WO2022230712A1 - 振動型アクチュエータ、光学機器および電子機器 - Google Patents

Abstract

弾性体と圧電材料を導電性粒子の分散した導電性接着部で接合する。

Description

振動型アクチュエータ、光学機器および電子機器

　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、振動板と給電部材を圧電素子に接着した後に、振動板をグラウンドと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。

特開２０１７－１８４２３３

　しかしながら、特許文献１記載の工程では、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し、振動型アクチュエータが動作不良となる課題があった。

　上記課題を解決するために、本発明の振動型アクチュエータは、
　電極、圧電材料、及び弾性体の順に配されている振動子と、
　前記弾性体と接し、前記振動子に対して相対移動可能に設けられた接触体を備え、
　前記弾性体と前記圧電材料は導電性接着部を介して接合されていることを特徴とする。

　本発明によれば、分極不良による特性不良の発生しない振動型アクチュエータを提供することができる。

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側面図である。 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斜視図である。 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背面図である。 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側面図である。 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斜視図である。 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背面図である。 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のうち、モードＡを説明する図である。 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のうち、モードＢを説明する図である。 第１、２、および３電極を設けられた矩形圧電材料の概略構造を説明する図である。 第１、２、および３電極を設けられた矩形圧電材料の概略構造を説明する図である。 第１、２、３、および４電極を設けられた矩形圧電材料の概略構造を説明する図である。 第１、２、３、および４電極を設けられた矩形圧電材料の概略構造を説明する図である。 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、電極、圧電材料、及び弾性体の順に配されている振動子と、弾性体と接し、振動子に対して相対移動可能に設けられた接触体を備え、弾性体と圧電材料は導電性接着部を介して接合されていることを特徴とする。

　図１Ａ～図１Ｆおよび図２Ａ、図２Ｂに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１Ａ～図１Ｆと図２Ａ、図２Ｂ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、前記弾性体１０３と前記圧電材料１０２は導電性接着部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。

　（電極）
　円環状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電極１０１が設けられる。前記電極１０１は、駆動相電極１０１ｅと非駆動相電極１０１ｆからなる。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（接地電極、モニター用電極）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り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。

　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。分極処理の後、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。

　矩形圧電材料を用いる場合、矩形の電極１０１が設けられる。前記電極１０１は、第１電極１０１ａと第２電極１０１ｂからなる。第１電極１０１ａおよび第２電極１０１ｂは矩形圧電材料の分極処理と、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。

　前記電極は、厚み０．３～１０μｍ程度の金属膜よりなる。その材料は特に限定されないが、一般には銀、金、もしくは白金電極が用いられる。電極の製造方法は限定されず、スクリーン印刷、スパッタ法、真空蒸着法などにより形成できる。圧電素子から鉛を除きたい場合、電極の形成には鉛含有量が１０００ｐｐｍ未満であるペーストやターゲットを用いる。

　（圧電材料）
　前記圧電材料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。圧電材料は、内層電極と圧電材料の積層体でも構わないし、圧電材料の単板でも構わない。圧電材料のコストの観点では単板が優れる。振動波アクチュエータを駆動するためには、圧電材料に分極処理を施す。分極処理を施された圧電材料に印加する交流電界周波数が圧電材料の共振周波数に接近すると、共振現象によって圧電材料が大きく振動する。

　（弾性体）
　前記弾性体１０３は弾性体としての性質および加工性の観点から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。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ために、弾性体には焼き入れやメッキ処理、窒化が施される。

　（導電性接着部）
　前記弾性体１０３と前記圧電材料１０２は導電性接着部１０５を介して接合されている。本発明の導電性接着部とは、導電性粒子と非導電性接着部の混合物である。導電性粒子が被接着体間に挟まれることで、被接着体同士が電気的に接続される。

　導電性粒子には、金やニッケル、銀などの金属で被覆された樹脂（アクリルやスチレンなど）を用いる。導電性粒子の体積抵抗率は０．０１Ωｃｍ未満である。導電性粒子の形状は限定されないが典型的には球形である。被接着体への食いつきをよくする目的で最表面の金属被覆層に突起を設けてもよい。

　導電性粒子は、被接着体を電気的に接続するだけではなく、接着層厚みを一定に保つギャップ材としても機能する。被接着体（弾性体、圧電材料、圧電材料に設けられた電極など）は、加工方法もしくは形成方法によって決める表面粗さを持っているため、導電性粒子が過剰に小さいとギャップ材として機能しない。一方で、導電性粒子が過剰に大きいと接着層厚みが過剰に厚くなり圧電材料の発する振動が減衰して振動型アクチュエータの性能が低下する。直径が２ミクロンを下回る導電性粒子の入手は著しく難しく、汎用的に入手できる導電性粒子の直径は２～３０ミクロン前後となる。導電性粒子の直径の分布はＣＶ値で表現される。

