JP2018191436A - 圧電アクチュエーター、圧電アクチュエーターの製造方法、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置およびプリンター - Google Patents
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Abstract
【課題】電流リークを低減しつつ、端子の配置の自由度を高めることができる圧電アクチュエーターおよびその製造方法を提供すること、また、この圧電アクチュエーターを備える圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置およびプリンターを提供すること。【解決手段】第1基板と、第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置されている圧電素子と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、少なくとも表面が絶縁性を有する絶縁部材と、前記第1基板上に配置され、前記圧電素子に電気的に接続されている第1配線と、前記第2基板上に配置され、前記圧電素子に電気的に接続されている第2配線と、前記絶縁部材上に配置され、前記第1配線に電気的に接続されている第3配線と、前記第3配線上に配置されている端子と、を備えることを特徴とする圧電アクチュエーター。【選択図】図6
Description
本発明は、圧電アクチュエーター、圧電アクチュエーターの製造方法、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置およびプリンターに関するものである。
従来から、圧電素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)。特許文献1に記載の圧電アクチュエーターは、2枚の補強板と、2枚の補強板の間に配置された圧電素子と、を有する振動体を有している。ここで、圧電素子の側面には、圧電素子が有する電極と連続して形成された側面電極が設けられており、この側面電極には、圧電素子を励振させるための励振電圧が供給される端子が接続されている。
しかし、特許文献1に記載の圧電アクチュエーターは、側面電極が圧電素子の電極に連続して形成されているため、側面電極およびこれに接続される端子の配置の自由度が低いという課題がある。ここで、補強板上に配線を引き回して振動体の側面に端子を配置することが考えられる。しかし、仮に、これを単に特許文献1に記載のアクチュエーターに適用しても、側面電極およびこれに接続される端子の配置の自由度をそれほど高めることができないばかりか、端子と補強板との間の距離が短くなってしまい、端子から補強板への電流リークが生じる可能性がある。
本発明の目的は、電流リークを低減しつつ、端子の配置の自由度を高めることができる圧電アクチュエーターおよびその製造方法を提供すること、また、この圧電アクチュエーターを備える圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置およびプリンターを提供することにある。
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、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
本適用例の圧電アクチュエーターは、第1基板と、
第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置されている圧電素子と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、少なくとも表面が絶縁性を有する絶縁部材と、
前記第1基板上に配置され、前記圧電素子に電気的に接続されている第1配線と、
前記第2基板上に配置され、前記圧電素子に電気的に接続されている第2配線と、
前記絶縁部材上に配置され、前記第1配線に電気的に接続されている第3配線と、
前記第3配線上に配置されている端子と、を備えることを特徴とする。
第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置されている圧電素子と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、少なくとも表面が絶縁性を有する絶縁部材と、
前記第1基板上に配置され、前記圧電素子に電気的に接続されている第1配線と、
前記第2基板上に配置され、前記圧電素子に電気的に接続されている第2配線と、
前記絶縁部材上に配置され、前記第1配線に電気的に接続されている第3配線と、
前記第3配線上に配置されている端子と、を備え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、第1基板上の第1配線および絶縁部材上の第3配線を介して圧電素子と端子とが電気的に接続されているため、第1配線および第3配線を適宜引き回すことで、当該端子の配置の自由度を高めることができる。また、絶縁部材上の第3配線上に端子が形成されているため、端子と第1基板との間の距離を大きくすることができ、その結果、端子から第1基板への電流リークの可能性を低くすることができる。また、第3配線上にメッキを行うことで、当該端子を第1基板の端面から離間した位置に容易に形成することができるという利点もある。
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記第1配線は、前記圧電素子を駆動する駆動信号が入力される配線であり、
前記第2配線は、グランド電位に電気的に接続されていることが好ましい。
前記第2配線は、グランド電位に電気的に接続されていることが好ましい。
これにより、端子から第1基板への駆動信号がリークする可能性を低くすることができる。そのため、駆動電圧が高電圧であっても、圧電アクチュエーターの駆動を安定化することができる。
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記絶縁部材は、前記第1基板および前記第2基板が重なる方向から見たとき、前記第1基板の外周よりも外方に突出している部分を有し、当該部分に前記端子が設けられていることが好ましい。
これにより、端子に配線基板を接合した場合に、当該配線基板が第1基板に接触するのを低減することができる。そのため、端子から第1基板への電流リークの可能性をより低くすることができる。
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記端子は、前記第1基板の端面に対して離間していることが好ましい。
これにより、端子から第1基板への電流リークの可能性を低くすることができる。
これにより、端子から第1基板への電流リークの可能性を低くすることができる。
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記第1基板は、前記絶縁部材に対向する面であって、前記第1配線よりも端面側の領域に凸部を備えることが好ましい。
これにより、第1配線上および第3配線上に端子をメッキにより形成する場合、端子が第1基板の端面に至るのを凸部により阻止することができる。そのため、端子から第1基板への電流リークの可能性を低くすることができる。
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記第1基板上に配置されている絶縁層を備え、
前記第1配線は、前記第1基板と前記絶縁層との間に配置されている第1層と、前記絶縁層に対して前記第1層とは反対側に配置されている第2層と、を有し、
前記第2層は、前記第1基板および前記第2基板が重なる方向から見たとき、前記第3配線に重なる部分を有し、当該部分で前記第3配線に電気的に接続することが好ましい。
前記第1配線は、前記第1基板と前記絶縁層との間に配置されている第1層と、前記絶縁層に対して前記第1層とは反対側に配置されている第2層と、を有し、
