本發(fā)明涉及壓電驅(qū)動裝置、馬達(dá)、機(jī)器人以及泵。

背景技術(shù)：

使壓電體振動來驅(qū)動被驅(qū)動體的超聲波馬達(dá)因不需要磁鐵、線圈而在各種領(lǐng)域中利用(例如參照專利文獻(xiàn)1)。在這樣的超聲波馬達(dá)中，通常利用具備塊狀的壓電體的壓電元件(塊狀壓電元件)(例如參照專利文獻(xiàn)2)。

另一方面，作為壓電元件，已知有具備薄膜狀的壓電體的壓電元件(薄膜壓電元件)。薄膜壓電元件主要在噴墨打印機(jī)的頭部為了進(jìn)行油墨的射出而利用。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2004-320979號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開2008-227123號公報

若將上述那樣的薄膜壓電元件應(yīng)用于超聲波馬達(dá)中，則能夠使超聲波馬達(dá)、被其驅(qū)動的機(jī)器小型化。然而，對于薄膜壓電元件而言，由于壓電體層為薄膜，因此存在因驅(qū)動時產(chǎn)生的應(yīng)力而在壓電體層產(chǎn)生裂紋的情況。

另外，在將薄膜壓電元件應(yīng)用于超聲波馬達(dá)的情況下，上下電極由貴金屬等薄膜形成，因而存在布線電阻變大的情況。因此，作為補(bǔ)償電極的導(dǎo)電性的方法之一，研究設(shè)置與電極導(dǎo)通的布線。但是已知在使用了薄膜壓電元件的超聲波馬達(dá)中，在壓電元件重疊配置布線的情況下，布線的端部的位置與壓電元件的電極的端部的位置之間的關(guān)系影響薄膜壓電元件的耐絕緣性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的幾個方式所涉及的目的之一在于提供一種具備電極的導(dǎo)電性良好且耐絕緣性良好的可靠性高的薄膜壓電元件的壓電驅(qū)動裝置。另外，本發(fā)明的幾個方式所涉及的目的之一在于提供一種包括上述壓電驅(qū)動裝置的超聲波馬達(dá)。另外，本發(fā)明的幾個方式所涉及的目的之一在于提供一種包括上述超聲波馬達(dá)的機(jī)器人或者泵。

本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能夠作為以下的方式或者應(yīng)用例來實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明所涉及的壓電驅(qū)動裝置的一方式，具備：

振動板；

第一電極層，被設(shè)置于上述振動板的上方；

壓電體層，被設(shè)置于上述第一電極層的上方；

第二電極層，被設(shè)置于上述壓電體層的上方；

絕緣層，被設(shè)置成覆蓋上述第一電極層、上述壓電體層以及上述第二電極層的上表面；以及

布線層，被設(shè)置于上述絕緣層的上方，并與上述第二電極層導(dǎo)通，

在上述第一電極層、上述壓電體層以及上述第二電極層重疊的部分形成有源部，

上述有源部在俯視時具有長邊方向和短邊方向，

在上述短邊方向的兩端，

上述第一電極層的端被配置在與上述布線層的端相同或者比上述布線層的端靠外側(cè)的位置，

上述第二電極層的端被配置在與上述布線層的端相同或者比上述布線層的端靠內(nèi)側(cè)的位置，

上述第一電極層的端被配置在比上述第二電極層的端靠外側(cè)的位置。

在這樣的壓電驅(qū)動裝置中，有源部的短邊方向上的布線層的端部形成在與有源部的端部相同或者比其靠外側(cè)的位置。因此，難以產(chǎn)生布線層的端部中的絕緣破壞。另外，通過布線層能夠補(bǔ)償?shù)诙姌O層的導(dǎo)電性，因此基于壓電體層的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率良好。

在本發(fā)明所涉及的壓電驅(qū)動裝置中，也可以：

在上述長邊方向的至少一端，

上述第一電極層的端被配置在與上述布線層的端相同或者比上述布線層的端靠外側(cè)的位置，

上述第二電極層的端被配置在與上述布線層的端相同或者比上述布線層的端靠內(nèi)側(cè)的位置，

上述第一電極層的端被配置在比上述第二電極層的端靠外側(cè)的位置。

在這樣的壓電驅(qū)動裝置中，有源部的長邊方向上的布線層的至少一個端部形成在與有源部的端部相同或者比其靠外側(cè)的位置。因此，難以產(chǎn)生布線層的端部中的絕緣破壞，耐絕緣性良好。另外，通過布線層能夠補(bǔ)償?shù)诙姌O層的導(dǎo)電性，因此基于壓電體層的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率良好。

在本發(fā)明所涉及的壓電驅(qū)動裝置中，也可以：

上述有源部的上述長邊方向的長度為上述短邊方向的長度的1.001倍以上1000倍以下。

在這樣的壓電驅(qū)動裝置中，難以產(chǎn)生布線層的端部中的絕緣破壞，耐絕緣性良好。另外，通過布線層能夠補(bǔ)償?shù)诙姌O層的導(dǎo)電性，因此基于壓電體層的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率良好。

本發(fā)明所涉及的馬達(dá)的一方式，包括：

上述壓電驅(qū)動裝置；以及

借助于上述壓電驅(qū)動裝置來旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。

這樣的馬達(dá)包括本發(fā)明所涉及的壓電驅(qū)動裝置，因此效率良好，壓電驅(qū)動裝置難以破損，可靠性高。

本發(fā)明所涉及的機(jī)器人的一方式，包括：

多個連桿部；

關(guān)節(jié)部，連接多個上述連桿部；以及

上述壓電驅(qū)動裝置，使多個上述連桿部在上述關(guān)節(jié)部轉(zhuǎn)動。

這樣的機(jī)器人包括本發(fā)明所涉及的壓電驅(qū)動裝置，因此效率良好，壓電驅(qū)動裝置難以破損，可靠性高。

本發(fā)明所涉及的泵的一方式，包括：

上述壓電驅(qū)動裝置；

管，輸送液體；以及

多個指部，通過上述壓電驅(qū)動裝置的驅(qū)動來封閉上述管。

這樣的泵包括本發(fā)明所涉及的壓電驅(qū)動裝置，因此效率良好，壓電驅(qū)動裝置難以破損，可靠性高。

此外，在本說明書中，在特定的部件x的上方(或者下方)配置(或者形成)特定的部件y時，不限定于在部件x的上方(或者下方)直接配置(或者形成)部件y的方式，在不阻礙作用效果的范圍內(nèi)，包括在部件x的上方(或者下方)經(jīng)由其他部件配置(或者形成)部件y的方式。

