JP7259321B2 - 圧電駆動装置、圧電素子ユニットの製造方法、およびロボット - Google Patents

Description

本発明は、圧電駆動装置、圧電素子ユニットの製造方法、およびロボットに関するものである。

超音波アクチュエーターは、例えばレンズ駆動ユニットに用いられ、正確なレンズ駆動が可能な駆動装置である。このような超音波アクチュエーターでは、圧電素子を有する圧電振動体を移動体に接触させ、圧電振動体を振動させることによって移動体を駆動する。

このような圧電振動体は、例えばシリコン基板のような半導体基板と、その半導体基板上に形成された圧電素子と、を有している。また、超音波アクチュエーターの高出力化を図るため、複数の圧電振動体を積層することがある。このような積層には、半導体製造技術の１つであるシリコン貫通電極（ＴＳＶ）の技術が用いられる。シリコン貫通電極は、シリコンチップの表面と裏面を貫通する電極を作ることにより、シリコンチップの３次元高密度実装を実現する技術である。この技術を用いることにより、積層された圧電振動体同士を接合しつつ、電気的な接続を図ることができる。

特許文献１には、ＣＩＳ（CMOS Image Sensor）ウエハーとＬｏｇｉｃウエハーとが積層されているとともに、これらの積層体をＳｉ基板上に載置し、Ｓｉ基板の表側、すなわち積層体側から裏側にかけてＴＳＶ技術によって貫通する外部電極を設けてなる固体撮像素子が開示されている。このような構造によれば、ＴＳＶ技術を用いて、積層体の電極を外部へ引き出すことができる。

特開２０１８－８１９４５号公報

圧電振動体には低コストの要求があるが、前述のような半導体基板と圧電素子を有する圧電振動体の場合には、ＴＳＶ技術を用いると工数が多くなり、低コスト化が難しいという課題がある。

本発明の適用例に係る圧電駆動装置は、
圧電素子を備える圧電素子ユニットと、
前記圧電素子の振動により楕円運動する接触部と、
前記接触部により駆動される被駆動体と、
を有し、
前記圧電素子ユニットは、
互いに表裏の関係を有する第１主面および第２主面、ならびに前記第１主面と前記第２主面とをつなぐ端面を有する半導体基板と、
前記第１主面上に設けられている前記圧電素子と、
前記圧電素子の前記半導体基板とは反対の面上に設けられている第１絶縁膜と、
前記第２主面上に設けられている第２絶縁膜と、
前記第１絶縁膜の前記圧電素子とは反対の面上に設けられ、前記圧電素子と電気的に接続されている第１配線層と、
前記端面上に設けられ、前記第１絶縁膜から連続している第３絶縁膜と、
前記第３絶縁膜の前記半導体基板とは反対の面上に設けられ、前記第１配線層から連続している第２配線層と、
前記端面の法線方向において前記第３絶縁膜と重なるように設けられ、前記第２絶縁膜から連続している第４絶縁膜と、
を備える。

第１実施形態に係る圧電駆動装置を示す平面図である。 図１に示す振動体の電極の配置を示す平面図である。 図１に示す振動体の電極の配置を示す平面図である。 図１に示す振動体の配線層の配置を示す平面図である。 図１に示す振動体の配線層の配置を示す平面図である。 図２ないし図５のＡ－Ａ線断面図である。 図２ないし図５のＢ－Ｂ線断面図である。 図２ないし図５のＣ－Ｃ線断面図である。 図２ないし図５のＤ－Ｄ線断面図である。 図２ないし図５のＥ－Ｅ線断面図である。 図１０に示す圧電素子ユニットを配線板と電気的に接続した状態を示す断面図である。 図１０に示す圧電素子ユニットを複数積層した上で配線板と電気的に接続した状態を示す断面図である。 図１０に示す圧電素子ユニットの斜視図である。 図１０に示す２つの圧電素子ユニットをＹ軸方向マイナス側から見た図である。 図３に示す振動部に印加する交番電圧の例を示す図である。 図１に示す振動部の駆動状態を示す平面図である。 図１に示す振動部の駆動状態を示す平面図である。 図１中のＦ－Ｆ線断面図である。 図１の制御装置を示すブロック図である。 第２実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法を示す工程図である。 第２実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法を説明するための図である。 第２実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法を説明するための図である。 第２実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法を説明するための図である。 第２実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法を説明するための図である。 第２実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法を説明するための図である。 第２実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法を説明するための図である。 第２実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法を説明するための図である。 第３実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 第４実施形態に係るプリンターの全体構成を示す概略図である。

以下、本発明の圧電素子ユニット、圧電駆動装置、圧電素子ユニットの製造方法、およびロボットの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る圧電駆動装置を示す平面図である。図２および図３は、それぞれ図１に示す振動体の電極の配置を示す平面図である。図４および図５は、それぞれ図１に示す振動体の配線層の配置を示す平面図である。図６は、図２ないし図５のＡ－Ａ線断面図である。図７は、図２ないし図５のＢ－Ｂ線断面図である。図８は、図２ないし図５のＣ－Ｃ線断面図である。図９は、図２ないし図５のＤ－Ｄ線断面図である。図１０は、図２ないし図５のＥ－Ｅ線断面図である。

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軸とし、Ｘ軸と平行な方向をＸ軸方向、Ｙ軸と平行な方向をＹ軸方向、Ｚ軸と平行な方向をＺ軸方向とも言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」とも言い、矢印と反対側を「マイナス側」とも言う。

また、以下の説明で「面上に設けられる」とは、その面上に直接位置している状態、または、何らかの介在物を介して間接的に面上に位置している状態のいずれかを指す。

図１に示す圧電駆動装置１は、円板状をなし中心軸Ｏまわりに回転可能な被駆動体としてのローター２と、ローター２の外周面２１に当接する振動アクチュエーター３と、を有する。このような圧電駆動装置１では、振動アクチュエーター３を振動させると、ローター２がＸ軸と平行な中心軸Ｏまわりに回転する。なお、圧電駆動装置１の構成としては、図１の構成に限定されない。例えばローター２の周方向に沿って複数の振動アクチュエーター３を配置し、複数の振動アクチュエーター３の駆動によってローター２を回転させてもよい。また、振動アクチュエーター３は、ローター２の外周面２１ではなく、ローター２の主面２２に当接していてもよい。また、被駆動体は、ローター２のような回転体に限定されず、例えば、直線移動するスライダーであってもよい。

また、本実施形態では、ローター２にエンコーダー９が設けられており、エンコーダー９によって、ローター２の挙動、特に回転量および角速度を検出することができる。エンコーダー９としては、特に限定されず、例えばローター２の回転時にその回転量を検出するインクリメンタル型のエンコーダーであってもよいし、ローター２の回転の有無に関わらず、ローター２の原点からの絶対位置を検出するアブソリュート型のエンコーダーであってもよい。

本実施形態に係るエンコーダー９は、ローター２のＸ軸プラス側の面に固定されたスケール９１と、スケール９１のＸ軸プラス側に設けられた光学素子９２と、を有する。また、スケール９１は、円板状をなし、そのＸ軸プラス側の面に図示しないパターンが設けられている。一方、光学素子９２は、スケール９１のパターンに向けて光を照射する発光素子９２１と、スケール９１のパターンを撮像する撮像素子９２２と、を有する。このような構成のエンコーダー９では、撮像素子９２２により取得されるパターンの画像をテンプレートマッチングすることにより、ローター２の回転量、駆動速度、絶対位置等を検出することができる。ただし、エンコーダー９の構成としては、上記の構成に限定されない。例えば、撮像素子９２２に代えて、スケール９１からの反射光または透過光を受光する受光素子を備えた構成であってもよい。

また、振動アクチュエーター３は、振動体４と、振動体４をローター２に向けて付勢する付勢部材５と、振動体４の駆動を制御する制御装置７と、を有する。

このうち、振動体４は、図２ないし図５に示すように、振動部４１と、振動部４１を支持する支持部４２と、振動部４１と支持部４２とを接続する接続部４３と、振動部４１に接続され、振動部４１の振動をローター２に伝達する先端部４４と、を有する。

振動部４１は、Ｘ軸方向を厚さ方向とし、Ｙ軸およびＺ軸を含むＹ－Ｚ平面に広がる板状をなし、Ｙ軸方向に伸縮しながらＺ軸方向に屈曲することによりＳ字状に屈曲振動する。また、振動部４１は、Ｘ軸方向からの平面視で、伸縮方向であるＹ軸方向を長軸とする略長方形をなしている。ただし、振動部４１の形状としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。

