JP2024062199A - 振動型アクチュエータ、光学機器および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電素子と弾性体の電気的接触が十分に確保された振動型アクチュエータを提供する。【解決手段】 上述の課題を解決する振動型アクチュエータは、圧電素子を構成する板状の圧電材料が圧電材料の厚み方向に貫通するスルーホールおよびスルーホールに充填されたスルーホール電極を有し、スルーホール電極は、前記弾性体側に開口する前記スルーホールの第１の開口部から突出した突出部を有しており、第１の開口部側の前記圧電材料の表面には、前記スルーホール電極と導通する接地電極が設けられており、スルーホール電極と前記弾性体が導通していることを特徴とする。【選択図】 図２

Description

本発明は超音波モータを含む振動型アクチュエータに関する。

振動型アクチュエータは、圧電素子等の電気－機械エネルギー変換素子に交番電圧を印加することにより、圧電素子に接合した弾性体に振動が励起されるように構成された振動子を有する。振動型アクチュエータは、当該振動子に励起された振動の駆動力を利用して、該振動子に加圧接触させた接触体と該振動子とを相対移動させる超音波モータとして利用されている。

特許文献１は振動型アクチュエータに用いられる振動子の製造方法を開示している。その実施例の中で、弾性体（当該文献中の表記では振動板）と給電部材を圧電素子に接着した後に、弾性体を接地して圧電セラミックスに分極処理を施す工程を開示している。しかしながら、特許文献１記載の振動子の製造方法によって製造された振動子では、圧電素子と弾性体の電気的接触が不十分であるために分極不良が発生する場合があり、振動型アクチュエータの歩留のさらなる向上が求められていた。

特開２０１７－１８４２３３

本願発明は、圧電素子と弾性体の電気的接触が十分に確保された振動型アクチュエータを提供する。

上述の課題を解決する振動型アクチュエータは、
導電性の弾性体と圧電素子を備えた振動体と、
前記弾性体と接する接触体を備え、前記振動体の振動により前記振動体と前記接触体とが相対的に移動する振動型アクチュエータであって、
前記圧電素子を構成する板状の圧電材料は、
前記圧電材料の厚み方向に貫通するスルーホールおよびスルーホールに充填されたスルーホール電極を有し、
前記スルーホール電極は、前記弾性体側に開口する前記スルーホールの第１の開口部から突出した突出部を有しており、
前記第１の開口部側の前記圧電材料の表面には、前記スルーホール電極と導通する接地電極が設けられており、
前記スルーホール電極と前記弾性体が導通していることを特徴とする。

本発明によれば、圧電素子と弾性体の電気的接触が十分に確保された振動型アクチュエータを提供することができる。その結果、振動型アクチュエータの歩留をさらに向上されることができる。

円環状圧電材料もしくは矩形圧電材料を用いた本発明の振動型アクチュエータの概略構造を説明する図である。（ａ）と（ｄ）は側面図、（ｂ）と（ｅ）は斜視図、（ｃ）と（ｆ）背面図。 圧電材料のスルーホール周辺の断面構造を説明する図である。（ａ）ラップ処理前、（ｂ）弾性体接着後（接地電極厚み＜突出量）、（ｃ）弾性体接着後（接地電極厚み＞突出量）、（ｄ）比較例を示す図。 円環状圧電素子の概略構造を説明する図である。（ａ）給電部材接着面（ｂ）弾性体接着面。 矩形状圧電素子の概略構造を説明する図である。（ａ）と（ｃ）は給電部材接着面、（ｂ）と（ｄ）弾性体接着面を示す。 矩形圧電材料を備えた本発明の振動子が発する二つの振動モードを説明する図である。（ａ）はモードＡ、（ｂ）はモードＢ。 本発明の光学機器の概略構造を説明する図である。

本発明の振動型アクチュエータは、導電性の弾性体と前記弾性体に設けられた圧電素子を備えた振動体と、前記弾性体と接する接触体を備え、前記振動体の振動により前記振動体と前記接触体とが相対的に移動する振動型アクチュエータである。圧電素子を構成する板状の圧電材料は、圧電材料の厚み方向に貫通するスルーホールおよびスルーホールに充填されたスルーホール電極を有している。前記スルーホール電極は、前記スルーホールの第１の開口部から突出した突出部を有しており、前記圧電材料の前記第１の開口部側表面には、前記スルーホールと導通する接地電極が設けられている。そして前記スルーホール電極と前記弾性体が導通していることを特徴とする。

（振動型アクチュエータ）
図１は本発明の振動型アクチュエータの概略構造を例示する。

図１に例示された振動型アクチュエータでは、それぞれ円環状圧電材料と矩形圧電材料が使用されている。本発明の振動型アクチュエータ１００は、電極１０１、圧電材料１０２、及び弾性体１０３を順に配した振動子１０２と、前記弾性体１０３と接する接触体１０４を備える。前記弾性体１０３と前記圧電材料１０２は接着部１０５を介して接合されている。

弾性体１０３は突起部１０６を有し、突起部１０６と接触体１０４が加圧接触する構成である。接触体１０４は、振動子１１０と相対的に移動可能な部材であればよく、振動子１１０と直接的に接するものに限られず、他の部材を介し振動子１１０と間接的に接するものであってもよい。すなわち、「接触体」とは、振動体と接触し、振動体に発生した振動によって、振動体に対して相対移動する部材のことをいう。接触体と振動体の接触は、接触体と振動体の間に他の部材が介在しない直接接触に限られない。接触体と振動体の接触は、振動体に発生した振動によって、接触体が振動体に対して相対移動するならば、接触体と振動体の間に他の部材が介在する間接接触であってもよい。「他の部材」は、接触体及び振動体とは独立した部材（例えば焼結体よりなる高摩擦材）に限られない。「他の部材」は、接触体又は振動体に、メッキや窒化処理などによって形成された表面処理部分であってもよい。

（圧電素子）
圧電素子を構成する圧電材料１０２は、結晶配向の無い圧電セラミックス（焼結体）、結晶配向セラミックス、圧電単結晶を包含する。圧電材料の厚みは概ね０．３～０．５ｍｍの範囲内の設計値となるよう加工される。

圧電材料１０２には、厚み方向に貫通するスルーホールおよびスルーホールに充填されたスルーホール電極が少なくとも一つ設けられている。対称な振動を発生するために、スルーホールを圧電材料内に対称に配置することもできるし、素子の製造コストを下げるために、一つの接地電極に対して一つのみのスルーホールを設ける構成を採用してもよい。

圧電素子の振動の妨害を抑え、同時に十分な導電性を得るために、スルーホールの直径は、直径５０～２００ミクロンの範囲が好ましい。

図２に本発明の振動型アクチュエータに好適な、圧電材料に設けられたスルーホールの断面の概略構造を例示する。圧電素子の表面の平たん化とスルーホール電極の突出部の厚み（突出量、あるいは高さ）の調整を目的に、スルーホール電極が設けられた圧電材料の表面にラップ処理が施される。ラップ処理後、スルーホールの弾性体側に開口する第１の開口部にはスルーホール電極の突出部が形成される。

