JP3755070B2

JP3755070B2 - 表面弾性波アクチュエータ及びその製造方法

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Publication number: JP3755070B2
Application number: JP22220796A
Authority: JP
Inventors: 治篠浦; 勝男佐藤; 勝高山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2016-08-23
Also published as: JPH09322573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面弾性波を利用したアクチュエータに係り、特に、高速移動が可能で位置決め精度の優れた表面弾性波アクチュエータ、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体の表面に発生する進行波を利用したアクチュエータとしては、超音波モータや表面弾性波（SAW）を利用したマイクロアクチュエータ等が知られている。
【０００３】
上記超音波モータは、駆動周波数は数kHzであり、トルクは大きいが移動速度の高速化は困難であった。又、磨耗が激しく、寿命は１０００時間程度であり、その用途は制約されていた。
【０００４】
一方、上記マイクロアクチュエータの駆動源である表面弾性波（レイリー波）は、その波面上の点が楕円運動し、その波面上に載せられた物体は、表面弾性波の進行と共にを移動する。
【０００５】
例えば、より高周波駆動の駆動を可能とした表面弾性波リニアモータとして、ニオブ酸リチウム基板上に表面弾性波を発生させ、その上にルビーボールや磁石で荷重をかけたスチールボールを載せ、高速で移動させるものが報告されている（信学技報ＵＳ−７４（１９９４ー１２）３１ページ・信学会９６春ＳＡー７ー５）。
【０００６】
又、特開平７ー３１６８５号公報には同様に表面弾性波を用い、３個のボールで点接触するもの等の少なくとも３点の接触点を有する表面弾性波リニアモータが提示されている。
【０００７】
これらの表面弾性波リニアモータは、いずれも移動体に小さな球を用い、基板との接触面積を減少させることで振幅の小さい表面弾性波による移動を可能としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような表面弾性波を駆動源とするアクチュエータでは接触圧力の均一化が難しく、そのばらつきから移動の効率や安定性がよくなかった。
【０００９】
例えば、移動体に1個の球体を用いた１点支持では、場所によって接触圧力が変化した場合、移動体に加わる駆動力が変化し、良好な移動動作が得られなかった。一方、３点支持による場合は、移動体に加わる総駆動力の変化は小さくなるが、３箇所の支持点の高さの均一化が困難で、その僅かな高さの差により移動動作が不安定になるという問題があった。
【００１０】
又、上記表面弾性波リニアモータでは、耐久性や具体的産業への応用については全く検討されていなかった。
【００１１】
そこで、本発明は、移動の効率や安定性が良く、耐久性に優れた構造の簡単な表面弾性波アクチュエータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
ところで、高密度記録として広く使用されている磁気ディスクや光記録等の記録再生装置のヘッド駆動用アクチュエータとしては、磁気ディスク装置ではボイスコイルモータが使用され、光記録装置でも構造は異なるものの電磁型アクチュエータが使用されている。
【００１３】
しかしながら、磁気ディスク装置で使用されるボイスコイルモータは、簡単な構造であるが、位置決め精度に限界があり、光記録装置で使用される電磁型アクチュエータは、精度は高いが構造が複雑であった。
【００１４】
これらの装置のヘッド駆動用アクチュエータとして、本発明にかかる表面弾性波アクチュエータを使用すれば、簡単な構造で、位置決め精度が高く、かつ耐久性に優れた記録再生装置のヘッド駆動用アクチュエータを提供することができる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の表面弾性波アクチュエータは、表面弾性波の発生部及び伝搬部を具備する固定子基板と、前記表面弾性波を駆動源として移動する移動子とを有するアクチュエータに於いて、
