JP6432204B2

JP6432204B2 - Piezoelectric drive device, robot, and drive method thereof

Info

Publication number: JP6432204B2
Application number: JP2014164629A
Authority: JP
Inventors: 橋本　泰治; 泰治橋本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-08-13
Filing date: 2014-08-13
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2034-08-13
Also published as: JP2016040991A

Description

本発明は、圧電駆動装置、及び、圧電駆動装置を備えるロボットなどの各種の装置に関する。 The present invention relates to a piezoelectric drive device and various devices such as a robot including the piezoelectric drive device.

従来から、圧電素子を用いた圧電アクチュエーター（圧電駆動装置）が知られている（例えば特許文献１）。この圧電駆動装置の基本的な構成は、補強板の２つの面のそれぞれの上に、４つの圧電素子が２行２列に配置された構成であり、合計で８つの圧電素子が補強板の両側に設けられている。個々の圧電素子は、圧電体をそれぞれ２枚の電極で挟んだユニットであり、補強板は、圧電素子の一方の電極としても利用される。補強板の一端には、被駆動体としてのローターに接してローターを回転させるための突起部が設けられている。４つの圧電素子のうちの対角に配置された２つの圧電素子に交流電圧を印加すると、この２つの圧電素子が伸縮運動を行い、これに応じて補強板の突起部が往復運動又は楕円運動を行う。そして、この補強板の突起部の往復運動又は楕円運動に応じて、被駆動体としてのローターが所定の回転方向に回転する。また、交流電圧を印加する２つの圧電素子を他の２つの圧電素子に切り換えることによって、ローターを逆方向に回転させることができる。 Conventionally, a piezoelectric actuator (piezoelectric driving device) using a piezoelectric element is known (for example, Patent Document 1). The basic configuration of this piezoelectric drive device is a configuration in which four piezoelectric elements are arranged in two rows and two columns on each of two surfaces of the reinforcing plate, and a total of eight piezoelectric elements are included in the reinforcing plate. It is provided on both sides. Each piezoelectric element is a unit in which a piezoelectric body is sandwiched between two electrodes, and the reinforcing plate is also used as one electrode of the piezoelectric element. One end of the reinforcing plate is provided with a protrusion for rotating the rotor in contact with the rotor as a driven body. When an AC voltage is applied to two of the four piezoelectric elements arranged diagonally, the two piezoelectric elements expand and contract, and the protrusion of the reinforcing plate reciprocates or elliptically moves accordingly. I do. And according to the reciprocating motion or elliptical motion of the protrusion of the reinforcing plate, the rotor as the driven body rotates in a predetermined rotation direction. In addition, the rotor can be rotated in the reverse direction by switching the two piezoelectric elements to which the AC voltage is applied to the other two piezoelectric elements.

従来は、圧電駆動装置に用いられる圧電体として、いわゆるバルク状の圧電体が使用されている。本明細書において、「バルク状の圧電体」とは、厚さが１００μｍ以上の圧電体を意味する。バルク状の圧電体が利用されている理由は、圧電駆動装置から被駆動体に与える力を十分に大きくするために、圧電体の厚みを大きくしたいからである。 Conventionally, a so-called bulk piezoelectric body has been used as a piezoelectric body used in a piezoelectric drive device. In this specification, the “bulk-shaped piezoelectric body” means a piezoelectric body having a thickness of 100 μm or more. The reason why the bulk piezoelectric body is used is that it is desired to increase the thickness of the piezoelectric body in order to sufficiently increase the force applied from the piezoelectric driving device to the driven body.

特開２００４−３２０９７９号公報JP 2004-320979 A

ところで、圧電駆動装置を小さな空間（例えばロボットの関節内）に収容して用いる場合、従来の圧電体を用いた圧電駆動装置では配線スペースが不足する可能性があるため、圧電体を１００μ未満の厚さまで薄くしたいという要望があった。しかしながら、従来は、厚みの小さな圧電体に適した圧電駆動装置の構造については十分に検討がなされていなかった。 By the way, when the piezoelectric drive device is housed in a small space (for example, in the joint of a robot) and used, the piezoelectric drive device using the conventional piezoelectric body may have insufficient wiring space. There was a demand to reduce the thickness. However, conventionally, the structure of a piezoelectric driving device suitable for a piezoelectric body having a small thickness has not been sufficiently studied.

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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態は、振動板と、圧電振動体と、を備える圧電駆動装置である。前記圧電振動体は、基板と、前記基板と前記振動板との間に位置する圧電体と、前記基板と前記圧電体との間に位置する第１電極と、前記圧電体と前記振動板との間に位置する第２電極と、を有し、前記振動板の両面に前記圧電振動体がそれぞれ設置されている。
この圧電駆動装置によれば、圧電駆動装置がその面内方向に振動する際に、その厚み方向に湾曲することによって圧電駆動装置の表面に発生する望ましくない撓み（ひずみ）を、基板によって抑制することができる。この結果、圧電駆動装置の故障や損傷の可能性を低減することが可能である。また、振動板の両面に圧電振動体が配置されているので、圧電駆動装置の駆動力を大きくできる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
One embodiment of the present invention is a piezoelectric drive device including a diaphragm and a piezoelectric vibrating body. The piezoelectric vibrating body includes a substrate, a piezoelectric body positioned between the substrate and the diaphragm, a first electrode positioned between the substrate and the piezoelectric body, the piezoelectric body, and the diaphragm. And the piezoelectric vibrators are respectively disposed on both sides of the diaphragm.
According to this piezoelectric drive device, when the piezoelectric drive device vibrates in the in-plane direction, undesirable bending (strain) generated on the surface of the piezoelectric drive device by bending in the thickness direction is suppressed by the substrate. be able to. As a result, it is possible to reduce the possibility of failure or damage of the piezoelectric drive device. Moreover, since the piezoelectric vibrating bodies are arranged on both surfaces of the diaphragm, the driving force of the piezoelectric driving device can be increased.

（１）本発明の一形態によれば、振動板と、圧電振動体と、を備える圧電駆動装置が提供される。前記圧電振動体は、基板と、前記基板と前記振動板との間に位置する圧電体と、前記基板と前記圧電体との間に位置する第１電極と、前記圧電体と前記振動板との間に位置する第２電極と、を有する。
この圧電駆動装置によれば、圧電駆動装置がその面内方向に振動する際に、その厚み方向に湾曲することによって圧電駆動装置の表面に発生する望ましくない撓み（ひずみ）を、基板によって抑制することができる。この結果、圧電駆動装置の故障や損傷の可能性を低減することが可能である。 (1) According to an aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric driving device including a diaphragm and a piezoelectric vibrating body. The piezoelectric vibrating body includes a substrate, a piezoelectric body positioned between the substrate and the diaphragm, a first electrode positioned between the substrate and the piezoelectric body, the piezoelectric body, and the diaphragm. 2nd electrode located between.
According to this piezoelectric drive device, when the piezoelectric drive device vibrates in the in-plane direction, undesirable bending (strain) generated on the surface of the piezoelectric drive device by bending in the thickness direction is suppressed by the substrate. be able to. As a result, it is possible to reduce the possibility of failure or damage of the piezoelectric drive device.

（２）上記圧電駆動装置において、前記振動板の厚みは、５０μｍ以上７００μｍ以下であるものとしてもよい。
この構成によれば、振動板の厚みを５０μｍ以上とすれば圧電振動体を支持するために十分な剛性を得ることができ、振動板の厚みを７００μｍ以下とすれば圧電振動体の変形に応じて十分に大きな変形を発生することが可能である。 (2) In the piezoelectric driving device, the diaphragm may have a thickness of 50 μm or more and 700 μm or less.
According to this configuration, if the thickness of the diaphragm is 50 μm or more, sufficient rigidity can be obtained to support the piezoelectric vibrator, and if the thickness of the diaphragm is 700 μm or less, the piezoelectric vibrator can be deformed. It is possible to generate a sufficiently large deformation.

（３）上記圧電駆動装置において、前記圧電体の厚みは０．０５μｍ以上２０μｍ以下であるものとしてもよい。 (3) In the piezoelectric driving device, the piezoelectric body may have a thickness of 0.05 μm or more and 20 μm or less.

（４）上記圧電駆動装置において、前記振動板の両面に前記圧電振動体がそれぞれ設置されているものとしてもよい。
この構成によれば、振動板の両面に圧電振動体が配置されているので、圧電駆動装置の駆動力を大きくできる。 (4) In the piezoelectric driving device, the piezoelectric vibrating bodies may be provided on both surfaces of the diaphragm.
According to this configuration, since the piezoelectric vibrating body is disposed on both surfaces of the diaphragm, the driving force of the piezoelectric driving device can be increased.

（５）上記圧電駆動装置において、前記基板は、前記基板を厚み方向に貫通する第１貫通導電部を有しており、前記第１貫通導電部は、前記第１電極と接続されているものとしてもよい。
この構成によれば、基板の裏面（圧電素子が形成されていない面）側から第１貫通導電部を介して第１電極に至る電気的配線を容易に設けることができる。 (5) In the piezoelectric driving device, the substrate includes a first through conductive portion that penetrates the substrate in a thickness direction, and the first through conductive portion is connected to the first electrode. It is good.
According to this configuration, it is possible to easily provide an electrical wiring from the back surface (surface on which the piezoelectric element is not formed) side of the substrate to the first electrode through the first through conductive portion.

（６）上記圧電駆動装置において、前記第１電極は、平面視で前記圧電体と重ならない部分を有するものとしてもよい。
この構成によれば、第１電極と第１貫通導電部との接続を容易に行うことができる。 (6) In the piezoelectric driving device, the first electrode may have a portion that does not overlap the piezoelectric body in plan view.
According to this configuration, the first electrode and the first through conductive portion can be easily connected.

