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JP2017118599A - Piezoelectric drive device and manufacturing method thereof, motor, robot, and pump - Google Patents

Piezoelectric drive device and manufacturing method thereof, motor, robot, and pump Download PDF

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JP2017118599A JP2015248335A JP2015248335A JP2017118599A JP 2017118599 A JP2017118599 A JP 2017118599A JP 2015248335 A JP2015248335 A JP 2015248335A JP 2015248335 A JP2015248335 A JP 2015248335A JP 2017118599 A JP2017118599 A JP 2017118599A
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piezoelectric
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wiring
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Noboru Furuya
昇 古谷
晃雄 小西
Akio Konishi
晃雄 小西
降旗 栄道
Hidemichi Furuhata
栄道 降旗
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Abstract

【課題】高出力化を図ることができる圧電駆動装置を提供する。【解決手段】複数の振動ユニットを含む圧電駆動装置であって、前記振動ユニットは、振動板と、前記振動板の上方に設けられた第1電極層と、前記第1電極層の上方に設けられた圧電体層と、前記圧電体層の上方に設けられた第2電極層と、前記第2電極層と電気的に接続された第1配線層と、前記第1電極層、前記圧電体層、および前記第2電極層の上方に設けられた第1絶縁層と、を含み、前記第1絶縁層の上面と前記第1配線層の上面とは、連続し、複数の前記振動ユニットは、前記振動板の板面に垂直な方向に重なるように配置されている、圧電駆動装置。【選択図】図4A piezoelectric driving device capable of achieving high output is provided. A piezoelectric driving device includes a plurality of vibrating units, the vibrating units comprising a vibrating plate, a first electrode layer provided above the vibrating plate, and a first electrode layer provided above the first electrode layer. a second electrode layer provided above the piezoelectric layer; a first wiring layer electrically connected to the second electrode layer; the first electrode layer; and a first insulating layer provided above the second electrode layer, wherein the upper surface of the first insulating layer and the upper surface of the first wiring layer are continuous, and the plurality of vibrating units are and a piezoelectric driving device arranged so as to overlap in a direction perpendicular to a plate surface of the diaphragm. [Selection drawing] Fig. 4

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 drive device and a manufacturing method thereof, a motor, a robot, and a pump.

圧電素子により振動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)。   An ultrasonic motor that drives a driven body by vibrating a vibrating body with a piezoelectric element is used in various fields because a magnet and a coil are not required (see, for example, Patent Document 1).

特開平8−237971号公報JP-A-8-237971

例えばモーターを、圧電駆動装置によって構成して動力を発生させる場合、基本的な要求の一つとして、駆動力(出力)を高めることが挙げられる。一例として上述の特許文献1に開示された装置では、スタック構造によって出力を高める試みがなされている。   For example, when a motor is constituted by a piezoelectric driving device to generate power, one of basic requirements is to increase driving force (output). As an example, in the apparatus disclosed in Patent Document 1 described above, an attempt is made to increase the output by using a stack structure.

しかしながら、板状部材の表面に圧電素子が形成された振動ユニットをスタック(積層)させる場合、例えば隣り合う振動ユニットを、接着剤などを用いて接合させるが、振動ユニットの平坦性が悪いと、隣り合う振動ユニット間に空間が生じる場合がある。そのため、隣り合う振動ユニット間で振動伝達のロスが生じて、十分に高出力化を図ることができない場合がある。   However, when stacking (stacking) vibration units in which piezoelectric elements are formed on the surface of the plate-like member, for example, adjacent vibration units are bonded using an adhesive or the like, but if the flatness of the vibration unit is poor, There may be a space between adjacent vibration units. For this reason, there is a case where vibration transmission loss occurs between adjacent vibration units, and a sufficiently high output cannot be achieved.

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 driving device capable of achieving high output. Another object of some aspects of the present invention is to provide a method of manufacturing a piezoelectric driving device capable of achieving high output. Another object of some embodiments of the present invention is to provide a motor, a robot, or a pump including the piezoelectric driving device described above.

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、
複数の振動ユニットを含む圧電駆動装置であって、
前記振動ユニットは、
振動板と、
前記振動板の上方に設けられた第1電極層と、
前記第1電極層の上方に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第2電極層と、
前記第2電極層と電気的に接続された第1配線層と、
前記第1電極層、前記圧電体層、および前記第2電極層の上方に設けられた第1絶縁層と、
を含み、
前記第1絶縁層の上面と前記第1配線層の上面とは、連続し、
複数の前記振動ユニットは、前記振動板の板面に垂直な方向に重なるように配置されている。
[Application Example 1]
One aspect of the piezoelectric drive device according to the present invention is:
A piezoelectric drive device including a plurality of vibration units,
The vibration unit is
A diaphragm,
A first electrode layer provided above the diaphragm;
A piezoelectric layer provided above the first electrode layer;
A second electrode layer provided above the piezoelectric layer;
A first wiring layer electrically connected to the second electrode layer;
A first insulating layer provided above the first electrode layer, the piezoelectric layer, and the second electrode layer;
Including
The upper surface of the first insulating layer and the upper surface of the first wiring layer are continuous,
The plurality of vibration units are arranged so as to overlap in a direction perpendicular to the plate surface of the vibration plate.

このような圧電駆動装置では、第1絶縁層の上面と第1配線層の上面とが連続しておらず、2つの上面の間に段差がある場合に比べて、振動ユニットの接合面(他の振動ユニットと接合される面)の平坦性を向上させることができる。これにより、このような圧電駆動装置では、隣り合う振動ユニット間に空間が生じることを抑制することができる。その結果、このような圧電駆動装置では、隣り合う振動ユニット間で振動伝達のロスが生じることを抑制することができ、高出力化を図ることができる。   In such a piezoelectric drive device, the upper surface of the first insulating layer and the upper surface of the first wiring layer are not continuous and there is a step between the two upper surfaces. The flatness of the surface joined to the vibration unit can be improved. Thereby, in such a piezoelectric drive device, it can suppress that space arises between adjacent vibration units. As a result, in such a piezoelectric drive device, it is possible to suppress the loss of vibration transmission between adjacent vibration units, and to achieve high output.

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの(以下、「A」という)の「上方」に他の特定のもの(以下、「B」という)を形成する」などと用いる場合に、A上に直接Bを形成するような場合と、A上に他のものを介してBを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。   In the description according to the present invention, the word “upper” is used, for example, “specifically” (hereinafter referred to as “A”) is formed above another specific thing (hereinafter referred to as “B”). The word “above” is used to include the case where B is formed directly on A and the case where B is formed on A via another object. Used.

また、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「C部材」という)に「電気的に接続」された他の特定の部材(以下「D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、C部材とD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、C部材とD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。   Further, in the description of the present invention, the term “electrically connected” refers to, for example, another specific member (hereinafter referred to as “electrically connected” to “specific member (hereinafter referred to as“ C member ”)”. It is used as "D member"). In the description according to the present invention, in the case of this example, the case where the C member and the D member are directly connected and electrically connected, and the C member and the D member are the other members. The term “electrically connected” is used as a case where the case where the terminals are electrically connected to each other is included.

[適用例2]
適用例1において、
前記第1絶縁層は、
無機絶縁層と、
前記無機絶縁層の上方に設けられた有機絶縁層と、
を有してもよい。
[Application Example 2]
In application example 1,
The first insulating layer includes
An inorganic insulating layer;
An organic insulating layer provided above the inorganic insulating layer;
You may have.

このような圧電駆動装置では、第1電極層と第2電極層との間の短絡を抑制することができ、圧電素子の耐久性を向上させることができる。   In such a piezoelectric drive device, a short circuit between the first electrode layer and the second electrode layer can be suppressed, and the durability of the piezoelectric element can be improved.

[適用例3]
適用例1または2において、
前記第1絶縁層の上方に設けられた第2絶縁層と、
前記第2絶縁層および前記第1配線層の上方に設けられ、前記第1配線層と電気的に接続された第2配線層と、
を含んでもよい。
[Application Example 3]
In application example 1 or 2,
A second insulating layer provided above the first insulating layer;
A second wiring layer provided above the second insulating layer and the first wiring layer and electrically connected to the first wiring layer;
May be included.

このような圧電駆動装置では、第1配線層および第2配線層によって構成される配線の引き回しの自由度を向上させることができる。   In such a piezoelectric driving device, it is possible to improve the degree of freedom of routing of the wiring constituted by the first wiring layer and the second wiring layer.

[適用例4]
適用例3において、
前記第2配線層は、
前記第1電極層と電気的に接続された第1配線部と、
前記第2電極層と電気的に接続された第2配線部と、
を有し、
前記第1配線部と前記第2配線部との間に第3絶縁層が設けられ、
前記第3絶縁層の上面と前記第2配線層の上面とは、連続していてもよい。
[Application Example 4]
In application example 3,
The second wiring layer is
A first wiring portion electrically connected to the first electrode layer;
A second wiring portion electrically connected to the second electrode layer;
Have
A third insulating layer is provided between the first wiring portion and the second wiring portion;
The upper surface of the third insulating layer and the upper surface of the second wiring layer may be continuous.

このような圧電駆動装置では、第3絶縁層の上面と第2配線層の上面とが連続しておらず、2つの上面の間に段差がある場合に比べて、振動ユニットの接合面の平坦性を向上させることができる。   In such a piezoelectric driving device, the upper surface of the third insulating layer and the upper surface of the second wiring layer are not continuous, and the bonding surface of the vibration unit is flat compared to the case where there is a step between the two upper surfaces. Can be improved.

[適用例5]
適用例3または4において、
前記第1配線層および前記第2配線層の少なくとも一方の上に、無電解めっき層が設けられ、
前記無電解めっき層の材質は、ニッケルであってもよい。
[Application Example 5]
In application example 3 or 4,
An electroless plating layer is provided on at least one of the first wiring layer and the second wiring layer,
The electroless plating layer may be made of nickel.

このような圧電駆動装置では、第1配線層および第2配線層の少なくとも一方の酸化を抑制することができる。   In such a piezoelectric drive device, oxidation of at least one of the first wiring layer and the second wiring layer can be suppressed.

[適用例6]
適用例3ないし5のいずれか1例において、
前記第2配線層の上方に金属層が設けられ、
隣り合う前記振動ユニットのうちの一方の前記振動ユニットの前記金属層と、他方の前記振動ユニットの前記金属層とは、互いに向かい合って金属接合されていてもよい。
[Application Example 6]
In any one of Application Examples 3 to 5,
A metal layer is provided above the second wiring layer;
The metal layer of one of the vibration units adjacent to each other and the metal layer of the other vibration unit may be metal-bonded so as to face each other.

このような圧電駆動装置では、接着剤を用いずに、強固に隣り合う振動ユニットを接合させることができる。   In such a piezoelectric drive device, adjacent vibration units can be firmly joined without using an adhesive.

[適用例7]
適用例1ないし6のいずれか1例において、
前記第1電極層と前記第1絶縁層とに挟まれたダミー圧電体層が設けられ、
前記ダミー圧電体層には、電圧が印加されなくてもよい。
[Application Example 7]
In any one of Application Examples 1 to 6,
A dummy piezoelectric layer sandwiched between the first electrode layer and the first insulating layer is provided;
A voltage may not be applied to the dummy piezoelectric layer.

このような圧電駆動装置では、ダミー圧電体層が設けられていない場合に比べて、振動ユニットの接合面の平坦性を向上させることができる。   In such a piezoelectric driving device, the flatness of the joint surface of the vibration unit can be improved as compared with the case where the dummy piezoelectric layer is not provided.

[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、
複数の振動ユニットを形成する工程と、
複数の前記振動ユニットを、振動板の板面に垂直な方向に重なるように配置する工程と、
を含み、
前記振動ユニットを形成する工程は、
前記振動板の上方に第1電極層を形成する工程と、
前記第1電極層の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第2電極層を形成する工程と、
前記第1電極層および前記第2電極層が露出するように、前記第1電極層、前記圧電体層、および前記第2電極層の上方に、第1絶縁層を形成する工程と、
露出された前記第1電極層および前記第2電極層と電気的に接続される第1配線層を形成する工程と、
前記第1配線層の上部を除去して、前記第1絶縁層の上面と前記第1配線層の上面とを連続させる工程と、
を有する。
[Application Example 8]
One aspect of a method for manufacturing a piezoelectric drive device according to the present invention is as follows.
Forming a plurality of vibration units;
Arranging a plurality of the vibration units so as to overlap in a direction perpendicular to a plate surface of the diaphragm;
Including
The step of forming the vibration unit includes:
Forming a first electrode layer above the diaphragm;
Forming a piezoelectric layer above the first electrode layer;
Forming a second electrode layer above the piezoelectric layer;
Forming a first insulating layer above the first electrode layer, the piezoelectric layer, and the second electrode layer so that the first electrode layer and the second electrode layer are exposed;
Forming a first wiring layer electrically connected to the exposed first electrode layer and the second electrode layer;
Removing the upper portion of the first wiring layer and continuing the upper surface of the first insulating layer and the upper surface of the first wiring layer;
Have

このような圧電駆動装置の製造方法では、振動ユニットの接合面の平坦性を向上させる
ことができ、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。
In such a method for manufacturing a piezoelectric drive device, the flatness of the joint surface of the vibration unit can be improved, and a piezoelectric drive device capable of achieving high output can be manufactured.

