JP2018085866A - Oscillator, piezoelectric actuator, piezoelectric motor, robot, electronic component transfer device, and method of manufacturing oscillator - Google Patents

Oscillator, piezoelectric actuator, piezoelectric motor, robot, electronic component transfer device, and method of manufacturing oscillator Download PDF

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晃雄 小西
Akio Konishi
晃雄 小西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oscillator capable of improving current efficiency and a method of manufacturing the oscillator, as well as a piezoelectric actuator, a piezoelectric motor, a robot, and an electronic component transfer device comprising the oscillator.SOLUTION: An oscillator comprises: a substrate; and a piezoelectric element having an electrode arranged on one surface side of the substrate. The substrate includes: a first semiconductor part formed from one of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor; and a second semiconductor part that is arranged on the surface of the electrode of the first semiconductor part so as to overlap at least a portion of the electrode in plan view as seen from a direction in which the first semiconductor part and the electrode overlap each other, and that is formed from the other one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、振動子、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置および振動子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a vibrator, a piezoelectric actuator, a piezoelectric motor, a robot, an electronic component transport apparatus, and a vibrator manufacturing method.

従来から、圧電素子を用いた振動子を備える圧電アクチュエーターが知られている(例えば、特許文献1参照)。例えば、特許文献1に記載のアクチュエーターは、シリコン基板と、このシリコン基板上に下部電極、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)および上部電極をこの順で積層して構成されている圧電素子と、を備えている。   Conventionally, a piezoelectric actuator including a vibrator using a piezoelectric element is known (see, for example, Patent Document 1). For example, an actuator described in Patent Document 1 includes a silicon substrate and a piezoelectric element configured by laminating a lower electrode, lead zirconate titanate (PZT), and an upper electrode in this order on the silicon substrate. I have.

特開2016−096187号公報JP 2006-096187 A

特許文献1に記載のアクチュエーターのように、シリコン基板上に圧電素子を配置している圧電アクチュエーターでは、一般に、シリコン基板と圧電素子の下部電極との間に、シリコン酸化膜のような誘電体膜を配置することが行われる。かかる誘電体膜の膜厚は、一般に、生産効率等の都合から、比較的薄い。そのため、従来では、下部電極とシリコン基板との間の静電容量が比較的大きいため、圧電素子を駆動するための電流を下部電極に供給したとき、当該電流の一部が誘電体膜を介してシリコン基板に流れてしまい、その結果、電流効率を低下させてしまうという問題があった。   In a piezoelectric actuator in which a piezoelectric element is arranged on a silicon substrate like the actuator described in Patent Document 1, generally, a dielectric film such as a silicon oxide film is provided between the silicon substrate and the lower electrode of the piezoelectric element. Is done. The film thickness of such a dielectric film is generally relatively thin for convenience of production efficiency and the like. Therefore, conventionally, since the capacitance between the lower electrode and the silicon substrate is relatively large, when a current for driving the piezoelectric element is supplied to the lower electrode, a part of the current passes through the dielectric film. As a result, there is a problem that current efficiency is lowered.

本発明の目的は、電流効率を向上させることができる振動子およびその製造方法を提供すること、また、この振動子を備える圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a vibrator capable of improving current efficiency and a method of manufacturing the vibrator, and to provide a piezoelectric actuator, a piezoelectric motor, a robot, and an electronic component transport device including the vibrator. .

上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の振動子は、基板と、
前記基板上に配置されている圧電素子と、を備え、
前記圧電素子は前記基板との間に電極を有し、
前記基板は、
p型およびn型のうちの一方の半導体で構成されている第1半導体部と、
前記第1半導体部と前記電極との間にあって前記第1半導体に接合し、前記第1半導体部と前記電極とが重なる方向から見た平面視で前記電極の少なくとも一部に重なって配置され、p型およびn型のうちの他方の半導体で構成されている第2半導体部と、を有することを特徴とする。
The above object is achieved by the present invention described below.
The vibrator of the present invention includes a substrate,
A piezoelectric element disposed on the substrate,
The piezoelectric element has an electrode between the substrate and
The substrate is
a first semiconductor portion composed of one of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor;
Between the first semiconductor part and the electrode, joined to the first semiconductor, and arranged to overlap at least part of the electrode in a plan view as seen from the direction in which the first semiconductor part and the electrode overlap; and a second semiconductor portion made of the other of the p-type and n-type semiconductors.

このような振動子によれば、第1半導体部および第2半導体部がpn接合を構成することで、電極と基板との間の電流の流れを制限し、振動子内のリーク電流等を低減することができる。そのため、振動子の電流効率を向上させることができる。   According to such a vibrator, the first semiconductor part and the second semiconductor part form a pn junction, thereby restricting the flow of current between the electrode and the substrate, and reducing leakage current in the vibrator. can do. Therefore, the current efficiency of the vibrator can be improved.

本発明の振動子では、前記基板と前記電極との間に配置されている誘電体層を備えることが好ましい。
これにより、電極から基板へ電流をより流れ難くすることができる。
The vibrator according to the aspect of the invention preferably includes a dielectric layer disposed between the substrate and the electrode.
Thereby, it is possible to make it difficult for current to flow from the electrode to the substrate.

本発明の振動子では、前記第2半導体部は、前記第1半導体部と前記誘電体層との間に配置されていることが好ましい。
これにより、電極と第1半導体部との間にpn接合が介在することとなり、電極と基板との間の電流の流れを効果的に制限することができる。
In the vibrator according to the aspect of the invention, it is preferable that the second semiconductor portion is disposed between the first semiconductor portion and the dielectric layer.
Thereby, a pn junction is interposed between the electrode and the first semiconductor portion, and the current flow between the electrode and the substrate can be effectively limited.

本発明の振動子では、前記第1半導体部は、p型半導体で構成され、
前記第2半導体部は、n型半導体で構成されていることが好ましい。
これにより、電極から基板(第1半導体部)への電流の流れを制限することができる。
In the resonator according to the aspect of the invention, the first semiconductor portion is formed of a p-type semiconductor,
The second semiconductor part is preferably made of an n-type semiconductor.
Thereby, the flow of current from the electrode to the substrate (first semiconductor part) can be limited.

本発明の振動子では、前記圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体を有することが好ましい。
これにより、優れた圧電性を有する圧電素子を実現することができる。そのため、振動子の電流効率をより向上させることができる。
In the vibrator according to the aspect of the invention, it is preferable that the piezoelectric element includes a piezoelectric body containing lead zirconate titanate.
Thereby, a piezoelectric element having excellent piezoelectricity can be realized. Therefore, the current efficiency of the vibrator can be further improved.

本発明の振動子では、前記圧電体は、バルク状であることが好ましい。
これにより、圧電素子の製造を容易にすることができる。
In the vibrator according to the aspect of the invention, it is preferable that the piezoelectric body has a bulk shape.
Thereby, manufacture of a piezoelectric element can be made easy.

本発明の振動子では、前記電極は、前記圧電素子を駆動する駆動信号を生成する駆動回路に電気的に接続されていることが好ましい。
このように基板上の電極に駆動信号を入力する場合において、電極と基板との間の電流の流れを制限することによる振動子の電流効率を高める効果が顕著となる。
In the vibrator according to the aspect of the invention, it is preferable that the electrode is electrically connected to a drive circuit that generates a drive signal for driving the piezoelectric element.
Thus, when a drive signal is input to the electrode on the substrate, the effect of increasing the current efficiency of the vibrator by limiting the current flow between the electrode and the substrate becomes significant.

本発明の圧電アクチュエーターは、本発明の振動子と、
前記振動子に設けられている凸部と、を有することを特徴とする。
このような圧電アクチュエーターによれば、振動子の電流効率を向上させることで、駆動力を効率的に発生させることができる。
The piezoelectric actuator of the present invention includes the vibrator of the present invention,
And a convex portion provided on the vibrator.
According to such a piezoelectric actuator, it is possible to efficiently generate a driving force by improving the current efficiency of the vibrator.

本発明の圧電モーターは、本発明の振動子を備えることを特徴とする。
このような圧電モーターによれば、振動子の電流効率を向上させることで、駆動力(回転力)を効率的に発生させることができる。
The piezoelectric motor of the present invention includes the vibrator of the present invention.
According to such a piezoelectric motor, it is possible to efficiently generate a driving force (rotational force) by improving the current efficiency of the vibrator.

本発明のロボットは、本発明の振動子を備えることを特徴とする。
このようなロボットによれば、振動子の電流効率を向上させることで、ロボットの特性を向上させることができる。
A robot according to the present invention includes the vibrator according to the present invention.
According to such a robot, the characteristics of the robot can be improved by improving the current efficiency of the vibrator.

本発明の電子部品搬送装置は、本発明の振動子を備えることを特徴とする。
このような電子部品搬送装置によれば、振動子の電流効率を向上させることで、電子部品搬送装置の特性を向上させることができる。
An electronic component conveying apparatus according to the present invention includes the vibrator according to the present invention.
According to such an electronic component transport apparatus, the characteristics of the electronic component transport apparatus can be improved by improving the current efficiency of the vibrator.

本発明の振動子の製造方法は、基板を準備する基板準備工程と、
前記基板の一方の面側に、電極を有する圧電素子を配置する素子配置工程と、を含み、
前記基板準備工程で準備する前記基板は、p型およびn型のうちの一方の半導体で構成されている第1半導体部と、前記第1半導体部上に配置され、p型およびn型のうちの他方の半導体で構成されている第2半導体部と、を有し、
前記素子配置工程は、前記第2半導体部に対して前記第1半導体部とは反対側にて、前記第1半導体部と前記電極とが重なる方向から見た平面視で前記電極の少なくとも一部が前記第2半導体部に重なるように前記圧電素子を配置することを特徴とする。
The method for manufacturing a vibrator according to the present invention includes a substrate preparation step of preparing a substrate,
An element disposing step of disposing a piezoelectric element having an electrode on one surface side of the substrate,
The substrate prepared in the substrate preparation step is disposed on the first semiconductor unit and the first semiconductor unit composed of one of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, A second semiconductor part composed of the other semiconductor of
The element arranging step includes at least a part of the electrode in a plan view as viewed from a direction in which the first semiconductor part and the electrode overlap on the opposite side of the second semiconductor part from the first semiconductor part. The piezoelectric element is disposed so as to overlap the second semiconductor portion.

このような振動子の製造方法によれば、優れた電流効率を有する振動子を得ることができる。   According to such a method for manufacturing a vibrator, a vibrator having excellent current efficiency can be obtained.

