JP6558002B2 - 圧電駆動装置の製造方法、圧電駆動装置、ロボット、およびポンプ - Google Patents
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Description
本発明に係る圧電素子の製造方法の一態様は、
第1電極層を形成する工程と、
前記第1電極層の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第2電極層を形成する工程と、
前記第2電極層をパターニングする工程と、
前記圧電体層をウェットエッチングによりパターニングする工程と、
パターニングされた前記圧電体層の側面に、有機絶縁層を形成する工程と、
を含む。
適用例1において、
前記圧電体層は、液相法による前駆体層の形成と前記前駆体層の結晶化とを繰り返すことによって形成されてもよい。
適用例1または2において、
前記有機絶縁層の材質は、感光性の材料であってもよい。
適用例3において、
前記有機絶縁層のヤング率は、1GPa以上であってもよい。
適用例1ないし4のいずれか1例において、
前記有機絶縁層の厚さは、前記圧電体層の厚さの1.5倍以上3倍以下であってもよい。
適用例1ないし5のいずれか1例において、
前記圧電体層の厚さは、1μm以上10μm以下であってもよい。
。
本発明に係る圧電素子の一態様は、
第1電極層と、
前記第1電極層の上方に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第2電極層と、
前記圧電体層の側面に設けられた有機絶縁層と、
を含み、
前記圧電体層は、
液相法による前駆体層の形成と前記前駆体層の結晶化とを繰り返して積層体を形成し、前記積層体をウェットエッチングによりパターニングすることによって形成される。
本発明に係る圧電駆動装置の一態様は、
振動板と、
前記振動板の表面に設けられた適用例7に記載の圧電素子と、
を含む。
本発明に係るロボットの一態様は、
複数のリンク部と、
複数の前記リンク部を接続する関節部と、
複数の前記リンク部を前記関節部で回動させる適用例8に記載の圧電駆動装置と、
を含む。
本発明に係るポンプの一態様は、
適用例8に記載の圧電駆動装置と、
液体を輸送するチューブと、
前記圧電駆動装置の駆動によって前記チューブを閉鎖する複数のフィンガーと、
を含む。
まず、本実施形態に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る圧電素子100を模式的に示す断面図である。
たはこれらの2種以上を混合または積層したものであってもよい。
、TiW層であることが好ましい。これにより、密着層52によって圧電体層40の変形が抑制されることを、防ぐことができる。
次に、本実施形態に係る圧電素子100の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係る圧電素子100の製造方法を説明するためのフローチャートである。図3〜図13は、本実施形態に係る圧電素子100の製造工程を模式的に示す断面図である。
position)法などである。
。例えば有機絶縁層60,62のヤング率が1GPaより小さいと、有機絶縁層60,62が圧電体層40に生じる力を吸収してしまい、振動板に伝わる力が弱くなってしまう場合がある。
、低くすることができる。なお、銅は金に比べて結合性が高い(他の材料と結合しやすい)ので、第1有機絶縁層60と密着性がよい。そのため、第2電極層50の最表面は、銅であることが好ましい。
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
図15は、実験例に係る圧電素子の製造工程における断面SEM写真であり、(A)は圧電体層40をパターニングする工程(S112)後の写真であり、(B)庇部56を除去する工程(S114)後の写真であり、(C)は全工程終了後の写真である。下地層としては、SiO2層とZrO2層との積層体を用いた。第1電極としては、Pt層を用いた。圧電体層としてはPZT層を用いた。第2電極層としては、TiW層とAu層との積層体を用いた。有機絶縁層としては、アクリル系感光性絶縁膜を用いた。TiW層は、過酸化水素水を用いてウェットエッチングした。Au層は、よう素系混合溶剤を用いてウェットエッチングした。
図16は、各材料のシート抵抗を示すグラフである。(A)では、Ir層50nm、Ir層100nm、およびCu層1000nmのシート抵抗を示している。(B)では、Au層1μm、Cu層1μmのシート抵抗を示している。図16より、銅は、イリジウムおよび金よりシート抵抗が低いことがわかる。
4.1. 第1変形例
次に、本実施形態の第1変形例に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図17は、本実施形態の第1変形例に係る圧電素子200を模式的に示す断面図である。
次に、本実施形態の第2変形例に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図18は、本実施形態の第2変形例に係る圧電素子300を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図18では、有機絶縁層60,62および配線層70,72,74,76の図示を省略している。
2電極層50は、5つ設けられ、第2電極層50a,50b,50c,50d,50eは、それぞれ圧電体層40a,40b,40c,40d,40e上に設けられている。第2電極層50の平面形状は、例えば、長方形である。
次に、本実施形態に係る圧電駆動装置(超音波モーター)500について、図面を参照しながら説明する。図19(A)は、本実施形態に係る圧電駆動装置500を模式的に示す平面図である。図19(B)は、本実施形態に係る圧電駆動装置500を模式的に示す図19(A)のB−B線断面図である。圧電駆動装置500は、本発明に係る圧電素子を含む。以下では、本発明に係る圧電素子として上述した圧電素子300を含む圧電駆動装置500について説明する。なお、便宜上、図19では、圧電素子300を簡略化して図示している。
。
上述した圧電駆動装置500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500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。