另外，在本說明書中，“相同”不僅指完全相同，也包括考慮測定誤差而相同的情況以及在不損害功能的范圍內(nèi)相同的情況。因此，“第一電極層的端被配置在與布線層的端相同的位置”之類的表述是指：考慮到測定誤差等，兩者的端的位置的偏差為一方層的兩端之間的長度的±10％以內(nèi)，優(yōu)選為±5％以內(nèi)，更加優(yōu)選為±1％以內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選為±0.5％以內(nèi)，特別優(yōu)選為±0.1％以內(nèi)。

附圖說明

圖1是俯視性的示出實(shí)施方式所涉及的壓電驅(qū)動裝置的振動板的示意圖。

圖2是俯視性的示出實(shí)施方式所涉及的壓電驅(qū)動裝置的示意圖。

圖3是實(shí)施方式所涉及的壓電驅(qū)動裝置的剖面的示意圖。

圖4是實(shí)施方式所涉及的壓電驅(qū)動裝置的剖面的示意圖。

圖5是實(shí)施方式所涉及的壓電元件的示意圖。

圖6是示出實(shí)施方式所涉及的壓電驅(qū)動裝置的等效電路的說明圖。

圖7是示出實(shí)施方式所涉及的壓電驅(qū)動裝置的動作的例子的圖。

圖8是用于對本實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人進(jìn)行說明的圖。

圖9是用于對本實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人的手腕部分進(jìn)行說明的圖。

圖10是用于對本實(shí)施方式所涉及的泵進(jìn)行說明的圖。

圖11是在實(shí)驗(yàn)例中所使用的壓電元件的示意圖。

圖12是示出實(shí)驗(yàn)例的評價結(jié)果的坐標(biāo)圖。

具體實(shí)施方式

以下對本發(fā)明的幾個實(shí)施方式進(jìn)行說明。以下說明的實(shí)施方式是說明本發(fā)明的例子的實(shí)施方式。本發(fā)明不受以下實(shí)施方式任何限定，也包括在不變更本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)實(shí)施的各種變形方式。此外，未必以下說明的結(jié)構(gòu)全部是本發(fā)明的必要結(jié)構(gòu)。

1.壓電驅(qū)動裝置的概要

本實(shí)施方式的壓電驅(qū)動裝置100至少具備振動板200、第一電極層130、壓電體層140、第二電極層150、絕緣層240以及布線層250。而且，在第一電極層130、壓電體層140以及第二電極層150重疊的部分形成有源部160。

圖1是俯視性的示出振動板200的示意圖。圖2是俯視性的示出壓電驅(qū)動裝置100的簡要結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是壓電驅(qū)動裝置100的剖面的示意圖。圖3相當(dāng)于圖2的1a-1a剖面。圖4是壓電驅(qū)動裝置100的剖面的示意圖。圖4相當(dāng)于圖2的1b-1b剖面。并且，在圖2所示的俯視圖中，關(guān)于圖3、圖4所示的絕緣層240、布線層250，省略圖示。本實(shí)施方式的壓電驅(qū)動裝置100由第一電極層130、壓電體層140以及第二電極層150構(gòu)成壓電元件110。

1.1.振動板

如圖1所示，振動板200具備振動體210和支承部220(固定部221和連接部222、223)。在圖1中，為了容易區(qū)分振動體210與支承部220，對振動體210標(biāo)注了陰影線，而未對支承部220(固定部221和連接部222、223)標(biāo)注陰影線。

振動體210具有包含第一邊211、第二邊212、第三邊213以及第四邊214四條邊的長方形形狀。第一邊211與第二邊212互為對邊，第三邊213與第四邊214互為對邊。第三邊213和第四邊214分別連結(jié)第一邊211與第二邊212之間，比第一邊長。兩個連接部222、223分別被設(shè)置于固定部221的端部，并與振動體210的第三邊213和第四邊214各自的中央的位置連接。

振動體210與支承部220在振動體210的長邊的大致中央連接。將支承部220中的與振動體210連接的端部稱為“第一連接部222”、“第二連接部223”、將第一連接部222、第二連接部223以外的部分稱為“固定部221”。此外，在不區(qū)分第一連接部222與第二連接部223的情況下，也將“第一連接部222”、“第二連接部223”分別稱為“連接部222”、“連接部223”。

固定部221以從第一連接部222繞第二邊212側(cè)到達(dá)第二連接部223的方式被配置于比第一邊211接近第二邊212的側(cè)。振動體210和支承部220由1片硅基板一體形成。具體而言，通過對形成有壓電元件110的硅基板進(jìn)行蝕刻，形成各個振動板200的形狀，并形成振動體210與支承部220之間的間隙205。由此，振動體210和支承部220(固定部221和連接部222、223)一體形成。

振動體210的長度l(第三邊213以及第四邊214的長度)與寬度w(第一邊211以及第二邊212的長度)之比雖不特別限定，但l:w＝約9:1～約6:4左右，優(yōu)選l:w＝約7：2左右。若為該程度的比的值，則振動體210進(jìn)行沿其平面向左右彎曲的超聲波振動，因而優(yōu)選。振動體210的長度l例如能夠?yàn)?.1mm以上30mm以下的范圍，寬度w例如能夠?yàn)?.02mm以上9mm以下的范圍。此外，從小型化的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選振動體210的長度l為50mm以下。

