JP6834262B2 - 振動子、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置および振動子の製造方法 - Google Patents

振動子、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置および振動子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、振動子、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置および振動子の製造方法に関するものである。
従来から、圧電素子を備える圧電アクチュエーターが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の圧電アクチュエーターは、２枚の補強板と、２枚の補強板の間に配置された圧電素子と、を有する振動体を有している。また、圧電素子の配線が振動体の側面から外部に露出しており、この露出した部分（以下「端子」ともいう。）を介して外部との電気接続が可能となっている。
特開２００６−３４０５０３号公報
ここで、圧電アクチュエーターの分野においては、上述のような振動体に加えて、振動体を支持すると共に、圧電アクチュエーターを対象物に固定するための支持部を配置する場合がある。また、支持部は、振動体の厚さ方向の平面視で振動体の周囲に配置されることが一般的である。このような支持部を特許文献１の圧電アクチュエーターに適用した場合、振動体の側面が支持部と対向してしまい、振動体の側面から外部に露出する端子を介した外部との電気的な接続が困難となるおそれがある（接続を行う十分なスペースを確保できない場合がある）。
本発明の目的は、外部との電気的な接続を容易に行うことのできる振動子を提供すること、また、この振動子を備える圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置を提供すること、さらには、この振動子の製造方法を提供することにある。
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の振動子は、一対の振動基板、および前記一対の振動基板の間に配置されている圧電体を備えている振動部と、
一対の支持基板、および前記一対の支持基板の間に配置されている基板間部を備えている支持部と、
前記振動部と前記支持部とに配置されている配線と、を有し、
前記配線は、前記支持部から露出していることを特徴とする。
これにより、外部との電気的な接続を容易に行うことのできる振動子を提供することができる。
本発明の振動子では、前記基板間部は、絶縁性を有していることが好ましい。
これにより、配線を容易に配置することができる。
本発明の振動子では、一方の前記振動基板および一方の前記支持基板を含む第１基板と、
他方の前記振動基板および他方の前記支持基板を含む第２基板と、を有することが好ましい。
これにより、振動子の構成が簡単なものとなる。また、振動子の製造も容易となる。
本発明の振動子では、前記基板間部は、前記第１基板と前記第２基板とが重なる方向での厚さが、前記圧電体よりも小さいことが好ましい。
これにより、第１、第２基板と圧電体とをより確実に貼り合せることができる。
本発明の振動子では、前記配線は、前記第１基板に配置されている第１配線と、前記第２基板に配置されている第２配線と、を有することが好ましい。
これにより、第１配線と第２配線との短絡を防止しつつ、第１配線および第２配線の配置の自由度を高めることができる。
本発明の振動子では、前記支持部は、表面に開口する凹部を有し、前記凹部において前記配線が露出していることが好ましい。
これにより、配線を支持部から露出させ易くなる。
本発明の振動子では、前記配線の前記露出している部分と接触している導電部を有することが好ましい。
これにより、外部との電気的接続が容易となる。
本発明の振動子では、前記導電部は、前記支持部から突出して配置されていることが好ましい。
これにより、外部との電気的接続がより容易となる。
本発明の振動子では、前記一対の振動基板の間に、前記一対の振動基板が重なる方向に沿って積層された複数の前記圧電体を有することが好ましい。
これにより、同じ厚さの振動子で比較した場合、単層の圧電体の構成に対して、振動子の駆動力を高めることができる。
本発明の圧電アクチュエーターは、本発明の振動子と、
前記振動子に配置されている凸部と、を有することを特徴とする。
これにより、振動部の振動を凸部から対象物に効率的に伝えることができる。
本発明の圧電アクチュエーターでは、複数の前記振動子を有し、
複数の前記振動子が積層されていることが好ましい。
これにより、圧電アクチュエーターの駆動力を高めることができる。
本発明の圧電アクチュエーターでは、前記支持部において前記配線と電気的に接続されている回路部品を有することが好ましい。
これにより、回路部品によって、振動子の配線を容易に引き出すことができる。
本発明の圧電モーターは、本発明の振動子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い圧電モーターが得られる。
本発明のロボットは、本発明の振動子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高いロボットが得られる。
本発明の電子部品搬送装置は、本発明の振動子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子部品搬送装置が得られる。
本発明の振動子の製造方法は、一対の振動基板および前記一対の振動基板の間に配置されている圧電体を備えている振動部と、一対の支持基板および前記一対の支持基板の間に配置されている基板間部を備えている支持部と、前記振動部と前記支持部とに配置され、前記支持部から外部に露出する露出部を有する配線と、を有する振動子を準備する工程と、
めっき法によって前記露出部と接触する導電部を形成する工程と、を有することを特徴とする。