[適用例9]
適用例8において、
前記振動ユニットを形成する工程は、
前記第1絶縁層の上方に第2絶縁層を形成する工程と、
前記第2絶縁層の上方に第3絶縁層を形成する工程と、
前記第3絶縁層の上方に、前記第1配線層と電気的に接続される第2配線層を形成する工程と、
前記第2配線層の上部を除去して、前記第3絶縁層の上面と前記第2配線層の上面とを連続させる工程と、
を有してもよい。
[Application Example 9]
In application example 8,
The step of forming the vibration unit includes:
Forming a second insulating layer above the first insulating layer;
Forming a third insulating layer above the second insulating layer;
Forming a second wiring layer electrically connected to the first wiring layer above the third insulating layer;
Removing the upper portion of the second wiring layer, and continuing the upper surface of the third insulating layer and the upper surface of the second wiring layer;
You may have.

このような圧電駆動装置の製造方法では、振動ユニットの接合面の平坦性を、より向上させることができる。   In such a method of manufacturing a piezoelectric drive device, the flatness of the joint surface of the vibration unit can be further improved.

[適用例10]
適用例9において、
前記振動ユニットを形成する工程は、
前記第2配線層の上方に、金属層を形成する工程を有し、
複数の前記振動ユニットを配置する工程では、
隣り合う前記振動ユニットのうちの一方の前記振動ユニットの前記金属層と、他方の前記振動ユニットの前記金属層とを、向かい合わせて金属接合させてもよい。
[Application Example 10]
In application example 9,
The step of forming the vibration unit includes:
Forming a metal layer above the second wiring layer;
In the step of arranging a plurality of the vibration units,
The metal layer of one of the vibration units adjacent to each other and the metal layer of the other vibration unit may be metal-bonded facing each other.

このような圧電駆動装置の製造方法では、接着剤を用いずに、強固に隣り合う振動ユニットを接合させることができる。   In such a method for manufacturing a piezoelectric drive device, it is possible to firmly bond adjacent vibration units without using an adhesive.

[適用例11]
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 11]
One aspect of the motor according to the present invention is:
The piezoelectric drive device according to any one of Application Examples 1 to 7, and
A rotor rotated by the piezoelectric drive 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ことができる。   Such a motor can include a piezoelectric drive according to the present invention.

[適用例12]
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 12]
One aspect of the robot according to the present invention is:
A plurality of link parts;
A joint part connecting a plurality of the link parts;
The piezoelectric drive device according to any one of Application Examples 1 to 7, in which a plurality of the link portions are rotated at 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13]
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 13]
One aspect of the pump according to the present invention is:
The piezoelectric drive device according to any one of Application Examples 1 to 7, and
A tube that transports 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 can include a piezoelectric drive according to the present invention.

本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a piezoelectric drive device according to an embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a piezoelectric drive device according to an embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置を説明するための等価回路を示す図。The figure which shows the equivalent circuit for demonstrating the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の動作を説明するための図。The figure for demonstrating operation | movement of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a piezoelectric drive device according to an embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a piezoelectric drive device according to an embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る圧電駆動装置の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態の第1変形例に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on the 1st modification of this embodiment. 本実施形態の第2変形例に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on the 2nd modification of this embodiment. 本実施形態の第3変形例に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on the 3rd modification of this embodiment. 本実施形態の第3変形例に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on the 3rd modification of this embodiment. 本実施形態の第4変形例に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on the 4th modification of this embodiment. 本実施形態の第5変形例に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on the 5th modification of this embodiment. 本実施形態の第5変形例に係る圧電駆動装置を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the piezoelectric drive device which concerns on the 5th modification of this embodiment. 本実施形態に係るロボットを説明するための図。The figure for demonstrating the robot which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るロボットの手首部分を説明するための図。The figure for demonstrating the wrist part of the robot which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るポンプを説明するための図。The figure for demonstrating the pump which concerns on this embodiment.

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。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS 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, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present 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。
1. Piezoelectric Drive Device 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 piezoelectric driving device 100 according to this embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1 schematically showing the piezoelectric driving device 100 according to the present embodiment.

圧電駆動装置100は、図1および図2に示すように、複数の振動ユニット102を含む。図示の例では、圧電駆動装置100は、2つの振動ユニット102a,102bを含む。なお、複数の振動ユニット102の数は、特に限定されない。   The piezoelectric drive device 100 includes a plurality of vibration units 102 as shown in FIGS. 1 and 2. In the illustrated example, the piezoelectric driving device 100 includes two vibration units 102a and 102b. Note that the number of the plurality of vibration units 102 is not particularly limited.

第1振動ユニット102aおよび第2振動ユニット102bは、図2に示すように、基板10と、構造体101と、を有する。基板10は、第1面10aと、第1面10aとは反対側の第2面10bと、を有している。第1面10aおよび第2面10bは、基板10の主面である。構造体101は、基板10の第1面10aに設けられている。なお、図2では、構造体101を簡略化して図示している。   As shown in FIG. 2, the first vibration unit 102 a and the second vibration unit 102 b include a substrate 10 and a structure body 101. The substrate 10 has a first surface 10a and a second surface 10b opposite to the first surface 10a. The first surface 10 a and the second surface 10 b are main surfaces of the substrate 10. The structure 101 is provided on the first surface 10 a of the substrate 10. In FIG. 2, the structure 101 is illustrated in a simplified manner.

複数の振動ユニット102は、基板10の第1面(振動板の板面)10aに垂直な方に重なるように配置されている。図示の例では、複数の振動ユニット102は、基板10の厚さ方向に重なるように配置されている。第1振動ユニット102aと第2振動ユニット102bとは、第1振動ユニット102aの基板10の第1面10aと、第2振動ユニット102bの基板10の第1面10aとが対向するように接合されている。図示の例では、構造体101は、第2面10bと反対を向く接合面101aを有し、第1振動ユニット102aの接合面101aと第2振動ユニット102bの接合面101aとは、接着剤2を介して接合されている。   The plurality of vibration units 102 are arranged so as to overlap with a direction perpendicular to the first surface (plate surface of the vibration plate) 10a of the substrate 10. In the illustrated example, the plurality of vibration units 102 are arranged so as to overlap in the thickness direction of the substrate 10. The first vibration unit 102a and the second vibration unit 102b are joined so that the first surface 10a of the substrate 10 of the first vibration unit 102a and the first surface 10a of the substrate 10 of the second vibration unit 102b face each other. ing. In the illustrated example, the structure 101 has a joint surface 101a facing away from the second surface 10b, and the joint surface 101a of the first vibration unit 102a and the joint surface 101a of the second vibration unit 102b are adhesive 2 It is joined via.

なお、図示はしないが、第1振動ユニット102aと第2振動ユニット102bとは、第1振動ユニット102aの基板10の第1面10aと、第2振動ユニット102bの基板10の第2面10bとが対向するように接合されていてもよい。この場合、第1振動ユニット102aの構造体101と、第2振動ユニット102bの基板10とが、接合される。   Although not shown, the first vibration unit 102a and the second vibration unit 102b are the first surface 10a of the substrate 10 of the first vibration unit 102a and the second surface 10b of the substrate 10 of the second vibration unit 102b. May be joined so as to face each other. In this case, the structure 101 of the first vibration unit 102a and the substrate 10 of the second vibration unit 102b are joined.

ここで、図3は、第1振動ユニット102aを模式的に示す平面図である。図4は、第1振動ユニット102aを模式的に示す図3のIV−IV線断面図である。第1振動ユニット102aおよび第2振動ユニット102b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3および図4を用いて、第1振動ユニット102aについて説明する。第1振動ユニット102aにおける説明は、基本的に、第2振動ユニット102bに適用することができる。   Here, FIG. 3 is a plan view schematically showing the first vibration unit 102a. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3 schematically showing the first vibration unit 102a. The first vibration unit 102a and the second vibration unit 102b basically have the same configuration. Therefore, hereinafter, the first vibration unit 102a will be described with reference to FIGS. The description of the first vibration unit 102a can be basically applied to the second vibration unit 102b.

第1振動ユニット102aは、図3および図4に示すように、基板10と、構造体101と、を含む。第1振動ユニット102aには、接触部20が設けられている。構造体101は、第1電極層32と、圧電体層34と、ダミー圧電体層35と、第2電極層36と、第1絶縁層40と、第2絶縁層42と、第3絶縁層44と、第4絶縁層46と、第1配線層50、第2配線層52と、を含む。なお、図3では、便宜上、基板10、電極層32,36および圧電体層34から構成されている圧電素子30、ならびにダミー圧電体層35以外の部材の図示を省略している。   As shown in FIGS. 3 and 4, the first vibration unit 102 a includes a substrate 10 and a structure 101. A contact portion 20 is provided in the first vibration unit 102a. The structure 101 includes a first electrode layer 32, a piezoelectric layer 34, a dummy piezoelectric layer 35, a second electrode layer 36, a first insulating layer 40, a second insulating layer 42, and a third insulating layer. 44, a fourth insulating layer 46, a first wiring layer 50, and a second wiring layer 52. In FIG. 3, for the sake of convenience, illustration of members other than the substrate 10, the electrode layers 32 and 36, and the piezoelectric element 30 including the piezoelectric layer 34 and the dummy piezoelectric layer 35 is omitted.

基板10は、例えば、シリコン基板11aと、シリコン基板11a上に設けられた下地層11bと、から構成されている。シリコン基板11aの厚さは、例えば、100μm程度である。下地層11bは、絶縁層である。下地層11bは、例えば、シリコン基板11a上に設けられた酸化シリコン(SiO)層と、酸化シリコン層上に設けられた酸化ジルコニウム(ZrO)層と、の積層体から構成されている。 The substrate 10 includes, for example, a silicon substrate 11a and a base layer 11b provided on the silicon substrate 11a. The thickness of the silicon substrate 11a is, for example, about 100 μm. The foundation layer 11b is an insulating layer. The base layer 11b is composed of, for example, a stacked body of a silicon oxide (SiO 2 ) layer provided on the silicon substrate 11a and a zirconium oxide (ZrO 2 ) layer provided on the silicon oxide layer.

基板10は、図3に示すように、振動体部(振動板)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、構造体101が設けられ
ている。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短手方向に延出し、支持部14に接続されている。
As illustrated in FIG. 3, the substrate 10 includes a vibrating body portion (diaphragm) 12, a support portion 14, a first connection portion 16, and a second connection portion 18. The planar shape (the shape seen from the thickness direction of the substrate 10) of the vibrating body portion 12 is substantially rectangular. A structural body 101 is provided on the vibrating body portion 12. A piezoelectric element 30 is provided on the vibrating body 12, and the vibrating body 12 can vibrate by deformation of the piezoelectric element 30. The support portion 14 supports the vibrating body portion 12 via the connection portions 16 and 18. In the illustrated example, the connection parts 16 and 18 extend from the central part in the longitudinal direction of the vibrating body part 12 in the short direction perpendicular to the longitudinal direction and are connected to the support part 14.

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(Al)、ジルコニア(ZrO)、窒化ケイ素(SiN)など)である。 The contact portion 20 is provided on the vibrating body portion 12. In the example shown in the drawing, the vibrating body 12 is provided with a recess 12a, and the contact portion 20 is fitted into the recess 12a and bonded (for example, bonded). The contact portion 20 is a member that contacts the driven member and transmits the movement of the vibrating body portion 12 to the driven member. The material of the contact portion 20 is, for example, ceramics (specifically, alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silicon nitride (Si 3 N), etc.).

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。   The piezoelectric element 30 is provided on the substrate 10. Specifically, the piezoelectric element 30 is provided on the vibrating body portion 12.