前記第2層は、前記第1基板および前記第2基板が重なる方向から見たとき、前記第3配線に重なる部分を有し、当該部分で前記第3配線に電気的に接続することが好ましい。
これにより、第1配線の引き回しの自由度を高めることができる。また、第1基板と絶縁基板とを接合することで、第1配線と第3配線とを接続することができる。そのため、圧電アクチュエーターの製造が容易となる。
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記絶縁部材の前記第1基板側の面には、前記第3配線の少なくとも一部を収納している凹部が設けられていることが好ましい。
これにより、第3配線および端子と第1基板の端面との間の距離を大きくすることができる。また、第1基板と絶縁基板とを接着剤により接合する場合、凹部を当該接着剤の逃げ部として利用することもできる。
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記絶縁部材は、シリコンで構成されている本体と、前記本体上に設けられている絶縁膜と、を有することが好ましい。
これにより、絶縁部材を高精度にかつ生産性よく製造することができる。
これにより、絶縁部材を高精度にかつ生産性よく製造することができる。
本適用例の圧電アクチュエーターでは、前記絶縁膜は、シリコン酸化膜であることが好ましい。
これにより、比較的簡単に表面の絶縁性に優れた絶縁部材を製造することができる。
これにより、比較的簡単に表面の絶縁性に優れた絶縁部材を製造することができる。
本適用例の圧電アクチュエーターの製造方法は、第1配線が配置されている第1基板と、第2配線が配置されている第2基板と、圧電素子と、第3配線が配置され、少なくとも表面が絶縁性を有する絶縁部材と、を準備する工程と、
前記第1基板と前記第2基板との間に前記圧電素子および前記絶縁部材を配置して前記第1基板および前記第2基板と前記圧電素子および前記絶縁部材とを接合し、前記第1配線と前記圧電素子とを電気的に接続し、かつ、前記第2配線と前記圧電素子とを電気的に接続する工程と、
前記第3配線上に端子を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
前記第1基板と前記第2基板との間に前記圧電素子および前記絶縁部材を配置して前記第1基板および前記第2基板と前記圧電素子および前記絶縁部材とを接合し、前記第1配線と前記圧電素子とを電気的に接続し、かつ、前記第2配線と前記圧電素子とを電気的に接続する工程と、
前記第3配線上に端子を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
このような圧電アクチュエーターの製造方法によれば、電流リークを低減しつつ、端子の配置の自由度を高めることができる圧電アクチュエーターを製造することができる。
本適用例の圧電アクチュエーターの製造方法は、第1配線が配置されている第1基板と、第2配線が配置されている第2基板と、圧電素子と、第3配線が配置され、少なくとも表面が絶縁性を有する絶縁部材と、を準備する工程と、
前記第3配線上に端子を形成する工程と、
前記第1基板と前記第2基板との間に前記圧電素子および前記絶縁部材を配置して前記第1基板および前記第2基板と前記圧電素子および前記絶縁部材とを接合し、前記第1配線と前記圧電素子および前記第3配線とを電気的に接続し、かつ、前記第2配線と前記圧電素子とを電気的に接続する工程と、を含むことを特徴とする。
前記第3配線上に端子を形成する工程と、
前記第1基板と前記第2基板との間に前記圧電素子および前記絶縁部材を配置して前記第1基板および前記第2基板と前記圧電素子および前記絶縁部材とを接合し、前記第1配線と前記圧電素子および前記第3配線とを電気的に接続し、かつ、前記第2配線と前記圧電素子とを電気的に接続する工程と、を含むことを特徴とする。
このような圧電アクチュエーターの製造方法によれば、電流リークを低減しつつ、端子の配置の自由度を高めることができる圧電アクチュエーターを製造することができる。
本適用例の圧電モーターは、本適用例の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
このような圧電モーターは、圧電アクチュエーターの電流リークを低減することができるので、圧電モーターの信頼性を高めることができる。また、圧電アクチュエーターの端子の配置の自由度を高めることができるので、圧電モーターの設計の自由度を高めることができる。
本適用例のロボットは、本適用例の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
このようなロボットは、圧電アクチュエーターの電流リークを低減することができるので、ロボットの信頼性を高めることができる。また、圧電アクチュエーターの端子の配置の自由度を高めることができるので、ロボットの設計の自由度を高めることができる。
このようなロボットは、圧電アクチュエーターの電流リークを低減することができるので、ロボットの信頼性を高めることができる。また、圧電アクチュエーターの端子の配置の自由度を高めることができるので、ロボットの設計の自由度を高めることができる。
本適用例の電子部品搬送装置は、本適用例の圧電アクチュエーター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は、圧電アクチュエーターの電流リークを低減することができるので、電子部品搬送装置の信頼性を高めることができる。また、圧電アクチュエーターの端子の配置の自由度を高めることができるので、電子部品搬送装置の設計の自由度を高めることができる。
本適用例のプリンターは、本適用例の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
このようなプリンターは、圧電アクチュエーターの電流リークを低減することができるので、プリンターの信頼性を高めることができる。また、圧電アクチュエーターの端子の配置の自由度を高めることができるので、プリンターの設計の自由度を高めることができる。
以下、本発明の圧電アクチュエーター、圧電アクチュエーターの製造方法、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置およびプリンター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。
(圧電モーター)
まず、本発明の圧電モーター(本発明の圧電アクチュエーターを備える圧電モーター)の実施形態について説明する。
まず、本発明の圧電モーター(本発明の圧電アクチュエーターを備える圧電モーター)の実施形態について説明する。
<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(駆動装置)の分解斜視図である。図3は、図1中のA−A線断面図(概略断面図)である。図4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を配線基板側から見た概略図である。図5は、図4中のB−B線断面図である。図6は、図5の部分拡大断面図である。図7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〜図6中の上側を「上」、下側を「下」ともいう。
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(駆動装置)の分解斜視図である。図3は、図1中のA−A線断面図(概略断面図)である。図4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を配線基板側から見た概略図である。図5は、図4中のB−B線断面図である。図6は、図5の部分拡大断面図である。図7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〜図6中の上側を「上」、下側を「下」ともいう。