これにより、導電部を介して外部との電気的な接続を容易に行うことのできる振動子を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る圧電モーターの全体構成を示す概略図である。 図１に示す圧電モーターが備える圧電アクチュエーターの斜視図である。 振動子が有する第１基板の上面図である。 振動子が有する圧電素子および基板間部の上面図である。 振動子が有する第２基板の上面図である。 振動子が有する第１基板の下面図である。 振動子が有する圧電素子および基板間部の下面図である。 振動子が有する第２基板の下面図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 図１中のＢ−Ｂ線断面図である。 図１中のＣ−Ｃ線断面図である。 振動子の部分拡大斜視図である。 振動子の部分拡大断面図である。 振動子の部分拡大断面図である。 図２に示す圧電アクチュエーターが有する配線基板の平面図である。 図１に示す圧電モーターの駆動を説明する概略図である。 振動子の製造方法を示すフローチャートである。 振動子の製造方法を説明するための断面図である。 振動子の製造方法を説明するための断面図である。 振動子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターの側面図である。 本発明の第３実施形態に係る振動子の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る振動子の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る振動子の断面図である。 図１８に示す振動子の側面図である。 本発明の第４実施形態に係るロボットの斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る電子部品搬送装置の斜視図である。 図２３に示す電子部品搬送装置が有する電子部品保持部の斜視図である。
以下、本発明の振動子、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボット、電子部品搬送装置および振動子の製造方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターについて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターの全体構成を示す概略図である。図２は、図１に示す圧電モーターが備える圧電アクチュエーターの斜視図である。図３Ａは、振動子が有する第１基板の上面図である。図３Ｂは、振動子が有する圧電素子および基板間部の上面図である。図３Ｃは、振動子が有する第２基板の上面図である。図４Ａは、振動子が有する第１基板の下面図である。図４Ｂは、振動子が有する圧電素子および基板間部の下面図である。図４Ｃは、振動子が有する第２基板の下面図である。図５は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図６は、図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図７は、図１中のＣ−Ｃ線断面図である。図８は、振動子の部分拡大斜視図である。図９および図１０は、それぞれ、振動子の部分拡大断面図である。図１１は、図２に示す圧電アクチュエーターが有する配線基板の平面図である。図１２は、図１に示す圧電モーターの駆動を説明する概略図である。図１３は、振動子の製造方法を示すフローチャートである。図１４ないし図１６は、それぞれ、振動子の製造方法を説明するための断面図である。なお、図８では、説明の便宜上、導電部の図示を省略している。また、以下では、説明の便宜上、図２中の上側を「上」とも言い、下側を「下」とも言う。
図１に示す圧電モーター２００（超音波モーター）は、回動軸Ｏまわりに回転可能な被駆動部（従動部）としてのローター２１０と、ローター２１０の外周面２１１に当接する圧電アクチュエーター１００と、を有している。このような圧電モーター２００では、圧電アクチュエーター１００を駆動（振動）させることで、ローター２１０を回動軸Ｏまわりに回転させることができる。なお、圧電モーター２００の構成としては、図１の構成に限定されない。例えば、本実施形態では、被駆動部として回転移動するローター２１０を用いているが、被駆動部として直線移動するものを用いてもよい。
また、圧電アクチュエーター１００は、振動子１と、振動子１に配置されている凸部１１０と、振動子１と電気的に接続されている回路部品としての配線基板１９０と、を有している。
図２ないし５に示すように、振動子１は、一対の振動基板２１、３１、および一対の振動基板２１、３１の間に配置されている圧電体４２を備えている振動部１１と、一対の支持基板２２、３２、および一対の支持基板２２、３２の間に配置されている基板間部５を備えている支持部１２と、振動部１１と支持部１２とに配置されている配線６、とを有している。そして、配線６は、支持部１２から露出している。すなわち、配線６は、支持部１２から露出した部分である露出部６０を有している。このような構成の振動子１によれば、配線６を支持部１２から露出した部分において外部（本実施形態では配線基板１９０）と電気的に接続することができる。支持部１２の周囲には、外部（配線基板１９０）との電気的な接続を阻害する遮蔽物が少なく、外部（配線基板１９０）との電気的な接続を容易に行うことのできる振動子１となる。以下、このような振動子１について詳細に説明する。
振動子１は、対向配置された第１基板２および第２基板３と、これら第１、第２基板２、３の間に配置された圧電素子４、基板間部５および配線６と、支持部１２に配置された導電部７と、を有している。また、第１、第２基板２、３と圧電素子４および第１、第２基板２、３と基板間部５は、それぞれ、絶縁性の接着剤８を介して接合されている。なお、絶縁性の接着剤８としては特に限定されず、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコン系等の各種接着剤を用いることができる。