第1電極層32は、振動体部12の上方に(図示の例では振動体部12上に)設けられている。図示の例では、第1電極層32の平面形状は、長方形である。第1電極層32は、振動体部12上に設けられたチタン層と、チタン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。チタン層の厚さは、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電極層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電極層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 first electrode layer 32 is provided above the vibrating body portion 12 (on the vibrating body portion 12 in the illustrated example). In the illustrated example, the planar shape of the first electrode layer 32 is a rectangle. The first electrode layer 32 may be configured by a titanium layer provided on the vibrating body portion 12 and a platinum layer provided on the titanium layer. The thickness of the titanium layer is, for example, not less than 5 nm and not more than 100 nm. The thickness of the platinum layer is, for example, not less than 50 nm and not more than 300 nm. The first electrode layer 32 is a metal layer made of Ti, Pt, Ta, Ir, Sr, In, Sn, Au, Al, Fe, Cr, Ni, Cu, or a mixture or stack of two or more of these. It may be what you did. The first electrode layer 32 is one electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer 34.

圧電体層34は、第1電極層32の上方に(図示の例では第1電極層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 piezoelectric layer 34 is provided above the first electrode layer 32 (on the first electrode layer 32 in the illustrated example). In the illustrated example, the planar shape of the piezoelectric layer 34 is a rectangle. The thickness of the piezoelectric layer 34 is, for example, not less than 50 nm and not more than 20 μm, and preferably not less than 1 μm and not more than 7 μm. Thus, the piezoelectric element 30 is a thin film piezoelectric element. If the thickness of the piezoelectric layer 34 is smaller than 50 nm, the output of the piezoelectric driving device 100 may be small. Specifically, when the voltage applied to the piezoelectric layer 34 is increased in order to increase the output, the piezoelectric layer 34 may cause dielectric breakdown. If the thickness of the piezoelectric layer 34 is greater than 20 μm, the piezoelectric layer 34 may crack.

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)O:PZT)、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti,Nb)O:PZTN)である。圧電体層34は、例えば、第1電極層32と第2電極層36とに挟まれている。圧電体層34は、電極層32,36間に電圧が印加されることにより能動的に変形(伸縮)する。 As the piezoelectric layer 34, a perovskite oxide piezoelectric material is used. Specifically, the material of the piezoelectric layer 34 is, for example, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 : PZT), lead zirconate titanate niobate (Pb (Zr, Ti, Nb) O). 3 : PZTN). For example, the piezoelectric layer 34 is sandwiched between the first electrode layer 32 and the second electrode layer 36. The piezoelectric layer 34 is actively deformed (stretched) when a voltage is applied between the electrode layers 32 and 36.

ダミー圧電体層35は、第1電極層32上に設けられている。図示の例では、ダミー圧電体層35は、第1電極層32と第1絶縁層40とに挟まれている。ダミー圧電体層35は、第1電極層32と第2電極層36とに挟まれていない。ダミー圧電体層35には、電極層32,36によって電圧が印加されない。   The dummy piezoelectric layer 35 is provided on the first electrode layer 32. In the illustrated example, the dummy piezoelectric layer 35 is sandwiched between the first electrode layer 32 and the first insulating layer 40. The dummy piezoelectric layer 35 is not sandwiched between the first electrode layer 32 and the second electrode layer 36. No voltage is applied to the dummy piezoelectric layer 35 by the electrode layers 32 and 36.

ダミー圧電体層35は、平面視において(基板10の厚さ方向からみて)、圧電体層34を囲んで設けられている。ダミー圧電体層35は、第1コンタクトホール60が設けられている。ダミー圧電体層35は、圧電体層34と一体的に設けられている。ダミー圧電体層35の材質は、圧電体層34の材質と同じである。圧電体層34の外縁は、例えば、平面視において、第1電極層32の外縁と重なっている。なお、図示はしないが、ダミー
圧電体層35は、支持部14および接続部16,18にも設けられていてもよい。
The dummy piezoelectric layer 35 is provided so as to surround the piezoelectric layer 34 in a plan view (as viewed from the thickness direction of the substrate 10). The dummy piezoelectric layer 35 is provided with a first contact hole 60. The dummy piezoelectric layer 35 is provided integrally with the piezoelectric layer 34. The material of the dummy piezoelectric layer 35 is the same as the material of the piezoelectric layer 34. For example, the outer edge of the piezoelectric layer 34 overlaps with the outer edge of the first electrode layer 32 in plan view. Although not shown, the dummy piezoelectric layer 35 may also be provided on the support portion 14 and the connection portions 16 and 18.

第2電極層36は、圧電体層34の上方に(図示の例では圧電体層34上に)設けられている。図示の例では、第2電極層36の平面形状は、長方形である。第2電極層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電極層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 second electrode layer 36 is provided above the piezoelectric layer 34 (in the illustrated example, on the piezoelectric layer 34). In the illustrated example, the planar shape of the second electrode layer 36 is a rectangle. The second electrode layer 36 may be configured by an adhesion layer provided on the piezoelectric layer 34 and a conductive layer provided on the adhesion layer. The thickness of the adhesion layer is, for example, 10 nm or more and 100 nm or less. The adhesion layer is, for example, a TiW layer, a Ti layer, a Cr layer, a NiCr layer, or a laminate thereof. The thickness of the conductive layer is, for example, 1 μm or more and 10 μm or less. The conductive layer is, for example, a Cu layer, an Au layer, an Al layer, or a laminate thereof. The second electrode layer 36 is the other electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer 34.

圧電素子30は、図3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〜30dは、振動体部12の四隅に設けられている。   As shown in FIG. 3, a plurality of piezoelectric elements 30 are provided. In the illustrated example, five piezoelectric elements 30 are provided (piezoelectric elements 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e). In plan view (as viewed from the thickness direction of the substrate 10), for example, the areas of the piezoelectric elements 30a to 30d are the same, and the piezoelectric element 30e has a larger area than the piezoelectric elements 30a to 30d. The piezoelectric element 30 e is provided along the longitudinal direction of the vibrating body 12 at the central portion in the short direction of the vibrating body 12. The piezoelectric elements 30 a to 30 d are provided at the four corners of the vibrating body portion 12.

圧電素子30a〜30eにおいて、第1電極層32は、1つの連続的な導電層として設けられている。圧電体層34は、圧電素子30a〜30eに対応して、5つ設けられている。ダミー圧電体層35は、1つの連続的な圧電体層として設けられている。第2電極層36は、圧電素子30a〜30eに対応して、5つ設けられている。   In the piezoelectric elements 30a to 30e, the first electrode layer 32 is provided as one continuous conductive layer. Five piezoelectric layers 34 are provided corresponding to the piezoelectric elements 30a to 30e. The dummy piezoelectric layer 35 is provided as one continuous piezoelectric layer. Five second electrode layers 36 are provided corresponding to the piezoelectric elements 30a to 30e.

第1絶縁層40は、図4に示すように、電極層32,36および圧電体層34の上方に(図示の例では電極層32,36上およびダミー圧電体層35上に)設けられている。第1絶縁層40は、無機絶縁層40aと、有機絶縁層40bと、を有している。   As shown in FIG. 4, the first insulating layer 40 is provided above the electrode layers 32 and 36 and the piezoelectric layer 34 (on the electrode layers 32 and 36 and the dummy piezoelectric layer 35 in the illustrated example). Yes. The first insulating layer 40 includes an inorganic insulating layer 40a and an organic insulating layer 40b.

第1絶縁層40の無機絶縁層40aは、電極層32,36上およびダミー圧電体層35上に設けられている。無機絶縁層40aの材質は、例えば、酸化アルミニウム(Al)である。無機絶縁層40aには、第2コンタクトホール62が設けられている。図示の例では、第2コンタクトホール62は、第2電極層36上に複数設けられている。 The inorganic insulating layer 40 a of the first insulating layer 40 is provided on the electrode layers 32 and 36 and the dummy piezoelectric layer 35. The material of the inorganic insulating layer 40a is, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ). A second contact hole 62 is provided in the inorganic insulating layer 40a. In the illustrated example, a plurality of second contact holes 62 are provided on the second electrode layer 36.

第1絶縁層40の有機絶縁層40bは、無機絶縁層40aの上方に(図示の例では無機絶縁層40a上に)設けられている。有機絶縁層40bは、例えば、感光性を有する。「感光性」とは、物質が光によって化学反応を引き起こす性質のことである。具体的には、有機絶縁層40bは、エッチングを用いなくても、露光、現像、およびベーク(熱処理)によってパターニングされることができる。有機絶縁層40bの材質は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などである。より具体的には、有機絶縁層40bの材質は、ネガ型の永久レジスト(例えば東京応化製のS2000)である。有機絶縁層40bには、第3コンタクトホール64が設けられている。第3コンタクトホール64は、第2コンタクトホール62と連通している。なお、有機絶縁層40bが感光性を有していない場合は、有機絶縁層40bは、フォトリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングされる。   The organic insulating layer 40b of the first insulating layer 40 is provided above the inorganic insulating layer 40a (in the illustrated example, on the inorganic insulating layer 40a). The organic insulating layer 40b has photosensitivity, for example. "Photosensitivity" refers to the property that a substance causes a chemical reaction by light. Specifically, the organic insulating layer 40b can be patterned by exposure, development, and baking (heat treatment) without using etching. The material of the organic insulating layer 40b is, for example, an epoxy resin or an acrylic resin. More specifically, the material of the organic insulating layer 40b is a negative permanent resist (for example, S2000 manufactured by Tokyo Ohka). A third contact hole 64 is provided in the organic insulating layer 40b. The third contact hole 64 communicates with the second contact hole 62. In addition, when the organic insulating layer 40b does not have photosensitivity, the organic insulating layer 40b is patterned by photolithography and etching.

第1配線層50は、コンタクトホール62,64に設けられている。第1絶縁層40の上面41と第1配線層50の上面51とは、連続している。例えば、上面41,51は、上面41,51の境界において段差を有していない。上面41,51は、ツライチである。図示の例は、上面41,51は、1つの平坦な平面を構成している。例えば、第1配線層50の高さは、第1絶縁層40の高さと同じである。   The first wiring layer 50 is provided in the contact holes 62 and 64. The upper surface 41 of the first insulating layer 40 and the upper surface 51 of the first wiring layer 50 are continuous. For example, the upper surfaces 41 and 51 have no step at the boundary between the upper surfaces 41 and 51. The upper surfaces 41 and 51 are trichomes. In the illustrated example, the upper surfaces 41 and 51 constitute one flat plane. For example, the height of the first wiring layer 50 is the same as the height of the first insulating layer 40.

第1配線層50は、例えば、第1シード層6と、第1シード層6上に設けられた第1めっき層7と、を有している。第1シード層6は、例えば、無電解めっき法で形成された無電解めっき層である。第1シード層6の材質は、例えば、ニッケルである。第1シード層6の厚さは、例えば、100nm程度である。めっき層7の材質は、例えば、銅である。第1めっき層7の厚さ(平坦な面に形成された場合の厚さ)は、例えば、5μm程度である。   The first wiring layer 50 includes, for example, a first seed layer 6 and a first plating layer 7 provided on the first seed layer 6. The first seed layer 6 is, for example, an electroless plating layer formed by an electroless plating method. The material of the first seed layer 6 is, for example, nickel. The thickness of the first seed layer 6 is, for example, about 100 nm. The material of the plating layer 7 is, for example, copper. The thickness of the first plating layer 7 (thickness when formed on a flat surface) is, for example, about 5 μm.

なお、第1シード層6は、チタンタングステン層(例えば厚さ50nm程度)と、該チタンタングステン層上に設けられた銅層(例えば厚さ100nm程度)と、の積層体であってもよい。   The first seed layer 6 may be a stacked body of a titanium tungsten layer (for example, about 50 nm thick) and a copper layer (for example, about 100 nm thick) provided on the titanium tungsten layer.

第1配線層50は、第1配線部50aと、第2配線部50bと、を有している。第1配線部50aは、第1電極層32の上方に設けられ、第1電極層32と電気的に接続されている。第2配線部50bは、第2電極層36の上方に設けられ、第2電極層36と電気的に接続されている。   The first wiring layer 50 includes a first wiring part 50a and a second wiring part 50b. The first wiring part 50 a is provided above the first electrode layer 32 and is electrically connected to the first electrode layer 32. The second wiring part 50 b is provided above the second electrode layer 36 and is electrically connected to the second electrode layer 36.

第1配線層50上には、無電解めっき法で形成された第1無電解めっき層70が設けられている。第1無電解めっき層70の材質は、例えば、ニッケルである。第1無電解めっき層70の厚さは、例えば、100nm程度である。   On the first wiring layer 50, a first electroless plating layer 70 formed by an electroless plating method is provided. The material of the first electroless plating layer 70 is, for example, nickel. The thickness of the first electroless plating layer 70 is, for example, about 100 nm.

