The
金属層70は、基板10の第2面10bおよび第3面10cに設けられている。金属層70は、導電層60に接続されている。図示の例では、金属層70は、導電層60の金層66に接続されている。金属層70は、例えば、銅層である。
The
図8は、圧電駆動装置100を模式的に示す図1のVIII−VIII線断面図である。圧電駆動装置100は、図1〜3,8に示すように、端子80,82,84,86を有する。端子80,82,84,86は、導電層60と同じ構造を有している。端子80,82,84,86は、図1に示すように、平面視において、支持部14の辺14aから外側に突出している。端子80,82,84,86の幅(基板10の厚さ方向と直交する方向の長さ)は、例えば、200μm程度である。隣り合う端子80,82,84,86の間の距離は、例えば、100μm程度である。
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG. 1 schematically illustrating the
端子80は、例えば、第2配線層52の第1部分52a(図5参照)を介して、圧電素子30a,30b,30c,30d,30e共通の第1電極32と電気的に接続されている。端子80は、グランドとして基準電位を有していてもよい。端子82は、例えば、第2配線層52の第2部分52bの第1パート52b1(図5参照)を介して、圧電素子30a,30dの第2電極36と電気的に接続されている。端子86は、例えば、第2配線層52の第2部分52bの第3パート52b3(図5参照)を介して、圧電素子30b,30cの第2電極36と電気的に接続されている。端子84は、例えば、第2配線層52の第2部分52bの第2パート52b2(図5参照)を介して、圧電素子30eの第2電極36と電気的に接続されている。圧電駆動装置100では、端子80,82,84,86と駆動回路とを接続させることにより、圧電素子30a〜30eの圧電体層34に電圧を印加し、振動体部12を振動させることができる。
The terminal 80 is electrically connected to the common
端子80は、例えば、金属層70と接続されている。なお、図示はしないが、端子82,84,86は、金属層70と接続されていない。また、端子80も、金属層70と接続されていなくてもよい。
The terminal 80 is connected to, for example, the
圧電駆動装置100の圧電振動体101,102では、図8に示すように、支持部14および接続部16,18に、第1導電層33、絶縁層35、第2導電層37、絶縁層40,42、配線層50,52、および無電解めっき層51が設けられている。これにより、例えば、圧電振動体101,102各々において、振動体部12、支持部14、および接続部16,18上に設けられる部材の厚さ(高さ)の差を小さくすることができる。すな
わち、圧電振動体101,102各々において、厚さの均一性を向上させることができる。そのため、圧電振動体101,102を積層させるときに、圧電振動体101,102の間に隙間が生じることを抑制することができる。これにより、圧電振動体101,102の接合強度を向上させることができる。
In the
なお、第1導電層33、絶縁層35、および第2導電層37の材質は、それぞれ、第1電極32、圧電体層34、第2電極36の材質と同じである。第1導電層33、絶縁層35、および第2導電層37は、それぞれ、第1電極32、圧電体層34、第2電極36を形成する工程において、形成されることができる。導電層33,37によって圧電体層34には電圧が印加されない。図8に示す例では、第1導電層33は、端子80と電気的に分離されているが、第1導電層33は、端子80と電気的に接続されていてもよく、かつ、第1電極32と電気的に接続されていてもよい。第1導電層33が第1電極32および端子80と電気的に接続されている場合は、第2導電層37は、第2電極36と電気的に分離されている。
The materials of the first
図9は、圧電駆動装置100を説明するための等価回路を示す図である。圧電素子30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30a,30dを有する。第2グループは、2つの圧電素子30b,30cを有する。第3グループは、1つの圧電素子30eのみを有する。図9に示すように、第1グループの圧電素子30a,30dは、互いに並列に接続され、駆動回路110に接続されている。第2グループの圧電素子30b,30cは、互いに並列に接続され、駆動回路110に接続されている。第3グループの圧電素子30eは、単独で駆動回路110に接続されている。
FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit for explaining the
駆動回路110は、5つの圧電素子30a,30b,30c,30d,30eのうちの所定の圧電素子、例えば、圧電素子30a,30d,30eの第1電極32と第2電極36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。これにより、圧電駆動装置100は、振動体部12を超音波振動させて、接触部20に接触するローター(被駆動部材)を所定の回転方向に回転させることができる。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。
The
なお、電流の向きは、第1電極32から第2電極36に向かうよりも第2電極36から第1電極32に向かう方が好ましい。また、圧電素子30b,30c,30eの電極32,36間に交流電圧または脈流電圧を印加することにより、接触部20に接触するローターを逆方向に回転させることができる。
The direction of the current is preferably from the
図10は、圧電駆動装置100の端子80と駆動回路110との電気的な接続方法を説明するため図である。なお、便宜上、図10では、圧電振動体101,102を簡略化して図示している。
FIG. 10 is a diagram for explaining an electrical connection method between the terminal 80 of the