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、第１基板２は、振動基板２１と、振動基板２１を支持する支持基板２２と、振動基板２１および支持基板２２を接続する一対の接続部２３と、を有している。これと同様に、第２基板３は、振動基板３１と、振動基板３１を支持する支持基板３２と、振動基板３１および支持基板３２を接続する一対の接続部３３と、を有している。第１、第２基板２、３は、実質的に同じ形状および大きさを有しており、図５ないし図７に示すように、圧電素子４を介して振動基板２１、３１が対向配置され、基板間部５を介して支持基板２２、３２が対向配置され、空隙Ｓを介して接続部２３、３３が対向配置されている。
このように、振動基板２１（一方の振動基板）、支持基板２２（一方の支持基板）および接続部２３が第１基板２に含まれることで、これら各部を第１基板２から一体形成することができ、振動子１の構成や製造が簡単となる。同様に、振動基板３１（他方の振動基板）、支持基板３２（他方の支持基板）および接続部３３が第２基板３に含まれることで、これら各部を第２基板３から一体形成することができ、振動子１の構成や製造が簡単となる。
このような第１、第２基板２、３としては特に限定されないが、例えば、シリコン基板を用いることができる。第１、第２基板２、３としてシリコン基板を用いることで、振動子１の製造にシリコンウエハプロセス（ＭＥＭＳプロセス）を用いることができ、振動子１を効率的に製造することができる。また、図示しないが、第１、第２基板２、３の表面には絶縁層が設けられている。例えば、第１、第２基板２、３としてシリコン基板を用いる場合、絶縁層は、シリコン基板の表面を熱酸化して形成した酸化シリコンで構成することができる。
図１に示すように、振動部１１は、振動子１の厚さ方向（第１、第２基板２、３が重なる方向）から見た平面視で、略長方形状（長手形状）をなしている。そして、このような振動部１１の長手方向の先端部であって、幅方向（短手方向）の中央部には凸部１１０が配置されている。凸部１１０は、振動部１１から先端側へ突出し、その先端面がローター２１０の外周面２１１に接触している。そのため、振動部１１が振動すると、その振動が凸部１１０を介してローター２１０に伝わり、ローター２１０が回動軸Ｏまわりに回転する。このように、凸部１１０を有することで、振動部１１の振動を効率的にローター２１０に伝えることができる。また、振動部１１とローター２１０の接触が抑制され、振動部１１の破損の可能性を低減することができる。
なお、振動部１１および凸部１１０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。
図２に示すように、振動部１１は、振動基板２１、３１と、これら振動基板２１、３１に挟まれた圧電素子４と、を有している。また、図１に示すように、圧電素子４は、５つの圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅを含んでいる。圧電素子４ｅは、振動部１１の幅方向の中央部において、振動部１１の長手方向に沿って配置されている。この圧電素子４ｅに対して振動部１１の幅方向の一方側には圧電素子４ａ、４ｂが振動部１１の長手方向に沿って配置され、他方側には圧電素子４ｃ、４ｄが振動部１１の長手方向に沿って配置されている。
図５ないし図７に示すように、５つの圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅは、それぞれ、圧電体４２と、圧電体４２の一方の主面（振動基板２１側の主面）に設けられた第１電極４１と、圧電体４２の他方の主面（振動基板３１側の主面）に設けられた第２電極４３と、を有している。
第１電極４１は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに共通して設けられた共通電極である。一方、第２電極４３は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられた個別電極である。また、圧電体４２は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに共通して一体的に設けられている。なお、圧電体４２は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられていてもよい。また、本実施形態とは逆に、第１電極４１が圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられ、第２電極４３が圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに共通して設けられていてもよい。
第１、第２電極４１、４３の構成材料としては特に限定されないが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料が用いられる。このような第１、第２電極４１、４３は、蒸着、スパッタリング等により形成することができる。
圧電体４２は、振動部１１の厚さ方向に沿った方向の電界が印加されることで振動部１１の長手方向に沿った方向に伸縮する。このような圧電体４２の構成材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）、メタニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電セラミックスを用いることができる。圧電セラミックスで構成された圧電体４２は、例えば、バルク材料から形成してもよいし、ゾル−ゲル法やスパッタリング法を用いて形成してもよいが、バルク材料から形成することが好ましい。これにより、振動子１の製造が容易となる。なお、圧電体４２の構成材料としては、上述した圧電セラミックスの他にも、ポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いてもよい。