本発明の第1実施形態に係る圧電モーターの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the piezoelectric motor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1に示す圧電モーターが備える圧電アクチュエーターの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the piezoelectric actuator with which the piezoelectric motor shown in FIG. 1 is provided. 図1中のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line in FIG. 図1に示す圧電モーターの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the piezoelectric motor shown in FIG. 図3に示す圧電アクチュエーターが備えるpn接合部の作用を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action of the pn junction part with which the piezoelectric actuator shown in FIG. 3 is provided. 図3に示す圧電アクチュエーターが備えるpn接合部の変形例の作用を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action of the modification of the pn junction part with which the piezoelectric actuator shown in FIG. 3 is provided. 図1に示す圧電モーター(圧電アクチュエーター)が備える振動子の製造方法を説明するためのフローチャートである。2 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a vibrator included in the piezoelectric motor (piezoelectric actuator) shown in FIG. 1. 本発明の第2実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the piezoelectric actuator which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図8に示す圧電アクチュエーターが備える基板の斜視図である。It is a perspective view of the board | substrate with which the piezoelectric actuator shown in FIG. 8 is provided. 本発明の第3実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the piezoelectric actuator which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図10に示す圧電アクチュエーターが備える支持基板の斜視図である。It is a perspective view of the support substrate with which the piezoelectric actuator shown in FIG. 10 is provided. 本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows embodiment of the robot of this invention. 本発明の電子部品搬送装置の実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows embodiment of the electronic component conveying apparatus of this invention. 図13に示す電子部品搬送装置が備える電子部品保持部の斜視図である。It is a perspective view of the electronic component holding part with which the electronic component conveyance apparatus shown in FIG. 13 is provided.

以下、本発明の振動子、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置および振動子の製造方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, a vibrator, a piezoelectric actuator, a piezoelectric motor, a robot, an electronic component transport apparatus, and a vibrator manufacturing method according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

(圧電モーター)
まず、本発明の圧電モーター(本発明の振動子または圧電アクチュエーターを備える圧電モーター)について説明する。
(Piezoelectric motor)
First, the piezoelectric motor of the present invention (piezoelectric motor including the vibrator or piezoelectric actuator of the present invention) will be described.

<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る圧電モーターの概略構成を示す平面図である。図2は、図1に示す圧電モーターが備える圧電アクチュエーターの分解斜視図である。図3は、図1中のA−A線断面図である。図4は、図1に示す圧電モーターの動作を説明するための図である。なお、以下では、説明の便宜上、図3中の上側を「上」、下側を「下」ともいう。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the piezoelectric motor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the piezoelectric actuator provided in the piezoelectric motor shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the piezoelectric motor shown in FIG. In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 3 is also referred to as “upper” and the lower side is also referred to as “lower”.

図1に示す圧電モーター200は、回動軸Oまわりに回動可能な被駆動部(従動部)であるローター210と、ローター210の外周面211に当接する圧電アクチュエーター100と、を有している。この圧電モーター200では、圧電アクチュエーター100を駆動(振動)させることで、その駆動力をローター210に伝達し、ローター210を回動軸Oまわりに回動(回転)させる。なお、圧電モーター200は、図示では被駆動部を回転運動させる構成であるが、これに限定されず、例えば、被駆動部を直線運動させる構成であってもよい。また、圧電モーター200は、1つの被駆動部に対して複数の圧電アクチュエーター100を当接させる構成であってもよい。   A piezoelectric motor 200 shown in FIG. 1 includes a rotor 210 that is a driven portion (driven portion) that can rotate around a rotation axis O, and a piezoelectric actuator 100 that contacts an outer peripheral surface 211 of the rotor 210. Yes. In the piezoelectric motor 200, the driving force is transmitted to the rotor 210 by driving (vibrating) the piezoelectric actuator 100, and the rotor 210 is rotated (rotated) around the rotation axis O. In addition, although the piezoelectric motor 200 is a structure which rotates a to-be-driven part in illustration, it is not limited to this, For example, the structure to which a to-be-driven part is linearly moved may be sufficient. Further, the piezoelectric motor 200 may have a configuration in which a plurality of piezoelectric actuators 100 are brought into contact with one driven part.

[圧電アクチュエーター]
圧電アクチュエーター100は、振動子1と、振動子1に設けられている凸部110と、を有している。
[Piezoelectric actuator]
The piezoelectric actuator 100 includes the vibrator 1 and a convex portion 110 provided on the vibrator 1.

図2に示すように、振動子1は、1対の基板2、3と、これら基板2、3間に配置されている圧電素子4およびスペーサー5と、を有している。ここで、基板2の基板3側の面(図2中の上面)上には、配線61が配置されている。また、基板3の基板2側の面(図2中の下面)上には、配線62が配置されている。そして、図3に示すように、基板2の上面と圧電素子4の下面とは、圧電素子4(より具体的には後述する第1電極41)が配線61に電気的に接続されるように、絶縁性の接着剤71を介して接合されている。同様に、基板3の下面と圧電素子4の上面とは、圧電素子4(より具体的には後述する第2電極43)が配線62に電気的に接続されるように、絶縁性の接着剤72を介して接合されている。また、図示しないが、基板2の上面および基板3の下面とスペーサー5とは、接着剤71、72と同様の接着剤を介して接合されている。接着剤71、72としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコン系等の各種接着剤が挙げられる。また、接着剤を介さない、例えばAu−Au接合などの個体接合であれば接着剤71、72はなくてもよい。   As shown in FIG. 2, the vibrator 1 includes a pair of substrates 2 and 3, and a piezoelectric element 4 and a spacer 5 disposed between the substrates 2 and 3. Here, the wiring 61 is disposed on the surface of the substrate 2 on the substrate 3 side (the upper surface in FIG. 2). A wiring 62 is disposed on the surface of the substrate 3 on the substrate 2 side (the lower surface in FIG. 2). As shown in FIG. 3, the upper surface of the substrate 2 and the lower surface of the piezoelectric element 4 are connected so that the piezoelectric element 4 (more specifically, a first electrode 41 described later) is electrically connected to the wiring 61. Are bonded via an insulating adhesive 71. Similarly, the lower surface of the substrate 3 and the upper surface of the piezoelectric element 4 are made of an insulating adhesive so that the piezoelectric element 4 (more specifically, a second electrode 43 described later) is electrically connected to the wiring 62. 72. Although not shown, the upper surface of the substrate 2, the lower surface of the substrate 3, and the spacer 5 are bonded via an adhesive similar to the adhesives 71 and 72. Each of the adhesives 71 and 72 is not particularly limited, and examples thereof include various adhesives such as epoxy, acrylic, and silicon. Further, the adhesives 71 and 72 may be omitted as long as they are solid bonding such as Au-Au bonding without using an adhesive.

基板2は、前述した接着剤71により圧電素子4に接合されている振動部21と、図示しない接着剤によりスペーサー5に接合されている支持部22と、これらを接続している1対の接続部23と、を有している。振動部21は、基板2、3が重なる方向から見た平面視(以下、単に「平面視」ともいう)で、長方形(長手形状)をなしている。また、支持部22は、平面視で振動部21の長手方向での一端側の部分の外周を囲う形状をなしている。また、1対の接続部23は、振動部21の幅方向(長手方向に対して直交する方向)での両端と支持部22とを接続している。   The substrate 2 includes a vibrating part 21 joined to the piezoelectric element 4 by the adhesive 71 described above, a support part 22 joined to the spacer 5 by an adhesive (not shown), and a pair of connections connecting them. Part 23. The vibration part 21 has a rectangular shape (longitudinal shape) in a plan view (hereinafter also simply referred to as “plan view”) viewed from the direction in which the substrates 2 and 3 overlap. Further, the support portion 22 has a shape that surrounds the outer periphery of a portion on one end side in the longitudinal direction of the vibration portion 21 in a plan view. Further, the pair of connection portions 23 connect both ends of the vibration portion 21 in the width direction (a direction orthogonal to the longitudinal direction) and the support portion 22.

本実施形態では、基板2、3は、互いに実質的に同じ平面視形状をなしており、基板3は、基板2と同様に、前述した接着剤72により圧電素子4に接合されている振動部31と、図示しない接着剤によりスペーサー5に接合されている支持部32と、これらを接続している1対の接続部33と、を有している。   In the present embodiment, the substrates 2 and 3 have substantially the same plan view shape, and the substrate 3 is bonded to the piezoelectric element 4 by the adhesive 72 described above, similarly to the substrate 2. 31, a support portion 32 joined to the spacer 5 by an adhesive (not shown), and a pair of connection portions 33 that connect them.

なお、振動部21、31、支持部22、32および接続部23、33の形状や配置等は、図示のものに限定されない。例えば、支持部22、32が接続部23、33ごとに分離して設けられていてもよい。また、接続部23、33の数、形状および配置等も任意である。また、基板2、3の平面視形状が互いに異なっていてもよい。   In addition, the shape, arrangement | positioning, etc. of the vibration parts 21 and 31, the support parts 22 and 32, and the connection parts 23 and 33 are not limited to the thing of illustration. For example, the support parts 22 and 32 may be provided separately for each of the connection parts 23 and 33. Further, the number, shape, arrangement, and the like of the connecting portions 23 and 33 are arbitrary. Moreover, the planar view shapes of the substrates 2 and 3 may be different from each other.

このような基板2、3としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板、シリコンカーバイト基板等の半導体基板を用いることができる。基板2、3として半導体基板(特にシリコン基板)を用いることで、前述したような振動部21、31、支持部22、32および接続部23、33を有する基板2、3をシリコンウエハプロセス(MEMSプロセス)により生産性よく高精度に製造することができる。   The substrates 2 and 3 are not particularly limited, and for example, a semiconductor substrate such as a silicon substrate or a silicon carbide substrate can be used. By using a semiconductor substrate (particularly a silicon substrate) as the substrates 2 and 3, the substrates 2 and 3 having the vibration parts 21 and 31, the support parts 22 and 32, and the connection parts 23 and 33 as described above are formed into a silicon wafer process (MEMS). Process) with high productivity and high accuracy.

図3に示すように、基板2の圧電素子4側の面(上面)には、誘電体層24が設けられている。これにより、基板2を介した配線61の短絡を低減することができる。同様に、基板3の圧電素子4側の面(下面)には、誘電体層34が設けられている。これにより、基板3を介した配線62の短絡を低減することができる。誘電体層24、34は、それぞれ、例えば、基板2、3がシリコン基板である場合、シリコン基板の表面を熱酸化することにより形成されたシリコン酸化膜である。   As shown in FIG. 3, a dielectric layer 24 is provided on the surface (upper surface) of the substrate 2 on the piezoelectric element 4 side. Thereby, the short circuit of the wiring 61 through the board | substrate 2 can be reduced. Similarly, a dielectric layer 34 is provided on the surface (lower surface) of the substrate 3 on the piezoelectric element 4 side. Thereby, the short circuit of the wiring 62 through the board | substrate 3 can be reduced. For example, when the substrates 2 and 3 are silicon substrates, the dielectric layers 24 and 34 are silicon oxide films formed by thermally oxidizing the surface of the silicon substrate.