端子80は、図10に示すように、フレキシブル基板120を介して、駆動回路110と電気的に接続されている。具体的には、フレキシブル基板120は、絶縁基板122と、絶縁基板122に設けられた配線層124と、を有し、配線層124によって、端子80と駆動回路110とを電気的に接続させることができる。配線層124は、例えば、金層、銅層である。
The terminal 80 is electrically connected to the
なお、端子82,84,86においても、端子80と同様に、フレキシブル基板120を介して、駆動回路110と電気的に接続されている。また、図示はしないが、端子80,82,84,86と駆動回路110との電気的な接続は、ワイヤーや半田を用いて行われてもよい。
The
図11は、圧電駆動装置100の振動体部12の動作を説明するための図である。圧電駆動装置100の接触部20は、図11に示すように、被駆動部材としてのローター4の外周に接触している。駆動回路110は、圧電素子30a,30dの電極32,36間に交流電圧または脈流電圧を印加する。これにより、圧電素子30a,30dは、矢印xの方向に伸縮する。これに応じて、振動体部12は、振動体部12の平面内で屈曲振動(例えば、圧電素子30に電圧が印加されていない状態での振動体部12の短手方向に沿って屈曲振動)して蛇行形状(S字形状)に変形する。さらに、駆動回路110は、圧電素子30eの電極32,36間に交流電圧または脈流電圧を印加する。これにより、圧電素子30eは、矢印yの方向に伸縮する。これにより、振動体部12は、振動体部12の平面内で縦振動(例えば、圧電素子30に電圧が印加されていない状態での振動体部12の長手方向に沿って縦振動)する。上記のような振動体部12の屈曲振動および縦振動によって、接触部20は、矢印zのように楕円運動する。その結果、ローター4は、その中心4aの周りに所定の方向R(図示の例では時計回り方向)に回転する。
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the vibrating
なお、駆動回路110が、圧電素子30b,30c,30eの電極32,36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4は、方向Rとは反対方向(反時計回り方向)に回転する。
When the
また、振動体部12の屈曲振動の共振周波数と縦振動の共振周波数とは、同じであることが好ましい。これにより、圧電駆動装置100は、効率よくローター4を回転させることができる。
Further, it is preferable that the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the longitudinal vibration of the vibrating
図11に示すように、本実施形態に係るモーター130は、本発明に係る圧電駆動装置(図示の例では圧電駆動装置100)と、圧電駆動装置100によって回転されるローター4と、を含む。
As shown in FIG. 11, the
圧電駆動装置100は、例えば、以下の特徴を有する。
The
圧電駆動装置100では、平面視において基板10の外周に沿って設けられ、第1電極32と電気的に接続された第2配線層52と、第2配線層52を覆うように設けられた導電層60と、を含む。そのため、圧電駆動装置100では、第1電極32と端子80とを電気的に接続する部材の抵抗を低くすることができる。これにより、圧電駆動装置100では、圧電体層34への印加電圧の効率の向上を図ることができ、さらに、第1電極32と端子80とを電気的に接続する部材の発熱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。圧電駆動装置100では、第1電極32と端子80とを電気的に接続する部材の抵抗を低くすることにより、圧電体層34のインピーダンスを大きくすることができ、圧電体層34に印加される電圧を大きくすることができる。その結果、圧電駆動装置100は、高出力化を図ることができる。
In the
なお、圧電体層34を形成するために酸素雰囲気において熱処理を行うが、該熱処理は、700℃〜800℃で行われる。そのため、第1電極32は、高温に耐えることができ、かつ酸化されない白金を含む材料で構成されている。したがって、第1電極を厚くして第1電極の低抵抗化を図り圧電駆動装置の高出力化を図ると、コストが高くなってしまう。本実施形態に係る圧電駆動装置100では、コストを抑えつつ、高出力化を図ることができる。
Note that heat treatment is performed in an oxygen atmosphere to form the
圧電駆動装置100では、導電層60は、Ni−P層62を覆うように設けられた金層66を有する。そのため、端子80,82,84,86の構成と導電層60の構成が同じ
であって、端子80,82,84,86に接続される外部配線(具体的にはフレキシブル基板120の配線層124)の材質が金である場合に、金属結合(Au−Au結合)によって、端子80,82,84,86と、外部配線と、を接合することができる。
In the
圧電駆動装置100では、導電層60は、Ni−P層62と金層66との間に設けられたパラジウム層64を有する。そのため、圧電駆動装置100では、パラジウム層64によって、Ni−P層62と金層66との間の拡散を抑制することができる。
In the
圧電駆動装置100では、導電層60は、無電解めっき層である。そのため、圧電駆動装置100では、例えば触媒としてのパラジウムを第2配線層52の第1部分52a表面に選択的に付着させて、導電層60を選択的に形成することができる。これにより、圧電駆動装置100では、例えば、基板10がウェハー状態であっても、容易に導電層60を形成することができる。また、第1圧電振動体101の基板10と第2圧電振動体102の基板10との間の距離が20μm程度と小さくても、容易に導電層60を形成することができる。例えばスパッタ法などにより導電層60を形成する場合は、基板10の厚さ方向と直交する方向からスパッタを行う必要があり、容易に導電層60を形成することができない場合がある。
In the