　導電性粒子がギャップ材として機能するためには、最適な弾性率範囲が存在する。導電性粒子の弾性率が低すぎると、被接着体同士を圧着する圧力によって塑性変形を引き起こしてギャップ材として機能しなくなる。導電性粒子の弾性率が高すぎると、被接着体同士を圧着する圧力によって塑性変形を起こす確率は減るが、被接着体との接触面積が小さく、電気的接続の信頼性は中程度にとどまる。被接着体の間で、導電性粒子が弾性変形の範囲でつぶれると導電性粒子と被接着体との接触面積が増加し、電気的接続の信頼性が高くなり好ましい。

　導電性粒子を含まない接着剤を使用すると被接着体どうしが直接接触するようになる。すなわち、弾性体と圧電材料の間に留まる接着剤が著しく少量となり接着力が低下する。接着力が低いと振動型アクチュエータの駆動中に弾性体と圧電材料が剥離して動作不良を起こす。

　同時に弾性体と圧電材料の間に留まる接着剤量が不均一であるために、弾性体と圧電材料を接着した後、弾性体を介して圧電材料に電圧を印加して分極処理を試みると、分極不良が発生する。分極不良となると圧電材料の圧電性能が低下し、振動型アクチュエータの性能が仕様を満足しなくなる。つまり、導電性接着部を用いない場合、接着力低下と分極不良がある確率で発生して良品率が低下する。

　導電性粒子が弾性体と圧電材料の間で同時に両者に接触することで弾性体と圧電材料が電気的に接続され導通する。すなわち、圧電材料に設けられた電極と弾性体との間に電圧を印加し、圧電材料に安定して分極処理を施すことができる。

　分極処理の際には例えば弾性体を接地し、圧電材料に設けられた電極に電圧を印加する。電極に給電部材を接着する際には、給電部材に覆われていない電極露出部を設けておく。給電部材の接着工程の後に分極処理を行う際、前記露出部に外部電極（例えば金属ピン）を接触させて電極と弾性体の間に電圧を印加する。逆に弾性体に電圧を印加して圧電材料に設けられた電極を接地しても構わない。いずれにせよ、この電圧印加方法では分極処理に給電部材を用いない。

　給電部材が十分な電気的耐圧性を持っている場合、給電部材を一つずつ電源に接続して圧電材料に分極処理を施すことは可能であるが作業効率が悪い。また、給電部材は振動型アクチュエータの仕様（ストロークなど）に従ってしばしば形状変更される。そのため給電部材の電極端子と電源との接続の自動化も困難である。そのため給電部材を使用しないで圧電材料に電圧を印加する分極処理方法が好ましい。

　接着剤の種類は特に限定されないが、強度や硬化時間、耐環境性（温度変化、高湿度など）の観点で優れるエポキシ樹脂が好ましい。

　弾性体と給電部材を圧電材料に接合した後に分極処理を施す場合、分極処理温度で既接合部材が移動もしくは剥離しないように、接着剤のガラス転移温度（Ｔｇ）は分極処理温度よりも２０℃以上高いことが好ましい。分極処理を概ね８０℃以上であることを鑑み、接着剤のＴｇは１００℃以上であることが好ましい。Ｔｇが１２０℃以上であると分極処理の温度をさらに２０℃広げ、分極処理時間を短くしたり電圧強度を低く設定したりできるために尚好ましい。

　圧電材料の発する振動をできるだけ減衰をさせずに弾性体に伝達するために、エポキシ樹脂の弾性率は１ＧＰａ以上であることが好ましい。また２ＧＰａ以上であるとさらに減衰を抑えられて好ましい。また、接着剤の硬化温度から室温に冷却するまでに、弾性体と圧電材料との熱膨張係数の違いによるせん断ひずみが接着剤にかかる。せん断ひずみがかかっても弾性体と圧電材料が剥離することなく接合し続けるためには、接着剤のせん断強度は１０ＭＰａ以上であることが好ましい。せん断強度が２０ＭＰａ以上であると、さらに高い硬化温度を選定し、接着剤の硬化時間を短くすることができるためより好ましい。接着剤のせん断強度はＪＩＳ規格（ＪＩＳ６８５０）に基づいて測定できる。

　（接触体）
　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、表面には窒化処理やアルマイト処理が施される。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）
　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。

　（振動モード）
　本発明の振動型アクチュエータにおいて、
　前記圧電材料は矩形であって、
　前記電極は互いに隣りあう第１電極及び第２電極であり、
　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ことが好ましい。