前記突出部の突出量、即ち圧電材料の表面からスルーホール電極先端までの高さは、ラップ処理に用いられたメディア（例えば炭化ケイ素）の番手に応じて変化するため、メディアの番手によって調整することができる。例えば、メディアの番手が大きいほど突出量は小さくなる。図２（ａ）は圧電材料２０２に設けられたスルーホールに充填されたスルーホール電極２０３が、圧電素子の弾性体側に開口する第１の開口部から突出している様子を示しており、破線によって挟まれた厚みの分だけ突出するようにラップ処理される。図２（ａ）はラップ処理を施す前の様子を示しており、スルーホール電極の突出を説明するため高さ方向を誇張して描いている。二本の破線のうち上側の破線より上部のスルーホール電極２０３はラップ処理により取り除かれる。

破線によって挟まれたスルーホール電極２０３の突出部２０１の突出量は０．５ミクロン以上１０ミクロン未満であることが好ましい。突出量として、１０ミクロン以下突出していると接着層の厚みを１０ミクロン以下にすることができ、振動型アクチュエータの振動効率を十分に良好に保つことができる。他方、突出量が１０ミクロン以上であると、接着層の厚みが１０ミクロンよりも大きいために振動型アクチュエータの振動効率が著しく低下するおそれがある。さらに、圧電材料の表面に対する弾性体の傾きが大きくなり、進行方向によって接触体の移動速度に差が生じるおそれがある。

突出量は５ミクロン以下であるとさらに好ましい。突出量が５ミクロン以下であると接着層厚みが５ミクロンよりも薄くなり、振動型アクチュエータの振動効率をより良好に保つことができるためである。

スルーホール電極には安価な銀のほかに銀パラジウム、白金などを用いることができる。圧電材料とスルーホール電極を共焼成する場合、スルーホール電極材料は圧電材料の焼成工程で溶融してはならない。そのためスルーホール電極材料は圧電材料の焼成温度に応じて選択され、焼成温度が１３００℃を超える場合は白金を主成分とする電極材料が用いられる。主成分とは重量パーセント濃度で９０％以上を指す。圧電材料の焼成後にスルーホール内にスルーホール電極を形成することもできる。

図２（ｂ）は、圧電材料に設けられたスルーホールにスルーホール電極２０３を充填した後にラップ処理を施した後、接地電極２０４を形成し、接着層２０５を介して弾性体２０６と圧電素子が接合した後の様子を描いた断面拡大図である。

圧電材料の第１の開口部側の表面にはラップ処理の後に設けられた接地電極２０４とスルーホール電極２０３とが接触し、互いに導通する。図２（ｂ）は接地電極２０４の厚みがスルーホール電極２０３の突出量よりも小さい場合を示しており、スルーホール電極２０３が弾性体２０６と接触して互いに導通する。圧電材料２０２に設けた接地電極２０４の表面に塗布した接着層２０５を介して弾性体２０６と圧電材料２０２を押圧することにより、接地電極２０４と弾性体２０６との間から、接着層を構成する材料が滲出して除かれる。そのため、スルーホール電極の突出部と弾性体とが直接接触し、互いに導通する。

接地電極の厚みが突出量よりも十分に大きい場合、スルーホール電極２０３は接地電極で覆われ、接地電極は突出部上で凸部を形成する。本実施形態では図２（ｃ）に示すように接地電極の凸部が弾性体と接触し、接地電極は弾性体と導通するように構成してもよい。スルーホール電極の突出量は、接地電極の凸部高さで代えることもできる。なお、スルーホール電極が接地電極で覆われていることは、スルーホール電極の突出部の頭頂部と弾性体２０６の間にて接地電極の構成元素を検出することで確認できる。

前記弾性体１０３と前記圧電材料１０２は接着層２０５を介して接合されている。接着剤の種類は特に限定されないが、強度に優れ、硬化時間が短く、加えて高温、高湿度雰囲気中でも安定性であるエポキシ樹脂が好ましい。一般的なエポキシ樹脂は絶縁性である。

圧電素子が前記突出部を備えない場合、接地電極と弾性体を導通させる目的で、接地電極と弾性体との接着時の加圧力を上げると、接着層厚みが著しく薄層化して部分的に接着層が無くなる。その結果、弾性体と圧電素子との接着強度が低下して振動型アクチュエータの動作中に剥離が生じて動作不良を引き起こす。他方で、本実施形態と異なり、スルーホール電極の突出部を設けることなく弾性体と接地電極の間に接着層を設けると、弾性体と接地電極は電気的に導通しない（図２（ｄ））。その結果分極不良により、振動型アクチュエータは動作不良を引きおこし、歩留まりも低下する恐れがある。

前述したスルーホール電極２０３の突出部の周辺では、突出量に応じて接地電極と弾性体との間に空隙が設けられる。前記空隙は絶縁性材料を含有する接着材料を保持する空間となり、接着層を形成することで、圧電素子と弾性体の接着強度が高められる。スルーホール電極が前記突出部を有することで、圧電素子と弾性体の接着強度を犠牲にすることなく接地電極と弾性体との導通が得られる。

図３を参照して円環状の圧電材料を用いた円環状の圧電素子の概要を、以下に具体的に説明する。円環状の圧電材料を用いる場合、圧電材料には周方向に分割された駆動相電極１０１ｅと非駆動相電極１０１ｆからなる（図３（ａ））。駆動相電極の円周方向の長さは、駆動周波数の波長λの１／２である。非駆動相電極の円周方向の長さは、駆動周波数の波長λの１／４となる。駆動相電極および非駆動相電極の数は、円環状圧電材料に励振する進行波の数に応じて変化する。各駆動相電極に対応する圧電材料は隣あう領域とは異なる極性の電圧で分極処理を施されている。

電極１０１ｅ及び１０１ｆと対抗する面には円環状の接地電極１０１ｇが設けられている（図３（ｂ））。駆動相電極１０１ｅと同じ面に設けられた非駆動相電極の少なくとも一つはスルーホール電極１０１ｔを介して接地電極１０１ｇと電気的に接続されている。

第１電極、第２電極、そしてスルーホール電極を介して接地電極と導通する非駆動相電極が圧電材料の同一面上に形成されると、給電部材の形状を平面的な簡便構造にすることができる。

駆動相電極は奇数個の非駆動相電極によって隔てられる。圧電素子に弾性体を接着し、続いて前記駆動相電極１０１ｅと弾性体の間に高電圧を印加することで前記円環状圧電材料に分極処理を施す。その後、非駆動相電極によって隔てられる２つの駆動相電極グループをそれぞれ短絡するように第１電極１０１ａと第２電極１０１ｂが設けられる。第１電極１０１ａと第２電極１０１ｂは圧電材料の脱分極温度より低い温度で形成される。第１電極１０１ａと第２電極１０１ｂは円環状圧電材料を用いた振動型アクチュエータの駆動に用いられる。