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(駆動装置)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。
[圧電アクチュエーター]
図1に示すように、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、振動子1に電気的に接続されている配線基板120と、を有している。
図1に示すように、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、振動子1に電気的に接続されている配線基板120と、を有している。
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(絶縁部材)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(第1配線)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(第2配線)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、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、接着剤72を介して接合されている。また、図4に示すように、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を介して接合されている。また、接着剤71、72としては、それぞれ、前述したような接合を行うことができれば、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を用いてもよいし、異方導電性接着剤を用いてもよい。
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、接着剤71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(図2参照)。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。
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、接着剤72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。ただし、図5および図6に示すように、支持部32の圧電素子4とは反対側の端面が基板2の支持部22の端面よりも距離dだけ外方に突出している。
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または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。
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。
図3および図5に示すように、基板2の圧電素子4側の面(上面)には、絶縁層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側の面には、絶縁層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。絶縁層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。
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21、31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、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。
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。
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。
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。
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。
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)、チタン(Ti)、タングステン(W)等の金属材料が挙げられる。
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。
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。
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、圧電体42の厚さを厚くし、圧電素子4の変位量を大きくすることができる。そのため、振動子1の電流効率をさらに向上させることができる。また、バルク材料から圧電体42を形成する場合、ゾル−ゲル法等の製膜法を用いる場合に比べて、圧電体42の厚さを厚くすることが容易となる。
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。
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。本実施形態では、図5および図6に示すように、スペーサー5の圧電素子4とは反対側の端面が基板3の支持部32の端面と同一面上に位置するように基板2の支持部22の端面よりも外方に距離dだけ突出している。また、スペーサー5の下面(基板2側の面)と側面(圧電素子4とは反対側の端面)とを接続する部分が面取りされた形状をなしている。この面取りされた形状は、余剰の接着剤71を逃がす逃げ部として利用することができる。また、後述する端子63をメッキにより形成する際、端子63が基板2の端面付近に形成され難くしつつ、端子63と配線61との接続を行うことができる。なお、距離dは、特に限定されず、例えば、10μm以上50μm以下程度であることが好ましい。
また、スペーサー5の少なくとも表面は、絶縁性を有している。これにより、スペーサー5を介した配線61、62の短絡を防止することができる。本実施形態では、スペーサー5は、本体51と、本体51上に設けられている絶縁膜52と、を有する。また、図5および図6に示すように、スペーサー5上には、スペーサー5の下面(基板2側の面)および側面(圧電素子4とは反対側の端面)を跨るように、配線65(第3配線)が設けられている。この配線65上には、端子63が設けられており、本実施形態では、この端子63を介して配線61に電気的に接続されている。
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。また、スペーサー5の形状は、図示の形状に限定されず、例えば、前述した面取り形状がなくてもよい。
特に、スペーサー5の構成材料としては、シリコンを用いることが好ましい。すなわち、スペーサー5(絶縁部材)は、シリコンで構成されている本体51と、本体51上に設けられている絶縁膜52と、を有することが好ましい。これにより、スペーサー5をシリコンウエハプロセス(MEMSプロセス)により高精度にかつ生産性よく製造することができる。また、熱酸化によりシリコン酸化膜で構成された絶縁膜52を形成することができるという利点がある。そのため、絶縁膜52は、シリコン酸化膜であることが好ましい。これにより、比較的簡単に表面の絶縁性に優れたスペーサー5を製造することができる。
図2または図3に示すように、配線61(第1配線)は、前述した絶縁層24上に配置され、一方、配線62(第2配線)は、前述した絶縁層34上に配置されている。これにより、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が配置され、他方側(上側)に配線62が配置されている。これにより、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。