在振動體210的第一邊211上形成有凹部216。在凹部216中嵌入并接合(通常為粘合)能夠與被驅(qū)動部件接觸的接觸件20。接觸件20是用于與被驅(qū)動部件接觸來對被驅(qū)動部件施加力的部件。接觸件20例如由陶瓷(具體而言為氧化鋁(al2o3)、氧化鋯(zro2)、氮化硅(si3n)等)等具有耐久性的材質(zhì)形成。

此外，振動板200例如可以由硅振動板200和設(shè)置于硅振動板200上的基底層構(gòu)成?；讓永鐬榻^緣層?；讓永缈梢杂稍O(shè)置于硅振動板200上的氧化硅層與設(shè)置于氧化硅層上的氧化鋯層的層疊體構(gòu)成。

振動板200具有平板狀的形狀。如圖1所示，振動板200的振動體210是具有長邊方向和與長邊方向正交的短邊方向的形狀。在圖示的例子中，振動板200的振動體210的俯視形狀為長方形。長邊方向是長邊延伸的方向，短邊方向是短邊延伸的方向。在振動體210設(shè)置有后述的壓電元件(第一電極層130、壓電體層140以及第二電極層150的層疊結(jié)構(gòu))，該壓電元件能夠因驅(qū)動而變形以及振動。振動體210的俯視的形狀在圖示的例子中為矩形形狀，但不特別限定。另外，振動體210的大小、厚度也不特別限定。

振動板200作為用于通過膜形成工藝形成第一電極層130、壓電體層140以及第二電極層150的基板來使用。并且，振動板200的振動體210還具有作為進(jìn)行機(jī)械式振動的振動板的功能。振動板200除了硅之外，也可以由al2o3、zro2等形成。作為硅制的振動板200(也稱為“硅振動板200”。)，例如能夠利用半導(dǎo)體制造用的硅晶圓。

振動板200的厚度例如優(yōu)選為10μm以上100μm以下的范圍。若振動板200的厚度為10μm以上，則在振動板200上的成膜處理時能夠比較容易地對振動板200進(jìn)行處理。此外，若振動板200的厚度為50μm以上，則能夠更加容易地對振動板200進(jìn)行處理。另外，若振動板200(振動體210)的厚度為100μm以下，則能夠根據(jù)由薄膜形成的壓電體層140的伸縮，更加容易地使振動體210振動。

在振動板200形成有導(dǎo)電體(電極等)、電介質(zhì)、壓電體、絕緣體等的層。振動板200的厚度無需均勻。例如，振動板200的連接部222、223的厚度可以小于振動體210、支承部220的厚度。另外，也可以振動板200的特定部分與其他部分的厚度不同。這樣的構(gòu)造例如在振動板200由硅基板形成的情況下能夠比較容易地形成。

1.2.壓電元件

如圖2～圖4所示，壓電元件110被設(shè)置于振動板200的振動體210的上方。壓電元件110具備第一電極層130、形成于第一電極層130的上方的壓電體層140以及形成于壓電體層140的上方的第二電極層150，第一電極層130與第二電極層150夾持壓電體層140。

壓電元件110具有第一電極層130、壓電體層140以及第二電極層150重疊的部分(俯視時重疊的部分)，通過從第一電極層130以及第二電極層150施加電場(電壓)，在該部分中，壓電體層140變形(機(jī)電轉(zhuǎn)換)。在本說明書中，將該部分定義為有源部160。

在本實(shí)施方式中，壓電驅(qū)動裝置100包括5個壓電元件110a、110b、110c、110d、110e作為壓電元件110。壓電元件110e形成為大致長方形形狀，在振動體210的寬度方向的中央，沿著振動體210的長邊方向形成。并且，壓電元件110a、110b、110c、110d形成于振動體210的四個角的位置，呈大致長方形的形狀。此外，雖然在圖2中示出了壓電元件110形成于振動體210的一個表面的例子，但是壓電元件110也可以形成于振動體210的兩個表面。在該情況下，例如一個表面的壓電元件110a～110e與另一個表面的壓電元件110a～110e被配置于以振動體210為對稱面的對稱位置。

在本實(shí)施方式中，有源部160在俯視時具有長邊方向和短邊方向。在圖示的例子中，在俯視時沿著壓電元件的長方形的長邊的方向?yàn)殚L邊方向，沿著短邊的方向?yàn)槎踢叿较颉Ｓ性床?60的長邊方向的長度為短邊方向的長度的1.001倍以上1000倍以下，優(yōu)選為1.1倍以上100倍以下，更加優(yōu)選為2倍以上10倍以下。在有源部160具有該范圍內(nèi)的尺寸的情況下，耐絕緣性的提高效果更為顯著。此外，有源部160也可以在俯視時呈正方形，在該情況下，方便起見，也可以將與相鄰的邊平行的方向分別作為長邊方向以及短邊方向來處理。

壓電元件110通過第一電極層130、壓電體層140以及第二電極層150的組而構(gòu)成于振動板200的振動體210的上方，只要振動體210能夠產(chǎn)生規(guī)定的振動，所涉及的壓電元件110的形狀、數(shù)量、配置等任意。而且，通過對由圖3、圖4所示那樣的布線層250等連接的第一電極層130以及/或者第二電極層150施加適當(dāng)?shù)碾妷?，各個壓電元件被驅(qū)動，從而能夠使振動板200彎曲振動或伸縮振動。

1.2.1.第一電極層

第一電極層130被設(shè)置于振動板200的振動體210的上方。在第一電極層130與振動板200之間，例如也可以形成具有緊貼、結(jié)晶控制、取向控制、絕緣等功能的層。

第一電極層130可以形成于振動體210的整個面，也可以形成于振動體210的一部分。在圖2所示的例子中，第一電極層130在振動板200的振動體210以及連接部222、223的上方幾乎整個面地形成。

第一電極層130的設(shè)置于振動體210的區(qū)域的一部分或者全部與第二電極層150對置配置，在該部分中，作為壓電元件110的一個電極來發(fā)揮作用。