図４を参照して、矩形状の圧電材料を用いた矩形状の圧電素子の概要を、以下に具体的に説明する。図４（ａ）と（ｂ）はスルーホール電極が１つ設けられている。スルーホール電極は図中で黒点で示されており図４（ａ）の黒点と図４（ｂ）の黒点とは、同じスルーホールにおける一方と対向する他方の開口部に見込むスルーホール電極２０３の頭頂部を示している。

スルーホール電極の配置は、矩形の圧電素子に関し、図中の圧電材料１０２に対して紙面横方向に中心線を引いた場合、中心線に対して線対称ではないものの、複数のスルーホール電極を有する圧電素子と比較して製造コストが低い。

他方、図４（ｃ）と（ｄ）に描かれているように振動体の発生する振動波の振動品質をよりよくするために中心線に対して実質的に線対称となるようにスルーホール電極を配する構成をとることもできる。図４（ｃ）と（ｄ）はスルーホール電極が２つ設けられた矩形の圧電素子を示す。スルーホール電極を２つ設けることによって電極の配置が線対称となり、圧電素子の発する振動の対称性が高まる。

矩形圧電材料には第１電極１０１ａ、第２電極１０１ｂ、および非駆動相電極１０１ｆが設けられる（図４（ａ）（ｃ））。第１電極１０１ａおよび第２電極１０１ｂは同極性の電圧で分極処理を施されており、矩形圧電材料を用いた振動型アクチュエータの駆動に使用される。

第１電極１０１ａおよび第２電極１０１ｂと対抗する面には矩形の接地電極１０１ｇが設けられている。駆動相電極１０１ａおよび１０１ｂと同じ面に設けられた非駆動相電極１０１ｆの少なくとも１つはスルーホール電極１０１ｔを介して接地電極１０１ｇと電気的に接続されている（図４（ｂ）（ｄ））。

圧電材料の表面に形成される表面電極、即ちスルーホール電極を除いた前記駆動相電極、非駆動相電極、接地電極、第１電極、第２電極は、厚み０．３～１０μｍの金属膜よりなる。その材料は特に限定されないが、一般には銀、銀パラジウム、もしくは金が用いられる。安価な銀を主成分とする電極が最も好ましい。表面電極厚みは５ミクロン未満であると圧電素子の振動効率の妨害が抑制され好ましい。

（弾性体）
本発明の弾性体は導電性を有し接地電極と導通している。そのため圧電材料に分極処理を施す際、弾性体は電極として利用することができる。図３の円環状圧電材料に分極処理を施す場合、駆動相電極１０１ｅおよび非駆動相電極１０１ｆの中で接地電極１０１ｇと導通していない電極に電圧を印加し、弾性体を接地する。図４の矩形圧電材料に分極処理を施す場合、第１電極１０１ａおよび第２電極１０１ｂに電圧を印加し、弾性体を接地する。

弾性体としての性質、加工性を加味すると前記弾性体１０３は金属よりなることが好ましい。弾性体１０３に使用可能な金属としては、アルミ、真鍮、ステンレス鋼を例示できる。ステンレス鋼の中ではマルテンサイト系ステンレス鋼が好ましく、ＳＵＳ４２０Ｊ２が最も好ましい（常温の抵抗率は５５μΩｃｍ）。弾性体には接触体と接する突起部１０６がある。突起部の耐摩耗性を向上させる目的で弾性体には焼き入れ処理を実施する場合、真空中で焼き入れ処理を実施することによって、電気抵抗が増加する酸化被膜の形成を防止することができる。真空焼き入れ処理されたＳＵＳ４２０Ｊ２は硬度が高く、弾性体との摩擦によって接触体を駆動する本発明の振動型アクチュエータに適している。

矩形圧電材料と接着される弾性体の厚みは０．２～０．３５ｍｍの範囲にあると剛性とバネ性を兼ね合わせ、また成形が容易であるために好ましい。

接触体１０４は剛性の観点においてステンレス鋼が好ましい。ステンレス鋼の中でも、マルテンサイト系ステンレス鋼が好ましく、ＳＵＳ４２０Ｊ２が最も好ましい。接触体１０４は弾性体１０３と摩擦接触するため耐摩耗性に優れる必要があり、表面には窒化処理が施される。突起部１０６と接触体１０４との間には、加圧接触による摩擦力が働く。圧電材料１０２の発する振動によって突起部１０６の先端が楕円振動して、接触体１０４を駆動する駆動力（推力）を発生させることができる。接触体はスライダやロータと一般的に呼ばれるものである。

（円環状圧電材料を用いた振動型アクチュエータの駆動）
円環状圧電素子では、隣り合う駆動相電極に接する圧電材料は異なる極性で分極されているので、駆動相電極１０１ｅに同極性の電界を印加したとき、圧電材料の当該領域における伸縮極性は、λ／２のピッチで交互に反転する。第１電極１０１ａに交番電圧を印加すると、波長λの第１定在波が振動子の全周に亘って発生する。第２電極１０１ｂに交番電圧を印加しても、同様に第２定在波が生ずるが、波の位置は第１定在波に対して円周方向にλ／４だけ回転移動したものとなる。他方、周波数が同じでかつ時間的位相差がπ／２である２種類の交番電圧を第１及び第２電極に印加する。第１及び第２定在波の合成の結果として、振動子には全周に亘って円周方向に進行する曲げ振動（振幅が振動子の面に垂直な振動）の進行波（円環に沿った波数ｎ、波長λ）が発生する。

曲げ振動の進行波（以下単に「曲げ振動波」ということがある）が発生すると、振動子を構成する振動板の面上の各点は楕円運動をするため、この面に接する移動体は振動板から円周方向の摩擦力（駆動力）を受けて回転をする。その回転方向は、第１電極と第２電極に印加する交番電圧の位相差の正負を切換えることより、反転できる。また、回転速度は、第１電極と第２電極に印加する交番電圧の周波数や振幅で制御できる。

（矩形圧電材料を用いた振動型アクチュエータの駆動）
図５は、矩形圧電材料を備えた本発明の振動子が発する二つの振動モードを説明する。前記第１電極及び前記第２電極が設けられた領域をそれぞれ第１の領域と第２の領域とする。振動型アクチュエータの構造は図１の（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）にそれぞれ描かれているとおりである。

・モードＡ
前記第１の領域と前記第２の領域がともに伸長または収縮すると、第１の曲げ振動モード（モードＡ）が発生する。モードＡは第１電極１０１ａおよび第２電極１０１ｂに印加される交番電圧Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂの位相差が０°であり、周波数がモードＡの共振周波数付近である時に最も強く励振される。モードＡは振動子１１０の長辺と略平行に２つの節（振幅が最小となるところ）が現れる一次の面外振動モードである。弾性体の突起部１０６は、モードＡの腹（振幅が最大となるところ）となる位置近傍に配置されている。そのため突起部１０６の先端面は振動モードＡによりＺ方向に往復運動する。

