JP6645195B2 - 圧電駆動装置、モーター、ロボット、ならびにポンプ - Google Patents
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
本発明に係る圧電駆動装置の一態様は、
振動板と、
前記振動板の上方に設けられた第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、
前記第1電極層、前記圧電体層、および前記第2電極層の上方に設けられた第1絶縁層と、
前記第1絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して、前記第1電極層または前記第2電極層と電気的に接続されている配線層と、
前記第1絶縁層の上方に設けられた第2絶縁層と、
を含み、
前記第2絶縁層の上面と前記配線層の上面とは、連続しており、
前記コンタクトホールは、平面視において、前記振動板の節部に設けられている。
2つの上面の間に段差がある場合に比べて、振動ユニットの接合面(他の振動ユニットと接合される面)の平坦性を向上させることができる。これにより、このような圧電駆動装置では、複数の振動ユニットを振動板の板面に垂直な方向に重なるように配置させた場合に、隣り合う振動ユニット間に空間が生じることを抑制することができる。その結果、このような圧電駆動装置では、隣り合う振動ユニット間で振動伝達のロスが生じることを抑制することができ、高出力化を図ることができる。
本発明に係る圧電駆動装置の一態様は、
振動板と、
前記振動板の上方に設けられた第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、
前記第1電極層、前記圧電体層、および前記第2電極層の上方に設けられた第1絶縁層と、
前記第1絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して、前記第2電極層と電気的に接続されている配線層と、
前記第1絶縁層の上方に設けられた第2絶縁層と、
を含み、
前記配線層の上面と前記第2絶縁層の上面とは、連続しており、
前記コンタクトホールは、前記圧電体層の前記第1電極層と前記第2電極層とに挟まれた能動部の上方に設けられ、
平面視において、前記コンタクトホールの前記振動板の長手方向の大きさは、前記コンタクトホールの前記長手方向と直交する方向の大きさよりも小さい。
適用例2において、
前記圧電体層は、
前記第1電極層および前記第2電極層に挟まれ、前記振動板を前記長手方向に伸縮させる運動に寄与する第1能動部と、
前記第1電極層および前記第2電極層に挟まれ、前記振動板を前記長手方向と直交する方向に屈曲させる運動に寄与する第2能動部と、
を有し、
前記コンタクトホールは、前記第1能動部の上方および前記第2能動部の上方に設けられていてもよい。
適用例1ないし3のいずれか1項において、
前記振動板、前記第1電極層、前記圧電体層、前記第2電極層、前記第1絶縁層、前記配線層、および前記第2絶縁層は、振動ユニットを構成し、
前記振動ユニットは、複数設けられ、
複数の前記振動ユニットは、前記振動板の板面に垂直な方向に重なるように配置されていてもよい。
本発明に係るモーターの一態様は、
適用例1ないし4のいずれか1例に記載の圧電駆動装置と、
前記圧電駆動装置によって回転されるローターと、
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1ないし4のいずれか1例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1ないし4のいずれか1例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。
1.1. 圧電駆動装置
まず、第1実施形態に係る圧電駆動装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る圧電駆動装置100を模式的に示す平面図である。図2は、第1実施形態に係る圧電駆動装置100を模式的に示す図1のII−II線断面図である。
る。
プの圧電素子30b,30cは、互いに並列に接続され、駆動回路110に接続されている。第3グループの圧電素子30eは、単独で駆動回路110に接続されている。
露光、現像、およびベーク(熱処理))およびエッチングを用いなくても、フォトリソグラフィーのみによってパターニングされる。有機絶縁層40bの材質は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などである。より具体的には、有機絶縁層40bの材質は、ネガ型の永久レジスト(例えば東京応化製のS2000)である。なお、有機絶縁層40bが感光性を有していない場合は、有機絶縁層40bは、フォトリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングされる。
ール60は、図7に示すように平面視において、振動体部12の節部12aに設けられている。第2コンタクトホール62は、第1導電層50と第2導電層52とを接続させるためのコンタクトホールである。平面視において、第2コンタクトホール62の形状および大きさは、例えば、第1コンタクトホール60と同じである。
上面とが連続しておらず、2つの上面の間に段差がある場合に比べて、振動ユニット102の接合面101aの平坦性を向上させることができる。これにより、圧電駆動装置100では、複数の振動ユニット102を基板10の第1面10aに垂直な方向に重なるように配置させた場合に、隣り合う振動ユニット102間に空間が生じることを抑制することができる。その結果、圧電駆動装置100では、隣り合う振動ユニット102間で振動伝達のロスが生じることを抑制することができ、高出力化を図ることができる。
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。
2.1[GPa]、シリコンのヤング率は185[GPa]である。
次に、第1実施形態に係る圧電駆動装置100の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図11〜図16は、第1実施形態に係る圧電駆動装置100の製造工程を模式的に示す断面図である。
成される。次に、第1シード層6上に第1めっき層7を形成する。第1めっき層7は、例えば、電解めっき法により形成される。本工程では、第1導電層50の上面は、第1絶縁層40等の段差が転写されて、平坦な面にならない。
次に、第1実施形態の変形例に係る圧電駆動装置について、図面を参照しながら説明する。図17は、第1実施形態の変形例に係る圧電駆動装置200の振動体部12の長手方向の位置と、振動体部12の変位量と、の関係を説明するため図である。図18は、第1実施形態の変形例に係る圧電駆動装置200を模式的に示す断面図であって、図17に示す平面図のXVIII−XVIII線断面図である。
2.1. 圧電駆動装置
次に、第2実施形態に係る圧電駆動装置について、図面を参照しながら説明する。図19は、第2実施形態に係る圧電駆動装置300の第1振動ユニット102aを模式的に示す平面図である。
次に、第2実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法について説明する。第2実施形態に係る圧電駆動装置の製造方法は、上述した第1施形態に係る圧電駆動装置の製造方法と基本的に同じである。したがって、その詳細な説明を省略する。