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、前述したスペーサー5上の配線65(第3配線)近傍に位置しており、配線65に端子63を介して電気的に接続されている(図5、図6参照)。端子63は、基板2の支持部22とスペーサー5との間から外部に露出し、スペーサー5の端面よりも外方に突出している部分を有する。
ここで、配線61は、多層配線構造を有している。本実施形態では、図5および図6に示すように、配線61は、絶縁層24上に配置されている第1層611(第1配線層)と、第1層611に対して絶縁層24とは反対側に配置されている第2層612(第2配線層)と、を有する。第1層611と第2層612との間には、絶縁層81が配置されており、第1層611と第2層612は、絶縁層81を貫通している導電部(図示せず)を介して電気的に接続されている。ここで、第1層611は、主に基板2の振動部21上から支持部22上への引き回し部分(配線)を構成している。また、第2層612は、主に圧電素子4との接続部分(接続電極)を構成している。本実施形態では、第1層611が端子63に接続され、これにより、配線61がスペーサー5上の配線65に端子63を介して電気的に接続されている。
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の端面付近に位置しており、当該他端部上には、端子64が設けられている(図5参照)。端子64は、基板3の支持部32とスペーサー5との間から外部に露出し、基板3の端面よりも外方に突出している部分を有する。
ここで、配線62は、多層配線構造を有している。本実施形態では、図5に示すように、配線62は、絶縁層34上に配置されている第1層621(第1配線層)と、第1層621に対して絶縁層34とは反対側に配置されている第2層622(第2配線層)と、を有する。第1層621と第2層622との間には、絶縁層82が配置されており、第1層621と第2層622は、絶縁層82を貫通している導電部(図示せず)を介して電気的に接続されている。ここで、第1層621は、主に基板3の振動部31上から支持部32上への引き回し部分(配線)を構成している。また、第2層622は、主に圧電素子4との接続部分(接続電極)を構成している。本実施形態では、第1層621が端子64に接続されている。
このような配線61、62、65および端子63、64の構成材料としては、それぞれ、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)、チタン(Ti)、タングステン(W)等の金属材料が挙げられる。また、絶縁層81、82の構成材料としては、特に限定されないが、絶縁性を有する樹脂材料、より具体的には、層間絶縁膜として用いる公知のレジスト材料を用いることができる。
このような端子63、64には、配線基板120が接続されている。配線基板120は、基板2、3およびスペーサー5からなる積層体の側面に対して、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(図1参照)。この配線基板120は、絶縁性の基板121と、基板121の一方の面上に配置されている複数の配線122と、を有している。ここで、複数の配線122は、前述した複数の配線61および配線62に対応して設けられている。複数の配線61に対応する配線122は、図示しない駆動回路に電気的に接続されている。これにより、配線122を介して圧電素子4に駆動信号が入力される。また、配線62に対応する配線122は、グランド電位に電気的に接続されている。なお、配線基板120は、フレキシブル配線基板であってもよいし、リジット配線基板であってもよい。
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62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7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から一方向の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。
以上のように、圧電アクチュエーター100は、第1基板である基板2と、第2基板である基板3と、基板2と基板3との間に配置されている圧電素子4と、基板2と基板3との間に配置され、少なくとも表面が絶縁性を有する絶縁部材であるスペーサー5と、基板2上に配置され、圧電素子4に電気的に接続されている第1配線である配線61と、基板3上に配置され、圧電素子4に電気的に接続されている第2配線である配線62と、スペーサー5上に配置され、配線61に電気的に接続されている第3配線である配線65と、配線65上に配置されている端子63と、を備える。
このような圧電アクチュエーター100によれば、基板2上の配線61およびスペーサー5上の配線65を介して圧電素子4と端子63とが電気的に接続されているため、配線61および配線65を適宜引き回すことで、当該端子63の配置の自由度を高めることができる。また、スペーサー5上の配線65上に端子63が形成されているため、端子63と基板2との間の距離を大きくすることができ、その結果、端子63から基板2への電流リークの可能性を低くすることができる。また、配線65上にメッキを行うことで、当該端子63を基板2の端面から離間した位置に容易に形成することができるという利点もある。
ここで、配線61(第1配線)は、圧電素子4を駆動する駆動信号が入力される配線であり、配線62(第2配線)は、グランド電位に電気的に接続されている。これにより、端子63から基板2への駆動信号がリークする可能性を低くすることができる。そのため、駆動電圧が高電圧であっても、圧電アクチュエーター100の駆動を安定化することができる。
また、スペーサー5(絶縁部材)は、基板2(第1基板)および基板3(第2基板)が重なる方向から見たとき、基板2(第1基板)の外周よりも外方に突出している部分を有し、当該部分に端子63が設けられている。これにより、端子63に配線基板120を接合した場合に、当該配線基板120が基板2に接触するのを低減することができる。そのため、端子63から基板2への電流リークの可能性をより低くすることができる。
本実施形態では、前述したように、端子63を介して配線61と配線65とが電気的に接続されている。ここで、端子63は、例えば、配線61、65を利用して無電解メッキ等のメッキ法により形成されるが、配線61が基板2の端面から相当距離離間しており、端子63も配線61の配置に応じた配置となる。そのため、端子63は、基板2(第1基板)の端面に対して離間している。これにより、端子63から基板2への電流リークの可能性を低くすることができる。
また、スペーサー5(絶縁部材)の基板2(第1基板)側の面には、配線65(第3配線)の少なくとも一部を収納している凹部(面取り形状)が設けられている(図5、図6参照)。これにより、配線65および端子63と基板2の端面との間の距離を大きくすることができる。また、基板2とスペーサー5とを接着剤71により接合する場合、凹部を余剰の接着剤71の逃げ部として利用することもできる。
(圧電アクチュエーターの製造方法)
次に、圧電アクチュエーター100の製造方法の一例について説明する。
次に、圧電アクチュエーター100の製造方法の一例について説明する。
図8は、図2に示す圧電アクチュエーターの製造方法を示すフローチャートである。図9は、図8に示す準備工程を説明するための断面図である。図10は、図8に示す接合工程を説明するための断面図である。図11は、図8に示す端子形成工程を説明するための断面図である。