さらに、無電解めっき層は、液に浸すだけで形成されることができる。そのため、圧電駆動装置100では、導電層60を形成することによって、第2配線層52にダメージが与えられることを抑制することができる。また、圧電駆動装置100では、例えば、低コストで、導電層60を形成することができる。
Further, the electroless plating layer can be formed only by dipping in the liquid. Therefore, in the
圧電駆動装置100では、基板10の第2面10bには、金属層70が設けられ、金属層70は、導電層60に接続されている。そのため、圧電駆動装置100では、第1電極32と端子80とを電気的に接続する部材の抵抗を、より低くすることができる。
In the
圧電駆動装置100では、第1圧電振動体101と、第1圧電振動体101に接合された第2圧電振動体102と、を含む。そのため、圧電駆動装置100では、圧電振動体を1つしか含んでいない場合に比べて、より高出力化を図ることができる。
The
圧電駆動装置100では、第1配線層50を覆うように設けられた無電解めっき層51を含む。そのため、圧電駆動装置100では、例えば、第2絶縁層42を形成する際に、第1配線層50が酸化されることを抑制することができる。具体的には、第2絶縁層42の材質が有機材料である場合、第2絶縁層42を形成する際に熱処理(ベーク)を行うが、第1配線層50は銅を含むため、該熱処理によって酸化されやすい。しかしながら、圧電駆動装置100では、第1配線層50を覆うように無電解めっき層51が設けられているので、無電解めっき層51によって、第1配線層50の酸化を抑制することができる。
The
モーター130では、圧電駆動装置100を含む。そのため、モーター130は、高出力化を図ることができる。
The
2. 圧電駆動装置の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電駆動装置100の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図12は、本実施形態に係る圧電駆動装置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13〜図16は、本実施形態に係る圧電駆動装置100の製造工程を模式的に示す断面図である。
2. Next, a method for manufacturing the
第1圧電振動体101および第2圧電振動体102は、基本的に、同じ製造方法によって形成される。したがって、以下では、図6,13,14を用いて、第1圧電振動体10
1の製造方法について説明する。第1圧電振動体101の製造方法の説明は、基本的に、第2圧電振動体102の製造方法に適用することができる。
The first piezoelectric vibrating
1 will be described. The description of the method for manufacturing the first
図13に示すように、基板10の振動体部12上に第1電極32を形成する(S1)。第1電極32は、例えば、スパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、真空蒸着法などによる成膜、およびパターニング(フォトリソグラフィーおよびエッチングによるパターニング)により形成される。本工程において、基板10の支持部14上および接続部16,18上に、第1導電層33を形成することができる(図8参照)。
As shown in FIG. 13, the
なお、基板10は、ウェハー状態であってもよい。すなわち、図示はしないが、基板10の周囲に、枠部が設けられ、基板10は、被切断部を介して枠部に接続されていてもよい。この場合、基板10、枠部、および被切断部は、一体的に設けられている。
Note that the
次に、第1電極32上に圧電体層34を形成する(S2)。圧電体層34、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した後、パターニングすることによって形成される。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 Deposition)法などである。結晶化は、酸素雰囲気において、700℃〜800℃の熱処理により行われる。本工程において、第1導電層33上に絶縁層35を形成することができる(図8参照)。
Next, the
次に、圧電体層34に第2電極36を形成する(S3)。第2電極36は、例えば、第1電極32と同じ方法で形成される。なお、図示はしないが、第2電極36のパターニングと圧電体層34のパターニングとは、同一の工程として行われてもよい。本工程において、絶縁層35上に、第2導電層37を形成することができる(図8参照)。
Next, the
以上の工程により、基板10の振動体部12上に、圧電素子30を形成することができる。
Through the above steps, the
図14に示すように、圧電素子30を覆うように、第1絶縁層40を形成する(S4)。第1絶縁層40は、例えば、スピンコート法、CVD法によって形成される。次に、第1絶縁層40をパターニングして、コンタクトホール40aを形成する。第1絶縁層40の材質が感光性の材料である場合、第1絶縁層40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絶縁層40の材質が感光性の材料でない場合は、第1絶縁層40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。
As shown in FIG. 14, the first insulating
次に、第2電極36上および第1絶縁層40上に、第1配線層50を形成する(S5)。第1配線層50は、例えば、めっき(電界めっき)法や、スパッタ法による成膜およびパターニングなどによって形成される。
Next, the
次に、第1配線層50を覆うように、無電解めっき層51を形成する(S6)。無電解めっき層51は、無電解めっき法によって形成される。具体的には、触媒としてのパラジウムを選択的に第1配線層50の表面に付着させた後、無電解めっき法により、第1配線層50の表面に選択的に無電解めっき層51を形成する。