図１に示すように、支持部１２は、振動部１１の基端側を囲むＵ字形状となっている。なお、支持部１２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。例えば、支持部１２は、振動部１１の幅方向の一方側と他方側とで２つに分割されていてもよい。
また、図２に示すように、支持部１２は、支持基板２２、３２と、これら支持基板２２、３２に挟まれた基板間部５と、を有している。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、基板間部５は、支持基板２２、３２が重なる方向から見た平面視で、支持基板２２、３２と実質的に同じ形状および大きさを有している。このような基板間部５を有することで、支持部１２を十分に厚くすることができ、支持部１２に十分な幅を持った側面を形成することができる。そのため、支持部１２の側面から配線６の露出部６０を露出させ易くなる。
基板間部５は、一対の支持基板２２、３２が重なる方向に絶縁性を有している。これにより、支持部１２に配線６を容易に配置することができる。具体的には、後述するように、配線６は、第１配線６１と複数の第２配線６２１、６２２、６２３、６２４、６２５と、を含んでいるため、基板間部５が絶縁性であると、これら配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５の短絡を効果的に抑制することができる。なお、前記「絶縁性」とは、配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５の短絡を防止するのに十分な大きさの電気抵抗を有していることを意味する。
このような基板間部５としては特に限定されず、例えば、ジルコニア、アルミナ、チタニア等の各種セラミックス、各種金属材料、シリコン、各種樹脂材料等を用いることができる。これらの中でも、各種セラミックス、各種金属材料、シリコンを用いることが好ましく、これにより、硬質な基板間部５が得られる。ただし、金属材料を用いる場合には、基板間部５に絶縁性を付与するために、例えば、その表面に絶縁処理を施す等の加工が必要となる。また、シリコンを用いることで、シリコンウエハプロセスを用いて基板間部５を配置することができるため、振動子１を効率的に製造することができる。
なお、本実施形態では、基板間部５は一層で構成されているが、基板間部５は複数の層が振動子１の厚さ方向に積層された構成となっていてもよい。また、本実施形態では、基板間部５が１つのブロックから形成されているが、基板間部５は、複数のブロックに分割されていてもよい。
また、基板間部５は、第１基板２と第２基板３とが重なる方向（以下「厚さ方向」とも言う）での厚さが、圧電体４２よりも小さい。すなわち、基板間部５の厚さＴ５と圧電体４２の厚さＴ４２とは、Ｔ５＜Ｔ４２の関係を満足している。このような関係を満足することで、振動子１の製造が容易となり、歩留まりが向上する。後述する製造方法でも説明するように、振動子１は、第１基板２と第２基板３とをこれらの間に圧電素子４および基板間部５を挟み込み、押圧して接合することで製造される。ここで、本実施形態とは逆に、Ｔ５＞Ｔ４２の関係を満足している場合、基板間部５の厚さが圧電体４２の厚さよりも厚い分、第１、第２基板２、３と基板間部５が、第１、第２基板２、３と圧電素子４よりも優先的に接合され、接合に用いる装置や接合条件等によっては、第１、第２基板２、３と圧電素子４との接合強度を十分に高めることができない場合も考えられる。第１、第２基板２、３と圧電素子４の接合強度が十分でないと、振動部１１の駆動不良や故障を招くおそれが高まる。そこで、本実施形態のように、Ｔ５＜Ｔ４２の関係を満足することで、第１、第２基板２、３と圧電素子４が、第１、第２基板２、３と基板間部５よりも優先的に接合され、第１、第２基板２、３と圧電素子４との接合強度を十分に高めることができ、第１、第２基板２、３と圧電素子４とをより確実に貼り合せることができる。そのため、振動部１１の駆動不良や故障の可能性が低くなる。なお、本発明では、Ｔ５≧Ｔ４２の関係を満足することを除外しておらず、例えば、第１、第２基板２、３と圧電素子４とを十分な強度で接合することができる場合等にはＴ５≧Ｔ４２の関係を満足していてもよい。
特に、基板間部５の厚さＴ５と圧電体４２の厚さＴ４２とは、０．８Ｔ４２≦Ｔ５＜Ｔ４２の関係を満足することが好ましく、０．９Ｔ４２≦Ｔ５＜Ｔ４２の関係を満足することがより好ましい。例えば、圧電体４２の厚さＴ４２が２００μｍであるとき、基板間部５の厚さＴ５は、Ｔ４２に対して２０〜４０μｍ程度薄いことが好ましい。このような関係を満足することで、第１、第２基板２、３と基板間部５との接合強度の著しい低下を効果的に抑制することができる。すなわち、第１、第２基板２、３と圧電体４２および第１、第２基板２、３と基板間部５をそれぞれ十分な強度で接合することができる。
また、第１基板２および第２基板３は、それぞれ、平面度が高いほど好ましい。さらには、第１基板２と第２基板３の平面度も高いほど好ましい。これにより、例えば、後述する第２実施形態のように、圧電アクチュエーター１００が複数の振動子１を積層させた構成となっている場合に、複数の振動子１を精度よく積層することができる。なお、前述したように、本実施形態ではＴ５＞Ｔ４２の関係を満足しているため、若干、第１基板２が外面側に凸となって湾曲し、第２基板３が外面側に凸となって湾曲する可能性がある。そこで、例えば、支持基板２２、３２と基板間部５との間に、比較的柔らかい樹脂材料等（基板間部５よりもヤング率が小さい材料）で構成されたギャップ材を配置し、支持部１２の厚みを増すことで、第１、第２基板２、３の平面度および平行度を高めることができる。なお、ギャップ材として柔らかい材料を用いることで、上述したＴ５＞Ｔ４２の関係を満足することによる効果を依然として発揮することができる。