（７）上記圧電駆動装置において、前記基板は、前記基板を厚み方向に貫通する第２貫通導電部を有しており、前記第２貫通導電部は、前記第２電極と接続されているものとしてもよい。
この構成によれば、基板の表面側から第２貫通導電部を介して第２電極に至る電気的配線を容易に行うことができる。 (7) In the piezoelectric driving device, the substrate includes a second through conductive portion that penetrates the substrate in a thickness direction, and the second through conductive portion is connected to the second electrode. It is good.
According to this configuration, electrical wiring from the surface side of the substrate to the second electrode through the second through conductive portion can be easily performed.

（８）上記圧電駆動装置は、更に、前記振動板に設けられ、被駆動体と接触可能な突起部を備えているものとしてもよい。
この構成によれば、突起部を用いて被駆動体を動作させることができる。 (8) The piezoelectric driving device may further include a protrusion provided on the diaphragm and capable of contacting the driven body.
According to this configuration, the driven body can be operated using the protrusion.

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、圧電駆動装置の他、圧電駆動装置の駆動方法、圧電駆動装置の製造方法、圧電駆動装置を搭載するロボットなどの各種の装置及びその駆動方法等、様々な形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, in addition to the piezoelectric driving device, various devices such as a driving method of the piezoelectric driving device, a manufacturing method of the piezoelectric driving device, and a robot equipped with the piezoelectric driving device. It can be realized in various forms such as a driving method thereof.

第１実施形態の圧電駆動装置の概略構成を示す平面図及び断面図。The top view and sectional drawing which show schematic structure of the piezoelectric drive device of 1st Embodiment. 振動板の平面図。The top view of a diaphragm. 圧電駆動装置と駆動回路の電気的接続状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the electrical connection state of a piezoelectric drive device and a drive circuit. 圧電駆動装置の動作の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of operation | movement of a piezoelectric drive device. 圧電振動体の断面図。Sectional drawing of a piezoelectric vibrating body. 圧電駆動装置の製造フローチャート。The manufacturing flowchart of a piezoelectric drive device. 図６のステップＳ１００における圧電振動体の製造プロセスを示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing process of the piezoelectric vibrating body in step S100 of FIG. 基板に貫通導電部を設けるプロセスを示す説明図。Explanatory drawing which shows the process which provides a penetration conductive part in a board | substrate. 振動板に圧電振動体を接着するプロセスを示す説明図。Explanatory drawing which shows the process which adhere | attaches a piezoelectric vibrating body on a diaphragm. 他の実施形態の圧電駆動装置の平面図。The top view of the piezoelectric drive device of other embodiment. 圧電駆動装置を利用したロボットの一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the robot using a piezoelectric drive device. ロボットの手首部分の説明図。Explanatory drawing of the wrist part of a robot. 圧電駆動装置を利用した送液ポンプの一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the liquid feeding pump using a piezoelectric drive device.

・第１実施形態：
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態における圧電駆動装置１０の概略構成を示す平面図であり、図１（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。圧電駆動装置１０は、振動板２００と、振動板２００の両面（第１面２１１と第２面２１２）にそれぞれ配置された２つの圧電振動体１００とを備える。圧電振動体１００は、基板１２０と、基板１２０の上に形成された第１電極１３０と、第１電極１３０の上に形成された圧電体１４０と、圧電体１４０の上に形成された第２電極１５０と、を備えている。第１電極１３０と第２電極１５０は、圧電体１４０を挟持して圧電素子を構成する。２つの圧電振動体１００は、振動板２００を中心として対称に配置されている。また、この実施形態では、基板１２０と振動板２００とが圧電素子（１３０，１４０，１５０）を挟むように、圧電振動体１００が振動板２００上に設置されている。２つの圧電振動体１００は同じ構成を有しているので、以下では特に断らない限り、振動板２００の下側にある圧電振動体１００の構成を説明する。 First embodiment:
FIG. 1A is a plan view showing a schematic configuration of the piezoelectric driving device 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. The piezoelectric driving device 10 includes a vibration plate 200 and two piezoelectric vibration members 100 arranged on both surfaces (first surface 211 and second surface 212) of the vibration plate 200, respectively. The piezoelectric vibrating body 100 includes a substrate 120, a first electrode 130 formed on the substrate 120, a piezoelectric body 140 formed on the first electrode 130, and a second electrode formed on the piezoelectric body 140. An electrode 150. The first electrode 130 and the second electrode 150 constitute a piezoelectric element by sandwiching the piezoelectric body 140. The two piezoelectric vibrators 100 are arranged symmetrically about the diaphragm 200. In this embodiment, the piezoelectric vibrating body 100 is installed on the vibration plate 200 so that the substrate 120 and the vibration plate 200 sandwich the piezoelectric element (130, 140, 150). Since the two piezoelectric vibrators 100 have the same configuration, the configuration of the piezoelectric vibrator 100 below the diaphragm 200 will be described below unless otherwise specified.

圧電振動体１００の基板１２０は、第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０を成膜プロセスで形成するための基板として使用される。また、基板１２０は機械的な振動を行う振動板としての機能も有する。基板１２０は、例えば、Ｓｉ，Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２などで形成することができる。Ｓｉ製の基板１２０として、例えば半導体製造用のＳｉウェハーを利用することが可能である。この実施形態において、基板１２０の平面形状は長方形である。基板１２０の厚みは、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲とすることが好ましい。基板１２０の厚みを１０μｍ以上とすれば、基板１２０上の成膜処理の際に基板１２０を比較的容易に取扱うことができる。また、基板１２０の厚みを１００μｍ以下とすれば、薄膜で形成された圧電体１４０の伸縮に応じて、基板１２０を容易に振動させることができる。 The substrate 120 of the piezoelectric vibrating body 100 is used as a substrate for forming the first electrode 130, the piezoelectric body 140, and the second electrode 150 by a film forming process. The substrate 120 also has a function as a diaphragm that performs mechanical vibration. The substrate 120 can be formed of, for example, Si, Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ or the like. As the Si substrate 120, for example, a Si wafer for semiconductor manufacturing can be used. In this embodiment, the planar shape of the substrate 120 is a rectangle. The thickness of the substrate 120 is preferably in the range of 10 μm to 100 μm, for example. If the thickness of the substrate 120 is 10 μm or more, the substrate 120 can be handled relatively easily during the film forming process on the substrate 120. If the thickness of the substrate 120 is 100 μm or less, the substrate 120 can be easily vibrated according to the expansion and contraction of the piezoelectric body 140 formed of a thin film.

第１電極１３０は、基板１２０上に形成された１つの連続的な導電体層として形成されている。一方、第２電極１５０は、図１（Ａ）に示すように、５つの導電体層１５０ａ〜１５０ｅ（「第２電極１５０ａ〜１５０ｅ」とも呼ぶ）に区分されている。中央にある第２電極１５０ｅは、基板１２０の幅方向の中央において、基板１２０の長手方向のほぼ全体に亘る長方形形状に形成されている。他の４つの第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄは、同一の平面形状を有しており、基板１２０の四隅の位置に形成されている。図１の例では、第１電極１３０と第２電極１５０は、いずれも長方形の平面形状を有している。第１電極１３０や第２電極１５０は、例えばスパッタリングによって形成される薄膜である。第１電極１３０や第２電極１５０の材料としては、例えばＡｌ（アルミニウム）や、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）などの導電性の高い任意の材料を利用可能である。なお、第１電極１３０を１つの連続的な導電体層とする代わりに、第２電極１５０ａ〜１５０ｅと実質的に同じ平面形状を有する５つの導電体層に区分してもよい。なお、第２電極１５０ａ〜１５０ｅの間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）と、第１電極１３０及び第２電極１５０ａ〜１５０ｅと駆動回路との間の電気的接続のための配線（又は配線層及び絶縁層）とは、図１では図示が省略されている。 The first electrode 130 is formed as one continuous conductor layer formed on the substrate 120. On the other hand, as shown in FIG. 1A, the second electrode 150 is divided into five conductor layers 150a to 150e (also referred to as “second electrodes 150a to 150e”). The second electrode 150e at the center is formed in a rectangular shape covering almost the entire length of the substrate 120 at the center in the width direction of the substrate 120. The other four second electrodes 150 a, 150 b, 150 c, and 150 d have the same planar shape and are formed at the four corner positions of the substrate 120. In the example of FIG. 1, both the first electrode 130 and the second electrode 150 have a rectangular planar shape. The first electrode 130 and the second electrode 150 are thin films formed by sputtering, for example. As a material of the first electrode 130 and the second electrode 150, for example, any material having high conductivity such as Al (aluminum), Ni (nickel), Au (gold), Pt (platinum), Ir (iridium) or the like is used. Is available. Instead of the first electrode 130 being one continuous conductor layer, the first electrode 130 may be divided into five conductor layers having substantially the same planar shape as the second electrodes 150a to 150e. In addition, wiring (or wiring layer and insulating layer) for electrical connection between the second electrodes 150a to 150e, and electrical connection between the first electrode 130 and the second electrodes 150a to 150e and the drive circuit The wiring for the purpose (or the wiring layer and the insulating layer) is not shown in FIG.

圧電体１４０は、第２電極１５０ａ〜１５０ｅと実質的に同じ平面形状を有する５つの圧電体層として形成されている。この代わりに、圧電体１４０を、第１電極１３０と実質的に同じ平面形状を有する１つの連続的な圧電体層として形成してもよい。第１電極１３０と圧電体１４０と第２電極１５０ａ〜１５０ｅとの積層構造によって、５つの圧電素子１１０ａ〜１１０ｅ（図１（Ａ））が構成される。 The piezoelectric body 140 is formed as five piezoelectric layers having substantially the same planar shape as the second electrodes 150a to 150e. Alternatively, the piezoelectric body 140 may be formed as one continuous piezoelectric layer having substantially the same planar shape as the first electrode 130. Five piezoelectric elements 110a to 110e (FIG. 1A) are configured by a laminated structure of the first electrode 130, the piezoelectric body 140, and the second electrodes 150a to 150e.