また、基板2は、板状の第1半導体部25と、第1半導体部25の圧電素子4側の面に設けられている複数の第2半導体部26と、を有する。ここで、第1半導体部25および第2半導体部26のうち、一方がn型半導体で構成され、他方がp型半導体で構成されている。そして、第1半導体部25と第2半導体部26との間には、pn接合が形成されている。   In addition, the substrate 2 includes a plate-like first semiconductor unit 25 and a plurality of second semiconductor units 26 provided on the surface of the first semiconductor unit 25 on the piezoelectric element 4 side. Here, one of the first semiconductor unit 25 and the second semiconductor unit 26 is configured by an n-type semiconductor, and the other is configured by a p-type semiconductor. A pn junction is formed between the first semiconductor unit 25 and the second semiconductor unit 26.

特に、複数の第2半導体部26は、後述する圧電素子4の複数の第1電極41に対応して設けられ、それぞれ、第1電極41と第1半導体部25との間に介在している。このように第2半導体部26を配置することにより、基板2を介した複数の第1電極41間の電流の流れを遮るように、第1半導体部25および第2半導体部26によるpn接合を配置することができる。これにより、第1電極41と基板2との間の電流の流れを制限し、振動子1におけるリーク電流を低減することができる。その結果、振動子1の電流効率を向上させることができる。なお、この点については、後に詳述する。
また、基板3を構成する半導体は、n型またはp型のいずれの半導体であってもよく、また、不純物を含まない真正半導体であってもよい。また、基板3は、基板2と同様の構成であってもよい。
In particular, the plurality of second semiconductor portions 26 are provided corresponding to a plurality of first electrodes 41 of the piezoelectric element 4 described later, and are respectively interposed between the first electrodes 41 and the first semiconductor portion 25. . By arranging the second semiconductor part 26 in this way, a pn junction by the first semiconductor part 25 and the second semiconductor part 26 is formed so as to block the flow of current between the plurality of first electrodes 41 via the substrate 2. Can be arranged. Thereby, the flow of current between the first electrode 41 and the substrate 2 can be restricted, and the leakage current in the vibrator 1 can be reduced. As a result, the current efficiency of the vibrator 1 can be improved. This point will be described in detail later.
The semiconductor constituting the substrate 3 may be either an n-type or p-type semiconductor, or may be a genuine semiconductor that does not contain impurities. The substrate 3 may have the same configuration as the substrate 2.

なお、基板2は、前述した第1半導体部25および第2半導体部26以外の部分を有していてもよく、例えば、第1半導体部25の第2半導体部26とは反対側の面(下面)に、第1半導体部25とは不純物の導電型またはドープ量が異なる半導体で構成された半導体部が設けられていてもよい。また、図示では、第1半導体部25と第2半導体部26との界面が明確に示されているが、かかる界面は、明確でなくてもよく、例えば、かかる界面付近では、第1半導体部25および第2半導体部26に含まれる不純物が混在していてもよい。   In addition, the board | substrate 2 may have parts other than the 1st semiconductor part 25 and the 2nd semiconductor part 26 which were mentioned above, for example, the surface on the opposite side to the 2nd semiconductor part 26 of the 1st semiconductor part 25 ( On the lower surface, a semiconductor portion made of a semiconductor having a different conductivity type or doping amount from the first semiconductor portion 25 may be provided. Further, in the drawing, the interface between the first semiconductor unit 25 and the second semiconductor unit 26 is clearly shown, but such an interface may not be clear. For example, in the vicinity of the interface, the first semiconductor unit 25 and the impurities contained in the second semiconductor part 26 may be mixed.

前述した基板2、3の振動部21、31は、圧電素子4を挟んでおり、圧電素子4とともに振動する「振動板」を構成している。このような振動部の長手方向での一端部(先端部)には、その幅方向での中央部に凸部110が設けられている。この凸部110は、振動子1の振動を摩擦摺動によりローター210へ伝達する伝達部として機能するものであり、例えば、セラミックス等の耐摩耗性に優れた材料で構成された部材が当該一端部に接着剤等により接合されることにより構成されている。なお、凸部110の形状は、駆動力をローター210(被駆動部)に伝達可能であればよく、図示の形状に限定されない。   The vibrating portions 21 and 31 of the substrates 2 and 3 described above sandwich the piezoelectric element 4 and constitute a “vibrating plate” that vibrates together with the piezoelectric element 4. At one end portion (tip portion) in the longitudinal direction of such a vibration portion, a convex portion 110 is provided at the center portion in the width direction. The convex portion 110 functions as a transmission portion that transmits the vibration of the vibrator 1 to the rotor 210 by frictional sliding. For example, a member made of a material having excellent wear resistance such as ceramics is used as the one end. It is comprised by joining to a part with an adhesive agent etc. In addition, the shape of the convex part 110 should just be able to transmit a driving force to the rotor 210 (driven part), and is not limited to the shape of illustration.

圧電素子4は、図1および図2に示すように、複数(図示では5つ)の第1電極41と、圧電体42と、第2電極43と、を有し、これらがこの順で積層されて構成されている。圧電体42は、板状をなし、前述した基板2、3の振動部21、31と同様の平面視形状をなしている。この圧電体42の一方の面(下面)には、5つの第1電極41が設けられ、他方の面(上面)には、第2電極43が設けられている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric element 4 has a plurality (five in the drawing) of first electrodes 41, piezoelectric bodies 42, and second electrodes 43, which are stacked in this order. Has been configured. The piezoelectric body 42 has a plate shape, and has the same planar view shape as the vibrating portions 21 and 31 of the substrates 2 and 3 described above. Five first electrodes 41 are provided on one surface (lower surface) of the piezoelectric body 42, and second electrodes 43 are provided on the other surface (upper surface).

5つの第1電極41は、圧電体42の幅方向の中央部に圧電体42の長手方向に沿って配置されている第1電極41eと、第1電極41eに対して圧電体42の幅方向の一方側に圧電体42の長手方向に沿って配置されている2つの第1電極41a、41bと、第1電極41eに対して圧電体42の幅方向の他方側に圧電体42の長手方向に沿って配置されている2つの第1電極41c、41dとで構成されている。   The five first electrodes 41 include a first electrode 41e disposed along the longitudinal direction of the piezoelectric body 42 at the center in the width direction of the piezoelectric body 42, and the width direction of the piezoelectric body 42 with respect to the first electrode 41e. Two first electrodes 41a and 41b arranged along the longitudinal direction of the piezoelectric body 42 on one side of the piezoelectric body 42 and the longitudinal direction of the piezoelectric body 42 on the other side in the width direction of the piezoelectric body 42 with respect to the first electrode 41e. And two first electrodes 41c and 41d arranged along the line.

そして、第1電極41a、圧電体42および第2電極43を含む積層体が圧電素子4aを構成している。同様に、第1電極41b、41c、41d、41e、圧電体42および第2電極43を含む積層体が圧電素子4b、4c、4d、4eを構成している。このように、圧電素子4は、5つの圧電素子4a、4b、4c、4d、4eを有している。   And the laminated body containing the 1st electrode 41a, the piezoelectric material 42, and the 2nd electrode 43 comprises the piezoelectric element 4a. Similarly, the laminated body including the first electrodes 41b, 41c, 41d, and 41e, the piezoelectric body 42, and the second electrode 43 constitutes the piezoelectric elements 4b, 4c, 4d, and 4e. Thus, the piezoelectric element 4 has five piezoelectric elements 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e.

このように、第1電極41a、41b、41c、41d、41eは、圧電素子4a、4b、4c、4d、4eごとに個別に設けられた個別電極である。一方、第2電極43は、圧電素子4a、4b、4c、4d、4eに共通して設けられた共通電極である。また、圧電体42は、圧電素子4a、4b、4c、4d、4eに共通して一体的に設けられている。なお、圧電体42は、圧電素子4a、4b、4c、4d、4eごとに個別に設けられていてもよい。   Thus, the first electrodes 41a, 41b, 41c, 41d, and 41e are individual electrodes that are individually provided for the piezoelectric elements 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e. On the other hand, the second electrode 43 is a common electrode provided in common to the piezoelectric elements 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e. The piezoelectric body 42 is integrally provided in common with the piezoelectric elements 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e. Note that the piezoelectric body 42 may be provided individually for each of the piezoelectric elements 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e.

第1、第2電極41、43の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、金(Au)、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、銅(Cu)等の金属材料が挙げられる。   The constituent materials of the first and second electrodes 41 and 43 are not particularly limited. For example, aluminum (Al), nickel (Ni), gold (Au), platinum (Pt), iridium (Ir), copper Examples thereof include metal materials such as (Cu).

圧電体42は、圧電体42の厚さ方向に沿った方向の電界が印加されることで、前述した基板2、3の振動部21、31の長手方向に沿った方向に伸縮する。このような圧電体42の構成材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウムストロンチウム(BST)、タンタル酸ストロンチウムビスマス(SBT)、メタニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電セラミックスが挙げられる。なお、圧電体42の構成材料としては、上述した圧電セラミックスの他にも、ポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いてもよい。   The piezoelectric body 42 expands and contracts in the direction along the longitudinal direction of the vibrating portions 21 and 31 of the substrates 2 and 3 described above when an electric field in the direction along the thickness direction of the piezoelectric body 42 is applied. Examples of the constituent material of the piezoelectric body 42 include lead zirconate titanate (PZT), barium titanate, lead titanate, potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, sodium tungstate, zinc oxide, Examples thereof include piezoelectric ceramics such as barium strontium titanate (BST), strontium bismuth tantalate (SBT), lead metaniobate, and lead scandium niobate. In addition to the above-described piezoelectric ceramics, polyvinylidene fluoride, crystal, or the like may be used as the constituent material of the piezoelectric body 42.

中でも、圧電体42の構成材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛を用いることが好ましい。このように、圧電素子4がチタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体42を有することにより、優れた圧電性を有する圧電素子4を実現することができる。そのため、振動子1の電流効率をより向上させることができる。   Among these, as a constituent material of the piezoelectric body 42, it is preferable to use lead zirconate titanate. Thus, when the piezoelectric element 4 has the piezoelectric body 42 containing lead zirconate titanate, the piezoelectric element 4 having excellent piezoelectricity can be realized. Therefore, the current efficiency of the vibrator 1 can be further improved.