第一電極層130的厚度例如為10nm以上1μm以下，優(yōu)選為20nm以上800nm以下，更加優(yōu)選為30nm以上500nm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為50nm以上300nm以下。

第一電極層130由金屬、合金、導(dǎo)電性氧化物等具有導(dǎo)電性的材質(zhì)形成。作為第一電極層130的材質(zhì)的具體例子，可以列舉出鎳、銥、白金、ti、ta、sr、in、sn、au、al、fe、cr、cu等各種金屬、它們的導(dǎo)電性氧化物(例如氧化銥等)、鍶與釕的復(fù)合氧化物(srruox：sro)、鑭與鎳的復(fù)合氧化物(laniox：lno)等。另外，第一電極層130可以是例示的材料的單層構(gòu)造，也可以是層疊有多種材料的構(gòu)造。第一電極層130能夠通過半導(dǎo)體制造等中的通用方法來進(jìn)行蝕刻、圖案化。

1.2.2.壓電體層

壓電體層140被設(shè)置于振動板200的振動體210的上方的第一電極層130的上方。在第一電極層130與壓電體層140之間，例如可以形成具有緊貼、結(jié)晶控制、取向控制、絕緣等功能的層。在此，作為設(shè)置緊貼層的情況下的緊貼層的材質(zhì)，例如為tiw層、ti層、cr層、nicr層或它們的層疊體。

壓電體層140位于第一電極層130與第二電極層150之間。壓電體層140可以形成于第一電極層130的整個面的上方，也可以形成于一部分的上方。另外，壓電體層140也可以形成于未形成有第一電極層130的振動板200的上方。在圖2～圖4所示的例子中，壓電體層140形成于振動板200的振動體210的第一電極層130的上方。

另外，壓電體層140也可以被設(shè)置于連接部222、223的上方。在該情況下，例如，若在連接部222、223構(gòu)成壓電體層，則存在阻礙振動體210的振動的情況，因此優(yōu)選考慮這種情況來設(shè)置。而且，在壓電體層140設(shè)置于連接部222、223的上方的情況且不構(gòu)成壓電元件的情況下，優(yōu)選考慮振動板200的連接部222、223的厚度或壓電體層140的厚度來設(shè)置，以使連接部222、223的剛性不過高。在圖2～圖4所示的例子中，壓電體層140被圖案化，不構(gòu)成壓電元件的部分被除去。

在圖示的例子中，壓電體層140的俯視形狀為長方形。但是，壓電體層140也可以不被圖案化，例如，也可以在振動板200上或者振動體210上整個面地形成。即便在該情況下，也能夠根據(jù)第一電極層130與第二電極層150的位置關(guān)系來規(guī)定有源部160。對于壓電體層140而言，在被第一電極層130以及第二電極層150夾持的部分(有源部160)構(gòu)成壓電元件，能夠通過從兩電極施加電壓根據(jù)機(jī)電轉(zhuǎn)換的作用而變形。

壓電體層140的厚度例如為50nm以上20μm以下，優(yōu)選為1μm以上7μm以下。像這樣，壓電元件110為薄膜壓電元件。若壓電體層140的厚度在該范圍內(nèi)，則壓電驅(qū)動裝置100的輸出充分，即便欲提高輸出而提高對壓電體層140的施加電壓，壓電體層140也難以引起絕緣破壞。另外，若壓電體層140的厚度在該范圍內(nèi)，則在壓電體層140難以產(chǎn)生裂紋，而且驅(qū)動電壓也難以上升。而且，若壓電體層140的厚度在該范圍內(nèi)，則能夠產(chǎn)生充分大的力，并且能夠使壓電驅(qū)動裝置100小型化。

作為壓電體層140的材質(zhì)，可以舉出鈣鈦礦型氧化物的壓電材料。具體而言，壓電體層140的材質(zhì)例如為鋯鈦酸鉛(pb(zr、ti)o3：pzt)、鈮酸鈦酸鋯酸鉛(pb(zr、ti、nb)o3：pztn)、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鈮酸鉀、鈮酸鋰、鉭酸鋰、鎢酸鈉、氧化鋅、鈦酸鍶鋇(bst)、鉭酸鍶鉍(sbt)，偏鈮酸鉛、鋅鈮酸鉛、鈧鈮酸鉛等。

壓電體層140也可以使用陶瓷之外的呈現(xiàn)壓電效果的材料、例如聚偏氟乙烯、水晶等來形成。它們之中，作為壓電體層140的材質(zhì)，pzt以及pztn因壓電特性良好而特別優(yōu)選。壓電體層140能夠通過半導(dǎo)體制造等中的通用方法來進(jìn)行蝕刻、圖案化。壓電體層140能夠進(jìn)行機(jī)電轉(zhuǎn)換，能夠通過由第一電極層130以及第二電極層150施加電壓(電場)來變形(伸縮)。

1.2.3.第二電極層

第二電極層150被設(shè)置于壓電體層140的上方。在第二電極層150與壓電體層140之間例如可以形成具有緊貼、結(jié)晶控制、取向控制、絕緣等功能的層。在此，作為在設(shè)置緊貼層的情況下的緊貼層的材質(zhì)，例如為tiw層、ti層、ni層、cr層、nicr層或它們的層疊體。

第二電極層150的設(shè)置于振動體210的區(qū)域的一部分或者全部與第一電極層130對置配置，在該部分中，第二電極層150作為壓電元件110的一個電極來發(fā)揮作用。

第二電極層150與第一電極層130以及壓電體層140構(gòu)成組，只要能夠形成壓電元件110，也可以形成于振動體210的整個面。即，若第一電極層130被圖案化，則即便第二電極層150形成于振動體210的整個面，也能夠構(gòu)成規(guī)定的壓電元件的組。即，在圖示的例子中，第一電極層130為多個壓電元件的共用電極，第二電極層150為多個壓電元件的獨(dú)立電極，但也可以構(gòu)成為第二電極層150為多個壓電元件的共用電極，第一電極層130為多個壓電元件的獨(dú)立電極。