・モードＢ
前記第一の領域が伸張、収縮するときに前記第二の領域がそれぞれ収縮、伸張すると、第２の曲げ振動モード（モードＢ）が発生する。モードＢは第１電極１０１ａおよび第２電極１０１ｂに印加される交番電圧Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂの位相差が１８０°であり、周波数がモードＢの共振周波数付近である時に最も強く励振される。モードＢは振動子１１０の短辺と略平行に３つの節が現れる二次の面外振動モードである。弾性体の突起部１０６は、モードＢの節となる位置近傍に配置されている。そのため突起部１０６の先端面はモードＢによってＸ方向に往復運動する。

矩形圧電素子を備えた振動型アクチュエータ１００では、交番電圧Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂの位相差が０～±１８０°であるときにモードＡとモードＢが同時に励振され、弾性体の突起部１０６に楕円振動が励振される。

振動子は矩形状の矩形部１０８の端部から突出する支持部１０７に設けられた嵌合孔で支持される。振動子を小型化する目的で前記支持部１０７を省略し、弾性体の前記矩形部１０８を保持することができる。

（圧電材料の組成）
圧電材料に含まれる鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であると好ましい。

とくに圧電定数が高く、かつ製造が比較的容易であるいう観点から、前記圧電材料の主成分がチタン酸バリウム系材料であることが好ましい。ここでチタン酸バリウム系材料とは、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸バリウムカルシウム（（Ｂａ、Ｃａ）ＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸バリウム（Ｂａ（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｏ_３）、チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム（（Ｂａ、Ｃａ）（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｏ_３）、が挙げられる。また、ニオブ酸ナトリウム－チタン酸バリウム（ＮａＮｂＯ_３－ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸ビスマスナトリウム－チタン酸バリウム（（Ｂｉ_０．５Ｎａ_０．５）ＴｉＯ_３－ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸ビスマスカリウム－チタン酸バリウム（（Ｂｉ_０．５Ｋ_０．５）ＴｉＯ_３－ＢａＴｉＯ_３）などの組成が挙げられる。そして、これらの組成を主成分とした材料のことを指す。中でも、圧電材料の圧電定数と機械的品質係数を両立できるという観点において、以下の材料が好ましい。すなわちチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム（（Ｂａ、Ｃａ）（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｏ_３）、ニオブ酸ナトリウム－チタン酸バリウム（（１－ｘ）ＮａＮｂＯ_３－ｘＢａＴｉＯ_３、ｘ＝０．１～０１５）を主成分とすることが好ましい。主成分以外の元素としては、マンガンやビスマスを含むことが好ましい。主成分とはその材料の重量分率が９０％よりも大きい場合をいう。

また、前記圧電材料の鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下であると環境負荷が小さく更に好ましい。一般に、圧電デバイスには鉛を含有するジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）が広く用いられている。そのため、例えば圧電素子が廃却され酸性雨を浴びたり、過酷な環境に放置されたりした際、従来の圧電材料中の鉛成分が土壌に溶け出し生態系に害を成す可能性が指摘されている。よって、本発明の圧電材料が鉛含有量１０００ｐｐｍ未満であるチタン酸バリウム系圧電材料であると好ましい。鉛の含有量は、例えばＩＣＰ発光分光分析によって測定可能である。

前記圧電材料の主成分がチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム（以後ＢＣＴＺ）であると好ましい。ＢＣＴＺが主成分であると、ＣａやＺｒの量を調整することによってＢＣＴＺの圧電性を用途に応じて調整することができる。また高価なニオブの使用量を減らすことができる。

前記圧電材料は、Ｂａ，Ｃａ，Ｔｉ，およびＺｒを含むペロブスカイト型構造の酸化物、およびＭｎを含有する圧電材料であって、
前記Ｂａおよび前記Ｃａの和に対する前記Ｃａのモル比であるｘが０．０２≦ｘ≦０．３０であり、前記Ｔｉおよび前記Ｚｒの和に対する前記Ｚｒのモル比であるｙが、０．０２０≦ｙ≦０．０９５であり、かつｙ≦ｘであり、
前記ＢａとＣａのモル量と前記ＴｉとＺｒのモル量の比であるαが０．９９５５≦α≦１．０１であり、前記酸化物１００重量部に対する前記Ｍｎの含有量は、金属換算で０．０２重量部以上１．０重量部以下であると好ましい。

このような圧電材料は次の一般式（１）で表すことができる。
（Ｂａ_１－ｘＣａ_ｘ）_α（Ｔｉ_１－ｙＺｒ_ｙ）Ｏ_３ （１）
ただし、
０．９８６≦α≦１．１００、
０．０２≦ｘ≦０．３０、
０．０２≦ｙ≦０．０９５
で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、該圧電材料に含まれる主成分以外の金属成分の含有量が前記金属酸化物１００重量部に対して金属換算で１重量部以下であることが好ましい。

特に、前記金属酸化物にＭｎが含有されており、該Ｍｎの含有量が前記金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０２重量部以上０．４０重量部以下であることが好ましい。前記範囲のＭｎを含有すると、絶縁性や機械的品質係数Ｑｍが向上する。ここで、機械的品質係数Ｑｍとは、圧電材料を振動子として評価した際に振動による弾性損失を表す係数であり、機械的品質係数の大きさは、インピーダンス測定における共振曲線の鋭さとして観察される。つまり振動子の共振の鋭さを表す定数である。機械的品質係数Ｑｍが大きいと、共振周波数付近で圧電材料の歪量がより大きくなり、効果的に圧電材料を振動させることができる。

前記一般式（１）で表わされる金属酸化物は、ペロブスカイト構造のＡサイトに位置する金属元素がＢａとＣａ、Ｂサイトに位置する金属元素がＴｉとＺｒであることを意味する。ただし、一部のＢａとＣａがＢサイトに位置してもよい。同様に、一部のＴｉとＺｒがＡサイトに位置してもよい。

一般式（１）における、Ｂサイトの元素とＯ元素のモル比は１対３であるが、モル比が若干ずれた場合でも、金属酸化物がペロブスカイト構造を主相としていれば、本発明の範囲に含まれる。

金属酸化物がペロブスカイト構造であることは、例えば、Ｘ線回折や電子線回折による構造解析から判断することができる。

一般式（１）におけるＡサイトにおけるＣａのモル比を示すｘは、０．０２≦ｘ≦０．３０の範囲である。ペロブスカイト型のチタン酸バリウムのＢａの一部を前記範囲でＣａに置換すると斜方晶と正方晶との相転移温度が低温側にシフトするので、振動型アクチュエータの駆動温度範囲において安定した圧電振動を得ることができる。しかし、ｘが０．３０より大きいと、圧電材料の圧電定数が十分ではなくなり、振動型アクチュエータの性能が不足するおそれがある。他方、ｘが０．０２より小さいと誘電損失（ｔａｎδ）が増加する恐れがある。誘電損失が増えると、圧電材料に電圧を印加して振動型アクチュエータを駆動する際の発熱が増え、モータ駆動効率が低下し、消費出力が大きくなる恐れがある。