また、図３に示すように、振動部４１は、振動部４１を振動させるための駆動用の圧電素子６Ａ～６Ｆと、振動部４１の振動を検出するための検出用の圧電素子６Ｇと、を有する。

圧電素子６Ｃ、６Ｄは、それぞれ、振動部４１のＺ軸方向の中央部において、振動部４１の長手方向、すなわちＹ軸方向に沿って配置されている。また、圧電素子６Ｃは、圧電素子６ＤよりもＹ軸方向プラス側に位置しており、一方、圧電素子６Ｄは、圧電素子６ＣよりもＹ軸方向マイナス側に位置している。そして、圧電素子６Ｃと圧電素子６Ｄとの間には、圧電素子６Ｇが配置されている。また、圧電素子６Ｃおよび圧電素子６Ｄは、互いに電気的に接続されている。

なお、２つの圧電素子６Ｃ、６Ｄに代えて、１つの圧電素子を設けるようにしてもよい。

また、圧電素子６Ｃ、６Ｄに対して振動部４１のＺ軸方向プラス側には圧電素子６Ａ、６Ｂが振動部４１の長手方向に並んで配置され、Ｚ軸方向マイナス側には圧電素子６Ｅ、６Ｆが振動部４１の長手方向に並んで配置されている。また、これら圧電素子６Ａ～６Ｆは、それぞれ、通電によって振動部４１の長手方向に伸縮する。また、圧電素子６Ａ、６Ｆが互いに電気的に接続されており、圧電素子６Ｂ、６Ｅが互いに電気的に接続されている。後述するように、圧電素子６Ｃ、６Ｄと、圧電素子６Ａ、６Ｆと、圧電素子６Ｂ、６Ｅとに、互いに位相が異なりかつ互いに同じ周波数の交番電圧を印加し、これらの伸縮タイミングをずらすことにより、振動部４１をその面内においてＳ字状に屈曲振動させることができる。

圧電素子６Ｇは、圧電素子６Ｃと圧電素子６Ｄとの間に位置している。すなわち、圧電素子６Ｇは、圧電素子６Ｃ、６Ｄに対してその伸縮方向、すなわちＹ軸方向に並んで配置されている。この圧電素子６Ｇは、圧電素子６Ａ～６Ｆの駆動に伴う振動部４１の振動に応じた外力を受け、受けた外力に応じた信号を出力する。そのため、圧電素子６Ｇから出力される信号に基づいて、振動部４１の振動状態を検知することができる。なお、「圧電素子６Ｇが圧電素子６Ｃ、６Ｄに対してその伸縮方向に並んで配置されている」とは、圧電素子６Ｃを伸縮方向に延長した領域と、圧電素子６Ｄを伸縮方向に延長した領域と、が重複する領域内に、圧電素子６Ｇの少なくとも一部が位置することを意味し、好ましくは、圧電素子６Ｇの全体が位置することを意味する。

また、圧電素子６Ｇは、振動部４１の屈曲振動の節となる部分に配置されている。屈曲振動の節とは、Ｚ軸方向への振幅が実質的にゼロとなる部分、すなわち実質的に屈曲振動が生じない部分である。このように、圧電素子６Ｇを圧電素子６Ｃ、６Ｄに対してその伸縮方向に並ぶように配置し、かつ、振動部４１の屈曲振動の節を含む部分に配置することにより、圧電素子６Ｇに振動部４１のＹ軸方向への伸縮振動が伝わり易くなるとともに、振動部４１のＺ軸方向への屈曲振動が伝わり難くなる。すなわち、伸縮振動の感度を高めつつ、屈曲振動の感度を低下させることができる。そのため、圧電素子６Ｇによって、振動部４１のＹ軸方向への伸縮振動をより精度よく検出することができる。

ただし、圧電素子６Ｇの配置としては、振動部４１のＹ軸方向への伸縮振動を検出することができれば、特に限定されず、例えば、振動部４１の屈曲振動の腹となる部分に配置されていてもよい。また、圧電素子６Ｇを複数に分割するようにしてもよい。

また、支持部４２は、振動部４１を支持している。支持部４２は、Ｘ軸方向からの平面視で、振動部４１の基端側、すなわちＹ軸方向マイナス側を囲むＵ字形状となっている。ただし、支持部４２の形状や配置としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。

また、接続部４３は、振動部４１の屈曲振動の節となる部分、具体的には振動部４１のＹ軸方向の中央部と支持部４２とを接続している。ただし、接続部４３の構成は、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。

以上のような振動部４１、支持部４２および接続部４３は、図６ないし図１０に示すように、２つの圧電素子ユニット６０を互いに向かい合わせて貼り合わせた構成となっている。すなわち、図６ないし図１０に示す断面図では、圧電素子ユニット６０同士の構成が、これらの中間を通過する線に対して鏡像の関係を満たしている。
また、各圧電素子ユニット６０は、それぞれ複数の層が積層されてなる積層体で構成されており、これらの各層は、後述する圧電体や電極、配線層や絶縁膜である。

図２ないし図５は、それぞれ圧電素子ユニット６０を構成する積層体の各層の平面図である。図２および図５に示す各層は、図示しない絶縁膜を介して電気的に絶縁されている。
まず、図２に示す第１電極６０１は、半導体基板６１のＸ軸プラス側の面である第１主面上に設けられ、圧電素子６Ａ～６Ｇに共通な電極である。

また、図３に示す６つの第２電極６０３は、圧電素子６Ａ～６Ｆの個別電極であり、図３に示す１つの第３電極６０４は、圧電素子６Ｇの個別電極である。これらの第２電極６０３および第３電極６０４は、それぞれ後述する圧電体６０２を介して第１電極６０１と対向配置されている。

さらに、図４に示す１つの第１配線層６０５は、第１電極６０１を外部に引き出すための配線である。第１配線層６０５は、図示しないコンタクトを介して第１電極６０１と電気的に接続されている。そして、第１配線層６０５は、接続部４３を経て、支持部４２のＹ軸方向マイナス側の端部まで引き回されている。

また、図５に示す６つの第１配線層６０６は、第２電極６０３または第３電極６０４を外部に引き出すための配線である。第１配線層６０６は、図示しないコンタクトを介して第２電極６０３または第３電極６０４と電気的に接続されている。そして、第１配線層６０６は、接続部４３を経て、支持部４２のＹ軸方向マイナス側の端部まで引き回されている。

図６ないし図８は、上述した図２ないし図５に示す振動部４１の断面図であって、切断面の位置が互いに異なっている。一方、図９および図１０は、上述した図２ないし図５に示す支持部４２の断面図である。なお、以下の説明では、図６ないし図１０に示す２つの圧電素子ユニット６０のうち、各図のＸ軸マイナス側に位置する圧電素子ユニット６０を代表にして説明する。

図６ないし図８に示す圧電素子ユニット６０は、半導体基板６１と、半導体基板６１の第１主面６１３上に配置された駆動用の圧電素子６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆおよび検出用の圧電素子６０Ｇと、各圧電素子６０Ａ～６０Ｇを覆う第１絶縁膜６３と、半導体基板６１のＸ軸マイナス側の面である第２主面６１５上を覆う第２絶縁膜６４と、半導体基板６１の端面６１１上を覆う第３絶縁膜６５と、を有する。

このうち、半導体基板６１としては、特に限定されないが、例えばシリコン基板、炭化ケイ素基板、化合物半導体基板等を用いることができる。

圧電素子６０Ａ～６０Ｆは、それぞれ、図６ないし図８に示すように、半導体基板６１の第１主面６１３上に配置された第１電極６０１と、第１電極６０１のＸ軸プラス側の面上に配置された圧電体６０２と、圧電体６０２Ｘ軸プラス側の面上に配置された第２電極６０３と、を有する。すなわち、第１電極６０１は、圧電体６０２のＸ軸マイナス側の面６０２１に設けられ、第２電極６０３は、圧電体６０２のＸ軸プラス側の面６０２２に設けられている。第２電極６０３は、駆動信号に基づき、駆動用の圧電素子６０Ａ～６０Ｆの各圧電体６０２を振動させる駆動用電極である。

また、圧電素子６０Ｇは、図７に示すように、半導体基板６１の第１主面６１３上に配置された第１電極６０１と、第１電極６０１のＸ軸プラス側の面上に配置された圧電体６０２と、圧電体６０２のＸ軸プラス側の面上に配置された第３電極６０４と、を有する。すなわち、第１電極６０１は、圧電体６０２のＸ軸マイナス側の面６０２１に設けられ、第３電極６０４は、圧電体６０２のＸ軸プラス側の面６０２２に設けられている。第３電極６０４は、検出用の圧電素子６０Ｇの圧電体６０２の振動に応じた検出信号を、後述する制御装置７へ出力する検出用電極である。