圧電体１４０は、例えばゾル−ゲル法やスパッタリング法によって形成される薄膜である。圧電体１４０の材料としては、ＡＢＯ_３型のペロブスカイト構造を採るセラミックスなど、圧電効果を示す任意の材料を利用可能である。ＡＢＯ_３型のペロブスカイト構造を採るセラミックスとしては、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、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等を用いることが可能である。またセラミック以外の圧電効果を示す材料、例えばポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いることも可能である。圧電体１４０の厚みは、例えば５０ｎｍ（０．０５μｍ）以上２０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。この範囲の厚みを有する圧電体１４０の薄膜は、成膜プロセスを利用して容易に形成することができる。圧電体１４０の厚みを０．０５μｍ以上とすれば、圧電体１４０の伸縮に応じて十分に大きな力を発生することができる。また、圧電体１４０の厚みを２０μｍ以下とすれば、圧電駆動装置１０を十分に小型化することができる。 The piezoelectric body 140 is a thin film formed by, for example, a sol-gel method or a sputtering method. As a material of the piezoelectric body 140, any material exhibiting a piezoelectric effect such as ceramics having an ABO ₃ type perovskite structure can be used. Examples of ceramics having an ABO ₃ type perovskite structure include lead zirconate titanate (PZT), barium titanate, lead titanate, potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, sodium tungstate, zinc oxide, titanium Barium strontium acid (BST), strontium bismuth tantalate (SBT), lead metaniobate, lead zinc niobate, lead scandium niobate, or the like can be used. It is also possible to use a material exhibiting a piezoelectric effect other than ceramic, such as polyvinylidene fluoride and quartz. The thickness of the piezoelectric body 140 is preferably in the range of, for example, 50 nm (0.05 μm) to 20 μm. A thin film of the piezoelectric body 140 having a thickness in this range can be easily formed using a film forming process. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 0.05 μm or more, a sufficiently large force can be generated according to the expansion and contraction of the piezoelectric body 140. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 20 μm or less, the piezoelectric driving device 10 can be sufficiently downsized.

図２は、振動板２００の平面図である。振動板２００は、長方形形状の圧電振動体部２１０と、圧電振動体部２１０の左右の長辺からそれぞれ３本ずつ延びる接続部２２０とを有しており、また、左右の３本の接続部２２０にそれぞれ接続された２つの取付部２３０を有している。なお、図２では、図示の便宜上、圧電振動体部２１０にハッチングを付している。取付部２３０は、ネジ２４０によって他の部材に圧電駆動装置１０を取り付けるために用いられる。振動板２００は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、銅、銅合金、鉄−ニッケル合金などの金属材料で形成することが可能である。 FIG. 2 is a plan view of the diaphragm 200. The diaphragm 200 has a rectangular piezoelectric vibrator portion 210 and three connecting portions 220 that extend from the left and right long sides of the piezoelectric vibrator portion 210, respectively, and the left and right three connecting portions. Two attachment portions 230 connected to 220 respectively. In FIG. 2, for convenience of illustration, the piezoelectric vibrating body portion 210 is hatched. The attachment portion 230 is used for attaching the piezoelectric driving device 10 to another member with a screw 240. The diaphragm 200 can be formed of a metal material such as stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, titanium, a titanium alloy, copper, a copper alloy, or an iron-nickel alloy, for example.

振動体部２１０の上面（第１面）及び下面（第２面）には、圧電振動体１００（図１）がそれぞれ接着剤を用いて接着される。振動体部２１０の長さＬと幅Ｗの比は、Ｌ：Ｗ＝約７：２とすることが好ましい。この比は、振動体部２１０がその平面に沿って左右に屈曲する超音波振動（後述）を行うために好ましい値である。振動体部２１０の長さＬは、例えば３．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲とすることができ、幅Ｗは、例えば１ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲とすることができる。なお、振動体部２１０が超音波振動を行うために、長さＬは５０ｍｍ以下とすることが好ましい。振動体部２１０の厚み（振動板２００の厚み）は、例えば５０μｍ以上７００μｍ以下の範囲とすることができる。振動体部２１０の厚みを５０μｍ以上とすれば、圧電振動体１００を支持するために十分な剛性を有するものとなる。また、振動体部２１０の厚みを７００μｍ以下とすれば、圧電振動体１００の変形に応じて十分に大きな変形を発生することができる。 The piezoelectric vibrating body 100 (FIG. 1) is bonded to the upper surface (first surface) and the lower surface (second surface) of the vibrating body portion 210 using an adhesive. The ratio of the length L to the width W of the vibrating body part 210 is preferably L: W = about 7: 2. This ratio is a preferable value for performing ultrasonic vibration (described later) in which the vibrating body portion 210 bends left and right along the plane. The length L of the vibrating body portion 210 can be set in a range of, for example, 3.5 mm or more and 30 mm or less, and the width W can be set in a range of, for example, 1 mm or more and 8 mm or less. In addition, in order for the vibrating body part 210 to perform ultrasonic vibration, the length L is preferably set to 50 mm or less. The thickness of the vibrating body part 210 (thickness of the vibration plate 200) can be in the range of, for example, 50 μm or more and 700 μm or less. If the thickness of the vibrating body portion 210 is 50 μm or more, the vibrating body portion 210 has sufficient rigidity to support the piezoelectric vibrating body 100. Further, if the thickness of the vibrating body portion 210 is 700 μm or less, a sufficiently large deformation can be generated according to the deformation of the piezoelectric vibrating body 100.

振動板２００の一方の短辺には、突起部２０（「接触部」又は「作用部」とも呼ぶ）が設けられている。突起部２０は、被駆動体と接触して、被駆動体に力を与えるための部材である。突起部２０は、セラミックス（例えばＡｌ_２Ｏ_３）などの耐久性がある材料で形成することが好ましい。 On one short side of the diaphragm 200, a protrusion 20 (also referred to as “contact portion” or “action portion”) is provided. The protrusion 20 is a member that is in contact with the driven body and applies a force to the driven body. The protrusion 20 is preferably formed of a durable material such as ceramics (for example, Al ₂ O ₃ ).

図３は、圧電駆動装置１０と駆動回路３００の電気的接続状態を示す説明図である。５つの第２電極１５０ａ〜１５０ｅのうちで、対角にある一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄが配線１５１を介して互いに電気的に接続され、他の対角の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃも配線１５２を介して互いに電気的に接続されている。これらの配線１５１，１５２は成膜処理によって形成しても良く、或いは、ワイヤ状の配線によって実現してもよい。図３の右側にある３つの第２電極１５０ｂ，１５０ｅ，１５０ｄと、第１電極１３０（図１）は、配線３１０，３１２，３１４，３２０を介して駆動回路３００に電気的に接続されている。駆動回路３００は、一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄと第１電極１３０との間に周期的に変化する交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、圧電駆動装置１０を超音波振動させて、突起部２０に接触するローター（被駆動体）を所定の回転方向に回転させることが可能である。ここで、「脈流電圧」とは、交流電圧にＤＣオフセットを付加した電圧を意味し、その電圧（電界）の向きは、一方の電極から他方の電極に向かう一方向である。また、他の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃと第１電極１３０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加することにより、突起部２０に接触するローターを逆方向に回転させることが可能である。このような電圧の印加は、振動板２００の両面に設けられた２つの圧電振動体１００に同時に行われる。なお、図３に示した配線１５１，１５２，３１０，３１２，３１４，３２０を構成する配線（又は配線層及び絶縁層）は、図１では図示が省略されている。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing an electrical connection state between the piezoelectric driving device 10 and the driving circuit 300. Among the five second electrodes 150a to 150e, a pair of diagonal second electrodes 150a and 150d are electrically connected to each other via the wiring 151, and another diagonal pair of second electrodes 150b and 150c. Are also electrically connected to each other via the wiring 152. These wirings 151 and 152 may be formed by a film forming process, or may be realized by wire-like wiring. Three second electrodes 150b, 150e, and 150d on the right side of FIG. 3 and the first electrode 130 (FIG. 1) are electrically connected to the drive circuit 300 via wirings 310, 312, 314, and 320. . The drive circuit 300 ultrasonically vibrates the piezoelectric drive device 10 by applying an alternating voltage or a pulsating voltage that periodically changes between the pair of second electrodes 150a and 150d and the first electrode 130, It is possible to rotate the rotor (driven body) in contact with the protrusion 20 in a predetermined rotation direction. Here, the “pulsating voltage” means a voltage obtained by adding a DC offset to an AC voltage, and the direction of the voltage (electric field) is one direction from one electrode to the other electrode. In addition, by applying an AC voltage or a pulsating current voltage between the other pair of second electrodes 150b and 150c and the first electrode 130, it is possible to rotate the rotor in contact with the protrusion 20 in the reverse direction. is there. Such voltage application is performed simultaneously on the two piezoelectric vibrating bodies 100 provided on both surfaces of the diaphragm 200. Note that the wirings (or wiring layers and insulating layers) constituting the wirings 151, 152, 310, 312, 314, and 320 shown in FIG. 3 are not shown in FIG.