本発明に係る圧電駆動装置は、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。本発明に係る圧電駆動装置は、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、印刷装置の紙送り機構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、第3実施形態および第4実施形態において、代表的な実施の形態について説明する。以下では、本発明に係る圧電駆動装置として、圧電駆動装置100を含む装置について説明する。
いる。手首回動部2022は、圧電駆動装置100を備えており、圧電駆動装置100は、手首のリンク部2012およびロボットハンド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100が搭載されている。このため、圧電駆動装置100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。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100を適用可能である。
図22は、第4実施形態に係る送液ポンプ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100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、を含む。
できる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
Claims (9)
- 振動板と、
前記振動板の上方に設けられた第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、
前記第2電極層の上方に設けられた第1絶縁層と、
前記第1絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して、前記第1電極層または前記第2電極層と電気的に接続されている配線層と、
前記第1絶縁層の上方に設けられた第2絶縁層と、
前記第2絶縁層の上方および前記配線層の上方に設けられた第3絶縁層と、
を含み、
前記第2絶縁層の上面と前記配線層の上面とは、同一平面内にあり、
前記コンタクトホールは、前記振動板の平面視において、前記振動板の節部に設けられ、
前記振動板、前記第1電極層、前記圧電体層、前記第2電極層、前記第1絶縁層、前記配線層、前記第2絶縁層、および前記第3絶縁層は、振動ユニットを構成し、
前記第3絶縁層の上面は、他の振動ユニットと接合される前記振動ユニットの接合面を構成している、圧電駆動装置。 - 振動板と、
前記振動板の上方に設けられた第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、
前記第2電極層の上方に設けられた第1絶縁層と、
前記第1絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して、前記第2電極層と電気的に接続されている配線層と、
前記第1絶縁層の上方に設けられた第2絶縁層と、
前記第2絶縁層の上方および前記配線層の上方に設けられた第3絶縁層と、
を含み、
前記配線層の上面と前記第2絶縁層の上面とは、同一平面内にあり、
前記コンタクトホールは、前記圧電体層の前記第1電極層と前記第2電極層とに挟まれた能動部の上方に設けられ、
平面視において、前記コンタクトホールの前記振動板の長手方向の大きさは、前記コンタクトホールの前記長手方向と直交する方向の大きさよりも小さく、
前記振動板、前記第1電極層、前記圧電体層、前記第2電極層、前記第1絶縁層、前記配線層、前記第2絶縁層、および前記第3絶縁層は、振動ユニットを構成し、
前記第3絶縁層の上面は、他の振動ユニットと接合される前記振動ユニットの接合面を構成している、圧電駆動装置。 - 振動板と、
前記振動板の上方に設けられた第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、
前記第2電極層の上方に設けられた第1絶縁層と、
前記第1絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して、前記第1電極層または前記第2電極層と電気的に接続されている配線層と、
前記第1絶縁層の上方に設けられた第2絶縁層と、
を含み、
前記第2絶縁層の上面と前記配線層の上面とは、同一平面内にあり、
前記コンタクトホールは、前記振動板の平面視において、前記振動板の節部に設けられ、
前記振動板、前記第1電極層、前記圧電体層、前記第2電極層、前記第1絶縁層、前記配線層、および前記第2絶縁層は、振動ユニットを構成し、
前記第2絶縁層の上面および前記配線層の上面は、他の振動ユニットと接合される前記振動ユニットの接合面を構成している、圧電駆動装置。 - 振動板と、
前記振動板の上方に設けられた第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、
前記第2電極層の上方に設けられた第1絶縁層と、
前記第1絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して、前記第2電極層と電気的に接続されている配線層と、
前記第1絶縁層の上方に設けられた第2絶縁層と、
を含み、
前記配線層の上面と前記第2絶縁層の上面とは、同一平面内にあり、
前記コンタクトホールは、前記圧電体層の前記第1電極層と前記第2電極層とに挟まれた能動部の上方に設けられ、
平面視において、前記コンタクトホールの前記振動板の長手方向の大きさは、前記コンタクトホールの前記長手方向と直交する方向の大きさよりも小さく、
前記振動板、前記第1電極層、前記圧電体層、前記第2電極層、前記第1絶縁層、前記配線層、および前記第2絶縁層は、振動ユニットを構成し、
前記第2絶縁層の上面および前記配線層の上面は、他の振動ユニットと接合される前記振動ユニットの接合面を構成している、圧電駆動装置。 - 請求項2または4において、
前記圧電体層は、
前記振動板を前記長手方向に伸縮させる運動に寄与する第1能動部と、
前記振動板を前記長手方向と直交する方向に屈曲させる運動に寄与する第2能動部と、を有し、
前記コンタクトホールは、前記第1能動部の上方および前記第2能動部の上方に設けられている、圧電駆動装置。 - 請求項1ないし5のいずれか1項において、
前記振動ユニットは、複数設けられ、
複数の前記振動ユニットは、前記振動板の板面に垂直な方向に重なるように配置されている、圧電駆動装置。 - 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と、
前記圧電駆動装置によって回転されるローターと、
を含む、モーター。 - 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1ないし6のいずれか1項に記載の圧電駆動装置と、
を含む、ロボット。 - 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塞する複数のフィンガーと、
を含む、ポンプ。
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