また、圧電体42は、例えば、バルク材料から形成してもよいし、ゾル−ゲル法やスパッタリング法を用いて形成してもよいが、バルク材料から形成することが好ましい。すなわち、圧電体42は、バルク状であることが好ましい。これにより、圧電素子4の製造が容易になる。なお、「バルク」とは、薄膜でないもの、例えば分厚い塊状のものを意味し、複数個が集まったもの、例えば積層したものも含む。   The piezoelectric body 42 may be formed from, for example, a bulk material, or may be formed using a sol-gel method or a sputtering method, but is preferably formed from a bulk material. That is, the piezoelectric body 42 is preferably in a bulk shape. Thereby, manufacture of the piezoelectric element 4 becomes easy. “Bulk” means a material that is not a thin film, for example, a thick mass, and includes a collection of a plurality of materials, for example, a stack.

また、前述した基板2、3の支持部22、32は、スペーサー5を挟んでおり、支持部22が1対の接続部23を介して振動部21を支持しているとともに、支持部32が1対の接続部33を介して振動部31を支持している。接続部23、33間には、圧電素子4およびスペーサー5がいずれも配置されておらず、圧電素子4またはスペーサー5の厚さに応じた隙間が形成されている。   Further, the support portions 22 and 32 of the substrates 2 and 3 described above sandwich the spacer 5, the support portion 22 supports the vibrating portion 21 via a pair of connection portions 23, and the support portion 32 The vibration part 31 is supported via a pair of connection parts 33. Neither the piezoelectric element 4 nor the spacer 5 is disposed between the connecting portions 23 and 33, and a gap corresponding to the thickness of the piezoelectric element 4 or the spacer 5 is formed.

スペーサー5は、平面視で、前述した基板2、3の支持部22、32と実質的に同じ形状および大きさを有している。このスペーサー5は、支持部22、32の剛性を高める機能を有する。また、スペーサー5の少なくとも表面は、誘電体性を有している。これにより、スペーサー5を介して配線61、62の短絡を防止することができる。このようなスペーサー5の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ジルコニア、アルミナ、チタニア等の各種セラミックス、シリコン、各種樹脂材料等が挙げられる。なお、金属材料のような導電性材料を用いてスペーサー5を構成することもでき、この場合、スペーサー5の表面に絶縁処理を施せばよい。また、スペーサー5は、1つの部材で構成されていてもよいが、複数の部材、例えば、複数層が積層・接合された積層体で構成されていてもよい。   The spacer 5 has substantially the same shape and size as the support portions 22 and 32 of the substrates 2 and 3 described above in a plan view. The spacer 5 has a function of increasing the rigidity of the support portions 22 and 32. Further, at least the surface of the spacer 5 has a dielectric property. Thereby, the short circuit of the wirings 61 and 62 can be prevented via the spacer 5. The constituent material of the spacer 5 is not particularly limited, and examples thereof include various ceramics such as zirconia, alumina, and titania, silicon, and various resin materials. Note that the spacer 5 can also be configured using a conductive material such as a metal material. In this case, the surface of the spacer 5 may be insulated. The spacer 5 may be composed of a single member, but may be composed of a plurality of members, for example, a laminate in which a plurality of layers are laminated and bonded.

図2に示すように、配線61は、前述した誘電体層24上に配置され、基板2と圧電素子4およびスペーサー5との間に位置している。一方、配線62は、前述した誘電体層34上に配置され、基板3と圧電素子4およびスペーサー5との間に位置している。このように、圧電素子4およびスペーサー5に対して一方側(下側)に配線61を配置し、他方側(上側)に配線62を配置することで、配線61と配線62との短絡を防止しつつ、配線61および配線62の配置の自由度を高めることができる。   As shown in FIG. 2, the wiring 61 is disposed on the dielectric layer 24 described above, and is located between the substrate 2, the piezoelectric element 4, and the spacer 5. On the other hand, the wiring 62 is disposed on the dielectric layer 34 described above and is located between the substrate 3, the piezoelectric element 4, and the spacer 5. Thus, the wiring 61 is arranged on one side (lower side) with respect to the piezoelectric element 4 and the spacer 5, and the wiring 62 is arranged on the other side (upper side), thereby preventing a short circuit between the wiring 61 and the wiring 62. However, the degree of freedom of arrangement of the wiring 61 and the wiring 62 can be increased.

配線61は、複数の配線61a、61b、61c、61d、61eを含んでいる。配線61a、61b、61c、61d、61eは、それぞれ、基板2の接続部23上を介して振動部21上および支持部22上にわたって配置されており、一端部が振動部21上に配置され、他端部が支持部22上に配置されている。そして、配線61a、61b、61c、61d、61eの一端部は、圧電素子4a、4b、4c、4d、4eに対応して設けられており、第1電極41a、41b、41c、41d、41eに接続されている。また、配線61a、61b、61c、61d、61eの他端部は、基板2の支持部22とスペーサー5との間から露出し、図示しないフレキシブル配線基板を介して、図示しない駆動回路に電気的に接続されている。   The wiring 61 includes a plurality of wirings 61a, 61b, 61c, 61d, and 61e. The wirings 61 a, 61 b, 61 c, 61 d, 61 e are respectively disposed on the vibration part 21 and the support part 22 via the connection part 23 of the substrate 2, and one end part is disposed on the vibration part 21. The other end portion is disposed on the support portion 22. One ends of the wirings 61a, 61b, 61c, 61d, and 61e are provided corresponding to the piezoelectric elements 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e, and are connected to the first electrodes 41a, 41b, 41c, 41d, and 41e. It is connected. The other end portions of the wirings 61a, 61b, 61c, 61d, and 61e are exposed from between the support portion 22 of the substrate 2 and the spacer 5, and are electrically connected to a driving circuit (not shown) through a flexible wiring substrate (not shown). It is connected to the.

一方、配線62は、基板3の接続部33上を介して振動部31上および支持部32上にわたって配置されており、一端部が振動部31上に配置され、他端部が支持部32上に配置されている。そして、配線62の一端部は、圧電素子4の第2電極43に接続されている。また、配線62の他端部は、基板3の支持部32とスペーサー5との間から露出し、図示しないフレキシブル配線基板を介して、グランド電位に電気的に接続(接地)されている。   On the other hand, the wiring 62 is disposed over the vibration part 31 and the support part 32 via the connection part 33 of the substrate 3, one end is disposed on the vibration part 31, and the other end is on the support part 32. Is arranged. One end of the wiring 62 is connected to the second electrode 43 of the piezoelectric element 4. The other end portion of the wiring 62 is exposed from between the support portion 32 of the substrate 3 and the spacer 5 and is electrically connected (grounded) to a ground potential via a flexible wiring substrate (not shown).

このような配線61、62の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、金(Au)、白金(Pt)、銅(Cu)等の金属材料が挙げられる。また、配線61、62の形成方法としては、特に限定されず、例えば、蒸着、スパッタリング、めっき法等を用いることができる。   The constituent material of the wirings 61 and 62 is not particularly limited, and examples thereof include metal materials such as aluminum (Al), nickel (Ni), gold (Au), platinum (Pt), and copper (Cu). It is done. Moreover, it does not specifically limit as a formation method of the wiring 61 and 62, For example, vapor deposition, sputtering, a plating method etc. can be used.

以上説明したような構成の圧電モーター200は、図示しない駆動回路から所定周波数の駆動信号が配線61を介して圧電素子4の第1電極41に入力されることにより作動する。例えば、圧電素子4a、4dへの駆動信号と圧電素子4b、4cへの駆動信号との位相差を180°とし、圧電素子4a、4dへの駆動信号と圧電素子4eへの駆動信号との位相差を30°とすることで、各圧電素子4a、4b、4c、4d、4eの伸縮により、圧電素子4が基板2、3の振動部21、31とともに図4に示すようにS字形状に屈曲振動し、これにより、凸部110の先端が楕円運動する。その結果、ローター210は、外周面211が凸部110から一方向に駆動力を繰り返し受けて、回動軸Oまわりに矢印方向に回転する。なお、圧電素子4a、4dへの駆動信号との位相差が210°となるように(すなわち片回転していた位相条件の逆位相となるように)圧電素子4eに駆動信号を印加すれば、ローター210を逆回転させることができる。   The piezoelectric motor 200 configured as described above operates when a drive signal having a predetermined frequency is input to the first electrode 41 of the piezoelectric element 4 via the wiring 61 from a drive circuit (not shown). For example, the phase difference between the drive signal to the piezoelectric elements 4a and 4d and the drive signal to the piezoelectric elements 4b and 4c is 180 °, and the order of the drive signal to the piezoelectric elements 4a and 4d and the drive signal to the piezoelectric element 4e is By setting the phase difference to 30 °, the piezoelectric elements 4 are formed into an S-shape as shown in FIG. 4 together with the vibrating portions 21 and 31 of the substrates 2 and 3 by expansion and contraction of the piezoelectric elements 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e. It bends and vibrates, whereby the tip of the convex portion 110 moves elliptically. As a result, the outer surface 211 of the rotor 210 repeatedly receives a driving force in one direction from the convex portion 110 and rotates around the rotation axis O in the direction of the arrow. If the drive signal is applied to the piezoelectric element 4e so that the phase difference from the drive signal to the piezoelectric elements 4a and 4d is 210 ° (that is, the phase is opposite to the phase condition that has been rotated once), The rotor 210 can be reversely rotated.

以下、基板2の第1半導体部25および第2半導体部26について詳述する。
図5は、図3に示す圧電アクチュエーターが備えるpn接合部の作用を説明するための模式図である。図6は、図3に示す圧電アクチュエーターが備えるpn接合部の変形例の作用を説明するための模式図である。
Hereinafter, the first semiconductor part 25 and the second semiconductor part 26 of the substrate 2 will be described in detail.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation of the pn junction provided in the piezoelectric actuator shown in FIG. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of a modified example of the pn junction provided in the piezoelectric actuator shown in FIG.

前述したように、振動子1は、基板2と、基板2の一方の面(上面)側に配置されている「電極」である第1電極41を有する圧電素子4と、を備えている。そして、基板2は、p型およびn型のうちの一方の半導体で構成されている第1半導体部25と、第1半導体部25の第1電極41側の面上に、第1半導体部25と第1電極41とが重なる方向から見た平面視で第1電極41の少なくとも一部に重なって配置され、p型およびn型のうちの他方の半導体で構成されている第2半導体部26と、を有する。   As described above, the vibrator 1 includes the substrate 2 and the piezoelectric element 4 having the first electrode 41 that is an “electrode” disposed on one surface (upper surface) side of the substrate 2. The substrate 2 is formed on the first semiconductor part 25 made of one of the p-type and n-type semiconductors, and on the surface of the first semiconductor part 25 on the first electrode 41 side. The second semiconductor unit 26 is arranged to overlap at least a part of the first electrode 41 in a plan view as viewed from the direction in which the first electrode 41 and the first electrode 41 overlap, and is configured by the other semiconductor of the p-type and the n-type. And having.