第2絶縁層42は、第1絶縁層40の上方に(図示の例では第1絶縁層40上に)設けられている。図示の例では、第2絶縁層42は、第1配線層50の第2配線部50bの上方にも設けられている。第2絶縁層42には、第4コンタクトホール66が設けられている。図示の例では、第2配線部50bの上方には、複数の第4コンタクトホール66が設けられている。第2絶縁層42の材質は、例えば、有機絶縁層40bと同じである。   The second insulating layer 42 is provided above the first insulating layer 40 (on the first insulating layer 40 in the illustrated example). In the illustrated example, the second insulating layer 42 is also provided above the second wiring portion 50 b of the first wiring layer 50. A fourth contact hole 66 is provided in the second insulating layer 42. In the illustrated example, a plurality of fourth contact holes 66 are provided above the second wiring portion 50b. The material of the second insulating layer 42 is, for example, the same as that of the organic insulating layer 40b.

第3絶縁層44は、第2絶縁層42の上方に(図示の例では第2絶縁層42上に)設けられている。第3絶縁層44の材質は、例えば、有機絶縁層40bと同じである。   The third insulating layer 44 is provided above the second insulating layer 42 (on the second insulating layer 42 in the illustrated example). The material of the third insulating layer 44 is, for example, the same as that of the organic insulating layer 40b.

第2配線層52は、第2絶縁層42および第1配線層50の上方に設けられている。第2配線層52は、第4コンタクトホール66に設けられている。第2配線層52は、第1無電解めっき層70を介して、第1配線層50と電気的に接続されている。第2配線層52は、図示せぬ電源と電気的に接続されている。第3絶縁層44の上面45と第2配線層52の上面53とは、連続している。例えば、上面45,53は、上面45,53の境界において段差を有していない。上面45,53は、ツライチである。図示の例は、上面45,53は、1つの平坦な平面を構成している。例えば、第2配線層52の高さは、第3絶縁層44の高さと同じである。   The second wiring layer 52 is provided above the second insulating layer 42 and the first wiring layer 50. The second wiring layer 52 is provided in the fourth contact hole 66. The second wiring layer 52 is electrically connected to the first wiring layer 50 through the first electroless plating layer 70. The second wiring layer 52 is electrically connected to a power source (not shown). The upper surface 45 of the third insulating layer 44 and the upper surface 53 of the second wiring layer 52 are continuous. For example, the upper surfaces 45 and 53 have no step at the boundary between the upper surfaces 45 and 53. The upper surfaces 45 and 53 are pitched. In the illustrated example, the upper surfaces 45 and 53 constitute one flat plane. For example, the height of the second wiring layer 52 is the same as the height of the third insulating layer 44.

第2配線層52は、例えば、第2シード層8と、第2シード層8上に設けられた第2めっき層9と、を有している。第2シード層8は、例えば、無電解めっき法で形成された無電解めっき層である。第2シード層8の材質および厚さは、例えば、第1シード層6と同じである。第2めっき層9の材質および厚さは、例えば、第1めっき層7と同じである。   The second wiring layer 52 includes, for example, a second seed layer 8 and a second plating layer 9 provided on the second seed layer 8. The second seed layer 8 is an electroless plating layer formed by, for example, an electroless plating method. The material and thickness of the second seed layer 8 are the same as those of the first seed layer 6, for example. The material and thickness of the second plating layer 9 are the same as those of the first plating layer 7, for example.

第2配線層52は、第1配線部52aと、第2配線部52bと、を有している。第1配線部52aは、第1配線層50の第1配線部50aを介して、第1電極層32と電気的に接続されている。第2配線部52bは、第1配線層50の第2配線部50bを介して、第2電極層36と電気的に接続されている。第3絶縁層44は、第1配線部52aと第2配線部52bとの間に設けられている。   The second wiring layer 52 includes a first wiring part 52a and a second wiring part 52b. The first wiring part 52 a is electrically connected to the first electrode layer 32 through the first wiring part 50 a of the first wiring layer 50. The second wiring part 52 b is electrically connected to the second electrode layer 36 via the second wiring part 50 b of the first wiring layer 50. The third insulating layer 44 is provided between the first wiring part 52a and the second wiring part 52b.

第2配線層52上には、無電解めっき法で形成された第2無電解めっき層72が設けら
れている。第2無電解めっき層72の材質および厚さは、例えば、第1無電解めっき層70と同じである。
On the second wiring layer 52, a second electroless plating layer 72 formed by an electroless plating method is provided. The material and thickness of the second electroless plating layer 72 are the same as those of the first electroless plating layer 70, for example.

第4絶縁層46は、第3絶縁層44および第2配線層52の上方に(図示の例では第3絶縁層44上および第2無電解めっき層72上に)設けられている。第4絶縁層46は、接合面101aを構成している。第4絶縁層46の材質は、例えば、有機絶縁層40bの材質と同じである。   The fourth insulating layer 46 is provided above the third insulating layer 44 and the second wiring layer 52 (on the third insulating layer 44 and the second electroless plating layer 72 in the illustrated example). The fourth insulating layer 46 constitutes the bonding surface 101a. The material of the fourth insulating layer 46 is the same as the material of the organic insulating layer 40b, for example.

図5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5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. 5 is a diagram showing an equivalent circuit for explaining the piezoelectric driving device 100. The piezoelectric elements 30 are divided into three groups. The first group has two piezoelectric elements 30a and 30d. The second group has two piezoelectric elements 30b and 30c. The third group has only one piezoelectric element 30e. As shown in FIG. 5, the first group of piezoelectric elements 30 a and 30 d are connected in parallel to each other and connected to the drive circuit 110. The second group of piezoelectric elements 30 b and 30 c are connected in parallel to each other and connected to the drive circuit 110. The third group of piezoelectric elements 30e are connected to the drive circuit 110 independently.

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電極層32と第2電極層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 drive circuit 110 is a predetermined piezoelectric element among the five piezoelectric elements 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e, for example, between the first electrode layer 32 and the second electrode layer 36 of the piezoelectric elements 30a, 30d, and 30e. An alternating voltage or a pulsating voltage that periodically changes is applied to. Thereby, the piezoelectric driving device 100 can rotate the rotor (driven member) in contact with the contact portion 20 in a predetermined rotation direction by ultrasonically vibrating the vibrating body portion 12. Here, the “pulsating voltage” means a voltage obtained by adding a DC offset to an AC voltage, and the direction of the voltage (electric field) of the pulsating voltage is one direction from one electrode to the other electrode.

なお、電界の向きは、第1電極層32から第2電極層36に向かうよりも第2電極層36から第1電極層32に向かう方が好ましい。また、圧電素子30b,30c,30eの電極層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 electric field is preferably from the second electrode layer 36 toward the first electrode layer 32 rather than from the first electrode layer 32 toward the second electrode layer 36. Moreover, the rotor which contacts the contact part 20 can be rotated in a reverse direction by applying an alternating voltage or a pulsating voltage between the electrode layers 32 and 36 of the piezoelectric elements 30b, 30c, and 30e.

図6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6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の電極層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の電極層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. 6 is a diagram for explaining the operation of the vibrating body portion 12 of the piezoelectric driving device 100. As shown in FIG. 6, the contact portion 20 of the piezoelectric driving device 100 is in contact with the outer periphery of the rotor 4 as a driven member. The drive circuit 110 applies an alternating voltage or a pulsating voltage between the electrode layers 32 and 36 of the piezoelectric elements 30a and 30d. Thereby, the piezoelectric elements 30a and 30d expand and contract in the direction of the arrow x. In response to this, the vibrating body portion 12 is bent and vibrated along the short direction of the vibrating body portion 12 in a state where no voltage is applied to the piezoelectric element 30 in the plane of the vibrating body portion 12. ) To deform into a meandering shape (S-shape). Furthermore, the drive circuit 110 applies an alternating voltage or a pulsating voltage between the electrode layers 32 and 36 of the piezoelectric element 30e. Thereby, the piezoelectric element 30e expands and contracts in the direction of the arrow y. Thereby, the vibrating body portion 12 vibrates longitudinally in the plane of the vibrating body portion 12 (for example, longitudinal vibration along the longitudinal direction of the vibrating body portion 12 in a state where no voltage is applied to the piezoelectric element 30). Due to the bending vibration and longitudinal vibration of the vibrating body portion 12 as described above, the contact portion 20 moves elliptically as indicated by an arrow z. As a result, the rotor 4 rotates around the center 4a in a predetermined direction R (clockwise direction in the illustrated example).

なお、駆動回路110が、圧電素子30b,30c,30eの電極層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。   In addition, when the drive circuit 110 applies an alternating voltage or a pulsating voltage between the electrode layers 32 and 36 of the piezoelectric elements 30b, 30c, and 30e, the rotor 4 has a direction opposite to the direction R (counterclockwise direction). ).

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。   Moreover, it is preferable that the resonance frequency of the bending vibration and the resonance frequency of the longitudinal vibration of the vibrating body 12 are the same. Thereby, the piezoelectric drive device 100 can rotate the rotor 4 efficiently.

図6に示すように、本実施形態に係るモーター120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. 6, the motor 120 according to the present embodiment includes the piezoelectric driving device (piezoelectric driving device 100 in the illustrated example) according to the present invention and the rotor 4 rotated by the piezoelectric driving device 100.

圧電駆動装置100は、例えば、以下の特徴を有する。   The piezoelectric drive device 100 has the following features, for example.

圧電駆動装置100では、第1絶縁層40の上面41と第1配線層50の上面51とは、連続し、複数の振動ユニット102は、基板10の第1面10aに垂直な方向に重なるように配置されている。そのため、圧電駆動装置100では、第1絶縁層の上面と第1配線層の上面とが連続しておらず、2つの上面の間に段差がある場合に比べて、振動ユニット102の接合面101aの平坦性を向上させることができる。これにより、圧電駆動装置100では、隣り合う振動ユニット102間に空間が生じることを抑制することができる。その結果、圧電駆動装置100では、隣り合う振動ユニット102間で振動伝達のロスが生じることを抑制することができ、高出力化を図ることができる。さらに、圧電駆動装置100では、高効率化を図ることができる。   In the piezoelectric driving device 100, the upper surface 41 of the first insulating layer 40 and the upper surface 51 of the first wiring layer 50 are continuous, and the plurality of vibration units 102 overlap in a direction perpendicular to the first surface 10 a of the substrate 10. Is arranged. For this reason, in the piezoelectric driving device 100, the upper surface of the first insulating layer and the upper surface of the first wiring layer are not continuous, and the bonding surface 101a of the vibration unit 102 is compared to the case where there is a step between the two upper surfaces. The flatness of the film can be improved. Thereby, in the piezoelectric drive device 100, it can suppress that space arises between the adjacent vibration units 102. FIG. As a result, in the piezoelectric driving device 100, it is possible to suppress the loss of vibration transmission between the adjacent vibration units 102, and to achieve high output. Furthermore, in the piezoelectric drive device 100, high efficiency can be achieved.

圧電駆動装置100では、第1絶縁層40は、無機絶縁層40aと、無機絶縁層40aの上方に設けられた有機絶縁層40bと、を有している。そのため、圧電駆動装置100では、水分バリア性の高い(水分透過性が低い)無機絶縁層40aによって、ダミー圧電体層35の側面に水分が付着することを抑制することができる。これにより、圧電駆動装置100では、ダミー圧電体層35の側面において水分を介して第1電極層32と第2電極層36とが短絡することを抑制することができる。さらに、圧電駆動装置100では、有機絶縁層40bによって、第1電極層32と第2配線層52の第2配線部52bとの層間絶縁性を高くすることできる。すなわち、有機絶縁層40bを設けることにより、有機絶縁層40bを設けない場合に比べて、第1電極層32と第2配線部52bとの間の距離を大きくすることができ、第1電極層32と第2配線部52bとが短絡することを抑制することができる。したがって、圧電駆動装置100では、電極層32,36間の短絡を抑制することができる。その結果、圧電駆動装置100では、圧電素子30の耐久性を向上させることができる。   In the piezoelectric driving device 100, the first insulating layer 40 includes an inorganic insulating layer 40a and an organic insulating layer 40b provided above the inorganic insulating layer 40a. Therefore, in the piezoelectric driving device 100, it is possible to prevent moisture from adhering to the side surface of the dummy piezoelectric layer 35 by the inorganic insulating layer 40 a having a high moisture barrier property (low moisture permeability). Thereby, in the piezoelectric drive device 100, it is possible to suppress the first electrode layer 32 and the second electrode layer 36 from being short-circuited through moisture on the side surface of the dummy piezoelectric layer 35. Furthermore, in the piezoelectric driving device 100, the organic insulating layer 40b can increase the interlayer insulation between the first electrode layer 32 and the second wiring portion 52b of the second wiring layer 52. That is, by providing the organic insulating layer 40b, the distance between the first electrode layer 32 and the second wiring portion 52b can be increased compared to the case where the organic insulating layer 40b is not provided, and the first electrode layer 32 and the second wiring part 52b can be prevented from being short-circuited. Therefore, in the piezoelectric driving device 100, a short circuit between the electrode layers 32 and 36 can be suppressed. As a result, in the piezoelectric driving device 100, the durability of the piezoelectric element 30 can be improved.