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、配線６は、第１基板２に配置されている第１配線６１と、第２基板３に配置されている第２配線６２と、を有している。第１配線６１は、第１基板２の内面に配置されており、第１基板２と圧電素子４および基板間部５との間に位置している。一方、第２配線６２は、第２基板３の内面に配置されており、第２基板３と圧電素子４および基板間部５との間に位置している。このように、圧電素子４および基板間部５の一方側に第１配線６１を配置し、他方側に第２配線６２を配置することで、第１配線６１と第２配線６２との短絡を防止しつつ、第１配線６１および第２配線６２の配置の自由度を高めることができる。
第１配線６１は、第１基板２の内面に、接続部２３を介して振動基板２１および支持基板２２にわたって配置されている。そして、第１配線６１の一端部は、第１電極４１と接続されており、他端部は、図８に示すように、支持部１２の側面から露出し、露出部６０を構成している。
一方、第２配線６２は、複数の第２配線６２１、６２２、６２３、６２４、６２５を含んでいる。第２配線６２１、６２２、６２３、６２４、６２５は、それぞれ、第２基板３の内面に、接続部３３を介して振動基板３１および支持基板３２にわたって配置されている。そして、第２配線６２１、６２２、６２３、６２４、６２５の一端部は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられた第２電極４３に接続されており、他端部は、図８に示すように、支持部１２の側面から露出し、露出部６０を構成している。
各配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５の露出部６０は、振動子１と配線基板１９０との電気的な接続を行うための接続部として機能する。露出部６０の位置としては特に限定されないが、支持部１２の外周面１２１（側面のうち、振動部１１とは反対側を向く面）であることが好ましい。言い換えると、支持部１２の側面のうち振動部１１と対向する内周面を除く部分であることが好ましい。外周面１２１は、振動部１１と対向しておらず、その周囲に十分な空間がある。そのため、外周面１２１に露出部６０を配置することで、振動子１と配線基板１９０とを露出部６０を介して容易に電気的に接続することができる。なお、露出部６０は、外周面１２１のうちでも、特に、本実施形態のように、振動部１１に対して基端側に位置する面１２１ａに位置することが好ましい。これにより、振動子１と配線基板１９０との電気的な接続をより容易に行うことができると共に、振動子１と配線基板１９０の配置のバランスも良好となる。
また、各配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５の露出部６０は、面１２１ａの法線方向から見た平面視で、支持部１２の幅方向にずれて配置されている。そのため、各露出部６０は、面１２１ａの法線方から見た平面視で、支持部１２の厚さ方向に重ならずに配置されている。各露出部６０をこのような配置とすることで、後述するように、振動子１と配線基板１９０との電気的な接続を容易に行うことができる。
ここで、図８に示すように、支持部１２は、表面（外周面１２１）に開口する凹部１２２を有し、凹部１２２内に各配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５の露出部６０が位置している。すなわち、凹部１２２内において、各配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５が露出している。これにより、露出部６０を支持部１２から露出させ易くなると共に、露出部６０を大きくすることができる。そのため、振動子１と配線基板１９０との電気的な接続をより容易にかつより確実に行うことができる。なお、凹部１２２は、省略してもよく、この場合には各配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５の端面が露出部６０を構成する。また、本実施形態では、凹部１２２が基板間部５に形成された溝５９で構成されているが、凹部１２２は、第１基板２または第２基板３に形成されていてもよいし、第１基板２または第２基板３と基板間部５とにわたって形成されていてもよい。
また、図９および図１０に示すように、凹部１２２には、各配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５の露出部６０（露出している部分）と接触している導電部７が配置されている。このような導電部７を設けることで、振動子１側の端子を大きくすることができ、振動子１と配線基板１９０との電気的な接続をより容易にかつより確実に行うことができる。特に、本実施形態では、導電部７は、凹部１２２内に充填されていると共に、支持部１２の外周面１２１から突出して配置されている。これにより、導電部７を配線基板１９０に接触させ易くなり、振動子１と配線基板１９０との電気的な接続をより容易にかつより確実に行うことができる。
このような導電部７の構成材料としては特に限定されず、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料が用いられる。また、導電部７の形成方法としては特に限定されず、例えば、蒸着、スパッタリング、めっき法等を用いることができる。ただし、これらの中でも、めっき法（特に、無電解めっき法）によって導電部７を成膜することが好ましい。これにより、導電部７をより簡単に形成することができる。
次に、配線基板１９０について説明する。配線基板１９０は、例えばプリント配線基板であり、図２に示すように、基板１９１と、基板１９１に配置された複数の配線１９２と、を有している。なお、基板１９１としては、可撓性を有するフレキシブル基板であってもよいし、硬質なリジッド基板であってもよい。
このような配線基板１９０は、支持部１２において振動子１に接合されていると共に、各配線１９２が導電部７を介して対応する配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５と電気的に接続されている。支持部１２と配線基板１９０とは、例えば、絶縁性の接着剤９を介して接合することができる。このような配線基板１９０を備えることで、振動子１の各配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５を振動子１の外へ容易に引き出すことができる。なお、前述したように、導電部７が突出しているため、導電部７と配線１９２とをより確実に接触させることができる。