このような振動子1によれば、第1半導体部25および第2半導体部26がpn接合を構成することで、第1電極41と基板2との間の電流の流れを制限し、振動子1内のリーク電流等を低減することができる。そのため、振動子1の電流効率を向上させることができる。なお、配線61の平面視で第1電極41と重なる部分は、第1電極41に電気的に接続されているため、第1電極41の一部とみなすことができ、その場合、当該部分および第1電極41が「電極」を構成しているといえる。   According to such a vibrator 1, the first semiconductor portion 25 and the second semiconductor portion 26 form a pn junction, thereby restricting the flow of current between the first electrode 41 and the substrate 2. The leakage current in 1 can be reduced. Therefore, the current efficiency of the vibrator 1 can be improved. In addition, since the part which overlaps with the 1st electrode 41 in planar view of the wiring 61 is electrically connected to the 1st electrode 41, it can be regarded as a part of 1st electrode 41, In that case, the said part and It can be said that the first electrode 41 constitutes an “electrode”.

より具体的に説明すると、図5に示すように、「電極」である第1電極41は、圧電素子4を駆動する駆動信号を生成する駆動回路10に電気的に接続されている。そして、圧電素子4の第1電極41には、駆動回路10から駆動信号として電流が入力される。このとき、第1電極41に入力された電流が、図5中の実線矢印で示すように、圧電体42を介して第2電極43へ流れることにより、圧電素子4が駆動される。このように基板2上の第1電極41に駆動信号を入力する場合において、以下に述べるように、第1電極41と基板2との間の電流の流れを制限することによる振動子1の電流効率を高める効果が顕著となる。   More specifically, as shown in FIG. 5, the first electrode 41 that is an “electrode” is electrically connected to a drive circuit 10 that generates a drive signal for driving the piezoelectric element 4. A current is input from the drive circuit 10 to the first electrode 41 of the piezoelectric element 4 as a drive signal. At this time, the current input to the first electrode 41 flows to the second electrode 43 via the piezoelectric body 42 as shown by the solid arrow in FIG. 5, thereby driving the piezoelectric element 4. When the drive signal is input to the first electrode 41 on the substrate 2 as described above, the current of the vibrator 1 by limiting the flow of current between the first electrode 41 and the substrate 2 as described below. The effect of increasing the efficiency becomes remarkable.

振動子1は、基板2と「電極」である第1電極41との間に配置されている誘電体層24を備える。これにより、第1電極41から基板2へ電流をより流れ難くすることができる。   The vibrator 1 includes a dielectric layer 24 disposed between the substrate 2 and a first electrode 41 that is an “electrode”. Thereby, it is possible to make it difficult for current to flow from the first electrode 41 to the substrate 2.

しかし、第1電極41が誘電体層24を介して半導体基板である基板2に対向しており、誘電体層24がキャパシタCsを形成している。誘電体層24の誘電率は圧電体42よりも小さいので厚さと面積が同じであれば、キャパシタCsは圧電体42が形成するキャパシタCpよりも小さくなるが、誘電体層24の厚さが圧電体42の厚さよりも極めて薄いため、このキャパシタCsとキャパシタCpとの容量の差が小さくなってしまう場合がある。   However, the first electrode 41 faces the substrate 2 which is a semiconductor substrate through the dielectric layer 24, and the dielectric layer 24 forms the capacitor Cs. Since the dielectric constant of the dielectric layer 24 is smaller than that of the piezoelectric body 42, if the thickness and area are the same, the capacitor Cs is smaller than the capacitor Cp formed by the piezoelectric body 42, but the thickness of the dielectric layer 24 is piezoelectric. Since the thickness of the body 42 is extremely thin, the difference in capacitance between the capacitor Cs and the capacitor Cp may be reduced.

そのため、仮に基板2が例えば単なるシリコン基板であると、第1電極41に入力された電流の少なくとも一部が、図5中の二点鎖線矢印で示すように、誘電体層24を介して基板2に漏れ電流として流れてしまう。このような漏れ電流(以下、単に「漏れ電流」ともいう)は、抵抗Rとなる基板2を通じて他の第1電極41に入力され、振動子1の電流効率の低下を招いたり、振動子1の意図しない振動の原因となったりする。   Therefore, if the substrate 2 is, for example, a simple silicon substrate, at least a part of the current input to the first electrode 41 passes through the dielectric layer 24 as indicated by a two-dot chain line arrow in FIG. 2 flows as a leakage current. Such a leakage current (hereinafter, also simply referred to as “leakage current”) is input to the other first electrode 41 through the substrate 2 serving as the resistance R, leading to a decrease in the current efficiency of the vibrator 1 or the vibrator 1. May cause unintentional vibration.

そこで、振動子1では、前述したように、基板2にpn接合を設けることで、第1電極41から基板2への電流の流れ、または、基板2から第1電極41への電流の流れを制限し、前述したような漏れ電流を低減する。   Therefore, in the vibrator 1, as described above, by providing a pn junction on the substrate 2, a current flow from the first electrode 41 to the substrate 2 or a current flow from the substrate 2 to the first electrode 41 can be achieved. Limit and reduce leakage current as described above.

例えば、図5に示すように、第1半導体部25がp型半導体で構成され、第2半導体部26がn型半導体で構成されている場合、第1電極41に入力された電流は、その第1電極41の直下のn型の第2半導体部26に流れても、第2半導体部26の下面および側面とp型の第1半導体部25とで構成されているpn接合により、第1半導体部25へ流れることが阻止される。そのため、第1電極41に入力された電流が漏れ電流となって他の第1電極41に入力されることを低減することができる。   For example, as illustrated in FIG. 5, when the first semiconductor unit 25 is configured by a p-type semiconductor and the second semiconductor unit 26 is configured by an n-type semiconductor, the current input to the first electrode 41 is Even if it flows to the n-type second semiconductor portion 26 immediately below the first electrode 41, the first pn junction formed by the lower surface and side surfaces of the second semiconductor portion 26 and the p-type first semiconductor portion 25 causes the first The flow to the semiconductor unit 25 is prevented. Therefore, it can be reduced that the current input to the first electrode 41 becomes a leakage current and is input to the other first electrode 41.

また、図6に示すように、第1半導体部25がn型半導体で構成され、第2半導体部26がp型半導体で構成されている場合、第1電極41に入力された電流は、その第1電極41の直下のp型の第2半導体部26に流れても、n型の第1半導体部25に流れるものの、他の第2半導体部26の下面および側面とn型の第1半導体部25とで構成されているpn接合により、他の第2半導体部26へ流れることが阻止される。そのため、第1電極41に入力された電流が漏れ電流となって他の第1電極41に入力されることを低減することができる。   In addition, as shown in FIG. 6, when the first semiconductor unit 25 is formed of an n-type semiconductor and the second semiconductor unit 26 is formed of a p-type semiconductor, the current input to the first electrode 41 is Even if it flows to the p-type second semiconductor part 26 immediately below the first electrode 41, it flows to the n-type first semiconductor part 25, but the lower surface and side surfaces of the other second semiconductor part 26 and the n-type first semiconductor The pn junction formed by the portion 25 is prevented from flowing to the other second semiconductor portion 26. Therefore, it can be reduced that the current input to the first electrode 41 becomes a leakage current and is input to the other first electrode 41.

このように第1半導体部25および第2半導体部26の一方がp型半導体で構成され、
他方がn型半導体で構成されていることにより、漏れ電流を低減することができるが、前述した図5に示すように、第1半導体部25がp型半導体で構成され、第2半導体部26がn型半導体で構成されていることが好ましい。これにより、前述したように、第1電極41から基板2(第1半導体部25)への電流の流れを制限することができる。そのため、漏れ電流が第1半導体部25を流れることが低減され、振動子1の電流効率を効果的に向上させることができる。
Thus, one of the first semiconductor part 25 and the second semiconductor part 26 is composed of a p-type semiconductor,
Although the other is made of an n-type semiconductor, leakage current can be reduced. However, as shown in FIG. 5 described above, the first semiconductor portion 25 is made of a p-type semiconductor, and the second semiconductor portion 26 is made. Is preferably composed of an n-type semiconductor. Thereby, as described above, the flow of current from the first electrode 41 to the substrate 2 (first semiconductor unit 25) can be limited. Therefore, the leakage current is reduced from flowing through the first semiconductor unit 25, and the current efficiency of the vibrator 1 can be effectively improved.

また、第2半導体部26は、第1半導体部25と誘電体層24との間に配置されている。これにより、第1電極41と第1半導体部25との間にpn接合が介在することとなり、第1電極41と基板2との間の電流の流れを効果的に制限することができる。   The second semiconductor unit 26 is disposed between the first semiconductor unit 25 and the dielectric layer 24. As a result, a pn junction is interposed between the first electrode 41 and the first semiconductor unit 25, and the current flow between the first electrode 41 and the substrate 2 can be effectively limited.

ここで、第2半導体部26は、平面視で、対応する第1電極41の少なくとも一部に重なりかつ他の第1電極41に重なっていなければよいが、配線61および第1電極41の双方に重なっていることが好ましく、図示では、第1電極41を包含する領域にわたって配置されている。これにより、第1電極41と基板2との間の電流の流れを効果的に制限(阻止)することができる。例えば、平面視で、第2半導体部26の外周縁は、配線61の第1電極41に重なる部分の外周縁よりも外側に位置し、これらの外周縁間の距離L1(図3参照)が、2μm以上であることが好ましい。また、平面視で、第2半導体部26の外周縁は、第1電極41の外周縁よりも外側に位置し、これらの外周縁間の距離L2(図3参照)が、2μm以上であることがより好ましい。   Here, the second semiconductor unit 26 does not have to overlap at least a part of the corresponding first electrode 41 and the other first electrode 41 in plan view, but both the wiring 61 and the first electrode 41 are not included. It is preferable that the first electrode 41 and the first electrode 41 are disposed over the region. Thereby, the flow of current between the first electrode 41 and the substrate 2 can be effectively limited (blocked). For example, in plan view, the outer peripheral edge of the second semiconductor unit 26 is located outside the outer peripheral edge of the portion of the wiring 61 that overlaps the first electrode 41, and a distance L1 (see FIG. 3) between these outer peripheral edges is set. It is preferable that it is 2 micrometers or more. Further, in plan view, the outer peripheral edge of the second semiconductor portion 26 is located outside the outer peripheral edge of the first electrode 41, and the distance L2 (see FIG. 3) between these outer peripheral edges is 2 μm or more. Is more preferable.