一般式（１）において、ＢサイトにおけるＺｒのモル比を示すｙは、０．０２≦ｙ≦０．１の範囲である。ｙが０．１より大きいとＴｄが８０℃未満と低くなり、振動型アクチュエータを使用できる温度範囲が８０℃未満となり好ましくない。

本明細書においてＴｄは、分極処理を施して一週間が経過した後に、室温からＴｄまで圧電材料を加熱し、再度室温まで冷却した後の圧電定数が加熱前の圧電定数に比べて１０％より多く低下する温度のうち最も低い温度を指す。

また、一般式（１）において、ＡサイトにおけるＢａとＣａのモル量とＢサイトにおけるＴｉとＺｒのモル量との比を示すαは０．９９５５≦α≦１．０１０の範囲であることが好ましい。αが０．９９５５より小さいと圧電材料を構成する結晶粒に異常粒成長が生じ易くなり、圧電材料の機械的強度が低下する。一方で、αが１．０１０より大きくなると圧電材料が高密度化せず絶縁性が著しく脆くなる。

圧電材料の組成を測定する手段は特に限定されない。手段としては、Ｘ線蛍光分析、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などが挙げられる。いずれの測定手段を用いても、圧電材料に含まれる各元素の重量比および組成比を算出できる。

Ｍｎの含有量を示す金属換算とは、圧電材料から蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などにより測定されたＢａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎの各金属の含有量を算出する。その含有量から、一般式（１）で表わされる金属酸化物を構成する元素を酸化物換算し、その総重量を１００としたときに対するＭｎの重量との比によって求められた値を表す。

Ｍｎの含有量が０．０２重量部未満であると、振動型アクチュエータの駆動に必要な分極処理の効果が充分でなくなる恐れがある。一方、Ｍｎの含有量が０．４０重量部より大きくなると、圧電材料の圧電特性が充分でなくなることや、圧電特性を持たない六方晶構造の結晶が発現する恐れがある。Ｍｎは金属Ｍｎに限らず、Ｍｎ成分として圧電材料に含まれていれば良く、その含有の形態は問わない。例えば、Ｂサイトに固溶していても良いし、粒界に含まれていてもかまわない。より好ましい含有の形態は、絶縁性や焼結容易性という観点からＢサイトに固溶することである。

前記圧電材料が、Ｂｉを金属換算で０．０４２重量部以上０．８５０重量部以下含有することが好ましい。

圧電材料は一般式（１）に示す金属酸化物１００重量部に対して、Ｂｉを金属換算で０．８５重量部以下含有してもよい。前記金属酸化物に対するＢｉの含有量は、例えばＩＣＰ発光分光分析によって測定可能である。Ｂｉはセラミックス状の圧電材料の粒界にあっても良いし、（Ｂａ，Ｃａ）（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ_３のペロブスカイト型構造中に固溶していても良い。Ｂｉが粒界に存在すると、粒子間の摩擦が低減され機械的品質係数が増加する。他方、Ｂｉがペロブスカイト構造を形成する固溶体に取り込まれると、相転移温度が低温化することから圧電定数の温度依存性が小さくなり、機械的品質係数がさらに向上する。Ｂｉが固溶体に取り込まれた時の位置がＡサイトであると、前記Ｍｎとの電荷バランスが良くなるため好ましい。

圧電材料は、前記一般式（１）に含まれる元素およびＭｎ、Ｂｉ以外の成分（以下、副成分）を特性が変動しない範囲で含んでいてもよい。副成分は、一般式（１）で表現される金属酸化物１００重量部に対してその合計が１．２重量部より少ないことが好ましい。副成分が１．２重量部を超えると、圧電材料の圧電特性や絶縁特性が低下する恐れがある。（Ｂａ，Ｃａ）（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ_３のキュリー温度は８５℃以上１２６℃以下の範囲である。

本発明の振動型アクチュエータは、前記圧電材料と前記電極とを備えた圧電素子と接合された給電部材を有する。

給電部材は寸法精度が高く、かつ、位置決めが容易である点で、フレキシブルプリント基板（以後ＦＰＣ）を用いることが好ましい。その材質としてはポリイミドが好ましい。ＦＰＣと圧電素子との接合方法は特に限定されないが、接着タクト及び電気的な接続の信頼性が高い異方性導電ペースト（ＡＣＰ）もしくは異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いることが好ましい。ＦＰＣで給電することによって圧電素子の振動を阻害することなく給電することができる。ＦＰＣは少なくとも第１電極と第２電極に接続され、非駆動相電極と接続されていてもかまわない。

（圧電素子の製造方法）
圧電素子の製造方法を説明する。まず圧電材料の原料粉末をシート成型方法で成形して厚み３０～２００ミクロンのグリーンシートを作製する。次に焼成時の収縮やダイシングでの切断シロなどを考慮してスルーホールを形成する位置を決め、例えば直径１５０ミクロンのパンチでグリーンシートを打ち抜きスルーホールを形成する。

スルーホールにスルーホール電極のペーストを印刷する。前述のようにスルーホール電極材料には焼成工程で溶融しない耐熱性をもった材料を選定する。例えば前述の（Ｂａ，Ｃａ）（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ_３は、最低でも１３００℃の焼成温度を必要とするため、スルーホール電極には白金を主成分とする材料を用いる。前述のＮａＮｂＯ_３－ＢａＴｉＯ_３では、焼成温度は１２００～１２６０℃であるため、スルーホール電極にはＡｇ－Ｐｄ（例えば０．５Ａｇ－０．５Ｐｄ）を用いる。

スルーホールに電極を印刷、乾燥した後、焼成時の収縮やラップ工程での削りシロを考慮してグリーンシートを必要枚数積層して圧着する。グリーンシートの積層時には、積層方向にスルーホール電極が断線しないように、スルーホールの位置合わせを行う。

積層圧着した成型体を焼成し、圧電材料の厚みを整えるためにラップ処理を行う。この時のラップ条件に応じてスルーホール電極の突出量が変化する。突出量は研磨材の番手（粒度）、ワーク荷重、定盤の回転数などのラップ条件によって変化するが、番手に最も依存する。番手が低いほど突出量は大きい。

圧電材料にラップ処理を施したのちに、表面電極を印刷、焼き付けを行う。表面電極が設けられた圧電材料をダイシングして素子個片へと切り分ける。例えば本発明の矩形圧電素子の寸法は９ｍｍ×６ｍｍで厚みは０．３～０．４５ｍｍである。

（振動子の製造方法）
本発明の振動型アクチュエータを構成する振動子の製造方法は以下の工程により製造される。まず、圧電素子と弾性体とを接着剤を用いて温度Ｔ１で接合する工程と、前記圧電素子と給電部材を温度Ｔ２で接合する工程が行われる。そして、前記電極と前記弾性体との間に電圧を印加して、温度Ｔ３で分極処理を施す工程とを順に実施することで製造される。前記Ｔ１、Ｔ２およびＴ３は、Ｔ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係を満たす。