圧電駆動装置100では、第1絶縁層40の上方に設けられた第2絶縁層42と、第2絶縁層42および第1配線層50の上方に設けられた第2配線層52と、を含む。そのため、圧電駆動装置100では、配線層50,52によって構成される配線の引き回しの自由度を向上させることができる。   The piezoelectric driving device 100 includes a second insulating layer 42 provided above the first insulating layer 40 and a second wiring layer 52 provided above the second insulating layer 42 and the first wiring layer 50. . Therefore, in the piezoelectric driving device 100, the degree of freedom for routing the wiring constituted by the wiring layers 50 and 52 can be improved.

圧電駆動装置100では、第3絶縁層44の上面45と第2配線層52の上面53とは、連続している。そのため、圧電駆動装置100では、第3絶縁層の上面と第2配線層の上面とが連続しておらず、2つの上面の間に段差がある場合に比べて、振動ユニット102の接合面101aの平坦性を向上させることができる。これにより、圧電駆動装置100では、より高出力化を図ることができる。   In the piezoelectric driving device 100, the upper surface 45 of the third insulating layer 44 and the upper surface 53 of the second wiring layer 52 are continuous. Therefore, in the piezoelectric driving device 100, the upper surface of the third insulating layer and the upper surface of the second wiring layer are not continuous, and the bonding surface 101a of the vibration unit 102 is compared to a case where there is a step between the two upper surfaces. The flatness of the film can be improved. Thereby, in the piezoelectric drive device 100, higher output can be achieved.

圧電駆動装置100では、第1配線層50上に第1無電解めっき層70が設けられ、第2配線層52上に第2無電解めっき層72が設けられ、無電解めっき層70,72の材質は、ニッケルである。そのため、圧電駆動装置100では、配線層50,52の酸化を抑制することができる。特に、配線層の材質が銅である場合、配線層形成後の絶縁層を形成する工程において、150℃以上200℃以下のベーク(絶縁層の硬化のための熱処理)によって、配線層が酸化しやすい。このような場合でも、圧電駆動装置100では、無電解めっき層70,72によって配線層50,52の酸化を抑制することができる。   In the piezoelectric driving device 100, the first electroless plating layer 70 is provided on the first wiring layer 50, the second electroless plating layer 72 is provided on the second wiring layer 52, and the electroless plating layers 70, 72 are provided. The material is nickel. Therefore, in the piezoelectric driving device 100, the oxidation of the wiring layers 50 and 52 can be suppressed. In particular, when the wiring layer is made of copper, the wiring layer is oxidized by baking (heat treatment for curing the insulating layer) at 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower in the step of forming the insulating layer after forming the wiring layer. Cheap. Even in such a case, in the piezoelectric driving device 100, the oxidation of the wiring layers 50 and 52 can be suppressed by the electroless plating layers 70 and 72.

さらに、圧電駆動装置100では、CMP(Chemical Mechanical
Planarization)によって配線層50,52および絶縁層40,44の上部を除去する場合に、例えば、図7に示すように、配線層50,52の上面51,53の中央部にディッシングによって窪み部3が形成される場合がある(図7では第1配線層50の例を図示)。このような場合に、圧電駆動装置100では、無電解めっき層70,72によって、窪み部3を埋めることができる。
Further, in the piezoelectric driving apparatus 100, CMP (Chemical Mechanical) is used.
When the upper portions of the wiring layers 50 and 52 and the insulating layers 40 and 44 are removed by planarization, for example, as shown in FIG. 7, the recess 3 is formed by dishing at the center of the upper surfaces 51 and 53 of the wiring layers 50 and 52. May be formed (an example of the first wiring layer 50 is shown in FIG. 7). In such a case, in the piezoelectric driving device 100, the recess 3 can be filled with the electroless plating layers 70 and 72.

さらに、圧電駆動装置100では、無電解めっき層70,72によって、めっき層7,9のマイグレーションを抑制することができる。特に、材質が銅であるめっき層は、マイグレーションが発生しやすいが、圧電駆動装置100では、上記のようにマイグレーションを抑制することができる。   Furthermore, in the piezoelectric drive device 100, migration of the plating layers 7 and 9 can be suppressed by the electroless plating layers 70 and 72. In particular, the plating layer made of copper is likely to undergo migration, but the piezoelectric drive device 100 can suppress migration as described above.

なお、図示はしないが、第1無電解めっき層70および第2無電解めっき層72のいずれか一方は、設けられていなくてもよい。   Although not shown, either one of the first electroless plating layer 70 and the second electroless plating layer 72 may not be provided.

圧電駆動装置100では、第1電極層32と第1絶縁層40とに挟まれたダミー圧電体層35が設けられている。そのため、圧電駆動装置100では、ダミー圧電体層35が設けられていない場合に比べて、振動ユニット102の接合面101aの平坦性を向上させることができる。これにより、圧電駆動装置100では、より高出力化を図ることができる。   In the piezoelectric driving device 100, a dummy piezoelectric layer 35 sandwiched between the first electrode layer 32 and the first insulating layer 40 is provided. Therefore, in the piezoelectric driving device 100, the flatness of the bonding surface 101a of the vibration unit 102 can be improved as compared with the case where the dummy piezoelectric layer 35 is not provided. Thereby, in the piezoelectric drive device 100, higher output can be achieved.

圧電駆動装置100では、無電解めっき層であるシード層6,8を含む。ここで、絶縁層40a,42,44がネガ型の永久レジストである場合、図8に示すように、絶縁層40a,42,44の形状は逆テーパー(下から上に向けて絶縁層の幅が広くなるテーパー)となりやすい(図8では第2絶縁層42の例を図示)。そのため、スパッタ法でシード層を成膜する場合は、所望の部分にシード層を成膜できない場合がある。これに対し、圧電駆動装置100では、シード層6,8は無電解めっき層であるため、スパッタ法で成膜されたシード層に比べて、カバレッジ性を向上させることができる。   The piezoelectric driving device 100 includes seed layers 6 and 8 that are electroless plating layers. Here, when the insulating layers 40a, 42, and 44 are negative permanent resists, the shape of the insulating layers 40a, 42, and 44 is inversely tapered (the width of the insulating layer from bottom to top as shown in FIG. 8). (The taper becomes wider) (an example of the second insulating layer 42 is shown in FIG. 8). For this reason, when the seed layer is formed by sputtering, the seed layer may not be formed at a desired portion. On the other hand, in the piezoelectric drive device 100, since the seed layers 6 and 8 are electroless plating layers, the coverage can be improved as compared with a seed layer formed by sputtering.

圧電駆動装置100では、めっき層7,9の材質は、銅である。そのため、圧電駆動装置100では、めっき層の材質が金である場合に比べて、配線層50,52の低コスト化および低抵抗化を図ることができる。   In the piezoelectric driving device 100, the material of the plating layers 7 and 9 is copper. Therefore, in the piezoelectric driving device 100, the cost and resistance of the wiring layers 50 and 52 can be reduced as compared with the case where the material of the plating layer is gold.

圧電駆動装置100では、第2配線層52の上方に設けられた第4絶縁層46を含む。そのため、圧電駆動装置100では、第4絶縁層46によって第2配線層52の酸化を抑制することができる。さらに、圧電駆動装置100では、第4絶縁層46によって接合面101aの接着剤2との密着性を向上させることができる。   The piezoelectric driving device 100 includes a fourth insulating layer 46 provided above the second wiring layer 52. Therefore, in the piezoelectric drive device 100, the fourth insulating layer 46 can suppress the oxidation of the second wiring layer 52. Furthermore, in the piezoelectric driving device 100, the adhesiveness between the bonding surface 101 a and the adhesive 2 can be improved by the fourth insulating layer 46.

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9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10〜図23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 piezoelectric drive device 100 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the piezoelectric driving device 100 according to the present embodiment. 10 to 23 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the piezoelectric driving device 100 according to this embodiment.

図10に示すように、基板10の振動体部12上に第1電極層32を形成する(S1)。第1電極層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。   As shown in FIG. 10, the 1st electrode layer 32 is formed on the vibrating body part 12 of the board | substrate 10 (S1). The first electrode layer 32 is formed, for example, by sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition), vacuum deposition, or the like, and patterning (patterning by photolithography and etching).

なお、基板10は、例えば、シリコン基板11a上に下地層11bを形成することによ
って得られる。下地層11bは、シリコン基板11aを熱酸化して酸化シリコン層を形成し、該熱酸化シリコン層上にジルコニウム層をスパッタした後、熱酸化して酸化ジルコニウム層を形成することによって得られる。
The substrate 10 is obtained, for example, by forming the base layer 11b on the silicon substrate 11a. The underlayer 11b is obtained by thermally oxidizing the silicon substrate 11a to form a silicon oxide layer, sputtering a zirconium layer on the thermally oxidized silicon layer, and then thermally oxidizing to form a zirconium oxide layer.

図11に示すように、第1電極層32上に圧電体層34およびダミー圧電体層35を形成する(S2)。圧電体層34およびダミー圧電体層35は、例えば、液相法による前駆体層の形成と該前駆体層の結晶化とを繰り返すことによって成膜される。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、例えば、700℃〜800℃の熱処理により行われる。圧電体層34およびダミー圧電体層35を成膜した後、パターニングによって、ダミー圧電体層35に第1コンタクトホール60を形成する。   As shown in FIG. 11, the piezoelectric layer 34 and the dummy piezoelectric layer 35 are formed on the first electrode layer 32 (S2). The piezoelectric layer 34 and the dummy piezoelectric layer 35 are formed, for example, by repeating formation of a precursor layer by a liquid phase method and crystallization of the precursor layer. The liquid phase method is a method of forming a thin film material using a raw material liquid containing a constituent material of a thin film (piezoelectric layer), and specifically, a sol-gel method, a MOD (Metal Organic Deposition) method, or the like. . Crystallization is performed by, for example, heat treatment at 700 ° C. to 800 ° C. in an oxygen atmosphere. After the piezoelectric layer 34 and the dummy piezoelectric layer 35 are formed, the first contact hole 60 is formed in the dummy piezoelectric layer 35 by patterning.

次に、圧電体層34上に第2電極層36を形成する(S3)。第2電極層36は、例えば、第1電極層32と同じ方法で形成される。工程(S1)〜工程(S3)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。   Next, the second electrode layer 36 is formed on the piezoelectric layer 34 (S3). For example, the second electrode layer 36 is formed by the same method as the first electrode layer 32. The piezoelectric element 30 can be formed on the vibrating body portion 12 of the substrate 10 through the steps (S1) to (S3).

図12に示すように、電極層32,36が露出するように、電極層32,36上およびダミー圧電体層35上に無機絶縁層40aを形成する(S4)。具体的には、ALCVD(Atomic Layer Chemical Vapor Deposition)法やCVD法などにより無機絶縁層40aを成膜し、その後、無機絶縁層40aをパターニングして第2コンタクトホール62を形成し、電極層32,36を露出させる。   As shown in FIG. 12, an inorganic insulating layer 40a is formed on the electrode layers 32 and 36 and the dummy piezoelectric layer 35 so that the electrode layers 32 and 36 are exposed (S4). Specifically, the inorganic insulating layer 40a is formed by an ALCVD (Atomic Layer Chemical Vapor Deposition) method, a CVD method, or the like, and then the inorganic insulating layer 40a is patterned to form the second contact hole 62, and the electrode layer 32 is formed. 36 are exposed.

図13に示すように、無機絶縁層40a上に有機絶縁層40bを形成する(S5)。具体的には、スピンコート法などによって有機絶縁層40bを成膜し、その後、有機絶縁層40bをパターニングして第3コンタクトホール64を形成し、電極層32,36を露出させる。工程(S4)および工程(S5)により、電極層32,36および圧電体層34,35の上方に第1絶縁層40を形成することができる。   As shown in FIG. 13, the organic insulating layer 40b is formed on the inorganic insulating layer 40a (S5). Specifically, the organic insulating layer 40b is formed by spin coating or the like, and then the organic insulating layer 40b is patterned to form the third contact hole 64, and the electrode layers 32 and 36 are exposed. By the step (S4) and the step (S5), the first insulating layer 40 can be formed above the electrode layers 32, 36 and the piezoelectric layers 34, 35.

図14に示すように、第1絶縁層40上および電極層32,36上に、第1シード層6を形成する(S6)。第1シード層6は、例えば、無電解めっき法、スパッタ法により形成される。   As shown in FIG. 14, the first seed layer 6 is formed on the first insulating layer 40 and the electrode layers 32 and 36 (S6). The first seed layer 6 is formed by, for example, an electroless plating method or a sputtering method.