圧電アクチュエーター100の製造方法は、図8に示すように、準備工程S11と、接合工程S12と、端子形成工程S13と、を含む。以下、各工程について順次説明する。
[準備工程S11]
まず、図9に示すように、配線61(第1配線)が配置されている基板2(第1基板)と、配線62(第2配線)が配置されている基板3(第2基板)と、圧電素子4と、配線65(第3配線)が配置されているスペーサー5(絶縁部材)と、を準備する。
まず、図9に示すように、配線61(第1配線)が配置されている基板2(第1基板)と、配線62(第2配線)が配置されている基板3(第2基板)と、圧電素子4と、配線65(第3配線)が配置されているスペーサー5(絶縁部材)と、を準備する。
より具体的に説明すると、例えば、シリコンウエハーの一方の面を熱酸化することにより絶縁層24のための熱酸化膜を形成した後、その熱酸化膜上に配線61の第1層611、絶縁層81、配線61の第2層612をこの順でフォトリソグラフィおよびウエットエッチングを用いた公知の成膜法により順次形成し、その後、シリコンウエハーをドライエッチングすることで、配線61が配置されている基板2を得る。
ここで、第1層611は、例えば、TiWのような密着性に優れた材料で構成された密着層、Cuのような導電性に優れた材料で構成された導電層、TiWのような密着性に優れた材料で構成された密着層の3層をこの順で気相成膜法により積層することで形成される。また、第2層612は、例えば、TiWのような密着性に優れた材料で構成された密着層、Cuのような導電性に優れた材料で構成された導電層の2層をこの順で気相成膜法により積層した後、選択的なメッキ法により、Ni−P/Auのような酸化防止性に優れた材料(Ni−P)と酸化されず接触抵抗の低い材料(Au)で構成された保護層を積層することで形成される。このような製造方法で形成する場合、シリコンウエハーの熱酸化の後に基板2の外形を形成するため、基板2の側面には、絶縁層24が形成されていない状態となる。また、基板2の外形を形成した後において、基板2上には配線61が形成されているため、基板2の側面に絶縁膜を形成するための熱酸化を行うことは難しい。
配線62が配置されている基板3の製造方法についても、配線61が配置されている基板2と同様に製造することができる。
また、圧電素子4の製造方法については、例えば、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。
また、配線65が配置されているスペーサー5の製造方法については、例えば、シリコンウエハーをドライエッチングすることでスペーサー5の外形を形成した後に、熱酸化を行うことで、本体51および絶縁膜52を有するスペーサー5を形成し、その後、TiW(またはNiCr)のような密着性に優れた材料で構成された密着層、Cu(またはAu)のような導電性に優れた材料で構成された導電層をこの順で気相成膜法により積層することで、配線65が配置されているスペーサー5を得る。
[接合工程S12]
次に、図10に示すように、基板2(第1基板)と圧電素子4およびスペーサー5(絶縁部材)とを接着剤71により接合する。このとき、配線61(第1配線)と圧電素子4とを電気的に接続する。また、基板3(第2基板)と圧電素子4およびスペーサー5とを接着剤72により接合する。このとき、配線62(第2配線)と圧電素子4とを電気的に接続する。
次に、図10に示すように、基板2(第1基板)と圧電素子4およびスペーサー5(絶縁部材)とを接着剤71により接合する。このとき、配線61(第1配線)と圧電素子4とを電気的に接続する。また、基板3(第2基板)と圧電素子4およびスペーサー5とを接着剤72により接合する。このとき、配線62(第2配線)と圧電素子4とを電気的に接続する。
より具体的に説明すると、例えば、基板2の配線61側の面上および基板3の配線62側の面上にそれぞれ液状またはシート状の接着剤を塗布または貼着した後に、互いの配線の位置合わせをして、これらの接着剤を介して圧電素子4およびスペーサー5を挟むように基板2、3を貼り合わせた後、これらの積層体をその状態を保つように冶具で積層方向に加圧しながらオーブンで加熱することで、接着剤を熱硬化させ、接着剤71、72により基板2、3と圧電素子4およびスペーサー5とを接合した積層体を得る。
[端子形成工程S13]
次に、図11に示すように、配線61上および配線65(第3配線)上に端子63を形成する。
次に、図11に示すように、配線61上および配線65(第3配線)上に端子63を形成する。
より具体的に説明すると、前述した接合工程S12で得られた積層体をアルカリ洗浄した後に酸洗浄し、次いで、当該積層体の配線61、65の露出部分を含む領域上に触媒を選択的に付与し、その後、Niの無電解メッキ、Auの無電解メッキをこの順に行うことで端子63を形成する。このとき、端子63は、配線61と配線65とを跨るように形成される。これにより、配線61と配線65とが端子63を介して電気的に接続される。また、端子64も同様に、端子63と一括して形成する。
その後、端子63、64が形成された積層体に配線基板120を接着剤(図示せず)により接合し、端子63、64と配線基板120の配線122とを電気的に接続する。これにより、圧電アクチュエーター100が得られる。
以上のように、圧電アクチュエーター100の製造方法は、準備工程S11と、接合工程S12と、端子形成工程S13と、を含む。ここで、準備工程S11は、配線61(第1配線)が配置されている基板2(第1基板)と、配線62(第2配線)が配置されている基板3(第2基板)と、圧電素子4と、配線65(第3配線)が配置され、少なくとも表面が絶縁性を有するスペーサー5(絶縁部材)と、を準備する工程である。接合工程S12は、基板2と基板3との間に圧電素子4およびスペーサー5を配置して基板2および基板3と圧電素子4およびスペーサー5とを接合し、配線61と圧電素子4とを電気的に接続し、かつ、配線62と圧電素子4とを電気的に接続する工程である。端子形成工程S13では、配線65上に端子63を形成する工程である。
このような圧電アクチュエーター100の製造方法によれば、電流リークを低減しつつ、端子63の配置の自由度を高めることができる圧電アクチュエーター100を製造することができる。
<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。
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。
図12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部分拡大断面図である。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12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。
図12に示す圧電アクチュエーター100Aは、スペーサー5上に配置され、配線61に電気的に接続されている第3配線である配線65Aと、配線65A上に配置されている端子63Aと、基板2からスペーサー5側に突出した凸部83と、を備える。
ここで、圧電アクチュエーター100Aにおいても、基板2上の配線61およびスペーサー5上の配線65Aを介して圧電素子4と端子63Aとが電気的に接続されているため、当該端子63Aの配置の自由度を高めることができる。また、スペーサー5上の配線65A上に端子63Aが形成されているため、端子63Aから基板2への電流リークの可能性を低くすることができる。
特に、凸部83は、基板2の上面において、配線61と基板2の端面との間に配置されている。このように、基板2(第1基板)は、スペーサー5(絶縁部材)に対向する面であって、配線61(第1配線)よりも端面側の領域に凸部83を備える。これにより、前述した第1実施形態で述べた端子63の形成方法と同様に配線61上および配線65A上に端子63Aをメッキにより形成する場合、端子63Aが基板2の端面に至るのを凸部83により阻止することができる。そのため、端子63Aから基板2への電流リークの可能性を低くすることができる。このような凸部83は、絶縁層81と一括して形成することができる。