　図２Ａ、図２Ｂ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。矩形圧電材料には前記第１電極１０１ａ及び前記第２電極１０１ｂが設けられており、それぞれの領域を第一の領域と第二の領域とする。

　・モードＡ
　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。

　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。矩形圧電材料を用い、前記モードＡとモードＢによって駆動する振動型アクチュエータは小型化が容易であるので好ましい。

　（弾性体の構造１）
　前記弾性体１０３は前記矩形圧電材料が導電性接着部によって接合される矩形部１０８を有し、前記矩形部の四隅で振動子保持部材に前記振動子が保持されると好ましい。矩形部の内側に突起部が設けられていてもかまわない。圧電素子と弾性体が振動型アクチュエータの駆動に十分な接着強度をもって接合するためには、接着面積をできるだけ大きくする必要がある。一方、弾性体に圧電素子とは接合されていない無用な部分が存在すると、該無用部が前述のモードＡおよびモードＢ以外の振動を起こし、振動型アクチュエータの効率を低下させる恐れがある。接合の位置ずれを考慮して、矩形部１０８は矩形圧電材料の一辺よりも０．１～０．６ｍｍ大きな寸法であることが好ましい。

　（弾性体の構造２）
　前記弾性体１０３は、前記矩形部１０８の端部から突出する支持部１０７を有すると好ましい。支持部に例えば嵌合部を設けることで、振動子１１０を保持することができる。矩形部から延びる支持部の形状を工夫し、嵌合部を支持部の中で振動の節に近い位置に設けることで、支持部で振動子を保持しつつも振動子の振動を妨害することを防ぐことができる。

　（電極配置１）
　本発明の振動型アクチュエータは、前記第１の電極及び第２の電極とともに前記圧電材料を挟持する第３電極を有すると好ましい。

　図３Ａ、図３Ｂの矩形圧電材料は、第１電極１０１ａ及び第２電極１０１ｂとともに圧電材料１０２を挟持する第３電極１０１ｃを有する。弾性体には図１Ｅ記載のように突起部１０６が形成されている。突起部１０６の直下では弾性体と圧電材料が導電性接着部を介して接合されていない非接触部が存在する。弾性体を介して圧電材料に電圧を印加し、分極処理を試みる場合、第３電極が無いと非接触部下の圧電材料には電圧が印加されない。その結果、圧電材料の中で分極処理が施されていない部分が増加して振動がアクチュエータの性能が低下する。よって、第３電極１０１ｃが存在すると、前記非接触部下の圧電材料にも分極処理を施すことが可能となり好ましい。

　（電極配置２）
　本発明の振動型アクチュエータは、前記第１電極及び前記第２電極とそれぞれ隣りあい、前記第３電極と導通する第４電極をさらに有すると好ましい。

　図４Ａ、図４Ｂの矩形圧電材料は、第１電極１０１ａ、第２電極１０１ｂ、第３電極１０１ｃに加えて、前記第１電極及び第２電極とそれぞれ隣り合い、前記第３電極と導通する第４電極１０１ｄを有する。図６では、第３電極１０１ｃと第４電極１０１ｄの導通方法として、圧電材料１０７の側面を経由して第３電極１０１ｃと第４電極１０１ｄが接続する構成を例示している。この他に、たとえば圧電材料１０７を貫通するスルーホールを形成し、スルーホール内に電極材料を配線することで、前記第３電極と第４電極を圧電材料の側面を経由せずに接続してもよい。スルーホールの直径は、圧電材料の振動を妨害しないように直径２００ミクロン未満であることが好ましい。圧電材料に第４電極が形成されると、第１電極、第２電極、第４電極が圧電材料の同じ面に形成される。すなわち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。第３電極が弾性体で覆われたとしても、第３電極と導通する第４電極を介して第３電極に駆動のための電圧を印加することが可能となる。

　（接着剤の厚み）
　本発明の振動型アクチュエータの導電性接着部の厚みは１．５ミクロン以上７ミクロン以下であることが好ましい。

　導電性接着部の厚みが７ミクロンよりも大きいと、圧電材料の発する振動を導電性接着部が吸収して振動型アクチュエータが性能不良となる。

　導電性接着部の厚みが１．５ミクロンよりも小さいと圧電材料と弾性体の間の接着剤の量が少なく、振動型アクチュエータの駆動中に弾性体が剥離する恐れがある。よって導電性接着部の平均厚みが１．５ミクロン以上７ミクロン以下であると好ましい。