２つの圧電素子ユニット６０は、圧電素子６０Ａ～６０Ｇが配置されている側の面を対向させた状態で接着剤６９１を介して接合されている。なお、圧電素子ユニット６０は、２つを貼り合わせることなく単独で、つまり１つで用いられてもよい。また、貼り合わせる数も、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。なお、複数の圧電素子ユニット６０を貼り合わせることにより、圧電駆動装置１の出力を高めることができる。

また、第１電極６０１は、圧電素子６Ａ～６Ｇに共通な電極であるが、圧電素子ごとに分割され、配線等で互いに接続されていてもよく、さらには、互いに接続されていなくてもよい。

一方、図９および図１０には、支持部４２の断面を図示しているが、この支持部４２には、圧電素子６０Ａ～６０Ｇが図示されていない。その代わりに、圧電素子６０Ａ～６０Ｇと同じ構造を有するスペーサー構造６８が設けられている。スペーサー構造６８は、圧電素子６０Ａ～６０Ｇと同じ構造を有するものの、電極に相当する部位には配線が接続されないか、接続されている場合には通電されないようになっている。

すなわち、図９および図１０に示す圧電素子ユニット６０は、半導体基板６１と、半導体基板６１の第１主面６１３上に配置されたスペーサー構造６８と、スペーサー構造６８を覆う第１絶縁膜６３と、半導体基板６１の第２主面６１５上を覆う第２絶縁膜６４と、半導体基板６１の端面６１１上を覆う第３絶縁膜６５と、を有する。

図６ないし図１０に示す第１絶縁膜６３は、圧電素子６０Ａ～６０Ｇまたはスペーサー構造６８を覆うように設けられている。これにより、圧電素子６０Ａ～６０Ｇまたはスペーサー構造６８と第１配線層６０５、６０６との絶縁が図られている。

また、図６ないし図１０に示す第２絶縁膜６４は、半導体基板６１の第２主面６１５上を覆うように設けられている。これにより、半導体基板６１の第２主面６１５の絶縁が図られている。

さらに、図６ないし図１０に示す第３絶縁膜６５は、半導体基板６１の端面６１１上を覆うように設けられている。これにより、半導体基板６１の端面６１１の絶縁が図られている。なお、第３絶縁膜６５は、第１絶縁膜６３から連続する絶縁膜であることから、圧電素子６０Ａ～６０Ｇやスペーサー構造６８の端面上も覆っている。その結果、第１絶縁膜６３および第３絶縁膜６５は、一体の膜として、半導体基板６１のＸ軸プラス側に位置する構造物全体を覆うことになる。その結果、半導体基板６１、ならびに、圧電素子６０Ａ～６０Ｇおよびスペーサー構造６８は、第１絶縁膜６３、第２絶縁膜６４および第３絶縁膜６５で周囲を取り囲まれた状態となる。これにより、絶縁性および耐候性を高めることができ、信頼性の高い振動体４が得られる。

ここで、第１配線層６０５、６０６は、図９および図１０に示すように、第１絶縁膜６３のＸ軸プラス側の面６３３上に引き回されている。そして、第１配線層６０５、６０６は、図１０に示すように、支持部４２のうち、Ｙ軸方向マイナス側の端部まで引き回されている。

そして、図１０に示す圧電素子ユニット６０は、さらに、スペーサー構造６８の端面上を経て、半導体基板６１の端面６１１上に設けられている第２配線層６０７を有している。この第２配線層６０７は、第１配線層６０５、６０６から連続する配線層である。したがって、圧電素子６０Ａ～６０Ｇの電極は、第１配線層６０５、６０６および第２配線層６０７を経て、半導体基板６１の端面６１１上まで引き出されている。

このような第２配線層６０７を設けることにより、圧電素子ユニット６０では、半導体基板６１のＸ軸プラス側の面である第１主面６１３上やＸ軸マイナス側の面である第２主面６１５上ではなく、端面６１１上において外部との電気的接続が図ることが可能になる。つまり、第２配線層６０７は、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）を用いることなく外部接続が可能な引き出し配線として機能する。このため、シリコン貫通電極を採用した場合に必要とされる工数をかけることなく、比較的簡単に圧電素子ユニット６０と外部との電気的接続を図ることができる。

以上のように、本実施形態に係る圧電駆動装置１は、互いに表裏の関係を有する第１主面６１３および第２主面６１５、ならびに第１主面６１３と第２主面６１５とをつなぐ端面６１１を有する半導体基板６１と、第１主面６１３上に設けられている圧電素子６０Ａ～６０Ｇと、圧電素子６０Ａ～６０Ｇの半導体基板６１とは反対の面６７上に設けられている第１絶縁膜６３と、第２主面６１５上に設けられている第２絶縁膜６４と、第１絶縁膜６３の圧電素子６０Ａ～６０Ｇとは反対の面６３３上に設けられ、圧電素子６０Ａ～６０Ｇと電気的に接続されている第１配線層６０５、６０６と、半導体基板６１の端面６１１上に設けられ、第１絶縁膜６３から連続している第３絶縁膜６５と、第３絶縁膜６５の半導体基板６１とは反対の面６５１上に設けられ、第１配線層６０５、６０６から連続している第２配線層６０７と、を備える圧電素子ユニット６０を有している。

このような圧電駆動装置１は、シリコン貫通電極の技術を用いることなく外部接続が可能な引き出し配線を備えたものとなる。そして、かかる圧電駆動装置１は、工数の削減が容易であることから、生産効率の向上を容易に図り得るものとなる。

図１１は、図１０に示す圧電素子ユニット６０を配線板８と電気的に接続した状態を示す断面図である。

図１１に示す配線板８は、圧電素子ユニット６０と図１に示す制御装置７とを電気的に接続する配線板である。配線板８は、フレキシブル基板８１と、フレキシブル基板８１の一方の面に設けられた配線８２と、を備えている。そして、圧電素子ユニット６０が備える複数の第２配線層６０７に対応するように、複数の配線８２が引き回されている。

このように、図１１に示す圧電駆動装置１は、配線板８を有し、第２配線層６０７と配線板８とが電気的に接続されている。これにより、半導体基板６１の端面６１１上において配線板８との接続が可能になるため、複数の圧電素子ユニット６０を積層して１つの圧電駆動装置１を組み立てた場合でも、複数の圧電素子ユニット６０と配線板８とを一括して接続することが可能になる。このため、シリコン貫通電極を採用した構造のように、圧電素子ユニット６０を１つずつ積み上げながら接続する必要がなく、電気的接続の作業効率を各段に高めることができる。

また、圧電素子ユニット６０と配線板８との間は、図１１に示すように、接合部８３を介して機械的および電気的に接続されている。

接合部８３としては、例えば、半田、ろう材、金属ペーストのような導電金属、異方性導電ペースト、異方性導電シートのような異方性導電材料、導電性接着剤、ワイヤーボンディング材等が挙げられる。このうち、第２配線層６０７と配線板８とを電気的に接続する接合部８３は、導電金属または異方性導電材料であるのが好ましい。これらを用いることにより、比較的低温で効率よく、接触抵抗の小さい電気的接続が可能になる。このため、圧電駆動装置１の生産効率を高めることができる。

図１２は、図１０に示す圧電素子ユニット６０を複数積層した上で配線板８と電気的に接続した状態を示す断面図である。

図１２に示す圧電駆動装置１は、複数の圧電素子ユニット６０が積層された構造、いわゆるスタック構造を有している。そして、複数の圧電素子ユニット６０が積層された状態で、各半導体基板６１の端面６１１上に位置する第２配線層６０７と、配線板８との間が、接合部８３を介して電気的に接続されている。

また、図１２の例では、まず、２つの圧電素子ユニット６０が接着剤６９１を介して積層され、これにより１つのスタックユニットを形成している。そして、さらに、接着剤６９２を介してスタックユニット同士を接着することにより、圧電素子ユニット６０を２の倍数で積層したスタック構造体を有する圧電駆動装置１が得られる。

図１２に示す圧電駆動装置１は、複数の圧電素子ユニット６０を備えているため、高い出力を発生させることができる。また、複数の圧電素子ユニット６０を一括でかつ簡単な構造で配線板８に接続しているため、高出力化と簡素化とを両立したものとなる。