<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。
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。
図13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部分拡大断面図である。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13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。
図13に示す圧電アクチュエーター100Bは、基板2(第1基板)上に配置され、圧電素子4に電気的に接続されている第1配線である配線61Bと、スペーサー5上に配置され、配線61Bに電気的に接続されている第3配線である配線65Bと、配線65B上に配置されている端子63Bと、を備える。
ここで、圧電アクチュエーター100Bにおいても、基板2上の配線61Bおよびスペーサー5上の配線65Bを介して圧電素子4と端子63Bとが電気的に接続されているため、当該端子63Bの配置の自由度を高めることができる。また、スペーサー5上の配線65B上に端子63Bが形成されているため、端子63Bから基板2への電流リークの可能性を低くすることができる。
特に、配線61Bは、第1層611Bおよび第2層612Bを有し、絶縁層81に対して基板2とは反対側に設けられた第2層612Bが配線65に接続されている。
このように、圧電アクチュエーター100Bは、基板2(第1基板)上に配置されている絶縁層81を備え、配線61B(第1配線)は、基板2と絶縁層81との間に配置されている第1層611Bと、絶縁層81に対して第1層611Bとは反対側に配置されている第2層612Bと、を有する。そして、第2層612Bは、平面視で(第1基板および第2基板が重なる方向から見たとき)、配線65B(第3配線)に重なる部分を有し、当該部分で配線65Bに電気的に接続する。これにより、配線61Bの引き回しの自由度を高めることができる。また、基板2とスペーサー5とを接合することで、配線61Bと配線65Bとを接続することができる。そのため、圧電アクチュエーター100Bの製造が容易となる。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4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。
次に、本発明の第4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。
図14は、本発明の第4実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す部分拡大断面図である。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14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。
図14に示す圧電アクチュエーター100Cは、基板2(第1基板)と基板3(第2基板)との間に配置され、少なくとも表面が絶縁性を有する絶縁部材であるスペーサー5Cと、基板2上に配置され、圧電素子4に電気的に接続されている第1配線である配線61Cと、スペーサー5C上に配置され、配線61Cに電気的に接続されている第3配線である配線65Cと、配線65C上に配置されている端子63Cと、を備える。
ここで、圧電アクチュエーター100Cにおいても、基板2上の配線61Cおよびスペーサー5C上の配線65Cを介して圧電素子4と端子63Cとが電気的に接続されているため、当該端子63Cの配置の自由度を高めることができる。また、スペーサー5C上の配線65C上に端子63Cが形成されているため、端子63Cから基板2への電流リークの可能性を低くすることができる。
本実施形態の配線61Cは、絶縁層81を介して配置された第1層611Cおよび第2層612Cを有し、前述した第3実施形態の配線61Bと配線65Bとの接続と同様、絶縁層81に対して基板2とは反対側に設けられた第2層612Cが配線65Cに接続されている。
また、スペーサー5Cの上面(基板3側の面)と側面(圧電素子4とは反対側の端面)とを接続する部分が面取りされた形状をなしている。この面取りされた形状は、余剰の接着剤72を逃がす逃げ部として利用することができる。一方、スペーサー5Cの下面(基板2側の面)には、面取りが施されておらず、配線65Cが当該下面に沿って設けられている。スペーサー5Cは、本体51Cと、本体51C上に設けられている絶縁膜52Cと、を有し、前述した第1実施形態のスペーサー5と同様に形成することが可能である。
<第5実施形態>
次に、本発明の第5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。
次に、本発明の第5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。
図15は、本発明の第5実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す部分拡大断面図である。図16は、図15に示す圧電アクチュエーターの製造方法を示すフローチャートである。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15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。
図15に示す圧電アクチュエーター100Dは、基板2(第1基板)と基板3(第2基板)との間に配置され、少なくとも表面が絶縁性を有する絶縁部材であるスペーサー5Dと、基板2上に配置され、圧電素子4に電気的に接続されている第1配線である配線61Dと、基板3上に配置され、圧電素子4に電気的に接続されている第2配線である配線62Dと、スペーサー5D上に配置され、配線61Dに電気的に接続されている第3配線である配線65Dと、配線65D上に配置されている端子63Dと、スペーサー5D上に配置され、配線62Dに電気的に接続されている第4配線である配線66と、を備える。なお、スペーサー5Dは、本体51Dと、本体51D上に設けられた絶縁膜52Dと、を有する。
ここで、圧電アクチュエーター100Dにおいても、基板2上の配線61Dおよびスペーサー5D上の配線65Dを介して圧電素子4と端子63Dとが電気的に接続されているため、当該端子63Dの配置の自由度を高めることができる。また、スペーサー5D上の配線65D上に端子63Dが形成されているため、端子63Dから基板2への電流リークの可能性を低くすることができる。
本実施形態の配線61Dは、絶縁層81を介して配置された第1層611Dおよび第2層612Dを有し、前述した第3実施形態の配線61Bと配線65Bとの接続と同様、絶縁層81に対して基板2とは反対側に設けられた第2層612Dが配線65Dに接続されている。同様に、配線62Dは、絶縁層82を介して配置された第1層621Dおよび第2層622Dを有し、絶縁層82に対して基板3とは反対側に設けられた第2層622Dが配線66に接続されている。
ここで、配線65Dは、端子63Dに覆われており、配線65Dと配線61D(第2層612D)との間には、端子63Dが介在している。同様に、配線66は、端子64Dに覆われており、配線66と配線62D(第2層622D)との間には、端子64Dが介在している。
以上のような構成の圧電アクチュエーター100Dは、以下に述べるように製造することができる。
圧電アクチュエーター100Dの製造方法は、図16に示すように、準備工程S21と、端子形成工程S22と、接合工程S23と、を含む。すなわち、圧電アクチュエーター100Dを製造するに際しては、端子63D、64Dを形成した後に、基板2、3と圧電素子4およびスペーサー5とを接着剤71、72により接合する。