　導電性接着部の厚みとは、下記評価方法で定まる導電性接着部の平均厚みを指す。導電性接着部の平均厚みは、圧電素子、導電性接着部、弾性体を含む面の断面を観察して求めることができる。断面観察には電子顕微鏡を用いることができる。例えば、圧電材料、導電性接着部、弾性体の積層方向に垂直な方向から導電性接着部の断面観察を行う。観察倍率は５００倍前後が適当である。観察像から導電性接着部の断面積を算出する。得られた断面積を、観察領域の横幅＝導電性接着部の水平方向の長さで除することによって、導電性接着部の平均厚みを算出する。

　（導電性粒子の寸法と体積密度）
　前記導電性接着部は、平均粒子径が２ミクロン以上５ミクロン以下である導電性粒子を、体積分率で０．４％以上２％以下含むことが好ましい。

　導電性接着部に含まれる導電性粒子のサイズを揃えることで圧電素子と弾性体との距離を制御することができる。粒子サイズの分布はＣＶ値（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ、ＣＶ（％）＝粒子径の標準偏差÷粒子径平均値×１００）で表現できる。ＣＶ値が大きいと平均粒子径よりも大きな導電性粒子の割合が増え、導電性接着部の厚みは平均粒子径よりも大きくなる。粒子サイズが揃っているとは、ＣＶ値が１０％未満の場合を指す。ＣＶ値が６％以下であると導電性接着部の厚み均一性が増すために好ましい。

　平均粒径が２ミクロン未満である導電性粒子は、圧電材料、弾性体、電極の表面凹凸に埋もれ、ギャップ材としての効果を奏さないことがある。圧電材料、弾性体、電極の表面凹凸は、ラップ処理による傷や、圧電材料もしくは電極材料の焼成もしくは焼付時の結晶粒成長の程度によって増減する。

　導電性粒子の平均粒径が５ミクロンよりも大きいと、導電性接着部の厚みが７ミクロンよりも大きくなり、振動型アクチュエータの効率が低下するため好ましくない。導電性粒子の平均粒子径は、弾性体と圧電材料間にある導電性接着部を観察し、少なくとも３つ以上の粒子の直径から平均して求める。

　導電性接着部中の導電性粒子の体積分率が０．４％未満であると、弾性体と圧電材料の接着時に導電性粒子に加圧が集中して導電性粒子が潰れてしまう。導電性粒子が潰れると導電性接着部の厚みを制御できなくなり、接着強度が不足する。もしくは、導電性粒子の数が少ないために弾性体と圧電材料間の抵抗が高くなり、分極不良のため振動型アクチュエータが性能不良となる。

　導電性接着部中の導電性粒子の体積分率が２％よりも多いと、弾性体と圧電素子との電気的な接続の信頼性は高まるものの、接着面積が低下するために、圧電材料と弾性体の接着強度が低下する。

　よって導電性接着部は、平均粒径が２ミクロン以上５ミクロン以下である導電性粒子を体積分率で０．４％以上２％以下で含有すると、弾性体と圧電材料の接着強度と導通を両立できる。導通している場合、第４電極と弾性体との間の電気抵抗は１０Ω未満となる。体積分率の算出は、前記導電性接着部の断面観察結果を用いて、導電性接着部を構成する接着剤部と導電性粒子部の断面積で代替して算出することができる。

　（導電性粒子の密度）
　前記導電性粒子の比重は２．０ｇ／ｃｍ^３以上４．０ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。導電性粒子の比重は、比重の大きな金属層と、比重の小さな樹脂ボールとの体積分率で変化する。

　導電性粒子の比重が２．０ｇ／ｃｍ^３未満であると、導電性粒子が含む金属分の割合が低く、前記弾性体と前記電極間で良好な導電性が得られない。また圧電材料と弾性体の接着時に導電性粒子が潰れ易くなる。

　導電性粒子の比重が４．０ｇ／ｃｍ^３よりも大きいと、接着剤との比重差が大きくなり、導電性粒子が接着剤の中で沈殿してしまう。導電性粒子が沈殿すると、接着剤を被接合箇所に塗布する度に、導電性接着部に含まれる導電性粒子の量が一定にならず、本発明の振動型アクチュエータの製作に使用できない。

　よって導電性粒子の比重が２．０ｇ／ｃｍ^３以上４．０ｇ／ｃｍ^３以下であると好ましい。導電性粒子の比重を実測できない場合、導電性粒子の構造、および構成材料の比重を用いて算出することができる。

　（導電性接着部の異方性）
　前記導電性接着部は異方性導電材料であることが好ましい。

　導電性接着部は接合時に被接合箇所からはみ出し、圧電材料の側面に付着することがある。前記導電性接着部が異方性導電性材料であると、仮にはみ出した導電性接着部が圧電材料の側面を経由して第１電極もしくは第２電極に触れても、第１電極もしくは第２電極が弾性体と電気的に短絡することを防ぐことができる。導電性接着部が異方性導電性材料である場合、圧電素子と弾性体との間の被接着部からはみ出した導電性接着部表面に２ｍｍ以上の間隔を当ててテスターを当てて表面抵抗を測定すると、抵抗が１０Ωよりも大きくなる。