図15に示すように、第1シード層6上に第1めっき層7を形成する(S7)。第1めっき層7は、例えば、電解めっき法により形成される。工程(S6)および工程(S7)により、第1絶縁層40上および露出された電極層32,36上に、第1配線層50を形成することができる。本工程では、第1配線層50の上面は、圧電体層34,35や第1絶縁層40の段差が転写されて、平坦な面にならない。   As shown in FIG. 15, the 1st plating layer 7 is formed on the 1st seed layer 6 (S7). The first plating layer 7 is formed by, for example, an electrolytic plating method. By the step (S6) and the step (S7), the first wiring layer 50 can be formed on the first insulating layer 40 and the exposed electrode layers 32 and 36. In this step, the upper surface of the first wiring layer 50 is not flat because the steps of the piezoelectric layers 34 and 35 and the first insulating layer 40 are transferred.

図16に示すように、第1配線層50および第1絶縁層40の上部を除去する(S8)。具体的には、第1配線層50および第1絶縁層40の上部を、バイト(例えばディスコ社製のサーフェースプレーナー)で切削した後、CMPにより研磨する。本工程により、第1絶縁層40の上面41と第1配線層50の上面51とを連続させることができる。図示の例では、上面41,51は、平坦な面である。なお、図示はしないが、上面41と上面51とを連続させることができれば、第1配線層50の上部のみを除去してもよい。   As shown in FIG. 16, the upper portions of the first wiring layer 50 and the first insulating layer 40 are removed (S8). Specifically, the upper portions of the first wiring layer 50 and the first insulating layer 40 are cut by a cutting tool (for example, a surface planer manufactured by DISCO Corporation) and then polished by CMP. By this step, the upper surface 41 of the first insulating layer 40 and the upper surface 51 of the first wiring layer 50 can be made continuous. In the illustrated example, the upper surfaces 41 and 51 are flat surfaces. Although not shown, only the upper part of the first wiring layer 50 may be removed as long as the upper surface 41 and the upper surface 51 can be made continuous.

図17に示すように、第1配線層50上に第1無電解めっき層70を形成する(S9)。第1無電解めっき層70は、無電解めっき法により形成される。   As shown in FIG. 17, a first electroless plating layer 70 is formed on the first wiring layer 50 (S9). The first electroless plating layer 70 is formed by an electroless plating method.

図18に示すように、第1無電解めっき層70が露出するように、第1絶縁層40上お
よび第1無電解めっき層70上に、第2絶縁層42を形成する(S10)。具体的には、スピンコート法などによって第2絶縁層42を成膜し、その後、第2絶縁層42をパターニングして第4コンタクトホール66を形成し、第1無電解めっき層70を露出させる。本工程のスピンコート法において、例えば、熱処理(ベーク)を行うが、第1無電解めっき層70によって、材質が銅である第1めっき層7が酸化されることを抑制することができる。
As shown in FIG. 18, the second insulating layer 42 is formed on the first insulating layer 40 and the first electroless plating layer 70 so that the first electroless plating layer 70 is exposed (S10). Specifically, the second insulating layer 42 is formed by spin coating or the like, and then the second insulating layer 42 is patterned to form the fourth contact hole 66 to expose the first electroless plating layer 70. . In the spin coating method of this step, for example, heat treatment (baking) is performed, but the first electroless plating layer 70 can suppress oxidation of the first plating layer 7 made of copper.

図19に示すように、第2絶縁層42上に第3絶縁層44を形成する(S11)。第3絶縁層44は、スピンコート法による成膜、およびパターニングによって形成される。   As shown in FIG. 19, the third insulating layer 44 is formed on the second insulating layer 42 (S11). The third insulating layer 44 is formed by film formation by spin coating and patterning.

図20に示すように、絶縁層42,44上および第1無電解めっき層70上に、第2シード層8を形成する(S12)。第2シード層8は、例えば、第1シード層6と同じ方法で形成される。   As shown in FIG. 20, the second seed layer 8 is formed on the insulating layers 42 and 44 and the first electroless plating layer 70 (S12). The second seed layer 8 is formed by, for example, the same method as the first seed layer 6.

図21に示すように、第2シード層8上に第2めっき層9を形成する(S13)。第2めっき層9は、例えば、第1めっき層7と同じ方法で形成される。工程(S12)および工程(S13)により、絶縁層42,44上および露出された第1無電解めっき層70上に、第2配線層52を形成することができる。本工程では、第2配線層52の上面は、圧電体層34,35や絶縁層40,42,44の段差が転写されて、平坦な面にならない。   As shown in FIG. 21, the second plating layer 9 is formed on the second seed layer 8 (S13). The second plating layer 9 is formed by the same method as the first plating layer 7, for example. By the step (S12) and the step (S13), the second wiring layer 52 can be formed on the insulating layers 42, 44 and the exposed first electroless plating layer 70. In this step, the upper surface of the second wiring layer 52 is not flat because the steps of the piezoelectric layers 34, 35 and the insulating layers 40, 42, 44 are transferred.

図22に示すように、第2配線層52および第3絶縁層44の上部を除去する(S14)。第2配線層52および第3絶縁層44の上部の除去は、例えば、第1配線層50および第1絶縁層40の上部の除去と同じ方法で行われる。本工程により、第3絶縁層44の上面45と第2配線層52の上面53とを連続させることができる。図示の例では、上面45,53は、平坦な面である。なお、図示はしないが、上面45と上面53とを連続させることができれば、第2配線層52の上部のみを除去してもよい。   As shown in FIG. 22, the upper portions of the second wiring layer 52 and the third insulating layer 44 are removed (S14). The removal of the upper portions of the second wiring layer 52 and the third insulating layer 44 is performed by the same method as the removal of the upper portions of the first wiring layer 50 and the first insulating layer 40, for example. By this step, the upper surface 45 of the third insulating layer 44 and the upper surface 53 of the second wiring layer 52 can be made continuous. In the illustrated example, the upper surfaces 45 and 53 are flat surfaces. Although not shown, if the upper surface 45 and the upper surface 53 can be made continuous, only the upper portion of the second wiring layer 52 may be removed.

図23に示すように、第2配線層52上に第2無電解めっき層72を形成する(S15)。第2無電解めっき層72は、例えば、第1無電解めっき層70と同じ方法で形成される。   As shown in FIG. 23, the second electroless plating layer 72 is formed on the second wiring layer 52 (S15). The second electroless plating layer 72 is formed by the same method as the first electroless plating layer 70, for example.

以上の工程により、振動ユニット102a,102bを形成することができる。   Through the above steps, the vibration units 102a and 102b can be formed.

図2に示すように、振動ユニット102a,102bを、基板10の第1面10aに垂直な方向に重なるように配置する(S16)。例えば、振動ユニット102a,102bを、接着剤2を介して接合させて、第1面10aに垂直な方向に重なるように配置する。   As shown in FIG. 2, the vibration units 102a and 102b are arranged so as to overlap in a direction perpendicular to the first surface 10a of the substrate 10 (S16). For example, the vibration units 102a and 102b are bonded via the adhesive 2 and arranged so as to overlap in the direction perpendicular to the first surface 10a.

図1に示すように、振動体部12に接触部20を形成する(S17)。具体的には、接着剤を介して、振動体部12に接触部20を接着させる。なお、工程(S16)と工程(S17)との順序は、限定されない。   As shown in FIG. 1, the contact part 20 is formed in the vibrating body part 12 (S17). Specifically, the contact portion 20 is bonded to the vibrating body portion 12 via an adhesive. In addition, the order of a process (S16) and a process (S17) is not limited.

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。   The piezoelectric driving device 100 can be manufactured through the above steps.

圧電駆動装置100の製造方法では、第1配線層50の上部を除去して、第1絶縁層40の上面41と第1配線層50の上面51とを連続させる工程(S8)を含む。そのため、圧電駆動装置100の製造方法では、振動ユニット102の接合面101aの平坦性を向上させることができ、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。   The method for manufacturing the piezoelectric driving device 100 includes a step (S8) of removing the upper portion of the first wiring layer 50 and causing the upper surface 41 of the first insulating layer 40 and the upper surface 51 of the first wiring layer 50 to be continuous. Therefore, in the method for manufacturing the piezoelectric drive device 100, the flatness of the joint surface 101a of the vibration unit 102 can be improved, and the piezoelectric drive device 100 that can achieve high output can be manufactured.

圧電駆動装置100の製造方法では、第2配線層52の上部を除去して、第3絶縁層4
4の上面45と第2配線層52の上面53とを連続させる工程(S14)を含む。そのため、圧電駆動装置100の製造方法では、振動ユニット102の接合面101aの平坦性を、より向上させることができる。
In the method for manufacturing the piezoelectric driving device 100, the upper portion of the second wiring layer 52 is removed and the third insulating layer 4 is removed.
4 and the upper surface 53 of the second wiring layer 52 are continued (S14). Therefore, in the method for manufacturing the piezoelectric drive device 100, the flatness of the joint surface 101a of the vibration unit 102 can be further improved.

3. 圧電駆動装置の変形例
3.1. 第1変形例
次に、本実施形態の第1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24は、本実施形態の第1変形例に係る圧電駆動装置200の第1振動ユニット102aを模式的に示す断面図であって、図4と同じ断面を示している。
3. Modified example of piezoelectric drive device 3.1. First Modification Next, a piezoelectric drive device according to a first modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing the first vibration unit 102a of the piezoelectric driving device 200 according to the first modification of the present embodiment, and shows the same cross section as FIG.

以下、本実施形態の第1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。このことは、以下に示す本実施形態の第2〜第5変形例に係る圧電駆動装置においても同様である。   Hereinafter, in the piezoelectric driving device 200 according to the first modification of the present embodiment, members having the same functions as those of the constituent members of the piezoelectric driving device 100 according to the present embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is given. Is omitted. The same applies to the piezoelectric driving devices according to second to fifth modifications of the present embodiment described below.

上述した圧電駆動装置100では、図4に示すように、第2電極層36上には、複数の第2コンタクトホール62が設けられていた。これに対し、圧電駆動装置200では、図24に示すように、第2電極層36上には、1つの第2コンタクトホール62が設けられている。平面視において、圧電駆動装置200において第2電極層36上に設けられた第2コンタクトホール62の面積は、圧電駆動装置100において第2電極層36上に設けられた第2コンタクトホール62の面積よりも大きい。そのため、圧電駆動装置200では、圧電駆動装置100に比べて、第2電極層36と第1配線層50との接触面積を大きくすることができる。これにより、圧電駆動装置200では、第2電極層36と第1配線層50との接触抵抗を小さくすることができる。   In the piezoelectric driving device 100 described above, as shown in FIG. 4, a plurality of second contact holes 62 are provided on the second electrode layer 36. On the other hand, in the piezoelectric driving device 200, as shown in FIG. 24, one second contact hole 62 is provided on the second electrode layer. In plan view, the area of the second contact hole 62 provided on the second electrode layer 36 in the piezoelectric driving device 200 is the area of the second contact hole 62 provided on the second electrode layer 36 in the piezoelectric driving device 100. Bigger than. Therefore, in the piezoelectric driving device 200, the contact area between the second electrode layer 36 and the first wiring layer 50 can be increased as compared with the piezoelectric driving device 100. Thereby, in the piezoelectric driving device 200, the contact resistance between the second electrode layer 36 and the first wiring layer 50 can be reduced.

例えば、めっき法で配線層を形成する場合は、スパッタ法で配線層を形成する場合に比べて、配線層と第2電極層との間に生じる応力が1/10程度小さくなる。応力が大きくなると、配線層は剥がれしまう可能性が高くなる。圧電駆動装置200のように、第2電極層36と第1配線層50との接触面積が大きい場合であっても、第1配線層50をめっき法で形成することにより、第1配線層50と第2電極層36との間に生じる応力を小さくすることができる。  For example, when the wiring layer is formed by a plating method, the stress generated between the wiring layer and the second electrode layer is reduced by about 1/10 compared to the case where the wiring layer is formed by a sputtering method. When the stress increases, the wiring layer is more likely to peel off. Even when the contact area between the second electrode layer 36 and the first wiring layer 50 is large as in the piezoelectric driving device 200, the first wiring layer 50 is formed by forming the first wiring layer 50 by plating. And the second electrode layer 36 can be reduced in stress.

3.2. 第2変形例
次に、本実施形態の第2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25は、本実施形態の第2変形例に係る圧電駆動装置300の第1振動ユニット102aを模式的に示す断面図であって、図4と同じ断面を示している。
3.2. Second Modified Example Next, a piezoelectric driving device according to a second modified example of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 25 is a cross-sectional view schematically showing the first vibration unit 102a of the piezoelectric driving device 300 according to the second modification of the present embodiment, and shows the same cross section as FIG.