図４は、圧電駆動装置１０の動作の例を示す説明図である。圧電駆動装置１０の突起部２０は、被駆動体としてのローター５０の外周に接触している。図４（Ａ）に示す例では、駆動回路３００（図３）は、一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄと第１電極１３０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加しており、圧電素子１１０ａ，１１０ｄは図４の矢印ｘの方向に伸縮する。これに応じて、圧電駆動装置１０の振動体部２１０が振動体部２１０の平面内で屈曲して蛇行形状（Ｓ字形状）に変形し、突起部２０の先端が矢印ｙの向きに往復運動するか、又は、楕円運動する。その結果、ローター５０は、その中心５１の周りに所定の方向ｚ（図４では時計回り方向）に回転する。図２で説明した振動板２００の３つの接続部２２０（図２）は、このような振動体部２１０の振動の節（ふし）の位置に設けられている。なお、駆動回路３００が、他の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃと第１電極１３０との間に交流電圧又は脈流電圧を印加する場合には、ローター５０は逆方向に回転する。なお、中央の第２電極１５０ｅに、一対の第２電極１５０ａ，１５０ｄ（又は他の一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃ）と同じ電圧を印加すれば、圧電駆動装置１０が長手方向に伸縮するので、突起部２０からローター５０に与える力をより大きくすることが可能である。なお、圧電駆動装置１０（又は圧電振動体１００）のこのような動作については、上記先行技術文献１（特開２００４−３２０９７９号公報、又は、対応する米国特許第７２２４１０２号）に記載されており、その開示内容は参照により組み込まれる。 FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of the operation of the piezoelectric driving device 10. The protrusion 20 of the piezoelectric driving device 10 is in contact with the outer periphery of the rotor 50 as a driven body. In the example shown in FIG. 4A, the drive circuit 300 (FIG. 3) applies an AC voltage or a pulsating voltage between the pair of second electrodes 150a and 150d and the first electrode 130, and the piezoelectric element. 110a and 110d expand and contract in the direction of arrow x in FIG. In response to this, the vibrating body portion 210 of the piezoelectric driving device 10 is bent in the plane of the vibrating body portion 210 and deformed into a meandering shape (S-shape), and the tip of the protrusion 20 reciprocates in the direction of the arrow y. Or elliptical motion. As a result, the rotor 50 rotates around the center 51 in a predetermined direction z (clockwise direction in FIG. 4). The three connection portions 220 (FIG. 2) of the diaphragm 200 described with reference to FIG. 2 are provided at the positions of the vibration nodes (interferences) of the vibration body portion 210. When the drive circuit 300 applies an AC voltage or a pulsating voltage between the other pair of second electrodes 150b and 150c and the first electrode 130, the rotor 50 rotates in the reverse direction. If the same voltage as the pair of second electrodes 150a and 150d (or the other pair of second electrodes 150b and 150c) is applied to the center second electrode 150e, the piezoelectric driving device 10 expands and contracts in the longitudinal direction. The force applied to the rotor 50 from the protrusion 20 can be further increased. Such an operation of the piezoelectric driving device 10 (or the piezoelectric vibrating body 100) is described in the above-mentioned prior art document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-320979 or corresponding US Pat. No. 7,224,102). The disclosure of which is incorporated by reference.

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のように圧電駆動装置１０がその面内方向に振動する際に、その厚み方向にも湾曲する様子を示いている。このような厚み方向の湾曲は、圧電駆動装置１０の表面に撓み（ひずみ）を発生させる点で望ましくない。しかしながら、本実施形態の圧電駆動装置１０では、基板１２０と振動板２００とが圧電素子（１３０，１４０，１５０）を挟むように圧電振動体１００が振動板２００上に設置されているので、このような望ましくない撓み（ひずみ）を基板１２０によって抑制することができる。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）とは逆に、基板１２０が振動板２００と接するように圧電振動体１００が振動板２００上に設置されている例である。図４（Ｃ）の積層構造では、第２電極１５０の表面において望ましくない撓み（ひずみ）が過度に大きくなる可能性がある。従って、図４（Ｂ）に示すように、基板１２０と振動板２００とが圧電素子（１３０，１４０，１５０）を挟むように、圧電振動体１００を振動板２００上に設置することが好ましい。こうすれば、圧電駆動装置１０の故障や損傷の可能性を低減することが可能である。特に、基板１２０をシリコン製とすれば、撓み（ひずみ）に対して損傷し難いので好ましい。 FIG. 4B shows a state in which the piezoelectric driving device 10 also curves in the thickness direction when the piezoelectric driving device 10 vibrates in the in-plane direction as shown in FIG. Such a curvature in the thickness direction is undesirable in that it causes deflection (strain) on the surface of the piezoelectric driving device 10. However, in the piezoelectric driving device 10 of the present embodiment, the piezoelectric vibrating body 100 is installed on the vibrating plate 200 so that the substrate 120 and the vibrating plate 200 sandwich the piezoelectric element (130, 140, 150). Such undesirable deflection (strain) can be suppressed by the substrate 120. 4C is an example in which the piezoelectric vibrating body 100 is installed on the diaphragm 200 so that the substrate 120 is in contact with the diaphragm 200, contrary to FIG. 4B. In the stacked structure of FIG. 4C, an undesirable deflection (strain) on the surface of the second electrode 150 may become excessively large. Therefore, as shown in FIG. 4B, it is preferable to install the piezoelectric vibrating body 100 on the vibration plate 200 so that the substrate 120 and the vibration plate 200 sandwich the piezoelectric element (130, 140, 150). By doing so, it is possible to reduce the possibility of failure or damage of the piezoelectric drive device 10. In particular, it is preferable that the substrate 120 be made of silicon because it is difficult to be damaged by bending (strain).

図５は、図１（Ｂ）に示した圧電振動体１００の断面構造の一例を更に詳細に示した断面図である。圧電振動体１００は、基板１２０と、絶縁層１２５と、第１電極１３０と、圧電体１４０と、第２電極１５０と、絶縁層１６０と、リード電極１７２と、を備える。なお、図５では、複数の第２電極１５０と、複数のリード電極１７２については、図１（Ａ）の圧電素子１１０ｃ，１１０ｄと同じ添え字「ｃ」または「ｄ」を付記して区別している。なお、図５では、図３に示した配線１５１，１５２は図示が省略されている。 FIG. 5 is a sectional view showing an example of the sectional structure of the piezoelectric vibrating body 100 shown in FIG. 1B in more detail. The piezoelectric vibrating body 100 includes a substrate 120, an insulating layer 125, a first electrode 130, a piezoelectric body 140, a second electrode 150, an insulating layer 160, and a lead electrode 172. In FIG. 5, the plurality of second electrodes 150 and the plurality of lead electrodes 172 are distinguished by adding the same suffix “c” or “d” as the piezoelectric elements 110c and 110d in FIG. Yes. In FIG. 5, the wirings 151 and 152 shown in FIG. 3 are not shown.

絶縁層１２５は、基板１２０上に形成されており、基板１２０と、第１電極１３０との間を絶縁する。第１電極１３０は、絶縁層１２５の上に形成されている。圧電体１４０は、第１電極１３０の上に形成されている。第２電極１５０は、圧電体１４０の上に形成されている。絶縁層１６０は、第２電極１５０の上に形成されている。なお、第１電極１３０は、平面視において、圧電体１４０と重ならない部分（図５では、圧電体１４０の左右にはみ出た部分）を有することが好ましい。この理由は、第１電極１３０を、基板１２０の厚み方向に貫通する貫通導電部と接続し易くするためである。絶縁層１６０は、リード電極１７２が第２電極１５０と接触できるように、その一部に開口（コンタクトホール）を有している。リード電極１７２は、絶縁層１６０の上に形成され、第２電極１５０と接している。なお、図５では、図示の都合上、圧電素子１１０ｃと圧電素子１１０ｄの境界に近い位置にリード電極１７２ｃ、１７２ｄを形成しているが、圧電素子１１０ｃと圧電素子１１０ｄの境界と反対側、及び、振動板２００の長手方向の両端側にそれぞれリード電極１７２ｃ、１７２ｄを形成してもよい。リード電極１７２ｃ、１７２ｄは、その下部に圧電体１４０が存在しない領域まで延びていることが好ましい。この理由は、リード電極１７２ｃ、１７２ｄを、基板１２０の厚み方向に貫通する貫通導電部と接続し易くするためである。 The insulating layer 125 is formed on the substrate 120 and insulates the substrate 120 from the first electrode 130. The first electrode 130 is formed on the insulating layer 125. The piezoelectric body 140 is formed on the first electrode 130. The second electrode 150 is formed on the piezoelectric body 140. The insulating layer 160 is formed on the second electrode 150. The first electrode 130 preferably has a portion that does not overlap with the piezoelectric body 140 in a plan view (a portion that protrudes to the left and right of the piezoelectric body 140 in FIG. 5). The reason for this is to make it easy to connect the first electrode 130 to a through conductive portion that penetrates in the thickness direction of the substrate 120. The insulating layer 160 has an opening (contact hole) in a part thereof so that the lead electrode 172 can come into contact with the second electrode 150. The lead electrode 172 is formed on the insulating layer 160 and is in contact with the second electrode 150. In FIG. 5, the lead electrodes 172c and 172d are formed at positions close to the boundary between the piezoelectric element 110c and the piezoelectric element 110d for convenience of illustration, but the opposite side of the boundary between the piezoelectric element 110c and the piezoelectric element 110d, and The lead electrodes 172c and 172d may be formed on both ends of the diaphragm 200 in the longitudinal direction, respectively. The lead electrodes 172c and 172d preferably extend to a region where the piezoelectric body 140 does not exist below. This is because the lead electrodes 172c and 172d are easily connected to the through-conductive portion that penetrates the substrate 120 in the thickness direction.

図６は、圧電駆動装置１０の製造フローチャートを示す説明図である。ステップＳ１００では、基板１２０上に圧電素子１１０を形成することによって、圧電振動体１００を形成する。この際、基板１２０としては、例えばＳｉウェハーを利用することができる。１枚のＳｉウェハー上には、圧電振動体１００を複数個形成することが可能である。またＳｉは機械的品質係数Ｑｍの値が１０万程度と大きいため、圧電振動体１００や、圧電駆動装置１０の機械的品質係数Ｑｍを大きく出来る。ステップＳ２００では、圧電振動体１００が形成された基板１２０をダイシングして、個々の圧電振動体１００に分割する。なお、基板１２０をダイシングする前に基板１２０の裏面を研磨して、基板１２０を所望の厚さにしても良い。ステップＳ３００では、２つの圧電振動体１００を振動板２００の両面に接着剤で接着する。ステップＳ４００では、圧電振動体１００の配線層と駆動回路とを配線で電気的に接続する。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing a manufacturing flowchart of the piezoelectric driving device 10. In step S 100, the piezoelectric vibrating body 100 is formed by forming the piezoelectric element 110 on the substrate 120. At this time, for example, a Si wafer can be used as the substrate 120. A plurality of piezoelectric vibrators 100 can be formed on one Si wafer. Further, since Si has a large mechanical quality factor Qm of about 100,000, the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric vibrator 100 and the piezoelectric driving device 10 can be increased. In step S 200, the substrate 120 on which the piezoelectric vibrating body 100 is formed is diced and divided into individual piezoelectric vibrating bodies 100. Note that before the substrate 120 is diced, the back surface of the substrate 120 may be polished so that the substrate 120 has a desired thickness. In step S300, the two piezoelectric vibrators 100 are bonded to both surfaces of the diaphragm 200 with an adhesive. In step S400, the wiring layer of the piezoelectric vibrating body 100 and the drive circuit are electrically connected by wiring.