また、図１１に示すように、複数の配線１９２は、少なくとも振動子１と重なる領域Ｓ１において、振動子１の幅方向に並んで配置され、かつ、振動子１の厚さ方向に沿って延在している。前述したように、配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５の露出部６０が支持部１２の幅方向にずれて配置されているため、複数の配線１９２をこのような配置とすることで、配線基板１９０と振動子１とを接合した状態で、各配線１９２が２つ以上の露出部６０に接触してしまうことを防止することができ、短絡を効果的に抑制することができる。
次に、圧電モーター２００の作動の一例を説明する。ただし、圧電モーター２００の作動方法は、以下の方法に限定されない。所定の周波数の駆動信号（交番電圧）を、圧電素子４ａ、４ｄと圧電素子４ｂ、４ｃとの位相差が１８０°となり、圧電素子４ａ、４ｄと圧電素子４ｅとの位相差が３０°となるように各圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに印加すると、図１２に示すように、各圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅがそれぞれ伸縮し、振動部１１がＳ字形状に屈曲変形（長手方向へ伸縮変形すると共に幅方向へ屈曲変形）し、これにより、凸部１１０の先端が楕円運動する。その結果、ローター２１０は、回動軸Ｏまわりに矢印方向に回転する。なお、圧電素子４ａ、４ｄとの位相差が２１０°となるように圧電素子３ｅに駆動信号を印加すれば、ローター２１０を逆回転させることができる。
以上、振動子１、この振動子１を備える圧電アクチュエーター１００および圧電モーター２００について詳細に説明した。圧電アクチュエーター１００および圧電モーター２００は、振動子１を備えており、上述した振動子１の効果を享受することができるため、優れた信頼性を発揮することができる。
次に、圧電アクチュエーターの製造方法について説明する。振動子１の製造方法は、図１３に示すように、準備工程と、成膜工程と、を有している。準備工程は、一対の振動基板２１、３１および一対の振動基板２１、３１の間に配置されている圧電体４２を備えている振動部１１と、一対の支持基板２２、３２および一対の支持基板２２、３２の間に配置されている基板間部５を備えている支持部１２と、振動部１１と支持部１２とに配置され、支持部１２から外部に露出する露出部６０を有する配線６と、を有する振動子１を準備する工程である。また、成膜工程は、めっき法によって露出部６０と接触する導電部７を形成する工程である。以下、このような製造方法について詳細に説明する。
［準備工程］
まず、図１４に示すように、第１配線６１が配置された第１基板２、第２配線６２が配置された第２基板３、圧電素子４および基板間部５を準備する。次に、図１５に示すように、図示しない絶縁性の接着剤８を介して、これらを接合する。
［成膜工程］
次に、図１６に示すように、めっき法（特に無電解めっき法）を用いて、配線６（６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５）の露出部６０に接触する導電部７を成膜する。導電部７は、凹部１２２内に充填されるように形成され、さらには、その一部が凹部１２２の開口から支持部１２の外側へ突出する。
以上により、振動子１が得られる。このような製造方法によれば、配線基板１９０との電気的な接続を容易に行うことのできる振動子１を提供することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターについて説明する。
図１７は、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターの側面図である。
本実施形態は、複数の振動子が積層されている以外は、前述した第１実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図１７に示すように、本実施形態の圧電アクチュエーター１００は、複数の振動子１を有し、複数の振動子１が振動子１の厚さ方向（第１、第２基板２、３が重なる方向）に積層されている。また、各振動子１は、上側が第１基板２、下側が第２基板３となって同じ向きで積層されている。また、重なり合う２つの振動子１は、例えば、接着剤８で接合されている。このような構成とすることで、例えば、前述した第１実施形態と比較して、圧電アクチュエーター１００の駆動力を高めることができる。
なお、積層される振動子１の数としては、特に限定されず、圧電アクチュエーター１００の配置スペース、圧電アクチュエーター１００に求められる駆動力等によって適宜設定することができる。また、本実施形態では、重なり合う２つの振動子１において、一方の振動子１の第１基板２と他方の振動子１の第２基板３とが重なり合うように配置されているが、例えば、一方の振動子１の第１基板２と他方の振動子１の第２基板３とを１つの基板で構成してもよい。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエーターについて説明する。
図１８ないし図２０は、それぞれ、本発明の第３実施形態に係る振動子の断面図である。図２１は、図１８に示す振動子の側面図である。なお、図１８は、図１中のＡ−Ａ線断面図に対応し、図１９は、図１中のＢ−Ｂ線断面図に対応し、図２０は、図１中のＣ−Ｃ線断面図に対応している。