　（圧電材料の組成１）
　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。とくに前記圧電材料の主成分がチタン酸バリウム系であると好ましい。

　圧電材料は圧電定数が高く、かつ製造が比較的容易であるいう観点からチタン酸バリウム系材料よりなることが好ましい。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）、が挙げられる。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、チタン酸ビスマスカリウム－チタン酸バリウム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、圧電セラミックス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（ＮａＮｂＯ_３－ＢａＴｉＯ_３）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１０％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、従来の圧電セラミックス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。

　（圧電材料の組成２）
　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。

　（圧電材料の組成３）
　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、該圧電セラミックス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。

　（圧電材料の組成４）
　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）Ｏ３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。

　（給電部材）
　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ことが好ましい。

　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、第４電極と接続されていてもかまわない。

　（弾性体の組成）
　本発明の弾性体は、真空焼き入れ処理を予め施されたＪＩＳ規格のＳＵＳ４０２Ｊ２ステンレス鋼であることが好ましい。ＪＩＳ規格のＳＵＳ４２０Ｊ２は電気抵抗が小さい（常温の抵抗率は５５μΩｃｍ）。ＳＵＳ４２０Ｊ２を弾性体に使用すると、導電性接着部によって弾性体に接着されている圧電材料もしくは圧電素子に、弾性体を介して電圧を印加して分極処理を施すことができる。ＳＵＳ４２０Ｊ２を真空で焼き入れすることによって、電気抵抗が増加する酸化被膜形成を防止しつつ強度を増すことができる。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０．２～１．０ｍｍの範囲にあり、０．２～０．３５ｍｍの範囲にあると合成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。

　（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１Ｄ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。

　（振動子の製造方法）
　本発明の振動子の製造方法は、
　未分極の圧電材料に電極を設けて圧電素子を得る工程と、
　前記圧電素子と弾性体を導電性接着部を用いて温度Ｔ１で接合する工程と、
　前記圧電素子と給電部材を温度Ｔ２で接合する工程と、
　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、
を順に実施し、前記Ｔ１、Ｔ２およびＴ３が、Ｔ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係を満たすことを特徴とする。

　圧電材料と弾性体との接合に導電性接着部を用いると、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。

　圧電素子と弾性体を直接接触している状態で非導電性接着部で固定すると、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できる。しかし圧電素子と弾性体が密着していると、両者の間に保持される接着剤が著しく少なく、圧電素子と弾性体の接着強度が不足する。弾性体と圧電素子の接着強度が不足すると、振動型アクチュエータの駆動中に弾性体が圧電素子から剥離して不良となる。

　一方で、圧電素子と弾性体を直接触れさせず、両者の間に連続的に接着剤を介在させて接着強度を高めようとする場合、接着剤が非導電性であると、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できなくなる。非導電性の接着剤に印加したほとんどの電圧がかかるためである。

　よって弾性体と圧電材料との接着強度を維持したまま、弾性体を介して圧電材料に電圧を印加して分極処理を実施するためには、弾性体と圧電材料を導電性接着部で接合する必要がある。

　本発明の振動子の製造方法において、前記分極処理は、前記給電部材以外の外部電極を前記電極に接し、前記外部電極と前記弾性体との間に電圧を印加することが好ましい。

　外部電極とは、例えば本発明の振動子を分極するための分極装置が有するコンタクトピンが例示される。前記外部電極を用いて前記電極に電圧を印加し、前記弾性体を接地することで、前記給電部材を用いずに圧電素子に電圧を印加することができる。本手法では給電部材に分極処理のための電源を接続する手間が省ける。

　本発明の振動子の製造方法において、前記弾性体は、真空焼き入れ処理を予め施されたＪＩＳ規格のＳＵＳ４２０Ｊ２のマルテンサイト系ステンレス鋼であることが好ましい。真空焼き入れによって高抵抗の酸化物膜を弾性体表面に形成することなく弾性体の強度を高めることができる。

　本発明の振動型アクチュエータの駆動方法は、
　電極、圧電材料、及び弾性体の順に配されている振動子と
　前記弾性体と接する接触体とを有する振動型アクチュエータであって
　前記弾性体と前記圧電材料は導電性接着部を介して接合されており、
　前記圧電材料は、第一の領域に設けられた第１電極と、
　前記第一の領域と隣り合う第二の領域に設けられた第２電極と、
　前記第１電極および第２電極とともに前記圧電材料を挟持する第３電極と、
　前記第一および第二の領域と隣り合う第三の領域に前記第３電極と導通する第４電極と、を有しており、
　前記第１電極と前記第４電極、及び前記第２電極と前記第４電極間に電圧を印加することを特徴とする。