スルーホール電極が突出した圧電素子を用いることで、圧電素子と弾性体の間に連続的に接着剤を介在させて接着強度を高めつつ、弾性体を介して圧電材料に分極処理のための電圧を印加することができる。この方法により、脱分極温度が接着温度よりも低い圧電材料であっても、歩留まりよく振動型アクチュエータを製造することができる。

（電子機器）
本発明の電子機器は、上記の振動型アクチュエータと、前記振動型アクチュエータの接触体と接続された部材、及び部材位置検出手段（例えばエンコーダ）を備えることを特徴とする。本電子機器は前記部材の位置を検出し、目標とする位置に部材が至るまで振動型アクチュエータを動作させることで、部材の位置を精密に制御することができる。

（光学機器）
本発明の光学機器は、駆動部に上記の振動型アクチュエータを備え、光学素子および撮像素子のうち少なくとも一方をさらに備える光学機器である。

図５は、本発明の光学機器（鏡筒装置のフォーカスレンズ部）の一実施形態を示した概略図である。図５において、矩形圧電材料を備えた振動子１１０は接触体（スライダ）１０４と、図１（ｄ）同様に加圧接触している。給電部材５０７は、第一および第二の領域を有する面側に接続されている。不図示の電圧入力手段により、給電部材５０７を介して所望の電圧が振動子１１０に加えられると、不図時の弾性体の突起部に楕円運動が発生する。保持部材５０１は、振動子１１０と接合されており、不要な振動を発生させないように構成されている。移動筐体５０２は、ビス５０３で保持部材５０１に固定され、振動子１１０と一体をなしている。これらの部材により本発明の電子機器が形成される。ガイド部材５０４に移動筐体５０２を取り付けることで、本発明の電子機器はガイド部材５０４に沿って両方向（正進方向と逆進方向）に直進移動することが可能になる。

次に、鏡筒装置のフォーカスレンズの役割を担うレンズ５０６（光学部材）について説明する。レンズ５０６は、レンズ保持部材５０５に固定され、振動型アクチュエータの移動方向と平行に光軸（不図示）を有する。レンズ保持部材５０５は、振動型アクチュエータと同様に、後述する２本のガイド部材５０４上を直進移動することで、焦点位置合わせ（フォーカス動作）を行う。２本のガイド部材５０４は移動筐体５０２とレンズ保持部材５０５とを嵌合して、移動筐体５０２とレンズ保持部材５０５を直進移動することを可能にする部材である。このような構成で、移動筐体５０２とレンズ保持部材５０５はガイド部材５０４上を直進移動することが可能になる。

また、連結部材５１０は、振動型アクチュエータが発する駆動力をレンズ保持部材５０５へ伝達する部材であり、レンズ保持部材５０５に嵌合して取り付けられる。これにより、レンズ保持部材５０５は、移動筐体５０２と共に滑らかに２本のガイド部材５０４に沿って両方向に移動可能になる。

また、センサ５０８は、レンズ保持部材５０５の側面部に貼り付けられたスケール５０９の位置情報を読み取ることで、ガイド部材５０４上でのレンズ保持部材５０５の位置を検出するために設ける。以上のように、上述した各部材を組み込んで、鏡筒装置のフォーカスレンズ部を構成する。

上記においては、光学機器として、一眼レフカメラ用の鏡筒装置について説明したが、レンズとカメラ本体が一体となったコンパクトカメラ、電子スチルカメラ等、カメラの種類を問わず、振動型アクチュエータを備えた多様な光学機器に適用することができる。

また、振動型アクチュエータの他の構成として、共通する１つの接触体に対して、複数の振動子が共に接触しており、複数の振動子の振動により、複数の振動子に対して接触体が相対移動するように配してもよい。

また、本発明の振動型アクチュエータの適用例として、医用あるいは工学分野への応用が考えられる。具体的には細長部材と、細長部材を挿通し前記細長部材の一部に固定されたワイヤと、ワイヤを駆動する上記の振動型アクチュエータを有し、ワイヤの駆動により、細長部材が湾曲するワイヤ駆動アクチュエータを構成することもできる。

次に実施例を挙げて、本発明の振動型アクチュエータを説明するが、本発明は以下の実施例により限定されるものではない。

まず前述の圧電素子の製造方法に則ってスルーホール電極が突出部を有する圧電素子を作製した。圧電材料のラップ処理に用いたメディアの番手とスルーホール電極の突出量の関係を表１に示す。

（実施例１）
スルーホール電極を有する（Ｂａ，Ｃａ）（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ_３の円環状成形体を１３４０℃で焼成した。得られた焼結体を４０００番の炭化ケイ素粉末を用いて圧電材料の厚みを０．５ｍｍに整えた。このときスルーホール電極の突出量は１～３ミクロンであった。また内外径を研削して外径６２×内径５４ｍｍの円環状に加工した。

形状を整えた圧電材料１０２の片面に、図３（ａ）記載の駆動相電極１０１ｅおよび非駆動相電極１０１ｆを形成した。非駆動相電極が連続して三つ形成される図３（ａ）の例では、真ん中の非駆動相電極とスルーホールが接合するように駆動相電極１０１ｅおよび非駆動相電極１０１ｆは印刷される。これにより図３（ｂ）の設置電極１０１ｇはスルーホール電極１０１ｔを介して非駆動相電極１０１ｆの一つと導通する。スクリーン印刷法により形成された表面電極は乾燥ののち６００～８５０℃で焼き付け処理が施される。焼き付け後の銀の表面電極の厚みは６ミクロンであった。

次に、ＳＵＳ４２０Ｊ２よりなる弾性体１０３に接着剤を塗布し、電極を形成した圧電材料１０２と圧着した。円環状圧電材料と円環状弾性体は、位置決め治具を用いてそれぞれの円の中心が一致するように配置した。次に導電性接着部を硬化させるための熱処理を実施した。弾性体を圧着した圧電材料を温度Ｔ１＝１６０℃まで加熱して１８０秒保持した後に室温まで冷却し、弾性体と圧電素子を接着した。円環状圧電素子の非駆動相の少なくとも一つと弾性体は導通していた。

次に、ＡＣＰが塗布されたＦＰＣを圧電材料に設けられた電極に熱圧着した。熱圧着の条件は、温度Ｔ２＝１４０℃、保持時間は２０秒である。その後弾性体であるＳＵＳ４２０Ｊ２を接地し、隣り合う駆動相電極１０１ｅに極性の異なる電圧を交互に印加して、分極処理を施した。分極処理では、電源と接続された複数の外部電極を駆動相電極１０１ｅおよび、設置電極１０１ｔと導通しておらず被駆動相電極１０１ｆのうちセンサとして用いる電極に接触させる。その後Ｔ３＝１００℃まで加熱した後に２ｋＶ／ｍｍに相当する電界を３０分印加し、その後に電界を印加したまま４０℃まで４０分かけて冷却したのち電圧印加を終了した。その後に第１電極１０１ａおよび第２電極１０１ｂを印刷、乾燥して振動子を得た。乾燥工程では圧電材料の脱分極を防ぐため、圧電材料の温度は８０℃未満に保持される。得られた振動子をＳＵＳ４２０Ｊ２製の接触体（ロータ）に加圧接触させて振動型アクチュエータを作製した。