本実施形態は、振動部の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１８において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図１８ないし図２０に示すように、本実施形態の圧電アクチュエーター１００（振動子１）では、一対の振動基板２１、３１の間に、一対の振動基板２１、３１が重なる方向に沿って積層された複数の圧電体４２を有している。具体的に説明すると、圧電素子４は、積層された２つの圧電体４２１、４２２を有する圧電体４２と、圧電体４２１、４２２の間に配置された第１電極４１と、圧電体４２１の下面および圧電体４２２の上面に配置された第２電極４３と、を有している。第１電極４１は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅに共通して設けられた共通電極であり、第２電極４３は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられた個別電極である。
また、第１基板２の内面には配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５が配置されている。そして、配線６１は、圧電体４２２に形成されたビアホール４４（貫通電極）を介して第１電極４１と電気的に接続されており、配線６２１、６２２、６２３、６２４、６２５は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられた第２電極４３と電気的に接続されている。
同様に、第２基板３の内面には配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５が配置されている。そして、配線６１は、圧電体４２１に形成されたビアホール４４（貫通電極）を介して第１電極４１と電気的に接続されており、配線６２１、６２２、６２３、６２４、６２５は、圧電素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅごとに個別に設けられた第２電極４３と電気的に接続されている。
このような構成の圧電アクチュエーター１００（振動子１）によれば、次の効果を発揮することができる。例えば、前述した第１実施形態のような単層の圧電体４２を備える圧電素子４と比較した場合、圧電素子４の厚さが同じであれば、本実施形態の方が、１つの圧電体４２の厚さを薄くなる。そのため、圧電体４２への電界効率が高くなり、より強い駆動力を発揮することができる振動子１となる。また、１つの圧電体４２の厚さが同じであれば、本実施形態の方が、圧電体４２の数が多い分、より強い駆動力を発揮することができる振動子１となる。
なお、第１基板２上の配線６１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５と、第２基板３上の配線６２１、６２２、６２３、６２４、６２５は、対称的に配置されており、図２１に示すように、対応する配線の露出部６０同士が、振動子１の厚さ方向に重なって配置されている。そのため、対応する露出部６０同士を配線基板１９０の配線１９２によって簡単に接続することができる。
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るロボットについて説明する。
図２２は、本発明の第４実施形態に係るロボットの斜視図である。
図２２に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に回動自在に連結されたアーム１０７０と、これらアーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０の駆動を制御する制御部１０８０と、を有している。また、アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９０が装着される。また、各関節部のうちの全部または一部には圧電モーター２００が搭載されており、この圧電モーター２００の駆動によって各アーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０が回動する。なお、各圧電モーター２００の駆動は、制御部１０８０によって制御される。
このようなロボット１０００は、圧電モーター２００（振動子１）を備えているため、上述した振動子１の効果を享受することができ、優れた信頼性を発揮することができる。
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る電子部品搬送装置について説明する。
図２３は、本発明の第５実施形態に係る電子部品搬送装置の斜視図である。図２４は、図２３に示す電子部品搬送装置が有する電子部品保持部の斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。
図２３に示す電子部品搬送装置２０００は、電子部品検査装置に適用されており、基台２１００と、基台２１００の側方に配置された支持台２２００と、を有している。また、基台２１００には、検査対象の電子部品Ｑが載置されてＹ軸方向に搬送される上流側ステージ２１１０と、検査済みの電子部品Ｑが載置されてＹ軸方向に搬送される下流側ステージ２１２０と、上流側ステージ２１１０と下流側ステージ２１２０との間に位置し、電子部品Ｑの電気的特性を検査する検査台２１３０と、が設けられている。なお、電子部品Ｑの例として、例えば、半導体、半導体ウェハー、ＣＬＤやＯＬＥＤ等の表示デバイス、水晶デバイス、各種センサー、インクジェットヘッド、各種ＭＥＭＳデバイス等などが挙げられる。
また、支持台２２００には、支持台２２００に対してＹ軸方向に移動可能なＹステージ２２１０が設けられており、Ｙステージ２２１０には、Ｙステージ２２１０に対してＸ軸方向に移動可能なＸステージ２２２０が設けられており、Ｘステージ２２２０には、Ｘステージ２２２０に対してＺ軸方向に移動可能な電子部品保持部２２３０が設けられている。
また、図２４に示すように、電子部品保持部２２３０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な微調整プレート２２３１と、微調整プレート２２３１に対してＺ軸まわりに回動可能な回動部２２３２と、回動部２２３２に設けられ、電子部品Ｑを保持する保持部２２３３と、を有している。また、電子部品保持部２２３０には、微調整プレート２２３１をＸ軸方向に移動させるための圧電アクチュエーター１００（１００ｘ）と、微調整プレート２２３１をＹ軸方向に移動させるための圧電アクチュエーター１００（１００ｙ）と、回動部２２３２をＺ軸まわりに回動させるための圧電アクチュエーター１００（１００θ）と、が内蔵されている。