また、圧電アクチュエーター100は、前述したような振動子1と、振動子1に設けられている凸部110と、を有する。これにより、前述したように振動子1の電流効率を向上させることで、駆動力を効率的に発生させることができる。   In addition, the piezoelectric actuator 100 includes the vibrator 1 as described above and the convex portion 110 provided on the vibrator 1. Thereby, as described above, the driving force can be efficiently generated by improving the current efficiency of the vibrator 1.

また、圧電モーター200は、前述したように、圧電アクチュエーター100と、この圧電アクチュエーター100により駆動(回転)するローター210と、を備える。したがって、圧電モーター200は、前述したような振動子1を備える。これにより、前述したように振動子1の電流効率を向上させることで、駆動力(回転力)を効率的に発生させることができる。   Further, as described above, the piezoelectric motor 200 includes the piezoelectric actuator 100 and the rotor 210 that is driven (rotated) by the piezoelectric actuator 100. Therefore, the piezoelectric motor 200 includes the vibrator 1 as described above. Thereby, as described above, the driving force (rotational force) can be generated efficiently by improving the current efficiency of the vibrator 1.

(振動子の製造方法)
次に、振動子1の製造方法について説明する。
図7は、図1に示す圧電モーター(圧電アクチュエーター)が備える振動子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
(Manufacturing method of vibrator)
Next, a method for manufacturing the vibrator 1 will be described.
FIG. 7 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a vibrator included in the piezoelectric motor (piezoelectric actuator) shown in FIG.

振動子1の製造方法は、図1に示すように、基板準備工程S10と、素子配置工程S20と、を含む。以下、各工程について順次説明する。   As shown in FIG. 1, the method for manufacturing the vibrator 1 includes a substrate preparation step S10 and an element placement step S20. Hereinafter, each process will be described sequentially.

[基板準備工程]
基板準備工程S10では、基板2、3を準備する。具体的には、まず、例えば、p型またはn型のシリコンで構成されているシリコン基板を用意する。次に、このシリコン基板を基板2の平面視形状となるようにエッチングにより加工する。そして、シリコン基板の一方の面に、イオン注入により不純物をドープした後に熱による活性化処理することにより、第2半導体部26を形成する。このとき、p型の第2半導体部26を形成する場合、シリコン基板はn型の半導体で構成され、不純物としてボロン(B)等の不純物を用い、一方、n型の第2半導体部26を形成する場合、シリコン基板はp型の半導体で構成され、リン(P)等の不純物を用いる。このように第2半導体部26を形成することで、シリコン基板の第2半導体部26以外の部分が第1半導体部25となる。その後、シリコン基板の当該一方の面を熱酸化することで、誘電体層24を形成する。これにより、基板2が得られる。また、基板2上に公知の成膜方法により配線61を形成する。
[Board preparation process]
In the substrate preparation step S10, the substrates 2 and 3 are prepared. Specifically, first, for example, a silicon substrate made of p-type or n-type silicon is prepared. Next, this silicon substrate is processed by etching so as to have a planar view shape of the substrate 2. Then, the second semiconductor part 26 is formed on one surface of the silicon substrate by doping with impurities by ion implantation and then performing an activation process by heat. At this time, when the p-type second semiconductor portion 26 is formed, the silicon substrate is composed of an n-type semiconductor, and an impurity such as boron (B) is used as an impurity, while the n-type second semiconductor portion 26 is formed. When formed, the silicon substrate is made of a p-type semiconductor, and an impurity such as phosphorus (P) is used. By forming the second semiconductor portion 26 in this way, the portion other than the second semiconductor portion 26 of the silicon substrate becomes the first semiconductor portion 25. Thereafter, the dielectric layer 24 is formed by thermally oxidizing the one surface of the silicon substrate. Thereby, the substrate 2 is obtained. Further, the wiring 61 is formed on the substrate 2 by a known film forming method.

また、不純物のドープおよび熱処理を省略した以外は、基板2と同様にして、基板3を得る。また、基板3上に公知の成膜法により配線62を形成する。   Further, the substrate 3 is obtained in the same manner as the substrate 2 except that the impurity doping and the heat treatment are omitted. Further, the wiring 62 is formed on the substrate 3 by a known film forming method.

一方、圧電体のバルク材料を加工して圧電体42を形成するとともに、第1電極41および第2電極43を公知の成膜法を用いて形成することで、圧電素子4を得る。   On the other hand, the piezoelectric material 4 is obtained by processing the bulk material of the piezoelectric body to form the piezoelectric body 42 and forming the first electrode 41 and the second electrode 43 using a known film forming method.

[素子配置工程]
素子配置工程S20では、基板2の一方の面側に、圧電素子4を配置する。具体的には、基板2の配線61側の面に、圧電素子4の第1電極41側の面を接着剤により接合する。このとき、対応する配線61と第1電極41とを接触させた状態で、基板2と圧電素子4とを接合する。同様に、基板3の配線62側の面に、圧電素子4の第2電極43側の面を接着剤により接合する。
[Element placement process]
In the element arranging step S20, the piezoelectric element 4 is arranged on one surface side of the substrate 2. Specifically, the surface on the first electrode 41 side of the piezoelectric element 4 is bonded to the surface on the wiring 61 side of the substrate 2 with an adhesive. At this time, the substrate 2 and the piezoelectric element 4 are bonded in a state where the corresponding wiring 61 and the first electrode 41 are in contact with each other. Similarly, the surface on the second electrode 43 side of the piezoelectric element 4 is bonded to the surface on the wiring 62 side of the substrate 3 with an adhesive.

以上のようにして振動子1が得られる。この振動子1に凸部110を接着剤により接合することで、圧電アクチュエーター100が得られる。   The vibrator 1 is obtained as described above. The piezoelectric actuator 100 is obtained by bonding the convex portion 110 to the vibrator 1 with an adhesive.

以上説明した振動子1の製造方法は、基板2を準備する基板準備工程S10と、基板2の一方の面側に、「電極」である第1電極41を有する圧電素子4を配置する素子配置工程S20と、を含む。基板準備工程S10で準備する基板2は、p型およびn型のうちの一方の半導体で構成されている第1半導体部25と、第1半導体部25上に配置され、p型およびn型のうちの他方の半導体で構成されている第2半導体部26と、を有する。素子配置工程S20は、第2半導体部26に対して第1半導体部25とは反対側にて、第1半導体部25と「電極」である第1電極41とが重なる方向から見た平面視で第1電極41の少なくとも一部が第2半導体部26に重なるように圧電素子4を配置する。このような振動子1の製造方法によれば、前述したように優れた電流効率を有する振動子1を容易に得ることができる。   In the method for manufacturing the vibrator 1 described above, the substrate preparation step S10 for preparing the substrate 2 and the element arrangement in which the piezoelectric element 4 having the first electrode 41 that is an “electrode” is arranged on one surface side of the substrate 2. Step S20. The substrate 2 to be prepared in the substrate preparation step S10 is arranged on the first semiconductor unit 25 made of one of the p-type and n-type semiconductors and the first semiconductor unit 25, and is of p-type and n-type. And a second semiconductor portion 26 made of the other semiconductor. The element placement step S20 is a plan view as viewed from the direction in which the first semiconductor part 25 and the first electrode 41 that is an “electrode” overlap each other on the opposite side of the second semiconductor part 26 from the first semiconductor part 25. Thus, the piezoelectric element 4 is arranged so that at least a part of the first electrode 41 overlaps the second semiconductor portion 26. According to such a method of manufacturing the vibrator 1, the vibrator 1 having excellent current efficiency can be easily obtained as described above.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る圧電アクチュエーターについて説明する。
Second Embodiment
Next, a piezoelectric actuator according to a second embodiment of the present invention will be described.

図8は、本発明の第2実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。図9は、図8に示す圧電アクチュエーターが備える基板の斜視図である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図8および図9において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。   FIG. 8 is a sectional view showing a piezoelectric actuator according to the second embodiment of the present invention. FIG. 9 is a perspective view of a substrate provided in the piezoelectric actuator shown in FIG. In the following description, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted. 8 and 9, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the above-described embodiment.

図8に示す圧電アクチュエーター100Aは、圧電素子4Aを有する2つの振動子1Aを備え、これらの圧電素子4A側の面が互いに前述した接着剤71、72と同様の接着剤73を介して接合されている。ここで、2つの振動子1Aは、互いに同様の構成であり、対称(互いに鏡像の関係)となるように構成されている。   A piezoelectric actuator 100A shown in FIG. 8 includes two vibrators 1A each having a piezoelectric element 4A, and the surfaces on the piezoelectric element 4A side are bonded to each other via an adhesive 73 similar to the adhesives 71 and 72 described above. ing. Here, the two vibrators 1A have the same configuration as each other, and are configured to be symmetrical (a mirror image relationship).

振動子1Aは、基板2と、基板2上に配置されている圧電素子4Aと、を有する。ここで、圧電素子4Aは、複数の第1電極41と、圧電体42Aと、第2電極43と、を有し、これらがこの順で積層されている。また、圧電素子4Aの外表面には、保護層44が設けられている。この保護層44の構成材料としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。また、保護層44は、例えば、スピンコート法を用いて形成することができる。   The vibrator 1 </ b> A includes a substrate 2 and a piezoelectric element 4 </ b> A disposed on the substrate 2. Here, the piezoelectric element 4A has a plurality of first electrodes 41, a piezoelectric body 42A, and a second electrode 43, which are stacked in this order. A protective layer 44 is provided on the outer surface of the piezoelectric element 4A. As a constituent material of the protective layer 44, for example, a silicone resin, an epoxy resin, a polyimide resin, or the like can be used. The protective layer 44 can be formed by using, for example, a spin coating method.

また、図9に示すように、基板2の一方の面上には、複数の配線61a、61b、61c、61d、61eを含んでいる配線61Aが配置されている。配線61a、61b、61c、61d、61eの一端部は、基板2の振動部21上に配置され、圧電素子4Aの第1電極41a、41b、41c、41d、41eを兼ねている。このような第1電極41a、41b、41c、41d、41eは、公知の成膜法により配線61a、61b、61c、61d、61eと一括して形成することができる。また、圧電体42Aは、配線61Aの形成後に、基板2上に公知の成膜法(例えばゾル−ゲル法)により形成することができる。   Further, as shown in FIG. 9, a wiring 61 </ b> A including a plurality of wirings 61 a, 61 b, 61 c, 61 d, 61 e is disposed on one surface of the substrate 2. One end portions of the wirings 61a, 61b, 61c, 61d, and 61e are disposed on the vibrating portion 21 of the substrate 2 and also serve as the first electrodes 41a, 41b, 41c, 41d, and 41e of the piezoelectric element 4A. Such first electrodes 41a, 41b, 41c, 41d, and 41e can be formed together with the wirings 61a, 61b, 61c, 61d, and 61e by a known film forming method. The piezoelectric body 42A can be formed on the substrate 2 by a known film formation method (for example, sol-gel method) after the wiring 61A is formed.