前記固定子基板の表面弾性波伝搬部が、前記表面弾性波の伝搬方向とほぼ直角な方向に、凸状に湾曲しており、かつ該凸状に湾曲した部分が前記表面弾性波の伝搬方向に連続していることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項２記載の表面弾性波アクチュエータは、請求項１記載の表面弾性波アクチュエータに於いて、
前記移動子の一端に支点部を設け、該支点部を中心に前記移動子が回動することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項３記載の表面弾性波アクチュエータは、請求項１又は２記載の表面弾性波アクチュエータに於いて、
前記移動子が２枚の固定子基板で挟まれ、かつ前記移動子が、前記２枚の固定子基板の表面弾性波伝搬部と加圧接触していることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項４記載の表面弾性波アクチュエータは、請求項１，２又は３記載の表面弾性波アクチュエータに於いて、
前記固定子基板の表面弾性波伝搬部の裏側に表面弾性波伝搬方向とほぼ平行に溝部を設け、該溝部を利用して前記表面弾性波伝搬部を凸状に湾曲させたことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項５記載の表面弾性波アクチュエータは、請求項１，２，３又は４記載の表面弾性波アクチュエータに於いて、
前記移動子の少なくとも前記固定子基板の表面弾性波伝搬部と接触する部分が凸状に湾曲し、かつ前記接触部に於ける移動子側の湾曲方向と固定子基板側の湾曲方向とが非平行であることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項６記載の表面弾性波アクチュエータは、請求項１，２，３，４又は５記載の表面弾性波アクチュエータに於いて、
前記移動子の少なくとも前記固定子基板の表面弾性波伝搬部と接触する部分が円柱状であることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項７記載の表面弾性波アクチュエータは、請求項１，２，３，４，５又は６記載の表面弾性波アクチュエータに於いて、
前記固定子基板の表面弾性波伝搬部、若しくは、前記移動子の前記表面弾性波伝搬部と接触する部分に、又は、前記表面弾性波伝搬部及び前記移動子の双方の表面に、カーボン膜を設けたことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項８記載の表面弾性波アクチュエータは、請求項１，２，３，４，５又は６記載の表面弾性波アクチュエータに於いて、
前記固定子基板の表面弾性波伝搬部、若しくは、前記移動子の前記表面弾性波伝搬部と接触する部分に、又は、前記表面弾性波伝搬部及び前記移動子の双方の表面に、前記固定子基板よりも硬度が高い高硬度膜を設けたことを特徴とするものである。
【００２６】
請求項９記載の表面弾性波アクチュエータは、請求項１，２，３，４，５，６，７又は８記載の表面弾性波アクチュエータに於いて、
前記固定子基板の湾曲の頂部を中心に走査距離１００μｍで走査した場合のうねり量は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項１０記載の表面弾性波アクチュエータの製造方法は、表面弾性波の発生部及び伝搬部を具備する固定子基板と、前記表面弾性波を駆動源として移動する移動子とを有する表面弾性波アクチュエータの製造方法に於いて、
前記固定子基板の表面弾性波伝搬部の裏側に、ダイヤモンド、セラミック、又は超硬材料からなる刃状部材又は針状部材を用いて表面弾性波伝搬方向とほぼ平行に溝部を設ける工程と、
前記固定子基板の溝部を設けた側の面に、該溝幅が狭まる方向の外力を加え、前記表面弾性波伝搬部を、前記表面弾性波の伝搬方向とほぼ直角な方向に凸状に湾曲させて、該凸状に湾曲した部分が前記表面弾性波の伝搬方向に連続するように形成する工程とを有することを特徴とするものである。
【００２８】
【発明の実施の態様】
［表面弾性波アクチュエータの構成］
以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。本発明にかかる表面弾性波アクチュエータは、図１に示したように表面弾性波の発生部及び伝搬部を具備する固定子１０と、前記表面弾性波を駆動源として移動する移動子２０とを有するものである。
【００２９】
上記固定子１０は圧電基板であり、従来より、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルター用基板として用いられているLiNbO₃（以下ＬＮ）,LiTaO₃, Bi₁₂GeO₂₀, Bi₁₂SiO₂₀, PZT, ZnO, CdS, Li₂GeO₃, 水晶等の単結晶材料を用いることができる。又、ZnO, CdS等の圧電薄膜を設けた基板や、PbTiO₃-PbZrO₃-In(LiW)O₃系等の圧電焼結セラミック基板を用いることもできる。
【００３０】
上記表面弾性波の発生部である櫛型電極１１としては、通常、薄膜金属が用いられ、その材料としてはアルミニウム、アルミニウム銅合金、クロム金合金、チタン金合金等を用いることができる。
【００３１】
この金属薄膜のパターンニング、つまり櫛形電極の形成は、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィ手法によりレジストマスクを形成した後、不要部分をエッチングし、その後、剥離液でレジストマスクを剥離することにより容易に形成することができる。
【００３２】
ここで、エッチングとしては、ウェット、ドライの各種手法を用いることができ、例えばアルミニウム電極をウエット法によりパターンニングする場合には、エッチャントとしてリン酸、硝酸、酢酸系のもの等を用いれば、エッチ面がなめらかな櫛形電極を得ることができる。又、ドライ法（ドライミリング）としては、アルゴンによるイオンビームミリングやプラズマエッチングを用いることができる。但し、基板表面にカーボン膜を形成した場合には、エッチングにより該カーボン膜がミリングされないような手法、条件を選択する必要がある。
【００３３】
又、印刷法を用いてもよく、この場合、例えばパラジウム等の導電体ペーストをスクリーン印刷することにより所望のパターンを形成することができる。
【００３４】
上記櫛形電極の構成は、従来から知られているＳＡＷフィルターの設計手法により、容易に設計することができる。例えばＬＮを基板とした１０MHz駆動の櫛形電極の場合、図２に示したように電極幅Ｗ_a１００μm、ピッチＷ_b４００μm、電極交差幅Ｗ_c１２．５ｍｍで電極本数４０本程度が好ましく、電極交差幅Ｗ_cが25ｍｍのときは電極本数20本程度とすることが好ましい。
【００３５】
尚、本発明の表面弾性波発生部の駆動周波数は、１MHzから数十MHzの範囲であることが望ましい。ここで、前記範囲より低い駆動周波数では移動速度が遅く、前記範囲より高い駆動周波数では移動子の機械的移動の追従が困難で摩擦も大きくなり、表面弾性波アクチュエータの信頼性が低下する。
【００３６】
又、通常の表面弾性波素子に於いて公知の各種技術を使用することも可能であり、例えば、表面弾性波の反射を防止するため、図３に示すような反射防止部１２を櫛形電極11の後部に設けることが望ましい。この反射防止部１２は、シリコングリス等のダンピング材を薄く塗布することにより設けることができる。
【００３７】
更に、表面弾性波の広がりを防止するために金属導体層導波路や溝型導波路等を設けることも可能である。例えば、金属導体層導波路の場合には、櫛形電極の交差幅と同等の幅で、膜厚０．０１μｍ〜０．１μｍの金属膜（例えば、チタン、クロム、インジウム、アルミニウム等からなる金属膜）をスパッタ法等により成膜することで表面弾性波の広がりを防止することができる。又、溝型導波路の場合には、櫛形電極交差部の最外部に深さ０．１ｍｍ程度の溝を機械加工、レーザー加工等により形成することで同様の効果が得られる。又、基体を櫛形電極の交差幅に切断加工してもよい。
【００３８】
又、効率を向上させるために、浮き電極等を用いて一方向性電極としてもよく、更に、駆動電極と向かい合う電極から電力を回収してもよい。
【００３９】
一方、上記表面弾性波発生部で発生した表面弾性波を駆動源として移動する移動子の移動速度は、図４に示した高周波電源３０から櫛形電極１１に印加する電圧によって変化させることができる。ここで、印加電圧を変化させた場合に移動子の移動速度が変化するのは、印加電圧を変化させることにより表面弾性波の振幅が変化するためである。又、移動子の移動速度は、固定子と移動子との接触圧力によっても変化するため、接触圧力を調整することによっても移動速度を変化させることができる。
【００４０】
尚、移動子の移動方向は、図４に示した2つの櫛形電極１１のどちらに電圧を印加するかで決まるが、両方の櫛形電極１１に電圧を印加しながら、その印可電圧に差異を設けることによっても移動方向を制御することができる。
【００４１】
又、上記印加電圧の供給方法は、連続供給、間欠供給（供給のオンとオフを時分割で切り替える供給方法）のいずれであってもよい。
【００４２】
次に、固定子の表面弾性波が伝搬する部分の形状について説明する。
【００４３】
本発明の表面弾性波アクチュエータに於いては、固定子の表面弾性波伝搬部の形状が、凸状に湾曲している。
【００４４】
例えば、図１に示した表面弾性波アクチュエータに於いては、固定子の表面弾性波伝搬部が、表面弾性波の伝搬方向とほぼ直角な方向に凸状に湾曲している。そして、この固定子１０の湾曲方向と、棒状の移動子１１の軸方向がほぼ平行になるように移動子１１が置載されている。
【００４５】
従って、固定子１０と移動子１１の接触部分に於いては、固定子１０側の湾曲方向と移動子１１側の湾曲方向がほぼ直行する。このように両者の湾曲方向をほぼ直行させたことにより、両者の接触面積が僅かとなり、その結果、振幅が僅かな表面弾性波の駆動力を移動子に効率的に伝達することができる。
【００４６】
尚、図１に於いては、理解を容易にするために湾曲の状態を強調しているが、実際の湾曲は非常に僅かであり、実用上も、湾曲がゆるやかで、湾曲の高低差（凸状の度合）も僅かであることが望ましい。
【００４７】
［湾曲形状の形成方法］
次に、上述のように固定子の表面弾性波伝搬部を僅かに湾曲させる方法について説明する。固定子の表面弾性波伝搬部を僅かに湾曲させる方法としては、図５に示したように固定子の裏面（表面弾性波伝搬部の反対側の面）に溝部１４を形成することが最も簡易かつ効果的な方法である。
【００４８】
ここで、溝部１４は固定子１０を湾曲させたい方向とほぼ直行するように設けられているが、溝部１４を形成しただけでは、固定子１０を湾曲させることはできない。つまり、固定子１０を湾曲させるためには、溝部１４に応力集中が生じるような外力を加えなければならない。しかし、この外力は、基板を所望の方向に変形（湾曲）させるものであればどんな力であっても構わない。。
【００４９】
このような外力を加える方法としては、各種の方法が考えられるが、次に、最も簡易な方法について説明する。
【００５０】
一般に固定子となる基板は単独で使用されることは無く、必ず他の部材と組み合わせたかたちで使用されるが、このように他の部材と組み合わせることにより、基板に応力を生じさせることができる。そして、この応力が溝部周辺に集中的に作用するため、基板は所望の形状に変形する。
【００５１】
具体的には、基板をより強度の高い補強板と硬化性樹脂、例えば有機物接着剤を用いて接合し、この有機物接着剤が硬化する際の収縮力により、基板に所望の応力を発生させることができる。
【００５２】
又、ウエハー状態で溝部を形成し、その後、個々のアクチュエータ駆動基板に分離加工する場合には、この分離加工する際に基板に加わる力により応力を発生させ、基板を所望の形状に変形させることもできる。
【００５３】
尚、固定子となる基板の裏面に形成される溝部は、上記目的からも判るように極めて小さな加工痕であっても構わない。又、溝部の深さや幅については特に制限はないが、所望の湾曲状態が得られるように設定する必要がある。
【００５４】
この溝部を形成する方法としては、ダイヤモンド、セラミック、もしくは超硬材料からなる刃状部材又は針状部材により、基板に機械加工を施して形成する方法が挙げられる。又、電子線、イオンビーム、もしくは超音波を必要個所に照射して形成する方法や、微粒研磨剤を基板上に噴射して形成する方法を用いてもよい。
【００５５】
［湾曲形状の詳細］
固定子（基板）表面の湾曲の度合を表面粗さで評価した場合、うねり成分に微少粗さ成分が重複されたプロファイルが得られる。そこで、うねり成分のみを評価するため、フィルターで微少粗さ成分を除去した後、その最大値と最小値の差を求めた。
【００５６】
この方法で、湾曲の頂部を中心に、走査距離１００μmで、走査した場合のうねり量は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが望ましい。ここで、うねり量が前記範囲以下では移動子と表面弾性波伝搬部（固定子）との接触状態が悪いため、移動子を有効に移動させることができない。又、うねり量が前記範囲以上では表面弾性波に乱れが生じるため、移動子を有効に移動させることができない。
【００５７】
又、移動子を有効に移動させるためには、微少粗さ成分（うねり成分を除いた表面粗さ）も重要な要件になる。この微少粗さ成分については、表面粗さＲaが５ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２ｎｍ以下である。ここで、微少粗さ成分が前記範囲以上では移動子を有効に移動させることができない。尚、微少粗さ成分の最小値については特に制限はないが、工業上の加工コストを考慮すれば０．１ｎｍ程度となる。
【００５８】
［接触面の表面加工］
固定子側の接触面である表面弾性波伝搬部や、移動子の表面（固定子と接触する部分）の耐久性を向上させるためには、これらの表面部はカーボン又はカーボンを主成分とすることが好ましい。又、これらの表面に保護膜を設けることも好ましい耐久性向上手段である。
【００５９】
この保護膜としては、スパッタ法によるカーボン薄膜が挙げられる。又、表面弾性波伝搬部については、伝搬速度を低下させないために硬度の高いダイヤモンド膜や特開平２ー１５１６９号に記載されている様なダイヤモンド様カーボン膜を用いることが好ましい。
【００６０】
又、摺動特性の改善のためにも、表面弾性波伝達部の表面に硬度の高い膜を形成することが好ましく、その高硬度膜としては従来公知のＴｉＮ、ＴｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＨｆＮ、ＷＣ等の真空成膜法（例えば、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーディング法、ＣＶＤ法等）で成膜される膜が好ましい。尚、これらの高硬度膜は、硬度が基体の硬度よりも高い膜でなければ、摺動特性の改善効果は得られず、又、ビッカース硬度が１５００未満では改善効果が小さいのでビッカース硬度は１５００以上であることが好ましい。
【００６１】
又、上記カーボン薄膜と高硬度膜を積層してもよく、その場合には高硬度膜の上にカーボン薄膜を形成する。このようにすることにより摺動特性の改善と耐久性の向上が同時に可能となる。
【００６２】
尚、ダイヤモンド様カーボン膜を表面弾性波伝達部の表面に形成した場合には、その硬度の高さにより表面弾性波の伝搬速度が向上するだけでなく、摺動特性の改善も同時に可能となる。つまり、ダイヤモンド様カーボン膜は、ビッカース硬度がほぼ３０００以上であるため、耐久性と表面弾性波伝搬特性の双方を満足する。
【００６３】
上記ダイヤモンド様カーボン膜は、バイアス印加プラズマＣＶＤ法やイオン化蒸着法により形成することができる。
【００６４】
又、上記保護膜の密着性向上のため、カーボン薄膜の下地に薄い下地層を成膜してもよいが、表面弾性波の発生及び伝搬に支障が無いように注意する必要がある。更に、移動子と表面弾性波伝搬部（固定子）間の摺動性改善のために、フッ素系潤滑剤をディップコート法等により塗布してもよいが、表面弾性波の伝達を阻止しないように注意する必要がある。
【００６５】
［駆動特性の向上］
本発明にかかる表面弾性波アクチュエータの移動子は、図1に示すような円柱状、あるいは少なくとも表面弾性波伝達面と接触する面が凸状に湾曲したものであることが好ましい。つまり、接触面が共に凸状に湾曲した表面弾性波伝達部と移動子とを接触させることにより両者の接触面積を小さくし、表面弾性波による駆動力を移動子に効率的に伝えている。従って、固定子と移動子の接触面が共に凸状に湾曲し、かつ両者の湾曲方向がほぼ直行するように接触している場合が、最も好ましい形態である。
【００６６】
又、表面弾性波アクチュエータの駆動特性は、固定子と移動子の接触圧力にも依存するため、固定子と移動子は一定の圧力で保持されていることが好ましい。例えば、図６に示したように、移動子２０を固定子１０と加圧部材４０とで挟むことにより、固定子と移動子との接触圧力を一定に保ってもよい。
【００６７】
又、上記加圧部材を用いずに、移動子を２枚の固定子で固定してもよく、この場合には両方の固定子から駆動力を伝えることができる。その結果、駆動力が増加し、万一、一方の固定子が移動子から離れた場合でも他方の固定子が接触していれば、移動子を駆動することができる。
【００６８】
次に、移動子を２枚の固定子で挟んだ表面弾性波アクチュエータの構成について図７を参照して説明する。図７は、移動子２０を２枚の固定子１０で挟んだ表面弾性波アクチュエータの正面図（図６のＡ方向）、平面図（同Ｂ方向）及び断面図（同ＣＣ断面）を示したものである。
【００６９】
同図に示した表面弾性波アクチュエータは、固定子１０、移動子２０、固定子１０の順で組立し、２枚の固定子１０が平行となるように固定部材５０により固定する。この際に、２枚の固定子１０の平行を保つためスペーサー等を介在させてもよい。又、２枚の固定子１０は、移動子に圧接されているので、固定子１０の裏面には、支持板１５を設けることが好ましい。
【００７０】
又、移動子を２枚の固定子で挟んだ場合や、固定子と加圧部材で挟んだ場合には、これらを固定する際の加圧を調整することにより、固定子の表面弾性波伝達部と移動子との接触圧力を調整することができる。
【００７１】
又、断面図に示したように固定子１０及び移動子２０には、耐久性向上のための保護膜１３、２３を設けてもよい。
【００７２】
尚、移動子の移動時の安定性を向上させるために表面弾性波アクチュエータ本体の外部に支持のための機構、例えばガイドレール等を設けてもよい。
【００７３】
［回動型のアクチュエータ］
上述の表面弾性波アクチュエータでは、移動子が表面弾性波の伝搬方向に平行移動するものであったが、図８に示したように、移動子の固定子との接触部から離れたところに、回転運動可能な支点部２１を設け、この支点部２１を中心として移動子の他端が弧を描くように移動させることもできる。尚、この場合には、移動子は表面弾性波の進行方向に対して僅かに傾きをもって移動することとなるが、微少な傾きなので動作に支障はない。
【００７４】
上記のような回動型のアクチュエータに於いては、移動子と固定子との接触部を挟んで支点部と反対側の移動子の一部に実際に駆動したい物体を機械的に接続すれば、てこの原理により、この物体の駆動距離を増幅させることができる。この増幅率は、前記接触部と接続部との距離に応じて変化するが、増幅率の増加と共に駆動精度は低下するため、増幅率は10倍以下であることが好ましい。
【００７５】
この回動型のアクチュエータは高密度記録再生装置のヘッド駆動用アクチュエータとして使用することができる。例えば、磁気ディスク装置に用いられているボイスコイルモータの代わりに回動型のアクチュエータを用いた場合の概略図を図９に示した。同図に於いては、磁気ヘッド２２が駆動部１で発生する駆動力により支点部２１を中心に回動することで磁気ディスク６０のトラック方向の位置制御を行うことができる。
【００７６】
尚、この回動型のアクチュエータは光ディスク装置の場合も同様に使用することができる。
【００７７】
【実施例】
以下に、２枚の固定子を用いた回動型の表面弾性波アクチュエータについて、詳細に本発明を説明する。
【００７８】
まず３インチ径、厚さ０．３５mmのＬＮ基板上に、膜厚１μmのダイヤモンド様カーボン膜をイオン化蒸着装置を用い、メタンガスを供給源とし、電磁コイルで４００Ｇの磁界を印加させながら成膜した。更に、このダイヤモンド様カーボン膜の上に、蒸着法により、アルミニウム膜を膜厚１８０ｎｍで全面に成膜した。次に、ヘキスト社製ポジ型フォトレジスト（ＡＺタイプ）を用いてレジストミリングカバーマスクを形成し、イオンミリング装置により不要部分のアルミニウム膜を除去した後、レジスト剥離を行い所望の櫛形電極を形成した。
【００７９】
尚、上記ＬＮ基板は１２７．８６度回転Ｙ板であり、上記櫛型電極は、Ｘ方向が表面弾性波伝搬方向となるように配置した。又、上記櫛型電極は、電極幅１００μm、電極ピッチ４００μm、電極交差幅１２．５ｍｍで、は電極本数４０本とし、両側に設けた櫛型電極間の距離は２５ｍｍとした。つまり、このアクチュエータは、駆動周波数１０ＭＨｚ、ストローク長２５ｍｍで設計されている。
【００８０】
次に、上記ＬＮ基板のダイヤモンド様カーボン膜を形成した側の面を凸状に湾曲させるために、その裏面（ダイヤモンド様カーボン膜を形成しなかった側の面）に、先端角１２０度のダイヤモンドボレイトにより、１０ｇの荷重を加えて溝部を形成した。この溝部はダイヤモンド様カーボン膜を形成した側の面に設けられている櫛形電極の中央部に表面弾性波の伝達方向と平行に形成した。
【００８１】
上記溝部を形成後、3インチウエハーから2組の固定子（基板）を切り出した。この固定子は、２つの向かい合う櫛形電極からなる表面弾性波発生部と表面弾性波伝搬部を有し、大きさは３ｍｍ×３０ｍｍである。
【００８２】
この固定子の裏面にエポキシ接着剤を塗布した後、厚さ1mmのガラス板と接合し100℃にて1時間の熱硬化処理を行った。尚、ガラス板には予め移動子を挟み固定するための穴を４カ所に設けておいた。
【００８３】
上記固定子の表面弾性波伝搬部に於ける表面粗さを、湾曲の頂部を中心に走査距離１００μmで測定したところ、表面弾性波の伝搬方向に平行な方向のうねり量は２ｎｍ、伝搬方向に垂直な方向のうねり量は５５ｎｍで、微小粗さ（うねり成分を除いた表面粗さ）は８Ａであった。
【００８４】
次に、移動子として用いる直径２ｍｍ長さ６ｃｍの円柱状強化ガラス棒の表面に、膜厚3μmのダイヤモンド様カーボン膜を形成した。このダイヤモンド様カーボン膜は、ガラス棒を回転させながら上記と同様にイオン化蒸着装置を用いメタンガスを供給源とし、電磁コイルで４００Ｇの磁界を印加させながら成膜した。尚、上記移動子の微小粗さ（うねり成分を除いた表面粗さ）は、走査距離1μmで、１．２ｎｍであった。
【００８５】
上記移動子の一端をベアリングにより固定し、この部分を回転可能な支点部とし、この反対側の端部に５０％サイズのＭＲ磁気ヘッドジンバルを固定した。
【００８６】
次に、上記固定子の各櫛形電極の後部に表面弾性波の反射を防止するためのシリコングリスを塗布した後、上記移動子の一部を２枚の固定子で挟み込んで固定した。その際にネジの締め加減により固定圧力を調整し、固定子と移動子との接触圧力が最適となるように調整した。
【００８７】
この回動型の表面弾性波アクチュエータを、磁気ヘッド駆動用アクチュエータとして評価するために、２．５インチ磁気デイスク装置に設置した。この際、磁気ディスク回転装置が設置されている定盤上に移動子を挟んだ２枚の固定子部分を固定し、移動子の支点部を、ＸＹＺ方向に移動可能（３次元移動可能）なステージ上に固定し、位置の微調整を行った．
この磁気ディスク装置で、磁気ディスクを回転数３６００ｒｐｍで回転させ磁気ヘッドを浮上させた状態で、アクチュエータに１００Ｖ_pp、９．８ＭＨｚの高周波電圧を３００００パルス印加したところ、ヘッドがトラック方向に約２ｍｍ移動した。従って、この場合、１パルスあたりの移動距離は約６７ｎｍになる。次に、駆動電圧を７０Ｖ_ppにしたところ１パルスあたりの移動距離は約２５ｎｍであった。
【００８８】
又、移動速度は６００ｍｍ／ｓ、立ち上がり時間は約２ｍｓであった。
【００８９】
又、このアクチュエータの耐久性を評価するために、磁気ディスクの最外周から最内周への移動を５０００時間連続して繰り返したところ、１パルスでの駆動距離が約５％減少しただけで、その他の問題は発生しなかった。このことから本アクチュエータが優れた精度と高速応答、及び高耐久性を備えていることが確認できた。
【００９０】
別途、耐久性を比較するためにダイヤモンド様カーボン膜を成膜していない固定子（直接ＬＮ基板面が露出したもの）と移動子（強化ガラス面が露出したもの）が接触するアクチュエータも製作した。このアクチュエータの駆動特性を評価するため、１００Ｖ_pp、９．８ＭＨｚで高周波電圧駆動したところ、１パルスあたりの移動距離は約８５ｎｍで、移動速度は７５０ｍｍ／ｓ、立ち上がり時間は約２ｍｓとなり、ダイヤモンド様カーボン膜を成膜したアクチュエータよりも初期性能は良かった。これは、接触面の微小粗さ（うねり成分を除いた表面粗さ）がより小さいためと考えられる。しかし、５０００時間連続駆動をおこなったところ、１パルスあたりの移動距離が約５０％減少し、移動時の立ち上がり時間については約２０ｍｓと大幅に悪化した。この結果から、保護用のダイヤモンド様カーボン膜を設けた場合には、耐久性が大幅に向上することが確認できた。
【００９１】
次に、上記実施例と同様の構造で膜厚３μｍのダイヤモンド様カーボン膜の代わりに膜厚５μｍのＴｉＮ膜をＣＶＤ法により成膜した。ここで、成膜時の基板温度を制御して、１５０゜Ｃ、２５０゜Ｃ、３５０゜Ｃの３種類の基板温度でアクチュエータを作製した。
【００９２】
このＴｉＮ膜の硬度は、成膜時の基板温度により大きく変化し、それぞれのビッカース硬度は、１５０゜Ｃでは９００、２５０゜Ｃでは１７００、３５０゜Ｃでは２２００であった。尚、前記ビッカース硬度は、別途成膜した膜厚２０μｍの試料で測定した（マイクロビッカース硬度計を用い、荷重１ｇで測定した）。
【００９３】
又、ＴｉＮ膜を成膜した３種類のアクチュエータで、上記実施例及び比較例と同様に５０００時間連続駆動をおこなったところ、１パルスあたりの移動距離の減少は、１５０゜Ｃで成膜したアクチュエータでは約３０％、２５０゜Ｃで成膜したアクチュエータでは約９％、３５０゜Ｃで成膜したアクチュエータでは約７％であった。
【００９４】
尚、本アクチュエータに使用したガラスのビッカース硬度は８００、ＬＮ基板のビッカース硬度は８８０であった。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、上述のような構成により、簡単な構造で、位置決め精度が高く、かつ耐久性に優れた表面弾性波アクチュエータを提供することができる。
【００９６】
又、本発明の製造方法によれば、上記のように駆動特性の優れた表面弾性波アクチュエータを容易に製造することができる。
【００９７】
又、回動型のアクチュエータを、磁気ディスクや光ディスク等の記録再生装置のヘッド駆動用アクチュエータとして使用すれば、簡単な構造で、位置決め精度が高く、かつ耐久性に優れたヘッド駆動用アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる表面弾性波アクチュエータの概略を示した斜視図である。
【図２】表面弾性波の発生部である櫛形電極を説明するための平面図である。
【図３】本発明にかかる表面弾性波アクチュエータの固定子を示した平面図である。
【図４】表面弾性波の発生部である櫛形電極と高周波電源との接続を示した平面図である。
【図５】固定子の裏面に設けた溝部を示した斜視図である。
【図６】加圧部材を設けた場合の表面弾性波アクチュエータの概略を示した斜視図である。
【図７】移動子を２枚の固定子で挟んだ構造の表面弾性波アクチュエータの概略を示した正面図、平面図及び断面図である。
【図８】回動型の表面弾性波アクチュエータの概略を示した斜視図である。
【図９】回動型の表面弾性波アクチュエータを記録再生装置のヘッド駆動用アクチュエータとして使用した場合を示した平面図である。
【符号の説明】
１駆動部
１０固定子
１１櫛形電極
１２反射防止部
１３保護膜
１４溝部
１５支持板
１６熱硬化型接着剤
２０移動子
２１支点部
２２磁気ヘッド
２３保護膜
３０高周波電源
４０加圧部材
５０固定部材
６０磁気ディスク

Claims

表面弾性波の発生部及び伝搬部を具備する固定子基板と、前記表面弾性波を駆動源として移動する移動子とを有するアクチュエータに於いて、
前記固定子基板の表面弾性波伝搬部が、前記表面弾性波の伝搬方向とほぼ直角な方向に、凸状に湾曲しており、かつ該凸状に湾曲した部分が前記表面弾性波の伝搬方向に連続していることを特徴とする表面弾性波アクチュエータ。
前記移動子の一端に支点部を設け、該支点部を中心に前記移動子が回動することを特徴とする請求項１記載の表面弾性波アクチュエータ。
前記移動子が２枚の固定子基板で挟まれ、かつ前記移動子が、前記２枚の固定子基板の表面弾性波伝搬部と加圧接触していることを特徴とする請求項１又は２記載の表面弾性波アクチュエータ。
前記固定子基板の表面弾性波伝搬部の裏側に表面弾性波伝搬方向とほぼ平行に溝部を設け、該溝部を利用して前記表面弾性波伝搬部を凸状に湾曲させたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の表面弾性波アクチュエータ。
前記移動子の少なくとも前記固定子基板の表面弾性波伝搬部と接触する部分が凸状に湾曲し、かつ前記接触部に於ける移動子側の湾曲方向と固定子基板側の湾曲方向とが非平行であることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の表面弾性波アクチュエータ。
前記移動子の少なくとも前記固定子基板の表面弾性波伝搬部と接触する部分が円柱状であることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の表面弾性波アクチュエータ。
前記固定子基板の表面弾性波伝搬部、若しくは、前記移動子の前記表面弾性波伝搬部と接触する部分に、又は、前記表面弾性波伝搬部及び前記移動子の双方の表面に、カーボン膜を設けたことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６記載の表面弾性波アクチュエータ。
前記固定子基板の表面弾性波伝搬部、若しくは、前記移動子の前記表面弾性波伝搬部と接触する部分に、又は、前記表面弾性波伝搬部及び前記移動子の双方の表面に、前記固定子基板よりも硬度が高い高硬度膜を設けたことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６記載の表面弾性波アクチュエータ。
前記固定子基板の湾曲の頂部を中心に走査距離１００μｍで走査した場合のうねり量は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８記載の表面弾性波アクチュエータ。
表面弾性波の発生部及び伝搬部を具備する固定子基板と、前記表面弾性波を駆動源として移動する移動子とを有する表面弾性波アクチュエータの製造方法に於いて、
前記固定子基板の表面弾性波伝搬部の裏側に、ダイヤモンド、セラミック、又は超硬材料からなる刃状部材又は針状部材を用いて表面弾性波伝搬方向とほぼ平行に溝部を設ける工程と、
前記固定子基板の溝部を設けた側の面に、該溝幅が狭まる方向の外力を加え、前記表面弾性波伝搬部を、前記表面弾性波の伝搬方向とほぼ直角な方向に凸状に湾曲させて、該凸状に湾曲した部分が前記表面弾性波の伝搬方向に連続するように形成する工程とを有することを特徴とする表面弾性波アクチュエータの製造方法。