（実施例２）
スルーホール電極が設けられた（Ｂａ，Ｃａ）（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ_３の板状成形体を１３４０℃で焼成した。スルーホール電極の組成は白金である。得られた焼結体を４０００番の炭化ケイ素粉末を用いて圧電材料の厚みを０．４ｍｍに整えた。このときスルーホール電極の突出量は１～３ミクロンであった。厚みを整えた板状の圧電材料１０２の片面に、図４（ａ）記載の第１の電極１０１ａ、第２の電極１０１ｂ、非駆動相電極１０１ｆを印刷して乾燥した。次に圧電材料の反対面に設置電極１０１ｇを印刷、乾燥した。表面電極は６００～８５０℃で焼き付けた。焼き付け後の銀の表面電極の厚みは３ミクロンであった。接地電極１０１ｇはスルーホール電極１０１ｔを介して非駆動相電極１０１ｔと導通していた。その後ダイシング装置を用いて表面電極まで形成された圧電材料を８．９ｍｍ×５．７ｍｍの個片に切断し、図４（ａ）記載の矩形圧電素子を得た。

次に、ＳＵＳ４２０Ｊ２よりなる図１（ｅ）記載の弾性体１０３にエポキシ系の熱硬化接着剤を塗布し、電極を形成した圧電材料１０２と圧着した。次に接着剤を硬化させるための熱処理を実施した。弾性体を圧着した圧電材料を温度Ｔ１＝１６０℃まで加熱して１８０秒保持した後に室温まで冷却し、弾性体と圧電素子を接着した。接着後に矩形圧電素子の非駆動相と弾性体は導通していた。

次に、ＡＣＰが塗布されたＦＰＣを圧電材料に設けられた非駆動相電極に熱圧着して振動子を作製した。熱圧着の条件は、温度Ｔ２＝１４０℃、保持時間は２０秒である。その後弾性体であるＳＵＳ４２０Ｊ２を接地し、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂに極性の同じ電圧を印加して、分極処理を施した。分極処理では、電源と接続された２つの外部電極を第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂに接触させる。その後Ｔ３＝１００℃まで加熱した後に２ｋＶ／ｍｍに相当する電界を３０分印加し、その後に電界を印加したまま４０℃まで４０分かけて冷却したのち電圧印加を終了した。得られた振動子をＳＵＳ４２０Ｊ２製の接触体（ロータ）に加圧接触させて振動型アクチュエータを作製した。

（実施例３）
焼結体のラップに２０００番の炭化ケイ素粉末を用いた以外は実施例２と同じ手法で振動型アクチュエータを作製した。スルーホール電極の突出量は３～５ミクロンであった。

（実施例４）
焼結体のラップに１０００番の炭化ケイ素粉末を用いた以外は実施例２と同じ手法で振動型アクチュエータを作製した。スルーホール電極の突出量は５～１０ミクロンであった。

（実施例５）
スルーホール電極を設けた０．８８ＮａＮｂＯ_３－０．１２ＢａＴｉＯ_３の板状成形体を１２６０℃で焼成した。スルーホール電極の組成は銀とパラジウムが１：１のモル比で混合された５Ａｇ－５Ｐｄである。得られた焼結体を４０００番の炭化ケイ素粉末を用いて圧電材料の厚みを０．３５ｍｍに整えた。このときスルーホール電極の突出量は１～３ミクロンであった。厚みを整えた板状の圧電材料１０２の片面に、図４（ｃ）記載の第１の電極１０１ａ、第２の電極１０１ｂ、図４（ｄ）記載の非駆動相電極１０１ｆを印刷して乾燥した。次に圧電材料の反対面に設置電極１０１ｇを印刷、乾燥した。表面電極は６００～８５０℃で焼き付けた。接地電極１０１ｇはスルーホール電極１０１ｔを介して非駆動相電極１０１ｔ導通していた。その後ダイシング装置を用いて表面電極まで形成された圧電材料を８．５ｍｍ×５．７ｍｍの個片に切断し、図４（ｃ）記載の矩形圧電素子を得た。

次に、ＳＵＳ４２０Ｊ２よりなる図１（ｅ）記載の弾性体１０３にエポキシ系の熱硬化接着剤を塗布し、電極を形成した０．８８ＮａＮｂＯ_３－０．１２ＢａＴｉＯ_３の圧電材料１０２と圧着した。次に接着剤を硬化させるための熱処理を実施した。弾性体を圧着した圧電材料を温度Ｔ１＝１６０℃まで加熱して１８０秒保持した後に室温まで冷却し、弾性体と圧電素子を接着した。接着後に矩形圧電素子の非駆動相１０１ｆと弾性体は導通していた。

次に、ＡＣＰが塗布されたＦＰＣを圧電材料に設けられた非駆動相電極に熱圧着して振動子を作製した。熱圧着の条件は、温度Ｔ２＝１４０℃、保持時間は２０秒である。その後弾性体であるＳＵＳ４２０Ｊ２を接地し、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂに極性の同じ電圧を印加して分極処理を施した。分極処理では、電源と接続された２つの外部電極を第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂに接触させる。その後Ｔ３＝１５０℃まで加熱した後に２ｋＶ／ｍｍに相当する電界を３０分印加し、その後に電界を印加したまま４０℃まで４０分かけて冷却したのち電圧印加を終了した。得られた振動子をＳＵＳ４２０Ｊ２製の接触体（ロータ）に加圧接触させて振動型アクチュエータを作製した。

（振動型アクチュエータの評価製造方法、評価）
各実施例２～４の振動型アクチュエータを５台ずつ作成し、第１電極と第２電極に振幅１２０Ｖｐｐの交番電圧を印加して駆動試験を行った。そのとき第１電極と第２電極の電圧の位相差は－９０°と９０°とした。

交番電圧の周波数を、振動モードＡおよび振動モードＢの共振周波数よりも高い周波数から共振周波数に向けて掃引すると、接触体は交番電圧の位相差に従った方向に駆動し、最高速度に到達した後に停止する。便宜的に位相差が－９０°、９０°の時の進行方向をそれぞれ逆進方向、正進方向と呼ぶ。振動子の最高速度と最高速度に至った周波数をセンサで測定した。最高速度よりも低いある定格速度での電力（定格電力）を駆動回路に流れる電流から計算した。

実施例２、３の振動型アクチュエータの定格電力は、実施例４の振動型アクチュエータの定格電力よりも約１０％低く、おおむね同等であった。実施例２～４の振動型アクチュエータの駆動特性は、連続的な往復運動を行って耐久性能を評価したところ、試験後も大きな駆動特性劣化はなかった。