以上説明したような第2実施形態によっても、電流効率を向上させることができる。なお、図示では、2つの振動子1Aの圧電素子4A側の面同士を接着剤73により接合したが、2つの振動子1Aの基板2側の面同士を接着剤73により接合してもよい。   The current efficiency can also be improved by the second embodiment as described above. In the drawing, the surfaces of the two vibrators 1A on the piezoelectric element 4A side are joined together by the adhesive 73, but the faces of the two vibrators 1A on the substrate 2 side may be joined together by the adhesive 73.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る圧電アクチュエーターについて説明する。
<Third Embodiment>
Next, a piezoelectric actuator according to a third embodiment of the present invention will be described.

図10は、本発明の第3実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。図11は、図10に示す圧電アクチュエーターが備える支持基板の斜視図である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図10および図11において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing a piezoelectric actuator according to a third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a perspective view of a support substrate provided in the piezoelectric actuator shown in FIG. In the following description, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted. 10 and 11, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the above-described embodiment.

図10に示す圧電アクチュエーター100Bは、圧電素子4Aを有する2つの振動子1Bと、これらの間に配置されている基板8と、を備え、これらが前述した接着剤71、72と同様の接着剤74を介して接合されている。ここで、2つの振動子1Bは、互いに同様の構成であり、対称(互いに鏡像の関係)となるように構成されている。   A piezoelectric actuator 100B shown in FIG. 10 includes two vibrators 1B each having a piezoelectric element 4A, and a substrate 8 disposed therebetween, and these are the same adhesives as the adhesives 71 and 72 described above. 74 is joined. Here, the two vibrators 1 </ b> B have the same configuration as each other and are configured to be symmetrical (a mirror image relationship with each other).

振動子1Bは、基板2Bと、基板2B上に配置されている圧電素子4Aと、を有する。ここで、基板2Bは、前述した基板2の振動部21で構成されている。   The vibrator 1B includes a substrate 2B and a piezoelectric element 4A disposed on the substrate 2B. Here, the substrate 2 </ b> B is configured by the vibration part 21 of the substrate 2 described above.

基板8は、図11に示すように、接着剤74により圧電素子4Aに接合されている振動部81と、振動部81を挟んで配置されている1対の支持部82と、これらを接続している6つの接続部83と、を有している。ここで、1対の支持部82には、それぞれ、固定用の複数の孔821が設けられており、これらの孔821を用いて、図示しない部材に対してネジ等により固定される。振動部81は、1対の支持部82に対して、6つの接続部83を介して振動可能に支持されており、圧電素子4Aとともに振動する。この振動部81の先端部には、凸部811が設けられている。このような基板8の構成材料としては、前述した基板2と同様の材料を用いてもよいし、金属材料を用いることもできる。   As shown in FIG. 11, the substrate 8 connects the vibration part 81 joined to the piezoelectric element 4 </ b> A by an adhesive 74 and a pair of support parts 82 arranged with the vibration part 81 interposed therebetween. And six connecting portions 83. Here, each of the pair of support portions 82 is provided with a plurality of fixing holes 821, and these holes 821 are used to fix a member (not shown) with screws or the like. The vibration part 81 is supported by the pair of support parts 82 through six connection parts 83 so as to vibrate, and vibrates together with the piezoelectric element 4A. A convex portion 811 is provided at the tip of the vibration portion 81. As a constituent material of the substrate 8, the same material as that of the substrate 2 described above may be used, or a metal material may be used.

以上説明したような第3実施形態によっても、電流効率を向上させることができる。なお、図示では、2つの振動子1Bの圧電素子4A側の面を基板8に対して接着剤74により接合したが、2つの振動子1Bの基板2B側の面を基板8に対して接着剤74により接合してもよい。   The current efficiency can also be improved by the third embodiment as described above. In the drawing, the surface of the two vibrators 1B on the piezoelectric element 4A side is bonded to the substrate 8 by the adhesive 74, but the surface of the two vibrators 1B on the substrate 2B side is bonded to the substrate 8. 74 may be joined.

(ロボット)
次に、本発明のロボットの実施形態について説明する。
図12は、本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。
(robot)
Next, an embodiment of the robot of the present invention will be described.
FIG. 12 is a perspective view showing an embodiment of the robot of the present invention.

図12に示すロボット1000は、精密機器やこれを構成する部品(対象物)の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ロボット1000は、6軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース1010と、ベース1010に回動自在に連結されたアーム1020と、アーム1020に回動自在に連結されたアーム1030と、アーム1030に回動自在に連結されたアーム1040と、アーム1040に回動自在に連結されたアーム1050と、アーム1050に回動自在に連結されたアーム1060と、アーム1060に回動自在に連結されたアーム1070と、これらアーム1020、1030、1040、1050、1060、1070の駆動を制御する制御部1080と、を有している。また、アーム1070にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット1000に実行させる作業に応じたエンドエフェクター1090が装着される。また、各関節部のうちの全部または一部には圧電モーター200が搭載されており、この圧電モーター200の駆動によって各アーム1020、1030、1040、1050、1060、1070が回動する。圧電モーター200は、圧電アクチュエーター100、100A、100Bのいずれかを備える。なお、各圧電モーター200の駆動は、制御部1080によって制御される。   The robot 1000 shown in FIG. 12 can perform operations such as feeding, removing, transporting and assembling precision instruments and parts (objects) constituting the precision equipment. The robot 1000 is a six-axis robot, and includes a base 1010 fixed to a floor or a ceiling, an arm 1020 rotatably connected to the base 1010, an arm 1030 rotatably connected to the arm 1020, and an arm 1030. An arm 1040 that is pivotally connected to the arm 1040, an arm 1050 that is pivotally coupled to the arm 1040, an arm 1060 that is pivotally coupled to the arm 1050, and a arm 1060 that is pivotally coupled to the arm 1060. An arm 1070 and a control unit 1080 that controls driving of the arms 1020, 1030, 1040, 1050, 1060, and 1070 are provided. Further, the arm 1070 is provided with a hand connection unit, and an end effector 1090 corresponding to an operation to be executed by the robot 1000 is attached to the hand connection unit. In addition, a piezoelectric motor 200 is mounted on all or a part of each joint portion, and the arms 1020, 1030, 1040, 1050, 1060, 1070 are rotated by driving the piezoelectric motor 200. The piezoelectric motor 200 includes any one of the piezoelectric actuators 100, 100A, and 100B. The driving of each piezoelectric motor 200 is controlled by the control unit 1080.

以上のようなロボット1000は、前述したような振動子1を備える(圧電モーター200を備える)。これにより、振動子1の電流効率を向上させることができ、ロボット1000の特性を向上させることができる。   The robot 1000 as described above includes the vibrator 1 as described above (including the piezoelectric motor 200). Thereby, the current efficiency of the vibrator 1 can be improved, and the characteristics of the robot 1000 can be improved.

(電子部品搬送装置)
次に、本発明の電子部品搬送装置の実施形態について説明する。
図13は、本発明の電子部品搬送装置の実施形態を示す斜視図である。図14は、図13に示す電子部品搬送装置が備える電子部品保持部の斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する3軸をX軸、Y軸およびZ軸とする。
(Electronic component conveyor)
Next, an embodiment of the electronic component carrying device of the present invention will be described.
FIG. 13 is a perspective view showing an embodiment of the electronic component carrying apparatus of the present invention. FIG. 14 is a perspective view of an electronic component holding unit provided in the electronic component transport apparatus shown in FIG. In the following, for convenience of explanation, the three axes orthogonal to each other are referred to as an X axis, a Y axis, and a Z axis.

図13に示す電子部品搬送装置2000は、電子部品検査装置に適用されており、基台2100と、基台2100の側方に配置された支持台2200と、を有している。また、基台2100には、検査対象の電子部品Qが載置されてY軸方向に搬送される上流側ステージ2110と、検査済みの電子部品Qが載置されてY軸方向に搬送される下流側ステージ2120と、上流側ステージ2110と下流側ステージ2120との間に位置し、電子部品Qの電気的特性を検査する検査台2130と、が設けられている。なお、電子部品Qの例として、例えば、半導体、半導体ウェハー、CLDやOLED等の表示デバイス、水晶デバイス、各種センサー、インクジェットヘッド、各種MEMSデバイス等などが挙げられる。   An electronic component conveying apparatus 2000 shown in FIG. 13 is applied to an electronic component inspection apparatus, and includes a base 2100 and a support base 2200 disposed on the side of the base 2100. Further, on the base 2100, the upstream stage 2110 on which the electronic component Q to be inspected is placed and transported in the Y-axis direction, and the inspected electronic component Q is placed and transported in the Y-axis direction. A downstream stage 2120 and an inspection table 2130 that is located between the upstream stage 2110 and the downstream stage 2120 and inspects the electrical characteristics of the electronic component Q are provided. Examples of the electronic component Q include semiconductors, semiconductor wafers, display devices such as CLD and OLED, crystal devices, various sensors, inkjet heads, various MEMS devices, and the like.

また、支持台2200には、支持台2200に対してY軸方向に移動可能なYステージ2210が設けられており、Yステージ2210には、Yステージ2210に対してX軸方向に移動可能なXステージ2220が設けられており、Xステージ2220には、Xステージ2220に対してZ軸方向に移動可能な電子部品保持部2230が設けられている。   The support table 2200 is provided with a Y stage 2210 that can move in the Y-axis direction with respect to the support table 2200, and the Y stage 2210 can move in the X-axis direction with respect to the Y stage 2210. A stage 2220 is provided. The X stage 2220 is provided with an electronic component holder 2230 that can move in the Z-axis direction with respect to the X stage 2220.

また、図14に示すように、電子部品保持部2230は、X軸方向およびY軸方向に移動可能な微調整プレート2231と、微調整プレート2231に対してZ軸まわりに回動可能な回動部2232と、回動部2232に設けられ、電子部品Qを保持する保持部2233と、を有している。また、電子部品保持部2230には、微調整プレート2231をX軸方向に移動させるための圧電アクチュエーター100(100x)と、微調整プレート2231をY軸方向に移動させるための圧電アクチュエーター100(100y)と、回動部2232をZ軸まわりに回動させるための圧電アクチュエーター100(100θ)と、が内蔵されている。なお、圧電アクチュエーター100x、100y、100θは、圧電アクチュエーター100Aまたは100Bとすることもできる。   As shown in FIG. 14, the electronic component holding unit 2230 has a fine adjustment plate 2231 that can move in the X-axis direction and the Y-axis direction, and a rotation that can turn around the Z-axis with respect to the fine adjustment plate 2231. And a holding portion 2233 that is provided in the rotating portion 2232 and holds the electronic component Q. The electronic component holding unit 2230 includes a piezoelectric actuator 100 (100x) for moving the fine adjustment plate 2231 in the X-axis direction and a piezoelectric actuator 100 (100y) for moving the fine adjustment plate 2231 in the Y-axis direction. And a piezoelectric actuator 100 (100θ) for rotating the rotating unit 2232 around the Z-axis. Note that the piezoelectric actuators 100x, 100y, and 100θ may be the piezoelectric actuators 100A or 100B.