上述した圧電駆動装置100では、図4に示すように、第1絶縁層40は、無機絶縁層40aを有していた。これに対し、圧電駆動装置300では、図25に示すように、第1絶縁層40は、無機絶縁層40aを有しておらず、有機絶縁層40bによって構成されている。   In the piezoelectric drive device 100 described above, as shown in FIG. 4, the first insulating layer 40 has an inorganic insulating layer 40a. On the other hand, in the piezoelectric driving device 300, as shown in FIG. 25, the first insulating layer 40 does not have the inorganic insulating layer 40a, but is constituted by the organic insulating layer 40b.

なお、図示はしないが、上述した圧電駆動装置200において、圧電駆動装置300のように、第1絶縁層40は、無機絶縁層40aを有していなくてもよい。   Although not shown, in the piezoelectric driving device 200 described above, unlike the piezoelectric driving device 300, the first insulating layer 40 may not include the inorganic insulating layer 40a.

3.3. 第3変形例
次に、本実施形態の第3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26は、本実施形態の第3変形例に係る圧電駆動装置400を模式的に示す断面図であって、図2と同じ断面を示している。図27は、本実施形態の第3変形例に係る圧電駆動装置400の第1振動ユニット102aを模式的に示す断面図であって、図4と同
じ断面を示している。
3.3. Third Modification Next, a piezoelectric driving device according to a third modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 26 is a cross-sectional view schematically showing a piezoelectric driving device 400 according to a third modification of the present embodiment, and shows the same cross section as FIG. FIG. 27 is a cross-sectional view schematically showing the first vibration unit 102a of the piezoelectric driving device 400 according to the third modification of the present embodiment, and shows the same cross section as FIG.

上述した圧電駆動装置100では、図2および図4に示すように、振動ユニット102の接合面101aは、第4絶縁層46によって構成されていた。これに対し、圧電駆動装置400では、図26および図27に示すように、接合面101aは、金属層80によって構成されている。   In the piezoelectric drive device 100 described above, as shown in FIGS. 2 and 4, the bonding surface 101 a of the vibration unit 102 is configured by the fourth insulating layer 46. On the other hand, in the piezoelectric driving device 400, as shown in FIGS. 26 and 27, the bonding surface 101a is constituted by the metal layer 80.

圧電駆動装置400では、図27に示すように、第2配線層52上に、第2無電解めっき層72および第4絶縁層46は設けられていない。圧電駆動装置400では、第2配線層52の上方には(図示の例では第2配線層52上には)、金属層80が設けられている。金属層80は、例えば、ニッケル層と、ニッケル層上に設けられた金層と、の積層体である。金属層80は、例えば、無電解めっき法によって形成される。   In the piezoelectric driving device 400, as shown in FIG. 27, the second electroless plating layer 72 and the fourth insulating layer 46 are not provided on the second wiring layer 52. In the piezoelectric driving device 400, a metal layer 80 is provided above the second wiring layer 52 (on the second wiring layer 52 in the illustrated example). The metal layer 80 is a laminated body of a nickel layer and a gold layer provided on the nickel layer, for example. The metal layer 80 is formed by, for example, an electroless plating method.

なお、金属層80は、ニッケル層と、ニッケル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、の積層体であってもよい。この場合、金属層80は、電解めっき法によって形成されてもよい。   The metal layer 80 may be a laminate of a nickel layer, a palladium layer provided on the nickel layer, and a gold layer provided on the palladium layer. In this case, the metal layer 80 may be formed by an electrolytic plating method.

圧電駆動装置400では、図26に示すように、隣り合う振動ユニット102a,102bのうち一方の第1振動ユニット102aの金属層80と、他方の第2振動ユニット102bの金属層80とは、互いに向かい合って金属接合(具体的にはAu−Au接合)されている。そのため、圧電駆動装置400では、接着剤を用いずに、強固に振動ユニット102a,102bを接合させることができる。   In the piezoelectric driving device 400, as shown in FIG. 26, the metal layer 80 of one first vibration unit 102a and the metal layer 80 of the other second vibration unit 102b are adjacent to each other among adjacent vibration units 102a and 102b. They are face-to-face and metal bonded (specifically, Au—Au bonding). Therefore, in the piezoelectric driving device 400, the vibration units 102a and 102b can be firmly joined without using an adhesive.

なお、図示はしないが、上述した圧電駆動装置200,300において、圧電駆動装置400のように、金属層80が設けられ、第1振動ユニット102aの金属層80と、他方の第2振動ユニット102bの金属層80とは、金属接合によって接合されていてもよい。   Although not shown, in the piezoelectric driving devices 200 and 300 described above, the metal layer 80 is provided as in the piezoelectric driving device 400, and the metal layer 80 of the first vibration unit 102a and the other second vibration unit 102b. The metal layer 80 may be bonded by metal bonding.

3.4. 第4変形例
次に、本実施形態の第4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28は、本実施形態の第4変形例に係る圧電駆動装置500の第1振動ユニット102aを模式的に示す断面図であって、図4と同じ断面を示している。
3.4. Fourth Modified Example Next, a piezoelectric driving device according to a fourth modified example of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 28 is a cross-sectional view schematically showing the first vibration unit 102a of the piezoelectric driving device 500 according to the fourth modification of the present embodiment, and shows the same cross section as FIG.

上述した圧電駆動装置100では、図4に示すように、第1配線層50の第1配線部50aと、無機絶縁層40aと、の間には、有機絶縁層40bが設けられていた。これに対し、圧電駆動装置500では、図28に示すように、第1配線部50aと無機絶縁層40aとの間に有機絶縁層40bは設けられておらず、第1配線部50aは、無機絶縁層40aと接している。   In the piezoelectric driving device 100 described above, as shown in FIG. 4, the organic insulating layer 40b is provided between the first wiring portion 50a of the first wiring layer 50 and the inorganic insulating layer 40a. On the other hand, in the piezoelectric driving device 500, as shown in FIG. 28, the organic insulating layer 40b is not provided between the first wiring portion 50a and the inorganic insulating layer 40a, and the first wiring portion 50a is made of an inorganic material. It is in contact with the insulating layer 40a.

圧電駆動装置500では、圧電駆動装置100の場合に比べて、第1電極層32と第1配線層50との接触面積を大きくすることができる。これにより、圧電駆動装置500では、第1電極層32と第1配線層50との接触抵抗を小さくすることができる。   In the piezoelectric driving device 500, compared with the piezoelectric driving device 100, the contact area between the first electrode layer 32 and the first wiring layer 50 can be increased. Thereby, in the piezoelectric drive device 500, the contact resistance between the first electrode layer 32 and the first wiring layer 50 can be reduced.

なお、図示はしないが、上述した圧電駆動装置200,300,400において、圧電駆動装置500のように、第1配線層50の第1配線部50aは、無機絶縁層40aと接していてもよい。   Although not shown in the drawings, in the piezoelectric driving devices 200, 300, and 400 described above, like the piezoelectric driving device 500, the first wiring portion 50a of the first wiring layer 50 may be in contact with the inorganic insulating layer 40a. .

3.5. 第5変形例
次に、本実施形態の第5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29は、本実施形態の第5変形例に係る圧電駆動装置600の第1振動ユニット
102aを模式的に示す断面図であって、図4と同じ断面を示している。
3.5. Fifth Modification Next, a piezoelectric drive device according to a fifth modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 29 is a cross-sectional view schematically showing the first vibration unit 102a of the piezoelectric driving device 600 according to the fifth modification of the present embodiment, and shows the same cross section as FIG.

上述した圧電駆動装置100では、図4に示すように、第2配線層52を含んでいた。これに対し、圧電駆動装置600では、図29に示すように、第2配線層52を含んでいない。圧電駆動装置600では、第1配線層50および第1絶縁層40の上方には第2絶縁層42が設けられ、第2絶縁層42は、振動ユニット102の接合面101aを構成している。なお、図30に示すように、圧電駆動装置600では、第1絶縁層40は、無機絶縁層40aを有しておらず、有機絶縁層40bによって構成されていてもよい。第1配線層50は、図示せぬ電源と電気的に接続されている。   The piezoelectric driving device 100 described above includes the second wiring layer 52 as shown in FIG. On the other hand, the piezoelectric driving device 600 does not include the second wiring layer 52 as shown in FIG. In the piezoelectric driving device 600, the second insulating layer 42 is provided above the first wiring layer 50 and the first insulating layer 40, and the second insulating layer 42 constitutes the bonding surface 101 a of the vibration unit 102. As shown in FIG. 30, in the piezoelectric driving device 600, the first insulating layer 40 does not have the inorganic insulating layer 40a, and may be configured by the organic insulating layer 40b. The first wiring layer 50 is electrically connected to a power source (not shown).

圧電駆動装置600では、第2配線層52を有さないので、圧電駆動装置100に比べて、製造工程を簡略化することができる。   Since the piezoelectric driving device 600 does not have the second wiring layer 52, the manufacturing process can be simplified as compared with the piezoelectric driving device 100.

なお、図示はしないが、上述した圧電駆動装置200,300,400,500において、圧電駆動装置600のように、第2配線層52を含んでいなくてもよい。   Although not shown, the piezoelectric driving devices 200, 300, 400, and 500 described above may not include the second wiring layer 52 unlike the piezoelectric driving device 600.

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). Device Using Piezoelectric Drive Device The piezoelectric drive device according to the present invention can apply a large force to a driven body by utilizing resonance, and can be applied to various devices. The piezoelectric drive device according to the present invention is, for example, as a drive device in various devices such as a robot (including an electronic component transfer device (IC handler)), a dosing pump, a calendar feeding device for a clock, and a paper feeding mechanism for a printing device. Can be used. Hereinafter, representative embodiments will be described. Hereinafter, an apparatus including the piezoelectric driving apparatus 100 will be described as the piezoelectric driving apparatus according to the present invention.

4.1. ロボット
図31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. 31 is a diagram for explaining a robot 2050 using the piezoelectric driving device 100. The robot 2050 includes an arm 2010 (a plurality of link portions 2012 (also referred to as “link members”) and a plurality of joint portions 2020 that connect the link portions 2012 in a rotatable or bendable state. It is also called “arm”.

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 portion 2020 includes a piezoelectric drive device 100, and the joint portion 2020 can be rotated or bent by an arbitrary angle using the piezoelectric drive device 100. A robot hand 2000 is connected to the tip of the arm 2010. The robot hand 2000 includes a pair of grip portions 2003. The robot hand 2000 also has a built-in piezoelectric driving device 100, and the piezoelectric driving device 100 can be used to open and close the gripping unit 2003 to grip an object. Further, the piezoelectric driving device 100 is also provided between the robot hand 2000 and the arm 2010, and the robot hand 2000 can be rotated with respect to the arm 2010 using the piezoelectric driving device 100.

図32は、図31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. 32 is a view for explaining a wrist portion of the robot 2050 shown in FIG. The wrist joint portion 2020 sandwiches the wrist rotating portion 2022, and the wrist link portion 2012 is attached to the wrist rotating portion 2022 so as to be rotatable around the central axis O of the wrist rotating portion 2022. . The wrist rotation unit 2022 includes the piezoelectric driving device 100, and the piezoelectric driving device 100 rotates the wrist link unit 2012 and the robot hand 2000 around the central axis O. The robot hand 2000 is provided with a plurality of gripping units 2003. The proximal end portion of the grip portion 2003 is movable in the robot hand 2000, and the piezoelectric drive device 100 is mounted on the base portion of the grip portion 2003. For this reason, by operating the piezoelectric driving device 100, the gripping portion 2003 can be moved to grip the target. The robot is not limited to a single-arm robot, and the piezoelectric drive device 100 can be applied to a multi-arm robot having two or more arms.

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, in the wrist joint 2020 and the robot hand 2000, in addition to the piezoelectric drive device 100, a power line for supplying power to various devices such as a force sensor and a gyro sensor, a signal line for transmitting a signal, and the like And requires a lot of wiring. Therefore, it is very difficult to arrange wiring inside the joint portion 2020 and the robot hand 2000. However, since the piezoelectric drive device 100 can reduce the drive current as compared with a normal electric motor, wiring can be arranged even in a small space such as the joint portion 2020 (particularly, the joint portion at the tip of the arm 2010) or the robot hand 2000. Is possible.

4.2. ポンプ
図33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. 33 is a diagram for explaining an example of a liquid feed pump 2200 using the piezoelectric driving device 100. The liquid feed pump 2200 includes a reservoir 2211, a tube 2212, a piezoelectric driving device 100, a rotor 2222, a deceleration transmission mechanism 2223, a cam 2202, a plurality of fingers 2213, 2214, 2215, 2216, and a case 2230. 2217, 2218, 2219.