Next, an
図6に示すように、無電解めっき層51を覆うように、第2絶縁層42を形成する(S7)。次に、第2絶縁層42をパターニングして、コンタクトホール42aを形成する。第2絶縁層42およびコンタクトホール42aは、例えば、それぞれ第1絶縁層40およ
びコンタクトホール40aと同じ方法で形成される。例えば、第2絶縁層42をベークする場合に、無電解めっき層51によって第1配線層50が酸化されることを抑制することができる。なお、図6に示すように、第2絶縁層42上に第3絶縁層44を形成してもよい。第3絶縁層44は、例えば、第1絶縁層40と同じ方法で形成される。
As shown in FIG. 6, the second insulating
次に、電極32,36上および第2絶縁層42上に、第2配線層52を形成する(S8)。第2配線層52は、例えば、第1配線層50と同じ方法で形成される。具体的には、平面視において基板10の外周に沿うように、第1電極32と電気的に接続される第2配線層52の第1部分52aを形成する。さらに、第2電極36と電気的に接続される第2配線層52の第2部分52bを形成する。
Next, a
以上の工程により、第1圧電振動体101および第2圧電振動体102を形成することができる。なお、基板10がウェハー状態である場合、第1圧電振動体101と第2圧電振動体102とは、別々のウェハーに形成されてもよい。
Through the above steps, the first piezoelectric vibrating
図15に示すように、第1圧電振動体101と第2圧電振動体102とを接合させる(S9)。具体的には、第1圧電振動体101の第2配線層52と、第2圧電振動体102の第2配線層52と、を接着剤2を介して接合する。
As shown in FIG. 15, the first
図16に示すように、第2配線層52の第1部分52aの露出している部分に、無電解めっき法の触媒としてのパラジウムPを選択的に付着する(S10)。パラジウムPは、例えば、公知の方法により、付着される。
As shown in FIG. 16, palladium P as a catalyst of the electroless plating method is selectively adhered to the exposed portion of the
図7に示すように、第2配線層52を覆うように導電層60を形成する(S11)。具体的には、第1部分52aのパラジウムPが付着している部分に、選択的に導電層60を形成する。導電層60は、無電解めっき法により形成される。導電層60のNi−P層62は、例えば、ニッケル層を次亜リン酸で還元することにより形成される(還元型無電解めっき法により形成される)。導電層60のパラジウム層64および金層66は、例えば、置換型無電解めっき法により形成される。
As shown in FIG. 7, a
次に、基板10の面10b,10cに金属層70を形成する(S12)。金属層70は、導電層60に接続されるように形成される。金属層70は、例えば、スパッタ法により形成される。
Next, the
なお、図示はしないが、基板10がウェハー状態である場合は、工程(S12)の後に、被切断部をエッチング等により切断して、枠部から基板10を分離させる(チップ化する)。
Although not shown, when the
以上の工程により、圧電駆動装置100を製造することができる。
Through the above steps, the
圧電駆動装置100の製造方法では、平面視において基板10の外周に沿うように、第1電極32と電気的に接続される第2配線層52を形成する工程(S8)と、第2配線層含む層を覆うように、無電解めっき層である導電層60を形成する工程(S11)と、を含む。そのため、圧電駆動装置100の製造方法では、高出力化を図ることができる圧電駆動装置100を製造することができる。
In the method of manufacturing the
3. 圧電駆動装置の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る圧電駆動装置について、図面を参照しながら説明する。図17は、本実施形態の変形例に係る圧電駆動装置200を模式的に示す断面図である。なお、便宜上、図17では、第1圧電振動体101および第2圧電振動体102を簡略
化して図示している。
3. Modification of Piezoelectric Driving Device Next, a piezoelectric driving device according to a modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing a
以下、本実施形態の変形例に係る圧電駆動装置200において、本実施形態に係る圧電駆動装置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。
Hereinafter, in the
上述した圧電駆動装置100では、図2に示すように、第1圧電振動体101および第2圧電振動体102を、1つずつ含んでいた。これに対し、圧電駆動装置200では、第1圧電振動体101および第2圧電振動体102の各々を、複数含んでいる。
In the above-described
圧電駆動装置200では、第1圧電振動体101および第2圧電振動体102は、接合体210を構成している。接合体210は、金属層70を有している。接合体210は、複数設けられている。図示の例では、接合体210は、3つ設けられている。接合体210は、基板10の厚さ方向に複数積層されている。
In the
隣り合う接合体210において、一方の接合体210の金属層70と、他方の接合体210の金属層70とは、接合されている。例えば、金属層70が金層である場合、一方の接合体210の金属層70と、他方の接合体210の金属層70とは、金属結合(Au−Au接合)によって接合されている。これにより、接着剤を用いずに、隣り合う接合体210を強固に接合させることができる。なお、図示はしないが、一方の接合体210の金属層70と、他方の接合体210の金属層70とは、導電性接着剤によって接合されていてもよい。