如圖2～圖4所示，第二電極層150的俯視形狀為長方形。并且，在圖示的例子中，第一電極層130為共用電極，在振動板200的上方整個面地設(shè)置。因此，對壓電體層140施加電場(電壓)的區(qū)域即有源部160，由第二電極層150的形狀來規(guī)定。另外，雖然未圖示，例如在對第一電極層130圖案化來形成并使第二電極層150為共用電極的情況下，有源部160由第一電極層130的形狀來規(guī)定。

第二電極層150的厚度例如為50nm以上10μm以下。第二電極層150例如為cu層、au層、al層、ni層或者它們的層疊體。

1.3.絕緣層

如圖3、圖4所示，絕緣層240被設(shè)置為覆蓋壓電元件110。絕緣層240被設(shè)置于布線層250與壓電元件110之間。在圖示的例子中，絕緣層240被設(shè)置于第一電極層130的上表面、壓電體層140的側(cè)面以及第二電極層150的上表面及側(cè)面。絕緣層240也可以被設(shè)置于各電極與布線層250之間。絕緣層240具有對電極、布線進(jìn)行絕緣的功能。

絕緣層240的材質(zhì)例如為氧化硅(siox)、氧化鋁(alox)、氧化鉭(taox)、氧化鉿(hfox)、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂等，也可以是上述材質(zhì)的層的層疊結(jié)構(gòu)。另外，在絕緣層240中，能夠在規(guī)定的位置形成接觸孔，能夠通過利用半導(dǎo)體制造等中的通用方法形成導(dǎo)通孔來進(jìn)行規(guī)定的布線的連接(接觸)。

絕緣層240的厚度(布線層250與壓電元件110(第二電極層150)之間的間隔)例如為1μm以上10μm以下。若在該范圍內(nèi)，則壓電驅(qū)動裝置100的厚度不會過大，振動體210的振動難以被絕緣層240阻礙，并且能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。

1.4.布線層

布線層250被設(shè)置于絕緣層240的上方。布線層250經(jīng)由接觸部251與第二電極層150電連接(導(dǎo)通)。布線層250例如由鈦鎢層以及設(shè)置于鈦鎢層上的銅層構(gòu)成。布線層250也可以還具有設(shè)置于鈦鎢層與絕緣層240之間的導(dǎo)電性的緊貼層。該緊貼層那樣的導(dǎo)電性的層能夠視為布線層250。接觸部251也可以相對于一個壓電元件110設(shè)置有多個。

布線層250與第二電極層150導(dǎo)通，從而第二電極層150的導(dǎo)電性提高。即，利用布線層250來補(bǔ)償?shù)诙姌O層150的導(dǎo)電性。因此，基于壓電體層140的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率良好。在圖示的例子中，布線層250與第二電極層150的厚度為相同程度，但根據(jù)需要，布線層250能夠形成得比第二電極層150厚。布線層250的厚度例如為50nm以上10μm以下，優(yōu)選為100nm以上5μm以下，更加優(yōu)選為200nm以上3μm以下，若具有該程度的厚度，則能夠確保充分的導(dǎo)電性。

布線層250能夠被適當(dāng)?shù)貓D案化而構(gòu)成布線。例如，布線層250能夠形成布線，另外，也可以形成未圖示的焊盤(用于與外部連接的端子)等。

另外，如圖2、圖3所示，布線層250可以以覆蓋第二電極層150的方式形成于第二電極層150上方。在圖2、圖3所示的例子中，布線層250與第二電極層150經(jīng)由多個形成于接觸孔的接觸部251電連接。這樣一來，能夠通過布線層250來補(bǔ)償?shù)诙姌O層150的導(dǎo)電性。另外，據(jù)此，布線層250還能夠與第二電極層150一同作為壓電元件的一個電極來發(fā)揮作用。這樣一來，布線層250的導(dǎo)電性良好，因此能夠提高壓電元件的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，并能夠提高壓電驅(qū)動裝置100的可靠性。

布線層250的材質(zhì)不特別限定，例如由鎳、銥、白金、ti、ta、sr、in、sn、au、al、fe、cr、cu等各種金屬、它們的合金等導(dǎo)電性的材料形成。對于布線層250而言，能夠通過半導(dǎo)體制造等中的通用方法來進(jìn)行蝕刻、圖案化。另外，針對接觸部251，也能夠利用半導(dǎo)體制造等中的通用方法來進(jìn)行。

而且，雖然未圖示，但也可以在布線層250的上方設(shè)置有第二絕緣層。第二絕緣層的材質(zhì)可以與絕緣層240相同。第二絕緣層的厚度可以大于絕緣層240的厚度。而且，雖然未圖示，但也可以在第二絕緣層之上設(shè)置有第二布線層。第二布線層的材質(zhì)可以與布線層250相同。第二絕緣層、第二布線層等能夠根據(jù)布線的設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。

2.第一電極層、第二電極層以及布線層的配置

本實(shí)施方式的壓電驅(qū)動裝置100的第一電極層130、第二電極層150以及布線層250按照以下的方式配置(形成)。圖5是俯視觀察本實(shí)施方式的壓電元件110的示意圖以及剖切其長邊方向或者短邊方向的剖面的示意圖。在圖5中，對有源部160標(biāo)注了陰影線。

圖5的(a)～(e)所示的壓電元件110分別表示圖2中的壓電元件110a、110b、110c、110d、110e中的任意一個的一個例子，長邊方向以及短邊方向的比例尺能夠適當(dāng)?shù)馗淖?。如圖5的(a)～(e)所示，本實(shí)施方式的壓電驅(qū)動裝置100的壓電元件110的有源部160在俯視時具有長邊方向和短邊方向。