（比較例１）
（Ｂａ，Ｃａ）（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ_３の厚み約１３０ミクロンのグリーンシートを作製した。パンチでグリーンシートにスルーホールを形成したあと、スルーホール電極の印刷を行わずにグリーンシートを積層、圧着して１３４０℃で焼成した。得られた焼結体を４０００番の炭化ケイ素粉末を用いて圧電材料の厚みを０．４ｍｍに整えた。厚みを整えた板状の圧電材料１０２の片面に、図４（ａ）記載の第１の電極１０１ａ、第２の電極１０１ｂ、非駆動相電極１０１ｆを印刷して乾燥した。次に圧電材料の反対面に設置電極１０１ｇを印刷、乾燥した。これらの表面電極の印刷工程を通じてスルーホール内に電極が充填される。表面電極およびスルーホール電極を６００～８５０℃で焼き付けた。スルーホール電極の突出量は０ミクロン以下であった。接地電極１０１ｇはスルーホール電極１０１ｔを介して非駆動相電極１０１ｔと導通していた。その後ダイシング装置を用いて表面電極まで形成された圧電材料を８．９ｍｍ×５．７ｍｍの個片に切断し、図４（ａ）記載の矩形圧電素子を得た。

次に、ＳＵＳ４２０Ｊ２よりなる図１（ｅ）記載の弾性体１０３にエポキシ系の熱硬化接着剤を塗布し、電極を形成した圧電材料１０２と圧着した。次に接着剤を硬化させるための熱処理を実施した。弾性体を圧着した圧電材料を温度Ｔ１＝１６０℃まで加熱して１８０秒保持した後に室温まで冷却し、弾性体と圧電素子を接着した。接着後に矩形圧電素子の非駆動相と弾性体が導通していない振動子が含まれていた。

（実施例６）
実施例２で作製した振動型アクチュエータと光学部材とを力学的に接続し、図６記載の光学機器を作製した。センサとスケールによって構成されるエンコーダに与えられる位置情報に基づき、圧電材料に印加する交番電圧を制御することで振動型アクチュエータ、および振動型アクチュエータと接続された光学部材を狙いの位置へ精密に駆動することができた。本光学機器では振動型アクチュエータには光学レンズが接続されており、オートフォーカス機能を有することを確認できた。

スルーホール電極が突出部を有する圧電素子を用いた本発明の振動型アクチュエータでは弾性体と接地電極が導通している。そのため弾性体を接地して圧電材料に分極処理を施す工程における分極不良が発生せず、歩留まりよく振動型アクチュエータを製造することができる。

本発明の振動型アクチュエータは撮像装置（光学機器）のレンズや撮像素子の駆動用途、複写機の感光ドラムの回転駆動用途、ステージの駆動用途等の様々な用途に用いることができる。本明細書では一台の振動型アクチュエータについて説明したが、複数の振動型アクチュエータを円環状に配置しリング状の接触体を回転駆動することもできる。

１００ 振動型アクチュエータ
１０１ 電極
１０１ａ 第１電極
１０１ｂ 第２電極
１０１ｅ 駆動相電極
１０１ｆ 非駆動相電極
１０１ｇ 接地電極
１０１ｔ スルーホール電極
１０２ 圧電材料
１０３ 弾性体
１０４ 接触体
１０５ 導電性接着部
１０６ 突起部
１０７ 支持部
１０８ 矩形部
１１０ 振動子
２０１ 突出部
２０２ 圧電材料
２０３ スルーホール電極
２０４ 接地電極
２０５ 接着層
２０６ 弾性体

Claims (18)

1. 導電性の弾性体と圧電素子を備えた振動体と、
   前記弾性体と接する接触体を備え、前記振動体の振動により前記振動体と前記接触体とが相対的に移動する振動型アクチュエータであって、
   前記圧電素子を構成する板状の圧電材料は、
   前記圧電材料の厚み方向に貫通するスルーホールおよびスルーホールに充填されたスルーホール電極を有し、
   前記スルーホール電極は、前記弾性体側に開口する前記スルーホールの第１の開口部から突出した突出部を有しており、
   前記第１の開口部側の前記圧電材料の表面には、前記スルーホール電極と導通する接地電極が設けられており、
   前記スルーホール電極と前記弾性体が導通していることを特徴とする振動型アクチュエータ。
2. 前記スルーホール電極が、前記スルーホールの第一の開口部から１０ミクロン以下突出していることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
3. 前記弾性体と前記スルーホール電極の間に前記接地電極が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の振動型アクチュエータ。
4. 前記スルーホールの第１の開口部と対向する第２の開口部側の前記圧電材料の表面に非駆動相電極が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の振動型アクチュエータ。
5. 前記圧電材料が矩形状であることを特徴とする請求項４に記載の振動型アクチュエータ。
6. 前記弾性体が矩形状であることを特徴とする請求項４に記載の振動型アクチュエータ。
7. 前記弾性体が環状であることを特徴とする請求項４に記載の振動型アクチュエータ。
8. 前記圧電素子には前記非駆動相電極と隣りあう第１及び第２の表面電極が設けられており、前記振動子は、前記圧電材料における前記第１電極及び前記第２電極がそれぞれ設けられた領域を第一の領域と第二の領域としたとき、前記第一の領域と前記第二の領域がともに伸長または収縮する第１の曲げ振動モードと、前記第一の領域が伸張、収縮するときに前記第二の領域がそれぞれ収縮、伸張する第２の曲げ振動モードを形成する請求項４に記載の振動型アクチュエータ。
9. 前記弾性体は前記接地電極が設けられた面に接着材料で接合されており、前記非駆動相電極の少なくとも一つは前記スルーホール電極及び前記接地電極を介して前記弾性体と電気的に導通している請求項４に記載の振動型アクチュエータ。
10. 前記弾性体がマルテンサイト系ステンレスである請求項４に記載の振動型アクチュエータ。
11. 前記スルーホール電極が白金を主成分とし、前記第１の電極、第２の電極、接地電極、非駆動相電極は銀を主成分とする請求項９に記載の振動型アクチュエータ。
12. 前記接着材料が絶縁性材料である請求項９に記載の振動型アクチュエータ。
13. 前記圧電材料に含まれる鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満である請求項２に記載の振動型アクチュエータ。
14. 前記圧電材料はチタン酸バリウム系の材料を含む請求項１３に記載の振動型アクチュエータ。
15. 前記圧電材料はチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウムを含む請求項１４に記載の振動型アクチュエータ。
16. 前記圧電素子に設けられたスルーホール電極が１つである請求項４に記載の振動型アクチュエータ。
17. 部材と、前記部材に設けられた請求項２に記載の振動型アクチュエータを備えた電子機器。
18. 駆動部に請求項２に記載の振動型アクチュエータを備え、光学素子および撮像素子のうち少なくとも一方をさらに備える光学機器。

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