In
圧電駆動装置200では、接合体210は、基板10の厚さ方向に複数積層されている。そのため、圧電駆動装置200では、接合体210が1つしか構成されていない場合に比べて、より高出力化を図ることができる。
In the
4. 圧電駆動装置を用いた装置
本発明に係る圧電駆動装置は、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。本発明に係る圧電駆動装置は、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、印刷装置の紙送り機構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。以下では、本発明に係る圧電駆動装置として、圧電駆動装置100を含む装置について説明する。
4. Apparatus Using Piezoelectric Driving Apparatus A piezoelectric driving apparatus according to the present invention can apply a large force to a driven body by utilizing resonance, and is applicable to various apparatuses. The piezoelectric driving device according to the present invention is used as a driving device in various devices such as a robot (including an electronic component transport device (IC handler)), a medication pump, a calendar feed device for a clock, and a paper feed mechanism for a printing device. Can be used. Hereinafter, typical embodiments will be described. Hereinafter, a device including the
4.1. ロボット
図18は、圧電駆動装置100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。
4.1. Robot FIG. 18 is a diagram for explaining a
それぞれの関節部2020には、圧電駆動装置100が内蔵されており、圧電駆動装置100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100が内蔵されており、圧電駆動装置100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100が設けられており、圧電駆動装置100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。
Each joint 2020 has a built-in
図19は、図18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100を備えており、圧電駆動装置100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100が搭載されている。このため、圧電駆動装置100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100を適用可能である。
FIG. 19 is a view for explaining the wrist portion of the
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100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、圧電駆動装置100は、通常の電動モーター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。
Here, inside the
4.2. ポンプ
図20は、圧電駆動装置100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100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、を含む。
4.2. Pump FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a
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100の接触部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、圧電駆動装置100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。
The
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、圧電駆動装置100を用いることにより、通常の電動モーターよりも駆動電流を小さくできるので、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。
The arrangement of each member is not limited to the illustrated one. Further, a configuration may be adopted in which a ball or the like provided on the
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。 The above-described embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, each embodiment and each modified example can be appropriately combined.