ここで、準備工程S21は、前述した第1実施形態の準備工程S11と同様である。また、端子形成工程S22は、基板2、3と圧電素子4およびスペーサー5とが接着剤71、72により接合されていない以外は、前述した第1実施形態の端子形成工程S13と同様に行うことができる。また、接合工程S23は、前述した第1実施形態の接合工程S12と同様に行うことができる。
以上のように、圧電アクチュエーター100Dの製造方法は、準備工程S21と、端子形成工程S22と、接合工程S23と、を含む。ここで、準備工程S21は、配線61D(第1配線)が配置されている基板2(第1基板)と、配線62D(第2配線)が配置されている基板3(第2基板)と、圧電素子4と、配線65D(第3配線)が配置され、少なくとも表面が絶縁性を有するスペーサー5D(絶縁部材)と、を準備する工程である。端子形成工程S22は、配線65D、66上に端子63D、64Dを形成する工程である。接合工程S23は、基板2と基板3との間に圧電素子4およびスペーサー5Dを配置して基板2および基板3と圧電素子4およびスペーサー5Dとを接合し、配線61Dと圧電素子4および配線65Dとを電気的に接続し、かつ、配線62Dと圧電素子4とを電気的に接続する工程である。
このような圧電アクチュエーター100Dの製造方法によっても、電流リークを低減しつつ、端子63Dの配置の自由度を高めることができる圧電アクチュエーター100Dを製造することができる。
(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。
次に、本発明のロボットの実施形態について説明する。
図17は、本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。
図17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、圧電アクチュエーター100(または100A、100B、100C、100D)を備える圧電モーター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。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。
図17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、圧電アクチュエーター100(または100A、100B、100C、100D)を備える圧電モーター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。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。
以上のようなロボット1000は、圧電アクチュエーター100(または100A、100B、100C、100D)を備える。このようなロボット1000は、圧電アクチュエーター100(または100A、100B、100C、100D)の電流リークを低減することができるので、ロボット1000の信頼性を高めることができる。また、圧電アクチュエーター100(または100A、100B、100C、100D)の端子の配置の自由度を高めることができるので、ロボット1000の設計の自由度を高めることができる。
(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。
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18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19は、図18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。
図18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。
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。
また、図19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100は、圧電アクチュエーター100A、100B、100Cまたは100Dに代えることができる。
以上のような電子部品搬送装置2000は、圧電アクチュエーター100(または100A、100B、100C、100D)を備える。このような電子部品搬送装置2000は、圧電アクチュエーター100(または100A、100B、100C、100D)の電流リークを低減することができるので、電子部品搬送装置2000の信頼性を高めることができる。また、圧電アクチュエーター100(または100A、100B、100C、100D)の端子の配置の自由度を高めることができるので、電子部品搬送装置2000の設計の自由度を高めることができる。
(プリンター)
図20は、本発明のプリンターの実施形態を示す斜視図である。
図20は、本発明のプリンターの実施形態を示す斜視図である。
図20に示すプリンター3000は、インクジェット記録方式のプリンターである。このプリンター3000は、装置本体3010と、装置本体3010の内部に設けられている印刷機構3020、給紙機構3030および制御部3040と、を備えている。
装置本体3010には、記録用紙Pを設置するトレイ3011と、記録用紙Pを排出する排紙口3012と、液晶ディスプレイ等の操作パネル3013とが設けられている。
印刷機構3020は、ヘッドユニット3021と、キャリッジモーター3022と、キャリッジモーター3022の駆動力によりヘッドユニット3021を往復動させる往復動機構3023と、を備えている。ヘッドユニット3021は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド3021aと、ヘッド3021aにインクを供給するインクカートリッジ3021bと、ヘッド3021aおよびインクカートリッジ3021bを搭載したキャリッジ3021cと、を有している。往復動機構3023は、キャリッジ3021cを往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸3023aと、キャリッジモーター3022の駆動力によりキャリッジ3021cをキャリッジガイド軸3023a上で移動させるタイミングベルト3023bと、を有している。
給紙機構3030は、互いに圧接している従動ローラー3031および駆動ローラー3032と、駆動ローラー3032を駆動する給紙モーターである圧電モーター200(圧電アクチュエーター100、100A、100B、100Cまたは100D)と、を有している。
制御部3040は、例えばパーソナルコンピュータ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷機構3020や給紙機構3030等を制御する。
このようなプリンター3000では、給紙機構3030が記録用紙Pを一枚ずつヘッドユニット3021の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット3021が記録用紙Pの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Pへの印刷が行なわれる。
以上のようなプリンター3000は、圧電アクチュエーター100(または100A、100B、100C、100D)を備える。このようなプリンター3000は、圧電アクチュエーター100(または100A、100B、100C、100D)の電流リークを低減することができるので、プリンター3000の信頼性を高めることができる。また、圧電アクチュエーター100(または100A、100B、100C、100D)の端子の配置の自由度を高めることができるので、プリンター3000の設計の自由度を高めることができる。