　すなわち圧電材料に分極処理を施す場合、第１電極と弾性体、第２電極と弾性体との間に電圧を印加するが、振動型アクチュエータを駆動する際には、第１電極と第４電極、および第２電極と第４電極との間に電圧を印加する。分極処理と駆動で使用する電極を分けることで、歩留まりよく振動型アクチュエータを製造し、簡便に駆動電圧を圧電材料に印加することができる。

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

　次に実施例を挙げて、本発明の圧電振動子の製造方法、振動波駆動装置の製造方法および光学機器の製造方法を説明するが、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。なお、実施例は、図面に基づいて、図面中の符号を用いて説明する。

　（実施例１）
　金属酸化物粉末を１３４０℃で焼成して表２の製造組成１記載の圧電材料を得た。

　得られた圧電材料を厚み０．５ｍｍで略均一に研削、及び研磨加工した後に、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１Ｃ記載の駆動相電極１０１ｅおよび非駆動相電極１０１ｆを形成した。電極は、銀ペーストをスクリーン印刷で圧電材料１０２に塗布し、乾燥、焼付して形成した。

　次に、ＳＵＳ４２０Ｊ２よりなる弾性体１０３に導電性接着部１０５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、加圧を解除して振動子を得た。使用した導電性接着部の詳細は表１に示す。

　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）
　実施例１同様に製造組成１記載の圧電材料を得た。得られた圧電材料を厚み０．３５ｍｍで略均一に研削、及び研磨加工した後に、８．９×５．７ｍｍの矩形に加工した。形状を整えた圧電材料の両面に、図３Ａ、図３Ｂ記載の第１～第３電極を実施例１と同様の手法で形成した。

　次に、ＳＵＳ４２０Ｊ２よりなる弾性体に導電性接着部を塗布し、電極を形成した矩形圧電材料と圧着した。使用した弾性体は圧電材料よりも大きな９．１×５．８ｍｍの矩形部を有しており、弾性体の厚みは０．２５～０．３０ｍｍの間であった。矩形圧電材料と弾性体は、位置決め治具を用いてそれぞれの矩形部の中心が一致して矩形部の辺が平行になるように配置した。圧着した状態で圧電材料を温度Ｔ１＝１６０℃まで加熱して１８０秒保持した後に室温まで冷却し、加圧を解除して振動子を得た。使用した導電性接着部の詳細は表１に示す。

　次に、温度Ｔ２＝１４０℃であるコテを用いてＡＣＰが塗布されたＦＰＣと圧電材料を２０秒間圧着し、圧電材料に設けられた電極にＦＰＣを熱圧着した。

　続いて圧電材料に分極処理を施した。分極処理では弾性体を接地し、電源と接続された外部電極を第１電極と第２電極にそれぞれ接触させた。第１電極と第２電極にはすでにＦＰＣが接続されているが、その全体はＦＰＣに覆われておらず、露出した部分に分極処理用の外部電極がコンタクトする。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。以上の工程で得られた振動子をＳＵＳ４２０Ｊ２製の接触体（スライダ）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）
　製造組成１の原料粉末を用いてシート成型法で圧電材料のグリーンシートを作成した。グリーンシートには、焼成と加工の後に第４電極が印刷される領域内に直径０．２ｍｍのスルーホールを設けた。実施例１と同様に焼成したところ、スルーホールの直径は０．１８ｍｍとなった。得られた圧電材料を厚み０．３５ｍｍで略均一に研削、及び研磨加工した後に、８．７×５．７ｍｍの矩形に加工した。形状を整えた圧電材料の両面に、図４Ａ及び図４Ｂ記載の第１～第４電極を形成した。スルーホール内壁には銀電極が設けられており、第３電極と第４電極をスルーホールを介して導通させた。以後の工程は実施例２と同様にして振動型アクチュエータを作製した。

　（実施例４から実施例９）
　導電性粒子の添加量が０．９～５重量パーセント濃度（接着剤中の導電性粒子の体積分率０．４～２．０％に相当）の範囲で、実施例３と同じ手法で振動型アクチュエータを作製した。

　（実施例１０から実施例１２）
　直径が２～５ミクロンの範囲である導電性粒子を含む導電性接着部を用いて、実施例３記載の手法で振動型アクチュエータを作製した。この時導電性接着部での導電性粒子の体積分率が０．８％となるように添加量（重量パーセント濃度）は変化させた。

　（実施例１３から実施例１４）
　導電性粒子表面の金属材料部分（シェル）がＡｕ／Ｎｉの積層膜である導電性粒子または、Ａｇである導電性粒子を含む導電性接着部を用いて、実施例３記載の手法で振動型アクチュエータを作製した。