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。
The invention includes substantially the same configuration as the configuration described in the embodiment (for example, a configuration having the same function, method, and result, or a configuration having the same object and effect). Further, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. Further, the invention includes a configuration having the same function and effect as the configuration described in the embodiment or a configuration capable of achieving the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
2…接着剤、4…ローター、4a…中心、10…基板、10a…第1面、10b…第2面、10c…第3面、12…振動体部、12a…凹部、14…支持部、14a…辺、16…第1接続部、18…第2接続部、20…接触部、30,30a,30b,30c,30d,30e…圧電素子、32…第1電極、33…第1導電層、34…圧電体層、35…絶縁層、36…第2電極、37…第2導電層、40…第1絶縁層、40a…コンタクトホール、42…第2絶縁層、42a…コンタクトホール、44…第3絶縁層、50…第1配線層、51…無電解めっき層、52…第2配線層、52a…第1部分、52b…第2部分、52b1…第1パート、52b2…第2パート、52b3…第3パート、60…導電層、62…Ni−P層、64…パラジウム層、66…金層、70…金属層、80,82,84,86…端子、100…圧電駆動装置、101…第1圧電振動体、102…第2圧電振動体、110…駆動回路、120…フレキシブル基板、122…絶縁基板、124…配線層、130…モーター、200…圧電駆動装置、210…接合体、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 2 ... adhesive, 4 ... rotor, 4a ... center, 10 ... substrate, 10a ... first surface, 10b ... second surface, 10c ... third surface, 12 ... vibrator part, 12a ... recess, 14 ... support part, 14a ... side, 16 ... first connection, 18 ... second connection, 20 ... contact, 30, 30a, 30b, 30c, 30d, 30e ... piezoelectric element, 32 ... first electrode, 33 ... first conductive layer , 34: piezoelectric layer, 35: insulating layer, 36: second electrode, 37: second conductive layer, 40: first insulating layer, 40a: contact hole, 42: second insulating layer, 42a: contact hole, 44 ... third insulating layer, 50 ... first wiring layer, 51 ... electroless plating layer, 52 ... second wiring layer, 52a ... first part, 52b ... second part, 52b1 ... first part, 52b2 ... second part , 52b3: third part, 60: conductive layer, 62: Ni-P layer, 64: para 70, metal layer, 80, 82, 84, 86 terminal, 100 piezoelectric drive device, 101 first piezoelectric vibrator, 102 second piezoelectric vibrator, 110 drive circuit, 120: Flexible substrate, 122: Insulating substrate, 124: Wiring layer, 130: Motor, 200: Piezoelectric drive, 210: Joined body, 2000: Robot hand, 2003: Holding part, 2010: Arm, 2012: Link part, 2020 ... joint part, 2050 ... robot, 2200 ... liquid feed pump, 2202 ... cam, 2202A ... projection part, 2211 ... reservoir, 2212 ... tube, 2213, 2214, 2215, 2216, 2217, 2218, 2219 ... finger, 2222 ... rotor , 2223 ... reduction transmission mechanism, 2230 ... case
Claims (10)
前記基板上に設けられた第1電極、前記第1電極上に設けられた圧電体層、および前記圧電体層上に設けられた第2電極を有する圧電素子と、
前記第2電極よりも上に設けられた部分を有し、前記第1電極と電気的に接続している銅を含む層と、
ニッケルおよびリンを含み、前記銅を含む層と接続していて、前記基板の平面視で、前記圧電体層とは重ならない部分を有する導電層と、
を含み、
前記基板は、第1面と、前記第1面とは反対側の第2面と、を有し、
前記第1面には、前記圧電素子が設けられ、
前記第2面には、金属層が設けられ、
前記金属層は、前記導電層に接続されている、圧電駆動装置。 Board and
A piezoelectric element having a second electrode provided on the first electrode, a piezoelectric layer provided on the first electrode, and prior Ki圧 collector layer provided on the substrate,
A layer including copper which has a portion provided above the second electrode and is electrically connected to the first electrode;
A conductive layer containing nickel and phosphorus, being connected to the layer containing copper, and having a portion that does not overlap with the piezoelectric layer in plan view of the substrate,
Only including,
The substrate has a first surface and a second surface opposite to the first surface,
The piezoelectric element is provided on the first surface,
A metal layer is provided on the second surface;
The piezoelectric driving device , wherein the metal layer is connected to the conductive layer .