図７は、図６のステップＳ１００における圧電振動体１００の製造プロセスを示す説明図である。図７では、基板１２０上に、図５の右半分の上部に示した圧電素子１１０ｄを形成するプロセスを示している。ステップＳ１１０では、基板１２０を準備し、基板１２０の表面に絶縁層１２５を形成する。絶縁層１２５としては、例えば、基板１２０の表面を熱酸化して形成されるＳｉＯ_２層を利用することができる。その他に、絶縁層としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、アクリルやポリイミドなどの有機材料を用いることができる。なお、基板１２０が絶縁体である場合には、絶縁層１２５を形成する工程は省略可能である。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the piezoelectric vibrating body 100 in step S100 of FIG. FIG. 7 shows a process of forming the piezoelectric element 110d shown in the upper part of the right half of FIG. In step S110, the substrate 120 is prepared, and the insulating layer 125 is formed on the surface of the substrate 120. As the insulating layer 125, for example, an SiO ₂ layer formed by thermally oxidizing the surface of the substrate 120 can be used. In addition, an organic material such as alumina (Al ₂ O ₃ ), acrylic, or polyimide can be used for the insulating layer. Note that in the case where the substrate 120 is an insulator, the step of forming the insulating layer 125 can be omitted.

ステップＳ１２０では、絶縁層１２５の上に第１電極１３０を形成する。第１電極１３０は、例えば、スパッタリングにより形成できる。 In step S 120, the first electrode 130 is formed on the insulating layer 125. The first electrode 130 can be formed by sputtering, for example.

ステップＳ１３０では、第１電極１３０の上に圧電体１４０を形成する。具体的には、例えばゾル−ゲル法を用いて圧電体１４０を形成することが可能である。すなわち、圧電体材料のゾルゲル溶液を基板１２０（第１電極１３０）の上に滴下し、基板１２０を高速回転させることにより、第１電極１３０の上にゾルゲル溶液の薄膜を形成する。その後、２００〜３００℃の温度で仮焼きして第１電極１３０の上に圧電体材料の第１層を形成する。その後、ゾルゲル溶液の滴下、高速回転、仮焼き、のサイクルを複数回繰り返すことによって、第１電極１３０の上に所望の厚さまで圧電体層を形成する。なお、１サイクルで形成される圧電体の一層の厚みは、ゾルゲル溶液の粘度や、基板１２０の回転速度にも依存するが、約５０ｎｍ〜１５０ｎｍの厚さとなる。所望の厚さまで圧電体層を形成した後、６００℃〜１０００℃の温度で焼結することにより、圧電体１４０を形成する。焼結後の圧電体１４０の厚さを、５０ｎｍ（０．０５μｍ）以上２０μｍ以下とすれば、小型の圧電駆動装置１０を実現できる。なお、圧電体１４０の厚さを０．０５μｍ以上とすれば、圧電体１４０の伸縮に応じて十分に大きな力を発生することができる。また、圧電体１４０の厚さを２０μｍ以下とすれば、圧電体１４０に印加する電圧を６００Ｖ以下としても十分に大きな力を発生することができる。その結果、圧電駆動装置１０を駆動するための駆動回路３００を安価な素子で構成できる。なお、圧電体の厚さを８μｍ以上としてもよく、この場合、圧電素子で発生する力を大きく出来る。なお、仮焼きや焼結の温度、時間は、一例であり、圧電体材料により、適宜選択される。 In step S 130, the piezoelectric body 140 is formed on the first electrode 130. Specifically, the piezoelectric body 140 can be formed using, for example, a sol-gel method. That is, a sol-gel solution of a piezoelectric material is dropped on the substrate 120 (first electrode 130), and the substrate 120 is rotated at a high speed to form a sol-gel solution thin film on the first electrode 130. Thereafter, the first layer of the piezoelectric material is formed on the first electrode 130 by calcining at a temperature of 200 to 300 ° C. Thereafter, the piezoelectric layer is formed on the first electrode 130 to a desired thickness by repeating the sol-gel solution dripping, high-speed rotation, and calcination cycles a plurality of times. The thickness of one layer of the piezoelectric body formed in one cycle is about 50 nm to 150 nm, although it depends on the viscosity of the sol-gel solution and the rotation speed of the substrate 120. After the piezoelectric layer is formed to a desired thickness, the piezoelectric body 140 is formed by sintering at a temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. If the thickness of the sintered piezoelectric body 140 is 50 nm (0.05 μm) or more and 20 μm or less, a small piezoelectric drive device 10 can be realized. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 0.05 μm or more, a sufficiently large force can be generated according to the expansion and contraction of the piezoelectric body 140. If the thickness of the piezoelectric body 140 is 20 μm or less, a sufficiently large force can be generated even if the voltage applied to the piezoelectric body 140 is 600 V or less. As a result, the drive circuit 300 for driving the piezoelectric drive device 10 can be configured with inexpensive elements. Note that the thickness of the piezoelectric body may be 8 μm or more, and in this case, the force generated by the piezoelectric element can be increased. The temperature and time for calcining and sintering are examples, and are appropriately selected depending on the piezoelectric material.

ゾル−ゲル法を用いて圧電体材料の薄膜を形成した後に焼結した場合には、原料粉末を混合して焼結する従来の焼結法と比較して、（ａ）薄膜を形成しやすい、（ｂ）格子方向を揃えて結晶化し易い、（ｃ）圧電体の耐圧を向上できる、というメリットがある。 In the case of sintering after forming a thin film of piezoelectric material using the sol-gel method, (a) it is easier to form a thin film as compared with a conventional sintering method in which raw material powders are mixed and sintered. (B) It is easy to crystallize by aligning the lattice direction, and (c) it is possible to improve the breakdown voltage of the piezoelectric body.

ステップＳ１４０では、圧電体１４０の上に第２電極１５０を形成する。第２電極１５０の形成は、第１電極と同様に、スパッタリングにより行うことが出来る。 In step S 140, the second electrode 150 is formed on the piezoelectric body 140. The formation of the second electrode 150 can be performed by sputtering in the same manner as the first electrode.

ステップＳ１５０では、第２電極１５０と圧電体１４０をパターニングする。本実施形態では、アルゴンイオンビームを用いたイオンミリングにより、第２電極１５０と圧電体１４０のパターニングを行っている。なお、イオンミリングの時間を制御することにより、第２電極１５０と圧電体１４０のみをパターニングし、第１電極１３０をパターニングしないことが可能である。なお、イオンミリングを用いてパターニングを行う代わりに、他の任意のパターニング方法（例えば、塩素系のガスを用いたドライエッチング）によりパターニングを行っても良い。 In step S150, the second electrode 150 and the piezoelectric body 140 are patterned. In the present embodiment, the second electrode 150 and the piezoelectric body 140 are patterned by ion milling using an argon ion beam. By controlling the ion milling time, it is possible to pattern only the second electrode 150 and the piezoelectric body 140 and not pattern the first electrode 130. Instead of patterning using ion milling, patterning may be performed by any other patterning method (for example, dry etching using a chlorine-based gas).

ステップＳ１６０では、第１電極１３０と第２電極１５０の上に絶縁層１６０を形成する。絶縁層１６０としては、リン含有シリコン酸化膜（ＰＳＧ膜）、ボロン・リン含有シリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）、ＮＳＧ膜（ボロンやリン等の不純物を含まないシリコン酸化膜）、窒化ケイ素膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）等を用いることが可能である。絶縁層１６０は、例えばＣＶＤ法により形成できる。絶縁層１６０の形成後には、第２電極１５０の接続用のコンタクトホール１６５を形成するためのパターニングを行う。 In step S 160, the insulating layer 160 is formed on the first electrode 130 and the second electrode 150. As the insulating layer 160, a phosphorus-containing silicon oxide film (PSG film), a boron-phosphorus-containing silicon oxide film (BPSG film), an NSG film (a silicon oxide film not containing impurities such as boron and phosphorus), a silicon nitride film (Si ₃ N ₄ film) or the like. The insulating layer 160 can be formed by, for example, a CVD method. After the formation of the insulating layer 160, patterning for forming a contact hole 165 for connecting the second electrode 150 is performed.

ステップＳ１７０では、リード電極用の導電体層を形成し、パターニングを行う。この導電体層は、例えばアルミニウムで形成することができ、スパッタリングにより形成される。その後、導電体層をパターニングすることによって、第２電極１５０と接続されたリード電極１７２を形成する。 In step S170, a conductor layer for the lead electrode is formed and patterned. This conductor layer can be formed of aluminum, for example, and is formed by sputtering. Then, the lead electrode 172 connected to the second electrode 150 is formed by patterning the conductor layer.