根據(jù)發(fā)明人們的研究可知：通常在形成了在俯視時具有長邊方向和短邊方向的有源部160的情況下，在俯視時的短邊方向的兩端容易產(chǎn)生絕緣破壞，而在長邊方向的端部難以產(chǎn)生絕緣破壞。根據(jù)這種見解，本實(shí)施方式的壓電元件110的第一電極層130、第二電極層150以及布線層250按照以下的方式配置(形成)。

如圖5的(a)～(e)所示，在本實(shí)施方式的壓電元件110的有源部160的俯視時的短邊方向(圖中的上下方向)的兩端，第一電極層130的端被配置在與布線層250的端相同(參照(c))或者比布線層250的端靠外側(cè)(參照(a)、(b)、(d)、(e))的位置，第二電極層150的端被配置在與布線層250的端相同(參照(b))或者比布線層250的端靠內(nèi)側(cè)(參照(a)、(c)、(d)、(e))的位置，第一電極層130的端被配置在比第二電極層150的端靠外側(cè)(參照(a)～(e))的位置。

在此，在本實(shí)施方式的壓電元件110中，第一電極層130的端被配置在比第二電極層150的端靠外側(cè)的位置，由此，在壓電體層140中難以產(chǎn)生裂紋。

另外，在本實(shí)施方式的壓電元件110中，在有源部160的俯視時的短邊方向的兩端，布線層250的端位于與第一電極層130的端以及第二電極層150的端的任意一方相同的位置，另外，位于第一電極層130的端與第二電極層150的端之間。由此，在俯視時的有源部160的短邊方向的兩端難以產(chǎn)生絕緣破壞。

另一方面，對于俯視時的有源部160的長邊方向的端，無需采取上述那樣的配置。例如，在圖5的(d)中，在本實(shí)施方式的壓電元件110的有源部160的俯視時的長邊方向的一端(圖中的左方)，第一電極層130的端被配置在比布線層250的端靠內(nèi)側(cè)的位置。并且，在圖5的(e)中，在本實(shí)施方式的壓電元件110的有源部160的俯視時的長邊方向的兩端(圖中的左右方向)，第一電極層130的端被配置在比布線層250的端靠內(nèi)側(cè)的位置。如上所述，難以產(chǎn)生長邊方向的端中的絕緣破壞，因此即便為圖5的(d)以及圖5的(e)的配置，也能夠起到抑制短邊方向的兩端中的絕緣破壞的效果。

但是，若關(guān)于有源部160的長邊方向上的配置，也像在圖5的(a)～(c)中說明過的短邊方向的配置那樣，在壓電元件110的有源部160的俯視時的長邊方向的至少一端，第一電極層130的端被配置在與布線層250的端相同或者比布線層250的端靠外側(cè)的位置，第二電極層150的端被配置在與布線層250的端相同或者比布線層250的端靠內(nèi)側(cè)的位置，第一電極層130的端被配置在比第二電極層150的端靠外側(cè)的位置，則布線層250的長邊方向的端部中的絕緣破壞也更加難以產(chǎn)生，因而更加優(yōu)選。此外，在布線層250的上方進(jìn)一步層疊第二布線層的情況下，所述的第二布線層的端部的配置不特別限制。

3.作用效果

對于本實(shí)施方式的壓電驅(qū)動裝置100而言，有源部160的短邊方向上的布線層250的端部形成在與有源部160的端部相同或比其靠外側(cè)的位置。因此，難以產(chǎn)生布線層250的端部中的絕緣破壞。另外，通過布線層250能夠補(bǔ)償?shù)诙姌O層150的導(dǎo)電性，因此基于壓電體層140的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率良好。另外，在壓電驅(qū)動裝置100中，在有源部160的長邊方向上的布線層250的至少一方的端部形成在與有源部160的端部相同或比其靠外側(cè)的位置的情況下，布線層250的端部中的絕緣破壞也更加難以產(chǎn)生，因此能夠進(jìn)一步使耐絕緣性良好。

4.壓電驅(qū)動裝置的動作以及馬達(dá)

圖6是表示壓電驅(qū)動裝置100的等效電路的說明圖。圖6所示的等效電路以使一個壓電驅(qū)動裝置100動作的電路為例進(jìn)行圖示。壓電元件110分為三組。第一組具有兩個壓電元件110a、110d。第二組具有兩個壓電元件110b、110c。第三組僅具有一個壓電元件110e。第一組的壓電元件110a、110d相互并聯(lián)連接，并與驅(qū)動電路300連接。第二組的壓電元件110b、110c相互并聯(lián)連接，并與驅(qū)動電路300連接。第三組的壓電元件110e單獨(dú)與驅(qū)動電路300連接。

驅(qū)動電路300能夠通過對5個壓電元件110a～110e中的規(guī)定的壓電元件、例如第一組的壓電元件110a、110d的第一電極層130與第二電極層150之間施加周期性變化的交流電壓或者脈動電壓，使壓電驅(qū)動裝置100超聲波振動，從而使與接觸件20接觸的轉(zhuǎn)子(被驅(qū)動體、被驅(qū)動部件)向規(guī)定的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。在此，“脈動電壓”是指對交流電壓施加了dc偏移的電壓，脈動電壓的電壓(電場)的方向是從一個電極朝向另一個電極的單方向。與從第一電極層130朝向第二電極層150相比，電流的方向優(yōu)選為從第二電極層150朝向第一電極層130。另外，能夠通過對第二組的壓電元件110b、110c的第一電極層130與第二電極層150之間施加交流電壓或者脈動電壓，使與接觸件20接觸的轉(zhuǎn)子50向相反方向旋轉(zhuǎn)。