　（実施例１５から実施例１８）
　実施例１～１４で使用された導電性接着部が含むエポキシ接着剤Ａとはガラス転移点が異なるエポキシ接着剤Ｂまたはエポキシ接着剤Ｃを含む導電性接着部を用いて振動型アクチュエータを作製した。導電性粒子は実施例２と共通のものを用いて、工程温度Ｔ１～Ｔ３は表１記載の様に変化させた。いずれの場合もＴ１＞Ｔ３であり、Ｔ２＞Ｔ３であり、Ｔ３は使用した接着剤のガラス転移点よりも２０℃以上低かった。また実施例１６では給電部材の接着にＡＣＰではなくエポキシ接着剤Ｄを用いた。

　（振動型アクチュエータの評価製造方法、評価）
　各実施例、比較例の振動型アクチュエータは１０台ずつ作成し、第１電極と第２電極に振幅１３０Ｖｐｐ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。

　最高速度、定格電力には製品仕様に応じた規格があり、初期特性が規格を満たす振動型アクチュエータについては、連続的に往復運動させて耐久性を評価した。表１には、作製した各振動型アクチュエータ１０個のうち、下記の条件を満たす良品率を併せて示す。
（１）正進、逆進ともに規格（下限値を規定）以上の最高速度で駆動すること
（２）正進、逆進ともに規格（上限値を規定）以下の定格電力で駆動すること
（３）耐久試験後も（１）（２）を満たすこと

　それぞれの項目で不良となる主な要因は下記である。
（１）圧電材料が分極処理不良であり圧電性能不足
（２）導電性接着層の振動吸収が大きく、圧電材料の振動を効率的に接触体に伝えられない
（３）耐久試験中に弾性体と圧電材料との剥離が発生する

　上記（１）～（３）の観点で実施例１～１８で作製した振動型アクチュエータを評価したところ、いずれも１０個中１０個で良品であった。次に比較例の振動型アクチュエータの評価結果を示す。

　（比較例１）
　導電性接着部の含む導電性粒子の量を０．５重量％（体積分率０．２％）と著しく少なくして、実施例３と同様の方法で振動子を作製した。導電性粒子の量が少なく、弾性体と圧電材料接着の際に導電性粒子が潰れてしまった。導電性接着部の厚みが著しく薄くなり、耐久試験後に最高速度が規格を満たさなかった。

　（比較例２）
　導電性接着部の含む導電性粒子の量を１０重量％（体積分率４．４％）と著しく多くして、実施例３と同様の方法で振動子を作製した。本振動子を用いた振動型アクチュエータは弾性体と圧電素子との接着強度が十分ではなく、耐久試験中に弾性体が剥離することがあった。

　（比較例３）
　直径が１０ミクロンである導電性粒子を含む導電性接着部を使用して振動子を作製した。最表面の導電性粒子層の厚みは実施例３と同様である。このとき導電性粒子の金属被覆部の厚みは実施例３で用いた導電性粒子と同様にしたため、コアの樹脂部の割合が増え、比重が２ｇ／ｃｍ^３未満となっている。

　（比較例４）
　直径が１０ミクロンである導電性粒子を含む導電性接着部を使用して振動子を作製した。最表面の導電性粒子層の厚みは実施例３と同様である。比較例３に対し、表面のＮｉ被覆層の厚みを増やして比重が４ｇ／ｃｍ^３である点が異なる。比較例３、および比較例４の振動子を用いた振動型アクチュエータは駆動効率が悪く、駆動性能が仕様に満たなかった。

　（比較例５）
　直径が２．５ミクロンであるＮｉ球（樹脂のコア材なし）を導電性粒子として含む導電性接着部を使用して振動子を作製した。導電性粒子の材質以外は実施例３と同様である。導電性粒子が導電性接着部の中で沈殿し、導電性粒子濃度が不均一になった。本振動子を用いた振動型アクチュエータは弾性体と圧電素子との接着強度が十分ではなく、耐久試験中に弾性体が剥離することがあった。

　（比較例６）
　導電性接着部の代わりに導電性粒子を含まない接着剤を用いて振動子を作製した。導電性粒子を含まない点以外は実施例３と同様である。本振動子を用いた振動型アクチュエータは弾性体と圧電素子との接着強度が十分ではなく、耐久試験中に弾性体が剥離することがあった。

　（比較例７）
　実施例１７に対して、圧着時間を長くしてＴ３未満の温度で導電性接着部を硬化させた（Ｔ３＞Ｔ１）また、弾性体接着に用いたエポキシ接着剤Ｃで給電部材も低温で接着して本発明の振動型アクチュエータ（Ｔ３＞Ｔ２）を作製した。導電性接着部は硬化したものの柔らかく、比較例７の振動子を用いた振動型アクチュエータは駆動効率が悪く、駆動性能が仕様に満たなかった。