このような電子部品搬送装置２０００は、圧電アクチュエーター１００（振動子１）を備えているため、上述した振動子１の効果を享受することができ、優れた信頼性を発揮することができる。
以上、本発明の振動子、圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボットおよび電子部品搬送装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では振動子をロボットや電子部品搬送装置に適用した構成について説明したが、振動子は、これら以外の各種電子デバイスに適用することができる。具体的には、例えば、振動子（圧電アクチュエーター、圧電モーター）は、プリンターの紙送りローラーの駆動源、プリンターのインクジェットヘッドの駆動源等に適用することができる。
１…振動子、１１…振動部、１２…支持部、１２１…外周面、１２１ａ…面、１２２…凹部、２…第１基板、２１…振動基板、２２…支持基板、２３…接続部、３…第２基板、３１…振動基板、３２…支持基板、３３…接続部、４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ…圧電素子、４１…第１電極、４２、４２１、４２２…圧電体、４３…第２電極、４４…ビアホール、５…基板間部、５９…溝、６…配線、６０…露出部、６１…第１配線、６２、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５…第２配線、７…導電部、８、９…接着剤、１００、１００ｘ、１００ｙ、１００θ…圧電アクチュエーター、１１０…凸部、１９０…配線基板、１９１…基板、１９２…配線、２００…圧電モーター、２１０…ローター、２１１…外周面、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０…アーム、１０８０…制御部、１０９０…エンドエフェクター、２０００…電子部品搬送装置、２１００…基台、２１１０…上流側ステージ、２１２０…下流側ステージ、２１３０…検査台、２２００…支持台、２２１０…Ｙステージ、２２２０…Ｘステージ、２２３０…電子部品保持部、２２３１…微調整プレート、２２３２…回動部、２２３３…保持部、Ｏ…回動軸、Ｑ…電子部品、Ｓ…空隙、Ｓ１…領域、Ｔ５、Ｔ４２…厚さ

Claims (14)

  1. 一対の振動基板、および前記一対の振動基板の間に配置されている圧電体を備えている振動部と、
    一対の支持基板を備え、前記振動部を支持する支持部と、
    一方の前記振動基板と、一方の前記支持基板とを接続する一対の第１の接続部と、
    他方の前記振動基板と、他方の前記支持基板とを接続する一対の第２の接続部と、
    前記振動部と前記支持部とに配置されている配線と、を有し、
    前記配線は、前記支持部から露出していることを特徴とする振動子。
  2. 一方の前記振動基板および一方の前記支持基板を含む第１基板と、
    他方の前記振動基板および他方の前記支持基板を含む第２基板と、を有する請求項１に記載の振動子。
  3. 前記配線は、前記第１基板に配置されている第１配線と、前記第２基板に配置されている第２配線と、を有する請求項２に記載の振動子。
  4. 前記支持部は、表面に開口する凹部を有し、前記凹部において前記配線が露出している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動子。
  5. 前記配線の前記露出している部分と接触している導電部を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動子。
  6. 前記導電部は、前記支持部から突出して配置されている請求項５に記載の振動子。
  7. 前記一対の振動基板の間に、前記一対の振動基板が重なる方向に沿って積層された複数の前記圧電体を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動子。
  8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動子と、
    前記振動子に配置されている凸部と、を有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
  9. 複数の前記振動子を有し、
    複数の前記振動子が積層されている請求項８に記載の圧電アクチュエーター。
  10. 前記支持部において前記配線と電気的に接続されている回路部品を有する請求項８または９に記載の圧電アクチュエーター。
  11. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動子を備えることを特徴とする圧電モーター。
  12. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動子を備えることを特徴とするロボット。
  13. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動子を備えることを特徴とする電子部品搬送装置。
  14. 一対の振動基板および前記一対の振動基板の間に配置されている圧電体を備えている振動部と、一対の支持基板を備え、前記振動部を支持する支持部と、一方の前記振動基板と、一方の前記支持基板とを接続する一対の第１の接続部と、他方の前記振動基板と、他方の前記支持基板とを接続する一対の第２の接続部と、前記振動部と前記支持部とに配置され、前記支持部から外部に露出する露出部を有する配線と、を有する振動子を準備する工程と、
    めっき法によって前記露出部と接触する導電部を形成する工程と、を有することを特徴とする振動子の製造方法。
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