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 reservoir 2211 is a storage unit for storing a liquid to be transported. The tube 2212 is a tube for transporting the liquid sent out from the reservoir 2211. The contact portion 20 of the piezoelectric driving device 100 is provided in a state of being pressed against the side surface of the rotor 2222, and the piezoelectric driving device 100 rotationally drives the rotor 2222. The rotational force of the rotor 2222 is transmitted to the cam 2202 via the deceleration transmission mechanism 2223. Fingers 2213 to 2219 are members for closing the tube 2212. When the cam 2202 rotates, the fingers 2213 to 2219 are sequentially pushed outward in the radial direction by the protrusion 2202A of the cam 2202. The fingers 2213 to 2219 close the tube 2212 in order from the upstream side in the transport direction (reservoir 2211 side). Thereby, the liquid in the tube 2212 is transported to the downstream side in order. In this way, it is possible to realize a small liquid feed pump 2200 that can feed a very small amount with high accuracy.

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。   In addition, arrangement | positioning of each member is not restricted to what was illustrated. Further, a member such as a finger may not be provided, and a ball or the like provided on the rotor 2222 may close the tube 2212. The liquid feed pump 2200 as described above can be used for a medication device that administers a drug solution such as insulin to the human body. Here, since the drive current can be made smaller than that of a normal electric motor by using the piezoelectric drive device 100, the power consumption of the dosing device can be suppressed. Therefore, it is particularly effective when the medication apparatus is battery-driven.

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, it is possible to appropriately combine each embodiment and each modification.

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 present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve 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、3…窪み部、4…ローター、4a…中心、6…第1シード層、7…第1めっき層、8…第2シード層、9…第2めっき層、10…基板、10a…第1面、10b…第2面、11a…シリコン基板、11b…下地層、12…振動体部、12a…凹部、14…支持部、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電極層、34…圧電体層、35…ダミー圧電体層、36…第2電極層、40…第1絶縁層、40a…無機絶縁層、40b…有機絶縁層、41…上面、42…第2絶縁層、44…第3絶縁層、45…上面、46…第4絶縁層、50…第1配線層、50a…第1配線部、50b…第2配線部、51…上面、52…第2配線層、52a…第1配線部、52b…第2配線部、53…上面、60…第1コンタクトホール、62…第2コンタクトホール、64…第3コンタクトホール、66…第4コンタクトホール、70…第1無電解めっき層、72…第2無電解めっき層、80…金属層、100…圧電駆動装置、101…構造体、101a…接合面、102…振動ユニット、102a…第1振動ユニット、102b…第2振動ユニット、110…駆動回路、120…モーター、200,300,400,500,600…圧電駆動装置、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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Adhesive, 3 ... Indentation part, 4 ... Rotor, 4a ... Center, 6 ... 1st seed layer, 7 ... 1st plating layer, 8 ... 2nd seed layer, 9 ... 2nd plating layer, 10 ... Board | substrate, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10a ... 1st surface, 10b ... 2nd surface, 11a ... Silicon substrate, 11b ... Underlayer, 12 ... Vibrating body part, 12a ... Recessed part, 14 ... Support part, 16 ... 1st connection part, 18 ... 2nd connection part 20 ... contact part, 30, 30a, 30b,
30c, 30d, 30e ... piezoelectric element, 32 ... first electrode layer, 34 ... piezoelectric layer, 35 ... dummy piezoelectric layer, 36 ... second electrode layer, 40 ... first insulating layer, 40a ... inorganic insulating layer, 40b ... Organic insulating layer, 41 ... Upper surface, 42 ... Second insulating layer, 44 ... Third insulating layer, 45 ... Upper surface, 46 ... Fourth insulating layer, 50 ... First wiring layer, 50a ... First wiring portion, 50b ... 2nd wiring part, 51 ... upper surface, 52 ... 2nd wiring layer, 52a ... 1st wiring part, 52b ... 2nd wiring part, 53 ... upper surface, 60 ... 1st contact hole, 62 ... 2nd contact hole, 64 ... 3rd contact hole, 66 ... 4th contact hole, 70 ... 1st electroless plating layer, 72 ... 2nd electroless plating layer, 80 ... Metal layer, 100 ... Piezoelectric drive device, 101 ... Structure, 101a ... Bonding surface 102 ... Vibration unit, 102a ... First vibration unit 102b ... second vibration unit, 110 ... driving circuit, 120 ... motor, 200, 300, 400, 500,600 ... piezoelectric driving device, 2000 ... robot hand, 2003 ... grip, 2010 ... arm, 2012 ... link, 2020 ... Joint part, 2050 ... Robot, 2200 ... Liquid feed pump, 2202 ... Cam, 2202 A ... Projection part, 2211 ... Reservoir, 2212 ... Tube, 2213, 2214, 2215, 2216, 2217, 2218, 2219 ... Finger, 2222 ... Rotor , 2223 ... deceleration transmission mechanism, 2230 ... case

Claims (13)

複数の振動ユニットを含む圧電駆動装置であって、
前記振動ユニットは、
振動板と、
前記振動板の上方に設けられた第1電極層と、
前記第1電極層の上方に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第2電極層と、
前記第2電極層と電気的に接続された第1配線層と、
前記第1電極層、前記圧電体層、および前記第2電極層の上方に設けられた第1絶縁層と、
を含み、
前記第1絶縁層の上面と前記第1配線層の上面とは、連続し、
複数の前記振動ユニットは、前記振動板の板面に垂直な方向に重なるように配置されている、圧電駆動装置。
A piezoelectric drive device including a plurality of vibration units,
The vibration unit is
A diaphragm,
A first electrode layer provided above the diaphragm;
A piezoelectric layer provided above the first electrode layer;
A second electrode layer provided above the piezoelectric layer;
A first wiring layer electrically connected to the second electrode layer;
A first insulating layer provided above the first electrode layer, the piezoelectric layer, and the second electrode layer;
Including
The upper surface of the first insulating layer and the upper surface of the first wiring layer are continuous,
The piezoelectric drive device, wherein the plurality of vibration units are arranged to overlap in a direction perpendicular to a plate surface of the diaphragm.
請求項1において、
前記第1絶縁層は、
無機絶縁層と、
前記無機絶縁層の上方に設けられた有機絶縁層と、
を有する、圧電駆動装置。
In claim 1,
The first insulating layer includes
An inorganic insulating layer;
An organic insulating layer provided above the inorganic insulating layer;
A piezoelectric driving device.
請求項1または2において、
前記第1絶縁層の上方に設けられた第2絶縁層と、
前記第2絶縁層および前記第1配線層の上方に設けられ、前記第1配線層と電気的に接続された第2配線層と、
を含む、圧電駆動装置。
In claim 1 or 2,
A second insulating layer provided above the first insulating layer;
A second wiring layer provided above the second insulating layer and the first wiring layer and electrically connected to the first wiring layer;
A piezoelectric driving device.
請求項3において、
前記第2配線層は、
前記第1電極層と電気的に接続された第1配線部と、
前記第2電極層と電気的に接続された第2配線部と、
を有し、
前記第1配線部と前記第2配線部との間に第3絶縁層が設けられ、
前記第3絶縁層の上面と前記第2配線層の上面とは、連続している、圧電駆動装置。
In claim 3,
The second wiring layer is
A first wiring portion electrically connected to the first electrode layer;
A second wiring portion electrically connected to the second electrode layer;
Have
A third insulating layer is provided between the first wiring portion and the second wiring portion;
The piezoelectric drive device, wherein an upper surface of the third insulating layer and an upper surface of the second wiring layer are continuous.
請求項3または4において、
前記第1配線層および前記第2配線層の少なくとも一方の上に、無電解めっき層が設けられ、
前記無電解めっき層の材質は、ニッケルである、圧電駆動装置。
In claim 3 or 4,
An electroless plating layer is provided on at least one of the first wiring layer and the second wiring layer,
The piezoelectric drive device, wherein the electroless plating layer is made of nickel.
請求項3ないし5のいずれか1項において、
前記第2配線層の上方に金属層が設けられ、
隣り合う前記振動ユニットのうちの一方の前記振動ユニットの前記金属層と、他方の前記振動ユニットの前記金属層とは、互いに向かい合って金属接合されている、圧電駆動装置。
In any one of Claims 3 thru | or 5,
A metal layer is provided above the second wiring layer;
The piezoelectric drive device, wherein the metal layer of one of the vibration units adjacent to each other and the metal layer of the other vibration unit are metal-bonded to face each other.
請求項1ないし6のいずれか1項において、
前記第1電極層と前記第1絶縁層とに挟まれたダミー圧電体層が設けられ、
前記ダミー圧電体層には、電圧が印加されない、圧電駆動装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
A dummy piezoelectric layer sandwiched between the first electrode layer and the first insulating layer is provided;
A piezoelectric driving device in which no voltage is applied to the dummy piezoelectric layer.
複数の振動ユニットを形成する工程と、
複数の前記振動ユニットを、振動板の板面に垂直な方向に重なるように配置する工程と、
を含み、
前記振動ユニットを形成する工程は、
前記振動板の上方に第1電極層を形成する工程と、
前記第1電極層の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第2電極層を形成する工程と、
前記第1電極層および前記第2電極層が露出するように、前記第1電極層、前記圧電体層、および前記第2電極層の上方に、第1絶縁層を形成する工程と、
露出された前記第1電極層および前記第2電極層と電気的に接続される第1配線層を形成する工程と、
前記第1配線層の上部を除去して、前記第1絶縁層の上面と前記第1配線層の上面とを連続させる工程と、
を有する、圧電駆動装置の製造方法。
Forming a plurality of vibration units;
Arranging a plurality of the vibration units so as to overlap in a direction perpendicular to a plate surface of the diaphragm;
Including
The step of forming the vibration unit includes:
Forming a first electrode layer above the diaphragm;
Forming a piezoelectric layer above the first electrode layer;
Forming a second electrode layer above the piezoelectric layer;
Forming a first insulating layer above the first electrode layer, the piezoelectric layer, and the second electrode layer so that the first electrode layer and the second electrode layer are exposed;
Forming a first wiring layer electrically connected to the exposed first electrode layer and the second electrode layer;
Removing the upper portion of the first wiring layer and continuing the upper surface of the first insulating layer and the upper surface of the first wiring layer;
A method for manufacturing a piezoelectric drive device comprising:
請求項8において、
前記振動ユニットを形成する工程は、
前記第1絶縁層の上方に第2絶縁層を形成する工程と、
前記第2絶縁層の上方に第3絶縁層を形成する工程と、
前記第3絶縁層の上方に、前記第1配線層と電気的に接続される第2配線層を形成する工程と、
前記第2配線層の上部を除去して、前記第3絶縁層の上面と前記第2配線層の上面とを連続させる工程と、
を有する、圧電駆動装置の製造方法。
In claim 8,
The step of forming the vibration unit includes:
Forming a second insulating layer above the first insulating layer;
Forming a third insulating layer above the second insulating layer;
Forming a second wiring layer electrically connected to the first wiring layer above the third insulating layer;
Removing the upper portion of the second wiring layer, and continuing the upper surface of the third insulating layer and the upper surface of the second wiring layer;
A method for manufacturing a piezoelectric drive device comprising:
請求項9において、
前記振動ユニットを形成する工程は、
前記第2配線層の上方に、金属層を形成する工程を有し、
複数の前記振動ユニットを配置する工程では、
隣り合う前記振動ユニットのうちの一方の前記振動ユニットの前記金属層と、他方の前記振動ユニットの前記金属層とを、向かい合わせて金属接合させる、圧電駆動装置の製造方法。
In claim 9,
The step of forming the vibration unit includes:
Forming a metal layer above the second wiring layer;
In the step of arranging a plurality of the vibration units,
A method for manufacturing a piezoelectric drive device, wherein the metal layer of one of the adjacent vibration units and the metal layer of the other vibration unit are metal-faced to face each other.
請求項1ないし7のいずれか1項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、モーター。
A piezoelectric driving device according to any one of claims 1 to 7,
A rotor rotated by the piezoelectric drive device;
Including a motor.
複数のリンク部と、
複数の前記リンク部を接続する関節部と、
複数の前記リンク部を前記関節部で回動させる請求項1ないし7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 link parts;
A joint part connecting a plurality of the link parts;
The piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 7, wherein a plurality of the link portions are rotated by the joint portions;
Including robots.
請求項1ないし7のいずれか1項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、ポンプ。
A piezoelectric driving device according to any one of claims 1 to 7,
A tube that transports the liquid;
A plurality of fingers for closing the tube by driving the piezoelectric driving device;
Including a pump.
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