圖7是表示壓電驅(qū)動裝置100的動作的例子的說明圖。壓電驅(qū)動裝置100的接觸件20與作為被驅(qū)動部件的轉(zhuǎn)子50的外周接觸。在圖7所示的例子中，對第一組的兩個壓電元件110a、110d施加交流電壓或者脈動電壓，壓電元件110a、110d沿圖7的箭頭x的方向伸縮。據(jù)此，壓電驅(qū)動裝置100的振動體210在振動體210的平面內(nèi)彎曲并變形為蜿蜒形狀(s字形狀)，接觸件20的前端沿箭頭y的方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，或者進(jìn)行橢圓運(yùn)動。其結(jié)果是，轉(zhuǎn)子50繞其中心51向規(guī)定的方向z(在圖7中為順時針方向)旋轉(zhuǎn)。此外，在驅(qū)動電路300對第二組的兩個壓電元件110b、110c(參照圖2)施加交流電壓或者脈動電壓的情況下，轉(zhuǎn)子50向相反方向旋轉(zhuǎn)。此外，若對中間的壓電元件110e施加交流電壓或者脈動電壓，則壓電驅(qū)動裝置100沿長邊方向伸縮，因而能夠進(jìn)一步增大從接觸件20對轉(zhuǎn)子50施加的力。此外，針對壓電驅(qū)動裝置100的這樣的動作，記載于上述現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)1(日本特開2004-320979號公報或者對應(yīng)的美國專利第7224102號)中，其公開內(nèi)容通過參照而引入。

此外，雖然省略圖示，壓電驅(qū)動裝置100能夠在振動板200的厚度方向上重疊多個。通過重疊多個壓電驅(qū)動裝置100，并使各自的接觸件20與轉(zhuǎn)子50抵接，從而能夠進(jìn)一步增大對轉(zhuǎn)子50施加的力。另外，也能夠在轉(zhuǎn)子50的外周面的周向上配置多個壓電驅(qū)動裝置100，從而能夠進(jìn)一步增大對轉(zhuǎn)子50施加的力。

5.機(jī)器人

圖8是用于對利用了壓電驅(qū)動裝置100的機(jī)器人2050進(jìn)行說明的圖。機(jī)器人2050具有具備多根連桿部2012(也稱為“連桿部件”)和將上述連桿部2012之間以能夠轉(zhuǎn)動或者彎曲的狀態(tài)連接的多個關(guān)節(jié)部2020的臂2010(也稱為“臂部”)。

在各個關(guān)節(jié)部2020中內(nèi)置有壓電驅(qū)動裝置100，能夠使用壓電驅(qū)動裝置100來使關(guān)節(jié)部2020轉(zhuǎn)動或者彎曲任意的角度。在臂2010的前端連接有機(jī)器人手部2000。機(jī)器人手部2000具備一對把持部2003。在機(jī)器人手部2000中也內(nèi)置有壓電驅(qū)動裝置100，能夠使用壓電驅(qū)動裝置100開閉把持部2003來把持物品。另外，在機(jī)器人手部2000與臂2010之間也設(shè)置有壓電驅(qū)動裝置100，能夠使用壓電驅(qū)動裝置100來使機(jī)器人手部2000相對于臂2010旋轉(zhuǎn)。

圖9是用于對圖8所示的機(jī)器人2050的手腕部分進(jìn)行說明的圖。手腕的關(guān)節(jié)部2020夾持手腕轉(zhuǎn)動部2022，手腕的連桿部2012以能夠繞手腕轉(zhuǎn)動部2022的中心軸o轉(zhuǎn)動的方式安裝于手腕轉(zhuǎn)動部2022。手腕轉(zhuǎn)動部2022具備壓電驅(qū)動裝置100，壓電驅(qū)動裝置100使手腕的連桿部2012以及機(jī)器人手部2000繞中心軸o轉(zhuǎn)動。在機(jī)器人手部2000豎立設(shè)置有多個把持部2003。把持部2003的基端部能夠在機(jī)器人手部2000內(nèi)移動，在該把持部2003的根部搭載有壓電驅(qū)動裝置100。因此，通過使壓電驅(qū)動裝置100動作，能夠使把持部2003移動從而把持對象物。此外，作為機(jī)器人，并不局限于單臂機(jī)器人，也能夠?qū)㈦婒?qū)動裝置100應(yīng)用于臂的數(shù)量為兩個以上的多臂機(jī)器人。

本實(shí)施方式的機(jī)器人2050以及機(jī)器人手部2000包括上述的壓電驅(qū)動裝置100，因此壓電驅(qū)動裝置100難以產(chǎn)生絕緣破壞，可靠性提高。

6.泵

圖10是用于對利用了壓電驅(qū)動裝置100的輸液泵2200的一個例子進(jìn)行說明的圖。輸液泵2200在外殼2230內(nèi)設(shè)置有貯存器2211、管2212、壓電驅(qū)動裝置100、轉(zhuǎn)子2222、減速傳動機(jī)構(gòu)2223、凸輪2202以及多個指部2213、2214、2215、2216、2217、2218、2219。

貯存器2211是用于收納作為輸送對象的液體的收納部。管2212是用于輸送從貯存器2211送出的液體的管。壓電驅(qū)動裝置100的接觸件20以按壓于轉(zhuǎn)子2222的側(cè)面的狀態(tài)設(shè)置，壓電驅(qū)動裝置100旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)子2222。轉(zhuǎn)子2222的旋轉(zhuǎn)力經(jīng)由減速傳動機(jī)構(gòu)2223傳遞至凸輪2202。指部2213～2219是用于封閉管2212的部件。若凸輪2202旋轉(zhuǎn)，則指部2213～2219依次被凸輪2202的突起部2202a向輻射方向外側(cè)按壓。指部2213～2219從輸送方向上游側(cè)(貯存器2211側(cè))起依次封閉管2212。由此，管2212內(nèi)的液體依次向下游側(cè)輸送。這樣一來，能夠精度良好地輸送極少量的液體，并且能夠?qū)崿F(xiàn)小型的輸液泵2200。

此外，各部件的配置并不局限于圖示的配置。另外，也可以不具備指部等部件，而是設(shè)置于轉(zhuǎn)子2222的球體等封閉管2212的結(jié)構(gòu)。上述那樣的輸液泵2200能夠應(yīng)用于將胰島素等藥液向人體給藥的給藥裝置等。如上所述，通過使用壓電驅(qū)動裝置100，壓電驅(qū)動裝置100難以產(chǎn)生絕緣破壞，從而能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的輸液泵2200。