　（実施例１９）
　実施例３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５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。

　以上は製造組成１を例に記載したが、製造組成２～１０１であっても本発明の振動型アクチュエータを実施例３と同様の高い歩留まりで作製可能であることを確認した。電極、圧電材料、及び弾性体の順に配されている振動子と、前記弾性体と接する接触体を備え、前記弾性体と前記圧電材料は導電性接着部を介して接合されている本発明の振動型アクチュエータは歩留まりよく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。

　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。

　本願は、２０２１年４月２７日提出の日本国特許出願特願２０２１－０７４９６９とを基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

Claims (23)

1. 　電極、矩形の圧電材料、及び弾性体の順に配されている振動子と、
   　前記弾性体と接し、前記振動子に対して相対移動可能に設けられた接触体を備え、
   　前記弾性体と前記圧電材料は導電性接着部を介して接合されている振動型アクチュエータ。
2. 　前記電極は互いに隣りあう第１電極及び第２電極であり、
   　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１に記載の振動型アクチュエータ。
3. 　前記弾性体は矩形部を有し、前記矩形部の四隅で振動子保持部材に前記振動子が保持される請求項２に記載の振動型アクチュエータ。
4. 　前記弾性体は前記矩形部の端部から突出する支持部を有する請求項３に記載の振動型アクチュエータ。
5. 　前記第１電極及び第２電極とともに前記圧電材料を挟持する第３電極を有する
   　請求項２乃至４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
6. 　前記第１電極及び前記第２電極とそれぞれ隣りあい、
   　前記第３の電極と導通する第４の電極をさらに有する請求項５に記載の振動型アクチュエータ。
7. 　前記導電性接着部の平均厚みが１．５ミクロン以上７ミクロン以下である
   　請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
8. 　前記導電性接着部は、平均粒径が２ミクロン以上５ミクロン以下である導電性粒子を、
   　体積分率で０．４％以上２％以下含む請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
9. 　前記導電性粒子の比重は２．０ｇ／ｃｍ^３以上４．０ｇ／ｃｍ^３以下である
   　請求項８に記載の振動型アクチュエータ。
10. 　前記導電性接着部は異方性導電材料である請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
11. 　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１乃至１０のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
12. 　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１１に記載の振動型アクチュエータ。
13. 　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１２に記載の振動型アクチュエータ。
14. 　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請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
15. 　前記弾性体は、マルテンサイト系ステンレス鋼である請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
16. 　共通する１つの前記接触体に対して、複数の前記振動子が共に接触しており、前記複数の振動子の振動により、前記接触体が相対移動する請求項１乃至１５のいずれか１項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１乃至１６のいずれか１項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１乃至１６のいずれか１項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。
19. 　細長部材と、
    　前記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、
    　前記ワイヤを駆動する請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータを有し、前記ワイヤの駆動により、前記細長部材が湾曲するワイヤ駆動アクチュエータ。
20. 　未分極の圧電材料に電極を設けて圧電素子を得る工程と、
    　前記圧電素子と弾性体を導電性接着部を介して温度Ｔ１で接合する工程と、
    　前記圧電素子と給電部材を温度Ｔ２で接合する工程と、
    　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、
    　を順に実施し、前記Ｔ１、Ｔ２およびＴ３が、Ｔ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係を満たす振動子の製造方法。
21. 　前記分極処理は、前記給電部材以外の外部電極を前記電極に接し、前記外部電極と前記弾性体との間に電圧を印加する請求項２０に記載の振動子の製造方法。
22. 　前記弾性体は、マルテンサイト系ステンレス鋼である請求項２０または２１に記載の振動子の製造方法。
23. 　振動型アクチュエータの駆動方法であって、
    　電極、圧電材料、及び弾性体の順に配されている振動子と
    　前記弾性体と接する接触体とを有する振動型アクチュエータであって
    　前記弾性体と前記圧電材料は導電性接着部を介して接合されており、
    　前記圧電材料は、第一の領域に設けられた第１の電極と、
    　前記第一の領域と隣り合う第二の領域に設けられた第２の電極と、
    　前記第１の電極および第２の電極とともに前記圧電材料を挟持する第３の電極と、
    　前記第一および第二の領域と隣り合う第三の領域に前記第３の電極と導通する第４の電極と、を有しており、
    　前記第１の電極と前記第４の電極、及び前記第２の電極と前記第４の電極間に電圧を印加することを特徴とする振動型アクチュエータの駆動方法。

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