前記導電層は、
ニッケルおよびリンを含む層と、
前記ニッケルおよびリンを含む層を覆うように設けられた金層と、
を有する、圧電駆動装置。 In claim 1,
The conductive layer,
A layer containing nickel and phosphorus;
A gold layer provided to cover the layer containing nickel and phosphorus,
A piezoelectric driving device comprising:
前記導電層は、
前記ニッケルおよびリンを含む層と、前記金層と、の間に設けられたパラジウム層を有する、圧電駆動装置。 In claim 2,
The conductive layer,
A piezoelectric driving device, comprising: a palladium layer provided between the layer containing nickel and phosphorus and the gold layer.
前記導電層は、無電解めっき層である、圧電駆動装置。 In any one of claims 1 to 3,
The piezoelectric driving device, wherein the conductive layer is an electroless plating layer.
第1圧電振動体と、前記第1圧電振動体に接合された第2圧電振動体と、を含み、
前記第1圧電振動体および前記第2圧電振動体は、
前記基板と、前記圧電素子と、前記銅を含む層と、を含み、
前記第1圧電振動体の前記銅を含む層と、前記第2圧電振動体の前記銅を含む層とは、接合されている、圧電駆動装置。 In any one of claims 1 to 4 ,
A first piezoelectric vibrator, and a second piezoelectric vibrator joined to the first piezoelectric vibrator,
The first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator,
The substrate, the piezoelectric element, and a layer containing copper, including,
The piezoelectric drive device, wherein the copper-containing layer of the first piezoelectric vibrator and the copper-containing layer of the second piezoelectric vibrator are joined.
前記第1圧電振動体および前記第2圧電振動体は、接合体を構成し、
前記接合体は、前記金属層を含み、
前記接合体は、前記基板の厚さ方向に複数積層され、
隣り合う前記接合体において、一方の前記接合体の前記金属層と、他方の前記接合体の前記金属層とは、接合されている、圧電駆動装置。 In claim 5 ,
The first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator constitute a joined body,
The joined body includes the metal layer,
A plurality of the joined bodies are stacked in a thickness direction of the substrate,
The piezoelectric drive device, wherein, in the adjacent joined bodies, the metal layer of one of the joined bodies and the metal layer of the other joined body are joined.
前記第1電極上に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に第2電極を形成する工程と、
前記第2電極よりも上に設けられた部分を有し、前記第1電極と電気的に接続される銅を含む層を形成する工程と、
前記銅を含む層に接続していて、前記基板の平面視で、前記圧電体層とは重ならない部分を有する無電解めっき層を形成する工程と、
前記基板の前記第2面に、前記無電解めっき層と接続される金属層を形成する工程と、を含む、圧電駆動装置の製造方法。 Forming a first electrode on the first surface of a substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface ;
Forming a piezoelectric layer on the first electrode;
Forming a second electrode on the piezoelectric layer;
Forming a layer containing copper that has a portion provided above the second electrode and is electrically connected to the first electrode;
A step of forming an electroless plating layer having a portion that is connected to the layer containing copper and that does not overlap with the piezoelectric layer in plan view of the substrate;
Forming a metal layer connected to the electroless plating layer on the second surface of the substrate .
前記圧電駆動装置によって回転されるローターと、
を含む、モーター。 A piezoelectric driving device according to any one of claims 1 to 6 ,
A rotor rotated by the piezoelectric driving device,
Including, the motor.
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1ないし6のいずれか1項に記載の圧電駆動装置と、
を含む、ロボット。 A plurality of links,
A joint connecting the plurality of links,
The piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the plurality of link portions are rotated by the joint portions.