7.實(shí)驗(yàn)例

以下，示出實(shí)驗(yàn)例，對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限定于這些實(shí)驗(yàn)例。

分別各制作了40個相當(dāng)于上述的本發(fā)明所涉及的壓電元件110的試樣(滿足第一電極層130、第二電極層150以及布線層250的配置條件的試樣)以及不滿足本發(fā)明的壓電元件的條件的試樣。對于任一個試樣，均分別在硅基板上使用pt作為第一電極層、使用pzt作為壓電體層、使用pt作為第二電極層、使用al2o3作為絕緣層、使用cu作為布線層，并利用接觸部使第二電極層與布線層導(dǎo)通。

在實(shí)驗(yàn)例中，制作圖5的(a)～(e)所示的滿足第一電極層130、第二電極層150以及布線層250的配置條件的試樣和圖11的(a)～(f)所示的不滿足第一電極層130、第二電極層150以及布線層250的配置條件的試樣來進(jìn)行了評價。圖11是俯視觀察實(shí)驗(yàn)例所使用的試樣的示意圖以及剖切其長邊方向的剖面的示意圖。在圖11中，對有源部160標(biāo)注了陰影線。第二電極層以及布線層的圖案化以圖5以及圖11所示的形狀進(jìn)行，形成了矩形(長方形形狀)的有源部。它們是根據(jù)半導(dǎo)體制造的通用方法而制作的。

作為各試樣的評價，在室溫下對n＝40的試樣分別施加正弦波20khz、振幅100v(0～+100v)的耐久波形300小時，調(diào)查了(絕緣)破壞產(chǎn)生率相對于施加時間的關(guān)系。此外，在將各試樣的壓電元件應(yīng)用于壓電驅(qū)動裝置的情況下，存在以較高的頻率以及較低的電壓來驅(qū)動的情況，但在進(jìn)行加速試驗(yàn)的意圖下，像上述那樣設(shè)定頻率以及電壓。

評價基準(zhǔn)如下，在圖5以及圖11中一并記載了評價結(jié)果。

◎：經(jīng)過300小時后的絕緣破壞率為0～2％

○：經(jīng)過300小時后的絕緣破壞率為2～10％

δ：經(jīng)過300小時后的絕緣破壞率為10～50％

×：經(jīng)過300小時后的絕緣破壞率為50～100％

另外，利用光學(xué)顯微鏡對產(chǎn)生了絕緣破壞的試樣的破壞位置進(jìn)行了觀察?？芍涸诰哂袌D5的(a)～(e)所示的結(jié)構(gòu)的試樣中，產(chǎn)生了絕緣破壞的試樣全部在接觸部產(chǎn)生破壞。另外，可知：圖11的(a)～(f)所示的試樣雖然大多產(chǎn)生了破壞，但是產(chǎn)生破壞的試樣全部在有源部的短邊方向的布線層的端部產(chǎn)生破壞。

如上所述，明確了在滿足本發(fā)明的第一電極層130、第二電極層150以及布線層250的配置條件的試樣中，有源部160的短邊方向的布線層250的端部處的破壞被抑制，耐絕緣性高。

圖12是表示實(shí)驗(yàn)例的幾個方式的壓電元件的評價結(jié)果的一部分的坐標(biāo)圖。圖12的坐標(biāo)圖的縱軸是絕緣破壞的產(chǎn)生率(40個中破壞的試樣的個數(shù)的比例)，橫軸表示脈沖施加時間。

如圖12所示，明確了在滿足本發(fā)明的第一電極層130、第二電極層150以及布線層250的配置條件的試樣(在坐標(biāo)圖中，在橫軸上繪制的試樣)(標(biāo)注有圖5的(a)、(d)、(e)的附圖標(biāo)記)中，長期不會產(chǎn)生絕緣破壞，可靠性極其良好。與此相對，明確了在不滿足本發(fā)明的第一電極層130、第二電極層150以及布線層250的配置條件的試樣(在坐標(biāo)圖中，標(biāo)注有圖11的(b)、(d)、(e)、(f)的附圖標(biāo)記)中，長期則產(chǎn)生絕緣破壞，可靠性不好。

本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式，還能夠進(jìn)行各種變形。例如，本發(fā)明包括與實(shí)施方式中說明過的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)為相同結(jié)構(gòu)(功能、方法以及結(jié)果相同的結(jié)構(gòu)，或者目的以及效果相同的結(jié)構(gòu))。另外，本發(fā)明包括置換了實(shí)施方式中說明過的結(jié)構(gòu)的非本質(zhì)的部分的結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明包括能夠起到與實(shí)施方式中說明過的結(jié)構(gòu)相同的作用效果的結(jié)構(gòu)或者實(shí)現(xiàn)相同的目的的結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明包括對實(shí)施方式中說明過的結(jié)構(gòu)附加公知技術(shù)的結(jié)構(gòu)。

附圖標(biāo)記說明：20…接觸件；50…轉(zhuǎn)子；51…中心；100…壓電驅(qū)動裝置；110、110a、110b、110c、110d、110e…壓電元件；130…第一電極層；140…壓電體層；150…第二電極層；200…振動板；205…間隙；210…振動體；211…第一邊；212…第二邊；213…第三邊；214…第四邊；216…凹部；220…支承部；221…固定部；222…第一連接部；223…第二連接部；240…絕緣層；250…布線層；251…接觸部；300…驅(qū)動電路；2000…機(jī)器人手部；2003…把持部；2010…臂；2012…連桿部；2020…關(guān)節(jié)部；2022…手腕轉(zhuǎn)動部；2050…機(jī)器人；2200…輸液泵；2202…凸輪；2202a…突起部；2211…貯存器；2212…管；2213、2214、2215、2216、2217、2218、2219…指部；2222…轉(zhuǎn)子；2223…減速傳動機(jī)構(gòu)；2230…外殼。