以上、本発明の圧電アクチュエーター、圧電アクチュエーターの製造方法、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置およびプリンターを、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。
また、前述した実施形態では圧電アクチュエーターをロボット、電子部品搬送装置およびプリンターに適用した構成について説明したが、圧電アクチュエーターは、これら以外の各種電子デバイスにも適用することができる。
1…振動子、2…基板(第1基板)、3…基板(第2基板)、4…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(絶縁部材)、5C…スペーサー(絶縁部材)、5D…スペーサー(絶縁部材)、21…振動部、22…支持部、23…接続部、24…絶縁層、31…振動部、32…支持部、33…接続部、34…絶縁層、41…第1電極、41a…第1電極、41b…第1電極、41c…第1電極、41d…第1電極、41e…第1電極、42…圧電体、43…第2電極、51…本体、51C…本体、51D…本体、52…絶縁膜、52C…絶縁膜、52D…絶縁膜、61…配線(第1配線)、61B…配線(第1配線)、61C…配線(第1配線)、61D…配線(第1配線)、61a…配線(第1配線)、61b…配線(第1配線)、61c…配線(第1配線)、61d…配線(第1配線)、61e…配線(第1配線)、62…配線(第2配線)、62D…配線(第2配線)、63…端子、63A…端子、63B…端子、63C…端子、63D…端子、64…端子、64D…端子、65…配線(第3配線)、65A…配線(第3配線)、65B…配線(第3配線)、65C…配線(第3配線)、65D…配線(第3配線)、66…配線、71…接着剤、72…接着剤、73…接着剤、81…絶縁層、82…絶縁層、83…凸部、100…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、100A…圧電アクチュエーター、100B…圧電アクチュエーター、100C…圧電アクチュエーター、100D…圧電アクチュエーター、110…凸部、120…配線基板、121…基板、122…配線、200…圧電モーター、210…ローター、211…外周面、611…第1層、611B…第1層、611C…第1層、611D…第1層、612…第2層、612B…第2層、612C…第2層、612D…第2層、621…第1層、621D…第1層、622…第2層、622D…第2層、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、3000…プリンター、3010…装置本体、3011…トレイ、3012…排紙口、3013…操作パネル、3020…印刷機構、3021…ヘッドユニット、3021a…ヘッド、3021b…インクカートリッジ、3021c…キャリッジ、3022…キャリッジモーター、3023…往復動機構、3023a…キャリッジガイド軸、3023b…タイミングベルト、3030…給紙機構、3031…従動ローラー、3032…駆動ローラー、3040…制御部、O…回動軸、P…記録用紙、Q…電子部品、S11…準備工程、S12…接合工程、S13…端子形成工程、S21…準備工程、S22…端子形成工程、S23…接合工程、d…距離
Claims (15)
- 第1基板と、
第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置されている圧電素子と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、少なくとも表面が絶縁性を有する絶縁部材と、
前記第1基板上に配置され、前記圧電素子に電気的に接続されている第1配線と、
前記第2基板上に配置され、前記圧電素子に電気的に接続されている第2配線と、
前記絶縁部材上に配置され、前記第1配線に電気的に接続されている第3配線と、
前記第3配線上に配置されている端子と、を備えることを特徴とする圧電アクチュエーター。 - 前記第1配線は、前記圧電素子を駆動する駆動信号が入力される配線であり、
前記第2配線は、グランド電位に電気的に接続されている請求項1に記載の圧電アクチュエーター。 - 前記絶縁部材は、前記第1基板および前記第2基板が重なる方向から見たとき、前記第1基板の外周よりも外方に突出している部分を有し、当該部分に前記端子が設けられている請求項1または2に記載の圧電アクチュエーター。
- 前記端子は、前記第1基板の端面に対して離間している請求項1ないし3のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。
- 前記第1基板は、前記絶縁部材に対向する面であって、前記第1配線よりも端面側の領域に凸部を備える請求項4に記載の圧電アクチュエーター。
- 前記第1基板上に配置されている絶縁層を備え、
前記第1配線は、前記第1基板と前記絶縁層との間に配置されている第1層と、前記絶縁層に対して前記第1層とは反対側に配置されている第2層と、を有し、
前記第2層は、前記第1基板および前記第2基板が重なる方向から見たとき、前記第3配線に重なる部分を有し、当該部分で前記第3配線に電気的に接続する請求項1ないし5のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。 - 前記絶縁部材の前記第1基板側の面には、前記第3配線の少なくとも一部を収納している凹部が設けられている請求項1ないし6のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。
- 前記絶縁部材は、シリコンで構成されている本体と、前記本体上に設けられている絶縁膜と、を有する請求項1ないし7のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーター。
- 前記絶縁膜は、シリコン酸化膜である請求項8に記載の圧電アクチュエーター。
- 第1配線が配置されている第1基板と、第2配線が配置されている第2基板と、圧電素子と、第3配線が配置され、少なくとも表面が絶縁性を有する絶縁部材と、を準備する工程と、
前記第1基板と前記第2基板との間に前記圧電素子および前記絶縁部材を配置して前記第1基板および前記第2基板と前記圧電素子および前記絶縁部材とを接合し、前記第1配線と前記圧電素子とを電気的に接続し、かつ、前記第2配線と前記圧電素子とを電気的に接続する工程と、
前記第3配線上に端子を形成する工程と、を含むことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。 - 第1配線が配置されている第1基板と、第2配線が配置されている第2基板と、圧電素子と、第3配線が配置され、少なくとも表面が絶縁性を有する絶縁部材と、を準備する工程と、
前記第3配線上に端子を形成する工程と、
前記第1基板と前記第2基板との間に前記圧電素子および前記絶縁部材を配置して前記第1基板および前記第2基板と前記圧電素子および前記絶縁部材とを接合し、前記第1配線と前記圧電素子および前記第3配線とを電気的に接続し、かつ、前記第2配線と前記圧電素子とを電気的に接続する工程と、を含むことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。 - 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする圧電モーター。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とするロボット。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする電子部品搬送装置。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とするプリンター。
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