また、図１１では、半導体基板６１の端面６１１がスペーサー構造６８の端面よりも外側に張り出している。図１３は、図１０に示す圧電素子ユニット６０の斜視図である。この図１３に示す圧電素子ユニット６０では、半導体基板６１の端面６１１とスペーサー構造６８の端面とで段差が生じており、それに伴って第３絶縁膜６５や第２配線層６０７にも段差６８０が生じている。

このような段差６８０は、接合部８３を構成する材料、例えば導電金属や異方性導電材料を係合しやすくするためのスペースを生むことになる。つまり、図１３に示す段差６８０が生じた結果、図１１に示すように、スペーサー構造６８の端面上において、Ｙ軸方向マイナス側に開口する凹部６８１が形成される。この凹部６８１に接合部８３が入り込むことによって、接合強度を高めやすくなり、より信頼性の高い接続が可能になる。

特に異方性導電材料として、導電ボールを含む材料が用いられた場合、凹部６８１は導電ボールが収まる空間として有用である。つまり、導電ボールを凹部６８１に安定的に収めることができ、導電ボールを介した電気的接続の安定化を図ることができる。
なお、このような凹部６８１は、必要に応じて設けられればよく、省略されてもよい。

また、図１０に示す２つの圧電素子ユニット６０のうち、下方の圧電素子ユニット６０を「第１圧電素子ユニット６０ａ」とし、上方の圧電素子ユニット６０を「第２圧電素子ユニット６０ｂ」とする。

このとき、図１０では、第１圧電素子ユニット６０ａの第１配線層６０５、６０６と、第２圧電素子ユニット６０ｂの第１配線層６０５、６０６と、が互いに向かい合うように、第１圧電素子ユニット６０ａと第２圧電素子ユニット６０ｂとが積層されている。

図１４は、図１０に示す２つの圧電素子ユニット６０をＹ軸方向マイナス側から見た図である。

図１４では、第１圧電素子ユニット６０ａの第１配線層６０５、６０６と、第２圧電素子ユニット６０ｂの第１配線層６０５、６０６とが、一対一で対応するように引き回されている。そして、これらが向かい合うように積層されると、第１配線層６０５同士および第１配線層６０６同士が互いに接触する。このため、第１圧電素子ユニット６０ａおよび第２圧電素子ユニット６０ｂは、単に積層することによって、第１配線層６０５同士および第１配線層６０６同士を接触させ、互いの電気的接続を図ることができる。

加えて、第１配線層６０５、６０６から連続する第２配線層６０７は、図１４に示すようにＸ軸方向、つまり圧電素子ユニット６０の厚さ方向に大きく広がりを持つことになる。したがって、第２配線層６０７は、Ｘ軸方向に十分な面積を持つ端子として機能する。

このような端子は、圧電素子ユニット６０の大きさを大きくすることなく、接合部８３が占める面積、すなわち接合部８３の体積を大きくすることを可能にする。これにより、第１圧電素子ユニット６０ａにおいて、半導体基板６１の端面６１１上に第２配線層６０７が引き出され、一方、第２圧電素子ユニット６０ｂにおいても、半導体基板６１の端面６１１上に第２配線層６０７が引き出されることによって、２つの第２配線層６０７を合わせた面積を端子として用いることができる。その結果、２つの第２配線層６０７にまたがるように設けられた接合部８３を介して、第１圧電素子ユニット６０ａと第２圧電素子ユニット６０ｂとを電気的に接続することができる。

また、この接合部８３を介して、第１圧電素子ユニット６０ａおよび第２圧電素子ユニット６０ｂを配線板８と接続することができる。このとき、接合部８３が占める面積を大きくすることができるので、機械的強度の大きな接続が可能になるとともに、接触抵抗の小さい接続が可能になる。その結果、圧電駆動装置１の信頼性をさらに高めることができる。

なお、上述したような電気的接続により、第１圧電素子ユニット６０ａと第２圧電素子ユニット６０ｂとの間で、圧電素子６０Ａ同士が接続されることになる。これにより、２つの圧電素子６０Ａから「圧電素子６Ａ」が構成されることになる。

他の圧電素子６０Ｂ～６０Ｇについても同様であり、２つの圧電素子６０Ｂから「圧電素子６Ｂ」が構成され、２つの圧電素子６０Ｃから「圧電素子６Ｃ」が構成され、２つの圧電素子６０Ｄから「圧電素子６Ｄ」が構成され、２つの圧電素子６０Ｅから「圧電素子６Ｅ」が構成され、２つの圧電素子６０Ｆから「圧電素子６Ｆ」が構成され、２つの圧電素子６０Ｇから「圧電素子６Ｇ」が構成されている。

さらに、図１０ないし図１３に示す圧電素子ユニット６０は、半導体基板６１の端面６１１上に設けられ、第２絶縁膜６４から連続している第４絶縁膜６６を備えている。そして、前述したように第１絶縁膜６３から連続している第３絶縁膜６５、および、この第４絶縁膜６６は、半導体基板６１の端面６１１の法線方向、つまり図１０ないし図１３のＹ軸方向に重なっている。これにより、第３絶縁膜６５と第４絶縁膜６６との接続界面は、連続性の高いものとなり、隙間等の発生が抑えられる。このため、圧電素子ユニット６０の絶縁性をより良好に確保するとともに、第１絶縁膜６３、第２絶縁膜６４、第３絶縁膜６５および第４絶縁膜６６によって周囲を包囲されることに伴う、圧電素子６０Ａ～６０Ｇの信頼性を特に高めることができる。

また、圧電体６０２の構成材料としては、特に限定されず、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を用いることができる。また、圧電体６０２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。

また、圧電体６０２の形成方法としては、特に限定されず、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。本実施形態では、圧電体６０２をゾル－ゲル法を用いて形成している。これにより、例えば、バルク材料から形成する場合と比べて薄い圧電体６０２が得られ、振動アクチュエーター３の薄型化を図ることができる。

先端部４４は、振動部４１の先端に設けられ、振動部４１からＹ軸方向プラス側へ突出している。そして、先端部４４は、ローター２の外周面２１と接触している。そのため、振動部４１の振動は、先端部４４を介してローター２に伝達される。先端部４４の構成材料としては、特に限定されないが、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が挙げられる。これにより、耐久性に優れた先端部４４となる。

図１５は、図３に示す振動部に印加する交番電圧の例を示す図である。図１６および図１７は、それぞれ、図１に示す振動部の駆動状態を示す平面図である。図１８は、図１中のＦ－Ｆ線断面図である。図１９は、図１の制御装置を示すブロック図である。

このような振動体４において、図１５に示す交番電圧Ｖ１を圧電素子６Ａ、６Ｆに印加し、交番電圧Ｖ２を圧電素子６Ｃ、６Ｄに印加し、交番電圧Ｖ３を圧電素子６Ｂ、６Ｅに印加すると、図１６に示すように、振動部４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつＺ軸方向に屈曲振動する。このとき、圧電素子６Ｃ、６Ｄに印加される交番電圧Ｖ２は、振動部４１に伸縮振動を発生させる。一方、圧電素子６Ａ、６Ｆに印加される交番電圧Ｖ１および圧電素子６Ｂ、６Ｅに印加される交番電圧Ｖ３は、振動部４１に屈曲振動を発生させる。そして、これらの振動が合成されると、先端部４４の先端が矢印Ａ１で示すように反時計回りに楕円軌道を描く楕円運動をする。したがって、交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が振動アクチュエーター３における駆動信号Ｓｄである。このような先端部４４の楕円運動によってローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ１で示すように時計回りに回転する。また、このような振動部４１の振動に対応して、圧電素子６Ｇから検出信号Ｓｓが出力される。

このように圧電駆動装置１は、圧電素子６Ａ～６Ｆの振動により楕円運動する先端部４４（接触部）と、先端部４４により駆動される被駆動体であるローター２と、前述した圧電素子ユニット６０と、を有している。前述したように、先端部４４は、例えばセラミックスのような硬度の高い材料で構成されるが、このような先端部４４を備えることで、ローター２を精度よく駆動することができる。

なお、矢印Ａ１で示す先端部４４の楕円運動では、点Ａ１’から点Ａ１”までは、先端部４４がローター２の外周面２１と当接してローター２を矢印Ｂ１の方向に送り出し、点Ａ１”から点Ａ１’までは、先端部４４がローター２の外周面２１から離間している。そのため、点Ａ１”から点Ａ１’までは、ローター２の矢印Ｂ１とは反対側への回転が抑制される。

また、交番電圧Ｖ１、Ｖ３を互いに切り換えると、すなわち交番電圧Ｖ１を圧電素子６Ｂ、６Ｅに印加し、交番電圧Ｖ２を圧電素子６Ｃ、６Ｄに印加し、交番電圧Ｖ３を圧電素子６Ａ、６Ｆに印加すると、図１７に示すように、振動部４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつＺ軸方向に屈曲振動する。このときも、圧電素子６Ｃ、６Ｄに印加される交番電圧Ｖ２は、振動部４１に伸縮振動を発生させる。一方、圧電素子６Ｂ、６Ｅに印加される交番電圧Ｖ１および圧電素子６Ａ、６Ｆに印加される交番電圧Ｖ３は、振動部４１に屈曲振動を発生させる。そして、これらの振動が合成されると、先端部４４が矢印Ａ２で示すように時計回りに楕円運動する。このような先端部４４の楕円運動によってローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ２で示すように反時計回りに回転する。また、このような振動部４１の振動に対応して、圧電素子６Ｇから検出信号Ｓｓが出力される。

なお、矢印Ａ２で示す先端部４４の楕円運動では、点Ａ２’から点Ａ２”までは、先端部４４がローター２の外周面２１と当接してローター２を矢印Ｂ２の方向に送り出し、点Ａ２”から点Ａ２’までは、先端部４４がローター２の外周面２１から離間している。そのため、点Ａ２”から点Ａ２’までは、ローター２の矢印Ｂ２とは反対側への回転が抑制される。

なお、ローター２を少なくとも一方向に回転させることができれば、圧電素子６Ａ～６Ｆに印加する交番電圧のパターンは、図示したパターンに限定されない。圧電素子６Ａ～６Ｆに印加する電圧は、交番電圧でなく、例えば、間欠的に印加する直流電圧でもよい。

また、振動部４１は、前述したように、圧電体６０２と、この圧電体６０２に設けられている第１電極６０１および第２電極６０３と、を有する圧電素子６Ａ～６Ｆ（駆動用圧電素子）を備えている。この振動部４１における伸縮振動および屈曲振動は、それぞれ、圧電体６０２と第１電極６０１との界面、すなわち第１電極６０１の表面に平行な平面における振動であって、この振動により、先端部４４を楕円運動させ、ローター２を駆動する。

このような平面における振動は、振動部４１における振動効率が高くなり、消費電力の小さい圧電駆動装置１を実現することができる。

なお、本明細書における「平行」とは、前述した伸縮振動および屈曲振動の振動面と第１電極６０１の表面とのなす角度が０°の状態に加え、この角度が±５°の範囲内にある状態を指す概念である。

また、先端部４４は、必要に応じて設けられればよく、その他の部材で代替されてもよい。

付勢部材５は、先端部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢する部材である。付勢部材５は、図１８に示すように、振動体４のＸ軸プラス側に位置する第１基板５１と、振動体４のＸ軸マイナス側に位置する第２基板５２と、を有する。そして、第１基板５１と第２基板５２とで振動体４を挟み込んでいる。なお、第１基板５１および第２基板５２としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板を用いることができる。

ここで、本実施形態では、１つの振動体４を第１基板５１および第２基板５２で挟み込んでいるが、これに限定されず、例えば、複数の振動体４が積層してなる積層体を第１基板５１および第２基板５２で挟み込んだ構成であってもよい。これにより、１つの振動アクチュエーター３に含まれる振動体４の数が増えるため、その分、大きいトルクでローター２を回転させることができる。

また、図１８に示すように、第１基板５１と第２基板５２との間には、振動体４と等しい厚さの間座５３が設けられている。また、当該部分には、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔５９が形成されており、この貫通孔５９を利用して、付勢部材５が筐体等にねじ止めされる。図１に示すばね部５１３をＹ軸方向に撓ませた状態で付勢部材５を前記筐体等に固定することにより、ばね部５１３の復元力を利用して先端部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢することができる。

なお、付勢部材５の構成は、先端部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢することができれば、特に限定されない。例えば、第１基板５１および第２基板５２のいずれか一方を省略してもよい。また、例えば、付勢部材５として、コイルスプリング、板ばね等を用いてもよい。

制御装置７は、圧電素子６Ａ～６Ｆに印加する交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を適宜調整することにより、振動体４によるローター２の駆動を制御する。

図１９に示すように、制御装置７は、駆動パルス信号Ｐｄを生成する駆動パルス信号生成部７１と、駆動パルス信号Ｐｄから圧電素子６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆに印加する駆動信号Ｓｄを生成する駆動信号生成部７２と、圧電素子６Ｇから出力される検出信号Ｓｓを２値化して検出パルス信号Ｐｓを生成する検出パルス信号生成部７３と、駆動パルス信号Ｐｄと検出パルス信号Ｐｓとの位相差を取得する位相差取得部７４と、位相差に基づいて駆動パルス信号生成部７１の駆動を制御する駆動制御部７５と、を有している。

駆動パルス信号生成部７１は、駆動信号Ｓｄを生成するための駆動パルス信号Ｐｄ（デジタル信号）を生成する回路である。図１９に示すように、駆動パルス信号生成部７１で生成される駆動パルス信号Ｐｄは、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗに２値化された矩形波である。駆動パルス信号生成部７１は、駆動パルス信号ＰｄのＤｕｔｙ（デューティー）を変化させることができる。駆動パルス信号ＰｄのＤｕｔｙを変更することで、駆動信号Ｓｄの振幅を変更することができる。例えば、Ｄｕｔｙを５０％とすれば、駆動信号Ｓｄの振幅が最大となり、Ｄｕｔｙを０％に近づけるにつれて、駆動信号Ｓｄの振幅が減少する。

なお、駆動パルス信号生成部７１の構成は、上述した駆動パルス信号Ｐｄを生成することができ、かつ、駆動パルス信号ＰｄのＤｕｔｙを変更することができれば、特に限定されない。本実施形態に係る駆動パルス信号生成部７１は、図１９に示すように、ＧＮＤの電位となっている電極７１Ａと、＋ＶＤＤの電位となっている電極７１Ｂと、スイッチング素子７１Ｃと、を有しており、電極７１Ａとスイッチング素子７１Ｃとが接続されている状態と、電極７１Ｂとスイッチング素子７１Ｃとが接続されている状態と、を交互に切り替えることで駆動パルス信号Ｐｄを生成する構成となっている。また、本実施形態では、駆動パルス信号生成部７１が、異なる３つの駆動信号、例えば交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３やその位相を異ならせた信号を生成するために、第１駆動パルス信号生成部７１１、第２駆動パルス信号生成部７１２および第３駆動パルス信号生成部７１３を有している。

駆動信号生成部７２は、駆動パルス信号生成部７１で生成された駆動パルス信号Ｐｄからアナログ信号である駆動信号Ｓｄを生成する回路である。図１９に示すように、駆動信号生成部７２で生成される駆動信号Ｓｄは、略正弦波状の信号である。

なお、駆動信号生成部７２の構成は、上述した駆動信号Ｓｄを生成することができれば、特に限定されない。本実施形態に係る駆動信号生成部７２は、図１９に示すように、主に、バッファー７２Ａとコイル７２Ｂとを備えた構成となっている。また、本実施形態では、駆動信号生成部７２が、異なる３つの駆動信号、例えば交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３やその位相を異ならせた信号を生成するために、第１駆動パルス信号生成部７１１と接続された第１駆動信号生成部７２１と、第２駆動パルス信号生成部７１２と接続された第２駆動信号生成部７２２と、第３駆動パルス信号生成部７１３と接続された第３駆動信号生成部７２３と、を有している。

駆動信号生成部７２によって生成された３つの駆動信号、ここでは交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を圧電素子６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆに印加することで、前述したように、振動体４が振動し、それに伴ってローター２が回転する。

検出パルス信号生成部７３は、振動体４の振動に伴って圧電素子６Ｇから出力されるアナログ信号である検出信号Ｓｓを２値化して、デジタル信号である検出パルス信号Ｐｓを生成する回路である。図１９に示すように、圧電素子６Ｇから出力される検出信号Ｓｓは、振動体４の振幅に対応した略正弦波状の信号であり、検出パルス信号Ｐｓは、検出信号ＳｓをＨｉｇｈ／Ｌｏｗに２値化した矩形波状の信号である。なお、検出パルス信号生成部７３の構成は、上述した検出パルス信号Ｐｓを生成することができれば、特に限定されない。

位相差取得部７４は、駆動パルス信号Ｐｄと検出パルス信号Ｐｓとの位相差を取得する回路である。このように、位相差を取得することで、振動体４の振動状態をモニターすることができる。

駆動制御部７５は、位相差取得部７４が取得した位相差に基づいて駆動パルス信号生成部７１の駆動を制御する回路である。駆動制御部７５は、例えば、位相差が所定値を追尾するように、各駆動パルス信号Ｐｄの周波数を随時変化させる。振動体４の振幅と位相差には相関関係があるため、位相差を振動体４の振幅が最大値となる値に合わせ込むことで、ローター２をより高速で回転させることができる。
以上のようにして、振動体４によるローター２の駆動を制御することができる。

なお、制御装置７は、例えばＣＰＵのようなプロセッサー、メモリー、インターフェース等を有するコンピューターで構成される。そして、メモリーに格納されている所定のプログラムをプロセッサーによって実行することにより、各部の動作が制御される。なお、プログラムは、インターフェースを介して外部からダウンロードされたものであってもよい。また、制御装置７の構成の全部または一部が、圧電駆動装置１の外部に設けられ、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等の通信網を介して接続された構成であってもよい。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法について説明する。
図２０は、第２実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法を示す工程図である。また、図２１ないし図２７は、それぞれ第２実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法を説明するための図である。

以下、第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図２１ないし図２７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。

第２実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法は、２つの圧電素子ユニット６０で構成された圧電駆動装置１を製造する方法である。この製造方法は、図２０に示すように、半導体ウエハー６１０と、圧電素子６００と、第１ウエハー絶縁膜６３０と、ウエハー配線層６０５０と、を有する積層体６０００を用意する準備工程Ｓ１と、接着剤６００１を介して積層体６０００に支持基板６００２を接着する支持基板接着工程Ｓ２と、半導体ウエハー６１０を研削する研削工程Ｓ３と、エッチング処理を施すエッチング工程Ｓ４と、エッチング処理面に第２ウエハー絶縁膜６４０を形成する絶縁膜形成工程Ｓ５と、接着剤６００１を除去し、圧電素子ユニット６０を得る接着剤除去工程Ｓ６と、２つの圧電素子ユニット６０を積層する積層工程Ｓ７と、を有する。以下、各工程について順次説明する。

［１］準備工程Ｓ１
まず、半導体ウエハー６１０と、圧電素子６００と、第１ウエハー絶縁膜６３０と、ウエハー配線層６０５０と、を有する積層体６０００を用意する。

半導体ウエハー６１０は、互いに表裏の関係を有する第１ウエハー主面６１０１および第２ウエハー主面６１０２、ならびに、第１ウエハー主面６１０１に形成されている溝６１０３を有する。

図２１では、第１ウエハー主面６１０１が半導体ウエハー６１０のＸ軸プラス側の面であり、第２ウエハー主面６１０２が半導体ウエハー６１０のＸ軸マイナス側の面である。

溝６１０３は、第１ウエハー主面６１０１に開口する溝である。第１ウエハー主面６１０１に直交する面で切断されたときの溝６１０３の断面形状は、特に限定されないが、図２１では矩形をなしている。このような溝６１０３は、例えばエッチング法、ダイシング法等により形成される。

圧電素子６００は、下部電極６０１０、圧電体６０２０および上部電極６０３０を備え、前述した圧電素子６０Ａ～６０Ｇと同じ構成を有している。圧電素子６００は、例えば次のようにして形成される。

まず、半導体ウエハー６１０の第１ウエハー主面６１０１に下部電極６０１０を成膜する。下部電極６０１０は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法のような各種成膜法、めっき法等により形成される。

次に、下部電極６０１０のＸ軸プラス側の面に圧電体６０２０を成膜する。圧電体６０２０は、バルク体を載置する方法で形成されてもよいが、好ましくはゾル－ゲル法、スパッタリング法のような各種成膜法を用いて形成される。このうち、圧電体６０２０をゾル－ゲル法で形成するのが好ましい。これにより、薄い圧電体６０２０を容易に形成することができるため、振動体４の薄型化を図ることができる。

次に、圧電体６０２０のＸ軸プラス側の面に上部電極６０３０を成膜する。上部電極６０３０は、下部電極６０１０と同様の方法で形成される。

なお、下部電極６０１０、圧電体６０２０および上部電極６０３０を形成する際、必要に応じて、パターニングを施すようにしてもよい。パターニングは、例えばエッチング法、イオンミリング法等により行うことができる。
以上のようにして圧電素子６００が形成される。

第１ウエハー絶縁膜６３０は、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法、真空蒸着法、スパッタリング法のような各種成膜法、塗布法等により形成される。

ウエハー配線層６０５０は、例えば下部電極６０１０と同様の方法で形成される。ウエハー配線層６０５０は、第１ウエハー絶縁膜６３０を覆うように形成される。

第１ウエハー絶縁膜６３０およびウエハー配線層６０５０は、それぞれ、圧電素子６００のＸ軸プラス側の面や端面、半導体ウエハー６１０のＸ軸プラス側の面や端面、溝６１０３の内面を覆うように形成される。
以上のようにして積層体６０００が得られる。

［２］支持基板接着工程Ｓ２
次に、ウエハー配線層６０５０側に接着剤６００１を供給し、図２２に示すように、この接着剤６００１を介して積層体６０００と支持基板６００２とを接着する。

接着剤６００１は、光硬化性または紫外線硬化性の液状接着剤である。この接着剤６００１を塗布すると、圧電素子６００の上面や端面、溝６１０３の内部等を覆うとともに、積層体６０００と支持基板６００２との間にある隙間に接着剤６００１が充填される。その結果、積層体６０００と支持基板６００２とが一体化され、剛性を高めることができる。

支持基板６００２としては、光透過性または紫外線透過性を有する基板が用いられ、例えばガラス基板が用いられる。

［３］研削工程Ｓ３
次に、半導体ウエハー６１０の第２ウエハー主面６１０２を研削する。研削により、半導体ウエハー６１０を薄くすることができる。この際、積層体６０００は支持基板６００２によって支持されているため、半導体ウエハー６１０に欠けや割れ等が発生するのを抑えつつ、研削することができる。

この研削は、図２３に示すように、半導体ウエハー６１０に形成されている溝６１０３に到達するまで行う。溝６１０３が露出するまで研削すると、溝６１０３が貫通し、貫通孔となる。それとともに、溝６１０３の内面上に成膜されていた第１ウエハー絶縁膜６３０およびウエハー配線層６０５０、ならびに、溝６１０３の内部に充填されていた接着剤６００１も、第２ウエハー主面６１０２と同一平面内に露出する。

［４］エッチング工程Ｓ４
次に、積層体６０００中の半導体ウエハー６１０の第２ウエハー主面６１０２側からアッシング処理を施す。これにより、研削工程で露出された接着剤６００１の一部を除去し、図２４に示すように、接着剤６００１のＸ軸マイナス側の面をＸ軸プラス側に向かって後退させる。その結果、図２４に示すように、接着剤６００１で覆われていたウエハー配線層６０５０が露出する。

アッシング処理には、例えばＯ_２アッシング、プラズマ処理等があげられる。
なお、アッシング処理は、他の処理で代替されてもよい。他の処理は、接着剤６００１の一部を除去可能な処理であれば、特に限定されない。

続いて、第２ウエハー主面６１０２側からエッチング処理を施す。これにより、第２ウエハー主面６１０２に付着している金属材料を除去することができる。この金属材料としては、例えばウエハー配線層６０５０の一部が脱落したり、研削工程において引き剥がされたりした後、第２ウエハー主面６１０２に付着したものが挙げられる。このような金属材料が付着していると、この金属材料が半導体ウエハー６１０のリークパスになり、半導体ウエハー６１０の絶縁性が低下する。そうすると、最終的に得られる圧電素子ユニット６０の信頼性が低下する。

これに対し、エッチング処理が施されることにより、リークパスの原因となる金属材料を除去することができる。このため、半導体ウエハー６１０の絶縁性の低下を防止することができる。

また、このエッチング処理により、前述のアッシング処理で露出させたウエハー配線層６０５０もエッチングされる。ただし、エッチング処理は、少なくとも第２ウエハー主面６１０２に意図せず付着した金属材料を除去し得る程度の処理であればよいため、このウエハー配線層６０５０のエッチングは一部に留まることもある。図２５では、ウエハー配線層６０５０のＸ軸マイナス側の端部がわずかにＸ軸プラス側に向かって後退している様子を図示している。このような程度にエッチングを留めることで、接着剤６００１で覆われているウエハー配線層６０５０までも過度にエッチングされてしまうのを防止することができる。

このエッチング処理には、例えばウェットエッチング法、ドライエッチング法が用いられる。

［５］絶縁膜形成工程Ｓ５
次に、積層体６０００中の半導体ウエハー６１０のエッチング処理面に対し、第２ウエハー絶縁膜６４０を形成する。これにより、図２６に示すように、半導体ウエハー６１０の第２ウエハー主面６１０２が第２ウエハー絶縁膜６４０で覆う。また、それとともに、第１ウエハー絶縁膜６３０のＸ軸マイナス側の端部、ウエハー配線層６０５０のＸ軸マイナス側の端部、および接着剤６００１のＸ軸マイナス側の端部も、それぞれ第２ウエハー絶縁膜６４０で覆う。その結果、前述した第１ウエハー絶縁膜６３０と第２ウエハー絶縁膜６４０とで、積層体６０００の周囲が覆われることとなる。

［６］接着剤除去工程Ｓ６
次に、支持基板６００２側からレーザー等の光を照射する。これにより、支持基板６００２を透過した光が接着剤６００１に照射され、接着剤６００１を除去または剥離することができる。したがって、前述した接着剤６００１には、レーザー等の照射に伴って接着を解除可能なものが好ましく用いられる。

また、接着剤６００１の除去に伴って、接着剤６００１のＸ軸マイナス側の端部を覆っていた第２ウエハー絶縁膜６４０についても除去される。その結果、図２７に示すような、半導体基板６１、圧電素子６０Ａ～６０Ｇ、第１絶縁膜６３、第２絶縁膜６４、第１配線層６０５、６０６、第３絶縁膜６５、第２配線層６０７、および第４絶縁膜６６を備えた圧電素子ユニット６０が得られる。

特に、上述した第１ウエハー絶縁膜６３０によって、図２７に示す第１絶縁膜６３および第３絶縁膜６５を形成することができ、第２ウエハー絶縁膜６４０によって、図２７に示す第２絶縁膜６４および第４絶縁膜６６を形成することができる。
以上のようにして圧電素子ユニット６０が得られる。

［７］積層工程Ｓ７
その後、必要に応じて、２つの圧電素子ユニット６０を積層する。積層には、例えば接着剤６９１が用いられる。これにより、第１配線層６０５同士および第１配線層６０６同士が接触し、２つの圧電素子ユニット６０が機械的および電気的に接続される。その結果、図２ないし図１０に示すような圧電駆動装置を製造することができる。

以上のように、本実施形態に係る圧電素子ユニットの製造方法は、互いに表裏の関係を有する第１ウエハー主面６１０１および第２ウエハー主面６１０２、ならびに、第１ウエハー主面６１０１に形成されている溝６１０３を有する半導体ウエハー６１０と、第１ウエハー主面６１０１上に設けられている圧電素子６００と、圧電素子６００の半導体ウエハー６１０とは反対の面上および溝６１０３の内面上に設けられている第１ウエハー絶縁膜６３０と、第１ウエハー絶縁膜６３０の圧電素子６００とは反対の面上および溝６１０３の内面上に設けられ、圧電素子６００と電気的に接続されているウエハー配線層６０５０と、を有する積層体６０００を用意する工程と、ウエハー配線層６０５０の第１ウエハー主面６１０１とは反対の面上および溝６１０３の内面上に接着剤６００１を供給し、接着剤６００１を介して積層体６０００に支持基板６００２を接着する工程と、第２ウエハー主面６１０２を研削し、溝６１０３を貫通させ、ウエハー配線層６０５０および接着剤６００１を露出させる工程と、第２ウエハー主面６１０２側から、ウエハー配線層６０５０をエッチングする工程と、エッチングの処理面に対し、第２ウエハー絶縁膜６４０を形成する工程と、接着剤６００１および接着剤６００１に設けられている第２ウエハー絶縁膜６４０を除去する工程と、を有する。

このような製造方法によれば、ウエハー配線層６０５０を半導体ウエハー６１０の端面に形成してなる圧電素子ユニット６０を製造することができる。このウエハー配線層６０５０は、シリコン貫通電極の技術を用いることなく外部接続が可能な引き出し配線であるため、少ない工数で圧電素子ユニット６０を製造することができる。

また、圧電素子ユニット６０を複数積層する場合にも、端面に設けられたウエハー配線層６０５０を介して各圧電素子ユニット６０との電気的接続が図られるため、積層構造への親和性も高い製造方法である。

＜第３実施形態＞
図２８は、第３実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

図２８に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品の給材、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装置１０８０と、を有する。

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駆動装置１が搭載されており、この圧電駆動装置１の駆動によって各アーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０が回動する。なお、圧電駆動装置１は、エンドエフェクター１０９０に搭載され、エンドエフェクター１０９０の駆動に用いられてもよい。

制御装置１０８０は、コンピューターで構成され、例えば、ＣＰＵのようなプロセッサー、メモリー、インターフェース等を有する。そして、プロセッサーが、メモリーに格納されている所定のプログラムを実行することで、ロボット１０００の各部の駆動を制御する。なお、前記プログラムは、インターフェースを介して外部のサーバーからダウンロードされたものであってよい。また、制御装置１０８０の構成の全部または一部は、ロボット１０００の外部に設けられ、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等の通信網を介して接続された構成となっていてもよい。

このようなロボット１０００は、前述したように、圧電駆動装置１を備えている。
すなわち、ロボット１０００は、互いに表裏の関係を有する第１主面６１３および第２主面６１５ならびに第１主面６１３と第２主面６１５とをつなぐ端面６１１を有する半導体基板６１と、第１主面６１３上に設けられている圧電素子６０Ａ～６０Ｇと、圧電素子６０Ａ～６０Ｇの半導体基板６１とは反対の面上に設けられている第１絶縁膜６３と、第２主面６１５上に設けられている第２絶縁膜６４と、第１絶縁膜６３の圧電素子６０Ａ～６０Ｇとは反対の面上に設けられ、圧電素子６０Ａ～６０Ｇと電気的に接続されている第１配線層６０５、６０６と、半導体基板６１の端面６１１上に設けられ、第１絶縁膜６３から連続している第３絶縁膜６５と、第３絶縁膜６５の半導体基板６１とは反対の面上に設けられ、第１配線層６０５、６０６から連続している第２配線層６０７と、を備える圧電素子ユニット６０を有する圧電駆動装置１を備えている。

このような圧電駆動装置１によれば、シリコン貫通電極の技術を用いることなく外部接続が可能な引き出し配線を備えたものとなるため、工数の削減が容易であり、生産効率の向上を容易に図ることができる。このため、低コストのロボット１０００の実現に寄与する。

また、製造される圧電素子ユニット６０は、その積層が容易な構造を有していることから、複数の圧電素子ユニット６０を備え、出力が大きい圧電駆動装置１を容易に実現することができる。このため、出力の大きいロボット１０００の実現に寄与する。

＜第４実施形態＞
図２９は、第４実施形態に係るプリンターの全体構成を示す概略図である。

図２９に示すプリンター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および制御装置３０４０と、を備えている。また、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。また、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、を有する。

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、を有する。また、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を駆動する圧電駆動装置１と、を有する。

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。

制御装置３０４０は、コンピューターで構成され、例えば、ＣＰＵのようなプロセッサー、メモリー、インターフェース等を有する。そして、プロセッサーが、メモリーに格納されている所定のプログラムを実行することで、プリンター３０００の各部の駆動を制御する。このような制御は、例えば、インターフェースを介して外部から入力された印刷データに基づいて実行される。なお、前記プログラムは、インターフェースを介して外部のサーバーからダウンロードされたものであってもよい。また、制御装置３０４０の構成の全部または一部は、プリンター３０００の外部に設けられ、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等の通信網を介して接続された構成となっていてもよい。