図23は、上述の圧電駆動装置500を利用したロボット2050を説明するための図である。ロボット2050は、複数本のリンク部2012(「リンク部材」とも呼ぶ)と、それらリンク部2012の間を回動または屈曲可能な状態で接続する複数の関節部2020と、を備えたアーム2010(「腕部」とも呼ぶ)を有している。
図25は、上述の圧電駆動装置500を利用した送液ポンプ2200の一例を示す説明するための図である。送液ポンプ2200は、ケース2230内に、リザーバー2211と、チューブ2212と、圧電駆動装置500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。
Claims (9)
- 圧電素子を形成する工程と、
振動板の表面に前記圧電素子を設ける工程と、
を含み、
前記圧電素子を形成する工程は、
第1電極層を形成する工程と、
前記第1電極層の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第2電極層を形成する工程と、
前記第2電極層をパターニングする工程と、
前記圧電体層をウェットエッチングによりパターニングする工程と、
パターニングされた前記圧電体層の側面、前記第1電極層、および前記第2電極層を覆うように、第1有機絶縁層を形成する工程と、
前記第1有機絶縁層をパターニングして、第1コンタクトホールおよび第2コンタクトホールを形成する工程と、
前記第1コンタクトホールおよび前記第1有機絶縁層上に、前記第2電極層と接続される第1配線層を形成し、前記第2コンタクトホールおよび前記第1有機絶縁層上に、前記第1電極層と接続される第2配線層を形成する工程と、
前記第1配線層および前記第2配線層を覆うように、前記第1有機絶縁層上に第2有機絶縁層を形成する工程と、
前記第2有機絶縁層をパターニングして、第3コンタクトホールおよび第4コンタクトホールを形成する工程と、
前記第3コンタクトホールおよび前記第2有機絶縁層上に、前記第1配線層と接続される第3配線層を形成し、前記第4コンタクトホールおよび前記第2有機絶縁層上に、前記第2配線層と接続される第4配線層を形成する工程と、
を有し、
前記振動板の表面に前記圧電素子を設ける工程では、
前記第3配線層および前記第4配線層が前記振動板側を向くように、前記振動板の表面に前記圧電素子を設け、
前記第3配線層は、平面視において、前記圧電体層と重なり、
前記第4配線層は、平面視において、
前記圧電体層と重なる第1部分と、
前記圧電体層と重ならない第2部分と、
を有し、
前記第3配線層の上面の高さと、前記第1部分の上面の高さは、同じであり、
前記第2部分の上面の高さは、前記第1部分の上面の高さよりも低い、圧電駆動装置の製造方法。 - 請求項1において、
前記圧電体層は、液相法による前駆体層の形成と前記前駆体層の結晶化とを繰り返すことによって形成される、圧電駆動装置の製造方法。 - 請求項1または2において、
前記第1有機絶縁層の材質は、感光性の材料である、圧電駆動装置の製造方法。 - 請求項3において、
前記第1有機絶縁層のヤング率は、1GPa以上である、圧電駆動装置の製造方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1項において、
前記第1有機絶縁層の厚さは、前記圧電体層の厚さの1.5倍以上3倍以下である、圧電駆動装置の製造方法。 - 請求項1ないし5のいずれか1項において、
前記圧電体層の厚さは、1μm以上10μm以下である、圧電駆動装置の製造方法。 - 振動板と、
前記振動板の表面に設けられた圧電素子と、
を含み、
前記圧電素子は、
第1電極層と、
前記第1電極層の上方に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第2電極層と、
前記圧電体層の側面、前記第1電極層上、および前記第2電極層上に設けられた第1有機絶縁層と、
前記第1有機絶縁層に設けられた第1コンタクトホール、および前記第1有機絶縁層上に設けられ、前記第2電極層に接続された第1配線層と、
前記第1有機絶縁層に設けられた第2コンタクトホール、および前記第1有機絶縁層上に設けられ、前記第1電極層に接続された第2配線層と、
前記第1配線層および前記第2配線層を覆って、前記第1有機絶縁層上に設けられた第2有機絶縁層と、
前記第2有機絶縁層に設けられた第3コンタクトホール、および前記第2有機絶縁層上に設けられ、前記第1配線層に接続された第3配線層と、
前記第2有機絶縁層に設けられた第4コンタクトホール、および前記第2有機絶縁層上に設けられ、前記第2配線層に接続された第4配線層と、
を有し、
前記圧電体層は、
液相法による前駆体層の形成と前記前駆体層の結晶化とを繰り返して積層体を形成し、前記積層体をウェットエッチングによりパターニングすることによって形成され、
前記圧電素子は、前記第3配線層および前記第4配線層が前記振動板側を向くように設けられ、
前記第3配線層は、平面視において、前記圧電体層と重なり、
前記第4配線層は、平面視において、
前記圧電体層と重なる第1部分と、
前記圧電体層と重ならない第2部分と、
を有し、
前記第3配線層の上面の高さと、前記第1部分の上面の高さは、同じであり、
前記第2部分の上面の高さは、前記第1部分の上面の高さよりも低い、圧電駆動装置。 - 複数のリンク部と、
複数の前記リンク部を接続する関節部と、
複数の前記リンク部を前記関節部で回動させる請求項7に記載の圧電駆動装置と、
を含む、ロボット。 - 請求項7記載の圧電駆動装置と、
液体を輸送するチューブと、
前記圧電駆動装置の駆動によって前記チューブを閉鎖する複数のフィンガーと、
を含む、ポンプ。
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PCT/JP2016/000650 WO2016147539A1 (ja) | 2015-03-16 | 2016-02-09 | 圧電素子の製造方法、圧電素子、圧電駆動装置、ロボット、およびポンプ |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015052219A JP6558002B2 (ja) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | 圧電駆動装置の製造方法、圧電駆動装置、ロボット、およびポンプ |
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