図８は、図７の工程に続いて、基板１２０に貫通導電部を設けるプロセスを示す説明図である。図８（Ａ）では、平面視で圧電体１４０よりも外側の位置において、基板１２０に有底のビア４０１，４０２を形成する。第１ビア４０１は第１電極１３０に隣接した位置に設けられ、第２ビアホール４０２は第２電極１５０用のリード電極１７２に隣接した位置に設けられる。これらのビア４０１，４０２は、基板１２０の圧電素子側（図８（Ａ）の上側）から、例えばレーザ加工や、ＣＶＤを利用したドライエッチングを用いて形成される。ＣＶＤを利用したドライエッチングとしては、いわゆるボッシュプロセスを用いることができる。すなわち、ビア４０１，４０２の表面をポリマー膜で保護しながらビア４０１，４０２の底部のみを選択的に除去することによって、高いアスペクト比を有するビア４０１，４０２を形成することが可能である。ビア４０１，４０２のサイズは、例えば直径が２０〜５０μｍ、深さが３０〜１２０μｍとすることができる。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing a process of providing a through conductive portion in the substrate 120 following the step of FIG. In FIG. 8A, bottomed vias 401 and 402 are formed in the substrate 120 at a position outside the piezoelectric body 140 in plan view. The first via 401 is provided at a position adjacent to the first electrode 130, and the second via hole 402 is provided at a position adjacent to the lead electrode 172 for the second electrode 150. These vias 401 and 402 are formed from the piezoelectric element side (the upper side in FIG. 8A) of the substrate 120 by using, for example, laser processing or dry etching using CVD. As dry etching utilizing CVD, a so-called Bosch process can be used. That is, the vias 401 and 402 having a high aspect ratio can be formed by selectively removing only the bottoms of the vias 401 and 402 while protecting the surfaces of the vias 401 and 402 with the polymer film. The vias 401 and 402 can have a size of, for example, a diameter of 20 to 50 μm and a depth of 30 to 120 μm.

図８（Ｂ）では、積層構造の全面に絶縁膜４１０を形成する。絶縁膜４１０としては、例えばＳｉＯ_２膜を用いることができ、プラズマＣＶＤで作成することが可能である。図８（Ｃ）では、まず、絶縁膜４１０の一部をドライエッチング等で除去することによって、第１電極１３０との接続用の第１コンタクトホール４２１と、リード電極１７２（すなわち第２電極１５０）との接続用の第２コンタクトホール４２２とを形成する。その後、積層構造の全面にＣｕシード層４３０をスパッタリング等により形成する。 In FIG. 8B, an insulating film 410 is formed over the entire surface of the stacked structure. As the insulating film 410, for example, a SiO ₂ film can be used and can be formed by plasma CVD. In FIG. 8C, first, a part of the insulating film 410 is removed by dry etching or the like, whereby the first contact hole 421 for connection to the first electrode 130 and the lead electrode 172 (that is, the second electrode 150). And a second contact hole 422 for connection to the second contact hole 422. Thereafter, a Cu seed layer 430 is formed on the entire surface of the laminated structure by sputtering or the like.

図８（Ｄ）では、Ｃｕシード層４３０をメッキ電極として用いて電解メッキを実行することによって、導電層４４０を形成する。このとき、ビア４０１，４０２の内部も導電層４４０で充填される。ビア４０１，４０２内に充填された導電層４４０を「貫通導電部４５１，４５２」とも呼ぶ。図８（Ｅ）では、導電層４４０の不要な部分をＣＭＰ（化学機械研磨）等のプロセスで除去する。この結果、第１電極１３０に接続された第１導電層４４１と、第２電極１５０及びリード電極１７２に接続された第２導電層４４２が分離される。 In FIG. 8D, the conductive layer 440 is formed by performing electrolytic plating using the Cu seed layer 430 as a plating electrode. At this time, the insides of the vias 401 and 402 are also filled with the conductive layer 440. The conductive layer 440 filled in the vias 401 and 402 is also referred to as “penetrating conductive portions 451 and 452”. In FIG. 8E, unnecessary portions of the conductive layer 440 are removed by a process such as CMP (Chemical Mechanical Polishing). As a result, the first conductive layer 441 connected to the first electrode 130 and the second conductive layer 442 connected to the second electrode 150 and the lead electrode 172 are separated.

図８（Ｆ）では、基板１２０の裏面（圧電素子が形成されていない面）を、図８（Ｅ）の一点鎖線の位置まで機械的に研削することによって、貫通導電部４５１，４５２を露出させる。その後、基板１２０の裏面を洗浄して、貫通導電部４５１，４５２の位置に接続用の電極パッド４６１，４６２を形成する。 In FIG. 8F, the through conductive portions 451 and 452 are exposed by mechanically grinding the back surface (the surface on which the piezoelectric element is not formed) of the substrate 120 to the position of the dashed line in FIG. Let Thereafter, the back surface of the substrate 120 is washed to form connection electrode pads 461 and 462 at the positions of the through conductive portions 451 and 452.

これらの図８（Ａ）〜（Ｆ）の工程により、第１電極１３０に接続されているとともに基板１２０の厚み方向に貫通する第１貫通導電部４５１と、第２電極１５０に接続されているとともに基板１２０の厚み方向に貫通する第２貫通導電部４５２とを形成することが可能である。 8A to 8F are connected to the first through conductive portion 451 that is connected to the first electrode 130 and penetrates in the thickness direction of the substrate 120, and to the second electrode 150. At the same time, it is possible to form the second through conductive portion 452 that penetrates in the thickness direction of the substrate 120.

図９は、図６のステップＳ３００において、振動板２００に圧電振動体１００を接着するプロセスを示す説明図である。図９（Ｂ）では、振動板２００の両面に絶縁層２０２を形成する。絶縁層２０２は、例えば、ポリイミドなどの絶縁性樹脂を塗布することによって形成可能である。図９（Ｃ）では、図７及び図８のプロセスにより個々に作成された圧電振動体１００を、接着剤２５０を用いて振動板２００の両面に貼り付ける。この際、圧電振動体１００の基板１２０と、振動板２００との間に、圧電素子（１３０，１４０，１５０）が挟まれるように圧電振動体１００が振動板２００上に設置される。なお、図９では、振動板２００の下面に設置するもう一つの圧電振動体１００の図示は省略されている。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing a process of bonding the piezoelectric vibrating body 100 to the diaphragm 200 in step S300 of FIG. In FIG. 9B, insulating layers 202 are formed on both surfaces of the diaphragm 200. The insulating layer 202 can be formed, for example, by applying an insulating resin such as polyimide. In FIG. 9C, the piezoelectric vibrators 100 individually created by the processes of FIGS. 7 and 8 are attached to both surfaces of the diaphragm 200 using an adhesive 250. At this time, the piezoelectric vibrating body 100 is installed on the vibrating plate 200 so that the piezoelectric elements (130, 140, 150) are sandwiched between the substrate 120 of the piezoelectric vibrating body 100 and the vibrating plate 200. In FIG. 9, the illustration of another piezoelectric vibrating body 100 installed on the lower surface of the diaphragm 200 is omitted.

その後、基板１２０の裏面に形成された電極パッド４６１，４６２と、駆動回路３００（図３）とを配線３２０，３１４で接続する。この結果、第１電極１３０は、第１貫通導電部４５１と第１電極パッド４６１と配線３２０とを介して駆動回路３００に接続される。また、第２電極１５０が、第２貫通導電部４５２と第２電極パッド４６２と配線３１４とを介して駆動回路３００に接続される。なお、これまでの説明では、図３の右下にある第２電極１５０ｄを有する圧電素子１１０ｄ（図１）の配線構造について説明したが、他の圧電素子１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｅの配線構造もほぼ同様である。また、図３の左上の第２電極１５０ａと右下の第２電極１５０ｄとを接続する配線１５１は、図７に示したリード電極１７２の形成工程の際に同時に生成してもよく、或いは、他の工程で生成してもよい。配線１５２についても同様である。また、図３の例では、左上と左下にある２つの第２電極１５０ａ，１５０ｃは、他の第２電極１５０ｄ，１５０ｂに配線１５１，１５２を介して接続されているので、図８（Ｆ）で示したような第２貫通導電部４５２は不要である。 Thereafter, the electrode pads 461 and 462 formed on the back surface of the substrate 120 and the drive circuit 300 (FIG. 3) are connected by wirings 320 and 314. As a result, the first electrode 130 is connected to the drive circuit 300 via the first through conductive portion 451, the first electrode pad 461, and the wiring 320. The second electrode 150 is connected to the drive circuit 300 via the second through conductive portion 452, the second electrode pad 462, and the wiring 314. In the above description, the wiring structure of the piezoelectric element 110d (FIG. 1) having the second electrode 150d in the lower right of FIG. 3 has been described. However, the wiring structure of the other piezoelectric elements 110a, 110b, 110c, and 110e. Is almost the same. Further, the wiring 151 connecting the second electrode 150a at the upper left in FIG. 3 and the second electrode 150d at the lower right may be generated at the same time as the formation process of the lead electrode 172 shown in FIG. You may produce | generate by another process. The same applies to the wiring 152. Further, in the example of FIG. 3, the two second electrodes 150a and 150c on the upper left and lower left are connected to the other second electrodes 150d and 150b through the wirings 151 and 152, so that FIG. The second penetrating conductive portion 452 as shown in FIG.

以上のように、第１実施形態の圧電駆動装置１０によれば、基板１２０と振動板２００とが圧電素子（１３０，１４０，１５０）を挟むように、圧電振動体１００が振動板２００上に設置されているので、このような望ましくない撓み（ひずみ）を基板によって抑制することができる。この結果、圧電駆動装置１０の故障や損傷の可能性を低減することが可能である。また、基板１２０を厚み方向に貫通する貫通導電部４５１，４５２を設けたので、これらの貫通導電部４５１，４５２を介して、基板１２０の裏面（圧電素子が形成されていない面）側から第１電極１３０及び第２電極１５０に至る電気的配線を容易に設けることが可能である。 As described above, according to the piezoelectric driving device 10 of the first embodiment, the piezoelectric vibrating body 100 is placed on the vibration plate 200 so that the substrate 120 and the vibration plate 200 sandwich the piezoelectric element (130, 140, 150). Since it is installed, such undesirable deflection (strain) can be suppressed by the substrate. As a result, it is possible to reduce the possibility of failure or damage of the piezoelectric drive device 10. Further, since the through conductive portions 451 and 452 penetrating the substrate 120 in the thickness direction are provided, the through conductive portions 451 and 452 pass through the through conductive portions 451 and 452 from the back surface (surface on which no piezoelectric element is formed) side. It is possible to easily provide electrical wiring to the first electrode 130 and the second electrode 150.

・圧電駆動装置の他の実施形態：
図１０（Ａ）は、本発明の更に他の実施形態としての圧電駆動装置１０ｂの平面図であり、第１実施形態の図１（Ａ）に対応する図である。図１０（Ａ）〜（Ｃ）では、図示の便宜上、振動板２００の接続部２２０や取付部２３０は図示が省略されている。図１０（Ａ）の圧電駆動装置１０ｂでは、一対の第２電極１５０ｂ，１５０ｃが省略されている。この圧電駆動装置１０ｂも、図４（Ａ）に示すような１つの方向ｚにローター５０を回転させることが可能である。なお、図１０（Ａ）の３つの第２電極１５０ａ，１５０ｅ，１５０ｄには同じ電圧が印加されるので、これらの３つの第２電極１５０ａ，１５０ｅ，１５０ｄを、連続する１つの電極層として形成してもよい。 -Other embodiments of the piezoelectric drive:
FIG. 10A is a plan view of a piezoelectric driving device 10b as still another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 1A of the first embodiment. 10A to 10C, for convenience of illustration, the connection part 220 and the attachment part 230 of the diaphragm 200 are not shown. In the piezoelectric driving device 10b in FIG. 10A, the pair of second electrodes 150b and 150c are omitted. This piezoelectric driving device 10b can also rotate the rotor 50 in one direction z as shown in FIG. Since the same voltage is applied to the three second electrodes 150a, 150e, and 150d in FIG. 10A, these three second electrodes 150a, 150e, and 150d are formed as one continuous electrode layer. May be.

図１０（Ｂ）は、本発明の更に他の実施形態としての圧電駆動装置１０ｃの平面図である。この圧電駆動装置１０ｃでは、図１（Ａ）の中央の第２電極１５０ｅが省略されており、他の４つの第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄが図１（Ａ）よりも大きな面積に形成されている。この圧電駆動装置１０ｃも、第１実施形態とほぼ同様な効果を達成することができる。 FIG. 10B is a plan view of a piezoelectric driving device 10c as still another embodiment of the present invention. In the piezoelectric driving device 10c, the second electrode 150e at the center in FIG. 1A is omitted, and the other four second electrodes 150a, 150b, 150c, and 150d have a larger area than that in FIG. Is formed. This piezoelectric drive device 10c can also achieve substantially the same effect as in the first embodiment.

図１０（Ｃ）は、本発明の更に他の実施形態としての圧電駆動装置１０ｄの平面図である。この圧電駆動装置１０ｄでは、図１（Ａ）の４つの第２電極１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄが省略されており、１つの第２電極１５０ｅが大きな面積で形成されている。この圧電駆動装置１０ｄは、長手方向に伸縮するだけであるが、突起部２０から被駆動体（図示省略）に対して大きな力を与えることが可能である。 FIG. 10C is a plan view of a piezoelectric driving device 10d as still another embodiment of the present invention. In the piezoelectric driving device 10d, the four second electrodes 150a, 150b, 150c, and 150d in FIG. 1A are omitted, and one second electrode 150e is formed with a large area. The piezoelectric driving device 10d only expands and contracts in the longitudinal direction, but can apply a large force from the protrusion 20 to the driven body (not shown).

図１及び図１０（Ａ）〜（Ｃ）から理解できるように、圧電振動体１００の第２電極１５０としては、少なくとも１つの電極層を設けることができる。但し、図１及び図１０（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態のように、長方形の圧電振動体１００の対角の位置に第２電極１５０を設けるようにすれば、圧電振動体１００及び振動板２００を、その平面内で屈曲する蛇行形状に変形させることが可能である点で好ましい。 As can be understood from FIG. 1 and FIGS. 10A to 10C, at least one electrode layer can be provided as the second electrode 150 of the piezoelectric vibrating body 100. However, if the second electrode 150 is provided at the diagonal position of the rectangular piezoelectric vibrator 100 as in the embodiment shown in FIGS. 1 and 10A and 10B, the piezoelectric vibrator 100 and The diaphragm 200 is preferable in that it can be deformed into a meandering shape that bends in the plane.

・圧電駆動装置を用いた装置の実施形態：
上述した圧電駆動装置１０は、共振を利用することで被駆動体に対して大きな力を与えることができるものであり、各種の装置に適用可能である。圧電駆動装置１０は、例えば、ロボット（電子部品搬送装置（ＩＣハンドラー）も含む）、投薬用ポンプ、時計のカレンダー送り装置、印刷装置（例えば紙送り機構。ただし、ヘッドに利用される圧電駆動装置では、振動板を共振させないので、ヘッドには適用不可である。）等の各種の機器における駆動装置として用いることが出来る。以下、代表的な実施の形態について説明する。 -Embodiments of a device using a piezoelectric drive:
The piezoelectric drive device 10 described above can apply a large force to the driven body by utilizing resonance, and can be applied to various devices. The piezoelectric driving device 10 is, for example, a robot (including an electronic component conveying device (IC handler)), a dosing pump, a calendar feeding device for a clock, and a printing device (for example, a paper feeding mechanism. However, a piezoelectric driving device used for a head. Then, since the diaphragm is not resonated, it cannot be applied to the head. Hereinafter, representative embodiments will be described.

図１１は、上述の圧電駆動装置１０を利用したロボット２０５０の一例を示す説明図である。ロボット２０５０は、複数本のリンク部２０１２（「リンク部材」とも呼ぶ）と、それらリンク部２０１２の間を回動又は屈曲可能な状態で接続する複数の関節部２０２０とを備えたアーム２０１０（「腕部」とも呼ぶ）を有している。それぞれの関節部２０２０には、上述した圧電駆動装置１０が内蔵されており、圧電駆動装置１０を用いて関節部２０２０を任意の角度だけ回動又は屈曲させることが可能である。アーム２０１０の先端には、ロボットハンド２０００が接続されている。ロボットハンド２０００は、一対の把持部２００３を備えている。ロボットハンド２０００にも圧電駆動装置１０が内蔵されており、圧電駆動装置１０を用いて把持部２００３を開閉して物を把持することが可能である。また、ロボットハンド２０００とアーム２０１０との間にも圧電駆動装置１０が設けられており、圧電駆動装置１０を用いてロボットハンド２０００をアーム２０１０に対して回転させることも可能である。 FIG. 11 is an explanatory view showing an example of a robot 2050 using the piezoelectric driving device 10 described above. The robot 2050 includes a plurality of link portions 2012 (also referred to as “link members”) and an arm 2010 (“a” that includes a plurality of joint portions 2020 that connect the link portions 2012 in a rotatable or bendable state. It is also called “arm”. Each joint portion 2020 includes the above-described piezoelectric drive device 10, and the joint portion 2020 can be rotated or bent by an arbitrary angle using the piezoelectric drive device 10. A robot hand 2000 is connected to the tip of the arm 2010. The robot hand 2000 includes a pair of grip portions 2003. The robot hand 2000 also has a built-in piezoelectric driving device 10, and the piezoelectric driving device 10 can be used to open and close the gripping unit 2003 to grip an object. The piezoelectric drive device 10 is also provided between the robot hand 2000 and the arm 2010, and the robot hand 2000 can be rotated with respect to the arm 2010 using the piezoelectric drive device 10.

図１２は、図１１に示したロボット２０５０の手首部分の説明図である。手首の関節部２０２０は、手首回動部２０２２を挟持しており、手首回動部２０２２に手首のリンク部２０１２が、手首回動部２０２２の中心軸Ｏ周りに回動可能に取り付けられている。手首回動部２０２２は、圧電駆動装置１０を備えており、圧電駆動装置１０は、手首のリンク部２０１２及びロボットハンド２０００を中心軸Ｏ周りに回動させる。ロボットハンド２０００には、複数の把持部２００３が立設されている。把持部２００３の基端部はロボットハンド２０００内で移動可能となっており、この把持部２００３の根元の部分に圧電駆動装置１０が搭載されている。このため、圧電駆動装置１０を動作させることで、把持部２００３を移動させて対象物を把持することができる。 FIG. 12 is an explanatory diagram of the wrist portion of the robot 2050 shown in FIG. The wrist joint portion 2020 sandwiches the wrist rotating portion 2022, and the wrist link portion 2012 is attached to the wrist rotating portion 2022 so as to be rotatable around the central axis O of the wrist rotating portion 2022. . The wrist rotation unit 2022 includes the piezoelectric driving device 10, and the piezoelectric driving device 10 rotates the wrist link unit 2012 and the robot hand 2000 around the central axis O. The robot hand 2000 is provided with a plurality of gripping units 2003. The proximal end portion of the grip portion 2003 can be moved in the robot hand 2000, and the piezoelectric driving device 10 is mounted on the base portion of the grip portion 2003. For this reason, by operating the piezoelectric driving device 10, it is possible to move the gripping part 2003 and grip the object.

なお、ロボットとしては、単腕のロボットに限らず、腕の数が２以上の多腕ロボットにも圧電駆動装置１０を適用可能である。ここで、手首の関節部２０２０やロボットハンド２０００の内部には、圧電駆動装置１０の他に、力覚センサーやジャイロセンサー等の各種装置に電力を供給する電力線や、信号を伝達する信号線等が含まれ、非常に多くの配線が必要になる。従って、関節部２０２０やロボットハンド２０００の内部に配線を配置することは非常に困難だった。しかしながら、上述した実施形態の圧電駆動装置１０は、通常の電動モーターや、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流を小さくできるので、関節部２０２０（特に、アーム２０１０の先端の関節部）やロボットハンド２０００のような小さな空間でも配線を配置することが可能になる。 The robot is not limited to a single-arm robot, and the piezoelectric driving device 10 can be applied to a multi-arm robot having two or more arms. Here, inside the wrist joint 2020 and the robot hand 2000, in addition to the piezoelectric driving device 10, a power line for supplying power to various devices such as a force sensor and a gyro sensor, a signal line for transmitting a signal, and the like And requires a lot of wiring. Therefore, it is very difficult to arrange the wiring inside the joint portion 2020 and the robot hand 2000. However, since the piezoelectric drive device 10 of the above-described embodiment can reduce the drive current compared to a normal electric motor or a conventional piezoelectric drive device, the joint portion 2020 (particularly, the joint portion at the tip of the arm 2010) or a robot hand. Wiring can be arranged even in a small space such as 2000.

図１３は、上述の圧電駆動装置１０を利用した送液ポンプ２２００の一例を示す説明図である。送液ポンプ２２００は、ケース２２３０内に、リザーバー２２１１と、チューブ２２１２と、圧電駆動装置１０と、ローター２２２２と、減速伝達機構２２２３と、カム２２０２と、複数のフィンガー２２１３、２２１４、２２１５、２２１６、２２１７、２２１８、２２１９と、が設けられている。リザーバー２２１１は、輸送対象である液体を収容するための収容部である。チューブ２２１２は、リザーバー２２１１から送り出される液体を輸送するための管である。圧電駆動装置１０の突起部２０は、ローター２２２２の側面に押し付けた状態で設けられており、圧電駆動装置１０がローター２２２２を回転駆動する。ローター２２２２の回転力は減速伝達機構２２２３を介してカム２２０２に伝達される。フィンガー２２１３から２２１９はチューブ２２１２を閉塞させるための部材である。カム２２０２が回転すると、カム２２０２の突起部２２０２Ａによってフィンガー２２１３から２２１９が順番に放射方向外側に押される。フィンガー２２１３から２２１９は、輸送方向上流側（リザーバー２２１１側）から順にチューブ２２１２を閉塞する。これにより、チューブ２２１２内の液体が順に下流側に輸送される。こうすれば、極く僅かな量を精度良く送液可能で、しかも小型な送液ポンプ２２００を実現することができる。なお、各部材の配置は図示されたものには限られない。また、フィンガーなどの部材を備えず、ローター２２２２に設けられたボールなどがチューブ２２１２を閉塞する構成であってもよい。上記のような送液ポンプ２２００は、インシュリンなどの薬液を人体に投与する投薬装置などに活用できる。ここで、上述した実施形態の圧電駆動装置１０を用いることにより、従来の圧電駆動装置よりも駆動電流が小さくなるので、投薬装置の消費電力を抑制することができる。従って、投薬装置を電池駆動する場合は、特に有効である。 FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of a liquid feed pump 2200 that uses the piezoelectric driving device 10 described above. The liquid feed pump 2200 includes a reservoir 2211, a tube 2212, the piezoelectric driving device 10, a rotor 2222, a deceleration transmission mechanism 2223, a cam 2202, a plurality of fingers 2213, 2214, 2215, 2216, and a case 2230. 2217, 2218, and 2219 are provided. The reservoir 2211 is a storage unit for storing a liquid to be transported. The tube 2212 is a tube for transporting the liquid sent out from the reservoir 2211. The protrusion 20 of the piezoelectric driving device 10 is provided in a state of being pressed against the side surface of the rotor 2222, and the piezoelectric driving device 10 rotationally drives the rotor 2222. The rotational force of the rotor 2222 is transmitted to the cam 2202 via the deceleration transmission mechanism 2223. Fingers 2213 to 2219 are members for closing the tube 2212. When the cam 2202 rotates, the fingers 2213 to 2219 are sequentially pushed outward in the radial direction by the protrusion 2202A of the cam 2202. The fingers 2213 to 2219 close the tube 2212 in order from the upstream side in the transport direction (reservoir 2211 side). Thereby, the liquid in the tube 2212 is transported to the downstream side in order. In this way, it is possible to realize a small liquid feed pump 2200 that can deliver an extremely small amount with high accuracy and that is small. In addition, arrangement | positioning of each member is not restricted to what was illustrated. Further, a member such as a finger may not be provided, and a ball or the like provided on the rotor 2222 may close the tube 2212. The liquid feed pump 2200 as described above can be used for a medication device that administers a drug solution such as insulin to the human body. Here, by using the piezoelectric driving device 10 according to the above-described embodiment, the driving current is smaller than that of the conventional piezoelectric driving device, so that the power consumption of the dosing device can be suppressed. Therefore, it is particularly effective when the medication apparatus is battery-driven.

・変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。・ Modification:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

・変形例１：
上記実施形態では、振動板２００の両面にそれぞれ１つの圧電振動体１００を設けていたが、圧電振動体１００の一方を省略することも可能である。但し、振動板２００の両面にそれぞれ圧電振動体１００を設けるようにすれば、振動板２００をその平面内で屈曲した蛇行形状に変形させることがより容易である点で好ましい。・ Modification 1:
In the above embodiment, one piezoelectric vibrating body 100 is provided on each of both surfaces of the vibration plate 200, but one of the piezoelectric vibrating bodies 100 can be omitted. However, providing the piezoelectric vibrating bodies 100 on both surfaces of the diaphragm 200 is preferable in that it is easier to deform the diaphragm 200 into a meandering shape bent in the plane.

・変形例２：
上記実施形態で説明した断面構造や配線接続構造は、単なる一例であり、他の断面構造や配線接続構造を採用することが可能である。例えば、配線接続構造に関しては、図３に示した配線１５１，１５２を導電層ではなくリード線で実現してもよく、また、配線３１０，３１２，３１４，３２０の一部を導電層で実現してもよい。また、基板１２０を貫通する貫通導電部４５１，４５２を設ける必要は無く、リード線などの他の配線構造を用いて第１電極１３０と第２電極１５０を駆動回路３００に接続してもよい。 Modification 2
The cross-sectional structure and the wiring connection structure described in the above embodiment are merely examples, and other cross-sectional structures and wiring connection structures can be employed. For example, regarding the wiring connection structure, the wirings 151 and 152 shown in FIG. 3 may be realized by lead wires instead of the conductive layers, and some of the wirings 310, 312, 314 and 320 are realized by conductive layers. May be. Further, it is not necessary to provide the through conductive portions 451 and 452 that penetrate the substrate 120, and the first electrode 130 and the second electrode 150 may be connected to the drive circuit 300 using another wiring structure such as a lead wire.

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。 The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.

１０…圧電駆動装置
２０…突起部
５０…ローター
５１…中心
１００…圧電振動体
１１０…圧電素子
１２０…基板
１３０…第１電極
１４０…圧電体
１５０…第２電極
１５１，１５２…配線
２００…振動板
２１０…振動体部
２１１…第１面
２１２…第２面
２２０…接続部
２３０…取付部
２４０…ネジ
３００…駆動回路
３１０，３１２，３１４，３２０…配線
２０００…ロボットハンド
２００３…把持部
２０１０…アーム
２０１２…リンク部
２０２０…関節部
２０５０…ロボット
２２００…送液ポンプ
２２０２…カム
２２０２Ａ…突起部
２２１１…リザーバー
２２１２…チューブ
２２１３…フィンガー
２２２２…ローター
２２２３…減速伝達機構
２２３０…ケース DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Piezoelectric drive device 20 ... Projection part 50 ... Rotor 51 ... Center 100 ... Piezoelectric vibrating body 110 ... Piezoelectric element 120 ... Substrate 130 ... First electrode 140 ... Piezoelectric body 150 ... Second electrode 151, 152 ... Wiring 200 ... Diaphragm DESCRIPTION OF SYMBOLS 210 ... Vibrating body part 211 ... 1st surface 212 ... 2nd surface 220 ... Connection part 230 ... Mounting part 240 ... Screw 300 ... Drive circuit 310,312,314,320 ... Wiring 2000 ... Robot hand 2003 ... Gripping part 2010 ... Arm 2012 ... Link part 2020 ... Joint part 2050 ... Robot 2200 ... Liquid feed pump 2202 ... Cam 2202A ... Projection part 2211 ... Reservoir 2212 ... Tube 2213 ... Finger 2222 ... Rotor 2223 ... Deceleration transmission mechanism 2230 ... Case

Claims

A diaphragm,
A substrate, a piezoelectric body positioned between the substrate and the diaphragm, a first electrode positioned between the substrate and the piezoelectric body, and a first electrode positioned between the piezoelectric body and the diaphragm. A piezoelectric vibrator having two electrodes;
With
A piezoelectric driving device in which the piezoelectric vibrating bodies are respectively installed on both surfaces of the diaphragm .

The piezoelectric drive device according to claim 1,
The piezoelectric driving device, wherein the diaphragm has a thickness of 50 μm or more and 700 μm or less.

In the piezoelectric drive device according to claim 1 or 2,
The piezoelectric driving device, wherein the piezoelectric body has a thickness of 0.05 μm or more and 20 μm or less.

In the piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 3 ,
The piezoelectric drive device, wherein the substrate has a first through conductive portion that penetrates the substrate in a thickness direction, and the first through conductive portion is connected to the first electrode.

The piezoelectric drive device according to claim 4 .
The first electrode has a portion that does not overlap the piezoelectric body in plan view.

In the piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 5 ,
The piezoelectric driving device, wherein the substrate has a second through conductive portion that penetrates the substrate in a thickness direction, and the second through conductive portion is connected to the second electrode.

In the piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 6 , further,
A piezoelectric driving device comprising a protrusion provided on the diaphragm and capable of contacting a driven body.

A plurality of link portions and a joint portion connecting the plurality of link portions;
The piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the plurality of link portions are rotated by the joint portions.
Robot equipped with.

The robot driving method according to claim 8 , wherein the driving circuit of the piezoelectric driving device uses an AC voltage or a voltage obtained by adding an offset voltage to the AC voltage as a driving voltage between the first electrode and the second electrode. A robot driving method in which the plurality of link portions are rotated by the joint portions when applied.

A method of driving a piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 7
A driving method for a piezoelectric driving device, wherein an alternating voltage or a voltage obtained by adding an offset voltage to an alternating voltage is applied as a driving voltage between the first electrode and the second electrode.