Robots, including.
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塞する複数のフィンガーと、
を含む、ポンプ。 A piezoelectric driving device according to any one of claims 1 to 6 ,
A tube for transporting the liquid,
A plurality of fingers for closing the tube by driving the piezoelectric driving device,
Including, pump.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015222938A JP6641910B2 (en) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Piezoelectric driving device and manufacturing method thereof, motor, robot, and pump |
| US15/268,972 US20170092838A1 (en) | 2015-09-29 | 2016-09-19 | Piezoelectric driving apparatus, method of manufacturing the same, motor, robot, and pump |
| CN201610851955.7A CN107017334A (en) | 2015-09-29 | 2016-09-26 | Piexoelectric actuator and its manufacture method, motor, robot and pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015222938A JP6641910B2 (en) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Piezoelectric driving device and manufacturing method thereof, motor, robot, and pump |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017093214A JP2017093214A (en) | 2017-05-25 |
| JP2017093214A5 JP2017093214A5 (en) | 2018-11-08 |
| JP6641910B2 true JP6641910B2 (en) | 2020-02-05 |
Family
ID=58769435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015222938A Active JP6641910B2 (en) | 2015-09-29 | 2015-11-13 | Piezoelectric driving device and manufacturing method thereof, motor, robot, and pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6641910B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7225917B2 (en) * | 2019-02-28 | 2023-02-21 | セイコーエプソン株式会社 | Piezoelectric driving device, manufacturing method of piezoelectric driving device, and robot |
-
2015
- 2015-11-13 JP JP2015222938A patent/JP6641910B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017093214A (en) | 2017-05-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6398454B2 (en) | Piezoelectric drive device, robot, and drive method thereof | |
| JP6405785B2 (en) | Piezoelectric drive device, robot, and drive method thereof | |
| CN106849739B (en) | Piezoelectric driving device for motor, method for manufacturing the same, motor, robot, and pump | |
| JP6543951B2 (en) | Piezoelectric drive device, robot, and method of driving them | |
| JP2017017916A (en) | Piezoelectric driving device, robot, and driving method of piezoelectric driving device | |
| US20170092838A1 (en) | Piezoelectric driving apparatus, method of manufacturing the same, motor, robot, and pump | |
| JP2017069998A (en) | Piezoelectric drive device and manufacturing method thereof, motor, robot, and pump | |
| JP6601174B2 (en) | Piezoelectric actuators, stacked actuators, piezoelectric motors, robots, hands and liquid pumps | |
| CN106877733A (en) | Piezo drives, motors, robots, and pumps | |
| US9712087B2 (en) | Piezoelectric element drive circuit and robot | |
| JP6641910B2 (en) | Piezoelectric driving device and manufacturing method thereof, motor, robot, and pump | |
| JP2016040984A (en) | Piezoelectric driving device and driving method thereof, robot and driving method thereof | |
| JP6432204B2 (en) | Piezoelectric drive device, robot, and drive method thereof | |
| JP6641911B2 (en) | Piezoelectric driving device and manufacturing method thereof, motor, robot, and pump | |
| JP6662007B2 (en) | Piezo drives, motors, robots, and pumps | |
| CN106411173A (en) | Piezoelectric drive device and robot | |
| JP6693120B2 (en) | Piezoelectric drive device and manufacturing method thereof, motor, robot, and pump | |
| JP6641943B2 (en) | Piezoelectric drive device for motor and method of manufacturing the same, motor, robot, and pump | |
| JP6693118B2 (en) | Piezoelectric drive device and manufacturing method thereof, motor, robot, and pump | |
| JP6645195B2 (en) | Piezo drives, motors, robots and pumps | |
| JP6432369B2 (en) | Piezoelectric driving device, robot, and robot driving method | |
| JP6413461B2 (en) | Piezoelectric driving device and driving method thereof, robot and driving method thereof | |
| JP2017103956A (en) | Piezoelectric drives, motors, robots, and pumps | |
| JP2016158380A (en) | Piezoelectric element drive circuit and robot | |
| JP2017005925A (en) | Piezoelectric driving device for motor, motor, robot and pump |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180927 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180927 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190618 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190619 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190722 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191203 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191216 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6641910 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |