JPH07163166A - 圧電アクチュエータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 圧電アクチュエータの複数個の同時組立によ
る製造効率の向上と、小型化を図る。 【構成】 弾性体１ａ〜１ｄに、張り出し部材７ａ〜７
ｄを設ける。移動子４を移動案内手段８により支持し、
加圧機構５により張り出し部材７ａ〜７ｄに接触する。
弾性体１ａ〜１ｄの振動を張り出し部材７ａ〜７ｄを介
して移動子４に伝達し、移動子４を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧電アクチュエータ
及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電アクチュエータに用いる弾性
体は、弾性体に圧電材を接合する面と相対する面に突起
部を形成する構造であった。この突起部は、振動体と移
動子とを所定の加圧量で加圧した際に、振動する振動体
から移動子に摩擦を介して運動を伝達する機能を果たし
ている。

【０００３】また、従来より行われている圧電アクチュ
エータの超音波モータの製造方法を例として、図２の工
程図を用いて以下に説明する。支持盤に支持軸を打ち込
み支持体を組み立てる（工程２０１）。弾性体と予め電
極形成を施した圧電材とを接着し振動体を組み立てる
（工程２０２）。

【０００４】前記支持体の支持軸に前記振動体を打ち込
む（工程２０３）。前記振動体に接する位置に前記支持
軸を回転中心となる様に回転子を組み込む（工程２０
４）。前記回転子に接する位置に加圧機構を組み付けさ
らに前記支持軸に固定する（工程２０５）。

【０００５】前記振動体と前記回転子とを所望の圧力で
接するために加圧機構を調整する（工程２０６）。以上
の工程にて圧電アクチュエータは作成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、圧電アクチュ
エータに用いる弾性体の突起部を、弾性体と圧電材とを
接合する面と相対する弾性体の面に形成する構造の場
合、切削などの機械加工法が適用可能なサイズでは有効
であるが、さらなる小型化は不可能な構造である。ま
た、支持体に設けた支持軸を組立基準に振動体および回
転子、加圧機構を組み立てるこの方法では、複数個の圧
電アクチュエータを高精度にて同時に組み立てることは
困難である。また、振動体と回転体との加圧量を調整す
る際においても、各々の圧電アクチュエータ毎にハンド
リングと加圧量調整を繰り返し行うことが必要となり、
量産性が極めて低いこととなる。さらに、圧電アクチュ
エータにおいて小型化をしていく際に、数ｍｍサイズの
部品からハンドリングが困難となり、各々の部品を高精
度に組み立てることができないこととなる。そこで、複
数個の圧電アクチュエータ部品をウエハに同時に形成す
ること、および加圧量調整を複数個の加圧機構に対して
同時に処理することが課題となる。

【０００７】この発明の目的は、従来のこのような問題
を解決するための圧電アクチュエータの製造方法を新た
に考案し、量産性を向上するとともに安定した品質での
高精度組み立て方法を提示することで圧電アクチュエー
タの特性向上を得ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、圧電材と弾性体とを接合する面と相対する弾性体の
面から弾性体の突起部を無くし、複数個の圧電アクチュ
エータ部品をウエハに形成可能な弾性体に新たな張り出
し構造を考案するとともに、各々の位置決めが困難な場
合に於いてもウエハに組立アライメントマークを設ける
ことで高精度組み立てを可能とする。また、圧電アクチ
ュエータチップに切り放す以前に振動体と移動子または
回転子との接触圧力を調整する目的で、加圧機構のバネ
厚みを金属薄膜などの成膜加工もしくはドライエッチン
グなどの除去加工にて制御することで高精度に加圧量を
調整することが可能となる。さらに、弾性体と電極材を
形成した圧電材との固着および支持体と振動体との接
合、振動体と加圧機構との接合、軸受けと振動体との接
合のいずれかに中間材料として酸化珪素化合物を成膜し
た後に陽極接合を行うこと、もしくは被接合材の一方を
酸化珪素化合物に一方を金属として陽極接合を行うこと
で接合の際の位置ずれを極小とすることが可能である。

【０００９】以上の方法に加えて、複数個の加圧機構上
に移動子または回転子の雌型となる樹脂もしくは金属を
パターニングし、前記雌型上に金属もしくは無機化合物
を成膜した後に前記雌型を溶解などの除去処理をするこ
とで、移動子または回転子をハンドリングにて組み込み
することなく加圧機構の所望の位置に形成及び組み込み
処理できる。

【００１０】

【作用】上記のように構成された圧電アクチュエータの
構造および製造方法においては、複数個の圧電アクチュ
エータ部品を形成できるとともに複数個の組み立てを同
時に行うことができる。また、圧電アクチュエータ部品
個々のハンドリングができないまでの小型化を図った場
合でも、組立アライメントマークを持つウエハに各々の
部品を形成していくことで量産性を向上するとともに、
安定した品質での高精度組み立て方法を実現し圧電アク
チュエータの特性を向上するものである。

【００１１】

【実施例】以下に、この発明の実施例を、図に基づいて
説明する。 （実施例１）図１（ａ）および図１（ｂ）において、複
数片の板状の弾性体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの一方に
は、それぞれ少なくとも１つの張り出し部材７ａ，７
ｂ，７ｃ，７ｄが設けられ、一方の面には電極材６ａ，
６ｂ，６ｃ，６ｄを有する分極処理された圧電材２ａ，
２ｂ，２ｃ，２ｄが各々接合されている。各弾性体１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、支持体３によりそれぞれ支持
されている。移動子４は張り出し部材７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄにならって回転可能となるように、移動案内手
段８により回転案内されているとともに加圧機構５によ
り張り出し部材７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの上に加圧接触
されている。

【００１２】この状態に組み合わせた４片の弾性体１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄおよび圧電材２ａ，２ｂ，２ｃ，
２ｄにそれぞれ高周波電圧を印加すると圧電材２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄの伸縮運動によって弾性体１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄおよび圧電材２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは屈曲
運動を生じ、加える高周波電圧の極性の変動に対応して
振動する。ここで図１に示すように、弾性体１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄの中心部よりわずかにずらした位置に配
された張り出し部材７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、弾性体
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの屈曲運動によって傾きを生
じ、この傾いた方向へ移動子４を動かす力を発生する。
本実施例では、圧電材２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに高周波
電圧を印加した後、弾性体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに加
圧接触された移動子４が移動案内手段８を中心に回転運
動することを確認した。

【００１３】（実施例２）図４及び図６は圧電アクチュ
エータの製造過程を示す図である。８０μｍ厚みのアル
ミウエハに複数個の弾性体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを形
成した（工程６０１）後、電極材６ａ，６ｂ，６ｃ，６
ｄにＡｌ電極パターンを用い分極処理を施した５０μｍ
厚みの圧電セラミクスを圧電材２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
として接着し（工程６０２）、振動体９を形成した（工
程４０２）。次に１２０μｍ厚みのアルミウエハに複数
個の支持体３を形成した後に支持体３と振動体９との所
望の位置合わせを両方のアルミウエハに設けたアライメ
ントマークを用いて行い金属接合した（工程６０３）。
さらにφ６００μｍ外径の移動子４を振動体９に接する
位置に組み付けた（工程６０４）。次に１００μｍ厚み
のステンレスウエハに複数個の加圧機構５を移動案内手
段８と同時に形成した後に加圧機構５と移動子４との所
望の位置合わせを経て加圧機構５と振動体９とを接着剤
にて接合した（工程６０５）。以上の工程の後、ダイシ
ングソーを用いて圧電アクチュエータの個々のチップを
切り離した（工程４０６）。

【００１４】（実施例３）図３は、本発明の圧電アクチ
ュエータの製造方法を説明する構造図である。また、図
５は圧電アクチュエータの製造過程を示す図であ１２０
μｍ厚みのシリコンウエハに複数個のダイヤフラム形状
の加圧機構３５を移動案内手段３８と同時に形成し、加
圧機構３５に接する位置にφ６００μｍ外径の移動子３
４を組み付けた。次に、８０μｍ厚みのアルミウエハに
複数個の弾性体３１を形成した後に弾性体３１と移動子
３４との各々ウエハに設けたアライメントマークを用い
た所望の位置合わせを経て弾性体３１と加圧機構３５と
を接着剤を介して接合した。さらに、弾性体３１の所定
面上に電極材３６を形成し分極処理を施した５０μｍ厚
みの圧電材３２を接着して振動体３９を形成した。次に
１００μｍ厚みのステンレスウエハに複数個の軸受け３
３を形成した後に移動子３４との所望の位置合わせを経
て軸受け３３と振動体３９とを接合した。以上の工程の
後にエキシマレーザを用いて圧電アクチュエータの個々
のチップを切り離した。

【００１５】（実施例４）実施例２の圧電アクチュエー
タの製造過程に於いて、加圧機構５の加圧量を調整する
ための厚み制御として、加圧機構５と振動体９とを接合
した後に加圧機構５にタングステンを成膜加工した。さ
らにウエハから個々のチップを切り離す以前に、振動体
９に電圧を印加し電気特性をモニタリングしながら成膜
したタングステン膜をＹＡＧレーザを用いて除去加工し
た。

【００１６】また、実施例３の圧電アクチュエータの製
造過程に於いて、加圧量を調整するためにシリコンに形
成したダイヤフラム形状の加圧機構３５の厚みを１００
nm/minの加工速度でドライエッチングにて除去加工し
た。 （実施例５）実施例２および実施例３の両方の圧電アク
チュエータの製造過程に於いて、弾性体１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄに圧電材２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを接着した後
に電極材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄとしてＡｌ電極をスパ
ッタリングにて形成し、電極材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ
と弾性体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄとに電圧を印加するこ
とで分極処理を行った。また、圧電材２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄをゾル−ゲル法および溶射法、微粒子材料を用
いたガスデポジション法、スパッタリング法にて弾性体
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに成膜した後、上記同様の分極
処理を行った。

【００１７】（実施例６）実施例３の圧電アクチュエー
タの製造過程において、弾性体３１の所定面上にゾル−
ゲルにてＳｉＯ2を成膜し、予め電極材３６としてＡｌ
電極パターンを形成した圧電材３２と先のＳｉＯ2との
面を合わせ電圧を印加しながら加圧を行った。また、弾
性体３１の所定面上にスパッタリングにてパイレックス
ガラスを予め成膜しておいた上で弾性体３１と軸受け３
３とを所望の位置合わせした後、電圧を印加しながら加
圧を行った。

【００１８】また別の方法として、支持体３にガラスを
用いて実施例２の圧電アクチュエータの製造過程におけ
る支持体３と振動体９との接合を試みた。支持体３と振
動体９に電圧を印加しながら加圧し接合した。 （実施例７）実施例３の圧電アクチュエータの製造過程
において、複数個の加圧機構３５を形成した後に加圧機
構３５に接する位置に移動子３４を組み込む工程にかわ
って、加圧機構３５の所定面上に樹脂を移動子３４の雌
型形状に移動子雌型を形成し、さらに加圧機構３５の移
動子雌型の上面にＳｉＯ2を成膜した。次に移動子雌型
を有機溶剤にて除去し移動子３４を加圧機構３５の所定
の位置に形成した。

【００１９】以上の各実施例によって得られた圧電アク
チュエータの性能比較として、レーザ振動計を用いて移
動子の振動ぶれを評価した。この結果、実施例２及び実
施例３で作成した圧電アクチュエータは、従来の部品単
体での組み立て方法と比較して１５％〜４５％の振動ぶ
れを抑制する事ができた。また、実施例４で作成した圧
電アクチュエータは振動体が持つ個々の特性を加圧機構
の加圧量によって調整が可能となるため、振動ぶれが個
々の圧電アクチュエータによってばらついていたものを
調整し、３０％〜４５％の振動ぶれに低減する事ができ
た。さらに、電気特性をモニタリングしながらＹＡＧレ
ーザにて除去加工を施した場合、圧電アクチュエータの
特性ばらつきを１０％以内に納めることができた。

【００２０】一方、実施例５で作成した圧電アクチュエ
ータは、他の実施例で行った分極処理を施した圧電材を
接着したものと比較して若干の性能低下がみられるもの
の、ほぼ同等の性能が得られ、量産に効果的であること
を確認した。また、実施例６及び実施例７についても圧
電アクチュエータの駆動を確認したところ、他の実施例
とほぼ同等の性能が得られたため、圧電アクチュエータ
をハンドリングできないまでの小型化した場合に於いて
も量産に効果的であることを確認した。

【００２１】本発明の圧電アクチュエータの製造方法を
以上の様に試み、各実施例で駆動時安定性が向上すると
いう結果が得られ、本発明の製造方法は、圧電アクチュ
エータ部品個々のハンドリングができないまでの小型化
を図った場合でも、量産性が高く、高精度組み立て方法
を実現していることから圧電アクチュエータの特性を向
上に有効であることが判明した。

【００２２】（実施例８）実施例１から実施例７におい
ては張り出し部７はいずれも４カ所設置したが、１カ所
のみ設置しても、移動子４を駆動させることができた。

【００２３】

【発明の効果】この発明は圧電アクチュエータの量産性
を向上するとともに高精度の組立を実現し、圧電アクチ
ュエータの性能をも向上した。また、従来ハンドリング
が不可能なために実現しえなかった小型圧電アクチュエ
ータの製造が容易になるとともに製造コストが安くなる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電アクチュエータの構造図である。

【図２】従来の方法にもとづく圧電アクチュエータの製
造過程を示す図である。

【図３】本発明の圧電アクチュエータの構造図である。

【図４】本発明にもとづく圧電アクチュエータの製造過
程を示す図である。

【図５】本発明にもとづく圧電アクチュエータの製造過
程を示す図である。

【図６】本発明にもとづく圧電アクチュエータの製造過
程を示す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 弾性体 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 圧電材 ３ 支持体 ４ 移動子 ５ 加圧機構 ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 電極材 ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 張り出し部材 ８ 移動案内手段 ９ 振動体 ３１ 弾性体 ３２ 圧電材 ３３ 軸受け ３４ 移動子 ３５ 加圧機構 ３６ 電極材 ３８ 移動案内手段 ３９ 振動体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 春日 政雄 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内 (72)発明者 井上 竜紀 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材（２）と弾性体（１）からなる振
   動体（９）と移動子（４）からなる圧電アクチュエータ
   において、 前記弾性体（１）と前記移動子（４）に接する張り出し
   部（７）と、 前記移動子（４）を支持する移動案内手段（８）と加圧
   機構（５）と、 を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記加圧機構（５）は、前記移動案内手
   段（８）を兼ねる請求項１記載の圧電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記加圧機構（５）の表面に金属または
   無機化合物の皮膜を有することを特徴とした請求項１記
   載の圧電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 弾性体（１）を形成する工程と、前記弾
   性体（１）上に電極材（６）および圧電材（２）を固着
   し振動体（９）を形成する工程と、 支持体（３）を形成した後に前記支持体（３）と前記振
   動体（９）を接合する工程と、 前記振動体（９）に接する位置に前記移動子（４）を組
   み込む工程と、 加圧機構（５）を移動案内手段（８）と同時に形成した
   後に前記加圧機構（５）と前記移動子（４）との所望の
   位置合わせを経て前記加圧機構（５）と前記振動体
   （９）とを接合する工程と、 個々の圧電アクチュエータを切り離す工程と、 からなる圧電アクチュエータの製造方法。
5. 【請求項５】 加圧機構（３５）を移動案内手段（３
   ８）と同時に形成する工程と、 前記加圧機構（３５）に接する位置に移動子（３４）を
   組み込む工程と、 弾性体（３１）を形成した後に前記弾性体（３１）と前
   記移動子（３４）との所望の位置合わせをして前記弾性
   体（３１）と加圧機構（３５）とを接合する工程と、 前記弾性体（３１）の所定面上に電極材（３６）および
   圧電材（３２）を固着し振動体（３９）を形成する工程
   と、 軸受け（３３）を形成した後に前記移動子（３４）との
   位置合わせ後、前記軸受け（３３）と前記振動体（３
   ９）とを接合する工程と、 個々の圧電アクチュエータを切り離す工程と、 からなる圧電アクチュエータの製造方法。
6. 【請求項６】 弾性体（１）に電極材（６）および圧電
   材（２）を固着した後に分極処理を行うことを特徴とし
   た請求項４および５記載の圧電アクチュエータの製造方
   法。
7. 【請求項７】 弾性体（１）と圧電材（２）との固着お
   よび支持体（３）と振動体（９）との接合、振動体
   （９）と加圧機構（５）との接合、軸受け（３３）と振
   動体（３１）との接合のいずれかに中間材料として酸化
   珪素化合物を成膜した後に電圧印加しながら加圧接合を
   行うこと、または被接合部材の一方を酸化珪素化合物に
   相対する部材を金属として電圧印加しながら加圧接合を
   行うことを特徴とした請求項４および５記載の圧電アク
   チュエータの製造方法。
8. 【請求項８】 前記加圧機構（３５）の所定面上に樹脂
   または金属を前記移動子（３４）の雌型に形成する工程
   と、 前記加圧機構（３５）に形成した雌型の面に金属または
   無機化合物を成膜する工程と、 雌型を除去する工程と、 からなる請求項５記載の圧電アクチュエータの製造方
   法。