以上のような電子部品搬送装置2000は、前述したような振動子1を備える(圧電アクチュエーター100、100A、100Bを備える)。これにより、振動子1の電流効率を向上させることができ、電子部品搬送装置2000の特性を向上させることができる。   The electronic component transport apparatus 2000 as described above includes the vibrator 1 as described above (including the piezoelectric actuators 100, 100A, and 100B). Thereby, the current efficiency of the vibrator 1 can be improved, and the characteristics of the electronic component transport apparatus 2000 can be improved.

以上、本発明の振動子およびその製造方法、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。   As described above, the vibrator and the manufacturing method thereof, the piezoelectric actuator, the piezoelectric motor, the robot, and the electronic component transport device of the present invention have been described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited thereto. The configuration of each part can be replaced with any configuration having a similar function. In addition, any other component may be added to the present invention. Moreover, you may combine each embodiment suitably.

また、前述した実施形態では振動子をロボットや電子部品搬送装置に適用した構成について説明したが、振動子は、これら以外の各種電子デバイスに適用することができる。具体的には、例えば、振動子(圧電アクチュエーター、圧電モーター)は、プリンターの紙送りローラーの駆動源、プリンターのインクジェットヘッドの駆動源等に適用することができる。   In the above-described embodiment, the configuration in which the vibrator is applied to a robot or an electronic component transport apparatus has been described. However, the vibrator can be applied to various other electronic devices. Specifically, for example, the vibrator (piezoelectric actuator, piezoelectric motor) can be applied to a drive source of a paper feed roller of a printer, a drive source of an inkjet head of a printer, and the like.

1…振動子、1A…振動子、1B…振動子、2…基板、2B…基板、3…基板、4…圧電素子、4A…圧電素子、4a…圧電素子、4b…圧電素子、4c…圧電素子、4d…圧電素子、4e…圧電素子、5…スペーサー、8…基板、10…駆動回路、21…振動部、22…支持部、23…接続部、24…誘電体層、25…第1半導体部、26…第2半導体部、31…振動部、32…支持部、33…接続部、34…誘電体層、41…第1電極(電極)、41a…第1電極(電極)、41b…第1電極(電極)、41c…第1電極(電極)、41d…第1電極(電極)、41e…第1電極(電極)、42…圧電体、42A…圧電体、43…第2電極、44…保護層、61…配線、61A…配線、61a…配線、61b…配線、61c…配線、61d…配線、61e…配線、62…配線、71…接着剤、72…接着剤、73…接着剤、74…接着剤、81…振動部、82…支持部、83…接続部、100…圧電アクチュエーター、100A…圧電アクチュエーター、100B…圧電アクチュエーター、100x…圧電アクチュエーター、100y…圧電アクチュエーター、100θ…圧電アクチュエーター、110…凸部、142…固定部、143…接続部、200…圧電モーター、210…ローター、211…外周面、811…凸部、821…孔、1000…ロボット、1010…ベース、1020…アーム、1030…アーム、1040…アーム、1050…アーム、1060…アーム、1070…アーム、1080…制御部、1090…エンドエフェクター、2000…電子部品搬送装置、2100…基台、2110…上流側ステージ、2120…下流側ステージ、2130…検査台、2200…支持台、2210…Yステージ、2220…Xステージ、2230…電子部品保持部、2231…微調整プレート、2232…回動部、2233…保持部、Cp…キャパシタ、Cs…キャパシタ、L1…距離、L2…距離、O…回動軸、Q…電子部品、R…抵抗、S10…基板準備工程、S20…素子配置工程 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vibrator 1A ... Vibrator 1B ... Vibrator 2 ... Substrate 2B ... Substrate 3 ... Substrate 4 ... Piezoelectric element 4A ... Piezoelectric element 4a ... Piezoelectric element 4b ... Piezoelectric element 4c ... Piezoelectric Element, 4d ... piezoelectric element, 4e ... piezoelectric element, 5 ... spacer, 8 ... substrate, 10 ... drive circuit, 21 ... vibrating part, 22 ... supporting part, 23 ... connecting part, 24 ... dielectric layer, 25 ... first Semiconductor part 26 ... Second semiconductor part 31 ... Vibration part 32 ... Support part 33 ... Connection part 34 ... Dielectric layer 41 ... First electrode (electrode) 41a ... First electrode (electrode) 41b ... 1st electrode (electrode), 41c ... 1st electrode (electrode), 41d ... 1st electrode (electrode), 41e ... 1st electrode (electrode), 42 ... Piezoelectric body, 42A ... Piezoelectric body, 43 ... 2nd electrode 44 ... protective layer 61 ... wiring 61A ... wiring 61a ... wiring 61b wiring 61c wiring 61 ... wiring, 61e ... wiring, 62 ... wiring, 71 ... adhesive, 72 ... adhesive, 73 ... adhesive, 74 ... adhesive, 81 ... vibration part, 82 ... support part, 83 ... connection part, 100 ... piezoelectric actuator , 100A ... piezoelectric actuator, 100B ... piezoelectric actuator, 100x ... piezoelectric actuator, 100y ... piezoelectric actuator, 100θ ... piezoelectric actuator, 110 ... convex part, 142 ... fixed part, 143 ... connecting part, 200 ... piezoelectric motor, 210 ... rotor, 211 ... outer peripheral surface, 811 ... convex portion, 821 ... hole, 1000 ... robot, 1010 ... base, 1020 ... arm, 1030 ... arm, 1040 ... arm, 1050 ... arm, 1060 ... arm, 1070 ... arm, 1080 ... control unit 1090: End effector, 2000: Electronic parts conveyance Apparatus, 2100 ... Base, 2110 ... Upstream stage, 2120 ... Downstream stage, 2130 ... Inspection table, 2200 ... Supporting table, 2210 ... Y stage, 2220 ... X stage, 2230 ... Electronic component holder, 2231 ... Fine adjustment Plate, 2232 ... rotating part, 2233 ... holding part, Cp ... capacitor, Cs ... capacitor, L1 ... distance, L2 ... distance, O ... rotating shaft, Q ... electronic component, R ... resistor, S10 ... substrate preparation process, S20: Element placement process

Claims (12)

基板と、
前記基板上に配置されている圧電素子と、を備え、
前記圧電素子は前記基板との間に電極を有し、
前記基板は、
p型およびn型のうちの一方の半導体で構成されている第1半導体部と、
前記第1半導体部と前記電極との間にあって前記第1半導体に接合し、前記第1半導体部と前記電極とが重なる方向から見た平面視で前記電極の少なくとも一部に重なって配置され、p型およびn型のうちの他方の半導体で構成されている第2半導体部と、を有することを特徴とする振動子。
A substrate,
A piezoelectric element disposed on the substrate,
The piezoelectric element has an electrode between the substrate and
The substrate is
a first semiconductor portion composed of one of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor;
Between the first semiconductor part and the electrode, joined to the first semiconductor, and arranged to overlap at least part of the electrode in a plan view as seen from the direction in which the first semiconductor part and the electrode overlap; and a second semiconductor portion made of the other of the p-type and n-type semiconductors.
前記基板と前記電極との間に配置されている誘電体層を備える請求項1に記載の振動子。   The vibrator according to claim 1, further comprising a dielectric layer disposed between the substrate and the electrode. 前記第2半導体部は、前記第1半導体部と前記誘電体層との間に配置されている請求項2に記載の振動子。   The vibrator according to claim 2, wherein the second semiconductor part is disposed between the first semiconductor part and the dielectric layer. 前記第1半導体部は、p型半導体で構成され、
前記第2半導体部は、n型半導体で構成されている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の振動子。
The first semiconductor part is composed of a p-type semiconductor,
4. The vibrator according to claim 1, wherein the second semiconductor portion is formed of an n-type semiconductor.
前記圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体を有する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の振動子。   5. The vibrator according to claim 1, wherein the piezoelectric element has a piezoelectric body containing lead zirconate titanate. 前記圧電体は、バルク状である請求項5に記載の振動子。   The vibrator according to claim 5, wherein the piezoelectric body has a bulk shape. 前記電極は、前記圧電素子を駆動する駆動信号を生成する駆動回路に電気的に接続されている請求項1ないし6のいずれか1項に記載の振動子。   The vibrator according to claim 1, wherein the electrode is electrically connected to a drive circuit that generates a drive signal for driving the piezoelectric element. 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の振動子と、
前記振動子に設けられている凸部と、を有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
The vibrator according to any one of claims 1 to 7,
And a convex portion provided on the vibrator.
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の振動子を備えることを特徴とする圧電モーター。   A piezoelectric motor comprising the vibrator according to claim 1. 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の振動子を備えることを特徴とするロボット。   A robot comprising the vibrator according to claim 1. 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の振動子を備えることを特徴とする電子部品搬送装置。   An electronic component conveying apparatus comprising the vibrator according to claim 1. 基板を準備する基板準備工程と、
前記基板の一方の面側に、電極を有する圧電素子を配置する素子配置工程と、を含み、
前記基板準備工程で準備する前記基板は、p型およびn型のうちの一方の半導体で構成されている第1半導体部と、前記第1半導体部上に配置され、p型およびn型のうちの他方の半導体で構成されている第2半導体部と、を有し、
前記素子配置工程は、前記第2半導体部に対して前記第1半導体部とは反対側にて、前記第1半導体部と前記電極とが重なる方向から見た平面視で前記電極の少なくとも一部が前記第2半導体部に重なるように前記圧電素子を配置することを特徴とする振動子の製造方法。
A substrate preparation process for preparing a substrate;
An element disposing step of disposing a piezoelectric element having an electrode on one surface side of the substrate,
The substrate prepared in the substrate preparation step is disposed on the first semiconductor unit and the first semiconductor unit composed of one of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, A second semiconductor part composed of the other semiconductor of
The element arranging step includes at least a part of the electrode in a plan view as viewed from a direction in which the first semiconductor part and the electrode overlap on the opposite side of the second semiconductor part from the first semiconductor part. Wherein the piezoelectric element is arranged so as to overlap the second semiconductor part.
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