このようなプリンター３０００は、前述したように、圧電駆動装置１を備えている。
すなわち、プリンター３０００は、互いに表裏の関係を有する第１主面６１３および第２主面６１５ならびに第１主面６１３と第２主面６１５とをつなぐ端面６１１を有する半導体基板６１と、第１主面６１３上に設けられている圧電素子６０Ａ～６０Ｇと、圧電素子６０Ａ～６０Ｇの半導体基板６１とは反対の面上に設けられている第１絶縁膜６３と、第２主面６１５上に設けられている第２絶縁膜６４と、第１絶縁膜６３の圧電素子６０Ａ～６０Ｇとは反対の面上に設けられ、圧電素子６０Ａ～６０Ｇと電気的に接続されている第１配線層６０５、６０６と、半導体基板６１の端面６１１上に設けられ、第１絶縁膜６３から連続している第３絶縁膜６５と、第３絶縁膜６５の半導体基板６１とは反対の面上に設けられ、第１配線層６０５、６０６から連続している第２配線層６０７と、を備える圧電素子ユニット６０を有する圧電駆動装置１を備えている。

このような圧電駆動装置１によれば、シリコン貫通電極の技術を用いることなく外部接続が可能な引き出し配線を備えたものとなるため、工数の削減が容易であり、生産効率の向上を容易に図ることができる。このため、低コストのプリンター３０００の実現に寄与する。

また、製造される圧電素子ユニット６０は、その積層が容易な構造を有していることから、複数の圧電素子ユニット６０を備え、出力が大きい圧電駆動装置１を容易に実現することができる。このため、例えば高速化が容易なプリンター３０００の実現に寄与する。

なお、本実施形態では、圧電駆動装置１が給紙用の駆動ローラー３０３２を駆動しているが、この他にも、例えば、キャリッジ３０２１ｃを駆動してもよい。

以上、本発明の圧電素子ユニット、圧電駆動装置、圧電素子ユニットの製造方法、およびロボット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。

１…圧電駆動装置、２…ローター、３…振動アクチュエーター、４…振動体、５…付勢部材、６Ａ…圧電素子、６Ｂ…圧電素子、６Ｃ…圧電素子、６Ｄ…圧電素子、６Ｅ…圧電素子、６Ｆ…圧電素子、６Ｇ…圧電素子、７…制御装置、８…配線板、９…エンコーダー、２１…外周面、２２…主面、４１…振動部、４２…支持部、４３…接続部、４４…先端部、５１…第１基板、５２…第２基板、５３…間座、５９…貫通孔、６０…圧電素子ユニット、６０Ａ…圧電素子、６０Ｂ…圧電素子、６０Ｃ…圧電素子、６０Ｄ…圧電素子、６０Ｅ…圧電素子、６０Ｆ…圧電素子、６０Ｇ…圧電素子、６０ａ…第１圧電素子ユニット、６０ｂ…第２圧電素子ユニット、６１…半導体基板、６３…第１絶縁膜、６４…第２絶縁膜、６５…第３絶縁膜、６６…第４絶縁膜、６７…面、６８…スペーサー構造、７１…駆動パルス信号生成部、７１Ａ…電極、７１Ｂ…電極、７１Ｃ…スイッチング素子、７２…駆動信号生成部、７２Ａ…バッファー、７２Ｂ…コイル、７３…検出パルス信号生成部、７４…位相差取得部、７５…駆動制御部、８１…フレキシブル基板、８２…配線、８３…接合部、９１…スケール、９２…光学素子、５１３…ばね部、６００…圧電素子、６０１…第１電極、６０２…圧電体、６０３…第２電極、６０４…第３電極、６０５…第１配線層、６０６…第１配線層、６０７…第２配線層、６１０…半導体ウエハー、６１１…端面、６１３…第１主面、６１５…第２主面、６３０…第１ウエハー絶縁膜、６３３…面、６４０…第２ウエハー絶縁膜、６５１…面、６８０…段差、６８１…凹部、６９１…接着剤、６９２…接着剤、７１１…第１駆動パルス信号生成部、７１２…第２駆動パルス信号生成部、７１３…第３駆動パルス信号生成部、７２１…第１駆動信号生成部、７２２…第２駆動信号生成部、７２３…第３駆動信号生成部、９２１…発光素子、９２２…撮像素子、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…制御装置、１０９０…エンドエフェクター、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…制御装置、６０００…積層体、６００１…接着剤、６００２…支持基板、６０１０…下部電極、６０２０…圧電体、６０２１…下面、６０２２…上面、６０３０…上部電極、６０５０…ウエハー配線層、６１０１…第１ウエハー主面、６１０２…第２ウエハー主面、６１０３…溝、Ａ１…矢印、Ａ２…矢印、Ｂ１…矢印、Ｂ２…矢印、Ｏ…中心軸、Ｐ…記録用紙、Ｐｄ…駆動パルス信号、Ｐｓ…検出パルス信号、Ｓ１…準備工程、Ｓ２…支持基板接着工程、Ｓ３…研削工程、Ｓ４…エッチング工程、Ｓ５…絶縁膜形成工程、Ｓ６…接着剤除去工程、Ｓ７…積層工程、Ｓｄ…駆動信号、Ｓｓ…検出信号、Ｖ１…交番電圧、Ｖ２…交番電圧、Ｖ３…交番電圧

Claims (9)

1. 圧電素子を備える圧電素子ユニットと、
   前記圧電素子の振動により楕円運動する接触部と、
   前記接触部により駆動される被駆動体と、
   を有し、
   前記圧電素子ユニットは、
   互いに表裏の関係を有する第１主面および第２主面、ならびに前記第１主面と前記第２主面とをつなぐ端面を有する半導体基板と、
   前記第１主面上に設けられている前記圧電素子と、
   前記圧電素子の前記半導体基板とは反対の面上に設けられている第１絶縁膜と、
   前記第２主面上に設けられている第２絶縁膜と、
   前記第１絶縁膜の前記圧電素子とは反対の面上に設けられ、前記圧電素子と電気的に接続されている第１配線層と、
   前記端面上に設けられ、前記第１絶縁膜から連続している第３絶縁膜と、
   前記第３絶縁膜の前記半導体基板とは反対の面上に設けられ、前記第１配線層から連続している第２配線層と、
   前記端面の法線方向において前記第３絶縁膜と重なるように設けられ、前記第２絶縁膜から連続している第４絶縁膜と、
   を備えることを特徴とする圧電駆動装置。
2. 前記圧電素子は、圧電体と前記圧電体に設けられている電極とを備え、
   前記圧電素子は、前記電極の表面と平行な平面において振動することにより、前記接触部を楕円運動させ、前記被駆動体を駆動する請求項１に記載の圧電駆動装置。
3. 複数の前記圧電素子ユニットを有し、
   前記圧電素子ユニット同士が積層されている請求項１または２に記載の圧電駆動装置。
4. 複数の前記圧電素子ユニットを、第１圧電素子ユニットおよび第２圧電素子ユニットとしたとき、
   前記第１圧電素子ユニットの前記第１配線層と、前記第２圧電素子ユニットの前記第１配線層と、が互いに向かい合うように、前記第１圧電素子ユニットと前記第２圧電素子ユニットとが積層されている請求項３に記載の圧電駆動装置。
5. 配線板を有し、
   前記第２配線層と前記配線板とが電気的に接続されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
6. 前記第２配線層と前記配線板とを電気的に接続する導電金属または異方性導電材料を有する請求項５に記載の圧電駆動装置。
7. 互いに表裏の関係を有する第１ウエハー主面および第２ウエハー主面ならびに前記第１ウエハー主面に形成されている溝を有する半導体ウエハーと、前記第１ウエハー主面上に設けられている圧電素子と、前記圧電素子の前記半導体ウエハーとは反対の面上および前記溝の内面上に設けられている第１ウエハー絶縁膜と、前記第１ウエハー絶縁膜の前記圧電素子とは反対の面上および前記溝の内面上に設けられ、前記圧電素子と電気的に接続されているウエハー配線層と、を有する積層体を用意する工程と、
   前記ウエハー配線層の前記第１ウエハー主面とは反対の面上および前記溝の内面上に接着剤を供給し、前記接着剤を介して前記積層体に支持基板を接着する工程と、
   前記第２ウエハー主面を研削し、前記溝を貫通させ、前記ウエハー配線層および前記接着剤を露出させる工程と、
   前記第２ウエハー主面側から、前記ウエハー配線層をエッチングする工程と、
   前記エッチングの処理面に対し、第２ウエハー絶縁膜を形成する工程と、
   前記接着剤および前記接着剤に設けられている前記第２ウエハー絶縁膜を除去する工程と、
   を有することを特徴とする圧電素子ユニットの製造方法。
8. 前記圧電素子は、圧電体と前記圧電体に設けられている電極とを備え、
   前記圧電体をゾル－ゲル法により形成する請求項７に記載の圧電素子ユニットの製造方法。
9. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電駆動装置を備えることを特徴とするロボット。

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